JP7339075B2 - 電気機器、電子制御装置 - Google Patents

Description

本発明は電気機器、電子制御装置に関する。

自動車等の車両には、例えば、エンジン制御用、モータ制御用等の電子制御装置が搭載されている。このような車載用電子制御装置は、通常、回路基板の上に、電子部品や電子回路等の発熱部品を備えている。

本技術分野の背景技術として、高フィン密度のヒートシンクに関する技術がある。例えば、特許文献１に記載の技術がある。

特開平１１－３１４１３１号公報

近年、車載用電子制御装置に用いられる発熱部品は、高性能化により発熱量が増大している。例えば、車載用電子制御装置に用いられるマイコンは、高速演算及び高速処理に対応して高性能化され、発熱量が増大している。また、例えば高度な自動運転機能の実現のためには、マイコンを複数搭載する必要があることから、車載用電子制御装置において、回路基板を二枚にすること等、回路基板の枚数を増加させることが検討されている。回路基板の枚数を増加させた場合、放熱のため、それぞれの基板に搭載されたマイコンに対してフィンを設けると、筐体高さの増大が懸念される。また、さらなる放熱性能の向上のためには、フィンの表面積を増やすことが一般的であるが、フィン間の摩擦圧力損失が生じてファン性能が低下し、フィンへの風通しが悪化する可能性もある。

一方で、車載レイアウトの自由度向上の観点から、車載用電子制御装置には、小型化、筐体容積の減少が要求されている。このため、車載用電子制御装置の高放熱性と、筐体の小型化、特に低背化を両立して、発熱部品の保障温度を超えないようにすることが求められている。車載用電子制御装置の低背化と高放熱性を実現するためには、回路基板におけるヒートシンクの形状や位置関係等が適切に設計される必要がある。そこで、高放熱性と低背化を両立した、電気機器及び電子制御装置を提供する。

上記課題を解決するために、本発明の一態様である電気機器は、第一電子部品が実装された第一回路基板を内部に有する第一筐体と、第二電子部品が実装された第二回路基板を内部に有する第二筐体と、第一筐体と第二筐体との間を通る風を送るファンと、を備える。第一筐体は、第二筐体に向かって立設された複数のフィンを有する。第二筐体は、第一筐体に向かって立設された複数のフィンを有する。電気機器は、第一筐体の複数のフィンと第二筐体の複数のフィンは、それぞれの立設方向に沿って所定の間隔を開けて互いの先端部が対向して配置され、第一回路基板の厚さ方向からの平面視において、第一電子部品と第二電子部品は異なる位置に配置され、第一筐体の複数のフィンのうち第一回路基板の厚さ方向からの平面視で第一電子部品と重なるように配置されている各フィンの先端部は、第二筐体の複数のフィンのうち第二回路基板の厚さ方向からの平面視で第二電子部品と重なるように配置されている各フィンの先端部よりも、第二回路基板側に位置している構造である。

また、本発明の別の一態様である電子制御装置は、第一電子部品が実装された第一回路基板を内部に有する第一筐体と、第二電子部品が実装された第二回路基板を内部に有する第二筐体と、第一筐体と第二筐体とを内部に有する第三筐体と、を備える。第一筐体は、第二筐体に向かって立設された複数のフィンを有する。第二筐体は、第一筐体に向かって立設された複数のフィンを有する。第一電子部品で発生した熱の少なくとも一部は、第一筐体の少なくとも一部のフィンに伝熱する。第二電子部品で発生した熱の少なくとも一部は、第二筐体の少なくとも一部のフィンに伝熱する。電子制御装置は、第一筐体の複数のフィンと第二筐体の複数のフィンは、それぞれの立設方向に沿って所定の間隔を空けて互いの先端部が対向して配置され、第一回路基板の厚さ方向からの平面視において、第一電子部品と第二電子部品は異なる位置に配置され、第一筐体の複数のフィンのうち第一回路基板の厚さ方向からの平面視で第一電子部品と重なるように配置されている各フィンの先端部は、第二筐体の複数のフィンのうち第二回路基板の厚さ方向からの平面視で第二電子部品と重なるように配置されている各フィンの先端部よりも、第二回路基板側に位置している構造である。

本発明によれば、高放熱性と低背化を両立した、電気機器及び電子制御装置を提供できる。上記した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。

電子制御装置の外観斜視図である。 回路基板の部品配置の一例を示す図である。 回路基板の部品配置の別の一例を示す図である。 電子制御装置のＸ―Ｘ線断面の一例を示す図である。 電子制御装置のＸ―Ｘ線断面の別の一例を示す図である。 電子制御装置のＹ―Ｙ線断面の一例を示す図である。 電子制御装置のＹ―Ｙ線断面の別の一例を示す図である。 電子制御装置のＹ―Ｙ線断面図のさらに別の一例を示す図である。 比較例１に係る電子制御装置の外観斜視図である。 比較例１に係る電子制御装置に内蔵された回路基板の部品配置を示す図である。 比較例１に係る電子制御装置のＺ―Ｚ線断面を示す図である。 ジャンクション温度の比較図である。 比較例２に係る電子制御装置の断面を示す図である。

以下、図面を参照して、本発明の実施形態を説明する。以下の記載および図面は、本発明を説明するための例示であって、説明の明確化のため、適宜、省略および簡略化がなされている。本発明は、他の種々の形態でも実施することが可能である。特に限定しない限り、各構成要素は単数でも複数でも構わない。

図面において示す各構成要素の位置、大きさ、形状、範囲などは、発明の理解を容易にするため、実際の位置、大きさ、形状、範囲などを表していない場合がある。このため、本発明は、必ずしも、図面に開示された位置、大きさ、形状、範囲などに限定されない。同一あるいは同様な機能を有する構成要素が複数ある場合には、同一の符号に異なる添字を付して説明する場合がある。ただし、これらの複数の構成要素を区別する必要がない場合には、添字を省略して説明する場合がある。

図１は、電子制御装置１００の外観斜視図である。図２は、図１に示した電子制御装置１００の筐体内に配設された１対の回路基板の斜視図である。図３は、図２に示した１対の回路基板の部品配置を変化させた変形例である。図１に示すように、電子制御装置１００は、直方体の本体（筐体）に内蔵された発熱部品を空冷するために、放熱フィン３，４を備えている。電子制御装置１００は重層構造であり、層間の隙間に通風路が形成されている。電子制御装置１００の放熱フィン３，４が植設された基部に、発熱部品で発生した熱が伝導する。発熱部品９，１３は、電子部品や電子回路であり、例えばマイコン等の集積回路や半導体素子である。発熱部品を、電子部品と呼んでもよい。

以降の説明において、各図面に示される構成について「上方」「下方」「前方（前面）」「後方（後面）」という用語を用いることがあるが、これは単に各図面における位置関係を示すものであり、この位置関係に実施形態が限定されるものではない。例えば、図１において、筐体１を上方の筐体１と呼び、筐体２を下方の筐体２と呼ぶことがあるが、この装置が１８０度回転して上下の位置関係が逆になってもよいし、９０度回転して左右の位置関係になってもよい。

電子制御装置１００は、上方の筐体１と下方の筐体２を有する。上方の筐体１と下方の筐体２とは互いに対向して配置され、これらの間に形成された通風路には、放熱フィン３，４を備えている。上方の筐体１からは上方の放熱フィン３、下方の筐体２からは下方の放熱フィン４が、互いに向かってそれぞれ突出するように延伸している。上方の筐体１と下方の筐体２は、不図示のねじ等の締結部材により固定されている。

筐体１，２の前面側（前方）の側壁には、１つ又は複数の不図示のコネクタや複数のイーサネット（登録商標）ターミナルが配置されていてもよい。コネクタ等（図示せず）を挿通するための孔又は切欠き（図示せず）が形成されており、この孔又は切欠きを通してコネクタ等が回路基板に形成された配線パターン（図示せず）に接続されている。コネクタ等を介して、外部装置と電子制御装置１００との間で電力や制御信号の送受信が行われる。

筐体１，２の後方には空冷ファン６が配置されている。カバー（筐体）５は、空冷ファン６により送られる風が放熱フィン３，４間に流れるように、前方または後方の面に吸気孔または排気孔となる開口部があり、前方と後方以外の面には壁がある。

筐体１，２の内部には、それぞれ回路基板７，８を有している。上方の筐体１には、上方の回路基板７が収容されている。下方の筐体２には、下方の回路基板８が収容されている。回路基板７と回路基板８との間には、放熱フィン３，４がある。

回路基板７，８の其々には、マイコン等の半導体素子を含む１つ以上の発熱部品９が実装されている。図２や図３に示す例では、回路基板７に実装された４つの発熱部品９の位置を実装配置Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄでそれぞれ示し、回路基板８に実装された４つの発熱部品９の位置を実装配置Ｅ，Ｆ，Ｇ，Ｈでそれぞれ示している。なお、回路基板７，８に実装される発熱部品９の数や位置は、図２や図３の例に限定されず、任意の数や位置とすることができる。

図示を省略するが、回路基板７，８には、コンデンサ等の受動素子も実装され、これらの電子部品とコネクタ等（不図示）とを接続する配線パターンも形成されている。回路基板７，８は、例えば、エポキシ樹脂等の有機材料により形成されている。回路基板７，８は、耐熱性、及び絶縁性の観点からＦＲ４（ガラスエポキシ基板）材料とすることが好ましい。回路基板７，８は、単層基板又は多層基板とすることができる。

発熱部品９は、上方の回路基板７の下面及び下方の回路基板８の上面に、それぞれ向き合うように配置されている。また、回路基板７，８上の発熱部品９は、平面視において重ならない位置に配置されている。発熱部品９は、回路基板７，８に半田等の接合材で電気的に接続されている。なお、ここでいう平面視とは、回路基板７，８が水平であるとして、それらに対する垂直方向、すなわち回路基板７，８の厚さ方向（積層方向）からの視認をいう。

発熱部品９から生じた熱は、熱伝導材１０を介して筐体１，２に伝わり、筐体１の下部と筐体２の上部にそれぞれ形成された放熱フィン３，４より大気中へと放熱される。もしくは、回路基板７，８に不図示の配線パターン及びサーマルビア（又はスルーホール）を設けることで、筐体１，２の外側面、すなわち回路基板７，８の発熱部品９の実装面とは反対側の面に対向する筐体１，２の面にまで熱が伝わり、それら筐体１，２の外側面から効果的に放熱することも可能である。ただし、電子制御装置１００の取り付け位置及び取り付け相手に対する自由度が増すことを目的とする場合、筐体１，２の外側面への熱伝導を制限する構成である方が有利な場合がある。

上方の筐体１及び下方の筐体２は、例えば、アルミダイカストとして自動車用部品に多く使われている合金タイプのアルミニウムＡＤＣ１２等の熱伝導性に優れた金属材料により形成されてもよい。また、鉄などの板金、あるいは樹脂材料等の非金属材料により形成し、低コスト化及び軽量化を図ることもできる。カバー（筐体）５も同様に、鉄などの板金、あるいは樹脂材料等の非金属材料により形成することができる。

筐体１，２の内部において、発熱部品９は、当該発熱部品９の上方または下方で熱伝導材１０に接し、当該熱伝導材１０はボス部（不図示）と接する。ボス部は、筐体１，２の一部であってもよいし、または筐体１，２の内側の面と接する部材であってもよい。放熱フィン３，４は、筐体１，２の外側の面から、互いに向かって突出するように延伸している。

放熱フィン３，４及びボス部は、ダイキャスト等の鋳造により筐体１，２の一部として一体形成してもよい。または、放熱フィン３，４及びボス部を、筐体１，２とは別部材として作製して、筐体１，２に取り付けるようにしてもよい。電子制御装置１００の放熱フィン３，４が植設された基部に、発熱部品９の熱が伝導する構造であってもよい。放熱フィン３，４が発熱部品９とそれぞれ熱的に結合されていれば、他の構造であっても構わない。

図１に示す例では、上方の放熱フィン３と下方の放熱フィン４で構成された放熱フィン３，４間の通風路に風が流れるように、空冷ファン６が３つ配設されている。空冷ファン６は、１つあるいは複数配置してもよい。空冷ファン６は、軸流ファンや遠心ファン、もしくはブロアであってもよい。また、冷媒として、空気ではなく液体にして、フィン間に液体を流すことで冷却する水冷構造であってもよい。

図４は、図１に示した電子制御装置１００のＸ―Ｘ線断面図である。図５は、図４に示したＸ―Ｘ線断面図のフィン形状を変化させた変形例である。図６は、図１に示した電子制御装置１００のＹ―Ｙ線断面図である。図４～図６に示されるように、筐体１，２内において、放熱フィン３，４が配置されている面のコーナー部には、回路基板７，８側に突出するボス部１１が設けられている。なお、図４～図６では、発熱部品９が図２に示した配置で基板７，８に実装されている場合の断面を示している。

回路基板７，８は、ねじ１２によりボス部１１の端面に固定されている。発熱部品９は、回路基板７，８の放熱フィン３，４側の面に配置され、発熱部品９上には熱伝導材１０が設けられている。熱伝導材１０と筐体１，２との間に、不図示のボス部を設けてもよい。

熱伝導材１０には、グリース状、ジェル状、シート状等、さまざまな種類の熱伝導材があり、適切な熱伝導材が採用されればよい。一般的に使用されている熱伝導材１０は、グリース状の熱伝導材であり、接着性を有する熱硬化樹脂や、低弾性を有する半硬化樹脂等がある。

熱伝導材１０は、金属、カーボン、セラミック等により形成された、熱伝導性が良好なフィラーが含有されている。熱伝導材１０は、回路基板７，８の熱による変形や振動、及び製造時の公差に対して変形可能な柔軟性を有する、例えば、セラミックフィラーが含有されたシリコン系樹脂を用いた半硬化樹脂が好ましい。

図４及び図５では、図２に示した発熱部品９のうち、実装配置Ｄにおいて上方の回路基板７に実装された発熱部品９と、実装配置Ｅにおいて下方の回路基板８に実装された発熱部品９とを示している。図４の場合、発熱部品９の当接位置に配置されている放熱フィン３，４の突出高さは高く、発熱部品９が配置されていない領域で延伸している放熱フィン３，４の突出高さは低い。また、それぞれの発熱部品９の中央位置を境に、放熱フィン７，８の突出高さが段差のように切り替えられている。

図５の場合、回路基板８に発熱部品９が実装されている図中左側の領域から、回路基板７に発熱部品９が実装されている図中右側の領域に向かって、放熱フィン３は突出高さが連続的に高くなり、放熱フィン４は突出高さが連続的に低くなっている。すなわち、放熱フィン３，４の両端から対角線上にフィン高さ（突出高さ）を変えているため、放熱フィン３，４の形状が台形になっている。

フィン形状は図４、図５の例に限らず、他のフィン形状、例えば三角形にしてもいいし、水冷を考慮して平板フィンではなくピンフィンにしてもよい。なお、放熱フィン３，４の形状や配置等が、各図で形状や配置等が異なる例を示すことがあるが、同一符号を付している。

図４、図５のいずれの場合でも、回路基板７に発熱部品９が配置された位置では、回路基板７，８の積層方向（厚さ方向）において、回路基板７に対応する放熱フィン３の長さが放熱フィン４よりも長くなっている。同様に、回路基板８に発熱部品９が配置された位置では、回路基板７，８の積層方向（厚さ方向）において、回路基板８に対応する放熱フィン４の長さが放熱フィン３よりも長くなっている。このように、発熱部品９の近くに配置されている放熱フィン３，４を高くすることで、発熱部品９からの熱を放熱フィン３，４で効率良く放熱することができるので、放熱性能の向上に効果がある。

図６では、図２に示した発熱部品９のうち、実装配置Ｂにおいて上方の回路基板７に実装された発熱部品９と、実装配置Ｅ，Ｈにおいて下方の回路基板８にそれぞれ実装された発熱部品９とを示している。すなわち、図６の上方の回路基板７に実装された発熱部品９（Ｂ）は、図２の実装配置Ｂの発熱部品９である。図６の下方の回路基板８の中央にある発熱部品９（Ｅ）は、図２の実装配置Ｅの発熱部品９である。図６の下方の回路基板８の右側にある発熱部品９（Ｈ）は、図２の実装配置Ｈの発熱部品９である。

図６に示すように、発熱部品９の当接位置に配置されている放熱フィン３，４の突出高さは高く、発熱部品９が配置されていない領域で延伸している放熱フィン３，４の突出高さは相対的に低い。このように図６でも、図４、図５の例と同様に、回路基板７に発熱部品９が配置された位置では、回路基板７，８の積層方向（厚さ方向）において、回路基板７に対応する放熱フィン３の長さが放熱フィン４よりも長くなっている。また、回路基板８に発熱部品９が配置された位置では、回路基板７，８の積層方向（厚さ方向）において、回路基板８に対応する放熱フィン４の長さが放熱フィン３よりも長くなっている。

図７は、放熱フィン３，４の形状を変化させた変形例に係る電子制御装置１０１を示すＹ―Ｙ線断面図であり、図６に対応している。この変形例では、図７に示すように、回路基板７，８の積層方向（厚さ方向）において、発熱部品９が配置された位置に応じて、筐体１，２に放熱フィン３または放熱フィン４の一方のみが設けられている。

回路基板７に発熱部品９が配置された位置では、放熱フィン４が設けられずに放熱フィン３のみが設けられている。また、回路基板８に発熱部品９が配置された位置では、放熱フィン３が設けられずに放熱フィン４のみが設けられている。このように放熱フィン３，４の配置とすることで、発熱部品９の近くに配置されている放熱フィン３，４を高くすることができるため、発熱部品９から放熱フィン３，４へ効率良く伝熱して放熱性能を向上させることができる。

図８は、発熱部品９の配置と放熱フィン３，４の形状を変化させた変形例に係る電子制御装置１０２を示すＹ―Ｙ線断面図であり、図６に対応している。この変形例では、図８に示すように、上方の回路基板７にさらに別の発熱部品１３が配置されている。発熱部品１３は、例えば発熱部品９よりも発熱量または消費電力が小さい部品であってもよい。

図８の電子制御装置１０２では、回路基板７に実装された発熱部品１３と回路基板８に実装された発熱部品９とが、回路基板７，８の積層方向（厚さ方向）からの平面視において、その一部が互いに重なる位置に配置されている。そして、平面視において、発熱部品１３が配置された位置では、回路基板８に実装された発熱部品９が重なる位置と重ならない位置とで、回路基板７，８の積層方向（厚さ方向）における放熱フィン３の長さが異なっている。

具体的には、平面視で発熱部品１３が配置された位置のうち、発熱部品１３と発熱部品９が重なる位置での放熱フィン３の長さは、発熱部品１３と発熱部品９が重ならない位置での放熱フィン３の長さよりも短くなっている。これにより、平面視で発熱部品９と発熱部品１３とが重なる位置において、筐体１側に放熱フィン３を設けつつ、筐体２側にも放熱フィン４を設けることができるようにしている。

また、発熱部品９の当接位置に配置されている放熱フィン３，４の突出高さは高く、発熱部品９が当接していない領域に配置されている放熱フィン３，４の突出高さが低いことに加えて、発熱部品１３の当接位置に配置されている放熱フィン３もある程度高く形成されている。このように、回路基板７，８の積層方向（厚さ方向）からの平面視において発熱部品９と発熱部品１３が重なって配置される場合は、それぞれの発熱量や消費電力を比較し、各発熱量に応じてフィンの放熱性能を発揮させる高さまで放熱フィン３，４を延伸させることが望ましい。このように、発熱部品９や発熱部品１３の消費電力に応じて放熱フィン３，４の長さを定めることで、放熱フィン３，４の放熱性能をそれぞれ最適化することができる。

また、図８に示すように、発熱部品９及び発熱部品１３の当接位置に配置された放熱フィン３，４の長さは、それらの部品の中心軸付近が最も長く、その中心軸から離れるに従って短くなるように形成されている。このようにすることで、通風路の大きさ、放熱フィン３，４の大きさや材料、及び空冷ファン６の送風量に対し、効率良く筐体全体を放熱する効果が得られる。

続いて、以上説明した実施形態に係る電子制御装置１００及び変形例に係る電子制御装置１０１の放熱効果について、以下の実施例１，２により説明する。

電子制御装置１００の一例としては、上述したように、図１の外観と、図２の回路基板７，８における発熱部品９の実装配置Ａ～Ｈと、図４及び図６の筐体断面と、に示される構成であってもよい。以下、この電子制御装置１００の構成に関して、より具体的な構成の一例を説明する。回路基板７，８は、筐体の４つのコーナーに設けられたボス部１１に対し、ねじ１２で固定する。上方の筐体１には、発熱部品９を有した上方の回路基板７を備え、下方の筐体２には、発熱部品９を有した下方の回路基板８を備える。

回路基板７，８は、３２０ｍｍ×１８０ｍｍ×１．６ｍｍ（厚さ）を有するＦＲ４材料により形成した。回路基板７，８は８層基板であり、熱伝導率は、面内方向では６９Ｗ／ｍＫ、垂直方向では０．４５Ｗ／ｍＫである。発熱量の大きい発熱部品９は、４０ｍｍ×４０ｍｍ×３．４ｍｍ（厚さ）のＢＧＡ（Ball Grid Array）型の半導体装置、例えばＣＰＵである。発熱部品９は、半田付けにより回路基板７，８に実装してもよい。

図２に示すように、上方の回路基板７の発熱部品９と下方の回路基板８の発熱部品９は、平面視において異なる位置に配置した。回路基板７，８における発熱部品９の実装配置は、回路基板７の実装配置Ａ～Ｄと、回路基板８の実装配置Ｅ～Ｈに其々対応している。これらの回路基板７，８は、実装配置Ａ，Ｈを含まない対角線を軸にして反転させた関係であってもよい。

熱伝導材１０は、シリコン系樹脂に熱伝導性フィラーを含有した低弾性放熱材（熱伝導率２Ｗ／ｍＫ）を用いて形成した。熱伝導材１０は、全ての発熱部品９の上面に設け、発熱部品９と同じサイズかつ厚さを１．９ｍｍ（一定）とした。上方の筐体１及び下方の筐体２は、熱伝導率が９６Ｗ／ｍＫのＡＤＣ１２を用いて形成した。カバー５は、熱伝導率が０．３３Ｗ／ｍＫの樹脂を用いて形成した。

放熱フィン３，４は、厚さ２ｍｍ、間隔８ｍｍとし、発熱部品９の当接位置では高さ２４ｍｍ、それ以外では高さ１０ｍｍとした。実施例１に係る電子制御装置１００における、上方の筐体１及び下方の筐体２間のフィン領域（通風路）は、高さを３６ｍｍとした。空冷ファン６は、９２ｍｍ×３８ｍｍ（厚さ）のＤＣ軸流ファンを３つ配設した。最大風量は５．０５ｍ３／ｍｉｎ、最大静圧は４００Ｐａである。

図９は、比較例１に係る電子制御装置１０３の外観斜視図である。図１０は、図９の電子制御装置１０３に内蔵される回路基板７，８の斜視図である。図１１は、図９のＺ―Ｚ線断面図である。電子制御装置１０１の各回路基板７，８における発熱部品９の位置と、放熱フィン３ａ，４ａの形状は、電子制御装置１００と異なっている。なお、電子制御装置１００で用いた放熱フィン３，４に対し、図９～図１１に示す電子制御装置１０３で用いる放熱フィン３ａ，４ａは、異なる符号を付して区別している。

図１０に示す電子制御装置１０３において、上方の回路基板７及び下方の回路基板８に配置された発熱部品９は、平面視において重なる位置に配置されている。また、図１１に示すように、放熱フィンの高さは全て一定の２４ｍｍである。比較例１における、上方の筐体１及び下方の筐体２間のフィン領域、すなわち通風路は、高さ５０ｍｍである。この比較例１に係る電子制御装置１０３は低背化していない。その点以外、電子制御装置１０３は、その筐体内の基本的な構造及び使用した部材について、低背化した実施例１に係る電子制御装置１００と同一である。

図１２は、実施例１の電子制御装置１００と比較例１の電子制御装置１０３のジャンクション温度の比較図である。図１２には、実施例１の電子制御装置１００、及び比較例１の電子制御装置１０３、それぞれの構成について、部品配置Ａ～Ｈ別に発熱部品９のジャンクション温度を熱流体解析した結果が示されている。図１２に示されたジャンクション温度は、発熱部品９のひとつあたりの発熱量を２８Ｗとし、電子制御装置１００全体で２２４Ｗとして、環境温度８０℃、空冷ファン６による強制空冷環境におけるジャンクション温度である。

図１２に示すように、発熱部品９のジャンクション温度について、実施例１に係る電子制御装置１００は、比較例１に係る電子制御装置１０３と、ほぼ同等の結果である。実施例１の電子制御装置１００は、比較例１の電子制御装置１０３よりも、放熱フィン高さを１４ｍｍ低減（フィン領域において高さ２８％減）した低背化構造である。このような低背化構造は、そうでないものよりも放熱条件が厳しくなるにも関わらず、ほぼ同等の放熱性能が確認できた。したがって、電子制御装置１００は、高放熱性と低背化の両立を可能にした。

以下、実施例２の電子制御装置１０１の具体的な構成の一例を説明する。実施例２の電子制御装置１０１は、図７の筐体断面に示すように、実施例１の電子制御装置１００と放熱フィン３，４の形状や配置は違うが、実施例２の電子制御装置１０１の他の構成については実施例１の電子制御装置１００と同一である。放熱フィン３，４は、厚さ２ｍｍ、間隔８ｍｍとし、発熱部品９の上方または下方にのみ放熱フィンを形成した。放熱フィン３，４は、高さ３４ｍｍとした。実施例２に係る電子制御装置１０１における、上方の筐体１及び下方の筐体２間のフィン領域（通風路）は、高さを３６ｍｍとした。これらフィン形状は、実施例１の電子制御装置１００と実施例２の電子制御装置１０１で、若干異なるが、共通の放熱フィン３，４の符号を付している。

図１３は、比較例２に係る電子制御装置１０４の通風路を正面視して説明する筐体断面図である。なお、比較例２の電子制御装置１０４に使用した部材は、図７に示した実施例２の電子制御装置１０１と概ね同一であるが、フィン形状だけは、図７で示した電子制御装置１０１と異なっている。なお、図１３の電子制御装置１０４で用いる放熱フィン３ａ，４ａは、電子制御装置１００，１０２の放熱フィン３，４に対し、明確に区別するために異なる符号を付している。

図１３に示すように、厚さ２ｍｍ、間隔８ｍｍの放熱フィン３ａ，４ａを互いに組み合わせるように配置されているため、上方の放熱フィン３ａと下方の放熱フィン４ａの間隔は３ｍｍである。放熱フィン３，４は、高さ３４ｍｍとした。比較例２に係る電子制御装置１０４における、上方の筐体１及び下方の筐体２間のフィン領域（通風路）は、高さを３６ｍｍとした。実施例２の電子制御装置１０１と、比較例２の電子制御装置１０４と、両者の比較において、上方の筐体１と下方の筐体２との間に形成された通風路によるフィン領域は、高さが一定である。

空冷ファン６からの空気が通風路のフィン間を通り抜ける際に、流体と流路壁面間において摩擦による圧力損失が生じる。そのため空冷ファン６の性能が低下し、十分な風を流すことができなくなり、放熱悪化が課題となる。そこで、実施例２の電子制御装置１０１と、比較例２の電子制御装置１０４と、双方を比較するため、それぞれフィン間の摩擦による圧力損失を算出した。

圧力損失は以下の式（△Ｐｌｏｓｓ＝ζ×（ρ／２）×ｕ^２）で導出できる。ここで、ζは圧力損失係数、ρは流体の密度、ｕは平均流速である。図７に示した実施例２の電子制御装置１０１は、圧力損失が８２Ｐａであったのに対し、図１３に示した比較例２の電子制御装置１０４では、圧力損失が２７１Ｐａとなり約３倍増大した。フィン間隔が狭まることで平均流速ｕが増大し、圧力損失が増大したと考えられる。

以上のことから、電子制御装置１００，１０１は、フィン効率が向上し、低背化と高放熱化に効果がある。発熱部品９の実装配置について、上方の回路基板７に実装されたものと、下方の回路基板８に実装されたものが、回路基板７，８の厚さ方向からの平面視において異なる位置に配置されることが好ましい。また、発熱部品９の当接位置に近い位置の基部に植設されたフィンほど、それら基部から突出高さを高く配置することが好ましい。さらに、フィン間隔を一定に配置することで、圧力損失の増大を抑えることができ、空冷ファン６の性能を維持した低背化及び高放熱を可能にできる。なお、上記の実施例１，２では、図８に示した変形例に係る電子制御装置１０２の放熱効果の説明を省略したが、この場合も実施例１，２と同様の放熱効果が得られる。

以上説明したように、電子制御装置１００～１０２は、一定間隔で平行に配置された２枚の回路基板７，８を有し、両者の隙間を貫通する通風路が形成された強制冷却構造体である。これらの回路基板７，８間には、上下の筐体１，２それぞれの内向きの面に設けられた放熱フィン３，４を備えている。回路基板７，８の厚さ方向からの平面視において、上下２枚の回路基板７，８上の発熱部品９は、それらの実装配置がずらされており、放熱フィン３，４は発熱部品９の当接位置と重なるように配置されている。

電子制御装置１００～１０２は、放熱フィン３，４間の圧力損失の増大を抑えつつ、筐体１，２の外面を著しく高温化させること無く、高放熱性と低背化を両立できる。電子制御装置１００～１０２は、特に自動車に搭載される車載用電子制御装置に好適である。電子制御装置１００～１０２が車載用電子制御装置に適用された場合、筐体１，２の外面を極端に高温化させること無く、高放熱性と低背化を両立できる点から、取り付け位置及び取り付け相手に対する自由度が増すので、多機種多仕様に対し、長期間にわたって、適用可能な汎用性を確保できる。

なお、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。また、ある実施例の構成の一部をほかの実施例の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。

電子制御装置１００～１０２は、直方体の筐体１，２に内蔵された発熱部品９，１３を空冷する放熱フィン３，４を備えた電子制御装置である。すなわち、電子制御装置１００～１０２は重層構造であり、層間の隙間を貫通する通風路が形成されている。また、電子制御装置１００～１０２の通風路の内壁面から幅方向に放熱フィン３，４が突設されている。さらに、電子制御装置１００～１０２の放熱フィン３，４が植設された基部に発熱部品９，１３が熱伝導するように配設されている。電子制御装置１００～１０２は、通風路に風を送る強制空冷機構を備えることが好ましい。

また、筐体５の外側表面には、放熱フィン３，４が突設されておらず、平坦面が確保されている。したがって、筐体の外側表面に接する相手に対する制約条件は少ない。すなわち、電子制御装置１００～１０２は、取り付けやすい構造である。

このように、電子制御装置１００～１０２は、取り付け位置及び取り付け相手に対する自由度が増すような電子制御装置を提供できる。また、電子制御装置１００～１０２の外側表面をことさら高温にすること無く、発熱部品９，１３を良好に冷却できる。また、電子制御装置１００～１０２の放熱フィン３，４は、対面配置されていることが好ましい。これによれば、通風路に大きく熱交換面積を確保できるので、必要な冷却効果を得るための放熱設計が容易である。

発熱部品９，１３に近い位置ほど発熱量が大きいので、放熱フィン３，４の突出高さを高くして熱交換面積を広げることにより、必要な冷却効果を確保し易い。また、放熱フィン３，４の突出高さは、発熱部品９，１３の発熱量に応じて変えることが好ましく、不均等に形成されてもよい。放熱フィン３，４の無い状態で通風路を構成する隙間の幅は均等であることが好ましい。この均等幅の通風路において、一対の放熱フィン３，４の一方が高ければ、他方を低く対面配置されている。その結果、限られた均等幅の通風路において、全体的に効率良く熱交換面積が得られる。

また、以下の電気機器も、実施形態の一例である。電気機器（例えば電子制御装置１００～１０２）は、少なくとも第一電子部品（例えば発熱部品９）が実装された第一回路基板（例えば回路基板７）を内部に有する第一筐体（例えば筐体１）と、少なくとも第二電子部品（例えば発熱部品９）が実装された第二回路基板（例えば回路基板８）を内部に有する第二筐体（例えば筐体２）と、第一筐体と第二筐体との間を通る風を送る、少なくとも１以上のファン（例えば空冷ファン６）と、を備える。

第一筐体は、第二筐体に対向する複数のフィン（例えば放熱フィン３）を有する。第二筐体は、第一筐体に対向する複数のフィン（例えば放熱フィン４）を有する。電気機器は、第一回路基板の厚さ方向の断面のうち、少なくとも一つの断面において、第一筐体のフィンが第二筐体のフィンより長い領域と、第一筐体のフィンが第二筐体のフィンより短い領域とを有する構造である。

第一電子部品で発生した熱の少なくとも一部は、第一筐体の少なくとも一部のフィンに伝熱する。第二電子部品で発生した熱の少なくとも一部は、第二筐体の少なくとも一部のフィンに伝熱する。第一筐体のフィンと第二筐体のフィンは、少なくとも１以上のファンからの風により冷却される。

第一電子部品と第二電子部品は、例えばそれぞれ集積回路であってもよい。第一回路基板の厚さ方向からの平面視において、第一電子部品と第二電子部品は異なる位置に配置されてもよい。第一回路基板の厚さ方向からの平面視で第一電子部品と重なるように配置されている第一筐体のフィンと第二筐体のフィンは、第一回路基板の厚さ方向の一断面（例えば図６や図８の断面）において、第一筐体のフィンが第二筐体のフィンより長い。

第一回路基板の厚さ方向からの平面視で第二電子部品と重なるように配置されている、第一筐体のフィンと第二筐体のフィンは、第一回路基板の厚さ方向の一断面（例えば図６や図８の断面）において、第一筐体のフィンが第二筐体のフィンより短い。

第一回路基板上に、集積回路である第三電子部品（例えば電子部品１３）が実装されてもよい。第一回路基板の厚さ方向からの平面視において、第三電子部品と第二電子部品とは一部が重なる位置に配置されてもよい。第一回路基板の厚さ方向からの平面視において、第三電子部品と第二電子部品とが重なる位置に配置された第一筐体のフィンと、第三電子部品が配置された位置のうち第三電子部品と第二電子部品とが重ならない位置に配置された第一筐体のフィンは、第一回路基板の厚さ方向の一断面（例えば図８の断面）における長さが異なる。

第一回路基板の厚さ方向からの平面視において、第三電子部品と第二電子部品とが重なる位置に配置された第一筐体のフィンは、第三電子部品が配置された位置のうち第三電子部品と第二電子部品とが重ならない位置に配置された第一筐体のフィンより、第一回路基板の厚さ方向の一断面（例えば図８の断面）における長さが短い。

第二電子部品は、第三電子部品より消費電力が大きくもよい。第一回路基板の厚さ方向からの平面視において、第三電子部品と第二電子部品とが重なる位置に配置された、第一筐体のフィン及び第二筐体のフィンについて、第一筐体のフィンは第二筐体のフィンより、第一回路基板の厚さ方向の一断面（例えば図８の断面）における長さが短い。

第一回路基板の厚さ方向からの平面視で、第二電子部品と重なる位置に配置された第二筐体の複数のフィンは、第一回路基板の厚さ方向の一断面（例えば図８の断面）において、第二電子部品の中心から遠いフィンほど長さが短い。

第一回路基板の厚さ方向からの平面視で、第二電子部品と重なる位置に配置された第一筐体の複数のフィンは、第一回路基板の厚さ方向の一断面（例えば図８の断面）において、第二電子部品の中心から遠いフィンほど長さが長い。

第一電子部品は集積回路であってもよい。例えば図７の例に示すように、第一回路基板の厚さ方向からの平面視において、第一電子部品と第一筐体のフィンの一部は重なるように配置され、第一電子部品と第二筐体のフィンは重ならないように配置されている。

第二電子部品は集積回路であってもよい。例えば図７の例に示すように、第一回路基板の厚さ方向からの平面視において、第二電子部品と第二筐体のフィンの一部は重なるように配置され、第二電子部品と第一筐体のフィンは重ならないように配置されている。

例えば図７の例に示すように、第一回路基板の厚さ方向からの平面視において、第二回路基板上で集積回路が実装されていない位置に第一電子部品が配置され、第一回路基板上で集積回路が実装されていない位置に第二電子部品が配置されている。

例えば図６や図８の例に示すように、第一筐体の複数のフィン間の間隔と、第二筐体の複数のフィン間の間隔は、同じであってもよい。また、以下の電子制御装置も、実施形態の一例である。

電子制御装置（例えば電子制御装置１００～１０２）は、少なくとも第一電子部品（例えば発熱部品９）が実装された第一回路基板（例えば回路基板７）を内部に有する第一筐体（例えば筐体１）と、少なくとも第二電子部品（例えば発熱部品９）が実装された第二回路基板（例えば回路基板８）を内部に有する第二筐体（例えば筐体２）と、第一筐体と第二筐体とを内部に有する第三筐体（例えば筐体５）と、を備える。

第一筐体は、第二筐体に対向する複数のフィン（例えば放熱フィン３）を有する。第二筐体は、第一筐体に対向する複数のフィン（例えば放熱フィン４）を有する。第一電子部品で発生した熱の少なくとも一部は、第一筐体の少なくとも一部のフィンに伝熱する。

第二電子部品で発生した熱の少なくとも一部は、第二筐体の少なくとも一部のフィンに伝熱する。電子制御装置は、第一回路基板の厚さ方向の断面のうち、少なくとも一つの断面において、第一筐体のフィンが第二筐体のフィンより長い領域と、第一筐体のフィンが第二筐体のフィンより短い領域とを有する構造である。電子制御装置は、自然空冷、空冷ファン６による強制空冷、水冷等により、冷却される。

１ 上方の筐体、２ 下方の筐体、３ 上方のフィン、４ 下方のフィン、５ カバー（筐体）、６ 空冷ファン、７ 上方の回路基板、８ 下方の回路基板、９，１３ 発熱部品、１０ 熱伝導材、１１ ボス部、１２ ねじ、１００，１０１，１０２ 電子制御装置

Claims (14)

1. 少なくとも第一電子部品が実装された第一回路基板を内部に有する第一筐体と、
   少なくとも第二電子部品が実装された第二回路基板を内部に有する第二筐体と、
   前記第一筐体と前記第二筐体との間を通る風を送る、少なくとも１以上のファンと、
   を備える電気機器であって、
   前記第一筐体は、前記第二筐体に向かって立設された複数のフィンを有し、
   前記第二筐体は、前記第一筐体に向かって立設された複数のフィンを有し、
   前記第一筐体の複数のフィンと前記第二筐体の複数のフィンは、それぞれの立設方向に沿って所定の間隔を空けて互いの先端部が対向して配置され、
   前記第一回路基板の厚さ方向からの平面視において、前記第一電子部品と前記第二電子部品は異なる位置に配置され、
   前記第一筐体の複数のフィンのうち、前記第一回路基板の厚さ方向からの平面視で前記第一電子部品と重なるように配置されている各フィンの先端部は、前記第二筐体の複数のフィンのうち、前記第二回路基板の厚さ方向からの平面視で前記第二電子部品と重なるように配置されている各フィンの先端部よりも、前記第二回路基板側に位置している
   電気機器。
2. 少なくとも第一電子部品が実装された第一回路基板を内部に有する第一筐体と、
   少なくとも第二電子部品が実装された第二回路基板を内部に有する第二筐体と、
   前記第一筐体と前記第二筐体との間を通る風を送る、少なくとも１以上のファンと、
   を備える電気機器であって、
   前記第一筐体は、前記第二筐体に向かって立設された複数のフィンを有し、
   前記第二筐体は、前記第一筐体に向かって立設された複数のフィンを有し、
   前記第一回路基板の厚さ方向からの平面視において、前記第一電子部品と前記第二電子部品は異なる位置に配置され、
   前記第一筐体において、前記第二回路基板の厚さ方向からの平面視で前記第二電子部品と重なる位置には前記フィンが配置されておらず、
   前記第二筐体において、前記第一回路基板の厚さ方向からの平面視で前記第一電子部品と重なる位置には前記フィンが配置されておらず、
   前記第一筐体の複数のフィンのうち、前記第一回路基板の厚さ方向からの平面視で前記第一電子部品と重なるように配置されている各フィンの先端部は、前記第二筐体の複数のフィンのうち、前記第二回路基板の厚さ方向からの平面視で前記第二電子部品と重なるように配置されている各フィンの先端部よりも、前記第二回路基板側に位置している
   電気機器。
3. 前記第一電子部品で発生した熱の少なくとも一部は、前記第一筐体の少なくとも一部のフィンに伝熱し、
   前記第二電子部品で発生した熱の少なくとも一部は、前記第二筐体の少なくとも一部のフィンに伝熱し、
   前記第一筐体のフィンと前記第二筐体のフィンは、前記少なくとも１以上のファンからの風により冷却される
   請求項１または２に記載の電気機器。
4. 前記第一回路基板上に、第三電子部品が実装されており、
   前記第一回路基板の厚さ方向からの平面視において、前記第三電子部品と前記第二電子部品とは一部が重なる位置に配置され、
   前記第一回路基板の厚さ方向からの平面視において、前記第三電子部品と前記第二電子部品とが重なる位置に配置された前記第一筐体のフィンと、前記第三電子部品が配置された位置のうち前記第三電子部品と前記第二電子部品とが重ならない位置に配置された前記第一筐体のフィンは、前記第一回路基板の厚さ方向の一断面における長さが異なる
   請求項１に記載の電気機器。
5. 前記第一回路基板の厚さ方向からの平面視において、前記第三電子部品と前記第二電子部品とが重なる位置に配置された前記第一筐体のフィンは、前記第三電子部品が配置された位置のうち前記第三電子部品と前記第二電子部品とが重ならない位置に配置された前記第一筐体のフィンより、前記第一回路基板の厚さ方向の一断面における長さが短い
   請求項４に記載の電気機器。
6. 前記第二電子部品は、前記第三電子部品より消費電力が大きく、
   前記第一回路基板の厚さ方向からの平面視において、前記第三電子部品と前記第二電子部品とが重なる位置に配置された、前記第一筐体のフィン及び前記第二筐体のフィンについて、前記第一筐体のフィンは前記第二筐体のフィンより、前記第一回路基板の厚さ方向の一断面における長さが短い請求項５に記載の電気機器。
7. 前記第一回路基板の厚さ方向からの平面視で、前記第二電子部品と重なる位置に配置された前記第二筐体の複数のフィンは、前記第一回路基板の厚さ方向の一断面において、前記第二電子部品の中心から遠いフィンほど長さが短い
   請求項６に記載の電気機器。
8. 前記第一回路基板の厚さ方向からの平面視で、前記第二電子部品と重なる位置に配置された前記第一筐体の複数のフィンは、前記第一回路基板の厚さ方向の一断面において、前記第二電子部品の中心から遠いフィンほど長さが長い
   請求項７に記載の電気機器。
9. 前記第一電子部品は集積回路であり、
   前記第一回路基板の厚さ方向からの平面視において、前記第一電子部品と前記第一筐体のフィンの一部は重なるように配置され、前記第一電子部品と前記第二筐体のフィンは重ならないように配置されている
   請求項２に記載の電気機器。
10. 前記第二電子部品は集積回路であり、
    前記第一回路基板の厚さ方向からの平面視において、前記第二電子部品と前記第二筐体のフィンの一部は重なるように配置され、前記第二電子部品と前記第一筐体のフィンは重ならないように配置されている
    請求項９に記載の電気機器。
11. 前記第一回路基板の厚さ方向からの平面視において、前記第二回路基板上で集積回路が実装されていない位置に前記第一電子部品が配置され、前記第一回路基板上で集積回路が実装されていない位置に前記第二電子部品が配置されている
    請求項１０に記載の電気機器。
12. 前記第一筐体の複数のフィン間の間隔と、前記第二筐体の複数のフィン間の間隔は、同じである
    請求項１または２に記載の電気機器。
13. 少なくとも第一電子部品が実装された第一回路基板を内部に有する第一筐体と、
    少なくとも第二電子部品が実装された第二回路基板を内部に有する第二筐体と、
    前記第一筐体と前記第二筐体とを内部に有する第三筐体と、
    を備える電子制御装置であって、
    前記第一筐体は、前記第二筐体に向かって立設された複数のフィンを有し、
    前記第二筐体は、前記第一筐体に向かって立設された複数のフィンを有し、
    前記第一電子部品で発生した熱の少なくとも一部は、前記第一筐体の少なくとも一部のフィンに伝熱し、
    前記第二電子部品で発生した熱の少なくとも一部は、前記第二筐体の少なくとも一部のフィンに伝熱し、
    前記第一筐体の複数のフィンと前記第二筐体の複数のフィンは、それぞれの立設方向に沿って所定の間隔を開けて互いの先端部が対向して配置され、
    前記第一回路基板の厚さ方向からの平面視において、前記第一電子部品と前記第二電子部品は異なる位置に配置され、
    前記第一筐体の複数のフィンのうち前記第一回路基板の厚さ方向からの平面視で前記第一電子部品と重なるように配置されている各フィンの先端部は、前記第二筐体の複数のフィンのうち前記第二回路基板の厚さ方向からの平面視で前記第二電子部品と重なるように配置されている各フィンの先端部よりも、前記第二回路基板側に位置している
    電子制御装置。
14. 少なくとも第一電子部品が実装された第一回路基板を内部に有する第一筐体と、
    少なくとも第二電子部品が実装された第二回路基板を内部に有する第二筐体と、
    前記第一筐体と前記第二筐体とを内部に有する第三筐体と、
    を備える電子制御装置であって、
    前記第一筐体は、前記第二筐体に向かって立設された複数のフィンを有し、
    前記第二筐体は、前記第一筐体に向かって立設された複数のフィンを有し、
    前記第一電子部品で発生した熱の少なくとも一部は、前記第一筐体の少なくとも一部のフィンに伝熱し、
    前記第二電子部品で発生した熱の少なくとも一部は、前記第二筐体の少なくとも一部のフィンに伝熱し、
    前記第一回路基板の厚さ方向からの平面視において、前記第一電子部品と前記第二電子部品は異なる位置に配置され、
    前記第一筐体において、前記第二回路基板の厚さ方向からの平面視で前記第二電子部品と重なる位置には前記フィンが配置されておらず、
    前記第二筐体において、前記第一回路基板の厚さ方向からの平面視で前記第一電子部品と重なる位置には前記フィンが配置されておらず、
    前記第一筐体の複数のフィンのうち、前記第一回路基板の厚さ方向からの平面視で前記第一電子部品と重なるように配置されている各フィンの先端部は、前記第二筐体の複数のフィンのうち、前記第二回路基板の厚さ方向からの平面視で前記第二電子部品と重なるように配置されている各フィンの先端部よりも、前記第二回路基板側に位置している
    電子制御装置。