JP4023054B2

JP4023054B2 - 電子回路ユニット

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Publication number: JP4023054B2
Application number: JP34754299A
Authority: JP
Inventors: 嘉治原田
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 1999-12-07
Filing date: 1999-12-07
Publication date: 2007-12-19
Anticipated expiration: 2019-12-07
Also published as: JP2001168560A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、消費電力の大きな大電力部品やマイコンを含む制御回路等の電子部品を、筐体内に収納して構成される電子回路ユニットに関する。
【０００２】
【発明が解決しようとする課題】
例えば自動車に搭載されるＥＣＵ等の電子回路ユニットは、電子部品が実装された回路基板を、保護用の筐体内に収納して構成されている。この場合、回路基板上に実装される電子部品には、パワートランジスタ等の消費電力の大きな（発熱の大きな）ものがあり、その発熱が自身あるいは比較的熱に弱い他の電子部品（マイコン等）に悪影響を与えないような放熱構造が必要となる。ちなみに、一例をあげると、大電力半導体素子の耐熱温度が１５０℃であるのに対し、制御回路に使用されるマイコンのような半導体素子の動作保証温度は１１０℃となっている。
【０００３】
図６は、従来の電子回路ユニットの代表的な放熱構造を例示している。即ち、筐体１は、例えばアルミニウム等の熱伝導性の良い材料から、矩形箱状に構成され、その下面開口部が蓋部２により塞がれるようになっている。この筐体１の上壁下面部には、図で右側に位置して、消費電力の大きな大電力部品３を実装した基板４（熱伝導性の良いセラミック基板）が、その裏面側を全体を接着して取付けられている。一方、筐体１の上壁下面部の図で左側に位置して突設された基板取付部１ａに、マイコン５等を実装したプリント配線基板等の制御回路基板６が、ねじ止めにより取付けられるようになっている。また、筐体１の上面には、アルミニウム製の放熱フィン７が設けられている。かかる構成により、大電力部品３から発生する熱が、基板４を介して筐体１に伝達され、さらに放熱フィン７に伝達されて外部に放熱されるようになっている。
【０００４】
しかしながら、上記従来構成では、大電力部品３からの熱が筐体１全体に伝達されるため、その熱が制御回路基板６ひいてはマイコン５にも伝達されやすくなり、マイコン５が高温となる不具合がある。従って、大電力部品３の熱を効率的に外部に放熱することができながらも、同じ筐体１内に存在するマイコン５等の制御回路素子にはその熱を伝えにくくするような放熱構造の開発が望まれるのである。
【０００５】
尚、このような放熱構造の一例として、例えば特開平９−８４８３号公報には、放熱フィンを有する放熱部材に添設された発熱性の電子部品を、遮蔽面を有する支持板により覆うことにより、筐体の内部の空気の対流（及び熱輻射）による他の部品への熱伝導を防止することが開示されている。ところが、このものでは、筐体内部における熱伝達はある程度防ぐことはできるものの、筐体自体を伝わる熱による影響の方が圧倒的に大きく、また、支持板（遮蔽面）自体が高温となってそこからの熱輻射などの虞もあり、さほどの効果は期待できないものとなっていた。
【０００６】
本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、その目的は、筐体内に大電力部品やマイコンを含む制御回路等を収納して構成されるものにあって、大電力部品の熱を効率的に外部に放熱することができながらも、マイコン等の制御回路素子にはその熱を伝えにくくすることができる電子回路ユニットを提供するにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明の電子回路ユニットは、電子部品が収納される筐体を、第１分割筐体と、この第１分割筐体と分離された第２分割筐体とを、第２分割筐体の全周にわたって断熱材を挟んで接合して構成し、大電力部品を搭載した第１の基板を前記第１分割筐体の内面側に熱的接続状態に取付けると共に、マイコンを含む制御回路を搭載した第２の基板を前記第２分割筐体の内面側に熱的接続状態に取付け、前記第２分割筐体の大きさを前記第２の基板の大きさに対応させると共に、前記筐体全体に対する前記第１分割筐体の占める大きさを、前記第２分割筐体よりも大きく構成したところに特徴を有する（請求項１の発明）。
【０００８】
これによれば、大電力部品から発生する熱は、筐体のうち大電力部品に熱的に接続された第１分割筐体から外部に放熱される。一方、マイコンを含む制御回路から発生する熱は、筐体のうち第２分割筐体から外部に放熱される。このとき、第１分割筐体と第２分割筐体とは、断熱材により熱的に分断されているので、より高温となる第１分割筐体からの熱が、第２分割筐体ひいては制御回路に伝達されることを抑えることができ、それらの間に温度勾配が生ずる。従って、大電力部品の熱を効率的に外部に放熱することができながらも、マイコン等の制御回路素子にはその熱を伝えにくくすることができる。この結果、マイコン等の制御回路素子に対する熱による悪影響の発生を効果的に防止することができ、信頼性の向上を図ることができるという優れた効果を奏する。
【０００９】
この場合、大電力部品を、第１の基板に搭載して第１分割筐体の内面側に熱的接続状態に取付けると共に、制御回路を、第２の基板に搭載して第２分割筐体の内面側に熱的接続状態に取付ける構成としたので、第１の基板と第２の基板とを、別々つまり熱的に非接続状態に設けることにより、それら基板間での直接的な熱伝達を抑えることができる。
【００１０】
このとき、第２の基板の裏面部の導体パターンを露出させると共に、その裏面部を第２分割筐体の内面部に接触させた状態で取付けるようにすれば（請求項２の発明）、熱伝導性の良い導体パターンを介して、第２の基板と第２分割筐体とが熱的に接続されるようになって第２の基板からの放熱性をより高めることができる。尚、第２の基板の裏面側の導体パターンひいては第２分割筐体を、グランド電位とすることがより望ましい。
【００１１】
そして、第１分割筐体の外面部及び第２分割筐体の外面部に、夫々放熱フィンを設けるようにすることもできる（請求項３の発明）。これによれば、第１分割筐体と第２分割筐体との熱的分断状態を維持したまま、夫々の放熱効果を高めることができる。
【００１２】
また、第１分割筐体と第２分割筐体とを共に金属材料から構成し、それらの接合端部を、断熱材を挟んでラップした形態とするようにしても良く（請求項４の発明）、これにより、筐体全体としての電磁ノイズに対するシールド効果を高めることができる。さらには、制御回路の周囲部を、第２分割筐体に熱的接続状態で取付けられた遮蔽板により覆うようにしても良く（請求項５の発明）、これにより、筐体内部の空間における対流等の熱伝達も抑えることができ、より効果的となる。前記第１の基板及び第２の基板を１枚の基板から構成し、当該基板のうち前記マイコンを含む制御回路の搭載部分を前記第２分割筐体に熱的に接続し、前記大電力部品の搭載部分を前記第１分割筐体に熱的に接続する構成としても良い（請求項６の発明）。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を具体化したいくつかの実施例について、図１ないし図５を参照しながら説明する。
＜第１の実施例＞
図１は、本発明の第１の実施例に係る電子回路ユニット１１の構成を概略的に示している。
【００１４】
この電子回路ユニット１１は、後述する筐体１２内に、第１の基板１３及び第２の基板１４を収納して構成される。前記第１の基板１３は、例えば熱伝導性の良いセラミック基板からなり、その表面（図では下面）に、消費電力の大きな例えばパワートランジスタ等の大電力部品１５が実装されている。また、前記第２の基板１４は、例えばセラミック基板からなり、その表面（図では下面）に、マイコン１６等が実装されて制御回路が構成されるようになっている。
【００１５】
さて、前記筐体１２について述べる。この筐体１２は、第１分割筐体１７及び第２分割筐体１８並びに蓋部１９を有してなり、それらが結合されることにより全体として矩形箱状に構成される。そのうち、第１分割筐体１７は、熱伝導性の良い金属例えばアルミニウムからなり、下面が開放した矩形箱状をなすと共に、その上壁部には、図で左側に位置して矩形状の開口部１７ａが形成されている。また、その開口部１７ａの内周縁部分に、下面側において薄肉な部分が内側に延出する延出部１７ｂを一体に有している。
【００１６】
これに対し、前記第２分割筐体１８は、やはりアルミニウムからなり、前記開口部１７ａに対応した大きさの矩形板状に構成されていると共に、その外周縁部分に、上面側において薄肉な部分が外側に延出する延出部１８ａを一体に有している。この第２分割筐体１８は、前記第１分割筐体１７の開口部１７ａ部分に、断熱材２０を挟んで嵌込まれた状態に接合されている。前記断熱材２０は、例えば発泡樹脂あるいは発泡ゴム等からなり、第１分割筐体１７及び第２分割筐体１８との接合は、例えば接着剤により行なわれるようになっている。また、この状態では、上下方向に見て、第１分割筐体１７の延出部１７ｂの内周縁部と、第２分割筐体１８の延出部１８ａの外周縁部とが断熱材２０を挟んでラップした形態とされるようになっている。
【００１７】
そして、前記第１の基板１３は、前記第１分割筐体１７の上壁の内面部（下面部）のうち右側部位に、その裏面側（図で上面側）全体が例えば接着されることにより、熱的接続状態に取付けられている。このとき、前記第１分割筐体１７の上壁部の外面側には、図で右側つまり前記第１の基板１３の取付け部分に対応して、例えばアルミニウム製の第１の放熱フィン２１が取付けられている。一方、前記第２の基板１４は、前記第２分割筐体１８の下面側に、その裏面側（図で上面側）全体が例えば接着されることにより、熱的接続状態に取付けられている。このとき、前記第１分割筐体１８の上面部には、やはりアルミニウム製の第２の放熱フィン２２が取付けられている。
【００１８】
尚、前記蓋部１９は、前記第１分割筐体１７の下端部に、例えば複数本のねじ２３により取付けられ、該第１分割筐体１７の下面側を塞ぐようになっている。また、図示はしないが、前記第１の基板１３と第２の基板１４との間、さらにそれらと外部接続用のコネクタ（図示せず）との間は、例えばフレキシブル基板やフラットワイヤ、ワイヤボンディング、コネクタピンのスルーホール半田付け等の周知の接続技術により電気的に接続されるようになっている。
【００１９】
上記のように構成された電子回路ユニット１１においては、発熱量の大きい大電力部品１５から発生する熱は、第１の基板１３から第１分割筐体１７更には第１の放熱フィン２１に良好に伝達（拡散）され、第１分割筐体１７及び第１の放熱フィン２１から外部空気中へ放熱される。一方、マイコン１６を含む制御回路から発生する熱は、第２の基板１４から第２分割筐体１８更には第２の放熱フィン２２に良好に伝達され、外部空気中へ放熱される。
【００２０】
このとき、第１分割筐体１７と第２分割筐体１８とは、断熱材２０により熱的に分断されているので、より高温となる第１分割筐体１７からの熱が、第２分割筐体１８に伝わりにくくなり、言い換えれば、熱伝導が平衡状態となった時の温度分布をみると、断熱材２０を挟んで第１分割筐体１７と第２分割筐体１８との間に温度勾配が生ずる。これにより、動作保証温度が比較的低いマイコン１６が（例えば大電力部品１５の耐熱温度が１５０℃であるのに対し、マイコン１６の動作保証温度は１１０℃）、大電力部品１５の発熱の影響を受けにくくなり、高温となることはない。
【００２１】
また、第１分割筐体１７及び第２分割筐体１８の夫々に放熱フィン２１及び２２が設けられているので、相互に独立した状態で良好な放熱効果を得ることができる。さらには、第１分割筐体１７と第２分割筐体１８との接合部分において、それらの一部がラップした形態とされているので、筐体１２全体としての電磁ノイズに対するシールド効果を高めることができる。尚、大電力部品１５が搭載される第１の基板１３と、マイコン１６を含む制御回路が搭載される第２の基板１４とを別々つまり熱的に非接続状態に設けたので、基板１３，１４間での直接的な熱伝達も抑えることができる。
【００２２】
このように本実施例によれば、筐体１２内に大電力部品１５やマイコン１６を含む制御回路等を収納して構成されるものにあって、従来例で述べたような大電力部品３からの熱が筐体１全体に伝達されてマイコン５に悪影響を与える虞のあるものと異なり、大電力部品１５の熱を効率的に外部に放熱することができながらも、マイコン１６等の制御回路素子にはその熱を伝えにくくすることができる。この結果、マイコン１６（制御回路）に対する熱による悪影響の発生を効果的に防止することができ、信頼性の向上を図ることができるという優れた効果を得ることができるものである。
【００２３】
＜第２の実施例＞
図２は、本発明の第２の実施例に係る電子回路ユニット３１の構成を概略的に示している。尚、以下に述べる各実施例においては、上記第１の実施例（あるいは前に述べた実施例）と同一部分については、同一符号を付して詳しい説明を省略し、異なる点を中心に述べることとする。
【００２４】
この第２の実施例に係る電子回路ユニット３１が、上記第の１実施例の電子回路ユニット１１と異なるところは、次の点にある。即ち、この電子回路ユニット３１は、筐体３２内に１枚の基板３３（例えばセラミック基板）を収納して構成されている。前記基板３３の表面（図で下面）には、図で右端側に位置して大電力部品１５が実装され、図で左端側に位置してマイコン１６等の制御回路が実装されている。
【００２５】
一方、前記筐体３２は、第１の放熱フィン２１を有した第１分割筐体１７、この第１分割筐体１７の開口部１７ａ部分に断熱材２０を挟んで設けられるアルミニウム製の第２分割筐体３４、並びに下面を塞ぐ蓋部１９を結合して全体として矩形箱状に構成されるのであるが、この場合、前記第２分割筐体３４は、その上面に第２の放熱フィン３５を一体に有して構成されている。
【００２６】
前記基板３３は、この筐体３２の上壁部内面に例えばその裏面全体を接着することにより設けられるのであるが、このとき、基板３３のうち前記マイコン１６の搭載部分（図で左側）が第２分割筐体３４に熱的に接続され、基板３３のうち前記大電力部品１５の搭載部分（図で右側）が第１分割筐体１７（第１の放熱フィン２１）に熱的に接続された状態とされる。
【００２７】
このように構成された電子回路ユニット３１によれば、上記第１の実施例と同様に、大電力部品１５の熱を効率的に外部に放熱することができながらも、第１分割筐体１７と第２分割筐体３４とは、断熱材２０により熱的に分断されているので、より高温となる第１分割筐体１７からの熱が、第２分割筐体３４ひいてはマイコン１６に伝わりにくくなり、この結果、マイコン１６（制御回路素子）に対する熱による悪影響の発生を効果的に防止することができる。
【００２８】
そして、特に本実施例では、１枚の基板３３で済むので、部品数が少なくなると共に基板間の接続が不要となって構成が簡単となり、また、部品実装作業の効率化も図ることができる。さらには、第２分割筐体３４に第２の放熱フィン３５を一体に設けたことによっても、部品数の削減を図ることができる。尚、第１分割筐体１７に第１の放熱フィン２１を一体に設けるようにしても良いことは勿論である。
【００２９】
＜第３の実施例＞
図３は、本発明の第３の実施例に係る電子回路ユニット４１を示している。この実施例では、筐体４２は、下面が開口した矩形箱状をなす第１分割筐体４３と、その下面を塞ぐ蓋として機能する第２分割筐体４４とを、断熱材４５を挟んで例えば接着により接合して構成される。また、前記第１分割筐体４３の上面部には、第１の放熱フィン４６が設けられ、第２分割筐体４４の下面部には、第２の放熱フィン４７が設けられている。尚、分割筐体４３，４４及び放熱フィン４６，４７は、全てアルミニウム製とされる。
【００３０】
そして、前記筐体４２内には、大電力部品１５を実装した第１の基板４８が、その裏面部を前記第１分割筐体４３の上壁下面部に接着して設けられていると共に、マイコン１６などの制御回路を実装した第２の基板４９が、その裏面部を前記第２分割筐体４４の上面部に接着して設けられている。尚、基板４８，４９は共にセラミック基板からなる。また、基板４８，４９間は、図示しないフレキシブル基板などにより、電気的接続が図られるようになっている。
【００３１】
このような構成によれば、上記第１の実施例と同様に、第１分割筐体４３と第２分割筐体４４とが断熱材４５により熱的に分断されているので、より高温となる第１分割筐体４３からの熱が、第２分割筐体４４ひいてはマイコン１６に伝わりにくくなり、大電力部品１５の熱を効率的に外部に放熱することができながらも、マイコン１６等の制御回路素子にはその熱を伝えにくくすることができる。そして、第１分割筐体４３（第１の放熱フィン４６）及び第２分割筐体４４（第２の放熱フィン４７）の夫々について放熱面積を大きくとることができるので、外部への放熱効果により優れるものとなる。また、基板４８，４９が上下に配置されるので、筐体４２自体のコンパクト化を図ることもできる。
【００３２】
＜第４の実施例＞
図４は、本発明の第４の実施例に係る電子回路ユニット５１を示している。この実施例が上記第３の実施例と異なる点は、筐体５２を構成する、下面が開口した矩形箱状の第１分割筐体５３と、その下面を塞ぐ蓋状の第２分割筐体５４との接合部分の構成にある。
【００３３】
即ち、前記第１分割筐体５３の下端部には、全周に渡って、下面側に開口する幅広の溝部５３ａが断面逆Ｕ字状に形成されており、一方、前記第２分割筐体５４の上面部外周辺部には、上方に立上がってその溝部５３ａ内に嵌り込む突片部５４ａが形成されている。そして、第２分割筐体５４と第１分割筐体５３とは、前記突片部５４ａを溝部５３ａ内に下方から差込むと共に、それらの間に断面逆Ｕ字状をなす断熱材５５を挟んだ状態で、例えば接着により接合されるようになっている。このとき、第１分割筐体５３の下端部と、第２分割筐体５４の上端部（突片部５４ａ）とは、側方（周囲方向）から見て二重にラップする形態とされる。
【００３４】
このような構成によれば、上記第３の実施例と同様に、第１分割筐体５３からの熱が、第２分割筐体５４ひいてはマイコン１６に伝わりにくくなり、大電力部品１５の熱を効率的に外部に放熱することができながらも、マイコン１６等の制御回路素子にはその熱を伝えにくくすることができる等の効果を得ることができる。そして、それに加えて、第１分割筐体５３と第２分割筐体５４との接合部分において、それらの一部がラップした形態とされているので、筐体５２全体としての電磁ノイズに対するシールド効果を高めることができるといった利点を得ることができる。
【００３５】
＜第５の実施例＞
図５は、本発明の第５の実施例に係る電子回路ユニット６１の構成を示している。この実施例が、上記第１の実施例の電子回路ユニット１１と異なる点は、第２の基板１４の下面側（マイコン１６を含む制御回路）を、例えば金属製の遮蔽板６２により覆うようにした構成にある。この遮蔽板６２は、第２の基板１４よりも一回り大きな、上面が開放した矩形箱状をなし、その上端部が、例えば図示しない金属製のねじにより第２分割筐体１８の下面に熱的接続状態で取付けられるようになっている。
【００３６】
これによれば、上記第１の実施例と同等の作用・効果が得られることに加え、第２の基板１４を遮蔽板６２で覆ったことによって、筐体１２の内部の空気の対流（及び熱輻射）によって、大電力部品１５からの熱がマイコン１６を含む制御回路に伝達することを防ぐことができ、しかも、遮蔽板６２が高温となっても、その熱を、第２分割筐体１８及び第２の放熱フィン２２から良好に放熱することができるものである。
【００３７】
＜他の実施例＞
尚、上記した実施例では、各基板としてセラミック基板を採用したが、基板としては合成樹脂をベース材料としたプリント基板を採用しても良い。この場合、基板の裏面部の導体パターン（銅など）を露出させると共に、その裏面部を分割筐体の内面部に接触させた状態で取付けるようにすることができ、これによれば、熱伝導性の良い導体パターンを介して、基板と分割筐体とが熱的に接続されるようになって基板からの放熱性をより高めることができる。このとき、基板の裏面部の導体パターンをできるだけ大きな面積となるように形成することが好ましく、また、その導体パターンひいては分割筐体を、グランド電位とすることがより望ましい。
【００３８】
また、上記各実施例では、筐体からの放熱を外部の空気中に行なう構成としたが、電子回路ユニットを、別の構造物に熱的接触状態に設けてその構造物へ放熱する構成としても良く、また水冷式としたり、あるいはファン装置からの冷却風により強制的に放熱する構成としても良い。筐体だけでも十分な放熱性が得られるならば、放熱フィンは省略しても良い。筐体内に、合成樹脂等のポッティング材を充填するようにしても良い。
【００３９】
さらには、基板の分割筐体への取付けは、ねじ止めなどを採用しても良く、第１分割筐体及び第２分割筐体（更には断熱材）の接合も、例えば合成樹脂製のねじ等により行なう構成としても良い。一部の部品を、基板を用いずに筐体に直接的に装着することも可能である。その他、筐体を３つ以上のパーツに分割するようにしても良く、この場合基板も３枚以上設けることができ、また、筐体や断熱材の材質、形状等についても種々の変形例が考えられる等、本発明は要旨を逸脱しない範囲内で適宜変更して実施し得るものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施例を示す電子回路ユニットの縦断面図
【図２】本発明の第２の実施例を示す電子回路ユニットの縦断面図
【図３】本発明の第３の実施例を示す電子回路ユニットの縦断面図
【図４】本発明の第４の実施例を示す電子回路ユニットの縦断面図
【図５】本発明の第５の実施例を示す電子回路ユニットの縦断面図
【図６】従来例を示す電子回路ユニットの縦断面図
【符号の説明】
図面中、１１，３１，４１，５１，６１は電子回路ユニット、１２，３２，４２，５２は筐体、１３，４８は第１の基板、１４，４９は第２の基板、１５は大電力部品、１６はマイコン、１７，４３，５３は第１分割筐体、１８，３４，４４，５４は第２分割筐体、２０，４５，５５は断熱材、２１，４６は第１の放熱フィン、２２，３５，４７は第２の放熱フィン、３３は基板、６２は遮蔽板を示す。

Claims

放熱構造を必要とする大電力部品や、この大電力部品の耐熱温度に対し動作保証温度が比較的低いマイコンを含む制御回路を、筐体内に収納して構成される電子回路ユニットであって、
前記筐体は、第１分割筐体と、この第１分割筐体と分離された第２分割筐体とを有し、それら両分割筐体を該第２分割筐体の全周にわたって断熱材を挟んで接合して構成されており、
前記大電力部品が搭載された第１の基板が前記第１分割筐体の内面側に熱的接続状態に取付けられていると共に、前記マイコンを含む制御回路が搭載された第２の基板が前記第２分割筐体の内面側に熱的接続状態に取付けられ、
前記第２分割筐体の大きさは前記第２の基板の大きさに対応していると共に、前記筐体全体に対する前記第１分割筐体の占める大きさが、前記第２分割筐体よりも大きく構成されていることを特徴とする電子回路ユニット。
前記第２の基板は、その裏面部に導体パターンが露出していると共に、その裏面部を前記第２分割筐体の内面部に接触させた状態で取付けられることを特徴とする請求項１記載の電子回路ユニット。
前記第１分割筐体の外面部及び第２分割筐体の外面部に、夫々放熱フィンが設けられていることを特徴とする請求項１又は２記載の電子回路ユニット。
前記第１分割筐体と第２分割筐体とは、共に金属材料からなり、それらの接合端部は、前記断熱材を挟んでラップされた形態とされることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の電子回路ユニット。
前記制御回路の周囲部は、前記第２分割筐体に熱的接続状態で取付けられた遮蔽板により覆われることを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載の電子回路ユニット。
前記第１の基板及び第２の基板が１枚の基板から構成され、当該基板のうち前記マイコンを含む制御回路の搭載部分が前記第２分割筐体に熱的に接続され、前記大電力部品の搭載部分が前記第１分割筐体に熱的に接続された状態とされることを特徴とする請求項１ないし５のいずれかに記載の電子回路ユニット。