WO2009099131A1 - 多層回路基板およびモータ駆動回路基板 - Google Patents

多層回路基板およびモータ駆動回路基板 Download PDF

Info

Publication number
WO2009099131A1
WO2009099131A1 PCT/JP2009/051943 JP2009051943W WO2009099131A1 WO 2009099131 A1 WO2009099131 A1 WO 2009099131A1 JP 2009051943 W JP2009051943 W JP 2009051943W WO 2009099131 A1 WO2009099131 A1 WO 2009099131A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
wiring
circuit board
multilayer circuit
layer
conductor layers
Prior art date
Application number
PCT/JP2009/051943
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Nobuhiro Uchida
Motoo Nakai
Hiroshi Sumasu
Original Assignee
Jtekt Corporation
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Jtekt Corporation filed Critical Jtekt Corporation
Priority to CN2009801048927A priority Critical patent/CN101940071B/zh
Priority to EP09708156.6A priority patent/EP2249631B1/en
Priority to US12/866,638 priority patent/US8288658B2/en
Publication of WO2009099131A1 publication Critical patent/WO2009099131A1/ja

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K1/00—Printed circuits
    • H05K1/02—Details
    • H05K1/0213—Electrical arrangements not otherwise provided for
    • H05K1/0216—Reduction of cross-talk, noise or electromagnetic interference
    • H05K1/0228—Compensation of cross-talk by a mutually correlated lay-out of printed circuit traces, e.g. for compensation of cross-talk in mounted connectors
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B62—LAND VEHICLES FOR TRAVELLING OTHERWISE THAN ON RAILS
    • B62D—MOTOR VEHICLES; TRAILERS
    • B62D5/00—Power-assisted or power-driven steering
    • B62D5/04—Power-assisted or power-driven steering electrical, e.g. using an electric servo-motor connected to, or forming part of, the steering gear
    • B62D5/0403—Power-assisted or power-driven steering electrical, e.g. using an electric servo-motor connected to, or forming part of, the steering gear characterised by constructional features, e.g. common housing for motor and gear box
    • B62D5/0406—Power-assisted or power-driven steering electrical, e.g. using an electric servo-motor connected to, or forming part of, the steering gear characterised by constructional features, e.g. common housing for motor and gear box including housing for electronic control unit
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M7/00—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
    • H02M7/003—Constructional details, e.g. physical layout, assembly, wiring or busbar connections
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/42—Wire connectors; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/47—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process
    • H01L2224/49—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process of a plurality of wire connectors
    • H01L2224/491—Disposition
    • H01L2224/4911—Disposition the connectors being bonded to at least one common bonding area, e.g. daisy chain
    • H01L2224/49111—Disposition the connectors being bonded to at least one common bonding area, e.g. daisy chain the connectors connecting two common bonding areas, e.g. Litz or braid wires
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/42—Wire connectors; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/47—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process
    • H01L2224/49—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process of a plurality of wire connectors
    • H01L2224/491—Disposition
    • H01L2224/4912—Layout
    • H01L2224/49175—Parallel arrangements
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/10—Details of semiconductor or other solid state devices to be connected
    • H01L2924/11—Device type
    • H01L2924/13—Discrete devices, e.g. 3 terminal devices
    • H01L2924/1304—Transistor
    • H01L2924/1306—Field-effect transistor [FET]
    • H01L2924/13091—Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor [MOSFET]
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M1/00—Details of apparatus for conversion
    • H02M1/44—Circuits or arrangements for compensating for electromagnetic interference in converters or inverters
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K1/00—Printed circuits
    • H05K1/02—Details
    • H05K1/0213—Electrical arrangements not otherwise provided for
    • H05K1/0263—High current adaptations, e.g. printed high current conductors or using auxiliary non-printed means; Fine and coarse circuit patterns on one circuit board
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K1/00—Printed circuits
    • H05K1/02—Details
    • H05K1/0296—Conductive pattern lay-out details not covered by sub groups H05K1/02 - H05K1/0295
    • H05K1/0298—Multilayer circuits
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K2201/00—Indexing scheme relating to printed circuits covered by H05K1/00
    • H05K2201/09—Shape and layout
    • H05K2201/09209—Shape and layout details of conductors
    • H05K2201/09654—Shape and layout details of conductors covering at least two types of conductors provided for in H05K2201/09218 - H05K2201/095
    • H05K2201/09672—Superposed layout, i.e. in different planes
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K2201/00—Indexing scheme relating to printed circuits covered by H05K1/00
    • H05K2201/10—Details of components or other objects attached to or integrated in a printed circuit board
    • H05K2201/10007—Types of components
    • H05K2201/10166—Transistor

Definitions

  • the present invention relates to a multilayer circuit board and a motor drive circuit board used for an electric power steering apparatus using the same.
  • the electric power steering device for a vehicle drives a steering assist motor so that a suitable steering assist force is obtained in accordance with a steering torque applied to a steering wheel by a driver, a vehicle speed, or the like.
  • the steering assist motor is driven by a motor drive circuit built in an electronic control unit (hereinafter referred to as ECU).
  • ECU electronice control unit
  • the motor drive circuit controls a large electric power of about 500 W to 2000 W when driving the steering assist motor.
  • the motor drive circuit generates heat, but the motor drive circuit is mounted on a circuit board having good thermal conductivity in order to prevent malfunction and failure of the ECU due to this heat generation.
  • the motor drive circuit is made of metal in which a copper conductor layer 91 and a resin insulating layer 92 are formed on an aluminum metal substrate 93 (heat sink) one by one. Mounted on a circuit board.
  • Patent Document 1 discloses an electric power steering device that includes a circuit case that is attached to a heat sink so as to cover a power board including a switching element, and in which the heat sink is attached to a speed reduction mechanism.
  • Patent Document 2 discloses an electric power steering device in which a power board and a control board are arranged in a stacked state on a circuit case, and the power board is attached in close contact with a bracket of a motor. With these configurations, a wire harness and a connector are not necessary, and radiation noise can be reduced.
  • Patent Document 3 discloses a configuration that stabilizes the operation of a circuit by attaching a substrate including a motor drive circuit and a control circuit to a motor case. JP 2002-120739 A JP 2002-345211 A WO99 / 16654 pamphlet
  • the generation of switching noise can be suppressed by reducing the length of the circuit conductor (wiring length) by multilayering the board, but the wiring length becomes longer depending on the location where the multilayer circuit board is attached.
  • the length in the longitudinal direction of the substrate is considerably longer than the length in the lateral direction. In that case, since the inductance of the wiring extending in the longitudinal direction is increased, the switching noise is increased.
  • an object of the present invention is to provide a multilayer circuit board in which wiring is arranged so as to reduce inductance, and a motor drive circuit board for an electric power steering apparatus using the same.
  • a first invention is a multilayer circuit board in which a plurality of conductor layers and a plurality of resin insulating layers are alternately stacked, and is formed on a first layer of the plurality of conductor layers.
  • the second invention is characterized in that, in the first invention, the first wiring and the second wiring are a power supply wiring and a ground wiring in which currents flowing in them are in opposite directions.
  • a third invention further includes a third wiring formed in a third layer of the plurality of conductor layers in the first invention, wherein the first wiring, the second wiring, and the third wiring are The wiring is connected to each phase of a multiphase motor provided outside.
  • the fourth invention in any one of the first to third inventions, is provided in the vicinity of at least one of two short edges of the four edges of the substrate surface formed of a curve or a straight line.
  • a terminal connected to at least one of the wiring and the second wiring, and the facing portions of the first wiring and the second wiring extend along two long edges of the four edges; It is characterized by.
  • a fifth invention is a motor drive circuit board for an electric power steering apparatus, wherein a multilayer circuit board is formed by alternately laminating a plurality of conductor layers and a plurality of resin insulating layers, and the plurality of conductor layers.
  • a first wiring formed on a first layer of the first wiring and a second wiring formed on a second layer of the plurality of conductor layers, wherein the first wiring and the second wiring
  • the portions of the plurality of conductor layers facing each other in the stacking direction extend in parallel, and the first wiring and the second wiring are arranged so as to weaken a magnetic field generated by a current flowing through them.
  • the inductance of the wiring can be reduced.
  • switching noise generated thereby can be reduced.
  • the substrate can be elongated in the direction in which the wiring extends.
  • the second aspect of the invention it is possible to reduce the inductance of the power supply line and the ground line that are generally extended from the terminal.
  • the inductance of at least three wires connected to each phase of the multiphase motor extending long from the terminal can be reduced.
  • the terminal is provided in the vicinity of at least one of the two shorter edges (typically short sides) of the four main edges (typically four sides) of the substrate surface. Therefore, even if the place where the board is to be stored is elongated along two longer edges (typically, the long side) of the above edges, the wiring drawn from each terminal does not get in the way. Can be easily installed (stored).
  • the effect of the first aspect can be achieved in the motor drive circuit board.
  • FIG. 1 is an external plan view of a multilayer circuit board according to an embodiment of the present invention.
  • it is an external appearance top view of a multilayer circuit board at the time of making transparent except components and wiring contained in a board
  • It is a disassembled perspective view which shows the structure of each layer in the multilayer circuit board in the said embodiment.
  • It is a circuit diagram of the motor drive circuit in the embodiment.
  • It is an external appearance top view of the multilayer circuit board which has another structure different from the multilayer circuit board in the said embodiment.
  • FIG. 6 is an external plan view of a multilayer circuit board having another configuration when parts other than components and wiring included in the board are made transparent in the embodiment of FIG. 5.
  • the multilayer circuit board according to the present embodiment is a motor drive circuit board for an electric power steering apparatus, and this motor drive circuit board is used by being incorporated in an ECU (electronic control unit) for the electric power steering apparatus.
  • ECU electronic control unit
  • This ECU includes a motor control circuit that calculates the amount of drive current supplied to the steering assist motor, and a motor drive circuit that controls the large current to drive the steering assist motor.
  • the motor control circuit generates a small amount of heat during operation, and the flowing current is small.
  • the motor drive circuit generates a large amount of heat during operation, and the flowing current is large.
  • Such a motor drive circuit is mounted on a motor drive circuit board, and the motor control circuit is mounted on a circuit board different from the motor drive circuit board.
  • FIG. 1 is an external plan view of a multilayer circuit board according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 2 is an external plan view of the multilayer circuit board when parts other than components and wiring included in the board are made transparent.
  • FIG. 3 is an exploded perspective view showing the structure of each layer in the multilayer circuit board.
  • a first layer (surface layer) 101, a second layer 102, and a third layer 103, which are conductor layers, and an insulating layer provided therebetween are thermocompression bonded 3 It has a layer structure.
  • This conductor layer is made of a highly conductive metal such as copper
  • the insulating layer is made of a synthetic material (so-called prepreg) in which glass fiber is impregnated with an insulating resin material.
  • prepreg synthetic material
  • the resistor 17 and the six MOSFETs 15u, 15v, 15w, 16u, 16v, and 16w are mounted on the surface of the multilayer circuit board 100.
  • the upper connection terminals of these MOSFETs are wire-bonded with wiring conductors provided at predetermined positions of the first layer 101 and four aluminum wires.
  • the first layer 101 of the multilayer circuit board 100 includes a U-phase terminal 10u connected to a U-phase input terminal of a steering assist motor (not shown), a V-phase terminal 10v connected to the V-phase input terminal, and W A W-phase terminal 10w connected to the phase input terminal is provided.
  • the first layer 101 includes a W-phase wiring 11 connected to the W-phase terminal 10w, a ground terminal 20 connected to the resistor 17 and connected to a negative pole (grounding pole) provided in a power supply unit (not shown) outside the substrate. And a power supply terminal 30 connected to the positive electrode of the power supply unit.
  • the electronic components mounted on the multilayer circuit board 100 that is a motor drive circuit board include MOSFETs 15u, 15v, 15w, 16u, 16v, and 16w that are semiconductor chips and a resistor 17, a current detection sensor, and noise removal.
  • MOSFETs 15u, 15v, 15w, 16u, 16v, and 16w that are semiconductor chips and a resistor 17, a current detection sensor, and noise removal.
  • a coil for power supply, a relay for power cutoff, a relay for motor phase current cutoff, and the like may be included.
  • the second layer 102 of the multilayer circuit board 100 is provided with a ground wiring 22 connected to the ground terminal 20 of the first layer 101 and a V-phase wiring 21 connected to the V-phase terminal 10v of the first layer 101.
  • the third layer 103 of the multilayer circuit board 100 is provided with a power supply wiring 33 connected to the power supply terminal 30 of the first layer 101 and a U-phase wiring 31 connected to the U-phase terminal 10u.
  • FIG. 4 is a circuit diagram of the motor drive circuit.
  • the drain terminals of MOSFETs 15u, 15v, and 15w included in the motor drive circuit are connected to the positive poles of the power supply unit (not shown), and the source terminals are connected to the input terminals of the corresponding motor phases.
  • the source terminals of the MOSFETs 16u, 16v, and 16w included in the motor drive circuit are connected to a negative pole (ground pole) of a power supply unit (not shown) via a resistor 17, and the drain terminals are input terminals of the corresponding motor phases. Connected to.
  • connection relationship of the motor drive circuit shown in FIG. 4 corresponds to the connection relationship of each layer shown in FIG. That is, in FIG. 3, the dotted line extending in the vertical direction in the drawing indicates the position of the via hole. Since this via hole has a conductor layer (typically a copper plating layer) formed on the inner surface, the conductors connected to both ends are electrically connected. Therefore, the resistor 17 and the six MOSFETs 15u, 15v, 15w, 16u, 16v, the via hole and the W-phase wiring 11, the V-phase wiring 21, the U-phase wiring 31, the ground wiring 22, and the power supply wiring 33 shown in FIG. It can be seen that 16w is connected as in the circuit diagram shown in FIG.
  • a conductor layer typically a copper plating layer
  • the ground wiring 22 and the power supply wiring 33 among the above wirings are arranged so that most of them overlap vertically along the longitudinal direction of the multilayer circuit board 100. .
  • the inductance of these wirings is reduced. That is, since the ground wiring 22 is connected to the ground terminal 20 in the vicinity of the lower right end of the drawing (via the via hole and the resistor 17), the direction of current flow is from the left to the right in the drawing.
  • the power supply wiring 33 is connected to the power supply terminal 30 in the vicinity of the lower right end of the drawing (via the via hole), the current flows in the direction from the right to the left in the drawing.
  • the W-phase wiring 11, the V-phase wiring 21, and the U-phase wiring 31 among the above-mentioned wirings are also arranged so as to partially overlap each other along the longitudinal direction of the multilayer circuit board 100.
  • the inductance of these wirings is also reduced. That is, when general motor control is performed, the total sum of the U-phase current, the V-phase current, and the W-phase current is always zero. For this reason, the magnetic fields generated by the currents flowing along the longitudinal direction cancel each other (the mutual inductance increases) in the upper and lower portions of the W-phase wiring 11, V-phase wiring 21, and U-phase wiring 31. ). Therefore, the inductance of these wirings that often extend from the terminals can be similarly reduced.
  • the length of the multilayer circuit board 100 in the longitudinal direction is considerably larger than the length in the lateral direction.
  • the length of the multilayer circuit board 100 can be reduced without changing the area of the multilayer circuit board 100. Therefore, even if the place where the multilayer circuit board 100 is to be installed (stored) is elongated, it can be easily installed (stored).
  • the position of the ground terminal 20 provided on the long side of the multilayer circuit board 100 may be a problem. This is because there may be a case where the wiring (wire) cannot be drawn from the ground terminal 20 in the short direction of the multilayer circuit board 100 due to an obstacle on the long side. Therefore, in this case, it is preferable to provide the ground terminal 20 on the short side of the multilayer circuit board 110 as shown in FIGS.
  • FIG. 5 is an external plan view of a multilayer circuit board having another configuration different from the multilayer circuit board according to the embodiment.
  • FIG. 6 is an external plan view of a multilayer circuit board having another configuration when parts other than the components and wiring included in the board are made transparent.
  • the multilayer circuit board 110 is provided with a ground terminal 20 and a resistor 17 at positions different from those of the multilayer circuit board 100 shown in FIGS. 1 and 2. . That is, the multilayer circuit board 110 shown in FIGS. 5 and 6 is provided with the ground terminal 20 and the power supply terminal 30 in the vicinity of one short side thereof. Further, in the vicinity of the other short side of the multilayer circuit board 110, a U-phase terminal 10u, a V-phase terminal 10v, and a W-phase terminal 10w are provided at the same position as the multilayer circuit board 100.
  • the location where the multilayer circuit board 110 is to be installed (accommodated) is provided only on the short side of the multilayer circuit board 110 with the terminals for connecting the wirings connected to external devices (here, motors and power supplies).
  • external devices here, motors and power supplies.
  • the multilayer circuit board 110 can be easily installed (stored) without obstructing the wiring drawn from each terminal.
  • the multilayer circuit boards 100 and 110 are rectangular, but the present invention is not limited to this shape.
  • it may be an approximately rectangular shape having four main sides, or may be a planar shape in which the longer edge of the substrate is curved along a predetermined circumference, for example.
  • the board is a circle that is a cross section of the motor housing or its It may have a shape corresponding to a part.
  • An example of such a substrate is a donut shape as shown in FIG.
  • the multilayer circuit boards 100 and 110 are not necessarily limited to motor drive circuit boards.
  • the wiring is not necessarily a combination of the ground wiring 22 and the power supply wiring 33 or the W-phase wiring 11 and the V if the wiring is arranged so that the magnetic fields generated by the flowing currents cancel each other (so that the mutual inductance increases).
  • the combination is not limited to the phase wiring 21 and the U-phase wiring 31.
  • FIG. 7 is a cross-sectional view showing a metal substrate and a heat sink that are screwed to the substrate surface so that clearance is not required.
  • a circuit conductor 201 typically copper
  • an insulating layer 202 typically copper
  • Clearance for 205a and 205b is not necessary. That is, the metal substrate 203 is thicker than usual, and taps (holes) for screwing are formed in predetermined portions thereof, and the heat sink 204 is subjected to counterboring so that the metal substrate 203 is accommodated.
  • a metal substrate 203 is accommodated in the counterbored portion, and screws 205a and 205b are connected to a tap formed on the heat sink 204 and a tap formed on the metal substrate 203 from the back surface (lower surface) of the heat sink 204 opposite to the contact surface. Threaded and screwed.
  • the clearance of the substrate surface becomes unnecessary, so that the area of the substrate can be reduced.
  • the metal substrate 203 is accommodated in the counterbore processed portion, it is possible to suppress an increase in the overall thickness including the heat sink 204 even when the metal substrate 203 is thick.
  • the metal substrate 203 may be relatively thin as long as it is thick enough to form a tap for screwing. In that case, the counterbore processing may be unnecessary.
  • the metal substrate 203 since the mounting strength is lowered, the metal substrate 203 needs to be relatively thick when the mounting strength is required. In this case, the heat sink 204 is subjected to counterboring as shown in FIG. A configuration is preferred.
  • FIG. 7 illustrates a so-called single-layer substrate in which the circuit conductor 201 and the like are formed on the metal substrate 203 with one insulating layer 202 interposed therebetween, but the multilayer circuit substrates 100 and 110 and the like are replaced by this. Multi-layer circuit boards may be used.
  • the control CPU built in the ECU used in the electric power steering device further performs heat dissipation.
  • an ECU used in a column assist type electric power steering apparatus is often provided in the vicinity of a steering assist motor, but is therefore affected by the heat generated by the motor. Therefore, the ECU used in the pinion assist type electric power steering apparatus is often installed at a position away from the steering assist motor and is often connected to the motor by a wire harness.
  • the ECU is often housed in the housing of the motor (and gear) from the viewpoint of miniaturization and high efficiency of the ECU.
  • FIG. 8 is an exploded perspective view schematically showing a structure for releasing the heat of the CPU to the gear housing.
  • the control board 310 shown in FIG. 8 has a CPU 330, electronic components, circuit conductors, and the like arranged on the lower side of the figure, and has a donut shape.
  • a shaft of a steering assist motor (not shown) passes through the opening near the center of the control board 310 in a direction perpendicular to the board surface.
  • the control board 310 is formed in accordance with the cylindrical shape of the motor, and has a shape along a circle which is a cross-sectional shape of the cylinder so as to fit in the housing without waste. Note that all or part of the control board 310 may be the multilayer circuit boards 100 and 110.
  • the CPU 330 has a metal heat dissipating part, and a heat sink (not shown) is attached to the surface (the lower surface in the figure), but also from the back surface (the upper surface in the figure) of the CPU 330.
  • a heat dissipation via 311 is formed in a land (region) where the CPU 330 is attached to the control board 310.
  • the heat dissipation via 311 is a land (which is a copper foil portion) for heat dissipation (hereinafter referred to as “heat dissipation land”) formed on the back surface (upper surface in the drawing) of the control board 310 from the land (region) to which the CPU 330 is attached.
  • a conductor layer such as copper plating is formed on the inner surface of the hole extending up to 312 and filled with resin or the like.
  • the heat of the CPU 330 is transmitted to the heat dissipation land 312 by the heat dissipation via 311.
  • the heat radiation land 312 is pressed against a protrusion 302 formed below the upper gear housing 301 via a heat conductive sheet 321.
  • the heat of the CPU 330 is transmitted to the upper gear housing 301 having a large heat capacity via the heat radiation land 312 and the heat conductive sheet 321.
  • the heat of the CPU 330 is efficiently radiated.
  • it may replace with the said heat conductive sheet 321, and the structure by which the gel containing a heat conductive substance is apply
  • the CPU 330 is an example of an element having a large calorific value, and may be other electronic components, such as MOSFETs 15u, 15v, 15w, 16u, 16v, 16w, etc. provided in the multilayer circuit boards 100, 110, for example. It may be.
  • FIG. 9 is a simple cross-sectional view showing the configuration of the bare chip and the non-contact heat sink.
  • the bare chip 405 is attached to the electronic circuit board 403, and a normal heat sink 404 is attached to the back surface (the lower surface in the drawing) of the electronic circuit board 403.
  • a coating resin 402 is applied around the bare chip 405, and a non-contact heat sink 401 having a large heat capacity is disposed at a position immediately above the bare chip 405 so as to face the bare chip.
  • the non-contact type heat sink 401 is fixed to a housing having a larger heat capacity.
  • the non-contact type heat sink 401 and the coating resin 402 are preferably black.
  • the coating resin 402 may be a black insulating material or may contain a known black paint.
  • the coating resin 402 may contain a material having high radiation efficiency (for example, a ceramic mainly composed of aluminum oxide).
  • the non-contact type heat sink 401 can be omitted. In that case, heat is radiated by radiating heat from the coating resin 402 having high radiation efficiency into the atmosphere (and also to surrounding members). Further, the closer the distance between the coating resin 402 and the non-contact type heat sink 401, the higher the heat dissipation efficiency. However, if the distance is too close, physical force may be applied to the bare chip 405 and it may be destroyed. Therefore, it is preferable to set the interval between the coating resin 402 and the non-contact type heat sink 401 so that at least the heat insulation effect of air is not more than a distance that does not lose the heat conduction effect due to cold radiation.
  • the wiring is arranged so that the magnetic fields cancel each other, so that the inductance of the wiring can be reduced. In addition, switching noise generated thereby can be reduced. Furthermore, since the inductance of the wiring is small, the substrate can be elongated in the direction in which the wiring extends.
  • the present invention is based on a Japanese patent application (Japanese Patent Application No. 2008-028111) filed on Feb. 7, 2008, the contents of which are incorporated herein by reference.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Transportation (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Power Steering Mechanism (AREA)
  • Structure Of Printed Boards (AREA)

Abstract

　インダクタンスが小さくなるよう配線を配置した多層回路基板を提供する。多層回路基板１００に備えられる接地配線２２および電源配線３３は、基板の長手方向に沿ってその大部分が上下に重なるよう配置され、その重なる部分において互いに逆方向に電流が流れるので、発生する磁界が互いに打ち消しあう。同様にＷ相配線１１、Ｖ相配線２１、およびＵ相配線３１も、長手方向に沿ってその一部分が上下に重なるよう配置され、上下に重なる部分において流れる電流により発生する磁界は互いに打ち消しあうことになる。よって、これらの配線間の相互インダクタンスを大きくすることにより、配線のインダクタンスを低下させることができる。

Description

多層回路基板およびモータ駆動回路基板
　本発明は、多層回路基板、およびこれを用いた電動パワーステアリング装置に使用されるモータ駆動回路基板に関する。
　車両用の電動パワーステアリング装置は、運転者がハンドルに与えた操舵トルクや車両の速度などに応じて、好適な操舵補助力が得られるように操舵補助用モータを駆動する。
操舵補助用モータは、電子制御ユニット（Electronic Control Unit ：以下、ＥＣＵという）に内蔵されたモータ駆動回路によって駆動される。モータ駆動回路は、操舵補助用モータを駆動するときに５００Ｗ～２０００Ｗ程度の大電力を制御する。
　このときモータ駆動回路は発熱するが、この発熱によるＥＣＵの誤動作や故障を防止するために、モータ駆動回路は熱伝導性の良い回路基板に実装される。モータ駆動回路は、例えば図１０（ａ）に示すように、アルミ製の金属基板９３（ヒートシンク）の上に銅製の導体層９１と樹脂製の絶縁層９２とを１層ずつ形成した金属製の回路基板に実装される。
　図１０（ａ）に示す回路基板には電子部品を片面（具体的には、導体層９１の上）にしか実装できないので、ＥＣＵ内でこの回路基板の占有面積が大きくなる。そこで基板面積を縮小する１つの方法として、図１０（ｂ）に示すように回路基板を多層化する方法が考えられる。図１０（ｂ）に示すセラミック多層基板は、銅製の導体層９１とセラミック製の絶縁層９４とを多層に積層し、それをアルミ製の金属基板９３（ヒートシンク）に接着剤９５で貼り付けたものである。このように多層化することにより回路導体の長さ（配線長）を短くすることができるので、そのインダクタンスを小さく抑えることができ、そのことによりスイッチングノイズの発生を抑制することができる。
　なお、本願発明に関連して、以下のような先行技術が知られている。特許文献１には、スイッチング素子を含むパワー基板を覆ってヒートシンクに組み付けられた回路ケースを備え、上記ヒートシンクが減速機構に組み付けられた電動パワーステアリング装置が開示されている。また、特許文献２には、パワー基板と制御基板とを回路ケースに積層状態で配置し、パワー基板をモータのブラケットに密着して組み付けた電動パワーステアリング装置が開示されている。これらの構成により、ワイヤハーネスやコネクタが不要となって放射ノイズの低減が可能となる。さらに、特許文献３には、モータ駆動回路と制御回路とを含む基板をモータケースに取り付けることにより回路の動作を安定にする構成が開示されている。
特開２００２－１２０７３９号公報 特開２００２－３４５２１１号公報 国際公開第９９／１６６５４号パンフレット
　以上のように、基板を多層化することにより回路導体の長さ（配線長）を短くすればスイッチングノイズの発生を抑制することができるが、多層回路基板を取り付ける場所によっては配線長が長くなる場合もある。例えば、取り付ける場所が細長い場合には基板の長手方向の長さが短手方向の長さより相当長くなる。その場合には長手方向に延びる配線のインダクタンスが大きくなるので、スイッチングノイズが大きくなる。
　そこで本発明は、インダクタンスが小さくなるよう配線を配置した多層回路基板およびこれを用いた電動パワーステアリング装置用のモータ駆動回路基板を提供することを目的とする。
　第１の発明は、複数の導体層と複数の樹脂製の絶縁層とを交互に積層してなる多層回路基板であって、前記複数の導体層のうちの第１の層に形成された第１配線と、前記複数の導体層のうちの第２の層に形成された第２配線と、を備え、前記第１配線及び前記第２配線における前記複数の導体層の積層方向に向かい合う部分が、平行に延びており、前記第１配線及び前記第２配線は、それらに流される電流により生じる磁界を互いに弱め合うよう配置されていることを特徴とする。
　第２の発明は、第１の発明において、前記第１配線及び前記第２配線は、それらに流される電流が互いに逆方向となる電源配線および接地配線であることを特徴とする。
　第３の発明は、第１の発明において、前記複数の導体層のうちの第３の層に形成された第３配線をさらに備え、前記第１配線、前記第２配線及び前記第３配線は、外部に設けられる多相モータの各相にそれぞれ繋がる配線であることを特徴とする。
　第４の発明は、第１から第３までのいずれか１つの発明において、曲線または直線からなる基板面の４つの縁のうちの２つの短い縁の少なくとも一方の近傍に設けられ、前記第１配線及び第２配線の少なくとも一方に接続される端子をさらに備え、前記第１配線及び前記第２配線における前記向かい合う部分は、前記４つの縁のうちの２つの長い縁に沿って延びていることを特徴とする。
　第５の発明は、電動パワーステアリング装置用のモータ駆動回路基板であって、複数の導体層と複数の樹脂製の絶縁層とを交互に積層してなる多層回路基板と、前記複数の導体層のうちの第１の層に形成された第１配線と、前記複数の導体層のうちの第２の層に形成された第２配線と、を備え、前記第１配線及び前記第２配線における前記複数の導体層の積層方向に向かい合う部分が、平行に延びており、前記第１配線及び前記第２配線は、それらに流される電流により生じる磁界を互いに弱め合うよう配置されていることを特徴とする。
　上記第１の発明によれば、磁界が互いに打ち消しあうよう配線が配置されるので、配線のインダクタンスを小さくすることができる。また、そのことによって発生するスイッチングノイズを小さく抑えることができる。さらに、配線のインダクタンスが小さいため、配線の延びる方向に基板を長くすることができる。
　上記第２の発明によれば、一般的には端子から長く延びる電源線および接地線のインダクタンスを小さくすることができる。
　上記第３の発明によれば、一般的には端子から長く延びる多相モータ各相に繋がる少なくとも３つの配線のインダクタンスを小さくすることができる。
　上記第４の発明によれば、基板面の主たる４つの縁（典型的には４辺）のうち短い方の２つの縁（典型的には短辺）の少なくとも一方の近傍に端子が設けられるので、基板を収納すべき場所が上記縁のうち長い方の２つの縁（典型的には長辺）に沿って細長い場合であっても各端子から引き出される配線が邪魔になることなく、基板を容易に設置（収納）することができる。
　上記第５の発明によれば、上記第１の発明における効果をモータ駆動回路基板において奏することができる。
本発明の一実施形態に係る多層回路基板の外観平面図である。 上記実施形態において、基板に含まれている部品および配線以外を透明とした場合の多層回路基板の外観平面図である。 上記実施形態における多層回路基板における各層の構造を示す分解斜視図である。 上記実施形態におけるモータ駆動回路の回路図である。 上記実施形態における多層回路基板とは異なる他の構成を有する多層回路基板の外観平面図である。 図５の実施形態において、基板に含まれている部品および配線以外を透明とした場合の他の構成を有する多層回路基板の外観平面図である。 上記実施形態における基板表面にクリアランスが不要なようにネジ止めされた金属基板とヒートシンクとを示す断面図である。 上記実施形態において、ギヤハウジングにＣＰＵの熱を逃がすための構造を簡略に示す分解斜視図である。 上記実施形態において、ベアチップおよび非接触型ヒートシンクの構成を示す簡単な断面図である。 従来の回路基板の断面図である。
符号の説明
　１０ｕ…Ｕ相端子
　１０ｖ…Ｖ相端子
　１０ｗ…Ｗ相端子
　１１…Ｗ相配線
　１５ｕ、１５ｖ、１５ｗ、１６ｕ、１６ｖ、１６ｗ…ＭＯＳＦＥＴ
　１７…抵抗体
　２０…接地端子
　２１…Ｖ相配線
　２２…接地配線
　３０…電源端子
　３１…Ｕ相配線
　３３…電源配線
　１００…多層回路基板
　１０１…第１層
　１０２…第２層
　１０３…第３層
　２０１…回路導体
　２０２…絶縁層
　２０３…金属基板
　２０４…ヒートシンク
　２０５ａ，２０５ｂ…ネジ
　３０１…上部ギヤハウジング
　３１０…制御基板
　３１１…放熱ビア
　３２１…熱伝導シート
　３３０…ＣＰＵ
　４０１…非接触型ヒートシンク
　４０２…コーティング樹脂
　４０３…電子回路基板
　４０４…ヒートシンク
　４０５…ベアチップ
＜１．多層回路基板の構成＞
　本実施形態に係る多層回路基板は、電動パワーステアリング装置用のモータ駆動回路基板であって、このモータ駆動回路基板は、電動パワーステアリング装置用ＥＣＵ（電子制御ユニット）に内蔵して使用される。
　このＥＣＵには、操舵補助用モータに供給する駆動電流の量を算出するモータ制御回路と、大電流を制御して操舵補助用モータを駆動するモータ駆動回路とが含まれる。モータ制御回路はその動作時の発熱量が少なく、流れる電流も小さいが、モータ駆動回路はその動作時の発熱量が多く、流れる電流も大きい。このようなモータ駆動回路はモータ駆動回路基板に実装されており、モータ制御回路はモータ駆動回路基板とは別の回路基板に実装されている。これら２枚の回路基板は、ＥＣＵの内部に並べてあるいは２段に積み重ねられるよう配置される。以下、モータ駆動回路基板である多層回路基板の構造について図１から図３までを参照して説明する。
　図１は、本発明の一実施形態に係る多層回路基板の外観平面図であり、図２は、基板に含まれている部品および配線以外を透明とした場合の多層回路基板の外観平面図であり、図３は多層回路基板における各層の構造を示す分解斜視図である。
　これらの図に示される多層回路基板１００は、導体層である第１層（表層）１０１、第２層１０２、および第３層１０３と、これらの間に設けられる絶縁層とを熱圧着した３層構造を有している。この導体層は導電性の高い銅などの金属からなり、絶縁層はガラス繊維に絶縁樹脂材を含浸させた合成物（いわゆる、プリプレグ）からなる。なお、多層回路基板１００の図中右上および左下には、基板をアルミベースやヒートシンクにネジで留めるためのネジ穴が開口されている。
　この多層回路基板１００の表面には、抵抗体１７および６つのＭＯＳＦＥＴ１５ｕ、１５ｖ、１５ｗ、１６ｕ、１６ｖ、１６ｗが載置されている。なお、これらのＭＯＳＦＥＴにおける上部の接続端子は第１層１０１の所定位置に設けられる配線導体と４本のアルミ線でワイヤボンディングされている。さらに、多層回路基板１００の第１層１０１には、図示されない操舵補助用モータのＵ相入力端に接続されるＵ相端子１０ｕと、Ｖ相入力端に接続されるＶ相端子１０ｖと、Ｗ相入力端に接続されるＷ相端子１０ｗとが設けられている。さらにまた第１層１０１には、Ｗ相端子１０ｗに繋がるＷ相配線１１と、抵抗体１７に繋がるとともに基板外部の図示されない電源部に備わるマイナス極（接地極）に接続される接地端子２０と、上記電源部のプラス極に接続される電源端子３０とが設けられている。
　なお、モータ駆動回路基板である多層回路基板１００に実装される電子部品には、半導体チップであるＭＯＳＦＥＴ１５ｕ、１５ｖ、１５ｗ、１６ｕ、１６ｖ、１６ｗや抵抗体１７の他、電流検出用センサ、ノイズ除去用コイル、電源遮断用リレー、モータ相電流遮断用のリレーなどが含まれていてもよい。
　次に、多層回路基板１００の第２層１０２には、第１層１０１の接地端子２０に繋がる接地配線２２と、第１層１０１のＶ相端子１０ｖに繋がるＶ相配線２１とが設けられている。また、多層回路基板１００の第３層１０３には、第１層１０１の電源端子３０に接続される電源配線３３と、Ｕ相端子１０ｕに繋がるＵ相配線３１とが設けられている。
　ここで、モータ駆動回路の構成について、図４を参照して説明する。図４は、モータ駆動回路の回路図である。図４に示されるように、モータ駆動回路に含まれるＭＯＳＦＥＴ１５ｕ、１５ｖ、１５ｗのドレイン端子は図示されない電源部のプラス極に接続され、そのソース端子は対応するモータ各相の入力端に接続される。また、モータ駆動回路に含まれるＭＯＳＦＥＴ１６ｕ、１６ｖ、１６ｗのソース端子は抵抗体１７を介して図示されない電源部のマイナス極（接地極）に接続され、そのドレイン端子は対応するモータ各相の入力端に接続される。
　そして図３を図４に対応づけて参照すれば、図４に示されるモータ駆動回路の接続関係が図３に示される各層の接続関係と対応していることがわかる。すなわち、図３において図の縦方向に延びる点線はビアホールの位置を示している。このビアホールは内面に導体層（典型的には銅メッキ層）が形成されているので、その両端に繋がる導体間を導通させる。したがって、図３に示されるビアホールおよびＷ相配線１１、Ｖ相配線２１、Ｕ相配線３１、接地配線２２、および電源配線３３により、抵抗体１７および６つのＭＯＳＦＥＴ１５ｕ、１５ｖ、１５ｗ、１６ｕ、１６ｖ、１６ｗが図４に示される回路図のように接続されていることがわかる。
　そして図２および図３を参照すればわかるように、上記各配線のうち接地配線２２および電源配線３３は、多層回路基板１００の長手方向に沿ってその大部分が上下に重なるよう配置されている。この構成によりこれらの配線のインダクタンスが低減されている。すなわち、接地配線２２は図の右下端部近傍で（ビアホールおよび抵抗体１７を介して）接地端子２０に接続されているので、その電流の流れる方向は図の左から右へ向かう方向である。これに対して電源配線３３は図の右下端部近傍で（ビアホールを介して）電源端子３０に接続されているので、その電流の流れる方向は図の右から左へ向かう方向である。
よって、接地配線２２および電源配線３３は、その重なる部分において上記長手方向に沿って互いに逆方向に電流が流れることになる。したがって、これらの電流により発生する磁界は互いに打ち消しあうことになるので（すなわち相互インダクタンスが大きくなるので）、一般的には端子から長く延びることが多いこれらの配線のインダクタンスを低下させることができる。
　また同様に上記配線のうちＷ相配線１１、Ｖ相配線２１、およびＵ相配線３１も、多層回路基板１００の長手方向に沿ってその一部分が上下に重なるよう配置されている。この構成によりこれらの配線のインダクタンスも低減されている。すなわち、一般的なモータ制御を行う場合にはＵ相電流、Ｖ相電流、およびＷ相電流の総和が常にゼロとなる。このことから、Ｗ相配線１１、Ｖ相配線２１、およびＵ相配線３１の上下に重なる部分において上記長手方向に沿って流れる電流により発生する磁界は互いに打ち消しあうことになる（相互インダクタンスが大きくなる）。よって、端子から長く延びることが多いこれらの配線のインダクタンスも同様に低下させることができる。
　このように、多層回路基板１００の長さを長手方向に大きくしても配線のインダクタンスを抑えることが可能となるので、多層回路基板１００の長手方向の長さを短手方向の長さより相当程度大きくすることができ、多層回路基板１００の面積を変更することなくその短手方向の長さを小さくすることができる。よって、多層回路基板１００を設置（収納）すべき場所が細長い場合であっても容易に設置（収納）することができる。
　ただし、上記のように細長い場所に設置（収納）する場合には、多層回路基板１００の長辺側に設けられている接地端子２０の位置が問題となる場合がある。その長辺側に障害物等があることにより接地端子２０から多層回路基板１００の短手方向へ配線（ワイヤ）を引き出せない場合があるからである。そこでこの場合には、図５および図６に示すように接地端子２０を多層回路基板１１０の短辺側に設けることが好ましい。
　図５は、上記実施形態に係る多層回路基板とは異なる他の構成を有する多層回路基板の外観平面図である。図６は、基板に含まれている部品および配線以外を透明とした場合の他の構成を有する多層回路基板の外観平面図である。
　図５および図６を参照すればわかるように、この多層回路基板１１０には、図１および図２に示される多層回路基板１００とは異なる位置に接地端子２０および抵抗体１７が設けられている。すなわち、図５および図６に示される多層回路基板１１０は、その一方の短辺側近傍に接地端子２０および電源端子３０が設けられている。また、この多層回路基板１１０の他方の短辺側近傍には、多層回路基板１００と同一の位置に、Ｕ相端子１０ｕ、Ｖ相端子１０ｖ、およびＷ相端子１０ｗとが設けられている。
　このように多層回路基板１１０の短辺側にのみ外部の装置（ここではモータや電源）に繋がる配線を接続するための端子を設けた構成により、多層回路基板１１０を設置（収納）すべき場所がその長手方向に沿って細長い場合であっても各端子から引き出される配線が邪魔になることなく、多層回路基板１１０を容易に設置（収納）することができる。
　なお、本実施形態では多層回路基板１００，１１０を長方形状としたが、この形状に限定されるわけではない。例えば、縁に切り欠きなどがあっても主たる４辺を有するおおよその長方形状であればよく、また例えば所定の円周に沿って基板の長い方の縁が湾曲した平面形状であってもよい。具体的には、電動パワーステアリング装置に使用されるモータを駆動するモータ駆動回路基板は、円筒形のモータハウジング内に収納されることが多いので、その基板はモータハウジングの断面である円またはその一部に対応した形状を有している場合がある。このような基板の一例としては、後述する図８に示すようなドーナツ状の形状のものがある。このように所定の円周に沿ってその長い方の縁が湾曲した平面形状の多層基板では、その円周に沿って配線が延びる構成も考えられる。そしてこの構成であっても前述したようにその円周に沿って延びる配線のインダクタンスを低減することができる。また、この円周の径方向に沿った基板の短い方の縁に外部の装置に繋がる配線を接続するための端子を設けた構成により、各端子から引き出される配線が邪魔になることなく、多層回路基板を円筒形のモータハウジング内に容易に設置（収納）することができる。
　また、多層回路基板１００，１１０は、必ずしもモータ駆動回路基板に限られるわけではない。さらに、流れる電流により発生する磁界が互いに打ち消しあうように（相互インダクタンスが大きくなるように）配置された配線であれば、必ずしも接地配線２２と電源配線３３との組み合わせ、またはＷ相配線１１とＶ相配線２１とＵ相配線３１との組み合わせに限られるわけではない。
＜２．ヒートシンクのネジ止めのための構成＞
　次に、モータ駆動回路基板である上記多層回路基板１００，１１０やその他の基板は、特に大きな電力を制御する場合に発熱するため、放熱性を高める様々な工夫がなされている。その中でも製造コストを抑えることができることから、（典型的にはアルミ製の）金属基板とヒートシンクとがネジ止めされる構成が多く使用されている。この構成では、電子部品や回路導体等を載せた一般的には２ミリ程度の薄い金属基板を厚いヒートシンクにネジ止めするため、（電子部品等を載せた）金属基板の表面（上面）にネジ止めのためのクリアランス（隙間）が必要となる。しかし、そのため基板の面積が大きくなり、またネジ止めの位置によっては電子部品等の配置が困難となることもありその場合には基板の面積をさらに大きくしなければならないこともある。そこで、図７に示すようにネジ止めを行うことにより基板面積が大きくならないようにすることができる。以下、図７を参照して詳しく説明する。
　図７は、基板表面にクリアランスが不要なようにネジ止めされた金属基板とヒートシンクとを示す断面図である。この図７に示されるように、金属基板２０３の表面（上面）には絶縁層２０２を介して（図示されない電子部品や）回路導体２０１（典型的には銅）が配されているが、ネジ２０５ａ，２０５ｂのためのクリアランスは不要となっている。すなわち、通常よりも金属基板２０３が厚くなっておりその所定部分にネジ止めのためのタップ（孔）が形成され、当該金属基板２０３が収まるようにヒートシンク２０４にはザグリ加工が施されている。このザグリ加工部分に金属基板２０３が収められ、その接触面と反対側のヒートシンク２０４の裏面（下面）からヒートシンク２０４に形成されたタップと金属基板２０３に形成されたタップとにネジ２０５ａ，２０５ｂが通されてネジ止めされる。
　このように構成すれば、基板表面にクリアランスが不要となるため、基板の面積を小さくすることができる。また、上記ザグリ加工部分に金属基板２０３が収められるので、金属基板２０３が厚い場合であってもヒートシンク２０４を含む全体の厚さが増加することを抑制することができる。もっとも、金属基板２０３は、ネジ止めのためのタップを形成可能な程度の厚さであれば比較的薄くてもよい。その場合にはザグリ加工が不要な場合も考えられる。ただしこの場合には取り付け強度が低下するので、取り付け強度が必要な場合には金属基板２０３は比較的厚くする必要があり、その場合には図７に示されるようにヒートシンク２０４にザグリ加工を施す構成が好適である。
　なお、図７では、金属基板２０３上には１つの絶縁層２０２を挟んで回路導体２０１等が形成される、いわゆる単層基板を例示したが、これに代えて上記多層回路基板１００，１１０などの多層回路基板が使用されてもよい。
＜３．ＣＰＵの放熱のための構成＞
　続いて、上記のようなヒートシンクによる放熱のほか、特に電動パワーステアリング装置に使用されるＥＣＵに内蔵される制御用のＣＰＵは、さらなる放熱が行われることが好ましい。一般的にコラムアシスト型の電動パワーステアリング装置に使用されるＥＣＵは操舵補助用のモータに近接して設けられることが多いが、そのためモータの発熱による影響を受ける。そこでピニオンアシスト型の電動パワーステアリング装置に使用されるＥＣＵは操舵補助用のモータとは離れた位置に設置されモータとはワイヤハーネスにより接続されることが多い。しかし、近年ではＥＣＵの小型化・高効率化の観点からモータ（およびギヤ）のハウジング内にＥＣＵが収納されることも多く、その場合には発熱量が大きいＣＰＵの放熱を特に十分に確保する必要がある。そこで、図８に示されるように熱容量の大きいギヤハウジングにＣＰＵの熱を逃がす構成により、ＣＰＵの放熱を十分に確保することができる。以下、図８を参照して詳しく説明する。
　図８は、ギヤハウジングにＣＰＵの熱を逃がすための構造を簡略に示す分解斜視図である。図８に示される制御基板３１０は、図の下方側にＣＰＵ３３０や電子部品、回路導体などが配置されており、ドーナツ状の形状を有している。この制御基板３１０の中央近傍の開口部には図示されない操舵補助用のモータの軸が基板面に対して垂直方向に貫通している。制御基板３１０は、このモータの円筒形状に合わせて形成されハウジング内に無駄なく収まるよう当該円筒の断面形状である円に沿った形状となっている。なお、この制御基板３１０の全部または一部は上記多層回路基板１００，１１０であってもよい。
　ここで、ＣＰＵ３３０は金属放熱部を有しており、その表面（図の下方側の面）には図示されないヒートシンクが取り付けられているが、さらにＣＰＵ３３０の裏面（図の上方側の面）からも放熱を可能とするため、制御基板３１０にＣＰＵ３３０を取り付けるランド（領域）に放熱ビア３１１が形成されている。この放熱ビア３１１は、ＣＰＵ３３０を取り付けるランド（領域）から制御基板３１０の裏面（図の上方側の面）に形成された放熱のための（銅箔部分である）ランド（以下「放熱ランド」という）３１２までを貫く孔の内面に銅メッキなどの導体層を形成し、内部に樹脂等を充填したものである。この放熱ビア３１１により、ＣＰＵ３３０の熱は放熱ランド３１２に伝わる。
　この放熱ランド３１２は熱伝導シート３２１を介して上部ギヤハウジング３０１の下方に形成された突起部３０２に圧接されている。このことにより、ＣＰＵ３３０の熱は放熱ランド３１２と熱伝導シート３２１とを介して熱容量の大きい上部ギヤハウジング３０１に伝わる。このことによりＣＰＵ３３０の熱は効率よく放熱される。なお、上記熱伝導シート３２１に代えて、熱伝導性の物質を含むゲルが塗布される構成であってもよい。また、上記ＣＰＵ３３０は発熱量の大きい素子の例であって、そのほかの電子部品などであってもよく、例えば上記多層回路基板１００，１１０に備えられるＭＯＳＦＥＴ１５ｕ、１５ｖ、１５ｗ、１６ｕ、１６ｖ、１６ｗなどであってもよい。
＜４．基板の放熱のための構成＞
　以上のように、基板上の電子部品からの放熱には様々な方法があるが、この電子部品がベアチップである場合には、それに直接ヒートシンクを取り付けることができない。そこで、ベアチップを載せた基板に対してヒートシンクを取り付ける構成が一般的である。しかし、基板が小型化するに伴って基板からヒートシンクに伝わる熱量も減少する傾向にあり、放熱効率が不十分な場合にはベアチップが熱により異常動作したり破壊されたりする可能性がある。そこで、図９に示されるような非接触型のヒートシンクを新たに設けることによりベアチップからの放熱効率を高める構成が考えられる。以下、この図９を参照して詳しく説明する。
　図９は、ベアチップおよび非接触型ヒートシンクの構成を示す簡単な断面図である。この図９に示されるように、ベアチップ４０５は電子回路基板４０３に取り付けられており、この電子回路基板４０３の裏面（図の下方側の面）には通常のヒートシンク４０４が取り付けられている。また、ベアチップ４０５の周囲にはコーティング樹脂４０２が塗布されており、その直上の直近位置にベアチップと対向するよう熱容量の大きい非接触型ヒートシンク４０１が配されている。なお、この非接触型ヒートシンク４０１はさらに熱容量の大きいハウジングなどに固定されている。
　このように構成すれば冷輻射または空気を介した熱伝導によりベアチップ４０５からの熱はコーティング樹脂４０２を介して非接触型ヒートシンク４０１に伝わるので、通常のヒートシンク４０４からの放熱効果に加えてベアチップ４０５からの放熱効率をさらに高めることができる。それにより、ベアチップの熱負担をあげることなく、電子回路基板４０３を小さくすることができる。また、非接触型ヒートシンク４０４も取り付けや管理が簡単であり、後述するコーティング樹脂４０２は安価であるので、これらの構成を追加するために大きな製造コストをかけることなく、放熱効率を高めることができる。
　ここで、上記冷輻射による放熱効率をさらに高めるためには、非接触型ヒートシンク４０１およびコーティング樹脂４０２が黒色であることが好ましい。特にコーティング樹脂４０２は黒色の絶縁材料であってもよいし、周知の黒色塗料を含有するものであってもよい。また、これに代えてまたはこれとともにコーティング樹脂４０２は輻射効率の高い物質（例えば酸化アルミニウムを主成分とするセラミックなど）を含有するものであってもよい。
　なお、放熱効率は低下するが上記非接触型ヒートシンク４０１を省略することも可能である。その場合には輻射効率の高いコーティング樹脂４０２からの熱が大気中に（さらには周囲の部材に）放射されることにより放熱が行われる。また、コーティング樹脂４０２と非接触型ヒートシンク４０１との距離は近いほど放熱効率は高まるが、近すぎるとベアチップ４０５に物理的な力が加わり破壊される可能性もある。そのため、少なくとも空気の断熱効果が冷輻射による熱伝導効果を失わせない程度の距離以下近傍になるようコーティング樹脂４０２と非接触型ヒートシンク４０１との間隔を設定することが好ましい。
＜５．効果＞
　以上のように、上記実施形態における多層回路基板１００は、磁界が互いに打ち消しあうよう配線が配置されるので、配線のインダクタンスを小さくすることができる。またそのことによって発生するスイッチングノイズを小さく抑えることができる。さらに、上記配線のインダクタンスが小さいため、上記配線の延びる方向に基板を長くすることができる。
　本発明は、2008年2月7日出願の日本特許出願（特願2008-028111）に基づくものであり、その内容はここに参照として取り込まれる。
　インダクタンスが小さくなるよう配線を配置した多層回路基板およびこれを用いた電動パワーステアリング装置用のモータ駆動回路基板を提供することができる。

Claims (5)

  1. 　複数の導体層と複数の樹脂製の絶縁層とを交互に積層してなる多層回路基板であって、
    　前記複数の導体層のうちの第１の層に形成された第１配線と、
    　前記複数の導体層のうちの第２の層に形成された第２配線と、
    を備え、
    　前記第１配線及び前記第２配線における前記複数の導体層の積層方向に向かい合う部分が、平行に延びており、
    　前記第１配線及び前記第２配線は、それらに流される電流により生じる磁界を互いに弱め合うよう配置されていることを特徴とする、多層回路基板。
  2. 　前記第１配線及び前記第２配線は、それらに流される電流が互いに逆方向となる電源配線および接地配線であることを特徴とする、請求項１に記載の多層回路基板。
  3. 　前記複数の導体層のうちの第３の層に形成された第３配線をさらに備え、
    　前記第１配線、前記第２配線及び前記第３配線は、外部に設けられる多相モータの各相にそれぞれ繋がる配線であることを特徴とする、請求項１に記載の多層回路基板。
  4. 　曲線または直線からなる基板面の４つの縁のうちの２つの短い縁の少なくとも一方の近傍に設けられ、前記第１配線及び第２配線の少なくとも一方に接続される端子をさらに備え、
    　前記第１配線及び前記第２配線における前記向かい合う部分は、前記４つの縁のうちの２つの長い縁に沿って延びていることを特徴とする、請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載の多層回路基板。
  5. 　電動パワーステアリング装置用のモータ駆動回路基板であって、
    　複数の導体層と複数の樹脂製の絶縁層とを交互に積層してなる多層回路基板と、
    　前記複数の導体層のうちの第１の層に形成された第１配線と、
    　前記複数の導体層のうちの第２の層に形成された第２配線と、
    を備え、
    　前記第１配線及び前記第２配線における前記複数の導体層の積層方向に向かい合う部分が、平行に延びており、
    　前記第１配線及び前記第２配線は、それらに流される電流により生じる磁界を互いに弱め合うよう配置されていることを特徴とする、モータ駆動回路基板。
PCT/JP2009/051943 2008-02-07 2009-02-05 多層回路基板およびモータ駆動回路基板 WO2009099131A1 (ja)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN2009801048927A CN101940071B (zh) 2008-02-07 2009-02-05 多层电路板和电机驱动电路板
EP09708156.6A EP2249631B1 (en) 2008-02-07 2009-02-05 Multilayer circuit board, and motor-driving circuit board
US12/866,638 US8288658B2 (en) 2008-02-07 2009-02-05 Multilayer circuit board and motor drive circuit board

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2008028111A JP5444619B2 (ja) 2008-02-07 2008-02-07 多層回路基板およびモータ駆動回路基板
JP2008-028111 2008-02-07

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2009099131A1 true WO2009099131A1 (ja) 2009-08-13

Family

ID=40952204

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/JP2009/051943 WO2009099131A1 (ja) 2008-02-07 2009-02-05 多層回路基板およびモータ駆動回路基板

Country Status (5)

Country Link
US (1) US8288658B2 (ja)
EP (1) EP2249631B1 (ja)
JP (1) JP5444619B2 (ja)
CN (1) CN101940071B (ja)
WO (1) WO2009099131A1 (ja)

Families Citing this family (28)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101385094B1 (ko) * 2007-09-11 2014-04-14 삼성디스플레이 주식회사 인쇄회로기판, 이를 갖는 표시장치 및 이의 제조방법
JP5039171B2 (ja) 2010-05-11 2012-10-03 三菱電機株式会社 電動式駆動装置およびその電動式駆動装置を搭載した電動式パワーステアリング装置
WO2012056735A1 (ja) * 2010-10-27 2012-05-03 三菱電機株式会社 電動パワーステアリング用モータ駆動制御装置
EP2557666B1 (en) * 2011-08-10 2020-05-20 LG Innotek Co., Ltd. EPS motor
JP6075128B2 (ja) * 2013-03-11 2017-02-08 株式会社ジェイテクト 駆動回路装置
US10080301B2 (en) 2013-10-17 2018-09-18 Cree, Inc. High voltage power chip module
US9389656B2 (en) * 2014-01-30 2016-07-12 Asia Vital Components Co., Ltd. Heat dissipation structure applied to mobile device
US20150221576A1 (en) * 2014-01-31 2015-08-06 Asia Vital Components Co., Ltd. Heat Dissipation Structure for Semiconductor Element
CN104022695A (zh) * 2014-06-23 2014-09-03 济南科亚电子科技有限公司 一种双有刷直流驱动器
EP3352362B1 (en) * 2015-09-18 2022-02-23 Mitsubishi Electric Corporation Integrated electric power steering apparatus
US9839146B2 (en) 2015-10-20 2017-12-05 Cree, Inc. High voltage power module
JP6672747B2 (ja) * 2015-11-30 2020-03-25 株式会社ニコン 電子ユニット、撮像装置及びフレキシブル基板
CN106364551A (zh) * 2016-10-21 2017-02-01 杭州飞越汽车零部件有限公司 采用嵌入式多层电路板eps控制器的动力总成
US10008411B2 (en) 2016-12-15 2018-06-26 Infineon Technologies Ag Parallel plate waveguide for power circuits
WO2018112279A1 (en) * 2016-12-15 2018-06-21 San Diego State University Research Foundation Non-overlapping power/ground planes for localized power distribution network design
US10410952B2 (en) 2016-12-15 2019-09-10 Infineon Technologies Ag Power semiconductor packages having a substrate with two or more metal layers and one or more polymer-based insulating layers for separating the metal layers
JP2018148693A (ja) * 2017-03-06 2018-09-20 日立オートモティブシステムズ株式会社 電動モータの駆動制御装置
JP6729474B2 (ja) * 2017-04-24 2020-07-22 三菱電機株式会社 半導体装置
US10522442B2 (en) * 2017-06-29 2019-12-31 Performance Motion Devices, Inc. Dissipating heat from an electronic device in a protective housing
JP6549200B2 (ja) * 2017-10-03 2019-07-24 三菱電機株式会社 電力変換回路
JP6779193B2 (ja) * 2017-11-07 2020-11-04 日立オートモティブシステムズ株式会社 電動駆動装置
EP3487274A1 (en) * 2017-11-20 2019-05-22 Valeo Comfort and Driving Assistance Electronic device comprising a structral piece with a cage positionned over an electronic component
JP6490255B1 (ja) * 2018-01-16 2019-03-27 三菱電機株式会社 車載電子装置
USD908632S1 (en) 2018-09-17 2021-01-26 Cree Fayetteville, Inc. Power module
JP7172849B2 (ja) * 2019-05-17 2022-11-16 株式会社デンソー 電力変換装置
JP7136023B2 (ja) * 2019-07-01 2022-09-13 株式会社豊田自動織機 回路基板及び回路基板モジュール
US10959323B1 (en) 2019-09-06 2021-03-23 Performance Motion Devices, Inc. Over-torque protection features for mounting an electronic device to a heat dissipation object
JP7215402B2 (ja) * 2019-11-28 2023-01-31 株式会社豊田自動織機 半導体装置

Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH04310315A (ja) * 1991-04-09 1992-11-02 Mitsubishi Electric Corp 放電加工用電源装置
JPH09181407A (ja) * 1995-12-25 1997-07-11 Sony Tektronix Corp 回路基板
WO1999016654A1 (fr) 1997-10-01 1999-04-08 Kayaba Kogyo Kabushiki Kaisha Moteur electrique pour dispositif de direction assistee
JPH11152050A (ja) * 1997-11-21 1999-06-08 Kayaba Ind Co Ltd 電動パワーステアリング装置
JP2002044961A (ja) * 2000-07-19 2002-02-08 Kyocera Corp インバータ制御モジュール
JP2002120739A (ja) 2000-10-18 2002-04-23 Mitsubishi Electric Corp 電動パワーステアリング装置
JP2002345211A (ja) 2001-05-17 2002-11-29 Mitsubishi Electric Corp 電動式パワーステアリング装置
JP2005064028A (ja) * 2003-08-12 2005-03-10 Ngk Spark Plug Co Ltd 配線基板
JP2007027618A (ja) * 2005-07-21 2007-02-01 Fuji Name Plate Kk プリント配線板及びその製造方法

Family Cites Families (19)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2854757B2 (ja) * 1992-06-17 1999-02-03 三菱電機株式会社 半導体パワーモジュール
US6353540B1 (en) * 1995-01-10 2002-03-05 Hitachi, Ltd. Low-EMI electronic apparatus, low-EMI circuit board, and method of manufacturing the low-EMI circuit board.
JP3732927B2 (ja) * 1997-07-31 2006-01-11 京セラ株式会社 多層配線基板
JP3595163B2 (ja) * 1998-05-26 2004-12-02 松下電器産業株式会社 電子機器
JP3552549B2 (ja) * 1998-09-08 2004-08-11 株式会社豊田自動織機 半導体モジュールの電極端子接続構造
JP3795687B2 (ja) * 1998-12-15 2006-07-12 三菱電機株式会社 大電流回路基板
JP3644835B2 (ja) * 1999-01-18 2005-05-11 三菱電機株式会社 電動式パワーステアリング回路装置
JP3692906B2 (ja) * 2000-05-25 2005-09-07 日産自動車株式会社 電力配線構造及び半導体装置
JP2002094246A (ja) * 2000-09-13 2002-03-29 Minebea Co Ltd 多層プリント配線基板及び多層プリント配線基板の実装方法
US6420778B1 (en) * 2001-06-01 2002-07-16 Aralight, Inc. Differential electrical transmission line structures employing crosstalk compensation and related methods
US6765298B2 (en) * 2001-12-08 2004-07-20 National Semiconductor Corporation Substrate pads with reduced impedance mismatch and methods to fabricate substrate pads
JP3638269B2 (ja) * 2002-03-14 2005-04-13 三菱電機株式会社 電動式パワーステアリング装置
JP4479522B2 (ja) * 2005-02-02 2010-06-09 株式会社デンソー 電子装置
KR100799839B1 (ko) 2005-03-30 2008-01-31 삼성전기주식회사 파장변환용 형광체 혼합물과 이를 이용한 백색 발광장치
JP4333675B2 (ja) * 2006-01-12 2009-09-16 株式会社デンソー インバータ装置用配線基板
JP4675379B2 (ja) * 2006-01-16 2011-04-20 三菱電機株式会社 電動機の駆動回路及び空気調和機の室外機
JP4353951B2 (ja) * 2006-03-06 2009-10-28 三菱電機株式会社 電動式パワーステアリング装置
JP4209904B2 (ja) * 2006-06-16 2009-01-14 三菱電機株式会社 多層基板
JP4962228B2 (ja) * 2006-12-26 2012-06-27 株式会社ジェイテクト 多層回路基板およびモータ駆動回路基板

Patent Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH04310315A (ja) * 1991-04-09 1992-11-02 Mitsubishi Electric Corp 放電加工用電源装置
JPH09181407A (ja) * 1995-12-25 1997-07-11 Sony Tektronix Corp 回路基板
WO1999016654A1 (fr) 1997-10-01 1999-04-08 Kayaba Kogyo Kabushiki Kaisha Moteur electrique pour dispositif de direction assistee
JPH11152050A (ja) * 1997-11-21 1999-06-08 Kayaba Ind Co Ltd 電動パワーステアリング装置
JP2002044961A (ja) * 2000-07-19 2002-02-08 Kyocera Corp インバータ制御モジュール
JP2002120739A (ja) 2000-10-18 2002-04-23 Mitsubishi Electric Corp 電動パワーステアリング装置
JP2002345211A (ja) 2001-05-17 2002-11-29 Mitsubishi Electric Corp 電動式パワーステアリング装置
JP2005064028A (ja) * 2003-08-12 2005-03-10 Ngk Spark Plug Co Ltd 配線基板
JP2007027618A (ja) * 2005-07-21 2007-02-01 Fuji Name Plate Kk プリント配線板及びその製造方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
See also references of EP2249631A4

Also Published As

Publication number Publication date
EP2249631A1 (en) 2010-11-10
JP5444619B2 (ja) 2014-03-19
EP2249631A4 (en) 2014-06-25
US8288658B2 (en) 2012-10-16
EP2249631B1 (en) 2017-12-27
JP2009188271A (ja) 2009-08-20
CN101940071A (zh) 2011-01-05
CN101940071B (zh) 2012-10-03
US20110011633A1 (en) 2011-01-20

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5444619B2 (ja) 多層回路基板およびモータ駆動回路基板
US10136555B2 (en) Power conversion apparatus having a metal plate for heat dissipation
JP6444495B2 (ja) 電動パワーステアリング駆動装置
JP6294195B2 (ja) 電力変換装置
JP5496357B2 (ja) 電動パワーステアリング用モータ駆動制御装置
JP4909961B2 (ja) 電動パワーステアリング用制御装置
JP5967071B2 (ja) 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
JP5397417B2 (ja) 半導体装置、および、それを用いた駆動装置
US8520394B2 (en) Control device
EP2166823A1 (en) Multilayer circuit substrate
JP6863875B2 (ja) 電動駆動装置及び電動パワーステアリング装置
CN110710087A (zh) 电动驱动装置及电动动力转向装置
JP2018061363A (ja) モータ駆動装置、モータシステム及び電動パワーステアリング装置
JP2020004887A (ja) 回路基板
JP2009189186A (ja) モータ駆動回路基板
JP2022160336A (ja) 回路基板
JP6909689B2 (ja) 電動駆動装置及び電動パワーステアリング装置
JP7296205B2 (ja) 配線基板、及び電動駆動装置
EP2166824A1 (en) Multilayer circuit board and motor driving circuit board
WO2023007546A1 (ja) 電子装置及び電動パワーステアリング装置
US10535584B2 (en) Power electronic arrangement and electric vehicle with such an arrangement
JP6402280B2 (ja) 電子機器
WO2019189647A1 (ja) 回路基板
JP2014053373A (ja) 回路基板
CN113412571A (zh) 电动驱动装置以及电动动力转向装置

Legal Events

Date Code Title Description
WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 200980104892.7

Country of ref document: CN

121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 09708156

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 2009708156

Country of ref document: EP

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 12866638

Country of ref document: US

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE