(57)【要約】【課題】キャパシタと接触するヒートシンクによって、キャパシタの温度上昇を抑制した半導体装置、モータ駆動装置及び電動パワーステアリング装置を提供する。【解決手段】トランジスタＱ２などの半導体素子が実装された基板５０の発熱部に第１ヒートシンク５４が取付けられた半導体装置において、前記発熱部又は発熱部周辺にはキャパシタ３０が実装されており、前記第１ヒートシンク５４及び基板５０と絶縁層４４で絶縁され、前記キャパシタ３０と接触している第２ヒートシンク４０を設けた。また、キャパシタ３０は、頭部からリード３１、３２まで第２ヒートシンク４０に埋め込まれており、リード３１、３２は第２ヒートシンク４０と接触している。【選択図】      図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体素子が実装された基板の発熱部にヒートシンクが取付けられた半導体装置において、
前記発熱部又は発熱部周辺にはキャパシタが実装されており、
前記ヒートシンク及び基板と絶縁され、前記キャパシタと接触しているヒートシンクを備えることを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
前記キャパシタに接触しているヒートシンクは、キャパシタのリード部分と接触していることを特徴とする請求項１記載の半導体装置。
【請求項３】
モータを駆動するモータ駆動装置において、
請求項１又は２記載の半導体装置を備え、該半導体装置からモータへ電流を供給するように構成されていることを特徴とするモータ駆動装置。
【請求項４】
操舵部材に加えられた操舵トルクを検出するトルクセンサと、操舵補助用のモータと、前記トルクセンサが検出した操舵トルクに基づいて前記モータを駆動する請求項３記載のモータ駆動装置とを備えることを特徴とする電動パワーステアリング装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体素子が実装された基板の発熱部にヒートシンクが取付けられた半導体装置、該半導体装置からモータへ電流を供給するモータ駆動装置、及び、操舵部材に加えられた操舵トルクに基づいて前記モータ駆動装置で操舵補助用のモータを駆動する電動パワーステアリング装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば電動パワーステアリング装置の操舵補助用のモータなど、モータの回転を制御する方法として、パワーＭＯＳ（Ｍｅｔａｌ  Ｏｘｉｄｅ  Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）などのスイッチング素子（半導体素子）を用いたＰＷＭ制御が行われている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
スイッチング素子を用いてモータをＰＷＭ制御する場合、スイッチング切換時のサージ吸収又は電源電圧平滑化などを目的として、スイッチング素子近傍の電源ラインに大容量（例えば１０００μＦ以上）の電解コンデンサ（キャパシタ）を配置している。
【０００４】
【特許文献１】
特開２００３−８８０９７号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上述したスイッチング素子は、モータに供給するモータ電流のオン／オフの切換を行っており、比較的大きな電流が流れるため、発熱量が大きい。電解コンデンサは、スイッチング素子近傍に配置されているため、スイッチング素子の発熱の影響を受ける。電解コンデンサは、温度変化による容量の変化が大きく、また、高温環境では寿命が低下するという問題を有する。
【０００６】
本発明は斯かる事情に鑑みてなされたものであり、キャパシタと接触するヒートシンク（以下、第２ヒートシンク）によって、キャパシタの温度上昇を抑制した半導体装置、モータ駆動装置及び電動パワーステアリング装置を提供することを目的とする。
【０００７】
また、本発明は、第２ヒートシンクを、基板の発熱部に取付けるヒートシンク（以下、第１ヒートシンク）及び基板と絶縁することによって、発熱部の発熱によるキャパシタの温度上昇を抑制した半導体装置、モータ駆動装置及び電動パワーステアリング装置を提供することを他の目的とする。
【０００８】
また、本発明は、第２ヒートシンクをキャパシタのリードと接触させることによって、発熱部の発熱によるキャパシタの温度上昇を抑制した半導体装置、モータ駆動装置及び電動パワーステアリング装置を提供することを他の目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
第１発明に係る半導体装置は、半導体素子が実装された基板の発熱部にヒートシンクが取付けられた半導体装置において、前記発熱部又は発熱部周辺にはキャパシタが実装されており、前記ヒートシンク及び基板と絶縁され、前記キャパシタと接触しているヒートシンクを備えることを特徴とする。
【００１０】
第２発明に係る半導体装置は、第１発明において、前記キャパシタに接触しているヒートシンクは、キャパシタのリード部分と接触していることを特徴とする。
【００１１】
第３発明に係るモータ駆動装置は、モータを駆動するモータ駆動装置において、第１又は第２発明の半導体装置を備え、該半導体装置からモータへ電流を供給するように構成されていることを特徴とする。
【００１２】
第４発明に係る電動パワーステアリング装置は、操舵部材に加えられた操舵トルクを検出するトルクセンサと、操舵補助用のモータと、前記トルクセンサが検出した操舵トルクに基づいて前記モータを駆動する第３発明のモータ駆動装置とを備えることを特徴とする。
【００１３】
第１発明においては、半導体素子が実装された基板の発熱部にヒートシンク（第１ヒートシンク）を取付ける。また、基板の発熱部又は発熱部周辺にはキャパシタが実装されており、第１ヒートシンク及び前記基板と絶縁され、前記キャパシタと接触するヒートシンク（第２ヒートシンク）を設ける。キャパシタで発生した熱は、第２ヒートシンクに伝わって放熱される。また、第１ヒートシンク及び基板と第２ヒートシンクとを絶縁（電気的及び熱的に絶縁）した場合、第２ヒートシンクは第１ヒートシンク及び基板の放熱の影響を受け難くなる。
【００１４】
第２発明においては、キャパシタに接触している第２ヒートシンクは、キャパシタのリード部分と接触している。キャパシタのリードは例えば発熱部のスイッチング素子などと接続されているが、発熱部などからリードへ伝わった熱は、第２ヒートシンクで放熱される。
【００１５】
第３発明においては、上述した本発明の半導体装置を備え、該半導体装置からモータへ電流を供給する。例えば、モータへ供給する電流を制御するスイッチング素子（半導体素子）に接続されたキャパシタで発生した熱は、第２ヒートシンクで放熱される。また、スイッチング素子で発生した熱がキャパシタのリードに伝わった場合であっても、第２ヒートシンクで放熱される。
【００１６】
第４発明においては、上述した本発明のモータ駆動装置を備え、トルクセンサが検出した操舵トルクに基づいて、モータ駆動装置で操舵補助用のモータを駆動する。例えば、操舵補助用のモータへ供給する電流を制御するスイッチング素子（半導体素子）に接続されたキャパシタで発生した熱は、第２ヒートシンクで放熱される。また、スイッチング素子で発生した熱がキャパシタのリードに伝わった場合であっても、第２ヒートシンクで放熱される。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明をその実施の形態を示す図面に基づいて具体的に説明する。
図１は、本発明に係る電動パワーステアリング装置の操舵補助用のモータ駆動装置部分の構成例を示すブロック図である。モータ駆動装置は、マイクロコンピュータ１２を備え、マイクロコンピュータ１２には、ステアリングホイールなどの操舵部材（図示せず）に加えられたトルクを検出するトルクセンサ１０がインターフェイス回路１１を介して接続されており、トルク検出信号が入力される。また、マイクロコンピュータ１２には、車速を検出する車速センサ２０がインターフェイス回路２１を介して接続されており、車速検出信号が入力される。
【００１８】
マイクロコンピュータ１２は、操舵補助用のモータ（ブラシレスモータ）２４を回転駆動させるモータ駆動回路１３と接続されており、モータ駆動回路１３にモータ制御信号（ＰＷＭ値指令、回転方向指令）を与えてモータ２４を駆動させる。また、マイクロコンピュータ１２は、モータ駆動回路１３に車載バッテリなどの電源Ｐを接続するフェイルセーフリレー１５ａのオン又はオフを切換えるリレー駆動回路１５と接続されており、オン／オフの切換を指示する。また、マイクロコンピュータ１２は、モータ電流を検出するモータ電流検出回路１７と接続されており、モータ電流信号が入力される。
【００１９】
マイクロコンピュータ１２は、ＲＯＭ又はフラッシュメモリなどのメモリ１８を備え、メモリ１８には、車速に応じた操舵トルク及びモータ電流の対応関係が設定されたトルク／電流テーブル１８ａが記憶されている。マイクロコンピュータ１２は、車速検出信号及びトルク検出信号とトルク／電流テーブル１８ａとに基づいて目標モータ電流を決定し、目標モータ電流及びモータ電流信号に基づいてモータ制御信号（ＰＷＭ値指令、回転方向指令）を生成し、モータ駆動回路１３へ与える。
【００２０】
図２は、モータ２４及びモータ駆動回路１３の構成例を示すブロック図である。モータ２４は、コイルＡ，Ｂ，Ｃの各一方の端子がスター結線された固定子（ステータ）２４ａと、コイルＡ，Ｂ，Ｃが発生させる回転磁界によって回転する回転子（ロータ）２４ｂと、回転子２４ｂの回転位置を検出するレゾルバなどの回転子位置検出器１４とを備えている。
【００２１】
モータ駆動回路１３は、スイッチング回路８及びゲート制御回路８ａを備えている。スイッチング回路８では、抵抗Ｒ１を介して電源Ｐが接続される正極側端子と接地端子との間に、直列接続されたトランジスタ（半導体素子）Ｑ１，Ｑ２と、逆方向に直列接続されたダイオードＤ１，Ｄ２とが並列接続され、また、直列接続されたトランジスタＱ３，Ｑ４（半導体素子）と、逆方向に直列接続されたダイオードＤ３，Ｄ４とが並列接続され、さらに、直列接続されたトランジスタＱ５，Ｑ６（半導体素子）と、逆方向に直列接続されたダイオードＤ５，Ｄ６とが並列接続されている。
【００２２】
また、抵抗Ｒ１は電源Ｐ側に接続されており、抵抗Ｒ１と接地端子との間に、さらに電解コンデンサ３０（キャパシタ）が接続されている。電解コンデンサ３０の極性は、抵抗Ｒ１側をプラス、接地端子側をマイナスにしている。
【００２３】
トランジスタＱ１，Ｑ２の共通接続節点と、ダイオードＤ１，Ｄ２の共通接続節点とには、スター結線されたコイルＡの他方の端子Ｕが接続され、トランジスタＱ３，Ｑ４の共通接続節点と、ダイオードＤ３，Ｄ４の共通接続節点とには、スター結線されたコイルＢの他方の端子Ｖが接続され、トランジスタＱ５，Ｑ６の共通接続節点と、ダイオードＤ５，Ｄ６の共通接続節点とには、スター結線されたコイルＣの他方の端子Ｗが接続されている。
【００２４】
ゲート制御回路８ａには、マイクロコンピュータ１２からＰＷＭ（Ｐｕｌｓｅ  Ｗｉｄｔｈ  Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）値指令及び回転方向指令が与えられる。また、ゲート制御回路８ａには、回転子位置検出器１４から回転子２４ｂの回転位置（回転位置検出信号）が与えられる。ゲート制御回路８ａは、回転方向指令と回転子２４ｂの回転位置とに応じて、トランジスタＱ１〜Ｑ６の各ゲートをオン／オフし、例えば、Ｕ−Ｖ，Ｕ−Ｗ，Ｖ−Ｗ，Ｖ−Ｕ，Ｗ−Ｕ，Ｗ−Ｖのように、固定子２４ａに流れる電流の経路を切り換え、回転磁界を発生させる。
【００２５】
回転子２４ｂは、永久磁石を備えており、前記回転磁界から回転力を受けて回転する。また、ゲート制御回路８ａは、ＰＷＭ値指令に基づいて、トランジスタＱ１〜Ｑ６のオン／オフを制御することにより、ブラシレスモータ２４の回転トルクを増減制御する。ここで、ダイオードＤ１〜Ｄ６は、トランジスタＱ１〜Ｑ６のオン／オフにより発生するノイズを吸収する為のものである。また、モータ電流検出回路１７は、ブラシレスモータ２４の各端子Ｕ，Ｖ，Ｗに流れる電流を検出して加算し、モータ電流信号としてマイクロコンピュータ１２に与える。
【００２６】
図３（ａ），（ｂ）及び図４（ａ），（ｂ）は、モータ駆動回路１３の電解コンデンサ３０及び半導体素子部分の構成例を示す図である。ここで、図３（ｂ）は図３（ａ）のＡ方向から見た図であり、図４（ａ）は図３（ａ）のＢ方向から見た図であり、図４（ｂ）は図３（ｂ）のＸ−Ｘ線切断断面図である。
【００２７】
金属基板などの基板５０上に、図示しない絶縁層を挟んで回路パターン５６が形成されると共に、トランジスタＱ２などの半導体素子が回路パターン５６上に実装されている。基板５０の裏面には、絶縁層５２を挟んでヒートシンク（第１ヒートシンク）５４が取り付けられている。本説明において、絶縁層５２は、電気の絶縁を行うが、熱は伝える（効率良く熱を伝える）ものとする。
【００２８】
また、基板５０の回路パターン５６には電解コンデンサ３０のリード３１、３２が半田付けされている。例えば、マイナス側のリード３２は回路パーターン５６を介してトランジスタＱ２と接続されている。また、基板５０及び第１ヒートシンク５４には、絶縁層４４で基板５０及び第１ヒートシンク５４と絶縁されたヒートシンク（第２ヒートシンク）４０が取付けられており、第２ヒートシンク４０に電解コンデンサ３０が頭部からリード３１，３２部分まで埋め込まれている。また、第２ヒートシンク４０は、絶縁層４２によってプラス領域とマイナス領域とに絶縁されている。本説明において、絶縁層４４は電気及び熱の絶縁を行い、絶縁層４２は電気の絶縁を行うが、熱は伝えるものとする。
【００２９】
トランジスタＱ２などで発生した熱は、基板５０に伝わって放熱されると共に、さらに基板５０から第１ヒートシンク５４へ伝わって放熱される。ただし、絶縁層４４は熱を絶縁するため、熱は第２ヒートシンク４０へ伝達し難い。また、トランジスタＱ２などで発生した熱は、回路パターン５６を介して電解コンデンサ３０のリード３１，３２に伝わるが、リード３１，３２に伝わった熱は、第２ヒートシンク４０で放熱される。また、電解コンデンサ３０で発生した熱は、第２ヒートシンク４０で放熱される。したがって、電解コンデンサ３０の温度上昇を抑制し、寿命を向上できる。
【００３０】
また、電解コンデンサ３０をトランジスタＱ２の近傍に配置しているため、リード３２の長さは必要最小限に抑えられる。電解コンデンサ３０の配線のインピーダンスを低減でき、例えばサージ吸収などの効果が向上する。また、第２ヒートシンク４０及び第１ヒートシンク５４を一体的に配置することにより、小型化できる。
【００３１】
第２ヒートシンク４０と、第１ヒートシンク５４及び基板５０との間の絶縁層４４は、絶縁性の断熱材を用いたり、空間を設けることが可能である。また、第２ヒートシンク４０は、回路パターン５６からリード３１，３２に伝わる熱が高く、電解コンデンサ３０自身の発熱が低い場合は、リード３１、３２部分だけに設けることも可能である。
【００３２】
【発明の効果】
第１、第３又は第４発明によれば、キャパシタと接触するヒートシンク（第２ヒートシンク）によって、キャパシタの温度上昇を抑制することができる。また、第２ヒートシンクと、発熱部に取付けたヒートシンク（第１ヒートシンク）及び基板とを絶縁（電気的及び熱的に絶縁）することにより、キャパシタは発熱部の発熱の影響を受け難くなり、キャパシタの温度上昇を抑制することができる。
【００３３】
第２、第３又は第４発明によれば、第２ヒートシンクをキャパシタのリードと接触させることにより、発熱部から回路パターンを介してリードへ伝わる熱を第２ヒートシンクで放熱することができる。発熱部の発熱の影響を受け難くなり、キャパシタの温度上昇を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る電動パワーステアリング装置の操舵補助用のモータ駆動装置部分の構成例を示すブロック図である。
【図２】モータ及びモータ駆動回路の構成例を示すブロック図である。
【図３】モータ駆動回路の電解コンデンサ及び半導体素子部分の構成例を示す図である。
【図４】モータ駆動回路の電解コンデンサ及び半導体素子部分の構成例を示す図である。
【符号の説明】
８  スイッチング回路
８ａ  ゲート制御回路
１０  トルクセンサ
１２  マイクロコンピュータ
１３  モータ駆動回路
１４  回転子位置検出器
１７  モータ電流検出回路
１８  メモリ
２０  車速センサ
２４  モータ（操舵補助用のモータ）
３０  電解コンデンサ（キャパシタ）
３１，３２  リード
４０  ヒートシンク（第２ヒートシンク）
４２，５２  絶縁層
４４  絶縁層
５０  基板
５４  ヒートシンク（第１ヒートシンク）
５６  回路パターン
Ｑ１，Ｑ２，Ｑ３，Ｑ４，Ｑ５，Ｑ６  トランジスタ（半導体素子）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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