JP2012009608A - 素子実装回路、および回路基板への半導体素子の実装方法 - Google Patents

Abstract

【課題】回路基板の熱膨張等に起因する半導体素子への負荷を低減することのできる素子実装回路基板を提供する。
【解決手段】パワー基板４９は、複数の絶縁層としての第２，第４，第６および第８層１１３，１１５，１１７，１１９と、これらの層間に配置された導電部１１４ａ，１１４ｂ，１１６ａ，１１６ｂ，１１８ａ，１１８ｂとを含む。パワー基板４９の上面１０１ａには、導電部１１４ａよりも厚みの大きい金属板６２が配置されている。ＦＥＴ５３は、金属板６２を介してパワー基板４９の上面１０１ａに実装されている。
【選択図】図５

Description

本発明は、素子実装回路、および回路基板への半導体素子の実装方法に関する。

回路基板には、ＩＣチップ等の半導体素子が実装されることがある（例えば、特許文献１〜３参照）。半導体素子は、特許文献１に記載されているように、絶縁層が１つである回路基板に実装されることがある。また、半導体素子は、特許文献２，３に記載されているように、絶縁層および導体層がそれぞれ複数設けられている多層回路基板に実装されることがある。

特開平１０−１１６９３６号公報 特開平８−２１３５１２号公報 特開平５−９０７２０号公報

特許文献１のように、絶縁層が１つの回路基板に半導体素子を実装する構成であれば、配線（導体パターン）の配置場所が少ない。したがって、導体パターンの面積を確保するために、回路基板がその主面方向に大型化してしまう。しかしながら、近年、制御装置等の装置の小型化が要請されている。特に、回路基板が車両用操舵装置に用いられる場合には、回路基板を車体内部の狭い空間に配置する必要があるので、回路基板を可及的に小型化することが要請されている。このような小型化の要請にこたえるのに、絶縁層が１つの回路基板では限界がある。

一方で、多層回路基板を用いることにより、配線スペースを確保しつつ、回路基板の小型化を達成することが考えられる。多層回路基板は、絶縁層と導体層とを交互に積み重ねて形成されている。また、この多層回路基板は、例えば回路基板の熱を放出するためのヒートシンク等のベース部材に配置されることがある。特に、多層回路基板を用いてブラシレスモータの駆動回路を形成した場合、ＦＥＴ等のスイッチング素子からの発熱量が多いので、ヒートシンクを用いた放熱構造が必要となる。

多層回路基板の絶縁層は、エポキシ樹脂等を用いて形成されており、複数層（例えば、５層以上）配置される。したがって、多層回路基板は肉厚になる。このため、多層回路基板における厚み方向の熱膨張量は、絶縁層が１つの回路基板における厚み方向の熱膨張量と比べて、絶縁層の層数倍だけ増してしまう。しかも、回路基板は、上面と下面とで熱の伝わり方に差が生じるので、上面と下面とで熱膨張量に差が出てしまう。このため、多層回路基板に反りが生じ、この反りのために、スイッチング素子に荷重が作用し、スイッチング素子に応力が生じてしまう。

引用文献２，３では、半導体素子周辺の部材の熱膨張係数を近似させることにより、回路基板の反りを抑制している。これにより、スイッチング素子に不要な負荷がかかることを抑制し、スイッチング素子に不要な応力が作用することを抑制している。しかしながら、半導体素子周辺の部材の熱膨張係数を完全に一致させることはできず、半導体素子への負荷を低減するための更なる工夫が求められている。

本発明は、かかる背景のもとでなされたもので、半導体素子への負荷を低減することのできる素子実装回路基板、および回路基板への半導体素子の実装方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明は、積層された複数の絶縁層（１１３，１１５，１１７，１１９）、および各絶縁層間に配置された導電部（１１４ａ，１１４ｂ，１１６ａ，１１６ｂ，１１８ａ，１１８ｂ）を含み、放熱板（５９ａ）上に配置される回路基板（４９）と、前記回路基板の上面（１０１ａ）に配置され、前記導電部よりも厚み（Ｄ１１）の大きい金属板（６２）と、前記金属板を介して前記回路基板の上面に実装される半導体素子（５３）と、を備えることを特徴とする素子実装回路基板（６５）を提供する（請求項１）。

本発明によれば、各絶縁層間に導電部を設けていることにより、回路基板をその平面方向に大型化することなく、導体パターン等の導電部の面積を十分に確保できる。また、回路基板の上面に補強用の金属板を介して半導体素子を実装している。したがって、半導体素子の使用時の熱等によって、回路基板が熱膨張し反り等の変形を生じたときに、この変形力が半導体素子に伝わることを、強度の高い金属板によって抑制できる。これにより、半導体素子に不要な負荷（応力）が生じることを抑制できるので、半導体素子の実装の信頼性を高くできる。このように、補強用の金属板を配置するという、簡易な構成で半導体素子への負荷を抑制できるので、回路基板の反り自体をゼロにするための手間のかかる構成を採用する必要が無い。

また、本発明において、前記回路基板の上面の少なくとも一部および前記半導体素子は、前記放熱板と線膨張係数が略等しい被覆部材（６３）で被覆されている場合がある（請求項２）。この場合、回路基板の上面および半導体素子の熱を、空気よりも熱伝導性に優れた被覆部材に逃がすことができる。したがって、素子実装回路の放熱性を高くできる。さらに、被覆部材の線膨張係数が放熱板の線膨張係数と略同じなので、回路基板の上面と下面との間で熱膨張量に差が出ることを抑制できる。よって、回路基板の歪みや反りを抑制できる。

また、本発明は、積層された複数の絶縁層、および各絶縁層間に配置された導電部を含み、放熱板上に配置される回路基板への半導体素子の実装方法において、前記回路基板の上面に前記導電部よりも厚みの大きい金属板を配置する工程と、前記金属板を介して前記回路基板の上面に前記半導体素子を実装する工程と、を含むことを特徴とする回路基板への半導体素子の実装方法を提供する（請求項３）。

本発明によれば、回路基板の上面に補強用の金属板を介して半導体素子を実装している。したがって、半導体素子の使用時の熱等によって、回路基板が熱膨張し反り等の変形を生じたときに、この変形力が半導体素子に伝わることを、強度の高い金属板によって抑制できる。これにより、半導体素子に不要な負荷（応力）が生じることを抑制できるので、半導体素子の実装の信頼性を高くできる。このように、補強用の金属板を配置するという、簡易な作業工程を採用することで半導体素子への負荷を抑制できるので、回路基板の反り自体をゼロにできるようにするための手間のかかる作業工程を採用する必要が無い。

なお、上記において、括弧内の数字等は、後述する実施形態における対応構成要素の参照符号を表すものであるが、これらの参照符号により特許請求の範囲を限定する趣旨ではない。

本発明の一実施形態に係る電動パワーステアリング装置の概略構成を示す模式図である。 操舵補助機構の概略斜視図である。 電動パワーステアリング装置の主要部の断面図である。 パワー基板の模式的な平面図である。 図４のＶ−Ｖ線に沿うパワー基板の断面図である。 図５のＦＥＴの周辺の斜視図である。 金属板の作用について説明するための主要部の側面図である。 （Ａ）〜（Ｅ）は、ＥＣＵの組付けについて説明するための主要部の模式的な断面図である。

以下には、図面を参照して、本発明の実施形態について具体的に説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係る電動パワーステアリング装置１の概略構成を示す模式図である。
図１を参照して、電動パワーステアリング装置１は、操舵部材としてのステアリングホイール２と、ステアリングホイール２の回転に連動して転舵輪３を転舵する転舵機構４と、運転者の操舵を補助するための操舵補助機構５とを備えている。ステアリングホイール２と転舵機構４とは、ステアリングシャフト６および中間軸７を介して機械的に連結されている。

本実施の形態では、操舵補助機構５がステアリングシャフト６にアシスト力（操舵補助力）を与える例に則して説明する。しかしながら、本発明を、操舵補助機構５が後述するピニオン軸にアシスト力を与える構造や、操舵補助機構５が後述するラック軸にアシスト力を与える構造に適用することも可能である。
ステアリングシャフト６は、ステアリングホイール２に連結された入力軸８と、中間軸７に連結された出力軸９とを含む。入力軸８と出力軸９とは、トーションバー１０を介して同一軸線上で相対回転可能に連結されている。

ステアリングシャフト６の周囲に配置されたトルクセンサ１１は、入力軸８および出力軸９の相対回転変位量に基づいて、ステアリングホイール２に入力された操舵トルクを検出する。トルクセンサ１１のトルク検出結果は、制御装置としてのＥＣＵ（Electronic Control Unit：電子制御ユニット）１２に入力される。また、車速センサ９０からの車速検出結果がＥＣＵ１２に入力される。中間軸７は、ステアリングシャフト６と転舵機構４とを連結している。

転舵機構４は、ピニオン軸１３と、転舵軸としてのラック軸１４とを含むラックアンドピニオン機構からなる。ラック軸１４の各端部には、タイロッド１５およびナックルアーム（図示せず）を介して転舵輪３が連結されている。
ピニオン軸１３は、中間軸７に連結されている。ピニオン軸１３は、ステアリングホイール２の操舵に連動して回転するようになっている。ピニオン軸１３の先端（図１では下端）には、ピニオン１６が設けられている。

ラック軸１４は、自動車の左右方向に沿って直線状に延びている。ラック軸１４の軸方向の途中部には、上記ピニオン１６に噛み合うラック１７が形成されている。このピニオン１６およびラック１７によって、ピニオン軸１３の回転がラック軸１４の軸方向移動に変換される。ラック軸１４を軸方向に移動させることで、転舵輪３を転舵することができる。

ステアリングホイール２が操舵（回転）されると、この回転が、ステアリングシャフト６および中間軸７を介して、ピニオン軸１３に伝達される。そして、ピニオン軸１３の回転は、ピニオン１６およびラック１７によって、ラック軸１４の軸方向移動に変換される。これにより、転舵輪３が転舵される。
操舵補助機構５は、操舵補助用の電動モータ１８と、電動モータ１８の出力トルクを転舵機構４に伝達するための伝達機構としての減速機構１９とを含む。減速機構１９は、駆動ギヤとしてのウォーム軸２０と、このウォーム軸２０と噛み合う従動ギヤとしてのウォームホイール２１とを含む。減速機構１９は、ギヤハウジング２２内に収容されている。

ウォーム軸２０は、図示しない継手を介して電動モータ１８の回転軸（図示せず）に連結されている。ウォーム軸２０は、電動モータ１８によって回転駆動される。また、ウォームホイール２１は、ステアリングシャフト６とは一体回転可能に連結されている。
電動モータ１８がウォーム軸２０を回転駆動すると、ウォーム軸２０によってウォームホイール２１が回転駆動され、ウォームホイール２１およびステアリングシャフト６が一体回転する。そして、ステアリングシャフト６の回転は、中間軸７を介してピニオン軸１３に伝達される。ピニオン軸１３の回転は、ラック軸１４の軸方向移動に変換される。これにより、転舵輪３が転舵される。すなわち、電動モータ１８によってウォーム軸２０を回転駆動することで、転舵輪３が転舵されるようになっている。

電動モータ１８は、ＥＣＵ１２によって制御される。ＥＣＵ１２は、トルクセンサ１１からのトルク検出結果、車速センサ９０からの車速検出結果等に基づいて電動モータ１８を制御する。具体的には、ＥＣＵ１２では、トルクと目標アシスト量との関係を車速毎に記憶したマップを用いて目標アシスト量を決定し、電動モータ１８の発生するアシスト力を目標アシスト量に近づけるように制御する。

図２は、操舵補助機構５の概略斜視図である。図２を参照して、制御装置としてのＥＣＵ１２を収容するためのハウジングＨは、互いに接触する第１ハウジング２３および第２ハウジング２４によって構成されている。
第１ハウジング２３および第２ハウジング２４は、それぞれ、一端が開放した概ね四角箱形に形成されている。第１および第２ハウジング２３，２４の互いの端部は、突き合わされ、且つ固定ねじ２５により互いに締結されている。

一方、電動モータのモータハウジング２６は、筒状のモータハウジング本体２７と、上記の第１ハウジング２３とにより構成されている。
また、ギヤハウジング２２は、ウォーム軸２０が収容された筒状の駆動ギヤ収容ハウジング２８と、ウォームホイール２１が収容された筒状の従動ギヤ収容ハウジング２９と、上記の第２ハウジング２４とにより構成されている。

図３は、電動パワーステアリング装置１の主要部の断面図である。図３を参照して、第１ハウジング２３および第２ハウジング２４によって、制御装置としてのＥＣＵ１２を収容する収容室３２が形成されている。
第１ハウジング２３は、収容室３２の一部を区画する第１内壁面３３を含み、第２ハウジング２４は収容室３２の一部を区画する第２内壁面３４を含み、これら第１内壁面３３および第２内壁面３４は、電動モータ１８の回転軸３５の軸方向Ｘ１に対向している。

電動モータ１８の回転軸３５およびウォーム軸２０が同軸上に並べて配置されており、両者は、継手３６を介して同軸的に動力伝達可能に連結されている。ウォーム軸２０は、第１軸受３７および第２軸受３８を介して、駆動ギヤ収容ハウジング２８に両端支持されている。回転軸３５は、第１ハウジング２３に保持された第３軸受４６およびモータハウジング本体２７に保持された第４軸受４７によって、回転可能に支持されている。

本実施形態では、電動モータ１８としてブラシレスモータが用いられている。電動モータ１８は、上記モータハウジング２６と、このモータハウジング２６内に収容されたロータ３９およびステータ４０とを含む。ロータ３９は、回転軸３５と一体回転可能に連結されている。
ステータ４０は、モータハウジング２６のモータハウジング本体２７の内周に固定されている。ステータ４０は、モータハウジング本体２７の内周に固定されたステータコア４１と、複数のコイル４２とを含む。ステータコア４１は、ステータコア４１の環状のヨークと、このヨークの内周から径方向内方へ突出する複数のティースとを含む。各コイル４２は対応するティースに巻回されている。

また、モータハウジング２６のモータハウジング本体２７と第１ハウジング２３とにより区画されるモータ室４３内には、環状またはＣ形形状をなすバスバー４５が収容されている。各ティースに巻回されたコイル４２は、バスバー４５と接続されている。バスバー４５は、各コイル４２と後述するパワー基板４９との接続部に用いられる導電接続材である。バスバー４５は、各コイル４２に、パワー基板４９からの電力を配電するための配電部材として機能する。

第１ハウジング２３は、収容室３２とモータ室４３とを仕切る仕切り壁５９を底壁として含んでいる。この仕切り壁５９に、上記第１内壁面３３が設けられている。
また、仕切り壁５９から第２ハウジング２４側に向けて延びる筒状部４８が形成されている。筒状部４８の内周には、第３軸受４６の外輪が保持されている。
収容室３２には、ＥＣＵ１２の一部を構成するパワー基板４９および制御基板５０が収容され保持されている。回路基板としてのパワー基板４９には、電動モータ１８を駆動するためのパワー回路の少なくとも一部（例えばＦＥＴ５３などのスイッチング素子）が実装されている。上記の各コイル４２と接続されたバスバー４５は、第１ハウジング２３の上記仕切り壁５９を挿通して収容室３２内に進入するバスバー端子５１を介して、パワー基板４９に接続されるようになっている。

収容室３２内において、パワー基板４９は、第１内壁面３３および第２内壁面３４のうち第１内壁面３３に相対的に近接して配置されている。第１内壁面３３を有する仕切り壁５９は、電動モータ１８の回転軸３５の軸方向Ｘ１に関しての厚みが相対的に厚い厚肉部５９ａと相対的に薄い薄肉部５９ｂとを含んでいる。厚肉部５９ａは、収容室３２内に突出するように設けられている。上記のパワー基板４９は、厚肉部５９ａにおける第１内壁面３３に接触して配置されている。厚肉部５９ａは、パワー基板４９を受ける座部となっている。

本実施の形態では、パワー基板４９は、厚肉部５９ａにおける第１内壁面３３に対して熱伝導可能に接触しており、上記の厚肉部５９ａは、パワー基板４９の熱を逃がすための放熱板として機能している。
制御基板５０は、電動モータ１８の回転軸３５の軸方向Ｘ１に関して、第２ハウジング２４の第２内壁面３４とパワー基板４９との間に配置されている。パワー基板４９および制御基板５０は、電動モータ１８の回転軸３５の軸方向Ｘ１に関して所定の間隔を隔てて配置されている。

制御基板５０には、パワー回路５２を制御する制御回路５４が実装されている。その制御回路５４は、パワー回路５２の各ＦＥＴ５３を制御するドライバと、このドライバを制御するＣＰＵとを含む。制御基板５０には、トルクセンサ１１（図１参照）等からの制御信号が図示しないコネクタを介して入力されるようになっている。
図４は、パワー基板４９の模式的な平面図である。図４を参照して、パワー基板４９には、電動モータ１８を駆動するための電気回路としてのパワー回路５２が形成されている。パワー回路５２には、発熱要素としての複数のＦＥＴ５３（電界効果型トランジスタ）が複数含まれている。パワー基板４９は、上面１０１ａにモータ駆動用の半導体素子としてのＦＥＴ５３が実装された多層回路基板である。パワー回路５２には、バッテリ等の電源（図示せず）に接続されたバスバー５５，５６から電力が供給されるようになっている。

図５は、図４のＶ−Ｖ線に沿うパワー基板４９の断面図である。図５を参照して、第１ハウジング２３の厚肉部５９ａの第１内壁面３３（上面）に、パワー基板４９が設置されている。パワー基板４９は、図示しないねじを用いて厚肉部５９ａに固定されている。
パワー基板４９、ＦＥＴ５３および後述する金属板６２によって、素子実装回路基板６５が形成されている。

パワー基板４９は、基板本体１０１と、金属ベース１０２とを備えている。
基板本体１０１は、絶縁体からなる絶縁層と、導電体を含む層とを積層してなる。具体的には、基板本体１０１は、基板本体１０１の表面層としての第１層１１２と、第２層１１３と、第３層１１４と、第４層１１５と、第５層１１６と、第６層１１７と、第７層１１８と、基板本体１０１の裏面層としての第８層１１９と、を含んでいる。各上記第１〜第８層１１２〜１１９が、パワー基板４９の厚み方向Ｄ１に沿ってこの順に配置されている。厚み方向Ｄ１は、回転軸３５の軸方向Ｘ１と平行である。

偶数番目の層としての第２，第４，第６および第８層１１３，１１５，１１７，１１９は、絶縁体からなる絶縁層を構成しており、互いに略同じ厚みを有している。この絶縁層として、基材としての合成樹脂材料に、セラミックの粉末やガラス繊維等の、合成樹脂材料よりも熱伝導率が高い熱伝導材を添加したものを例示することができる。これにより、基板本体１０１の熱伝導性を高めており、熱抵抗が小さくされている。

奇数番目の層としての第１，第３，第５および第７層１１２，１１４，１１６，１１８は、それぞれ、導体を含む層を構成しており、互いに略同じ厚みを有している。これら第３，第５および第７層１１４，１１６，１１８は、絶縁層としての第２，第４，第６および第８層１１３，１１５，１１７，１１９の間に配置されている。このように、導体を含む層は、４層以上（本実施形態において、４層）設けられている。

第１層１１２は、導電部１１２ａ，１１２ｂと、レジスト層としての絶縁部１１２ｃとを含んでいる。導電部１１２ａ，１１２ｂは、銅等の金属を用いて形成された導体パターンである。絶縁部１１２ｃは、上記第２層１１３と同様の材料を用いて形成されており、導電部１１２ａ，１１２ｂが互いに直接接触しないように、これらの導電部１１２ａ，１１２ｂをそれぞれ取り囲んでいる。

第３層１１４、第５層１１６および第７層１１８は、それぞれ、第１層１１２と同様の構成を有している。すなわち、第３層１１４は、導電部１１４ａ，１１４ｂと、絶縁部１１４ｃとを含んでいる。第５層１１６は、導電部１１６ａ，１１６ｂと、絶縁部１１６ｃとを含んでいる。第７層１１８は、導電部１１８ａ，１１８ｂと、絶縁部１１８ｃとを含んでいる。

金属ベース１０２は、アルミニウム合金等の熱伝導性に優れた材料を用いて形成されている。金属ベース１０２の上面１０２ａは、基板本体１０１の下面１０１ｂに接着剤等を用いて固定されており、両者が全面的に面接触している。
金属ベース１０２の下面１０２ｂは、その全部が、厚肉部５９ａの第１内壁面３３に面接触している。これにより、基板本体１０１から金属ベース１０２に伝わった熱を、厚肉部５９ａに十分に逃がすことができる。

第１層１１２の導電部１１２ａ，１１２ｂは、ランドを形成している。導電部１１２ａ，１１４ａ，１１６ａ，１１８ａは、厚み方向Ｄ１に並んで配置されている。導電部１１２ｂ，１１４ｂ，１１６ｂ，１１８ｂは、厚み方向Ｄ１に並んで配置されている。
導電部１１２ａの上面には、第１半田６１を介して、金属板６２が実装されている。第１半田６１は、導電部１１２ａと金属板６２とを互いに固定し、且つ、導電部１１２ａと金属板６２とを電気的に接続している。

図６は、図５のＦＥＴ５３の周辺の斜視図である。図５および図６を参照して、金属板６２は、この金属板６２上に配置されるＦＥＴ５３にパワー基板４９からの荷重（力）が伝わることを抑制する補強金属板として設けられている。
この金属板６２は、例えば、銅、ニッケルその他の金属製の板金からなる。好ましくは、金属板６２は、矩形形状の銅板によって形成される。この金属板の厚みＤ１１は、各導電部１１２ａ，１１２ｂ，１１４ａ，１１４ｂ，１１６ａ，１１６ｂ，１１８ａ，１１８ｂの厚みＤ１２よりも厚い（Ｄ１１＞Ｄ１２）。

例えば、導電部１１４ａの厚みＤ１２が０．１ｍｍであるのに対して、金属板６２の厚みＤ１１は、０．５ｍｍ以上に設定される。厚みＤ１１が０．５ｍｍ以上であれば、金属板６２の曲げ剛性等の剛性が十分に確保される。したがって、パワー基板４９の熱による反りに起因する力がＦＥＴ５３に作用することを十分に抑制できる。
金属板６２の厚みＤ１１の下限は、好ましくは、０．６ｍｍに設定される。また、金属板６２の厚みＤ１１の上限は、好ましくは、１．５ｍｍに設定される。厚みＤ１１の上限が１．５ｍｍを超えると、後述するボンディングワイヤ１０７の一端と他端との取付け位置の高さの差Ｄ１３が大きくなってしまう。

金属板６２は、厚み方向Ｄ１と直交する方向において、導電部１１２ａの配置領域内に配置されている。すなわち、金属板６２は、厚み方向Ｄ１と直交する方向において、導電部１１２ａの面積以下の面積を有している。
金属板６２の上面には、めっき層１０６が形成されている。めっき層１０６は、例えば、ニッケル金めっき（Ｎｉ＋Ａｕめっき）である。めっき層１０６には、第２半田６４を用いて、ＦＥＴ５３が接合されている。これにより、ＦＥＴ５３は、金属板６２を介して導電部１１２ａに実装されている。

すなわち、ＦＥＴ５３は、金属板６２を介して基板本体１０１の上面１０１ａにベアチップ実装されている。ＦＥＴ５３は、厚み方向Ｄ１と直交する方向に見て、金属板６２の配置領域内に配置されている。すなわち、ＦＥＴ５３は、厚み方向Ｄ１と直交する方向に見て、金属板６２の面積以下の面積を有している。
ＦＥＴ５３と導電部１１２ｂとは、ワイヤボンディングを用いて電気的に接続されている。具体的には、導電部１１２ｂの上面に複数のボンディングワイヤ１０７の一端が接合されている。また、ＦＥＴ５３の上面に各ボンディングワイヤ１０７の他端が接合されている。ボンディングワイヤ１０７は、例えば、アルミワイヤである。

図５を参照して、基板本体１０１には、層間接続用のビアホール１０８ａ〜１０８ｆが形成されている。各ビアホール１０８ａ〜１０８ｆは、基板本体１０１のうち、裏面層としての第８層１１９以外の層、すなわち、第１〜第７層１１２〜１１８を貫く層間接続孔である。また、ビアホール１０８ａ〜１０８ｆは、基板本体１０１の放熱性を増すためのものでもある。ビアホール１０８ａ〜１０８ｄは、ＦＥＴ５３が実装されている導電部１１２ａに対応して形成されている。ビアホール１０８ｄ，１０８ｅは、導電部１１２ｂに対応して形成されている。

ビアホール１０８ａ〜１０８ｄは、それぞれ、第１層１１２の導電部１１２ａ、第２層１１３、第３層１１４の導電部１１４ａ、第４層１１５、第５層１１６の導電部１１６ａ、第６層１１７および第７層１１８の導電部１１８ａを貫いている。
ビアホール１０８ｄ，１０８ｅは、それぞれ、第１層１１２の導電部１１２ｂ、第２層１１３、第３層１１４の導電部１１４ｂ、第４層１１５、第５層１１６の導電部１１６ｂ、第６層１１７および第７層１１８の導電部１１８ｂを貫いている。

ビアホール１０８ａ〜１０８ｄには、それぞれ、銅からなる円筒状の金属メッキの内側に金属ペーストや樹脂等を充填して構成されるピン部材１０９が圧入されている。これにより、各導電部１１２ａ，１１４ａ，１１６ａ，１１８ａは、ピン部材１０９を介して電気的に接続されている。
また、ビアホール１０８ｄ，１０８ｅには、それぞれ、ピン部材１０９と同様の構成を有するピン部材１１０が圧入されている。これにより、各導電部１１２ｂ，１１４ｂ，１１６ｂ，１１８ｂは、ピン部材１１０を介して電気的に接続されている。

上記の構成により、各導電部１１２ａ，１１２ｂの熱は、対応するピン部材１０９，１１０を介して、第８層１１９に伝わり、さらに金属ベース１０２から第１ハウジング２３の厚肉部５９ａに伝わる。
ＦＥＴ５３は、スイッチング素子として機能することから発熱量が多い（例えば、１Ｗ以上）。このため、ＦＥＴ５３が実装される導電部１１２ａに対応して複数のピン部材１０９が設けられている。これにより、ＦＥＴ５３からの熱をより多く厚肉部５９ａに伝えることができる。

基板本体１０１の上面１０１ａは、被覆部材６３で被覆されている（図５において、２点鎖線で図示）。被覆部材６３の線膨張係数は、第１ハウジング２３の厚肉部５９ａの線膨張係数と略等しくされている。また、この被覆部材６３の線膨張係数は、ボンディングワイヤ１０７の線膨張係数と略等しくされている。
被覆部材６３として、銅の線膨張係数（１８×１０^−６／℃）やアルミニウムの線膨張係数（２４×１０^−６／℃）と略同じ線膨張係数を有するエポキシ樹脂を例示することができる。

被覆部材６３は、基板本体１０１の上面１０１ａの少なくとも一部を覆っている。本実施形態において、被覆部材６３は、基板本体１０１の上面１０１ａの全面を覆っている。これにより、被覆部材６３は、各導電部１１２ａ，１１２ｂ、金属板６２、ＦＥＴ５３および各ボンディングワイヤ１０７を覆っている。
以上が電動パワーステアリング装置１の概略構成である。

パワー基板４９は、厚み方向Ｄ１に多数の層１１１〜１１９が積層された構成であるため、基板本体１０１の上面１０１ａと金属ベース１０２の下面１０２ｂとの熱膨張量に差が生じることがある。その結果、図７に示すように、パワー基板４９に反りが生じる場合がある（図７では、パワー基板４９が下向きに凸となるように反った状態を誇張して表示している）。この場合でも、金属板６２が設けられていることにより、パワー基板４９の反りによる力は、金属板６２で受けられ、ＦＥＴ５３にまで至らないようにされている。

次いで、ＥＣＵ１２の組付け方法（製造方法）の要点を説明する。
図８（Ａ）を参照して、まず、パワー基板４９を用意する。このパワー基板４９の上面１０１ａ上の導電部１１２ａに金属板６２を配置し、第１半田６１を用いて金属板６２を固定する。次に、図８（Ｂ）に示すように、金属板６２のめっき層１０６の上に、ＦＥＴ５３を配置し、第２半田６４を用いてＦＥＴ５３を固定する。これにより、金属板６２を介して上面１０１ａにＦＥＴ５３が実装される。

その後、図８（Ｃ）に示すように、ボンディング装置１３０を用いて、ＦＥＴ５３とパワー基板４９の導電部１１２ｂとをボンディングワイヤ１０７で接続する。このワイヤボンディングの後は、図８（Ｄ）に示すように、充填装置１３１を用いて、パワー基板４９の上面１０１ａに樹脂モールド剤１３２を充填する。樹脂モールド剤１３２は、流動性を有しており、充填装置１３１によって、上面１０１ａ上に充填される。

上面１０１ａ上への樹脂モールド剤１３２の充填が完了すると、図８（Ｅ）に示すように、例えばキュアリング装置１３３を用いて、樹脂モールド剤１３２に紫外線を照射することで、樹脂モールド剤１３２を硬化させる。これにより、樹脂モールド剤１３２が被覆部材６３となる。
以上説明したように、本実施形態によれば、各絶縁層１１３，１１５，１１７，１１９間に導電部１１４ａ，１１４ｂ，１１６ａ，１１６ｂ，１１８ａ，１１８ｂを設けていることにより、パワー基板４９をその平面方向に大型化することなく、導電部１１２ａ，１１２ｂ，１１４ａ，１１４ｂ，１１６ａ，１１６ｂ，１１８ａ，１１８ｂの合計の面積を十分に確保できる。

また、パワー基板４９の上面１０１ａに補強用の金属板６２を介してＦＥＴ５３を実装している。したがって、ＦＥＴ５３の使用時の熱等によって、パワー基板４９が熱膨張し反り等の変形を生じたときに、この変形力がＦＥＴ５３に伝わることを、強度の高い金属板６２によって抑制できる。これにより、ＦＥＴ５３に不要な負荷（応力）が生じることを抑制できるので、ＦＥＴ５３の実装の信頼性を高くできる。

このように、補強用の金属板６２を配置するという、簡易な構成でＦＥＴ５３の負荷を抑制できるので、パワー基板４９の反り自体をゼロにするための手間のかかる構成を採用する必要が無い。
すなわち、補強用の金属板６２を配置するという、安価な作業工程を採用することで、ＦＥＴ５３への負荷を抑制することができる。よって、パワー基板４９の反り自体をゼロにできるようにするための手間のかかる作業工程を採用する必要が無い。

また、パワー基板４９の上面１０１ａ、金属板６２、ＦＥＴ５３およびボンディングワイヤ１０７は、放熱板としての厚肉部５９ａと線膨張係数が略等しい被覆部材６３で被覆されている。これにより、パワー基板４９の上面１０１ａおよびＦＥＴ５３の熱を、空気よりも熱伝導性に優れた被覆部材６３に逃がすことができる。したがって、ＦＥＴ５３の放熱性を高くできる。さらに、被覆部材６３の線膨張係数が厚肉部５９ａの線膨張係数と略同じなので、パワー基板４９の上面１０１ａと下面１０２ｂの熱膨張量に差が出ることを抑制できる。よって、パワー基板４９の歪みや反りを抑制できる。

特に、ＥＣＵ１２は、車両用操舵装置としての電動パワーステアリング装置１に適用されるので、車体内の狭くて放熱性を確保し難い環境下で使用されることになる。しかしながら、ＥＣＵ１２における放熱性が優れている。したがって、ＥＣＵ１２は、電動パワーステアリング装置１への適用に好適である。
本発明は、以上の実施形態の内容に限定されるものではなく、請求項記載の範囲内において種々の変更が可能である。

例えば、第１半田６１に代えて導電性を有する接着剤（導電接着剤）を用いてもよいし、第２半田６４に代えて導電性を有する接着剤（導電接着剤）を用いてもよい。また、金属板６２と導電部１１２ａとは、絶縁されていてもよい。
また、ＦＥＴ５３以外の他の半導体素子を実装する構成に本発明を適用してもよい。さらに、被覆部材６３は、パワー基板４９上のＦＥＴ５３のみを被覆してもよい。また、被覆部材６３を省略してもよい。

また、前述の実施形態において、回路基板としてパワー基板４９を例示したけれども、これに限定されない。
また、上述の実施形態では、いわゆるコラムアシスト式の電動パワーステアリング装置に本発明が適用された例について説明したが、これに限らず、いわゆるピニオンアシスト式の電動パワーステアリング装置や、いわゆるラックアシスト式の電動パワーステアリング装置等、他の形式の電動パワーステアリング装置に、本発明を適用してもよい。

また、上述の実施形態では、電動モータの出力を操舵補助力として出力する電動パワーステアリング装置に本発明が適用された例について説明したが、これに限らない。例えば、操舵部材の操舵角に対する転舵輪の転舵角の比を変更可能な伝達比可変機構を備え、伝達比可変機構を駆動するために電動モータの出力を用いる伝達比可変式の車両用操舵装置や、操舵部材と転舵輪との機械的な連結が解除され、転舵輪を電動モータの出力で操向するステア・バイ・ワイヤ式の車両用操舵装置等に、本発明を適用してもよい。

また、車両用操舵装置以外の他の一般の装置に本発明を適用してもよい。

４９…パワー基板（回路基板）、５３…ＦＥＴ（半導体素子）、５９ａ…厚肉部（放熱板）、６２…金属板、６３…被覆部材、６５…素子実装回路基板、１０１ａ…上面、１１３，１１５，１１７，１１９…層（絶縁層）、１１４ａ，１１４ｂ，１１６ａ，１１６ｂ，１１８ａ，１１８ｂ…導電部、Ｄ１１…金属板の厚み。

Claims (3)

1. 積層された複数の絶縁層、および各絶縁層間に配置された導電部を含み、放熱板上に配置される回路基板と、
   前記回路基板の上面に配置され、前記導電部よりも厚みの大きい金属板と、
   前記金属板を介して前記回路基板の上面に実装される半導体素子と、を備えることを特徴とする素子実装回路基板。
2. 請求項１において、前記回路基板の上面の少なくとも一部および前記半導体素子は、前記放熱板と線膨張係数が略等しい被覆部材で被覆されていることを特徴とする素子実装回路基板。
3. 積層された複数の絶縁層、および各絶縁層間に配置された導電部を含み、放熱板上に配置される回路基板への半導体素子の実装方法において、
   前記回路基板の上面に前記導電部よりも厚みの大きい金属板を配置する工程と、
   前記金属板を介して前記回路基板の上面に前記半導体素子を実装する工程と、を含むことを特徴とする回路基板への半導体素子の実装方法。

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