(57)【要約】【課題】基板に実装された半導体素子で発生した熱を金属体で放熱し、前記半導体素子の動作の安定性及び信頼性を向上させた半導体装置、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】半導体素子４０が実装される基板３０が筐体３６に収められた半導体装置において、金属体４６と、筐体３６内面に取付けられ、半導体素子４０を基板３０方向へ押え付けるように前記金属体４６を支持するブラケット４６とを設け、半導体素子４０で発生した熱を、金属体４６で放熱する。ブラケット４２にはねじ穴４４が形成され、金属体４６はねじ形状に形成されており、金属体４６のねじ溝部分をブラケット４２のねじ穴４４に螺合させる。【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る基板を有する半導体装置において、
半導体素子を基板方向へ押え付ける金属体を備えることを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
半導体素子が実装される基板が筐体に収められた半導体装置において、
金属体と、
筐体内面に取付けられ、半導体素子を基板方向へ押え付けるように前記金属体を支持する支持部材と
を備えることを特徴とする半導体装置。
【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、基板に半導体素子が実装される半導体装置、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、該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ものである。
【０００２】
【従来の技術】
自動車の操舵部材を操作する力を補助するパワーステアリング装置として、電動式のものが実用化されている。このような電動パワーステアリング装置は、操舵部材に加えられたトルクをトルクセンサにより検出し、検出したトルクに応じて操舵補助用のモータを駆動させる構造となっている。モータを駆動する方法として、例えばトランジスタ（半導体素子）などのスイッチング素子を用いたＰＷＭ制御が行われている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】
特開２００３−８８０９７号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
スイッチング素子は、モータに供給され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。素子の温度が上昇した場合、動作が不安定になる又は素子が破壊されるなど、動作の安定性又は信頼性の面で問題となる。
【０００５】
本発明は斯かる事情に鑑みてなされたものであり、基板に実装された半導体素子で発生した熱を金属体で放熱し、前記半導体素子の動作の安定性及び信頼性を向上させた半導体装置を提供することを目的とする。
【０００６】
また、本発明は、モータへ電流を供給する半導体装置に実装された半導体素子で発生した熱を金属体で放熱し、モータ駆動の安定性及び信頼性を向上させたモータ駆動装置を提供することを他の目的とする。
【０００７】
また、本発明は、操舵補助用のモータを駆動制御するモータ駆動装置に実装された半導体素子で発生した熱を金属体で放熱し、操舵補助の安定性及び信頼性を向上させた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】
【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る基板を有する半導体装置において、半導体素子を基板方向へ押え付ける金属体を備えることを特徴とする。
【０００９】
第２発明に係る半導体装置は、半導体素子が実装される基板が筐体に収められた半導体装置において、金属体と、筐体内面に取付けられ、半導体素子を基板方向へ押え付けるように前記金属体を支持する支持部材とを備えることを特徴とする。
【００１０】
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、上述した第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。
【００１１】
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上述した第３発明のモータ駆動装置とを備えることを特徴とする。
【００１２】
第１発明においては、半導体素子が基板に実装される半導体装置において、金属体によって半導体素子を基板に押え付ける。例えば基板が収められる筐体内面に金属体を固定し、金属体の弾性力で半導体素子を基板に押え付けることが可能である。
【００１３】
第２発明においては、半導体素子が実装される基板が筐体に収められた半導体装置において、筐体内面に支持部材を取付け、半導体素子を基板方向へ押え付けるように支持部材で前記金属体を支持する。例えば支持部材にねじ穴を形成し、金属体をねじ形状に形成し、金属体を支持部材のねじ穴に螺合させ、金属体の締め付け具合に応じて、金属体及び半導体素子間の距離を変化させることが可能である。
【００１４】
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）を、金属体で基板方向に押え付ける。
【００１５】
第４発明においては、操舵部材に加えられた操舵トルクをトルクセンサで検出し、トルクセンサが検出した操舵トルクに基づいて、操舵補助用のモータを上述した本発明のモータ駆動装置で駆動する。例えば、操舵補助用のモータへ供給する電流を制御するモータ駆動装置のスイッチング素子（半導体素子）を、金属体で基板方向に押え付ける。
【００１６】
【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。
【００１７】
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。
【００１８】
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。
【００１９】
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。
【００２０】
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においては、正極側（電源Ｐ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。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
図３は、スイッチング回路８の要部構成例を示す図である。金属基板などの基板３０上に絶縁層３２が形成され、絶縁層３２上に回路パターン３４が形成され、回路パターン３４にトランジスタなどの半導体素子４０の端子が半田付けされている。基板３０は、筐体３６内に収められており、筐体３６内面にはブラケット（支持部材）４２が突設されている。
【００２５】
ブラケット４２は、例えば平板形状をしており、先端部にねじ穴４４が形成されている。ねじ穴４４は、半導体素子４０のほぼ真上に位置している。ねじ穴４４には、金属製のねじ形状の押え具（金属体）４６が螺合される。押え具４６をねじが締まる方向に回転させた場合、押え具４６及び半導体素子４０間の距離は減少し、押え具４６は半導体素子４０を基板３０方向に押え付ける。半導体素子４０及び押え具４６の接触部には、コンパウンドなどを付加することが好ましい。
【００２６】
金属製の押え具４６が半導体素子４０に押え付けられているため、半導体素子４０で発生した熱は、押え具４６に伝わり、放熱される。半導体素子４０の温度上昇を抑制し、半導体素子４０の動作の安定性及び信頼性を向上できる。また、半導体素子４０は押え具４６によって基板３０方向に押え付けられているため、半導体素子４０の回路パターン３４への半田付け又は基板へのねじ留めなどを省略することが可能になる。
【００２７】
ブラケット４２は、金属製のもの又は樹脂製のものなどを用いることが可能である。また、ブラケット４２の弾性力で、押え具４６を基板３０方向に押え付けることも可能である。例えば樹脂製のブラケット４２に金属製の押え具４６を取付け、ブラケット４２の弾性力（基板３０方向への弾性力）で、押え具４６を基板３０方向に押え付けることが可能である。
【００２８】
ブラケット４２及び押え具４６を金属体で一体的に構成することも可能である。例えば、図４に示すように、ヒートシンク部４６ａ及び支持部４６ｂを有する金属体４６を用いることが可能である。図４の例では、金属体４６の支持部４６ｂが筐体３６内面に取付けられ、金属体４６のヒートシンク部４６ａを支持部４６ｂの弾性力（基板３０方向への弾性力）で半導体素子４０に押え付けている。
【００２９】
【発明の効果】
第１又は第２発明によれば、基板に実装された半導体素子で発生した熱を、前記半導体素子を押え付ける金属体で放熱できるため、前記半導体素子の動作の安定性及び信頼性が向上する。また、金属体で半導体素子を基板方向へ押え付けることにより、前記半導体素子の基板への半田付け又はねじ留めなどを省略することが可能になる。
【００３０】
第３発明によれば、モータへ電流を供給する半導体装置に実装された半導体素子で発生した熱を、前記半導体素子を押え付ける金属体で放熱できるため、モータ駆動の安定性及び信頼性が向上する。
【００３１】
第４発明によれば、操舵補助用のモータへ電流を供給するモータ駆動装置に実装された半導体素子で発生した熱を、前記半導体素子を押え付ける金属体で放熱できるため、操舵補助の安定性及び信頼性が向上する。
【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】スイッチング回路の要部構成例を示す図である。
【図４】スイッチング回路の要部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  基板
３２  絶縁層
３４  回路パターン
３６  筐体
４０  半導体素子
４２  ブラケット（支持部材）
４４  ねじ穴
４６  金属体
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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