JP2009224707A - 発熱部品の放熱構造及び電動パワーステアリング装置のコントロールユニット並びに発熱部品集合体の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】発熱部品の放熱効果を高める。
【解決手段】複数のＭＯＳＦＥＴ１を金属板９の上面９ｂに密着状態で載置して、樹脂モールド電子部品１３を製造する。樹脂モールド電子部品１３は金属板９を離脱させることで、金属板９に接触している各放熱面１ａが、樹脂モールド部１１の金属板９に密着した取付面１１ａとともに同一面となる。樹脂モールド電子部品１３を装置ケース内に収容配置する際には、各放熱面１ａ側を装置ケースの内面に密着させた状態とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、発熱部品である例えば半導体素子などの放熱構造及び、この放熱構造を備えた電動パワーステアリング装置のコントロールユニット並びに発熱部品集合体の製造方法に関する。

従来、例えば下記特許文献１に、発熱部品である複数のＦＥＴ（電界効果トランジスタ）を、電動パワーステアリング装置におけるアシストモータの電流制御に使用することが記載されている。ここで上記した複数のＦＥＴは、金属基板上に実装され、該金属基板は、アルミダイカストよりなる放熱ケースに取り付けられる。
特開２００３−１１８２９号公報（段落０００２,００２５，００２６）

ところで、上記した発熱部品であるＦＥＴは製造誤差によって外形寸法が多少変化する場合があり、このような場合にＦＥＴを複数使用しかつ、上記金属基板上に実装してある複数のＦＥＴの金属基板と反対側の表面を、同一平面を有する放熱板に接触させて放熱させるような場合には、上記した製造誤差によって放熱板に表面が接触しないＦＥＴが発生する恐れがあり、充分な放熱効果が得られないという課題がある。

そこで、本発明は、発熱部品の放熱効果を高めることを目的としている。

本発明は、複数の発熱部品のそれぞれの一面を同一の平面部上に密着状態となるよう接触させた状態で樹脂モールド成形して発熱部品集合体を構成し、この発熱部品集合体を前記同一の平面部から離脱させて複数の発熱部品のそれぞれの一面が平面状の放熱対象部に密着する放熱面となることを特徴とする。

本発明によれば、複数の発熱部品の放熱面となるそれぞれの一面が同一平面となるよう形成されるので、この各一面が平面状の放熱対象部に密着することになって複数の発熱部品の放熱効果を高めることができる。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づき説明する。

［第１実施形態］
図１は、本発明の第１実施形態に係わる発熱部品集合体の製造方法を示す断面図である。ここでは、複数の発熱部品として半導体素子であるＭＯＳＦＥＴ（電界効果トランジスタ）１を複数（ここでは３個）樹脂モールド成形している。下型３と上型５との間にキャビティ７を形成し、このキャビティ７に対応する下型３上に、例えばアルミニウムからなる金属板９をセットし、さらにこの金属板９上に、所定間隔をおいて３個のＭＯＳＦＥＴ１を載置する。このとき、金属板９の外周縁９ａは、全周にわたりキャビティ７の外周縁から外側に突出させている。

金属板９は、ＭＯＳＦＥＴ１を載せる上面９ｂが同一の平面部を構成していて平滑な平面となっており、この上面９ｂにＭＯＳＦＥＴ１の一面としての放熱面１ａを密着状態となるように接触させる。

この状態で、キャビティ７内に、高耐熱性樹脂である例えばＰＢＴ（ポリブチレンテレフタレート）やＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）などからなる溶融樹脂を供給して樹脂モールド部１１を形成し、３個のＭＯＳＦＥＴ１をインサート成形して発熱部品集合体としての樹脂モールド電子部品１３を製造する。

なお、ＭＯＳＦＥＴ１の放熱面１ａが金属板９の上面９ｂに密着状態となるようにするために、例えば絶縁材からなる図示しない押圧部材を、あらかじめ上型５のキャビティ７内に取り付けておき、この押圧部材によりＭＯＳＦＥＴ１を金属板９に押し付けるように位置決めした状態で成形してもよい。

成形後には、型開きして図２（ａ）のように、金属板９が密着したままの樹脂モールド電子部品１３を取り出し、さらに図２（ｂ）のように樹脂モールド電子部品１３から金属板９を離脱させることで樹脂モールド電子部品１３が完成する。この状態の樹脂モールド電子部品１３は、３個のＭＯＳＦＥＴ１の放熱面１ａが互いに同一平面に形成され、かつ樹脂モールド部１１の金属板９に密着した取付面１１ａも放熱面１ａと同一面となる。

図３（ａ）は図２（ｂ）のＡ矢視図、図３（ｂ）は図２（ｂ）のＢ−Ｂ断面図で、ＭＯＳＦＥＴ１の３本の端子１ｂは樹脂モールド部１１から外部に突出している。

図４は、上記図２，図３に示した樹脂モールド電子部品１３を装置ケース１５内に配置した場合の放熱構造の一例を示している。装置ケース１５のケース内面１５ａに、樹脂モールド電子部品１３を例えばシリコンからなる絶縁シート１７を介して配置し、樹脂モールド部１１を利用して装置ケース１５に固定する。

ＭＯＳＦＥＴ１の端子１ｂは、バスバー側樹脂モールド部１９によってインサート成形したバスバー２１の突出端部２１ａに溶接（例えばレーザ溶接）によって電気的に接続する。この状態で、ＭＯＳＦＥＴ１の動作によって発生する熱は装置ケース１５に放熱される。

この際、本実施形態による放熱構造によれば、複数のＭＯＳＦＥＴ１は、製造誤差によって外形寸法が多少変化していたとしても、その各放熱面１ａが同一面に形成され、かつ樹脂モールド部１１の取付面１１ａも放熱面１ａと同一面となっているので、これら放熱面１ａ及び取付面１１ａが、放熱対象部である装置ケース１５のケース内面１５ａに絶縁シート１７を介して密着し、ＭＯＳＦＥＴ１の、稼働状態によっては極めて大きくなる発生熱を、効果的に装置ケース１５に放熱することができる。

また、複数のＭＯＳＦＥＴ１を樹脂モールド電子部品１３として一体化しているので、装置ケース１５への取り付け作業が容易になるとともに、ＭＯＳＦＥＴ１の熱を装置ケース１５に放熱していることから、専用の放熱板などの放熱部が不要になってコスト低下を図ることができる。

［第２実施形態］
図５は、上記した発熱部品の放熱構造を電動パワーステアリング装置のコントロールユニットに適用した、本発明のより具体化した第２実施形態に係わる断面図である。この電動パワーステアリング装置のコントロールユニットの装置ケース２３は図中で上部が開口しており、この開口側に蓋２５を装着している。

本実施形態では、前記第１実施形態と同様にして製造した樹脂モールド電子部品１３を、装置ケース２３内に収容配置している。但し、ここでの樹脂モールド電子部品１３は、各ＭＯＳＦＥＴ１のゲート，ソース及びドレインの３本の端子１ｂを上方の蓋２５側に向けてほぼ９０度折り曲げ、これら各端子１ｂを、バスバー２９などの後述するバスバー基板３０の樹脂モールド電子部品１３側の一端部から外部に突出している接続部２９ａなどに、溶接（例えばレーザ溶接）によりそれぞれ個別に電気的に接続する。

なお、図５では、ＭＯＳＦＥＴ１の３本の端子１ｂが、紙面に直交する方向に並べて配置されており、この３本の端子１ｂにそれぞれ対応してバスバーが配置されている。

上記した樹脂モールド電子部品１３は、装置ケース２３内の放熱対象部となる部品設置面２３ａに例えばシリコン製の絶縁シート３１を介して前記図４の樹脂モールド電子部品１３と同様に設置固定する。したがって、この実施形態においても、ＭＯＳＦＥＴ１の放熱面１ａ及び樹脂モールド部１１の取付面１１ａが、放熱対象部である装置ケース１５の部品設置面２３ａに絶縁シート１７を介して密着した状態となる。

前記したバスバー２９は、他のバスバー３３，３５などとともにバスバー基板３０の樹脂モールド部３７にインサート成形してあり、これらバスバー２９，３３，３５を一体に備えたバスバー基板３０は、部品設置面２３ａに、例えば図示しないねじなどにより固定する。

上記したバスバー基板３０の樹脂モールド部３７には適宜貫通孔３７ａ，３７ｂを形成し、これら各貫通孔３７ａ，３７ｂには、前記したバスバー３５が露出するとともに、装置ケース２３の凹部２３ｂに収容されるコンデンサやコイルなどの電気部品３９，４１の端子３９ａ，４１ａを挿入し、この端子３９ａ，４１ａを前記露出しているバスバー３５にレーザ溶接などの溶接によって電気的に接続する。

なお、バスバー２９，３３はバスバー３５よりも図５中で紙面表側に位置しており、バスバー２９，３５には大電流が流れる一方、バスバー３３には制御用の信号などが流れて大電流が流れず、バスバー３３の図５中で右側の端部付近から上方に屈曲させ突出して設けた接続部３３ａをプリント回路基板２７に半田付けにより接続している。

また、バスバー基板３０には、上記の各バスバー２９，３３，３５のほかにも多数のバスバーをインサート成形しており、これらについても大電流が流れるものについては、プリント回路基板２７に接続せず、大電流が流れないものについては、接続部３３ａと同様に接続部４３として示すようにプリント回路基板２７に接続する。

以上説明した第２実施形態においても、複数のＭＯＳＦＥＴ１は、製造誤差によって外形寸法が多少変化していたとしても、その各放熱面１ａが同一面に形成され、かつ樹脂モールド部１１の取付面１１ａも放熱面１ａと同一面となっているので、これら放熱面１ａ及び取付面１１ａが、放熱対象部である装置ケース２３の部品設置面２３ａに絶縁シート１７を介して密着し、ＭＯＳＦＥＴ１の、稼働状態によっては極めて大きくなる発生熱を、効果的に装置ケース２３に放熱することができるなど、第１実施形態と同様の効果を得ることができる。

［第３実施形態］
図６は、本発明の第３実施形態に係わる発熱部品集合体の製造方法を示す断面図である。ここでは、第１の実施形態と同様に、複数の発熱部品として半導体素子であるＭＯＳＦＥＴ（電界効果トランジスタ）１を複数（ここでは３個）樹脂モールド成形している。下型３と上型５との間にキャビティ７を形成し、このキャビティ７に対応する下型３上に、例えばアルミニウムからなる金属板９をセットし、さらにこの金属板９上に、所定間隔をおいて３個のＭＯＳＦＥＴ１を載置する。このとき、金属板９の外周縁９ａは、全周にわたりキャビティ７の外周縁から外側に突出させている。

金属板９は、ＭＯＳＦＥＴ１を載せる上面９ｂが同一の平面部を構成していて平滑な平面となっており、この上面９ｂにＭＯＳＦＥＴ１の一面としての放熱面１ａを密着状態となるように接触させる。また、金属板９は、ＭＯＳＦＥＴ１の配列方向の間隔を一定にする凸部９ｃを有していて、凸部９ｃの側面がＭＯＳＦＥＴ１の側面１ｃと接触している。すなわち、ＭＯＳＦＥＴ１は、その両側の凸部９ｃによって挟持されるようにして位置決めされた状態となっている。

この状態で、キャビティ７内に、高耐熱性樹脂である例えばＰＢＴ（ポリブチレンテレフタレート）やＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）などからなる溶融樹脂を供給して樹脂モールド部１１を形成し、３個のＭＯＳＦＥＴ１をインサート成形して発熱部品集合体としての樹脂モールド電子部品１３を製造する。

なお、ＭＯＳＦＥＴ１の放熱面１ａが金属板９の上面９ｂに密着状態となるようにするために、例えば絶縁材からなる図示しない押圧部材を、あらかじめ上型５のキャビティ７内に取り付けておき、この押圧部材によりＭＯＳＦＥＴ１を金属板９に押し付けるように位置決めした状態で成形してもよい。

成形後には、第１の実施形態と同様に、型開きして図７（ａ）のように、金属板９が密着したままの樹脂モールド電子部品１３を取り出し、さらに図７（ｂ）のように樹脂モールド電子部品１３から金属板９を離脱させることで樹脂モールド電子部品１３が完成する。この状態の樹脂モールド電子部品１３は、３個のＭＯＳＦＥＴ１の放熱面１ａが互いに同一平面に形成され、かつ樹脂モールド部１１の金属板９に密着した取付面１１ａ（図８参照）も放熱面１ａと同一面となる。

図８（ａ）は図７（ｂ）のＣ矢視図、図３（ｂ）は図２（ｂ）のＤ−Ｄ断面図で、ＭＯＳＦＥＴ１の３本の端子１ｂは樹脂モールド部１１から外部に突出している。

上記図７，図８に示した樹脂モールド電子部品１３は、前記第１の実施形態の樹脂モールド電子部品１３と同様に、前記図４に示すようにして装置ケース１５内に配置して放熱構造とすることができる。すなわち、装置ケース１５のケース内面１５ａに、樹脂モールド電子部品１３を例えばシリコンからなる絶縁シート１７を介して配置し、樹脂モールド部１１を利用して装置ケース１５に固定する。

ＭＯＳＦＥＴ１の端子１ｂは、バスバー側樹脂モールド部１９によってインサート成形したバスバー２１の突出端部２１ａに溶接（例えばレーザ溶接）によって電気的に接続する。この状態で、ＭＯＳＦＥＴ１の動作によって発生する熱は装置ケース１５に放熱される。

この際、本実施形態による放熱構造においては、第１の実施形態と同様に、複数のＭＯＳＦＥＴ１は、製造誤差によって外形寸法が多少変化していたとしても、その各放熱面１ａが同一面に形成され、かつ樹脂モールド部１１の取付面１１ａも放熱面１ａと同一面となっているので、これら放熱面１ａ及び取付面１１ａが、放熱対象部である装置ケース１５のケース内面１５ａに絶縁シート１７を介して密着し、ＭＯＳＦＥＴ１の、稼働状態によっては極めて大きくなる発生熱を、効果的に装置ケース１５に放熱することができる。

また、複数のＭＯＳＦＥＴ１を樹脂モールド電子部品１３として一体化しているので、装置ケース１５への取り付け作業が容易になるとともに、ＭＯＳＦＥＴ１の熱を装置ケース１５に放熱していることから、専用の放熱板などの放熱部が不要になってコスト低下を図ることができる。

さらに、ＭＯＳＦＥＴ１の配列方向の間隔を、金属板９の凸部９ｃによって精度よく位置決めできるため、バスバーとの溶接も容易にできる。

なお、上記した各実施形態において、樹脂モールド電子部品１３を装置ケース１５，２３内に収容配置する際に、平面状の放熱対象部となる放熱板を別途設けて、該放熱板にＭＯＳＦＥＴ１の放熱面１ａを接触させて放熱させるようにしてもよい。

図９は、上記したような各実施形態における発熱部品の放熱構造を適用した電動パワーステアリング装置のコントロールユニット構造の一例を示す分解斜視図である。但し、この分解斜視図は、前記図５に示した実施形態のものとは各部品の配置構造などが異なっており、図５のものと同一のものではない。

図９において、装置ケース２３の材質は、熱伝導性の比較的良好な金属部材（例アルミニウム合金など）であり、例えば鋳造（アルミダイキャストなど）によって形成される。この装置ケース２３には図示しないモータを収容するモータ収容部５１と、このモータ収容部５１に隣接して形成される部品収納部５３と、が隔壁５５を挟んで形成されている。

部品収納部５３には、バスバー基板３０、樹脂モールド電子部品１３及びプリント回路基板２７が収容され、いずれもねじ５６などの締結具を用いて装置ケース２３に固定される。また、本実施形態では、部品収納部５３の底部側（図２の左下側）から、樹脂モールド電子部品１３，バスバー基板３０及びプリント回路基板２７が、この順に積層され、これら各部品間に適宜な空隙をあけて配置される。かかる空隙は、装置ケース２３に対する固定位置を変化させたり、各部品間にスペーサを設けたりすることで設定することができる。

また、装置ケース２３の部品収納部５３に対応する部分には、装置ケース２３の内外を電気的接続するためのコネクタ５７，５９を設けている。コネクタ５７は、外部のＥＣＵやセンサなどにつながるハーネスを接続する信号用コネクタであり、コネクタ５９は、直流電源に繋がるハーネスを接続する電源用コネクタである。

本発明の第１実施形態に係わる発熱部品集合体の製造方法を示す断面図である。 （ａ）は、図１での製造方法によって金属板が密着した状態の樹脂モールド電子部品を取り出した状態の断面図、（ｂ）は、（ａ）の金属板を離脱させた状態の樹脂モールド電子部品の断面図である。 （ａ）は図２（ｂ）のＡ矢視図、（ｂ）は図２（ｂ）のＢ−Ｂ断面図である。 図２，図３に示した樹脂モールド電子部品を装置ケース内に配置した場合の放熱構造の一例を示す断面図である。 本発明のより具体化した第２実施形態に係わる断面図である。 本発明の第３実施形態に係わる発熱部品集合体の製造方法を示す断面図である。 （ａ）は、図６での製造方法によって金属板が密着した状態の樹脂モールド電子部品を取り出した状態の断面図、（ｂ）は、（ａ）の金属板を離脱させた状態の樹脂モールド電子部品の断面図である。 （ａ）は図７（ｂ）のＣ矢視図、（ｂ）は図７（ｂ）のＤ−Ｄ断面図である。 電動パワーステアリング装置のコントロールユニット構造の一例を示す分解斜視図である。

符号の説明

１ ＭＯＳＦＥＴ（発熱部品）
１ａ 放熱面（発熱部品の一面）
９ｂ 金属板の上面（同一の平面部）
１３ 樹脂モールド電子部品（発熱部品集合体）
１５ａ 装置ケースのケース内面（平面状の放熱対象部）
２３ａ 装置ケースの部品設置面（平面状の放熱対象部）

Claims (5)

1. 複数の発熱部品を、それぞれの一面が同一の平面部上に密着状態となるよう接触させた状態で樹脂モールド成形して発熱部品集合体を形成し、この発熱部品集合体を前記同一の平面部から離脱させて、前記複数の発熱部品の前記それぞれの一面が平面状の放熱対象部に密着する放熱面となることを特徴とする発熱部品の放熱構造。
2. 前記発熱部品集合体を装置ケース内に配置するに際し、前記複数の発熱部品の前記それぞれの一面を、前記装置ケースの前記放熱対象部となるケース内面に密着させたことを特徴とする請求項１に記載の発熱部品の放熱構造。
3. 前記発熱部品は、ＭＯＳＦＥＴであることを特徴とする請求項１または２に記載の発熱部品の放熱構造。
4. 請求項１ないし３のいずれか１項に記載の発熱部品の放熱構造を備える発熱部品集合体を装置ケース内に設けたことを特徴とする電動パワーステアリング装置のコントロールユニット。
5. 複数の発熱部品を、それぞれの一面が同一の平面部上に密着状態となるよう接触させた状態で樹脂モールド成形し、この樹脂モールド成形した複数の発熱部品を、前記それぞれの一面が平面状の放熱対象部に密着して放熱面となるよう前記同一の平面部から離脱させて発熱部品集合体とすることを特徴とする発熱部品集合体の製造方法。

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