CN102810979B - 半导体模块和包括半导体模块的驱动设备 - Google Patents

半导体模块和包括半导体模块的驱动设备 Download PDF

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Abstract

提供了一种半导体模块和包括半导体模块的驱动设备。在半导体模块（60a、60b）中，高电位侧导体（504、509、510、552、555、558）包括其上安装有高电位侧开关元件（81、82、83）的宽部（56）、与高电位源（75）耦合的高电位侧端子（603、608、609、652、655、658）、以及在第一方向上从宽部向高电位侧端子延伸的窄部（57）。在垂直于第一方向的第二方向上，宽部比窄部宽。宽部在第二方向上具有第一侧和与第一侧相反的第二侧。宽部的第一侧与低电位侧导体（506、507、512、553、556、559）之间的距离比宽部的第二侧与低电位侧导体之间的距离短。窄部从宽部的、与第二侧相比更靠近第一侧的部分延伸。

Description

半导体模块和包括半导体模块的驱动设备
技术领域
本公开涉及一种半导体模块和包括半导体模块的驱动设备。
背景技术
传统的逆变器装置通过切换诸如晶体管的半导体装置的开-关态从直流电产生交流电。例如，日本专利第3,633,432号（对应于美国专利第6,525,950号）公开了一种半导体装置，其中产生三相交流电的半导体元件、正直流端子、负直流端子和输出端子等被集成。
发明内容
本公开的目的是提供一种半导体模块，该半导体模块可以限制通过由于开关元件的切换操作而流动的高频电流生成辐射磁场。本公开的另一目的是提供一种包括该半导体模块的驱动设备。
根据本公开的第一方面，半导体模块包括多个开关元件、高电位侧导体、负载侧导体、低电位侧导体、第一连接导体、第二连接导体、以及模制构件。开关元件形成将直流转换成交流的逆变器。开关元件包括高电位侧开关元件和低电位侧开关元件。高电位侧开关元件耦合到比低电位侧开关元件高的电位侧。高电位侧开关元件被安装在高电位侧导体上。高电位侧导体在第一方向上延伸并且包括与高电位源耦合的高电位侧端子。高电位侧导体与高电位侧开关元件的漏极或漏极等效电极耦合。低电位侧开关元件被安装在负载侧导体上。负载侧导体包括与负载耦合的负载侧端子。负载侧导体与低电位侧开关元件的漏极或漏极等效电极耦合。低电位侧导体在第一方向上延伸并且包括与低电位源耦合的低电位侧端子。第一连接导体将高电位侧开关元件的源极或源极等效电极与负载侧导体耦合。第二连接导体将低电位侧开关元件的源极或源极等效电极与低电位侧导体耦合。模制构件整体地覆盖高电位侧开关元件、低电位侧开关元件、高电位侧导体、负载侧导体、低电位侧导体、第一连接导体、以及第二连接导体。高电位侧导体还包括其上安装有高电位侧开关元件的宽部以及在第一方向上从宽部向高电位侧端子延伸的窄部。在垂直于第一方向的第二方向上，宽部比窄部宽。宽部在第二方向上具有第一侧和与第一侧相反的第二侧。宽部的第一侧与低电位侧导体之间的距离比宽部的第二侧与低电位侧导体之间的距离短。窄部从宽部的、与第二侧相比更靠近第一侧的部分延伸。
在半导体模块中，从高电位侧端子到低电位侧端子的电流路径的距离会是短的，并且高频电流的环路面积会是小的。因此，半导体模块可以限制通过由于开关元件的切换操作而流动的高频电流生成辐射磁场。
根据本公开的第二方面，驱动设备包括电机以及在电机的轴向方向上被布置在电机的一侧的控制单元。电机包括绕组。控制单元包括根据第一方面的半导体模块、散热器、以及基底。半导体模块与作为负载的绕组电耦合并且安装在散热器上。散热器接收在半导体模块中生成的热。基底与半导体模块电耦合。
包括电力模块的驱动设备可以限制辐射磁场的生成。
附图说明
结合附图，根据以下详细描述，本公开的另外的目的和优点将会更容易明白。在附图中：
图1是示出了根据本公开的第一实施例的动力转向设备的框图；
图2是根据第一实施例的驱动设备的透视图；
图3是根据第一实施例的电力模块的侧视图；
图4是沿着图3中的箭头IV看到的电力模块的视图；
图5是示出了根据第一实施例的电力模块的内部配置和电流路径的图；
图6是示出了根据本公开的第二实施例的电力模块的内部配置和电流路径的图；以及
图7是示出了根据比较示例的电力模块的内部配置和电流路径的图。
具体实施方式
本公开的发明人发现以下内容。在日本专利第3,633,432号中公开的半导体装置中，通过使电流路径与正直流端子和负直流端子平行来减小电感。然而，该半导体装置并不是考虑到由于半导体开关的切换操作而流动的高频电流生成的辐射磁场而设计的。在正直流端子和负直流端子中，端子部的宽度基本等于其上安装有半导体基底的安装部的宽度。在上述配置中，当半导体装置被设计用于高电流时，类似地增大端子部和安装部的宽度。因此，从正直流端子到负直流端子的电流路径的距离增大，并且通过电流生成的辐射磁场会根据频率增大。当生成辐射磁场时，可以在与基底（半导体模块耦合到该基底）耦合的电子部件之间生成磁耦合，这些电子部件诸如连接器、导电构件（例如汇流母线）、线圈和电容器。
鉴于前述内容，下面将描述本公开的实施例。
（第一实施例）
将参照图1和图2描述根据本公开的第一实施例的包括半导体模块的驱动设备1。驱动设备1可以应用于协助交通工具的转向操作的电力转向设备（下文中被称作EPS）。驱动设备1包括电机2和控制单元3。
将参照图1描述EPS的电配置。如图1所示，驱动设备1经由附接到柱轴6的齿轮7在柱轴6处生成旋转扭矩，柱轴6是交通工具的转向盘5的旋转轴线，并且驱动设备1协助通过转向盘5进行的转向操作。当驾驶者操作转向盘5时，利用扭矩传感器8检测通过该操作在柱轴6处生成的转向扭矩。另外，驱动设备1从未示出的控制器区域网络（CAN）接收交通工具信息，以协助由驾驶者进行的转向盘5的转向操作。通过使用上述配置，驱动设备1可以自动地控制转向盘5的操作以在高速路上保持车道或引向停车场中的停车位。
电机2是使齿轮7正向和反向旋转的三相无刷电机。控制单元3控制电机2的电流供应和驱动。控制单元3包括电力部100和控制部90。向电力部100施加驱动电流以驱动电机2。控制部90控制电机2的驱动。
电力部100包括扼流线圈76、电容器77、以及逆变器80、89。扼流线圈76被布置在电源75的电源线上。因为逆变器80和逆变器89具有相似的配置，所以下面将仅描述逆变器80的配置。逆变器80包括金属氧化物半导体场效应晶体管（MOSFET）81-86，其是一种场效应晶体管。通过栅极电位来控制每个MOSFET81-86的开-关态。换言之，通过控制栅极电位来连接或断开每个MOSFET81-86的源极和漏极。
MOSFET81的漏极与电源线耦合，并且MOSFET81的源极与MOSFET84的漏极耦合。MOSFET84的源极经由分路电阻器991与地耦合。MOSFET81和MOSFET84的接合点与电机2的U相绕组耦合。MOSFET82的漏极与电源线耦合，并且MOSFET82的源极与MOSFET85的漏极耦合。MOSFET85的源极经由分路电阻器992与地耦合。MOSFET82和MOSFET85的接合点与电机2的V相绕组耦合。MOSFET83的漏极与电源线耦合，并且MOSFET83的源极与MOSFET86的漏极耦合。MOSFET86的源极经由分路电阻器993与地耦合。MOSFET83和MOSFET86的接合点与电机2的W相绕组耦合。耦合到比MOSFET84-86高的电位侧的MOSFET81-83也被称作“较高MOSFET”。耦合到较低电位侧的MOSFET84-86也被称作“较低MOSFET”。每个较高MOSFET81-83可以操作为高电位侧开关元件。每个较低MOSFET84-86可以操作为低电位侧开关元件。
逆变器80还包括用于电源继电器的MOSFET87、88。MOSFET87、88可以具有类似于MOSFET81-86的结构。MOSFET87、88耦合在较高MOSFET81-83与电源75之间并且能够在异常状态下中断电流。当发生断路故障或短路故障时，MOSFET87中断到电机2的电流流动。MOSFET88可以操作为反向耦合保护，使得当诸如电容器78的电子部件在反向方向上耦合时反向电流不流动。
分路电阻器991-993分别被电耦合在较低MOSFET84-86与地之间。驱动设备1分别通过检测施加给分路电阻器991-993的电压或电流来检测流向U相绕组、V相绕组和W相绕组的电流。
扼流线圈76和电容器77被电耦合在电源75与用于电源继电器的MOSFET87之间。扼流线圈76和电容器77形成滤波器电路以减小从与电源75耦合的不同装置传输的噪声。另外，扼流线圈76和电容器77减小从驱动设备1传输到与电源75耦合的不同装置的噪声。
电容器78与较高MOSFET、较低MOSFET和分路电阻器并联地电耦合在电源75与地之间。电容器78储存电荷以支持对MOSFET81-86的供电并且减小浪涌电压中的噪声分量。本实施例的电容器77、78可以是铝电解电容器。电容器78具有比电容器77大的电容。电容器77、78也可以是除了铝电解电容器之外的电容器。
控制部90包括前置驱动器91、定制集成电路（定制IC）92、旋转角传感器93、以及微型计算机94。定制IC92包括作为功能块的调节器部（调节器）95、信号放大部（信号放大）96、以及电压放大部（电压放大）97。调节器部95是使提供给每个部件的电力稳定的稳定电路。例如，微型计算机94由于调节器部95而能够以稳定的预定电压（例如，5V）操作。信号放大部96接收来自旋转角传感器93的信号。旋转角传感器93检测电机2的旋转位置信号，并且检测到的旋转位置信号被传输到信号放大部96。信号放大部96将旋转位置信号放大并将放大的信号传输到微型计算机94。电压放大部96检测每个分路电阻器991-993的两端之间的电压，放大该电压，并将该放大的电压传输到微型计算机94。
微型计算机94经由信号放大部96和电压放大部97接收电机2的旋转位置信号以及每个分路电阻器991-993的两端的电压。微型计算机94还接收来自附接到柱轴6的扭矩传感器8的转向扭矩信号。此外，微型计算机94经由CAN接收交通工具信息。当微型计算机94接收转向扭矩信号和交通工具信息时，微型计算机94根据旋转位置信号，经由前置驱动器91来控制逆变器80，以根据交通工具速度来协助利用转向盘5进行的转向操作。微型计算机94通过经由前置驱动器91改变MOSFET81-86的栅极电压，从而切换MOSFET81-86的开-关态，来控制逆变器80。此外，微型计算机94控制逆变器80，使得提供给电机2的电流变得更接近基于从电压放大部97传输的每个分路电阻器991-993的两端之间的电压的正弦波。控制器90还以类似于逆变器80的方式控制逆变器89。
如图2所示，驱动设备1包括电机2和控制单元3。在本实施例的驱动设备1中，控制单元3被布置在电机2在轴向方向上的一侧。电机2和控制单元3形成堆叠结构。在图2中，移除了限定控制单元3的轮廓的盖子。
电机2是三相无刷电机。电机2的轮廓由电机壳体10限定。电机壳体10具有圆柱体形状并且由例如铁制成。在电机壳体10中，布置有定子、转子、轴等。当缠绕到定子上的绕组经受旋转磁场时，转子和轴整体地旋转。缠绕到定子上的绕组是包括U相绕组、V相绕组和W相绕组的三相绕组。
从绕组中的六个位置拉出引出线23。从电机壳体10的第一孔朝向控制单元3拉出三个引出线23，并且从电机壳体10的第二孔朝向控制单元3拉出另外三个引出线23。引出线23通过径向上位于控制基底40和电力模块60a之外的区域延伸到电力基底70。从第一孔拉出的三个引出线23分别对应于U相绕组、V相绕组和W相绕组。从第二孔拉出的三个引出线23分别对应于U相绕组、V相绕组和W相绕组。
在轴的与控制单元3相反的侧上，布置有输出端子29。此外，在轴的与控制单元3相反的侧上，布置有齿轮箱（未示出）。在齿轮箱中，布置有图1所示的齿轮7。齿轮7与输出端子29耦合并且通过电机2的驱动力而旋转。
控制单元3包括作为半导体模块的电力模块60a、散热器50、作为基底的控制基底40和电力基底70。除了与外部电子部件耦合的电力连接器79之外，控制单元3的大多数部件被布置在电机壳体区域中，该电机壳体区域通过使电机壳体10在轴向方向上突出来限定。在控制单元3中，从与电机2邻近的侧开始，在轴向方向上按照控制基底40、散热器50、电力模块60a和电力基底70的顺序来布置它们。换言之，在轴向方向上，按照电机壳体10、控制基底40、散热器50、电力模块60a和电力基底70的顺序来布置它们。
控制基底40可以是由玻璃环氧树脂基底构成的四层基底。控制基底40具有可以布置在电机壳体区域内的板状。控制基底40通过螺纹紧固被固定到散热器50。在控制基底40上，安装有用于形成控制部90的电子部件。在控制基底40的与电机2相反的表面上，安装有前置驱动器91、定制IC92和微型计算机94。在控制基底40的面对电机2的表面上，安装有旋转角传感器93。
控制基底40沿着其外边缘限定用于与电力模块60a的控制端子64耦合的通孔。此外，控制基底40与控制连接器45耦合。控制连接器45被配置为使得线可以从电机2的径向外部耦合并且输入来自扭矩传感器8和CAN的信号。
散热器50由具有高热导率的材料（诸如铝）制成。散热器50包括具有宽广表面的两个热接收部52，电力模块60a被固定到所述宽广表面。在大致垂直于电机壳体10的方向上布置热接收部52。沿着彼此平行布置的两个热接收部52，布置有两个电力模块60a。电力模块60a分别利用螺钉68、69被固定到热接收部52。
每个电力模块60a包括具有大致矩形平行管状的模制构件61、从模制构件61向上伸出的电力端子65、以及从模制构件61向下伸出的控制端子64。下文中，电力端子65从其伸出的模制构件61的表面被称作第一表面62，并且控制端子64从其伸出的模制构件61的表面被称作第二表面63。在轴向方向上，电力模块60a被布置在控制基底40与电力基底70之间。在电机2的径向方向上，电力模块60a被竖直地布置在散热器50的外部。两个电力模块60a被布置在电机2的旋转的扩展中心线的相反侧。
电力模块60a之一对应于逆变器80，并包括MOSFET81-88和分路电阻器991-993。在本实施例中，MOSFET81-88和分路电阻器991-993利用树脂被整体地模制为一个电力模块。另一电力模块60a对应于逆变器89，并包括通过树脂成型整体地密封的MOSFET、功率继电器和分路电阻器。关于一个热接收部52，布置用于形成一个驱动系统的一个电力模块60a。
电力基底70可以是由玻璃环氧树脂基底和图案铜层构成的四层基底。电力基底70具有布置在电机壳体区域内的板状，并通过螺纹紧固被固定到散热器50。在电力基底70上，布置有电力线，提供给绕组的绕组电流被提供给该电力线。
电力基底70限定用于与电力模块60a的电力端子65耦合的通孔。电力基底70还限定用于在电力端子65所插入的通孔外部与引出线23耦合的通孔。插入到通孔中的电力端子65和引出线23与电力基底70电耦合。因此，引出线23经由电力基底70与电力模块60a耦合。
在电力基底70的面对电机2的表面上，安装有扼流线圈76和电容器77、78。扼流线圈76和电容器77、78被布置在散热器50中限定的空间中。在轴向方向上，扼流线圈76、电容器77、78和电力连接器79被布置在电力基底70与电路基底40之间。
电力基底70与电力连接器79耦合。电力连接器79被布置成邻近与控制基底40耦合的控制连接器45。电力连接器79被配置成从电机2的径向外部与线耦合以及与诸如电池的电源75耦合。因此，经由电力连接器79中的端子791将来自电源75的电力提供给电力基底70。此外，经由电力连接器79、电力基底70、电力模块60a和引出线23将来自电源75的电力提供给电机2的绕组。
将描述驱动设备1的操作。安装在控制基底40上的微型计算机94基于来自旋转角传感器93、扭矩传感器8、分路电阻器991-993等的信号，来生成通过经由前置驱动器91进行的脉宽调制（PWM）控制产生的脉冲信号，以根据交通工具速度来协助利用转向盘5进行的转向操作。经由控制端子64将脉冲信号传输到逆变器80、89以控制MOSFET81-86的开-关态。因此，向电机2的每相绕组提供具有不同相位的正弦波电流，并且生成旋转磁场。通过接收旋转磁场，转子和轴整体地旋转。当轴旋转时，驱动力从输出端子29传输到柱轴6的齿轮7，以协助由驾驶者利用转向盘5进行的转向操作。
接着，将参照图3至图5描述电力模块60a。虽然图3至图5示出了对应于逆变器80的电力模块60a的配置，但是对应于逆变器89的电力模块60a具有类似的配置。如图3所示，热辐射板67被布置在电力模块60a与散热器50之间。电力模块60a经由热辐射板67，通过螺钉68、69固定到散热器50。因此，通过对电力模块60a提供电流生成的热经由热辐射板67被辐射到散热器50。换言之，散热器50接收半导体模块60a中生成的热。热辐射板67由绝缘材料制成以隔离电力模块60a和散热器50。此外，可以通过将热辐射板67布置在电力模块60a与散热器50之间来增加电力模块60a与散热器50之间的粘合。
如图3至图5所示，电力端子65和控制端子64从模制构件61的第一表面62或第二表面63伸出。从靠近电力连接器79的侧开始，电力端子65包括用于电源继电器的端子、用于U相绕组的端子、用于V相绕组的端子和用于W相绕组的端子。从靠近电力连接器79的侧开始，控制端子64包括用于电源继电器的端子、用于U相绕组的端子、用于V相绕组的端子和用于W相绕组的端子。电力端子65从模制构件61的邻近电力基底70的第一表面62伸出。电力端子65被插入到由电力基底70限定的通孔中，并通过焊料等与电力基底70电耦合。向电力端子65提供绕组电流，通过电力基底70和引出线23将该绕组电流提供给电机2。通过切换电力模块60a中的MOSFET81-88的开-关态，控制绕组电流。
电力端子65包括作为用于电源继电器的端子的前置继电器端子649和后置继电器端子650。电力端子65包括作为用于U相绕组的端子的电机端子651、电源电压端子652、以及接地端子653。电力端子65包括作为用于V相绕组的端子的电机端子654、电源电压端子655、以及接地端子656。电力端子65包括作为用于W相绕组的端子的电机端子657、电源电压端子658、以及接地端子659。因此，电力端子65包括11个端子。
控制端子64从模制构件61的邻近控制基底40的第二表面63伸出。控制端子64被插入到由控制基底40限定的通孔中，并通过焊料等与控制基底40电耦合。经由控制端子64将来自控制基底40的控制信号传输到电力模块60a。在本实施例中，仅处于与电机2的驱动控制有关的水平的低电流（例如，200mA）流向控制基底40，而用于驱动电机2的高电流（例如，80A）流向电力基底70。因此，每个电力端子65大于每个控制端子64。
控制端子64包括用于电源继电器的端子450、487、488。控制端子64包括用于U相绕组的端子451、453、481、484、491、494。控制端子64包括用于V相绕组的端子454、456、482、485、492、495。控制端子64包括用于W相绕组的端子457、459、483、486、493、496。因此，控制端子64包括21个端子。
接着，将参照图5描述电力模块60a的内部配置。如图5所示，电力模块60a包括：（i）MOSFET81-88；（ii）导体549、550，分别包括前置继电器端子649和后置继电器端子650；（iii）电机侧导体551、554、557，分别包括电机端子651、654、657；（iv）电源侧导体552、555、558，分别包括电源电压端子652、655、658；（v）接地侧导体553、556、559，分别包括接地端子653、656、659；（vi）铜夹900、903、904、905；（vii）分路电阻器991、992、993；以及（viii）模制构件61。
电机端子651、654、657可以操作为负载侧端子。电源电压端子652、655、658可以操作为高电位侧端子。接地端子653、656、659可以操作为低电位侧端子。电机侧导体551、554、557可以操作为高电位侧导体。电源侧导体552、555、558可以操作为高电位侧导体。接地侧导体553、556、559可以操作为低电位侧导体。铜夹903、904、905分别将较高MOSFET81、82、83的源极和电机侧导体551、554、557耦合。铜夹903、904、905可以操作为第一连接导体。分路电阻器991、992、993分别将较低MOSFET84、85、86的源极和接地侧导体553、556、559耦合。分路电阻器991、992、993可以操作为第二连接导体。
模制构件61通过树脂成型而形成以整体地覆盖MOSFET81-88和上述导体。在电力模块60a的邻近散热器50的侧上，每个导体549-559的部分从电力模块60a的模制构件61暴露，作为金属热辐射部。换言之，本实施例的电力模块60a是所谓的半模制模块。金属热辐射部经由热辐射板67与散热器50的热接收部52接触，从而有效地辐射热。
MOSFET81-88由半导体芯片形成。例如，如图5所示，MOSFET83的栅极831和源极832被布置在半导体芯片的前表面上。MOSFET83的漏极被形成在半导体芯片的后表面上。半导体芯片被安装在导体549-559上。MOSFET81、82、84-88具有类似于MOSFET83的结构。
在导体549-559中，布线图案由铜或铜合金板形成。导体549-559、MOSFET81-88、铜夹900、903、904、905、以及分路电阻器991、992、993对应于用于电源继电器、U相绕组、V相绕组和W相绕组的每个端子块，并且被粗略分类为用于电源继电器、U相绕组、V相绕组和W相绕组的每个半导体单元。
用于电源继电器的半导体单元包括导体549、550、MOSFET87、88、以及铜夹900。导体549包括从模制构件61的第一表面62伸出的前置继电器端子649。前置继电器端子649经由扼流线圈76与电源75耦合。用于电源继电器的MOSFET87被安装在导体549上。导体550包括从模制构件61的第一表面62伸出的后置继电器端子650。导体550还包括用于监视继电器后的电压的控制端子450。控制端子450从模制构件61的第二表面63伸出。后置继电器端子650经由电力基底70的线与电源电压端子652、655、658中的每个耦合。在导体550上，安装有用于反向耦合保护的MOSFET88。MOSFET87的源极和MOSFET88的源极经由铜夹900相互耦合。
经由前置继电器端子649、导体549、MOSFET87、铜夹900、MOSFET88、导体550、后置继电器端子650和电力基底70，向用于U相、V相和W相的电源电压端子652、655、658提供来自电源75的直流。
被布置为邻近第二表面63的控制端子487通过线接合与用于电源继电器的MOSFET87耦合。被布置为邻近第二表面63的控制端子488经由接合线与用于电源继电器的MOSFET88耦合。当电机2或控制单元3处于异常状态时，控制部90经由控制端子487、488改变MOSFET87、88的栅极电压，使得MOSFET87、88断开并中断对逆变器80的供电。
用于U相绕组的半导体单元包括电源侧导体552、电机侧导体551、接地侧导体553、较高MOSFET81、较低MOSFET84、铜夹903、以及分路电阻器991。用于V相绕组的半导体单元包括电源侧导体555、电机侧导体554、接地侧导体556、较高MOSFET82、较低MOSFET85、铜夹904、以及分路电阻器992。用于W相绕组的半导体单元包括电源侧导体558、电机侧导体557、接地侧导体559、较高MOSFET83、较低MOSFET86、铜夹905、以及分路电阻器993。用于上述三相绕组的半导体单元具有彼此相似的配置。因此，下面将描述用于U相绕组的半导体单元的配置，来代表用于三相绕组的半导体单元。
电源侧导体552包括从第一表面62伸出的电源电压端子652。电源电压端子652与后置继电器端子650耦合。电源侧导体552在作为从控制基底40到电力基底70的方向的第一方向上延伸。电源侧导体552包括其上安装有较高MOSFET81的第一宽部56以及在第一方向上从第一宽部56向电源电压端子652延伸的第一窄部57。在垂直于第一方向的第二方向上，第一宽部56比第一窄部57宽。当模制构件61在第一方向上被分成两个区域时，也就是，邻近第一表面62的区域和邻近第二表面63的区域，第一宽部56被布置在邻近第一表面62的区域中。第一宽部56在第二方向上具有第一侧和与第一侧相反的第二侧。第一宽部56的第一侧与接地侧导体553之间的距离比第一宽部56的第二侧与接地侧导体553之间的距离短。第一窄部57从第一宽部56的、与第二侧相比更靠近第一侧的部分延伸。第一窄部57被布置为邻近接地侧导体553。较高MOSFET81的源极经由铜夹903与电机侧导体551耦合。
电机侧导体551在第一方向上延伸。电机侧导体551包括与电机2的U相绕组耦合的电机端子651、以及用于监视电压的控制端子451。电机端子651从第一表面62伸出并且控制端子451从第二表面63伸出。电机侧导体551包括其上安装有较低MOSFET84的第二宽部58以及在第一方向上从第二宽部58向电机端子651延伸的第二窄部59。在垂直于第一方向的第二方向上，第二宽部58比第二窄部59宽。第二宽部58被布置在电源侧导体552的第一宽部56与第二表面63之间。在第二方向上，第二宽部58比第一宽部56宽。第二宽部58在第二方向上具有第一侧和与第一侧相反的第二侧。第二宽部58的第一侧与接地侧导体553之间的距离比第二宽部58的第二侧与接地侧导体553之间的距离短。第二窄部59从第二宽部58的、与第一侧相比更靠近第二侧的部分延伸。较低MOSFET84的源极经由分路电阻器991与接地侧导体553耦合。
接地侧导体553具有在第一方向上延伸的大致线性形状。接地侧导体553包括与地耦合的接地端子653以及用于监视电压的控制端子453。接地端子653从第一表面62伸出并且控制端子453从第二表面63伸出。由于MOSFET81、84的切换操作而产生的高频电流沿电流路径Ri流动，电流路径Ri通过电源电压端子652、电源侧导体552、上MOSFET81、铜夹903、电机侧导体551、较低MOSFET84、分路电阻器991、接地侧导体553、以及接地端子653。
在从第二表面63伸出的控制端子中，控制端子481经由线与上MOSFET81的栅极耦合，并且控制端子484经由线与较低MOSFET84的栅极耦合。MOSFET81、84的切换操作是通过经由控制端子481、484改变MOSFET81、84的栅极电压而控制的。控制端子491、494分别与分路电阻器991的两端耦合并且输出电压信号。基于电压信号，可以检测提供给U相绕组的电流的值。
将参照图7描述根据比较示例的电力模块60c。在图7中，与电力模块60a的对应部件基本相同的电力模块60c的部件以与对应部件相同的附图标记来指定，并且下面将省略部件的描述。此外，将省略关于不是比较点的、对应于用于电源继电器等的MOSFET87、88的导体的配置的描述。
如图7所示，根据比较示例的电力模块60c包括：用于U相绕组的电源电压端子122、电机端子123和接地端子124；用于V相绕组的电源电压端子126、电机端子125和接地端子124；以及用于W相绕组的电源电压端子126、电机端子127和接地端子128。端子122-128包括在对应的导体162-168中。
电力模块60c使用用于U相绕组和V相绕组的接地端子124和接地侧导体164，并且使用用于V相绕组和W相绕组的电源电压端子126和电源侧导体166。因此，每个电机端子必然被布置在对应的电源电压端子与对应的接地端子之间。
电源电压端子122从电源侧导体162的宽部56的中心部分延伸，而不是从宽部56的更靠近接地侧导体164的部分延伸。电源电压端子126从电源侧导体166的宽部56的中心部分延伸，而不是从宽部56的更靠近接地侧导体164或接地侧导体168的部分延伸。
接着，与比较示例相对比，下面将描述电力模块60a的效果。在下文中，将描述用于U相绕组的半导体单元中的效果，来代表用于三相绕组的半导体单元。然而，用于V相绕组的半导体单元和用于W相绕组的半导体单元具有类似的效果。在比较示例中，从电源电压端子122到接地端子124的路径Ri是长的，并且高频电流的环路面积（looparea）是大的。因此，生成辐射磁场，并且生成与电力连接器79（其与电力基底70耦合）的磁耦合，如图7中的箭头MO所示。结果，会导致电力模块60c的故障并且噪声会流向外部装置。
根据本实施例，第一窄部57从第一宽部56的、与第二侧相比更靠近第一侧的部分延伸，并且电源电压端子652被布置为邻近接地端子653。因此，从电源电压端子652到接地端子653的电流路径Ri的距离会是短的，并且高频电流的环路面积会是小的。因此，通过由于MOSFET81、84的切换操作而产生的高频电流生成辐射磁场会被限制。结果，如图4中的箭头M1所示，可以限制与电力连接器79的磁耦合等，并且可以限制电力模块60a的故障以及到外部装置的噪声的流动。
根据本实施例，电机侧导体551被布置在接地侧导体553的与电源侧导体552相同的侧上。因此，分路电阻器992不是跳线。在电机侧导体551中，第二窄部59从第二宽部58的、与第一侧相比更靠近第二侧的部分延伸。电机端子651以与电源电压端子652和接地端子653相似的方式在第一方向上朝向第一表面62延伸。电机端子651、电源电压端子652和接地端子653与所述一个电力基底70耦合。因此，巩固了空间并且可以提高工作能力。
根据本实施例，铜夹901被用作将较高MOSFET81的源极和电机侧导体551耦合的第一连接导体。因此，与接合线相比，可以增加横截面面积，并且可以减小电流的电阻。根据本实施例，分路电阻器991被用作将较低MOSFET84的源极和接地侧导体553耦合的第二连接导体。因此，可以检测提供给电机2的绕组的电流。
（第二实施例）
将参照图6描述根据本公开的第二实施例的电力模块60b。在根据本实施例的电力模块60b中，电源侧导体和电机侧导体的布置不同于根据第一实施例的布置。与第一实施例的对应部件基本相同的电力模块60b的部件以与第一实施例相同的附图标记来指定，并将省略部件的描述。此外，将省略关于对应于作为电源继电器等的MOSFET87、88的导体的配置的描述。
如图6所示，根据本实施例的电力模块60b包括：用于U相绕组的电源电压端子603、电机端子604和接地端子605；用于V相绕组的电源电压端子608、电机端子607和接地端子；以及用于W相绕组的电源电压端子609、电机端子610和接地端子611。端子603-609分别包括在导体504-512中。导体、MOSFET、铜夹和分路电阻器以与第一实施例相似的方式形成用于三相的半导体单元。用于三相绕组的半导体单元具有彼此相似的配置。下面将描述用于U相绕组的半导体单元的配置，来代表用于三相绕组的半导体单元。
从靠近电力连接器79的侧开始，按照电源侧导体504、电机侧导体505和接地侧导体506的顺序来布置它们。电源侧导体504在第一方向上延伸。电源侧导体504包括第一宽部56、电源电压端子603、以及第一窄部57，第一窄部57在第一方向上从第一宽部56向电源电压端子603延伸。在垂直于第一方向的第二方向上，第一宽部56比第一窄部57宽。第一宽部56在第二方向上具有第一侧和与第二侧相反的第二侧。第一宽部56的第一侧与接地侧导体506之间的距离比第一宽部56的第二侧与接地侧导体506之间的距离短。第一窄部57从宽部56的、与第二侧相比更靠近第一侧的部分延伸。以与根据第一实施例的接地侧导体553类似的方式，接地侧导体506具有在第一方向上延伸的大致线性形状。接地侧导体506包括从第一表面62伸出的接地端子605。从电机侧导体505向第一表面62延伸的电机端子604被布置在电源电压端子603与接地端子605之间。
根据本实施例，电机端子604被布置在电源电压端子603与接地端子605之间。因此，从电源电压端子603到接地端子605的电流路径Ri的距离比第一实施例的电流路径R1的距离长。然而，电力模块60b与根据比较示例的电力模块60c的不同之处在于，电源电压端子603和第一窄部57从第一宽部56的、与第二侧相比更靠近第一侧的部分延伸，并且第一宽部56的第一侧与接地侧导体506之间的距离比第一宽部56的第二侧与接地侧导体506之间的距离短。即使电机端子604被布置在电源电压端子603与接地端子605之间，与比较示例相比，也会减小电源电压端子603与接地端子605之间的距离。因此，电流路径Ri的距离可以是短的，并且高频电流的环路面积可以是小的。因此，通过由于MOSFET81、84的切换操作而产生的高频电流生成辐射磁场会被限制。
（其它实施例）
在根据上述实施例的电力模块60a、60b的每个中，从靠近电力连接器79的侧开始，按照用于电源继电器的MOSFET87、88、用于U相绕组的MOSFET81、84、用于V相绕组的MOSFET82、85、用于W相绕组的MOSFET83、86来布置它们。可以改变MOSFET81-88的布置。电力模块60a、60b不必总是包括用于电源继电器的MOSFET87、88。
电力模块60a、60b中的每个包括三个半导体单元，并且应用于三相无刷电机，每个半导体单元包括一个较高MOSFET和一个较低MOSFET。半导体单元的数目不限于三个。例如，当电力模块应用于用于驱动有刷电机的桥电路时，电力模块可以包括两个半导体单元。
在上述实施例的每个中，MOSFET用作开关元件。然而，除了MOSFET之外的场效应晶体管或绝缘栅双极晶体管（IGBT）等也可以用作开关元件。当IGBT用作开关元件时，发射极对应于漏极等效电极，并且集电极对应于源极等效电极。
在上述实施例的每个中，较高MOSFET的源极和电机侧导体经由铜夹而耦合。在另一实施例中，较高MOSFET的源极和电机侧导体也可以经由多个接合线而耦合，使得电阻彼此相似。在上述实施例的每个中，较低MOSFET的源极和接地侧导体经由分路电阻器而耦合。在另一实施例中，较低MOSFET的源极和接地侧导体也可以经由接合线或铜夹而耦合。
在上述实施例的每个中，向可以操作为高电位侧端子的电源电压端子提供作为高电位源的电源75的电压，并且可以操作为低电位侧端子的接地端子与作为低电位源的地耦合。在另一实施例中，高电位端子和低电位侧端子也可以与被设置成除了电源和地之外的源的高电位源和低电位源耦合。电机端子（负载侧端子）也可以被布置在电力模块的与电源电压端子（高电位侧端子）和接地端子（低电位侧端子）相反的侧上。
根据上述实施例的驱动设备1包括两个基底，即控制基底40和电力基底70。在另一实施例中，驱动设备可以包括一个基底。引出线23和每个电力模块60a、60b也可以例如通过焊接而不是经由电力基底70而耦合。根据上述实施例的每个电力模块60a、60b包括从模制构件61暴露的金属热辐射部。在另一实施例中，电力模块可以是全模制模块，而不具有从模制构件暴露的金属热辐射部。在本情况下，热辐射板67不一定由绝缘材料制成。
根据本公开的半导体模块也可以应用于各种驱动设备，不仅应用于交通工具的电力转向设备的三相交流电机的驱动设备1。虽然已经参考本公开的实施例描述了本公开，但是应理解本公开不限于这些实施例和构造。本公开旨在涵盖各种修改和等效的布置。

Claims (10)

1.一种半导体模块，包括：
多个开关元件，其形成将直流转换成交流的逆变器，所述多个开关元件包括高电位侧开关元件和低电位侧开关元件，所述高电位侧开关元件耦合到比所述低电位侧开关元件高的电位侧；
高电位侧导体，其上安装有所述高电位侧开关元件，所述高电位侧导体在第一方向上延伸并且包括与高电位源耦合的高电位侧端子，所述高电位侧导体与所述高电位侧开关元件的漏极或漏极等效电极耦合；
负载侧导体，其上安装有所述低电位侧开关元件，所述负载侧导体包括与负载耦合的负载侧端子，所述负载侧导体与所述低电位侧开关元件的漏极或漏极等效电极耦合；
低电位侧导体，其在所述第一方向上延伸并且包括与低电位源耦合的低电位侧端子；
第一连接导体，其将所述高电位侧开关元件的源极或源极等效电极与所述负载侧导体耦合；
第二连接导体，其将所述低电位侧开关元件的源极或源极等效电极与所述低电位侧导体耦合；
模制构件，其整体地覆盖所述高电位侧开关元件、所述低电位侧开关元件、所述高电位侧导体、所述负载侧导体、所述低电位侧导体、所述第一连接导体、以及所述第二连接导体，
其中，所述高电位侧导体还包括其上安装有所述高电位侧开关元件的宽部以及在所述第一方向上从所述宽部向所述高电位侧端子延伸的窄部，
其中，在垂直于所述第一方向的第二方向上，所述宽部比所述窄部宽，
其中，所述宽部在所述第二方向上具有第一侧和与所述第一侧相反的第二侧，
其中，所述宽部的所述第一侧与所述低电位侧导体之间的距离比所述宽部的所述第二侧与所述低电位侧导体之间的距离短，并且
其中，所述窄部从所述宽部的、与所述第二侧相比更靠近所述第一侧的部分延伸。
2.根据权利要求1所述的半导体模块，
其中，所述高电位侧导体的所述窄部被布置为邻近所述低电位侧导体。
3.根据权利要求2所述的半导体模块，
其中，所述负载侧导体被布置在所述低电位侧导体的与所述高电位侧导体相同的侧上，使得所述负载侧导体被布置为邻近所述低电位侧导体，
其中，所述负载侧导体包括其上安装有所述低电位侧开关元件的宽部以及从所述负载侧导体的所述宽部向所述负载侧端子延伸的窄部，并且
其中，所述负载侧导体的所述宽部比所述窄部宽。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的半导体模块，
其中，所述负载侧导体在所述第一方向上延伸。
5.根据权利要求1至3中任一项所述的半导体模块，
其中，所述第一连接导体和所述第二连接导体之一包括接合线。
6.根据权利要求1至3中任一项所述的半导体模块，
其中，所述第一连接导体和所述第二连接导体之一包括铜夹。
7.根据权利要求1至3中任一项所述的半导体模块，
其中，所述第一连接导体和所述第二连接导体之一包括分路电阻器。
8.根据权利要求1至3中任一项所述的半导体模块，
其中，所述高电位侧开关元件、所述低电位侧开关元件、所述高电位侧导体、所述负载侧导体、所述低电位侧导体、所述第一连接导体、以及所述第二连接导体形成半导体单元，并且
所述半导体模块还包括一个或更多个所述半导体单元。
9.根据权利要求1至3中任一项所述的半导体模块，还包括：
多个控制端子，所述高电位侧开关元件和所述低电位侧开关元件的控制信号被输入到所述多个控制端子，
其中，所述多个控制端子被布置在与所述高电位侧端子和所述低电位侧端子相反的方向上。
10.一种驱动设备，包括：
包括绕组的电机；
在所述电机的轴向方向上被布置在所述电机的一侧的控制单元，所述控制单元包括根据权利要求1至3中任一项所述的半导体模块、其上安装有所述半导体模块的散热器、以及与所述半导体模块电耦合的基底，
其中，所述半导体模块与作为所述负载的所述绕组电耦合，并且
其中，所述散热器被配置成接收在所述半导体模块中生成的热。
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