JP2018057139A - スナバ回路及びパワー半導体モジュール並びに誘導加熱用電源装置 - Google Patents

Abstract

【課題】汎用性及び耐久性に優れるスナバ回路を提供し、このスナバ回路を用いてパワー半導体素子の保護を強化したパワー半導体モジュール及び誘導加熱用電源装置を提供する。【解決手段】誘導加熱用電源装置１のインバータ部６に用いられるパワー半導体モジュール１０は、２つのパワー半導体素子Ｑ１，Ｑ２が直列接続されてなるアームを含み、アームに電気的に接続され第１側面１０ａに設けられた正負一対の直流入力端子１１ａ，１１ｂ及び反対側の第２側面１０ｂに設けられた出力端子１２ａ，１２ｂを有しており、スナバ回路ＳＣ１は、パワー半導体モジュール１０の側面に沿って延び、正側直流入力端子１１ａと出力端子１２ａとの間に架け渡される絶縁性基材２１と、絶縁性基材２１の上面に設けられ、正側直流入力端子１１ａ及び出力端子１２ａにそれぞれ接続される回路パターンを形成する導体層２２と、を有する回路基板２０と、回路基板２０に露出した状態で実装された電子部品Ｒ，Ｃ，Ｄと、を備える。【選択図】図２

Description

本発明は、スナバ回路及びパワー半導体モジュール並びに誘導加熱用電源装置に関する。

鋼製ワークの熱処理におけるワークの加熱方式として、加熱コイルに交流電力を供給し、加熱コイルによって形成される磁界に置かれたワークに誘起される誘導電流によってワークを加熱する誘導加熱が用いられている。

加熱コイルに交流電力を供給する電源装置は、一般に商用電源の交流電力をコンバータで直流電力に変換し、直流電力の脈流をコンデンサで平滑し、平滑後の直流電力をインバータで交流電力に逆変換して、加熱コイルに供給する高周波の交流電力を生成している（例えば、特許文献１参照）。

インバータは、一般に、直列に接続されたスイッチング動作可能な２つのパワー半導体素子を一つのアームとして、複数のアームが並列に接続されてなるフルブリッジ回路によって構成され、パワー半導体素子の高速なスイッチング動作によって高周波の交流電力を生成する。そして、ブリッジ回路を構成する複数のアームは、典型的には個々にモジュール化されている。

パワー半導体モジュールとしては、アームに電気的に接続された正負一対の直流入力端子がモジュールの上面に隣設され、さらに出力端子もモジュールの上面に設けられたものが知られており（例えば、特許文献２参照）、また、アームに電気的に接続された正負一対の直流入力端子がモジュールの一側面に隣設され且つ出力端子がモジュールの反対側面に設けられたものも知られている（例えば、特許文献３参照）。

特開２００９−２７７５７７号公報 特開平８−３３３４６号公報 特開２００４−１３５４４４号公報

パワー半導体素子の高速なスイッチング動作はパワー半導体素子に流れる電流を急激に変化させる。この電流変化ｄｉ／ｄｔは、パワー半導体素子と電圧源との間の導電路の寄生インダクタンスＬにより、パワー半導体素子の両端にサージ電圧Ｌ×ｄｉ／ｄｔを発生させる。過大なサージ電圧はパワー半導体素子を破壊する虞があり、パワー半導体素子を保護するため、サージ電圧を吸収するスナバ回路がパワー半導体モジュールに付加される場合がある（例えば、特許文献２参照）。

特許文献２に記載されたパワー半導体モジュールのスナバ回路は、正負一対の直流入力端子間に接続され、パワー半導体モジュールに含まれる２つのパワー半導体素子に一括して設けられる簡易的な一括スナバである。このスナバ回路は、コンデンサ及びコンデンサに電気的に接続された一対の端子の一部が樹脂モールドされてモジュール化されており、一対の端子がパワー半導体モジュールの上面に隣設された正負一対の直流入力端子に直結されている。なお、スナバ回路には、簡易的な一括スナバの他に、パワー半導体モジュールの直流入力端子と出力端子との間に接続されてパワー半導体素子毎に設けられる個別スナバもある。

コンデンサ等の電子部品及び端子の一部が樹脂モールドされてなる既存のスナバモジュールは、端子間隔との関係で、正負一対の直流入力端子がモジュールの一側面に隣設され且つ出力端子がモジュールの反対側面に設けられたパワー半導体モジュールにおいて直流入力端子及び出力端子に直結できず、この種のパワー半導体モジュールの個別スナバの用途には適さない。

また、スナバ回路では、パワー半導体素子のスイッチング周波数などに応じてコンデンサ等の電子部品の定数が選定されるが、電子部品が樹脂モールドされてなる既存のスナバモジュールの電子部品を変更することは事実上不能である。このため、電子部品が樹脂モールドされてなるスナバモジュールは、パワー半導体素子のスイッチング周波数の変更といったインバータの設計変更に対し、都度、設計及び製造されるが、既存のスナバモジュールのモールド型を流用する場合には設計の自由度が制限され、新規にモールド型を作製する場合にはモールド型の作製にコストが嵩む。

また、電子部品が樹脂モールドされてなるスナバモジュールでは、電子部品に生じる熱の放散に支障をきたす虞があり、熱による電子部品の劣化が懸念される。

本発明は、上述した事情に鑑みなされたものであり、正負一対の直流入力端子が第１側面に設けられ且つ出力端子が第１側面とは反対側の第２側面に設けられているパワー半導体モジュールに好適に用いることができ、汎用性及び耐久性に優れるスナバ回路を提供し、このスナバ回路を用いてパワー半導体素子の保護を強化したパワー半導体モジュール及び誘導加熱用電源装置を提供することを目的とする。

本発明の一態様のスナバ回路は、スイッチング動作可能な２つのパワー半導体素子が直列接続されてなるアームを含むパワー半導体モジュール用のスナバ回路であって、前記パワー半導体モジュールは、前記アームに電気的に接続された正負一対の直流入力端子及び出力端子を有し、正負一対の前記直流入力端子が該パワー半導体モジュールの第１側面に設けられ且つ前記出力端子が該パワー半導体モジュールの前記第１側面とは反対側の第２側面に設けられているものであり、前記パワー半導体モジュールの側面に沿って延び、前記直流入力端子と前記出力端子との間に架け渡される絶縁性基材と、前記絶縁性基材の上面及び下面の少なくとも一方に設けられ、前記直流入力端子及び前記出力端子にそれぞれ接続される回路パターンを形成する導体層と、を有する回路基板と、前記回路基板に露出した状態で実装された電子部品と、を備える。

また、本発明の一態様のパワー半導体モジュールは、スイッチング動作可能な２つのパワー半導体素子が直列接続されてなるアームを含むパワー半導体モジュールであって、前記アームに電気的に接続された正負一対の直流入力端子及び出力端子と、前記直流入力端子と前記出力端子との間に接続されるスナバ回路と、を備え、正負一対の前記直流入力端子は、該パワー半導体モジュールの第１側面に設けられ且つ前記出力端子が該パワー半導体モジュールの前記第１側面とは反対側の第２側面に設けられており、前記スナバ回路は、該パワー半導体モジュールの側面に沿って延び、前記直流入力端子と前記出力端子との間に架け渡される絶縁性基材と、前記絶縁性基材の上面及び下面の少なくとも一方に設けられ、前記直流入力端子及び前記出力端子にそれぞれ接続される回路パターンを形成する導体層と、を有する回路基板と、前記回路基板に露出した状態で実装された電子部品とを有する。

また、本発明の一態様の誘導加熱用電源装置は、直流電力を交流電力に変換するインバータ部を備え、前記インバータ部は、前記パワー半導体モジュールが複数並列接続されてなるブリッジ回路によって構成される。

本発明によれば、正負一対の直流入力端子が第１側面に設けられ且つ出力端子が第１側面とは反対側の第２側面に設けられているパワー半導体モジュールに好適に用いることができ、汎用性及び耐久性に優れるスナバモジュールを提供することができ、このスナバ回路を用いてパワー半導体素子の保護を強化したパワー半導体モジュール及び誘導加熱用電源装置を提供することができる。

本発明の実施形態を説明するための、誘導加熱用電源装置の一例の回路図である。 図１の誘導加熱用電源装置のインバータ部に用いられるパワー半導体モジュールの構成例を示す斜視図である。 図２パワー半導体モジュールのスナバ回路の断面図である。 図３のスナバ回路の変形例の断面図である。 図３のスナバ回路の他の変形例の断面図である。 図３のスナバ回路の他の変形例の断面図である。

図１は、本発明の実施形態を説明するための、誘導加熱用電源装置の一例を示す。

図１に示す誘導加熱用電源装置１は、商用の交流電源２から供給される交流電力を直流電力に変換するコンバータ部３を含む直流電源部４と、直流電源部４から出力される直流電力の脈流を平滑する平滑部５と、平滑部５によって平滑化された直流電力を高周波の交流電力に逆変換するインバータ部６と、を備える。

インバータ部６は、直列に接続された２つのパワー半導体素子Ｑ１，Ｑ２からなる第１アームと、直列に接続された２つのパワー半導体素子Ｑ３，Ｑ４からなる第２アームとを含み、第１アーム及び第２アームが平滑部５に並列に接続され、第１アームのパワー半導体素子Ｑ１，Ｑ２の直列接続点Ｐ１及び第２アームのパワー半導体素子Ｑ３，Ｑ４の直列接続点Ｐ２を出力端としたフルブリッジ回路によって構成されている。そして、直列接続点Ｐ１，Ｐ２の間にトランス８を介して加熱コイル７が接続される。なお、各パワー半導体素子には還流ダイオードが逆並列接続されている。

パワー半導体素子としては、例えばＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ）や、ＭＯＳＦＥＴ（Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor、金属酸化物半導体電界効果トランジスタ）といったスイッチング動作可能な各種のパワー半導体素子が使用可能であり、半導体材料として、例えばＳｉ（シリコン）を用いたものや、ＳｉＣ（シリコンカーバイト）を用いたものがある。

第１アーム及び第２アームにおいて、平滑部５の正側に接続される側をハイサイドとし、平滑部５の負側に接続される側をローサイドとして、第１アームのハイサイドのパワー半導体素子Ｑ１と第２アームのローサイドのパワー半導体素子Ｑ４とが同期してオン・オフされ、第１アームのローサイドのパワー半導体素子Ｑ２と第２アームのハイサイドのパワー半導体素子Ｑ３とが同期してオン・オフされる。パワー半導体素子Ｑ１，Ｑ４とパワー半導体素子Ｑ２，Ｑ３とが交互にオンされることにより、加熱コイル７に高周波の電力が供給される。

パワー半導体素子Ｑ１〜Ｑ４の高速なスイッチング動作はパワー半導体素子Ｑ１〜Ｑ４に流れる電流を急激に変化させ、パワー半導体素子Ｑ１〜Ｑ４と電圧源である平滑部５との間の導電路の寄生インダクタンスにより、パワー半導体素子Ｑ１〜Ｑ４の両端にサージ電圧を発生させる。このサージ電圧を吸収するため、パワー半導体素子Ｑ１〜Ｑ４に個別にスナバ回路ＳＣ１〜ＳＣ４が設けられている。

スナバ回路ＳＣ１〜ＳＣ４は、図示の例では、抵抗Ｒ、コンデンサＣ、及びダイオードＤを含んで構成された、いわゆる放電阻止形のＲＣＤスナバ回路である。

第１アームのハイサイドのパワー半導体素子Ｑ１のスナバ回路ＳＣ１は、パワー半導体素子Ｑ１の両端間（ＩＧＢＴではコレクタ−エミッタ間、ＭＯＳＦＥＴではドレイン−ソース間）にコンデンサＣ及びダイオードＤが直列に接続されており、コンデンサＣとダイオードＤとの直列接続点と平滑部５の負側との間に抵抗Ｒが接続されている。

また、第１アームのローサイドのパワー半導体素子Ｑ２のスナバ回路ＳＣ２は、パワー半導体素子Ｑ２の両端間にコンデンサＣ及びダイオードＤが直列に接続されており、コンデンサＣとダイオードＤとの直列接続点と平滑部５の正側との間に抵抗Ｒが接続されている。

第２アームのハイサイドのパワー半導体素子Ｑ３のスナバ回路ＳＣ３は、スナバ回路ＳＣ１と同様に構成され、第２アームのローサイドのパワー半導体素子Ｑ４のスナバ回路ＳＣ４は、スナバ回路ＳＣ２と同様に構成されている。

なお、スナバ回路ＳＣ１〜ＳＣ４は、上記の構成に限定されず、例えばパワー半導体素子に対するコンデンサＣ及びダイオードＤの並びが図示の例とは逆順とされ、且つ抵抗ＲがダイオードＤと並列に接続された、いわゆる充放電形のＲＣＤスナバ回路であってもよく、又はパワー半導体素子の両端間に抵抗Ｒ及びコンデンサＣが直列に接続された、いわゆるＲＣスナバ回路であってもよい。

第１アームのパワー半導体素子Ｑ１，Ｑ２及びそれらの還流ダイオードはケースに収納されてモジュール化されており、スナバ回路ＳＣ１，ＳＣ２は、ケースの外側に露出して設けられた外部接続端子に接続され、ケースの外側に配置される。なお、パワー半導体素子Ｑ１，Ｑ２及びそれらの還流ダイオードを収納したケースの内部にモールド樹脂が充填され、パワー半導体素子Ｑ１，Ｑ２及びそれらの還流ダイオードが封止される場合もある。同様に、第２アームのパワー半導体素子Ｑ３，Ｑ４及びそれらの還流ダイオードもまたケースに収納されてモジュール化されており、スナバ回路ＳＣ３，ＳＣ４は、ケースの外側に露出して設けられた外部接続端子に接続され、ケースの外側に配置される。

第１アームのパワー半導体素子Ｑ１，Ｑ２を含むパワー半導体モジュールと、第２アームのパワー半導体素子Ｑ３，Ｑ４を含むパワー半導体モジュールとは同一の構成を備え、以下、図２を参照して、第１アームのパワー半導体素子Ｑ１，Ｑ２を含むパワー半導体モジュールについて説明する。

図２は、パワー半導体モジュールの構成例を示す。

パワー半導体モジュール１０は、外部接続端子として、正側直流入力端子１１ａ及び負側直流入力端子１１ｂと、２つの出力端子１２ａ，１２ｂと、複数の制御端子１３とを有し、これらの外部接続端子は、パワー半導体素子Ｑ１，Ｑ２及びそれらの還流ダイオードを収納したケースの外側に露出して設けられている。

正側直流入力端子１１ａ及び負側直流入力端子１１ｂは、略直方体状に形成されたパワー半導体モジュール１０の第１側面１０ａに配置されており、正側直流入力端子１１ａは、パワー半導体素子Ｑ１，Ｑ２からなる第１アームのパワー半導体素子Ｑ１側の端に電気的に接続され、負側直流入力端子１１ｂは、第１アームのパワー半導体素子Ｑ２側の端に電気的に接続されている。そして、正側直流入力端子１１ａは、ブスバー等の配線部材１４ａを用いて平滑部５の正側に接続され、負側直流入力端子１１ｂは配線部材１４ｂを用いて平滑部５の負側に接続される。

２つの出力端子１２ａ，１２ｂは、パワー半導体モジュール１０の第１側面１０ａとは反対側の第２側面１０ｂに配置されており、いずれも第１アームの出力端であるパワー半導体素子Ｑ１，Ｑ２の直列接続点Ｐ１（図１参照）に電気的に接続されている。なお、２つの出力端子１２ａ，１２ｂは１つに纏められていてもよい。そして、２つの出力端子１２ａ，１２ｂは、配線部材１５を用いてトランス８（図１参照）に接続され、トランス８を介して加熱コイル７（図１参照）の一端に接続される。

複数の制御端子１３はパワー半導体モジュール１０の上面１０ｅに配置されており、一部の制御端子１３はパワー半導体素子Ｑ１のゲートに電気的に接続され、他の一部の制御端子１３はパワー半導体素子Ｑ２のゲートに電気的に接続されている。そして、これらの制御端子１３は、パワー半導体素子Ｑ１，Ｑ２のスイッチング動作を制御する制御回路１６に接続される。本例では、制御回路１６はパワー半導体モジュール１０の上面１０ｅに重ね置かれ、制御端子１３は制御回路１６の回路基板に形成されたスルーホールを介して制御回路１６に半田付けされている。

パワー半導体素子Ｑ１のスナバ回路ＳＣ１は、上記のとおり抵抗Ｒ、コンデンサＣ、及びダイオードＤを有し、これらの電子部品Ｒ，Ｃ，Ｄが露出した状態で実装される回路基板２０をさらに有する。回路基板２０は、絶縁性基材２１と、導体層２２とで構成されている。

絶縁性基材２１は、正負一対の直流入力端子１１ａ，１１ｂが設けられたパワー半導体モジュール１０の第１側面１０ａ、２つの出力端子１２ａ，１２ｂが設けられたパワー半導体モジュール１０の第２側面１０ｂ、及び第１側面１０ａと第２側面１０ｂとの間のパワー半導体モジュール１０の第３側面１０ｃに沿って延び、正側直流入力端子１１ａと出力端子１２ａとの間に架け渡されている。

導体層２２は、抵抗Ｒ、コンデンサＣ、及びダイオードＤが配置される絶縁性基材２１の上面に設けられており、正側直流入力端子１１ａ及び出力端子１２ａにそれぞれ接続される回路パターンを形成している。

導体層２２は、典型的には銅箔で形成される。絶縁性基材２１には、例えばベークライト、紙をフェノール樹脂で固めた紙フェノール、ガラス繊維をエポキシ樹脂で固めたガラスエポキシ、等の種々の材料を用いることができるが、単位厚み当たりの曲げ剛性が銅より高い材料が好ましく、上記列挙した材料ではガラスエポキシが好適である。

そして、回路パターンに応じた回路基板２０の適宜な箇所には、抵抗Ｒ、コンデンサＣ、及びダイオードＤがそれぞれ取り付けられる電子部品取り付け部が設けられている。電子部品取り付け部は、対応する電子部品の形式に応じて形成される。

図３は、スナバ回路ＳＣ１の構成を示す。

図示の例では、コンデンサＣはリードタイプのコンデンサであり、コンデンサＣに対応する電子部品取り付け部２３ａ，２３ｂはスルーホールとされており、コンデンサＣの両方のリード２４ａ，２４ｂが電子部品取り付け部２３ａ，２３ｂにそれぞれ挿し込まれ、導体層２２からなるランドに半田付けされている。

抵抗Ｒもリードタイプの抵抗であり、抵抗Ｒに対応する電子部品取り付け部２５はスルーホールとされており、抵抗Ｒの一方のリード２６ａが電子部品取り付け部２５に挿し込まれ、導体層２２からなるランドに半田付けされている。

ダイオードＤは、モールド樹脂に封止されたダイオードチップの一端に電気的に接続されているピン２７ａ，２７ｂと、ダイオードチップの他端に電気的に接続され且つパッケージの裏面に露出されたフレーム２７ｃとを有する。ピン２７ａ，２７ｂに対応する電子部品取り付け部２８ａ，２８ｂはスルーホールとされ、ピン２７ａ，２７ｂは、電子部品取り付け部２８ａ，２８ｂにそれぞれ挿し込まれ、導体層２２からなるランドに半田付けされている。また、フレーム２７ｃに対応する電子部品取り付け部２８ｃもまたスルーホールとされているが、フレーム２７ｃは、導体層２２からなるランドと接触した状態で、電子部品取り付け部２８ｃにネジ止めされている。

なお、上記の抵抗Ｒ、コンデンサＣ、及びダイオードＤ、並びにそれらの電子部品取り付け部の構成は一例であって適宜変更可能である。例えば、抵抗Ｒにネジ止めタイプの抵抗を用いてもよく、コンデンサＣにネジ止めタイプのコンデンサを用いてもよい。また、ダイオードＤに、全ての電気接続部がピンで構成されるフルモールドパッケージタイプのダイオードを用いてもよく、又はリードタイプのダイオードを用いてもよい。さらに、抵抗ＲやコンデンサＣやダイオードＤに表面実装タイプのものを用いてもよく、この場合、回路基板２０の電子部品取り付け部は、スルーホールに替えて、パッドとされる。さらにまた、図示の例では、抵抗ＲやコンデンサＣやダイオードＤが半田付け又はネジ止めなどによって回路基板２０に直接取り付けられて実装されているが、抵抗ＲやコンデンサＣやダイオードＤは回路基板２０に電気的に接続されていればよく、接続端子や配線材を介して回路基板２０に実装されていてもよい。例えば抵抗Ｒのリード２６ａに接続端子を圧着し、配線材の両端にも接続端子を圧着し、配線材の一方の接続端子を抵抗Ｒの接続端子と接続し、配線材の他方の接続端子を電子部品取り付け部２５にネジ止めして、抵抗Ｒを回路基板２０に実装してもよい。

以上のように構成されたスナバ回路ＳＣ１は、回路基板２０の一方の端部が配線部材１４ａと共にねじで正側直流入力端子１１ａに共締めされ、回路基板２０の他方の端部が配線部材１５と共にねじで出力端子１２ａに共締めされ、併せて抵抗Ｒのリード２６ｂが負側直流入力端子１１ｂに電気的に接続されて、パワー半導体モジュール１０に装着される。

図２を再び参照して、パワー半導体素子Ｑ２のスナバ回路ＳＣ２は、上記のとおり抵抗Ｒ、コンデンサＣ、及びダイオードＤを有し、これらの電子部品Ｒ，Ｃ，Ｄが実装される回路基板３０をさらに有する。

回路基板３０は、スナバ回路ＳＣ１の回路基板２０と同様に、絶縁性基材３１と、導体層３２とで構成されており、絶縁性基材３１はパワー半導体モジュール１０の第１側面１０ａ、第２側面１０ｂ、及び第１側面１０ａと第２側面１０ｂとの間の第４側面１０ｄに沿って延び、負側直流入力端子１１ｂと出力端子１２ｂとの間に架け渡されている。

導体層３２は、絶縁性基材３１の上面に設けられており、負側直流入力端子１１ｂ及び出力端子１２にそれぞれ接続される回路パターンを形成している。そして、回路パターンに応じた回路基板３０の適宜な箇所には、抵抗Ｒ、コンデンサＣ、及びダイオードＤがそれぞれ取り付けられる電子部品取り付け部が設けられている。

以上のように構成されたスナバ回路ＳＣ２は、回路基板３０の一方の端部が配線部材１４ｂと共にねじで負側直流入力端子１１ｂに共締めされ、回路基板３０の他方の端部が配線部材１５と共にねじで出力端子１２ｂに共締めされ、併せて抵抗Ｒの一方のリードが正側直流入力端子１１ａに電気的に接続されて、パワー半導体モジュール１０に装着される。

上述したパワー半導体モジュール１０によれば、パワー半導体素子Ｑ１，Ｑ２のスイッチング動作に伴ってパワー半導体素子Ｑ１，Ｑ２の両端に発生するサージ電圧は、パワー半導体素子Ｑ１，Ｑ２に個別に設けられたスナバ回路ＳＣ１，ＳＣ２によってそれぞれ吸収される。これにより、サージ電圧に起因してパワー半導体素子Ｑ１，Ｑ２が破壊されることを抑制できる。

スナバ回路ＳＣ１に含まれる抵抗Ｒ、コンデンサＣ、及びダイオードＤは露出された状態で回路基板２０に実装されており、スナバ回路ＳＣ２に含まれる抵抗Ｒ、コンデンサＣ、及びダイオードＤもまた露出された状態で回路基板３０に実装されており、これらの電子部品Ｒ，Ｃ，Ｄの変更が容易である。これにより、パワー半導体素子Ｑ１，Ｑ２のスイッチング周波数の変更といったインバータ部６の設計変更に対し、回路基板２０，３０を汎用し、回路基板２０，３０に実装される電子部品Ｒ，Ｃ，Ｄには適切な定数のものを用い、効果的にサージ電圧を吸収することができる。

また、抵抗Ｒ、コンデンサＣ、及びダイオードＤが露出した状態で回路基板２０，３０に実装されていることにより、これらの電子部品Ｒ，Ｃ，Ｄに生じる熱の放散に優れ、電子部品Ｒ，Ｃ，Ｄの熱による劣化を抑制してスナバ回路の耐久性を高めることができる。

さらにまた、スナバ回路自体にも配線インダクタンスが存在するところ、スナバ回路ＳＣ１の回路基板２０は、パワー半導体モジュール１０の第１側面１０ａ、第３側面１０ｃ、及び第２側面１０ｂに沿って延びて設けられ、第１側面１０ａに設けられた正側直流入力端子１１ａ及び反対側の第２側面１０ｂに設けられた出力端子１２ａに直結されており、スナバ回路ＳＣ１の導電路長が極力短縮されている。これにより、スナバ回路ＳＣ１の低インダクタンス化を図ってサージ電圧を抑制することができ、スナバ回路ＳＣ１に流れるサージ電流に起因して放射されるノイズを抑制することができる。

そして、スナバ回路ＳＣ１の回路基板２０を、パワー半導体モジュール１０の第１側面１０ａ、第３側面１０ｃ、及び第２側面１０ｂに沿って延ばすことにより、回路基板２０は平板状となり、厚み方向に折り曲げられた箇所が存在しないことから、絶縁性基材２１上の導体層２２の形成が容易となる。

同様に、スナバ回路ＳＣ２の回路基板３０もまた、パワー半導体モジュール１０の第１側面１０ａ、第４側面１０ｄ、及び第２側面１０ｂに沿って延びて設けられ、第１側面１０ａに設けられた負側直流入力端子１１ｂ及び反対側の第２側面１０ｂに設けられた出力端子１２ｂに直結されており、スナバ回路ＳＣ２の導電路長が極力短縮され、低インダクタンス化が図られていると共に、回路基板３０が平板状に形成され、絶縁性基材３１上の導体層３２の形成が容易とされている。

スナバ回路ＳＣ１，ＳＣ２のインダクタンスを低減する観点では、回路基板２０，３０の導体層２２，３２の厚みを大きくしてもよく、回路基板２０，３０の絶縁性基材２１，３１の上下両面に導体層を設けてもよい。

図４は、スナバ回路ＳＣ１の変形例を示す。

図４に示す例は、絶縁性基材２１の上下両面に導体層２２ａ，２２ｂを設けたものである。コンデンサＣ等の電子部品が配置されている絶縁性基材２１の上面側の導体層２２ａと、絶縁性基材２１の下面側の導体層２２ｂとは、互いに同一の回路パターンを形成している。

そして、絶縁性基材２１の上面側の導体層２２ａと、絶縁性基材２１の下面側の導体層２２ｂとは、スルーホールとされた電子部品取り付け部２３ａ，２３ｂ，２５，２８ａ，２８ｂ，２８ｃを介して、電気的及び熱的に互いに接続されている。

絶縁性基材２１の上下両面に同一パターンで且つスルーホールを介して電気的に接続された導体層２２ａ，２２ｂを設けることにより、絶縁性基材２１の上面の導体層２２のみの場合に比べて回路基板２０の導電路の断面積を拡大でき、スナバ回路ＳＣ１のインダクタンスを低減することができる。さらに、導体層２２ａ，２２ｂがスルーホールを介して熱的にも接続されていることにより、絶縁性基材２１の上面の導体層２２のみの場合に比べて放熱面積も拡大でき、コンデンサＣ等の電子部品に生じる熱の放散を促進して電子部品の熱による劣化を抑制し、スナバ回路ＳＣ１の耐久性を一層高めることができる。

スナバ回路ＳＣ１のインダクタンスを低減する観点から、導体層の厚みの合計、即ち絶縁性基材２１の上面にのみ導体層２２が設けられている場合の導体層２２の厚み、又は絶縁性基材２１の上下両面に導体層２２ａ，２２ｂが設けられている場合の導体層２２ａ，２２ｂそれぞれの厚みの合計は０．１ｍｍ以上あることが好ましい。回路基板２０が平板状に形成されていることにより、このような比較的厚い導体層であっても、絶縁性基材２１上に導体層を容易に形成することができる。

また、コンデンサＣのリード２４ａ，２４ｂ等が導体層からなるランドに手半田付けされる場合に、導体層の厚みの合計が過度に大きいと、ランドを半田鏝によって半田溶融温度まで昇温させるのに時間を要するので、半田付けの作業性を考慮すれば、導体層の厚みの合計は２．０ｍｍ未満であることが好ましい。

図５は、スナバ回路ＳＣ１の他の変形例を示す。

図５に示す例は、コンデンサＣ等の半田付け部品が半田付けされる回路基板２０の電子部品取り付け部２３ａ，２３ｂ，２５，２８ａ，２８ｂの周囲において、導体層２２の表面に半田レジスト膜２９を形成したものである。

上記のとおり、コンデンサＣのリード２４ａ，２４ｂは、スルーホールとされた電子部品取り付け部２３ａ，２３ｂにそれぞれ挿し込まれ、導体層２２からなるランドに半田付けされる。半田レジスト膜２９は、リード２４ａ，２４ｂが半田付けされるランドを包囲するように、導体層２２の表面に円環状に形成されている。

同様に、抵抗Ｒのリード２６ａが半田付けされる電子部品取り付け部２５の周囲、及びダイオードＤのピン２７ａ，２７ｂが半田付けされる電子部品取り付け部２８ａ，２８ｂの周囲においても、導体層２２の表面に円環状の半田レジスト膜２９が形成されている。

このように、半田付け部品が半田付けされる電子部品取り付け部２３ａ，２３ｂ，２５，２８ａ，２８ｂの周囲において、導体層２２の表面に半田レジスト膜２９を形成しておくことにより、これらの電子部品取り付け部の周囲の導体層２２からの表面放熱を抑制することができる。これにより、導体層２２の厚みを大きくしても、電子部品取り付け部２３ａ，２３ｂ，２５，２８ａ，２８ｂそれぞれのランドを半田鏝で効率よく昇温させることができ、手半田付けの作業効率を高めることができる。

なお、図５に示した例は、絶縁性基材２１の上面にのみ導体層２２が設けられているものであるが、図４に示したように絶縁性基材２１の上下両面に導体層２２ａ，２２ｂが設けられる場合には、電子部品取り付け部２３ａ，２３ｂ，２５，２８ａ，２８ｂの周囲において、絶縁性基材２１の上面側の導体層２２ａ及び下面側の導体層２２ｂそれぞれの表面に半田レジスト膜２９を形成すればよい。

図６は、スナバ回路ＳＣ１の他の変形例を示す。

図６に示す例は、コンデンサＣ等の電子部品が取り付けられる回路基板２０の電子部品取り付け部２３ａ，２３ｂ，２５，２８ａ，２８ｂ，２８ｃを除き、導体層２２の表面一面に半田レジスト膜２９を形成したものである。この場合、手半田付けに替えて、コンデンサＣ等の半田付け部品が載せられた回路基板２０を半田槽に浸漬させて半田付け部品を一括して半田付けすることが可能となり、スナバ回路ＳＣ１の生産性を高めることができる。

１ 誘導加熱用電源装置
２ 交流電源
３ コンバータ部
４ 直流電源部
５ 平滑部
６ インバータ部
７ 加熱コイル
１０ パワー半導体モジュール
１０ａ 第１側面
１０ｂ 第２側面
１０ｃ 第３側面
１０ｄ 第４側面
１０ｅ 上面
１１ａ 正側直流入力端子
１１ｂ 負側直流入力端子
１２ａ，１２ｂ 出力端子
１３ 制御端子
１４ａ，１４ｂ 配線部材
１５ 配線部材
１６ 制御回路
２０，３０ 回路基板
２１，３１ 絶縁性基材
２２，３２ 導体層
２２ａ，２２ｂ 導体層
２３ａ，２３ｂ，２６，２８ａ，２８ｂ，２８ｃ 電子部品取り付け部
２４ａ，２４ｂ，２６ａ，２６ｂ リード
２７ａ，２７ｂ ピン
２７ｃ フレーム
２９ 半田レジスト膜
Ｃ コンデンサ
Ｒ 抵抗
Ｄ ダイオード
Ｑ１，Ｑ２，Ｑ３，Ｑ４ パワー半導体素子
ＳＣ１，ＳＣ２，ＳＣ３，ＳＣ４ スナバ回路

Claims (7)

1. スイッチング動作可能な２つのパワー半導体素子が直列接続されてなるアームを含むパワー半導体モジュール用のスナバ回路であって、
   前記パワー半導体モジュールは、前記アームに電気的に接続された正負一対の直流入力端子及び出力端子を有し、正負一対の前記直流入力端子が該パワー半導体モジュールの第１側面に設けられ且つ前記出力端子が該パワー半導体モジュールの前記第１側面とは反対側の第２側面に設けられているものであり、
   前記パワー半導体モジュールの側面に沿って延び、前記直流入力端子と前記出力端子との間に架け渡される絶縁性基材と、前記絶縁性基材の上面及び下面の少なくとも一方に設けられ、前記直流入力端子及び前記出力端子にそれぞれ接続される回路パターンを形成する導体層と、を有する回路基板と、
   前記回路基板に露出した状態で実装された電子部品と、
   を備えるスナバ回路。
2. 請求項１記載のスナバ回路であって、
   前記導体層は、前記絶縁性基材の上面及び下面の両方に設けられ、前記絶縁性基材の上面側の前記導体層及び下面側の前記導体層は、互いに同一の回路パターンを形成しており、
   前記回路基板の電子部品取り付け部はスルーホールとされ、前記絶縁性基材の上面側の前記導体層と下面側の前記導体層とが前記スルーホールを介して電気的及び熱的に互いに接続されているスナバ回路。
3. 請求項１又は２記載のスナバ回路であって、
   前記導体層の厚みの合計が０．１ｍｍ以上２．０ｍｍ未満であるスナバ回路。
4. 請求項１から３のいずれか一項記載のスナバ回路であって、
   前記電子部品に半田付け部品を含み、
   前記半田付け部品が半田付けされる前記回路基板の電子部品取り付け部の周囲において、前記導体層の表面に半田レジスト膜が形成されているスナバ回路。
5. 請求項４記載のスナバ回路であって、
   前記回路基板の電子部品取り付け部を除き、前記導体層の表面に半田レジスト膜が形成されているスナバ回路。
6. スイッチング動作可能な２つのパワー半導体素子が直列接続されてなるアームを含むパワー半導体モジュールであって、
   前記アームに電気的に接続された正負一対の直流入力端子及び出力端子と、
   前記直流入力端子と前記出力端子との間に接続されるスナバ回路と、
   を備え、
   正負一対の前記直流入力端子は、該パワー半導体モジュールの第１側面に設けられ且つ前記出力端子が該パワー半導体モジュールの前記第１側面とは反対側の第２側面に設けられており、
   前記スナバ回路は、該パワー半導体モジュールの側面に沿って延び、前記直流入力端子と前記出力端子との間に架け渡される絶縁性基材と、前記絶縁性基材の上面及び下面の少なくとも一方に設けられ、前記直流入力端子及び前記出力端子にそれぞれ接続される回路パターンを形成する導体層と、を有する回路基板と、前記回路基板に露出した状態で実装された電子部品とを有するパワー半導体モジュール。
7. 直流電力を交流電力に変換するインバータ部を備え、
   前記インバータ部は、請求項６記載のパワー半導体モジュールが複数並列接続されてなるブリッジ回路によって構成される誘導加熱用電源装置。

Images