JP2010103368A - 電子制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】電子制御装置において、発熱部品から発生する熱を外部に放熱可能であると共に、発熱部品にかかるストレスを低減させ、プリント基板上の部品のレイアウト変更に容易に対応可能とし、さらに構成部材の個々に対する寸法精度の要求レベルを低減させる。
【解決手段】発熱部品３が実装されるプリント基板２と、該プリント基板２を収容する筐体４とを備える電子制御装置であって、上記プリント基板２に立設されると共に少なくとも一端が上記筐体４と接続され、上記発熱部品３から上記プリント基板２に伝熱された熱を上記プリント基板２から上記筐体４に伝熱する伝熱ピン５を備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、発熱部品が実装されたプリント基板と、該プリント基板を収容する筐体とを備える電子制御装置に関するものである。

例えば四輪自動車や二輪自動車には、ＣＰＵ（Central Processing Unit）やデバイスドライバ等の発熱部品が実装されたプリント基板と、該プリント基板を収容する筐体とを備え、四輪自動車や二輪自動車の搭載装置の電子制御を行う電子制御装置が設置されている。
このような電子制御装置では、プリント基板に実装された発熱部品を含む各種部品の良好な動作環境を得るために、発熱部品から発生する熱を外部に放熱する必要がある。

例えば、特許文献１には、筐体（シールドケース）の一部で内部に向けて突出された筒状の突出部を形成し、当該突出部をプリント基板上の発熱部品に当接させることによって、発熱部品から発生する熱を筐体に逃がす方法が開示されている。

また、特許文献２には、発熱部品を放熱部材を介して筐体（カバー）に接続し、筐体に固定された放熱部材を介して発熱部品から発生する熱を筐体に逃がす方法が開示されている（例えば、特許文献２の図６参照）。

また、特許文献３及び特許文献４には、発熱部品が実装されるプリント基板の領域に開口（貫通孔）を形成し、筐体の一部で内部に向けて突出された突出部を開口部を通過させて直接あるいはヒートシンクを介して発熱部品に接続することによって、発熱部品から発生する熱を筐体に逃がす方法が開示されている。
特開平１０−１９０２６３号公報 特開２００６−８６５３６号公報 特開２００３−１１５６８１号公報 特開２００６−２９４７５４号公報

しかしながら、特許文献１〜４のように、発熱部品に対して、筐体の一部、筐体に固定された放熱部材、あるいは筐体に固定されたヒートシンクが当接する場合には、電子制御装置の組立ての際に、筐体、放熱部材あるいはヒートシンクによって発熱部品が押圧され、発熱部品にストレスがかかる。
また、発熱部品に対して接続される突出部や開口を形成した場合には、プリント基板に実装される発熱部品を含む部品を、上記突出部や開口に応じてレイアウトする必要が生じる。このため、プリント基板上における部品のレイアウトの変更に対して柔軟に対応することが難しい。
また、例えば筐体の一部を発熱部品に直接当接させる場合には、発熱部品のストレス軽減や効率的な伝熱のために、発熱部品に筐体の一部を正確に当接させる必要がある。このため、電子制御装置の構成部材に高い寸法精度が要求される。

本発明は、上述する問題点に鑑みてなされたもので、電子制御装置において、発熱部品から発生する熱を外部に放熱可能であると共に、発熱部品にかかるストレスを低減させ、プリント基板上の部品のレイアウト変更に容易に対応可能とし、さらに構成部材の個々に対する寸法精度の要求レベルを低減させることを目的とする。

本発明は、上記課題を解決するための手段として、以下の構成を採用する。

第１の発明は、発熱部品が実装されたプリント基板と、該プリント基板を収容する筐体とを備える電子制御装置であって、上記プリント基板に立設されると共に少なくとも一端が上記筐体と接続され、上記発熱部品から上記プリント基板に伝熱された熱を上記プリント基板から上記筐体に伝熱する伝熱ピンを備えるという構成を採用する。

第２の発明は、上記第１の発明において、上記伝熱ピンが上記プリント基板に対してプレスフィット接続されているという構成を採用する。

第３の発明は、上記第１または第２の発明において、上記伝熱ピンの両端が上記筐体と接続されているという構成を採用する。

第４の発明は、上記第１〜第３いずれかの発明において、上記伝熱ピンが熱伝導材を介して上記筐体に接続されているという構成を採用する。

第５の発明は、上記第１〜第３いずれかの発明において、上記伝熱ピンが直接上記筐体に接続されているという構成を採用する。

第６の発明は、上記第１〜第５いずれかの発明において、上記伝熱ピンが、上記発熱部品のリードの配置領域を避けかつ上記発熱部品に最も近い領域に立設されているという構成を採用する。

第７の発明は、上記第１〜第６いずれかの発明において、上記伝熱ピンを複数有するという構成を採用する。

本発明によれば、伝熱ピンによって発熱部品からプリント基板に伝熱された熱が筐体に伝熱される。このため、発熱部品から発生する熱を外部に放熱することが可能となる。
また、伝熱ピンは、少なくとも一端が筐体と接続されるようにプリント基板に立設されており、発熱部品との接触がない。このため、本発明によれば、伝熱ピンを介して発熱部品に押圧力が作用することがなく、発熱部品にかかるストレスを低減させることが可能となる。
また、伝熱ピンは、極小の領域に設置することが可能である。このため、プリント基板上における伝熱ピンを除く他の部品のレイアウトが決定された後に、空いているスペースに伝熱ピンを設置することができる。このため、本発明によれば、プリント基板上の部品のレイアウト変更に容易に対応することが可能となる。
また、伝熱ピンによって発熱部品から発生する熱を筐体に伝熱することによって、筐体の一部を発熱部品に対して直接当接させる必要がなくなり、電子制御装置の構成部材の個々に対する寸法精度の要求レベルを低減させることが可能となる。
したがって、本発明によれば、電子制御装置において、発熱部品から発生する熱をプリント基板の外部に放熱し、発熱部品にかかるストレスを低減させ、プリント基板上の部品のレイアウト変更に容易に対応することが可能となり、さらに構成部材の個々に対する寸法精度の要求レベルを低減させることが可能となる。

以下、図面を参照して、本発明に係る電子制御装置の一実施形態について説明する。なお、以下の図面においては、各部材を認識可能な大きさとするために、各部材の縮尺を適宜変更している。

（第１実施形態）
図１は、本実施形態の電子制御装置１の一部を模式的に示した断面図である。この図に示すように電子制御装置１は、プリント基板２と、発熱部品３と、筐体４と、伝熱ピン５とを備えている。

プリント基板２は、配線パターンが形成された多層配線基板であり、ＣＰＵ（Central Processing Unit）やデバイスドライバといった発熱部品３を含む複数の電子部品が実装されている。
また、プリント基板２は、伝熱ピン５を設置するための複数のスルーホール２１を備えている。

なお、図２の拡大図に示すように、プリント基板２は、レーザビア２２やベアホール２３等を経由して発熱部品３の実装領域から上記スルーホール２１に接続される伝熱経路２４を備えている。
この伝熱経路２４は、金属配線等で形成された熱伝達率の高い経路であり、発熱部品３から発生する熱を効率的に伝熱ピン５に伝熱するものである。

図１に戻り、発熱部品３は、上述のようにＣＰＵ（Central Processing Unit）やデバイスドライバといった通電されることによって発熱する部品であり、複数のリード３ａによってプリント基板２と電気的及び物理的に接続されている。

筐体４は、プリント基板２を内部に収容するものであり、筐体４とプリント基板２との位置関係を固定する不図示の支持機構を有している。
そして、このような支持機構によってプリント基板２が支持されることによって、プリント基板２の部品実装面（表裏面）と筐体４とが一定距離離間された状態となる。
なお、筐体４は、亜鉛、アルミニウム、銅等の金属材料をプレス加工、切削加工、あるいはダイカスティングすることによって形成される。

そして、本実施形態の電子制御装置１は、発熱部品３からプリント基板２に伝熱された熱をプリント基板２から筐体４に伝熱する伝熱ピン５を複数備えている。
伝熱ピン５は、銅やステンレス鋼等の熱伝達率の高い材料によって形成されたピン部材であり、図２に示すように、プリント基板２とプレスフィット接続するための接触部５ａを有している。この接触部５ａは、伝熱ピン５の他の部位と比較して幅広く形状設定され、径方向への伸縮が可能な部位である。そして伝熱ピン５は、接触部５ａがプリント基板２のスルーホール２１に圧入されることによってプリント基板２に対して立設される。
このような伝熱ピン５は、プリント基板２に対してプレスフィット接続されていることから、力を加えてプリント基板２の厚さ方向に移動させることで、プリント基板２に対して位置調節を行うことができる。そして、接触部５ａは、伝熱ピン５のプリント基板２に対する上記位置調整範囲を確保するために、プリント基板２の厚さ距離よりも伝熱ピン５の長さ方向に長く形成されている。
なお、図２においては、接触部５ａがいわゆるアイレッド型とされているが、シグマ型、Ｍ型あるいは丸型等の他の型とされていても構わない。

そして、本実施形態の電子制御装置１においては、伝熱ピン５の両端５ｂ，５ｃがグリス６（熱伝導材）を介して筐体４と接続されている。

図３は、本実施形態の電子制御装置１が備えるプリント基板２、発熱部品３及び伝熱ピン５のみを示す斜視図である。
この図に示すように、伝熱ピン５は、プリント基板２上における発熱部品３のリード３ａの配置領域を避け発熱部品３に最も近い領域（近接領域）に立設されている。
なお、図３においては、本実施形態の電子制御装置１が備える発熱部品３が、ＱＦＰ（Quad Flat Package）であるものとしており、このため伝熱ピン５が上記近接領域である発熱部品３の４隅に対応した領域に配置されている。
ただし、発熱部品３は、ＱＦＰである必要はなく、ＳＯＰ（Small Outline Package）やＢＧＡ（Ball Grid Array）であっても良い。この場合には、図４に示すように、伝熱ピン５が発熱部品３のリード３ａが形成されていない２辺に対応した領域（近接領域）に配置される。

このような構成を有する電子制御装置１においては、発熱部品３から発生する熱は、プリント基板２から伝熱ピン５を介して筐体４に伝熱されて放熱される。

以上のような本実施形態の電子制御装置１によれば、伝熱ピン５によって発熱部品３からプリント基板２に伝熱された熱が筐体４に伝熱される。このため、発熱部品３から発生する熱を外部に放熱することが可能となる。
また、伝熱ピン５は、両端５ｂ，５ｃがグリス６を介して筐体４と接続されるようにプリント基板２に立設されており、発熱部品３との接触がない。このため、伝熱ピン５を介して発熱部品３に押圧力が作用することがなく、電子制御装置１の組み立ての際等において発熱部品３にかかるストレスを低減させることが可能となる。
また、伝熱ピン５は、プリント基板２上の極小の領域に設置することが可能であり、電気的な短絡さえ避ければ任意の箇所に設置することができる。このため、プリント基板２上における伝熱ピン５を除く他の部品のレイアウトが決定された後に、空いているスペースに伝熱ピン５を設置することができる。このため、本実施形態の電子制御装置１によれば、プリント基板２上の部品のレイアウト変更に容易に対応することが可能となる。
また、伝熱ピン５によって発熱部品３から発生する熱を筐体４に伝熱することによって、筐体４の一部を発熱部品に対して直接当接させる必要がなくなり、電子制御装置の構成部材（例えば筐体４等）の個々に対する寸法精度の要求レベルを低減させることが可能となる。
したがって、本実施形態の電子制御装置１によれば、発熱部品３から発生する熱をプリント基板２の外部に放熱し、発熱部品３にかかるストレスを低減させかつプリント基板２上の部品のレイアウト変更に容易に対応することが可能となり、さらに構成部材の個々に対する寸法精度の要求レベルを低減させることが可能となる。

また、本実施形態の電子制御装置１によれば、伝熱ピン５がプリント基板２に対してプレスフィット接続されている。
このため、電子制御装置１を組み立てる際や電子制御装置１が外部振動を受けた場合等に、延在方向（プリント基板の厚さ方向）から伝熱ピン５に外力が加わった場合であっても、伝熱ピン５がプリント基板２の厚さ方向に移動することができる。すなわち、本実施形態の電子制御装置１においては、伝熱ピン５が移動することによって外力を逃がす構造となっている。したがって、伝熱ピン５を介してプリント基板２に応力が作用することを抑止することが可能となる。

また、本実施形態の電子制御装置１によれば、伝熱ピン５の両端５ｂ，５ｃが筐体４に対して接続されている。
このため、伝熱ピン５の両端５ｂ，５ｃから筐体に発熱部品３から発生する熱を伝熱することができ、より放熱を素早く行うことが可能となる。

また、本実施形態の電子制御装置１によれば、伝熱ピン５がグリス６を介して筐体４と接続されている。
このため、伝熱ピン５と筐体４との位置関係を正確に合わせなくとも、グリス６の量等を調節することで伝熱ピン５と筐体４とを接続することができる。

また、本実施形態の電子制御装置１によれば、伝熱ピン５が発熱部品３のリード３ａの配置領域を避け発熱部品３に最も近い領域に立設されている。
このため、発熱部品３のリード３ａと伝熱ピン５が接触することによって短絡することを防止しつつ最も効率的に発熱部品３から発生する熱を筐体４に伝熱することができる。

また、本実施形態の電子制御装置１は、複数の伝熱ピン５を有している。
このため、複数の伝熱ピン５を介して発熱部品３から発生する熱を筐体４に伝熱される。よって、より放熱を素早く行うことが可能となる。

（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態について説明する。なお、本第２実施形態の説明において、上記第１実施形態と同様の部分については、その説明を省略あるいは簡略化する。

図５は、本実施形態の電子制御装置１Ａの一部を模式的に示した断面図である。この図に示すように、本実施形態の電子制御装置１Ａが備える伝熱ピン５の両端５ｂ，５ｃは筐体４に対して直接接続されている。
また伝熱ピン５の端５ｂ側と端５ｃ側とには、伝熱ピン５を筐体４に対してプレスフィット接続するための接触部５ｄが形成されている。この接触部５ｄは、接触部５ａと同様に、伝熱ピン５の他の部位と比較して幅広く形状設定され、径方向への伸縮が可能な部位である。
そして、本実施形態の電子制御装置１Ａにおいては、筐体４に伝熱ピン５を挿入する挿入孔４ａが形成されており、当該挿入孔４ａに伝熱ピン５の各端５ｂ，５ｃが圧入されることによって伝熱ピン５が筐体４に対して直接接続される。

このような本実施形態の電子制御装置１Ａによれば、伝熱ピン５と筐体４とが直接接続されているため、グリス等の熱伝導材を介して伝熱ピン５を筐体４に接続する場合と比較して、熱抵抗を減少させることができ、より効率的に放熱を行うことが可能となる。

また、本実施形態の電子制御装置１Ａによれば、伝熱ピン５が筐体４に対してプレスフィット接続されているため、上記第１実施形態の電子制御装置１Ａと同様に、伝熱ピン５を高さ方向に位置調節することが可能となる。

（第３実施形態）
次に、本発明の第３実施形態について説明する。なお、本第３実施形態の説明においても、上記第１実施形態と同様の部分については、その説明を省略あるいは簡略化する。

図６は、本実施形態の電子制御装置１Ｂの一部を模式的に示した断面図である。この図に示すように、本実施形態の電子制御装置１Ｂが備える伝熱ピンの一端５ｂが筐体４に対して直接接続され、他端５ｃが筐体４に対してグリス６を介して接続されている。
また伝熱ピン５の端５ｂ側には、伝熱ピン５を筐体４に対してプレスフィット接続するための接触部５ｄが形成されている。この接触部５ｄは、接触部５ａと同様に、伝熱ピン５の他の部位と比較して幅広く形状設定され、径方向への伸縮が可能な部位である。
そして、本実施形態の電子制御装置１Ｂにおいては、筐体４に伝熱ピン５を挿入する挿入孔４ａが形成されており、当該挿入孔４ａに伝熱ピン５の端５ｂが圧入されることによって伝熱ピン５の一端５ｂが筐体４に対して直接接続される。

このような本実施形態の電子制御装置１Ｂによれば、伝熱ピン５の一端５ｂと筐体４とが直接接続されているため、グリス等の熱伝導材を介して伝熱ピン５の両端５ｂ，５ｃを筐体４に接続する場合と比較して、熱抵抗を減少させることができ、より効率的に放熱を行うことが可能となる。
一方で、伝熱ピン５の他端５ｃは、グリス６を介して筐体４と接続されている。このため、伝熱ピン５と筐体４との位置関係を正確に合わせなくとも、グリス６の量等を調節することで伝熱ピン５と筐体４とを接続することができる。

（第４実施形態）
次に、本発明の第４実施形態について説明する。なお、本第４実施形態の説明においても、上記第１実施形態と同様の部分については、その説明を省略あるいは簡略化する。

図７は、本実施形態の電子制御装置１Ｃの一部を模式的に示した断面図である。この図に示すように、本実施形態の電子制御装置１Ｂが備える伝熱ピンの一端５ｃが筐体４に対して直接接続され、他端５ｂが筐体４に対してグリス６を介して接続されている。
また伝熱ピン５の端５ｃ側には、伝熱ピン５を筐体４に対してプレスフィット接続するための接触部５ｄが形成されている。この接触部５ｄは、接触部５ａと同様に、伝熱ピン５の他の部位と比較して幅広く形状設定され、径方向への伸縮が可能な部位である。
そして、本実施形態の電子制御装置１Ｂにおいては、筐体４に伝熱ピン５を挿入する挿入孔４ａが形成されており、当該挿入孔４ａに伝熱ピン５の端５ｃが圧入されることによって伝熱ピン５の一端５ｃが筐体４に対して直接接続される。

このような本実施形態の電子制御装置１Ｂによれば、伝熱ピン５の一端５ｃと筐体４とが直接接続されているため、グリス等の熱伝導材を介して伝熱ピン５の両端５ｂ，５ｃを筐体４に接続する場合と比較して、熱抵抗を減少させることができ、より効率的に放熱を行うことが可能となる。
一方で、伝熱ピン５の他端５ｂは、グリス６を介して筐体４と接続されている。このため、伝熱ピン５と筐体４との位置関係を正確に合わせなくとも、グリス６の量等を調節することで伝熱ピン５と筐体４とを接続することができる。

以上、添付図面を参照しながら本発明に係る電子制御装置の好適な実施形態について説明したが、本発明は、上記実施形態に限定されないことは言うまでもない。上述した実施形態において示した各構成部材の諸形状や組み合わせ等は一例であって、本発明の主旨から逸脱しない範囲において設計要求等に基づき種々変更可能である。

例えば、上記実施形態においては、伝熱ピン５がプリント基板２に対してプレスフィット接続されている構成について説明した。
しかしながら、本発明はこれに限定されるものではなく、伝熱ピンをプリント基板に対して固定する構成を採用することもできる。

また、上記実施形態においては、伝熱ピン５が真っ直ぐな棒形状を有する構成について説明した。
しかしながら、本発明はこれに限定されるものではなく、伝熱ピン５が湾曲している形状や、複数に枝分かれしている形状を採用しても良い。

また、上記実施形態においては、伝熱ピン５の両端５ｂ，５ｃが筐体に対して接続されている構成について説明した。
しかしながら、本発明はこれに限定されるものではなく、伝熱ピン５の両端５ｂ，５ｃのいずれかのみが筐体に対して接続されている構成を採用しても良い。

また、上記実施形態においては、本発明の熱伝導材としてグリス６を用いる構成について説明した。
しかしながら、本発明はこれに限定されるものではなく、本発明の熱伝導材として、例えば、シリコンゲルや伝熱シートを用いることもできる。

また、上記実施形態においては、伝熱ピン５が発熱部品３のリード３ａの配置領域を避け発熱部品３に最も近い領域に立設されている構成について説明した。
しかしながら、本発明はこれに限定されるものではなく、プリント基板２上の他の領域に伝熱ピンを立設させても良い。

本発明の第１実施形態における電子制御装置の一部を模式的に示した断面図である。 本発明の第１実施形態における電子制御装置が備えるプリント基板の拡大断面図である。 本発明の第１実施形態における電子制御装置が備える伝熱ピンの配置を示す斜視図である。 本発明の第１実施形態における電子制御装置が備える伝熱ピンの配置の変形例を示す斜視図である。 本発明の第２実施形態における電子制御装置の一部を模式的に示した断面図である。 本発明の第３実施形態における電子制御装置の一部を模式的に示した断面図である。 本発明の第４実施形態における電子制御装置の一部を模式的に示した断面図である。

符号の説明

１，１Ａ，１Ｂ，１Ｃ……電子制御装置、２……プリント基板、２１……スルーホール、２２……レーザビア、２３……ベアホール、２４……伝熱経路、３……発熱部品、４……筐体、４ａ……挿入孔、５……伝熱ピン、５ａ……接触部、５ｂ，５ｃ……端、５ｄ……接触部、６……グリス（熱伝導材）

Claims (7)

1. 発熱部品が実装されるプリント基板と、該プリント基板を収容する筐体とを備える電子制御装置であって、
   前記プリント基板に立設されると共に少なくとも一端が前記筐体と接続され、前記発熱部品から前記プリント基板に伝熱された熱を前記プリント基板から前記筐体に伝熱する伝熱ピンを備えることを特徴とする電子制御装置。
2. 前記伝熱ピンが前記プリント基板に対してプレスフィット接続されていることを特徴とする請求項１記載の電子制御装置。
3. 前記伝熱ピンの両端が前記筐体と接続されていることを特徴とする請求項１または２記載の電子制御装置。
4. 前記伝熱ピンが熱伝導材を介して前記筐体に接続されていることを特徴とする請求項１〜３いずれかに記載の電子制御装置。
5. 前記伝熱ピンが直接前記筐体に接続されていることを特徴とする請求項１〜３いずれかに記載の電子制御装置。
6. 前記伝熱ピンが、前記発熱部品のリードの配置領域を避けかつ前記発熱部品に最も近い領域に立設されていることを特徴とする請求項１〜５いずれかに記載の電子制御装置。
7. 前記伝熱ピンを複数有することを特徴とする請求項１〜６いずれかに記載の電子制御装置。
   
   
   

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