WO2022137653A1

WO2022137653A1 - 電子制御装置

Info

Publication number: WO2022137653A1
Application number: PCT/JP2021/031897
Authority: WO
Inventors: 直輝星谷; 俊明高井
Original assignee: Hitachi Astemo Ltd
Current assignee: Astemo Ltd
Priority date: 2020-12-25
Filing date: 2021-08-31
Publication date: 2022-06-30
Anticipated expiration: 2023-06-25
Also published as: JP7502470B2; JPWO2022137653A1; CN116583944A

Abstract

電子制御装置（１００）は、回路基板（５）と、第１筐体（ベース部材（１））と、第２筐体（カバー部材（７））と、放熱グリス（３）と、を備える。回路基板（５）は、発熱部品（４）が搭載され、貫通孔（９）を有する。第１筐体（ベース部材（１））は、貫通孔（９）に向かって突出する第１突出部（台座（１１））を有する。第２筐体（カバー部材（７））は、第１突出部（台座（１１））と対向する第２突出部（カバー部材突出部（８））を有する。放熱グリス（３）は、貫通孔（９）を形成する回路基板（５）の内壁から第１突出部（台座（１１））及び第２突出部（カバー部材突出部（８））へ熱を伝導する。

Description

電子制御装置

　本発明は、電子制御装置に関する。

　車載用電子制御装置は、高度な自動運転機能の実現のため、高速演算および高速処理に対応したマイコンを搭載しており、求められる自動運転機能の高度化に伴い、マイコンの演算能力は年々増大しており、発熱量も比例し増大している。

　一方で搭載する車載空間、筐体軽量化の観点から筐体のサイズアップを抑えつつ放熱性の向上を行う必要があるといった課題がある。

　本技術分野の背景として、特開２００９－１８２１８２（特許文献１）がある。この公報には、「電子部品収容ケース体における放熱構造」が開示されている。発熱電子部品を実装する回路基板と、回路基板を収容するケース体から構成されるとともに、そのケース体は前記回路基板の表面側、裏面側とを覆うように二つのケース体により形成され、ケース体には発熱電子部品に当接する熱伝達用突出部を一体的に設けており、熱伝達用突出部を介して熱をケース体に放熱することができ、また収容ケースの突出部を用い回路基板の位置合わせピンとしても使用する放熱構造体であり、簡単に部品の組み付けを行うことができる電子部品収納ケース体における放熱構造が提供される。

特開２００９－１８２１８２号公報

　しかしながら前記特許文献１の放熱構造は、回路基板もしくは発熱電子部品の表面に対しケース体から伸びる熱伝達用突出部が触れる構造になっている。そのことから熱伝達用突出部と熱源との距離は表面側、裏面側で等しくなく、どちらか一方に伝熱量が偏ってしまうことで放熱効率を最大化できないことが課題である。

　本発明の目的は、放熱効率を向上することができる電子制御装置を提供することにある。

　上記目的を達成するために、本発明の電子制御装置は、発熱部品が搭載され、貫通孔を有する回路基板と、前記貫通孔に向かって突出する第１突出部を有する第１筐体と、前記第１突出部と対向する第２突出部を有する第２筐体と、前記貫通孔を形成する前記回路基板の内壁から前記第１突出部及び前記第２突出部へ熱を伝導する放熱グリスと、を備える。

　本発明によれば、放熱効率を向上することができる。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。

実施形態１の断面図（展開図）である。実施形態１の断面図（組立図）である。実施形態２の断面図（展開図）である。実施形態２の断面図（組立図）である。貫通孔部の構造例１である。貫通孔部の構造例２である。貫通孔部の構造例３である。溝部の形状を示す断面図である。貫通孔の配置・形状例１である。貫通孔の配置・形状例２である。貫通孔の配置・形状例３である。

　以下、図面を参照して本電子制御装置と放熱方法に係る実施の形態を説明する。ただし、以下に示す実施形態はあくまでも例示に過ぎず、実施形態で明示しない種々の変形例や技術の適用を排除する意図はない。すなわち、本実施形態を、その趣旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。又、各図は、図中に示す構成要素のみを備えるという趣旨ではなく、他の機能等を含むことができる。

　［実施形態１］
　図１は、本実施形態に係る放熱構造の構成図の例である。電子制御装置１００は、ベース部材１とカバー部材７との間に回路基板５を挟んだ構成になっており、回路基板５は、ネジ６などの締結具でベース部材１に固定されている。ベース部材１からはベース部材突出部２、カバー部材７からはカバー部材突出部８がそれぞれ向かい合うように延伸している。また回路基板５には貫通孔９が設けられており、対向して配置されているベース部材突出部２とカバー部材突出部８が同時に挿通される位置に配置されている。

　ベース部材突出部２もしくはカバー部材突出部８の先端には放熱グリス３が塗布されており、電子制御装置１００は不図示のネジ等の締結部材にて組立てられる際に貫通孔９の壁とベース部材突出部２とカバー部材突出部８が放熱グリス３を介し熱的に接続される。

　放熱グリス３にはグリース状、ジェル状などの種類の材料が用いられている。一般的に使用されているの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。また実装状況などを鑑みて導電性、非導電性の放熱グリス３を選択し使用する。放熱グリス３は、回路基板５の熱による変形や振動、およ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。貫通孔９への充填については放熱グリス３と回路基板５は略同一平面上に配置される。

　発熱部品４は、回路基板５に半田等の接合材で電気的に接続されている。発熱部品４から生じた熱は半田等の接合材を介し回路基板５へ伝わり、回路基板上で滞留している熱は貫通孔９から放熱グリス３を介し熱的に接続されたベース部材突出部２とカバー部材突出部８へと伝わり、ベース部材１とカバー部材７へと放熱される。また貫通孔９はメッキ１０で覆われており、ＧＮＤパターンなどを通じ電気的に発熱部品４と接続されている。発熱部品４から放出される熱は配線パターンを通じメッキ１０に効率よく伝熱される。

　ＧＮＤパターンと接続されたメッキ部とベース部材突出部２、カバー部材突出部８の両方もしくはいずれかが接続される場合、回路基板５とベース部材１、カバー部材７の同電位性が向上することで耐ＥＭＣ性能の向上を行える。

　ベース部材１とベース部材突出部２の間には放熱グリス３を回路基板５の略同一平面上に留めるための台座１１が設けられている。台座１１の径は貫通孔９よりも大きい。

　図９、図１０、図１１に示した貫通孔９の形状は、丸、長穴などのバリエーションがあり貫通孔９の径を大きくするほど放熱グリス３を介しベース部材１とカバー部材７に接触する面積が大きくなることで、より効率よく回路基板５からベース部材１とカバー部材７への放熱を行うことができる。また長穴形状にする場合、貫通孔９の４隅はメッキを施せるようにＲを付けた形状になっている。

　また貫通孔９の配置位置は、発熱部品４の近辺、基板端などでもよく発熱部品４の近辺に配置すると回路基板全体に広がる前に放熱を行えるため効率よく放熱を行うことができる。

　一方で基板端に貫通孔９を配置すると発熱部品４の周辺に部品実装と配線を行うためのスペースを確保することができるほか、回路基板５をベース部材１に締結する際に基板端に設置した貫通孔９を用い回路基板５を挟持することでネジ６などの締結具を用いることなく回路基板収納筐体へ組付けを行うことができる。

　ベース部材１とカバー部材７はそれぞれアルミニウム（例えば、ＡＤＣ１２）等の熱伝導性に優れた金属材料により形成されている。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、低コスト化および軽量化を図ることもできる。カバー部材７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。

　本実施形態の特徴は、以下のようにまとめることもできる。

　図２に示すように、電子制御装置１００は、少なくとも、回路基板５と、第１筐体（ベース部材１）と、第２筐体（カバー部材７）と、放熱グリス３と、を備える。回路基板５は、発熱部品４が搭載され、貫通孔９を有する。第１筐体（ベース部材１）は、貫通孔９に向かって突出する第１突出部（台座１１）を有する。第２筐体（カバー部材７）は、第１突出部（台座１１）と対向する第２突出部（カバー部材突出部８）を有する。放熱グリス３は、貫通孔９を形成する回路基板５の内壁から第１突出部（台座１１）及び第２突出部（カバー部材突出部８）へ熱を伝導する。

　これにより、発熱部品４の熱は、貫通孔９を形成する回路基板５の内壁、放熱グリス３、第１突出部（台座１１）、第２突出部（カバー部材突出部８）、第１筐体（ベース部材１）、第２筐体（カバー部材７）を介して大気中に放熱される。なお、本実施形態では、ベース部材１、カバー部材７を、それぞれ第１筐体、第２筐体と呼んでいるが、逆であってもよい。また、台座１１は、ベース部材１に設けられているが、カバー部材７に設けられてもよい。

　詳細には、第１突出部（台座１１）は、第２突出部（カバー部材突出部８）と対向する凸部（ベース部材突出部２）を有する。放熱グリス３は、貫通孔９を形成する回路基板５の内壁と、凸部（ベース部材突出部２）及び第２突出部（カバー部材突出部８）との間に充填される。これにより、発熱部品４の熱は、貫通孔９を形成する回路基板５の内壁、放熱グリス３、凸部（ベース部材突出部２）、第１突出部（台座１１）、第２突出部（カバー部材突出部８）、第１筐体（ベース部材１）、第２筐体（カバー部材７）を介して大気中に放熱される。

　図５に示すように、凸部（ベース部材突出部２）の先端は、貫通孔９の内部に位置する。第１突出部（台座１１）は、貫通孔９を塞ぐ。これにより、例えば、放熱グリス３は発熱部品４を搭載する回路基板５の面側にもれない。また、本実施形態では、組立時にベース部材１が鉛直方向下側になり、台座１１で回路基板５を支持することができる。

　本実施形態では、凸部（ベース部材突出部２）と第２突出部（カバー部材突出部８）は、先細り形状である。これにより、例えば、凸部（ベース部材突出部２）と回路基板５の貫通孔９と第２突出部（カバー部材突出部８）の位置決めが容易となる。

　回路基板５は、グランドに接続される配線パターンを示すＧＮＤパターン１３を有し、貫通孔９は、ＧＮＤパターン１３と接続されたメッキ１０を有する。第１突出部（台座１１）は、メッキ１０に接する。これにより、少なくともＧＮＤパターン１３、メッキ１０、第１突出部（台座１１）、第１筐体（ベース部材１）が同電位となる。

　なお、図５等において、メッキ１０の高さは、レジスト１４より低い。そのため、台座１１がメッキ１０と確実に接触するように、メッキ１０の端部１０Ｅ（図５）を台座１１の外周よりも外側まで広げている。

　図９に示す例では、貫通孔９は、発熱部品４の角に隣接し、発熱部品４を搭載する回路基板５の面に対し、円状に形成される。これにより、例えば、発熱部品４のリード端子と貫通孔９との干渉を避けつつ、貫通孔９の加工が容易となる。

　図１０に示す例では、貫通孔９は、発熱部品４の角に隣接し、発熱部品４を搭載する回路基板５の面に対し、Ｌ字状に形成される。これにより、例えば、発熱部品４のリード端子と貫通孔９との干渉を避けつつ、回路基板５と放熱グリス３の接触面積を大きくすることができる。

　図１１に示す例では、貫通孔９は、回路基板５の縁に隣接し、発熱部品４を搭載する回路基板５の面に対し、直線状に形成される。これにより、例えば、配線パターンと貫通孔９との干渉を避けつつ、回路基板５と放熱グリス３の接触面積をさらに大きくすることができる。

　以上説明したように、本実施形態によれば、放熱効率を向上することができる。

　［実施形態２］
　図３は、実施形態１の構成に加えて、ベース部材突出部２に放熱グリス３を塗布する為の溝部１２を設けている。溝部１２に溜められた放熱グリス３はカバー部材突出部８により押圧されることで貫通孔９の内側に広がり、ベース部材突出部２とカバー部材突出部８は放熱グリス３を介し熱的に結合される。

　溝部１２を作ることで放熱グリス３の塗布位置、押圧位置の定量化を行い、個体差による放熱性能のバラつきを抑える役割を果たす。

　図６に示すように、凸部（ベース部材突出部２）は、第２突出部（カバー部材突出部８）と対向する凹部（溝部１２）を有する。放熱グリス３は、第２突出部（カバー部材突出部８）と凹部（溝部１２）との間に充填される。これにより、例えば、凸部（ベース部材突出部２）と放熱グリス３の接触面積を大きくすることができる。

　［変形例］
　また図８のように、ベース部材突出部２を無くし台座１１に溝部１２を作ることもできる。換言すれば、図７に示すように、第１突出部（台座１１）は、第２突出部（カバー部材突出部８）と対向する凹部（溝部１２）を有する。これにより、放熱グリス３の凹部（溝部１２）への塗布が図６の例よりも容易となる。放熱グリス３は、第２突出部（カバー部材突出部８）と凹部（溝部１２）との間に充填される。第２突出部（カバー部材突出部８）の先端は、凹部（溝部１２）の内部に位置する。第１突出部（台座１１）は、貫通孔９を塞ぐ。これにより、例えば、放熱グリス３は発熱部品４を搭載する回路基板５の面側にもれ出しにくい。

　第１突出部（台座１１）に凹部（溝部１２）を設ける場合、組立て時にカバー部材突出部８が放熱グリス３と接触するようにカバー部材突出部８の高さを延伸させる必要がある。

　また、図６～図８に示すように、溝部１２の形状については押圧された放熱グリス３が溝部１２の外に流れ出やすくさせるために溝部１２はテーパー形状になっている。換言すれば、凹部（溝部１２）は、凹部（溝部１２）の底に向かうにつれて狭くなるようにテーパーを有する。

　なお、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が可能であり、また、ある実施形態の構成に他の実施形態の構成を加えることも可能である。また、各実施形態の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。

　本発明の実施形態は、以下の態様であってもよい。

　（１）．発熱部品４が搭載された回路基板５と、回路基板５を挟持するベース部材１とカバー部材７を備える回路基板収納筐体を有し、ベース部材１及びカバー部材７には回路基板５側に突出する第一、第二の突出部がそれぞれ設けられている。回路基板５には貫通孔９が設けられており、第一、第二の突出部は貫通孔９内で対向するように配置されている。第一、第二の突出部との間には放熱グリス３が塗布されており、筐体組立てを行う際に第一、第二の突出部に押圧されることにより貫通孔９内に放熱グリス３が充填されることを特徴とする電子制御装置。

　（２）．前記第一の突出部及び前記第二の突出部の先端には、凸部もしくは凹部のいずれかが設けられ前記放熱グリス３は前記凹部内に塗布される。前記放熱グリス３は前記凸部と前記凹部により押圧されることにより前記貫通孔９に充填され、前記放熱グリス３と前記回路基板５は略同一平面上に配置される。さらに前記凸部と前記ベース部材１もしくは前記カバー部材７の間には台座１１が設けられ、もしくは前記凸部には放熱グリス３が流れ出ることを防止するための台座１１が設けられ前記台座１１の断面積は、前記貫通孔９の断面積よりも大きいことを特徴とする（１）に記載の電子制御装置。

　（３）．前記貫通孔９の断面積より大きい断面積を有する台座１１に放熱グリス３を塗布するための凹部を設置することで、より広い面積で貫通孔９に放熱グリス３を充填させることができることを特徴とする（２）に記載の電子制御装置。

　（４）．前記貫通孔９を基板端（回路基板５の端）に設置することで、ネジ６などの基板締結具を用いることなく回路基板収納筐体へ回路基板５を挟持させることを特徴とする（１）に記載の電子制御装置。

　（１）～（４）によれば、発熱部品４から発せられ、回路基板５で滞留している熱を効率よく回路基板収納筐体へ放熱させる電子制御装置を提供することができる。

１００…電子制御装置
１…ベース部材
２…ベース部材突出部
３…放熱グリス
４…発熱部品
５…回路基板
６…ネジ
７…カバー部材
８…カバー部材突出部
９…貫通孔
１０…メッキ
１０Ｅ…メッキの端部
１１…台座
１２…溝部
１３…ＧＮＤパターン
１４…レジスト

Claims

　発熱部品が搭載され、貫通孔を有する回路基板と、
　前記貫通孔に向かって突出する第１突出部を有する第１筐体と、
　前記第１突出部と対向する第２突出部を有する第２筐体と、
　前記貫通孔を形成する前記回路基板の内壁から前記第１突出部及び前記第２突出部へ熱を伝導する放熱グリスと、
　を備えることを特徴とする電子制御装置。
　請求項１に記載の電子制御装置であって、
　前記第１突出部は、
　前記第２突出部と対向する凸部を有し、
　前記放熱グリスは、
　前記貫通孔を形成する前記回路基板の内壁と、前記凸部及び前記第２突出部との間に充填される
　ことを特徴とする電子制御装置。
　請求項２に記載の電子制御装置であって、
　前記凸部は、
　前記第２突出部と対向する凹部を有し、
　前記放熱グリスは、
　前記第２突出部と前記凹部との間に充填される
　ことを特徴とする電子制御装置。
　請求項３に記載の電子制御装置であって、
　前記凹部は、
　底に向かうにつれて狭くなるようにテーパーを有する
　ことを特徴とする電子制御装置。
　請求項４に記載の電子制御装置であって、
　前記凸部の先端は、
　前記貫通孔の内部に位置し、
　前記第１突出部は、
　前記貫通孔を塞ぐ
　ことを特徴とする電子制御装置。
　請求項５に記載の電子制御装置であって、
　前記凸部は、
　先細り形状である
　ことを特徴とする電子制御装置。
　請求項６に記載の電子制御装置であって、
　前記第２突出部は、
　先細り形状である
　ことを特徴とする電子制御装置。
　請求項１に記載の電子制御装置であって、
　前記第１突出部は、
　前記第２突出部と対向する凹部を有し、
　前記放熱グリスは、
　前記第２突出部と前記凹部との間に充填される
　ことを特徴とする電子制御装置。
　請求項８に記載の電子制御装置であって、
　前記第２突出部の先端は、
　前記凹部の内部に位置し、
　前記第１突出部は、
　前記貫通孔を塞ぐ
　ことを特徴とする電子制御装置。
　請求項１に記載の電子制御装置であって、
　前記回路基板は、
　ＧＮＤパターンを有し、
　前記貫通孔は、
　前記ＧＮＤパターンと接続されたメッキを有し、
　前記第１突出部は、
　前記メッキに接する
　ことを特徴とする電子制御装置。
　請求項１に記載の電子制御装置であって、
　前記貫通孔は、
　前記発熱部品の角に隣接し、
　前記発熱部品を搭載する回路基板の面に対し、円状に形成される
　ことを特徴とする電子制御装置。
　請求項１に記載の電子制御装置であって、
　前記貫通孔は、
　前記発熱部品の角に隣接し、
　前記発熱部品を搭載する回路基板の面に対し、Ｌ字状に形成される
　ことを特徴とする電子制御装置。
　請求項１に記載の電子制御装置であって、
　前記貫通孔は、
　前記回路基板の縁に隣接し、
　前記発熱部品を搭載する回路基板の面に対し、直線状に形成される
　ことを特徴とする電子制御装置。