JP2012038769A - 多層回路基板、基板装置、および多層回路基板の異常判定方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】パワー基板4の基板本体10は、積層された複数の絶縁層11,12,13の間に導電層21,22が配置された構成を有している。基板本体10の上面10aにベアチップ実装された半導体チップ15は、スイッチング素子28と、上温度センサ29と、を含んでいる。CPU7は、上温度センサ29の検出温度T1、およびスイッチング素子28の発熱量Q1を用いて疑似熱抵抗TR1を演算する。CPU7は、疑似熱抵抗TR1が大きいとき、パワー基板4に異常が生じていると判定する。
【選択図】図1
Description
本発明は、かかる背景のもとでなされたもので、スイッチング素子の駆動により生じる熱について精度よく検出することのできる多層回路基板、基板装置および多層回路基板の異常判定方法を提供することを目的とする。
多層回路基板では、スイッチング素子で生じた熱の多くは、基板本体の上面から下面に向けて移動し、多層回路基板の外部に放出される。このため、基板本体の放熱性能が維持されることが重要である。そこで、本発明では、上温度センサでスイッチング素子の温度を検出することに加え、基板本体の上面よりも下方での温度を下温度センサで検出するようにしている。これにより、スイッチング素子からの熱が基板本体においてどの程度スムーズに移動しているかを、精度よく検出できる。これにより、前述の基板異常に起因して、スイッチング素子の温度が通常時よりも上昇することを、より精度よく検出できる。
また、本発明において、前記基板本体の下面に接続された放熱部材(16)をさらに備え、前記下温度センサは、前記放熱部材の下面(16b)に配置されている場合がある(請求項4)。この場合、多層構造を有する基板本体の上面からの熱が、放熱部材の下面にまで滞りなく到達しているか否かを、上温度センサと下温度センサとの協働により精度よく検出できる。
また、本発明において、前記基板本体の前記上面よりも下方に配置された温度センサとしての下温度センサをさらに備え、前記演算手段は、前記発熱量(Q2)に対する前記上温度センサの検出温度(T1A)と前記下温度センサの検出温度(T2)との温度差(ΔT2)を用いて前記放熱性能に関する値としての熱抵抗(TR2)を演算する場合がある(請求項8)。この場合、上温度センサと下温度センサの2つのセンサを用いることで、多層回路基板内での熱抵抗を精度よく検出できる。
また、本発明において、前記発熱量(Q2)に対する、前記スイッチング素子の温度(T1A)と、前記基板本体の前記上面より下方での前記多層回路基板の温度(T2)との温度差(ΔT2)を用いて、前記放熱性能に関する値としての熱抵抗(TR2)を演算する場合がある(請求項11)。この場合、スイッチング素子の温度に加え、基板本体の上面よりも下方での温度を用いることとで、多層回路基板内での熱抵抗を精度よく検出できる。
図1は、本発明の一実施形態にかかる多層回路基板を備える基板装置としてのモータ制御装置の概略構成を示す模式的な一部断面図である。図1を参照して、モータ制御装置1は、例えば、自動車等の車両用の電動パワーステアリング装置に備えられ、この電動パワーステアリング装置の操舵補助用の電動モータ60を駆動するようになっている。
パワー基板4は、電動モータ60に駆動電力を供給するために設けられている。パワー基板4は、基板本体10と、基板本体10の上面10aに配置された半導体チップ15と、基板本体10の下面10bに接続されたアルミニウム板等の金属板からなる放熱部材16とを含んでいる。
スイッチング素子28は、例えば、MOSFET(Metal Oxide SemiconductorField EffectTransistor)である。半導体チップ15は、電動モータ60に接続されており、電動モータ60へ電力を供給している状態と、電動モータ60への電力供給を遮断している状態とを切り替え可能なスイッチング素子である。
ドレイン電極31のパッドは、半導体チップ15の下面15bに配置されており、半田部材27を用いて導電層24の第1部分24aに接合されている。ソース電極32のパッド32aは、半導体チップ15の上面15aに配置されている。このパッド32aは、ボンディングワイヤ34を介して、導電層24の第3部分24cに電気的に接続されている。導電層24の第3部分24cは、電流センサとしてのシャント抵抗36に電気的に接続されている。シャント抵抗36は、ボンディングワイヤ34のドレイン電極31からソース電極32に流れる電流を検出するために設けられている。
上温度センサ29は、スイッチング素子28の温度を検出するために設けられている。この上温度センサ29は、例えば、PN接合のダイオードであり、温度変化に伴い順方向電圧が変化するようになっている。上温度センサ29は、スイッチング素子28に隣接して配置されており、スイッチング素子28の熱をスイッチング素子28に近い位置で検出できるようにされている。
図1を参照して、基板本体10は、さらに、スイッチング素子28の下方に配置された複数のビア41,41,42を含んでいる。
各ビア41は、基板本体2に形成された孔部41aと、孔部41aの内周面に形成された導電部としてのめっき層41bと、めっき層41b内に充填された充填部材41cとを含んでいる。
ビア42は、基板本体10に形成された孔部42aと、孔部42aの内周面に形成されためっき層42bと、めっき層42b内に充填された充填部材42cとを含んでいる。
孔部42aは、各絶縁層11,12,13および接着層14を貫通しており、放熱部材16に連通している。めっき層42bの材料は、めっき層41bの材料と同様であり、孔部42a内に配置されている。充填部材42cの材料は、充填部材41cの材料と同様である。
このモータ制御装置1は、スイッチング素子28の発熱量と、スイッチング素子28の温度とを用いて、パワー基板4に異常が生じているか否かを判定するようになっている。
一方、疑似熱抵抗TR1基づく所定値|TR1−TR10|が、許容値AL1を超えている場合(ステップS5でYES)、CPU7は、異常が生じていると判定し、フェール処理を実行する(ステップS6)。具体的には、CPU7は、スイッチング素子28のドレイン電極31およびソース電極32間に流れる電流を通常時よりも低くする制御を行う。なお、CPU7は、フェール処理のときに、警告ランプや警告ブザー等の警告手段を動作させることにより、パワー基板4に異常が生じており、フェール処理が実行されている旨を報知するようにしてもよい。
図4は、本発明の別の実施形態の主要部の模式的な一部断面図である。なお、この実施形態では、主に、前述の実施形態と異なる点について説明し、同様の構成には図に同様の符号を付してその説明を省略する。
具体的には、CPU7による制御の一例を説明するためのフローチャートである図5を参照して、例えば、電動モータ60の制御の開始時等、半導体チップ15が常温のとき、この制御が開始される。まず、CPU7は、シャント抵抗36の両端の電位差を読み込む(ステップS11)。ステップS11は、所定時間TM2(例えば、数十秒)経過するまでの間(ステップS12でNO)、繰り返される。
次に、パワー基板4の放熱性能に関する値としての熱抵抗TR2が演算される(ステップS15)。具体的には、ステップS11で読み込まれたシャント抵抗36での電位差と、ROMに記憶されているシャント抵抗36の抵抗値とから、シャント抵抗36に流れる電流A2が演算される。CPU7は、さらに、この電流A2を用いて、所定時間TM2の間におけるスイッチング素子28の発熱量Q2を演算する。そして、上温度センサ29の検出温度T1Aと下温度センサ45の検出温度T2との温度差ΔT2が、発熱量Q2で除されることにより、熱抵抗TR2が演算される。すなわち、TR2=ΔT2/Q2が演算される。
一方、熱抵抗TR2に基づく所定値|TR2−TR20|が、許容値AL2を超えている場合(ステップS16でYES)、CPU7は、異常が生じていると判定し、フェール処理を実行する(ステップS17)。このフェール処理は、図3のステップS6のフェール処理と同様である。
本発明は、以上の各実施形態の内容に限定されるものではなく、請求項記載の範囲内において種々の変更が可能である。
さらに、下温度センサ45の配置場所は、各上記実施形態に例示した場所に限定されない。例えば、下温度センサ45は、厚み方向X1に関する基板本体10の中央部に配置されてもよいし、厚み方向X1に関する放熱部材16の中央部に配置されてもよい。
また、熱抵抗TR2と基準熱抵抗TR20との差|TR2−TR20|が、許容値AL2を超えたときに異常が生じていると判定する構成を説明したけれども、これに限定されない。例えば、熱抵抗TR2自体が所定の基準値を超えたときに異常が生じていると判定してもよい。
Claims (11)
- 積層された複数の絶縁層の間に導電層が配置された構成を有する基板本体と、
スイッチング素子を含み前記基板本体の上面にベアチップ実装された半導体チップと、
前記半導体チップの内部に配置された温度センサとしての上温度センサと、を備えることを特徴とする多層回路基板。 - 請求項1において、前記基板本体の前記上面よりも下方に配置された温度センサとしての下温度センサをさらに備えていることを特徴とする多層回路基板。
- 請求項2において、前記下温度センサは、前記基板本体の下面に配置されていることを特徴とする多層回路基板。
- 請求項2において、前記基板本体の下面に接続された放熱部材をさらに備え、
前記下温度センサは、前記放熱部材の下面に配置されていることを特徴とする多層回路基板。 - 請求項1〜4の何れか1項において、前記上温度センサは、ダイオードであることを特徴とする多層回路基板。
- 請求項1〜5の何れか1項に記載の多層回路基板と、
前記上温度センサの検出温度、および前記スイッチング素子の発熱量を用いて前記多層回路基板の放熱性能に関する値を演算する演算手段と、
演算された前記放熱性能に関する値に基づく所定値が所定の許容値を超えているとき、前記多層回路基板に異常が生じていると判定する判定手段と、を備えていることを特徴とする基板装置。 - 請求項6において、前記演算手段は、前記発熱量に対する前記上温度センサの検出温度の変化量を用いて前記放熱性能に関する値を演算することを特徴とする基板装置。
- 請求項6において、前記基板本体の前記上面よりも下方に配置された温度センサとしての下温度センサをさらに備え、
前記演算手段は、前記発熱量に対する前記上温度センサの検出温度と前記下温度センサの検出温度との温度差を用いて前記放熱性能に関する値としての熱抵抗を演算することを特徴とする基板装置。 - 積層された複数の絶縁層の間に導電層が配置された構成を有する基板本体と、スイッチング素子を含み前記基板本体の上面にベアチップ実装された半導体チップとを備える多層回路基板の異常判定方法において、
前記スイッチング素子の発熱量および温度を用いて前記多層回路基板の放熱性能に関する値を演算し、この放熱性能に関する値に基づく所定値が所定の許容値を超えているとき、前記多層回路基板に異常が生じていると判定することを特徴とする多層回路基板の異常判定方法。 - 請求項9において、前記発熱量に対する前記スイッチング素子の温度の変化量を用いて前記放熱性能に関する値を演算することを特徴とする多層回路基板の異常判定方法。
- 請求項9において、前記発熱量に対する、前記スイッチング素子の温度と、前記基板本体の前記上面より下方での前記多層回路基板の温度との温度差を用いて、前記放熱性能に関する値としての熱抵抗を演算することを特徴とする多層回路基板の異常判定方法。
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