開關元件單元的製作方法

2023-07-10 01:32:36

開關元件單元的製作方法
【專利摘要】將形成於平滑電容器的外表面上的元件安裝表面與介於平滑電容器的電極之間的介電部分一體地形成，並且在元件安裝表面上形成電容器連接電極，所述電容器連接電極為電連接至平滑電容器的端子的電極。將開關元件置於元件安裝表面上，使得開關元件的端子電連接至電容器連接電極。
【專利說明】開關元件單元

【技術領域】
[0001] 本發明涉及包括開關元件的開關元件單元。

【背景技術】
[0002] 在半導體集成電路中，必須防止由切換噪聲引起的故障。關於這種故障的防止，例 如在日本專利申請H08-181445號公報（JP H08-181445A) (0016至0017段，圖1等）中描 述了一種技術。在"【背景技術】"部分中，通過以" □"中示出JP H08-181445A的附圖標記來 給出說明。JPH08-181445A的圖1示出LSI晶片[11]位於印刷布線板[14]上的配置，其 中，在LSI晶片[11]與印刷布線板[14]之間插入陶瓷多層基板[20]，並且在陶瓷多層基板
[20]中包含電容器部分[23]。因此，如該文獻中0016至0017段中所描述的，切換噪聲被 電容器部分[23]過濾，並且可以防止LSI晶片[11]的故障。
[0003] -些具有開關元件的開關元件單元包括平滑電容器，該平滑電容器抑制要提供給 開關元件的直流（DC)電壓的變化。然而，在JP H08-181445A中描述的電容器部分[23]被 提供用於防止LSI晶片[11]的故障，並且JPH08-181445A沒有提及平滑電容器。


【發明內容】

[0004] 希望實現如下開關元件單元，該單元能夠包括平滑電容器同時減小單元的整體尺 寸。
[0005] 根據本發明的開關元件單元特徵在於，包括：開關元件；以及平滑電容器，其抑制 要提供給所述開關元件的DC電壓的變化。在所述開關元件單元中，形成於所述平滑電容器 的外表面的元件安裝表面與介於所述平滑電容器的電極之間的介電部分一體地形成，在所 述元件安裝表面上形成有作為電連接至所述平滑電容器的端子的電極的電容器連接電極， 並且所述開關元件被置於所述元件安裝表面上，使得所述開關元件的端子電連接至所述電 容器連接電極。
[0006] 根據該特徵配置，與開關元件被布置為與平滑電容器分開的情況相比，可減小電 連接所述開關元件和所述平滑電容器的電連接路徑的長度。這可以減小電連接路徑的電 感，並且可以減小與開關元件的切換動作相關的浪湧電壓（臨時電壓增加）。結果，由開關 元件產生的熱量可隨著浪湧電壓的減小而減小，並且可以簡化散熱所需的冷卻機構，從而 可以減小該單位的整體尺寸。
[0007] 由於該開關元件和外圍部件所要求的擊穿電壓性能可隨著浪湧電壓的減小而減 小，因而可以減小該單元的總成本。
[0008] 根據上述特徵配置，由於元件安裝表面與平滑電容器的介電部分一體地形成，所 以可以與介電部分同時地形成所述元件安裝表面，從而可以簡化所述開關元件單元的製造 工藝。
[0009] 優選地，開關元件具有面對元件安裝表面的相對安裝表面，並且開關元件被置於 元件安裝表面上，使得相對安裝表面直接或經由粘合部件與元件安裝表面接觸。
[0010] 根據該配置，可以容易地減小電連接開關元件和平滑電容器的電連接路徑的長 度。由於開關元件可被構造為與元件安裝表面表面接觸，所以可以實現開關元件的穩定安 置。
[0011] 在如上所述的相對安裝表面直接或經由粘合部件與元件安裝表面接觸的配置中， 優選地，開關元件包括在相對安裝表面上電連接至所述DC電壓的電源的主端子，並且主端 子電連接至電容器連接電極。
[0012] 根據該配置，可以簡化開關元件的主端子和電容器連接電極之間的電連接結構。
[0013] 在每一個上述配置的開關元件單元中，優選地，開關元件具有面對元件安裝表面 的相對安裝表面；形成在相對安裝表面上的、用於控制開關元件的控制端子，以及形成在元 件安裝表面上的、電連接至控制端子的控制電極。
[0014] 根據該配置，由於控制電極形成在元件安裝表面上，因而可以通過有效使用開關 元件位於其上的元件安裝表面，來形成控制端子和控制開關元件的控制單元之間的控制信 號路徑。這可以減小形成該路徑所需的空間。此外，由於控制端子形成在相對安裝表面上， 所以可以簡化控制端子和控制電極之間的電連接結構。在控制電阻位於元件安裝表面上的 情況下，可以減小控制端子和控制電阻之間電連接路徑的長度，並且可以減小浪湧電壓。
[0015] 優選地，開關元件進一步包括與開關元件並聯電連接的二極體元件，並且所述二 極管元件被置於元件安裝表面上。
[0016] 與二極體元件被置於不同於元件安裝表面的表面上或者被置於不同於平滑電容 器的部件中的情況相比，根據該配置，可以簡化將開關元件和二極體元件並聯電連接的該 電連接結構。這有助於減小單元的整體尺寸。
[0017] 在二極體元件被置於元件安裝表面上的上述配置中，優選地，面對開關元件的元 件安裝表面的相對安裝表面是第一相對安裝表面，二極體元件包括在面對元件安裝表面的 第二相對安裝表面上電連接至電容器連接電極的端子，並且二極體元件被置於所述元件安 裝表面上，使得所述第二相對安裝表面直接或經由粘合部件與所述元件安裝表面接觸。
[0018] 根據該配置，可以簡化電連接所述二極體元件和所述平滑電容器的電連接結構。 由於所述二極體元件被構造為與所述元件安裝表面表面接觸，所以可以實現所述二極體元 件的穩定安置。
[0019] 在每一個上述配置的所述開關元件單元中，優選地，彼此串聯電連接以形成開關 元件串聯電路的兩個開關元件被置於所述元件安裝表面上，並且在所述元件安裝表面上形 成有第一電容器連接電極、第二電容器連接電極以及元件間連接電極，其中，第一電容器連 接電極電連接所述開關元件串聯電路的第一端和所述平滑電容器的第一端子，第二電容器 連接電極電連接所述開關元件串聯電路的第二端和所述平滑電容器的第二端子，以及元件 間連接電極電連接所述兩個開關元件。
[0020] 根據該配置，在具有該相同配置的開關元件被用作形成所述開關元件串聯電路的 所述兩個開關元件的情況下，所述兩個開關元件可以安置在所述元件安裝表面上的相同方 向上。與這兩個開關元件需要安置在元件安裝表面上的彼此不同方向上的情況相比，這可 以簡化生產工藝。
[0021] 在如上所述的第一電容器連接電極、第二電容器連接電極和元件間連接電極形成 在所述元件安裝表面上的配置中，優選地，所述元件間連接電極在所述元件安裝表面的延 伸方向上位於所述第一電容器連接電極和所述第二電容器連接電極之間。
[0022] 根據該配置，所述第一電容器連接電極、所述第二電容器連接電極和所述元件間 連接電極在所述元件安裝表面的延伸方向上的排列順序與所述電極在所述開關元件串聯 電路的所述第一端和所述第二端之間的所述電路徑中的排列順序相同。這可以減小電極間 所需的絕緣距離，並且可以簡化電極之外設置的互連結構。
[0023] 優選地，形成所述開關元件串聯電路的所述兩個開關元件當中的位於第一端側的 開關元件是第一開關元件，位於第二端側的開關元件是第二開關元件，所述開關元件單元 進一步包括：第一連接部件，其電連接所述第一電容器連接電極和所述第一開關元件；以 及第二連接部件，其電連接所述元件間連接電極和所述第二開關元件，所述第一連接部件 具有直接或經由粘合部件接觸所述第一電容器連接電極的第一部分和直接或經由粘合部 件接觸所述第一開關元件的第二部分，並且所述第二連接部件具有直接或經由粘合部件接 觸所述元件間連接電極的第一部分和直接或經由粘合部件接觸所述第二開關元件的第二 部分。
[0024] 根據該配置，可以簡化所述第一連接部件和所述第二連接部件的配置，並且可以 容易地減小電連接所述第一電容器連接電極和所述第一開關元件的電連接路徑的長度和 電連接所述元件間連接電極和所述第二開關元件的電連接路徑的長度。
[0025] 在每一個上述配置的開關元件單元中，優選地，在所述元件安裝表面設置有開關 元件中的、構成用於將DC電壓轉換為AC電壓的DC-AC轉換電路的六個開關元件。
[0026] 根據該配置，在根據本發明的開關元件單元應用於將DC電壓轉換為三相AC電壓 的DC-AC轉換電路的情況下，可以促進該單元整體尺寸的減小和該單元總成本的減小。 [0027] 優選地，介電部分由陶瓷材料製成。
[0028] 根據該配置，可以提高衝擊耐受電壓性能。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0029] 圖1是根據本發明實施例的開關元件單元的透視圖；
[0030] 圖2是以不同於圖1的方向觀看到的根據本發明實施例的開關元件單元的透視 圖；
[0031] 圖3是根據本發明實施例的開關元件單元的平面圖；
[0032] 圖4是沿著圖3中的線IV-IV取得的截面圖；
[0033] 圖5是沿著圖3中的線V-V取得的截面圖；
[0034] 圖6是根據本發明實施例的第一平滑電容器的平面圖；
[0035] 圖7是示出根據本發明實施例的逆變器電路的配置的示意圖；
[0036] 圖8是根據本發明另一實施例的開關元件單元的平面圖。

【具體實施方式】
[0037] 將參照附圖描述本發明一實施例。關於將根據本發明的開關元件單元應用於控制 旋轉電機2的逆變器電路91 (見圖7)的示例描述了該實施例。也就是說，在本實施例中， 構成開關元件單元1的開關元件10是在直流（DC)功率和交流（AC)功率之間進行功率轉 換的電子元件。
[0038] 在以下描述中，除非另外指出，否則"上"是指圖1中的Z方向，"下"是指圖1中 的-Z方向。如圖2和圖4中所示，Z方向是從元件安裝表面S1沿著垂直於元件安裝表面 S1的方向朝向位於其上的開關元件10的方向（即，從元件安裝表面S1向外的法線矢量的 方向）。X方向是在平行於元件安裝表面S1的平面內從第一平滑電容器50的第一端子51 朝向第二端子52的方向。Y方向被定義為使得X方向、Y方向和Z方向形成右手正交坐標 系統。也就是說，相互垂直的X方向和Y方向是平行於兀件安裝表面S1的方向。在本實施 例中，逆變器電路91對應於本發明中的"DC-AC轉換電路"。
[0039] 1、開關元件單元的示意性配置
[0040] 如圖1至圖3所示，開關元件單元1包括開關元件10和第一平滑電容器50,並且 在本實施例中，進一步包括與開關元件10並聯電連接的二極體元件20。第一平滑電容器50 是用於抑制要提供給開關元件10的DC電壓的變化（即，使該DC電壓平滑）的電路部件。 在本實施例中，如圖7所示，驅動旋轉電機2的旋轉電機驅動電路除了逆變器電路91以外 還包括升壓電路92,並且除了第一平滑電容器50以外還包括第二平滑電容器，作為平滑電 容器。升壓電路92是用於將DC電源3的DC電壓升壓的電路，並且包括兩個開關元件10、 電抗器82和分別與這兩個開關元件10並聯電連接的總共兩個二極體元件20。電抗器82 根據開關元件10的切換間歇地存儲能量。DC電源3由電池、電容器等構成。
[0041] 第一平滑電容器50與逆變器電路91的DC側並聯電連接，並且抑制要提供給逆變 器電路91的開關元件10的DC電壓的變化。放電電阻81與第一平滑電容器50並聯電連 接，當電源關斷等時，放電電阻81對存儲在第一平滑電容器50中的電荷放電。第二平滑電 容器60與DC電源3並聯電連接，並且抑制要提供給升壓電路92的開關元件10的DC電壓 的變化。也就是說，第一平滑電容器50是使已經被升壓電路92升壓的電壓平滑的升壓後 平滑電容器，第二平滑電容器60是使未被升壓電路92升壓的電壓平滑的升壓前平滑電容 器。在本實施例中，逆變器電路91的開關元件10(下文描述的上級開關元件10a和下級開 關元件10b)對應於本發明中的"開關元件"，並且第一平滑電容器50對應於本發明中的"平 滑電容器"。
[0042] 元件安裝表面S1形成於第一平滑電容器50的外表面中。在本實施例中，第一平 滑電容器50具有立方體外形，並且在作為第一平滑電容器50的頂側外表面的上表面中形 成平坦的元件安裝表面S1 (面向Z方向的表面）。如圖6所示，在本實施例中，元件安裝表 面S1形成為在平面圖中觀看時具有矩形形狀。
[0043] 如下文詳細描述的，在元件安裝表面S1上形成有電容器連接電極PI、P2,電容器 連接電極P1、P2為電連接至第一平滑電容器50的端子的電極。開關元件10設置（換句話 說，安裝）在元件安裝表面S1上，使得開關元件10的端子電連接至電容器連接電極PI、P2。 在本實施例中，與開關元件10並聯電連接的二極體元件20也設置（換句話說，安裝）在元 件安裝表面S1上，使得二極體元件20的端子電連接至電容器連接電極PI、P2。這些開關 元件10和二極體元件20從上方設置於（即，位於）元件安裝表面S1上或者形成於元件安 裝表面S1上的電極上。形成在元件安裝表面S1上的電容器連接電極P1、P2以及下文描述 的元件間連接電極P3、控制電極P4和放電電阻電極P5可以是例如由導電箔（銅箔等）構 成的電極。可以通過使用例如印刷技術將這種電極形成在元件安裝表面S1上。
[0044] 第一平滑電容器50包括作為正電極側端子的第一端子51和作為負電極側端子的 第二端子52。這些端子51、52用作DC電源3與升壓電路92之間的DC功率的輸入/輸出 端子，並且還用作DC電源3與逆變器電路91之間的DC功率的輸入/輸出端子。在本實施 例中，如圖4所示，第一端子51位於第一平滑電容器50的-X方向側的端部，第二端子52 位於第一平滑電容器50的X方向側的端部。第一端子51和第二端子52二者都被形成為 暴露於第一平滑電容器50的上表面上。也就是說，在本實施例中，第一平滑電容器50的上 表面包括由第一端子51的頂端形成的部分和由第二端子52的頂端形成的部分。此外，在 本實施例中，如圖1、圖2和圖4所不，第一端子51形成為暴露於第一平滑電容器50的-X 方向側的側表面上（橫向側的外表面；這同樣適用於以下描述）並且暴露於第一平滑電容 器50的Y和-Y方向側上。在本實施例中，如圖1、圖2和圖4所示，第二端子52形成為暴 露於第一平滑電容器50的X方向側的側表面上，並且暴露於第一平滑電容器50的Y和-Y 方向側的側表面上。
[0045] 在本實施例中，介於第一平滑電容器50的電極之間的每個介電部分53用作由陶 瓷材料製成的陶瓷電容器。該陶瓷材料例如是鈦酸鋇、鈦酸鍶、氧化鋁。具體來說，如圖4 和圖5示意性示出的，第一平滑電容器50是堆疊的陶瓷電容器，並且具有如下結構：在堆疊 方向上（在該不例中為堅直方向）堆疊介電部分53,其中，在介電部分53之間插入有內部 電極54。作為內部電極54,在堆疊方向上交替排列電連接至第一端子51的正電極側內部 電極54和電連接至第二端子52的負電極側內部電極54。正電極側內部電極54形成為在 第一平滑電容器50中沿X方向從第一端子51延伸。負電極側內部電極54形成為在第一 平滑電容器50中沿-X方向從第二端子52延伸。在本實施例中，內部電極54形成為平行 於元件安裝表面S1延伸。第一端子51和第二端子52二者均用作外部電極，並且形成為在 第一平滑電容器50的堆疊方向上沿整個長度延伸。儘管在圖4和圖5中介電部分53的堆 疊數為"5"，但是介電部分53的實際堆疊數可以是任意值。例如，可以使用介電部分53的 堆疊數大於等於100的電容器作為第一平滑電容器50。
[0046] 形成於第一平滑電容器50的外表面中的元件安裝表面S1與介電部分53 -體地 形成。具體來說，在本實施例中，第一平滑電容器50的上表面（具體來說，端子51、52之 外的部分）是由處於頂端的介電部分53形成的，而作為第一平滑電容器50的底側外表面 的下表面（具體來說，端子51、52之外的部分）是由處於底端的介電部分53形成的。也就 是說，在本實施例中，第一平滑電容器50的其中形成有元件安裝表面S1的上表面（具體來 說，端子51、52之外的上表面）和第一平滑電容器50的下表面（具體來說，端子51、52之 外的下表面）是使用與介電部分53相同的材料一體地形成的。可以使用各種已知技術制 成的電容器作為這種第一平滑電容器50。例如，可以使用利用低溫共燒陶瓷（LTCC)技術通 過低溫共燒製成的電容器作為第一平滑電容器50。在此情況下，形成於元件安裝表面S1上 的電極（例如，電容器連接電極PI、P2)的材料優選為其熔點允許通過燒制與介電部分53 的形成同時形成這些電極的材料（例如，與內部電極54相同的材料）。
[0047] 使用通過注入細顆粒的氣溶膠形成膜的技術（氣溶膠沉積技術）製成的電容器可 被用作第一平滑電容器50。具體來說，通過使用氣溶膠沉積技術在堆疊方向上交替形成介 電部分53和內部電極54而製成的電容器可被用作第一平滑電容器50。在此情況下，也可 以通過使用氣溶膠沉積技術形成形成於元件安裝表面S1上的電極（例如，電容器連接電極 P1、P2)。例如，可以使用A1203、AlN、Si3N4、BN、Mg0和BaTi03中的一個或多個的細顆粒作 為構成介電部分53的細顆粒。例如，可以通過使用氧化鋁細顆粒（陶瓷細顆粒的示例）構 成介電部分53。例如，可以使用諸如Cu或Ag等材料的細顆粒作為構成內部電極54的細顆 粒。
[0048] 2.開關元件串聯電路的配置
[0049] 將描述由包括在開關元件單元1中的開關元件10構成的開關元件串聯電路70。 如圖2和圖3所示，在本實施例中，在元件安裝表面S1上放置兩個開關元件10。如下所述， 通過將這兩個開關元件10相互串聯電連接而形成圖7所示的開關元件串聯電路70。換句 話說，構成開關元件串聯電路70的兩個開關元件10置於同一元件安裝表面S1上。
[0050] 如圖7所示，開關元件串聯電路70包括連接至DC電源3的正電極側的第一端71 和連接至DC電源3的負電極側（例如，地側）的第二端72。在本實施例中，開關元件串聯 電路70的第一端71經由升壓電路92的開關元件10和電抗器82電連接至DC電源3的正 電極，以便將由升壓電路92升壓的DC電壓提供給開關元件串聯電路70的第一端71。
[0051] 開關元件串聯電路70構成用於將DC電壓轉換為AC電壓的逆變器91的一個分支 (一組上臂和下臂）。在本實施例中，如圖7所示，該AC電壓要施加的旋轉電機2是由三相 交流電驅動的AC電動機，並且通過並聯電連接分別對應於三相（U相、V相和W相）的總共 三個分支（臂組）來構成逆變器電路91。在圖7中，為了避免複雜，僅示出對應於U相的分 支，其中"70"代表開關元件串聯電路、"71"代表第一端和"72"代表第二端。在本實施例 中，與每個分支（每個開關元件串聯電路70)並聯電連接一個第一平滑電容器50。然而， 為了避免複雜，圖7示出一個第一平滑電容器50連接至三個分支的示例。要由逆變器電路 91控制的旋轉電機2可以是例如被提供作為電動車輛、混合動力車輛的車輪的驅動力源的 旋轉電機。在本說明書中，術語"旋轉電機"用作包括電機（電動機）、發電機以及根據需要 用作電動機和發電機兩者的電動機發電機的概念。
[0052] 如圖7所示，開關元件串聯電路70的第一端71電連接至作為第一平滑電容器50 的正電極側端子的第一端子51，並且開關元件串聯電路70的第二端72電連接至作為第一 平滑電容器50的負電極側端子的第二端子52。二極體元件20分別與開關元件串聯電路70 的兩個開關元件10並聯電連接。下面描述實現該電連接配置的開關元件單元1的配置。
[0053] 如上所述，電連接至第一平滑電容器50的端子51、52的電容器連接電極P1、P2形 成在元件安裝表面S1上。具體來說，如圖6所示，電連接至第一端子51的第一電容器連接 電極P1和電連接至第二端子52的第二電容器連接電極P2形成在元件安裝表面S1上。在 本實施例中，具有電連接至第一端子51的部分和電連接至第二端子52的部分兩者的放電 電阻電極P5也形成在元件安裝表面S1上。第一電容器連接電極P1和放電電阻電極P5的 電連接至第一端子51的部分中的每一個被形成為覆蓋第一端子51的上表面的一部分，並 由此電連接至第一端子51。第二電容器連接電極P2和放電電阻電極P5的電連接至第二端 子52的部分中的每一個被形成為覆蓋第二端子52的上表面的一部分，並由此電連接至第 二端子52。
[0054] 如下所述，第一電容器連接電極P1和第二電容器連接電極P2是電連接開關元件 10和第一平滑電容器50的電極。因此，在本實施例中，在第一平滑電容器50的外部電極中 與逆變器電路91側的連接部分是由第一端子51和第二端子52的上表面構成的。儘管將 省略詳細描述，但是第一平滑電容器50的外部電極中與DC電源3側的連接部分也可以由 第一端子51和第二端子52的上表面構成。第一平滑電容器50的外部電極中與DC電源3 側的連接部分可以由第一端子51和第二端子52的側表面或下表面構成。
[0055] 如圖6所示，除P1、P2、P5三個電極之外，在元件安裝表面S1上還形成有元件間連 接電極P3和控制電極P4。這些電極P3、P4是與第一平滑電容器50的端子51、52電隔離 的電極。本文中使用的表述"電隔離"是指電極在元件安裝表面S1上電隔離，並且用作包 括這些電極經由位於元件安裝表面S1上的電路元件、互聯部件等電連接至第一平滑電容 器50的端子的情況的概念。
[0056] 如圖6所示，元件間連接電極P3在元件安裝表面S1的延伸方向上（在該示例中為 X方向）被置於第一電容器連接電極P1和第二電容器連接電極P2之間。在本實施例中，第 一電容器連接電極P1、第二電容器連接電極P2和元件間連接電極P3被形成為在X方向上 觀看時具有重疊部分。也就是說，在Y方向上存在包括在全部以下三個區域中的區域：在Y 方向上形成第一電容器連接電極P1的區域；在Y方向上形成第二電容器連接電極P2的區 域；以及在Y方向上形成元件間連接電極P3的區域。元件間連接電極P3被形成為在X方 向上兩側夾在第一電容器連接電極P1和第二電容器連接電極P2之間。這三個電極P1至 P3每個都形成為矩形形狀。在該示例中，如圖3所示，在元件間連接電極P3的X方向側的、 第二連接部件62 (下面描述）所處的部分中，元件間連接電極P3具有在-Y方向上從矩形 部分突出的部分。在本實施例中，連接至旋轉電機2的線圈的連接部件（未示出）連接至 該突出部分。
[0057] 如圖3所示，在元件安裝表面S1上，在X方向上相互鄰近地布置構成開關元件串 聯電路70的兩個開關元件10。在本實施例中，如圖6所示，元件安裝表面S1形成為具有長 邊和短邊的矩形形狀，使得X方向平行於長邊的延伸方向，Y方向平行於短邊的延伸方向。 在元件安裝表面S1上，沿Y方向與開關元件10相鄰地設置並聯電連接至該開關元件10的 二極體元件20。具體來說，二極體元件20被置於要連接至該二極體元件20的開關元件10 的Y方向側，從而與該開關元件10毗鄰。本文中使用的表述"被設置為毗鄰"是指在元件 安裝表面S1的延伸方向上（在該示例中為Y方向）沒有其他電路元件位於開關元件10和 二極體元件20之間，並且用作包括開關元件10和二極體元件20之間的間隔距離為零的狀 態（即，各自的外表面彼此接觸的狀態）和間隔距離大於零的狀態的概念。
[0058] 如圖5和圖7所示，開關元件10包括一對主端子12、13和控制端子11。主端子 12、13是電連接至DC電壓源（在該示例中，DC電源3)的端子。在該對主端子12、13中，正 電極側主端子12是高電位側的端子，負電極側主端子13是低電位側的端子。二極體元件 20以反並聯的方式電連接至開關元件10,使得陰極端子電連接至正電極側主端子12且陽 極端子電連接至負電極側主端子13。也就是說，二極體元件20用作續流二極體（FWD)。控 制端子11是控制開關元件10的切換的控制端子。當開關元件10接通時，在正電極側主端 子12和負電極側主端子13之間獲得電連接。當開關元件10斷開時，正電極側主端子12 和負電極側主端子13之間的電連接被切斷。
[0059] 如圖7所示，這兩個開關元件10中的位於高電位側的上級開關元件10a的正電極 側主端子12電連接至開關元件串聯電路70的第一端71。也就是說，上級開關元件10a是 開關元件串聯電路70的兩個開關元件10中的位於第一端71側的開關元件。這兩個開關 元件10中的位於低電位側的下級開關元件l〇b的負電極側主端子13電連接至開關元件串 聯電路70的第二端72。也就是說，下級開關元件10b是開關元件串聯電路70的兩個開關 元件10中的位於第二端72側的開關元件。上級開關元件10a的負電極側主端子13與下級 開關元件l〇b的正電極側主端子12之間的連接點（開關元件串聯電路70的串聯連接點） 電連接至旋轉電機2的線圈。在本實施例中，上級開關元件10a對應於本發明中的"第一開 關元件"，下級開關元件l〇b對應於本發明中的"第二開關元件"。
[0060] 在本實施例中，如圖7所示，開關元件10是絕緣柵雙極型電晶體（IGBT)，其中正 電極側主端子12由集電極端子構成，負電極側主端子13由發射極端子構成，控制端子11 由柵極端子構成。控制端子11經由柵極電阻83(見圖3和圖5)電連接至未示出的控制單 元，並且分別根據施加至控制端子11的柵極電壓控制每個開關元件10的切換。可以使用 金屬氧化物半導體場效應電晶體（M0SFET)等作為開關元件10。
[0061] 如圖5所示，在具有立方體外形的開關元件10中，正電極側主端子12和負電極側 主端子13分別形成在開關元件10的彼此相對的外表面上。具體來說，開關元件10具有其 上形成有正電極側主端子12的外表面和其上形成有負電極側主端子13的外表面，並且這 兩個外表面在相對的方向上彼此面對且彼此平行。開關元件10位於元件安裝表面S1上， 使得其上形成有負電極側主端子13的外表面用作面對元件安裝表面S1的第一相對安裝表 面S2。也就是說，對於置於元件安裝表面S1上的開關元件10,正電極側主端子12位於開 關元件10的上表面上，負電極側主端子13位於開關元件10的下表面上。在本實施例中， 控制端子11處於開關元件10的其上形成有負電極側主端子13的外表面上，與負電極側主 端子13隔開絕緣距離。也就是說，在本實施例中，主端子12、13(具體來說，負電極側主端 子13)形成在開關元件10的第一相對安裝表面S2上。在本實施例中，控制端子11也形成 在第一相對安裝表面S2上。
[0062] 開關元件10被置於元件安裝表面S1上，使得第一相對安裝表面S2直接或經由粘 合部件與元件安裝表面S1接觸。表述"直接或經由粘合部件與元件安裝表面S1接觸"中 的元件安裝表面S1包括形成在元件安裝表面S1上的電極。具體來說，如圖3至圖5所示， 上級開關元件l〇a經由粘合材料93從上方安置在元件間連接電極P3上，並且作為與上級 開關元件l〇a並聯電連接的二極體元件20的上級二極體元件20a也經由粘合材料93從上 方安置在元件間連接電極P3上。在該示例中，陽極端子形成在二極體元件20的下表面上， 陰極端子形成在二極體元件20的上表面上。也就是說，二極體元件20的下表面用作面對 元件安裝表面S1的第二相對安裝表面S3,並且二極體元件20被置於元件安裝表面S1上， 使得第二相對安裝表面S3直接或經由粘合部件與元件安裝表面S1接觸。在本實施例中， 陽極端子形成於第二相對安裝表面S3上。粘合材料93包括導電材料，如焊料或導電膏。 因此，形成在上級開關元件l〇a的下表面上的負電極側主端子13和形成在上級二極體元件 20a的下表面上的陽極端子電連接至元件間連接電極P3。粘合材料93對應於本發明中的 "粘合部件"。
[0063] 下級開關元件10b經由粘合材料93從上方安置在第二電容器連接電極P2上。作 為與下級開關元件l〇b並聯電連接的二極體元件20的下級二極體元件20b也經由粘合材 料93從上方安置在第二電容器連接電極P2上。因此，形成在下級開關元件10b的下表面 上的負電極側主端子13和形成在下級二極體元件20b的下表面上的陽極電極電連接至第 二電容器連接電極P2。第二電容器連接電極P2電連接至第二端子52,下級開關元件10b 的負電極側主端子13和下級二極體元件20b的陽極端子經由第二電容器連接電極P2電連 接至第二端子52。因此，第二電容器連接電極P2是將由下級開關元件10b的負電極側主端 子13構成的、開關元件串聯電路70的第二端72電連接至第一平滑電容器50的第二端子 52的電極。
[0064] 如圖1和圖2所示，設置導電的第一連接部件61，以將形成於上級開關元件10a的 上表面上的正電極側主端子12 (見圖4和圖5)和形成於上級二極體元件20a的上表面上 的陰極端子電連接至第一電容器連接電極P1。也就是說，第一連接部件61電連接第一電容 器連接電極P1和上級開關元件l〇a。具體來說，如圖4所示，第一連接部件61具有經由粘 合材料93從上方安置在第一電容器連接電極P1上的第一部分61a和經由粘合材料93從 上方安置在上級開關元件l〇a和上級二極體元件20a上的第二部分61b。也就是說，第一部 分61a是第一連接部件61的直接或經由粘合部件與第一電容器連接電極P1接觸的部分。 第二部分61b是第一連接部件61的直接或經由粘合部件與上級開關元件10a接觸的部分。 在本實施例中，第二部分61b也是直接或經由粘合材料與上級二極體元件20a接觸的部分。 這樣，上級開關元件l〇a的正電極側主端子12和上級二極體元件20a的陰極端子電連接至 第一電容器連接電極P1。第一電容器連接電極P1電連接至第一端子51，上級開關元件10a 的正電極側主端子12和上級二極體元件20a的陰極端子經由第一電容器連接電極P1電連 接至第一端子51。因此，第一電容器連接電極P1是將由上級開關元件10a的正電極側主端 子12構成的、開關元件串聯電路70的第一端71電連接至第一平滑電容器50的第一端子 51的電極。
[0065] 如圖1和圖2所示，設置導電的第二連接部件62,以將形成於下級開關元件10b的 上表面上的正電極側主端子12 (見圖4)和形成於下級二極體元件20b的上表面上的陰極 端子電連接至元件間連接電極P3。也就是說，第二連接部件62電連接元件間連接電極P3 和下級開關元件l〇b。具體來說，如圖4所示，第二連接部件62具有經由粘合材料93從上 方安置在元件間連接電極P3上的第一部分62a和經由粘合材料93從上方安置在下級開關 元件10b和下級二極體元件20b上的第二部分62b。也就是說，第一部分62a是第二連接 部件62的直接或經由粘合部件與元件間連接電極P3接觸的部分。第二部分62b是第二連 接部件62的直接或經由粘合部件與下級開關元件10b接觸的部分。在本實施例中，第二部 分62b也是直接或經由粘合部件與下級二極體元件20b接觸的部分。這樣，下級開關元件 l〇b的正電極側主端子12和下級二極體元件20b的陰極端子電連接至元件間連接電極P3。 結果，上級開關元件l〇a的負電極側主端子13和上級二極體元件20a的陽極端子經由元件 間連接電極P3電連接至下級開關元件10b的正電極側主端子12和下級二極體元件20b的 陰極端子。因此，元件間連接電極P3是電連接兩個開關元件10 (具體來說，上級開關元件 10a和下級開關元件10b)的電極。
[0066] 在本實施例中，如圖1、圖4等所示，第一連接部件61和第二連接部件62每個在 其上表面具有平坦部分。儘管圖中沒有示出，在該平坦部分的頂側上設置散熱器，其中，在 平坦部分與散熱器之間插入絕緣部件。該絕緣部件具有電絕緣性和導熱性。這允許開關元 件10的熱有經由連接部件61、62效地傳導至散熱器，同時確保開關元件10和散熱器之間 的電絕緣。因此，除了用作連接部件（匯流條）以外，連接部件61、62還具有散熱功能。 [0067] 控制電極P4是電連接至控制端子11的控制電極。如圖5所示，控制電極P4具有 位於控制端子11下方且電連接至控制端子11的部分，以及在-Y方向上與該部分分開的部 分（分開部分）。柵極電阻83從上方安置在控制電極Ρ4上，以電連接這兩部分。儘管圖 中沒有示出，在該分開部分中形成有柔性印刷板的連接端子，並且控制端子11經由該柔性 印刷板電連接至產生切換控制信號（在該示例中，柵極驅動信號）的控制單元（未示出）。 該柔性印刷板是柔性的印刷板，並且可變形到很大程度。
[0068] 放電電阻電極Ρ5是其上設置與第一平滑電容器50並聯電連接的放電電阻81 (見 圖7)的電極。具體來說，如圖6所示，放電電阻電極Ρ5具有在X方向上彼此分開的兩個部 分，即，電連接至第一端子51的部分和電連接至第二端子52的部分。如圖1所示，放電電 阻81從上方安置在放電電阻電極Ρ5上，以電連接這兩部分。
[0069] 3.其他實施例
[0070] 最後，下面描述根據本發明的開關元件的其他實施例。只要沒有出現一致性，下述 每個實施例中公開的配置都可以與其他實施例中公開的任何配置相組合。
[0071] (1)上述實施例是關於元件安裝表面S1是由與介電部分53的材料相同的材料制 成的示例描述的。然而，本發明的實施例不局限於此，並且元件安裝表面S1可以由與介電 部分53的材料不同的材料製成。上述實施例是關於在元件安裝表面S1上設置兩個開關元 件10的示例描述的。然而，可以適當地改變設置於元件安裝表面S1上的開關元件10的數 量，並且可以在元件安裝表面S1上設置奇數（例如，一個）個開關元件10。
[0072] (2)上述實施例是關於控制端子11形成於開關元件10的第一相對安裝表面S2上 的示例描述的。然而，本發明的實施例不局限於此，並且控制端子11可以形成在開關元件 10的外表面上，而不是第一相對安裝表面S2上（例如，作為頂側外表面的上表面）。在此 情況下，例如，控制端子11可以經由導線部件電連接至控制電極Ρ4。在此情況下，控制電 極Ρ4可以不形成在元件安裝表面S上，並且控制端子11可以電連接至產生切換控制信號 (在該示例中，柵極驅動信號）的控制單元（未示出）而不經由元件安裝表面S1。
[0073] (3)上述實施例是關於並聯電連接至開關元件10的二極體元件20被置於元件安 裝表面S1上以毗鄰開關元件10的示例描述的。然而，本發明的實施例不局限於此，並且其 他電路元件可以在元件安裝表面S1的延伸方向上位於二極體元件20和開關元件10之間。 作為選擇，二極體元件20可以被置於外表面上而不是元件安裝表面S1上（例如，作為第一 平滑電容器50的-Ζ方向側的外表面的下表面），或者可以位於不同於第一電容器50的部 件上。可以不設置與開關元件10並聯電連接的二極體元件20。
[0074] (4)上述實施例是關於在元件安裝表面S1上設置構成開關元件串聯電路70的兩 個開關元件10的示例描述的。然而，本發明的實施例不局限於此。例如，可以在元件安裝 表面S1上設置構成逆變器電路91的四個或六個開關元件10。例如，可以使用如下布局配 置作為在元件安裝表面S1上設置六個開關元件10的配置：在該配置中，如圖8所示，沿著 Υ方向布置三個單元，其中每個單元構成單個開關元件串聯電路70 (上述實施例中圖3所示 的部分）。為了避免複雜，圖8中未示出與放電電阻81和柵極電阻83有關的部分。在這種 配置中，可以將上述實施例中分別針對對應的分支（對應的開關元件串聯電路70)設置的 總共三個第一平滑電容器50統一併形成為單個第一平滑電容器50 (電容為三倍）。
[0075] (5)上述實施例是關於第一電容器連接電極Ρ1、第二電容器連接電極Ρ2和元件間 連接電極Ρ3被形成為在X方向上具有重疊部分的示例描述的。然而，本發明的實施例不局 限於此，並且第一電容器連接電極PI、第二電容器連接電極P2和元件間連接電極P3可以位 於在X方向上觀看時彼此不重疊的兩個或三個區域中（在Y方向上彼此分開的區域）。上 述實施例是關於在元件安裝表面S1的延伸方向上元件間連接電極P3被置於第一電容器連 接電極P1和第二電容器連接電極P2之間的示例描述的。然而，元件間連接電極P3可以被 置於第一電容器連接電極P1或第二電容器連接電極P2的Y方向側或-Y方向側，從而在Y 方向上觀看時具有重疊部分。
[0076] (6)上述實施例是關於逆變器電路91為將DC電壓轉換為三相AC電壓的DC-AC轉 換電路並且逆變器電路91包括六個開關元件10的示例描述的。然而，本發明的實施例不 局限於此，並且逆變器電路91可以是將DC電壓轉換為單相AC電壓的DC-AC轉換電路並且 逆變器電路91可以包括四個開關元件10。在此情況下，如上述實施例中，可以將兩個開關 元件10置於元件安裝表面S1上，或者不同於上述實施例，可以將四個開關元件10置於元 件安裝表面S1上。
[0077] (7)上述實施例是關於根據本發明的開關元件應用於控制旋轉電機2的逆變器電 路91(見圖7)的示例描述的。然而，本發明的實施例不局限於此，並且根據本發明的開關 元件還可應用於其他電路，如升壓電路92。例如，在根據本發明的開關元件單元應用於升壓 電路92的情況下，元件安裝表面可以形成在第二平滑電容器60的外表面，並且構成升壓電 路92的開關元件10可以被置於元件安裝表面上。儘管詳細描述被省略，但是在這種配置 中，可以與上述實施例類似地配置本發明，只是用第二平滑電容器60的元件安裝表面代替 上述實施例中的元件安裝表面S1。
[0078] (8)上述實施例是關於驅動旋轉電機2的旋轉電機驅動電路除了逆變器電路91以 外還包括升壓電路92的示例描述的。然而，本發明的實施例不局限於此，並且驅動旋轉電 機2的旋轉電機驅動電路可以不包括升壓電路92。
[0079] (9)上述實施例是關於第一平滑電容器50為介於電極之間的介電部分53由陶瓷 材料製成的陶瓷電容器的示例描述的。然而，本發明的實施例不局限於此。也就是說，第一 平滑電容器50的介電部分53可以由陶瓷材料以外的材料製成（例如，合成樹脂）。
[0080] (10)對於其他配置，本說明書中公開的實施例在所有方面都是舉例說明，並且本 發明的實施例不局限於此。也就是說，在不偏離本發明的目的的情況下可以適當地修改強 烈要求中沒有描述的配置。
[0081] 優選地，可以在具有開關元件的開關元件單元中使用本發明。
【權利要求】
1. 一種開關元件單元，特徵在於，包括：開關元件；以及平滑電容器，用於抑制要提供 給所述開關元件的DC電壓的變化，其中， 形成於所述平滑電容器的外表面中的元件安裝表面與介於所述平滑電容器的電極之 間的介電部分一體地形成， 在所述元件安裝表面上形成有電容器連接電極，所述電容器連接電極為電連接至所述 平滑電容器的端子的電極，並且 所述開關元件被置於所述元件安裝表面上，使得所述開關元件的端子電連接至所述電 容器連接電極。
2. 根據權利要求1所述的開關元件單元，其中， 所述開關元件具有面對所述元件安裝表面的相對安裝表面，並且 所述開關元件被置於所述元件安裝表面上，使得所述相對安裝表面直接或經由粘合部 件與所述元件安裝表面接觸。
3. 根據權利要求2所述的開關元件單元，其中， 所述開關元件包括在所述相對安裝表面上電連接至所述DC電壓的電源的主端子，並 且 所述主端子電連接至所述電容器連接電極。
4. 根據權利要求1至3中任一項所述的開關元件單元，其中， 所述開關元件具有面對所述元件安裝表面的相對安裝表面， 在所述相對安裝表面上形成有用於控制所述開關元件的控制端子，並且 在所述元件安裝表面上形成有電連接至所述控制端子的控制電極。
5. 根據權利要求1至4中任一項所述的開關元件單元，還包括： 與所述開關元件並聯電連接的二極體元件， 其中，所述二極體元件被置於所述元件安裝表面上。
6. 根據權利要求5所述的開關元件單元，其中， 所述開關元件的、面對所述元件安裝表面的所述相對安裝表面是第一相對安裝表面， 所述二極體元件包括在面對所述元件安裝表面的第二相對安裝表面上電連接至所述 電容器連接電極的端子，並且 所述二極體元件被置於所述元件安裝表面上，使得所述第二相對安裝表面直接或經由 粘合部件與所述元件安裝表面接觸。
7. 根據權利要求1至6中任一項所述的開關元件單元，其中， 所述開關元件中的、彼此串聯電連接以構成開關元件串聯電路的兩個開關元件被置於 所述元件安裝表面上，並且 在所述元件安裝表面上形成有第一電容器連接電極、第二電容器連接電極以及元件間 連接電極，其中，所述第一電容器連接電極電連接所述開關元件串聯電路的第一端和所述 平滑電容器的第一端子，第二電容器連接電極電連接所述開關元件串聯電路的第二端和所 述平滑電容器的第二端子，所述元件間連接電極電連接所述兩個開關元件。
8. 根據權利要求7所述的開關元件單元，其中， 所述元件間連接電極被沿所述元件安裝表面的延伸方向置於所述第一電容器連接電 極和所述第二電容器連接電極之間。
9. 根據權利要求7或8所述的開關元件單元，其中， 在構成所述開關元件串聯電路的兩個開關元件當中，位於第一端側的開關元件是第一 開關元件，位於第二端側的開關元件是第二開關元件， 所述開關元件單元還包括： 第一連接部件，其電連接所述第一電容器連接電極和所述第一開關元件；以及第二連 接部件，其電連接所述元件間連接電極和所述第二開關元件， 所述第一連接部件具有直接或經由粘合部件與所述第一電容器連接電極接觸的第一 部分，和直接或經由粘合部件與所述第一開關元件接觸的第二部分，並且 所述第二連接部件具有直接或經由粘合部件與所述元件間連接電極接觸的第一部分， 和直接或經由粘合部件與所述第二開關元件接觸的第二部分。
10. 根據權利要求1至9中任一項所述的開關元件單元，其中， 在所述元件安裝表面上設置有開關元件中的、構成DC-AC轉換電路的六個開關元件， 所述DC-AC轉換電路用於將DC電壓轉換為AC電壓。
11. 根據權利要求1至10中任一項所述的開關元件單元，其中， 所述介電部分由陶瓷材料製成。
【文檔編號】H02M7/00GK104160501SQ201380004115
【公開日】2014年11月19日 申請日期:2013年1月29日 優先權日:2012年1月31日
【發明者】戶谷浩久 申請人:愛信艾達株式會社