JP6131879B2

JP6131879B2 - 電子制御ユニット、および、これを用いた電動パワーステアリング装置。

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Publication number: JP6131879B2
Application number: JP2014033897A
Authority: JP
Inventors: 内田　貴之; 貴之内田; 進司柴田; 信介大多
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2014-02-25
Filing date: 2014-02-25
Publication date: 2017-05-24
Anticipated expiration: 2034-02-25
Also published as: CN104859708B; KR101624492B1; CN104859708A; JP2015159225A; KR20150100562A; MY169201A

Description

本発明は、制御対象を制御する電子制御ユニット、および、これを用いた電動パワーステアリング装置に関する。

従来、スイッチング素子を含む半導体モジュールを基板に実装した電子制御ユニットが知られている。例えば特許文献１に記載された電子制御ユニットでは、半導体モジュールは、基板の一方の面に形成された入力パターンの入力ランドに入力端子が電気的に接続するよう実装されている。また、半導体モジュールの出力端子および制御端子は、それぞれ、基板の一方の面に形成された出力パターンの出力ランド、または、制御パターンの制御ランドに電気的に接続されている。

特開２０１２−５９７５９号公報

特許文献１の電子制御ユニットでは、基板の一方の面において入力ランドから見て所定の方向を第１方向、当該第１方向に対し入力ランドの周方向の一方側へ４５度回転した方向を第２方向、当該第２方向に対し入力ランドの周方向の一方側へ４５度回転した方向を第３方向、当該第３方向に対し入力ランドの周方向の一方側へ４５度回転した方向を第４方向、当該第４方向に対し入力ランドの周方向の一方側へ４５度回転した方向を第５方向、当該第５方向に対し入力ランドの周方向の一方側へ４５度回転した方向を第６方向、当該第６方向に対し入力ランドの周方向の一方側へ４５度回転した方向を第７方向、当該第７方向に対し入力ランドの周方向の一方側へ４５度回転した方向を第８方向とすると、出力ランドおよび制御ランドは、入力ランドに対し第１方向側に位置している。

また、入力パターンは、入力ランドに対し第３方向、第４方向、第５方向、第６方向および第７方向へ所定量以上延びるよう形成されている。しかしながら、入力パターンは、入力ランドに対し第１方向、第２方向および第８方向への延びは、所定量以下である。よって、スイッチング素子の作動時の熱は、入力端子および入力ランドを経由して、入力パターンの入力ランドに対し第３方向、第４方向、第５方向、第６方向および第７方向に伝達するものの、入力ランドに対し第１方向、第２方向および第８方向へは十分に伝達しない。したがって、特許文献１の電子制御ユニットでは、入力パターンにおける伝熱の方向が限定的であり、スイッチング素子の熱に関し、効果的に放熱するのが困難である。

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、放熱効果が高い電子制御ユニット、および、電動パワーステアリング装置を提供することにある。

本発明は、制御対象を制御する電子制御ユニットであって、基板と入力パターンと出力パターンと制御パターンと第１延伸パターンと半導体モジュールと制御部とを備えている。
入力パターンは、基板の一方の面に形成され、入力ランドを有している。出力パターンは、基板の一方の面に形成され、出力ランドを有している。制御パターンは、基板の一方の面に形成され、制御ランドを有している。第１延伸パターンは、入力パターンから延びるよう基板の一方の面に入力パターンと一体に形成されている。

半導体モジュールは、スイッチング素子、封止体、入力端子、出力端子および制御端子を有している。封止体は、スイッチング素子を覆っている。入力端子は、一端がスイッチング素子に接続し、他端が封止体から露出し入力ランドに電気的に接続するよう設けられスイッチング素子への電流が入力される。

出力端子は、一端がスイッチング素子に接続し、他端が封止体から露出し出力ランドに電気的に接続するよう設けられ入力端子を経由してスイッチング素子に入力された電流を出力する。制御端子は、一端がスイッチング素子に接続し、他端が封止体から露出し制御ランドに電気的に接続するよう設けられ、入力端子と出力端子との間の電流の流れを許容または遮断するための信号である制御信号が印加される。半導体モジュールは、基板の一方の面に実装され、スイッチング素子が作動時に発熱する。
制御部は、制御ランドに電気的に接続するよう基板に実装され、制御ランドを経由して制御端子に制御信号を印加することによりスイッチング素子の作動を制御し制御対象に流れる電流を制御することで制御対象を制御可能である。

本発明では、基板の一方の面において入力ランドから見て所定の方向を第１方向、当該第１方向に対し入力ランドの周方向の一方側へ４５度回転した方向を第２方向、当該第２方向に対し入力ランドの周方向の一方側へ４５度回転した方向を第３方向、当該第３方向に対し入力ランドの周方向の一方側へ４５度回転した方向を第４方向、当該第４方向に対し入力ランドの周方向の一方側へ４５度回転した方向を第５方向、当該第５方向に対し入力ランドの周方向の一方側へ４５度回転した方向を第６方向、当該第６方向に対し入力ランドの周方向の一方側へ４５度回転した方向を第７方向、当該第７方向に対し入力ランドの周方向の一方側へ４５度回転した方向を第８方向とすると、入力パターンは、入力ランドに対し第３方向、第４方向、第５方向、第６方向および第７方向へ所定量以上延びるよう形成されている。また、出力ランドおよび制御ランドは、入力ランドに対し第１方向側に位置している。

そして、第１延伸パターンは、入力ランドに対し第２方向または第８方向の少なくとも一方へ延びるよう形成されている。そのため、スイッチング素子の作動時の熱は、入力端子および入力ランドを経由して、入力パターンの入力ランドに対し第３方向、第４方向、第５方向、第６方向および第７方向に伝達するのに加え、入力ランドに対し第２方向または第８方向に位置する第１延伸パターンに伝達する。したがって、スイッチング素子の熱を、入力パターンおよび第１延伸パターンを経由して効果的に放熱することができる。

本発明の第１実施形態による電子制御ユニットの一部を示す模式図。図１のＩＩ−ＩＩ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パワーステアリング装置に適用した状態を示す概略図。本発明の第１実施形態による電子制御ユニットの電気的な構成を示す図。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示す断面図。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示す模式図。

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。また、図面の記載が煩雑になることを避けるため、１つの図面において、実質的に同一の複数の部材または部位には、複数のうち１つのみに符号を付す場合がある。

（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、および、その一部を図１〜３に示す。電子制御ユニット１は、図３に示すように、車両の電動パワーステアリング装置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、運転者による操舵を補助するアシストトルクを発生するモータ１０１を駆動制御するものである。ここで、モータ１０１は、特許請求の範囲における「制御対象」に対応する。

図１、２に示すように、電子制御ユニット１は、基板１０、入力パターン２１、出力パターン２２、制御パターン２３、第１延伸パターン２４、第２延伸パターン２５、半導体モジュール３０、制御部５０、特定パターン７１、７２、７３、ビア８１、第１放熱部材９１および熱伝導部材９２等を備えている。
基板１０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。

入力パターン２１は、基板１０の一方の面１１に形成され、入力ランド２１１を有している。入力パターン２１は、例えば基板１０上に形成した銅箔配線の表面を絶縁被膜によって覆うことにより形成されている。入力ランド２１１は、例えば銅箔配線の所定範囲を絶縁被膜から矩形状に露出させることにより形成されている。

出力パターン２２は、基板１０の一方の面１１に形成され、出力ランド２２１を有している。出力パターン２２は、入力パターン２１と同様、例えば基板１０上に形成した銅箔配線の表面を絶縁被膜によって覆うことにより形成されている。出力ランド２２１は、例えば銅箔配線の所定範囲を絶縁被膜から矩形状に露出させることにより形成されている。

制御パターン２３は、基板１０の一方の面１１に形成され、制御ランド２３１を有している。制御パターン２３は、入力パターン２１と同様、例えば基板１０上に形成した銅箔配線の表面を絶縁被膜によって覆うことにより形成されている。制御ランド２３１は、例えば銅箔配線の所定範囲を絶縁被膜から矩形状に露出させることにより形成されている。

第１延伸パターン２４は、入力パターン２１から延びるよう基板１０の一方の面１１に入力パターン２１と一体に形成されている。第１延伸パターン２４は、入力パターン２１の銅箔配線と一体に形成される銅箔配線と、その表面を覆う絶縁被膜とからなる。

第２延伸パターン２５は、第１延伸パターン２４から延びるよう基板１０の一方の面１１に第１延伸パターン２４と一体に形成されている。第２延伸パターン２５は、第１延伸パターン２４の銅箔配線と一体に形成される銅箔配線と、その表面を覆う絶縁被膜とからなる。

半導体モジュール３０は、例えばＭＯＳ−ＦＥＴ等のスイッチング機能を有する半導体パッケージである。本実施形態では、半導体モジュール３０は、基板１０の一方の面１１に４つ（３１、３２、３３、３４）実装されている。図１、２に示すように、半導体モジュール３０は、スイッチング素子４１、封止体４２、入力端子４３、出力端子４４、制御端子４５および特定熱伝導部材４６等を有している。
スイッチング素子４１は、半導体により形成される素子であり、ドレイン、ソース、ゲートを有している。封止体４２は、スイッチング素子４１を覆っている。

入力端子４３は、例えばアルミや銅等の金属により矩形板状に形成され、一端がスイッチング素子４１のドレインに接続し、他端が封止体４２から露出し入力ランド２１１に電気的に接続するよう設けられている。本実施形態では、入力端子４３は、一方の面がスイッチング素子４１のドレインに電気的に接続し、他方の面が入力ランド２１１にはんだ付けされる（図２参照）。入力端子４３には、バッテリ１０２（図３参照）からスイッチング素子４１への電流が入力される。なお、本実施形態では、入力端子４３は、入力ランド２１１よりやや小さく形成され、他方の面の全てが入力ランド２１１に対向している。

出力端子４４は、例えばアルミや銅等の金属により形成され、一端がスイッチング素子４１のソースに接続し、他端が封止体４２から露出し出力ランド２２１に電気的に接続するよう設けられている。本実施形態では、出力端子４４は、１つの半導体モジュール３０につき、３つ設けられている。出力端子４４は、一端が、後述する特定熱伝導部材４６を経由してスイッチング素子４１のソースに電気的に接続し、他端が出力ランド２２１にはんだ付けされる（図２参照）。出力端子４４は、入力端子４３を経由してスイッチング素子４１に入力された電流を出力する。

制御端子４５は、例えばアルミや銅等の金属により形成され、一端がスイッチング素子４１のゲートに接続し、他端が封止体４２から露出し制御ランド２３１に電気的に接続するよう設けられている。本実施形態では、制御端子４５は、一端がスイッチング素子４１のゲートにワイヤボンディングにより電気的に接続し、他端が制御ランド２３１にはんだ付けされる。制御端子４５には、入力端子４３と出力端子４４との間の電流の流れを許容または遮断するための信号である制御信号が印加される。
ここで、スイッチング素子４１は、スイッチング作動時、すなわち、入力端子４３と出力端子４４との間を電流が流れるとき発熱する。

特定熱伝導部材４６は、例えばアルミや銅等の熱伝導率が所定値以上の金属により板状に形成され、スイッチング素子４１のソースに電気的に接続するとともに、出力端子４４の一端と一体に形成されている。これにより、出力端子４４の一端は、特定熱伝導部材４６を経由してスイッチング素子４１のソースに電気的に接続している。特定熱伝導部材４６は、スイッチング素子４１とは反対側の面が封止体４２から露出するよう設けられている。特定熱伝導部材４６には、スイッチング素子４１の作動時の熱が伝達する。

図１に示すように、本実施形態では、半導体モジュール３１と半導体モジュール３２とが隣り合うよう基板１０に配置されている。また、半導体モジュール３３と半導体モジュール３４とが隣り合うよう基板１０に配置されている。ここで、半導体モジュール３１が電気的に接続する入力パターン２１と、半導体モジュール３２が電気的に接続する入力パターン２１とは一体に形成されている。一方、半導体モジュール３３が電気的に接続する入力パターン２１と、半導体モジュール３４が電気的に接続する入力パターン２１とは別体に形成されている。

また、半導体モジュール３１が電気的に接続する出力パターン２２と、半導体モジュール３３が電気的に接続する入力パターン２１とは一体に形成されている。また、半導体モジュール３２が電気的に接続する出力パターン２２と、半導体モジュール３４が電気的に接続する入力パターン２１とは一体に形成されている。

本実施形態では、半導体モジュール３２が電気的に接続する入力パターン２１にバッテリ１０２からの電力が入力される。半導体モジュール３１が電気的に接続する入力パターン２１には、半導体モジュール３２が電気的に接続する入力パターン２１を経由して電力が入力される。半導体モジュール３３が電気的に接続する入力パターン２１には、半導体モジュール３１が電気的に接続する出力パターン２２を経由して電力が入力される。半導体モジュール３４が電気的に接続する入力パターン２１には、半導体モジュール３２が電気的に接続する出力パターン２２を経由して電力が入力される。

制御部５０は、例えばマイコン５１、カスタムＩＣ５２から構成されている。マイコン５１、カスタムＩＣ５２は、例えばＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭおよびＩ／Ｏ等を有する半導体パッケージである。制御部５０は、半導体モジュール３０（３１〜３４）の作動を制御する。制御部５０は、車両の各部に設けられたセンサ類からの信号等に基づき制御信号を生成し、当該制御信号によって半導体モジュール３０の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。本実施形態では、モータ１０１は、ブラシ付きの直流モータである。

マイコン５１およびカスタムＩＣ５２は、図１に示すように、基板１０の一方の面１１に実装されている。制御部５０は、基板１０上の配線および基板１０内の配線を経由して制御ランド２３１に電気的に接続している。制御部５０は、制御ランド２３１を経由して制御端子４５に制御信号を印加することによりスイッチング素子４１の作動を制御しモータ１０１に流れる電流を制御することでモータ１０１を制御可能である。

本実施形態では、基板１０には、上述の半導体モジュール３０（３１〜３４）および制御部５０（マイコン５１、カスタムＩＣ５２）の他、コンデンサ６１、リレー６２、６３、コイル６４およびシャント抵抗６５等の電子部品が実装されている。

コンデンサ６１は、本実施形態では、例えばアルミ電解コンデンサである。リレー６２、６３は、本実施形態では、例えば機械的に構成されるメカリレーである。コイル６４は、本実施形態では、例えばチョークコイルである。シャント抵抗６５は、本実施形態では、図１に示すように、例えば矩形板状に形成され、基板１０の一方の面１１に実装されている。シャント抵抗６５の一端は、半導体モジュール３３が電気的に接続する出力パターン２２、および、半導体モジュール３４が電気的に接続する出力パターン２２と一体に基板１０上に形成されたパターン２６に電気的に接続している。シャント抵抗６５の他端は、基板１０上に形成されたパターン２７の一端に電気的に接続している。パターン２７の他端は、グランドに接続している。

図４に示すように、車両の電源であるバッテリ１０２の正側は、リレー６２に接続している。リレー６２は、制御部５０によって制御され、オン作動またはオフ作動することにより、バッテリ１０２から電子制御ユニット１（モータ１０１）への電力の供給を許容または遮断する。すなわち、リレー６２は、本実施形態では、電源リレーである。

バッテリ１０２からの電力は、コイル６４を経由して半導体モジュール３０（３１〜３４）に供給される。コイル６４は、バッテリ１０２から電子制御ユニット１を経由してモータ１０１へ供給される電力のノイズを除去する。
制御部５０（マイコン５１、カスタムＩＣ５２）は、図示しないイグニッション電源からの電力により作動する。

図４に示すように、半導体モジュール３１と半導体モジュール３３とが直列に接続されており、半導体モジュール３２と半導体モジュール３４とが直列に接続されている。そして、半導体モジュール３１および半導体モジュール３３の２つの半導体モジュールと、半導体モジュール３２および半導体モジュール３４の２つの半導体モジュールとが並列に接続されている。

また、半導体モジュール３１と半導体モジュール３３との接続点と、半導体モジュール３２と半導体モジュール３４との接続点との間に、リレー６３およびモータ１０１が配置されている。このように、本実施形態では、半導体モジュール３１〜３４はＨブリッジ回路を構成している。さらにまた、半導体モジュール３３、３４のソース（出力端子４４）側にシャント抵抗６５が接続している。また、コンデンサ６１は、電源ラインとグランドとの間に接続されている。コンデンサ６１は、半導体モジュール３０（３１〜３４）のオン／オフ作動（スイッチング作動）によって生じるサージ電圧を抑制する。

上述の構成により、例えば半導体モジュール３１および半導体モジュール３４がオンとなり半導体モジュール３２および半導体モジュール３３がオフになると、電流は、半導体モジュール３１、リレー６３、モータ１０１、半導体モジュール３４の順に流れる。一方、半導体モジュール３２および半導体モジュール３３がオンとなり半導体モジュール３１および半導体モジュール３４がオフになると、電流は、半導体モジュール３２、モータ１０１、リレー６３、半導体モジュール３３の順に流れる。モータ１０１はブラシ付きの直流モータであるため、このようにして各半導体モジュール３０（３１〜３４）がオン／オフに制御されることで、Ｈブリッジ駆動によりモータ１０１が回転駆動される。各半導体モジュール３０（３１〜３４）の制御端子４５には、制御部５０（カスタムＩＣ５２）からの信号線が接続されている。つまり、制御部５０は、半導体モジュール３０のスイッチング作動を制御することで、モータ１０１の回転駆動を制御する。なお、制御部５０は、シャント抵抗６５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。

ここで、リレー６３は、制御部５０によって制御され、オン作動またはオフ作動することにより、バッテリ１０２からモータ１０１への電力の供給を許容または遮断する。すなわち、リレー６３は、本実施形態では、モータリレーである。

半導体モジュール３０のスイッチング作動時、半導体モジュール３０、コンデンサ６１、リレー６２、６３、コイル６４、シャント抵抗６５には比較的大きな電流が流れるため、半導体モジュール３０、コンデンサ６１、リレー６２、６３、コイル６４、シャント抵抗６５は発熱し、比較的高い温度になる。本実施形態では、半導体モジュール３０（３１〜３４）、コンデンサ６１、リレー６２、６３、コイル６４、シャント抵抗６５は、表面実装型の部品（ＳＭＤ）である。

本実施形態では、図１に示すように、基板１０の一方の面１１において入力ランド２１１から見て所定の方向を第１方向ｄ１、当該第１方向ｄ１に対し入力ランド２１１の周方向の一方側へ４５度回転した方向を第２方向ｄ２、当該第２方向ｄ２に対し入力ランド２１１の周方向の一方側へ４５度回転した方向を第３方向ｄ３、当該第３方向ｄ３に対し入力ランド２１１の周方向の一方側へ４５度回転した方向を第４方向ｄ４、当該第４方向ｄ４に対し入力ランド２１１の周方向の一方側へ４５度回転した方向を第５方向ｄ５、当該第５方向ｄ５に対し入力ランド２１１の周方向の一方側へ４５度回転した方向を第６方向ｄ６、当該第６方向ｄ６に対し入力ランド２１１の周方向の一方側へ４５度回転した方向を第７方向ｄ７、当該第７方向ｄ７に対し入力ランド２１１の周方向の一方側へ４５度回転した方向を第８方向ｄ８とすると、入力パターン２１は、入力ランド２１１に対し第３方向ｄ３、第４方向ｄ４、第５方向ｄ５、第６方向ｄ６および第７方向ｄ７へ所定量以上延びるよう形成されている。また、出力ランド２２１および制御ランド２３１は、入力ランド２１１に対し第１方向ｄ１側に位置している。

そして、第１延伸パターン２４は、入力ランド２１１に対し第２方向ｄ２および第８方向ｄ８の両方へ延びるよう形成されている。また、第２延伸パターン２５は、第１延伸パターン２４から第１方向ｄ１に対し平行な方向へ延びるよう形成されている。

本実施形態では、半導体モジュール３１が電気的に接続する入力パターン２１から第２方向ｄ２へ延びる第１延伸パターン２４および第２延伸パターン２５と、半導体モジュール３２が電気的に接続する入力パターン２１から第８方向ｄ８へ延びる第１延伸パターン２４および第２延伸パターン２５とが一体に形成されている。一方、半導体モジュール３３が電気的に接続する入力パターン２１から第２方向ｄ２へ延びる第１延伸パターン２４および第２延伸パターン２５と、半導体モジュール３４が電気的に接続する入力パターン２１から第８方向ｄ８へ延びる第１延伸パターン２４および第２延伸パターン２５とは別体に形成されている。

特定パターン７１、７２、７３は、例えば銅箔等の金属により基板１０の一方の面１１以外の部位に形成される配線パターンである。特定パターン７１、７２は、基板１０の一方の面１１と他方の面１２との間に形成されている。特定パターン７２は、特定パターン７１に対し基板１０の他方の面１２側に形成されている。特定パターン７３は、基板１０の他方の面１２に形成されている。

ビア８１は、例えば基板１０の板厚方向に延びる穴部を銅等の金属によりめっきすることにより形成されている。本実施形態では、ビア８１は、一端が入力パターン２１に電気的に接続し、他端が特定パターン７２に電気的に接続するよう形成されている（図２参照）。また、ビア８１は、一端が入力ランド２１１と出力ランド２２１および制御ランド２３１との間、すなわち、入力ランド２１１に対し第１方向ｄ１側に位置するよう複数形成されている（図１参照）。本実施形態では、ビア８１は、１つの半導体モジュール３０につき、５つ形成されている。

第１放熱部材９１は、例えばアルミ等の熱伝導率が所定値以上で熱を拡散可能な金属により板状に形成されている。第１放熱部材９１は、面方向が基板１０の面方向と概ね平行になるよう、基板１０の一方の面１１側に設けられている（図２参照）。第１放熱部材９１の基板１０側の面には、凹部９１１が形成されている。凹部９１１は、半導体モジュール３０を収容可能な程度の大きさに形成されている。本実施形態では、半導体モジュール３０（３１〜３４）は、凹部９１１に収容されるようにして設けられている。

熱伝導部材９２は、例えば放熱グリスである。放熱グリスは、例えばシリコーンを基材とする熱抵抗の小さなゲル状のグリスである。熱伝導部材９２は、半導体モジュール３０（３１〜３４）および基板１０と第１放熱部材９１との間に設けられている。ここで、凹部９１１と半導体モジュール３０（３１〜３４）との間は、熱伝導部材９２で満たされている。これにより、熱伝導部材９２は、半導体モジュール３０の熱を、凹部９１１を経由して第１放熱部材９１に伝達可能である。

また、熱伝導部材９２は、基板１０の一方の面１１、入力パターン２１および出力パターン２２と第１放熱部材９１とに当接するよう設けられている。そのため、半導体モジュール３０の熱は、基板１０の一方の面１１、入力パターン２１、出力パターン２２および熱伝導部材９２を経由して第１放熱部材９１に伝達する。
第１放熱部材９１に伝達した半導体モジュール３０の熱は、第１放熱部材９１において拡散する。これにより、半導体モジュール３０を放熱することができる。

また、本実施形態では、基板１０の外縁部にコネクタ３が設けられている（図３参照）。コネクタ３は、例えば樹脂により形成され、内側にＰＩＧ（電源電圧、正側）端子、グランド端子、モータ端子等、複数の端子を有している。コネクタ３には、ハーネス１０３が接続される。ハーネス１０３の導線１０４は、バッテリ１０２の正側とコネクタ３のＰＩＧ端子とを電気的に接続する。ＰＩＧ端子は、図示しない配線パターンにより、リレー６２の正側端子に接続されている。これにより、バッテリ１０２からＰＩＧ端子およびリレー６２を経由して入力パターン２１に電力が供給される。

また、コネクタ３のモータ端子は、半導体モジュール３１と半導体モジュール３３との接続点と、半導体モジュール３２と半導体モジュール３４との接続点とに電気的に接続している。ハーネス１０３の導線１０５は、モータ１０１の巻線端子とコネクタ３のモータ端子とを電気的に接続する。これにより、モータ端子、導線１０５および巻線端子を経由してモータ１０１に電力が供給される。

次に、本実施形態の電子制御ユニット１の作動について説明する。
車両の運転者がイグニッションスイッチをオンすると、イグニッション電源から電子制御ユニット１に電力が供給され、電子制御ユニット１が起動する。電子制御ユニット１が起動すると、制御部５０は、リレー６２、６３をオン作動させる。これにより、バッテリ１０２からモータ１０１への電力の供給が許容された状態となる。

制御部５０は、イグニッションスイッチがオンの間、操舵トルク信号および車速信号等に基づき、半導体モジュール３０（３１〜３４）のスイッチング素子４１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。これにより、モータ１０１からアシストトルクが出力され、運転者による操舵が補助される。

本実施形態では、制御部５０が半導体モジュール３０（３１〜３４）のスイッチング素子４１のスイッチング作動を制御することでモータ１０１の回転駆動を制御するとき、スイッチング素子４１が発熱し、半導体モジュール３０（３１〜３４）は比較的高い温度になる。本実施形態では、半導体モジュール３０の熱は、熱伝導部材９２を経由して第１放熱部材９１に導かれる。
また、半導体モジュール３０の熱は、基板１０、入力パターン２１、出力パターン２２と第１放熱部材９１とに接する熱伝導部材９２を経由して第１放熱部材９１に導かれる。

以上説明したように、（１）本実施形態では、入力パターン２１は、基板１０の一方の面１１に形成され、入力ランド２１１を有している。出力パターン２２は、基板１０の一方の面１１に形成され、出力ランド２２１を有している。制御パターン２３は、基板１０の一方の面１１に形成され、制御ランド２３１を有している。第１延伸パターン２４は、入力パターン２１から延びるよう基板１０の一方の面１１に入力パターン２１と一体に形成されている。

半導体モジュール３０（３１〜３４）は、スイッチング素子４１、封止体４２、入力端子４３、出力端子４４および制御端子４５を有している。封止体４２は、スイッチング素子４１を覆っている。入力端子４３は、一端がスイッチング素子４１に接続し、他端が封止体４２から露出し入力ランド２１１に電気的に接続するよう設けられスイッチング素子４１への電流が入力される。出力端子４４は、一端がスイッチング素子４１に接続し、他端が封止体４２から露出し出力ランド２２１に電気的に接続するよう設けられ入力端子４３を経由してスイッチング素子４１に入力された電流を出力する。

制御端子４５は、一端がスイッチング素子４１に接続し、他端が封止体４２から露出し制御ランド２３１に電気的に接続するよう設けられ、入力端子４３と出力端子４４との間の電流の流れを許容または遮断するための信号である制御信号が印加される。半導体モジュール３０（３１〜３４）は、基板１０の一方の面１１に実装され、スイッチング素子４１が作動時に発熱する。

制御部５０は、制御ランド２３１に電気的に接続するよう基板１０に実装され、制御ランド２３１を経由して制御端子４５に制御信号を印加することによりスイッチング素子４１の作動を制御しモータ１０１に流れる電流を制御することでモータ１０１を制御可能である。

本実施形態では、入力パターン２１は、入力ランド２１１に対し第３方向ｄ３、第４方向ｄ４、第５方向ｄ５、第６方向ｄ６および第７方向ｄ７へ所定量以上延びるよう形成されている。また、出力ランド２２１および制御ランド２３１は、入力ランド２１１に対し第１方向ｄ１側に位置している。

そして、第１延伸パターン２４は、入力ランド２１１に対し第２方向ｄ２および第８方向ｄ８の両方へ延びるよう形成されている。そのため、スイッチング素子４１の作動時の熱は、入力端子４３および入力ランド２１１を経由して、入力パターン２１の入力ランド２１１に対し第３方向ｄ３、第４方向ｄ４、第５方向ｄ５、第６方向ｄ６および第７方向ｄ７に伝達するのに加え、入力ランド２１１に対し第２方向ｄ２および第８方向ｄ８に位置する第１延伸パターン２４に伝達する。したがって、スイッチング素子４１（半導体モジュール３０）の熱を、入力パターン２１および第１延伸パターン２４を経由して効果的に放熱することができる。

また、（２）本実施形態では、第２延伸パターン２５をさらに備えている。第２延伸パターン２５は、第１延伸パターン２４から第１方向ｄ１に対し平行な方向へ延びるよう基板１０の一方の面１１に第１延伸パターン２４と一体に形成されている。そのため、第１延伸パターン２４に伝達したスイッチング素子４１の熱は、さらに第２延伸パターン２５に伝達し、拡散する。これにより、スイッチング素子４１（半導体モジュール３０）の熱をより効果的に放熱することができる。

また、（３）本実施形態では、特定パターン７１、７２、７３とビア８１とをさらに備えている。特定パターン７１、７２、７３は、基板１０の一方の面１１と他方の面１２との間、または、基板１０の他方の面１２に形成されている。ビア８１は、一端が入力パターン２１に接続し、他端が特定パターン７２に接続するよう形成されている。そのため、スイッチング素子４１の熱は、入力パターン２１およびビア８１を経由して特定パターン７２に伝達し、拡散する。これにより、スイッチング素子４１（半導体モジュール３０）の熱をより一層効果的に放熱することができる。

また、（５）本実施形態では、ビア８１は、一端が入力ランド２１１に対し第１方向ｄ１側に位置するよう形成されている。そのため、スイッチング素子４１（半導体モジュール３０）の熱は、入力パターン２１の入力ランド２１１に対し第３〜７方向、第２方向ｄ２および第８方向ｄ８の第１延伸パターン２４、ならびに、第１方向ｄ１のビア８１、すなわち、入力ランド２１１に対し第１〜８方向の全方向に伝達し、拡散する。これにより、スイッチング素子４１（半導体モジュール３０）の熱をさらに効果的に放熱することができる。

また、（６）本実施形態では、第１放熱部材９１と熱伝導部材９２とをさらに備えている。第１放熱部材９１は、基板１０の一方の面１１側に設けられ、熱伝導率が所定値以上で熱を拡散可能である。熱伝導部材９２は、少なくとも半導体モジュール３０（３１〜３４）と第１放熱部材９１との間に設けられ、半導体モジュール３０の熱を第１放熱部材９１に伝達可能である。そのため、半導体モジュール３０の熱を、熱伝導部材９２および第１放熱部材９１を経由して効果的に放熱することができる。

また、（７）本実施形態では、熱伝導部材９２は、基板１０、入力パターン２１および出力パターン２２に当接している。そのため、半導体モジュール３０の熱は、基板１０、入力パターン２１、出力パターン２２と第１放熱部材９１とに接する熱伝導部材９２を経由して第１放熱部材９１に導かれる。これにより、半導体モジュール３０の熱を、熱伝導部材９２および第１放熱部材９１を経由して、より効果的に放熱することができる。

また、（９）本実施形態では、半導体モジュール３０（３１〜３４）は、熱伝導率が所定値以上で封止体４２から露出するよう設けられる特定熱伝導部材４６を有している。そのため、スイッチング素子４１の熱を、特定熱伝導部材４６を経由して効果的に放熱することができる。

また、（１０）本実施形態では、電動パワーステアリング装置１００は、上記電子制御ユニット１と、電子制御ユニット１により制御され、運転者による操舵を補助するアシストトルクを出力可能なモータ１０１と、を備えている。
本実施形態の電子制御ユニット１は、半導体モジュール３０（スイッチング素子４１）の放熱効果が高いため、大電流が流れることで発熱量が大きくなる電動パワーステアリング装置１００の電子制御ユニットとして用いるのに好適である。

（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５に示す。

第２実施形態では、ビア８１に加え、ビア８２を備えている。ビア８１は、他端が特定パターン７３に電気的に接続するよう形成されている。ビア８２は、構成自体はビア８１と同様である。ビア８２は、入力パターン２１のビア８１とは異なる位置において、一端が入力パターン２１に電気的に接続し、他端が特定パターン７３に電気的に接続するよう形成されている。

また、第２実施形態では、第２放熱部材９３および熱伝導部材９４をさらに備えている。
第２放熱部材９３は、第１放熱部材９１と同様、例えばアルミ等の熱伝導率が所定値以上で熱を拡散可能な金属により板状に形成されている。第２放熱部材９３は、面方向が基板１０の面方向と概ね平行になるよう、基板１０の他方の面１２側に設けられている（図５参照）。

熱伝導部材９４は、熱伝導部材９２と同様、例えば放熱グリスである。熱伝導部材９４は、基板１０と第２放熱部材９３との間に設けられている。ここで、熱伝導部材９４は、基板１０および特定パターン７３と第２放熱部材９３とに当接するよう設けられている。そのため、半導体モジュール３０（３１〜３４）の熱は、基板１０、特定パターン７３および熱伝導部材９４を経由して第２放熱部材９３に導かれる。

以上説明したように、（８）本実施形態では、第２放熱部材９３をさらに備えている。第２放熱部材９３は、基板１０の他方の面１２側に設けられ、熱伝導率が所定値以上で熱を拡散可能である。そのため、半導体モジュール３０（３１〜３４）の熱は、基板１０を経由して第２放熱部材９３に伝達し、拡散する。これにより、半導体モジュール３０の熱を、第２放熱部材９３を経由して、より一層効果的に放熱することができる。

（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６に示す。
第３実施形態は、第１延伸パターン２４および第２延伸パターン２５を備えない点で第１実施形態と異なる。その他の構成は、第１実施形態と同様である。

以上説明したように、（４）本実施形態では、特定パターン７１、７２、７３と、第１延伸パターン２４および第２延伸パターン２５に代えて設けられるビア８１とを備えている。ここで、特定パターン７１、７２、７３は、基板１０の一方の面１１と他方の面１２との間、または、基板１０の他方の面１２に形成されている。ビア８１は、一端が入力パターン２１に接続し、他端が特定パターン７２に接続するよう形成されている（図２参照）。本実施形態では、スイッチング素子４１の作動時の熱は、入力端子４３および入力ランド２１１を経由して、入力パターン２１の入力ランド２１１に対し第３方向ｄ３、第４方向ｄ４、第５方向ｄ５、第６方向ｄ６および第７方向ｄ７に伝達するのに加え、ビア８１を経由して特定パターン７２に伝達する。したがって、スイッチング素子４１（半導体モジュール３０）の熱を、入力パターン２１、ビア８１および特定パターン７２を経由して効果的に放熱することができる。

（他の実施形態）
本発明の他の実施形態では、第１延伸パターンは、入力ランドに対し第２方向または第８方向のいずれか一方へ延びるよう形成されていてもよい。
また、本発明の他の実施形態では、第１延伸パターンを備えつつ、第２延伸パターンを備えない構成としてもよい。

また、本発明の他の実施形態では、入力パターンと特定パターンとを接続するビアは、一端が入力パターンの入力ランドに対し、どの方向または箇所に位置するよう設けられていてもよい。また、ビアを備えない構成としてもよい。また、特定パターンを備えない構成としてもよい。
また、本発明の他の実施形態では、基板の第１放熱部材とは反対側に、基板を覆うカバーを設けることとしてもよい。

また、本発明の他の実施形態では、熱伝導部材（９２）は、基板、入力パターンおよび出力パターンの少なくともいずれか１つに当接することとしてもよい。また、熱伝導部材（９２）は、半導体モジュールのみに当接することとしてもよい。また、第１放熱部材は、凹部を有していなくてもよい。また、第１放熱部材および熱伝導部材（９２）を備えない構成としてもよい。また、第１放熱部材および第２放熱部材は、アルミに限らず、銅、銀、鉄等の金属、アルミナ等の金属酸化物、セラミック体、カーボンまたはダイアモンド等、熱伝導率が所定値以上であれば、どのような材料により形成されていてもよい。

また、本発明の他の実施形態では、半導体モジュールの特定熱伝導部材（４６）は、出力端子と一体に形成されていなくてもよい。また、特定熱伝導部材は、スイッチング素子に電気的に接続していなくてもよい。また、特定熱伝導部材は、アルミや銅に限らず、銀、鉄等の金属、アルミナ等の金属酸化物、セラミック体、カーボンまたはダイアモンド等、熱伝導率が所定値以上であれば、どのような材料により形成されていてもよい。また、半導体モジュールは、特定熱伝導部材を有していなくてもよい。この場合、半導体モジュールの出力端子は、一端がスイッチング素子に直接接続される。

また、上述の実施形態では、半導体モジュール３１〜３４でＨブリッジ回路を構成し、ブラシ付きのモータ１０１をＨブリッジ駆動により回転駆動する例を示した。これに対し、本発明の他の実施形態では、例えば、高電位側および低電位側に設けた２つの半導体モジュール（スイッチング素子）でスイッチング素子対を構成し、ブラシレスモータの相と同数のスイッチング素子対でインバータを構成し、制御部によりインバータを経由してモータをブラシレス駆動することとしてもよい。例えば、３相のブラシレスモータの場合、スイッチング素子対３つ、すなわち、半導体モジュール（スイッチング素子）６つでインバータを構成することが考えられる。また、スイッチング素子の故障時等の対応のため、複数系統のインバータを備える構成としてもよい。例えば、３相のブラシレスモータに対し２系統のインバータを設ける場合、半導体モジュール（スイッチング素子）は１２個となる。複数の半導体モジュールのそれぞれに対し、上述の入力パターン、第１延伸パターン、第２延伸パターン、ビア等を適用すれば、各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。このように、本発明では、ブラシ付きモータ、または、複数相のブラシレスモータを、制御対象のモータとして用いることができる。

また、本発明の他の実施形態では、入力ランド、出力ランド、制御ランドは、矩形に限らず、三角形、多角形、円形、楕円形等、どのような形状に形成されていてもよい。
また、本発明の他の実施形態では、半導体モジュールは、ＭＯＳ−ＦＥＴに限らず、ＩＧＢＴ、電源ＩＣ、トランジスタ等、スイッチング機能を有する半導体パッケージであれば、どのようなものを用いてもよい。

また、本発明の他の実施形態では、コンデンサ６１は、アルミ電解コンデンサに限らず、導電性高分子コンデンサまたはハイブリッドコンデンサ等どのような種類のコンデンサでもよい。
また、本発明の他の実施形態では、コンデンサ６１、リレー６２、６３、コイル６４、シャント抵抗６５、マイコン５１、カスタムＩＣ５２は、基板の一方の面または他方の面のいずれの面に実装されていてもよい。
また、本発明の他の実施形態では、半導体モジュール３０（３１〜３４）、コンデンサ６１、リレー６２、６３、コイル６４、シャント抵抗６５は、挿入実装型の部品（ＴＨＤ）であってもよい。

また、上述の実施形態では、リレー６２、６３としてメカリレーを採用する例を示した。これに対し、本発明の他の実施形態では、リレー６２、６３を、それぞれ、例えば２つの半導体モジュール３０の極性を反対にして配置することにより構成する半導体リレーとしてもよい。この場合、リレー６２、６３を構成する半導体モジュール３０に対し、上述の入力パターン、第１延伸パターン、第２延伸パターンまたはビア等を適用すれば、当該半導体モジュール３０の熱を効果的に放熱することができる。
また、本発明の他の実施形態では、コンデンサ６１、コイル６４、シャント抵抗６５を備えない構成としてもよい。

また、本発明の他の実施形態では、電子制御ユニットは、制御対象としてのモータと一体に形成されていてもよい。この場合、電子制御ユニットの第１放熱部材（９１）を、例えばモータのフレームエンド等と一体に形成することにより、電動パワーステアリング装置の部材点数の低減、および、小型化を図ることができる。

また、本発明による電子制御ユニットは、ラックアシスト型やコラムアシスト型等、どのような方式の電動パワーステアリング装置にも適用することができる。
また、本発明による電子制御ユニットは、電動パワーステアリング装置に限らず、他の装置のモータ等の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
１０・・・・基板
１１・・・・基板の一方の面
２１・・・・入力パターン
２１１・・・入力ランド
２２・・・・出力パターン
２２１・・・出力ランド
２３・・・・制御パターン
２３１・・・制御ランド
２４・・・・第１延伸パターン
３０、３１、３２、３３、３４・・・半導体モジュール
４１・・・・スイッチング素子
４２・・・・封止体
４３・・・・入力端子
４４・・・・出力端子
４５・・・・制御端子
５０・・・・制御部
５１・・・・マイコン（制御部）
５２・・・・カスタムＩＣ（制御部）

Claims

制御対象（１０１）を制御する電子制御ユニット（１）であって、
基板（１０）と、
前記基板の一方の面（１１）に形成され、入力ランド（２１１）を有する入力パターン（２１）と、
前記基板の一方の面に形成され、出力ランド（２２１）を有する出力パターン（２２）と、
前記基板の一方の面に形成され、制御ランド（２３１）を有する制御パターン（２３）と、
前記入力パターンから延びるよう前記基板の一方の面に前記入力パターンと一体に形成される第１延伸パターン（２４）と、
スイッチング素子（４１）、
前記スイッチング素子を覆う封止体（４２）、
一端が前記スイッチング素子に接続し他端が前記封止体から露出し前記入力ランドに電気的に接続するよう設けられ前記スイッチング素子への電流が入力される入力端子（４３）、
一端が前記スイッチング素子に接続し他端が前記封止体から露出し前記出力ランドに電気的に接続するよう設けられ前記入力端子を経由して前記スイッチング素子に入力された電流を出力する出力端子（４４）、および、
一端が前記スイッチング素子に接続し他端が前記封止体から露出し前記制御ランドに電気的に接続するよう設けられ前記入力端子と前記出力端子との間の電流の流れを許容または遮断するための信号である制御信号が印加される制御端子（４５）を有し、前記基板の一方の面に実装され、前記スイッチング素子が作動時に発熱する半導体モジュール（３０、３１、３２、３３、３４）と、
前記制御ランドに電気的に接続するよう前記基板に実装され、前記制御ランドを経由して前記制御端子に前記制御信号を印加することにより前記スイッチング素子の作動を制御し前記制御対象に流れる電流を制御することで前記制御対象を制御可能な制御部（５０、５１、５２）と、を備え、
前記基板の一方の面において前記入力ランドから見て所定の方向を第１方向（ｄ１）、当該第１方向に対し前記入力ランドの周方向の一方側へ４５度回転した方向を第２方向（ｄ２）、当該第２方向に対し前記入力ランドの周方向の一方側へ４５度回転した方向を第３方向（ｄ３）、当該第３方向に対し前記入力ランドの周方向の一方側へ４５度回転した方向を第４方向（ｄ４）、当該第４方向に対し前記入力ランドの周方向の一方側へ４５度回転した方向を第５方向（ｄ５）、当該第５方向に対し前記入力ランドの周方向の一方側へ４５度回転した方向を第６方向（ｄ６）、当該第６方向に対し前記入力ランドの周方向の一方側へ４５度回転した方向を第７方向（ｄ７）、当該第７方向に対し前記入力ランドの周方向の一方側へ４５度回転した方向を第８方向（ｄ８）とすると、
前記入力パターンは、前記入力ランドに対し前記第３方向、前記第４方向、前記第５方向、前記第６方向および前記第７方向へ所定量以上延びるよう形成されており、
前記出力ランドおよび前記制御ランドは、前記入力ランドに対し前記第１方向側に位置し、
前記第１延伸パターンは、前記入力ランドに対し前記第２方向または前記第８方向の少なくとも一方へ延びるよう形成されていることを特徴とする電子制御ユニット。
前記第１延伸パターンから前記第１方向に対し平行な方向へ延びるよう前記基板の一方の面に前記第１延伸パターンと一体に形成される第２延伸パターン（２５）をさらに備え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。
前記基板の一方の面と他方の面（１２）との間、または、前記基板の他方の面に形成される特定パターン（７１、７２、７３）と、
一端が前記入力パターンに接続し、他端が前記特定パターンに接続するよう形成されるビア（８１、８２）と、
をさらに備え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。
前記基板の一方の面と他方の面（１２）との間、または、前記基板の他方の面に形成される特定パターン（７１、７２、７３）と、
前記第１延伸パターンに代えて設けられ、一端が前記入力パターンに接続し、他端が前記特定パターンに接続するよう形成されるビア（８１、８２）と、
をさらに備え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。
前記ビアは、一端が前記入力ランドに対し前記第１方向側に位置するよう形成されていることを特徴とする請求項３または４に記載の電子制御ユニット。
前記基板の一方の面側に設けられ、熱伝導率が所定値以上で熱を拡散可能な第１放熱部材（９１）と、
少なくとも前記半導体モジュールと前記第１放熱部材との間に設けられ、前記半導体モジュールの熱を前記第１放熱部材に伝達可能な熱伝導部材（９２）と、
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。
前記熱伝導部材は、前記基板、前記入力パターンおよび前記出力パターンの少なくともいずれか１つに当接していることを特徴とする請求項６に記載の電子制御ユニット。
前記基板の他方の面側に設けられ、熱伝導率が所定値以上で熱を拡散可能な第２放熱部材（９３）をさらに備えることを特徴とする請求項６または７に記載の電子制御ユニット。
前記半導体モジュールは、熱伝導率が所定値以上で前記封止体から露出するよう設けられる特定熱伝導部材（４６）を有してい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。
請求項１〜９のいずれか一項に記載の電子制御ユニットと、
前記電子制御ユニットにより制御され、運転者による操舵を補助するアシストトルクを出力可能な前記制御対象と、
を備える電動パワーステアリング装置（１００）。