电力转换装置制造方法
电力转换装置制造方法
【专利摘要】本发明提供能减小包含缓冲电容器的缓冲电路的配线电感的电力转换装置。该逆变器装置(100)(电力转换装置)具有：卧式开关元件(11)，其在源极(S1)和漏极(D1)之间具有第一电流路径(C1)；缓冲电容器(15及16)，其被电连接在卧式开关元件(11)；以及第一基板(20)，其搭载有缓冲电容器(15及16)，并连接有卧式开关元件(11)的正面(11a)这一侧的源极(S1)及漏极(D1)。而且，第一基板(20)包括第二电流路径(C3)，其相对于电流在卧式开关元件(11)的源极(S1)和漏极(D1)之间流动的第一电流路径(C1)，电流向大致相反方向流动，并被配置在与第一电流路径(C1)相对的位置。
【专利说明】电力转换装置
【技术领域】
[0001]本发明涉及电力转换装置。
【背景技术】
[0002]以往，公知一种电力转换装置(例如，参照专利文献I)。
[0003]在上述专利文献I中公开了一种逆变器装置(电力转换装置)，其具有相互相对配置的下侧的金属基板和上侧的电介质基板，以及以夹在下侧的金属基板和上侧的电介质基板之间的方式配置的MOSFET(卧式开关元件)及缓冲电容器。在该逆变器装置中，电流通过下侧的金属基板和上侧的电介质基板在包含缓冲电容器在内的缓冲电路中流动。
[0004]【现有技术文献】
[0005]【专利文献】
[0006]【专利文献I】日本特开2011-67045号公报
[0007]但是，在上述专利文献I公开的逆变器装置中，电流通过下侧的金属基板和上侧的电介质基板在包含缓冲电容器在内的缓冲电路中流动，从而电路的电流路径变长。其结果，存在包含缓冲电容器在内的缓冲电路的配线电感变大这样的问题。
【发明内容】
[0008]本发明是为解决上述问题而做出的，本发明的一个目的是提供能够减小包含缓冲电容器在内的缓冲电路的配线电感的电力转换装置。
[0009]一方面的电力转换装置具有:卧式开关元件，其包括正面及背面，在正面侧具有第一电极及第二电极，并且在第一电极和第二电极之间具有第一电流路径；缓冲电容器，其被电连接在卧式开关元件；第一基板，其搭载有缓冲电容器，并且连接有卧式开关元件的正面侧的第一电极及第二电极，第一基板包括第二电流路径，该第二电流路径相对于电流在卧式开关元件的第一电极和第二电极之间流动的第一电流路径，使电流向大致相反方向流动，并且被配置在与第一电流路径相对的位置。
[0010]在一方面的电力转换装置中，在第一基板上搭载缓冲电容器，并且将卧式开关元件的正面侧的第一电极及第二电极连接在第一基板上，由此，电流仅通过第一基板在包含缓冲电容器在内的缓冲电路中流动，从而与例如电流通过卧式开关元件的背面侧的与第一基板不同的基板和第一基板流动的情况相比，能够缩短包含缓冲电容器在内的缓冲电路的电流路径。由此，能够减小包含缓冲电容器在内的缓冲电路的配线电感。另外，第一基板包含第二电流路径，该第二电流路径相对于电流在卧式开关元件的第一电极和第二电极之间流动的第一电流路径来说，使电流向大致相反方向流动，并且被配置在与第一电流路径相对的位置，由此，能够通过在第二电流路径中产生的磁通变化来抵消在第一电流路径中产生的磁通变化。由此，也能够减小包含缓冲电容器在内的缓冲电路的配线电感。
[0011]发明效果
[0012]根据上述电力转换装置，能够减小包含缓冲电容器在内的缓冲电路的配线电感。
【专利附图】
【附图说明】
[0013]图1是一实施方式的逆变器装置的电路图。
[0014]图2是一实施方式的逆变器装置的剖视图(沿图3的150-150线的剖视图)。
[0015]图3是表示一实施方式的逆变器装置的第一基板的上表面的图。
[0016]图4是表示一实施方式的逆变器装置的第一基板的中层的图。
[0017]图5是表不一实施方式的逆变器装置的第一基板的下表面的图。
[0018]图6是表示一实施方式的逆变器装置的第二基板的上表面的图。
[0019]图7是表示一实施方式的逆变器装置的第二基板的下表面的图。
[0020]图8是从正面侧观察一实施方式的卧式开关元件的俯视图。
[0021]图9是从背面侧观察一实施方式的卧式开关元件的俯视图。
[0022]图10是从正面侧观察一实施方式的控制用开关元件的俯视图。
[0023]图11是从背面侧观察一实施方式的控制用开关元件的俯视图。
[0024]图12是用于说明一实施方式的逆变器装置的电流路径的剖视图(沿图3的150-150线的剖视图)。
[0025]附图标记说明
[0026]11 卧式开关元件(第一卧式开关元件)
[0027]Ila 正面
[0028]Ilb 背面
[0029]12 卧式开关元件(第二卧式开关元件)
[0030]12a 正面
[0031]12b 背面
[0032]13、14控制用开关元件
[0033]15、16缓冲电容器
[0034]20第一基板
[0035]30第二基板
[0036]40散热器
[0037]50导热材料
[0038]100 逆变器装置(电力转换装置)
[0039]301 导电图案(电位调整图案)
[0040]301a 元件接合图案部
[0041]301b 连接图案部
[0042]304 接地图案
[0043]C1、C4第一电流路径
[0044]C3、C6第二电流路径
[0045]D1、D3漏极(第一电极、第二电极)
[0046]S1、S3源极(第一电极、第二电极)
【具体实施方式】
[0047]以下，基于【专利附图】
【附图说明】实施方式。
[0048]首先，参照图1说明本实施方式的逆变器装置100的结构。此外，逆变器装置100是“电力转换装置”的一例。
[0049]逆变器装置100将从直流电源(未图示)通过输入端子P (V+)及N(V-)输入的直流电转换成交流电并从输出端子输出。
[0050]逆变器装置100包括两个卧式开关元件11及12、与两个卧式开关元件分别连接的两个控制用开关元件13及14、缓冲电容器15及16。此外，卧式开关元件11及12都是常导通型的开关元件(其结构为施加在栅极Gl (G2)的电压为OV时，电流在漏极Dl (D2)和源极S1(S2)之间流动)。此外，卧式开关元件11及12分别是“第一卧式开关元件”及“第二卧式开关元件”的一例。
[0051]另外，控制用开关元件13及14都是常断开型的开关元件(其结构为施加在栅极G3 (G4)的电压为OV时，电流不在漏极D3(D4)和源极S3(S4)之间流动)。另外，控制用开关元件13及14被共源共栅地连接在卧式开关元件11及12。由此，控制用开关元件13(14)是在接通状态时，电流在卧式开关元件11 (12)的漏极Dl (D2)和源极SI (S2)之间流动。
[0052]具体而言，卧式开关元件11(12)的栅极G1(G2)被连接在控制用开关元件13(14)的源极S3(S4)。由此，控制用开关元件13(14)基于被输入栅极G3(G4)的控制信号进行开关，由此进行卧式开关元件11 (12)的驱动(开关)控制。其结果，由常导通型的卧式开关元件11 (12)和常断开型的控制用开关元件13 (14)构成的开关电路作为整体作为常断开型被控制。
[0053]以下，参照图2?图12说明本实施方式的逆变器装置100的具体结构(构造)。
[0054]如图2?图7所示，逆变器装置100具有第一基板20、第二基板30、两个卧式开关元件11及12、两个控制用开关元件13及14、两个缓冲电容器15及16、散热器40。
[0055]如图2所示，第一基板20和第二基板30沿上下方向(Z方向)隔开规定间隔相互相对配置。具体而言，第一基板20被配置在上方(Zl方向侧)，并且第二基板30被配置在下方(Z2方向侧)。另外，卧式开关元件11及12被配置在第一基板20的下表面20c (Z2方向侧的面)和第二基板30的上表面30a(Zl方向侧的面)之间。另外，如图3所示，控制用开关兀件13、14和缓冲电容器15、16被配置在第一基板20的上表面20a。另外,在第一基板20的下表面20c和第二基板30的上表面30a之间的卧式开关元件11及12的周边填充有导热材料50。另外,在第一基板20的下表面20c和第二基板30的上表面30a之间的导热材料50以外的空间填充有密封树脂(未图示)。
[0056]如图3所示，在第一基板20的上表面20a设置有导电图案201、202、203、204、205、206、207、208、209、210、211及212。另外，如图4所示，在第一基板20的中层20b设置有导电图案 221、222、223、224、225、226、227、228、229、230、231 及 232。另外，如图 5 所示，在第一基板 20 的下表面 20c 设置有导电图案 241、242、243、244、245、246、247、248、249 及 250。
[0057]如图3?图5所示，上表面20a的导电图案201、中层20b的导电图案221及下表面20c的导电图案242通过贯穿电极201a被连接。另外，上表面20a的导电图案202、中层20b的导电图案230及下表面20c的导电图案241通过贯穿电极202a被连接。另外，上表面20a的导电图案202、中层20b的导电图案232及下表面20c的导电图案247通过贯穿电极202b被连接。另外，上表面20a的导电图案202、中层20b的导电图案226及下表面20c的导电图案250通过贯穿电极202c被连接。
[0058]如图3及图4所示，上表面20a的导电图案203及中层20b的导电图案225通过贯穿电极203a被连接。如图3?图5所示，上表面20a的导电图案204、中层20b的导电图案222及下表面20c的导电图案246通过贯穿电极204a被连接。另外，上表面20a的导电图案205、中层20b的导电图案223及下表面20c的导电图案244通过贯穿电极205a被连接。另外，上表面20a的导电图案205、中层20b的导电图案224及下表面20c的导电图案245通过贯穿电极205b被连接。
[0059]如图3及图4所示，上表面20a的导电图案205及中层20b的导电图案228通过两个贯穿电极205c被连接。另外，上表面20a的导电图案206及中层20b的导电图案227通过两个贯穿电极206a被连接。另外，上表面20a的导电图案209及中层20b的导电图案231通过贯穿电极209a被连接。另外，上表面20a的导电图案212及中层20b的导电图案229通过两个贯穿电极212a被连接。
[0060]如图4及图5所示，中层20b的导电图案225及下表面20c的导电图案242通过贯穿电极225a被连接。另外，中层20b的导电图案227及下表面20c的导电图案243通过两个贯穿电极227a被连接。另外，中层20b的导电图案228及下表面20c的导电图案246通过两个贯穿电极228a被连接。另外，中层20b的导电图案229及下表面20c的导电图案249通过两个贯穿电极229a被连接。另外，中层20b的导电图案231及下表面20c的导电图案242通过贯穿电极231a被连接。
[0061]如图6所示，在第二基板30的上表面30a设置有导电图案301、302及303。导电图案301包括供卧式开关元件11的背面Ilb接合的元件接合图案部301a和用于使元件接合图案部301a连接到第一基板20的连接图案部301b。另外，如图7所示，在第二基板30的下表面30b设置有接地图案304。此外，导电图案301是“电位调整图案”的一例。
[0062]如图3所示，第一基板20的上表面20a的导电图案201被连接在输入端子P (V+)。另外，导电图案202被连接在输入端子N(V-)。另外，导电图案204被连接在输出端子。另外，导电图案208被连接在向控制用开关元件13的栅极G3输入控制信号的输入端子17a。另夕卜，导电图案211被连接在向控制用开关元件14的栅极G4输入控制信号的输入端子17b。
[0063]如图5及图6所不,第一基板20的下表面20c的导电图案244和第二基板30的上表面30a的导电图案301 (连接图案部301b)通过柱状电极18a被连接。另外，第一基板20的下表面20c的导电图案250和第二基板30的上表面30a的导电图案303通过柱状电极18b被连接。另外，第一基板20的下表面20c的导电图案241和第二基板30的上表面30a的导电图案302通过柱状电极18c被连接。另外，第一基板20的下表面20c的导电图案248和第二基板30的上表面30a的导电图案302通过柱状电极18d被连接。
[0064]如图8及图9所示，卧式开关元件11(12)包括正面I la (12a)和背面I Ib (12b)。另外，在卧式开关元件11(12)的正面lla(12a)侧设置有栅极Gl (G2)、源极SI (S2)和漏极Dl (D2)。也就是说，卧式开关元件11(12)在驱动时，电流主要在设置有各电极的一侧的面内流动，从而主要从设置有各电极的这一侧的面发热。另外，在卧式开关元件11(12)的背面Ilb侧设置有电极体BI (B2)。另外，如图12所示，卧式开关元件11(12)在源极SI (S2)和漏极D1(D2)之间具有与正面lla(12a)及背面lib (12b)平行的方向的第一电流路径Cl (C4)。另外，第一电流路径Cl (C4)被配置在卧式开关元件11 (12)的正面lla(12a)附近。此外，源极SI (S2)及漏极D1(D2)是“第一电极”及“第二电极”的一例。
[0065]另外，卧式开关元件11 (12)由包含GaN(氮化镓)的半导体材料构成。另外，卧式开关元件11及12构成逆变电路。另外，卧式开关元件11及12分别配置成正面Ila及12a侧与第一基板20相对。
[0066]具体而言，如图5所示，卧式开关元件11 (12)的漏极D1(D2)被连接在第一基板20的下表面20c的导电图案242 (246)。另外，卧式开关元件11 (12)的源极SI (S2)被连接在第一基板20的下表面20c的导电图案243(249)。另外，卧式开关元件11 (12)的栅极G1(G2)被连接在第一基板20的下表面20c的导电图案245 (247)。另外,如图6所不，卧式开关兀件11(12)的电极体BI (B2)被连接在第二基板30的上表面30a的导电图案301 (303)。
[0067]具体而言，卧式开关元件11(12)的设置在上方(Zl方向)的栅极Gl (G2)、源极S1(S2)及漏极D1(D2)通过由焊锡等形成的接合层被接合在上方的第一基板20的下表面20c的各导电图案。
[0068]另外，卧式开关元件11的设置在下方(Z2方向)的电极体BI通过由焊锡等形成的接合层被接合在下方的第二基板30的导电图案301的元件接合图案部301a。也就是说，卧式开关元件11被连接成背面Ilb的电极体BI与输出端子同电位。另外，卧式开关元件12的设置在下方(Z2方向)的电极体B2通过由焊锡等形成的接合层被接合在下方的第二基板30的导电图案303。也就是说，卧式开关元件12被连接成背面12b的电极体B2与输入端子N (V-)同电位。
[0069]如图10及图11所示，控制用开关元件13(14)由具有栅极G3 (G4)、源极S3 (S4)和漏极D3(D4)的立式器件构成。具体而言，控制用开关元件13(14)的栅极G3 (G4)及源极S3 (S4)被配置在上方(Zl方向)侧，漏极D3(D4)被配置在下方(Z2方向)侧。另外，控制用开关元件13(14)由包含硅(Si)的半导体材料构成。
[0070]这里，在本实施方式中，控制用开关元件13(14)用于控制卧式开关元件11 (12)的驱动。另外，控制用开关元件13(14)被搭载在第一基板20的与连接有卧式开关元件11 (12)的这一侧(下表面20c)相反的一侧的面(上表面20a)上。
[0071 ] 另外，如图3所示，控制用开关元件13(14)被配置在第一基板20的上表面20a (Zl方向侧的面)。具体而言，控制用开关元件13(14)的漏极D3(D4)通过由焊锡等形成的接合层被连接在第一基板20的上表面20a的导电图案206 (212)。另外，控制用开关元件13 (14)的源极S3 (S4)分别通过由铝或铜等的金属形成的线被连接在第一基板20的上表面20a的导电图案205及207(202及210)。另外，控制用开关元件13 (14)的栅极G3 (G4)通过由铝或铜等的金属形成的线被连接在第一基板20的上表面20a的导电图案208(211)。
[0072]另外，如图3所示，俯视观察时(从与第一基板20的平面正交的方向观察(从Z方向观察))，控制用开关元件13(14)被配置在不与卧式开关元件11(12)重合的位置。另夕卜，俯视观察时(从Z方向观察)，控制用开关元件13(14)被配置在相对于卧式开关元件11(12)来说与缓冲电容器15及16相反的一侧。也就是说，俯视观察时，控制用开关元件13(14)被配置成比卧式开关元件11(12)更靠第一基板20的外侧。
[0073]如图1所示，缓冲电容器15及16以分别连接输入端子P(V+)及N(V-)的方式并联配置。另外，缓冲电容器15(16)被电连接在卧式开关元件11、12、控制用开关元件13及
14。具体而言，如图3所示，缓冲电容器15被配置成用于连接第一基板20的上表面20a的导电图案202和导电图案209。另外，缓冲电容器16被配置成用于连接第一基板20的上表面20a的导电图案202和导电图案203。
[0074]另外，在本实施方式中，缓冲电容器15及16被搭载在第一基板20的与连接有卧式开关元件11及12的这一侧(下表面20c)相反的一侧的面(上表面20a)上。另外，俯视观察时(从Z方向观察)，缓冲电容器15及16被配置在不与卧式开关元件11及12重合的位置。
[0075]如图2所示，散热器40被设置成用于对卧式开关元件11及12在工作时产生的热量进行散热。另外，散热器40被配置在第二基板30的接地图案304这一侧(下侧(Z2方向侧))。
[0076]导热材料50 (参照图2)例如由导热性能优良的环氧树脂形成。
[0077]这里，在本实施方式中，如图3所示，在第一基板20的上表面20a搭载有缓冲电容器15及16。另外，如图5所示，在第一基板20的下表面20c连接有卧式开关元件11(12)的正面I la (12a)侧的漏极Dl (D2)、源极SI (S2)及栅极Gl (G2)。
[0078]另外，在本实施方式中，如图12所示，第一基板20包括第二电流路径C3(C6)，其相对于电流在卧式开关元件11(12)的漏极D1(D2)和源极S1(S2)之间流动的第一电流路径C1(C4)使电流向大致相反方向流动，并且被配置在与第一电流路径Cl (C4)相对的位置。具体而言，第一基板20包括:电流在卧式开关元件11(12)的源极S1(S2)和控制用开关元件13(14)的漏极D3(D4)之间流动的电流路径C2 (C5);电流在控制用开关元件13的源极S3和卧式开关元件12的漏极D2之间流动的第二电流路径C3 ;以及电流在控制用开关元件14的源极S4和输入端子N(V-)之间流动的第二电流路径C6。
[0079]电流路径C2包括:第一基板20的下表面20c的导电图案243 ;贯穿电极227a冲层20b的导电图案227 ;贯穿电极206a ;以及上表面20a的导电图案206。另外，第二电流路径C3包括:第一基板20的上表面20a的导电图案205 ;贯穿电极205c ;中层20b的导电图案228 ;贯穿电极228a ;以及下表面20c的导电图案246。
[0080]电流路径C5包括:第一基板20的下表面20c的导电图案249 ;贯穿电极229a冲层20b的导电图案229 ;贯穿电极212a ;以及上表面20a的导电图案212。另外，第二电流路径C6包括第一基板20的上表面20a的导电图案202。
[0081]另外，卧式开关元件11 (12)的第一电流路径Cl (C4)和第一基板20的第二电流路径C3(C6)被配置在接近位置，这样能够抵消由电流在这些电流路径Cl及C3(C4及C6)流动而引发的磁通变化。具体而言，第一电流路径Cl (C4)和第二电流路径C3(C6)沿上下方向(Z方向)相互相对配置。
[0082]另外，第一基板20的第二电流路径C3(C6)(包括作为第四电流路径的线W1(W2))及第三电流路径C2 (C5)被配置在接近位置，这样能够抵消由电流在这些电流路径C3及C2(C6及C5)流动而引发的磁通变化。具体而言，第二电流路径C3(C6)和第三电流路径C2 (C5)沿上下方向(Z方向)相互相对配置。
[0083]另外，在本实施方式中，如图2所示，第二基板30被配置在相对于卧式开关元件11及12来说与第一基板20相反的一侧(Z2方向侧)。也就是说，卧式开关元件11及12被夹在第一基板20及第二基板30之间进行配置。另外，如图6所示，第二基板30的上表面30a的导电图案301形成为面积比下表面30b的接地图案304的1/2还小。
[0084]另外，导电图案301的连接图案部301b形成为面积比供卧式开关元件11的背面Ilb接合的元件接合图案部301a还小。也就是说，导电图案301的面积为供卧式开关元件11接合的元件接合图案部301a的面积和用于将元件接合图案部301a连接在第一基板20的所需最小限度的连接图案部301b的面积之和。另外，俯视观察时(从Z方向观察)，导电图案301形成为面积是卧式开关元件11的面积的2倍以下。
[0085]在本实施方式中，能够获得以下效果。
[0086]在本实施方式中，如上所述，在第一基板20上搭载缓冲电容器15及16，并且将卧式开关元件11(12)的正面lla(12a)侧的漏极Dl (D2)及源极S1(S2)连接在第一基板20上，由此，电流仅通过第一基板20在包含缓冲电容器15及16在内的缓冲电路中流动，从而与电流通过卧式开关元件11 (12)的背面llb(12b)侧的第二基板30和第一基板20流动的情况相比，能够缩短包含缓冲电容器15及16在内的缓冲电路的电流路径。由此，能够减小包含缓冲电容器15及16在内的缓冲电路的配线电感。另外，第一基板20包含第二电流路径C3(C6)，其相对于电流在卧式开关元件11(12)的漏极D1(D2)和源极SI (S2)之间流动的第一电流路径Cl (C4)来说，电流向大致相反方向流动，并且被配置在与第一电流路径Cl (C4)相对的位置，由此，能够通过在第二电流路径C3(C6)中产生的磁通变化来抵消在第一电流路径Cl (C4)中产生的磁通变化。由此，也能够减小包含缓冲电容器15及16在内的缓冲电路的配线电感。
[0087]另外，在本实施方式中，如上所述，将控制用开关元件13(14)搭载在第一基板20的与连接有卧式开关元件11(12)的这一侧相反的一侧的面(上表面20a)上。由此，能够抑制从卧式开关元件11(12)产生的热量传递到控制用开关元件13(14)，从而能够抑制由热引起的控制用开关元件13(14)的电特性降低。
[0088]另外，在本实施方式中，如上所述，将控制用开关元件13(14)配置在俯视时(从Z方向观察)不与卧式开关元件11(12)重合的位置。由此，能够有效地抑制从配置在第一基板20的下表面20c上的卧式开关元件11 (12)产生的热量传递到配置在第一基板20的上表面20a上的控制用开关元件13 (14)。
[0089]另外，在本实施方式中，如上所述，俯视时(从Z方向观察)，将控制用开关元件13(14)配置在相对于卧式开关元件11 (12)来说与缓冲电容器15(16)相反的一侧。由此，俯视时，能够将控制用开关元件13(14)配置在两个卧式开关元件11及12的外侧，从而与俯视时由两个卧式开关元件11及12夹着控制用开关元件13(14)的情况相比，从卧式开关元件11(12)产生的热量难以传递到控制用开关元件13 (14)。
[0090]另外，在本实施方式中，如上所述，将缓冲电容器15及16搭载在第一基板20的与连接有卧式开关元件11 (12)的这一侧相反的一侧的面(上表面20a)上。由此，能够抑制从卧式开关元件11(12)产生的热量传递到缓冲电容器15及16。
[0091]另外，在本实施方式中，如上所述，将缓冲电容器15及16配置在俯视时(从Z方向观察)不与卧式开关元件11(12)重合的位置。由此，能够有效地抑制从配置在第一基板20的下表面20c的卧式开关元件11 (12)产生的热量传递到配置在第一基板20的上表面20a上的缓冲电容器15及16。
[0092]另外，在本实施方式中，如上所述，在第二基板30上形成有供卧式开关元件11的背面Ilb连接的电位调整图案301、和被设置在与接合有卧式开关元件11这一侧相反的一侧的面(下表面30b)上的接地图案304，并且电位调整图案301形成为面积比接地图案304的1/2还小。由此，能够减小接地图案304和电位调整图案301之间的杂散电容(寄生电容)，从而能够抑制卧式开关元件11高频工作时的漏电流。
[0093]另外，在本实施方式中，如上所述，电位调整图案301包括供卧式开关元件11的背面Ilb接合的元件接合图案部301a、和用于将元件接合图案部301a连接在第一基板20上的连接图案部301b，连接图案部301b形成为面积比元件接合图案部301a还小。由此，能够使电位调整图案301的面积为所需最小限度，从而能够容易地减小接地图案304和电位调整图案301之间的杂散电容(寄生电容)。
[0094]另外，在本实施方式中，如上所述，俯视时(从Z方向观察)，电位调整图案301形成为面积是卧式开关元件11的面积的2倍以下。由此，能够抑制电位调整图案301的面积过大，从而能够容易地减小接地图案304和电位调整图案301之间的杂散电容(寄生电容)。
[0095]另外，在本实施方式中，如上所述，设置有对卧式开关元件11(12)工作时产生的热量进行散热的散热器40，将散热器40配置在第二基板30的接地图案304这一侧。由此，能够使从卧式开关元件11 (12)产生的热量向与控制用开关元件13(14)相反的一侧散热，从而能够容易地抑制热量传递到控制用开关元件13(14)。
[0096]另外，在本实施方式中，如上所述，在第一基板20及第二基板30之间的卧式开关元件11(12)的周边填充有导热材料50。由此，从卧式开关元件11(12)产生的热量能够通过导热材料50传递到配置在控制用开关元件13(14)的相反侧的第二基板30侧，从而能够容易地抑制热量向控制用开关元件13(14)传递。
[0097]另外，在本实施方式中，如上所述，通过将控制用开关元件13(14)共源共栅地连接在卧式开关元件11(12)，基于被输入到控制用开关元件13(14)的栅极G3(G4)的控制信号进行开关，由此能够容易地进行卧式开关元件11(12)的开关控制。
[0098]另外，在本实施方式中，如上所述，控制用开关元件13(14)包括立式器件。由此，能够减小使用了立式器件的控制用开关元件13 (14)的逆变器装置100的缓冲电容器15、16和卧式开关元件11(12)之间的配线电感。
[0099]另外，在本实施方式中，如上所述，构成逆变电路的卧式开关元件11及卧式开关元件12分别配置成正面Ila及12a侧与第一基板20相对。由此，电流通过第一基板20从缓冲电容器15及16向卧式开关元件的正面Ila及12a流动，从而能够缩短缓冲电容器15及16和卧式开关元件11及12之间的电流路径。其结果，能够减小缓冲电容器15及16和卧式开关元件11及12之间的配线电感。
[0100]此外，应认为，这里记载的实施方式都是例示性的，并不是用于限制的。本发明的保护范围不是由上述实施方式的说明来确定，而是由权利要求书确定，还包括与权利要求书等同的意思及范围内的全部变更。
[0101]例如，在上述实施方式中，作为电力转换装置的一例示出了单相的逆变器装置，但也可以采用单相以外的逆变器装置(电力转换装置)。例如，电力转换装置也可以是三相逆变器装置。
[0102]另外，在上述实施方式中，示出了使用常导通型的卧式开关元件的例子，但也可以使用常断开型的卧式开关元件。
[0103]另外，在上述实施方式中，示出了卧式开关元件由包含GaN(氮化镓)的半导体材料构成的例子，但卧式开关元件也可以由GaN以外的II1-V族的材料或C(钻石)等的IV族的材料构成。另外，卧式开关元件也可以由其他的半导体材料构成。
[0104]另外，在上述实施方式中，示出了缓冲电容器及卧式开关元件配置在第一基板的相互相反侧的例子，但缓冲电容器及卧式开关元件也可以配置在第一基板的同一侧。
[0105]另外，在上述实施方式中，示出了控制用开关元件及卧式开关元件配置在第一基板的相互相反侧的例子，但控制用开关元件及卧式开关元件也可以配置在第一基板的同一侧。
[0106]另外，在上述实施方式中，示出了使用控制用开关元件控制卧式开关元件的驱动的结构例，但也可以不使用控制用开关元件而控制卧式开关元件的驱动。
[0107]另外，在上述实施方式中，示出了控制用开关元件由立式器件构成的例子，但控制用开关元件也可以不是立式器件。
[0108]另外，在上述实施方式中，示出了具有两个缓冲电容器的例子，但缓冲电容器也可以是一个或三个以上。
[0109]另外，在上述实施方式中，示出了具有两个卧式开关元件及两个控制用开关元件的例子，但是卧式开关元件及控制用开关元件也可以分别是一个或三个以上。
【权利要求】
1.一种电力转换装置，其特征在于，具有: 卧式开关元件，其包括正面及背面，在所述正面侧具有第一电极及第二电极，并且在所述第一电极和所述第二电极之间具有第一电流路径； 缓冲电容器，其被电连接在所述卧式开关元件；以及 第一基板，其搭载有所述缓冲电容器，并且连接有所述卧式开关元件的所述正面侧的所述第一电极及所述第二电极， 所述第一基板包括第二电流路径，该第二电流路径相对于电流在所述卧式开关元件的所述第一电极和所述第二电极之间流动的所述第一电流路径，使电流向大致相反方向流动，并且被配置在与所述第一电流路径相对的位置。
2.如权利要求1所述的电力转换装置，其特征在于， 所述电力转换装置还具有用于控制所述卧式开关元件的驱动的控制用开关元件，所述控制用开关元件被搭载在所述第一基板的与连接有所述卧式开关元件的这一侧相反的一侧的面上。
3.如权利要求2所述的电力转换装置，其特征在于， 所述控制用开关元件被配置在俯视时不与所述卧式开关元件重合的位置。
4.如权利要求2或3所述的电力转换装置，其特征在于， 在俯视时，所述控制用开关元件被配置在相对于所述卧式开关元件来说与所述缓冲电容器相反的一侧。
5.如权利要求1?4中任一项所述的电力转换装置，其特征在于， 所述缓冲电容器被搭载在所述第一基板的与连接有所述卧式开关元件的这一侧相反的一侧的面上。
6.如权利要求1?5中任一项所述的电力转换装置，其特征在于， 所述缓冲电容器被配置在俯视时不与所述卧式开关元件重合的位置。
7.如权利要求1?6中任一项所述的电力转换装置，其特征在于， 所述电力转换装置还具有第二基板，该第二基板被配置在相对于所述卧式开关元件来说与所述第一基板相反的一侧， 所述第二基板包括供所述卧式开关元件的所述背面连接的电位调整图案、和被设置在与接合有所述卧式开关元件的这一侧相反的一侧的面上的接地图案， 所述电位调整图案形成为面积比所述接地图案的1/2还小。
8.如权利要求7所述的电力转换装置，其特征在于， 所述电位调整图案包括供所述卧式开关元件的所述背面接合的元件接合图案部、和用于将所述元件接合图案部连接在所述第一基板的连接图案部， 所述连接图案部形成为面积比所述元件接合图案部还小。
9.如权利要求7或8所述的电力转换装置，其特征在于， 所述电位调整图案形成为俯视时的面积为所述卧式开关元件的面积的2倍以下。
10.如权利要求7?9中任一项所述的电力转换装置，其特征在于， 所述电力转换装置还具有对从所述卧式开关元件产生的热量进行散热的散热器， 所述散热器被配置在所述第二基板的所述接地图案这一侧。
11.如权利要求7?10中任一项所述的电力转换装置，其特征在于， 在所述第一基板及所述第二基板之间的所述卧式开关元件周边填充有导热材料。
12.如权利要求1?11中任一项所述的电力转换装置，其特征在于， 所述控制用开关元件被共源共栅地连接在所述卧式开关元件。
13.如权利要求1?12中任一项所述的电力转换装置，其特征在于， 所述控制用开关元件包括立式器件。
14.如权利要求1?13中任一项所述的电力转换装置，其特征在于， 所述卧式开关元件包括构成逆变电路的第一卧式开关元件及第二卧式开关元件， 所述第一卧式开关元件及所述第二卧式开关元件分别配置成所述正面侧与所述第一基板相对。
【文档编号】H02M7/00GK104467456SQ201410377316
【公开日】2015年3月25日 申请日期:2014年8月1日 优先权日:2013年9月17日
【发明者】氏田祐, 小熊清典, 山口芳文, 本田友和 申请人:株式会社安川电机
【专利摘要】本发明提供能减小包含缓冲电容器的缓冲电路的配线电感的电力转换装置。该逆变器装置(100)(电力转换装置)具有：卧式开关元件(11)，其在源极(S1)和漏极(D1)之间具有第一电流路径(C1)；缓冲电容器(15及16)，其被电连接在卧式开关元件(11)；以及第一基板(20)，其搭载有缓冲电容器(15及16)，并连接有卧式开关元件(11)的正面(11a)这一侧的源极(S1)及漏极(D1)。而且，第一基板(20)包括第二电流路径(C3)，其相对于电流在卧式开关元件(11)的源极(S1)和漏极(D1)之间流动的第一电流路径(C1)，电流向大致相反方向流动，并被配置在与第一电流路径(C1)相对的位置。
【专利说明】电力转换装置
【技术领域】
[0001]本发明涉及电力转换装置。
【背景技术】
[0002]以往，公知一种电力转换装置(例如，参照专利文献I)。
[0003]在上述专利文献I中公开了一种逆变器装置(电力转换装置)，其具有相互相对配置的下侧的金属基板和上侧的电介质基板，以及以夹在下侧的金属基板和上侧的电介质基板之间的方式配置的MOSFET(卧式开关元件)及缓冲电容器。在该逆变器装置中，电流通过下侧的金属基板和上侧的电介质基板在包含缓冲电容器在内的缓冲电路中流动。
[0004]【现有技术文献】
[0005]【专利文献】
[0006]【专利文献I】日本特开2011-67045号公报
[0007]但是，在上述专利文献I公开的逆变器装置中，电流通过下侧的金属基板和上侧的电介质基板在包含缓冲电容器在内的缓冲电路中流动，从而电路的电流路径变长。其结果，存在包含缓冲电容器在内的缓冲电路的配线电感变大这样的问题。
【发明内容】
[0008]本发明是为解决上述问题而做出的，本发明的一个目的是提供能够减小包含缓冲电容器在内的缓冲电路的配线电感的电力转换装置。
[0009]一方面的电力转换装置具有:卧式开关元件，其包括正面及背面，在正面侧具有第一电极及第二电极，并且在第一电极和第二电极之间具有第一电流路径；缓冲电容器，其被电连接在卧式开关元件；第一基板，其搭载有缓冲电容器，并且连接有卧式开关元件的正面侧的第一电极及第二电极，第一基板包括第二电流路径，该第二电流路径相对于电流在卧式开关元件的第一电极和第二电极之间流动的第一电流路径，使电流向大致相反方向流动，并且被配置在与第一电流路径相对的位置。
[0010]在一方面的电力转换装置中，在第一基板上搭载缓冲电容器，并且将卧式开关元件的正面侧的第一电极及第二电极连接在第一基板上，由此，电流仅通过第一基板在包含缓冲电容器在内的缓冲电路中流动，从而与例如电流通过卧式开关元件的背面侧的与第一基板不同的基板和第一基板流动的情况相比，能够缩短包含缓冲电容器在内的缓冲电路的电流路径。由此，能够减小包含缓冲电容器在内的缓冲电路的配线电感。另外，第一基板包含第二电流路径，该第二电流路径相对于电流在卧式开关元件的第一电极和第二电极之间流动的第一电流路径来说，使电流向大致相反方向流动，并且被配置在与第一电流路径相对的位置，由此，能够通过在第二电流路径中产生的磁通变化来抵消在第一电流路径中产生的磁通变化。由此，也能够减小包含缓冲电容器在内的缓冲电路的配线电感。
[0011]发明效果
[0012]根据上述电力转换装置，能够减小包含缓冲电容器在内的缓冲电路的配线电感。
【专利附图】
【附图说明】
[0013]图1是一实施方式的逆变器装置的电路图。
[0014]图2是一实施方式的逆变器装置的剖视图(沿图3的150-150线的剖视图)。
[0015]图3是表示一实施方式的逆变器装置的第一基板的上表面的图。
[0016]图4是表示一实施方式的逆变器装置的第一基板的中层的图。
[0017]图5是表不一实施方式的逆变器装置的第一基板的下表面的图。
[0018]图6是表示一实施方式的逆变器装置的第二基板的上表面的图。
[0019]图7是表示一实施方式的逆变器装置的第二基板的下表面的图。
[0020]图8是从正面侧观察一实施方式的卧式开关元件的俯视图。
[0021]图9是从背面侧观察一实施方式的卧式开关元件的俯视图。
[0022]图10是从正面侧观察一实施方式的控制用开关元件的俯视图。
[0023]图11是从背面侧观察一实施方式的控制用开关元件的俯视图。
[0024]图12是用于说明一实施方式的逆变器装置的电流路径的剖视图(沿图3的150-150线的剖视图)。
[0025]附图标记说明
[0026]11 卧式开关元件(第一卧式开关元件)
[0027]Ila 正面
[0028]Ilb 背面
[0029]12 卧式开关元件(第二卧式开关元件)
[0030]12a 正面
[0031]12b 背面
[0032]13、14控制用开关元件
[0033]15、16缓冲电容器
[0034]20第一基板
[0035]30第二基板
[0036]40散热器
[0037]50导热材料
[0038]100 逆变器装置(电力转换装置)
[0039]301 导电图案(电位调整图案)
[0040]301a 元件接合图案部
[0041]301b 连接图案部
[0042]304 接地图案
[0043]C1、C4第一电流路径
[0044]C3、C6第二电流路径
[0045]D1、D3漏极(第一电极、第二电极)
[0046]S1、S3源极(第一电极、第二电极)
【具体实施方式】
[0047]以下，基于【专利附图】
【附图说明】实施方式。
[0048]首先，参照图1说明本实施方式的逆变器装置100的结构。此外，逆变器装置100是“电力转换装置”的一例。
[0049]逆变器装置100将从直流电源(未图示)通过输入端子P (V+)及N(V-)输入的直流电转换成交流电并从输出端子输出。
[0050]逆变器装置100包括两个卧式开关元件11及12、与两个卧式开关元件分别连接的两个控制用开关元件13及14、缓冲电容器15及16。此外，卧式开关元件11及12都是常导通型的开关元件(其结构为施加在栅极Gl (G2)的电压为OV时，电流在漏极Dl (D2)和源极S1(S2)之间流动)。此外，卧式开关元件11及12分别是“第一卧式开关元件”及“第二卧式开关元件”的一例。
[0051]另外，控制用开关元件13及14都是常断开型的开关元件(其结构为施加在栅极G3 (G4)的电压为OV时，电流不在漏极D3(D4)和源极S3(S4)之间流动)。另外，控制用开关元件13及14被共源共栅地连接在卧式开关元件11及12。由此，控制用开关元件13(14)是在接通状态时，电流在卧式开关元件11 (12)的漏极Dl (D2)和源极SI (S2)之间流动。
[0052]具体而言，卧式开关元件11(12)的栅极G1(G2)被连接在控制用开关元件13(14)的源极S3(S4)。由此，控制用开关元件13(14)基于被输入栅极G3(G4)的控制信号进行开关，由此进行卧式开关元件11 (12)的驱动(开关)控制。其结果，由常导通型的卧式开关元件11 (12)和常断开型的控制用开关元件13 (14)构成的开关电路作为整体作为常断开型被控制。
[0053]以下，参照图2?图12说明本实施方式的逆变器装置100的具体结构(构造)。
[0054]如图2?图7所示，逆变器装置100具有第一基板20、第二基板30、两个卧式开关元件11及12、两个控制用开关元件13及14、两个缓冲电容器15及16、散热器40。
[0055]如图2所示，第一基板20和第二基板30沿上下方向(Z方向)隔开规定间隔相互相对配置。具体而言，第一基板20被配置在上方(Zl方向侧)，并且第二基板30被配置在下方(Z2方向侧)。另外，卧式开关元件11及12被配置在第一基板20的下表面20c (Z2方向侧的面)和第二基板30的上表面30a(Zl方向侧的面)之间。另外，如图3所示，控制用开关兀件13、14和缓冲电容器15、16被配置在第一基板20的上表面20a。另外,在第一基板20的下表面20c和第二基板30的上表面30a之间的卧式开关元件11及12的周边填充有导热材料50。另外,在第一基板20的下表面20c和第二基板30的上表面30a之间的导热材料50以外的空间填充有密封树脂(未图示)。
[0056]如图3所示，在第一基板20的上表面20a设置有导电图案201、202、203、204、205、206、207、208、209、210、211及212。另外，如图4所示，在第一基板20的中层20b设置有导电图案 221、222、223、224、225、226、227、228、229、230、231 及 232。另外，如图 5 所示，在第一基板 20 的下表面 20c 设置有导电图案 241、242、243、244、245、246、247、248、249 及 250。
[0057]如图3?图5所示，上表面20a的导电图案201、中层20b的导电图案221及下表面20c的导电图案242通过贯穿电极201a被连接。另外，上表面20a的导电图案202、中层20b的导电图案230及下表面20c的导电图案241通过贯穿电极202a被连接。另外，上表面20a的导电图案202、中层20b的导电图案232及下表面20c的导电图案247通过贯穿电极202b被连接。另外，上表面20a的导电图案202、中层20b的导电图案226及下表面20c的导电图案250通过贯穿电极202c被连接。
[0058]如图3及图4所示，上表面20a的导电图案203及中层20b的导电图案225通过贯穿电极203a被连接。如图3?图5所示，上表面20a的导电图案204、中层20b的导电图案222及下表面20c的导电图案246通过贯穿电极204a被连接。另外，上表面20a的导电图案205、中层20b的导电图案223及下表面20c的导电图案244通过贯穿电极205a被连接。另外，上表面20a的导电图案205、中层20b的导电图案224及下表面20c的导电图案245通过贯穿电极205b被连接。
[0059]如图3及图4所示，上表面20a的导电图案205及中层20b的导电图案228通过两个贯穿电极205c被连接。另外，上表面20a的导电图案206及中层20b的导电图案227通过两个贯穿电极206a被连接。另外，上表面20a的导电图案209及中层20b的导电图案231通过贯穿电极209a被连接。另外，上表面20a的导电图案212及中层20b的导电图案229通过两个贯穿电极212a被连接。
[0060]如图4及图5所示，中层20b的导电图案225及下表面20c的导电图案242通过贯穿电极225a被连接。另外，中层20b的导电图案227及下表面20c的导电图案243通过两个贯穿电极227a被连接。另外，中层20b的导电图案228及下表面20c的导电图案246通过两个贯穿电极228a被连接。另外，中层20b的导电图案229及下表面20c的导电图案249通过两个贯穿电极229a被连接。另外，中层20b的导电图案231及下表面20c的导电图案242通过贯穿电极231a被连接。
[0061]如图6所示，在第二基板30的上表面30a设置有导电图案301、302及303。导电图案301包括供卧式开关元件11的背面Ilb接合的元件接合图案部301a和用于使元件接合图案部301a连接到第一基板20的连接图案部301b。另外，如图7所示，在第二基板30的下表面30b设置有接地图案304。此外，导电图案301是“电位调整图案”的一例。
[0062]如图3所示，第一基板20的上表面20a的导电图案201被连接在输入端子P (V+)。另外，导电图案202被连接在输入端子N(V-)。另外，导电图案204被连接在输出端子。另外，导电图案208被连接在向控制用开关元件13的栅极G3输入控制信号的输入端子17a。另夕卜，导电图案211被连接在向控制用开关元件14的栅极G4输入控制信号的输入端子17b。
[0063]如图5及图6所不,第一基板20的下表面20c的导电图案244和第二基板30的上表面30a的导电图案301 (连接图案部301b)通过柱状电极18a被连接。另外，第一基板20的下表面20c的导电图案250和第二基板30的上表面30a的导电图案303通过柱状电极18b被连接。另外，第一基板20的下表面20c的导电图案241和第二基板30的上表面30a的导电图案302通过柱状电极18c被连接。另外，第一基板20的下表面20c的导电图案248和第二基板30的上表面30a的导电图案302通过柱状电极18d被连接。
[0064]如图8及图9所示，卧式开关元件11(12)包括正面I la (12a)和背面I Ib (12b)。另外，在卧式开关元件11(12)的正面lla(12a)侧设置有栅极Gl (G2)、源极SI (S2)和漏极Dl (D2)。也就是说，卧式开关元件11(12)在驱动时，电流主要在设置有各电极的一侧的面内流动，从而主要从设置有各电极的这一侧的面发热。另外，在卧式开关元件11(12)的背面Ilb侧设置有电极体BI (B2)。另外，如图12所示，卧式开关元件11(12)在源极SI (S2)和漏极D1(D2)之间具有与正面lla(12a)及背面lib (12b)平行的方向的第一电流路径Cl (C4)。另外，第一电流路径Cl (C4)被配置在卧式开关元件11 (12)的正面lla(12a)附近。此外，源极SI (S2)及漏极D1(D2)是“第一电极”及“第二电极”的一例。
[0065]另外，卧式开关元件11 (12)由包含GaN(氮化镓)的半导体材料构成。另外，卧式开关元件11及12构成逆变电路。另外，卧式开关元件11及12分别配置成正面Ila及12a侧与第一基板20相对。
[0066]具体而言，如图5所示，卧式开关元件11 (12)的漏极D1(D2)被连接在第一基板20的下表面20c的导电图案242 (246)。另外，卧式开关元件11 (12)的源极SI (S2)被连接在第一基板20的下表面20c的导电图案243(249)。另外，卧式开关元件11 (12)的栅极G1(G2)被连接在第一基板20的下表面20c的导电图案245 (247)。另外,如图6所不，卧式开关兀件11(12)的电极体BI (B2)被连接在第二基板30的上表面30a的导电图案301 (303)。
[0067]具体而言，卧式开关元件11(12)的设置在上方(Zl方向)的栅极Gl (G2)、源极S1(S2)及漏极D1(D2)通过由焊锡等形成的接合层被接合在上方的第一基板20的下表面20c的各导电图案。
[0068]另外，卧式开关元件11的设置在下方(Z2方向)的电极体BI通过由焊锡等形成的接合层被接合在下方的第二基板30的导电图案301的元件接合图案部301a。也就是说，卧式开关元件11被连接成背面Ilb的电极体BI与输出端子同电位。另外，卧式开关元件12的设置在下方(Z2方向)的电极体B2通过由焊锡等形成的接合层被接合在下方的第二基板30的导电图案303。也就是说，卧式开关元件12被连接成背面12b的电极体B2与输入端子N (V-)同电位。
[0069]如图10及图11所示，控制用开关元件13(14)由具有栅极G3 (G4)、源极S3 (S4)和漏极D3(D4)的立式器件构成。具体而言，控制用开关元件13(14)的栅极G3 (G4)及源极S3 (S4)被配置在上方(Zl方向)侧，漏极D3(D4)被配置在下方(Z2方向)侧。另外，控制用开关元件13(14)由包含硅(Si)的半导体材料构成。
[0070]这里，在本实施方式中，控制用开关元件13(14)用于控制卧式开关元件11 (12)的驱动。另外，控制用开关元件13(14)被搭载在第一基板20的与连接有卧式开关元件11 (12)的这一侧(下表面20c)相反的一侧的面(上表面20a)上。
[0071 ] 另外，如图3所示，控制用开关元件13(14)被配置在第一基板20的上表面20a (Zl方向侧的面)。具体而言，控制用开关元件13(14)的漏极D3(D4)通过由焊锡等形成的接合层被连接在第一基板20的上表面20a的导电图案206 (212)。另外，控制用开关元件13 (14)的源极S3 (S4)分别通过由铝或铜等的金属形成的线被连接在第一基板20的上表面20a的导电图案205及207(202及210)。另外，控制用开关元件13 (14)的栅极G3 (G4)通过由铝或铜等的金属形成的线被连接在第一基板20的上表面20a的导电图案208(211)。
[0072]另外，如图3所示，俯视观察时(从与第一基板20的平面正交的方向观察(从Z方向观察))，控制用开关元件13(14)被配置在不与卧式开关元件11(12)重合的位置。另夕卜，俯视观察时(从Z方向观察)，控制用开关元件13(14)被配置在相对于卧式开关元件11(12)来说与缓冲电容器15及16相反的一侧。也就是说，俯视观察时，控制用开关元件13(14)被配置成比卧式开关元件11(12)更靠第一基板20的外侧。
[0073]如图1所示，缓冲电容器15及16以分别连接输入端子P(V+)及N(V-)的方式并联配置。另外，缓冲电容器15(16)被电连接在卧式开关元件11、12、控制用开关元件13及
14。具体而言，如图3所示，缓冲电容器15被配置成用于连接第一基板20的上表面20a的导电图案202和导电图案209。另外，缓冲电容器16被配置成用于连接第一基板20的上表面20a的导电图案202和导电图案203。
[0074]另外，在本实施方式中，缓冲电容器15及16被搭载在第一基板20的与连接有卧式开关元件11及12的这一侧(下表面20c)相反的一侧的面(上表面20a)上。另外，俯视观察时(从Z方向观察)，缓冲电容器15及16被配置在不与卧式开关元件11及12重合的位置。
[0075]如图2所示，散热器40被设置成用于对卧式开关元件11及12在工作时产生的热量进行散热。另外，散热器40被配置在第二基板30的接地图案304这一侧(下侧(Z2方向侧))。
[0076]导热材料50 (参照图2)例如由导热性能优良的环氧树脂形成。
[0077]这里，在本实施方式中，如图3所示，在第一基板20的上表面20a搭载有缓冲电容器15及16。另外，如图5所示，在第一基板20的下表面20c连接有卧式开关元件11(12)的正面I la (12a)侧的漏极Dl (D2)、源极SI (S2)及栅极Gl (G2)。
[0078]另外，在本实施方式中，如图12所示，第一基板20包括第二电流路径C3(C6)，其相对于电流在卧式开关元件11(12)的漏极D1(D2)和源极S1(S2)之间流动的第一电流路径C1(C4)使电流向大致相反方向流动，并且被配置在与第一电流路径Cl (C4)相对的位置。具体而言，第一基板20包括:电流在卧式开关元件11(12)的源极S1(S2)和控制用开关元件13(14)的漏极D3(D4)之间流动的电流路径C2 (C5);电流在控制用开关元件13的源极S3和卧式开关元件12的漏极D2之间流动的第二电流路径C3 ;以及电流在控制用开关元件14的源极S4和输入端子N(V-)之间流动的第二电流路径C6。
[0079]电流路径C2包括:第一基板20的下表面20c的导电图案243 ;贯穿电极227a冲层20b的导电图案227 ;贯穿电极206a ;以及上表面20a的导电图案206。另外，第二电流路径C3包括:第一基板20的上表面20a的导电图案205 ;贯穿电极205c ;中层20b的导电图案228 ;贯穿电极228a ;以及下表面20c的导电图案246。
[0080]电流路径C5包括:第一基板20的下表面20c的导电图案249 ;贯穿电极229a冲层20b的导电图案229 ;贯穿电极212a ;以及上表面20a的导电图案212。另外，第二电流路径C6包括第一基板20的上表面20a的导电图案202。
[0081]另外，卧式开关元件11 (12)的第一电流路径Cl (C4)和第一基板20的第二电流路径C3(C6)被配置在接近位置，这样能够抵消由电流在这些电流路径Cl及C3(C4及C6)流动而引发的磁通变化。具体而言，第一电流路径Cl (C4)和第二电流路径C3(C6)沿上下方向(Z方向)相互相对配置。
[0082]另外，第一基板20的第二电流路径C3(C6)(包括作为第四电流路径的线W1(W2))及第三电流路径C2 (C5)被配置在接近位置，这样能够抵消由电流在这些电流路径C3及C2(C6及C5)流动而引发的磁通变化。具体而言，第二电流路径C3(C6)和第三电流路径C2 (C5)沿上下方向(Z方向)相互相对配置。
[0083]另外，在本实施方式中，如图2所示，第二基板30被配置在相对于卧式开关元件11及12来说与第一基板20相反的一侧(Z2方向侧)。也就是说，卧式开关元件11及12被夹在第一基板20及第二基板30之间进行配置。另外，如图6所示，第二基板30的上表面30a的导电图案301形成为面积比下表面30b的接地图案304的1/2还小。
[0084]另外，导电图案301的连接图案部301b形成为面积比供卧式开关元件11的背面Ilb接合的元件接合图案部301a还小。也就是说，导电图案301的面积为供卧式开关元件11接合的元件接合图案部301a的面积和用于将元件接合图案部301a连接在第一基板20的所需最小限度的连接图案部301b的面积之和。另外，俯视观察时(从Z方向观察)，导电图案301形成为面积是卧式开关元件11的面积的2倍以下。
[0085]在本实施方式中，能够获得以下效果。
[0086]在本实施方式中，如上所述，在第一基板20上搭载缓冲电容器15及16，并且将卧式开关元件11(12)的正面lla(12a)侧的漏极Dl (D2)及源极S1(S2)连接在第一基板20上，由此，电流仅通过第一基板20在包含缓冲电容器15及16在内的缓冲电路中流动，从而与电流通过卧式开关元件11 (12)的背面llb(12b)侧的第二基板30和第一基板20流动的情况相比，能够缩短包含缓冲电容器15及16在内的缓冲电路的电流路径。由此，能够减小包含缓冲电容器15及16在内的缓冲电路的配线电感。另外，第一基板20包含第二电流路径C3(C6)，其相对于电流在卧式开关元件11(12)的漏极D1(D2)和源极SI (S2)之间流动的第一电流路径Cl (C4)来说，电流向大致相反方向流动，并且被配置在与第一电流路径Cl (C4)相对的位置，由此，能够通过在第二电流路径C3(C6)中产生的磁通变化来抵消在第一电流路径Cl (C4)中产生的磁通变化。由此，也能够减小包含缓冲电容器15及16在内的缓冲电路的配线电感。
[0087]另外，在本实施方式中，如上所述，将控制用开关元件13(14)搭载在第一基板20的与连接有卧式开关元件11(12)的这一侧相反的一侧的面(上表面20a)上。由此，能够抑制从卧式开关元件11(12)产生的热量传递到控制用开关元件13(14)，从而能够抑制由热引起的控制用开关元件13(14)的电特性降低。
[0088]另外，在本实施方式中，如上所述，将控制用开关元件13(14)配置在俯视时(从Z方向观察)不与卧式开关元件11(12)重合的位置。由此，能够有效地抑制从配置在第一基板20的下表面20c上的卧式开关元件11 (12)产生的热量传递到配置在第一基板20的上表面20a上的控制用开关元件13 (14)。
[0089]另外，在本实施方式中，如上所述，俯视时(从Z方向观察)，将控制用开关元件13(14)配置在相对于卧式开关元件11 (12)来说与缓冲电容器15(16)相反的一侧。由此，俯视时，能够将控制用开关元件13(14)配置在两个卧式开关元件11及12的外侧，从而与俯视时由两个卧式开关元件11及12夹着控制用开关元件13(14)的情况相比，从卧式开关元件11(12)产生的热量难以传递到控制用开关元件13 (14)。
[0090]另外，在本实施方式中，如上所述，将缓冲电容器15及16搭载在第一基板20的与连接有卧式开关元件11 (12)的这一侧相反的一侧的面(上表面20a)上。由此，能够抑制从卧式开关元件11(12)产生的热量传递到缓冲电容器15及16。
[0091]另外，在本实施方式中，如上所述，将缓冲电容器15及16配置在俯视时(从Z方向观察)不与卧式开关元件11(12)重合的位置。由此，能够有效地抑制从配置在第一基板20的下表面20c的卧式开关元件11 (12)产生的热量传递到配置在第一基板20的上表面20a上的缓冲电容器15及16。
[0092]另外，在本实施方式中，如上所述，在第二基板30上形成有供卧式开关元件11的背面Ilb连接的电位调整图案301、和被设置在与接合有卧式开关元件11这一侧相反的一侧的面(下表面30b)上的接地图案304，并且电位调整图案301形成为面积比接地图案304的1/2还小。由此，能够减小接地图案304和电位调整图案301之间的杂散电容(寄生电容)，从而能够抑制卧式开关元件11高频工作时的漏电流。
[0093]另外，在本实施方式中，如上所述，电位调整图案301包括供卧式开关元件11的背面Ilb接合的元件接合图案部301a、和用于将元件接合图案部301a连接在第一基板20上的连接图案部301b，连接图案部301b形成为面积比元件接合图案部301a还小。由此，能够使电位调整图案301的面积为所需最小限度，从而能够容易地减小接地图案304和电位调整图案301之间的杂散电容(寄生电容)。
[0094]另外，在本实施方式中，如上所述，俯视时(从Z方向观察)，电位调整图案301形成为面积是卧式开关元件11的面积的2倍以下。由此，能够抑制电位调整图案301的面积过大，从而能够容易地减小接地图案304和电位调整图案301之间的杂散电容(寄生电容)。
[0095]另外，在本实施方式中，如上所述，设置有对卧式开关元件11(12)工作时产生的热量进行散热的散热器40，将散热器40配置在第二基板30的接地图案304这一侧。由此，能够使从卧式开关元件11 (12)产生的热量向与控制用开关元件13(14)相反的一侧散热，从而能够容易地抑制热量传递到控制用开关元件13(14)。
[0096]另外，在本实施方式中，如上所述，在第一基板20及第二基板30之间的卧式开关元件11(12)的周边填充有导热材料50。由此，从卧式开关元件11(12)产生的热量能够通过导热材料50传递到配置在控制用开关元件13(14)的相反侧的第二基板30侧，从而能够容易地抑制热量向控制用开关元件13(14)传递。
[0097]另外，在本实施方式中，如上所述，通过将控制用开关元件13(14)共源共栅地连接在卧式开关元件11(12)，基于被输入到控制用开关元件13(14)的栅极G3(G4)的控制信号进行开关，由此能够容易地进行卧式开关元件11(12)的开关控制。
[0098]另外，在本实施方式中，如上所述，控制用开关元件13(14)包括立式器件。由此，能够减小使用了立式器件的控制用开关元件13 (14)的逆变器装置100的缓冲电容器15、16和卧式开关元件11(12)之间的配线电感。
[0099]另外，在本实施方式中，如上所述，构成逆变电路的卧式开关元件11及卧式开关元件12分别配置成正面Ila及12a侧与第一基板20相对。由此，电流通过第一基板20从缓冲电容器15及16向卧式开关元件的正面Ila及12a流动，从而能够缩短缓冲电容器15及16和卧式开关元件11及12之间的电流路径。其结果，能够减小缓冲电容器15及16和卧式开关元件11及12之间的配线电感。
[0100]此外，应认为，这里记载的实施方式都是例示性的，并不是用于限制的。本发明的保护范围不是由上述实施方式的说明来确定，而是由权利要求书确定，还包括与权利要求书等同的意思及范围内的全部变更。
[0101]例如，在上述实施方式中，作为电力转换装置的一例示出了单相的逆变器装置，但也可以采用单相以外的逆变器装置(电力转换装置)。例如，电力转换装置也可以是三相逆变器装置。
[0102]另外，在上述实施方式中，示出了使用常导通型的卧式开关元件的例子，但也可以使用常断开型的卧式开关元件。
[0103]另外，在上述实施方式中，示出了卧式开关元件由包含GaN(氮化镓)的半导体材料构成的例子，但卧式开关元件也可以由GaN以外的II1-V族的材料或C(钻石)等的IV族的材料构成。另外，卧式开关元件也可以由其他的半导体材料构成。
[0104]另外，在上述实施方式中，示出了缓冲电容器及卧式开关元件配置在第一基板的相互相反侧的例子，但缓冲电容器及卧式开关元件也可以配置在第一基板的同一侧。
[0105]另外，在上述实施方式中，示出了控制用开关元件及卧式开关元件配置在第一基板的相互相反侧的例子，但控制用开关元件及卧式开关元件也可以配置在第一基板的同一侧。
[0106]另外，在上述实施方式中，示出了使用控制用开关元件控制卧式开关元件的驱动的结构例，但也可以不使用控制用开关元件而控制卧式开关元件的驱动。
[0107]另外，在上述实施方式中，示出了控制用开关元件由立式器件构成的例子，但控制用开关元件也可以不是立式器件。
[0108]另外，在上述实施方式中，示出了具有两个缓冲电容器的例子，但缓冲电容器也可以是一个或三个以上。
[0109]另外，在上述实施方式中，示出了具有两个卧式开关元件及两个控制用开关元件的例子，但是卧式开关元件及控制用开关元件也可以分别是一个或三个以上。
【权利要求】
1.一种电力转换装置，其特征在于，具有: 卧式开关元件，其包括正面及背面，在所述正面侧具有第一电极及第二电极，并且在所述第一电极和所述第二电极之间具有第一电流路径； 缓冲电容器，其被电连接在所述卧式开关元件；以及 第一基板，其搭载有所述缓冲电容器，并且连接有所述卧式开关元件的所述正面侧的所述第一电极及所述第二电极， 所述第一基板包括第二电流路径，该第二电流路径相对于电流在所述卧式开关元件的所述第一电极和所述第二电极之间流动的所述第一电流路径，使电流向大致相反方向流动，并且被配置在与所述第一电流路径相对的位置。
2.如权利要求1所述的电力转换装置，其特征在于， 所述电力转换装置还具有用于控制所述卧式开关元件的驱动的控制用开关元件，所述控制用开关元件被搭载在所述第一基板的与连接有所述卧式开关元件的这一侧相反的一侧的面上。
3.如权利要求2所述的电力转换装置，其特征在于， 所述控制用开关元件被配置在俯视时不与所述卧式开关元件重合的位置。
4.如权利要求2或3所述的电力转换装置，其特征在于， 在俯视时，所述控制用开关元件被配置在相对于所述卧式开关元件来说与所述缓冲电容器相反的一侧。
5.如权利要求1?4中任一项所述的电力转换装置，其特征在于， 所述缓冲电容器被搭载在所述第一基板的与连接有所述卧式开关元件的这一侧相反的一侧的面上。
6.如权利要求1?5中任一项所述的电力转换装置，其特征在于， 所述缓冲电容器被配置在俯视时不与所述卧式开关元件重合的位置。
7.如权利要求1?6中任一项所述的电力转换装置，其特征在于， 所述电力转换装置还具有第二基板，该第二基板被配置在相对于所述卧式开关元件来说与所述第一基板相反的一侧， 所述第二基板包括供所述卧式开关元件的所述背面连接的电位调整图案、和被设置在与接合有所述卧式开关元件的这一侧相反的一侧的面上的接地图案， 所述电位调整图案形成为面积比所述接地图案的1/2还小。
8.如权利要求7所述的电力转换装置，其特征在于， 所述电位调整图案包括供所述卧式开关元件的所述背面接合的元件接合图案部、和用于将所述元件接合图案部连接在所述第一基板的连接图案部， 所述连接图案部形成为面积比所述元件接合图案部还小。
9.如权利要求7或8所述的电力转换装置，其特征在于， 所述电位调整图案形成为俯视时的面积为所述卧式开关元件的面积的2倍以下。
10.如权利要求7?9中任一项所述的电力转换装置，其特征在于， 所述电力转换装置还具有对从所述卧式开关元件产生的热量进行散热的散热器， 所述散热器被配置在所述第二基板的所述接地图案这一侧。
11.如权利要求7?10中任一项所述的电力转换装置，其特征在于， 在所述第一基板及所述第二基板之间的所述卧式开关元件周边填充有导热材料。
12.如权利要求1?11中任一项所述的电力转换装置，其特征在于， 所述控制用开关元件被共源共栅地连接在所述卧式开关元件。
13.如权利要求1?12中任一项所述的电力转换装置，其特征在于， 所述控制用开关元件包括立式器件。
14.如权利要求1?13中任一项所述的电力转换装置，其特征在于， 所述卧式开关元件包括构成逆变电路的第一卧式开关元件及第二卧式开关元件， 所述第一卧式开关元件及所述第二卧式开关元件分别配置成所述正面侧与所述第一基板相对。
【文档编号】H02M7/00GK104467456SQ201410377316
【公开日】2015年3月25日 申请日期:2014年8月1日 优先权日:2013年9月17日
【发明者】氏田祐, 小熊清典, 山口芳文, 本田友和 申请人:株式会社安川电机
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