JP2019211377A - 電子装置 - Google Patents

Abstract

【課題】回路素子の温度を正確に検出できる電子装置を提供することを目的とする。【解決手段】電子制御装置は、配線基板と、配線基板に実装され、配線基板と電気的に接続された第１半導体素子３２と、第１半導体素子３２における配線基板との対向面の反対面に対して、反対面の全域と接触した状態で実装され、反対面の全域と接触した状態で、回路素子から生じる熱流束に応じた電気信号を出力する第１熱流束センサ４１とを備えている。さらに、電子制御装置は、第１熱流束センサ４１の出力結果である熱流束に、第１半導体素子３２と第１熱流束センサ４１とが対向している領域の面積を乗算することで、第１半導体素子３２の放熱量を算出する計算部８１を備えている。【選択図】図４

Description

本開示は、配線基板に回路素子が実装された電子装置に関する。

従来、配線基板に回路素子が実装された電子装置の一例として、特許文献１に開示された電子装置がある。

電子装置は、基板と、スイッチング素子、マイコン、抵抗、コンデンサ及びサーミスタを含む回路素子と、ヒートシンク等とを備えている。サーミスタは、基板に放熱ゲルが塗布された第１面とは反対側の第２面で、複数のスイッチング素子のうち発熱温度が比較的高いスイッチング素子の近くに設けられている。マイコンは、サーミスタの出力により、発熱温度が比較的高いスイッチング素子の温度を検出する。

特開２０１７−１４７２５９号公報

しかしながら、上記電子装置では、発熱温度が比較的高いスイッチング素子の近くに設けられているサーミスタの出力によって温度を検出している。このため、局所の温度しか検知できない。よって、電子装置は、スイッチング素子の温度を正確に検出することができないという問題がある。

本開示は、上記問題点に鑑みなされたものであり、回路素子の発熱量を正確に検出できる電子装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために本開示は、
配線基板（３１）と、
配線基板に実装され、配線基板と電気的に接続された少なくとも一つの回路素子（３２、３３）と、
回路素子における配線基板との対向面の反対面に対して、反対面の全域と接触した状態で実装され、反対面の全域と接触した状態で、回路素子から生じる熱流束に応じた電気信号を出力する熱流束センサ（４１、４２）と、
熱流束センサの出力結果である熱流束に、回路素子と熱流束センサとが対向している領域の面積を乗算することで、回路素子の放熱量を算出する算出部（８１）と、を備えていることを特徴とする。

このように、本開示は、回路素子における反対面の全域と接触した状態で熱流束センサが実装されている。このため、本開示は、回路素子の温度変化に応答性良く、回路素子の反対面からの熱流束を得ることができる。そして、本開示は、このようにして得られた熱流束に基づいて、回路素子の放熱量を算出するため、回路素子の発熱量を正確に検出することができる。

なお、特許請求の範囲、及びこの項に記載した括弧内の符号は、一つの態様として後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものであって、本開示の技術的範囲を限定するものではない。

第１実施形態における電子制御装置の概略構成を示す斜視図である。 図１のII-II線に沿う断面図である。 第１実施形態における第１半導体素子に実装された第１熱流束センサを示す平面図である。 第１実施形態における電子制御装置の概略構成を示すブロックである。 変形例におけるマルチコア素子に実装された熱流束センサを示す平面図である。 第２実施形態における電子制御装置の概略構成を示す断面図である。 第２実施形態における電子制御装置の概略構成を示すブロック図である。 第２実施形態における電子制御装置の処理動作を示すフローチャートである。 第３実施形態における電子装置の概略構成を示す図面である。 第３実施形態における電子装置で発熱量を推定する際のグラフである。

以下において、図面を参照しながら、本開示を実施するための複数の形態を説明する。各形態において、先行する形態で説明した事項に対応する部分には同一の参照符号を付して重複する説明を省略する場合がある。各形態において、構成の一部のみを説明している場合は、構成の他の部分については先行して説明した他の形態を参照し適用することができる。

なお、以下においては、互いに直交する３方向をＸ方向、Ｙ方向、Ｚ方向と示す。また、Ｘ方向とＹ方向とによって規定される平面をＸＹ平面と示す。

（第１実施形態）
図１〜図４を用いて、第１実施形態の電子装置に関して説明する。本実施形態では、電子装置を電子制御装置１００に適用した例を採用する。また、電子制御装置１００は、例えば、車載機器とともに車両に搭載され、車載機器を制御するための車載制御装置などに適用できる。

図１、図２に示すように、電子制御装置１００は、カバー１０とベース２０とを含む筐体、筐体内に収容された回路基板３０、筐体内に収容された第１熱流束センサ４１、第２熱流束センサ４２などを備えている。熱流束センサは、熱流センサと言い換える事ができる。

カバー１０は、カバー基部１１、カバー突起１２、放熱フィン１３、コネクタ収納部１４などを含んでいる。カバー１０は、アルミニウムなどの金属を主成分として形成されている。カバー１０は、例えば、ダイカストなどの製法によって製造することができる。カバー１０は、ベース２０と組み付けられることで、回路基板３０を収容するための収容空間を形成可能に構成されている。なお、収容空間に対して、筐体の外部は、外部空間と称することができる。

図１、図２に示すように、カバー１０は、カバー基部１１と、カバー基部１１に対して収容空間側に突出したカバー突起１２、収容空間とは反対側に突出した放熱フィン１３を含んでいる。また、カバー１０は、コネクタ７０が配置されるコネクタ部１４が設けられている。

カバー突起１２は、周辺よりも突出しており、第１熱流束センサ４１と対向する部位に設けられている。カバー突起１２は、第１半導体素子３２とカバー基部１１とを間接的に接触させるための部位である。カバー突起１２は、第１熱流束センサ４１との対向面が、第１熱流束センサ４１の表面と同等、もしくは、第１熱流束センサ４１の表面よりも広く設けられている。カバー突起１２の対向面及び第１熱流束センサ４１の表面は、ＸＹ平面に沿う平坦面である。しかしながら、カバー突起１２は、第１熱流束センサ４１との対向面が、第１熱流束センサ４１の表面よりも狭くても採用することができる。

放熱フィン１３は、カバー１０に伝達された熱を外部空間に放熱するための部位である。なお、本開示は、放熱フィン１３が形成されていないカバー１０であっても採用できる。

ベース２０は、ベース基部２１と、ベース基部２１に対して収容空間側に突出したベース突起２２を含んでいる。ベース２０は、アルミニウムなどの金属を主成分として形成されている。ベース２０は、例えば、ダイカストなどの製法によって製造することができる。

ベース突起２２は、第２半導体素子３３とベース基部２１とを間接的に接触させるための部位である。ベース突起２２は、第２熱流束センサ４２との対向面が、第２熱流束センサ４の表面と同等、もしくは、第２熱流束センサ４２の表面よりも広く設けられている。ベース突起２２の対向面及び第２熱流束センサ４２の表面は、ＸＹ平面に沿う平坦面である。しかしながら、ベース突起２２は、第２熱流束センサ４２との対向面が、第２熱流束センサ４の表面よりも狭くても採用することができる。

回路基板３０は、配線基板３１、第１半導体素子３２、第２半導体素子３３、サーミスタ３４、コネクタ７０、マイコン８０など含んでいる。

配線基板３１は、樹脂やセラミックなどの絶縁性基材に、導電性の配線が形成されている。配線基板３１は、第１基板面Ｓ１と、第１基板面Ｓ１の反対面である第２基板面Ｓ２を含んでいる。配線基板３１は、例えば、第１基板面Ｓ１と第２基板面Ｓ２が矩形状である基板を採用できる。第１基板面Ｓ１と第２基板面Ｓ２は、ＸＹ平面に沿う平坦面である。なお、配線基板３１は、第１基板面Ｓ１や第２基板面Ｓ２に配線やソルダーレジストなどが設けられていることもある。しかしながら、これらは、絶縁基材に対して十分に薄い。このため、第１基板面Ｓ１や第２基板面Ｓ２は、平坦面とみなすことができる。

配線基板３１には、複数の回路部品が実装されている。本実施形態では、第１基板面Ｓ１に第１半導体素子３２、サーミスタ３４、コネクタ７０が実装され、第２基板面Ｓ２に第２半導体素子３３が実装された配線基板３１を採用している。また、本実施形態では、第１基板面Ｓ１と第２基板面Ｓ２の少なくとも一方の面にマイコン８０が実装された配線基板３１を採用している。

しかしながら、本開示は、これに限定されず、配線基板３１に、少なくとも一つの回路素子が実装されていればよく、第２半導体素子３３やサーミスタ３４が実装されていなくてもよい。また、配線基板３１は、第１半導体素子３２、第２半導体素子３３、サーミスタ３４、マイコン８０以外の素子が実装されていてもよい。

第１半導体素子３２、第２半導体素子３３は、回路素子に相当する。第１半導体素子３２と第２半導体素子３３は、同じ処理を実行しても、異なる処理を実行してもよい。以下においては、第１半導体素子３２と第２半導体素子３３とを区別する必要がない場合は、第１半導体素子３２を代表として説明する。よって、第１半導体素子３２のみに関して説明している場合、その説明は、第２半導体素子３３にも採用できる。

第１半導体素子３２は、例えば、半導体により構成されたＭＯＳＦＥＴやＩＧＢＴなどを含む。第１半導体素子３２は、動作することで熱を発する素子である。よって、第１半導体素子３２は、発熱素子とも言える。第１半導体素子３２は、例えば、配線基板３１と対向する面に電極が設けられており、電極と配線基板３１の配線とがはんだなどの導電性部材を介して電気的に接続されている。このように、第１半導体素子３２は、配線基板３１と電気的に接続されている。

第１半導体素子３２は、配線基板３１との対向面の反対面である第１対向面Ｓ３に第１熱流束センサ４１が実装されている。言い換えると、第１半導体素子３２は、第１対向面Ｓ３に第１熱流束センサ４１が接している。第１対向面Ｓ３は、ＸＹ平面に沿う平坦面である。同様に、第１対向面Ｓ３は、第１対向面Ｓ３と対向する面がＸＹ平面に沿う平坦面である。

なお、第２半導体素子３３は、同様に、第２対向面Ｓ４に第２熱流束センサ４２が実装されている。第２対向面Ｓ４は、第１対向面Ｓ３に相当する面であり、第２半導体素子３３における配線基板３１との対向面の反対面である。以下においては、第１熱流束センサ４１と第２熱流束センサ４２とを区別する必要がない場合は、第１熱流束センサ４１を代表として説明する。よって、第１熱流束センサ４１のみに関して説明している場合、その説明は、第２熱流束センサ４２にも採用できる。このように、電子制御装置１００は、複数の半導体素子３２、３３のそれぞれに個別に実装された二つの熱流束センサ４１、４２を備えていると言える。

図２に示すように、第１熱流束センサ４１は、第１対向面Ｓ３に対して、第１対向面Ｓ３の全域と接触した状態で実装されている。つまり、図３に示すように、第１熱流束センサ４１は、第１半導体素子３２における第１対向面Ｓ３の全域と接触した状態で実装されている。第１熱流束センサ４１は、第１放熱部材６１を介して第１対向面Ｓ３に実装されると、第１対向面Ｓ３との間における熱抵抗を下げることができるので好ましい。なお、接触した状態とは、直接接触した状態だけでなく、熱抵抗を下げるための放熱部材を介して間接的に接触した状態も含んでいる。

第１熱流束センサ４１は、第１配線５１を介して、配線基板３１の配線とはんだなどの導電性部材によって電気的に接続されている。また、第１熱流束センサ４１は、配線基板３１を介してマイコン８０と電気的に接続されている。第１熱流束センサ４１は、第１半導体素子３２の発熱で生じる熱流束に応じた電圧を出力する。よって、第１熱流束センサ４１の出力結果は、第１半導体素子３２から生じる熱流束に相当する。なお、第２熱流束センサ４２は、第２配線５２を介して、配線基板３１の配線と電気的に接続されている。

図２に示すように、第１放熱部材６１は、第１熱流束センサ４１における第１半導体素子３２との対向面の反対面に実装されている。第１放熱部材６１は、第１熱流束センサ４１とカバー突起１２との間に設けられている。第１放熱部材６１は、第１熱流束センサ４１とカバー突起１２の両方に接触している。第１放熱部材６１は、放熱ゲルなどの熱伝導性が良好な部材を採用できる。

このため、第１半導体素子３２は、第１熱流束センサ４１と第１放熱部材６１を介して間接的にカバー１０と接していると言える。また、カバー１０と第１熱流束センサ４１とは、第１放熱部材６１を挟み込んだ状態で対向配置されていると言える。

なお、第２放熱部材６２は、同様に、第２熱流束センサ４２とベース突起２２との間に設けられている。以下においては、第１放熱部材６１と第２放熱部材６２とを区別する必要がない場合は、第１放熱部材６１を代表として説明する。よって、第１放熱部材６１のみに関して説明している場合、その説明は、第２放熱部材６２にも採用できる。

このように、第１半導体素子３２は、第１熱流束センサ４１や第１放熱部材６１を介して、カバー１０に接続されている。このため、第１半導体素子３２が発熱した場合、第１半導体素子３２からカバー１０に向かう方向に熱流が形成される。同様に、第２半導体素子３３が発熱した場合、第２半導体素子３３からベース２０に向かう方向に熱流が形成される。

サーミスタ３４は、配線基板３１の配線とはんだなどの導電性部材を介して電気的に接続されている。サーミスタ３４は、第１半導体素子３２から発せられた熱に応じた電気信号を出力する。例えば、サーミスタ３４は、電気信号をマイコン８０などに出力する。コネクタ７０は、電子制御装置１００と、電子制御装置１００の外部に設けられた外部機器とを電気的に接続するものである。

ここで、図４を用いて、マイコン８０に構成及び処理動作に関して説明する。マイコン８０は、ＣＰＵなどの処理部、ＲＯＭやＲＡＭなどの記憶部８４を備えている。また、マイコン８０は、第１ＡＤ変換器８５と第２ＡＤ変換器８６を備えている。さらに、マイコン８０は、処理部として、計算部８１、比較部８２、出力計算部８３を含んでいる。処理部は、マイコン８０が実行する機能と言い換えることができる。なお、記憶部８４には、第１半導体素子３２と第１熱流束センサ４１とが対向する面（領域）の面積Ａ１［ｍ^２］と、第２半導体素子３３と第２熱流束センサ４２とが対向する面の面積Ａ２［ｍ^２］とが記憶されている。なお、面積Ａ１は、第１半導体素子３２からの熱流束が第１熱流束センサ４１を通過する領域の面積とも言える。同様に、面積Ａ２は、第２半導体素子３３からの熱流束が第２熱流束センサ４２を通過する領域の面積とも言える。第１半導体素子３２、第２半導体素子３３と、第１熱流束センサ４１、第２熱流束４２は電気的には接続されていない。図２に示すＳ３面と第１放熱部材６１の温度差により、ゼーベック効果で起電圧が発生する。

第１ＡＤ変換器８５は、第１熱流束センサ４１及び計算部８１と電気的に接続されている。第１ＡＤ変換器８５は、第１熱流束センサ４１から出力された電気信号（電圧）が入力され、その電気信号をＡＤ変換して計算部８１へ出力する。同様に、第２ＡＤ変換器８６は、第２熱流束センサ４２と計算部８１と電気的に接続されており、第１熱流束センサ４１から出力された電気信号をＡＤ変換して計算部８１へ出力する。よって、計算部８１には、第１半導体素子３２による熱流束を示す信号Ｈ１［Ｖ］と、第２半導体素子３３による熱流束を示す信号Ｈ２［Ｖ］とが入力される。

計算部８１は、算出部に相当する。計算部８１は、第１半導体素子３２の放熱量と、第２半導体素子３３の放熱量を個別に算出する。計算部８１は、ＡＤ変換器８５、８６から出力された信号Ｈ１、Ｈ２と、記憶部８４に記憶された面積Ａ１、Ａ２及び係数［ｍＶ／Ｗ・ｍ^−２］とを用いて放熱量を算出する。計算部８１は、第１ＡＤ変換器８５から出力された信号Ｈ１［Ｖ］を係数で除算し、除算で得られた値に面積Ａ１［ｍ^２］を乗算することで、第１半導体素子３２の放熱量Ｗ１（＝Ｈ１×Ａ１）［Ｗ］を算出する。同様に、計算部８１は、第２ＡＤ変換器８６から出力された信号Ｈ２［Ｖ］を係数で除算し、除算で得られた値に面積Ａ２［ｍ^２］を乗算することで、第２半導体素子３３の放熱量Ｗ２（＝Ｈ２×Ａ２）［Ｗ］を算出する。

このように、電子制御装置１００は、第１半導体素子３２における第１対向面Ｓ３の全域と接触した状態で第１熱流束センサ４１が実装されている。このため、電子制御装置１００は、第１半導体素子３２の温度変化に応答性良く、第１半導体素子３２の第１対向面Ｓ３からの熱流束を得ることができる。そして、電子制御装置１００は、このようにして得られた熱流束に基づいて、第１半導体素子３２の放熱量を算出する。なお、電子制御装置１００は、第２半導体素子３３に関しても同様の効果を奏することができる。

電子制御装置１００は、第１半導体素子３２から発せられた熱は、配線基板３１よりもカバー１０に伝達されやすい。つまり、電子制御装置１００は、第１半導体素子３２から発せられる熱の経路を第１熱流束センサ４１に集中させやすく、第１半導体素子３２から発せられる熱が配線基板３１などに逃げることを抑制できる。このため、電子制御装置１００は、第１半導体素子３２の本来の放熱量に相当する放熱量Ｗ１を算出する。なお、電子制御装置１００は、第２半導体素子３２側に関しても同様である。なお、本来の放熱量とは、第１半導体素子３２の全面を対象に測定した放熱量に相当する。

また、本実施形態では、上記のようにして得られた放熱量に基づいて、第１半導体素子３２の放熱量と第２半導体素子３３の放熱量のバランスをとることで、素子の負荷を均衡にしたり、緩めたり、停止してもいいようにマイコン８０を採用している。そのために、電子制御装置１００は、比較部８２と出力計算部８３とを備えている。

比較部８２は、比較部に相当する。比較部８２は、計算部８１と電気的に接続されており、計算部８１で算出された各半導体素子３２、３３の放熱量を比較する。また、比較部８２は、出力計算部８３と電気的に接続されており、比較結果を出力計算部８３に出力する。

出力計算部８３は、電力制御部に相当する。出力計算部８３は、第１半導体素子３２と第２半導体素子３３の動作制御を行う。また、出力計算部８３は、比較部８２での比較で各半導体素子３２、３３の放熱量が異なる場合、比較結果に応じて、第１半導体素子３２と第２半導体素子３３の電力を制御することで、第１半導体素子３２の放熱量と第２半導体素子３３の放熱量のバランスをとる。例えば、出力計算部８３は、第１半導体素子３２よりも第２半導体素子３３の方が放熱量が多かった場合、第２半導体素子３３の処理負荷を減らすとともに、第１半導体素子３２の処理負荷を増やして電力を制御する。

電子制御装置１００は、第１半導体素子３２の放熱量と第２半導体素子３３の放熱量を個別に算出しているため、放熱量が多い箇所を特定しやすい。また、電子制御装置１００は、各半導体素子３２、３３の放熱量の比較結果に応じて、第１半導体素子３２の放熱量と第２半導体素子３３の放熱量のバランスをとるため、第１半導体素子３２と第２半導体素子３３の一方のみ放熱量が増えることを抑制できる。なお、電子制御装置１００は、第１半導体素子３２と第２半導体素子３３の一方のみに熱負荷が集中することを抑制できる、とも言える。また、電子制御装置１００は、個々の半導体素子３２、３３の電力を制限することができる、とも言える。

しかしながら、本開示は、これに限定されず、第１半導体素子３２など少なくとも一つの回路素子の放熱量を算出するマイコン８０であればよい。

また、電子制御装置１００は、計算部８１で算出された第１半導体素子３２の放熱量と第２半導体素子３３の放熱量が出力計算部８３に入力される構成であってもよい。この場合、出力計算部８３は、第１熱流束センサ４１で算出された放熱量に基づいて、第１半導体素子３２の電力を制御する。同様に、出力計算部８３は、第２熱流束センサ４２で算出された放熱量に基づいて、第２半導体素子３３の電力を制御する。

出力計算部８３は、例えば、第１熱流束センサ４１で算出された放熱量と所定値とを比較する。そして、出力計算部８３は、第１熱流束センサ４１の放熱量が所定値を超えていると判定した場合、第１半導体素子３２の放熱量が定格を超える可能性があるとみなす。この場合、出力計算部８３は、第１半導体素子３２の放熱量が所定値を下回るように、第１半導体素子３２を動作させて電力を制御する。これによって、電子制御装置１００は、第１半導体素子３２が定格を超えることを抑制でき、第１半導体素子３２に異常が生じたり、異常が継続することを抑制できる。なお、電子制御装置１００は、第２半導体素子３３に関しても同様の制御を行うことができ、同様の効果を奏することができる。

さらに、マイコン８０は、計算部８１で算出された放熱量に基づいて、半導体素子の放熱経路における異常を検知してもよい（異常検知部）。この場合、マイコン８０は、計算部８１で算出された第１半導体素子３２の放熱量に基づいて、第１半導体素子３２の放熱経路における異常を検知する。同様に、マイコン８０は、計算部８１で算出された第２半導体素子３３の放熱量に基づいて、第２半導体素子３３の放熱経路における異常を検知する。

例えば、マイコン８０は、配線基板３１に実装されたサーミスタ３４で第１半導体素子３２の温度を監視することもできる。しかしながら、この場合、第１半導体素子３２は、はんだクラック等に起因して配線基板３１への放熱が減少することがありうる。このため、マイコン８０は、サーミスタ３４が読み取る温度が低下し、第１半導体素子３２の温度が低下したと誤認識してしまう。

これに対して、マイコン８０は、第１半導体素子３２に実装された第１熱流束センサ４１からの電圧に基づいた放熱量を得ることができるため、第１半導体素子３２の放熱経路の状態を監視し異常を検知することができる。また、マイコン８０は、サーミスタ３４が配置されていない部位の異常を検知できる、とも言える。なお、電子制御装置１００は、第２半導体素子３３に関しても同様の異常検知を行うことができる。例えば、熱流束センサの、ある一部の領域で放熱量が減少した場合、第１放熱部材６１の一部剥離が発生している可能性がある。その他、ある一部の領域で放熱量が増加した場合、基板３１への放熱量が減少し、はんだボールのクラック等が発生している可能性がある。

なお、本実施形態では、二つの半導体素子３２、３３のそれぞれに、熱流束センサ４１、４２が実装された例を採用した。しかしながら、本開示は、これに限定されず、一つの半導体素子に実装された一つの熱流束センサが実装された構成であっても、半導体素子の温度を正確に検出できるという効果を奏することができる。つまり、本開示は、複数の熱流束センサを備えていなくても効果を奏することができる。

（変形例）
上記実施形態では、一つの回路素子に対して、一つの熱流束センサを設ける例を採用した。しかしながら、本開示は、これに限定されない。

本変形例では、図５に示すように、回路素子として、第１コアｃ１、第２コアｃ２、第３コアｃ３、第４コアｃ４の四つのコア（処理部）が設けられたマルチコア素子３２ａを採用している。マルチコア素子３２ａは、コア毎に処理負荷が異なることで、コア毎に放熱量が異なることもある。

本変形例の熱流束センサは、各コアｃ１〜ｃ４のそれぞれに対応して、第１コア用センサ４１１、第２コア用センサ４１２、第３コア用センサ４１３、第４コア用センサ４１４を含んでいる。また、熱流束センサは、第１コア用センサ４１１、第２コア用センサ４１２、第３コア用センサ４１３、第４コア用センサ４１４が一体的に形成されていてもよい。電子制御装置１００は、マルチコア素子３２ａにおける第１対向面Ｓ３に対して、複数の熱流束センサ４１１〜４１４が実装されているとも言える。

詳述すると、熱流束センサは、第１コア用センサ４１１が第１コアｃ１と対向し、第２コア用センサ４１２が第２コアｃ２と対向し、第３コア用センサ４１３が第３コアｃ３と対向し、第４コア用センサ４１４が第４コアｃ４と対向するようにマルチコア素子３２ａに実装される。第１コア用センサ４１１は、第１センサ用配線５１１と配線基板３１の配線とがはんだなどの導電性部材を介して電気的に接続されており、主に第１コアｃ１から生じる熱流束に応じた電気信号を出力する。第２コア用センサ４１２は、第２センサ用配線５１２と配線基板３１の配線とがはんだなどの導電性部材を介して電気的に接続されており、主に第２コアｃ２から生じる熱流束に応じた電気信号を出力する。第３コア用センサ４１３は、第３センサ用配線５１３と配線基板３１の配線とがはんだなどの導電性部材を介して電気的に接続されており、主に第３コアｃ３から生じる熱流束に応じた電気信号を出力する。第４コア用センサ４１４は、第４センサ用配線５１４と配線基板３１の配線とがはんだなどの導電性部材を介して電気的に接続されており、主に第４コアｃ４から生じる熱流束に応じた電気信号を出力する。

この場合、マイコン８０は、マルチコア素子３２ａの各コアｃ１〜ｃ４のそれぞれの放熱量を測定することができる。よって、マイコン８０は、上記実施形態を適用して、各コアｃ１〜ｃ４のそれぞれの放熱量に応じて、マルチコア素子３２ａの各コアｃ１〜ｃ４の電力を制御することができる。このため、マイコン８０は、マルチコア素子３２ａのあるコアだけが局所的に放熱量が増えることを抑制できる。さらに、マイコン８０は、上記実施形態と同様の効果も奏することができる。

なお、本変形例では、四つのコアが設けられたマルチコア素子３２ａを採用している。しかしながら、コア数は、これに限定されない。また、熱流束センサは、取付対象の回路素子のコア数に対応したコア用センサを備えたものを採用すると好ましい。

以上、本開示の好ましい実施形態について説明した。しかしながら、本開示は、上記実施形態に何ら制限されることはなく、本開示の趣旨を逸脱しない範囲において、種々の変形が可能である。以下に、本開示のその他の形態として、第２実施形態、第３実施形態に関して説明する。上記実施形態及び第２実施形態、第３実施形態は、それぞれ単独で実施することも可能であるが、適宜組み合わせて実施することも可能である。本開示は、実施形態において示された組み合わせに限定されることなく、種々の組み合わせによって実施可能である。

（第２実施形態）
図６、図７、図８を用いて第２実施形態の電子制御装置１００を説明する。本実施形態では、便宜的に、電子制御装置の符号として、上記実施形態と同じ符号を採用している。また、本実施形態では、上記実施形態と同様の構成要素に関して、上記実施形態と同じ符号を採用している。このため、同じ符号の構成要素に関しては、上記実施形態を参照して適用することができる。本実施形態は、主に、各半導体素子３２、３３に対して設けられている熱流束センサの数、マイコン８０の構成及び処理動作が上記実施形態と異なる。

図６に示すように、電子制御装置１００は、第３熱流束センサ４３、第４熱流束センサ４４を備えている。第３熱流束センサ４３、第４熱流束センサ４４は、裏面側熱流束センサに相当する。なお、図６は、図２の断面図に相当する断面図である。

第３熱流束センサ４３は、配線基板３１における、第１半導体素子３２の実装領域の裏面に実装されている。つまり、第３熱流束センサ４３は、配線基板３１の第２基板面Ｓ２において、第１半導体素子３２の実装領域とオーバーラップする領域に実装されている。第３熱流束センサ４３は、第３配線５３を介して、配線基板３１の配線とはんだなどの導電性部材によって電気的に接続されている。また、第３熱流束センサ４３は、配線基板３１を介してマイコン８０と電気的に接続されている。

第４熱流束センサ４４は、配線基板３１における、第２半導体素子３３の実装領域の裏面に実装されている。つまり、第４熱流束センサ４４は、配線基板３１の第２基板面Ｓ２において、第２半導体素子３３の実装領域とオーバーラップする領域に実装されている。第４熱流束センサ４４は、第４配線５４を介して、配線基板３１の配線とはんだなどの導電性部材によって電気的に接続されている。また、第４熱流束センサ４４は、配線基板３１を介してマイコン８０と電気的に接続されている。

図７に示すように、マイコン８０は、熱流束センサの数に合わせて、ＡＤ変換器が設けられている。つまり、マイコン８０は、第３熱流束センサ４３と電気的に接続された第３ＡＤ変換器８７と、第４熱流束センサ４４と電気的に接続された第４ＡＤ変換器８８とを備えている。

第３ＡＤ変換器８７は、第３熱流束センサ４３から出力された電気信号（電圧）が入力され、その電気信号をＡＤ変換して計算部８１へ出力する。同様に、第４ＡＤ変換器８８は、第４熱流束センサ４４と計算部８１と電気的に接続されており、第４熱流束センサ４４から出力された電気信号をＡＤ変換して計算部８１へ出力する。

よって、計算部８１には、第１半導体素子３２によるカバー１０側への熱流束を示す信号Ｈ１［Ｖ］と、第２半導体素子３３によるベース２０側への熱流束を示す信号Ｈ２［Ｖ］が入力される。さらに、計算部８１には、第１半導体素子３２による配線基板３１側への熱流束を示す信号Ｈ３［Ｖ］と、第２半導体素子３３による配線基板３１側への熱流束を示す信号Ｈ４［Ｖ］が入力される。

また、記憶部８４には、面積Ａ１、Ａ２と係数に加えて、配線基板３１と第３熱流束センサ４３とが対向する面（領域）の面積Ａ３［ｍ^２］と、配線基板３１と第４熱流束センサ４４とが対向する面の面積Ａ４［ｍ^２］とが記憶されている。なお、面積Ａ３と面積Ａ１は、同等とみなすことができる。面積Ａ４と面積Ａ２は、同等とみなすことができる。さらに、記憶部８４には、計算部８１で計算した計算結果なども記憶される。

そして、計算部８１は、上記と同様にして、第３熱流束センサ４３から出力された電気信号に基づいて、放熱量Ｗ３（＝Ｈ３×Ａ３）［Ｗ］を算出する。また、計算部８１は、第４熱流束センサ４４から出力された電気信号に基づいて、放熱量Ｅ４（＝Ｈ４×Ａ４）［Ｗ］を算出する。放熱量Ｗ３、Ｗ４は、裏面側への熱流束に基づく放熱量に相当する。

以下においては、半導体素子３２、３３に実装された熱流束センサ４１、４２から出力された電気信号に基づいて算出された放熱量Ｗ１、Ｗ２を上側放熱量とも称する。一方、配線基板３１に実装された熱流束センサ４３、４４から出力された電気信号に基づいて算出された放熱量Ｗ３、Ｗ４を下側放熱量とも称する。

なお、第１熱流束センサ４１は、第１半導体素子３２の第１対向面Ｓ３から第１放熱部材６１を介してカバー１０に放熱する熱流束を測定するためのセンサと言える。一方、第３熱流束センサ４３は、第１半導体素子３２の配線基板３１との対向面から配線基板３１を介して空気へ放熱する熱流束を測定するためのセンサと言える。

同様に、第２熱流束センサ４２は、第２半導体素子３３の第２対向面Ｓ４から第２放熱部材６２を介してベース２０に放熱する熱流束を測定するためのセンサと言える。一方、第４熱流束センサ４４は、第２半導体素子３３の配線基板３１との対向面から配線基板３１を介して空気へ放熱する熱流束を測定するためのセンサと言える。

ここで、図８を用いて、マイコン８０の処理動作に関して説明する。マイコン８０は、例えば、所定時間に図８のフローチャートに示す処理を実行する。

ステップＳ１０では、電子制御装置を作動させる。出力計算部８３は、電子制御装置１００を作動させる。出力計算部８３は、第１半導体素子３２や第２半導体素子３３などを動作させる。

ステップＳ１１では、熱流束測定データを入力する。計算部８１は、各熱流束センサ４１〜４４のそれぞれから出力された電気信号が各ＡＤ変換器８５〜８８でＡＤ変換された変換結果を入力する。このように、変換結果は、熱流束測定データとも言える。計算部８１は、ＡＤ変換器８５〜８８での変換結果を取得するたびに、記憶部８４に記憶する。しかしながら、ＡＤ変換器８５〜８８での変換結果は、計算部８１を介さずに記憶部８４に記憶されてもよい。よって、記憶部８４には、所定時間毎の熱流束を示す信号Ｈ１〜Ｈ４が記憶されている。

ステップＳ１２では、放熱量を算出する。計算部８１は、上記実施形態の発熱量の算出と同様に、各ＡＤ変換器８５、８６の変換結果に、面積を乗算して放熱量を算出する。このようにして、計算部８１は、第１半導体素子３２からカバー１０への放熱量Ｗ１と、第２半導体素子３３からベース２０への放熱量Ｗ２を算出する。

ステップＳ１３では、熱流束測定データが変化したか否かを判定する。計算部８１は、今回取得した熱流束測定データと、前回取得した熱流束測定データとを比較して、変化しているか否かを判定する。計算部８１は、Ｈ１、Ｈ２のそれぞれに関して、今回取得した熱流束測定データと、前回取得した熱流束測定データとを比較して、変化しているか否かを判定する。例えば、計算部８１は、今回取得した熱流束測定データである信号Ｈ１と、前回取得した熱流束測定データである記憶部８４に記憶された信号Ｈ１とを比較して、変化しているか否かを判定する。Ｈ２に関しても同様である。そして、計算部８１は、変化していないと判定した場合はステップＳ１１へ戻り、変化していると判定した場合はステップＳ１４へ進む。

ステップＳ１４では、放熱量を算出する。計算部８１は、変化した後の信号Ｈ１、Ｈ２を用いて放熱量Ｗ１、Ｗ２を算出する。

ステップＳ１５では、トータル発熱量を算出する。トータル発熱量は、例えば第１半導体素子３２から放熱される放熱量と、放熱されずに第１半導体素子３２に残留している残留発熱量の合計値である。

計算部８１は、第１半導体素子３２と第２半導体素子３３のそれぞれのトータル発熱量を算出する。第１半導体素子３２と第２半導体素子３３のトータル発熱量は、算出に用いる放熱量が異なるだけで同様に算出することができる。よって、以下では、代表して第１半導体素子３２のトータル発熱量の算出方法に関して説明する。なお、後程説明する実効発熱量の算出方法に関しても、同様な理由によって、第１半導体素子３２を代表例として採用して説明する。

計算部８１は、今回取得した信号Ｈ１、Ｈ３に基づいて算出した放熱量Ｗ１、Ｗ３、及び前回取得した信号Ｈ１、Ｈ３に基づいて算出した放熱量Ｗ１、Ｗ３を用いて第１半導体素子３２のトータル発熱量を算出する。以下では、放熱量の今回値と前回値を区別するために、前回の放熱量をＷ１１、Ｗ３１、今回の放熱量をＷ１２、Ｗ３２とする。従って、前回の上側放熱量がＷ１１、前回の下側放熱量がＷ３１であり、今回の上側放熱量がＷ１２、前回の下側放熱量がＷ３２である。

計算部８１は、縦軸に上側放熱量、横軸に下側放熱量をとり、前回の放熱量Ｗ１１、Ｗ３１が示す点と、今回の放熱量Ｗ１２、Ｗ３２が示す点を結んだ直線を示す一次関数の切片を、トータル発熱量として算出する。なお、この放熱量のグラフは、図１０の縦軸を上側放熱量、横軸を下側放熱量にかえたグラフとなる。このように、計算部８１は、第１熱流束センサ４１の出力結果に基づく複数時点での放熱量と、第３熱流束センサ４３の出力結果に基づく複数時点での放熱量とに基づいて生成される一次関数の切片を第１半導体素子３２のトータル発熱量として算出する。

このように、計算部８１は、第１半導体素子３２上に実装された熱流束センサ４１と熱流束センサ４３を用いることで、第１半導体素子３２の放熱量だけでなく、トータル発熱量を算出することができる。

ステップＳ１６では、実効発熱量を算出する。実効発熱量は、回路素子の残留発熱量に相当する。計算部８１は、トータル発熱量から、第１熱流束センサ４１の出力結果に基づく放熱量と、第３熱流束センサ４３の出力結果に基づく放熱量とを減算することで、第１半導体素子３２の実効発熱量を算出する。

第１半導体素子３２で発生する熱は、一部がカバー１０などに放熱され、残りが第１半導体素子３２に残留することになる。このように、実効発熱量は、放熱されずに第１半導体素子３２に残留している熱量であるため、第１半導体素子３２に不具合を生じさせる原因となりうる。つまり、第１半導体素子３２は、総発熱量が所定値（定格発熱量）を超えると不具合が発生する可能性が高くなる。そこで、電子制御装置１００は、計算部８１にて実効発熱量を算出するため、第１半導体素子３２の実効発熱量が所定値を超えるか否かを監視することができる。

さらに、出力計算部８３は、第１半導体素子３２の実効発熱量が所定値を超えそうな場合、第１半導体素子３２の実効発熱量が所定値を下回るように、第１半導体素子３２を制御してもよい。つまり、出力計算部８３は、第１半導体素子３２の実効発熱量が所定値を超えるか否かを監視して、第１半導体素子３２の実効発熱量が所定値を超えないように第１半導体素子３２の電力を制御してもよい。これによって、電子制御装置１００は、第１半導体素子３２が定格を超えることを抑制でき、第１半導体素子３２に異常が生じたり、異常が継続することを抑制できる。なお、出力計算部８３は、第２半導体素子３３に関しても同様に制御することができる。

ステップＳ１７では、実効発熱量を比較する（比較部）。比較部８２は、ステップＳ１６で算出された、第１半導体素子３２の実効発熱量と、第２半導体素子３３の実効発熱量とを比較する。

ステップＳ１８では、発熱量を制御する（電力制御部）。出力計算部８３は、ステップＳ１７での比較結果に基づいて、第１半導体素子３２と第２半導体素子３３の電力を制御する。出力計算部８３は、ステップＳ１７での比較で第１半導体素子３２と第２半導体素子３３の実効発熱量が異なる場合、実効発熱量が多い方の半導体素子の処理負荷を減らすとともに、実効発熱量が少ない方の半導体素子の処理負荷を増やして電力を制御する。このように、出力計算部８３は、各半導体素子３２、３３の実効発熱量の比較結果に応じて、第１半導体素子３２の実効発熱量と第２半導体素子３３の実効発熱量のバランスをとるため、第１半導体素子３２と第２半導体素子３３の一方のみ実効発熱量が増えることを抑制できる。なお、電子制御装置１００は、第１半導体素子３２と第２半導体素子３３の一方のみに熱負荷が集中することを抑制できる、とも言える。

なお、第３熱流束センサ４３の値が０［Ｖ］の場合、第１半導体素子３２の発熱の大部分は、第１熱流束センサ４１を通過するとみなせる。よって、計算部８１は、信号Ｈ１［Ｖ］を係数で除算し、除算で得られた値に面積Ａ１［ｍ^２］を乗算することで、第１半導体素子３２の発熱量を求めることができる。さらに、第３熱流束センサ４３の値が０［Ｖ］の場合であっても、計算部８１は、上記のように、電子制御装置１００周囲の温度環境が変化し、熱流束センサ４１、４３の値が変化すると、線形近似により発熱量の推定が可能である。

本実施形態では、一例として、上側放熱量と下側放熱量を用いて、トータル発熱量を算出する例を採用した。しかしながら、本開示は、これに限定されず、上側放熱量と下側放熱量のかわりに、上側熱流束と下側熱流束を用いて、トータル発熱量を算出することもできる。つまり、本開示は、上側放熱量に相関する値と下側放熱量に相関する値とを用いて、トータル発熱量を算出する、と言える。

（第３実施形態）
図９、図１０を用いて第３実施形態の電子装置を説明する。本実施形態では、本開示の電子装置を測定装置に適用した例を採用する。なお、本実施形態では、上記実施形態と同様の構成要素に関して、上記実施形態と同じ符号を採用している。このため、同じ符号の構成要素に関しては、上記実施形態を参照して適用することができる。

測定装置は、上記の電子制御装置１００のほか、別の装置でも搭載できる。また、車両に搭載されるものに限らない。電子制御装置１００に搭載される第１半導体素子３２などの実効発熱量を測定するための装置である。本実施形態では、回路素子としてＭＯＳＦＥＴ３２ｂを採用している。ＭＯＳＦＥＴ３２ｂは、実効発熱量の測定対象である。

ＭＯＳＦＥＴ３２ｂは、配線基板３１に実装されている。配線基板３１は、測定部３００と電気的に接続されている。ＭＯＳＦＥＴ３２ｂは、測定部３００から配線基板３１を介して電力供給されて動作する。

測定装置は、第１熱流束センサ４１、第３熱流束センサ４３、チラー２００、測定部３００などを備えている。

第１熱流束センサ４１と第３熱流束センサ４３は、第２実施形態と同様に、ＭＯＳＦＥＴ３２ｂと配線基板３１に実装されている。第１熱流束センサ４１と第３熱流束センサ４３は、測定部３００と電気的に接続されており、電気信号を測定部３００に出力する。

なお、本実施形態では、一例として、ＭＯＳＦＥＴ３２ｂに素子側放熱部材９１を介して第１熱流束センサ４１が実装され、配線基板３２に基板側放熱部材９２を介して実装されている。この素子側放熱部材９１、基板側放熱部材９２は、第１放熱部材６１と同様の材料によって構成されており、同様の理由で設けられている。しかしながら、素子側放熱部材９１、基板側放熱部材９２は、設けられていなくてもよい。

チラー２００は、第１熱流束センサ４１上に実装されている。つまり、チラー２００は、第１熱流束センサ４１におけるＭＯＳＦＥＴ３２ｂとは反対側に実装されている。チラー２００は、水を循環させて対象物（ＭＯＳＦＥＴ３２ｂ）を冷却するものである。チラー２００は、測定部３００からの指令に応じて、冷却力を調整（温度制御）可能に構成されている。チラー２００は、ＭＯＳＦＥＴ３２ｂからの熱流束を第１熱流束センサ４１側の一方向に集約するために設けられている。なお、本開示は、チラー２００のかわりに、熱媒体式チラーを採用することもできる。

測定部３００は、ＣＰＵなどの処理部３１０、ＲＯＭやＲＡＭなどの記憶部３２０、電源部３３０などを含んでいる。なお、測定部３００は、上記マイコン８０と同様にＡＤ変換器を備えていてもよい。

処理部３１０は、ＭＯＳＦＥＴ３２ｂを動作させるとともに、熱流束センサ４１、４３から電気信号を取得して、放熱量、トータル発熱量、実効発熱量を算出する。また、処理部３１０は、実効発熱量を算出するために、電源部３３０に電源の供給を指示したり、チラー２００に冷却力の調整を指示したりする。

記憶部３２０には、上記実施形態の面積Ａ１、Ａ３に相当する面積や、処理部３１０の計算結果などが記憶される。電源部３３０は、処理部３１０からの指示に応じて、配線基板３１及びＭＯＳＦＥＴ３２ｂに電源を供給する。

処理部３１０は、上記計算部８１と同様に、放熱量、トータル発熱量、実効発熱量を算出する。本実施形態では、図１０に示すように、上側放熱量と下側放熱量のかわりに、上側熱流束と下側熱流束を用いてトータル発熱量、実効発熱量を算出する例を採用している。

また、測定部３００は、チラー２００の過冷却により、ＭＯＳＦＥＴ３２ｂのみでなく周囲環境や他素子からも熱引きしてしまう可能性がある。そこで、処理部３１０は、第３熱流束センサ４３に基づく熱流束が０［Ｗ／ｍ^２］となるように、チラー２００の温度制御を行う。

発熱量Ｘ［Ｗ］のＭＯＳＦＥＴ３２ｂを測定対象として、実際に上記のように実効発熱量を算出した結果、同等の値を算出することができた。なお、発熱量Ｘ［Ｗ］は、ＭＯＳＦＥＴ３２ｂの電流×電圧の実測データから算出した値である。このように、測定装置は、上記実施形態と同様に、実効発熱量を算出することができる。さらに、測定装置は、第３熱流束センサ４３に基づく熱流束が０［Ｗ／ｍ^２］となるように、チラー２００の温度制御を行って実効発熱量を算出するため、ＭＯＳＦＥＴ３２ｂの全てに面に熱流束センサを設けなくても正確な実効発熱量を算出できる。

１０…カバー、１１…カバー基部、１２…カバー突起、１３…放熱フィン、１４…コネクタ部、２０…ベース、２１…ベース基部、２２…ベース突起、３０…回路基板、３１…配線基板、３２…第１半導体素子、３３…第２半導体素子、３４…サーミスタ、４１…第１熱流束センサ、４２…第２熱流束センサ、４３…第３熱流束センサ、４４…第４熱流束センサ、５１…第１配線、５２…第２配線、５３…第３配線、５４…第４配線、６１…第１放熱部材、６２…第２放熱部材、７０…コネクタ、８０…マイコン、８１…計算部、８２…比較部、８３…出力計算部、８４…記憶部、８５…第１ＡＤ変換器、８６…第２ＡＤ変換器、８７…第３ＡＤ変換器、８８…第４ＡＤ変換器、９１…素子側放熱部材、９２…基板側放熱部材、１００…電子制御装置、２００…チラー、３００…測定部、３１０…処理部、３２０…記憶部、３３０…電源部、Ｓ１…第１基板面、Ｓ２…第２基板面、Ｓ３…第１対向面、Ｓ４…第２対向面

Claims (9)

1. 配線基板（３１）と、
   前記配線基板に実装され、前記配線基板と電気的に接続された少なくとも一つの回路素子（３２、３３）と、
   前記回路素子における前記配線基板との対向面の反対面に対して、前記反対面の全域と接触した状態で実装され、前記回路素子から生じる熱流束に応じた電気信号を出力する熱流束センサ（４１、４２）と、
   前記熱流束センサの出力結果である熱流束に、前記回路素子と前記熱流束センサとが対向している領域の面積を乗算することで、前記回路素子の放熱量を算出する算出部（８１）と、を備えている電子装置。
2. 前記算出部で算出された前記回路素子の前記放熱量に基づいて、前記回路素子の電力を制御する電力制御部（８３）を備えている請求項１に記載の電子装置。
3. 前記配線基板に実装され、少なくとも同じ処理を実行する二つの前記回路素子と、
   複数の前記回路素子のそれぞれに個別に実装された二つの前記熱流束センサと、
   前記算出部で算出された各回路素子の前記放熱量を比較する比較部（８２）と、を備えており、
   前記電力制御部は、前記比較部による比較で各回路素子の前記放熱量が異なる場合、前記放熱量が多い方の前記回路素子の処理負荷を減らすとともに、前記放熱量が少ない方の前記回路素子の処理負荷を増やして前記電力を制御する請求項２に記載の電子装置。
4. 前記配線基板における、前記回路素子の実装領域の裏面に実装された裏面側熱流束センサ（４３、４４）を備えており、
   前記算出部は、前記裏面側熱流束センサの出力結果である前記裏面側への熱流束に、前記配線基板と前記裏面側熱流束センサとが対向している領域の面積を乗算することで、前記裏面側への熱流束に基づく放熱量を算出し、前記熱流束センサの出力結果に基づいて算出した複数時点での前記放熱量と、前記裏面側熱流束センサの出力結果に基づいて算出した前記複数時点での前記放熱量とに基づいて生成される一次関数の切片を前記回路素子のトータル発熱量として算出する請求項１に記載の電子装置。
5. 前記算出部は、前記トータル発熱量から、前記熱流束センサの出力結果に基づいて算出した前記放熱量と、前記裏面側熱流束センサの出力結果に基づいて算出した前記放熱量とを減算することで、前記回路素子の残留発熱量を算出する請求項４に記載の電子装置。
6. 前記配線基板に実装され、少なくとも同じ処理を実行する二つの前記回路素子と、
   複数の前記回路素子のそれぞれに個別に実装された二つの前記熱流束センサと、
   前記算出部で算出された各回路素子の前記残留発熱量を比較する比較部（８２）と、
   前記比較部による比較で各回路素子の前記残留発熱量が異なる場合、前記残留発熱量が多い方の前記回路素子の処理負荷を減らすとともに、前記残留発熱量が少ない方の前記回路素子の処理負荷を増やして電力を制御する電力制御部（８３）と、を備えている請求項５に記載の電子装置。
7. 前記熱流束センサにおける前記回路素子との対向面の反対面に実装された放熱部材を備えている請求項１乃至６いずれか一項に記載の電子装置。
8. 前記算出部で算出された前記放熱量に基づいて、前記回路素子の放熱経路における異常を検知する異常検知部（８０）を備えている請求項１乃至７のいずれか一項に記載の電子装置。
9. 前記回路素子における前記配線基板との対向面の反対面に対して、複数の前記熱流束センサが実装されている請求項１乃至７のいずれか一項に記載の電子装置。

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