(57)【要約】【課題】セラミックキバン上にパワー素子を実装し、そのキバンをヒートシンクとなるアルミプレートに接着する構造の電子制御装置において、アルミプレート上に設ける接着剤を逃がすための溝の凹部にあたる位置に、キバン上のパワー素子が配置されるとパワー素子の放熱が悪くなっていた。【解決手段】キバン上のパワー素子の位置が、接着剤を逃がす溝の凸部に来るように、アルミプレートに溝を設ける。【効果】パワー素子の発熱がヒートシンクの役目をはたすアルミプレートに伝わる上での熱抵抗を小さくできるため、パワー素子の温度上昇を抑えることが出来る。【選択図】  図１
2004273871.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
パワー素子をセラミック基板上に実装し、その基板をヒートシンクの目的をもつ金属板に接着剤で接着する構造の装置において、金属板に接着剤を逃がす溝を設け、且つパワー素子の下部に当たる部分に溝の凸部が来るように溝を作った構造を特徴とする基板ヒートシンクを有する電子制御装置。
【請求項２】
請求項１において、
前記のヒートシンクの溝の凸部の面積がパワー素子チップの大きさの一倍以上あることを特徴とする基板ヒートシンクを有する電子制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電子制御装置に関する。特に、パワー素子の下の基板ヒートシンク最適形状に関する。更に、車両のエンジンを制御する電子制御装置に係り、特に、パワー素子をセラミック基板に実装する構造をもつ電子制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、セラミック基板を金属板のヒートシンクにシリコン接着剤等の接着剤で接着する場合、基板と金属板間の接着剤中にボイドができることを避けるために、金属板に溝を設け、溝の凸となる金属板はセラミック基板と密着できる構造としていた。
【０００３】
【特許文献１】
特開２００２−３１５３５８号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
基板上の部品配置によっては、パワー素子の下に当たる部分に、溝の凹部が来る場合があった。パワー素子の下に溝の凹部が来た場合、パワー素子から金属板への熱の伝導が悪くなり、パワー素子の温度上昇が大きくなるという課題があった。
【０００５】
金属板の溝の位置は接着剤にボイドが発生しないように配置することは考慮されていたが、セラミック基板上のパワー素子との位置関係は特に考慮されていなかった。
【０００６】
本発明の目的は、パワー素子の冷却をより効率良く行うことが出来る電子制御装置を提供することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
基板上に実装されているパワー素子の下部に当たる部分に金属板の凸部が来るように溝を設けることにより、パワー素子と金属板間の熱抵抗を小さくすることが出来、パワー素子の温度上昇を抑えることが出来る。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、第一の実施例を、電子制御スロットル装置を一例として説明する。
【０００９】
図５に実施例の構造を適用した電子制御スロットル装置の構造図を示す。
【００１０】
この装置の主たる目的は、スロットルバルブ１８の開度を開度センサ１７によって検出し、その信号をスロットル制御装置基板１上のスロットル制御モジュールにて信号処理し、付随するモーター１４に電流を供給し、かつ、モーター１４に付随するギア１５を介してスロットルバルブシャフト１９に動力を伝えることで、スロットルバルブ１８を回転させ、所定の開度を得るものである。
【００１１】
スロットル制御装置基板１はヒートシンクとなるアルミプレート２にシリコン接着剤にて接着されている。
【００１２】
図４は、スロットル制御装置基板１の回路構成である。車両のバッテリ電源から供給されるバッテリ１０４から電源を入力し、車両内にあるエンジン制御モジュール１０５から出力される目標開度信号をシリアル通信回路１０６を介してマイクロプロセッサ１０２に入力する。マイクロプロセッサ１０２は、スロットル開度センサ１７が出力するスロット開度センサ値によりフィードバックを行いながら、スロットル制御モジュール内のモータードライバーＩＣ１０３へ信号出力する。その信号によりモータードライバーＩＣ１０３は、バッテリライン１０４からの電源供給を受け、モーター１４へ供給する電流値を供給する。
【００１３】
スロットル制御モジュール内でのモーター４への駆動電流は通常で１．５  Ａ、ピークで５Ａに達し、モータードライバーＩＣ１０３内に存在するＦＥＴのＯＮ抵抗分（この場合３００ｍΩ）により多くの発熱を伴う。通常は１Ｗ、スロットルバルブを高速で動かした場合には瞬間的に５Ｗものロスが発生し、これが全て発熱となる。
【００１４】
次に、放熱構造を説明する。
【００１５】
図１は放熱構造の断面図、図２は平面図である。
【００１６】
スロットル制御モジュールは、マイクロプロセッサ１０２，モータードライバーＩＣ１０３、及びここには記載していない電子部品（ＩＣ，抵抗，コンデンサ等）をセラミック基板上に搭載したもので、アルミニウムのアルミプレート２にシリコン接着剤で接着される。
【００１７】
スロットル制御装置基板１上に搭載される部品のうち、モータードライバーＩＣ１０３の発熱が大きく、このＩＣの放熱を良くし、温度上昇を抑えることが、スロットル制御モジュールの放熱構造のポイントとなる。
【００１８】
図１でモータードライバーＩＣ１０３は、はんだ２２によりスロットル制御装置基板１に接続されており、モータードライバーＩＣ１０３で発生した熱は、はんだ２２を通ってスロットル制御装置基板１に伝わり、スロットル制御装置基板１の中をを垂直方向に伝わり、それからシリコン接着剤２３を通してアルミプレート２へ伝わる。
【００１９】
図１に示すように、アルミプレート２はまた樹脂製のギアカバー３へシリコン接着剤でされており、その樹脂製のケースから雰囲気へ放熱される。
【００２０】
ここで、熱の経路となる各部の熱伝導率をみてみると、スロットル制御装置基板１が２５Ｗ／ｍ・ｋ、アルミプレート２が２２０Ｗ／ｍ・ｋ、はんだ２２が３３Ｗ／ｍ・ｋに対し、シリコン接着剤２３が０．２９Ｗ／ｍ・ｋ  となっており、シリコン接着剤２３の熱伝導率がスロットル制御装置基板１，アルミプレート２に比べ小さく、モータードライバーＩＣ１０３の放熱のためにはシリコン接着剤２３の部分の熱抵抗を小さくすることが重要であることが分かる。
【００２１】
また、シリコン接着剤と空気の熱伝導率を比べると、シリコン接着剤２３が０．２９Ｗ／ｍ・ｋに対し、空気の熱伝導率は０．０２４Ｗ／ｍ・ｋであり、シリコン接着剤よりさらに小さくなる。
【００２２】
従って、スロットル制御装置基板１とアルミプレート２の接着では、シリコン接着剤２３の厚みを薄くして、その中に空気の層となるボイドを作らないことが重要である。
【００２３】
シリコン接着剤２３中にボイドを作らない方法として、アルミプレート２に溝を作る方法がある。スロットル制御装置基板１とアルミプレート２の接着作業時、アルミプレート２に接着剤塗布後、スロットル制御装置基板１を載せ、スロットル制御装置基板１を押さえつけることで、接着剤はアルミプレート２の凹部分２４に流れ、凸部分となる２５部分は接着剤２３の厚さを薄くすることができる。
【００２４】
次に、アルミプレート２の凹部２４とモータードライバーＩＣ１０３の位置について説明する。先に述べたように、モータードライバーＩＣ１０３の発熱は、平均では１Ｗに対し、瞬間的には５Ｗとなる。
【００２５】
モータードライバーＩＣ１０３の定格接合温度を考慮すると、瞬間的な発熱を含めて温度上昇をある温度以内に抑える必要がある。平均の発熱量に対する放熱を考える場合、アルミプレート２からギアカバー３を通しての雰囲気への放熱がモータードライバーＩＣ１０３の温度上昇に対して最も影響がある部分となるが、瞬間的な５Ｗの発熱に対する温度上昇は、時間が５０ｍｓ程度と短かいため、モータードライバーＩＣ１０３の温度上昇に最も影響するのは、モータードライバーＩＣ１０３からアルミプレート２までの熱伝導となる。
【００２６】
このモータードライバーＩＣ１０３からアルミプレート２までの熱伝導経路では、シリコン接着剤２３を通したスロットル制御装置基板１裏面からアルミプレート２までの部分が最も熱伝導率が小さく、この部分の伝熱を良くすることが重要となる。
【００２７】
この点から従来のアルミプレート構造をみると、従来のものは図３の断面図、図４の平面図に示すように、シリコン接着剤の流れは考慮されているが、凹部２４がモータードライバーＩＣ１０３の下に掘られていた。
【００２８】
モータードライバーＩＣ１０３からアルミプレート２までの各伝熱部分の温度差を図４に示す従来のアルミプレート２と、図２に示すアルミプレートについて計算してみると、チップサイズ５ｍｍ×５ｍｍ，はんだ２２の厚さ０．２ｍｍ  ，スロットル制御装置基板１の厚さ１ｍｍ，アルミプレートの凸部２５のシリコン接着剤２３の厚さ０．０５ｍｍ，アルミプレート２の凹部２４のシリコン接着剤の厚さ０．３ｍｍとし、熱はモータードライバーＩＣ１０３裏面から垂直に真下伝わるとする。発熱は５Ｗ一定とすると、はんだ２２の部分での温度差は１．２℃  ，スロットル制御装置基板１部分での温度差は８℃，シリコン接着剤２３部分での温度差は、図３の従来構造における５９．１℃  に対し、図１では３４．５℃  となる。
【００２９】
これより、モータードライバーＩＣ１０３の下部に当たる部分には、アルミプレート２の溝の凸部がくるように溝を設けることが、パワー素子の温度上昇を抑えるために効果があることが分かる。
【００３０】
以上によれば、パワー素子を実装したセラミック基板をアルミプレートに接着する構造の電子制御装置において、パワー素子の下にアルミプレートに設けた接着剤を逃がす溝の凸部を配置するように溝を設けることにより、基板上のパワー素子の温度上昇を抑えることが出来る。
【００３１】
【発明の効果】
本発明によれば、パワー素子の冷却をより効率良く行うことが出来る電子制御装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例の断面構造図。
【図２】実施例の平面構造図。
【図３】放熱構造の断面図。
【図４】放熱構造の平面図。
【図５】実施例を適用したスロットル制御装置の構造図。
【図６】実施例のスロットル制御装置の回路構成図。
【符号の説明】
１…スロットル制御装置基板、２…アルミプレート、３…ギアカバー、７…スロットルボディー、１４…モーター、１５…ギア、１７…スロットル開度センサ、１８…スロットルバルブ、１９…スロットルバルブシャフト、２２…はんだ、２３…シリコン接着剤、１０２…マイクロプロセッサ、１０３…モータードライバーＩＣ。
【図１】
2004273871.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【手続補正書】
【提出日】平成16年6月3日(2004.6.3)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】特許請求の範囲
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
表面形状が凹凸状の金属板と、
上記金属板の表面上に接着剤を介して接着されたセラミック基板と、
上記セラミック基板の上にはんだ接続されたパワー素子とを有する電子制御装置であって、
上記パワー素子は、上記金属板の凸部の上方に位置する上記セラミック基板の部位に配置されていることを特徴とする電子制御装置。
【請求項２】
表面形状が凹凸状のヒートシンクと、
上記ヒートシンクの上記表面の上に接着剤を介して接着されたセラミック基板と、
上記セラミック基板の上にはんだ接続されたモータドライバＩＣ及びマイクロプロセッサとを有する電子制御装置であって、
上記モータドライバＩＣは、上記ヒートシンクの凸部の上方に位置する上記セラミック基板の部位に配置されており、凹部の上方に位置する該セラミック基板の部位には配置されていないことを特徴とする電子制御装置。
【請求項３】
スロットルバルブの開度を制御するための電子制御スロットル装置に用いられる電子制御装置であって、
上記電子制御装置は、金属からなるヒートシンクと、
上記ヒートシンクの表面の上に接着剤を介して配置されたスロットル制御装置基板とを備え、
上記ヒートシンクの上記表面には溝が設けられ、該表面は凹凸状の構造を有しており、
上記スロットル制御装置基板の上には、外部のモータを駆動するためのモータドライバＩＣ、該モータドライバＩＣを制御するためのＭＰＵ、及び、外部装置との間で通信を行うためのシリアル通信回路が設けられており、
上記モータドライバＩＣは、上記ヒートシンクの凸部の上方に位置する上記スロットル制御装置基板の部位に配置されており、凹部の上方に位置する上記スロットル制御装置基板の部位には配置されていないことを特徴とする電子制御装置。
【請求項４】
請求項３記載の電子制御装置において、
上記接着剤の熱伝導率は、上記スロットル制御装置基板及び上記ヒートシンクの熱伝導率より小さいことを特徴とする電子制御装置。
【請求項５】
請求項３または４記載の電子制御装置において、
上記ヒートシンクはアルミニウムからなり、
上記スロットル制御装置基板はセラミックからなり、
上記スロットル制御装置基板の上には、抵抗及びコンデンサが搭載されていることを特徴とする電子制御装置。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１２】
図６は、スロットル制御装置基板１の回路構成である。車両のバッテリ電源から供給されるバッテリ１０４から電源を入力し、車両内にあるエンジン制御モジュール１０５から出力される目標開度信号をシリアル通信回路１０６を介してマイクロプロセッサ１０２に入力する。マイクロプロセッサ１０２は、スロットル開度センサ１７が出力するスロット開度センサ値によりフィードバックを行いながら、スロットル制御モジュール内のモータードライバーＩＣ１０３へ信号出力する。その信号によりモータードライバーＩＣ１０３は、バッテリライン１０４からの電源供給を受け、モーター１４へ供給する電流値を供給する。


【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１３】
スロットル制御モジュール内でのモーター１４への駆動電流は通常で１.５Ａ 、ピークで５Ａに達し、モータードライバーＩＣ１０３内に存在するＦＥＴのＯＮ抵抗分（この場合３００ｍΩ）により多くの発熱を伴う。通常は１Ｗ、スロットルバルブを高速で動かした場合には瞬間的に５Ｗものロスが発生し、これが全て発熱となる。


【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１８】
図１でモータードライバーＩＣ１０３は、はんだ２２によりスロットル制御装置基板１に接続されており、モータードライバーＩＣ１０３で発生した熱は、はんだ２２を通ってスロットル制御装置基板１に伝わり、スロットル制御装置基板１の中を垂直方向に伝わり、それからシリコン接着剤２３を通してアルミプレート２へ伝わる。