JP3966820B2 - Pwmモジュール - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えばモータのコイル電圧をPWM(Pulse Width Modulation)制御するために自動車等に用いられるPWMモジュールに関するものであり、特にスイッチング素子に入力抵抗が大きく発熱量が大きなMOS(Metal Oxide Semiconductor)型FET(Field Effect Transistor)を用いたPWMモジュールに好適なものである。
【0002】
【従来の技術】
この種のPWMモジュールとしては、従来から、金属基板に電子部品を配設したものが知られている(例えば、特許文献1参照。)。
【0003】
図4に示すように、従来のPWMモジュール1では、表面に絶縁層2aを有する金属基板2と、金属基板2上に絶縁層2aを介してパターンニングされたプリントパターン(導電路)3、3・・・と、金属基板2に実装されたMOS型FET等の発熱量の大きな第一電子部品4、4・・・と、金属基板2に実装された第二電子部品5と、を有している。
【0004】
この金属基板2は、第一電子部品4、4・・・が発した熱を放熱するため、熱伝導率の高いアルミニウム等から成形されている。
【0005】
そして、第二電子部品5は電圧変換回路が集積されたいわゆるプリドライバICであり、この第二電子部品5により第一電子部品4が駆動制御されるようになっている。
【0006】
また、PWMモジュール1では、第一電子部品4、4・・・及び第二電子部品5は、所望の回路接続が得られるように、プリントパターン(導電路)3、3・・・上に接続されており、更に、ワイヤ6、6・・・によっても接続されている。
【0007】
このように構成されたPWMモジュール1は、PWMモジュール1の組み付け部位に応じて、別途に製造されたハウジング内に適宜収納されて用いられている。
【0008】
【特許文献1】
特開平3−218060号公報(第3頁、第1図)
【0009】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来のPWMモジュール1では、第一電子部品4、4・・・が熱伝導性の高い金属基板2に実装されて放熱は促進されるものの、アルミニウム等の金属基板2は高価であり、製造コストが増大してしまうという問題があった。
【0010】
そして、負荷を増加させて、より大きな電圧を第一電子部品4、4・・・に印加する場合には、金属基板2の面積を増加させて放熱を促進させる必要が生じ、PWMモジュール1が大型化してしまうと共に、更に製造コストが増大してしまうという問題があった。
【0011】
また、このような金属基板2を用いる場合には、金属基板2の電子部品を実装しない面は絶縁層2aで覆わずにヒートシンクを密着させ放熱効率を向上させている。
【0012】
このため、金属基板2は両面実装が困難であり、実装スペースが制限されてしまう。
【0013】
従って、従来のPWMモジュール1では、3端子レギュレータやトランジスタ、抵抗、コンデンサ等の安価なディスクリート部品を金属基板2上で組み合わせることができなかった。
【0014】
すなわち、電圧変換回路が集積された第二電子部品5を組み込まなければならず、製造コストの低減を図ることができない、という問題があった。
【0015】
本発明は、前記課題を解決するためになされたものであり、小型化しても放熱性を低下させず、また、製造コストの低減を図ることのできるPWMモジュールの提供を目的とする。
【0016】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するため、請求項1記載の発明は、発熱量の大きな発熱本体部を有する第一の電子部品と、前記発熱本体部の発する熱の影響を受けやすい第二の電子部品と、前記第一の電子部品の電極部が接続されるインサートパターンを備えたインサート基板と、をハウジング内に有し、前記ハウジング内の熱を該ハウジング外に伝達する放熱部材が設けられたPWMモジュールであって、前記インサート基板と別体の絶縁性基板を設け、該絶縁性基板に前記第二の電子部品を実装すると共に、前記第一の電子部品の発熱本体部を、前記インサート基板から離間させて前記放熱部材に保持させると共に、前記絶縁性基板の両面に前記第二の電子部品を実装し、前記インサート基板のうち、上面視で、一対離し置きされた該両インサート基板間で、ハウジングの中央部分に有する間隙に、該第二の電子部品のうち、実装した時の実装高が大きいものを、位置させることを特徴とするPWMモジュールである。
【0017】
このように構成された請求項1記載のものでは、前記第一の電子部品の発熱本体部を、前記インサート基板から離間させて前記放熱部材に保持させたため、前記第一の電子部品の発熱本体部が発した熱を前記放熱部材に直接に伝達することができる。
【0018】
このため、前記発熱本体部が発した熱は、前記放熱部材を介して前記ハウジング外に伝達し易く、該ハウジング内の温度上昇の抑制を図ることがことができる。
【0019】
従って、金属基板を用いることなく前記ハウジング内の温度上昇の抑制を図ることができ、製造コストの低減を図ることができる。
【0020】
しかも、前記インサート基板と別体の絶縁性基板を設け、該絶縁性基板に前記第二の電子部品を実装するため、高価な集積回路(IC)を用いずに、該第二の電子部品を複数組み合わせて該絶縁性基板に所望の回路を構成することができ、更に、製造コストの低減を図ることができる。
【0021】
また、前記絶縁性基板を前記インサート基板と別体としたため、前記インサートパターンの発する熱が前記第二の電子部品に伝わりにくく、該第二の電子部品として安価なものを採用することができ、更に、製造コストの低減を図ることができる。
【0023】
また、前記絶縁性基板の両面に前記第二の電子部品を実装するため、前記第二の電子部品を実装する前記絶縁性基板を小型化することができ、前記PWMモジュールの小型化を図ることができる。
【0024】
また、前記放熱部材は、前記インサートパターンに直接接触する伝熱脚部を有することを特徴とする請求項1に記載のPWMモジュールである。
【0025】
このように構成された請求項2記載のものでは、前記伝熱脚部が前記インサートパターンに直接接触し、該インサートパターンの発した熱が該伝熱脚部に直接伝達される。
【0026】
このため、該インサートパターンの発した熱が、前記放熱部材を介して前記ハウジング外に伝達され易く、更に、該ハウジング内の温度上昇の抑制を図ることがことができる。
【0027】
また、請求項3に記載された発明は、第一の電子部品は、MOS型FETであることを特徴とする請求項1又は2に記載のPWMモジュールである。
【0028】
このように構成された請求項3記載のものでは、第一の電子部品がMOS型FETであるため、高入力抵抗で発熱量の大きなMOS型FETの発する熱が前記ハウジング外に伝達されやすく、該ハウジング内の温度上昇の抑制を図ることができる。
【0029】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を図を参照して説明する。
【0030】
図1、図2に示すように、本実施形態のPWMモジュール10は、発熱量の大きな発熱本体部11aを有する第一の電子部品としてのMOS型FET11、11・・・と、発熱本体部11aが発する熱の影響を受け易い第二の電子部品としての制御回路素子12、12・・・と、その他の電子部品である電解コンデンサ13、13・・・と、インサートパターン14aを備えたインサート基板14と、をハウジング15内に有している。
【0031】
また、PWMモジュール10には、ハウジング15内の熱をハウジング15外に伝達するための放熱部材としてのヒートシンク16が設けられており、更に、インサート基板14とは別体で絶縁性基板としての樹脂基板17が設けられている。
【0032】
ハウジング15は、樹脂等により形成されており、図3に示すように上面視四角形状を呈している。
【0033】
そして、ハウジング15は、上底及び下底が開口したハウジング本体部15aと、ハウジング本体部15aの上底を覆うハウジングアッパ15bと、ハウジング本体部15aの下底を覆うハウジングロア15cと、を有して薄い箱形状となっている。
【0034】
更に、ハウジング本体部15aには樹脂製のインサート基板14が一体に設けられて側断面H字状を呈しており、このうち、一対のインサート基板14,14は、図3に示したように、上面視で、離し置きされた両インサート基板14,14間で、前記ハウジング本体部15aの中央部分に隙間14dを有している。
【0035】
インサートパターン14aは、インサート成形されてインサート基板14内に挟み込まれており、電気抵抗を小さく抑えるために一定の厚みを有する板状の金属からできている。
【0036】
そして、インサートパターン14aは、ハウジング本体部15aと一体に設けられたコネクタ部18内まで延設されている。
【0037】
更に、インサート基板14には、複数の切欠14b、14b・・・が設けられており、切欠14b、14b・・・からインサートパターン14aが露呈するようになっている。
【0038】
この切欠14b、14b・・・は、インサート基板14に配置される電解コンデンサ13、13・・の直下には位置しないようになっている一方、インサートパターン14aの露呈する面積が広くなるように、インサート基板14の強度を確保できる範囲内で多数設けられている。
【0039】
また、ヒートシンク16は、例えば押し出し成形されたアルミニウム等の熱伝導性の高い材質からできており、長方形板状のシンク本体16aと、このシンク本体16aに設けられてハウジングアッパ15bからハウジング15外に突出したフィン16bと、を有し、ハウジング15内の熱をフィン16bを介してハウジング15外に伝達し、ハウジング15内の温度上昇を抑制するようになっている。
【0040】
そして、ヒートシンク16は、シンク本体16aの両側縁から下方に延びる伝熱脚部16dを有しており、伝熱脚部16dとシンク本体16aとで側面視コ字状を呈している。
【0041】
この伝熱脚部16dは、シンク本体16aと同じ材質でできており、シンク本体16aに一体に形成されていると共に、その下端をインサートパターン14aに直接接触させている。
【0042】
更に、ヒートシンク16にはこの両伝熱脚部16d間に渡って保持部材16cが設けられている。
【0043】
そして、この保持部材16cとシンク本体16aとの間に、発熱本体部11aがシンク本体16aと密着状態で嵌め込まれており、発熱本体部11aがインサート基板14から離間してヒートシンク16に保持されるようになっている。
【0044】
また、MOS型FET11、11・・・は、この発熱本体部11aから下方に向けて延設する電極部11bを有しており、この電極部11bはインサートパターン14aに電気的に接続されている。
【0045】
更に、樹脂基板17は、インサート基板14に、図示しない係止ピンで係止されている。
【0046】
この樹脂基板17は、インサート基板14を介してヒートシンク16反対側に位置すると共に、図3に示したように、樹脂基板17の一部を隙間14dと重複させている。
【0047】
また、樹脂基板17は、薄い金属膜からなるプリントパターン17aを有しており、このプリントパターン17aは樹脂基板17の両面に設けられている。
【0048】
更に、この樹脂基板17の両面には、3端子レギュレータやトランジスタ、コンデンサ等から構成される複数の制御回路素子12、12・・・が実装されており、プリントパターン17aにより電気的に接続されて所定の制御回路を構成している。
【0049】
ここで、図1、図3に示したように、この複数の制御回路素子12、12・・・のうち、実装したときの実装高が大きいものは、樹脂基板17のインサート基板14側の面(上面)に実装されて、離し置きされた一対のインサート基板14,14の隙間14dに位置しており、実装したときの実装高が、上面に比して、小さいものが実装されたハウジングロア15c側の面(下面)では、樹脂基板17とハウジングロア15cとの間隔を小さく保つことができるようになっている。
【0050】
そして、このように構成されたPWMモジュール10のハウジング15内には、熱伝導性の高いポッティング材が充填されている。
【0051】
次に、PWMモジュール10の作用について説明する。
【0052】
本実施形態のPWMモジュール10では、いわゆるパワー系電子部品であるMOS型FET11での発熱量が大きく、また、このMOS型FET11が接続されるインサートパターン14aでの発熱量も大きい。
【0053】
ここで、本実施形態のPWMモジュール10では、このMOS型FET11の発熱本体部11aをインサート基板14から離間させてヒートシンク16に保持させている。
【0054】
しかも、発熱本体部11aは、押し出し成形されたアルミニウム等の熱伝導性の高いシンク本体16aと密着した状態で保持されている。
【0055】
このため、発熱量の大きな発熱本体部11aが発した熱を、ヒートシンク16のシンク本体16aに直接に伝達し、フィン16bを介してハウジング15外に伝達させることができる。
【0056】
すなわち、本実施形態のPWMモジュール10であれば、発熱本体部11aが発した熱がヒートシンク16を介してハウジング15外に伝達し易く、ハウジング15内の温度上昇の抑制を図ることができる。
【0057】
そして、発熱本体部11aをインサート基板14から離間させ、基板に実装せずにヒートシンク16に保持させるため、発熱量の大きなMOS型FET11を実装するための金属基板を省略でき、製造コストの低減を図ることができる。
【0058】
また、PWMモジュール10では、ヒートシンク16の伝熱脚部16dをインサートパターン14aに直接接触させている。
【0059】
このため、発熱量の大きなインサートパターン14aの発した熱を、伝熱脚部16dに直接に伝えることができる。
【0060】
したがって、インサートパターン14aの発した熱が、ヒートシンク16を介してハウジング15外に伝達され易く、更に、ハウジング15内の温度上昇の抑制を図ることができる。
【0061】
また、PWMモジュール10では、プリントパターン17aを有する樹脂基板17を、インサート基板14と別体で設けたため、樹脂基板17に複数の制御回路素子12、12・・・を実装することができる。
【0062】
従って、集積回路(IC)を採用せずに、ディスクリート部品たる制御回路素子12、12・・・を組み合わせて制御回路を構築することができるため、製造コストの低減を図ることができる。
【0063】
しかも、この複数の制御回路素子12、12・・・のうち実装高が大きいものを樹脂基板17のインサート基板14側の面(上面)に実装し、インサート基板14の隙間14dに位置させたため、制御回路素子12、12・・・を実装するために必要な厚みを小さくすることができ、PWMモジュール10の小型化を図ることができる。
【0064】
また、この樹脂基板17は、インサート基板14と別体で設けられているため、インサートパターン14aの発した熱が、制御回路素子12、12・・・に伝わりにくい。
【0065】
しかも、樹脂基板17は、インサート基板14を介してヒートシンク16の反対側(インサート基板14の下方側)に位置しており、ヒートシンク16に保持されたMOS型FET11、11・・・の発した熱も制御回路素子12、12・・・に伝わりにくくなっている。
【0066】
このため、制御回路素子12、12・・・として安価なものを採用することができ、更に、製造コストの低減を図ることができる。
【0067】
また、PWMモジュール10では、樹脂基板17の両面に制御回路素子12、12・・・を実装するため、制御回路素子12、12・・・を実装するための樹脂基板17を小型化することができ、PWMモジュール10の小型化を図ることができる。
【0068】
以上、この発明の実施の形態を図により説明してきたが、具体的な構成はこの実施例に限らず、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計の変更があってもこの発明に含まれる。
【0069】
例えば、前記第一の電子部品は、発熱量の大きな電子部品であれば良く、MOS型FETに限定されるものではない。
【0070】
このため、前記第一の電子部品は、ジャンクション型FETや、コイル、シャント抵抗等の電子部品であっても良い。
【0071】
このようにしても、発熱量の大きなジャンクション型FET、コイル、シャント抵抗等の発する熱を、ヒートシンク16を介してハウジング15外に伝達させ易く、金属基板を省略することができる。
【0072】
また、前記第二の電子部品は、制御回路素子に限定されず、発熱本体部の発する熱の影響を受けやすいものであれば適用可能である。
【0073】
更に、本実施形態のPWMモジュール10では、電解コンデンサ13、13・・をインサート基板14に実装しているが、樹脂基板17の周囲に電解コンデンサ13、13・・の実装空間を確保して樹脂基板17に実装してもよい。
【0074】
このようにすれば、MOS型FET11、11・・・及びインサートパターン14aが発する熱が、電解コンデンサ13、13・・に伝達されにくくなり、安価な電解コンデンサ13、13・・を採用することができ、更に、製造コストの低減を図ることができる。
【0075】
また、ヒートシンク16の形状は必ずしも前記実施形態の形状に限られるものではなく、少なくとも、前記第一の電子部品を前記インサート基板から離間させて保持して、前記ハウジング内の熱を外ハウジング外に伝達するものであればよい。
【0076】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項1に記載されたPWMモジュールによれば、前記第一の電子部品の発熱本体部を、前記インサート基板から離間させて前記放熱部材に保持させたため、前記第一の電子部品の発熱本体部が発した熱を前記放熱部材に直接に伝達することができる。
【0077】
このため、前記発熱本体部が発した熱は、前記放熱部材を介して前記ハウジング外に伝達し易く、該ハウジング内の温度上昇の抑制を図ることがことができる。
【0078】
従って、金属基板を用いることなく前記ハウジング内の温度上昇の抑制を図ることができ、製造コストの低減を図ることができる。
【0079】
しかも、前記インサート基板と別体の絶縁性基板を設け、該絶縁性基板に前記第二の電子部品を実装するため、集積回路を用いずに、該第二の電子部品を複数組み合わせて該絶縁性基板に所望の回路を構成することができ、更に、製造コストの低減を図ることができる。
【0080】
また、前記絶縁性基板を前記インサート基板と別体としたため、前記インサートパターンの発する熱が前記第二の電子部品に伝わりにくく、該第二の電子部品として安価なものを採用することができ、更に、製造コストの低減を図ることができる。
【0081】
また、前記絶縁性基板の両面に前記第二の電子部品を実装するため、前記第二の電子部品を実装する前記絶縁性基板を小型化することができ、前記PWMモジュールの小型化を図ることができる。
【0082】
また、請求項2に記載されたPWMモジュールによれば、前記伝熱脚部が前記インサートパターンに直接接触し、該インサートパターンの発した熱が該伝熱脚部に直接伝達される。
【0083】
このため、該インサートパターンの発した熱が、前記放熱部材を介して前記ハウジング外に伝達され易く、更に、該ハウジング内の温度上昇の抑制を図ることができる。
【0084】
また、請求項3に記載されたPWMモジュールによれば、第一の電子部品がMOS型FETであるため、高入力抵抗で発熱量の大きなMOS型FETの発する熱が前記ハウジング外に伝達されやすく、該ハウジング内の温度上昇の抑制を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施形態のPWMモジュールの図3におけるSA−SA線に沿った断面図である。
【図2】本発明の実施形態のPWMモジュールの図3におけるSB−SB線に沿った断面図である。
【図3】本発明の実施形態のPWMモジュールのハウジングアッパを外した状態での平面図である。
【図4】従来の金属基板を用いたPWMモジュールの平面図である。
【符号の説明】
10 PWMモジュール
11 MOS型FET(第一の電子部品)
11a 発熱部
11b 電極部
12 制御回路素子(第二の電子部品)
14 インサート基板
14a インサートパターン
15 ハウジング
16 ヒートシンク(放熱部材)
16d 伝熱脚部
17 樹脂基板(絶縁性基板)
Claims (3)
- 発熱量の大きな発熱本体部を有する第一の電子部品と、
前記発熱本体部の発する熱の影響を受けやすい第二の電子部品と、
前記第一の電子部品の電極部が接続されるインサートパターンを備えたインサート基板と、をハウジング内に有し、
前記ハウジング内の熱を該ハウジング外に伝達する放熱部材が設けられたPWMモジュールであって、
前記インサート基板と別体の絶縁性基板を設け、該絶縁性基板に前記第二の電子部品を実装すると共に、
前記第一の電子部品の発熱本体部を、前記インサート基板から離間させて前記放熱部材に保持させると共に、前記絶縁性基板の両面に前記第二の電子部品を実装し、前記インサート基板のうち、上面視で、一対離し置きされた該両インサート基板間で、ハウジングの中央部分に有する間隙に、該第二の電子部品のうち、実装した時の実装高が大きいものを、位置させることを特徴とするPWMモジュール。 - 前記放熱部材は、前記インサートパターンに直接接触する伝熱脚部を有することを特徴
とする請求項1に記載のPWMモジュール。 - 前記第一の電子部品は、MOS型FETであることを特徴とする請求項1又は請求項2に記載のPWMモジュール。
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