JP2006313768A - 電子制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】発熱素子を含む電子部品が実装される回路基板を有し、前記電子部品は外界から保護するために充填剤に覆われている電子制御装置において、放熱性能を向上させ、ひいては電子制御装置の信頼性を高める。
【解決手段】ＥＤＵ１０は、発熱を伴う発熱素子１５と、発熱素子１５を一方の面に実装する回路基板１４と、回路基板１４の他方の面に取り付けられる放熱板１７と、回路基板１４を収容するケースとを備える。ケース１１内には発熱素子１５を埋没させるようにしてゲル状充填剤１８が充填されている。かかる構成において、ケース１１の突起状の吸熱部１３ａを設け、吸熱部１３ａをゲル状充填剤１８内にて発熱素子１５と近接して対向するようにしている。
【選択図】 図１

Description

本発明は、車両等に搭載される電子制御装置に関するものである。

車両にはエンジンなどを制御するための電子制御装置が搭載されている。この電子制御装置には、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等からなり、エンジン回転速度やエンジン負荷などの運転状況から各種制御信号を演算し出力する電子演算装置と、パワートランジスタやパワーＭＯＳＦＥＴなどのパワー素子をはじめとする各種電子部品からなり、前記電子演算装置からの制御信号を受けてインジェクタなどのアクチュエータを動作させるアクチュエータ駆動装置とがある。

一般にアクチュエータ駆動装置は大電流を伴って動作するために電磁ノイズを発生し易く、電子演算装置の演算処理の妨げになることが多い。このため、アクチュエータ駆動装置は電子演算装置から離され、アクチュエータに近いエンジンルームなどに設置される。

エンジンルームは外界やエンジンの状態に応じて温度や湿度などの環境が大きく変化するが、アクチュエータ駆動装置はそのような環境変化によらず動作する必要がある。そこで、電子部品等の保護を目的として、電子部品等を埋没させるようにしてゲル状充填剤がアクチュエータ駆動装置のケース内に充填されている。

ところで、アクチュエータ駆動装置に求められる仕様は年々厳しくなっており、仕様を満足するために、パワー素子をはじめとする発熱素子の発熱量が増加している。一般に、電子部品は放熱が十分に行われないと機能の低下を生じるので、放熱板などの放熱体を利用した放熱が行われている。しかしながら、アクチュエータ駆動装置の搭載条件などから放熱板の放熱面積が十分にとれなくなる場合もあり、電子制御装置の信頼性の低下が懸念されている。

一方、従来技術として特許文献１では、熱伝導性シートを利用する冷却構造が示されている。これは、ケースに発熱素子へ向かう凸部を設け、ケースに設けた凸部が熱伝導性シートを介して発熱素子と当接する実装構造であって、発熱素子で発生する熱を熱伝導シートを介して外部に放出するものである。

しかしながら、放熱シートを介して発熱素子とケースを当接するためにはケースの組み立て精度が求められることになり組み立て作業のコストが増加する問題がある。
特開２００２−２８０７７６号公報

本発明の目的は、発熱素子を含む電子部品が実装される回路基板を有し、前記電子部品は外界から保護するためにゲル状充填剤に覆われている電子制御装置において、放熱性能を向上させ、ひいては電子制御装置の信頼性を高めることである。

手段１では、発熱を伴う発熱素子と、該発熱素子を一方の面に実装する回路基板と、該回路基板の他方の面に取り付けられる放熱体と、前記回路基板を収容するケースとを備え、前記ケース内に発熱素子を埋没させるようにしてゲル状充填剤を充填した電子制御装置において、前記ケースに突起状の吸熱部を設け、該吸熱部を前記ゲル状充填剤内にて前記発熱素子と近接して対向させている。

発熱素子で発生した熱は、回路基板を伝わり、放熱体を介して外部へと放出される。一方で、発熱素子で発生した熱は、ゲル状充填剤に伝わった後、吸熱部を介しても外部へと放出される。特に吸熱部はゲル状充填剤内にて発熱素子に近接し且つ対向することから、発熱素子で発生した熱を吸収し易い。

手段１によれば、ゲル状充填剤に覆われた面からも熱の排出を行うことが可能となり、放熱体のみの構成で放熱を行う場合に比べて発熱素子の発熱を抑えることができる。この結果、電子制御装置の信頼性の向上を図ることができる。

また、吸熱部と発熱素子は近接し且つ対向する関係であって、接着等の手段によって互いを固定するが必要ない。このため、電子制御装置の作製において部材や組み立ての精度は求められず、製造コストなどの増加を抑えることができる。さらに、本手段は、ケースに突起状の吸熱部を付加することで実現されるので、既存の電子制御装置からの構成変更が微小で済み、開発コストの増加も抑えることができる。

手段２では、前記ケースは前記回路基板の外周を囲うように設けられる外囲ケース体と、前記回路基板に対向して設けられるケースカバーとを備える構造において、前記吸熱部を前記ケースカバーに設けている。

ケースカバーは回路基板と対向するので、吸熱部は回路基板上の任意の発熱素子が存在する箇所に配置し易くなる。例えば、発熱素子と対向しない外囲ケース体に吸熱部を設ける場合、回路基板に実装されている発熱素子以外の電子部品との干渉を考慮しなければならないといった問題が生じるが、こうした不都合が回避できる。

手段３では、前記吸熱部には、前記発熱素子と対向する部位に、傾斜部又は凹状部を設けている。

上記傾斜部または、凹状部は、主として、前記発熱素子とを電気的に接続するためのボンディングワイヤ等の干渉物を回避するために設けられる。

放熱性の観点からみると吸熱部と発熱素子とは互いに近接することが望ましいが、例えば、発熱素子にボンディングワイヤ等が設けられた場合には、ボンディングワイヤ等が吸熱部と干渉するおそれがある。このような場合、吸熱部に傾斜部や凹状部を設けることによってボンディングワイヤ等との干渉を回避しつつ、発熱素子に近接させることが可能になる。

手段４では、前記発熱素子と対向する前記吸熱部の対向面を前記発熱素子よりも大きくなるように設けている。

吸熱部の対向面は大きいほど吸熱量が増加し、発熱素子の発熱を抑えることができる。

手段５では、前記吸熱部の材質を前記ゲル状充填剤に比べて熱伝導性が高いものとしている。

発熱素子にて発生してゲル状充填剤に伝わった熱は吸熱部を伝わり易く、外部へ放出される熱量が増加する。

手段６では、車載エンジンに燃料を噴射供給するためのインジェクタを駆動するインジェクタ駆動装置として本発明を適用する。

この場合、発熱素子はインジェクタの通電電流を制御するためのスイッチング素子等であり、インジェクタ駆動装置のケースに吸熱部を設けることで発熱素子の発熱を抑制することができる。ひいてはインジェクタ駆動装置の信頼性の向上を図ることができる。

以下、本発明の電子制御装置をインジェクタ駆動装置として具体化した一実施の形態を図面に従って説明する。

車両にはエンジンが搭載されており、このエンジンの各気筒にはインジェクタから燃料が噴射供給される。また、車両には、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等からなり、エンジン回転速度やエンジン負荷などの運転状況からインジェクタの制御量を演算するとともに、該制御量に対応するインジェクタ制御信号を出力する電子演算装置（以下、ＥＣＵという）と、インジェクタ制御信号に基づいてインジェクタを駆動するインジェクタ駆動装置（以下、ＥＤＵという）が搭載されている。

本実施の形態においてインジェクタは、電磁ソレノイドを用いた電磁弁によって構成されており、ＥＤＵから電流が供給されることによって電磁弁が開閉されて燃料噴射が行われる。特に、開弁時には高速応答性を得るために大電流が流れる。

また、ＥＤＵでは電磁弁駆動のためにパワーＭＯＳＦＥＴなどのパワー素子が用いられている。このようなパワー素子は大電流を流すために電磁ノイズを発生させ易いので、ＥＤＵはＥＣＵの演算動作の妨げにならないようにＥＣＵから離され、インジェクタに近いエンジンルームに設置されている。

図１は車両のエンジンへの燃料噴射を行うインジェクタを駆動するためのＥＤＵ１０の断面図である。

さて、ＥＤＵ１０は直方体形状のケース１１を有しており、ケース１１にはインジェクタ駆動用の回路基板１４が収容されている。回路基板１４にはその一方の面に発熱素子１５を含む電子部品が実装され、回路基板１４の他方の面に放熱体として放熱板１７が取り付けられている。なお、回路基板１４には発熱素子１５以外の電子部品やコネクタ類も実装されているがここでは図示を省略している。

回路基板１４の一方の面には、前述したパワー素子など大電流を制御することにより発熱する発熱素子１５がベアチップとして実装されており、回路基板１４と発熱素子１５とはボンディングワイヤ１６によって電気的な接続が行われている。また、回路基板１４の他方の面は非実装面であって、放熱板１７が接着等の手段によって固定されている。回路基板１４は熱耐性を有し、かつ熱伝導性のあるセラミックスからなる。

ケース１１は回路基板１４の外周を囲うように設けられる外囲ケース体１２と、回路基板１４に対向して設けられるケースカバー１３とを備え、放熱板１７を底面として組み合わせることで収納容器が構成されている。

また、ケースカバー１３には直方体形状の突起である吸熱部１３ａが設けられている。本実施の形態において、発熱素子１５と対向する吸熱部１３ａの対向面は、対向する発熱素子１５と相似形状をなしており、発熱素子１５が略正方形状をなす場合において吸熱部１３ａも同様に略正方形状をなす。図２において例えば、吸熱部１３ａと発熱素子１５の距離Ｄは３ｍｍ程度、対向面の一辺の長さＬは２ｍｍ程度である。熱伝導の観点からみると、吸熱部１３ａが発熱素子１５にできるだけ近接し、吸熱部１３ａの対向面が対向する発熱素子１５よりも大きいほうが良い。回路基板１４に実装されている電子部品の干渉やケース１１の組み立て精度などを考慮すれば、吸熱部１３ａと発熱素子１５の距離Ｄは２〜５ｍｍ程度、長さＬは１〜５ｍｍ程度であると良い。

また、外囲ケース体１２はＰＰＳ（ポリフェニレンスルフィド）、ケースカバー１３はＰＢＴ（ポリブチレンテレフタレート）からなる。これらの材料はエンジニアリングプラスチックと呼ばれ、耐熱性と剛性に優れ、かつ熱伝導性を有している。

ケース１１には、発熱素子１５などの電子部品が埋没するような量（例えば、回路基板１４から高さ１０ｍｍ程度となる量）のゲル状充填剤１８が充填されている。ゲル状充填剤１８は、例えばシリコンからなり、シリコンがケース１１内に充填された後、全体が１２０℃程度まで加熱されてゲル状に固められている。

放熱板１７は高さ１５ｍｍ程度のフィン形状を持つ平板であって、熱伝導性の高いアルミニウムからなる。放熱板１７は回路基板１４との固定面から発熱素子１５で発生した熱を受け取り、外部へ放出する。

以上詳述した本実施の形態によれば、ケースカバー１３に吸熱部１３ａを設け、ゲル状充填剤１８内にて発熱素子１５に近接して対向させることで、発熱素子１５で発生した熱は吸熱部１３ａを介して外部へと放出される。すなわち、放熱板１７以外の放熱構造を有することになり、放熱板１７からのみ放熱される場合と比べて発熱素子１５の発熱を抑えることができる。この結果、ＥＤＵ１０の信頼性の向上を図ることができる。

また、ケースカバー１３の一部として吸熱部１３ａを設けることにより、ケースカバー１３の作製時に吸熱部１３ａを同時成型することが可能であり、構造が容易になることからコストの増加を抑えることができる。さらにＥＤＵ１０は、吸熱部１３ａと発熱素子１５とが離間して設けられる構成であるため、組み立て精度を必要とせず組み立てコストの増加も抑えることができる。

一方で、ケースカバー１３に吸熱部１３ａを設けることは、回路基板１４上のどの位置に発熱素子１５が実装されていたとしても、発熱素子１５の直上に吸熱部１３ａを設けることが可能であって、回路基板１４に実装された他の電子部品の干渉を受けにくいという効果を持つ。

さらに、吸熱部１３ａの対向面を発熱素子１５より大きくなるように設けることで、吸熱部１３ａが発熱素子１５で発生する熱を吸収し易くなって、発熱素子１５の発熱が抑制される。

本実施の形態においてゲル状充填剤１８には気泡が存在しており、ゲル状充填剤１８に比べて吸熱部１３ａを有するケース１１の熱伝導性は高い。このため、発熱素子１５で発生する熱は吸熱部１３ａを伝わり易くなり外部へ放出される熱量が増加して、発熱素子１５の発熱が抑制される。

上記ＥＤＵ１０の構成により、インジェクタを適正に駆動することができ、ひいては所望とする燃料噴射制御の実現が可能となる。

なお、本発明は上記実施の形態の記載内容に限定されず、例えば次のように実施しても良い。

上記実施の形態においてケース１１の材料にはＰＰＳやＰＢＴを用いたが、ケース１１の材料には収納容器としての強度などの要件を満たし、電気的絶縁性や熱伝導性を持つセラミックスや合成樹脂などを用いても良い。

また、ケースカバー１３に設けた吸熱部１３ａを直方体としたが、突起の立体形状を錘台や多面体などにしても良いし、対向面の形状を長方形やその他の多角形又は円形などにしても良い。また、ボンディングワイヤ１６などの干渉物の回避を行うために、図３（ａ）に示される吸熱部１３ｂのような傾斜部や凹状部を設けても良い。その際、吸熱部１３ｂは発熱素子１５よりも小さくなっても良い。一方で、図３（ｂ）に示されるように吸熱部１３ｃの対向面に、対向する発熱素子１５に向けて突出する吸熱補助部１３ｄを設けて発熱素子１５を覆うような形状にしたり、対向面等に凹凸を設けることによって吸熱を行う表面積を増やしたりすることによって、吸熱量を増加させても良い。これにより、発熱素子１５の発熱をより一層抑えることが可能となる。いずれの実施の形態においても、傾斜部や凹状部又は吸熱補助部１３ｄなどを組み合わせて吸熱部を構成しても良い。

上記実施の形態において、吸熱部１３ａはケースカバー１３の一部として成型する以外に次のように設けても良い。例えば、図４（ａ）に示すように、吸熱部２１を別体として作製し、ケースカバー１３の内面側に接合する。また、ケースカバー１３の材料として熱伝導性を有するものが使用できない場合には、図４（ｂ）に示すように、ケースカバー１３に孔部１３ｅを設け、この孔部１３ｅに、ケースカバー１３とは別体の吸熱部２２を組み付ける構成とする。吸熱部２２には、ケースカバー１３の外部にて放熱を促すための板状等の放熱部２２ａが形成されている。これらは既存の装置において発熱素子１５の発熱を抑制するために新たに放熱構造を付加したり、作製工程上、吸熱部の同時成型が行えない場合に適用されたりする。

上記実施の形態において、吸熱部１３ａをケースカバー１３に設ける構成としたが、吸熱部１３ａを外囲ケース体１２に設けても良い。さらにはケース１１の形状を直方体に限らず、任意形状のケース１１のいずれかの面に吸熱部１３ａを設けても良い。

ＥＤＵの構成を示す断面図である。 ケースカバーに設けた吸熱部と発熱素子の対応を表す断面図である。 ケースカバーに設けた突起の構成例を表す断面図である。 ケースカバーに設けた突起の構成例を表す断面図である。

符号の説明

１０…ＥＤＵ、１１…ケース、１２…外囲ケース体、１３…ケースカバー、１３ａ〜１３ｃ…吸熱部、１３ｄ…補助吸熱部、１４…回路基板、１５…発熱素子、１６…ボンディングワイヤ、１７…放熱板、１８…ゲル状充填剤、２１，２２…吸熱部、２２ａ…放熱部。

Claims (6)

1. 発熱を伴う発熱素子と、該発熱素子を一方の面に実装する回路基板と、該回路基板の他方の面に取り付けられる放熱体と、前記回路基板を収容するケースとを備え、前記ケース内に前記発熱素子を埋没させるようにしてゲル状充填剤を充填した電子制御装置において、
   前記ケースに突起状の吸熱部を設け、該吸熱部を前記ゲル状充填剤内にて前記発熱素子と近接して対向させたことを特徴とする電子制御装置。
2. 前記ケースは前記回路基板の外周を囲うように設けられる外囲ケース体と、前記回路基板に対向して設けられるケースカバーとを備え、前記吸熱部を前記ケースカバーに設けたことを特徴とする請求項１に記載の電子制御装置。
3. 前記吸熱部には、前記発熱素子と対向する部位に、傾斜部又は凹状部を設けたことを特徴とする請求項１又は２に記載の電子制御装置。
4. 前記吸熱部の前記発熱素子と対向する面は、前記発熱素子よりも大きいことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の電子制御装置。
5. 前記吸熱部の材質を前記ゲル状充填剤よりも熱伝導性が高いものとしたことを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の電子制御装置。
6. 車載エンジンに燃料を噴射供給するためのインジェクタを駆動するインジェクタ駆動装置として適用され、前記発熱素子は前記インジェクタの通電電流を制御するものである請求項１乃至５のいずれかに記載の電子制御装置。

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