(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、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。【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を一面２２Ａに実装したパワー基板２２を備える。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、熱拡散性の高い材料で形成された熱拡散部品２４が実装される。【選択図】図５
2016152350.tif 000002
【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一面に実装したパワー基板を備え、
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、熱拡散性の高い材料で形成された熱拡散部品を実装した制御ユニット。
【請求項２】
前記熱拡散部品は、前記パワー半導体素子を実装した前記パワー基板の一面と同一面に表面実装される請求項１に記載の制御ユニット。
【請求項３】
前記熱拡散部品は、前記パワー半導体素子を実装した前記パワー基板の一面と反対面に表面実装され、前記パワー基板には、前記パワー半導体素子を実装した前記パワー基板の一面から前記反対面に至る放熱ビアが形成されている請求項１記載の制御ユニット。
【請求項４】
前記パワー半導体素子を実装した前記パワー基板の一面と同一面に表面実装された前記熱拡散部品は、前記パワー基板の前記一面から反対面に向けて形成されたスルーホール内に挿入されるポスト部を備えている請求項２に記載の制御ユニット。
【請求項５】
前記熱拡散部品は、表面にめっき処理が施され、前記パワー半導体素子を実装した前記パワー基板の一面と同一面又は反対面に形成された導電層に半田接続される請求項１乃至４のいずれか一項に記載の制御ユニット。
【請求項６】
前記パワー基板は、前記パワー半導体素子を実装した前記パワー基板の一面と反対面が放熱筐体の上面に固定され、前記熱拡散部品は、前記放熱筐体の上面に形成された熱拡散部品配置用凹部内に配置される請求項３に記載の制御ユニット。
【請求項７】
前記パワー基板は、前記パワー半導体素子を実装した前記パワー基板の一面と反対面が放熱筐体の上面に固定される請求項２又は４に記載の制御ユニット。
【請求項８】
前記パワー基板の反対面と前記放熱筐体の上面との間及び前記熱拡散部品と前記熱拡散部品配置用凹部との間に絶縁性のある放熱グリスを充填した請求項６に記載の制御ユニット。
【請求項９】
前記パワー基板の反対面と前記放熱筐体の上面との間に絶縁性のある放熱グリスを充填した請求項７に記載の制御ユニット。
【請求項１０】
前記放熱筐体の上面及び前記熱拡散部品配置用凹部の内面に絶縁処理膜を形成した請求項６に記載の制御ユニット。
【請求項１１】
前記放熱筐体の上面に絶縁処理膜を形成した請求項７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。
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。
【０００３】
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。
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】
【０００４】
【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】
【０００５】
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。
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】
【０００６】
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一面に実装したパワー基板を備え、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、熱拡散性の高い材料で形成された熱拡散部品を実装したことを要旨とする。
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。
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】
【０００７】
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】
【０００８】
【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】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７】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。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
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３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。
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。
【００１０】
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。
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。
【００１１】
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。
【００１２】
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。
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。
【００１３】
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。
【００１４】
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。
【００１５】
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（一面）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、複数の導電層２２ｃ，２２ｄ，２２ｅが設けられている。
【００１６】
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。
また、パワー基板２２のパワー半導体素子２３を実装した上面２２Ａであってパワー半導体素子２３の周辺には、熱拡散性の高い材料で形成された熱拡散部品２４が実装される。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。熱拡散部品２４は、略矩形形状に形成されている。
【００１７】
そして、熱拡散部品２４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２４ａが形成されている。熱拡散部品２４の裏面側のニッケルめっき層は、半田２４ｂによってパワー基板２２の上面２２Ａに形成された導電層２２ａのパワー半導体素子２３の周辺に接続される。
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２８が充填される。
【００１８】
ここで、絶縁性のある放熱グリス２８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２８は、パワー基板２２の下面２２Ｂ（導電層２２ｃ，２２ｄ，２２ｅを含む）と放熱筐体２１の上面２１Ａとの間に充填されてパワー基板２２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、パワー基板２２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２８の変わりに、放熱筐体２１のパワー基板２２側の面（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パワー基板２２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。
【００１９】
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。
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【００２２】
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を介して絶縁性のある放熱グリス２８を経て放熱筐体２１に至る経路Ａと、半田２３ｃ、導電層２２ａ、半田２４ｂを介してニッケルめっき２４ａ及び熱拡散部品２４に至る経路Ｂとにより放熱される。
【００２３】
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。
【００２４】
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のパワー半導体素子２３を実装した上面２２Ａであってパワー半導体素子２３の周辺には、熱拡散性の高い材料で形成された熱拡散部品２４が実装されている。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、半田２４ｂを介してニッケルめっき２４ａ及び熱拡散部品２４に至る経路Ｂにより大気中に放熱されるので、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。
【００２５】
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。
また、熱拡散部品２４は、表面にニッケルめっき処理が施され、ニッケルめっき層２４ａが半田２４ｂによってパワー半導体素子２３を実装したパワー基板２２の上面２２Ａに形成された導電層２２ａに接続されるので、パワー半導体素子２３を実装したパワー基板２２の上面２２Ａから熱拡散部品２４に向けて効果的に伝熱させることができる。
【００２６】
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６を参照して説明する。
図６に示す第２実施形態の制御ユニット１９は、図４及び図５に示す第１実施形態の制御ユニット１９と同様に、放熱筐体２１と、パワー基板２２と、合成樹脂製フレーム（図示せず）と、制御基板（図示せず）と、ユニットカバー（図示せず）とを備えている。
ここで、放熱筐体２１は、図５に示す放熱筐体２１と同様に、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。この放熱筐体２１の上面２１Ａには、後述する熱拡散部品２４が配置される熱拡散部品配置用凹部２１ａが上面２１Ａに開放するように形成されている。
【００２７】
また、パワー基板２２は、図６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（一面）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を実装したパワー基板２２の上面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６に示すように、複数の導電層２２ｆ，２２ｇが設けられ、パワー基板２２の下面２２Ｂには、複数の導電層２２ｈ，２２ｉが設けられている。
【００２８】
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２２ｆ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２２ｇに接続される。
また、パワー基板２２のパワー半導体素子２３を実装した上面２２Ａと反対面である下面２２Ｂであってパワー半導体素子２３に対して板厚方向に対応する部分には、熱拡散性の高い材料で形成された熱拡散部品２４が実装される。熱拡散部品２４は、図５に示す熱拡散部品２４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。熱拡散部品２４は、略矩形形状に形成されている。
【００２９】
そして、熱拡散部品２４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２４ａが形成される。熱拡散部品２４の上面側のニッケルめっき層２４ａは、半田２４ｂによってパワー基板２２の下面２２Ｂに形成された導電層２２ｈ接続される。
また、パワー基板２２の上面２２Ａに形成された導電層２２ｆと反対面である下面２２Ｂに形成された導電層２２ｈ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、４個）の放熱ビア２９が形成されている。各放熱ビア２９は、パワー基板２２の上面２２Ａから下面２２Ｂに至るスルーホール又はスタックビアで構成される。
【００３０】
また、パワー基板２２は、図６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、熱拡散部品配置用凹部２１ａ内に熱拡散部品２４を配置した状態で放熱筐体２１上に例えばねじ止めによって固定される。そして、この固定の際に、パワー基板２２の下面２２Ｂと放熱筐体２１の上面２１Ａとの間及び熱拡散部品２４と熱拡散部品配置用凹部２１ａとの間に絶縁性のある放熱グリス２８が充填される。
ここで、絶縁性のある放熱グリス２８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２８は、パワー基板２２の下面２２Ｂ（導電層２２ｈ，２２ｉと含む）と放熱筐体２１の上面２１Ａとの間に充填されてパワー基板２２及び熱拡散部品２４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、パワー基板２２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２８の変わりに、放熱筐体２１のパワー基板２２側の面（上面２１Ａ）及び熱拡散部品配置用凹部２１ａの内面に絶縁処理膜（図示せず）を形成し、この絶縁処理膜によりパワー基板２２及び熱拡散部品２４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。
【００３１】
次に、合成樹脂製フレーム２５、制御基板２６及びユニットカバー２７の構成は、図４に示した合成樹脂製フレーム２５及び制御基板２６の構成と同様であり、その説明は省略する。
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。
【００３２】
次に、第２実施形態の制御ユニット１９における放熱作用について、図６を参照して説明する。
図６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２３ｄ、導電層２２ｇ、樹脂基板であるパワー基板２２を介して絶縁性のある放熱グリス２８を経て放熱筐体２１に至る経路Ａと、半田２３ｃ、導電層２２ｆ、放熱ビア２９、導電層２２ｈ、半田２４ｂを介してニッケルめっき層２４ａ及び熱拡散部品２４に至る経路Ｃを経て熱拡散部品２４から放熱筐体２１に至る経路Ｄとにより放熱筐体２１に放熱される。
【００３３】
ここで、第２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と同様に、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。
【００３４】
しかし、第２実施形態の制御ユニット１９の場合、パワー半導体素子２３を実装したパワー基板の上面２２Ａとは反対面である下面２２Ｂに熱拡散性の高い熱拡散部品２４が表面実装されている。そして、パワー基板２２には、パワー半導体素子２３を実装したパワー基板２２の上面２２Ａから下面２２Ｂに至る放熱ビア２９が形成されている。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２２ｆ、放熱ビア２９、導電層２２ｈ、半田２４ｂを介してニッケルめっき層２４ａ及び熱拡散部品２４に至る経路Ｃを経て熱拡散部品２４から放熱筐体２１に至る経路Ｄにより放熱筐体２１に放熱されるので、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。
【００３５】
従って、第２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。
また、第２実施形態の制御ユニット１９の場合、熱拡散部品２４をパワー半導体素子２３を実装した上面２２Ａと反対面である下面２２Ｂに表面実装するので、第１実施形態の制御ユニット１９と異なり、熱拡散部品２４をパワー半導体素子２３を実装した上面２２Ａに実装できない場合でも、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。
【００３６】
また、第２実施形態の制御ユニット１９の場合、パワー半導体素子２３から発生した熱は、半田２３ｃ、導電層２２ｆ、放熱ビア２９、導電層２２ｈ、半田２４ｂを介してニッケルめっき層２４ａ及び熱拡散部品２４に至る経路Ｃを経て熱拡散部品２４から放熱筐体２１に至る経路Ｄにより放熱筐体２１に放熱されるので、熱拡散部品２４から大気中に放熱する第１実施形態の制御ユニット１９に比べて放熱効率を上昇させることができる。
また、熱拡散部品２４は、表面にニッケルめっき処理が施され、ニッケルめっき層２４ａが半田２４ｂによってパワー半導体素子２３を実装したパワー基板２２の上面２２Ａと反対面である下面２２Ｂに形成された導電層２２ｈに接続されるので、前記下面２２Ｂから熱拡散部品２４に向けて効果的に伝熱させることができる。
【００３７】
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７を参照して説明する。
図７に示す第３実施形態の制御ユニット１９は、図４及び図５に示す第１実施形態の制御ユニット１９と同様に、放熱筐体２１と、パワー基板２２と、合成樹脂製フレーム（図示せず）と、制御基板（図示せず）と、ユニットカバー（図示せず）とを備えている。
ここで、放熱筐体２１は、図５に示す放熱筐体２１と同様に、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。
【００３８】
また、パワー基板２２は、図７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（一面）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を実装したパワー基板の上面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７に示すように、複数の導電層２２ｍ，２２ｎ，２２ｏが設けられ、パワー基板２２の下面２２Ｂには、複数の導電層２２ｐ，２２ｑ，２２ｒが設けられている。そして、パワー基板２２には、パワー半導体素子２３の周辺に、スルーホール２２ｌが形成されている。スルーホール２２ｌは、パワー基板２２の上面２２Ａから下面２２Ｂにかけて貫通する貫通孔２２ｊと、貫通孔２２ｊの内面に環状に形成された導電めっき部２２ｋとを備えている。導電めっき部２２ｋは、上部で導電層２２ｍ，２２ｎに接続され、下部で導電層２２ｐ、２２ｑに接続される。
【００３９】
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２２ｎ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２２ｏに接続される。
また、パワー基板２２のパワー半導体素子２３を実装した上面２２Ａであってパワー半導体素子２３の周辺には、熱拡散性の高い材料で形成された熱拡散部品２４が実装される。熱拡散部品２４は、図５に示す熱拡散部品２４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。
【００４０】
ここで、熱拡散部品２４は、略矩形形状の本体部分と、この本体部分から下方に突出するポスト部２４ｃとを備えている。そして、このポスト部２４ｃは、熱拡散部品２４をパワー基板２２の上面２２Ａに実装した際に、パワー基板２２に形成されたスルーホール２２ｌ内に挿入される。ポスト部２４ｃの長さは、スルーホール２２ｌの長さとほぼ同一である。
そして、熱拡散部品２４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２４ａが形成される。熱拡散部品２４の下面側のニッケルめっき層２４ａは、半田２４ｂによってパワー基板２２の上面２２Ａに形成された導電層２２ｍに接続される。
【００４１】
また、パワー基板２２は、図７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、パワー基板２２は、放熱筐体２１上に例えばねじ止めによって固定される。そして、この固定の際に、パワー基板２２の下面２２Ｂ（導電層２２ｐ、２２ｑ、２２ｒを含む）と放熱筐体２１の上面２１Ａとの間に絶縁性のある放熱グリス２８が充填される。
ここで、絶縁性のある放熱グリス２８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２８は、パワー基板２２の下面２２Ｂ（導電層２２ｐ、２２ｑ、２２ｒを含む）と放熱筐体２１の上面２１Ａとの間に充填されてパワー基板２２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、パワー基板２２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２８の変わりに、放熱筐体２１のパワー基板２２側の面（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パワー基板２２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。
【００４２】
次に、合成樹脂製フレーム２５、制御基板２６及びユニットカバー２７の構成は、図４に示した合成樹脂製フレーム２５及び制御基板２６の構成と同様であり、その説明は省略する。
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。
【００４３】
次に、第３実施形態の制御ユニット１９における放熱作用について、図７を参照して説明する。
図７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２２ｎ，２２ｏ、樹脂基板であるパワー基板２２を介して絶縁性のある放熱グリス２８を経て放熱筐体２１に至る経路Ａにより放熱筐体２１に放熱される。また、それ以外に、パワー半導体素子２３に発生した熱は、半田２３ｃ、導電層２２ｎ、半田２４ｂを介してニッケルめっき層２４ａ及び熱拡散部品２４に至る経路Ｅを経て熱拡散部品２４から大気中に放熱される場合と、半田２３ｃ、導電層２２ｎ、半田２４ｂを介してニッケルめっき層２４ａ及び熱拡散部品２４に至る経路Ｅを経て熱拡散部品２４からポスト部２４ｃを介して（経路Ｆを経て）放熱筐体２１に放熱される（経路Ｇ）場合とがある。
【００４４】
ここで、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と同様に、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。
【００４５】
しかし、第３実施形態の制御ユニット１９の場合、パワー半導体素子２３を実装したパワー基板の上面２２Ａに熱拡散性の高い熱拡散部品２４が表面実装されている。熱拡散部品２４は、パワー基板の上面２２Ａから反対面である下面２２Ｂに向けて形成されたスルーホール２２ｌ内に挿入されるポスト部２４ｃを備えている。このため、パワー半導体素子２３に発生した熱は、半田２３ｃ、導電層２２ｎ、半田２４ｂを介してニッケルめっき層２４ａ及び熱拡散部品２４に至る経路Ｅを経て熱拡散部品２４から大気中に放熱される場合と、半田２３ｃ、導電層２２ｎ、半田２４ｂを介してニッケルめっき層２４ａ及び熱拡散部品２４に至る経路Ｅを経て熱拡散部品２４からポスト部２４ｃを介して（経路Ｆを経て）放熱筐体２１に放熱される（経路Ｇ）場合と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。
【００４６】
従って、第３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。
また、第３実施形態の制御ユニット１９の場合、パワー半導体素子２３に発生した熱は、半田２３ｃ、導電層２２ｎ、半田２４ｂを介してニッケルめっき層２４ａ及び熱拡散部品２４に至る経路Ｅを経て熱拡散部品２４から大気中に放熱される場合以外に、半田２３ｃ、導電層２２ｎ、半田２４ｂを介してニッケルめっき層２４ａ及び熱拡散部品２４に至る経路Ｅを経て熱拡散部品２４からポスト部２４ｃを介して（経路Ｆを経て）放熱筐体２１に放熱される（経路Ｇ）ので、熱拡散部品２４から大気中に放熱する第１実施形態の制御ユニット１９に比べて放熱効率を上昇させることができる。
また、熱拡散部品２４は、表面にニッケルめっき処理が施され、ニッケルめっき層２４ａが半田２４ｂによってパワー半導体素子２３を実装したパワー基板２２の上面２２Ａに形成された導電層２２ｍに接続されるので、パワー基板２２の上面２２Ａから熱拡散部品２４に向けて効果的に伝熱させることができる。
【００４７】
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熱拡散部品２４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、熱拡散部品２４の形状は、パワー基板２２に表面実装できればよく、略矩形形状に限らない。
また、絶縁性のある放熱グリス２８をパワー基板２２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、放熱筐体２１のパワー基板２２側の面（上面２１Ａ）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】
【００４８】
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
２１ａ  熱拡散部品配置用凹部
２２  パワー基板
２２Ａ  パワー基板の上面（一面）
２２Ｂ  パワー基板の下面（反対面）
２２ａ〜２２ｉ，２２ｍ〜２２ｒ  導電層
２２ｌ  スルーホール
２３  パワー半導体素子
２４  熱拡散部品
２８  絶縁性のある放熱グリス
２９  放熱ビア
【図１】
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【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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