JP2010245174A - 電子制御ユニット及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】簡素な構成で、放熱性の高い電子制御ユニットを提供する。
【解決手段】電動パワーステアリングシステムのモータを制御する電子制御ユニット１において、樹脂基板２０に表面実装されるパワーＭＯＳＦＥＴ３１が発する熱は、絶縁放熱シート５１を経由し、樹脂基板２０のパワーＭＯＳＦＥＴ３１とは反対側に設けられるヒートシンク４０へ伝導する。絶縁放熱シート５１及びヒートシンク４０により、パワーＭＯＳＦＥＴ３１の発する熱を放熱する放熱経路が形成される。パワーＭＯＳＦＥＴが発する熱を高効率に放熱することで、電子制御ユニットの出力性能を高めることができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、電子制御ユニット及びその製造方法に関し、電動式パワーステアリングシステムに適用することができるものである。

従来、運転者による操舵をアシストする電動式パワーステアリングシステムが公知である。この電動式パワーステアリングシステムは、操舵のアシスト力が必要な時にだけモータを回転するので、油圧式パワーステアリングシステムに比べて省燃費であり、また、廃油がないので、環境にやさしいシステムである。

電動式パワーステアリングシステムでは、車両の車庫入れ時等、低速かつ操舵角が大きいとき、モータを駆動するために例えば約１００Ａの大電流を必要とする。このため、モータを駆動制御する電子制御ユニットに用いられるパワーＭＯＳＦＥＴは、ジャンクション温度が瞬間的に例えば約１５０〜１７０℃になることがある。
一方、電子制御ユニットが取り付けられる車両のエンジンルーム内又はインストルパネルのエンジンルーム側は、車室空間の拡大、及び、車両各部を制御する他の電子制御ユニットの増加により、電子制御ユニットを搭載できるスペースが小さくなっている。しかしながら、電子制御ユニットを小型化すると、回路の高密度化による放熱性の悪化が懸念される。

特許文献１では、シリコンカーバイトにニッケルめっきを施した基板とヒートシンクとの間にモリブデンシートを設け、基板に実装された電子部品から発せられる熱をヒートシンクへ伝導している。しかし、基板に高価な材質を用いると、製造コストが高くなる。

特公平６−３８３２号公報

本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、その目的は、体格を小さくし、放熱性の高い電子制御ユニット及びその製造方法を提供することにある。
また、本発明の他の目的は、加工工数を低減する電子制御ユニット及びその製造方法を提供することにある。

請求項１に記載の発明によると、樹脂基板に表面実装されるパワーデバイスが発する熱は、第１熱伝導手段を経由し、樹脂基板のパワーデバイスとは反対側に設けられる第１放熱手段へ伝導する。第１熱伝導手段及び第１放熱手段により、パワーデバイスの発する熱を放熱する放熱経路が形成されるので、電子制御ユニットは、放熱性を向上することができる。この構成により、電子制御ユニットの構成を簡素なものとし、体格を小さくするとともに、加工工数を低減することができる。

請求項２に記載の発明によると、第１熱伝導手段は、絶縁放熱シート及び放熱グリスの少なくともいずれか一方を有する。絶縁放熱シートと第１放熱手段との隙間を放熱グリスで埋めることで、パワーデバイスの発する熱を第１放熱手段へ伝導する放熱経路の熱抵抗を小さくすることができる。

請求項３に記載の発明によると、樹脂基板に形成された開口に設けられる第１熱伝導手段は、パワーデバイスと第１放熱手段とを直接接続する。パワーデバイスが発する熱は樹脂基板を経由することなしに第１放熱手段に伝導する。これにより、熱伝達経路が短くなり、放熱性を向上するとともに、体格を小さくすることができる。

請求項４に記載の発明によると、パワーデバイスの樹脂基板とは反対側に第２放熱手段が設けられ、第２伝導手段がパワーデバイスの発する熱を第２放熱手段へ伝導する。パワーデバイスが発する熱は、第１放熱手段へ伝導するとともに、第２放熱手段へ伝導する。２つの放熱経路が形成されることにより、放熱性を向上することができる。

請求項５に記載の発明によると、第２熱伝導手段は、パワーデバイスと第２放熱手段との間に設けられる放熱グリス及び低硬度絶縁放熱シートの少なくともいずれか一方を有する。放熱グリス、低硬度絶縁放熱シートは、パワーデバイスと第２放熱手段との間のクリアランスの公差を吸収するとともに、パワーデバイスが発する熱を第２放熱手段へ伝導する。

請求項６に記載の発明によると、熱伝導経路手段は、パワーデバイスの発する熱が伝導する経路を樹脂基板の内部に形成する。これにより、樹脂基板の熱抵抗を小さくし、放熱性を向上することができる。

請求項７に記載の発明によると、熱伝導経路手段は、パワーデバイスの直下に設けられ、樹脂基板を板厚方向に通じるスルーホールを有する。これにより、パワーデバイスの発する熱を伝導する経路を樹脂基板に低コストで形成することができる。

請求項８に記載の発明によると、第１熱伝導手段としての放熱グリスは、スルーホールの内側に満たされる。これにより、放熱グリスとパワーデバイスとが接触する。このため、パワーデバイスと第１放熱手段との間の放熱経路の熱抵抗を小さくすることができる。

請求項９に記載の発明によると、熱伝導経路手段は、スルーホールの外壁に接続し、樹脂基板の延びる方向へ設けられる熱伝導層を有する。これにより、パワーデバイスが発する熱を樹脂基板の延びる方向へ放熱することができる。

請求項１０に記載の発明によると、熱伝導層は、樹脂基板と第１放熱手段とを固定するネジに接続している。これにより、熱伝導層を伝導する熱をネジの外壁から外気へ放熱することができる。

請求項１１に記載の発明によると、樹脂基板上に設けられ、一端が熱伝導層と接続し、他端が樹脂基板の表面から樹脂基板の板厚方向に突出する熱伝導チップをさらに備える。これにより、熱伝導層を伝導する熱を樹脂基板の外側へ高効率に放熱することができる。

請求項１２に記載の発明によると、第１熱伝導手段は、熱伝導チップと第１放熱手段との間に充満する放熱グリスを有する。これにより、パワーデバイスが発する熱は、樹脂基板から熱伝導チップ及び放熱グリスを経由して第１放熱手段へ伝導する。請求項１３に記載の発明によると、第２熱伝導手段は、熱伝導チップと第２放熱手段との間に充満する放熱グリスを有する。これにより、パワーデバイスが発する熱は、樹脂基板から熱伝導チップ及び放熱グリスを経由して第２放熱手段へ伝導する。これにより、パワーデバイスと第１放熱手段との間の放熱経路の熱抵抗を小さくし、放熱性を向上することができる。

請求項１４に記載の発明によると、第１熱伝導手段は、樹脂基板の第１放熱手段側に形成された凹溝に満たされる放熱グリスを有する。樹脂基板に凹溝を形成することで、樹脂基板と第１放熱手段との間を絶縁することができる。このため、絶縁放熱シートの取付を廃止し、加工工数を低減することができる。

請求項１５に記載の発明によると、第２放熱手段は、パワーデバイスを保護するカバーを有し、カバーは、第１放熱手段としてのヒートシンクの端部に接続される。これにより、第１放熱手段と第２放熱手段との間が熱伝導可能となり、放熱性を向上することができる。

請求項１６に記載の発明によると、カバーは、ヒートシンクの端部にスナップフィットによって接続される。これにより、第１放熱手段と第２放熱手段とを接続する加工工数を低減することができる。

請求項１７に記載の発明によると、電動パワーステアリングシステムが適用される車体にカバーとヒートシンクとが共締めされる。これにより、第１放熱手段と第２放熱手段とを接続する加工工数を低減することができる。

請求項１８に記載の発明によると、カバー、樹脂基板、及びヒートシンクはネジにより共締めされる。これにより、第１放熱手段、樹脂基板、及び第２放熱手段を接続する加工工数を低減するとともに、第１放熱手段、樹脂基板、及び第２放熱手段の間の熱抵抗を小さくし、放熱性を向上することができる。

請求項１９に記載の発明によると、第２放熱手段は、樹脂基板に実装される発熱部品の樹脂基板とは反対側に設けられる。パワーデバイス以外の発熱部品の放熱経路を形成することで、電子制御ユニットの出力性能を向上することができる。

請求項２０に記載の発明によると、電子制御ユニットの製造方法は、樹脂基板にパワーデバイスを含む電子部品を表面実装する第１工程と、この第１工程の後、高低温検査する第２工程と、この第２工程の後、樹脂基板のパワーデバイスとは反対側に第１熱伝導手段及び第１放熱手段を取り付ける第３工程を含む。第１放熱手段を取り付ける前に電子部品の作動状態を検査することで、第１放熱手段に熱エネルギーを加えることなく、短時間かつ省エネルギーによる高低温検査が可能となる。これにより、電子制御ユニットの加工工数を低減することができる。

本発明の第１実施形態の電子制御ユニットの構成図。 本発明の第１実施形態の電子制御ユニットの用いられる電動式パワーステアリングシステムの構成図。 図１のＩＩ部分の断面図。 本発明の第１実施形態の電子制御ユニットの組立図。 本発明の第１実施形態の電子制御ユニットの製造工程のフロー。 本発明の第２実施形態の電子制御ユニットの要部断面図。 本発明の第３実施形態の電子制御ユニットの要部断面図。 本発明の第４実施形態の電子制御ユニットの要部断面図。 本発明の第５実施形態の電子制御ユニットの要部断面図。 本発明の第６実施形態の電子制御ユニットの要部断面図。 本発明の第７実施形態の電子制御ユニットの要部断面図。 本発明の第８実施形態の電子制御ユニットの要部断面図。 本発明の第９実施形態の電子制御ユニットの要部断面図。 本発明の第１０実施形態の電子制御ユニットの要部断面図。 本発明の第１１実施形態の電子制御ユニットの要部断面図。 本発明の第１２実施形態の電子制御ユニットの組立図。 本発明の第１３実施形態の電子制御ユニットの組立図。 本発明の第１４実施形態の電子制御ユニットの組立図。 本発明の第１５実施形態の電子制御ユニットの組立図。 本発明の第１６実施形態の電子制御ユニットの組立図。 比較例の電子制御ユニットの構成図。 図２０のＸＸＩ部分の断面図。 比較例の電子制御ユニットの組立図。 比較例の電子制御ユニットの製造工程のフロー。

以下、本発明の複数の実施形態による電子制御ユニットを図面に基づいて説明する。
（第１実施形態）
第１実施形態は、請求項１、２及び２０に記載の発明の特徴を具現化したものである。図１及び図２に示すように、電子制御ユニット１は、車両の電動式パワーステアリングシステム１００に用いられ、操舵トルク信号及び車速信号に基づき、操舵のアシスト力を発生するモータ１０１を駆動制御するものである。

電子制御ユニット１は、複数の電子部品の実装された樹脂基板２０が、第１放熱手段としてのヒートシンク４０に固定され、これにカバー６０が取り付けられることで構成されている。
樹脂基板２０は、例えばガラス織布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。この樹脂基板２０に表面実装される電子部品の一つであるパワーデバイスとしてのパワーＭＯＳＦＥＴ（以下、単に「パワーＭＯＳ」という）３１は、コネクタ３６を経由してバッテリー１０２からモータ１０１に供給される電流をスイッチングしている。
マイクロコンピュータとしてのＩＣ３５は、コネクタ３６を経由して入力される操舵トルク信号及び車速信号に基づき、モータ１０１の回転方向及び回転トルクを検出し、ドライバから信号を出力することで、パワーＭＯＳ３１のスイッチングを制御する。また、ＩＣ３５は、パワーＭＯＳ３１の発熱する温度をモニタリングしている。樹脂基板２０に実装される電子部品３４には、パワーＭＯＳ３１のスイッチングする電流を平滑化するコンデンサ、コイル等が含まれている。

パワーＭＯＳ３１は、端子３２及びメタルベース３３を有し、一体で構成されている。端子３２は、樹脂基板２０のランドに電気的に接続している。メタルベース３３は、樹脂基板２０にはんだ付けされ、パワーＭＯＳ３１の熱抵抗を小さくしている。
ヒートシンク４０は、例えばアルミ、銅等から板状に形成されている。ヒートシンク４０は、樹脂基板２０側へ突出する突部４１と、樹脂基板２０と略平行に延びる基部４２とを有している。突部４１は、樹脂基板２０のパワーＭＯＳ３１の取り付け位置とは反対側に形成されている。突部４１と樹脂基板２０との間には、第１熱伝導手段としての絶縁放熱シート５１が設けられている。絶縁放熱シート５１は、例えばシリコン等を含む熱抵抗の小さい絶縁シートである。この絶縁放熱シート５１とヒートシンク４０との間に、例えばシリコンを基材としたゲル状の放熱グリスを塗布し、接合部の微細な隙間を埋めることで、熱伝導率を高めても良い。樹脂基板２０、絶縁放熱シート５１、及びヒートシンク４０は、パワーＭＯＳ３１が発する熱を放熱する放熱経路を形成する。
カバー６０は、ヒートシンク４０の端部に接続され、樹脂基板２０に実装された電子部品を保護している。

ＩＣ３４の駆動電流によりパワーＭＯＳ３１が通電状態になると、モータ１０１を駆動する大電流がバッテリー１０２からパワーＭＯＳ３１に流れる。このとき、パワーＭＯＳ３１が発する熱は、図３の矢印Ａに示すように、パワーＭＯＳ３１のメタルベース３３から樹脂基板２０、絶縁放熱シート５１、ヒートシンク４０を伝導し外気へ放熱される。

次に、電子制御ユニット１の構造について、図４を参照して説明する。
樹脂基板２０は、ネジ２５１〜２５５によってヒートシンク４０のコーナー部に設けられた円筒部４５１〜４５５のねじ穴に組み付けられる。このとき、ヒートシンク４０の突部４１の樹脂基板２０側に設置された絶縁放熱シート５１及び放熱グリス５２は、樹脂基板２０の組み付けの際に、突部４１と樹脂基板２０との間に固定される。なお、樹脂基板２０の中央に設けられたネジ２５５は、絶縁放熱シート５１の位置ずれ防止、及び樹脂基板２０の歪みを抑制している。
カバー６０は、ヒートシンク４０側の端部につめ部６１を有している。カバー６０のつめ部６１がヒートシンクの端部にかしめられることで、カバー６０とヒートシンク４０とが組み付けられる。これにより、電子制御ユニット１の組み付けが完了する。

続いて、電子制御ユニット１の製造工程について、図５を参照して説明する。
先ず、ステップＳ１０（以下、「ステップ」を省略する）では、はんだペーストの塗布された樹脂基板２０の表面にパワーＭＯＳ３１を含む電子部品を搭載する。次のＳ１１では、例えばリフロー方式等により、はんだ付けを行う。
続くＳ１２では、Ｓ１０と同様、はんだペーストの塗布された樹脂基板２０の裏面に電子部品を搭載する。次のＳ１３では、例えばリフロー方式等により、はんだ付けを行う。
続くＳ１４では、電子部品の実装された樹脂基板２０を恒温槽で加熱又は冷却し電子部品の機能性を検査する高低温検査を行う。

次のＳ１５では、樹脂基板２０にアクリル樹脂等の防湿材料を塗布し、樹脂基板２０を湿気等から保護する。
続くＳ１６では、放熱グリス５２を塗布する。次のＳ１７では、樹脂基板２０とヒートシンク４０とをネジ２５１−２５５により固定し、樹脂基板２０とヒートシンク４０との間に絶縁放熱シート５１を組み付ける。
最後のＳ１８では、ヒートシンク４０にカバー６０を組み付け、電子制御ユニット１が完成する。

（比較例）
次に、比較例について図２１〜２４に基づき説明する。
図２１に示すように、比較例の電子制御ユニット１７は、金属基板４８０と樹脂基板２００がヒートシンク４００に固定されている。また、金属基板４８０の回路と樹脂基板２００の回路が複数のバスバー３８０、３８１によって電気的に接続されている。
金属基板４８０は、メタル部が例えばアルミ等から形成され、絶縁層４９０が例えばエポキシ樹脂等から形成されるプリント配線板である。金属基板４８０には、パワーＭＯＳ３１０が実装されている。
樹脂基板２００は、例えばＦＲ−４等のプリント配線板である。樹脂基板２００には、コイル、コンデンサ等の電子部品３４０、ＩＣ３５０、コネクタ３６０が実装されている。

ヒートシンク４０は、例えばアルミ、銅等から形成され、樹脂基板２００側に突出する突部４１０と、樹脂基板２００と略平行に延びる基部４２０とを有する。また、ヒートシンク４００には、コーナー部に４本の円筒部４５１〜４５４が設けられている。突部４１０のカバー６００側に金属基板４８０が設けられ、円筒部４５１〜４５４のカバー６００側に樹脂基板２００が設けられている。突部４１０と金属基板４８０との間には放熱グリス５２０が塗布され、両者の接合部の隙間を埋めている。
ＩＣ３５０の駆動電流によりパワーＭＯＳ３１０が通電状態になると、モータを駆動する大電流がバッテリーからパワーＭＯＳ３１０に流れる。このとき、パワーＭＯＳ３１０が発する熱は、図２２の矢印Ｍに示すように、パワーＭＯＳ３１０から金属基板４８０、放熱グリス５２０、ヒートシンク４００を伝導し、外気へ放熱される。

次に、比較例の電子制御ユニット１７の構造について、図２３を参照して説明する。
金属基板４８０は、ネジ２５６、２５７によって、ヒートシンク４００の突部４１０に組み付けられる。一方、樹脂基板２００は、ネジ２５１〜２５４によってヒートシンクの円筒部４５１〜４５４に組み付けられる。カバー６００は、つめ部６１０がヒートシンクの端部にかしめられることで、ヒートシンク４０に固定される。これにより電子制御ユニット１７の組み付けが完了する。

続いて、電子制御ユニット１７の製造工程について、図２４を参照して説明する。
先ず、Ｓ２０では、金属基板４８０にパワーＭＯＳ３１０等の電子部品、及び金属基板の回路にバスバー３８０、３８１を実装する。このとき、複数のバスバー３８０、３８１は、図示しないガイドによって固定される。
一方、Ｓ２１では、樹脂基板２００にＩＣ３５０等の表面実装部品（ＳＭＤ）を実装する。
次のＳ２２では、コネクタ３６０等の挿入実装部品（ＴＨＤ）を実装する。
続くＳ２３では、ヒートシンク４００の突部４１０に放熱グリス５２０を塗布する。
次のＳ２４では、金属基板４８０をヒートシンク４００の突部４１０にネジ２５６、２５７によって固定する。

続くＳ２５では、ヒートシンク４００の円筒部４５１〜４５４に樹脂基板２００をネジ２５１〜２５４により固定する。このとき、複数のバスバー３８０、３８１は、樹脂基板２００に設けられたスルーホール２１０、２１１に挿入される。
次のＳ２６では、複数のバスバー３８０、３８１を樹脂基板２００の裏面にはんだ接合する。
次のＳ２６では、金属基板４８０と樹脂基板２００に防湿材料を塗布する。
続くＳ２７では、ヒートシンク４００にカバー６００を組み付ける。
最後のＳ２８で電子部品の高低温検査を行い、電子制御ユニット１７が完成する。

本発明の第１実施形態では、一枚の樹脂基板２０にパワーＭＯＳ３１と他の電子部品を実装している。これに対し、比較例では、金属基板４８０にパワーＭＯＳ３１０を実装し、樹脂基板２００に他の電子部品を実装している。そして、金属基板４８０の回路と樹脂基板２００の回路とを、複数のバスバー３８０、３８１を挿入実装により接続している。したがって、第１実施形態の電子制御ユニット１は、一枚の樹脂基板を使用することで、比較例に対し、体格を小さくすることができる。また、樹脂基板にバスバーを挿入実装する工程を廃止することで、加工工数を低減することができる。さらに、金属基板及びバスバーを廃止することで、部品点数を削減することができる。

第１実施形態では、樹脂基板の熱抵抗Ｔｐ、絶縁放熱シートの熱抵抗Ｔｚ、ヒートシンクの熱抵抗Ｔｈ、とすると、パワーＭＯＳ３１が発する熱を放熱する放熱経路の熱抵抗は、
Ｔｐ＋Ｔｚ＋Ｔｈ である。
これに対し、比較例では、金属基板の絶縁層の熱抵抗Ｔｚ、金属基板のメタル部の熱抵抗Ｔｍ、放熱グリスの熱抵抗Ｔｇ、ヒートシンクの熱抵抗Ｔｈ、とすると、
パワーＭＯＳ３１０が発する熱を放熱する放熱経路の熱抵抗は、
Ｔｚ＋Ｔｍ＋Ｔｇ＋Ｔｈ である。
したがって、第１実施形態の電子制御ユニット１は、比較例に対し、放熱経路が短くなるので、放熱性を向上することができる。これにより、電子制御ユニット１の出力を大きくすることができる。

第１実施形態では、樹脂基板２０とヒートシンク４０とをネジ２５１〜２５５により組み付けるとき、樹脂基板２０とヒートシンク４０との間に絶縁放熱シート５１を設置し、パワーＭＯＳ３１の発する熱の放熱経路を形成している。これに対し、比較例では、金属基板４８０とヒートシンク４００とをネジ２５６、２５７により組み付けることでパワーＭＯＳ３１０の発する熱の放熱経路を形成し、その後、樹脂基板２００とヒートシンク４００とをネジ２５１〜２５４により組み付けている。したがって、第１実施形態の電子制御ユニット１は、樹脂基板２０とヒートシンク４０との組み付けと、パワーＭＯＳ３１の発する熱の放熱経路の形成を一度に行うことで、比較例に対し、加工工数を低減することができる。

第１実施形態では、樹脂基板２０の表裏に電子部品を実装した後、高低温検査を行っている。これに対し、比較例では、金属基板４８０及び樹脂基板２００がヒートシンク４００に固定され、バスバー３８０、３８１により金属基板４８０の回路と樹脂基板２００の回路を接続した後に高低温検査を行っている。したがって、第１実施形態の電子制御ユニット１は、樹脂基板２０とヒートシンク４０とを組み付ける前に電子部品の作動状態を検査することで、ヒートシンク４０に熱エネルギーを加えることないので、比較例に対し、熱容量の小さな恒温槽を使用し、かつ、短時間で高低温検査をすることができる。

（第２実施形態）
本発明の第２実施形態の電子制御ユニットを図６に示す。第２実施形態は、請求項３に記載の発明の特徴を具現化したものである。なお、以下、複数の実施形態において、実質的に同一の構成には同一の符号を付して説明を省略する。
第２実施形態では、樹脂基板２０に開口２１が形成され、この開口２１にヒートシンク４０の突部４１が挿入されている。突部４１と樹脂基板２０との間には、絶縁放熱シート５１が設けられている。この絶縁放熱シート５１は、パワーＭＯＳ３１のメタルベース３３とヒートシンク４０とを直接接続している。
モータ１０１を駆動する大電流がパワーＭＯＳ３１に流れるとき、パワーＭＯＳ３１が発する熱は、矢印Ｂに示すように、パワーＭＯＳ３１から絶縁放熱シート５１、ヒートシンク４０を伝導し外気へ放熱される。

第２実施形態では、パワーＭＯＳ３１の発する熱を放熱する放熱経路の熱抵抗は、
Ｔｚ＋Ｔｈ である。
したがって、第２実施形態の電子制御ユニット２は、第１実施形態に対し、熱抵抗が小さくなるので、放熱性を向上することができる。また、樹脂基板２０の開口２１に突部４１を挿入することで、電子制御ユニット２は、体格を小さくすることができる。

（第３実施形態）
本発明の第３実施形態の電子制御ユニットを図７に示す。第３実施形態は、請求項４及び請求項５に記載の発明の特徴を具現化したものである。
第３実施形態の電子制御ユニット３は、パワーＭＯＳ３１の樹脂基板２０とは反対側に第２放熱手段としての第２ヒートシンク６６と、この第２ヒートシンク６６とパワーＭＯＳ３１との間の隙間を埋める第２熱伝導手段としての放熱グリス７１とを備えている。第２ヒートシンク６６とパワーＭＯＳ３１との間の隙間は、パワーＭＯＳ３１に応力がかからない距離に設定されている。放熱グリス７１は、第２ヒートシンク６６とパワーＭＯＳ３１との間の隙間を埋めることで、パワーＭＯＳ３１が発する熱を放熱する第２の放熱経路を形成する。

モータを駆動する大電流がパワーＭＯＳ３１に流れるとき、パワーＭＯＳ３１が発する熱は、矢印Ａに示すように、パワーＭＯＳ３１から樹脂基板２０、絶縁放熱シート５１、ヒートシンク４０を伝導し外気へ放熱される。また、これと並行して、パワーＭＯＳ３１が発する熱は、矢印Ｃに示すように、パワーＭＯＳ３１のメタルベース３３から放熱グリス７１、第２ヒートシンク６６を伝導し外気へ放熱される。

第３実施形態では、放熱グリス７１の熱抵抗Ｔｇとすると、パワーＭＯＳ３１の発する熱を放熱する放熱経路の熱抵抗は、
（Ｔｐ＋Ｔｚ＋Ｔｈ）／／（Ｔｇ＋Ｔｈ） である。
なお、／／は、放熱経路が並行に形成されていることを示すものである。
第３実施形態の電子制御ユニット３は、パワーＭＯＳ３１の発する熱を放熱する２つの放熱経路を形成することで、第１実施形態に対し、放熱性を向上することができる。
さらに、第３実施形態では、パワーＭＯＳ３１は、メタルベース３３を第２ヒートシンク６６側に向けている。樹脂基板２０側の放熱経路に対し、熱抵抗の小さい第２の放熱経路へメタルベース３３を向けることで、放熱性をさらに向上することができる。

（第４実施形態）
本発明の第４実施形態の電子制御ユニットを図８に示す。第４実施形態は、第２実施形態と第３実施形態とを組み合わせたものである。
第４実施形態の電子制御ユニット４では、樹脂基板２０の開口２１にヒートシンク４０の突部４１が挿入されている。また、パワーＭＯＳ３１の樹脂基板２０とは反対側に第２ヒートシンク６６と放熱グリス７１とが設けられている。
モータを駆動する大電流がパワーＭＯＳ３１に流れるとき、パワーＭＯＳ３１が発する熱は、矢印Ｂに示すように、パワーＭＯＳ３１から絶縁放熱シート５１、ヒートシンク４０を伝導し外気へ放熱される。また、これと並行して、パワーＭＯＳ３１が発する熱は、矢印Ｃに示すように、パワーＭＯＳ３１から放熱グリス７１、第２ヒートシンク６６を伝導し外気へ放熱される。

第４実施形態では、パワーＭＯＳ３１の発する熱を放熱する放熱経路の熱抵抗は、
（Ｔｚ＋Ｔｈ）／／（Ｔｇ＋Ｔｈ） である。
第４実施形態の電子制御ユニット４は、第３実施形態に対し、熱抵抗を小さくすることで、放熱性をさらに向上することができる。

（第５実施形態）
本発明の第５実施形態の電子制御ユニットを図９に示す。第５実施形態は、請求項６及び請求項７に記載の発明の特徴を具現化したものである。
第５実施形態では、樹脂基板２０の板厚方向に熱伝導経路手段としてのスルーホール８１が形成されている。このスルーホール８１は、パワーＭＯＳ３１の直下に設けられ、樹脂基板２０のパワーＭＯＳ３１側に設けられた外層銅箔８２と、ヒートシンク４０側に設けられた外層銅箔８３とを接続している。
さらに、樹脂基板２０とヒートシンク４０との間には、第１熱伝導手段としての高硬度絶縁放熱シート５３及び放熱グリス５２が設けられている。高硬度絶縁放熱シート５３は、絶縁性が高く、熱抵抗の小さいシートである。放熱グリス５２は、高硬度絶縁放熱シート５３とヒートシンク４０との隙間を埋めることで、両者間の熱伝導率を高めている。

モータを駆動する大電流がパワーＭＯＳ３１に流れるとき、パワーＭＯＳ３１が発する熱は、矢印Ｄに示すように、パワーＭＯＳ３１から、樹脂基板２０、高硬度絶縁放熱シート５３、放熱グリス５２、ヒートシンク４０を伝導し外気へ放熱される。

第５実施形態では、スルーホール及び外層銅箔を有する樹脂基板の熱抵抗Ｔｐ１、高硬度絶縁放熱シートの熱抵抗Ｔｚ、放熱グリスの熱抵抗Ｔｇ、ヒートシンクの熱抵抗Ｔｈ、とすると、パワーＭＯＳ３１が発する熱を放熱する放熱経路の熱抵抗は、
Ｔｐ１＋Ｔｚ＋Ｔｇ＋Ｔｈ である。
ここで、第５実施形態の樹脂基板の熱抵抗Ｔｐ１と、第１〜第４実施形態の樹脂基板の熱抵抗Ｔｐとの関係は、
Ｔｐ１＜Ｔｐである。
したがって、第５実施形態の電子制御ユニット５は、樹脂基板２０にスルーホール８１及び外層銅箔８２、８３を設けることで、第１実施形態に対し、放熱性を向上することができる。

（第６実施形態）
本発明の第６実施形態の電子制御ユニットを図１０に示す。第６実施形態は、請求項８に記載の発明の特徴を具現化したものである。
第６実施形態では、高硬度絶縁放熱シート５３と樹脂基板２０との間に放熱グリス５２が設けられている。放熱グリス５２は、スルーホール８１の内側に満たされ、パワーＭＯＳ３１と接続している。
モータを駆動する大電流がパワーＭＯＳ３１に流れるとき、パワーＭＯＳ３１が発する熱は、矢印Ｅに示すように、パワーＭＯＳ３１から、樹脂基板２０、高硬度絶縁放熱シート５３、放熱グリス５２、ヒートシンク４０を伝導し外気へ放熱される。

第６実施形態では、パワーＭＯＳ３１が発する熱を放熱する放熱経路の熱抵抗は、
（Ｔｐ１＋Ｔｇ）＋Ｔｚ＋Ｔｈ である。
ここで、第６実施形態の樹脂基板の熱抵抗（Ｔｐ１＋Ｔｇ）と、第５実施形態の樹脂基板の熱抵抗Ｔｐ１との関係は、
（Ｔｐ１＋Ｔｇ）＜Ｔｐ１である。
したがって、第６実施形態の電子制御ユニット６は、スルーホール８１に放熱グリス５２を充満させることで、第５実施形態に対し、放熱性を向上することができる。また、放熱グリス５２を使用して放熱経路の熱抵抗を小さくすることで、加工コストを低減することができる。

（第７実施形態）
本発明の第７実施形態の電子制御ユニットを図１１に示す。第７実施形態は、請求項９及び請求項１０に記載の発明の特徴を具現化したものである。
第７実施形態では、樹脂基板２０の延びる方向へ、熱伝導層としての内層銅箔８４、８５が設けられている。内層銅箔８４は、一端がスルーホール８１の外壁と熱伝導可能に接続し、他端が樹脂基板２０とヒートシンク４０とを固定するネジ２５と熱伝導可能に接続している。内層銅箔８４は、パワーＭＯＳ３１が発する熱を樹脂基板２０の延びる方向へ放熱するとともに、ネジ２５の外壁から外気へ放熱する。
モータを駆動する大電流がパワーＭＯＳ３１に流れるとき、パワーＭＯＳ３１が発する熱は、矢印Ｆに示すように、パワーＭＯＳ３１から、樹脂基板２０、放熱グリス５２、高硬度絶縁放熱シート５３、ヒートシンク４０を伝導し外気へ放熱される。

第７実施形態では、スルーホール、外層銅箔及び内層銅箔を有する樹脂基板の熱抵抗Ｔｐ２、とすると、パワーＭＯＳ３１が発する熱を放熱する放熱経路の熱抵抗は、
（Ｔｐ２＋Ｔｇ）＋Ｔｚ＋Ｔｈ である。
ここで、第７実施形態の樹脂基板の熱抵抗（Ｔｐ２＋Ｔｇ）と、第６実施形態の樹脂基板の熱抵抗（Ｔｐ１＋Ｔｇ）との関係は、
（Ｔｐ２＋Ｔｇ）＜（Ｔｐ１＋Ｔｇ）である。
したがって、第７実施形態の電子制御ユニット７は、樹脂基板２０に内層銅箔８４、８５を設けることで、第６実施形態に対し、放熱性を向上することができる。

（第８実施形態）
本発明の第８実施形態の電子制御ユニットを図１２に示す。第８実施形態は、請求項１１に記載の発明の特徴を具現化したものである。
第８実施形態では、樹脂基板２０の表面及び裏面に熱伝導チップ９１、９２が実装されている。熱伝導チップ９１、９２は、例えば銅又ははんだ等から形成され、樹脂基板２０の外気側へ突出している。熱伝導チップ９１、９２の直下には、スルーホール８６が設けられている。スルーホール８６と内層銅箔８４、８５とは熱伝導可能に接続している。熱伝導チップ９１、９２は、樹脂基板２０の表面のスペースを有効に用いて設けられ、内層銅箔８４、８５を伝導する熱を樹脂基板２０の外側へ高効率に放熱する。

モータを駆動する大電流がパワーＭＯＳ３１に流れるとき、パワーＭＯＳ３１が発する熱は、矢印Ｇに示すように、パワーＭＯＳ３１から、樹脂基板２０、放熱グリス５２、高硬度絶縁放熱シート５３、ヒートシンク４０を伝導し外気へ放熱される。また、これと並行して、パワーＭＯＳ３１が発する熱は、矢印Ｈ，Ｉ，Ｊに示すように、パワーＭＯＳ３１からスルーホール８１、外層銅箔８２、８３、内層銅箔８４、８５、スルーホール８６、熱伝導チップ９１、９２を伝導し外気へ放熱される。

第８実施形態では、熱伝導チップの熱抵抗Ｔｄ、とすると、パワーＭＯＳ３１が発する熱を放熱する放熱経路の熱抵抗は、
（Ｔｐ２＋Ｔｇ）＋Ｔｚ＋Ｔｈ／／Ｔｐ２＋Ｔｄ である。
したがって、第８実施形態の電子制御ユニット８は、パワーＭＯＳ３１の発する熱を放熱する２つの放熱経路を形成することで、第７実施形態に対し、放熱性を向上することができる。

（第９実施形態）
本発明の第９実施形態の電子制御ユニットを図１３に示す。第９実施形態は、請求項１２及び請求項１３に記載の発明の特徴を具現化したものである。
第９実施形態では、樹脂基板２０に第２放熱手段としてのカバー６０が取り付けられている。このカバー６０と樹脂基板２０との間に放熱グリス７１が充満している。一方、樹脂基板２０とヒートシンク４０との間にも放熱グリス５２が充満している。カバー６０と樹脂基板２０との間の放熱グリス７１は、パワーＭＯＳ３１及び熱伝導チップ９１とカバー６０との間の放熱経路を形成している。また、樹脂基板２０とヒートシンク４０との間の放熱グリス５２は、熱伝導チップ９２とヒートシンク４０との間の放熱経路を形成している。

モータを駆動する大電流がパワーＭＯＳ３１に流れるとき、パワーＭＯＳ３１が発する熱は、矢印Ｇに示すように、パワーＭＯＳ３１から、樹脂基板２０、放熱グリス５２、高硬度絶縁放熱シート５３、ヒートシンク４０を伝導し外気へ放熱される。また、これと並行して、パワーＭＯＳ３１が発する熱は、矢印Ｈ，Ｉ，Ｊに示すように、パワーＭＯＳ３１からスルーホール８１、外層銅箔８２、８３、内層銅箔８４、８５、スルーホール８６、熱伝導チップ９１、９２、カバー６０又はヒートシンク４０を伝導し外気へ放熱される。

第９実施形態では、カバーの熱抵抗Ｔｋ、とすると、パワーＭＯＳ３１が発する熱を放熱する放熱経路の熱抵抗は、
（Ｔｐ２＋Ｔｇ２）＋Ｔｚ＋Ｔｈ／／Ｔｐ２＋Ｔｄ／／Ｔｄ＋Ｔｇ＋Ｔｋ である。
したがって、第９実施形態の電子制御ユニット９は、パワーＭＯＳ３１の発する熱を放熱する３つの放熱経路を形成することで、第８実施形態に対し、放熱性を向上することができる。

（第１０実施形態）
本発明の第１０実施形態の電子制御ユニットを図１４に示す。第１０実施形態は、請求項１４に記載の発明の特徴を具現化したものである。
第１０実施形態では、樹脂基板２０のヒートシンク４０側に、パワーＭＯＳ３１側へ凹む凹溝２２が形成されている。凹溝２２には、放熱グリス５２が充満している。凹溝２２によって、樹脂基板２０とヒートシンク４０との間に空間が形成され、樹脂基板２０とヒートシンク４０との間が絶縁される。このため、絶縁放熱シートを廃止することができる。
モータを駆動する大電流がパワーＭＯＳ３１に流れるとき、パワーＭＯＳ３１が発する熱は、矢印Ｋに示すように、パワーＭＯＳ３１から、樹脂基板２０、放熱グリス５２、ヒートシンク４０を伝導し外気へ放熱される。

第１０実施形態では、パワーＭＯＳ３１が発する熱を放熱する放熱経路の熱抵抗は、
Ｔｐ＋Ｔｚ＋Ｔｈ である。
したがって、第１０実施形態の電子制御ユニット１０は、第６実施形態に対し、パワーＭＯＳ３１の発する熱を放熱する放熱経路を短くすることで、放熱性を向上することができる。
また、第１０実施形態では、樹脂基板２０とヒートシンク４０との間の電気的な接続を防止する絶縁放熱シートを廃止することで、加工工数を低減することができる。

（第１１実施形態）
本発明の第１１実施形態の電子制御ユニットを図１５に示す。
第１１実施形態では、樹脂基板２０とヒートシンク４０との間に、第１熱伝導手段としての低硬度絶縁放熱シート５４が設けられている。低硬度絶縁放熱シート５４は、例えばシリコンを含んで形成される柔軟性の大きいシートであり、かつ、絶縁性が高く、熱抵抗の小さいシートである。
低硬度絶縁放熱シート５４を用いることで、樹脂基板２０、低硬度絶縁放熱シート５４、及びヒートシンク４０の密着性が高くなるので、放熱グリスを廃止することができる。
モータを駆動する大電流がパワーＭＯＳ３１に流れるとき、パワーＭＯＳ３１が発する熱は、矢印Ｌに示すように、パワーＭＯＳ３１から、樹脂基板２０、低硬度絶縁放熱シート５４、ヒートシンク４０を伝導し外気へ放熱される。

第１１実施形態では、パワーＭＯＳ３１が発する熱を放熱する放熱経路の熱抵抗は、
Ｔｐ＋Ｔｚ＋Ｔｈ である。
したがって、第１１実施形態の電子制御ユニット１１は、パワーＭＯＳ３１の発する熱を放熱する放熱経路を短くすることで、放熱性を向上することができる。
また、第１１実施形態では、放熱グリスを廃止することで、加工工数を低減することができる。

（第１２実施形態）
本発明の第１２実施形態の電子制御ユニットを図１６に示す。第１２実施形態は、請求項１５及び請求項１６に記載の発明の特徴を具現化したものである。
第１２実施形態では、カバー６０のヒートシンク４０側の端部に孔を有する係止部６２が設けられている。ヒートシンク４０の端部には、係止部６２に対応する突起４６が設けられている。カバー６０に設けた係止部６２の孔にヒートシンク４０の突起４６を嵌め合わせると、係止部６２の弾性力によりカバー６０とヒートシンク４０とが固定される。

第１２実施形態の電子制御ユニット１２では、カバー６０とヒートシンク４０とをスナップフィットによって固定する。このため、第１実施形態と比較してかしめ工程を廃止することで、加工工数を低減することができる。また、ヒートシンク４０とカバーとが接続することで、放熱性を向上することができる。

（第１３実施形態）
本発明の第１３実施形態の電子制御ユニットを図１７に示す。第１３実施形態は、請求項１７に記載の発明の特徴を具現化したものである。
第１３実施形態では、カバー６０の端部に孔を有するフランジ６２が設けられている。このフランジ６２に対応して、ヒートシンク４０の端部にも、孔を有するフランジ４７が設けられている。電子制御ユニット１３は、カバー６０のフランジ６２と、ヒートシンク４０のフランジ４７を合わせ、電動パワーステアリングシステムが適用される車体１０３の取付穴１０４にボルト１０５によって取り付けられる。

第１３実施形態では、電子制御ユニット１３を車体１０３に取り付ける際に、カバー６０とヒートシンク４０とが車体１０３に共締めされるので、第１２実施形態と比較し、カバー６０とヒートシンク４０とを接続する加工工数を低減することができる。

（第１４実施形態）
本発明の第１４実施形態の電子制御ユニットを図１８に示す。第１４実施形態は、請求項１８に記載の発明の特徴を具現化したものである。
第１４実施形態では、カバー６０、樹脂基板２０及びヒートシンク４０が、ネジ２５１〜２５５により固定される。カバー６０のネジ穴６５１〜６５５の近傍には、樹脂基板２０側へ凹む当接部６６１〜６６５が形成されている。

第１４実施形態では、カバー６０、樹脂基板２０、絶縁放熱シート５１、放熱グリス５２、及びヒートシンク４０が一度に組み付けられるので、第１２実施形態と比較して、加工工数を低減することができる。
さらに、カバー６０と樹脂基板２０とヒートシンク４０との間の放熱経路がネジ２５１〜２５５によって形成されることで、放熱性を向上することができる。

（第１５実施形態）
本発明の第１５実施形態の電子制御ユニットを図１９に示す。第１５実施形態は、請求項４、請求項５及び請求項１９に記載の発明を具現化したものである。
第１５実施形態では、パワーＭＯＳ３１及び樹脂基板２０の表面に放熱グリス７１が塗布されている。パワーＭＯＳ３１の発する熱を放熱する表面積を大きくすることで、放熱性を向上することができる。
なお、放熱グリスは、樹脂基板２０に実装され、通電されることで発熱する他の電子部品の表面及びその近傍に塗布しても良い。これにより、さらに放熱性を向上することができる。

（第１６実施形態）
本発明の第１６実施形態の電子制御ユニットを図２０に示す。第１６実施形態は、請求項５に記載の発明の特徴を具現化したものである。
第１６実施形態では、カバー６０とパワーＭＯＳ３１との間に放熱グリス７１及び低硬度絶縁放熱シート７２が設けられている。放熱グリス７１及び低硬度絶縁放熱シート７２は、カバー６０とパワーＭＯＳ３１との間のクリアランスの公差を吸収するとともに、パワーＭＯＳ３１が発する熱をカバー６０へ伝導する放熱経路を形成する。
第１６実施形態では、パワーＭＯＳ３１が発する熱を高効率に放熱することができる。この結果、電子制御ユニット１６は、放熱性を向上することができる。

（他の実施形態）
上述した複数の実施形態では、電動パワーステアリングシステムのモータを制御する電子制御ユニットについて説明した。これに対し、本発明の電子制御ユニットは、例えばバルブの開閉タイミングを切り替えるＶＶＴ（Variable Valve Timing）等を制御する電子制御ユニットであってもよい。
上述した複数の実施形態では、樹脂を含む樹脂基板として、ＦＲ−４を例に説明した。これに対し、本発明に用いられる樹脂基板は、ＦＲ−５、ＣＥＭ−３等のリジット基板、又は、フレキシブル基板等であってもよい。
上述した複数の実施形態では、パワーデバイスとしてパワーＭＯＳを例に説明した。これに対し、本発明に用いられるパワーデバイスは、ＦＥＴ（Field Effect Transistor）、ＳＢＤ（Schottky Barrier Diode）、ＩＧＢＴ（絶縁ゲートバイポーラトランジスタ）等であってもよい。
このように、本発明は、上記実施形態に限ることなく、特許請求の範囲の記載を逸脱しない範囲で、種々の実施形態とすることが可能である。

１：電子制御ユニット、２０：樹脂基板、３１：パワーＭＯＳＦＥＴ（パワーデバイス）、３５：ＩＣ（マイクロコンピュータ）、４０：ヒートシンク（第１放熱手段）、５１：絶縁放熱シート（第１熱伝導手段）

Claims (20)

1. 樹脂基板と、
   前記樹脂基板に表面実装されるパワーデバイスと、
   前記パワーデバイスを制御するマイクロコンピュータと、
   前記樹脂基板の前記パワーデバイスとは反対側に設けられる第１放熱手段と、
   前記パワーデバイスが発する熱を前記第１放熱手段へ伝導する第１熱伝導手段と、を備えることを特徴とする電子制御ユニット。
2. 前記第１熱伝導手段は、絶縁放熱シート及び放熱グリスの少なくともいずれか一方を有することを特徴とする請求項１に記載の電子制御ユニット。
3. 前記第１熱伝導手段は、前記樹脂基板に形成された開口に設けられ、前記パワーデバイスと前記第１放熱手段とを直接接続することを特徴とする請求項１又は２に記載の電子制御ユニット。
4. 前記パワーデバイスの前記樹脂基板とは反対側に設けられる第２放熱手段と、
   前記パワーデバイスが発する熱を前記第２放熱手段へ伝導する第２熱伝導手段と、をさらに備えることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の電子制御ユニット。
5. 前記第２熱伝導手段は、前記パワーデバイスと前記第２放熱手段との間に設けられる放熱グリス及び低硬度絶縁放熱シートの少なくともいずれか一方を有することを特徴とする請求項４に記載の電子制御ユニット。
6. さらに、前記パワーデバイスの発する熱の伝導経路を前記樹脂基板の内部に形成する熱伝導経路手段を備えることを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載の電子制御ユニット。
7. 前記熱伝導経路手段は、前記パワーデバイスの直下に設けられ、前記樹脂基板を板厚方向に通じるスルーホールを有することを特徴とする請求項６に記載の電子制御ユニット。
8. 前記第１熱伝導手段としての放熱グリスは、前記スルーホールの内側に満たされることを特徴とする請求項７に記載の電子制御ユニット。
9. 前記熱伝導経路手段は、前記スルーホールの外壁に接続し、前記樹脂基板の延びる方向へ設けられる熱伝導層を有することを特徴とする請求項７または８に記載の電子制御ユニット。
10. 前記熱伝導層は、前記樹脂基板と前記第１放熱手段とを固定するネジに接続していることを特徴とする請求項９に記載の電子制御ユニット。
11. 前記樹脂基板上に設けられ、一端が前記熱伝導層と接続し、他端が前記樹脂基板の表面から前記樹脂基板の板厚方向に突出する熱伝導チップをさらに備えることを特徴とする請求項９または１０に記載の電子制御ユニット。
12. 前記第１熱伝導手段は、前記熱伝導チップと前記第１放熱手段との間に充満する放熱グリスを有することを特徴とする請求項１１に記載の電子制御ユニット。
13. 前記第２熱伝導手段は、前記熱伝導チップと前記第２放熱手段との間に充満する放熱グリスを有することを特徴とする請求項１１または１２に記載の電子制御ユニット。
14. 前記第１熱伝導手段は、前記樹脂基板の前記第１放熱手段側に形成された凹溝に満たされる放熱グリスを有することを特徴とする請求項１から１３のいずれか一項に記載の電子制御ユニット。
15. 前記第２放熱手段は、前記パワーデバイスを保護するカバーを有し、
    前記カバーは、前記第１放熱手段としてのヒートシンクの端部に接続されることを特徴とする請求項４から１４のいずれか一項に記載の電子制御ユニット。
16. 前記カバーは、前記ヒートシンクの端部にスナップフィットによって接続されることを特徴とする請求項１５に記載の電子制御ユニット。
17. 前記カバーと前記ヒートシンクとは、前記電動パワーステアリングシステムが適用される車体に共締めされることを特徴とする請求項１５に記載の電子制御ユニット。
18. 前記カバーと前記樹脂基板と前記ヒートシンクとはネジにより共締めされることを特徴とする請求項１５に記載の電子制御ユニット。
19. 前記第２放熱手段は、前記樹脂基板に実装される発熱部品の前記樹脂基板とは反対側に設けられることを特徴とする請求項４に記載の電子制御ユニット。
20. 樹脂基板の表面にパワーデバイスを含む電子部品を実装する第１工程と、
    前記第１工程の後、高温または低温で前記電子部品の作動状態を検査する第２工程と、
    前記第２工程の後、前記樹脂基板の前記パワーデバイスとは反対側に第１熱伝導手段及び第１放熱手段を設ける第３工程と、を含むことを特徴とする電子制御ユニットの製造方法。

Images