DE102011002005A1

DE102011002005A1 - Halbleitermodul und motorisierte Gerätschaft, die dieses verwendet

Info

Publication number: DE102011002005A1
Application number: DE102011002005A
Authority: DE
Inventors: Hideki MINATO
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2010-04-16
Filing date: 2011-04-13
Publication date: 2012-05-31
Anticipated expiration: 2031-04-14
Also published as: JP2011228379A; JP5126277B2; US8436500B2; CN102263071B; DE102011002005B4; CN102263071A; US20110254411A1

Abstract

In einem Leistungsmodul (40), das zwei Systeme von Inverterschaltungen zum Ansteuern eines elektrischen Motors einer motorisierten Gerätschaft (10) aufweist, ist eine Verdrahtungsplatine (70), die mit Leistungstransistoren (51 bis 58, 61 bis 68) und Nebenwiderständen (76) angebracht ist, in einem plattenförmigen Gußabschnitt (42) eingebettet. Eine Vielzahl von Lötaugen (710 bis 719, 720 bis 729) weist Abstrahloberflächen (59) auf, die von dem Gußabschnitt (42) freigelegt sind. Die Abstrahloberflächen (59) der ersten Lötaugenreihe (71), die durch eine erste Gruppe von Lötaugen (710 bis 719) gebildet werden, sind auf derselben Ebene und derselben geraden Linie bereitgestellt, und die Abstrahloberflächen (59) einer zweiten Lötaugenreihe, die durch eine zweite Gruppe von Lötaugen (720 bis 729) gebildet werden, sind auf derselben Ebene und derselben geraden Linie bereitgestellt. Die Abstrahloberflächen (59) der ersten und zweiten Lötaugenreihe (71, 72) stehen durch Isolationsabstrahlbleche (69) mit einer Wärmesenke (80) in einem Oberflächen-zu-Oberflächen-Kontakt, um eine Wärme abzuführen, die durch das Leistungsmodul (40) erzeugt wird.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Halbleitermodul sowie eine motorisierte Gerätschaft mit einer Steuerung, die das Halbleitermodul umfasst und die an einer axialen Seite einer Welle eines elektrischen Motors angeordnet ist.
Ein herkömmliches elektrisches Servolenkungssystem zum Unterstützen einer Steuerung, die durch einen Fahrer durchgeführt wird, ist allgemein bekannt. Üblicherweise wird eine Inverterschaltung zur Erzeugung einer Wechselstromleistung aus einer Gleichstromleistung in einer Steuerung verwendet, die eine Ansteuerung eines elektrischen Motors in einem elektrischen Servolenkungssystem steuert. Die Inverterschaltung wird durch ein Anbringen von elektronischen Bauteilen wie zum Beispiel Halbleitervorrichtungen wie Transistoren, Widerständen und Kondensatoren auf einem Träger gebildet. Das Patentdokument 1 ( JP-A-2005-212722 ) beschreibt zum Beispiel einen Leistungsträger, der bei einer Steuerung für eine elektrische Servolenkung angewendet wird, und der mit Halbleiterschaltungsvorrichtungen und dergleichen angebracht ist.
Bei der herkömmlichen Technik, die in dem Patentdokument 1 beschrieben ist, ist eine Wärmesenke bereitgestellt, die mit dem Leistungsträger in einem Oberflächen-zu-Oberflächen-Kontakt steht. Wärme, die durch Großstrombauteile und Verdrahtungsmuster auf dem Leistungsträger erzeugt wird, wird durch die Wärmesenke abgeführt. Der gesamte Leistungsträger steht mit der Wärmesenke in Kontakt. Daher wird eine Abführung der Wärme bei Elementen, die eine relativ hohe Kühlungspriorität aufweisen, und eine Abführung der Wärme bei Elementen, die eine relativ niedrige Kühlungspriorität aufweisen, im Wesentlichen gleich durchgeführt. Wenn eine ausreichende Wirkung der Abführung der Wärme bei denjenigen Elementen erreicht werden soll, die die relativ hohe Kühlungspriorität aufweisen, tritt daher das Problem auf, dass sich eine Abmessung des Aufbaus der Wärmesenke vergrößert und das Gewicht der Wärmesenke zunimmt. Die Kühlungspriorität bedeutet ein Grad der erforderlichen Kühlung.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Halbleitermodul bereitzustellen, das die Wärme von Elementen, die hohe Kühlungsprioritäten aufweisen, selektiv abführen kann. Es ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine motorisierte Gerätschaft mit verringerter Abmessung und Gewicht unter Verwendung des Halbleitermoduls bereitzustellen.
Gemäß einem ersten beispielgebenden Aspekt der vorliegenden Erfindung weist ein Halbleitermodul einen Halbleiterchip, eine Verdrahtungsplatine, einen Formabschnitt, einen Wicklungsverbindungsanschluss, einen Steuerungsanschluss und eine Vielzahl von Lötaugen auf. Der Halbleiterchip stellt ein Schaltungselement zum Schalten einer Erregung einer Wicklung zur Ansteuerung eines Motors bereit. Die Verdrahtungsplatine ist mit dem Halbleiterchip bestückt und weist eine Erregungsleitung auf, die durch den Halbleiterchip geführt ist. Der Formabschnitt ist aus einem Kunstharz in Form einer Platte ausgebildet, sodass der Haltleiterchip und die Verdrahtungsplatine in dem Formabschnitt eingebettet sind. Der Wicklungsverbindungsanschluss erstreckt sich aus der Verdrahtungsplatine zu einer Außenseite des Formabschnitts. Der Wicklungsverbindungsanschluss ist mit der Wicklung verbunden. Der Steuerungsanschluss erstreckt sich aus der Verdrahtungsplatine zu einer Außenseite des Formabschnitts. Der Steuerungsanschluss ist mit einer Steuerplatine verbunden, welche die Erregung der Wicklung steuert.
Die Vielzahl von Lötaugen ist auf einer Seite der Verdrahtungsplatine bereitgestellt, die dem Halbleiterchip gegenüberliegt. Die Lötaugen weisen Abstrahloberflächen auf, die von dem Formabschnitt freigelegt sind, und die durch Einrichten eines Oberflächen-zu-Oberflächen-Kontakts zwischen den Abstrahloberflächen und einem Abstrahlelement eine Wärme abführen können, die durch den Halbleiterchip erzeugt wird. Die Lötaugen bilden eine Lötaugenreihe, in der die Abstrahloberflächen auf derselben Ebene und auf einer geraden Linie angeordnet sind. Die Anzahl der Lötaugenreihe ist nicht auf eine beschränkt. Es kann vielmehr eine beliebige Anzahl von Lötaugenreihen bereitgestellt sein.
Somit können die Abstrahloberflächen der Vielzahl von Lötaugen die Wärme von Elementen, die große Wärmemengen erzeugen und eine hohe Kühlungspriorität aufweisen, selektiv abführen. Zudem ist die Form einer Kontur der Lötaugenreihe einfach. Daher kann ein Abstrahlelement zum Einrichten des Oberflächen-zu-Oberflächen-Kontakts mit den Abstrahloberflächen der Vielzahl von Lötaugen mittels Ausschneiden eines rechteckigen Bahnelements, das eine vorbestimmte Breite und Länge aufweist, die jeder der Lötaugenreihen entspricht, hergestellt und verwendet werden. Somit können die Herstellungskosten des Abstrahlelements verringert werden.
Gemäß einem zweiten beispielgebenden Aspekt der vorliegenden Erfindung sind die Abstrahloberflächen auf derselben Ebene bereitgestellt. Das heißt, falls eine Vielzahl von Lötaugenreihen bereitgestellt ist, sind die Abstrahloberflächen von allen Lötaugenreihen auf derselben Ebene angeordnet. Demzufolge kann eine Dicke des Formabschnitts vereinheitlicht werden und die Höhen der Vielzahl von Lötaugen, die von dem Formabschnitt hervorstehen, können vereinheitlicht werden. Daher kann die Herstellungseffizienz verbessert werden.
Gemäß einem dritten beispielgebenden Aspekt der vorliegenden Erfindung sind die Lötaugen entlang von Seitenbereichen der Verdrahtungsplatine angeordnet. Zum Beispiel ist eine Kontur der Verdrahtungsplatine im Wesentlichen in einer rechteckigen Farm ausgebildet, und die Vielzahl von Lötaugen ist entlang von Seitenbereichen der Verdrahtungsplatine angeordnet, um zwei Sätze von Lötaugenreihen zu bilden. Wenn das Halbleitermodul zur Ansteuerung eines Zwei-System-Dreiphasigen-Wechselstrom-Motors verwendet wird, kann somit jeder Satz von Lötaugenreihen für jedes System zugewiesen sein, und zwei Sätze von Lötaugenreihen können entlang von Seitenbereichen angeordnet sein, die sich gegenüberliegen. In diesem Fall kann die Anordnung für jedes System auf einen Blick erfasst werden, wodurch für eine hervorragende Sichtbarkeit gesorgt ist.
Gemäß einem vierten beispielgebenden Aspekt der vorliegenden Erfindung erstreckt sich der Wicklungsverbindungsanschluss aus einem Seitenbereich der Verdrahtungsplatine zu einer Außenseite einer Seitenoberfläche des Formabschnitts. Beispielsweise ist jede Kontur der Verdrahtungsplatine und dem Formabschnitt im Wesentlichen in einer rechteckigen Form ausgebildet, und der Wicklungsverbindungsanschluss erstreckt sich von einem Bereich einer langen Seite der Verdrahtungsplatine zu einer Außenseite einer Seitenoberfläche des Formabschnitts. Der Wicklungsverbindungsanschluss ist ein Verbindungsanschluss für einen großen Strom und weist eine große Abmessung auf. Da der Wicklungsverbindungsanschluss zu der Außenseite der Seitenoberfläche des Formabschnitts hervorsteht, wird demnach die Verarbeitbarkeit verbessert.
Gemäß einem fünften beispielgebenden Aspekt der vorliegenden Erfindung bildet die Vielzahl von Lötaugen bei dem Halbleitermodul eine Lötaugenreihe, in der die Abstrahloberflächen auf derselben Ebene und auf einem Bogen angeordnet sind. Die Anzahl von Lötaugenreihen ist nicht auf eine beschränkt. Es kann vielmehr eine beliebige Anzahl von Lötaugenreihen bereitgestellt sein. Die Verdrahtungsplatine ist beispielsweise in einer runden Form ausgebildet und das Abstrahlelement ist in einer bogenartigen Form ausgebildet, die zu der Verdrahtungsplatine konzentrisch ist. Falls das Halbleitermodul auf einen runden Motor in einer axialen Richtung des Motors gesetzt wird, können Formen von Konturen aufeinander angepasst werden, sodass die Montierbarkeit verbessert wird.
Gemäß einem sechsten beispielgebenden Aspekt der vorliegenden Erfindung sind die Abstrahloberflächen auf derselben Ebene bereitgestellt. Das heißt, falls die Vielzahl von Lötaugenreihen bereitgestellt ist, sind die Abstrahloberflächen von allen Lötaugenreihen in derselben Ebene angeordnet. Demzufolge kann eine Dicke des Formabschnitts vereinheitlicht werden, und die Höhe der Vielzahl von Lötaugen, die von dem Formabschnitt hervorstehen, können vereinheitlicht werden. Daher wird eine Herstellungseffizienz verbessert.
Gemäß einem siebten beispielgebenden Aspekt der vorliegenden Erfindung weist das Halbleitermodul weiterhin einen Nebenwiderstand auf, der an der Verdrahtungsplatine angebracht ist und in dem Formabschnitt eingebettet ist, um einen Strom zu erfassen, der durch die Wicklung fließt. Die Lötaugen sind auf einer Seite der Verdrahtungsplatine bereitgestellt, die dem Nebenwiderstand gegenüberliegt, und sie können eine Wärme abführen, die durch den Nebenwiderstand erzeugt wird. Der Nebenwiderstand wird verwendet, um einen Strom zu erfassen, der durch die Wicklung fließt und um eine rückgekoppelte Steuerung in der Ansteuer-Steuerung des Motors durchzuführen. Daher kann zusätzlich zu der Wärme von dem Halbleiterchip die Wärme von dem Nebenwiderstand selektiv abgeführt werden.
Gemäß einem achten beispielgebenden Aspekt der vorliegenden Erfindung weist eine motorisierte Gerätschaft einen Stator, einen Rotor, eine Steuerplatine, das Halbleitermodul, ein Abstrahlelement und eine Wärmesenke auf. Eine Wicklung ist um den Stator gewickelt und bildet eine Vielzahl von Phasen aus. Ein Rotor ist radial innerhalb des Stators bereitgestellt und ist in Relation zu dem Stator drehbar. Eine Steuerplatine ist an einer axialen Seite des Rotors entlang einer Ebene senkrecht zu einer Achse des Rotors bereitgestellt, um eine Erregung der Wicklung zu steuern. Das Abstrahlelement ist in Form einer Bahn aus einem isolierenden Material hergestellt und steht mit der Vielzahl von Lötaugen des Halbleitermoduls in einem Oberflächen-zu-Oberflächen-Kontakt. Die Wärmesenke ist aus einem wärmeleitenden Material hergestellt und steht mit einer Seite des Abstrahlelements, die dem Halbleitermodul gegenüberliegt, in einem Oberflächen-zu-Oberflächen-Kontakt. Die Wärmesenke kann eine Wärme aufnehmen, die durch das Halbleitermodul erzeugt wird. Ein Ausfall oder eine Fehlfunktion von Elementen des Halbleitermoduls aufgrund eines Temperaturanstiegs können durch die Wärmesenke verhindert werden.
Die Abstrahloberflächen des Halbleitermoduls sind an der Verdrahtungsplatine bereitgestellt, die mit dem Halbleiterchip und dem Nebenwiderstand angebracht ist, die große Wärmeerzeugungsmengen aufweisen. Daher kann die Wärme von denjenigen Elementen, die hohe Kühlungsprioritäten aufweisen, selektiv abgeführt werden. Daher kann im Vergleich zu dem Fall, bei dem die Wärmeabführung des gesamten Trägers gleich durchgeführt wird, eine Wärmeabführungseffizienz verbessert werden, sodass eine Abmessung und ein Gewicht der Wärmesenke verringert werden kann. Zudem kann ein Kurzschluss zwischen der Vielzahl von Lötaugen durch die Wärmesenke verhindert werden, da das Abstrahlelement aus einem isolierenden Material hergestellt ist.
Gemäß einem neunten beispielgebenden Aspekt der vorliegenden Erfindung weist die Wärmesenke einen Wärmeaufnahmeabschnitt auf, der mit dem Abstrahlelement in einem Oberflächen-zu-Oberflächen-Kontakt steht. Der wärmeaufnehmende Abschnitt weist eine größere Dicke als die Platinendicke des Halbleitermoduls auf. Da der Bereich, der durch das Abstrahlelement mit der Vielzahl von Lötaugen in Kontakt steht, dick ist, kann ein erforderliches Volumen zur Aufnahme der Wärme effektiv sichergestellt werden.
Gemäß einem zehnten beispielgebenden Aspekt der vorliegenden Erfindung weist die Wärmesenke eine äußere Wand auf einer Seite des Wicklungsverbindungsanschlusses auf. Die äußere Wand ist auf einer Seite der Verdrahtungsplatine bezüglich einer Verbindung zwischen dem Wicklungsverbindungsanschluss und einer Entnahmeleitung der Wicklung bereitgestellt. Somit wird die Sicht nicht durch die äußere Wand der Wärmesenke versperrt, wenn eine Verbindungsarbeit an dem Wicklungsverbindungsanschluss und der Entnahmeleitung der Wicklung durchgeführt wird, und Werkzeuge und dergleichen werden bei der Verbindungsarbeit nicht beeinträchtigt. Daher wird die Verarbeitbarkeit beim Zusammenbau verbessert.
Die Wärmesenke weist eine Aussparung auf, die in einem anderen Bereich als dem wärmeaufnehmenden Abschnitt dem Halbleiterchip gegenüberliegend geöffnet ist. Wenn das Halbleitermodul ein Bauteil mit einer großen Abmessung des Aufbaus aufweist, wie zum Beispiel einem Aluminium-Elektrolyt-Kondensator oder eine Drosselspule, wird das Bauteil in der Aussparung aufgenommen. Somit wird ein Raum effektiv genutzt und eine Abmessung des Aufbaus der motorisierten Gerätschaft kann verringert werden.
Die Merkmale und Vorteile sowie Verfahren und der Betrieb und die Funktion der dazugehörigen Bauteile können in einem Studium der nachfolgenden ausführlichen Beschreibung, der angehängten Ansprüche und der Zeichnung, die alle Teil dieser Anmeldung sind, näher betrachtet werden. In der Zeichnung ist:
1 eine Querschnittsansicht, die eine motorisierte Gerätschaft gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
2 eine Seitenansicht, welche die motorisierte Gerätschaft gemäß der ersten Ausführungsform zeigt;
3 eine Ansicht, welche die motorisierte Gerätschaft aus 2 entlang einer Richtung einer Pfeilmarkierung III zeigt;
4 eine Ansicht, welche die motorisierte Gerätschaft aus 2 entlang einer Richtung einer Pfeilmarkierung IIII zeigt;
5 eine Ansicht, welche die motorisierte Gerätschaft aus 2 entlang einer Richtung einer Pfeilmarkierung V zeigt;
6 ein Schaltdiagramm, das die motorisierte Gerätschaft gemäß der ersten Ausführungsform zeigt;
7 eine Explosionsansicht, welche die motorisierte Gerätschaft gemäß der ersten Ausführungsform zeigt;
8A ein Grundriss, der ein Leistungsmodul und elektronische Bauteile der motorisierten Gerätschaft gemäß der ersten Ausführungsform zeigt;
8B ein Grundriss, der eine Isolationsabstrahlungsbahn gemäß der ersten Ausführungsform zeigt;
9 eine Ansicht, die das Leistungsmodul und die elektronischen Bauteile aus 8 entlang einer Richtung einer Pfeilmarkierung VIIII zeigt;
10 eine Ansicht, die das Leistungsmodul und die elektronischen Bauteile aus 9 entlang einer Richtung einer Pfeilmarkierung X zeigt;
11 eine Ansicht, die das Leistungsmodul und die elektronischen Bauteile aus 9 entlang einer Richtung einer Pfeilmarkierung XI zeigt;
12 eine vergrößerte Teilansicht, die einen Teil des Leistungsmoduls und der elektronischen Bauteile aus 11 zeigt, die durch einen Kreis XII angezeigt sind;
13 eine perspektivische Ansicht, die das Leistungsmodul und die elektronischen Bauteile ausgenommen eine Kunstharzgussform gemäß der ersten Ausführungsform zeigt;
14 eine Bodenansicht, die einer Wärmesenke der motorisierten Gerätschaft gemäß der ersten Ausführungsform zeigt;
15 eine perspektivische Ansicht, die eine Wärmesenke gemäß der ersten Ausführungsform zeigt;
16 eine Bodenansicht, die das Leistungsmodul, das an die Wärmesenke angefügt ist, gemäß der ersten Ausführungsform zeigt;
17 eine perspektivische Ansicht, die das Leistungsmodul, das an der Wärmesenke angefügt ist, gemäß der ersten Ausführungsform zeigt;
18 eine Bodenansicht, die das Leistungsmodul und eine Steuerplatine, die an der Wärmesenke angefügt sind, gemäß der ersten Ausführungsform zeigt;
19 eine perspektivische Ansicht, die das Leistungsmodul und die Steuerplatine, die an die Wärmesenke angefügt sind, gemäß der ersten Ausführungsform zeigt;
20A ein Grundriss, der ein Leistungsmodul und elektronische Bauteile einer motorisierten Gerätschaft gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt; und
20B ein Grundriss, der eine Isolationsabstrahlungsbahn gemäß der zweiten Ausführungsform zeigt.
Nachstehend werden Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung mit Bezug auf die Zeichnungen beschrieben.
(Erste Ausführungsform)
Die 1 bis 19 sind Diagramme, die jedes eine motorisierte Gerätschaft gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung zeigen. Die motorisierte Gerätschaft 10 gemäß der vorliegenden Ausführungsform ist ein bürstenloser Motor, der für eine elektrische Servolenkung verwendet wird. Wie in 6 gezeigt ist, steht die motorisierte Gerätschaft mit einem Zahnrad 2 eines Lenksäulenschafts 1 in Eingriff. Die motorisierte Gerätschaft 10 führt basierend auf einem Fahrzeuggeschwindigkeitssignal, das von einem CAN und dergleichen übertragen wird, sowie einem Drehmomentsignal, das von einem Drehmomentsensor ausgegeben wird, der ein Lenkungsdrehmoment der Lenkung 3 erkennt, eine normale Drehung und eine rückwärtige Drehung durch. Somit erzeugt die motorisierte Gerätschaft 10 eine Kraft zur Unterstützung der Lenkung.
1 ist eine Querschnittsansicht, welche die motorisierte Gerätschaft 10 gemäß der vorliegenden Ausführungsform zeigt. Die 2 bis 5 sind Ansichten, die jede eine äußere Erscheinung der motorisierten Gerätschaft 10 gemäß der vorliegenden Ausführungsform zeigen. 7 ist eine Explosionsansicht, welche die motorisierte Gerätschaft 10 gemäß der vorliegenden Ausführungsform zeigt. Die motorisierte Gerätschaft 10 weist einen elektrischen Motor und eine Steuerung auf. Der elektrische Motor setzt sich aus einem Motorgehäuse 11, einem Stator 15, einem Rotor 21, einer Welle 25 und dergleichen zusammen. Die Steuerung setzt sich aus einer Steuerplatine 30, einem Leistungsmodul 40, einer Wärmesenke 80 und dergleichen zusammen. Nachstehend wird die Seite einer Abdeckung 91 der motorisierten Gerätschaft 10 (d. h. obere Seite in den 1 bis 4) als eine obere Oberflächenseite bezeichnet. Eine Seite eines Rahmenendes 14 der motorisierten Gerätschaft 10 (d. h. untere Seite in den 1 bis 4) wird als Bodenoberflächenseite bezeichnet.
Zunächst wird der elektrische Motor beschrieben. Das Motorgehäuse 11 ist aus Eisen oder dergleichen hergestellt. Das Motorgehäuse 11 setzt sich aus einem ersten Motorgehäuse 12 in Form eines Zylinders mit Boden und einem zweiten Motorgehäuse 13, das eine Öffnung des ersten Motorgehäuses 12 an der Steuerungsseite absperrt, zusammen. Ein Rahmenende 14, das aus Aluminium hergestellt ist, ist an einer äußeren Wand des Bodenabschnitts des ersten Motorgehäuses 12 befestigt. Der Stator 15 ist in einer radialen Innenseite der Wand des ersten Motorgehäuses 12 aufgenommen. Der Stator 15 weist ausgeprägte Pole 16 und Schlitze (nicht dargestellt) auf, die abwechselnd in einer Umfangsrichtung angeordnet sind. Zwei Systeme von dreiphasigen Wicklungen 18 sind in den Schlitzen des Stators 15 quer über einen Isolator 17 aufgenommen. Die Wicklungen 18 sind um die ausgeprägten Pole 16 gewickelt. Entnahmeleitungen 19, die sich aus den Wicklungen 18 erstrecken, treten durch Löcher 20 hindurch, die in dem zweiten Motorgehäuse 13 in einer Platinendickenrichtung des zweiten Motorgehäuses 13 ausgebildet sind, und sie erstrecken sich zu einer Seite der Steuerung.
Der Rotor 21 ist an der radialen Innenseite des Stators 15 drehbar bereitgestellt. Der Rotor 21 weist einen Rotorkern 22 und Permanentmagnete 23 auf, die an der radialen Außenseite des Rotorkerns 22 bereitgestellt sind. Die Permanentmagnete 23 sind derart magnetisiert, dass sich magnetische Pole der Permanentmagnete 23 entlang einer Umfangsrichtung abwechseln. Die Welle 25 ist in einem Wellenloch 24 befestigt, das in einem Rotationsmittelpunkt des Rotors 21 ausgebildet ist. Ein axiales Ende der Welle 25 ist in eine Lagerung 26 eingepasst, die in dem zweiten Motorgehäuse 13 bereitgestellt ist, und das andere axiale Ende der Welle 25 ist in einer Lagerung 27 eingepasst, die in dem Bodenabschnitt des ersten Motorgehäuses 12 bereitgestellt ist. Mit einem solchen Aufbau wird ein drehendes Magnetfeld gebildet, wenn die Wicklungen 18 erregt werden. Somit führen der Rotor 21 und die Welle 25 eine normale Drehung oder eine rückwärtige Drehung bezüglich des Stators 15 und dem Motorgehäuse 11 durch. Eine Antriebskraft wird von einem Abgabeende 28 der Welle 25 an einer Seite eines Rahmenendes 14 auf das Zahnrad 2 der Lenksäule 1 abgegeben.
Anschließend wird die Steuerung erklärt, welche die Ansteuerung des elektrischen Motors steuert. Wie in 7 gezeigt ist, wird die Steuerung aus der Steuerplatine 30 dem Leistungsmodul 40, der Wärmesenke 80 und einer Abdeckung 91 gebildet, die in dieser Reihenfolge an einer axialen Endseite der Welle 25 des Motors angeordnet sind. Die Steuerplatine 30 und das Leistungsmodul 40 sind jeweils mit Schrauben 31, 41 an der Wärmesenke 80 befestigt.
Anschließend wird das Leistungsmodul 40 mit Bezug auf die 6 und 8A bis 13 beschrieben, Das Leistungsmodul 40 bildet zwei Systeme aus Inverterschaltungen zum Ansteuern eines dreiphasigen Wechselstrommotors. Das Leistungsmodul 40 entspricht einem Halbleitermodul gemäß der vorliegenden Erfindung. Das Leistungsmodul 40 wird mittels Durchführen eines Kunstharzgießens einer Verdrahtungsplatine 70 gebildet, sodass die Verdrahtungsplatine 70 in einem Formabschnitt 42 eingebettet ist. Wie in 13 gezeigt ist, ist die Verdrahtungsplatine 70 in einer im Wesentlichen rechteckigen Form ausgebildet. Der Formabschnitt 42 ist im Wesentlichen in einer Form einer rechteckigen flachen Platte ausgebildet, die runde Ecken aufweist. Der Formabschnitt 42 wird in 13 mittels durchbrochenen Linien angezeigt.
Ein Aufbau an einer Bodenoberflächenseite der Verdrahtungsplatine 70 wird mit Bezug auf 13 beschrieben. Ein Leistungsstecker 45, der mit einer Batterie verbunden ist, ist an einer Seite der Verdrahtungsplatine 70 bezüglich einer Längsrichtung der Verdrahtungsplatine 70 bereitgestellt. Eine Leistungszufuhrleitung 750 ist entlang einer Längs-Symmetrie-Achse bereitgestellt, und eine andere Leistungszufuhrleitung 751 ist auf einer kurzen Seite bereitgestellt, die dem Leistungsstecker 45 gegenüberliegt. Hochpotentialleitungen 752, 753 sind bezüglich der Symmetrie-Achse außerhalb der Leistungszufuhrleitung 750 bereitgestellt. Eine Masseleitung 754 ist außerhalb der Hochpotentialleitungen 752, 753 bereitgestellt. Ein Anschluss des Leistungssteckers 45 ist mit der Leistungszufuhrleitung 750 verbunden, und ein anderer Anschluss des Leistungssteckers 45 ist mit der Masseleitung 754 verbunden.
Anbringungsabschnitte 73 zum Anbringen entsprechender Elemente sind außerhalb der Masseleitung 754 entlang von Bereichen der Längsseite bereitgestellt. Die Elemente des ersten Systems sind in einem Bereich einer langen Seite angebracht, der in einem unteren rechten Bereich von 13 gezeigt ist. Elemente des zweiten Systems sind in einem Bereich einer langen Seite angebracht, der in einem oberen linken Bereich der 13 gezeigt ist.
Diese Elemente sind 16 Leistungstransistoren 51–58, 61–68 und 6 Nebenwiderstände 76. Die Leistungstransistoren 51–56 des ersten Systems bilden die dreiphasige Inverterschaltung. Die Leistungstransistoren 57, 58 des ersten Systems schützen die Schaltung. Die Leistungstransistoren 61–66 des zweiten Systems bilden die dreiphasige Inverterschaltung. Die Leistungstransistoren 67, 68 des zweiten Systems schützen die Schaltung. Die Leistungstransistoren 51, 53, 55, 61, 63, 65 sind Leistungstransistoren auf einer Leistungszufuhrseite. Die Leistungstransistoren 52, 54, 56, 62, 64, 66 sind Leistungstransistoren auf einer Masseseite. Die Leistungstransistoren 51–58, 61–68 entsprechen Halbleiterchips gemäß der vorliegenden Erfindung. Die Nebenwiderstände 76 werden verwendet, um Ströme der jeweiligen Phasen in den jeweiligen Systemen zu erfassen. Ein Schaltungsdiagramm der Inverterschaltung des zweiten Systems ist in 6 ausgelassen.
Die Leistungszufuhrleitung 751 ist über die Leistungstransistoren 57, 58 des ersten Systems mit der Hochpotentialleitung 752 verbunden. Die Leistungszufuhrleitung 751 ist über die Leistungstransistoren 67, 68 des zweiten Systems mit der Hochpotentialleitung 753 verbunden. Die Brückenverdrahtung 77 verbindet die Hochpotentialleitungen 752, 753 und die jeweiligen Anbringungsabschnitte 73 der Leistungszufuhrseiten-Leistungstransistoren 51, 53, 55, 61, 63, 65. Die Nebenwiderstände 76 verbinden die jeweiligen Anbringungsabschnitte 73 der Masseseiten-Leistungstransistoren 52, 54, 56, 62, 64, 66 und die Masseleitung 754.
Der Wicklungsverbindungsanschluss 78 erstreckt sich aus dem Anbringungsabschnitt 73 der Masseseiten-Leistungstransistoren 52, 54, 56, 62, 64, 66 zu einer Außenseite des Formabschnitts 42. In dem Wicklungsverbindungsanschluss 78 sind Löcher 781 ausgebildet. Die Entnahmeleitungen 19 der Wicklungen 18 treten durch die Löcher 781 hindurch und sind mittels eines Schweißvorgangs oder eines Lötvorgangs mit dem Wicklungsverbindungsanschluss 78 elektrischen verbunden. Eine dreiphasige Wechselstromleistung wird von dem Wicklungsverbindungsanschluss 78 an den Wicklungen 18 zugeführt, Die Steueranschlüsse 79 erstrecken sich aus den Bereichen einer langen Seite zu der Außenseite des Formabschnitts 42. Die Steuerungsanschlüsse 79 sind mit der Steuerplatine 30 elektrisch verbunden.
Zum Beispiel sind, wie in den 8A und 9 gezeigt ist, ein Aluminium-Elektrolyt-Kondensator 430, vier Aluminium-Elektrolyt-Kondensatoren 431 und eine Drosselspule 44 bezüglich einer Richtung der kurzen Seite nahe an einem mittleren Bereich der oberen Oberflächenseite des Leistungsmoduls 40 angeordnet. Die Aluminium-Elektrolyt-Kondensatoren 430, 431 und die Drosselspule 44 sind durch Löcher 46 an der Verdrahtungsplatine 70 angebracht. Der Aluminium-Elektrolyt-Kondensator 430 ist zwischen der Leistungszufuhrleitung 750 und der Masseleitung 754 verbunden, um ein Leitungszufuhrrauschen zu glätten. Die Aluminium-Elektrolyt-Kondensatoren 431 sind zwischen den Hochpotentialleitungen 752, 753 und der Masseleitung 754 verbunden, um Brummströme zu absorbieren, die durch einen Betrieb der Leistungstransistoren 51–58, 61–68 erzeugt werden. Die Drosselspule 44 ist zwischen den Leistungszufuhrleitungen 750, 751 verbunden, um eine Schwankung der Leistungszufuhr zu dämpfen.
Eine erste Lötaugenreihe 71 ist in dem Abschnitt der langen Seite des Leistungsmoduls 40 entlang einer unteren Seite in 8A angeordnet. Eine zweite Lötaugenreihe 72 ist in dem Abschnitt der langen Seite des Leistungsmoduls 40 entlang einer oberen Seite in 8A angeordnet. Die erste Lötaugenreihe 71 setzt sich aus einem ersten Lötauge 710, das an einer Seite bereitgestellt ist, die dem Anbringungsabschnitt 73 gegenüberliegt, an dem die Leistungstransistoren 57, 58 des ersten Systems angebracht sind, Lötaugen 711–716, die an einer Seite bereitgestellt sind, die dem Anbringungsabschnitt 73 gegenüberliegt, an dem die Leistungstransistoren 51–56 des ersten Systems angebracht sind, und Lötaugen 717–719, die an einer Seite bereitgestellt sind, die dem Anbringungsabschnitt 73 gegenüberliegt, an dem die Nebenwiderstände 76 des ersten Systems angebracht sind, zusammen. Die zweite Lötaugenreihe 72 setzt sich aus einem Lötauge 720, das an einer Seite bereitgestellt ist, die dem Anbringungsabschnitt 73 gegenüberliegt, an dem die Leistungstransistoren 67, 68 des zweiten Systems angebracht sind, Lötaugen 721–726, die an einer Seite bereitgestellt sind, die dem Anbringungsabschnitt 73 gegenüberliegt, an dem die Leistungstransistoren 61–66 des zweiten Systems angebracht sind, und Lötaugen 727–729, die an einer Seite bereitgestellt sind, die dem Anbringungsabschnitt 73 gegenüberliegt, an dem die Nebenwiderstände 76 des zweiten Systems angebracht sind, zusammen. Die erste und zweite Lötaugenreihe 71, 72 entsprechen den Lötaugenreihen gemäß der vorliegenden Erfindung.
Die Lötaugen 710–729 stehen einer Platinendickenrichtung des Formabschnitts 42 hervor und weisen Abstrahloberflächen 59 auf, die an der oberen Oberflächenseite des Formabschnitts 42 freigelegt sind (vgl. 12). Die Abstrahloberflächen 59 der Lötaugen 710–729, welche die erste Lötaugenreihe 71 bilden, sind auf derselben Ebene angeordnet. Die Abstrahloberflächen 59 der Lötaugen 720–729, welche die zweite Lötaugenreihe 72 bilden, sind auf derselben Ebene angeordnet. Bei der ersten Ausführungsform sind die Abstrahloberflächen 59 der ersten Lötaugenreihe 71 und die Abstrahloberflächen 59 der zweiten Lötaugenreihe 72 auf derselben Ebene angeordnet. Die Lötaugen 710–719 der ersten Lötaugenreihe 71 sind auf derselben geraden Linie angeordnet. Die Lötaugen 720–729 der zweiten Lötaugenreihe 72 sind auf derselben geraden Linie angeordnet.
Jede der Isolationsabstrahlungsbahnen 69 ist aus einem isolierenden Material, wie zum Beispiel Silikon, in einer rechteckigen Form ausgebildet. Beispielsweise wird jede Isolationsabstrahlungsbahn 69 durch Ausschneiden aus einer Materialbahn gebildet, die eine vorbestimmte Breite aufweist, die der Breite von jedem der Lötaugenreihen 71, 72 entspricht und eine Länge, die der Länge von jedem der Lötaugenreihen 71, 72 entspricht, wie in den 8A und 8B gezeigt ist. Die Oberflächen der Isolationsabstrahlungsbahnen 69 auf einer Seite stehen in einem Oberflächen-zu-Oberflächen-Kontakt mit den jeweiligen Abstrahloberflächen 59 der Lötaugenreihen 71, 72. Die Oberflächen der Isolationsabstrahlungsbahn 69 auf der anderen Seite stehen in einem Oberflächen-zu-Oberflächen-Kontakt mit den wärmeaufnehmenden Abschnitten 85 der Wärmesenke 80, wie in 2 gezeigt ist. Die Isolationsabstrahlungsbahn 69 entspricht einem Abstrahlelement gemäß der vorliegenden Erfindung.
Anschließend wird die Wärmesenke 80 mit Bezug auf die 14 und 15 beschrieben. Die Wärmesenke 80 ist aus einem wärmeleitfähigen Material wie zum Beispiel Aluminium hergestellt und weist ein Volumen auf, das die Wärme aufnehmen kann, die durch das Leistungsmodul 40 erzeugt wird. Die Wärmesenke 80 weist zwei Säulenelemente 84 an zwei äußeren Längsseiten desselben auf. Die Dicken der beiden Säulenelemente 84 sind größer als eine Platinendicke des Leistungsmoduls 40. Die wärmeaufnehmenden Abschnitte 85 sind an Bodenoberflächenseiten der Säulenelemente 84 ausgebildet. Die wärmeaufnehmenden Abschnitte 85 stehen mit den Isolationsabstrahlungsbahnen 69 in einem Oberflächen-zu-Oberflächen-Kontakt und nehmen durch die Isolationsabstrahlungsbahn 69 die Wärme auf, die durch das Leistungsmodul 40 erzeugt wird.
Die Wärmesenke 80 weist an Positionen, die den Oberflächen der Längsseiten des Leistungsmoduls 40 entsprechen, flache Oberflächenabschnitte 83 auf, die im Wesentlichen senkrecht zu den wärmeaufnehmenden Abschnitten 85 verlaufen. Das heißt, der flache Oberflächenabschnitt 83 ist bezüglich den Verbindungen zwischen den Wicklungsverbindungsanschlüssen 78 und den Entnahmeleitungen 19 der Wicklungen 18 auf der Seite der Verdrahtungsplatine 70 bereitgestellt, wie in 5 gezeigt ist. Daher ist eine Sicht nicht versperrt, wenn die Verbindungen von der oberen Oberflächenseite aus betrachtet werden. Ein Raum zum Durchführen einer Verbindungsarbeit ist sichergestellt. Der Flache Oberflächenabschnitt 83 entspricht einer äußeren Wand auf der Seite des Wicklungsverbindungsanschlusses gemäß der vorliegenden Erfindung.
Die Wärmesenke 80 weist in einem mittleren Bereich eine Aussparung 82 auf, die zwischen den Säulenelementen 84 bereitgestellt ist. Um die Aussparung 82 sind vier Schraubenlöcher 81 ausgebildet. Das Leistungsmodul 40 ist an die Wärmesenke 80 mittels der Schrauben 41 in den Schraubenlöchern 81 angefügt, wie in den 16 und 17 gezeigt ist. Zu diesem Zeitpunkt sind die Aluminium-Elektrolyt-Kondensatoren 430, 431 und die Drosselspule 44 in der Aussparung 82 aufgenommen.
Die Wärmesenke 80 weist Öffnungen 86, 87 an Positionen auf, die dem Leistungsstecker 35 des Leistungsmoduls 40 und einem Steuerungsstecker 39 der Steuerplatine 30 (später ausführlich beschrieben) entsprechen. Die Wärmesenke 80 weist zwischen den Öffnungen 86, 87 und den flachen Oberflächenabschnitten 83 vier Stützelemente 88 auf. Die Stützelemente 88 erstrecken sich in axialer Richtung zu einer Seite des elektrischen Motors. An Endbereichen der vier Stützelemente 88 sind Vorsprünge 89 vorgesehen. Wenn die motorisierte Gerätschaft 10 zusammengesetzt wird, werden Klauen 121 des ersten Motorgehäuses 12 zwischen den Vorsprüngen 89 eingesetzt. Danach werden die Klauen 121 zu einer Umfangsrichtung umgebogen, um die Wärmesenke 80 an dem ersten Motorgehäuse 12 zu fixieren. An der Bodenobenflächenseite der Wärmesenke 80 sind Ständer 90 zum Fixieren der Steuerplatine 30 bereitgestellt.
Die Abdeckung 91 ist aus einem magnetischen Material wie zum Beispiel Eisen im Wesentlichen in der Form eines Zylinders mit Boden ausgebildet. Die Abdeckung 91 ist durch Schrauben 92 fixiert, um die Wärmesenke 80 abzudecken. Die Abdeckung 91 verhindert, dass ein elektrisches Feld, das durch das Leistungsmodul 40 erzeugt wird, zu einer Außenseite entweicht. Die Abdeckung 91 verhindert ebenso, dass Staub oder dergleichen in die Steuerung eintritt.
Wie in den 1 bis 4, 18 und 19 gezeigt ist, ist die Steuerplatine 30 auf einer Seite des Leistungsmoduls 40, auf der sich das zweite Motorgehäuse 13 befindet, und im Wesentlichen parallel zu dem Leistungsmodul 40 bereitgestellt. Die Steuerplatine 30 ist mit den Steuerungsanschlüssen 79, die von dem Leistungsmodul 40 hervorstehen, elektrisch verbunden. Der Steuerungsstecker 39 ist an der Steuerplatine 30 auf einer Seite des Leistungsmoduls 40 bereitgestellt, die der Seite des Leistungssteckers 45 gegenüberliegt. Die Steuerplatine 30 weist Löcher 311 zum Durchlass der Entnahmeleitungen 19 auf. Die Löcher 311 sind an Positionen ausgebildet, an denen sie sich mit den Löchern 781 der Wicklungsverbindungsanschlüsse 78 des Leistungsmoduls 40 axial überschneiden.
Die Steuerplatine 30 ist mit einem Mikrocomputer 32, Vortreibern 33, einem spezifischen IC (bzw. integrierten Schaltkreis) 34, einem Positionssensor 35 und dergleichen angebracht. Der Positionssensor 35 ist auf einer Seite der Steuerplatine 30 angebracht, auf der sich das zweite Motorgehäuse 13 befindet. Der Positionssensor 35 gibt ein Signal aus, das einer Richtung eines magnetischen Felds entspricht, das durch einen Magnet 29 erzeugt wird, der an einem Ende der Welle 25 bereitgestellt ist.
Wie in 6 gezeigt ist, weist der spezifische IC 34 einen Positionssensorsignalverstärker 36, einen Regler 37 und einen Messstromverstärker 38 als funktionale Blöcke auf. Das Signal, das durch den Positionssensor 35 ausgegeben wird, wird durch den Positionssignalverstärker 36 verstärkt und in den Mikrocomputer 32 eingegeben. Somit erfasst der Mirkocomputer 32 eine Position des Rotors 21, der an der Welle 25 befestigt ist. Das Drehmomentsignal, das von dem Drehmomentsensor 4 ausgegeben wird, und dergleichen werden über den Steuerungsanschluss 39 in den Mikrocomputer 32 eingegeben. Die Ströme der Inverterschaltungen, die durch die Nebenwiderstände 76 erkannt werden, werden über den Messstromverstärker 38 in den Mikrocomputer 32 eingegeben.
(Abläufe)
Anschließend werden die Abläufe der motorisierten Gerätschaft 10 erklärt. Der Mikrocomputer 32 an der Steuerplatine 30 unterstützt basierend auf den Signalen von dem Positionssensor 35, dem Drehmoment 4, den Nebenschlusswiderständen 76 und dergleichen ein Steuern der Lenkung 3 übereinstimmend mit einer Fahrzeuggeschwindigkeit. Hierfür erzeugt der Mikrocomputer 32 durch die Vortreiber 33 Pulssignale, die durch die PWM-Steuerung gebildet werden.
Die Pulssignale werden über die Steuerungsanschlüsse 79 an die zwei Systeme der Inverterschaltungen des Leistungsmoduls 40 ausgeben. Die zwei Systeme der Inverterschaltungen wandeln die Gleichstromleistung, die von der Batterie 5 über die Drosselspule 44 und die Schaltungsschutzleistungstransistoren 57, 58, 67, 68 zugeführt wird, durch einen Schaltbetrieb der Leistungstransistoren 51 bis 56, 61 bis 66 in die dreiphasige Wechselstromleistung um. Die dreiphasige Wechselstromleistung wird über die Entnahmeleitungen 19, die mit den Wicklungsverbindungsanschlüssen 78 verbunden sind, an den Wicklungen 18 zugeführt. Somit dreht sich der elektrische Motor, um die Kraft zum Unterstützen der Lenkung zu erzeugen.
Die Wärme, die durch die Leistungstransistoren 51 bis 58, 61 bis 68 während dem Schaltungsbetrieb erzeugt wird, wird durch die Isolationsabstrahlungsbahnen 69 von den Abstrahloberflächen 59 der Lötaugenreihen 71, 72 emittiert. Somit kann ein Ausfall oder eine Fehlfunktion der Elemente aufgrund eines Temperaturanstiegs verhindert werden.
(Wirkungen)
Mit dem oben beschriebenen Aufbau erzielt die motorisierte Gerätschaft 10 gemäß der ersten Ausführungsform die nachfolgenden Wirkungen.

(1) Die Abstrahloberflächen 59 der Vielzahl von Lötaugen kann die Wärme der Leistungstransistoren 51 bis 58, 61 bis 68 und der Nebenwiderstände 76, welche diejenigen Elemente sind, die große Wärmeerzeugungsmengen und hohe Kühlungsprioritäten aufweisen, selektiv abführen. Daher wird im Vergleich zu dem Fall, bei dem die Wärmeabführung für den gesamten Träger gleich durchgeführt wird, eine Abstrahlungseffzienz verbessert. Demzufolge kann eine Abmessung und ein Gewicht der Wärmesenke 80 verringert werden.
(2) Die Isolationsabstrahlungsbahn 69 ist aus einem isolierenden Material hergestellt. Daher kann ein Kurzschluss unter der Vielzahl von Lötaugen 710 bis 729 durch die Wärmesenke 80 verhindert werden.
(3) Da die erste Lötaugenreihe 71 und die zweite Lötaugenreihe 72 jeweils auf derselben Ebene und derselben geraden Linie angeordnet sind, sind die Konturen der ersten und zweiten Lötaugenreihe 71, 72 einfach. Daher können die Herstellungskosten der Isolationsabstrahlungsbahn 69 mittels eines Ausschneidens des rechteckigen Bahnelements, das eine vorbestimmte Breite zur Länge, die jedem der Lötaugenreihen 71, 72 entspricht und durch ein Verwenden der ausgeschnittenen Bahn als Isolationsabstrahlungsbahn 69 verringert werden.
(4) Die erste Lötaugenreihe 71 und die zweite Lötaugenreihe 72 sind auf derselben Ebene bereitgestellt. Daher kann die Dicke des Formabschnittes 42 vereinheitlicht werden und die Höhen der Vielzahl von Lötaugen 710 bis 729, die von dem Formabschnitt 42 hervorstehen, können vereinheitlicht werden. Die Dicken der Isolationsabstrahlungsbahnen 69 können angeglichen werden und die Höhen der Kontaktoberflächen der wärmeaufnehmenden Abschnitte 85 der Wärmesenke 80 können angeglichen werden, sodass eine Herstellungseffizienz verbessert wird.
(5) Die erste Lötaugenreihe 71 ist entlang des Abschnitts einer langen Seite des rechteckigen Leistungsmoduls 40 angeordnet und die zweite Lötaugenreihe 72 ist entlang des Bereichs der anderen langen Seite des Leistungsmoduls 40 angeordnet. Daher kann die Anordnung für jedes System auf einen Blick erfasst werden, wodurch eine hervorragende Sichtbarkeit gewährt wird.
(6) Die Dicken der wärmeaufnehmenden Abschnitte 85 der Wärmesenke 80 werden größer als die Platinendicke des Leistungsmoduls 40 gefertigt. Daher kann das erforderliche Volumen zum Aufnehmen der Wärme effektiv sichergestellt werden.
(7) Die Wicklungsverbindungsanschlüsse 78 sind Verbindungsanschlüsse für große Ströme und weisen große Abmessungen auf. Dadurch dass die Wicklungsverbindungsanschlüsse 78 derart ausgebildet sind, dass sie zu der Außenseite der Seitenoberfläche des Formabschnitts 72 hervorstehen, wird eine Verarbeitbarkeit zum Zusammenfügen verbessert.
(8) Eine Verbindungsarbeit der Wicklungsverbindungsanschlüsse 78 und der Entnahmeleitungen 19 der Wicklungen 18 wird von der Seite der Wärmesenke 80 aus durchgeführt. Zu diesem Zeitpunkt ist die Sicht nicht durch die äußere Wand der Wärmesenke versperrt, und Werkzeuge und dergleichen werden bei der Verbindungsarbeit nicht beeinträchtigt. Daher wird die Verarbeitbarkeit zum Zusammenfügen verbessert.
(9) Da die Aussparung 82 in dem mittleren Bereich der Wärmesenke 80 ausgebildet ist kann ein Gewicht der Wärmesenke 80 verringert werden.
(10) Die Elektrolyt-Kondensatoren 430, 431 und die Drosselspule 44, die große Abmessungen des Aufbaus aufweisen, sind in der Aussparung 82 der Wärmesenke 80 aufgenommen. Demzufolge kann der Raum effektiv genutzt werden und die Abmessung des Aufbaus der motorisierten Gerätschaft 10 kann verringert werden.

(Zweite Ausführungsform)
Anschließend wird ein Halbleitermodul gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung erklärt. Die gleichen Ziffern werden für die im Wesentlichen gleichen Bauteile wie bei der ersten Ausführungsform verwendet. Ein Leistungsmodul 40r gemäß der zweiten Ausführungsform bildet zwei Systeme von Inverterschaltungen zum Ansteuern eines dreiphasigen Wechselstrommotors wie bei der ersten Ausführungsform. Das Leistungsmodul 40r entspricht dem Halbleitermodul gemäß der vorliegenden Erfindung.
Bei der zweiten Ausführungsform sind eine Verdrahtungsplatine 70r und ein Formabschnitt 42r des Leistungsmoduls 40r in der runden Form ausgebildet, wie in 20A gezeigt ist. Die Aluminium-Elektrolyt-Kondensatoren 430, 431 und die Drosselspule 44 sind nahe einer Symmetrieachse angeordnet, die den Leistungsstecker 45 auf dem Formabschnitt 42r durchläuft. Eine erste Lötaugenreihe 71r für das erste System ist auf demselben Bogen entlang eines bogenförmigen Abschnitts des Leistungsmoduls 40r angeordnet, wie in einem unteren Abschnitt der 20A gezeigt ist. Eine zweite Lötaugenreihe 72r für das zweite System ist auf demselben Bogen entlang eines bogenförmigen Abschnitts des Leistungsmoduls 40r angeordnet, wie in einem oberen Abschnitt der 20A gezeigt ist. Aufbauten der jeweiligen Lötaugen, die in der ersten und zweiten Lötaugenreihe 71r, 72r umfasst sind, sind dieselben wie in der ersten Ausführungsform.
Isolationsabstrahlungsbahnen 69r sind isolierende dünne Platten und in der bogenartigen Form ausgebildet, die den Abmessungen der Lötaugenreihen 71r, 72r entsprechen, wie in 20B gezeigt ist. Die Oberflächen der Isolationsabstrahlungsbahnen 69r auf einer Seite stehen mit den Abstrahloberflächen 59 der Lötaugenreihen 71, 72 in einem Oberflächen-zu-Oberflächen-Kontakt. Die Oberflächen der Isolationsabstrahlungsbahnen 69r auf der anderen Seite stehen mit den wärmeaufnehmenden Abschnitten 85 der Wärmesenke 80 in einem Oberflächen-zu-Oberflächen-Kontakt. Die Isolationsabstrahlungsbahn 69r entspricht dem Abstrahlelement gemäß der vorliegenden Erfindung.
Bei der vorliegenden Ausführungsform sind die Verdrahtungsplatine 70r und der Formabschnitt 42r in der runden Form ausgebildet. Daher können die Konturformen an die Konturform des ersten Motorgehäuses 12 angepasst werden, wodurch eine Montierbarkeit verbessert wird. Zudem erzielt die vorliegende Ausführungsform dieselben Wirkungen wie diejenigen der ersten Ausführungsform.
(Andere Ausführungsformen)

(a) Bei der oben beschriebenen Ausführungsform wird die motorisierte Gerätschaft, die auf das elektrische Servolenkungssystem des Fahrzeugs angewendet wird, als ein Beispiel erklärt. Die vorliegende Erfindung kann wahlweise auf andere Verwendungen als das elektrische Servolenkungssystem angewendet werden.
(b) Bei der oben beschriebenen Ausführungsform ist das Halbleitermodul, das bei Systemen der Ansteuereinheit für den dreiphasigen Wechselstrommotor verwendet wird als ein Beispiel beschrieben. Die vorliegende Erfindung kann wahlweise auf ein einzelnes System einer Ansteuereinheit oder drei oder mehr Systemen von Motoransteuereinheiten verwendet werden. Die vorliegend Erfindung kann wahlweise auf ein System angewendet werden, das eine Multi-Phasen-Wechselstrom-Leistung erzeugt, die eine andere als die dreiphasige Wechselstromleistung ist. Die Halbleiterchips, die an dem Halbleitermodul angebracht sind, sind nicht auf die Leistungstransistoren beschränkt, sondern können andere Halbleitervorrichtungen sein.
(c) Bei der oben beschriebenen Ausführungsform sind die erste Lötaugenreihe 71 und die zweite Lötaugenreihe 72 auf derselben Ebene ausgebildet. Die erste Lötaugenreihe und die zweite Lötaugenreihe können wahlweise auf parallelen Ebenen ausgebildet sein, die jeweils verschiedene Höhen aufweisen. Wahlweise können die erste Lötaugenreihe und die zweite Lötaugenreihe auf Ebenen ausgebildet sein, die nicht parallel zueinander sind. In jedem dieser Fälle sind die Kontaktoberflächen der Abstrahlelemente oder die Wärmesenke dazu bereitgestellt, mit den Abstrahloberflächen der jeweiligen Lötaugen gleichzeitig in Kontakt stehen zu können. Mit einem solchen Aufbau kann beispielsweise ein fehlerhafter Zusammenbau der Wärmesenke und des Halbleitermoduls in einer Zusammenbaurichtung verhindert werden.
(d) Bei der oben beschriebenen Ausführungsform ist der im Wesentlichen senkrecht zu dem wärmeaufnehmenden Abschnitt 85 verlaufende flache Oberflächenabschnitt 83 wie die äußere Wand der Wärmesenke auf der Seite des Wicklungsverbindungsanschlusses ausgebildet. Allerdings ist die äußere Wand auf der Seite des Wicklungsverbindungsanschlusses nicht auf die flache Oberfläche beschränkt, sondern kann eine gekrümmte Oberfläche aufweisen. Wahlweise können an der Oberfläche Wölbungen und Ausbuchtungen ausgebildet sein, um die Abstrahlungswirkung zu verbessern.

Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die offenbarten Ausführungsformen beschränkt sondern kann in vielen anderen Weisen umgesetzt werden, ohne von dem Umfang der Erfindung abzuweichen, der in den angehängten Ansprüchen definiert ist.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 2005-212722 A [0002]

Claims

Halbleitermodul (40, 40r), aufweisend: einen Halbleiterchip (51–58, 61–68) zum Schalten einer Erregung einer Wicklung (18) zur Ansteuerung eines Motors; eine Verdrahtungsplatine (70, 70r) die mit dem Halbleiterchip (51–58, 61–68) bestückt ist, und die eine Erregungsleitung aufweist, die durch den Halbleiterchip (51–58, 61–68) geführt ist; einen Formabschnitt (42, 42r), der aus einem Kunstharz in Form einer Platte ausgebildet ist, sodass der Halbleiterchip (51–58, 61–68) und die Verdrahtungsplatine (70, 70r) in dem Formabschnitt (42, 42r) eingebettet sind; einen Wicklungsverbindungsanschluss (78), der sich aus der Verdrahtungsplatine (70, 70r) zu einer Außenseite des Formabschnitts (42, 42r) erstreckt, wobei der Wicklungsverbindungsanschluss (78) mit der Wicklung (18) verbunden ist; einen Steuerungsanschluss (79), der sich aus der Verdrahtungsplatine (70, 70r) zu einer Außenseite des Formabschnitts (42, 42r) erstreckt, wobei der Steuerungsanschluss (79) mit einer Steuerplatine (30) verbunden ist, welche die Erregung der Wicklung (18) steuert; und eine Vielzahl von Lötaugen (710–719, 720–729), die auf einer Seite der Verdrahtungsplatine (70, 70r) bereitgestellt sind, die dem Halbleiterchip (51–58, 61–68) gegenüberliegt, wobei das Lötauge (710–719, 720–729) Abstrahloberflächen (59) aufweisen, die von dem Formabschnitt (42, 42r) freigelassen sind, und die durch Einrichten eines Oberlächen-zu-Oberlächen Kontakts zwischen den Abstrahloberflächen (59) und einem Abstrahlelement (69, 69r) eine Wärme abführen können, die durch den Halbleiterchip (51–58, 61–68) erzeugt wird, wobei die Lötaugen (710–719, 720–729) eine Lötaugenreihe (71, 72, 71r, 72r) bilden, in der die Abstrahloberflächen (59) auf derselben Ebene und auf einer geraden Linie angeordnet sind.
Halbleitermodul (40, 40r) nach Anspruch 1, wobei die die Abstrahloberflächen (59) auf derselben Ebene bereitgestellt sind.
Halbleitermodul (40, 40r) nach einem der Ansprüche 1 oder 2, wobei die Lötaugen (710–719, 720–729) entlang von Seitenbereichen der Verdrahtungsplatine (70, 70r) angeordnet sind.
Halbleitermodul (40, 40r) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei sich der Wicklungsverbindungsanschluss (78) aus einem Seitenbereich der Verdrahtungsplatine (70, 70r) zu einer Außenseite einer Seitenoberfläche des Formabschnitts (42, 42r) erstreckt.
Halbleitermodul (40, 40r), aufweisend: einen Halbleiterchip (51–58, 61–68) zum Schalten einer Erregung einer Wicklung (18) zur Ansteuerung eines Motors; eine Verdrahtungsplatine (70, 70r) die mit dem Halbleiterchip (51–58, 61–68) bestückt ist, und die eine Erregungsleitung aufweist, die durch den Halbleiterchip (51–58, 61–68) geführt ist; einen Formabschnitt (42, 42r), der aus einem Kunstharz in Form einer Platte ausgebildet ist, sodass der Halbleiterchip (51–58, 61–68) und die Verdrahtungsplatine (70, 70r) in dem Formabschnitt (42, 42r) eingebettet sind; einen Wicklungsverbindungsanschluss (78), der sich aus der Verdrahtungsplatine (70, 70r) zu einer Außenseite des Formabschnitts (42, 42r) erstreckt, wobei der Wicklungsverbindungsanschluss (78) mit der Wicklung (18) verbunden ist; einen Steuerungsanschluss (79), der sich aus der Verdrahtungsplatine (70, 70r) zu einer Außenseite des Formabschnitts (42, 42r) erstreckt, wobei der Steuerungsanschluss (79) mit einer Steuerplatine (30) verbunden ist, welche die Erregung der Wicklung (18) steuert; und eine Vielzahl von Lötaugen (710–719, 720–729), die auf einer Seite der Verdrahtungsplatine (70, 70r) bereitgestellt sind, die dem Halbleiterchip (51–58, 61–68) gegenüber liegt, wobei die Lötaugen (710–719, 720–729) Abstrahloberflächen (59) aufweisen, die von dem Formabschnitt (42, 42r) freigelassen sind, und die durch Einrichten eines Oberlächen-zu-Oberlächen Kontakts zwischen den Abstrahloberflächen (59) und einem Abstrahlelement (69, 69r) eine Wärme abführen können, die durch den Halbleiterchip (51–58, 61–68) erzeugt wird, wobei die Lötaugen (710–719, 720–729) eine Lötaugenreihe (71, 72, 71r, 72r) bilden, in der die Abstrahloberflächen (59) auf derselben Ebene und auf einem Bogen angeordnet sind.
Halbleitermodul (40, 40r) nach Anspruch 5, wobei die Abstrahloberflächen (59) auf derselben Ebene bereitgestellt sind.
Halbleitermodul (40, 40r) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, weiterhin aufweisend: einen Nebenwiderstand (76), der auf der Verdrahtungsplatine (70, 70r) angebracht ist und in dem Formabschnitt (42, 42r) eingebettet ist, um einen Strom zu erfassen, der durch die Wicklung (18) flieht, wobei die Lötaugen (710–719, 720–729) auf einer Seite der Verdrahtungsplatine (70, 70r) bereitgestellt sind, die dem Nebenwiderstand (76) gegenüberliegt, und sie eine Wärme abführen können, die durch den Nebenwiderstand (76) erzeugt wird.
Motorisierte Gerätschaft (10), aufweisend: einen Stator (15), um den eine Wicklung (18) gewickelt ist, die eine Vielzahl von Phasen ausbildet; einen Rotor (21), der radial innerhalb des Stators (15) bereitgestellt ist und in Relation zu dem Statur (15) drehbar ist; eine Steuerplatine (30), die an einer axialen Seite des Rotors (21) entlang einer Ebene senkrecht zu einer Achse des Rotors (21) bereitgestellt ist, um eine Erregung der Wicklung (18) zu steuern; das Halbleitermodul (40, 40r) nach einem der Ansprüche 1 bis 7; ein Abstrahlelement (69, 69r), das aus einem isolierenden Material hergestellt ist, und das mit den Abstrahloberflächen (59) der Vielzahl von Lötaugen (710–719, 720–729) des Halbleitermoduls (40, 40r) in einem Oberflächen-zu-Oberflächen Kontakt steht; und eine Wärmesenke (80), die aus einem wärmeleitenden Material hergestellt ist, und der mit einer Seite des Abstrahlelements (69, 69r), die dem Halbleitermodul (40, 40r) gegenüberliegt, in einem Oberflächen-zu-Oberflächen Kontakt steht, wobei die Wärmesenke (80) eine Wärme aufnehmen kann, die durch das Halbleitermodul (40, 40r) erzeugt wird.
Motorisierte Gerätschaft (10) nach Anspruch 8, wobei die Wärmesenke (80) einen wärmeaufnehmenden Abschnitt (85) aufweist, der mit dem Abstrahlelement (69, 69r) in einem Oberflächen-zu-Oberflächen Kontakt steht, wobei der wärmeaufnehmende Abschnitt (85) eine größere Dicke als die Platinendicke des Halbleitermoduls (40, 40r) aufweist.
Motorisierte Gerätschaft (10) nach einem der Ansprüche 8 oder 9, wobei die Wärmesenke (80) eine äußere Wand (83) auf einer Seite des Wicklungsverbindungsanschlusses (78) aufweist, wobei die äußere Wand (83) auf einer Seite der Verdrahtungsplatine (70, 70r) bezüglich einer Verbindung zwischen dem Wicklungsverbindungsanschluss (78) und einer Entnahmeleitung (19) der Wicklung (18) bereitgestellt ist.