WO2020148800A1 - 制御装置 - Google Patents
制御装置 Download PDFInfo
- Publication number
- WO2020148800A1 WO2020148800A1 PCT/JP2019/000884 JP2019000884W WO2020148800A1 WO 2020148800 A1 WO2020148800 A1 WO 2020148800A1 JP 2019000884 W JP2019000884 W JP 2019000884W WO 2020148800 A1 WO2020148800 A1 WO 2020148800A1
- Authority
- WO
- WIPO (PCT)
- Prior art keywords
- switching element
- printed wiring
- wiring board
- layer
- heat
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L25/00—Assemblies consisting of a plurality of individual semiconductor or other solid state devices ; Multistep manufacturing processes thereof
- H01L25/03—Assemblies consisting of a plurality of individual semiconductor or other solid state devices ; Multistep manufacturing processes thereof all the devices being of a type provided for in the same subgroup of groups H01L27/00 - H01L33/00, or in a single subclass of H10K, H10N, e.g. assemblies of rectifier diodes
- H01L25/04—Assemblies consisting of a plurality of individual semiconductor or other solid state devices ; Multistep manufacturing processes thereof all the devices being of a type provided for in the same subgroup of groups H01L27/00 - H01L33/00, or in a single subclass of H10K, H10N, e.g. assemblies of rectifier diodes the devices not having separate containers
- H01L25/07—Assemblies consisting of a plurality of individual semiconductor or other solid state devices ; Multistep manufacturing processes thereof all the devices being of a type provided for in the same subgroup of groups H01L27/00 - H01L33/00, or in a single subclass of H10K, H10N, e.g. assemblies of rectifier diodes the devices not having separate containers the devices being of a type provided for in group H01L29/00
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L25/00—Assemblies consisting of a plurality of individual semiconductor or other solid state devices ; Multistep manufacturing processes thereof
- H01L25/18—Assemblies consisting of a plurality of individual semiconductor or other solid state devices ; Multistep manufacturing processes thereof the devices being of types provided for in two or more different subgroups of the same main group of groups H01L27/00 - H01L33/00, or in a single subclass of H10K, H10N
-
- H—ELECTRICITY
- H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
- H05K1/00—Printed circuits
- H05K1/02—Details
-
- H—ELECTRICITY
- H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
- H05K3/00—Apparatus or processes for manufacturing printed circuits
- H05K3/46—Manufacturing multilayer circuits
-
- H—ELECTRICITY
- H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
- H05K7/00—Constructional details common to different types of electric apparatus
- H05K7/20—Modifications to facilitate cooling, ventilating, or heating
Definitions
- the present application relates to a control device.
- a control device for electronically controlling the engine In electric vehicles, a control device for electronically controlling the engine is installed.
- a control device in which a switching element used in an inverter section or the like is mounted on the surface of a printed circuit board is used.
- the switching element generates heat because a large current flows through it. Therefore, it is necessary to cool the switching element.
- a heat dissipation structure via the printed wiring board is required.
- a control device using a conventional surface-mounting type switching element thermally connects the switching element to the heat conduction pattern formed on the surface of the printed wiring board, and the heat generated by the switching element is transmitted to the surroundings via the heat conduction pattern.
- copper foil with a thickness of 35 ⁇ m or 18 ⁇ m is generally used. This copper foil is used as a wiring pattern and a heat conduction pattern. In the conventional control device, since this thin copper foil is used as the heat conduction pattern, the heat resistance is high and the heat dissipation characteristic via the printed wiring board is low.
- the present application has been made in order to solve the above problems, and an object thereof is to improve heat dissipation characteristics via a printed wiring board in a control device using a surface mounting type switching element.
- the control device of the present application is a printed wiring board, a switching element arranged on the printed wiring board, and a heat conducting member thermally connected to the switching element on a surface of the switching element opposite to a surface facing the printed wiring board. It is equipped with and.
- this printed wiring board has a multilayer structure in which a plurality of heat conduction layers are laminated in an insulating layer, and the switching element is thermally coupled to the topmost heat conduction layer in a predetermined region of the topmost heat conduction layer.
- the heat conducting member is thermally connected to the uppermost heat conducting layer in a region other than the predetermined region.
- this printed wiring board has a first via that thermally connects the plurality of heat conducting layers below the switching element and a second via that thermally connects the plurality of heat conducting layers below the heat conducting member. It has a via.
- a printed wiring board having a multilayer structure in which a plurality of heat conductive layers are stacked in an insulating layer is provided with a first via that thermally connects the plurality of heat conductive layers under a switching element, Since the lower part of the conductive member is provided with the second via that thermally connects the plurality of heat conductive layers, it is possible to improve the heat dissipation characteristics via the printed wiring board.
- FIG. 3 is a cross-sectional view of the control device according to the first embodiment.
- FIG. FIG. 3 is a top view of the printed wiring board according to the first embodiment.
- 3 is a cross-sectional view of the control device according to the first embodiment.
- FIG. 3 is a cross-sectional view of the control device according to the first embodiment.
- FIG. 6 is a cross-sectional view of the control device according to the second embodiment.
- 7 is a cross-sectional view of a control device according to a third embodiment.
- FIG. 1 is a sectional view of the control device according to the first embodiment.
- the control device 1 of the present embodiment is, for example, a control device installed in a hood of an automobile, and is for driving a motor 10 and the like arranged around the control device.
- the motor 10 serving as a heat source is located below, heat radiation to the bottom of the printed wiring board cannot be expected. Therefore, it is necessary to radiate the heat generated by the switching element to the surface opposite to the surface facing the motor 10.
- the control device 1 is thermally and electrically connected to a printed wiring board 4 in which a plurality of heat conduction layers 2 are stacked in an insulating layer 3 and a topmost heat conduction layer 2a.
- the switching element 5 and the heat conduction member 6 that is thermally connected to the uppermost heat conduction layer 2a around the switching element 5 are included.
- An insulating heat conductive insertion layer 7a is inserted between the heat conductive member 6 and the uppermost heat conductive layer 2a.
- the plurality of heat conducting layers 2 are composed of the uppermost heat conducting layer 2a and the inner heat conducting layer 2b included in the insulating layer 3 of the printed wiring board 4.
- the heat conducting member 6 includes two convex portions 6a thermally connected to the uppermost heat conducting layer 2a and a concave portion 6b formed between the two convex portions 6a.
- the concave portion 6b of the heat conducting member 6 and the upper surface of the switching element 5 are thermally connected to each other via the heat conducting insertion layer 7b.
- the printed wiring board 4 includes an insulating layer 3, a plurality of heat conducting layers 2 composed of an uppermost heat conducting layer 2a and an inner heat conducting layer 2b included in the insulating layer 3, and a whole lower surface and upper surface.
- a resist 8 covering the surface other than the uppermost heat conduction layer 2a and a via 9 for thermally connecting the uppermost heat conduction layer 2a and the internal heat conduction layer 2b are provided.
- the via 9 is a first via 9a that thermally connects the plurality of heat conducting layers 2 below the switching element 5, and a first via 9a that thermally connects the plurality of heat conducting layers 2 below the heat conducting member 6. 2 vias 9b.
- the plurality of heat conduction layers 2 are made of, for example, copper foil.
- the insulating layer 3 of the printed wiring board 4 is made of epoxy resin or the like.
- the switching element 5 is a circuit element including, for example, a semiconductor element.
- the heat conduction member 6 is a heat dissipation component made of, for example, aluminum, or a metal housing.
- the insulating heat conductive insertion layers 7a and 7b are, for example, heat dissipation grease, thermal grease, heat dissipation silicone oil compound or heat dissipation silicone rubber.
- FIG. 2 is a top view of the printed wiring board 4.
- the uppermost heat conduction layer 2a is formed so as to spread below and around the switching element 5 shown by the broken line.
- the convex portion 6a of the heat conduction member 6 shown by the broken line is thermally connected.
- a first via 9a that thermally connects the uppermost heat conduction layer 2a and the inner heat conduction layer 2b is formed at a position below the switching element 5.
- a second via 9b that thermally connects the uppermost heat conduction layer 2a and the internal heat conduction layer 2b is formed at a position below the convex portion 6a.
- the resist 8 covers a part of the surface of the uppermost heat conduction layer 2 a other than the portions where the switching elements 5 and the convex portions 6 a of the heat conduction member 6 are arranged on the upper portion.
- the heat conduction path in the control device 1 thus configured will be described.
- the heat generated in the switching element 5 through which a large current flows is released to the outside air through two paths.
- the first path is a path from the upper part of the switching element 5 to the concave portion 6b of the heat conductive member 6 via the heat conductive insertion layer 7b, and heat is released from the heat conductive member 6 to the outside air.
- the second path is a path from the lower part of the switching element 5 to the convex portion 6a of the heat conductive member 6 through the uppermost heat conductive layer 2a and the heat conductive insertion layer 7a. Heat is released to the outside air.
- the heat conducting layer has high thermal resistance and the heat dissipation characteristics are not sufficient.
- the path of heat conduction from the switching element is added to the path in the in-plane direction of the uppermost heat conduction layer, and the plurality of heat conduction layers formed inside the printed wiring board are used. Since such a path exists, the thermal resistance of the heat conductive layer can be reduced, and sufficient heat dissipation characteristics can be obtained.
- the drain terminal side (the upper side of the switching element 5 of FIG. 2) and the source terminal side (the lower side of the switching element 5 of FIG. 2) of the switching element 5 are connected.
- the exposed area of the uppermost heat conduction layer 2a is generally different.
- only the drain terminal side where the exposed area of the uppermost heat conduction layer 2a is wide may be used.
- the plurality of heat conductive layers also serve as wirings for electrical connection.
- the heat conduction layer is a copper foil having a thickness of 35 ⁇ m
- the current density is 28.6 A/mm 2 when a maximum current of 1 A is applied with a width of 1 mm.
- the width of the heat conduction layer is determined so as to be less than or equal to this current density.
- the current density of each heat conduction layer is surely 14 or less. It becomes less than 3 A/mm 2 .
- FIG. 3 is a cross-sectional view of another control device according to the first embodiment. As shown in FIG. 3, in the manufacturing process of the printed wiring board, the resist 8 on the uppermost heat conduction layer 2a corresponding to the position under the convex portion 6a of the heat conduction member 6 is left without being removed. .. By doing so, the electrical insulation between the heat conducting layer and the heat conducting member is further improved.
- the via may be a through via that penetrates the printed wiring board from above and below, or an inner via that is arranged halfway through the insulating layer.
- the plurality of heat conduction layers stacked in the insulating layer do not have to have the same shape.
- the shape may be extended to the peripheral portion of the printed wiring board for use as wiring of an electric circuit, or may be a shape in which other components, other wiring, etc. are avoided.
- What is required for the plurality of heat conducting layers is that the uppermost heat conducting layer arranged under the switching element and the uppermost heat conducting layer arranged under the convex portion of the heat conducting member are connected to the first via and It is to thermally connect via the second via.
- the heat conduction layer is not exposed on the back surface of the printed wiring board 4, that is, the surface facing the motor 10.
- the back surface of the printed wiring board 4 is covered with a resist 8. This is because if the heat conducting layer is exposed on the surface facing the motor 10, the temperature of the heat conducting layer rises due to the heat from the motor 10 and the heat dissipation effect of the heat conducting layer decreases.
- a printed wiring board having three heat conduction layers is shown, but if there are two or more layers, there is a path through the heat conduction layer inside the printed wiring board, and therefore, heat conduction is not performed. The thermal resistance of the layer can be lowered.
- FIG. 4 is a cross-sectional view of another control device according to the first embodiment.
- the insulating heat conductive insertion layer 7a that is inserted between the heat conductive member 6 and the uppermost heat conductive layer 2a is thickened.
- the lower part of the heat conducting member 6 has a flat shape.
- the heat conduction member 6 is thermally connected to the upper surface of the switching element 5 via the flat surface and the heat conduction insertion layer 7b, and also to the uppermost heat conduction layer 2a via the heat conduction insertion layer 7a. Thermally connected.
- the heat conducting member 6 does not need to have a convex portion and a concave portion, and the structure of the heat conducting member 6 is simplified.
- the heat conductive insertion layer 7a and the heat conductive insertion layer 7b may be integrated by using a low hardness material as the heat conductive insertion layer.
- FIG. 5 is a cross-sectional view of the control device according to the second embodiment.
- the control device 1 according to the present embodiment includes a fastening portion 11 that fastens the heat conducting member 6 and the printed wiring board 4 to each other in the convex portion 6 a of the heat conducting member 6.
- the other configuration of the control device is the same as that of the control device of the first embodiment.
- the fastening portion 11 is, for example, a screw and penetrates the printed wiring board 4 to fasten the convex portion 6 a of the heat conductive member 6 and the printed wiring board 4.
- the thermal connection between the heat conducting member 6 and the uppermost heat conducting layer 2a is ensured, and the thermal resistance is reduced.
- the fastening portion between the heat conducting member 6 and the printed wiring board 4 is arranged at another location, but the control device of the present embodiment is provided with the fastening portion at the location of thermal connection. Therefore, the fastening portion at another location can be eliminated.
- FIG. 5 shows an example in which one convex portion of the heat conducting member is provided with the fastening portion, the convex portions on both sides may be provided with the fastening portion.
- FIG. 6 is a sectional view of the control device according to the third embodiment.
- the control device 1 of the present embodiment uses the switching element 5 in which the metal terminal 12 is exposed on the upper surface.
- the metal terminal 12 of the switching element 5 is thermally connected to the heat conductive member 6 via the heat conductive insertion layer 7b.
- the thermal resistance between the upper surface of the switching element 5 and the heat conducting member 6 is reduced, and the cooling capacity of the switching element 5 is improved.
- control device 2, 2a, 2b thermal conductive layer, 3 insulating layer, 4 printed wiring board, 5 switching element, 6 thermal conductive member, 6a convex portion, 6b concave portion, 7a, 7b thermal conductive insertion layer, 8 resist, 9 vias, 9a 1st vias, 9b 2nd vias, 10 motors, 11 fastening parts, 12 metal terminals.
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Thermal Sciences (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Cooling Or The Like Of Electrical Apparatus (AREA)
- Structure Of Printed Boards (AREA)
- Production Of Multi-Layered Print Wiring Board (AREA)
- Cooling Or The Like Of Semiconductors Or Solid State Devices (AREA)
Abstract
表面実装タイプのスイッチング素子を用いた制御装置において、プリント配線板を経由する放熱特性を向上させることを目的とする。 プリント配線板(4)と、プリント配線板に配置されたスイッチング素子(5)と、スイッチング素子のプリント配線板と対向する面と反対側の面でスイッチング素子と熱的に接続された熱伝導部材(6)とを備えた制御装置である。プリント配線板は、複数の熱伝導層(2)が絶縁層内に積層された多層構造であり、スイッチング素子は、最上層の熱伝導層(2a)の所定の領域で最上層の熱伝導層と熱的に接続されており、熱伝導部材は、所定の領域以外の領域で最上層の熱伝導層と熱的に接続されている。プリント配線板は、スイッチング素子の下部において、複数の熱伝導層を熱的に接続する第1ビア(9a)と、熱伝導部材の下部において、複数の熱伝導層を熱的に接続する第2ビア(9b)とを備えている。
Description
本願は、制御装置に関する。
電動化が進む自動車では、エンジンを電子制御するための制御装置が取り付けられている。近年、制御装置の小型化のため、インバータ部などに用いられるスイッチング素子をプリント基板の表面に実装した制御装置が用いられている。スイッチング素子は大電流が流れるため発熱する。そのため、スイッチング素子を冷却する必要がある。この表面実装タイプのスイッチング素子を用いた制御装置では、スイッチング素子をヒートシンクに固定した従来の制御装置と異なり、プリント配線板を経由した放熱構造が必要となる。
従来の表面実装タイプのスイッチング素子を用いた制御装置は、プリント配線板の表面に形成された熱伝導パターンにスイッチング素子を熱的に接続し、スイッチング素子の発熱を熱伝導パターンを経由して周囲に拡散していた(例えば、特許文献1、2参照)。
プリント配線板では、一般に厚さが35μmあるいは18μmの銅箔が用いられている。この銅箔が配線パターンおよび熱伝導パターンとして用いられている。従来の制御装置では、この厚みの薄い銅箔を熱伝導パターンとして用いているため熱抵抗が高く、プリント配線板を経由する放熱特性が低かった。
本願は、上述のような課題を解決するためになされたもので、表面実装タイプのスイッチング素子を用いた制御装置において、プリント配線板を経由する放熱特性を向上させることを目的とする。
本願の制御装置は、プリント配線板と、プリント配線板に配置されたスイッチング素子と、スイッチング素子のプリント配線板と対向する面と反対側の面でスイッチング素子と熱的に接続された熱伝導部材とを備えたものである。また、このプリント配線板は、複数の熱伝導層が絶縁層内に積層された多層構造であり、スイッチング素子は、最上層の熱伝導層の所定の領域で最上層の熱伝導層と熱的に接続されており、熱伝導部材は、所定の領域以外の領域で最上層の熱伝導層と熱的に接続されている。さらに、このプリント配線板は、スイッチング素子の下部において、複数の熱伝導層を熱的に接続する第1ビアと、熱伝導部材の下部において、複数の熱伝導層を熱的に接続する第2ビアとを備えたものである。
本願の制御装置は、複数の熱伝導層が絶縁層内に積層された多層構造のプリント配線板が、スイッチング素子の下部において、複数の熱伝導層を熱的に接続する第1ビアと、熱伝導部材の下部において、複数の熱伝導層を熱的に接続する第2ビアとを備えているので、プリント配線板を経由する放熱特性を向上させることができる。
以下、本願を実施するための実施の形態に係る制御装置について、図面を参照して詳細に説明する。なお、各図において同一符号は同一もしく相当部分を示している。
実施の形態1.
図1は、実施の形態1に係る制御装置の断面図である。本実施の形態の制御装置1は、例えば自動車のボンネット内に設置された制御装置であり、この制御装置の周囲に配置されるモータ10などを駆動するためのものである。発熱源となるモータ10が下部にある場合、プリント配線板の下部への放熱は期待できない。したがって、スイッチング素子で発生した熱は、モータ10と対向した面と反対側の面へ放熱させることが必要となる。
図1は、実施の形態1に係る制御装置の断面図である。本実施の形態の制御装置1は、例えば自動車のボンネット内に設置された制御装置であり、この制御装置の周囲に配置されるモータ10などを駆動するためのものである。発熱源となるモータ10が下部にある場合、プリント配線板の下部への放熱は期待できない。したがって、スイッチング素子で発生した熱は、モータ10と対向した面と反対側の面へ放熱させることが必要となる。
図1に示すように、制御装置1は、複数の熱伝導層2が絶縁層3内に積層されたプリント配線板4と、最上層の熱伝導層2aと熱的および電気的に接続されたスイッチング素子5と、スイッチング素子5の周囲で最上層の熱伝導層2aと熱的に接続された熱伝導部材6とで構成されている。熱伝導部材6と最上層の熱伝導層2aとの間には、絶縁性の熱伝導性挿入層7aが挿入されている。複数の熱伝導層2は、最上層の熱伝導層2aとプリント配線板4の絶縁層3に内包された内部の熱伝導層2bとで構成されている。熱伝導部材6は、最上層の熱伝導層2aと熱的に接続された2つの凸部6aと、この2つの凸部6aの間に形成された凹部6bとを備えている。この熱伝導部材6の凹部6bとスイッチング素子5の上面とは、熱伝導性挿入層7bを介して熱的に接続されている。
プリント配線板4は、絶縁層3と、最上層の熱伝導層2aおよび絶縁層3に内包された内部の熱伝導層2bで構成された複数の熱伝導層2と、下面の全面および上面の最上層の熱伝導層2a以外の面を覆うレジスト8と、最上層の熱伝導層2aと内部の熱伝導層2bとを熱的に接続するビア9とを備えている。ビア9は、スイッチング素子5の下部において、複数の熱伝導層2を熱的に接続する第1ビア9aと、熱伝導部材6の下部において、複数の熱伝導層2を熱的に接続する第2ビア9bとで構成されている。
複数の熱伝導層2は、例えば銅箔で構成されている。プリント配線板4の絶縁層3は、エポキシ樹脂などで構成されている。スイッチング素子5は、例えば半導体素子を備えた回路素子である。熱伝導部材6は、例えばアルミニウムで構成された放熱部品、あるいは金属製の筐体である。絶縁性の熱伝導性挿入層7a、7bは、例えば放熱グリス、サーマルグリス、放熱用シリコーンオイルコンパウンドあるいは放熱性シリコーンゴムなどである。
図2は、プリント配線板4の上面図である。図2に示すように、最上層の熱伝導層2aは、破線で示したスイッチング素子5の下部とその周囲に広がって形成されている。スイッチング素子5の周囲の最上層の熱伝導層2aの上には、破線で示した熱伝導部材6の凸部6aが熱的に接続されている。スイッチング素子5の下部の位置には、最上層の熱伝導層2aと内部の熱伝導層2bとを熱的に接続する第1ビア9aが形成されている。また、凸部6aの下部の位置には、最上層の熱伝導層2aと内部の熱伝導層2bとを熱的に接続する第2ビア9bが形成されている。なお、図2において、スイッチング素子5および熱伝導部材6の凸部6aが上部に配置された部分以外の最上層の熱伝導層2aの表面の一部は、レジスト8で覆われている。
このように構成された制御装置1における熱伝導の経路について説明する。大電流が流れるスイッチング素子5で発生した熱は、2つの経路で外気に放出される。1つ目の経路は、スイッチング素子5の上部から熱伝導性挿入層7bを経由して熱伝導部材6の凹部6bに至る経路であり、熱伝導部材6から外気に熱が放出される。2つ目の経路は、スイッチング素子5の下部から最上層の熱伝導層2aおよび熱伝導性挿入層7aを経由して熱伝導部材6の凸部6aに至る経路であり、熱伝導部材6から外気に熱が放出される。
この2つ目の経路において、最上層の熱伝導層2aの面内方向の経路だけでなく、スイッチング素子5の下部の最上層の熱伝導層2aから第1ビア9a、内部の熱伝導層2bおよび第2ビア9bを経由して熱伝導部材6の凸部6aの下部の最上層の熱伝導層2aまで至る経路が存在する。
従来の制御装置では、最上層の熱伝導層しか存在しなかった。つまり、スイッチング素子から熱伝導部材までの熱伝導の経路は、最上層の熱伝導層の面内方向の経路のみであった。そのため、プリント配線板で一般に使用される厚さが35μmの銅箔を熱伝導層に用いた場合、熱伝導層の熱抵抗が高く放熱特性が十分ではなかった。
本実施の形態の制御装置では、スイッチング素子からの熱伝導の経路を最上層の熱伝導層の面内方向の経路に加えて、プリント配線板の内部に形成された複数の熱伝導層を経由した経路が存在するので、熱伝導層の熱抵抗を低くすることができ、十分な放熱特性が得られる。
また、銅箔の厚さが105μmの高価なプリント配線板を用いることなく、一般に用いられている銅箔の厚さが35μmの安価な多層のプリント配線板を用いることができる。
スイッチング素子がMOSFETのスイッチング素子の場合、図2に示すように、スイッチング素子5のドレイン端子側(図2のスイッチング素子5の上側)とソース端子側(図2のスイッチング素子5の下側)とでは、最上層の熱伝導層2aの露出面積が異なるのが一般的である。熱伝導部材6の凸部6aと最上層の熱伝導層2aとの熱的な接続は、ドレイン端子側およびソース端子側の両方の最上層の熱伝導層2aを利用することが好ましい。ただし、最上層の熱伝導層2aの露出面積が広いドレイン端子側だけを利用してもよい。
なお、本実施の形態では、複数の熱伝導層は電気的な接続のための配線を兼ねている。熱伝導層が厚さ35μmの銅箔である場合、幅1mmで最大1Aの電流を流すとしたとき、電流密度は28.6A/mm2となる。この電流密度以下となるように熱伝導層の幅を決定するが、本実施の形態のように、多層の熱伝導層を配線に用いることで、各熱伝導層の電流密度は、確実に14.3A/mm2以下となる。このような低い電流密度であるにもかかわらずあえて複数層の熱伝導層を用いることで、面内方向の熱抵抗を下げることができ、スイッチング素子の下部からの放熱効果を増大させることができる。
熱伝導層を配線としても利用するため、熱伝導層と熱伝導部材との間の電気絶縁性が問題となる。図3は、本実施の形態1に係る別の制御装置の断面図である。図3に示すように、プリント配線板の製造工程において、熱伝導部材6の凸部6aの下部の位置に対応する最上層の熱伝導層2aの上のレジスト8を除去せずに残しておく。このようにすれば、熱伝導層と熱伝導部材との間の電気絶縁性がさらに向上する。
なお、複数の銅箔を接続するビアは、電気回路の配線としての機能で考える場合は2個あれば十分であるが、熱伝導層としての機能で考える場合はできるだけ多数あった方がよい。また、ビアは、プリント配線板の上下を突き抜ける貫通ビアであっても、絶縁層の途中まで配置されるインナービアであってもよい。
また、絶縁層内に積層された複数の熱伝導層は、同じ形状である必要はない。電気回路の配線として用いるためにプリント配線板の周辺部まで伸ばした形状であっても、他の部品、他の配線などを避けた形状であってもよい。複数の熱伝導層に必要なことは、スイッチング素子の下部に配置された最上層の熱伝導層と熱伝導部材の凸部の下部に配置された最上層の熱伝導層とを第1ビアおよび第2ビアを介して熱的に接続することである。
なお、図1に示すように、プリント配線板4の裏面、すなわちモータ10と対向した面は、熱伝導層が露出していないことが好ましい。図1に示す例では、プリント配線板4の裏面はレジスト8で覆われている。モータ10と対向した面に熱伝導層が露出していると、モータ10からの熱の影響で熱伝導層の温度が上昇し、熱伝導層の放熱効果が低下するからである。
また、本実施の形態においては、熱伝導層が3層のプリント配線板を示したが、2層以上であればプリント配線板の内部の熱伝導層を経由した経路が存在するので、熱伝導層の熱抵抗を低くすることができる。
また、図1に示す熱伝導部材6は、最上層の熱伝導層2aと熱的に接続された2つの凸部6aと、この2つの凸部6aの間に形成された凹部6bとを備えていたが、これに限るものではない。図4は、本実施の形態1に係る別の制御装置の断面図である。図4に示すように、この制御装置1においては、熱伝導部材6と最上層の熱伝導層2aとの間に挿入される絶縁性の熱伝導性挿入層7aを厚くしている。熱伝導部材6の下部は平坦な形状である。熱伝導部材6は、この平坦面と熱伝導性挿入層7bを介してスイッチング素子5の上面と熱的に接続されると共に、熱伝導性挿入層7aを介して最上層の熱伝導層2aと熱的に接続されている。
このように構成された制御装置は、熱伝導部材6が凸部および凹部を備える必要がなく、熱伝導部材6の構造が簡素になる。なお、熱伝導性挿入層として低硬度な素材を用いて、熱伝導性挿入層7aおよび熱伝導性挿入層7bを一体とすることもできる。
実施の形態2.
図5は、実施の形態2に係る制御装置の断面図である。図5に示すように、本実施の形態の制御装置1は、熱伝導部材6の凸部6aの部分に、熱伝導部材6とプリント配線板4とを締結する締結部11を備えている。制御装置のそれ以外の構成は、実施の形態1の制御装置と同様である。締結部11は、例えばネジであり、プリント配線板4を貫通して熱伝導部材6の凸部6aとプリント配線板4とを締結している。
図5は、実施の形態2に係る制御装置の断面図である。図5に示すように、本実施の形態の制御装置1は、熱伝導部材6の凸部6aの部分に、熱伝導部材6とプリント配線板4とを締結する締結部11を備えている。制御装置のそれ以外の構成は、実施の形態1の制御装置と同様である。締結部11は、例えばネジであり、プリント配線板4を貫通して熱伝導部材6の凸部6aとプリント配線板4とを締結している。
このように構成された制御装置は、熱伝導部材6と最上層の熱伝導層2aとの熱的な接続が確実となり熱抵抗が低下する。また、通常の制御装置では熱伝導部材6とプリント配線板4との締結部は別の箇所に配置されているが、本実施の形態の制御装置は熱的な接続の箇所に締結部を備えているので、別の箇所の締結部をなくすことができる。なお、図5では、熱伝導部材の一方の凸部に締結部を備えた例を示したが、両側の凸部に締結部を備えていてもよい。
実施の形態3.
図6は、実施の形態3に係る制御装置の断面図である。図6に示すように、本実施の形態の制御装置1は、上面に金属端子12が露出したスイッチング素子5を用いている。スイッチング素子5の金属端子12は、熱伝導性挿入層7bを介して熱伝導部材6と熱的に接続されている。
図6は、実施の形態3に係る制御装置の断面図である。図6に示すように、本実施の形態の制御装置1は、上面に金属端子12が露出したスイッチング素子5を用いている。スイッチング素子5の金属端子12は、熱伝導性挿入層7bを介して熱伝導部材6と熱的に接続されている。
このように構成された制御装置は、スイッチング素子5の上面と熱伝導部材6との間の熱抵抗が低下し、スイッチング素子5の冷却能力が向上する。
本願は、様々な例示的な実施の形態が記載されているが、1つまたは複数の実施の形態に記載された様々な特徴、態様、及び機能は特定の実施の形態の適用に限られるのではなく、単独で、または様々な組み合わせで実施の形態に適用可能である。
従って、例示されていない無数の変形例が、本願に開示される技術の範囲内において想定される。例えば、少なくとも1つの構成要素を変形する場合、追加する場合または省略する場合、さらには、少なくとも1つの構成要素を抽出し、他の実施の形態の構成要素と組み合わせる場合が含まれるものとする。
従って、例示されていない無数の変形例が、本願に開示される技術の範囲内において想定される。例えば、少なくとも1つの構成要素を変形する場合、追加する場合または省略する場合、さらには、少なくとも1つの構成要素を抽出し、他の実施の形態の構成要素と組み合わせる場合が含まれるものとする。
1 制御装置、 2、2a、2b 熱伝導層、 3 絶縁層、 4 プリント配線板、 5 スイッチング素子、 6 熱伝導部材、 6a 凸部、 6b 凹部、 7a、7b 熱伝導性挿入層、 8 レジスト、 9 ビア、 9a 第1ビア、 9b 第2ビア、 10 モータ、 11 締結部、12 金属端子。
Claims (5)
- プリント配線板と、
前記プリント配線板に配置されたスイッチング素子と、
前記スイッチング素子の前記プリント配線板と対向する面と反対側の面で前記スイッチング素子と熱的に接続された熱伝導部材と
を備えた制御装置であって、
前記プリント配線板は、複数の熱伝導層が絶縁層内に積層された多層構造であり、
前記スイッチング素子は、最上層の熱伝導層の所定の領域で前記最上層の熱伝導層と熱的に接続されており、
前記熱伝導部材は、前記所定の領域以外の領域で前記最上層の熱伝導層と熱的に接続されており、
前記プリント配線板は、
前記スイッチング素子の下部において、前記複数の熱伝導層を熱的に接続する第1ビアと、
前記熱伝導部材の下部において、前記複数の熱伝導層を熱的に接続する第2ビアと
を備えたことを特徴とする制御装置。 - 前記最上層の熱伝導層は、前記プリント配線板の表面に露出していることを特徴とする請求項1に記載の制御装置。
- 前記最上層の熱伝導層と前記スイッチング素子との間、および前記最上層の熱伝導層と前記熱伝導部材との間には、熱伝導性挿入層が挿入されている
ことを特徴とする請求項2に記載の制御装置。 - 前記所定の領域以外の領域において、前記熱伝導部材と前記プリント配線板とを締結する締結部を備えた
ことを特徴とする請求項1から3のいずれか1項に記載の制御装置。 - 前記プリント配線板の最下層の熱伝導層は、前記絶縁層に内包されている
ことを特徴とする請求項1から4のいずれか1項に記載の制御装置。
Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2019522590A JPWO2020148800A1 (ja) | 2019-01-15 | 2019-01-15 | 制御装置 |
PCT/JP2019/000884 WO2020148800A1 (ja) | 2019-01-15 | 2019-01-15 | 制御装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
PCT/JP2019/000884 WO2020148800A1 (ja) | 2019-01-15 | 2019-01-15 | 制御装置 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
WO2020148800A1 true WO2020148800A1 (ja) | 2020-07-23 |
Family
ID=71613279
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
PCT/JP2019/000884 WO2020148800A1 (ja) | 2019-01-15 | 2019-01-15 | 制御装置 |
Country Status (2)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPWO2020148800A1 (ja) |
WO (1) | WO2020148800A1 (ja) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2024142337A1 (ja) * | 2022-12-27 | 2024-07-04 | 日立Astemo株式会社 | 電子制御装置 |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US20020047193A1 (en) * | 2000-10-02 | 2002-04-25 | Helmut Dorfler | Circuit carrier, in particular printed circuit board |
JP2006173290A (ja) * | 2004-12-15 | 2006-06-29 | Nec Corp | 携帯端末機器及び放熱方法 |
JP2010245174A (ja) * | 2009-04-02 | 2010-10-28 | Denso Corp | 電子制御ユニット及びその製造方法 |
JP2016213375A (ja) * | 2015-05-12 | 2016-12-15 | 日本精工株式会社 | 放熱基板及びこれを収納する放熱ケース。 |
KR20180024434A (ko) * | 2016-08-30 | 2018-03-08 | 주식회사 엠디엠 | 다면 방열구조를 갖는 다층 pcb 어셈블리 |
Family Cites Families (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US10548213B2 (en) * | 2016-03-07 | 2020-01-28 | Mitsubishi Electric Corporation | Electronic controlling apparatus |
-
2019
- 2019-01-15 WO PCT/JP2019/000884 patent/WO2020148800A1/ja active Application Filing
- 2019-01-15 JP JP2019522590A patent/JPWO2020148800A1/ja active Pending
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US20020047193A1 (en) * | 2000-10-02 | 2002-04-25 | Helmut Dorfler | Circuit carrier, in particular printed circuit board |
JP2006173290A (ja) * | 2004-12-15 | 2006-06-29 | Nec Corp | 携帯端末機器及び放熱方法 |
JP2010245174A (ja) * | 2009-04-02 | 2010-10-28 | Denso Corp | 電子制御ユニット及びその製造方法 |
JP2016213375A (ja) * | 2015-05-12 | 2016-12-15 | 日本精工株式会社 | 放熱基板及びこれを収納する放熱ケース。 |
KR20180024434A (ko) * | 2016-08-30 | 2018-03-08 | 주식회사 엠디엠 | 다면 방열구조를 갖는 다층 pcb 어셈블리 |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2024142337A1 (ja) * | 2022-12-27 | 2024-07-04 | 日立Astemo株式会社 | 電子制御装置 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPWO2020148800A1 (ja) | 2021-02-18 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US8164904B2 (en) | Electronic component module | |
JP4404726B2 (ja) | 車載用電力変換装置 | |
US8737075B2 (en) | Electronic component unit and manufacturing method thereof | |
JP5469270B1 (ja) | 電子機器 | |
US20080286602A1 (en) | Heat conductor | |
JP5692056B2 (ja) | 多層プリント基板 | |
CN106255308B (zh) | 印刷基板和电子装置 | |
JP2011066332A (ja) | 制御装置の放熱構造 | |
JP3603354B2 (ja) | 混成集積回路装置 | |
US5357401A (en) | Electronic circuit arrangement | |
WO2020148800A1 (ja) | 制御装置 | |
KR102543495B1 (ko) | 다면 방열구조를 갖는 pcb 모듈, 및 이 모듈에 사용되는 방열 플레이트, 다층 pcb 어셈블리, 및 모듈 케이스 | |
JP4165045B2 (ja) | 電子機器 | |
JP6381488B2 (ja) | 回路基板 | |
JPH11163476A (ja) | 回路基板の放熱構造及び電源制御装置 | |
JP7444007B2 (ja) | 基板ユニット | |
JP6488658B2 (ja) | 電子装置 | |
JP7088124B2 (ja) | 半導体装置 | |
WO2020080248A1 (ja) | 回路構造体及び電気接続箱 | |
JP6688487B2 (ja) | 回路基板、電子装置 | |
JP4209904B2 (ja) | 多層基板 | |
JP4761200B2 (ja) | コントローラ | |
JP2020047690A (ja) | 電子回路装置 | |
JP2000299564A (ja) | 多層基板の放熱構造 | |
JP6060053B2 (ja) | パワー半導体装置 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
ENP | Entry into the national phase |
Ref document number: 2019522590 Country of ref document: JP Kind code of ref document: A |
|
121 | Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application |
Ref document number: 19910351 Country of ref document: EP Kind code of ref document: A1 |
|
NENP | Non-entry into the national phase |
Ref country code: DE |
|
122 | Ep: pct application non-entry in european phase |
Ref document number: 19910351 Country of ref document: EP Kind code of ref document: A1 |