JP5071447B2 - 電子制御装置 - Google Patents
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Description
例えば運転者による操舵をアシストする電動式パワーステアリングシステム(以下、「EPS」という。)に用いられる電子制御装置は、モータを駆動するために大電流を通電する必要があり、発熱量が大きい。そのため、体格を小型にしつつ、放熱性を向上させる必要がある。
しかしながら、特許文献1の技術のように、放熱性を向上させるために車両のECUに
放熱ゲルを使用する場合、振動等の影響により放熱ゲルが移動してしまうという問題点があった。
本発明は、上述の課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、放熱ゲルを用いた放熱性の高い電子制御装置を提供することにある。
請求項1に記載の発明では、半導体素子が基板に複数実装される。
また、請求項1に記載の発明では、放熱ゲルは、半導体素子ごとに設けられる。本発明では、移動抑制手段を有しているので、ケース内部全体に充填する必要がなく、放熱ゲルの使用量を低減することができる。
請求項1に記載の発明では、移動抑制手段は、ケースの半導体素子と対向する部位に形成された凹部である。この凹部に放熱ゲルが収容されることにより、振動等による放熱ゲルの移動を抑制することができる。
また、請求項1に記載の発明では、移動抑制手段は、前記凹部に形成される複数の溝部である。ケースに溝部が設けられることにより、振動等による放熱ゲルの移動を抑制することができる。
また、請求項1に記載の発明では、移動抑制手段は、ケースに設けられ、複数の半導体素子の間を仕切るリブである。移動抑制手段として、ケースの半導体素子間にリブを設けることにより、放熱ゲルの使用量を抑えつつ、放熱ゲルの移動をより抑制することができる。また、ケースにリブを設けることによって、放熱表面積が増加することにより、高効率に放熱することができる。さらに、リブを設けることにより、ケースの歪み防止にも寄与する。
さらに、請求項1に記載の発明では、リブは、複数の半導体素子のそれぞれを収容する収容室を形成している。前記収容室は、前記凹部である。前記複数の溝部は、前記収容室に形成されている。
請求項3に記載の発明では、移動抑制手段は、基板とケースとの間に設けられ、半導体素子の側面を取り囲んで形成される壁部である。この壁部の内部に放熱ゲルが収容されることにより、振動等による放熱ゲルの移動を抑制することができる。
請求項4に記載の発明では、移動抑制手段は、放熱ゲルの表面を覆う保護部材である。放熱ゲルは、保護部材によって覆われるので、振動等による放熱ゲルの移動を抑制することができる。
請求項7に記載の発明では、基板と反対側にて半導体チップと接触し、少なくとも一部が樹脂部から露出して放熱ゲルと接触する放熱板を備える。放熱板は、樹脂部に埋設されて表面のみが露出していてもよいし、大部分が樹脂部の外部に設けられていてもよい。
移動抑制手段は、放熱板に設けることができる。
請求項8に記載の発明では、移動抑制手段は、放熱板の放熱ゲルと接触する部位に設けられる粗化部である。放熱板の放熱ゲルとの接触面を粗化加工することにより摩擦力が増大し、振動等による放熱ゲルの移動を抑制することができる。
請求項9に記載の発明では、移動抑制手段は、放熱板に形成された溝部である。放熱板に溝部が設けられることにより、振動等による放熱ゲルの移動を抑制することができる。
請求項10に記載の発明では、移動抑制手段は、放熱板に形成された穴部である。放熱板に穴部を形成することにより、振動等による放熱ゲルの移動を抑制することができる。
請求項12に記載の発明では、ケースは、基板の一方の面を覆う第1カバー、及び基板の他方の面を覆う第2カバーを有している。なお、ケースが移動抑制手段を有している場合、第1カバー及び第2カバーの少なくとも一方が移動抑制手段を有していればよいが、いずれもが有するように構成しても、もちろんよい。
請求項13に記載の発明では、第1カバーは、基板と対向するカバー面と、カバー面の外周から基板方向に設けられる側壁とを有している。また、側壁の内側には、基板を係止するための爪部が突設されている。爪部を有しているので、第1カバーに対して基板を位置決めすることができる。
請求項15に記載の発明では、爪部の基板側の端部は、側壁と垂直な平面状に形成される。これにより、基板表面を確実に係止することができる。
請求項16に記載の発明では、第1カバー及び第2カバーの少なくとも一方は、外周から外方向に突設され、取付穴を有する取付部を有する。これにより、ネジ等を用いて電子制御装置を車両等に容易に組み付けることができる。特に、第1カバー及び第2カバーの両方に取付部を設ければ、第1カバーと第2カバーとを共締めすることにより、かしめ部を設ける必要が無く、さらに組み付け工数を低減することができる。
(第1実施形態)
第1実施形態は、請求項1、7に記載の発明の特徴を具現化したものである。
図1〜図4に示すように、電子制御装置(以下、「ECU」という。)1は、例えば車両のEPSに用いられ、操舵トルク信号及び車速信号に基づき、操舵のアシスト力を発生するモータ101を駆動制御するものである。
基板20は、例えばガラス織布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20には、パワーMOS31〜34の他に、アルミ電解コンデンサ103、コイル104、リレー105、シャント抵抗107、及びマイクロコンピュータ(以下、「IC」という。)108等が実装されている。また、基板20には、コネクタ109が接続されている。本形態では、パワーMOS31〜34及びIC108が基板20の第1面21に設けられ、アルミ電解コンデンサ103、コイル104、リレー105、シャント抵抗107、及びコネクタ109が基板20の第1面21と反対側の第2面22に設けられている。
なお、パワーMOS31〜34の構造の詳細については後述する。
パワーMOS31は、半導体チップ41、リード42、放熱板44、樹脂部46等を有している。半導体チップ41は、基板20側に露出する金属製のプレート49上に設けられている。半導体チップ41の基板20と反対側の面には、リード42と一体に形成される放熱板44が設けられている。なお、本形態ではリードと放熱板44が一体に形成されているが、一体でなくてもよい。リード42は、はんだ43によって基板20上に形成される図示しない回路パターンと電気的に接続される。半導体チップ41は、はんだ43、リード42、放熱板44を経由して基板20と電気的に接続される。樹脂部46は、半導体チップ41、リード42の一部、放熱板44、及びプレート49をモールドする。放熱板44とプレート49は、樹脂部46から表面が露出している。
なお、基板20と第2カバー52との間にも放熱ゲル65が設けられる。そして、第2カバー52の放熱ゲル65と対向する部位には、溝55が形成されているので、放熱ゲル65の移動が抑制される。
まず、必要量の放熱ゲル60が、第1カバー51の収容室61〜64に塗布される。また、基板20に実装されたパワーMOS31〜34が、放熱ゲル60が塗布されている収容室61〜64に収容される。そして第2カバー52が基板20のパワーMOS31〜34の実装される面と反対側の面に設置され、ネジ59によって第1カバー51と固定される。そして、第1カバー51の外周から外方向に突設された取付部71の取付穴72にネジ等を挿通し、車両等に取り付ける。
本発明の第2実施形態を、図5に基づいて説明する。第2実施形態は、請求項1に記載の発明の特徴を具現化したものである。
図5に示すパワーMOS310は、第1実施形態のパワーMOS31〜34と同様の構成である。パワーMOS310の基板21と反対側には、第1カバー510が設けられている。第1カバー510のパワーMOS310と対向する部位には、移動抑制手段としての凹部511が形成されている。この凹部511の内側には、放熱ゲル60が塗布されている。そして、放熱ゲル60を挟むようにして、パワーMOS310の基板20と反対側の端部が、凹部511に収容される。
本形態では、凹部511の内側に形成された空間に放熱ゲル60が収容されているので、上記実施形態と同様、振動等による放熱ゲル60の移動を抑制することができる。
本発明の第3実施形態を、図6に基づいて説明する。第3実施形態は、請求項2に記載の発明を具現化したものである。
図6に示すパワーMOS320は、樹脂部321の第1カバー520と対向する面の外周に移動抑制手段としての突出部322が形成されている。この突出部322の内側には、放熱ゲル60が塗布されている。
本形態では、突出部322の内側に形成された空間に放熱ゲル60が収容されることにより、上記実施形態と同様、振動等による放熱ゲル60の移動を抑制することができる。
本発明の第4実施形態を、図7に基づいて説明する。第4実施形態は、請求項6に記載の発明を具現化したものである。図7においては、(a)が第1実施形態の図2と対応する図であり、(b)が第1カバー530をP方向から見た図である。
図7に示すパワーMOS330は、第1実施形態のパワーMOS31〜34と同様の構成である。パワーMOS330の基板20と反対側には、第1カバー530が設けられている。また、パワーMOS330と第1カバー530との間には、放熱ゲル60が設けられている。本形態では、第1カバー530の放熱ゲル60と接触する部位に、移動抑制手段としての粗化部531が形成されている。この粗化部531は、ショットブラストや粗化めっきによって形成される。
本形態では、第1カバー530の放熱ゲル60と接触する部位に粗化部531が形成されているので、第1カバー530と放熱ゲル60との摩擦力が増大し、上記実施形態と同様、振動等による放熱ゲルの移動を抑制することができる。
本発明の第5実施形態を、図8に基づいて説明する。本発明の第5実施形態は、請求項5に記載の発明を具現化したものである。
図8に示すパワーMOS340は、第1実施形態のパワーMOS31〜34と同様の構成である。また、パワーMOS340の基板20と反対側に放熱ゲル60が設けられている。本形態では、放熱ゲル60と第1カバー540との間に、粘着性を有する移動抑制手段としての放熱シート601が設けられている。放熱シート601は、シリコンを主成分とするものであり、高硬度の放熱シートである。なお、放熱ゲル60もシリコンを主成分とするものであるため、吸着性がよい。これにより、放熱ゲル60は、放熱シート601と密着するので、上記実施形態と同様、振動等による放熱ゲルの移動を抑制することができる。
本発明の第6実施形態を、図9に基づいて説明する。本発明の第6実施形態は、請求項5に記載の発明を具現化したものである。
図9に示すパワーMOS350は、第1実施形態のパワーMOS31〜34と同様の構成である。本形態では、パワーMOS350と第1カバー550との間に、粘着性を有する移動抑制手段としての放熱シート602が設けられている。放熱シート602は、シリコンを主成分とするものである。なお、放熱ゲル60もシリコンを主成分とするものであるため、吸着性がよい。また放熱シート602は、第5実施形態の放熱シート601よりも低硬度のものであり、放熱シート601よりも厚く形成されている。また、放熱ゲル60は、パワーMOS350の側面を囲むように、基板20と放熱シート602との間に設けられている。
なお、放熱シート601及び放熱シート602がシート部材に対応している。
本発明の第7実施形態を、図10に基づいて説明する。本発明の第7実施形態は、請求項3に記載の発明を具現化したものである。図7においては、(a)が第1実施形態の図2と対応する図であり、(b)が図7(a)のQ−Q線断面図である。
図10に示すパワーMOS360は、第1実施形態のパワーMOS31〜34と同様の構成である。本形態では、基板20と第1カバー560との間に、パワーMOS360の側面を取り囲んで形成される移動抑制手段としての壁部603を備えている。この壁部603は、第6実施形態の放熱シート602と同様の素材である。そして、壁部603の内壁で取り囲まれる空間604に放熱ゲル60が注入され、空間604の放熱ゲル60にパワーMOS360が埋められる。
本発明の第8実施形態を、図11に基づいて説明する。本発明の第8実施形態は、請求項4に記載の発明を具現化したものである。
図11に示すパワーMOS370は、第1実施形態のパワーMOS31〜34と同様の構成である。パワーMOS370の基板20と反対側には、第1カバー570が設けられている。また、パワーMOS370と第1カバー570との間には、放熱ゲル60が設けられる。本形態の放熱ゲル60の表面は、移動抑制手段としての保護部材605で覆われる。保護部材605は、例えば、ポリオレフィン、アクリル、ポリウレタン等が主成分である防滴材が用いられる。放熱ゲル60は、保護部材605で覆われているので、上記実施形態と同様、振動等による放熱ゲルの移動を抑制することができる。
(第9実施形態)
本発明の第9実施形態を、図12に基づいて説明する。本発明の第9実施形態は、請求項8に記載の発明を具現化したものである。なお、図12は、パワーMOSの平面図であり、基板、放熱ゲル、ケース等は省略した。
図12に示すパワーMOS380は、図示しない基板と反対側に放熱板441が樹脂部461から露出している。放熱板441の露出面には、移動抑制手段としての粗化部442が設けられ、放熱ゲルと接触する。この粗化部442は、ショットブラストや粗化めっきによって形成される。
本形態では、放熱板441の放熱ゲルと接触する部位に粗化部442が設けられているので、放熱板441と放熱ゲルとの摩擦力が増大し、上記実施形態と同様、振動等による放熱ゲルの移動を抑制することができる。
本発明の第10実施形態を、図13に基づいて説明する。本発明の第10実施形態は、請求項9に記載の発明を具現化したものである。図13においては、(a)がパワーMOSの平面図であり、(b)がパワーMOSの側面図である。なお、基板、放熱ゲル、ケース等は省略した。
図13に示すパワーMOS390の放熱板445は、その大部分が樹脂部462から図示しないカバー側へ露出し、樹脂部462よりも大きく形成されている。放熱板445の樹脂部462と反対の端面446とカバーとの間には、放熱ゲルが設けられる。端面446には、プレス等により、移動抑制手段としての溝部447が形成される。
本形態では、放熱ゲルが接触する放熱板445の端面446に溝部447が形成されているので、上記実施形態と同様、振動等による放熱ゲルの移動を抑制することができる。
本発明の第11実施形態を、図14に基づいて説明する。本発明の第11実施形態は、請求項10に記載の発明を具現化したものである。図14においては、(a)がパワーMOSの平面図であり、(b)がパワーMOSの側面図である。なお、基板、放熱ゲル、ケース等は省略した。
図14に示すパワーMOS395の放熱板455は、第10実施形態と同様、その大部分が樹脂部462から図示しないカバー側へ露出し、樹脂部462よりも大きく形成されている。放熱板455の樹脂部462と反対側の端面456とカバーとの間には、放熱ゲルが設けられる。端面456には、切削等により、移動抑制手段としての複数の穴部457が形成される。
本形態では、放熱ゲルが接触する放熱板455の端面456に穴部457が形成されているので、上記実施形態と同様、振動等による放熱ゲルの移動を抑制することができる。
本発明の第12実施形態を、図15〜図17に基づいて説明する。
図15に示すように、本形態のECU2は、基板220、ケース250等を有している。
基板220の第1面221にはコネクタ209が設けられ、基板220の第1面221と反対側の第2面222には、パワーMOS231〜234、シャント抵抗107が設けられる。また基板220には、ガイド穴部225が設けられている。
第2カバー271のガイド部279を基板220のガイド穴部225に挿入し、第2カバー271に対して基板220を位置決めする。第1カバー251を基板220の上部に被せると、爪部261〜266の基板220側の端面が基板220の第1面221に当接する。そして、かしめ部267〜269を折り曲げて、基板220を爪部261〜266に押し付けながらかしめることにより、爪部261〜266とかしめ部267〜269の間に、基板220と第2カバー271とが挟持される。
本形態では特に、ケース250に特徴を有している。ケース250の第1カバー251は、爪部261〜266およびかしめ部267〜269を有している。そして、かしめ部267〜269をかしめて、爪部261〜266とかしめ部267〜269との間に基板220と第2カバー271とを挟持している。これにより、基板220、第1カバー251、及び第2カバー271を固定するためのネジが不要になる。したがって、部品点数を低減することができる。また、組み付け工数を低減することができる。
本発明の第13実施形態を図18に基づいて説明する。
本形態のECU7は、基板720、ケース750等を有している。
基板720の第1面721には、コネクタ709及びパワーMOS732、734が設けられている。基板720の第1面721と反対側の第2面722には、パワーMOS731、733、シャント抵抗107が設けられている。なお、パワーMOS731の裏側には、パワーMOS734が配置され、パワーMOS733の裏側には、パワーMOS732が配置される。本形態では、パワーMOS731が第1実施形態のパワーMOS31と対応し、パワーMOS732が第1実施形態のパワーMOS32と対応し、パワーMOS733が第1実施形態のパワーMOS33と対応し、パワーMOS734が第1実施形態のパワーMOS34と対応している。ハンドルを右旋回するとき、斜めに配置されているパワーMOS731、732がオンされ、ハンドルを左旋回するとき、斜めに配置されているパワーMOS733、734がオンされる。すなわち、同時にオンされるパワーMOSは、基板の異なる面に設けられており、かつ、離れて配置されていることにより、熱干渉を抑制している。
また、第1カバー751の凹部758の内部には、パワーMOS732と734とを仕切るカバーリブ759が形成されている。第2カバー771の凹部773には、パワーMOS731と733とを仕切るカバーリブ772が形成されている。これにより、放熱ゲル760の移動を抑制できる他、放熱表面積が増加することによる放熱性の向上、及び第1カバー751及び第2カバー771の歪みを防止するといった効果を奏する。また、放熱ゲル760の塗布量を低減することができる。
本発明の第14実施形態を図19に基づいて説明する。第14実施形態は、第13実施形態の変形例である。
第14実施形態のECU8では、第1カバー851にかしめ部が形成されていない。一方、第1カバー851には、側壁854から外側に略水平に突設される取付部875が形成されている。この取付部875は、第2カバー771の取付部275を対応する位置に設けられている。また取付部875は、第2カバー771の取付部275と同様、ECU8を車両に取り付けるための取付穴876、及び歪み防止用リブ877を有している。
これにより、第13実施形態と同様の効果を奏する他、かしめ工程を削減できるため、組み付け工数を低減することができる。
上記実施形態では、放熱ゲルの移動抑制手段、及びケースの構造を複数例示したが、これらの構造は任意に組み合わせて構成することができる。例えば、ケースや放熱板の放熱ゲルと接触する部位を粗化加工した後に、溝部や凹部を形成してもよい、といった具合である。
上記実施形態では、ケースはアルミ等の金属で形成されていた。本発明による他の実施形態では、樹脂等の他の物質で形成してもよい。また、溝部の形状は、角状のものに限らず、丸みを帯びた形状であってもよいし、複数の円筒或いは円柱が突出した形状であってもよい。
以上、本発明は、上記実施形態になんら限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の形態で実施可能である。
Claims (17)
- 基板と、
半導体チップ、前記半導体チップと前記基板とを電気的に接続するリード、及び前記半導体チップをモールドする樹脂部を有し、前記基板に実装される半導体素子と、
前記半導体素子を収容するケースと、
前記半導体素子と接触し、前記半導体素子の前記基板と反対方向の前記ケースに前記半導体素子から発生する熱を導く放熱ゲルと、
前記基板と前記ケースとの間に設けられ、前記放熱ゲルの移動を抑制する移動抑制手段と、を備え、
前記半導体素子は、前記基板に複数実装され、
前記放熱ゲルは、前記半導体素子ごとに設けられ、
前記移動抑制手段は、前記ケースの前記半導体素子と対向する部位に形成された凹部、当該凹部に形成された複数の溝部、および、前記ケースに設けられ前記複数の半導体素子の間を仕切るリブであり、
前記リブは、前記複数の半導体素子のそれぞれを収容する収容室を形成し、
前記収容室は、前記凹部であり、
前記複数の溝部は、前記収容室に形成されていることを特徴とする電子制御装置。 - 前記移動抑制手段は、前記樹脂部の前記ケースと対向する面の外周に形成された突出部であることを特徴とする請求項1に記載の電子制御装置。
- 前記移動抑制手段は、前記基板と前記ケースとの間に設けられ、前記半導体素子の外周を取り囲んで形成される壁部であることを特徴とする請求項1または2に記載の電子制御装置。
- 前記移動抑制手段は、前記放熱ゲルの表面を覆う保護部材であ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装置。
- 前記移動抑制手段は、前記放熱ゲルと前記ケースとの間に設けられ、粘着性を有するシート部材であ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装置。
- 前記移動抑制手段は、前記ケースの前記放熱ゲルと接触する部位に設けられる粗化部であ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装置。
- 前記基板と反対側にて前記半導体チップと接触し、少なくとも一部が前記樹脂部から露出して前記放熱ゲルと接触する放熱板を備えることを特徴とする請求項1〜6のいずれか一項に記載の電子制御装置。
- 前記移動抑制手段は、前記放熱板の前記放熱ゲルと接触する部位に設けられる粗化部であることを特徴とする請求項7に記載の電子制御装置。
- 前記移動抑制手段は、前記放熱板に形成された複数の溝部であることを特徴とする請求項7または8に記載の電子制御装置。
- 前記移動抑制手段は、前記放熱板に形成された穴部であることを特徴とする請求項7〜9のいずれか一項に記載の電子制御装置。
- 前記半導体素子は、前記基板の両面に実装されることを特徴とする請求項1〜10のいずれか一項に記載の電子制御装置。
- 前記ケースは、前記基板の一方の面を覆う第1カバー、及び、前記基板の他方の面を覆う第2カバーを有することを特徴とする請求項1〜11のいずれか一項に記載の電子制御装置。
- 前記第1カバーは、
前記基板と対向するカバー面と、
前記カバー面の外周の前記基板方向に設けられる側壁と、
前記側壁から内側に突設され、前記基板を係止する爪部と、
を有することを特徴とする請求項12に記載の電子制御装置。 - 前記第1カバーは、前記爪部との間に前記基板及び前記第2カバーを挟持するかしめ部を有することを特徴とする請求項13に記載の電子制御装置。
- 前記爪部の前記基板側の端部は、前記側壁と垂直な平面状に形成されることを特徴とする請求項13または14に記載の電子制御装置。
- 前記第1カバー及び第2カバーの少なくとも一方は、外周から外方向に突設され、取付穴を有する取付部を有することを特徴とする請求項12〜15のいずれか一項に記載の電子制御装置。
- 前記第2カバーは、前記基板側に突出するガイド部を有し、
前記基板は、前記ガイド部と対応する位置に設けられるガイド穴部を有することを特徴とする請求項12〜16のいずれか一項に記載の電子制御装置。
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