(57)【要約】      （修正有）【課題】モータ駆動用など大電力回路を形成するパワー回路基板において、熱伝導率が高く電気絶縁性を確保できる制御回路構造を提供する。【解決手段】発熱素子を備える回路基板１と、この回路基板が取り付けられる放熱部材１０からなる制御回路構造において、放熱部材１０と、この放熱部材１０上に絶縁層３を介して設けられた回路部４と、この回路部４の上に設けられた被覆層５とを備えている。前記絶縁層３はＳi処理層３ｂ、アルマイト処理層３ｃおよびＤＬＣ処理層３aからなる。【選択図】図１
2012182413.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
発熱素子を備える回路基板と、この回路基板が取り付けられる放熱部材からなる制御回路構造において、前記放熱部材の前記回路基板の取付面に、アルマイト処理層を形成し、その上にＳｉ処理層を形成し、このＳｉ処理層の上にＤＬＣ処理層を形成したことを特徴とする制御回路構造。
【請求項２】
前記アルマイト処理層、前記Ｓｉ処理層、前記ＤＬＣ処理層と前記放熱部材に絶縁性のグリースを塗布することを特徴とする請求項１に記載の制御回路構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、特に、パワー回路基板を備える制御回路構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
モータ駆動用など大電力回路を形成するパワー回路基板において、放熱のための熱伝導性改良と、電気絶縁性の両立が重要である。特許文献１の制御回路構造は、部品実装面とその部品実装面の裏側に放熱用の金属製ヒートシンクを密着させる構造であって、この部品実装面の放熱部材と金属製ヒートシンクとは、絶縁物質を介して密着させている。この場合、放熱部材と金属製ヒートシンクとはねじ締めにて密着させており、密着性や電気絶縁性の課題がある。
一方、特許文献２では表面処理による改良が開示されている。金属基板に絶縁層としてＤＬＣ（ダイヤモンドライクカーボン）処理膜が開示されているが、熱伝導性との両立は達成できていない。
【０００３】
【特許文献１】特開昭５６−１２２１４８号公報
【特許文献２】特開２００８−１１３０２５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
前述の絶縁物質は、金属等に比べると熱伝導率が低下するため、絶縁物質の薄肉化を図りたいが、電気絶縁性能の低下が発生するため薄肉化には限界がある。
そこで、絶縁膜を複合的に用いて電気絶縁性を確保しながら、熱伝導性の向上を両立させた制御回路構造を提供することを課題としている。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、発熱素子を備える回路基板と、この回路基板が取り付けられる放熱部材からなる制御回路構造において、前記放熱部材の前記回路基板の取付面に、アルマイト処理層を形成し、その上にＳｉ処理層を形成し、このＳｉ処理層の上にＤＬＣ処理層を形成したことを要旨としている。
上記構成によれば、アルマイト処理層、Ｓｉ処理層、ＤＬＣ処理層を積層して膜を形成しているので、単層膜に較べて絶縁性を向上でき、金属酸化物であるアルマイトの上に単一物質のＳｉ膜を形成することで、アルマイトの剥離、脱落を防止し、更にＤＬＣ処理層により絶縁性を向上できる。アルマイト処理層、Ｓｉ処理層は樹脂よりも高い熱伝導率を持つので、課題である絶縁性と熱伝導性が両立できる。
【０００６】
さらに請求項２に記載の発明は、前記アルマイト処理層、前記Ｓｉ処理層、前記ＤＬＣ処理層と前記放熱部材に絶縁性のグリースを塗布することを要旨としている。
この制御回路構造にすると、絶縁性のグリースにより、ピンホールによる絶縁性の低下を防止できる。また、確実に密着できるため、絶縁性と熱伝導性が両立できる。
【発明の効果】
【０００７】
この発明の回路構造によれば、熱伝導率が高く電気絶縁性を確保できる制御回路構造を提供ができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】この発明における回路構造の実施の一形態を模式的に示した断面図である。
【図２】ねじ固定時、線膨張差による僅かな変形で回路部から放熱部材への熱伝導を向上する形態の概略を模式的に示した断面図である。
【図３】放熱部材と絶縁層との間を説明する拡大説明図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、この発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１はこの発明における回路構造の実施の一形態を模式的に示した断面図である。
自動車に用いられる制御装置（ＥＣＵ）は、電動パワーステアリングのモータ電流を制御するモータ駆動用のインバータ回路を有しており、この発明の制御回路構造からなる回路基板１は、このインバータ回路部分に適用することができる。
【００１０】
図１において、回路基板１は、制御装置が有している放熱部材１０に、回路部４がねじ２によって取り付けられる構造となっている。又ねじ２は放熱部材１０に設けられる絶縁層３に接する金属導体４ｂを貫通して放熱部材１０に固定され、この金属導体４ｂは他の回路導体４ａと電気的に接続していない。回路基板１は、放熱部材１０上に設けられた絶縁層３と、この絶縁層３を介して前記放熱部材１０上に設けられた回路部４とを備えている。回路部４は、回路導体４ａ、半導体チップ６、アルミワイヤ７、図示されていない他電子部品により、前記電動パワーステアリングのモータ駆動用のインバータ回路などを形成している。
【００１１】
さらに、この実施の形態では、回路部４の上に被覆層５が設けられている。被覆層５はエポキシ等の熱硬化樹脂であり、回路部４を構成する樹脂に対し線膨張係数を同等以下に調整しており、半導体チップ６、アルミワイヤ７を保護するものである。これにより半導体チップ６にモータ駆動電流が通電した時、半導体チップ６が発熱し、回路部４、放熱部材１０と共に被覆層５の温度を上昇する事となり、この際、線膨張係数の差より、図２に示す様に僅かに回路部４が変形する。この変形により、回路部４端をねじ２で押さえた時に、回路部４中央部が、グリース１１を介して放熱部材１０に押付けられ、熱伝導性を向上することができる。
【００１２】
また、図３は放熱部材１０と絶縁層３を説明する拡大説明図である。放熱部材１０の上には、シリコンを含む密着補助層３ｂ及び絶縁硬化層３ｃが介在している。その上に、熱伝導性の高いダイヤモンドライクカーボンの薄膜（以下、ＤＬＣ処理層３aという）からなる。ＤＬＣ処理層３aは放熱部材１０の他面側に形成されている。ＤＬＣ処理層３aは、炭素を主成分としているが少量の水素を含み、ダイヤモンド結合（ＳＰ３結合）とグラファイト結合（ＳＰ２結合）との両方の結合が混在しているアモルファス構造を主体としている。ＤＬＣ薄膜３は、ＣＶＤ法（化学気相成長法）やＰＶＤ法（物理気相成長法）によって形成される。
【００１３】
ＣＶＤ装置によって行われるＤＬＣ処理層３aの成形は、アセチレンなどの炭化水素ガスを用い、チャンバー内で原料ガスをプラズマ化して、気相合成した非晶質炭化水素を放熱部材１０に蒸着することによって行うことができる。この際、原料に所定含有量の水素を含ませるため、ＤＬＣ処理層３aにも所定含有量の水素が含まれる。この製法はワーク（放熱部材１０）の温度が室温〜３００℃と低いこと、電極の配置により複雑形状でも均一に成膜しやすいこと、処理時間が比較的短いことなどの利点を有している。ＰＶＤ装置によって行われるＤＬＣ処理層３aの成形は、スパッタリング法やイオンプレーティング法などによって行うことができる。
【００１４】
回路部４は所定の配線パターンからなる多層回路を有しており、この回路は銅、アルミニウム、ニッケル、銀、金、錫これら各物質の化合物、又はこれら各物質の複合物からなる。図１の回路導体４ａは金属からなり、この回路導体４ａは、加圧接着、スパッタ蒸着、化学気相蒸着、熱蒸着、ペースト印刷又は焼付け等を行うことによって形成される。なお、回路部４の形成の際金属マスクを利用しても良い。また、これらの方法を複数組み合わせて導体４ａを形成してもよく、例えば、蒸着した後その蒸着金属部分の上に印刷を行うことにより導体４ａを厚くしてもよい。
【００１５】
密着補助層３ｂは、ＤＬＣ処理層３aと絶縁硬化層３ｃとの間に形成されている。密着補助層３ｂは、シリコンを含んでいるがその含有率がＤＬＣ処理層３aに向かって減少するように形成されている。この密着補助層３ｂにおいて、シリコンを最も多く含む部分、つまり、絶縁硬化層３ｃ側の部分ではシリコンの含有率がほぼ１００％に設定されており、ＤＬＣ処理層３aに向かって徐々にシリコンの含有率は減少している。そして、ＤＬＣ処理層３aとの境界部でシリコンの含有率をゼロとするのが好ましい。
【００１６】
この密着補助層３ｂの形成方法は、例えばＰＶＤ法やコールドスプレー法により、絶縁硬化層３ｃの上に形成され、更にＣＶＤ法において、ＤＬＣ薄膜形成の段階でアセチレンガス（Ｃ２Ｈ２）とテトラメチルシラン（Ｓｉ（ＣＨ３）４）とを同時に流し込み、後者の流量を徐々に下げて（小さくして）ＤＬＣ処理層３aを形成することによって行うことができる。
【００１７】
また、絶縁硬化層３ｃは、密着補助層３ｂと放熱部材１０との間に介在して形成されている。絶縁硬化層３ｃは、アルマイト処理（酸化アルミ膜）を施す。この絶縁硬化層３ｃの形成方法は、陽極酸化法、ＰＶＤ(物理的気相成長法)、コールドスプレー（エアロゾルデポジション）によって行うことができる。アルマイト処理後の放熱部材１０の硬度はロックウエル硬さ５０以上あることが重要であり、そのため放熱部材１０の塑性変形を起こしにくく、ＤＬＣ処理層３aの剥離防止ができる。
【００１８】
このように、放熱部材の上に絶縁硬化層３ｃ、さらに密着補助層３ｂを形成し、この密着補助層３ｂの上にＤＬＣ処理層３aを形成していることにより、ＤＬＣ処理層３aと放熱部材との密着強度を向上させることができ、ＤＬＣ処理層３aが剥がれることを防止することができる。
【００１９】
前記各実施の形態で用いられるＤＬＣ処理層３aの詳細な仕様について説明する。
ＤＬＣ処理層３aは、含有する水素の原子割合が３５％以上であり４０％以下であるのが好ましい。水素の含有率をこの範囲に設定することで、ＤＬＣ処理層３aの内部応力の発生を抑制することができる。具体的には内部応力を０．５ＧＰａ以下に抑制することができる。これによりＤＬＣ処理層３aが剥離するのを防ぐ効果を高めることができる。また、水素原子の原子割合が増えるほど絶縁性能を高めることができることから、水素の含有率を３５％以上とするのが好ましく、さらに、水素の含有率を４０％以下とすることによって、化学反応性を抑えることができ、安定性を保持することができ、また、膜強度（硬さ）をガラス程度（５００ＨＫ）以上に確保することができる。
【００２０】
ＤＬＣ処理層３aの熱伝導率は１Ｗ／ｍ・Ｋ以上であるのが好ましく、高い熱伝導特性を有している。さらに、ＤＬＣ処理層３aの比抵抗は１０７Ω・ｃｍ以上であるのが好ましく、高い電気絶縁性を有している。そして、ＤＬＣ薄膜３の厚さは、０．０５μｍ以上であり、１０μｍ以下であるのが好ましい。このように厚さの上限値を設定することにより、熱抵抗を抑制することができ、これにより、熱抵抗についてセラミックフィラー入り樹脂製絶縁層（エポキシ＋窒化アルミニウム：１００μｍ厚、熱伝導率２Ｗ／ｍ・Ｋ）以下とすることができる。
【００２１】
以上のように、この発明の回路構造の実施形態によれば、絶縁層がＤＬＣ処理層３ａからなるので、絶縁層における熱伝導率を高くすることができる。したがって、回路部４で発生した熱をこのＤＬＣ処理層３aを通じて効率よく伝え、さらに放熱部材１０へ伝えることができ、回路部４において急激に熱が発生しても、これによる回路部４の急激な温度上昇を抑えることができる。さらに、ＤＬＣ処理層３aが薄い膜からなるためにその熱抵抗を小さくでき、回路部４で発生した熱をより一層効率よく伝えることが可能となり、熱伝導特性の優れた回路構造となる。
【００２２】
また、この発明の回路構造は、図示する形態に限らずこの発明の範囲内において他の形態のものであっても良い。前記実施形態では、電動パワーステアリングのモータ駆動用のインバータ回路部分に適用した場合を説明したが、これ以外の電子機器にも適用することができ、例えば、ＬＥＤ照明用の基板、ＨＩＤヘッドランプ用の基板、センサ回路用の基板等にも適用することができる。
【符号の説明】
【００２３】
１… 回路基板、２…ねじ、３… 絶縁層、３a…ＤＬＣ処理層、３ｂ…密着補助層（Si処理層）、３ｃ…絶縁硬化層（アルマイト処理層）、４…回路部、４ａ…回路導体、４ｂ…金属導体、５…被覆層、６…半導体チップ、７…アルミワイヤ、１０…放熱部材、１１…グリース
【図１】
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【図２】
2012182413.tif 000004
【図３】
2012182413.tif 000005