JP4796999B2 - 電子制御装置 - Google Patents

Description

本発明は電子制御装置に係り、特に、熱を効率的に放出するための放熱構造を備えた自動車用の電子制御装置に関する。

自動車用の電子制御装置の搭載部位は、エンジンルームの内部やオン・エンジンとなる。このため、電子制御装置は比較的高い温度の環境に置かれることになる。このような環境下で、電子制御措置を正常に動作させるためには、電子制御装置の内部に設けられた電子部品からの発熱を効率的に放出する必要がある。したがって、電子制御装置においては、放熱性の向上が重要な課題となる。

ところが、電子制御装置における発熱源である電子部品は、小型化及び高機能化が進み、より大きな熱が小スペース内で発生し、発熱密度が増大する傾向がある。電子部品から発せられた熱は、電子部品を実装する回路基板を経由し、電子制御装置の金属筐体に伝わる。金属筐体に伝わった熱は、最終的には外気へ伝達，放熱される。

電子部品から回路基板、及び、金属筐体への熱伝導，熱伝達の向上方法に加えて、金属筐体から外気への熱伝達を向上させる方法について、特開２００６−１３５１２０号公報（特許文献１）には、金属筐体に放熱フィンを設けることが開示されている。

特開２００６−１３５１２０号公報

電子制御装置内の電子部品の放熱方式としては、電子部品の熱をプリント基板に伝え、プリント基板の熱を筐体に伝え、筐体に設けた放熱フィンから外気に伝える方式が一般的である。

筐体の熱を筐体外に伝える手段がなければ、電子制御装置内の電子部品の熱を制御装置の筐体へ伝える効率を向上しても、装置全体の放熱性は向上しない。放熱フィンを設け、筐体表面積を増やす方法が採られる背景は、制御装置の筐体から筐体外への放熱性を向上するためである。

しかし、装置の取付け環境による制約や、小型化・軽量化要求を満たすために、放熱フィンを付けられない場合もある。また、筐体と大気の間の熱伝達係数は、金属同士の固体接触に比べて小さく、大気中への放熱能力には限界がある。従って、筐体から筐体外への放熱性を向上するには、大気中への熱伝達による放熱に加え、新たな放熱経路が求められる。

ここで、電子制御装置にワイヤハーネス（以下、単に「ハーネス」という。）を接続すると、基板の熱がコネクタピンを経由してハーネスに伝えられて放熱される。このため、ハーネスが接続されるコネクタ周囲のプリント基板温度は、プリント基板上の他の部位に比べて、温度が低くなる。これは、ハーネスが銅系合金からできており、熱伝導性に優れるためである。つまり、ハーネスには放熱効果がある。そこで、本発明は、ハーネスの放熱効果をより積極的に利用するため、従来は放熱フィンに導いていた熱を、ハーネスにも導く熱伝達構造を設けたものである。

本発明は、電子制御装置を作動させるためには不可欠であるハーネスが、熱伝導性に優れる銅系合金でできていることに着目し、ハーネスを一つの放熱経路として利用するものである。

本発明は、電子部品の熱をハーネスに導くための熱伝達構造を電子制御装置内に設けることで、従来からある筐体から外気への放熱経路以外に、ハーネスへ熱を導き、放熱経路として活用することにより、電子制御装置の放熱性を向上させることを目的とする。

上記課題を解決するため、例えば、特許請求の範囲に記載された技術思想を用いればよい。

本発明によれば、放熱性を向上させた電子制御装置を提供することができる。

以下、本発明の実施例について、図面を参照しながら詳細に説明する。

電子制御装置を作動させるには、ハーネスを用いてバッテリや他の機器と接続することが不可欠である。言い換えれば、制御装置が発熱状態となる作動時には、電子制御装置にはハーネスが接続されていると考えることができる。また、このハーネスは、熱伝導性に優れる銅系の材料からできていることが多い。そこで、電子制御装置の熱を装置外に伝える放熱経路として、ハーネスを利用することができる。

ハーネスを介して熱を逃がすには、電子部品の熱をハーネスに導く必要がある。このことは、ハーネスが接続されるコネクタピンに熱を伝えることに等しいと考えられる。そこで、筐体に、コネクタピンに熱を導く構造を設け、ハーネスを放熱経路として活用し、電子制御装置の放熱効率を向上する。

前述の通り、電子部品から発せられた熱は、一度、プリント基板に伝えられる。プリント基板に伝えられた熱は、電子部品の直下に設ける筐体の突起ボス等を経由して、筐体に伝えられる。

一方、プリント基板に伝えられた熱の一部は、基板内の熱伝導によってプリント基板全体に広がり、コネクタピンにも導かれる。また同時に、プリント基板表面から放散される。しかし、プリント基板に用いる樹脂材（プリプレグ）の熱伝導率は０.５Ｗ／ｍＫ 程度であり、銅（約４００Ｗ／ｍＫ）やアルミ（約２４０Ｗ／ｍＫ）等の金属に比べると小さく、基板自体の熱伝導能力は小さい。

そこで、プリント基板から筐体に一度伝えられた熱を、コネクタピン近くのプリント基板へ再び導くための構造体を筐体に設ける。筐体からプリント基板に導かれた熱は、コネクタピンに伝えられ、コネクタピンからハーネスに伝えられることで、筐体の外に伝達される。この結果、装置全体の放熱性を向上させることができる。

なお、回路基板上の電子部品が片面にのみ実装される場合には、部品が実装されない面の全面を筐体に密着させる方法がある。しかし、回路基板の両面に実装が必要となる回路規模の電子制御装置においては、回路基板の全面を筐体と密着させることは困難である。そこで、後述する実施例のように、電子部品の熱を筐体に伝えた後に、プリント基板上の比較的温度の低い領域へ、筐体から熱を導くことが有効である。

図１に本発明の第１の実施例を示す。

図１の電子制御装置１００は、筐体１，発熱源としての発熱部品である電子部品３，電子部品３を実装するプリント基板２、および、コネクタ４からなる。プリント基板２には、発熱源である電子部品３以外にも、電子制御装置１００の回路を構成するその他の部品が実装されているが、ここでは図示を省略する。電子部品３は、図１では１つだけを示しているが、一般には１つに限定されず、複数実装されている。また、電子部品類やコネクタ等の部品類をプリント基板２に実装，固定するためにはんだ等の導電性材料を使用するが、図示は省略している。

コネクタ４は、他の制御装置やセンサ機器からの電気信号を受取り、プリント基板２上の電気回路に伝えるためのインターフェイスであり、筐体１の外部には、ハーネス５が接続されており、筐体１内部では、コネクタピン４ａがプリント基板２にはんだ等により接続される。

筐体１には熱伝導性に優れ、ダイキャスト成形および機械加工により容易に生産できるアルミを用いることが望ましい。ただし、アルミ以外の金属にて構成することもできるし、また、金属以外の放熱性の良好な素材を用いてもよい。

筐体１には、電子部品３の熱を、プリント基板２を介して受取るための受熱面１ａを設ける。受熱面１ａには、熱伝導性グリース９（または、熱伝導接着剤や熱伝導シートでもよい）を配し、プリント基板２に密着させ、プリント基板２から放熱フィン１ｂを有する筐体１への熱伝達経路を形成する。本構成による放熱経路を以降では第一の放熱経路と呼ぶ。第一の放熱経路は、従来の一般的な放熱構造である。

次に、本発明による放熱経路である第２の放熱経路を説明する。第２の放熱経路は、コネクタ４近傍の周囲に設けられた熱伝達手段（ボス６），プリント基板２，コネクタ４（コネクタピン４ａを含む）、及び、ハーネス５からなる。ボス６は金属にて構成された金属部材であることが望ましいが、金属以外の放熱性の良好な物質を用いることもできる。

第２の放熱経路では、熱は、筐体１からボス６を経由してプリント基板２に伝えられ、プリント基板２からコネクタピン４ａを経由してハーネス５に伝えられる。よって、電子部品３の熱は電子制御装置１００の外に導かれ、筐体１から外気への放熱経路に加えて、新たな放熱経路を形成することができるため、電子制御装置の放熱性を向上できる。

このように、筐体１の熱をプリント基板２に導くためのボス６等の熱伝達手段をコネクタピン４ａの周囲に設けることにより、筐体１からプリント基板２への熱伝達経路が形成される。コネクタピン４ａの周囲におけるプリント基板２の温度は、ハーネス５の伝熱，放熱効果によって、電子部品３周囲におけるプリント基板２の温度や筐体１の温度に比べて低温である。このため、熱は筐体１からプリント基板２に向けて伝達される。筐体１の熱がプリント基板２へ伝えられると、筐体１の温度が下がるため、電子部品３の熱が筐体１へ向けて伝えられる。従って、電子部品３の温度を下げることができる。

また、コネクタピン４ａの周囲には、プリント基板２の配線パターンが集中することや、入出力のためのコンデンサ等が実装されため、コネクタピン４ａの周囲に電子部品３が実装される例は少ない。このため、熱伝達手段であるボス６を電子部品３から離して設けるには、コネクタピン４ａ近傍の周囲に設けることがより好ましい。

ボス６には、受熱面１ａと同様に、熱伝導性グリース９を配し、プリント基板２と密着させている。ボス６は、予め筐体１の一部として筐体１と同時にダイキャスト成形しておく方法が生産性に優れるが、筐体１のダイキャスト成形後に、接着，ネジ止め，圧入などの方法で取り付ける方法でもよい。

本実施例では、コネクタピン４ａは２×５の長方形に配列されており、ボス６はこれらコネクタピンの全周を囲むように長方形の閉じた壁を形成している。ボス６の形状は、四角形に限定されない。後述するように、種々の理由に応じて、円形，楕円形，コの字形，Ｌ字形等のものを採用することもできる。

図２（ａ）〜図２（ｄ）は種々のボス形状を適用した場合の筐体を示す平面図である。

図２（ａ）は四角形のボス６の場合である。コネクタピン４ａの列の全周を囲む閉形状のボス６を設けた本図の構造を採用する場合、筐体１とプリント基板２の接触面積を最大とすることができ、筐体１の熱をより多くプリント基板２へ伝えることができる。結果として、筐体１及び電子部品３の温度を効果的かつ効率的に下げることが可能である。放熱性を重視する場合には、図２（ａ）に示す構造を採用することがより望ましい。

図２（ｂ）はコの字形のボス７を適用する場合を、図２（ｃ）はＬ字形のボス８を適用する場合の平面図である。図２（ｂ），図２（ｃ）の形状では、図２（ａ）に示す実施例に比べて、筐体１とプリント基板２の接触面積は少ないが、逆に、電子部品の実装面積を増やすことが可能である。回路構成の制約から、部品実装位置を容易に変更できないような場合、本図に示す構造を採用することがより望ましい。また、放熱性よりも筐体１の軽量化が求められる場合にも好んで用いられる。本図の構造は、回路構成を優先しつつ、同時に放熱性をも向上させる場合に適している。

また、本図のように、コの字形やＬ字形のボスを採用すれば、コネクタピン４ａの外観を確認することが可能であり、組立て途中や組立て完成後に検査が必要な場合に有効である。また、電子部品類をコネクタピン４ａの直近に実装したく、ボス６の形状が四角形だと干渉するような場合にも有効である。

図２（ｄ）は２個のコの字形ボス７を適用する場合の平面図である。本図の構造によれば、図２（ａ）に示す全周を囲む構造に比べて軽量化が可能であり、また、コネクタピン４ａの検査やコネクタピン４ａの周囲に電子部品３を配置する必要がある場合に有効である。

また、図２（ｂ）や図２（ｃ）に示す構造よりも、筐体１とプリント基板２の接触面積を増やすことができる。このため、電子部品の実装位置については融通できるが、同時に放熱性が求められる場合により適している。放熱性，電子部品の実装自由度，筐体１の軽量化をバランスよく組み合わせている構造である点で、より望ましい。

図２（ｅ）は１個のボス１１をコネクタピン４ａを挟んで、電子部品３とは反対側に配置する例である。本図の構造によれば、筐体１とプリント基板２の接触面積はある程度限られるが、筐体を軽量化することができる。筐体１の軽量化を優先しながら、放熱性を確保する場合に好んで用いられる。

図２（ｆ）は三角形のボス１２を、コネクタピン４ａを挟んで、電子部品３とは反対側に配置する例である。本実施例では、筐体の軽量化と電子部品の実装密度の向上を優先する場合に適している。また、筐体１からプリント基板２へ熱を伝えるためのボス７，８、または１１の配置可能な面積が少ない場合には、図２（ｅ）に示すボス１１のように、電子部品から離して設けることで、筐体１からプリント基板２への熱伝達をより促進できる。

図３に第２の実施例を示す。

図３は筐体１の平面図であり、ボス７の代わりに、銅合金，アルミ合金、または真鍮等の金属ピン１０の一端を筐体１へ圧入している。複数の金属ピン１０の他端は、プリント基板２に設けるスルーホールにはんだまたは圧入等の方法によって接続され、筐体１からプリント基板２の間に熱伝達経路を形成する。これらの金属ピン１０には、ケースアース等の電気的導通経路としての役割を与えることもできる。また、これらの金属ピン１０の周囲にさらにボス７を設けることもできる。

図４に第３の実施例を示す。

本実施例の電子制御装置２００は、ボス６によって閉じた壁の内部において、熱伝導グリース９が充填されている。熱伝導グリース９は、空気に比べて熱伝導率が大きい。このため、筐体１とプリント基板２の間の熱伝達を向上できる。また、筐体１から熱伝導グリース９に伝えられた熱は、プリント基板２を経由することなくコネクタピン４ａに伝えることが可能である。

本実施例では、熱伝導グリース９の代わりに、ゲル，接着剤、またはポッティング樹脂等の絶縁物質を使用することもできる。高温で使用される車載用途においては、熱硬化性材料のほうが、熱による劣化や変質の影響を受けにくいため、より適して用いられる。

本実施例によれば、空気よりも熱伝達のよい熱伝導グリース等の絶縁物質が壁内に充填されているため、筐体とプリント基板との間の熱伝達の効率をさらに向上させることができる。また、プリント基板を介さずに、コネクタピンへ熱を直接伝えることができるため、ハーネスの熱伝達効果をさらに向上させることが可能である。

以上、本発明の具体的な実施例について説明したが、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、本発明の技術思想を逸脱しない範囲において種々の変形が可能である。

第１の実施例の断面図である。 第１の実施例を筐体内側から見た平面図（１）である。 第１の実施例を筐体内側から見た平面図（２）である。 第１の実施例を筐体内側から見た平面図（３）である。 第１の実施例を筐体内側から見た平面図（４）である。 第１の実施例を筐体内側から見た平面図（５）である。 第１の実施例を筐体内側から見た平面図（６）である。 第２の実施例を筐体内側から見た平面図である。 第３の実施例の断面図である。

符号の説明

１ 筐体
１ａ 受熱面
１ｂ 放熱フィン
２ プリント基板
３ 電子部品
４ コネクタ
４ａ コネクタピン
５ ハーネス
６，７，８，１１，１２ ボス
９ 熱伝導グリース
１０ 金属ピン

Claims (7)

1. 金属からなる筐体と、
   前記筐体に収納され、回路が形成された基板と、
   前記基板の上に搭載され、前記回路に電気的接続された電子部品と、
   前記筐体に形成されたコネクタと、
   前記回路に電気的接続するように前記基板にはんだ付けされ、前記コネクタに設けられた複数のコネクタピンと、
   前記筐体から前記基板に向けて伝熱させるため、前記複数のコネクタピンの周囲に、前記筐体より前記基板に向けて突き出すように設けられた熱伝達手段と、を有することを特徴とする電子制御装置。
2. 請求項１記載の電子制御装置において、
   前記熱伝達手段は、前記複数のコネクタピンの周囲を取り囲むように設けられ、前記筐体と前記基板との間を固定する金属部材であることを特徴とする電子制御装置。
3. 請求項２記載の電子制御装置において、
   前記金属部材は、前記複数のコネクタピンの周囲のうち少なくとも一部において欠けていることを特徴とする電子制御装置。
4. 請求項２記載の電子制御装置において、
   前記金属部材は、複数の金属ピンであることを特徴とする電子制御装置。
5. 請求項２記載の電子制御装置において、
   前記金属部材は、前記複数のコネクタピンの周囲全体を取り囲んでおり、
   前記金属部材により取り囲まれた内部は、空気より大きい熱伝導率を有する絶縁物質にて充填されていることを特徴とする電子制御装置。
6. 請求項５記載の電子制御装置において、
   前記絶縁物質は、熱伝導グリースであることを特徴とする電子制御装置。
7. 請求項１乃至６のいずれか一に記載の電子制御装置において、
   前記筐体は、前記基板の上に搭載された前記電子部品が発する熱を放出するための受熱部と、該電子部品が発する熱を外部に放出するための放熱フィンとを有し、
   前記受熱部は、前記電子部品の下部において、前記基板に固定されていることを特徴とする電子制御装置。

Images