JP2021106233A - 電子制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、樹脂材料を筐体のベース部に使用し、放熱性を向上すると共に、金属材料に比較して、製造コストを低くし、質量を軽くす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は、樹脂材料で形成されるベース部と、ベース部と一体に形成される放熱部と、放熱部の内部に設置される放熱用金属部と、放熱用金属部の上面及び／又は放熱部の上面に設置される熱伝導部材と、熱伝導部材の上方に設置される回路基板と、回路基板に設置される電子部品と、を有することを特徴とする。【選択図】 図２

Description

本発明は、電子制御装置に関する。

自動車は、車室内やエンジンルーム内などに、エンジンコントロールユニットや自動変速機用コントロールユニットなどの電子制御装置を搭載する。

電子制御装置は、例えば、電子部品やコネクタを実装する回路基板や回路基板を収容するカバー部とベース部とからなる筐体などから構成される。

こうした本技術分野の背景技術として、特開２０１４−１８７０６３号公報（特許文献１）がある。特許文献１には、電子部品を実装する回路基板と、回路基板を収容する筐体と、筐体と電子部品との間に放熱グリスを塗布し、筐体と電子部品とを熱的に接続する電子制御装置が記載される（要約参照）。

特開２０１４−１８７０６３号公報

特許文献１に記載される電子制御装置は、筐体のベース部がアルミニウムなどの金属材料で形成される。

そして、一般的には、金属材料を筐体のベース部に使用する場合、金属材料を溶かし、型に入れ、固める製造技術であるダイカストが使用される。しかし、ダイカストは、脱脂処理、バリ取り、ショットブラストなどの工程を含むため、製造コストが高くなる。また、金属材料を筐体のベース部に使用する場合、金属材料は比重が大きいため、質量が重くなる。

樹脂材料（高熱伝導樹脂）を筐体のベース部に使用し、製造コストを低くし、質量を軽くすることができる。しかし、樹脂材料（高熱伝導樹脂）を筐体のベース部に使用する場合は、金属材料を筐体のベース部に使用する場合に比較して、放熱性が低下する。

そこで、本発明は、樹脂材料（高熱伝導樹脂）を筐体のベース部に使用し、放熱性を向上すると共に、金属材料に比較して、製造コストを低くし、質量を軽くする電子制御装置を提供する。

上記した課題を解決するため、本発明の電子制御装置は、樹脂材料で形成されるベース部と、ベース部と一体に形成される放熱部と、放熱部の内部に設置される放熱用金属部と、放熱用金属部の上面及び／又は放熱部の上面に設置される熱伝導部材と、熱伝導部材の上方に設置される回路基板と、回路基板に設置される電子部品と、を有することを特徴とする。

本発明によれば、樹脂材料（高熱伝導樹脂）を筐体のベース部に使用し、放熱性を向上すると共に、金属材料に比較して、製造コストを低くし、質量を軽くする電子制御装置を提供する。

なお、上記した以外の課題、構成及び効果については、下記する実施例の説明により、明らかにされる。

実施例１に記載する電子制御装置２１を説明する分解斜視図である。 実施例１に記載する電子制御装置２１を説明する断面図である。 実施例２に記載する電子部品６近傍の電子制御装置２２を説明する断面図である。 実施例３に記載する電子部品６近傍の電子制御装置２３を説明する断面図である。 実施例４に記載する電子部品６近傍の電子制御装置２４を説明する断面図である。 実施例５に記載する電子部品６近傍の電子制御装置２５を説明する断面図である。 実施例６に記載する電子部品６近傍の電子制御装置２６を説明する断面図である。 実施例７に記載する電子部品６近傍の電子制御装置２７を説明する断面図である。 実施例８に記載する電子部品６近傍の電子制御装置２８を説明する断面図である。

以下、本発明の実施例を、図面を使用して説明する。なお、実質的に同一又は類似の構成には、同一の符号を付し、説明が重複する場合には、その説明を省略する場合がある。

本発明の実施例で説明する電子制御装置は、自動車（図示せず）に搭載され、そして、自動車は、この電子制御装置により、内燃機関（図示せず）、トランスミッション（図示せず）、パワーステアリング（図示せず）などが制御される。なお、電子制御装置を、ＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）と呼称する場合もある。

まず、実施例１に記載する電子制御装置２１を説明する。

図１は、実施例１に記載する電子制御装置２１を説明する分解斜視図である。

実施例１に記載する車載制御装置２１は、回路基板７と、回路基板７を内部に収容し、ベース部２及びカバー部１を有する筐体と、を有する。なお、筐体は、ベース部２とカバー部１とを接合したものであり、筐体の内部の空間に、回路基板７が収容される。

回路基板７の片面（上面若しくは下面）又は両面には、半導体素子などの発熱する矩形形状の電子部品６が、電気的に設置（実装）される。なお、実施例１では、電子部品６は、回路基板７の上面に、設置される。また、回路基板７には、ねじ穴が形成される。電子部品６は、回路基板７の下面に、設置されてもよい。

回路基板７には、回路基板７と外部とを電気的に接続するコネクタ８が設置される。コネクタ８には、所要本数のコネクタ端子（図示せず）が接続される。回路基板７にも、コネクタ端子が接続される。つまり、コネクタ８と回路基板７とは、コネクタ端子を介して、電気的に接続される。なお、回路基板７は、樹脂やセラミクスなどと金属配線とからなる配線基板である。

ベース部２には、回路基板７が設置される。ベース部２には、回路基板７とベース部２との間のクリアランス（間隔）を狭めるために、放熱部３が設置される。放熱部３は、回路基板７を介して、電子部品６に対向するように、形成される。なお、放熱部３は、ベース部２と一体に形成される。また、ベース部２には、ねじ穴が形成される。

放熱部３は、中心部に円形形状の貫通孔（開口部）が形成される。また、放熱部３は、水平方向の断面が円形形状を有する。つまり、放熱部３は、円柱形状を有する。しかし、放熱部３及び貫通孔は、円形形状に限定されるものではなく、矩形形状であってもよい。

ベース部２及び放熱部３は、樹脂と充填材（フィラー）とを混合する高熱伝導樹脂（樹脂材料）で形成される。この高熱伝導樹脂の熱伝導率は、１０〜３０Ｗ／（ｍ・Ｋ）であることが好ましい。なお、樹脂としては、ポリブチレンテレフタレート樹脂（ＰＢＴ）やポリフェニレンサルファイド樹脂（ＰＰＳ）が使用され、充填材としては、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）やアルミニウム（Ａｌ）が使用される。

カバー部１は、下面が開口した箱型形状を有する。カバー部１は、樹脂や、樹脂と充填材とを混合する高熱伝導樹脂で形成される。この高熱伝導樹脂の熱伝導率も、１０〜３０Ｗ／（ｍ・Ｋ）であることが好ましい。なお、樹脂としては、ポリブチレンテレフタレート樹脂（ＰＢＴ）やポリフェニレンサルファイド樹脂（ＰＰＳ）が使用される。充填材としては、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）やアルミニウム（Ａｌ）が使用される。

また、回路基板７の周囲には、筐体の防水性を確保するシール部材１５が設置される。そして、回路基板７は、止めねじ１４により、ベース部２に固定される。カバー部１とベース部２とは、コネクタ８が設置される回路基板７を挟み込んで組み立てられる。つまり、ベース部２に回路基板７が設置され、回路基板７を覆うように、カバー部１が設置される。

放熱部３の内部、つまり、放熱部３に形成される貫通孔には、放熱用金属部４が設置される。放熱用金属部４は、水平方向の断面が、貫通孔に嵌合するように、円形形状を有する。しかし、放熱用金属部４は、円形形状に限定されるものではなく、貫通孔に嵌合すれば、矩形形状であってもよい。なお、放熱用金属部４は、鉛直方向の断面が、Ｔ字形状であってもよい。この場合、貫通孔も、鉛直方向の断面が、Ｔ字形状に形成される。また、放熱部３の内部とは、放熱部３を貫通する貫通孔や放熱部３に挿入される挿入孔を意味する。

このように、放熱部３には放熱用金属部４が貫通する貫通孔が形成され、ベース部２には放熱用金属部４が挿入する挿入孔が形成される。

また、回路基板７を介して、電子部品６に対向し、回路基板７と放熱部３や放熱用金属部４との間には、熱伝導部材５が設置される。熱伝導部材５は、水平方向の断面が円形形状を有する。しかし、熱伝導部材５は、円形形状に限定されるものではなく、矩形形状であってもよい。

このように、実施例１に記載する電子制御装置２１は、電子部品６で発生する熱を、熱伝導部材５、放熱用金属部４及び放熱部３を介して、ベース部２に放出する。

なお、熱伝導部材５、放熱用金属部４及び放熱部３の水平方向の断面を、円形形状に形成することにより、電子部品６で発生する熱を、効率的に、ベース部２に拡散し、放出することができる。

また、放熱用金属部４は、放熱部３に、インサート成型、圧入、溶着、両面テープや接着材による接着などにより、設置される。放熱用金属部４は、インサートナットやタッピンネジなどの金属部品を使用することが好ましい。放熱用金属部４は、鉄、アルミニウム、銅、ステンレス鋼などの金属材料が使用され、ベース部２の熱伝導率よりも、熱伝導率が高い金属材料が使用される。

図２は、実施例１に記載する電子制御装置２１を説明する断面図である。

電子制御装置２１は、ベース部２と、回路基板７と、カバー部１とを有する。回路基板７の上面には、電子部品６が、はんだ付けにより、設置される。また、回路基板７とコネクタ８とは、コネクタ端子１０を介して、接続される。なお、回路基板７とコネクタ端子１０とは、はんだ付け又は圧入により接続され、コネクタ８とコネクタ端子１０とも、はんだ付け又は圧入により接続される。

カバー部１とベース部２とは、コネクタ８が設置される回路基板７を挟み込んで組み立てられる。つまり、ベース部２に回路基板７が設置され、回路基板７を覆うように、カバー部１が設置される。

なお、ベース部２には、回路基板７を固定するため、複数の台座部９が形成される。台座部９は、ベース部２と一体に形成され、ベース部２と同一の材料で形成されることが好ましい。

回路基板７には、回路基板７の上面と回路基板７の下面とを貫通するように、サーマルビア１１が形成される。サーマルビア１１は、電子部品６の真下に形成され、電子部品６で発生する熱を、回路基板７の下方に、放出する。

また、回路基板７の下面には、エクスポーズドパッド１２が設置される。エクスポーズドパッド１２は、回路基板７を介して、電子部品６と対向するように、形成される。エクスポーズドパッド１２には、サーマルビア１９を介して、電子部品６で発生する熱が伝わる。エクスポーズドパッド１２は、例えば、銅などの金属材料で形成され、サーマルビア１１を介して伝わる電子部品６で発生する熱を、水平方向に拡散させる。なお、実施例１では、エクスポーズドパッド１２は、回路基板７に埋め込まれる。

また、エクスポーズドパッド１２の下面、つまり、回路基板７の下方には、熱伝導部材５が設置される。熱伝導部材５は、例えば、シリコンなどの弾性体で形成され、エクスポーズドパッド１２に伝わる熱を、放熱部３や放熱用金属部４に伝える。つまり、熱伝導部材５は、回路基板７を介して、電子部品６に対向し、回路基板７と放熱部３や放熱用金属部４との間に設置される。

このように、放熱部３は、樹脂材料で形成されるベース部２と一体に形成され、放熱用金属部４は、放熱部３の内部に設置され、熱伝導部材５は、放熱用金属部４の上面及び放熱部３の上面に設置され、回路基板７は、熱伝導部材５の上面に設置され、電子部品６は回路基板７の上面に設置される。

なお、回路基板７は、熱伝導部材５の上方に設置されてもよい。ここで、熱伝導部材５の上方とは、熱伝導部材５の上面との意味、又は、電子部品６を介してその上との意味である。電子部品６を介してその上との意味である場合には、電子部品６は回路基板７の下面に設置される。

また、放熱部３に形成される貫通孔には、放熱用金属部４が設置される。放熱用金属部４は、例えば、ステンレス鋼で形成され、熱伝導部材５に伝わる熱を、放熱部３やベース部２に伝える。なお、放熱用金属部４は、放熱部３に接して設置されると共に、ベース部２に接して設置される。実施例１では、放熱用金属部４は、特に、その一部が、ベース部２に形成される挿入孔に設置される。放熱用金属部４の一部が、ベース部２に埋め込まれて設置される。このように、放熱用金属部４を設置することにより、放熱性を向上させることができる。

実施例１に記載する電子制御装置２１は、樹脂材料で形成されるベース部２と、ベース部２と一体に形成される放熱部３と、放熱部３の内部に設置される放熱用金属部４と、放熱用金属部４の上面及び放熱部３の上面に設置される熱伝導部材５と、熱伝導部材５の上面に設置される回路基板７と、回路基板７の上面に設置される電子部品６と、を有する。

また、電子制御装置２１は、ベース部２と一体に形成される放熱部３の貫通孔に、上方から放熱用金属部４を挿入され、その後、熱伝導部材５が、放熱用金属部４の上面及び放熱部３の上面に接するように設置され、製造される。なお、ベース部２、放熱部３、台座部９は、射出成形などで、製造される。

実施例１によれば、放熱部３の内部に、放熱用金属部４を設置することにより、樹脂材料をベース部２に使用するベース部２の樹脂化に伴う放熱性の低下を抑制することができる。

また、実施例１によれば、ベース部２を樹脂材料で形成し、放熱部３の内部に、放熱用金属部４を設置することにより、ベース部２の樹脂化に伴う放熱性の低下を抑制すると共に、製造コストを低くし、質量を軽くすることができる。

次に、実施例２に記載する電子部品６近傍の電子制御装置２２を説明する。

図３は、実施例２に記載する電子部品６近傍の電子制御装置２２を説明する断面図である。

実施例２に記載する電子制御装置２２は、実施例１に記載する電子制御装置２１と比較して、放熱部３の形状、ベース部２の形状及び放熱用金属部４の設置位置が相違する。

つまり、実施例１では、放熱部３に貫通孔が形成されるが、実施例２では、放熱部３に貫通孔は形成されず、放熱部３には、放熱用金属部４が挿入する挿入孔が形成され、ベース部２には、放熱用金属部４が貫通する貫通孔が形成される。

これにより、実施例１では、放熱用金属部４の上面は、熱伝導部材５に接するが、実施例２では、放熱用金属部４の上面は、放熱部３に接する。また、実施例１では、放熱用金属部４の下面は、ベース部２に接するが、実施例２では、放熱用金属部４の下面は、ベース部２から外部に露出する。

また、実施例１では、放熱用金属部４は、放熱部３に形成される貫通孔に、上方から挿入されるが、実施例２では、放熱用金属部４は、ベース部２に形成される貫通孔に、下方から挿入される。

実施例２によれば、放熱用金属部４の下面をベース部２から外部に露出させることにより、熱を外部に放出することができ、更に放熱性が向上し、ベース部２の樹脂化に伴う放熱性の低下を抑制すると共に、製造コストを低くし、質量を軽くすることができる。

次に、実施例３に記載する電子部品６近傍の電子制御装置２３を説明する。

図４は、実施例３に記載する電子部品６近傍の電子制御装置２３を説明する断面図である。

実施例３に記載する電子制御装置２３は、実施例１に記載する電子制御装置２１と比較して、ベース部２の形状及び放熱用金属部４の設置位置が相違する。

つまり、実施例１では、ベース部２に放熱用金属部４が挿入する挿入孔が形成されが、実施例３では、ベース部２に放熱用金属部４が貫通する貫通孔が形成される。

これにより、実施例１では、放熱用金属部４の上面は、熱伝導部材５に接し、放熱用金属部４の下面は、ベース部２に接するがするが、実施例３では、放熱用金属部４の上面は、熱伝導部材５に接し、放熱用金属部４の下面は、ベース部２から外部に露出する。

実施例３によれば、放熱用金属部４の上面が熱伝導部材５に接し、放熱用金属部４の下面をベース部２から外部に露出させることにより、熱を外部にも放出することができ、更に放熱性が向上し、ベース部２の樹脂化に伴う放熱性の低下を抑制すると共に、製造コストを低くし、質量を軽くすることができる。

次に、実施例４に記載する電子部品６近傍の電子制御装置２４を説明する。

図５は、実施例４に記載する電子部品６近傍の電子制御装置２４を説明する断面図である。

実施例４に記載する電子制御装置２４は、実施例３に記載する電子制御装置２３と比較して、放熱用金属部４の設置位置が相違する。

つまり、実施例３では、放熱用金属部４の下面は、ベース部２から露出するが、実施例４では、放熱用金属部４の下面は、ベース部２から突出する。実施例４では、放熱用金属部４の下部が、ベース部２の下面より外部に突出する。

実施例４によれば、放熱用金属部４の下部をベース部２の下面より外部に突出させることにより、熱を外部に拡散し、放出することができ、更に放熱性が向上し、ベース部２の樹脂化に伴う放熱性の低下を抑制すると共に、製造コストを低くし、質量を軽くすることができる。

次に、実施例５に記載する電子部品６近傍の電子制御装置２５を説明する。

図６は、実施例５に記載する電子部品６近傍の電子制御装置２５を説明する断面図である。

実施例５に記載する電子制御装置２５は、実施例４に記載する電子制御装置２４と比較して、ベース部２の形状が相違する。

つまり、実施例４では、放熱用金属部４の下部が、ベース部２の下面より外部に突出するが、実施例５では、ベース部２の下面より外部に突出する放熱用金属部４の下部が凸部１３で覆われる。実施例５では、ベース部２の下面に、ベース部２の下面より突出する凸部１３が形成される。凸部１３には、ベース部２の下面より外部に突出する放熱用金属部４の下部が挿入する挿入孔が形成される。凸部１３は、ベース部２と一体に形成され、ベース部２と同一の材料で形成されることが好ましい。

なお、凸部１３は、ベース部２の下面より外部に突出する放熱用金属部４の下部の長さに対応するように形成され、放熱用金属部４の下部が、外部に露出しないように、ベース部２の下面に形成される。

また、実施例５では、放熱用金属部４は、放熱部３に形成される貫通孔に、上方から挿入される。

実施例５によれば、放熱用金属部４の下部をベース部２の下面より外部に突出させ、凸部１３を形成することにより、熱が放熱用金属部４の下部の周囲に伝えられ、更に放熱性が向上し、ベース部２の樹脂化に伴う放熱性の低下を抑制すると共に、製造コストを低くし、質量を軽くすることができる。

次に、実施例６に記載する電子部品６近傍の電子制御装置２６を説明する。

図７は、実施例６に記載する電子部品６近傍の電子制御装置２６を説明する断面図である。

実施例６に記載する電子制御装置２６は、実施例１に記載する電子制御装置２１と比較して、放熱部３の形状が相違する。

つまり、実施例１では、放熱部３の鉛直方向の断面が長方形であるが、実施例６では、放熱部３の鉛直方向の断面が台形である。実施例１では、放熱部３は、熱伝導部材５側の直径とベース部２側の直径とは同一であるが、実施例６では、放熱部３は、熱伝導部材５側の直径よりもベース部２側の直径のほうが大きい。

実施例６によれば、熱伝導部材５より伝わる熱を、効率的に放熱部３を介して、ベース部２に拡散し、放出することができ、更に放熱性が向上し、ベース部２の樹脂化に伴う放熱性の低下を抑制すると共に、製造コストを低くし、質量を軽くすることができる。また、実施例６によれば、樹脂材料の使用量を低減することができ、更に、低コスト化及び軽量化が可能となる。

次に、実施例７に記載する電子部品６近傍の電子制御装置２７を説明する。

図８は、実施例７に記載する電子部品６近傍の電子制御装置２７を説明する断面図である。

実施例７に記載する電子制御装置２７は、実施例１に記載する電子制御装置２１と比較して、電子部品６の設置位置が相違する。

つまり、実施例１では、電子部品６は、回路基板７の上面に設置されるが、実施例７では、電子部品６は、回路基板７の下面に設置される。実施例７では、電子部品６は、熱伝導部材５に接する。

実施例７によれば、電子部品６で発生する熱を、直接、熱伝導部材５に放出することができ、更に放熱性が向上し、ベース部２の樹脂化に伴う放熱性の低下を抑制すると共に、製造コストを低くし、質量を軽くすることができる。

次に、実施例８に記載する電子部品６近傍の電子制御装置２８を説明する。

図９は、実施例８に記載する電子部品６近傍の電子制御装置２８を説明する断面図である。

実施例８に記載する電子制御装置２８は、実施例７に記載する電子制御装置２７と比較して、放熱部３の有無が相違する。

つまり、実施例１では、放熱部３を形成するが、実施例８では、放熱部３を形成しない。

実施例８によれば、実施例７と比較して、樹脂材料の使用量を低減することができ、更に、低コスト化及び軽量化が可能となる。

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。例えば、上記した実施例は本発明を分かりやすく説明するために、具体的に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を有するものに限定されるものではない。

また、ある実施例の構成の一部を、他の実施例の構成の一部に置換することもできる。また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を追加することもできる。また、各実施例の構成の一部について、それを削除し、他の構成の一部を追加し、他の構成の一部と置換することもできる。

１…カバー部
２…ベース部
３…放熱部
４…放熱用金属部
５…熱伝導部材
６…電子部品
７…回路基板
８…コネクタ
９…台座
１０…コネクタ端子
１１…サーマルビア
１２…エクスポーズドパッド
１３…ベース凸部
１４…止めねじ
１５…シール部材
２１、２２、２３、２４、２５、２６、２７、２８…電子制御装置

Claims (7)

1. 樹脂材料で形成されるベース部と、前記ベース部と一体に形成される放熱部と、前記放熱部の内部に設置される放熱用金属部と、前記放熱用金属部の上面及び／又は前記放熱部の上面に設置される熱伝導部材と、前記熱伝導部材の上方に設置される回路基板と、前記回路基板に設置される電子部品と、を有することを特徴とする電子制御装置。
2. 請求項１に記載する電子制御装置であって、
   前記電子部品が、前記回路基板の上面又は前記回路基板の下面に設置されることを特徴とする電子制御装置。
3. 請求項１に記載する電子制御装置であって、
   前記放熱部が、円柱形状であることを特徴とする電子制御装置。
4. 請求項１に記載する電子制御装置であって、
   前記放熱用金属部は、前記放熱用金属部の下面が、前記ベース部から外部に露出することを特徴とする電子制御装置。
5. 請求項１に記載する電子制御装置であって、
   前記放熱用金属部は、前記放熱用金属部の下部が、前記ベース部の下面より外部に突出することを特徴とする電子制御装置。
6. 請求項５に記載する電子制御装置であって、
   前記ベース部の下面より外部に突出する放熱用金属部の下部を覆う凸部を有することを特徴とする電子制御装置。
7. 請求項１に記載する電子制御装置であって、
   前記放熱部は、その鉛直方向の断面が台形であることを特徴とする電子制御装置。

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