JP2010057345A - 電子制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】振動や熱により回路基板が変形してもケースと配線回路パターン間の電気的な機能障害を抑制または防止することができる電子制御装置を提供する。
【解決手段】本発明の電子制御装置では、電子部品５及び配線回路パターンが設けられた回路基板であるプリント配線板１を収納固定するケース２に、電子部品５で発生した熱を筐体を介して外部へと放熱させる放熱用台座１４を設け、その放熱用台座１４の上面周縁部にケース２と配線回路パターンとの接触を抑制する接触抑制手段である突起部１５を設けた。突起部１５は、プリント配線板１の熱変形量が大きくなるコネクタ近傍部に設ける。
【選択図】図７

Description

本発明は、電気回路部を構成した回路基板をケース内に収容してカバーで覆った電子制御装置に関し、詳細には、発熱素子を有する電子制御装置に関する。

例えば、電子部品を実装した回路基板をケース内に収納しカバーで蓋をした電子制御装置（ＥＣＵ）では、電子部品から発生する熱をケース外へ放熱させるために、回路基板とケースとの間に放熱ゲルや放熱シート等の放熱部材を介在させ、この放熱部材を介して発熱をケース外へと放出させる放熱構造を採用している。放熱性能を高めるためには、放熱部材の厚みを薄くすることが求められるが、そうすると回路基板に生じる反りやケースの寸法加工精度等により、回路基板とケースとが接触してショート等する場合があり、信頼性が低下してしまう場合があった。

そこで、配線回路とケースとの接触を防止するために、回路基板に形成された配線パターンとは異なる位置に突起部をケースに設けた技術が開示されている（例えば、特許文献１に記載）。
特開２００４−３１４９５号公報

しかしながら、特許文献１に記載の技術では、配線回路の損傷を回避するための突起部の設定箇所が特定されていないため、車両振動や熱の影響を受けて回路基板が最も変形する部位を前記突起部で支えることが出来ず、前記配線回路が損傷する可能性がある。

そこで、本発明は、振動や熱により回路基板が変形してもケースと配線回路パターン間の電気的な機能障害を防止又は抑制することができる電子制御装置を提供することを目的とする。

本発明の電子制御装置では、回路基板を収納固定するケースに、電子部品で発生した熱を筐体を介して外部へと放熱させる放熱用台座を設け、その放熱用台座の上面周縁部にケースと配線回路パターンとの接触を抑制する接触抑制手段を設けることを特徴としている。

本発明の電子制御装置によれば、振動や熱の影響で回路基板が変形してもケースと配線回路パターンとの間の電気的な機能障害を抑制または防止することができる。

以下、本発明を適用した具体的な実施形態について図面を参照しながら詳細に説明する。

「電子制御装置の構成」
図１は本実施形態の電子制御装置をカバー側から見たときの全体斜視図、図２は図１の分解斜視図、図３は本実施形態の電子制御装置をケース側から見たときの全体斜視図、図４は図３の分解斜視図、図５はケースを開口側より見たときの平面図、図６は図１のＡ−Ａ線断面図、図７は図１のＢ−Ｂ線断面図であり、接触抑制手段が設けられた部位を示す要部拡大断面図である。

本実施形態の電子制御装置は、図１から図４に示すように、回路基板を構成するプリント配線板１と、このプリント配線板１を収納する筐体であるケース２と、ケース２内に固定したプリント配線板１を覆って該ケース２に装着されるカバー３と、を有して構成されている。電子制御装置は、例えば自動車用のエンジン制御ユニットやステアリング制御ユニット或いはブレーキ制御ユニット等に使用され、自動車車体に取り付けられる。もちろん、この電子制御装置は、自動車用に限定されるものではない。

プリント配線板１は、図２に示すように、例えばガラスエポキシ樹脂等の如き絶縁樹脂材料等をベースとし、そのベースの表裏面に配線回路パターンを形成すると共に電子部品５を実装させることで電気回路部を構成する。電気回路部は、単層基板であれば表面と裏面に配線回路パターンを形成して構成され、多層基板であれば間に挟まれる中間基板にも配線回路パターンを形成して構成される。配線回路パターンは、図示を省略する絶縁層によってその表面が覆われて保護されている。図２及び図４では、配線回路パターンは、絶縁層で覆われることから図示していない。

プリント配線板１に実装される電子部品５には、エンジン制御ユニットではそのユニットを構成するための各種電子部品が使用され、例えばコンデンサ、コイル、トランジスタ、半導体ＩＣ等が用いられる。電子部品５のうち、５ａ、５ｂは比較的発熱性の高い電子部品（例えばパワートランジスタやインバータなど）である。図２は、複数種類ある電子部品５のうち、一部の電子部品５ａ、５ｂのみを図示してあり、その他の電子部品は図示を省略してある。

また、プリント配線板１には、図４に示すように、ケース２への取り付け面となる裏面１ａに外部コネクタと接続されるコネクタ６が取り付けられている。コネクタ６は、プリント配線板１の平面視長方形状をなす長手方向の一側縁寄りで、かつ該長手方向長さの中央部位近傍の位置に設けられている。プリント配線板１の中で熱変形量が多いのが、前記コネクタ６が取り付けられる部位である。前記プリント配線板１は、後述するケース２内の四隅からケース２の内方に向かって延設して設けられた基板固定部１２に載せられ、基板四隅から同様にケース２の内方に向かった位置に形成された取付孔７に挿通されるネジ８にて固定される。また、プリント配線板１は、後述する基板固定部１２の近傍に設けられた位置決めピン９に位置決め孔１０を嵌入させて前記ケース２に対する装着位置を定め、このとき位置決めピン９と位置決め孔１０とは遊嵌されており、両部材間にクリアランスが形成されている。

ケース２は、図２及び図４に示すように、上向きに開口した略四角形状の有底箱状体に形成されている。かかるケース２は、電気回路部で発生した熱を外部へ放熱するために、放熱性に優れたアルミニウム、鉄、ステンレス鋼等の金属材料から形成される。ケース２の底部２ａには、前記コネクタ６の接続口をケース外に突出させるためのコネクタ挿通孔１１が形成されている。また、ケース２の底部２ａには、ケース開口側へと垂直方向に突出し、プリント配線板１が載置される天面１２ａを有する基板固定部１２が設けられている。

基板固定部１２は、図５に示すように、ケース２の四隅から、ケース２の内方に向かって延設されており、またコネクタ挿通孔１１と反対側位置のケース長手方向中央位置近傍にも同じくケース２の内方に向け基板固定部１２が設けられている。この基板固定部１２の天面１２ａは、プリント配線板１に対して面接触状態で接するように平坦面とされている。そして、基板固定部１２の天面１２ａには、プリント配線板１を該基板固定部１２にネジ８で固定させるためのネジ孔１３が形成されている。

また、ケース２には、図２、図５〜図７に示すように、電子部品５で発生した熱を筐体（ケース２）を介して外部へ放熱させる放熱用台座１４が設けられている。放熱用台座１４は、プリント配線板１に実装される他の電子部品に対して発熱量が多い電子部品５（５ａ、５ｂ）と対応する位置に、ケース２の底部２ａから開口側へ向かって垂直方向に突出した矩形体として形成されている。本実施形態では、コネクタ挿通孔１１とは反対側の左右隅部にそれぞれ設けられている。

また、放熱用台座１４は、プリント配線板１において放熱が要求される発熱領域（発熱部品の実装領域）に対応して形成され、１つ或いは複数設けることができ、また、放熱用台座１４の形状、面積は放熱要求領域に併せて適宜設定されるものである。

放熱用台座１４は、好ましくは、この上に配置される前記電子部品５の外形寸法（幅及び長さ）よりも大とされ、該電子部品５で発生した熱を効率良く放熱させる。かかる放熱用台座１４は、前記した基板固定部１２にプリント配線板１を載せたときに、このプリント配線板１との間に絶縁空間として機能する微小間隙Ｓを有する高さとされている。このプリント配線板１に接近する放熱用台座１４の上面１４ａは、凹凸の無い平坦面とされ、電子部品５から放熱された熱を効率よく筐体へ伝熱させるための放熱伝達面として機能する。以下、放熱用台座１４の上面１４ａを、放熱伝達面１４ａと称する。

前記放熱伝達面１４ａには、ケース２と配線回路パターンとの接触を抑制する接触抑制手段である突起部１５が設けられている。かかる突起部１５は、放熱用台座１４の上面周縁部に前記プリント配線板１に向かって突出している。前記突起部１５は、四隅をネジ８で固定したプリント配線板１が電子部品５から発せられる熱、もしくは車両振動を受けて変形したときに前記放熱用台座１４の上面周縁部１４ｂ、１４Ｃに接触することから、この上面周縁部１４ｂと１４ｃとが連結している放熱台座１４に設けている。特に、本実施形態では、プリント配線板１の熱変形量が最大となるコネクター６の近傍部に、前記突起部１５を設けている。図５では、前記放熱用台座１４の放熱伝達面１４ａうちコネクタ挿入孔１１に最も近い角部に、前記突起部１５を突設させている。

前記突起部１５は、基板固定部１２上にネジ止めされた変形前のプリント配線板１に対しては接触せず、該プリント配線板１が変形したときに接触する高さとされている。かかる突起部１５の配置位置は、プリント配線板１の大きさによりその位置が決められ、例えば図５よりもプリント配線板１が大きい場合には同図中の点線で示す位置に適宜設けられる。この突起部１５と放熱伝達面１４ａと基板固定部１２の上面（プリント配線板取付け面）との関係は、図７に示すとおり放熱伝達面１４ａ、突起部１５、基板固定部１２の天面１２ａの順でその高さが高くなっている。この関係を式で表すと、基板固定部１２の天面１２ａ＞突起部＞放熱伝達面なる関係とされている。

また、この突起部１５と対向するプリント配線板１の部位４には、図７で示すように、変形で突起部１５とプリント配線板１とが接触し絶縁層を破って配線回路パターンと接触してショートすることを防止するために、配線回路が形成されない部位４を設けている。別の見方をすると、配線回路パターンを形成していない部位４に接触するように、前記突起部１５の位置を決めて設けている。図７では、突起部１５と対向するプリント配線板１の部位４を配線パターンを形成していない部位として網掛けＮで表している。

前記放熱伝達面１４ａとプリント配線板１との間に形成された絶縁空間として機能する微小間隙Ｓには、電子部品５で発生した熱をケース２へと伝熱させるために、熱伝導性に優れたセラミックス粉等を含んだシート状又はゲル状のシリコン材料からなる放熱材１７が介在される。放熱材１７は、電子部品５から発生された熱をケース２の放熱伝達面１４ａに逃がし、プリント配線板１が高温となるのを防止する。

そして、該電子部品５ａ，５ｂに対応したプリント配線板１の領域（図５中Ｔ１、Ｔ２）は、放熱用台座１４の放熱伝達面１４ａに、放熱材１７を介して弾性的に支承されている。

また、本実施形態において放熱伝達面１４ａは凹凸の無い平坦面としたが、凹凸を設けても良く、そのようにすれば放熱伝達面１４ａと放熱材１７との接触面積が多くなり、放熱効果を高めることができる。

また、放熱材１７は柔軟性を有するため、車両振動等によるプリント配線板１の変形や、振動を効果的に吸収することができる。

この他、ケース２には、冷却効果を高めるための放熱フィン１６が設けられている。放熱フィン１６は、各放熱用台座１４が設けられた部位と対応するケース２の底面に設けられている。また、ケース２には、この電子制御装置を車体に固定するための固定用ブラケット１８、１９が設けられている。また、ケース２の四隅のうち対角となる角部には、プリント配線板１を覆って配置されるカバー３の取付け位置を規制するための一対のカバー位置決め片２０、２０が形成されている。また、ケース２の四隅には、後述するカバー３を取り付けるためのカバー取付けネジ孔２１が形成されている。さらに、このケース２の開口外周縁部には、後述するカバー３を接着固定させるためのシール溝２２が全周に亘って形成されている。

カバー３は、図１から図４に示すように、ケースと同様、放熱性に優れたアルミニウム、鉄、ステンレス鋼等の金属材料から形成され、ケース内に固定したプリント配線板１を覆って該ケース２に装着される。本実施形態では、カバー３は、平面視矩形状をなす平板とされている。このカバー３には、ケース内の圧力を調整する呼吸フィルター２３を取り付けるフィルター取付け孔２４が形成されている。フィルター取付け孔２４の周囲には、ケース内への水の進入を防止する防護壁２５が設けられている。

また、カバー３の四隅のうち対角となる角部には、一対のカバー位置決め片２０、２０間に遊嵌されて位置決めされる位置決め部２７が形成されている。また、カバー３の四隅には、前記ケース２に形成されたカバー取付けネジ孔２１に固定ネジ２８でネジ止めするための固定ネジ取付け孔２９が形成されている。さらに、カバー３には、ケース２に形成されたシール溝２２に接着剤等の如きシール材３０と共に挿入される環状突条部３１が形成されている。

「電子制御装置の組立手順」
次に、上述のように構成された電子制御装置の組立手順について説明する。先ず、図２に示すように、２箇所の放熱伝達面１４ａに放熱材１７を取り付ける。次に、ケース２の外周囲に形成されたシール溝２２内にシール材３０を充填する。次いで、ケース２にプリント配線板１を取り付ける。プリント配線板１をケース２に取り付けるには、コネクタ６を下向きとし、２箇所に形成した位置決め孔１０を前記ケース２の位置決めピン９に遊嵌させると共にプリント配線板１の四隅を各基板固定部１２上に載せる。また、このとき、コネクタ６をコネクタ挿入孔１１よりケース２の底面より外方へ突出させる。

そして、前記ネジ８を取付孔７を介してネジ孔１３に螺合する。この結果、プリント配線板１は、四隅とコネクタ挿入孔１１が設けられた位置とは反対側の側縁部中央に設けられた合計５箇所の基板固定部１２上に固定される。また、プリント配線板１は、前記放熱伝達面１４ａ上に配置された放熱材１７とほぼ隙間なく密着する。このプリント配線板１は、前記５箇所の基板固定部１２と放熱材１７と密着する部位以外は、ケース２の底部２ａに対して接触することなく所定の空間を有したフローティング配置とされる。

そして、カバー３の対角に形成した２箇所の位置決め部２７を、ケース２に形成した一対のカバー位置決め片２０、２０間に遊嵌させる。また、このとき、環状突条部３１をシール溝２２内に挿入させて固定ネジ２８を前記カバー３に形成した固定ネジ取付け孔２９を介して前記ケース２のカバー取付けネジ孔２１にねじ込む。その結果、カバー３は、内部にプリント配線板１を収納させた状態でケース２に固定される。ケース２とカバー３は、シール部材３０でシールされることからケース外周囲からの水の進入が阻止される。

「作用効果」
次に、本実施形態の電子制御装置の作用効果について説明する。

本実施形態では、回路基板であるプリント配線板１を収納固定するケース２に、電子部品５で発生した熱を筐体を介して外部へと放熱させる放熱用台座１４を設け、その放熱用台座１４の上面周縁部にケース２と配線回路パターンとの接触を抑制する接触抑制手段を設けたので、この接触抑制手段によってケース２と配線回路パターンとの接触が回避される。つまり、車両振動や熱によりプリント配線板１が変形した場合、基板の四隅が固定されていることから、プリント配線板１の中心側（基板固定部１２よりケース２の内方側）の変形量が多くなり、放熱用台座１４の上面周縁部に基板が接触し易くなるため、その接触し易い部位に接触抑制手段を設けることで、ケース２と配線回路パターンとの接触を効果的に回避可能となる。その結果、ケース２と配線回路パターン間の接触を抑制でき、当該配線回路パターンを保護することができる。特許文献１のように、突起部の設定箇所が特定されていないとプリント配線板が最も変形する部位を前記突起部で支えることができずに配線回路パターンを損傷させてしまうが、本実施形態ではこれを抑制、または防止することができる。

このように、本実施形態では、接触抑制手段を設置する位置を特定したので、ケース２とプリント配線板１間のクリアランス（前記微小隙間Ｓ）を少なくすることができ、放熱効率を上げることが可能となる。前記微小隙間Ｓは、出来るだけ小さい方が放熱性能向上の面では有利であるが、ケース２とプリント配線板１間の接触による配線回路パターンの損傷を考慮すると大きくする必要がある。本実施形態では、車両振動や熱の影響を受けてプリント配線板１が最も変形する部位である放熱用台座１４の上面周縁部に接触抑制手段を設けたので、前記ケース２とプリント配線板１間の微小隙間Ｓを出来るだけ小さくすることが可能となる。その結果、本実施形態によれば、放熱効率を上げられることから、熱伝導材である放熱材１７の使用量を少なくすることができ、製造コストダウンを実現できる。

また、本実施形態では、接触抑制手段を放熱用台座１４の上面１４ａからその上に配置されるプリント配線板１に向かって突出する突起部１５としたので、その突起部１５が設けられた部位のみ接触し、それ以外の部位の接触を回避することができる。

また、本実施形態では、プリント配線板１の熱変形量が大きくなるコネクター６の近傍部に接触抑制手段である突起部１５を設けたので、プリント配線板１が変形した部位を前記突起部１５で支持することができる。プリント配線板１では、電子部品５よりも樹脂材料からなるコネクタ６が最も熱膨張係数が高いため、コネクタ６が設けられる部位が一番延びる部位となる。この変形量が多いコネクタ６が設けられる部位の近傍部に突起部１５を設ければ、効果的にケース２と配線回路パターンとの接触を抑制、または防止することができる。

また、本実施形態では、基板固定部１２からケース２の内方へ向かった位置で、ケース２の長手方向および／又は短手方向の中心線Ｌ１、Ｌ２に近い位置に突起部１５を設けたことで、プリント配線板１の中で変形量が多い部位に対して効果的にケース２と配線回路パターンとの接触を抑制できる。これにより、電気的な機能障害を抑制または防止することが可能となる。

また、本実施形態では、放熱用台座１４と対向するプリント配線板１には、該放熱用台座１４との対向面とは反対側の面に発熱量が最も多い電子部品５を配置しているので、最も発熱量が多い電子部品５から発生した熱を真下に設けた放熱用台座１４へ伝熱させてケース外へ放熱させることができる。

また、本実施形態では、放熱用台座１４をこの上に配置される電子部品５の外形よりも大としたので、電子部品５から発生した熱をこの大きな放熱用台座１４で効率良く放熱させることができる。

また、本実施形態では、放熱用台座１４が設けられた部位のケース底面に放熱フィン１６を設けたので、この放熱用台座１４より伝熱された熱を、該放熱用台座１４の真下に配置された放熱フィン１６でケース外へ効率良く放熱させることができる。

また、本実施形態では、接触抑制手段である突起部１５と対向するプリント配線板１の部位には、配線回路パターンが形成されていないため、接触により配線回路パターンを損傷させることはない。これにより、車両振動や熱の影響でプリント配線板１が変形したとしても、電気回路部の一部を破断させてしまうことを回避できる。

以上、本発明を適用した具体的な実施形態について説明したが、本発明は、上述した実施形態に制限されることはない。

図１は本実施形態の電子制御装置をカバー側から見たときの全体斜視図である。 図２は図１の分解斜視図である。 図３は本実施形態の電子制御装置をケース側から見たときの全体斜視図である。 図４は図３の分解斜視図である。 図５はケースを開口側より見たときの平面図である。 図６は図１のＡ−Ａ線断面図である。 図７は図１のＢ−Ｂ線断面図であり、接触抑制手段が設けられた部位を示す要部拡大断面図である。

符号の説明

１…プリント配線板（回路基板）
２…ケース
３…カバー
５（５ａ、５ｂ）…電子部品
６…コネクタ
１２…基板固定部
１４…放熱用台座
１４ａ…放熱伝達面
１５…突起部（接触抑制手段）
１７…放熱材
３０…シール材

Claims (7)

1. 電子部品が実装されると共に配線回路パターンが形成されて電気回路部が構成された回路基板と、
   前記回路基板を固定させる基板固定部と、前記回路基板の一部に対して微小隙間を有するように近接して設けられ、前記電子部品で発生した熱を筐体を介して外部へ放熱させる放熱用台座と、を有した天面が開口されたケースと、
   前記ケース内に固定した前記回路基板を覆って該ケースに装着されるカバーと、
   前記回路基板と対向する前記放熱用台座の上面周縁部に設けられ、前記ケースと前記配線回路パターンとの接触を抑制する接触抑制手段と、を備えた
   ことを特徴とする電子制御装置。
2. 請求項１に記載の電子制御装置であって、
   前記接触抑制手段は、前記放熱用台座の上面からその上に配置される前記回路基板に向かって突出する突起部からなる
   ことを特徴とする電子制御装置。
3. 請求項２に記載の電子制御装置であって、
   前記突起部は、前記回路基板に搭載されるコネクター近傍部に設けた
   ことを特徴とする電子制御装置。
4. 請求項１から請求項３の何れか１項に記載の電子制御装置であって、
   前記放熱用台座と対向する前記回路基板には、該放熱用台座との対向面とは反対側の面に発熱量が多い電子部品が配置されている
   ことを特徴とする電子制御装置。
5. 請求項１から請求項４の何れか１項に記載の電子制御装置であって、
   前記放熱用台座は、この上に配置される前記電子部品の外形よりも大とされた
   ことを特徴とする電子制御装置。
6. 請求項１から請求項５の何れか１項に記載の電子制御装置であって、
   前記放熱用台座が設けられた部位の前記ケース底面に、放熱フィンを設けた
   ことを特徴とする電子制御装置。
7. 請求項２から請求項６の何れか１項に記載の電子制御装置であって、
   前記突起部と対向する前記回路基板の部位には、前記配線回路パターンが形成されていない
   ことを特徴とする電子制御装置。

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