JP5460397B2 - 自動車用電子制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、自動車に搭載される電子制御装置に関する。

自動車に搭載される電子制御装置は、金属製の筐体と、筐体内部に収容される回路基板と、を含んで構成される。回路基板には、半導体スイッチング素子などの発熱素子が実装されているため、発熱素子で発生した熱を、例えば、サーマルビア及び伝熱性接着剤を介して回路基板の反対側に位置する筐体へと移動させ、筐体の外面から大気中へと放熱する放熱構造が採用されている。そして、発熱素子から筐体への熱移動、筐体から大気中への放熱を良好ならしめるため、特開２００４−３０４２００号公報（特許文献１）に記載されるように、筐体表面に表面処理を施す技術が提案されている。

特開２００４−３０４２００号公報

しかしながら、従来の提案技術では、筐体表面に施した表面処理で、発熱素子からの放射熱を吸収する構造であったため、発熱素子と筐体表面とが離れていると、発熱素子から筐体への熱移動が十分行われないおそれがあった。

そこで、本発明は従来技術の問題点に鑑み、発熱素子から筐体への熱伝達構造を見直すことで、放熱性を向上させた自動車用電子制御装置を提供することを目的とする。

このため、本発明では、電子部品を実装する回路基板と、回路基板を内部に収容する金属製の筐体と、を備えた自動車用電子制御装置において、回路基板の発熱部位で発生した熱を、回路基板に開設されたサーマルビアを介して筐体に直接伝達する。また、筐体の内面及び外面のうち少なくとも片面に、熱の吸収及び放射を促進する表面処理を夫々施すと共に、筐体の内面に、回路基板の発熱部位に近接するように、発熱部位へと向かって延びる突出部を形成する。この突出部は、筐体を鋳造により製造するときに離型用のイジェクトピンが押す、発熱部位と対向する範囲を越えて形成された部分を有するか、又は、イジェクトピンが当たる部分が陥凹形成されている。

本発明によれば、回路基板の発熱部位で発生した熱は、サーマルビアを介して筐体へと伝達されると共に、突出部を介して筐体へと伝達される。このとき、突出部が発熱部位に近接しているため、発熱部位で発生した熱を筐体へと効果的に伝達することができる。そして、２つの経路を経て筐体へと伝達された熱は、その外面から大気中へと放熱される。ここで、突出部を含む筐体の内面に熱の吸収を促進する表面処理を施しておけば、発熱部位で発熱した熱の吸収を促進することができる。一方、筐体の外面に熱の放熱を促進する表面処理を施しておけば、その外面から大気中への放熱効果を高めることができる。このため、自動車用電子制御装置の放熱性を向上させることができる。

自動車用電子制御装置の一例を示す斜視図である。 図１におけるＡ−Ａ断面図である。 突出部の第１変形例を示す要部断面図である。 突出部の第２変形例を示す要部断面図である。 突出部の第３変形例を示す要部断面図である。 発熱素子の他の実装方法を示す要部断面図である。 本体の変形例を示す要部断面図である。

以下、添付された図面を参照して本発明を詳述する。

図１は、自動車用電子制御装置（以下「電子制御装置」という）の一例を示す。

電子制御装置１０は、電子部品としての発熱素子ＨＥが少なくとも表面に実装された回路基板２０と、回路基板２０を内部に収容する筐体３０と、を含んで構成される。筐体３０は、回路基板２０を収容するための凹部３２Ａが陥凹形成された本体３２と、本体３２の開口を閉塞する蓋３４と、を含んで構成される。本体３２及び蓋３４は、夫々、アルミニウム（Ａｌ），マグネシウム（Ｍｇ），鉄（Ｆｅ）などを主成分とする合金からなり、金型を用いた鋳造，プレス又は切削加工などにより製造される。

本体３２は、平面視で略角丸四角形の外形を有し、その一面から反対側に位置する他面に向けて、回路基板２０を収容するための凹部３２Ａが陥凹形成される。本体３２の四隅には、締結部材の一例としてのネジ４０を用いて、蓋３４を締結するための雌ネジ３２Ｂが形成される。また、本体３２の凹部３２Ａには、図２に示すように、締結部材の一例としてのネジ５０を用いて、回路基板２０を支持しつつ固定するために、先端に雌ネジが形成されたボス（台座）３２Ｃが複数立設される。さらに、本体３２の凹部３２Ａの周囲には、蓋３４との間のシールを確保する目的で、例えば、Ｏリング，シリコーン，接着剤などの弾性部材６０が嵌合する周溝３２Ｄが陥凹形成される。一方、蓋３４は、平面視で略角丸四角形の外形を有し、その四隅にネジ４０が挿通する挿通孔が夫々開設される。

回路基板２０は、図２に示すように、発熱素子ＨＥが実装されている部分にサーマルビア２０Ａが開設され、伝熱性を有する接着剤７０を介在させて、本体３２の凹部３２Ａの底面と接触されている。また、発熱素子ＨＥが接触する本体３２の外面には、発熱素子ＨＥから本体３２へと伝達された熱を大気中に放熱するため、公知の放熱フィン３２Ｅが列設される。なお、接着剤７０の代わりに、伝熱性を有するグリース，放熱シートなどを用いてもよい。

本体３２及び蓋３４の内面及び外面のうち少なくとも片面には、発熱素子ＨＥからの放射熱吸収及び筐体３０からの熱放射を促進するための表面処理が施される。表面処理の一例としては、絶縁材料の塗布又は電着等，アルマイト処理などが適用できる。

また、蓋３４の内面には、発熱素子ＨＥからの放射熱の吸収を促進することを目的として、図２に示すように、回路基板２０の発熱素子ＨＥに近接するように、発熱素子ＨＥへと向かって延びる突出部３４Ａが突出形成される。図示の例では、２つの発熱素子ＨＥが近接して実装されているため、２つの突出部３４Ａが一体化された形状となっているが、２つの突出部３４Ａを明確に分けた形状としてもよい。ここで、突出部３４Ａの先端が発熱素子ＨＥに接触すると、振動などにより回路基板２０に応力が作用してしまうため、筐体３０の寸法などを考慮して、突出部３４Ａの先端が発熱素子ＨＥに接触しないクリアランスを確保することが望ましい。なお、発熱素子ＨＥと蓋３４の突出部３４Ａとの間に、伝熱性を有するグリースなどを介在させるようにしてもよい。

このような電子制御装置１０によれば、回路基板２０の発熱素子ＨＥで発生した熱は、次のような２つの経路を経て筐体３０へと伝達され、その外面から大気中へと放熱される。即ち、発熱素子ＨＥで発生した熱は、サーマルビア２０Ａ及び接着剤７０を介して本体３２へと伝達される。また、発熱素子ＨＥで発生した熱は、突出部３４Ａを介して蓋３４へと伝達される。このとき、突出部３４Ａの先端が発熱素子ＨＥに近接しているため、発熱素子ＨＥからの放射熱の吸収が促進され、発熱素子ＨＥで発生した熱を蓋３４へと効果的に伝達することができる。そして、本体３２及び蓋３４へと伝達された熱は、放熱フィン３２Ｅ及び外面から大気中へと放熱される。ここで、突出部３４Ａを含む蓋３４の内面に表面処理を施しておけば、発熱素子ＨＥで発生した熱の吸収を促進することができる。一方、本体３２及び蓋３４の外面に表面処理を施しておけば、その外面から大気中への放熱効果を高めることができる。

ところで、突出部３４Ａと発熱素子ＨＥとのクリアランスは、突出部３４Ａの先端が発熱素子ＨＥ及びその近傍に接触しない限りにおいて、できるだけ小さい方が伝熱の面から有利である。このため、突出部３４Ａは、本体３２と蓋３４との接合部分の近傍、又は、回路基板２０を本体３２に固定するボス３２Ｃの近傍に形成することが望ましい。このようにすれば、本体３２に対する回路基板２０の固定剛性が高い部分に突出部３４Ａが位置するため、例えば、振動，外部からの応力などにより回路基板２０又は筐体３０が多少変形しても、発熱素子ＨＥ及びその近傍と突出部３４Ａの先端とが接触することを抑制できる。接合部分又はボス３２Ｃの近傍に突出部３２Ａを形成することが困難であるときには、次に回路基板２０の固定剛性が高いと考えられる、２つのボス３２Ｃを結んだ線分にかかる位置に突出部３２Ａを形成することもできる。なお、突出部３２Ａに対向する位置に、回路基板２０の発熱素子ＨＥを実装すべきことは言うまでもない。

また、発熱素子ＨＥから突出部３４Ａへの熱伝達を良好ならしめるために、図３に示すように、突出部３４Ａに、発熱素子ＨＥの側壁を覆うように、発熱素子ＨＥへと向かって延びる延設部３４Ｂを一体化してもよい。このようにすれば、発熱素子ＨＥで発生した熱が延設部３４Ｂにも伝達されるため、筐体３０への熱伝達をさらに促進することができる。この場合、延設部３４Ｂは、発熱素子ＨＥの側壁の少なくとも一部、例えば、発熱素子ＨＥが略直方体を有していれば、４つの側壁のうち少なくとも１面を覆っていればよい。

本体３２及び蓋３４が金型を用いた鋳造により製造される場合、金型から本体３２又は蓋３４を離型するためのイジェクトピンで押された痕が残ってしまう。イジェクトピンの痕は、これと接触した部分が陥凹する一方、その周囲が盛り上がってしまうため、突出部３４Ａと発熱素子ＨＥとのクリアランスを小さくすることが困難になることから、突出部３４Ａの先端にイジェクトピンの痕が残ってしまうことは望ましくない。このため、突出部３４Ａをイジェクトピンが押す金型を使用する場合には、図４に示すように、突出部３４Ａの先端に、イジェクトピンの痕が収まるような陥凹部３４Ｃを陥凹形成するとよい。陥凹部３４Ｃの深さは、イジェクトピンが接触することで盛り上がる高さよりも大きく、陥凹部３４Ｃの径は、発熱素子ＨＥから突出部３４Ａへの伝熱性能を確保する観点から、イジェクトピンの径より若干大きくすればよい。なお、図示の例では、突出部３４Ａの先端に延設部３４Ｂが一体化されているが、延設部３４Ｂがなくてもよい。

また、２つの発熱素子ＨＥが近接して実装されない回路基板２０においては、図５に示すように、発熱素子ＨＥと対向する範囲を越えて突出部３４Ａを突出形成し、発熱素子ＨＥと対向しない部分をイジェクトピンが押すようにしてもよい。

発熱素子ＨＥは、図６に示すように、本体３２の凹部３２Ａの底面に対向する回路基板２０の裏面に取り付けるようにしてもよい。この場合には、本体３２の凹部３２Ａに、発熱素子ＨＥへと向かって延びる突出部３２Ｆを形成する。このようにすれば、突出部３２Ｆへの放熱により、回路基板２０の表面からの放熱分を軽減できることから、従来サーマルビアなどを配設して専ら放熱に用いていた回路基板２０の表面は、発熱素子ＨＥの放熱のために使用されず、ここに他の電子部品（発熱素子を含む）を実装することが可能となり、電子制御装置１０の小型化を図ることができる。また、この場合、蓋３４は積極的な熱伝達及び放熱等の役割が減少するため、蓋３４の材料として樹脂などの熱伝導の小さい材料を使用したり、蓋３４の代わりに樹脂等を充填して本体３２の開口を閉塞するようにしてもよい。

なお、突出部３２Ｆ又は３４Ａは、発熱素子ＨＥに対向する部分に限らず、発熱素子ＨＥ，基板パターン，放熱半田及びこれらの周辺を含んだ部位に形成してもよい。また、突出部３２Ｆ又は３４Ａの裏側にあたる本体３２又は蓋３４の外面は、平坦形状，陥凹形状（図７参照），フィン形状，陥凹部にフィンが列設された形状に形成されていてもよい。さらに、各図面に記載した構成を適宜組み合わせてもよい。

ここで、前記実施形態から把握し得る請求項以外の技術的思想について、以下に効果と共に記載する。
（イ）前記表面処理は、絶縁材料の塗布又は電着等，アルマイト処理などであることを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれか１つに記載の自動車用電子制御装置。

この発明によれば、熱の吸収及び放射を促進する表面処理を容易に実現することができる。
（ロ）前記発熱部位は、発熱素子，基板パターン，放熱半田及びこれらの周辺を含んだ部位であることを特徴とする請求項１〜請求項４及び（イ）のいずれか１つに記載の自動車用電子制御装置。

この発明によれば、実際に発熱する発熱素子に限らず、その周囲を含んだ部位の熱が放熱されるため、回路基板の温度を効果的に低下させることができる。
（ハ）前記突出部の裏側にあたる筐体の外面は、平坦形状，陥凹形状，フィン形状，陥凹部にフィンが列設された形状に形成されたことを特徴とする請求項１〜請求項４，（イ）及び（ロ）のいずれか１つに記載の自動車用電子制御装置。

この発明によれば、突出部を介して筐体に伝達された熱は、筐体の外面から大気中に放熱することができる。このとき、筐体の外面をフィン形状，陥凹部にフィンが列設された形状とすれば、放熱のための表面積を増やすことができる。
（ニ）前記突出部は、前記回路基板を本体に締結する複数のボスのうち、２つのボスを結んだ線分にかかる位置にあることを特徴とする請求項１〜請求項４及び（イ）〜（ハ）のいずれか１つに記載の自動車用電子制御装置。

この発明によれば、本体と蓋との接合部分又はボスの近傍に突出部を形成することが困難であっても、次に回路基板の固定剛性が高いと考えられる位置に突出部を形成することができる。このため、突出部と発熱部位とのクリアランスを小さくすることができる。
（ホ）前記突出部は、前記発熱部位と対向する範囲を越えて形成され、前記筐体を鋳造により製造するときに使用する離型用のイジェクトピンが、前記発熱部位と対向する範囲を越えて形成された突出部の部分を押すことを特徴とする請求項１〜請求項４及び（イ）〜（ニ）のいずれか１つに記載の自動車用電子制御装置。

この発明によれば、発熱部位から突出部へと熱伝達する面積を小さくせずに、イジェクトピンが筐体を押す部分を確保することができる。
（ヘ）前記突出部の陥凹部は、前記イジェクトピンと当たる部分の周辺のみ陥凹形成されていることを特徴とする請求項４記載の自動車用電子制御装置。

この発明によれば、発熱部位から突出部へと熱伝達する面積の減少を抑制できる。

２０ 回路基板
３０ 筐体
３２ 本体
３２Ａ 凹部
３２Ｃ ボス
３２Ｆ 突出部
３４ 蓋
３４Ａ 突出部
３４Ｂ 延設部
３４Ｃ 陥凹部
ＨＥ 発熱素子

Claims (4)

1. 電子部品を実装する回路基板と、
   前記回路基板を内部に収容する金属製の筐体と、
   を備えた自動車用電子制御装置において、
   前記回路基板の発熱部位で発生した熱を、該回路基板に形成されたサーマルビアを介して前記筐体に直接伝達し、
   前記筐体の内面に熱の吸収を促進する表面処理を施すか、前記筐体の外面に熱の放射を促進する表面処理を施すか、又は、前記筐体の内面に熱の吸収を促進する表面処理を施すと共に前記筐体の外面に熱の放射を促進する表面処理を施し、
   前記筐体の内面に、前記回路基板の発熱部位に近接するように、該発熱部位へと向かって延びる突出部であって、前記筐体を鋳造により製造するときに離型用のイジェクトピンが押す、前記発熱部位と対向する範囲を越えて形成された部分を有する突出部を形成したことを特徴とする自動車用電子制御装置。
2. 電子部品を実装する回路基板と、
   前記回路基板を内部に収容する金属製の筐体と、
   を備えた自動車用電子制御装置において、
   前記回路基板の発熱部位で発生した熱を、該回路基板に形成されたサーマルビアを介して前記筐体に直接伝達し、
   前記筐体の内面に熱の吸収を促進する表面処理を施すか、前記筐体の外面に熱の放射を促進する表面処理を施すか、又は、前記筐体の内面に熱の吸収を促進する表面処理を施すと共に前記筐体の外面に熱の放射を促進する表面処理を施し、
   前記筐体の内面に、前記回路基板の発熱部位に近接するように、該発熱部位へと向かって延びる突出部であって、前記筐体を鋳造により製造するときに離型用のイジェクトピンが当たる部分が陥凹形成された突出部を形成したことを特徴とする自動車用電子制御装置。
3. 前記筐体は、前記回路基板を収容する凹部が形成された本体と、前記本体の開口を閉塞する蓋と、を含んで構成され、
   前記突出部は、前記回路基板を前記本体に締結する複数のボスのうち、２つのボスを結んだ線分にかかる位置に配置されることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の自動車用電子制御装置。
4. 前記発熱部位は、前記回路基板に実装された発熱素子であり、
   前記突出部には、前記発熱素子の側壁の少なくとも一部を覆うように、該発熱素子へと向かって延びる延設部が一体化されていることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか１つに記載の自動車用電子制御装置。