JP6055698B2 - 電子制御装置及びその放熱構造、並びにその電子制御装置を搭載した電子機器 - Google Patents
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Description
しかし、特許文献1に開示された弾性変形可能な接触片を用いた放熱構造は、例えば、はんだボールなどから構成される電極端子群を介して、基板に実装される発熱部品においては、環境温度が繰り返し変化する環境下では、接触片が、電極端子群を介して実装された回路基板を繰り返し加圧するため、電極端子群の接続信頼性が低下する。また接触片と回路基板の接触、及び接触片と金属製筐体の接触は、線接触、又は点接触となるため、接触熱抵抗が大きく、放熱効果の面で十分とは言い難い。
しかし、微細フィンを用いた放熱構造は、微細フィンと発熱体である半導体チップ間の接触熱抵抗が考慮されていない。つまり、効果的な放熱ができない。また板状の微細フィンの隙間へのグリースが充填しにくいという課題がある。さらに微細フィンは、しなった状態で放熱部材の面に常に接触している。このため、例えば、はんだボールなどから構成される電極端子群を介して、回路基板に実装される発熱部品に対して、環境温度が繰り返し変化する環境下において、接触片が、回路基板を繰り返し加圧することで、電極端子群の接続信頼性が低下するという課題がある。
しかし、この突出フィーチャを用いた放熱構造は、隣接する突出フィーチャ同士が横方向に接触した場合でも点接触、又は線接触となるため、接触熱抵抗が大きく、局所的な高熱発生領域(例えばホットスポット)からの熱を放散除去する効果は限定的となるという課題がある。また、例えば、はんだボールなどから構成される電極端子群を介して、基板に実装される発熱部品に対して、隣接する突出フィーチャ同士が縦方向に重なり合うことで、突出フィーチャの見かけの弾性率が高くなり、環境温度が繰り返し変化する環境下では、突出フィーチャが、回路基板を繰り返し加圧するため、電極端子群の接続信頼性が低下するという課題がある。
上述した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。
本発明の放熱構造及びそれを用いた電子制御装置は、例えば、発熱部品を搭載する回路基板と、当該回路基板を収容し、固定する金属製筐体と、を有し、前記回路基板と前記金属製筐体との間に、前記発熱部品の熱を放熱する放熱材、熱伝導性を有する接触子を設け、前記放熱材は、前記回路基板と前記金属製筐体の両方に接触し、前記接触子は、前記金属製筐体に金属結合し、且つ、その一部、又は全部が、前記放熱材により覆われるように接触することを特徴とする。
ここで、弾性率は、縦弾性係数のことを示す。弾性率は、動的粘弾性測定の貯蔵弾性率又は引張り試験における応力―歪曲線の初期の傾きから算出できる。又は粘度計等で測定したせん断弾性係数の3倍の値を用いてもよい。
前記接触子と前記金属製筐体が金属結合されることで、前記接触子と前記金属製筐体の接触熱抵抗が無視できるくらいに小さくなり、発熱部品から生じた熱が、回路基板と放熱材を介する放熱されることに加えて、接触子を介して放熱されることになり、発熱部品が電極端子群にて、回路基板表面に搭載される実装構造を有する電子制御装置において、所望の電極端子郡の接続信頼性を確保し、且つ、高放熱化できる効果を奏する。
本発明に関連する更なる特徴は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。
一方、回路基板2は、低温環境においては、金属製筐体3と反対側(カバー7側)に撓んで凸に変形する。
回路基板2が、上述の如く、高温環境下で金属製筐体3側に撓んで凸に変形すると、接触子5は、変形した回路基板2に押されて、塑性変形する。
この接触子5が塑性変形すると、環境温度が低温になった場合でも、接触子5は弾性変形量のみ、当初の形状に近づくものの、塑性変形分は変形したままとなる。
ここで、高温環境とは、回路基板2を金属製筐体3に固定した際の温度以上の環境を示す。また低温環境とは、回路基板2を金属製筐体3に固定した際の温度未満の環境を示す。
そして、電極端子群は、電気的、且つ熱的に接続できれば、特に素材は限定されないが、はんだや導電性ペーストが望ましい。その理由は、印刷やディスペンサにて回路基板上に導電性材料を塗布し、電気的な接続を確立でき、生産性が高いためである。
そして、図3に示すように端部501、502と中央部505の間に位置する隣接する領域の連結部503、504を、金属製筐体3側から回路基板2側に折り曲げて、中央部505が突き出るような突起部(凸部)を有する形状に構成する。
金属製筐体3との金属結合を考慮するならば、より好ましくは、接触子5をリボン状に構成し、その断面形状が円状、楕円状、又は金属製筐体3側の面に突起部(凸部)となる形状であればよい。この接触子5の形状は、両端部501、502を金属製筐体3に金属結合する前に構成する。
また接触子5の表面周囲に放熱材6を回り込ませることで、断熱体となる連続した空気層が少なく、接触子5と回路基板2間の接触熱抵抗が低くなり、高放熱化され易くなる効果がある。
これは、金属製筐体3の内部に収納した部品に当該電子制御装置以外の物が接触するなどにより、電子制御装置が破損、又は所望の機能を喪失することを防止するものである。従って、本発明では、必ずしも必要ではない。
ここで、電気的に接続するとは、通電できる状態を示す。また熱的に接続するとは、伝熱できる状態を示す。
放熱材6を塗布した後、回路基板2を固定具4により金属製筐体3の固定部41に固定する。
<第1の実施例に基づく具体例>
(1)上述した実施例1において、電子部品1a(発熱部品1)及び電子部品1b(発熱部品1)の電極端子群として、組成がSn(錫)−3.0Ag(銀)−0.5Cu(銅)(単位:wt%)である、はんだボールを用いた。
なお、回路基板2と、回路基板2と対向する筐体3の距離は3mmとした。
すなわち、比較例1は、接触子と放熱材の両方を用いない電子制御装置の構造を採用した場合であり、比較例2は、放熱材のみを用い、接触子を用いない電子制御装置の構造を採用とした場合であり、比較例3は、上記特許文献1に記載されている接触子の構造(ただし、特許文献1には、放熱材6についての記載は無い)を用いた電子制御装置を採用した場合である。
図4において、比較例3では、フィン状の接触子5(実施例1の接触子5に相当)が複数形成された金属板を用いており、前記フィン状の接触子5が複数形成された金属板が回路基板3(実施例1の回路基板2に相当)と筐体ベース2(実施例1の金属製筐体3に相当)に挟まれて、弾性的に回路基板3と筐体ベース2の両方に接触している。
表1において、○印は不良発生確率が0.1%未満であることを示す。△印は不良発生確率が0.1%以上10.0%未満であることを示す。×印は、不良発生確率が10.0%以上であることを示す。不良とは、電極端子群のいずれか1つ、又は2つ以上の電極端子に、該電極端子の接続長の半分以上のき裂が生じたことと定義する。
同図において、金属製筐体3の内側の底面中央部には、突起状(突起部)301に形成してある。この突起部は、その上端部が電子部品1bの下側に位置し、電子部品1bのヒートスポット直下に位置するように構成する。
本実施例では、図7および図8に示すように、紐状接触子5’は、金属製筐体3の内側の表面31と金属結合したが、前記金属結合に加えて、紐状接触子5’を突起部301とも金属結合させてもよい。
紐状接触子5’は、発熱部品1の外形より外側で金属製筐体3と超音波接続により金属結合する。これにより、発熱部品1bの熱源であるチップから生じる熱を、より遠くへ伝導できる構造である。つまり、係る構造によれば、スタッドバンプを用いた場合に比べ、熱を広範囲に分散できる。
ここで前記ダムは、未硬化の放熱材(ゲル状)を供給できる開口部を有しておればよく、特に形状は限定されない。ただし、放熱材(ゲル状)の硬化を阻害する物質を含まない材質で形成される必要がある。例えば、白金触媒を含有するシリコーン系の放熱材(ゲル状)を用いる場合、エポキシ等の硬化阻害物質でダムを形成してはいけない。
これにより、回路基板2から接触子5、又は5’を介して、放熱されることで高放熱な電子制御装置を提供することができる。
2 回路基板
3 金属製筐体
4 固定具
5 接触子
6 放熱材
7 カバー
301 金属製筐体の突起部(凸部)
Claims (11)
- 発熱部品を搭載する回路基板と、前記回路基板を搭載する金属製筐体と、前記発熱部品の熱を放熱する放熱材と、前記金属製筐体に金属結合した接触子と、を有し
前記放熱材は、前記回路基板および前記金属製筐体に接触し、
前記接触子は、前記放熱材により覆われた部分があり、前記回路基板側に突き出る突起部が形成されている電子制御装置であって、
前記接触子は、塑性変形していることを特徴とする電子制御装置。 - 発熱部品を搭載する回路基板と、前記回路基板を搭載する金属製筐体と、前記発熱部品の熱を放熱する放熱材と、前記金属製筐体に金属結合した接触子と、を有し
前記放熱材は、前記回路基板および前記金属製筐体に接触し、
前記接触子は、前記放熱材により覆われた部分があり、前記回路基板側に突き出る突起部が形成されている電子制御装置であって、
前記接触子は、前記金属製筐体に対向する両端部と、前記回路基板に対向する中央部と、前記両端部と前記中央部とを連結する連結部と、を有し、
前記中央部及び/又は前記連結部は、前記放熱材を通す空間を有し、
前記接触子の端部の片側、又は両側は、前記金属製筐体に金属結合し、
前記接触子は、塑性変形していることを特徴とする電子制御装置。 - 請求項1乃至請求項2の何れか1つに記載の電子制御装置であって、
前記接触子は、前記放熱材を通す貫通孔、又は空間、を有する網目状、又は紐状であることを特徴とする電子制御装置。 - 請求項1乃至請求項3の何れか1つに記載の電子制御装置であって、
前記接触子は、アルミニウム、アルミニウム合金、金、金合金、銀、銀合金、亜鉛、亜
鉛合金、錫、錫合金、インジウム、インジウム合金の群から選ばれる1種類、又は2種類
以上の物質からなることを特徴とする電子制御装置。 - 請求項1乃至請求項4の何れか1つに記載の電子制御装置であって、
前記放熱材は、グリース状、又はゲル状であることを特徴とする電子制御装置。 - 発熱部品を搭載する回路基板と、前記回路基板を搭載する金属製筐体と、前記発熱部品の熱を放熱する放熱材と、前記金属製筐体に金属結合した接触子と、を有し
前記放熱材は、前記回路基板および前記金属製筐体に接触し、
前記接触子は、前記放熱材により覆われた部分があり、
前記金属製筐体は、前記回路基板に搭載される前記発熱部品に近づく方向に突き出した突起部を有することを特徴とする電子制御装置。 - 請求項6に記載の電子制御装置であって、
前記接触子は、前記放熱材を通す貫通孔、又は空間、を有する網目状、又は紐状であり、
前記放熱材は、グリース状、又はゲル状であることを特徴とする電子制御装置。 - 請求項7に記載の電子制御装置であって、
前記接触子は、前記金属製筐体に対向する両端部と、前記回路基板に対向する中央部と、前記両端部と前記中央部とを連結する連結部と、を有し、
前記中央部及び/又は前記連結部は、前記放熱材を通す空間を有し、
前記接触子の両端部は、前記金属製筐体に金属結合する
ことを特徴とする電子制御装置。 - 回路配線が形成される回路基板と当該回路基板を固定する金属製筐体との間に配置され、熱伝導性を有する接触子及び発熱部品の熱を放熱する放熱材を含む放熱構造であって、
前記接触子は、当該接触子の両端部が前記金属製筐体に金属結合し、且つ高温環境下において、前記回路基板が変形した場合、当該接触子の中央部が、当該変形した回路基板に押されて、塑性変形し、
前記放熱材は、前記金属製筐体と前記回路基板の両方に接触し、且つ前記接触子の表面の一部、又は全部に接触する
ことを特徴とする放熱構造。 - 請求項9に記載の放熱構造であって、
前記接触子は、前記放熱材が通過する貫通孔、又は隙間を有する網目状、又は紐状であり、
前記放熱材は、グリース状、又はゲル状である
ことを特徴とする放熱構造。 - 請求項1、2、6の何れか1つに記載の電子制御装置を搭載した電子機器。
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