JP7223639B2 - 電子制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、電子制御装置に関する。

車載用等の電子制御装置に用いられる電子制御装置は、小型化、高性能化が図られており、発熱量増大および高周波ノイズへの対応が課題となっている。
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）。

特開２０１８－１９５６３３号公報

上記特許文献１に記載された放熱構造では、伝熱板２０の電子部品２６に接触する面の面積が電子部品２６の面積より小さい。つまり、電子部品２６は、伝熱板２０に接触しない領域を有している。このため、電子部品２６の伝熱板２０に接触しない領域からの放熱性が低く、電子制御装置全体の放熱性が低い。

本発明の第一の態様によると、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。

本発明によれば、電子部品の第一の伝熱部と熱結合されていない領域の放熱性が向上し、以って、電子部品全体の放熱性を向上することができる。

本発明の電子制御装置の第１の実施形態の外観斜視図。 図１に図示された電子制御装置のＩＩ－ＩＩ線断面図。 図２に図示された電子制御装置の領域ＩＩＩの拡大断面図。 本発明の電子部品と伝熱部材の組付け状態を上方からみた平面図。 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。 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。 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。 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。 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。 本発明の実施例１および実施例２と比較例の放熱効果を示す図。 比較例の電子部品と伝熱部材の組付け状態の断面図であり、第１の実施形態の図３に相当する図。

以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。以下の記載および図面は、本発明を説明するための例示であって、説明の明確化のため、適宜、省略および簡略化がなされている。本発明は、他の種々の形態でも実施する事が可能である。特に限定しない限り、各構成要素は単数でも複数でも構わない。
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。

－第１の実施形態－
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。

上部筐体１は、アルミニウム（例えば、ＡＤＣ１２）等の熱伝導性に優れた金属材料により形成されている。上部筐体１は、鉄などの板金、あるいは樹脂材料やＣＦＲＰ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。図２に示されるように、上部筐体１は、周囲に側壁を有し、下面側（回路基板３側）が開放されたボックス状に形成されている。上部筐体１には、内方に突出する突出部１２が形成されている。上部筐体１内の４つのコーナー部、あるいは中央部には、回路基板３側に突出するボス部１０が設けられている。回路基板３は、ねじ１１によりボス部１０の端面に固定されている。上部筐体１の上面には、上方に向けて突出する板状の複数の放熱フィン６が設けられている。

図１に図示されるように、上部筐体１の上面の前面側は平坦部とされており、各放熱フィン６は、電子制御装置１００の低背化構造を実現するために、全体が平坦部と同一の高さに形成されている。放熱フィン６、ボス部１０および突出部１２は、ダイキャスト等の鋳造により上部筐体１に一体に形成される。但し、放熱フィン６、ボス部１０および突出部１２を上部筐体１とは別部材として作製して、上部筐体に取り付けるようにしてもよい。

上部筐体１の前面側の側壁には、コネクタ８およびイーサネットターミナル９を挿通するための孔または切欠き（図示せず）が形成されており、該孔または切欠きを通してコネクタ８およびイーサネットターミナル９が回路基板３に形成された配線パターン（図示せず）に接続されている。コネクタ８およびイーサネットターミナル９を介して、外部と電子制御装置１００間との電力や制御信号の送受信が行われる。

回路基板３上には、電子部品４および伝熱部材７が実装されており、上部筐体１の上部内面には、回路基板３側に向けて突出する突出部１２が形成されている。突出部１２は、回路基板３側よりも放熱フィン６側に幅広い裾部を有する断面ほぼ台形形状を有し、周囲よりも肉厚に形成されている。上部筐体１の突出部１２と電子部品４との間、および上部筐体１の突出部１２と伝熱部材７との間には伝熱材５が介装されている。伝熱材５および伝熱部材７の構造については後述する。

下部筐体２は、上部筐体１と同様に、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２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。コネクタ８またはイーサネットターミナル９を挿通するための孔または切欠きを下部筐体２に形成するようにしてもよい。あるいは、上部筐体１および下部筐体２のそれぞれに、両部材を組付けた状態で１つの孔となる切欠きを形成するようにしてもよい。

図３は、図２に図示された電子制御装置の領域IIIの拡大図であり、本実施形態の放熱構造の詳細を示す。
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。

伝熱材５は、上部筐体１の突出部１２に熱伝導可能に結合、すなわち、熱結合されている。また、伝熱材５は、電子部品４の上部４ａの上面４ａ１に熱結合されている。すなわち、伝熱材５は、電子部品４の上部４ａの上面４ａ１の全面を上部筐体１の突出部１２に熱結合する。

伝熱材５には、グリース状、ジェル状、シート状等さまざまな種類の材料が用いられている。一般的に使用されているのはグリース状の伝熱材であり、接着性を有する熱硬化樹脂や、低弾性を有する半硬化樹脂等がある。伝熱材５は、金属、カーボン、セラミック等により形成された熱伝導性が良好なフィラーが含有されている。伝熱材５は、常温で柔軟性を有しており、上部筐体１の突出部１２の表面および電子部品４の表面等の微細な凹部に入り込み、結合面積を増大する。このため、伝熱材５により、電子部品４と上部筐体１の突出部１２間の熱伝導性が向上し、放熱効果が増大する。また、伝熱材５は、回路基板３の熱による変形や振動により電子部品４に作用する負荷を軽減する。さらに、伝熱材５により、製造時の上部筐体１の突出部１２と電子部品４の上部４ａの上面４ａ１間の隙間のばらつきを吸収し、隙間の公差に余裕を持たせることができる。伝熱材５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。

回路基板３上には、上述したように、電子部品４がひとつもしくは複数実装されている。回路基板３上には、図示しないが、コンデンサ等の受動素子も実装され、これらの電子部品とコネクタ８およびイーサネットターミナル９とを接続する配線パターンも形成されている。回路基板３は、例えば、エポキシ樹脂等の有機材料や、金属材料により形成されており、ＦＲ４材料が好ましい。回路基板３は、単層配線基板または多層配線基板とすることができる。本実施形態では、図示はしないが、グランドパターンが内層として形成された多層配線基板を用いた構造として例示する。グランドパターンを内層として形成することにより、回路基板３の表面および裏面に設ける配線パターンを高密度化することができる。

電子部品４と上部筐体１の突出部１２間に伝熱材５が設けられていることで、伝熱材５を介して上部筐体１へ高周波電流が流れ、電子部品４から発生する高周波ノイズが電子制御装置１００外へと放射し、周辺の電子機器に弊害を引き起こす虞がある。そこで、本実施形態では、回路基板３に、内層として形成されたグランドパターンに接続される複数のスルーホール１５を形成し、各スルーホール１５に接合材１４により伝熱部材７を接合した。スルーホール１５は、サーマルビアとも呼称されており、基板の貫通孔の内径にＣｕ等のめっきが施されている。このため、高周波電流は、伝熱部材７およびスルーホール１５を介してグランドパターンに流れるため、電子制御装置１００外への放射を抑制することができる。スルーホール１５は、電子部品４の周囲に形成することが好ましい。

電子部品４は、上部４ａと、上部４ａより面積が大きい下部４ｂを有する段付き直方体形状を有する。つまり、電子部品４は、直方体形状で低背部である下部４ｂの中央部に、直方体形状の上部４ａが設けられた構造を有する。上部４ａの上面４ａ１と、低背部である下部４ｂの上面４ｂ１との間には段差があり、下部４ｂの上面４ｂ１は、上部４ａの上面４ａ１より低い位置に位置している。電子部品４は、パワー半導体素子等の発熱を伴う半導体素子（図示せず）を含む。電子部品４は、半導体素子が、例えば、ＦＣＢＧＡ（Flip Chip Ball Grid Array）型のパッケージとされた半導体装置が好ましい。ＦＣＢＧＡ型の半導体装置では、不図示の半導体素子は、はんだ等の接合材により不図示のインターポーザ基板にフリップチップ実装され、インターポーザ基板と共に樹脂により封止されている。電子部品４は、複数のはんだボール１３により、回路基板３に接合されている。
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。

伝熱部材７は、介装部７ａと、実装部７ｂと、中間部７ｃとを有する。介装部７ａは、電子部品４の下部４ｂと伝熱材５との間に配置されている。介装部７ａは、伝熱材５に熱伝導可能に結合、すなわち、熱結合されている。また、介装部７ａは、電子部品４の下部４ｂの上面４ｂ１に熱結合されている。すなわち、伝熱部材７の介装部７ａは、伝熱材５が接触することができない電子部品４の下部４ｂの上面４ｂ１に接触して、電子部品４の下部４ｂと上部筐体１の突出部１２とを熱結合する。従って、電子部品４の上部筐体１の突出部１２に対向する面の全体である、上部４ａの上面４ａ１および下部４ｂの上面４ｂ１が伝熱材５および伝熱部材７により、上部筐体１の突出部１２に熱結合される。このため、本実施形態によれば、電子部品４の上部４ａのみが上部筐体１の突出部１２に熱結合される構造に比し、放熱性を向上することができる。

上述したように、実装部７ｂは、回路基板３にはんだなどの熱伝導性を有する接合材１４により接合されている。実装部７ｂは、各スルーホール１５に対応する位置に配置されており、接合材１４を介して対応するスルーホール１５に電気的に接続されている。従って、伝熱部材７は、回路基板３のグランドパターンと同電位である。

なお、実装部７ｂはスルーホール１５の直上に設けられている構造として図示されているが、スルーホール１５とは、ずれた位置に配置されていてもよい。実装部７ｂの直下に接合材１４が分割して図示されているが、接合材１４は実装部７ｂ直下の全面に配置されていてもよい。要は、実装部７ｂと接合材１４とは、直接、または配線パターン（図示せず）を介してスルーホール１５に電気的に接続されていればよい。
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。

実装部７ｂは、回路基板３に熱伝導性を有する接合材１４を介して接合されているため、電子部品４の下部４ｂから発生される熱を、回路基板３に伝熱する。つまり、電子部品４から発生される熱は、伝熱部材７の介装部７ａおよび伝熱材５を介して上部筐体１に伝熱されると共に伝熱部材７の実装部７ｂを介して回路基板３に放熱される。従って、本実施形態によれば、電子部品４から発生される熱が、上部筐体にのみに伝熱される構造に比し、放熱性能を向上することができる。

伝熱部材７の実装部７ｂを回路基板３に接合する接合材１４をはんだとする場合、電子部品４をはんだボール１３により回路基板３に接合する工程と同時に行うことができる。すなわち、回路基板３の、電子部品４および伝熱部材７の実装部７ｂを接合する接続パッド上にはんだペーストを塗布し、はんだペースト上に、それぞれ、電子部品４および伝熱部材７を載置してリフロー炉に投入する。これにより、はんだペーストが溶融して、電子部品４および伝熱部材７が、それぞれ、回路基板３の接続パッドに接合される。このような接合方法を用いることにより、接合工程の効率化を図ることができる。

なお、伝熱部材７の介装部７ａの上面を、伝熱材５を介さずに、直接、上部筐体１の突出部１２に熱結合する構造とすることも可能である。しかし、このようにすると、上述した熱結合する部材間に介装される伝熱材５の効果がなくなり、伝熱部材７の介装部７ａと上部筐体１の突出部１２との熱伝導性が低下し、放熱性が低下したり、回路基板３の熱による変形や振動により電子部品４に作用する負荷を軽減する効果が失われたりする。

図４は、本発明の電子部品と伝熱部材の組付け状態を上方からみた平面図である。
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。

実施形態の分割伝熱部材７１は、導電性を有し、可撓性を有する薄い金属板などにより形成されている。金属としては、例えば、熱伝導率が高いＣｕ材料にＮｉめっきを施したものが適するが、これに限られるものではない。分割伝熱部材７１は、可撓性を有しており、実装部７ｂに対して、中間部７ｃおよび介装部７ａが弾性変形する。各分割伝熱部材７１の介装部７ａは、伝熱材５および、電子部品４の下部４ｂの上面４ｂ１に接触する。分割伝熱部材７１に可撓性を持たせることにより、各分割伝熱部材７１の実装部７ｂを回路基板３上に実装した状態では、分割伝熱部材７１の介装部７ａが電子部品４の下部４ｂの上面４ｂ１に接触させる必要がなくなる。この理由は、上部筐体１と下部筐体２とを組み付けると、伝熱材５を介して上部筐体１の突出部１２により各分割伝熱部材７１の介装部７ａが押圧されて変形し、該介装部７ａが電子部品４の下部４ｂの上面４ｂ１に接触するからである。このため、分割伝熱部材７１に可撓性を持たせることにより、電気的接続の信頼性が向上し、組立てが容易となり、以って、組立ての能率が向上する。

なお、上記実施形態では、電子部品４は、下部４ｂの周縁部全体の上面４ｂ１が、上部４ａの上面４ａ１より低く、伝熱材５に直接、接触できない構造として例示した。しかし、本発明は、電子部品４の下部４ｂの周縁部の一部、例えば、１～３つの側縁部の上面４ｂ１が上部４ａの上面４ａ１より低い構造の電子部品に対しても適用することができる。また、電子部品４の上部４ａに上面４ａ１が局部的に凹んでいる電子部品４に対しても適用することができる。

上記実施形態では、伝熱部材７は、介装部７ａ、実装部７ｂおよび中間部７ｃを有する構造として例示した。伝熱部材７の介装部７ａは、伝熱材５が接触することができない電子部品４の下部４ｂの上面４ｂ１に接触して、電子部品４の下部４ｂと上部筐体１の突出部１２とを熱結合する。また、実装部７ｂは、電子部品４の下部４ｂから発生される熱を、回路基板３に伝熱する。しかし、伝熱部材７は、実装部７ｂを有しておらず、介装部７ａのみを有している構造でも、伝熱材５が接触することができない電子部品４の下部４ｂを上部筐体１の突出部１２に熱結合する。このため、伝熱部材７は、介装部７ａのみを有するものであってもよい。

上記第１の実施形態によれば、下記の効果を奏する。
（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。

（２）伝熱部材７は、介装部７ａと一体に形成され、回路基板３に実装される実装部７ｂを有している。これにより、伝熱部材７を回路基板３に実装した状態で、上部筐体１と下部筐体２とを組み付けることにより、伝熱部材７を電子部品４の下部４ｂと伝熱材５との間に介装することが可能となる。伝熱部材７が実装部７ｂを有していない構造では、介装部７ａは、電子部品４の下部４ｂ上に固定することができず、伝熱部材７の介装部７ａを電子部品４の下部４ｂと伝熱材５との間に正確に位置決めして介装することが難しくなる。すなわち、伝熱部材７に、介装部７ａと一体に形成される実装部７ｂを設けることにより、伝熱部材７の介装部７ａを電子部品４の下部４ｂと伝熱材５との間に設ける作業の能率を向上することができる。

（３）伝熱部材７は、可撓性を有している。このため、伝熱部材７を回路基板３に実装する際、伝熱部材７の介装部７ａが電子部品４の下部４ｂの上面４ｂ１に接触していなくても、上部筐体１と下部筐体２とを組み付けることにより、伝熱部材７の介装部７ａが電子部品４の下部４ｂの上面４ｂ１に接触する。このため、電気的接続の信頼性が向上し、組立てが容易となり、以って、組立ての能率が向上する。

（４）伝熱部材７の実装部７ｂは、熱伝導性を有する接合材１４により回路基板３に実装されている。これにより、電子部品４の下部４ｂから発生される熱が、伝熱部材７を介して回路基板３に伝熱される。つまり、電子部品４から発生される熱が、伝熱部材７により、伝熱材５を介して上部筐体１に伝熱されると共に、回路基板３に放熱される。従って、本実施形態によれば、電子部品４から発生される熱が、上部筐体１にのみ伝熱される構造に比し、放熱性能を向上することができる。

（５）回路基板（基板）３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、伝熱部材７は、回路基板３に設けられ、グランドパターンに接続されたスルーホール１５に電気的に接続されている。このため、高周波電流は、伝熱部材７およびスルーホール１５を介してグランドパターンに流れるため、伝熱材５を介して上部筐体１への高周波電流の流れを抑制し、電子制御装置１００外への放射を抑制することができる。多層配線基板の内層にグランドパターンが形成されるので、回路基板３の表面および裏面に設ける配線パターンを高密度化することができる。

（６）伝熱材５は、常温で柔軟性を有する樹脂を含む層であり、上部筐体１の突出部１２の表面および電子部品４の表面等の微細な凹部に入り込み、結合面積を増大する。このため、伝熱材５により、電子部品４と上部筐体１の突出部１２間の熱伝導性が向上し、放熱効果が増大する。また、伝熱材５は、回路基板３の熱による変形や振動により電子部品４に作用する負荷を軽減する。さらに、伝熱材５により、製造時の上部筐体１の突出部１２と電子部品４の上部４ａの上面４ａ１間の隙間のばらつきを吸収し、隙間の公差に余裕を持たせることができる。

［実施例１］
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。

電子制御装置１０１を、下記の部材を用いて作製した。
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。

放熱フィン６は、厚さ２ｍｍ、高さ１３ｍｍ、間隙５ｍｍとして上部筐体１Ａに一体に形成した。突出部１２は、厚さ２．９ｍｍとして、平面形状は、下記に示す伝熱材５と同じサイズで上部筐体１Ａに一体に形成した。上部筐体１Ａ、下部筐体２、放熱フィン６、突出部１２は、熱伝導率が９６．３Ｗ／ｍＫ、放射率が０．５のＡＤＣ１２を用いて形成した。

伝熱材５は、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５は、電子部品４の上部４ａおよび伝熱部材７の介装部７ａの上部に設けた。伝熱材５の外形は、３８ｍｍ×３８ｍｍ×１．９ｍｍ（厚さ）とした。伝熱材５の外周は、電子部品４の下部４ｂを突出部１２に投影した領域の外側にある。換言すれば、電子部品４の下部４ｂを突出部１２に投影した領域は、伝熱材５の外周の内側に配置されている。

伝熱部材７は、図４に図示されるように、４つの分割伝熱部材７１を、それぞれ、各コーナー部およびその周囲に、隣接する分割伝熱部材７１と離間して設けて構成されている。各分割伝熱部材７１の熱伝導率は、１００Ｗ／ｍＫである。

スルーホール１５は、外径０．４５ｍｍ、内径０．４ｍｍ、高さ１．６ｍｍであり、内側表面にＣｕめっきを用いて形成した。電子部品４の４つのコーナー部に対応する各分割伝熱部材７１のコーナー部に、６ｍｍ×６ｍｍのスルーホール形成領域を設け、スルーホール１５は、各スルーホール形成領域内に、０．８５ｍｍピッチで配列した。各スルーホール形成領域における等価熱伝導率は、８１．４Ｗ／ｍＫである。

－第２の実施形態－
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。

伝熱部２１を有する下部筐体２Ａは、板金加工により形成することができる。但し、下部筐体２Ａは、鋳造により形成してもよい。鋳造により伝熱部２１を形成する場合には、伝熱部２１をボス部として形成してもよい。また、鋳造により伝熱部２１を形成する場合には、伝熱部２１を、周囲から盛り上がる肉厚の***部として形成してもよい。さらに、
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。

各伝熱部２１の位置は、回路基板３のスルーホール１５に対応する。本実施形態では、電子部品４を１つのみ図示しているが、電子部品４および伝熱部材７が複数設けられている構造であれば、すべての伝熱部材７に対応する位置に伝熱部２１を形成することが好ましい。但し、発熱量が小さい電子部品４に熱結合する伝熱部材７に対しては、伝熱部２１を設けなくてもよい。

各伝熱部２１は、伝熱材１６によりスルーホール１５に接合されている。すなわち、伝熱材１６は、回路基板３に設けられたスルーホール１５および伝熱部２１に、熱伝導可能に結合、換言すれば、熱結合されている。

伝熱材１６は、伝熱材５と同様に、グリース状、ジェル状、シート状等さまざまな種類の材料が用いられている。伝熱材１６は、常温で柔軟性を有し、回路基板３に設けられたスルーホール１５と伝熱部２１間の熱伝導性を向上する。また、伝熱材１６は、回路基板３の熱による変形や振動により電子部品４に作用する負荷を軽減する。さらに、伝熱材１６により、製造時の下部筐体２Ａの伝熱部２１と回路基板３間の隙間のばらつきを吸収し、隙間の公差に余裕を持たせることができる。
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。

伝熱材１６は、スルーホール１５内に充填してもよい。伝熱材１６をスルーホール１５内に充填することで、スルーホール１５内における熱伝導が、スルーホール１５の内面に設けた金属層および伝熱材１６の両部材で行われるため、スルーホール１５内の熱伝導性が向上し、下部筐体２Ａによる放熱効果を大きくすることができる。
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。

第２の実施形態では、上述した通り、回路基板３に形成したスルーホール１５および下部筐体２Ａの伝熱部２１に伝熱材１６が熱結合している。このため、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。

第２の実施形態の他の構造は第１の実施形態と同様である。従って、第２の実施形態においても、電子部品４から発生される熱は、伝熱材５および伝熱部材７を介して上部筐体１により放熱される。
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。

さらに、第２の実施形態によれば、下記の効果を奏する。
（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。

（８）回路基板３を、伝熱材１６により接合された伝熱部２１により支持することができる。これにより、電子部品４の近傍で回路基板３を拘束する力が働く。このため、熱や振動による回路基板３の変形や、電子部品４に作用する負荷を低減することができる。

［実施例２］
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。

下部筐体２Ａの伝熱部２１は、熱伝導率が９６．３Ｗ／ｍＫ、放射率が０．５のＡＤＣ１２を用いて形成した。伝熱部２１の厚さ（板厚）は１．５ｍｍとし、伝熱材１６と同じ外形サイズで下部筐体２Ａに一体に形成した。
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。

図１１は、比較例の電子部品と伝熱部材の組付け状態の断面図であり、第１の実施形態の図３に相当する図である。
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。

なお、電子制御装置１００Ｒの突出部１２の平面視における外形サイズは、電子部品４の下部４ｂを突出部１２に投影したサイズと同一である。
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。

図１０は、本発明の実施例１および実施例２と比較例の放熱効果を示す図である。
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１０に示された温度上昇量は、電子部品４の発熱量を１０Ｗとした際の、無風環境、環境温度８０℃での温度である。図１０に示すように、実施例１の電子部品４の温度上昇量は、比較例の電子部品４の温度上昇量より低減することができた。さらに、実施例２の電子部品４の温度上昇量は、実施例１の電子部品４の温度上昇量より低減することができた。

実施例１の電子制御装置１０１は、比較例の電子制御装置１００Ｒに対し、電子部品４から発生される熱を回路基板３に伝導する熱伝導路を別途に備えている。図１０に示される結果から、実施例１の電子制御装置１０１では、電子部品４から発生される熱が伝熱部材７により回路基板３に熱伝導されることにより、比較例の電子制御装置１００Ｒよりも大きな放熱効果が得られることが判る。

また、実施例２の電子制御装置１０２は、実施例１の電子制御装置１０１に対し、電子部品４から発生される熱を、回路基板３に設けられたスルーホール１５および伝熱材１６を介して下部筐体２Ａに伝導する熱伝導路を余計に備えている。図１０に示される結果から、実施例２の電子制御装置１０２では、電子部品４から発生される熱が、回路基板３に設けられたスルーホール１５および伝熱材１６を介して下部筐体２Ａに熱伝導されることにより、実施例１の電子制御装置１０１よりも、さらに、大きな放熱効果が得られることが判る。

（伝熱部材の変形例１）
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。

（伝熱部材の変形例２）
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。

外部からの荷重により、上部筐体１が変形し、各分割伝熱部材７１に負荷がかかった場合でも、伝熱部材７Ｖの介装部７ａは、スリット７６で変形し、分割伝熱部材７１の介装部７ａが電子部品４の下部４ｂの上面４ｂ１と上部筐体１の突出部１２の間に介装される。つまり、伝熱部材７Ｖの介装部７ａにスリット７６を設けることにより、上部筐体１の変形等に対して、介装部７ａが柔軟に追随させることが可能となる。
第１、第２の実施形態の伝熱部材７または伝熱部材７Ｕに替えて、伝熱部材７Ｖを用いることができる。

（伝熱部材の変形例３）
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。

なお、上記各実施形態では、上部筐体１と下部筐体２とにより筐体を構成する構造として例示した。しかし、上部筐体１と下部筐体２との間に中間ケースを介装し、３つ以上のケースにより筐体を構成してもよい。

上記各実施形態では、電子部品４を、ＦＣＢＧＡ型の半導体装置として例示した。しかし、電子部品４は、ＦＣＢＧＡ型以外のＢＧＡ型としてもよい。また、電子部品４はＢＧＡ型以外の電子部品であってもよい。

上記各実施形態では、伝熱材５により、電子部品４の上部４ａの上面４ａ１と上部筐体１の突出部１２とを熱結合し、伝熱部材７の介装部７ａと実装部７ｂにより、電子部品４の伝熱材５に熱結合されない領域と、伝熱材５および回路基板３とを熱結合した構造として例示した。しかし、伝熱部材７は、介装部７ａが設けられておらず、実装部７ｂのみが設けられた構造としてもよい。この構造では、伝熱材５により、電子部品４の上部４ａの上面４ａ１と上部筐体１とが熱結合され、電子部品４の伝熱材５に熱結合されない領域は、伝熱部材７の実装部７ｂにより回路基板３に熱結合される。

上記では、種々の実施の形態および変形例を説明したが、本発明はこれらの内容に限定されるものではない。本発明の技術的思想の範囲内で考えられるその他の態様も本発明の範囲内に含まれる。

１、１Ａ 上部筐体（放熱部）
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 (11)

1. 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。
2. 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。
3. 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。
4. 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。
5. 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。
6. 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。
7. 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。
8. 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。
9. 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。
10. 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。
11. 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。

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