特許 7558866 電力変換装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-09-20

(45)【発行日】2024-10-01

(54)【発明の名称】電力変換装置

(51)【国際特許分類】

   H02M 7/48 20070101AFI20240924BHJP

   H01L 25/07 20060101ALI20240924BHJP

   H01L 25/18 20230101ALI20240924BHJP

   H01L 23/36 20060101ALI20240924BHJP

   H01L 23/12 20060101ALI20240924BHJP

【ＦＩ】

H02M7/48 Z

H01L25/04 C

H01L23/36 C

H01L23/12 J

【請求項の数】 6

(21)【出願番号】P 2021052210

(22)【出願日】2021-03-25

(65)【公開番号】P2022149879

(43)【公開日】2022-10-07

【審査請求日】2023-07-04

(73)【特許権者】

【識別番号】000005108

【氏名又は名称】株式会社日立製作所

(74)【代理人】

【識別番号】110002365

【氏名又は名称】弁理士法人サンネクスト国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】浅井 亨太

(72)【発明者】

【氏名】徳山 健

(72)【発明者】

【氏名】難波 明博

【審査官】武内 大志

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１９－９６７７１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１７－６９２５３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００２－２４６５１５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００６－２２９１８０（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０２Ｍ ７／４８

Ｈ０１Ｌ ２５／０７

Ｈ０１Ｌ ２３／３６

Ｈ０１Ｌ ２３／１２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

半導体素子と、
向かい合わせて配置される第１基板および第２基板と、を備え、
前記第１基板は、前記第２基板に対向する第１主面と前記第１主面とは逆側の第１副面とを有し、
前記第２基板は、前記第１基板に対向する第２主面と前記第２主面とは逆側の第２副面とを有し、
前記第１基板には前記第１副面に露出する第１導体が埋設され、
前記第２基板には前記第２副面に露出する第２導体が埋設され、
前記半導体素子は、前記第１導体と前記第２導体との間に配され、
前記半導体素子は、前記第１導体および前記第２導体と電気的に接続され、
前記第１導体は、前記第１主面および前記第１副面の両方に露出し、
前記第２導体は、前記第２主面および前記第２副面の両方に露出し、
前記第１導体と前記第２導体の一方又は双方は、凹部を形成し、
前記半導体素子は、前記凹部内に収納される、電力変換装置。

【請求項2】

請求項１に記載の電力変換装置において、
前記第１基板および前記第２基板の少なくとも一方には、前記凹部と前記電力変換装置の外部とを接続する貫通孔が形成され、
前記凹部の前記半導体素子を除く領域には樹脂部材が充填される、電力変換装置。

【請求項3】

請求項１に記載の電力変換装置において、
前記凹部は前記第１導体のみに形成され、
前記第２導体は、前記第２基板の前記第２主面と面一に形成され、
前記半導体素子は、コレクタ電極が前記第１導体と接続され、かつエミッタ電極が前記第２導体と接続され、さらにゲート電極が前記第２基板の別の導体と接続される、電力変換装置。

【請求項4】

半導体素子と、
向かい合わせて配置される第１基板および第２基板と、を備え、
前記第１基板は、前記第２基板に対向する第１主面と前記第１主面とは逆側の第１副面とを有し、
前記第２基板は、前記第１基板に対向する第２主面と前記第２主面とは逆側の第２副面とを有し、
前記第１基板には前記第１副面に露出する第１導体が埋設され、
前記第２基板には前記第２副面に露出する第２導体が埋設され、
前記半導体素子は、前記第１導体と前記第２導体との間に配され、
前記半導体素子は、前記第１導体および前記第２導体と電気的に接続され、
前記第１基板および前記第２基板は、前記第１導体および前記第２導体とは異なる第３導体および第４導体を有し、
当該第３導体および前記第４導体は、金属接合材で接続されて前記第１基板と前記第２基板とを接続し、
前記第３導体および前記第４導体の少なくとも一方には、前記金属接合材を収納する第２凹部が形成される、電力変換装置。

【請求項5】

半導体素子と、
向かい合わせて配置される第１基板および第２基板と、を備え、
前記第１基板は、前記第２基板に対向する第１主面と前記第１主面とは逆側の第１副面とを有し、
前記第２基板は、前記第１基板に対向する第２主面と前記第２主面とは逆側の第２副面とを有し、
前記第１基板には前記第１副面に露出する第１導体が埋設され、
前記第２基板には前記第２副面に露出する第２導体が埋設され、
前記半導体素子は、前記第１導体と前記第２導体との間に配され、
前記半導体素子は、前記第１導体および前記第２導体と電気的に接続され、
前記第１基板と前記第２基板は、前記第１導体及び前記第２導体とは別に、それぞれの基板を貫通する第５導体および第６導体を有し、
前記第５導体および前記第６導体に前記半導体素子と反転した向きでもう一つの半導体素子が接続される、電力変換装置。

【請求項6】

請求項５に記載の電力変換装置において、
前記第１導体、前記半導体素子、および前記第２導体は第１方向に並び、
前記第１基板は、前記第１方向に直交する第２方向に延伸し、前記第１導体および前記第５導体を電気的に接続する第７導体をさらに有し、
前記第２基板は、前記第２方向に延伸し前記第２導体と電気的に接続される第８導体、および前記第２方向に延伸し前記第６導体と電気的に接続され、かつ、前記第８導体とは接続されない第９導体をさらに有し、
前記第８導体および前記第９導体に跨るコンデンサをさらに備える、電力変換装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、電力変換装置に関する。

【背景技術】

【0002】

近年、電力変換装置には出力の増大だけでなく製造性の向上も要求されている。１相分の上アーム回路または下アーム回路の単位でモジュールが構成されている場合には、３相分を設けるためには６個のモジュールが必要となる。そのためパワー半導体モジュールの製造性の向上が重要になる。その一方で、製造性が向上しても熱抵抗の増大に繋がってしまうと、電力変換装置の出力増大の妨げとなる。車載用の電力変換装置は産業用などと比較すると温度変化の大きい環境で使用されるため、高温の環境に置かれていながら高い信頼性を維持できる電力変換装置が要求されている。特許文献１には、第１放熱器と、前記第１放熱器の主面上に実装した第１基板と、前記第１基板の主面上に実装した第１半導体素子と、前記第１放熱器の主面上或いは前記第１基板の主面上に実装した第１電極と、前記第１半導体素子の上面に配置され、前記第１半導体素子の第１上面電極と前記第１電極を電気的に接続する複数の第１ワイヤボンディング線、及び前記第１上面電極を接触させたヒートスプレッダと、前記ヒートスプレッダの一面側に設けた、前記第１ワイヤボンディング線の間を通って前記第１上面電極に接触又は近接する凸部、及び前記第１ワイヤボンディング線に近接する凹部と、前記ヒートスプレッダの他面側に実装した第２放熱器とを有することを特徴とする電力変換装置が開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２００９－１７１７３２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

特許文献１に記載されている発明では、製造性および放熱性に改善の余地がある。

【課題を解決するための手段】

【0005】

本発明の第１の態様による電力変換装置は、半導体素子と、向かい合わせて配置される第１基板および第２基板と、を備え、前記第１基板は、前記第２基板に対向する第１主面と前記第１主面とは逆側の第１副面とを有し、前記第２基板は、前記第１基板に対向する第２主面と前記第２主面とは逆側の第２副面とを有し、前記第１基板には前記第１副面に露出する第１導体が埋設され、前記第２基板には前記第２副面に露出する第２導体が埋設され、前記半導体素子は、前記第１導体と前記第２導体との間に配され、前記半導体素子は、前記第１導体および前記第２導体と電気的に接続され、前記第１導体は、前記第１主面および前記第１副面の両方に露出し、前記第２導体は、前記第２主面および前記第２副面の両方に露出し、前記第１導体と前記第２導体の一方又は双方は、凹部を形成し、前記半導体素子は、前記凹部内に収納される。
本発明の第２の態様による電力変換装置は、半導体素子と、向かい合わせて配置される第１基板および第２基板と、を備え、前記第１基板は、前記第２基板に対向する第１主面と前記第１主面とは逆側の第１副面とを有し、前記第２基板は、前記第１基板に対向する第２主面と前記第２主面とは逆側の第２副面とを有し、前記第１基板には前記第１副面に露出する第１導体が埋設され、前記第２基板には前記第２副面に露出する第２導体が埋設され、前記半導体素子は、前記第１導体と前記第２導体との間に配され、前記半導体素子は、前記第１導体および前記第２導体と電気的に接続され、前記第１基板および前記第２基板は、前記第１導体および前記第２導体とは異なる第３導体および第４導体を有し、当該第３導体および前記第４導体は、金属接合材で接続されて前記第１基板と前記第２基板とを接続し、前記第３導体および前記第４導体の少なくとも一方には、前記金属接合材を収納する第２凹部が形成される。
本発明の第３の態様による電力変換装置は、半導体素子と、向かい合わせて配置される第１基板および第２基板と、を備え、前記第１基板は、前記第２基板に対向する第１主面と前記第１主面とは逆側の第１副面とを有し、前記第２基板は、前記第１基板に対向する第２主面と前記第２主面とは逆側の第２副面とを有し、前記第１基板には前記第１副面に露出する第１導体が埋設され、前記第２基板には前記第２副面に露出する第２導体が埋設され、前記半導体素子は、前記第１導体と前記第２導体との間に配され、前記半導体素子は、前記第１導体および前記第２導体と電気的に接続され、前記第１基板と前記第２基板は、前記第１導体及び前記第２導体とは別に、それぞれの基板を貫通する第５導体および第６導体を有し、前記第５導体および前記第６導体に前記半導体素子と反転した向きでもう一つの半導体素子が接続される。

【発明の効果】

【0006】

本発明によれば、製造性および放熱性に優れた電力変換装置を提供できる。

【図面の簡単な説明】

【0007】

【図1】第１の実施の形態における電力変換装置の概略図

【図2】図１のＩＩ－ＩＩ断面図

【図3】図１のＩＩＩ－ＩＩＩ断面図

【図4】図１のＩＶ－ＩＶ断面図

【図5】変形例１における第１パワー回路部の一部を示す図

【図6】第２の実施の形態における電力変換装置の概略図

【図7】第３の実施の形態における電力変換装置の概略図

【図8】第４の実施の形態における電力変換装置の概略図

【図9】図８のＩＸ－ＩＸ断面図

【発明を実施するための形態】

【0008】

―第１の実施の形態―
以下、図１～図４を参照して、電力変換装置の第１の実施の形態を説明する。以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。ただし、本発明は下記の実施形態に限定解釈されるものではなく、公知の他の構成要素を組み合わせて本発明の技術思想を実現してもよい。なお、各図において同一要素については同一の符号を記し、重複する説明は省略する。

【0009】

図１は電力変換装置１００の概略を示す平面図、図２は図１のＩＩ－ＩＩ断面図、図３は図１のＩＩＩ－ＩＩＩ断面図、図４は図１のＩＶ－ＩＶ断面図である。電力変換装置１００は、バッテリなどから得た直流電力を電動機に供給する交流電力に変換する電力変換装置であり、１相分の上アーム回路および下アーム回路を構成する。電力変換装置１００は、第１基板１０と、第２基板２０と、第１基板１０および第２基板２０によって形成される第１パワー回路部３０および第２パワー回路部４０と、電力変換装置１００に印加される電圧を平滑化するコンデンサ８０と、第１パワー回路部３０および第２パワー回路部４０にそれぞれ駆動信号を与える制御回路９０と、を備える。

【0010】

図２に記載したように、第１基板１０は、電力変換装置１００における内側の第１主面１０Ｐと、第１主面１０Ｐとは逆側の第１副面１０Ｑとを有する。第２基板２０は、電力変換装置１００における内側の第２主面２０Ｐと、第２主面２０Ｐとは逆側の第２副面２０Ｑとを有する。すなわち、第１基板１０の第１主面１０Ｐと、第２基板２０の第２主面２０Ｐとが向かい合って接合され、電力変換装置１００を構成している。なお以下では図２～図４の下部に示すように、第１基板１０および第２基板２０が並ぶ方向を「第１方向」と呼び、第１方向に直交する方向を「第２方向」と呼ぶ。

【0011】

第１基板１０および第２基板２０は、主にプリント回路基板である。第１基板１０および第２基板２０は、銅材などにより構成される複数の導体層を備え、他の箇所はガラスエポキシ樹脂などの絶縁部材で構成される。図示の都合により図２などでは第１基板１０や第２基板２０の導体層の厚みが基板の３分の１程度であるように記載しているが、実際には導体層は数十マイクロメートル程度の厚みであり、基板の厚みに対する割合は非常に小さい。この導体層は、仮に大電流を流すのであればインピーダンスが比較的大きく、インダクタンスも増加する。

【0012】

まずは図１および図２を参照して第１パワー回路部３０を説明する。第１パワー回路部３０は、ＩＧＢＴ５０と、ダイオード５４と、コレクタ導体６０と、エミッタ導体６１と、ゲート導体パターン６２と、カソード導体６３と、アノード導体６４と、を含む。ＩＧＢＴ５０は、板形状で主電極と当該主電極に流れる主電流を制御するゲート電極５３を有する。主電極はＩＧＢＴ５０の上下で電極が分かれており、下面にコレクタ電極５１、上面にエミッタ電極５２とゲート電極５３とが設けられる。ダイオード５４は板形状であり、図２の視点では下面にカソード電極５５、上面にアノード電極５６が設けられる。

【0013】

コレクタ導体６０、エミッタ導体６１、ゲート導体パターン６２、カソード導体６３、およびアノード導体６４は導体、たとえば銅材で構成される。このうち少なくともゲート導体パターン６２を除くコレクタ導体６０、エミッタ導体６１、カソード導体６３、およびアノード導体６４はプリント基板上の配線パターンではなく、厚みが数百マイクロメートル以上の導体かつ伝熱性が良好な部材の塊、たとえば銅の塊である。導体の塊は配線パターンよりも厚みがあるのでインピーダンスが低下し、インダクタンスも小さくなる。

【0014】

コレクタ導体６０およびカソード導体６３は第１基板１０に埋設されており、第１基板１０を貫通する。換言すると、コレクタ導体６０およびカソード導体６３のいずれも、第１主面１０Ｐから第１副面１０Ｑまで貫通している。

【0015】

コレクタ導体６０は凹みであるＩＧＢＴ収納用凹部７０を形成する。ＩＧＢＴ５０は、ＩＧＢＴ収納用凹部７０の内部に収納され、はんだなどの金属接合材７３を介してＩＧＢＴ５０のコレクタ電極５１と電気的に接続される。カソード導体６３は、凹みであるダイオード収納用凹部７１を形成する。ダイオード５４は、ダイオード収納用凹部７１の内部に収納され、金属接合材７３を介してダイオード５４のカソード電極５５と電気的に接続される。これにより、第１基板１０の第１主面１０Ｐが、ＩＧＢＴ５０およびダイオード５４を搭載することで平面状になり、第２基板２０との接続が容易となることから製造性が向上する。

【0016】

図２において、コレクタ導体６０はＩＧＢＴ収納用凹部７０を有しているので一部は第１主面１０Ｐから奥まった位置にあるが、コレクタ導体６０の端部は第１主面１０Ｐと段差がなくフラットな状態、いわゆる面一の状態である。同様に、カソード導体６３はダイオード収納用凹部７１を有しているので一部は第１主面１０Ｐから奥まった位置にあるが、カソード導体６３の端部は第１主面１０Ｐと段差がなくフラットな状態、いわゆる面一の状態である。

【0017】

図２に示すように、エミッタ導体６１およびアノード導体６４は第２基板２０に埋設されており、第２基板２０を貫通する。エミッタ導体６１の第２主面２０Ｐ側は、第２主面２０Ｐと段差がなくフラットな状態、いわゆる面一の状態である。またエミッタ導体６１の第２主面２０Ｐ側は、金属接合材７３を介してＩＧＢＴ５０のエミッタ電極５２と電気的に接続される。アノード導体６４の第２主面２０Ｐ側は、第２主面２０Ｐと段差がなくフラットな状態、いわゆる面一の状態である。アノード導体６４の第２主面２０Ｐ側は、金属接合材７３を介してダイオード５４のアノード電極５６と電気的に接続される。このように、ＩＧＢＴ５０およびダイオード５４と接続される第２基板２０の接続面が平面状に統一されることで、製造性が向上する。

【0018】

ゲート導体パターン６２は、第２基板２０上に形成され、金属接合材７３を介してＩＧＢＴ５０のゲート電極５３と電気的に接続される。ゲート導体パターン６２は、ビア７４を介して第２基板２０の上面に接続される。これにより、ＩＧＢＴ５０およびダイオード５４の全ての電極が第１基板１０もしくは第２基板２０上の導体パターンに接続される。この結果、従来は数百本のワイヤボンディングや複数のリードフレーム、バスバーで構成する主回路構造と比較すると、構成部材を削減することで製造性が向上し、低コスト化が可能となる。さらに、接合プロセスを回路基板と半導体素子のはんだ接合プロセスのみに簡略化することで、製造プロセスを短縮できる。

【0019】

図２および図３に示すように、第１基板１０の上面および第２基板２０の下面には、それぞれダミー導体６５が設けられる。なお図２および図３のそれぞれでは、図の左側、中央、右側のそれぞれにダミー導体６５が示されているが、作図の都合により左側にしか符号を付していない。ダミー導体６５は、コレクタ導体６０やエミッタ導体６１などと同様に導体の塊である。

【0020】

それぞれの第１基板１０のダミー導体６５には、金属接合材７３を収納する基板接合用凹部７２が、ＩＧＢＴ５０およびダイオード５４をそれぞれ囲って形成される。第１基板１０および第２基板２０のダミー導体６５を金属接合材７３で接続することにより、第１基板１０と第２基板２０を接続する。これにより、ＩＧＢＴ５０およびダイオード５４の接合面以外での第１基板１０と第２基板２０の接続面が確保され、信頼性が向上する。

【0021】

コレクタ導体６０、エミッタ導体６１、カソード導体６３、およびアノード導体６４は、ＩＧＢＴ５０およびダイオード５４の接続面とは反対側に放熱フィン７５を形成する。これにより、ＩＧＢＴ５０およびダイオード５４から放熱フィン７５まで絶縁部材を介さずに放熱経路を形成でき、油などの冷媒により直接冷却されるため熱抵抗の増加を抑制し電力変換装置の出力増大を図ることが可能となる。

【0022】

図１および図４に示すように、第２基板２０は、第１基板１０上のＩＧＢＴ収納用凹部７０およびダイオード収納用凹部７１と、第２基板２０の外面を繋げる貫通孔７６を形成する。貫通孔７６を介して液状硬化性樹脂などの樹脂部材７７が充填されることで、ＩＧＢＴ５０およびダイオード５４が封止される。従来のワイヤボンディングやリードフレームで構成される主回路構造は、トランスファモールドで信頼性を確保するため、構成部材の寸法ばらつきの影響を受けて樹脂被り等が部分的に発生し、放熱面を確実に露出できない課題が生じた。これに対して本実施の形態では、放熱面の露出が妨げられるプロセスを排除しているので製造性が向上する。

【0023】

図３に示すように、第２パワー回路部４０は、ＩＧＢＴ５０と、ダイオード５４と、コレクタ導体６０と、エミッタ導体６１と、ゲート導体パターン６２と、カソード導体６３と、アノード導体６４と、を含む。第２パワー回路部４０の主な構成は、第１パワー回路部３０をおおよそ反転した構造となる。第２パワー回路部４０だけに特有の構成は存在しないので、電力変換装置１００全体の説明を続ける。

【0024】

図１の左および図３の上部に示すように、コレクタ導体６０およびカソード導体６３は、正極電源導体パターン６６に接続される。図３の下部に示すように、エミッタ導体６１およびアノード導体６４は、交流出力導体パターン６８に接続される。図２の下部に示すように、交流出力導体パターン６８には、第１パワー回路部３０のコレクタ導体６０およびカソード導体６３も接続される。図２の上部に示すように、第１パワー回路部３０のエミッタ導体６１およびアノード導体６４は、負極電源導体パターン６７に接続される。

【0025】

図１に示すように、正極電源導体パターン６６および負極電源導体パターン６７は、それぞれ正極電源端子６６１と負極電源端子６７１が設けられ、バッテリからの電動機の駆動に必要な電気エネルギーが供給される。交流出力導体パターン６８には、図１の上部に示す交流出力端子６８１が設けられ、電動機を駆動する電気エネルギーが出力される。図１に示す正極電源端子６６１、負極電源端子６７１、および交流出力端子６８１は、第１基板１０および第２基板２０に連なって貫通しており、端子部周辺は図示していないビアによって両基板の上下面が接続されている。これにより、バッテリおよび電動機に接続される電流経路の経路面積が拡大し、発熱集中を防止できる。

【0026】

図１に示すように、正極電源導体パターン６６および負極電源導体パターン６７上には、電力変換装置１００に印加される電圧を平滑化するコンデンサ８０が搭載される。これにより、電力変換装置１００のスイッチング時には、コンデンサ８０から流出した電流は第２パワー回路部４０および第１パワー回路部３０を介してコンデンサ８０に流入する。この結果、スイッチング時の過渡電流の経路が第１基板１０および第２基板２０内のみで完結し、電流経路が短縮することでインダクタンスが低減できる。さらに、スイッチング時の過渡電流経路が第１基板１０および第２基板２０で完結していることから、第１基板１０と第２基板２０の電流経路が近くなり、第１パワー回路部３０と第２パワー回路部４０に対向電流が流れることで、インダクタンスが低減する。また、コンデンサ８０接続用のバスバーが不要となり、製造性が向上する。

【0027】

図１～図３に示すように、ゲート導体パターン６２は、第１基板１０および第２基板２０のビア７４を介して第２基板２０の上面に電気的に接続される。図２および図３に示すように、第１基板１０のビア７４付近には基板接合用凹部７２が設けられ、基板接合材により第１基板１０と第２基板２０とが接合される。図１に示すように、第２基板２０上には、第１パワー回路部３０および第２パワー回路部４０それぞれの制御回路９０が設けられ、それぞれのゲート導体パターン６２に接続される。これにより、制御信号のインダクタンスを低減し、素子駆動性能の低下を防ぐことで損失増加を防止する。

【0028】

以上のような構成とすることで、電力変換装置１００は、バッテリからの電動機の駆動に必要な電気エネルギーは第１パワー回路部３０および第２パワー回路部４０に供給され、交流出力導体パターン６８に設けられた交流出力端子６８１から出力される交流電力を制御する。構成部品である第１パワー回路部３０および第２パワー回路部４０と、コンデンサ８０と、制御回路９０と、をすべて第１基板１０および第２基板２０上に構成することで、複雑な形状のバスバーが不要となり、製造性が向上する。電力変換装置１００のスイッチング時には、コンデンサ８０のから流出した電流は第１パワー回路部３０と第２パワー回路部４０を介してコンデンサ８０に流入する。これにより、スイッチング時の過渡電流経路を短縮化し、インダクタンスを低減する。

【0029】

上述した第１の実施の形態によれば、次の作用効果が得られる。
（１）電力変換装置１００は、半導体素子であるＩＧＢＴ５０と、向かい合わせて配置される第１基板１０および第２基板２０とを備える。第１基板１０は、第２基板２０に対向する第１主面１０Ｐと第１主面１０Ｐとは逆側の第１副面１０Ｑとを有する。第２基板２０は、第１基板１０に対向する第２主面２０Ｐと第２主面２０Ｐとは逆側の第２副面２０Ｑとを有する。第１基板１０には第１副面１０Ｑに露出する第１導体、たとえば第１パワー回路部３０のコレクタ導体６０が埋設される。第２基板２０には第２副面２０Ｑに露出する第２導体、たとえば第１パワー回路部３０のエミッタ導体６１が埋設される。ＩＧＢＴ５０は、コレクタ導体６０とエミッタ導体６１との間に配される。ＩＧＢＴ５０は、コレクタ導体６０およびエミッタ導体６１と電気的に接続される。そのため、従来のような複雑な形状のバスバーが不要となり製造性に優れている。また、ＩＧＢＴ５０に接するコレクタ導体６０およびエミッタ導体６１は金属の塊なので熱の伝導性がよく、かつ外周側に露出しているので放熱性に優れている。すなわち電力変換装置１００は、製造性および放熱性に優れている。

【0030】

（２）第１パワー回路部３０のコレクタ導体６０は、第１主面１０Ｐおよび第１副面１０Ｑの両方に露出する。第１パワー回路部３０のエミッタ導体６１は、第２主面２０Ｐおよび第２副面２０Ｑの両方に露出する。第１パワー回路部３０のエミッタ導体６１は、凹部であるＩＧＢＴ収納用凹部７０を形成し、ＩＧＢＴ５０はこのＩＧＢＴ収納用凹部７０の内部に収納される。

【0031】

（３）第２基板２０は、ＩＧＢＴ収納用凹部７０と第２基板２０の外部とを接続する貫通孔であるビア７４が形成され、ＩＧＢＴ収納用凹部７０のＩＧＢＴ５０を除く領域には樹脂部材７７が充填される。そのため、樹脂部材７７によりＩＧＢＴ５０への異物の不着や振動によるＩＧＢＴ５０の悪影響が防止される。

【0032】

（４）ＩＧＢＴ５０が収容されるＩＧＢＴ収納用凹部７０は、第１パワー回路部３０のコレクタ導体６０に形成され、相対するエミッタ導体６１には形成されない。エミッタ導体６１は、第２基板２０の第２主面２０Ｐと面一に形成される。ＩＧＢＴ５０は、コレクタ電極５１がコレクタ導体６０と接続され、かつエミッタ電極５２がエミッタ導体６１と接続され、さらにゲート電極５３が第２基板２０のゲート導体パターン６２と接続される。そのため、ＩＧＢＴ収納用凹部７０が第１基板１０のみに形成されるので、両方に凹部が設けられる場合よりも公差の管理が容易である。また、仮にＩＧＢＴ５０が第１基板１０と第２基板２０との境界に配されると、電力変換装置１００を捻る力が発生した場合にＩＧＢＴ５０に物理的な負荷が生じる。しかし本実施の形態では第１基板１０の内部に配されるので、ＩＧＢＴ５０が保護される。

【0033】

（５）第１基板１０および第２基板２０のそれぞれは、第１パワー回路部３０のコレクタ導体６０および第１パワー回路部３０のエミッタ導体６１とは異なる複数のダミー導体６５を有する。これら複数のダミー導体６５同士を金属接合材７３で接続することにより、第１基板１０と第２基板２０とを接続する。第１基板１０に含まれるダミー導体６５は、金属接合材７３を収納する基板接合用凹部７２が形成される。そのため、第１基板１０と第２基板２０とが強固に接続され、電力変換装置１００に強い力が加わった際にＩＧＢＴ５０に生じる力を減らすことができる。

【0034】

（６）第１基板１０と第２基板２０は、第１パワー回路部３０のコレクタ導体６０およびエミッタ導体６１とは別に、それぞれの基板を貫通する第２パワー回路部４０のコレクタ導体６０およびエミッタ導体６１を有する。第２パワー回路部４０のコレクタ導体６０およびエミッタ導体６１に、第１パワー回路部３０のＩＧＢＴ５０と反転した向きで第２パワー回路部４０のＩＧＢＴ５０が接続される。そのため、１組の基板を用いて２つのＩＧＢＴ５０を保持できる。

【0035】

（７）コレクタ導体６０、ＩＧＢＴ５０、およびエミッタ導体６１は第１方向、すなわち図２～図４の上下方向に並ぶ。第１基板１０は、第１方向に直交する第２方向に延伸し、第１パワー回路部３０のコレクタ導体６０および第２パワー回路部４０のエミッタ導体６１を電気的に接続する交流出力導体パターン６８を有する。第２基板２０は、第２方向に延伸し第１パワー回路部３０のエミッタ導体６１と電気的に接続される負極電源導体パターン６７と、第２方向に延伸し第２パワー回路部４０のコレクタ導体６０と電気的に接続され、かつ負極電源導体パターン６７とは接続されない正極電源導体パターン６６を有する。電力変換装置１００は、正極電源導体パターン６６および負極電源導体パターン６７に跨るコンデンサ８０を備える。そのため、第１基板１０と第２基板２０と２つのＩＧＢＴ５０とを用いて、１相分の上アーム回路および下アーム回路を構成することができる。

【0036】

（８）コレクタ導体６０は、第１副面１０Ｑに放熱フィン７５が接続される。エミッタ導体６１は、第２副面２０Ｑに放熱フィン７５が接続される。そのため、電力変換装置１００は効率よく放熱できる。

【0037】

（変形例１）
上述した第１の実施の形態では、いずれのコレクタ導体６０およびエミッタ導体６１も基板を貫通しており、主面および副面の両方に露出していた。しかしコレクタ導体６０およびエミッタ導体６１は、少なくとも外周側、すなわち副面側に露出していればよく、主面側に露出していなくてもよい。換言するとコレクタ導体６０およびエミッタ導体６１は、基板を貫通しなくてもよい。

【0038】

図５は、変形例１における第１パワー回路部３０の一部を示す図であり図２の中央付近に相当する。図５では、エミッタ導体６１は第１の実施の形態と同様に第２主面２０Ｐに露出しているが、コレクタ導体６０は第１主面１０Ｐに露出していない。具体的には、第１パワー回路部３０のエミッタ導体６１における第１主面１０Ｐに最も近いコレクタ導体端部６０Ｘは、第１主面１０Ｐよりも奥まった位置に存在する。本変形例の構成においても、第１の実施の形態と同様に放熱性がよく、かつ製造性がよい。

【0039】

（変形例２）
上述した第１の実施の形態では、コレクタ導体６０にはＩＧＢＴ５０を格納する凹部であるＩＧＢＴ収納用凹部７０が設けられたがエミッタ導体６１には凹部が設けられなかった。しかし、コレクタ導体６０に凹部を設ける代わりにエミッタ導体６１に凹部を設けてもよいし、コレクタ導体６０およびエミッタ導体６１の両方に凹部を設けてもよい。

【0040】

（変形例３）
上述した第１の実施の形態では、ＩＧＢＴ収納用凹部７０に樹脂部材７７が充填された。しかしＩＧＢＴ収納用凹部７０に樹脂部材７７が充填されることは必須の構成ではなく、ＩＧＢＴ収納用凹部７０に樹脂部材７７が充填されなくてもよい。

【0041】

（変形例４）
上述した第１の実施の形態では、コレクタ導体６０およびエミッタ導体６１は外周側に放熱フィン７５を有した。しかしコレクタ導体６０およびエミッタ導体６１が放熱フィン７５を備えることは必須の構成ではなく、コレクタ導体６０およびエミッタ導体６１の少なくとも一方は放熱フィン７５を備えなくてもよい。

【0042】

（変形例５）
上述した第１の実施の形態では、第１基板１０と第２基板２０との接続を強固にするためにダミー導体６５および金属接合材７３が用いられた。しかし電力変換装置１００は、ダミー導体６５および金属接合材７３を備えなくてもよい。

【0043】

―第２の実施の形態―
図６を参照して、電力変換装置の第２の実施の形態を説明する。以下の説明では、第１の実施の形態と同じ構成要素には同じ符号を付して相違点を主に説明する。特に説明しない点については、第１の実施の形態と同じである。本実施の形態では、主に、交流出力端子の配置が第１の実施の形態と異なる。

【0044】

図６は、第２の実施の形態における電力変換装置１００Ａの概略図である。交流出力端子６８１は、正極電源端子６６１および負極電源端子６７１に近接して配置される。具体的には交流出力端子６８１は、図１では図の上部に示されていたが図６では図の下部に示されている。第２の実施の形態では、電力変換装置１００に接続される主回路配線がすべて同一方向から接続できるため、バッテリおよび電動機に組付ける際に生産性が向上する。

【0045】

―第３の実施の形態―
図７を参照して、電力変換装置の第３の実施の形態を説明する。以下の説明では、第１の実施の形態と同じ構成要素には同じ符号を付して相違点を主に説明する。特に説明しない点については、第１の実施の形態と同じである。本実施の形態では、主に、コンデンサ８０が複数設けられる点で、第１の実施の形態と異なる。

【0046】

図７は、第３の実施の形態における電力変換装置１００Ｂの概略図である。電力変換装置１００Ｂは、コンデンサ８０を２以上備え、図７に示す例ではコンデンサ８０を３つ備える。正極電源導体パターン６６および負極電源導体パターン６７に搭載されるコンデンサ８０を複数設けることで、スイッチング時の過渡電流経路が複数に分かれ、インダクタンスが低減する。さらに、コンデンサ８０が、第１パワー回路部３０および第２パワー回路部４０の間に配置されることで、スイッチング時の過渡電流経路が短縮され、インダクタンスが低減する。

【0047】

―第４の実施の形態―
図８～図９を参照して、電力変換装置の第４の実施の形態を説明する。以下の説明では、第１の実施の形態と同じ構成要素には同じ符号を付して相違点を主に説明する。特に説明しない点については、第１の実施の形態と同じである。本実施の形態では、主に、逆導通ＩＧＢＴを備える点で、第１の実施の形態と異なる。

【0048】

図８は、第４の実施の形態における電力変換装置１００Ｃの概略図である。図９は、図８のＩＸ－ＩＸ断面図である。第１パワー回路部３０および第２パワー回路部４０には、ＩＧＢＴおよびダイオードが一体化された逆導通ＩＧＢＴ（Reverse Conducting IGBT）５７が搭載される。これにより、半導体素子の実装面積が縮小し、電力変換装置１００の小型化が可能となる。さらに、スイッチング時の過渡電流経路が短縮され、インダクタンスが低減する。

【0049】

上述した各実施の形態および変形例において、機能ブロックの構成は一例に過ぎない。別々の機能ブロックとして示したいくつかの機能構成を一体に構成してもよいし、１つの機能ブロック図で表した構成を２以上の機能に分割してもよい。また各機能ブロックが有する機能の一部を他の機能ブロックが備える構成としてもよい。

【0050】

上述した各実施の形態および変形例は、それぞれ組み合わせてもよい。上記では、種々の実施の形態および変形例を説明したが、本発明はこれらの内容に限定されるものではない。本発明の技術的思想の範囲内で考えられるその他の態様も本発明の範囲内に含まれる。

【符号の説明】

【0051】

１０…第１基板
１０Ｐ…第１主面
１０Ｑ…第１副面
２０…第２基板
２０Ｐ…第２主面
２０Ｑ…第２副面
３０…第１パワー回路部
４０…第２パワー回路部
６０…コレクタ導体
６１…エミッタ導体
６３…カソード導体
６４…アノード導体
６５…ダミー導体
７０…ＩＧＢＴ収納用凹部
７２…基板接合用凹部
７３…金属接合材
７４…ビア
７５…放熱フィン
７７…樹脂部材
８０…コンデンサ
１００、１００Ａ、１００Ｂ、１００Ｃ…電力変換装置

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】