电路基板的制作方法

1.本发明涉及例如在马达控制装置等中使用的电路基板。


背景技术：

2.在对汽车等车辆的马达进行驱动控制的马达控制装置等中，不仅通过马达和电子控制单元(ecu)的一体化而实现小型化，而且使搭载于装置的电路基板、安装于该基板的电子部件小型化，使电路基板的表面的部件安装面积减少，使基板整体高密度化、小型化。
3.随着近来的马达控制装置等的高性能化、多功能化，安装在电路基板上的电子部件被高集成化，通过进一步的高速驱动化，电子部件的发热量也在增大。在马达控制装置中安装有向马达提供驱动电力的逆变器电路，构成该逆变器电路的mosfet等开关元件因开关损耗等而发热。
4.这样，由安装在电路基板上的发热部件产生的热量需要高效地释放到基板的外部。作为散热结构，例如已知有从安装在基板上的fet的背面散热的类型、从安装在基板上的fet的下表面经由热传导体的材料(铜嵌体等)散热的类型、从安装在基板上的fet的下表面经由散热孔散热的类型、将产生的热量向轴承保持件散热的结构等。
5.在专利文献1的驱动装置中，将基板和框架部件接近配置，使来自安装在基板上的驱动元件、电流检测元件、集成电路部件(asic)等发热元件的热量向框架部件进行背面散热。
6.专利文献2公开了一种电路基板，其将电动马达的框体作为外部散热体使用，并且通过作为金属制贯通构件的铜嵌体确保从电路基板的一个面侧向另一个面侧的热传导路径而能够进行传热、散热。
7.作为其他散热例，已知有从散热孔经由表层的散热基板将电子部件的热量向外部气体散热的结构。例如，在专利文献3的负载驱动装置中，在安装于基板上的发热型电子部件的正下方设置散热孔组，通过散热孔组将从这些发热型电子部件产生的热量传递到基板的背面侧。[现有技术文献][专利文献]
[0008]
专利文献1:日本专利第6179476号公报专利文献2:日本特开2020-4887号公报专利文献3:日本特开2019-80471号公报


技术实现要素：

[0009]
如专利文献1那样，将来自作为发热元件的mosfet的热量从mosfet的背面向马达的轴承保持件散热的结构，为了提高其散热效果，仅限应用于能够进行背面散热的mosfet。由于能够背面散热的mosfet的种类有限而价格高，因此存在应用该mosfet不能降低电路基板整体的成本的问题。
[0010]
在专利文献2的情况下，由于作为热传导体材料的铜嵌体价格高，因此将其作为主要的散热单元会导致电路基板的成本上升。另一方面，在专利文献3所采用的利用散热孔散热中，焊料从电路基板的mosfet的底面的焊盘流入到通孔，流出到基板背面，有可能与散热器电短路，因此在生产组装性等方面存在问题。
[0011]
本发明是鉴于上述问题而完成的，其目的在于，实现单一结构的电路基板的小型化、低成本化，并且提高散热性。
[0012]
作为实现上述目的、解决上述课题的一个手段，具有以下结构。即，本技术的示例的第一发明所涉及的电路基板是在马达的输出侧的相反侧即输出相反侧固定于轴承保持件，在与该轴承保持件对置的第二表面的相反侧的第一表面上安装有发热元件的多层的单一电路基板，其特征在于，包括：第一通孔，其在连接有所述发热元件的第一电端子的第一区域的正下方沿所述电路基板的厚度方向延伸，在规定部位使通孔被覆盖；以及第二通孔，其在连接有所述发热元件的第二电端子的第二区域的正下方沿所述电路基板的厚度方向延伸，在规定部位使通孔被覆盖，将所述第一通孔和所述第二通孔作为热传导路径，将由所述发热元件产生的热量向紧贴所述电路基板配置的所述轴承保持件散热。
[0013]
本技术的示例的第二发明是一种驱动三相以上的多相马达的马达控制装置，其特征在于，包括：轴承保持件，其对可旋转地支撑所述马达的轴的轴承进行保持；以及上述示例的第一发明所涉及的电路基板，其固定于所述轴承保持件，所述电路基板的一端侧具备连接器部，该连接器部具有外部电源的连接用端子和外部信号的连接用端子，所述控制部至少根据所述外部信号来决定驱动所述马达的指令信号，所述驱动部根据所述指令信号来驱动所述马达。
[0014]
本技术的示例的第三发明的特征在于一种动力转向系统，将上述示例的第二发明的马达控制装置作为对车辆等的驾驶员的转向盘操作进行辅助的电动动力转向用的马达控制装置。
[0015]
本技术的示例的第四发明的特征在于一种具备上述示例的第三发明的动力转向系统的车辆。
[0016]
根据本发明，对安装在单一结构的电路基板上的发热部件能够获得高散热效率，并且能够实现电路基板的小型化、低成本化。附图的简要说明
[0017]
图1是搭载有本发明的实施方式的电路基板的马达控制装置的分解立体图。图2是实施方式所涉及的电路基板的俯视外观图。图3(a)部分地示出了具有第一散热结构的电路基板的表面，而图3(b)示出了对应于图3(a)的电路基板的背面。图4是沿着图3(a)的b-b'向视线切断电路基板的剖视图。图5(a)部分地示出了具有第二散热结构的电路基板的表面，而图5(b)示出了与图5(a)对应的电路基板的背面。图6是沿着图5(a)的c-c'向视线切断电路基板时的剖视图。图7是电路基板的驱动侧的电路结构图。图8是示意性地示出与图7的电路结构对应的第二散热结构中的散热通孔的配置的图。
具体实施方式
[0018]
以下，参照附图对本发明的实施方式进行详细说明。图1是搭载有本发明的实施方式所涉及的电路基板并与该电路基板一体化的马达控制装置的分解立体图。
[0019]
在图1所示的马达控制装置10中，在由马达罩14覆盖的马达15的轴向上部配置散热器13，在轴承保持件13的上部且马达15的轴向输出相反侧载置本实施方式所涉及的电路基板20，并通过螺钉等固定于轴承保持件13。
[0020]
轴承保持件13是保持马达15的轴承机构的金属制的散热器，作为从电路基板20产生的热量的散热用部件而发挥功能，例如由铝压铸成形而成。通过将马达15的轴承保持件13用作外部散热体，能够削减电路基板20的部件数量。
[0021]
在电路基板20的背面(部件安装面的相反侧)和轴承保持件13隔着热传导性的绝缘树脂(复合物)相互紧贴的状态下，电路基板20固定于轴承保持件13。由此，由电路基板20的发热部件产生的热量通过后述的散热通孔传导而有效地向散热器13散热。
[0022]
固定于轴承保持件13的电路基板20的上部被金属制的单元罩12覆盖。外部连接器16是向马达15提供的电源、向电路基板20提供的控制信号等的连接用端子，被连接器壳体覆盖，固定在轴承保持件13上。
[0023]
这样使平面彼此相对配置的电路基板20和支撑并固定该电路基板20的轴承保持件13在俯视时的外形形状和面积大致相同。
[0024]
马达15是马达的驱动部和控制部一体形成的机电一体型的马达(无刷马达)。通过设为机电一体型，能够有效地对由后述的发热元件产生的热量进行散热。
[0025]
图2是俯视本实施方式所涉及的电路基板20的外观图。如图2所示，在电路基板20的基板主体23的表面安装有控制系统器件和驱动系统器件，该控制系统器件包括控制马达15的微处理器30等信号处理用部件、电流传感器等各种传感器，该驱动系统器件与向马达15通电驱动电流等相关。
[0026]
另外，图2中的基板主体23上的各个部件(器件)的配置位置是一例，可以根据搭载电路基板20的装置的规格等进行适当变更。
[0027]
驱动系统器件是电力系统的器件，由构成与马达驱动电流的生成有关的fet桥式电路的fet1～fet6、向马达通驱动电流的开关fet(fet9～fet11)、马达驱动电流用的电解电容器c1～c3等构成。
[0028]
半导体开关元件(fet)也被称为功率元件，例如使用mosfet(metal-oxide semiconductor field-effect transistor)、igbt(insulated gate bipolar transistor)等开关元件。半导体开关元件是外形尺寸例如为5
×
6mm级别或其以下的小型开关元件。
[0029]
另外，上述的5
×
6mm级别中包含5.15
×
6.15mm等，5
×
6mm级别以下包含3
×
4mm级别等。
[0030]
在基板主体23的表面上，与马达中心轴p一致地安装有作为旋转角传感器的旋转传感器ic28。旋转传感器ic28例如由磁阻元件或霍尔元件形成，配置在与马达旋转轴(马达的输出相反轴)对置的位置，由此检测由配置在马达旋转轴上的磁铁产生的磁场的变化，检测转子的旋转角度。
[0031]
上述的驱动系统器件在电路基板20中配置在旋转传感器ic28的一侧(在图2中为
单点划线18的下侧，也称为驱动侧)，控制系统器件配置在另一侧(单点划线18的上侧，也称为控制侧)。
[0032]
向马达15提供的u、v、w各相电流的输出端子部27配置在驱动侧。由此，能够缩短从三相逆变器电路等到马达15的配线距离，能够降低伴随由电源路径的图案长度变短引起的低电阻值化的电力损失。
[0033]
接着，对本实施方式的电路基板的散热结构进行详细说明。
[0034]
＜第一散热结构》对本实施方式的电路基板中的第一散热结构进行说明。图3(a)部分地示出了具有第一散热结构的电路基板20a的表面，并且对应于图2所示的电路基板20的a部。图3(b)是示出与图3(a)对应的电路基板20a的背面的图。另外，图4是沿着图3(a)的b-b'向视线切断电路基板20a的剖视图。
[0035]
在电路基板20a中，俯视配置在上述驱动侧的各开关fet(在图3(a)中为fet1)时，其正下方的第一区域31a是在基板主体23上表面如图4所示那样fet1的第一电端子(漏极端子)22通过焊料25a与基板连接的区域。在第一区域31a中形成有在电路基板20a的厚度方向上延伸的第一散热通孔41a。另外，通孔的内侧例如是进行了镀铜等的导体。
[0036]
由此，fet1的第一电端子22经由焊料25a与第一散热通孔41a电连接。
[0037]
同样地，俯视fet1时的第二区域32a是在基板主体23上表面如图4所示那样用焊料25b连接fet1的第二电端子(源极端子)24的区域。在第二区域32a中形成有在电路基板20a的厚度方向上延伸的第二散热通孔43a。
[0038]
如图3(b)所示，在电路基板20a的背面，在与基板表面的区域31a对应的区域31b和与区域32a对应的区域32b的整个面上涂敷有阻焊剂51b。
[0039]
即，在第一散热结构中，如图4所示，配置在开关fet的第一电端子22的正下方的第一散热通孔41a和配置在第二电端子24的正下方的第二散热通孔43a由涂敷在其基板背面的开口部的阻焊剂51b将通孔覆盖，不贯通基板。
[0040]
在电路基板20a的层内部，如图4所示，通过设置在夹着绝缘层23b、23d的层23a、23c、23e上的导体图案38a、38b、38c，第一散热通孔41a相互电连接。另外，第二散热通孔43a也具有与导体图案39a、39b、39c连接的结构。
[0041]
电路基板20a的背面经由复合物52与轴承保持件13紧贴。复合物52具有优异的热传导性和电绝缘性。
[0042]
如图4所示，在第一散热结构中，最靠近基板主体23的背面的导体图案38c、39c在内层的平面方向上具有比其他导体图案38a、38b、39a、39b大的面积。
[0043]
由此，由表面安装在电路基板20a上的发热元件即开关fet产生并分别传导到第一散热通孔41a和第二散热通孔43a的热量能经由这些导体图案38c、39c和复合物52有效地向轴承保持件13散热。
[0044]
另外，由于电流流过开关fet的第一电端子22和第二电端子24，因此能够通过两端子各自的正下方的通孔散热，从而能够得到高的散热效果。
[0045]
＜第二散热结构》对本实施方式的电路基板中的第二散热结构进行说明。图5(a)部分地示出了具有第二散热结构的电路基板20b的表面，并且对应于图2所示的电路基板20的a部。图5(b)是示
出与图5(a)对应的电路基板20b的背面的图。另外，图6是沿着图5(a)的c-c'向视线切断电路基板20b时的剖视图。
[0046]
在电路基板20b中，俯视配置在上述驱动侧的各开关fet(在图5(a)中为fet1)时，在其正下方的区域即第三区域31c中，如图5(a)、图6所示，fet1的第一电端子(漏极端子)22通过焊料25a与基板主体23连接。
[0047]
在第三区域31c中，形成有在电路基板20b的厚度方向上延伸的第三散热通孔41b。因此，fet1的第一电端子22通过焊料25a电连接到第三散热通孔41b。
[0048]
进而，在俯视fet1时的第五区域32c中，如图5(a)、图6所示，fet1的第二电端子(源极端子)24通过焊料25b连接，在该区域32c中形成有在电路基板20b的厚度方向上延伸的第五散热通孔43b。
[0049]
进而，在第二散热结构中，如图5(a)所示，在安装于电路基板20b的fet的正下方(电端子的正下方)的区域31c、32c的附近区域(相邻的区域)33a、35a分别形成有第四散热通孔41c和第六散热通孔43c。
[0050]
如图5(b)所示，在电路基板20b的背面，在与基板表面的区域31c、32c对应的区域31d、32d的整个面上涂敷有阻焊剂51b。另一方面，在电路基板20b的表面的区域33a、35a和与其对应的背面的区域33b、35b中，在除了第四散热通孔41c和第六散热通孔43c的开口部分以外的区域涂敷有阻焊剂51a、51b。
[0051]
因此，第二散热结构的电路基板20b如图5(b)、图6所示，通过在基板主体23的背面的第三散热通孔41b和第五散热通孔43b的开口部分的区域31d、32d涂敷阻焊剂51b，这些第三散热通孔41b和第五散热通孔43b的通孔被覆盖，不贯通基板23。
[0052]
在电路基板20b的表面和背面，避开第四散热通孔41c、第六散热通孔43c的开口部分而涂敷有阻焊剂51a、51b，散热通孔41c、43c在这些开口部分使过孔露出而成为通孔贯通的通孔开放状态。
[0053]
在电路基板20b的层内部，如图6所示，第三散热通孔41b和第四散热通孔41c通过设置在夹着绝缘层23b、23d的层23a、23c、23e上的导体图案48a、48b、48c相互电连接。
[0054]
并且，在电路基板20b的层内部，第五散热通孔43b和第六散热通孔43c通过设置在层23a、23c、23e上的导体图案49a、49b、49c相互电连接。
[0055]
因此，如图6所示，在作为表面安装在电路基板20上的发热元件的开关fet1的第一电端子(漏极端子)22产生的热量，在设置于fet1的正下方的通孔被覆盖的第三散热通孔41b和第四散热通孔41c中传导，经由配置在电路基板20b的背面与轴承保持件13之间的热传导性优异且具有电绝缘性的复合物52，向轴承保持件13散热。
[0056]
在开关fet1的第二电端子(源极端子)24处产生的热量通过第五散热通孔43b和第六散热通孔43c传导，并通过复合物52向轴承保持件13散热。
[0057]
对于这样安装在电路基板上的发热部件，通过上述第一散热结构和第二散热结构，与使发热部件的背面与散热器接触而散热的以往的结构相比，能够得到较高的散热效果。
[0058]
另外，设置通孔开放状态的散热通孔的电路基板的区域不限定于上述区域33a、35a。例如，如图5(a)所示，除了区域33a、35a之外，也可以在区域37a中设置通孔开放状态的散热通孔(称为第七散热通孔45)，将这些散热通孔在基板的层内部电连接。由此，能够进一
步提高散热性。
[0059]
图4、图6等所示的散热通孔的个数也是一例，可以根据基板上的区域适当增减。
[0060]
接着，对本实施方式的电路基板中的马达控制电路与通孔配置的关系进行说明。
[0061]
图7是与上述的电路基板20a、20b的驱动侧相关的电路结构图。图8与图7的电路结构对应，示意性地示出电路基板20b的第二散热结构中的散热通孔的配置。
[0062]
在图7和图8中，b+、b-是马达15等驱动电源(电池bt)的正极电位和负极电位的输入端子，它们与图1的外部连接器16连接。在电路基板20b的驱动侧，电源输入侧具有由线圈56和电解电容器53构成的噪声滤波器。通过噪声滤波器，能够吸收提供到电路基板20b的电源所包含的噪声等，使电源电压平滑。
[0063]
线圈56例如是由两个线圈等构成的共模线圈。另外，电解电容器53例如如图2所示那样由并联连接的三个电解电容器c1～c3构成。
[0064]
作为功率模块的驱动侧具备作为在来自电池bt的电源电压产生异常时等切断电源提供的电源继电器的fet7、作为在电池反接时防止反向的电流流动的反接保护继电器的fet8。
[0065]
进而，具备对马达15通电驱动电流(三相交流电流)的由六个fet1～fet6构成的三相逆变器电路(fet桥式电路)即开关电路54。fet1、fet3、fet5是与三相(u、v、w)的各相对应的高电位侧半导体开关元件，fet2、fet4、fet6是与三相的各相对应的低电位侧开关元件。
[0066]
构成开关电路54的六个fet1～fet6根据来自例如由微型计算机、预驱动器等构成的控制电路(未图示)的信号，其栅极被驱动从而导通或截止。通过该导通或截止控制而生成的u、v、w的各相电流是经由三个端子u、v、w构成的输出端子部27向电动马达15提供的驱动电流。
[0067]
如图8所示，在fet7、fet8的正下方的区域形成有上述的第三散热通孔(图6的符号41b所示的散热通孔结构)。另外，在以后说明的任一fet中，在其正下方的区域都形成有第三散热通孔。
[0068]
图7的l10是与向fet7供电的电源提供部(漏极端子)相邻的区域，因此形成有上述的第四散热通孔(图6的符号41c所示的散热通孔结构)。另外，fet7和fet8的连接部位(图7、图8的l11)是fet7和fet8的源极端子彼此连接的区域，因此形成有上述的第五散热通孔(图6的符号43b所示的散热通孔结构)。
[0069]
如图7所示，fet1和fet2连接在正极的电源线l1和负极电位线(gnd)l2之间，生成流过马达15的u绕组的u相电流。fet3和fet4连接在正极的电源线l1和负极电位(gnd)线l2之间，生成流过马达15的v绕组的v相电流。fet5和fet6连接在正极的电源线l1和负极电位(gnd)线l2之间，生成流过马达15的w绕组的w相电流。
[0070]
进而，如图7所示，在fet1和fet2的连接节点p1与向马达15的输出端子u之间，设置有能够切断u相电流的半导体继电器即fet9。同样地，设置在fet3和fet4的连接节点p2与向马达15的输出端子v之间的fet10作为能够切断v相电流的半导体继电器发挥功能，设置在fet5和fet6的连接节点p3与向马达15的输出端子w之间的fet11作为能够切断w相电流的半导体继电器发挥功能。
[0071]
如图7所示，作为电源侧的fet8的漏极端子和fet1、fet3、fet5的各个漏极端子通过作为正极电源线的高电位图案l1电连接。因此，如图8所示，在电路基板20b的高电位图案
l1的区域形成有第四散热通孔。
[0072]
在开关电路54中，fet1、fet3、fet5各自的源极端子和fet2、fet4、fet6各自的漏极端子通过中电位图案l3、l4、l5电连接。另外，连接节点p1、p2、p3分别与fet9、fet10、fet11的源极端子连接。
[0073]
因此，如图8所示，在电路基板20b的图案l3、l4、l5的区域中，在fet1、fet3、fet5侧和fet9、fet10、fet11侧形成有第五散热通孔和第六散热通孔(图6的符号43c所示的散热通孔结构)，在fet2、fet4、fet6侧形成有第四散热通孔。
[0074]
其结果，在电路基板20b中，在图案l3、l4、l5的区域中，具有第四散热通孔、第五散热通孔和第六散热通孔在基板的层内部相互电连接的结构。
[0075]
另一方面，在从fet9、fet10、fet11的漏极端子连接到输出端子u、v、w的图案l6、l7、l8的区域中形成有第四散热通孔。
[0076]
进而，在电路基板20b的驱动侧，如图7所示，在fet2与gnd线l2之间、fet4与gnd线l2之间、fet6与gnd线l2之间分别设置有分流电阻r1、r2、r3。r1、r2、r3分别作为检测u相、v相、w相电流的电流传感器(电流检测元件)发挥功能。
[0077]
fet2和分流电阻r1之间的图案l12、fet4和分流电阻r2的图案l13、fet6和分流电阻r3的图案l14分别形成低电位图案，与fet2、fet4、fet6的源极端子连接。因此，在图案l12、l13、l14的fet2、fet4、fet6侧形成第五散热通孔，在电阻侧形成第六散热通孔。
[0078]
分流电阻r1、r2、r3中的与fet2、fet4、fet6的源极端子连接的相反侧的部位彼此电连接，形成接地(gnd)图案l2。
[0079]
上述的高电位图案l1、中电位图案l3、l4、l5、低电位图案l12、l13、l14以及gnd图案l2分别形成向电路基板20的与fet(半导体开关元件)的安装侧的相反侧投影的整体图案。
[0080]
如以上说明的那样，在本实施方式的电路基板中，除了将由表面安装在基板上的发热元件(半导体开关元件)产生的热量向安装表面侧的大气中散热之外，还能够如第一散热结构那样经由设置在发热元件的正下方的被覆盖的通孔向轴承保持件散热。
[0081]
进而，根据第二散热结构，除了第一散热结构中的被覆盖的通孔之外，还能够经由设置在它们附近的开放的通孔向轴承保持件有效地散热。其结果，在搭载有发热电子部件的电路基板中，不需要该发热电子部件的背面散热，能够以低成本提高基板的散热性和生产率。
[0082]
此时，通过涂敷阻焊剂来覆盖通孔，从而成为不贯通基板的通孔，因此发热元件的安装用焊料不会经由通孔蔓延到基板的背面侧，能够防止短路的发生而提高基板安装的生产率。
[0083]
另外，通过涂敷阻焊剂来覆盖通孔，从而不会提高成本，能够形成不贯通基板的通孔。并且，在基板背面，所涂敷的阻焊剂的厚度在配置有开放的通孔的区域及配置有被覆盖的通孔的区域中变得均匀，因此电路基板与轴承保持件的密接性提高。其结果，能够使填充在电路基板和轴承保持件之间的复合物的量最少，由此能够实现低成本化。
[0084]
进而，如将与马达的各相对应的高电位侧半导体开关元件各自的特定的电端子彼此电连接的高电位整体图案、将这些高电位侧半导体开关元件各自的其他的电端子和与各相对应的低电位侧开关元件各自的特定的电端子电连接的中电位整体图案、将低电位侧开
关元件各自的其他的电端子和与各相对应的电流检测元件的一端电连接的低电位整体图案、以及将各相的电流检测元件的另一端彼此电连接的gnd整体图案那样，通过在基板的内层设置与构成桥式电路等的半导体开关元件的电位对应的整体图案，对于发热部件能够得到高散热效率。
[0085]
另一方面，在搭载于马达控制装置的电路基板中，通过采用上述散热结构，能够以低成本且高效率地对由电路基板上的发热部件产生的热量进行散热。另外，通过将具有这种高效的散热机构的马达控制装置搭载于动力转向系统，能够实现动力转向系统的小型化、低成本化。
[0086]
进而，通过在车辆中使用上述的动力转向系统，能够实现车辆的高散热化和低成本化。符号说明
[0087]
10 马达控制装置12 单元罩13 轴承保持件14 马达罩15 马达16 外部连接器20、20a、20b 电路基板22 第一电端子23 基板主体24 第二电端子25a、25b 焊料27 输出端子部28 旋转传感器ic30 微处理器38a～38c、39a～39c、48a～48c、49a～49c 导体图案41a 第一散热通孔41b 第三散热通孔41c 第四散热通孔43a 第二散热通孔43b 第五散热通孔43c 第六散热通孔51a、51b 阻焊剂52 复合物53、c1～c3 电解电容器54 开关电路56 线圈bt 电池l1 电源线
l2 接地(gnd)线。