JP2008282931A

JP2008282931A - 電気回路装置

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Publication number: JP2008282931A
Application number: JP2007124951A
Authority: JP
Inventors: Eisuke Hayakawa; 英佑早川
Original assignee: Denso Ten Ltd
Current assignee: Denso Ten Ltd
Priority date: 2007-05-09
Filing date: 2007-05-09
Publication date: 2008-11-20
Also published as: US20080277780A1; EP1991042B1; EP1991042A2; EP1991042A3

Abstract

【課題】電気回路装置のパッケージ内部雰囲気温度の上昇を防ぎ、効率的に放熱すること。
【解決手段】金属基板３１に接続したＭＯＳＦＥＴ４０と樹脂基板３０上にマウントされた部品４１〜４３によって電気回路を形成する電子制御装置１において、要放熱部品であるＭＯＳＦＥＴ４０をリード線などでパッケージ１０の外側に引き出し、放熱板２０に設置する。これにより、ＭＯＳＦＥＴ４０が発する熱をパッケージ１０の外部で放出して内部雰囲気温度の上昇を回避し、発熱部品の放熱性向上を実現する。
【選択図】図１

Description

この発明は、少なくともその一部をパッケージによって密封した電気回路装置に関し、特に放熱の必要な電気回路装置に関する。

従来、電気回路にゴミや塵が混入し、動作不良が発生することを防ぐため、電気回路をパッケージによって物理的に密封することが行なわれてきた。しかし、電気回路を密封すると、電気素子の発した熱が内部にこもり、内部の雰囲気温度が上昇する。

そこで従来、電気素子の発熱を外部に放熱する技術が各種考案されてきた。例えば、特許部件１は、電子部品と金属ケースとを接触させることで、電子部品が発した熱を金属ケース経由で外部に放出する技術を開示している。

また、特許文献２は、発熱素子の熱をフィン放熱用貫通孔、放熱ブロック、ケースを順に伝導させて放出する技術を開示している。さらに特許文献３は、発熱体パッケージを筐体の上部側に配置するとともに、放熱脚部を下ケースの底壁方向に延在させて、発熱体パッケージから発生する熱を放出する技術を開示している。

特開平１０−４４６５７号公報特開２０００−３３２１７１号公報特開２００１−２７４５７４号公報

しかしながら、上述した従来の技術では、パッケージ内部で発生する熱が放熱能力を超えるとやはりパッケージ内に熱がこもって雰囲気温度が上昇する。そのため、樹脂基板上の部品があおり熱を受け、部品耐熱温度を超えて劣化・破損したり、発熱部品の放熱性が悪くなるという問題があった。

特に、車載用の電子制御装置（ＥＣＵ）では、高温で埃などの多い環境で安全確実に動作する必要があるため、パッケージによる密封と放熱の重要度が高い。中でも電動パワーステアリング用モータなどのモータを駆動する電子制御装置では、ＭＯＳ−ＦＥＴの発熱量が大きいため、他の電子部品への影響が大きくなっていた。

また、パッケージ内が高温になる状況を想定して耐熱性の高い高価な部品を使用する必要があるため、装置全体の価格上昇が引き起こされていた。さらに、パッケージ内部から外部までの放熱経路を構築するため装置全体が大型化するという問題点があった。

本発明は、上述した従来技術における問題点を解消し、課題を解決するためになされたものであり、パッケージ内の温度上昇を防ぎ、もって装置の劣化や故障発生を防止しつつ、コスト削減と装置筐体小型化を実現し、レイアウト設計を複雑化することのない電気回路装置を提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するため、本発明にかかる電気回路装置は、主要な部品群を基板上にマウントしてパッケージによって密封し、要放熱部品をパッケージの外部に配置する。

本発明によれば電気回路装置は、放熱を要する部品をパッケージの外部に引き出して設置することとしたので、パッケージ内部の雰囲気温度の上昇を防ぎ、もって装置の劣化や故障発生を防止しつつ、コスト削減と装置筐体小型化を実現した電気回路装置を得ることができるという効果を奏する。

以下に添付図面を参照して、この発明に係る電気回路装置の好適な実施の形態を詳細に説明する。

図１は、本発明の実施例である電動パワーステアリング（ＥＰＳ）用の電子制御装置（ＥＣＵ）１を従来の電子制御装置１００と比較して説明する説明図である。まず、従来の電子制御装置１００の電気回路は、金属基板３１上にマウントされたＭＯＳＦＥＴ４０と樹脂基板３０上にマウントされた部品４１〜４３によって形成されている。

また、樹脂基板３０と金属基板３１とはバスバー３２で接続され、回路全体をパッケージ１１０によって密封している。そして、パッケージ１１０にヒートシンクの一種である放熱板１２０を設けることで、電気回路の放熱を行なっている。

ここで、ＥＰＳ用のＥＣＵではＭＯＳＦＥＴ４０の発熱が最も影響が大きく、他の部品の劣化や破損の原因となる。そこで、電子制御装置１００では、ＭＯＳＦＥＴ４０を金属基板３１にマウントして樹脂基板３０から離隔するとともに、金属基板の近傍に放熱板１２０を設けている。この構造により、ＭＯＳＦＥＴ４０が発する熱のうちパッケージ外部へ放出される熱量を増やし、パッケージ内への放熱量を減らすようにしている。

しかし、この従来の構成であっても発熱部品であるＭＯＳＦＥＴ４０をパッケージの内部に設置している以上、パッケージ内部への放熱経路が存在する。そのため、樹脂基板３０上の部品４１〜４３があおり熱を受け、その結果、部品耐熱温度を超えると劣化の原因となる。特に発熱に弱い電解コンデンサについては寿命が短くなる。

これに対し、本発明の実施例である電子制御装置１は、ＭＯＳＦＥＴ４０をリード線などでパッケージ１０の外側に引き出し、放熱板２０に設置している。そのため、発熱部品であるＭＯＳ−ＦＥＴ４０は外部の空気により冷却できる。

また、リードを引き出すためにパッケージ１０および放熱板２０に設けた開孔部は、樹脂３３（または封止ゲル・高放熱ボンドなど）によって埋めることでパッケージ１０の密閉性を確保し、外部からの塵などの侵入を防いでいる。

したがって、パッケージ１０の機能を損なうことなくＭＯＳＦＥＴ４０が発する熱をパッケージ１０の外部で放出して内部雰囲気温度の上昇を回避し、発熱部品の放熱性向上を図ることができる。

また、樹脂基板上の部品が発熱部品からのあおり熱による影響を受けず、耐熱温度を下げることができるので、部品のスペックダウンができ、コスト削減を行なうことができる。さらに、発熱部品は基本的に大きいものが多いが、この発熱部品が外部配置になるため、パッケージ１０内部のスペースが広がる。また、発熱部品に風が当たりやすく、周辺温度が低くなるため、発熱部品の放熱性も向上し、電子制御装置１全体を小型化することができる。

ところで、ＭＯＳＦＥＴ４０を設置位置は、必ずしも放熱板の外側である必要はない。例えば図２に示した電子制御装置２ａでは、放熱板２１ａの内部に設けた空間にＭＯＳＦＥＴ４０を設置している。このように放熱板２１ａの内部に発熱部品を設置しても、放熱板の熱伝導率が高いことから、発熱部品で発生した熱は放熱板を経由して電子制御装置２ａの外部に放出される。

また、電子制御装置２ａでは、ＭＯＳＦＥＴ４０の設置場所とパッケージ１０との間を樹脂等で塞ぎ、パッケージ１０を密閉しているが、ＭＯＳＦＥＴ４０の設置場所が外部に対して隔絶しており、パッケージ１０と接続した状態においてパッケージ１０内部の密閉性を確保できる場合には、電子制御装置２ｂのようにパッケージ１０の開孔部を塞がない構成であってもよい。

また、ＭＯＳＦＥＴ４０の放熱板に対する固定方法としては、ネジ止めの他、図３に示した電子制御装置３のように、放熱板２０に設けた押さえ板によってＭＯＳＦＥＴ４０を固定するなど、任意の固定方法を用いることができる。

ところで、ＭＯＳＦＥＴ４０を放熱板に固定した場合、ＭＯＳＦＥＴ４０が発した熱のほとんどは電子制御装置の外部、すなわち周囲の空気中へ排出されるのであるが、放熱板からパッケージへの熱伝導経路も存在する。

そこで、要放熱部品（たとえばＭＯＳＦＥＴ４０）からパッケージ側への熱伝導を抑制する熱伝導抑制構造を設けることが望ましい。具体例として、図４に示した電子制御装置４ａでは、放熱板２２のＭＯＳＦＥＴ４０の設置位置とパッケージ接続面との間に貫通穴２２ａを開孔し、ＭＯＳＦＥＴ４０からパッケージ１０への熱伝導率を低下させている。

同様に、図５に示した電子制御装置４ｂでは、放熱板２３のＭＯＳＦＥＴ４０の設置位置とパッケージ接続面との間に横溝２３ａを設けることで、ＭＯＳＦＥＴ４０からパッケージ１０への熱伝導率を低下させている。

また、図６に示した電子制御装置４ｃでは、ヒートシンクを放熱板２４ａと放熱板２４ｂに分割し、放熱板２３のＭＯＳＦＥＴ４０の設置位置とパッケージ接続面との間にスペーサもしくは断熱素材のシートを配することでＭＯＳＦＥＴ４０からパッケージ１０への熱伝導率を低下させている。

なお、ここではヒートシンクを分割してスペーサや断熱シートを配置しているが、たとえばパッケージとヒートシンクの間に配置する構成として実施することもできる。

ここで、電子制御装置の構成について変形例を開示する。まず、図７に示した電子制御装置５は、金属基板およびバスバーを有さず、ＭＯＳＦＥＴ４０はリード３５によって樹脂基板３０から引き出されている。なお、リード線に換えてワイヤーやバスバーを使用することもできる。

また、図８に示した構成では、ＭＯＳＦＥＴを含む複数の要放熱部品をモジュール４０ａの内部に配し、モジュール４０ａをパッケージ１０から引き出して放熱板２０に配置している。

さらに図９に示した電子制御装置７では、ヒートシンクを設けず、パッケージ１１から引き出したＭＯＳＦＥＴ４０をパッケージ１１の外側に設置している。かかる構成では、ヒートシンクが存在しないが、要放熱部材が外気に曝されることにより、パッケージ内部に配置した場合に比して効率的に放熱を行なうことが可能である。

また、図１０に示した電子制御装置１２では、ＭＯＳＦＥＴ４０を他の部品４１〜４３と同じように樹脂基板３０上にマウントし、パッケージ１２の形成時にパッケージ１２の形成場所を制御してＭＯＳＦＥＴ４０がパッケージ１２の外部となるようにしている。なお、同図では放熱板２５をＭＯＳＦＥＴ４０から離れて設置しているが、ＭＯＳＦＥＴ４０に接触するようにヒートシンクを設けるようにしても良い。

さらに、図１１に示した電子制御装置９のように、ＭＯＳＦＥＴ４０を長いリード線３５ａによって引き出し、パッケージ１０や放熱板２０から離隔して任意の位置、例えば他の製品や筐体・車両に接続するようにしても良い。

また、図１２に示した電子制御装置９ａのように、発熱部品を金属基板３１に設置して放熱板２０の近傍に配置し、低温に保つ必要のある電解コンデンサ４４をパッケージ１０の外部に引き出す構成とするともできる。なお、同図に示した構成ではスペーサ３６によって樹脂基板３０と電解コンデンサ４４とを離隔させ、パッケージ内部の熱によるあおり熱の影響を受けないようにしている。

さて、以上の説明では、ＥＰＳ用のＥＣＵにおいてＭＯＳＦＥＴを外部に引き出す場合を例に説明を行なったが、本発明はこれに限定されるものではなく、少なくともその一部をパッケージによって密封する電気回路装置において要放熱部品の配置を行なう際に広く適用可能である。

また、要放熱部品とは、動作時の発熱量が他の部品に比して大きい発熱素子と、動作時における周辺温度を他の部品に比して低く保つ必要のある素子である。

例えば、ＥＰＳ用のＥＣＵでは、ＭＯＳＦＥＴの他、シャント抵抗、電源平滑用のコイルや電解コンデンサ、リレーなどを要放熱部品として外部に引き出すことが好適である。

また、昇圧回路では、MOS-FET、電源平滑用のコイルや電解コンデンサ、同様に昇圧用のコイルや電解コンデンサ、整流用のダイオードなどが要放熱部品となる。

また、プリクラッシュＥＣＵでは、ブレーキランプ用供給電流通電部に用いるダイオードを要放熱部品として外部に引き出すことが好適である。

その他、一般的なECUにおける要放熱部品としては、トランジスタ（例えば５V電源等の電源回路部分など）、ダイオード（５V電源等の電源回路部分など）、モータ駆動製品、電流供給ライン（ランプ等）での発熱部品などが挙げられる。

以上説明してきたように、本実施例にかかる電子制御装置では、要放熱部品であるＭＯＳＦＥＴ４０をリード線などでパッケージの外側に引き出しているので、ＭＯＳＦＥＴ４０が発する熱をパッケージ１０の外部で放出して内部雰囲気温度の上昇を回避し、発熱部品の放熱性向上を図ることができる。

これによって、部品のスペックダウンができ、コスト削減を行なうことができる。さらに、基本的にサイズの大きい発熱部品を外部配置することでパッケージ内部のスペースが広がり、また、要放熱部品の放熱性の向上によって電子制御装置を小型化することができる。

以上のように、本発明にかかる電気回路装置は、部品の放熱に有用であり、特にパッケージ内雰囲気温度上昇の防止に適している。

本発明の実施例である電子制御装置について説明する説明図である。発熱部品を放熱板の内部に設置した場合の構成について説明する説明図である。ＭＯＳＦＥＴの固定方法について説明する説明図である。放熱板に貫通孔を設けることでＭＯＳＦＥＴからパッケージへの熱伝導を抑制する構成について説明する説明図である。放熱板に横溝を設けることでＭＯＳＦＥＴからパッケージへの熱伝導を抑制する構成について説明する説明図である。スペーサもしくは断熱素材のシートを配置することでＭＯＳＦＥＴからパッケージへの熱伝導を抑制する構成について説明する説明図である。樹脂基板から引き出したリード線にＭＯＳＦＥＴを接続ずる構成について説明する説明図である。複数の要放熱部品をモジュールとしてパッケージ外に引き出す構成について説明する説明図である。ヒートシンクを持たない場合の構成例について説明する説明図である。基板の一部に対して選択的にパッケージを形成して要放熱部品を外部に配置する場合の構成例について説明する説明図である。パッケージから引き出した要放熱部品を他の製品や筐体・車両に接続する場合の構成例を説明する説明図である。低温を保つ必要のある部品をパッケージ外部に引き出した場合の構成例を説明する説明図である。

符号の説明

１，２ａ，２ｂ，３，４ａ，４ｂ，４ｃ，５〜９，９ａ，１００電子制御装置
１０，１１，１２，１１０パッケージ
２０，２１ａ，２１ｂ，２２，２３，２４ａ，２４ｂ，２５，１２０放熱板
２２ａ貫通孔
２３ａ横溝
３０樹脂基板
３１金属基板
３２パスバー
３３樹脂
３４押さえ板
３５，３５ａリード線
３６スペーサ
４０ＭＯＳＦＥＴ
４０ｂモジュール
４１〜４３部品
４４電解コンデンサ

Claims

熱対策を必要とする要放熱部品を含む複数の部品を電気的に接続して構成した電気回路と、
前記電気回路を構成する主要な部品群を物理的に接続する基板と、
前記基板を密封するパッケージと、
を備え、
前記要放熱部品を前記パッケージの外部に配置したことを特徴とする電気回路装置。
前記パッケージの外側に放熱部材をさらに備え、前記要放熱部品は、前記放熱部材に設置されることを特徴とする請求項１に記載の電気回路装置。
前記放熱部材は、前記要放熱部品から前記パッケージへの熱伝導を抑制する熱伝導抑制構造を有することを特徴とする請求項２に記載の電気回路装置。
前記放熱部材は、前記要放熱部品と前記パッケージとの間にスペーサもしくは断熱素材を介することで前記熱伝導抑制構造を構成することを特徴とする請求項３に記載の電気回路装置。
前記放熱部材は、前記要放熱部品と前記パッケージとの間に設けた溝部もしくは孔部によって前記熱伝導抑制構造を構成することを特徴とする請求項３に記載の電気回路装置。
複数の要放熱部品を有する要放熱モジュールを前記パッケージの外部に配置したことを特徴とする請求項１〜５のいずれか一つに記載の電気回路装置。