(57)【要約】【課題】非金属基板の発熱部で発生した熱を効率良く放熱し、非金属板に形成された回路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】絶縁性のガラスエポキシ基板（非金属基板）３０の上面に、銅などの回路パターン３２を形成し、回路パターン３２の大部分又は回路パターン３２が形成されていないガラスエポキシ基板３０の外面に絶縁性のグリーンマスク３４を形成し、グリーンマスク３４が形成されていない回路パターン３２部分にトランジスタなどの半導体素子を実装する。また、ガラスエポキシ基板３０の下面に銅などの回路パターン３３を形成し、回路パターン３３の大部分又は回路パターン３３の無いガラスエポキシ基板３０の外面に絶縁性のガラスエポキシクロス３６を形成し、ガラスエポキシクロス３６が形成されていない回路パターン３３部分にトランジスタなどの半導体素子を実装し、ガラスエポキシクロス３６の外面に金属板３８を取付ける。【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非金属基板の発熱部の一面に金属体が取付けられていることを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
前記非金属基板は、所定値より大きい電流が流れる大電流部及び前記所定値より小さい電流が流れる小電流部を有し、大電流部の一面に金属体が取付けられ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、非金属基板に半導体素子が実装された半導体装置、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、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、安定性又は信頼性の面で問題となる。
【０００５】
発熱を抑制する方法として、通常用いられているガラスエポキシ基板に比べて熱抵抗が小さい金属基板を用いることが考えられる。しかし、金属基板は多層化が困難であり、回路面積（基板サイズ）が増加する、又は、発熱部を金属基板に形成し、他の部分（発熱量が小さい部分）をガラスエポキシ基板に形成する必要が生じるなどの問題がある。また、安価なガラスエポキシ基板に比べてコストが増加するという問題がある。
【０００６】
本発明は斯かる事情に鑑みてなされたものであり、非金属基板の発熱部で発生した熱を効率良く放熱し、非金属板に形成された回路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。
【０００７】
また、本発明は、大電流が流れる大電流部で発生した熱を効率良く放熱できると共に、大電流部と小電流が流れる小電流部とを同一の非金属基板に形成して金属体を小型化できる半導体装置を提供することを他の目的とする。
【０００８】
また、本発明は、モータへ電流を供給する半導体装置の発熱部で発生した熱を効率良く放熱し、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。
【０００９】
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の発熱部で発生した熱を効率良く放熱し、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。
【００１０】
【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非金属基板の発熱部の一面に金属体が取付けられていることを特徴とする。
【００１１】
第２発明に係る半導体装置は、第１発明において、前記非金属基板は、所定値より大きい電流が流れる大電流部及び前記所定値より小さい電流が流れる小電流部を有し、大電流部の一面に金属体が取付けられていることを特徴とする。
【００１２】
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。
【００１３】
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。
【００１４】
第１発明においては、半導体素子が実装された非金属基板の発熱部の一面に金属板などの金属体を取付ける。非金属基板の発熱部で発生した熱を金属体で効率良く放熱できる。
【００１５】
第２発明においては、非金属基板は、所定値より大きい電流が流れる大電流部及び前記所定値より小さい電流が流れる小電流部を有しており、大電流部（発熱部）の一面に金属板などの金属体を取付ける。大電流部で発生した熱を金属体で効率良く放熱できると共に、同一非金属基板に大電流部及び小電流部を形成しているので、金属体を小型化できる。
【００１６】
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ており、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）で発生した熱を金属体で効率良く放熱できる。
【００１７】
第４発明においては、上述した本発明に係るモータ駆動装置を備えており、該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モータ駆動装置のスイッチング素子（半導体素子）で発生した熱を金属体で効率良く放熱できる。
【００１８】
【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。電動パワーステアリング装置は、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。
【００１９】
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。
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【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は、スイッチング回路８などの本発明に係る半導体装置の構成例を示す図である。図３の例では、絶縁性のガラスエポキシ基板（非金属基板）３０の上面には、銅などの回路パターン３２が形成され、回路パターン３２の大部分、又は、回路パターン３２が形成されていないガラスエポキシ基板３０の外面に絶縁性のグリーンマスク３４が形成されている。グリーンマスク３４が形成されていない回路パターン３２部分にトランジスタなどの半導体素子が実装される。
【００２７】
また、ガラスエポキシ基板３０の下面に銅などの回路パターン３３が形成され、回路パターン３３の大部分、又は、回路パターン３３が形成されていないガラスエポキシ基板３０の外面に絶縁性のガラスエポキシクロス３６が形成されている。ガラスエポキシクロス３６が形成されていない回路パターン３３部分にトランジスタなどの半導体素子が実装される。ガラスエポキシクロス３６の外面には、金属板（金属体）３８が取付けられている。
【００２８】
図４は、本発明に係るモータ駆動装置の構成例を示す図である。図４においては、モータ駆動装置（モータ駆動回路１３）の回路基板を、スイッチング回路８などの大電流が流れる大電流部４０と、ゲート制御回路８ａなどの小電流が流れる小電流部４２とに分けており、大電流部４０側に金属板３８を取付けている。
【００２９】
スイッチング回路８などの大電流部で発生した熱は、金属板３８で効率的に放熱される。また、操舵補助用のモータ２４は、通常は低出力であるが、据え切り時に高出力となる。据え切り時（高出力時）は短時間でスイッチング回路８などが急激に発熱するが、発生した熱を金属板３８に蓄える又は放熱することができる。また、操舵補助においては、スイッチング回路８などで急激な発熱が繰り返され、回路に冷熱衝撃が加わるが、金属板３８によって熱容量が大きくなるため、温度変化を小さく抑えることができる。スイッチング回路８の発熱又は急激な温度変化を抑制して、モータ駆動の安定性及び信頼性を向上できる。
【００３０】
図３及び図４に示した例では、ガラスエポキシ基板３０は１層であるが、ガラスエポキシ基板３０を複数層にすることが可能である。ガラスエポキシ基板を用いているため、コストを押さえられると共に、多層化を容易に行える。また、ガラスエポキシ基板は量産技術が確立されており、信頼性は高い。
【００３１】
【発明の効果】
第１発明によれば、非金属基板の発熱部で発生した熱を、発熱部に取付けられている金属体で効率良く放熱できるため、非金属板に形成された回路の安定性及び信頼性が向上する。
【００３２】
第２発明によれば、非金属基板の大電流が流れる大電流部で発生した熱を、大電流部に取付けられている金属体で効率良く放熱できるため、非金属板に形成された回路の安定性及び信頼性が向上する。また、大電流部と、小電流が流れる小電流部とを同一の非金属基板に形成しているので、金属体を小型化できる。
【００３３】
第３発明によれば、モータへ電流を供給する半導体装置の発熱部で発生した熱を、発熱部に取付けられている金属体で効率良く放熱できるため、モータ駆動の安定性及び信頼性が向上する。
【００３４】
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の発熱部で発生した熱を、発熱部に取付けられている金属体で効率良く放熱できるため、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】本発明に係る半導体装置の構成例を示す図である。
【図４】本発明に係るモータ駆動装置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
１８ａ  トルク／電流テーブル
２０  車速センサ
２４  モータ（操舵補助用のモータ）
３０  ガラスエポキシ基板（非金属基板）
３２、３３  回路パターン
３８  金属板（金属体）
４０  大電流部（発熱部）
４２  小電流部
Ｐ    電源
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】
2005032856.tif 000006