(57)【要約】【課題】安価なパワー基板を用いてパワー半導体素子に発生した熱を効果的に放熱することができる、モータを駆動する制御ユニット、制御ユニットを備えたモータ、モータを備えた電動パワーステアリング装置、電動パワーステアリング装置を備えた車両、モータを備えた搬送装置及び当該モータを備えた産業機械を提供する。【解決手段】制御ユニット１９は、モータ５を駆動制御するパワー半導体素子２３を上面２２Ａに実装したパワー基板２２と、パワー基板２２の下面２２Ｂを上面２１Ａに固定した放熱筐体２１とを具備する。パワー基板２２は、樹脂基板で構成されるとともに、パワー基板２２には、上面２２Ａから下面２２Ｂに至る放熱ビア２４が形成される。パワー基板２２の下面２２Ｂであって放熱筐体２１の上面２１Ａとの間には、放熱筐体２１へ放熱する熱拡散性の高い材料で形成された第１熱拡散部品２８が実装される。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
モータを駆動制御する制御ユニットであって、
前記モータを駆動制御するパワー半導体素子を上面に実装したパワー基板と、該パワー基板の下面を上面に固定した放熱筐体とを具備し、
前記パワー基板は、樹脂基板で構成されるとともに、前記パワー基板には、前記パワー基板の上面から前記パワー基板の下面に至る放熱ビアが形成され、
前記パワー基板の下面であって前記放熱筐体の上面との間には、前記放熱筐体へ放熱する熱拡散性の高い材料で形成された第１熱拡散部品が実装されている制御ユニット。
【請求項２】
前記第１熱拡散部品は、前記放熱筐体の上面に沿うように前記パワー基板の下面の全面を覆うように配置されている請求項１に記載の制御ユニット。
【請求項３】
前記放熱筐体は、前記放熱筐体の上面から上方に延びる側面を有し、前記第１熱拡散部品は、前記放熱筐体の上面に沿うように延びてから前記放熱筐体の側面に沿うように延びている請求項２に記載の制御ユニット。
【請求項４】
前記放熱筐体は、前記放熱筐体の上面から上方に延びる側面を有し、前記第１熱拡散部品とは別個の熱拡散性の高い材料で形成された第２熱拡散部品が前記パワー半導体素の上面に実装され、該第２熱拡散部品は、前記パワー半導体素子の上面を沿うように延びてから前記放熱筐体の側面に沿うように延びている請求項２に記載の制御ユニット。
【請求項５】
前記放熱筐体は、前記放熱筐体の上面から上方に延びる側面を有し、前記第１熱拡散部品とは別個の熱拡散性の高い材料で形成された第３熱拡散部品が前記パワー基板の上面に実装され、該第３熱拡散部品は、前記パワー基板の上面を沿うように延びてから前記放熱筐体の側面に沿うように延びている請求項２に記載の制御ユニット。
【請求項６】
前記第１熱拡散部品と前記放熱筐体との間に絶縁性のある放熱グリスを充填した請求項１乃至５のうちいずれか一項に記載の制御ユニット。
【請求項７】
前記第２熱拡散部品と前記放熱筐体との間に絶縁性のある放熱グリスを充填した請求項４に記載の制御ユニット。
【請求項８】
前記第３熱拡散部品と前記放熱筐体との間に絶縁性のある放熱グリスを充填した請求項５に記載の制御ユニット。
【請求項９】
前記第１熱拡散部品と前記放熱筐体との間であって前記放熱筐体に絶縁処理膜を形成した請求項１乃至５のうちいずれか一項に記載の制御ユニット。
【請求項１０】
前記第２熱拡散部品と前記放熱筐体との間であって前記放熱筐体に絶縁処理膜を形成した請求項４に記載の制御ユニット。
【請求項１１】
前記第３熱拡散部品と前記放熱筐体との間であって前記放熱筐体に絶縁処理膜を形成した請求項５に記載の制御ユニット。
【請求項１２】
請求項１乃至１１のうちいずれか一項に記載の制御ユニットを備えたモータ。
【請求項１３】
請求項１２記載のモータを備えた電動パワーステアリング装置。
【請求項１４】
請求項１３記載の電動パワーステアリング装置を備えた車両。
【請求項１５】
請求項１２記載のモータを備えた搬送装置。
【請求項１６】
請求項１２記載のモータを備えた産業機械。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、モータを駆動する制御ユニット、当該制御ユニットを備えたモータ、当該モータを備えた電動パワーステアリング装置、当該電動パワーステアリング装置を備えた車両、当該モータを備えた搬送装置及び当該モータを備えた産業機械に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、車両の電動パワーステアリング装置は、ステアリングシャフトに補助操舵力を伝達する電動モータと、この電動モータを駆動制御する制御ユニットとを備えているのが一般的である。また、半導体ウェハなどを搬送する搬送装置やＮＣ工作機などの産業機械においても、電動モータを駆動制御する制御ユニットを備えているのが一般的である。
従来の電動パワーステアリング装置として、例えば、特許文献１に示すものが知られている。
【０００３】
特許文献１に示す電動パワーステアリング装置は、操舵トルクが伝達されるステアリングシャフトを内装するステアリングコラムと、ステアリングシャフトに連結された減速機構を内蔵する原則ギヤボックスと、減速ギヤボックスに装着されて減速機構を介してステアリングシャフトに補助操舵力を伝達する電動モータと、電動モータを駆動制御する制御ユニットとを備えている。
【０００４】
そして、制御ユニットは、電動モータを駆動制御するパワー半導体素子、コンデンサを含む大電流部品が実装されるパワー基板と、ステアリングシャフトの操舵トルクに基づいてパワー半導体素子の駆動を制御するための駆動信号を生成するマイクロコンピュータ等の小電流部品が実装される制御基板と、パワー基板を上面に固定した放熱プレートとを備えている。
【０００５】
ここで、パワー基板に実装されたパワー半導体素子は、そのスイッチング損失、オン動作損失により熱が発生するため、このパワー半導体素子に発生した熱を放熱する必要がある。このため、特許文献１に記載された電動パワーステアリング装置においては、パワー半導体素子を実装したパワー基板を放熱プレート上に例えばネジ止めによって固定し、この放熱プレートを放熱グリスを介して減速ギヤボックスに固定するようにしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１０−１１１２４７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、この従来の電動パワーステアリング装置にあっては、以下の問題点があった。
即ち、パワー半導体素子に発生した熱をパワー基板を介して放熱プレートに放熱するようにしているため、パワー基板として熱伝導性のよい基板、例えば、アルミニウム製やセラミック製の基板を用いる必要があり、コスト高となっていた。
【０００８】
従って、本発明は前述の課題を解決するためになされたものであり、その目的は、安価なパワー基板を用いてパワー半導体素子に発生した熱を効果的に放熱することができる、モータを駆動する制御ユニット、当該制御ユニットを備えたモータ、当該モータを備えた電動パワーステアリング装置、当該電動パワーステアリング装置を備えた車両、当該モータを備えた搬送装置及び当該モータを備えた産業機械を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するために、本発明の一態様は、モータを駆動制御する制御ユニットであって、前記モータを駆動制御するパワー半導体素子を上面に実装したパワー基板と、該パワー基板の下面を上面に固定した放熱筐体とを具備し、前記パワー基板は、樹脂基板で構成されるとともに、前記パワー基板には、前記パワー基板の上面から前記パワー基板の下面に至る放熱ビアが形成され、前記パワー基板の下面であって前記放熱筐体の上面との間には、前記放熱筐体へ放熱する熱拡散性の高い材料で形成された第１熱拡散部品が実装されていることを要旨とする。
ここで、熱拡散性の高い材料とは、１ｃｍ２／ｓｅｃ以上の熱拡散率を有する材料を意味し、例えば、銅材、アルミニウム材あるいはカーボングラファイト材が用いられる。
【００１０】
また、本発明の別の態様は、この制御ユニットを備えたモータを要旨とする。
また、本発明の別の態様は、このモータを備えた電動パワーステアリング装置を要旨とする。
また、本発明の別の態様は、この電動パワーステアリング装置を備えた車両を要旨とする。
また、本発明の別の態様は、前述のモータを備えた搬送装置を要旨とする。
更に、本発明の別の態様は、前述のモータを備えた産業機械を要旨とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明に係る制御ユニット、モータ、電動パワーステアリング装置、車両、搬送装置及び産業機械によれば、安価なパワー基板を用いてパワー半導体素子に発生した熱を効果的に放熱することができる、モータを駆動する制御ユニット、当該制御ユニットを備えたモータ、当該モータを備えた電動パワーステアリング装置、当該電動パワーステアリング装置を備えた車両、当該モータを備えた搬送装置及び当該モータを備えた産業機械を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明に係る制御ユニットの第１実施形態を搭載した電動パワーステアリング装置の実施形態を示す斜視図である。
【図２】図１に示す制御ユニットを装着していない状態の減速ギヤボックスを示す斜視図である。
【図３】減速ギヤボックス位置における図１に示す電動パワーステアリング装置の要部を拡大して示す断面図である。
【図４】図１に示す制御ユニットの分解斜視図である。
【図５】図１に示す制御ユニットの内部に設けられるパワー基板を放熱筐体に固定した状態を模式的に示す断面図である。
【図６】第１参考例の制御ユニットの内部に設けられるパワー基板を放熱筐体に固定した状態を模式的に示す断面図である。
【図７】本発明に係る制御ユニットの第２実施形態の内部に設けられるパワー基板を放熱筐体に固定した状態を模式的に示す断面図である。
【図８】第２参考例の制御ユニットの内部に設けられるパワー基板を放熱筐体に固定した状態を模式的に示す断面図である。
【図９】本発明に係る制御ユニットの第３実施形態の内部に設けられるパワー基板を放熱筐体に固定した状態を模式的に示す断面図である。
【図１０】本発明に係る制御ユニットの第４実施形態の内部に設けられるパワー基板を放熱筐体に固定した状態を模式的に示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明に係る制御ユニットの第１実施形態を搭載した電動パワーステアリングを図面を参照して説明する。
以下に説明する本発明に係る制御ユニットの第１〜第４実施形態は、モータを駆動制御するものであって、車両の電動パワーステアリング装置に搭載されて電動モータを駆動制御する場合のみならず、半導体ウェハ等を搬送する搬送装置に搭載されているモータやＮＣ工作機等の産業機械に搭載されているモータの駆動制御にも用いられる。
【００１４】
（第１実施形態）
図１には、第１実施形態の制御ユニットを搭載した電動パワーステアリング装置が示されており、この電動パワーステアリング装置１は、ステアリングホイール（図示せず）に連結されたステアリングシャフト２を回転自在に内装するステアリングコラム３を有する。ステアリングコラム３には、減速ギヤボックス４が連結され、減速ギヤボックス４に、軸方向がステアリングコラム３の軸方向と直交する方向に延びる電動モータ（モータ）５が配設されている。
【００１５】
ステアリングコラム３は、内管３ａと外管３ｂとの２重管構造となっている。そして、ステアリングコラム３の外管３ｂ及び減速ギヤボックス４が、アッパ取付ブラケット６及びロア取付ブラケット７によって車両の車体側に取り付けられている。
ステアリングシャフト２は、図３に示すように、上端（図３における右端）がステアリングホイール（図示せず）に連結される入力軸２ａと、入力軸２ａの下端にトーションバー２ｂを介して連結された出力軸２ｃとで構成されている。
【００１６】
減速ギヤボックス４は、高熱伝導性を有する材料、例えばアルミニウム、アルミニウム合金、マグネシウム及びマグネシウム合金のいずれか一つを例えばダイキャスト成型することにより形成される。
減速ギヤボックス４は、図２及び図３に示すように、電動モータ５の出力軸（図示せず）に連接されたウォーム１１を収納するウォーム収納部１２と、ウォーム収納部１２の下側にその中心軸と直交する中心軸を有するウォームホイール収納部１４と、ウォームホイール収納部１４と同軸に連結されたトルクセンサ収納部１６と、ウォーム収納部１２の開放端面に形成された電動モータ５を取り付けるモータ取付部１７と、トルクセンサ収納部１６に形成された筒状のコラム取付部１８と、ウォーム収納部１２とウォームホイール収納部１４の一部に跨って形成された制御ユニット装着部２０とを備えている。
【００１７】
ウォームホイール収納部１４の開口部は、ボックスカバー４ｂによって閉塞され、ウォームホイール収納部１４の内部には、図３に示すように、ウォーム１１の中心軸と直交する中心軸を有しウォーム１１と噛み合うウォームホイール１３が収納されている。また、トルクセンサ収納部１６内には、トルクセンサ１５が収納されている。また、コラム取付部１８には、ステアリングコラム３の外管３ｂが外嵌されている。
【００１８】
ここで、トルクセンサ１５は、図３に示すように、ステアリングシャフト２の入力軸２ａ及び出力軸２ｃ間の捩れ状態を磁気的に検出する一対の検出コイル１５ａ，１５ｂを備えている。トルクセンサ１５は、これら一対の検出コイル１５ａ，１５ｂで入力軸２ａ及び出力軸２ｃ間の捩れ状態を検出してステアリングシャフトに伝達された操舵トルクを検出するようにしている。そして、一対の検出コイル１５ａ，１５ｂのそれぞれの巻き始め及び巻き終わりに外部接続端子１５ｃ，１５ｄ及び１５ｅ，１５ｆが接続されている。これら外部接続端子ｃ〜１５ｆは、後述する制御ユニット１９の制御基板２６に接続される。
【００１９】
また、電動モータ５には、取付フランジ５ｂの近傍に電力受給接続部としての複数の接続端子（図示せず）が設けられている。これら接続端子は、後述する制御ユニット１９の合成樹脂製フレーム２５に設けられた端子台２５ｂに接続され、パワー基板２２に接続される。
そして、減速ギヤボックス４に形成された制御ユニット装着部２０には、図１及び図３に示すように、第１実施形態の制御ユニット１９が装着される。この制御ユニット１９は、電動モータ５を駆動制御するものである。
【００２０】
第１実施形態の制御ユニット１９は、図４に示すように、放熱筐体２１と、パワー基板２２と、合成樹脂製フレーム２５と、制御基板２６と、ユニットカバー２７とを備えている。
ここで、放熱筐体２１は、高熱伝導性を有する材料、例えばアルミニウム、アルミニウム合金、マグネシウム及びマグネシウム合金のいずれか一つを例えばダイキャスト成型あるいは鋳造することにより略平板状に形成される。又は、放熱筐体２１は、プレス成形により平板状に形成される。
【００２１】
また、パワー基板２２は、図５に示すように、放熱筐体２１の上面２１Ａ上に固定されるものであり、パワー基板２２の上面２２Ａには、電動モータ５を駆動制御する電界効果トランジスタ等の複数のパワー半導体素子２３やパワー半導体素子２３を駆動するパルス幅変調回路等のディスクリート部品が実装される。パワー基板２２は、パワー半導体素子２３を実装した上面２２Ａと反対面である下面２２Ｂが放熱筐体２１の上面２１Ａに固定される。
このパワー基板２２は、合成樹脂製の平板で構成される樹脂基板であり、パワー基板２２の上面２２Ａには、図５に示すように、複数の導電層２２ａ，２２ｂが設けられ、パワー基板２２の下面２２Ｂには、導電層２２ｃが設けられている。
【００２２】
そして、パワー基板２２上に実装されるパワー半導体素子２３は、その下面に第１電極２３ａ及び第２電極２３ｂを備えている。パワー半導体素子２３の第１電極２３ａは半田２３ｃによってパワー基板２２の上面２２Ａに形成された導電層２２ａの片側端部に接続され、パワー半導体素子２３の第２電極２３ｂは半田２３ｄによってパワー基板２２の上面２２Ａに形成された別個の導電層２２ｂに接続される。
【００２３】
また、パワー基板２２の上面２２Ａに形成された導電層２２ａとパワー基板２２の下面２２Ｂに形成された導電層２２ｃとの間には、パワー基板２２の上面２２Ａから下面２２Ｂに至る複数（本実施形態にあっては、３個）の放熱ビア２４が形成されている。各放熱ビア２４は、パワー基板２２の上面２２Ａから下面２２Ｂに至る貫通孔に導電めっきを施したスルーホール又はスタックビアで構成される。
【００２４】
また、パワー基板２２の下面２２Ｂであって放熱筐体２１の上面２１Ａとの間には、熱拡散性の高い材料で形成された第１熱拡散部品２８が実装される。第１熱拡散部品２８は、１ｃｍ２／ｓｅｃ以上の熱拡散率を有する材料で構成され、例えば、銅材、アルミニウム材あるいはカーボングラファイト材が用いられる。第１熱拡散部品２８は、略矩形形状に形成され、図５に示すように、放熱筐体２１の上面２１Ａに沿うようにパワー基板２２の下面２２Ｂの全面を覆うように配置される。
そして、第１熱拡散部品２８の表面には、ニッケルめっき処理が施されてニッケルめっき層２８ａが形成される。第１熱拡散部品２８の上面側のニッケルめっき層２８ａは、半田２８ｂによってパワー基板２２の下面２２Ｂに形成された導電層２２ｃに接続される。
【００２５】
また、パワー基板２２は、図５に示すように、放熱筐体２１の上面２１Ａ上に固定されるが、この際に、放熱筐体２１上に例えばねじ止めによって固定される。この固定の際に、パワー基板２２の下面２２Ｂに接続された第１熱拡散部品２８の下面と放熱筐体２１の上面２１Ａとの間には、絶縁性のある放熱グリス２９が充填される。
ここで、絶縁性のある放熱グリス２９としては、絶縁性材料、例えばセラミックス粉体が混練された放熱グリスが用いられる。そして、この放熱グリス２９は、第１熱拡散部品２８の下面（ニッケルめっき層２８ａの下面）と放熱筐体２１の上面２１Ａとの間に充填されて第１熱拡散部品２８と放熱筐体２１との間の放熱性及び絶縁性を確保する。
なお、第１熱拡散部品２８と放熱筐体２１との間の絶縁性を確保するために、絶縁性のある放熱グリス２９の変わりに、放熱筐体２１の上面２１Ａに絶縁処理膜（図示せず）を形成し、この絶縁処理膜により第１熱拡散部品２８と放熱筐体２１との間の絶縁性を確保するようにしてもよい。
【００２６】
次に、合成樹脂製フレーム２５は、パワー基板２２を囲繞する長方形状枠状のフレーム本体２５ａと、フレーム本体２５ａの長手方向の一端に形成された端子台２５ｂと、フレーム本体２５ａの長手方向の他端に形成された雌型コネクタ部２５ｃとを備えている。端子台２５ｂには、電動モータ５の電力受給部としての接続端子（図示せず）が接続される。また、雌型コネクタ部２５ｃは、バッテリ（図示せず）に電源用コネクタ（図示せず）を介して接続される電源コネクタ部２５ｄと、車体の各部の制御機器とのデータの授受を行うＣＡＮなどのネットワークに接続する信号コネクタ部２５ｅとを備えている。
【００２７】
また、制御基板２６は、合成樹脂製フレーム２５上に取付けられるものであり、トルクセンサ１５の外部接続端子１５ｃ〜１５ｆが接続される複数のスルーホール２６ａ〜２６ｄが設けられている。制御基板２６には、トルクセンサ１５からのトルク検出値や図示しない車速センサからの車速検出値に基いて操舵補助電流指令値を算出し、この補助電流指令値と電動モータ５に出力するモータ電流値とに基づいて電流フィードバック制御を行ってパワー基板２２のパルス幅変調回路への電圧指令値を算出することにより、電動モータ５で発生させる操舵補助力を制御するマイクロコントロールユニット（ＭＣＵ）やその周辺機器等のディスクリート部品２６ｅが実装されている。そして、この制御基板２６とパワー基板２２とは、パワー基板２２に接続された複数の接続端子２３ｅによって相互接続される。
【００２８】
また、ユニットカバー２７は、パワー基板２２、合成樹脂製フレーム２５及び制御基板２６を覆うように下側を開放した箱状に形成される。
そして、このように構成された制御ユニット１９は、放熱筐体２１、合成樹脂製フレーム２５及びユニットカバー２７を、減速ギヤボックス４の制御ユニット装着部２０にねじ止めによって固定することにより、制御ユニット装着部２０に装着される。制御ユニット１９の装着に際しては、放熱筐体２１を制御ユニット装着部２０に接するように装着する。
【００２９】
次に、制御ユニット１９における放熱作用について、図５を参照して説明する。
図５に示すように、パワー半導体素子２３を上に実装したパワー基板２２を、放熱筐体２１上に固定した場合において、パワー半導体素子２３がそのスイッチング損失、オン動作損失により発熱すると、その発生した熱は、主に、半田２３ｃ、２３ｄ、導電層２２ａ、２２ｂ、樹脂基板であるパワー基板２２、導電層２２ｃ、半田２８ｂ、第１熱拡散部品２８を介して絶縁性のある放熱グリス２９を経て放熱筐体２１に至る経路Ａと、半田２３ｃ、導電層２２ａ、パワー基板２２の放熱ビア２４、導電層２２ｃ、半田２８ｂ、第１熱拡散部品２８を介して絶縁性のある放熱グリス２９を経て放熱筐体２１に至る経路Ｂとにより放熱される。
【００３０】
ここで、本実施形態の制御ユニット１９においては、電動モータ５を駆動制御するパワー半導体素子２３を実装したパワー基板２２は、樹脂基板で構成されている。このため、パワー基板２２を熱伝導性の良い、例えばアルミニウム製やセラミック製などとする場合よりも安価にすることができる。
その一方、パワー基板２２を樹脂基板で構成すると、アルミニウム製やセラミック製などする場合よりも熱伝導性が劣ることになる。このため、パワー半導体素子２３から発生した熱の、樹脂基板であるパワー基板２２を介して放熱筐体２１に至る経路Ａでの熱伝導性は良好とはいえない。
【００３１】
しかし、本実施形態の制御ユニット１９の場合、パワー基板２２の上面２２Ａに形成された導電層２２ａとパワー基板２２の下面２２Ｂに形成された導電層２２ｃとの間には、パワー基板２２の上面２２Ａから下面２２Ｂに至る複数（本実施形態にあっては、３個）の放熱ビア２４が形成されている。そして、パワー基板２２の下面２２Ｂであって放熱筐体２１の上面２１Ａとの間には、熱拡散性の高い材料で形成された第１熱拡散部品２８が実装されている。
【００３２】
このため、パワー半導体素子２３から発生した熱は、半田２３ｃ、導電層２２ａ、パワー基板２２の放熱ビア２４、導電層２２ｃ、半田２８ｂ、第１熱拡散部品２８を介して絶縁性のある放熱グリス２９を経て放熱筐体２１に至る経路Ｂにより放熱されるので、樹脂基板であるパワー基板２２を介して放熱筐体２１に至る経路Ａでの熱伝導性が良好でなくとも、パワー半導体素子２３から発生した熱を効果的に放熱することができる。
従って、本実施形態の制御ユニット１９によれば、安価なパワー基板２２を用いてパワー半導体素子２３に発生した熱を効果的に放熱することができる。
【００３３】
また、前記経路Ｂによる放熱に際しては、パワー基板２２の放熱ビア２４を経て導電層２２ｃ、半田２８ｂを介して第１熱拡散部品２８に至った熱は、図５中の矢印Ｃで示すように放熱筐体２１の幅方向（図５における左右方向）及びその幅方向に直交する方向（図５において紙面に対して直交する方向）に拡散する。このため、図５に示すように、比較的温度が高いＴ１の領域、温度が中間であるＴ２の領域及び比較的温度が低いＴ３の領域を考えた場合に、これら比較的温度が高いＴ１の領域、温度が中間であるＴ２の領域及び比較的温度が低いＴ３の領域が放熱筐体２１の幅方向及びその幅方向に直交する方向に広がることになる。このため、放熱筐体２１の板厚が薄い場合であっても、効果的に熱容量を増加させることができる。
【００３４】
なお、前記経路Ａによる放熱に際して、樹脂基板であるパワー基板２２を経て導電層２２ｃ、半田２８ｂを介して第１熱拡散部品２８に至った熱についても、図示はしないが、放熱筐体２１の幅方向及びその幅方向に直交する方向に拡散する。このため、第１熱拡散部品２８により放熱筐体２１における熱容量をより一層増加させることができる。第１熱拡散部品２８が、放熱筐体２１の上面２１Ａに沿うようにパワー基板２２の下面２２Ｂの全面を覆うように配置され、放熱ビア２４以外の部分にも第１熱拡散部品２８が配置されているからである。
【００３５】
一方、図６に示す第１参考例の制御ユニット１９について考察する。図６に示す制御ユニット１９は、図５に示す制御ユニット１９と基本構成は同様であるが、パワー基板２２の下面２２Ｂであって放熱筐体２１の上面２１Ａとの間に熱拡散性の高い材料で形成された第１熱拡散部品２８が実装されていない点で、図５に示す制御ユニット１９と異なる。図６において、図５に示す部材と同一の部材については、同一の符号を付し、その説明を省略することがある。
【００３６】
図６に示す第１参考例の制御ユニット１９において、パワー半導体素子２３が発熱した場合の経路Ｂによる放熱について考察すると、パワー半導体素子２３から発生した熱は、半田２３ｃ、導電層２２ａ、パワー基板２２の放熱ビア２４、導電層２２ｃを介して絶縁性のある放熱グリス２９を経て放熱筐体２１に放熱される。この場合、放熱ビア２４を経た熱は、放熱筐体２１の幅方向及びその幅方向に直交する方向に拡散されずにスポット的に放熱筐体２１に伝熱される。このため、前述した比較的温度が高いＴ１の領域、温度が中間であるＴ２の領域及び比較的温度が低いＴ３の領域を考えた場合に、図６に示すように、これら比較的温度が高いＴ１の領域、温度が中間であるＴ２の領域及び比較的温度が低いＴ３の領域が放熱筐体２１の幅方向及びその幅方向に広がらない。従って、放熱筐体２１の板厚が薄くなると、効果的に熱容量を増加させることが困難である。
従って、本実施形態のように、パワー基板２２の下面２２Ｂであって放熱筐体２１の上面２１Ａとの間に熱拡散性の高い材料で形成された第１熱拡散部品２８を実装する必要がある。
【００３７】
（第２実施形態）
次に、本発明に係る制御ユニットの第２実施形態につき、図７を参照して説明する。
図７に示す第２実施形態の制御ユニット１９は、図５に示す第１実施形態の制御ユニット１９と基本構成は同様であるが、放熱筐体２１の構造と、その放熱筐体２１の構造の相違に伴う第１熱拡散部品２８の形状とが相違している。図７において、図５に示す部材と同一の部材については、同一の符号を付し、その説明を省略することがある。
即ち、図７に示す放熱筐体２１は、放熱筐体２１の上面２１Ａから上方に延びる側面２１Ｂを有する側壁部２１Ｃを備えている。側壁部２１Ｃの位置は、放熱筐体２１の上面２１Ａ上に固定されているパワー基板２２の幅方向端面から所定距離離れた位置にあり、側面２１Ｂがパワー基板２２の幅方向端面に対して対向している。
【００３８】
そして、第１熱拡散部品２８は、図５に示す第１熱拡散部品２８と同様に、１ｃｍ２／ｓｅｃ以上の熱拡散率を有する材料で構成され、例えば、銅材、アルミニウム材あるいはカーボングラファイト材が用いられる。第１熱拡散部品２８は、略矩形形状に形成され、図７に示すように、放熱筐体２１の上面２１Ａに沿うようにパワー基板２２の下面２２Ｂの全面を覆うとともに、更に側面２１Ｂ側に延長されて放熱筐体２１の側面２１Ｂに沿うように上方に延びている。
そして、第１熱拡散部品２８と放熱筐体２１の側面２１Ｂとの間には、絶縁性のある放熱グリス２９が設けられている。この放熱グリス２９は、第１熱拡散部品２８の下面と放熱筐体２１の上面２１Ａとの間に充填された放熱グリス２９と同一材料である。
【００３９】
この第２実施形態の制御ユニット１９において、パワー半導体素子２３がそのスイッチング損失、オン動作損失により発熱すると、その発生した熱は、図５に示す第１実施形態の制御ユニット１９と同様に、主に、半田２３ｃ、２３ｄ、導電層２２ａ、２２ｂ、樹脂基板であるパワー基板２２、導電層２２ｃ、半田２８ｂ、パワー基板２２の直下の第１熱拡散部品２８を介して絶縁性のある放熱グリス２９を経て放熱筐体２１に至る経路Ａと、半田２３ｃ、導電層２２ａ、パワー基板２２の放熱ビア２４、導電層２２ｃ、半田２８ｂ、パワー基板２２の直下の第１熱拡散部品２８を介して絶縁性のある放熱グリス２９を経て放熱筐体２１に至る経路Ｂとにより放熱される。
従って、第２実施形態の制御ユニット１９においても、パワー半導体素子２３から発生した熱が、経路Ｂにより放熱されるので、樹脂基板であるパワー基板２２を介して放熱筐体２１に至る経路Ａでの熱伝導性が良好でなくとも、パワー半導体素子２３から発生した熱を効果的に放熱することができる。
【００４０】
また、前記経路Ｂによる放熱に際しては、パワー基板２２の放熱ビア２４を経て導電層２２ｃ、半田２８ｂを介してパワー基板２２の直下の第１熱拡散部品２８に至った熱は、図７中の矢印Ｃで示すように放熱筐体２１の幅方向（図７における左右方向）及びその幅方向に直交する方向（図７において紙面に対して直交する方向）に拡散する。このため、図５に示すように、比較的温度が高いＴ１の領域、温度が中間であるＴ２の領域及び比較的温度が低いＴ３の領域を考えた場合に、これら比較的温度が高いＴ１の領域、温度が中間であるＴ２の領域及び比較的温度が低いＴ３の領域が放熱筐体２１の幅方向及びその幅方向に直交する方向に広がることになる。このため、放熱筐体２１の板厚が薄い場合であっても、効果的に熱容量を増加させることができる。
【００４１】
更に、前記経路Ａによる放熱に際して、樹脂基板であるパワー基板２２を経て導電層２２ｃ、半田２８ｂを介してパワー基板２２の直下の第１熱拡散部品２８に至った熱についても、図示はしないが、放熱筐体２１の幅方向及びその幅方向に直交する方向に拡散する。このため、放熱筐体２１における熱容量をより一層増加させることができる。第１熱拡散部品２８が、放熱筐体２１の上面２１Ａに沿うようにパワー基板２２の下面２２Ｂの全面を覆うように配置され、放熱ビア２４以外の部分にも熱拡散部品２８が配置されているからである。
また、前記経路Ｂ及び前記経路Ａによりパワー基板２２の直下の第１熱拡散部品２８に至った熱は、図示はしないが、その第１熱拡散部品２８を介して放熱筐体２１の側面２１Ｂに沿うように上方に延びた部分にも伝熱し、放熱構造として有効に使えていない側壁部２１Ｃにも効果的の放熱することができる。
【００４２】
一方、図８に示す第２参考例の制御ユニット１９について考察する。図８に示す制御ユニット１９は、図７に示す制御ユニット１９と基本構成は同様であるが、パワー基板２２の下面２２Ｂであって放熱筐体２１の上面２１Ａとの間に熱拡散性の高い材料で形成された第１熱拡散部品２８が実装されておらず、また、その第１熱拡散部品２８が側壁部２１Ｃの側面２１Ｂに沿って配置されていない点で、図７に示す制御ユニット１９と異なる。図８において、図７に示す部材と同一の部材については、同一の符号を付し、その説明を省略することがある。
【００４３】
図８に示す第２参考例の制御ユニット１９において、パワー半導体素子２３が発熱した場合の経路Ｂによる放熱について考察すると、パワー半導体素子２３から発生した熱は、半田２３ｃ、導電層２２ａ、パワー基板２２の放熱ビア２４、導電層２２ｃを介して絶縁性のある放熱グリス２９を経て放熱筐体２１に放熱される。この場合、放熱ビア２４を経た熱は、放熱筐体２１の幅方向及びその幅方向に直交する方向に拡散されずにスポット的に放熱筐体２１に伝熱される。このため、前述した比較的温度が高いＴ１の領域、温度が中間であるＴ２の領域及び比較的温度が低いＴ３の領域を考えた場合に、図８に示すように、これら比較的温度が高いＴ１の領域、温度が中間であるＴ２の領域及び比較的温度が低いＴ３の領域が放熱筐体２１の幅方向及びその幅方向に広がらない。従って、放熱筐体２１の板厚が薄くなると、効果的に熱容量を増加させることが困難である。
【００４４】
また、パワー半導体素子２３が発熱した場合の経路Ａ（図示せず）による放熱（放熱ビア２４を熱が伝熱しないパワー基板２２を伝熱する放熱）についても、放熱効果が前述の経路Ｂよりも小さく、放熱筐体２１の板厚が薄くなると、効果的に熱容量を増加させることが困難である。
従って、図８に示す第２参考例の制御ユニット１９においては、放熱構造として有効に使えていない側壁部２１Ｃに効果的に放熱することができない。
【００４５】
（第３実施形態）
次に、本発明に係る制御ユニットの第３実施形態につき、図９を参照して説明する。
図９に示す第３実施形態の制御ユニット１９は、図５に示す第１実施形態の制御ユニット１９と基本構成は同様であるが、放熱筐体２１の構造が相違している。また、図９に示す第３実施形態の制御ユニット１９は、図５に示す第１実施形態の制御ユニット１９と異なり、第１熱拡散部品２８とは別個の熱拡散性の高い材料で形成された第２熱拡散部品３０を備えている。図９において、図５に示す部材と同一の部材については、同一の符号を付し、その説明を省略することがある。
即ち、図９に示す放熱筐体２１は、放熱筐体２１の上面２１Ａから上方に延びる側面２１Ｂを有する側壁部２１Ｃを備えている。側壁部２１Ｃの位置は、放熱筐体２１の上面２１Ａ上に固定されているパワー基板２２の幅方向端面から所定距離離れた位置にあり、側面２１Ｂがパワー基板２２の幅方向端面に対して対向している。
【００４６】
そして、第２熱拡散部品３０は、図５に示す第１熱拡散部品２８と同様に、１ｃｍ２／ｓｅｃ以上の熱拡散率を有する材料で構成され、例えば、銅材、アルミニウム材あるいはカーボングラファイト材が用いられる。第２熱拡散部品３０は、略矩形形状に形成され、図９に示すように、パワー半導体素子２３上に実装される。そして、第２熱拡散部品３０は、パワー半導体素子２３の上面を沿うように延びてから放熱筐体２１の側面２１Ｂに沿うように上方に延びている。
【００４７】
第２熱拡散部品３０の表面には、ニッケルめっき処理が施されてニッケルめっき層３０ａが形成される。第２熱拡散部品３０の下面側のニッケルめっき層３０ａは、半田３０ｂによってパワー半導体素子２３の上面に形成された導電層２３ｆに接続される。
また、第２熱拡散部品３０と放熱筐体２１の側面２１Ｂとの間には、絶縁性のある放熱グリス３１が充填される。
絶縁性のある放熱グリス３１としては、絶縁性材料、例えばセラミックス粉体が混練された放熱グリスが用いられる。そして、この放熱グリス３１は、第２熱拡散部品３０（ニッケルめっき層３０ａ）と放熱筐体２１の側面２１Ｂとの間に充填されて第２熱拡散部品３０と放熱筐体２１との間の放熱性及び絶縁性を確保する。
【００４８】
この第３実施形態の制御ユニット１９において、パワー半導体素子２３がそのスイッチング損失、オン動作損失により発熱すると、その発生した熱は、図５に示す第１実施形態の制御ユニット１９と同様に、主に、半田２３ｃ、２３ｄ、導電層２２ａ、２２ｂ、樹脂基板であるパワー基板２２、導電層２２ｃ、半田２８ｂ、パワー基板２２の直下の第１熱拡散部品２８を介して絶縁性のある放熱グリス２９を経て放熱筐体２１に至る経路Ａと、半田２３ｃ、導電層２２ａ、パワー基板２２の放熱ビア２４、導電層２２ｃ、半田２８ｂ、パワー基板２２の直下の第１熱拡散部品２８を介して絶縁性のある放熱グリス２９を経て放熱筐体２１に至る経路Ｂとにより放熱される。
従って、第３実施形態の制御ユニット１９においても、パワー半導体素子２３から発生した熱が、経路Ｂにより放熱されるので、樹脂基板であるパワー基板２２を介して放熱筐体２１に至る経路Ａでの熱伝導性が良好でなくとも、パワー半導体素子２３から発生した熱を効果的に放熱することができる。
【００４９】
また、前記経路Ｂによる放熱に際しては、パワー基板２２の放熱ビア２４を経て導電層２２ｃ、半田２８ｂを介してパワー基板２２の直下の第１熱拡散部品２８に至った熱は、図９中の矢印Ｃで示すように放熱筐体２１の幅方向（図９における左右方向）及びその幅方向に直交する方向（図９において紙面に対して直交する方向）に拡散する。このため、図９に示すように、比較的温度が高いＴ１の領域、温度が中間であるＴ２の領域及び比較的温度が低いＴ３の領域を考えた場合に、これら比較的温度が高いＴ１の領域、温度が中間であるＴ２の領域及び比較的温度が低いＴ３の領域が放熱筐体２１の幅方向及びその幅方向に直交する方向に広がることになる。このため、放熱筐体２１の板厚が薄い場合であっても、効果的に熱容量を増加させることができる。
【００５０】
更に、前記経路Ａによる放熱に際して、樹脂基板であるパワー基板２２を経て導電層２２ｃ、半田２８ｂを介してパワー基板２２の直下の第１熱拡散部品２８に至った熱についても、図示はしないが、放熱筐体２１の幅方向及びその幅方向に直交する方向に拡散する。このため、放熱筐体２１における熱容量をより一層増加させることができる。第１熱拡散部品２８が、放熱筐体２１の上面２１Ａに沿うようにパワー基板２２の下面２２Ｂの全面を覆うように配置され、放熱ビア２４以外の部分にも第１熱拡散部品２８が配置されているからである。
【００５１】
また、第３実施形態の制御ユニット１９においては、第１実施形態の制御ユニット１９と異なり、パワー半導体素子２３から発生した熱は、パワー半導体素子２３の上面の導電層２３ｆ、半田３０ｂ、第２熱拡散部品３０を介して絶縁性のある放熱グリス３１を経て放熱筐体２１の側面２１Ｂに至る経路によっても放熱される。このため、放熱構造として有効に使えていない側壁部２１Ｃにも効果的の放熱することができる。
【００５２】
（第４実施形態）
次に、本発明に係る制御ユニットの第４実施形態につき、図１０を参照して説明する。
図１０に示す第４実施形態の制御ユニット１９は、図５に示す第１実施形態の制御ユニット１９と基本構成は同様であるが、放熱筐体２１の構造が相違している。また、図１０に示す第４実施形態の制御ユニット１９は、図５に示す第１実施形態の制御ユニット１９と異なり、第１熱拡散部品２８とは別個の熱拡散性の高い材料で形成された第３熱拡散部品３２を備えている。図１０において、図５に示す部材と同一の部材については、同一の符号を付し、その説明を省略することがある。
即ち、図１０に示す放熱筐体２１は、放熱筐体２１の上面２１Ａから上方に延びる側面２１Ｂを有する側壁部２１Ｃを備えている。側壁部２１Ｃの位置は、放熱筐体２１の上面２１Ａ上に固定されているパワー基板２２の幅方向端面から所定距離離れた位置にあり、側面２１Ｂがパワー基板２２の幅方向端面に対して対向している。
【００５３】
また、第３熱拡散部品３２は、図５に示す第１熱拡散部品２８と同様に、１ｃｍ２／ｓｅｃ以上の熱拡散率を有する材料で構成され、例えば、銅材、アルミニウム材あるいはカーボングラファイト材が用いられる。第３熱拡散部品３２は、略矩形形状に形成され、図１０に示すように、パワー基板２２上に実装される。そして、第３熱拡散部品３２は、パワー基板２２の上面２２Ａを沿うように延びてから放熱筐体２１の側面２１Ｂに沿うように上方に延びている。
【００５４】
そして、第３熱拡散部品３２の表面には、ニッケルめっき処理が施されてニッケルめっき層３２ａが形成される。第３熱拡散部品３２の下面側のニッケルめっき層３２ａは、半田３２ｂによってパワー基板２２の上面２２Ａに形成された導電層２２ｂに接続される。
また、第３熱拡散部品３２と放熱筐体２１の側面２１Ｂとの間には、絶縁性のある放熱グリス３３が充填される。
絶縁性のある放熱グリス３３としては、絶縁性材料、例えばセラミックス粉体が混練された放熱グリスが用いられる。そして、この放熱グリス３３は、第３熱拡散部品３２（ニッケルめっき層３２ａ）と放熱筐体２１の側面２１Ｂとの間に充填されて第３熱拡散部品３２と放熱筐体２１との間の放熱性及び絶縁性を確保する。
【００５５】
この第４実施形態の制御ユニット１９において、パワー半導体素子２３がそのスイッチング損失、オン動作損失により発熱すると、その発生した熱は、図５に示す第１実施形態の制御ユニット１９と同様に、主に、半田２３ｃ、２３ｄ、導電層２２ａ、２２ｂ、樹脂基板であるパワー基板２２、導電層２２ｃ、半田２８ｂ、パワー基板２２の直下の第１熱拡散部品２８を介して絶縁性のある放熱グリス２９を経て放熱筐体２１に至る経路Ａと、半田２３ｃ、導電層２２ａ、パワー基板２２の放熱ビア２４、導電層２２ｃ、半田２８ｂ、パワー基板２２の直下の第１熱拡散部品２８を介して絶縁性のある放熱グリス２９を経て放熱筐体２１に至る経路Ｂとにより放熱される。
従って、第４実施形態の制御ユニット１９においても、パワー半導体素子２３から発生した熱が、経路Ｂにより放熱されるので、樹脂基板であるパワー基板２２を介して放熱筐体２１に至る経路Ａでの熱伝導性が良好でなくとも、パワー半導体素子２３から発生した熱を効果的に放熱することができる。
【００５６】
また、前記経路Ｂによる放熱に際しては、パワー基板２２の放熱ビア２４を経て導電層２２ｃ、半田２８ｂを介してパワー基板２２の直下の第１熱拡散部品２８に至った熱は、図１０中の矢印Ｃで示すように放熱筐体２１の幅方向（図１０における左右方向）及びその幅方向に直交する方向（図１０において紙面に対して直交する方向）に拡散する。このため、図１０に示すように、比較的温度が高いＴ１の領域、温度が中間であるＴ２の領域及び比較的温度が低いＴ３の領域を考えた場合に、これら比較的温度が高いＴ１の領域、温度が中間であるＴ２の領域及び比較的温度が低いＴ３の領域が放熱筐体２１の幅方向及びその幅方向に直交する方向に広がることになる。このため、放熱筐体２１の板厚が薄い場合であっても、効果的に熱容量を増加させることができる。
【００５７】
更に、前記経路Ａによる放熱に際して、樹脂基板であるパワー基板２２を経て導電層２２ｃ、半田２８ｂを介してパワー基板２２の直下の第１熱拡散部品２８に至った熱についても、図示はしないが、放熱筐体２１の幅方向及びその幅方向に直交する方向に拡散する。このため、放熱筐体２１における熱容量をより一層増加させることができる。第１熱拡散部品２８が、放熱筐体２１の上面２１Ａに沿うようにパワー基板２２の下面２２Ｂの全面を覆うように配置され、放熱ビア２４以外の部分にも第１熱拡散部品２８が配置されているからである。
【００５８】
また、第４実施形態の制御ユニット１９においては、第１実施形態の制御ユニット１９と異なり、パワー半導体素子２３から発生した熱は、パワー半導体素子２３の下面にある半田２３ｄ、導電層２２ｂ、半田３２ｂ、第３熱拡散部品３２を介して絶縁性のある放熱グリス３３を経て放熱筐体２１の側面２１Ｂに至る経路によっても放熱される。このため、放熱構造として有効に使えていない側壁部２１Ｃにも効果的の放熱することができる。
【００５９】
以上、本発明の実施形態について説明してきたが、本発明はこれに限定されず、種々の変更、改良を行うことができる。
例えば、熱拡散性の高い材料で形成される第１熱拡散部品２８、第２熱拡散部品３０及び第３熱拡散部品３２としては、１ｃｍ２／ｓｅｃ以上の熱拡散率を有する材料で構成されればよく、銅材、アルミニウム材あるいはカーボングラファイト材に限らない。また、第１熱拡散部品２８、第２熱拡散部品３０及び第３熱拡散部品３２の形状は、略矩形形状に限らない。
【００６０】
また、第２熱拡散部品３０と放熱筐体２１の側面２１Ｂとの間の絶縁性を確保するために、絶縁性のある放熱グリス３１の変わりに、放熱筐体２１の側面２１Ｂに絶縁処理膜（図示せず）を形成してもよいし、第３熱拡散部品３２と放熱筐体２１の側面２１Ｂとの間の絶縁性を確保するために、絶縁性のある放熱グリス３３の変わりに、放熱筐体２１の側面２１Ｂに絶縁処理膜（図示せず）を形成してもよい。
【００６１】
更に、絶縁性のある放熱グリス２９を第１熱拡散部品２８と放熱筐体２１との間、放熱グリス３１を第２熱拡散部品３０と放熱筐体２１との間、放熱グリス３３を第３熱拡散部品３２と放熱筐体２１との間に充填する必要は必ずしもなく、その場合、第１熱拡散部品２８と放熱筐体２１との間、放熱グリス３１を第２熱拡散部品３０と放熱筐体２１との間、放熱グリス３３を第３熱拡散部品３２と放熱筐体２１との間に絶縁処理膜（図示せず）を形成する必要も必ずしもない。
【符号の説明】
【００６２】
１  電動パワーステアリング装置
５  電動モータ（モータ）
１９  制御ユニット
２１  放熱筐体
２１Ａ  放熱筐体の上面
２１Ｂ  放熱筐体の側面
２２  パワー基板
２２Ａ  パワー基板の上面
２２Ｂ  パワー基板の下面
２３  パワー半導体素子
２４  放熱ビア
２８  第１熱拡散部品
２９  絶縁性のある放熱グリス
３０  第２熱拡散部品
３１  絶縁性のある放熱グリス
３２  第３熱拡散部品
３３  絶縁性のある放熱グリス
【図１】
2016171288.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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【図７】
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【図８】
2016171288.tif 000010
【図９】
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【図１０】
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