JP2005012127A

JP2005012127A - Electronic control apparatus

Info

Publication number: JP2005012127A
Application number: JP2003177188A
Authority: JP
Inventors: Atsushi Kashiwazaki; 篤志柏崎
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2003-06-20
Filing date: 2003-06-20
Publication date: 2005-01-13

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an electronic control apparatus in which heat of a heating element is efficiently radiated. SOLUTION: On a surface of a circuit board 10 whereon a heating element 13 is packaged, a lid 30 is mounted on the circuit board 10 to cover the heating element 13. The lid 30 comprises a leg 32 and a plate 31. The leg 32 is erected from a portion of the circuit board 10 surrounding the heating element 13. The heat radiating plate 31 is linked to an upper part of the leg 32, its lower surface neighbors upon an upper surface of the heating element 13 and its upper surface neighbors upon an inner wall surface of an upper case. COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電子制御装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
電子制御装置において発熱素子の熱を筐体（ケース）に放熱する技術として、特許文献１に示すものがある。この技術を、図１２を用いて説明する。
【０００３】
ケース１００内に回路基板１０１が配置され、回路基板１０１には発熱素子１０２が実装されている。ケース１００には発熱素子１０２の位置する箇所に段差１０３が設けられている。発熱素子１０２とケース１００の間には放熱部材（放熱ゲル材やシート材）１０４が配置され、発熱素子１０２からケース１００へ放熱経路が形成されている。空気の熱抵抗は０．０２４Ｗ／ｍ・Ｋであり、放熱ゲル材（１０４）の熱抵抗は１〜６Ｗ／ｍ・Ｋであるので、放熱部材１０４により放熱効率向上を図ることができる。
【０００４】
ここで、発熱素子１０２からケース１００へ放熱する構造をとる場合、ケース１００と発熱素子１０２のギャップ（隙間の幅ｄ）が放熱効率に大きく影響する。というのも、ケース１００は金属からなるが、例えばアルミニウムの場合、熱抵抗は２３７Ｗ／ｍ・Ｋであり、放熱ゲル材（１０４）は１〜６Ｗ／ｍ・Ｋである。従って、放熱効率を上げるためには、ケース１００と発熱素子１０２のギャップ（隙間の幅ｄ）を極力小さくする必要がある。
【０００５】
一方、発熱素子１０２と回路基板１０１の接続部の信頼性確保のためには、発熱素子１０２とケース１００が接触しない方がよい。なぜなら、ケース１００と発熱素子１０２が接触することによって、発熱素子１０２と回路基板１０１の接続部に応力がかかるためである。従って、熱等による回路基板１０１の反りや、ケース１００と回路基板１０１の寸法公差等によってケース１００と発熱素子１０２が接触しないだけのギャップ（隙間の幅ｄ）を確保した設計が必要になる。
【０００６】
このようなことから、ケース１００と発熱素子１０２のギャップ（隙間の幅ｄ）は、０．５ｍｍ程度で設計され、ギャップ（隙間の幅ｄ）は最大１．０ｍｍ近くなる。その結果、発熱素子の集積化による発熱量の増加や、例えばエンジン制御装置がエンジンルームに配置される、あるいは、エンジンに直接搭載されるような温度環境が厳しい場合、従来の放熱構造では、十分な発熱素子の冷却効果が得られなくなってくる。
【０００７】
さらに、ケース１００における発熱素子１０２の位置する箇所に段差１０３を設ける場合、複数種の電子制御回路を同じケースに収納しようとすると、回路基板１０１上の発熱素子１０２の位置を共通にしなければならず、回路基板１０１の設計に大きな制約となり、回路基板１０１の大型化にも繋がるおそれがある。従って、結果的には、種々の電子制御装置においてそれぞれ専用のケースを用意しなければならない。
【０００８】
【特許文献１】
特開２００２−２９９８７３号公報
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
本発明はこのような背景の下になされたものであり、その目的は、効率的に発熱素子の放熱ができる電子制御装置を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の発明は、回路基板における発熱素子を実装した面において発熱素子を覆うように蓋体が回路基板に取り付けられ、蓋体は、回路基板における発熱素子の周囲の部位から立設する脚部と、脚部に連結され、一方の面が発熱素子と接近または接触するとともに他方の面が筐体の内壁面と接近または接触する放熱用のプレート部と、を具備することを特徴としている。
【００１１】
発熱素子で発生する熱は発熱素子から蓋体のプレート部に伝わり、さらに蓋体のプレート部から筐体に伝わる。蓋体を、発熱素子を覆うように取り付けることによって、回路基板の反りによっても蓋体のプレート部と発熱素子のギャップ（隙間の幅）は変化せず、蓋体のプレート部と発熱素子のギャップ（隙間の幅）を小さく設計することができる。さらに、蓋体のプレート部と筐体が接触した場合でも、発熱素子と回路基板の接合部に直接、応力が伝わらないので、蓋体のプレート部と筐体のギャップ（隙間の幅）も小さく設計できる。これらのことから、発熱素子と筐体の間の熱抵抗を小さくすることができ、効率的に発熱素子の放熱ができる。
【００１２】
ここで、蓋体のプレート部の一方の面が発熱素子と接触していると、発熱素子から蓋体への放熱性が飛躍的に向上する。また、蓋体のプレート部の他方の面が筐体の内壁面と接触していると、蓋体から筐体への放熱性が飛躍的に向上する。
【００１３】
請求項２に記載のように、蓋体のプレート部の他方の面が筐体の内壁面と接近し、かつ、その隙間の幅が０．５ｍｍ以下であって、当該隙間に放熱用のゲル材又はシート材が配置されていると、熱等による回路基板の反りによって蓋体のプレート部と筐体のギャップ（隙間の幅）が変化した場合でもゲル材またはシート材によってその変化量が吸収され、効率的に放熱することができる。
【００１４】
請求項３に記載のように、蓋体のプレート部の一方の面が発熱素子と接近し、かつ、その隙間の幅が０．３ｍｍ以下であって、当該隙間に放熱用のゲル材又はシート材が配置されていると、蓋体と発熱素子の線膨張係数の違いにより温度変化によって蓋体のプレート部と発熱素子のギャップ（隙間の幅）が変化した場合でもゲル材またはシート材によってその変化量が吸収され、効率的に放熱することができ、かつ蓋体にかかる応力が発熱素子に伝わることを防ぐことができる。
【００１５】
請求項４に記載のように、回路基板における蓋体の脚部との接触部にはランドが形成され、回路基板と蓋体の脚部とは、電子部品の実装に用いられるのと同一の導電材料によって接合されていると、蓋体の取付を発熱素子を含む電子部品の実装と同一の工程で行うことができる。
【００１６】
請求項５に記載のように、ランドをグランド電位にすると、蓋体を接地することによって発熱素子内外における電気的なシールド材として機能させることが可能となる。
【００１７】
請求項６に記載のように、蓋体は、プレート部が、平面形状として四角形状をなし、この四角形状のプレート部の対向する２つの辺の部位にのみ脚部が設けられていると、蓋体の取付を電子部品の実装と同一工程で行う際に、半田ペーストを溶解し電気的機械的に部品を接合するためのリフロー工程において、蓋体で発熱素子を完全に覆わないことによって、発熱素子と回路基板の接合部の半田接続を確実に行うことが可能となる。
【００１８】
請求項７に記載のように、蓋体の線膨張係数と回路基板の線膨張係数の差が±５ｐｐｍ／℃以内であると、温度変化が繰り返された場合、回路基板と蓋体の連結固定部への応力が低減され、信頼性が向上する。
【００１９】
請求項８に記載のように、回路基板における発熱素子が実装された面を基準として、蓋体の高さを、回路基板における発熱素子が実装された面と同一面に実装された発熱素子以外の電子部品の高さよりも高くすると、筐体の内壁面を平坦にすることが可能となり、回路基板における発熱素子の実装位置によらずに複数の電子制御装置の筐体を共通化できる。
【００２０】
請求項９に記載のように、回路基板の同一面に複数の発熱素子が実装され、この面を基準として、発熱素子毎のそれぞれの蓋体の高さを同一にすることにより、筐体の内壁面を平坦にすることが可能となり、回路基板における発熱素子の実装位置によらずに複数の電子制御装置の筐体を共通化できる。
【００２１】
請求項１０に記載のように、発熱素子は、半導体チップと、インターポーザ基板と、を有し、インターポーザ基板に設けられたランドに半導体チップがフリップチップ実装されるとともに、インターポーザ基板の反対面に回路基板との接続用ランドを有するパッケージである。このように、インターポーザ基板に半導体チップがフリップチップ実装された発熱素子パッケージを用いることは、実装性、信頼性の両面から好ましく、かつ半導体チップが露出しているという点からも請求項１〜９のいずれか１項の記載の電子制御装置に適している。
【００２２】
請求項１１に記載のように、蓋体は、プレート部が、第１の板材と第２の板材を貼り合わせたものよりなり、第１の板材には脚部が一体的に形成され、第２の板材を高さ調整用とすることにより、プレート部の厚みが脚部の厚さに比べて大きい場合でも、高さ調整用の第２の板材の厚みを変えることで対応でき、脚部を持つ部品を、プレス等の安価な方法で製造することが可能となる。
【００２３】
請求項１２に記載のように、蓋体は、脚部とプレート部とは別体構造をなし、柱状をなす脚部は、電子部品の実装に用いられるのと同一の導電材料によって回路基板に接合されていると、脚部は、電子部品と同一の工程で実装することができ、そのため、実装後にプレート部のみを取り付ければよい。また、プレート部と脚部は共に単純な形状とすることができ、安価なものとすることが可能となる。
【００２４】
【発明の実施の形態】
以下、この発明を具体化した一実施の形態を図面に従って説明する。
図１には、本実施形態における電子制御装置（ＥＣＵ）の縦断面図を示す。また、図２は、本電子制御装置における発熱素子およびその周辺の構造を示す図である。本電子制御装置は車載用電子制御装置として使用されるものであり、エンジンルームに配置される、あるいは、エンジンに直接搭載され、温度環境として厳しい場合を想定している。
【００２５】
図１において、電子制御装置の筐体１は、下側ケース２と上側ケース３からなり、全体として箱型をなしている。この筐体１内において回路基板１０が配置されている。詳しくは、下側ケース２と上側ケース３との間において回路基板１０が挟み込まれ、この状態においてネジ４を下側ケース２と回路基板１０を貫通して上側ケース３に螺入することにより、回路基板１０が固定されている。筐体１内において回路基板１０には発熱素子１３を含む電子部品が実装されている。図１においては、電子部品１１と電子部品１２と発熱素子１３とが実装されている状態を示す。電子部品１１，１２は導電材料（半田または銀ペースト）５によって実装されている。発熱素子１３は回路基板１０の上面において複数実装され、かつ、各発熱素子１３は上側ケース３と対向するように配置されている。
【００２６】
上側ケース３は、発熱素子１３の熱を筐体外部へ放熱するため、アルミニウムやマグネシウム等の金属からなる。下側ケース２は、樹脂、または、アルミニウムやマグネシウム等の金属からなる。
【００２７】
発熱素子１３は発熱素子パッケージである。詳しくは、発熱素子１３は、図２に示すように、半導体チップ２１と、インターポーザ基板２０とを有している。インターポーザ基板２０の上面にはランド２４が設けられている。一方、半導体チップ２１の下面にはバンプ２５が設けられている。そして、インターポーザ基板２０のランド２４と半導体チップ２１のバンプ２５とが接合され、フリップチップ実装されている。また、インターポーザ基板２０の下面（反対面）には回路基板１０との接続用ランド２６が形成されている。一方、回路基板１０の上面にはランド２３が形成されている。インターポーザ基板２０のランド２６と回路基板１０のランド２３とは導電材料（半田または銀ペースト）２２を介して接合されている。発熱素子（パッケージ）１３は、上面（背面）が露出している。
【００２８】
このように、発熱素子１３は、インターポーザ基板２０の上面に設けられたランド２４に半導体チップ２１がフリップチップ実装されるとともに、インターポーザ基板２０の下面に回路基板１０との接続用ランド２６を有するパッケージである。発熱素子として、インターポーザ基板２０に半導体チップ２１がフリップチップ実装された発熱素子パッケージを用いることは、実装性、信頼性の両面から好ましい（優れている）。また、パッケージの上面に半導体チップ２１の背面が露出し、ここから放熱を行うことができるという点からも好ましい。
【００２９】
一方、回路基板１０における発熱素子１３を実装した面において発熱素子１３を覆うように蓋体３０が回路基板１０に取り付けられている。蓋体３０は、脚部３２とプレート部３１を具備し、両者は一体化されている。蓋体３０は銅や鉄等の金属よりなり、高熱伝導性を有する。
【００３０】
蓋体３０に関して、脚部３２は、回路基板１０における発熱素子１３の周囲の部位から立設されている。また、放熱用のプレート部３１は、脚部３２に連結され、下面（一方の面）が発熱素子１３の上面と接近するとともに、図１のごとく上面（他方の面）が上側ケース３（筐体１）の内壁面と接近している。図２においてプレート部３１は、平面形状として四角形状をなしている。四角形状のプレート部３１の下面における外周部（縁部）から脚部３２が直線的に延びている。蓋体３０は板材をプレス加工することにより得られる。蓋体３０の脚部３２は回路基板１０に接着されている。詳しくは、回路基板１０における蓋体３０の脚部３２との接触部にはランド３４が形成され、回路基板１０と蓋体３０の脚部３２とは、電子部品１１，１２（および１３）の実装に用いられるのと同一の導電材料（半田または銀ペースト）３３によって接合されている。
【００３１】
図１に示すように、回路基板１０の上面（発熱素子１３が実装された面）において最も高い部分は蓋体３０であり、かつ、発熱素子１３毎に取り付けられた複数の蓋体３０が同じ高さである。
【００３２】
蓋体３０のプレート部３１の下面が発熱素子１３の上面と接近し、かつ、その隙間の幅ｄ１が０．３ｍｍ以下となっている。また、蓋体３０のプレート部３１の上面が上側ケース３の内壁面と接近し、かつ、その隙間の幅ｄ２が０．５ｍｍ以下となっている。ｄ１，ｄ２寸法を小さくできるのは次の理由による。
【００３３】
高熱伝導性の蓋体３０と発熱素子１３は共に回路基板１０を基準に取り付けられている。そのため、図１に示すように、蓋体３０のプレート部３１と発熱素子１３のギャップ（間隔の幅ｄ１）は、回路基板１０の反りや上側ケース３の寸法公差に影響されない。従って、蓋体３０と発熱素子１３のそれぞれの寸法公差と回路基板１０への取付時の導電ペースト（３３，２２）の厚みのバラツキのみ考慮すればよい。よって、蓋体３０のプレート部３１と発熱素子１３とがいかなる状況においても接触しないためのギャップ（隙間の幅ｄ１）の設計値を０．１５ｍｍ、最大値を０．３ｍｍ程度にすることができる。
【００３４】
また、発熱素子１３は蓋体３０で覆われているため、基板等の反りによって蓋体３０のプレート部３１と上側ケース３が接触した場合においても、発熱素子１３と回路基板１０の接合部には、直接、応力が加わらない。そのため、蓋体３０と上側ケース３は、基板１０の反りによって接触する可能性があるギャップ（隙間の幅ｄ２）の設計が可能となる。例えば、蓋体３０のプレート部３１と上側ケース３のギャップ（隙間の幅ｄ２）は、設計値で０．２ｍｍ、最大値を０．５ｍｍ程度とすることができる。
【００３５】
蓋体３０のプレート部３１の下面と発熱素子１３の上面の隙間には放熱用のゲル材３５が充填されている。ゲル材３５は、蓋体３０と発熱素子１３の上面とを電気的に絶縁するとともに放熱性を向上させるためのものである。これによって、発熱素子１３から蓋体３０への効率的な放熱が可能となる。ゲル材３５の代わりに放熱用シート材を用いてもよい。
【００３６】
また、蓋体３０のプレート部３１の上面と上側ケース３の内壁面の隙間には放熱用のゲル材３６が充填されている。ゲル材３６は、蓋体３０と上側ケース３とを電気的に絶縁するとともに放熱性を向上させるためのものである。これによって、蓋体３０から上側ケース３への効率的な放熱が可能となる。ゲル材３６の代わりに放熱用シート材を用いてもよい。
【００３７】
なお、筐体１にはコネクタ（図示略）が設けられ、このコネクタおよびワイヤを介して回路基板１０が外部の機器と電気的に接続される。車載用電子制御装置、特にエンジン用電子制御装置ではセンサやアクチュエータ（点火装置やインジェクタ）と接続される。
【００３８】
次に、発熱素子１３の放熱について説明する。
発熱素子１３（半導体チップ２１）の駆動に伴ない半導体チップ２１において熱が発生する。この熱は半導体チップ２１の上面から放熱用のゲル材３５を通して高熱伝導性の蓋体３０のプレート部３１に伝わる。さらに、蓋体３０のプレート部３１の上面から放熱用のゲル材３６を通して高熱伝導性の上側ケース３に伝わり、上側ケース３から周囲の空気に放熱される。
【００３９】
ここで、回路基板１０の上面において蓋体３０が発熱素子１３を覆うように取り付けられているので、上述したように回路基板１０の反りによっても蓋体３０のプレート部３１と発熱素子１３のギャップ（隙間の幅ｄ１）は変化せず、蓋体３０のプレート部３１と発熱素子１３のギャップ（隙間の幅ｄ１）を小さく設計することができる。さらに、蓋体３０のプレート部３１と上側ケース３が接触しても発熱素子１３と回路基板１０の接合部には直接、応力が加わらないので、蓋体３０のプレート部３１と上側ケース３のギャップ（隙間の幅ｄ２）も小さく設計することができる。これらのことから、発熱素子１３と上側ケース３の間の熱抵抗を小さくすることができ、効率的に発熱素子１３の放熱ができる。
【００４０】
また、蓋体３０のプレート部３１の上面（他方の面）が上側ケース３の内壁面と接近し、かつ、その隙間の幅ｄ２が０．５ｍｍ以下であって、この隙間に放熱用のゲル材３６（又はシート材）を配置している。よって、熱等による回路基板１０の反りによって蓋体３０のプレート部３１と上側ケース３のギャップ（隙間の幅ｄ２）が変化した場合でもゲル材３６によってその変化量が吸収され、効率的に放熱することができる。
【００４１】
また、蓋体３０のプレート部３１の下面（一方の面）が発熱素子１３と接近し、かつ、その隙間の幅ｄ１が０．３ｍｍ以下であって、この隙間に放熱用のゲル材３５（又はシート材）を配置している。よって、蓋体３０と発熱素子１３の線膨張係数の違いにより温度変化によって蓋体３０のプレート部３１と発熱素子１３のギャップ（隙間の幅ｄ１）が変化した場合でもゲル材３５によってその変化量が吸収され、効率的に放熱することができ、かつ蓋体３０にかかる応力が発熱素子１３に伝わることを防ぐことができる。
【００４２】
放熱ゲル材３５，３６について数値を挙げて説明すると、例えば、アルミニウムの場合、熱抵抗は２３７Ｗ／ｍ・Ｋであり、放熱ゲル材は１〜６Ｗ／ｍ・Ｋであり、空気は０．０２４Ｗ／ｍ・Ｋである。従って、放熱ゲル材３５，３６を充填することによる放熱性の向上は明らかである。また、金属の熱抵抗と放熱ゲル材３５，３６の熱抵抗を比較すれば、放熱ゲル材３５，３６を充填するとはいえ、ギャップ（隙間の幅ｄ１，ｄ２）は極力小さい方が放熱性がよいのも明らかである。
【００４３】
上述したように回路基板１０等の反りによって蓋体３０のプレート部３１と発熱素子１３のギャップ（隙間の幅ｄ１）は変化せず、蓋体３０のプレート部３１と上側ケース３が接触した場合においても、発熱素子１３と回路基板１０の接合部には応力が集中せず、蓋体３０によって分散される。そのため、図３に示すように、蓋体３０のプレート部３１の下面を発熱素子１３の上面と接触させる構成も可能であり、この場合、発熱素子１３から蓋体３０への放熱性が飛躍的に向上する。同様に、図４に示すように、蓋体３０のプレート部３１の上面を上側ケース３の内壁面と接触させる構成も可能であり、この場合、蓋体３０から上側ケース３への放熱性が飛躍的に向上する。このようにして、放熱ゲル材３５，３６を充填する場合に比べ、さらに放熱効率を向上させることができる。
【００４４】
また、図２において、回路基板１０における蓋体の脚部３２が配置される箇所にランド３４が設けられ、電子部品１１，１２（および１３）を実装する際に印刷等で供給される半田等の導電ペースト（３３）をランド３４上にも同様の方法で供給する。よって、電子部品１１，１２（および１３）を搭載する際に同様の方法で、蓋体３０を搭載し、一括リフローを行うことにより、蓋体３０の取付を既存の工程で行うことができる。このように、回路基板１０における蓋体３０の脚部３２との接触部にはランド３４が形成され、回路基板１０と蓋体３０の脚部３２とは、電子部品１１，１２（および１３）の実装に用いられるのと同一の導電材料３３によって接合される。よって、蓋体３０の取付を発熱素子１３を含む電子部品１１，１２の実装と同一の工程で行うことができる。
【００４５】
さらに、図２の上記ランド３４を電気的に接地することによって（グランド電位にすることによって）、蓋体３０が接地され、蓋体３０は発熱素子１３内外における電気的なシールド材としての役割も担うことができる。
【００４６】
蓋体の脚部３２の形状としては、図２に示す四角形状のプレート部３１における全周に脚部３２を設けたが、図５（ａ）のように角部に形成したり、図５（ｂ）に示すように辺の中央部に形成してもよい。
【００４７】
また、図５（ｃ）に示したように、蓋体３０は、プレート部３１が、平面形状として四角形状をなし、この四角形状のプレート部３１の対向する２つの辺の部位にのみ脚部３２が設けられている構成としてもよい。この場合、前述のように蓋体３０を電子部品１１，１２（および１３）と同時に実装する際、発熱素子１３が蓋体３０に完全に覆われることがなく、リフロー時の熱風が発熱素子１３にも行き届くため、発熱素子１３の下面の半田の温度が十分に上昇しないということを回避できる。このようにして、蓋体３０の取付を電子部品１１，１２（および１３）の実装と同一工程で行う際に、半田ペーストを溶解し電気的機械的に部品を接合するためのリフロー工程において、発熱素子１３が蓋体３０で完全に覆われない。これにより、発熱素子１３と回路基板１０の接合部の半田接続を確実に行うことが可能となる。
【００４８】
さらに、四角形状のプレート部３１の対向する２つの辺の部位にのみ脚部３２を設ける場合、図５（ｄ）に示すように各辺において二つに分けて配置したり、図６（ａ）に示すように各辺の中央部において一つだけ配置したり、図６（ｂ）に示すように各辺において三つに分けて配置してもよい。
【００４９】
また、蓋体３０と回路基板１０の線膨張係数を合わせるようにするとよい。具体的には、蓋体３０の線膨張係数と回路基板１０の線膨張係数の差を±５ｐｐｍ／℃以内とする。これにより、温度変化が繰り返された場合、回路基板１０と蓋体３０の連結固定部への応力が低減され、接着信頼性を向上させることができる。例えば、回路基板１０の基材の線膨張係数が１２ｐｐｍ／℃の場合、蓋体３０の材質は、線膨張係数が１１ｐｐｍ／℃である鉄を選択し、回路基板１０の基材の線膨張係数が１７ｐｐｍ／℃の場合、蓋体３０の材質は、線膨張係数が１７ｐｐｍ／℃である銅を選択する。鉄や銅を使用する場合、ニッケル等のメッキを行うと、酸化を防止できるのでより好ましい。
【００５０】
図１において、回路基板１０における発熱素子１３が実装された面を基準として、蓋体３０の高さＨ１を、回路基板１０における発熱素子１３が実装された面と同一面に実装された発熱素子１３以外の電子部品１１，１２の高さＨ２，Ｈ３よりも高くしている。さらに、これに加えて、回路基板１０の同一面に複数の発熱素子１３が実装されている場合、この面を基準として、発熱素子１３毎のそれぞれの蓋体３０の高さＨ１を同一にしている。これにより、上側ケース３の内側の面（内壁面）を平坦にすることができ、回路基板１０における発熱素子１３の実装位置によらずに複数種の電子制御装置（複数種の電子制御回路）における筐体（ケース）を共通化できる。
【００５１】
また、上述したように蓋体３０を一番高くしようとする場合において、図１のごとく回路基板１０上の発熱素子１３と同一面に背の高い電子部品１２が実装されている場合、蓋体３０の上面をそれ以上に高くする必要がある。この場合、図７に示すように、四角形状のプレート部３１の厚みｔ１が脚部３２の厚さｔ２に比べて大きくなってしまう。そのような場合、蓋体３０は板材のプレス等の安価な方法で製造することができなくなる。
【００５２】
そこで、図８に示すように、プレート部３１が、第１の板材（平板部品）５０と第２の板材（平板部品）５１を貼り合わせたものよりなり、第１の板材５０には脚部３２が一体的に形成され、第２の板材５１を高さ調整用とする。第１の板材５０と第２の板材５１は溶接または熱伝導性接着剤で貼り合わせる。これによって、第２の板材５１の厚みｔ１０を変えることで対応でき、その下の部品（３２，５０）を、プレス等の安価な方法で製造できる。当然、第２の板材（平板部品）５１は平板なので安価であることは、明らかである。このようにして、図７のようにプレート部３１の厚みｔ１が脚部３２の厚さｔ２に比べて大きくなってしまう場合でも、図８においては高さ調整用の第２の板材５１の厚みｔ１０を変えることで対応でき、その下の脚部を持つ部品（３２，５０）をプレス等の安価な方法で製造することが可能となる。
【００５３】
さらに、蓋体３０に関して図９，１０に示す構成としてもよい。脚部６１とプレート部（平板部品）６０とは別体構造をなし、柱状をなす脚部（角材）６１は、電子部品１１，１２（および１３）の実装に用いられるのと同一の導電材料６３によって回路基板１０に接合されている。詳しくは、以下のようにしている。
【００５４】
プレート部６０は四角形状の平板よりなる。脚部６１は柱状をなし、角材よりなる。この脚部（角材）６１のサイズは、縦横が１．６ｍｍ×０．８ｍｍサイズのチップ部品と同等程度である。四角形状のプレート部６０の下面における四隅に脚部６１が接着剤６２にて接着されている。回路基板１０上には、脚部（角材）６１の実装用のランド６４が設けられている。そして、プレート部６０と脚部６１を分離した状態で、図１１に示すように、脚部（角材）６１を、電子部品の実装に用いられるのと同一の半田や銀ペースト等の導電材料６３によって回路基板１０に実装する。その後、図１０のように脚部（角材）６１の上面に接着剤６２を介してプレート部（平板部品）６０を固着する（プレート部６０のみを取り付ける）。
【００５５】
このように、脚部（角材）６１は単純な形状であるが故に非常に安価であるとともに、図１１のごとく電子部品１１，１２（および１３）と同一の工程において実装することができる。プレート部（平板部品）６０も単純な形状であり、安価である。また、プレート部６０は、回路基板１０と上側ケース３の距離、及び発熱素子１３の上面の回路基板１０からの高さに合わせた厚みで製作することが容易である。
【００５６】
なお、プレート部（平板部品）６０は、発熱素子１３と上側ケース３を熱的に接続する必要があることから、例えばアルミニウムや銅等の熱抵抗の小さい金属が望ましい。脚部（角材）６１は高さの寸法精度がよく、安価であることが望ましく、半田等に対する濡性がよいものがよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施形態における電子制御装置（ＥＣＵ）の縦断面図。
【図２】電子制御装置における発熱素子およびその周辺の構造を示す図。
【図３】電子制御装置における発熱素子およびその周辺の構造を示す図。
【図４】電子制御装置（ＥＣＵ）の縦断面図。
【図５】（ａ）〜（ｄ）は蓋体の変形例を示す図。
【図６】（ａ），（ｂ）は蓋体の変形例を示す図。
【図７】蓋体を示す図。
【図８】蓋体を示す図。
【図９】電子制御装置（ＥＣＵ）の縦断面図。
【図１０】蓋体を示す図。
【図１１】実装工程を説明するための図。
【図１２】従来技術を説明するための電子制御装置（ＥＣＵ）の縦断面図。
【符号の説明】
１…筐体、２…下側ケース、３…上側ケース、４…ネジ、５…導電材料、１０…回路基板、１１…電子部品、１２…電子部品、１３…発熱素子、２０…インターポーザ基板、２１…半導体チップ、２２…導電材料、２３…ランド、２４…ランド、２５…バンプ、２６…ランド、３０…蓋体、３１…プレート部、３２…脚部、３３…導電材料、３４…ランド、３５…ゲル材、３６…ゲル材、５０…第１の板材、５１…第２の板材、６０…プレート部、６１…脚部、６２…接着剤、６３…導電材料、Ｈ１…高さ、Ｈ２…高さ、Ｈ３…高さ。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an electronic control device.
[0002]
[Prior art]
As a technique for radiating the heat of the heat generating element to a casing (case) in an electronic control device, there is one shown in Patent Document 1. This technique will be described with reference to FIG.
[0003]
A circuit board 101 is disposed in the case 100, and a heating element 102 is mounted on the circuit board 101. The case 100 is provided with a step 103 at a position where the heating element 102 is located. A heat radiating member (heat radiating gel material or sheet material) 104 is disposed between the heat generating element 102 and the case 100, and a heat radiating path is formed from the heat generating element 102 to the case 100. The heat resistance of air is 0.024 W / m · K, and the heat resistance of the heat-dissipating gel material (104) is 1 to 6 W / m · K.
[0004]
Here, in the case of adopting a structure for radiating heat from the heating element 102 to the case 100, the gap (gap width d) between the case 100 and the heating element 102 greatly affects the heat radiation efficiency. This is because the case 100 is made of metal, but in the case of aluminum, for example, the thermal resistance is 237 W / m · K, and the heat dissipating gel material (104) is 1 to 6 W / m · K. Therefore, in order to increase the heat dissipation efficiency, it is necessary to make the gap (gap width d) between the case 100 and the heating element 102 as small as possible.
[0005]
On the other hand, in order to ensure the reliability of the connecting portion between the heating element 102 and the circuit board 101, it is preferable that the heating element 102 and the case 100 do not contact each other. This is because when the case 100 and the heating element 102 come into contact with each other, stress is applied to the connection portion between the heating element 102 and the circuit board 101. Therefore, it is necessary to have a design that ensures a gap (gap width d) that does not allow the case 100 and the heating element 102 to come into contact due to warpage of the circuit board 101 due to heat or the like, dimensional tolerance between the case 100 and the circuit board 101, or the like.
[0006]
For this reason, the gap (gap width d) between the case 100 and the heating element 102 is designed to be about 0.5 mm, and the gap (gap width d) is about 1.0 mm at maximum. As a result, if the heat generation increases due to the integration of the heating elements, or if the temperature environment is severe such as where the engine control device is placed in the engine room or directly mounted on the engine, the conventional heat dissipation structure is sufficient. The cooling effect of the heat generating element cannot be obtained.
[0007]
Further, in the case where the step 103 is provided at the position where the heating element 102 is located in the case 100, if a plurality of types of electronic control circuits are stored in the same case, the position of the heating element 102 on the circuit board 101 must be made common. Therefore, the design of the circuit board 101 is greatly restricted, and the circuit board 101 may be increased in size. Therefore, as a result, dedicated cases must be prepared for various electronic control devices.
[0008]
[Patent Document 1]
JP 2002-299873 A
[0009]
[Problems to be solved by the invention]
The present invention has been made under such a background, and an object thereof is to provide an electronic control device capable of efficiently dissipating heat from a heating element.
[0010]
[Means for Solving the Problems]
According to the first aspect of the present invention, the lid is attached to the circuit board so as to cover the heating element on the surface on which the heating element is mounted on the circuit board, and the lid is erected from a portion around the heating element on the circuit board. A leg portion connected to the leg portion and having one surface approaching or contacting the heating element and the other surface approaching or contacting the inner wall surface of the housing. It is said.
[0011]
The heat generated by the heating element is transmitted from the heating element to the plate portion of the lid, and further from the plate portion of the lid to the housing. By attaching the lid so as to cover the heating element, the gap between the plate portion of the lid and the heating element (gap width) is not changed by the warping of the circuit board, but the gap between the plate portion of the lid and the heating element. (Gap width) can be designed to be small. Furthermore, even when the plate part of the lid and the housing come into contact, stress is not directly transmitted to the joint between the heating element and the circuit board, so the gap (gap width) between the plate part of the lid and the housing is also small. Can design. For these reasons, it is possible to reduce the thermal resistance between the heating element and the housing, and to efficiently dissipate the heating element.
[0012]
Here, if one surface of the plate portion of the lid is in contact with the heating element, the heat dissipation from the heating element to the lid is dramatically improved. Further, when the other surface of the plate portion of the lid is in contact with the inner wall surface of the housing, the heat dissipation from the lid to the housing is dramatically improved.
[0013]
As described in claim 2, the other surface of the plate portion of the lid is close to the inner wall surface of the housing, and the width of the gap is 0.5 mm or less. When a material or sheet material is placed, even if the gap (width of the gap) between the plate part of the lid and the housing changes due to the warp of the circuit board due to heat or the like, the amount of change is absorbed by the gel material or the sheet material. And can dissipate heat efficiently.
[0014]
As described in claim 3, one surface of the plate portion of the lid is close to the heating element, and the width of the gap is 0.3 mm or less, and the gel material or sheet for heat dissipation is provided in the gap. When the material is arranged, even if the gap (gap width) between the plate part of the lid and the heating element changes due to the temperature change due to the difference in linear expansion coefficient between the lid and the heating element, The amount of change is absorbed, heat can be radiated efficiently, and stress applied to the lid can be prevented from being transmitted to the heating element.
[0015]
According to a fourth aspect of the present invention, a land is formed at the contact portion of the circuit board with the leg of the lid, and the circuit board and the leg of the lid are the same as those used for mounting electronic components. When bonded by a conductive material, the lid can be attached in the same process as the mounting of the electronic component including the heating element.
[0016]
As described in claim 5, when the land is set to the ground potential, it is possible to function as an electrical shield material inside and outside the heating element by grounding the lid.
[0017]
As described in claim 6, the lid body has a square plate shape as a planar shape, and the leg portions are provided only at two opposing sides of the square plate portion. When mounting the lid in the same process as the mounting of the electronic component, in the reflow process for melting the solder paste and joining the components electrically and mechanically, by not completely covering the heating element with the lid, It is possible to reliably perform solder connection at the joint between the heating element and the circuit board.
[0018]
If the difference between the linear expansion coefficient of the lid and the linear expansion coefficient of the circuit board is within ± 5 ppm / ° C., the circuit board and the lid are connected and fixed when the temperature change is repeated. The stress on the part is reduced and the reliability is improved.
[0019]
The height of the lid body other than the heat generating element mounted on the same surface as the surface on which the heat generating element is mounted on the circuit board with reference to the surface on which the heat generating element is mounted on the circuit board. If the height is higher than the height of the electronic component, the inner wall surface of the housing can be flattened, and the housings of a plurality of electronic control devices can be shared regardless of the mounting position of the heating element on the circuit board.
[0020]
As described in claim 9, a plurality of heating elements are mounted on the same surface of the circuit board, and the height of each lid body for each heating element is made the same with respect to this surface, thereby The inner wall surface can be flattened, and the housings of a plurality of electronic control units can be shared regardless of the mounting position of the heating elements on the circuit board.
[0021]
The heating element includes a semiconductor chip and an interposer substrate, the semiconductor chip is flip-chip mounted on a land provided on the interposer substrate, and a circuit is provided on the opposite surface of the interposer substrate. A package having a land for connection to a substrate. As described above, it is preferable to use a heating element package in which a semiconductor chip is flip-chip mounted on an interposer substrate from the viewpoints of both mountability and reliability, and also from the point that the semiconductor chip is exposed. The electronic control device according to any one of the above is suitable.
[0022]
According to a eleventh aspect of the present invention, the lid includes a plate portion formed by bonding the first plate member and the second plate member, and the leg portion is integrally formed on the first plate member. By using the plate 2 for height adjustment, even if the thickness of the plate part is larger than the thickness of the leg part, it can be handled by changing the thickness of the second plate material for height adjustment. It is possible to manufacture a component having a low-cost method such as pressing.
[0023]
According to a twelfth aspect of the present invention, the lid has a separate structure from the leg portion and the plate portion, and the columnar leg portion is formed on the circuit board by the same conductive material used for mounting the electronic component. When joined, the leg portion can be mounted in the same process as the electronic component. Therefore, only the plate portion needs to be attached after mounting. In addition, both the plate portion and the leg portion can have a simple shape and can be made inexpensive.
[0024]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 shows a longitudinal sectional view of an electronic control unit (ECU) in the present embodiment. FIG. 2 is a diagram showing a heating element and its peripheral structure in the electronic control device. This electronic control device is used as an on-vehicle electronic control device, and is assumed to be placed in an engine room or directly mounted on an engine, and the temperature environment is severe.
[0025]
In FIG. 1, a housing 1 of an electronic control device is composed of a lower case 2 and an upper case 3, and has a box shape as a whole. A circuit board 10 is disposed in the housing 1. Specifically, the circuit board 10 is sandwiched between the lower case 2 and the upper case 3, and in this state, the screw 4 passes through the lower case 2 and the circuit board 10 and is screwed into the upper case 3. The circuit board 10 is fixed. An electronic component including a heat generating element 13 is mounted on the circuit board 10 in the housing 1. FIG. 1 shows a state in which the electronic component 11, the electronic component 12, and the heat generating element 13 are mounted. The electronic components 11 and 12 are mounted with a conductive material (solder or silver paste) 5. A plurality of heating elements 13 are mounted on the upper surface of the circuit board 10, and each heating element 13 is disposed so as to face the upper case 3.
[0026]
The upper case 3 is made of a metal such as aluminum or magnesium in order to dissipate the heat of the heating element 13 to the outside of the housing. The lower case 2 is made of resin or a metal such as aluminum or magnesium.
[0027]
The heating element 13 is a heating element package. Specifically, the heating element 13 includes a semiconductor chip 21 and an interposer substrate 20 as shown in FIG. A land 24 is provided on the upper surface of the interposer substrate 20. On the other hand, bumps 25 are provided on the lower surface of the semiconductor chip 21. The lands 24 of the interposer substrate 20 and the bumps 25 of the semiconductor chip 21 are bonded and flip-chip mounted. A land 26 for connection with the circuit board 10 is formed on the lower surface (opposite surface) of the interposer substrate 20. On the other hand, lands 23 are formed on the upper surface of the circuit board 10. The lands 26 of the interposer substrate 20 and the lands 23 of the circuit substrate 10 are joined via a conductive material (solder or silver paste) 22. The upper surface (rear surface) of the heating element (package) 13 is exposed.
[0028]
As described above, the heat generating element 13 is a package having the semiconductor chip 21 flip-chip mounted on the land 24 provided on the upper surface of the interposer substrate 20 and the land 26 for connection with the circuit board 10 on the lower surface of the interposer substrate 20. It is. The use of a heat generating element package in which the semiconductor chip 21 is flip-chip mounted on the interposer substrate 20 is preferable (excellent) in terms of both mountability and reliability. Further, it is also preferable in that the back surface of the semiconductor chip 21 is exposed on the top surface of the package, and heat can be radiated from here.
[0029]
On the other hand, a lid 30 is attached to the circuit board 10 so as to cover the heating element 13 on the surface on which the heating element 13 is mounted on the circuit board 10. The lid 30 includes a leg portion 32 and a plate portion 31, and both are integrated. The lid 30 is made of metal such as copper or iron and has high thermal conductivity.
[0030]
Regarding the lid body 30, the leg portion 32 is erected from a portion around the heat generating element 13 in the circuit board 10. Further, the heat radiating plate portion 31 is connected to the leg portion 32, and the lower surface (one surface) approaches the upper surface of the heating element 13, and the upper surface (the other surface) as shown in FIG. Close to the inner wall of the body 1). In FIG. 2, the plate portion 31 has a quadrangular shape as a planar shape. Legs 32 extend linearly from the outer peripheral portion (edge) on the lower surface of the rectangular plate portion 31. The lid 30 is obtained by pressing a plate material. The leg portion 32 of the lid 30 is bonded to the circuit board 10. Specifically, a land 34 is formed at a contact portion of the circuit board 10 with the leg portion 32 of the lid body 30, and the circuit board 10 and the leg portion 32 of the lid body 30 are connected to the electronic components 11, 12 (and 13). They are joined by the same conductive material (solder or silver paste) 33 used for mounting.
[0031]
As shown in FIG. 1, the highest portion of the upper surface of the circuit board 10 (the surface on which the heating element 13 is mounted) is a lid body 30, and a plurality of lid bodies 30 attached to each heating element 13 are the same. It is height.
[0032]
The lower surface of the plate portion 31 of the lid 30 is close to the upper surface of the heating element 13, and the width d1 of the gap is 0.3 mm or less. Further, the upper surface of the plate portion 31 of the lid body 30 approaches the inner wall surface of the upper case 3, and the width d2 of the gap is 0.5 mm or less. The reason why the dimensions d1 and d2 can be reduced is as follows.
[0033]
Both the high thermal conductivity lid 30 and the heating element 13 are attached with the circuit board 10 as a reference. Therefore, as shown in FIG. 1, the gap (interval width d 1) between the plate portion 31 of the lid 30 and the heating element 13 is not affected by the warp of the circuit board 10 or the dimensional tolerance of the upper case 3. Therefore, only the dimensional tolerances of the lid 30 and the heating element 13 and the variation in the thickness of the conductive paste (33, 22) when attached to the circuit board 10 need be considered. Therefore, the design value of the gap (gap width d1) for preventing the plate portion 31 of the lid 30 and the heating element 13 from contacting under any circumstances can be set to 0.15 mm, and the maximum value can be set to about 0.3 mm. .
[0034]
In addition, since the heating element 13 is covered with the lid body 30, even when the plate portion 31 of the lid body 30 and the upper case 3 come into contact with each other due to warpage of the substrate or the like, the joining portion between the heating element 13 and the circuit board 10 is not provided. Is not directly stressed. Therefore, the lid 30 and the upper case 3 can be designed with a gap (gap width d2) that may come into contact with the substrate 10 due to warpage. For example, the gap (gap width d2) between the plate portion 31 of the lid body 30 and the upper case 3 can be set to a design value of 0.2 mm and a maximum value of about 0.5 mm.
[0035]
A gap between the lower surface of the plate portion 31 of the lid body 30 and the upper surface of the heating element 13 is filled with a gel material 35 for heat dissipation. The gel material 35 is for electrically insulating the lid 30 and the upper surface of the heating element 13 and improving heat dissipation. As a result, efficient heat dissipation from the heating element 13 to the lid 30 is possible. Instead of the gel material 35, a heat radiating sheet material may be used.
[0036]
A gap between the upper surface of the plate portion 31 of the lid 30 and the inner wall surface of the upper case 3 is filled with a heat-dissipating gel material 36. The gel material 36 is for electrically insulating the lid 30 and the upper case 3 and improving heat dissipation. Thus, efficient heat dissipation from the lid 30 to the upper case 3 is possible. Instead of the gel material 36, a heat dissipation sheet material may be used.
[0037]
The housing 1 is provided with a connector (not shown), and the circuit board 10 is electrically connected to an external device through the connector and wires. In an in-vehicle electronic control device, particularly an engine electronic control device, it is connected to a sensor or an actuator (an ignition device or an injector).
[0038]
Next, heat dissipation of the heating element 13 will be described.
As the heating element 13 (semiconductor chip 21) is driven, heat is generated in the semiconductor chip 21. This heat is transmitted from the upper surface of the semiconductor chip 21 to the plate portion 31 of the highly heat-conductive lid 30 through the heat-dissipating gel material 35. Further, the heat is transmitted from the upper surface of the plate portion 31 of the lid 30 to the upper case 3 having high thermal conductivity through the heat-dissipating gel material 36 and is radiated from the upper case 3 to the surrounding air.
[0039]
Here, since the lid 30 is attached on the upper surface of the circuit board 10 so as to cover the heating element 13, the gap between the plate portion 31 of the lid 30 and the heating element 13 is also caused by the warp of the circuit board 10 as described above. The (gap width d1) does not change, and the gap (gap width d1) between the plate portion 31 of the lid 30 and the heating element 13 can be designed to be small. Further, even if the plate portion 31 of the lid 30 contacts the upper case 3, no stress is directly applied to the joint between the heating element 13 and the circuit board 10, so the plate portion 31 of the lid 30 and the upper case 3 The gap (gap width d2) can also be designed to be small. For these reasons, the thermal resistance between the heat generating element 13 and the upper case 3 can be reduced, and the heat generating element 13 can be efficiently dissipated.
[0040]
In addition, the upper surface (the other surface) of the plate portion 31 of the lid 30 is close to the inner wall surface of the upper case 3, and the gap width d2 is 0.5 mm or less. A material 36 (or a sheet material) is disposed. Therefore, even when the gap (gap width d2) between the plate portion 31 of the lid 30 and the upper case 3 changes due to the warp of the circuit board 10 due to heat or the like, the amount of change is absorbed by the gel material 36, and heat is efficiently dissipated. can do.
[0041]
Further, the lower surface (one surface) of the plate portion 31 of the lid 30 is close to the heating element 13 and the width d1 of the gap is 0.3 mm or less, and the heat-dissipating gel material 35 ( Or a sheet material). Therefore, even when the gap (gap width d1) between the plate portion 31 of the lid 30 and the heating element 13 changes due to a temperature change due to the difference in the linear expansion coefficient between the lid 30 and the heating element 13, the amount of change by the gel material 35. Can be absorbed and heat can be efficiently radiated, and stress applied to the lid 30 can be prevented from being transmitted to the heating element 13.
[0042]
For example, in the case of aluminum, the thermal resistance is 237 W / m · K, the thermal gel material is 1 to 6 W / m · K, and the air is 0.024 W. / M · K. Therefore, the improvement of heat dissipation by filling the heat dissipation gel materials 35 and 36 is obvious. Further, if the heat resistance of the metal and the heat resistance of the heat radiating gel materials 35 and 36 are compared, the heat dissipation is better when the gaps (gap widths d1 and d2) are as small as possible even though the heat radiating gel materials 35 and 36 are filled. It is also clear that it is good.
[0043]
As described above, the gap (gap width d1) between the plate portion 31 of the lid 30 and the heating element 13 does not change due to the warp of the circuit board 10 or the like, and the plate portion 31 of the lid 30 and the upper case 3 are in contact with each other. In this case, stress is not concentrated on the joint between the heat generating element 13 and the circuit board 10 and is dispersed by the lid 30. Therefore, as shown in FIG. 3, a configuration in which the lower surface of the plate portion 31 of the lid 30 is in contact with the upper surface of the heating element 13 is also possible. In this case, the heat dissipation from the heating element 13 to the lid 30 is dramatically improved. To improve. Similarly, as shown in FIG. 4, a configuration in which the upper surface of the plate portion 31 of the lid 30 is in contact with the inner wall surface of the upper case 3 is also possible. In this case, heat dissipation from the lid 30 to the upper case 3 is possible. Improve dramatically. In this way, the heat dissipation efficiency can be further improved as compared with the case where the heat dissipation gel materials 35 and 36 are filled.
[0044]
Further, in FIG. 2, a land 34 is provided at a position where the lid leg 32 of the circuit board 10 is disposed, and solder or the like supplied by printing or the like when the electronic components 11, 12 (and 13) are mounted. The conductive paste (33) is also supplied onto the land 34 by the same method. Therefore, when the electronic components 11 and 12 (and 13) are mounted, the lid body 30 is mounted by the same method, and the package body 30 is reflowed, whereby the lid body 30 can be attached in an existing process. As described above, the land 34 is formed at the contact portion of the circuit board 10 with the leg portion 32 of the lid body 30, and the circuit board 10 and the leg portion 32 of the lid body 30 include the electronic components 11, 12 (and 13). Are joined by the same conductive material 33 used for mounting. Therefore, the lid 30 can be attached in the same process as the mounting of the electronic components 11 and 12 including the heating element 13.
[0045]
Further, by electrically grounding the land 34 in FIG. 2 (by setting it to the ground potential), the lid 30 is grounded, and the lid 30 also serves as an electrical shield material inside and outside the heating element 13. Can bear.
[0046]
As the shape of the leg portion 32 of the lid, the leg portion 32 is provided on the entire circumference of the rectangular plate portion 31 shown in FIG. 2, but it may be formed at the corner as shown in FIG. You may form in the center part of a side, as shown to (b).
[0047]
Further, as shown in FIG. 5C, the lid 30 has a plate portion 31 having a square shape as a planar shape, and leg portions only at portions of two opposing sides of the square plate portion 31. 32 may be provided. In this case, when the lid 30 is mounted simultaneously with the electronic components 11, 12 (and 13) as described above, the heating element 13 is not completely covered by the lid 30, and hot air during reflow is generated by the heating element 13. Therefore, it can be avoided that the temperature of the solder on the lower surface of the heating element 13 does not rise sufficiently. Thus, when attaching the lid 30 in the same process as the mounting of the electronic components 11, 12 (and 13), in the reflow process for melting the solder paste and joining the components electrically and mechanically, The heating element 13 is not completely covered with the lid 30. As a result, it is possible to reliably perform solder connection at the joint between the heating element 13 and the circuit board 10.
[0048]
Furthermore, in the case where the leg portions 32 are provided only at the two opposite side portions of the rectangular plate portion 31, as shown in FIG. As shown in FIG. 6B, only one may be arranged at the center of each side, or as shown in FIG.
[0049]
Further, the linear expansion coefficients of the lid 30 and the circuit board 10 are preferably matched. Specifically, the difference between the linear expansion coefficient of the lid 30 and the linear expansion coefficient of the circuit board 10 is set within ± 5 ppm / ° C. Thereby, when a temperature change is repeated, the stress to the connection fixing | fixed part of the circuit board 10 and the cover body 30 is reduced, and adhesive reliability can be improved. For example, when the linear expansion coefficient of the base material of the circuit board 10 is 12 ppm / ° C., the material of the lid 30 is selected from iron having a linear expansion coefficient of 11 ppm / ° C., and the linear expansion coefficient of the base material of the circuit board 10 is selected. Is 17 ppm / ° C., the material of the lid 30 is selected from copper having a linear expansion coefficient of 17 ppm / ° C. In the case of using iron or copper, it is more preferable to perform nickel plating because oxidation can be prevented.
[0050]
In FIG. 1, with reference to the surface of the circuit board 10 on which the heat generating element 13 is mounted, the height H1 of the lid 30 is mounted on the same surface as the surface of the circuit board 10 on which the heat generating element 13 is mounted. The heights H2 and H3 of the electronic components 11 and 12 other than 13 are set higher. Further, in addition to this, when a plurality of heating elements 13 are mounted on the same surface of the circuit board 10, the height H1 of each lid 30 for each heating element 13 is made the same with respect to this surface. Yes. Thereby, the inner surface (inner wall surface) of the upper case 3 can be flattened, and a plurality of types of electronic control devices (a plurality of types of electronic control circuits) can be used regardless of the mounting position of the heating element 13 on the circuit board 10. The case (case) can be shared.
[0051]
Further, as described above, when the lid 30 is intended to be the highest, when the tall electronic component 12 is mounted on the same surface as the heating element 13 on the circuit board 10 as shown in FIG. It is necessary to make the upper surface of 30 higher than that. In this case, as shown in FIG. 7, the thickness t 1 of the rectangular plate portion 31 is larger than the thickness t 2 of the leg portion 32. In such a case, the lid 30 cannot be manufactured by an inexpensive method such as pressing a plate material.
[0052]
Therefore, as shown in FIG. 8, the plate portion 31 is formed by bonding a first plate member (flat plate component) 50 and a second plate member (flat plate component) 51, and the first plate member 50 has leg portions. 32 is integrally formed, and the second plate member 51 is used for height adjustment. The first plate member 50 and the second plate member 51 are bonded together by welding or a heat conductive adhesive. This can be dealt with by changing the thickness t10 of the second plate member 51, and the parts (32, 50) thereunder can be manufactured by an inexpensive method such as pressing. Of course, it is obvious that the second plate member (flat plate part) 51 is a flat plate and is inexpensive. Thus, even when the thickness t1 of the plate portion 31 becomes larger than the thickness t2 of the leg portion 32 as shown in FIG. 7, the thickness of the second plate member 51 for height adjustment in FIG. This can be dealt with by changing t10, and the parts (32, 50) having the lower leg portions can be manufactured by an inexpensive method such as pressing.
[0053]
Furthermore, it is good also as a structure shown in FIG. The leg portion 61 and the plate portion (flat plate component) 60 have a separate structure, and the columnar leg portion (square member) 61 is the same conductive material used for mounting the electronic components 11, 12 (and 13). It is joined to the circuit board 10 by 63. The details are as follows.
[0054]
The plate portion 60 is a rectangular flat plate. The leg portion 61 has a column shape and is made of square material. The size of the leg portion (square member) 61 is approximately the same as that of a chip component having a size of 1.6 mm × 0.8 mm in length and width. Legs 61 are bonded to the four corners of the lower surface of the rectangular plate part 60 with an adhesive 62. On the circuit board 10, lands 64 for mounting leg portions (square members) 61 are provided. Then, with the plate portion 60 and the leg portion 61 separated, as shown in FIG. 11, the leg portion (square member) 61 is made of a conductive material 63 such as the same solder or silver paste used for mounting electronic components. Is mounted on the circuit board 10. Thereafter, as shown in FIG. 10, the plate portion (flat plate component) 60 is fixed to the upper surface of the leg portion (square member) 61 via the adhesive 62 (only the plate portion 60 is attached).
[0055]
Thus, the leg portion (square member) 61 is very inexpensive because it has a simple shape, and can be mounted in the same process as the electronic components 11, 12 (and 13) as shown in FIG. The plate part (flat plate part) 60 has a simple shape and is inexpensive. The plate portion 60 can be easily manufactured with a thickness that matches the distance between the circuit board 10 and the upper case 3 and the height of the upper surface of the heating element 13 from the circuit board 10.
[0056]
In addition, since it is necessary to thermally connect the heat generating element 13 and the upper case 3 for the plate part (flat plate part) 60, for example, a metal having a low thermal resistance such as aluminum or copper is desirable. The leg portion (square member) 61 preferably has a high dimensional accuracy and is inexpensive and preferably has good wettability with respect to solder or the like.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a longitudinal sectional view of an electronic control unit (ECU) according to an embodiment.
FIG. 2 is a diagram showing a heating element and its peripheral structure in an electronic control device.
FIG. 3 is a diagram showing a heating element and its peripheral structure in an electronic control device.
FIG. 4 is a longitudinal sectional view of an electronic control unit (ECU).
FIGS. 5A to 5D are views showing modifications of the lid. FIG.
FIGS. 6A and 6B are views showing modifications of the lid.
FIG. 7 is a diagram showing a lid.
FIG. 8 is a diagram showing a lid.
FIG. 9 is a longitudinal sectional view of an electronic control unit (ECU).
FIG. 10 is a diagram showing a lid.
FIG. 11 is a view for explaining a mounting process.
FIG. 12 is a longitudinal sectional view of an electronic control unit (ECU) for explaining the prior art.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Housing, 2 ... Lower case, 3 ... Upper case, 4 ... Screw, 5 ... Conductive material, 10 ... Circuit board, 11 ... Electronic component, 12 ... Electronic component, 13 ... Heating element, 20 ... Interposer substrate, DESCRIPTION OF SYMBOLS 21 ... Semiconductor chip, 22 ... Conductive material, 23 ... Land, 24 ... Land, 25 ... Bump, 26 ... Land, 30 ... Cover, 31 ... Plate part, 32 ... Leg part, 33 ... Conductive material, 34 ... Land, 35 ... Gel material, 36 ... Gel material, 50 ... First plate material, 51 ... Second plate material, 60 ... Plate portion, 61 ... Leg portion, 62 ... Adhesive, 63 ... Conductive material, H1 ... Height, H2 ... height, H3 ... height.

Claims

An electronic control device in which a circuit board (10) is disposed in a housing (1) and an electronic component including a heating element (13) is mounted on the circuit board (10),
A lid (30) is attached to the circuit board (10) so as to cover the heating element (13) on the surface on which the heating element (13) is mounted on the circuit board (10),
The lid (30)
Legs (32) standing from a portion around the heating element (13) in the circuit board (10);
A heat radiating plate portion (31) connected to the leg portion (32) and having one surface approaching or contacting the heating element (13) and the other surface approaching or contacting the inner wall surface of the housing (1). When,
An electronic control device comprising:

The other surface of the plate portion (31) of the lid (30) approaches the inner wall surface of the housing (1), and the width (d2) of the gap is 0.5 mm or less. The electronic control device according to claim 1, wherein a gel material (36) or a sheet material for heat radiation is arranged.

One surface of the plate portion (31) of the lid (30) is close to the heating element (13), and the width (d1) of the gap is 0.3 mm or less, and the gap is for heat dissipation. The electronic control device according to claim 1, wherein a gel material (35) or a sheet material is arranged.

A land (34) is formed at a contact portion of the circuit board (10) with the leg (32) of the lid (30), and a leg (of the circuit board (10) and the lid (30) ( 32) is joined by the same conductive material (33) used for mounting the electronic component (11, 12, 13). The electronic control device described.

The electronic control device according to claim 4, wherein the land (34) is set to a ground potential.

In the lid (30), the plate portion (31) has a square shape as a planar shape, and the leg portions (32) are provided only at the two opposite sides of the square plate portion (31). The electronic control device according to claim 4, wherein the electronic control device is provided.

The electron according to any one of claims 1 to 6, wherein a difference between a linear expansion coefficient of the lid (30) and a linear expansion coefficient of the circuit board (10) is within ± 5 ppm / ° C. Control device.

With reference to the surface of the circuit board (10) on which the heating element (13) is mounted, the height (H1) of the lid (30) is determined by the heating element (13) on the circuit board (10). The height (H2, H3) of the electronic component (11, 12) other than the heating element (13) mounted on the same surface as the mounted surface is set higher. The electronic control device according to claim 1.

A plurality of heating elements (13) are mounted on the same surface of the circuit board (10), and the height (H1) of each lid (30) for each heating element is made the same with respect to this surface. The electronic control device according to claim 8, wherein

The heating element (13)
A semiconductor chip (21);
An interposer substrate (20);
The semiconductor chip (21) is flip-chip mounted on the land (24) provided on the interposer substrate (20), and connected to the circuit substrate (10) on the opposite surface of the interposer substrate (20). 10. The electronic control device according to claim 1, wherein the electronic control device is a package having a land (26).

The lid (30)
The plate portion (31) is formed by bonding the first plate member (50) and the second plate member (51), and the leg portion (32) is integrally formed with the first plate member (50). The electronic control device according to claim 1, wherein the electronic control device is formed and the second plate member (51) is used for height adjustment.

The lid (30)
The leg portion (61) and the plate portion (60) have a separate structure, and the columnar leg portion (61) is the same conductive material used for mounting the electronic components (11, 12, 13) ( The electronic control device according to any one of claims 1 to 10, wherein the electronic control device is joined to the circuit board (10) by 63).