JP4002074B2

JP4002074B2 - 車載用電装ユニット

Info

Publication number: JP4002074B2
Application number: JP2001102384A
Authority: JP
Inventors: 純夫奥野; 裕彦藤巻
Original assignee: Yazaki Corp
Current assignee: Yazaki Corp
Priority date: 2001-03-30
Filing date: 2001-03-30
Publication date: 2007-10-31
Anticipated expiration: 2021-03-30
Also published as: JP2002293201A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、インテリジェントパワースイッチ（以下、ＩＰＳという。）などの半導体リレーを用いる車載用電装ユニットに関し、さらに詳しくは、放熱性を有するコンパクトな車載用電装ユニットにする。
【０００２】
【従来の技術】
従来、ＩＰＳなどの半導体リレーを使用した車載用電装ユニットとしては、制御基板上に、接続用コネクタと半導体リレーとが実装されたものがある。接続用コネクタは、例えばヘッドランプ、フォグランプ、各種モータなどの負荷と制御基板側との接続を行っている。また、半導体リレーは、負荷に対して供給される電力のを行っている。このような車載用電装ユニットでは、ＩＰＳなどの半導体リレーから発生する熱を逃がすために、制御基板裏面に放熱板を備えている構造が一般的である。
【０００３】
このような車載用電装ユニットでは、標準仕様、オプション仕様などに応じて負荷の制御回路数が異なる。このような負荷制御数の増減によって、制御基板における半導体リレー搭載スペース及び半導体リレーの制御回路スペースが大きく異なる。そのため、従来の車載用電装ユニットでは、各仕様毎に制御基板を作製していた。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上記したような車載用電装ユニットでは、大電流が流れるパワー系の配線パターンが配索されている。そこで、配線パターンの配線抵抗を抑えたり、配線パターン自体の発熱を抑えるために、配線パターンの幅を広くする必要があった。このため、制御基板が大型化するという問題点がある。また、上記した車載用電装ユニットでは、制御基板上に、ＩＰＳなどの半導体リレーを負荷の数に応じて実装するため、半導体リレーの配置スペースと半導体リレーの端子に接続される引き回し配線の配置スペースも必要であり大型化する要因となっている。
【０００５】
そこで、本発明の目的は、放熱性に優れたコンパクトな車載用電装ユニットを提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の発明は、制御基板に実装された半導体リレーを介して負荷の制御を行う車載用電装ユニットであって、前記半導体リレーを搭載し且つ前記半導体リレーと電気的に直接接続されるダイパット部と、前記ダイパット部と一体形成された電源用リード部と、コネクタ用リード部と、基板接続用リード部とを備え、前記半導体リレーが前記ダイパット部と共に樹脂モールド部で封止されてなる半導体リレーモジュールを、前記制御基板に重ねて配置すると共に、前記半導体リレーモジュールが配置された制御基板をケース本体に収容し、前記半導体リレーモジュールを覆う放熱性を有するカバーを組み付けて形成される端子収容空間に前記電源用リード部及び前記コネクタ用リード部を突出させ、前記カバーが前記樹脂モードル部に接触していることを特徴とする。
【０００７】
請求項１記載の発明では、ケーシングが樹脂モールド部に接触しているため、半導体リレーから発生する熱を効率的に放散させる作用がある。このため、制御基板からパワー系の配線を無くすと共に、制御基板と別体の半導体リレーモジュールの放熱性を高める作用がある。
【０００８】
また、請求項２記載の発明は、請求項１記載の車載用電装ユニットであって、前記コネクタ用リード部が放熱性を有することを特徴とする。
【０００９】
したがって、請求項２記載の発明では、請求項１に記載された発明の作用に加えて、コネクタ用リード部から熱を逃がすことができる。このため、半導体リレーモジュールの発熱を抑制することができる。
【００１０】
さらに、請求項３記載の発明は、請求項１又は請求項２のいずれかに記載された車載用電装ユニットであって、前記カバーは、金属で形成されていることを特徴とする。
【００１１】
したがって、請求項３記載の発明では、請求項１及び請求項２に記載された発明の作用に加えて、半導体リレーで発生した熱をより効率的に伝導、放熱させる作用がある。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る車載用電装ユニットの詳細について実施形態に基づいて説明する。
【００１３】
図１は本実施形態に係る車載用電装ユニット１を示す平面図であり、図２は図１のＡ−Ａ断面図である。なお、図１では、カバーを破線で示して車載用電装ユニット１の内部が見える状態を示している。
【００１４】
本実施形態の車載用電装ユニット１は、略矩形のトレー形状のケース本体２内に、制御基板１０と半導体リレーモジュール２０とが収納され、ケース本体２にケーシングの一部であるカバー３が被せられて大略構成されている。
【００１５】
ケース本体２は、放熱性の高い絶縁性材料で形成されることが好ましいが、制御基板１０との絶縁が確保できれば金属製であってもよい。また、カバー３は、例えばアルミニウムなどの熱伝導性及び放熱性の高い金属材料で形成されている。そして、このカバー３は、半導体リレーモジュール２０の樹脂モールド部２１と密着するように、ケース本体２に被せられており、半導体リレーモジュール２０で発生した熱を放熱させるようになっている。なお、ケース本体２とカバー３とは、図２に示すように、組み付けた状態で、一方側に端子収容空間４が形成されるような形状になっている。
【００１６】
制御基板１０には、制御用マイコンをはじめ周知の電子部品１１Ａ、１１Ｂなどが実装されている。また、制御基板１０には、これら電子部品１１Ａ、１１Ｂなどに接続されて回路を構成する配線パターン（図示省略する。）が形成されている。さらに、制御基板１０の一方の側縁には、この制御基板１０への電力供給や信号の出し入れを行う複数の基板側端子１２が突設された基板側コネクタ１３が設けられている。
【００１７】
半導体リレーモジュール２０は、図３及び図４に示すように、内部に複数の半導体リレー２２Ａ、２２Ｂ、２２Ｃ、２２Ｄ、２２Ｅ、２２Ｆがダイパッド部２３Ａ、２３Ｂに搭載されて直方体形状に樹脂封止された樹脂モールド部２１と、この樹脂モールド部２１の一方の側面から延伸される複数のコネクタ用リード部２４と、樹脂モールド部２１の他方の側面から延伸される複数の基板接続用リード部２５とを備えてなる。なお、複数のコネクタ用リード部２４の側方には隣接するコネクタ用リード部２４と平行をなすように、ダイパッド部２３Ａ、２３Ｂに接続された電源用リード部２４Ａ、２４Ｂが設けられている。
【００１８】
なお、樹脂モールド部２１の長手方向の両側には、螺子穴２６が上下方向に貫通するように形成されている。この螺子穴２６には、半導体リレーモジュール２０を、上記した制御基板１０の一方側に設けられた基板側コネクタ１３の上に載せた状態で固定するための螺子部材が挿通されるようになっている。
【００１９】
この半導体リレーモジュール２０におけるコネクタ用リード部２４及び電源用リード部２４Ａ、２４Ｂは、大電流が流れるためリード部の幅が広く設定されている。そして、コネクタ用リード部２４は、例えばヘッドランプ、ワイパーを駆動するモータなどの各種の負荷にそれぞれ接続されるようになっている。そして、各コネクタ用リード部２４には、これらが対応して接続される半導体リレー２２Ａ、２２Ｂ、２２Ｃ、２２Ｄ、２２Ｅ、２２Ｆのそれぞれのスイッチング動作により各負荷へ電力を供給するようになっている。
【００２０】
これら半導体リレー２２Ａ、２２Ｂ、２２Ｃ、２２Ｄ、２２Ｅ、２２Ｆは、裏面電極として形成されているドレイン電極（図示省略する。）が、ダイパッド部２３Ａ、２３Ｂに電気的に接続している。そして、半導体リレー２２Ａ、２２Ｂ、２２Ｃ、２２Ｄ、２２Ｅ、２２Ｆの表面電極（ボンディングパッド）として形成されているソース電極（図示省略する。）は、それぞれに対応するスイッチング動作の対象となる負荷に接続されるコネクタ用リード部２４にワイヤーボンディングされている。また、これら半導体リレー２２Ａ、２２Ｂ、２２Ｃ、２２Ｄ、２２Ｅ、２２Ｆの他の表面電極（ボンディングパッド）として形成されているゲート電極（図示省略する。）は、基板接続用リード部２５にワイヤーボンディングされている。基板接続用リード部２５からは、制御用マイコンなどの電子部品から出力されるＨ／Ｌ信号（制御信号）や、半導体リレー側の電流検知信号（ステイタス信号）などが伝達される。なお、半導体リレー側のボンディングパッドとコネクタ用リード部２４、ボンディングパッドと基板接続用リード部２５とを互いに接続する導電体としてのボンディングワイヤは、アルミニウム（Ａｌ）線、金（Ａｕ）線、銅（Ｃｕ）線やこれらのリボンを用いればよい。
【００２１】
このような構成の半導体リレーモジュール２０では、半導体リレー２２Ａ、２２Ｂ、２２Ｃ、２２Ｄ、２２Ｅ、２２Ｆの裏面電極であるドレイン電極をダイパッド部２３に電気的に接続しているため、半導体リレーの表面電極のそれぞれよりも相対的に電流容量を大きくし、電源用リード部２４Ａ、２４Ｂに大電流を流すことができる。特に、本実施形態では、図５に示す等価回路図に示すように、それぞの半導体リレー２２Ａ、２２Ｂ、２２Ｃ、２２Ｄ、２２Ｅ、２２Ｆに対応する負荷Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３、Ｌ４、Ｌ５、Ｌ６よりハイサイドに配置した回路構成としている。
【００２２】
次に、上記した半導体リレーモジュール２０に用いられるリードフレーム３０について図６を用いて説明する。なお、図６はリードフレーム３０に半導体リレー２２Ａ、２２Ｂ、２２Ｃ、２２Ｄ、２２Ｅ、２２Ｆをマウントした状態を示す平面図である。
【００２３】
このリードフレーム３０は、多連長尺の帯状体である。このリードフレーム３０における１単位である１つの半導体リレーモジュール２０が形成される部分は、図６に示すように、３つの半導体リレー２２Ａ、２２Ｂ、２２Ｃがマウントされる略長方形状のダイパッド部２３Ａと、他の３つの半導体リレー２２Ｄ、２２Ｅ、２２Ｆがマウントされる同じく略長方形状のダイパッド部２３Ｂと、がリードフレーム３０の長手方向に沿って所定間隔を隔てて配置されている。ダイパッド部２３Ａ、２３Ｂの幅方向両側には、これらダイパッド部２３Ａ、２３Ｂから離れた位置にリードフレーム３０の長手方向に沿ってタイバー３１、３２が形成されている。このタイバー３１、３２の両端部は、これらタイバー３１、３２に直交する方向に形成された連結バー３３、３４に連結されている。タイバー３１、３２の外側には、互いに平行をなすフレームバー３５、３６が形成されている。これらフレームバー３５、３６には、連結バー３３、３４の両端部が連結されている。
【００２４】
タイバー３１には、ダイパッド部２３Ａ、２３Ｂに連続するように電源用リード部２４Ａ、２４Ｂが一体に形成されている。また、それぞれダイパッド部２３Ａ、２３Ｂの側方のタイバー３１には、ダイパッド部２３Ａ、２３Ｂと連続しない複数のコネクタ用リード部２４が同一ピッチ（比較的広い間隔）で互いに平行をなすように一体に形成されている。
【００２５】
また、タイバー３２とフレームバー３６には、それぞれのダイパッド部２３Ａ、２３に連続しない複数の基板接続用リード部２５が比較的狭いピッチで互いに平行をなすように一体に形成されている。なお、タイバー３２には、ダイパッド部２３Ａ、２３Ｂと連結するサポートバー３７、３７が形成されている。
【００２６】
さらに、ダイパッド部２３Ａ、２３Ｂは、リードフレーム３０における他の部分に比較して板厚が厚く設定されている。
【００２７】
本実施形態に係るリードフレーム３０は、いずれも打ち抜き成形やエッチングなどで所定形状にパターニングされた金属板材、例えばアルミニウム（Ａｌ）、銅（Ｃｕ）、Ｃｕ−Ｆｅ、Ｃｕ−Ｆｅ−Ｐ、Ｃｕ−Ｃｒ、Ｃｕ−Ｎｉ−Ｓｉ、Ｃｕ−Ｓｎなどの銅合金、Ｎｉ−Ｆｅ、Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏ、などのニッケル・鉄合金、あるいは銅とステンレスの複合材料などを用いることが可能である。さらに、これらの金属にニッケル（Ｎｉ）メッキ、銀（Ａｇ）メッキや金（Ａｕ）メッキなどを施したものなどを用いてもよい。
【００２８】
このようなリードフレーム３０を用いて半導体リレーモジュール２０を作製するには、図６に示すように、ダイパッド部２３Ａ、２３Ｂに所定の半導体リレーを搭載し、ワイヤボンディングを行った後、図７に示すようにトランスファーモールドを行い、リードフレーム３０をカッティングすることで図３に示すような半導体リレーモジュール２０が完成する。なお、基板接続用リード部２５は、図４に示すように、所定位置で折り曲げればよい。なお、このように折り曲げた基板接続用リード部２５は、車載用電装ユニット１に組み付ける場合、図２に示すように制御基板１０に挿通し、制御基板１０の裏面側に形成された配線パターン（図示省略する。）と半田付けが行われる。
【００２９】
上記したリードフレーム３０では、ダイパッド部２３Ａ、２３Ｂに、それぞれ３つずつの半導体リレーがマウント可能であるが、負荷の制御数に応じて標準仕様、オプション仕様などに応じた半導体リレーのマウント数の増減が可能である。本実施形態では、このようなリードフレーム３０を用いて作製した半導体リレーモジュール２０はトランスファーモールドされた薄型構造であるため、図１及び図２に示すように制御基板１０の上に搭載されても、大型化を招くことはない。
【００３０】
また、リードフレーム３０自体に汎用性があるため、１種類のリードフレーム３０にて標準仕様やオプション仕様に対応することができる。このとき、制御基板１０も変更する必要がないため、制御基板１０の共通化が可能となり、大幅なコストダウンを図ることができる。
【００３１】
さらに、車載用電装ユニット１において比較的発熱量の大きい半導体リレーをリードフレーム３０にマウントして半導体リレーモジュール２０を別体として作製するため、制御基板１０側に発熱を考慮した配線パターンを形成する必要がなく、制御基板１０自体の大型化を抑えることができる。特に、本実施形態では、電源供給ライン及びソースラインが、半導体リレーモジュール２０から直接外部に出ていくため、制御基板１０にはこのようなパワー系のライン配索が不要となり、パワー系ラインからの発熱、配索がなくなるという利点がある。
【００３２】
また、本実施形態のリードフレーム３０では、図３及び図６に示すように、個々の半導体リレーの発熱量に応じて、半導体リレーの配置を設計することで、リードフレーム形状、寸法及び各半導体リレーのマウント位置、マウント間隔を決定することができる。このようなリードフレーム３０を用いて半導体リレーモジュール２０を作製することで、複数の異なった負荷の制御を容易に行うことができる。
【００３３】
以上、本実施形態について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、構成の要旨に付随する各種の設計変更が可能である。例えば、上記した実施形態では、２つのダイパッド部２３Ａ、２３Ｂを有するリードフレーム３０、半導体リレーモジュール２０としたが、ダイパッド部の数は単数でも、３つ以上の数であってもよい。また、それぞれのダイパッド部にマウントする半導体リレーの数も適宜変更が可能である。
【００３４】
また、上記した実施形態では、半導体リレーを負荷に対してハイサイドに配置した回路設計としたが、ローサイド設計とすることも勿論可能である。
【００３５】
さらに、上記した実施形態では、カバー３をアルミニウムで形成したが、熱伝導性、放熱性が高い材料であれば、これに限定されるものではない。
【００３６】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、請求項１記載の発明によれば、ケーシングが樹脂モールド部に接触しているため、半導体リレーから発生する熱を効率的に放散させる効果がある。このため、制御基板からパワー系の配線を無くして、制御基板の大型化を抑制でき、しかも制御基板と別体の半導体リレーモジュールの放熱性も高める効果がある。
【００３７】
請求項２記載の発明によれば、請求項１に記載された発明の効果に加えて、コネクタ用リード部から熱を逃がすことができるため、半導体リレーモジュールの発熱を抑制する効果がある。
【００３８】
請求項３記載の発明によれば、請求項１及び請求項２に記載された発明の効果に加えて、半導体リレーで発生した熱をより効率的に伝導、放熱させる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る車載用電装ユニットの実施形態を示す平面図である。
【図２】図１のＡ−Ａ断面図である。
【図３】本発明に係る半導体リレーモジュールの実施形態を示す平面図である。
【図４】実施形態の半導体リレーモジュールの側面図である。
【図５】実施形態の車載用電装ユニットの等価回路図である。
【図６】本発明に係るリードフレームの実施形態を示す平面図である。
【図７】実施形態のリードフレームにトランスファーモールドを施した状態を示す側面説明図である。
【符号の説明】
１車載用電装ユニット
１０制御基板
２０半導体リレーモジュール
２１樹脂モールド部
２２Ａ、２２Ｂ、２２Ｃ、２２Ｄ、２２Ｅ、２２Ｆ半導体リレー
２３Ａ、２３Ｂダイパッド部
２４、２４Ａ、２４Ｂコネクタ接続用リード部
２５基板接続用リード部
３０リードフレーム
Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３、Ｌ４、Ｌ５、Ｌ６負荷

Claims

制御基板に実装された半導体リレーを介して負荷の制御を行う車載用電装ユニットであって、
前記半導体リレーを搭載し且つ前記半導体リレーと電気的に直接接続されるダイパット部と、前記ダイパット部と一体形成された電源用リード部と、コネクタ用リード部と、基板接続用リード部とを備え、前記半導体リレーが前記ダイパット部と共に樹脂モールド部で封止されてなる半導体リレーモジュールを、前記制御基板に重ねて配置すると共に、前記半導体リレーモジュールが配置された制御基板をケース本体に収容し、前記半導体リレーモジュールを覆う放熱性を有するカバーを組み付けて形成される端子収容空間に前記電源用リード部及び前記コネクタ用リード部を突出させ、前記カバーが前記樹脂モードル部に接触していることを特徴とする車載用電装ユニット。
請求項１記載の車載用電装ユニットであって、
前記コネクタ用リード部が放熱性を有することを特徴とする車載用電装ユニット。
請求項１又は請求項２のいずれかに記載された車載用電装ユニットであって、
前記カバーは、金属で形成されていることを特徴とする車載用電装ユニット。