JP2006287065A - 電子装置 - Google Patents

Abstract

【課題】コネクタへのプラグの抜き差しに対して高い耐久性を有し、小型で放熱効率が高く、安価に製造することのできる電子装置を提供する。
【解決手段】表面に形成された金属パターン３１ａ上に発熱電子部品２０を搭載したプリント基板３１と、プリント基板３１を収容する略箱状の樹脂ケース１１ａと、樹脂ケース１１ａの開口部を蓋する略平板状の樹脂カバー１１ｂと、金属板５０とを有する電子装置１００であって、金属板５０の一部分５０ａが、樹脂ケース１１ａに埋め込まれると共に、金属板５０の別部分５０ｂが、金属パターン３１に接続されてなる電子装置１００とする。
【選択図】 図１

Description

本発明は、発熱電子部品を搭載したプリント基板を樹脂ケースおよび樹脂カバー内に収容する、放熱性に優れた電子装置に関する。

発熱電子部品を搭載したプリント基板を内蔵する電子装置が、例えば、特開平１０−２４２６７５号公報（特許文献１）に開示されている。

図４は、特許文献１に開示された電子装置９０の構造を模式的に示した断面図である。

図４に示す電子装置９０は、車載用のモータ駆動制御やインジェクタ駆動制御に用いられる電子装置である。電子装置９０では、樹脂製ケース１内にガラスエポキシ製プリント基板３が収納されており、パワートランジスタ２がリード２ａでプリント基板３と接続されている。パワートランジスタ２はプリント基板３にねじ止めされた金属プレート５に固定されており、金属プレート５の端部がコネクタ４の上方で外部に露出して、パワートランジスタ２の発する熱がここから外部に逃がされる。

図５は、別の電子装置の構造を示す図で、図５（ａ）は電子装置９１に搭載されるプリント基板３０の模式的な上面図であり、図５（ｂ）は電子装置９１の構造を模式的に示した断面図である。

図５（ｂ）に示す電子装置９１は、センサ等に用いる小型で低消費電力の車載用の電子装置である。電子装置９１では、プリント基板３０が略箱状の樹脂ケース１０ａ内に収容されており、樹脂ケース１０ａの開口部が、略平板状の樹脂カバー１０ｂにより蓋されている。電子装置９１は、外部と接続するためのコネクタ４０が樹脂ケース１０ａに一体形成されており、プリント基板３０がコネクタ４０のリードピン４０ａと固定ピン６０で樹脂ケース１０ａに固定されている。

尚、図５（ａ）における符号３０ｂは、コネクタ４０のリードピン４０ａを通す貫通穴であり、符号３０ｃは、固定ピン６０を通す貫通穴である。プリント基板３０は、リードピン４０ａと固定ピン６０をそれぞれ貫通穴３０ｂ，３０ｃに貫通させ、裏面側において、半田付け等により固定されている。

上記のような小型の電子装置９１では、一般にプリント基板３０に搭載されるパワートランジスタ２０の発生熱量が比較的小さい。このため、図５（ａ）に示すように、パワートランジスタ２０はプリント基板３０の表面に形成された大きな面積の金属パターン３０ａ上に搭載され、図５（ｂ）に示すように、金属パターン３０ａから上に搭載され、樹脂ケース１０ａと樹脂カバー１０ｂで密閉された内部空間に放熱される。
特開平１０−２４２６７５号公報

図４の電子装置９０では、パワートランジスタ２が固定された金属プレート５の端部がコネクタ４の上方で外部に露出しているため、放熱効率が良く、モータ駆動やインジェクタ駆動などの大電流駆動で発熱量が大きなパワートランジスタの放熱に有効である。一方、電子装置９０の構造では、コネクタ４がプリント基板３に搭載されている。このため、コネクタ４へのプラグの抜き差しに際して、コネクタ４とプリント基板３の接続部分に応力がかかり易い。また、コネクタ４とケース１が分離されているため、コネクタ４とケース１が一体化されている場合に比べて、製造コストが増大する。

逆に、図５（ｂ）の電子装置９１では、コネクタ４０が樹脂ケース１０ａに一体形成されているため、コネクタ４０へのプラグの抜き差しに際してプリント基板３に応力がかかり難く、製造コストも低減できる。一方、パワートランジスタ２０が搭載されるプリント基板３０表面の金属パターン３０ａは、放熱に利用するため、大きな面積が必要とされる。また、パワートランジスタ２０の発生する熱が樹脂ケース１０ａと樹脂カバー１０ｂで密閉された内部空間に放熱されるため、放熱効率が悪い。

近年、車載用のセンサ等に用いる図５（ｂ）の電子装置９１においても、シリアル通信機能内蔵のニーズがあり、３２ビットの高機能マイコンが搭載されてきており、それに伴って、電子装置９１に内蔵されるパワートランジスタ２０の発熱量も増大してきている。従って、増加する消費電流に対して、電子装置９１の放熱効率をさらに上げる必要がある。また、電子装置９１の小型化も同時に要求されている。このため、電子装置９１において、放熱効率アップと小型化をどのように両立させるかが課題となっている。

そこで本発明は、小型で放熱効率が高く、安価に製造することのできる電子装置を提供することを目的としている。

請求項１に記載の発明は、表面に形成された金属パターン上に発熱電子部品を搭載したプリント基板と、前記プリント基板を収容する略箱状の樹脂ケースと、前記樹脂ケースの開口部を蓋する略平板状の樹脂カバーと、金属板とを有する電子装置であって、前記金属板の一部分が、前記樹脂ケースまたは樹脂カバーに埋め込まれると共に、前記金属板の別部分が、前記金属パターンに接続されてなることを特徴としている。

上記電子装置では、発熱電子部品が搭載される金属パターンに接続された金属板を、発熱電子部品が発生する熱の放熱板として利用することができる。金属板は、大きさを任意に設定することができ、これらを樹脂ケースと樹脂カバーで密閉された内部空間の空きスペースに適宜配置できるため、放熱効率の高い電子装置とすることができる。また、上記電子装置では、発熱電子部品が搭載される金属パターンを放熱に利用する必要がないため、当該金属パターンの面積を小さくすることができ、プリント基板および当該電子装置を小型化することができる。さらに、金属板の一部分が埋め込まれた樹脂ケースまたは樹脂カバーは、成形と同時に金属板の一部分を樹脂内に埋め込むインサート成型技術を利用して、安価に製造することができる。

以上のようにして、上記電子装置は、小型で放熱効率が高く、安価に製造することのできる電子装置となっている。

請求項２に記載のように、上記電子装置においては、外部と接続するためのコネクタが、前記樹脂ケースに一体形成されてなることが好ましい。

これにより、コネクタへのプラグの抜き差しに対して、高い耐久性を確保することができる。また、コネクタのリードピンと金属板の樹脂ケースへのインサート成形は、同時に行うことができ、製造コストの増大要因とならない。従って、コネクタへのプラグの抜き差しに対して高い耐久性を有する、安価な電子装置とすることができる。

請求項３に記載のように、上記電子装置においては、前記コネクタのリードピンと前記金属板により、前記プリント基板が固定されてなることが好ましい。これにより、プリント基板を固定するための固定ピンが不要となるため、金属板の追加による製造コストの増大を抑制して、安価な電子装置とすることができる。

上記電子装置の構造は、例えば請求項４に記載のように、前記発熱電子部品がパワートランジスタである場合に好適である。

またこの場合には、例えば請求項５に記載のように、前記パワートランジスタが、電源ライン系の電圧変換に用いられ、前記パワートランジスタのコレクタ端子が、前記金属パターンに接続され、前記金属板が、前記樹脂ケースおよび樹脂カバーの外部に露出しないように構成することができる。

これによれば、パワートランジスタが電源ライン系の電圧変換に用いられ、コレクタ端子に電位がかかる場合であっても、ショート等の不具合を防止することができる。

一方、パワートランジスタを搭載する金属パターンが接地され、ショート不良の心配がない場合には、請求項６に記載のように、前記金属板が、前記樹脂ケースまたは樹脂カバーの外部に露出する放熱フィンを有するように構成することができる。これにより、高い放熱性を確保することができる。

請求項７に記載のように、上記電子装置は、３２ビットの高機能マイコンが搭載され、小型化と放熱効率アップが要求されている、車載用のセンサ制御に用いられる電子装置として好適である。

以下、本発明を実施するための最良の形態を、図に基づいて説明する。

図１（ａ）〜（ｃ）は、本発明の電子装置１００の構造を示す図で、図１（ａ）は、電子装置１００に搭載されるプリント基板３１の模式的な上面図である。図１（ｂ）は、電子装置１００の構造を模式的に示した断面図であり、図１（ｃ）は、図１（ｂ）におけるＡ−Ａの断面図である。

図１（ａ）〜（ｃ）に示す電子装置１００は、図５（ａ），（ｂ）に示す電子装置９１と同様に、センサ等に用いられる車載用の電子装置である。

図１（ｂ），（ｃ）に示す電子装置１００には、表面に形成された金属パターン３１ａ上に発熱電子部品であるパワートランジスタ２０を搭載した、図１（ａ）に示すプリント基板３１が収容されている。また、電子装置１００は、プリント基板３１を収容する略箱状の樹脂ケース１１ａと、樹脂ケース１１ａの開口部を蓋する略平板状の樹脂カバー１１ｂと、金属板５０を有している。

金属板５０の中央部分は平板状に形成され、図１（ｂ），（ｃ）に示すように、樹脂ケース１１ａと樹脂カバー１１ｂで密閉された内部空間に露出されている。この金属板５０における上記内部空間への露出部分５０ｃは、広い面積を有するように設定されている。一方、金属板５０の一部分５０ａは、図１（ｂ），（ｃ）に示すように、樹脂ケース１１ａに埋め込まれている。また、５本のピン形状に形成された金属板５０の別部分５０ｂは、図１（ａ）に示すプリント基板３１に形成された貫通穴３１ｃに貫通され、プリント基板３１の裏面側からの半田付けにより、パワートランジスタ２０を搭載した金属パターン３１ａに接続されている。

図１（ｂ），（ｃ）の電子装置１００においても、図５（ｂ）の電子装置９１と同様に、外部と接続するためのコネクタ４１が、樹脂ケース１１ａに一体形成されている。これにより、コネクタ４１へのプラグの抜き差しに対して、高い耐久性を確保することができる。

一方、図１（ｂ），（ｃ）の電子装置１００では、図５（ｂ）の電子装置９１と異なって、固定ピン６０が使用されておらず、プリント基板３１は、コネクタ４１のリードピン４１ａと５本のピン形状に形成された金属板５０の別部分５０ｂにより、樹脂ケース１０ａに固定される。図１（ａ）における符号３１ｂは、コネクタ４１のリードピン４１ａを通す貫通穴である。プリント基板３１は、リードピン４１ａと５本のピン形状に形成された金属板５０の別部分５０ｂをそれぞれ貫通穴３１ｂ，３１ｃに貫通させ、裏面側において、半田付け等により固定されている。尚、図１（ｂ），（ｃ）の電子装置１００では、プリント基板３１を固定するための固定ピンが不要となるため、金属板５０の追加による製造コストの増大を抑制して、安価な電子装置とすることができる。

図１（ａ）〜（ｃ）に示す電子装置１００では、パワートランジスタ２０が搭載される金属パターン３１ａに接続された金属板５０を、パワートランジスタ２０が発生する熱の放熱板として利用することができる。金属板５０（および広い面積を有する露出部分５０ｃ）は、その大きさを任意に設定することができ、これらを樹脂ケース１１ａと樹脂カバー１１ｂで密閉された内部空間の空きスペースに適宜配置できるため、放熱効率の高い電子装置とすることができる。

また、図１（ｂ），（ｃ）の電子装置１００では、プリント基板３１に形成されたパワートランジスタ２０が搭載される金属パターン３１ａを、放熱に利用する必要がない。このため、図５（ａ），（ｂ）の電子装置９１におけるプリント基板３０に形成された金属パターン３０ａに較べて、金属パターン３１ａの面積を小さくすることができる。これに伴って、図１（ｂ），（ｃ）の電子装置１００では、図５（ａ），（ｂ）の電子装置９１に較べて、プリント基板３１および電子装置１００自体の大きさも小型化することができる。

さらに、図１（ｂ），（ｃ）の電子装置１００では、金属板５０の一部分５０ａが埋め込まれた樹脂ケース１１ａは、成形と同時に金属板５０の一部分５０ａを樹脂内に埋め込むインサート成型技術を利用して、安価に製造することができる。特に、図１（ｂ），（ｃ）の電子装置１００では、外部と接続するためのコネクタ４１が樹脂ケース１１ａに一体形成されており、コネクタ４１のリードピン４１ａも、樹脂ケース１１ａへインサート成形される。従って、コネクタ４１のリードピン４１ａと金属板５０の一部分５０ａの樹脂ケース１１ａへのインサート成形は、同時に行うことができ、製造コストの増大要因とならない。このため、図１（ｂ），（ｃ）の電子装置１００は、安価な電子装置とすることができる。

以上のようにして、図１（ａ）〜（ｃ）に示す電子装置１００は、小型で放熱効率が高く、安価に製造することのできる電子装置となっている。

図２（ａ），（ｂ）は、本発明における電子装置の別の例を示す図で、それぞれ、電子装置１０１，１０２の構造を模式的に示した断面図である。

図２（ａ）に示す電子装置１０１にも、図１（ｂ）に示す電子装置１００と同様に、金属パターン３１ａ上に発熱電子部品であるパワートランジスタ２０を搭載した、図１（ａ）に示すプリント基板３１が収容されている。図２（ａ）に示す電子装置１０１は、プリント基板３１を収容する略箱状の樹脂ケース１２ａと、樹脂ケース１２ａの開口部を蓋する略平板状の樹脂カバー１２ｂと、金属板５１を有している。

図２（ａ）の電子装置１０１における金属板５１も、一部分５１ａが樹脂ケース１２ａに埋め込まれているが、埋め込み部分５１ａの面積は、図１（ｂ）の電子装置１００における金属板５０の埋め込み部分５０ａの面積に較べて、非常に大きく設定されている。これと相反して、図２（ａ）の金属板５１における樹脂ケース１２ａと樹脂カバー１２ｂで密閉された内部空間への露出部分５１ｃの面積は、図１（ｂ）の金属板５０の露出部分５０ｃの面積に較べて、非常に小さく設定されている。尚、図２（ａ）の電子装置１０１における金属板５１の別部分５１ｂも、図１（ｂ）の電子装置１００における金属板５０の別部分５０ｂと同様にして、パワートランジスタ２０を搭載したプリント基板３１の金属パターン３１ａに接続されている。

図１（ｂ）に示す電子装置１００は、金属板５０の内部空間への露出部分５０ｃが広い面積を有する。このため、パワートランジスタ２０の発熱量が比較的小さく、樹脂ケース１２ａと樹脂カバー１２ｂで密閉された内部空間への放熱で十分な場合に有効である。これに対して、図２（ａ）に示す電子装置１０１の金属板５では、樹脂ケース１１ａへの埋め込み部分５１ａが、広い面積を有する。このため、パワートランジスタ２０の発熱量が比較的大きな場合で、樹脂ケース１２ａを介して、パワートランジスタ２０の熱を外部へ逃がす場合に有効である。尚、図２（ａ）の電子装置１０１では、金属板５１の埋め込み部分５１ａとプリント基板３１が近接している。このため、図１（ｂ）の電子装置１００と較べて、プリント基板３１の固定位置精度を高めることができる。

図１（ｂ）の電子装置１００および図２（ａ）の電子装置１０１では、どちらも、金属板５０，５１が、樹脂ケース１１ａ，１２ａおよび樹脂カバー１１ｂ，１２ｂで仕切られた空間の外部に露出していない。従って、金属パターン３１ａに電位がかかる場合であっても、ショート等の不具合を防止することができる。例えば、パワートランジスタ２０が電源ライン系の１２Ｖから５Ｖへの電圧変換に用いられる場合には、パワートランジスタ２０のコレクタ端子が金属パターン３１ａに接続され、金属パターン３１ａに５Ｖの電位がかかる。この場合であっても、金属パターン３１ａに接続されて放熱に利用される金属板５０，５１は、樹脂ケース１１ａ，１２ａおよび樹脂カバー１１ｂ，１２ｂで仕切られた空間の外部に露出していないため、ショート不良等の不具合が防止される。

一方、パワートランジスタ２０を搭載する金属パターン３１ａが接地され、ショート不良の心配がない場合には、図２（ｂ）に示す電子装置１０２のように、金属板５２が樹脂ケース１２ａの外部に露出する放熱フィン５２ｄを有するように構成することができる。これにより、樹脂ケース１２ａと樹脂カバー１２ｂで仕切られた空間の外部の大気中に放熱することができ、高い放熱性を確保することができる。図２（ｂ）に示す電子装置１０２は、パワートランジスタ２０の発熱量が大きい場合に、特に効果的である。

尚、図２（ａ），（ｂ）の電子装置１０１，１０２についても、図１に示す電子装置１００と同様に、コネクタが樹脂ケースに一体形成されている。従って、プラグの抜き差しに対して高い耐久性を確保できると共に、安価な電子装置とすることができる。

図３（ａ），（ｂ）は、本発明における別の電子装置の例を示す図で、それぞれ、電子装置１０３，１０４の構造を模式的に示した断面図である。

図３（ａ）に示す電子装置１０３においても、金属パターン３２ａ上に発熱電子部品であるパワートランジスタ２０を搭載したプリント基板３２が、樹脂ケース１３ａ内に収容されている。一方、図３（ａ）の電子装置１０３では、前述した電子装置１００〜１０２と異なり、プリント基板３２が反転されて、パワートランジスタ２０と金属パターン３２ａが樹脂カバー１３ｂに対向するようにして固定されている。

図３（ａ）の電子装置１０３では、樹脂ケース１３ａに金属板５３が埋め込まれているだけでなく、樹脂カバー１３ｂにも金属板５４が埋め込まれている。樹脂ケース１３ａに埋め込まれた金属板５３は、半田付け等により端部５３ｂが金属パターン３２ａに接続されて、プリント基板３２の固定とパワートランジスタ２０の放熱に用いられる。また、樹脂カバー１３ｂに埋め込まれた金属板５４も、端部５４ｂが熱伝導性シート６０によって金属パターン３２ａに接続されており、パワートランジスタ２０の放熱に用いられる。

図３（ｂ）に示す電子装置１０３では、樹脂ケース１４ａに放熱フィン５５ｄが形成された金属板５５が埋め込まれているだけでなく、樹脂カバー１４ｂにも金属板５６が埋め込まれている。樹脂ケース１４ａに埋め込まれた金属板５５は、半田付け等により端部５５ｂが金属パターン３２ａに接続されて、プリント基板３２の固定とパワートランジスタ２０の放熱に用いられる。また、樹脂カバー１４ｂに埋め込まれた金属板５６は、端部５６ｂが熱伝導性シート６０によって金属板５５の端部５５ｂに接続され、金属板５５を介して金属パターン３２ａに接続されている。このようにして、樹脂カバー１４ｂに埋め込まれた金属板５６も、パワートランジスタ２０の放熱に用いられる。

図３（ａ），（ｂ）に示す電子装置１０３，１０４では、樹脂ケースと樹脂カバー１３ａと１３ｂおよび１４ａと１４ｂに埋め込まれた２つの金属板５３と５４および５５と５６によってパワートランジスタ２０の熱が逃がされるため、放熱効率の高い電子装置とすることができる。

尚、図３（ａ），（ｂ）の電子装置１０３，１０４についても、図１に示す電子装置１００と同様に、コネクタが樹脂ケースに一体形成されている。従って、プラグの抜き差しに対して高い耐久性を確保できると共に、安価な電子装置とすることができる。

以上のように、図１〜３に示した電子装置１００〜１０４は、いずれも、コネクタへのプラグの抜き差しに対して高い耐久性を有し、小型で放熱効率が高く、安価に製造することのできる電子装置となっている。このため、上記電子装置１００〜１０４は、３２ビットの高機能マイコンが搭載され、小型化と放熱効率アップが要求されている、車載用のセンサ制御に用いられる電子装置として好適である。

尚、上記した電子装置では、いずれも、プリント基板の表面に形成された金属パターン上にパワートランジスタが搭載されていた。しかしながら、本発明の電子装置はこれに限らず、プリント基板表面の金属パターン上に任意の発熱電子部品が搭載された電子装置であってよい。

本発明の電子装置の構造を示す図で、（ａ）は、電子装置１００に搭載されるプリント基板３１の模式的な上面図である。（ｂ）は、電子装置１００の構造を模式的に示した断面図であり、（ｃ）は、（ｂ）におけるＡ−Ａの断面図である。 本発明における電子装置の別の例を示す図で、（ａ），（ｂ）は、それぞれ、電子装置１０１，１０２の構造を模式的に示した断面図である。 本発明における別の電子装置の例を示す図で、（ａ），（ｂ）は、それぞれ、電子装置１０３，１０４の構造を模式的に示した断面図である。 従来の電子装置９０の構造を模式的に示した断面図である。 従来の別の電子装置の構造を示す図で、（ａ）は電子装置９１に搭載されるプリント基板３０の模式的な上面図であり、（ｂ）は電子装置９１の構造を模式的に示した断面図である。

符号の説明

９０，９１，１００〜１０４ 電子装置
１０ａ〜１４ａ 樹脂ケース
１０ｂ〜１４ｂ 樹脂カバー
２０ パワートランジスタ（発熱電子部品）
３０〜３２ プリント基板
３０ａ，３１ａ，３２ａ 金属パターン
４１ コネクタ
４１ａ リードピン
５０〜５５ 金属板

Claims (7)

1. 表面に形成された金属パターン上に発熱電子部品を搭載したプリント基板と、前記プリント基板を収容する略箱状の樹脂ケースと、前記樹脂ケースの開口部を蓋する略平板状の樹脂カバーと、金属板とを有する電子装置であって、
   前記金属板の一部分が、前記樹脂ケースまたは樹脂カバーに埋め込まれると共に、前記金属板の別部分が、前記金属パターンに接続されてなることを特徴とする電子装置。
2. 外部と接続するためのコネクタが、前記樹脂ケースに一体形成されてなることを特徴とする請求項１に記載の電子装置。
3. 前記コネクタのリードピンと前記金属板により、前記プリント基板が固定されてなることを特徴とする請求項２に記載の電子装置。
4. 前記発熱電子部品が、パワートランジスタであることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の電子装置。
5. 前記パワートランジスタが、電源ライン系の電圧変換に用いられ、
   前記パワートランジスタのコレクタ端子が、前記金属パターンに接続され、
   前記金属板が、前記樹脂ケースおよび樹脂カバーの外部に露出しないことを特徴とする請求項４に記載の電子装置。
6. 前記金属板が、前記樹脂ケースまたは樹脂カバーの外部に露出する放熱フィンを有することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の記載の電子装置。
7. 前記電子装置が、車載用のセンサ制御に用いられる電子装置であることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか一項に記載の記載の電子装置。

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