JP5418851B2 - 電子制御ユニット - Google Patents

Description

本発明は、電子制御ユニットに関し、特に電動式パワーステアリングシステムに適用可能なものに関する。

近年、車両のモータ制御化が進み、モータとその制御を司る電子制御ユニットが増加傾向にある。一方、ユーザに快適な空間を提供するために、車室内空間を拡げる試みがなされている。そのため、モータ及び電子制御ユニットを配置するためのスペースの確保が課題となっており、モータ及び電子制御ユニットの小型化が重要になっている。

例えば、電動式パワーステアリングシステムに用いられる電子制御ユニットは、エンジンルームやインパネの奥側に配置される。ところが、電動式パワーステアリングシステムに用いられる電子制御ユニットは、大電流（約１００Ａ）でモータを駆動するため、スイッチング機能を有する半導体モジュールの発熱が大きくなる。したがって、このような電子制御ユニットを小型化するためには、高い放熱構造が必要となる。

特許文献１および２には、半導体モジュールまたは電子制御ユニットの構造を工夫することにより、半導体モジュールの放熱性の向上を図る技術が開示されている。例えば、特許文献１および２に開示される半導体モジュールでは、半導体チップを覆う樹脂体の一方の面よりも面積の大きな放熱板（金属または絶縁材料）を樹脂体に取り付け、当該放熱板によって半導体チップの放熱を図っている。

実開昭５８−１８７１５３号公報 特開２００２−８３９１２号公報 特開２００９−５４７０１号公報

特許文献２には、箱状のケースの内側に半導体モジュールを配置し、半導体モジュールの周囲にグリスを充填することで半導体モジュールの熱をケース側へ放熱するようにした構成が開示されている。しかしながら、この構成では、半導体モジュール毎にケースおよびグリスを別途用意する必要があり、特に複数の半導体モジュールの放熱を図る場合等、部材コストが増大するおそれがある。

また、特許文献１および２には、樹脂体に対する放熱板の相対的な大きさの詳細に関しては何ら記載されていない。よって、例えば樹脂体に対し放熱板の面方向への延出の程度（樹脂体の面と放熱板の面の面積比）が極度に小さい場合、放熱の効果は小さいと考えられる。一方、樹脂体に対し放熱板の面方向への延出の程度が極度に大きい場合、放熱板の重量および部材コストが増大するとともに、基板上における半導体モジュールやその他電子部品の設置スペースの確保が困難になるおそれがある。

特許文献３には、基板の半導体モジュール側を覆うカバー部材に、半導体モジュールの外縁の形状に対応し半導体モジュールを囲むようにして凹む凹部を形成し、当該凹部と半導体モジュールとの間に熱伝導材を設け、半導体モジュールの熱のカバー部材側への放熱性の向上を図った構成が開示されている。しかしながら、この電子制御ユニットでは、半導体モジュールの外縁の形状に対応し半導体モジュールを囲むよう凹部を形成する必要があるため、加工コストの増大を招くおそれがある。また、特許文献３の半導体モジュールは、特許文献１および２の半導体モジュールのような放熱板を有していないため、カバー部材側への放熱の効果は低いと考えられる。

本発明は、上述の問題に鑑みてなされたものであり、その目的は、簡単な構成で、実装される半導体モジュールの熱を効果的に放熱可能な電子制御ユニットを提供することにある。

請求項１に記載の発明は、板部材と基板と第１配線パターンおよび第２配線パターンと半導体モジュールとカバー部材と第１熱伝導部材とを備える。樹脂製の基板は、金属製の板部材に設置されている。第１配線パターンおよび第２配線パターンは、基板の板部材とは反対側の面に設けられている。半導体モジュールは、半導体チップ、樹脂体、複数の端子、および、金属板を有している。板状の樹脂体は、スイッチング機能を有する半導体チップを覆うよう形成されている。複数の端子は、半導体チップに電気的に接続するとともに樹脂体から突出し、基板上の第１配線パターンに半田付けされる。金属板は、一方の面が樹脂体の一方の面から露出するとともに他方の面が半導体チップに電気的に接続している。半導体モジュールは、樹脂体の一方の面が基板に対向するようにして基板の板部材とは反対側の面に表面実装されている。カバー部材は、基板の半導体モジュール側を覆うことで半導体モジュールを保護可能に設けられている。

本発明では、金属板は、樹脂体から板面方向に延出し基板上の第２配線パターンに半田付けされる延出部を有している。また、カバー部材は、金属板の延出部に向かって突出するよう形成される第１凸部を有している。そして、第１熱伝導部材は、金属板の延出部および樹脂体とカバー部材の第１凸部との間の隙間を埋めるようにして設けられている。これにより、スイッチング作動により発熱する半導体チップの熱を金属板、樹脂体および第１熱伝導部材を経由してカバー部材側へ伝達および放熱することができる。また、半導体チップの熱は、金属板の延出部および第２配線パターンを経由して基板側へも伝達され放熱される。

このように、本発明では、カバー部材に形成される第１凸部は比較的単純な形状であり、第１凸部と延出部との間に第１熱伝導部材を設けることにより金属板の熱をカバー部材に効果的に伝達することができる。したがって、簡単な構成により、半導体モジュールの熱を効果的に放熱することができる。

また、本発明では半導体モジュールの熱をカバー部材側から効果的に放熱することができるため、基板のスペックを低減すること（配線パターンの薄銅化、基板サイズの低減等）ができる。したがって、電子制御ユニットの低コスト化および小型軽量化を図ることができる。

請求項２に記載の発明では、カバー部材は、基板とは反対側の面の第１凸部に対応する位置に、第１凸部の形状に対応して凹むよう形成される第１凹部を有している。これにより、カバー部材に第１凸部を設ける場合でも、カバー部材の体積、重量、および、部材コストの増大を抑えることができる。また、この構成のカバー部材の場合、プレス加工のような比較的簡単な方法で形成することができる。

請求項３に記載の発明では、基板上の第２配線パターンは、金属板の延出部の外縁よりも外側へ大きく拡がるよう延びて形成されている。そして、第１熱伝導部材は、第２配線パターンと第１凸部との間の隙間を埋めるよう延びて形成されている。これにより、金属板の延出部から基板上の第２配線パターンへ伝達した熱を、第１熱伝導部材を経由してカバー部材側へ伝達および放熱することができる。したがって、半導体モジュールの熱を放熱する効果をより高めることができる。

請求項４に記載の発明では、カバー部材は、半導体モジュールの複数の端子に向かって突出するよう形成される第２凸部を有している。そして、複数の端子および樹脂体と第２凸部との間の隙間を埋めるようにして設けられる第２熱伝導部材をさらに備えている。これにより、スイッチング作動により発熱する半導体チップの熱を複数の端子、樹脂体および第２熱伝導部材を経由してカバー部材側へ伝達および放熱することができる。したがって、半導体モジュールの熱を放熱する効果をより高めることができる。

請求項５に記載の発明では、カバー部材は、基板とは反対側の面の第２凸部に対応する位置に、第２凸部の形状に対応して凹むよう形成される第２凹部を有している。これにより、カバー部材に第２凸部を設ける場合でも、カバー部材の体積、重量、および、部材コストの増大を抑えることができる。また、この構成のカバー部材の場合、プレス加工のような比較的簡単な方法で形成することができる。

請求項６に記載の発明では、樹脂体の他方の面とカバー部材との間の隙間を埋めるようにして設けられる第３熱伝導部材をさらに備えている。これにより、スイッチング作動により発熱する半導体チップの熱を樹脂体および第３熱伝導部材を経由してカバー部材側へ伝達および放熱することができる。したがって、半導体モジュールの熱を放熱する効果をより高めることができる。

ここで、金属板の一方の面のうちの延出部の面積をＳｍ、樹脂体の一方の面の面積をＳｒとし、仮に金属板および樹脂体がＳｍ／Ｓｒ＜０．５の関係を満たすよう形成されている場合、金属板による放熱の効果は小さくなる懸念がある。一方、金属板および樹脂体が１．０＜Ｓｍ／Ｓｒの関係を満たすよう形成されている場合、金属板の重量および部材コストの増大が懸念されるとともに基板上の他の電子部品等の設置スペースの確保が困難になるという問題が生じる。

そこで、請求項７に記載の発明では、金属板の一方の面のうち延出部の面積をＳｍ、樹脂体の一方の面の面積をＳｒとすると、金属板および樹脂体は、０．５≦Ｓｍ／Ｓｒ≦１．０の関係を満たすよう形成されている。金属板および樹脂体を、０．５≦Ｓｍ／Ｓｒの関係を満たすよう形成することにより、金属板（延出部）の表面積および体積（ヒートマス）を所定値以上確保することができる。これにより、半導体モジュールは、半導体チップからの発熱を金属板を経由して効果的に放熱することができる。また、金属板および樹脂体を、Ｓｍ／Ｓｒ≦１．０の関係を満たすよう形成することにより、金属板の重量および部材コストの増大を抑え、かつ、基板における他の電子部品等の設置スペースを容易に確保することができる。

請求項８に記載の発明では、金属板および樹脂体は、Ｓｍ／Ｓｒ＝０．７５の関係を満たすよう形成されている。これにより、金属板を経由した放熱の効果と重量および部材コスト増大の抑制等の効果とを両立できるとともに、それぞれの効果を最大限まで高めることができる。

請求項９に記載の発明では、板部材と基板との間に、絶縁放熱シートおよび放熱グリスの少なくとも一方を備えている。これにより、半導体モジュールの熱を基板および絶縁放熱シートまたは放熱グリスを経由して板部材側に効果的に伝達することができる。したがって、半導体モジュールの熱を、カバー部材からだけでなく、板部材からも効果的に放熱することができる。

請求項１０に記載の発明では、板部材は、基板の半導体モジュールが実装された部分に向かって突出するよう形成される突出部を有している。これにより、板部材（突出部）を、基板のうち半導体モジュールが実装された部分に容易に近接または当接させることができる。そのため、半導体モジュールの熱を基板を経由して板部材側に効果的に伝達することができる。したがって、半導体モジュールの熱を、カバー部材からだけでなく、板部材からも効果的に放熱することができる。さらに、突出部の厚み分、板部材のヒートマスを大きくすることができるため、半導体モジュールの熱を放熱する効果をより高めることができる。

本発明の第１実施形態による電子制御ユニットを示す図であって、（Ａ）はカバー部材および第１熱伝導部材を取り除いた状態を示す図、（Ｂ）は（Ａ）のＢ−Ｂ線断面図。 本発明の第１実施形態による電子制御ユニットを電動式パワーステアリングシステムに適用した状態を示す概略図。 本発明の第２実施形態による電子制御ユニットの要部を示す図であって、（Ａ）は半導体モジュールおよびその近傍を示す断面図、（Ｂ）は半導体モジュールおよびその周辺を示す上面図。 本発明の第３実施形態による電子制御ユニットの半導体モジュールおよびその近傍を示す断面図。 本発明の第４実施形態による電子制御ユニットの半導体モジュールおよびその近傍を示す断面図。 本発明の第５実施形態による電子制御ユニットの半導体モジュールおよびその近傍を示す断面図。 本発明の第６実施形態による電子制御ユニットの半導体モジュールおよびその近傍を示す断面図。 本発明の第７実施形態による電子制御ユニットの要部を示す図であって、（Ａ）は半導体モジュールおよびその近傍を示す断面図、（Ｂ）は半導体モジュールおよびその周辺を示す上面図。 本発明の第８実施形態による電子制御ユニットの半導体モジュールおよびその近傍を示す断面図。 本発明の第９実施形態による電子制御ユニットの半導体モジュールおよびその周辺を示す上面図。

以下、本発明の複数の実施形態による電子制御ユニットを図に基づいて説明する。なお、複数の実施形態において、実質的に同一の構成部位には同一の符号を付し、説明を省略する。
（第１実施形態）
本発明の第１実施形態による電子制御ユニットを図１に示す。電子制御ユニット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１００に用いられ、操舵トルク信号および車速信号等に基づき、操舵のアシスト力を発生するモータ１０１を駆動制御するものである。

電子制御ユニット１は、図１（Ａ）および（Ｂ）に示すように、板部材２、基板３、第１配線パターン４、第２配線パターン５、半導体モジュール６、カバー部材７および第１熱伝導部材８１等を備えている。
板部材２は、例えばアルミ等の金属により、略矩形の板状に形成されている（図１（Ａ）参照）。
基板３は、例えばガラス繊維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。基板３は、板部材２と同様略矩形に形成され、外形は板部材２より小さい。基板３は、その板面が板部材２の板面と略平行になるよう、ねじ２５によって板部材２に固定されている。

第１配線パターン４は、本実施形態では、第１配線パターン４１および４２からなる。第１配線パターン４１および４２は、例えば銅などの金属薄膜により形成され、基板３の板部材２とは反対側の面に設けられている。
第２配線パターン５は、第１配線パターン４１および４２と同様、例えば銅などの金属薄膜により形成され、基板３の板部材２とは反対側の面に設けられている。

第１配線パターン４１および４２、ならびに、第２配線パターン５は、例えばサブトラクティブ法あるいはアディティブ法などの方法により基板３の表面に形成されている。
なお、基板３の内部には、中間層としての配線パターン１１が複数設けられている。また、基板３の板部材２側の面には、配線パターン１２が設けられている（図１（Ｂ）参照）。

図１（Ｂ）に示すように、半導体モジュール６は、半導体チップ６１、樹脂体６２、端子６３および金属板６４等を備えている。
半導体チップ６１は、例えばＭＯＳＦＥＴ等の電界効果トランジスタである。半導体チップ６１は、ゲートに制御信号が入力されることで、ソースとドレインとの間の電流の流れを許容または遮断する。このように、半導体チップ６１はスイッチング機能を有する。

樹脂体６２は、樹脂により板状に形成され、半導体チップ６１を覆っている。これにより、半導体チップ６１は、外部からの衝撃、湿気等から保護されている。本実施形態では、樹脂体６２は矩形の板状に形成されている。よって、樹脂体６２は、一方の面６２１、他方の面６２２、および、面６２１と面６２２との間の側面（４つ）を有している。

端子６３は、金属により形成されている。本実施形態では、端子６３は３つ（６３１〜６３３）設けられている（図１（Ａ）参照）。
端子６３１は、一方の端部が半導体チップ６１のソースに電気的に接続し、他方の端部が樹脂体６２の側面から突出するよう設けられている。端子６３１は、樹脂体６２の側面から突出した後、面６２１側へ折れ曲がり、さらに、先端部（他方の端部）が樹脂体６２とは反対側へ折れ曲がるようにして形成されている。

端子６３２は、一方の端部が、後述する金属板６４を介して半導体チップ６１のドレインに電気的に接続している。端子６３２は、他方の端部が樹脂体６２の側面から突出するよう設けられている。
端子６３３は、一方の端部が半導体チップ６１のゲートに電気的に接続し、他方の端部が樹脂体６２の側面から突出するよう設けられている。端子６３３は、端子６３１と同様、樹脂体６２の側面から突出した後、面６２１側へ折れ曲がり、さらに、先端部（他方の端部）が樹脂体６２とは反対側へ折れ曲がるようにして形成されている。

金属板６４は、例えばアルミ等の金属により、板状に形成されている。金属板６４は、本体部６５と延出部６６とからなる。本体部６５と延出部６６とは、板面方向で互いに接続し、一体に形成されている（図１（Ｂ）参照）。

金属板６４は、一方の面６４１が樹脂体６２の面６２１と同一平面上に位置するよう、樹脂体６２の面６２１側に設けられている。ここで、金属板６４の本体部６５は、面６４１を除いて樹脂体６２に覆われている。すなわち、本体部６５は、面６４１が樹脂体６２の面６２１から露出している。

金属板６４の延出部６６は、樹脂体６２に覆われておらず、樹脂体６２の側面から板面方向に延出するよう形成されている。つまり、延出部６６は、金属板６４のうち、樹脂体６２から露出かつ延出している部分である。
また、金属板６４（本体部６５）は、他方の面６４２が半導体チップ６１のドレインに電気的に接続している。

半導体モジュール６の端子６３１の先端部（他方の端部）は、基板３上の第１配線パターン４１に半田付けされている。また、半導体モジュール６の端子６３３の先端部（他方の端部）は、基板３上の第１配線パターン４２に半田付けされている。さらに、半導体モジュール６の金属板６４の延出部６６は、基板３上の第２配線パターン５に半田付けされている。このように、半導体モジュール６は、複数個所が半田付けされることにより、基板３上における位置が安定する。

上述のように、本実施形態では、半導体モジュール６は、基板３の板部材２とは反対側の面に表面実装されている。すなわち、半導体モジュール６は、ＳＭＤタイプの電子部品である。電子制御ユニット１には、４つの半導体モジュール６が実装されている。

カバー部材７は、例えばアルミや亜鉛等の金属により形成されている。本実施形態では、カバー部材７は、有底の矩形箱状に形成されている。カバー部材７は、開口部が板部材２の外縁部に当接するようにして板部材２に取り付けられている。この状態では、基板３はカバー部材７の内側に位置している。そのため、基板３に実装された半導体モジュール６および後述する電子部品は、カバー部材７によって外部からの衝撃等から保護される。すなわち、カバー部材７は、基板３の半導体モジュール６側を覆うことで半導体モジュール６を保護可能に設けられている。

カバー部材７は、図１（Ｂ）に示すように、半導体モジュール６の金属板６４の延出部６６に向かって突出するよう形成される第１凸部７１を有している。ここで、第１凸部７１は、延出部６６に当接しておらず、延出部６６との間に所定の隙間を形成している。
また、本実施形態では、カバー部材７は、基板３とは反対側の面の第１凸部７１に対応する位置に、第１凸部７１の形状に対応して凹むよう形成される第１凹部７２を有している。
本実施形態では、第１凸部７１および第１凹部７２を、例えばプレス加工により形成することができる。あるいは、ダイカストにより第１凸部７１を形成した後、切削等により第１凹部７２を形成する方法も考えられる。

第１熱伝導部材８１は、本実施形態では、例えば絶縁性の放熱グリスからなる。この放熱グリスは、例えばシリコンを基材とする、熱抵抗の小さなゲル状のグリスである。第１熱伝導部材８１は、図１（Ｂ）に示すように、半導体モジュール６の金属板６４の延出部６６および樹脂体６２とカバー部材７の第１凸部７１との間の隙間を埋めるようにして設けられている。

次に、半導体モジュール６が実装される電子制御ユニット１について説明する。
図１（Ａ）に示すように、電子制御ユニット１の基板３には、半導体モジュール６の他に、マイコン１３、カスタムＩＣ１４、３つのコンデンサ１５、コイル１６、リレー１７、１８およびシャント抵抗１９等の電子部品が実装されている。

また、基板３の４つの辺のうちの１辺には、コネクタ９が設けられている。コネクタ９は、ＰＩＧ（電源電圧）端子９１、ＧＮＤ（グランド）端子９２、モータ端子９３等を有している（図１（Ａ）参照）。コネクタ９には、ハーネス１０２が接続される（図２参照）。ハーネス１０２の導線１０３は、バッテリ１０５の正側とＰＩＧ端子９１とを電気的に接続する。また、ハーネス１０２の導線１０４は、モータ１０１の巻線端子とモータ端子９３とを電気的に接続する。

コネクタ９のＰＩＧ端子９１、ＧＮＤ端子９２、モータ端子９３と、半導体モジュール６、マイコン１３、カスタムＩＣ１４、コンデンサ１５、コイル１６、リレー１７、１８およびシャント抵抗１９とは、第１配線パターン４１、４２、第２配線パターン５、配線パターン１１および配線パターン１２等の配線パターンを介して電気的に接続している。

ここで、第１配線パターン４１は、ＰＩＧ端子９１に接続されている。つまり、半導体モジュール６の端子６３１（ソース）は、第１配線パターン４１を経由してＰＩＧ端子９１に接続されている。また、第１配線パターン４２は、カスタムＩＣ１４に接続されている。つまり、半導体モジュール６の端子６３３（ゲート）は、第１配線パターン４２を経由してカスタムＩＣ１４に接続されている。さらに、第２配線パターン５は、ＧＮＤ端子９２または板部材２に接続されている。つまり、金属板６４（ドレイン）は、第２配線パターン５を経由してＧＮＤ端子９２または板部材２に接続されている。

マイコン１３は、カスタムＩＣ１４を経由して複数の半導体モジュール６の端子６３３（ゲート）に制御信号を伝達することにより、半導体チップ６１によるスイッチング作動を制御する。これにより、モータ端子９３すなわちモータ１０１の巻線に流れる電流が制御される。その結果、モータ１０１が回転する。このように、マイコン１３およびカスタムＩＣ１４は、複数の半導体モジュール６のスイッチング作動を制御することにより、モータ１０１の回転駆動を制御する。

コンデンサ１５は、半導体モジュール６のスイッチング（オン／オフ）作動によって生じるサージ電圧を抑制する。コイル１６は、いわゆるチョークコイルであり、バッテリ１０５のノイズを除去する。リレー１７は、ＰＩＧ端子９１とコイル１６、コンデンサ１５、半導体モジュール６との間の電流の流れを許容または遮断する。リレー１８は、半導体モジュール６とモータ端子９３との間の電流の流れを許容または遮断する。シャント抵抗１９は、半導体モジュール６に流れる電流の大きさを検出する。これにより、マイコン１３およびカスタムＩＣ１４は、シャント抵抗１９で検出した電流値に基づき、モータ１０１の回転駆動を高精度に制御可能である。

半導体モジュール６のスイッチング作動時、半導体モジュール６およびシャント抵抗１９には比較的大きな電流が流れる。そのため、半導体モジュール６およびシャント抵抗１９は発熱し、比較的高い温度になる。
図１（Ａ）および（Ｂ）に示すように、板部材２は、半導体モジュール６およびシャント抵抗１９が配置される領域に対応する部分に、基板３に向かって突出するよう形成される突出部２１を有する。突出部２１は、半導体モジュール６およびシャント抵抗１９が配置される領域の形状（矩形）に合わせ、略矩形柱状に形成されている。

図１（Ｂ）に示すように、半導体モジュール６の金属板６４は、基板３上の第２配線パターン５に当接するとともに半田付けされている。これにより、半導体チップ６１からの発熱は、金属板６４および第２配線パターン５を経由して効果的に基板３に伝達される。また、板部材２の突出部２１と基板３との間には、絶縁放熱シート２６および放熱グリス２７が設けられている。絶縁放熱シート２６は、例えばシリコン等を含む熱抵抗の小さな絶縁シートである。放熱グリス２７は、第１熱伝導部材８１と同様、例えばシリコンを基材とする、熱抵抗の小さなゲル状のグリスである。突出部２１と基板３との間の隙間を絶縁放熱シート２６および放熱グリス２７で埋めることにより、基板３（半導体モジュール６）の熱を突出部２１へ効果的に伝達し、突出部２１から放熱することができる。
このように、突出部２１は、ヒートシンクとしての役割を果たす。なお、本実施形態では、基板３に配線パターン１１、１２が設けられているため、半導体モジュール６の熱を突出部２１へ効果的に伝達することができる。

また、本実施形態では、半導体モジュール６の金属板６４の延出部６６および樹脂体６２とカバー部材７の第１凸部７１との間には、第１熱伝導部材８１（放熱グリス）が設けられている。これにより、半導体チップ６１が発する熱は、金属板６４（延出部６６）、樹脂体６２および第１熱伝導部材８１を経由してカバー部材７側へ効果的に伝達される。その結果、カバー部材７を放熱用の部材として利用でき、半導体モジュール６の熱を効果的に放熱することができる。

なお、半導体モジュール６の端子６３１、６３３は、それぞれ基板３上の第１配線パターン４１、４２に半田付けされているため、半導体チップ６１が発する熱は、端子６３１、６３３、第１配線パターン４１、４２、基板３を経由して板部材２の突出部２１へ伝達される。

以上説明したように、本実施形態では、金属板６４は、樹脂体６２から板面方向に延出し基板３上の第２配線パターン５に半田付けされる延出部６６を有している。また、カバー部材７は、金属板６４の延出部６６に向かって突出するよう形成される第１凸部７１を有している。そして、金属板６４の延出部６６および樹脂体６２とカバー部材７の第１凸部７１との間の隙間を埋めるようにして第１熱伝導部材８１が設けられている。これにより、スイッチング作動により発熱する半導体チップ６１の熱を金属板６４、樹脂体６２および第１熱伝導部材８１を経由してカバー部材７側へ伝達および放熱することができる。また、半導体チップ６１の熱は、金属板６４の延出部６６および第２配線パターン５を経由して基板３側へも伝達され放熱される。

このように、本実施形態では、カバー部材７に形成される第１凸部７１は比較的単純な形状であり、第１凸部７１と延出部６６との間に第１熱伝導部材８１を設けることにより金属板６４の熱をカバー部材７に効果的に伝達することができる。したがって、簡単な構成により、半導体モジュール６の熱を効果的に放熱することができる。

また、本実施形態では半導体モジュール６の熱をカバー部材７側から効果的に放熱することができるため、基板３のスペックを低減すること（配線パターンの薄銅化、基板サイズの低減等）ができる。したがって、電子制御ユニット１の低コスト化および小型軽量化を図ることができる。

また、本実施形態では、カバー部材７は、基板３とは反対側の面の第１凸部７１に対応する位置に、第１凸部７１の形状に対応して凹むよう形成される第１凹部７２を有している。これにより、カバー部材７に第１凸部７１を設ける場合でも、カバー部材７の体積、重量、および、部材コストの増大を抑えることができる。また、この構成のカバー部材７の場合、プレス加工のような比較的簡単な方法で形成することができる。

また、本実施形態では、板部材２は、基板３の半導体モジュール６が実装された部分に向かって突出するよう形成される突出部２１を有している。これにより、板部材２（突出部２１）を、基板３のうち半導体モジュール６が実装された部分に容易に近接させることができる。また、板部材２（突出部２１）と基板３との間には、絶縁放熱シート２６および放熱グリス２７が設けられている。この構成により、半導体モジュール６の熱を基板３を経由して板部材２側に効果的に伝達することができる。したがって、半導体モジュール６の熱を、カバー部材７からだけでなく、板部材２からも効果的に放熱することができる。さらに、突出部２１の厚み分、板部材２のヒートマスを大きくすることができるため、半導体モジュール６の熱を放熱する効果をより高めることができる。

（第２実施形態）
本発明の第２実施形態による電子制御ユニットの一部を図３に示す。第２実施形態は、金属板の延出部およびカバー部材の第１凸部の大きさ等が第１実施形態と異なる。

図３（Ａ）および（Ｂ）に示すように、第２実施形態では、樹脂体６２からの金属板６４の延出の量、すなわち、延出部６６の大きさが、第１実施形態と比べ、大きく形成されている。金属板６４の一方の面６４１のうちの延出部６６の面積をＳｍ（図３（Ｂ）に斜線の格子で示す領域の面積）、樹脂体６２の一方の面６２１の面積をＳｒ（図３（Ｂ）に縦横線の格子で示す領域の面積）とすると、金属板６４および樹脂体６２は、０．５≦Ｓｍ／Ｓｒ≦１．０の関係を満たすよう形成されている。ここで、金属板６４および樹脂体６２は、Ｓｍ／Ｓｒ＝０．７５の関係を満たすよう形成されていることが好ましい。

また、本実施形態では、カバー部材７の第１凸部７１は、延出部６６の形状および大きさに対応するよう、第１実施形態よりも大きく形成されている。そして、第１熱伝導部材８１は、第１実施形態と同様、金属板６４の延出部６６および樹脂体６２とカバー部材７の第１凸部７１との間の隙間を埋めるようにして設けられている。
第２実施形態は、上述した点（構成）以外は第１実施形態と同様である。

以上説明したように、本実施形態では、金属板６４および樹脂体６２は、０．５≦Ｓｍ／Ｓｒ≦１．０の関係を満たすよう形成されている。金属板６４および樹脂体６２を、０．５≦Ｓｍ／Ｓｒの関係を満たすよう形成することにより、金属板６４（延出部６６）の表面積および体積（ヒートマス）を所定値以上確保することができる。これにより、半導体モジュール６は、半導体チップ６１が発する熱を金属板６４を経由して効果的に放熱することができる。また、金属板６４および樹脂体６２を、Ｓｍ／Ｓｒ≦１．０の関係を満たすよう形成することにより、金属板６４の重量および部材コストの増大を抑え、かつ、基板３における他の電子部品等の設置スペースを容易に確保することができる。ここで、金属板６４および樹脂体６２を、Ｓｍ／Ｓｒ＝０．７５の関係を満たすよう形成した場合、金属板６４を経由した放熱の効果と重量および部材コスト増大の抑制等の効果とを両立できるとともに、それぞれの効果を最大限まで高めることができる。

（第３実施形態）
本発明の第３実施形態による電子制御ユニットの一部を図４に示す。第３実施形態は、カバー部材の第１凸部近傍の形状が第２実施形態と異なる。

第３実施形態では、カバー部材７は、第２実施形態で示した第１凹部７２に相当する構成を有していない。すなわち、カバー部材７の第１凸部７１とは反対側の面は平面状に形成されている。第３実施形態のカバー部材７は、例えばダイカストにより形成することができる。
第３実施形態は、上述した点（構成）以外は第２実施形態と同様である。

以上説明したように、本実施形態では、カバー部材７は、第２実施形態で示した第１凹部７２に相当する構成を有していない。そのため、第２実施形態と比べ、カバー部材７の重量および部材コストは増大するものの、カバー部材７（第１凸部７１）の体積（ヒートマス）が増大するため、第１凸部７１を経由したカバー部材７からの放熱の効果をより高めることができる。

（第４実施形態）
本発明の第４実施形態による電子制御ユニットの一部を図５に示す。第４実施形態は、カバー部材の形状等が第２実施形態と異なる。

第４実施形態では、カバー部材７は、半導体モジュール６の端子６３１、６３３に向かって突出するよう形成される第２凸部７３を有している。ここで、第２凸部７３は、端子６３１、６３３に当接しておらず、端子６３１、６３３との間に所定の隙間を形成している。
また、本実施形態では、カバー部材７は、基板３とは反対側の面の第２凸部７３に対応する位置に、第２凸部７３の形状に対応して凹むよう形成される第２凹部７４を有している。

本実施形態では、第２凸部７３および第２凹部７４を、例えばプレス加工により形成することができる。あるいは、ダイカストにより第２凸部７３を形成した後、切削等により第２凹部７４を形成する方法も考えられる。

そして、本実施形態は、端子６３１、６３２、６３３および樹脂体６２と第２凸部７３との間の隙間を埋めるようにして設けられる第２熱伝導部材８２をさらに備えている。第２熱伝導部材８２は、第１熱伝導部材８１と同様、例えばシリコンを基材とする、熱抵抗の小さなゲル状の絶縁性のグリスである。
第４実施形態は、上述した点（構成）以外は第２実施形態と同様である。

以上説明したように、本実施形態では、カバー部材７は第２凸部７３を有し、当該第２凸部７３と端子６３１、６３２、６３３との間に第２熱伝導部材８２が設けられている。これにより、スイッチング作動により発熱する半導体チップ６１の熱を端子６３１、６３２、６３３、樹脂体６２および第２熱伝導部材８２を経由してカバー部材７側へ伝達および放熱することができる。したがって、第２実施形態と比べ、半導体モジュール６の熱を放熱する効果をより高めることができる。

（第５実施形態）
本発明の第５実施形態による電子制御ユニットの一部を図６に示す。第５実施形態は、構成要素が１つ多い点で第４実施形態と異なる。

第５実施形態は、半導体モジュール６の樹脂体６２の他方の面６２２とカバー部材７との間の隙間を埋めるようにして設けられる第３熱伝導部材８３をさらに備えている。第３熱伝導部材８３は、第１熱伝導部材８１および第２熱伝導部材８２と同様、例えばシリコンを基材とする、熱抵抗の小さなゲル状の絶縁性のグリスである。本実施形態では、第１熱伝導部材８１と第２熱伝導部材８２と第３熱伝導部材８３とは、一体となるよう設けられている。そのため、半導体モジュール６のカバー部材７側は、第１熱伝導部材８１、第２熱伝導部材８２および第３熱伝導部材８３により覆われている。
第５実施形態は、上述した点（構成）以外は第４実施形態と同様である。

以上説明したように、本実施形態では、半導体モジュール６の樹脂体６２の他方の面６２２とカバー部材７との間に第３熱伝導部材８３が設けられている。これにより、スイッチング作動により発熱する半導体チップ６１の熱を樹脂体６２および第３熱伝導部材８３を経由してカバー部材７側へ伝達および放熱することができる。したがって、第４実施形態と比べ、半導体モジュール６の熱を放熱する効果をより高めることができる。

（第６実施形態）
本発明の第６実施形態による電子制御ユニットの一部を図７に示す。第６実施形態は、カバー部材の第１凸部近傍の形状および第２凸部近傍の形状が第５実施形態と異なる。

第６実施形態では、カバー部材７は、第５実施形態で示した第２凹部７４に相当する構成を有していない。すなわち、カバー部材７の第２凸部７３とは反対側の面は平面状に形成されている。また、カバー部材７は、第１凹部７２に相当する構成についても有しておらず、カバー部材７の第１凸部７１とは反対側の面は平面状に形成されている。第６実施形態のカバー部材７は、例えばダイカストにより形成することができる。
第６実施形態は、上述した点（構成）以外は第５実施形態と同様である。

以上説明したように、本実施形態では、カバー部材７は、第５実施形態で示した第１凹部７２および第２凹部７４に相当する構成を有していない。そのため、第５実施形態と比べ、カバー部材７の重量および部材コストは増大するものの、カバー部材７（第１凸部７１、第２凸部７３）の体積（ヒートマス）が増大するため、第１凸部７１および第２凸部７３を経由したカバー部材７からの放熱の効果をより高めることができる。

（第７実施形態）
本発明の第７実施形態による電子制御ユニットの一部を図８に示す。第７実施形態は、基板上の第２配線パターンおよびカバー部材の第１凸部の大きさ等が第２実施形態と異なる。

図８（Ａ）および（Ｂ）に示すように、第７実施形態では、基板３上の第２配線パターン５は、金属板６４の延出部６６の外縁よりも外側へ大きく拡がるよう延びて形成されている。
また、本実施形態では、カバー部材７の第１凸部７１は、第２配線パターン５の形状および大きさに対応するよう、第２実施形態よりも大きく形成されている。
さらに、第１熱伝導部材８１は、第２配線パターン５と第１凸部７１との間の隙間を埋めるよう延びて形成されている（図８（Ａ）および（Ｂ）参照）。
第７実施形態は、上述した点（構成）以外は第２実施形態と同様である。

以上説明したように、本実施形態では、基板３上の第２配線パターン５は、金属板６４の延出部６６の外縁よりも外側へ大きく拡がるよう延びて形成されている。そして、第１熱伝導部材８１は、第２配線パターン５と第１凸部７１との間の隙間を埋めるよう延びて形成されている。これにより、金属板６４の延出部６６から基板３上の第２配線パターン５へ伝達した熱を、第１熱伝導部材８１を経由してカバー部材７側へ伝達および放熱することができる。したがって、半導体モジュール６の熱を放熱する効果をより高めることができる。

（第８実施形態）
本発明の第８実施形態による電子制御ユニットの一部を図９に示す。第８実施形態は、カバー部材の第１凸部近傍の形状が第７実施形態と異なる。

第８実施形態では、カバー部材７は、第７実施形態で示した第１凹部７２に相当する構成を有していない。すなわち、カバー部材７の第１凸部７１とは反対側の面は平面状に形成されている。
第８実施形態は、上述した点（構成）以外は第７実施形態と同様である。

以上説明したように、本実施形態では、カバー部材７は、第７実施形態で示した第１凹部７２に相当する構成を有していない。そのため、第７実施形態と比べ、カバー部材７の重量および部材コストは増大するものの、カバー部材７（第１凸部７１）の体積（ヒートマス）が増大するため、第１凸部７１を経由したカバー部材７からの放熱の効果をより高めることができる。

（第９実施形態）
本発明の第９実施形態による電子制御ユニットの一部を図１０に示す。第９実施形態は、基板上の第２配線パターンの形状が第７実施形態と異なる。

図１０に示すように、第９実施形態では、基板３上の第２配線パターン５は、パターン５１とパターン５２とからなる。パターン５１は、第２実施形態で示した第２配線パターン５と同様の大きさおよび形状（矩形）に形成されており、半導体モジュール６の金属板６４に当接している。パターン５２は、パターン５１の３辺を取り囲むよう、コ字状に形成されている。これにより、パターン５１とパターン５２との間には、コ字状の隙間Ｃが形成されている。この隙間Ｃは、例えば基板３上にコ字状のレジストを設けた上で、第２配線パターン５を形成することにより形成可能である。なお、パターン５２の外縁の形状は、第７実施形態で示した第２配線パターン５の外縁に略一致する。第１熱伝導部材８１は、第２配線パターン５（パターン５１およびパターン５２）と第１凸部７１との間の隙間を埋めるよう延びて形成されている
第９実施形態は、上述した点（構成）以外は第７実施形態と同様である。

本実施形態では、金属板６４の延出部６６を第２配線パターン５に半田付けするとき、例えば半田および延出部６６をパターン５１に載せ、半田を溶かすことで半田付けを行う方法を採用することができる。本実施形態ではパターン５１とパターン５２との間にはコ字状の隙間が形成されているため、半田付けを行うとき、溶けた半田がパターン５１からパターン５２まで流れる（移動する）ことが抑制される。そのため、半導体モジュール６を基板３に実装するときの位置ずれを抑制でき、ロボットまたは装置等により半田付けを自動化することも容易である。

（他の実施形態）
上述の実施形態では、第１熱伝導部材、第２熱伝導部材および第３熱伝導部材を、放熱グリスにより形成する例を示した。これに対し、本発明の他の実施形態では、第１熱伝導部材、第２熱伝導部材または第３熱伝導部材を、例えばシリコン等を含む熱抵抗の小さな絶縁シート（絶縁放熱シート）により形成してもよい。
また、本発明の他の実施形態では、半導体モジュールの金属板がグランド（ドレイン）用端子として用いられるのであれば、カバー部材の第１凸部と金属板の延出部とは当接していてもよい。

上述の実施形態では、板部材の突出部と基板との間に絶縁放熱シートおよび放熱グリスを設ける例を示した。これに対し、本発明の他の実施形態では、板部材と基板との間に設けられる絶縁放熱シートおよび放熱グリスの配置順序はどのようであってもよい。また、板部材と基板との間には、絶縁放熱シートおよび放熱グリスのいずれか一方のみ配置することとしてもよい。さらに、板部材と基板とを密に当接することができる場合、板部材と基板との間に絶縁放熱シートまたは放熱グリスを設けない構成としてもよい。

また、本発明の他の実施形態では、板部材は突出部を有していなくてもよい。また、板部材と基板とは、当接せず、あるいは、間に絶縁放熱シートまたは放熱グリス等を介さず、所定のクリアランスが形成された状態で設けられることとしてもよい。

また、本発明の他の実施形態では、阻害要因がない限り、上述の複数の実施形態をどのように組み合わせて実施してもよい。
本発明による電子制御ユニットは、電動式パワーステアリングシステムに限らず、他のシステムのモータの回転駆動を制御するのに用いてもよい。
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形態で実施可能である。

１ ・・・・電子制御ユニット
２ ・・・・板部材
３ ・・・・基板
４、４１、４２ ・・・第１配線パターン
５ ・・・・第２配線パターン
６ ・・・・半導体モジュール
６１ ・・・半導体チップ
６２ ・・・樹脂体
６３、６３１、６３２、６３３ ・・・端子
６４ ・・・金属板
６６ ・・・延出部
７ ・・・・カバー部材
７１ ・・・第１凸部
８１ ・・・第１熱伝導部材

Claims (10)

1. 金属製の板部材と、
   前記板部材に設置される樹脂製の基板と、
   前記基板の前記板部材とは反対側の面に設けられる第１配線パターンおよび第２配線パターンと、
   スイッチング機能を有する半導体チップ、当該半導体チップを覆うよう形成される板状の樹脂体、前記半導体チップに電気的に接続するとともに前記樹脂体から突出し前記第１配線パターンに半田付けされる複数の端子、および、一方の面が前記樹脂体の一方の面から露出するとともに他方の面が前記半導体チップに電気的に接続する金属板を有し、前記樹脂体の一方の面が前記基板に対向するようにして前記基板の前記板部材とは反対側の面に表面実装される半導体モジュールと、
   前記基板の前記半導体モジュール側を覆うことで前記半導体モジュールを保護可能に設けられる金属製のカバー部材と、を備え、
   前記金属板は、前記樹脂体から板面方向に延出し前記第２配線パターンに半田付けされる延出部を有し、
   前記カバー部材は、前記延出部に向かって突出するよう形成される第１凸部を有し、
   前記延出部および前記樹脂体と前記第１凸部との間の隙間を埋めるようにして設けられる第１熱伝導部材をさらに備えることを特徴とする電子制御ユニット。
2. 前記カバー部材は、前記基板とは反対側の面の前記第１凸部に対応する位置に、前記第１凸部の形状に対応して凹むよう形成される第１凹部を有することを特徴とする請求項１に記載の電子制御ユニット。
3. 前記第２配線パターンは、前記延出部の外縁よりも外側へ大きく拡がるよう延びて形成され、
   前記第１熱伝導部材は、前記第２配線パターンと前記第１凸部との間の隙間を埋めるよう延びて形成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の電子制御ユニット。
4. 前記カバー部材は、前記複数の端子に向かって突出するよう形成される第２凸部を有し、
   前記複数の端子および前記樹脂体と前記第２凸部との間の隙間を埋めるようにして設けられる第２熱伝導部材をさらに備え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ユニット。
5. 前記カバー部材は、前記基板とは反対側の面の前記第２凸部に対応する位置に、前記第２凸部の形状に対応して凹むよう形成される第２凹部を有することを特徴とする請求項４に記載の電子制御ユニット。
6. 前記樹脂体の他方の面と前記カバー部材との間の隙間を埋めるようにして設けられる第３熱伝導部材をさらに備えることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の電子制御ユニット。
7. 前記金属板の一方の面のうちの前記延出部の面積をＳｍ、前記樹脂体の一方の面の面積をＳｒとすると、
   前記金属板および前記樹脂体は、０．５≦Ｓｍ／Ｓｒ≦１．０の関係を満たすよう形成されていることを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載の電子制御ユニット。
8. 前記金属板および前記樹脂体は、Ｓｍ／Ｓｒ＝０．７５の関係を満たすよう形成されていることを特徴とする請求項７に記載の電子制御ユニット。
9. 前記板部材と前記基板との間に、絶縁放熱シートおよび放熱グリスの少なくとも一方を備えることを特徴とする請求項１〜８のいずれか一項に記載の電子制御ユニット。
10. 前記板部材は、前記基板の前記半導体モジュールが実装された部分に向かって突出するよう形成される突出部を有することを特徴とする請求項１〜９のいずれか一項に記載の電子制御ユニット。

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