开关电源装置的制作方法

本公开涉及一种开关电源装置。

背景技术

以往，已知一种开关电源装置。例如在专利文献1等中公开了开关电源装置。在专利文献1中公开了一种电动机控制器，该电动机控制器具备：多个fet(field-effecttransistor：场效应晶体管)芯片，所述多个fet芯片用于控制从电源向电动机供给的电流；多个二极管芯片，所述多个二极管芯片的阳极与这些fet芯片的漏极连接；以及平滑电容器，其与电源并联连接。在该电动机控制器中，fet芯片和二极管芯片被固定于印刷布线板，并且平滑电容器通过接线柱(terminalbar)被配置于印刷布线板的上方。具体地说，接线柱是用于将平滑电容器与电源进行连接的构件，接线柱包括被固定于印刷布线板的固定部、从该固定部向上方延伸出的立起部以及从该立起部的上端或中途向前方延伸出的电源连接部，平滑电容器的连接端子被安装于接线柱的立起部。

专利文献1：日本特开2002-262593号公报

技术实现要素：

本公开中的开关电源装置具备绝缘层、导电层、第一开关元件、第二开关元件以及电容器。导电层设置于绝缘层的一面，具有电源侧布线、接地侧布线和输出侧布线。第一开关元件被表面安装于电源侧布线，并与输出侧布线连接。第二开关元件被表面安装于输出侧布线，并与接地侧布线连接。电容器被表面安装于接地侧布线，并与电源侧布线或输出侧布线电连接。

根据本公开，能够在抑制由于开关动作所引起的浪涌电压的同时改善电容器的温度环境。

附图说明

图1是表示基于实施方式的开关电源装置的结构例的电路图。

图2是表示基于实施方式的开关电源装置的结构例的概要俯视图。

图3是表示基于实施方式的开关电源装置的结构例的概要截面图。

图4是表示基于实施方式的开关电源装置的变形例的概要俯视图。

具体实施方式

在说明本公开的实施方式之前，简单地说明现有装置中的问题点。

在专利文献1的电动机控制器中，由于将平滑电容器配置于印刷布线板的上方，因此将平滑电容器的连接端子安装于接线柱的立起部(从固定部向上方延伸出的立起部)，而不是安装于接线柱的固定部(被固定于印刷布线板的固定部)。因此，相比于将平滑电容器安装于印刷布线板的情况，从平滑电容器到设置于印刷布线板的fet芯片为止的布线路径变长。因此，难以降低从平滑电容器到fet芯片为止的布线路径中的寄生电感，难以抑制由于fet芯片的开关动作所引起的浪涌电压。

此外，虽然可以考虑将平滑电容器安装于印刷布线板，但是相比于将平滑电容器配置于印刷布线板的上方的情况，由于平滑电容器接近被设置于印刷布线板的fet芯片，因此导致fet芯片中所产生的热容易传递到平滑电容器。因此，难以抑制由于fet芯片的发热所引起的平滑电容器的温度上升，难以改善平滑电容器的温度环境。

以下，参照附图详细地说明实施方式。此外，对图中同一部分或相当部分标注相同的标记，不重复对其进行说明。

(开关电源装置)

图1示出基于实施方式的开关电源装置10的结构例。开关电源装置10构成为通过开关动作来将从电源(在本例中为直流电源p)供给的电力变换为输出电力并将输出电力供给到驱动对象(在本例中为电动机m)。在本例中，开关电源装置10构成将直流电力变换为三相交流电力的逆变器(inverter)。

开关电源装置10具备电源线lp、接地线lg、一个或多个输出线lo、一个或多个开关部sw以及电容部cp。在本例中，电源线lp与直流电源p的一端(正极)连接，接地线lg与直流电源p的另一端(负极)连接。另外，在开关电源装置10中设置有三个输出线lo和三个开关部sw，三个开关部经由三个输出线lo来与电动机m的三个相(u、v、w)分别连接。

开关部sw连接于电源线lp与接地线lg之间。而且，开关部sw的中间节点经由输出线lo来与电动机m连接。开关部sw具有第一开关元件21和第二开关元件22。此外，图中的与第一开关元件21(或第二开关元件22)并联连接的回流二极管是寄生于第一开关元件21(或第二开关元件22)的寄生二极管。

电容部cp连接于电源线lp与接地线lg之间。电容部cp具有电容器30。另外，在电容部cp设置有将电容器30与电源线lp进行连接的连接线lc。

[开关电源装置的构造]

接着，参照图2、图3来说明开关电源装置10的构造。图2是开关电源装置10的概要俯视图，图3是开关电源装置10的概要截面图。此外，在图3中，为了简化图示，省略了一部分截面的截面线。开关电源装置10具备绝缘层11、导电层12以及散热层13。

<绝缘层>

绝缘层11由绝缘材料(例如环氧树脂片等)形成，形成为平板状。

<导电层>

导电层12由导电材料(例如铜等)形成，设置于绝缘层11的一面，形成为箔状。在导电层12上形成有布线图案。布线图案包括一个或多个电源侧布线wp、一个或多个接地侧布线wg以及一个或多个输出侧布线wo。此外，在导电层12中，电源侧布线wp、接地侧布线wg和输出侧布线wo彼此之间分离，使得彼此之间不会短路。

<散热层>

散热层13由导热材料(例如铝等)形成，设置于绝缘层11的另一面。冷却构件14与散热层13连接。冷却构件14是为了冷却散热层13而设置的。冷却构件14例如构成为通过水冷(利用冷却水进行的冷却)、油冷(利用冷却油进行的冷却)来进行冷却。

在本例中，绝缘层11的厚度比导电层12和散热层13各自的厚度薄。散热层13的厚度比导电层12的厚度厚。例如，可以将绝缘层11的厚度设定为100μm左右，将导电层12的厚度设定为200μm左右，将散热层13的厚度设定为1mm～3mm左右。而且，绝缘层11的导热率低于导电层12和散热层13各自的导热率。导电层12的导热率高于散热层13的导热率。

此外，在本例中，导电层12具有三个电源侧布线wp、三个接地侧布线wg和三个输出侧布线wo，一个电源侧布线wp、一个接地侧布线wg和一个输出侧布线wo构成一个布线组，三个布线组沿第一方向(图2中的左右方向)排列。另外，如图1所示，开关电源装置10具备三个第一开关元件21和三个第二开关元件22，一个第一开关元件21和一个第二开关元件22构成一个开关部sw。而且，如图2所示，三个开关部sw分别与三个布线组对应。此外，在图2的例子中，三个开关元件(以下记载为第一独立开关元件210)并联连接来构成一个第一开关元件21(图1中的一个第一开关元件21)，三个开关元件(以下记载为第二独立开关元件220)并联连接来构成一个第二开关元件22(图1中的一个第二开关元件22)。因此，在图2的例子中，存在9个第一独立开关元件210和9个第二独立开关元件220。以下，着眼于一个布线组和一个开关部sw来对开关电源装置10的各部进行说明。

<电源侧布线、接地侧布线和输出侧布线>

电源侧布线wp构成图1所示的电源线lp的一部分，接地侧布线wg构成图1所示的接地线lg的一部分，输出侧布线wo构成图1所示的输出线lo的一部分。

另外，电源侧布线wp、接地侧布线wg和输出侧布线wo形成为彼此并行。输出侧布线wo配置于电源侧布线wp与接地侧布线wg之间。在本例中，电源侧布线wp、接地侧布线wg和输出侧布线wo分别形成为沿与第一方向正交的第二方向(图2中的上下方向)延伸的板状。

<第一开关元件>

第一开关元件21被表面安装于电源侧布线wp，并与输出侧布线wo连接。具体地说，第一开关元件21载置于电源侧布线wp，第一开关元件21的一端(漏极/散热面)通过焊料来与电源侧布线wp的表面接合，第一开关元件21的另一端(源极)通过接合线(bondingwire)等布线用构件来与输出侧布线wo连接。此外，第一开关元件21的栅极通过布线用构件来与第一栅极布线(省略图示)连接。在该第一栅极布线中不流通大电流。因此，在布线图案中，能够将第一栅极布线形成为细长的形状。

在本例中，如上所述，第一开关元件21包括三个第一独立开关元件210。三个第一独立开关元件210以沿着电源侧布线wp的长度方向的方式排列，分别被表面安装于电源侧布线wp，并与输出侧布线wo连接。而且，第一独立开关元件210的栅极通过布线用构件来与第一栅极布线(省略图示)连接。此外，第一独立开关元件210例如也可以包括表面安装型的场效应晶体管(fet)。

<第二开关元件>

第二开关元件22被表面安装于输出侧布线wo，并与接地侧布线wg连接。具体地说，第二开关元件22被载置于输出侧布线wo，第二开关元件22的一端(漏极/散热面)通过焊料来与输出侧布线wo的表面接合，第二开关元件22的另一端(源极)通过接合线等布线用材料来与接地侧布线wg连接。此外，第二开关元件22的栅极通过布线用构件来与第二栅极布线(省略图示)连接。在该第二栅极布线中不流通大电流。因此，在布线图案中，能够将第二栅极布线形成为细长的形状。

在本例中，如上所述，第二开关元件22包括三个第二独立开关元件220。三个第二独立开关元件220以沿着输出侧布线wo的长度方向的方式排列，三个第二独立开关元件220分别被表面安装于输出侧布线wo，并与接地侧布线wg连接。而且，第二独立开关元件220的栅极通过布线用构件来与第二栅极布线(省略图示)连接。此外，第二独立开关元件220例如也可以由表面安装型的场效应晶体管(fet)构成。

<电容器和连接布线>

另外，开关电源装置10具备电容器30和连接布线40。电容器30被表面安装于接地侧布线wg，并与电源侧布线wp电连接。连接布线40构成图1所示的连接线lc，将电容器30与电源侧布线wp进行电连接。具体地说，电容器30被载置于接地侧布线wg，电容器30的一端(负极)通过焊料来与接地侧布线wg接合，其另一端(正极)通过连接布线40来与电源侧布线wp电连接。

在本例中，电容器30包括9个独立电容器300。另外，连接布线40包括9个独立布线400。而且，在三个接地侧布线wg的各个接地侧布线wg上配置有三个独立电容器300和三个独立布线400。通过这样的结构，9个独立电容器300全部以并联方式进行电连接。

配置于一个接地侧布线wg的三个独立电容器300以沿着接地侧布线wg的长度方向的方式排列，被表面安装于接地侧布线wg，并与电源侧布线wp(详细地说，是与接地侧布线wg属于同一布线组的电源侧布线wp)电连接。在本例中，在俯视观察时，独立电容器300被配置于比接地侧布线wg的外缘靠内侧的位置。即，在本例中，在俯视观察时，独立电容器300不从接地侧布线wg突出。此外，独立电容器300例如可以包括表面安装型的电解电容器，也可以包括表面安装型的薄膜电容器。

配置于一个接地侧布线wg的三个独立布线400将配置于接地侧布线wg的三个独立电容器与电源侧布线wp(详细地说，是与接地侧布线wg属于同一布线组的电源侧布线wp)分别进行电连接。在本例中，独立布线400形成为以沿着第一方向(图2中的左右方向)的方式延伸的细长的板状。此外，独立布线400例如即可以由汇流条构成，也可以由跳线(jumper)构成，还可以由其它的布线用构件构成。

另外，在本例中，第一独立开关元件210、第二独立开关元件220和独立电容器300被配置为在第一方向(图2中的左右方向)上排列成一条直线。

[热传递]

接着，参照图3来说明开关电源装置10中的热传递。

如图3中用箭头所示那样，当第一开关元件21由于第一开关元件21的开关动作而发热时，从第一开关元件21向电源侧布线wp(导电层12)传递热。传递到电源侧布线wp的热一边向与层叠方向正交的方向扩散一边在电源侧布线wp内朝向绝缘层11传递。传递到绝缘层11的热在绝缘层11内主要朝向散热层13传递。传递到散热层13的热在散热层13内主要朝向冷却构件14传递。

另外，如图3中用箭头所示那样，当第二开关元件22由于第二开关元件22的开关动作而发热时，从第二开关元件22向输出侧布线wo(导电层12)传递热。传递到输出侧布线wo的热一边向与层叠方向正交的方向扩散一边在输出侧布线wo内朝向绝缘层11传递。传递到绝缘层11的热在绝缘层11内主要朝向散热层13传递。传递到散热层13的热在散热层13内主要朝向冷却构件14传递。

此外，由于在导电层12中电源侧布线wp与接地侧布线wg被分离，因此阻碍了热从电源侧布线wp传递到接地侧布线wg。与此相同，由于在导电层12中输出侧布线wo与接地侧布线wg被分离，因此阻碍了热从输出侧布线wo传递到接地侧布线wg。这样，不容易从电源侧布线wp和输出侧布线wo向接地侧布线wg传递热。

另外，绝缘层11的厚度比导电层12和散热层13各自的厚度薄，并且绝缘层11的导热率比导电层12和散热层13各自的导热率低。因此，在绝缘层11中，热不容易向与层叠方向正交的方向扩散。由此，阻碍了热从电源侧布线wp和输出侧布线wo经由绝缘层11朝向接地侧布线wg传递，因此热不容易从电源侧布线wp和输出侧布线wo经由绝缘层11朝向接地侧布线wg传递。

[基于实施方式的效果]

在开关电源装置10中，第一开关元件21被表面安装于电源侧布线wp，第二开关元件22被表面安装于输出侧布线wo，电容器30被表面安装于接地侧布线wg。即，第一开关元件21、第二开关元件22和电容器30均被表面安装于导电层12。因此，能够将电容器30配置于第一开关元件21和第二开关元件22的附近。由此，能够缩短从电容器30到第一开关元件21为止的布线路径的长度，并且能够缩短从电容器30到第二开关元件22为止的布线路径的长度。因而，能够降低这些布线路径中的寄生电感，因此能够抑制由于第一开关元件21和第二开关元件22的开关动作所引起的浪涌电压。

另外，在开关电源装置10中，由于将接地侧布线wg与电源侧布线wp及输出侧布线wo分离，因此热不容易从电源侧布线wp和输出侧布线wo传递到接地侧布线wg。因此，即使第一开关元件21和第二开关元件22由于第一开关元件21和第二开关元件22的开关动作而发热，也能够抑制由于第一开关元件21和第二开关元件22的发热所引起的电容器30的温度上升。由此，能够改善电容器30的温度环境。

另外，通过使用以沿着接地侧布线wg的长度方向的方式排列的多个独立电容器300来构成电容器30，能够使电容器30的热分散。由此，能够抑制由于第一开关元件21和第二开关元件22的发热所引起的电容器30的温度上升，能够改善电容器30的温度环境。

另外，与使用一个粗的布线用构件来构成连接布线40的情况相比，通过使用多个独立布线400来构成用于将电容器30与电源侧布线wp电连接的连接布线40，热不容易从电源侧布线wp经由连接布线40传递到电容器30。由此，能够抑制由于第一开关元件21的发热所引起的电容器30的温度上升，其结果，能够改善电容器30的温度环境。

另外，通过使用以沿着电源侧布线wp的长度方向的方式排列的多个第一独立开关元件210来构成第一开关元件21，能够使第一开关元件21中产生的热(由于第一开关元件21的开关动作而产生的热)分散。由此，能够降低从第一开关元件21传递到电源侧布线wp的热，因此能够抑制由于第一开关元件21的发热所引起的电容器30的温度上升。其结果，能够改善电容器30的温度环境。

另外，通过使用以沿着输出侧布线wo的长度方向的方式排列的多个第二独立开关元件220来构成第二开关元件22，能够使第二开关元件22中产生的热(由于第二开关元件22的开关动作而产生的热)分散。由此，能够降低从第二开关元件22传递到输出侧布线wo的热，因此能够抑制由于第二开关元件22的发热所引起的电容器30的温度上升。其结果，能够改善电容器30的温度环境。

另外，通过将电源侧布线wp、接地侧布线wg和输出侧布线wo形成为彼此并行，能够将被表面安装于电源侧布线wp的第一开关元件21、被表面安装于接地侧布线wg的电容器30和被表面安装于输出侧布线wo的第二开关元件22配置于彼此附近。由此，能够降低从电容器30到第一开关元件21为止的布线路径中的寄生电感，并且能够降低从电容器30到第二开关元件22为止的布线路径中的寄生电感。其结果，能够抑制由于第一开关元件21和第二开关元件22的开关动作所引起的浪涌电压。

并且，通过将输出侧布线wo配置于电源侧布线wp与接地侧布线wg之间，能够容易地将被表面安装于电源侧布线wp的第一开关元件21与输出侧布线wo进行连接，并且能够容易将被表面安装于输出侧布线wo的第二开关元件22与接地侧布线wg进行连接。

另外，通过在绝缘层11的另一面设置散热层13，能够使热从绝缘层11传递到散热层13。由此，能够阻碍热从电源侧布线wp和输出侧布线wo经由绝缘层11传递到接地侧布线wg，因此能够抑制由于第一开关元件21和第二开关元件22的发热所引起的电容器30的温度上升。其结果，能够改善电容器30的温度环境。

另外，通过在散热层13安装冷却构件14，能够促进热从电源侧布线wp和输出侧布线wo经由绝缘层11传递到散热层13。由此，能够阻碍热从电源侧布线wp和输出侧布线wo经由绝缘层11传递到接地侧布线wg，因此能够抑制由于第一开关元件21和第二开关元件22的发热所引起的电容器30的温度上升。其结果，能够改善电容器30的温度环境。

(开关电源装置的变形例)

此外，如图4所示，构成第一开关元件21的第一独立开关元件210的个数不限于三个，也可以是两个，还可以是四个以上。第二独立开关元件220、独立电容器300、独立布线400也是一样的。另外，构成第一开关元件21的第一独立开关元件210的个数既可以与构成第二开关元件22的第二独立开关元件220的个数相同，也可以与第二独立开关元件220的个数不同。另外，独立布线400的个数既可以与独立电容器300的个数相同，也可以多于独立电容器300的个数。

另外，如图4所示，第一独立开关元件210、第二独立开关元件220和独立电容器300也可以不配置为在第一方向(图2中的左右方向)上排列成一条直线。

另外，如图4所示，在俯视观察时，独立电容器300也可以配置成独立电容器300的一部分比接地侧布线wg的外缘靠外侧。即，在俯视观察时，独立电容器300也可以从接地侧布线wg突出。

(其它实施方式)

在以上说明中，列举了第一开关元件21包括多个第一独立开关元件210的情况的例子，但是第一开关元件21也可以包括一个第一独立开关元件210。例如，第一开关元件21也可以包括一个表面安装型的场效应晶体管。

另外，列举了第二开关元件22包括多个第二独立开关元件220的情况的例子，但是第二开关元件22也可以包括一个第二独立开关元件220。例如，第二开关元件22也可以包括一个表面安装型的场效应晶体管。

另外，列举了电容器30包括多个独立电容器300的情况的例子，但是电容器30也可以包括一个独立电容器300。例如，电容器30也可以包括一个表面安装型的电解电容器(或一个表面安装型的薄膜电容器等)。

另外，列举了连接布线40包括多个独立布线400的情况的例子，但是连接布线40也可以包括一个独立布线400。例如，连接布线40也可以包括一个汇流条(或一个跳线、一个布线用构件等)。

另外，在以上的说明中，列举了将电容器30通过连接布线40来与电源侧布线wp电连接的情况的例子，但是电容器30也可以通过连接布线40来与输出侧布线wo电连接。此外，在后面详细地说明具体例。

另外，开关电源装置10即可以构成通过开关动作来将直流电力(或交流电力)变换为交流电力的逆变器，也可以构成通过开关动作来将直流电力(或交流电力)变换为直流电力的变换器(converter)。例如，开关电源装置10也可以构成dc/dc变换器(通过开关动作来将输入直流电力变换为具有与输入直流电力不同的电压值的输出直流电力的变换器)。此外，dc/dc变换器包括降压变换器、升压变换器以及双向dc/dc变换器。

在开关电源装置10构成降压变换器的情况下，电容器30的一端与接地侧布线wg连接，另一端经由电感来与输出侧布线wo电连接。

在开关电源装置10构成升压变换器的情况下，电容器30的一端与接地侧布线wg连接，另一端与电源侧布线wp连接。此外，在升压变换器中，当考虑电流流动的方向时，输出侧布线wo成为电源侧，电源侧布线wp成为输出侧，但是在此定义为：即使布线wo成为电源侧，也将布线wo称为“输出侧布线wo”，即使布线wp成为输出侧，也将布线wp称为“电源侧布线wp”。

在开关电源装置10构成双向dc/dc变换器的情况下，在开关电源装置10中设置有两个电容器30。而且，一个电容器30的一端与接地侧布线wg连接，另一端与输出侧布线wo连接。另一个电容器30的一端与接地侧布线wg连接，另一端与电源侧布线wp连接。

如上所述，在开关电源装置10中，电容器30被表面安装于接地侧布线wg，并与电源侧布线wp或输出侧布线wo电连接。另外，在利用多个独立电容器300构成电容器30的情况下，也可以利用将多个独立电容器300与电源侧布线wp或输出侧布线wo分别进行电连接的多个独立布线400构成用于将电容器30与电源侧布线wp或输出侧布线wo电连接的连接布线40。

另外，也可以将以上的实施方式、变形例适当地组合来实施。以上的实施方式、变形例是本质上优选的例示，并不意图对本公开、其应用物、或者其用途的范围进行限制。

产业上的可利用性

如以上说明的那样，本公开能够应用于开关电源装置。

附图标记说明

10：开关电源装置；11：绝缘层；12：导电层；13：散热层；14：冷却构件；21：第一开关元件；210：第一独立开关元件；22：第二开关元件；220：第二独立开关元件；30：电容器；300：独立电容器；40：连接布线；400：独立布线；wp：电源侧布线；wg：接地侧布线；wo：输出侧布线；sw：开关部；cp：电容部。