JP2002314016A - 半導体装置及びこれを用いた電動パワーステアリング装置 - Google Patents

半導体装置及びこれを用いた電動パワーステアリング装置

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JP2002314016A
JP2002314016A JP2001110488A JP2001110488A JP2002314016A JP 2002314016 A JP2002314016 A JP 2002314016A JP 2001110488 A JP2001110488 A JP 2001110488A JP 2001110488 A JP2001110488 A JP 2001110488A JP 2002314016 A JP2002314016 A JP 2002314016A
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heat
heat sink
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steering
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Kouya Yoshida
航也 吉田
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Koyo Seiko Co Ltd
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Koyo Seiko Co Ltd
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    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/42Wire connectors; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/47Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process
    • H01L2224/48Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process of an individual wire connector
    • H01L2224/4805Shape
    • H01L2224/4809Loop shape
    • H01L2224/48091Arched
    • HELECTRICITY
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    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
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    • H01L2224/732Location after the connecting process
    • H01L2224/73251Location after the connecting process on different surfaces
    • H01L2224/73265Layer and wire connectors

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  • Power Steering Mechanism (AREA)
  • Cooling Or The Like Of Electrical Apparatus (AREA)
  • Cooling Or The Like Of Semiconductors Or Solid State Devices (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 定常的に発熱するときと、急激に発熱すると
きとの半導体素子の温度変化を小さくでき、半導体素子
の温度耐久性及び特性の劣化を改善することができるよ
うにする。 【解決手段】半導体素子1をヒートシンク4に直接半田
付けすることにより、半導体素子1で急激に発熱した熱
をすみやかにヒートシンク4へ放出し、半導体素子1の
温度上昇を良好に抑制することができるようにした。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明はヒートシンクを備え
た半導体装置、及びこの半導体装置を備えた電動パワー
ステアリング装置に関する。
【0002】
【従来の技術】車両用の電動パワーステアリング装置と
しては、例えば入力軸及び該入力軸にトーションバーを
介して同軸的に繋がる出力軸の相対角変位によって前記
入力軸に加わる操舵トルクを検出するトルクセンサと、
該トルクセンサが検出したトルクに基づいて駆動制御さ
れる操舵補助用のモータとを備え、操舵輪の回転に応じ
た舵取機構の動作を前記モータの回転により補助し、舵
取りのための運転者の労力負担を軽減するように構成さ
れている。
【0003】図4は従来の半導体装置の構成を示す縦断
面図である。モータの駆動回路にはトランジスタからな
る電力用の半導体素子100、該半導体素子100に熱
拡散板101を介して結合された回路基板102、該回
路基板102及び前記半導体素子100に導線103を
介して接続された電極104、前記半導体素子100へ
の通電によって発生する熱を放熱するヒートシンク10
5と、前記半導体素子100,回路基板102,電極1
04の一部及びヒートシンク105を収容する箱体10
6とを有する半導体装置を備えている。
【0004】この半導体装置は、金属製の基板102a
及び該基板102aの一面に絶縁層102bを介して積
層された回路102cを有する3層構造の前記回路基板
102の回路102cに前記熱拡散板101を半田付け
(107)し、該熱拡散板101に前記半導体素子10
0を半田付け(108)し、さらに、前記基板102a
の他面にグリスからなる放熱用の液体層109を介して
前記ヒートシンク105が積層されている。
【0005】半導体素子100への通電によって発生し
た熱は、熱拡散板101で熱拡散された後、回路基板1
02の回路102c、絶縁層102b及び基板102a
へ熱伝導され、さらに、この基板102aから液体層1
09へ熱伝導された後、該液体層109からヒートシン
ク105へ熱伝導され、該ヒートシンク105から放熱
される。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】ところで、電動パワー
ステアリング装置において、モータによる操舵補助は、
操舵輪に加わる操舵負荷に応じて変動するのであり、車
両の低速走行、中速走行、高速走行時等操舵輪に加わる
操舵負荷が比較的小さいときは比較的小さな操舵補助力
でよく、モータの駆動回路へ供給される電流は比較的小
さいため、前記半導体素子の消費電力量は少なく、該半
導体素子は定常的に発熱することになる。
【0007】一方、車両の車庫入れ、幅寄せ等において
行われる据え切り操舵時には操舵開始時点から大きな操
舵補助力を必要とし、モータの駆動回路へ供給される電
流は急激に増大するため、前記半導体素子の消費電力量
は急激に増加し、該半導体素子は急激に発熱することに
なる。また、据え切り操舵等が実行された後では操舵輪
に加わる操舵負荷が急激に小さくなり、半導体素子の消
費電力量は急激に減少するため、該半導体素子の急激な
発熱は短時間で終わることになる。従って、半導体素子
によって定常的な発熱と、急激な発熱とが発生すること
になる。
【0008】ところが、従来の半導体装置は、電力用の
半導体素子100が回路基板102に結合されており、
半導体素子100で発生した熱は回路基板102の絶縁
層102b及び液体層109を介して前記ヒートシンク
105へ熱伝導されることになり、しかも、前記絶縁層
102b及び液体層109の熱伝導率は前記ヒートシン
ク105の熱伝導率に比べて非常に低いため、半導体素
子100が急激に発熱した場合、前記絶縁層102b及
び液体層109での熱伝導抵抗が大きく、絶縁層102
b及び液体層109(例えばグリース)からヒートシン
ク105への熱伝導が速やかにできず、半導体素子10
0の温度上昇を良好に抑制することができなかった。従
って、定常的に発熱するときと、急激に発熱するときと
の半導体素子100の温度変化が大きく、半導体素子1
00の温度耐久性及び特性の劣化を招くことになり、改
善策が要望されていた。
【0009】本発明は上記要望に対応することができる
半導体装置及び電動パワーステアリング装置を提供する
ことを目的とする。
【0010】
【課題を解決するための手段及び発明の効果】第1発明
に係る半導体装置は、半導体素子と、該半導体素子への
通電によって発生する熱を放熱するヒートシンクとを備
えた半導体装置において、前記半導体素子は前記ヒート
シンクに半田付けされていることを特徴とする。
【0011】第4発明に係る電動パワーステアリング装
置は、操舵手段と、該操舵手段の操舵を補助するモータ
と、該モータの制御部に接続された請求項1乃至3の何
れかに記載の半導体装置とを備えていることを特徴とす
る。
【0012】第1発明及び第4発明にあっては、半導体
素子への通電によって発生した熱を半導体素子からヒー
トシンクへ半田層を介して直接的に熱伝導させることが
できるため、半導体素子で急激に発熱した熱をすみやか
にヒートシンクへ放出することができ、半導体素子の温
度上昇を良好に抑制することができる。しかも、半導体
素子で急激に発熱した熱をヒートシンクで一旦蓄熱する
ことが可能であり、急激な発熱から定常的な発熱に変わ
ったとき、前記ヒートシンクで蓄熱した熱をヒートシン
クから外部へ放熱、拡散させることができるため、全体
としての放熱効率を高めることができる。従って、定常
的に発熱するときと、急激に発熱するときとの半導体素
子の温度変化を小さくでき、半導体素子の温度耐久性及
び特性の劣化を改善することができる。
【0013】第2発明に係る半導体装置は、前記ヒート
シンクは回路の一部をなしており、前記半導体素子に通
電する第1及び第2の電極を有しており、第1の電極が
前記ヒートシンクに結合され、第2の電極が絶縁層を介
して前記ヒートシンクに結合されていることを特徴とす
る。
【0014】第2発明にあっては、回路基板の基板をヒ
ートシンクが兼ねるため、半導体装置の全体を大型化す
ることなくヒートシンクを大型にすることができ、ヒー
トシンクでの蓄熱容量を増加することができる。
【0015】第3発明に係る半導体装置は、前記半導体
素子及びヒートシンクを収容する箱体を有しており、前
記ヒートシンクの前記半導体素子と反対側面と前記箱体
との間に放熱用の絶縁層を有していることを特徴とす
る。
【0016】第3発明にあっては、半導体素子及びヒー
トシンクを箱体によって保護することができるととも
に、ヒートシンクに蓄熱された熱を放熱用の絶縁層から
良好に放熱することができるため、定常的に発熱すると
きと、急激に発熱するときとの半導体素子の温度変化を
小さくでき、半導体素子の温度耐久性及び特性の劣化を
改善することができる。
【0017】
【発明の実施の形態】以下本発明をその実施の形態を示
す図面に基づいて詳述する。図1は本発明に係る半導体
装置の縦断面図、図2は半導体装置の要部の斜視図であ
る。
【0018】この半導体装置は、トランジスタからなる
電力用の半導体素子1と、該半導体素子1に通電する第
1及び第2の電極2,3と、半導体素子1への通電によ
って発生する熱を放熱するヒートシンク4と、前記半導
体素子1及びヒートシンク4を収容するアルミニウム製
の箱体6とを備えており、前記半導体素子1が前記ヒー
トシンク4の一面に半田付け(7)されている。
【0019】ヒートシンク4は回路を有する矩形で熱伝
導率が高い銅製のブロックからなり、該ヒートシンク4
が、両端が開放された合成樹脂製の保持体8に保持さ
れ、ヒートシンク4の外面が絶縁されている。ヒートシ
ンク4の一面には絶縁層9を介して前記第2電極3が結
合されており、さらに、ヒートシンク4の一側には前記
第1電極2が結合されている。また、第2電極3及び前
記半導体素子1に導線10が接続されている。尚、保持
体8はヒートシンク4の熱膨張を吸収する。
【0020】箱体6は上下が開放され、内側に前記保持
体8が挿嵌される箱本体6aと、該箱本体6aの一面を
閉鎖する蓋6bと、他面を閉鎖する蓋6cとを備え、該
蓋6bと前記ヒートシンク4の他面との間に放熱用の高
熱伝導絶縁層11が設けられている。この高熱伝導絶縁
層11は熱伝導性が比較的良好なグリースからなる液体
層としてあるが、その他の液体又は固体の絶縁層であっ
てもよい。
【0021】図3は半導体装置が装着された電動パワー
ステアリング装置の縦断面図である。以上の如く構成さ
れた半導体装置は車両用の電動パワーステアリング装置
に装着される。
【0022】この電動パワーステアリング装置は、上端
が舵取りのための操舵輪21に繋がり、下端に筒部を有
する第1の操舵軸22と、前記筒部内に挿入されてその
上端が前記操舵軸22の上端に同軸的に連結され、前記
操舵輪21に加わる操舵トルクの作用によって捩れるト
ーションバー23と、その下端が前記トーションバー2
3の下端に同軸的に連結される第2の操舵軸24と、前
記トーションバー23の捩れに応じた第1及び第2の操
舵軸22,24の相対回転変位量によって前記操舵輪2
1に加わる操舵トルクを検出するトルクセンサ25と、
該トルクセンサ25が検出したトルクに基づいて駆動さ
れる操舵補助用のモータ26と、前記トルクセンサ25
及び前記モータ26の駆動回路27に接続され、該駆動
回路27を制御する制御部28と、前記モータ26の回
転に連動し、該回転を減速して第2の操舵軸24に伝達
するウォーム29a及びウォームホイール29bを有す
る減速歯車機構29と、前記トルクセンサ25及び前記
減速歯車機構29が収容されるハウジング30とを備
え、このハウジング30に前記モータ26が取付けられ
ている。尚、前記操舵輪21、操舵軸22,24、トー
ションバー23及び前記第2の操舵軸24に繋がるユニ
バーサルジョイントが操舵手段を構成しており、車体の
前部に左右方向に延設されたラック軸及び該ラック軸の
中途部に噛合するピニオンを有する舵取機構の前記ピニ
オンが前記ユニバーサルジョイントに繋がる。
【0023】モータ26の駆動回路27は前記半導体装
置を有しており、該半導体装置にマイクロプロセッサを
用いてなる前記制御部28が接続されており、該制御部
28から与えられる半導体装置からの通電によりモータ
26が回転するように構成されている。このモータ26
の回転は、減速歯車機構29、第2の操舵軸24、ユニ
バーサルジョイント及びピニオンを介して前記ラック軸
に伝達され、ラック軸を軸長方向へ移動させ、操舵補助
を行う。
【0024】以上の如く構成された電動パワーステアリ
ング装置は、車両の低速走行、中速走行、高速走行時等
操舵輪に加わる操舵負荷が比較的小さいとき、モータ2
6による操舵補助力は比較的小さくてよく、駆動回路2
7の半導体装置に供給される電流は比較的小さいため、
半導体素子1の消費電力量は少なく、該半導体素子1は
定常的に発熱することになる。この熱は半導体素子1か
らヒートシンク4に半田層7を介して直接的に熱伝導さ
れ、さらに、該ヒートシンク4から放熱用の高熱伝導絶
縁層11及び箱体6に熱伝導され、該箱体6の表面から
外部へ放熱される。
【0025】このように定常的に発熱した熱をヒートシ
ンク4で良好に放熱、拡散するため、ヒートシンク4に
よる放熱効率を良好にでき、半導体素子1の温度上昇を
抑制することができる。
【0026】また、車両の車庫入れ、幅寄せ等において
行われる据え切り操舵時等、操舵輪21に加わる操舵負
荷が大きいとき、操舵開始時点から大きな操舵補助力を
必要とし、駆動回路27の半導体装置に供給される電流
は急激に増大するため、前記半導体素子1の消費電力量
は急激に増加し、該半導体素子1は急激に発熱すること
になる。この熱は半導体素子1からヒートシンク4に半
田層7を介して直接的に熱伝導される。従って、急激に
発熱した大容量の熱をすみやかにヒートシンク4へ放出
することができ、半導体素子の温度上昇を良好に抑制す
ることができる。
【0027】このように急激に発熱した大容量の熱をす
みやかにヒートシンク4へ放出することができるため、
定常的に発熱するときと、急激に発熱するときとの半導
体素子1の温度変化を小さくでき、半導体素子1の温度
耐久性及び特性の劣化を改善することができる。しか
も、回路基板の基板をヒートシンク4が兼ねるため、半
導体装置の全体を大型化することなくヒートシンク4を
大型にすることができ、ヒートシンク4での蓄熱容量を
増加することができる。
【0028】また、半導体素子1で急激に発熱した大容
量の熱はヒートシンク4で一旦蓄熱することが可能であ
り、さらに、このヒートシンク4に蓄熱された熱は、据
え切り操舵等が実行された後で操舵輪21に加わる操舵
負荷が小さくなったとき、ヒートシンク4から高熱伝導
絶縁層11及び箱体6を経て外部へ放熱、拡散すること
ができる。即ち、据え切り操舵等が実行された後で操舵
輪21に加わる操舵負荷は急激に小さくなり、半導体素
子1の急激な発熱は短時間で終わるため、この急激な発
熱が終わった後で前記ヒートシンク4から高熱伝導絶縁
層11及び箱体6を経て良好に放熱、拡散することがで
きる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る半導体装置の縦断面図である。
【図2】本発明に係る半導体装置の要部の斜視図であ
る。
【図3】本発明に係る電動パワーステアリング装置の縦
断面図である。
【図4】従来の半導体装置の縦断面図である。
【符号の説明】
1 半導体素子 2 第1の電極 3 第2の電極 4 ヒートシンク 6 箱体 9 絶縁層 11 高熱伝導絶縁層 21 操舵輪(操舵手段) 26 モータ 27 駆動回路 28 制御部

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 半導体素子と、該半導体素子への通電に
    よって発生する熱を放熱するヒートシンクとを備えた半
    導体装置において、前記半導体素子は前記ヒートシンク
    に半田付けされていることを特徴とする半導体装置。
  2. 【請求項2】 前記ヒートシンクは回路の一部をなして
    おり、前記半導体素子に通電する第1及び第2の電極を
    有しており、第1の電極が前記ヒートシンクに結合さ
    れ、第2の電極が絶縁層を介して前記ヒートシンクに結
    合されている請求項1記載の半導体装置。
  3. 【請求項3】 前記半導体素子及びヒートシンクを収容
    する箱体を有しており、前記ヒートシンクの前記半導体
    素子と反対側面と前記箱体との間に放熱用の絶縁層を有
    している請求項1又は2記載の半導体装置。
  4. 【請求項4】 操舵手段と、該操舵手段の操舵を補助す
    るモータと、該モータの制御部に接続された請求項1乃
    至3の何れかに記載の半導体装置とを備えていることを
    特徴とする電動パワーステアリング装置。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7635046B2 (en) 2006-03-06 2009-12-22 Mitsubishi Electric Corp. Electric power steering apparatus

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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