JP2014154745A - 電子制御ユニット - Google Patents

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Abstract

【課題】半導体モジュールの放熱効果が大きい電子制御ユニットを提供する。
【解決手段】半導体モジュール６０は、半導体チップ６１、板状の樹脂体６２、一方の面が半導体チップ６１に接続し他方の面が樹脂体６２の一方の面６２１から露出するとともに第１配線パターン５１に接続される第１金属板６３、端子６４、６５を有している。半導体モジュール６０は、樹脂体６２の一方の面６２１が基板４０に対向するよう基板４０に表面実装される。放熱体７０は、所定の板厚に形成され半導体モジュール６０の基板４０とは反対側に設けられる本体７１、および、本体７１から第１配線パターン５１近傍まで突出し第１配線パターン５１との間に所定の第１隙間Ｓ１を形成する第１特定形状部７２を有している。第１熱伝導部材８１は、第１隙間Ｓ１に設けられ、第１配線パターン５１の熱を放熱体７０に伝達する。
【選択図】図１

Description

本発明は、電子制御ユニット、および、これを用いた回転電機に関する。
従来、半導体モジュールの作動時の熱を放熱体により放熱する電子制御ユニットが知られている。例えば特許文献１に記載された電子制御ユニットでは、基板を挟んで半導体モジュールの反対側に放熱体が配置されている。そのため、半導体モジュールの熱は、基板を経由して放熱体に伝達される。
特開２０１２−７９７４１号公報
特許文献１の電子制御ユニットでは、放熱体は、所定の板厚に形成され、熱容量が大きい。しかしながら、半導体モジュールと放熱体との間には基板が設けられているため、半導体モジュールの熱を放熱体に効率良く伝達することは難しい。よって、半導体モジュールの熱を効果的に放熱することができず、半導体モジュールの作動に異常を来すおそれがある。
また、特許文献１の電子制御ユニットでは、基板の放熱体とは反対側に、半導体モジュールを覆うよう金属製のカバー部材が設けられ、熱伝導部材を経由し半導体モジュールの熱をカバー部材に伝達している。これにより、半導体モジュール作動時のさらなる放熱を図っている。しかしながら、当該カバー部材は、放熱体に対し板厚が小さく、熱容量が小さい。そのため、カバー部材による半導体モジュールの十分な放熱効果は期待できない。
本発明は、上述の問題に鑑みてなされたものであり、その目的は、半導体モジュールの放熱効果が大きい電子制御ユニットを提供することにある。
本発明の電子制御ユニットは、基板と第１配線パターンおよび第２配線パターンと半導体モジュールと放熱体と第１熱伝導部材とを備えている。
第１配線パターンおよび第２配線パターンは、樹脂製の基板の一方の面に設けられる。半導体モジュールは、スイッチング機能を有する半導体チップ、当該半導体チップを覆うよう形成される板状の樹脂体、一方の面が半導体チップに接続し他方の面が樹脂体の一方の面から露出するとともに第１配線パターンに接続される第１金属板、および、一端が半導体チップに接続し他端が樹脂体から露出するとともに第２配線パターンに接続される端子を有している。半導体モジュールは、樹脂体の一方の面が基板に対向するよう基板の一方の面に表面実装される。放熱体は、所定の板厚に形成され半導体モジュールの基板とは反対側に設けられる本体、および、当該本体から第１配線パターン近傍まで突出し第１配線パターンとの間に所定の第１隙間を形成する第１特定形状部を有している。第１熱伝導部材は、第１隙間に設けられ、第１配線パターンの熱を放熱体に伝達する。
上述のように、本発明では、放熱体の第１特定形状部が第１配線パターン近傍まで突出するよう形成され、第１特定形状部と第１配線パターンとの第１隙間に第１熱伝導部材が設けられている。そのため、半導体モジュールの作動時、半導体チップから発生した熱を第１金属板、第１配線パターンおよび第１熱伝導部材を経由して放熱体に効率良く伝達することができる。また、放熱体は、所定の板厚に形成される本体を有している。よって、放熱体は、所定の熱容量を有している。これにより、放熱体による半導体モジュールの放熱効果を大きくすることができる。したがって、電子制御ユニットを小型にすることができる。
（Ａ）は本発明の第１実施形態による電子制御ユニットを示す断面図、（Ｂ）は（Ａ）のＢ−Ｂ線断面図。 本発明の第１実施形態による電子制御ユニットを適用した回転電機を示す断面図。 本発明の第１実施形態による電子制御ユニットを電動パワーステアリング装置に適用した状態を示す概略図。 本発明の第１実施形態による電子制御ユニットの回路構成を示す図。 （Ａ）は本発明の第２実施形態による電子制御ユニットを示す断面図、（Ｂ）は（Ａ）のＢ−Ｂ線断面図。 （Ａ）は本発明の第３実施形態による電子制御ユニットを示す断面図、（Ｂ）は（Ａ）のＢ−Ｂ線断面図。
以下、本発明の複数の実施形態による電子制御ユニット、および、これを用いた回転電機を図面に基づき説明する。なお、複数の実施形態において実質的に同一の構成部位には同一の符号を付し、説明を省略する。
（第１実施形態）
本発明の第１実施形態による電子制御ユニット、および、これを用いた回転電機を図１、２に示す。回転電機１１０は、電力を供給されることにより駆動し、例えば車両のステアリング操作をアシストするための電動パワーステアリング装置に採用される。
図３は、電動パワーステアリング装置１０９を備えたステアリングシステム１００の全体構成を示すものである。電動パワーステアリング装置１０９には、ハンドル１０１に接続されたステアリングシャフト１０２にトルクセンサ１０４が設けられている。トルクセンサ１０４は、運転者からハンドル１０１を経由してステアリングシャフト１０２に入力される操舵トルクを検出する。
ステアリングシャフト１０２の先端にはピニオンギア１０６が設けられており、ピニオンギア１０６はラック軸１０７に噛み合っている。ラック軸１０７の両端には、タイロッド等を介して一対の車輪１０８が回転可能に連結されている。
これにより、運転者がハンドル１０１を回転させると、ハンドル１０１に接続されたステアリングシャフト１０２が回転し、ステアリングシャフト１０２の回転運動は、ピニオンギア１０６によってラック軸１０７の直線運動に変換され、ラック軸１０７の直線運動変位に応じた角度について一対の車輪１０８が操舵される。
電動パワーステアリング装置１０９は、操舵アシストトルクを発生する回転電機１１０、および、当該回転電機１１０の回転を減速してステアリングシャフト１０２に伝える減速ギア１０３等を備える。本実施形態では、回転電機１１０は、減速ギア１０３に取り付けられている。
回転電機１１０は、例えば３相駆動型のブラシレスモータであり、バッテリ７から電力を供給されることにより駆動する。回転電機１１０は、減速ギア１０３を正逆回転させる。電動パワーステアリング装置１０９は、上述のトルクセンサ１０４、および、車速を検出する車速センサ１０５を含む。
この構成により、電動パワーステアリング装置１０９は、トルクセンサ１０４および車速センサ１０５等からの信号に基づき、ハンドル１０１の操舵を補助するための操舵アシストトルクを回転電機１１０から発生し、減速ギア１０３を経由してステアリングシャフト１０２に伝達する。
図２に示すように、回転電機１１０は、電子制御ユニット１、ケース１１１、フレームエンド１２０、１３０、ステータ１１２、ロータ１４０、シャフト１５０、第１巻線組１８、第２巻線組１９等を備えている。
ケース１１１は、例えばアルミ等の金属により筒状に形成されている。フレームエンド１２０は、例えばアルミ等の金属により板状に形成され、ケース１１１の一端を塞ぐようにして設けられている。フレームエンド１３０は、例えばアルミ等の金属により板状に形成され、ケース１１１の他端を塞ぐようにして設けられている。フレームエンド１２０とフレームエンド１３０とは、複数のボルト１１３により固定されている。
ステータ１１２は、例えば鉄等の金属により環状に形成され、ケース１１１の内側に収容されるようにして固定されている。
ロータ１４０は、コア１４１および磁石１４２を有している。コア１４１は、例えば鉄等の金属により円柱状に形成されている。磁石１４２は、コア１４１の外壁に貼り付けられるようにして設けられている。
シャフト１５０は、例えば金属により棒状に形成され、ロータ１４０のコア１４１の中心を貫くようにして設けられている。
シャフト１５０の一端側は、フレームエンド１２０の中央に形成された穴部に軸受けされている。シャフト１５０の他端側は、フレームエンド１３０の中央に形成された穴部に軸受けされている。これにより、ロータ１４０は、ステータ１１２の内側で回転可能なよう支持されている。
シャフト１５０の一端には、マグネット１５１が設けられている。また、シャフト１５０の他端には、出力端１５２が設けられている。回転電機１１０は、出力端１５２が減速ギア１０３に噛み合うようにして設けられる。
第１巻線組１８、第２巻線組１９は、ステータ１１２に巻き回されるようにして設けられている。図４に示すように、第１巻線組１８は、コイル１１、コイル１２、コイル１３からなる。また、第２巻線組１９は、コイル１４、コイル１５、コイル１６からなる。ここで、第１巻線組１８、第２巻線組１９は、特許請求の範囲における「巻線」に対応している。
電子制御ユニット１は、ケース１１１の一端側に設けられている。ケース１１１の一端側には、カバー部材１１４が設けられている。カバー部材１１４は、例えばアルミや鉄等の薄板をプレス加工等することにより有底筒状に形成され、電子制御ユニット１を覆うようにして設けられている。
次に、電子制御ユニット１の電気的な構成について図４に基づき説明する。
図４に示すように、電子制御ユニット１は、第１インバータ部２０、第２インバータ部３０、コンデンサ６、制御部９０等を備えている。
第１インバータ部２０は、３相インバータであり、第１巻線組１８のコイル１１、コイル１２、コイル１３のそれぞれへの通電を切り替えるべく、６つの半導体モジュール２１〜２６がブリッジ接続されている。半導体モジュール２１〜２６は、本形態においては、電界効果トランジスタの一種であるＭＯＳＦＥＴ（metal-oxide-semiconductor field-effect transistor）である。以下、半導体モジュール２１〜２６を、適宜、ＭＯＳ２１〜２６という。
３つのＭＯＳ２１〜２３は、ドレインが、バッテリ７の正極側に接続された上母線２に結線されている。また、ＭＯＳ２１〜２３のソースが、それぞれＭＯＳ２４〜２６のドレインに接続されている。ＭＯＳ２４〜２６のソースは、バッテリ７の負極側すなわちグランドに接続された下母線３に結線されている。
対になっているＭＯＳ２１とＭＯＳ２４との接続点は、コイル１１の一端に接続している。また対になっているＭＯＳ２２とＭＯＳ２５との接続点は、コイル１２の一端に接続している。さらにまた、対になっているＭＯＳ２３とＭＯＳ２６との接続点は、コイル１３の一端に接続している。
第２インバータ部３０は、第１インバータ部２０と同様、３相インバータであり、第２巻線組１９のコイル１４、コイル１５、コイル１６のそれぞれへの通電を切り替えるべく、６つの半導体モジュール３１〜３６がブリッジ接続されている。半導体モジュール３１〜３６は、半導体モジュール２１〜２６と同様、ＭＯＳＦＥＴである。以下、半導体モジュール３１〜３６を、適宜、ＭＯＳ３１〜３６という。
３つのＭＯＳ３１〜３３は、ドレインが、バッテリ７の正極側に接続された上母線４に結線されている。また、ＭＯＳ３１〜３３のソースが、それぞれＭＯＳ３４〜３６のドレインに接続されている。ＭＯＳ３４〜３６のソースは、バッテリ７の負極側すなわちグランドに接続された下母線５に結線されている。
対になっているＭＯＳ３１とＭＯＳ３４との接続点は、コイル１４の一端に接続している。また対になっているＭＯＳ３２とＭＯＳ３５との接続点は、コイル１５の一端に接続している。さらにまた、対になっているＭＯＳ３３とＭＯＳ３６との接続点は、コイル１６の一端に接続している。
このように、本実施形態では、電子制御ユニット１は、第１インバータ部２０および第２インバータ部３０の２つの系統のインバータを有している。以下、適宜、第１インバータ部２０の系統を「第１系統」、第２インバータ部３０の系統を「第２系統」という。
コンデンサ６は、バッテリ７、第１インバータ部２０、および第２インバータ部３０と接続され、電荷を蓄えることで、ＭＯＳ２１〜２６、３１〜３６への電力供給を補助したり、サージ電流などのノイズ成分を抑制したりする。
制御部９０は、電子制御ユニット１全体の制御を司るものであって、マイクロコンピュータ９１、図示しないレジスタ、駆動回路９２等で構成される。
制御部９０には、位置センサ９３、トルクセンサ１０４および車速センサ１０５が接続されている。これにより、制御部９０は、位置センサ９３により回転電機１１０の回転位置である回転位置θ、トルクセンサ１０４により操舵トルクＴｑ*、車速センサ１０５により車速Ｖｄｃを取得可能である。また、制御部９０は、各コイル１１〜１６に流れる電流を検出可能である。
次に、制御部９０による回転電機１１０の駆動制御に関する処理について説明する。以下、第１インバータ部２０における処理を説明するが、第２インバータ部３０においても同様の処理が行われる。
制御部９０は、レジスタに記憶された電流検出値を読み込む。また、コイル１１の電流値Ｕ１、コイル１２の電流値Ｖ１、および、コイル１３の電流値Ｗ１を電流検出値から算出し、算出された三相電流Ｕ１、Ｖ１、Ｗ１、および位置センサ９３によって取得された回転位置θに基づき、ｄ軸電流検出値Ｉｄ及びｑ軸電流検出値Ｉｑを算出する。
また、制御部９０は、位置センサ９３によって取得された回転位置θ、トルクセンサ１０４によって取得された操舵トルクＴｑ*、車速センサ１０５によって取得された車速Ｖｄｃに基づき、ｄ軸指令電流Ｉｄ*およびｑ軸指令電流Ｉｑ*を算出する。そして、制御部９０は、算出したｄ軸指令電流Ｉｄ*およびｑ軸指令電流Ｉｑ*と、ｄ軸電流検出値Ｉｄおよびｑ軸電流検出値Ｉｑとから、電流フィードバック制御演算を行い、ｄ軸指令電圧Ｖｄおよびｑ軸指令電圧Ｖｑを算出する。
また、制御部９０は、算出した指令電圧Ｖｄ、Ｖｑ、および回転位置θに基づき、三相電圧指令値であるＵ相指令電圧Ｖｕ*、Ｖ相指令電圧Ｖｖ*、および、Ｗ相指令電圧Ｖｗ*を算出する。
また、制御部９０は、三相電圧Ｖｕ*、Ｖｖ*、Ｖｗ*、および、コンデンサ電圧Ｖｃに基づき、デューティ指令信号であるＵ相デューティＤｕ、Ｖ相デューティＤｖおよびＷ相デューティＤｗを算出し、Ｕ相デューティＤｕ、Ｖ相デューティＤｖ、およびＷ相デューティＤｗをレジスタに書き込む。
そして、駆動回路９２において、デューティ指令信号とＰＷＭ基準信号とを比較することにより、ＭＯＳ２１〜２６のオンおよびオフの切り替えタイミングを制御する。
駆動回路９２によるＭＯＳ２１〜２６のオン／オフ制御により、各相（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）のコイル（コイル１１、コイル１２、コイル１３）に対し、それぞれ、電圧が印加される。電圧ベクトルが連続的に変化することにより、各相のコイルに対し、正弦波の電圧が印加される。
各相のコイルに対し電圧が印加されると、各コイル（コイル１１、コイル１２、コイル１３）には、それぞれ、印加される電圧に応じた電流が流れる。これにより、回転電機１１０には、第１インバータ部２０（第１系統）によるトルク（Ｔｑ１）が生じる。また、第２インバータ部３０（第２系統）も第１インバータ部２０と同様に制御されるため、回転電機１１０には、第１インバータ部２０によるトルク（Ｔｑ１）と第２インバータ部３０によるトルク（Ｔｑ２）とを加算したトルク（Ｔｑ）が生じる。当該トルク（Ｔｑ）が、減速ギア１０３を経由してステアリングシャフト１０２に入力され、運転者の操舵を補助するためのアシストトルクとなる。
次に、電子制御ユニット１の物理的な構成について図１に基づき説明する。
図１に示すように、電子制御ユニット１は、基板４０、第１配線パターン５１、第２配線パターン５２、５３、半導体モジュール６０、放熱体７０、第１熱伝導部材８１等を備えている。
基板４０は、例えばガラス繊維とエポキシ樹脂からなるＦＲ−４等のプリント配線板である。基板４０は、フレームエンド１２０のロータ１４０とは反対側に設けられ、カバー部材１１４により覆われている。
第１配線パターン５１は、例えば銅などの金属薄膜により形成され、基板４０のフレームエンド１２０側の面に設けられている。第２配線パターン５２、５３は、第１配線パターン５１と同様、例えば銅などの金属薄膜により形成され、基板４０のフレームエンド１２０側の面に設けられている。
第１配線パターン５１、第２配線パターン５２、５３は、例えばサブトラクティブ法あるいはアディティブ法などの方法により基板４０の表面に形成されている。
半導体モジュール６０は、半導体チップ６１、樹脂体６２、第１金属板６３、端子６４、６５等を備えている。
ここで、図１に示す半導体モジュール６０は、図４に示す半導体モジュール２６に対応している。すなわち、図１は、電子制御ユニット１の半導体モジュール２６近傍を示す断面図である。なお、以下では半導体モジュール６０（２６）、および、その近傍の構成について説明するが、他の半導体モジュール２１〜２５、３１〜３６、および、その近傍も同様の構成である。
半導体チップ６１は、ゲートに制御信号が入力されることで、ソースとドレインとの間の電流の流れを許容または遮断する。このように、半導体チップ６１はスイッチング機能を有する。
樹脂体６２は、樹脂により板状に形成され、半導体チップ６１を覆っている。これにより、半導体チップ６１は、外部からの衝撃、湿気等から保護されている。本実施形態では、樹脂体６２は矩形の板状に形成されている。よって、樹脂体６２は、一方の面６２１、他方の面６２２、および、面６２１と面６２２との間の側面（４つ）を有している。
第１金属板６３は、例えば銅等の金属により、矩形の板状に形成されている。
第１金属板６３は、一方の面が半導体チップ６１に当接するとともに、半導体チップ６１のドレインに電気的に接続されている。第１金属板６３は、他方の面が樹脂体６２の面６２１と同一平面上に位置するよう、樹脂体６２の面６２１側に設けられている。ここで、第１金属板６３は、他方の面を除いて樹脂体６２に覆われている。すなわち、第１金属板６３は、他方の面が樹脂体６２の面６２１から露出している。第１金属板６３は、他方の面が半田５５により第１配線パターン５１に半田付けされている。
端子６４、６５は、例えば銅等の金属により形成されている。
端子６４は、一端が半導体チップ６１のゲートに電気的に接続し、他端が樹脂体６２の側面から露出するよう設けられている。端子６４は、樹脂体６２の側面から突出した後、面６２１側へ折れ曲がり、さらに、先端部（他端）が樹脂体６２とは反対側へ折れ曲がるようにして形成されている。端子６４は、他端が半田５６により第２配線パターン５２に半田付けされている。
端子６５は、一端が半導体チップ６１のソースに電気的に接続し、他端が樹脂体６２の側面から突出するよう設けられている。端子６５は、樹脂体６２の側面から突出した後、面６２１側へ折れ曲がり、さらに、先端部（他端）が樹脂体６２とは反対側へ折れ曲がるようにして形成されている。端子６５は、他端が第２配線パターン５３に半田付けされている。
上述のように、本実施形態では、半導体モジュール６０は、基板４０のフレームエンド１２０側の面に表面実装されている。すなわち、半導体モジュール６０は、ＳＭＤタイプの電子部品である。電子制御ユニット１には、１２個の半導体モジュール６０（２１〜２６、３１〜３６）が実装されている。
放熱体７０は、例えばアルミ等の金属により形成され、本体７１および第１特定形状部７２等を有している。
本体７１は、所定の板厚の板状に形成され、半導体モジュール６０の基板４０とは反対側に設けられている。本実施形態では、本体７１は、フレームエンド１２０のロータ１４０とは反対側にフレームエンド１２０と一体に形成されている。ここで、本体７１は、板厚および体積がカバー部材１１４の板厚および体積よりも大きくなるよう形成されている。当然ながら、本体７１とフレームエンド１２０とを合わせた板厚および体積は、カバー部材１１４の板厚および体積よりも大きい。
第１特定形状部７２は、本体７１から第１配線パターン５１近傍まで突出し、第１配線パターン５１との間に所定の第１隙間Ｓ１を形成している。本実施形態では、第１特定形状部７２は、矩形柱状に形成されている。
第１熱伝導部材８１は、本実施形態では、例えば、所定の厚みをもつガラス繊維クロスの両面に、窒化ボロンやアルミナ等のフィラーを含むシリコーンゴムを塗布することにより形成されている。これにより、第１熱伝導部材８１は、比較的高い電気的絶縁性および熱伝導性を有している。また、第１熱伝導部材８１は、シリコーンゴムを含むため、弾性変形可能である。第１熱伝導部材８１は、図１（Ａ）、（Ｂ）に示すように、第１配線パターン５１と第１特定形状部７２との間に挟み込まれるようにして設けられている。つまり、第１熱伝導部材８１は、第１隙間Ｓ１に設けられている。
図１（Ａ）に示すように、放熱体７０の本体７１およびフレームエンド１２０には、本体７１およびフレームエンド１２０を板厚方向に貫く穴部７３が形成されている。当該穴部７３には、コイル１３の一端側が挿通されている。コイル１３の一端は、基板４０および第１配線パターン５１に形成された穴部４１に挿通されている。当該穴部４１には、半田５７が充填されている。これにより、コイル１３の一端は、第１配線パターン５１に電気的に接続（半田付け）されるとともに、基板４０に固定される。
図２に示すように、本実施形態では、放熱体７０は、固定部７６および突出部７８をさらに有している。
固定部７６は、放熱体７０の本体７１から基板４０に当接する位置まで突出するよう形成されている。本実施形態では、固定部７６は、複数設けられている。基板４０は、固定部７６に当接した状態で、ねじ７７により固定部７６に固定される。ここで、固定部７６の本体７１からの突出高さは、「第１特定形状部７２の本体７１からの突出高さと第１隙間Ｓ１と第１配線パターン５１の厚さとの合計」と概ね同等である。これにより、第１特定形状部７２と第１配線パターン５１との間に第１隙間Ｓ１を形成しつつ、基板４０を固定部７６に固定することができる。
突出部７８は、放熱体７０の本体７１から基板４０に当接する位置まで突出するよう形成されている。ここで、突出部７８の本体７１からの突出高さは、固定部７６と同様、「第１特定形状部７２の本体７１からの突出高さと第１隙間Ｓ１と第１配線パターン５１の厚さとの合計」と概ね同等である。これにより、例えば基板４０に反りが生じたとしても、第１特定形状部７２と第１配線パターン５１との間に第１隙間Ｓ１を確実に形成することができる。なお、突出部７８は、固定部７６のようにねじ７７で基板４０を固定する必要がないため、固定部７６と比べ、体積が小さい。
固定部７６および突出部７８により、第１隙間Ｓ１を確実に形成し、第１配線パターン５１と第１特定形状部７２との絶縁性を確実に確保することができる。
図２に示すように、基板４０の半導体モジュール６０とは反対側の面にコンデンサ６、マイコン９１、駆動回路９２等が実装されている。なお、コンデンサ６、マイコン９１、駆動回路９２等は、基板４０の半導体モジュール６０側の面に実装されていてもよい。また、基板４０の半導体モジュール６０側の面のシャフト１５０の軸上に、位置センサ９３が実装されている。位置センサ９３は、回転するマグネット１５１による磁界の変化に基づき、回転電機１１０の回転位置θを検出する。
また、放熱体７０の本体７１およびフレームエンド１２０のロータ１４０とは反対側には、基板４０の外縁部に接続するとともにカバー部材１１４から径方向外側へ突出するよう、コネクタ１１５が設けられている。コネクタ１１５には、バッテリ７に接続するワイヤーハーネスが接続される。これにより、バッテリ７からコネクタ１１５を経由して、第１インバータ部２０、第２インバータ部３０、第１巻線組１８および第２巻線組１９に電力が供給される。
半導体モジュール６０のスイッチング作動時、半導体モジュール６０の半導体チップ６１には比較的大きな電流が流れる。そのため、半導体チップ６１は発熱し、比較的高い温度になる。
半導体チップ６１の熱は、第１金属板６３、半田５５、第１配線パターン５１および第１熱伝導部材８１を経由して、放熱体７０の第１特定形状部７２、本体７１、フレームエンド１２０に伝達される。これにより、半導体チップ６１の熱を放熱することができる。このように、放熱体７０およびフレームエンド１２０はヒートシンクとしての役割を果たす。
以上説明したように、本実施形態では、放熱体７０の第１特定形状部７２が第１配線パターン５１近傍まで突出するよう形成され、第１特定形状部７２と第１配線パターン５１との第１隙間Ｓ１に第１熱伝導部材８１が設けられている。そのため、半導体モジュール６０の作動時、半導体チップ６１から発生した熱を第１金属板６３、第１配線パターン５１および第１熱伝導部材８１を経由して放熱体７０に効率良く伝達することができる。また、放熱体７０は、所定の板厚に形成される本体７１を有している。本実施形態では、放熱体７０の本体７１の板厚および体積は、カバー部材１１４の板厚および体積よりも大きい。よって、放熱体７０は、カバー部材１１４よりも熱容量が大きい。これにより、放熱体７０による半導体モジュール６０（２１〜２６、３１〜３６）の放熱効果を大きくすることができる。したがって、電子制御ユニット１を小型にすることができる。
また、本実施形態では、電子制御ユニット１は、回転電機１１０の回転を制御するのに用いられる。すなわち、本実施形態の電子制御ユニット１が適用された回転電機１１０は、制御部（電子制御ユニット１）とモータ部（ステータ１１２、ロータ１４０、シャフト１５０、第１巻線組１８、第２巻線組１９）とが一体となった「機電一体型」の回転電機である。また、回転電機１１０のフレームエンド１２０は、電子制御ユニット１の放熱体７０と一体に形成されている。これにより、放熱体７０とフレームエンド１２０とを合わせた熱容量が大きくなり、電子制御ユニット１の半導体モジュール６０（２１〜２６、３１〜３６）の熱を効果的に放熱することができる。また、このように、２つの部材を一体化することで回転電機１１０全体の体格を小さくすることができる。
（第２実施形態）
本発明の第２実施形態による電子制御ユニットの一部を図５に示す。
第２実施形態では、半導体モジュール６０は、第２金属板６６をさらに有している。第２金属板６６は、例えば銅等の金属により、角部の１つが切り欠かれたような矩形の板状に形成されている。第２金属板６６は、第１金属板６３との間に半導体チップ６１を挟むようにして設けられている。第２金属板６６は、一方の面が半導体チップ６１に当接するとともに、半導体チップ６１のソースに電気的に接続されている。第２金属板６６は、他方の面が樹脂体６２の面６２２から露出している（図５（Ｂ）参照）。
本実施形態では、端子６５は、一端が第２金属板６６に接続するよう、第２金属板６６と一体に形成されている。これにより、端子６５は、第２金属板６６を経由して半導体チップ６１のソースに電気的に接続している。
本実施形態では、放熱体７０は、第２特定形状部７４をさらに有している。第２特定形状部７４は、本体７１から第２金属板６６近傍まで突出し、第２金属板６６との間に所定の第２隙間Ｓ２を形成している。本実施形態では、第２特定形状部７４は、矩形柱状に形成されている。
また、本実施形態では、第２熱伝導部材８２をさらに備えている。第２熱伝導部材８２は、第１熱伝導部材８１と同様、例えば、所定の厚みをもつガラス繊維クロスの両面に、窒化ボロンやアルミナ等のフィラーを含むシリコーンゴムを塗布することにより形成されている。これにより、第２熱伝導部材８２は、比較的高い電気的絶縁性および熱伝導性を有している。また、第２熱伝導部材８２は、シリコーンゴムを含むため、弾性変形可能である。第２熱伝導部材８２は、図５（Ａ）、（Ｂ）に示すように、第２金属板６６と第２特定形状部７４との間に挟み込まれるようにして設けられている。つまり、第２熱伝導部材８２は、第２隙間Ｓ２に設けられている。
なお、本実施形態では、固定部７６および突出部７８の本体７１からの突出高さは、「第１特定形状部７２の本体７１からの突出高さと第１隙間Ｓ１と第１配線パターン５１の厚さとの合計」または「第２特定形状部７４の本体７１からの突出高さと第２隙間Ｓ２と半導体モジュール６０の樹脂体６２の厚さと半田の厚さと第１配線パターン５１の厚さとの合計」と概ね同等である。
固定部７６および突出部７８により、第１隙間Ｓ１および第２隙間Ｓ２を確実に形成し、第１配線パターン５１と第１特定形状部７２との絶縁性、ならびに、第２金属板６６と第２特定形状部７４との絶縁性を確実に確保することができる。
本実施形態では、半導体チップ６１の熱は、第１金属板６３、半田５５、第１配線パターン５１および第１熱伝導部材８１を経由して、放熱体７０の第１特定形状部７２に伝達され、かつ、第２金属板６６および第２熱伝導部材８２を経由して、放熱体７０の第２特定形状部７４に伝達される。これにより、半導体チップ６１の熱をより効果的に放熱することができる。
（第３実施形態）
本発明の第３実施形態による電子制御ユニットの一部を図６に示す。
第３実施形態では、放熱体７０は、第３特定形状部７５をさらに有している。第３特定形状部７５は、本体７１から第２配線パターン５２、５３近傍まで突出し、第２配線パターン５２、５３との間に所定の第３隙間Ｓ３を形成している。本実施形態では、第３特定形状部７５は、矩形柱状に形成されている。
また、本実施形態では、第３熱伝導部材８３をさらに備えている。第３熱伝導部材８３は、第１熱伝導部材８１および第２熱伝導部材８２と同様、例えば、所定の厚みをもつガラス繊維クロスの両面に、窒化ボロンやアルミナ等のフィラーを含むシリコーンゴムを塗布することにより形成されている。これにより、第３熱伝導部材８３は、比較的高い電気的絶縁性および熱伝導性を有している。また、第３熱伝導部材８３は、シリコーンゴムを含むため、弾性変形可能である。第３熱伝導部材８３は、図６（Ａ）、（Ｂ）に示すように、第２配線パターン５２、５３と第３特定形状部７５との間に挟み込まれるようにして設けられている。つまり、第３熱伝導部材８３は、第３隙間Ｓ３に設けられている。
なお、本実施形態では、固定部７６および突出部７８の本体７１からの突出高さは、「第１特定形状部７２の本体７１からの突出高さと第１隙間Ｓ１と第１配線パターン５１の厚さとの合計」、「第２特定形状部７４の本体７１からの突出高さと第２隙間Ｓ２と半導体モジュール６０の樹脂体６２の厚さと半田の厚さと第１配線パターン５１の厚さとの合計」または「第３特定形状部７５の本体７１からの突出高さと第３隙間Ｓ３と第２配線パターン５２、５３の厚さとの合計」と概ね同等である。
固定部７６および突出部７８により、第１隙間Ｓ１、第２隙間Ｓ２および第３隙間Ｓ３を確実に形成し、第１配線パターン５１と第１特定形状部７２との絶縁性、第２金属板６６と第２特定形状部７４との絶縁性、ならびに、第２配線パターン５２、５３と第３特定形状部７５との絶縁性を確実に確保することができる。
本実施形態では、半導体チップ６１の熱は、第１金属板６３、半田５５、第１配線パターン５１および第１熱伝導部材８１を経由して、放熱体７０の第１特定形状部７２に伝達され、第２金属板６６および第２熱伝導部材８２を経由して、放熱体７０の第２特定形状部７４に伝達され、かつ、第２金属板６６、端子６５、半田５６、第２配線パターン５３および第３熱伝導部材８３を経由して、放熱体７０の第３特定形状部７５に伝達される。これにより、半導体チップ６１の熱をより一層効果的に放熱することができる。
（他の実施形態）
本発明の他の実施形態では、第１熱伝導部材、第２熱伝導部材および第３熱伝導部材は、例えばシリコンを基材とする、熱抵抗の小さなゲル状で絶縁性の放熱グリスや熱抵抗の小さな絶縁性の接着剤等であってもよい。
また、本発明の他の実施形態では、第１特定形状部および第１熱伝導部材、ならびに、第３特定形状部および第３熱伝導部材を備えず、第２特定形状部および第２熱伝導部材を備える構成としてもよい。また、第１特定形状部および第１熱伝導部材、ならびに、第２特定形状部および第２熱伝導部材を備えず、第３特定形状部および第３熱伝導部材を備える構成としてもよい。また、第１特定形状部および第１熱伝導部材を備えず、第２特定形状部および第２熱伝導部材、ならびに、第３特定形状部および第３熱伝導部材を備える構成としてもよい。また、第２特定形状部および第２熱伝導部材を備えず、第１特定形状部および第１熱伝導部材、ならびに、第３特定形状部および第３熱伝導部材を備える構成としてもよい。
また、本発明の他の実施形態では、放熱体の固定部または突出部と基板との間に、第１配線パターン、第２配線パターン、または、他の配線パターンが設けられていてもよい。この場合、固定部または突出部の本体からの突出高さは、「第１特定形状部の本体からの突出高さと第１隙間との合計」、「第２特定形状部の本体からの突出高さと第２隙間と半導体モジュールの樹脂体の厚さと半田の厚さとの合計」または「第３特定形状部の本体からの突出高さと第３隙間との合計」と概ね同等であることが望ましい。
また、本発明の他の実施形態では、突出部は複数設けられていてもよい。また、放熱体は、固定部および突出部の少なくとも一方を有していなくてもよい。
また、本発明の他の実施形態では、第１配線パターンは、第１熱伝導部材に接する部分以外の部分が例えばソルダーレジスト等、絶縁性の保護膜で覆われていてもよい。また、第２配線パターンは、第３熱伝導部材に接する部分以外の部分が例えばソルダーレジスト等、絶縁性の保護膜で覆われていてもよい。これにより、第１配線パターンおよび第２配線パターンの第１熱伝導部材および第２熱伝導部材に接する部分では放熱性を確保し、それ以外の部分では絶縁性を確保することができる。
また、本発明の他の実施形態では、第２特定形状部は、半導体モジュール側の面の面積が樹脂体の他方の面の面積以上となるよう形成されていてもよい。この場合、第２特定形状部と第２金属板および樹脂体との間の第２隙間に第２熱伝導部材を設けることにより、半導体チップの熱を、第２金属板、樹脂体および第２熱伝導部材を経由して第２特定形状部に伝達することができる。
また、本発明の他の実施形態では、第１配線パターンまたは第２配線パターンに、ダイオード、ＩＣ、コイルおよびコンデンサのうち少なくとも１つが接続されていることとしてもよい。この構成では、発熱部品であるダイオード、ＩＣ、コイルおよびコンデンサの熱を、第１配線パターンまたは第２配線パターンを経由して放熱体に伝達することができる。これにより、半導体モジュールの熱だけでなく、発熱部品の熱も効果的に放熱することができる。
また、本発明の他の実施形態では、電子制御ユニットは、インバータ部を１系統のみ有することとしてもよい。
また、本発明の他の実施形態では、放熱体は、フレームエンドとは別体に形成され、フレームエンドに接するか、または、近傍に設けられていてもよい。これにより、制御部（電子制御ユニット）とモータ部（フレームエンド、ケース、ステータ、ロータ等）との組付性が向上するとともに、半導体モジュールの放熱性を確保することができる。
また、本発明の他の実施形態では、電子制御ユニットは、回転電機の一部を構成する要素として設けられていなくてもよい。すなわち、回転電機は、機電一体型ではなく、機電別体型（制御部とモータ部とが別体で離れた位置に配置）であってもよい。
また、本発明による電子制御ユニットは、電動パワーステアリング装置の回転電機に限らず、他の装置やシステムの回転電機を制御するのに用いてもよい。
このように、本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々の形態で実施可能である。
１ ・・・・・電子制御ユニット
４０ ・・・・基板
５１ ・・・・第１配線パターン
５２、５３ ・・・第２配線パターン
６０ ・・・・半導体モジュール
６１ ・・・・半導体チップ
６２ ・・・・樹脂体
６２１ ・・・樹脂体の一方の面
６３ ・・・・第１金属板
６４、６５ ・・・端子
７０ ・・・放熱体
７１ ・・・本体
７２ ・・・第１特定形状部
８１ ・・・・第１熱伝導部材
Ｓ１ ・・・・第１隙間

Claims (10)

  1. 樹脂製の基板（４０）と、
    前記基板の一方の面に設けられる第１配線パターン（５１）および第２配線パターン（５２、５３）と、
    スイッチング機能を有する半導体チップ（６１）、当該半導体チップを覆うよう形成される板状の樹脂体（６２）、一方の面が前記半導体チップに接続し他方の面が前記樹脂体の一方の面（６２１）から露出するとともに前記第１配線パターンに接続される第１金属板（６３）、および、一端が前記半導体チップに接続し他端が前記樹脂体から露出するとともに前記第２配線パターンに接続される端子（６４、６５）を有し、前記樹脂体の一方の面が前記基板に対向するよう前記基板の一方の面に表面実装される半導体モジュール（６０）と、
    所定の板厚に形成され前記半導体モジュールの前記基板とは反対側に設けられる本体（７１）、および、当該本体から前記第１配線パターン近傍まで突出し前記第１配線パターンとの間に所定の第１隙間（Ｓ１）を形成する第１特定形状部（７２）を有する放熱体（７０）と、
    前記第１隙間に設けられ、前記第１配線パターンの熱を前記放熱体に伝達する第１熱伝導部材（８１）と、
    を備えることを特徴とする電子制御ユニット（１）。
  2. 前記半導体モジュールは、前記第１金属板との間に前記半導体チップを挟むようにして設けられ一方の面が前記半導体チップに接続し他方の面が前記樹脂体の他方の面（６２２）から露出する第２金属板（６６）をさらに有し、
    前記放熱体は、前記本体から前記第２金属板近傍まで突出し前記第２金属板との間に所定の第２隙間（Ｓ２）を形成する第２特定形状部（７４）をさらに有し、
    前記第２隙間に設けられ、前記第２金属板の熱を前記放熱体に伝達する第２熱伝導部材（８２）をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の電子制御ユニット。
  3. 前記放熱体は、前記本体から前記第２配線パターン近傍まで突出し前記第２配線パターンとの間に所定の第３隙間（Ｓ３）を形成する第３特定形状部（７５）をさらに有し、
    前記第３隙間に設けられ、前記第２配線パターンの熱を前記放熱体に伝達する第３熱伝導部材（８３）をさらに備えることを特徴とする請求項１または２に記載の電子制御ユニット。
  4. 前記放熱体は、前記本体から前記基板、前記第１配線パターンまたは前記第２配線パターンに当接する位置まで突出し前記基板を固定可能に形成される固定部（７６）をさらに有していることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の電子制御ユニット。
  5. 前記放熱体は、前記本体から前記基板、前記第１配線パターンまたは前記第２配線パターンに当接する位置まで突出するよう形成される突出部（７８）をさらに有していることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の電子制御ユニット。
  6. 前記第１配線パターンは、前記第１熱伝導部材に接する部分以外の部分が絶縁性の保護膜で覆われていることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の電子制御ユニット。
  7. 前記第２配線パターンは、前記第３熱伝導部材に接する部分以外の部分が絶縁性の保護膜で覆われていることを特徴とする請求項３〜６のいずれか一項に記載の電子制御ユニット。
  8. 前記第２特定形状部は、前記半導体モジュール側の面の面積が前記樹脂体の他方の面の面積以上となるよう形成されていることを特徴とする請求項２〜７のいずれか一項に記載の電子制御ユニット。
  9. 前記第１配線パターンまたは前記第２配線パターンには、ダイオード、ＩＣ、コイルおよびコンデンサのうち少なくとも１つが接続されていることを特徴とする請求項１〜８のいずれか一項に記載の電子制御ユニット。
  10. 請求項１〜９のいずれか一項に記載の電子制御ユニットと、
    筒状のケース（１１１）と、
    前記ケースの端部を塞ぐフレームエンド（１２０）と、
    前記ケースの内側に収容されるステータ（１１２）と、
    前記ステータの内側で回転可能なよう支持されるロータ（１４０）と、
    前記ロータの中心に設けられるシャフト（１５０）と、
    前記ステータに巻き回され、前記電子制御ユニットにより制御される電力が供給される巻線（１８、１９）と、を備え、
    前記放熱体は、前記フレームエンドと一体に形成され、または、前記フレームエンドとは別体に形成され前記フレームエンドに接するよう、あるいは、前記フレームエンドの近傍に設けられていることを特徴とする回転電機（１１０）。
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