JP6497036B2 - ＮＯｘセンサコントローラ - Google Patents

Description

本発明は、配線基板に搭載された電子部品と、該電子部品を冷却する放熱体と、電子部品から放熱体への熱の伝導経路をなす伝熱部材と、電子部品および伝熱部材を封止する封止部材とを備えるＮＯｘセンサコントローラに関する。

配線基板に搭載された電子部品と、該電子部品を冷却する放熱体と、電子部品から放熱体への熱の伝導経路をなす金属製の伝熱部材と、電子部品および伝熱部材を封止する封止部材とを備えるＮＯｘセンサコントローラ（以下、電子機器とも記す）が知られている（下記特許文献１参照）。

上記配線基板と、電子部品と、伝熱部材とは、配線基板の厚さ方向において、この順に配されている。伝熱部材には、上記厚さ方向における、電子部品を配した側とは反対側に、上記放熱体に接触した冷却面が形成されている。電子部品と伝熱部材とは、上記厚さ方向から見たときの形状が、略同一である。

伝熱部材は、厚さ方向における上記冷却面側の部位が封止部材から露出した状態で、該封止部材に封止されている。これにより、冷却面が封止部材によって覆われないようにし、冷却面と上記放熱体とを良好に接触できるようにしてある。封止部材は、例えば、エポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂からなる。

電子機器を製造する際には、例えば、成形用の金型等に上記配線基板と、電子部品と、伝熱部材とを収容する。そして、未硬化の封止部材を金型内に注入し、その後、熱を加えて封止部材を硬化させる。この際、封止部材を入れ過ぎないようにし、上記厚さ方向における伝熱部材の冷却面側の部位を、封止部材から突出させる。これにより、冷却面が封止部材によって被覆されないようにする。

特許第３８８４３５４号公報

しかしながら、上記電子機器は、製造時に、表面張力等によって封止部材が上記冷却面まで這い上がり、冷却面の一部が封止部材によって覆われることがあった（図１９、図２０参照）。そのため、冷却面と放熱体とを良好に接触させることができず、電子部品の熱を放熱体に充分に伝えることができない場合があった。

封止部材の使用量を減らせば、封止部材が這い上がって冷却面を覆うことを防止できる。そのため、伝熱部材の冷却面を放熱体に良好に接触させることが可能となる。しかしながら、この場合、封止部材の量が低減するため、封止部材による伝熱部材の固定力が低下するおそれがある。

本発明は、かかる背景に鑑みてなされたもので、封止部材の使用量を低減でき、伝熱部材の冷却面を放熱体に良好に接触できると共に、封止部材によって伝熱部材を強固に固定できる電子機器を提供しようとするものである。

本発明の一態様は、ＮＯｘセンサに接続されるＮＯｘセンサコントローラであって、
配線基板に搭載された電子部品と、
該電子部品を冷却する放熱体と、
上記電子部品から上記放熱体への熱の伝導経路をなす金属製の伝熱部材と、
上記電子部品を封止すると共に、上記伝熱部材の一部を封止する封止部材とを備え、
上記放熱体は、上記ＮＯｘセンサコントローラのケースを兼ねており、該ケースは、上記配線基板と上記電子部品と上記伝熱部材と上記封止部材とを収容する本体部と、該本体部の開口を塞ぐと共に上記伝熱部材に接触したカバー部とを有し、
上記電子部品は、上記配線基板の厚さ方向において上記配線基板と上記伝熱部材との間に介在し、該伝熱部材は、上記厚さ方向における上記電子部品を配した側とは反対側の部位が、上記封止部材から突出しており、
上記伝熱部材は、上記厚さ方向から見たときに、上記電子部品と重なる重なり部と、上記電子部品と重ならない非重なり部とを備え、上記重なり部の、上記厚さ方向における上記電子部品を配した側とは反対側に、上記カバー部に接触した冷却面が形成され、
上記非重なり部は、上記重なり部に連結した第１部分と、該第１部分から上記厚さ方向に直交する方向へ突出し上記封止部材に封止された第２部分とを備え、
上記厚さ方向において、上記封止部材の露出面よりも上記カバー部側に、上記第１部分の一部が存在しており、該第１部分の、上記厚さ方向における上記カバー部側の端面よりも、上記厚さ方向において上記露出面から離れた位置に、上記冷却面が存在していることを特徴とするＮＯｘセンサコントローラにある。

上記電子機器においては、上記伝熱部材に、上記重なり部と上記非重なり部とを形成してある。そして、上記非重なり部の少なくとも一部を、上記封止部材によって封止してある。
そのため、非重なり部を形成しない場合と比べて、伝熱部材の、封止部材との接触面積を増やすことが可能となる。したがって、封止部材の使用量を低減しても、伝熱部材と封止部材との接触面積を充分に確保でき、伝熱部材を強固に固定することができる。

また、上記電子機器は、封止部材の使用量を低減できるため、電子機器の製造時に表面張力等によって封止部材が這い上がり、該封止部材によって上記冷却面の一部が覆われる不具合を防止できる。したがって、冷却面と放熱体とを密着させることができ、電子部品を効率良く冷却することが可能となる。

以上のごとく、本発明によれば、封止部材の使用量を低減でき、伝熱部材の冷却面を放熱体に良好に接触できると共に、封止部材によって伝熱部材を強固に固定できる電子機器を提供することができる。

参考例１における、電子機器の断面図。 参考例１における、電子機器の、ケース内部の部品の斜視図。 図２のIII矢視図。 参考例１における、電子機器の製造方法説明図。 図４に続く図。 図５に続く図。 実施例１における、電子機器の断面図。 実施例１における、電子機器の、ケース内部の部品の斜視図。 参考例２における、電子機器の断面図。 参考例２における、電子機器の、ケース内部の部品の斜視図。 参考例３における、電子機器の断面図。 参考例３における、電子機器の、ケース内部の部品の斜視図。 参考例４における、電子機器の断面図。 参考例４における、電子機器の、ケース内部の部品の斜視図。 参考例５における、電子機器の断面図。 参考例６における、電子機器の断面図。 参考例７における、電子機器の断面図。 従来例における、電子機器の、ケース内部の部品の斜視図。 従来例における、電子機器の製造工程説明図。 図１９に続く図。

上記電子機器は、車両に搭載するための、車載用電子機器とすることができる。

（参考例１）
上記電子機器に係る参考例について、図１〜図６を用いて説明する。図１〜図３に示すごとく、本例の電子機器１は、配線基板２に搭載された電子部品３と、放熱体４と、伝熱部材５と、封止部材６とを備える。配線基板２には、電子回路２００を構成する配線２０が形成されている。電子部品３は、放熱体４によって冷却される。

伝熱部材５は金属製であり、電子部品３から放熱体４への熱の伝導経路をなしている。封止部材６は、電子部品３を封止すると共に、伝熱部材５の一部を封止している。電子部品３は、配線基板２の厚さ方向（Ｚ方向）において配線基板２と伝熱部材５との間に介在している。伝熱部材５は、Ｚ方向における電子部品３を配した側とは反対側の部位が、封止部材６から突出している。

伝熱部材５には、Ｚ方向における電子部品３を配した側とは反対側に、放熱体４に接触した冷却面５０が形成されている。
伝熱部材５は、Ｚ方向から見たときに、電子部品３と重なる重なり部５１と、電子部品３と重ならない非重なり部５２とを備える。非重なり部５２の一部は、封止部材６に封止されている。

本例の電子機器１は、車載用のＮＯｘセンサ（図示しない）に接続されるＮＯｘセンサコントローラである。ＮＯｘセンサは、ガス濃度を検出するための各種セルや、該セルを加熱して活性化させるヒータ等を備える。本例の電子機器１は、ヒータに流す電流の量を制御したり、上記セルの出力値からＮＯｘ濃度を算出したりしている。

図１に示すごとく、本例の放熱体４は、電子機器１のケースを兼ねている。電子部品３から発生した熱は、伝熱部材５を通って放熱体４へ流れる。そして熱は、放熱体４から、周囲の空気に伝わる。このように本例では、電子部品３を、放熱体４（ケース）を用いて空冷するよう構成してある。放熱体４は、配線基板２、電子部品３等を収容する本体部４１と、該本体部４１に取り付けられるカバー部４２とを有する。カバー部４２は、伝熱部材５の冷却面５０に接触している。カバー部４２は金属製である。また、伝熱部材５は銅等からなる。

図１に示すごとく、伝熱部材５の上記重なり部５１と２つの非重なり部５２とによって、冷却面５０側に凹んだ凹状部５３が形成されている。この凹状部５３に電子部品３が嵌合している。

電子部品３の表面と伝熱部材５の表面とは完全に平坦ではなく、それぞれ微少な凹凸が存在している。そのため、電子部品３と伝熱部材５との間を拡大して見ると、互いに接触している部位と、接触していない部位、すなわち微少な隙間が形成されている部位とがある。この微少な隙間は、シリコーン等の、熱伝導率が高い隙間充填材（図示しない）によって充填されている。これにより、電子部品３から伝熱部材５へ熱を移動させやすくしてある。

同様に、冷却面５０と放熱体４との間も、拡大して見ると、互いに接触している部位と、微少な隙間が形成されている部位とがある。この微少な隙間は、上記隙間充填材（図示しない）によって充填されている。これにより、伝熱部材５から放熱体４へ熱を移動させやすくしてある。

図２に示すごとく、電子部品３は、部品本体３１と、該部品本体３１から突出した複数の端子３２とを備える。部品本体３１には、ＬＳＩ等の半導体素子（図示しない）が封止されている。部品本体部３１は、その全ての部位が、Ｚ方向から見たときに、伝熱部材５と重なっている。上記端子３２は、配線基板２にはんだ接続されている。

また、上記非重なり部５２は、上記端子３２の突出方向（Ｙ方向）とＺ方向との双方に直交する幅方向（Ｘ方向）において、重なり部５２に隣り合う位置に形成されている。

図１に示すごとく、非重なり部５２は、Ｚ方向における冷却面５０側の部位５００を切り欠いた形状に形成されている。非重なり部５２の一部５２１は、封止部材６によって封止されており、他の一部５２２は封止されていない。

図１に示すごとく、放熱体４の本体部４１には、コネクタ１０が設けられている。コネクタ１０内には、コネクタ端子１０１が配されている。コネクタ端子１０１は、配線基板２の配線２０に接続している。このコネクタ１０を介して、配線基板２を車載ＥＣＵ（図示しない）や上記ＮＯｘセンサ等に接続するよう構成されている。

また、封止部材６は、エポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂からなる。上述したように本例では、封止部材６によって、電子部品３と伝熱部材５とを封止している。封止部材６は、電子部品３の端子３２と配線基板２との線膨張係数の差から発生するはんだへの応力を抑制している。また、封止部材６は、振動等の外力が加わって伝熱部材５が離脱することを防止している。

次に、本例の電子機器１の製造方法について説明する。図４に示すごとく、電子機器１を製造するにあたって、まず、放熱体４の本体部４１に、配線基板２を収容する。配線基板２には、電子部品３の端子３２（図２参照）を予めはんだ付けしておく。

次いで、図５に示すごとく、伝熱部材５の凹状部５３に、電子部品３を嵌合させる。その後、図６に示すごとく、本体部４１内に未硬化の封止部材６を充填する。そして、熱を加えて、封止部材６を硬化させる。その後、本体部４１にカバー部４２（図１参照）を取り付ける。以上の工程を行うことにより、電子機器１を製造する。

次に、本例の作用効果について説明する。図１、図２に示すごとく、本例では、伝熱部材５に、Ｚ方向から見たときに電子部品３と重なる重なり部５１と、電子部品３と重ならない非重なり部５２とを形成してある。そして、非重なり部５２の少なくとも一部を、封止部材６によって封止してある。
そのため、非重なり部５２を形成しない場合と比べて、伝熱部材５の、封止部材６との接触面積を増やすことが可能となる。したがって、封止部材６の使用量を低減しても、伝熱部材５と封止部材６との接触面積を充分に確保でき、伝熱部材５を強固に固定することができる。

仮に図１８に示すごとく、伝熱部材９５が、重なり部９５１のみ備え、非重なり部を備えなかったとすると、伝熱部材９５と封止部材９６との接触面積を充分に大きくすることができなくなる。そのため、封止部材９６の使用量を増やさないと、伝熱部材９５をしっかり固定できなくなる。したがって、封止部材９６の露出面９６０が冷却面９５０に接近してしまい、場合によっては、図１９に示すごとく、封止部材９６が表面張力によって冷却面９５０まで這い上がってしまうことがある。この場合、図２０に示すごとく、放熱体９４（カバー９４２）を取り付けても、這い上がった封止部材９６が邪魔になり、放熱体９４と冷却面９５０とを密着できなくなる。そのため、電子部品９３の冷却効率が低下する。

これに対して、図１に示すごとく、本例のように、伝熱部材５に上記非重なり部５１を形成し、この非重なり部５１の少なくとも一部を封止部材６によって封止すれば、伝熱部材５と封止部材６との接触面積を増やすことができるため、封止部材６の使用量を減らしても、伝熱部材５をしっかり固定することができる。そのため、封止部材６の露出面６０を冷却面５０から遠ざけることができ、表面張力によって封止部材６が冷却面５０まで這い上がることを防止できる。そのため、冷却面５０を放熱体４に良好に接触させることができ、電子部品３の冷却効率を高めることができる。

また、本例の非重なり部５２は、Ｚ方向における冷却面５０側の部位５００を切り欠いた形状に形成されている。
そのため、伝熱部材５を構成する金属の量を少なくすることができる。したがって、伝熱部材５を軽量化でき、ひいては電子機器１を軽量化することができる。

また、図１に示すごとく、本例の伝熱部材５には、上記重なり部５１と非重なり部５２とによって、冷却面５０側に凹んだ凹状部５３が形成されている。この凹状部５３に、電子部品２が嵌合している。
そのため、伝熱部材５と電子部品２とをしっかり組み合わせることができ、封止部材６の量を減らしても、伝熱部材５を強固に固定することが可能になる。
また、凹状部５３を形成すると、電子部品３を、該電子部品３の側面３９からも冷却することができる。そのため、電子部品３をより効率的に冷却することができる。

また、上記凹状部５３を形成すると、電子部品２を冷却面５０に近づけることができ、ひいては配線基板２を冷却面５０に近づけることができる。そのため、封止部材６の使用量をより少なくすることができる。これにより、電子機器１の製造コストを低減でき、かつ軽量化を図ることが可能となる。

以上のごとく、本例によれば、封止部材の使用量を低減でき、伝熱部材の冷却面を放熱体に良好に接触できると共に、封止部材によって伝熱部材を強固に固定できる電子機器を提供することができる。

（実施例１）
以下の例においては、図面に用いた符号のうち、参考例１において用いた符号と同一のものは、特に示さない限り、参考例１と同様の構成要素等を表す。

本例は、伝熱部材５の形状を変更した例である。図７、図８に示すごとく、本例の伝熱部材５は、参考例１と同様に、重なり部５１と非重なり部５２とを備える。非重なり部５２は、第１部分５２ａと第２部分５２ｂとを有する。第１部分５２ａは、重なり部５１に連結しており、その一部のみが封止部材６によって封止されている。また、第２部分５２ｂは、第１部分５２ａからＸ方向に突出しており、その全てが封止部材６によって封止されている。

本例の作用効果について説明する。本例では、非重なり部５２が上記第２部分５２ｂを備えるため、伝熱部材５と封止部材６との接触面積をより大きくすることができる。そのため、封止部材６の使用量をより少なくしても、伝熱部材５を強固に固定することが可能になる。したがって、封止部材６の露出面６０を冷却面５０からより遠ざけることができ、電子機器１の製造時に、封止部材６が冷却面５０まで這い上がることをより効果的に防止できる。
その他、参考例１と同様の構成および作用効果を備える。

（参考例２）
本例は、伝熱部材５の形状を変更した例である。図９、図１０に示すごとく、本例の伝熱部材５には、凹状部５３（図１参照）を形成していない。また、本例では、非重なり部５２の全ての部位を、封止部材６によって封止してある。

本例の作用効果について説明する。本例では、伝熱部材５に凹状部５３を形成していないため、伝熱部材５の形状を簡素にすることができる。そのため、伝熱部材５を容易に製造することができる。また、本例では、非重なり部５２の全ての部位を、封止部材６によって封止してある。そのため、非重なり部５２と封止部材６とが接触する面積を増やすことができる。したがって、伝熱部材５をより強固に固定することができる。

また、非重なり部５２の全ての部位を封止すると、参考例１のように、非重なり部５２の一部５２２（図１参照）を封止部材６から露出させた場合と比べて、伝熱部材５を小型化することができる。そのため、伝熱部材５の製造コストを低減でき、かつ軽量化することができる。
その他、参考例１と同様の構成および作用効果を備える。

（参考例３）
本例は、伝熱部材５の形状を変更した例である。図１１、図１２に示すごとく、本例の伝熱部材５は、参考例１と同様に、重なり部５１と非重なり部５２とを備える。重なり部５１は、放熱体４に接触している。また、非重なり部５２の一部も、放熱体４に接触している。

本例の作用効果について説明する。本例では、非重なり部５２の一部と、重なり部５１とがそれぞれ放熱体４に接触しているため、冷却面５０の面積を大きくすることができる。そのため、電子部品３から発生した熱を、より効率的に放熱体４に伝えることができる。
その他、参考例１と同様の構成および作用効果を備える。

（参考例４）
本例は、伝熱部材５の形状を変更した例である。図１３、図１４に示すごとく、本例では、伝熱部材５の形状を直方体にしてある。伝熱部材５は、参考例１と同様に、重なり部５１と非重なり部５２とを備える。非重なり部５２の一部は、封止部材６に封止されている。

本例の作用効果について説明する。本例では、伝熱部材５の形状を、簡素な直方体にしてあるため、伝熱部材５を容易に製造することができる。そのため、伝熱部材５の製造コストを低減できる。
その他、参考例１と同様の構成および作用効果を備える。

（参考例５）
本例は、電子部品３の個数、および伝熱部材５の形状を変更した例である。図１５に示すごとく、本例の電子機器１は、Ｚ方向における厚さが相対的に薄い第１電子部品３ａと、該第１電子部品３ａよりも厚い第２電子部品３ｂとの、２個の電子部品３（３ａ，３ｂ）を備える。そして、一個の伝熱部材５に、第１凹状部５３ａと第２凹状部５３ｂとの、２個の凹状部５３を形成してある。第１凹状部５３ａは、Ｚ方向における深さが相対的に浅く形成されており、この第１凹状部５３ａに、第１電子部品３ａが嵌合している。また、第２凹状部５３ｂは、第１凹状部５３ａよりも深さが深い。この第２凹状部５３ｂに、第２電子部品３ｂが嵌合している。

冷却面５０は、第１凹状部５３ａを形成した側から第２凹状部５３ｂを形成した側まで、全体にわたって面一にされている。すなわち、冷却面５０は、配線基板２までの距離Ｌが全体的に均一になるように形成されている。

本例の作用効果について説明する。本例では、複数の電子部品３を、一個の伝熱部材５を用いて冷却している。そのため、伝熱部材５を複数個設け、個々の電子部品３を個々の伝熱部材５によって冷却する場合と比べて、伝熱部材５の個数を低減できる。したがって、電子機器１の製造コストを低減することができる。

また、複数の電子部品３は、それぞれ厚さが異なるが、本例では、嵌合する電子部品３（３ａ，３ｂ）の厚さに合せて、凹状部５３（５３ａ，５３ｂ）の深さを変えてある。そして、冷却面５０を全体にわたって面一にしてある。これにより、冷却面５０全体を、放熱体４に容易に接触できるようにしてある。そのため、厚さが互いに異なる複数の電子部品３ａ，３ｂを有していても、これら複数の電子部品３ａ，３ｂを、一個の伝熱部材５を用いて、効果的に冷却することができる。
その他、参考例１と同様の構成および作用効果を備える。

なお、本例の電子機器１は、電子部品３（３ａ，３ｂ）と凹状部５３（５３ａ，５３ｂ）とをそれぞれ２個備えるが、本発明はこれに限るものではなく、電子部品３と凹状部５３とをそれぞれ３個以上設けても良い。

（参考例６）
本例は、放熱体４（ケース）の形状、および配線基板２の構造を変更した例である。図１６に示すごとく、本例の放熱体４は、配線基板２を支持するボス４１１を備える。また、電子機器１は、第１コネクタ１０ａと第２コネクタ１０ｂとの２個のコネクタ１０を備える。
その他、参考例１と同様の構成および作用効果を備える。

（参考例７）
本例は、放熱体４の構造を変更した例である。図１７に示すごとく、本例の放熱体４は、管状部４６と、該管状部４６内に形成された流路４３と、管状部４６に設けられた導入管４４と、導出管４５とを備える。管状部４６は、伝熱部材５の冷却面５０に接触している。管状部４６は、図示しない固定部材によって、伝熱部材５に固定されている。水等の冷媒８を導入管４４から導入すると、冷媒８は、流路４３内を流れ、導出管４５から導出する。本例では、電子部品３から発生する熱を、伝熱部材５を介して冷媒８に伝えている。これにより、電子部品３を冷却するよう構成されている。

本例の作用効果について説明する。本例では、冷媒８を用いて電子部品３を冷却しているため、電子部品３の冷却効率を高めることができる。
その他、参考例１と同様の構成および作用効果を備える。

１ 電子機器
２ 配線基板
３ 電子部品
４ 放熱体
５ 伝熱部材
５０ 冷却面
５１ 重なり部
５２ 非重なり部
６ 封止部材

Claims (2)

1. ＮＯｘセンサに接続されるＮＯｘセンサコントローラであって、
   配線基板（２）に搭載された電子部品（３）と、
   該電子部品（３）を冷却する放熱体（４）と、
   上記電子部品（３）から上記放熱体（４）への熱の伝導経路をなす金属製の伝熱部材（５）と、
   上記電子部品（３）を封止すると共に、上記伝熱部材（５）の一部を封止する封止部材（６）とを備え、
   上記放熱体（４）は、上記ＮＯｘセンサコントローラのケースを兼ねており、該ケースは、上記配線基板（２）と上記電子部品（３）と上記伝熱部材（５）と上記封止部材（６）とを収容する本体部（４１）と、該本体部（４１）の開口を塞ぐと共に上記伝熱部材（５）に接触したカバー部（４２）とを有し、
   上記電子部品（３）は、上記配線基板（２）の厚さ方向において上記配線基板（２）と上記伝熱部材（５）との間に介在し、該伝熱部材（５）は、上記厚さ方向における上記電子部品（３）を配した側とは反対側の部位が、上記封止部材（６）から突出しており、
   上記伝熱部材（５）は、上記厚さ方向から見たときに、上記電子部品（３）と重なる重なり部（５１）と、上記電子部品（３）と重ならない非重なり部（５２）とを備え、上記重なり部（５１）の、上記厚さ方向における上記電子部品（３）を配した側とは反対側に、上記カバー部（４２）に接触した冷却面（５０）が形成され、
   上記非重なり部（５２）は、上記重なり部（５１）に連結した第１部分（５２ａ）と、該第１部分（５２ａ）から上記厚さ方向に直交する方向へ突出し上記封止部材（６）に封止された第２部分（５２ｂ）とを備え、
   上記厚さ方向において、上記封止部材（６）の露出面（６０）よりも上記カバー部（４２）側に、上記第１部分（５２ａ）の一部が存在しており、該第１部分（５２ａ）の、上記厚さ方向における上記カバー部（４２）側の端面よりも、上記厚さ方向において上記露出面（６０）から離れた位置に、上記冷却面（５０）が存在していることを特徴とするＮＯｘセンサコントローラ。
2. 上記伝熱部材（５）には、上記厚さ方向における上記冷却面（５０）側に凹んだ凹状部（５３）が形成されており、該凹状部（５３）に上記電子部品（３）が嵌合していることを特徴とする請求項１に記載のＮＯｘセンサコントローラ。

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