JP6200693B2 - 電子制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、電子制御装置に関し、特に車両に搭載される電子制御装置に関するものである。

車両に搭載される電子制御装置は、近年、エンジンルームの狭小化や低コスト化の為、小型化が進んでいる。電子制御装置の小型化の為には、基板に搭載される電子部品を高密度実装し基板を小さくすることが求められる。しかし、従来技術では、基板上で放熱の為に使用している面積が大きく、電子部品の高密度化を妨げている。

例えば、図10に示す従来技術を適用した放熱構造では、発熱部品31を放熱する為に、基板2には、部品直下に複数の放熱ビア21があり、その放熱ビア21を介して、金属で構成されたベース6へと放熱しているが、製品での発熱部品は複数存在することから、この放熱構造毎に部品に適用すると、内層配線層22で放熱ビア21が占める割合は大きくなり、内層配線のレイアウト性を悪化させる。放熱ビアを用いた発熱部品の冷却技術は、特開平10-326984号公報に記載されている。

特開平10-326984号公報

本発明が解決しようとする課題は、発熱部品の放熱性を大幅に低下させることなく、基板の内層配線のレイアウト性を向上させ、基板の部品実装率を向上させ小型化することである。

上記課題を解決するために本発明に係る電子制御装置は、第１導体配線を有する基板と、前記基板に実装された電子部品を構成するとともに発熱を伴う半導体チップと、前記半導体チップと接続され、かつ半田を介して前記第１導体配線と接続される放熱板と、前記基板を搭載するベースと、を備え、前記ベースは、前記基板に向かって突出する第１突出部を有し、前記第１突出部は、放熱材を介して前記第１導体配線との間に熱経路を形成し、前記放熱板は、前記放熱材と接触して前記第１突出部との熱経路を形成する。

本発明により、発熱部品の放熱性の大幅に低下させることなく、基板の部品実装率を向上させ小型化させることができる。

図12の面Bの矢印方向から見た、本発明の第１実施形態における電子制御装置1の断面図である。 図12の面Bの矢印方向から見た、本発明の第１実施形態における電子制御装置1の断面図である。 本発明の第２実施形態における電子制御装置1の断面図である。 本発明の第３実施形態における電子制御装置1の断面図である。 本発明の第１実施形態における第2発熱部品32周辺の断面図である。 本発明の第４実施形態における電子制御装置1の断面図である。 本発明の第５実施形態における電子制御装置1の上面図である。 本発明の第６実施形態における電子制御装置1の上面図である。 図8のA-A面の矢印方向から見た、本発明の第６実施形態における電子制御装置1の断面図である。 従来技術による第１発熱部品と第２発熱部品の放熱構造を示す断面図である。 第１発熱部品31と第１突出部61とのクリアランスについて説明する断面図である。 本実施形態の電子制御装置1の全体斜視図である。 本実施形態の電子制御装置1の分解斜視図である。

図12は、本実施形態の電子制御装置1の全体斜視図である。図１３は、本実施形態の電子制御装置1の分解斜視図である。

ベース6は、基板2を搭載する。カバー5は、基板2を収納する様にベース6に固定される。コネクタ4は、基板2と接続される。

図1は、図12の面Bの矢印方向から見た、本発明の第１実施形態における電子制御装置1の断面図である。

基板2は、内層導体配線22を埋設する。また基板2は、外層導体配線23をカバー5 (図12及び図13参照)が配置された側に設ける。さらに基板2は、外層導体配線として機能する第１導体配線231をベース6が配置された側に設ける。

非発熱部品33は、外層導体配線23に半田を介して接続される。この非発熱部品33は、電子部品として機能するとともに、後述する第１発熱部品31よりも発熱量が小さい電子部品である。

第１発熱部品31は、半導体チップ311と、この半導体チップ311を実装する放熱板312と、この半導体チップとこの放熱板312を封止する封止材313を有する。半導体チップ311は、電子部品を構成するとともに非発熱部品33よりも大きな発熱を伴う。放熱板312は、半導体チップ311と接続され、かつ半田9を介して第１導体配線231と接続される。

ベース6は、基板2に向かって突出する第１突出部61を有する。

本実施形態においては、第1導体配線231は、第1発熱部品31と対向する領域よりも大きく形成される。そして第1突出部61は、第1発熱部品31と対向する領域とは異なる領域と向かい合うように形成される。これにより、基板2の表層、つまり第1導体配線231を介して放熱出来る為、図10に示されるように放熱ビア21が不要または数を少なくすることができ、内層配線のレイアウト性は向上する。

しかしながら、図11に示されるように、第1突出部61は、第1発熱部品31との間に、部品のばらつきを考慮して、一定のクリアランスＨ（約2mm）以上あける必要がある。そのため第1突出部61は第1発熱部品31から離れてしまうことと、第1突出部61と第1発熱部品31との間は、厚さが35μm程度と薄い導体配線のみの放熱経路となる為、放熱性の向上が困難となる。

そこで本実施形態では、放熱板312は、第1突出部61と基板2との間に挟まれるように配置される。そして第1突出部61は、この第1突出部61と第1発熱部品31（特に放熱板312）との間は一定のクリアランスHを確保する様に第1突出部61の高さが決定される。これにより、第1突出部61が第1発熱部品31の近くに配置することが出来る。さらに放熱材7は、第1発熱部品31（特に放熱板312）と接触するとともに、第1導体配線231と接触する。これにより、第１突出部61は放熱材7を介して第１導体配線231との間に熱経路を形成し、かつ放熱板312は、放熱材7と接触して第１突出部61との熱経路を形成することができ、放熱性が向上することができ、第１突出部61の面積を更に小さくしても高い放熱性を維持することができる。

これにより、基板2の内層配線のレイアウト性を向上させ、且つベース6との突当部の面積を小さく出来る為、基板2の部品実装率を向上させ小型化することが出来る。

図2は、図12の面Bの矢印方向から見た、本発明の第１実施形態における電子制御装置1の断面図である。図5は、本発明の第１実施形態における第2発熱部品32周辺の断面図である。

シール材8は、カバー5とベース6との間等を密閉するために設けられる。ハウジング41は、端子42を保持する。

電子制御装置1では、小型化を行なう手段として、回路をIC（Integrated Circuit）に集約化することで回路の部品数の削減を行う。しかし回路をICに集約化したことで、ＩＣ（第２発熱部品32）に発熱が集中し、周囲の部品に与える熱の影響は大きくなる。また、発熱量の大きい第2発熱部品32の熱は、ベース6まで放熱しようとする為、第2発熱部品32は、直下に複数の放熱ビア21を高密度に配置し放熱する必要がある。

この第２発熱部品32の放熱では、従来技術である図10に示す様に、放熱ビア21は内層導体配線22と接続されている為、熱が基板全体に拡散され周囲の部品への影響も大きい。特に、高密度に実装される第１発熱部品31等は、第２発熱部品32と自己発熱とで放熱が厳しくなる。

そこで本実施形態の電子制御装置1は、図２に示されるように、第２発熱部品32が第１の発熱部品31が実装された面とは反対側の面に実装される。図５に示されるように、複数の放熱ビア21は、第２発熱部品32の対向する位置に、基板2を貫通する様に形成される。さらに基板2は、前記放熱ビア21とは接続されない複数の内層配線層22を有する。ベース6は、基板2に向かって突出する第2突出部62を有する。さらに第２突出部62は、放熱ビア21に対向して形成される。

これにより、内層導体配線22と放熱ビア21を分離し、一定の距離離すことで、周囲に対する熱の影響を小さくすることが出来る。そして、第２発熱部品32が周囲の電子部品に与える影響を小さくし、第2発熱部品32近傍にも部品を配置出来る為、基板の部品実装率を向上させ小型化することが出来る。

図3は、本発明の第２実施形態における電子制御装置1の断面図である。第1実施形態に係る図１と同一符号の構成は図１と同一の機能を有し、第1実施形態と異なる点を中心に説明する。

放熱板312は、第１突出部61の端面と第１導体配線２３１との間の領域には配置されていない。

そして放熱材7は、その一部が第１突出部61と第１導体配線231との間の領域から外側まで形成され、放熱板312と接触する。つまり放熱材7は、第1導体配線231と放熱板312上にかかる様に塗布させる。

これにより、第１発熱部品31の熱が第１突出部61まで伝わる放熱経路は、第1導体配線231に加え、配線上に塗布された放熱材7によっても放熱させることが出来る。また、この構造では、第1突出部61と基板2との間に塗布する放熱材7の厚みを薄く出来る為、放熱性は改善される。

このことから、第１突出部61の端面の面積を更に小さくしても高い放熱性を維持出来る。これにより、突当部面積を小さくすることが出来る為、基板2の部品実装率を向上させ小型化することが出来る。

図4は、本発明の第３実施形態における電子制御装置1の断面図である。第1実施形態に係る図１と同一符号の構成は図１と同一の機能を有し、第1実施形態と異なる点を中心に説明する。

放熱板312は、第１突出部61の端面と第１導体配線２３１との間の領域に配置されている。第１突出部61は、第１発熱部品31側に凹み611が形成される。

これにより、第１発熱部品31と第１突出部61のクリアランスＨを保ったまま、第１突出部61を第１発熱部品31に近づけることが出来る。また、第１突出部61の凹んでいない部分は、基板2との対向する部分となるが、この部分は、放熱材7の厚みを薄く出来る為、放熱性は改善される。これにより、第１突出部61の端面の面積を小さくすることが出来る為、基板2の部品実装率を向上させ小型化することが出来る。

図6は、本発明の第４実施形態における電子制御装置1の上面図である。図6は、基板2を取り除いた状態を示す。第1実施形態に係る図１と同一符号の構成は図１と同一の機能を有し、第1実施形態と異なる点を中心に説明する。

第１発熱部品31は、複数設けられる。これら複数の第1発熱部品31は、それぞれ第１導体配線231に実装される。第１導体配線231と第1突出部61の間には、放熱材7を介して、熱経路が形成される。つまり、第１発熱部品31が複数ある場合でも、第１発熱部品31が同一の第１導体配線231に実装される場合は、一箇所の第1突出部61で複数の第１発熱部品を放熱することが出来る。

これにより、従来、１部品に対し、１箇所の突出部から放熱されていたのに対し、１箇所の突出部から複数部品放熱出来る為、突当部の面積を最小にすることが出来る。

図7は、本発明の第５実施形態における電子制御装置1の上面図である。図7は、基板2を取り除いた状態を示す。第4実施形態に係る図１と同一符号の構成は図１と同一の機能を有し、第4実施形態と異なる点を中心に説明する。

複数ある第１発熱部品31が実装される導体配線部が異電位の場合、導体配線は第１導体配線231と第２導体配線232に分割される。
この場合においても、それらの導体配線を跨る様に第1突出部61を配置する。つまり放熱材7は、第１導体配線231及び第２導体配線232に接触して第１突出部61との熱経路を形成する。

これにより、電子部品が実装される導体配線部が異電位の場合でも、１箇所の第１突出部61から複数の第１発熱部品31を放熱することが出来る為、第1突出部61の端面の面積を小さくすることが出来る。

図8は、本発明の第６実施形態における電子制御装置1の上面図である。図８は、基板2を取り除いた状態を示す。図９は、図8のA-A面の矢印方向から見た、本発明の第６実施形態における電子制御装置1の断面図である。第1実施形態に係る図１と同一符号の構成は図１と同一の機能を有し、第1実施形態と異なる点を中心に説明する。

本実施形態においては、第１発熱部品31が２つ以上設けられる（図8では2つ）。複数の第１発熱部品31は、半導体チップをそれぞれ有する。図９に示されるように、第１突出部61は、複数の凹み611を形成する。一方の凹み611（第１凹み）は、他方の第１発熱部品31（第２半導体チップ）よりも一方の第１発熱部品３１（第１半導体チップ）よりも近くに形成される。他方の凹み611（第２凹み）は、前記一方の第１発熱部品31（第１半導体チップ）よりも前記他方の第１発熱部品３１（第２半導体チップ）よりも近くに形成される。

これにより、複数ある第１発熱部品31の搭載向きが異なり配置される場合においても、第１突出部61の、第１発熱部品31搭載側それぞれに凹部611を設けることで、小スペースで複数部品を放熱することが出来る。よって、第１発熱部品31の搭載向きについての制約がなくなることから、レイアウト性が向上し、第1突出部61の端面の面積を小さくすることが出来る。

1・・・電子制御装置、2・・・基板、4・・・コネクタ、5・・・カバー、6・・・ベース、7・・・放熱材、8・・・シール材、9・・・半田、21・・・放熱ビア、22・・・内層導体配線、23・・・外層導体配線、31・・・第1発熱部品、32・・・第2発熱部品、33・・・非発熱部品、41・・・ハウジング、42・・・端子、61・・・第1突出部、62・・・第2突出部、231・・・第1導体配線、232・・・第2導体配線、311・・・半導体チップ、312・・・放熱板、313・・・封止材、611・・・凹み

Claims (7)

1. 第１導体配線を有する基板と、
   前記基板に実装された電子部品を構成するとともに発熱を伴う半導体チップと、
   前記半導体チップと接続され、かつ半田を介して前記第１導体配線と接続される放熱板と、
   前記基板を搭載するベースと、を備え、
   前記ベースは、前記基板に向かって突出する第１突出部を有し、
   前記第１導体配線は前記基板の前記半導体チップと対向する対向領域よりも大きい領域に形成されるように前記基板に配置され、
   前記第１突出部と前記第１導体配線との間には、前記領域において放熱材が配置され、
   前記放熱板は、前記放熱材と接触して前記第１突出部との熱経路を形成する電子制御装置。
2. 請求項１に記載された電子制御装置であって、
   前記放熱材は、前記第１突出部と前記第１導体配線との間の領域から外側まで形成され、前記放熱板と接触する電子制御装置。
3. 請求項１に記載された電子制御装置において、
   前記第１突出部は、前記半導体チップ側に第１凹みが形成される電子制御装置。
4. 請求項１ないし３に記載されたいずれかの電子制御装置であって、
   前記半導体チップより発熱量が大きい発熱部品を備え、
   前記発熱部品は、前記基板であって、前記半導体チップが実装された面とは反対側の面に実装され、
   前記基板は、前記発熱部品の対向する位置に当該基板を貫通する様に放熱ビアと、当該基板に埋設されかつ前記放熱ビアとは接続されない内層配線層と、を有し、
   前記ベースは、前記基板に向かって突出する第2突出部を有し、
   前記第２突出部は、前記放熱ビアに対向して形成される電子制御装置。
5. 請求項１ないし４に記載のいずれかの電子制御装置であって、
   前記半導体チップは、複数設けられ、
   さらに前記半導体チップは、それぞれ前記第１導体配線に実装される電子制御装置。
6. 請求項１ないし４に記載のいずれかの電子制御装置であって、
   前記基板は、前記第１導体配線とは異なる第２導体配線を有し、
   前記半導体チップは、複数設けられ、
   前記複数の半導体チップのうち一方の半導体チップは、前記第１導体配線に搭載され、
   さらに前記複数の半導体チップのうち他方の半導体チップは、前記第２導体配線に搭載され、
   前記放熱材は、前記第１導体配線及び前記第２導体配線に接触して前記第１突出部との熱経路を形成する電子制御装置。
7. 請求項３に記載された電子制御装置において、
   前記半導体チップは、第１半導体チップと第２半導体チップにより構成され、
   前記第１凹みは、前記第２半導体チップよりも前記第１半導体チップに近い位置に形成され、
   前記第１突出部は、前記第１半導体チップよりも前記第２半導体チップに近い位置に形成される第２凹みを形成する電子制御装置。