(57)【要約】【課題】良好な放熱性能を備えた車載用の電子制御ユニットを提供する。【解決手段】回路基板４におけるハウジング本体２側の面とカバープレート３側の面との少なくとも一方に実装されたパワー素子６１〜６３とを有し、回路基板４に対するパワー素子６１〜６３の実装部位において、ハウジング本体２とカバープレート３の一方とパワー素子６１〜６３との間、および、ハウジング本体２とカバープレート３の他方と回路基板４との間に熱伝導性材料がそれぞれ介装され、回路基板４に対するパワー素子６１〜６３の非実装部位において、ハウジング本体２とカバープレート３の少なくとも一方には、回路基板４に対峙して回路基板４の反りを抑制するための凸部２４が設けられている。【選択図】図４
2016058484.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
車両に搭載される電子制御ユニットであって、
ハウジング本体とカバープレートからなるハウジングと、
前記ハウジング本体と前記カバープレートとによって少なくとも外周の一部が挟持されるように前記ハウジングに収容された回路基板と、
前記回路基板における前記ハウジング本体側の面と前記カバープレート側の面との少なくとも一方に実装されたパワー素子とを有し、
前記回路基板に対する前記パワー素子の実装部位において、前記ハウジング本体と前記カバープレートの一方と前記パワー素子との間、および、前記ハウジング本体と前記カバープレートの他方と前記回路基板との間に熱伝導性材料がそれぞれ介装され、
前記回路基板に対する前記パワー素子の非実装部位において、前記ハウジング本体と前記カバープレートの少なくとも一方には、前記回路基板に対峙して当該回路基板の反りを抑制するための凸部が設けられていることを特徴とする電子制御ユニット。
【請求項２】
前記凸部と前記回路基板との間に間隙が設けられており、当該間隙に弾性材が介装されてい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。
【請求項３】
前記弾性材は熱伝導性を有することを特徴とする請求項２に記載の電子制御ユニット。
【請求項４】
前記ハウジング本体および前記カバープレートには、少なくとも前記熱伝導性材料との接触面に絶縁層が形成されていることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の電子制御ユニット。
【請求項５】
前記ハウジング本体および前記カバープレートがアルミニウム合金を素材とし、前記絶縁層が陽極酸化皮膜であ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。
【請求項６】
前記絶縁層がフッ素樹脂コーティングであ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。
【請求項７】
前記パワー素子には、前記ハウジング本体または前記カバープレートに対峙する面に絶縁材が貼着されていることを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか一項に記載の電子制御ユニット。
【請求項８】
前記ハウジング本体は、前記回路基板に対峙する面が単一の工具で加工されてなることを特徴とする請求項１から請求項７のいずれか一項に記載の電子制御ユニット。
【請求項９】
前記回路基板がビルドアップ基板であることを特徴とする請求項１から請求項８のいずれか一項に記載の電子制御ユニット。
【請求項１０】
前記熱伝導性材料に絶縁補助材が添加されていることを特徴とする請求項１から請求項９のいずれか一項に記載の電子制御ユニット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電動パワーステアリング装置などの駆動制御に用いられる電子制御ユニットに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年の自動車の多くは電動モータを動力源とする電動パワーステアリング装置（Electric Power Steering system：以下、ＥＰＳと記す）を採用しており、ＥＰＳは多数の電子部品が実装された回路基板を筐体に収容してなる電子制御ユニット（Electronic Control Unit：以下、ＥＣＵと記す）によって駆動制御される。
【０００３】
ＥＰＳにおいては、駐車の際などに極低速でステアリングホイールを速く回転させると（いわゆる、据え切りに近い操舵を行うと）、ＥＣＵからモータに大電流（例えば、１００Ａ程度）が供給されるため、ＥＣＵのスイッチング素子であるパワーＭＯＳＦＥＴ（Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect-Transistor：金属酸化膜型の電界効果トランジスタ）が瞬間的に高温（例えば、１５０℃以上）となる。このような温度上昇はパワーＭＯＳＦＥＴや他の電子部品の耐久性低下や誤動作の要因となるため、パワーＭＯＳＦＥＴの熱を放熱手段（筐体やヒートシンク）に効果的に伝導させるようにしたＥＣＵが提案されている（特許文献１を参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１０−２４５１７４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１には、回路基板に表面実装されるパワーＭＯＳＦＥＴの熱を実装面側とその反対面側とから絶縁放熱シートや放熱グリースを介して放熱手段に伝達させるＥＣＵが開示されている。しかしながら、特許文献１の構成では、例えば長期間の使用によって回路基板に反りが生じた場合、回路基板と放熱手段との間隙が変化してパワーＭＯＳＦＥＴから放熱手段に伝導される熱が減少し、十分に放熱できないという問題があった。
【０００６】
本発明は、良好な放熱性能を備えた車載用の電子制御ユニットを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するために本発明は、
車両に搭載される電子制御ユニットであって、
ハウジング本体とカバープレートからなるハウジングと、
前記ハウジング本体と前記カバープレートとによって少なくとも外周の一部が挟持されるように前記ハウジングに収容された回路基板と、
前記回路基板における前記ハウジング本体側の面と前記カバープレート側の面との少なくとも一方に実装されたパワー素子とを有し、
前記回路基板に対する前記パワー素子の実装部位において、前記ハウジング本体と前記カバープレートの一方と前記パワー素子との間、および、前記ハウジング本体と前記カバープレートの他方と前記回路基板との間に熱伝導性材料がそれぞれ介装され、
前記回路基板に対する前記パワー素子の非実装部位において、前記ハウジング本体と前記カバープレートの少なくとも一方には、前記回路基板に対峙して当該回路基板の反りを抑制するための凸部が設けられていることを特徴とする電子制御ユニットを提供する。
【発明の効果】
【０００８】
本発明の電子制御ユニットによれば、パワー素子の熱が熱伝導性材料、あるいは回路基板および熱伝導性材料を介してハウジング本体とカバープレートとに伝達され、パワー素子の過度な温度上昇が起こりにくくなる。また、回路基板の反りが上記凸部によって抑制されるため、パワー素子および回路基板とハウジング本体やカバープレートとの間隙が変化しにくくなり、安定した放熱が実現される。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】図１は実施形態に係るステアリング装置の斜め前方からの斜視図である。
【図２】図２は実施形態に係るＥＣＵの斜視図である。
【図３】図３は実施形態に係るＥＣＵの分解斜視図である。
【図４】図４は実施形態に係るＥＣＵの模式的な横断面図である。
【図５】図５は実施形態に係るハウジング本体の加工工程を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明を自動車用電動パワーステアリング装置のＥＣＵに適用した一実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、ＥＣＵやその構成部材の説明にあたっては、図３中に前後・左右・上下を矢印で示し、各部材の位置や方向をこれに沿って説明する。
【００１１】
＜実施形態の構成＞
図１に示すように、本実施形態の電動パワーステアリング装置１００は、ステアリングホイール１０１の操作力を軽減すべくステアリングシャフト１０２および中間シャフト１０３からステアリングギヤ１０４に伝達された操舵力をアシストモータ１０５でアシストし、図示しないラックを往復動させることで左右のタイロッド１０６，１０７を介して不図示の前輪を転舵させる。アシストモータ１０５はＥＣＵ１を介して車載バッテリ１０８に接続されており、ＥＣＵ１からアシストモータ１０５に操舵トルクや操舵角、車速、ヨーレイトなどに応じた駆動電流が供給される。
【００１２】
図２〜図４に示すように、ＥＣＵ１は、アルミニウム合金を素材とするダイキャスト成形品のハウジング本体２と、アルミニウム合金板のプレス成形品であるカバープレート３と、ハウジング本体２とカバープレート３とによって挟持された樹脂製の回路基板４（図２には示さず）とを主要構成要素としている。回路基板４は、いわゆるビルドアップ基板であり、４本のスクリュー５によってハウジング本体２とカバープレート３とに締結（共締め）されている。図３，４に示すように、回路基板４には、他の不図示の電子部品とともに、発熱部品であるパワー素子、本実施形態ではパワーＭＯＳＦＥＴ６１〜６３が前面および後面にそれぞれ実装されている。なお、回路基板４には電気ハーネスが接続されるソケットが付設されているが、説明が煩雑になることを避けるためにその図示を省略する。
【００１３】
図４に示すように、ハウジング本体２は、回路基板４の左右前端面がそれぞれに接する左右の座面２１，２２と、これら座面２１，２２から前方に一段下がった電子部品収容凹部２３と、電子部品収容凹部２３の左右方向略中央に突設されており、回路基板４の反りを抑制するための凸部２４と、後面側のパワーＭＯＳＦＥＴ６３に対応する部位に突設された支持凸部２５とを有している。ダイキャスト成形後のハウジング本体２に対しては、図５に示すように、治具７１，７２に保持された状態で単一の工具７３（例えば、フライスカッタ）によって回路基板４側の面、すなわち電子部品収容凹部２３や凸部２４、支持凸部２５が切削加工される。このいわゆるワンチャック加工により、ハウジング本体２においては、座面２１，２２に対する凸部２４、支持凸部２５の寸法精度が極めて高く保たれる。
【００１４】
図４に示すように、カバープレート３は、回路基板４の左右後端面がそれぞれに接する左右の座面３１，３２と、これら座面３１，３２から後方に一段下がった電子部品収容凹部３３と、パワーＭＯＳＦＥＴ６３に対応する部位に設けられた支持凹部３４とを有している。
【００１５】
図４に示すように、前面側のパワーＭＯＳＦＥＴ６１，６２とハウジング本体２の電子部品収容凹部２３との間には熱伝導性材料であるＴＩＭ（Thermal Interface Material）８１が介装されている。本実施形態においてＴＩＭ８１には、放熱シートを採用しているが、放熱グリース（シリコーングリース）を採用してもよい。また、ハウジング本体２には、電子部品収容凹部２３におけるＴＩＭ８１の接触部に絶縁層８２が形成されている。絶縁層８２は、アルマイト（商標）などの陽極酸化皮膜の他、フッ素樹脂コーティングや絶縁シートなどが採用可能であり、陽極酸化皮膜あるいはフッ素樹脂コーティングの場合にはハウジング本体２あるいはカバープレート３の全体に形成していてもよい。また、回路基板４とカバープレート３との間には前面側のパワーＭＯＳＦＥＴ６１，６２に対応する部位にＴＩＭ８１が介装されるとともに、カバープレート３におけるＴＩＭ８１の接触部に絶縁層８２が形成されている。
【００１６】
図４に示すように、後面側のパワーＭＯＳＦＥＴ６３とカバープレート３の支持凹部３４との間にはＴＩＭ８１が介装されるとともに、カバープレート３におけるＴＩＭ８１の接触部に絶縁層８２が形成されている。また、回路基板４とハウジング本体２の支持凸部２５との間には後面側のパワーＭＯＳＦＥＴ６３に対応する部位にＴＩＭ８１が介装されるとともに、支持凸部２５に絶縁層８２が形成されている。
【００１７】
図４に示すように、ハウジング本体２の凸部２４と回路基板４とは所定の間隙Ｓ１をもって対峙しており、その間隙Ｓ１に硬質ゴムなどの弾性材８５が介装されている。また、カバープレート３と回路基板４とは所定の間隙Ｓ２をもって対峙しており、その間隙Ｓ２にも弾性材８５が介装されている。本実施形態の場合、間隙Ｓ１と間隙Ｓ２とは同一寸法であり、弾性材８５も同一品が用いられている。
【００１８】
＜実施形態の作用＞
本実施形態のＥＣＵ１では、このような構成を採ったことにより、以下に述べるような効果を奏する。すなわち、運転者が据え切りに近い操舵を行ってパワーＭＯＳＦＥＴ６１〜６３が瞬間的に高温になると、パワーＭＯＳＦＥＴ６１〜６３の表面からＴＩＭ８１を介してハウジング本体２やカバープレート３に熱が伝導して放熱される。また、回路基板４におけるパワーＭＯＳＦＥＴ６１〜６３の実装面と反対側の面からも、ＴＩＭ８１を介してハウジング本体２やカバープレート３に熱が伝導して放熱される。これにより、過度な温度上昇が起こらなくなり、パワーＭＯＳＦＥＴ６１〜６３や周辺の電子部品の耐久性低下や誤作動が効果的に抑制される。
【００１９】
さらに、ハウジング本体２における回路基板４側の面が単一の工具で加工されるために製造誤差を小さくでき、電子部品収容凹部２３や支持凸部２５と回路基板４との間の距離、すなわちＴＩＭ８１の厚みを小さくできる。これにより、熱抵抗が小さくなり効率良くハウジング本体２に放熱できるとともに、ＥＣＵ１の小型化を図ることもできる。
【００２０】
また、回路基板４は、その中央部が弾性材８５を介してハウジング本体２の凸部２４やカバープレート３によって拘束されているため、例えば長期間の使用による繰り返しの熱応力が作用しても反ることがなく、ＴＩＭ８１を介した伝熱の不均衡が殆ど生じなくなる。なお、弾性材８５を熱伝導性を持つ材料で構成することにより、弾性材８５を介してハウジング本体２やカバープレート３へ放熱できるので好ましい。
【００２１】
さらに、ハウジング本体２およびカバープレート３とＴＩＭ８１との間に絶縁層８２が形成されているため、何らかの原因で回路基板４やパワーＭＯＳＦＥＴ６１〜６３がハウジング本体２あるいはカバープレート３に接触しても、短絡（ショート）に起因する動作不良などが防止される。
そして、回路基板４が信号用のパターンを細かく形成できるビルドアップ基板であるため、スルーホール型の回路基板に較べてＥＣＵ１の大型化を効果的に抑制できる。また、パワーＭＯＳＦＥＴ６１〜６３の熱を回路基板４の裏面へ効率良く伝えることもでき、放熱をより良好に行うことができる。
このようにして本実施形態のＥＣＵ１は、大型化を抑制しつつ、高い放熱性と高い絶縁性とを両立することができる。
【００２２】
また、回路基板４はハウジング本体２とカバープレート３とに挟み込まれて、スクリュー５で共締めされる構成としてことにより、組み立て工程が容易となる。また、ハウジング本体２における回路基板４の取り付け面である左右の座面２１，２２の高さが揃っている。これにより、パワーＭＯＳＦＥＴ６１，６２からハウジング本体２までの熱伝達距離が一定になり、放熱をより安定して行うことができる。このことはカバープレート３の座面３１，３２についても同様である。
【００２３】
なお、パワーＭＯＳＦＥＴ６１〜６３とハウジング本体２あるいはカバープレート３とのショートを防止する他の手段として、パワーＭＯＳＦＥＴ６１〜６３の天面（ハウジング本体２あるいはカバープレート３に対峙する面）に、該天面の一部のみを覆う絶縁材（絶縁ピース）を貼着してもよい。この場合、絶縁ピースを３箇所以上に貼着するとともにＴＩＭ８１として放熱グリースを用いることが望ましい。これはＴＩＭ８１として放熱シートを用いれば、放熱シートと絶縁ピースが干渉して放熱性を損なうおそれがあるためである。また、パワーＭＯＳＦＥＴ６１〜６３のショートを防止するために、ＴＩＭ８１の熱伝導性材料に絶縁補助材を添加してもよい。
【００２４】
本実施形態では凸部２４をハウジング本体２側にのみ設けたが、カバープレート３側にも設けるようにしてもよい。また、凸部２４は弾性材８５を介して回路基板４に面接触しているが、点接触や線接触する構成としてもよい。また、弾性材８５を設けずに凸部２４が回路基板４に直に当接する構成としてもよい。これにより部品点数の増加を抑えることができる。この場合、回路基板４における凸部２４の接触部分は、回路パターンのショートを防止するために表面を絶縁層（例えば、ソルダーレジスト）で覆えばよい。特に、回路パターンのショートをより確実に防止するためには、回路基板４における凸部２４の接触部分の全ての層に回路パターンを形成しないことが望ましい。
【００２５】
なお、本発明の態様は上述のものに限られない。例えば、上記実施形態は電動パワーステアリング装置用のＥＣＵに本発明を適用したものであるが、エンジンＥＣＵや変速ＥＣＵなどにも当然に適用可能である。その他、電子制御ユニットの具体的構成やハウジング本体やカバープレートなどの具体的形状などについても、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。
【符号の説明】
【００２６】
１            ＥＣＵ（電子制御ユニット）
２            ハウジング本体
３            カバープレート
４            回路基板
２３          ハウジング本体の電子部品収容凹部
２４          凸部
２５          支持凸部
３３          カバープレートの電子部品収容凹部
３４          支持凹部
６１〜６３    パワーＭＯＳＦＥＴ
８１          ＴＩＭ（熱伝導性材料）
８２          絶縁層
８５          弾性材
【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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