(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
セラミックで形成したコンデンサエレメントに正負用の一対の端子を設けてなる複数の単位コンデンサと、絶縁層を挟んでその両側に電極を設けてなる３層構造の基板とを具備し、前記基板の一方の電極に複数の開口を形成し、これら開口内に他方の電極に導通するボスを配置させ、前記複数の単位コンデンサを前記一方の電極の上に配設するとともに、その各単位コンデンサの一方の端子を前記一方の電極に接触させ、他方の端子を前記ボスを介して他方の電極に接触させて各単位コンデンサを電気的に並列に接続してなることを特徴とするコンデンサの実装構造。
【請求項２】
セラミックで形成したコンデンサエレメントに正負用の一対の端子を設けてなる複数の単位コンデンサと、絶縁層を挟んでその両側に電極を設けてなる３層構造の基板とを具備し、前記基板の両方の電極にそれぞれ複数の開口を形成し、一方の電極の開口内には他方の電極に導通するボスを配置させ、他方の電極の開口内には一方の電極に導通するボスを配置させ、前記複数の単位コンデンサを基板の両面側の各電極の上に配設するとともに、一方の電極の上に配設した各単位コンデンサにおいてはその一方の端子を一方の電極に接触させ、他方の端子を一方の電極の開口内に配置させた前記ボスを介して他方の電極に接触させ、他方の電極の上に配設した各単位コンデンサにおいてはその一方の端子を他方の電極の開口内に配置させた前記ボスを介して一方の電極に接触させ、他方の端子を他方の電極に接触させて各単位コンデンサを電気的に並列に接続してなることを特徴とするコンデンサの実装構造。
【請求項３】
セラミックで形成したコンデンサエレメントに正負用の一対の端子を設けてなる単位コンデンサと、絶縁層を挟んでその両側に電極を設けてなる３層構造の基板とを具備し、前記基板の両電極をその一端部で互いに導通させると共に、その一方の電極をバリヤにより複数の電極域に分断し、前記複数の単位コンデンサをその隣り合う電極域に順次跨って配置するように配設し、その各単位コンデンサの一方の端子をその互いに隣り合う一方の電極域に、他方の端子を他方の電極域にそれぞれ接触させて各単位コンデンサを電気的に直列に接続してなることを特徴とするコンデンサの実装構造。
【請求項４】
セラミックで形成したコンデンサエレメントに正負用の一対の端子を設けてなる単位コンデンサと、絶縁層を挟んでその両側に電極を設けてなる３層構造の基板とを具備し、前記基板の両電極をその一端部で互いに導通させると共に、その両電極をそれぞれバリヤにより複数の電極域に分断し、前記複数の単位コンデンサを基板の両面側における互いに隣り合う電極域に順次跨って配置するように配設し、その各単位コンデンサの一方の端子をその隣り合う一方の電極域に、他方の端子を他方の電極域にそれぞれ接触させて各単位コンデンサを電気的に直列に接続してなることを特徴とするコンデンサの実装構造。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、例えばパワー半導体素子を含む回路に設けられるコンデンサの実装構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、パワー半導体素子をスイッチング素子として使用する場合、その半導体素子にはコンデンサを含むスナバ回路や平滑回路が設けられる。
【０００３】
スナバ回路においては、半導体素子のコレクタとエミッタに、コンデンサとダイオードの直列回路を並列に設け、半導体素子のスイッチング時のサージ電圧を吸収する。
【０００４】
平滑回路においては、一般に３相インバータ等のスイッチング主回路の入力側に設け、電圧変動を抑制する。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
スナバ回路のインダクタンスは、サージ電圧を低減するため極力小さくする必要がある。しかしながら、電流・電圧の大きな大容量装置ほどコンデンサが大型化し、また配線長が増大し、インダクタンスを低減させることが困難となっている。
【０００６】
コンデンサとしては、フィルムコンデンサ（オイル式、乾式）が良く使用されるが、その小型化には限界があり、インダクタンスの低減にも限界を生じている。
【０００７】
平滑回路の場合、高電圧ではフィルムコンデンサが、主回路電圧３ＫＶ程度以下では電解コンデンサが使用されている。特に中低圧に適用される電解コンデンサにおいては、コンデンサの体積が大きく、また配線長が長く、インダクタンスの低減が困難となり、また装置外形の増大を招いている。
【０００８】
一方、コンデンサとしてのセラミックコンデンサにおいては、誘電率が高く小型化でき、焼結体であるから構造に自由度があり、電極を含め低インダクタンス構造を取り易く、材質が無機質であるから不燃性・安定性に優れている等の特徴があるが、焼結体であるため大容量化には単位容量の直並列構成が必要となる。
【０００９】
最近では高耐圧・大容量化が進み、例えばスナバ回路用では１ＫＶ／１μＦ程度、平滑回路用では６００Ｖ／数１０〜１００１μＦ程度のものがでてきている。したがって、その単位容量を低インダクタンスで小型に直並列させるための実装構造が求められている。
【００１０】
そこで、この発明の目的は、セラミックコンデンサの単位容量を低インダクタンスで小型に直並列させてコンパクトな形態で大容量化を図ることができるコンデンサの実装構造を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
このような目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、セラミックで形成したコンデンサエレメントに正負用の一対の端子を設けてなる複数の単位コンデンサと、絶縁層を挟んでその両側に電極を設けてなる３層構造の基板とを具備し、前記基板の一方の電極に複数の開口を形成し、これら開口内に他方の電極に導通するボスを配置させ、前記複数の単位コンデンサを前記一方の電極の上に配設するとともに、その各単位コンデンサの一方の端子を前記一方の電極に接触させ、他方の端子を前記ボスを介して他方の電極に接触させて各単位コンデンサを電気的に並列に接続してなることを特徴としている。
【００１２】
請求項２に記載の発明は、セラミックで形成したコンデンサエレメントに正負用の一対の端子を設けてなる複数の単位コンデンサと、絶縁層を挟んでその両側に電極を設けてなる３層構造の基板とを具備し、前記基板の両方の電極にそれぞれ複数の開口を形成し、一方の電極の開口内には他方の電極に導通するボスを配置させ、他方の電極の開口内には一方の電極に導通するボスを配置させ、前記複数の単位コンデンサを基板の両面側の各電極の上に配設するとともに、一方の電極の上に配設した各単位コンデンサにおいてはその一方の端子を一方の電極に接触させ、他方の端子を一方の電極の開口内に配置させた前記ボスを介して他方の電極に接触させ、他方の電極の上に配設した各単位コンデンサにおいてはその一方の端子を他方の電極の開口内に配置させた前記ボスを介して一方の電極に接触させ、他方の端子を他方の電極に接触させて各単位コンデンサを電気的に並列に接続してなることを特徴としている。
【００１３】
請求項３に記載の発明は、セラミックで形成したコンデンサエレメントに正負用の一対の端子を設けてなる単位コンデンサと、絶縁層を挟んでその両側に電極を設けてなる３層構造の基板とを具備し、前記基板の両電極をその一端部で互いに導通させると共に、その一方の電極をバリヤにより複数の電極域に分断し、前記複数の単位コンデンサをその隣り合う電極域に順次跨って配置するように配設し、その各単位コンデンサの一方の端子をその互いに隣り合う一方の電極域に、他方の端子を他方の電極域にそれぞれ接触させて各単位コンデンサを電気的に直列に接続してなることを特徴としている。
【００１４】
請求項４に記載の発明は、セラミックで形成したコンデンサエレメントに正負用の一対の端子を設けてなる単位コンデンサと、絶縁層を挟んでその両側に電極を設けてなる３層構造の基板とを具備し、前記基板の両電極をその一端部で互いに導通させると共に、その両電極をそれぞれバリヤにより複数の電極域に分断し、前記複数の単位コンデンサを基板の両面側における互いに隣り合う電極域に順次跨って配置するように配設し、その各単位コンデンサの一方の端子をその隣り合う一方の電極域に、他方の端子を他方の電極域にそれぞれ接触させて各単位コンデンサを電気的に直列に接続してなることを特徴としている。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
【００２２】
図１には単位コンデンサ１を示してあり、この単位コンデンサ１はチタン酸バリウム等のセラミックを用いて直方体状のエレメント２を焼結により製造し、そのエレメント２の両端部にそれぞれ金属製の正負用の端子３，４を接合してなる。
【００２３】
各端子３，４は平板状をなし、その一端部には接続用の足部３ａ，４ａが一体に形成されている。
【００２４】
図２には、複数の単位コンデンサ１を基板１０に実装した状態を示してある。基板１０は、絶縁層１１を挟んでその両側に第１の電極１２と第２の電極１３とを取り付けた３層構造に構成されている。
【００２５】
そして第１の電極１２には一方向に並んで複数の開口１５が形成され、また第２の電極１３にはその各開口１５に対応する部分において、ボス１６が一体的に設けられ、これらボス１６がそれぞれ絶縁層１１を貫通してその対応する開口１５内に突出し、これらボス１６の上面が第１の電極１２の上面と面一に保たれている。
【００２６】
各単位コンデンサ１は第１の電極１２の上に前記開口１５に対応する一方向に並んで設けられている。これら単位コンデンサ１はその一方の正の端子３の足部３ａを第１の電極１２に接触させ、他方の負の端子４の足部４ａをその対応する開口１５内のボス１６に接触させており、これにより各単位コンデンサ１の正の端子３が第１の電極１２を介して互いに導通し、負の端子４がボス１６および第２の電極１３を介して互いに導通する電気的な並列状態に接続されている。
【００２７】
単位コンデンサの各端子３，４は半田付けにより、或いはねじ止めにより第１の電極１２およびボス１６に固定されている。
【００２８】
このような構成においては、単位コンデンサ１のエレメント２がセラミックであるから高誘電率を得られ、またセラミックのブロックをそのまま使用し、ケースを省いているから小型化、低インダクタンス化を図れる。
【００２９】
そして各単位コンデンサ１の一方の端子３を３層構造の基板１０の第１の電極１２に接触させて固定し、他方の端子４を第２の電極１３に導通するボス１６に接触させて固定する構造により各単位コンデンサ１を並列に接続させてあるから、配線の低インダクタンス化が可能で、またその単位コンデンサ１の並列数の増減により容量を変えることができる。
【００３０】
単位コンデンサの各端子３，４は半田付けにより、或いはねじ止めにより第１の電極１２およびボス１６に固定するが、半田付けの場合には表面実装が可能で製作が容易となり、またねじ止めの場合は機械的強度が増しヒートサイクルに強くなる。
【００３１】
図３には第２の実施形態を示してあり、この実施形態は３層構造の基板１０の両面側に単位コンデンサ１を複数ずつ設けて並列接続させた場合の例である。
【００３２】
すなわち、基板１０の第１の電極１２の上には前記第１の実施形態の場合と同様に複数の単位コンデンサ１が設けられている。そして基板１０の下面側の第２の電極１３には一方向に並んで複数の開口１５ａが形成されていると共に、第１の電極１２にはその各開口１５ａに対応して複数のボス１６ａが一体的に設けられ、これらボス１６ａがそれぞれ絶縁層１１を貫通してその対応する開口１５ａ内に突出している。
【００３３】
基板１０の下面側の各単位コンデンサ１はその一方の正の端子３の足部３ａがボス１６ａに接触固定され、他方の負の端子４の足部４ａが第２の電極１３に接触固定されており、これにより基板１０の両面側に設けられた各単位コンデンサ１が電気的に並列して接続する状態となっている。
【００３４】
この場合にも前記実施形態と同様の効果が得られるが、特にこの場合には、基板１０の片面側にのみ単位コンデンサ１を設ける場合に比べ、その個数を増やして容量を倍増でき、また単位コンデンサ１の個数を同じとすれば、実装面積を半減することができる。
【００３５】
図４には第３の実施形態を示してあり、この実施形態においては３層構造の基板１０の第１の電極１２と第２の電極１３とがその一端部において互いに導通していると共に、第１の電極１２が絶縁層１１に一体的に設けられたバリヤ１１ａにより複数の独立した電極域１２ａに分断されている。
【００３６】
そして基板１０の第１の電極１２の上に複数の単位コンデンサ１が一方向に並んで設けられている。各単位コンデンサ１は順次バリヤ１１ａを跨ぐように配置され、その一方の端子３がバリヤ１１ａで分断されて互いに隣り合う一方の電極域１２ａに、他方の端子４が他方の電極域１２ａにそれぞれ接触固定され、これにより単位コンデンサ１が電気的に直列に接続されている。
【００３７】
この構成により低インダクタンス化および小型化を図れ、また絶縁層１１の厚さと単位コンデンサ１の直列個数によりコンデンサとしての耐電圧を設定することができる。
【００３８】
また、この直列接続の場合においても、基板１０の下側の第２の電極も複数の電極域に分断し、基板１０の下側にも複数の単位コンデンサ１を取り付けて容量および耐電圧を増す構造とすることが可能である。
【００３９】
図５および図６は第４の実施形態であり、図５にはスナバ回路を、図６にはその実装構造を示してある。このスナバ回路はスイッチング素子としての半導体素子２１と単位コンデンサ１とダイオード２２とで構成され、半導体素子２１のコレクタとエミッタとの間に単位コンデンサ１とダイオード２２が直列に接続されている。
【００４０】
図６に示すように、基板１０は絶縁層１１の上に電極１２を設けてなり、この基板１０の電極１２の上に単位コンデンサ１が取り付けられている。単位コンデンサ１はセラミック製のエレメント２の両端部に端子３，４を接合して構成されている。
【００４１】
そしてこの単位コンデンサ１の近傍に位置して基板１０の電極１２にダイオード２２がモリブデン等の低熱膨張スペーサ２３を用いる半田付けにより直接取り付けられている。すなわち、ダイオード２２の直近にその素子耐圧に合わせた小型の単位コンデンサ１が設けられている。そして単位コンデンサ１が配線２４を介して半導体素子２１のコレクタに、ダイオード２２が配線２５を介して半導体素子２１のエミッタにそれぞれ導通して半導体素子２のスイッチング時のサージ電圧（電流変化×回路インダクタンス）を抑制することができる構造となっている。
【００４２】
この構成によりスナバ回路の小型化および低インダクタンス化を図ることができる。
【００４３】
図７および図８は第５の実施形態であり、図７には平滑回路を、図８にはその実装構造を示してある。この平滑回路は上下アーム一対のスイッチング素子２７，２８と単位コンデンサ１とで構成されている。
【００４４】
単位コンデンサ１は基板１０の電極１２の上に取り付けられ、この単位コンデンサ１の近傍に位置して電極１２に上アームのスイッチング素子２７および下アームのスイッチング素子２８がそれぞれ半田付けにより直接取り付けられている。各スイッチング素子２７，２８にヒートシンク２９が取り付けられている。
【００４５】
基板１０の電極１２はバリヤ１１ａにより単位コンデンサ１および上アームスイッチング素子２７を含む電極域１２ａと、下アームスイッチング素子２８を含む電極域１２ｂとに分断され、上アームスイッチング素子２７と下アームスイッチング素子２８とが配線３０を介して導通し、上アームスイッチング素子２７と単位コンデンサ１とが前記電極域１２ａを介して導通し、下アームスイッチング素子２８と単位コンデンサ１とが配線３１を介して導通する構造となっている。
【００４６】
この構成により平滑回路の小型化および低インダクタンス化を図ることができる。
【００４７】
図９には第６の実施形態を示してあり、この実施形態においては、単位コンデンサ１のセラミック製のエレメント２が偏平状をなし、このエレメント２の両側面に水平に延びる正負用の端子４，５が設けられている。
【００４８】
そしてこのような複数の単位コンデンサ１が上下に積層され、その積層により互いに対向した各単位コンデンサ１における正の端子３の相互および負の端子４の相互がそれぞれ導電性スペーサ３５により電気的および機械的に結合されて各単位コンデンサ１が電気的に並列に接続されている。
【００４９】
このような構成においては、配線を用いることなく単位コンデンサ１の数に応じた任意の容量の小型のコンデンサを得ることができる。
【００５０】
図１０には第７の実施形態を示してあり、この実施形態においても、単位コンデンサ１のセラミック製のエレメント２が偏平状をなし、このエレメント２の両側面に水平に延びる正負用の端子３，４が設けられている。
【００５１】
そしてこのような複数の単位コンデンサ１が上下に積層されているが、この実施形態の場合には、その各層の単位コンデンサ１が交互にその向きを逆方向に向けて各層の単位コンデンサ１の正の端子３と負の端子４とが交互に互いに対向する状態となっている。そしてその各層間ごとで正と負の端子３，４の相互が導電性スペーサにより電気的および機械的に結合されていると共に、負と正の端子４，３の相互が絶縁性スペーサにより機械的に結合されて各単位コンデンサ１が電気的に直列に接続されている。
【００５２】
このような構成においては、配線を用いることなく単位コンデンサ１の数に応じた任意の耐電圧の小型のコンデンサを得ることができる。
【００５３】
【発明の効果】
以上述べたようにこの発明によれば、セラミックコンデンサの単位容量を低インダクタンスで小型に直並列させてコンパクトな実装構造を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の一実施形態を示す単位コンデンサの側面図。
【図２】その単位コンデンサの実装構造を示す断面図。
【図３】この発明の第２の実施形態を示す実装構造の断面図。
【図４】この発明の第３の実施形態を示す実装構造の断面図。
【図５】この発明の第４の実施形態を示すスナバ回路図。
【図６】そのスナバ回路の実装構造を示す断面図。
【図７】この発明の第５の実施形態を示す平滑回路図。
【図８】その平滑回路の実装構造を示す断面図。
【図９】この発明の第６の実施形態を示す実装構造の断面図。
【図１０】この発明の第７の実施形態を示す実装構造の断面図。
【符号の説明】
１…単位コンデンサ
２…エレメント
３，４…端子
１０…基板
１１…絶縁層
１１ａ…バリヤ
１２，１３…電極
１５，１５ａ…開口
１６，１６ａ…ボス
２１…半導体素子
２２…ダイオード
２７，２７…スイッチング素子
３５，３６…導電性スペーサ
３７…絶縁性スペーサ
【図１】
0004130525.tif 000002
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
0004130525.tif 000008
【図８】
0004130525.tif 000009
【図９】
0004130525.tif 000010
【図１０】
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