JP6296947B2 - 電子制御装置及びその放熱方法 - Google Patents

Description

本発明は、電子制御装置及びその放熱方法に関する。

自動車に搭載される電子制御装置は、金属製の筐体と、筐体に収納される回路基板と、を有する。回路基板の表面（Ａ面）には、マイクロコンピュータ，半導体スイッチング素子などの発熱部品が実装されている。このため、特開２０１２−６９６１１号公報（特許文献１）に記載されるように、回路基板の裏面（Ｂ面）に対向する筐体の内面に、ここから回路基板に向けて突出する突出部を形成し、発熱部品で発生した熱を筐体に伝達して放熱する技術が提案されている。

特開２０１２−６９６１１号公報

ところで、従来の回路基板においては、パターンレイアウトを優先していたため、発熱部品が点在して実装されており、筐体の突出部も点在していた。この場合、回路基板における電子部品の実装密度を向上させることを目的として、回路基板の表面だけでなく裏面にも電子部品を実装しようとすると、点在する突出部を避けるように電子部品を実装しなければならない。このため、回路基板の裏面における電子部品の実装面積が小さくなり、電子部品の実装密度を向上させることが困難であった。

そこで、本発明は、回路基板の裏面における電子部品の実装密度を向上可能な、電子制御装置及びその放熱方法を提供することを目的とする。

電子制御装置は、板面が上下方向に延びつつ発熱部品が表面に実装された回路基板と、回路基板を収納する金属製の筐体と、を備える。また、回路基板の裏面に対向する筐体の内面の上部に、下方に向かうにつれて徐々に幅が狭くなる下端部を有する、回路基板に向かって突出する突出部が形成される。さらに、突出部と重畳する部分の回路基板の表面に、発熱部品が実装される。そして、発熱部品で発生した熱を、突出部を介して筐体に伝達して放熱する。

本発明によれば、突出部が点在しないので、回路基板の裏面における電子部品の実装密度を向上させることができる。

自動車に搭載された電動制御ブレーキユニットの一例を示す斜視図である。 電動制御ブレーキユニットの構成部品を示す斜視図である。 回路基板の一例を示す斜視図である。 筐体の一部を構成する本体の一例を示す平面図である。 本体の突出部に対する発熱部品の配置位置の一例を示す斜視図である。 本体の突出部に対する発熱部品の配置位置の一例を示す斜視図である。 突出部の作用を説明するための平面図である。

以下、添付された図面を参照し、本発明を実施するための実施形態について詳述する。
図１及び図２は、自動車に搭載された電動制御ブレーキユニットの一例を示す。

電動制御ブレーキユニット１００は、ブレーキマスタシリンダ、ブレーキマスタシリンダに推力を与えるボールねじ及びボールねじを駆動するモータを内蔵した機構部２００と、機構部２００のモータを制御する電子制御装置３００と、を有する。そして、電動制御ブレーキユニット１００は、自動車のエンジンルーム内に設置され、ドライバがブレーキペダルを踏み込んだときに、その踏力をアシストしつつ、ブレーキペダルの操作量に応じたブレーキ圧をサービスブレーキに供給する。

機構部２００は、ブレーキマスタシリンダ，ボールねじ及びモータを収容したケーシング２２０と、モータの駆動部品などが格納されたケーシング２２０の開口２２２を閉塞するカバー２４０と、電子制御装置３００との間で制御信号などを送受信するためのソケットインサート２６０と、を有する。ケーシング２２０とカバー２４０との間には、両者の隙間から水などが侵入しないようにすべく、例えば、Ｏリング，パッキンなどのシール部材を介在してもよい。ここで、ケーシング２２０及びカバー２４０のうち少なくともケーシング２２０は、モータで発生した熱を放熱し易くするため、アルミニウム，マグネシウム，鉄などを主成分とする合金からなる金属製とすることができる。

電子制御装置３００は、略直方体の外形をなし、エンジンルーム内の限られたスペースに設置可能なように、機構部２００の一側面において、底面が上下方向に延びる面上に配置されている。電子制御装置３００は、板面が上下方向に延びる回路基板３２０と、回路基板３２０を内部に収納する金属製の筐体３４０と、を有する。

回路基板３２０の表面（Ａ面）及び裏面（Ｂ面）のうち少なくとも表面には、図３に示すように、発熱部品ＨＥを含む複数の電子部品ＥＥが実装されている。ここで、発熱部品ＨＥとしては、例えば、モータを駆動するインバータ回路のＦＥＴ（Field Effect Transistor）などの半導体スイッチング素子、マイクロコンピュータのＣＰＵ（Central Processing Unit）などが想定される。なお、回路基板３２０においては、発熱部品ＨＥで発生した熱を裏面に伝達するため、図示しないサーマルビアなどを形成することもできる。また、以下の説明では、発熱部品ＨＥと電子部品ＥＥとを区別する必要がない場合、電子部品ＥＥと表すこととする。

筐体３４０は、回路基板３２０を固定する本体３４２と、本体３４２に固定された回路基板３２０の表面を覆うカバー３４４と、を有する。本体３４２及びカバー３４４は、放熱性を高めるために、アルミニウム，マグネシウム，鉄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３４２は、図４に示すように、平面視で略角丸長方形の外形をなし、その一面から反対側に位置する他面に向けて、周縁部を除く中央部に凹部３４２Ａが形成されている。本体３４２の周縁部には、カバー３４４との気密性を確保する、Ｏリング，パッキンなどのシール部材３６０の一部が嵌り込む周溝３４２Ｂが形成されている。本体３４２の周溝３４２Ｂの外方には、締結部材の一例として挙げられるボルト４００を用いて、本体３４２を機構部２００に着脱可能に締結するためのボルト挿通孔３４２Ｃが複数（図示の例では４つ）形成されている。なお、機構部２００のケーシング２２０の外面であって、ボルト挿通孔３４２Ｃに対応した位置には、ボルト４００のねじ部が螺合する雌ねじ（図示せず）が複数形成されている。

本体３４２の凹部３４２Ａの底面には、回路基板３２０の裏面に固定されたピンインサート３２２及びコネクタ３２４を外部に突出させるための開口３４２Ｄ及び３４２Ｅが夫々形成されている。ここで、ピンインサート３２２は、その先端部のピンを機構部２００のソケットインサート２６０に着脱可能に接続し、コネクタ３２４は、回路基板３２０と外部の制御装置との間で制御信号などを送受信するためのハーネスを着脱可能に接続するものである。また、本体３４２の凹部３４２Ａの底面には、締結部材の一例として挙げられる雄ねじ４２０を用いて、回路基板３２０を本体３４２に着脱可能に締結するためのボス３４２Ｆが複数（図示の例では９つ）立設されている。ここで、ボス３４２Ｆの先端面には、雄ねじ４２０のねじ部が螺合する雌ねじが形成されている。なお、回路基板３２０のボス３４２Ｆに対応した位置には、雄ねじ４２０の軸部が挿通する挿通孔が複数形成されている。

さらに、本体３４２の凹部３４２の上部、即ち、回路基板３２０の裏面に対向する内面の上部には、下方に向かうにつれて徐々に幅が狭くなる下端部を有する、回路基板３２０に向かって突出する突出部３４２Ｇが１つ形成されている。突出部３４２Ｇの下端部の形状としては、図示のような階段形状とすることができるが、斜めに直線的に延びる斜面形状とすることもできる。図示の例では、突出部３４２Ｇは、凹部３４２Ａの幅方向の一部に形成されているが、その幅方向の全体に亘って形成することもできる。なお、突出部３４２Ｇの先端面の面積は、回路基板３２０に実装される全ての発熱部品ＨＥの発熱量を受熱可能な面積とすることができる。また、突出部３４２Ｇは、本体３４２を製造するときに、一体的に成形することができる。

ここで、突出部３４２Ｇの先端部は、熱容量を大きくするために平坦面とすることができる。また、突出部３４２Ｇの先端部と回路基板３２０とは、所定の隙間を介して離間していてもよく、電気絶縁性及び熱伝達性を有するシートを介在して接触していてもよい。突出部３４２Ｇの先端部と回路基板３２０との間に隙間がある場合には、例えば、熱伝達性を有するグリースを介在させることで、回路基板３２０から突出部３４２Ｇへの熱伝達効率を向上させることができる。

カバー３４４は、本体３４２に固定された回路基板３２０の電子部品ＥＥとの干渉を避ける形状をなし、例えば、本体３４２の周面に圧入によって固定される。ここで、本体３４２に対するカバー３４４の固定を確実ならしめるため、締結部材の一例として挙げられるボルト，ねじなどを用いて締結することもできる。また、カバー３４４は、本体３４２と協働して気密性を有する内部空間を形成するものであるから、例えば、軽量化のために薄板板金のプレス加工や樹脂の成形加工などで製造することもできる。

そして、雄ねじ４２０によって回路基板３２０を本体３４２に締結固定し、本体３４２とカバー３４４との間にシール部材３６０を介在させた状態で、本体３４２に対してカバー３４４を圧入固定することで、回路基板３２０が収納された電子制御装置３００が組み立てられる。この状態では、電子制御装置３００の本体３４２の裏面から、ピンインサート３２２及びコネクタ３２４が外部へと突出している。このとき、本体３４２の開口３４２Ｄ及び３４２Ｅとピンインサート３２２及びコネクタ３２４との間の気密性を確保するために、両者の間にＯリング，パッキンなどのシール部材３６２及び３６４を夫々介在させる。なお、ピンインサート３２２及びコネクタ３２４を本体３４２に気密に固定し、回路基板３２０の裏面に固定されたソケットインサート（図示せず）で着脱可能に接続してもよい。

回路基板３２０の発熱部品ＨＥは、図５及び図６に示すように、平面視で本体３４２の突出部３４２Ｇと重畳する部分の下方に実装されている。ここでは、本実施形態の特徴を理解し易くすることを目的として、図５では、回路基板３２０に実装された発熱部品ＨＥのみを表し、図６では、これに加えて回路基板３２０を省略している。この場合、発熱量が多い発熱部品ＨＥほど、重畳部分の下方に実装されている。このようにすれば、発熱部品ＨＥで発生した熱は、回路基板３２０の裏面から本体３４２の突出部３４２Ｇへと伝達され、その後、図７に示すように、突出部３４２Ｇの上方に向けて移動する。要するに、発熱部品ＨＥで発熱した熱を、突出部３４２Ｇを介して筐体３４０に伝達して放熱する。

このため、回路基板３２０の局所的な温度上昇が抑制され、電子部品ＥＥを許容温度以下に維持することが可能となる。そして、電子部品ＥＥを許容温度以下に維持することで、電子制御装置３００の信頼性を向上させることができる。

また、回路基板３２０の発熱部品ＨＥは、最大発熱量を考慮して、全体としての温度が幅方向で均一化するように配置することもできる。このようにすれば、回路基板３２０が局所的に高温となり、例えば、反りなどが発生することを抑制できる。

本体３４２の突出部３４２Ｇは、その凹部３４２Ａの底面に１つだけ形成されているので、本体３４２を鋳造で製造する場合、鋳造時の流動性が良好となり、本体３４２の製造性を向上させることができる。

さらに、筐体３４０の外面の上部に、本体３４２の突出部３４２Ｇによって上方へと伝達された熱を外部に放熱する、放熱用のフィンを列設することもできる。このようにすれば、本体３４２の上部に伝達された熱が、フィンを介して外部に放熱されるため、電子制御装置３００の放熱性能をさらに向上させることができる。また、フィンが筐体３４０の上部に位置していることから、熱流体的に効率的な放熱が可能となり、フィンの大型化を回避して、重量増加を抑制することができる。

上記実施形態は、電動制御ブレーキユニット１００を前提としたが、他の自動車搭載システム、例えば、エンジン制御システム，自動変速機制御システムなどにも適用することができる。また、電子制御装置３００の形状は、平面視で略角丸長方形に限らず、例えば、平面視で略角丸正方形など、他の形状であってもよい。さらに、電子制御装置３００は、自動車に限らず、例えば、産業機器などにも搭載することもできる。

３００ 電子制御装置
３２０ 回路基板
３４０ 筐体
３４２ 本体
３４２Ｇ 突出部
３４４ カバー
ＨＥ 発熱部品

Claims (5)

1. 板面が上下方向に延びつつ発熱部品が表面に実装された回路基板と、
   前記回路基板を収納する金属製の筐体と、
   を備えた電子制御装置であって、
   前記回路基板の裏面に対向する前記筐体の内面の上部に、下方に向かうにつれて徐々に幅が狭くなる下端部を有する、前記回路基板に向かって突出する突出部を形成すると共に、
   前記突出部と重畳する部分の前記回路基板の表面に、前記発熱部品を実装した、
   ことを特徴とする電子制御装置。
2. 前記発熱部品は、前記突出部と重畳する部分の前記回路基板の表面であって、当該回路基板の下方に実装された、
   ことを特徴とする請求項１に記載の電子制御装置。
3. 前記発熱部品は、発熱量が多いものほど下方に実装された、
   ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の電子制御装置。
4. 前記筐体の外面の上部に、放熱用のフィンが列設された、
   ことを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか１つに記載の電子制御装置。
5. 板面が上下方向に延びつつ発熱部品が表面に実装された回路基板と、前記回路基板を収納する金属製の筐体と、を備えた電子制御装置の放熱方法であって、
   前記回路基板の裏面に対向する前記筐体の内面の上部に、下方に向かうにつれて徐々に幅が狭くなる下端部を有する、前記回路基板に向かって突出する突出部を形成すると共に、前記突出部と重畳する部分の前記回路基板の表面に、前記発熱部品を実装し、
   前記発熱部品で発生した熱を、前記突出部を介して前記筐体に伝達して放熱する、
   ことを特徴とする電子制御装置の放熱方法。