JP3739873B2 - 制御モジュール - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電子回路ユニットを構成して自動車等に搭載される制御モジュールに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、自動車等に対する快適性、安全性の要求が高まるにつれ、その電子回路化、特に、ＦＥＴ（電界効果トランジスタ）等をはじめとする半導体デバイスによる自動制御化が急速に進められている。
【０００３】
ところで従来、上記各種制御回路デバイスは、その大半が回路基板上に実装され、この基板ごと自動車等に搭載されているのが一般的である。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
前記制御回路デバイスのうち、特に半導体デバイスは耐熱性が低く（パワー系デバイスでも１５０℃が限界）、かつ、それ自身の発熱量も大きいことから、その放熱をいかに行うかが大きな課題となる。従来、このような放熱の手段としては、上記半導体デバイスに放熱板を装着することが行われている。しかし、このような放熱板によって十分な放熱を行うには、かなりの放熱面積を確保する必要があり、特に、自動車のエンジンルームのような高温雰囲気中に回路基板を配する場合には半導体デバイスよりも面積の大きい放熱板を用いなければならず、ユニット全体の大型化は避けられない。
【０００５】
このような不都合に対処する手段として、図９（ａ）（ｂ）に示すように、各種デバイス９１が実装された制御回路基板９０を熱伝導性の高い金属（アルミニウム等）からなるケース９２内に入れ、上記制御回路基板９０に実装されたデバイスのうちの半導体デバイス９４を立直させてその一面を上記ケース９２の側壁９２ａの内側面に密着させることにより、制御回路基板９０のケース９２を半導体デバイス９４の放熱板として兼用することが考えられる。
【０００６】
しかし、このような構造において、制御回路基板９０に組み込まれた制御回路を外部回路と接続するには、この制御回路基板９０上に基板用コネクタ９６を実装し、かつ、この基板用コネクタ９６を相手方コネクタと結合させるべくケース側壁９２ａに窓９２ｂを設けて、この窓９２ｂから外方に基板用コネクタ９６を臨ませなければならず、構造の複雑化は避けられない。また、基板用コネクタ９６の存在自体が部品点数削減の妨げとなる。
【０００７】
さらに、この基板用コネクタ９６と窓９２ｂの周縁部との間には必ず隙間が生じるので、たとえケース９２の上部開口を蓋で塞いだとしても、上記隙間から水分が侵入しやすく、防水は非常に難しい。このため、コネクタの設置個所は大幅に制約される。
【０００８】
本発明は、このような事情に鑑み、放熱性及び防水性に優れ、かつ部品点数が少なくて構造が簡素な制御モジュールを提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するための手段として、本発明は、半導体デバイスを含む制御回路デバイスが実装された制御回路基板と、絶縁材料からなる本体とこの本体を一方向に貫通する導体とが一体に形成され、当該導体の一端が上記制御回路基板に接続された蓋部材と、一方向に開口する金属製の筐体とを備え、この筐体の内側面に前記半導体デバイスを接触させた状態で当該筐体内に上記制御回路基板を収容し、かつ、この筐体の開口部に上記蓋部材を装着することにより、当該筐体内に上記制御回路基板を密封したものである。
【００１０】
この制御モジュールによれば、筐体と半導体デバイスとの接触によって、半導体デバイスの放熱を良好に促進できる。しかも、この筐体を塞ぐ蓋部材にこれを貫く導体が一体化されているため、部品点数の少ない簡単な構造で、かつ、高い防水性を確保しながら、上記導体を媒介として制御回路基板と外部回路との接続が図れる。特に、上記筐体と蓋部材との間にシール部材を設けることにより、さらに高い防水性が得られる。また、制御回路基板及び半導体デバイス全体が金属製の筐体で覆われているため、高いシールド作用も得られる。
【００１１】
上記半導体デバイスと蓋部材とは相互独立した位置に配するようにしてもよいが、上記蓋部材の外周部に上記半導体デバイスが嵌着可能な凹部を形成し、この凹部に半導体デバイスが嵌着された状態で蓋部材が筐体の開口部に装着されることにより当該半導体デバイスが筐体の側壁内側面に接触するようにすれば、半導体デバイス配設用の空間を節減してモジュール全体をよりコンパクト化できる。
【００１２】
上記半導体デバイスと筐体とは、単に接触させるだけでもよいが、これらを積極的に圧接させる圧接手段を備えれば、半導体デバイスから筐体への熱伝導性を高めてより効果的なデバイスの冷却ができる。また、筐体の外側面に放熱フィンを形成しても、高い放熱性が得られる。
【００１３】
制御回路を構成する回路デバイスは、全て制御回路基板上に実装するようにしてもよいが、上記蓋部材の本体内側部分にデバイス配設空間を形成してこのデバイス配設空間内で導体の途中部分を露出させ、このデバイス配設空間内に上記制御回路デバイスのうちのリード線付回路デバイスを配設してそのリード線を上記導体の途中部分に直接接続するようにすれば、制御回路基板の構造の簡素化及び小型化が可能であり、ひいてはモジュール全体のコンパクト化ができる。
【００１４】
前記導体と外部回路との接続方法は特に問わないが、上記導体の端部が突出している蓋部材本体の外周面にコネクタ嵌合部を形成し、このコネクタ嵌合部に他のコネクタが嵌合されることによりこのコネクタと上記導体とが接続されるようにすれば、そのコネクタ嵌合操作だけで簡単に外部回路との接続ができる。
【００１５】
上記各導体には、単一のコネクタを接続するようにしてもよいし、複数のコネクタを同時接続するようにしてもよい。後者の場合、上記コネクタ嵌合部を、外方に突出する第１の嵌合部と、この第１の嵌合部の周囲に凹設された第２の嵌合部とで構成し、各嵌合部から外方に上記導体の端部を突出させるとともに、上記第１の嵌合部の端部に嵌合される第１のコネクタと、上記第１の嵌合部が貫通可能な貫通穴を有し、この貫通穴を第１の嵌合部が貫通する状態で上記第２の嵌合部に嵌合される第２のコネクタとを備えるようにすれば、両コネクタを重ねた状態で上記導体に同時接続することができ、これらコネクタを含めたモジュール全体のコンパクト化、及び構造の小型化ができる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
本発明の第１の実施の形態を図１〜図７に基づいて説明する。
【００１７】
ここに示す制御モジュールは、制御回路基板１０、蓋部材２０、及び金属製の筐体３０を備え、制御回路基板１０の表裏両面には、各種制御回路デバイス（この実施の形態では放熱量の比較的小さな制御回路デバイス）１２が実装されている。
【００１８】
蓋部材２０は、合成樹脂等の絶縁体からなる本体と、この本体を一方向（図１では上下方向）に貫く複数本（図例では８本；図３等参照。）の導体２２とがインサートモールド成形等で一体に形成されたものである。各導体２２の一方の端部（図１では上端部）は、制御回路基板１０に設けられた貫通穴に差し込まれ、かつ、半田付けによって制御回路基板１０上の制御回路に接続されている。蓋部材２０の本体下面にはコネクタ嵌合凹部２４が形成され、このコネクタ嵌合凹部２４内に各導体２２の下端部が突出している。また、この蓋部材２０の本体下端部にはフランジ部２５が形成されている。
【００１９】
同じく蓋部材２０の本体外周部には、一または複数（図例では４つ）の凹部２６が形成され、各凹部２６に半導体デバイス４０が嵌め込まれており、この嵌め込み状態で半導体デバイス４０の外側面と蓋部材２０の本体外周面とが略合致した状態になっている。各凹部２６の上方には切欠２７が形成され、この切欠２７を通じて半導体デバイス４０の各端子（図例では３本の端子）４２が上方に突出した状態にあり、これらの端子４２が前記制御回路基板１０上の回路に接続されている。すなわち、半導体デバイス４０も他のデバイス１２と同様に制御回路基板１０上に実装されている。これら半導体デバイス４０の下部には舌片４４が形成され、この舌片４４にこれを水平方向に貫通するねじ孔４６が形成されている。
【００２０】
なお、本発明における半導体デバイスの具体的な種類は問わず、電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）、バイポーラトランジスタ（ＢＰＴ）、３端子レギュレータ、５端子のインテリジェントパワーデバイス（ＩＰＤ、ＩＰＳ）等の各種デバイスが適用可能である。
【００２１】
蓋部材２０の本体上部中央は下方に凹んでいて、この部分にデバイス配設空間２８が形成されている。このデバイス配設空間２８内では、適当な導体（図例では４本の導体）２２の途中部分が露出しており、このデバイス配設空間２８内にリード線付回路デバイス５０が配設されている。
【００２２】
このリード線付回路デバイス５０は、例えば電解コンデンサや大容量ダイオードのように、その本体から複数本のリード線５２が導出されたもので、従来は他のデバイスと同様に制御回路基板上に実装されていたものであるが、この制御モジュールでは、上記デバイス配設空間２８内で適当な導体２２の途中部分に上記リード線５２が直接接続されている。この直接接続を行う方法は特に問わず、単なる半田付けでもよいし、導体２２の途中部分に図５に示すような溝２３を切欠き、この溝２３にリード線５２の端部を圧入して圧接接続させるようにしてもよい。
【００２３】
筐体３０は、一方向（図１では下方）に開口し、かつ、この開口部に上記蓋部材２０及び半導体デバイス４０がほぼ隙間なく嵌入可能な形状をなしている。この筐体３０の材質は、金属材料の中でも熱伝導性の高いもの、例えばアルミニウムやアルミニウム合金が特に適している。この筐体３０の天壁下面（内側面）の両側部には、制御回路基板１０を支持するための段部３１が形成され、これら段部３１同士の間にデバイス逃がし空間３２が確保されている。
【００２４】
筐体３０の開口周縁部には、前記蓋部材２０のフランジ部２５に対応するフランジ部３４が形成され、これらフランジ部２５，３４同士が上下に重ねられた状態で複数のボルト６０及びナット６２で締結されることにより、蓋部材２０が筐体３０に固定されている。さらに、フランジ部２５の上面とフランジ部３４の下面との間にはＯリング（シール部材）６４が介設され、このＯリング６４により水分侵入路が完全に遮断されている。このＯリング６４をはじめとするシール部材の具体的な材質としては、従来から一般に知られている各種ゴムが適用可能であるが、この制御モジュールをエンジンルーム等の高温雰囲気下に設置する場合には、耐熱性の高いフッ素ゴムやシリコーンゴムが特に好適である。
【００２５】
筐体３０の側壁には、前記半導体デバイス４０のねじ孔４６と対応する位置に円錐台状の貫通孔３６が形成されている。そして、この貫通孔３６を通じてねじ孔４６に皿ねじ６６を挿入、螺合し、これを締付けることにより、半導体デバイス４０の外側面と筐体３０の側壁内側面とを外部操作で圧接させることが可能となっている。
【００２６】
この制御モジュールは、例えば次の要領で組立てることができる。
【００２７】
▲１▼ 蓋部材２０のデバイス配設空間２８内に回路デバイス５０を入れ、そのリード線５２を適当な導体２２の途中部分に接続する。また、各凹部２６に半導体デバイス４０を嵌め込んでおく。
【００２８】
▲２▼ 各導体２２の上端部を制御回路基板１０の貫通孔に差し込み、半田付け等で接続する。と同時に、各半導体デバイス４０の端子４２も制御回路基板１０の適所に接続する。
【００２９】
▲３▼ 制御回路基板１０を上にした状態でこの回路基板１０及び蓋部材２０に筐体３０を被着し（換言すれば筐体３０内に制御回路基板１０側から蓋部材２０を嵌入し）、フランジ部２５，３４同士をボルト６０等で締結する。この時、制御回路基板１０の周縁部は筐体３０内の段部３１と当接し、制御回路基板１０の上側面に実装された各回路デバイス１２はデバイス逃がし空間３２内に逃がされる。
【００３０】
▲４▼ 貫通孔３６を通じてねじ孔４６内に皿ねじ６６を挿入し、締め付けることにより、筐体３０の側壁と半導体デバイス４０とを圧接させる。
【００３１】
そして、このようにして得られた制御モジュールによれば、次の効果を得ることができる。
【００３２】
ａ）筐体３０と半導体デバイス４０との接触によって、半導体デバイス４０の放熱を促進し、効果的に冷却できる。特に、この実施の形態では、皿ねじ６６の操作によって筐体３０と半導体デバイス４０とを積極的に圧接させることができるため、両者間の熱伝導性を高めて放熱をさらに促進することが可能である。また、図１や図２に示すように筐体３０の表面に放熱フィン３８を形成することによっても、放熱性を向上させることができる。
【００３３】
ｂ）金属製の筐体３０によって制御回路基板１０及び半導体デバイス４０全体が覆われているため、高いシールド効果を得ることができる。すなわち、外部からの電磁ノイズの影響を避け、かつ、外部への電磁ノイズの放出を有効に防止できる。
【００３４】
ｃ）筐体３０を塞ぐ蓋部材２０の本体とこれを貫通する導体２２とを一体化しているので、この導体２２を通じて外部回路と内部の制御回路基板１０との接続を図りながら、高い防水性を確保できる。特に、筐体３０と蓋部材２０との間にＯリング６４等のシール部材を介在させることにより、防水はより確実なものとなる。また、このような高い防水性により、モジュール全体を外気に触れる個所、例えば自動車でいえばタイヤ直上のボディ内側等に配設することが可能となる。
【００３５】
なお、上記Ｏリング６４等で筐体３０内の密閉性を増すと、その内外に圧力差が生じ、この圧力差が大きいと筐体３０や蓋部材２０の破損につながるおそれがあるが、予め筐体３０または蓋部材２０の一部に通気性は良好で水分は通しにくい多孔膜の窓を形成しておけば、高い防水性は確保しながら、前記圧力差に起因する不都合を未然に回避することができる。
【００３６】
ｄ）蓋部材２０自体が従来の基板用コネクタと同等の役割（すなわち制御回路基板１０と外部回路との接続媒体としての役割）を担うため、部品点数を削減でき、構造をより簡素化できる。特に、図例のように、蓋部材２０の外側面にコネクタ嵌合凹部２４を形成し、このコネクタ嵌合凹部２４に他のコネクタが嵌合された状態で当該コネクタと導体２２とが接続されるようにすれば、当該接続を簡単な操作で行うことが可能になる。
【００３７】
さらに、本発明では、上記導体２２に複数のコネクタを接続することも可能である。その形態の一例を第２の実施の形態として図８に示す。図において、蓋部材２０の本体下端部中央が下方に突出していて第１の嵌合部２４ａを形成しており、この第１の嵌合部２４ａの周囲に上方に凹んだ第２の嵌合部２４ｂが形成されている。そして、全導体２２のうち中央よりの導体２２の下端部が第１の嵌合部２４ａの下面から下方に突出し、外よりの導体２２の下端部が第２の嵌合部２４ｂの下面から下方に突出している。
【００３８】
これに対し、第２のコネクタ７０Ｂは、構造体（図例では電気接続箱７２）の上面に形成され、その中央部に上記第１の嵌合部２４ａが貫通可能な貫通孔７６が形成されており、当該貫通状態で上記第２のコネクタ７０Ｂが上記第２の嵌合部２４ｂに嵌入され、この嵌入によって第２のコネクタ７０Ｂと外よりの導体２２とが接続されるようになっている。また、第１のコネクタ７０Ａは上記第１の嵌合部２４ａの下端に外嵌可能に構成され、この外嵌によって第１のコネクタ７０Ａと中央よりの導体２２とが接続されるようになっている。
【００３９】
このような構成にすれば、同じ制御モジュールに接続される２つのコネクタ７０Ａ，７０Ｂを上下に重ねて配置することができ、全体の構造をコンパクトに収めることが可能になる。
【００４０】
なお、本発明の実施形態は以上に限らず、例えば次のような形態をとることも可能である。
【００４１】
(1) 半導体デバイス４０自身が放熱フィンを有しており、この放熱フィンと筐体３０とが接触するおそれがある場合には、両者間に予め熱伝導性の高い絶縁シートを挟み込んでおけばよい。例えば、フッ素系樹脂にマイカ等の金属粉末を配合したものは、良好な伝熱性及び絶縁性を兼ね備えており、特に好適である。
【００４２】
(2) 前記筐体３０はモジュール専用の部品でなくてもよく、他の部品を兼用してもよい。例えば本発明の制御モジュールを自動車に搭載する場合には、そのボディを上記筐体として兼用する（すなわちボディに制御回路基板１０の収容部を一体に形成する）ようにしてもよい。
【００４３】
(3) 前記半導体デバイス４０は蓋部材２０と独立して配するようにしてもよい。すなわち、半導体デバイス４０よりも筐体開口部側に蓋部材２０を配するようにしてもよい。ただし、前記実施の形態のように蓋部材２０の本体に凹部２６を形成し、この凹部２６に半導体デバイス４０を嵌め込むようにすれば、制御回路基板１０と蓋部材２０との隙間を小さくしてモジュール全体をよりコンパクトにまとめることが可能になる。
【００４４】
(4) 前記リード線付き回路デバイス５０は、従来と同様に制御回路基板１０上に配するようにしてもよい。ただし、前記実施形態のように、蓋部材２０に形成したデバイス配設空間２８内で回路デバイス５０と導体２２とを直接接続するようにすれば、制御回路基板１０の構造の簡素化及び小型化ができ、ひいてはモジュール全体をよりコンパクト化できる利点が得られる。
【００４５】
【発明の効果】
以上のように本発明は、制御回路基板を収容する金属製筐体と、この金属製筐体内を密封する蓋部材とを備えるとともに、上記制御回路基板に実装された半導体デバイスを上記金属製筐体に接触させ、かつ、この蓋部材にその本体を一方向に貫通する導体を一体化してこの導体により上記制御回路基板と外部回路との接続を図るようにしたものであるので、放熱性及び防水性に優れ、かつ、部品点数の少ないコンパクトな制御モジュールを提供できる効果がある。また、上記金属製筐体によって高いシールド効果も得ることができる。
【００４６】
ここで、上記蓋部材と筐体との間にシール部材を設ければ、防水性をより高めることができる。
【００４７】
また、上記半導体デバイスと筐体とを積極的に圧接させる圧接手段を備えたり、筐体の外側面に放熱フィンを形成したりすることにより、放熱性をさらに高めることができる効果が得られる。
【００４８】
また、上記蓋部材の外周部に上記半導体デバイスが嵌着可能な凹部を形成し、この凹部に半導体デバイスが嵌着された状態で蓋部材が筐体の開口部に装着されることにより当該半導体デバイスが筐体の側壁内側面に接触するように構成すれば、半導体デバイス配設用の空間を節減してモジュール全体をよりコンパクト化できる効果が得られる。
【００４９】
また、上記蓋部材の本体内側部分にデバイス配設空間を形成してこのデバイス配設空間内で導体の途中部分を露出させ、このデバイス配設空間内に上記制御回路デバイスのうちのリード線付回路デバイスを配設してそのリード線を上記導体の途中部分に直接接続するようにすれば、制御回路基板の構造の簡素化及び小型化が可能であり、ひいてはモジュール全体のコンパクト化ができる効果が得られる。
【００５０】
また、上記導体の端部が突出している蓋部材本体の外周面にコネクタ嵌合部を形成し、このコネクタ嵌合部に他のコネクタが嵌合されることによりこのコネクタと上記導体とが接続されるようにすれば、そのコネクタ嵌合操作だけで簡単に外部回路との接続ができる効果が得られる。
【００５１】
さらに、上記導体に複数のコネクタを同時接続する場合、上記コネクタ嵌合部を、外方に突出する第１の嵌合部と、この第１の嵌合部の周囲に凹設された第２の嵌合部とで構成し、各嵌合部から外方に上記導体の端部を突出させるとともに、上記第１の嵌合部の端部に嵌合される第１のコネクタと、上記第１の嵌合部が貫通可能な貫通穴を有し、この貫通穴を第１の嵌合部が貫通する状態で上記第２の嵌合部に嵌合される第２のコネクタとを備えることにより、両コネクタを重ねた状態で配置でき、これらコネクタを含めたモジュール全体のコンパクト化、及び構造の小型化ができる効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態にかかる制御モジュールの断面正面図である。
【図２】前記制御モジュールの平面図である。
【図３】図１のＡ−Ａ線断面図である。
【図４】図１のＢ−Ｂ線断面図である。
【図５】前記制御モジュールにおけるリード線付回路デバイスと導体との接続構造を示す斜視図である。
【図６】図１のＣ−Ｃ線断面図である。
【図７】図１のＤ−Ｄ線断面図である。
【図８】本発明の第２の実施の形態にかかる制御モジュールの断面正面図である。
【図９】（ａ）は本発明とは異なる制御モジュールの一例を示す一部断面正面図、（ｂ）は一部断面平面図である。
【符号の説明】
１０ 制御回路基板
１２ 回路デバイス
２０ 蓋部材
２２ 導体
２４ コネクタ嵌合凹部
２６ 凹部
２８ デバイス配設空間
３０ 筐体
３８ 放熱フィン
４０ 半導体デバイス
５０ リード線付回路デバイス
５２ リード線
６６ 皿ねじ（圧接手段）
【発明の属する技術分野】
本発明は、電子回路ユニットを構成して自動車等に搭載される制御モジュールに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、自動車等に対する快適性、安全性の要求が高まるにつれ、その電子回路化、特に、ＦＥＴ（電界効果トランジスタ）等をはじめとする半導体デバイスによる自動制御化が急速に進められている。
【０００３】
ところで従来、上記各種制御回路デバイスは、その大半が回路基板上に実装され、この基板ごと自動車等に搭載されているのが一般的である。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
前記制御回路デバイスのうち、特に半導体デバイスは耐熱性が低く（パワー系デバイスでも１５０℃が限界）、かつ、それ自身の発熱量も大きいことから、その放熱をいかに行うかが大きな課題となる。従来、このような放熱の手段としては、上記半導体デバイスに放熱板を装着することが行われている。しかし、このような放熱板によって十分な放熱を行うには、かなりの放熱面積を確保する必要があり、特に、自動車のエンジンルームのような高温雰囲気中に回路基板を配する場合には半導体デバイスよりも面積の大きい放熱板を用いなければならず、ユニット全体の大型化は避けられない。
【０００５】
このような不都合に対処する手段として、図９（ａ）（ｂ）に示すように、各種デバイス９１が実装された制御回路基板９０を熱伝導性の高い金属（アルミニウム等）からなるケース９２内に入れ、上記制御回路基板９０に実装されたデバイスのうちの半導体デバイス９４を立直させてその一面を上記ケース９２の側壁９２ａの内側面に密着させることにより、制御回路基板９０のケース９２を半導体デバイス９４の放熱板として兼用することが考えられる。
【０００６】
しかし、このような構造において、制御回路基板９０に組み込まれた制御回路を外部回路と接続するには、この制御回路基板９０上に基板用コネクタ９６を実装し、かつ、この基板用コネクタ９６を相手方コネクタと結合させるべくケース側壁９２ａに窓９２ｂを設けて、この窓９２ｂから外方に基板用コネクタ９６を臨ませなければならず、構造の複雑化は避けられない。また、基板用コネクタ９６の存在自体が部品点数削減の妨げとなる。
【０００７】
さらに、この基板用コネクタ９６と窓９２ｂの周縁部との間には必ず隙間が生じるので、たとえケース９２の上部開口を蓋で塞いだとしても、上記隙間から水分が侵入しやすく、防水は非常に難しい。このため、コネクタの設置個所は大幅に制約される。
【０００８】
本発明は、このような事情に鑑み、放熱性及び防水性に優れ、かつ部品点数が少なくて構造が簡素な制御モジュールを提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するための手段として、本発明は、半導体デバイスを含む制御回路デバイスが実装された制御回路基板と、絶縁材料からなる本体とこの本体を一方向に貫通する導体とが一体に形成され、当該導体の一端が上記制御回路基板に接続された蓋部材と、一方向に開口する金属製の筐体とを備え、この筐体の内側面に前記半導体デバイスを接触させた状態で当該筐体内に上記制御回路基板を収容し、かつ、この筐体の開口部に上記蓋部材を装着することにより、当該筐体内に上記制御回路基板を密封したものである。
【００１０】
この制御モジュールによれば、筐体と半導体デバイスとの接触によって、半導体デバイスの放熱を良好に促進できる。しかも、この筐体を塞ぐ蓋部材にこれを貫く導体が一体化されているため、部品点数の少ない簡単な構造で、かつ、高い防水性を確保しながら、上記導体を媒介として制御回路基板と外部回路との接続が図れる。特に、上記筐体と蓋部材との間にシール部材を設けることにより、さらに高い防水性が得られる。また、制御回路基板及び半導体デバイス全体が金属製の筐体で覆われているため、高いシールド作用も得られる。
【００１１】
上記半導体デバイスと蓋部材とは相互独立した位置に配するようにしてもよいが、上記蓋部材の外周部に上記半導体デバイスが嵌着可能な凹部を形成し、この凹部に半導体デバイスが嵌着された状態で蓋部材が筐体の開口部に装着されることにより当該半導体デバイスが筐体の側壁内側面に接触するようにすれば、半導体デバイス配設用の空間を節減してモジュール全体をよりコンパクト化できる。
【００１２】
上記半導体デバイスと筐体とは、単に接触させるだけでもよいが、これらを積極的に圧接させる圧接手段を備えれば、半導体デバイスから筐体への熱伝導性を高めてより効果的なデバイスの冷却ができる。また、筐体の外側面に放熱フィンを形成しても、高い放熱性が得られる。
【００１３】
制御回路を構成する回路デバイスは、全て制御回路基板上に実装するようにしてもよいが、上記蓋部材の本体内側部分にデバイス配設空間を形成してこのデバイス配設空間内で導体の途中部分を露出させ、このデバイス配設空間内に上記制御回路デバイスのうちのリード線付回路デバイスを配設してそのリード線を上記導体の途中部分に直接接続するようにすれば、制御回路基板の構造の簡素化及び小型化が可能であり、ひいてはモジュール全体のコンパクト化ができる。
【００１４】
前記導体と外部回路との接続方法は特に問わないが、上記導体の端部が突出している蓋部材本体の外周面にコネクタ嵌合部を形成し、このコネクタ嵌合部に他のコネクタが嵌合されることによりこのコネクタと上記導体とが接続されるようにすれば、そのコネクタ嵌合操作だけで簡単に外部回路との接続ができる。
【００１５】
上記各導体には、単一のコネクタを接続するようにしてもよいし、複数のコネクタを同時接続するようにしてもよい。後者の場合、上記コネクタ嵌合部を、外方に突出する第１の嵌合部と、この第１の嵌合部の周囲に凹設された第２の嵌合部とで構成し、各嵌合部から外方に上記導体の端部を突出させるとともに、上記第１の嵌合部の端部に嵌合される第１のコネクタと、上記第１の嵌合部が貫通可能な貫通穴を有し、この貫通穴を第１の嵌合部が貫通する状態で上記第２の嵌合部に嵌合される第２のコネクタとを備えるようにすれば、両コネクタを重ねた状態で上記導体に同時接続することができ、これらコネクタを含めたモジュール全体のコンパクト化、及び構造の小型化ができる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
本発明の第１の実施の形態を図１〜図７に基づいて説明する。
【００１７】
ここに示す制御モジュールは、制御回路基板１０、蓋部材２０、及び金属製の筐体３０を備え、制御回路基板１０の表裏両面には、各種制御回路デバイス（この実施の形態では放熱量の比較的小さな制御回路デバイス）１２が実装されている。
【００１８】
蓋部材２０は、合成樹脂等の絶縁体からなる本体と、この本体を一方向（図１では上下方向）に貫く複数本（図例では８本；図３等参照。）の導体２２とがインサートモールド成形等で一体に形成されたものである。各導体２２の一方の端部（図１では上端部）は、制御回路基板１０に設けられた貫通穴に差し込まれ、かつ、半田付けによって制御回路基板１０上の制御回路に接続されている。蓋部材２０の本体下面にはコネクタ嵌合凹部２４が形成され、このコネクタ嵌合凹部２４内に各導体２２の下端部が突出している。また、この蓋部材２０の本体下端部にはフランジ部２５が形成されている。
【００１９】
同じく蓋部材２０の本体外周部には、一または複数（図例では４つ）の凹部２６が形成され、各凹部２６に半導体デバイス４０が嵌め込まれており、この嵌め込み状態で半導体デバイス４０の外側面と蓋部材２０の本体外周面とが略合致した状態になっている。各凹部２６の上方には切欠２７が形成され、この切欠２７を通じて半導体デバイス４０の各端子（図例では３本の端子）４２が上方に突出した状態にあり、これらの端子４２が前記制御回路基板１０上の回路に接続されている。すなわち、半導体デバイス４０も他のデバイス１２と同様に制御回路基板１０上に実装されている。これら半導体デバイス４０の下部には舌片４４が形成され、この舌片４４にこれを水平方向に貫通するねじ孔４６が形成されている。
【００２０】
なお、本発明における半導体デバイスの具体的な種類は問わず、電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）、バイポーラトランジスタ（ＢＰＴ）、３端子レギュレータ、５端子のインテリジェントパワーデバイス（ＩＰＤ、ＩＰＳ）等の各種デバイスが適用可能である。
【００２１】
蓋部材２０の本体上部中央は下方に凹んでいて、この部分にデバイス配設空間２８が形成されている。このデバイス配設空間２８内では、適当な導体（図例では４本の導体）２２の途中部分が露出しており、このデバイス配設空間２８内にリード線付回路デバイス５０が配設されている。
【００２２】
このリード線付回路デバイス５０は、例えば電解コンデンサや大容量ダイオードのように、その本体から複数本のリード線５２が導出されたもので、従来は他のデバイスと同様に制御回路基板上に実装されていたものであるが、この制御モジュールでは、上記デバイス配設空間２８内で適当な導体２２の途中部分に上記リード線５２が直接接続されている。この直接接続を行う方法は特に問わず、単なる半田付けでもよいし、導体２２の途中部分に図５に示すような溝２３を切欠き、この溝２３にリード線５２の端部を圧入して圧接接続させるようにしてもよい。
【００２３】
筐体３０は、一方向（図１では下方）に開口し、かつ、この開口部に上記蓋部材２０及び半導体デバイス４０がほぼ隙間なく嵌入可能な形状をなしている。この筐体３０の材質は、金属材料の中でも熱伝導性の高いもの、例えばアルミニウムやアルミニウム合金が特に適している。この筐体３０の天壁下面（内側面）の両側部には、制御回路基板１０を支持するための段部３１が形成され、これら段部３１同士の間にデバイス逃がし空間３２が確保されている。
【００２４】
筐体３０の開口周縁部には、前記蓋部材２０のフランジ部２５に対応するフランジ部３４が形成され、これらフランジ部２５，３４同士が上下に重ねられた状態で複数のボルト６０及びナット６２で締結されることにより、蓋部材２０が筐体３０に固定されている。さらに、フランジ部２５の上面とフランジ部３４の下面との間にはＯリング（シール部材）６４が介設され、このＯリング６４により水分侵入路が完全に遮断されている。このＯリング６４をはじめとするシール部材の具体的な材質としては、従来から一般に知られている各種ゴムが適用可能であるが、この制御モジュールをエンジンルーム等の高温雰囲気下に設置する場合には、耐熱性の高いフッ素ゴムやシリコーンゴムが特に好適である。
【００２５】
筐体３０の側壁には、前記半導体デバイス４０のねじ孔４６と対応する位置に円錐台状の貫通孔３６が形成されている。そして、この貫通孔３６を通じてねじ孔４６に皿ねじ６６を挿入、螺合し、これを締付けることにより、半導体デバイス４０の外側面と筐体３０の側壁内側面とを外部操作で圧接させることが可能となっている。
【００２６】
この制御モジュールは、例えば次の要領で組立てることができる。
【００２７】
▲１▼ 蓋部材２０のデバイス配設空間２８内に回路デバイス５０を入れ、そのリード線５２を適当な導体２２の途中部分に接続する。また、各凹部２６に半導体デバイス４０を嵌め込んでおく。
【００２８】
▲２▼ 各導体２２の上端部を制御回路基板１０の貫通孔に差し込み、半田付け等で接続する。と同時に、各半導体デバイス４０の端子４２も制御回路基板１０の適所に接続する。
【００２９】
▲３▼ 制御回路基板１０を上にした状態でこの回路基板１０及び蓋部材２０に筐体３０を被着し（換言すれば筐体３０内に制御回路基板１０側から蓋部材２０を嵌入し）、フランジ部２５，３４同士をボルト６０等で締結する。この時、制御回路基板１０の周縁部は筐体３０内の段部３１と当接し、制御回路基板１０の上側面に実装された各回路デバイス１２はデバイス逃がし空間３２内に逃がされる。
【００３０】
▲４▼ 貫通孔３６を通じてねじ孔４６内に皿ねじ６６を挿入し、締め付けることにより、筐体３０の側壁と半導体デバイス４０とを圧接させる。
【００３１】
そして、このようにして得られた制御モジュールによれば、次の効果を得ることができる。
【００３２】
ａ）筐体３０と半導体デバイス４０との接触によって、半導体デバイス４０の放熱を促進し、効果的に冷却できる。特に、この実施の形態では、皿ねじ６６の操作によって筐体３０と半導体デバイス４０とを積極的に圧接させることができるため、両者間の熱伝導性を高めて放熱をさらに促進することが可能である。また、図１や図２に示すように筐体３０の表面に放熱フィン３８を形成することによっても、放熱性を向上させることができる。
【００３３】
ｂ）金属製の筐体３０によって制御回路基板１０及び半導体デバイス４０全体が覆われているため、高いシールド効果を得ることができる。すなわち、外部からの電磁ノイズの影響を避け、かつ、外部への電磁ノイズの放出を有効に防止できる。
【００３４】
ｃ）筐体３０を塞ぐ蓋部材２０の本体とこれを貫通する導体２２とを一体化しているので、この導体２２を通じて外部回路と内部の制御回路基板１０との接続を図りながら、高い防水性を確保できる。特に、筐体３０と蓋部材２０との間にＯリング６４等のシール部材を介在させることにより、防水はより確実なものとなる。また、このような高い防水性により、モジュール全体を外気に触れる個所、例えば自動車でいえばタイヤ直上のボディ内側等に配設することが可能となる。
【００３５】
なお、上記Ｏリング６４等で筐体３０内の密閉性を増すと、その内外に圧力差が生じ、この圧力差が大きいと筐体３０や蓋部材２０の破損につながるおそれがあるが、予め筐体３０または蓋部材２０の一部に通気性は良好で水分は通しにくい多孔膜の窓を形成しておけば、高い防水性は確保しながら、前記圧力差に起因する不都合を未然に回避することができる。
【００３６】
ｄ）蓋部材２０自体が従来の基板用コネクタと同等の役割（すなわち制御回路基板１０と外部回路との接続媒体としての役割）を担うため、部品点数を削減でき、構造をより簡素化できる。特に、図例のように、蓋部材２０の外側面にコネクタ嵌合凹部２４を形成し、このコネクタ嵌合凹部２４に他のコネクタが嵌合された状態で当該コネクタと導体２２とが接続されるようにすれば、当該接続を簡単な操作で行うことが可能になる。
【００３７】
さらに、本発明では、上記導体２２に複数のコネクタを接続することも可能である。その形態の一例を第２の実施の形態として図８に示す。図において、蓋部材２０の本体下端部中央が下方に突出していて第１の嵌合部２４ａを形成しており、この第１の嵌合部２４ａの周囲に上方に凹んだ第２の嵌合部２４ｂが形成されている。そして、全導体２２のうち中央よりの導体２２の下端部が第１の嵌合部２４ａの下面から下方に突出し、外よりの導体２２の下端部が第２の嵌合部２４ｂの下面から下方に突出している。
【００３８】
これに対し、第２のコネクタ７０Ｂは、構造体（図例では電気接続箱７２）の上面に形成され、その中央部に上記第１の嵌合部２４ａが貫通可能な貫通孔７６が形成されており、当該貫通状態で上記第２のコネクタ７０Ｂが上記第２の嵌合部２４ｂに嵌入され、この嵌入によって第２のコネクタ７０Ｂと外よりの導体２２とが接続されるようになっている。また、第１のコネクタ７０Ａは上記第１の嵌合部２４ａの下端に外嵌可能に構成され、この外嵌によって第１のコネクタ７０Ａと中央よりの導体２２とが接続されるようになっている。
【００３９】
このような構成にすれば、同じ制御モジュールに接続される２つのコネクタ７０Ａ，７０Ｂを上下に重ねて配置することができ、全体の構造をコンパクトに収めることが可能になる。
【００４０】
なお、本発明の実施形態は以上に限らず、例えば次のような形態をとることも可能である。
【００４１】
(1) 半導体デバイス４０自身が放熱フィンを有しており、この放熱フィンと筐体３０とが接触するおそれがある場合には、両者間に予め熱伝導性の高い絶縁シートを挟み込んでおけばよい。例えば、フッ素系樹脂にマイカ等の金属粉末を配合したものは、良好な伝熱性及び絶縁性を兼ね備えており、特に好適である。
【００４２】
(2) 前記筐体３０はモジュール専用の部品でなくてもよく、他の部品を兼用してもよい。例えば本発明の制御モジュールを自動車に搭載する場合には、そのボディを上記筐体として兼用する（すなわちボディに制御回路基板１０の収容部を一体に形成する）ようにしてもよい。
【００４３】
(3) 前記半導体デバイス４０は蓋部材２０と独立して配するようにしてもよい。すなわち、半導体デバイス４０よりも筐体開口部側に蓋部材２０を配するようにしてもよい。ただし、前記実施の形態のように蓋部材２０の本体に凹部２６を形成し、この凹部２６に半導体デバイス４０を嵌め込むようにすれば、制御回路基板１０と蓋部材２０との隙間を小さくしてモジュール全体をよりコンパクトにまとめることが可能になる。
【００４４】
(4) 前記リード線付き回路デバイス５０は、従来と同様に制御回路基板１０上に配するようにしてもよい。ただし、前記実施形態のように、蓋部材２０に形成したデバイス配設空間２８内で回路デバイス５０と導体２２とを直接接続するようにすれば、制御回路基板１０の構造の簡素化及び小型化ができ、ひいてはモジュール全体をよりコンパクト化できる利点が得られる。
【００４５】
【発明の効果】
以上のように本発明は、制御回路基板を収容する金属製筐体と、この金属製筐体内を密封する蓋部材とを備えるとともに、上記制御回路基板に実装された半導体デバイスを上記金属製筐体に接触させ、かつ、この蓋部材にその本体を一方向に貫通する導体を一体化してこの導体により上記制御回路基板と外部回路との接続を図るようにしたものであるので、放熱性及び防水性に優れ、かつ、部品点数の少ないコンパクトな制御モジュールを提供できる効果がある。また、上記金属製筐体によって高いシールド効果も得ることができる。
【００４６】
ここで、上記蓋部材と筐体との間にシール部材を設ければ、防水性をより高めることができる。
【００４７】
また、上記半導体デバイスと筐体とを積極的に圧接させる圧接手段を備えたり、筐体の外側面に放熱フィンを形成したりすることにより、放熱性をさらに高めることができる効果が得られる。
【００４８】
また、上記蓋部材の外周部に上記半導体デバイスが嵌着可能な凹部を形成し、この凹部に半導体デバイスが嵌着された状態で蓋部材が筐体の開口部に装着されることにより当該半導体デバイスが筐体の側壁内側面に接触するように構成すれば、半導体デバイス配設用の空間を節減してモジュール全体をよりコンパクト化できる効果が得られる。
【００４９】
また、上記蓋部材の本体内側部分にデバイス配設空間を形成してこのデバイス配設空間内で導体の途中部分を露出させ、このデバイス配設空間内に上記制御回路デバイスのうちのリード線付回路デバイスを配設してそのリード線を上記導体の途中部分に直接接続するようにすれば、制御回路基板の構造の簡素化及び小型化が可能であり、ひいてはモジュール全体のコンパクト化ができる効果が得られる。
【００５０】
また、上記導体の端部が突出している蓋部材本体の外周面にコネクタ嵌合部を形成し、このコネクタ嵌合部に他のコネクタが嵌合されることによりこのコネクタと上記導体とが接続されるようにすれば、そのコネクタ嵌合操作だけで簡単に外部回路との接続ができる効果が得られる。
【００５１】
さらに、上記導体に複数のコネクタを同時接続する場合、上記コネクタ嵌合部を、外方に突出する第１の嵌合部と、この第１の嵌合部の周囲に凹設された第２の嵌合部とで構成し、各嵌合部から外方に上記導体の端部を突出させるとともに、上記第１の嵌合部の端部に嵌合される第１のコネクタと、上記第１の嵌合部が貫通可能な貫通穴を有し、この貫通穴を第１の嵌合部が貫通する状態で上記第２の嵌合部に嵌合される第２のコネクタとを備えることにより、両コネクタを重ねた状態で配置でき、これらコネクタを含めたモジュール全体のコンパクト化、及び構造の小型化ができる効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態にかかる制御モジュールの断面正面図である。
【図２】前記制御モジュールの平面図である。
【図３】図１のＡ−Ａ線断面図である。
【図４】図１のＢ−Ｂ線断面図である。
【図５】前記制御モジュールにおけるリード線付回路デバイスと導体との接続構造を示す斜視図である。
【図６】図１のＣ−Ｃ線断面図である。
【図７】図１のＤ−Ｄ線断面図である。
【図８】本発明の第２の実施の形態にかかる制御モジュールの断面正面図である。
【図９】（ａ）は本発明とは異なる制御モジュールの一例を示す一部断面正面図、（ｂ）は一部断面平面図である。
【符号の説明】
１０ 制御回路基板
１２ 回路デバイス
２０ 蓋部材
２２ 導体
２４ コネクタ嵌合凹部
２６ 凹部
２８ デバイス配設空間
３０ 筐体
３８ 放熱フィン
４０ 半導体デバイス
５０ リード線付回路デバイス
５２ リード線
６６ 皿ねじ（圧接手段）
Claims (8)
- 半導体デバイスを含む制御回路デバイスが実装された制御回路基板と、絶縁材料からなる本体とこの本体を一方向に貫通する導体とが一体に形成され、当該導体の一端が上記制御回路基板に接続された蓋部材と、一方向に開口する金属製の筐体とを備え、この筐体の内側面に前記半導体デバイスを接触させた状態で当該筐体内に上記制御回路基板を収容し、かつ、この筐体の開口部に上記蓋部材を装着することにより、当該筐体内に上記制御回路基板を密封したことを特徴とする制御モジュール。
- 請求項１記載の制御モジュールにおいて、上記筐体と蓋部材との間にシール部材を設けたことを特徴とする制御モジュール。
- 請求項１または２記載の制御モジュールにおいて、上記蓋部材の外周部に上記半導体デバイスが嵌着可能な凹部を形成し、この凹部に半導体デバイスが嵌着された状態で蓋部材が筐体の開口部に装着されることにより当該半導体デバイスが筐体の側壁内側面に接触するようにしたことを特徴とする制御モジュール。
- 請求項１〜３のいずれかに記載の制御モジュールにおいて、上記半導体デバイスと筐体とを圧接させる圧接手段を備えたことを特徴とする制御モジュール。
- 請求項１〜４のいずれかに記載の制御モジュールにおいて、上記筐体の外側面に放熱フィンを形成したことを特徴とする制御モジュール。
- 請求項１〜５のいずれかに記載の制御モジュールにおいて、上記蓋部材の本体内側部分にデバイス配設空間を形成してこのデバイス配設空間内で導体の途中部分を露出させ、このデバイス配設空間内にリード線付回路デバイスを配設してそのリード線を上記導体の途中部分に直接接続したことを特徴とする制御モジュール。
- 請求項１〜６のいずれかに記載の制御モジュールにおいて、上記導体の端部が突出している蓋部材本体の外周面にコネクタ嵌合部を形成し、このコネクタ嵌合部に他のコネクタが嵌合されることによりこのコネクタと上記導体とが接続されるようにしたことを特徴とする制御モジュール。
- 請求項７記載の制御モジュールにおいて、上記コネクタ嵌合部を、外方に突出する第１の嵌合部と、この第１の嵌合部の周囲に凹設された第２の嵌合部とで構成し、各嵌合部から外方に上記導体の端部を突出させるとともに、上記第１の嵌合部の端部に嵌合される第１のコネクタと、上記第１の嵌合部が貫通可能な貫通穴を有し、この貫通穴を第１の嵌合部が貫通する状態で上記第２の嵌合部に嵌合される第２のコネクタとを備えたことを特徴とする制御モジュール。
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