JP2013105855A - 制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】熱伝導材にグリス等の流動性物質を使用した場合であっても、熱伝導材が漏出しにくく、したがって放熱効率の低下が防止された、制御装置を提供する。
【解決手段】基板と、基板に対向する位置に配置された放熱部材と、基板と放熱部材との隙間を埋めるように配設された熱伝導材５と、を備えた制御装置である。熱伝導材５は、基板の電流パターン８に対応する位置に配置されている。熱伝導材５の周囲には、基板と放熱部材との隙間を埋めるようにコーティングパターン９Ａが配置されている。
【選択図】図２

Description

本発明は、制御装置に関する。

制御装置として、例えば電子制御装置が知られている。電子制御装置は、電子部品がプリント基板（多層回路基板）に実装され、このプリント基板が筐体に収容されて構成されている。このような電子制御装置では、半導体素子などからなる電子部品を動作させると、電子部品が電力を消費することで熱を発生する。発生した熱の量が多くなり、温度が高くなり過ぎると、電子部品の機能や特性が低下したり、電子部品の製品寿命が縮まることがある。

このような背景のもとに、従来では、所望の位置にサーマルビアホールを設けた基板と、前記基板の前記サーマルビアホールを設けた位置に実装された電子部品と、前記基板の電子部品実装面と反対側に配置された放熱部材とからなり、前記サーマルビアホールを設けた位置において前記基板と前記放熱部材との間に高熱伝導性材料が配設された半導体装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

このような半導体装置によれば、基板と放熱部材との間に高熱伝導性材料を挟み込むことで放熱経路を確保することができる。したがって、電子部品の熱を、サーマルビアホールを介して基板の電子部品実装面と反対の側に伝達し、さらに高熱伝導性材料から放熱部材に伝達することにより、効率よく放散させることができる。

特開平９−５５４５９号公報

しかしながら、基板と放熱部材との間に熱伝導材（高熱伝導性材料）を挟み込んだ構造では、熱伝導材としてグリス等の流動性物質を使用した場合に、熱伝導材が基板と放熱部材との間から漏出することで放熱経路が充分に確保されなくなり、放熱効率が低下するおそれがある。また、熱伝導材が漏れ出すことで熱伝導材が薄くなり、放熱効率が低下するおそれがあり、さらに、その場合に熱伝導材が無駄になってしまう。

本発明は前記事情に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、熱伝導材にグリス等の流動性物質を使用した場合であっても、熱伝導材が漏出しにくく、したがって放熱効率の低下が防止された、制御装置を提供することにある。

本発明の制御装置は、基板と、基板に対向する位置に配置された放熱部材と、前記基板と前記放熱部材との隙間を埋めるように配設された熱伝導材と、を備えた制御装置であって、前記熱伝導材は、前記基板の電流パターンに対応する位置に配置され、前記熱伝導材の周囲には、前記隙間を埋めるようにコーティングパターンが配置されていることを特徴とする。

また、前記制御装置において、前記電流パターンは、前記基板における前記熱伝導材側の表層に設けられており、かつ、該電流パターンは、高電流が流れる高電流パターンであることが好ましい。

また、前記制御装置において、前記コーティングパターンの形状は、井桁型、ロ型、コ型、もしくは二型であることが好ましい。

また、前記制御装置においては、前記基板における前記熱伝導材側と反対の側の面に、電子部品が実装されていることが好ましい。

また、前記制御装置において、前記基板には、複数のビアが設けられていることが好ましい。

本発明の制御装置によれば、熱伝導材の周囲に、基板と放熱部材との隙間を埋めるようにコーティングパターンを配置しているので、熱伝導材がグリス等の流動性物質からなっている場合でも、その周囲に配置したコーティングパターンによって前記隙間から熱伝導材が漏出するのを防止することができ、これによって熱伝導材が薄くなるのを防止することができる。したがって、熱伝導材によって良好な放熱経路を確保することができるため、放熱効率の低下を防止することができる。
また、熱伝導材が無駄になってしまうのを防止することができる。
さらに、コーティングパターンを配置したことで、熱伝導材の漏出防止構造を別に筐体に設ける必要がなくなり、したがって製造工数を削減することができる。

本発明の制御装置の第１実施形態の概略構成を模式的に示す要部側断面図である。 （ａ）〜（ｄ）は、多層回路基板の表層を模式的に示す要部底面図である。 本発明の制御装置の第２実施形態を説明するための図であって、多層回路基板の表層を模式的に示す要部底面図である。

以下、図面を参照して、本発明に係る制御装置について説明する。なお、以下の図面においては、各部材を認識可能な大きさとするために、各部材の縮尺を適宜変更している。
図１は、本発明の制御装置の第１実施形態の概略構成を模式的に示す要部側断面図であり、図１中符号１は制御装置である。この制御装置１は、例えば自動車用の電子制御装置（ＥＣＵ：Electronic Control Unit）として用いられるもので、多層回路基板２（基板）と、該多層回路基板２に実装された電子部品３と、これら多層回路基板２や電子部品３等を収容する筐体とを備えて構成されている。

図１では、筐体のうちの下側ケース４のみを示しているが、この下側ケース４に上側ケース（図示せず）が被着されることで、筐体が構成される。したがって、このような筐体に多層回路基板２や電子部品３等が収容されることで、電子制御装置として用いられるようになっている。下側ケース４は、本実施形態では放熱部材として機能するようになっている。
また、多層回路基板２と下側ケース４（放熱部材）との隙間には、多層回路基板２と下側ケース４との隙間を埋めるように熱伝導材５が配設されている。

多層回路基板２は、表裏面を形成する一対の表層、すなわち表層２ａおよび表層２ｆと、これら表層２ａ、２ｆ間に設けられた内層２ｂ〜２ｅとからなる積層構造のプリント基板であり、ビルトアップ工法を用いて形成されたものである。表層２ａの表面（外面）は電子部品３を実装する実装面２Ａとなっており、この実装面２ＡにはＩＣチップや電解コンデンサ、ＦＥＴ、抵抗等からなる電子部品３が実装されている。電子部品３は、実装面２Ａにてその端子３ａが、半田（図示せず）を介してビア６の導体６ａに接続している。

表層２ａには、複数のビア６（スルーホール）が形成配置されている。これらビア６は、レーザー加工によって穴あけされ、内面及びその開口周辺がメッキされて導体６ａが設けられたもので、実装面２Ａの開口周辺に設けられた導体６ａがパッドとして機能し、電子部品３に接続されている。

内層２ｂ〜２ｅは、本実施形態では４層の積層構造に形成されており、各層にそれぞれ多数のビア６（スルーホール）を形成している。これらビア６は、前記ビア６に連通して形成されたもので、レーザー加工等によって穴あけされ、内面及びその開口周辺がメッキされて導体６ａが設けられている。

表層２ｆには、実装面２Ａを形成する前記表層２ａと同様に、複数のビア６（スルーホール）が形成配置されている。これらビア６も、前記ビア６に連通して形成されたもので、レーザー加工によって穴あけされ、内面及びその開口周辺がメッキされて導体６ａが設けられている。このような構成のもとに、表層２ａのビア６と内層２ｂ〜２ｅのビア６と表層２ｆのビア６とは互いに連通し、放熱性の高いスルーホールを形成している。

このような構成のもとに多層回路基板２は、その表層２ａから表層２ｆまでの間において、各ビアどうしが電気的、熱的に接続している。また、表層２ａ、内層の各層２ｂ〜２ｅ、表層２ｆには、それぞれ、銅箔等による導電パターン７が形成されている。したがって、前記各ビア６は、各層においてそれぞれ対応する導電パターン７にも接続し、電源やグランドなどに接続されている。ただし、各ビア６の全てが配線として機能し、電源やグランドなどに接続されている必要はなく、一部は、単に放熱用として独立した状態で配設されていてもよい。

前記熱伝導材５は、本実施形態では流動性物質である放熱グリスからなっている。この熱伝導材５は、多層回路基板２の表層２ｆを模式的に示す要部底面図である図２（ａ）に示すように、多層回路基板２の表層２ｆに設けられた電流パターン８に当接する位置に配置されている。すなわち、図２（ａ）において電流パターン８を囲った状態でコーティングパターン９Ａが配置されており、このコーティングパターン９Ａ内に、図２（ａ）中にドットで示すように放熱グリスからなる熱伝導材５が配置されている。

電流パターン８は、表層２ｆに設けられた導電パターン７の一部であり、電源や電子部品３等に接続して電流が流れる配線の一部となっている。したがって、電子部品３等の動作に伴って電流が流れることで熱を発生し、温度上昇の一因となっている。
本実施形態では、このような電流パターン８に対応して、すなわち図２（ａ）に示したようにこれに直接当接するようにして、熱伝導材５を配置している。

また、前記したように熱伝導材５を囲った状態に、コーティングパターン９Ａが配設されている。このコーティングパターン９Ａは、多層回路基板２の表層２ｆに形成されたもので、これによって熱伝導材５と同様、図１に示すように多層回路基板２と下側ケース４との隙間に、該隙間を埋めるように配設されている。

コーティングパターン９Ａは、例えばウレタン系やシリコン系のコーティング液からなるもので、基板の防湿膜などとしても機能するものである。本発明においては、主に放熱性グリス（熱伝導材５）が多層回路基板２と下側ケース４との隙間から漏出するのを防止するべく、放熱性グリス（熱伝導材５）が外側に流れるのを防止する壁として機能するようになっている。

このようなコーティングパターン９Ａの形成法としては、例えば多層回路基板２の表層２ｆ側の非コーティング領域をマスキングした状態で、コーティング液に浸漬し、これを塗布する。あるいは、マスキングした状態でコーティング液をスプレーし、これを塗布する。その後、塗布したコーティング液を加熱乾燥することで、コーティングパターン９Ａを得る。なお、コーティングパターン９Ａの形成法としては、例示した方法に限定されることなく、刷毛塗り等、従来公知の種々の方法が採用可能であるのはもちろんである。

本実施形態では、コーティングパターン９Ａは図２（ａ）に示すように井桁型に形成されており、４つの直線で囲まれた部位に、熱伝導材５（放熱性グリス）を位置させている。このようにコーティングパターン９Ａを井桁型に形成することにより、このコーティングパターン９Ａが多層回路基板２の表層２ｆのどの位置に形成されていても、コーティングパターン９Ａに囲まれた熱伝導材５が多層回路基板２と下側ケース４との隙間から漏出するのを確実に防ぐことができる。

また、コーティングパターン９Ａの面積が後述するパターンに比べて相対的に広くなるため、多層回路基板２の厚み方向に力が加わった際、この力を分散させて下側ケース４に伝えることができ、したがってその反力の影響を少なくすることができる。
また、例えばノズルからコーティング液を吐出し、パターニングする方法を採用した場合、ノズルまたは多層回路基板２を直線的に移動させることで、所望パターンにコーティングを行うことができる。

このような構成の制御装置１を組み立てるには、図２（ａ）に示すように電流パターン８を囲った状態にコーティングパターン９Ａを形成する。また、下側ケース４の上面の、コーティングパターン９Ａに対応する位置、すなわちコーティングパターン９Ａに四周が囲まれるようになる位置に、熱伝導材５（放熱グリス）を配置する。その後、下側ケース４の上面上に多層回路基板２を位置合わせしつつ載置し、従来と同様にして下側ケース４に多層回路基板２を固定することにより、図１に示したように多層回路基板２と下側ケース４との隙間に熱伝導材５とコーティングパターン９Ａとを配設し、かつ、熱伝導材５の周囲にコーティングパターン９Ａを配設する。

この制御装置１にあっては、放熱グリスからなる熱伝導材５の周囲に、多層回路基板２と下側ケース４（放熱部材）との隙間を埋めるようにコーティングパターン９Ａを配置しているので、コーティングパターン９Ａによって前記隙間から熱伝導材５が漏出するのを確実に防止することができ、これによって熱伝導材５が薄くなるのを防止することができる。したがって、電流パターン８に直接接する熱伝導材５によって良好な放熱経路を確保することができるため、放熱効率の低下を防止することができる。
また、熱伝導材５が無駄になってしまうのを防止することができる。
さらに、コーティングパターン９Ａを配置したことで、熱伝導材５の漏出防止構造を別に下側ケース４（筐体）に設ける必要がなくなり、したがって製造工数を削減することができる。

また、多層回路基板２における熱伝導材５側と反対の側の実装面２Ａに、電子部品３を実装しているので、熱伝導材５と電子部品３とが互いに干渉することなく、したがってそれぞれの側においてこれら熱伝導材５および電子部品３を高い自由度で配置することができる。

また、多層回路基板２に複数のビア６を設けているので、電子部品３の熱が、多層回路基板２の実装面２Ａ（表層２ａ）、各ビア６および内層２ｂ〜２ｅ、表層２ｆ、さらに熱伝導材５、下側ケース４の順に伝わり、下側ケース４（筐体）から外部に放出される。その際、各ビア６は、それぞれの層の導電パターン７等によって同じ層中の他のビアにも熱的に接続されることから、熱の発散性がよくなり、したがって多層回路基板２はその放熱性がより高くなる。

なお、本実施形態では、図２（ａ）に示したようにコーティングパターン９Ａを井桁型に形成したが、本発明はこれに限定されることなく、熱伝導材５の周囲に配置されていれば、種々の形状（形態）のパターンが採用可能である。
例えば、図２（ｂ）に示すように、コーティングパターン９Ｂをロ型（矩形枠型）に形成し、４つの直線で囲まれた部位に、熱伝導材５（放熱性グリス）を位置させるようにしてもよい。このようにコーティングパターン９Ｂをロ型に形成することにより、このコーティングパターン９Ｂが多層回路基板２の表層２ｆのどの位置に形成されていても、コーティングパターン９Ｂに囲まれた熱伝導材５が多層回路基板２と下側ケース４との隙間から漏出するのを確実に防ぐことができる。

また、熱伝導材５を配置する領域が同じ広さであるとすると、図２（ｂ）に示したコーティングパターン９Ｂがコーティングされる領域は、図２（ａ）に示した井桁型のパターン９Ａの領域に比べて狭くなる。したがって、多層回路基板２の表層２ｆに形成するコーティングパターン９Ｂの、レイアウトの自由度を高めることができる。

また、図２（ｃ）に示すように、コーティングパターン９Ｃをコ型に形成し、３つの直線で囲まれた部位に、熱伝導材５（放熱性グリス）を位置させるようにしてもよい。
このようにコーティングパターン９Ｃをコ型に形成しても、コーティングパターン９Ｃに囲まれた熱伝導材５が多層回路基板２と下側ケース４との隙間から漏出するのを効果的に防ぐことができる。
また、井桁型やロ型のパターン９Ａ、９Ｂに比べ、コーティング面積を減らすことにより、コストや工数を削減することができる。

また、図２（ｄ）に示すように、コーティングパターン９Ｄを二型に形成し、２つの直線で囲まれた（挟まれた）部位に、熱伝導材５（放熱性グリス）を位置させるようにしてもよい。
このようにコーティングパターン９Ｄを二型に形成しても、コーティングパターン９Ｄに囲まれた熱伝導材５が多層回路基板２と下側ケース４との隙間から漏出するのを防ぐことができる。特に、図２（ｄ）に示したように電流パターン８が直線状に延びて形成されている場合、この直線状の電流パターン８を挟むようにしてその両側にコーティングパターン９Ｄを形成するといった単純なレイアウトにより、熱伝導材５の漏出を良好に防ぐことができる
また、井桁型やロ型、コ型のパターン９Ａ、９Ｂ、９Ｃに比べ、コーティング面積を最も減らすことができ、コストや工数を削減することができる。

図３は、本発明の制御装置の第２実施形態を説明するための図である。
この第２実施形態が図１、図２（ａ）に示した第１実施形態と異なるところは、多層回路基板２の表層２ｆの表面（底面）側に水平コネクタ１０が配設されており、この水平コネクタ１０の近傍に、前記のコーティングパターン９Ａが配置されている点である。

このように水平コネクタ１０が配設されている領域の近傍では、例えば電源から水平コネクタ１０を介して接続するパターンや、スイッチング素子などの高電流が必要な部品に接続するパターンなど、高電流を流すパターン（高電流パターン）が配設されることが多い。したがって、本実施形態では、この高電流パターン１１に対応するように熱伝導材５を配設するべく、この高電流パターン１１の周囲にコーティングパターン９Ａを配設している。

高電流パターン１１は、幅約１．０〜５．０ｍｍ程度の銅箔等からなるパターンであって、約３．０〜４．２Ａ程度の高電流が流れるため、発熱量も多くなっている。なお、本実施形態では、図示を省略しているものの、高電流パターン１１とは別に、図２（ａ）に示したような電流パターン８も設けられている。この電流パターン８は、高電流パターン１１に比べて低い電流が流れるパターンである。したがって、本発明において高電流パターン１１とは、多層回路基板２に複数の電流パターンがある場合の、高い電流が流れる方のパターンとする。

このような高電流パターン１１に対しても、図３中ドットで示すように、高電流パターン１１に直接当接するようにして熱伝導材５を配置している。
したがって、本実施形態では、このような高電流パターン１１に当接する熱伝導材５の周囲にコーティングパターン９Ａを配置しているので、コーティングパターン９Ａによって前記隙間から熱伝導材５が漏出するのを確実に防止することができ、これによって熱伝導材５が薄くなるのを防止することができる。よって、高電流パターン１１に直接接する熱伝導材５によって良好な放熱経路を確保することができるため、放熱効率の低下を防止することができる。
また、コーティングパターン９Ａを配置したことで、熱伝導材５の漏出防止構造を別に下側ケース４（筐体）に設ける必要がなくなり、したがって製造工数を削減することができる。

なお、本実施形態では、コーティングパターン９Ａとして井桁型のものを用いたが、これに代えて、図２（ｂ）に示したようなロ型のコーティングパターン９Ｂ、図２（ｃ）に示したようなコ型のコーティングパターン９Ｃ、図２（ｄ）に示したような二型のコーティングパターン９Ｄを用いてもよいのはもちろんである。

また、本発明は前記実施形態に限定されることなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。
例えば、基板については、図１に示した多層回路基板２に限定されることなく、表層のビア６を内層で分離させてこれらの平面視した位置をずらした基板など、従来公知の種々の基板が採用可能である。

また、コーティングパターンについても、基板（多層回路基板２）と放熱部材（下側ケース４）との隙間を埋めるように配設され、かつ、熱伝導材５（放熱グリス）の周囲に配置されていれば、井桁型、ロ型、コ型、二型に限定されることなく、丸型、三角形等の多角形の枠型、円弧型、円弧を複数有した型など、種々の形態のパターンが採用可能である。

また、前記実施形態では、本発明を自動車用の電子制御装置等として用いられる制御装置に適用した場合について説明したが、本発明の制御装置はこれ以外の制御装置にも適用可能である。

１…制御装置、２…多層回路基板（基板）、３…電子部品、４…下側ケース（放熱部材）、５…熱伝導材、６…ビア、８…電流パターン、９Ａ、９Ｂ、９Ｃ、９Ｄ…コーティングパターン、１１…高電流パターン

Claims (5)

1. 基板と、基板に対向する位置に配置された放熱部材と、前記基板と前記放熱部材との隙間を埋めるように配設された熱伝導材と、を備えた制御装置であって、
   前記熱伝導材は、前記基板の電流パターンに対応する位置に配置され、
   前記熱伝導材の周囲には、前記隙間を埋めるようにコーティングパターンが配置されていることを特徴とする制御装置。
2. 前記電流パターンは、前記基板における前記熱伝導材側の表層に設けられており、かつ、該電流パターンは、高電流が流れる高電流パターンであることを特徴とする請求項１記載の制御装置。
3. 前記コーティングパターンの形状は、井桁型、ロ型、コ型、もしくは二型であることを特徴とする請求項１又は２に記載の制御装置。
4. 前記基板における前記熱伝導材側と反対の側の面に、電子部品が実装されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の制御装置。
5. 前記基板には、複数のビアが設けられていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の制御装置。

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