特開 2022-160336 回路基板

(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】P2022160336

(43)【公開日】2022-10-19

(54)【発明の名称】回路基板

(51)【国際特許分類】

   H02K 11/33 20160101AFI20221012BHJP

   H02M 7/48 20070101ALI20221012BHJP

   H05K 7/20 20060101ALI20221012BHJP

   H05K 1/02 20060101ALI20221012BHJP

   H01L 23/36 20060101ALI20221012BHJP

【ＦＩ】

H02K11/33

H02M7/48 Z

H05K7/20 C

H05K1/02 Q

H01L23/36 C

【審査請求】未請求

【請求項の数】13

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2021065022

(22)【出願日】2021-04-06

(71)【出願人】

【識別番号】300052246

【氏名又は名称】日本電産エレシス株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100179969

【弁理士】

【氏名又は名称】駒井 慎二

(74)【代理人】

【識別番号】100176692

【弁理士】

【氏名又は名称】岡崎 ▲廣▼志

(72)【発明者】

【氏名】▲高▼村 優介

(72)【発明者】

【氏名】長内 俊二郎

【テーマコード（参考）】

5E322

5E338

5F136

5H611

5H770

【Ｆターム（参考）】

5E322AA03

5E322AB01

5E322AB02

5E322AB08

5E322EA10

5E322FA04

5E338AA03

5E338AA16

5E338BB05

5E338BB25

5E338BB75

5E338CC08

5E338CD23

5E338EE02

5F136BB02

5F136DA01

5F136DA27

5H611AA09

5H611BB01

5H611BB06

5H611TT01

5H611UA05

5H770BA01

5H770HA07Z

5H770PA21

5H770PA28

5H770QA01

5H770QA08

5H770QA27

5H770QA31

(57)【要約】

【課題】単一構成の回路基板において放熱性の向上とともに小型化、低コスト化を実現する。
【解決手段】モータ１５の反出力側でベアリングホルダ１３に固定され、そのベアリングホルダ１３と対向する第２の表面と反対側の第１の表面に発熱素子（ＦＥＴ）が実装された多層の単一の回路基板２３において、発熱素子の第１の電気的端子２２が接続される第１の領域３１ａの直下にビアカバーされた第１のビア４１ａを設け、発熱素子の第２の電気的端子２４が接続される第２の領域３２ａの直下にビアカバーされた第２のビア４３ａを設ける。これら第１のビアと第２のビアを熱伝導路として、発熱素子で発生した熱を回路基板２３と密着させて配置したベアリングホルダ１３へ放熱する。
【選択図】図４

【特許請求の範囲】

【請求項1】

モータの出力側と反対側の反出力側においてベアリングホルダに固定され、該ベアリングホルダと対向する第２の表面と反対側の第１の表面に発熱素子が実装された多層の単一の回路基板であって、
前記発熱素子の第１の電気的端子が接続される第１の領域の直下において前記回路基板の厚さ方向に延伸し、所定部位でビアカバーされた第１のビアと、
前記発熱素子の第２の電気的端子が接続される第２の領域の直下において前記回路基板の厚さ方向に延伸し、所定部位でビアカバーされた第２のビアと、
を備え、
前記第１のビアと前記第２のビアを熱伝導路として、前記発熱素子で発生した熱を前記回路基板と密着させて配置した前記ベアリングホルダへ放熱する回路基板。

【請求項2】

前記第１のビアと前記第２のビアは、前記第２の表面に塗布したソルダーレジストにより前記ビアカバーされている請求項１に記載の回路基板。

【請求項3】

前記第１のビアと前記第２のビア各々は、前記多層の少なくとも一層に形成されたベタパターンと電気的に接続され、前記ベタパターンのうち前記第２の表面に最も近い層のベタパターンが他のベタパターンよりも面積が広い請求項１に記載の回路基板。

【請求項4】

前記第１の領域の平面視近傍の第３の領域に設けた、前記回路基板の厚さ方向に貫通する第３のビアと、
前記第２の領域の平面視近傍の第４の領域に設けた、前記回路基板の厚さ方向に貫通する第４のビアと、
をさらに備え、
前記第１のビアと前記第３のビアは前記多層の少なくとも一層において電気的に接続され、前記第２のビアと前記第４のビアは前記多層の少なくとも一層において電気的に接続されている請求項１に記載の回路基板。

【請求項5】

前記モータは駆動部と制御部とが一体に形成された機電一体型のモータである請求項１に記載の回路基板。

【請求項6】

前記駆動部は前記モータの駆動用交流電源を生成するブリッジ回路を有し、前記発熱素子は前記ブリッジ回路を構成する半導体スイッチング素子である請求項５に記載の回路基板。

【請求項7】

前記モータは３相以上の多相のモータであり、前記半導体スイッチング素子は前記多相の各相に対応する高電位側半導体スイッチング素子と低電位側スイッチング素子を含み、
前記回路基板の内層には、
前記高電位側半導体スイッチング素子各々の前記第１の電気的端子同士が電気的に接続されてなる高電位ベタパターンと、
前記高電位側半導体スイッチング素子各々の前記第２の電気的端子と、前記低電位側スイッチング素子各々の前記第１の電気的端子とが各相ごと電気的に接続されてなる中電位ベタパターンと、
前記低電位側スイッチング素子各々の前記第２の電気的端子と、電流検出素子の一端とが各相ごと電気的に接続されてなる低電位ベタパターンと、
前記電流検出素子の他端同士が電気的に接続されてなるグランド（ＧＮＤ）ベタパターンとが配置され、
前記高電位ベタパターン、前記中電位ベタパターンおよび前記低電位ベタパターン各々は、前記回路基板における前記発熱素子の実装側と反対側に投影されるベタパターンを形成する請求項６に記載の回路基板。

【請求項8】

前記ブリッジ回路と前記モータ間に接続された前記多相の各相に対応するモータリレー用半導体スイッチング素子の前記第１の電気的端子が接続される第５の領域の直下において、前記回路基板の厚さ方向に延伸し、所定部位でビアカバーされた第５のビアと、
前記モータリレー用半導体スイッチング素子の前記第２の電気的端子が接続される第６の領域の直下において、前記回路基板の厚さ方向に延伸し、所定部位でビアカバーされた第６のビアと、
をさらに備え、
前記回路基板の内層において前記第６のビアと前記中電位ベタパターンとが電気的に接続されている請求項７に記載の回路基板。

【請求項9】

前記モータへの電源の供給を遮断する電源リレー用半導体スイッチング素子の前記第１の電気的端子が接続される第７の領域の直下において、前記回路基板の厚さ方向に延伸し、所定部位でビアカバーされた第７のビアと、
前記第７の領域の平面視近傍の第８の領域に設けた、前記回路基板の厚さ方向に貫通する第８のビアと
前記電源リレー用半導体スイッチング素子の前記第２の電気的端子が接続される第９の領域の直下において、前記回路基板の厚さ方向に延伸し、所定部位でビアカバーされた第９のビアと、
前記電源の逆接保護リレー用半導体スイッチング素子の前記第１の電気的端子が接続される第１０の領域の直下において、前記回路基板の厚さ方向に延伸し、所定部位でビアカバーされた第１０のビアと、
前記第１０の領域の平面視近傍の第１１の領域に設けた、前記回路基板の厚さ方向に貫通する第１１のビアと、
前記逆接保護リレー用半導体スイッチング素子の前記第２の電気的端子が接続された第１２の領域の直下において、前記回路基板の厚さ方向に延伸し、所定部位でビアカバーされた第１２のビアと、
をさらに備え、
前記回路基板の内層において前記第９のビアと前記第１２のビアが電気的に接続され、前記第１１のビアは前記高電位ベタパターンと電気的に接続されている請求項７に記載の回路基板。

【請求項10】

前記半導体スイッチング素子は外形サイズが５×６ｍｍクラス、もしくはそれ以下の外形サイズのパッケージを有する請求項６に記載の回路基板。

【請求項11】

３相以上の多相のモータを駆動するモータ制御装置であって、
前記モータのシャフトを回転可能に支持するベアリングを保持するベアリングホルダと、
前記ベアリングホルダに固定される請求項１～１０のいずれか１項に記載の回路基板と、
を備え、
前記回路基板は、その一方端側に、外部電源の接続用端子と外部信号の接続用端子とを有するコネクタ部を備え、前記制御部は少なくとも前記外部信号をもとに前記モータを駆動する指令信号を決定し、前記駆動部は前記指令信号に応じて前記モータを駆動するモータ制御装置。

【請求項12】

請求項１１に記載のモータ制御装置を、車両等の運転者のステアリングハンドル操作をアシストする電動パワーステアリング用のモータ制御装置としたパワーステアリングシステム。

【請求項13】

請求項１２に記載のパワーステアリングシステムを備えた車両。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、例えばモータ制御装置等に使用する回路基板に関する。

【背景技術】

【0002】

自動車等の車両のモータを駆動制御するモータ制御装置等では、モータと電子制御ユニット（ＥＣＵ）の一体化による小型化のみならず、装置に搭載する回路基板、その基板に実装する電子部品を小型化して、回路基板の表面における部品実装面積を減少させ、基板全体を高密度化、小型化している。

【0003】

近時におけるモータ制御装置等の高性能化、多機能化に伴い、回路基板に実装される電子部品が高集積化され、さらなる高速駆動化によって電子部品の発熱量も増大している。モータ制御装置には、モータに駆動電力を供給するインバータ回路が実装され、そのインバータ回路を構成するＭＯＳＦＥＴ等のスイッチング素子は、スイッチング損失等により発熱する。

【0004】

このように、回路基板に実装した発熱部品より発生した熱は、基板の外部に効率良く放出する必要がある。放熱構成として、例えば、基板実装されたＦＥＴの背面から放熱するタイプ、基板実装されたＦＥＴの下面から熱伝導体の材料を介して（銅インレイ等）放熱するタイプ、基板実装されたＦＥＴの下面から放熱ビアを介して放熱するタイプ、発生した熱をベアリングホルダへ放熱する構成等が知られている。

【0005】

特許文献１の駆動装置では、基板とフレーム部材を近接して配置し、基板に実装された駆動素子、電流検出素子、集積回路部品（ＡＳＩＣ）等の発熱素子からの熱をフレーム部材に対して背面放熱させている。

【0006】

特許文献２は、電動モータの筐体を外部放熱体として使用するとともに、金属製貫通部材である銅インレイによって、回路基板の一方面側から他方面側への熱伝導経路を確保して伝熱、放熱を可能にする回路基板を開示している。

【0007】

他の放熱例として、サーマルビアから表層の放熱基板を介して電子部品の熱を外気に放熱する構造が知られている。例えば、特許文献３の負荷駆動装置では、基板に実装された発熱型電子部品の直下にサーマルビア群を設けて、それら発熱型電子部品から発せられた熱をサーマルビア群により基板の裏面側に伝熱させている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0008】

【特許文献1】特許第６１７９４７６号公報

【特許文献2】特開２０２０－４８８７号公報

【特許文献3】特開２０１９－８０４７１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0009】

特許文献１のように、発熱素子であるＭＯＳＦＥＴからの熱を、ＭＯＳＦＥＴの背面からモータのベアリングホルダへ放熱する構成は、その放熱効果を高めるためには、背面放熱可能なＭＯＳＦＥＴへの適用に限られる。背面放熱可能なＭＯＳＦＥＴの種類が限られるため高価であることから、それを適用することは回路基板全体のコストを低下できないという問題がある。

【0010】

特許文献２の場合、熱伝導体材料としての銅インレイが高価であることから、それを主たる放熱手段とすることは回路基板のコストアップにつながる。一方、特許文献３が採用するサーマルビアによる放熱は、回路基板のＭＯＳＦＥＴの底面のパッドからビアにはんだが流入し、基板裏面に流出してヒートシンクと電気的にショートする懸念があるため、生産組み立て性等に課題がある。

【0011】

本発明は、上述した課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、単一構成の回路基板の小型化、低コスト化とともに放熱性を向上させることである。

【課題を解決するための手段】

【0012】

上記の目的を達成し、上述した課題を解決する一手段として以下の構成を備える。すなわち、本願の例示的な第１の発明に係る回路基板は、モータの出力側と反対側の反出力側においてベアリングホルダに固定され、該ベアリングホルダと対向する第２の表面と反対側の第１の表面に発熱素子が実装された多層の単一の回路基板であって、前記発熱素子の第１の電気的端子が接続される第１の領域の直下において前記回路基板の厚さ方向に延伸し、所定部位でビアカバーされた第１のビアと、前記発熱素子の第２の電気的端子が接続される第２の領域の直下において前記回路基板の厚さ方向に延伸し、所定部位でビアカバーされた第２のビアとを備え、前記第１のビアと前記第２のビアを熱伝導路として、前記発熱素子で発生した熱を前記回路基板と密着させて配置した前記ベアリングホルダへ放熱することを特徴とする。

【0013】

本願の例示的な第２の発明は、３相以上の多相のモータを駆動するモータ制御装置であって、前記モータのシャフトを回転可能に支持するベアリングを保持するベアリングホルダと、前記ベアリングホルダに固定される上記例示的な第１の発明に係る回路基板とを備え、前記回路基板は、その一方端側に、外部電源の接続用端子と外部信号の接続用端子とを有するコネクタ部を備え、前記制御部は少なくとも前記外部信号をもとに前記モータを駆動する指令信号を決定し、前記駆動部は前記指令信号に応じて前記モータを駆動することを特徴とする。

【0014】

本願の例示的な第３の発明は、上記例示的な第２の発明に係るモータ制御装置を、車両等の運転者のステアリングハンドル操作をアシストする電動パワーステアリング用のモータ制御装置としたパワーステアリングシステムを特徴とする。

【0015】

本願の例示的な第４の発明は、上記例示的な第３の発明に係るパワーステアリングシステムを備えた車両を特徴とする。

【発明の効果】

【0016】

本発明によれば、単一構成の回路基板に実装した発熱部品に対する高い放熱効率を得るとともに、回路基板の小型化、低コスト化ができる。

【図面の簡単な説明】

【0017】

【図1】図１は、本発明の実施形態に係る回路基板が搭載されたモータ制御装置の分解斜視図である。

【図2】図２は、実施形態に係る回路基板を平面視した外観図である。

【図3】図３（ａ）は、第１の放熱構造を有する回路基板の表面を部分的に示し、図３（ｂ）は、図３（ａ）に対応する回路基板の裏面を示している。

【図4】図４は、図３（ａ）のＢ－Ｂ´矢視線に沿って回路基板を切断した断面図である。

【図5】図５（ａ）は、第２の放熱構造を有する回路基板の表面を部分的に示し、図５（ｂ）は、図５（ａ）に対応する回路基板の裏面を示している。

【図6】図６は、図５（ａ）のＣ－Ｃ´矢視線に沿って回路基板を切断したときの断面図である。

【図7】図７は、回路基板の駆動側に係る回路構成図である。

【図8】図８は、図７の回路構成に対応させた第２の放熱構造における放熱ビアの配置を模式的に示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0018】

以下、本発明に係る実施の形態について添付図面を参照して詳細に説明する。図１は、本発明の実施形態に係る回路基板が搭載され、その回路基板と一体化されたたモータ制御装置の分解斜視図である。

【0019】

図１に示すモータ制御装置１０において、モータカバー１４で覆われたモータ１５の軸方向上部にヒートシンク１３が配置され、ベアリングホルダ１３の上部であって、モータ１５の軸方向反出力側に本実施形態に係る回路基板２０が載置され、ベアリングホルダ１３にネジ等により固定される。

【0020】

ベアリングホルダ１３は、モータ１５の軸受機構を保持する金属製のヒートシンクであり、回路基板２０から発生する熱の放熱用部材として機能し、例えばアルミダイキャストを成形してなる。モータ１５のベアリングホルダ１３を外部放熱体として使用することで、回路基板２０の部品点数の削減が可能となる。

【0021】

回路基板２０の裏面（部品実装面の反対側）とベアリングホルダ１３とが、熱伝導性の絶縁樹脂（コンパウンド）を介して互いに密着した状態で、回路基板２０がベアリングホルダ１３に固定されている。これにより、回路基板２０の発熱部品で発生した熱は、後述する放熱ビアを伝導してヒートシンク１３へ効率的に放熱される。

【0022】

ベアリングホルダ１３に固定された回路基板２０の上部は、金属製のユニットカバー１２で覆われる。外部コネクタ１６は、モータ１５へ供給される電源、回路基板２０への制御信号等の接続用端子であり、コネクタケースに覆われ、ベアリングホルダ１３に固定されている。

【0023】

このように平面同士を対向させて配置した回路基板２０と、それを支持して固定するベアリングホルダ１３は、平面視したときの外形形状と面積がほぼ同一である。

【0024】

モータ１５は、モータの駆動部と制御部とが一体に形成された機電一体型のモータ（ブラシレスモータ）である。機電一体型とすることで、後述する発熱素子で発生した熱を効率的に放熱できる。

【0025】

図２は、本実施形態に係る回路基板２０を平面視した外観図である。図２に示すように、回路基板２０の基板本体２３の表面には、モータ１５を制御するマイクロプロセッサ３０等の信号処理用部品、電流センサ等の各種センサを含む制御系デバイスと、モータ１５への駆動電流の通電等に係る駆動系デバイスとが実装されている。

【0026】

なお、図２における基板本体２３上での個々の部品（デバイス）の配置位置は一例であり、回路基板２０が搭載される装置の仕様等に応じて、適宜、変更が可能である。

【0027】

駆動系デバイスはパワー系のデバイスであり、モータ駆動電流の生成に係るＦＥＴブリッジ回路を構成するＦＥＴ１～ＦＥＴ６、モータへ駆動電流を通電するスイッチングＦＥＴ（ＦＥＴ９～ＦＥＴ１１）、モータ駆動電流用の電解コンデンサＣ１～Ｃ３等からなる。

【0028】

半導体スイッチング素子（ＦＥＴ）はパワー素子とも呼ばれ、例えば、ＭＯＳＦＥＴ(Metal-Oxide Semiconductor Field-Effect Transistor)、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）等のスイッチング素子を用いる。半導体スイッチング素子は、外形サイズが、例えば５×６ｍｍクラス、あるいはそれ以下の小型スイッチング素子である。

【0029】

なお、上記の５×６ｍｍクラスには、５．１５×６．１５ｍｍ等が含まれ、５×６ｍｍクラス以下には、３×４ｍｍクラス等が含まれる。

【0030】

基板本体２３の表面には、モータ中心軸Ｐに合わせて、回転角センサである回転センサＩＣ２８が実装されている。回転センサＩＣ２８は、例えば、磁気抵抗素子あるいはホール素子によって形成されており、モータ回転軸（モータの反出力軸）に対向する位置に配置することで、モータ回転軸に配置したマグネットによって発生した磁界の変化を検知して、ロータの回転角度を検出する。

【0031】

上述した駆動系デバイスは、回路基板２０において、回転センサＩＣ２８に対して一方側（図２において一点鎖線１８の下側であり、駆動側ともいう）に配置され、制御系デバイスは他方側（一点鎖線１８の上側であり、制御側ともいう）に配置されている。

【0032】

モータ１５に供給されるＵ，Ｖ，Ｗの各相電流の出力端子部２７は、駆動側に配置されている。こうすることで、３相インバータ回路等からモータ１５までの配線距離を短くすることができ、電源経路のパターン長が短いことによる低抵抗値化にともなう電力損失を低減できる。

【0033】

次に、本実施形態に係る回路基板の放熱構造について詳細に説明する。

【0034】

＜第１の放熱構造＞
本実施形態に係る回路基板における第１の放熱構造について説明する。図３（ａ）は、第１の放熱構造を有する回路基板２０ａの表面を部分的に示しており、図２に示す回路基板２０のＡ部に対応する。図３（ｂ）は、図３（ａ）に対応する回路基板２０ａの裏面を示す図である。また、図４は、図３（ａ）のＢ－Ｂ´矢視線に沿って回路基板２０ａを切断した断面図である。

【0035】

回路基板２０ａにおいて、上述した駆動側に配置された各スイッチングＦＥＴ（図３（ａ）ではＦＥＴ１）を平面視したとき、その直下の第１の領域３１ａは、基板本体２３上面において、図４に示すようにＦＥＴ１の第１の電気的端子（ドレイン端子）２２がはんだ２５ａにより基板に接続される領域である。第１の領域３１ａには、回路基板２０ａの厚さ方向に延伸する第１の放熱ビア４１ａが形成されている。なお、ビアの内側は例えば銅メッキ等がされた導体である。

【0036】

これによって、ＦＥＴ１の第１の電気的端子２２は、はんだ２５ａを介して第１の放熱ビア４１ａと電気的に接続される。

【0037】

同様に、ＦＥＴ１を平面視したときの第２の領域３２ａは、基板本体２３上面において、図４に示すようにＦＥＴ１の第２の電気的端子（ソース端子）２４がはんだ２５ｂで接続される領域である。第２の領域３２ａには、回路基板２０ａの厚さ方向に延伸する第２の放熱ビア４３ａが形成されている。

【0038】

図３（ｂ）に示すように、回路基板２０ａの裏面において、基板表面の領域３１ａに対応する領域３１ｂと、領域３２ａに対応する領域３２ｂの全面にソルダーレジスト５１ｂが塗布されている。

【0039】

すなわち、第１の放熱構造では、図４に示すように、スイッチングＦＥＴの第１の電気的端子２２の直下に配置された第１の放熱ビア４１ａと、第２の電気的端子２４の直下に配置された第２の放熱ビア４３ａは、その基板裏面の開口部に塗布されたソルダーレジスト５１ｂでビアカバーされており、基板を貫通しない。

【0040】

回路基板２０ａの層内部では、図４に示すように、絶縁層２３ｂ，２３ｄを挟む層２３ａ，２３ｃ，２３ｅに設けた導体パターン３８ａ，３８ｂ，３８ｃにより第１の放熱ビア４１ａが互いに電気的に接続されている。また、第２の放熱ビア４３ａも導体パターン３９ａ，３９ｂ，３９ｃに接続される構成を有する。

【0041】

回路基板２０ａの裏面は、コンパウンド５２を介してベアリングホルダ１３と密着している。コンパウンド５２は、熱伝導性に優れるとともに電気的な絶縁性を有する。

【0042】

図４に示すように、第１の放熱構造において、基板本体２３の裏面に最も近い導体パターン３８ｃ，３９ｃは、他の導体パターン３８ａ，３８ｂ，３９ａ，３９ｂよりも内層の平面方向に面積が大きい。

【0043】

これにより、回路基板２０ａに表面実装された発熱素子であるスイッチングＦＥＴで発生し、第１の放熱ビア４１ａと第２の放熱ビア４３ａそれぞれを伝導した熱は、これらの導体パターン３８ｃ，３９ｃとコンパウンド５２を介して効率的にベアリングホルダ１３へ放熱される。

【0044】

なお、電流は、スイッチングＦＥＴの第１の電気的端子２２と、第２の電気的端子２４を流れていくため、両端子それぞれの直下のビアで放熱できることで高い放熱効果を得ることが可能になる。

【0045】

＜第２の放熱構造＞
本実施形態に係る回路基板における第２の放熱構造について説明する。図５（ａ）は、第２の放熱構造を有する回路基板２０ｂの表面を部分的に示しており、図２に示す回路基板２０のＡ部に対応する。図５（ｂ）は、図５（ａ）に対応する回路基板２０ｂの裏面を示す図である。また、図６は、図５（ａ）のＣ－Ｃ´矢視線に沿って回路基板２０ｂを切断したときの断面図である。

【0046】

回路基板２０ｂにおいて、上述した駆動側に配置された各スイッチングＦＥＴ（図５（ａ）ではＦＥＴ１）を平面視したとき、その直下の領域である第３の領域３１ｃには、図５（ａ）、図６に示すようにＦＥＴ１の第１の電気的端子（ドレイン端子）２２がはんだ２５ａにより基板本体２３に接続されている。

【0047】

第３の領域３１ｃには、回路基板２０ｂの厚さ方向に延伸する第３の放熱ビア４１ｂが形成されている。よって、ＦＥＴ１の第１の電気的端子２２は、はんだ２５ａを介して第３の放熱ビア４１ｂと電気的に接続される。

【0048】

さらに、ＦＥＴ１を平面視したときの第５の領域３２ｃには、図５（ａ）、図６に示すようにＦＥＴ１の第２の電気的端子（ソース端子）２４がはんだ２５ｂで接続されており、その領域３２ｃに、回路基板２０ｂの厚さ方向に延伸する第５の放熱ビア４３ｂが形成されている。

【0049】

さらに第２の放熱構造では、図５（ａ）に示すように、回路基板２０ｂに実装されたＦＥＴの直下（電気的端子の直下）の領域３１ｃ，３２ｃの近傍領域（隣接する領域）３３ａ，３５ａそれぞれに、第４の放熱ビア４１ｃと第６の放熱ビア４３ｃが形成されている。

【0050】

図５（ｂ）に示すように、回路基板２０ｂの裏面において、基板表面の領域３１ｃ，３２ｃに対応する領域３１ｄ，３２ｄの全面にソルダーレジスト５１ｂが塗布されている。一方、回路基板２０ｂの表面の領域３３ａ，３５ａと、それらに対応する裏面の領域３３ｂ，３５ｂにおいて、第４の放熱ビア４１ｃと第６の放熱ビア４３ｃの開口部分を除く領域にソルダーレジスト５１ａ，５１ｂが塗布されている。

【0051】

よって、第２の放熱構造に係る回路基板２０ｂは、図５（ｂ）、図６に示すように、基板本体２３の裏面における第３の放熱ビア４１ｂと第５の放熱ビア４３ｂの開口部分の領域３１ｄ，３２ｄにソルダーレジスト５１ｂを塗布することで、これら第３の放熱ビア４１ｂと第５の放熱ビア４３ｂはビアカバーされ、基板２３を貫通しない。

【0052】

回路基板２０ｂの表面および裏面では、第４の放熱ビア４１ｃ、第６の放熱ビア４３ｃの開口部分を回避してソルダーレジスト５１ａ，５１ｂが塗布されており、放熱ビア４１ｃ，４３ｃは、それらの開口部分でスルーホールが露出してビアが貫通したビアオープン状態になっている。

【0053】

回路基板２０ｂの層内部において、図６に示すように、第３の放熱ビア４１ｂと第４の放熱ビア４１ｃとが、絶縁層２３ｂ，２３ｄを挟む層２３ａ，２３ｃ，２３ｅに設けた導体パターン４８ａ，４８ｂ，４８ｃによって互いに電気的に接続されている。

【0054】

さらに、回路基板２０ｂの層内部において、第５の放熱ビア４３ｂと第６の放熱ビア４３ｃとが、層２３ａ，２３ｃ，２３ｅに設けた導体パターン４９ａ，４９ｂ，４９ｃによって互いに電気的に接続されている。

【0055】

よって、図６に示すように、回路基板２０に表面実装された発熱素子であるスイッチングＦＥＴ１の第１の電気的端子（ドレイン端子）２２で発生した熱は、ＦＥＴ１の直下に設けたビアカバーされた第３の放熱ビア４１ｂと第４の放熱ビア４１ｃを伝導し、回路基板２０ｂの裏面とベアリングホルダ１３との間に配置した、熱伝導性に優れた電気的な絶縁性を有するコンパウンド５２を介して、ベアリングホルダ１３へ放熱される。

【0056】

スイッチングＦＥＴ１の第２の電気的端子（ソース端子）２４で発生した熱は、第５の放熱ビア４３ｂと第６の放熱ビア４３ｃを伝導し、コンパウンド５２を介してベアリングホルダ１３へ放熱される。

【0057】

このように回路基板上に実装した発熱部品に対して、上述した第１の放熱構造および第２の放熱構造により、発熱部品の背面をヒートシンクに接触させて放熱する従来の構成に比べて、高い放熱効果を得ることができる。

【0058】

なお、ビアオープン状態の放熱ビアを設ける回路基板の領域は、上記の領域３３ａ，３５ａに限定されない。例えば、図５（ａ）に示すように、領域３３ａ，３５ａに加えて領域３７ａにもビアオープン状態の放熱ビア（第７の放熱ビア４５という）を設け、それらの放熱ビアを基板の層内部で電気的に接続してもよい。こうすることで、より放熱性を向上できる。

【0059】

図４、図６等に示す放熱ビアの本数も一例であり、基板上における領域に応じて適宜、増減可能である。

【0060】

次に、本実施形態に係る回路基板におけるモータ制御回路とビア配置との関係について説明する。

【0061】

図７は、上述した回路基板２０ａ，２０ｂの駆動側に係る回路構成図である。図８は、図７の回路構成に対応させて、回路基板２０ｂの第２の放熱構造における放熱ビアの配置を模式的に示している。

【0062】

図７および図８においてＢ＋，Ｂ－は、モータ１５等の駆動電源（バッテリＢＴ）の正極電位と負極電位の入力端子であり、それらは、図１の外部コネクタ１６に接続されている。回路基板２０ｂの駆動側において、電源入力側は、コイル５６と電解コンデンサ５３で構成されるノイズフィルタを有する。ノイズフィルタにより、回路基板２０ｂに供給された電源に含まれるノイズ等を吸収し、電源電圧を平滑することができる。

【0063】

コイル５６は、例えば２つのコイル等からなるコモンモードコイルである。また、電解コンデンサ５３は、例えば、図２に示すように並列接続された３つの電解コンデンサＣ１～Ｃ３で構成される。

【0064】

パワーモジュールとしての駆動側は、バッテリＢＴからの電源電圧に異常が生じたとき等において電源供給を遮断する電源リレーとしてのＦＥＴ７、バッテリの逆接続時において逆向きの電流が流れるのを防ぐ逆接保護リレーとしてのＦＥＴ８を備える。

【0065】

さらに、モータ１５に駆動電流（３相交流電流）を通電する６個のＦＥＴ１～ＦＥＴ６からなる３相インバータ回路（ＦＥＴブリッジ回路）であるスイッチング回路５４を備える。ＦＥＴ１，３，５は、３相（Ｕ，Ｖ，Ｗ）の各相に対応する高電位側半導体スイッチング素子であり、ＦＥＴ２，４，６は３相の各相に対応する低電位側スイッチング素子である。

【0066】

スイッチング回路５４を構成する６個のＦＥＴ１～ＦＥＴ６は、例えば、マイクロコンピュータ、プリドライバ等で構成される制御回路（不図示）からの信号により、そのゲートが駆動され、オンまたはオフされる。このオンまたはオフ制御で生成されたＵ，Ｖ，Ｗの各相電流は、３つの端子Ｕ，Ｖ，Ｗからなる出力端子部２７を介して電動モータ１５に供給される駆動電流である。

【0067】

図８に示すように、ＦＥＴ７，８の直下の領域には、上述した第３の放熱ビア（図６の符号４１ｂで示す放熱ビア構成）が形成されている。なお、以降において説明する、いずれのＦＥＴにおいても、その直下の領域には、第３の放熱ビアが形成されている。

【0068】

図７のＬ１０は、ＦＥＴ７への電源供給部（ドレイン端子）に隣接する領域であるため、上述した第４の放熱ビア（図６の符号４１ｃで示す放熱ビア構成）が形成されている。また、ＦＥＴ７とＦＥＴ８の接続部位（図７、図８のＬ１１）は、ＦＥＴ７とＦＥＴ８のソース端子同士が接続される領域であるため、上述した第５の放熱ビア（図６の符号４３ｂで示す放熱ビア構成）が形成されている。

【0069】

図７に示すようにＦＥＴ１とＦＥＴ２は、正極の電源ラインＬ１と負極電位ライン（ＧＮＤ）Ｌ２間に接続され、モータ１５のＵ巻線を流れるＵ相電流を生成する。ＦＥＴ３とＦＥＴ４は、正極の電源ラインＬ１と負極電位（ＧＮＤ）ラインＬ２間に接続され、電動モータ１５のＶ巻線を流れるＶ相電流を生成している。ＦＥＴ５とＦＥＴ６は、正極の電源ラインＬ１と負極電位（ＧＮＤ）ラインＬ２との間に接続され、電動モータ１５のＷ巻線を流れるＷ相電流を生成する。

【0070】

さらには、図７に示すようにＦＥＴ１とＦＥＴ２との接続ノードＰ１と、モータ１５への出力端子Ｕとの間には、Ｕ相電流を遮断可能な半導体リレーであるＦＥＴ９が設けられている。同様に、ＦＥＴ３とＦＥＴ４との接続ノードＰ２と、モータ１５への出力端子Ｖとの間に設けたＦＥＴ１０は、Ｖ相電流を遮断可能な半導体リレーとして機能し、ＦＥＴ５とＦＥＴ６との接続ノードＰ３と、モータ１５への出力端子Ｗとの間に設けられたＦＥＴ１１は、Ｗ相電流を遮断可能な半導体リレーとして機能する。

【0071】

図７に示すように、電源側であるＦＥＴ８のドレイン端子と、ＦＥＴ１，３，５のそれぞれのドレイン端子とが、正極の電源ラインである高電位パターンＬ１により電気的に接続される。よって、回路基板２０ｂの高電位パターンＬ１の領域には、図８に示すように第４の放熱ビアが形成されている。

【0072】

スイッチング回路５４において、ＦＥＴ１，３，５各々のソース端子と、ＦＥＴ２，４，６各々のドレイン端子とが、中電位パターンＬ３，Ｌ４，Ｌ５により電気的に接続されている。また、接続ノードＰ１，Ｐ２，Ｐ３は、それぞれＦＥＴ９，１０，１１のソース端子と接続される。

【0073】

したがって、図８に示すように回路基板２０ｂのパターンＬ３，Ｌ４，Ｌ５の領域において、ＦＥＴ１，３，５側とＦＥＴ９，１０，１１側には第５の放熱ビアと第６の放熱ビア（図６の符号４３ｃで示す放熱ビア構成）が形成され、ＦＥＴ２，４，６側には第４の放熱ビアが形成されている。

【0074】

その結果、回路基板２０ｂでは、パターンＬ３，Ｌ４，Ｌ５の領域において、第４の放熱ビアと第５の放熱ビアと第６の放熱ビアとが基板の層内部で互いに電気的に接続された構成を有する。

【0075】

一方、ＦＥＴ９，１０，１１のドレイン端子から出力端子Ｕ，Ｖ，Ｗへ繋がるパターンＬ６，Ｌ７，Ｌ８の領域には、第４の放熱ビアが形成されている。

【0076】

さらに回路基板２０ｂの駆動側には、図７に示すようにＦＥＴ２とＧＮＤラインＬ２間、ＦＥＴ４とＧＮＤラインＬ２との間、ＦＥＴ６とＧＮＤラインＬ２との間それぞれにシャント抵抗Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３が設けられている。Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３は、それぞれＵ相、Ｖ相、Ｗ相電流を検出する電流センサ（電流検出素子）として機能する。

【0077】

ＦＥＴ２とシャント抵抗Ｒ１間のパターンＬ１２、ＦＥＴ４とシャント抵抗Ｒ２のパターンＬ１３，ＦＥＴ６とシャント抵抗Ｒ３のパターンＬ１４は、それぞれ低電位パターンを形成し、ＦＥＴ２，４，６のソース端子と接続されている。よって、パターンＬ１２，Ｌ１３，Ｌ１４のＦＥＴ２，４，６側には第５の放熱ビアが形成され、抵抗側には第６の放熱ビアが形成されている。

【0078】

なお、シャント抵抗Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３のうちＦＥＴ２，４，６のソース端子と繋がる逆側の部位は、それらの部位同士が電気的に接続されてグランド（ＧＮＤ）パターンＬ２を形成している。

【0079】

上述した高電位パターンＬ１、中電位パターンＬ３，Ｌ４，Ｌ５、低電位パターンＬ１２，Ｌ１３，Ｌ１４、およびＧＮＤパターンＬ２各々は、回路基板２０におけるＦＥＴ（半導体スイッチング素子）の実装側と反対側に投影されるベタパターンを形成する。

【0080】

以上説明したように本実施の形態に係る回路基板では、基板に表面実装された発熱素子（半導体スイッチング素子）で発生した熱を、実装表面側での大気中への放熱に加えて、第１の放熱構造のように発熱素子の直下に設けたビアカバーされたビアを介してベアリングホルダへ放熱することが可能となる。

【0081】

さらには、第２の放熱構造によれば、第１の放熱構造におけるビアカバーされたビアに加えて、それらの近傍に設けたビアオープンされたビアを介してベアリングホルダへ効率的に放熱できる。その結果、発熱電子部品が搭載された回路基板において、その発熱電子部品の背面放熱が不要となり、低コストで基板の放熱性と生産性を向上できる。

【0082】

その際、ソルダーレジストの塗布によりビアカバーすることで、基板を貫通しないビアとなるので、発熱素子の実装用はんだがビアを介して基板の裏側に回り込むことがなく、短絡の発生を防止して基板実装の生産性を上げることができる。

【0083】

なお、ソルダーレジストの塗布によりビアカバーすることで、コストアップにはならずに基板を貫通しないビアができる。併せて、基板裏面において、塗布されたソルダーレジストの厚さが、ビアオープンされたビアが配置された領域およびビアカバーされたビアが配置された領域に渡って均一になるので、回路基板とベアリングホルダとの密着性が向上する。その結果、回路基板とベアリングホルダ間に充填するコンパウンドの量を最少にでき、これにより低コスト化が可能になる。

【0084】

さらには、モータの各相に対応する高電位側半導体スイッチング素子各々の特定の電気的端子同士を電気的に接続した高電位ベタパターン、それら高電位側半導体スイッチング素子各々の他の電気的端子と、各相に対応する低電位側スイッチング素子各々の特定の電気的端子とを電気的に接続した中電位ベタパターン、低電位側スイッチング素子各々の他の電気的端子と、各相に対応する電流検出素子の一端とを電気的に接続した低電位ベタパターン、および、各相の電流検出素子の他端同士を電気的に接続したＧＮＤベタパターンのように、ブリッジ回路等を構成する半導体スイッチング素子の電位に応じたベタパターンを基板の内層に設けることで、発熱部品に対する高い放熱効率を得ることができる。

【0085】

一方、モータ制御装置に搭載された回路基板において、上述した放熱構造を採用することで、回路基板上の発熱部品で発した熱を、低コストかつ高効率で放熱可能になる。また、このような効率的な放熱機構を有するモータ制御装置をパワーステアリングシステムに搭載することで、パワーステアリングシステムの小型化、低コスト化が可能になる。

【0086】

さらに、車両において上記のパワーステアリングシステムを使用することで、車両の高放熱化と低コスト化ができる。

【符号の説明】

【0087】

１０ モータ制御装置
１２ ユニットカバー
１３ ベアリングホルダ
１４ モータカバー
１５ モータ
１６ 外部コネクタ
２０，２０ａ，２０ｂ 回路基板
２２ 第１の電気的端子
２３ 基板本体
２４ 第２の電気的端子
２５ａ，２５ｂ はんだ
２７ 出力端子部
２８ 回転センサＩＣ
３０ マイクロプロセッサ
３８ａ～３８ｃ，３９ａ～３９ｃ，４８ａ～４８ｃ，４９ａ～４９ｃ 導体パターン
４１ａ 第１の放熱ビア
４１ｂ 第３の放熱ビア
４１ｃ 第４の放熱ビア
４３ａ 第２の放熱ビア
４３ｂ 第５の放熱ビア
４３ｃ 第６の放熱ビア
５１ａ，５１ｂ ソルダーレジスト
５２ コンパウンド
５３，Ｃ１～Ｃ３ 電解コンデンサ
５４ スイッチング回路
５６ コイル
ＢＴ バッテリ
Ｌ１ 電源ライン
Ｌ２ グランド（ＧＮＤ）ライン

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】