JP2975730B2 - 混成集積回路装置 - Google Patents

混成集積回路装置

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JP2975730B2 JP3214282A JP21428291A JP2975730B2 JP 2975730 B2 JP2975730 B2 JP 2975730B2 JP 3214282 A JP3214282 A JP 3214282A JP 21428291 A JP21428291 A JP 21428291A JP 2975730 B2 JP2975730 B2 JP 2975730B2
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克実 大川
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  • Structures For Mounting Electric Components On Printed Circuit Boards (AREA)
  • Control Of Motors That Do Not Use Commutators (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は磁気センサ内蔵の混成集
積回路装置に関し、詳細には、銅、アルミニウム等の反
磁性金属を回路基板として使用する混成集積回路装置の
磁気回路構造に関する。
【0002】
【従来の技術】DCブラシレスモータは信頼性および制
御能力が極めて高いため、例えば燃焼装置のファンモー
タとして好適であるものの、その回転数をPWM制御す
る回路装置のコストおよび配置スペースの点並びに配置
スペースが必要なためコストがさらに上昇する点に問題
がある。そこで、DCブラシレスモータの回転制御回路
を混成集積回路化してコストの低減を図ると共にその混
成集積回路装置をモータに内蔵させることによってその
他の問題をも同時に解決せんとすることが試みられてい
る。
【0003】DCブラシレスモータのPWM制御回路
は、図1に示すように、上側および下側アームのスイッ
チング素子Qu1、Qu2〜Qw1、Qw2の直列回路から
なるU相、V相、W相の3相のスイツチング回路(30)(3
2)(34)、モータMのロータに付加された磁石Pの磁界変
化を検出する3つのホール効果素子(36)(38)(40)、この
ホール効果素子(36)(38)(40)の検出出力から上側アーム
のスイッチング素子Qu1〜Qw1を駆動するための矩形
波を生成する転流ロジック回路(42)、ホール効果素子(3
6)(38)(40)の検出出力の1から得られるロータ回転数信
号FGと外部入力される速度指令信号CPから下側アー
ムのスイッチング素子Qu2〜Qw2を駆動するためのP
WM信号を生成するPWM回路(44)、このPWM回路(4
4)および先の転流ロジック回路(42)の転流信号に基づい
てスイッチング素子Qu1、Qu2〜Qw1、Qw2を駆動
するドライバ(46)から構成され、外部入力される速度指
令信号CPと現実のロータ回転数信号FGとが等しくな
るように、PWM回路(44)のPWM信号のオンデューテ
ィが変化される。
【0004】そして、DCブラシレスモータに内蔵され
るこのPWM制御回路は、図5に示すように、表面を陽
極酸化処理してアルマイト層(14)を形成した1.5
mm〜2.0mm厚のアルミニウム基板(10)に絶縁
樹脂層(16)を介して所定形状に導電路(18)(2
2)を形成し、この導電路(18)(22)上にスイッ
チング素子Qu1、Qu2〜Qw1、Qw2、集積回路
化された各回路、ホール効果素子(38)等を固着して
混成集積回路装置として実現される。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】上記した混成集積回路
装置の回路基板には加工性と放熱特性を考慮してアルミ
ニウム、あるいは銅が多く使用されているが、これら金
属の磁化率χは負であって、これに磁場を加えると、こ
れと逆の方向に磁化する性質を有する。このため、アル
ミニウム、あるいは銅の回路基板上に磁気センサを搭載
すると、磁気センサを通過する磁束密度は回路基板がな
い場合よりも低下することになり、磁気センサの出力の
S/Nが劣化する問題を有する。特に、スイッチング回
路を含む混成集積回路装置においては、スイッチング回
路からのノイズの誘導により必要なS/Nが達成できな
い問題を有する。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明はアルミニウム、
あるいは銅の回路基板上に板状の常磁性体片あるいは強
磁性体片を固着し、その上方に磁気センサを搭載したこ
とを主要な特徴とする。
【0007】
【作用】被検出磁界の磁束が磁気センサ、板状の常磁性
体片あるいは強磁性体片からなる磁気回路を通過するた
め磁気センサのS/Nを向上させることができる。ま
た、この結果、回路基板として加工性と放熱特性に優れ
る反磁性の金属を使用することができる。
【0008】
【実施例】以下、図1乃至図3を参照してPWM制御回
路に適用した本発明の一実施例を説明する。なお、図1
は実施例の等価回路図、図2は実施例の平面図、図3は
図2のA−A線断面図である。
【0009】図1を参照すると、DCブラシレスモータ
のPWM制御回路は上側および下側アームのスイッチン
グ素子Qu1、Qu2〜Qw1、Qw2(Qu1、Qu2のみ
が示されている)の直列回路からなるU相、V相、W相
の3相のスイツチング回路(30)(32)(34)、モータMのロ
ータに付加された磁石Pの磁界変化を検出する3つのホ
ール効果素子(36)(38)(40)、このホール効果素子(36)(3
8)(40)の検出出力から上側アームのスイッチング素子Q
u1〜Qw1を駆動するための矩形波を生成する転流ロジ
ック回路(42)、ロータ回転数信号FGと外部入力される
速度指令信号から下側アームのスイッチング素子Qu2
〜Qw2を駆動するためのPWM信号を生成するPWM
回路(44)、このPWM回路(44)および先の転流ロジック
回路(42)の転流信号に基づいてスイッチング素子Qu
1、Qu2〜Qw1、Qw2を駆動するドライバ(46)から構
成される。
【0010】U相、V相、W相の各スイツチング回路(3
0)(32)(34)は同一回路構成であり、慣流ダイオードDu
1、Du2〜Dw1、Dw2(Du1、Du2のみが示されて
いる)が並列接続されるスイッチング素子にはバイポー
ラトランジスタ、パワーMOSFET、IGBT等が使
用される。このスイツチング回路(30)(32)(34)は例えば
140VのDCを3相交流に変換し、モータMのステー
タに供給する。
【0011】転流ロジック回路(42)はホール効果素子(3
6)(38)(40)に電流を供給する定電流回路、ホール効果素
子の検出出力を波形成形し、さらに論理して、互いに1
20度の位相差を有する3つの矩形波を生成する回路か
らなり、上側アームのスイッチング素子Qu1〜Qw1を
駆動する。
【0012】PWM回路(44)はホール効果素子(36)(38)
(40)の検出出力の1に基づいて生成されるロータ回転数
信号FGと外部入力される速度指令信号CPの位相を比
較する位相比較回路、このディジタル位相比較回路出力
と鋸歯状波とを比較する比較回路からなり、ロータ回転
数信号FGと速度指令信号CPとの差に基づいてパルス
幅変調されたPWM波を下側アームのスイッチング素子
Qu2〜Qw2の制御電極に出力する。なお、実施例のP
WM回路(44)は周知の回路構成のものであるばかりか、
他の動作原理のPWM回路も使用可能である。
【0013】ドライバ(46)はスイッチング素子Qu1、
Qu2〜Qw1、Qw2をオンさせるためのソース電流回
路と、スイッチング素子のオフ時にその制御電極の蓄積
電荷を吸収するシンク電流回路からなる周知の回路構成
である。以上の転流ロジック回路(42)、PWM回路(44)
およびドライバ(46)は1チップの集積回路素子として提
供されている。
【0014】燃焼装置のファンモータの制御を例に実施
例の回路動作を簡単に説明する。燃焼装置の発熱量を変
化させる必要が生ずると、図示しないマイクロコンピュ
ータにより必要な燃料供給量が決定され、同時に最大燃
焼効率を達成する空気供給量が決定される。そして、最
大燃焼効率を達成する空気供給量は速度指令信号CPと
して実施例のPWM制御回路に入力される。
【0015】一方、3つのホール効果素子(36)(38)(40)
はモータMの回転に伴って互いに120度の位相差を有
する3つの略正弦波を出力し、転流ロジック回路(42)は
その1の出力を波形成形してロータ回転数信号FGを生
成する。PWM回路(44)は上記速度指令信号CPと現実
のロータ回転数信号FGとの位相を比較し、間接的に、
最適回転数と現実のロータ回転数との差を導出する。そ
こで、現実のロータ回転数が最適回転数より小さい場合
には、下側アームのスイッチング素子Qu2〜Qw2のオ
ンデューティを大きくするように動作してロータ回転数
を上昇させる。
【0016】次に、図2および図3を参照して実施例の
構造を説明する。本発明の混成集積回路装置の回路基板
(10)には表面を陽極酸化処理し、アルマイト層(14)を形
成した1.5mm〜2.0mm厚のアルミニウム(12)が
使用され、この回路基板(10)に接着性の熱硬化性樹脂(1
6)を用いて貼着した銅箔をホトエッチングして導電路(1
8)、ダイボンドパッド(20)(22)(24)、ワイアボンディン
グパッド(26)、外部リードパッド(28)が形成される。ま
た、モータ内蔵を考慮して、最終的にロータ孔(54)がプ
レス形成され、さらにモータブラケット構造に対応する
切り欠き(56)がプレス形成される。
【0017】ダイボンドパッド(20)には転流ロジック回
路(42)、PWM回路(44)およびドライバ(46)を1チップ
化した集積回路素子(50)がAgペースト等を用いて固着
され、他のダイボンドパッド(22)には慣流ダイオードと
バイポーラトランジスタとを同一半導体基板に形成した
複合素子Qu1、Qu2〜Qw1、Qw2が半田固着され
る。また、図3に示すように、ダイボンドパッド(24)に
は鉄製のヨーク(52)が半田固着され、その上部に表面実
装型のホール効果素子(36)(38)(40)が配置される。この
ヨーク(52)は0.5mm厚であり、比較的小電力のトラ
ンジスタのヒートシンクとして広く使用されている2×
2mm、3×3mm、3×7mmのサイズのヒートシン
クが流用される。なお、ホール効果素子(36)(38)(40)は
ロータ中心に対して60度間隔で配置される。
【0018】本実施例は小電力トランジスタのヒートシ
ンクをヨークとして使用するためヨークによるコスト上
昇が僅かであるばかりか、このヨークの固着をスイッチ
ング素子の半田リフロー工程を利用して行うため特別な
工程を付加する必要がない利点を有する。しかしなが
ら、接着剤による回路素子の固着工程を含む混成集積回
路装置ではその工程を利用してヨーク固着を行なうこと
も可能である。
【0019】また、先に述べたように、加工性および放
熱特性の点から混成集積回路の回路基板として選択され
る銅あるいはアルミニウムは反磁性体であるため回路基
板周辺の磁界が減少する。このため、混成集積回路装置
に磁気センサを搭載することは困難であると考えられて
いたが、本発明は磁気センサ下部にヨークを配置するた
め、加工性および放熱特性に優れる銅あるいはアルミニ
ウムを回路基板として使用する場合でも磁気センサ出力
のS/Nが劣化することがない。
【0020】ホール効果素子周辺の断面図を示す図4を
参照して変形例を説明する。変形例はホール効果素子(3
6)(38)(40)としてチップ形状のホール効果素子を使用す
る点のみにおいて先の実施例と異なる。この変形例はヨ
ーク(52)の固着をスイッチング素子の半田リフロー工程
を利用して行い、ホール効果素子(36)(38)(40)の固着を
集積回路素子(50)のAgペースト固着を利用して行い、
さらに電極接続を集積回路素子あるいはスイッチング素
子Qu1、Qu2〜Qw1、Qw2の電極のワイアボンディ
ングを利用して行うため工程の増加が全くない特徴を有
する。以上、DCブラシレスモータのPWM制御回路を
例に本発明を説明したが、本発明は磁気センサを搭載す
るあらゆる混成集積回路装置に適用可能である。
【0021】
【発明の効果】以上述べたように本発明は磁気センサ下
部にヨークを配置するため、加工性および放熱特性に優
れる銅あるいはアルミニウムを回路基板として使用する
ことができ、磁気センサ出力のS/N劣化が防止され
る。また、スイッチング素子の半田リフロー工程を利用
してヨークの固着を行うため特別な工程を付加する必要
がない。
【0022】
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例の等価回路図。
【図2】本発明の一実施例の平面図。
【図3】図2のA−A線断面図。
【図4】実施例の変形例の要部断面図。
【図5】従来例の断面図。
【符号の説明】 10 回路基板 18 導電路 20 ダイボンドパッド 22 ダイボンドパッド 24 ダイボンドパッド 26 ワイアボンディンクパッド 28 外部リードパッド 36 ホール効果素子 38 ホール効果素子 40 ホール効果素子 50 集積回路素子 54 ロータ孔 56 切り欠き
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 実開 昭64−13756(JP,U) 実開 昭60−141677(JP,U) (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) H05K 1/18 H02P 6/08

Claims (5)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 反磁性材料より成る金属基板上に絶縁層
    を介して導電パターンを形成し、前記導電パターンの中
    のパッドに半導体素子、抵抗あるいはコンデンサを搭
    した混成集積回路装置において、 前記金属基板の所定の位置に常磁性体片あるいは強磁性
    体片を固着し、その上方に磁気センサを搭載したことを
    特徴とする混成集積回路装置。
  2. 【請求項2】 前記金属基板として銅あるいはアルミニ
    ウムを使用したことを特徴とする請求項1の混成集積回
    路装置。
  3. 【請求項3】 前記常磁性体片あるいは前記強磁性体片
    前記導電パターンの中のパッド上に固着したことを特
    徴とする請求項1の混成集積回路装置。
  4. 【請求項4】 前記磁気センサとしてチップ素子を使用
    し、前記常磁性体片あるいは前記強磁性体片上に固着し
    たことを特徴とする請求項1の混成集積回路装置。
  5. 【請求項5】 前記磁気センサによりDCブラシレスモ
    ータのロータの回転を検出したことを特徴とする請求項
    1に記載の混成集積回路装置。
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