功率半导体模块以及使用其的电动助力转向装置

摘要

技术问题：在低成本且不会产生散热等的问题的前提下，对由多个功率半导体等构成的电子电路的该多个功率半导体进行小型化和一体化。解决手段：提供一种功率半导体模块，其是将多个功率半导体元件排列并收纳在同一封装内而形成的，所述功率半导体元件是由以一个电极部分连接在形成有至少一个外部连接端子的金属板上的功率半导体裸芯片、以及与所述半导体裸芯片的其它电极部分电连接的其它外部连接端子构成的，所述多个功率半导体元件基本上具有相同的外形，所述多个功率半导体元件的所述裸芯片的电极的一部分通过金属制连接器或引线，在所述多个功率半导体元件之间相互连接，所述封装是用具有电绝缘性的树脂对所述多个功率半导体元件进行密封的树脂塑模封装。

权利要求

1.一种功率半导体模块，其是将多个功率半导体元件排列并收纳在同一封装内而形成的，所述功率半导体元件是由以一个电极部分连接在形成有至少一个外部连接端子的金属板上的功率半导体裸芯片、以及与所述功率半导体裸芯片的其它电极部分电连接的其它外部连接端子构成的，其特征在于，所述多个功率半导体元件基本上具有相同的外形，

所述多个功率半导体元件的所述功率半导体裸芯片的电极通过金属制连接器，在所述多个功率半导体元件之间相互连接，所述封装是用具有电绝缘性的树脂对所述多个功率半导体元件进行密封的树脂塑模封装，所述功率半导体元件是与单个功率半导体裸芯片的功率半导体封装内部所使用的功率半导体元件相同的构成要素，通过密封在所述树脂塑模封装内且进行所述相互连接而直接具有未进行电耦合的外部连接端子，所述功率半导体裸芯片是场效应晶体管的裸芯片，

将所述裸芯片的漏极与形成有所述一个外部连接端子的金属板接合，

相较于所述漏极，所述裸芯片的栅极以及源极设置在远离所述一个外部连接端子的一侧，所述裸芯片的电极的一部分在所述功率半导体元件之间通过两个所述金属制连接器相互连接。

2.根据权利要求1所述的功率半导体模块，其特征在于，其是以如下方式构成的，即，并列排列两个所述功率半导体元件，用两个金属制连接器使一方的功率半导体元件的裸芯片的源极与另一方的功率半导体元件的裸芯片的源极进行电连接，并在功能上一体化。

3.根据权利要求1所述的功率半导体模块，其特征在于，其是以如下方式构成的，即，并列排列三个所述功率半导体元件，用两个金属制连接器使一端的功率半导体元件的裸芯片的源极通过中央的功率半导体元件的金属平板部分与所述中央的功率半导体元件的裸芯片的漏极电连接，进一步地，用另外两个金属制连接器使所述中央的功率半导体元件的金属平板部分与另一端的功率半导体元件的裸芯片的源极电连接，并在功能上一体化。

4.根据权利要求1所述的功率半导体模块，其特征在于，所述一个外部连接端子和所述其它的外部连接端子相互平行地配置。

5.根据权利要求2所述的功率半导体模块，其特征在于，所述一个外部连接端子和所述其它的外部连接端子相互平行地配置。

6.根据权利要求3所述的功率半导体模块，其特征在于，所述一个外部连接端子和所述其它的外部连接端子相互平行地配置。

7.根据权利要求1所述的功率半导体模块，其特征在于，所述排列是在平面上并列排列所述功率半导体元件。

8.根据权利要求2所述的功率半导体模块，其特征在于，所述排列是在平面上并列排列所述功率半导体元件。

9.根据权利要求3所述的功率半导体模块，其特征在于，所述排列是在平面上并列排列所述功率半导体元件。

10.根据权利要求1所述的功率半导体模块，其特征在于，所述排列是沿着虚拟的曲面并列排列所述功率半导体元件。

11.根据权利要求2所述的功率半导体模块，其特征在于，所述排列是沿着虚拟的曲面并列排列所述功率半导体元件。

12.根据权利要求3所述的功率半导体模块，其特征在于，所述排列是沿着虚拟的曲面并列排列所述功率半导体元件。

13.根据权利要求10所述的功率半导体模块，其特征在于，所述虚拟的曲面为圆筒的侧面，所述外部连接端子与所述圆筒的主轴的方向平行。

14.根据权利要求11所述的功率半导体模块，其特征在于，所述虚拟的曲面为圆筒的侧面，所述外部连接端子与所述圆筒的主轴的方向平行。

15.根据权利要求12所述的功率半导体模块，其特征在于，所述虚拟的曲面为圆筒的侧面，所述外部连接端子与所述圆筒的主轴的方向平行。

16.根据权利要求3所述的功率半导体模块，其特征在于，所述排列是沿着虚拟的三棱柱的各侧面并列排列所述功率半导体元件，在所述虚拟的三棱柱的内侧配置散热器，所述外部连接端子与所述三棱柱的主轴的方向平行。

17.根据权利要求4所述的功率半导体模块，其特征在于，所述排列是沿着虚拟的三棱柱的各侧面并列排列所述功率半导体元件，在所述虚拟的三棱柱的内侧配置散热器，所述外部连接端子与所述三棱柱的主轴的方向平行。

18.根据权利要求1所述的功率半导体模块，其特征在于，所述金属板的材料为铜或铝。

19.根据权利要求1所述的功率半导体模块，其特征在于，所述金属板具有从所述封装内部朝外部露出的露出部分，且所述露出部分能够与设置在外部的散热器连接。

20.一种电动助力转向装置的控制装置，其使用权利要求2以及3所述的功率半导体模块，其特征在于，该控制装置具有三组权利要求3所述的功率半导体模块，其中，该功率半导体模块是将三个用于进行所述电动助力转向装置所使用的三相无刷电动机的各一相的控制的所述功率半导体元件收容在同一封装内而形成的，并且该控制装置具有一组权利要求2所述的功率半导体模块，其中，该功率半导体模块是将两个用于进行所述电动助力转向装置的电源侧的控制的所述功率半导体元件收容在同一封装内而形成的，这四组功率半导体模块配合所述电动助力转向装置的控制装置或所述三相无刷电动机的侧面形状形成为曲面形状，并配置在所述电动助力转向装置的控制装置或所述三相无刷电动机的侧面。

21.一种电动助力转向装置，其特征在于，其使用权利要求1所述的功率半导体模块。

说明书

功率半导体模块以及使用其的电动助力转向装置

技术领域

[0001] 本发明涉及一种将至少两个以上的安装在金属板上的功率半导体在功能上连接，并收纳在单一的封装内的功率半导体模块以及使用其的电动助力转向装置。

背景技术

[0002] 以往，如逆变器电路、电源电路那样，使用处理大功率的功率半导体等的电子电路为了配合使用这样的电路的设备的小型化，存在需要进一步的小型化的情况。而且，为了使用这样的功率半导体的电路的进一步的小型化，低成本且有效地对为了实现小型化而以高密度安装的功率半导体等进行散热也是必要的。

[0003] 例如，在应用于汽车等车辆的电动助力转向装置(EPS)所使用的电动机等旋转电气设备的控制装置中，逆变器电路、继电器电路由多个功率半导体等构成。因此，若能将这些多个功率半导体作为单一的模块进行一体化，则能够通过上述控制装置的进一步的小型化，对上述电动助力转向装置(EPS)整体的小型化作出贡献。

[0004] 另一方面，作为将这样的多个功率半导体模块化的技术，例如，公开有如日本专利第4549884号公报(专利文献1)、国际公开第2012/127696号(专利文献2)所述的技术。

[0005] 而且，在上述技术中，专利文献1中记载有如下所述的半导体装置，其具备：具有导电性的散热基板、直接配设在所述散热基板上的半导体元件、各自的一端与所述半导体元件的主电极电连接的多个主电极板、对所述散热基板、所述半导体元件、以及所述多个主电极板进行树脂密封的树脂封装，所述散热基板的外形尺寸与所述树脂封装的外形尺寸大小相同，所述多个主电极板的、各自的另一端在所述树脂封装的上面侧朝外部露出，所述树脂封装通过塑模成型而一体地成型。而且构成为，上述具有导电性的散热基板的、设置有半导体元件的面的相反面侧部分的塑模封装成型得较薄，本导体元件所散发的热量经过散热基板，向安装在上述半导体装置的外部的散热器等散热。

[0006] 另外，在上述专利文献2中记载了如下所述的功率半导体模块，其特征在于，其由：以同一平面状配置的多个第一金属板、该第一金属板所搭载的功率半导体芯片、以及桥桁部和支承该桥桁部的腿部构成，而且具有通过该腿部而将上述功率半导体芯片的电极之间、功率半导体芯片的电极与上述第一金属板之间适宜地焊接的跨线桥状的第二金属板，且由用电绝缘性树脂将这些部件密封的树脂封装构成，上述腿部的焊接部通过折弯加工形成平面状且设置在比上述桥桁部低的位置。

[0007] 现有技术文献

[0008] 专利文献

[0009] 专利文献1：日本专利第4549884号公报

[0010] 专利文献2：国际公开第2012/127696号

发明内容

[0011] (一)要解决的技术问题

[0012] 然而，在上述专利文献1所述的半导体装置中，多个主电极板(外部连接电极板)和散热基板具有将分别独立准备的部分通过焊接等接合的结构。因此，还另外需要用于将这样的独立的元件接合的区域，会导致模块以与该区域所需面积对应的量过度地增大，存在妨碍小型化的问题。另外，在构成逆变器电路等时，需要在模块侧基板上进行电路配线，其结果为，存在妨碍模块的小型化的问题。

[0013] 进一步地，在上述专利文献1所述的半导体装置中，通过多个铝配线WR对元件乃至外部连接电极板之间进行电连接。然而，在采用这样的结构的情况下，存在加工上的制约，另外，由于需要进行大量配线，所以在可靠性方面存在问题。

[0014] 另外，上述专利文献2所述的半导体模块与上述专利文献1所述的不同，在多个第一金属板上搭载未封装的功率半导体芯片，用跨线桥状的第二金属板将其电连接，并用树脂封装将整体密封。因此，在上述专利文献2所述的发明中，由于为了上述发明的实施，需要另外形成并准备上述第一金属板和第二金属板，所以成本较高，而且还需要进行上述第二金属板与第二金属板的接合作业，因此还会产生加工时的可靠性的问题，并存在成本进一步上升的问题。另外，在上述专利文献2所述的发明中，如上所述在多个第一金属板上搭载上述半导体芯片，通过收纳在一个封装内而能够进行小型化，但与构成半导体模块的半导体的数量比较，能够用于直接搭载有上述半导体芯片的第一金属板的散热的面积相对减少，因此存在无法实现充分的散热的问题。

[0015] 因此本发明的目的在于，解决以往技术中存在的上述问题和课题，并提供一种功率半导体模块，其使用多个由通用品构成的功率半导体元件要素，进行必要的功率半导体元件之间的内部连接，实现了小型化、散热性的提高、内部电阻的降低等，成本低且可靠性高。

[0016] (二)技术方案

[0017] 为了解决上述问题，本发明提供一种功率半导体模块，其是将多个功率半导体元件排列并收纳在同一封装内而形成的，所述功率半导体元件是由以一个电极部分连接在形成有至少一个外部连接端子的金属板上的功率半导体裸芯片、以及与所述半导体裸芯片的其它电极部分电连接的其它外部连接端子构成的，其特征在于，所述多个功率半导体元件基本上具有相同的外形，所述多个功率半导体元件的所述裸芯片的电极通过金属制连接器或引线，在所述多个功率半导体元件之间相互连接，所述封装是用具有电绝缘性的树脂对所述多个功率半导体元件进行密封的树脂塑模封装。

[0018] 另外，通过如下方式，能够更有效地解决上述问题，即，所述功率半导体裸芯片是场效应晶体管的裸芯片，将所述裸芯片的漏极与形成有所述一个外部连接端子的金属板接合，相较于所述漏极，所述裸芯片的栅极以及源极设置在远离所述一个外部连接端子的一侧，所述栅极或源极的一部分在所述功率半导体元件之间通过所述金属制连接器或引线相互连接，或者，所述一个外部连接端子与所述其它的外部连接端子相互平行地配置。

[0019] 另外，通过如下方式，能够更有效地解决上述问题，即，所述多个排列是将至少两个以上的所述功率半导体元件在平面上并列排列而成，或，所述多个排列是将至少两个以上的所述功率半导体元件沿着虚拟的曲面并列排列而成，或，所述虚拟的曲面为圆筒的侧面，所述相互平行地配置的外部连接端子还与所述圆筒的主轴方向平行，或者，所述多个排列是将至少两个以上的所述功率半导体元件沿着由虚拟的多边形构成的棱柱的各侧面并列排列而成，所述相互平行地配置的外部连接端子还与所述棱柱的主轴方向平行。

[0020] 另外，通过如下方式，能够更有效地解决上述问题，即，所述金属板的材料是铜或铝，或者，所述金属板具有从所述封装内部朝外部露出的露出部分，且所述露出部分能够与设置在外部的散热器连接。

[0021] 另外，为了解决上述问题，本发明提供一种控制装置，其特征在于，在驱动三相无刷电动机时，使用上述的功率半导体模块来进行各一相的控制，该功率半导体模块是将三个所述功率半导体元件收容在同一封装内而形成的。

[0022] 另外，为了解决上述问题，本发明提供一种电动助力转向装置，其特征在于，使用上述的功率半导体模块。

[0023] (三)有益效果

[0024] 在本发明中，仅使用多个(例如，两个～三个)作为通用品而易于获得的功率半导体元件，将它们在平面上或曲面上相互平行地排列。而且，构成上述功率半导体元件的外部连接端子(簧片)基本上直接使用通用品，但流通大电流的上述外部连接端子(簧片)部分采用如下结构，即，在构成上述功率半导体元件的半导体裸芯片之间用夹子或引线来部分地进行连接，降低配线电阻和发热，进一步地，将上述多个功率半导体元件在树脂封装内一体成型。

[0025] 因此，在将由一体化的多个功率半导体元件构成的本发明的半导体模块用于例如三相感应电动机的逆变器控制时，能够将通常控制每一相所使用的三个FET(上侧臂部、下侧臂部、电动机继电器部)组合成一组来使用。而且，通过这样的使用，能够获得低成本(使用通用品)、小型化(节省空间)、省配线化(功率半导体芯片之间的直接连接的效果)、应对发热(三个FET不会同时接通(必有一个关断))等的效果。

[0026] 另外，同样地，通过将用于电动机等的电源侧的控制的多个功率半导体构成为由单一封装构成的半导体模块，能够获得与上述同样的效果。

附图说明

[0027] 图1是表示电动助力转向装置的一般结构的图。

[0028] 图2是表示电动助力转向装置的控制单元(ECU)的方框图。

[0029] 图3是表示电动助力转向装置的电动机控制部的结构例的线图。

[0030] 图4是表示本发明的功率半导体元件的例子的立体图，(A)是表示其整体像的立体图，(B)是表示FET的结构例的立体图。

[0031] 图5是表示本发明的功率半导体模块的例子的图，(A)是不包含封装部分的正视图，(B)是其电路图，(C)是正视图，(D)是其后视图。

[0032] 图6是表示本发明的功率半导体模块的例子的立体图，(A)是表示其整体像的立体图，(B)是不包含封装部分的立体图。

[0033] 图7是表示本发明的功率半导体模块的例子的图，(A)是不包含封装部分的正视图，(B)是其电路图，(C)是正视图，(D)是其后视图。

[0034] 图8是表示本发明的功率半导体模块的例子的立体图，(A)是表示其整体像的立体图，(B)是不包含封装部分的立体图。

[0035] 图9是表示本发明的功率半导体模块的例子的立体图。

[0036] 图10是表示本发明的功率半导体模块的例子的图，(A)是不包含封装部分的立体图，(B)是其俯视图，(C)是表示其整体像的立体图。

具体实施方式

[0037] 接着，以将本发明的功率半导体模块的结构例用于车辆的电动助力转向装置等所使用的电动机的控制装置的情况为例，对本发明的实施方式进行说明。

[0038] 这里，上述电动助力转向装置用于通过电动机的旋转力对车辆的转向机构施加操舵辅助力(辅助力)。而且，在上述电动助力转向装置中，将通过从电力供给部(逆变器)供给的电力进行控制的电动机的驱动力，经由减速机构，并通过齿轮或皮带等传动机构，向转向轴或齿条轴施加上述操舵辅助力。而且，为了正确地产生操舵辅助力的扭矩，这样的电动助力转向装置(EPS)进行电动机电流的反馈控制。

[0039] 这样的反馈控制调整电动机外加电压，以使得操舵辅助指令值(电流指令值)与电动机电流检测值的差变小，电动机外加电压的调整一般通过调整PWM(脉冲宽度调制)控制的占空比(Duty)来进行。

[0040] 图1中示出上述电动助力转向装置的一般结构并对其进行说明，方向盘1的柱轴(转向轴、方向盘轴)2经由减速机构3的减速齿轮、万向节4a及4b、齿轮齿条机构5、拉杆6a、6b，再经由轮毂单元7a、7b与转向车轮8L、8R连结。另外，在柱轴2上设置有用于检测方向盘1的操舵扭矩的扭矩传感器10以及用于检测操舵角θ的舵角传感器14，对方向盘1的操舵力进行辅助的电动机20经由减速机构3的减速齿轮(齿轮比n)与柱轴2连结。

[0041] 而且，由电池13向控制上述电动助力转向装置的控制单元(ECU)100供给电力，并且通过点火开关11向该控制单元(ECU)100输入点火开关信号。

[0042] 在这样构成的控制单元100中，基于由扭矩传感器10检测出的操舵扭矩Th和由车速传感器12检测出的车速Vel，来计算辅助(操舵辅助)指令的电流指令值，按照对电流指令值施加了补偿等而得到的电压控制指令值Vref，对向电动机20供给的电流进行控制。此外，舵角传感器14不是必需的，也可以不配设，也能够从与电动机20连结的旋转变压器等旋转位置传感器取得操舵角。

[0043] 另外，在上述控制单元100上连接有收发车辆的各种信息的CAN(Controller Area Network)50，车速Vel也能够从CAN50接收。另外，在控制单元100上也连接有非CAN51，该非CAN51收发CAN50以外的通信、模拟/数字信号、电波等。

[0044] 另外，上述控制单元100主要由CPU(也包含MPU、MCU等)构成，在该CPU内部由程序执行的一般功能如图2所示。

[0045] 参照图2对控制单元100进行说明，由扭矩传感器10检测出的操舵扭矩Th以及由车速传感器12检测出的(或来自CAN50的)车速Vel被输入至电流指令值计算部101，该电流指令值计算部101用于计算电流指令值Iref1。电流指令值计算部101基于输入的操舵扭矩Th以及车速Vel，并使用辅助图等来计算电流指令值Iref1，该电流指令值Iref1是向电动机20供给的电流的控制目标值。电流指令值Iref1经由加法部102A输入至电流限制部103，限制了最大电流的电流指令值Irefm被反馈输入到减法部102B，算出该电流指令值Irefm与电动机电流值Im的偏差I(Irefm-Im)，并将该偏差I输入至PI控制部104，该PI控制部104用于改善操舵动作的特性。通过PI控制部104改善了特性的电压控制指令值Vref被输入至PWM控制部105，进而通过逆变器106对电动机20进行PWM驱动。由电动机电流检测器107检测出电动机20的电流值Im，并反馈至减法部102B。逆变器106由作为驱动元件的FET的电桥电路构成。

[0046] 在上述电动机20上连接有旋转变压器等旋转传感器21，从旋转传感器21输出电动机旋转角度θ，进而由电动机速度计算部22算出电动机速度ω。

[0047] 另外，在加法部102A中加上来自补偿信号生成部110的补偿信号CM，通过加上补偿信号CM来进行操舵系统的特性补偿，以改善收敛性、惯性特性等。补偿信号生成部110利加法部114将自对准扭矩(SAT)113和惯性112相加，该相加的结果进一步与收敛性111在加法部115中相加，，将加法部115中的相加结果作为补偿信号CM。

[0048] 另外，在上述电动机20为三相无刷电动机的情况下，PWM控制部105以及逆变器106的具体结构例如是如图3所示那样，PWM控制部105由占空比计算部105A、和栅极驱动部105B构成，其中，所述占空比计算部105A由电压控制指令值Vref按照规定式计算三相的PWM占空比值D1～D6，所述栅极驱动部105B按照PWM占空比值D1～D6来驱动作为驱动元件的FET的栅极，并且进行空载时间的补偿，进行接通/关断。逆变器106由作为半导体开关元件的FET的三相桥(FET1～FET6)构成，通过按照PWM占空比值D1～D6进行接通/关断，来驱动电动机20。另外，在在逆变器106与电动机20之间的电力供给线上连接有电动机继电器23，该电动机继电器23由电动机释放开关构成，用于进行或切断电力供给(接通/关断)。而且，在图3中示出了下述例子，即利用将半导体开关元件(例如，FET7～9)用作电动机释放开关的电动机继电器23，来接通/关断三相中的两相的电力供给。

[0049] 而且，在如上所述构成的电动助力转向装置中，上述控制单元100所使用的本发明的半导体模块是如下所述构成的。此外，在以下的说明中，对于同一构成要素，即使是能够采用其它的形态的构成要素，也使用同一记号，有时会省略一部分重复的说明、结构。

[0050] 本发明将两个以上的功率半导体用元件在功能上连接，并收纳在一个封装内而构成功率半导体模块。在此，首先适当地参照附图对上述功率半导体元件进行说明。

[0051] 图4是以可用于TO-220封装的零件为例来表示构成本发明的功率半导体元件的例子的图。而且，图4的(A)表示其立体图，图4的(B)示出了作为构成上述功率半导体元件的裸芯片的例子使用场效应晶体管(FET)时的该FET的立体图。

[0052] 功率半导体元件400构成本发明，该功率半导体元件400的基本构成要素为：形成有一个外部连接端子410B的金属板410、其它的外部连接端子415、功率半导体裸芯片430、以及引线450。

[0053] 在上述功率半导体元件400中，形成有一个外部连接端子410B的金属板410由金属平板部分410A、和上述一个外部连接端子410B构成，所述金属平板部分410A用于安装上述功率半导体裸芯片430。而且，上述金属平板部分410A由铜、铝等金属制的长方形状的平板形成，在上述平板的单面侧安装有上述功率半导体裸芯片430，在本实施方式的情况下，还在金属平板部分410A上穿设有孔410C，用于使上述金属平板部分410A能够固定在基板等外部设备等上。此外，在用树脂材料进行封装时，使上述金属平板部分410A的一部分露出于外部，从而也能够将上述金属平板部分410A活用为电极以及散热片，所述电极用于与上述外部设备等进行连接，所述散热片用于散热。因此，在如上所述活用为散热片的情况下，也能够通过在上述孔410C中插入螺栓等而将上述金属平板部分410A固定于设置在外部的散热器等。

[0054] 另外，上述一个外部连接端子部(有时称为外部连接端子)410B是由上述金属平板部分410A一体构成的平板，该平板呈比上述金属平板部分410A更小的细长的长方形状，向安装有上述功率半导体裸芯片430的一侧略有偏移，且与上述金属平板部分410A平行地形成。而且，在用树脂材料对本发明的电源模块进行封装并完成后，上述一个外部连接端子部410B发挥连接端子的功能，该连接端子用于将外部设备乃至器件等与上述裸芯片的一部分通过基板等进行电连接。

[0055] 另外，在上述功率半导体元件400中，其它的外部连接端子415与上述半导体裸芯片430的电极中的、与上述金属板410连接的电极之外的其它电极连接，并发挥作为连接端子的功能，该连接端子用于将上述其它电极与上述外部设备乃至器件等通过基板等进行电连接。

[0056] 因此，上述外部连接端子415与所连接的上述半导体裸芯片430的因种类而变动的电极数量相应地需要多个。在本实施方式中，使用上述电极的数量为三个的FET作为上述半导体裸芯片430，由于上述三个电极中的一个与上述金属平板部分410A连接，所以上述外部连接端子415的数量为两个。另外，上述外部连接端子415的形态没有特别限定，在本实施方式中，基本采用与在上述金属板410上形成的外部连接端子部410B大致为相同形状的细长的长方形状的板状，并以构成上述外部连接端子部410B和上述外部连接端子415的上述细长的长方形状的长边部分相互平行的方式进行配设。

[0057] 另外，上述外部连接端子415与上述金属板410是电绝缘的，因此在结构上也是独立的，且配置为，与上述金属板410形成的平面相比向形成上述功率半导体的方向略有偏移，以使得在进行了封装的情况下，上述外部连接端子415与在上述金属板410上形成的外部连接端子410B成为如上所述那样平行的一列。

[0058] 另外，在上述功率半导体元件400中，功率半导体裸芯片430如在图4的(B)中以立体图表示的那样，由半导体等构成为整体呈四边形状，如上所述，安装在金属板410的单面侧。而且，在本实施方式中，上述功率半导体裸芯片430为FET，上述FET的漏极435配置在上述功率半导体裸芯片430的下表面，源极431和栅极433以比上述漏极435更靠上侧的方式构成。因此，在将上述功率半导体裸芯片430从上述漏极435侧安装于上述金属板410的情况下，上述源极431和栅极433以远离上述金属板410侧的方式配置。

[0059] 另外，上述源极431和栅极433基本上通过上述外部连接端子415和引线450分别进行电连接，但在本发明的半导体模块中，在集中多个上述功率半导体元件400并在功能上配置时，有时会如下所述，通过金属制连接器(夹子)510或引线450在上述FET的电极相互之间进行电连接。

[0060] 构成本发明的功率半导体元件400，例如是如上所述那样构成，但不限于上述例示的可用于TO-220封装的那样的元件。因此，只要是在单一的功率半导体封装内部使用的功率半导体的构成要素，即符合本发明的主旨，即使是通用品等，也能够活用于本发明的功率半导体模块。

[0061] 接着，适当地参照附图来对本发明的功率半导体模块进行说明，该功率半导体模块是将多个构成本发明的上述功率半导体元件集中并在功能上一体化而构成的。

[0062] 图5以及图6示出了功率半导体模块的实施方式500的例子，该例作为本发明的功率半导体模块，是通过将三个上述那样的功率半导体元件400集中，并在功能上结合而作为单一的封装完成的。

[0063] 而且，在图5中，(A)表示不包含封装部分的正视图，(B)表示其电路图，(C)表示正视图，(D)表示其后视图，在图6中，(A)表示其整体像的立体图，(B)表示不包含封装部分的立体图。

[0064] 在本发明的上述实施方式500中，如图5中的(A)所示，在平面上并列排列有三个如上所述的功率半导体元件400，并将其通过金属制连接器(夹子)510或引线450相互结合。在这里，上述夹子510是由铜、铝等金属制的材料构成的。而且，上述夹子510使用一根或如图所示的多根导线，该导线的截面积与上述功率半导体元件400所使用的引线450相同或更大，由此，与仅单独使用上述引线450时相比，实现了配线电阻的降低。

[0065] 另外，如上述图5中的(A)所示，上述夹子510或引线450是以如下方式构成的，即，介由图中的中央的功率半导体400的金属平板部分410A，使图中左端的功率半导体元件400的功率半导体430的源极431与功率半导体430的栅极435电连接，并且使图中的中央的功率半导体400的金属平板部分410A与图中右端的功率半导体元件400的功率半导体430的源极431电连接，在功能上进行一体化。

[0066] 图5中的(B)示出了如上所述的功率半导体元件400之间的通过上述夹子510或引线450进行连接的功率半导体430的连接关系。在上述图5中的(B)中，该图中的a～g的记号是与上述图5中的(A)所示的功率半导体元件400的外部连接端子(410B以及415)对应地表示的。另外，在上述图5中的(A)所示的功率半导体元件400的外部连接端子(410B以及415)中，对于该图中两端的功率半导体元件400的右端的外部连接端子没有设置对应的记号，它们是由于利用上述夹子510或引线450在功率半导体元件400之间进行的耦合而未进行电耦合的端子。因此，在上述功率半导体单元的结构内也可以不含上述外部连接端子。

[0067] 因此，根据本发明的功率半导体单元，在集中多个上述功率半导体元件400并在功能上进行一体化时，能够从在单一的功率半导体封装内部使用的功率半导体的构成要素进一步限定上述功率半导体元件400来使用，由此也能够实现成本的降低。

[0068] 此外，在上述实施方式500的情况下，也包含上述未进行电耦合的外部连接端子415地形成了一个封装，在该情况下也实现了小型化和散热性的提高。

[0069] 另外，图5中的(C)、(D)所示的正视图和后视图示出了用具有电绝缘性的树脂530对如上述图5中的(A)所示那样连接的三个功率半导体元件400进行了密封的状态。

[0070] 上述具有电绝缘性的树脂530用于对构成上述功率半导体元件400的各零件进行固定，使各构成要素之间以及它们的基干部分与外部之间绝缘，并且将上述各零件产生的热量传导至外部。

[0071] 因此，上述具有电绝缘性的树脂530通过树脂塑模封装对上述功率半导体元件400中的如下部分进行密封，即，上述金属平板部分410A的安装有功率半导体裸芯片430的部分、通过夹子510或引线450连接的部分、以及上述外部连接端子410B从上述金属平板部分410A延伸的部分、上述外部连接端子415的靠近上述金属平板410A侧的部分。

[0072] 其中，上述外部连接端子(410B、415)为了如上述那样与外部设备等进行电连接而构成为，上述外部连接端子的与靠近上述金属平板部分410A侧为相反侧的部分从上述树脂塑模封装露出。另外，上述金属平板部分410A的与靠近上述外部连接端子(410B、415)侧为相反侧的设置有孔410C的一侧，也同样地构成为从上述树脂塑模封装露出。

[0073] 另外，在上述实施方式500中，进一步地，上述金属平板部分410A的与安装有上述功率半导体430的一侧为相反侧的面，也构成为从上述树脂塑模封装露出，并且使上述露出部分接触与上述本发明的功率半导体模块相邻设置的散热器等来进行安装，由此能够实现散热性的提高。

[0074] 此外，对于上述具有电绝缘性的树脂530的材质没有特别限定，优选使用具有高电绝缘性和高导热性的弹性体等。

[0075] 在如上述这样构成的本发明的实施方式500中，通过使上述功率半导体元件400在功能上结合来进行组合，能够实现小型化以及内部配线的省略化，并因此而实现散热性的提高以及成本的降低。

[0076] 另外，在本发明中能够如上述那样集中三个由FET构成的功率半导体430而形成为一个功率半导体模块，在后述的实施方式900和1000的情况下也相同。因此，能够直接将该功率半导体模块用于上述那样的电动助力转向装置的控制单元100。

[0077] 因此，例如，在图3所示的控制单元100的逆变器106和电动机继电器23中，使上述电动机20的三相(U、V、W相)中的一相的控制所使用的FET由一个模块构成，总共使用三个本发明的功率半导体模块，从而能够活用于上述三相电动机的控制。

[0078] 因此，例如能够使相当于如上述图3所示那样由上侧臂部的FET1、下侧臂部的FET4和电动机继电器部23的FET7构成的电动机20的U相的这一相由上述本发明的功率半导体模块来构成，并对其它两相(V相、W相)也采用同样的结构，从而能够实现上述电动助力转向装置的控制单元100的进一步的小型化和散热性的提高等。

[0079] 接着，参照图7以及图8对实施方式700的例子进行说明，该例作为本发明的功率半导体模块，是通过将两个上述那样的功率半导体元件400集中，并在功能上结合而作为单一的封装完成的。

[0080] 在这里，上述图7以及图8对上述本发明的实施方式700进行了图示，在图7中，(A)表示不包含封装部分的正视图，(B)表示电路图，(C)表示正视图，(D)表示其后视图，在图8中，(A)表示其整体像的立体图，(B)表示不包含封装部分的立体图。

[0081] 本发明的上述实施方式700基本上具有与上述实施方式500的情况同样的结构，区别在于使用了两个上述功率半导体元件400这一点。

[0082] 因此，上述两个功率半导体元件400如上述图7中的(A)所示，使图中左侧的功率半导体元件400的功率半导体430的源极431与图中右侧的功率半导体元件400的功率半导体430的源极431电连接并在功能上进行了一体化。

[0083] 而且，图7中的(B)示出了如上述图7中的(A)所示那样的功率半导体元件400之间的通过上述夹子510或引线450进行连接的功率半导体430的连接关系。在上述图7中的(B)中，该图中a～e的记号是与上述图7中的(A)所示的功率半导体元件400的外部连接端子(410B以及415)对应地表示的。另外，在上述图7中的(A)所示的功率半导体元件400的外部连接端子(410B以及415)中，对于该图中左侧的功率半导体元件400的右端的外部连接端子415没有设置对应的记号，该外部连接端子415是由于利用上述夹子510或引线450在功率半导体元件400之间进行的耦合而未进行电耦合的端子。

[0084] 在如上述这样构成的本发明的实施方式700中，与上述实施方式500同样地，通过使上述功率半导体元件400在功能上结合来进行组合，能够实现小型化以及内部配线的省略化，并因此而实现散热性的提高以及成本的降低。

[0085] 另外，在将如上述这样构成的本发明的实施方式700的半导体模块用于上述这样的电动助力转向装置的情况下，有时会在上述电动助力转向装置的电源侧的控制中使用两个功率半导体，因此也能够将两个这样的功率半导体作为一个模块而进一步地实现小型化等。

[0086] 接着，对集中多个上述这样的功率半导体元件400并使其不是如上述那样在平面上排列而是沿着虚拟的曲面形状等排列时的例子进行说明。

[0087] 图9以立体图示出了如上所述的使三个功率半导体元件400沿着虚拟的曲面并列排列的本发明的实施方式900的例子，在这里，特别地示出了上述虚拟的曲面为圆筒C的侧面时的例子。

[0088] 此外，在上述实施方式900中，将上述功率半导体元件400配置在曲面上，其结果为，以立体方式形成并相应地进行封装，除此以外，基本的结构、电连接关系与上述实施方式500相同。

[0089] 在本实施方式900的情况下，上述虚拟的圆筒C如图9中虚线所示，构成上述三个功率半导体元件400的细长的长方形状的外部连接端子(410B、415)的长边，以与上述圆筒C的主轴S平行的方式，沿着上述虚拟的圆筒C的侧面排列。

[0090] 另外，在上述图9中，上述功率半导体元件400的上述金属平板410A的从封装530露出的部分的面(散热面)朝向上述虚拟的圆筒C的外侧面。然而，沿着上述虚拟的圆筒C的侧面的上述三个功率半导体元件400的排列方法不限于上述。因此，可以使上述金属平板410A的从封装530露出的散热面的相反侧的面朝向上述虚拟的圆筒C的外侧面，或者，也可以在上述虚拟的圆筒C的内侧配置上述功率半导体元件400，并使上述金属平板410A的从封装530露出的散热面侧朝向上述圆筒C的内侧面，或者，也可以在上述虚拟的圆筒C的内侧配置功率半导体元件400，并使与上述金属平板410A的从封装530露出的散热面的相反侧的面朝向上述圆筒C的内侧面。

[0091] 本发明的上述实施方式900通过采用上述这样的结构，例如，在上述的电动助力转向装置的控制单元100的壳体采用与上述电动机20等的形态匹配的由圆筒形状等构成的曲面形状的情况下，能够通过沿着上述控制单元100的壳体、电动机20的圆筒形状的侧面配置本功率半导体模块，将上述控制单元100的壳体等的侧面有效地活用为散热器等。

[0092] 另外，图10对如上所述的使三个功率半导体元件400沿着由虚拟的多边形构成的棱柱的各侧面并列排列的例子进行了图示，在这里，特别地对上述虚拟的多边形为三角形、即棱柱为三棱柱T时的实施方式1000的例子进行了图示。

[0093] 在这里，图10中的(A)是表示在上述实施方式900中，将被具有电绝缘性的树脂530封装前的功率半导体元件400并列配置时的相互连接状态的立体图，图10中的(B)是其俯视图，图10中的(C)是被上述树脂封装后的立体图。

[0094] 如上述图10中的(A)所示，在本实施方式1000中，将上述功率半导体元件400沿着如图中虚线所示的虚拟的三棱柱T的各三个侧面排列，并使上述金属平板部分410的散热面侧朝向上述侧面。

[0095] 因此，与在平面上排列上述功率半导体元件400时相比，能够进一步地小型化。

[0096] 另外，在上述实施方式1000中，将上述功率半导体元件400沿着由虚拟的多边形构成的棱柱的各侧面并列配置，其结果为，以立体方式形成并相应地进行封装，除此以外，基本的结构、电连接关系与上述图5所示的实施方式500基本上相同。

[0097] 但是，在本实施方式1000的情况下，是在虚拟的三棱柱T的侧面上并列配置三个功率半导体元件400，因此上述三个功率半导体元件400是相互邻接的关系。

[0098] 因此，如上述图10中的(B)所示，在维持上述图5中的(B)所示的电连接关系的情况下，在设置于与上述图5中的(A)的位于两端者相当的功率半导体元件400上的功率半导体430的源极431相互之间利用夹子510或引线450进行直接连接，能够降低配线电阻。此外，在上述图10中的(B)中，虚线所示的框示出了用具有电绝缘性的树脂530进行了封装的情况下的轮廓。

[0099] 另外，在上述图10中的(A)～(C)中，上述功率半导体元件400的上述金属平板410A的从封装530露出的露出面(散热面)朝向上述虚拟的三棱柱T的外侧面。

[0100] 然而，沿着上述虚拟的三棱柱T的侧面的上述三个功率半导体元件400的排列方法不限于上述。

[0101] 因此，可以使上述金属平板410A的从封装530露出的散热面的相反侧的面朝向上述虚拟的三棱柱T的外侧面，或者，也可以在上述虚拟的三棱柱T的内侧配置上述功率半导体元件400，并使上述金属平板410A的从封装530露出的散热面朝向上述三棱柱T的内侧面，或者，也可以在上述虚拟的三棱柱T的内侧配置功率半导体元件400，并使上述金属平板410A的从封装530露出的露出面的相反侧的面朝向上述三棱柱T的内侧面。

[0102] 本发明的上述实施方式1000通过采用如上所述的结构，能够更进一步地使上述功率半导体模块小型化。

[0103] 另外，例如，在上述的电动助力转向装置的控制单元100的基板上安装上述实施方式1000的功率半导体模块，并且按照上述排列将上述散热面朝向内侧配置时，通过在其内侧设置三棱柱状的散热器，或者，在按照上述排列将散热面朝向外侧配置时，通过以在该三棱柱状的外形的外侧围绕的方式设置散热器，能够进行上述实施方式1000的功率半导体模块的散热。

[0104] 如上所述，根据本发明的功率半导体模块，通过使用多个能够由通用品构成的功率半导体元件，并在功率半导体元件之间进行必要的内部连接而使其一体化，从而能够提供一种小型化、提高了散热性、降低了内部电阻等、低成本且可靠性高的功率半导体模块。

[0105] 此外，上述实施方式用于表示本发明的结构的例子。因此，本发明不限于上述实施方式所示的结构，也能够在本发明的主旨的范围内实施各种变形。

[0106] 附图标记说明

[0107] 1-方向盘；2-柱轴(转向轴、方向盘轴)；3-减速机构；4a、4b-万向节；5-齿轮齿条机构；6a、6b-拉杆；7a、7b-轮毂单元；8L、8R-转向车轮；10-扭矩传感器；11-点火开关；12-车速传感器；13-电池；14-舵角传感器；20-电动机；23-电动机继电器；100-控制装置(控制单元、ECU)；101-电流指令值计算部；104-PI控制部；105-PWM控制部；106-逆变器；110-补偿信号生成部；400-功率半导体元件；410-金属板；410A-金属平板部分；410B-外部连接端子部；410C-孔；415-外部连接端子；430-功率半导体裸芯片；431-源极；433-栅极；435-漏极；450-引线；500、700、900、1000-实施方式；510-金属制连接器(夹子)；530-具有电绝缘性的树脂(封装)；C-虚拟的圆柱；S-虚拟的圆柱的主轴；T-虚拟的三棱柱。