JP2010232254A

JP2010232254A - Ｅｃｕ用混成集積回路装置

Info

Publication number: JP2010232254A
Application number: JP2009075741A
Authority: JP
Inventors: Tomoo Nishino; 智雄西野
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2009-03-26
Filing date: 2009-03-26
Publication date: 2010-10-14
Anticipated expiration: 2029-03-26
Also published as: JP5153706B2

Abstract

【課題】分離されたパワー回路部と制御回路部との接続部での接続信頼性が高く、接続部に多くのスペースを必要としない混成集積回路装置を提供する。
【解決手段】絶縁基板１の一方主面上に薄板状金属体を固着してなる配線２が設けられるとともに、少なくともスイッチング素子３１および該スイッチング素子の動作を制御する制御素子が搭載されてなり、前記スイッチング素子を備えたパワー回路部３と前記制御素子の動作を備えた制御回路部４とを有するＥＣＵ用混成集積回路装置であって、前記絶縁基板は、前記配線の固着後に前記パワー回路部を構成する第１の絶縁基板と前記制御回路部を構成する第２の絶縁基板とにレーザ加工によって分離されていることを特徴とするものである。
【選択図】図１

Description

本発明は、自動車に搭載されるＥＣＵ（Electronic Control Unit）として好適に用いられるパワー回路部と制御回路部とを組み合わせてなるＥＣＵ用混成集積回路装置に関する。

自動車に搭載されるＥＣＵ（Electronic Control Unit）として用いられる混成集積回路装置は、モーター等の装置に電流を供給する回路であるパワー回路部と、このパワー回路部を流れる電流の向きや量を調整する回路である制御回路部とで構成されている。

パワー回路部は、制御回路部からの制御信号に基づいて電流の供給を開始および停止する機能を有していて、パワー回路部にはパワーＦＥＴ（Field Effect Transistor）やパワーリレーといった大電力部品が設けられている。パワー回路部では制御回路部に比べて大電力が使用されるが、自動車用バッテリーの電圧は＋１２Ｖもしくは＋２４Ｖに限定されるため、大電力とするために電流を増やす必要がある。そうすると、パワー回路部で発せられるジュール熱は大きいものとなる。

一方、制御回路部は、パワー回路部に制御信号を出して、タイミング、電流の向き、電流の供給時間、異常が検知されたら停止させる等の機能を有していて、制御回路部には、ＮＡＮＤゲートやＮＯＲゲートなどのロジック回路および時間を図るためのクロック、またはマイコンなどの環境（熱）の影響を受けやすく高温下での動作不良を発生しやすい部品が使用されている。

したがって、制御回路部がパワー回路部で発せられる熱の影響を受け難いように、何らかの放熱手段を設けるかまたはこれらを分離して設ける必要がある。

例えば、図３に示すように、パワー回路部６１と制御回路部６２とが分離され、これらの間を、絶縁皮膜で導体が被覆されたフレキシブルテープリード６３を介して半田にて接続した混成集積回路装置やパワー回路部６１を構成する基板と制御回路部６２を構成する基板とにそれぞれ形成したソケット（不図示）同士を接続するようにした混成集積回路装置が提案されている（特許文献１を参照。）。

特開平５−３１５５３９号公報

しかしながら、これらの方法で接続しようとすると、以下の問題点がある。即ち、フレキシブルテープリード６３の場合は、フレキシブルテープリード６３とパワー回路部６１との接続部およびフレキシブルテープリード６３と制御回路部６２との接続部での接続信頼性が問題となる可能性がある。また、ソケットの場合は、接続部が多くのスペースを必要とすることになる。

本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、パワー回路部で発せられる熱が制御回路部に伝達されるのを抑制するために分離されたパワー回路部と制御回路部との接続信頼性が高く、ソケット等の広いスペースを必要としない混成集積回路装置を提供することを目的とする。

本発明は、絶縁基板の一方主面上に薄板状金属体を固着してなる配線を備えるとともに、少なくともスイッチング素子および該スイッチング素子の動作を制御する制御素子が搭載されてなり、前記スイッチング素子を備えたパワー回路部と前記制御素子を備えた制御回路部とを有するＥＣＵ用混成集積回路装置であって、前記絶縁基板は、前記配線の固着後に、前記パワー回路部を構成する第１の絶縁基板と前記制御回路部を構成する第２の絶縁基板とにレーザ加工によって分離されていることを特徴とする。

本発明によれば、配線の絶縁基板への固着後に、絶縁基板がパワー回路部を構成する第１の絶縁基板と制御回路部を構成する第２の絶縁基板とにレーザ加工によって分離されているため、パワー回路部と制御回路部との接続信頼性を高めることができるとともに、両回路部の接続にソケットが不要であることから、接続部に多くのスペースを必要としないＥＣＵ用混成集積回路装置を得ることができる。

本発明のＥＣＵ用混成集積回路装置の一実施形態を示す概略平面図である。本発明のＥＣＵ用混成集積回路装置の他の実施形態を示す概略斜視図である。従来の混成集積回路装置を示す概略断面図である。

本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。

図１は本発明のＥＣＵ用混成集積回路装置の一実施形態を示す概略平面図であり、図１に示すＥＣＵ用混成集積回路装置は、絶縁基板１の一方主面上に薄板状金属体からなる配線２が設けられるとともに、スイッチング素子３１やスイッチング素子３１の動作を制御する制御素子としてのマイクロプロセッサ４１を含む電子部品が搭載されてなり、スイッチング素子３１を備えたパワー回路部３と制御素子を備えた制御回路部４とを有する。

絶縁基板１は、アルミナ、窒化ケイ素、窒化アルミニウム、サファイアなどのセラミックスで、例えば０．２〜２．０ｍｍの厚みに形成されている。ここで、絶縁基板１は単層構造であっても多層構造であってもよく、絶縁基版１の内部に配線層や貫通導体が形成されていてもよい。絶縁基板１は、後述するようにパワー回路部３を構成する第１の絶縁基板１１と制御回路部４を構成する第２の絶縁基板１２とに分離されている。

そして、絶縁基板１の一方主面上には、薄板状金属体を固着してなる配線２が設けられている。この配線２は、銅または銀の薄板を所望の配線パターンに加工して金メッキなどが施されて、例えば厚み０．１６〜２．０ｍｍの厚みのものであり、第１の絶縁基板１１上に形成された配線２と第２の絶縁基板１２上に形成された配線２とは一体に形成されたものである。

また、絶縁基板１の一方主面上には、スイッチング素子３１を含む電子部品が搭載されている。具体的には、パワー回路部３を構成する第１の絶縁基板１１上に、例えばＭＯＳＦＥＴ（Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor）からなるスイッチング素子３１、ダイオード３２などの電子部品が搭載されている。また、制御回路部４を構成する第２の絶縁基板１２上に、パワー回路部３のスイッチング素子３１を制御するためのマイクロプロセッサ４１、トランジスタ４２、演算増幅器４３などの電子部品が搭載されている。

ここで、パワー回路部３は、制御回路部４に比べて大電流が流れ、発熱量が大きいものである。したがって、熱による影響を受けやすい制御回路部４を構成する第２の絶縁基板１２は、パワー回路部３を構成する第１の絶縁基板１１と分離されている。

そして、配線２の絶縁基板１への固着後に、絶縁基板１がパワー回路部３を構成する第１の絶縁基板１１と制御回路部４を構成する第２の絶縁基板１２とにレーザ加工によって分離されていることが重要である。絶縁基板１がこのようにして第１の絶縁基板１１と第２の絶縁基板１２とに分離されていることによって、所望の配線パターンに形成された薄板状金属体からなる配線２が、全ての領域（第１の絶縁基板１１上の配線２、第２の絶縁基板１２上の配線２、空隙５上の配線２）にわたって一体に形成されたものとなっている。

なお、図１に示す配線２は平板状（一平面上に広がる形状）に形成されたものであるが、図２に示すように、第１の絶縁基板１１と第２の絶縁基板１２との間の空隙５を図１に示す形態よりももっと幅広にするとともに、第１の絶縁基板１１の一方主面と第２の絶縁基板１２の一方主面とが対向するように、パワー回路部３と制御回路部４との間の配線２を屈曲させてもよい。また、第１の絶縁基板１１の一方主面と第２の絶縁基板１２の一方主面とが対向するように配線２を屈曲させた形態に限らず、直角に屈曲させてもよく、さらには階段状に屈曲させてもよい。このように、本発明のＥＣＵ用混成集積回路装置によれば、配線２が薄板状金属体からなるため、配置スペースにあわせて配線２を屈曲させることができ、ＥＣＵ用混成集積回路装置の配置の自由度も向上する。

以下、本発明のＥＣＵ用混成集積回路装置の製造方法について説明する。

まず、セラミックグリーンシートまたはセラミック成型体を焼成して絶縁基板１を作製する。

次に、絶縁基板１上にロウ材を所望の配線パターン形成領域に塗布したあと、銅または銀の薄板を載せて絶縁基板１に固着する。次に、パワー回路部３を構成する部位と制御回路部４を構成する部位をブロック分けできるパターンにエッチング処理を施すことによって、絶縁基板１上に所望の配線パターンに加工された銅または銀からなる薄板状金属体を形成する。その後、薄板状金属体に金メッキが施されて、所望の配線パターンを有する配線２が形成される。また、金メッキをする前に、所望の配線パターンに銅または銀メッキを施すことにより、薄板状金属体の厚みを部分的に厚くして、電流容量を増やすことで、制御回路部４を構成する絶縁基板１２に微細なパターンを形成し、パワー回路部３を構成する絶縁基板１１に電流容量が大きなパターンを形成することができる。

最後に、絶縁基板１をパワー回路部３を構成する第１の絶縁基板１１と制御回路部４を構成する第２の絶縁基板１２とにレーザ加工によって分離する。ＣＯ_２レーザやＹＡＧレーザを用いて、絶縁基板１に孔をあけるようにワンショットずつレーザを照射し、分離したい部分を直線状または曲線状に切断する。このとき、レーザエネルギーは薄板状金属体に吸収され、薄板状金属体を切断することはなく、図１に示すように、分離された第１の絶縁基板１１と第２の絶縁基板１２との間の空隙上の配線２は、ほとんどそのままの状態で残っている。

このように作製されたＥＣＵ用混成集積回路装置は、所望の配線パターンに形成された薄板状金属体からなる配線２が、第１の絶縁基板１１から第２の絶縁基板１２にわたって一体的に形成されたもの、すなわち第１の絶縁基板１１上の配線２、第２の絶縁基板１２上の配線２、空隙５上の配線２が一体に形成されたものとなる。そのため、パワー回路部３と制御回路部４との間の接続信頼性を高めることができるとともに、ソケット等の接続部を用いる必要がないために無駄に多くのスペースを必要とせず、基板間接続の作業が不要なＥＣＵ用混成集積回路装置となる。

なお、分離された２枚の絶縁基板を用意して、これらの上に薄板を固着させた後、エッチングにて所望の配線パターンを有する薄板状金属体の配線を得ようとすると、２枚の絶縁基板の間の空隙上の配線が両側からエッチングにて浸食されてしまい微細な配線パターンが形成できない。また、分離された２枚の絶縁基板を用意して、これらの上に所望の配線パターンを有する薄板状金属体からなる配線を固着させようとすると、精度よく固着させることが困難である。また、固着工程を２段階にすることは、後の工程の固着処理を先の工程の固着が劣化しない条件で行わねばならず、後の固着箇所は先の固着箇所より信頼性が低いものになってしまう。これに対し、本発明のＥＣＵ用混成集積回路装置は、空隙上の配線がエッチングにて浸食されることはなく、精度よく形成され、薄板状金属体の固着箇所の信頼性が高いものとなる。

１：絶縁基板
１１：第１の絶縁基板
１２：第２の絶縁基板
２：配線
３：パワー回路部
３１：スイッチング素子
３２：ダイオード
４：制御回路部
４１：マイクロプロセッサ
４２：トランジスタ
４３：演算増幅器

Claims

絶縁基板の一方主面上に薄板状金属体を固着してなる配線を備えるとともに少なくともスイッチング素子および該スイッチング素子の動作を制御する制御素子が搭載されてなり、前記スイッチング素子を備えたパワー回路部と前記制御素子を備えた制御回路部とを有するＥＣＵ用混成集積回路装置であって、前記絶縁基板は、前記配線の固着後に、前記パワー回路部を構成する第１の絶縁基板と前記制御回路部を構成する第２の絶縁基板とにレーザ加工によって分離されていることを特徴とするＥＣＵ用混成集積回路装置。