JP5368351B2 - 自動車用電子制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、自動車に搭載される電子制御装置に関する。

自動車に搭載される電子制御装置は、金属製の筐体と、筐体内部に収容される回路基板と、を含んで構成される。回路基板には、半導体スイッチング素子などの発熱素子が実装されているため、発熱素子で発生した熱を筐体へと移動させ、筐体の外面から大気中へと放熱する放熱構造が採用されている。そして、発熱素子から筐体への熱移動、筐体から大気中への放熱を良好ならしめるため、特開２００４−３０４２００号公報（特許文献１）に記載されるように、筐体表面に表面処理を施す技術が提案されている。

特開２００４−３０４２００号公報

しかしながら、従来の提案技術では、筐体表面に施した表面処理で、発熱素子からの放射熱を吸収する構造であったため、発熱素子に対向する筐体の表面積が小さいと、発熱素子から筐体への熱移動が十分行われないおそれがあった。
そこで、本発明は従来技術の問題点に鑑み、発熱素子から筐体への熱伝達構造を見直すことで、放熱性を向上させた自動車用電子制御装置を提供することを目的とする。

このため、本発明では、電子部品を実装する回路基板と、回路基板を内部に収容する金属製の筐体と、を備えた自動車用電子制御装置において、前記筐体の内面及び外面のうち少なくとも片面に、熱の吸収及び放射を促進する絶縁材料の塗布又は電着あるいはアルマイト処理のいずれかを施すと共に、前記回路基板の電子部品実装面に対向する筐体の内面の少なくとも一部に、表面積を増やす凹凸を形成し、前記筐体の外面であって内面に前記凹凸が形成されている領域に対応する外面に、表面積を増やす凹凸を更に形成し、かつ前記筐体の外面に形成された凹凸が延びる方向は、前記内面に形成された凹凸が延びる方向とねじれの関係にある形状を有していること、を特徴とする。

本発明によれば、回路基板で発生した熱は、凹凸を介して筐体へと伝達される。このとき、凹凸は受熱面積を増やすため、回路基板で発生した熱を筐体へと効果的に伝達することができる。そして、筐体へと伝達された熱は、その外面から大気中へと放熱される。ここで、凹凸を含む筐体の内面に表面処理を施しておけば、回路基板で発生した熱の吸収を促進することができる。一方、筐体の外面に表面処理を施しておけば、その外面から大気中への放熱効果を高めることができる。このため、自動車用電子制御装置の放熱性を向上させることができる。

自動車用電子制御装置の一例を示す斜視図である。 図１におけるＡ−Ａ断面図である。 凹凸の第１変形例を示す平面図である。 発熱素子の他の実装方法を示す断面図である。 凹凸の第２変形例を示す断面図である。 凹凸の第３変形例を示す断面図である。 凹凸の第４変形例を示し、（Ａ）は蓋を裏から見た平面図、（Ｂ）は蓋を表から見た平面図

以下、添付された図面を参照して本発明を詳述する。
図１は、自動車用電子制御装置（以下「電子制御装置」という）の一例を示す。
電子制御装置１０は、電子部品としての発熱素子ＨＥが少なくとも表面に実装された回路基板２０と、回路基板２０を内部に収容する筐体３０と、を含んで構成される。筐体３０は、回路基板２０を収容するための凹部３２Ａが陥凹形成された本体３２と、本体３２の開口を閉塞する蓋３４と、を含んで構成される。本体３２及び蓋３４は、夫々、アルミニウム（Ａｌ），マグネシウム（Ｍｇ），鉄（Ｆｅ）などを主成分とする合金からなり、金型を用いた鋳造，プレス又は切削加工などにより製造される。

本体３２は、平面視で略角丸四角形の外形を有し、その一面から反対側に位置する他面に向けて、回路基板２０を収容するための凹部３２Ａが陥凹形成される。本体３２の四隅には、締結部材の一例としてのネジ４０を用いて、蓋３４を締結するための雌ネジ３２Ｂが形成される。また、本体３２の凹部３２Ａには、図２に示すように、締結部材の一例としてのネジ５０を用いて、回路基板２０を支持しつつ固定するために、先端に雌ネジが形成されたボス（台座）３２Ｃが複数立設される。さらに、本体３２の凹部３２Ａの周囲には、蓋３４との間のシールを確保する目的で、例えば、Ｏリング，シリコーン，接着剤などの弾性部材６０が嵌合する周溝３２Ｄが陥凹形成される。一方、蓋３４は、平面視で略角丸四角形の外形を有し、その四隅にネジ４０が挿通する挿通孔が夫々開設される。

回路基板２０は、図２に示すように、発熱素子ＨＥが実装されている部分にサーマルビア２０Ａが開設され、伝熱性を有する接着剤７０を介在させて、本体３２の凹部３２Ａの底面と接触している。また、発熱素子ＨＥが接触する本体３２の外面には、発熱素子ＨＥから本体３２へと伝達された熱を大気中に放熱するため、公知の放熱フィン３２Ｅが列設される。なお、接着剤７０の代わりに、伝熱性を有するグリース，放熱シートなどを用いてもよい。

本体３２及び蓋３４の内面及び外面のうち少なくとも片面には、発熱素子ＨＥからの放射熱吸収及び筐体３０からの熱放射を促進するための表面処理が施される。表面処理の一例としては、絶縁材料の塗布又は電着等，アルマイト処理などが適用できる。
また、蓋３４の内面には、図２に示すように、発熱素子ＨＥを含む回路基板２０で発生した熱を吸収し易くするため、一端から他端に向けて、表面積を増やす連続した略同形の凹凸３４Ａが形成される。凹凸３４Ａは、その先端が発熱素子ＨＥを含む回路基板２０に接触しない高さを有する。ここで、凹凸３４Ａの一例としては、例えば、フィン形状，正弦波形状，矩形波形状，のこぎり波形状，三角波形状，錐状を含む突起形状，梨肌形状などを採用することができる（以下同様）。なお、凹凸３４Ａは、少なくとも、発熱素子ＨＥに対向する部分に形成すればよい。

蓋３４の凹凸３４Ａは、蓋３４を鋳造するときの湯流れ及び蓋３４の剛性の少なくとも一方を向上させる部位及び形状とすることが望ましい。また、鋳造時の湯流れを向上させるべく、図３に示すように、凹凸３４Ａを形成しない平坦部３４Ｂを設けるようにし、例えば、ここに剛性を向上させるリブを形成するようにしてもよい。なお、平坦部３４Ｂ及びリブの個数は、蓋３４の寸法などを考慮して適宜決定すればよい。また、蓋３４における直行方向の剛性がリブにより変化することを補うように、例えば、蓋３４の凹凸３４Ａが波形状をなしている場合には、これと直行するようにリブを設けることが望ましい。

このような電子制御装置１０によれば、回路基板２０の発熱素子ＨＥで発生した熱は、次のような２つの経路を経て筐体３０へと伝達され、その外面から大気中へと放熱される。即ち、発熱素子ＨＥで発生した熱は、サーマルビア２０Ａ及び接着剤７０を介して本体３２へと伝達される。また、発熱素子ＨＥで発生した熱は、凹凸３４Ａを介して蓋３４へと伝達される。このとき、蓋３４の内面には表面積を増やす凹凸３４Ａが形成されているため、発熱素子ＨＥからの放射熱の吸収が促進され、発熱素子ＨＥで発生した熱を蓋３４へと効果的に伝達することができる。そして、本体３２及び蓋３４へと伝達された熱は、放熱フィン３２Ｅ及び外面から大気中へと放熱される。ここで、凹凸３４Ａを含む蓋３４の内面に表面処理を施しておけば、発熱素子ＨＥで発生した熱の吸収を促進することができる。一方、本体３２及び蓋３４の外面に表面処理を施しておけば、その外面から大気中への放熱効果を高めることができる。

また、本体３２，蓋３４の内面又は外面のうち少なくとも片面を、平面から多面又は曲面に変更したことで、電磁波の透過を抑制でき、電磁波による機器の誤動作等の影響を軽減することができる。
発熱素子ＨＥは、図４に示すように、本体３２の凹部３２Ａの底面に対向する回路基板２０の裏面に取り付けるようにしてもよい。この場合には、凹部３２Ａの底面に、表面積を増やす連続した略同形の凹凸３２Ｆが形成される。要するに、回路基板２０の発熱素子ＨＥの実装面に対向する筐体３０の内面の少なくとも一部に、表面積を増やす凹凸３２Ｆが形成される。

さらに、発熱素子ＨＥから受熱し易くするため、凹部３２Ａの底面には、回路基板２０の発熱素子ＨＥに近接する（接触しない限度において）ように、発熱素子ＨＥへと向かって延びる、先端に凹凸３２Ｆを有する突出部３２Ｇを突出形成してもよい。このようにすれば、図２に示す構成の電子制御装置１０の作用及び効果に加え、凹凸３２Ｆへの放熱により、回路基板２０の表面からの放熱分を軽減できることから、従来サーマルビアなどを配設して専ら放熱に用いていた回路基板２０の表面は、発熱素子ＨＥの放熱のために使用されず、ここに他の電子部品（発熱素子を含む）を実装することが可能となり、電子制御装置１０の小型化を図ることができる。また、この場合、蓋３４は積極的な熱伝達及び放熱等の役割が減少するため、蓋３４の材料として樹脂などの熱伝導の小さい材料を使用したり、蓋３４の代わりに樹脂等を充填して本体３２の開口を閉塞するようにしてもよい。

なお、突出部３２Ｇの先端は、発熱素子ＨＥとのクリアランスを小さくする目的で、平坦面とすることも考えられる。この場合には、突出部３２Ｇの先端と発熱素子ＨＥとの間に、伝熱性を有するグリースなどを介在させるようにしてもよい。
蓋３４の外面であって、内面に凹凸３４Ａが形成されている領域に対応する外面に、表面積を増やす連続した略同形の凹凸３４Ｃを更に形成するようにしてもよい。蓋３４の外面に形成された凹凸３４Ｃは、図５に示すように、内面の凹凸３４Ａに倣った同位相の形状、又は、図６に示すように、内面の凹凸３４Ａと線対称の形状などとすればよい。即ち、蓋３４の外面に形成された凹凸３４Ｃは、その内面に形成された凹凸３４Ａに対応する形状を有していればよい。なお、図４に示す電子制御装置１０では、本体３２の外面に凹凸を更に形成するようにすればよい。

そして、外面の凹凸３４Ｃを内面の凹凸３４Ａと同位相とすれば、蓋３４の肉厚が薄くなることから、吸熱のための表面積を確保しつつ、その外面からの放熱を良好ならしめることができる。また、外面の凹凸３４Ｃを内面の凹凸３４Ａと線対称とすれば、熱容量が大きくなることから、吸熱性能を向上させることができる。
さらに、蓋３４の内面及び外面に形成された凹凸３４Ａ及び凹凸３４Ｃは、図７に示すように、その形成方向が９０度ずれていてもよい。このようにすれば、蓋３４の熱容量を大きくしつつ、その剛性を向上させることができる。なお、凹凸３４Ａと凹凸３４Ｃとは、９０度に公差する構成に限らず、剛性を向上可能な交差角度をなしていればよい。
なお、本実施形態においては、各図面に記載した構成を適宜組み合わせてもよい。

ここで、前記実施形態から把握し得る請求項以外の技術的思想について、以下に効果と共に記載する。
（イ）前記表面処理は、絶縁材料の塗布又は電着等，アルマイト処理などであることを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれか１つに記載の自動車用電子制御装置。
この発明によれば、熱の吸収及び放射を促進する表面処理を容易に実現することができる。

（ロ）前記凹凸は、フィン形状，正弦波形状，矩形波形状，のこぎり波形状，三角波形状，錐状を含む突起形状，梨肌形状であることを特徴とする請求項１〜請求項４及び（イ）のいずれか１つに記載の自動車用電子制御装置。
この発明によれば、熱吸収が良好な凹凸を容易に実現することができる。

（ハ）前記筐体に、前記凹凸を分断する平坦部が形成され、前記平坦部に、リブが形成されていることを特徴とする請求項２記載の自動車用電子制御装置。
この発明によれば、平坦部を形成することで、筐体を鋳造するときの湯流れを向上させることができる。また、平坦部にリブを形成することで、筐体の剛性を向上させることができる。

（ニ）前記筐体の外面に形成された凹凸は、前記筐体の内面に形成された凹凸に倣った同位相、前記筐体の内面に形成された凹凸と線対称、又は、前記筐体の内面に形成された凹凸と所定角度を持って交差する形状であることを特徴とする請求項４記載の自動車用電子制御装置。
この発明によれば、筐体の外面に形成された凹凸の形状を適宜選択することで、筐体の熱容量を増加、筐体の強度向上などを図ることができる。

１０ 電子制御装置
２０ 回路基板
３０ 筐体
３２ 本体
３２Ｆ 凹凸
３４ 蓋
３４Ａ 凹凸
３４Ｃ 凹凸
ＨＥ 発熱素子

Claims (1)

1. 電子部品を実装する回路基板と、
   前記回路基板を内部に収容する金属製の筐体と、
   を備えた自動車用電子制御装置において、
   前記筐体の内面及び外面のうち少なくとも片面に、熱の吸収及び放射を促進する絶縁材料の塗布又は電着あるいはアルマイト処理のいずれかを施すと共に、前記回路基板の電子部品実装面に対向する筐体の内面の少なくとも一部に、表面積を増やす凹凸を形成し、
   前記筐体の外面であって内面に前記凹凸が形成されている領域に対応する外面に、表面積を増やす凹凸を更に形成し、かつ
   前記筐体の外面に形成された凹凸が延びる方向は、前記内面に形成された凹凸が延びる方向とねじれの関係にある形状を有していること、を特徴とする自動車用電子制御装置。