JP7310263B2 - 電子部品 - Google Patents

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Description

本明細書に記載の開示は、電子部品に関するものである。
特許文献1に示されるように冷却部材と導電部材との間が固定ねじで接続されている半導体装置が知られている。
特開2010-4033号公報
上記したように特許文献1に示される半導体装置は、導電部材におけるリードに接続された一端と反対側に延びる他端との間に固定ねじが位置している。ノイズが固定ねじから他端側に流れると、ノイズが外部機器に伝搬する虞がある。
そこで本明細書に記載の開示は、ノイズが外部機器に伝搬することが抑制された電子部品を提供することを目的とする。
開示の1つは、電子素子(12,13,15,16)を内包するモールドIC(10)と、
モールドICの搭載される金属製の搭載部(60)と、
モールドICと外部機器とを接続するターミナル(40)と、
ターミナルと搭載部とを電気的および機械的に接続する締結部材(80)と、を有し、
ターミナルはモールドICと接続される第1接続部位(41)と、外部機器と接続される第2接続部位(42)と、締結部材と接続される第3接続部位(43)と、を有し、
ターミナルの延びる延長方向で第1接続部位が第2接続部位と第3接続部位の間に位置している。
このように本開示ではモールドIC(10)が搭載部(60)に搭載されている。そのためにモールドIC(10)と搭載部(60)との間に寄生容量が生じる。この寄生容量を介してノイズがモールドIC(10)から搭載部(60)へと流れる。搭載部(60)に流れたノイズは締結部材(80)を介してターミナル(40)に流れようとする。
上記したように本開示ではターミナル(40)の延びる延長方向で第1接続部位(41)が第2接続部位(42)と第3接続部位(43)の間に位置している。そのため、第3接続部位(43)と第1接続部位(41)と第2接続部位(42)が順に並んでいる。したがって締結部材(80)を介してターミナル(40)の第3接続部位(43)に流れたノイズはまず第1接続部位(41)に流れようとする。残りのノイズが第2接続部位(42)に流れようとする。そのために第2接続部位(42)に流れるノイズが少なくなりやすくなっている。ノイズが外部機器に伝搬することが抑制される。
なお、上記の括弧内の参照番号は、後述の実施形態に記載の構成との対応関係を示すものに過ぎず、技術的範囲を何ら制限するものではない。
ラジエータ駆動システムの電気回路である。 ファンコントローラの分解斜視図である。 モールドICの搭載部への搭載状態を示す断面図である。 モールドICの搭載部への搭載状態を示す上面図である。 ターミナルの上面図である。 ファンコントローラの接続形態を示す上面図である。 往復連絡路における寄生経路を介したノイズの電流経路を説明するための上面図である。 往復連絡路における接続部位間に流れるノイズの電流経路を説明するための上面図である。 往復連絡路における第2接続部位へ流れるノイズの電流経路を説明するための上面図である。 第1の変形例を説明するための上面図である。 第2の変形例を説明するための上面図である。
以下、実施形態を図に基づいて説明する。
(第1実施形態)
図1~図9に基づいてファンコントローラ3とそれを含むラジエータ駆動システム1を説明する。
<ラジエータ駆動システムの概要>
ラジエータ駆動システム1は車両に搭載される。図1に示すようにラジエータ駆動システム1はバッテリ2とファンコントローラ3とモータ4と、を有する。図示しないECUとファンコントローラ3の制御ICが電気的に接続されている。
ECUからファンコントローラ3の制御ICに指示信号が出力される。制御ICは指示信号に応じてバッテリ2から供給される直流電力を降圧する。この降圧された直流電力がモータ4に供給される。
モータ4は供給された直流電力によって力行する。これによりモータ4のシャフトが回転する。シャフトの先端には図示しないファンが配置されている。シャフトの回転にともなってファンも回転する。これによりファンからラジエータに風が送られる。
<ファンコントローラの回路構成>
図2に示すようにファンコントローラ3はモールドIC10と電気部品30を有する。
図1に示すようにモールドIC10は第1経路81と第2経路82を介してバッテリ2と電気的に接続されている。第1経路81はバッテリ2の正極に接続されている。第2経路82はバッテリ2の負極に接続されている。このバッテリ2の負極は外部の接地に接続されている。
電気部品30は複数の受動素子を有する。電気部品30は複数の受動素子としてコンデンサ31とコイル32を有する。これらコンデンサ31とコイル32によってローパスフィルタ33が構成されている。ローパスフィルタ33が第1経路81と第2経路82を介してバッテリ2と電気的に接続されている。図1においてローパスフィルタ33を破線で囲って示している。
モールドIC10は第1経路81と第2経路82との間で直列接続された第1直列回路11と第2直列回路14を有する。
第1直列回路11は第1コンデンサ12と第2コンデンサ13を有する。第1コンデンサ12の有する2つの電極のうち一方は第1経路81に接続されている。第2コンデンサ13の有する2つの電極のうち一方は第2経路82に接続されている。第1コンデンサ12の有する2つの電極のうち残りの一方と第2コンデンサ13の有する2つの電極のうちの残りの一方とが電気的に接続されている。
第1コンデンサ12と第2コンデンサ13との間の中点がモータ4の有する2つの入出力端子のうちの一方と第3経路83を介して電気的に接続されている。またモータ4の有する2つの入出力端子のうち残りの一方は第4経路84を介して第1経路81に接続されている。
第2直列回路14はダイオード15とパワーMOSFET16とを備える。ダイオード15のカソードが第1経路81に電気的に接続されている。ダイオード15のアノードがパワーMOSFET16のドレイン電極に接続されている。パワーMOSFET16のソース電極が第2経路82に電気的に接続されている。
ダイオード15とパワーMOSFET16との間の中点がモータ4の有する2つの入出力端子のうちの一方と第3経路83を介して電気的に接続されている。またダイオード15とパワーMOSFET16との中点は第1コンデンサ12と第2コンデンサ13との間の中点に第3経路83を介して電気的に接続されている。
以上に示した電気的な接続構成により、バッテリ2の正極と負極とがローパスフィルタ33、第1コンデンサ12、第2コンデンサ13、ダイオード15、および、パワーMOSFET16を介して電気的に接続されている。
モータ4の有する2つの入出力端子のうち残りの一方は第4経路84を介して第1経路81に接続されている。モータ4の有する2つの入出力端子のうちの一方はパワーMOSFET16のドレイン電極に接続されている。パワーMOSFET16のソース電極は第2経路82に接続されている。この結果バッテリ2の正極と負極とがモータ4とパワーMOSFET16を介して接続されている。
パワーMOSFET16が閉状態になると、バッテリ2の正極と負極とがモータ4とパワーMOSFET16を介して電気的に接続される。上記したように第1経路81と第2経路82にローパスフィルタ33が接続されている。そのため高周波ノイズの除去された直流電力がモータ4に供給される。ただし上記したようにバッテリ2の直流電力は第1コンデンサ12と第2コンデンサ13にも供給されている。バッテリ2からモータ4への電力供給の時間変化は、第1コンデンサ12と第2コンデンサ13への電力供給のために緩やかになる。
パワーMOSFET16が閉状態から開状態に切り替わると、バッテリ2からモータ4への直流電力の供給が途絶える。しかしながら、上記したように第1コンデンサ12と第2コンデンサ13は充電されている。そのために第1コンデンサ12と第2コンデンサ13からモータ4に直流電力が供給される。これにより、パワーMOSFET16が閉状態から開状態に切り替わった結果、モータ4への電力供給が瞬時に途絶えることが抑制されている。
以上に示したパワーMOSFET16の開閉制御は上記したECUと制御ICによって行われる。パワーMOSFET16のゲート電極に制御ICが電気的に接続されている。制御ICにECUが電気的に接続されている。
ECUから制御ICに指示信号が出力される。この指示信号はパルス信号に含まれるパルスのデューティ比を指定する信号である。制御ICは指示信号に応じたデューティ比のパルス信号(駆動信号)をパワーMOSFET16のゲート電極に出力する。このように制御ICは指示信号にしたがってパワーMOSFET16をPWM制御する。
駆動信号の入力によってパワーMOSFET16は閉状態と開状態とに順次切り替わる。これによりバッテリ2からモータ4への直流電力の供給が間断的になる。この結果、モータ4に供給される直流電力が時間平均的に降圧される。
駆動信号のデューティ比が高まると、駆動信号がハイレベルの信号を出力する時間が長くなる。これによりパワーMOSFET16が閉状態になる時間が長くなる。バッテリ2からモータ4への直流電力の供給時間が長くなる。この結果、モータ4に供給される直流電力の降圧度合いが弱まる。
これとは逆に駆動信号のデューティ比が低まると、駆動信号がローレベルの信号を出力する時間が長くなる。これによりパワーMOSFET16が開状態になる時間が長くなる。バッテリ2からモータ4への直流電力の供給時間が短くなる。この結果、モータ4に供給される直流電力の降圧度合いが強まる。
なお図1に示すようにファンコントローラ3の電気回路はこれまでに示した第1経路81~第4経路84の他に第5経路85を有する。第5経路85を介して電気回路と後述する搭載部60とが電気的に接続されている。
<ファンコントローラの構成>
次にファンコントローラ3の構成を説明する。それに当たって以下においては互いに直交の関係にある3方向をx方向、y方向、および、z方向とする。ファンコントローラ3は電子部品に相当する。
図2に示すようにファンコントローラ3はこれまでに説明したモールドIC10と電気部品30の他に、支持ケース20と、ターミナル40と、樹脂カバー50と、搭載部60と、接着剤70と、ボルト80と、を有する。ボルト80は締結部材に相当する。
モールドIC10は図1に示したパワーMOSFET16と、ダイオード15と、第1コンデンサ12と、第2コンデンサ13などの電子素子の他に、図3に示すアイランド17と、リード18と、樹脂ケース19と、を有する。アイランド17には上記の電子素子が搭載されている。これらは配線を介して電気的に接続されている。また電子素子それぞれはリード18とも配線を介して電気的に接続されている。これら複数の電子素子が電気的に接続されることで構成される電気回路が樹脂ケース19によって被覆保護されている。この電気回路は図1において一点鎖線で囲った領域に相当する。
樹脂ケース19は絶縁性の樹脂材料から成る。樹脂ケース19はアイランド17に搭載された電子素子のすべてとリード18の一部を被覆している。
図3に示すように樹脂ケース19はz方向に厚さの薄い扁平形状を成している。樹脂ケース19は最も面積の広い2つの主面を有する。樹脂ケース19に被覆されたパワーMOSFET16はスイッチングによって発熱しやすい性質を有する。このパワーMOSFET16で生じた熱を放熱するためこれらの2つの主面のうちの一方からアイランド17の一部が露出している。以下においては樹脂ケース19における露出した側の主面を第1主面19aと示す。第1主面19aの裏面を第2主面19bと示す。
また樹脂ケース19からリード18の一部が露出している。露出したリード18は屈曲し、第1主面19aから第2主面19bに向かう方向に延びている。リード18においてこの方向に延びた部位はx方向に厚さの薄い扁平形状を成している。
次に支持ケース20について説明する。図2に示すように支持ケース20はモールドIC10と電気部品30を収納する中空、および、電気部品30を支持する支持部21を有する。支持ケース20の中空はz方向に開口している。この開口が樹脂カバー50と搭載部60によって閉塞されている。
支持ケース20は樹脂製である。図2に示すように支持ケース20にはターミナル40がインサートされている。
次にターミナル40について説明する。図5に示すようにターミナル40は5つの連絡路を有する。これら5つの連絡路はz方向に厚さの薄い扁平形状を成して、z方向に面する方向に延びる延長部44を有する。また5つの連絡路のうちの一部はモールドIC10に接続される第1接続部位41とモータ4やバッテリ2などの外部機器に接続される第2接続部位42を有する。そして5つの連絡路のうちの1つは第1接続部位41と第2接続部位42のほかに搭載部60と接続される第3接続部位43を有する。
以下においては図2に示すように延長部44におけるモールドIC10側の面を下面44aと示す。下面44aの裏面を上面44bと示す。
図5に示すように第1接続部位41はz方向に厚さの薄い扁平形状と、扁平形状が折れ曲がり下面44aから上面44bに向かう屈曲部45を備えている。屈曲部45はx方向に厚さの薄い扁平形状を成している。
図6に示すように第1接続部位41の屈曲部45は樹脂ケース19から露出して屈曲したリード18の一部と同じ方向に延びている。屈曲部45とリード18はx方向で対向している。これらは抵抗溶接などによって固定されている。これによってターミナル40とモールドIC10とが電気的に接続されている。
図5および図6に示すように第2接続部位42はz方向に厚さの薄い扁平形状をしている。上記したようにモータ4やバッテリ2などの外部機器に接続される。これによってターミナル40と外部機器とが電気的に接続されている。モータ4とバッテリ2は外部機器に相当する。
図5および図6に示すように第3接続部位43はz方向に厚さの薄い扁平形状をしている。第3接続部位43にはz方向に開口する第1ボルト孔46が形成されている。第1ボルト孔46にはねじ溝が形成されている。
次に図3および図4に基づいて搭載部60について説明する。搭載部60は搭載台61と突起部62を有する。搭載台61と突起部62それぞれは金属製である。搭載台61は第1主面19aに対向する対向面61aとその裏面の対外面61bとこれら2つの面を連結する4つの連結面によって構成されている。これら4つの連結面のうち第1連結面63aと第3連結面63cがy方向で離間して並んでいる。第2連結面63bと第4連結面63dがx方向に離間して並んでいる。第1連結面63aと第2連結面63bと第3連結面63cと第4連結面63dが時計回りで順に連結されている。
図2および図3に示すように対向面61aがz方向に面している。上記したようにターミナル40の延長部44はz方向に面して延びている。搭載部60と延長部44とがz方向に同軸で対向している。
図4に示すように対向面61aの第1連結面63a側の第2連結面63b側にz方向に開口する第2ボルト孔64が形成されている。第2ボルト孔64にはねじ溝が形成されている。第2ボルト孔64と上記した第3接続部位43の第1ボルト孔46とがz方向で並ぶ。これら2つのボルト孔がz方向で連通して1つのボルト孔が構成される。このボルト孔に上記したボルト80の軸部が通される。ボルト80が第1ボルト孔46と第2ボルト孔64のねじ溝に締結される。
これによって図6に示すようにターミナル40が搭載部60に機械的に接続される。またターミナル40と搭載部60とがボルト80を介して電気的に接続される。換言するとファンコントローラ3の電気回路と搭載部60とがボルト80を介して電気的に接続される。ターミナル40とファンコントローラ3の電気回路の関係については後で詳説する。
搭載部60の対向面61aには図3に示すように接着剤70が塗布されている。この接着剤70を介してモールドIC10が搭載部60に固定されている。
搭載部60の突起部62は対外面61bからボルト80の軸部の延びる方向に突起している。突起部62はモールドIC10の内包する電子素子によって生じた熱を放熱する機能を果たしている。
<電流経路とターミナル>
次にファンコントローラ3の電気回路が備える第1経路81~第5経路85とターミナル40との関係を説明する。図1に示す第1経路81~第5経路85におけるモールドIC10を示す一点鎖線で囲まれる部位とローパスフィルタ33を示す破線で囲まれる部位以外の部位がターミナル40によって構成されている。
<往復連絡路>
上記したようにターミナル40は5つの連絡路を有する。以下においては図7および図8に基づいて第1接続部位41~第3接続部位43を有する連絡路を説明する。この連絡路を往復連絡路47と示す。
y方向に離間する第1連結面63aと第3連結面63cが所定方向で離間する2点に相当する。y方向が所定方向に相当する。第1連結面63aが第1所定位置に相当する。第3連結面63cが第2所定位置に相当する。
往復連絡路47は第1連結面63a側から第3連結面63c側へ延びた後、第3連結面63c側から第1連結面63a側へ向かって折り返して延びている。第2接続部位42と第3接続部位43は往復連絡路47における第1連結面63a側に位置している。第1接続部位41は往復連絡路47における第3連結面63c側に位置している。
往復連絡路47は第3接続部位43を備える第1連絡路48と、第1接続部位41と第2接続部位42を備える第2連絡路49を有する。第1連絡路48は第3接続部位43から第1接続部位41に向かって延びている。第2連絡路49は第1接続部位41から第2接続部位42に延びている。第1連絡路48と第2連絡路49の連結形態については後で詳説する。
第3接続部位43の第1ボルト孔46と搭載部60の第2ボルト孔64にボルト80の軸部が挿入される。これによって第1連絡路48と第2連絡路49が搭載部60に電気的および機械的に接続されている。
なお図7および図8に示すようにx方向に延びる往復連絡路47の一部を第1連絡路48と第2連絡路49から省略する。
以下において第1連絡路48と第2連絡路49を細分化して説明する。図7~図9において細分化して示す個々の部位の境界に破線を付与する。
第1連絡路48は第3接続部位43と、そこから第3連結面63c側に延びる第1延長部48aと、その端から第4連結面63d側に延びる第2延長部48bと、その端側から第1連結面63a側に延びる第3延長部48cと、を有する。
第2連絡路49は第1接続部位41と、そこから第2連結面63b側に延びる第4延長部49aと、その端から第1連結面63a側に延びる第5延長部49bと、その端に接続された第2接続部位42と、を有する。
第1連絡路48の第3延長部48cの第1連結面63a側の端と、第2連絡路49の第1接続部位41とが連結されて上記の往復連絡路47が構成されている。
図7および図8に示すように第1連絡路48と第2連絡路49は離間して並んでいる。第1連絡路48の第1延長部48aと第2連絡路49の第5延長部49bがx方向で離間している。第1延長部48aと第5延長部49bの最短離間距離Lxがターミナル40の有するz方向の厚さ以下になっている。なお、第1連絡路48の第2延長部48bと第2連絡路49の第4延長部49aがy方向で離間している。第2延長部48bと第4延長部49aの最短離間距離Lyがターミナル40の有するz方向の厚さ以下になっていてもよい。
<寄生容量を介した電流経路>
これまでに示したようにモールドIC10が搭載部60に接着剤70で固定されている。そのためにモールドIC10と搭載部60との間に寄生容量90が形成される。図1に示すようにこの寄生容量90を介してモールドIC10と搭載部60とが電気的に接続される。以下この電流経路を寄生経路と示す。図7においてこの寄生経路をバツ印で示す。図7~図9において電流経路を矢印で示す。
図7に示すようにこの寄生経路を介してファンコントローラ3の電気回路に流れるノイズの交流成分が搭載部60へ流れる。搭載部60へ流れたノイズの交流成分は第3接続部位43に挿入されたボルト80を介して上記した第1連絡路48に流れる。第1連絡路48へ流れたノイズの交流成分は第1接続部位41に流れる。
第1接続部位41へ流れたノイズの交流成分はモールドIC10に備えられたリード18と配線を介し、再び寄生経路へ流れる。このようにしてモールドIC10と寄生経路と搭載部60とボルト80と第1連絡路48とによって構成された閉ループにノイズの交流成分が流れる。図7において矢印でこの閉ループを示している。
<作用効果>
上記したようにファンコントローラ3の電気回路と搭載部60との間に寄生経路が形成されている。電気回路で発生したノイズの交流成分は寄生経路を介して搭載部60に流れる。搭載部60に流れたノイズの交流成分はボルト80を介して往復連絡路47に流れる。
往復連絡路47はモールドIC10と接続される第1接続部位41と、バッテリ2と接続される第2接続部位42と、搭載部60と接続される第3接続部位43を有している。第3接続部位43に上記したボルト80が挿入されている。往復連絡路47において延長部44の延びる延長方向に第3接続部位43と第1接続部位41と第2接続部位42とが順に並んでいる。
そのため、搭載部60からボルト80を介して第3接続部位43に流れたノイズの交流成分はまず第1接続部位41に流れようとする。第1接続部位41に流れたノイズの交流成分の一部はモールドIC10を介して寄生経路に流れ、図7に示す閉ループを循環する。
第1接続部位41に流れたノイズの交流成分の残りの一部は図8に示すように第2接続部位42へ流れようとする。したがって例えば図9に示すように第3接続部位43と第2接続部位42が延長部44の延びる延長方向に第1接続部位41を介さずに連結した構成と比較すると、第3接続部位43から第2接続部位42へ流れるノイズの交流成分が少なくなりやすくなっている。そのためファンコントローラ3の外部に位置するバッテリ2などの外部機器に与えるノイズの影響が抑制されやすくなっている。
これまでに示したように往復連絡路47は第1連結面63a側から第3連結面63c側へ延びた後、第3連結面63c側から第1連結面63a側へ向かって折り返して延びている。
図8に示すように第3接続部位43から第1接続部位41に向かって流れる電流に対して発生する磁界の向きと、第1接続部位41から第2接続部位42に向かって流れる電流に対して発生する磁界の向きとが逆向きになる。そのためそれぞれの電流経路で発生する磁界が打消し合やすくなっている。
また上記したように第1延長部48aと第5延長部49bのx方向の最短離間距離Lxがターミナル40の厚さ以下になっている。逆向きの磁界を発生する2つの電流経路が近付くことで、磁界が効果的に打消し合いやすくなっている。
以上、本開示の好ましい実施形態について説明したが、本開示は上記した実施形態になんら制限されることなく、本開示の主旨を逸脱しない範囲において、種々変形して実施することが可能である。なお、本実施形態で示したバツ印などの各種記号は以下に示す各種変形例を示す図面に付与した記号と同等の意味を有する。
(第1の変形例)
なお第1連絡路48における第3接続部位43は第1延長部48aの第1連結面63a側になくてもよい。例えば図10に示すように第3接続部位43が第2延長部48bの第4連結面63d側にあってもよい。この場合搭載部60に形成された第2ボルト孔64も対向面61aの第3連結面63c側の第4連結面63d側に位置している。
第1連絡路48における第3接続部位43から第1接続部位41までの延長部44の長さが第2連絡路49における第1接続部位41と第2接続部位42との間の延長部44の長さよりも短くなっている。図10に示す寄生経路を介した閉ループの電流経路の長さが短くなっている。
そのために第3接続部位43から第1接続部位41までの延長部44の電気抵抗が第1接続部位41と第2接続部位42との間の延長部44の電気抵抗よりも低くなっている。寄生経路を介した閉ループの抵抗が小さくなっている。これにより閉ループにノイズの交流成分が流れやすくなる。そのために第1接続部位41から第2接続部位42に流れるノイズの交流成分が少なくなる。その結果ファンコントローラ3の外部にノイズが伝搬されることが抑制されやすくなっている。
(第2の変形例)
また図11に示すように第1連絡路48の第1延長部48aの一部が分断されていてもよい。この場合図7および図8に示すような電流経路が形成されにくくなる。そのためノイズの交流成分が第3接続部位43から第2接続部位42へ流れることが抑制されやすくなる。
10…モールドIC、12…第1コンデンサ、13…第2コンデンサ、15…ダイオード、16…パワーMOSFET、40…ターミナル、41…第1接続部位、42…第2接続部位、43…第3接続部位、60…搭載部、63a…第1連結面、63c…第3連結面、80…ボルト

Claims (5)

  1. 電子素子(12,13,15,16)を内包するモールドIC(10)と、
    前記モールドICの搭載される金属製の搭載部(60)と、
    前記モールドICと外部機器とを接続するターミナル(40)と、
    前記ターミナルと前記搭載部とを電気的および機械的に接続する締結部材(80)と、を有し、
    前記ターミナルは前記モールドICと接続される第1接続部位(41)と、外部機器と接続される第2接続部位(42)と、前記締結部材と接続される第3接続部位(43)と、を有し、
    前記ターミナルの延びる延長方向で前記第1接続部位が前記第2接続部位と前記第3接続部位の間に位置している電子部品。
  2. 前記第1接続部位と前記第3接続部位との間の部位の抵抗が前記第1接続部位と前記第2接続部位との間の部位の抵抗よりも低くなっている請求項1に記載の電子部品。
  3. 前記ターミナルにおける前記第1接続部位と前記第3接続部位との間の部位の長さが前記第1接続部位と前記第2接続部位との間の部位の長さよりも短くなっている請求項2に記載の電子部品。
  4. 所定方向で離間する2点を第1所定位置(63a)と第2所定位置(63c)とすると、
    前記第接続部位と前記第接続部位が前記第1所定位置側に位置し、
    前記第接続部位が前記第2所定位置側に位置し、
    前記ターミナルは前記第3接続部位から前記第1接続部位に延びた後、前記第1接続部位から前記第2接続部位へと折り返して延びている請求項1~3のいずれか1項に記載の電子部品。
  5. 前記ターミナルにおける前記第3接続部位から前記第1接続部位に延びた部位と、前記第1接続部位から前記第2接続部位へと折り返して延びた部位との間の最短離間距離は、前記ターミナルにおける前記モールドICと前記搭載部とが並ぶ方向の厚さ以下になっている請求項4に記載の電子部品。
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