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JP2012248737A - 半導体装置、および、それを用いた駆動装置 - Google Patents

半導体装置、および、それを用いた駆動装置 Download PDF

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Abstract

【課題】発生する熱を効率よく放熱可能な半導体装置、および、それを用いた駆動装置を提供する。
【解決手段】半導体装置では、ねじ６８、６９が、パワーモジュール６０をヒートシンクに押圧する。ＭＯＳ８１〜８８は、１つのねじ６８、６９に対し３つ以上配置される。また、ＭＯＳ８１〜８８は、ねじ６８、６９による押圧によりパワーモジュール６０とヒートシンクとの間に生じる圧力がＭＯＳ８１〜８８からの熱を放熱可能な所定の圧力以上である領域に配置される。これにより、少なくともＭＯＳ８１〜８８が配置されている領域では、パワーモジュール６０とヒートシンクとが密着した状態で保持され、ＭＯＳ８１〜８８から発生する熱を効率よくヒートシンクへ放熱することができる。
【選択図】 図５

Description

本発明は、半導体装置、および、それを用いた駆動装置に関する。
従来、半導体装置をねじ等により冷却用ヒートシンクに組み付けることが公知である。例えば特許文献１では、半導体装置の長辺方向端部近くにねじ止め部を設け、半導体装置を冷却用ヒートシンクにねじ止めしている。
特開２００７−１６５４２６号公報
しかしながら、特許文献１のように長辺方向端部近くにて半導体装置と冷却用ヒートシンクとをねじ止めした場合、半導体装置の中央近傍のねじから遠い箇所において押し付け圧が不足し、半導体装置と冷却用ヒートシンクとが密着せず、十分に放熱できない虞がある。
本発明は、上述の課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、発生する熱を効率よく放熱可能な半導体装置、および、それを用いた駆動装置を提供することにある。
請求項１に記載の半導体装置は、半導体モジュールと、押圧部材と、を備える。半導体モジュールは、電流の切り替えに係るスイッチング素子、導電部材、および、モールド部を有する。導電部材には、スイッチング素子が実装される。モールド部は、スイッチング素子および導電部材をモールドする。押圧部材は、半導体モジュールを放熱部材に押圧する。スイッチング素子は、１つの押圧部材に対し３つ以上配置される。また、スイッチング素子は、押圧部材による押圧により半導体モジュールと放熱部材との間に生じる圧力がスイッチング素子からの熱を放熱可能な所定の圧力以上である領域に配置される。なお、スイッチング素子からの熱を放熱可能な所定の圧力とは、スイッチング素子が実装されている箇所が放熱部材と密着した状態を保持可能な程度の圧力であって、例えば請求項８に記載の構成を採用した場合の中間部材の特性や放熱部材および半導体モジュールの平面度等に応じた値となる。
本発明では、スイッチング素子は、押圧部材の周囲であって、半導体モジュールと放熱部材との間に生じる圧力が放熱可能な所定の圧力以上である領域に配置されることにより、少なくともスイッチング素子が配置されている領域では半導体モジュールと放熱部材とが密着した状態で保持される。これにより、スイッチング素子から発生する熱を効率よく放熱部材へ放熱することができる。また、１つの押圧部材に対し、少なくとも３つのスイッチング素子が配置されるので、押圧部材の点数を低減することができる。これにより、押圧部材を組み付けるための工数を低減することができる。また、押圧部材による押圧のために要する面積を低減することができるので、半導体装置を小型化することができる。
請求項２に記載の発明では、半導体モジュールは、巻線端子および制御端子を有する。巻線端子は、モールド部の１つの面である第１面に設けられ、巻線と接続される。制御端子は、モールド部の第１面とは反対側の面である第２面に設けられ、制御基板と接続される。巻線端子には巻線に通電される大電流が通電され、制御端子には制御信号を伝送可能な程度の比較的小さい電流が通電される。巻線端子を第１面側に集約することにより、第２面側には大電流が通電されないように構成することができる。これにより、例えばシャント抵抗等の大電流の影響を受けやすい部品を第２面側に好適に配置することができる。
請求項３に記載の発明では、押圧部材は、モールド部の中心よりも第２面側に配置される。少なくとも１つのスイッチング素子は、押圧部材よりも第１面側に配置される。また、少なくとも１つのスイッチング素子は、第２面との距離が前記押圧部材と同等の領域に配置される。なお、第２面との距離が押圧部材と同等の領域とは、押圧部材により押圧される箇所（以下、「押圧箇所」という。）に基づき、押圧箇所の第２面側の端部を通り第２面に平行な直線と、押圧箇所の第１面側の端部を通り第２面に平行な直線とで規定される領域であって、この領域にスイッチング素子の少なくとも一部が含まれるように配置されているものとする。
また、請求項４に記載の発明では、スイッチング素子は、１つの押圧部材に対して４つ配置される。２つのスイッチング素子は、押圧部材よりも第１面側に配置される。他の２つのスイッチング素子は、第２面との距離が押圧部材と同等の領域であって、押圧部材を挟んで両側に配置される。
請求項５に記載の発明では、押圧部材よりも第１面側に配置されるスイッチング素子は、高電位側に接続される高電位側スイッチング素子であり、第２面との距離が押圧部材と同等の領域に配置されるスイッチング素子は、高電位側スイッチング素子の低電位側に接続される低電位側スイッチング素子である。例えば、低電位側スイッチング素子とグランドとの間にて電流を検出する場合、大電流が通電されない第２面側に電流検出に係る部品（例えばシャント抵抗）を配置することができるので、精度よく電流を検出することができる。
請求項６に記載の発明では、押圧部材はねじである。これにより、簡素な構成で半導体モジュールを放熱部材に押圧することができる。
請求項７に記載の発明では、押圧部材はばね部材である。これにより、例えばモールド部が変形したとしても、変形に応じて半導体モジュールを放熱部材に押圧することができる。
請求項８に記載の発明では、半導体モジュールと放熱部材との間に設けられる中間部材をさらに備える。中間部材は、例えばシート、ゲル、接着剤等である。半導体モジュールと放熱部材との間に中間部材を設けることにより、半導体モジュールと放熱部材との密着性を向上することができる。また、中間部材を絶縁材料で構成すれば、半導体モジュールと放熱部材との密着性を確保するとともに、半導体モジュールと放熱部材との絶縁を確保することができる。
請求項９に記載の発明は、請求項１〜８のいずれか一項に記載の半導体装置を用いた駆動装置である。駆動装置は、モータと、コントロールユニットと、を備える。コントロールユニットは、請求項１〜８のいずれか一項に記載の半導体装置、放熱部材、および、基板を有し、モータの軸方向の一側に配置される。半導体装置は、モータの巻線と電気的に接続される。放熱部材は、半導体モジュールが押圧部材により押圧される。基板は、半導体モジュールと電気的に接続される。これにより、モータの巻線への通電の切り替えにより半導体装置のスイッチング素子から発生する熱を効率よく放熱部材へ放熱することができる。
本発明の第１実施形態のパワーステアリング装置の構成を説明する概略構成図である。 本発明の第１実施形態による駆動装置の斜視図である。 本発明の第１実施形態によるパワーモジュールをヒートシンクに組み付けた状態を示す模式的な側面図である。 図３のＩＶ方向矢視図である。 本発明の第１実施形態によるパワーモジュールの内部構造を示す模式図である。 本発明の第１実施形態によるパワーモジュールをヒートシンクに組み付けた状態での押し付け圧を説明する説明図である。 本発明の第２実施形態によるパワーモジュールをヒートシンクに組み付けた状態を示す模式的な側面図である。 図７のＶＩＩＩ方向矢視図である。 本発明の他の実施形態によるパワーモジュールを示す模式的な平面図である。
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。以下、複数の実施形態において、実質的に同一の構成には同一の符号を付して説明を省略する。
（第１実施形態）
本発明の第１実施形態による半導体装置は、駆動装置に適用される。駆動装置を図１および図２に基づいて説明する。駆動装置１は、電動パワーステアリング装置（以下、「ＥＰＳ」という。）に適用される。駆動装置１は、モータ２およびコントロールユニット３を備える。
まず、ＥＰＳの電気的構成を図１に基づいて説明する。
図１に示すように、駆動装置１は、車両のステアリング５の回転軸たるコラム軸６に取り付けられたギア７を介しコラム軸６に回転トルクを発生させ、ステアリング５による操舵をアシストする。具体的には、ステアリング５が運転者によって操作されると、当該操作によってコラム軸６に生じる操舵トルクをトルクセンサ８によって検出し、また、車速情報を図示しないＣＡＮ（Controller Area Network）から取得して、運転者のステアリング５による操舵をアシストする。もちろん、このような機構を利用すれば、制御手法によっては、操舵のアシストのみでなく、高速道路における車線キープ、駐車場における駐車スペースへの誘導など、ステアリング５の操作を自動制御することも可能である。
モータ２は、ギア７を正逆回転させる三相ブラシレスモータである。モータ２は、コントロールユニット３により電流の供給および駆動が制御される。コントロールユニット３は、モータ２を駆動する駆動電流が通電されるパワー部１００、および、モータ２の駆動を制御する制御部９０から構成される。
パワー部１００は、電源７５から電源ラインに介在するチョークコイル７６、コンデンサ７７、および、二組のインバータ８０、８９を有している。インバータ８０とインバータ８９とは、同様の構成であるので、ここではインバータ８０について説明する。
一方のインバータ８０は、電界効果トランジスタの一種であるＭＯＳＦＥＴ（metal-oxide-semiconductor field-effect transistor、以下、「ＭＯＳ」という。）８１〜８６を有している。ＭＯＳ８１〜８６は、ゲート電位により、ソース−ドレイン間がＯＮ（導通）またはＯＦＦ（遮断）される。
ＭＯＳ８１は、ドレインが電源ライン側に接続され、ソースがＭＯＳ８４のドレインに接続されている。ＭＯＳ８４のソースは、シャント抵抗９９１を介して接地されている。ＭＯＳ８１とＭＯＳ８４との接続点は、モータ２のＵ相巻線に接続されている。
ＭＯＳ８２は、ドレインが電源ライン側に接続され、ソースがＭＯＳ８５のドレインに接続されている。ＭＯＳ８５のソースは、シャント抵抗９９２を介して接地されている。ＭＯＳ８２とＭＯＳ８５との接続点は、モータ２のＶ相巻線に接続されている。
ＭＯＳ８３は、ドレインが電源ライン側に接続され、ソースがＭＯＳ８６のドレインに接続されている。ＭＯＳ８６のソースは、シャント抵抗９９３を介して接地されている。ＭＯＳ８３とＭＯＳ８６との接続点は、モータ２のＷ相巻線に接続されている。
なお、高電位側に接続されるＭＯＳ８１〜８３を「上ＭＯＳ」、低電位側に接続されるＭＯＳ８４〜８６を「下ＭＯＳ」とし、以下適宜「Ｕ上ＭＯＳ８１」といった具合に、各ＭＯＳに対応する相を併せて記載する。
また、インバータ８０は、電源リレー８７、８８を有している。電源リレー８７、８８は、ＭＯＳ８１〜８６と同様のＭＯＳＦＥＴにより構成される。電源リレー８７、８８は、ＭＯＳ８１〜８３と電源７５との間に設けられ、異常時に電流が流れるのを遮断可能である。なお、電源リレー８７は、断線故障やショート故障等が生じた場合にモータ２側へ電流が流れるのを遮断するために設けられる。また、電源リレー８８は、コンデンサ７８等の電子部品が誤って逆向きに接続された場合に逆向きの電流が流れないように、逆接保護のために設けられる。
なお、ＭＯＳ８１〜８８が「スイッチング素子」に対応し、ＭＯＳ８１〜８３が「高電位側スイッチング素子」に対応し、ＭＯＳ８４〜８６が「低電位側スイッチング素子」に対応している。また、ＭＯＳ８１〜８８は、ＭＯＳＦＥＴ以外の素子であってもよい。
シャント抵抗９９１〜９９３は、ＭＯＳ８４〜８６とグランドとの間に電気的に接続される。シャント抵抗９９１〜９９３に印加される電圧または電流を検出することにより、Ｕ相コイル、Ｖ相コイル、Ｗ相コイルに通電される電流を検出する。
チョークコイル７６およびコンデンサ７７は、電源７５と電源リレー８７との間に電気的に接続されている。チョークコイル７６およびコンデンサ７７は、フィルタ回路を構成し、電源７５を共有する他の装置から伝わるノイズを低減する。また、駆動装置１から電源７５を共有する他の装置へ伝わるノイズを低減する。
コンデンサ７８は、電源ライン側に設けられるＭＯＳ８１〜８３の電源側と、グランド側に設けられるＭＯＳ８４〜８６のグランド側と、の間に電気的に接続されている。コンデンサ７８は、電荷を蓄えることで、ＭＯＳ８１〜８６への電力供給を補助したり、サージ電圧などのノイズ成分を抑制したりする。本実施形態のコンデンサ７７、７８は、いずれもアルミ電解コンデンサであり、コンデンサ７８は、コンデンサ７７よりも電気的な容量が大きいものが用いられる。なお、コンデンサ７７、７８は、アルミ電解コンデンサに限らず、容量等に応じて適宜選択可能である。
制御部９０は、プリドライバ９１、カスタムＩＣ９２、回転角センサ９３、および、マイコン９４を備えている。カスタムＩＣ９２は、機能ブロックとして、レギュレータ部９５、回転角センサ信号増幅部９６、および、検出電圧増幅部９７を含む。
レギュレータ部９５は、電源を安定化する安定化回路である。レギュレータ部９５は、各部へ供給される電源の安定化を行う。例えばマイコン９４は、このレギュレータ部９５により、安定した所定電圧（例えば５Ｖ）で動作することになる。
回転角センサ信号増幅部９６には、回転角センサ９３からの信号が入力される。回転角センサ９３は、モータ２の回転位置信号を検出し、検出された回転位置信号は、回転角センサ信号増幅部９６に送られる。回転角センサ信号増幅部９６は、回転位置信号を増幅してマイコン９４へ出力する。
検出電圧増幅部９７は、シャント抵抗９９１〜９９３の両端電圧を検出し、当該両端電圧を増幅してマイコン９４へ出力する。
マイコン９４には、モータ２の回転位置信号、および、シャント抵抗９９１〜９９３の両端電圧が入力される。また、マイコン９４には、コラム軸６に取り付けられたトルクセンサ８から操舵トルク信号が入力される。さらにまた、マイコン９４には、ＣＡＮを経由して車速情報が入力される。マイコン９４は、操舵トルク信号および車速情報が入力されると、ステアリング５による操舵を車速に応じてアシストするように、回転位置信号に合わせてプリドライバ９１を介してインバータ８０を制御する。具体的には、マイコン９４は、プリドライバ９１を介してＭＯＳ８１〜８６のオン／オフを切り替えることにより、インバータ８０を制御する。つまり、６つのＭＯＳ８１〜８６のゲートがプリドライバ９１の６つの出力端子に接続されているため、プリドライバ９１によりゲート電圧を変化させることにより、ＭＯＳ８１〜８６のオン／オフを切り替える。
また、マイコン９４は、検出電圧増幅部９７から入力されるシャント抵抗９９１〜９９３の両端電圧に基づき、モータ２へ供給する電流を正弦波に近づけるべくインバータ８０を制御する。なお、制御部９０は、インバータ８９についてもインバータ８０と同様に制御する。
次に、駆動装置１の構造について、図２に基づいて説明する。図２に示すように、駆動装置１は、モータ２およびコントロールユニット３を備える。本実施形態の駆動装置１では、モータ２の軸方向の一側にコントロールユニット３が設けられており、モータ２とコントロールユニット３とが積層構造になっている。なお、図２は、コントロールユニット３の外郭を形成するカバーを外した状態を示している。
モータ２は、三相ブラシレスモータであって、その外郭はモータケース１０により形成される。モータケース１０は、鉄等により筒状に形成される。モータケース１０の内部には、図示しないステータ、ロータ、シャフト等が収容され、ステータに巻回された巻線に通電される回転磁界を受けて、ロータおよびシャフトが一体となって回転する。ステータに巻回される巻線は、Ｕ相コイル、Ｖ相コイル、Ｗ相コイルからなる三相巻線を構成している。なお、ステータ、ロータ等のサイズは、要求される出力に応じて設定可能である。
取出線２３は、巻線の６箇所から取り出される。取出線２３は、モータケース１０の２箇所から３本ずつコントロールユニット３側へ引き出され、後述する制御基板４０およびパワーモジュール６０の径方向外側の領域を通ってパワー基板７０側まで延びて形成される。モータケース１０の１箇所から引き出される３本の取出線２３は、それぞれＵ相コイル、Ｖ相コイル、Ｗ相コイルに対応し、モータケース１０の他の１箇所から引き出される３本の取出線２３は、それぞれＵ相コイル、Ｖ相コイル、Ｗ相コイルに対応する。
シャフトのコントロールユニット３の反対側の端部には、出力端２９が設けられる。また、シャフトのコントロールユニット３の反対側には、内部にギア７（図１参照）を有する図示しないギアボックスが設けられる。ギア７は、出力端２９と連結され、モータ２の駆動力によって回転駆動される。
コントロールユニット３は、「制御基板」および「基板」としての制御基板４０、「放熱部材」としてのヒートシンク５０、「基板」としてのパワー基板７０、および、半導体装置１０１等を備える。半導体装置１０１は、「半導体モジュール」としてのパワーモジュール６０、および、「押圧部材」としてのねじ６８、６９等を備える。
コントロールユニット３は、外部の電子部品との接続に係るコネクタ４５、７９等の部品以外のほとんどの構成がモータケース１０を軸方向に投影した領域であるモータケース領域に収まるように設けられている。コントロールユニット３は、軸方向において、モータ２側から、制御基板４０、ヒートシンク５０およびパワーモジュール６０、パワー基板７０がこの順で配列されている。すなわち、軸方向において、モータケース１０、制御基板４０、ヒートシンク５０およびパワーモジュール６０、パワー基板７０が、この順で配列されている。
制御基板４０は、例えばガラスエポキシ基板により形成される４層基板であって、モータケース領域内に収まる板状に形成される。制御基板４０は、ヒートシンク５０に螺着される。
制御基板４０には、制御部９０を構成する各種電子部品が実装されている。制御基板４０のモータ２側と反対側の面には、プリドライバ９１、カスタムＩＣ９２、マイコン９４（図１参照）が実装されている。また、制御基板４０のモータ２側の面には、回転角センサ９３が実装されている。
制御基板４０には、外縁に沿って、パワーモジュール６０の制御端子６４と接続するためのスルーホールが形成されている。また、制御基板４０には、制御コネクタ４５が接続されている。制御コネクタ４５は、モータ２の径方向外側から配線を接続可能に設けられ、トルクセンサやＣＡＮなどの信号が入力される。
ヒートシンク５０は、例えばアルミ等の熱伝導性のよい材料で形成される。ヒートシンク５０には、パワーモジュール６０が螺着される幅広面を有する受熱部５５が形成される。受熱部５５は、モータケース１０から略垂直に立ち上がる方向に形成される。互いに平行に形成される２つの受熱部５５に沿って、２つのパワーモジュール６０がそれぞれ配置され、ねじ６８、６９により螺着される。
パワーモジュール６０は、モールド部６１、制御端子６４、および、巻線端子としてのパワー端子６５等を備える。パワーモジュール６０は、軸方向において制御基板４０とパワー基板７０との間であって、モータ２の径方向においてヒートシンク５０の外側に縦配置される。２つのパワーモジュール６０は、モータ２の回転中心線を延長した線を挟んで反対側に配置される。
ここでパワーモジュール６０と図１に示す回路構成との関係に言及すると、一方のパワーモジュール６０がインバータ８０に対応し、図１に示すＭＯＳ８１〜８６、電源リレー８７、８８、およびシャント抵抗９９１〜９９３を有している。すなわち本実施形態では、ＭＯＳ８１〜８６、電源リレー８７、８８、およびシャント抵抗９９１〜９９３が１つのパワーモジュールとして一体に樹脂モールドされている。また、他方のパワーモジュール６０がインバータ８９に対応し、インバータ８９を構成するＭＯＳ、電源リレー、およびシャント抵抗を有し、１つのパワーモジュールとして一体に樹脂モールドされている。また、１つの受熱部５５に対して、１つの駆動系統を構成する１つのパワーモジュール６０が配置されている、といえる。
なお、パワーモジュール６０の詳細については後述する。
パワー基板７０は、例えばガラスエポキシ基板で形成されるパターン銅箔が厚い４層基板であって、モータケース領域内に収まる板状に形成され、ヒートシンク５０に螺着されている。パワー基板７０には、巻線に供給される巻線電流が通電されるパワー配線が形成される。
パワー基板７０には、パワーモジュール６０のパワー端子６５と接続するためのスルーホールが形成される。また、パワー基板７０のパワー端子６５が挿通されるスルーホールの外側には、取出線２３と接続するためのスルーホールが形成される。スルーホールに挿通されるパワー端子６５および取出線２３は、はんだ等により、パワー基板７０と電気的に接続される。これにより、取出線２３は、パワー基板７０を介してパワーモジュール６０と接続される。
パワー基板７０のモータ２側の面には、チョークコイル７６、および、コンデンサ７７、７８が実装されている（図１参照）。チョークコイル７６、および、コンデンサ７７、７８は、ヒートシンク５０の内側に形成される空間に配置される。また、軸方向において、チョークコイル７６、コンデンサ７７、７８、および、パワーコネクタ７９は、パワー基板７０と制御基板４０との間に設けられる。
パワー基板７０には、パワーコネクタ７９が接続されている。パワーコネクタ７９は、制御基板４０と接続される制御コネクタ４５と隣り合って設けられる。パワーコネクタ７９は、モータ２の径方向外側から配線を接続可能に設けられ、電源７５と接続される。これにより、パワー基板７０には、パワーコネクタ７９を経由して電源７５から電力が供給される。また、電源７５からの電力は、パワーコネクタ７９、パワー基板７０、パワーモジュール６０、および取出線２３を経由して、ステータに巻回された巻線へ供給される。
ここで、駆動装置１の作動を説明する。
制御基板４０上のマイコン９４は、回転角センサ９３、トルクセンサ８、シャント抵抗９９等からの信号に基づき、車速に応じてステアリング５の操舵をアシストするように、プリドライバ９１を介してＰＷＭ制御により作出されたパルス信号を生成する。このパルス信号は、制御端子６４を経由して、パワーモジュール６０により構成される２系統のインバータ８０、８９に出力され、ＭＯＳ８１〜８６のオン／オフの切り替え動作を制御する。これにより、モータ２の巻線の各相には、位相のずれた正弦波電流が通電され、回転磁界が生じる。この回転磁界を受けてロータおよびシャフトが一体となって回転する。そして、シャフトの回転により、出力端２９からコラム軸６のギア７に駆動力が出力され、運転者のステアリング５による操舵をアシストする。
すなわち、巻線に供給される巻線電流により、モータ２を駆動している。この意味で、巻線に供給される巻線電流は、モータ２を駆動する駆動電流である、といえる。
次に、半導体装置１０１の詳細について、図３〜図５に基づいて説明する。半導体装置１０１は、パワーモジュール６０、ねじ６８、６９、および、中間部材としての放熱シート６７等を備える。
図３に示すように、パワーモジュール６０とヒートシンク５０との間には、放熱シート６７が設けられる。パワーモジュール６０は、放熱シート６７とともに、ねじ６８、６９によりヒートシンク５０に螺着され、ヒートシンク５０に保持される。これにより、パワーモジュール６０は、放熱シート６７を挟んでヒートシンク５０に保持される。また、パワーモジュール６０への通電により発生する熱が放熱シート６７を介してヒートシンク５０に放熱される。また、放熱シート６７は、絶縁材料で形成され、パワーモジュール６０からの熱をヒートシンク５０に伝えるとともに、パワーモジュール６０とヒートシンク５０との絶縁を確保している。すなわち、放熱シート６７は、放熱部材であるとともに、絶縁部材である、といえる。さらに、放熱シート６７をパワーモジュール６０とヒートシンク５０との間に設けることにより、パワーモジュール６０とヒートシンク５０との密着性を高めている。
図３〜図５に示すように、制御端子６４およびパワー端子６５は、モールド部６１から突出して設けられる。パワー端子６５は、モールド部６１の幅広面の長手方向に垂直な第１面６２に設けられる。制御端子６４は、モールド部６１の幅広面の長手方向に垂直な面であって、第１面６２とは反対側の第２面６３に設けられる。本実施形態では、パワーモジュール６０は、制御端子６４が設けられる第２面６３が制御基板４０側、パワー端子６５が形成される第１面６２がパワー基板７０側となるように、ヒートシンク５０の受熱部５５に沿って縦配置される。すなわち、制御端子６４が制御基板４０側に突設され、パワー端子６５がパワー基板７０側に突設される。
本実施形態の制御端子６４は、制御基板４０のスルーホールに挿通され、はんだ等により制御基板４０と電気的に接続される。この制御端子６４を介して、制御基板４０からの制御信号がパワーモジュール６０へ出力される。また、パワー端子６５は、パワー基板７０に形成されるスルーホールに挿通され、はんだ等によりパワー基板７０と電気的に接続される。パワー端子６５には、パワー基板７０および取出線２３を経由して巻線に供給される巻線電流が通電される。これによりパワーモジュール６０に巻線電流が通電され、ＭＯＳ８１〜８８のオン／オフを切り替えることにより、巻線電流が制御される。
本実施形態では、制御基板４０側には、モータ２の駆動制御に係る程度の小さい電流（例えば２００ｍＡ）しか通電されない。一方、パワー基板７０側には、モータ２を駆動するための大電流（例えば８０Ａ）が通電される。そのため、パワー端子６５は、制御端子６４よりも太く形成されている。
本実施形態では、制御端子６４は２２本の端子４０１〜４２２から構成され、パワー端子６５は１１本の端子６０１〜６１１から構成される。以下適宜、端子４０１〜４２２を「制御端子４０１〜４２２」といい、端子６０１〜６１１を「パワー端子６０１〜６１１」という。
次に、パワーモジュール６０の内部構造を図５に基づいて説明する。なお、図５では、インバータ８０に対応するパワーモジュール６０について示しているが、インバータ８９に対応するパワーモジュール６０についても同様の構成である。
図５に示すように、パワーモジュール６０は、モールド部６１、制御端子４０１〜４２２、パワー端子６０１〜６１１に加え、ＭＯＳ８１〜８８、導電部材としてのスラグ５０１〜５１２等を有している。モールド部６１は、樹脂で形成され、制御端子４０１〜４２２、パワー端子６０１〜６１１、ＭＯＳ８１〜８８、スラグ５０１〜５１２をモールドする。
なお、図示はしていないが、パワーモジュール６０のヒートシンク５０側の面には、配線パターンを構成するスラグ５０１〜５１２の一部が金属放熱部としてパワーモジュール６０のモールド部６１から露出している。すなわち本実施形態のパワーモジュール６０は、所謂ハーフモールドである。本実施形態では、放熱シート６７を介してヒートシンク５０の受熱部５５に金属放熱部が接触することにより、効率よく放熱することができる。
ＭＯＳ８１〜８８を構成する半導体チップは、スラグ５０２〜５０５、５０８〜５１１に実装される。ＭＯＳ８１〜８８を構成する半導体チップについて、ＭＯＳ８１を例に説明しておくと、８１１がゲートであり、８１２がソースである。ドレインは、半導体チップの裏面に形成されている。ＭＯＳ８２〜８８も同様である。
スラグ５０１〜５１２は、銅もしくは銅合金の板材により配線パターンが形成される。
スラグ５０１は、第１面６２側から第２面６３側に亘って形成される。また、スラグ５０１は、ワイヤにより制御端子４０１と接続される。
スラグ５０２は、第１面６２側から第２面６３側に亘って形成され、パワー端子６０１および制御端子４０４と一体に形成される。制御端子４０４は、制御基板４０側に電源電圧を供給するとともに、電源リレー８７の下流側の電圧であるリレー後電圧のモニタに用いられる。また、スラグ５０２には、逆接防止用の電源リレーであるＭＯＳ８８が実装される。ＭＯＳ８８のゲートは、ワイヤにより制御端子４０２と接続され、制御端子４０２を経由してＭＯＳ８８のゲート電圧を切り替えることにより、ＭＯＳ８８のオン／オフが切り替えられる。ＭＯＳ８８のソースは、ワイヤ９０１によりスラグ５０１と接続される。
スラグ５０３は、第１面６２側に形成され、パワー端子６０２と一体に形成される。スラグ５０３には、断線故障やショート故障等が生じた場合にモータ２側へ電流が流れるのを遮断するための電源リレーであるＭＯＳ８７が実装される。ＭＯＳ８７のゲートは、ワイヤにより制御端子４０５と接続され、制御端子４０５を経由してＭＯＳ８７のゲート電圧を切り替えることにより、ＭＯＳ８７のオン／オフが制御される。ＭＯＳ８７のソースは、ワイヤ９０２によりスラグ５０１と接続される。
スラグ５０４は、第１面６２側に形成され、パワー端子６０３と一体に形成される。スラグ５０４には、Ｕ上ＭＯＳ８１が実装される。Ｕ上ＭＯＳ８１のゲート８１１は、ワイヤにより制御端子４０７と接続され、制御端子４０７を経由してＵ上ＭＯＳ８１のゲート電圧を切り替えることにより、Ｕ上ＭＯＳ８１のオン／オフが制御される。Ｕ上ＭＯＳ８１のソース８１２は、ワイヤ９０３によりスラグ５０５と接続される。
スラグ５０５は、第１面６２側から第２面６３側に亘って形成され、パワー端子６０４および制御端子４０８と一体に形成される。制御端子４０８は、Ｕ相コイルの端子電圧のモニタに用いられる。また、スラグ５０５には、Ｕ下ＭＯＳ８４が実装される。Ｕ下ＭＯＳ８４のゲートは、ワイヤにより制御端子４０９と接続され、制御端子４０９を経由してＵ下ＭＯＳ８４のゲート電圧を切り替えることにより、Ｕ下ＭＯＳ８４のオン／オフが制御される。Ｕ下ＭＯＳ８４のソースは、シャント抵抗９９１によりスラグ５０６と接続される。また、シャント抵抗９９１のＵ下ＭＯＳ８４側は、ワイヤにより制御端子４１０と接続され、シャント抵抗９９１のスラグ５０６側は、ワイヤにより制御端子４１１と接続される。
スラグ５０６は、第１面６２側から第２面６３側に亘って形成され、パワー端子６０５と一体に形成される。
スラグ５０７は、第１面６２側から第２面６３側に亘って形成され、パワー端子６０６と一体に形成される。
スラグ５０８は、第１面６２側から第２面６３側に亘って形成され、パワー端子６０７および制御端子４１５と一体に形成される。制御端子４１５は、Ｖ相コイルの端子電圧のモニタに用いられる。また、スラグ５０８には、Ｖ下ＭＯＳ８５が実装される。Ｖ下ＭＯＳ８５のゲートは、ワイヤにより制御端子４１４と接続され、制御端子４１４を経由してＶ下ＭＯＳ８５のゲート電圧を切り替えることにより、Ｖ下ＭＯＳ８５のオン／オフが制御される。Ｖ下ＭＯＳ８５のソースは、シャント抵抗９９２によりスラグ５０７と接続される。また、シャント抵抗９９２のＶ下ＭＯＳ８５側は、ワイヤにより制御端子４１３と接続され、シャント抵抗９９２のスラグ５０７側は、ワイヤにより制御端子４１２と接続される。
スラグ５０９は、第１面６２側に形成され、パワー端子６０８と一体に形成される。スラグ５０９には、Ｖ上ＭＯＳ８２が実装される。Ｖ上ＭＯＳ８２のゲートは、ワイヤにより制御端子４１６と接続され、制御端子４１６を経由してＶ上ＭＯＳ８２のゲート電圧を切り替えることにより、Ｖ上ＭＯＳ８２のオン／オフが制御される。Ｖ上ＭＯＳ８２のソースは、ワイヤ９０４によりスラグ５０８と接続される。
スラグ５１０は、第１面６２側に形成され、パワー端子６０９と一体に形成される。スラグ５１０には、Ｗ上ＭＯＳ８３が実装される。Ｗ上ＭＯＳ８３のゲートは、ワイヤにより制御端子４１８と接続され、制御端子４１８を経由してＷ上ＭＯＳ８３のゲート電圧を切り替えることにより、Ｗ上ＭＯＳ８３のオン／オフが制御される。Ｗ上ＭＯＳ８３のソースは、ワイヤ９０５によりスラグ５１１と接続される。
スラグ５１１は、第１面６２側から第２面６３側に亘って形成され、パワー端子６１０および制御端子４１９と一体に形成される。制御端子４１９は、Ｗ相コイルの端子電圧のモニタに用いられる。また、スラグ５１１には、Ｗ下ＭＯＳ８６が実装される。Ｗ下ＭＯＳ８６のゲートは、ワイヤにより制御端子４２０と接続され、制御端子４２０を経由してＷ下ＭＯＳ８６のゲート電圧を切り替えることにより、Ｗ下ＭＯＳ８６のオン／オフが制御される。Ｗ下ＭＯＳ８６のソースは、シャント抵抗９９３により、スラグ５１２と接続される。また、シャント抵抗９９３のＷ下ＭＯＳ８６側は、ワイヤにより制御端子４２１と接続され、シャント抵抗９９３のスラグ５１２側は、ワイヤにより制御端子４２２と接続される。
スラグ５１２は、第１面６２側から第２面６３側に亘って形成され、パワー端子６１１と一体に形成される。
なお、いずれのスラグ、ＭＯＳ、およびシャント抵抗とも接続されていない制御端子４０３、４０６、４１７は、両隣の制御端子同士がショートするのを防ぐべく、空間的に隔離している。
パワー端子６０２は、パワー基板７０等を経由して電源７５と接続する。電源７５からの電力は、パワー端子６０２、スラグ５０３、ＭＯＳ８７、ワイヤ９０２、スラグ５０１、ワイヤ９０１、ＭＯＳ８８、スラグ５０２を経由してパワー端子６０１へ供給される。また、パワー端子６０３、６０８、６０９は、パワー基板７０を経由してパワー端子６０１と接続される。すなわち、パワー端子６０３、６０８、６０９は、ＭＯＳ８７、８８、パワー端子６０１、６０２、および、パワー基板７０等を経由して電源７５側に接続されている、といえる。これにより、電源７５からの電力は、ＭＯＳ８７、８８、パワー端子６０２、６０１、および、パワー基板７０等を経由し、パワー端子６０３、６０８、６０９へ供給される。
パワー端子６０４は、モータ２のＵ相コイルと接続される。また、パワー端子６０５は、グランドと接続される。すなわち、パワー端子６０４を挟んで両側の端子は、一方のパワー端子６０３が電源側に接続され、他方のパワー端子６０５がグランド側に接続されており、パワー端子６０３〜６０５がＵ相コイルへの通電に係るＵ相端子群をなす。このような構成により、パワー端子６０３〜６０５、スラグ５０４〜５０６、ＭＯＳ８１、８４、ワイヤ９０３、および、シャント抵抗９９１には、Ｕ相コイルに係る電流が通電される。また、シャント抵抗９９１に印加される電圧信号が制御端子４１０、４１１を経由して制御基板４０側に出力され、この電圧信号に基づいてＵ相コイルに通電される電流の大きさが検出される。
パワー端子６０７は、モータ２のＶ相コイルと接続される。また、パワー端子６０６は、グランドと接続される。すなわち、パワー端子６０７を挟んで両側の端子は、一方のパワー端子６０８が電源側に接続され、他方のパワー端子６０６がグランド側に接続されており、パワー端子６０６〜６０８がＶ相コイルへの通電に係るＶ相端子群をなす。このような構成により、パワー端子６０６〜６０８、スラグ５０７〜５０９、ＭＯＳ８２、８５、ワイヤ９０４、および、シャント抵抗９９２には、Ｖ相コイルに係る電流が通電される。また、シャント抵抗９９２に印加される電圧信号が制御端子４１２、４１３を経由して制御基板４０側に出力され、この電圧信号に基づいてＶ相コイルに通電される電流の大きさが検出される。
パワー端子６１０は、モータ２のＷ相コイルと接続される。また、パワー端子６１１は、グランドと接続される。すなわち、パワー端子６１０を挟んで両側の端子は、一方のパワー端子６０９が電源側に接続され、他方のパワー端子６１１がグランド側に接続されており、パワー端子６０９〜６１１がＷ相コイルへの通電に係るＷ相端子群をなす。このような構成により、パワー端子６０９〜６１１、スラグ５１０〜５１２、ＭＯＳ８３、８６、ワイヤ９０５、および、シャント抵抗９９３には、Ｗ相コイルに係る電流が通電される。また、シャント抵抗９９３に印加される電圧信号が制御端子４２１、４２２を経由して制御基板４０側に出力され、この電圧信号に基づいてＷ相コイルに通電される電流の大きさが検出される。
本実施形態では、スラグ５０２とスラグ５０５との間であって、スラグ５０３、５０４の第２面６３側には、モールド部６１に挿通孔６９１が形成される。スラグ５０２、５０５の挿通孔６９１側は、挿通孔６９１に対応する形状となるように弧状に切り欠かれている。また、スラグ５０８とスラグ５１１との間であって、スラグ５０９、５１０の第２面６３側には、モールド部６１に挿通孔６９２が形成される。スラグ５０８、５１１の挿通孔６９２側は、挿通孔６９２と対応する形状となるように弧状に切り欠かれている。
なお、スラグ５０２とスラグ５０５とは、挿通孔６９１の中心を通り第１面６２および第２面６３に垂直な直線に対して対称となる形状に形成されている。スラグ５０３とスラグ５０４とは、パワー端子６０２、６０３が形成される位置を除き、挿通孔６９１の中心を通り第１面６２および第２面６３に垂直な直線に対して対称となる形状に形成されている。
また、スラグ５０８とスラグ５１１とは、挿通孔６９２の中心を通り第１面６２および第２面６３に垂直な直線に対して対称となる形状に形成されている。スラグ５０９とスラグ５１０とは、挿通孔６９２の中心を通り第１面６２および第２面６３に垂直な直線に対して対称となる形状に形成されている。
挿通孔６９１には、パワーモジュール６０をヒートシンク５０に固定するためのねじ６８が挿通され、挿通孔６９２には、パワーモジュールをヒートシンク５０に固定するためのねじ６９が挿通される。挿通孔６９１、６９２は、第１面６２と第２面６３との中心よりも第２面６３側であって、第２面６３との距離が略同じである箇所に形成される。
本実施形態では、ＭＯＳ８１、８４、８７、８８が、挿通孔６９１に挿通されるねじ６８の周囲に配置される。ＭＯＳ８１、８７は、ねじ６８よりも第１面６２側であって、第１面６２からの距離が略同じである箇所に配置される。また、ＭＯＳ８１、８７は、ねじ６８の中心を通り第１面６２および第２面６３に垂直な直線に対して対称に配置される。
また、ＭＯＳ８４、８８は、ねじ６８を挟んでパワーモジュール６０の長手方向における両側に配置される。より詳細には、ＭＯＳ８４、８８は、挿通孔６９１に挿通されるねじ６８の第１面６２側の端部を通り第２面６３に平行な直線と、第２面６３側の端部を通り第２面６３に平行な直線と、で規定される領域Ｒ（図４参照）に、その大部分が含まれるように配置される。また、ＭＯＳ８４、８８は、ねじ６８の中心を通り第１面６２および第２面６３に垂直な直線に対して対称に配置される。
また、ＭＯＳ８２、８３、８５、８６が、挿通孔６９２に挿通されるねじ６９の周囲に配置される。ＭＯＳ８２、８３は、ねじ６９よりも第１面６２側であって、第１面６２からの距離が略同じである箇所に配置される。また、ＭＯＳ８２、８３は、ねじ６９の中心を通り第１面６２および第２面６３に垂直な直線に対して対称に配置される。
また、ＭＯＳ８５、８６は。ねじ６９を挟んでパワーモジュール６０の長手方向における両側に配置される。より詳細には、ＭＯＳ８５、８６は、挿通孔６９２に挿通されるねじ６９の第１面６２側の端部を通り第２面６３に平行な直線と、第２面６３側の端部を通り第２面６３に平行な直線と、で規定される領域Ｒ（図４参照）に、その大部分が含まれるように配置される。また、ＭＯＳ８５、８６は、ねじ６９の中心を通り第１面６２および第２面６３に垂直な直線に対して対称に配置される。
パワーモジュール６０をねじ６８、６９によりヒートシンク５０に組み付けるとき、ねじ６８、６９に近いほどパワーモジュール６０とヒートシンク５０との間の圧力（以下、「押し付け圧」という。）は大きく、ねじ６８、６９から離れるほど押し付け圧は小さい。例えば、等しい押し付け圧の箇所を結ぶと、図６に模式的に示す如くとなり、押し付け圧が大きい順に、領域Ａ、領域Ｂ、領域Ｃ、領域Ｄとなる。ここで、領域Ｄの外縁である２点鎖線Ｌがパワーモジュール６０とヒートシンク５０とを密着させるのに必要な最低の押し付け圧を示しているとすると、領域Ｄよりも外側の領域では、押し付け圧が小さいため、パワーモジュール６０とヒートシンク５０とが十分に密着しない。そのため、領域Ｄよりも外側の領域にスイッチング素子等の発熱する電子部品を配置すると、スイッチング素子等の電子部品から発生する熱をヒートシンク５０側へ効率よく放熱することができない。
そこで本実施形態では、全てのＭＯＳ８１〜８８を２点鎖線Ｌよりも内側の領域に配置している。換言すると、ＭＯＳ８１〜８８は、ＭＯＳ８１〜８８から生じる熱をヒートシンク５０に放熱可能な所定の圧力以上である領域に配置されている、ということである。これにより、ＭＯＳ８１〜８８、特に巻線電流の切り替えに係るＭＯＳ８１〜８６のオン／オフの切り替えにより生じる熱を効率よくヒートシンク５０に放熱することができる。
また、ＭＯＳ８１、８４、８７、８８は、挿通孔６９１に挿通されるねじ６８がヒートシンク５０に締結されることにより生じる押し付け圧が所定の圧力以上である領域に配置されている。また、ＭＯＳ８２、８３、８５、８６は、挿通孔６９２に挿通されるねじ６９がヒートシンク５０に締結されることにより生じる押し付け圧が所定の圧力以上である領域に配置されている。
このように、１つのねじ６８、６９により生じる押し付け圧が所定の圧力以上である領域に、３つ以上（本実施形態では４つ）のＭＯＳを配置している。このように、１つのねじ６８、６９の周囲に３つ以上のＭＯＳを配置することにより、押し付け圧を所定の圧力以上にするための部材を低減することができる。
なお、ＭＯＳ８１〜８８から生じる熱をヒートシンク５０に放熱可能な所定の圧力とは、放熱シート６７を介してパワーモジュール６０とヒートシンク５０の受熱部５５とを密着可能な圧力であって、例えば０．５ＭＰａである。所定の圧力は、放熱シート６７の特性に応じた圧力であり、例えば放熱シート６７中に空気層がある場合、この空気層を圧縮可能な程度の圧力である。また例えば、所定の圧力は、パワーモジュール６０のヒートシンク５０側の幅広面の平面度や、ヒートシンク５０の受熱部５５の平面度等に応じた値である。
以上詳述したように、半導体装置１０１は、パワーモジュール６０と、ねじ６８、６９と、を備える。パワーモジュール６０は、電流の切り替えに係るＭＯＳ８１〜８８、スラグ５０１〜５１２、および、モールド部６１を有する。スラグ５０１〜５１２には、ＭＯＳ８１〜８８が実装される。モールド部６１は、ＭＯＳ８１〜８８、および、スラグ５０１〜５１２をモールドする。ねじ６８、６９は、パワーモジュール６０をヒートシンク５０に押圧する。ＭＯＳ８１〜８８は、１つのねじ６８、６９に対し３つ以上配置される。本実施形態では、ねじ６８に対しＭＯＳ８１、８４、８７、８８の４つが配置され、ねじ６９に対しＭＯＳ８２、８３、８５、８６の４つが配置される。また、ＭＯＳ８１〜８８は、ねじ６８、６９による押圧によりパワーモジュール６０とヒートシンク５０との間に生じる圧力がＭＯＳ８１〜８８からの熱を放熱可能な所定の圧力以上である領域に配置される。
上記構成により、以下の効果を奏する。
（１）本実施形態では、ＭＯＳ８１〜８８は、ねじ６８、６９の周囲であって、パワーモジュール６０とヒートシンク５０との間に生じる圧力が放熱可能な所定の圧力以上である領域に配置されることにより、少なくともＭＯＳ８１〜８８が配置されている領域では、パワーモジュール６０とヒートシンク５０とが密着した状態で保持される。これにより、ＭＯＳ８１〜８８から発生する熱を効率よくヒートシンク５０へ放熱することができる。また、１つのねじ６８、６９に対して少なくとも３つのＭＯＳ８１〜８８が配置されるので、パワーモジュール６０をヒートシンク５０に押圧するための押圧部材（本実施形態ではねじ６８、６９）の部品点数を低減することができる。これにより、ねじ６８、６９を組み付けるための工数を低減することができる。また、ねじ６８、６９による押圧のために要する面積を低減することができるので、半導体装置１０１を小型化することができる。
（２）パワーモジュール６０は、パワー端子６５および制御端子６４を有する。パワー端子６５は、モールド部６１の１つの面である第１面６２に設けられ、パワー基板７０および取出線２３を経由して巻線と接続される。制御端子６４は、モールド部６１の第１面６２とは反対側の面である第２面６３に設けられ、制御基板４０と接続される。パワー端子６５には巻線に通電される大電流が通電され、制御端子６４には制御信号を伝送可能な程度の比較的小さい電流が通電される。パワー端子６５を第１面６２側に集約することにより、第２面６３側には大電流が通電されないように構成することができる。これにより、大電流の影響を受けやすいシャント抵抗９９１〜９９３等の部品を第２面６３側に好適に配置することができる。
（３）ねじ６８、６９は、モールド部６１の中心よりも第２面６３側に配置される。少なくとも１つのＭＯＳ８１〜８８は、ねじ６８、６９よりも第１面６２側に配置される。本実施形態では、上ＭＯＳ８１〜８３、および、電源リレーであるＭＯＳ８７がねじ６８、６９よりも第１面６２側に配置されている。また、少なくとも１つのＭＯＳ８１〜８８は、第２面６３との距離がねじ６８、６９と同等の領域に配置される。本実施形態では、ねじ６８、６９により押圧される押圧箇所に基づき、ねじ６８、６９の第２面６３側端部を通り第２面６３に平行な直線と、ねじ６８、６９の第１面６２側の端部を通り第２面６３に平行な直線とで規定される領域Ｒに、下ＭＯＳ８４〜８６、８８の少なくとも一部が含まれるように配置されている。また本実施形態では、ＭＯＳ８１およびＭＯＳ８７がねじ６８よりも第１面６２側に配置され、ＭＯＳ８４およびＭＯＳ８８が第２面６３との距離がねじ６８と同等の領域であって、ねじ６８を挟んで両側に配置される。また、ＭＯＳ８２、８３がねじ６９よりも第１面６２側に配置され、ＭＯＳ８５およびＭＯＳ８６が第２面６３との距離がねじ６９と同等の領域であって、ねじ６９を挟んで両側に配置される。
本実施形態では、ねじ６８、６９よりも第１面６２側に配置される上ＭＯＳ８１〜８３は、高電位側に接続される高電位側スイッチング素子である。また、第２面６３との距離がねじ６８、６９と同等の領域Ｒに配置される下ＭＯＳ８４〜８６は、上ＭＯＳ８１〜８３の低電位側に接続される低電位側スイッチング素子である。本実施形態では、下ＭＯＳ８４〜８６とグランドとの間にて電流を検出しており、大電流が通電されない第２面６３側に電流検出に係るシャント抵抗９９１〜９９３を配置することができるので、精度よく電流を検出することができる。
（４）本実施形態では、押圧部材をねじ６８、６９により構成している。これにより、簡素な構成でパワーモジュール６０をヒートシンク５０に押圧することができる。
（５）また本実施形態では、パワーモジュール６０とヒートシンク５０との間に設けられる放熱シート６７を備える。パワーモジュール６０とヒートシンク５０との間に放熱シート６７を設けることにより、パワーモジュール６０とヒートシンク５０との密着性を向上することができる。また、本実施形態の放熱シート６７は、絶縁材料で形成されているので、パワーモジュール６０とヒートシンク５０との絶縁を確保することができる。
（６）本実施形態の半導体装置１０１は、駆動装置１に用いられる。駆動装置１は、モータ２と、コントロールユニット３と、を備える。コントロールユニット３は、半導体装置１０１、ヒートシンク５０、制御基板４０、および、パワー基板７０を有し、モータ２の軸方向の一側に配置される。半導体装置１０１のパワーモジュール６０は、パワー基板７０および取出線２３を経由して、モータ２の巻線と電気的に接続される。ヒートシンク５０は、パワーモジュール６０がねじ６８、６９により押圧される。制御基板４０およびパワー基板７０は、パワーモジュール６０と電気的に接続される。これにより、モータ２の巻線への通電の切り替えにより半導体装置１０１のパワーモジュール６０のＭＯＳ８１〜８８から発生する熱を効率よくヒートシンク５０へ放熱することができる。
（第２実施形態）
本発明の第２実施形態を図７および図８に基づいて説明する。本実施形態では、主に半導体装置２００の押圧部材に係る構成が上記実施形態と異なっているので、この点を中心に説明し、他の構成等に関する説明は省略する。
本実施形態の半導体装置２００では、押圧部材は、ばね部材２１０、２２０により構成されている。ばね部材２１０、２２０は、板ばねであって、側面視略コ字状に形成される。ばね部材２１０は、パワー端子６０２、６０３の間であって第１面６２側から挿入され、両端部に形成される押圧部２１１、２１２によりパワーモジュール６０、放熱シート６７、および、ヒートシンク５０を挟み込む。ばね部材２２０は、パワー端子６０８、６０９の間であって第１面６２側から挿入され、両端部に形成される押圧部２２１、２２２により、パワーモジュール６０、放熱シート６７、および、ヒートシンク５０を挟み込む。これにより、ばね部材２１０、２２０により、パワーモジュール６０がヒートシンク５０に押圧される。
また、ＭＯＳ８１〜８８は、上記実施形態と同様、押圧部２１１、２２１の周囲であって、パワーモジュール６０とヒートシンク５０との間に生じる圧力が放熱可能な所定の圧力以上である領域に配置される。また、押圧部２１１に対して、ＭＯＳ８１、８４、８７、８８が配置され、押圧部２２１に対して、ＭＯＳ８２、８３、８５、８６が配置される。なお、ＭＯＳ８１〜８８の信頼性を考慮すると、押圧部２１１、２２１にて押圧される箇所、および、その近傍を避けてＭＯＳ８１〜８８を配置することが好ましい。
本実施形態では、押圧部材がばね部材２１０、２２０により構成されている。これにより、モールド部６１が押圧等により変形したとしても、変形に応じてパワーモジュール６０をヒートシンク５０に押圧することができるので、パワーモジュール６０のＭＯＳ８１〜８８から発生する熱を効率よく放熱することができる。
また、ばね部材２１０、２２０は、パワーモジュール６０の全面を押さえるのではなく、押圧部２１１、２２１のみで押圧しているので、ばね部材２１０、２２０を簡素な構成とすることができる。また、上記実施形態のように押圧部材としてねじを用いる場合と異なり、パワーモジュール６０の挿通孔、ヒートシンク５０のねじ穴を設ける必要がない。
また、上記（１）〜（３）、（５）、（６）と同様の効果を奏する。
（他の実施形態）
上記実施形態では、１つの押圧部材に対して４つのスイッチング素子が配置されていた。他の実施形態では、例えば図９（ａ）に模式的に示すパワーモジュール３０１のように、１つのねじ６８に対して３つのスイッチング素子としてのＭＯＳ３８０を配置してもよい。また、１つのねじ６９に対し、ねじ６９の両側と、ねじ６９の第１面６２側と、ねじ６９の第２面６３側と、に配置するといった具合に、押圧により生じる圧力が所定の圧力以上の領域であれば、ＭＯＳ３８０をどのように配置してもよい。また、１つの押圧部材による押圧により生じる圧力が所定の圧力以上の領域内に、３つ以上の任意の数のスイッチング素子を配置することができる。例えば、図９（ｂ）に模式的に示すパワーモジュール３０２のように、１つのねじ６８に対して５つのＭＯＳ３８０を配置する、或いは、１つのねじ６９に対して６つのＭＯＳ３８０を配置してもよい。
上記実施形態では、１つのパワーモジュールに２つの押圧部材が設けられていたが、他の実施形態では、１つのパワーモジュールに設けられる押圧部材は、１つでもよいし、３つ以上でもよい。
また、上記実施形態では、１つのパワーモジュールにおいて、３相巻線に対応する上ＭＯＳおよび下ＭＯＳと、２つの電源リレーの計８つのＭＯＳが設けられており、例えば図５の紙面左側から、電源リレー８７、８８、Ｕ相コイルの通電に係るＭＯＳ８１、８４、Ｖ相コイルの通電に係るＭＯＳ８２、８５、Ｗ相コイルの通電に係るＭＯＳ８３、８６の順に設けられていたが、他の実施形態では、電源リレー、および、各相コイルの通電に係るＭＯＳをどのような順番で配置してもよい。また、他の実施形態では、電源リレーを省いてもよい。また、上ＭＯＳのみ、または、下ＭＯＳのみを１つのパワーモジュールに設けるようにしてもよい。さらにまた、例えばモータがブラシ付きモータである場合、４つのＭＯＳを１つのパワーモジュールに設けるようにしてもよい。
上記実施形態では、上ＭＯＳを押圧部材よりも第１面側に配置し、下ＭＯＳを第２面との距離が押圧部材と同等の領域に配置していた。他の実施形態では、下ＭＯＳを押圧部材よりも第１面側に配置し、上ＭＯＳを第２面との距離が押圧部材と同等の領域に配置してもよい。また、相ごとに異なっていてもよい。
上記実施形態では、パワーモジュールとヒートシンクとの間の圧力がＭＯＳからの熱を放熱可能な所定の圧力（以下、「第１の所定の圧力」という。）以上である領域にＭＯＳが配置されていた。他の実施形態では、ＭＯＳの信頼性等を考慮し、パワーモジュールとヒートシンクとの間の圧力が第１の所定の圧力以上、かつ、ＭＯＳに異常が生じない程度の圧力であって第１の所定の圧力よりも大きい第２の所定の圧力以下の領域にＭＯＳを配置するようにしてもよい。
上記実施形態では、中間部材として放熱シートがパワーモジュールとヒートシンクとの間に設けられていた。他の実施形態では、中間部材は、放熱ゲルであってもよいし、接着剤であってもよい。また、中間部材を省略し、シートレスとしてもよい。
上記実施形態では、パワーモジュールは、ヒートシンク側の面に配線パターンを構成するスラグの一部が金属放熱部としてモールド部から露出している、所謂ハーフモールドであった。他の実施形態では、金属放熱部がモールド部から露出していない、所謂フルモールドとしてもよい。なお、上記実施形態では、放熱シートは、パワーモジュールとヒートシンクとを密着させて放熱する機能に加え、パワーモジュールとヒートシンクとの絶縁を確保するための絶縁部材としての機能を有していた。他の実施形態では、特にパワーモジュールがフルモールドであれば、中間部材を絶縁材料以外により形成し、中間部材が絶縁部材としての機能を有していなくてもよい。
上記実施形態では、下ＭＯＳのソースとスラグとをシャント抵抗により接続していたが、他の実施形態では、シャント抵抗に替えて、ワイヤ等で下ＭＯＳのソースとスラグとを接続してもよい。この場合、シャント抵抗をパワーモジュールの外部に設けるようにしてもよいし、シャント抵抗を省略してもよい。
上記実施形態では、パワーモジュールのパワー端子が第１面側に集約して設けられ、制御端子が第２面側に集約して設けられていたが、他の実施形態では、パワー端子および制御端子は、モールド部に対してどのように設けてもよい。
上記実施形態では、制御基板およびパワー基板の２枚の基板を有していたが、他の実施形態では、基板は１枚としてもよい。また、取出線とパワーモジュールとをパワー基板を介さずに接続してもよい。
上記実施形態では、半導体装置は駆動装置に適用されていたが、駆動装置以外に適用してもよい。
以上、本発明は、上記実施形態になんら限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の形態で実施可能である。
１・・・駆動装置
２・・・モータ
３・・・コントロールユニット
１０・・・モータケース
４０・・・制御基板（基板）
５０・・・ヒートシンク（放熱部材）
６０・・・パワーモジュール（半導体モジュール）
６１・・・モールド部
６２・・・第１面
６３・・・第２面
６４・・・制御端子
６５・・・パワー端子（巻線端子）
６７・・・放熱シート（中間部材）
６８、６９・・・ねじ（押圧部材）
７０・・・パワー基板（基板）
８１〜８８・・・ＭＯＳ（スイッチング素子）
１０１・・・半導体装置
２００・・・半導体装置
２１０、２２０・・・ばね部材（押圧部材）
３８０・・・ＭＯＳ（スイッチング素子）
５０１〜５１２・・・スラグ（導電部材）

Claims (9)

  1. 電流の切り替えに係るスイッチング素子、前記スイッチング素子が実装される導電部材、および、前記スイッチング素子および前記導電部材をモールドするモールド部を有する半導体モジュールと、
    前記半導体モジュールを放熱部材に押圧する押圧部材と、
    を備え、
    前記スイッチング素子は、１つの前記押圧部材に対して３つ以上配置されるとともに、前記押圧部材による押圧により前記半導体モジュールと前記放熱部材との間に生じる圧力が前記スイッチング素子からの熱を前記放熱部材に放熱可能な所定の圧力以上である領域に配置されることを特徴とする半導体装置。
  2. 前記半導体モジュールは、前記モールド部の１つの面である第１面に設けられ、巻線と接続される巻線端子、および、前記モールド部の前記第１面とは反対側の面である第２面に設けられ、制御基板と接続される制御端子を有することを特徴とする請求項１に記載の半導体装置。
  3. 前記押圧部材は、前記モールド部の中心よりも前記第２面側に配置され、
    少なくとも１つの前記スイッチング素子は、前記押圧部材よりも前記第１面側に配置され、
    少なくとも１つの前記スイッチング素子は、前記第２面との距離が前記押圧部材と同等の領域に配置されることを特徴とする請求項２に記載の半導体装置。
  4. 前記スイッチング素子は、１つの前記押圧部材に対して４つ配置され、
    ２つの前記スイッチング素子は、前記押圧部材よりも前記第１面側に配置され、
    他の２つの前記スイッチング素子は、前記第２面との距離が前記押圧部材と同等の領域であって、前記押圧部材を挟んで両側に配置されることを特徴とする請求項３に記載の半導体装置。
  5. 前記押圧部材よりも前記第１面側に配置される前記スイッチング素子は、高電位側に接続される高電位側スイッチング素子であり、
    前記第２面との距離が前記押圧部材と同等の領域に配置される前記スイッチング素子は、前記高電位側スイッチング素子の低電位側に接続される低電位側スイッチング素子であることを特徴とする請求項３または４に記載の半導体装置。
  6. 前記押圧部材は、ねじであることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の半導体装置。
  7. 前記押圧部材は、ばね部材であることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の半導体装置。
  8. 前記半導体モジュールと前記放熱部材との間に設けられる中間部材をさらに備えることを特徴とする請求項１〜７のいずれか一項に記載の半導体装置。
  9. モータと、
    前記モータの巻線と電気的に接続される請求項１〜８のいずれか一項に記載の半導体装置、前記半導体モジュールが前記押圧部材により押圧される前記放熱部材、および、前記半導体モジュールと電気的に接続される基板を有し、前記モータの軸方向の一側に配置されるコントロールユニットと、
    を備えることを特徴とする駆動装置。
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