KR100867263B1

KR100867263B1 - 전자 제어 장치

Info

Publication number: KR100867263B1
Application number: KR1020070058199A
Authority: KR
Inventors: 츠토무 토미나가; 마사히로 키마타; 타카유키 키후쿠; 슈조 아키야마; 타다유키 후지모토
Original assignee: 미쓰비시덴키 가부시키가이샤
Priority date: 2006-12-27
Filing date: 2007-06-14
Publication date: 2008-11-06
Also published as: JP4410241B2; DE102007031246B4; FR2911040A1; KR20080061230A; US8363420B2; DE102007031246A1; FR2911040B1; US20080157680A1; JP2008162341A

Abstract

과제

본 발명은, 파워 기판 등의 부품을 폐지함에 의해, 장치가 소형화됨과 함께 비용이 저감되고, 또한 전기적 접속의 신뢰성이 향상하는 등의 전자 제어 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

해결 수단

이 전자 제어 장치에서는, 하우징(3)과, 이 하우징(3) 내에 마련된 히트싱크(5)와, 이 히트싱크(5)에 탑재된 반도체 스위칭 소자(2)와, 히트싱크(5)와 대향하여 마련되어 있음과 함께 반도체 스위칭 소자(2)를 제어하는 제어 회로를 포함하는 전자 회로가 형성된 회로 기판(4)과, 이 회로 기판(4)과 반도체 스위칭 소자(2)를 전기적으로 접속한 복수개의 도전판(6a, 6b, 6c)을 구비하고, 각 도전판(6a, 6b, 6c)은, 반도체 스위칭 소자(2)의 각 단자(VS, GT1, OUT, GT2, GND)가 도출하는 도출 방향에 따라 배치되고, 단자(VS, GT1, OUT, GT2, GND)와 접합되어 있다.

전자 제어 장치, 스티어링 장치

Description

전자 제어 장치{ELECTRONIC CONTROL APPARATUS}

도 1은 본 발명의 실시의 형태 1에 관한 전동식 파워 스티어링 장치의 전자 제어 장치를 도시하는 단면도.

도 2는 도 1의 전자 제어 장치를 도시하는 분해 사시도.

도 3은 도 1의 전동식 파워 스티어링 장치의 블록도.

도 4는 도 1의 전자 제어 장치의 주요부를 도시하는 사시도.

도 5는 도 4의 출력용 도전판, 전원 커넥터 단자를 도시하는 사시도.

도 6은 도 1의 도전판, 전원 커넥터 단자가 제조되기 전의 연쇄 부재를 도시하는 평면도.

도 7은 도 6의 연쇄 부재로부터 제조되는, 도전판 및 전원 커넥터 단자를 도시하는 평면도.

도 8은 도 6에 도시한 연쇄 부재와 다른 형상의 연쇄 부재를 도시하는 평면도.

도 9는 도 8의 연쇄 부재로부터 제조되는, 도전판 및 전원 커넥터 단자를 도시하는 평면도.

(부호의 설명)

1 : 전자 제어 장치

2 : 반도체 스위칭 소자(파워 디바이스)

3a : 절연성 수지

4 : 회로 기판

4a : 스루홀

5 : 히트싱크

6a : 파워용 도전판(대전류용 도전판)

6b : 출력용 도전판(대전류용 도전판)

6c : 신호용 도전판(소전류용 도전판)

6ap, 6bp, 6cp : 프레스 피트 단자부

6bm : 모터 커넥터 단자부

6w : 용접부(접합면)

10 : 센서 커넥터

11 : 전원 커넥터 단자

12 : 센서 커넥터 단자

14, 15 : 연결부

16 : 연쇄 부재

VS, GT1, OUT, GT2, GND : 단자

기술분야

본 발명은, 예를 들면 전동 모터의 회전력에 의해 차량의 스티어링 장치에 보조 가세하는 전동식 파워 스티어링 장치에 사용하는 전자 제어 장치에 관한 것이다.

종래의 기술

종래, 전동 모터의 전류를 전환하기 위한 반도체 스위칭 소자로 이루어지는 브리지 회로가 탑재된 파워 기판과, 도전판 등이 절연성 수지에 인서트 성형되어 있음과 함께 대전류 부품이 탑재된 하우징과, 마이크로 컴퓨터 등의 소전류 부품이 탑재된 제어 기판과, 파워 기판과 상기 하우징 및 상기 제어 기판을 전기적으로

접속하는 접속 부재와, 히트싱크를 구비한 전동식 파워 스티어링 장치의 전자 제어 장치가 기재되어 있다(예를 들면, 특허 문헌 1 참조).

특허 문헌 1 : 일본 특허 제3644835호 명세서

상기 구성의 전자 제어 장치에서는, 반도체 스위칭 소자를 탑재하는 파워 기판이 필요하게 된다.

또한, 솔더링시에 접속 부재가 부유하지 않도록 하기 위해, 접속 부재를 파워 기판상에 고정하고 있는데, 접속 부재를 파워 기판상에 고정할 때에 발생하는 충격력이, 파워 기판상의 솔더링 전의 반도체 스위칭 소자 등의 부품에 전달되어, 각 부품의 위치 어긋남이 생긴다.

그 결과, 부품 개수가 증가하고 장치가 대형화함과 함께 비용이 높아지고, 또한 파워 기판상에 실장되는 부품의 솔더링 접합의 신뢰성이 저하된다는 문제점이 있다.

본 발명은, 상기한 바와 같은 문제점을 해결하는 것을 과제로 하는 것으로서, 파워 기판 등의 부품을 폐지함에 의해, 장치가 소형화됨과 함께 비용이 저감되고, 또한 전기적 접속의 신뢰성이 향상하는 등의 전자 제어 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명에 관한 전자 제어 장치는, 하우징과, 이 하우징 내에 마련된 히트싱크와, 이 히트싱크에 탑재된 파워 디바이스와, 상기 히트싱크와 대향하여 마련되어 있음과 함께 상기 파워 디바이스를 제어하는 제어 회로를 포함하는 전자 회로가 형성된 회로 기판과, 이 회로 기판과 상기 파워 디바이스를 전기적으로 접속한 복수개의 도전판을 구비하고, 각 상기 도전판은, 상기 파워 디바이스의 각 단자가 도출하는 도출 방향에 따라 배치되고, 단자와 접합되어 있다.

본 발명의 전자 제어 장치에 의하면, 소형화됨과 함께 비용이 저감되고, 또한 전기적 접속의 신뢰성이 향상하는 등의 효과가 있다.

이하, 본 발명의 실시의 형태를 도면에 의거하여 설명하지만, 각 도면에 있어서, 동일, 또는 상당 부재, 부위에 관해서는 동일 부호를 붙여서 설명한다.

실시의 형태 1.

이 실시의 형태에서는, 전동 모터의 회전력에 의해 차량의 스티어링 장치에 보조 가세하는 전동식 파워 스티어링 장치에 사용하는 전자 제어 장치(1)를 예로 설명한다.

도 1은 본 발명의 실시의 형태 1에 관한 전자 제어 장치(1)를 도시하는 단면도, 도 2는 도 1의 전자 제어 장치(1)를 도시하는 분해 사시도, 도 3은 도 1의 전동식 파워 스티어링 장치의 블록도, 도 4는 도 1의 전자 제어 장치(1)의 주요부를 도시하는 사시도이다.

전자 제어 장치(1)는, 양측이 개구한 상자형 형상의 하우징(3)과, 이 하우징(3)의 한쪽의 개구부에 고정된 알루미늄제의 히트싱크(5)와, 이 히트싱크(5)에 탑재된 파워 디바이스로서의 반도체 스위칭 소자(2)와, 히트싱크(5)와 평행하게 대향하여 마련되어 있음과 함께 반도체 스위칭 소자(2)를 제어하는 제어 회로를 포함하는 전자 회로가 형성된 회로 기판(4)과, 회로 기판(4)과 반도체 스위칭 소자(2)를 전기적으로 접속한, 파워용 도전판(6a), 출력용 도전판(6b) 및 신호용 도전판(6c)과, 회로 기판(4)을 덮고 있음과 함께. 하루우징(3)의 다른쪽의 개구부에 고정된 커버(7)를 구비하고 있다.

반도체 스위칭 소자(2)는, 도 3에 도시하는 바와 같이, 하이사이드 MOSFET(2H)와 로우사이드 MOSFET(2L)가 집적되어 하프브리지가 형성되어 있다. 그리고, 반도체 스위칭 소자(2)는, 하프브리지가 하나의 패키지에 수납되어 있음과 함께, 2개 1조(組)로 되어 외부의 전기 부하로서의 전동 모터(22)의 전류를 전환하기 위한 브리지 회로를 구성하고 있다.

반도체 스위칭 소자(2)의 각 단자는, 도 4에서 좌측부터 공급 전원 단자(VS), 하이사이드 MOSFET(2h)의 게이트 단자(GT1), 브리지 출력 단자(OUT), 로우 사이드 MOSFET(2L)의 게이트 단자(GT2) 및 그라운드 단자(GND)의 순서로 나열하여 배치되어 있다. 여기서, 공급 전압 단자(VS), 브리지 출력 단자(OUT), 그라운드 단자(GND)는, 전동 모터(22)의 대전류가 흐르는 대전류용 단자, 게이트 단자(GT1), 게이트 단자(GT2)는, 신호용의 작은 전류가 흐르는 소전류용 단자이고, 대전류용 단자와 소전류용 단자가 교대로 배치되어 있다.

또한, 반도체 스위칭 소자(2)의 각 단자(VS, GT1, OUT, GT2, GND)는, 모두 중간부의 2개소에서 직각으로 기립(起立), 도복(倒伏)한 동일 형상이고, 동일 방향으로 각각 도출하고 있다.

하우징(3)은, 절연성 수지(3a)에 의한 인서트 성형으로 파워용 도전판(6a), 출력용 도전판(6b) 및 신호용 도전판(6c)과 일체화되어 있다.

하우징(3)의 일측면에는, 차량의 배선과 전기적으로 접속되는 차량 커넥터(8) 및 전동 모터(22)와 전기적으로 접속되는 출력 커넥터로서의 모터 커넥터(9)가 마련되어 있다. 하우징(3)의 타측면에는, 토오크 센서(23)와 전기적으로 접속되는 센서 커넥터(10)가 마련되어 있다. 차량 커넥터(8), 모터 커넥터(9) 및 센서 커넥터(10)는, 각각 하우징(3)이 인서트 성형에 의해 형성될 때에, 각각 동시에 전원 커넥터 단자(11), 출력용 도전판(6b)의 출력 커넥터 단자부로서의 모터 커넥터 단자부(6bm) 및 센서 커넥터 단자(12)와 일체화되어 형성되어 있다.

회로 기판(4)상의 배선 패턴에는, 마이크로 컴퓨터(13)가, 솔더링으로 실장되어 있다. 도 2에서 도시되어 있지 않지만, 회로 기판(4)상의 배선 패턴에는, 반도체 스위칭 소자(2)의 스위칭 동작시에 발생하는 전자 노이즈를 외부에 유출되는 것을 방지하는 코일, 모터 전류의 리플을 흡수하는 콘덴서, 션트 저항기를 포함하는 모터 전류 검출 회로 및 주변 회로 소자 등이 솔더링으로 실장되어 있다.

또한, 회로 기판(4)에는, 내면에 구리도금이 이루어저서 배선 패턴과 전기적으로 접속되는 복수의 스루홀(4a)이 형성되어 있다.

파워용 도전판(6a)의 기단부(基端部)는, 반도체 스위칭 소자(2)의 공급 전원 단자(VS), 그라운드 단자(GND)의 선단부에 각각 접속되어 있다. 출력용 도전판(6b)의 기단부는, 브리지 출력 단자(OUT)의 선단부에 접속되어 있다. 신호용 도전판(6c)의 기단부는, 게이트 단자(GT1, GT2)의 선단부에 각각 접속되어 있다.

이들의 도전판(6a, 6b, 6c)은, 반도체 스위칭 소자(2)의 단자(VS, GT1, OUT, GT2, GND)가 도출하는 도출 방향으로 늘어나 겹쳐저서 배치되고, 레이저 용접에 의해 접합되어 있다.

이들의 도전판(6a, 6b, 6c)에는, 각각 프레스 피트 단자부(6ap, 6bp, 6cp)가 형성되어 있고, 프레스 피트 단자부(6ap, 6bp, 6cp)가 회로 기판(4)의 각각의 스루홀(4a)에 압입되어, 반도체 스위칭 소자(2)의 단자(VS, GT1, OUT, GT2, GND)와 회로 기판(4)의 배선 패턴이 전기적으로 접속되어 있다.

도전판(6a, 6b, 6c)은, 대전류를 통전하기 위한 도전률과, 프레스 피트 단자부(6ap, 6bp, 6cp)를 형성하기 위한 기계적 강도를 고려하여, 구리 또는 구리합금의 재료로 구성되어 있다.

또한, 출력용 도전판(6b)의 선단부에는, 모터 커넥터 단자부(6bm)가 형성되어 있고, 반도체 스위칭 소자(2)의 브리지 출력 단자(OUT)로부터의 출력 전류로서 의 모터 전류는, 회로 기판(4)을 경유하지 않고, 직접 모터 커넥터 단자부(6bm)를 경유하고 전동 모터(22)에 흐르도록 구성되어 있다. 출력용 도전판(6b)의 중간부에는, 회로 기판(4)을 향하여 늘어난 프레스 피트 단자부(6bp)가 형성되어 있고, 모터 커넥터 단자부(6bm)의 전압을 모니터하기 위한 신호가 회로 기판(4)에 출력된다.

반도체 스위칭 소자(2)의 단자(VS, GT1, OUT, GT2, GND)는, 폭이 0.8㎜, 두께가 0.5㎜, 단자의 간격이 1.7㎜로 형성되어 있다. 대전류가 흐르는 단자(VS, OUT, GND)는, 길이가 길어지면 전기 저항이 커지고, 발열이 생긴다.

이 실시의 형태에서는, 발열을 억제하기 위해, 공급 전원 단자(VS)와 파워용 도전판(6a), 그라운드 단자(GND)와 파워용 도전판(6a), 브리지 출력 단자(OUT)와 출력용 도전판(6b)은, 각각 반도체 스위칭 소자(2)에 근접한 위치에서 용접되어 있다.

또한, 각 단자(VS, GT1, OUT, GT2, GND) 사이 간격이 좁다.

그 때문에, 단자(VS, GT1, OUT, GT2, GND) 사이의 단락을 방지하기 위해, 게이트 단자(GT1)와 신호용 도전판(6c), 게이트 단자(GT2)와 신호용 도전판(6c)상의 용접 위치는, 공급 전원 단자(VS)와 파워용 도전판(6a), 그라운드 단자(GND)와 파워용 도전판(6a), 브리지 출력 단자(OUT)와 출력용 도전판(6b)의 각각의 용접 위치와 근접하지 않고, 또한 단자(GT1, GT2)에 흐르는 전류가 소전류이기 때문에, 반도체 스위칭 소자(2)로부터 떨어진 위치에 있다.

이들의 용접 위치는, 도 4중에 검은 원으로 도시하고 있다.

또한, 파워용 도전판(6a), 출력용 도전판(6b)은, 압연된 구리 또는 구리합금으로 형성되어 있지만, 도전판(6a, 6b)의 롤 면(표면)과 반도체 스위칭 소자(2)의 단자(VS, OUT, GND)를 용접하는 경우로 하려고 한 경우에는, 대전류가 흐르기 때문에 판두께를 두껍게 할 필요가 있다.

그러나, 프레스 피트 단자부의 형성 및 프레스 가공의 점에서는, 판두께를 두껍게 하는 것이 곤란하다.

이 실시의 형태에서는, 파워용 도전판인 도전판(6a, 6b)의 판두께를, 단자(VS, OUT, GND)의 폭과 같은 0.8㎜로 하고, 판두께보다 판폭을 넓게 형성하여 롤 면과 직각 방향의 단면(端面)과 반도체 스위칭 소자(2)의 단자(VS, OUT, GND)를 용접하고 있다.

즉, 도전판(6a, 6b)은, 단자(VS, OUT, GND)와의 접합 방향의 치수가 접합 방향에 대해 직각 방향(폭방향)의 치수보다도 크게 형성되어 있다.

또한, 신호용 도전판(6c)은, 소전류가 흐르기 때문에, 전기 저항의 저감화에 관해 고려할 필요성은 없지만, 파워용 도전판(6a), 출력용 도전판(6b)과 같은 판재로 형성되어 있다.

또한, 레이저 용접은, 판두께가 얇은 반도체 스위칭 소자(2)의 단자(VS, GT1, OUT, GT2, GND)측에서 레이저 광이 조사되고 있다.

파워용 도전판(6a)에는 프레스 피트 단자부(6ap)가 2개, 출력용 도전판(6b)에는 프레스 피트 단자부(6bp)가 1개, 신호용 도전판(6c)에는 프레스 피트 단자부(6cp)가 1개 각각 형성되어 있고, 하나의 반도체 스위칭 소자(2)에 관해 7개의 프레스 피트 단자부(6ap, 6bp, 6cp)가 배치되어 있다.

반도체 스위칭 소자(2)의 단자(VS, GT1, OUT, GT2, GND)의 사이의 거리는, 전술한 바와 같이 1.7㎜이고, 프레스 피트 단자부(6ap, 6bp, 6cp)가 압인되는 회로 기판(4)의 스루홀(4a)의 구멍 지름은 1,45㎜로 형성되어 있다.

이 실시의 형태에서는, 인접하는 도전판(6a, 6b, 6c)의 프레스 피트 단자부(6ap, 6bp, 6cp)를 지그재그형상으로 배치하여, 반도체 스위칭 소자(2)의 단자(VS, GT1, OUT, GT2, GND) 사이의 거리보다, 프레스 피트 단자부(6ap, 6bp, 6cp) 사이의 거리를 길게 하고 있다.

또한, 파워용 도전판(6a), 출력용 도전판(6b), 신호용 도전판(6c)과, 히트싱크(5) 사이에는, 하우징(3)의 절연성 수지(3a)가 개재하고 있다.

또한, 차량 커넥터(8)의 전원 커넥터 단자(11)는, 도전판(6a, 6b, 6c)과 마찬가지로 판두께 0.8㎜의 구리 또는 구리합금으로 형성되고, 프레스 피트 단자부(11p)가 2개 형성되어 있다. 또한, 전원 커넥터 단자(11)는, 프레스 피트 단자부(11p)의 개수 이외는 출력용 도전판(6b)과 동일하다.

모터 커넥터(9) 및 차량 커넥터(8)는, 도 2에 도시하는 바와 같이 병렬로 배설되어 있고, 도 5에 도시하는 바와 같이, 출력용 도전판(6b)과 전원 커넥터 단자(11)는, 각각 좌우 대칭으로 각각 2개 배치되어 있다.

도 5에서 우측의 출력용 도전판(6bR)과 좌측의 출력용 도전판(6bL)은, 전개시의 형상이 동일하지만, 절곡의 방향을 바꾸어 형성되어 있다.

마찬가지로, 우측의 전원 커넥터 단자(11R) 및 좌측의 전원 커넥터 단 자(11L)도, 전개시의 형상이 동일하지만, 절곡의 방향을 바꾸어 형성되어 있다.

판두께가 0.8㎜의 판재로 형성되는 도전판(6a, 6b, 6c) 및 전원 커넥터 단자(11)는, 파워용 도전판(6a), 오른쪽의 출력용 도전판(6bR), 왼쪽의 출력용 도전판(6bL), 신호용 도전판(6c), 오른쪽의 전원 커넥터 단자(11R) 및 왼쪽의 전원 커넥터 단자(11L)의 6종류이다.

도 6 및 도 7에 도시하는 바와 같이, 이들 6종류의, 각 도전판(6a, 6b, 6c) 및 전원 커넥터 단자(11)는, 동일한 장척의 연쇄(連鎖) 부재(16)로 형성되어 있다.

이 연쇄 부재(16)는, 각 도전판(6a, 6b, 6c) 및 전원 커넥터 단자(11)가 연결부(14, 15)로 연결되어 구성되어 있다. 연쇄 부재(16)는, 상하 한 쌍의 차례로 보내는(順送) 금형(金型)을 장착한 프레스 기계에 의해, 장척의 구리 또는 구리합금의 판을 차례로 보내어 타발(打拔)하여, 제작된다.

프레스 기계에 의해 타발되어 형성된 연쇄 부재(16)는, 연속의 도금조에서 도금된다. 연쇄 부재(16)는, 전면(全面)에 1 내지 4㎛의 니켈의 하지 도금이 부착된 후, 프레스 피트 단자부(6ap, 6bp, 6cp, 11p)에 0.5㎛의 주석 도금, 모터 커넥터 단자부(6bm) 및 전원 커넥터 단자(11)의 탭 부(11t)에 1 내지 3㎛의 주석 도금이 부착된다.

도금된 연쇄 부재(16)는, 절단 금형(도시 생략)에 의해 소망항는 위치에서 절단되어, 파워용 도전판(6a), 출력용 도전판(6b), 신호용 도전판(6c), 전원 커넥터 단자(11)가 형성된다.

도 7(A)에서 1점쇄선으로 도시하는 부위가 연쇄 부재(16)의 삭제(削除)되는 부위이고, 연쇄 부재(16)의 연결부(15)를 포함한 상부 및 연결부(14)를 포함하는 하부를 절단함과 함께, 한 쌍의 프레스 피트 단자부(6cp)중 하측의 프레스 피트 단자부(6cp)를 절단하여 신호용 도전판(6c)이 형성된다. 연쇄 부재(16)의 하부의 절단에서는, 절단과 함께 접합면인 용접부(6w)가 형성된다.

마찬가지로, 도 7(B)에 도시하는 바와 같이, 신호용 도전판(6c)과 마찬가지로 연쇄 부재(16)를 절단하여 용접부(6w)를 포함하는 파워용 도전판(6a)이 형성된다. 또한, 파워용 도전판(6a)은, 한 쌍의 프레스 피트 단자부(6ap)를 갖는 점이 신호용 도전판(6c)과 다르다.

또한, 도 7(C)에 도시하는 바와 같이, 1점쇄선으로 도시하는 부위를 삭제하고, 모터 커넥터 단자부(6bm)를 2개소에서 직각으로 절곡하여, 도 5에서 우측의 출력용 도전판(6bR)이 형성된다. 좌측의 출력용 도전판(6bL)도, 절곡 방향이 다를 뿐으로, 우측의 출력용 도전판(6bR)과 마찬가지로 형성된다.

마찬가지로, 도 7(D)에 도시하는 바와 같이, 1점쇄선으로 도시하는 부위를 삭제하고, 2개소에서 직각으로 절곡하여, 탭 부(11t)를 형성하고, 도 5에서 우측의 전원 커넥터 단자(11R)가 형성된다.

좌측의 전원 커넥터 단자(11L)도, 절곡 방향이 다를 뿐으로, 우측의 전원 커넥터 단자(11R)과 마찬가지로 형성된다.

파워용 도전판(6a), 출력용 도전판(6b), 신호용 도전판(6c)은, 도금 후에 용접부(6w)가 절단 금형(도시 생략)에 의해 절단되기 때문에, 용접부(6w)는, 도금층이 없는 상태에서 반도체 스위칭 소자(2)의 단자(VS, GT1, OUT, GT2, GND)와 레이 저 용접된다.

차량 커넥터(8)에 대향하여 마련된 센서 커넥터(10)의 센터 커넥터 단자(12)는, 두께 0.64㎜의 인청동판으로 형성되고, 일단에 프레스 피트 단자부(12p)가 형성되어 있다.

또한, 도 2에 도시하는 바와 같이, 하우징(3)의 측면 부근에 회로 기판(4)을 지지하는 지지 부재(H)가 배치되어 있다. 이 지지 부재(H)는, 파워 일용 도전판(6a)이 그대로 유용(流用)되어 있고, 파워용 도전판(6a)과 지지 부재(H)는 동일하고, 선단부에 프레스 피트 단자부(Hp)가 형성되어 있다.

또한, 이 지지 부재(H)는, 회로 기판(4)의 지지 기능만이고, 회로 기판(4)과 전기적으로는 접속되어 있지 않다.

다음에, 상기한 바와 같이 구성된 전자 제어 장치(1)의 조립 순서에 관해 설명한다.

우선, 회로 기판(4)상에 크림 솔더를 도포하고, 마이크로 컴퓨터(13) 및 그 주변 회로 소자 등의 부품을 배치하고, 리플로우 장치를 이용하여, 크림 솔더를 녹여서 각 부품을 솔더링한다.

다음에, 도 2에 도시하는 바와 같이, 하우징(3)을 히트싱크(5)상에 배치하고, 나사(20)에 의해 고정한다. 그 후, 반도체 스위칭 소자(2)를 히트싱크(5)상에 배치하고, 판스프링(21) 및 나사(20)를 이용하여, 반도체 스위칭 소자(2)를 히트싱크(5)에 밀착하여 고정한다.

그리고, 반도체 스위칭 소자(2)의 단자(VS, GT1, OUT, GT2, GND)측에서 레이 저 광을 조사하여, 단자(VS)와 파워용 도전판(6a), 단자(GT1)와 신호용 도전판(6c), 단자(OUT)와 출력용 도전판(6b), 단자(GT2)와 신호용 도전판(6c), 단자(GND)와 파워용 도전판(6a)을 각각 레이저 용접한다.

다음에, 프레스 피트 단자부(6ap, 6bp, 6cp, 11p, 12p, Hp)의 선단부를, 회로 기판(4)의 스루홀(4a)에 삽입한 상태에서 회로 기판(4)을 하우징(3)의 상부에 장착한다. 그 후, 프레스기로 스루홀(4a)에 프레스 피트 단자부(6ap, 6bp, 6cp, 11p, 12p, Hp)를 압입한다.

다음에, 하우징(3)의 개구면에 커버(7)를 배치하고, 초음파 용착기로 하우징(3)과 커버(7)를 용착하여, 전자 제어 장치(1)의 조립이 완료된다.

이상 설명한 바와 같이, 이 실시의 형태 1의 전자제어 장치에 의하면, 하우징(3)과, 이 하우징(3) 내에 마련된 히트싱크(5)와, 이 히트싱크(5)에 탑재된 반도체 스위칭 소자(2)와, 히트싱크(5)와 대향하여 마련되어 있음과 함께 반도체 스위칭 소자(2)를 제어하는 제어 회로를 포함하는 전자회로가 형성된 회로 기판(4)과, 이 회로 기판(4)과 반도체 스위칭 소자(2)를 전기적으로 접속한 복수개의 도전판(6a, 6b, 6c)을 구비하고 있다.

따라서, 종래 필요하였던 반도체 스위칭 소자(2)를 탑재한 금속 기판 등이 불필요하게 되고, 장치가 소형화됨과 함께 비용이 저감된다.

또한, 각 도전판(6a, 6b, 6c)은, 반도체 스위칭 소자(2)의 각 단자(VS, GT1, OUT, GT2, GND)가 도출하는 도출 방향에 따라 배치되고, 각 단자(VS, GT1, OUT, GT2, GND)와 접합되어 있다.

따라서, 가늘고 긴 박판이고 전기 저항이 큰 각 단자(VS, GT1, OUT, GT2, GND)를 짧게 할 수가 있어서, 단자(VS, GT1, OUT, GT2, GND)와 회로 기판(4) 사이에서의 전기 저항을 작게 하는 것이 가능하게 되고, 전기 저항에 의한 발열을 억제할 수가 있다. 즉, 대전류를 제어할 수 있는 전자 제어 장치(1)를 얻을 수 있다.

또한, 히트싱크(5)와 회로 기판(4)은 평행하게 대향되어 마련되기 때문에, 히트싱크(5)의 바로위에서 회로 기판(4)을 겹쳐서 조립할 수가 있어서, 조립성이 향상한다.

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또한, 각 단자(VS, GT1, OUT, GT2, GND)가, 각 도전판(6a, 6b, 6c)과 레이저 용접에 의해 접합되어 있기 때문에, 단자(VS, GT1, OUT, GT2, GND)와, 도전판(6a, 6b, 6c)h가 각각 서로 용융하고 접합되어, 접합의 신뢰성을 향상한다.

또한, 도전판(6a, 6b, 6c)은, 구리 또는 구리합금의 재료로 구성되어 있기 때문에, 반도체 스위칭 소자(2)의 단자(VS, GT1, OUT, GT2, GND)와 회로 기판(4) 사이 전기 저항이 작아저서, 열의 발생을 억제할 수 있다.

또한, 도전판(6a, 6b, 6c)은, 단자(VS, GT1, OUT, GT2, GND) 라는 접합 방향의 치수가 단자(VS, GT1, OUT, GT2, GND)의 판두께보다 크게 형성되어 있기 때문에, 전류가 흐르는 경로의 단면적이 커저서, 전기 저항이 낮아저서 발열을 억제할 수 있다.

또한, 레이저 용접은, 판두께가 얇은 반도체 스위칭 소자(2)의 단자(VS, GT1, OUT, GT2, GND)측에서 레이저 광이 조사되어 용접되기 때문에, 작은 에너지로 용접할 수 있고, 도려내여짐 등이 없는 양호한 레이저 용접이 행하여진다. 따라서, 전기적 접합의 신뢰성의 향상이 도모된다.

또한, 도전판(6a, 6b, 6c)에는 프레스 피트 단자부(6ap, 6bp, 6cp)가 형성되어 있음과 함께, 회로 기판(4)에 내면에 도금이 이루어진 스루홀(4a)이 마련되고, 프레스 피트 단자부(6ap, 6bp, 6cp)가 회로 기판(4)의 스루홀(4a)에 압입되어, 반도체 스위칭 소자(2)의 단자(VS, GT1, OUT, GT2, GND)와 회로 기판(4)의 배선 패턴이 전기적으로 접속되어 있다.

따라서, 단자(VS, GT1, OUT, GT2, GND)와 회로 기판(4)은, 프레스 피트에 의한 압접으로 접속되어 있기 때문에, 열응력에 대한 내력(耐力)이 향상하고, 장치의 신뢰성이 향상한다.

또한, 도전판(6a, 6b, 6c)과 회로 기판(4)의 접속이 압입만으로 행하여지기 때문에, 조립 시간이 단축됨과 함께, 조립 설비가 간단하게 되고, 장치의 조립성이 향상한다.

마찬가지로, 전원 커넥터 단자(11)의 프레스 피트 단자부(11p) 및 센터 커넥터(10)의 센서 커넥터 단자(12)의 프레스 피트 단자부(12p)도, 회로 기판(4)의 스루홀(4a)에 압입되어, 회로 기판(4)의 배선 패턴이 전기적으로 접속되어 있다.

따라서, 전원 커넥터 단자(11), 센서 커넥터 단자(12)와 회로 기판(4)은, 프레스 피트에 의한 압접에 의해 접속되어 있기 때문에, 열응력에 대한 내력이 향상하고, 장치의 신뢰성을 향상시킬 수가 있음과 함께, 조립성이 향상한다.

또한, 도전판(6a, 6b, 6c)은, 일체 성형된 하우징(3)의 절연성 수지(3a)로 지지되어 있기 때문에, 도전판(6a, 6b, 6c)과 반도체 스위칭 소자(2)의 단자(VS, OUT, GND)의 용접의 작업성이 향상한다.

또한, 파워용 도전판(6a), 출력용 도전판 Qb, 신호용 도전판(6c)과, 히트싱크(5) 사이에는, 하우징(3)의 절연성 수지(3a)가 개재하고 있기 때문에, 프레스 피트 단자부(6ap, 6bp, 6cp)에, 회로 기판(4)의 스루홀(4a)을 압입할 때, 압입력이 절연성 수지(3a)를 통하여 히트싱크(5)로 받아내여진다.

따라서, 프레스 피트 단자부(6ap, 6bp, 6cp)의 스루홀(4a)에 대한 압입 방향의 위치 정밀도가 향상하고, 전기적 접합의 신뢰성이 향상함과 함께, 작업성이 향상한다.

또한, 인접하는 도전판(6a, 6b, 6c)의 프레스 피트 단자부(6ap, 6bp, 6cp)는 지그재그형상으로 배치되어 있기 때문에, 반도체 스위칭 소자(2)의 단자(VS, GT1, OUT, GT2, GND)의 단자 사이의 거리보다, 프레스 피트 단자부(6ap, 6bp, 6cp) 사이의 거리가 길게 형성되어 있다.

따라서, 스루홀(4a) 사이의 내면 사이의 거리가 길어저서, 인접하는 스루홀(4a) 사이의 절연성 수지의 손상이 방지되기 때문에, 절연 성능에 대한 신뢰성이 향상한다.

또한, 출력용 도전판(6b)에는, 모터 커넥터 단자부(6bm)가 형성되고, 반도체 스위칭 소자(2)의 브리지 출력 단자(OUT)로부터의 모터 전류는, 회로 기판(4)을 경유하지 않고, 직접 모터 커넥터 단자부(6bm)를 경유하여 전동 모터(22)에 흐르도록 구성되어 있다.

따라서 모터 전류가 흐르는 경로가 짧아지고, 전력 로스가 저감될 수가 있어 서 장치의 성능이 향상한다. 또한, 모터 전류가 흐르는 경로의 접속 부분이 저감되어, 장치의 접속의 신뢰성이 향상한다.

또한, 대전류가 흐르는 대전류용 도전판인, 파워용 도전판(6a) 및 출력용 도전판(6b)과, 소전류가 흐르는 소전류용의 도전판인 신호용 도전판(6c)이 교대로 배치되어 있다. 또한, 공급 전원 단자(VS), 그라운드 단자(GND)와 파워용 도전판(6a)이 용접되는 위치, 브리지 출력 단자(OUT)와 출력용 도전판(6b)이 용접되는 위치는, 반도체 스위칭 소자(2)에 근접한 위치이다. 또한, 게이트 단자(GT1, GT2)와 신호용 도전판(6c)이 용접되는 용접 위치는, 공급 전원 단자(VS), 그라운드 단자(GND)와 파워용 도전판(6a), 브리지 출력 단자(OUT)와 출력용 도전판(6b)의 용접 위치와 근접하지 않도록, 반도체 스위칭 소자(2)로부터 떨어저 있다.

따라서, 대전류가 흐르다는 가늘고 긴 박판으로 전기 저항이 큰 반도체 스위칭 소자(2)의 단자(VS, GND)의 길이가 실질적으로 짧아저서, 반도체 스위칭 소자(2)와 회로 기판(4) 사이의 전기 저항이 작아지고, 열의 발생을 억제할 수 있기 때문에, 대전류를 제어할 수 있는 전자 제어 장치(1)를 얻을 수 있다.

또한, 반도체 스위칭 소자(2)의 브리지 출력 단자(OUT)와 모터 커넥터 단자부(6bm) 사이의 전기 저항도 작아저서, 전력 로스를 저감할 수 있고 장치의 성능이 향상한다.

또한, 이웃하는 용접 위치가 어긋나 있기 때문에, 절연성 수지(3a)에 대한 용접열이 분산되고, 절연성 수지(3a)의 열화가 억제되어 장치의 신뢰성이 향상한다.

또한, 도전판(6a, 6b, 6c) 및 차량 커넥터(8)의 전원 커넥터 단자(11)는, 연쇄 부재(16)의 연결부(14, 15)를 절단함으로써 형성되어 있다.

따라서, 다른 형상의 도전판(6a, 6b, 6c) 및 전원 커넥터 단자(11)를 효율적으로 생산할 수 있어서, 공작성이 향상한다.

또한, 장척의 연쇄 부재(16)는, 연속 도금조로 표면에 도금되기 때문에, 효율적으로 도금이 행하여지고, 공작성의 향상이 도모된다.

또한, 파워용 도전판(6a), 출력용 도전판(6b), 신호용 도전판(6c)은, 도금 후에 용접부(6w)가 절단 금형에 의해 절단되기 때문에, 용접부(6w)에는 도금층이 없는 상태에서, 반도체 스위칭 소자(2)의 단자(VS, GT1, OUT, GT2, GND)와 용접되다.

따라서, 용접의 열에 의해 저융점의 도금이 비산하는 일이 없고, 접합의 신뢰성이 향상한다.

또한, 접합면(6w)은, 연쇄 부재(16)가 절단되어 파워용 도전판(6a), 출력용 도전판(6b), 신호용 도전판(6c)이 형성될 때에, 동시에 형성되어 있어서, 용접부(6w)를 갖는 도전판(6a, 6b, 6c)은 효율적으로 생산된다.

또한, 도전판(6a, 6b, 6c)은, 용접부(6w)를 포함하는 위치에서 연결부(14)가 절단 금형에 의해 절단되기 때문에, 용접부(6w)의 모서리부(6wc)에서 버르의 발생이 없고, 용접부(6w)와 반도체 스위칭 소자(2)의 단자(VS, GT1, OUT, GT2, GND)와의 밀착성이 향상하고, 용접의 신뢰성이 향상한다.

또한, 파워 디바이스인 반도체 스위칭 소자(2)는, 하이사이드 MOSFET(2H)와 로우사이드 MOSFET(2L)가 집적되어 하프브리지가 형성되어 있다. 그리고, 반도체 스위칭 소자(2)는, 하프브리지가 하나의 패키지에 수납되어 있기 때문에, 출력용 도전판(6b)과, 반도체 스위칭 소자(2)의 브리지 출력 단자(OUT)의 접속 개소가 1개소 저감되고, 공작성이 향상한다. 또한, 장치의 소형화가 도모된다.

또한, 상기한 실시의 형태에서는, 연쇄 부재(16)를 도 6, 7과 같이 형성하고, 도전판(6a, 6b, 6c), 전원 커넥터 단자(11)는, 용접부(6w)를 포함하는 연결부(14)를 절단 금형에 의해 절단하여 형성되었지만, 연쇄 부재(16)를 도 8에 도시하는 바와 같이, 연결부(14)에는 용접부(6w)를 포함하지 않도록 형성하고, 연결부(14)를 절단 금형에 의해 절단하여 도 9(A), (B), (C)에 도시하는, 도전판(6a, 6b, 6c) 및 도 9(D)에 도시하는 전원 커넥터 단자(11)를 형성하여도 좋다.

이 경우는, 모서리부(6wc)의 트리밍 공정이 추가된다.

또한, 연쇄 부재(16)는, 전면에 1 내지 4㎛의 니켈의 하지 도금이 부착된 후, 프레스 피트 단자부(6ap, 6bp, 6cp, 11p)에 0.5㎛의 주석 도금, 모터 커넥터 단자부(6bm) 및 전원 커넥터 단자(11)의 탭 부(11p)에 1 내지 3㎛의 주석 도금이 부착되도록 하였지만, 도 6, 8에 도시하는 바와 같이 프레스 피트 단자부(6ap, 6bp, 6cp, 11p)보다 위의 부분, 즉 치수(L1)의 부분만에 도금을 행하고, L2의 부분에는 도금을 행하지 않도록 하여도 좋다. 이 경우, 도금의 비용이 저감된다.

또한, 반도체 스위칭 소자(2)의 단자(VS, GT1, OUT, GT2, GND)와, 도전판(6a, 6b, 6c)의 접합은 레이저 용접으로 하였지만, 저항 용접, TIG 용접 등의 다른 용접 방법이라도 좋다. 또한, 용접 이외의 초음파 접합이라도 좋다.

또한, 반도체 스위칭 소자(2)는, 하이사이드 MOSFET(2H)와 로우사이드 MOSFET(2L)가 집적된 하프브리지가 하나의 패키지에 수납되어 있음과 함께, 2개 1조로 되어 전동 모터(22)의 전류를 전환하기 위한 브리지 회로를 구성하고 있는 것으로 하였지만, 하이사이드 MOSFET(2H)와 로우사이드 MOSFET(2L)가 제각기 구성되고 4개의 반도체 스위칭 소자(2)로 브리지 회로를 구성하여도 좋다.

또한, 6개의 반도체 스위칭 소자(2)로 브리지 회로를 구성하여 3상 브러시레스 모터를 구동 제어하는 구성이라도 좋다.

또한, 상기 실시의 형태에서는, 파워 디바이스로서 반도체 스위칭 소자(2)를 예로 설명하였지만, 다이오드, 사이리스터 등의 다른 파워 디바이스라도 좋다.

또한, 도전판(6a, 6b, 6c)의 판두께를 0.8㎜로 하였지만, 도전판(6a, 6b, 6c)을 흐르는 전류, 반도체 스위칭 소자(2)의 단자의 간격 등을 고려하여, 판두께를 1.0㎜, 1.2㎜ 등 다른 판두께로 하여도 좋다.

또한, 도전판(6a, 6b, 6c)은, 인서트 성형에 의해 절연성 수지(3a)와 일체화되어 있지만, 하우징(3)을 성형 후에 하우징(3)에 도전판(6a, 6b, 6c)를 삽입하여 지지하도록 하여도 좋다.

또한, 상기 실시의 형태 1에서는, 자동차의 전동식 파워 스티어링 장치에 적용한 예에 관해 설명하였지만, 안티로크 브레이크 시스템(ABS)의 전자 제어 장치, 에어 컨디셔닝 관계의 전자 제어 장치 등, 파워 디바이스를 구비한 대전류(예를 들면 25A 이상)를 취급하는 전자 제어 장치에 적용이 가능하다.

Claims

하우징과,

이 하우징 내에 마련된 히트싱크와,

이 히트싱크에 탑재된 파워 디바이스와,

상기 히트싱크와 대향하여 마련되어 있음과 함께 상기 파워 디바이스를 제어하는 제어 회로를 포함하는 전자 회로가 형성된 회로 기판과,

이 회로 기판과 상기 파워 디바이스를 전기적으로 접속한 복수개의 도전판을 구비하고,

각 상기 도전판은, 상기 파워 디바이스의 각 단자가 도출하는 도출 방향에 따라 배치되고, 단자와 접합되어 있으며,

상기 파워 디바이스는, 반도체 스위칭 소자, 다이오드, 또는 사이리스터 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 전자 제어 장치.
제 1항에 있어서,

상기 히트싱크와 상기 회로 기판은 평행하게 대향되어 마련된 것을 특징으로 하는 전자 제어 장치.
제 1항 또는 제 2항에 있어서,

상기 단자는, 상기 도전판과 용접에 의해 접합되어 있는 것을 특징으로 하는 전자 제어 장치.
제 3항에 있어서,

상기 단자는, 상기 도전판과 레이저 용접에 의해 접합되어 있는 것을 특징으로 하는 전자 제어 장치.
제 1항 또는 제 2항에 있어서,

상기 도전판은, 구리 또는 구리합금의 재료로 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 것을전자 제어 장치.
제 1항 또는 제 2항에 있어서,

상기 도전판은, 상기 단자와의 접합 방향의 치수가 상기 단자의 판두께보다 큰 것을 특징으로 하는 것을전자 제어 장치.
제 1항 또는 제 2항에 있어서,

상기 도전판은, 상기 단자와의 접합 방향의 치수가 접합 방향에 대해 직각 방향의 폭 치수보다도 큰 것을 특징으로 하는 전자 제어 장치.
제 4항에 있어서,

상기 레이저 용접은, 상기 단자의 표면에 레이저가 조사되는 것을 특징으로 하는 것을전자 제어 장치.
제 1항 또는 제 2항에 있어서,

상기 회로 기판은, 내주면에 도금이 시행된 스루홀이 형성되어 있고, 이 스루홀에, 상기 도전판에 형성된 프레스 피트 단자부가 압입되어 있는 것을 특징으로 하는 전자 제어 장치.
제 1항 또는 제 2항에 있어서,

상기 도전판은, 상기 하우징의 절연성 수지로 지지되어 있는 것을 특징으로 하는 것을전자 제어 장치.
제 10항에 있어서,

상기 도전판과 상기 히트싱크 사이에는, 상기 절연성 수지가 개재하고 있는 것을 특징으로 하는 전자 제어 장치.
제 9항에 있어서,

각 상기 프레스 피트 단자부는, 지그재그형상으로 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 전자 제어 장치.
제 1항 또는 제 2항에 있어서,

각 상기 도전판중, 대전류가 흐르는 대전류용 도전판과, 소전류가 흐르는 소전류용 도전판은 교대로 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 것을전자 제어 장치.
제 13항에 있어서,

각 상기 대전류용 도전판중, 외부의 전기 부하와 전기적으로 접속되는 출력용 도전판에는, 출력 커넥터 단자부가 형성되어 있고, 상기 파워 디바이스로부터의 출력 전류는, 직접 출력 커넥터 단자부를 통하여 전기 부하에 흐르는 것을 특징으로 하는 전자 제어 장치.
제 13항에 있어서,

상기 대전류용 도전판과 상기 단자와의 용접 위치는, 상기 소전류용 도전판과 상기 단자와의 용접 위치보다 상기 파워 디바이스측에 접근하여 있는 것을 특징으로 하는 전자 제어 장치.
제 1항 또는 제 2항에 있어서,

절단되는 연결부를 통하여 각 상기 도전판이 연속적으로 접속되어 구성된 연쇄 부재로부터, 연결부에서 절단하여 각 도전판이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 전자 제어 장치.
제 16항에 있어서,

상기 연쇄 부재는, 표면에 도금이 시행되어 있는 것을 특징으로 하는 전자 제어 장치.
제 17항에 있어서,

상기 도전판은, 상기 단자와의 접합면에 상기 도금이 시행되어 있지 않은 것을 특징으로 하는 전자 제어 장치,
제 18항에 있어서,

상기 접합면은, 상기 연쇄 부재가 절단된 때에 생기는 절단면인 것을 특징으로 하는 전자 제어 장치.
제 1항 또는 제 2항에 있어서,

상기 파워 디바이스는, 반도체 스위칭 소자인 것을 특징으로 하는 전자 제어 장치.
제 1항 또는 제 2항에 있어서,

상기 파워 디바이스는, 복수의 반도체 스위칭 소자가 1개의 패키지에 내장되어 있는 것을 특징으로 하는 전자 제어 장치.