JP2003031979A - コントロールユニット及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 コントロールユニットの放熱性能を高め、ま
た、当該ユニットの製造を容易にする。 【解決手段】 コントロールユニットを構成する放熱部
材１６の裏面に複数の半導体デバイス１４のデバイス本
体を固定し、各半導体デバイス１４の端子脚１４ａが前
記裏面から略直交する方向に突出して略同一平面上に並
ぶようにしておく。そして、これらの端子脚１４ａを共
通の回路基板１６に同時に実装できるようにする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、複数の半導体デバ
イスが実装される回路基板を備え、自動車等に搭載され
るコントロールユニット及びその製造の技術に関するも
のである。

【０００２】

【従来の技術】近年、コントロールユニットの回路基板
に実装されるデバイスとして、ＦＥＴ等の半導体デバイ
スが多用されている。かかる半導体デバイスは、小型で
優れた機能を有する反面、発熱量が比較的大きいため、
その放熱が重要な課題となる。

【０００３】従来、このような半導体デバイスを用いた
コントロールユニットとして、例えば特開平１１−２１
４８７５号公報には、筐体の内側面に突設された共通の
取付ブロックに複数の半導体デバイス（同公報ではＩＰ
Ｓ）を固定する一方、前記筐体に金属製ブラケットを締
結するためのネジが前記取付ブロックの内側にねじ込ま
れるようにし、前記各半導体デバイスの発する熱が前記
取付ブロック及びネジを媒介として前記金属製ブラケッ
トに伝達されるようにしたものが開示されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】前記公報に示される構
造では、各半導体デバイスとネジとの間に筐体裏面から
突設された取付ブロックが介在しており、かつ、その肉
厚が比較的大きいので、高い放熱性能（すなわち半導体
デバイスの冷却性能）は期待し難い。

【０００５】また同構造は、前記取付ブロックに固定さ
れた各半導体デバイスの端子脚が筐体の底面隅部に対向
するような配置のものであって、各半導体デバイスの端
子脚を回路基板に実装してから当該半導体デバイスを前
記取付ブロックに固定する手順で組み立てられるもので
あるため、その組立作業が面倒であるとともに、各端子
脚と回路基板との半田付け部分に大きな応力が発生する
おそれがある。

【０００６】すなわち、前記取付ブロックも各半導体デ
バイスも製造上常に寸法誤差が生じるため、その誤差分
だけ取付ブロックと各半導体デバイスとの相対位置にず
れが生じ、このようなずれが生じているにもかかわらず
取付ブロックに半導体デバイスを固定することにより当
該半導体デバイスの端子脚に変形が生じ、この端子脚と
回路基板とを接続している半田付け部分に応力が発生す
ることとなり、この応力に起因して半田と端子脚部また
は回路基板との間にクラックが生じて電気的不具合が生
ずるおそれがあるのである。

【０００７】本発明は、このような事情に鑑み、回路基
板への半導体デバイスの実装状態に悪影響を与えること
なく、コントロールユニットの放熱性能を高め、また、
当該ユニットの製造を容易にすることを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】前記課題を解決するため
の手段として、本発明は、コントロールユニットに用い
られる複数の半導体デバイスと、当該コントロールユニ
ットの外面に露出するように設けられる放熱部材とが一
体化されたコントロールユニット用半導体デバイスセッ
トであって、前記各半導体デバイスは、回路基板に実装
される複数の端子脚を有してこれらの端子脚がデバイス
本体から同一方向に突出しており、これらの半導体デバ
イスのデバイス本体が前記放熱部材の裏面に固定される
ことにより、前記各半導体デバイスの端子脚が前記放熱
部材の裏面から同一方向に突出し、かつ、前記放熱部材
の裏面と略平行な面上に並んでいるものである。

【０００９】この半導体デバイスセットを用いれば、当
該半導体デバイスセットを製造する工程と、その半導体
デバイスの各端子脚を共通の回路基板に実装する工程
と、この回路基板をカバーで覆う工程とを含む方法によ
り、コントロールユニットを製造することができる。こ
の製造方法では、予め各半導体デバイスを放熱部材に固
定しておいた状態で、当該デバイスの各端子脚を共通の
回路基板に同時に実装することができるので、従来に比
べてコントロールユニットの製造効率が著しく高められ
る。また、従来のように半導体デバイスを回路基板に実
装してから同デバイスを筐体に固定する方法と異なり、
半導体デバイスと回路基板との接続部位に応力が生ずる
ことも防がれる。

【００１０】そして、このようにして製造されたコント
ロールユニット、すなわち、前記半導体デバイスセット
の半導体デバイスの各端子脚が共通の回路基板に実装さ
れ、この回路基板がカバーで覆われているコントロール
ユニットでは、各半導体デバイスのデバイス本体が放熱
部材に直接固定されているので、その放熱性能（半導体
デバイスの冷却性能）は非常に高い。

【００１１】また、このコントロールユニットでは、前
記各半導体デバイスの本体と回路基板とが離間する相対
位置で当該回路基板に前記各半導体デバイスの端子脚を
実装することにより、前記各半導体デバイスの本体が前
記回路基板から離間した状態で当該半導体デバイスの端
子脚が当該回路基板に実装されている構成とすることが
可能であり、これにより半導体デバイスの露出面積が増
えて放熱性がさらに高められるとともに、回路基板が受
ける熱影響も小さく抑えることが可能になる。

【００１２】前記各半導体デバイスの端子脚を揃えるに
は、例えば前記放熱部材の裏面に突出部が形成され、そ
の突出部の上に前記各半導体デバイスが固定されている
構成とすればよい。この構成によれば、前記突出部の高
さ寸法の設定によって各半導体デバイスの端子脚の位置
をコントロールすることが可能になる。

【００１３】また、前記半導体デバイスセットにおい
て、コネクタ端子と一体にモールドされた絶縁ケースを
備え、そのコネクタ端子と前記各半導体デバイスの端子
脚が略同一平面上に並ぶ状態で前記絶縁ケースに前記放
熱部材が取付けられている構成とすれば、コネクタも含
むコントロールユニット全体の製造効率をさらに高める
ことができる。具体的には、前記半導体デバイスセット
を製造する工程と、当該半導体デバイスセットの半導体
デバイスの各端子脚及び絶縁ケースのコネクタ端子を共
通の回路基板に実装する工程と、この回路基板をカバー
で覆う工程とを含む方法により、各半導体デバイスの端
子脚に加えてコネクタ端子も同時に共通の回路基板に実
装することが可能になる。

【００１４】上述の製造方法では、予めカバーに孔を開
けておくことにより、このカバーで前記回路基板を覆っ
た後に当該孔からカバーの内側にポッティング剤を注入
することが可能であり、かかる簡単な工程でコントロー
ルユニット内の防水性を高めることができる。

【００１５】

【発明の実施の形態】本発明の第１の実施の形態を図１
〜図９に基づいて説明する。

【００１６】図１〜図４に示すコントロールユニット
は、絶縁ケース１０、回路基板１２、複数の半導体デバ
イス（図例ではＦＥＴ）１４、放熱板１６、及びカバー
１８を備えている。

【００１７】前記絶縁ケース１０は、全体が合成樹脂等
の絶縁材料で一体に成形されている。この絶縁ケース１
０の上面後部には、前記放熱板１６が嵌め込まれる開口
部１０ａが設けられ、下面はその略全域にわたって開口
している。

【００１８】絶縁ケース１０の前部には、前方に開口す
るコネクタハウジング部１０ｃが形成され、このコネク
タハウジング部１０ｃは図４に示すような複数のコネク
タ端子２０と一体にモールドされている。各コネクタ端
子２０は、その両端が前方と下方とを向くＬ字状をな
し、その中間部が前記絶縁ケース１０に埋め込まれてお
り、前端部が前記コネクタハウジング部１０ｃ内に突出
し、下端部が絶縁ケース１０から下方に突出している。

【００１９】回路基板１２は、前記絶縁ケース１０の下
面開口に嵌め込まれ、かつ、ネジ２３によって絶縁ケー
ス１０に固定される。この回路基板１２上には、複数の
回路素子２２に加えて前記各半導体デバイス１４が実装
される。

【００２０】各半導体デバイス１４は、ブロック状のデ
バイス本体を有し、このデバイス本体から複数本（図例
では３本）の端子脚１４ａが突出している。これらの端
子脚１４ａは途中で屈曲して全て同一の向き（図１では
下向き）に突出している。また、前記デバイス本体に
は、その固定用のネジ２４が挿通可能な貫通孔１４ｂが
設けられている。

【００２１】放熱板１６は、例えばアルミニウムやアル
ミニウム合金のように熱伝導性に優れた材料で構成さ
れ、前記絶縁ケース１０の開口部１０ｂ内に嵌め込まれ
る板状をなしている。この放熱板１６の外面側には、表
面積を大きくするためのフィン１６ａが形成され、裏面
側の幅方向両端部には、他の部分よりも内方に突出する
突出部１６ｃが形成されている。そして、この突出部１
６ｃを貫通するように、前記ネジ２４がねじ込み可能な
ネジ孔１６ｂが設けられている。

【００２２】カバー１８は、前記絶縁ケース１０と同
様、合成樹脂等の絶縁材料で成形され、上向きに開口す
る容器状をなしている。このカバー１８の側壁には、複
数の係止孔１８ａが設けられ、この係止孔１８ａが前記
絶縁ケース１０の側壁に設けられた係止突起１０ｄに係
合されることにより、カバー１８と絶縁ケース１０とが
連結されて一体化されるとともに、その状態で前記カバ
ー１８が前記回路基板１２を下側から覆うように当該カ
バー１８の形状が設定されている。

【００２３】また、このカバー１８の底壁には一対の貫
通孔１８ｂが設けられ、一方の貫通孔１８ｂからカバー
１８の内側にポッティング剤２６の注入が可能となって
いる。

【００２４】次に、このコントロールユニットの製造方
法を図５〜図８に基づいて説明する。なお、このコント
ロールユニットの組立段階では、前記図１〜図４に示す
使用形態とは天地を逆にして各工程が進められる。

【００２５】１）図５に示すように、複数の半導体デバ
イス１４のデバイス本体を放熱板１６の裏面の突出部１
６ｃの上に載せ、各半導体デバイス１４の貫通孔１４ｂ
にネジを挿入して放熱板１６のネジ孔１６ｂにねじ込む
ことにより各半導体デバイス１４を放熱板１６に固定す
る。これにより、各半導体デバイス１４の端子脚１４ａ
が放熱板１６の裏面に対して略直交する方向に突出し、
かつ、略同一平面上に並んだ状態となる。

【００２６】２）図６に示すような絶縁ケース１０、す
なわち、コネクタ端子２０と一体にモールドされた絶縁
ケース１０を製造する。

【００２７】３）絶縁ケース１０の開口部１０ｂに放熱
板１６を嵌め込み、固定する（本願請求項２にかかる半
導体デバイスセットの完成）。このとき、図６に示すよ
うに、各半導体デバイス１４の端子脚１４ａ及びコネク
タ端子２０がすべて同じ向きに突出し、かつ、略同一平
面上に並んだ状態となるように、前記突出部１６ｃの高
さ寸法が設定されている。

【００２８】４）図７に示すように、前記各端子脚１４
ａ及びコネクタ端子２０を回路基板１２に設けられた貫
通孔に挿通し、各半導体デバイス１４のデバイス本体と
回路基板１２との間に隙間ｄを確保した位置で前記各挿
通部分を一斉に半田付けする。すなわち、各デバイス本
体と回路基板１２とが離間するような相対位置で当該回
路基板１２に各半導体デバイス１４及びコネクタ端子２
０を実装する。

【００２９】５）図８に示すように、前記回路基板１２
をカバー１８で上から覆うようにして当該カバー１８を
絶縁ケース１０に装着し、全体を一体化する。そして、
カバー１８の一方の貫通孔１８ｂからポッティング剤２
６を注入して（他方の貫通孔１８ｂをエア抜きに用い
て）内部を封止する。

【００３０】以上示した製造方法では、各半導体デバイ
ス１４の端子脚１４ａ及びコネクタ端子２０を共通の回
路基板１２の貫通孔に同時に挿通することができ、か
つ、その挿通部分を一斉に半田付けすることができる。
すなわち、回路基板１２への各半導体デバイス１４及び
コネクタ端子２０の実装を同時にかつ迅速に行うことが
でき、コントロールユニットの組立効率は飛躍的に高め
られる。

【００３１】そして、かかる工程により製造されたコン
トロールユニットによれば、各半導体デバイス１４が放
熱板１６側に直接固定され、かつ、そのデバイス本体が
回路基板１２から離間した状態にあるため、各半導体デ
バイスの放熱性が高く、また回路基板１２に与える熱影
響も小さい。

【００３２】第２の実施の形態を図９〜図１３に示す。

【００３３】前記第１の実施の形態では、絶縁ケース１
０に放熱板１６が組み込まれた構成となっていたが、こ
の第２の実施の形態にかかるコントロールユニット（図
９〜図１１）では、放熱部材と本体ケースを兼ねた放熱
ケース３０を備え、前記絶縁ケース１０は省略されてい
る。また、ケースとは独立してコネクタ３２が成形さ
れ、このコネクタ３２のハウジングがネジ３３によって
回路基板１２上に固定されるようになっている。

【００３４】前記放熱ケース３０の後部であって幅方向
の両端部には、他の部分よりも内方に突出する（すなわ
ち裏面が突出する）突出部３０ａが形成され、この突出
部３０ａにネジ孔３０ｂが設けられている。放熱ケース
３０の側壁には複数の係止孔３０ｃが設けられる一方、
カバー１８の側壁内側面には内方に突出する係止突起１
８ｃが形成され、この係止突起１８ｃが前記係止孔３０
ｃに係合されることにより、放熱ケース３０とカバー１
８とが一体に連結されるようになっている。また、放熱
ケース３０の前側には、前記コネクタ３２を外方に露出
させるための開口３０ｄが形成されている。

【００３５】このコントロールユニットの製造方法は次
の通りである。なお、このコントロールユニットについ
ても、その組立段階では図９〜図１１に示す通常の使用
状態とは天地を逆にして各工程が進められる。

【００３６】１）回路基板１２上にコネクタ３２を実装
する。

【００３７】２）放熱ケース３０の突出部３０ａの裏面
に各半導体デバイス１４のデバイス本体を載せ、その貫
通孔１４ｂにネジ２４を挿通して放熱ケース３０のネジ
孔３０ｂにねじ込むことにより、各デバイス本体を前記
突出部３０ａに直接固定する。これにより、図１２に示
すように、各半導体デバイス１４の端子脚１４ａがすべ
て上向きに突出し、かつ、略同一平面上に並んだ状態と
なる（本発明の請求項１にかかる半導体デバイスセット
の完成）。

【００３８】３）前記コネクタ３２を下側にして各回路
基板１２の貫通孔に前記各半導体デバイスの端子脚１４
ａを下側から挿通する。このとき、図１２に示すように
コネクタ３２が丁度放熱ケース３０内に収まるように突
出部３０ａの突出寸法を設定しておく。そして、前記挿
通部分を一斉に半田付けする。

【００３９】４）図１３に示すように、前記回路基板１
２をカバー１８で上から覆うようにして当該カバー１８
を放熱ケース３０に装着し、このカバー１８の一方の貫
通孔１８ｂからポッティング剤２６を注入して内部を封
止する。このとき、回路基板１２の適当な位置に同図に
示す貫通孔１２ａを設けておいてこの貫通孔１２ａをポ
ッティング剤が通過できるようにすれば、ポッティング
剤の充填がより円滑になる（なお図１１では便宜上ポッ
ティング剤の図示を省略している）。

【００４０】以上示した製造方法においても、各半導体
デバイス１４の端子脚１４ａを共通の回路基板１２の貫
通孔に同時に挿通することができ、かつ、その挿通部分
を一斉に半田付けすることができる。すなわち、回路基
板１２への各半導体デバイス１４の実装を同時にかつ迅
速に行うことができ、コントロールユニットの組立効率
は飛躍的に高められる。

【００４１】そして、かかる工程により製造されたコン
トロールユニットによれば、各半導体デバイス１４が放
熱板１６側に直接固定され、かつ、そのデバイス本体が
回路基板１２から離間した状態にあるため、各半導体デ
バイスの放熱性が高く、また回路基板１２に与える熱影
響も小さい。

【００４２】なお、前記各実施形態では、各半導体デバ
イス１４のデバイス本体を放熱板１６や放熱ケース３０
の裏面に直接接触させるようにしているが、当該デバイ
ス本体と放熱部材との間に伝熱性に優れた薄肉の絶縁シ
ートやデバイス固定用の接着剤が介在していてもよい。
要は、デバイス本体から放熱部材へ実質上ほぼ直接的に
熱伝導が行われる構成であればよい。

【００４３】また、本発明にかかる半導体デバイスは図
示のＦＥＴに限らず、比較的発熱量の大きいデバイスに
ついて広く適用が可能である。

【００４４】

【発明の効果】以上のように本発明は、コントロールユ
ニットを構成する放熱部材の裏面に複数の半導体デバイ
スのデバイス本体を固定して、各半導体デバイスの端子
脚が前記裏面から略直交する方向に突出して略同一平面
上に並ぶようにしておき、これらの端子脚を共通の回路
基板に同時に実装できるようにしたものであるので、回
路基板への半導体デバイスの実装状態に悪影響を与える
ことなく、各半導体デバイスの放熱性を高め、また、コ
ントロールユニットの製造を容易化することができる効
果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態にかかるコントロー
ルユニットの分解斜視図である。

【図２】前記コントロールユニットの正面図である。

【図３】図４のＢ−Ｂ線断面図である。

【図４】図２のＡ−Ａ線断面図である。

【図５】前記コントロールユニットの組立に際して放熱
板の裏面上に各半導体デバイスを固定した段階を示す断
面正面図である。

【図６】前記コントロールユニットの組立に際して放熱
板を絶縁ケースに装着した段階を示す断面正面図であ
る。

【図７】前記コントロールユニットの組立に際して各半
導体デバイスの端子脚及びコネクタ端子を共通の回路基
板に実装した段階を示す断面正面図である。

【図８】前記コントロールユニットの組立に際して絶縁
ケースにカバーを装着して内部にポッティング剤を充填
する段階を示す断面正面図である。

【図９】本発明の第２の実施の形態にかかるコントロー
ルユニットの分解斜視図である。

【図１０】図９に示すコントロールユニットの断面側面
図である。

【図１１】図９に示すコントロールユニットの断面正面
図である。

【図１２】図９に示すコントロールユニットの組立に際
して放熱板の裏面上に各半導体デバイスを固定し、かつ
その端子脚を共通の回路基板に実装した段階を示す断面
正面図である。

【図１３】図９に示すコントロールユニットの組立に際
して放熱ケースにカバーを装着して内部にポッティング
剤を充填する段階を示す断面正面図である。

【符号の説明】

１０ 絶縁ケース １２ 回路基板 １４ 半導体デバイス １４ａ 端子脚 １６ 放熱板（放熱部材） １６ｃ 突出部 １８ カバー １８ｂ ポッティング剤注入用貫通孔 ２０ コネクタ端子 ２６ ポッティング剤 ３０ 放熱ケース（放熱部材） ３０ａ 突出部

フロントページの続き (72)発明者 山根 茂樹 愛知県名古屋市南区菊住１丁目７番10号 株式会社オートネットワーク技術研究所内 (72)発明者 鬼塚 孝浩 愛知県名古屋市南区菊住１丁目７番10号 株式会社オートネットワーク技術研究所内 (72)発明者 浅生 高広 三重県四日市市西末広町１番14号 住友電 装株式会社内 (72)発明者 住田 芳孝 三重県四日市市西末広町１番14号 住友電 装株式会社内 (72)発明者 鄭 尚煕 三重県四日市市西末広町１番14号 住友電 装株式会社内 Ｆターム(参考） 5E322 AA01 AA02 AA04 AB01 FA04 5F036 BB05 BC03

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 コントロールユニットに用いられる複数
   の半導体デバイスと、当該コントロールユニットの外面
   に露出するように設けられる放熱部材とが一体化された
   コントロールユニット用半導体デバイスセットであっ
   て、前記各半導体デバイスは、回路基板に実装される複
   数の端子脚を有してこれらの端子脚がデバイス本体から
   同一方向に突出しており、これらの半導体デバイスのデ
   バイス本体が前記放熱部材の裏面に固定されることによ
   り、前記各半導体デバイスの端子脚が前記放熱部材の裏
   面から同一方向に突出し、かつ、当該裏面と略平行な面
   上に並んでいることを特徴とするコントロールユニット
   用半導体デバイスセット。
2. 【請求項２】 請求項１記載の半導体デバイスセットに
   おいて、前記放熱部材の裏面に突出部が形成され、その
   突出部の上に前記各半導体デバイスが固定されているこ
   とを特徴とするコントロールユニット用半導体デバイス
   セット。
3. 【請求項３】 請求項１または２記載の半導体デバイス
   セットにおいて、コネクタ端子と一体にモールドされた
   絶縁ケースを備え、そのコネクタ端子と前記各半導体デ
   バイスの端子脚が略同一平面上に並ぶ状態で前記絶縁ケ
   ースに前記放熱部材が取付けられていることを特徴とす
   るコントロールユニット用半導体デバイスセット。
4. 【請求項４】 請求項１〜３のいずれかに記載のコント
   ロールユニット用半導体デバイスセットを備え、その半
   導体デバイスの各端子脚が共通の回路基板に実装され、
   この回路基板がカバーで覆われていることを特徴とする
   コントロールユニット。
5. 【請求項５】 請求項４記載のコントロールユニットに
   おいて、前記各半導体デバイスの本体が前記回路基板か
   ら離間した状態で当該半導体デバイスの端子脚が当該回
   路基板に実装されていることを特徴とするコントロール
   ユニット。
6. 【請求項６】 請求項１または２記載のコントロールユ
   ニット用半導体デバイスセットを製造する工程と、その
   半導体デバイスの各端子脚を共通の回路基板に実装する
   工程と、この回路基板をカバーで覆う工程とを含むこと
   を特徴とするコントロールユニットの製造方法。
7. 【請求項７】 請求項３記載のコントロールユニット用
   半導体デバイスセットを製造する工程と、その半導体デ
   バイスの各端子脚及び絶縁ケースのコネクタ端子を共通
   の回路基板に実装する工程と、この回路基板をカバーで
   覆う工程とを含むことを特徴とするコントロールユニッ
   トの製造方法。
8. 【請求項８】 請求項６または７記載のコントロールユ
   ニットの製造方法において、前記各半導体デバイスの本
   体と回路基板とが離間する相対位置で当該回路基板に前
   記各半導体デバイスの端子脚を実装することを特徴とす
   るコントロールユニットの製造方法。
9. 【請求項９】 請求項６〜８のいずれかに記載のコント
   ロールユニットの製造方法において、前記カバーに孔を
   開けておき、このカバーにより前記回路基板を覆った
   後、当該孔からカバーの内側にポッティング剤を注入す
   ることを特徴とするコントロールユニットの製造方法。