JP2013004953A - 電子制御装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】基板10は、樹脂を含んで形成される。MOS40は、半導体チップ41、モールド樹脂43、端子42および放熱板44を有し、その端子42が基板10の表面の配線14に実装される。MOS40の放熱板44に接続される蓄熱体60は、MOS40の生じる熱を蓄熱可能な熱容量を有する。絶縁シート70は、蓄熱体60に当接する。ヒートシンク20は、絶縁シート70に当接し、蓄熱体60の熱を伝熱可能である。これにより、MOS40に短時間で大電流が流れた場合、放熱板44とともに蓄熱体60が熱貯めとなる。一方、MOS40に断続的に長時間電流が流れた場合、蓄熱体60から絶縁シート70を経由してヒートシンク20に伝熱する。
【選択図】図1
Description
電動式パワーステアリングシステムは、車両が低速状態または停止状態のときに運転者がステアリングホイールを操作すると、MOSに短時間に大電流が流れる。これにより、MOSが短時間に発熱する。このため、電子制御装置は、MOSの放熱性に応じて通電可能な電流が制限されている。
電子制御装置のMOSに通電可能な電流が例えば33Aに制限されている場合、電子制御装置を軽自動車に適用することが可能である。一方、その電子制御装置を普通自動車に展開することは困難である。
特許文献1に記載の第5〜第11実施形態(特許文献1の図9〜図15)では、基板のMOSが位置する箇所にVIAホールを設け、そのVIAホール内にシリコンを基材としたグリスを充填している。MOSが位置する基板の裏面には、グリスを挟んでヒートシンクが設けられている。これにより、MOSの発する熱は、VIAホールおよびグリスを経由してヒートシンクに伝熱する。
また、特許文献1に記載の第3および第4実施形態(特許文献1の図7および図8)では、MOSが位置する箇所の基板の裏面にグリスを挟んで第1ヒートシンクが設けられ、MOSの基板と反対側にグリスを挟んで第2ヒートシンクが設けられている。これにより、MOSの発する熱は、グリスを経由して第1ヒートシンクと第2ヒートシンクとに伝熱する。
特許文献2では、基板を収容するケースの内側に箱状のグリス保持部が設けられている。そのグリス保持部にグリスが充填され、基板に実装されたトランジスタがそのグリスに埋め込まれている。これにより、トランジスタの発する熱は、グリスを経由してグリス保持部からケースに伝熱する。
また、特許文献1、2では、グリスの多用またはVIAホールの形成により製造上のコストが高くなることが懸念される。
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、温度上昇を抑制可能な電子制御装置を提供することを目的とする。
樹脂を含んで形成される基板は、表面および裏面の少なくとも一方に配線およびランドを有する。
半導体モジュールは、スイッチング機能を有する半導体チップ、この半導体チップと電気的に接続する端子、半導体チップと端子とをモールドするモールド樹脂、および、少なくとも一方の面がモールド樹脂から露出し半導体チップの生じる熱が伝熱可能な放熱板を有し、基板の表面の配線に端子が実装される。
蓄熱体は、半導体チップの生じる熱を蓄熱可能な熱容量を有する金属から形成され、半導体モジュールの放熱板に接続される。
絶縁体は、蓄熱体または半導体モジュールに当接する。
ヒートシンクは、絶縁体に当接し、蓄熱体および半導体モジュールの熱を伝熱可能である。
これにより、半導体チップの生じる熱は、放熱板から蓄熱体に伝熱する。このため、半導体モジュールに短時間で大電流を流した場合、放熱板とともに蓄熱体が熱貯めとなり、半導体モジュールの温度上昇を抑制することができる。したがって、半導体モジュールに通電可能な電流値を高めることができる。
一方、半導体モジュールに断続的に長時間電流が流れた場合、蓄熱体または半導体モジュールから絶縁体を経由してヒートシンクに伝熱する。このため、放熱可能な面積が増大するので、半導体モジュールの温度上昇を抑制することができる。
したがって、半導体モジュールの有する熱容量を大きくすることで、半導体モジュールに短時間に大電流を流すことが可能になる。よって、放熱板の小さな半導体モジュールを樹脂基板に実装することで、電子制御装置の製造コストを低減することができる。
これにより、半導体チップの生じる熱は、放熱板から蓄熱体に直接伝熱する。
これにより、放熱板から蓄熱体への熱抵抗が小さくなる。
蓄熱体は、基板の孔に挿通され半導体モジュールの放熱板に接続される挿通部と、この挿通部から基板の裏面側に延び絶縁体に当接する伝熱部とを有する。
蓄熱体を基板の孔に挿通することで、半導体モジュールから基板の裏面側に設けられたヒートシンクへの熱抵抗を小さくすることができる。
また、基板の裏面側に蓄熱体を設けることで、半導体モジュール以外の電子部品を基板に実装可能な面積を広範囲に確保することができる。
これにより、蓄熱体からヒートシンクへの放熱面積が大きくなる。したがって、半導体モジュールに断続的に長時間電流を流したとき、半導体モジュールの温度上昇を抑制することができる。
これにより、蓄熱体からヒートシンクへの放熱面積を大きくすることが可能になる。
これにより、放熱板と蓄熱体との熱抵抗を小さくすることができる。
基板の裏面のランドと当接部とが当接する面は、伝熱部が基板に向き合う面よりも小さい。
これにより、蓄熱体において、当接部の基板側の端面と伝熱部のヒートシンク側の端面との距離を容易、かつ、正確に設定することが可能になる。また、クリームはんだを塗布したランドに当接部を当接する際、小さな押圧力でランドと当接部とを当接させることが可能になる。このため、基板に複数の半導体モジュール、および、その半導体モジュールに対応する複数の蓄熱体を実装したとき、複数の蓄熱体のヒートシンク側の端面を同一平面上に揃えることができる。したがって、複数の蓄熱体からヒートシンクへ熱を伝えやすくすることができる。
ケース本体は、上面および側面を有する。
爪は、ケース本体の側面から延びてヒートシンクにかしめられる。
押圧部は、ケース本体から基板または半導体モジュール側へ突出し、爪がヒートシンクにかしめられることで半導体モジュールのヒートシンクと反対側の端面、または基板の表面を押圧可能である。
これにより、蓄熱体とヒートシンクとの間に設けられる絶縁体が圧縮される。このため、蓄熱体とヒートシンクとの距離が短くなるので、蓄熱体とヒートシンクとの熱抵抗を小さくすることができる。
ケース本体の側面に押圧部を設けることで、爪のかしめによる力が押圧部に有効に作用する。したがって、押圧部は、基板を通じて絶縁体をヒートシンク側へ確実に押圧することができる。
蓄熱体は、半導体モジュールの放熱板が当接する基板の表面のランドに当接することで、放熱板に接続される。
これにより、半導体チップの生じる熱は、放熱板からランドを経由して蓄熱体に伝熱する。このため、半導体モジュールに大電流を流したとき、蓄熱体が熱貯めとなり、半導体モジュールの温度上昇を抑制することができる。
これにより、放熱板と蓄熱体との熱抵抗を小さくすることができる。
これにより、蓄熱体からヒートシンクへの放熱面積を大きくすることができる。
これにより、半導体モジュールに短時間で大電流を流したとき、蓄熱体が熱貯めとなり、半導体モジュールの温度上昇を抑制することができる。
一方、半導体モジュールに断続的に長時間電流が流れた場合、蓄熱体からヒートシンクに伝熱するので、半導体モジュールの温度上昇を抑制することができる。
これにより、半導体モジュールの生じる熱は、蓄熱体から基板の板厚方向に延びる配線を経由し、蓄熱体に伝熱する。
これにより、蓄熱体と放熱板とをはんだ付けすることなしに、固定することができる。
これにより、半導体モジュールの熱は、蓄熱体から絶縁体を経由してヒートシンクへ伝熱すると共に、ねじを経由して伝熱する。したがって、蓄熱体からヒートシンクへ熱を伝えやすくすることができる。
(第1実施形態)
本発明の第1実施形態による電子制御装置を図1〜図6に示す。電子制御装置1は、図2に示すように、車両の電動式パワーステアリングシステム2に用いられる。電子制御装置1は、バッテリー3から供給される電流をスイッチングし、ステアリングホイール4による操舵のアシスト力を発生するためのモータ5を駆動制御するものである。
基板10は、例えばガラス織布とエポキシ樹脂からなるFR−4等のプリント配線板である。この基板10に表面実装される半導体モジュールとしてのモス電界効果トランジスタ(以下、「MOS」という)40は、例えばHブリッジ回路を構成しており、コネクタ50を経由してバッテリー3から供給される電流をスイッチングし、モータ5に供給する駆動電流を作る。
基板10に実装される図示しないマイクロコンピュータは、トルクセンサ6から入力される操舵トルク信号及びコントロールエリアネットワーク7から入力される車速信号などに基づき、モータ5の回転方向及び回転トルクを算出し、ドライバから信号を出力することで、MOS40のスイッチングを制御する。また、マイクロコンピュータは、MOS40の発熱する温度をモニタリングしている。
基板10には、コンデンサ51、コイル52、リレー53等が実装されている。コンデンサ51は、MOS40のスイッチングによって生じるサージ電圧を吸収する。コイル52は、電源ノイズを低減する。リレー53は、MOS40の温度が一定以上になると通電を制御する。
MOS40は、半導体チップ41、2本の端子42、モールド樹脂43および放熱板44などから構成される。
半導体チップ41は、p型またはn型のシリコン基板上に形成されたスイッチング素子である。モールド樹脂43は、略直方体状に形成され、半導体チップ41を封止し、衝撃または湿気などから半導体チップ41を保護している。
一方の端子42は、一端がモールド樹脂内で半導体チップ41のソースにボンディングワイヤ45によって電気的に接続され、他端がモールド樹脂43から突出している。
他方の端子は、一端がモールド樹脂内で半導体チップ41のゲートにボンディングワイヤによって電気的に接続され、他端がモールド樹脂43から突出している。
放熱板44は、例えば銅から略直方体状に形成され、一方の面がモールド樹脂43に接続され、他方の面がモールド樹脂43から露出している。放熱板44は、半導体チップ41が生じる熱が伝熱される。また、放熱板44は、モールド樹脂内で半導体チップ41のドレインにボンディングワイヤ46によって電気的に接続されている。
2本の端子42は、基板10の表面の配線11にはんだ付けされている。
挿通部61は、基板10の孔13に挿通され、MOS40の放熱板44にはんだ付けされている。挿通部61の直径は、放熱板44の対角線以上の長さである。したがって、挿通部61の放熱板側の面の面積は、放熱板44の挿通部側の面の面積以上である。
伝熱部62は、挿通部61から基板10の裏側に延びている。伝熱部62は、基板10の裏面のランド12にはんだ付けされている。伝熱部62は、挿通部61よりも基板10の延びる方向に大きく形成されている。したがって、伝熱部62がヒートシンク20と向き合う面の面積は、挿通部61が放熱板44に接続する面の面積よりも大きい。
蓄熱体60は、半導体チップ41に所定の時間で大電流が流れた場合、半導体チップ41の生じる熱を蓄熱可能な熱容量を有する。また、蓄熱体60は、半導体チップ41の生じる熱を絶縁シート70を経由し、ヒートシンク20に伝熱する。
ヒートシンク20は、例えばアルミから形成され、絶縁シート70の蓄熱体60と反対側に設けられる。ヒートシンク20は、蓄熱体60から伝導する熱を蓄熱可能な熱容量を有する。また、ヒートシンク20は、熱を外気へ放熱する。なお、発熱量が小さい場合はヒートシンク20および絶縁シート70はなくても良い。
ケース30は、ケース本体31、4個の爪32および押圧部33を有する。ケース30は、基板10、MOS40、蓄熱体60、絶縁シート70およびヒートシンク20を覆っている。
ケース本体31は、上面35および側面36を有する。爪32は、ケース本体31の側面36からヒートシンク20の裏面に略L型に延び、ヒートシンク20の裏面にかしめられる。
押圧部33は、ケース本体31の上面35からMOS側に突出している。押圧部33は、爪32がヒートシンク20にかしめられることで、MOS40をヒートシンク側へ押圧する。これにより、蓄熱体60と絶縁シート70とヒートシンク20とが密着するとともに、絶縁シート70が圧縮される。
まず、基板10の裏面のランド12にはんだペーストを塗布する。
次に、基板10の孔13に蓄熱体60を挿入し、ランド12に蓄熱体60を設置する。
続いて、リフロー炉で加熱した後、冷却する。これにより、基板10に蓄熱体60が実装される。
続いて、MOS40の放熱板44を、蓄熱体60の基板表面側の端面に設置する。また、MOS40の端子42、コンデンサ51、コイル52、リレー53およびコネクタ50などをそれぞれ基板10の表面の各配線11に設置する。
そしてリフロー炉で加熱した後、冷却する。これにより、基板10に電子部品が実装される。
電子部品の実装された基板10を絶縁シート70を挟んでヒートシンク20に設置する。
その後、電子部品の実装された基板10にケース30を被せ、ケース30の爪32をヒートシンク20にかしめる。これにより、電子制御装置1が完成する。
(1)第1実施形態では、MOS40の生じる熱は、放熱板44から蓄熱体60に直接伝熱する。このため、例えば車両が低速状態または停止状態のときに運転者がステアリングホイール4を操作し、MOS40に短時間で大電流が流れた場合、放熱板44とともに蓄熱体60が熱貯めとなり、MOS40の温度上昇を抑制することができる。したがって、MOS40に通電可能な電流値を高めることができる。
一方、例えば車両が走行状態のときにMOS40に断続的に長時間電流が流れた場合、蓄熱体60から絶縁シート70を経由してヒートシンク20に伝熱する。このため、放熱可能な面積が増大するので、MOS40の温度上昇を抑制することができる。
したがって、放熱板44の小さなMOS40を使用し、短時間に大電流を流すことが可能になる。よって、電動式パワーステアリングシステム2に用いられる電子制御装置1の製造コストを低減することができる。
(2)第1実施形態では、基板10に設けられた孔13から基板10の裏面側に蓄熱体60を設けることで、MOS40以外の電子部品を基板10に実装可能な面積を広範囲に確保することができる。したがって、設計の自由度を高めることができる。
(3)第1実施形態では、挿通部61の放熱板側の面の面積が、放熱板44の挿通部側の面の面積以上である。これにより、放熱板44から蓄熱体60への熱抵抗を小さくすることができる。よって、MOS40に短時間電流を流したとき、MOS40の温度上昇を抑制することができる。
(4)第1実施形態では、伝熱部62がヒートシンク20と向き合う面の面積は、挿通部61が放熱板44に接続する面の面積よりも大きい。したがって、蓄熱体60からヒートシンク20への熱抵抗が小さくなり、熱が伝わりやすくなる。よって、MOS40に断続的に長時間電流を流したとき、MOS40の温度上昇を抑制することができる。
(5)第1実施形態では、ケース30の押圧部33がMOS40をヒートシンク側に押圧することで、蓄熱体60と絶縁シート70とヒートシンク20とが密着するとともに、絶縁シート70が圧縮される。これにより、蓄熱体60とヒートシンク20との距離が短くなるので、蓄熱体60とヒートシンク20との熱抵抗を小さくすることができる。
本発明の第2実施形態による電子制御装置を図7〜図12に示す。以下、複数の実施形態において上述した第1実施形態と実質的に同一の構成には同一の符号を付して説明を省略する。
第2実施形態では、図7および図8に示すように、蓄熱体60は、伝熱部62の各コーナー部分に、伝熱部62から基板側へ延びる当接部63を有する。蓄熱体60は、当接部63と伝熱部62と挿通部61とを一体で有する。
蓄熱体60は、当接部63の基板側の端面と、伝熱部62のヒートシンク側の端面との距離Hが正確に形成されている。
当接部63は、基板10に平行な断面において、伝熱部側よりも基板側が小さく形成されている。したがって、基板10の裏面のランド12と当接部63とが当接する面の面積は、伝熱部62が基板10に向き合う面の面積よりも小さい。
当接部63は、基板10の裏面のランド12にはんだにより接続される。クリームはんだを塗布したランド12に当接部63を当接する際、小さな押圧力でランド12と当接部63とを当接させることが可能になる。したがって、基板10に複数の蓄熱体60を実装したとき、複数の蓄熱体60のヒートシンク側の端面を同一平面上に揃えることができる。
これにより、蓄熱体60と絶縁シート70とヒートシンク20とが密着するとともに、絶縁シート70が圧縮される。したがって、蓄熱体60とヒートシンク20との距離が短くなるので、蓄熱体60とヒートシンク20との熱抵抗を小さくすることができる。
また、ケース本体31の側面付近に押圧部34を設けることで、爪32のかしめによる力が押圧部34に有効に作用する。したがって、押圧部34は、基板10を通じて絶縁シート70をヒートシンク側へ確実に押圧することができる。
本発明の第3実施形態による電子制御装置を図13に示す。
第3実施形態では、挿通部61の放熱板側の面の面積は、放熱板44の挿通部側の面の面積よりも小さい。挿通部61と放熱板44とは、はんだ付けされている。
第3実施形態においても、MOS40に短時間で大電流が流れた場合、放熱板44とともに蓄熱体60が熱貯めとなり、MOS40の温度上昇を抑制することができる。
一方、MOS40に断続的に長時間電流が流れた場合、蓄熱体60から絶縁シート70を経由してヒートシンク20に伝熱するので、MOS40の温度上昇を抑制することができる。
第3実施形態では、挿通部61の放熱板側の面の面積を小さくすることで、基板10の表面にMOS40以外の電子部品を実装可能な面積を広くすることができる。
本発明の第4実施形態による電子制御装置を図14〜図16に示す。
第4実施形態では、図14に示すように、MOS40の放熱板44と蓄熱体60とが、基板10の表面の同一のランド12にはんだ付けされている。
蓄熱体60は、基板10の表面のランド12に接続される接続部64と、この接続部64の基板10と反対側で基板10と略平行に延びる延伸部65とを一体で有する。
接続部64の基板側には、基板10と反対側へ凹む切欠部66が形成されている。MOS40の放熱板44と接続部64の切欠部66とは当接している。
延伸部65の基板10と反対側に絶縁シート70が設けられている。
ヒートシンク20は、絶縁シート70の蓄熱体60と反対側に設けられている。ヒートシンク20は、熱を外気へ放熱する。
図15及び図16に示すように、4個のMOS40は、基板上に略四角形に配置されている。基板10には、コンデンサ51、コイル52、リレー53およびコネクタ50などが実装されている。
第4本実施形態では、延伸部65がヒートシンク20と向き合う面の面積は、接続部64がランド12に接続する面の面積よりも大きい。したがって、蓄熱体60からヒートシンク20へ熱が伝わりやすい。よって、MOS40に断続的に長時間電流を流したとき、MOS40の温度上昇を抑制することができる。
本発明の第5実施形態による電子制御装置を図17に示す。
第5実施形態では、MOS40は、モールド樹脂43が基板10に当接し、放熱板44が基板10と反対側に位置している。
MOS40の放熱板44に蓄熱体60がはんだ付けされている。蓄熱体60は、放熱板44よりも大きく形成され、MOS40に所定の時間で大電流が流れた場合、MOS40の生じる熱を蓄熱可能な熱容量を有する。
蓄熱体60のMOS40と反対側に絶縁シート70を挟んでヒートシンク20が設けられている。ヒートシンク20は、蓄熱体60から伝導する熱を蓄熱し、その熱を外気へ放熱する。
第5実施形態では、蓄熱体60は、放熱板44よりも大きく形成されているので、放熱板44から蓄熱体60へ熱が伝わりやすい。また、蓄熱体60からヒートシンク20へ熱が伝わりやすい。
本発明の第6実施形態による電子制御装置を図18に示す。
第6実施形態では、基板10の表面のランド12に蓄熱体60がはんだ付けされている。
MOS40は、その放熱板44が蓄熱体60の基板10と反対側の端面にはんだ付けされている。MOS40の端子42は、基板側へ延長され、基板10の配線11にはんだ付けされている。蓄熱体60は、MOS40に短時間に大電流が流れた場合、MOS40の生じる熱を蓄熱可能である。
蓄熱体60のMOS40と反対側に基板10を挟んでヒートシンク20が設けられている。本実施形態では、蓄熱体60とヒートシンク20との間に位置する基板10が特許請求の範囲に記載の「絶縁体」に相当する。ヒートシンク20は、蓄熱体60から伝導する熱を蓄熱し、その熱を外気へ放熱する。
本発明の第7実施形態による電子制御装置を図19に示す。
第7実施形態では、MOS40は、モールド樹脂43が基板10に当接し、放熱板44が基板10と反対側に位置している。
基板10の表面のランド12に蓄熱体60がはんだ付けされている。蓄熱体60は、基板10と反対側の端面がMOS40の放熱板44に当接している。これにより、MOS40の発する熱は、放熱板44から蓄熱体60に伝熱する。蓄熱体60は、MOS40に短時間に大電流が流れた場合、MOS40の生じる熱を蓄熱可能である。
MOS40の放熱板側に絶縁シート70を挟んでヒートシンク20が設けられている。ヒートシンク20は、放熱板44から伝導する熱を蓄熱し、その熱を外気へ放熱する。
本発明の第8実施形態による電子制御装置を図20に示す。
第8実施形態では、ヒートシンク20に絶縁シート70と蓄熱体60とMOS40とがねじ80により取り付けられている。MOS40は、放熱板44が蓄熱体60のヒートシンク20と反対側の端面にはんだ付けされている。MOS40の端子42は、基板10の配線11にはんだ付けされている。ヒートシンク20と基板10とは離れている。
蓄熱体60は、MOS40に短時間に大電流が流れた場合、MOS40の生じる熱を蓄熱可能である。ヒートシンク20は、蓄熱体60から伝導する熱を蓄熱し、その熱を外気へ放熱する。
さらに本実施形態では、MOS40の熱は、蓄熱体60からヒートシンク20へ、ねじ80を経由して伝熱する。したがって、蓄熱体60とヒートシンク20との熱抵抗が小さくなり、熱が伝わりやすくなる。
なお、本実施形態において、ヒートシンク20は、金属基板であってもよい。
本発明の第9実施形態による電子制御装置を図21に示す。
第9実施形態では、MOS40の放熱板44と蓄熱体60とが、基板10の表面の同一のランド12にはんだ付けされている。
蓄熱体60の基板10と反対側に第1絶縁シート71が設けられている。また、MOS40の基板10と反対側に第2絶縁シート72が設けられている。
ヒートシンク20は、蓄熱体側に突出する突出部21を有する。ヒートシンク20は、第1、第2絶縁シート71、72を挟んで蓄熱体60とMOS40の基板10と反対側に設けられている。
蓄熱体60の熱は、蓄熱体60から第1絶縁シート71を経由してヒートシンク20に伝熱する。また、MOS40の生じる熱は、モールド樹脂43から第2絶縁シート72を経由してヒートシンク20に伝熱する。したがって、MOS40の放熱性を高めることができる。
本発明の第10実施形態による電子制御装置を図22に示す。
第10実施形態では、基板10の板厚方向にビルドアップ工法によって配線14が形成されている。この配線14は、基板10の板厚方向に開けられた孔を銅メッキで埋めることで作られる。この配線14は、基板10にMOS40が実装される位置に設けられている。この配線14の基板表面側にMOS40の放熱板44がはんだ付けされ、配線14の基板裏面側に蓄熱体60がはんだ付けされている。
第10実施形態では、MOS40の生じる熱は、放熱板44から、基板10の板厚方向に延びる配線14を経由し、蓄熱体60に伝熱する。蓄熱体60は、MOS40に短時間で大電流が流れた場合、MOS40の生じる熱を蓄熱可能である。蓄熱体60の熱は、絶縁シート70を経由してヒートシンク20へ伝熱する。
本発明の第11実施形態による電子制御装置を図23に示す。
第11実施形態では、MOS40の放熱板44と蓄熱体60とが、基板10の表面の同一のランド12にはんだ付けされている。蓄熱体60は、基板10と反対側へ突出する凸部67を有する。ヒートシンク20には、蓄熱体60の凸部67に対応した溝形状22が形成されている。
基板10、MOS40および蓄熱体60と、ヒートシンク20との間には、放熱グリス73が充填されている。
第11実施形態では、蓄熱体60とヒートシンク20との向き合う面の面積が大きく形成されているので、蓄熱体60からヒートシンク20へ熱が伝わりやすくなる。
また、放熱グリス73によって、MOS40および蓄熱体60とヒートシンク20との間の熱抵抗が小さくなるので、MOS40の放熱性を高めることができる。
なお、本実施形態において、蓄熱体60は、基板側へ凹む凹部を有するようにしてもよい。この場合、ヒートシンク20は、蓄熱体60の凹部に対応した凸形状に形成されることが好ましい。
本発明の第12実施形態による電子制御装置を図24に示す。
第12実施形態では、蓄熱体60は、棒状に形成されている。蓄熱体60は、基板10に設けられたVIAホール15を通じて基板10の裏面側に突出している。
蓄熱体60はVIAホール15にはんだ付けされ、MOS40はランド12にはんだ付けされている。蓄熱体60の挿通するVIAホール15と、MOS40が実装されるランド12とは、連続して形成されている。
ヒートシンク20は、基板10の裏面側に設けられ、棒状の蓄熱体60を収容する収容穴23を有する。ヒートシンク20の収容穴23の内壁と蓄熱体60との間には、放熱グリス73が充填されている。
本実施形態では、MOS40に短時間で大電流を流したとき、蓄熱体60が熱貯めとなり、半導体モジュールの温度上昇を抑制することができる。
一方、半導体モジュールに断続的に長時間電流が流れた場合、蓄熱体60からヒートシンク20に伝熱するので、半導体モジュールの温度上昇を抑制することができる。
本発明の第13実施形態による電子制御装置を図25及び図26に示す。
第13実施形態では、図25に示すように、MOS40の基板10の裏面側に第1蓄熱体68が設けられている。また、MOS40の基板10と反対側に第2蓄熱体69が設けられている。第1蓄熱体68と第2蓄熱体69とMOS40とははんだ付けされていない。
第1蓄熱体68と第2蓄熱体69とMOS40とを、断面が略U字型に形成されたばね部材90が支持している。ばね部材90は、図25の矢印F1に示すように基板10の板厚方向の下方から第1蓄熱体68をMOS側に押圧するとともに、矢印F2に示すように基板10の板厚方向の上方から第2蓄熱体69を介してMOS40を第1蓄熱体68側に押圧している。
図26に示すように、ばね部材90は、基板10および電子部品とともにケース30内に収容される。
第13実施形態では、第1蓄熱体68と第2蓄熱体69とMOS40とをはんだ付けすることなしに、固定することができる。
上述した実施形態では、電動式パワーステアリングシステムのモータを制御する電子制御装置について説明した。これに対し、他の実施形態として、電子制御装置は、種々のモータ制御に適用してもよい。
上述した実施形態では、樹脂を含む基板として、FR−4を例に説明した。これに対し、他の実施形態では、樹脂基板は、例えばFR−5、CEM−3等のリジット基板、またはフレキシブル基板であってもよい。
上述した実施形態では、半導体モジュールとしてモス電界効果トランジスタ(MOS)を例に説明した。これに対し、他の実施形態では、半導体モジュールは、FET(FIELD Effect Transistor)、SBD(Schottky Barrier Diode)、IGBT(絶縁ゲートバイポーラトランジスタ)などであってもよい。
このように、本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々の実施形態に適用可能である。
10・・・基板
11・・・配線
12・・・ランド
13・・・孔
20・・・ヒートシンク
40・・・モス電界効果トランジスタ(半導体モジュール)
41・・・半導体チップ
42・・・端子
43・・・モールド樹脂
44・・・放熱板
60・・・蓄熱体
61・・・挿通部
62・・・伝熱部
63・・・当接部
70・・・絶縁シート(絶縁体)
Claims (17)
- 樹脂を含んで形成され、表面および裏面の少なくとも一方に配線およびランドを有する基板と、
スイッチング機能を有する半導体チップ、この半導体チップと電気的に接続する端子、前記半導体チップと前記端子とをモールドするモールド樹脂、および、少なくとも一方の面が前記モールド樹脂から露出し前記半導体チップの生じる熱が伝熱可能な放熱板を有し、前記基板の表面の前記配線に前記端子が実装される半導体モジュールと、
前記半導体チップが生じる熱を蓄熱可能な熱容量を有する金属から形成され、前記半導体モジュールの前記放熱板に接続される蓄熱体と、
前記蓄熱体または前記半導体モジュールに当接する絶縁体と、
前記絶縁体に当接し、前記蓄熱体および前記半導体モジュールの熱を伝熱可能なヒートシンクと、を備えることを特徴とする電子制御装置。 - 前記蓄熱体は、前記半導体モジュールの前記放熱板に当接していることを特徴とする請求項1に記載の電子制御装置。
- 前記蓄熱体と前記放熱板とは、はんだにより接続されていることを特徴とする請求項1または2に記載の電子制御装置。
- 前記基板は、板厚方向に通じる孔を有し、
前記蓄熱体は、前記基板の前記孔に挿通され前記半導体モジュールの前記放熱板に接続される挿通部と、この挿通部から前記基板の裏面側に延び前記絶縁体に当接する伝熱部とを有することを特徴とする請求項1〜3のいずれか一項に記載の電子制御装置。 - 前記伝熱部が前記絶縁体を挟んで前記ヒートシンクと向き合う面は、前記挿通部が前記放熱板に接続する面よりも広いことを特徴とする請求項4に記載の電子制御装置。
- 前記伝熱部は、前記挿通部よりも基板の延びる方向に大きいことを特徴とする請求項4または5に記載の電子制御装置。
- 前記挿通部の前記放熱板側の面の面積は、前記放熱板の前記挿通部側の面の面積以上であることを特徴とする請求項4〜6のいずれか一項に記載の電子制御装置。
- 前記蓄熱体は、前記伝熱部から前記基板側へ延び、前記基板の裏面の前記ランドにはんだにより接続される当接部を有し、
前記基板の裏面の前記ランドと前記当接部とが当接する面は、前記伝熱部が前記基板に向き合う面よりも小さいことを特徴とする請求項4〜7のいずれか一項に記載の電子制御装置。 - 前記基板、前記半導体モジュール、前記蓄熱体、前記絶縁体および前記ヒートシンクを覆うケースを備え、
前記ケースは、
上面および側面を有するケース本体と、
前記ケース本体の前記側面から延びて前記ヒートシンクにかしめられる爪と、
前記ケース本体から前記基板または前記半導体モジュール側へ突出し、前記爪がヒートシンクにかしめられることで前記半導体モジュールの前記ヒートシンクと反対側の端面、または前記基板の表面を押圧可能な押圧部と、を有することを特徴とする請求項4〜8のいずれか一項に記載の電子制御装置。 - 前記半導体モジュールは、前記基板の縁部に配置され、
前記ケースの前記押圧部は、前記ケース本体の前記側面に設けられ、前記半導体モジュールが配置された前記基板の前記縁部を押圧することを特徴とする請求項9に記載の電子制御装置。 - 前記半導体モジュールの前記放熱板は、前記基板の表面の前記ランドに当接し、
前記蓄熱体は、前記半導体モジュールの前記放熱板が当接する前記基板の表面の前記ランドに当接することで、放熱板に接続されることを特徴とする請求項1または2に記載の電子制御装置。 - 前記蓄熱体と前記放熱板とは、前記基板の表面の前記ランドにはんだにより接続されていることを特徴とする請求項11に記載の電子制御装置。
- 前記蓄熱体は、前記基板と反対側へ突出する凸部または前記基板側へ凹む凹部を有し、
前記ヒートシンクは、前記蓄熱体の前記凸部または前記凹部に対応した形状に形成されることを特徴とする請求項11または12に記載の電子制御装置。 - 前記蓄熱体は、棒状に形成され、前記基板に形成されたVIAホールを通じて基板の裏面側に突出し、
前記ヒートシンクは、前記基板の裏面側で棒状の前記蓄熱体を収容する収容穴を有することを特徴とする請求項11または12に記載の電子制御装置。 - 前記半導体モジュールの前記放熱板と前記蓄熱体とは、前記基板の板厚方向にビルドアップ工法によって形成された配線によって接続されていることを特徴とする請求項1に記載の電子制御装置。
- 前記半導体モジュールの前記放熱板と前記蓄熱体とは、前記基板の板厚方向に当接しており、
前記基板の板厚方向の一方から前記蓄熱体を前記半導体モジュール側に押圧し、前記基板の板厚方向の他方から前記半導体モジュールを前記蓄熱体側に押圧するばね部材を備えることを特徴とする請求項1または2に記載の電子制御装置。 - 前記半導体モジュールと前記蓄熱体と前記絶縁体と前記ヒートシンクとは、ねじにより結合されていることを特徴とする請求項1に記載の電子制御装置。
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