JP2018142565A - Electronic control device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、エンジンコントロールユニットや自動変速機用コントロールユニットなどの電子制御装置に関し、特に、電子部品の放熱構造に関するものである。 The present invention relates to an electronic control device such as an engine control unit and an automatic transmission control unit, and more particularly to a heat dissipation structure for electronic components.
車室内及びエンジンルーム等の車両に搭載されるエンジンコントロールユニットや自動変速機用コントロールユニットなどの電子制御装置は、電子部品を実装した回路基板、回路基板に実装し外部コネクタと接続するコネクタ、回路基板を収容する筐体、筐体内の気密性を確保するシール部材等で構成されている。電子部品から発生する熱を外部に逃がす構造として、例えば、特許文献1においては、電子部品を搭載した回路基板に、前記電子部品パッケージ部と対向する前記回路基板に開口部を設け、筐体には前記開口部に向かって突出部を設けて、前記開口部に、前期電子部品及び前記突出部と接触するように放熱部材を設置する構造がある。
Electronic control devices such as engine control units and automatic transmission control units mounted in vehicles such as vehicle interiors and engine rooms are circuit boards mounted with electronic components, connectors and circuits mounted on circuit boards and connected to external connectors. It is comprised by the housing | casing which accommodates a board | substrate, the sealing member etc. which ensure the airtightness in a housing | casing. As a structure for releasing heat generated from an electronic component to the outside, for example, in
しかしながら、上記構造においては、電子部品リード部と回路基板は、例えばはんだ等の金属接続材料を介して接続する一方、前記電子部品パッケージ部は、放熱部材を介して筐体と接続している。前記金属接続材料に対して、前記放熱部材は線膨張係数が大きい為、熱変化に伴う変位量が大きく、前記金属接続材料には大きな歪みが発生する。前記歪みは、前記金属接続材料に発生するクラックの原因であり、前記クラックの進展によっては、前記電子部品と前記回路基板の電気的接続が失われ、ひいては電子制御装置の動作不良に繋がることから、前記歪みを抑制する構造が求められる。 However, in the structure described above, the electronic component lead portion and the circuit board are connected via a metal connection material such as solder, while the electronic component package portion is connected to the housing via a heat dissipation member. Since the heat dissipation member has a large coefficient of linear expansion with respect to the metal connecting material, a displacement amount due to a heat change is large, and a large strain is generated in the metal connecting material. The strain is a cause of a crack generated in the metal connection material, and depending on the progress of the crack, the electrical connection between the electronic component and the circuit board is lost, which leads to a malfunction of the electronic control device. A structure that suppresses the distortion is required.
本発明は、電子部品、前記電子部品を搭載した回路基板、前記回路基板に搭載し、外部コネクタと接続するコネクタ、前記回路基板を収容する筐体、前記電子部品と前記筐体間に設置した放熱部材と、を備えた電子制御装置において、前記電子部品と前記回路基板の金属接続材料を介しての接続を、前記電子部品リード部と前記回路基板間のみでなく、前記電子部品の前記回路基板側に露出している金属部材と前記回路基板間でも、少なくとも1箇所以上の金属接続材料を介して接続しており、且つ前記金属部材と対向する前記回路基板に開口部を設け、前記開口部には放熱部材を設置し、前記放熱部材は、前記電子部品及び前記筐体と接触している事を特徴とする電子制御装置。 The present invention provides an electronic component, a circuit board on which the electronic component is mounted, a connector that is mounted on the circuit board and is connected to an external connector, a housing that houses the circuit board, and is installed between the electronic component and the housing. In an electronic control device comprising a heat dissipating member, the connection of the electronic component and the circuit board via the metal connection material is performed not only between the electronic component lead part and the circuit board but also the circuit of the electronic component. The metal member exposed on the substrate side and the circuit board are also connected via at least one metal connection material, and an opening is provided in the circuit board facing the metal member, and the opening The electronic control device is characterized in that a heat radiating member is installed in the portion, and the heat radiating member is in contact with the electronic component and the housing.
本発明によれば、放熱性能を確保しながら、電子部品リード部の金属接続材料に発生する歪み量を抑えることができる。上記した以外の構造及び課題は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the distortion amount which generate | occur | produces in the metal connection material of an electronic component lead part can be suppressed, ensuring heat dissipation performance. Structures and problems other than those described above will be clarified by the following description of embodiments.
以下、本発明に係る放熱構造の各実施形態を図面に基づいて詳述する。 Hereinafter, each embodiment of the thermal radiation structure concerning the present invention is explained in full detail based on a drawing.
[第一の実施形態]
図1は、本発明の第一の実施形態の放熱構造を示す断面図である。電子部品4は、回路基板3に搭載されている。カバー1及びベース2により、電子部品4及び回路基板3を内含する筐体が形成される。ベース2及びカバー1は、電子部品4及び回路基板3を外部環境から保護する役割を果たしている。ベース2は、電子部品4の発熱により生じた熱の放熱を促進する部材であることが望ましく、例えばアルミ等の金属材料で形成されると好ましい。電子部品4は、内部にベアチップ42を搭載し、略記するが、ワイヤーボンディングを介して、リード部41と電気的に接続している。ベアチップ42は、略記するが、放熱性を有する接着剤を以って、金属部材43と接続している。
[First embodiment]
FIG. 1 is a cross-sectional view showing the heat dissipation structure of the first embodiment of the present invention. The
ベアチップ42、前記ワイヤーボンディング、前記接着剤、リード部41の一部、及び金属部材43の一部は、レジン40にて封止されている。回路基板3は、金属部材43と対向するように開口部5を設けている。ベース2は、開口部5内部において、金属部材43と対向し、且つ金属部材43と所定のクリアランスを以って近接している突出部20を備えている。
The
突出部20と金属部材43は放熱部材7で接触しており、ベアチップ42から発生した熱は、金属部材43、放熱部材7、及び突出部20を介してベース2に伝熱し、ベース2より外部環境に放熱する。開口部5、及び突出部20の形状は、その趣旨を逸脱しない範囲で様々な形状が考えられ、例えば、円形、四角形等がある。また突出部20は、必ずしも開口部5と類似した形状である必要はなく、例えば、開口部5が円形の場合、突出部20は四角形であっても良い。
The
リード部41の一部、及び金属部材43の一部は露出しており、リード部41の露出部分は金属接続材料A60を介して、金属部材43の露出部分は金属接続材料B61を介して、それぞれ回路基板3と電気的に接続している。リード部41、及び金属部材43の材質としては、例えば、熱伝導率の高い銅合金等が考えられ、また、金属接続材料と良好な密着性を確保する目的で、めっき処理を施す事も考えられる。金属接続材料としては、例えば、はんだ材、銀ペースト等が考えられる。
A part of the
電子部品4は、金属接続材料を介して回路基板3と、放熱部材7を介してベース2と、接触している。放熱部材7は金属接続材料と比べて、線膨張係数が大きく、換言すれば、温度変化による変位が大きく、この放熱部材7の変位によって、金属接続材料には大きな歪みが発生する。特に金属接続材料A60は、電子部品4の各リード部と回路基板3を電気的に接続する為、金属接続材料A60が、発生した歪みにより断線した場合、電気的接続が失われ、ひいては電子制御装置の動作不良に繋がる。金属接続材料B61を設けることにより、歪み量を分散する事が出来る、換言すれば、金属接続材料A60に発生する歪みを低減する事が出来る。金属接続材料B61は放熱部材7と回路基板3を接続する役割を果たすが、仮に金属接続材料B61に大きな歪みが発生して、金属接続材料B61が断線しても、金属部材43はグラウンドで有る為に、金属部材43と回路基板3間の電気的接続が失われる事による影響は無い。
The
また、金属接続材料A60、及び金属接続材料B61は同材料であっても、別材料であっても良い。例えば、電子部品リード部41と回路基板3間を接続する金属接続材料A60のみ、クラック進展しにくい金属材料を用いても良い。
Further, the metal connection material A60 and the metal connection material B61 may be the same material or different materials. For example, only the metal connection material A60 that connects the electronic
本実施例によれば、ベアチップ42を実装する金属部材43が、放熱部材7を介してベース2に接している。すなわち、熱的経路として、スルーホール等を介さずにベース2に熱を伝熱できるため、放熱性に優れる。そして、金属部材43と基板3とを、金属接続材料B61で接続していることにより、金属接続材料A60の歪みに対する耐久性を向上出来ている。そのため、放熱性の向上と信頼性の向上の両立を図れる効果を奏する。
According to the present embodiment, the
[第二の実施形態]
図2は、本発明の第二の実施形態の放熱構造を示す斜視図である。尚、電子部品4の一部構成部品を略記し、第一の実施形態と同様の構成の説明を省略している。
[Second Embodiment]
FIG. 2 is a perspective view showing a heat dissipation structure of the second embodiment of the present invention. In addition, the one part component of the
開口部5の外縁全周に金属接続材料B61を設けた構造である。金属接続材料B61は、略記するが、電子部品4の金属部材7と回路基板3を電気的に接続する。金属接続材料A60、及び金属接続材料B61を介して、電子部品4と回路基板3を接続することで、熱変形、及び振動等により金属接続材料に発生する歪みを分散する事が出来、換言すれば、リード部41と回路基板3を電気的に接続する金属接続材料A60に発生する歪み量を低減する事が出来る。金属接続材料B61を開口部5外縁全周に設けて、広い面積で接続する事で、前記低減代はより大きくなる。
In this structure, a metal connection material B61 is provided on the entire outer edge of the
[第三の実施形態]
図3は、本発明の第三の実施形態の放熱構造を示す斜視図である。尚、電子部品4の一部構成部品を略記し、第一の実施形態と同様の構成の説明を省略している。
[Third embodiment]
FIG. 3 is a perspective view showing a heat dissipation structure of the third embodiment of the present invention. In addition, the one part component of the
図3は、開口部5の外縁の4隅に、金属接続材料B61を4箇所設けた構造である。金属接続材料B61の量を減らすことで、金属接続材料B61自体の熱収縮の影響を電子部品4に伝えることを防止できる。また、金属接続材料A60が設けられない4隅方向に金属接続材料B61が設けられることとなるので、電子部品4の接続信頼性を効率良く向上できる。金属接続材料B61については、その趣旨を逸脱しない範囲で様々な形状、位置及び位置数が考えられる。
FIG. 3 shows a structure in which four metal connection materials B61 are provided at the four corners of the outer edge of the
[第四の実施形態]
図4は、本発明の第四の実施形態の放熱構造を示す斜視図である。尚、電子部品4の一部構成部品を略記し、第三の実施形態と同様の構成の説明を省略している。
[Fourth embodiment]
FIG. 4 is a perspective view showing a heat dissipation structure of the fourth embodiment of the present invention. In addition, the one part component of the
図4は、金属接続材料B61を6箇所設けた構造である。金属接続材料B61については、その趣旨を逸脱しない範囲で様々な形状、位置及び設置数が考えられる。本実施例によれば、電子部品4の接続信頼性をより向上出来る。
FIG. 4 shows a structure in which six metal connection materials B61 are provided. About metal connection material B61, various shapes, positions, and the number of installations can be considered in the range which does not deviate from the meaning. According to this embodiment, the connection reliability of the
[第五の実施形態]
図5は、本発明の第五の実施形態の放熱構造を示す斜視図である。尚、電子部品4の一部構成部品を略記し、第三の実施形態と同様の構成の説明を省略している。
[Fifth embodiment]
FIG. 5 is a perspective view showing a heat dissipation structure of the fifth embodiment of the present invention. In addition, the one part component of the
金属接続材料B61を端リード部44近傍に配置し、略L字形状とした構造である。リード部41と回路基板3を電気的に接続する、金属接続材料A60には、熱変形、及び振動等により歪みが発生するが、特に、端リード部44に大きな歪みが発生する。電子部品4の金属部材7と回路基板3を電気的に接続する金属接続材料B61を、各端リード部44近傍に設けることで、各端リード部44に発生する歪みを低減する事が出来る。
The metal connection material B61 is disposed in the vicinity of the
[第六の実施形態]
図6は、本発明の第六の実施形態の放熱構造を示す斜視図である。尚、電子部品4の一部構成部品を略記し、第五の実施形態と同様の構成の説明を省略している。
[Sixth embodiment]
FIG. 6 is a perspective view showing a heat dissipation structure of the sixth embodiment of the present invention. In addition, the one part component of the
図6は、最大歪みが発生する端リード部A45近傍のみ、他リード部44よりも、金属接続材料B61を大きくした構造である。
FIG. 6 shows a structure in which the metal connection material B61 is made larger than the
[第七の実施形態]
図7は、本発明の第七の実施形態の放熱構造を示す断面図である。尚、第一の実施形態と同様の構成については説明を省略する。
[Seventh embodiment]
FIG. 7 is a cross-sectional view showing the heat dissipation structure of the seventh embodiment of the present invention. In addition, description is abbreviate | omitted about the structure similar to 1st embodiment.
本実施形態では、金属接続材料B61と回路基板3の設置面から、基板厚み方向に延伸する微小貫通穴の放熱ビア50が、放熱部材7を介してベース2と接触していることを特徴とする構造である。ベアチップ42から発生した熱は、金属部材43に伝わり、放熱部材7を介してベース2に放熱される他に、金属部材43と接触している金属接続材料B61、放熱ビア50、放熱部材7を介して、ベース2に放熱する事が可能になり、放熱性能の向上に繋がる。放熱ビア50は複数個設けても良い。また、放熱ビア50内部は、金属接続材料で充填されていても、放熱部材7で充填されていても良い。
In the present embodiment, the heat radiation via 50 of a minute through hole extending in the board thickness direction from the installation surface of the metal connection material B61 and the
また、放熱ビア50は、必ずしも金属接続材料B61と接触している必要は無く、金属接続材料B61の近傍に配置しても良い。 Further, the heat dissipation via 50 does not necessarily need to be in contact with the metal connection material B61, and may be disposed in the vicinity of the metal connection material B61.
[第八の実施形態]
図8は、本発明の第八の実施形態の放熱構造を示す断面図である。尚、第一の実施形態と同様の構成については説明を省略する。
[Eighth embodiment]
FIG. 8 is a sectional view showing the heat dissipation structure of the eighth embodiment of the present invention. In addition, description is abbreviate | omitted about the structure similar to 1st embodiment.
本実施形態では、カバー1、及びベース2に内含する、回路基板3、電子部品4、及び放熱部材7を、封止材料70で封止した構造である。回路基板3、及び電子部品4を封止することにより、熱や振動等による変形を抑制出来、金属接続材料A60に発生する歪みを更に低減する事が可能になる。封止材料70の材質としては、アクリル、エポキシ及び不飽和ポリエステル等様々な材料が考えられる。封止材料70の熱伝導性を高める目的で、放熱フィラーを含有しても良い。放熱フィラーの材質としては、シリカ、酸化アルミ、酸化亜鉛、窒化ホウ素等様々な材質が考えられる。
In the present embodiment, the
また、図8記載の放熱部材7を不要として、電子部品4の金属部材43と開口部5内に位置する突出部20間までも、封止材料70で充填させても良い。
Further, the
尚、本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれている。例えば、上述した実施形態は本発明を分かりやすく説明する為に詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施形態の構成の一部を他の実施形態の構成に置き換えることは可能であり、また、ある実施形態の構成に他の実施形態の構成を付け加えることも可能である。また、他実施形態の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることは可能である。例えば、電子部品形状は、内部構造も含めて様々な形状を採用することができる。 In addition, this invention is not limited to above-described embodiment, Various modifications are included. For example, the above-described embodiment has been described in detail for easy understanding of the present invention, and is not necessarily limited to the one having all the configurations described. In addition, a part of the configuration of an embodiment can be replaced with the configuration of another embodiment, and the configuration of another embodiment can be added to the configuration of an embodiment. In addition, it is possible to add, delete, and replace other configurations for a part of the configurations of the other embodiments. For example, various shapes including the internal structure can be adopted as the electronic component shape.
1:カバー
2:ベース
3:回路基板
4:電子部品
5:開口部
7:放熱部材
20:突出部
40:レジン
41:リード部
42:ベアチップ
43:金属部材
44:端リード部
45:端リード部A
50:放熱ビア
60:金属接続材料A
61:金属接続材料B
70:封止材料
1: Cover 2: Base 3: Circuit board 4: Electronic component 5: Opening 7: Heat radiation member 20: Projection 40: Resin 41: Lead
42: Bare chip 43: Metal member
44: End lead portion 45: End lead portion A
50: Heat dissipation via 60: Metal connection material A
61: Metal connecting material B
70: Sealing material
Claims (7)
前記筐体は、ベースとカバーを有し、前記電子部品は、
半導体チップを実装する金属部材と、前記半導体チップの信号を入出力を担うリードと、前記金属部材の一部と前記リード部を露出するように封止する樹脂と、を有し、
前記回路基板は、開口部を備えており、
前記ベースは、前記穴に挿入される突出部を有しており、
前記突出部と、前記金属部材は、放熱部材を介して接触しており、
前記金属部材は、金属接続材料により前記回路基板と接続している電子制御装置。 An electronic control device mounted on an automobile includes an electronic component, a circuit board on which the electronic component is mounted, and a housing that encloses the electronic component and the circuit board.
The housing includes a base and a cover, and the electronic component is
A metal member for mounting a semiconductor chip; a lead for inputting and outputting signals of the semiconductor chip; and a resin for sealing so as to expose a part of the metal member and the lead portion;
The circuit board includes an opening,
The base has a protrusion inserted into the hole;
The protrusion and the metal member are in contact via a heat dissipation member,
The electronic control device in which the metal member is connected to the circuit board by a metal connecting material.
前記金属部材と前記回路基板を接続する金属接続材料は、前記開口部の角部近傍に設けられる請求項1または2に記載の電子制御装置。 The opening is a square shape having a corner,
3. The electronic control device according to claim 1, wherein a metal connection material that connects the metal member and the circuit board is provided in the vicinity of a corner of the opening.
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