JP2020202329A - 電子制御装置 - Google Patents
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Abstract
Description
例えば、特許文献1に示す電子機器は、冷却性を確保する構造を有している。この電子機器を特許文献1の図1の符号を参照して説明すると、フィンを有する放熱部材16と、傾斜面を有する伝熱板20との間に熱接合材22を設け、伝熱板20と基板14との間に設けたケース24内に電子部品26を挿入して、電子部品26により傾斜面を介して伝熱板20を放熱部材16側に押圧する構造が知られている。この構造では、伝熱板20が電子部品26に押し付けられた状態で接触するので、伝熱板20と電子部品26との間の接触熱抵抗を抑えることができ、電子部品26の熱を、伝熱板20および熱接合材22を介して放熱部材16に効率よく伝えることができると記載されている。この構造では、伝熱板20の電子部品26に接触する面の面積は、電子部品26の面積より小さく形成されている(例えば、特許文献1参照)。
本発明の第二の態様によると、電子制御装置は、放熱部と、前記放熱部の一面側に配置された基板と、前記基板の、前記放熱部の前記一面側との対向面側に実装された電子部品と、前記電子部品と前記放熱部との間に設けられ、前記電子部品に熱結合する第一の伝熱部と、前記電子部品の前記第一の伝熱部と熱結合されていない領域と前記基板とを熱結合する第二の伝熱部とを備える。
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。
以下、図1〜図4を参照して、本発明の第1の実施形態を説明する。
図1は、本発明の電子制御装置の外観斜視図であり、図2は、図1に図示された電子制御装置のII−II線断面図である。
電子制御装置100は、上部筐体1と下部筐体2とからなる筐体を有する。上部筐体1と下部筐体2は、不図示のねじ等の締結部材により固定されている。筐体の前面には、1つまたは複数のコネクタ8と、複数のイーサネット(登録商標)ターミナル9が配置されている。筐体の内部には、回路基板(基板)3と、マイコン等の半導体素子を含む電子部品4と、伝熱材(第一の伝熱部)5および伝熱部材(第二の伝熱部)7と、が収容されている。
熱伝導性に優れた金属材料により形成され、複数の放熱フィン6を有する上部筐体1は、放熱部を構成する。上述したように、伝熱材5は、上部筐体1の突出部12と電子部品4との間に介装されている。上部筐体1の突出部12は、平面視で、電子部品4よりも大きい面積の矩形形状を有し、電子部品4は、全体が、上部筐体1の突出部12の外周の内側に配置されている。伝熱材5は、上部筐体1の突出部12のほぼ全面に設けられている。従って、電子部品4は、全体が、伝熱材5の外周の内側に配置されている。
なお、電子部品4は、平面視で矩形形状を有するものに限られるものではなく、平面視で、多辺形形状であればよい。
中間部7cは、介装部7aと実装部7bを接続する部分であり、介装部7aおよび実装部7bそれぞれに、ほぼ直交する方向に延在して形成されている。
伝熱部材7は、電子部品4の上部4aの周囲に配置された複数(本実施形態では4つ)の分割伝熱部材71を含む。各分割伝熱部材71は、電子部品4のコーナー部およびその周囲を覆って設けられている。各分割伝熱部材71は、隣接する分割伝熱部材71と隙間72が形成されるように離間して設けられている。各分割伝熱部材71の介装部7aの内端7a1と電子部品4の上部4aの側面4a2との間には隙間73が形成されている。
(1)電子制御装置100は、電子部品4と上部筐体1(放熱部)との間に設けられ、電子部品4に熱結合する伝熱材(第一の伝熱部)5と、電子部品4の、伝熱材5と熱結合されていない領域(電子部品4の下部4bの上面4b1)と伝熱材5との間に設けられた介装部7aを有し、電子部品4と伝熱材5に熱結合された伝熱部材(第二の伝熱部)7とを備える。このため、電子部品4の、伝熱材5に接触されない領域(電子部品4の下部4bの上面4b1)からも、伝熱部材7および伝熱材5を介して上部筐体1(放熱部)に放熱することができ、電子部品4の冷却能力を向上することができる。
図5は、本発明の第1の実施形態に基づく電子制御装置の実施例1を示す外観斜視図である。
実施例1として、図5に示される外観を有する電子制御装置101を作製した。電子制御装置101の上部筐体1Aは、図1に図示される上部筐体1とは相違するが、上部筐体1Aおよび下部筐体2(図5には図示されず)内に形成される断面構造は、図3と同一である。また、電子制御装置101の、電子部品4と伝熱部材7の組付け構造は、図4と同一である。
上部筐体1Aと下部筐体を組み付けて形成した筐体の外形は110mm×110mm×30mm(厚さ)とした。なお、回路基板3は、上部筐体1Aの4つのコーナー部に設けられたボス部10にねじ11により固定した。
電子部品4は、31mm×31mm×3.2mm(厚さ)のFCBGA(Flip Chip
Ball Grid Array)型の半導体装置として形成し、はんだ付けにより回路基板3の中央に実装した。
回路基板3は、50mm×50mm×1.6mm(厚さ)を有するFR4材料により形成した。回路基板3は8層の積層配線基板を想定しており、等価熱伝導率は、面内方向では69.4W/mK、垂直方向では0.45W/mKである。
図6は、本発明の電子制御装置の第2の実施形態を示し、第1の実施形態の図3に相当する拡大断面図である。
第2の実施形態の電子制御装置102は、下部筐体2Aを、電子部品4から発生される熱を放熱する放熱部材とする構造とした点で第1の実施形態と相違する。
下部筐体2Aは、第1の実施形態で述べたように、アルミニウム等の熱伝導性に優れた金属材料により形成されている。下部筐体2Aは、上部筐体1と同様に、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し、低コスト化および軽量化を図ることもできる。下部筐体2Aは、回路基板3の方向に突出させた複数(第2の実施形態では4つ)の伝熱部21を有する。
下部筐体2Aの回路基板3側と反対側に、放熱フィンを設けても良い。
伝熱材16の材料として、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が、これに限定されるものではない。
なお、回路基板3の下面側に、発熱量が大きい電子部品が実装されている場合には、伝熱材16を延在し、延在部分でその電子部品の表面を覆ってもよい。
従って、第2の実施形態においても、第1の実施形態の効果(1)〜(6)と同様な効果を奏する。
(7)回路基板3と下部筐体2Aの伝熱部21とが、伝熱材16を介して熱結合されており、電子部品4から発生される熱は、伝熱材16を介して伝熱部21に熱伝導され、下部筐体2Aにより放熱される。電子部品4から発生される熱は、上部筐体1および下部筐体2Aの両部材により放熱されるので、放熱能力を一層大きくすることが可能となる。
本発明の第2の実施形態に基づく実施例2の電子制御装置102を作製した。
実施例2の電子制御装置102は、図6に図示される断面構造を有する。
実施例2の電子制御装置102は、回路基板3に形成したスルーホール15と、下部筐体2Aに設けた伝熱部21とを伝熱材16により熱結合した構造を有し、それ以外は、実施例1と同様な構造を有する。
伝熱材16は、伝熱材5と同様に、熱伝導率が2W/mKの、シリコン系樹脂に熱伝導性フィラーを含有した低弾性の伝熱材を用いて形成した。伝熱材16の外形は6mm×6mm×1.9mm(厚さ)とし、スルーホール15の形成領域と同一位置に配置した。
実施例2の電子制御装置102の外観、および回路基板3から上方の上部筐体1までの内部構造は、実施例1と同一である。
比較例の電子制御装置100Rを作製し、実施例1および実施例2と放熱効果を比較した。
比較例の電子制御装置100Rは、電子部品4の上部4aの上面4a1および下部4bの上面4b1を覆う伝熱材5Aにより電子部品4と上部筐体1の突出部12とを熱結合した構造を有する。電子制御装置100Rは、伝熱部材7を備えていない。また、電子制御装置100Rでは、回路基板3にスルーホール15が形成されておらず、下部筐体2には、回路基板3に熱結合するための伝熱部21は設けられていない。
伝熱材5Aは、実施例1および実施例2の伝熱材5と同一の熱伝導率(2W/mK)を有しており、外形サイズは26mm×26mm×1.9mm(厚さ)である。
放熱効果は、電子部品4の温度上昇量を比較することにより行った。温度上昇量とは、電子部品4のジャンクション温度(℃)から、環境温度の80℃を引いた値を表したものである。ジャンクション温度は、図11に図示される電子部品4の内部JTに位置する不図示のシリコンダイの表面温度である。
図10には、実施例1、実施例2および比較例の電子制御装置それぞれの、電子部品4の温度上昇量が示されている。
図7は、本発明の電子部品と伝熱部材の組付け状態の変形例1を示し、第1の実施形態の図4に相当する図である。
図7に示す伝熱部材7Uは、隣接する分割伝熱部材71同士が連結部75により連結され、4つの分割伝熱部材71が1つの部材として、電子部品4の上部4aの外周を囲む環状に一体に形成された構造を有する。各分割連結部材71は、それぞれ、電子部品4の4つのコーナー部およびその周囲を覆って設けられている点は、図4に図示された伝熱部材7と同様である。
伝熱部材7Uは、4つの分割伝熱部材71が1つの部材として一体化された構造を有するため、位置決めが容易となり、組付けの能率化を図ることができる。
第1、第2の実施形態の伝熱部材7に替えて、伝熱部材7Uを用いることができる。
図8は、本発明の電子部品と伝熱部材の組付け状態の変形例2を示し、第1の実施形態の図4に相当する図である。
図8に示す伝熱部材7Vは、図7に示す伝熱部材7Uと同様、4つの分割伝熱部材71が1つの部材として一体化された部材であり、さらに、各分割伝熱部材71の介装部7aのコーナー部に、スリット76が形成されたものである。
スリット76は、分割伝熱部材71の介装部7aの、電子部品4の上部4aのコーナー部に対応する内縁から、電子部品4の下部4bのコーナー部付近まで延在して形成されている。
第1、第2の実施形態の伝熱部材7または伝熱部材7Uに替えて、伝熱部材7Vを用いることができる。
第1、第2の実施形態の伝熱部材7または伝熱部材7Uに替えて、伝熱部材7Vを用いることができる。
図9は、本発明の電子部品と伝熱部材の組付け状態の変形例3を示し、第1の実施形態の図4に相当する図である。
図9に示す伝熱部材7Wは、図7に示す伝熱部材7Uと同様、4つの分割伝熱部材71が1つの部材として一体化された部材であり、さらに、各分割伝熱部材71の実装部7bを、形成部77と非形成部78が交互に配列された櫛歯状となしたものである。
実装部7bを櫛歯状とすることにより、実装部7bの熱容量が低減するので、実装部7bを回路基板3にはんだ付けする際の加熱が容易となり、伝熱部材7Wと回路基板3との接合が容易となる。
第1、第2の実施形態の伝熱部材7または伝熱部材7U、7Vに替えて、伝熱部材7Wを用いることができる。
2、2A 下部筐体
3 回路基板(基板)
4 電子部品
4a 上部
4a1 上面
4b 下部
4b1 上面
6 放熱フィン
5 伝熱材(第一の伝熱部)
7、7U、7V、7W 伝熱部材(第二の伝熱部)
7a 介装部
7b 実装部
12 突出部
14 接合材
15 スルーホール
16 伝熱材
21 伝熱部
71 分割伝熱部材
75 連結部
100、101、102 電子制御装置
Claims (12)
- 放熱部と、
前記放熱部の一面側に配置された基板と、
前記基板の、前記放熱部の前記一面側との対向面側に実装された電子部品と、
前記電子部品と前記放熱部との間に設けられ、前記電子部品に熱結合する第一の伝熱部と、
前記電子部品の前記第一の伝熱部と熱結合されていない領域と前記第一の伝熱部との間に設けられた介装部を有し、前記電子部品と前記第一の伝熱部に熱結合された第二の伝熱部とを備える電子制御装置。 - 請求項1に記載の電子制御装置において、
前記第二の伝熱部は、前記介装部と一体に形成され、前記基板に実装される実装部
を有する電子制御装置。 - 請求項2に記載の電子制御装置において、
前記第二の伝熱部は、可撓性を有する電子制御装置。 - 請求項2に記載の電子制御装置において、
前記第二の伝熱部の前記実装部は、熱伝導性を有する接合材により前記基板に実装されている電子制御装置。 - 請求項1に記載の電子制御装置において、
前記基板は、内層にグランドパターンを有する多層配線基板であり、
前記基板には、前記グランドパターンに接続されたスルーホールが形成され、
前記第二の伝熱部は、前記スルーホールに電気的に接続されている電子制御装置。 - 請求項1に記載の電子制御装置において、
前記基板は、前記基板の表面から裏面に貫通するスルーホールを有し、
前記スルーホールは、前記基板の前記放熱部と反対側に配置された伝熱部に熱結合している電子制御装置。 - 請求項1に記載の電子制御装置において、
前記電子部品は、上部および前記上部の上面よりも低い位置に表面を有する下部を有し、
前記第二の伝熱部の前記介装部は、前記下部の前記表面と前記第一の伝熱部との間に設けられている電子制御装置。 - 請求項7に記載の電子制御装置において、
前記第二の伝熱部は複数の分割伝熱部を含む電子制御装置。 - 請求項8に記載の電子制御装置において、
前記第二の伝熱部は、前記複数の分割伝熱部を連結して一体化する連結部を有する電子制御装置。 - 請求項1に記載の電子制御装置において、
前記第一の伝熱部は、常温で柔軟性を有する樹脂を含む層である電子制御装置。 - 請求項1から10までのいずれか一項に記載の電子制御装置において、
前記放熱部は、前記第一の伝熱部に熱結合する突出部、および前記第一の伝熱部側と反対側に設けられた放熱フィンを有する放熱ケースを有する電子制御装置。 - 放熱部と、
前記放熱部の一面側に配置された基板と、
前記基板の、前記放熱部の前記一面側との対向面側に実装された電子部品と、
前記電子部品と前記放熱部との間に設けられ、前記電子部品に熱結合する第一の伝熱部と、
前記電子部品の前記第一の伝熱部と熱結合されていない領域と前記基板とを熱結合する第二の伝熱部とを備える電子制御装置。
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