電子制御装置
【課題】この発明は、小型化、高出力化、高寿命化を可能とする電子制御装置を得る。
【解決手段】この発明に係る電子制御装置は、両端部に開口部を有する絶縁性樹脂製のハウジング３と、このハウジング３の一方の端部に取り付けられ、ハウジング３側の表面に半導体スイッチング素子２が搭載されたヒートシンク５と、このヒートシンク５と対向して設けられた回路基板４とを備え、回路基板４は、一方の面に半導体スイッチング素子２の駆動を制御するマイクロコンピュータ４１を含む複数の小電流部品が実装され、他方の面に半導体スイッチング素子２に流れる電流のリップルを吸収するコンデンサを含む複数の大電流部品が実装されている。
【解決手段】この発明に係る電子制御装置は、両端部に開口部を有する絶縁性樹脂製のハウジング３と、このハウジング３の一方の端部に取り付けられ、ハウジング３側の表面に半導体スイッチング素子２が搭載されたヒートシンク５と、このヒートシンク５と対向して設けられた回路基板４とを備え、回路基板４は、一方の面に半導体スイッチング素子２の駆動を制御するマイクロコンピュータ４１を含む複数の小電流部品が実装され、他方の面に半導体スイッチング素子２に流れる電流のリップルを吸収するコンデンサを含む複数の大電流部品が実装されている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、例えば電動モータの回転力によって車両のステアリング装置に補助付勢する電動式パワーステアリング装置に使用する電子制御装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、パワーデバイスである半導体スイッチング素子（ＦＥＴ）が金属基板上に実装されているとともに、金属基板と金属基板外の部品とを電気的に接続する接続部材が金属基板上に取付けられている電子制御装置が知られている。
例えば、特許文献１に記載の電子制御装置は、電動モータの電流を切り換えるための半導体スイッチング素子からなるブリッジ回路が搭載されたパワー基板と、導電板等が絶縁性樹脂にインサート成形されているとともに大電流部品が搭載されたハウジングと、マイクロコンピュータ等の小電流部品が搭載された制御基板と、パワー基板と上記ハウジング及び上記制御基板とを電気的に接続した接続部材と、パワー基板に密着されたヒートシンクと、パワー基板、ハウジング及び制御基板を覆い金属板でプレス成形されているとともにヒートシンクに取り付けられたケースとを備えている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第３６４４８３５号明細書（図２）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１に記載の電子制御装置では、半導体スイッチング素子を搭載するパワー基板、大電流部品を搭載するハウジング、及び小電流部品を搭載する制御基板がそれぞれ必要であり、部品点数増加による装置の大型化・複雑化・コスト高を生じるという問題点があった。
【０００５】
この発明は、上記のような問題点を解決することを課題とするものであって、小型化・簡単化・コスト低減化に加えて、高出力化、高寿命化を可能にした電子制御装置を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この発明に係る電子制御装置は、両側のそれぞれの端部に開口部を有する絶縁性樹脂製のハウジングと、複数のコネクタが側面に分散配置された前記ハウジングの一方の前記端部に取り付けられ、ハウジング側の表面にパワーデバイスが搭載されたヒートシンクと、このヒートシンクと対向して設けられた回路基板とを備え、前記パワーデバイスと電気的に接続された複数の前記コネクタのうちの一つのコネクタにおけるコネクタ端子の近傍に前記パワーデバイスが配置され、前記回路基板は、一方の面に前記パワーデバイスの駆動を制御するマイクロコンピュータを含む複数の小電流部品が実装され、他方の面に前記パワーデバイスに流れる電流のリップルを吸収するコンデンサを含む複数の大電流部品が実装され、前記大電流部品は、全て前記回路基板の周縁部で、かつ前記パワーデバイスと重ならない位置に配置されている。
【０００７】
また、この発明に係る電子制御装置は、両側のそれぞれの端部に開口部を有する絶縁性樹脂製のハウジングと、複数のコネクタが側面に分散配置された前記ハウジングの一方の前記端部に取り付けられ、ハウジング側表面にパワーデバイスが搭載されたヒートシンクと、このヒートシンクと対向して設けられた回路基板とを備え、前記パワーデバイスと電気的に接続された複数の前記コネクタのうちの一つのコネクタにおけるコネクタ端子の近傍に前記パワーデバイスが配置され、前記回路基板は、一方の面に前記パワーデバイスの駆動を制御するマイクロコンピュータを含む複数の小電流部品が実装され、他方の面に前記パワーデバイスに流れる電流を検出するシャント抵抗を含む複数の大電流部品が実装され、前記大電流部品は、全て前記回路基板の周縁部で、かつ前記パワーデバイスと重ならない位置に配置されている。
【発明の効果】
【０００８】
この発明に係る電子制御装置によれば、パワーデバイスをヒートシンクに搭載するとともに、回路基板の一方の面に小電流部品を実装し、他方の面に大電流部品を実装したので、小型化・簡単化・コスト低減化に加えて、高出力化、高寿命化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】この発明の実施の形態１による電子制御装置を示す分解斜視図である。
【図２】図１の電子制御装置を示す分解斜視図を上下反対方向から視たときの分解斜視図である。
【図３】図１の電子制御装置を車両コネクタ側から視たときの側面図である。
【図４】図１の電子制御装置をモータコネクタ側から視たときの側面図である。
【図５】図１の電子制御装置のハウジングをヒートシンクが取付けられる方向から視たときの斜視図である。
【図６】図５の要部拡大図である。
【図７】図１の電子制御装置のブロック図である。
【図８】図１の電子制御装置の側断面図である。
【図９】図１の電子制御装置の導電板とコネクタ端子との組付を示す斜視図である。
【図１０】図１の電子制御装置の導電板とコネクタ端子との組付を示す斜視図である。
【図１１】図１の電子制御装置での図８の側断面と平行な側断面図である。
【図１２】図１の電子制御装置の導電板とコネクタ端子との組付を示す斜視図である。
【図１３】図１の電子制御装置の保持部材とバネ材との組付を示す斜視図である。
【図１４】図１の電子制御装置での図８の側断面と平行な側断面図である。
【図１５】図１の電子制御装置での図８の側断面に対して直角方向に沿って切断したときの断面図である。
【図１６】図１の電子制御装置での図８の側断面と平行な側断面図である。
【図１７】図１の電子制御装置の回路基板を示す正面図である。
【図１８】図１の電子制御装置のヒートシンクとハウジングとの位置関係を示す分解斜視図である。
【図１９】図１の電子制御装置のヒートシンクとハウジングとの位置関係を示す斜視図である。
【図２０】図１の電子制御装置の要部斜視図である。
【図２１】この発明の実施の形態２による電子制御装置を示す側断面図である。
【図２２】この発明の実施の形態１，２による電子制御装置の変形例を示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
実施の形態１．
以下、この発明の各実施の形態を図に基づいて説明するが、各図において、同一、または相当部材、部位については同一符号を付して説明する。
この実施の形態では、電動モータの回転力によって車両のステアリング装置に補助付勢する電動式パワーステアリング装置に使用する電子制御装置１を例に説明する。
図１はこの発明の実施の形態１に係る電子制御装置１を示す分解斜視図、図２は図１の電子制御装置１を示す分解斜視図を上下反対方向から視たときの分解斜視図、図３は図１の電子制御装置１の車両コネクタ８側を示した側面図、図４は図１の電子制御装置１のモータコネクタ９、センサコネクタ１０側を示した側面図、図５は図１の電子制御装置１のハウジング３をヒートシンク５が取り付けられる方向から示した斜視図、図６は図５の要部拡大図、図７は図１の電子制御装置１のブロック図、図８は、図１の電子制御装置１の断面図である。
【００１１】
この電子制御装置１は、両端部にそれぞれ開口部を有する絶縁性樹脂製のハウジング３と、このハウジング３の一方の端部にネジ２０を用いて取り付けられ、表面に絶縁皮膜が形成されたアルミニウム製のヒートシンク５と、このヒートシンク５に搭載され板バネ２１によりヒートシンク５側に押圧された、パワーデバイスである半導体スイッチング素子２と、ヒートシンク５と対向して設けられた回路基板４と、ヒートシンク５と協同して半導体スイッチング素子２、回路基板４を格納したカバー７とを備えている。
【００１２】
回路基板４のカバー７側の表面には、信号用の小電流が流れる複数の小電流部品が半田付けにより実装されている。この小電流部品は、図１に示すように、ハンドルの操舵トルク、及び車両の車速に基づいて補助トルクを演算するとともに、モータ電流をフィードバックして補助トルクに相当する駆動信号を生成するマイクロコンピュータ４１、電子制御装置１を駆動させる電源ＩＣ４２、半導体スイッチング素子２の動作を制御するドライバＩＣ４３がそれぞれ相当する。
回路基板４のヒートシンク５側の表面には、モータ駆動用の大電流が流れる複数の大電流部品が半田付けにより実装されている。この大電流部品は、図２に示すように、半導体スイッチング素子２のスイッチング動作時に発生する電磁ノイズが外部へ流出するのを防止するコイル４４、半導体スイッチング素子２に流れる電流のリップルを吸収するコンデンサ４５、バッテリ２４からブリッジ回路の半導体スイッチング素子２を介して電動モータ２２に供給されるモータ電流を開閉するリレー４６、半導体スイッチング素子２に流れる電流を検出するシャント抵抗４７が相当する。
【００１３】
回路基板４の電流回路は、半導体スイッチング素子２により構成されたブリッジ回路と、コイル４４、コンデンサ４５、リレー４６、シャント抵抗４７と電気的に接続され、配線パターンにより構成されモータ駆動用の大電流が流れる大電流回路と、マイクロコンピュータ４１、電源ＩＣ４２、ドライバＩＣ４３と電気的に接続され、配線パターンにより構成され信号用の小電流が流れる小電流回路とから構成されている。
【００１４】
また、電子制御装置１は、ハウジング３の一側面に設けられ、車両の配線と電気的に接続される車両コネクタ８と、ハウジング３の他側面に設けられ、電動モータ２２と電気的に接続されるモータコネクタ９と、このモータコネクタ９に隣接しトルクセンサ２３と電気的に接続されるセンサコネクタ１０とを備えている。
【００１５】
図３に示されるように、車両コネクタ８は、車両のバッテリ２４と電気的に接続される板厚０.８ｍｍの銅、または銅合金で形成された電源コネクタ端子１１と、車両の配線を介して信号が入出力される厚さ０.６４ｍｍのりん青銅製の信号コネクタ端子１２を備えている。
また、図４に示されるように、モータコネクタ９は、厚さ０.８ｍｍの高電気導電率の銅合金、またはりん青同製のモータコネクタ端子１３を備え、センサコネクタ１０は、厚さ０.６４ｍｍのりん青銅製のセンサコネクタ端子１４を備えている。
【００１６】
さらに、図５に示されるように、電子制御装置１は、基礎部がインサート成形でハウジング３と一体化されているとともに、回路基板４と半導体スイッチング素子２とを電気的に接続した、パワー用導電板６ａ、出力用導電板６ｂ及び信号用導電板６ｃと、基礎部がインサート成形でハウジング３と一体化されているとともに、回路基板４と電源コネクタ端子１１とを電気的に接続した導電板６ｄとを備えている。
また、電子制御装置１は、回路基板４と信号コネクタ端子１２及びセンサコネクタ端子１４とを電気的に接続した導電板６ｅと、回路基板４のグランドをヒートシンク５に接続する役割をもつ保持部材６ｆとを備えている。
【００１７】
電源コネクタ端子１１、信号コネクタ端子１２、モータコネクタ端子１３及びセンサコネクタ端子１４等の部品は、パワー用導電板６ａ、出力用導電板６ｂ、信号用導電板６ｃ、導電板６ｄ、６ｅ、保持部材６ｆがインサート成形されてハウジング３が形成される際に、それぞれ同時にインサート成形され、車両コネクタ８、モータコネクタ９、センサコネクタ１０がハウジング３に一体化されて形成されている。
また、ヒートシンク５が取り付けられるハウジング３の開口部と反対側の開口部側の側面には、電子制御装置１を被取り付け体である車両に取り付けるための取り付け脚部３Ｌが形成されている。
【００１８】
並列された一対の各半導体スイッチング素子２の各端子は、図６において右側から供給電源端子ＶＳ、ハイサイドＭＯＳＦＥＴ２Ｈのゲート端子ＧＴ１、ブリッジ出力端子ＯＵＴ、ローサイドＭＯＳＦＥＴ２Ｌのゲート端子ＧＴ２、及びグランド端子ＧＮＤの順に並んで配置されている。
ここで、供給電源端子ＶＳ、ブリッジ出力端子ＯＵＴ、グランド端子ＧＮＤは、電動モータ２２を作動させるため、最大で５０Ａ程度の大電流が流れる大電流用端子、ゲート端子ＧＴ１、ゲート端子ＧＴ２は、最大で３Ａ程度の信号用の小さな電流が流れる小電流用端子であり、大電流用端子と小電流用端子とが交互に配置されている。
並列された半導体スイッチング素子２の各端子ＯＵＴは、図８に示すように中間部の２箇所で起立、倒伏したクランク状に同一形状で曲げられており、同一方向にそれぞれ導出している。これは、その他の端子ＶＳ，ＧＴ１，ＧＴ２，ＧＮＤについても同様である。
半導体スイッチング素子２の端子ＶＳ，ＧＴ１，ＯＵＴ，ＧＴ２，ＧＮＤは、幅が０.８ｍｍ、厚さが０.５ｍｍ、端子の間隔が１.７ｍｍで形成されている。
【００１９】
図７に示すように、半導体スイッチング素子２は、ハイサイドＭＯＳＦＥＴ２ＨとローサイドＭＯＳＦＥＴ２Ｌが集積されてハーフブリッジが形成されている。そして、半導体スイッチング素子２は、ハーフブリッジが１つのパッケージに収納されているとともに、２個１組となって電動モータ２２の電流を切り替えるためのブリッジ回路を構成している。
【００２０】
また、図５、図６に示すように、ハウジング３には、半導体スイッチング素子２の本体とハウジング３との位置決めをする位置決め部３ｄが形成されている。
この位置決め部３ｄの先端部にはテーパが形成されており、このテーパ部に半導体スイッチング素子２のヒートスプレッダ部に設けられた穴２ａが案内されて挿入され、位置決めがなされる。位置決め部３ｄは、各端子ＶＳ，ＧＴ１，ＯＵＴ，ＧＴ２，ＧＮＤの導出方向の位置決めを兼ねている。
また、各端子ＶＳ，ＧＴ１，ＯＵＴ，ＧＴ２，ＧＮＤと導電板６ａ，６ｂ，６ｃとの位置決めを行う位置決め部３ｅが同様にハウジング３に形成されている。この位置決め部３ｅは、各端子ＶＳ，ＧＴ１，ＯＵＴ，ＧＴ２，ＧＮＤの導出方向と直角方向の位置決めを行っている。位置決め部３ｅは、半導体スイッチング素子２の両端の端子ＶＳ，ＧＮＤの外側に形成されており、先端部にはテーパが形成されている。このテーパ部で半導体スイッチング素子２の各端子ＶＳ，ＧＮＤの外側が案内されて、各端子ＶＳ，ＧＴ１，ＯＵＴ，ＧＴ２，ＧＮＤと導電板６ａ，６ｂ，６ｃとの位置決めがなされる。
【００２１】
図６に示すとおり、導電板６ａ，６ｂ，６ｃは、半導体スイッチング素子２の端子ＶＳ，ＧＴ１，ＯＵＴ，ＧＴ２，ＧＮＤが導出する導出方向に延びて重なって配置され、端子ＶＳ，ＧＴ１，ＯＵＴ，ＧＴ２，ＧＮＤ、及び導電板６ａ，６ｂ，６ｃは、ヒートシンク５と対向する面に配置されている。
【００２２】
位置決め部３ｄ，３ｅで半導体スイッチング素子２を位置決め固定した後、各端子ＶＳ，ＧＴ１，ＯＵＴ，ＧＴ２，ＧＮＤと導電板６ａ，６ｂ，６ｃが例えばレーザ溶接で溶接される。
レーザ溶接は、ヒートシンク５が取り付けられる前に、ヒートシンク５が取り付けられる方向から端子ＶＳ，ＧＴ１，ＯＵＴ，ＧＴ２，ＧＮＤの表面に向かってレーザＬＢを照射して行われる。
図６に示すとおり、パワー用導電板６ａの基端部は、半導体スイッチング素子２の供給電源端子ＶＳ、グランド端子ＧＮＤの先端部にそれぞれ接続される。出力用導電板６ｂの基端部は、ブリッジ出力端子ＯＵＴの先端部に接続される。信号用導電板６ｃの基端部は、ゲート端子ＧＴ１，ＧＴ２の先端部にそれぞれ接続される。
【００２３】
導電板６ａ，６ｂ，６ｃ及びこれらに接続される周囲部品の斜視図を図９に示す。
導電板６ａ，６ｂ，６ｃには、それぞれプレスフィット端子６ａｐ，６ｂｐ，６ｃｐが形成されている。回路基板４には銅箔による配線パターン、及び内面に銅メッキがなされて前記配線パターンと電気的に接続される複数のスルーホール４ａが形成されており、プレスフィット端子６ａｐ，６ｂｐ，６ｃｐが回路基板４のそれぞれのスルーホール４ａに圧入されて、半導体スイッチング素子２の端子ＶＳ，ＧＴ１，ＯＵＴ，ＧＴ２，ＧＮＤと回路基板４の配線パターンとが電気的に接続されている。
【００２４】
パワー用導電板６ａ、出力用導電板６ｂは、圧延された銅、または銅合金で形成されている。ただし、導電板６ａ，６ｂと半導体スイッチング素子２の端子ＶＳ，ＯＵＴ，ＧＮＤとが溶接されると、導電板６ａ，６ｂには大電流が流れるため、導電板６ａ，６ｂは十分な体積を確保する必要がある。
しかしながら、プレスフィット端子の形成とプレス加工の点からは、板厚を厚くすることが困難である。そのため、この実施の形態では、パワー用導電板である導電板６ａ，６ｂの板厚を、端子ＶＳ，ＯＵＴ，ＧＮＤの幅と同じ０.８ｍｍとし、板厚より板幅を広く形成して半導体スイッチング素子２の端子ＶＳ，ＯＵＴ，ＧＮＤとを溶接している。
なお、信号用導電板６ｃは、小電流が流れるので、電気抵抗の低減化について考慮する必要性はないが、大電流が流れるパワー用導電板６ａ、出力用導電板６ｂと同様の板材で形成されている。
【００２５】
図８、図９に示すように、出力用導電板６ｂは、半導体スイッチング素子２のブリッジ出力端子ＯＵＴが接続されている。
また、基端部の反対側端部にはモータコネクタ端子１３の端部１３ａが接続されている。そして、出力用導電板６ｂと半導体スイッチング素子２のブリッジ出力端子ＯＵＴとが接続されるのと同様に、モータコネクタ端子１３の端部１３ａは、出力用導電板６ｂの端部のヒートシンク５と対向する面に配置され、ヒートシンク５が取り付けられる方向からモータコネクタ端子１３の表面に向かってレーザＬＢが照射されて溶接されている。
半導体スイッチング素子２のブリッジ出力端子ＯＵＴからのモータ電流は、回路基板４を経由せず、直接モータコネクタ端子１３を経由して電動モータ２２に流れるように構成されている。
出力用導電板６ｂの中間部には、回路基板４に向かって延びたプレスフィット端子６ｂｐが形成されており、モータコネクタ端子１３の電圧をモニタするための信号が回路基板４へ出力される。
【００２６】
電源用導電板６ｄ、及びこれらに接続される周囲部品の斜視図を図１０に示す。
図８、図１０に示すとおり、電源用導電板６ｄには、電源コネクタ端子１１の端部１１ａが接続されている。出力用導電板６ｂとモータコネクタ端子１３の端部１３ａとが接続されているのと同様に、電源コネクタ端子１１は、電源用導電板６ｄの端部のヒートシンク５と対向する面に配置され、ヒートシンク５が取り付けられる方向から電源コネクタ端子１１の端部１１ａの表面に向かってレーザＬＢが照射されて溶接されている。
電源用導電板６ｄの中間部には、回路基板４に向かって延びたプレスフィット端子６ｄｐが形成されており、このプレスフィット端子６ｄｐが回路基板４のスルーホール４ａに圧入されて、回路基板４の配線パターンと電気的に接続されている。そして、バッテリ２４の電流が電源コネクタ端子１１、電源用導電板６ｄ、プレスフィット端子６ｄｐを経由して回路基板４へ供給される。
【００２７】
図１１は、図８と平行であって、車両コネクタ８及びセンサコネクタ１０に沿って切断した断面図であり、図１２は、各導電板６ｅ、及びこれらに接続される周囲部品の斜視図である。
図１１、図１２に示すとおり、導電板６ｅは、信号コネクタ端子１２、センサコネクタ端子１４の端部１２ａ，１４ａと重ね合わせられ、この合わせ面は、ヒートシンク５近傍で、かつ、ヒートシンク５と平行に形成されている。
このとき、信号コネクタ端子１２、センサコネクタ端子１４の端部１２ａ，１４ａがヒートシンク５側に配置され、ヒートシンク５が取り付けられる方向から、信号コネクタ端子１２の端部１２ａ、センサコネクタ端子１４の端部１４ａの表面に向かってレーザＬＢが照射され、溶接されている。
また、導電板６ｅは、溶接部とは反対側の端部にはプレスフィット端子６ｅｐが形成されており、このプレスフィット端子６ｅｐが回路基板４のスルーホール４ｂに圧入されて、導電板６ｅに接続された信号コネクタ端子１２、センサコネクタ端子１４が回路基板４の配線パターンと電気的に接続されている。
【００２８】
図１３は保持部材６ｆ、及びこの保持部材６ｆに接続される周囲部品の斜視図であり、図１４は図８と平行であって、保持部材６ｆの中心に沿って切断した断面図である。
保持部材６ｆは、回路基板４のグランドをヒートシンク５に接続する機能を有している。ただし、ヒートシンク５の表面には絶縁皮膜５２が形成されているため、保持部材６ｆを直接ヒートシンクに接触させることはできない。そこで、ネジ２０、板バネ２１を介して、回路基板４とヒートシンク５とを電気的に接続させる。
図１３に示す板バネ２１は、バネ用ステンレス鋼板、バネ用りん青銅などの導電体で形成されており、一端にはスリット２１ｓが設けられている。保持部材６ｆが、スリット２１ｓに圧入固定されることで、保持部材６ｆと板バネ２１とが電気的に接続される。保持部材６ｆが固定された板バネ２１は、図１４に示すとおり、ハウジング３とネジ２０の頭部との間に配置され、ハウジング３と共にヒートシンク５に締め付け固定される。
ヒートシンク５に設けられたネジ穴には絶縁処理が施されていないため、保持部材６ｆとヒートシンク５とは電気的に接続される。
保持部材６ｆには、先端部にプレスフィット端子６ｆｐが形成されており、プレスフィット端子６ｆｐが、回路基板４のスルーホール４ａに圧入される。
この構成により、プレスフィット端子６ｆｐ、保持部材６ｆ、板バネ２１、ネジ２０を経由して回路基板４の配線パターンとヒートシンク５とが電気的に接続されている。
【００２９】
図８、図１１に示されるとおり、この実施の形態では、プレスフィット端子６ａｐ，６ｂｐ，６ｃｐ，６ｄｐ，６ｅｐがカバー７側に配置され、レーザ溶接部がヒートシンク５側に配置される。
この構成により、プレスフィット端子６ａｐ，６ｂｐ，６ｃｐ，６ｄｐ，６ｅｐとレーザ溶接部との距離が長くなるため、レーザ溶接時に発生する熱、反射光、シールド用ガスの影響がプレスフィット端子６ａｐ，６ｂｐ，６ｃｐ，６ｄｐ，６ｅｐに与える影響を少なくすることができる。
また、プレスフィット端子６ａｐ，６ｂｐ，６ｃｐ，６ｄｐ，６ｅｐとレーザ溶接部との間に、絶縁性樹脂３ａ、及び回路基板４が介在するので、レーザ溶接時に発生する反射光がプレスフィット端子６ａｐ，６ｂｐ，６ｃｐ，６ｄｐ，６ｅｐに到達しにくくなっている。
また、各端子ＶＳ，ＧＴ１，ＯＵＴ，ＧＴ２，ＧＮＤ，１１，１２，１３，１４は、プレスフィット端子６ａｐ，６ｂｐ，６ｃｐ，６ｄｐ，６ｅｐの各中心（例えば図１１の点線）を通る中心線に対して平行に離れた線上の溶接部位で導電板６ａ，６ｂ，６ｃ，６ｄ，６ｅに溶接されている。このように、溶接部位をプレスフィット端子６ａｐ，６ｂｐ，６ｃｐ，６ｄｐ，６ｅｐの各中心から離れた位置にすることで、プレスフィット端子６ａｐ，６ｂｐ，６ｃｐ，６ｄｐ，６ｅｐの回路基板４に対する圧入時の圧入荷重が溶接部に直接作用するのを防ぐことができ、溶接部の歪み、または剥離の発生を防止することができる。
回路基板４は、スルーホール４ａにプレスフィット端子６ａｐ，６ｂｐ，６ｃｐ，６ｄｐ，６ｅｐ，６ｆｐが圧入されて機械的に保持されている。
【００３０】
また、ハウジング３の絶縁性樹脂３ａに、各導電板６ａ，６ｂ，６ｃ，６ｄ，６ｅ，６ｆの基礎部がインサート成形されているため、プレスフィット端子６ａｐ，６ｂｐ，６ｃｐ，６ｄｐ，６ｅｐ，６ｆｐが回路基板４に圧入される際に、図８、図１１及び図１４に示すように、絶縁性樹脂３ａがヒートシンク５との間に介在し、圧入力をヒートシンク５で受けられるようになっている。ただし、製造上の精度により絶縁性樹脂３ａとヒートシンク５との間にわずかな隙間が発生することになる。
【００３１】
プレスフィット圧入は、プレスフィット端子６ａｐ，６ｂｐ，６ｃｐ，６ｄｐ，６ｅｐ，６ｆｐと回路基板４との相対高さ精度が重要であるが、絶縁性樹脂３ａとヒートシンク５との間のわずかな隙間によりこの相対高さ精度が悪化するので、この隙間に接着剤(図示せず)を塗布してこの隙間の影響を無くしている。
【００３２】
この実施の形態では、パワー用導電板６ａにはプレスフィット端子６ａｐが２個、出力用導電板６ｂにはプレスフィット端子６ｂｐが１個、信号用導電板６ｃにはプレスフィット端子６ｃｐが１個それぞれ形成されており、１つの半導体スイッチング素子２について７個のプレスフィット端子６ａｐ，６ｂｐ，６ｃｐが配置されている。
また、隣接する導電板６ａ，６ｂ，６ｃのプレスフィット端子６ａｐ，６ｂｐ，６ｃｐを千鳥状に配置することで、プレスフィット端子６ａｐ，６ｂｐ，６ｃｐ間の距離を大きくして、各端子６ａ，６ｂ，６ｃ間の短絡を防いでいる。
【００３３】
導電板６ｄには、電源コネクタ端子１つにつき、プレスフィット端子６ｄｐが２個形成されており、導電板６ｅには、信号コネクタ端子１２と接続するプレスフィット端子が６本、センサコネクタ端子１４と接続するプレスフィット端子が５本、計１１本のプレスフィット端子６ｅｐが形成されている。
また、保持部材６ｆには、プレスフィット端子６ｆｐが１本形成されている。プレスフィット端子６ａｐ，６ｂｐ，６ｃｐ，６ｄｐ，６ｆｐが圧入される回路基板４のスルーホール４ａの穴径は１.４５ｍｍ、プレスフィット端子６ｅｐが圧入されるスルーホール４ｂの穴径は１ｍｍに形成されている。
【００３４】
上記構成の電子制御装置１では、マイクロコンピュータ４１が駆動信号を生成すると、回路に電流が流れ各部から発熱が生じる。この際、大電流回路に電気的に接続された、コイル４４、コンデンサ４５、リレー４６及びシャント抵抗４７の発熱量は、小電流回路に電気的に接続された、マイクロコンピュータ４１、電源ＩＣ４２及びドライバＩＣ４３の発熱量よりも大きい。これらの部品を同一空間に配置すると、発熱が小さいマイクロコンピュータ４１、電源ＩＣ４２、ドライバＩＣ４３が、発熱の大きいコイル４４、コンデンサ４５、リレー４６、シャント抵抗４７から発生する熱の影響をうけ、温度が上昇してしまう。
【００３５】
この実施の形態では、大電流部品である、コイル４４、コンデンサ４５、リレー４６及びシャント抵抗４７を、小電流部品である、マイクロコンピュータ４１、電源ＩＣ４２及びドライバＩＣ４３が実装される回路基板４の表面の反対側の面に実装し、かつコイル４４、コンデンサ４５、リレー４６は、ヒートシンク５のスイッチング素子２が実装された表面と対向するように回路基板４に配置されている。
【００３６】
この実施の形態における回路基板４上の電流部品の位置関係を図１５及び図１６に示す。図１５は、図８に平行な別断面を示し、図１６は、図１５に対して直角方向に切断した断面を示している。
図１５に示すとおり、コイル４４、コンデンサ４５、リレー４６は、回路基板４、ヒートシンク５及びハウジング３の内壁面に囲まれた空間内に配置されている。
また、図１６に示すとおり、同一空間内には、シャント抵抗４７、ヒートシンク５に搭載された半導体スイッチング素子２も配置されている。
【００３７】
小電流部品である、マイクロコンピュータ４１、電源ＩＣ４２、ドライバＩＣ４３が実装される側の回路基板４の表面は、カバー７と対向するように配置される。即ち、マイクロコンピュータ４１、電源ＩＣ４２、ドライバＩＣ４３は、回路基板４とカバー７の内壁面とに囲まれた空間内に配置されている。
この配置により、ハウジング３、ヒートシンク５、カバー７により形成される電子制御装置１の内部空間は、回路基板４により、大電流部品を格納した空間Ａと、小電流部品を格納した空間Ｂの２つに分断されることになる。
空間Ａには、大電流が流れる大電流部品、即ち、発熱量が大きい大電流部品が格納されるため、空間内部の温度が高くなる。これに対して、空間Ｂには、発熱量が小さい小電流部品が格納され、かつ回路基板４が断熱材の役割を果たし、空間Ａの熱を断熱するため、空間Ｂの内部の温度が低くなる。
マイクロコンピュータ４１、電源ＩＣ４２及びドライバＩＣ４３は、小型、高性能な集積回路が組み込まれており、他の電流部品と比べて熱に弱い。
そこで、これらの部品を低温の空間Ｂに配置することで、受熱による温度上昇を防ぐことができる。
【００３８】
電子制御装置１を構成する部品のうち、もっとも温度が低くなるのは、非発熱体、かつ、熱伝導率の低い絶縁性樹脂で形成されたハウジング３である。
ハウジング３の内壁面近傍には温度境界層が発達するため、内壁面近傍には他部よりも温度が低い低温空間が形成される。また、当然であるが、内壁面近傍は外気との距離が近くなるため、外気への放熱が行われ易くなる。
即ち、回路基板４に実装される電流部品を回路基板４の周縁部に配置すると、電流部品がハウジング３の内壁面付近に配置されることになるため、放熱が促進され温度上昇を抑制することができる。特に、回路基板４の角部に電流部品を配置すると、電流部品がハウジング３の内壁面の２面と近接することになり、より効果的に放熱させることができるため、電子制御装置１の小型化、高出力化、長寿命化が可能となる。
【００３９】
この実施の形態における回路基板４の正面図を図１７に示す。
図１７から分かるように、コンデンサ４５が回路基板４の角部に配置されているため、組み立て時にハウジング３の内壁角部近傍に配置される。
また、シャント抵抗４７も回路基板４の縁部に配置されており、組み立て時ハウジング３の内壁近傍に配置される。
なお、回路基板４の周縁部に配置する部品は、コンデンサ４５、シャント抵抗４７に限らず、例えばコイル４４、リレー４６、マイクロコンピュータ４１、電源ＩＣ４２、ドライバＩＣ４３であっても問題は無い。
また、複数の大電流部品、小電流部品を回路基板４の周縁部にそれぞれ配置しても問題は無い。
【００４０】
また、図１６、図１７に示されるとおり、コンデンサ４５と回路基板４上に形成された配線との接続点と、シャント抵抗４７と回路基板４上に形成された配線との接続点が近接している。そのため、コンデンサ４５とシャント抵抗４７とは回路基板４上で近接配置されている。
コンデンサ４５とシャント抵抗４７との接続距離が長くなると、系のインダクタンスが大きくなり、ノイズが大きくなってしまう。そのため、コンデンサ４５とシャント抵抗４７の接続間距離を３ｍｍ以内に配置している。
【００４１】
また、ヒートシンク５は、ヒートシンク本体５１と、このヒートシンク本体５１の表面に形成された絶縁皮膜であるアルマイト皮膜５２とから構成されている。
ヒートシンク５は、アルミニウムまたはアルミニウム合金をダイスから押し出して形成された押出形材の全面に予めアルマイト皮膜５２を形成したヒートシンク素材を製造し、このヒートシンク素材を切断機で所望の長さに切断し、穴あけ等の機械加工を施して形成される。
この製造方法では、ヒートシンク個々に対してアルマイト皮膜５２を形成する必要が無いため、製造工程が単純化され製造コストが低減する。
アルマイトは、アルミニウム、または、アルミニウム合金を陽極酸化処理することで、表面に絶縁性の酸化被膜を形成する表面処理法である。
【００４２】
金属の酸化皮膜は一般に０.８〜０.９程度の高い放射率を持つ。
即ち、アルマイト処理が施されたヒートシンク５の表面には、自然空冷による放熱と放射による放熱が生じるため、高い放熱性能を得ることができる。
ヒートシンク５は、アルマイト皮膜５２を形成した素材を切断して製造されるため、端面５ａにはアルマイト処理が施されない。一般に金属の放射率は０.１〜０.２程度であるため、ヒートシンク５の端面５ａを外部に露出しても十分な放熱性能が得られない。
そこで、ヒートシンク５の端面５ａを絶縁性樹脂製のハウジング３の開口部の内壁面３ｃに近接対向させて配置している。
この実施の形態における、ハウジング３の内壁面３ｃとヒートシンク５の端面５ａとの位置関係を示す斜視図を図１８、図１９に示す。
絶縁性樹脂は、金属に比べると十分に高い熱放射率を持つ。また、ハウジング３の表面積は、ヒートシンク５の端面５ａの表面積に比べて十分に大きい。
【００４３】
そこで、ヒートシンク５の端面５ａとハウジング３の内壁面３ｃとを面接触させることで、ヒートシンク５の多量の熱は、端面５ａを通じて、放熱面積が大きく、熱放射率が高いハウジング３に円滑に流れ、ハウジング３を通じて外部に放出され、ヒートシンク５の端面５ａを直接外部に露出させるよりも高い放熱性能を得ることができる。
なお、表面にアルマイト皮膜５２が施されたヒートシンク５の一方の側面５ｂは、図１９に示すとおり、外部に露出するように構成されている。
【００４４】
ヒートシンク５は、ヒートシンク本体５１が熱伝導率の高いアルミニウム、または、アルミニウム合金で製造されるため、ヒートシンク５自身の熱抵抗はほぼ零として差し支えない。
また、アルマイト皮膜５２は、酸化アルミナ(ＡＬ２Ｏ３)で形成されており、かつ膜厚は１０μｍ程度と非常に薄いため、熱抵抗がほぼ零とみなすことができる。
【００４５】
ヒートシンク５は、端面５ａ以外では、表面にアルマイト皮膜５２が形成される。
即ち、半導体スイッチング素子２が搭載される面、及び半導体スイッチング素子２の端子ＶＳ，ＧＴ１，ＯＵＴ，ＧＴ２，ＧＮＤと対向する面にもアルマイト皮膜５２が形成されている。アルマイトは、放射率を向上させる酸化皮膜としての役割の他に、絶縁皮膜としての役割も持つ。
半導体スイッチング素子２は、高電流が流れるが、ヒートシンク５の表面にアルマイト皮膜５２が形成されているため、ヒートシンク５との短絡を防ぐことができる。
また、万が一半導体スイッチング素子２の近傍で、アルマイト皮膜５２のクラック等による絶縁不良が生じても、ヒートシンク５の表面は、アルマイト皮膜５２とハウジング３により絶縁されているため、電子制御装置１の外側から半導体スイッチング素子２と電気的に短絡されることが無く、絶縁性能の向上した電子制御装置１を得ることができる。
【００４６】
この実施の形態では、ヒートシンク５は押出形材を用いて製造したが、熱間または冷間圧延された板材を用いて製造してもよい。
また、絶縁皮膜をアルマイト皮膜５２としたが、絶縁皮膜として、プレコートされた絶縁性樹脂を用いてもよい。
さらに、アルミニウムまたはアルミニウム合金のヒートシンク表面を塗料にて塗装してもよい。
【００４７】
半導体スイッチング素子２をヒートシンク５に設置する際には、半導体スイッチング素子２のヒートスプレッダ部とヒートシンク５のアルマイト皮膜５２との間に熱伝導性接着剤(図示せず)を介在させて固定させる。ヒートシンク５とヒートスプレッダとの表面には、小さな凹凸が存在するため、ヒートスプレッダ部をヒートシンク５に密着させても僅かな隙間が発生し、真実接触面積が見た目の接触面積に比べて小さい。
接触面積が小さくなると、半導体スイッチング素子２で発生した熱がヒートシンク５に伝熱する際の伝熱経路における熱抵抗が大きくなるため、半導体スイッチング素子２からの放熱が妨げられる。
そこで、隙間に熱伝導性接着剤を介在させることで、半導体スイッチング素子２とヒートシンク５との間の熱抵抗を低減させ、放熱性能を促進させることができる。
また、半導体スイッチング素子２とヒートシンク５とが熱伝導性接着剤で固定されることで、例えば電子制御装置１に外力が加わる、または、振動が生じた際に、半導体スイッチング素子２の溶接部にかかる応力が小さくなる。
【００４８】
また、板バネ２１には、回路基板４のグランドとヒートシンク５とを接続する役割の他に、半導体スイッチング素子２をハウジング３に固定する役割をもつ。
板バネ２１、及びその周囲の部品を示した要部斜視図を図２０に示す。
図１４、図１６及び図２０に示すとおり、板バネ２１の係り止め部２１ｂは、ハウジング３の保持部３ｂに係止されるとともに、ハウジング３を介在させてネジ２０でヒートシンク５に固定されている。
この際、板バネ２１の押え部２１ａは、半導体スイッチング素子２の樹脂パッケージ面に押し付けられる。この結果、熱伝導性接着剤が板バネ２１の押圧により薄くかつ均一に広がるため、ヒートシンク５のアルマイト皮膜５２と半導体スイッチング素子２との間の熱抵抗ばらつき差を低減させることができる。
さらに、半導体スイッチング素子２は、熱伝導性接着剤の接着力に加えて板バネ２１の押圧により固定されるため、ヒートシンク５と半導体スイッチング素子２との熱膨張差により発生するアルマイト皮膜５２の剥離、及び外力・振動によるアルマイト皮膜５２の剥離を防ぐことができる。
【００４９】
また、半導体スイッチング素子２は、ヒートスプレッダ部がブリッジ出力端子ＯＵＴと内部で電気的に繋がっているが、アルマイト皮膜５２及び高熱伝導接着剤でヒートシンク５と電気的に絶縁されている。
【００５０】
カバー７は、ハウジング３と同様の絶縁性樹脂で成形され、超音波溶着機でハウジング３の開口部に溶着されている。
なお、カバー７とハウジング３との溶着は、振動溶着機による振動溶着であってもよい。
振動溶着は、カバー７とハウジング３との接合面の面方向に沿って、カバー７を往復振動させ、摩擦熱によりカバー７とハウジング３との樹脂を互いに溶融させて接合している。
振動溶着は、カバー７とハウジング３との接合面が大きい場合に適用される。
また、超音波溶着機の代わりに、レーザ溶着機によるレーザ溶着であってもよい。
レーザ溶着は、カバー７がレーザ透過率の大きい材料で構成されているとともに、ハウジング３がレーザ吸収率の高い材料で構成されている。
そして、レーザ光をカバー７側から照射すると、レーザ光がカバー７を透過して、ハウジング３の接合面でレーザ光が吸収され、発熱する。その熱がカバー７側にも伝導され、カバー７も発熱してカバー７とハウジング３との接合面で相互に溶融し、溶着される。
レーザ溶着は、ソリやヒケが大きい樹脂成形では、接合面にレーザの焦点を合わせることが困難となり用いることはできないが、ソリやヒケが小さな樹脂成形の場合には、溶着自体はバリの発生が無く、振動の発生が無いので、内部部品への振動伝達がないという利点がある。
【００５１】
以上説明したように、この実施の形態１の電子制御装置１によれば、ヒートシンク５に半導体スイッチング素子２が搭載されているので、半導体スイッチング素子２の放熱性が向上するとともに、従来必要とした、半導体スイッチング素子２を搭載するためのパワー基板が不要となり、全高を低く小型化される。
また、回路基板４は、一方の面に半導体スイッチング素子２の駆動を制御するマイクロコンピュータ４１を含む複数の小電流部品が実装され、他方の面にコンデンサ４５を含む複数の大電流部品が実装され、一つの回路基板に大電流部品及び小電流部品が実装されているので、さらに全高を低く小型化される。
また、発熱量の大きい大電流部品と発熱量の小さい小電流部品とが回路基板４を介して区分けされ、耐熱性に弱い小電流部品は大電流部品からの熱の影響が抑制され、電子制御装置１の長寿命化が可能となる。
しかも、小電流部品は、半導体スイッチング素子２と対向する面の反対側の面に実装されているので、大電流が流れる半導体スイッチング素子２からの熱の影響も抑制され、電子制御装置１がより長寿命化される。
【００５２】
また、コンデンサ４５、シャント抵抗４７は、回路基板４の縁部に配置されているので、コンデンサ４５、シャント抵抗４７の放熱性が向上する。
【００５３】
また、回路基板４は、シャント抵抗４７とコンデンサ４５とが近接して実装されているので、シャント抵抗４７とコンデンサ４５との電気的な接続距離を短くすることができ、系のインダクタンスを小さく抑えることができ、ノイズの発生を抑制することができる。
【００５４】
また、ヒートシンク５は、半導体スイッチング素子２が搭載された表面、及びその裏面にアルマイト皮膜５２が形成されているので、ヒートシンク５の熱放射率が高くなり、ヒートシンク５の熱放射性が向上する。
【００５５】
また、ヒートシンク５は、アルマイト皮膜５２を有しない露出した端面５ａが、ハウジング３の内壁面３ｃと面接触しているので、ヒートシンク５の多量の熱は、端面５ａを通じて放熱面積が大きく、熱放射率が高いハウジング３に円滑に流れ、ハウジング３を通じて外部に放出され、ヒートシンク５の放熱性が向上する。
【００５６】
また、ヒートシンク５は、熱伝導率が高いアルミニウムまたはアルミニウム合金からなるヒートシンク本体５１の表面に、熱抵抗がほぼゼロのアルマイト皮膜５２が形成されているので、ヒートシンク５の放熱性が高い。
【００５７】
また、半導体スイッチング素子２は、アルマイト皮膜５２の表面に熱伝導性接着剤を用いて固定されているので、半導体スイッチング素子２とヒートシンク５との間の熱抵抗が低減され、半導体スイッチング素子２の放熱性が向上する。
また、半導体スイッチング素子２に外力が加わった場合には、半導体スイッチング素子２の溶接部に対する応力が低減され、ヒートシンク５に対する半導体スイッチング素子２の結合性が向上する。
【００５８】
また、半導体スイッチング素子２は、板バネ２１によりヒートシンク５に押圧されているので、半導体スイッチング素子２とヒートシンク５とが強固に結合され、両者間の熱膨張差及び外力・振動による半導体スイッチング素子２の剥離の発生を防止することができる。
【００５９】
また、板バネ２１は、ハウジング３に係止されるとともに、ハウジング３を介してネジ２０でヒートシンク５に固定されているので、板バネ２１は、半導体スイッチング素子２をヒートシンク５に確実に押圧することができる。
【００６０】
実施の形態２．
図２１はこの発明の実施の形態２に係る電子制御装置１の要部を示す断面図である。
図２１に示す電子制御装置１は、図１５に示した構造に対して、大電流部品であるコンデンサ４５が介在物４５ａを介してヒートシンク５と接触している点、小電流部品である、マイクロコンピュータ４１、電源ＩＣ４２及びドライバＩＣ４３がそれぞれ、介在物４１ａ，４２ａ，４３ａを介してカバー７と接触している。
他の構成は、実施の形態１と同じである。
【００６１】
図１５に示した実施の形態１の電子制御装置１では、電流部品は、配線パターン箇所でのみ回路基板４と接触し、その他の電流部品の表面は、ハウジング３、ヒートシンク５及びカバー７により形成された筐体内部の空気に曝されている。
そのため、電流部品で発生した熱の大部分はハウジング３の内部空気に放熱される。空気の熱伝導率は、常温で０.０３Ｗ/ｍＫであり、固体の熱伝導率に比べ小さい。
また、筐体の内部は密閉されており、内部で生じる空気の対流は、温度差により空気の密度に差が生じて起こる自然対流である。自然対流の流速は一般に０.１ｍ/ｓ以下であり、放熱効果は微小である。
即ち、電流部品周囲に空気が存在すると、熱抵抗が増加し、放熱性能が著しく悪化する。
【００６２】
そこで、コンデンサ４５を介在物４５ａを介してヒートシンク５と接触させ、マイクロコンピュータ４１、電源ＩＣ４２及びドライバＩＣ４３をそれぞれ介在物４１ａ，４２ａ，４３ａを介してカバー７と接触させることで、各電流部品から発生した熱を、放熱性能の低い空気の対流によらずに熱伝導により直接外部に放熱させることができる。
ただし、電流部品は半田にて回路基板４に固定されるため、電流部品の高さ精度を十分に確保することは難しい。高さが低いと十分な接触効果を得ることができず、逆に高さが高すぎると、組み立て時に無理な力がかかり電流部品を破壊してしまう。
また、仮に電流部品と、ヒートシンク５またはカバー７と接触させたとしても、電流部品の表面には微小な凹凸が多数存在するため、真実接触面積が見た目の接触面積に比べて小さくなる。接触面積が小さくなると熱抵抗が大きくなるため、結果、十分な伝熱性能を得ることが難しくなる。
【００６３】
そこで、図２１に示すとおり、電流部品とヒートシンク５またはカバー７とを接触させる際には、対象物の間にゲル状、または、弾性体材料を介在させて部品を接触させる手段が有効である。条件に該当する介在物としては、例えば熱伝導性のグリスや熱伝導性接着剤、伝熱シート、放熱ラバーが挙げられる。
これらの物質は、加圧により変形させることができるため、対象となる位置に介在物を塗布、または、貼り付けておくと、組み立て時に、電流部品とヒートシンク５またはカバー７とに挟まれて加圧変形することで、隙間が埋まり部品同士を接触させることができる。
【００６４】
また、この実施の形態の介在物４１ａ，４２ａ，４３ａ，４５ａは、熱伝導性のグリス、熱伝導性接着剤、伝熱シート及び放熱ラバーの何れかで構成されており、放熱性能が向上するのと併せて、電流部品の温度上昇スピードを遅らせることができる。
電子制御装置１は、ハンドルの操舵トルクを感知して作動するため、電流値が瞬間で切り替わる非定常作動を繰り返す。
即ち、瞬間的に大電流が流れることも想定されるが、熱容量が小さい小型の電流部品は、温度が急激に上昇し、不具合を起こすことが考えられる。
これに対して、電流部品と、ヒートシンク５またはカバー７とが、介在物４１ａ，４２ａ，４３ａ，４５ａを介して接触することで、見かけ上電流部品の熱容量が増えるため、電流部品の温度上昇スピードを遅くすることができる。
同一時間内のハンドル操作であれば、介在物４１ａ，４２ａ，４３ａ，４５ａが存在したほうが、熱容量が大きくなり、電流部品の温度上昇スピードが遅くなるので、その結果温度上昇値を低減させることができる。
【００６５】
また、図１５に示した実施の形態１の電子制御装置１では、電流部品は配線パターン箇所でのみ回路基板４と接触しているため、電流部品を支えているのは配線パターンのみとなる。従って、この構成では、電流部品を非常に小さい部位で支える必要があるため、外力、振動による応力、または、熱膨張による熱応力が生じ、電流部品が破損、または、剥離する可能性がある。
これに対して、この実施の形態では、介在物４１ａ，４２ａ，４３ａ，４５ａは、ゲル状、または弾性体の特性を有しているので、電流部品を支える面積が増えるため、外力、振動により生じる応力、または、熱膨張による熱応力の影響を小さくすることができる。 また、介在物４１ａ，４２ａ，４３ａ，４５ａのばね効果による振動の吸収、熱膨張の押さえ込み効果も生じる。
【００６６】
なお、この実施の形態では、コンデンサ４５は、介在物４５ａを介してヒートシンク５と接触しているが、ハウジング３と接触させるようにしてもよい。
また、大電流部品であるリレー４６についても、コンデンサ４５と同様に、ヒートシンク５、またはハウジング３と介在物を介して接触させてもよい。
【００６７】
以上、この実施の形態２の電子制御装置１によれば、ハウジング３の端部にはカバー７が取り付けられて、ハウジング３、ヒートシンク５及びカバー７により筺体が構成され、この筐体内の大電流部品、小電流部品は、筺体の内壁面と熱伝導性を有する介在物４１ａ，４２ａ，４３ａ，４５ａを介して接触しているので、各電流部品から発生した熱を放熱性能の低い空気の対流によらずに熱伝導により直接外部に放熱させることができる。
【００６８】
また、介在物４１ａ，４２ａ，４３ａ，４５ａは、ゲル状または弾性体材料であるので、組立時に、筐体と大電流部品、小電流部品との間の隙間のバラツキは変形により吸収され、無理な力が筐体、大電流部品及び小電流部品に加わることが防止される。
【００６９】
なお、上記実施の形態１，２では、ヒートシンク５の外部に露出する面は、図１９に示すとおり、平面としたが、図２２のように放熱フィン５ｃを設けることで、ヒートシンク５の放熱性を向上させてもよい。
また、半導体スイッチング素子２の各端子ＶＳ，ＧＴ１，ＯＵＴ，ＧＴ２，ＧＮＤ、及び接続端子１１ａ，１２ａ，１３ａ，１４ａと導電板６ａ，６ｂ，６ｃ，６ｄ,６ｅとの接合はレーザ溶接としたが、抵抗溶接、ＴIＧ溶接等他の溶接方法であってもよい。
また、溶接以外の超音波接合であってもよい。
また、半導体スイッチング素子２は、ハイサイドＭＯＳＦＥＴ２ＨとローサイドＭＯＳＦＥＴ２Ｌが集積されたハーフブリッジが１つのパッケージに収納されているとともに、２個１組となって電動モータ２２の電流を切り替えるためのブリッジ回路を構成したが、ハイサイドＭＯＳＦＥＴ２ＨとローサイドＭＯＳＦＥＴ２Ｌが別々に構成されて４個の半導体スイッチング素子２でブリッジ回路を構成してもよい。
また、６個の半導体スイッチング素子２でブリッジ回路を構成して３相ブラシレスモータを駆動制御する構成であってもよい。
また、パワーデバイスは半導体スイッチング素子２としたが、ダイオード、サイリスタ等他のパワーデバイスであってもよい。
【００７０】
また、上記実施の形態では、自動車の電動式パワーステアリング装置に適用した例について説明したが、アンチロックブレーキシステム（ＡＢＳ）の電子制御装置、エアーコンディショニング関係の電子制御装置等、パワーデバイスを備えた大電流（例えば２５Ａ以上）を扱う電子制御装置にも適用が可能である。
なお、上述した各構成部品の寸法、形状及び数は、一例であり、勿論この寸法、形状及び数に限定されるものではない。
【符号の説明】
【００７１】
１ 電子制御装置、２ 半導体スイッチング素子（パワーデバイス）、３ ハウジング、３ａ 絶縁性樹脂、３ｂ 保持部、３ｃ 開口部内壁面、３ｄ 位置決め部、３ｅ 位置決め部、４ 回路基板、５ ヒートシンク、５ａ 端面、５ｂ アルマイト処理面、５ｃ 放熱フィン、６ａ パワー用導電板、６ｂ 出力用導電板、６ｃ 信号用導電板、６ｄ 導電板、６ｅ 導電板、６ｆ 保持部材、６ａｐ〜６ｆｐ プレスフィット端子、７ カバー、車両コネクタ、９ モータコネクタ、１０ センサコネクタ、１１ 電源コネクタ端子、１２ 信号コネクタ端子、１３ モータコネクタ端子、１４ センサコネクタ端子、２０ ネジ、２１ 板バネ、２１ａ 押さえ部、２１ｂ 係り止め部、２１ｓ スリット部、２２ 電動モータ、２３ トルクセンサ、２４ バッテリ、４１ マイクロコンピュータ（小電流部品）、４２ 電源ＩＣ（小電流部品）、４３ ドライバＩＣ（小電流部品）、４４ コイル（大電流部品）、４５ コンデンサ（大電流部品）、４６ リレー（大電流部品）、４７ シャント抵抗（大電流部品）、５１ ヒートシンク本体、５２ アルマイト皮膜。
【技術分野】
【０００１】
この発明は、例えば電動モータの回転力によって車両のステアリング装置に補助付勢する電動式パワーステアリング装置に使用する電子制御装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、パワーデバイスである半導体スイッチング素子（ＦＥＴ）が金属基板上に実装されているとともに、金属基板と金属基板外の部品とを電気的に接続する接続部材が金属基板上に取付けられている電子制御装置が知られている。
例えば、特許文献１に記載の電子制御装置は、電動モータの電流を切り換えるための半導体スイッチング素子からなるブリッジ回路が搭載されたパワー基板と、導電板等が絶縁性樹脂にインサート成形されているとともに大電流部品が搭載されたハウジングと、マイクロコンピュータ等の小電流部品が搭載された制御基板と、パワー基板と上記ハウジング及び上記制御基板とを電気的に接続した接続部材と、パワー基板に密着されたヒートシンクと、パワー基板、ハウジング及び制御基板を覆い金属板でプレス成形されているとともにヒートシンクに取り付けられたケースとを備えている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第３６４４８３５号明細書（図２）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１に記載の電子制御装置では、半導体スイッチング素子を搭載するパワー基板、大電流部品を搭載するハウジング、及び小電流部品を搭載する制御基板がそれぞれ必要であり、部品点数増加による装置の大型化・複雑化・コスト高を生じるという問題点があった。
【０００５】
この発明は、上記のような問題点を解決することを課題とするものであって、小型化・簡単化・コスト低減化に加えて、高出力化、高寿命化を可能にした電子制御装置を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この発明に係る電子制御装置は、両側のそれぞれの端部に開口部を有する絶縁性樹脂製のハウジングと、複数のコネクタが側面に分散配置された前記ハウジングの一方の前記端部に取り付けられ、ハウジング側の表面にパワーデバイスが搭載されたヒートシンクと、このヒートシンクと対向して設けられた回路基板とを備え、前記パワーデバイスと電気的に接続された複数の前記コネクタのうちの一つのコネクタにおけるコネクタ端子の近傍に前記パワーデバイスが配置され、前記回路基板は、一方の面に前記パワーデバイスの駆動を制御するマイクロコンピュータを含む複数の小電流部品が実装され、他方の面に前記パワーデバイスに流れる電流のリップルを吸収するコンデンサを含む複数の大電流部品が実装され、前記大電流部品は、全て前記回路基板の周縁部で、かつ前記パワーデバイスと重ならない位置に配置されている。
【０００７】
また、この発明に係る電子制御装置は、両側のそれぞれの端部に開口部を有する絶縁性樹脂製のハウジングと、複数のコネクタが側面に分散配置された前記ハウジングの一方の前記端部に取り付けられ、ハウジング側表面にパワーデバイスが搭載されたヒートシンクと、このヒートシンクと対向して設けられた回路基板とを備え、前記パワーデバイスと電気的に接続された複数の前記コネクタのうちの一つのコネクタにおけるコネクタ端子の近傍に前記パワーデバイスが配置され、前記回路基板は、一方の面に前記パワーデバイスの駆動を制御するマイクロコンピュータを含む複数の小電流部品が実装され、他方の面に前記パワーデバイスに流れる電流を検出するシャント抵抗を含む複数の大電流部品が実装され、前記大電流部品は、全て前記回路基板の周縁部で、かつ前記パワーデバイスと重ならない位置に配置されている。
【発明の効果】
【０００８】
この発明に係る電子制御装置によれば、パワーデバイスをヒートシンクに搭載するとともに、回路基板の一方の面に小電流部品を実装し、他方の面に大電流部品を実装したので、小型化・簡単化・コスト低減化に加えて、高出力化、高寿命化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】この発明の実施の形態１による電子制御装置を示す分解斜視図である。
【図２】図１の電子制御装置を示す分解斜視図を上下反対方向から視たときの分解斜視図である。
【図３】図１の電子制御装置を車両コネクタ側から視たときの側面図である。
【図４】図１の電子制御装置をモータコネクタ側から視たときの側面図である。
【図５】図１の電子制御装置のハウジングをヒートシンクが取付けられる方向から視たときの斜視図である。
【図６】図５の要部拡大図である。
【図７】図１の電子制御装置のブロック図である。
【図８】図１の電子制御装置の側断面図である。
【図９】図１の電子制御装置の導電板とコネクタ端子との組付を示す斜視図である。
【図１０】図１の電子制御装置の導電板とコネクタ端子との組付を示す斜視図である。
【図１１】図１の電子制御装置での図８の側断面と平行な側断面図である。
【図１２】図１の電子制御装置の導電板とコネクタ端子との組付を示す斜視図である。
【図１３】図１の電子制御装置の保持部材とバネ材との組付を示す斜視図である。
【図１４】図１の電子制御装置での図８の側断面と平行な側断面図である。
【図１５】図１の電子制御装置での図８の側断面に対して直角方向に沿って切断したときの断面図である。
【図１６】図１の電子制御装置での図８の側断面と平行な側断面図である。
【図１７】図１の電子制御装置の回路基板を示す正面図である。
【図１８】図１の電子制御装置のヒートシンクとハウジングとの位置関係を示す分解斜視図である。
【図１９】図１の電子制御装置のヒートシンクとハウジングとの位置関係を示す斜視図である。
【図２０】図１の電子制御装置の要部斜視図である。
【図２１】この発明の実施の形態２による電子制御装置を示す側断面図である。
【図２２】この発明の実施の形態１，２による電子制御装置の変形例を示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
実施の形態１．
以下、この発明の各実施の形態を図に基づいて説明するが、各図において、同一、または相当部材、部位については同一符号を付して説明する。
この実施の形態では、電動モータの回転力によって車両のステアリング装置に補助付勢する電動式パワーステアリング装置に使用する電子制御装置１を例に説明する。
図１はこの発明の実施の形態１に係る電子制御装置１を示す分解斜視図、図２は図１の電子制御装置１を示す分解斜視図を上下反対方向から視たときの分解斜視図、図３は図１の電子制御装置１の車両コネクタ８側を示した側面図、図４は図１の電子制御装置１のモータコネクタ９、センサコネクタ１０側を示した側面図、図５は図１の電子制御装置１のハウジング３をヒートシンク５が取り付けられる方向から示した斜視図、図６は図５の要部拡大図、図７は図１の電子制御装置１のブロック図、図８は、図１の電子制御装置１の断面図である。
【００１１】
この電子制御装置１は、両端部にそれぞれ開口部を有する絶縁性樹脂製のハウジング３と、このハウジング３の一方の端部にネジ２０を用いて取り付けられ、表面に絶縁皮膜が形成されたアルミニウム製のヒートシンク５と、このヒートシンク５に搭載され板バネ２１によりヒートシンク５側に押圧された、パワーデバイスである半導体スイッチング素子２と、ヒートシンク５と対向して設けられた回路基板４と、ヒートシンク５と協同して半導体スイッチング素子２、回路基板４を格納したカバー７とを備えている。
【００１２】
回路基板４のカバー７側の表面には、信号用の小電流が流れる複数の小電流部品が半田付けにより実装されている。この小電流部品は、図１に示すように、ハンドルの操舵トルク、及び車両の車速に基づいて補助トルクを演算するとともに、モータ電流をフィードバックして補助トルクに相当する駆動信号を生成するマイクロコンピュータ４１、電子制御装置１を駆動させる電源ＩＣ４２、半導体スイッチング素子２の動作を制御するドライバＩＣ４３がそれぞれ相当する。
回路基板４のヒートシンク５側の表面には、モータ駆動用の大電流が流れる複数の大電流部品が半田付けにより実装されている。この大電流部品は、図２に示すように、半導体スイッチング素子２のスイッチング動作時に発生する電磁ノイズが外部へ流出するのを防止するコイル４４、半導体スイッチング素子２に流れる電流のリップルを吸収するコンデンサ４５、バッテリ２４からブリッジ回路の半導体スイッチング素子２を介して電動モータ２２に供給されるモータ電流を開閉するリレー４６、半導体スイッチング素子２に流れる電流を検出するシャント抵抗４７が相当する。
【００１３】
回路基板４の電流回路は、半導体スイッチング素子２により構成されたブリッジ回路と、コイル４４、コンデンサ４５、リレー４６、シャント抵抗４７と電気的に接続され、配線パターンにより構成されモータ駆動用の大電流が流れる大電流回路と、マイクロコンピュータ４１、電源ＩＣ４２、ドライバＩＣ４３と電気的に接続され、配線パターンにより構成され信号用の小電流が流れる小電流回路とから構成されている。
【００１４】
また、電子制御装置１は、ハウジング３の一側面に設けられ、車両の配線と電気的に接続される車両コネクタ８と、ハウジング３の他側面に設けられ、電動モータ２２と電気的に接続されるモータコネクタ９と、このモータコネクタ９に隣接しトルクセンサ２３と電気的に接続されるセンサコネクタ１０とを備えている。
【００１５】
図３に示されるように、車両コネクタ８は、車両のバッテリ２４と電気的に接続される板厚０.８ｍｍの銅、または銅合金で形成された電源コネクタ端子１１と、車両の配線を介して信号が入出力される厚さ０.６４ｍｍのりん青銅製の信号コネクタ端子１２を備えている。
また、図４に示されるように、モータコネクタ９は、厚さ０.８ｍｍの高電気導電率の銅合金、またはりん青同製のモータコネクタ端子１３を備え、センサコネクタ１０は、厚さ０.６４ｍｍのりん青銅製のセンサコネクタ端子１４を備えている。
【００１６】
さらに、図５に示されるように、電子制御装置１は、基礎部がインサート成形でハウジング３と一体化されているとともに、回路基板４と半導体スイッチング素子２とを電気的に接続した、パワー用導電板６ａ、出力用導電板６ｂ及び信号用導電板６ｃと、基礎部がインサート成形でハウジング３と一体化されているとともに、回路基板４と電源コネクタ端子１１とを電気的に接続した導電板６ｄとを備えている。
また、電子制御装置１は、回路基板４と信号コネクタ端子１２及びセンサコネクタ端子１４とを電気的に接続した導電板６ｅと、回路基板４のグランドをヒートシンク５に接続する役割をもつ保持部材６ｆとを備えている。
【００１７】
電源コネクタ端子１１、信号コネクタ端子１２、モータコネクタ端子１３及びセンサコネクタ端子１４等の部品は、パワー用導電板６ａ、出力用導電板６ｂ、信号用導電板６ｃ、導電板６ｄ、６ｅ、保持部材６ｆがインサート成形されてハウジング３が形成される際に、それぞれ同時にインサート成形され、車両コネクタ８、モータコネクタ９、センサコネクタ１０がハウジング３に一体化されて形成されている。
また、ヒートシンク５が取り付けられるハウジング３の開口部と反対側の開口部側の側面には、電子制御装置１を被取り付け体である車両に取り付けるための取り付け脚部３Ｌが形成されている。
【００１８】
並列された一対の各半導体スイッチング素子２の各端子は、図６において右側から供給電源端子ＶＳ、ハイサイドＭＯＳＦＥＴ２Ｈのゲート端子ＧＴ１、ブリッジ出力端子ＯＵＴ、ローサイドＭＯＳＦＥＴ２Ｌのゲート端子ＧＴ２、及びグランド端子ＧＮＤの順に並んで配置されている。
ここで、供給電源端子ＶＳ、ブリッジ出力端子ＯＵＴ、グランド端子ＧＮＤは、電動モータ２２を作動させるため、最大で５０Ａ程度の大電流が流れる大電流用端子、ゲート端子ＧＴ１、ゲート端子ＧＴ２は、最大で３Ａ程度の信号用の小さな電流が流れる小電流用端子であり、大電流用端子と小電流用端子とが交互に配置されている。
並列された半導体スイッチング素子２の各端子ＯＵＴは、図８に示すように中間部の２箇所で起立、倒伏したクランク状に同一形状で曲げられており、同一方向にそれぞれ導出している。これは、その他の端子ＶＳ，ＧＴ１，ＧＴ２，ＧＮＤについても同様である。
半導体スイッチング素子２の端子ＶＳ，ＧＴ１，ＯＵＴ，ＧＴ２，ＧＮＤは、幅が０.８ｍｍ、厚さが０.５ｍｍ、端子の間隔が１.７ｍｍで形成されている。
【００１９】
図７に示すように、半導体スイッチング素子２は、ハイサイドＭＯＳＦＥＴ２ＨとローサイドＭＯＳＦＥＴ２Ｌが集積されてハーフブリッジが形成されている。そして、半導体スイッチング素子２は、ハーフブリッジが１つのパッケージに収納されているとともに、２個１組となって電動モータ２２の電流を切り替えるためのブリッジ回路を構成している。
【００２０】
また、図５、図６に示すように、ハウジング３には、半導体スイッチング素子２の本体とハウジング３との位置決めをする位置決め部３ｄが形成されている。
この位置決め部３ｄの先端部にはテーパが形成されており、このテーパ部に半導体スイッチング素子２のヒートスプレッダ部に設けられた穴２ａが案内されて挿入され、位置決めがなされる。位置決め部３ｄは、各端子ＶＳ，ＧＴ１，ＯＵＴ，ＧＴ２，ＧＮＤの導出方向の位置決めを兼ねている。
また、各端子ＶＳ，ＧＴ１，ＯＵＴ，ＧＴ２，ＧＮＤと導電板６ａ，６ｂ，６ｃとの位置決めを行う位置決め部３ｅが同様にハウジング３に形成されている。この位置決め部３ｅは、各端子ＶＳ，ＧＴ１，ＯＵＴ，ＧＴ２，ＧＮＤの導出方向と直角方向の位置決めを行っている。位置決め部３ｅは、半導体スイッチング素子２の両端の端子ＶＳ，ＧＮＤの外側に形成されており、先端部にはテーパが形成されている。このテーパ部で半導体スイッチング素子２の各端子ＶＳ，ＧＮＤの外側が案内されて、各端子ＶＳ，ＧＴ１，ＯＵＴ，ＧＴ２，ＧＮＤと導電板６ａ，６ｂ，６ｃとの位置決めがなされる。
【００２１】
図６に示すとおり、導電板６ａ，６ｂ，６ｃは、半導体スイッチング素子２の端子ＶＳ，ＧＴ１，ＯＵＴ，ＧＴ２，ＧＮＤが導出する導出方向に延びて重なって配置され、端子ＶＳ，ＧＴ１，ＯＵＴ，ＧＴ２，ＧＮＤ、及び導電板６ａ，６ｂ，６ｃは、ヒートシンク５と対向する面に配置されている。
【００２２】
位置決め部３ｄ，３ｅで半導体スイッチング素子２を位置決め固定した後、各端子ＶＳ，ＧＴ１，ＯＵＴ，ＧＴ２，ＧＮＤと導電板６ａ，６ｂ，６ｃが例えばレーザ溶接で溶接される。
レーザ溶接は、ヒートシンク５が取り付けられる前に、ヒートシンク５が取り付けられる方向から端子ＶＳ，ＧＴ１，ＯＵＴ，ＧＴ２，ＧＮＤの表面に向かってレーザＬＢを照射して行われる。
図６に示すとおり、パワー用導電板６ａの基端部は、半導体スイッチング素子２の供給電源端子ＶＳ、グランド端子ＧＮＤの先端部にそれぞれ接続される。出力用導電板６ｂの基端部は、ブリッジ出力端子ＯＵＴの先端部に接続される。信号用導電板６ｃの基端部は、ゲート端子ＧＴ１，ＧＴ２の先端部にそれぞれ接続される。
【００２３】
導電板６ａ，６ｂ，６ｃ及びこれらに接続される周囲部品の斜視図を図９に示す。
導電板６ａ，６ｂ，６ｃには、それぞれプレスフィット端子６ａｐ，６ｂｐ，６ｃｐが形成されている。回路基板４には銅箔による配線パターン、及び内面に銅メッキがなされて前記配線パターンと電気的に接続される複数のスルーホール４ａが形成されており、プレスフィット端子６ａｐ，６ｂｐ，６ｃｐが回路基板４のそれぞれのスルーホール４ａに圧入されて、半導体スイッチング素子２の端子ＶＳ，ＧＴ１，ＯＵＴ，ＧＴ２，ＧＮＤと回路基板４の配線パターンとが電気的に接続されている。
【００２４】
パワー用導電板６ａ、出力用導電板６ｂは、圧延された銅、または銅合金で形成されている。ただし、導電板６ａ，６ｂと半導体スイッチング素子２の端子ＶＳ，ＯＵＴ，ＧＮＤとが溶接されると、導電板６ａ，６ｂには大電流が流れるため、導電板６ａ，６ｂは十分な体積を確保する必要がある。
しかしながら、プレスフィット端子の形成とプレス加工の点からは、板厚を厚くすることが困難である。そのため、この実施の形態では、パワー用導電板である導電板６ａ，６ｂの板厚を、端子ＶＳ，ＯＵＴ，ＧＮＤの幅と同じ０.８ｍｍとし、板厚より板幅を広く形成して半導体スイッチング素子２の端子ＶＳ，ＯＵＴ，ＧＮＤとを溶接している。
なお、信号用導電板６ｃは、小電流が流れるので、電気抵抗の低減化について考慮する必要性はないが、大電流が流れるパワー用導電板６ａ、出力用導電板６ｂと同様の板材で形成されている。
【００２５】
図８、図９に示すように、出力用導電板６ｂは、半導体スイッチング素子２のブリッジ出力端子ＯＵＴが接続されている。
また、基端部の反対側端部にはモータコネクタ端子１３の端部１３ａが接続されている。そして、出力用導電板６ｂと半導体スイッチング素子２のブリッジ出力端子ＯＵＴとが接続されるのと同様に、モータコネクタ端子１３の端部１３ａは、出力用導電板６ｂの端部のヒートシンク５と対向する面に配置され、ヒートシンク５が取り付けられる方向からモータコネクタ端子１３の表面に向かってレーザＬＢが照射されて溶接されている。
半導体スイッチング素子２のブリッジ出力端子ＯＵＴからのモータ電流は、回路基板４を経由せず、直接モータコネクタ端子１３を経由して電動モータ２２に流れるように構成されている。
出力用導電板６ｂの中間部には、回路基板４に向かって延びたプレスフィット端子６ｂｐが形成されており、モータコネクタ端子１３の電圧をモニタするための信号が回路基板４へ出力される。
【００２６】
電源用導電板６ｄ、及びこれらに接続される周囲部品の斜視図を図１０に示す。
図８、図１０に示すとおり、電源用導電板６ｄには、電源コネクタ端子１１の端部１１ａが接続されている。出力用導電板６ｂとモータコネクタ端子１３の端部１３ａとが接続されているのと同様に、電源コネクタ端子１１は、電源用導電板６ｄの端部のヒートシンク５と対向する面に配置され、ヒートシンク５が取り付けられる方向から電源コネクタ端子１１の端部１１ａの表面に向かってレーザＬＢが照射されて溶接されている。
電源用導電板６ｄの中間部には、回路基板４に向かって延びたプレスフィット端子６ｄｐが形成されており、このプレスフィット端子６ｄｐが回路基板４のスルーホール４ａに圧入されて、回路基板４の配線パターンと電気的に接続されている。そして、バッテリ２４の電流が電源コネクタ端子１１、電源用導電板６ｄ、プレスフィット端子６ｄｐを経由して回路基板４へ供給される。
【００２７】
図１１は、図８と平行であって、車両コネクタ８及びセンサコネクタ１０に沿って切断した断面図であり、図１２は、各導電板６ｅ、及びこれらに接続される周囲部品の斜視図である。
図１１、図１２に示すとおり、導電板６ｅは、信号コネクタ端子１２、センサコネクタ端子１４の端部１２ａ，１４ａと重ね合わせられ、この合わせ面は、ヒートシンク５近傍で、かつ、ヒートシンク５と平行に形成されている。
このとき、信号コネクタ端子１２、センサコネクタ端子１４の端部１２ａ，１４ａがヒートシンク５側に配置され、ヒートシンク５が取り付けられる方向から、信号コネクタ端子１２の端部１２ａ、センサコネクタ端子１４の端部１４ａの表面に向かってレーザＬＢが照射され、溶接されている。
また、導電板６ｅは、溶接部とは反対側の端部にはプレスフィット端子６ｅｐが形成されており、このプレスフィット端子６ｅｐが回路基板４のスルーホール４ｂに圧入されて、導電板６ｅに接続された信号コネクタ端子１２、センサコネクタ端子１４が回路基板４の配線パターンと電気的に接続されている。
【００２８】
図１３は保持部材６ｆ、及びこの保持部材６ｆに接続される周囲部品の斜視図であり、図１４は図８と平行であって、保持部材６ｆの中心に沿って切断した断面図である。
保持部材６ｆは、回路基板４のグランドをヒートシンク５に接続する機能を有している。ただし、ヒートシンク５の表面には絶縁皮膜５２が形成されているため、保持部材６ｆを直接ヒートシンクに接触させることはできない。そこで、ネジ２０、板バネ２１を介して、回路基板４とヒートシンク５とを電気的に接続させる。
図１３に示す板バネ２１は、バネ用ステンレス鋼板、バネ用りん青銅などの導電体で形成されており、一端にはスリット２１ｓが設けられている。保持部材６ｆが、スリット２１ｓに圧入固定されることで、保持部材６ｆと板バネ２１とが電気的に接続される。保持部材６ｆが固定された板バネ２１は、図１４に示すとおり、ハウジング３とネジ２０の頭部との間に配置され、ハウジング３と共にヒートシンク５に締め付け固定される。
ヒートシンク５に設けられたネジ穴には絶縁処理が施されていないため、保持部材６ｆとヒートシンク５とは電気的に接続される。
保持部材６ｆには、先端部にプレスフィット端子６ｆｐが形成されており、プレスフィット端子６ｆｐが、回路基板４のスルーホール４ａに圧入される。
この構成により、プレスフィット端子６ｆｐ、保持部材６ｆ、板バネ２１、ネジ２０を経由して回路基板４の配線パターンとヒートシンク５とが電気的に接続されている。
【００２９】
図８、図１１に示されるとおり、この実施の形態では、プレスフィット端子６ａｐ，６ｂｐ，６ｃｐ，６ｄｐ，６ｅｐがカバー７側に配置され、レーザ溶接部がヒートシンク５側に配置される。
この構成により、プレスフィット端子６ａｐ，６ｂｐ，６ｃｐ，６ｄｐ，６ｅｐとレーザ溶接部との距離が長くなるため、レーザ溶接時に発生する熱、反射光、シールド用ガスの影響がプレスフィット端子６ａｐ，６ｂｐ，６ｃｐ，６ｄｐ，６ｅｐに与える影響を少なくすることができる。
また、プレスフィット端子６ａｐ，６ｂｐ，６ｃｐ，６ｄｐ，６ｅｐとレーザ溶接部との間に、絶縁性樹脂３ａ、及び回路基板４が介在するので、レーザ溶接時に発生する反射光がプレスフィット端子６ａｐ，６ｂｐ，６ｃｐ，６ｄｐ，６ｅｐに到達しにくくなっている。
また、各端子ＶＳ，ＧＴ１，ＯＵＴ，ＧＴ２，ＧＮＤ，１１，１２，１３，１４は、プレスフィット端子６ａｐ，６ｂｐ，６ｃｐ，６ｄｐ，６ｅｐの各中心（例えば図１１の点線）を通る中心線に対して平行に離れた線上の溶接部位で導電板６ａ，６ｂ，６ｃ，６ｄ，６ｅに溶接されている。このように、溶接部位をプレスフィット端子６ａｐ，６ｂｐ，６ｃｐ，６ｄｐ，６ｅｐの各中心から離れた位置にすることで、プレスフィット端子６ａｐ，６ｂｐ，６ｃｐ，６ｄｐ，６ｅｐの回路基板４に対する圧入時の圧入荷重が溶接部に直接作用するのを防ぐことができ、溶接部の歪み、または剥離の発生を防止することができる。
回路基板４は、スルーホール４ａにプレスフィット端子６ａｐ，６ｂｐ，６ｃｐ，６ｄｐ，６ｅｐ，６ｆｐが圧入されて機械的に保持されている。
【００３０】
また、ハウジング３の絶縁性樹脂３ａに、各導電板６ａ，６ｂ，６ｃ，６ｄ，６ｅ，６ｆの基礎部がインサート成形されているため、プレスフィット端子６ａｐ，６ｂｐ，６ｃｐ，６ｄｐ，６ｅｐ，６ｆｐが回路基板４に圧入される際に、図８、図１１及び図１４に示すように、絶縁性樹脂３ａがヒートシンク５との間に介在し、圧入力をヒートシンク５で受けられるようになっている。ただし、製造上の精度により絶縁性樹脂３ａとヒートシンク５との間にわずかな隙間が発生することになる。
【００３１】
プレスフィット圧入は、プレスフィット端子６ａｐ，６ｂｐ，６ｃｐ，６ｄｐ，６ｅｐ，６ｆｐと回路基板４との相対高さ精度が重要であるが、絶縁性樹脂３ａとヒートシンク５との間のわずかな隙間によりこの相対高さ精度が悪化するので、この隙間に接着剤(図示せず)を塗布してこの隙間の影響を無くしている。
【００３２】
この実施の形態では、パワー用導電板６ａにはプレスフィット端子６ａｐが２個、出力用導電板６ｂにはプレスフィット端子６ｂｐが１個、信号用導電板６ｃにはプレスフィット端子６ｃｐが１個それぞれ形成されており、１つの半導体スイッチング素子２について７個のプレスフィット端子６ａｐ，６ｂｐ，６ｃｐが配置されている。
また、隣接する導電板６ａ，６ｂ，６ｃのプレスフィット端子６ａｐ，６ｂｐ，６ｃｐを千鳥状に配置することで、プレスフィット端子６ａｐ，６ｂｐ，６ｃｐ間の距離を大きくして、各端子６ａ，６ｂ，６ｃ間の短絡を防いでいる。
【００３３】
導電板６ｄには、電源コネクタ端子１つにつき、プレスフィット端子６ｄｐが２個形成されており、導電板６ｅには、信号コネクタ端子１２と接続するプレスフィット端子が６本、センサコネクタ端子１４と接続するプレスフィット端子が５本、計１１本のプレスフィット端子６ｅｐが形成されている。
また、保持部材６ｆには、プレスフィット端子６ｆｐが１本形成されている。プレスフィット端子６ａｐ，６ｂｐ，６ｃｐ，６ｄｐ，６ｆｐが圧入される回路基板４のスルーホール４ａの穴径は１.４５ｍｍ、プレスフィット端子６ｅｐが圧入されるスルーホール４ｂの穴径は１ｍｍに形成されている。
【００３４】
上記構成の電子制御装置１では、マイクロコンピュータ４１が駆動信号を生成すると、回路に電流が流れ各部から発熱が生じる。この際、大電流回路に電気的に接続された、コイル４４、コンデンサ４５、リレー４６及びシャント抵抗４７の発熱量は、小電流回路に電気的に接続された、マイクロコンピュータ４１、電源ＩＣ４２及びドライバＩＣ４３の発熱量よりも大きい。これらの部品を同一空間に配置すると、発熱が小さいマイクロコンピュータ４１、電源ＩＣ４２、ドライバＩＣ４３が、発熱の大きいコイル４４、コンデンサ４５、リレー４６、シャント抵抗４７から発生する熱の影響をうけ、温度が上昇してしまう。
【００３５】
この実施の形態では、大電流部品である、コイル４４、コンデンサ４５、リレー４６及びシャント抵抗４７を、小電流部品である、マイクロコンピュータ４１、電源ＩＣ４２及びドライバＩＣ４３が実装される回路基板４の表面の反対側の面に実装し、かつコイル４４、コンデンサ４５、リレー４６は、ヒートシンク５のスイッチング素子２が実装された表面と対向するように回路基板４に配置されている。
【００３６】
この実施の形態における回路基板４上の電流部品の位置関係を図１５及び図１６に示す。図１５は、図８に平行な別断面を示し、図１６は、図１５に対して直角方向に切断した断面を示している。
図１５に示すとおり、コイル４４、コンデンサ４５、リレー４６は、回路基板４、ヒートシンク５及びハウジング３の内壁面に囲まれた空間内に配置されている。
また、図１６に示すとおり、同一空間内には、シャント抵抗４７、ヒートシンク５に搭載された半導体スイッチング素子２も配置されている。
【００３７】
小電流部品である、マイクロコンピュータ４１、電源ＩＣ４２、ドライバＩＣ４３が実装される側の回路基板４の表面は、カバー７と対向するように配置される。即ち、マイクロコンピュータ４１、電源ＩＣ４２、ドライバＩＣ４３は、回路基板４とカバー７の内壁面とに囲まれた空間内に配置されている。
この配置により、ハウジング３、ヒートシンク５、カバー７により形成される電子制御装置１の内部空間は、回路基板４により、大電流部品を格納した空間Ａと、小電流部品を格納した空間Ｂの２つに分断されることになる。
空間Ａには、大電流が流れる大電流部品、即ち、発熱量が大きい大電流部品が格納されるため、空間内部の温度が高くなる。これに対して、空間Ｂには、発熱量が小さい小電流部品が格納され、かつ回路基板４が断熱材の役割を果たし、空間Ａの熱を断熱するため、空間Ｂの内部の温度が低くなる。
マイクロコンピュータ４１、電源ＩＣ４２及びドライバＩＣ４３は、小型、高性能な集積回路が組み込まれており、他の電流部品と比べて熱に弱い。
そこで、これらの部品を低温の空間Ｂに配置することで、受熱による温度上昇を防ぐことができる。
【００３８】
電子制御装置１を構成する部品のうち、もっとも温度が低くなるのは、非発熱体、かつ、熱伝導率の低い絶縁性樹脂で形成されたハウジング３である。
ハウジング３の内壁面近傍には温度境界層が発達するため、内壁面近傍には他部よりも温度が低い低温空間が形成される。また、当然であるが、内壁面近傍は外気との距離が近くなるため、外気への放熱が行われ易くなる。
即ち、回路基板４に実装される電流部品を回路基板４の周縁部に配置すると、電流部品がハウジング３の内壁面付近に配置されることになるため、放熱が促進され温度上昇を抑制することができる。特に、回路基板４の角部に電流部品を配置すると、電流部品がハウジング３の内壁面の２面と近接することになり、より効果的に放熱させることができるため、電子制御装置１の小型化、高出力化、長寿命化が可能となる。
【００３９】
この実施の形態における回路基板４の正面図を図１７に示す。
図１７から分かるように、コンデンサ４５が回路基板４の角部に配置されているため、組み立て時にハウジング３の内壁角部近傍に配置される。
また、シャント抵抗４７も回路基板４の縁部に配置されており、組み立て時ハウジング３の内壁近傍に配置される。
なお、回路基板４の周縁部に配置する部品は、コンデンサ４５、シャント抵抗４７に限らず、例えばコイル４４、リレー４６、マイクロコンピュータ４１、電源ＩＣ４２、ドライバＩＣ４３であっても問題は無い。
また、複数の大電流部品、小電流部品を回路基板４の周縁部にそれぞれ配置しても問題は無い。
【００４０】
また、図１６、図１７に示されるとおり、コンデンサ４５と回路基板４上に形成された配線との接続点と、シャント抵抗４７と回路基板４上に形成された配線との接続点が近接している。そのため、コンデンサ４５とシャント抵抗４７とは回路基板４上で近接配置されている。
コンデンサ４５とシャント抵抗４７との接続距離が長くなると、系のインダクタンスが大きくなり、ノイズが大きくなってしまう。そのため、コンデンサ４５とシャント抵抗４７の接続間距離を３ｍｍ以内に配置している。
【００４１】
また、ヒートシンク５は、ヒートシンク本体５１と、このヒートシンク本体５１の表面に形成された絶縁皮膜であるアルマイト皮膜５２とから構成されている。
ヒートシンク５は、アルミニウムまたはアルミニウム合金をダイスから押し出して形成された押出形材の全面に予めアルマイト皮膜５２を形成したヒートシンク素材を製造し、このヒートシンク素材を切断機で所望の長さに切断し、穴あけ等の機械加工を施して形成される。
この製造方法では、ヒートシンク個々に対してアルマイト皮膜５２を形成する必要が無いため、製造工程が単純化され製造コストが低減する。
アルマイトは、アルミニウム、または、アルミニウム合金を陽極酸化処理することで、表面に絶縁性の酸化被膜を形成する表面処理法である。
【００４２】
金属の酸化皮膜は一般に０.８〜０.９程度の高い放射率を持つ。
即ち、アルマイト処理が施されたヒートシンク５の表面には、自然空冷による放熱と放射による放熱が生じるため、高い放熱性能を得ることができる。
ヒートシンク５は、アルマイト皮膜５２を形成した素材を切断して製造されるため、端面５ａにはアルマイト処理が施されない。一般に金属の放射率は０.１〜０.２程度であるため、ヒートシンク５の端面５ａを外部に露出しても十分な放熱性能が得られない。
そこで、ヒートシンク５の端面５ａを絶縁性樹脂製のハウジング３の開口部の内壁面３ｃに近接対向させて配置している。
この実施の形態における、ハウジング３の内壁面３ｃとヒートシンク５の端面５ａとの位置関係を示す斜視図を図１８、図１９に示す。
絶縁性樹脂は、金属に比べると十分に高い熱放射率を持つ。また、ハウジング３の表面積は、ヒートシンク５の端面５ａの表面積に比べて十分に大きい。
【００４３】
そこで、ヒートシンク５の端面５ａとハウジング３の内壁面３ｃとを面接触させることで、ヒートシンク５の多量の熱は、端面５ａを通じて、放熱面積が大きく、熱放射率が高いハウジング３に円滑に流れ、ハウジング３を通じて外部に放出され、ヒートシンク５の端面５ａを直接外部に露出させるよりも高い放熱性能を得ることができる。
なお、表面にアルマイト皮膜５２が施されたヒートシンク５の一方の側面５ｂは、図１９に示すとおり、外部に露出するように構成されている。
【００４４】
ヒートシンク５は、ヒートシンク本体５１が熱伝導率の高いアルミニウム、または、アルミニウム合金で製造されるため、ヒートシンク５自身の熱抵抗はほぼ零として差し支えない。
また、アルマイト皮膜５２は、酸化アルミナ(ＡＬ２Ｏ３)で形成されており、かつ膜厚は１０μｍ程度と非常に薄いため、熱抵抗がほぼ零とみなすことができる。
【００４５】
ヒートシンク５は、端面５ａ以外では、表面にアルマイト皮膜５２が形成される。
即ち、半導体スイッチング素子２が搭載される面、及び半導体スイッチング素子２の端子ＶＳ，ＧＴ１，ＯＵＴ，ＧＴ２，ＧＮＤと対向する面にもアルマイト皮膜５２が形成されている。アルマイトは、放射率を向上させる酸化皮膜としての役割の他に、絶縁皮膜としての役割も持つ。
半導体スイッチング素子２は、高電流が流れるが、ヒートシンク５の表面にアルマイト皮膜５２が形成されているため、ヒートシンク５との短絡を防ぐことができる。
また、万が一半導体スイッチング素子２の近傍で、アルマイト皮膜５２のクラック等による絶縁不良が生じても、ヒートシンク５の表面は、アルマイト皮膜５２とハウジング３により絶縁されているため、電子制御装置１の外側から半導体スイッチング素子２と電気的に短絡されることが無く、絶縁性能の向上した電子制御装置１を得ることができる。
【００４６】
この実施の形態では、ヒートシンク５は押出形材を用いて製造したが、熱間または冷間圧延された板材を用いて製造してもよい。
また、絶縁皮膜をアルマイト皮膜５２としたが、絶縁皮膜として、プレコートされた絶縁性樹脂を用いてもよい。
さらに、アルミニウムまたはアルミニウム合金のヒートシンク表面を塗料にて塗装してもよい。
【００４７】
半導体スイッチング素子２をヒートシンク５に設置する際には、半導体スイッチング素子２のヒートスプレッダ部とヒートシンク５のアルマイト皮膜５２との間に熱伝導性接着剤(図示せず)を介在させて固定させる。ヒートシンク５とヒートスプレッダとの表面には、小さな凹凸が存在するため、ヒートスプレッダ部をヒートシンク５に密着させても僅かな隙間が発生し、真実接触面積が見た目の接触面積に比べて小さい。
接触面積が小さくなると、半導体スイッチング素子２で発生した熱がヒートシンク５に伝熱する際の伝熱経路における熱抵抗が大きくなるため、半導体スイッチング素子２からの放熱が妨げられる。
そこで、隙間に熱伝導性接着剤を介在させることで、半導体スイッチング素子２とヒートシンク５との間の熱抵抗を低減させ、放熱性能を促進させることができる。
また、半導体スイッチング素子２とヒートシンク５とが熱伝導性接着剤で固定されることで、例えば電子制御装置１に外力が加わる、または、振動が生じた際に、半導体スイッチング素子２の溶接部にかかる応力が小さくなる。
【００４８】
また、板バネ２１には、回路基板４のグランドとヒートシンク５とを接続する役割の他に、半導体スイッチング素子２をハウジング３に固定する役割をもつ。
板バネ２１、及びその周囲の部品を示した要部斜視図を図２０に示す。
図１４、図１６及び図２０に示すとおり、板バネ２１の係り止め部２１ｂは、ハウジング３の保持部３ｂに係止されるとともに、ハウジング３を介在させてネジ２０でヒートシンク５に固定されている。
この際、板バネ２１の押え部２１ａは、半導体スイッチング素子２の樹脂パッケージ面に押し付けられる。この結果、熱伝導性接着剤が板バネ２１の押圧により薄くかつ均一に広がるため、ヒートシンク５のアルマイト皮膜５２と半導体スイッチング素子２との間の熱抵抗ばらつき差を低減させることができる。
さらに、半導体スイッチング素子２は、熱伝導性接着剤の接着力に加えて板バネ２１の押圧により固定されるため、ヒートシンク５と半導体スイッチング素子２との熱膨張差により発生するアルマイト皮膜５２の剥離、及び外力・振動によるアルマイト皮膜５２の剥離を防ぐことができる。
【００４９】
また、半導体スイッチング素子２は、ヒートスプレッダ部がブリッジ出力端子ＯＵＴと内部で電気的に繋がっているが、アルマイト皮膜５２及び高熱伝導接着剤でヒートシンク５と電気的に絶縁されている。
【００５０】
カバー７は、ハウジング３と同様の絶縁性樹脂で成形され、超音波溶着機でハウジング３の開口部に溶着されている。
なお、カバー７とハウジング３との溶着は、振動溶着機による振動溶着であってもよい。
振動溶着は、カバー７とハウジング３との接合面の面方向に沿って、カバー７を往復振動させ、摩擦熱によりカバー７とハウジング３との樹脂を互いに溶融させて接合している。
振動溶着は、カバー７とハウジング３との接合面が大きい場合に適用される。
また、超音波溶着機の代わりに、レーザ溶着機によるレーザ溶着であってもよい。
レーザ溶着は、カバー７がレーザ透過率の大きい材料で構成されているとともに、ハウジング３がレーザ吸収率の高い材料で構成されている。
そして、レーザ光をカバー７側から照射すると、レーザ光がカバー７を透過して、ハウジング３の接合面でレーザ光が吸収され、発熱する。その熱がカバー７側にも伝導され、カバー７も発熱してカバー７とハウジング３との接合面で相互に溶融し、溶着される。
レーザ溶着は、ソリやヒケが大きい樹脂成形では、接合面にレーザの焦点を合わせることが困難となり用いることはできないが、ソリやヒケが小さな樹脂成形の場合には、溶着自体はバリの発生が無く、振動の発生が無いので、内部部品への振動伝達がないという利点がある。
【００５１】
以上説明したように、この実施の形態１の電子制御装置１によれば、ヒートシンク５に半導体スイッチング素子２が搭載されているので、半導体スイッチング素子２の放熱性が向上するとともに、従来必要とした、半導体スイッチング素子２を搭載するためのパワー基板が不要となり、全高を低く小型化される。
また、回路基板４は、一方の面に半導体スイッチング素子２の駆動を制御するマイクロコンピュータ４１を含む複数の小電流部品が実装され、他方の面にコンデンサ４５を含む複数の大電流部品が実装され、一つの回路基板に大電流部品及び小電流部品が実装されているので、さらに全高を低く小型化される。
また、発熱量の大きい大電流部品と発熱量の小さい小電流部品とが回路基板４を介して区分けされ、耐熱性に弱い小電流部品は大電流部品からの熱の影響が抑制され、電子制御装置１の長寿命化が可能となる。
しかも、小電流部品は、半導体スイッチング素子２と対向する面の反対側の面に実装されているので、大電流が流れる半導体スイッチング素子２からの熱の影響も抑制され、電子制御装置１がより長寿命化される。
【００５２】
また、コンデンサ４５、シャント抵抗４７は、回路基板４の縁部に配置されているので、コンデンサ４５、シャント抵抗４７の放熱性が向上する。
【００５３】
また、回路基板４は、シャント抵抗４７とコンデンサ４５とが近接して実装されているので、シャント抵抗４７とコンデンサ４５との電気的な接続距離を短くすることができ、系のインダクタンスを小さく抑えることができ、ノイズの発生を抑制することができる。
【００５４】
また、ヒートシンク５は、半導体スイッチング素子２が搭載された表面、及びその裏面にアルマイト皮膜５２が形成されているので、ヒートシンク５の熱放射率が高くなり、ヒートシンク５の熱放射性が向上する。
【００５５】
また、ヒートシンク５は、アルマイト皮膜５２を有しない露出した端面５ａが、ハウジング３の内壁面３ｃと面接触しているので、ヒートシンク５の多量の熱は、端面５ａを通じて放熱面積が大きく、熱放射率が高いハウジング３に円滑に流れ、ハウジング３を通じて外部に放出され、ヒートシンク５の放熱性が向上する。
【００５６】
また、ヒートシンク５は、熱伝導率が高いアルミニウムまたはアルミニウム合金からなるヒートシンク本体５１の表面に、熱抵抗がほぼゼロのアルマイト皮膜５２が形成されているので、ヒートシンク５の放熱性が高い。
【００５７】
また、半導体スイッチング素子２は、アルマイト皮膜５２の表面に熱伝導性接着剤を用いて固定されているので、半導体スイッチング素子２とヒートシンク５との間の熱抵抗が低減され、半導体スイッチング素子２の放熱性が向上する。
また、半導体スイッチング素子２に外力が加わった場合には、半導体スイッチング素子２の溶接部に対する応力が低減され、ヒートシンク５に対する半導体スイッチング素子２の結合性が向上する。
【００５８】
また、半導体スイッチング素子２は、板バネ２１によりヒートシンク５に押圧されているので、半導体スイッチング素子２とヒートシンク５とが強固に結合され、両者間の熱膨張差及び外力・振動による半導体スイッチング素子２の剥離の発生を防止することができる。
【００５９】
また、板バネ２１は、ハウジング３に係止されるとともに、ハウジング３を介してネジ２０でヒートシンク５に固定されているので、板バネ２１は、半導体スイッチング素子２をヒートシンク５に確実に押圧することができる。
【００６０】
実施の形態２．
図２１はこの発明の実施の形態２に係る電子制御装置１の要部を示す断面図である。
図２１に示す電子制御装置１は、図１５に示した構造に対して、大電流部品であるコンデンサ４５が介在物４５ａを介してヒートシンク５と接触している点、小電流部品である、マイクロコンピュータ４１、電源ＩＣ４２及びドライバＩＣ４３がそれぞれ、介在物４１ａ，４２ａ，４３ａを介してカバー７と接触している。
他の構成は、実施の形態１と同じである。
【００６１】
図１５に示した実施の形態１の電子制御装置１では、電流部品は、配線パターン箇所でのみ回路基板４と接触し、その他の電流部品の表面は、ハウジング３、ヒートシンク５及びカバー７により形成された筐体内部の空気に曝されている。
そのため、電流部品で発生した熱の大部分はハウジング３の内部空気に放熱される。空気の熱伝導率は、常温で０.０３Ｗ/ｍＫであり、固体の熱伝導率に比べ小さい。
また、筐体の内部は密閉されており、内部で生じる空気の対流は、温度差により空気の密度に差が生じて起こる自然対流である。自然対流の流速は一般に０.１ｍ/ｓ以下であり、放熱効果は微小である。
即ち、電流部品周囲に空気が存在すると、熱抵抗が増加し、放熱性能が著しく悪化する。
【００６２】
そこで、コンデンサ４５を介在物４５ａを介してヒートシンク５と接触させ、マイクロコンピュータ４１、電源ＩＣ４２及びドライバＩＣ４３をそれぞれ介在物４１ａ，４２ａ，４３ａを介してカバー７と接触させることで、各電流部品から発生した熱を、放熱性能の低い空気の対流によらずに熱伝導により直接外部に放熱させることができる。
ただし、電流部品は半田にて回路基板４に固定されるため、電流部品の高さ精度を十分に確保することは難しい。高さが低いと十分な接触効果を得ることができず、逆に高さが高すぎると、組み立て時に無理な力がかかり電流部品を破壊してしまう。
また、仮に電流部品と、ヒートシンク５またはカバー７と接触させたとしても、電流部品の表面には微小な凹凸が多数存在するため、真実接触面積が見た目の接触面積に比べて小さくなる。接触面積が小さくなると熱抵抗が大きくなるため、結果、十分な伝熱性能を得ることが難しくなる。
【００６３】
そこで、図２１に示すとおり、電流部品とヒートシンク５またはカバー７とを接触させる際には、対象物の間にゲル状、または、弾性体材料を介在させて部品を接触させる手段が有効である。条件に該当する介在物としては、例えば熱伝導性のグリスや熱伝導性接着剤、伝熱シート、放熱ラバーが挙げられる。
これらの物質は、加圧により変形させることができるため、対象となる位置に介在物を塗布、または、貼り付けておくと、組み立て時に、電流部品とヒートシンク５またはカバー７とに挟まれて加圧変形することで、隙間が埋まり部品同士を接触させることができる。
【００６４】
また、この実施の形態の介在物４１ａ，４２ａ，４３ａ，４５ａは、熱伝導性のグリス、熱伝導性接着剤、伝熱シート及び放熱ラバーの何れかで構成されており、放熱性能が向上するのと併せて、電流部品の温度上昇スピードを遅らせることができる。
電子制御装置１は、ハンドルの操舵トルクを感知して作動するため、電流値が瞬間で切り替わる非定常作動を繰り返す。
即ち、瞬間的に大電流が流れることも想定されるが、熱容量が小さい小型の電流部品は、温度が急激に上昇し、不具合を起こすことが考えられる。
これに対して、電流部品と、ヒートシンク５またはカバー７とが、介在物４１ａ，４２ａ，４３ａ，４５ａを介して接触することで、見かけ上電流部品の熱容量が増えるため、電流部品の温度上昇スピードを遅くすることができる。
同一時間内のハンドル操作であれば、介在物４１ａ，４２ａ，４３ａ，４５ａが存在したほうが、熱容量が大きくなり、電流部品の温度上昇スピードが遅くなるので、その結果温度上昇値を低減させることができる。
【００６５】
また、図１５に示した実施の形態１の電子制御装置１では、電流部品は配線パターン箇所でのみ回路基板４と接触しているため、電流部品を支えているのは配線パターンのみとなる。従って、この構成では、電流部品を非常に小さい部位で支える必要があるため、外力、振動による応力、または、熱膨張による熱応力が生じ、電流部品が破損、または、剥離する可能性がある。
これに対して、この実施の形態では、介在物４１ａ，４２ａ，４３ａ，４５ａは、ゲル状、または弾性体の特性を有しているので、電流部品を支える面積が増えるため、外力、振動により生じる応力、または、熱膨張による熱応力の影響を小さくすることができる。 また、介在物４１ａ，４２ａ，４３ａ，４５ａのばね効果による振動の吸収、熱膨張の押さえ込み効果も生じる。
【００６６】
なお、この実施の形態では、コンデンサ４５は、介在物４５ａを介してヒートシンク５と接触しているが、ハウジング３と接触させるようにしてもよい。
また、大電流部品であるリレー４６についても、コンデンサ４５と同様に、ヒートシンク５、またはハウジング３と介在物を介して接触させてもよい。
【００６７】
以上、この実施の形態２の電子制御装置１によれば、ハウジング３の端部にはカバー７が取り付けられて、ハウジング３、ヒートシンク５及びカバー７により筺体が構成され、この筐体内の大電流部品、小電流部品は、筺体の内壁面と熱伝導性を有する介在物４１ａ，４２ａ，４３ａ，４５ａを介して接触しているので、各電流部品から発生した熱を放熱性能の低い空気の対流によらずに熱伝導により直接外部に放熱させることができる。
【００６８】
また、介在物４１ａ，４２ａ，４３ａ，４５ａは、ゲル状または弾性体材料であるので、組立時に、筐体と大電流部品、小電流部品との間の隙間のバラツキは変形により吸収され、無理な力が筐体、大電流部品及び小電流部品に加わることが防止される。
【００６９】
なお、上記実施の形態１，２では、ヒートシンク５の外部に露出する面は、図１９に示すとおり、平面としたが、図２２のように放熱フィン５ｃを設けることで、ヒートシンク５の放熱性を向上させてもよい。
また、半導体スイッチング素子２の各端子ＶＳ，ＧＴ１，ＯＵＴ，ＧＴ２，ＧＮＤ、及び接続端子１１ａ，１２ａ，１３ａ，１４ａと導電板６ａ，６ｂ，６ｃ，６ｄ,６ｅとの接合はレーザ溶接としたが、抵抗溶接、ＴIＧ溶接等他の溶接方法であってもよい。
また、溶接以外の超音波接合であってもよい。
また、半導体スイッチング素子２は、ハイサイドＭＯＳＦＥＴ２ＨとローサイドＭＯＳＦＥＴ２Ｌが集積されたハーフブリッジが１つのパッケージに収納されているとともに、２個１組となって電動モータ２２の電流を切り替えるためのブリッジ回路を構成したが、ハイサイドＭＯＳＦＥＴ２ＨとローサイドＭＯＳＦＥＴ２Ｌが別々に構成されて４個の半導体スイッチング素子２でブリッジ回路を構成してもよい。
また、６個の半導体スイッチング素子２でブリッジ回路を構成して３相ブラシレスモータを駆動制御する構成であってもよい。
また、パワーデバイスは半導体スイッチング素子２としたが、ダイオード、サイリスタ等他のパワーデバイスであってもよい。
【００７０】
また、上記実施の形態では、自動車の電動式パワーステアリング装置に適用した例について説明したが、アンチロックブレーキシステム（ＡＢＳ）の電子制御装置、エアーコンディショニング関係の電子制御装置等、パワーデバイスを備えた大電流（例えば２５Ａ以上）を扱う電子制御装置にも適用が可能である。
なお、上述した各構成部品の寸法、形状及び数は、一例であり、勿論この寸法、形状及び数に限定されるものではない。
【符号の説明】
【００７１】
１ 電子制御装置、２ 半導体スイッチング素子（パワーデバイス）、３ ハウジング、３ａ 絶縁性樹脂、３ｂ 保持部、３ｃ 開口部内壁面、３ｄ 位置決め部、３ｅ 位置決め部、４ 回路基板、５ ヒートシンク、５ａ 端面、５ｂ アルマイト処理面、５ｃ 放熱フィン、６ａ パワー用導電板、６ｂ 出力用導電板、６ｃ 信号用導電板、６ｄ 導電板、６ｅ 導電板、６ｆ 保持部材、６ａｐ〜６ｆｐ プレスフィット端子、７ カバー、車両コネクタ、９ モータコネクタ、１０ センサコネクタ、１１ 電源コネクタ端子、１２ 信号コネクタ端子、１３ モータコネクタ端子、１４ センサコネクタ端子、２０ ネジ、２１ 板バネ、２１ａ 押さえ部、２１ｂ 係り止め部、２１ｓ スリット部、２２ 電動モータ、２３ トルクセンサ、２４ バッテリ、４１ マイクロコンピュータ（小電流部品）、４２ 電源ＩＣ（小電流部品）、４３ ドライバＩＣ（小電流部品）、４４ コイル（大電流部品）、４５ コンデンサ（大電流部品）、４６ リレー（大電流部品）、４７ シャント抵抗（大電流部品）、５１ ヒートシンク本体、５２ アルマイト皮膜。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
両側のそれぞれの端部に開口部を有する絶縁性樹脂製のハウジングと、
複数のコネクタが側面に分散配置された前記ハウジングの一方の前記端部に取り付けられ、ハウジング側の表面にパワーデバイスが搭載されたヒートシンクと、
このヒートシンクと対向して設けられた回路基板とを備え、
前記パワーデバイスと電気的に接続された複数の前記コネクタのうちの一つのコネクタにおけるコネクタ端子の近傍に前記パワーデバイスが配置され、
前記回路基板は、一方の面に前記パワーデバイスの駆動を制御するマイクロコンピュータを含む複数の小電流部品が実装され、他方の面に前記パワーデバイスに流れる電流のリップルを吸収するコンデンサを含む複数の大電流部品が実装され、
前記大電流部品は、全て前記回路基板の周縁部で、かつ前記パワーデバイスと重ならない位置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】
両側のそれぞれの端部に開口部を有する絶縁性樹脂製のハウジングと、
複数のコネクタが側面に分散配置された前記ハウジングの一方の前記端部に取り付けられ、ハウジング側表面にパワーデバイスが搭載されたヒートシンクと、
このヒートシンクと対向して設けられた回路基板とを備え、
前記パワーデバイスと電気的に接続された複数の前記コネクタのうちの一つのコネクタにおけるコネクタ端子の近傍に前記パワーデバイスが配置され、
前記回路基板は、一方の面に前記パワーデバイスの駆動を制御するマイクロコンピュータを含む複数の小電流部品が実装され、他方の面に前記パワーデバイスに流れる電流を検出するシャント抵抗を含む複数の大電流部品が実装され、
前記大電流部品は、全て前記回路基板の周縁部で、かつ前記パワーデバイスと重ならない位置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３】
前記回路基板は、前記パワーデバイスと対向する面の反対側の面に、前記小電流部品が実装されていることを特徴とする請求項１または２に記載の電子制御装置。
【請求項４】
前記回路基板は、他方の前記面に前記パワーデバイスの駆動時に発生する電磁ノイズが外部へ流出するのを防ぐコイルが実装されていることを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載の電子制御装置。
【請求項５】
前記回路基板は、他方の前記面に前記パワーデバイスに流れる電流を開閉するリレーが実装されていることを特徴とする請求項１〜４の何れか１項に記載の電子制御装置。
【請求項６】
前記大電流部品は、前記回路基板の角部に配置されていることを特徴とする請求項１〜５の何れか1項に記載の電子制御装置。
【請求項７】
前記回路基板は、他方の前記面に前記パワーデバイスに流れる電流を検出するシャント抵抗が前記コンデンサと近接して実装されていることを特徴とする請求項１に記載の電子制御装置。
【請求項８】
前記ヒートシンクは、前記パワーデバイスが搭載された表面、及びその裏面の少なくとも一方に熱放射率を高めるための皮膜が形成されていることを特徴とする請求項１〜７の何れか１項に記載の電子制御装置。
【請求項９】
前記ヒートシンクは、前記皮膜を有しない露出した端面が、前記ハウジングの内壁面と面接触していることを特徴とする請求項８に記載の電子制御装置。
【請求項１０】
前記皮膜は、アルマイト皮膜であることを特徴とする請求項８または９に記載の電子制御装置。
【請求項１１】
前記ヒートシンクの前記パワーデバイスが搭載される面の反対側の面には、放熱フィンが形成されていることを特徴とする請求項１〜１０の何れか１項に記載の電子制御装置。
【請求項１２】
前記ヒートシンクは、ヒートシンク本体がアルミニウムまたはアルミニウム合金で構成されていることを特徴とする請求項１〜１１の何れか１項に記載の電子制御装置。
【請求項１３】
前記パワーデバイスは、前記皮膜の表面に熱伝導性接着剤を介して固定されていることを特徴とする請求項８〜１１の何れか１項に記載の電子制御装置。
【請求項１４】
前記パワーデバイスは、板バネにより前記ヒートシンクに押圧されていることを特徴とする請求項１〜１３の何れか１項に記載の電子制御装置。
【請求項１５】
前記板バネは、前記ハウジングに係止されるとともに、前記ハウジングを介して、ネジで前記ヒートシンクに固定されていることを特徴とする請求項１４に記載の電子制御装置。
【請求項１６】
前記ハウジングの他方の前記端部にはカバーが取り付けられて、前記ハウジング、前記ヒートシンク及び前記カバーにより筺体が構成され、
この筐体内の前記大電流部品、前記小電流部品のうち、少なくとも一つの電流部品が前記筺体の内壁面と熱伝導性を有する介在物を介して接触していることを特徴とする請求項１〜１５の何れか１項に記載の電子制御装置。
【請求項１７】
前記介在物は、ゲル状または弾性体材料であることを特徴とする請求項１６に記載の電子制御装置。
【請求項１８】
前記パワーデバイスは、半導体スイッチング素子であることを特徴とする請求項１〜１７の何れか１項に記載の電子制御装置。
【請求項１９】
前記電子制御装置は、電動式パワーステアリング装置であることを特徴とする請求項１〜１８の何れか１項に記載の電子制御装置。
【請求項１】
両側のそれぞれの端部に開口部を有する絶縁性樹脂製のハウジングと、
複数のコネクタが側面に分散配置された前記ハウジングの一方の前記端部に取り付けられ、ハウジング側の表面にパワーデバイスが搭載されたヒートシンクと、
このヒートシンクと対向して設けられた回路基板とを備え、
前記パワーデバイスと電気的に接続された複数の前記コネクタのうちの一つのコネクタにおけるコネクタ端子の近傍に前記パワーデバイスが配置され、
前記回路基板は、一方の面に前記パワーデバイスの駆動を制御するマイクロコンピュータを含む複数の小電流部品が実装され、他方の面に前記パワーデバイスに流れる電流のリップルを吸収するコンデンサを含む複数の大電流部品が実装され、
前記大電流部品は、全て前記回路基板の周縁部で、かつ前記パワーデバイスと重ならない位置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】
両側のそれぞれの端部に開口部を有する絶縁性樹脂製のハウジングと、
複数のコネクタが側面に分散配置された前記ハウジングの一方の前記端部に取り付けられ、ハウジング側表面にパワーデバイスが搭載されたヒートシンクと、
このヒートシンクと対向して設けられた回路基板とを備え、
前記パワーデバイスと電気的に接続された複数の前記コネクタのうちの一つのコネクタにおけるコネクタ端子の近傍に前記パワーデバイスが配置され、
前記回路基板は、一方の面に前記パワーデバイスの駆動を制御するマイクロコンピュータを含む複数の小電流部品が実装され、他方の面に前記パワーデバイスに流れる電流を検出するシャント抵抗を含む複数の大電流部品が実装され、
前記大電流部品は、全て前記回路基板の周縁部で、かつ前記パワーデバイスと重ならない位置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３】
前記回路基板は、前記パワーデバイスと対向する面の反対側の面に、前記小電流部品が実装されていることを特徴とする請求項１または２に記載の電子制御装置。
【請求項４】
前記回路基板は、他方の前記面に前記パワーデバイスの駆動時に発生する電磁ノイズが外部へ流出するのを防ぐコイルが実装されていることを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載の電子制御装置。
【請求項５】
前記回路基板は、他方の前記面に前記パワーデバイスに流れる電流を開閉するリレーが実装されていることを特徴とする請求項１〜４の何れか１項に記載の電子制御装置。
【請求項６】
前記大電流部品は、前記回路基板の角部に配置されていることを特徴とする請求項１〜５の何れか1項に記載の電子制御装置。
【請求項７】
前記回路基板は、他方の前記面に前記パワーデバイスに流れる電流を検出するシャント抵抗が前記コンデンサと近接して実装されていることを特徴とする請求項１に記載の電子制御装置。
【請求項８】
前記ヒートシンクは、前記パワーデバイスが搭載された表面、及びその裏面の少なくとも一方に熱放射率を高めるための皮膜が形成されていることを特徴とする請求項１〜７の何れか１項に記載の電子制御装置。
【請求項９】
前記ヒートシンクは、前記皮膜を有しない露出した端面が、前記ハウジングの内壁面と面接触していることを特徴とする請求項８に記載の電子制御装置。
【請求項１０】
前記皮膜は、アルマイト皮膜であることを特徴とする請求項８または９に記載の電子制御装置。
【請求項１１】
前記ヒートシンクの前記パワーデバイスが搭載される面の反対側の面には、放熱フィンが形成されていることを特徴とする請求項１〜１０の何れか１項に記載の電子制御装置。
【請求項１２】
前記ヒートシンクは、ヒートシンク本体がアルミニウムまたはアルミニウム合金で構成されていることを特徴とする請求項１〜１１の何れか１項に記載の電子制御装置。
【請求項１３】
前記パワーデバイスは、前記皮膜の表面に熱伝導性接着剤を介して固定されていることを特徴とする請求項８〜１１の何れか１項に記載の電子制御装置。
【請求項１４】
前記パワーデバイスは、板バネにより前記ヒートシンクに押圧されていることを特徴とする請求項１〜１３の何れか１項に記載の電子制御装置。
【請求項１５】
前記板バネは、前記ハウジングに係止されるとともに、前記ハウジングを介して、ネジで前記ヒートシンクに固定されていることを特徴とする請求項１４に記載の電子制御装置。
【請求項１６】
前記ハウジングの他方の前記端部にはカバーが取り付けられて、前記ハウジング、前記ヒートシンク及び前記カバーにより筺体が構成され、
この筐体内の前記大電流部品、前記小電流部品のうち、少なくとも一つの電流部品が前記筺体の内壁面と熱伝導性を有する介在物を介して接触していることを特徴とする請求項１〜１５の何れか１項に記載の電子制御装置。
【請求項１７】
前記介在物は、ゲル状または弾性体材料であることを特徴とする請求項１６に記載の電子制御装置。
【請求項１８】
前記パワーデバイスは、半導体スイッチング素子であることを特徴とする請求項１〜１７の何れか１項に記載の電子制御装置。
【請求項１９】
前記電子制御装置は、電動式パワーステアリング装置であることを特徴とする請求項１〜１８の何れか１項に記載の電子制御装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【公開番号】特開２０１２−２００１４１（Ｐ２０１２−２００１４１Ａ）
【公開日】平成２４年１０月１８日（２０１２．１０．１８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１２−１０３３６４（Ｐ２０１２−１０３３６４）
【出願日】平成２４年４月２７日（２０１２．４．２７）
【分割の表示】特願２００９−１３８３４３（Ｐ２００９−１３８３４３）の分割
【原出願日】平成２１年６月９日（２００９．６．９）
【出願人】（０００００６０１３）三菱電機株式会社 (33,312)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１０月１８日（２０１２．１０．１８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２４年４月２７日（２０１２．４．２７）
【分割の表示】特願２００９−１３８３４３（Ｐ２００９−１３８３４３）の分割
【原出願日】平成２１年６月９日（２００９．６．９）
【出願人】（０００００６０１３）三菱電機株式会社 (33,312)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]