特開 2024-165953 パワーモジュール

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024165953

(43)【公開日】2024-11-28

(54)【発明の名称】パワーモジュール

(51)【国際特許分類】

   H02M 7/48 20070101AFI20241121BHJP

   H01L 25/07 20060101ALI20241121BHJP

【ＦＩ】

H02M7/48 Z

H01L25/04 C

【審査請求】未請求

【請求項の数】11

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023082574

(22)【出願日】2023-05-18

(71)【出願人】

【識別番号】000004260

【氏名又は名称】株式会社デンソー

(74)【代理人】

【識別番号】110001519

【氏名又は名称】弁理士法人太陽国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】志賀 正和

(72)【発明者】

【氏名】鈴木 良隆

(72)【発明者】

【氏名】蛭間 淳之

【テーマコード（参考）】

5H770

【Ｆターム（参考）】

5H770AA05

5H770BA01

5H770DA03

5H770DA41

5H770KA05X

5H770PA22

5H770PA42

5H770QA04

5H770QA06

5H770QA08

5H770QA22

(57)【要約】

【課題】物理的なノイズ対策部品を追加することなくノイズによる影響を抑制する。
【解決手段】パワーモジュール１７－１は、上アームスイッチング素子１ａと、下アームスイッチング素子２ａと、上アームスイッチング素子及び下アームスイッチング素子の間に設けられる第１誘電体１ｃ、２ｃと、上アームスイッチング素子及び下アームスイッチング素子の間以外の箇所に設けられる第２誘電体１ｄ、２ｄと、を備え、第１誘電体の浮遊容量は、第２誘電体の浮遊容量と異なる。
【選択図】図４

【特許請求の範囲】

【請求項1】

上アームスイッチング素子（１ａ）と、
下アームスイッチング素子（２ａ）と、
前記上アームスイッチング素子及び前記下アームスイッチング素子の間に設けられる第１誘電体（１ｃ、２ｃ）と、
前記上アームスイッチング素子及び前記下アームスイッチング素子の間以外の箇所に設けられる第２誘電体（１ｄ、２ｄ）と、
を備え、
前記第１誘電体の浮遊容量は、前記第２誘電体の浮遊容量と異なる、パワーモジュール（１７－１）。

【請求項2】

前記第１誘電体の浮遊容量は、前記第２誘電体の浮遊容量より高い、請求項１に記載のパワーモジュール。

【請求項3】

前記第２誘電体は、前記上アームスイッチング素子又は前記下アームスイッチング素子の前記第１誘電体側の面とは反対側の面に設けられている冷却部材（３、４）と、前記上アームスイッチング素子又は前記下アームスイッチング素子との間に設けられている、請求項２に記載のパワーモジュール。

【請求項4】

前記上アームスイッチング素子と前記下アームスイッチング素子の間には冷却部材（５）が設けられ、
前記第１誘電体は、前記上アームスイッチング素子又は前記下アームスイッチング素子と、前記冷却部材との間に設けられている、請求項２に記載のパワーモジュール。

【請求項5】

前記第２誘電体の浮遊容量は、前記第１誘電体の浮遊容量より高い、請求項１に記載のパワーモジュール。

【請求項6】

前記第２誘電体は、前記上アームスイッチング素子又は前記下アームスイッチング素子の前記第１誘電体側の面とは反対側の面に設けられている冷却部材（３、４）と、前記上アームスイッチング素子又は前記下アームスイッチング素子との間に設けられている、請求項５に記載のパワーモジュール。

【請求項7】

前記上アームスイッチング素子及び前記下アームスイッチング素子の配列方向における前記第１誘電体の厚みは、前記配列方向における前記第２誘電体の厚みより薄い、請求項２に記載のパワーモジュール。

【請求項8】

前記上アームスイッチング素子又は前記下アームスイッチング素子と対向する前記第１誘電体の表面積は、前記上アームスイッチング素子又は前記下アームスイッチング素子と対向する前記第２誘電体の表面積よりも広い、請求項２に記載のパワーモジュール。

【請求項9】

前記上アームスイッチング素子又は前記下アームスイッチング素子と対向する前記第１誘電体の表面は、前記第１誘電体を平面視して、凹凸部（１ｃ２、２ｃ２）を有する、請求項８に記載のパワーモジュール。

【請求項10】

前記第１誘電体は、前記上アームスイッチング素子から電力を出力する出力部（Ｏ）と、前記下アームスイッチング素子に電力を入力する入力部（Ａ、Ｂ）との間に設けられている、請求項２に記載のパワーモジュール。

【請求項11】

前記第１誘電体に隣接して設けられて導電部材（６）を有し、
前記導電部材の導電率は、前記入力部又は前記出力部の導電率よりも低い、請求項１０に記載のパワーモジュール。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、パワーモジュールに関する。

【背景技術】

【0002】

特許文献１は、パワーモジュールで発生するコモンモードノイズを低減する技術を開示している。具体的には、特許文献１に開示される従来技術では、コレクタ面及びエミッタ面を逆にして構成することで、出力側の浮遊容量を小さくすることで、コモンモードノイズ（コモンモード電流）を抑制している（例えば特許文献１の図４参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２００７－１８１３５１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

しかしながら、従来技術は、ノーマルモードノイズ、及び、パワーモジュール以外の機器で発生するコモンモードノイズの対策が考慮されていない。このため、パワーモジュールを搭載するインバータの周辺機器が誤動作しないようにするため、追加のノイズ対策部品として、ノーマルモードノイズを抑制するＸコンデンサ、コモンモードノイズを抑制するＹコンデンサなどを要する場合がある。このように従来技術は、ノイズによる影響を抑制する上で改善の余地がある。

【0005】

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであって、物理的なノイズ対策部品を追加することなくノイズによる影響を抑制することができるパワーモジュールを提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

上記目的を達成するために、本発明のパワーモジュール（１７－１）は、上アームスイッチング素子（１ａ）と、下アームスイッチング素子（２ａ）と、上アームスイッチング素子及び下アームスイッチング素子の間に設けられる第１誘電体（１ｃ、２ｃ）と、上アームスイッチング素子及び下アームスイッチング素子の間以外の箇所に設けられる第２誘電体（１ｄ、２ｄ）と、を備え、第１誘電体の浮遊容量は、第２誘電体の浮遊容量と異なる。

【0007】

本開示によれば、物理的なノイズ対策部品を追加することなく、ノーマルモードノイズを抑制することができる。さらに、完璧なノイズ対策をするために、本発明のモジュールとともに、モータ駆動回路の経路中で本パワーモジュールの外の経路に、物理的なノイズ対策部品である、ＸコンデンサやＹコンデンサを設けてもよく、本発明はこのような態様を排除するものではない。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】本開示のパワーモジュールを備えたモータ駆動回路の構成を示す図である。

【図2】本開示の第１実施形態にかかるパワーモジュールの外観図である。

【図3】第１実施形態にかかるパワーモジュールの等価回路を示す図である。

【図4】第１実施形態にかかるパワーモジュールの断面図である。

【図5】第１実施形態にかかるパワーモジュールを備えたモータ駆動回路の動作を説明するための図である。

【図6】本開示の第２実施形態にかかるパワーモジュールの構成図である。

【図7】第２実施形態にかかるパワーモジュールの等価回路を示す図である。

【図8】第２実施形態にかかるパワーモジュールの断面図である。

【図9】第２実施形態にかかるパワーモジュールを備えたモータ駆動回路の動作を説明するための図である。

【図10】本開示の第３実施形態にかかるパワーモジュールの構成図である。

【図11】第３実施形態にかかるパワーモジュールの等価回路を示す図である。

【図12】第３実施形態にかかるパワーモジュールの断面図である。

【図13】第３実施形態にかかるパワーモジュールを備えたモータ駆動回路の動作を説明するための図である。

【図14】本開示の第４実施形態にかかるパワーモジュールの構成図である。

【図15】第４実施形態にかかるパワーモジュールの等価回路を示す図である。

【図16】第４実施形態にかかるパワーモジュールの断面図である。

【図17】第５実施形態にかかるパワーモジュールの断面図である。

【図18】第６実施形態にかかるパワーモジュールの断面図である。

【図19】第７実施形態にかかるパワーモジュールの等価回路を示す図である。

【図20】第７実施形態にかかるパワーモジュールの断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0009】

以下、本発明の一実施形態について説明する。

【0010】

（第１実施形態）
図１は、本開示のパワーモジュールを備えたモータ駆動回路の構成を示す図である。モータ駆動回路１０は、ハイブリッド（ＨＶ）電源である直流電源１１から供給され直流を交流に変換してモータを駆動する回路である。直流電源１１には、電源インピーダンス安定化回路網（ＬＩＳＮ：Ｌｉｎｅ Ｉｍｐｅｄａｎｃｅ Ｓｔａｂｉｌｉｚａｔｉｏｎ Ｎｅｔｗｏｒｋ）１２が接続されている。電源インピーダンス安定化回路網１２は、インバータ１３から見た直流電源のインピーダンスを安定化させる。電源インピーダンス安定化回路網１２には、直流母線（ＰＮ線）１４を介して、インバータ１３が接続されている。

【0011】

インバータ１３は、電流を平滑化する平滑コンデンサ１６と、直流電圧を交流電圧に変換するパワーモジュール１７－１とを備える。パワーモジュール１７－１は複数のスイッチング素子を備える。

【0012】

図２は、本開示の第１実施形態にかかるパワーモジュールの外観図である。パワーモジュール１７－１は、第１パワーカード１、第２パワーカード２、第１ヒートシンク３、及び第２ヒートシンク４を備える。

【0013】

第１パワーカード１は、上アームスイッチング素子１ａと、上アームスイッチング素子１ａの周囲を覆う筐体１ｂと、導電性の入力部Ａと、導電性の出力部Ｏとを備える。第１パワーカード１は、第２パワーカード２に隣接して配置される。

【0014】

第２パワーカード２は、下アームスイッチング素子２ａと、下アームスイッチング素子の周囲を覆う筐体２ｂと、導電性の入力部Ｂと、導電性の出力部Ｏとを備える。

【0015】

第１ヒートシンク３は、第１パワーカード１に設けられる冷却部材である。第１ヒートシンク３は、第１パワーカード１の第２パワーカード２側の面とは反対側の面に配置される。第２ヒートシンク４は、第２パワーカード２に設けられる冷却部材である。第２ヒートシンク４は、第２パワーカード２の第１パワーカード１側の面とは反対側の面に配置される。第１ヒートシンク３及び第２ヒートシンク４は、アルミニウム、金属などの導電性を有する材料で構成される。

【0016】

次に図３及び図４を参照してパワーモジュール１７－１の内部構成について説明する。図３は、第１実施形態にかかるパワーモジュールの等価回路を示す図である。図４は、第１実施形態にかかるパワーモジュールの断面図である。

【0017】

図４に示すように、第１パワーカード１は、第１誘電体１ｃ及び第２誘電体１ｄを備えている。

【0018】

第１誘電体１ｃは、第１パワーカード１の入力部Ａと、第２パワーカード２の入力部Ｂとの間に設けられている。第１誘電体１ｃは、筐体１ｂの一部を構成するものでもよく、筐体１ｂとは別の構造体でもよい。

【0019】

第２誘電体１ｄは、第１パワーカード１の出力部Ｏと、第１ヒートシンク３との間に設けられている。第２誘電体１ｄは、上アームスイッチング素子１ａ及び下アームスイッチング素子２ａの間以外の箇所に設けられる誘電体と解釈してよい。

【0020】

第１誘電体１ｃ及び第２誘電体１ｄは、絶縁性を有する材料を含む。絶縁性を有する材料は、有機材料であってもよく、無機材料であってもよく、両者の組み合わせであってもよい。無機材料は、酸化シリコン（ＳｉＯ２）、窒化シリコン（Ｓｉ３Ｎ４）、酸窒化シリコン（ＳｉＯＮ）、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、シリコンカーバイト（ＳｉＣ）、窒化シリコンカーバイト（ＳｉＣＮ）、炭素添加シリコンオキサイド（ＳｉＣＯ）、ホウ珪酸ガラス、石英ガラスなどである。有機材料は、ポリイミド、エポキシ樹脂、ベンゾシクロブテン樹脂、ポリアミド、フェノール樹脂、フッ素樹脂、液晶ポリマー、ポリアミドイミド、ポリベンゾオキサゾール、シアネート樹脂、アラミド樹脂、ポリオレフィン、ポリエステルなどである。

【0021】

第２パワーカード２は、第１誘電体２ｃ及び第２誘電体２ｄを備えている。第１誘電体２ｃは、第２パワーカード２の入力部Ｂと、第１パワーカード１の入力部Ａとの間に設けられている。第２誘電体２ｄは、第２パワーカード２の出力部Ｏと、第２ヒートシンク４との間に設けられている。第２誘電体２ｄは、上アームスイッチング素子１ａ及び下アームスイッチング素子２ａの間以外の箇所に設けられる誘電体と解釈してよい。第１誘電体２ｃ及び第２誘電体２ｄは、第１誘電体１ｃ及び第２誘電体１ｄと同様に、絶縁性を有する材料を含む。なお、第１誘電体１ｃ及び第１誘電体２ｃは、一体の誘電体でもよく、別体の誘電体でもよい。

【0022】

第１ヒートシンク３は、上アームスイッチング素子１ａの第１誘電体１ｃ側の面とは反対側の面に設けられている。

【0023】

第２ヒートシンク４は、下アームスイッチング素子２ａの第１誘電体２ｃ側の面とは反対側の面に設けられている。

【0024】

入力部Ａ及び入力部Ｂの間に、第１誘電体１ｃ及び第１誘電体２ｃが設けられることにより、入力部Ａ及び入力部Ｂの間には浮遊容量（Ｃ）が形成される。浮遊容量（Ｃ）は、下記（１）式により規定されてよい。下記（１）式のε_０は真空の誘電率を表す。下記（１）式のε_Ｓは比誘電率を表す。下記（１）式のＳは誘電体の表面の内、スイッチング素子との対向する部分の面積を表す。下記（１）式のｄはスイッチング素子の配列方向における誘電体の厚みを表す。
Ｃ＝ε_０ε_ＳＳ／ｄ・・・・（１）

【0025】

この浮遊容量Ｃにより、図３及び図４に示すように、入力部Ａと入力部Ｂの間にコンデンサＣｘが形成される。コンデンサＣｘは、擬似的なＸコンデンサと解釈してよい。擬似的なＸコンデンサは、物理的なＸコンデンサとは異なるコンデンサと解釈してよい。擬似的とは、物理的なＸコンデンサとは無関係に、パワーモジュール１７－１が有する誘電体により形成される静電容量によって、物理的なＸコンデンサと同等の機能が発生する状態と解釈してよい。Ｘコンデンサは、ノーマルモードノイズを抑制するアクロス・ザ・ラインコンデンサと解釈してよい。

【0026】

なお、第１ヒートシンク３及び出力部Ｏの間には、第２誘電体１ｄが設けられているため、浮遊容量が形成されている。同様に、第２ヒートシンク４及び出力部Ｏの間には、第２誘電体２ｄが設けられているため、浮遊容量が形成される。

【0027】

パワーモジュール１７－１では、第１誘電体１ｃの浮遊容量が、第２誘電体１ｄの浮遊容量と異なる。具体的には、第１誘電体１ｃの浮遊容量は、第２誘電体１ｄの浮遊容量より高い。第１誘電体１ｃの浮遊容量は、第１誘電体１ｃによって入力部Ａ及び入力部Ｂの間に形成される浮遊容量と解釈してよい。第２誘電体１ｄの浮遊容量は、第２誘電体１ｄによって第１ヒートシンク３及び出力部Ｏの間に形成される浮遊容量と解釈してよい。

【0028】

同様に、パワーモジュール１７－１では、第１誘電体２ｃの浮遊容量は、第２誘電体２ｄの浮遊容量と異なる。具体的には、第１誘電体２ｃの浮遊容量は、第２誘電体２ｄの浮遊容量より高い。第１誘電体２ｃの浮遊容量は、第１誘電体２ｃによって入力部Ａ及び入力部Ｂの間に形成される浮遊容量と解釈してよい。第１誘電体２ｃの浮遊容量は、第２誘電体２ｄによって第２ヒートシンク４及び出力部Ｏの間に形成される浮遊容量と解釈してよい。

【0029】

図５は、第１実施形態にかかるパワーモジュールを備えたモータ駆動回路の動作を説明するための図である。図５に示す通り、入力部Ａと入力部Ｂの間にはコンデンサＣｘが形成されている。コンデンサＣｘが形成されているモータ駆動回路１０のスイッチング素子がスイッチング動作することで、直流電源１１から供給される直流電圧は、交流電圧に変換されて、交流モータ１５に印加される。

【0030】

ここで、コンデンサＣｘのインピーダンスは、高周波領域で低い値となる。またコンデンサＣｘを形成する第１誘電体１ｃ及び第１誘電体２ｃの浮遊容量は、第２誘電体１ｄ及び第２誘電体２ｄの浮遊容量より高いため、入力部Ａと入力部Ｂの間には、高周波ノイズであるノーマルモードノイズの経路が形成される。つまり、コンデンサＣｘは、高周波ノイズを入力部Ａから入力部Ｂにバイパスする経路、又は、高周波ノイズを入力部Ｂから入力部Ａにバイパスする経路となる。

【0031】

これによりスイッチング素子で発生したノーマルモードノイズの一部は、破線の矢印で示すように、コンデンサＣｘに流れ込むことでパワーモジュール１７－１内に回収される。パワーモジュール１７－１内に回収したノーマルモードノイズは、パワーモジュール１７－１内の抵抗成分により減衰する。

【0032】

従って、ノイズ対策部品として物理的なＸコンデンサを追加することなく、ノーマルモードノイズを抑制することができる。その結果、インバータ１３の周辺機器の誤動作を抑制することができる。また、物理的なＸコンデンサが不要になるため、モータ駆動回路１０の構成が簡素化され、モータ駆動回路１０の製造時における歩留まりが向上し得る。またモータ駆動回路１０の構成が簡素化されることで、モータ駆動回路１０の信頼性が向上し得る。

【0033】

（第２実施形態）
第２実施形態は、基本的な構成は第１実施形態と同様であるため、相違点について以下に説明する。第１実施形態と同じ符号は、同一の構成を示すものであって、先行する説明を参照する。

【0034】

図６は、本開示の第２実施形態にかかるパワーモジュールの構成図である。第２実施形態にかかるパワーモジュール１７－２は、第１実施形態の構成に加え第３ヒートシンク５を備える。第３ヒートシンク５は、第１パワーカード１及び第２パワーカード２の間に設けられる冷却部材である。より具体的には、第３ヒートシンクは、上アームスイッチング素子１ａ及び下アームスイッチング素子２ａの間に設けられる冷却部材である。

【0035】

次に図７及び図８を参照して第２実施形態にかかるパワーモジュールの内部構成について説明する。図７は、第２実施形態にかかるパワーモジュールの等価回路を示す図である。図８は、第２実施形態にかかるパワーモジュールの断面図である。

【0036】

図８に示すように、第３ヒートシンク５は、第１誘電体１ｃ及び第１誘電体２ｃの間に設けられている。第３ヒートシンク５は、上アームスイッチング素子１ａと下アームスイッチング素子２ａの間に設けられている冷却部材と解釈してよい。第３ヒートシンク５は、アルミニウム、金属などの導電性を有する材料で構成される。

【0037】

第１誘電体１ｃは、上アームスイッチング素子１ａと、第３ヒートシンク５との間に設けられている。第１誘電体２ｃは、下アームスイッチング素子２ａと、第３ヒートシンク５との間に設けられている。

【0038】

パワーモジュール１７－２では、第１誘電体１ｃの浮遊容量が、第２誘電体１ｄの浮遊容量より高い。第１誘電体１ｃの浮遊容量は、第１誘電体１ｃによって第３ヒートシンク５及び入力部Ａの間に形成される浮遊容量と解釈してよい。同様に、パワーモジュール１７－２では、第１誘電体２ｃの浮遊容量は、第２誘電体２ｄの浮遊容量より高い。第１誘電体２ｃの浮遊容量は、第１誘電体２ｃによって第３ヒートシンク５及び入力部Ｂの間に形成される浮遊容量と解釈してよい。

【0039】

これらの浮遊容量は、前述した（１）式により規定されてよい。またこれらの浮遊容量により、図７に示すように、入力部Ａ及びグランド（ＧＮＤ）間にコンデンサＣｙが形成され、さらに入力部Ｂ及びグランド間にコンデンサＣｙが形成される。これらのコンデンサＣｙは、擬似的なＹコンデンサと解釈してよい。擬似的なＹコンデンサは、物理的なＹコンデンサとは異なるコンデンサと解釈してよい。擬似的とは、物理的なＹコンデンサとは無関係に、パワーモジュール１７－２が有する誘電体により形成される静電容量によって、物理的なＹコンデンサと同等の機能が発生する状態と解釈してよい。Ｙコンデンサは、コモンモードノイズを抑制するライン・バイパス・コンデンサと解釈してよい。

【0040】

図９は、第２実施形態にかかるパワーモジュールを備えたモータ駆動回路の動作を説明するための図である。図９に示す通り、入力部Ａ及びグランド間にコンデンサＣｙが形成されている。また入力部Ｂ及びグランド間にコンデンサＣｙが形成される。コンデンサＣｙが形成されているモータ駆動回路１０のスイッチング素子がスイッチング動作することで、直流電源１１から供給される直流電圧は、交流電圧に変換されて、交流モータ１５に印加される。

【0041】

ここで、コンデンサＣｙのインピーダンスは、高周波領域で低い値となる。また前述の通り、コンデンサＣｙを形成する第１誘電体１ｃ及び第１誘電体２ｃの浮遊容量は、第２誘電体１ｄ及び第２誘電体２ｄの浮遊容量より高いため、入力部Ａ及びグランド間には、高周波ノイズであるコモンモードノイズの経路が形成される。さらに入力部Ｂ及びグランド間にもコモンモードノイズの経路が形成される。つまり、コンデンサＣｙは、高周波ノイズを、グランドから入力部Ａにバイパスする経路、又は、グランドから入力部Ｂにバイパスする経路となる。なお、グランドは、ヒートシンクの接地電位と解釈してよく、インバータ１３の筐体の接地電位と解釈してもよい。

【0042】

これにより、インバータ１３の駆動時に、交流モータ１５の浮遊容量Ｃａを介して、インバータ１３の筐体、ヒートシンクなどに伝達するコモンモードノイズの一部は、破線の矢印で示すように、コンデンサＣｙに流れ込むことで、パワーモジュール１７－２内に回収される。パワーモジュール１７－２内に回収したコモンモードノイズは、パワーモジュール１７－２内の抵抗成分により減衰する。

【0043】

従って、ノイズ対策部品として物理的なＹコンデンサを追加することなく、コモンモードノイズを抑制することができる。その結果、インバータ１３の周辺機器の誤動作を抑制することができる。

【0044】

また、物理的なＹコンデンサが不要になるため、モータ駆動回路１０の構成が簡素化され、モータ駆動回路１０の製造時における歩留まりが向上し得る。またモータ駆動回路１０の構成が簡素化されることで、モータ駆動回路１０の信頼性が向上し得る。

【0045】

また、パワーモジュールの冷却性を高めるためにパワーモジュールとヒートシンクを近接させた場合、パワーモジュールとヒートシンクの間に浮遊容量が発生し、コモンモードノイズの伝搬経路になり得る。パワーモジュール１７－２ではこのようなコモンモードノイズを効果に抑制し得る。

【0046】

（第３実施形態）
第３実施形態は、基本的な構成は第１実施形態と同様であるため、相違点について以下に説明する。第１実施形態と同じ符号は、同一の構成を示すものであって、先行する説明を参照する。

【0047】

図１０は、本開示の第３実施形態にかかるパワーモジュールの構成図である。第３実施形態にかかるパワーモジュール１７－３は、上下面を反転した第１パワーカード１を備える。また、パワーモジュール１７－３の第１パワーカード１及び第２パワーカード２は、それぞれの入力部Ａ及び出力部Ｏの位置が第１実施形態と異なる。

【0048】

次に図１１及び図１２を参照して第３実施形態にかかるパワーモジュールの内部構成について説明する。図１１は、第３実施形態にかかるパワーモジュールの等価回路を示す図である。図１２は、第３実施形態にかかるパワーモジュールの断面図である。

【0049】

図１２に示すように、第１誘電体１ｃ及び第１誘電体２ｃは、上アームスイッチング素子１ａの出力部Ｏと、下アームスイッチング素子２ａの入力部Ｂとの間に設けられている。具体的には、第１誘電体１ｃは、上アームスイッチング素子１ａの出力部Ｏと、第２パワーカード２との間に設けられている。また、第１誘電体２ｃは、下アームスイッチング素子２ａの入力部Ｂと、第１パワーカード１との間に設けられている。

【0050】

パワーモジュール１７－３では、第１実施形態と同様に、第１誘電体１ｃの浮遊容量が、第２誘電体１ｄの浮遊容量より高い。第１誘電体１ｃの浮遊容量は、第１誘電体１ｃによって第１パワーカード１の出力部Ｏと、第２パワーカード２の入力部Ｂとの間に形成される浮遊容量と解釈してよい。第１誘電体１ｃの浮遊容量は、第１誘電体１ｃによって第１パワーカード１のエミッタＥ１と、第２パワーカード２のエミッタＥ２との間に形成される浮遊容量と解釈してもよい。

【0051】

この浮遊容量は、前述した（１）式により規定されてよい。この浮遊容量により、図１１に示すように、出力部Ｏとグランド間にコンデンサＣ１が形成される。コンデンサＣ１は、擬似的なスナバコンデンサと解釈してよい。擬似的なスナバコンデンサは、物理的なスナバコンデンサとは異なるコンデンサと解釈してよい。

【0052】

擬似的とは、パワーモジュール１７－３が有する誘電体により形成される静電容量によって、物理的なスナバコンデンサと同等の機能が発生する状態と解釈してよい。スナバコンデンサは、スイッチング素子のオンオフが切り替わる際に発生する高周波ノイズを吸収するためのコンデンサと解釈してよい。

【0053】

図１３は、第３実施形態にかかるパワーモジュールを備えたモータ駆動回路の動作を説明するための図である。図１３に示す通り、出力部Ｏとグランド間にコンデンサＣ１が形成されている。コンデンサＣ１が形成されているモータ駆動回路１０のスイッチング素子がスイッチング動作することで、直流電源１１から供給される直流電圧は、交流電圧に変換されて、交流モータ１５に印加される。

【0054】

ここで、コンデンサＣ１を形成する第１誘電体１ｃ及び第１誘電体２ｃの浮遊容量は、第２誘電体１ｄ及び第２誘電体２ｄの浮遊容量より高いため、出力部Ｏとグランド間には、高周波ノイズの経路が形成される。つまりコンデンサＣ１は、高周波ノイズを出力部Ｏとグランド間にバイパスする経路となる。

【0055】

これによりスイッチング素子で発生したノイズの一部は、破線の矢印で示すように、コンデンサＣ１に流れ込むことでパワーモジュール１７－３内に回収される。パワーモジュール１７－３内に回収したノイズは、パワーモジュール１７－３内で減衰する。また高周波ノイズを吸収したコンデンサＣ１の損失により、高周波ノイズが減衰する。

【0056】

従って、ノイズ対策部品として物理的なスナバコンデンサを追加することなく、スイッチング素子の動作時に発生したノイズを抑制することができる。その結果、インバータ１３の周辺機器の誤動作を抑制することができる。

【0057】

また、物理的なスナバコンデンサが不要になるため、モータ駆動回路１０の構成が簡素化され、モータ駆動回路１０の製造時における歩留まりが向上し得る。またモータ駆動回路１０の構成が簡素化されることで、モータ駆動回路１０の信頼性が向上し得る。

【0058】

また物理的なスナバコンデンサをインバータ１３に設けた場合、当該スナバコンデンサがインバータ１３の熱抵抗となり得るため、スナバコンデンサの放熱対策が必要になり得る。パワーモジュール１７－３に擬似的なスナバコンデンサを設けることで、パワーモジュール１７－３のヒートシンクで放熱できるため、物理的なスナバコンデンサ用の熱対策が不要になり、モータ駆動回路１０の構成を簡素化し得る。

【0059】

なおコンデンサＣ１は、上アームスイッチング素子１ａに形成してもよい。つまり、コンデンサＣ１は、上アームスイッチング素子１ａを備える第１パワーカード１の入力部Ａ及び出力部Ｏの間に設けてもよい。

【0060】

（第４実施形態）
第４実施形態は、基本的な構成は第１実施形態と同様であるため、相違点について以下に説明する。第１実施形態と同じ符号は、同一の構成を示すものであって、先行する説明を参照する。図１４は、本開示の第４実施形態にかかるパワーモジュールの構成図である。第４実施形態にかかるパワーモジュール１７－４は、上下面を反転した第１パワーカード１と、上下面を反転した第２パワーカード２とを備える。

【0061】

次に図１５及び図１６を参照して第４実施形態にかかるパワーモジュールの内部構成について説明する。図１５は、第４実施形態にかかるパワーモジュールの等価回路を示す図である。図１６は、第４実施形態にかかるパワーモジュールの断面図である。

【0062】

第１実施形態と異なる点は、第２誘電体１ｄが、第１ヒートシンク３と上アームスイッチング素子１ａの入力部Ａとの間に設けられ、さらに、第２誘電体２ｄが、第２ヒートシンク４と下アームスイッチング素子２ａの入力部Ｂとの間に設けられていることである。

【0063】

また第１実施形態と異なる点は、第４実施形態にかかるパワーモジュール１７－４では、第２誘電体１ｄの浮遊容量が第１誘電体１ｃの浮遊容量より高く、さらに、第２誘電体２ｄの浮遊容量が第１誘電体２ｃの浮遊容量より高いことである。

【0064】

この浮遊容量は、前述した（１）式により規定されてよい。この浮遊容量により、図１６に示すように、第１ヒートシンク３及び入力部Ａの間にコンデンサＣｙが形成され、第２ヒートシンク４及び入力部Ｂの間にコンデンサＣｙが形成される。これらのコンデンサＣｙは、第２実施形態と同様に擬似的なＹコンデンサと解釈してよい。

【0065】

このようにパワーモジュール１７－４によれば、第３ヒートシンク５を備えていない場合でも、第１ヒートシンク３及び第２ヒートシンク４を利用して擬似的なＹコンデンサが形成される。従って、第２実施形態と同様の効果を得ることができると共に、モータ駆動回路１０の構成を簡素化することができる。またモータ駆動回路１０の構成が簡素化されることで、モータ駆動回路１０の信頼性が向上し得る。

【0066】

（第５実施形態）
第５実施形態は、基本的な構成は第１実施形態と同様であるため、相違点について以下に説明する。第１実施形態と同じ符号は、同一の構成を示すものであって、先行する説明を参照する。

【0067】

図１７は、第５実施形態にかかるパワーモジュールの断面図である。第１実施形態と異なる点は、第５実施形態にかかるパワーモジュール１７－５では、上アームスイッチング素子１ａ及び下アームスイッチング素子２ａの配列方向における第１誘電体の厚みが、当該配列方向における第２誘電体の厚みより薄いことである。

【0068】

具体的には、第１誘電体１ｃの厚みは、当該配列方向における第２誘電体１ｄの厚みより薄い。また第１誘電体２ｃの厚みは、当該配列方向における第２誘電体２ｄの厚みより薄い。

【0069】

より具体的には、第１誘電体１ｃ及び第２誘電体１ｄの上アームスイッチング素子１ａ側の面の表面積が互いに等しく、第１誘電体１ｃ及び第２誘電体１ｄの比誘電率ε_Ｓが互いに等しい場合において、第１誘電体１ｃの厚みは、第２誘電体１ｄの厚みより薄い。

【0070】

また、第１誘電体２ｃ及び第２誘電体２ｄの下アームスイッチング素子２ａ側の面の表面積が互いに等しく、かつ、第１誘電体２ｃ及び第２誘電体２ｄの比誘電率ε_Ｓが互いに等しい場合において、第１誘電体２ｃの厚みは、第２誘電体２ｄの厚みより薄い。

【0071】

前述した（１）式に示すように、誘電体の浮遊容量（Ｃ）は「Ｃ＝ε_０ε_ＳＳ／ｄ」により規定されるため、第１誘電体１ｃの厚み（ｄ）が薄くなるほど、第１誘電体１ｃの浮遊容量（Ｃ）は大きくなる。第１誘電体２ｃも同様である。

【0072】

このように、第１誘電体１ｃ及び第１誘電体２ｃの厚みを薄くすることで、パワーモジュール１７－５では、図１７に示すように、入力部Ａと入力部Ｂの間にコンデンサＣｘが形成される。コンデンサＣｘは、擬似的なＸコンデンサと解釈してよい。

【0073】

このようにコンデンサＣｘを設けることにより、スイッチング素子で発生したノーマルモードノイズの一部が、コンデンサＣｘに流れ込むことでパワーモジュール１７－５内に回収される。パワーモジュール１７－５内に回収したノーマルモードノイズは、パワーモジュール１７－５内の抵抗成分により減衰する。

【0074】

従って、ノイズ対策部品として物理的なＸコンデンサを追加することなく、ノーマルモードノイズを抑制することができる。その結果、インバータ１３の周辺機器の誤動作を抑制することができる。また、物理的なＸコンデンサが不要になるため、モータ駆動回路１０の構成が簡素化され、モータ駆動回路１０の製造時における歩留まりが向上し得る。またモータ駆動回路１０の構成が簡素化されることで、モータ駆動回路１０の信頼性が向上し得る。

【0075】

また、パワーモジュール１７－５では、第１誘電体２ｃの厚みを、第２誘電体２ｄの厚みと異ならせることで、擬似的なＸコンデンサを設けることができる。このため、特定の比誘電率ε_Ｓを有する材料を用いて、第１誘電体１ｃ、第１誘電体２ｃ、第２誘電体１ｄ、及び第２誘電体２ｄを設ける場合に特に有用である。

【0076】

（第６実施形態）
第６実施形態は、基本的な構成は第２実施形態と同様であるため、相違点について以下に説明する。第２実施形態と同じ符号は、同一の構成を示すものであって、先行する説明を参照する。

【0077】

図１８は、第６実施形態にかかるパワーモジュールの断面図である。第２実施形態と異なる点は、第６実施形態にかかるパワーモジュール１７－６では、上アームスイッチング素子１ａ又は下アームスイッチング素子２ａと対向する第１誘電体の表面積が、上アームスイッチング素子１ａ又は下アームスイッチング素子２ａと対向する第２誘電体の表面積よりも広いことである。

【0078】

具体的には、第１誘電体１ｃの対向面１ｃ１には、第１誘電体１ｃを平面視して、凹凸部１ｃ２が形成されている。対向面１ｃ１は、第１誘電体１ｃの表面の内、上アームスイッチング素子１ａと対向する面と解釈してよく、入力部Ａと対向する面と解釈してもよい。凹凸部１ｃ２は、第１誘電体１ｃに複数の溝を形成することで構成してよく、第１誘電体１ｃに複数の突起を形成することにより構成してもよい。

【0079】

同様に、第１誘電体２ｃの対向面２ｃ１には、第１誘電体２ｃを平面視して、凹凸部２ｃ２が形成されている。対向面２ｃ１は、第１誘電体２ｃの表面の内、下アームスイッチング素子２ａと対向する面と解釈してよく、入力部Ｂと対向する面と解釈してもよい。凹凸部２ｃ２は、第１誘電体２ｃに複数の溝を形成することで構成してよく、第１誘電体２ｃに複数の突起を形成することにより構成してもよい。

【0080】

なお、第１誘電体１ｃには、第３ヒートシンク５と対向する対向面に、凹凸部を形成してもよい。同様に、第１誘電体２ｃには、第３ヒートシンク５と対向する対向面に、凹凸部を形成してもよい。

【0081】

前述した（１）式に示すように、誘電体の浮遊容量（Ｃ）は「Ｃ＝ε_０ε_ＳＳ／ｄ」により規定されるため、第１誘電体１ｃの対向面１ｃ１の面積（Ｓ）が広くなるほど、第１誘電体１ｃの浮遊容量（Ｃ）は大きくなる。第１誘電体２ｃも同様である。

【0082】

このように、第１誘電体１ｃの対向面１ｃ１及び第１誘電体２ｃの対向面２ｃ１の面積を広くすることで、パワーモジュール１７－６では、図１８に示すコンデンサＣｙの容量を大きくすることができる。従って、第２実施形態と同様の効果を得ることができ、さらに、コモンモードノイズによる周辺機器への影響をより一層軽減し得る。

【0083】

また、第１誘電体１ｃ及び第１誘電体２ｃの凹凸形状を変更、つまり第１誘電体１ｃ及び第１誘電体２ｃの面積を調整することで、コモンモードノイズの周波数帯に応じて、最適な浮遊容量を設定することができる。従って、パワーモジュール１７－６を様々な機器に適用することができる。

【0084】

（第７実施形態）
第７実施形態は、基本的な構成は第３実施形態と同様であるため、相違点について以下に説明する。第３実施形態と同じ符号は、同一の構成を示すものであって、先行する説明を参照する。

【0085】

図１９は、第７実施形態にかかるパワーモジュールの等価回路を示す図である。図２０は、第７実施形態にかかるパワーモジュールの断面図である。第３実施形態と異なる点は、第７実施形態にかかるパワーモジュール１７－７では、スナバコンデンサであるコンデンサＣ１に、擬似的な抵抗Ｒが直列接続されていることである。

【0086】

図２０に示すように、擬似的な抵抗Ｒは、上アームスイッチング素子１ａと下アームスイッチング素子２ａの間に設けられる導電部材６により形成される。擬似的な抵抗Ｒは、物理的なスナバ抵抗とは異なる抵抗と解釈してよい。

【0087】

擬似的とは、パワーモジュール１７－３が有する誘電体により形成される静電容量によって、物理的なスナバ抵抗と同等の機能が発生する状態と解釈してよい。スナバ抵抗は、スイッチング素子のオンオフが切り替わる際に発生する高周波ノイズを吸収するための抵抗と解釈してよい。

【0088】

導電部材６は、第１誘電体１ｃ及び第１誘電体２ｃに隣接して設けられている。具体的には、導電部材６は、第１誘電体１ｃ及び第１誘電体２ｃの間に設けられている。導電部材６の導電率は、入力部Ａ、入力部Ｂ、又は出力部Ｏの導電率よりも低い。具体的には、入力部Ａ、入力部Ｂ、又は出力部Ｏの材料は、銅、金、銀などを例示できる。導電部材６の材料は、青銅、クロム、ステンレス、鉛などを例示できる。

【0089】

第７実施形態にかかるパワーモジュール１７－７によれば、スイッチング素子で発生したノイズの一部が、コンデンサＣ１及び抵抗Ｒに流れ込むことでパワーモジュール１７－７内に回収され、抵抗Ｒによりパワーモジュール１７－７内で減衰する。抵抗Ｒの損失により、高周波ノイズが減衰する。

【0090】

従って、ノイズ対策部品として物理的なスナバ抵抗を追加することなく、スイッチング素子の動作時に発生したノイズを抑制することができる。その結果、インバータ１３の周辺機器の誤動作をより一層抑制することができる。

【0091】

また、物理的なスナバ抵抗が不要になるため、モータ駆動回路１０の構成が簡素化され、モータ駆動回路１０の製造時における歩留まりが向上し得る。またモータ駆動回路１０の構成が簡素化されることで、モータ駆動回路１０の信頼性が向上し得る。

【0092】

また物理的なスナバ抵抗をインバータ１３に設けた場合、当該スナバ抵抗がインバータ１３の熱抵抗となり得るため、スナバ抵抗の放熱対策が必要になり得る。パワーモジュール１７－７に擬似的な抵抗Ｒを設けることで、パワーモジュール１７－７のヒートシンクで放熱できるため、物理的なスナバ抵抗用の熱対策が不要になり、モータ駆動回路１０の構成を簡素化し得る。

【0093】

なお本開示では、ＩＧＢＴ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ Ｇａｔｅ Ｂｉｐｏｌａｒ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）である上アームスイッチング素子１ａ及び下アームスイッチング素子２ａを例示したが、上アームスイッチング素子１ａ及び下アームスイッチング素子２ａはＩＧＢＴ以外のトランジスタでもよい。

【0094】

なお上記の各実施形態にかかるパワーモジュールは、スイッチング速度が比較的高いインバータ、例えばＥＶ（Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｖｅｈｉｃｌｅ）、鉄道車両などに設けられているインバータに適用可能である。また、上記の各実施形態にかかるパワーモジュールは、インバータ以外の電力変換装置、例えば昇降圧コンバータ、順方向放電コンバータ（ＦＤＣ：Ｆｏｒｗａｒｄ Ｄｉｓｃｈａｒｇｅ Ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ）などにも適用可能である。

【0095】

なお上記の各実施形態にかかるパワーモジュールは、複数のパワーカードを積層した構造に限定されるものではない。例えば、各パワーカードが備えている誘電体、スイッチング素子が、１または複数の平面上に設けられている構造を、上記の各実施形態にかかるパワーモジュールに適用可能である。

【0096】

＜付記＞
本発明の特徴を以下の通り示す。
（付記１）
上アームスイッチング素子（１ａ）と、下アームスイッチング素子（２ａ）と、前記上アームスイッチング素子及び前記下アームスイッチング素子の間に設けられる第１誘電体（１ｃ、２ｃ）と、前記上アームスイッチング素子及び前記下アームスイッチング素子の間以外の箇所に設けられる第２誘電体（１ｄ、２ｄ）と、を備え、前記第１誘電体の浮遊容量は、前記第２誘電体の浮遊容量と異なる、パワーモジュール（１７－１）。
（付記２）
前記第１誘電体の浮遊容量は、前記第２誘電体の浮遊容量より高い、付記１に記載のパワーモジュール。
（付記３）
前記第２誘電体は、前記上アームスイッチング素子又は前記下アームスイッチング素子の前記第１誘電体側の面とは反対側の面に設けられている冷却部材（３、４）と、前記上アームスイッチング素子又は前記下アームスイッチング素子との間に設けられている、付記１又は２に記載のパワーモジュール。
（付記４）
前記上アームスイッチング素子と前記下アームスイッチング素子の間には冷却部材（５）が設けられ、前記第１誘電体は、前記上アームスイッチング素子又は前記下アームスイッチング素子と、前記冷却部材との間に設けられている、付記１から３の何れ一つに記載のパワーモジュール。
（付記５）
前記第２誘電体の浮遊容量は、前記第１誘電体の浮遊容量より高い、付記１から４の何れ一つに記載のパワーモジュール。
（付記６）
前記第２誘電体は、前記上アームスイッチング素子又は前記下アームスイッチング素子の前記第１誘電体側の面とは反対側の面に設けられている冷却部材（３、４）と、前記上アームスイッチング素子又は前記下アームスイッチング素子との間に設けられている、付記１から５の何れ一つに記載のパワーモジュール。
（付記７）
前記上アームスイッチング素子及び前記下アームスイッチング素子の配列方向における前記第１誘電体の厚みは、前記配列方向における前記第２誘電体の厚みより薄い、付記１から６の何れ一つに記載のパワーモジュール。
（付記８）
前記上アームスイッチング素子又は前記下アームスイッチング素子と対向する前記第１誘電体の表面積は、前記上アームスイッチング素子又は前記下アームスイッチング素子と対向する前記第２誘電体の表面積よりも広い、付記１から７の何れ一つに記載のパワーモジュール。
（付記９）
前記上アームスイッチング素子又は前記下アームスイッチング素子と対向する前記第１誘電体の表面は、前記第１誘電体を平面視して、凹凸部（１ｃ２、２ｃ２）を有する、付記１から８の何れ一つに記載のパワーモジュール。
（付記１０）
前記第１誘電体は、前記上アームスイッチング素子から電力を出力する出力部（Ｏ）と、前記下アームスイッチング素子に電力を入力する入力部（Ａ、Ｂ）との間に設けられている、付記１から９の何れ一つに記載のパワーモジュール。
（付記１１）
前記第１誘電体に隣接して設けられて導電部材（６）を有し、前記導電部材の導電率は、前記入力部又は前記出力部の導電率よりも低い、付記１から１０の何れ一つに記載のパワーモジュール。

【0097】

以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は、上記に限定されるものでなく、上記以外にも、その主旨を逸脱しない範囲内において種々変形して実施可能であることは勿論である。

【符号の説明】

【0098】

１ 第１パワーカード、１ａ 上アームスイッチング素子、１ｂ 筐体、１ｃ 第１誘電体、１ｃ１ 対向面、１ｃ２ 凹凸部、１ｄ 第２誘電体、２ 第２パワーカード、２ａ 下アームスイッチング素子、２ｂ 筐体、２ｃ 第１誘電体、２ｃ２ 凹凸部、２ｃ１ 対向面、２ｄ 第２誘電体、３ 第１ヒートシンク、４ 第２ヒートシンク、５ 第３ヒートシンク、６ 導電部材、１０ モータ駆動回路、１１ 直流電源、１２ 電源インピーダンス安定化回路網、１３ インバータ、１５ 交流モータ、１６ 平滑コンデンサ、１７－１ パワーモジュール、１７－２ パワーモジュール、１７－３ パワーモジュール、１７－４ パワーモジュール、１７－５ パワーモジュール、１７－６ パワーモジュール、１７－７ パワーモジュール。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】

【図18】

【図19】

【図20】