JP2019041560A - 電子制御ユニット - Google Patents

Abstract

【課題】ユニット内の温度が過度に上昇しないように放熱性を向上させることができる電子制御ユニットを提供すること。【解決手段】電子部品３０〜３３を実装した回路基板３と、回路基板３を収容する金属製のケーシング２と、ケーシング２に配置される樹脂製のコネクタ部４と、ケーシング２の開口部を閉塞する金属製の蓋部材５とを有する電子制御ユニット１において、ケーシング２は、放熱フィン２３を備え、電子部品３０〜３３のうち回路基板３からの突出寸法が大きい背の高い部品３２，３３が回路基板３上の所定部位に集約配置され、蓋部材５には、背の高い部品３２，３３の寸法に合わせて他の部分よりも突出した突出部５１が形成されている。【選択図】図２

Description

本開示は、自動車等の車両に搭載されている電装品を制御するための電子制御ユニットに関する。

近年、自動車等の車両の電子制御化が進むにつれて搭載される電子制御ユニットの数が増加している。電子制御ユニットは、通常、ケースに覆われており、そのケース内に電子部品を実装した回路基板が収容されているとともに、回路基板と電気的に接続されたコネクタ部が設けられている。そして、電子制御ユニットは、ワイヤーハーネスによりコネクタ部を介して電装品に接続される。

ここで、電子制御ユニットに収容されている回路基板に水滴が付着すると、回路にショートが生じてしまうおそれがある。そのため、電子制御ユニットでは、ケースやコネクタ部の結合部に液状シール材を塗布しておいて硬化させて接合部全周をシールして密閉構造としている（特許文献１参照）。そして、コネクタ部の内部（ターミナルが配置される部分）に空気孔（通気孔）を設け、ケース内の圧力を大気圧と同程度に保ち（調圧し）、ケース内が負圧になることを防いでいる。

特開２０１１−８６８１７号公報

しかしながら、上記のような電子制御ユニット内にトランジスタ（ＭＯＳＦＥＴ）等のような高発熱部品がある場合には、ユニット内の温度が過度に上昇することがあった。また、回路基板には背の高さが異なる電子部品が実装されているので、一番背の高い部品に合わせてケース（カバー）が作られているため、ユニットの内部空間が大きくなる（無駄な空間が多くなる）ため放熱性が良くなかった。そのため、ユニット内で発熱すると、ユニット内に熱がこもり易く、温度が上がり過ぎた場合には、電子部品の作動に悪影響を及ぼすおそれがあった。

そこで、本開示は上記した問題点を解決するためになされたものであり、ユニット内の温度が過度に上昇しないように放熱性を向上させることができる電子制御ユニットを提供することを目的とする。

上記課題を解決するためになされた本開示の一形態は、
発熱素子を含む電子部品を実装した回路基板と、前記回路基板を収容する金属製のケーシングと、前記ケーシングに配置される樹脂製のコネクタ部と、前記ケーシングの開口部を閉塞する金属製の蓋部材とを有する電子制御ユニットにおいて、
前記ケーシングは、放熱フィンを備え、
前記電子部品のうち前記回路基板からの突出寸法が大きい背の高い部品が前記回路基板上の所定部位に集約配置され、
前記蓋部材には、前記背の高い部品の寸法に合わせて他の部分よりも突出した突出部が形成されている
ことを特徴とする。

この電子制御ユニットでは、背の高い電子部品が回路基板上の所定部位に集約配置され、その集約配置された部位を覆う蓋部材には、背の高い電子部品の寸法に合わせて他の部分よりも突出した突出部が形成されている。そのため、蓋部材の突出部以外の部分を、回路基板に近づけて電子制御ユニットの内部空間（容積）を小さくすることできる。これにより、発熱源であるトランジスタやマイコンと蓋部材との距離が短くなって熱抵抗が下がるため、電子制御ユニット内に熱がこもる前に蓋部材から放熱することができる。また、ケーシングが放熱フィンを備えているため、ケーシングからも効率良く放熱することができる。これらのことから、電子制御ユニットの放熱性が向上するため、ユニット内の温度が過度に上昇することを防止することができる。

また、蓋部材に突出部を形成することにより、蓋部材の強度を向上させるとともに、電子制御ユニットの小型化を図ることもできる。

そして、上記した電子制御ユニットにおいて、
前記背の高い部品は、アルミ電解コンデンサ及びコイルである。

ここで、コイルは発熱体であるため、コイルとアルミ電解コンデンサを集約配置すると、コイルからの熱の影響を受けてアルミ電解コンデンサの寿命が短くなってしまうおそれがある。

そこで、上記した電子制御ユニットにおいて、
前記ケーシングの底部内側には、前記回路基板のうち前記コイルが配置される部分の基板裏面に近接して配置されるように突出した放熱部が形成され、
前記回路基板の前記コイルの配置部分又はその周辺にサーマルビアが形成されている
とよい。

このような構成にすることにより、コイルからの発熱をサーマルビアを介して、回路基板の裏面からケーシングの放熱部へ放熱することができる。そのため、アルミ電解コンデンサが、コイルからの熱の影響を受け難くなる。これにより、アルミ電解コンデンサの寿命を短くすることなく、コイルとアルミ電解コンデンサを集約配置することができる。

また、上記した電子制御ユニットにおいて、
前記蓋部材の前記突出部以外に、内側に凹ませた溝部が形成されている
ことが好ましい。

このような構成にすることにより、電子制御ユニットの内部空間（容積）をより小さくすることができるため、電子制御ユニットの放熱性をより向上させることができる。また、溝部が補強リブとして機能するので蓋部材の強度も一層向上する。

そして、上記した電子制御ユニットにおいて、
前記溝部は、前記電子部品のうちノイズを発生する部品の周りに形成されている
ことが好ましい。
なお、前記ノイズを発生する部品は、マイコン及びトランジスタである。

このような構成にすることにより、ノイズの発生源であるマイコン及びトランジスタと蓋部材との距離が短くなり、マイコン及びトランジスタから発生するノイズを効果的に吸収又は反射することができる。つまり、このような蓋部材の溝部により、マイコン及びトランジスタから発生するノイズを効果的にシールドすることができる。

本開示によれば、ユニット内の温度が過度に上昇しないように放熱性を向上させることができる電子制御ユニットを提供することができる。

実施形態に係る電子制御ユニットの斜視図である。 実施形態に係る電子制御ユニットの分解斜視図である。 ケーシング及び基板回路の斜視図である。 コネクタ部の斜視図である。 ケーシング、コネクタ部、及び蓋部材の各接合部の断面を示す電子制御ユニットの断面斜視図である。 凸部における細溝に沿って切断した断面を示す電子制御ユニットの断面斜視図である。 蓋部材の溝部と回路基板のマイコン及びＭＯＳＦＥＴとの位置関係を示す図である。 図７のＡ−Ａ断面における断面図である。 図７のＢ−Ｂ断面における断面図である。

本開示に係る実施形態である電子制御ユニットについて、図１〜図６を参照しながら詳細に説明する。本実施形態では、電子制御ユニットとして、燃料ポンプを制御する燃料ポンプコントローラ（ＦＰＣ）を例示して説明する。

＜電子制御ユニットの全体構成＞
本実施形態の電子制御ユニット１は、図１及び図２に示すように、ケーシング２と、回路基板３と、コネクタ部４と、蓋部材５と、シール材６と、クリップ７とを備えている。そして、ケーシング２内に回路基板３が収容され、コネクタ部４がケーシング２及び蓋部材５に挟み込まれて、それぞれがシール材６を介して結合され、クリップ７によりケーシング２と蓋部材５とが固定されている。なお、シール材６は、ユニット組み立て時に液状のものが塗布されて硬化したものである。このような電子制御ユニット１は、車両（ボディ）に対してケーシング２の底部が接触した状態で、コネクタ部４が天方向を向かないように取り付けられており、不図示のワイヤーハーネスによりコネクタ部４を介して、不図示の燃料ポンプに電気的に接続される。

＜ケーシングの構成＞
ケーシング２は、金属製（本実施形態では、例えばアルミニウム製）の略直方体形状の収容部材であり、図３に示すように、基板収容部２０と、上面開口部２１と、側面開口部２２とを備える。基板収容部２０は、ケーシング２の内部に回路基板３を収容するための空間である。上面開口部２１は、ケーシング２の上面全域に開口しており、その縁部にシール材６が配置（塗布）されるシール材溝２１ａが設けられている。シール材溝２１ａは、側面開口部２２を除いて縁部全周に形成されている。この上面開口部２１は、シール材６を介して蓋部材５により閉塞される。なお、蓋部材５の縁部内側には、シール材溝２１ａ及びコネクタ部４のシール材溝４５に入り込むように内側に突出する凸部５ａが形成されている（図５、図６参照）。これにより、ケーシング２と蓋部材５との接合ではシール性が確保されている。

側面開口部２２は、ケーシング２の一側面（４つの側面のうちの１つ）に、側壁２ａの一部を残した状態で開口している。この側面開口部２２に、シール材６を介してコネクタ部４が配置され、側面開口部２２が塞がれている。

また、ケーシング２の底部外面には、放熱フィン２３が形成されている（図１、図５、図６参照）。これにより、ケーシング２は、回路基板３に実装されている電子部品（特に、ＭＯＳＦＥＴ３１とコイル３２）からの発熱をケーシング２の外部に効率良く放熱するためのヒートシンクとしても機能するようになっている。

さらに、ケーシング２の底部内面には、図２に示すように、ＭＯＳＦＥＴ３１とコイル３２が配置される部分（後述するサーマルビア３５（図８、図９参照）が設けられている部分）に対応して、放熱部２８が形成されている。この放熱部２８は、ＭＯＳＦＥＴ３１とコイル３２が配置される回路基板３の裏側部分とケーシング２との距離が短くなるようにケーシング２の底部から突出した凸状部位である。つまり、回路基板３を基板収容部２０に収容すると、ＭＯＳＦＥＴ３１とコイル３２が実装された回路基板３の裏側部分が、放熱部２８に近接して配置される。これにより、ＭＯＳＦＥＴ３１とコイル３２からの発熱を、放熱部２８を介して放熱フィン２３から外部へ効率良く放熱することができるようになっている。

そして、ケーシング２には、側面開口部２２の内側に、シール材６が配置されるシール材溝２２ａが形成されている。このシール材溝２２ａの両端は、シール材溝２１ａに繋がっている。シール材溝２２ａには、シール材６が配置（塗布）されないように溝を埋設した凸部２４が設けられている。本実施形態では、凸部２４を側面開口部２２の両端に１つずつ設けている。このような凸部２４の上面には、シール材溝２２ａと交差する方向に形成された細溝２５が形成されている。この細溝２５により、シール材６を境にケーシング２の内外が連通している。本実施形態では、細溝２５が２つ設けられているため、これらの細溝２５を利用して、電子制御ユニット１の通気度検査を行うことができるようになっている。

また、ケーシング２には、シール材溝２２ａよりも内側に、凸部２４と基板収容部２０とを仕切る防水壁２６が形成されている。この防水壁２６は、ケーシング２に一体形成されている。つまり、防水壁２６は金属製である。この防水壁２６は、所定の間隔を空けてシール材溝２２ａに沿うように配置されている主壁２６ａと、主壁２６ａの両端部からシール材溝２２ａまで伸びる側壁２６ｂとを備えている。この防水壁２６により、細溝２５を介してケーシング２の内部に侵入した水滴の基板収容部２０への流れが堰き止められるようになっている。

＜回路基板の構成＞
回路基板３は、電子制御ユニット１に接続される燃料ポンプを制御するための電子部品が実装されており制御回路を構成している。回路基板３には、マイコン３０、ＭＯＳＦＥＴ３１、コイル３２、及びアルミ電解コンデンサ３３が実装されている。そして、回路基板３に実装される電子部品のうち回路基板３からの突出寸法が大きい背の高い部品である、コイル３２及びアルミ電解コンデンサ３３が、回路基板３上の所定部位に集約配置されている。つまり、マイコン３０やＭＯＳＦＥＴ３１等のようにチップ化された部品よりも背の高いコイル３２及びアルミ電解コンデンサ３３が集約配置されている。本実施形態では、ケーシング２の側面開口部２２から見て回路基板３の右側に、コイル３２及びアルミ電解コンデンサ３３を集約配置している。これにより、回路基板３は、背が高いコイル３２及びアルミ電解コンデンサ３３が配置される領域と、背の低いマイコン３０及びＭＯＳＦＥＴ３１が配置される領域とに分かれている。このような回路基板３は、ケーシング２の基板収容部２０に収容されている。

ここで、コイル３２を囲むようにアルミ電解コンデンサ３３を配置しているため、コイル３２からの熱の影響を受けてアルミ電解コンデンサ３３の寿命が短くなってしまうおそれがある。そのため、本実施形態では、コイル３２からの発熱を回路基板３の裏面側から行うようになっている。

具体的には、図８に示すように、回路基板３のコイル３２の配置部分にサーマルビア３５が形成されている。本実施形態では、コイル３２の配置部分の直下に、複数のサーマルビア３５を設けている。これにより、コイル３２からの発熱を、サーマルビア３５を介して回路基板３の裏面からケーシング２の放熱部２８へ効率的に放熱することができるようになっている。そのため、アルミ電解コンデンサ３３が、コイル３２からの熱の影響を受け難くなっている。これにより、アルミ電解コンデンサ３３の寿命を短くすることなく、コイル３２とアルミ電解コンデンサ３３との集約配置を可能としている。

また、本実施形態では、図９に示すように、回路基板３のＭＯＳＦＥＴ３１の配置部分の直下にも、複数のサーマルビア３５を設けている。これにより、高発熱部品であるＭＯＳＦＥＴ３１からの発熱も、サーマルビア３５を介して回路基板３の裏面からケーシング２の放熱部２８へ効率良く放熱することができるようになっている。なお、回路基板３のＭＯＳＦＥＴ３１とコイル３２の配置部裏面とケーシング２の放熱部２８との間に放熱グリス等を塗布して、放熱性をさらに高めてもよい。

＜コネクタ部の構成＞
コネクタ部４は、回路基板３に電気的に接続された複数のターミナル４０を備えている（図２参照）。コネクタ部４は、樹脂成形品（本実施形態では、例えばＰＢＴ樹脂製）であり、図４に示すように、ケーシング２の側面開口部２２の内側に配置される内壁部４１と、側面開口部２２の外側に配置されてケーシング２の外面に接触する外壁部４２とを備えている。内壁部４１と外壁部４２の高さはほぼ同じである。そのため、コネクタ部４をケーシング２の側面開口部２２に配置した際、内壁部４１とケーシング２の凸部２４とが干渉しないように、内壁部４１には、ケーシング２の凸部２４に嵌め合わせられる切り欠き部４１ａが形成されている。これにより、切り欠き部４１ａは、凸部２４の上面と側面に接触するようになっている。

本実施形態では、凸部２４が２つ設けられているため、切り欠き部４１ａは内壁部４１に２つ形成されている。そして、切り欠き部４１ａ以外の内壁部４１の先端部は、図５に示すように、シール材溝２２ａに嵌め合わせられている。つまり、シール材６の中に内壁部４１の先端部が埋まっている。これにより、凸部２４を除いてコネクタ部４とケーシング２（側面開口部２２）との接合部ではシール性が確保されている。

そして、コネクタ部４はケーシング２に対して、図５、図６に示すように、コネクタ部４の内壁部４１と外壁部４２との間に、側面開口部２２の縁部（つまりケーシング２の側壁２ａ）が段違いで配置され、ラビリンス構造をなしている。これにより、水滴が細溝２５を介してケーシング２の内部に侵入し難くなっている。また、未シール部である凸部２４からケーシング２の内部への細かな塵埃の侵入も防止することができるようになっている。

また、内壁部４１とケーシング２の防水壁２６とにより、凸部２４同士を連結する水路４３が形成されている。この水路４３は、細溝２５を介してケーシング２の内部に侵入した水滴が流れる通路である。これにより、一方の細溝２５からケーシング２の内部に侵入した水滴を水路４３内に一時的に貯めるとともに、水路４３を流して他方の細溝２５からケーシング２の外部へ排出することができるようになっている。

さらに、コネクタ部４には、図４に示すように、その両端部にケーシング２の内側に伸びる基板押さえ部４４が形成されている。この基板押さえ部４４により、ケーシング２の基板収容部２０に収容した回路基板３が所定位置に固定される。

そして、ケーシング２の側面開口部２２に配置されたコネクタ部４は、蓋部材５がケーシング２に取り付けられることにより、ケーシング２と蓋部材５とに挟み込まれた状態で、シール材６を介してケーシング２及び蓋部材５に結合されている。なお、図５、図６に示すように、コネクタ部４と蓋部材５との結合部において、コネクタ部４にはシール材６が配置（塗布）されるシール材溝４５が形成されており、このシール材溝４５に蓋部材５の凸部５ａが嵌め合わせられている。これにより、コネクタ部４と蓋部材５との結合部ではシール性が確保されている。

＜蓋部材の構成＞
蓋部材５は、図２に示すように、側面開口部２２にコネクタ部４が配置された状態でケーシング２の上面開口部２１を閉塞するものである。この蓋部材５には、背の高い部品であるコイル３２及びアルミ電解コンデンサ３３が集約配置されている領域に対応して、回路基板３に実装された最も背の高い部品であるアルミ電解コンデンサ３３の寸法に合わせて他の部分よりも突出した突出部５１が形成されている。この突出部５１により、コイル３２及びアルミ電解コンデンサ３３が集約配置されている領域が覆われている。また、突出部５１以外の部分（ケーシング２の上面開口部２１とほぼ同じ高さの部分）により、背の低い部品であるマイコン３０及びＭＯＳＦＥＴ３１が配置されている領域が覆われている。

これにより、蓋部材５の突出部５１以外の部分が、従来よりも回路基板３に近づいて配置されるため、電子制御ユニット１の内部空間（容積）が従来品よりも小さくなり熱抵抗が下がるので、電子制御ユニット１内に熱がこもる前に蓋部材５から効率的に放熱されるようになっている。また、突出部５１を形成することにより、電子制御ユニット１の小型化が図られるとともに、蓋部材５の強度向上も図られている。

また、蓋部材５には、内側に凹ませた溝部５２ａ，５２ｂが形成されている。これら溝部５２ａ，５２ｂは、図７に示すように、突出部５１以外の部分に、マイコン３０及びＭＯＳＦＥＴ３１の周りに位置するように設けられている。つまり、溝部５２ａがマイコン３０の周りにＬ字状に設けられ、溝部５２ｂがＭＯＳＦＥＴ３１の周りに直線状に設けられている。より詳細には、溝部５２ａは、マイコン３０の周りのうちＭＯＳＦＥＴ３１側とアルミ電解コンデンサ３３側に位置するようにＬ字状に形成されている。また、溝部５２ｂは、３つずつ横並びに配置されたＭＯＳＦＥＴ３１の周りのうちコネクタ部４側に位置するように直線状に形成されている。

このような溝部５２ａ，５２ｂが蓋部材５に形成されていることにより、電子制御ユニット１の内部空間（容積）がより小さくなっており、内部に熱がこもり難く放熱性が高められている。また、溝部５２ａ，５２ｂが補強リプとして機能するため、蓋部材５の強度が一層向上している。

さらに、溝部５２ａ，５２ｂを設けることにより、ノイズの発生源であるマイコン３０及びＭＯＳＦＥＴ３１と蓋部材５との距離が短くなり（図８、図９参照）、マイコン３０及びＭＯＳＦＥＴ３１から発生するノイズを溝部５２ａ，５２ｂで効果的に吸収又は反射することができる。つまり、このような溝部５２ａ，５２ｂにより、マイコン３０及びＭＯＳＦＥＴ３１から発生するノイズを効果的にシールドすることができる。そして、溝部５２ａ，５２ｂは、マイコン３０及びＭＯＳＦＥＴ３１とコネクタ部４との間に設けられているため、樹脂製のコネクタ部４から外部へ漏れ出るノイズを低減することができる。

そして、このような蓋部材５により、電子制御ユニット１の内部空間（容積）が小さくなっているため、電子制御ユニット１の内部が負圧になった場合に、外部から電子制御ユニット１の内部への水滴の吸い込み量を低減することもできる。

＜電子制御ユニットの放熱性＞
次に、上記の構成を有する電子制御ユニット１の放熱性について説明する。電子制御ユニット１では、背の高い部品であるコイル３２及びアルミ電解コンデンサ３３が、回路基板３の所定部位に集約配置され、その集約配置された部位を覆う蓋部材５には、最も背の高いアルミ電解コンデンサ３３の寸法に合わせて他の部分よりも突出した突出部５１が形成されている。これにより、蓋部材５の突出部５１以外の部分が、回路基板３に近づいて配置されるため電子制御ユニット１の内部空間（容積）が小さくなり熱抵抗が下がるので、電子制御ユニット１内に熱がこもる前に蓋部材５から効率的に放熱される。

また、高発熱部品であるＭＯＳＦＥＴ３１及びコイル３２からの発熱は、回路基板３のサーマルビア３５を介して回路基板３の裏面からケーシング２の放熱部２８へ効率良く放熱される。そして、ケーシング２が放熱フィン２３を備えているため、ケーシング２からの放熱が非常に効率良く行われる。

このように電子制御ユニット１では、蓋部材５及びケーシング２から効率的に放熱することができるため、電子制御ユニット１内の温度が過度に上昇することを防止することができる。そのため、従来、放熱対策として使用されていた放熱シートや放熱グリス等を削減することができるので、電子制御ユニット１のコストダウンを図ることもできる。

なお、上記した実施の形態は単なる例示にすぎず、本開示を何ら限定するものではなく、その要旨を逸脱しない範囲内で種々の改良、変形が可能であることはもちろんである。例えば、上記の実施形態では、燃料ポンプを制御する燃料ポンプコントローラ（ＦＰＣ）を例示したが、本開示はこれ以外の電装品を制御するコントローラにも適用することができる。

また、上記の実施形態では、回路基板３に形成するサーマルビア３５を、ＭＯＳＦＥＴ３１及びコイル３２の直下に設けているが、サーマルビア３５は、ＭＯＳＦＥＴ３１及びコイル３２の直下に限られず、ＭＯＳＦＥＴ３１及びコイル３２の周辺に設けることもできる。

１ 電子制御ユニット
２ ケーシング
３ 回路基板
４ コネクタ部
５ 蓋部材
６ シール材
２３ 放熱フィン
２８ 放熱部
３０ マイコン
３１ ＭＯＳＦＥＴ
３２ コイル
３３ アルミ電解コンデンサ
３５ サーマルビア
５１ 突出部
５２ａ 溝部
５２ｂ 溝部

Claims (6)

1. 発熱素子を含む電子部品を実装した回路基板と、前記回路基板を収容する金属製のケーシングと、前記ケーシングに配置される樹脂製のコネクタ部と、前記ケーシングの開口部を閉塞する金属製の蓋部材とを有する電子制御ユニットにおいて、
   前記ケーシングは、放熱フィンを備え、
   前記電子部品のうち前記回路基板からの突出寸法が大きい背の高い部品が前記回路基板上の所定部位に集約配置され、
   前記蓋部材には、前記背の高い部品の寸法に合わせて他の部分よりも突出した突出部が形成されている
   ことを特徴とする電子制御ユニット。
2. 請求項１に記載する電子制御ユニットにおいて、
   前記背の高い部品は、アルミ電解コンデンサ及びコイルである
   ことを特徴とする電子制御ユニット。
3. 請求項２に記載する電子制御ユニットにおいて、
   前記ケーシングの底部内側には、前記回路基板のうち前記コイルが配置される部分の基板裏面に近接して配置されるように突出した放熱部が形成され、
   前記回路基板の前記コイルの配置部分又はその周辺にサーマルビアが形成されている
   ことを特徴とする電子制御ユニット。
4. 請求項１から請求項３のいずれか１つに記載する電子制御ユニットにおいて、
   前記蓋部材の前記突出部以外に、内側に凹ませた溝部が形成されている
   ことを特徴とする電子制御ユニット。
5. 請求項４に記載する電子制御ユニットにおいて、
   前記溝部は、前記電子部品のうちノイズを発生する部品の周りに形成されている
   ことを特徴とする電子制御ユニット。
6. 請求項５に記載する電子制御ユニットにおいて、
   前記ノイズを発生する部品は、マイコン及びトランジスタである
   ことを特徴とする電子制御ユニット。

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