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特開2017-224761回路モジュールおよび機電一体型モータユニット
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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】特開2017-224761(P2017-224761A)
(43)【公開日】2017年12月21日
(54)【発明の名称】回路モジュールおよび機電一体型モータユニット
(51)【国際特許分類】
   H01L 23/36 20060101AFI20171124BHJP
   H01L 25/07 20060101ALI20171124BHJP
   H01L 25/18 20060101ALI20171124BHJP
   H05K 7/20 20060101ALI20171124BHJP
   H02K 11/33 20160101ALI20171124BHJP
【FI】
   H01L23/36 D
   H01L25/04 C
   H05K7/20 B
   H02K11/33
【審査請求】未請求
【請求項の数】5
【出願形態】OL
【全頁数】14
(21)【出願番号】特願2016-120122(P2016-120122)
(22)【出願日】2016年6月16日
(71)【出願人】
【識別番号】000001247
【氏名又は名称】株式会社ジェイテクト
(74)【代理人】
【識別番号】110002310
【氏名又は名称】特許業務法人あい特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】稗田 貴仁
(72)【発明者】
【氏名】谷 直樹
【テーマコード(参考)】
5E322
5F136
5H611
【Fターム(参考)】
5E322AA01
5E322AA03
5E322AB02
5E322FA04
5F136BA30
5F136BC07
5F136DA27
5F136FA01
5F136FA02
5F136FA12
5F136FA75
5H611AA09
5H611BB01
5H611BB07
5H611BB08
5H611TT01
5H611UA04
(57)【要約】
【課題】電子部品の温度上昇を抑制できる回路モジュールおよび当該回路モジュールを備えた機電一体型モータユニットを提供する。
【解決手段】回路モジュール4は、基板34を含む。基板34の一方表面34aには、半導体チップCHが実装されている。半導体チップCHは、複数の電極35が形成された電極面36と、放熱面37とを有しており、電極面36を基板34の一方表面34aに対向させた状態で基板34の一方表面34aに実装されている。基板34の一方表面34aには、半導体チップCHの放熱面37と対向するように第1放熱器40が配置されており、基板34の他方表面34b側には、第2放熱器41が配置されている。半導体チップCHと第1放熱器40との間には、これらと熱的に接続される第1熱伝達部材42が配置されており、第1熱伝達部材42と第2放熱器41との間には、これらと熱的に接続される第2熱伝達部材43が配置されている。
【選択図】図2
【特許請求の範囲】
【請求項1】
一方表面および他方表面を有する基板と、
複数の電極が形成された電極面と、その反対面である放熱面とを有し、前記電極面を前記基板の前記一方表面に対向させた状態で前記基板の前記一方表面に実装された電子部品と、
前記電子部品の前記放熱面と対向するように前記基板の前記一方表面側に配置された金属製の第1放熱器と、
前記基板の前記他方表面側に配置された金属製の第2放熱器と、
前記電子部品と前記第1放熱器とを熱的に接続させるように、これらの間に配置された第1熱伝達部材と、
前記第1熱伝達部材と前記第2放熱器とを熱的に接続させるように、これらの間に配置された第2熱伝達部材とを含む、回路モジュール。
【請求項2】
前記第1熱伝達部材は、平面視において、前記基板の内側で前記電子部品の前記放熱面に接合された第1端部と、前記基板の外側に位置する第2端部とを有しており、
前記第2熱伝達部材は、前記基板の外側において前記第1放熱器と前記第2放熱器との間に配置されており、前記第1熱伝達部材の前記第2端部に接合された第3端部と、前記第2放熱器に接合された第4端部とを有している、請求項1に記載の回路モジュール。
【請求項3】
前記第2熱伝達部材の前記第3端部は、前記第1熱伝達部材の前記第2端部に加えて、前記第1放熱器に接合されている、請求項2に記載の回路モジュール。
【請求項4】
前記基板の前記他方表面側に実装された第2電子部品と、
前記第2電子部品と前記第2放熱器とを熱的に接続させるための第3熱伝達部材とをさらに含む、請求項1〜3のいずれか一項に記載の回路モジュール。
【請求項5】
請求項1〜4のいずれか一項に記載の回路モジュールと、
モータが収容される金属製のモータハウジングであって、前記第2放熱器に連結されたモータハウジングとを含み、
前記電子部品は、前記モータを駆動制御するための駆動回路の一部を構成している、機電一体型モータユニット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、回路モジュールおよび当該回路モジュールを備えた機電一体型モータユニットに関する。
【背景技術】
【0002】
特許文献1には、回路モジュールの一例としての半導体モジュールが開示されている。この半導体モジュールは、一方表面に半導体素子(電子部品)が実装された基板を含む。基板の一方表面側には、半導体素子と対向し、かつ当該半導体素子に熱的に接続されるように金属製の遮蔽板が配置されており、基板の他方表面側には、当該基板に熱的に接続されるように金属製の放熱板(放熱器)が配置されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【特許文献1】特開2004−221516号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
回路モジュールにおける主たる熱の発生源は、電子部品であるが、特許文献1の回路モジュールでは、電子部品と放熱器とが基板を挟んで対向配置された構成とされているため、電子部品で生じた熱を放熱器に良好に伝達させることができない。そのため、電子部品の温度上昇を良好に抑制できないという課題がある。
そこで、本発明は、電子部品の温度上昇を抑制できる回路モジュールおよび当該回路モジュールを備えた機電一体型モータ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】
【0005】
請求項1に記載の発明は、一方表面(34a)および他方表面(34b)を有する基板(34)と、複数の電極(35)が形成された電極面(36)と、その反対面である放熱面(37)とを有し、前記電極面を前記基板の前記一方表面に対向させた状態で前記基板の前記一方表面に実装された電子部品(CH)と、前記電子部品の前記放熱面と対向するように前記基板の前記一方表面側に配置された金属製の第1放熱器(40)と、前記基板の前記他方表面側に配置された金属製の第2放熱器(41)と、前記電子部品と前記第1放熱器とを熱的に接続させるように、これらの間に配置された第1熱伝達部材(42)と、前記第1熱伝達部材と前記第2放熱器とを熱的に接続させるように、これらの間に配置された第2熱伝達部材(43)とを含む、回路モジュール(4)である。なお、括弧内の英数字は、後述の実施形態における対応構成要素等を表すが、特許請求の範囲を実施形態に限定する趣旨ではない。以下、この項において同じ。
【0006】
請求項2に記載の発明は、前記第1熱伝達部材は、平面視において、前記基板の内側で前記電子部品の前記放熱面に接合された第1端部(51)と、前記基板の外側に位置する第2端部(52)とを有しており、前記第2熱伝達部材は、前記基板の外側において前記第1放熱器と前記第2放熱器との間に配置されており、前記第1熱伝達部材の前記第2端部に接合された第3端部(55)と、前記第2放熱器に接合された第4端部(56)とを有している、請求項1に記載の回路モジュールである。
【0007】
請求項3に記載の発明は、前記第2熱伝達部材の前記第3端部は、前記第1熱伝達部材の前記第2端部に加えて、前記第1放熱器に接合されている、請求項2に記載の回路モジュールである。
請求項4に記載の発明は、前記基板の前記他方表面側に実装された第2電子部品(R1〜R3,Swv(Tr7,Tr8),Swm1〜Swm3(Tr9〜Tr11))と、前記第2電子部品と前記第2放熱器とを熱的に接続させるための第3熱伝達部材(70)とをさらに含む、請求項1〜3のいずれか一項に記載の回路モジュールである。
【0008】
請求項5に記載の発明は、請求項1〜4のいずれか一項に記載の回路モジュールと、モータ(2)が収容される金属製のモータハウジング(3)であって、前記第2放熱器に連結されたモータハウジング(3)とを含み、前記電子部品は、前記モータを駆動制御するための駆動回路(30,30A,30B)の一部を構成している、機電一体型モータユニット(1)である。
【発明の効果】
【0009】
本発明の回路モジュールでは、電子部品が、第1熱伝達部材を介して第1放熱器に熱的に接続されていると同時に、第1熱伝達部材および第2熱伝達部材を介して第2放熱器に熱的に接続されている。これにより、電子部品で生じた熱を第1放熱器および第2放熱器に良好に伝達させることができる。よって、電子部品の温度上昇を良好に抑制できる回路モジュールを提供できる。
【0010】
本発明の機電一体型モータユニットでは、回路モジュールの第2放熱器にモータハウジングが連結された構成とされている。これにより、第2放熱器を介して電子部品で生じた熱をモータハウジングに伝達させることができる。よって、電子部品の温度上昇を良好に抑制できる機電一体型モータユニットを提供できる。
【図面の簡単な説明】
【0011】
図1図1は、本発明の一実施形態に係る機電一体型モータユニットの模式的な断面図である。
図2図2は、図1の回路モジュールのみを示す模式的な拡大断面図である。
図3図3は、図2のIII-III線に沿う横断面図である。
図4図4は、駆動ユニットの電気的構造を示す電気回路図である。
図5図5は、回路モジュールの第1変形例を示す模式的な拡大断面図である。
図6図6は、回路モジュールの第2変形例を示す模式的な拡大断面図である。
図7図7は、回路モジュールの第3変形例を示す模式的な拡大断面図である。
【発明を実施するための形態】
【0012】
以下では、本発明の実施形態を、添付図面を参照して詳細に説明する。
<実施形態>
図1は、本発明の一実施形態に係る機電一体型モータユニット1を示す模式的な断面図である。図2は、回路モジュール4のみを示す模式的な拡大断面図である。図3は、図2のIII-III線に沿う横断面図である。
【0013】
機電一体型モータユニット1は、たとえば車両用の電動パワーステアリング装置に組み込まれるものであり、図1を参照して、モータ2を収容する金属製(たとえばアルミニウム製)のモータハウジング3と、モータハウジング3の外側で当該モータハウジング3に連結された回路モジュール4とを含む。
モータハウジング3は、円板状の底壁5と、底壁5の周縁から軸方向に立設され、当該底壁5の反対側に開口部6を有する円筒状の側壁7と、開口部6を閉塞するように側壁7の端部に連結された上壁8とを有しており、これら底壁5、側壁7および上壁8によってモータ2が収容される内部空間9が区画されている。モータハウジング3の底壁5の中央部には、当該底壁5の中央部を貫通する第1貫通孔10が形成されている。また、モータハウジング3の上壁8の中央部には、当該上壁8の中央部を貫通する第2貫通孔11が形成されている。
【0014】
モータ2は、本実施形態では、三相ブラシレスモータであり、モータハウジング3の側壁7の内周面に固定された円筒状のステータ12と、ステータ12の径方向内側に配置されたロータ13と、ロータ13の中央部を貫通するように当該ロータ13に取り付けられたモータシャフト14とを含む。
ステータ12は、モータハウジング3の側壁7の内周面から径方向内側に向って延設された複数のティース15と、複数のティース15に巻回された巻線16U,16V,16Wとを有している。巻線16U,16V,16Wは、図4において詳述するように、モータ2のU相、V相およびW相に対応するU相巻線16U、V相巻線16VおよびW相巻線16Wを含む。なお、図1では、各相の巻線16U,16V,16WのうちのU相巻線16UおよびV相巻線16Vが示されている。
【0015】
ロータ13は、円柱状のロータコア17と、ロータコア17の外周に固定され、ロータコア17の周方向に沿ってS極とN極とが交互に着磁されたリング状の永久磁石18とを含む。軸方向から見て、ロータコア17の中央部には、モータシャフト14が挿通される挿通孔19が形成されている。
モータシャフト14は、ロータコア17に形成された挿通孔19に挿通されて固定されていると共に、モータハウジング3の底壁5に設けられた第1軸受20と、モータハウジング3の上壁8に設けられた第2軸受21とによって軸支されている。前述のロータ13は、モータシャフト14によってモータハウジング3内で回転自在に支持されている。
【0016】
モータシャフト14は、底壁5の第1貫通孔10を貫通してモータハウジング3の外側に突出する先端部22と、上壁8の第2貫通孔11を貫通してモータハウジング3の外側に突出する基端部23とを有している。モータシャフト14の先端部22には、連結部材24が取り付けられている。連結部材24は、外部の機構に連結されることによって、モータ2の回転駆動力を当該外部の機構に伝達する。外部の機構としては、電動パワーステアリング装置用の減速機を例示できる。モータシャフト14の基端部23には、モータ2の回転角を検出するために用いられる永久磁石25が取り付けられている。
【0017】
図1図3を参照して、回路モジュール4は、モータ2の軸方向にモータハウジング3と対向するように配置されている。回路モジュール4は、モータ2を駆動制御するための駆動回路30を含む駆動ユニット31を含む。駆動ユニット31は、一方表面34aおよび他方表面34bを有する円板状の基板34を含む。基板34において、他方表面34bは、モータハウジング3に対向する側の表面である。
【0018】
基板34は、たとえば多層配線基板であり、複数の絶縁層と、複数の配線層と、絶縁層を挟んで上下に配置された配線層を電気的に接続するビアとを有している。基板34の一方表面34aおよび他方表面34bのそれぞれには、配線が選択的に引き回されており、駆動回路30を構成する複数の電子部品が基板34の一方表面34aおよび他方表面34bの両方に実装可能とされている。以下、図4を参照して、駆動ユニット31の電気的構造について説明する。図4は、駆動ユニット31の電気的構造を示す電気回路図である。
【0019】
図4を参照して、駆動ユニット31は、本実施形態では、電源Vcに並列接続された二系統の駆動回路30を有している。以下では、二系統の駆動回路30のうちの一方(図4の紙面上側)の駆動回路30を第1駆動回路30Aといい、他方(図4の紙面下側)の駆動回路30を第2駆動回路30Bという。第1および第2駆動回路30A,30Bは、いずれも同様の構成を有している。図4では、第1駆動回路30Aの構成について説明し、第2駆動回路30Bにおいて第1駆動回路30Aと対応する構成については、当該第1駆動回路30Aの構成と同一の参照符号を付して説明を省略する。
【0020】
第1駆動回路30Aは、当該第1駆動回路30を構成する複数の電子部品として、半導体チップCHと、平滑コンデンサCと、電源リレーSwvと、複数のシャント抵抗R1〜R3と、複数のモータリレーSwm1〜Swm3とを含む。半導体チップCHは、本発明の「電子部品」の一例として設けられており、電源リレーSwv、複数のシャント抵抗R1〜R3および複数のモータリレーSwm1〜Swm3は、本発明の「第2電子部品」の一例として設けられている。
【0021】
半導体チップCHは、スイッチング素子の一例としての複数の電界効果トランジスタ(FET:Field effect transistor)Tr1〜Tr6を含み、電源Vcの両電極間に接続されている。複数の電界効果トランジスタTr1〜Tr6には、U相用のハイサイドの第1電界効果トランジスタTr1と、それに直列接続されたU相用のローサイドの第2電界効果トランジスタTr2と、V相用のハイサイドの第3電界効果トランジスタTr3と、それに直列接続されたV相用のローサイドの第4電界効果トランジスタTr4と、W相用のハイサイドの第5電界効果トランジスタTr5と、それに直列接続されたW相用のローサイドの第6電界効果トランジスタTr6とが含まれる。
【0022】
各電界効果トランジスタTr1〜Tr6は、ドレイン電極と、ソース電極と、ゲート電極とを有している。各電界効果トランジスタTr1〜Tr6において、ドレイン電極およびソース電極間には、ボディダイオードD1〜D6が逆バイアス接続されている。
第1、第3および第5電界効果トランジスタTr1,Tr3,Tr5のドレイン電極は、電源Vcの正極側電極に接続されている。第1、第3および第5電界効果トランジスタTr1,Tr3,Tr5のソース電極は、それぞれ第2、第4および第6電界効果トランジスタTr2,Tr4,Tr6のドレイン電極に接続されている。第2、第4および第6電界効果トランジスタTr2,Tr4,Tr6のソース電極は、電源Vcの負極側電極に接続されている。各電界効果トランジスタTr1〜Tr6のゲート電極は、たとえば図示しないECU(Electronic Control Unit:電子制御ユニット)に接続されている。
【0023】
第1電界効果トランジスタTr1と第2電界効果トランジスタTr2との接続点は、モータ2のU相巻線16Uに電気的に接続されている。第3電界効果トランジスタTr3と第4電界効果トランジスタTr4との接続点は、モータ2のV相巻線16Vに電気的に接続されている。第5電界効果トランジスタTr5と第6電界効果トランジスタTr6との接続点は、モータ2のW相巻線16Wに電気的に接続されている。
【0024】
平滑コンデンサCは、たとえば電界コンデンサであり、半導体チップCHと並列接続されるように電源Vcの両電極間に接続されている。平滑コンデンサCは、電源Vcから供給される電圧を平滑化して半導体チップCH(半導体チップCHに含まれる複数の電界効果トランジスタTr1〜Tr6)に供給する。
電源リレーSwvは、電源Vcと平滑コンデンサCとの間に接続されており、本実施形態では、第7および第8電界効果トランジスタTr7、Tr8によって構成されている。各電界効果トランジスタTr7、Tr8は、ドレイン電極と、ソース電極と、ゲート電極とを有している。各電界効果トランジスタTr7、Tr8において、ドレイン電極およびソース電極間には、ボディダイオードD7,D8が逆バイアス接続されている。
【0025】
電源リレーSwvにおいて、各電界効果トランジスタTr7、Tr8は、ボディダイオードD7,D8の極性方向が互いに逆向きとなる態様で直列接続されている。本実施形態では、各ボディダイオードD7,D8のカソード同士が接続されるように、各電界効果トランジスタTr7、Tr8のドレイン電極同士が接続されている。各電界効果トランジスタTr7、Tr8のゲート電極は、たとえば図示しないECUに接続されている。
【0026】
複数のシャント抵抗R1〜R3は、第1および第2電界効果トランジスタTr1,Tr2間の接続点とU相巻線16Uとの間に接続された第1シャント抵抗R1と、第3および第4電界効果トランジスタTr3,Tr4間の接続点とV相巻線16Vとの間に接続された第2シャント抵抗R2と、第5および第6電界効果トランジスタTr5,Tr6間の接続点とW相巻線16Wとの間に接続された第3シャント抵抗R3とを含む。各シャント抵抗R1〜R3は、たとえば図示しないECUに接続されている。ECUは、各シャント抵抗R1〜R3を介して各相の巻線16U,16V,16Wに流れ込む電流を個別的に検出する。
【0027】
複数のモータリレーSwm1〜Swm3は、シャント抵抗R1とU相巻線16Uとの間に接続された第1モータリレーSwm1と、シャント抵抗R2とV相巻線16Vとの間に接続された第2モータリレーSwm2と、シャント抵抗R3とW相巻線16Wとの間に接続された第3モータリレーSwm3とを含む。各モータリレーSwm1〜Swm3は、本実施形態では、第9〜第11電界効果トランジスタTr9〜Tr11によって構成されており、ドレイン電極と、ソース電極と、ゲート電極とを有している。各電界効果トランジスタTr9〜Tr11において、ドレイン電極およびソース電極間には、ボディダイオードD9〜D11が逆バイアス接続されている。各モータリレーSwm1〜Swm3のゲート電極は、たとえば図示しないECUに接続されている。
【0028】
図1図3を参照して、第1および第2駆動回路30A,30B用の各半導体チップCHは、いずれも直方体形状に形成されており、基板34の一方表面34aに実装されている。第1および第2駆動回路30A,30B用の各半導体チップCHは、各電界効果トランジスタTr1〜Tr6のソース電極、ドレイン電極およびゲート電極を含む複数の電極35が設けられた電極面36と、その反対面である放熱面37とを有している。
【0029】
放熱面37は、本実施形態では、いずれの電極も形成されていない非電極面であり、当該半導体チップCHの本体を構成する半導体基板によって形成されている。つまり、各半導体チップCHは、本実施形態では横型の半導体チップである。各半導体チップCHは、電極面36を基板34の一方表面34aに対向させた状態で、当該基板34の一方表面34aに実装されている。
【0030】
なお、図1図3では図示しないが、前述の第1および第2駆動回路30A,30B用の各平滑コンデンサCも、基板34の一方表面34aに実装されていてもよい。基板34の一方表面34aに各半導体チップCHと共に平滑コンデンサCを実装することによって、半導体チップCHおよび平滑コンデンサCを結ぶ配線の距離を小さくできるから、当該配線においてインピーダンス成分を良好に低減できる。
【0031】
図1図3を参照して、基板34の他方表面34bには、第1および第2駆動回路30A,30B用の各シャント抵抗R1〜R3および各モータリレーSwm1〜Swm3(第9〜第11電界効果トランジスタTr9〜Tr11)が実装されている。図1および図2では、第1および第2駆動回路30A,30B用のシャント抵抗R1およびモータリレーSwm1のみを図示している。
【0032】
なお、図1図3では図示しないが、前述の第1および第2駆動回路30A,30B用の各電源リレーSwv(第7および第8電界効果トランジスタTr7,Tr8)も、基板34の他方表面34bに実装されていてもよい。以下では、説明の便宜のため、基板34の他方表面34bに実装されたシャント抵抗R1〜R3、モータリレーSwm1〜Swm3および電源リレーSwvを、単に「基板34の他方表面34bに実装された各電子部品」という。
【0033】
基板34の他方表面34bの中央部には、さらに、磁気センサ38が実装されている。磁気センサ38は、モータシャフト14の基端部23に取り付けられた永久磁石25と対向する位置に実装されており、モータシャフト14の回転に伴って変動する永久磁石25からの磁界(磁束)を検出する。磁気センサ38は、たとえば図示しないECUに接続されている。
【0034】
図1図3を参照して、回路モジュール4は、各半導体チップCHの放熱面37と対向するように基板34の一方表面34a側に配置された第1放熱器40と、基板34の他方表面34b側に配置された第2放熱器41とを含む。回路モジュール4は、さらに、各半導体チップCHと第1放熱器40とを熱的に接続させるように、これらの間に配置された第1熱伝達部材42と、第1熱伝達部材42と第2放熱器41とを熱的に接続させるように、これらの間に配置された第2熱伝達部材43とを含む。
【0035】
第1放熱器40は、本実施形態では、平面視で基板34の面積よりも大きい面積を有する円板状の金属製(たとえばアルミニウム製)の部材であり、その周縁の全体が基板34の周縁よりも外側に位置している。第1放熱器40は、軸方向に基板34の一方表面34aと対向する内壁面40aと、その反対側の外壁面40bとを有している。
第2放熱器41は、本実施形態では、平面視で基板34の面積よりも大きい面積を有する円板状の金属製(たとえばアルミニウム製)の部材であり、その周縁の全体が基板34の周縁よりも外側に位置している。第2放熱器41は、軸方向に基板34の他方表面34bと対向する内壁面41aと、その反対側の外壁面41bとを有しており、第2放熱器41の中央部には、モータシャフト14の基端部23が貫通する貫通孔48が形成されている。
【0036】
図2および図3を参照して、第1熱伝達部材42は、本実施形態では、平面視矩形状の板状またはブロック状の金属製(たとえば銅製)の部材であり、軸方向に基板34の一方表面34aに対向する第1面42aと、軸方向に第1放熱器40の内壁面40aに対向する第2面42bとを有している。第1熱伝達部材42の第1面42aおよび第2面42bは、本実施形態では、互いに略平行となるように形成されている。また、第1熱伝達部材42は、平面視で、基板34の内側に配置された第1端部51と、基板34の外側に配置された第2端部52とを有している。
【0037】
第1熱伝達部材42は、第1端部51側の第1面42aにおいて各半導体チップCHの放熱面37と接合されており、第2端部52側の第1面42aにおいて第2熱伝達部材43と接合されている。そして、第1熱伝達部材42は、第2面42bにおいて第1放熱器40の内壁面40aと接合されている。本実施形態では、第1熱伝達部材42の第2面42bの全域が、第1放熱器40の内壁面40aに接合されている。
【0038】
第1熱伝達部材42の第1面42aは、本実施形態では、金属製の接合材53(たとえば半田)を介して、各半導体チップCHの放熱面37と接合されている。第1熱伝達部材42の第2面42bは、たとえば金属またはセラミックスを含む第1放熱シート54を介して第1放熱器40の内壁面40aと接合されている。
第2熱伝達部材43は、基板34の外側において、第1放熱器40と第2放熱器41との間に配置されており、基板34の周縁を取り囲む円筒状に形成されている。第2熱伝達部材43は、第1熱伝達部材42の第2端部52に接合された第3端部55と、第2放熱器41に接合された第4端部56とを有している。本実施形態では、第2放熱器41の内壁面41aと第2熱伝達部材43の第4端部56とが一体を成しており、これにより、第2放熱器41と第2熱伝達部材43とが一体的に形成された構成とされている。
【0039】
第2熱伝達部材43は、第3端部55側において、第1放熱器40に対向する平面視円環状の端面43aを有している。第2熱伝達部材43の端面43aは、軸方向に関して、第1熱伝達部材42の第2面42よりも第2放熱器41側に配置されている。これにより、第1熱伝達部材42を、半導体チップCHの放熱面37上の位置から第2熱伝達部材43の端面43a上の位置まで、直線的な形状で引き出すことができる。
【0040】
第1熱伝達部材42の第1面42aは、たとえば金属またはセラミックスを含む第2放熱シート58を介して第2熱伝達部材43の端面43aと接合されている。なお、第2放熱シート58に代えて、金属またはセラミックスを含む放熱用のグリスやペーストが採用されてもよい。
第2熱伝達部材43は、第1熱伝達部材42の第2端部52に加えて、第1放熱器40に接合されている。より具体的には、第2熱伝達部材43の端面43aと第1放熱器40の内壁面40aとの間には、これらを熱的および機械的に接合させるための接合部59が配置されている。本実施形態では、接合部59は、第2熱伝達部材43の端面43aと一体的に形成されている。接合部59は、第1熱伝達部材42の第2端部52よりも径方向外側に配置されており、かつ第2熱伝達部材43の外周に沿う円筒状に形成されている。接合部59において、第2熱伝達部材43の端面43aとは反対側には開口部60が形成されている。
【0041】
接合部59の開口部60は、第1放熱器40によって閉塞されている。接合部59は、第1熱伝達部材42の厚さに第1放熱シート54および第2放熱シート58の各厚さを加えた厚さよりも小さい厚さを有している。したがって、第1熱伝達部材42の第2端部52は、第1放熱器40と第2熱伝達部材43との間において、第1放熱シート54および第2放熱シート58によってこれらが挟み込まれる方向に圧縮されるように挟持されている。
【0042】
このようにして、第1および第2駆動回路30A,30B用の各半導体チップCHは、第1熱伝達部材42を介して第1放熱器40に熱的に接続されていると同時に、第1熱伝達部材42および第2熱伝達部材43を介して第2放熱器41に熱的に接続されている。なお、本実施形態では、接合部59と第2熱伝達部材43の第3端部55とが一体的に形成された例について説明した。しかし、接合部59が第1放熱器40の周縁と一体的に形成され、当該接合部59が第2熱伝達部材43の第3端部55と接続(当接)される形態が採用されていてもよい。
【0043】
図1および図2を参照して、基板34の他方表面34b側に実装された各電子部品は、いずれも第2放熱器41に熱的に接続されている。より具体的には、基板34の他方表面34bと第2放熱器41の内壁面41aとの間には、基板34の他方表面34b側に実装された各電子部品と第2放熱器41とを熱的に接続させるための第3熱伝達部材70が設けられている。
【0044】
第3熱伝達部材70は、本実施形態では、基板34の他方表面34bに実装された各電子部品に対向するように第2放熱器41の内壁面41aから基板34の他方表面34b側に向けて突出した凸部71によって形成されている。
第3熱伝達部材70(凸部71)は、たとえば金属またはセラミックスを含む第3放熱シート72を介して、基板34の他方表面34bに実装された各電子部品と熱的に接続されている。なお、第3放熱シート72に代えて、金属またはセラミックスを含む放熱用のグリスやペーストが採用されてもよい。
【0045】
基板34は、各半導体チップCHに接合された第1放熱シート54と、基板34の他方表面34bに実装された各電子部品に接合された第3放熱シート72とによって挟み込まれる方向に圧縮されている。したがって、基板34の一方表面34aおよび他方表面34bの両側から第1および第3放熱シート54,72による圧縮応力を加えることができるから、基板34に反りが生じるのを良好に抑制できる。
【0046】
なお、本実施形態では、第3熱伝達部材70が、第2放熱器41の一部によって形成された凸部71によって形成されている例について説明した。しかし、第3熱伝達部材70は、凸部71に代えてまたはこれに加えて、板状またはブロック状の金属製(たとえば銅製)の部材を含んでいてもよい。
図1を再度参照して、各相の巻線16U,16V,16Wの一端は、モータハウジング3の上壁8、第2放熱器41および基板34のそれぞれに選択的に設けられた貫通孔(図示せず)を介して基板34の一方表面34a側に引き出されている。各相の巻線16U,16V,16Wの一端は、基板34の他方表面34b側または一方表面34a側において第1および第2駆動回路30A,30Bと電気的に接続されている。
【0047】
本実施形態では、前述の第1放熱器40および第2放熱器41、ならびに、当該第2放熱器41と一体的に形成された前述の第2熱伝達部材43および接合部59によって、前述の駆動ユニット31が収容されるハウジング73が構成されている。本実施形態に係る回路モジュール4は、ハウジング73の一部を構成する第2放熱器41の外壁面41bが前述のモータハウジング3の上壁8に取り付けられることによって、当該モータハウジング3に連結されている。したがって、本実施形態に係る機電一体型モータユニット1は、各半導体チップCHで生じた熱が、第1放熱器40および第2放熱器41を介してモータハウジング3側に伝達される構成とされている。
【0048】
以上、本実施形態に係る回路モジュール4は、主たる熱の発生源である各半導体チップCHが、第1熱伝達部材42を介して第1放熱器40に熱的に接続されていると共に、第1熱伝達部材42および第2熱伝達部材43を介して第2放熱器41に熱的に接続されている構成とされている。これにより、各半導体チップCHで生じた熱を第1放熱器40および第2放熱器41に良好に伝達させることができる。よって、各半導体チップCHの温度上昇を良好に抑制できる回路モジュール4を提供できる。
【0049】
また、本実施形態に係る回路モジュール4は、第2放熱器41を介してモータハウジング3と連結されており、当該モータハウジング3が、各半導体チップCHで生じた熱を外部に放散させるための第3の放熱器とされている。これにより、第2放熱器41を介して各半導体チップCHで生じた熱をモータハウジング3に伝達させることができるから、各半導体チップCHの温度上昇をより一層良好に抑制できる。よって、各半導体チップCHの温度上昇を良好に抑制できる機電一体型モータユニット1を提供できる。
【0050】
また、本実施形態に係る回路モジュール4では、基板34の他方表面34b側に複数の電子部品が実装されており、基板34の他方表面34bと第2放熱器41の内壁面41aとの間には、基板34の他方表面34b側に実装された各電子部品と第2放熱器41とを熱的に接続させるための第3熱伝達部材70(凸部71)が設けられている。
これにより、基板34の他方表面34b側に実装された各電子部品で生じた熱を、第3熱伝達部材70(凸部71)を介して第2放熱器41に伝達させることができると共に、半導体チップCHで生じた熱も第3熱伝達部材70(凸部71)を介して第2放熱器41に伝達させることができる。また、基板34の他方表面34b側の領域を利用して複数の電子部品を実装することにより、半導体チップCH以外の電子部品を実装するために別の基板を使用しなくて済むから、部品点数を削減できる。これにより、回路モジュール4の小型化および機電一体型モータユニット1の小型化を良好に図ることが可能となる。
<回路モジュール4の第1変形例>
図5は、図1の回路モジュール4の第1変形例を示す模式的な拡大断面図である。図5において、前述の実施形態において述べた構成と同様の構成については同一の参照符号を付して説明を省略する。
【0051】
図5を参照して、第1変形例に係る回路モジュール4は、一方の半導体チップCHに接合された第1熱伝達部材42の第1端部51と、他方の半導体チップCHに接合された第1熱伝達部材42の第1端部51とが互いに一体的に形成されている点を除いて、前述の実施形態に係る回路モジュール4と同一の構成を有している。
以上、本変形例のような構成によっても、前述の実施形態において述べた効果と同様の効果を奏することができる。また、本変形例の構成によれば、第1放熱器40に対する第1熱伝達部材42の接触面積を良好に増加させることができるから、各半導体チップCHの温度上昇の抑制効果を良好に高めることができる。
<回路モジュール4の第2変形例>
図6は、図1の回路モジュール4の第2変形例を示す模式的な拡大断面図である。図6において、前述の実施形態において述べた構成と同様の構成については同一の参照符号を付して説明を省略する。
【0052】
第2変形例に係る回路モジュール4は、第1放熱器40の内壁面40aの中央部に、基板34の一方表面34a側に向かって突出した凸部80が形成されている。この凸部80によって、第1放熱器40の内壁面40aには、内壁面40aの中央部に位置する内側領域81と、内壁面40aの周縁部に位置する外側領域82と、内側領域81と外側領域82とを連結する連結領域83とが形成されている。
【0053】
内壁面40aの内側領域81は、基板34の一方表面34aに近接配置されていると共に、当該基板34の一方表面34aと平行な平坦面を有している。内壁面40aの内側領域81は、各半導体チップCHの放熱面37に対向している。内壁面40aの外側領域82は、内側領域81を取り囲んでおり、軸方向に内側領域81よりも基板34の一方表面34aから離間した位置に配置されている。内壁面40aの外側領域82は、第2熱伝達部材43の端面43aと平行な平坦面を有している。内壁面40aの連結領域83は、内側領域81から外側領域82に向けて、基板34の一方表面34aから軸方向に離れるように傾斜している。
【0054】
第1熱伝達部材42は、内壁面40aの内側領域81に沿う第1部分84と、内壁面40aの外側領域82に沿う第2部分85と、内壁面40aの連結領域83に沿い、かつ第1部分84と第2部分85とを接続する第3部分86とを含む。第1熱伝達部材42の第1部分84は、各半導体チップCHの放熱面37と内壁面40aの内側領域81との間に配置されており、これらと熱的に接続されている。第1熱伝達部材42の第2部分85は、第2熱伝達部材43の端面43aと内壁面40aの外側領域82との間に配置されており、これらと熱的に接続されている。第1熱伝達部材42の第1部分84、第2部分85および第3部分86は、前述の第1放熱シート54を介して第1放熱器40に接合されている。
【0055】
なお、本変形例では、第2熱伝達部材43の端面43aは、軸方向に関して、各半導体チップCHの放熱面37よりも第1放熱器40側に配置されている。したがって、第1熱伝達部材42の第2部分85および第2熱伝達部材43の端面43aは、軸方向に関して基板34の一方表面34aよりも第1放熱器40側で第2放熱シート58を介して接合されている。
【0056】
以上、本変形例のような構成によっても、前述の実施形態において述べた効果と同様の効果を奏することができる。
<回路モジュール4の第3変形例>
図7は、図1の回路モジュール4の第3変形例を示す模式的な拡大断面図である。図7において、前述の実施形態において述べた構成と同様の構成については同一の参照符号を付して説明を省略する。
【0057】
図7を参照して、第3変形例に係る回路モジュール4は、各半導体チップCHに接合された第1熱伝達部材42が基板34の一方表面34aに当接する当接部90を有している。より具体的には、第1熱伝達部材42は、半導体チップCHと第1放熱器40との間に配置された第1部分91と、基板34の一方表面34aに当接された当接部90を有する第2部分92と、第1部分91と第2部分92とを接続する第3部分93とを含む。第3変形例に係る第1熱伝達部材42は、これら第1部分91、第2部分92および第3部分93によってクランク状に形成されている。
【0058】
第1熱伝達部材42の第1部分91は、半導体チップCHの放熱面37に接合された一端部91aと、当該一端部91aから径方向外側に引き出され、半導体チップCHの外側に位置する他端部91bとを有している。第1熱伝達部材42の第1部分91は、前述の第1放熱シート54を介して第1放熱器40に接合されている。
第1熱伝達部材42の第2部分92は、基板34の一方表面34aに接合された一端部92aと、当該一端部92aから径方向外側に引き出され、第2熱伝達部材43の第3端部55に接合された他端部92bとを有している。第2部分の他端部92bは、前述の第2放熱シート58を介して第2熱伝達部材43の第3端部55に接合されている。
【0059】
第1熱伝達部材42の第3部分93は、軸方向に沿って延び、第1部分91の他端部91bと第2部分92の一端部92aとを接続している。
なお、本変形例では、第2熱伝達部材43の端面43aは、軸方向に関して、基板34の一方表面34aよりも第2放熱器41側に配置されている。これにより、第1熱伝達部材42の第2部分92を、直線的な形状で基板34の一方表面34a上から第2熱伝達部材43の端面43a上まで引き出すことができる。第1熱伝達部材42の第2部分92および第2熱伝達部材43の端面43aは、軸方向に関して基板34の一方表面34aよりも第2放熱器41側で第2放熱シート58を介して接合されている。
【0060】
以上、本変形例のような構成によっても、前述の実施形態において述べた効果と同様の効果を奏することができる。また、本変形例の構成によれば、各半導体チップCHに接合された第1熱伝達部材42が、基板34の一方表面34aに当接する当接部90を有している。したがって、基板34の一方表面34aに対する第1熱伝達部材42の軸方向の位置を精確に設定できる。
【0061】
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明はさらに他の形態で実施することもできる。
たとえば、前述の実施形態では、駆動ユニット31が第1および第2駆動回路30A,30Bの二系統を含む構成とされた例について説明したが、駆動ユニット31は一系統からなる駆動回路30のみを含む構成とされていてもよい。
【0062】
また、前述の実施形態では、1つの半導体チップCHが複数の電界効果トランジスタTr1〜Tr6を含む例について説明したが、1つの電界効果トランジスタTr1〜Tr6を含む1つの半導体チップCHが基板34の一方表面34aに複数実装された構成が採用されてもよい。
また、前述の実施形態では、半導体チップCHが複数のスイッチング素子の一例として電界効果トランジスタTr1〜Tr6を含む例について説明した。しかし、半導体チップCHは、電界効果トランジスタTr1〜Tr6に代えて、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ(IGBT:Insulated Gate Bipolar Transistor)を含んでいてもよいし、バイポーラトランジスタ(BJT:Bipolar Junction Transistor)を含んでいてもよい。
【0063】
また、前述の実施形態において、基板34の一方表面34aまたは他方表面34bに制御回路がさらに実装されることによって、基板34が制御/パワー一体基板とされていてもよい。
その他、特許請求の範囲に記載された事項の範囲で種々の設計変更を施すことが可能である。
【符号の説明】
【0064】
1…機電一体型モータユニット、2…モータ、3…モータハウジング、4…回路モジュール、30,30A,30B…駆動回路、34…基板、34a…基板の一方表面、34b…基板の他方表面、35…半導体チップの電極、36…半導体チップの電極面、37…半導体チップの放熱面、40…第1放熱器、41…第2放熱器、42…第1熱伝達部材、43…第2熱伝達部材、51…第1熱伝達部材の第1端部、52…第1熱伝達部材の第2端部、55…第2熱伝達部材の第3端部、56…第2熱伝達部材の第4端部、70…第3熱伝達部材、CH…半導体チップ、R1〜R3…シャント抵抗、Swm1〜Swm3…モータリレー、Swv…電源リレー
図1
図2
図3
図4
図5
図6
図7