JPH10116960A - 複合半導体スイッチング装置及び車両用電気接続箱 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 半導体スイッチの過熱を抑制した状態で各半
導体スイッチングのオンオフに応じて複数の電源供給対
象に選択的に電源を供給する一段と簡易な構成の複合半
導体スイッチング装置を提案する。 【解決手段】 複数の半導体スイッチチップを電源電圧
が与えられている金属板上に直接実装すると共に複数の
半導体スイッチチップの電源入力端を金属板に直接接続
し、かつ複数の半導体スイッチチップをまとめてモール
ドするようにした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は複合半導体スイッチ
ング装置及び車両用電気接続箱に関し、例えば車両に搭
載された複数の負荷に電源部の電源を供給する場合に適
用して好適なものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、車両の各負荷への電源供給は、図
４に示すように、バッテリ等の電源部１と負荷２との間
に電磁リレー３を設け、当該電磁リレー３を操作部４の
操作に応じてオンオフ制御することにより行われてい
る。この電磁リレー３や、ショート時の過電流から負荷
２を保護するためのヒューズ５は、電気接続箱と呼ばれ
る筐体内に収納されている。実際上車両では、電気接続
箱内に、負荷２の数に応じた多数の電磁リレー３が設け
られている。

【０００３】ところで近年、電気接続箱の小型化や高速
スイッチング制御などを実現するため、電磁リレー３に
代えて、図５に示すように、半導体スイッチ（パワーＭ
ＯＳＦＥＴ）６が用いられるようになりつつある。

【０００４】半導体スイッチ６はＥＣＵ（エレクトロコ
ントロールユニット）と呼ばれる制御部７によってオン
オフ制御される。実際上制御部７には、半導体スイッチ
６に対応する操作部４からの操作信号に加えて、他の操
作部からの操作信号やメインのＥＣＵからの制御信号等
が時分割多重信号として入力され、制御部７はこれらの
信号を総合的に監視して半導体スイッチ６を適切にオン
オフ制御する。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、半導体
スイッチはその内部抵抗により通電時に発熱するといっ
た欠点がある。特に車両の電気接続箱のように、多数の
半導体スイッチを設けなければならない場合には、その
相互間での発熱も影響するので重大な問題となる。例え
ばパワーＭＯＳ ＦＥＴを例にとると１５０〜１７０
〔℃〕以上の温度に達すると破損するおそれがある。

【０００６】このため従来は、図６に示すように、放熱
板１０を設け、当該放熱板１０に各々半導体スイッチが
内蔵された複数の半導体スイッチパッケージ１１Ａ、１
１Ｂ、……を取り付けるようにすることにより、半導体
スイッチの過熱を抑制するようにしたものがある。

【０００７】図６において、回路基板１５には、各半導
体スイッチの電源入力端子（ドレイン）１２Ａ、１２
Ｂ、……に接続される電源供給ラインＰ１、各半導体ス
イッチの制御信号入力端子（ゲート）１３Ａ、１３Ｂ、
……に接続される信号配線パターンＰ２及び各半導体ス
イッチの電源出力端子（ソース）１４Ａ、１４Ｂ、……
に接続される電源導出ラインＰ３が形成されている。

【０００８】しかしながら、このようにすると放熱板１
０の分だけ部品点数が増え、また装置全体も大型化せざ
るを得ない欠点がある。特に車両用電気接続箱に適用す
る場合には電気接続箱の大型化にもつながり、好ましく
ない。

【０００９】そこで放熱板１０を用いずに半導体スイッ
チの過熱を抑制する方法が、実開平５−７８１２６号公
報に記載されている。この方法は、車両の電気接続箱内
のバスバー２０に半導体スイッチが内蔵された半導体ス
イッチパッケージ２１Ａ、２１Ｂ、２１Ｃを直接取り付
けることにより、バスバー２０を放熱部材として用いる
ようにしたものである。

【００１０】また図７において、回路基板２２上には、
図６で説明したのと同様に、多数の回路パターン２３が
形成されている。

【００１１】ここで図６及び図７からも明らかなよう
に、半導体スイッチを多数設けた場合には、これに伴っ
て回路基板１５、２２上に多数の回路パターンＰ１、Ｐ
２、Ｐ３、２３を形成しなければならず、この分回路基
板１５、２３の基板面積を大きくせざるをえなかった。
特に電源供給ラインＰ１はある程度幅広のものが要求さ
れるため、回路パターンＰ１、Ｐ２、Ｐ３、２３を接近
させて形成したとしても基板面積の縮小化には限度があ
った。

【００１２】このため従来は、一般に回路基板１５、２
２を積層構造として各層に各回路パターンＰ１、Ｐ２、
Ｐ３、２３を割り当てて形成するようになっている。し
かしながらこのようにすると当然回路基板１５、２２の
製造が複雑化する欠点がある。

【００１３】本発明は以上の点を考慮してなされたもの
で、半導体スイッチの過熱を抑制した状態で各半導体ス
イッチングのオンオフに応じて複数の電源供給対象に選
択的に電源を供給する一段と簡易な構成の複合半導体ス
イッチング装置及び車両用電気接続箱を提案しようとす
るものである。

【００１４】

【課題を解決するための手段】かかる課題を解決するた
め本発明により成された請求項１に記載の複合半導体ス
イッチング装置は、複数の半導体スイッチチップと、当
該半導体スイッチチップの電源入力端に与えるための電
源電圧が印加されている金属板とを有する複合半導体ス
イッチング装置において、複数の半導体スイッチチップ
が金属板上に直接実装されていると共に複数の半導体ス
イッチチップの電源入力端が金属板に直接接続され、か
つ複数の半導体スイッチチップがまとめてモールドされ
ているようにする。

【００１５】以上の構成において、複数の半導体スイッ
チチップが金属板に直接実装されているので、各半導体
スイッチチップから発生する熱が効率よく金属板に伝導
し、当該金属板を介して外部に放熱される。また複数の
半導体スイッチチップの電源入力端が金属板に直接接続
されているので、各半導体スイッチの電源入力端に電源
を供給するための配線パターンを省略できる。さらに複
数の半導体スイッチチップがまとめてモールドされてい
るので、各半導体スイッチチップを接近させて配置させ
ることができ、複数の半導体スイッチチップの金属板へ
の取り付け面積を小さくできる。

【００１６】かくして、半導体スイッチの過熱を抑制し
た状態で各半導体スイッチングのオンオフに応じて複数
の電源供給対象に選択的に電源を供給する一段と簡易な
構成の複合半導体スイッチング装置を実現できるように
なる。

【００１７】また本発明により成された請求項２に記載
の車両用電気接続箱は、電源部に電気的に接続されたバ
スバーの電源を外部からの制御信号に応じてオンオフす
る複数の半導体スイッチによって車両に搭載された複数
の負荷に分配するようになされた電気接続箱において、
各々半導体スイッチが形成された複数の半導体スイッチ
チップをバスバーに直接実装すると共に当該複数の半導
体スイッチの電源入力端をバスバーに直接接続し、かつ
複数の半導体スイッチチップをまとめてモールドするよ
うにした。

【００１８】以上の構成において、複数の半導体スイッ
チチップがバスバーに直接実装されているので、各半導
体スイッチチップから発生する熱が効率よくバスバーに
伝導し、当該バスバーを介して外部に放熱される。また
複数の半導体スイッチチップの電源入力端がバスバーに
直接接続されているので、各半導体スイッチの電源入力
端に電源を供給するための配線パターンを省略でき、電
気接続箱内に設けられる回路基板を小型化できる。さら
に複数の半導体スイッチチップがまとめてモールドされ
ているので、各半導体スイッチチップを接近させて配置
させることができ、複数の半導体スイッチチップのバス
バーへの取り付け面積を小さくできることにより、バス
バーを放熱部材として用いる場合に、当該バスバーを小
さく構成できる。

【００１９】かくして、一段と小型の車両用電気接続箱
を実現できるようになる。

【００２０】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態の具体
例を図面を参照して説明する。図１において、３０は全
体として実施の形態による複合半導体スイッチング装置
を示す。複合半導体スイッチング装置３０は電源電圧が
印加されている金属板３１に各々パワーＭＯＳ ＦＥＴ
が形成された複数の半導体スイッチチップ３２Ａ、３２
Ｂ、３２Ｃ、……が直接実装されている。また各半導体
スイッチチップ３２Ａ、３２Ｂ、３２Ｃ、……のドレイ
ン端子は直接金属板に電気的に接続されている。

【００２１】また複合半導体スイッチング装置３０にお
いては、複数の半導体スイッチチップ３２Ａ、３２Ｂ、
３２Ｃ、……が樹脂等によりまとめてモールドされてい
る。そしてモールド部３３からはパワーＭＯＳ ＦＥＴ
のゲート端子３４Ａ、３４Ｂ、３４Ｃ、……及びソース
端子３５Ａ、３５Ｂ、３５Ｃ、……が導出されている。

【００２２】このゲート端子３４Ａ、３４Ｂ、３４Ｃ、
……及びソース端子３５Ａ、３５Ｂ、３５Ｃ、……は回
路基板３６に形成された制御信号配線パターンＰ１０及
び電源導出パターンＰ１１に電気的に接続されている。

【００２３】かくしてこの実施形態の複合半導体スイッ
チング装置３０においては、複数の半導体スイッチチッ
プ３２Ａ、３２Ｂ、３２Ｃ、……を金属板３１に直接実
装したことにより、特別の放熱部材を設けなくても、各
半導体スイッチチップ３２Ａ、３２Ｂ、３２Ｃ、……か
ら発生する熱を金属板３１の熱伝導により外部に放熱で
きる。これにより半導体スイッチの過熱を有効に防止で
きる。

【００２４】また複合半導体スイッチング装置３０にお
いては、各パワーＭＯＳ ＦＥＴのドレイン端子を金属
板３１に直接接続するようにしたことにより、回路基板
３６の電源供給ラインを省略し得、また電源供給ライン
が形成された回路基板を別途設ける必要がなくなる。こ
の結果、回路基板３６を小型化することができるように
なる。

【００２５】さらに複合半導体スイッチング装置３０に
おいては、複数の半導体スイッチチップ３２Ａ、３２
Ｂ、３２Ｃ、……をまとめてモールドするようにしたこ
とにより、各半導体スイッチチップ３２Ａ、３２Ｂ、３
２Ｃ、……を別々にパッケージングして金属板３１に取
り付ける場合と比較して、各半導体スイッチチップ３２
Ａ、３２Ｂ、３２Ｃ、……をより接近させて配置させる
ことができるので、半導体スイッチチップ３２Ａ、３２
Ｂ、３２Ｃ、……の金属板３１への取り付け面積を小さ
くできる。この結果、金属板３１を小さくすることも可
能となる。また各半導体スイッチチップ３２Ａ、３２
Ｂ、３２Ｃ、……を別々にパッケージする場合と比較し
て、製造コストを削減することもできる。

【００２６】ここで複合半導体スイッチング装置３０の
適用例を、図２に示す。図２は、複合半導体スイッチン
グ装置３０を車両の電気接続箱内に設けられたバスバー
配線板４０に用いた場合を示す。

【００２７】複合半導体スイッチング装置３０は、バス
バー配線板４０上に配索されたバスバー４１、４２にそ
れぞれ金属板３１の両端をネジ止めすることでバスバー
４１、４２に電気的に接続される。これにより金属板３
１は電源電圧が印加された状態となりバスバーとして機
能する。また回路基板３６がバスバー配線基板４０上に
固定される。

【００２８】ここで上述したように回路基板３６上には
複数の半導体スイッチチップ３２Ａ、３２Ｂ、３２Ｃ、
……に電源を供給するための電源供給ラインが形成され
ていないことにより、回路基板３６の基板面積は非常に
小さいものとなっている。この結果、バスバー配線板４
０の面積を小さくでき、かくして当該バスバー配線板４
０を収納する電気接続箱も小型化することができるよう
になる。

【００２９】図３は、複合半導体スイッチング装置３０
を、車両の電気接続箱５０内に設けた場合の回路接続の
一例を示すもので、電気接続箱５０内に設けられたマイ
コン（マイクロコンピュータ）５１には、負荷５２Ａ〜
５２Ｄに対応する操作信号やメインのマイコンからの制
御信号が多重信号ラインＬ１を介して入力される。

【００３０】マイコン５１は回路基板３６に形成された
制御信号配線パターンＰ１０を介して各パワーＭＯＳ
ＦＥＴ３２Ａ’〜３２Ｄ’のゲート端子１２Ａ〜１２Ｄ
にスイッチング制御信号Ｓ１Ａ〜Ｓ１Ｄを送出する。各
パワーＭＯＳ ＦＥＴ３２Ａ’〜３２Ｄ’はスイッチン
グ制御信号Ｓ１Ａ〜Ｓ１Ｄに応じてオンオフ動作し、オ
ン動作したときドレインに与えられている電源をソース
端子３５Ａ〜３５Ｄ及び回路基板３６上に形成された電
源導出パターンＰ１１を介して電気接続箱５０の電源出
力端子５３Ａ〜５３Ｄに与える。そして電源出力端子５
３Ａ〜５３Ｄに与えられた電源は電線５４Ａ〜５４Ｄを
介して各負荷５２Ａ〜５２Ｄに供給される。

【００３１】以上の構成によれば、複数の半導体スイッ
チチップ３２Ａ、３２Ｂ、３２Ｃ、……を電源電圧が印
加されている金属板３１に直接実装すると共に各半導体
スイッチのドレイン端子を直接金属板３１に接続し、か
つ複数の半導体スイッチチップ３２Ａ、３２Ｂ、３２
Ｃ、……をまとめてモールドするようにしたことによ
り、半導体スイッチの過熱を抑制した状態で各半導体ス
イッチのオンオフに応じて複数の電源供給対象に選択的
に電源を供給し得る簡易な構成の複合半導体スイッチン
グ装置３０を実現することができる。

【００３２】またこの複合半導体スイッチング装置３０
を車両用電気接続箱に適用したことにより、一段と小型
の電気接続箱を実現できるようになる。

【００３３】なお上述の実施形態においては、半導体ス
イッチとしてパワーＭＯＳ ＦＥＴを用いた場合につい
て述べたが、半導体スイッチはこれに限らず、それぞれ
スイッチング機能を有する複数の半導体スイッチチップ
を電源が与えられている金属板に直接実装すると共に、
当該複数の半導体スイッチチップの電源入力端子を金属
板に直接接続し、かつ複数の半導体スイッチチップをま
とめてモールドするようにすればよい。

【００３４】また上述の実施形態においては、図２に示
すように、モールド部３３の両端から金属板３１を表出
させ、この金属板３１の両端をバスバー配線基板４０上
の２つのバスバー４１及び４２に接続するようにした場
合について述べたが、本発明はこれに限らず、モールド
部３３から金属板３１の一方のみが表出するように複合
半導体スイッチング装置を構成し、バスバーに接続する
場合にはこの金属板３１の一端のみをバスバーに接続す
るようにしてもよい。

【００３５】さらに上述の実施形態においては、本発明
による複合半導体スイッチング装置を車両用電気接続箱
に適用した場合について述べたが、本発明の複合半導体
スイッチング装置はこれに限らず、要は複数の半導体ス
イッチのオンオフに応じて各半導体スイッチに対応した
複数の電源供給対象に選択的に電源を供給する場合に広
く適用することができる。

【００３６】

【発明の効果】上述したように請求項１に記載の複合半
導体スイッチング装置は、複数の半導体スイッチチップ
を電源電圧が与えられている金属板上に直接実装すると
共に複数の半導体スイッチチップの電源入力端を金属板
に直接接続し、かつ複数の半導体スイッチチップをまと
めてモールドするようにしたことにより、導体スイッチ
の過熱を抑制した状態で各半導体スイッチングのオンオ
フに応じて複数の電源供給対象に選択的に電源を供給す
る一段と簡易な構成の複合半導体スイッチング装置を実
現できる。

【００３７】また請求項２に記載の車両用電気接続箱
は、各々半導体スイッチが形成された複数の半導体スイ
ッチチップをバスバーに直接実装すると共に当該複数の
半導体スイッチの電源入力端をバスバーに直接接続し、
かつ複数の半導体スイッチチップをまとめてモールドす
るようにしたことにより、一段と小型の車両用電気接続
箱を実現できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施の形態による複合半導体スイッチング装置
の構成を示す斜視図である。

【図２】複合半導体スイッチング装置を電気接続箱内の
バスバー配線基板上に取り付けた状態を示す斜視図であ
る。

【図３】複合半導体スイッチング装置を電気接続箱内に
設けた場合の回路接続の一例を示す接続図である。

【図４】従来の車両の電源供給の説明に供する接続図で
ある。

【図５】従来の車両の電源供給の説明に供する接続図で
ある。

【図６】半導体スイッチの発熱を防止する従来例を示す
斜視図である。

【図７】半導体スイッチの発熱を防止する従来例を示す
斜視図である。

【符号の説明】

３０ 複合半導体スイッチング装置 ３１ 金属板（バスバー） ３２Ａ〜３２Ｃ 半導体スイッチチップ ３３ モールド部

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 複数の半導体スイッチチップと、当該半
   導体スイッチチップの電源入力端に与えるための電源電
   圧が印加されている金属板とを有する複合半導体スイッ
   チング装置において、 前記複数の半導体スイッチチップが前記金属板上に直接
   実装されていると共に前記複数の半導体スイッチチップ
   の電源入力端が前記金属板に直接接続され、かつ前記複
   数の半導体スイッチチップがまとめてモールドされてい
   ることを特徴とする複合半導体スイッチング装置。
2. 【請求項２】 電源部に電気的に接続されたバスバーの
   電源を外部からの制御信号に応じてオンオフする複数の
   半導体スイッチによって車両に搭載された複数の負荷に
   分配するようになされた車両用電気接続箱において、 各々前記半導体スイッチが形成された複数の半導体スイ
   ッチチップを前記バスバーに直接実装すると共に当該複
   数の半導体スイッチの電源入力端を前記バスバーに直接
   接続し、かつ前記複数の半導体スイッチチップをまとめ
   てモールドするようにしたことを特徴とする車両用電気
   接続箱。