JP6073637B2 - 電子ユニット - Google Patents

Description

本発明は車両用ランプの光源を点灯制御するための電子構体をケーシング内に内装した電子ユニットに関するものである。

従来の車両用ランプ、例えば自動車のヘッドランプでは、光源に放電バルブを用いたものが提案されている。そのため、この放電バルブを点灯制御するための回路をケーシング内に内装した電子ユニットを構成し、この電子ユニットをランプハウジングに配設することが行われている。特許文献１ではこのように構成した電子ユニットをランプハウジングに対して着脱可能に構成した技術が提案されている。近年、光源に半導体発光素子、例えばＬＥＤ（発光ダイオード）を用いたランプが数多く提案されるようになり、そのためこのＬＥＤを発光させるためのＬＥＤ駆動回路を、当該発光を制御するためのＥＣＵ（電子電子ユニット）ともに１つのケーシング内に内装した電子ユニットを構成し、この電子ユニットを当該ランプのランプハウジングに配設したものが提案されている。

特許第４０８７３９６号公報

このような電子ユニットでは、ＬＥＤを発光させるための発光回路にトランジスタやコイル等の発熱性の高い部品（以下、発熱部品と称する）が用いられているため、この発熱部品で発生した熱によって電子ユニットの温度が上昇し易くなる。このような温度上昇が生じると、電子ユニットにおける正常な点灯制御に悪影響をおよぼすとともに、電子ユニットを構成している各種電子部品が熱破壊されるおそれがある。特に、電子ユニットをランプハウジングの外部に取着する構成のランプでは、電子ユニット内への外部塵埃の侵入を防ぐためにケーシングを密閉容器として構成する必要があるため、ケーシング内で発生した熱を外部に放熱することが難しく、電子ユニットの放熱が困難なものになっている。放熱効果を高めるためにはケーシングを熱伝導性の高い材料、例えば金属で形成することが好ましいが、この種の材料は重量が嵩むとともにケーシングの製造工程が複雑になり高コストになるという問題がある。

本発明の目的は放熱効果を高めるとともに、軽量化、低コスト化を図った電子ユニットを提供するものである。

本発明は、発熱部品を搭載した電子構体と、この電子構体を内装する樹脂製のケーシングとを含んで構成される電子ユニットであって、電子構体の発熱部品が搭載されている領域にはケーシングとの間に熱拡散シートが介装されている。

電子構体は発熱部品を表面上に搭載する配線基板を備えており、当該配線基板は発熱部品で発生した熱を裏面側に伝熱するための伝熱構造を備え、熱拡散シートは当該配線基板の裏面とケーシングの内面との間にそれぞれに密接した状態で配設される。また、この熱拡散シートは少なくとも伝熱構造が形成された領域にわたって配設される。あるいは、熱拡散シートは配線基板のほぼ全面領域にわたって配設される。

伝熱構造は、例えば、配線基板の表面に導電膜の一部で形成されて発熱部品を搭載する伝熱パッドと、配線基板の裏面に導電膜の一部で形成された放熱パッドと、配線基板を厚み方向に貫通して伝熱パッドと放熱パッドを導電接続するためのスルーホールで構成される。

本発明によれば、電子構体の発熱部品で発生した熱を、伝熱構造を介して熱拡散シートに伝熱し、さらに熱拡散シートでシートの平面方向に拡散させた上でケーシングを介して放熱するので、ケーシングの表面における単位面積当たりの熱容量を低減し、放熱効果を向上することができる。これにより、ケーシングを樹脂で形成した場合でも放熱性の高い電子ユニットが構成でき、重量の低減とコストの低減が可能になる。

本発明によれば、伝熱構造として、発熱部品を含む電子部品を表面側に搭載する配線基板に伝熱パッド、放熱パッド、スルーホールを形成することにより、発熱部品で発生した熱を配線基板の裏面側にまで伝熱し、さらに熱拡散シートによってより広い面積まで拡散した状態で放熱することができ、放熱効果を高めることができる。

本発明を自動車のヘッドランプに適用した実施形態の概略断面図。 実施形態の電子ユニットの部分分解斜視図。 電子ユニットの回路基板を厚み方向に拡大した縦断面図。 放熱経路を説明するための図３と同様の模式断面図。 異なる実施形態の図３と同様の縦断面図。 さらに異なる実施形態の図３と同様の縦断面図。

次に、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。図１は本発明の電子ユニットを自動車のヘッドランプの点灯制御を行う電子ユニットとして用いた実施形態の断面図である。ランプボディ１０１と前面カバー１０２からなるヘッドランプＨＬのランプハウジング１００内にエクステンション（疑似リフレクタ）１０３と共に光源ユニット２が配設されている。また、この光源ユニット２の光源を点灯し、さらには点灯状態を制御するための点灯制御ユニットとして電子ユニット１が当該ランプハウジング１００の外部、ここでは前記ランプボディ１０１の外底面に取り付けられている。

前記光源ユニット２は、ユニットベース２１上に光源としての半導体発光素子、ここではＬＥＤ２２が搭載されるとともに、この光源を覆うようにリフレクタ２３が配設され、さらに前記ＬＥＤ２２の前側に投射レンズ２４が配設された、いわゆるプロジエクタ型ランプユニットとして構成されている。この光源ユニット２は、ＬＥＤ２２が発光されると、当該ＬＥＤ２２から出射した光はリフレクタ２３により反射され、この反射された光とＬＥＤ２２から出射された直接光は前記ユニットベース２１の一部で構成されているシェード２５によって一部が遮光され、あるいは遮光されることなく投射レンズ２４によって前方に向けて照射され、所要の配光パターンでの光照射を実現するものである。

前記電子ユニット１は前記ＬＥＤ２２に電力を給電して発光させるためのＬＥＤ駆動回路を含んだランプＥＣＵとして構成されている。図２はこの電子ユニット１の概略の部分分解斜視図であり、樹脂製の密閉型ケーシング１０内に電子構体１３と熱拡散シート１４が内装されている。前記ケーシング１０は概ね矩形をして上部が開口された深さ寸法の小さいケース本体１１と、このケース本体１１の上部開口に取着される板状のカバー１２とを備えている。なお、ここではカバー１２の一部はケーシング１０の内部を開口するために円筒部１２ａとして形成されており、この円筒部１２ａを通して後述する内側コネクタ部１１０をハーネスＨ２（図１参照）を介して前記光源ユニット２に電気接続している。また、前記ケース本体１１の一側部には外側コネクタ部１１１が一体に形成されており、図示されない車載バッテリ等の外部電源、あるいは自動車の全体制御を行うためのメインＥＣＵに電気接続されているハーネスＨ２（図１参照）が接続されるようになっている。

前記ケーシング１０、すなわち前記ケース本体１１とカバー１２は軽量化のために樹脂で形成されているが、所要の機械的強度を確保するためにガラス粉末を含有したＰＢＴ（ポリブチレンテレフタレート）やＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイト）の樹脂で形成される。ここでは前者で形成されている。そして、前記カバー１２を前記ケース本体１１の上部開口に取着した上で、前記ランプハウジング１０の外底面に密着状態に取り付けられ、これによりケーシング１０の内部はランプハウジング１００内に連通されるが、外部に対しては密閉状態とされ外部から塵埃や水分が侵入することが防止される。

図３は前記電子ユニット１の縦断面図であり、この図ではケーシング１０内に内装された前記電子構体１３の構成を分かり易くするために厚み方向の寸法を拡大した図としている。前記したように電子構体１３は前記光源ユニット２のＬＥＤ２２を発光させるためのＬＥＤ駆動回路を含むランプＥＣＵとして構成されている。この電子構体１３は、配線基板３にランプＥＣＵを構成するための電子部品４を搭載した構成である。この電子構体１３を構成しているランプＥＣＵの具体的な回路構成については本願との関連が少ないので、ここでは詳細な説明は省略するが、このランプＥＣＵを構成している前記電子部品４は一部にトランジスタやコイル等の発熱部品４Ａが存在しており、電子ユニット１が動作されたときにこれらの電子部品４Ａが発熱されることになる。また、前記配線基板３の上面には前記電子部品４とは別に、内部にコンタクト１１０ａを有する内側コネクタ部１１０が搭載されており、前記カバー板１２の前記円筒部１２ａを通して上側から内挿される図外のコネクタが接続され、前記光源ユニット２への電気接続が行われる。

前記配線基板３は４層配線構造のプリント配線基板として構成されている。図３において、配線基板３は下から上に３層に積層した第１絶縁層３１、第２絶縁層３２、第３絶縁層３３を有し、これらの絶縁層３１〜３３の上下面に導電膜を所要のパターンに形成して下から上に向けて第１ないし第４配線層３４，３５，３６，３７が形成されている。第１配線層３４と第４配線層３７は所要の点灯回路やＥＣＵ回路を構成するための配線パターン層として形成されており、最上層の第４配線層３７の表面上に前記電子部品４，４Ａと内側コネクタ部１１０が搭載されている。第２配線層３５と第３配線層３６はここではＧＮＤ（接地）配線層とＶＤＤ（電源）配線層として構成されている。そして、前記第１絶縁層３１ないし第３絶縁層３３の厚み方向にわたって第１配線層３４ないし第４配線層３７を相互に電気接続するためのスルーホール３８が形成され、このスルーホール３８によってランプＥＣＵとしての所要の回路が構成されている。このスルーホール３８は、絶縁層に貫通した透孔の内面に導電膜を成膜し、あるいは当該透孔の内部に導電材を埋設して絶縁層を挟んだ上下の配線層を相互に電気的に導通させる構成である。

その上で、最上層の前記第４配線層３７においては、前記した導電膜の一部で伝熱パッド３７Ａが形成されており、この伝熱パッド３７上に前記電子部品４のうちトランジスタやコイル等の発熱性の高い発熱部品４Ａが搭載され、これら発熱部品４Ａで発生した熱がこの伝熱パッド３７Ａに伝熱されるようにされている。この伝熱パッド３７Ａは第４配線層３７で形成される配線パターンの邪魔にならない範囲で可及的に大きな面積に形成される。また、最下層の前記第１配線層３４においては、前記伝熱パッド３７Ａと上下方向に対向する領域に導電膜の一部で放熱パッド３４Ａが形成されている。この放熱パッド３４Ａは、第１配線層３４の配線パターンとは電気的に独立した島状のパターンとして形成されることが好ましく、この放熱パッド３４Ａについても第１配線層３４で形成される配線パターンの邪魔にならない範囲で可及的に大きな面積に形成される。そして、これら伝熱パッド３７Ａと放熱パッド３４Ａは前記第３ないし第１の絶縁層３３〜３１にわたって直線的に貫通した複数のスルーホール３８Ａによって導通状態に接続されている。このスルーホール３８Ａはホール径が可及的に大きくなるように形成されることが好ましい。これら伝熱パッド３７Ａ、放熱パッド３４Ａ及びスルーホール３８Ａは本発明における伝熱構造を構成している。この伝熱構造、特に伝熱パッド３７Ａと放熱パッド３４Ａは１箇所に限られるものではなく、複数の発熱部品が存在する場合には、各発熱部品に対応して複数の伝熱構造が配設されることになる。

そして、前記電子構体１３、すなわち電子部品４を搭載した配線基板３は前記ケース本体１１内に内装されるが、この内装に際しては配線基板３の下面側、すなわち第１配線層３４の下面とケース本体１１の内底面との間に前記熱拡散シート１４が介装される。この熱拡散シート１４は熱伝導率の高い材料を薄い板状に形成したものであり、例えばシリコンやアクリル樹脂板で構成されている。また、この熱拡散シート１４は配線基板３とケース本体１１との間隔公差を吸収し、それぞれに密着できる厚さに形成されるとともに、前記配線基板３に設けた伝熱構造に対して可及的に大きな平面寸法、好ましくは当該配線基板３のほぼ全領域にわたって配設される寸法に形成されている。この熱拡散シート１４は前記第１配線層３４に対して絶縁状態を保持した上でその上面が前記放熱パッド３４Ａに密接されている。例えば、熱伝導率の高い接着剤によって放熱パッド３４Ａに接着されている。

その上で、当該熱拡散シート１４が電子構体１３とともにケース本体１１内に内装されると、熱拡散シート１４の下面はケース本体１１の内底面に密接した状態で配設されることになる。そして、ケース本体１１の上部開口にカバー１２が装着され、ネジ等によってケース本体１１に固定されることでケーシング１０が構成される。なお、前記ケーシング１０の外側コネクタ部１１１はコンタクト１１１ａを有しており、前記電子構体１３がケーシング１０に内装されたときにリード線によって当該電子構体１３に電気接続されるようになっている。

この構成の電子ユニット１は、図１に示したようにヘッドランプＨＬのランプハウジング１００の外底面に取り付けられる。そして、内側コネクタ部１１０は光源ユニット２につながるハーネスＨ２にコネクタ接続され、外側コネクタ部１１１は図外の外部電源およびメインＥＣＵにつながるハーネスＨ１にコネクタ接続されることにより、電子ユニット１は光源ユニット２や外部電源、メインＥＣＵにそれぞれ電気接続される。したがって、電子ユニット１はメインＥＣＵから出力される制御信号に基づいて光源ユニット２に給電する電力を制御し、光源ユニット２の点灯状態、ここではＬＥＤ２２の発光タイミングや発光光度を制御することになる。

この電子ユニット１における点灯制御の動作に際して、電子ユニット１内の発熱部品４Ａが発熱状態となる。このとき、図４に模式図を示すように、発熱部品４Ａにおいて発生した熱は、同図の矢印線のように当該発熱部品４Ａを搭載している伝熱パッド３７Ａに伝熱され、ここからスルーホール３８Ａを介して配線基板３の下面側の放熱パッド３４Ａにまで伝熱される。伝熱パッド３７Ａと放熱パッド３４Ａは可及的に面積を大きくしているので、これらのパッドに伝導された熱は各パッドの全領域にわたって拡散されることになる。そして、放熱パッド３４Ａにまで伝熱された熱は、これに密接されている熱拡散シート１４に伝熱され、この熱拡散シート１４の全領域にまで拡散された上で、密接されているケース本体１１の内底面からケース本体１１に伝熱されることになる。これにより、発熱部品４Ａで発生した熱は伝熱パッド３７Ａおよび放熱パッド３４Ａによって拡散され、さらに熱拡散シート１４によってより広い面積に拡散された上でケース本体１１の底面ないし全体に伝熱され、ケース本体１１の外面から一部は外気中に放熱される。また、他の一部の熱はケース本体１１からさらにランプハウジング１００に伝熱された上でここから放熱されることになる。

このように、発熱部品４Ａで発生した熱は配線基板３を厚み方向に伝熱され、最終的に熱拡散シート１４によって単位面積当たりの熱量が低減されてケース本体１１に伝熱されて放熱されるので、極めて高い放熱効果を得ることができる。したがって、ケーシング１０を樹脂で形成していても電子構体１３で発生した熱による温度上昇を抑制し、安定した点灯制御を行うことができる電子ユニット１が得られる。また、ケーシング１０が樹脂で形成されているので金属製のケーシングに比較して軽量化できるとともに低コスト化も可能になる。

実施形態では電子構体１３の配線基板３を４層配線基板で構成しているが、２層構造、あるいはそれ以外の構造の配線基板でも本発明を適用することが可能である。図５は２層構造の配線基板３Ａの断面図であり、図３と等価な部分には同一符号を付してある。ここでは、単一の絶縁層３０の下面に下側配線層３４が形成され、上面に上側配線層３７が形成されている。これら上下の各配線層３４，３７はそれぞれ所定の配線パターンに形成されているが、発熱部品４Ａを搭載する領域においては、上側配線層３７の一部で伝熱パッド３７Ａが形成され、下側配線層３４の一部で放熱パッド３４Ａが形成されている。そして、絶縁層３０に設けたスルーホール３８Ａによって伝熱パッド３７Ａと放熱パッド３４Ａを導通して伝熱構造が構成される。また、下側の放熱パッド３４Ａに密接して熱拡散シート１４が配設され、配線基板３Ａをケーシング１０に内装する際にこの熱拡散シート１４がケース本体１１の内底面に密接した状態となるように構成している。

このように２層配線構造の配線基板３Ａで構成した場合でも、発熱部品４Ａで発生した熱は伝熱構造を介して熱拡散シート１４にまで伝熱される。すなわち、伝熱パッド３７Ａからスルーホール３８Ａを介して放熱パッド３４Ａにまで伝熱され、さらにここから熱拡散シート１４に伝熱される。そして、さらにケース本体１１に伝熱された上で、ケーシング１０から放熱されることになる。すなわち、発熱部品４Ａで発生した熱は伝熱パッド３７Ａと放熱パッド３４Ａのそれぞれにおいて平面方向に拡散され、さらに熱拡散シート１４によって拡散されるので、単位面積当たりの熱量を低減し、放熱効果を高めることが可能になる。

この実施形態では、配線基板３Ａが２層構造であるので、ランプＥＣＵを構成するために必要とされる配線パターンを形成したときには伝熱パッド３７Ａと放熱パッド３４Ａの面積の増大には限界がある。また、熱拡散シート１４の寸法の面積の増大にも制限を受けることがある。そのため、図３の実施形態に比較すると、伝熱パッド３７Ａや放熱パッド３４Ａにおける熱拡散は少なくなり、熱拡散シート１４における熱拡散効果も少なくなることが考えられる。そこで、ここではケーシング１０からの放熱効果をより高めるために、ケース本体１１の外底面の一部領域、特に熱拡散シート１４に対向する領域に断面が矩形をした複数本のリブを立設して放熱フィン１１２を形成している。このような放熱フィン１１２を形成することによりケース本体１１の外面の表面積を拡大し、熱拡散シート１４を介してケース本体１１に伝熱された熱をより効果的に放熱することが可能になる。この放熱フィン１１２はケース本体１１の表面積を大きくするものであればリブ形状に限られるものではなく、種々の形状に設計することが可能である。また、放熱フィン１１２はケース本体１１の全面に形成してもよく、さらにはカバー１２に形成してもよい。

また、本発明の電子ユニットでは、ケース本体１１の全体を樹脂で形成するのではなく、図６に示すように、ケース本体１１の一部、特に熱拡散シート１４に対向する底面の一部領域を熱伝導性の高い材料、好ましくは金属で形成してもよい。例えば、金属板と樹脂との一体成形によってケース本体１１を形成し、その際に当該領域に金属板が露呈するようにケース本体１１を樹脂成形すればよい。ここでは、金属板１１３として銅板を用いでケース本体１１の底面の一部を形成している。このようにすれば、熱拡散シート１４まで伝導された熱をこの金属板１１３によってより効果的に外部に放熱することができる。ケース本体１１の一部を金属板で構成しても、ケーシング全体を金属で構成する場合に比較して重量やコストの増加は僅かであり、特に問題になることはない。

実施形態では、ＬＥＤを光源とする自動車のヘッドランプを点灯制御するためのランプＥＣＵとして電子ユニットを構成した例を示しているが、ヘッドランプ以外のランプの点灯制御するための電子ユニットであってもよい。あるいは、ヘッドランプをスイブル制御あるいはレベリングするための電子ユニットであってもよい。すなわち、ケーシング内に発熱部品を搭載した電子構体を内装する電子ユニットであれば本発明を適用することが可能である。

実施形態では、ケーシングを構成しているケース本体やカバーにガラス粉末や粒子を含む樹脂を用いているので、これらの機械的な強度を高める上で有効である。特に機械的な強度が必要とされない場合には、ガラス成分を含まない樹脂で形成してもよい。

本発明は車両用ランプの光源を点灯制御するための回路や、その他の回路をケーシング内に内装した構成の電子ユニットに採用することが可能である。

１ 電子ユニット
２ 光源ユニット
３ 配線基板
４ 電子部品
４Ａ 発熱部品
１０ ケーシング
１１ ケース本体
１２ カバー
１３ 電子構体
１４ 熱拡散シート
３１〜３３ 絶縁層
３４〜３７ 配線層
３４Ａ 伝熱パッド（伝熱構造）
３７Ａ 放熱パッド（伝熱構造）
３８，３８Ａ スルーホール（伝熱構造）
１１０ 内側コネクタ部
１１１ 外側コネクタ部
１１２ 放熱フィン
１１３ 金属板

Claims (5)

1. 発熱部品を搭載した電子構体と、この電子構体を内装する樹脂製のケーシングとを含んで構成される電子ユニットであって、前記電子構体の前記発熱部品が搭載されている領域には前記ケーシングとの間に熱拡散シートが介装されており、前記電子構体は前記発熱部品を表面上に搭載する配線基板を備え、当該配線基板は前記発熱部品で発生した熱を裏面側に伝熱するための伝熱構造を備え、前記熱拡散シートは少なくとも前記伝熱構造が形成された領域にわたって配設され、前記配線基板の裏面と前記ケーシングの内面との間にそれぞれに密接した状態で配設されていることを特徴とする電子ユニット。
2. 前記熱拡散シートは前記配線基板のほぼ全面領域にわたって配設されていることを特徴とする請求項１に記載の電子ユニット。
3. 前記伝熱構造は、前記配線基板の表面に導電膜の一部で形成されて前記発熱部品を搭載する伝熱パッドと、前記配線基板の裏面に導電膜の一部で形成された放熱パッドと、前記配線基板を厚み方向に貫通して前記伝熱パッドと前記放熱パッドを導電接続するためのスルーホールで構成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の電子ユニット。
4. 前記ケーシングには、前記熱拡散シートに対向する領域に放熱フィン又は熱伝導性の高い材料が配設されている請求項１ないし３のいずれかに記載の電子ユニット。
5. 車両用ランプの点灯制御装置として構成され、前記ケーシングが当該ランプのランプハウジングに取り付けられてい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ユニット。

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