WO2017119264A1 - 電子制御ユニット、および、これを用いた電動パワーステアリング装置 - Google Patents

Abstract

電子制御ユニットは、基板（１０）と、基板の一方の面（１１）側に複数設けられ、作動時に発熱する発熱部品（２０）と、熱伝導率が所定値以上の材料により形成され、少なくとも一部が複数の発熱部品の間に位置するよう基板の一方の面側に設けられた熱伝導部品（４０）と、基板に設けられ、発熱部品の作動を制御することで制御対象を制御する制御部（６０）と、を備える。

Description

電子制御ユニット、および、これを用いた電動パワーステアリング装置 関連出願の相互参照

　本出願は、２０１６年１月８日に出願された日本出願番号２０１６－２８６９号に基づくもので、ここにその記載内容を援用する。

　本開示は、電子制御ユニット、および、これを用いた電動パワーステアリング装置に関する。

　従来、作動時に発熱する発熱部品を基板に複数設けた電子制御ユニットが知られている。例えば、特許文献１の電子制御ユニットでは、基板に複数の発熱部品を設け、電動パワーステアリング装置のモータを制御している。

特許第５１１００４９号公報

　特許文献１の電子制御ユニットでは、複数の発熱部品の間に、熱伝導抑制部として基板の樹脂を露出させ、各発熱部品間の熱干渉を抑制しようとしている。しかしながら、この構成では、各発熱部品からの熱の放熱経路が少ないため、発熱部品に大きな電流が流れた場合、発熱部品の温度が短時間で過度に上昇するおそれがある。

　特許文献１の電子制御ユニットでは、電動パワーステアリング装置のモータの作動時、発熱部品には大きな電流が流れる。そのため、発熱部品の温度が過度に上昇し、発熱部品の作動不良や破損を招くおそれがある。

　本開示は、発熱部品の温度上昇を抑えつつ、各発熱部品間の熱干渉を抑制可能な電子制御ユニット、および、これを用いた電動パワーステアリング装置を提供することを目的とする。

　本開示の一態様によれば、電子制御ユニットは、制御対象を制御する電子制御ユニットであって、基板と、発熱部品と、熱伝導部品と、制御部と、を備えている。

　発熱部品は、基板の一方の面側に複数設けられ、作動時に発熱する。

　熱伝導部品は、熱伝導率が所定値以上の材料により形成され、少なくとも一部が複数の発熱部品の間に位置するよう基板の一方の面側に設けられている。

　制御部は、基板に設けられ、発熱部品の作動を制御することで制御対象を制御可能である。

　この構成によれば、熱伝導部品の少なくとも一部が、複数の発熱部品の間に位置するよう設けられている。そのため、発熱部品の熱は、熱伝導部品に伝導する。これにより、発熱部品の温度が過度に上昇するのを抑制することができる。また、熱伝導部品は、少なくとも一部が複数の発熱部品の間に位置するため、各発熱部品間の熱干渉を抑制することができる。

　上記電子制御ユニットは、例えば、電動パワーステアリング装置に用いられる。この場合、電子制御ユニットは、制御対象として、運転者による操舵を補助するアシストトルクを出力する装置を制御する。

　本開示についての上記目的およびその他の目的、特徴や利点は、添付の図面を参照しながら下記の詳細な記述により、より明確になる。
本開示の第１実施形態による電子制御ユニットを示す平面図。 本開示の第１実施形態による電子制御ユニットの発熱部品近傍を示す模式図。 図２のＩＩＩ－ＩＩＩ線断面図。 本開示の第１実施形態による電子制御ユニットを電動パワーステアリング装置に適用した状態を示す概略図。 本開示の第１実施形態による電子制御ユニットの電気的な構成を示す図。 本開示の第２実施形態による電子制御ユニットの発熱部品近傍を示す模式図。 本開示の第３実施形態による電子制御ユニットの発熱部品近傍を示す模式図。 本開示の第４実施形態による電子制御ユニットの発熱部品近傍を示す模式図。

　以下、本開示の複数の実施形態による電子制御ユニットを図に基づいて説明する。なお、複数の実施形態において、実質的に同一の構成部位には同一の符号を付し、説明を省略する。また、図面の記載が煩雑になることを避けるため、１つの図面において、実質的に同一の複数の部材または部位には、複数のうち１つのみに符号を付す場合がある。

　（第１実施形態）
　本開示の第１実施形態による電子制御ユニットを図１～３に示す。電子制御ユニット１は、図４に示すように、車両の電動パワーステアリング装置１００に用いられ、操舵トルク信号および車速信号等に基づき、運転者による操舵を補助するアシストトルクを発生するモータ１０１を駆動制御するものである。ここで、モータ１０１は、制御対象に相当する。

　電子制御ユニット１は、基板１０、発熱部品としての半導体モジュール２０、配線としてのプリント配線３０、熱伝導部品４０、電子部品としてのコンデンサ５１、リレー５５、５６、コイル５７、制御部６０、放熱体としてのヒートシンク７０、熱伝導部材７５、および、コネクタ８０等を備えている。

　基板１０は、例えばガラス繊維とエポキシ樹脂からなるＦＲ－４等のプリント配線板である。基板１０は、略矩形に形成されている。

　半導体モジュール２０は、本実施形態では、例えばＭＯＳ－ＦＥＴやＩＧＢＴ等の半導体素子を含む半導体部品である。半導体モジュール２０は、図１～３に示すように、例えば矩形の板状に形成され、面方向が基板１０の面に対し平行になるよう、基板１０の一方の面１１側に実装されている。半導体モジュール２０は、本実施形態では、４つ（２１～２４）設けられている。

　図２、３に示すように、半導体モジュール２０は、スイッチング素子２０１、封止体２０２、端子２０３、２０４、２０５を有している。

　スイッチング素子２０１は、例えばＭＯＳ－ＦＥＴやＩＧＢＴ等の半導体素子である。スイッチング素子２０１は、スイッチング作動時、発熱する。

　封止体２０２は、例えば樹脂等の絶縁体により形成され、スイッチング素子２０１を覆っている。封止体２０２は、例えば矩形の板状に形成されている。

　端子２０３は、例えば銅等の電気伝導体により矩形の板状に形成されている。端子２０３は、スイッチング素子２０１のドレインに電気的に接続されている。端子２０３は、スイッチング素子２０１とは反対側の面が封止体２０２から露出するよう封止体２０２に設けられている。

　端子２０４は、例えば銅等の電気伝導体により形成されている。端子２０４は、スイッチング素子２０１のソースに電気的に接続されている。端子２０４は、スイッチング素子２０１とは反対側の端部が封止体２０２から露出するよう封止体２０２に設けられている。

　端子２０５は、例えば銅等の電気伝導体により形成されている。端子２０５は、スイッチング素子２０１のゲートに電気的に接続されている。端子２０５は、スイッチング素子２０１とは反対側の端部が封止体２０２から露出するよう封止体２０２に設けられている。

　図２、３に示すように、プリント配線３０は、基板１０の一方の面１１に設けられている。

　プリント配線３０は、例えば銅等の電気伝導体からなるパターンを基板１０の表面にプリントによって形成したものである。なお、プリント配線３０は、熱伝導率が所定値以上、例えば（３００Ｋ）４０１Ｗ／（ｍ・Ｋ）程度である。プリント配線３０は、本実施形態では、４つ（３１～３４）設けられている。

　プリント配線３１、３２、３３、３４は、それぞれ、略矩形の薄膜状に形成されており、互いに隣り合うようにして配置されている（図２参照）。プリント配線３１とプリント配線３２とは、一体に形成されている。

　半導体モジュール２１、２２、２３、２４は、プリント配線３１、３２、３３、３４のそれぞれに対応するようにして設けられている。

　半導体モジュール２１は、端子２０３のスイッチング素子２０１とは反対側の面がプリント配線３１に対向または接するようにして設けられている。半導体モジュール２１の端子２０３は、プリント配線３１にはんだ付けされている。半導体モジュール２１の端子２０４は、プリント配線３３にはんだ付けされている。

　半導体モジュール２２は、端子２０３のスイッチング素子２０１とは反対側の面がプリント配線３２に対向または接するようにして設けられている。半導体モジュール２２の端子２０３は、プリント配線３２にはんだ付けされている。半導体モジュール２２の端子２０４は、プリント配線３４にはんだ付けされている。

　半導体モジュール２３は、端子２０３のスイッチング素子２０１とは反対側の面がプリント配線３３に対向または接するようにして設けられている。半導体モジュール２３の端子２０３は、プリント配線３３にはんだ付けされている。

　半導体モジュール２４は、端子２０３のスイッチング素子２０１とは反対側の面がプリント配線３４に対向または接するようにして設けられている。半導体モジュール２４の端子２０３は、プリント配線３４にはんだ付けされている。

　図１～３に示すように、熱伝導部品４０は、基板１０の一方の面１１側に設けられている。熱伝導部品４０は、例えば銅等の電気伝導体により長方形の板状に形成されている。熱伝導部品４０は、熱伝導率が所定値以上、例えば（３００Ｋ）４０１Ｗ／（ｍ・Ｋ）程度である。なお、熱伝導部品４０は、比熱容量が例えば３８５×１０²Ｊ／（ｋｇ・Ｋ）程度である。本実施形態では、熱伝導部品４０には、錫ニッケルめっきが施されている。これにより、熱伝導部品４０は、耐腐食性、および、はんだ付け性が向上する。熱伝導部品４０は、本実施形態では、７つ（４１～４７）設けられている。

　熱伝導部品４１は、半導体モジュール２１と半導体モジュール２２との間に設けられている。熱伝導部品４１は、一方の面がプリント配線３１とプリント配線３２との間に対向または接するようにして設けられている。熱伝導部品４１は、プリント配線３１とプリント配線３２との間にはんだ付けされている。熱伝導部品４１は、長手方向が半導体モジュール２１、２２の封止体２０２の辺に概ね平行になるようにして設けられている。

　熱伝導部品４２は、半導体モジュール２１と半導体モジュール２３との間に設けられている。熱伝導部品４２は、一方の面がプリント配線３３に対向または接するようにして設けられている。熱伝導部品４２は、プリント配線３３にはんだ付けされている。熱伝導部品４２は、長手方向が半導体モジュール２１、２３の封止体２０２の辺に概ね平行になるようにして設けられている。

　熱伝導部品４３は、半導体モジュール２２と半導体モジュール２４との間に設けられている。熱伝導部品４３は、一方の面がプリント配線３４に対向または接するようにして設けられている。熱伝導部品４３は、プリント配線３４にはんだ付けされている。熱伝導部品４３は、長手方向が半導体モジュール２２、２４の封止体２０２の辺に概ね平行になるようにして設けられている。

　熱伝導部品４４は、半導体モジュール２１の熱伝導部品４１とは反対側に設けられている。熱伝導部品４４は、一方の面がプリント配線３１に対向または接するようにして設けられている。熱伝導部品４４は、プリント配線３１にはんだ付けされている。熱伝導部品４４は、長手方向が半導体モジュール２１の辺に概ね平行になるようにして設けられている。

　熱伝導部品４５は、半導体モジュール２１の熱伝導部品４２とは反対側に設けられている。熱伝導部品４５は、一方の面がプリント配線３１に対向または接するようにして設けられている。熱伝導部品４５は、プリント配線３１にはんだ付けされている。熱伝導部品４５は、長手方向が半導体モジュール２１の辺に概ね平行になるようにして設けられている。

　熱伝導部品４６は、半導体モジュール２２の熱伝導部品４１とは反対側に設けられている。熱伝導部品４６は、一方の面がプリント配線３２に対向または接するようにして設けられている。熱伝導部品４６は、プリント配線３２にはんだ付けされている。熱伝導部品４６は、長手方向が半導体モジュール２２の辺に概ね平行になるようにして設けられている。

　熱伝導部品４７は、半導体モジュール２２の熱伝導部品４３とは反対側に設けられている。熱伝導部品４７は、一方の面がプリント配線３２に対向または接するようにして設けられている。熱伝導部品４７は、プリント配線３２にはんだ付けされている。熱伝導部品４７は、長手方向が半導体モジュール２２の辺に概ね平行になるようにして設けられている。

　このように、熱伝導部品４１、４２、４３は、それぞれ、半導体モジュール２１と半導体モジュール２２との間、半導体モジュール２１と半導体モジュール２３との間、半導体モジュール２２と半導体モジュール２４との間に設けられている。すなわち、熱伝導部品４０は、少なくとも一部が複数の半導体モジュール２０の間に位置するよう設けられている。

　また、熱伝導部品４１、４４、４５は、半導体モジュール２１を囲むようにして設けられている。また、熱伝導部品４１、４６、４７は、半導体モジュール２２を囲むようにして設けられている。すなわち、熱伝導部品４０は、少なくとも一部が半導体モジュール２０を囲むようにして設けられている。

　図２に示すように、半導体モジュール２０の封止体２０２の長手方向の辺の長さをＬとすると、熱伝導部品４１、４４、４５は、半導体モジュール２１の封止体２０２の外縁から所定距離Ｌの範囲Ｒ１内に位置するよう設けられている。同様に、熱伝導部品４１、４６、４７は、半導体モジュール２２の封止体２０２の外縁から所定距離Ｌの範囲Ｒ１内に位置するよう設けられている。また、同様に、熱伝導部品４２は、半導体モジュール２３の封止体２０２の外縁から所定距離Ｌの範囲Ｒ１内に位置するよう設けられている。また、同様に、熱伝導部品４３は、半導体モジュール２４の封止体２０２の外縁から所定距離Ｌの範囲Ｒ１内に位置するよう設けられている。

　また、本実施形態では、熱伝導部品４１～４７は、いずれも、長手方向の長さが半導体モジュール２０の封止体２０２の長手方向の辺の長さＬより長く形成されている。

　上述のように、本実施形態では、熱伝導部品４０は、複数の半導体モジュール２０の間、または、半導体モジュール２０の周囲のように半導体モジュール２０の近傍に設けられている。そのため、半導体モジュール２０の熱は、熱伝導部品４０に伝導する。

　コンデンサ５１は、本実施形態では、例えばアルミ電解コンデンサである。コンデンサ５１は、例えば略円柱状に形成され、軸方向が基板１０の面に対し垂直になるよう、基板１０の一方の面１１側に実装されている（図１参照）。コンデンサ５１は、本実施形態では、３つ設けられている。

　リレー５５、５６は、本実施形態では、例えば機械的に構成されるメカリレーである。リレー５５、５６は、例えば基板１０の他方の面１２側に実装されている。

　コイル５７は、本実施形態では、例えばチョークコイルである。コイル５７は、例えば矩形柱状となるよう形成され、高さ方向が基板１０の面に対し垂直になるよう、基板１０の一方の面１１側に実装されている（図１参照）。

　制御部６０は、例えばマイコン６１（図５中、ＭＣ）、カスタムＩＣ６２（図５中、ＩＣ）を有している。マイコン６１、カスタムＩＣ６２は、例えばＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭおよびＩ／Ｏ等を有する半導体パッケージである。制御部６０は、リレー５５、５６、半導体モジュール２０（２１～２４）の作動を制御する。制御部６０は、車両の各部に設けられたセンサ類からの信号等に基づき、半導体モジュール２０の作動を制御することにより、モータ１０１（図５中、Ｍ）の回転駆動を制御する。

　マイコン６１およびカスタムＩＣ６２は、図１に示すように、基板１０の他方の面１２側に実装されている。

　ここで、半導体モジュール２０、コンデンサ５１、リレー５５、５６、コイル５７、制御部６０の電気的な接続について、図５に基づき説明する。

　車両の電源であるバッテリ１０２の正側は、リレー５５に接続している。リレー５５は、制御部６０によって制御され、オン作動またはオフ作動することにより、バッテリ１０２から電子制御ユニット１への電力の供給を許容または遮断する。すなわち、リレー５５は、本実施形態では、電源リレーである。

　バッテリ１０２からの電力は、コイル５７を経由して半導体モジュール２０（２１～２４）に供給される。コイル５７は、バッテリ１０２から電子制御ユニット１を経由してモータ１０１へ供給される電力のノイズを除去する。

　車両のイグニッション電源１０６は、リレー５５とコイル５７との間、および、制御部６０に接続されている。制御部６０（マイコン６１、カスタムＩＣ６２）は、イグニッション電源１０６からの電力により作動する。

　図５に示すように、半導体モジュール２１と半導体モジュール２３とが直列に接続されており、半導体モジュール２２と半導体モジュール２４とが直列に接続されている。そして、半導体モジュール２１および２３の２つの半導体モジュールと、半導体モジュール２２および２４の２つの半導体モジュールと、が並列に接続されている。

　また、半導体モジュール２１および２３の２つの半導体モジュールの接続点と、半導体モジュール２２および２４の２つの半導体モジュールの接続点との間に、リレー５６およびモータ１０１が配置されている。また、コンデンサ５１は、電源ラインとグランドとの間に並列に接続されている。コンデンサ５１は、半導体モジュール２０（２１～２４）のオン／オフ作動（スイッチング作動）によって生じるサージ電圧を抑制する。

　上述の構成により、例えば半導体モジュール２１および２４がオンとなり半導体モジュール２２および２３がオフになると、電流は、半導体モジュール２１、リレー５６、モータ１０１、半導体モジュール２４の順に流れる。一方、半導体モジュール２２および２３がオンとなり半導体モジュール２１および２４がオフになると、電流は、半導体モジュール２２、モータ１０１、リレー５６、半導体モジュール２３の順に流れる。モータ１０１は直流モータであるため、このようにして各半導体モジュール２０（２１～２４）がオン／オフに制御されることで、モータ１０１が回転駆動される。各半導体モジュール２０（２１～２４）の端子２０５には、制御部６０（カスタムＩＣ６２）からの信号線が接続されている。つまり、制御部６０は、半導体モジュール２０のスイッチング作動を制御することで、モータ１０１の回転駆動を制御する。

　ここで、リレー５６は、制御部６０によって制御され、オン作動またはオフ作動することにより、バッテリ１０２からモータ１０１への電力の供給を許容または遮断する。すなわち、リレー５６は、本実施形態では、モータリレーである。

　半導体モジュール２０のスイッチング作動時、半導体モジュール２０、コンデンサ５１、リレー５５、５６、コイル５７には比較的大きな電流が流れるため、半導体モジュール２０のスイッチング素子２０１、コンデンサ５１、リレー５５、５６、コイル５７は、発熱し、比較的高い温度になる。ここで、半導体モジュール２０は、作動時の発熱量が所定値以上の部品であり、発熱部品に相当する。

　ヒートシンク７０は、例えばアルミ等の金属により形成されている。ヒートシンク７０は、本体７１、柱状部７２、および、ねじ７３等を有している。本体７１は、例えば矩形の板状に形成されている。ヒートシンク７０は、本体７１の一方の面７０１が基板１０の一方の面１１に対向するよう設けられている（図３参照）。

　なお、ヒートシンク７０は、比熱容量が例えば９００×１０²Ｊ／（ｋｇ・Ｋ）程度である。また、ヒートシンク７０は、熱伝導率が例えば（３００Ｋ）２３７Ｗ／（ｍ・Ｋ）程度である。

　ヒートシンク７０の本体７１の一方の面７０１と基板１０の一方の面１１との間には、所定の隙間が形成されている。

　本体７１の一方の面７０１には、他方の面７０２側、すなわち、基板１０とは反対側へ凹む凹部である特定凹部７１１が形成されている。特定凹部７１１は、半導体モジュール２０に対応する位置に形成されている。特定凹部７１１は、半導体モジュール２０の封止体２０２の形状に対応するよう矩形状に形成されている。なお、特定凹部７１１は、封止体２０２よりも大きく形成されている。特定凹部７１１は、半導体モジュール２１～２４のそれぞれに対応するよう４つ形成されている。

　図３に示すように、本実施形態では、半導体モジュール２０の封止体２０２とヒートシンク７０の特定凹部７１１との距離ｄ１は、熱伝導部品４０とヒートシンク７０の一方の面７０１との距離ｄ２以下に設定されている。本実施形態では、ｄ１は、ｄ２より小さく設定されている。そのため、例えば振動または外部からの力等によりヒートシンク７０と基板１０とが近付いたとしても、半導体モジュール２０の封止体２０２とヒートシンク７０とが当接することにより、ヒートシンク７０と熱伝導部品４０との接触を確実に抑制することができる。これにより、熱伝導部品４０が基板１０に対し位置ずれしたり基板１０から脱落したりするのを確実に抑制することができる。

　また、本実施形態のように、熱伝導部品４０が電気伝導体により形成され、プリント配線３０により半導体モジュール２０に電気的に接続されている場合、ヒートシンク７０が熱伝導部品４０に接触すると、ヒートシンク７０と熱伝導部品４０との間が短絡するおそれがある。しかしながら、本実施形態では、上述の設定により、ヒートシンク７０と熱伝導部品４０との接触を抑制できるため、ヒートシンク７０と熱伝導部品４０との間の短絡についても抑制することができる。

　柱状部７２は、本体７１から基板１０に向かって略円柱状に延びるよう形成されている。本実施形態では、柱状部７２は、基板１０の４つの角部を含む所定の箇所に対応するよう形成されている（図１参照）。

　基板１０は、４つの角部を含む所定の箇所にねじ穴１３を有している。ねじ７３は、ねじ穴１３に通され、ヒートシンク７０の柱状部７２にねじ込まれている。これにより、基板１０は、ヒートシンク７０に対する位置が安定する。

　図１に示すように、柱状部７２の直径をＭとすると、熱伝導部品４６、４７は、一部が、柱状部７２の外壁から所定距離Ｍの範囲Ｒ２内に位置するよう設けられている。

　熱伝導部材７５は、本実施形態では、例えば放熱グリスである。放熱グリスは、例えばシリコンを基材とする熱抵抗の小さなゲル状の部材である。熱伝導部材７５は、基板１０の一方の面１１とヒートシンク７０の一方の面７０１との間において、基板１０、半導体モジュール２０、プリント配線３０、熱伝導部品４０、ヒートシンク７０に接するよう設けられている。これにより、熱伝導部材７５は、半導体モジュール２０および熱伝導部品４０からの熱をヒートシンク７０に伝導することができる。したがって、半導体モジュール２０および熱伝導部品４０からの熱を、熱伝導部材７５およびヒートシンク７０を経由して放熱することができる。

　なお、本実施形態では、半導体モジュール２０の端子２０３、２０４と熱伝導部品４０とが、プリント配線３０により接続されているため、半導体モジュール２０のスイッチング素子２０１からの熱は、端子２０３、２０４およびプリント配線３０を経由して熱伝導部品４０に速やかに伝導する。そのため、半導体モジュール２０からの熱を、プリント配線３０、熱伝導部品４０、熱伝導部材７５およびヒートシンク７０を経由して速やかに放熱することができる。

　図１に示すように、コネクタ８０は、コネクタ本体８００、給電端子８１～８４、信号端子８５を有している。コネクタ本体８００は、例えば樹脂により矩形の筒状に形成されている。コネクタ本体８００は、基板１０の外縁部に設けられている。

　給電端子８１～８４、信号端子８５は、例えば銅等の電気伝導体により形成されている。給電端子８１～８４、信号端子８５は、コネクタ本体８００にインサート成形されている。

　給電端子８１は、基板１０上のプリント配線（図示せず）にはんだ付けされており、リレー５５およびコイル５７を経由して半導体モジュール２１、２２の端子２０３、すなわち、プリント配線３１、３２に電気的に接続している。給電端子８２は、基板１０上のプリント配線にはんだ付けされており、半導体モジュール２３、２４の端子２０４に電気的に接続している。

　給電端子８３は、基板１０上のプリント配線にはんだ付けされており、半導体モジュール２１の端子２０４および半導体モジュール２３の端子２０３、すなわち、プリント配線３３に電気的に接続している。給電端子８４は、基板１０上のプリント配線にはんだ付けされており、半導体モジュール２２の端子２０４および半導体モジュール２４の端子２０３、すなわち、プリント配線３４に電気的に接続している。

　信号端子８５は、基板１０上のプリント配線にはんだ付けされており、制御部６０（マイコン６１、カスタムＩＣ６２）に電気的に接続されている。信号端子８５には、制御部６０を介してモータ１０１を制御するための信号である操舵トルク信号および車速信号等が流れる。

　モータ１０１が作動（回転）するとき、給電端子８１～８４には、モータ１０１へ供給する、比較的大きな電流が流れる。

　本実施形態では、熱伝導部品４４は、半導体モジュール２１とコネクタ８０の給電端子８１、８２との間に設けられている。

　図１に示すように、基板１０に直交する仮想平面ＶＰ１で基板１０を２つの領域Ｔ１、Ｔ２に分けたとき、半導体モジュール２０および給電端子８１～８４は一方の領域Ｔ１側に設けられており、制御部６０（マイコン６１、カスタムＩＣ６２）および信号端子８５は他方の領域Ｔ２側に設けられている。

　コネクタ８０には、ハーネス１０３が接続される（図４参照）。ハーネス１０３の導線１０４は、バッテリ１０２の正側とコネクタ８０の給電端子８１とを電気的に接続する。また、ハーネス１０３の導線１０５は、モータ１０１の巻線端子とコネクタ８０の給電端子８３、８４とを電気的に接続する。すなわち、給電端子８３、８４は、モータ端子である。

　次に、本実施形態の電子制御ユニット１の作動について説明する。

　車両の運転者がイグニッションスイッチをオンすると、イグニッション電源１０６から電子制御ユニット１に電力が供給され、電子制御ユニット１が起動する。電子制御ユニット１が起動すると、制御部６０は、リレー５５、５６をオン作動させる。これにより、バッテリ１０２からモータ１０１への電力の供給が許容された状態となる。

　制御部６０は、イグニッションスイッチがオンの間、操舵トルク信号および車速信号等に基づき、半導体モジュール２０（２１～２４）のスイッチング作動を制御することにより、モータ１０１の回転駆動を制御する。これにより、モータ１０１からアシストトルクが出力され、運転者による操舵が補助される。

　本実施形態では、制御部６０が半導体モジュール２０（２１～２４）のスイッチング作動を制御することでモータ１０１の回転駆動を制御するとき、半導体モジュール２０、コンデンサ５１、リレー５５、５６、コイル５７には比較的大きな電流が流れるため、半導体モジュール２０、コンデンサ５１、リレー５５、５６、コイル５７は発熱し、比較的高い温度になる。なお、半導体モジュール２０の熱の一部は、プリント配線３０または熱伝導部材７５を経由して熱伝導部品４０に導かれる。

　半導体モジュール２０（２１～２４）および熱伝導部品４０の熱は、熱伝導部材７５を経由してヒートシンク７０に導かれる。

　このように、本実施形態では、電子制御ユニット１の作動時、半導体モジュール２０（２１～２４）および熱伝導部品４０の熱をヒートシンク７０に効果的に導くことができる。よって、発熱部品である半導体モジュール２０（２１～２４）、および、熱伝導部品４０の熱を効果的に放熱することができる。

　以上説明したように、本実施形態の電子制御ユニット１は、モータ１０１を制御する電子制御ユニットであって、基板１０と半導体モジュール２０と熱伝導部品４０と制御部６０とを備えている。

　半導体モジュール２０は、基板１０の一方の面１１側に複数設けられ、作動時に発熱する。

　熱伝導部品４０は、熱伝導率が所定値以上の材料により形成され、少なくとも一部（４１、４２、４３）が複数の半導体モジュール２０の間に位置するよう基板１０の一方の面１１側に設けられている。

　制御部６０は、基板１０に設けられ、半導体モジュール２０の作動を制御することでモータ１０１を制御可能である。

　本実施形態では、熱伝導部品４０の少なくとも一部（４１、４２、４３）が、複数の半導体モジュール２０の間に位置するよう設けられている。そのため、半導体モジュール２０の熱は、熱伝導部品４０に伝導する。これにより、半導体モジュール２０の温度が過度に上昇するのを抑制することができる。また、熱伝導部品４０は、少なくとも一部が複数の半導体モジュール２０の間に位置するため、各半導体モジュール２０間の熱干渉を抑制することができる。

　熱伝導部品４０は、少なくとも一部（４１～４７）が半導体モジュール２０を囲むようにして設けられている。この場合、半導体モジュール２０の熱を、熱伝導部品４０により効果的に伝導させることができる。

　電子制御ユニット１は、基板１０の一方の面１１に設けられ、半導体モジュール２０に電気的に接続しているプリント配線３０をさらに備えている。熱伝導部品４０は、プリント配線３０に接している。この場合、半導体モジュール２０からの熱を、プリント配線３０を経由して熱伝導部品４０に速やかに伝導させることができる。

　電子制御ユニット１は、基板１０の一方の面１１側に設けられ、半導体モジュール２０および熱伝導部品４０からの熱を放熱可能なヒートシンク７０をさらに備えている。この場合、半導体モジュール２０および熱伝導部品４０の温度上昇をより効果的に抑えることができる。

　電子制御ユニット１は、基板１０の一方の面１１とヒートシンク７０との間に設けられ、半導体モジュール２０および熱伝導部品４０からの熱をヒートシンク７０に伝導可能な熱伝導部材７５をさらに備えている。この場合、半導体モジュール２０および熱伝導部品４０の熱を効果的に放熱し、半導体モジュール２０および熱伝導部品４０の温度上昇をより一層効果的に抑えることができる。

　ヒートシンク７０は、基板１０に向かって延びるよう形成された柱状部７２を有している。熱伝導部品４０は、少なくとも一部（４６、４７の一部）が柱状部７２から所定距離Ｍの範囲Ｒ２内に位置するよう設けられている。なお、本実施形態では、所定距離Ｍは、柱状部７２の直径と同じである。このように、熱伝導部品４０の少なくとも一部が柱状部７２の近傍に位置しているため、半導体モジュール２０および熱伝導部品４０の熱を、柱状部７２に速やかに伝導させることができる。これにより、半導体モジュール２０および熱伝導部品４０の熱を速やかに放熱することができる。

　半導体モジュール２０とヒートシンク７０との距離ｄ１は、熱伝導部品４０とヒートシンク７０との距離ｄ２以下に設定されている。そのため、例えば振動または外部からの力等によりヒートシンク７０と基板１０とが近付いたとしても、半導体モジュール２０とヒートシンク７０とが当接することにより、ヒートシンク７０から熱伝導部品４０に対し大きな力が作用するのを抑制することができる。これにより、熱伝導部品４０が基板１０に対し位置ずれしたり基板１０から脱落したりするのを抑制することができる。したがって、半導体モジュール２０に対する熱伝導部品４０の位置が安定し、半導体モジュール２０からの熱を効果的に放熱することができる。

　半導体モジュール２０とヒートシンク７０との距離ｄ１は、熱伝導部品４０とヒートシンク７０との距離ｄ２より小さく設定されている。そのため、例えば振動または外部からの力等によりヒートシンク７０と基板１０とが近付いたとしても、半導体モジュール２０の封止体２０２とヒートシンク７０とが当接することにより、ヒートシンク７０と熱伝導部品４０との接触を確実に抑制することができる。これにより、熱伝導部品４０が基板１０に対し位置ずれしたり基板１０から脱落したりするのを確実に抑制することができる。

　電子制御ユニット１は、コネクタ８０をさらに備えている。

　コネクタ８０は、基板１０に設けられ、半導体モジュール２０を経由してモータ１０１へ供給される電流が流れる給電端子８１～８４、ならびに、制御部６０を介してモータ１０１を制御するための信号が流れる信号端子８５を有している。

　熱伝導部品４０は、少なくとも一部（４４）が半導体モジュール２０（２１）とコネクタ８０の給電端子８１、８２との間に位置するよう設けられている。これにより、半導体モジュール２０（２１）とコネクタ８０の給電端子８１、８２との間の熱干渉を抑制することができる。

　電子制御ユニット１において、基板１０に直交する仮想平面ＶＰ１で基板１０を２つの領域Ｔ１、Ｔ２に分けたとき、半導体モジュール２０および給電端子８１～８４は一方の領域Ｔ１側に設けられており、制御部６０および信号端子８５は他方の領域Ｔ２側に設けられている。この場合、領域Ｔ１と領域Ｔ２との間の熱干渉を抑制できるとともに、モータ１０１作動時の電源ノイズが制御部６０または信号端子８５に影響するのを抑制することができる。そのため、モータ１０１を精度よく制御することができる。

　電動パワーステアリング装置１００は、上記電子制御ユニット１と、電子制御ユニット１により制御され、運転者による操舵を補助するアシストトルクを出力可能なモータ１０１と、を備えている。本実施形態の電子制御ユニット１は、半導体モジュール２０の温度上昇を抑えつつ、各半導体モジュール２０間の熱干渉を抑制可能なため、大きな電流が流れることで発熱量が大きくなる電動パワーステアリング装置１００の電子制御ユニット１として用いるのに好適である。

　（第２実施形態）
　本開示の第２実施形態による電子制御ユニットの一部を図６に示す。第２実施形態は、熱伝導部品４０の数が第１実施形態と異なる。

　第２実施形態では、第１実施形態で示した熱伝導部品４４、４５、４６、４７を備えていない。

　第２実施形態は、上述した点以外の構成は、第１実施形態と同様である。

　以上説明したように、本実施形態では、熱伝導部品４０は、少なくとも一部（４１、４２、４３）が複数の半導体モジュール２０の間に位置するよう設けられている。これにより、第１実施形態と同様、半導体モジュール２０の温度が過度に上昇するのを抑制することができる。また、各半導体モジュール２０間の熱干渉を抑制することができる。

　（第３実施形態）
　本開示の第３実施形態による電子制御ユニットの一部を図７に示す。第３実施形態は、コンデンサ５１の位置が第１実施形態と異なる。

　第３実施形態では、電子部品としてのコンデンサ５１は、熱伝導部品４４に対し半導体モジュール２１とは反対側に設けられている。すなわち、熱伝導部品４４は、半導体モジュール２１とコンデンサ５１との間に位置するよう設けられている。

　第２実施形態は、上述した点以外の構成は、第１実施形態と同様である。

　以上説明したように、本実施形態は、基板１０の一方の面１１側に設けられるコンデンサ５１を備えている。熱伝導部品４０は、少なくとも一部（４４）が半導体モジュール２０とコンデンサ５１との間に位置するよう設けられている。これにより、半導体モジュール２１とコンデンサ５１との間の熱干渉を抑制することができる。

　（第４実施形態）
　本開示の第４実施形態による電子制御ユニットの一部を図８に示す。第４実施形態は、熱伝導部品４０の形状等が第１実施形態と異なる。

　第４実施形態では、熱伝導部品４１と熱伝導部品４５と熱伝導部品４７とは、一体に略Ｔ字状に形成されている。

　第４実施形態は、上述した点以外の構成は、第１実施形態と同様である。

　本実施形態では、第１実施形態と比べ、熱伝導部品４０の体積および表面積が大きいため、半導体モジュール２０の温度上昇を抑えつつ、各半導体モジュール２０間の熱干渉をより効果的に抑制可能である。

　（他の実施形態）
　本開示の他の実施形態では、熱伝導部品は、熱伝導率が所定値以上であれば、例えばカーボン等、どのような材料で形成されていてもよい。また、熱伝導部品は、電気伝導体に限らず、例えば窒化アルミニウムや窒化ケイ素等の絶縁体により形成されていてもよい。また、熱伝導部品は、基板上の配線に接していなくてもよい。また、熱伝導部品は、発熱部品に接していてもよい。また、熱伝導部品は、矩形状に限らず、多角形状、円形等、どのような形状に形成されていてもよい。また、熱伝導部品には、めっきが施されていなくてもよい。

　また、上述の実施形態では、発熱部品の封止体の長手方向の辺の長さをＬとすると、熱伝導部品（４１、４４、４５）が、発熱部品（２１）の封止体の外縁から所定距離Ｌの範囲Ｒ１内に位置するよう設けられる例を示した。これに対し、本開示の他の実施形態では、熱伝導部品（４１、４４、４５）は、一部が範囲Ｒ１外に位置するよう設けられていてもよい。また、熱伝導部品（４１、４４、４５）は、範囲Ｒ１内に設けられていなくてもよい。ただし、発熱部品からの熱を、熱伝導部品を経由して効果的に放熱するには、熱伝導部品は発熱部品の近傍に設けることが望ましい。また、発熱部品の封止体は、矩形状に限らず、多角形状、円形等、どのような形状に形成されていてもよい。

　また、上述の実施形態では、４つの発熱部品を、仮想の長方形の頂点上に位置するよう基板に配置する例を示した（図２等参照）。これに対し、本開示の他の実施形態では、４つの発熱部品を、例えば仮想の正方形、平行四辺形、菱形、台形、または、その他四角形の頂点上に位置するよう基板に配置することとしてもよい。

　また、本開示の他の実施形態では、発熱部品は、４つに限らず、２つ、３つ、または、５つ以上設けられていてもよい。この場合、発熱部品は、基板上にどのように配置してもよい。

　また、上述の実施形態では、放熱体の柱状部の直径をＭとすると、熱伝導部品（４６、４７）は、一部が、柱状部の外壁から所定距離Ｍの範囲Ｒ２内に位置するよう設けられる例を示した。これに対し、本開示の他の実施形態では、熱伝導部品（４６、４７）は、範囲Ｒ２内に設けられていなくてもよい。ただし、発熱部品からの熱を、熱伝導部品および柱状部を経由して効果的に放熱するためには、熱伝導部品は、柱状部の近傍に設けることが望ましい。

　また、本開示の他の実施形態では、放熱体の柱状部は、円柱状に限らず、例えば多角柱状等、どのような形状に形成されていてもよい。また、柱状部は、基板に固定されていなくてもよい。また、柱状部は、基板に接していなくてもよい。また、本開示の他の実施形態では、放熱体は、柱状部を有していなくてもよい。

　また、本開示の他の実施形態では、熱伝導部材は、例えばシリコンを基材とする熱抵抗の小さなシート状の放熱シートであってもよい。また、本開示の他の実施形態では、熱伝導部材を備えなくてもよい。

　また、上述の実施形態では、発熱部品と放熱体との距離は、熱伝導部品と放熱体との距離より小さく設定されている例を示した。これに対し、本開示の他の実施形態では、発熱部品と放熱体との距離は、熱伝導部品と放熱体との距離以下に設定してもよい。また、本開示の他の実施形態では、発熱部品と放熱体との距離は、熱伝導部品と放熱体との距離に関係なく、どのように設定されていてもよい。ただし、熱伝導部品が電気伝導体により形成されている場合、発熱部品と放熱体との距離は、熱伝導部品と放熱体との距離より小さく設定されていることが望ましい。また、放熱体は、アルミに限らず、鉄、銅、窒化アルミニウムまたは窒化ケイ素等の熱伝導率が所定値以上の材料により形成されていてもよい。また、本開示の他の実施形態では、放熱体を備えていなくてもよい。

　また、本開示の他の実施形態では、発熱部品の封止体は、樹脂に限らず、窒化アルミニウムや窒化ケイ素等の絶縁体により形成されていてもよい。また、発熱素子は、封止体から一部が露出していてもよい。

　本開示による電子制御ユニットは、電動パワーステアリング装置に限らず、他の装置のモータ等、電動機器の駆動を制御するのに用いてもよい。

　本開示は、実施形態に準拠して記述されたが、本開示は当該実施形態や構造に限定されるものではないと理解される。本開示は、様々な変形例や均等範囲内の変形をも包含する。加えて、様々な組み合わせや形態、さらには、それらに一要素のみ、それ以上、あるいはそれ以下、を含む他の組み合わせや形態をも、本開示の範疇や思想範囲に入るものである。
 

 

Claims (12)

1. 　制御対象（１０１）を制御する電子制御ユニット（１）であって、
   　基板（１０）と、
   　前記基板の一方の面（１１）側に複数設けられ、作動時に発熱する発熱部品（２０）と、
   　熱伝導率が所定値以上の材料により形成され、少なくとも一部が複数の前記発熱部品の間に位置するよう前記基板の一方の面側に設けられた熱伝導部品（４０）と、
   　前記基板に設けられ、前記発熱部品の作動を制御することで前記制御対象を制御する制御部（６０）と、
   　を備える電子制御ユニット（１）。
2. 　前記熱伝導部品は、少なくとも一部が前記発熱部品を囲むようにして設けられている請求項１に記載の電子制御ユニット。
3. 　前記基板の一方の面に設けられ、前記発熱部品に電気的に接続している配線（３０）をさらに備え、
   　前記熱伝導部品は、前記配線に接している請求項１または２に記載の電子制御ユニット。
4. 　前記基板の一方の面側に設けられる電子部品（５１）をさらに備え、
   　前記熱伝導部品は、少なくとも一部が前記発熱部品と前記電子部品との間に位置するよう設けられている請求項１～３のいずれか一項に記載の電子制御ユニット。
5. 　前記基板の一方の面側に設けられ、前記発熱部品および前記熱伝導部品からの熱を放熱する放熱体（７０）をさらに備える請求項１～４のいずれか一項に記載の電子制御ユニット。
6. 　前記基板の一方の面と前記放熱体との間に設けられ、前記発熱部品および前記熱伝導部品からの熱を前記放熱体に伝導する熱伝導部材（７５）をさらに備える請求項５に記載の電子制御ユニット。
7. 　前記放熱体は、前記基板に向かって延びるよう形成された柱状部（７２）を有し、
   　前記熱伝導部品は、少なくとも一部が前記柱状部から所定距離（Ｍ）の範囲（Ｒ２）内に位置するよう設けられている請求項５または６に記載の電子制御ユニット。
8. 　前記発熱部品と前記放熱体との距離（ｄ１）は、前記熱伝導部品と前記放熱体との距離（ｄ２）以下である請求項５～７のいずれか一項に記載の電子制御ユニット。
9. 　前記発熱部品と前記放熱体との距離は、前記熱伝導部品と前記放熱体との距離より小さい請求項８に記載の電子制御ユニット。
10. 　前記基板に設けられ、前記発熱部品を経由して前記制御対象へ供給される電流が流れる給電端子（８１、８２、８３、８４）、ならびに、前記制御部を介して前記制御対象を制御するための信号が流れる信号端子（８５）を有するコネクタ（８０）をさらに備え、
    　前記熱伝導部品は、少なくとも一部が前記発熱部品と前記コネクタとの間に位置するよう設けられている請求項１～９のいずれか一項に記載の電子制御ユニット。
11. 　前記基板に直交する仮想平面（ＶＰ１）で前記基板を２つの領域（Ｔ１、Ｔ２）に分けたとき、前記発熱部品および前記給電端子は一方の領域（Ｔ１）側に設けられており、前記制御部および前記信号端子は他方の領域（Ｔ２）側に設けられている請求項１０に記載の電子制御ユニット。
12. 　請求項１～１１のいずれか一項に記載の電子制御ユニット（１）と、
    　前記電子制御ユニットにより制御され、運転者による操舵を補助するアシストトルクを出力する前記制御対象（１０１）と、
    　を備える電動パワーステアリング装置（１００）。
    
     

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