JP6698563B2

JP6698563B2 - 電子制御装置

Info

Publication number: JP6698563B2
Application number: JP2017034278A
Authority: JP
Inventors: 尭之福沢; 河合　義夫; 義夫河合
Original assignee: Hitachi Automotive Systems Ltd
Current assignee: Hitachi Astemo Ltd
Priority date: 2017-02-27
Filing date: 2017-02-27
Publication date: 2020-05-27
Anticipated expiration: 2037-02-27
Also published as: JP2018142565A

Description

本発明は、エンジンコントロールユニットや自動変速機用コントロールユニットなどの電子制御装置に関し、特に、電子部品の放熱構造に関するものである。

車室内及びエンジンルーム等の車両に搭載されるエンジンコントロールユニットや自動変速機用コントロールユニットなどの電子制御装置は、電子部品を実装した回路基板、回路基板に実装し外部コネクタと接続するコネクタ、回路基板を収容する筐体、筐体内の気密性を確保するシール部材等で構成されている。電子部品から発生する熱を外部に逃がす構造として、例えば、特許文献１においては、電子部品を搭載した回路基板に、前記電子部品パッケージ部と対向する前記回路基板に開口部を設け、筐体には前記開口部に向かって突出部を設けて、前記開口部に、前期電子部品及び前記突出部と接触するように放熱部材を設置する構造がある。

特開２００６−２９４７５４号公報

しかしながら、上記構造においては、電子部品リード部と回路基板は、例えばはんだ等の金属接続材料を介して接続する一方、前記電子部品パッケージ部は、放熱部材を介して筐体と接続している。前記金属接続材料に対して、前記放熱部材は線膨張係数が大きい為、熱変化に伴う変位量が大きく、前記金属接続材料には大きな歪みが発生する。前記歪みは、前記金属接続材料に発生するクラックの原因であり、前記クラックの進展によっては、前記電子部品と前記回路基板の電気的接続が失われ、ひいては電子制御装置の動作不良に繋がることから、前記歪みを抑制する構造が求められる。

本発明は、電子部品、前記電子部品を搭載した回路基板、前記回路基板に搭載し、外部コネクタと接続するコネクタ、前記回路基板を収容する筐体、前記電子部品と前記筐体間に設置した放熱部材と、を備えた電子制御装置において、前記電子部品と前記回路基板の金属接続材料を介しての接続を、前記電子部品リード部と前記回路基板間のみでなく、前記電子部品の前記回路基板側に露出している金属部材と前記回路基板間でも、少なくとも１箇所以上の金属接続材料を介して接続しており、且つ前記金属部材と対向する前記回路基板に開口部を設け、前記開口部には放熱部材を設置し、前記放熱部材は、前記電子部品及び前記筐体と接触している事を特徴とする電子制御装置。

本発明によれば、放熱性能を確保しながら、電子部品リード部の金属接続材料に発生する歪み量を抑えることができる。上記した以外の構造及び課題は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。

本発明の第一の実施形態の電子制御装置の放熱構造を示す断面図である。本発明の第二の実施形態の電子制御装置の放熱構造を示す斜視図である。本発明の第三の実施形態の電子制御装置の放熱構造を示す斜視図である。本発明の第四の実施形態の電子制御装置の放熱構造を示す斜視図である。本発明の第五の実施形態の電子制御装置の放熱構造を示す斜視図である。本発明の第六の実施形態の電子制御装置の放熱構造を示す斜視図である。本発明の第七の実施形態の電子制御装置の放熱構造を示す断面図である。本発明の第八の実施形態の電子制御装置の放熱構造を示す断面図である。

以下、本発明に係る放熱構造の各実施形態を図面に基づいて詳述する。

[第一の実施形態]
図１は、本発明の第一の実施形態の放熱構造を示す断面図である。電子部品４は、回路基板３に搭載されている。カバー１及びベース２により、電子部品４及び回路基板３を内含する筐体が形成される。ベース２及びカバー１は、電子部品４及び回路基板３を外部環境から保護する役割を果たしている。ベース２は、電子部品４の発熱により生じた熱の放熱を促進する部材であることが望ましく、例えばアルミ等の金属材料で形成されると好ましい。電子部品４は、内部にベアチップ４２を搭載し、略記するが、ワイヤーボンディングを介して、リード部４１と電気的に接続している。ベアチップ４２は、略記するが、放熱性を有する接着剤を以って、金属部材４３と接続している。

ベアチップ４２、前記ワイヤーボンディング、前記接着剤、リード部４１の一部、及び金属部材４３の一部は、レジン４０にて封止されている。回路基板３は、金属部材４３と対向するように開口部５を設けている。ベース２は、開口部５内部において、金属部材４３と対向し、且つ金属部材４３と所定のクリアランスを以って近接している突出部２０を備えている。

突出部２０と金属部材４３は放熱部材７で接触しており、ベアチップ４２から発生した熱は、金属部材４３、放熱部材７、及び突出部２０を介してベース２に伝熱し、ベース２より外部環境に放熱する。開口部５、及び突出部２０の形状は、その趣旨を逸脱しない範囲で様々な形状が考えられ、例えば、円形、四角形等がある。また突出部２０は、必ずしも開口部５と類似した形状である必要はなく、例えば、開口部５が円形の場合、突出部２０は四角形であっても良い。

リード部４１の一部、及び金属部材４３の一部は露出しており、リード部４１の露出部分は金属接続材料Ａ６０を介して、金属部材４３の露出部分は金属接続材料Ｂ６１を介して、それぞれ回路基板３と電気的に接続している。リード部４1、及び金属部材４３の材質としては、例えば、熱伝導率の高い銅合金等が考えられ、また、金属接続材料と良好な密着性を確保する目的で、めっき処理を施す事も考えられる。金属接続材料としては、例えば、はんだ材、銀ペースト等が考えられる。

電子部品４は、金属接続材料を介して回路基板３と、放熱部材７を介してベース２と、接触している。放熱部材７は金属接続材料と比べて、線膨張係数が大きく、換言すれば、温度変化による変位が大きく、この放熱部材７の変位によって、金属接続材料には大きな歪みが発生する。特に金属接続材料Ａ６０は、電子部品４の各リード部と回路基板３を電気的に接続する為、金属接続材料Ａ６０が、発生した歪みにより断線した場合、電気的接続が失われ、ひいては電子制御装置の動作不良に繋がる。金属接続材料Ｂ６１を設けることにより、歪み量を分散する事が出来る、換言すれば、金属接続材料Ａ６０に発生する歪みを低減する事が出来る。金属接続材料Ｂ６１は放熱部材７と回路基板３を接続する役割を果たすが、仮に金属接続材料Ｂ６１に大きな歪みが発生して、金属接続材料Ｂ６１が断線しても、金属部材４３はグラウンドで有る為に、金属部材４３と回路基板３間の電気的接続が失われる事による影響は無い。

また、金属接続材料Ａ６０、及び金属接続材料Ｂ６１は同材料であっても、別材料であっても良い。例えば、電子部品リード部４１と回路基板３間を接続する金属接続材料Ａ６０のみ、クラック進展しにくい金属材料を用いても良い。

本実施例によれば、ベアチップ４２を実装する金属部材４３が、放熱部材７を介してベース２に接している。すなわち、熱的経路として、スルーホール等を介さずにベース２に熱を伝熱できるため、放熱性に優れる。そして、金属部材４３と基板３とを、金属接続材料Ｂ６１で接続していることにより、金属接続材料Ａ６０の歪みに対する耐久性を向上出来ている。そのため、放熱性の向上と信頼性の向上の両立を図れる効果を奏する。

[第二の実施形態]
図２は、本発明の第二の実施形態の放熱構造を示す斜視図である。尚、電子部品４の一部構成部品を略記し、第一の実施形態と同様の構成の説明を省略している。

開口部５の外縁全周に金属接続材料Ｂ６１を設けた構造である。金属接続材料Ｂ６１は、略記するが、電子部品４の金属部材７と回路基板３を電気的に接続する。金属接続材料Ａ６０、及び金属接続材料Ｂ６１を介して、電子部品４と回路基板３を接続することで、熱変形、及び振動等により金属接続材料に発生する歪みを分散する事が出来、換言すれば、リード部４１と回路基板３を電気的に接続する金属接続材料Ａ６０に発生する歪み量を低減する事が出来る。金属接続材料Ｂ６１を開口部５外縁全周に設けて、広い面積で接続する事で、前記低減代はより大きくなる。

[第三の実施形態]
図３は、本発明の第三の実施形態の放熱構造を示す斜視図である。尚、電子部品４の一部構成部品を略記し、第一の実施形態と同様の構成の説明を省略している。

図３は、開口部５の外縁の４隅に、金属接続材料Ｂ６１を４箇所設けた構造である。金属接続材料Ｂ６１の量を減らすことで、金属接続材料Ｂ６１自体の熱収縮の影響を電子部品４に伝えることを防止できる。また、金属接続材料Ａ６０が設けられない４隅方向に金属接続材料Ｂ６１が設けられることとなるので、電子部品４の接続信頼性を効率良く向上できる。金属接続材料Ｂ６１については、その趣旨を逸脱しない範囲で様々な形状、位置及び位置数が考えられる。

[第四の実施形態]
図４は、本発明の第四の実施形態の放熱構造を示す斜視図である。尚、電子部品４の一部構成部品を略記し、第三の実施形態と同様の構成の説明を省略している。

図４は、金属接続材料Ｂ６１を６箇所設けた構造である。金属接続材料Ｂ６１については、その趣旨を逸脱しない範囲で様々な形状、位置及び設置数が考えられる。本実施例によれば、電子部品４の接続信頼性をより向上出来る。

[第五の実施形態]
図５は、本発明の第五の実施形態の放熱構造を示す斜視図である。尚、電子部品４の一部構成部品を略記し、第三の実施形態と同様の構成の説明を省略している。

金属接続材料Ｂ６１を端リード部４４近傍に配置し、略Ｌ字形状とした構造である。リード部４１と回路基板３を電気的に接続する、金属接続材料Ａ６０には、熱変形、及び振動等により歪みが発生するが、特に、端リード部４４に大きな歪みが発生する。電子部品４の金属部材７と回路基板３を電気的に接続する金属接続材料Ｂ６１を、各端リード部４４近傍に設けることで、各端リード部４４に発生する歪みを低減する事が出来る。

[第六の実施形態]
図６は、本発明の第六の実施形態の放熱構造を示す斜視図である。尚、電子部品４の一部構成部品を略記し、第五の実施形態と同様の構成の説明を省略している。

図６は、最大歪みが発生する端リード部Ａ４５近傍のみ、他リード部４４よりも、金属接続材料Ｂ６１を大きくした構造である。

[第七の実施形態]
図７は、本発明の第七の実施形態の放熱構造を示す断面図である。尚、第一の実施形態と同様の構成については説明を省略する。

本実施形態では、金属接続材料Ｂ６１と回路基板３の設置面から、基板厚み方向に延伸する微小貫通穴の放熱ビア５０が、放熱部材７を介してベース２と接触していることを特徴とする構造である。ベアチップ４２から発生した熱は、金属部材４３に伝わり、放熱部材７を介してベース２に放熱される他に、金属部材４３と接触している金属接続材料Ｂ６１、放熱ビア５０、放熱部材７を介して、ベース２に放熱する事が可能になり、放熱性能の向上に繋がる。放熱ビア５０は複数個設けても良い。また、放熱ビア５０内部は、金属接続材料で充填されていても、放熱部材７で充填されていても良い。

また、放熱ビア５０は、必ずしも金属接続材料Ｂ６１と接触している必要は無く、金属接続材料Ｂ６１の近傍に配置しても良い。

[第八の実施形態]
図８は、本発明の第八の実施形態の放熱構造を示す断面図である。尚、第一の実施形態と同様の構成については説明を省略する。

本実施形態では、カバー１、及びベース２に内含する、回路基板３、電子部品４、及び放熱部材７を、封止材料７０で封止した構造である。回路基板３、及び電子部品４を封止することにより、熱や振動等による変形を抑制出来、金属接続材料Ａ６０に発生する歪みを更に低減する事が可能になる。封止材料７０の材質としては、アクリル、エポキシ及び不飽和ポリエステル等様々な材料が考えられる。封止材料７０の熱伝導性を高める目的で、放熱フィラーを含有しても良い。放熱フィラーの材質としては、シリカ、酸化アルミ、酸化亜鉛、窒化ホウ素等様々な材質が考えられる。

また、図８記載の放熱部材７を不要として、電子部品４の金属部材４３と開口部５内に位置する突出部２０間までも、封止材料７０で充填させても良い。

尚、本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれている。例えば、上述した実施形態は本発明を分かりやすく説明する為に詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施形態の構成の一部を他の実施形態の構成に置き換えることは可能であり、また、ある実施形態の構成に他の実施形態の構成を付け加えることも可能である。また、他実施形態の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることは可能である。例えば、電子部品形状は、内部構造も含めて様々な形状を採用することができる。

１：カバー
２：ベース
３：回路基板
４：電子部品
５：開口部
７：放熱部材
２０：突出部
４０：レジン
４１：リード部
４２：ベアチップ
４３：金属部材
４４：端リード部
４５：端リード部Ａ
５０：放熱ビア
６０：金属接続材料Ａ
６１：金属接続材料Ｂ
７０：封止材料

Claims

自動車に搭載される電子制御装置において、電子部品と、該電子部品を実装する回路基板と、該電子部品並びに該回路基板を内包する筐体と、を備え、
前記筐体は、ベースとカバーを有し、前記電子部品は、
半導体チップを実装する金属部材と、前記半導体チップの信号を入出力を担うリードと、前記金属部材の一部と前記リード部を露出するように封止する樹脂と、を有し、
前記回路基板は、開口部を備えており、
前記ベースは、前記開口部に挿入される突出部を有しており、
前記突出部と、前記金属部材は、放熱部材を介して接触しており、
前記金属部材は、金属接続材料により前記回路基板と接続しており、
前記金属部材と前記回路基板を接続する金属接続材料は、前記電子部品の端部近傍である電子制御装置。
自動車に搭載される電子制御装置において、電子部品と、該電子部品を実装する回路基板と、該電子部品並びに該回路基板を内包する筐体と、を備え、
前記筐体は、ベースとカバーを有し、前記電子部品は、
半導体チップを実装する金属部材と、前記半導体チップの信号を入出力を担うリードと、前記金属部材の一部と前記リード部を露出するように封止する樹脂と、を有し、
前記回路基板は、開口部を備えており、
前記ベースは、前記開口部に挿入される突出部を有しており、
前記突出部と、前記金属部材は、放熱部材を介して接触しており、
前記金属部材は、金属接続材料により前記回路基板と接続しており、
前記回路基板は、微小貫通孔の内壁に金属メッキを施したスルーホールを有し、前記金属部材と前記スルーホールは、前記金属部材と前記回路基板を接続する金属接続材料により接続され、前記スルーホールは、前記放熱部材を介して、前記ベースと接触している電子制御装置。
前記電子部品のリードと前記回路基板を接続する金属接続材料は、前記金属部材と前記回路基板を接続する金属接続材料と同材料である請求項１または２に記載の電子制御装置。
前記筐体の内部は、封止樹脂で封止されている請求項１乃至３の何れかに記載の電子制御装置。
前記封止樹脂は、放熱部材を兼用している請求項４に記載の電子制御装置。