JPH10335863A - 制御装置 - Google Patents

制御装置

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JPH10335863A JP10142868A JP14286898A JPH10335863A JP H10335863 A JPH10335863 A JP H10335863A JP 10142868 A JP10142868 A JP 10142868A JP 14286898 A JP14286898 A JP 14286898A JP H10335863 A JPH10335863 A JP H10335863A
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Abstract

(57)【要約】 【解決手段】 高い電気的出力を有するコンパクトで堅
牢かつコスト的に有利に形成される制御装置が提案され
る。この制御装置は出力構成素子２３の損失熱の排出の
ために比較的わずかな熱的な抵抗を有している。このこ
とは、両側に装着可能な制御回路担体１４により達成さ
れる。この制御回路担体の、ケーシング１１に面した側
に出力構成素子２３が配置されている。これらの出力構
成素子２３は熱伝導性の物質２４内に埋め込まれてお
り、この物質は制御回路担体１４を大面で熱的及び機械
的に制御装置１０のケーシング１１に結合せしめてい
る。このことにより、電子的な構成素子２２，２３の配
置のフレキシビリティが向上する他に、制御回路の形成
のために利用される、制御回路担体１４の面が増大する
と共に、制御装置の電磁的な整合性が改善される。 【効果】 熱排出が改善され、かつ製作が安価である。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は少なくとも２部分か
ら成るケーシングを備えた制御装置であって、ケーシン
グの内室に、差込結合装置に結合された少なくとも１つ
の制御回路担体が配置されており、この制御回路担体
に、第１の冷却体と協働する電気的もしくは電子的な構
成素子が装着されている形式のものに関する。
【０００２】
【従来の技術】例えばドイツ連邦共和国特許公開第４０
０９４４５号明細書から公知であるようなこの種の制御
装置は、複数部分から成る１つのケーシングを備えてお
り、その内室には、電子的な構成素子を装着した制御回
路担体が配置されている。制御装置の運転中に特に出力
構成素子により発生される損失熱の排出のために、別体
の冷却体が使用される。
【０００３】さらにドイツ連邦共和国実用新案第９２０
０６２４．８号明細書からは、制御装置のケーシングを
冷却面として利用することが公知である。損失熱をわず
かな熱的な抵抗で排出するために、出力構成素子は制御
回路担体の縁領域内に配置されており、このことのため
に制御回路担体は特別に形成されたケーシング内に張設
されている。その上、制御回路担体は銅被覆の形状の熱
伝導性の層を備えている。しかし、特に新しい形式の出
力構成素子の損失電力は、この形式では熱損失が不十分
にしか排出されることができない程大きい。
【０００４】制御回路担体の下側に形成された熱伝導性
の面によっても、制御回路担体とケーシングとの間のわ
ずかな熱的な抵抗がケーシングにもたらされる。しか
し、出力構成素子からこの熱伝導性の面への熱伝達のた
めには、製作するのに不経済な熱的なスルーホールボン
ディングが必要である。
【０００５】熱排出の上記形式の欠点は、制御回路担体
上の、損失熱を発生する構成素子のための可能な配置が
制約されるのみならず、制御回路の形成のために供用さ
れる面も制約されることにある。このことは多くの場
合、電子的構成素子の数の増大を伴う常に上昇する機能
要求を制御装置に課すこととあいまって、スペース的又
は熱的な困難を招き、この困難が極端な場合には制御装
置の作動停止を生ぜしめる。その上、熱排出のこの形式
は比較的複雑でありかつ製作が高価である。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は、上述
の欠点を排除することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】上記課題は本発明によれ
ば、請求項１に記載のように、少なくとも損失熱を発生
する構成素子が、集積された制御回路としてフリップ・
チップ技術で形成されており、かつ、第１の冷却体が、
硬化する熱伝導性接着剤から成り、この熱伝導性接着剤
が、損失熱を発生する構成素子だけを、又は他の物質と
一緒にすべての側で囲んでおり、かつ、制御回路担体が
熱伝導性接着剤を介して、制御装置のケーシングの構成
部分の少なくとも１つに固定されていることにより解決
される。
【０００８】
【発明の効果】本発明の利点は、熱排出が改善され、か
つ製作が安価であるような制御装置が形成される。この
種の制御装置は電子的な出力範囲が高い場合に適してい
る。
【０００９】さらに、制御回路担体の、ケーシングに面
した一方の側に出力構成素子が配置され、かつこの出力
構成素子がスペースの節約ができるフリップ・チップ技
術で形成され、かつ熱伝導性接着剤により完全に囲われ
ていると比較的低い熱的な抵抗が得られる。このことに
より、制御回路担体は大面積で熱的かつ機械的にケーシ
ングに結合される。これにより、制御回路担体の両側に
構成素子を装着することが可能であり、その結果、出力
構成素子の配置が比較的自由に選択可能である。
【００１０】利用可能なサブストレート面が得られる他
に、出力構成素子の電気的なボンディングが比較的短い
導体路により行われることができ、その結果、制御装置
の構造がコンパクトで振動に対して堅牢になると共に、
電磁的な整合性（Vertraeglichkeit）が高められる。構
成素子の配置がフレキシブル（柔軟性）であることによ
り、このように構成された制御装置は容易に顧客の希望
に適合可能である。その上、この制御装置は現存の製作
装置で実施可能なコスト的に有利な製作に関して優れて
いる。
【００１１】フリップ・チップとして形成された出力構
成素子が制御回路担体とは逆の電位のない側に熱分配器
を装備していると、損失熱が特別有効に排出される。出
力構成素子に有利にはろう接された金属的な熱分配器は
同様に、熱を排出する物質により囲まれる。この熱分配
器はフリップ・チップ技術の前記利点を制約することな
く、出力構成素子の、熱排出のために供用される表面を
著しく増大せしめる。出力構成素子を越えて突出した熱
分配器が制御回路担体の方向に曲げられた屈曲部を備え
ていると、このことにより出力構成素子が付加的に著し
く高い機械的な負荷から保護されることができる。
【００１２】本発明のその他の構成がその他の請求項に
記載されている。
【００１３】
【発明の実施の形態】次に、図面につき本発明の実施例
を詳細に説明する。
【００１４】図１にもとづき形成された電子的な制御装
置１０はケーシング１１を備えており、その内室１２に
制御回路担体１４が配置されている。制御回路担体１４
としては、例えばプリント配線板、フォイル又は例えば
ダイクロステート（Dycrostate）などのようなマイクロ
バイアスを備えたプリント配線板が使用される。制御装
置１０のケーシング１１は２部分から構成されており、
要するに１つの平らな基板１５と、これにかぶされたフ
ード状の１つのカバー１６とから成る。
【００１５】熱伝導性の材料例えば鋼薄板又はアルミニ
ウムから成る基板１５とカバー１６とは図示しない形式
で例えばねじ結合、締付け結合又はそれに類似した結合
法により互いに結合されている。基板１５とカバー１６
との間のシールエレメント１７は内室１２を外に向けて
シールしている。基板１５の両端にはそれぞれ１つの差
込結合装置１８が配置されており、その接触ピン１９は
基板１５に設けた貫通部２０を通して制御装置１０の内
室１２へ突入していて、信号伝達のためにそのところで
制御回路担体１４に導電的に結合されている。
【００１６】その他の使用例では任意に分配された複数
の差込結合装置１８もしくはただ１つの差込結合装置１
８が形成されることがてきるのは勿論である。基板１５
に設けた貫通部２０もシールエレメント１７を介して雰
囲気に向かってシールされている。差込結合装置１８の
接触ピン１９はその両端を除いて差込結合装置１８のプ
ラグケーシング２１のプラスチック材料により囲われて
おり、その結果、この箇所に関しても内室１２は雰囲気
から閉鎖されている。
【００１７】この内室１２に配置された制御回路担体１
４にはその両側に電子的な構成素子２２，２３が装着さ
れており、これらの構成素子は図面では簡略にしか示さ
れていない。その場合、制御回路担体１４上の構成素子
２２，２３の配置は、損失熱を発生するすべての出力構
成素子２３が制御回路担体１４の、基板１５に面した側
に位置するように選択されている。図示されてはいない
が、この損失熱を発生する出力構成素子２３は、ハイブ
リッド製作から公知のフリップ・チップ技術で形成され
て適当に制御回路担体１４にボンディングされた集積制
御回路である。
【００１８】このフリップ・チップ技術はこの出力構成
素子２３の全高を減少させる他に、その電気的なボンデ
ィングに必要な、制御回路担体１４上でのスペース要求
を軽減せしめる。損失熱を発生する出力構成素子２３は
熱伝導性の物質２４内に埋め込まれており、この物質は
制御回路担体１４と基板１５との間の中間室を完全にか
つ大面で充たしている。これにより、接着剤として作用
する熱伝導性のこの物質２４は制御回路担体１４を直に
熱的かつ機械的に制御装置１０の基板１５に結合せしめ
る。従って、その他の構成部分も、又はケーシング１１
内での制御回路担体１４の固定のための作業過程も不要
である。
【００１９】熱伝導性の物質２４は出力構成素子２３に
より発生した損失熱を比較的わずかな熱的な抵抗で基板
１５へ伝達し、そこから、制御装置１０の組込み状況に
依存して、隣合う構成部分又は雰囲気へ損失熱が排出さ
れる。なかんずく熱伝導の際に対抗して生じる熱的な抵
抗がわずかであるため、高い電気的な出力範囲のために
使用される制御装置１０がこの熱伝導形式を許容する。
その上この制御装置１０は制御回路担体１４とケーシン
グ１１との間の接着結合にもとづき振動及び震動に対し
て比較的感度が低く、かつ制御回路担体１４の両側に電
子的な構成素子２２，２３を装着することができるの
で、オーバヒートの問題を生じることなく比較的コンパ
クトに形成される。
【００２０】さらに、熱伝導性の物質２４は制御回路担
体１４がそれぞれ任意の位置でケーシング１１に結合さ
れることができることを許容し、その結果、出力構成素
子２３の配置が広い範囲内で自由に選択可能である。こ
のことにより、差込結合装置１８の位置決めのための可
能性もまた拡大し、その結果、制御装置１０はユーザの
位置決めに関する希望に比較的容易に適合可能である。
【００２１】さらに、出力構成素子２３の配置がフレキ
シブルであることにより、出力構成素子は差込結合装置
の比較的近くに配置されることができる。プラグに近い
この配置は、これによりこの出力構成素子２３への図示
されていない電気的な結合導線が比較的短くて済むので
有利である。このように結合導線が短いことは、この出
力構成素子２３からの電流又はこれへの電流が高いた
め、望ましいことである。それというのは、これらの電
流により発生する電磁界が他の電子的な構成素子を妨害
することがあり、従ってこの電磁界は可能な限り狭い範
囲に制限されなければならないからである。それゆえ、
ケーシング１１への制御回路担体１４の上述の結合は電
磁的な出力能の改善と同時に、制御装置１０の電磁的な
整合性の向上を許容する。
【００２２】さらに、ケーシング１１に接着された制御
回路担体１４は現存の製作装置で付加的な改装手段なに
し作業可能であり、要するに装着及びろう接可能であ
る。
【００２３】基板１５の縁に形成されていてカバー１６
の制限面を越えて突出している固定用舌状片２５によ
り、基板１５へ排出された熱エネルギを、制御装置を使
用時に取付けるフランジ構成部分へ引き続きさらに伝達
させることが可能である。この固定用舌状片２５は図１
によれば基板１５の平面内で、もしくはこの平面に対し
て平行な平面内で延びていてもよいが、しかし、この平
面に対して任意のスペースへ向けて屈曲して形成されて
いてもよい。固定用舌状片２５の領域内に貫通孔２６が
固定部材のために形成されており、この固定部材は制御
装置１０の固定に役立つと共に、フランジ構成部分への
熱的な結合をも保証する。
【００２４】図２には、出力構成素子２３を制御回路担
体１４と、ケーシング１１の基板１５とに結合させるた
めの第１変化実施例が示されている。この第１変化実施
例では、スペーサとして作用する充填材２８が熱伝導性
の物質２４内に含有されている。この充填材２８は出力
構成素子２３をケーシング１１の基板１５から、さらに
また図示しない隣合う構成素子から間隔をおいて保持し
ており、その結果、電気的な絶縁が保証されている。
【００２５】さらに、図２から分かるように、出力構成
素子２３と制御回路担体１４との間に生じた隙間２９内
には出力構成素子２３の電気的なボンディング箇所３０
がみられるが、この隙間２９は熱伝導性の物質２４に対
して異なる毛管（Ｋａｐｉｌｌａｒ）接着剤３２により
充填されている。このことは、この結合の製作のために
２つの互いに別個の作業工程を条件とする。
【００２６】図３が示すように、基板１５もしくは制御
回路担体１４への出力構成素子２３の結合時に、ただ１
種類の熱伝導性の物質２４ａを使用することも当然可能
である。その場合には、制御回路担体１４と出力構成素
子２３との間の、出力構成素子のボンディング箇所３０
が位置している隙間２９内には、制御回路担体１４から
ケーシング１１の基板１５への熱伝導を生ぜしめるのと
同じ熱伝導性の物質２４ａが充填されており、従って、
図２で説明した毛管接着剤３２を充填するための付加的
な作業工程を省くことができる。さらに、隣合う構成素
子に対する出力構成素子２３の電気的な絶縁が重要でな
い場合には、価格的に有利な熱伝導性の物質２４ａを充
填材２８なしに使用することもできるのは勿論である。
【００２７】図４は、ケーシング１１への損失熱の排出
をさらに改善するために熱分配器３４に結合された別の
出力構成素子２３ａを示す。この熱分配器３４は任意に
形成された面状の構成部材であり、この構成部材は良好
な熱伝導性材料、特に銅もしくは銅合金から製作されて
いる。熱分配器３４はすべての側で出力構成素子２３ａ
を越えて突出しており、かつ有利にはろう接３５によ
り、出力構成素子２３ａの、制御回路担体１４とは逆の
電位のない側に結合されている。このろう接３５は、出
力構成素子２３ａを制御回路担体１４にボンディングす
るのと同じろう接プロセスで行われることができるが、
しかし制御回路担体１４の装着に先立つ充填作業工程と
して実施されることもできる。
【００２８】例えば制御回路担体１４上でのスペース要
求がわずかであること、出力構成素子２３の製作時又は
この種の出力構成素子２３の簡易化されたボンディング
プロセス時に接着が不要なことなどのような、フリップ
チップ技術の利点が制約されることなく、出力構成素子
２３ａのために供用される熱伝導性の表面が熱分配器３
４により著しく高められる。熱分配器３４はその材料厚
に関して出力構成素子２３ａの厚さに相応しており、こ
のことは、熱分配器３４を備えた出力構成素子２３ａを
埋め込んだ熱伝導性の物質２４の厚さが基板１５と出力
構成素子２３ａとの間の領域内で著しくは減少しない結
果をもたらす。
【００２９】熱伝導性の物質２４のための必要最低限の
厚さを維持することは、さもなければこの物質２４の正
確な計量が保証されないため、この物質の自動的な充填
のために極めて重要である。熱伝導性の物質２４の厚さ
を種々に変化させることにより、出力構成素子２３の誤
差及び寸法差を補償することができる。
【００３０】図５に示す実施例では、熱伝導性の物質２
４内へ埋め込まれた熱分配器３４ａが、出力構成素子２
３ｂを越えて突出したその端部に制御回路担体１４へ向
って曲げられた屈曲部３６を備えている。これにより、
熱分配器３４ａはブリッジ状に出力構成素子２３ｂ上に
またがって制御回路担体１４に支持されている。その場
合、制御回路担体１４上に形成された導体路に屈曲部３
６が接触しないように注意が払われている。
【００３１】この屈曲部３６は、出力構成素子２３ｂの
ボンディング箇所３０が出力構成素子と制御回路担体１
４とのボンディングの経過中に熱分配器３４ａの重力に
もとづき圧縮されることを阻止し、しかもその際、この
ボンディング時の出力構成素子２３ｂの位置決めを妨げ
ない。薄くかつ軽量な熱分配器３４ａはこのような屈曲
部３６を重量の理由から必要としないが、しかし、この
屈曲部３６は出力構成素子２３ｂ及びそのボンディング
箇所３０の熱的及び機械的な負荷を受け止め、かつこの
ことにより、ケーシング１１の機械的な負荷能力の向上
に寄与する。
【００３２】代替的に熱分配器３４ａは、制御回路担体
１４への出力構成素子２３ｂのボンディングの後に、や
はり接着３５ａにより、例えば銀伝導性接着剤（Silber
leitkleber）により熱伝導的に出力構成素子２３ｂに固
定される。このことはろう接過程の他に付加的な接着過
程を前提とするが、しかし熱分配器３４ａが厚い場合で
も出力構成素子２３ｂのボンディング箇所３０が負荷さ
れないという利点を有している。
【００３３】図６に示した制御装置１０は雰囲気へ向け
た熱排出に関連して改善されている。出力構成素子２３
から発生して熱伝導性の物質２４によりケーシング１１
の基板１５へさらに伝達された熱エネルギを雰囲気へ排
出するために、基板１５に冷却体３３の形状の熱シンク
が配置されている。この冷却体３３は制御装置の雰囲気
内の空気対流の形成を可能ならしめる。さらに、図６は
制御回路担体１４からのもしくはそれへの信号伝達のた
めの、制御装置のこの使用例に適合した差込結合装置１
８ａを示す。適合されたこの差込結合装置１８ａは、適
当に形成されたプラグケーシング２１ａ内に、屈曲した
接触ピン１９ａを備えている。この種の差込結合装置１
８ａにより、制御装置１０はわずかなスペース要求で、
制御装置１０に対して側方向に案内されたケーブル束に
容易に結合される。
【００３４】本発明の基本的な思想から逸脱することな
く実施例の変更又は補完が可能であるのは勿論である。
例えば、冷却の種々の形式を互いに併存させて１つの制
御装置１０内に形成することが可能である。これに応じ
て例えば制御回路担体１４の一方の側に配置された出力
構成素子２３が本発明にもとづき冷却され、他面におい
て、制御回路担体１４の逆の側に配置された構成素子２
２は公知技術から公知である方法により冷却されること
ができる。
【００３５】最後に、１つの制御装置１０内に複数の制
御回路担体１４を設けることも考えられる。熱分配器３
４の形成に関していえば、この熱分配器３４は当然なが
ら複数の出力構成素子２３にまたがって配置されること
ができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明にもとづく制御装置の縦断面図である。
【図２】図１の一点鎖線の円Ｘで囲った部分の第１変化
実施例の拡大図である。
【図３】図１の一点鎖線の円Ｘで囲った部分の第２変化
実施例の拡大図である。
【図４】図１の一点鎖線の円Ｘで囲った部分の第３変化
実施例の拡大図である。
【図５】図１の一点鎖線の円Ｘで囲った部分の第４変化
実施例の拡大図である。
【図６】雰囲気への熱伝導に関して別様に形成された制
御装置を示す図である。
【符号の説明】
１０ 制御装置、 １１ ケーシング、 １２ 内室、
１４ 制御回路担体、 １８ 差込結合装置、 ２２
電子的な構成素子、 ２３ 熱を発生する電子的な出
力構成素子、 ２４ 熱伝導性接着剤、 ３２ 物質、
３３ 冷却体、 ３４ 熱分配器、 ３６ 屈曲部
フロントページの続き (72)発明者 ローラント シュミット ドイツ連邦共和国 デッティンゲン レン スヴェーク 10 (72)発明者 ヨッヘン シュヴァインベンツ ドイツ連邦共和国 シュツツトガルト ホ ーエヴァルトシュトラーセ 65 (72)発明者 ペーター シーファー ドイツ連邦共和国 ウンターグルッペンバ ッハ オイレンヴェーク ８

Claims (11)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 少なくとも２部分から成るケーシング
    （１１）を備えた制御装置であって、ケーシングの内室
    （１２）に、差込結合装置（１８）に結合された少なく
    とも１つの制御回路担体（１４）が配置されており、こ
    の制御回路担体に、第１の冷却体と協働する電気的もし
    くは電子的な構成素子（２２，２３）が装着されている
    形式のものにおいて、少なくとも損失熱を発生する構成
    素子（２３）が、集積された制御回路としてフリップ・
    チップ技術で形成されており、かつ、第１の冷却体が、
    硬化する熱伝導性接着剤（２４）から成り、この熱伝導
    性接着剤が、損失熱を発生する構成素子（２３）だけ
    を、又は他の物質（３２）と一緒にすべての側で囲んで
    おり、かつ、制御回路担体（１４）が熱伝導性接着剤
    （２４）を介して、制御装置（１０）のケーシング（１
    １）の構成部分の少なくとも１つに固定されていること
    を特徴とする制御装置。
  2. 【請求項２】 損失熱を発生するすべての構成素子（２
    ３）が少なくとも１つの制御回路担体（１４）の、ケー
    シング（１１）に面した側に配置されている請求項１記
    載の制御装置。
  3. 【請求項３】 少なくとも１つの制御回路担体（１４）
    の両側に電子的な構成素子（２２，２３）が装着されて
    いる請求項１又は２記載の制御装置。
  4. 【請求項４】 熱伝導性接着剤（２４）内に充填材（２
    ８）が含有されており、この充填材が、損失熱を発生す
    る構成素子（２３）とケーシング（１１）との間のスペ
    ーサとして作用している請求項１から３までのいずれか
    １項記載の制御装置。
  5. 【請求項５】 損失熱を発生する構成素子（２３）とケ
    ーシング（１１）との間の間隔又は損失熱を発生する構
    成素子（２３）の相互間隔が、最低でも、少なくとも１
    層の充填材（２８）を受容するような大きさを有してい
    る請求項１から４までのいずれか１項記載の制御装置。
  6. 【請求項６】 熱伝導性接着剤（２４）が、少なくとも
    １つの制御回路担体（１４）の、電子的な構成素子を装
    着した面の少なくとも１つを覆っている請求項１から５
    までのいずれか１項記載の制御装置。
  7. 【請求項７】 損失熱を発生する構成素子（２３）が少
    なくとも１つの熱分配器（３４）と協働しており、この
    熱分配器が構成素子（２３）と共通に熱伝導性接着剤
    （２４）内に埋め込まれていて構成素子（２３）の熱放
    出表面を増大させている請求項１から６までのいずれか
    １項記載の制御装置。
  8. 【請求項８】 熱分配器（３４）が、良好な熱伝導特性
    を有する金属的な、特に銅を含有する材料から成り、か
    つ構成素子（２３）の、制御回路担体（１４）とは逆の
    側にろう接（３５）又は接着（３５ａ）により結合され
    ている請求項７記載の制御装置。
  9. 【請求項９】 熱分配器（３４）が平面的に形成されて
    おり、かつ少なくとも１つの屈曲部（３６）を備えてお
    り、この屈曲部により熱分配器（３４）が制御回路担体
    （１４）に支持されている請求項７又は８記載の制御装
    置。
  10. 【請求項１０】 ケーシング（１１）の外側に少なくと
    も１つの第２の冷却体（３３）が配置されている請求項
    １から９までのいずれか１項記載の制御装置。
  11. 【請求項１１】 少なくとも１つの第２の冷却体（３
    ３）が、ケーシング（１１）の、損失熱を発生する構成
    素子（２３）に面した側に配置されている請求項１０記
    載の制御装置。
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