本發(fā)明涉及一種將至少兩個(gè)以上的安裝在金屬板上的功率半導(dǎo)體在功能上連接，并收納在單一的封裝內(nèi)的功率半導(dǎo)體模塊以及使用其的電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向裝置。

背景技術(shù)：

以往，如逆變器電路、電源電路那樣，使用處理大功率的功率半導(dǎo)體等的電子電路為了配合使用這樣的電路的設(shè)備的小型化，存在需要進(jìn)一步的小型化的情況。而且，為了使用這樣的功率半導(dǎo)體的電路的進(jìn)一步的小型化，低成本且有效地對為了實(shí)現(xiàn)小型化而以高密度安裝的功率半導(dǎo)體等進(jìn)行散熱也是必要的。

例如，在應(yīng)用于汽車等車輛的電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向裝置(eps)所使用的電動(dòng)機(jī)等旋轉(zhuǎn)電氣設(shè)備的控制裝置中，逆變器電路、繼電器電路由多個(gè)功率半導(dǎo)體等構(gòu)成。因此，若能將這些多個(gè)功率半導(dǎo)體作為單一的模塊進(jìn)行一體化，則能夠通過上述控制裝置的進(jìn)一步的小型化，對上述電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向裝置(eps)整體的小型化作出貢獻(xiàn)。

另一方面，作為將這樣的多個(gè)功率半導(dǎo)體模塊化的技術(shù)，例如，公開有如日本專利第4549884號公報(bào)(專利文獻(xiàn)1)、國際公開第2012/127696號(專利文獻(xiàn)2)所述的技術(shù)。

而且，在上述技術(shù)中，專利文獻(xiàn)1中記載有如下所述的半導(dǎo)體裝置，其具備：具有導(dǎo)電性的散熱基板、直接配設(shè)在所述散熱基板上的半導(dǎo)體元件、各自的一端與所述半導(dǎo)體元件的主電極電連接的多個(gè)主電極板、對所述散熱基板、所述半導(dǎo)體元件、以及所述多個(gè)主電極板進(jìn)行樹脂密封的樹脂封裝，所述散熱基板的外形尺寸與所述樹脂封裝的外形尺寸大小相同，所述多個(gè)主電極板的、各自的另一端在所述樹脂封裝的上面?zhèn)瘸獠柯冻觯鰳渲庋b通過塑模成型而一體地成型。而且構(gòu)成為，上述具有導(dǎo)電性的散熱基板的、設(shè)置有半導(dǎo)體元件的面的相反面?zhèn)炔糠值乃苣７庋b成型得較薄，本導(dǎo)體元件所散發(fā)的熱量經(jīng)過散熱基板，向安裝在上述半導(dǎo)體裝置的外部的散熱器等散熱。

另外，在上述專利文獻(xiàn)2中記載了如下所述的功率半導(dǎo)體模塊，其特征在于，其由：以同一平面狀配置的多個(gè)第一金屬板、該第一金屬板所搭載的功率半導(dǎo)體芯片、以及橋桁部和支承該橋桁部的腿部構(gòu)成，而且具有通過該腿部而將上述功率半導(dǎo)體芯片的電極之間、功率半導(dǎo)體芯片的電極與上述第一金屬板之間適宜地焊接的跨線橋狀的第二金屬板，且由用電絕緣性樹脂將這些部件密封的樹脂封裝構(gòu)成，上述腿部的焊接部通過折彎加工形成平面狀且設(shè)置在比上述橋桁部低的位置。

現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)

專利文獻(xiàn)

專利文獻(xiàn)1：日本專利第4549884號公報(bào)

專利文獻(xiàn)2：國際公開第2012/127696號

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

(一)要解決的技術(shù)問題

然而，在上述專利文獻(xiàn)1所述的半導(dǎo)體裝置中，多個(gè)主電極板(外部連接電極板)和散熱基板具有將分別獨(dú)立準(zhǔn)備的部分通過焊接等接合的結(jié)構(gòu)。因此，還另外需要用于將這樣的獨(dú)立的元件接合的區(qū)域，會(huì)導(dǎo)致模塊以與該區(qū)域所需面積對應(yīng)的量過度地增大，存在妨礙小型化的問題。另外，在構(gòu)成逆變器電路等時(shí)，需要在模塊側(cè)基板上進(jìn)行電路配線，其結(jié)果為，存在妨礙模塊的小型化的問題。

進(jìn)一步地，在上述專利文獻(xiàn)1所述的半導(dǎo)體裝置中，通過多個(gè)鋁配線wr對元件乃至外部連接電極板之間進(jìn)行電連接。然而，在采用這樣的結(jié)構(gòu)的情況下，存在加工上的制約，另外，由于需要進(jìn)行大量配線，所以在可靠性方面存在問題。

另外，上述專利文獻(xiàn)2所述的半導(dǎo)體模塊與上述專利文獻(xiàn)1所述的不同，在多個(gè)第一金屬板上搭載未封裝的功率半導(dǎo)體芯片，用跨線橋狀的第二金屬板將其電連接，并用樹脂封裝將整體密封。因此，在上述專利文獻(xiàn)2所述的發(fā)明中，由于為了上述發(fā)明的實(shí)施，需要另外形成并準(zhǔn)備上述第一金屬板和第二金屬板，所以成本較高，而且還需要進(jìn)行上述第二金屬板與第二金屬板的接合作業(yè)，因此還會(huì)產(chǎn)生加工時(shí)的可靠性的問題，并存在成本進(jìn)一步上升的問題。另外，在上述專利文獻(xiàn)2所述的發(fā)明中，如上所述在多個(gè)第一金屬板上搭載上述半導(dǎo)體芯片，通過收納在一個(gè)封裝內(nèi)而能夠進(jìn)行小型化，但與構(gòu)成半導(dǎo)體模塊的半導(dǎo)體的數(shù)量比較，能夠用于直接搭載有上述半導(dǎo)體芯片的第一金屬板的散熱的面積相對減少，因此存在無法實(shí)現(xiàn)充分的散熱的問題。

因此本發(fā)明的目的在于，解決以往技術(shù)中存在的上述問題和課題，并提供一種功率半導(dǎo)體模塊，其使用多個(gè)由通用品構(gòu)成的功率半導(dǎo)體元件要素，進(jìn)行必要的功率半導(dǎo)體元件之間的內(nèi)部連接，實(shí)現(xiàn)了小型化、散熱性的提高、內(nèi)部電阻的降低等，成本低且可靠性高。

(二)技術(shù)方案

為了解決上述問題，本發(fā)明提供一種功率半導(dǎo)體模塊，其是將多個(gè)功率半導(dǎo)體元件排列并收納在同一封裝內(nèi)而形成的，所述功率半導(dǎo)體元件是由以一個(gè)電極部分連接在形成有至少一個(gè)外部連接端子的金屬板上的功率半導(dǎo)體裸芯片、以及與所述半導(dǎo)體裸芯片的其它電極部分電連接的其它外部連接端子構(gòu)成的，其特征在于，所述多個(gè)功率半導(dǎo)體元件基本上具有相同的外形，所述多個(gè)功率半導(dǎo)體元件的所述裸芯片的電極通過金屬制連接器或引線，在所述多個(gè)功率半導(dǎo)體元件之間相互連接，所述封裝是用具有電絕緣性的樹脂對所述多個(gè)功率半導(dǎo)體元件進(jìn)行密封的樹脂塑模封裝。

另外，通過如下方式，能夠更有效地解決上述問題，即，所述功率半導(dǎo)體裸芯片是場效應(yīng)晶體管的裸芯片，將所述裸芯片的漏極與形成有所述一個(gè)外部連接端子的金屬板接合，相較于所述漏極，所述裸芯片的柵極以及源極設(shè)置在遠(yuǎn)離所述一個(gè)外部連接端子的一側(cè)，所述柵極或源極的一部分在所述功率半導(dǎo)體元件之間通過所述金屬制連接器或引線相互連接，或者，所述一個(gè)外部連接端子與所述其它的外部連接端子相互平行地配置。

另外，通過如下方式，能夠更有效地解決上述問題，即，所述多個(gè)排列是將至少兩個(gè)以上的所述功率半導(dǎo)體元件在平面上并列排列而成，或，所述多個(gè)排列是將至少兩個(gè)以上的所述功率半導(dǎo)體元件沿著虛擬的曲面并列排列而成，或，所述虛擬的曲面為圓筒的側(cè)面，所述相互平行地配置的外部連接端子還與所述圓筒的主軸方向平行，或者，所述多個(gè)排列是將至少兩個(gè)以上的所述功率半導(dǎo)體元件沿著由虛擬的多邊形構(gòu)成的棱柱的各側(cè)面并列排列而成，所述相互平行地配置的外部連接端子還與所述棱柱的主軸方向平行。

另外，通過如下方式，能夠更有效地解決上述問題，即，所述金屬板的材料是銅或鋁，或者，所述金屬板具有從所述封裝內(nèi)部朝外部露出的露出部分，且所述露出部分能夠與設(shè)置在外部的散熱器連接。

另外，為了解決上述問題，本發(fā)明提供一種控制裝置，其特征在于，在驅(qū)動(dòng)三相無刷電動(dòng)機(jī)時(shí)，使用上述的功率半導(dǎo)體模塊來進(jìn)行各一相的控制，該功率半導(dǎo)體模塊是將三個(gè)所述功率半導(dǎo)體元件收容在同一封裝內(nèi)而形成的。

另外，為了解決上述問題，本發(fā)明提供一種電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向裝置，其特征在于，使用上述的功率半導(dǎo)體模塊。

(三)有益效果

在本發(fā)明中，僅使用多個(gè)(例如，兩個(gè)～三個(gè))作為通用品而易于獲得的功率半導(dǎo)體元件，將它們在平面上或曲面上相互平行地排列。而且，構(gòu)成上述功率半導(dǎo)體元件的外部連接端子(簧片)基本上直接使用通用品，但流通大電流的上述外部連接端子(簧片)部分采用如下結(jié)構(gòu)，即，在構(gòu)成上述功率半導(dǎo)體元件的半導(dǎo)體裸芯片之間用夾子或引線來部分地進(jìn)行連接，降低配線電阻和發(fā)熱，進(jìn)一步地，將上述多個(gè)功率半導(dǎo)體元件在樹脂封裝內(nèi)一體成型。

因此，在將由一體化的多個(gè)功率半導(dǎo)體元件構(gòu)成的本發(fā)明的半導(dǎo)體模塊用于例如三相感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的逆變器控制時(shí)，能夠?qū)⑼ǔ？刂泼恳幌嗨褂玫娜齻€(gè)fet(上側(cè)臂部、下側(cè)臂部、電動(dòng)機(jī)繼電器部)組合成一組來使用。而且，通過這樣的使用，能夠獲得低成本(使用通用品)、小型化(節(jié)省空間)、省配線化(功率半導(dǎo)體芯片之間的直接連接的效果)、應(yīng)對發(fā)熱(三個(gè)fet不會(huì)同時(shí)接通(必有一個(gè)關(guān)斷))等的效果。

另外，同樣地，通過將用于電動(dòng)機(jī)等的電源側(cè)的控制的多個(gè)功率半導(dǎo)體構(gòu)成為由單一封裝構(gòu)成的半導(dǎo)體模塊，能夠獲得與上述同樣的效果。

附圖說明

圖1是表示電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向裝置的一般結(jié)構(gòu)的圖。

圖2是表示電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向裝置的控制單元(ecu)的方框圖。

圖3是表示電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向裝置的電動(dòng)機(jī)控制部的結(jié)構(gòu)例的線圖。

圖4是表示本發(fā)明的功率半導(dǎo)體元件的例子的立體圖，(a)是表示其整體像的立體圖，(b)是表示fet的結(jié)構(gòu)例的立體圖。

圖5是表示本發(fā)明的功率半導(dǎo)體模塊的例子的圖，(a)是不包含封裝部分的正視圖，(b)是其電路圖，(c)是正視圖，(d)是其后視圖。

圖6是表示本發(fā)明的功率半導(dǎo)體模塊的例子的立體圖，(a)是表示其整體像的立體圖，(b)是不包含封裝部分的立體圖。

圖7是表示本發(fā)明的功率半導(dǎo)體模塊的例子的圖，(a)是不包含封裝部分的正視圖，(b)是其電路圖，(c)是正視圖，(d)是其后視圖。

圖8是表示本發(fā)明的功率半導(dǎo)體模塊的例子的立體圖，(a)是表示其整體像的立體圖，(b)是不包含封裝部分的立體圖。

圖9是表示本發(fā)明的功率半導(dǎo)體模塊的例子的立體圖。

圖10是表示本發(fā)明的功率半導(dǎo)體模塊的例子的圖，(a)是不包含封裝部分的立體圖，(b)是其俯視圖，(c)是表示其整體像的立體圖。

具體實(shí)施方式

接著，以將本發(fā)明的功率半導(dǎo)體模塊的結(jié)構(gòu)例用于車輛的電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向裝置等所使用的電動(dòng)機(jī)的控制裝置的情況為例，對本發(fā)明的實(shí)施方式進(jìn)行說明。

這里，上述電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向裝置用于通過電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)力對車輛的轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)施加操舵輔助力(輔助力)。而且，在上述電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向裝置中，將通過從電力供給部(逆變器)供給的電力進(jìn)行控制的電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)力，經(jīng)由減速機(jī)構(gòu)，并通過齒輪或皮帶等傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，向轉(zhuǎn)向軸或齒條軸施加上述操舵輔助力。而且，為了正確地產(chǎn)生操舵輔助力的扭矩，這樣的電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向裝置(eps)進(jìn)行電動(dòng)機(jī)電流的反饋控制。

這樣的反饋控制調(diào)整電動(dòng)機(jī)外加電壓，以使得操舵輔助指令值(電流指令值)與電動(dòng)機(jī)電流檢測值的差變小，電動(dòng)機(jī)外加電壓的調(diào)整一般通過調(diào)整pwm(脈沖寬度調(diào)制)控制的占空比(duty)來進(jìn)行。

圖1中示出上述電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向裝置的一般結(jié)構(gòu)并對其進(jìn)行說明，方向盤1的柱軸(轉(zhuǎn)向軸、方向盤軸)2經(jīng)由減速機(jī)構(gòu)3的減速齒輪、萬向節(jié)4a及4b、齒輪齒條機(jī)構(gòu)5、拉桿6a、6b，再經(jīng)由輪轂單元7a、7b與轉(zhuǎn)向車輪8l、8r連結(jié)。另外，在柱軸2上設(shè)置有用于檢測方向盤1的操舵扭矩的扭矩傳感器10以及用于檢測操舵角θ的舵角傳感器14，對方向盤1的操舵力進(jìn)行輔助的電動(dòng)機(jī)20經(jīng)由減速機(jī)構(gòu)3的減速齒輪(齒輪比n)與柱軸2連結(jié)。

而且，由電池13向控制上述電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向裝置的控制單元(ecu)100供給電力，并且通過點(diǎn)火開關(guān)11向該控制單元(ecu)100輸入點(diǎn)火開關(guān)信號。

在這樣構(gòu)成的控制單元100中，基于由扭矩傳感器10檢測出的操舵扭矩th和由車速傳感器12檢測出的車速vel，來計(jì)算輔助(操舵輔助)指令的電流指令值，按照對電流指令值施加了補(bǔ)償?shù)榷玫降碾妷嚎刂浦噶钪祐ref，對向電動(dòng)機(jī)20供給的電流進(jìn)行控制。此外，舵角傳感器14不是必需的，也可以不配設(shè)，也能夠從與電動(dòng)機(jī)20連結(jié)的旋轉(zhuǎn)變壓器等旋轉(zhuǎn)位置傳感器取得操舵角。

另外，在上述控制單元100上連接有收發(fā)車輛的各種信息的can(controllerareanetwork)50，車速vel也能夠從can50接收。另外，在控制單元100上也連接有非can51，該非can51收發(fā)can50以外的通信、模擬/數(shù)字信號、電波等。

另外，上述控制單元100主要由cpu(也包含mpu、mcu等)構(gòu)成，在該cpu內(nèi)部由程序執(zhí)行的一般功能如圖2所示。

參照圖2對控制單元100進(jìn)行說明，由扭矩傳感器10檢測出的操舵扭矩th以及由車速傳感器12檢測出的(或來自can50的)車速vel被輸入至電流指令值計(jì)算部101，該電流指令值計(jì)算部101用于計(jì)算電流指令值iref1。電流指令值計(jì)算部101基于輸入的操舵扭矩th以及車速vel，并使用輔助圖等來計(jì)算電流指令值iref1，該電流指令值iref1是向電動(dòng)機(jī)20供給的電流的控制目標(biāo)值。電流指令值iref1經(jīng)由加法部102a輸入至電流限制部103，限制了最大電流的電流指令值irefm被反饋輸入到減法部102b，算出該電流指令值irefm與電動(dòng)機(jī)電流值im的偏差i(irefm-im)，并將該偏差i輸入至pi控制部104，該pi控制部104用于改善操舵動(dòng)作的特性。通過pi控制部104改善了特性的電壓控制指令值vref被輸入至pwm控制部105，進(jìn)而通過逆變器106對電動(dòng)機(jī)20進(jìn)行pwm驅(qū)動(dòng)。由電動(dòng)機(jī)電流檢測器107檢測出電動(dòng)機(jī)20的電流值im，并反饋至減法部102b。逆變器106由作為驅(qū)動(dòng)元件的fet的電橋電路構(gòu)成。

在上述電動(dòng)機(jī)20上連接有旋轉(zhuǎn)變壓器等旋轉(zhuǎn)傳感器21，從旋轉(zhuǎn)傳感器21輸出電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)角度θ，進(jìn)而由電動(dòng)機(jī)速度計(jì)算部22算出電動(dòng)機(jī)速度ω。

另外，在加法部102a中加上來自補(bǔ)償信號生成部110的補(bǔ)償信號cm，通過加上補(bǔ)償信號cm來進(jìn)行操舵系統(tǒng)的特性補(bǔ)償，以改善收斂性、慣性特性等。補(bǔ)償信號生成部110利加法部114將自對準(zhǔn)扭矩(sat)113和慣性112相加，該相加的結(jié)果進(jìn)一步與收斂性111在加法部115中相加，，將加法部115中的相加結(jié)果作為補(bǔ)償信號cm。

另外，在上述電動(dòng)機(jī)20為三相無刷電動(dòng)機(jī)的情況下，pwm控制部105以及逆變器106的具體結(jié)構(gòu)例如是如圖3所示那樣，pwm控制部105由占空比計(jì)算部105a、和柵極驅(qū)動(dòng)部105b構(gòu)成，其中，所述占空比計(jì)算部105a由電壓控制指令值vref按照規(guī)定式計(jì)算三相的pwm占空比值d1～d6，所述柵極驅(qū)動(dòng)部105b按照pwm占空比值d1～d6來驅(qū)動(dòng)作為驅(qū)動(dòng)元件的fet的柵極，并且進(jìn)行空載時(shí)間的補(bǔ)償，進(jìn)行接通/關(guān)斷。逆變器106由作為半導(dǎo)體開關(guān)元件的fet的三相橋(fet1～fet6)構(gòu)成，通過按照pwm占空比值d1～d6進(jìn)行接通/關(guān)斷，來驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)20。另外，在在逆變器106與電動(dòng)機(jī)20之間的電力供給線上連接有電動(dòng)機(jī)繼電器23，該電動(dòng)機(jī)繼電器23由電動(dòng)機(jī)釋放開關(guān)構(gòu)成，用于進(jìn)行或切斷電力供給(接通/關(guān)斷)。而且，在圖3中示出了下述例子，即利用將半導(dǎo)體開關(guān)元件(例如，fet7～9)用作電動(dòng)機(jī)釋放開關(guān)的電動(dòng)機(jī)繼電器23，來接通/關(guān)斷三相中的兩相的電力供給。

而且，在如上所述構(gòu)成的電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向裝置中，上述控制單元100所使用的本發(fā)明的半導(dǎo)體模塊是如下所述構(gòu)成的。此外，在以下的說明中，對于同一構(gòu)成要素，即使是能夠采用其它的形態(tài)的構(gòu)成要素，也使用同一記號，有時(shí)會(huì)省略一部分重復(fù)的說明、結(jié)構(gòu)。

本發(fā)明將兩個(gè)以上的功率半導(dǎo)體用元件在功能上連接，并收納在一個(gè)封裝內(nèi)而構(gòu)成功率半導(dǎo)體模塊。在此，首先適當(dāng)?shù)貐⒄崭綀D對上述功率半導(dǎo)體元件進(jìn)行說明。

圖4是以可用于to-220封裝的零件為例來表示構(gòu)成本發(fā)明的功率半導(dǎo)體元件的例子的圖。而且，圖4的(a)表示其立體圖，圖4的(b)示出了作為構(gòu)成上述功率半導(dǎo)體元件的裸芯片的例子使用場效應(yīng)晶體管(fet)時(shí)的該fet的立體圖。

功率半導(dǎo)體元件400構(gòu)成本發(fā)明，該功率半導(dǎo)體元件400的基本構(gòu)成要素為：形成有一個(gè)外部連接端子410b的金屬板410、其它的外部連接端子415、功率半導(dǎo)體裸芯片430、以及引線450。

在上述功率半導(dǎo)體元件400中，形成有一個(gè)外部連接端子410b的金屬板410由金屬平板部分410a、和上述一個(gè)外部連接端子410b構(gòu)成，所述金屬平板部分410a用于安裝上述功率半導(dǎo)體裸芯片430。而且，上述金屬平板部分410a由銅、鋁等金屬制的長方形狀的平板形成，在上述平板的單面?zhèn)劝惭b有上述功率半導(dǎo)體裸芯片430，在本實(shí)施方式的情況下，還在金屬平板部分410a上穿設(shè)有孔410c，用于使上述金屬平板部分410a能夠固定在基板等外部設(shè)備等上。此外，在用樹脂材料進(jìn)行封裝時(shí)，使上述金屬平板部分410a的一部分露出于外部，從而也能夠?qū)⑸鲜鼋饘倨桨宀糠?10a活用為電極以及散熱片，所述電極用于與上述外部設(shè)備等進(jìn)行連接，所述散熱片用于散熱。因此，在如上所述活用為散熱片的情況下，也能夠通過在上述孔410c中插入螺栓等而將上述金屬平板部分410a固定于設(shè)置在外部的散熱器等。

另外，上述一個(gè)外部連接端子部(有時(shí)稱為外部連接端子)410b是由上述金屬平板部分410a一體構(gòu)成的平板，該平板呈比上述金屬平板部分410a更小的細(xì)長的長方形狀，向安裝有上述功率半導(dǎo)體裸芯片430的一側(cè)略有偏移，且與上述金屬平板部分410a平行地形成。而且，在用樹脂材料對本發(fā)明的電源模塊進(jìn)行封裝并完成后，上述一個(gè)外部連接端子部410b發(fā)揮連接端子的功能，該連接端子用于將外部設(shè)備乃至器件等與上述裸芯片的一部分通過基板等進(jìn)行電連接。

另外，在上述功率半導(dǎo)體元件400中，其它的外部連接端子415與上述半導(dǎo)體裸芯片430的電極中的、與上述金屬板410連接的電極之外的其它電極連接，并發(fā)揮作為連接端子的功能，該連接端子用于將上述其它電極與上述外部設(shè)備乃至器件等通過基板等進(jìn)行電連接。

因此，上述外部連接端子415與所連接的上述半導(dǎo)體裸芯片430的因種類而變動(dòng)的電極數(shù)量相應(yīng)地需要多個(gè)。在本實(shí)施方式中，使用上述電極的數(shù)量為三個(gè)的fet作為上述半導(dǎo)體裸芯片430，由于上述三個(gè)電極中的一個(gè)與上述金屬平板部分410a連接，所以上述外部連接端子415的數(shù)量為兩個(gè)。另外，上述外部連接端子415的形態(tài)沒有特別限定，在本實(shí)施方式中，基本采用與在上述金屬板410上形成的外部連接端子部410b大致為相同形狀的細(xì)長的長方形狀的板狀，并以構(gòu)成上述外部連接端子部410b和上述外部連接端子415的上述細(xì)長的長方形狀的長邊部分相互平行的方式進(jìn)行配設(shè)。

另外，上述外部連接端子415與上述金屬板410是電絕緣的，因此在結(jié)構(gòu)上也是獨(dú)立的，且配置為，與上述金屬板410形成的平面相比向形成上述功率半導(dǎo)體的方向略有偏移，以使得在進(jìn)行了封裝的情況下，上述外部連接端子415與在上述金屬板410上形成的外部連接端子410b成為如上所述那樣平行的一列。

另外，在上述功率半導(dǎo)體元件400中，功率半導(dǎo)體裸芯片430如在圖4的(b)中以立體圖表示的那樣，由半導(dǎo)體等構(gòu)成為整體呈四邊形狀，如上所述，安裝在金屬板410的單面?zhèn)?。而且，在本?shí)施方式中，上述功率半導(dǎo)體裸芯片430為fet，上述fet的漏極435配置在上述功率半導(dǎo)體裸芯片430的下表面，源極431和柵極433以比上述漏極435更靠上側(cè)的方式構(gòu)成。因此，在將上述功率半導(dǎo)體裸芯片430從上述漏極435側(cè)安裝于上述金屬板410的情況下，上述源極431和柵極433以遠(yuǎn)離上述金屬板410側(cè)的方式配置。

另外，上述源極431和柵極433基本上通過上述外部連接端子415和引線450分別進(jìn)行電連接，但在本發(fā)明的半導(dǎo)體模塊中，在集中多個(gè)上述功率半導(dǎo)體元件400并在功能上配置時(shí)，有時(shí)會(huì)如下所述，通過金屬制連接器(夾子)510或引線450在上述fet的電極相互之間進(jìn)行電連接。

構(gòu)成本發(fā)明的功率半導(dǎo)體元件400，例如是如上所述那樣構(gòu)成，但不限于上述例示的可用于to-220封裝的那樣的元件。因此，只要是在單一的功率半導(dǎo)體封裝內(nèi)部使用的功率半導(dǎo)體的構(gòu)成要素，即符合本發(fā)明的主旨，即使是通用品等，也能夠活用于本發(fā)明的功率半導(dǎo)體模塊。

接著，適當(dāng)?shù)貐⒄崭綀D來對本發(fā)明的功率半導(dǎo)體模塊進(jìn)行說明，該功率半導(dǎo)體模塊是將多個(gè)構(gòu)成本發(fā)明的上述功率半導(dǎo)體元件集中并在功能上一體化而構(gòu)成的。

圖5以及圖6示出了功率半導(dǎo)體模塊的實(shí)施方式500的例子，該例作為本發(fā)明的功率半導(dǎo)體模塊，是通過將三個(gè)上述那樣的功率半導(dǎo)體元件400集中，并在功能上結(jié)合而作為單一的封裝完成的。

而且，在圖5中，(a)表示不包含封裝部分的正視圖，(b)表示其電路圖，(c)表示正視圖，(d)表示其后視圖，在圖6中，(a)表示其整體像的立體圖，(b)表示不包含封裝部分的立體圖。

在本發(fā)明的上述實(shí)施方式500中，如圖5中的(a)所示，在平面上并列排列有三個(gè)如上所述的功率半導(dǎo)體元件400，并將其通過金屬制連接器(夾子)510或引線450相互結(jié)合。在這里，上述夾子510是由銅、鋁等金屬制的材料構(gòu)成的。而且，上述夾子510使用一根或如圖所示的多根導(dǎo)線，該導(dǎo)線的截面積與上述功率半導(dǎo)體元件400所使用的引線450相同或更大，由此，與僅單獨(dú)使用上述引線450時(shí)相比，實(shí)現(xiàn)了配線電阻的降低。

另外，如上述圖5中的(a)所示，上述夾子510或引線450是以如下方式構(gòu)成的，即，介由圖中的中央的功率半導(dǎo)體400的金屬平板部分410a，使圖中左端的功率半導(dǎo)體元件400的功率半導(dǎo)體430的源極431與功率半導(dǎo)體430的柵極435電連接，并且使圖中的中央的功率半導(dǎo)體400的金屬平板部分410a與圖中右端的功率半導(dǎo)體元件400的功率半導(dǎo)體430的源極431電連接，在功能上進(jìn)行一體化。

圖5中的(b)示出了如上所述的功率半導(dǎo)體元件400之間的通過上述夾子510或引線450進(jìn)行連接的功率半導(dǎo)體430的連接關(guān)系。在上述圖5中的(b)中，該圖中的a～g的記號是與上述圖5中的(a)所示的功率半導(dǎo)體元件400的外部連接端子(410b以及415)對應(yīng)地表示的。另外，在上述圖5中的(a)所示的功率半導(dǎo)體元件400的外部連接端子(410b以及415)中，對于該圖中兩端的功率半導(dǎo)體元件400的右端的外部連接端子沒有設(shè)置對應(yīng)的記號，它們是由于利用上述夾子510或引線450在功率半導(dǎo)體元件400之間進(jìn)行的耦合而未進(jìn)行電耦合的端子。因此，在上述功率半導(dǎo)體單元的結(jié)構(gòu)內(nèi)也可以不含上述外部連接端子。

因此，根據(jù)本發(fā)明的功率半導(dǎo)體單元，在集中多個(gè)上述功率半導(dǎo)體元件400并在功能上進(jìn)行一體化時(shí)，能夠從在單一的功率半導(dǎo)體封裝內(nèi)部使用的功率半導(dǎo)體的構(gòu)成要素進(jìn)一步限定上述功率半導(dǎo)體元件400來使用，由此也能夠?qū)崿F(xiàn)成本的降低。

此外，在上述實(shí)施方式500的情況下，也包含上述未進(jìn)行電耦合的外部連接端子415地形成了一個(gè)封裝，在該情況下也實(shí)現(xiàn)了小型化和散熱性的提高。

另外，圖5中的(c)、(d)所示的正視圖和后視圖示出了用具有電絕緣性的樹脂530對如上述圖5中的(a)所示那樣連接的三個(gè)功率半導(dǎo)體元件400進(jìn)行了密封的狀態(tài)。

上述具有電絕緣性的樹脂530用于對構(gòu)成上述功率半導(dǎo)體元件400的各零件進(jìn)行固定，使各構(gòu)成要素之間以及它們的基干部分與外部之間絕緣，并且將上述各零件產(chǎn)生的熱量傳導(dǎo)至外部。

因此，上述具有電絕緣性的樹脂530通過樹脂塑模封裝對上述功率半導(dǎo)體元件400中的如下部分進(jìn)行密封，即，上述金屬平板部分410a的安裝有功率半導(dǎo)體裸芯片430的部分、通過夾子510或引線450連接的部分、以及上述外部連接端子410b從上述金屬平板部分410a延伸的部分、上述外部連接端子415的靠近上述金屬平板410a側(cè)的部分。

其中，上述外部連接端子(410b、415)為了如上述那樣與外部設(shè)備等進(jìn)行電連接而構(gòu)成為，上述外部連接端子的與靠近上述金屬平板部分410a側(cè)為相反側(cè)的部分從上述樹脂塑模封裝露出。另外，上述金屬平板部分410a的與靠近上述外部連接端子(410b、415)側(cè)為相反側(cè)的設(shè)置有孔410c的一側(cè)，也同樣地構(gòu)成為從上述樹脂塑模封裝露出。

另外，在上述實(shí)施方式500中，進(jìn)一步地，上述金屬平板部分410a的與安裝有上述功率半導(dǎo)體430的一側(cè)為相反側(cè)的面，也構(gòu)成為從上述樹脂塑模封裝露出，并且使上述露出部分接觸與上述本發(fā)明的功率半導(dǎo)體模塊相鄰設(shè)置的散熱器等來進(jìn)行安裝，由此能夠?qū)崿F(xiàn)散熱性的提高。

此外，對于上述具有電絕緣性的樹脂530的材質(zhì)沒有特別限定，優(yōu)選使用具有高電絕緣性和高導(dǎo)熱性的彈性體等。

在如上述這樣構(gòu)成的本發(fā)明的實(shí)施方式500中，通過使上述功率半導(dǎo)體元件400在功能上結(jié)合來進(jìn)行組合，能夠?qū)崿F(xiàn)小型化以及內(nèi)部配線的省略化，并因此而實(shí)現(xiàn)散熱性的提高以及成本的降低。

另外，在本發(fā)明中能夠如上述那樣集中三個(gè)由fet構(gòu)成的功率半導(dǎo)體430而形成為一個(gè)功率半導(dǎo)體模塊，在后述的實(shí)施方式900和1000的情況下也相同。因此，能夠直接將該功率半導(dǎo)體模塊用于上述那樣的電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向裝置的控制單元100。

因此，例如，在圖3所示的控制單元100的逆變器106和電動(dòng)機(jī)繼電器23中，使上述電動(dòng)機(jī)20的三相(u、v、w相)中的一相的控制所使用的fet由一個(gè)模塊構(gòu)成，總共使用三個(gè)本發(fā)明的功率半導(dǎo)體模塊，從而能夠活用于上述三相電動(dòng)機(jī)的控制。

因此，例如能夠使相當(dāng)于如上述圖3所示那樣由上側(cè)臂部的fet1、下側(cè)臂部的fet4和電動(dòng)機(jī)繼電器部23的fet7構(gòu)成的電動(dòng)機(jī)20的u相的這一相由上述本發(fā)明的功率半導(dǎo)體模塊來構(gòu)成，并對其它兩相(v相、w相)也采用同樣的結(jié)構(gòu)，從而能夠?qū)崿F(xiàn)上述電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向裝置的控制單元100的進(jìn)一步的小型化和散熱性的提高等。

接著，參照圖7以及圖8對實(shí)施方式700的例子進(jìn)行說明，該例作為本發(fā)明的功率半導(dǎo)體模塊，是通過將兩個(gè)上述那樣的功率半導(dǎo)體元件400集中，并在功能上結(jié)合而作為單一的封裝完成的。

在這里，上述圖7以及圖8對上述本發(fā)明的實(shí)施方式700進(jìn)行了圖示，在圖7中，(a)表示不包含封裝部分的正視圖，(b)表示電路圖，(c)表示正視圖，(d)表示其后視圖，在圖8中，(a)表示其整體像的立體圖，(b)表示不包含封裝部分的立體圖。

本發(fā)明的上述實(shí)施方式700基本上具有與上述實(shí)施方式500的情況同樣的結(jié)構(gòu)，區(qū)別在于使用了兩個(gè)上述功率半導(dǎo)體元件400這一點(diǎn)。

因此，上述兩個(gè)功率半導(dǎo)體元件400如上述圖7中的(a)所示，使圖中左側(cè)的功率半導(dǎo)體元件400的功率半導(dǎo)體430的源極431與圖中右側(cè)的功率半導(dǎo)體元件400的功率半導(dǎo)體430的源極431電連接并在功能上進(jìn)行了一體化。

而且，圖7中的(b)示出了如上述圖7中的(a)所示那樣的功率半導(dǎo)體元件400之間的通過上述夾子510或引線450進(jìn)行連接的功率半導(dǎo)體430的連接關(guān)系。在上述圖7中的(b)中，該圖中a～e的記號是與上述圖7中的(a)所示的功率半導(dǎo)體元件400的外部連接端子(410b以及415)對應(yīng)地表示的。另外，在上述圖7中的(a)所示的功率半導(dǎo)體元件400的外部連接端子(410b以及415)中，對于該圖中左側(cè)的功率半導(dǎo)體元件400的右端的外部連接端子415沒有設(shè)置對應(yīng)的記號，該外部連接端子415是由于利用上述夾子510或引線450在功率半導(dǎo)體元件400之間進(jìn)行的耦合而未進(jìn)行電耦合的端子。

在如上述這樣構(gòu)成的本發(fā)明的實(shí)施方式700中，與上述實(shí)施方式500同樣地，通過使上述功率半導(dǎo)體元件400在功能上結(jié)合來進(jìn)行組合，能夠?qū)崿F(xiàn)小型化以及內(nèi)部配線的省略化，并因此而實(shí)現(xiàn)散熱性的提高以及成本的降低。

另外，在將如上述這樣構(gòu)成的本發(fā)明的實(shí)施方式700的半導(dǎo)體模塊用于上述這樣的電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向裝置的情況下，有時(shí)會(huì)在上述電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向裝置的電源側(cè)的控制中使用兩個(gè)功率半導(dǎo)體，因此也能夠?qū)蓚€(gè)這樣的功率半導(dǎo)體作為一個(gè)模塊而進(jìn)一步地實(shí)現(xiàn)小型化等。

接著，對集中多個(gè)上述這樣的功率半導(dǎo)體元件400并使其不是如上述那樣在平面上排列而是沿著虛擬的曲面形狀等排列時(shí)的例子進(jìn)行說明。

圖9以立體圖示出了如上所述的使三個(gè)功率半導(dǎo)體元件400沿著虛擬的曲面并列排列的本發(fā)明的實(shí)施方式900的例子，在這里，特別地示出了上述虛擬的曲面為圓筒c的側(cè)面時(shí)的例子。

此外，在上述實(shí)施方式900中，將上述功率半導(dǎo)體元件400配置在曲面上，其結(jié)果為，以立體方式形成并相應(yīng)地進(jìn)行封裝，除此以外，基本的結(jié)構(gòu)、電連接關(guān)系與上述實(shí)施方式500相同。

在本實(shí)施方式900的情況下，上述虛擬的圓筒c如圖9中虛線所示，構(gòu)成上述三個(gè)功率半導(dǎo)體元件400的細(xì)長的長方形狀的外部連接端子(410b、415)的長邊，以與上述圓筒c的主軸s平行的方式，沿著上述虛擬的圓筒c的側(cè)面排列。

另外，在上述圖9中，上述功率半導(dǎo)體元件400的上述金屬平板410a的從封裝530露出的部分的面(散熱面)朝向上述虛擬的圓筒c的外側(cè)面。然而，沿著上述虛擬的圓筒c的側(cè)面的上述三個(gè)功率半導(dǎo)體元件400的排列方法不限于上述。因此，可以使上述金屬平板410a的從封裝530露出的散熱面的相反側(cè)的面朝向上述虛擬的圓筒c的外側(cè)面，或者，也可以在上述虛擬的圓筒c的內(nèi)側(cè)配置上述功率半導(dǎo)體元件400，并使上述金屬平板410a的從封裝530露出的散熱面?zhèn)瘸蛏鲜鰣A筒c的內(nèi)側(cè)面，或者，也可以在上述虛擬的圓筒c的內(nèi)側(cè)配置功率半導(dǎo)體元件400，并使與上述金屬平板410a的從封裝530露出的散熱面的相反側(cè)的面朝向上述圓筒c的內(nèi)側(cè)面。

本發(fā)明的上述實(shí)施方式900通過采用上述這樣的結(jié)構(gòu)，例如，在上述的電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向裝置的控制單元100的殼體采用與上述電動(dòng)機(jī)20等的形態(tài)匹配的由圓筒形狀等構(gòu)成的曲面形狀的情況下，能夠通過沿著上述控制單元100的殼體、電動(dòng)機(jī)20的圓筒形狀的側(cè)面配置本功率半導(dǎo)體模塊，將上述控制單元100的殼體等的側(cè)面有效地活用為散熱器等。

另外，圖10對如上所述的使三個(gè)功率半導(dǎo)體元件400沿著由虛擬的多邊形構(gòu)成的棱柱的各側(cè)面并列排列的例子進(jìn)行了圖示，在這里，特別地對上述虛擬的多邊形為三角形、即棱柱為三棱柱t時(shí)的實(shí)施方式1000的例子進(jìn)行了圖示。

在這里，圖10中的(a)是表示在上述實(shí)施方式900中，將被具有電絕緣性的樹脂530封裝前的功率半導(dǎo)體元件400并列配置時(shí)的相互連接狀態(tài)的立體圖，圖10中的(b)是其俯視圖，圖10中的(c)是被上述樹脂封裝后的立體圖。

如上述圖10中的(a)所示，在本實(shí)施方式1000中，將上述功率半導(dǎo)體元件400沿著如圖中虛線所示的虛擬的三棱柱t的各三個(gè)側(cè)面排列，并使上述金屬平板部分410的散熱面?zhèn)瘸蛏鲜鰝?cè)面。

因此，與在平面上排列上述功率半導(dǎo)體元件400時(shí)相比，能夠進(jìn)一步地小型化。

另外，在上述實(shí)施方式1000中，將上述功率半導(dǎo)體元件400沿著由虛擬的多邊形構(gòu)成的棱柱的各側(cè)面并列配置，其結(jié)果為，以立體方式形成并相應(yīng)地進(jìn)行封裝，除此以外，基本的結(jié)構(gòu)、電連接關(guān)系與上述圖5所示的實(shí)施方式500基本上相同。

但是，在本實(shí)施方式1000的情況下，是在虛擬的三棱柱t的側(cè)面上并列配置三個(gè)功率半導(dǎo)體元件400，因此上述三個(gè)功率半導(dǎo)體元件400是相互鄰接的關(guān)系。

因此，如上述圖10中的(b)所示，在維持上述圖5中的(b)所示的電連接關(guān)系的情況下，在設(shè)置于與上述圖5中的(a)的位于兩端者相當(dāng)?shù)墓β拾雽?dǎo)體元件400上的功率半導(dǎo)體430的源極431相互之間利用夾子510或引線450進(jìn)行直接連接，能夠降低配線電阻。此外，在上述圖10中的(b)中，虛線所示的框示出了用具有電絕緣性的樹脂530進(jìn)行了封裝的情況下的輪廓。

另外，在上述圖10中的(a)～(c)中，上述功率半導(dǎo)體元件400的上述金屬平板410a的從封裝530露出的露出面(散熱面)朝向上述虛擬的三棱柱t的外側(cè)面。

然而，沿著上述虛擬的三棱柱t的側(cè)面的上述三個(gè)功率半導(dǎo)體元件400的排列方法不限于上述。

因此，可以使上述金屬平板410a的從封裝530露出的散熱面的相反側(cè)的面朝向上述虛擬的三棱柱t的外側(cè)面，或者，也可以在上述虛擬的三棱柱t的內(nèi)側(cè)配置上述功率半導(dǎo)體元件400，并使上述金屬平板410a的從封裝530露出的散熱面朝向上述三棱柱t的內(nèi)側(cè)面，或者，也可以在上述虛擬的三棱柱t的內(nèi)側(cè)配置功率半導(dǎo)體元件400，并使上述金屬平板410a的從封裝530露出的露出面的相反側(cè)的面朝向上述三棱柱t的內(nèi)側(cè)面。

本發(fā)明的上述實(shí)施方式1000通過采用如上所述的結(jié)構(gòu)，能夠更進(jìn)一步地使上述功率半導(dǎo)體模塊小型化。

另外，例如，在上述的電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向裝置的控制單元100的基板上安裝上述實(shí)施方式1000的功率半導(dǎo)體模塊，并且按照上述排列將上述散熱面朝向內(nèi)側(cè)配置時(shí)，通過在其內(nèi)側(cè)設(shè)置三棱柱狀的散熱器，或者，在按照上述排列將散熱面朝向外側(cè)配置時(shí)，通過以在該三棱柱狀的外形的外側(cè)圍繞的方式設(shè)置散熱器，能夠進(jìn)行上述實(shí)施方式1000的功率半導(dǎo)體模塊的散熱。

如上所述，根據(jù)本發(fā)明的功率半導(dǎo)體模塊，通過使用多個(gè)能夠由通用品構(gòu)成的功率半導(dǎo)體元件，并在功率半導(dǎo)體元件之間進(jìn)行必要的內(nèi)部連接而使其一體化，從而能夠提供一種小型化、提高了散熱性、降低了內(nèi)部電阻等、低成本且可靠性高的功率半導(dǎo)體模塊。

此外，上述實(shí)施方式用于表示本發(fā)明的結(jié)構(gòu)的例子。因此，本發(fā)明不限于上述實(shí)施方式所示的結(jié)構(gòu)，也能夠在本發(fā)明的主旨的范圍內(nèi)實(shí)施各種變形。

附圖標(biāo)記說明

1-方向盤；2-柱軸(轉(zhuǎn)向軸、方向盤軸)；3-減速機(jī)構(gòu)；4a、4b-萬向節(jié)；5-齒輪齒條機(jī)構(gòu)；6a、6b-拉桿；7a、7b-輪轂單元；8l、8r-轉(zhuǎn)向車輪；10-扭矩傳感器；11-點(diǎn)火開關(guān)；12-車速傳感器；13-電池；14-舵角傳感器；20-電動(dòng)機(jī)；23-電動(dòng)機(jī)繼電器；100-控制裝置(控制單元、ecu)；101-電流指令值計(jì)算部；104-pi控制部；105-pwm控制部；106-逆變器；110-補(bǔ)償信號生成部；400-功率半導(dǎo)體元件；410-金屬板；410a-金屬平板部分；410b-外部連接端子部；410c-孔；415-外部連接端子；430-功率半導(dǎo)體裸芯片；431-源極；433-柵極；435-漏極；450-引線；500、700、900、1000-實(shí)施方式；510-金屬制連接器(夾子)；530-具有電絕緣性的樹脂(封裝)；c-虛擬的圓柱；s-虛擬的圓柱的主軸；t-虛擬的三棱柱。