JP2010073769A - Transistor, circuit board, and motor drive device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、トランジスタ、回路基板、およびこれを備えるモータ駆動装置に関し、典型的にはこの回路基板を用いた電動パワーステアリング装置に使用されるモータ駆動装置に関する。 The present invention relates to a transistor, a circuit board, and a motor driving apparatus including the transistor, and more particularly to a motor driving apparatus used in an electric power steering apparatus using the circuit board.
車両用の電動パワーステアリング装置は、運転者がハンドルに与えた操舵トルクや車両の速度などに応じて、好適な操舵補助力が得られるように操舵補助用モータを駆動する。操舵補助用モータは、電子制御ユニット(Electronic Control Unit :以下、ECUという)に内蔵されたモータ駆動回路によって駆動される。モータ駆動回路は、操舵補助用モータを駆動するときに500W〜2000W程度の大電力を制御する。 The electric power steering device for a vehicle drives a steering assist motor so that a suitable steering assist force is obtained in accordance with a steering torque applied to a steering wheel by a driver, a vehicle speed, or the like. The steering assist motor is driven by a motor drive circuit built in an electronic control unit (hereinafter referred to as ECU). The motor drive circuit controls a large electric power of about 500 W to 2000 W when driving the steering assist motor.
このような大電力を制御するため、モータ駆動回路には複数のパワーMOSFETが搭載されるのが一般的であり、これらのパワーMOSFETを周知の制御部からの信号で適宜にオンオフ制御することにより操舵補助用モータを駆動する。 In order to control such a large electric power, a motor drive circuit is generally equipped with a plurality of power MOSFETs, and these power MOSFETs are appropriately turned on / off by signals from known control units. The steering assist motor is driven.
なお、本願発明に関連して、以下のような先行技術が知られている。特許文献1には、パワーMOSFETなどの電子部品の放熱のため、内面に銅メッキなどで導体層を形成し内部に樹脂を充填した放熱ビアを設けた多層回路基板の構成が開示されている。また、特許文献2には、複数のベアチップを位置決め基板を用いて配置しハウジング成型したマルチチップICの構成が開示されている。さらに特許文献3には、長方形状のベアチップ形成部を短辺方向に4つ連続してなる半導体チップの構成が開示されている。さらにまた特許文献4には、高分子アクチュエータを基板に実装するための構造が開示されている。さらに特許文献5には、高分子アクチュエータを制御することにより、モータ軸に連結された駆動ギヤを操舵軸に嵌着された従動ギヤの方向へ付勢する構成が開示されている。
以上のように、パワーMOSFETは特に大きな電流が流され発熱量も大きいため、素子内部での短絡などにより故障することがある。このようなパワーMOSFETの故障は基板に備えられる複数のうちの1つに生じただけで基板全体の機能停止や異常動作を引き起こすことになる。 As described above, the power MOSFET has a particularly large current and generates a large amount of heat. Therefore, the power MOSFET may break down due to a short circuit inside the element. Such a failure of the power MOSFET occurs only in one of the plurality provided on the substrate, and causes a function stop or abnormal operation of the entire substrate.
ここで、電動パワーステアリング装置に備えられるモータ駆動回路基板において上記のような故障が生じると、異常動作防止のため操舵補助動作を停止させなければならない。しかし、上記回路基板が前軸荷重の大きい自動車に搭載されている場合には、操舵補助動作が停止すると特にハンドル操作が重くなり転舵が困難になる。 Here, when the above-described failure occurs in the motor drive circuit board provided in the electric power steering device, the steering assist operation must be stopped to prevent abnormal operation. However, when the circuit board is mounted on an automobile having a large front axle load, the steering operation becomes particularly heavy when the steering assist operation is stopped, and steering becomes difficult.
このように転舵が困難とならないようにするためには、故障したパワーMOSFETに代えて新たな別のパワーMOSFETが直ちに切り換えられて使用される回路構成としたり、故障した回路基板自体に代えて新たな別の回路基板が使用される構成なども考えられる。しかし、このような構成では、装置の製造コストが増加するばかりでなく、基板のサイズが大型化するため、近年の小型化が進んだ電動パワーステアリング装置に搭載することが困難な場合もある。 In order to prevent the steering from becoming difficult in this way, a circuit configuration in which another new power MOSFET is immediately switched in place of the failed power MOSFET is used, or instead of the failed circuit board itself. A configuration in which another new circuit board is used is also conceivable. However, such a configuration not only increases the manufacturing cost of the device, but also increases the size of the substrate, so that it may be difficult to mount the device on an electric power steering device that has been downsized in recent years.
そこで本発明は、基板のサイズを変更することなく、搭載されるパワーMOSFETなどの半導体素子に短絡故障が生じた場合にも当該半導体を使用することができる回路基板を提供することを目的とする。 Accordingly, an object of the present invention is to provide a circuit board that can use the semiconductor even when a short circuit failure occurs in a semiconductor element such as a power MOSFET to be mounted without changing the size of the board. .
第1の発明は、複数のセルを含むトランジスタであって、
当該トランジスタに含まれる前記複数のセルが複数のセル群に分かれ、各セル群毎に分かれた接続端子を持つことを特徴とする。
A first invention is a transistor including a plurality of cells,
The plurality of cells included in the transistor are divided into a plurality of cell groups, and each cell group has a connection terminal.
第2の発明は、回路を形成する配線導体を含む導体層と、絶縁層とを積層した回路基板であって、
第1の発明に記載のトランジスタを複数と、
前記複数のトランジスタのセル群と前記配線導体とをそれぞれ接続する複数のワイヤと
を備え、
前記複数のワイヤは、前記トランジスタ内の複数のセル群毎にそれぞれ対応するように、複数のワイヤ群に分かれ、前記各セル群間は前記ワイヤ群で接続されず、前記各セル群は対応するワイヤ群で前記配線導体と接続することを特徴とする。
A second invention is a circuit board in which a conductor layer including a wiring conductor forming a circuit and an insulating layer are laminated,
A plurality of transistors according to the first invention;
A plurality of wires connecting the cell groups of the plurality of transistors and the wiring conductors;
The plurality of wires are divided into a plurality of wire groups so as to correspond to each of a plurality of cell groups in the transistor, the cell groups are not connected by the wire groups, and the cell groups correspond to each other. The wire group is connected to the wiring conductor.
第3の発明は、第2の発明において、
前記複数のワイヤは、前記トランジスタに含まれる前記セル群の1つに短絡故障が生じた場合、当該短絡故障が生じたセル群に接続されるワイヤ群のみが、前記短絡故障により流れる過大な電流により溶断するよう選ばれた素材、径、および本数からなることを特徴とする。
According to a third invention, in the second invention,
When the short-circuit fault occurs in one of the cell groups included in the transistor, the plurality of wires have an excessive current that flows only by the wire group connected to the cell group in which the short-circuit fault has occurred. It consists of the raw material, diameter, and number which were chosen so that it may melt | fuse by.
第4の発明は、第2または第3の発明に記載の回路基板と、
前記回路基板に備えられる前記複数のトランジスタをオンオフすることにより、装置外部に設けられるn相(nは3以上の自然数)の電動モータを駆動制御する制御部と
を備え、
前記制御部は、前記トランジスタに含まれる前記セル群の1つに短絡故障が生じた場合、当該短絡故障が生じたセル群を含むトランジスタにオフを指示し、かつ当該トランジスタに前記短絡故障による電流が流れるよう制御することを特徴とする、モータ制御装置である。
A fourth invention is the circuit board according to the second or third invention,
A control unit that drives and controls an n-phase (n is a natural number of 3 or more) electric motor provided outside the device by turning on and off the plurality of transistors provided on the circuit board;
When a short circuit failure occurs in one of the cell groups included in the transistor, the control unit instructs the transistor including the cell group in which the short circuit failure has occurred to turn off the current due to the short circuit failure. It is a motor control apparatus characterized by controlling so that may flow.
第5の発明は、第1の発明において、
モータを駆動するための回路基板に使用され、外部に設けられる電動モータの相数と同数が連結されていることを特徴とする。
According to a fifth invention, in the first invention,
It is used for a circuit board for driving a motor, and is characterized in that the same number as the number of phases of an electric motor provided outside is connected.
上記第1の発明によれば、当該トランジスタの接続端子を例えば基板の配線導体とそれぞれ対応するワイヤ群で接続した場合、短絡故障が生じた場合にも当該短絡故障が生じたセルを含むセル群に接続されるワイヤ群のみが溶断することになるので、短絡故障が生じた場合にも当該トランジスタを(典型的には最大電流を正常時より制限して)継続して使用することができる。 According to the first aspect of the invention, when the connection terminals of the transistors are connected to the wiring conductors of the substrate, for example, by corresponding wire groups, the cell group including the cell in which the short-circuit failure occurs even when a short-circuit failure occurs Since only the wire group connected to the fuse is blown, the transistor can be used continuously (typically with the maximum current limited from the normal time) even when a short circuit failure occurs.
上記第2の発明によれば、トランジスタ内の各セル群は、互いに前記ワイヤ群で接続されず、それぞれ対応するワイヤ群で配線導体と接続されているので、短絡故障が生じた場合にも当該短絡故障が生じたセルを含むグループの各セルに接続されるワイヤ群のみが溶断することになる。よって、基板のサイズを変更することなく、短絡故障が生じた場合にも当該トランジスタを(典型的には最大電流を正常時より制限して)継続して使用することができる。 According to the second aspect, each cell group in the transistor is not connected to each other by the wire group, and is connected to the wiring conductor by the corresponding wire group. Only the wire group connected to each cell of the group including the cell in which the short-circuit failure has occurred is fused. Therefore, even when a short circuit failure occurs without changing the size of the substrate, the transistor can be used continuously (typically with the maximum current limited from the normal time).
上記第3の発明によれば、短絡故障時において短絡故障したセルが繋がるワイヤ群に流れる電流は予め定まっているので、当該故障したトランジスタに接続される全てのワイヤ群に電流が流れる場合には溶断することがなく、短絡故障したセルが繋がるワイヤ群にのみ短絡電流が流れる場合には溶断する程度の素材、径、および本数のワイヤ群が設計上選ばれることにより、短絡故障時に確実に当該ワイヤ群を溶断させることができる。 According to the third aspect of the invention, since the current flowing through the wire group connected to the short-circuited cell at the time of the short-circuit failure is determined in advance, when current flows through all the wire groups connected to the failed transistor, When the short-circuit current flows only in the wire group connected to the short-circuited cell without fusing, the material, diameter, and number of wires that can be blown out are selected in the design, so that it is ensured in the event of a short-circuit fault. The wire group can be fused.
上記第4の発明によれば、短絡故障が生じた場合、当該短絡故障が生じたセル群を含むトランジスタが制御部の指示によりオフされ、かつ当該トランジスタに短絡故障による電流が流れるよう(場合により他のトランジスタが)制御されるので、短絡故障時に確実に当該ワイヤ群を溶断させることができる。 According to the fourth aspect of the present invention, when a short-circuit failure occurs, the transistor including the cell group in which the short-circuit failure has occurred is turned off by an instruction from the control unit, and current due to the short-circuit failure flows through the transistor (in some cases Since the other transistors are controlled), the wire group can be surely blown in the event of a short circuit failure.
上記第5の発明によれば、外部に設けられる電動モータの相数と同数が連結されるので、各トランジスタの温度上昇が均一となり、またそれぞれのピーク温度が低下するので、トランジスタの出力を安定させ、また信頼性を向上させることができる。 According to the fifth aspect, since the same number of phases as the number of electric motors provided outside is connected, the temperature rise of each transistor becomes uniform and the peak temperature of each transistor decreases, so that the output of the transistor is stabilized. And reliability can be improved.
<1. 回路基板の構成>
以下、本発明の一実施形態について添付図面を参照しつつ説明する。
本実施形態に係る多層回路基板は、電動パワーステアリング装置用のモータ駆動回路基板であって、このモータ駆動回路基板は、電動パワーステアリング装置用ECU(電子制御ユニット)に内蔵して使用される。
<1. Circuit board configuration>
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
The multilayer circuit board according to the present embodiment is a motor drive circuit board for an electric power steering apparatus, and this motor drive circuit board is used by being incorporated in an ECU (electronic control unit) for the electric power steering apparatus.
このECUには、操舵補助用モータに供給する駆動電流の量を算出する制御部等を含むモータ制御回路と、大電流を制御して操舵補助用モータを駆動するモータ駆動回路とが含まれる。モータ制御回路はその動作時の発熱量が少なく流れる電流も小さいが、モータ駆動回路はその動作時の発熱量が多く流れる電流も大きい。このようなモータ駆動回路はモータ駆動回路基板に実装されており、モータ制御回路はこれとは別の回路基板に実装されている。これら2枚の回路基板は、ECUの内部に並べてあるいは2段に積み重ねられるよう配置される。以下、モータ駆動回路基板である回路基板の構造について図1および図2を参照して説明する。 The ECU includes a motor control circuit including a control unit that calculates the amount of drive current supplied to the steering assist motor, and a motor drive circuit that controls the large current to drive the steering assist motor. The motor control circuit generates a small amount of heat during operation, and the flowing current is small. The motor drive circuit generates a large amount of heat generated during operation, and the current flowing through the motor control circuit is large. Such a motor drive circuit is mounted on a motor drive circuit board, and the motor control circuit is mounted on a separate circuit board. These two circuit boards are arranged side by side in the ECU or stacked in two stages. Hereinafter, the structure of a circuit board which is a motor drive circuit board will be described with reference to FIGS.
図1は、本発明の一実施形態に係る回路基板における構造を示す外観斜視図であり、図2は、この回路基板の回路図である。この図1に示される回路基板は、単層回路部100と金属ベース102とを熱圧着することにより形成される。なお、これらを例えばエポキシ樹脂からなる接着剤で接着することにより形成してもよいし、これらをネジ止めなどの周知の方法で固定することにより形成してもよい。
FIG. 1 is an external perspective view showing a structure of a circuit board according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a circuit diagram of the circuit board. The circuit board shown in FIG. 1 is formed by thermocompression bonding a single
金属ベース102は、アルミなどの熱伝導性の良い金属で形成され、ヒートシンクとして機能する。この金属ベース102は、その上面が単層回路部100の下面の絶縁層に接するように設けられ、当該絶縁層と熱圧着されている。
The
単層回路部100は、導体層とその直下の絶縁層とを熱圧着した層構造を有している。この導体層は導電性の高い銅などの金属からなり、絶縁層はガラス繊維に絶縁樹脂材を含浸させた合成物(いわゆる、プリプレグ)からなる。この単層回路部100には後述するパワーMOSFETや図1には示されていないシャント抵抗などの電子部品が実装され、その表面の導体層には、これらの電子部品を電気的に接続する所定の配線が設けられている。
The single-
さらに具体的に説明すると、この回路基板における単層回路部100表面には、図2に示されているシャント抵抗12と、6つのMOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor )10u、10v、10w、11u、11v、11wとが載置されている。そして、これらのうちの3つのMOSFET10u、10v、10w表面(上面)のソース接続端子(ソースパッド)と単層回路部100(表層)の所定位置に設けられる対応するモータ配線導体110u、110v、110wとがそれぞれ4本のアルミ線161〜164でワイヤボンディングされている。なおこれらはボンディング以外の周知の手法により接続されていてもよい。また、これらのMOSFET10u、10v、10w裏面(下面)のドレイン電極はヒートスプレッダ150を挟んで単層回路部100(表層)の所定位置に設けられる電源配線導体120に接続されている。なおこれらの接続にははんだが使用されダイボンディングされているが、それ以外の周知の手法により接続されていてもよい。
More specifically, on the surface of the single-
さらに他の3つのMOSFET11u、11v、11w表面(上面)のソース接続端子(ソースパッド)と単層回路部100(表層)の所定位置に設けられる接地配線導体130とがそれぞれ4本のアルミ線でワイヤボンディングされている。なおこれらはボンディング以外の周知の手法により接続されていてもよい。また接地配線導体130はこれらのアルミ線によりそれぞれ接続されている。さらに、これらのMOSFET11u、11v、11w裏面(下面)のドレイン電極はヒートスプレッダ150を挟んで対応するモータ配線導体110u、110v、110wに接続されている。
Further, the source connection terminal (source pad) on the surface (upper surface) of the other three
なお上記モータ配線導体110u、110v、110wは制御しようとする図示されない電動モータ各相の入力端に接続され、電源配線導体120は図示されない電源部のプラス極に接続され、接地配線導体130は図示されない電源部のマイナス極(接地極)に接続される。次に、短絡故障が生じた場合にも使用可能な本実施形態におけるパワーMOSFETの特徴的な構造について図3および図4を参照して従来の構造例と比較しつつ説明する。
The
<2. パワーMOSFETの構造>
図3は、従来のパワーMOSFETの概略的な構造例を示す平面図であり、図4は、本実施形態におけるパワーMOSFETの概略的な構造例を示す平面図である。まず、図3に示されるように、従来のパワーMOSFETは典型的にはマトリクス状に配列された(図中では斜線で示される)複数のセル50を備えている。これらそれぞれのセル50の下面側の一部に配置される図示されないゲート電極膜は、その全てがゲート線51に接続され、このゲート線51はゲートパッド52を介して基板外部の配線(ここでは制御用のPWM信号を伝える配線)に接続される。なお、このPWM信号は後述する制御部により制御されるPWM変調器により生成される。またセル50の上面側に配置される図示されないソース電極膜は、その全てがソースパッド93に接続され、このソースパッド93はワイヤボンディングにより回路基板内の他の配線導体と接続されている。このように複数のセルを形成することにより大きな電力を制御することが可能となっている。
<2. Power MOSFET structure>
FIG. 3 is a plan view showing a schematic structural example of a conventional power MOSFET, and FIG. 4 is a plan view showing a schematic structural example of the power MOSFET in the present embodiment. First, as shown in FIG. 3, a conventional power MOSFET typically includes a plurality of
これに対して、図4に示される本実施形態のMOSFET10uは、基本的には従来と同様にマトリクス状に配列された(図中では斜線で示される)複数のセル50を備えており、それぞれのセル50の下面側の一部に図示されないゲート電極膜が形成され、またセル50の上面側に図示されないソース電極膜が形成される点では従来と同様である。なお、ここではこのような電極膜を含む積層構造は、例えばNチャネル型のパワーMOSFETでは、N+型のシリコン基板、N−型のエピタキシャル層からなるドレイン領域、およびp型のボディ部を積層した半導体基板により構成されており、p型のボディ部は、p+形のイオンを注入した不純物拡散領域からなるチャネル領域、リンや砒素などをイオン注入したn+不純物拡散領域からなるソース領域、アルミニウムやその合金をスパッタリングして形成されたソース電極、熱酸化により形成されたゲート酸化膜、ポリシリコンに不純物をドープするなどして形成されたゲート電極を備えている。これらの構造は周知であるので詳しい説明は省略する。また、ここでは説明の便宜のためMOSFET10uを例にして説明を行うが、その他のMOSFETも同様の構造を有するものとする。
On the other hand, the
ここで図3と比較すればわかるように、図4に示される本実施形態のパワーMOSFETは従来の構成とは異なって、全てのセル50のうち図の左半分のグループに含まれるセル50のゲート電極膜はゲート線51aに、それらのソース電極膜はソースパッド53aにそれぞれ接続されており、残る図の右半分のグループに含まれるセル50のゲート電極膜はゲート線51bに、それらのソース電極膜はソースパッド53bにそれぞれ接続されている。
As can be seen from a comparison with FIG. 3, the power MOSFET of this embodiment shown in FIG. 4 is different from the conventional configuration in that the
またゲート線51a、51bはそれぞれゲートパッド52に接続されており、このゲートパッド52は図示されない基板外部のPWM信号を伝える配線に接続される。なおこのPWM信号は後述するPWM変調器から与えられる。またソースパッド53aは2本のアルミ線161、162と接続されており、ソースパッド53bは2本のアルミ線163、164と接続されている。なお、ゲート線51a、51bは互いに接続されていてもよいが、ソースパッド53aとソースパッド53bとは電気的に接続されておらず、2本のアルミ線161、162と2本のアルミ線163、164とは互いに接触しないよう適宜の間隔を空けられているものとする。なおこれらの表面に絶縁膜が形成されていてもよい。
Each of the
このように複数のセルを形成することにより大きな電力を制御することができる点では従来の構成と同様であるが、従来の構成では複数のセル50のうちの1つに短絡故障が生じた場合であっても(当該短絡により)素子全体として短絡故障状態となる。この点、本実施形態では、複数のセル50のうちの1つに短絡故障が生じた場合、以下のようなオンオフ制御が行われることにより、結果的に全体としての短絡故障状態を回避することができる。このような短絡故障時の制御動作につき図5を参照して詳しく説明する。
In this way, it is the same as the conventional configuration in that large power can be controlled by forming a plurality of cells, but in the conventional configuration, when one of the plurality of
<3. 短絡故障発生時の制御動作>
図5は、図2に示されるモータ駆動回路に対してPWM信号を与えることにより制御するモータ制御装置の概略的な構成を示すブロック図である。図5に示されるように、このモータ制御装置は、目標値に応じてモータを駆動するための3相の電圧のレベルを算出する制御部61と、算出されたレベルに基づきPWM信号を生成するPWM変調器62とを備える。このPWM変調器62は、制御部61により算出された3相の電圧のレベルに応じたデューティ比を有する3種類のPWM信号(図2および図5に示すU、V、Wおよびその否定信号)を生成するため、上記デューティ比に対応する電圧信号を制御部61から受け取り、上記デューティ比を有する3種類のPWM信号を生成する。なお単層回路部100により構成されるモータ駆動回路は、PWM電圧形インバータ回路であって、これに含まれる6個のMOSFETは、3種類のPWM信号とその否定信号によって制御されることになる。PWM信号を用いてMOSFETの導通状態をオンオフ制御することにより、装置外部のブラシレスモータに対して3相の駆動電流(U相電流、V相電流およびW相電流)が供給され、モータが駆動される。
<3. Control action when short-circuit failure occurs>
FIG. 5 is a block diagram showing a schematic configuration of a motor control device that controls the motor drive circuit shown in FIG. 2 by giving a PWM signal. As shown in FIG. 5, the motor control device generates a PWM signal based on the
ここで、図2に示される6つのMOSFET10u、10v、10w、11u、11v、11wのうちのいずれかに短絡故障が発生した場合、これら6つのMOSFETのゲートパッドにPWM信号を与えるための制御信号を生成する制御部61は、PWM変調器62によって6つのMOSFETを一旦全てオフするPWM信号を与える。なお、これら6つのMOSFETのいずれに短絡故障が生じたかを判定する構成は周知であるが、例えばモータ各相に流れる各検出電流値と各MOSFETの制御状態とを参照することにより容易に判定することができる。
Here, when a short circuit fault occurs in any of the six
その後、上記制御部61は、短絡故障が生じたMOSFETをオフにし、当該短絡故障が生じたMOSFETにより制御されるモータ相(U相、V相、またはW相)を制御するための他のMOSFETをオンにする。例えば、MOSFET10uが短絡故障したと判定された場合、制御部61は、MOSFET10uをオフにし、MOSFET11uをオンにするよう制御する。この場合、図2を参照すればわかるようにMOSFET10uにはほぼ電源電圧が加わるので、短絡故障が生じているMOSFET10uには大きな電流が流れることになる。
Thereafter, the
ここで、短絡故障が生じているMOSFET10uは、通常これに含まれる全てのセルのうちの1つのみが短絡故障している。したがって、MOSFET10uに含まれる全てのセル50のうち、ソースパッド53aに接続されるセル50のグループ(以下「第1のグループ」という)に含まれるいずれかのセル、またはソースパッド53bに接続されるセル50のグループ(以下「第2のグループ」という)に含まれるいずれかのセルが短絡故障していると言える。
Here, in the
そこで例えば、ソースパッド53aに接続される第1のグループのセル50のうちの1つが短絡故障しているとすると、このMOSFET10uはオフされるよう制御されているので、ソースパッド53bに接続される第2のグループのセル50には電流が流れず、短絡しているソースパッド53aに接続される第1のグループのセル50にのみ大きな電流が流れる。そして、ソースパッド53aには2本のアルミ線161、162のみが接続されており、アルミ線163、164は接続されていないので、上記電流は2本のアルミ線161、162のみを流れることになる。したがって、通常動作時には4本のアルミ線を流れる電流がこの2本のアルミ線161、162のみを流れるため、1本のアルミ線に流れる電流値が過大となって溶断する。もちろん溶断しないようアルミ線を太くしたり、数を増やしたりすることは可能であるが、ここでは通常動作時には溶断せず、このような場合に溶断するようなアルミ線の径や本数、材質などが設計上選ばれているものとする。すなわち短絡故障時にこれらの2本のアルミ線に流れる電流は予め定まっているので、4本のアルミ線に流れる場合には溶断することがなく、2本のアルミ線に流れる場合には溶断する程度の径は設計上所定の範囲内に定まることになる。このアルミ線の径や本数、材質などが設計上選ばれる。なお、上記制御動作は、短絡故障していないMOSFET(のセル)に悪影響が出ない程度であって、かつ上記アルミ線が確実に溶断する程度の時間だけ継続される。
Therefore, for example, if one of the
このようにしてアルミ線が溶断すれば、溶断した2本のアルミ線161、162が繋がっていたソースパッド53aに接続される第1のグループのセル50にはMOSFET10uの制御状態に関わらず一切の電流が流れず、ソースパッド53bに接続される第2のグループのセル50には通常どおり制御状態に応じてMOSFET10uの電流が流れるので、当該短絡故障が生じたMOSFET10uは、セル数が半分となったMOSFETとして最大電流を正常時の半分に制限して、継続してオンオフ動作する。
If the aluminum wire is melted in this way, the first group of
<4. 効果>
このように、上記実施形態における回路基板では、MOSFETに含まれる複数のセルをグループ分けし、各グループ毎に分かれたソースパッドを接続し、これらのソースパッド毎に異なるアルミ線を接続(典型的にはワイヤボンディング)する構成となっている。このような構成によれば、短絡故障が生じた場合にも当該短絡故障が生じたセルを含む(第1または第2の)グループの各セルに接続されるソースパッドに繋がるアルミ線のみが溶断するので、基板のサイズを変更することなく、短絡故障が生じた場合にも当該MOSFETを(最大電流を正常時の半分に制限して)継続して使用することができる。
<4. Effect>
As described above, in the circuit board according to the above-described embodiment, a plurality of cells included in the MOSFET are grouped, the source pads divided for each group are connected, and a different aluminum wire is connected to each of these source pads (typically (Wire bonding). According to such a configuration, even when a short circuit failure occurs, only the aluminum wire connected to the source pad connected to each cell of the (first or second) group including the cell in which the short circuit failure has occurred is blown out. Therefore, the MOSFET can be continuously used even when a short-circuit failure occurs without changing the size of the substrate (with the maximum current limited to half that of the normal state).
<5. 変形例>
<5.1 主たる変形例>
図6は、本発明の実施形態の変形例に係る回路基板における構造を示す外観斜視図である。この図6に示される回路基板は、図1に示される上記一実施形態における回路基板とほぼ同様の構成を有するが、3つのMOSFET10u、10v、10wが一体的に形成されている点が異なる。すなわち、3つのMOSFET10u、10v、10wはそれぞれ切り分けられていない一体的な三連形状となっており、この一体的な素子が1つのヒートスプレッダ150を挟んで電源配線導体120にダイボンディング(全面ではんだ付け)されている。
<5. Modification>
<5.1 Main Modification>
FIG. 6 is an external perspective view showing a structure of a circuit board according to a modification of the embodiment of the present invention. The circuit board shown in FIG. 6 has substantially the same configuration as the circuit board in the above-described embodiment shown in FIG. 1, except that three
このような変形例の構成により、3つのMOSFET10u、10v、10w全体に熱が拡散するためそれぞれの温度上昇が均一となり、またそれぞれのピーク温度が低下するので、素子の信頼性が向上する。すなわち、図1に示される上記一実施形態における回路基板に搭載される3つのMOSFET10u、10v、10wのように各素子毎の温度上昇タイミングが異なる場合には、温度に応じて各素子の出力特性が変化するため、回路全体での出力が低下することになる。またピーク温度が高いほど素子の出力が低下しまた熱破壊の危険も大きくなる。これに対して、上記変形例の構成では温度上昇が均一となり、またそれぞれのピーク温度が低下するので、素子の出力を安定させ、また信頼性を向上させることができる。
With the configuration of such a modification, heat is diffused throughout the three
<5.2 その他の変形例>
図7は従来のボルト締めされた基板とハウジングとを示す断面図である。図7に示される基板301は、上記実施形態において説明したようなパワーMOSFETを搭載したモータ駆動回路基板であって、ヒートマスとして機能するハウジング302に対して樹脂ハウジング305で挟んで締結ボルト304により所定の力で締め付けられることにより固定されている。またこの基板301とハウジング302との間には高熱伝導グリスが303が塗布されている。このような構成により、基板301に搭載されたパワーMOSFETから発生した熱はハウジング302へ効率よく伝わる。
<5.2 Other Modifications>
FIG. 7 is a sectional view showing a conventional bolted substrate and housing. A
しかし、この熱量は使用環境や使用状態により変化するため、熱収縮により基板301とハウジング302との間に隙間ができ、このことにより熱伝導効率が低下することがある。また熱膨張により(具体的には熱膨張率の違いにより生じる繰り返し応力により)部品が劣化する(例えば割れる)などの問題点が生じる。
However, since the amount of heat changes depending on the use environment and use state, a gap is formed between the
そこで、従来の構成とは異なり、締結ボルト304を使用しつつその締め付け力を適宜調整することで上記問題を解消することができる回路基板の構成について、図8を参照して説明する。
Therefore, unlike the conventional configuration, a configuration of a circuit board that can solve the above problem by appropriately adjusting the tightening force while using the
図8は、上記実施形態の変形例に係る締結ボルトの締め付け力を適宜調整可能な基板とハウジングとを示す断面図である。図8に示される基板301は、図7と同様のハウジング302に対して樹脂ハウジング305で挟んで、締結ボルト304と高分子アクチュエータ310とによって締め付けられることにより固定されている。この高分子アクチュエータ310は、電圧を印加することにより体積が変化する(ここでは高電圧を印加するほど体積が減少する)高分子からなるアクチュエータであって、電界をかけることにより移動可能なイオンや極性分子を含有する周知のイオン交換樹脂基材と、その表面に無電界メッキなどの手法により対向するよう形成された2つの電極とを備える構成である。このような高分子アクチュエータは人工筋肉など多様な用途を有する周知の構成であり、例えば前述した特許文献4および特許文献5などに詳しく記載されているので、その説明は省略する。
FIG. 8 is a cross-sectional view showing a substrate and a housing capable of appropriately adjusting the tightening force of the fastening bolt according to the modification of the embodiment. A
ここで、図示されない温度センサにより検出される基板301または締結ボルト304の温度に応じて、上記高分子アクチュエータ310に対して適宜の電圧が印加される。例えば、高電圧が印加されると高分子アクチュエータ310は収縮するので、温度が上昇し熱膨張により締結ボルト304の締め付け力が増加する場合には、高分子アクチュエータ310に対して高電圧を印加することによりこれを収縮させ、このことにより上記締め付け力を減少させるよう制御する。また温度が低下し熱収縮により締結ボルト304の締め付け力が減少する場合には、高分子アクチュエータ310に対して低電圧を印加することにより締め付け力を増加させるよう制御する。
Here, an appropriate voltage is applied to the
このように熱収縮により基板301とハウジング302との間に隙間ができないよう(典型的には一定の圧力で締め付けられるよう)高分子アクチュエータ310に印加される電圧を制御することにより、基板301からハウジング302への熱伝導効率の低下を防止することができる。また熱膨張により(具体的には熱膨張率の違いにより生じる繰り返し応力により)部品が劣化(または機械的・物理的に損傷)しないよう、高分子アクチュエータ310に印加される電圧を制御することにより、部品の劣化を防止することができる。
In this way, by controlling the voltage applied to the
なお、上記の制御は温度センサによる検出温度に応じて行われるよう説明したが、締め付け力を検知する圧力センサや、基板301とハウジング302との距離または締結ボルト304(の頭部)と基板301との距離を検出するギャップセンサなどの検出結果に応じて締結ボルト304の締め付け力がほぼ一定になるよう制御する構成であってもよい。また、このような構成では、温度変化に応じた基板301等の熱膨張や熱収縮による締め付け力の変化だけでなく、振動が多い場所で振動によって締結ボルト304にゆるみが生じることによる締め付け力の変化や、振動自体による短い周期の締め付け力の変化などにもアクティブに対応する制御を行うことが可能となる。
In addition, although it demonstrated that said control was performed according to the temperature detected by a temperature sensor, the pressure sensor which detects a clamping force, the distance of the board |
10u,10v,10w,11u,11v,11w…MOSFET、12…シャント抵抗、50…セル、51…ゲート線、52…ゲートパッド、53a,53b…ソースパッド、100…単層回路部、102…金属ベース、110u、110v、110w…モータ配線導体、120…電源配線導体、130…接地配線導体、150…ヒートスプレッダ、161〜164…アルミ線、301…基板、302…ハウジング(ヒートマス)、303…高熱伝導グリス、304…締結ボルト、305…樹脂ハウジング、310…高分子アクチュエータ
10u, 10v, 10w, 11u, 11v, 11w ... MOSFET, 12 ... shunt resistor, 50 ... cell, 51 ... gate line, 52 ... gate pad, 53a, 53b ... source pad, 100 ... single layer circuit section, 102 ...
Claims (5)
当該トランジスタに含まれる前記複数のセルが複数のセル群に分かれ、各セル群毎に分かれた接続端子を持つことを特徴とする、トランジスタ。 A transistor comprising a plurality of cells,
2. The transistor according to claim 1, wherein the plurality of cells included in the transistor are divided into a plurality of cell groups, and each of the cell groups has a connection terminal.
請求項1に記載のトランジスタを複数と、
前記複数のトランジスタのセル群と前記配線導体とをそれぞれ接続する複数のワイヤと
を備え、
前記複数のワイヤは、前記トランジスタ内の複数のセル群毎にそれぞれ対応するように、複数のワイヤ群に分かれ、前記各セル群間は前記ワイヤ群で接続されず、前記各セル群は対応するワイヤ群で前記配線導体と接続することを特徴とする、回路基板。 A circuit board in which a conductor layer including a wiring conductor forming a circuit and an insulating layer are laminated,
A plurality of the transistors according to claim 1;
A plurality of wires connecting the cell groups of the plurality of transistors and the wiring conductors;
The plurality of wires are divided into a plurality of wire groups so as to correspond to each of a plurality of cell groups in the transistor, the cell groups are not connected by the wire groups, and the cell groups correspond to each other. A circuit board, wherein the circuit board is connected to the wiring conductor by a wire group.
前記回路基板に備えられる前記複数のトランジスタをオンオフすることにより、装置外部に設けられるn相(nは3以上の自然数)の電動モータを駆動制御する制御部と
を備え、
前記制御部は、前記トランジスタに含まれる前記セル群の1つに短絡故障が生じた場合、当該短絡故障が生じたセル群を含むトランジスタにオフを指示し、かつ当該トランジスタに前記短絡故障による電流が流れるよう制御することを特徴とする、モータ駆動装置。 The circuit board according to claim 2 or claim 3,
A control unit that drives and controls an n-phase (n is a natural number of 3 or more) electric motor provided outside the device by turning on and off the plurality of transistors provided on the circuit board;
When a short circuit failure occurs in one of the cell groups included in the transistor, the control unit instructs the transistor including the cell group in which the short circuit failure has occurred to turn off the current due to the short circuit failure. The motor drive device is characterized in that it is controlled to flow.
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Cited By (3)
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---|---|---|---|---|
JP2012195338A (en) * | 2011-03-15 | 2012-10-11 | Fuji Electric Co Ltd | Semiconductor device |
JP2013172129A (en) * | 2012-02-23 | 2013-09-02 | Renesas Electronics Corp | Power device |
WO2018147103A1 (en) * | 2017-02-10 | 2018-08-16 | 株式会社オートネットワーク技術研究所 | Switch control device, switch switching method, and computer program |
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2003086753A (en) * | 2001-09-14 | 2003-03-20 | Toshiba Corp | Emitter wiring structure of semiconductor chip, and modular semiconductor device using it |
JP2004273837A (en) * | 2003-03-10 | 2004-09-30 | Koyo Seiko Co Ltd | Semiconductor device |
JP2005051901A (en) * | 2003-07-31 | 2005-02-24 | Fuji Electric Device Technology Co Ltd | Power converter |
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Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2003086753A (en) * | 2001-09-14 | 2003-03-20 | Toshiba Corp | Emitter wiring structure of semiconductor chip, and modular semiconductor device using it |
JP2004273837A (en) * | 2003-03-10 | 2004-09-30 | Koyo Seiko Co Ltd | Semiconductor device |
JP2005051901A (en) * | 2003-07-31 | 2005-02-24 | Fuji Electric Device Technology Co Ltd | Power converter |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2012195338A (en) * | 2011-03-15 | 2012-10-11 | Fuji Electric Co Ltd | Semiconductor device |
JP2013172129A (en) * | 2012-02-23 | 2013-09-02 | Renesas Electronics Corp | Power device |
US9421925B2 (en) | 2012-02-23 | 2016-08-23 | Renesas Electronics Corporation | Power device |
WO2018147103A1 (en) * | 2017-02-10 | 2018-08-16 | 株式会社オートネットワーク技術研究所 | Switch control device, switch switching method, and computer program |
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