JP5967071B2 - 電子制御装置、および、これを用いた電動パワーステアリング装置 - Google Patents
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Description
本発明は、上述の課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、発熱素子にて生じる熱を高効率に放熱可能な電子制御装置、および、これを用いた電動パワーステアリング装置を提供することにある。
基板は、絶縁層、および、一部が絶縁層から露出する第1層配線パターンを有する。
発熱素子は、基板に実装され、第1層配線パターンと電気的に接続される。
コネクタは、第1層配線パターンと接続される接続端子を有する。
第1層配線パターンは、コネクタと隣り合って配置される発熱素子が実装される実装領域と当該発熱素子と電気的に接続される接続端子の接続箇所とを含む領域に形成される第1ランドパターンを有する。
基板は、複数の配線パターン(21〜24、123、124、132、141〜144)が積層される多層基板であり、第1層配線パターンと絶縁層を挟んで積層される配線パターンである第2層配線パターン(22、142)を有する。第2層配線パターンは、第1ランドパターンと重複し、かつ、第1ランドパターンと同等以上の領域に形成され、コネクタのグランド端子(72)と接続される第1グランドパターン(221、223)を有する。
また、コネクタと隣り合って配置される発熱素子と電気的に接続される第1ランドパターンは、接続端子の接続箇所を含む領域に形成され、低インピーダンスのパターンとなっている。そのため、コネクタに隣り合って配置される発熱素子への通電により生じる熱は、第1ランドパターンおよび接続端子を経由して、コネクタから放熱される。これにより、コネクタと隣り合って配置される発熱素子への通電により生じる熱は、ヒートシンク側への放熱に加え、基板を経由してコネクタ側への放熱も可能である。すなわち、本発明では、ヒートシンクだけでなく基板側からも放熱可能であり、放熱経路が増えるので、放熱効率が向上する。これにより、ヒートシンクの小型化が可能であり、ひいては電子制御装置の装置全体の小型化に寄与する。
発熱素子の少なくとも一部は、駆動素子である。電動パワーステアリング装置は、電子制御装置と、回転電機と、を備える。回転電機は、駆動装置のオンオフ作動により駆動が制御され、運転者による操舵を補助する補助トルクを出力する。
(第1実施形態)
図1に示すように、本発明の電子制御装置1は、車両の電動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回転電機としてのモータ101を駆動制御するものである。電動パワーステアリング装置110は、運転者による操舵を補助する補助トルクを出力するモータ101、および、電子制御装置1等を備える。
発熱素子31〜38は、MOSFET(metal-oxide-semiconductor field-effect transistor)等の電界効果トランジスタである。本形態では、発熱素子31〜34は、駆動用に用いられる駆動素子である。発熱素子35、36は電源リレーとして用いられ、発熱素子37、38はモータリレーとして用いられる。以下適宜、発熱素子31〜34を「駆動MOS31〜34」、発熱素子35、36を「電源リレーMOS35、36」、発熱素子37、38を「モータリレーMOS37、38」、発熱素子31〜38を適宜単に「MOS31〜38」という。
駆動MOS31〜34は、バッテリ105から供給される電流をスイッチングし、モータ101に供給する。駆動MOS31〜34は、Hブリッジ接続される。
ハンドル109が左旋回されると、モータ101に対称に設けられる2つの駆動MOS33、34がオンされることによって、モータ101が駆動される。このとき、残りの2つの駆動MOS31、32はオフされる。
モータリレーMOS37、38は、駆動MOS31、33とモータ101との間に、寄生ダイオードの向きが反対となるように接続される。
コイル62は、バッテリ105と駆動MOS31〜34により構成されるHブリッジ回路との間に接続され、ノイズを低減するために設けられる。シャント抵抗63は、モータ101に通電される電流を検出するために設けられる。
なお、図4においては、図3のIV−IV線断面に対応する図であって、説明をわかりやすくするため、ここでは上下を反転して記載している。また、図4においては、煩雑になることを避けるため、MOS31〜38の詳細な構成については記載を省略した。後述の形態における対応する図も同様である。
第2層配線パターン22および第3層配線パターン23は、絶縁層26に埋設される。第4層配線パターン24は、少なくとも一部が第2面202側に露出する。基板20の第2面202側には、適宜図示しないグリーンマスクが形成される。
電源リレーMOS35、36およびモータリレーMOS37、38は、駆動MOS31〜34よりもコネクタ70側に配置される。電源リレーMOS35、36は、モータリレーMOS37、38よりも外側に配置される。電源リレーMOS35は電源リレーMOS36よりコネクタ70側に配置され、モータリレーMOS37はモータリレーMOS38よりコネクタ70側に配置される。本形態では、電源リレーMOS35およびモータリレーMOS37が「コネクタに隣り合って配置される発熱素子」に対応する。
制御部品65は、マイコン66、および、カスタムIC67から構成される。マイコン66は、基板20の基板20の第2面202に実装され、カスタムIC67は、第1面201に実装される。マイコン66は、コネクタ70を経由して入力された操舵トルク信号や車速信号等に基づき、駆動信号を生成する。生成された駆動信号は、カスタムIC67のプリドライバ68から出力され、出力された駆動信号に基づいてMOS31〜38のスイッチングが制御される。
図5、図7および図8に示すように、PIG端子71は、基板20に形成されるPIG端子挿通孔711に挿通され、はんだ等により接続される。また、GND端子72は、基板20に形成されるGND端子挿通孔712に挿通され、はんだ等により接続される。
モータ端子73、74は、図示しないモータ端子挿通孔に挿通され、はんだ等により接続される。同様に、制御端子75は、図示しない制御端子挿通孔に挿通され、はんだ等により接続される。制御端子75は、マイコン66およびカスタムIC67と電気的に接続される。
本形態では、PIG端子71、GND端子72、および、モータ端子73、74は、制御端子75と比較して幅広に形成される。詳細には、PIG端子71、GND端子72、および、モータ端子73、74は、幅方向の大きさが、厚み方向の大きさより十分に大きく形成される。
基部81は、基板20と略平行に設けられる。外枠部82は、基部81の外縁に沿い、基板20側に立設される。外枠部82の基板20側の端面は、基板20の第1面201と当接する。また、外枠部82には、図示しない基板固定部が形成され、例えばねじ等により基板20が固定される。
図5に示すように、MOS35は、チップ351、ドレイン端子352、端子部としてのソース端子354、および、これらをモールドする樹脂部359等を有する。
チップ接続部355は、板状に形成され、チップ351のドレイン端子352と接する側の面と反対側の面にて接する。これにより、チップ351は、一方の面にてドレイン端子352と接続し、他方の面にてソース端子354のチップ接続部355と接続する。また、チップ接続部355の基板20と反対側の面は、樹脂部359から露出する。
図7に示すように、ランドパターン211は、インピーダンスが小さくなるように形成される。具体的には、ランドパターン211は、少なくともMOS35のドレイン端子352が接続される実装領域212と、PIG端子挿通孔711とを含む領域に形成される。
また、第1層配線パターン21において、GND端子72と接続されるランド216は、他のランドと離隔されており、電気的に接続されない。
MOS35は、背面にて放熱ゲル84を介してヒートシンク80と機械的に接続されているので、MOS35のスイッチングにて生じる熱は、背面からヒートシンク80へ放熱される。また、MOS35は、収容室85に収容され、放熱ゲル84にて覆われているので、MOS35のスイッチングにて生じる熱は、側面からヒートシンク80の柱状部83へも放熱される。
これにより、MOS35への通電により生じる熱は、背面からヒートシンク80への放熱に加え、基板20からPIG端子71およびGND端子72を経由してコネクタ70へ放熱される。
詳細には、MOS37が実装されるランドパターン214(図7参照)は、MOS37が実装される実装領域215、および、モータ端子73が挿通される図示しないモータ端子挿通孔を含む領域に広がる面状に形成され、モータ端子73と接続される。また、グランドパターン221は、少なくともランドパターン214と重複し、かつ、ランドパターン214が形成される領域よりも大きく形成される。
基板20は、絶縁層26、および、一部が絶縁層26から露出する第1層配線パターン21を有する。MOS31〜38は、基板20に実装され、第1層配線パターン21と電気的に接続される。
コネクタ70は、第1層配線パターンと接続されるPIG端子71およびモータ端子73を有する。
また、コネクタ70と隣り合って配置されるMOS35が実装されるランドパターン211は、PIG端子挿通孔711が形成される領域に亘って形成され、低インピーダンスのパターンとなっている。そのため、MOS35への通電により生じる熱は、ランドパターン211およびPIG端子71を経由して、コネクタ70から放熱される。同様に、コネクタ70に隣り合って配置されるMOS37が実装されるランドパターン214は、モータ端子73が挿通される挿通孔が形成される領域にまで亘って形成され、低インピーダンスのパターンとなっている。そのため、MOS37への通電により生じる熱は、ランドパターン214およびモータ端子73を経由して、コネクタ70から放熱される。
基板20は、第1層配線パターン21と絶縁層26を挟んで積層される配線パターンである第2層配線パターン22を有する。第2層配線パターン22は、ランドパターン211の領域と重複し、かつ、ランドパターン211と同等以上の領域に形成され、コネクタ70のGND端子72と接続されるグランドパターン221を有する。
また、柱状部83は、基板20と当接する。これにより、基板20の熱も、ヒートシンク80側へ放熱させることができる。
電動パワーステアリング装置110は、電子制御装置1と、モータ101と、を備える。モータ101は、駆動MOS31〜34のオンオフ作動により駆動が制御され、運転者による操舵を補助する補助トルクを出力する。
また、GND端子72が「グランド端子」に対応し、グランドパターン221が「第1グランドパターン」に対応する。
本発明の第2実施形態による電子制御装置を図9および図10に示す。図9は第1実施形態の図4に対応する図であり、図10は第1実施形態の図5に対応する図である。
本形態の電子制御装置2は、ヒートシンク86の柱状部87の形状が第1実施形態と異なっているので、この点を中心に説明する。ヒートシンク86は、柱状部87の形状以外は、第1実施形態のヒートシンク80と同様である。
このように構成しても、上記形態と同様の効果を奏する。
本発明の第3実施形態による電子制御装置を図11および図12に示す。図11は第1実施形態の図4に対応する図であり、図12は第1実施形態の図5に対応する図である。
本形態の電子制御装置3は、ヒートシンク88の形状が上記形態と異なっているので、この点を中心に説明する。
このように構成では、MOS35の側面からヒートシンク88への放熱はできないが、MOS35の背面からヒートシンク88への放熱は上記形態と同様、可能である。また、本形態では、ヒートシンク80に柱状部を形成しないので、ヒートシンク80の加工が容易であり、加工工数を低減することができる。
また、上記形態と同様の効果を奏する。
本発明の第4実施形態による電子制御装置を図13〜図16に示す。図13は第1実施形態の図3、図14は図4、図15は図5に対応する図である。また、図16は、図13中の2点鎖線Bで示す領域の第1層配線パターン21を示す図である。
本形態の電子制御装置4は、MOS41〜48の構成が、上記形態のMOS31〜38と異なっており、その他の点は第3実施形態と略同様である。MOS41〜48の機能は、MOS31〜38と同様である。また、MOS41〜48の形状は同様であるので、MOS45を中心に説明する。
本形態では、スラグ458とヒートシンク88とが、直接的に接触している。これにより、MOS45への通電により生じる熱は、MOS45の背面からヒートシンク88に放熱可能である。また、本形態では、放熱ゲルを用いていないので、部品点数を低減することができる。
また、上記形態と同様の効果を奏する。
本発明の第5実施形態による電子制御装置を図17〜図20に示す。図17は第1実施形態の図3、図18は図4、図19は図5に対応する図である。また、図20は、図17の2点鎖線Cで示す領域の第1層配線パターン21を示す図である。
本形態の電子制御装置5は、MOS51〜58の構成が、上記形態のMOS31〜38、41〜48と異なっており、その他の点は第4実施形態と略同様である。MOS51〜58の機能は、MOS31〜38、41〜48と同様である。また、MOS51〜58の形状は同様であるので、MOS55を中心に説明する。
このように構成しても、MOS55への通電により生じる熱は、MOS55の背面からヒートシンク88に放熱可能である。
また、上記形態と同様の効果を奏する。
本発明の第6実施形態による電子制御装置を図21〜図24に示す。本形態の平面図、および、第1層配線パターン21等は、第5実施形態と同様であるので省略する。図21は、図19に対応する図であり、図22は、図17のXXII−XXII線断面に対応する図である。また、図23は図17の2点鎖線Cに示す領域の第3層配線パターン123を示す図であり、図24は図17の2点鎖線Cに示す領域の第4層配線パターン124を示す図である。
図23に示すように、本形態の第3層配線パターン123は、ランドパターン231を有する。ランドパターン231は、第1層配線パターン21のランドパターン211の領域と同等以上の領域に広がる面状に形成される。また、ランドパターン231には、PIG端子挿通孔711が形成され、ランドパターン231とPIG端子71とが電気的に接続される。
第3層配線パターン123は、ランドパターン211と重複し、かつ、ランドパターン211と同等以上の領域に形成され、PIG端子71の接続箇所であるPIG端子挿通孔711を含む領域に形成されるランドパターン231を有する。
また、上記形態と同様の効果を奏する。
本形態では、ランドパターン231が「第2ランドパターン」に対応し、グランドパターン241が、「第2グランドパターン」に対応する。
本発明の第7実施形態による電子制御装置は、基板130が上記形態と異なるので、この点を中心に説明する。
基板130は、第2層配線パターン以外は、第1実施形態と同様である。
図25は、図17中の2点鎖線Cに示す領域の第2層配線パターン132を示す図である。図25に示すように、本形態の第2層配線パターン132は、グランドパターン229を有する。グランドパターン229は、ランドパターン211と重複しない形状に形成される。この場合、第2層配線パターン132およびGND端子72を経由した放熱はなされないものの、ランドパターン211およびPIG端子71を経由し、コネクタ70側への放熱は可能である。したがって、MOS55のスイッチングにより生じた熱は、背面からヒートシンク88への放熱に加え、基板20からPIG端子71を経由してコネクタ70へ放熱される。
また、上記形態と同様の効果を奏する。
本発明の第8実施形態による電子制御装置を図26〜図30に示す。
本形態の電子制御装置7は、基板140以外は、第5実施形態と同様であるので、この点を中心に説明する。図26は、図19に対応する図であり、図27は、図19に対応する図である。また。図28は図17中の2点鎖線Cに示す領域の第1層配線パターン141を示す図であり、図29は図17中の2点鎖線Cに示す領域の第2層配線パターン142を示す図であり、図30は図17中の2点鎖線Cに示す領域の第4層配線パターン144を示す図であり、
図26および図28に示すように、第1層配線パターン141を構成するランドパターン218には、ビア145、146が形成される。ランドパターン218は、ビア145、146が形成される点以外は、上記形態のランドパターン211と同様である。
同様に、ビア145、146と、第3層配線パターン143との間には、絶縁層26が設けられる。したがって、ビア145、146は、ランドパターン218と第3層配線パターン143とを電気的に接続していない。
また、他の実施形態と同様の効果を奏する。
本形態では、ランドパターン218が「第1ランドパターン」に対応し、グランドパターン223が「第1グランドパターン」に対応する。
(ア)第8実施形態では、基板の第1ランドパターンのMOSが実装される実装領域、および、MOSが実装されない領域にビアが形成される。他の実施形態では、MOSが実装される実装領域、または、MOSが実装されない領域のいずれか一方にビアを形成し、他方にビアを形成しなくてもよい。また、ビアの数は、いくつであってもよい。また、第8実施形態では、ビアは、第1層配線パターンと第4層配線パターンとを電気的に接続する。他の実施形態では、ビアによって第1層配線パターンと電気的に接続される配線パターンは、例えば第3層配線パターン等、第4層配線パターンに限らず、どの層であってもよい。
また、上記第1実施形態〜第7実施形態の基板に、第1ランドパターンと第1層配線パターン以外の配線パターンとを接続するビアを形成してもよい。
また、第1実施形態および第2実施形態では、1つの収容室に1つのMOSが収容される。他の実施形態では、1つの収容室に複数のMOSを収容するように構成してもよい。
また、上記形態の基板は、4層基板である。他の実施形態では、基板は、少なくとも第1層配線パターンを有していれば、配線パターンは何層であってもよい。
また、上記形態の電子制御装置は、電動パワーステアリング装置に適用される。図1に示す電動パワーステアリング装置は、回転電機の補助トルクがラック軸に出力される、所謂「ラックアシスト型」のものである。他の実施形態では、例えば回転電機の補助トルクがコラム軸に出力される、所謂「コラムアシスト型」等、回転電機の補助トルクが出力される箇所は、ラック軸以外の箇所であってもよい。また、他の実施形態では、電子制御装置を電動パワーステアリング装置以外の装置に適用してもよい。
以上、本発明は、上記実施形態になんら限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の形態で実施可能である。
20、120、130、140・・・基板
31〜38、41〜48、51〜58・・・MOS(発熱素子)
70・・・コネクタ
71・・・PIG端子(接続端子)
73・・・モータ端子(接続端子)
80、86、88・・・ヒートシンク
211、214、218・・・ランドパターン(第1ランドパターン)
711・・・PIG端子接続孔(接続端子の接続箇所)
Claims (10)
- 絶縁層(26)、および、一部が前記絶縁層から露出する第1層配線パターン(21、141)を有する基板(20、120、130、140)と、
前記基板に実装され、前記第1層配線パターンと電気的に接続される発熱素子(31〜38、41〜48、51〜58)と、
前記第1層配線パターンと接続される接続端子(71、73)を有するコネクタ(70)と、
前記発熱素子を挟んで前記基板と反対側に設けられ、前記発熱素子と放熱可能な状態にて接触するヒートシンク(80、86、88)と、
を備え、
前記第1層配線パターンは、前記コネクタと隣り合って配置される前記発熱素子(35、37、45、47、55、57)が実装される実装領域(212、219)と当該発熱素子と電気的に接続される前記接続端子の接続箇所(711)とを含む領域に形成される第1ランドパターン(211、214、218)を有し、
前記基板は、複数の配線パターン(21〜24、123、124、132、141〜144)が積層される多層基板であり、前記第1層配線パターンと前記絶縁層を挟んで積層される前記配線パターンである第2層配線パターン(22、142)を有し、
前記第2層配線パターンは、前記第1ランドパターンと重複し、かつ、前記第1ランドパターンと同等以上の領域に形成され、前記コネクタのグランド端子(72)と接続される第1グランドパターン(221、223)を有することを特徴とする電子制御装置。 - 前記基板には、前記第1ランドパターン(218)と、前記第1層配線パターン以外の前記配線パターン(144)とを電気的に接続するビア(145、146)が形成されることを特徴とする請求項1に記載の電子制御装置。
- 前記基板(120)は、前記第2層配線パターンと前記絶縁層を挟んで前記第1層配線パターンと反対側に積層される第3層配線パターン(123)を有し、
前記第3層配線パターンは、前記第1ランドパターンと重複し、かつ、前記第1ランドパターンと同等以上の領域に形成され、前記接続端子と接続される第2ランドパターン(231)を有することを特徴とする請求項1または2に記載の電子制御装置。 - 前記基板は、前記第3層配線パターンと前記絶縁層を挟んで前記第2層配線パターンと反対側に積層される第4層配線パターン(124)を有し、
前記第4層配線パターンは、前記第2ランドパターンと重複し、かつ、前記第2ランドパターンと同等以上の領域に形成され、前記グランド端子と接続される第2グランドパターン(241)を有することを特徴とする請求項3に記載の電子制御装置。 - 前記発熱素子(41〜48)は、前記基板と反対側に露出するスラグ(458)を有することを特徴とする請求項1〜4のいずれか一項に記載の電子制御装置。
- 前記発熱素子と前記ヒートシンクとは、放熱部材(84)を介して接触す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装置。
- 前記放熱部材は、絶縁可能な物質により形成され、
前記発熱素子の前記ヒートシンク側の面には、前記基板と電気的に接続される端子部(354)が露出することを特徴とする請求項6に記載の電子制御装置。 - 前記ヒートシンク(80、86)は、前記発熱素子の側方に立設され前記発熱素子を収容する収容室(85)を形成する柱状部(83、87)を有することを特徴とする請求項1〜7のいずれか一項に記載の電子制御装置。
- 前記柱状部(83)は、前記基板と当接することを特徴とする請求項8に記載の電子制御装置。
- 前記発熱素子の少なくとも一部は、駆動素子(31〜34、41〜44、51〜54)であって、
請求項1〜9のいずれか一項に記載の電子制御装置と、
前記駆動素子のオンオフ作動により駆動が制御され、運転者による操舵を補助する補助トルクを出力する回転電機(101)と、
を備えることを特徴とする電動パワーステアリング装置。
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