CN117693811A - 电子装置及电动助力转向装置 - Google Patents

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Abstract

电子装置包括：具有电路图案的基板；配置在所述基板上且具有位于与所述基板相反侧的上表面散热部的发热元件；配置在所述上表面散热部上的热传导构件；配置在所述热传导构件上的金属板；配置在所述金属板上的热传导绝缘体；以及配置在所述热传导绝缘体上的散热器。

Description

电子装置及电动助力转向装置
技术领域
本公开涉及电子装置及电动助力转向装置。
背景技术
在专利文献1中记载了现有的电动助力转向装置。
现有的电子装置例如包括：具有电路图案的基板、具备散热器并安装在基板上的发热元件、传导由发热元件产生的热量的热传导绝缘体、以及向电子装置的外部散热的散热器。
在专利文献1所公开的现有的电子装置中，提出了使由发热元件产生的热量从发热元件的背面散热。例如，在专利文献1的图12中，示出了在发热元件和散热器(在专利文献1中相当于框架)之间填充散热凝胶的结构。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本专利第6160576号公报
发明内容
发明所要解决的技术问题
然而，随着半导体工艺的发展，以功率MOS-FET为代表的发热元件的小型化正在发展。因此，具备发热元件的封装的大小变小。其结果是，对由发热元件产生的热量进行散热的散热片的面积变小。无法期待提高散热凝胶的热传导率，降低从发热元件到散热器的热阻是有限的。
在通过形成在基板上的通孔向基板的背面散热的结构中，即使在基板上设置多个通孔，由于形成在通孔的内壁上的铜膜的厚度较薄，因此在降低热阻方面存在极限。
本公开是为了解决上述问题而提出的，其目的在于提供一种电子装置和具备该电子装置的电动助力转向装置，该电子装置使由安装在基板上的发热元件产生的热量有效地散热，不阻碍发热元件的小型化，且价格低。
用于解决技术问题的技术手段
本公开所涉及的电子装置包括：具有电路图案的基板；配置在所述基板上且具有位于与所述基板相反侧的上表面散热部的发热元件；配置在所述上表面散热部上的热传导构件；配置在所述热传导构件上的金属板；配置在所述金属板上的热传导绝缘体；以及配置在所述热传导绝缘体上的散热器。
发明效果
根据本公开所涉及的电子装置，能够以低价提供一种电子装置，该电子装置对由安装在基板上的发热元件产生的热量有效地进行散热，并且不会阻碍发热元件的小型化。
附图说明
图1是表示实施方式1所涉及的电子装置的结构的剖视图。
图2是表示实施方式1所涉及的电子装置的结构的剖视图，是表示金属板的变形例的图。
图3是表示实施方式1所涉及的电子装置的结构的剖视图，是表示金属板的变形例的图。
图4A是表示实施方式2所涉及的电子装置的结构的俯视图。
图4B是表示实施方式2所涉及的电子装置的结构的剖视图，是沿着图4A所示的A-A线的图。
图4C是表示实施方式2所涉及的电子装置的结构的剖视图，是沿着图4A所示的B-B线的图。
图4D是表示实施方式2所涉及的电子装置的变形例的俯视图。
图4E是表示实施方式2所涉及的电子装置的变形例的剖视图，是沿着图4D所示的C-C线的图。
图4F是表示实施方式2所涉及的电子装置的变形例的剖视图，是表示图4E的标号D的放大图。
图5A是表示实施方式2所涉及的电子装置的结构的立体图。
图5B是表示实施方式2所涉及的电子装置的结构的剖视图，是沿着图A所示的C-C线的图。
图6是表示具备实施方式3所涉及的电子装置的电动助力转向装置的结构的电路框图。
图7是表示将构成具备实施方式3所涉及的电子装置的电动助力转向装置的多个部件展开而得的展开图。
图8A是表示构成具备实施方式3所涉及的电子装置的电动助力转向装置的基板的立体图。
图8B是表示构成具备实施方式3所涉及的电子装置的电动助力转向装置的基板的立体图，是表示图8A的标号D所示的部分的放大图。
图9是实施方式4所涉及的冗余电动助力转向装置的展开图。
具体实施方式
(热设计)
在说明实施方式之前，对热设计的基本事项进行说明。
随着半导体工艺的发展，以功率MOS-FET为代表的发热元件的小型化正在发展。如果对具有与现在的发热元件所具备的性能同等以上的性能的发热元件进行小型化，则使用了具有发热元件的部件的电子装置的安装密度得以提高，可以实现电子装置的小型化。
然而，当具备发热元件的封装(例如，FET封装)被小型化时，对由发热元件产生的热量进行散热的散热片的面积也变小。在发热元件的性能不变的情况下，由发热元件产生的热量的发热量相同。
一般来说，已知在发热部件(发热元件)和散热器之间夹设有热传导绝缘润滑油的散热结构。散热结构的散热性能由从发热部件到散热器及外部气体的热阻来决定。
作为一个示例，在具备在上表面具有散热片的FET(发热元件、发热部件)、安装有FET的基板、散热器、设置在FET与散热器之间的热传导绝缘构件的结构中，考虑FET向散热器散热的情况。
从发热部件即FET到散热器的热阻RΘ可以用下式表示。
RΘ＝t/(S×λ)[℃/W]
这里，“t”表示热传导绝缘体的厚度[m]。
“S”表示热传导绝缘体的面积(散热器的面积)[m2]。
“λ”表示热传导绝缘体的热传导率[W/m·K]。
这里，忽略散热片的热阻。
忽略散热片的热阻的理由如下。
散热片通常由铜形成。铜的热传导率约为400W/m·K。热传导绝缘体的热传导率通常为数～10W/m·K左右。因此，热传导绝缘体的热传导率与铜的热传导率的数量级不同。基于该理由，即使忽略散热片的热阻，对于热阻RΘ的影响可以忽略。
根据上式，为了减小热阻RΘ，有以下3种方法。
(方法1)减小热传导绝缘体的厚度t。
(方法2)增大热传导绝缘体的面积S。
(方法3)增大热传导绝缘体的热传导率λ。
接着，对上述3种方法的每一种进行研究。
(方法1)
FET的散热片通常与FET的内部电极电导通。散热片需要与散热器电绝缘。因此，为了得到电绝缘性，通常使用热传导绝缘润滑油、粘接剂、片材等。为了在确保电绝缘性的同时减小热传导绝缘体的厚度t，在形成散热***(散热构件、散热结构、散热路径)的结构物的加工及组装中，要求高精度。此外，为了减小热传导绝缘体的厚度t，不仅要求有界限，还要求较高的加工精度。
(方法2)
热传导绝缘体的面积S由FET的散热片的面积决定。因此，不可能增大面积S。此外，增大FET封装并增大散热片的面积与FET封装的小型化是背道而驰的，且是不现实的。
(方法3)
热传导绝缘润滑油、粘接剂和片材的热传导率通常为数～10W/m·K左右。虽然存在具有比该数值高的热传导率的热传导绝缘体，但这样的热传导绝缘体非常昂贵，不适合批量生产设计。
以下，考虑到上述3种方法的限制，提出不阻碍具备发热元件的封装(FET封装)的小型化而提高散热性能的结构。
实施方式1.
接着，参照图1对实施方式1所涉及的电子装置1进行说明。
在后述的实施方式1～4及变形例的说明中，将电子装置1的厚度方向(换言之，基板100的厚度方向)定义为Z方向，将与Z方向正交的方向定义为X方向及Y方向。
另外，关于后述的各构件的尺寸，“厚度”是指Z方向上的距离，“面积”是指与X方向及Y方向平行的面的面积。
另外，“接触面积”是指2个构件接触的面积。
如图1所示，电子装置1包括基板100、发热元件200、热传导构件300、金属板400、热传导绝缘体500和散热器600。
＜基板＞
基板100例如是公知的印刷基板。在基板100上形成有电路图案100P。在图1所示的示例中，在基板100的一个面100F(第一面、上表面)上形成电路图案100P。示出了在基板100的一个面100F上依次层叠有上述多个构件200、300、400、500、600的结构。在以下的说明中，将一个面100F称为第一面100F。
在基板100的第一面100F上形成了形成电路图案100P的一部分的连接端子101。在第一面100F上形成连接端子101的位置可以根据电子装置1的设计而适当变更。例如，连接端子101形成在与发热元件200的元件端子203的位置对应的位置上。
也可以在基板100上配置上述多个构件200、300、400、500、600以外的构件。例如，控制发热元件200的驱动的控制部(控制电路或IC芯片等)也可以安装在基板100上。在这种情况下，控制部也可以与基板100的电路图案100P连接。另外，也可以在基板100的另一面100S(与第一面相反的第二面、背面)上形成电路图案。在以下的说明中，将另一个面100S称为第二面100S。
＜发热元件＞
发热元件200配置在基板100上。发热元件200安装在基板100的第一面100F上。发热元件200例如是功率MOS-FET。另外，发热元件200可以称为功率元件。在功率MOS-FET中内置有FET芯片。在以下的说明中，有时将发热元件称为功率MOS-FET或FET。发热元件200具有漏极电极、源极电极和栅极电极(控制端子)。
发热元件200包括上表面散热片201(上表面散热部)、下表面散热片202(基板相对面)以及元件端子203。上表面散热片201面向金属板400。
换言之，上表面散热片201位于基板100的与第一面100F相反的一侧。
下表面散热片202面向基板100的第一面100F。元件端子203相当于从发热元件200的侧面延伸出的引线的前端部。元件端子203的位置对应于基板100的连接端子101的位置。元件端子203通过焊接与连接端子101接合。
元件端子203是用于控制发热元件200的端子。控制发热元件200的控制信号通过基板100的电路图案100P、连接端子101以及元件端子203被输入到发热元件200。发热元件200的整体被树脂覆盖。即，发热元件200由树脂封装。
在图1所示的示例中，示出了发热元件200具有下表面散热片202的结构，但在本实施方式中，对从上表面散热片201朝向金属板400的散热进行说明。
＜热传导构件＞
热传导构件300配置在上表面散热片201上。热传导构件300设置在上表面散热片201和金属板400之间。热传导构件300将上表面散热片201和金属板400热耦合并机械耦合。即，热传导构件300是将上表面散热片201和金属板400接合的热耦合构件。作为热传导构件300的材料，采用热传导率较高的材料，例如使用焊料、银糊料等金属基材料。另外，作为热传导构件300的材料，也可以使用具有导电性的材料。
热传导构件300的热传导率大于热传导绝缘体500的热传导率。
例如，当使用焊料作为热传导构件300时，焊料的热传导率为约50W/m·K。此外，焊料的厚度可以自由设定，可以使焊料的厚度变薄。因此，能够减小焊料的热阻。
＜金属板＞
金属板400配置在上表面散热片201上。
作为构成金属板400的材料，使用热传导性优异的金属材料，例如采用铜等。当使用铜来作为金属板400时，铜的热传导率约为400W/m·K。金属板400的厚度例如优选在0.5mm～1.0mm的范围内。金属板400的厚度不限于该厚度的范围。
在图1所示的示例中，金属板400的形状为平板。
金属板400具有第一金属面400F和与第一金属面400F相反的面即第二金属面400S。第一金属面400F与热传导绝缘体500接触。第二金属面400S与热传导构件300接触。
由于金属板400的形状为平板，因此第一金属面400F及第二金属面400S分别为平坦面。
金属板400的厚度是鉴于金属板400的热传导性而设定的。
金属板400具有与发热元件200的漏极电极或源极电极中的一个电极相同的电位。因此，如果金属板400与散热器600电连接，则会产生介于散热器600的短路。为了避免这种短路，需要将金属板400与散热器600电绝缘。
金属板400的面积可以自由调整。例如，金属板400的面积可以大于发热元件200的面积(上表面散热片201的面积)。另外，也可以增大热传导绝缘体500相对于金属板400的接触面积。
＜热传导绝缘体＞
热传导绝缘体500配置在金属板400上。热传导绝缘体500填充在金属板400和散热器600之间。
热传导绝缘体500是使从金属板400向散热器600的热量传导的构件。此外，热传导绝缘体500是使金属板400和散热器600电绝缘的构件。作为热传导绝缘体，可以使用公知的材料，例如可以使用热传导润滑油或热传导粘接剂。热传导绝缘体500的热传导率通常为数～10W/m·K左右。
热传导绝缘体500的形状可以自由设定。此外，热传导绝缘体500的面积也可以自由调整。例如，根据金属板400和散热器600之间的间隙距离，可以减小热传导绝缘体500的厚度。
金属板400与热传导绝缘体500相接的面积比发热元件200与热传导构件300相接的面积要大。
＜散热器＞
散热器600配置在热传导绝缘体500上。作为散热器600的结构，例如采用具备多个翅片的公知的结构。作为构成散热器600的材料，使用热传导性优异的金属材料，例如采用铜或铝等。
＜作用效果＞
接着，说明电子装置1的作用效果。
随着从基板100向发热元件200的控制信号的提供，发热元件200发热。由发热元件200产生的热量通过热传导构件300从上表面散热片201传递到金属板400。由于金属板400具有较高的热传导率，因此传递到金属板400的热量首先向X方向及Y方向扩散。
扩散到金属板400的内部的热量经由热传导绝缘体500传递到散热器600。如上所述，虽然不能期望通过热传导绝缘体500的热传导率(数～10W/m·K左右)来降低热传导绝缘体500的热阻，但是金属板400的面积可以大于发热元件200的上表面散热片201的面积。通过使金属板400的面积大于上表面散热片201的面积，散热面积扩大，能够高效地散热。因此，通过金属板400，能够减小电子装置1中的热阻。
特别地，从Z方向看，以包含发热元件200及元件端子203的区域200R与金属板400重叠的方式，设定金属板400的大小、即金属板400的面积。由此，能够在不改变电子装置1整体的安装密度的情况下减小电子装置1的热阻。
如果减小热传导绝缘体500的厚度，则能够进一步降低热阻。但是，关于这一点，由于需要确保由热传导绝缘体500得到的电绝缘性，因此需要考虑热传导绝缘体500的结构。
接着，参照图2及图3，对上述实施方式1的变形例进行说明。在图2及图3中，对图1所示的电子装置1中的同一构件标注相同的标号，省略或简化其说明。
＜实施方式1的变形例1＞
如图2所示，金属板400具有凸部401。
凸部401是从第二金属面400S向发热元件200突出的部位。
凸部401的高度，即Z方向上的从第二金属面400S到凸部401的端面400T的距离可以适当调整。在第二金属面400S和端面400T之间形成有倾斜面400I。
根据该结构，不仅可以得到与上述实施方式1所涉及的电子装置1相同或类似的效果，例如在使基板100与金属板400的第二金属面400S之间的距离增大的情况下也是有效的。
使用焊料作为热传导构件300。因此，能够自由地调整上表面散热片201与金属板400之间的焊料的形状。在变形例1中，在凸部401的端面400T与上表面散热片201之间以及倾斜面400I与上表面散热片201之间形成焊料。在金属板400与发热元件200之间的空间中露出的焊料的露出部分形成有曲面。即，以具有圆角形状的方式形成焊料。通过使焊料具有圆角形状，能够提高上表面散热片201与金属板400之间的接合的可靠性。
此外，金属板的变形例1中，在形成于散热器600与金属板400之间的结构方面与上述实施方式1不同。
具体而言，在散热器600与金属板400之间配置有间隔件501和热传导绝缘体500。作为间隔件501的材料，使用公知的绝缘材料。间隔件501具有维持在散热器600和金属板400之间形成的间隙所需的强度。
在使用间隔件501的结构中，首先，将间隔件501直接固定到面向金属板400的散热器600的表面。然后，以夹着间隔件501的方式接合散热器600和金属板400。由此，金属板400与散热器600之间的间隙由间隔件501的厚度决定。此外，在金属板400和散热器600之间，在由间隔件501形成的间隙中填充热传导绝缘体500。
根据该结构，能够通过间隔件501可靠地形成填充热传导绝缘体500的间隙。此外，即使在采用润滑油等柔软材料作为热传导绝缘体500的材料的情况下，也能够在由间隔件501形成的间隙中填充热传导绝缘体500。
形成间隔件501的位置例如优选为包围热传导绝缘体500的周围区域。由此，能够在X方向及Y方向上由间隔件501包围的间隙中填充热传导绝缘体500。
＜实施方式1的变形例2＞
如图3所示，金属板400具有凸部401、凹部402和倾斜面400I。
凸部401与图2所示的结构相同，是从第二金属面400S向发热元件200突出的部位。倾斜面400I与图2所示的结构相同，形成在第二金属面400S与端面400T之间。
凹部402是从第一金属面400F向发热元件200凹陷的部位。凹部402的深度、即Z方向上的从第一金属面400F到凹部402的底面400R的距离可以适当地调整。
作为凹部402的形成方法，可以举出使用公知的冲压加工法等，在图1所示的平板的金属板400上形成凹部402的方法。
根据该结构，不仅能够得到与上述实施方式1所涉及的电子装置1及变形例1相同或类似的效果，而且能够从平板的金属板400容易地形成凸部401及凹部402，从而降低加工成本。
此外，由于能够在凹部402中填充热传导绝缘体500，因此能够提高金属板400与散热器600的连接可靠性。
实施方式2.
在上述的实施方式1中，对电子装置1具备1个发热元件200的情况进行了说明。在实施方式2中，参照图4A～图4C，对电子装置具备多个发热元件的情况进行说明。
在图4A～图4C中，对图1～图3所示的电子装置1中的同一构件标注相同的标号，省略或简化其说明。
如图4A～图4C所示，电子装置2包括作为功率MOS-FET起作用的8个发热元件200和3个分流电阻器204(发热部件)。8个发热元件200和3个分流电阻器204被设置在基板100上。分流电阻器是发热的发热部件。
在电子装置2中，沿着X方向排列有4个发热元件200。沿着Y方向排列有2个发热元件200。
8个发热元件200的各上表面散热片201作为漏极电极起作用。
在X方向上排列的4个发热元件200构成1个元件组。即，在图4A所示的示例中，电子装置2包括2个元件组(第一元件组200G1、第二元件组200G2)。第一元件组200G1连接到4个第一金属板400A。第二元件组200G2连接到1个第二金属板400B。第一金属板400A和第二金属板400B在Y方向上排列，并且用作彼此分开的布线。在Y方向上，第二元件组200G2配置在第一元件组200G1和分流电阻器204之间。
<第一元件组与第一金属板的连接结构＞
构成第一元件组200G1的4个发热元件200(多个第一发热元件、多个发热元件)经由热传导构件300与4个第一金属板400A连接。4个发热元件200分别具有位于基板100的相反侧的上表面散热片201(第一上表面散热部、上表面散热部)。4个第一金属板400A配置在热传导构件300上，并且沿着4个发热元件200的排列方向(X方向)配置。4个第一金属板400A彼此分离。
在第一元件组200G1中，上表面散热片201经由热传导构件300分别与4个第一金属板400A连接。即，1个发热元件200的上表面散热片201经由热传导构件300与1个第一金属板400A电连接。由于4个第一金属板400A彼此电独立，因此4个发热元件200的上表面散热片201彼此不导通。因此，4个发热元件200的4个上表面散热片201的电位互不相同。即，在第一元件组200G1中，上表面散热片201(漏极电极)在电位上彼此独立。
＜第二元件组与第二金属板的连接结构＞
构成第二元件组200G2的4个发热元件200(多个第二发热元件、多个发热元件)经由热传导构件300与1个第二金属板400B连接。4个发热元件200分别具有位于基板100的相反侧的上表面散热片201(第二上表面散热部、上表面散热部)。第二金属板400B配置在热传导构件300上，沿着4个发热元件200的排列方向(X方向)延伸。第二金属板400B使4个发热元件200彼此导通。第二金属板400B电独立于第一金属板400A。
在第二元件组200G2中，上表面散热片201经由热传导构件300与1个第二金属板400B连接。即，4个发热元件200的4个上表面散热片201经由热传导构件300与1个第二金属板400B电连接。因此，4个上表面散热片201的电位彼此相同。
图4A所示的第二金属板400B例如是与后述的图6所示的电路框图所示的标号400a相当的布线。
＜分流电阻器与第三金属板的连接结构＞
分流电阻器204具有电极204E。分流电阻器204的电极204E通过焊接与基板100的电路图案100P接合。在电极204E接合到电路图案100P的位置204R与热传导绝缘体500之间设置有第三金属板400C。
如图4A所示，电连接到3个分流电阻器204的第三金属板400C彼此独立。即，在彼此相邻的2个分流电阻器204之间，2个第三金属板400C不电连接。
在以下的说明中，有时将第一元件组200G1及第二元件组200G2简称为“元件组200G”。另外，有时将第一金属板400A、第二金属板400B及第三金属板400C简称为“金属板400”。另外，有时将第一元件组200G1称为“上级元件组200G1”。有时将第二元件组200G2称为“下级元件组200G2”。
在使用8个发热元件200来作为逆变器的情况下，将构成第一元件组200G1的多个发热元件200连接到多个第一金属板400A。此外，将构成第二元件组200G2的多个发热元件200与1个第二金属板400B连接。由此，能够使第一金属板400A及第二金属板400B作为电气布线材料来起作用。其结果是，能够提高布线密度。
在图4A～图4C所示的示例中，在Y方向上排列的元件组(第一元件组200G1、第二元件组200G2)的数量为2个，但元件组的数量也可以为2个以上。
换言之，沿X方向配置的多个第一金属板400A的列的数量可以是2个以上(多个金属板400)。另外，沿X方向延伸的第二金属板400B的列的数量也可以为2个以上(多个金属板400)。当金属板的列的数量为3个以上时，选择的2个金属板的列对应于多个第一金属板400A的列和第二金属板400B的列。
金属板400(第一金属板400A、第二金属板400B、第三金属板400C)的平面图案可以设计成比形成在基板100上的电路图案100P宽且厚。因此，能够对金属板400通过大电流。图4A～图4C所示的金属板400的结构与在上述图1～图3所示的实施方式中说明的结构相同。
当向金属板400提供大电流时，由于构成金属板400的材料所具有的电阻，金属板400也发热。然而，由于金属板400经由热传导绝缘体500与散热器600热连接，因此由金属板400产生的热量从散热器600充分地散热。因此，能够在不考虑来自金属板400的发热的情况下向金属板400提供大电流。
反过来说，在向金属板400提供的电流量不变的情况下，金属板400能够设计为细且薄。在这种情况下，可以使电子装置2小型化，可以降低电子装置2的制造成本。
构成图4A所示的第一元件组200G1(上级元件组)的4个发热元件200例如分别对应于后述的图6所示的电路框图所示的标号400c(u)、400c(v)、400c(w)、400d。另外，构成第一元件组200G1的4个发热元件200各自的上表面散热片201(漏极电极)在电位上彼此独立。此外，配置在第一元件组200G1中的多个金属板400(多个第一金属板400A)不能与其他金属板400(第二金属板400B)电连接。因此，在分别配置彼此独立的2个金属板400的情况下，组装电子装置2的工序变得复杂。
因此，在本实施方式中，绝缘构件800一边将彼此独立的多个第一金属板400A、第二金属板400B及第三金属板400C绝缘，一边汇总成1个部件。即，由多个第一金属板400A、第二金属板400B、第三金属板400C以及绝缘构件800构成1个部件。由此，组装电子装置2的工序变得容易。作为构成绝缘构件800的绝缘材料，使用公知的材料。
如图4B所示，热传导绝缘体500的厚度由绝缘构件800的厚度决定。由此，绝缘构件800能够作为间隔件起作用。即，在金属板400与散热器600之间配置热传导绝缘体500之前，通过绝缘构件800决定金属板400与散热器600之间的间隔。间隔件的结构、材料、形状例如与图2所示的间隔件501相同。
在由绝缘构件800形成的间隙中填充有热传导绝缘体500。由此，能够在金属板400和散热器600之间可靠地配置热传导绝缘体500。换言之，可以通过绝缘构件800决定热传导绝缘体500的厚度。
在发热元件200的上表面，也存在不具有散热片的部件，例如分流电阻器这样的部件。在图4C所示的剖视图中，示出了分流电阻器204安装在电子装置2中的状态。分流电阻器204安装在基板100的第一面100F上。
分流电阻器204是表面安装型的电阻元件(发热部件)。分流电阻器204具有设置在分流电阻器204两侧的电极204E。分流电阻器204的电极204E通过焊接与基板100的电路图案100P接合。通过使分流电阻器204通电而产生的热量主要从电极204E通过电路图案100P散热。然而，构成电路图案100P或基板100的材料的热传导率较小，散热效率较差。
因此，如图4C所示，在分路电阻器204的电极204E通过焊接被接合在基板100的电路图案100P上的位置204R，通过焊接接合了第三金属板400C。
具体而言，配置在位置204R的第三金属板400C的部分以在剖视图中形成S字形状的方式来弯折。被弯折的第三金属板400C在位置204R处与电路图案100P接合。由此，由分流电阻器204和电路图案100P产生的热量经由电极204E的位置204R、第三金属板400C和热传导绝缘体500从散热器600散热。
如上所述，电子装置2具有第一金属板400A、第二金属板400B和第三金属板400C。通过扩大与散热器600相对的热传导绝缘体500的面积以及金属板400A、400B、400C的面积，可以降低热阻。
虽然在图4A～图4C中未示出，但在发热元件200的2个元件端子203通过电路图案100P连接的结构中，在2个元件端子203之间流过大电流的情况下，也可以在电路图案100P上焊接第三金属板400C。由此，能够经由第三金属板400C及热传导绝缘体500从散热器600散热，从而能够降低热阻。
接着，参照图5A及图5B，对降低热阻的结构进行说明。
在图5A和5B中，省略了基板100和发热元件。
绝缘构件800将金属板400A、400B、400C彼此绝缘并固定。1个部件由金属板400A、400B、400C和绝缘构件800构成。图5B所示的尺寸A表示热传导绝缘体500的厚度。如上所述，该厚度(尺寸A)越薄，越能减小热阻，从而能提高散热性能。
在制造电子装置2的实际工序中，需要考虑构成电子装置2的部件的尺寸公差和组装公差来决定热传导绝缘体500的厚度(尺寸A)。但是，如果任意减小尺寸公差或组装公差，则会导致电子装置2的制造成本的增加。
绝缘构件800和金属板400A、400B、400C例如通过嵌入成型而形成时，可以使用1个模具将金属板400A、400B、400C和绝缘构件800一体化。因此，减小绝缘构件800的厚度(尺寸B)的公差能够以低价格且比较容易地实现。
此外，关于绝缘构件800相对于散热器600的固定结构，通过将绝缘部件800以直接按压在散热器600上的方式来固定，例如通过采用使用螺钉900的固定结构，能够抑制热传导绝缘体500的厚度。其结果是，能够设计并制造热阻较小、价格较低、具有高散热性能的电子装置2。
在绝缘构件800的厚度(尺寸B)变小而固定金属板400A、400B、400C的强度下降的情况下，也可以在绝缘构件800上设置肋部801。肋部801设置在面向散热器600的绝缘构件800的端面800F上。
在使用具备肋部801的绝缘构件800的结构中，在与肋部801对应的位置，在散热器600上设置有槽600G。
在槽600G中***肋部801，由此固定绝缘构件800和散热器600。因此，即使在绝缘构件800的厚度(尺寸B)较小的情况下，通过采用肋部801嵌合在槽600G中的结构，也能够实现Z方向上的电子装置2的尺寸不变大，且在将绝缘构件800组装于散热器600时的定位功能。
＜作用效果＞
接着，说明电子装置2的作用效果。
根据电子装置2，能够得到与上述实施方式1所涉及的电子装置1相同或类似的作用效果。此外，即使在电子装置2具备多个发热元件200的情况下，也能够将第一金属板400A、第二金属板400B及第三金属板400C一体化。此外，通过用绝缘构件800固定多个金属板400A、400B、400C，能够以由绝缘构件800的厚度决定的方式将热传导绝缘体500的厚度设定得较薄。由此，能够实现高散热结构。通过在基板100的第二面100S上配置其他控制电路等部件，能够实现小型且低价格的电子装置2。
另外，由于由电路图案100P产生的热量也通过金属板400C散热，因此不需要使用具有能够通过大电流的较大厚度的铜基板，可以进一步降低电子装置2的价格。
＜实施方式2的变形例＞
接着，参照图4D～图4F，对上述实施方式2的变形例进行说明。实施方式2的变形例在第三金属板300C的连接结构方面与实施方式2不同。在图4D～图4F中，对图1～图3所示的电子装置1以及图4A～图4C所示的电子装置2中的同一构件标注相同的标号，省略或简化其说明。
如图4D～图4F所示，实施方式2的变形例所涉及的电子装置2A除了图4A所示的电子装置2的结构之外，还包括作为功率MOS-FET起作用的发热元件250。
＜发热元件＞
发热元件250具有与图1所示的发热元件200相同的结构，包括下表面散热片202。下表面散热片202是发热元件250的漏极电极或源极电极。发热元件250配置在X方向上位于3个分流电阻器204中最右侧的右侧分流电阻器304的旁边。
＜第三金属板的变形例＞
第三金属板400C通过电路图案100P连接右侧分流电阻器304的1个电极304E和发热元件250的下表面散热片202。如图4E及图4F所示，第三金属板400C经由热传导绝缘体500与散热器600连接。第三金属板400C由与上述金属板400相同的材料形成。
接着，以下具体说明电极304E与第三金属板400C的连接结构以及下表面散热片202与第三金属板400C的连接结构。
右侧分流电阻器304的电极304E在位置304R处通过焊接与基板100的电路图案100P接合。第三金属板400C通过焊接被接合在该位置304R处。配置在位置304R处的第三金属板400C的部分以在剖视图中形成S字形状的方式被弯折。被弯折的第三金属板400C在位置304R处与电路图案100P接合。由此，电极304E和第三金属板400C经由位置304R连接。
发热元件250的下表面散热片202在位置304S处通过焊接与基板100的电路图案100P接合。第三金属板400C通过焊接被接合在该位置304S处。配置在位置304S处的第三金属板400C的部分以在剖视图中形成S字形状的方式被弯折。被弯折的第三金属板400C在位置304S处与电路图案100P接合。由此，下表面散热片202和第三金属板400C经由位置304S连接。
在上述的连接结构中，右侧分流电阻器304的1个电极304E通过电路图案100P和第三金属板400C电连接到发热元件250的下表面散热片202。因此，电极304E和下表面散热片202具有相同的电位。
此外，右侧分流电阻器304和发热元件250的2个部件是发热部件，由这些部件产生的热量经由第三金属板400C和热传导绝缘体500向散热器600散热。另外，由电路图案100P产生的热量也通过第三金属板400C和热传导绝缘体500向散热器600散热。
因此，根据电子装置2A，能够得到与上述实施方式2所涉及的电子装置2相同或类似的作用效果。特别是，通过第三金属板400C，能够将由右侧分流电阻器304、发热元件250及电路图案100P产生的热量向散热器600散热。因此，不需要使用具有能够通过大电流的大厚度的铜基板，可以进一步降低电子装置2A的价格。
实施方式3.
在实施方式1和2中，说明了电子装置1具备1个发热元件200的情况以及电子装置2、2A具备多个发热元件200的情况。在实施方式3中，对具备多个发热元件的电子装置适用于电动助力转向装置的情况进行说明。
在图6～图8B中，对图1～图5B所示的结构中的同一构件标注相同的标号，省略或简化其说明。
在图6中，用粗线表示的布线(标号400a、400b、400c、400d)相当于流过大电流的布线。该布线400a、400b、400c、400d所示的布线路径内所包含的部件是发热部件(发热元件200)。
如图7所示，电动助力转向装置3是构成电动助力转向装置3的电动机及控制器的展开图。图8A和图8B是表示构成电动助力转向装置3的基板部的立体图。
电动助力转向装置3包括控制装置3C、未图示的减速装置、电动机5、转矩传感器8以及电池9。此外，电动助力转向装置3包括功率连接器16和车辆侧信号用连接器17。
控制装置3C控制电动机5的驱动。未图示的减速装置使电动机5的转速减速。电动机5对车辆的方向盘输出辅助转矩。电动机5是三相无刷电动机。电动机5包括定子19，该定子19包括转子18和UVW的电枢绕组。转矩传感器8检测方向盘的转向转矩。电池9向电动机5提供用于驱动电动机5的电流。电源连接器16电连接电池9和控制装置3C。车辆侧信号用连接器17将转矩传感器8及其他控制端子与控制装置3C电连接。
控制装置3C包括电容器15a、15b、分流电阻器208U、208V、208W、半导体开关元件206U、206V、206W、207U、207V、207W、半导体开关元件209U、209V、209W、线圈14a、半导体开关元件205a、205b。
此外，控制装置3C包括旋转传感器6、微型计算机10、驱动电路11和基板100。
＜电容器＞
电容器15a、15b是用于吸收流过电动机5的电动机电流IM的纹波分量的大容量电容器。电容器15a、15b例如是纹波电容器。
＜分流电阻器＞
分流电阻器208U、208V、208W检测电动机电流IM。
在以下的说明中，有时将分流电阻器208U、208V、208W称为分流电阻器208。
＜半导体开关元件＞
构成控制装置3C的半导体开关元件是上述发热元件200(例如FET)。
半导体开关元件206U、206V、206W、207U、207V、207W构成三相桥式电路。该半导体开关元件根据辅助转矩的大小和方向来切换电动机电流IM。
在以下的说明中，有时将半导体开关元件206U、206V、206W称为半导体开关元件206。有时将半导体开关元件207U、207V、207W称为半导体开关元件207。
半导体开关元件209U、209V、209W构成电动机继电器。该电动机继电器是对从桥式电路向电动机5提供的电动机电流IM进行通电、切断的开关。
半导体开关元件205a、205b构成电源继电器。该电源继电器作为对从电池9向桥式电路提供的电池电流IB进行通电、切断的开关起作用。
在以下的说明中，有时将半导体开关元件209U、209V、209W称为半导体开关元件209。
＜线圈＞
线圈14a防止在半导体开关元件206、207进行开关动作时产生的电磁噪声向外部流出而成为无线电噪声。
＜旋转传感器＞
旋转传感器6是检测转子18的旋转位置的旋转位置传感器。
＜微型计算机＞
微型计算机10根据从转矩传感器8输出的转向转矩信号，运算辅助转矩。微型计算机10根据流过电动机5的电动机电流IM和由旋转传感器6检测出的电动机5的转子的旋转位置进行反馈控制。微型计算机10运算相当于辅助转矩的电流。
微型计算机10具有AD转换器、PWM计时器电路等功能。此外，微型计算机10具有众所周知的自诊断功能，始终自诊断电动助力转向装置3的***是否正常动作。当微型计算机10检测到异常时，微型计算机10切断电动机电流IM的供给。
从转矩传感器8输出的转向转矩被输入到微型计算机10。此外，从旋转传感器6向微型计算机10输入电动机5的转子的旋转位置的信息。另外，从车辆侧信号用连接器17向微型计算机10输入作为车辆侧信号之一的行驶速度信号。电动机电流IM通过分流电阻器208被反馈输入到微型计算机10。在微型计算机10中，根据这些信息、信号，生成与助力转向装置的旋转方向指令及辅助转矩相当的电流控制量。驱动信号被输入到驱动电路11。
＜驱动电路＞
驱动电路11根据从微型计算机10输出的指令，输出控制半导体开关元件206、207的动作的驱动信号。
当向驱动电路11输入旋转方向指令及电流控制量时，驱动电路11生成PWM驱动信号。驱动电路11向半导体开关元件206、207施加PWM驱动信号。由此，电池9提供的电流通过功率连接器16、线圈14a以及半导体开关元件205a、205b流向电动机5。其结果是，在所需方向上输出所需量的辅助转矩。
此时，通过分流电阻器208和电流检测装置检测处的电动机电流IM被反馈至微型计算机10。由此，进行控制以使从微型计算机10被送到驱动电路11的电动机电流IM与电动机电流IM相一致。电动机电流IM通过半导体开关元件206、207的PWM驱动时的开关动作而包含纹波分量，但进行控制以利用大容量的电容器15a、15b来平滑电动机电流IM。
＜基板＞
如实施方式1、2中所述那样，在基板100上安装有多个发热元件200。此外，基板100搭载分流电阻器208、微型计算机10以及驱动电路11。
在基板100上搭载图6所示的功率部3P。
具体而言，如图8A及图8B所示，在基板100上安装有由图6所示的线圈14a(EMI噪声滤波器)、电源继电器205a、205b、逆变器部的半导体开关元件206、207、电流检测用的分流电阻器208、电容器15a、15b以及半导体开关元件209构成的部分。
具有这样的结构的基板100如在实施方式1、2中说明的那样，具有从金属板400(400A、400B、400C)经由热传导绝缘体500向散热器600散热的结构。在图8A和图8B中，省略了热传导绝缘体500和散热器600的图示。在图8A和图8B所示的结构中采用的半导体开关元件(FET、发热元件200)具有上表面散热片201。半导体开关元件的上表面电极是漏极电极。
如图8A所示，在基板100的第一面100F的位于右上部的区域100R中没有配置构件。同样地，基板100的第二面100S也没有配置构件。即，区域100R和第二面100S是空闲空间。
因此，在区域100R和第二面100S上，能够安装图6所示的电路框中的构成功率部3P的部件以外的部件。具体而言，可以安装电源电路13、微型计算机10、驱动电路11、输入电路12、旋转传感器6以及与控制电路相关的各种接口等。
＜作用效果＞
接着，说明电动助力转向装置3的作用效果。
根据电动助力转向装置3，能够得到与上述电子装置1、2、2A相同或类似的作用效果。虽然电动助力转向装置3包括作为发热元件的多个半导体开关元件，但是通过金属板400(400A、400B、400C)、热传导绝缘体500及散热器600，能够将由半导体开关元件产生的热量向电动助力转向装置3的外部散热。
实施方式4.
图9是构成假定为完整双重***的冗余电动助力转向装置3A的电动机及控制器的展开图。
近年来，电动助力转向装置随着安全设计要求的提高，有时需要冗余设计。图9表示冗余电动助力转向装置的一个示例。在图9中，对图1～图8B所示的结构中的相同构件标注相同的标号，省略或简化其说明。
图9所示的冗余电动助力转向装置3A适用于具备多个发热元件(半导体开关元件)的电子装置。冗余电动助力转向装置3A具有具备2个图6所示的电路框图的电路结构。即，冗余电动助力转向装置3A具备双重***的电路。在冗余电动助力转向装置3A中，构成上述实施方式3所涉及的电动助力转向装置3的几乎所有的部件需要双重***。因此，在基板100上安装部件的安装区域扩大。
＜作用效果＞
与此相对地，在冗余电动助力转向装置3A中，由半导体开关元件产生的热量能够经由金属板400(400A、400B、400C)、热传导绝缘体500及散热器600向冗余电动助力转向装置3A的外部散热。由此，能够将基板100的面积或体积随着部件数量的增加而增大到最小限度。此外，在不牺牲散热性能的情况下，能够使冗余电动助力转向装置3A小型化，并且能够实现低价格的冗余电动助力转向装置3A。
标号说明
1、2、2A…电子装置，3…电动助力转向装置，3A…冗余电动助力转向装置，3C…控制装置，3P…功率部，5…电动机，6…旋转传感器，8…转矩传感器，9…电池，10…微型计算机，11…驱动电路，12…输入电路，13…电源电路，14a…线圈(EMI噪声滤波器)，15a、15b…电容器，16…功率连接器，17…车辆侧信号用连接器，18…转子，19…定子，100…基板，100F…第一面，100P…电路图案，100R…区域，100S…第二面，101…连接端子，200、250…发热元件，200G1…第一元件组(上级元件组)，200G2…第2元件组(下级元件组)，200R…区域，201…上表面散热片(上表面散热部)，202…下表面散热片(基板相对面)，203…元件端子，204…分流电阻器，204E、304E…电极，204R、304R、304S…位置，205a、205b…电源继电器(半导体开关元件)，206、206U、206V、206W…半导体开关元件，207、207U、207V、207W…半导体开关元件，208、208U、208V、208W…分流电阻器，209、209U、209V、209W…半导体开关元件，300…热传导构件，304…右侧分流电阻器，400…金属板，400a…布线，400A…第一金属板，400b…布线，400B…第二金属板，400C…第三金属板，400c、400d…布线，400F…第一金属面，400R…底面，400S…第二金属面，400I…倾斜面，400T…端面，401…凸部，402…凹部，500…热传导绝缘体，501…间隔件，600…散热器，600G…槽，800…绝缘构件，801…肋部，800F…端面，900…螺钉。

Claims (14)

1.一种电子装置，其特征在于，包括：
具有电路图案的基板；
发热元件，该发热元件配置在所述基板上，具有位于与所述基板相反一侧的上表面散热部；
配置在所述上表面散热部上的热传导构件；
配置在所述热传导构件上的金属板；
配置在所述金属板上的热传导绝缘体；以及
配置在所述热传导绝缘体上的散热器。
2.如权利要求1所述的电子装置，其特征在于，
所述热传导构件的热传导率比所述热传导绝缘体的热传导率要大。
3.如权利要求1所述的电子装置，其特征在于，
所述金属板与所述热传导绝缘体相接的面积比所述发热元件与所述热传导构件相接的面积要大。
4.如权利要求1所述的电子装置，其特征在于，
所述热传导构件设置在所述上表面散热部与所述金属板之间，所述热传导构件的材料是焊料。
5.如权利要求1所述的电子装置，其特征在于，
所述热传导绝缘体设置在所述金属板与所述散热器之间，
所述热传导绝缘体的材料是热传导润滑油或热传导粘接剂。
6.如权利要求1所述的电子装置，其特征在于，
包括决定所述金属板与所述散热器之间的间隙的间隔件，
在所述间隔件决定的所述金属板与所述散热器之间的间隙中填充所述热传导绝缘体。
7.如权利要求1所述的电子装置，其特征在于，包括：
多个发热元件，该多个发热元件分别具有位于与所述基板相反一侧的上表面散热部，且与所述发热元件对应；以及
多个第一金属板，该多个第一金属板配置在所述热传导构件上，沿着多个所述发热元件的排列方向配置且彼此分离，
所述上表面散热部经由所述热传导构件分别与多个所述第一金属板连接。
8.如权利要求1所述的电子装置，其特征在于，包括：
多个发热元件，该多个发热元件分别具有位于与所述基板相反一侧的上表面散热部，且与所述发热元件对应；以及
第二金属板，该第二金属板配置在所述热传导构件上，沿着多个所述发热元件的排列方向延伸，使多个所述发热元件彼此导通，
所述上表面散热部经由所述热传导构件与所述第二金属板连接。
9.如权利要求1至8中任一项所述的电子装置，其特征在于，包括：
发热部件，该发热部件具有通过焊接与所述电路图案接合的电极；以及
第三金属板，该第三金属板设置在所述电极通过所述电路图案接合的位置与所述热传导绝缘体之间。
10.如权利要求9所述的电子装置，其特征在于，
所述第三金属板通过焊接与所述电路图案接合。
11.如权利要求9所述的电子装置，其特征在于，具有：
配置在所述热传导构件上的第一金属板；
配置在所述热传导构件上且与所述第一金属板电独立的第二金属板；以及
绝缘构件，该绝缘构件使所述第一金属板、所述第二金属板及所述第三金属板绝缘，
由所述第一金属板、所述第二金属板、所述第三金属板及所述绝缘构件构成一个部件。
12.如权利要求11所述的电子装置，其特征在于，
由所述绝缘构件的厚度决定所述热传导绝缘体的厚度。
13.如权利要求11所述的电子装置，其特征在于，
所述绝缘构件包括设置在面向所述散热器的端面上的肋部，所述散热器包括设置在与所述肋部对应的位置的槽，
在所述槽中***有所述肋部。
14.一种电动助力转向装置，其特征在于，包括：
具有电路图案的基板；
发热元件，该发热元件配置在所述基板上，具有位于与所述基板相反一侧的上表面散热部；
配置在所述上表面散热部上的热传导构件；
配置在所述热传导构件上的金属板；
配置在所述金属板上的热传导绝缘体；以及
配置在所述热传导绝缘体上的散热器。
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