JP2009119957A - 電子制御装置および電子制御装置の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】装置の小型化、低コスト化を図るとともに、電気的な接続信頼性の向上を実現する電子制御装置を得る。
【解決手段】両端部にそれぞれ開口部を有する絶縁性樹脂製のハウジング３と、ハウジング３の一方の端部に取り付けられたヒートシンク５と、ヒートシンク５に搭載されたパワーデバイス２と、ヒートシンク５と対向して設けられ、パワーデバイス２を制御する制御回路を含む電子回路が形成された回路基板４と、ハウジング３に保持され、回路基板４とパワーデバイス２とを電気的に接続する複数個の第１の導電板６とを備え、複数個の第１の導電板６のそれぞれは、回路基板４と対向する面において、回路基板４に形成されたスルーホール４ａに圧入されるプレスフィット端子６ｂｐを有することで回路基板４と接合され、ヒートシンク５と対向する面において、パワーデバイス２の各端子と接合される。
【選択図】図２

Description

本発明は、電子制御装置に関し、特に、電動モータの回転力によって車両のステアリング装置に補助付勢する電動式パワーステアリング装置に用いられる電子制御装置に関する。

従来、パワーデバイスである半導体スイッチング素子（例えば、ＦＥＴ）が金属基板上に実装されているとともに、金属基板と金属基板外の部品とを電気的に接続する接続部材が、金属基板上に取付けられている電子制御装置が知られている。

例えば、従来の電子制御装置は、電動モータの電流を切り換えるための半導体スイッチング素子からなるブリッジ回路が搭載されたパワー基板と、導電板等が絶縁性樹脂にインサート成形されているとともに大電流部品が搭載されたハウジングと、マイクロコンピュータ等の小電流部品が搭載された制御基板と、パワー基板とハウジングおよび制御基板とを電気的に接続した接続部材と、パワー基板に密着されたヒートシンクと、パワー基板、ハウジングおよび制御基板を覆い金属板でプレス成形されているとともにヒートシンクに取り付けられたケースとを備えている（例えば、特許文献１参照）。

特許第３６４４８３５号公報

しかしながら、従来技術には次のような課題がある。
特許文献１における電子制御装置は、半導体スイッチング素子を搭載する金属基板が必要になる。また、半田付け時に接続部材が浮遊しないようにするために、接続部材を金属基板上に固定している。この結果、部品点数が増加して電子制御装置が大型化するとともに、コストが高くなるという課題がある。

また、接続部材をパワー基板上に固定するときに発生する衝撃力が、パワー基板上の半田付け前の半導体スイッチング素子等の部品に伝達され、各部品の位置ズレが生じる。この結果、パワー基板上に実装される部品の半田接合の信頼性が低下するという課題がある。

本発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、装置の小型化、低コスト化を図るとともに、電気的な接続信頼性の向上を実現する電子制御装置を得ることを目的とする。

本発明に係る電子制御装置は、両端部にそれぞれ開口部を有する絶縁性樹脂製のハウジングと、ハウジングの一方の端部に取り付けられたヒートシンクと、ヒートシンクに搭載されたパワーデバイスと、ヒートシンクと対向して設けられ、パワーデバイスを制御する制御回路を含む電子回路が形成された回路基板と、ハウジングに保持され、回路基板とパワーデバイスとを電気的に接続する複数個の第１の導電板とを備え、複数個の第１の導電板のそれぞれは、回路基板と対向する面において、回路基板に形成されたスルーホールに圧入されるプレスフィット端子を有することで回路基板と接合され、ヒートシンクと対向する面において、パワーデバイスの各端子と接合されるものである。

本発明の電子制御装置によれば、パワーデバイスと回路基板との電気的な接続に導電板を用いてパワー基板等の部品を廃止することにより、小型化されるとともにコストが低減され、さらに、電気的接続の信頼性が向上するにより、装置の小型化、低コスト化を図るとともに、電気的な接続信頼性の向上を実現する電子制御装置を得ることができる。

以下、本発明の各実施の形態を図面に基づいて説明する。各図において、同一、または相当部材、部位については、同一符号を付して説明する。

実施の形態１．
本実施の形態１では、電動モータの回転力によって車両のステアリング装置に補助付勢する電動式パワーステアリング装置に使用する電子制御装置を例に説明する。

図１は、本発明の実施の形態１における電子制御装置１を示す分解斜視図である。また、図２は、本発明の実施の形態１における図１の電子制御装置１の断面図である。また、図３は、本発明の実施の形態１における図２の切断断面に対して平行な位置で切断したときの断面図である。また、図４は、本発明の実施の形態１における図３の切断断面に対して直角方向に沿って切断したときの断面図である。

また、図５は、本発明の実施の形態１における図２の切断断面に対して平行な位置で切断したときの断面図であり、図３とは異なる位置での断面図である。また、図６、７は、本発明の実施の形態１における図１の電子制御装置１の要部を示す斜視図である。さらに、図８は、本発明の実施の形態１における図１の電動式パワーステアリング装置のブロック図である。

電子制御装置１は、半導体スイッチング素子２、ハウジング３、回路基板４、アルミニウム製のヒートシンク５、第１の導電板６、カバー７、車両コネクタ８、モータコネクタ９、およびセンサコネクタ１０を備えている。ハウジング３は、両端にそれぞれ開口部を有している。また、このハウジング３の一方の端部には、アルミニウム製のヒートシンク５が取り付けられている。このヒートシンク５には、パワーデバイスである半導体スイッチング素子２が搭載されている。

また、回路基板４は、ヒートシンク５と対向して設けられており、半導体スイッチング素子２を制御する制御回路を含む電子回路が形成されている。第１の導電板６は、パワー用導電板６ａ、出力用導電板６ｂおよび信号用導電板６ｃで構成されている。さらに、第１の導電板６は、その基礎部が絶縁性樹脂３ａによるインサート成形でハウジング３と一体化されているとともに、回路基板４と半導体スイッチング素子２とを電気的に接続している。

また、カバー７は、ハウジング３の他方の端部に取り付けられている。このように、両端に設けられたヒートシンク５およびカバー７により、半導体スイッチング素子２および回路基板４は、ハウジング３内に格納される。

また、車両コネクタ８は、ハウジング３の一側面に設けられ、車両の配線と電気的に接続される。そして、車両コネクタ８は、車両のバッテリ２４と電気的に接続される電源コネクタ端子１１、および車両の配線を介して信号が入出力される第３の導電板である厚さ０．６４ｍｍのりん青銅製の信号コネクタ端子１２を備えている。

また、モータコネクタ９は、電動モータ２２と電気的に接続される。このモータコネクタ９は、厚さ０．８ｍｍの高電気導電率の銅合金またはりん青銅製のモータコネクタ端子１３を備えている。

さらに、センサコネクタ１０は、ハウジング３の他側面に設けられ、トルクセンサ２３と電気的に接続される。そして、このセンサコネクタ１０は、厚さ０．６４ｍｍのりん青銅製の第３の導電板であるセンサコネクタ端子１４を備えている。

第２の導電板である端子１５は、厚さ０．６ｍｍのりん青銅で構成され、Ｌ字状に形成されている。そして、この第２の導電板である端子１５は、第３の導電板である信号コネクタ端子１２およびセンサコネクタ端子１４と、回路基板４とを電気的に接続している。

電源コネクタ端子１１、信号コネクタ端子１２、モータコネクタ端子１３、センサコネクタ端子１４および端子１５等の各部品は、パワー用導電板６ａ、出力用導電板６ｂ、信号用導電板６ｃがインサート成形されてハウジング３が形成される際に、それぞれ同時にインサート成形される。この結果、車両コネクタ８、モータコネクタ９およびセンサコネクタ１０が、ハウジング３に一体化されて形成されている。

また、ヒートシンク５が取り付けられる開口部と反対側の開口部側のハウジング３の側面には、被取付体である車両に電子制御装置１を取り付けるための取付脚部３Ｌが形成されている。

ヒートシンク５は、ヒートシンク本体４０と、このヒートシンク本体４０の表面に形成された絶縁皮膜であるアルマイト皮膜２５とから構成されている。このヒートシンク５を製造するには、まず始めに、アルミニウムまたはアルミニウム合金をダイスから押し出して、断面が凸状に形成された長尺の押出形材を製造する。次に、この押出形材の全面にあらかじめアルマイト膜２５を形成してヒートシンク素材を製造する。さらに、このヒートシンク素材を切断機で所望の長さに切断し、穴あけ等の機械加工を施すことにより、ヒートシンク５が形成される。

切断機で切断されて形成されたヒートシンク５の４面ある外周端面のうち、一方の両側端面５ａは、ヒートシンク本体４０が外部に露出した切断面である。また、他方の両側端面５ｂは、アルマイト膜２５が形成されている（図１参照）。さらに、ヒートシンク５が、半導体スイッチング素子２が搭載される面、およびその裏面においても、アルマイト膜２５が形成されている。一方の両側端面５ａである切断面は、図４に示すようにハウジング３の内壁面３ｄと対向している。

なお、ここでは、ヒートシンク５は、押出形材を用いて製造する場合を説明した。しかしながら、ヒートシンク５は、熱間または冷間鍛造されたヒートシンク素材に切削加工を施すことにより製造してもよい。また、ヒートシンク５は、熱間または冷間圧延された板材に切削加工を施すことによりを製造してもよい。また、ヒートシンク本体４０の外周端面の４面の全部または一部が外部に露出し、この露出面が内壁面３ｄと対向してもよい。

半導体スイッチング素子２には、図８に示すように、ハイサイドＭＯＳＦＥＴ ２ＨとローサイドＭＯＳＦＥＴ ２Ｌとが集積されている。そして、このハイサイドＭＯＳＦＥＴ ２ＨとローサイドＭＯＳＦＥＴ ２Ｌとは、ハーフブリッジを形成している。さらに、ハーフブリッジが形成された半導体スイッチング素子２は、１つのパッケージに収納され、２個１組となって電動モータ２２の電流を切り替えるためのブリッジ回路を構成する。

半導体スイッチング素子２の各端子は、図７において右から供給電源端子ＶＳ、ハイサイドＭＯＳＦＥＴ ２Ｈのゲート端子ＧＴ１、ブリッジ出力端子ＯＵＴ、ローサイドＭＯＳＦＥＴ ２Ｌのゲート端子ＧＴ２、グランド端子ＧＮＤの順に並んで配置されている。

ここで、供給電源端子ＶＳ、ブリッジ出力端子ＯＵＴ、グランド端子ＧＮＤは、電動モータ２２の大電流が流れる大電流端子である。一方、ゲート端子ＧＴ１、ゲート端子ＧＴ２は、信号用の小さな電流が流れる小電流端子である。そこで、大電流端子と小電流端子とは、交互に配置されている。

回路基板４の配線パターン上には、マイクロコンピュータ１６が、ハンダ付けで実装されている。図１において図示されていないが、回路基板４の配線パターンには、モータ電流検出回路および周辺回路素子等が半田付けで実装されている。このモータ電流検出回路および周辺回路素子等の具体例としては、半導体スイッチング素子２のスイッチング動作時に発生する電磁ノイズが外部へ流出するのを防止するコイル、モータ電流のリップルを吸収するコンデンサ、モータ電流を検出するシャント抵抗器などが含まれる。

さらに、回路基板４には、内面に銅メッキがなされて配線パターンと電気的に接続される複数のスルーホール４ａが形成されている。

パワー用導電板６ａの基端部は、半導体スイッチング素子２の供給電源端子ＶＳおよびグランド端子ＧＮＤの先端部にそれぞれ接続されている。出力用導電板６ｂの基端部は、ブリッジ出力端子ＯＵＴの先端部に接続されている。信号用導電板６ｃの基端部は、ゲート端子ＧＴ１、ＧＴ２の先端部にそれぞれ接続されている。

また、導電板６ａ、６ｂ、６ｃには、それぞれプレスフィット端子部６ａｐ、６ｂｐ、６ｃｐが形成されている。そして、プレスフィット端子部６ａｐ、６ｂｐ、６ｃｐは、回路基板４のスルーホール４ａに圧入されている。この結果、半導体スイッチング素子２の端子ＶＳ、ＧＴ１、ＯＵＴ、ＧＴ２、ＧＮＤと回路基板４の配線パターンとが電気的に接続されている。

そして、これらの導電板６ａ、６ｂ、６ｃは、半導体スイッチング素子２の端子ＶＳ、ＧＴ１、ＯＵＴ、ＧＴ２、ＧＮＤの導出方向に延びて、重なって配置されている。さらに、端子ＶＳ、ＧＴ１、ＯＵＴ、ＧＴ２、ＧＮＤは、導電板６ａ、６ｂ、６ｃのヒートシンク５と対向する面に配置されている。半導体スイッチング素子２の端子ＶＳ、ＧＴ１、ＯＵＴ、ＧＴ２、ＧＮＤは、幅が０．８ｍｍ、厚さが０．５ｍｍ、端子の間隔が１．７ｍｍで形成されている。

また、パワー用導電板６ａ、出力用導電板６ｂには、大電流が流れる。パワー用導電板６ａ、出力用導電板６ｂは、圧延された銅合金で形成されているので、導電板６ａ、６ｂのロール面（表面）と半導体スイッチング素子２の端子ＶＳ、ＯＵＴ、ＧＮＤとを溶接する場合には、パワー用導電板６ａおよび出力用導電板６ｂの板厚を厚くする必要がある。しかし、プレスフィット端子部の形成およびプレス加工の点からは、この板厚を厚くすることが困難である。

そこで、本実施の形態１では、パワー用導電板６ａ、出力用導電板６ｂの板厚を端子ＶＳ、ＯＵＴ、ＧＮＤの幅と同じ０．８ｍｍとしている。その代わりに、板厚より板幅を広く形成して、ロール面と直角方向の端面と、半導体スイッチング素子２の端子ＶＳ、ＯＵＴ、ＧＮＤとを溶接している。

すなわち、導電板６ａ、６ｂは、端子ＶＳ、ＯＵＴ、ＧＮＤとの接合方向の寸法が、接合方向に対して直角方向（幅方向）の寸法よりも大きく形成されている。なお、信号用として使用される導電板６ｃは、小電流が流れるので、電気抵抗の低減化について考慮する必要性はない。しかしながら、この導電板６ｃも、大電流が流れるパワー用導電板６ａ、出力用導電板６ｂと同様の板材で形成されている。

導電板６ａ、６ｂ、６ｃは、大電流を通電するための導電率、およびプレスフィット端子部６ａｐ、６ｂｐ、６ｃｐを形成するための機械的強度を考慮して、高強度の高導電銅合金またはりん青銅で構成されている。りん青銅は、モータ電流が、例えば、３０Ａ以下の電流で使用される。

また、半導体スイッチング素子２の各端子ＶＳ、ＧＴ１、ＯＵＴ、ＧＴ２、ＧＮＤは、ともに中間部の２箇所で起立、倒伏したクランク状の同一形状に曲げられており、同一方向にそれぞれ導出している。各端子ＶＳ、ＧＴ１、ＯＵＴ、ＧＴ２、ＧＮＤの先端側の曲げ部である第１の曲げ部２ａは、鋭角に形成されている。また、半導体スイッチング素子２本体側の曲げ部である第２の曲げ部２ｂは、直角に起立して形成されている。

ヒートシンク５の凸状断面の厚肉部の上面には、半導体スイッチング素子２の放熱部であるヒートスプレッダｈｓが搭載される。一方、ヒートシンク５の凸状断面の薄肉部の上方には、折り曲げられた端子ＶＳ、ＧＴ１、ＯＵＴ、ＧＴ２、ＧＮＤの溶接部が配置されるように構成されている。

この結果、ヒートスプレッダｈｓと端子ＶＳ、ＧＴ１、ＯＵＴ、ＧＴ２、ＧＮＤの溶接部とに段差が形成される。この段差は、ヒートスプレッダｈｓ側に端子ＶＳ、ＧＴ１、ＯＵＴ、ＧＴ２、ＧＮＤの溶接部が突出する形状となっている。

ヒートシンク５には、アルマイト膜２５が形成されている。従って、端子ＶＳ、ＧＴ１、ＯＵＴ、ＧＴ２、ＧＮＤの溶接部を前記薄肉部近傍まで接近させて、段差を大きくすることができる。さらに、溶接時には、ヒートシンク５が装着されていないので、半導体スイッチング素子２の本体がレーザ溶接時の障害になることがない。

そして、ヒートシンク５が取り付けられる方向から端子ＶＳ、ＧＴ１、ＯＵＴ、ＧＴ２、ＧＮＤの表面に向かってレーザＬＢが照射される。これにより、ヒートシンク５は、レーザ溶接により接続される。

また、各端子ＶＳ、ＧＴ１、ＯＵＴ、ＧＴ２、ＧＮＤは、第１の曲げ部２ａが鋭角に形成されるとともに、曲げ弾性力によって第１の導電板６ａ、６ｂ、６ｃに押付けられている。そして、各端子の先端部近傍にレーザＬＢが照射されることにより溶接されている。

このとき、各端子ＶＳ、ＧＴ１、ＯＵＴ、ＧＴ２、ＧＮＤと第１の導電板６ａ、６ｂ、６ｃとの隙間は、先端部から第１の曲げ部２ａに向かって拡大している。これにより、溶接部近傍である先端部付近が、曲げ弾性力によって第１の導電板６ａ、６ｂ、６ｃに押付けられるように構成される。

図６に示すように、半導体スイッチング素子２の本体とハウジング３との位置決めをするための位置決め部３ｅが、ハウジング３に形成されている。この位置決め部３ｅは、先端部にはテーパが形成されている。そして、このテーパ部で半導体スイッチング素子２の本体に設けられた穴２ｃが案内されて挿入され、位置決めがなされる。位置決め部３ｅは、各端子ＶＳ、ＧＴ１、ＯＵＴ、ＧＴ２、ＧＮＤの導出方向の位置決めを兼ねている。

また、各端子ＶＳ、ＧＴ１、ＯＵＴ、ＧＴ２、ＧＮＤと導電板６ａ、６ｂ、６ｃとの位置決めを行なう位置決め部３ｆが、同様に、ハウジング３に形成されている。この位置決め部３ｆは、各端子ＶＳ、ＧＴ１、ＯＵＴ、ＧＴ２、ＧＮＤの導出方向と直角方向の位置決めを行なっている。

位置決め部３ｆは、半導体スイッチング素子２の両端の端子ＶＳ、ＧＮＤの外側に形成されており、先端部にはテーパが形成されている。このテーパ部で、半導体スイッチング素子２の各端子ＶＳ、ＧＮＤの外側が案内されることにより、各端子ＶＳ、ＧＴ１、ＯＵＴ、ＧＴ２、ＧＮＤと導電板６ａ、６ｂ、６ｃとの位置決めがなされる。

位置決め部３ｅ、３ｆで位置決めされた半導体スイッチング素子２の各端子ＶＳ、ＧＴ１、ＯＵＴ、ＧＴ２、ＧＮＤは、導電板６ａ、６ｂ、６ｃに溶接される。また、各端子ＶＳ、ＧＴ１、ＯＵＴ、ＧＴ２、ＧＮＤは、プレスフィット端子部６ａｐ、６ｂｐ、６ｃｐの圧入方向である軸線ＡＸからずらした位置に配置されて、導電板６ａ、６ｂ、６ｃに溶接されている。

そして、軸線ＡＸの延長上の導電板６ａ、６ｂ、６ｃとヒートシンク５との間には、絶縁性樹脂３ａが介在している。これにより、プレスフィット端子部６ａｐ、６ｂｐ、６ｃｐを回路基板４のスルーホール４ａに圧入する際の圧入力を、ヒートシンク５で受けられる構成となっている。

従って、レーザ溶接の際に、溶接を阻害する絶縁性樹脂３ａを遠ざけることができる。さらに、プレスフィット端子部６ａｐ、６ｂｐ、６ｃｐ圧入の際に、導電板６ａ、６ｂ、６ｃとヒートシンク５との間に絶縁性樹脂３ａを介在させることができる。すなわち、これらの工法を両立させることができる。

半導体スイッチング素子２の端子ＶＳ、ＧＴ１、ＯＵＴ、ＧＴ２、ＧＮＤの表面に向かってレーザＬＢが照射されることにより、半導体スイッチング素子２は、導電板６ａ、６ｂ、６ｃと接続されている。そこで、レーザ溶接により発生する熱により、絶縁性樹脂３ａが劣化、溶損することを防止する必要がある。

また、レーザ溶接の際、端子ＶＳ、ＧＴ１、ＯＵＴ、ＧＴ２、ＧＮＤの表面から発生するレーザＬＢの反射光により、レーザ溶接部近傍の絶縁性樹脂３ａが劣化、溶損すること、および導電板６ａ、６ｂ、６ｃのプレスフィット端子部６ａｐ、６ｂｐ、６ｃｐが劣化することを防止する必要がある。

さらに、レーザ溶接の際、端子ＶＳ、ＧＴ１、ＯＵＴ、ＧＴ２、ＧＮＤの溶融部から発生するガス、およびレーザ溶接の熱や反射光等によりレーザ溶接部近傍の絶縁性樹脂３ａから発生するガスが、導電板６ａ、６ｂ、６ｃのプレスフィット端子部６ａｐ、６ｂｐ、６ｃｐに付着することを防止する必要がある。

本実施の形態１では、半導体スイッチング素子２の端子ＶＳ、ＧＴ１、ＯＵＴ、ＧＴ２、ＧＮＤに溶接される基端部が、ハウジング３の絶縁性樹脂３ａから櫛の歯状に露出して形成されている。これにより、絶縁性樹脂３ａに対してレーザ溶接時に発生する熱および反射光の影響を少なくすることができる。

また、導電板６ａ、６ｂ、６ｃのプレスフィット端子部６ａｐ、６ｂｐ、６ｃｐをカバー７側に配置し、レーザ溶接部をヒートシンク５側に配置している。これにより、プレスフィット端子部６ａｐ、６ｂｐ、６ｃｐとレーザ溶接部との距離が長くなる。この結果、プレスフィット端子部６ａｐ、６ｂｐ、６ｃｐに対して、レーザ溶接時に発生する熱、反射光およびガスの影響を少なくすることができる。

また、プレスフィット端子部６ａｐ、６ｂｐ、６ｃｐとレーザ溶接部との間に、絶縁性樹脂３ａが介在している。これにより、レーザ溶接時に発生する反射光が、プレスフィット端子部６ａｐ、６ｂｐ、６ｃｐに到達しにくくすることができる。

パワー用導電板６ａには、プレスフィット端子６ａｐが２個、出力用導電板６ｂには、プレスフィット端子６ｂｐが１個、信号用導電板６ｃには、プレスフィット端子６ｃｐが１個、それぞれ形成されている。すなわち、１つの半導体スイッチング素子２について７個のプレスフィット端子部６ａｐ、６ｂｐ、６ｃｐが配置されている。

半導体スイッチング素子２の端子ＶＳ、ＧＴ１、ＯＵＴ、ＧＴ２、ＧＮＤの端子間の距離は、前述のように、１．７ｍｍである。また、プレスフィット端子部６ａｐ、６ｂｐ、６ｃｐが圧入される回路基板４のスルーホール４ａの穴径は、１．４５ｍｍに形成されている。

本実施の形態１では、隣接する導電板６ａ、６ｂ、６ｃのプレスフィット端子部６ａｐ、６ｂｐ、６ｃｐを千鳥状に配置している。これにより、半導体スイッチング素子２の端子ＶＳ、ＧＴ１、ＯＵＴ、ＧＴ２、ＧＮＤの間の距離よりも、プレスフィット端子部６ａｐ、６ｂｐ、６ｃｐの間の距離を長くしている。

端子１５の端部１５ａは、信号コネクタ端子１２の端部１２ａおよびセンサコネクタ端子１４の端部１４ａと重ね合わされる。この合わせ面は、ヒートシンク５近傍で、かつ、ヒートシンク５と平行に形成され、溶接されている。

このとき、信号コネクタ端子１２の端部１２ａおよびセンサコネクタ端子１４の端部１４ａが、ヒートシンク５側に配置される。さらに、ヒートシンク５が取り付けられる方向から信号コネクタ端子１２の端部１２ａおよびセンサコネクタ端子１４の端部１４ａの表面に向かってレーザＬＢが照射されることにより、信号コネクタ端子１２およびセンサコネクタ端子１４は、各々端子１５に溶接される。

また、溶接部とは反対側の端部に、端子１５のプレスフィット端子部１５ｐが形成されている。そして、このプレスフィット端子部１５ｐが回路基板４のスルーホール４ａに圧入される。この結果、端子１５に接続された信号コネクタ端子１２およびセンサコネクタ端子１４が回路基板４の配線パターンと電気的に接続される。

導電板６ａ、６ｂ、６ｃと同様に、端子１５のプレスフィット端子部１５ｐをカバー７側に配置し、レーザ溶接部をヒートシンク５側に配置している。これにより、プレスフィット端子部１５ｐとレーザ溶接部との距離が長くなる。この結果、プレスフィット端子部１５ｐに対して、レーザ溶接時に発生する熱、反射光およびガスの影響を少なくすることができる。

また、出力用導電板６ｂにおいて、半導体スイッチング素子２のブリッジ出力端子ＯＵＴが接続されている基端部の反対側端部には、モータコネクタ端子１３が接続されている。そして、モータコネクタ端子１３は、出力用導電板６ｂの端部のヒートシンク５と対向する面に配置される。

そして、ヒートシンク５が取り付けられる方向からモータコネクタ端子１３の表面に向かってレーザＬＢが照射され、出力用導電板６ｂと半導体スイッチング素子２のブリッジ出力端子ＯＵＴとが接続されるのと同様に、モータコネクタ端子１３は、出力用導電板６ｂに溶接される。

半導体スイッチング素子２のブリッジ出力端子ＯＵＴから出力されるモータ電流は、回路基板４を経由せず、直接モータコネクタ端子１３を経由して電動モータ２２に流れる。また、出力用導電板６ｂの中間部には、回路基板４に向かって延びたプレスフィット端子部６ｂｐが形成されている。これにより、モータコネクタ端子１３の電圧をモニタするための信号が、回路基板４へ出力される。

また、電源用導電板６ｄには、電源コネクタ端子１１が接続されている。電源コネクタ端子１１は、電源用導電板６ｄの端部のヒートシンク５と対向する面に配置される。そして、ヒートシンク５が取り付けられる方向から電源コネクタ端子１１の表面に向かってレーザＬＢが照射され、出力用導電板６ｂとモータコネクタ端子１３とが接続されるのと同様に、電源コネクタ端子１１は、電源用導電板６ｄに溶接される。

電源用導電板６ｄの中間部には、回路基板４に向かって延びたプレスフィット端子部６ｄｐが形成されている。そして、このプレスフィット端子部６ｄｐが、回路基板４のスルーホール４ａに圧入されている。これにより、電源用導電板６ｄと回路基板４の配線パターンとが電気的に接続されている。そして、バッテリ２４の電流が電源コネクタ端子１１、電源用導電板６ｄ、プレスフィット端子部６ｄｐを経由して回路基板４へ供給される。

また、図１に示すように、回路基板４を保持する保持部材Ｈが配置されている。この保持部材Ｈは、先端部にプレスフィット端子部Ｈｐが形成されている。この保持部材Ｈは、回路基板４のグランドをヒートシンク５に接続する機能を有している。すなわち、板バネ２１の一端のスリット２１ｓが、保持部材Ｈに圧入されるとともに、板バネ２１がハウジング３とともにネジ２０でヒートシンク５に締め付けられている。

プレスフィット端子部Ｈｐは、回路基板４のスルーホール４ａに圧入されている。これにより、プレスフィット端子部Ｈｐ、保持部材Ｈ、板バネ２１、ネジ２０を経由して、回路基板４の配線パターンとヒートシンク５とが電気的に接続される。また、回路基板４は、スルーホール４ａにプレスフィット端子部６ａｐ、６ｂｐ、６ｃｐ、６ｄｐ、１５ｐ、Ｈｐが圧入されることにより、機械的に保持されている。

ハウジング３の絶縁性樹脂３ａに導電板６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄ、端子１５、保持部材Ｈがインサート成形されている。プレスフィット端子部６ａｐ、６ｂｐ、６ｃｐ、６ｄｐ、１５ｐ、Ｈｐが圧入される際、絶縁性樹脂３ａが導電板６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄ、端子１５、保持部材Ｈとヒートシンク５との間に介在しているので、圧入力をヒートシンク５で受けられるようになっている。しかしながら、製造上の精度により、絶縁性樹脂３ａとヒートシンク５との間に僅かな隙間が発生することになる。

プレスフィット圧入においては、プレスフィット端子部６ａｐ、６ｂｐ、６ｃｐ、６ｄｐ、１５ｐ、Ｈｐと回路基板４との相対高さ精度が重要である。しかしながら、絶縁性樹脂３ａとヒートシンク５との間に僅かな隙間が発生することにより、この相対高さ精度が悪化する。そこで、この隙間に接着剤（図示せず）を塗布して、この隙間の影響をなくしている。

半導体スイッチング素子２の樹脂パッケージ面は、板バネ２１により押し付けられる。これにより、半導体スイッチング素子２の放熱部であるヒートスプレッダｈｓは、ヒートシンク５の厚肉部の上面に密着して固定される。この固定面には、アルマイト膜２５が形成されている。従って、半導体スイッチング素子２のヒートスプレッダｈｓは、ブリッジ出力端子ＯＵＴとは電気的に繋がっているが、ヒートシンク５とはアルマイト膜２５で電気的に絶縁される。

ヒートシンク５の表面は、小さな凹凸を有しており、板バネ２１の働きで半導体スイッチング素子２のヒートスプレッダｈｓをヒートシンク５に密着させた場合にも、僅かな隙間が発生する。この僅かな隙間の影響で、半導体スイッチング素子２で発生した熱をヒートシンク５へ放熱させる熱伝導経路の熱抵抗が大きくなる。そこで、この隙間を埋めるために、ヒートスプレッダｈｓとヒートシンク５のアルマイト膜２５との間に高熱伝導の接着性樹脂（図示せず）を用いて密着、固定している。

なお、半導体スイッチング素子２のヒートスプレッダｈｓとヒートシンク５との隙間を埋める別の手段として、高熱伝導性のグリースを介在させてもよい。

板バネ２１は、ハウジング３の保持部３ｂで係止されるとともに、ハウジング３を介在してネジ２０でヒートシンク５に固定されている。

カバー７は、ハウジング３と同様の絶縁性樹脂で成形され、超音波溶着機でハウジング３の開口面に溶着されている。なお、カバー７とハウジング３との溶着は、振動溶着機による振動溶着であってもよい。振動溶着の場合は、カバー７とハウジング３との接合面の面方向に、カバー７を往復振動させ、摩擦熱によりカバー７とハウジング３との樹脂を互いに溶融させて接合する。

また、超音波溶着の代わりに、レーザ溶着機によるレーザ溶着であってもよい。レーザ溶着は、カバー７がレーザ透過率の大きい材料で構成されているとともに、ハウジング３がレーザ吸収率の高い材料で構成される。そして、レーザ光をカバー７側から照射すると、レーザ光がカバー７を透過して、ハウジング３の接合面で吸収され、発熱する。その熱がカバー７側にも伝導され、カバー７も発熱して、カバー７とハウジング３の接合面で相互に溶融し、溶着される。

レーザ溶着は、ソリやヒケが大きい樹脂成形では、接合面にレーザ光の焦点を合わせることが困難となり、用いることはできない。しかしながら、ソリやヒケが小さな樹脂成形の場合には、レーザ溶着を用いることができる。レーザ溶接は、溶着自体はバリの発生がなく、振動の発生がないので、内部部品への振動伝達がないという利点がある。

次に、上記のように構成された電子制御装置１の組立手順について説明する。
まず、回路基板４上にクリーム半田を塗布し、マイクロコンピュータ１６およびその周辺回路素子等の部品を配置する。その後、リフロ装置を用いて、クリーム半田を溶かして各部品を半田付けする。

次に、半導体スイッチング素子２の端子ＶＳ、ＧＴ１、ＯＵＴ、ＧＴ２、ＧＮＤをクランク状に折り曲げ、図６、７に示すように、ヒートシンク５の取り付け側開口部が上になったハウジング３上に、半導体スイッチング素子２を配置する。その際、半導体スイッチング素子２の本体および各端子ＶＳ、ＧＴ１、ＯＵＴ、ＧＴ２、ＧＮＤは、位置決め部３ｅ、３ｆで案内、位置決めされ、各端子ＶＳ、ＧＴ１、ＯＵＴ、ＧＴ２、ＧＮＤが導電板６ａ、６ｂ、６ｃ上に重ね合わされる。

その後、半導体スイッチング素子２の端子ＶＳ、ＧＴ１、ＯＵＴ、ＧＴ２、ＧＮＤ側よりレーザＬＢを照射し、端子ＶＳとパワー用導電板６ａ、端子ＧＴ１と信号用導電板６ｃ、端子ＯＵＴと出力用導電板６ｂ、端子ＧＴ２と信号用導電板６ｃ、端子ＧＮＤとパワー用導電板６ａとを各々レーザ溶接する。

同様に、電源コネクタ端子１１、モータコネクタ端子１３の側よりレーザＬＢを照射し、電源コネクタ端子１１と電源用導電板６ｄ、モータコネクタ端子１３とパワー用導電板６ａとを各々レーザ溶接する。

また、信号コネクタ端子１２の端部１２ａおよびセンサコネクタ端子１４の端部１４ａの表面に向かってレーザＬＢを照射し、信号コネクタ端子１２、センサコネクタ端子１４と端子１５とを各々レーザ溶接する。

次に、ヒートシンク５の半導体スイッチング素子２が搭載される部位に、高熱伝導の接着性樹脂（図示せず）を薄く印刷する。さらに、導電板６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄ、端子１５、保持部材Ｈがインサートされている近傍の絶縁性樹脂３ａと対向する部位のヒートシンク５に、接着剤（図示せず）を塗布する。

その後、レーザ溶接の終了したハウジング３を、ヒートシンク５が取り付けられる開口部が下になるよう引っくり返してヒートシンク５上に配置する。さらに、係止部２１ｂを保持部３ｂの内側に圧入して板バネ２１をハウジング３に係止する。同時に、スリット２１ｓを保持部材Ｈに圧入する。

次に、ネジ２０を用いてハウジング３とともに板バネ２１をヒートシンク５に固定し、板バネ２１の押え部２１ａで、半導体スイッチング素子２をヒートシンク５に押さえ付ける。その後、高温に保持された炉の中で、接着性樹脂および接着剤を硬化させる。

その次に、プレスフィット端子部６ａｐ、６ｂｐ、６ｃｐ、６ｄｐ、１５ｐ、Ｈｐの先端部を、回路基板４のスルーホール４ａに挿入して、回路基板４をハウジング３の上部に装着する。その後、プレス機を用いて、スルーホール４ａにプレスフィット端子部６ａｐ、６ｂｐ、６ｃｐ、６ｄｐ、１５ｐ、Ｈｐを圧入する。

その後、ハウジング３の開口面にカバー７を配置し、超音波溶着機でハウジング３とカバー７とを溶着する。このような一連の処理により、電子制御装置１の組立が完了する。

以上のように、実施の形態１によれば、従来必要とした半導体スイッチング素子２を搭載した金属基板等が不要となり、小型化されるとともにコストが低減された電子制御装置を実現できる。

また、プレスフィット端子部をカバー側に配置し、レーザ溶接部をヒートシンク側に配置しているので、プレスフィット端子部とレーザ溶接部との間の距離を長くすることができる。これにより、プレスフィット端子部に対してレーザ溶接時に発生する熱、反射光およびガスの影響を低減することができる。この結果、プレスフィット端子部とスルーホールとの電気的接続の信頼性が向上する。

また、パワーデバイスの各端子と、第１の導電板とがそれぞれ互いに溶融して接合されるので、接合の信頼性が向上する。

また、パワーデバイスの各端子と第１の導電板とのレーザ溶接は、ヒートシンクが取り付けられる側から各端子の表面にレーザＬＢが照射される。これにより、小さいエネルギで溶接でき、エグレ等のない良好なレーザ溶接が行なわれる。この結果、電気的接合の信頼性の向上が図られる。

また、パワーデバイスの各端子は、プレスフィット端子部の圧入方向の軸線からずらした位置に配置されて、第１の導電板に溶接されている。この結果、レーザ溶接の際に溶接を阻害する絶縁性樹脂を遠ざけることができ、工作性の向上が図られる。

また、プレスフィット端子部の圧入の際に、導電板とヒートシンクとの間に絶縁性樹脂を介在させることができる。この結果、プレスフィット端子部と回路基板との相対高さ精度が良くなり、プレスフィット端子部とスルーホールの電気的接続の信頼性が向上する。

また、パワーデバイスの各端子は、２箇所の曲げ部を有するクランク形状に形成され、各端子の先端側の曲げ部である第１の曲げ部の角度が鋭角に形成されるとともに、パワーデバイス本体側の曲げ部である第２の曲げ部の角度が直角に起立して形成されている。この結果、先端部から第１の曲げ部に向かって、各端子と第１の導電板の隙間が拡大し、溶接部近傍である先端部付近のみが曲げ弾性力によって第１の導電板に押付けられ、レーザ溶接の工作性が向上する。

また、パワーデバイスの各端子と導電板の溶接部近傍が密着してレーザ溶接されるので、溶接の信頼性が向上する。

また、ヒートシンクの断面が凸形状に形成され、この凸形状の厚肉部の上面にパワーデバイスのヒートスプレッダが搭載されるとともに、凸形状の薄肉部の上方にパワーデバイスの各端子の溶接部が配置されている。この結果、ヒートスプレッダ側に各端子の溶接部が突出する形状で段差が形成されており、パワーデバイス本体がレーザ溶接時の障害になることがなく、溶接の工作性が向上する。

また、ヒートシンクには、絶縁皮膜であるアルマイト膜が形成されており、パワーデバイスの各端子の溶接部を薄肉部近傍まで接近させることができ、段差を大きくできる。この結果、パワーデバイス本体がレーザ溶接時の障害になることがなく、溶接の工作性が向上する。

また、第１の導電板は、パワーデバイスの各端子と溶接される基端部が、ハウジングの絶縁性樹脂から櫛の歯状に露出して形成されている。この結果、絶縁性樹脂に対してレーザ溶接時に発生する熱および反射光の影響が少なくなり、絶縁性樹脂の溶損が防止できる。さらに、絶縁性樹脂の溶損により発生するガスでレーザが遮光されることを防止でき、レーザ溶接の品質が向上する。

また、ハウジングには、パワーデバイス本体とハウジングとの位置決めを行なう位置決め部、およびパワーデバイスの各端子と第１の導電板との位置決めを行なう位置決め部とが形成されている。この結果、各端子と導電板との位置決めが容易になり、溶接の作業性が向上する。

また、ハウジングに保持され、一端にプレスフィット端子部が形成された第２の導電板と、ハウジングに保持され、第２の導電板と溶接される第３の導電板とを備え、第２の導電板に形成されたプレスフィット端子部が、回路基板に形成されたスルーホールに圧入され、第２の導電板の端部と第３の導電板の端部とは、ヒートシンクと平行に重ねられており、ヒートシンクと対向する面側から互いに溶接されて電気的に接続されている。

従って、第２の導電板のプレスフィット端子部をカバー側に配置し、レーザ溶接部をヒートシンク側に配置しているので、プレスフィット端子部とレーザ溶接部との距離が長くなる。この結果、プレスフィット端子部に対してレーザ溶接時に発生する熱、反射光およびガスの影響を低減することができ、プレスフィット端子部とスルーホールの電気的接続の信頼性が向上する。

また、本発明の電子制御装置１の製造方法によれば、少なくともパワーデバイスの各端子と第１の導電板とを溶接により接合する溶接工程と、ハウジングをヒートシンクに固定する固定工程と、プレスフィット端子を回路基板のスルーホールに圧入する圧入工程とを含む。従って、ヒートシンクが取り付けられる側からレーザ溶接でき、レーザ溶接部とプレスフィット端子との距離が長くなる。この結果、圧入前のプレスフィット端子に対してレーザ溶接時に発生する熱、反射光およびガスの影響を低減することができ、プレスフィット端子とスルーホールの電気的接続の信頼性が向上する。

さらに、溶接時にスパッタが発生、飛散しても、そのスパッタがヒートシンク表面のアルマイト膜に付着することがない。この結果、アルマイト膜の絶縁性が低下することなく、電子制御装置の信頼性が向上する。

なお、上述の実施の形態１では、パワーデバイスである半導体スイッチング素子２は、ハイサイドＭＯＳＦＥＴ ２ＨとローサイドＭＯＳＦＥＴ ２Ｌが集積されたハーフブリッジが１つのパッケージに収納されているとともに、２個１組となって電動モータ２２の電流を切り替えるためのブリッジ回路を構成しているものとした。しかしながら、ハイサイドＭＯＳＦＥＴ ２ＨとローサイドＭＯＳＦＥＴ ２Ｌが別々に構成されて４個の半導体スイッチング素子２でブリッジ回路を構成してもよい。

また、６個の半導体スイッチング素子２でブリッジ回路を構成して３相ブラシレスモータを駆動制御する構成であってもよい。また、パワーデバイスは、半導体スイッチング素子２としたが、ダイオード、サイリスタ等他のパワーデバイスであってもよい。

また、導電板６ａ、６ｂ、６ｃの板厚を０．８ｍｍとしたが、導電板６ａ、６ｂ、６ｃを流れる電流、半導体スイッチング素子２の各端子ＶＳ、ＧＴ１、ＯＵＴ、ＧＴ２、ＧＮＤの間隔等と考慮して、板厚を１．０ｍｍ、１．２ｍｍ等他の板厚としてもよい。

また、自動車の電動式パワーステアリング装置に適用した例について説明した。しかしながら、本発明は、アンチロックブレーキシステム（ＡＢＳ）の電子制御装置、エアーコンディショニング関係の電子制御装置等、パワーデバイスを備えた大電流（例えば２５Ａ以上）を扱う電子制御装置に対しても適用が可能であり、同様の効果を得ることができる。

本発明の実施の形態１に係る電子制御装置を示す分解斜視図である。 本発明の実施の形態１における図１の電子制御装置の断面図である。 本発明の実施の形態１における図２の電子制御装置の切断断面に対して平行な位置で切断したときの断面図である。 本発明の実施の形態１における図３の電子制御装置の切断断面に対して直角方向に切断したときの断面図である。 本発明の実施の形態１における図２の電子制御装置の切断断面に対して平行な位置で切断したときの断面図である。 本発明の実施の形態１における図１の電子制御装置の要部を示す斜視図である。 本発明の実施の形態１における図１の電子制御装置の要部を示す斜視図である。 本発明の実施の形態１における図１の電動式パワーステアリング装置のブロック図である。

符号の説明

１ 電子制御装置、２ 半導体スイッチング素子（パワーデバイス）、２ａ 第１の曲げ部、２ｂ 第２の曲げ部、３ ハウジング、３ａ 絶縁性樹脂、３ｂ 保持部、３ｅ、３ｆ 位置決め部、４ 回路基板、４ａ スルーホール、５ ヒートシンク、６ａ パワー用導電板（第１の導電板）、６ｂ 出力用導電板（第１の導電板）、６ｃ 信号用導電板（第１の導電板）、６ａｐ、６ｂｐ、６ｃｐ、１５ｐ プレスフィット端子部、１２ 信号コネクタ端子（第３の導電板）、１２ａ、１４ａ、１５ａ 端部、１４ センサコネクタ端子（第３の導電板）、１５ 端子（第２の導電板）、２５ アルマイト膜（絶縁皮膜）、ＡＸ 軸線、ＶＳ、ＧＴ１、ＯＵＴ、ＧＴ２、ＧＮＤ 端子。

Claims (17)

1. 両端部にそれぞれ開口部を有する絶縁性樹脂製のハウジングと、
   前記ハウジングの一方の端部に取り付けられたヒートシンクと、
   前記ヒートシンクに搭載されたパワーデバイスと、
   前記ヒートシンクと対向して前記ハウジング内に設けられ、前記パワーデバイスを制御する制御回路を含む電子回路が形成された回路基板と、
   前記ハウジングに保持され、前記回路基板と前記パワーデバイスとを電気的に接続する複数個の第１の導電板と
   を備え、
   前記複数個の第１の導電板のそれぞれは、前記回路基板と対向する面において、前記回路基板に形成されたスルーホールに圧入されるプレスフィット端子を有することで前記回路基板と接合され、前記ヒートシンクと対向する面において、前記パワーデバイスの各端子と接合される
   ことを特徴とする電子制御装置。
2. 請求項１に記載の電子制御装置において、
   前記パワーデバイスの各端子は、前記プレスフィット端子の圧入方向の軸線からずらした位置に配置されて前記第１の導電板に溶接されていることを特徴とする電子制御装置。
3. 請求項１または２に記載の電子制御装置において、
   前記パワーデバイスの各端子は、先端部が前記第１の導電板に押圧された状態で前記第１の導電板に溶接されていることを特徴とする電子制御装置。
4. 請求項１ないし３のいずれか１項に記載の電子制御装置において、
   前記ヒートシンクは、断面が凸形状に形成され、前記凸形状の厚肉部の上面に前記パワーデバイスが搭載されるとともに、前記凸形状の薄肉部の上方に前記パワーデバイスの各端子の溶接部が配置されていることを特徴とする電子制御装置。
5. 請求項１ないし４のいずれか１項に記載の電子制御装置において、
   前記パワーデバイスの各端子は、前記第１の導電板とレーザ溶接により接合されていることを特徴とする電子制御装置。
6. 請求項１ないし５のいずれか１項に記載の電子制御装置において、
   前記パワーデバイスの各端子は、前記ヒートシンクが取り付けられる側から前記パワーデバイスの各端子の表面にレーザが照射されることによりレーザ溶接されていることを特徴とする電子制御装置。
7. 請求項１ないし６のいずれか１項に記載の電子制御装置において、
   前記パワーデバイスの各端子は、先端から前記パワーデバイスの本体に向かって前記第１の導電板との隙間が広くなるように形成されていることを特徴とする電子制御装置。
8. 請求項１ないし７のいずれか１項に記載の電子制御装置において、
   前記パワーデバイスの各端子は、前記先端部の近傍が前記第１の導電板に溶接されていることを特徴とする電子制御装置。
9. 請求項１ないし８のいずれか１項に記載の電子制御装置において、
   前記パワーデバイスの各端子の溶接部は、前記パワーデバイスの前記ヒートシンク取り付け面から前記ヒートシンク側に突出して形成されていることを特徴とする電子制御装置。
10. 請求項１ないし９のいずれか１項に記載の電子制御装置において、
    前記ヒートシンクは、少なくとも前記パワーデバイスが搭載される面および前記溶接部の近傍の面に絶縁皮膜が形成されていることを特徴とする電子制御装置。
11. 請求項１０に記載の電子制御装置において、
    前記絶縁皮膜は、アルマイトであることを特徴とする電子制御装置。
12. 請求項１ないし１１のいずれか１項に記載の電子制御装置において、
    前記第１の導電板は、前記パワーデバイスの各端子との溶接部が絶縁性樹脂から櫛の歯状に露出して形成されていることを特徴とする電子制御装置。
13. 請求項１ないし１２のいずれか１項に記載の電子制御装置において、
    前記ハウジングは、前記パワーデバイスを位置決めする位置決め部が形成されていることを特徴とする電子制御装置。
14. 請求項１３に記載の電子制御装置において、
    前記ハウジングは、前記パワーデバイス本体および前記パワーデバイスの端子部を位置決めする位置決め部が形成されていることを特徴とする電子制御装置。
15. 請求項１に記載の電子制御装置において、
    前記ハウジングに保持され、一端にプレスフィット端子が形成された第２の導電板と、
    前記ハウジングに保持され、前記第２の導電板と溶接される第３の導電板とをさらに備え、
    前記第２の導電板は、前記第２の導電板に形成されたプレスフィット端子が、前記回路基板に形成されたスルーホールに圧入されることで前記回路基板と接合され、
    前記第３の導電板の端部と、前記第２の導電板の端部とは、前記ヒートシンクと平行に重ねられており、前記ヒートシンクと対向する面側からレーザが照射されることにより互いにレーザ溶接されていることを特徴とする電子制御装置。
16. 請求項１５に記載の電子制御装置において、
    前記第３の導電板は、一端がコネクタ端子であり、他端が前記第２の導電板の他端と重ねられて溶接されていることを特徴とする電子制御装置。
17. 請求項１ないし１６のいずれか１項に記載の電子制御装置の製造方法であって、
    前記パワーデバイスの各端子と前記第１の導電板とを溶接により接合する溶接工程と、
    前記ハウジングを前記ヒートシンクに固定する固定工程と、
    前記プレスフィット端子を前記回路基板のスルーホールに圧入する圧入工程と
    を含むことを特徴とする電子制御装置の製造方法。

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