JP2012199354A - 電子制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】電子制御装置の小型化を図る。
【解決手段】回路基板３の表面３ａに発熱性のある電子部品２ａを実装する。そして、回路基板３の裏面３ｂの電子部品２ａ裏側となる位置に、電子部品２ａよりも発熱性が低い電子部品２ｂを実装する。
これによって、電子部品２ｂを、電子部品２ａのヒートシンクとして利用することができ、電子部品２ａで発生した熱を放熱させるための構成を別途設けることなく、電子部品２ａで発生した熱の放熱性能を向上させることができる。また、電子部品２ａの裏側にも電子部品２ｂを実装することが可能となり、回路基板３を大きくすることなく当該回路基板３の部品実装面積を拡大することができ、回路基板３の小型化により電子制御装置１の小型化を図ることができる。
【選択図】図４

Description

本発明は、回路基板の両面に電子部品が実装されている電子制御装置に関する。

例えば、特許文献１には、電子部品がその表面に実装された配線基板が取り付けられたケースに、前記配線基板の裏面側から前記電子部品に近接するよう突接する台座と、この台座に連なる放熱用突条部とを設け、前記電子部品に発生する熱を、前記台座から前記放熱用突条部を介して前記ケースの広い範囲に拡散して逃がすようにした技術が開示されている。

特開２００９−１５８７９６号公報

しかしながら、このような特許文献１においては、前記ケースの内側に、前記台座や前記放熱用突条部が突出することになり、前記台座や前記放熱用突条部が設けられた位置では、前記配線基板の裏面に電子部品を実装することが難しくなるので、その分前記配線基板が大きくなり、ひいては装置全体が大型化してしまう虞がある。

そこで、本発明の電子制御装置は、回路基板の一方の面に実装された発熱性のある第１の電子部品の裏側に、前記第１の電子部品よりも発熱性が低い第２の電子部品を配置し、前記第１の電子部品で発生した熱を前記第２の電子部品に放熱することを特徴としている。

本発明によれば、第１の電子部品の裏側に実装された第２の電子部品を、第１の電子部品のヒートシンクとして利用することができ、第１の電子部品で発生した熱を放熱させるための構成を別途設けることなく、第１の電子部品で発生した熱の放熱性能を向上させることができる。

また、発熱性のある第１の電子部品の裏側にも第２の電子部品として電子部品を実装することが可能となり、回路基板を大きくすることなく当該回路基板の部品実装面積を拡大することができ、回路基板の小型化により電子制御装置の小型化を図ることができる。

本発明に係る電子制御装置の概略構成を模式的に示した分解斜視図。 本発明に係る電子制御装置の概略構成を模式的に示した分解斜視図。 本発明に係る電子制御装置を裏側からみた斜視図。 図３のＡ−Ａ線に沿った断面図。 図１のＢ−Ｂ線に沿った位置における回路基板の断面図。 本発明に係る電子制御装置の回路基板の表面のうち電子部品が実装される部分を模式的に示した説明図。 本発明に係る電子制御装置の回路基板の表面を電子部品とともに示した平面図。 図５の一部を拡大してより具体的に示した説明図。 本発明に係る電子制御装置の第２実施形態の要部を模式的に示した説明図。 本発明に係る電子制御装置の第３実施形態の要部を模式的に示した説明図。 本発明に係る電子制御装置の第４実施形態の要部を模式的に示した説明図。

以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。図１〜図３は、本発明に係る電子制御装置１の概略構成を模式的に示した説明図であり、図１及び図２は電子制御装置１の分解斜視図であり、図３は電子制御装置１を裏側からみた斜視図である。

電子制御装置１は、例えば、自動車に搭載されてエンジン、トランスミッション及びブレーキ等の制御に用いられるものであって、発熱性のある電子部品２が複数実装された矩形板状の回路基板３と、回路基板３に取り付けられ、回路基板３に形成される電子回路と外部機器とを電気的に接続するコネクタ４と、回路基板３が収容固定されるケース５と、ケース５に収容された回路基板３を覆う上側のカバー６と、ケース５とカバー６との接合部分をシールするシール部材７と、から大略構成されている。

回路基板３に実装される電子部品２としては、例えば、ＩＣ、ＦＥＴ（電界効果トランジスタ）、ＭＯＳＦＥＴ（酸化膜半導体電界効果トランジスタ）、トランジスタ、ダイオード、抵抗等が挙げられる。

ケース５及びカバー６は、電子制御装置１の筐体８を構成するものであって、ケース５は略矩形の皿形状を呈し、カバー６は略矩形板状を呈している。

ケース５は、アルミや鉄等の放熱性に優れた金属材料によって形成されており、略矩形板状の底壁９と、底壁８の外周縁に立設された側壁１０と、側壁１０の先端側に全周に亙って設けられた鍔状のフランジ部１１と、を有している。

底壁９には、窓部１２が貫通形成されており、この窓部１２より、ケース５とカバー６とを組み付けた際にコネクタ４の一端が外部に突出する。この窓部１２の周囲には、シール部材１３が配置されており、窓部１２とコネクタ４との間が液密にシールされている。

ケース５の底壁９の内側面には、回路基板３の表面３ａの外周側に実装された電子部品２ｃ、２ｄで発生した熱が放熱される第１、第２放熱用台座１４、１５が突設されている。これら第１、第２放熱用台座１４、１５は、回路基板３が組み付けられた際に、この回路基板３の裏面３ｂのうち電子部品２ｃあるいは２ｄの裏側の部分と対向するようにそれぞれ設けられている。そして、回路基板３の裏面３ｂと第１放熱用台座１４との間、及び回路基板３の裏面３ｂと第２放熱用台座１５との間には、それぞれ第１、第２放熱シート１６、１７が挟み込まれている。ここで、各放熱シート１６、１７は、例えば放熱グリス等でもよく、いわゆる熱伝導材であれば、シート状のものに限定されるものではない。

ケース５の底壁９の外側面のうち、第１、第２放熱用台座１４、１５が設けられた部分の裏側にあたる部分には、第１、第２放熱フィン１８、１９が設けられている。第１、第２放熱フィン１８、１９は、各放熱用台座１４、１５が受熱した熱を効率よく放熱するために設けられたものである。なお、本実施形態では、各放熱フィン１８、１９は、底壁９の長手方向（図１、図２あるいは図３における左右方向）に沿うように設けられている。

ケース５のフランジ部１１には、フランジ部１１の全周に亙って連続するシール溝２０が形成されている。このシール溝２０には、シール部材７とともにカバー６に設けられた突条２１（後述）が挿入されるようになっている。そのため、ケース５とカバー６との接合部分は、このシール部材７によって全周に亙って液密にシールされている。

また、ケース５には、電子制御装置１の車体（図示外）への取り付けのため一対の第１、第２ブラケット２２、２３が一体に設けられている。本実施形態では、第１ブラケット２２に設けられた上下方向に貫通する貫通穴２２ａと、第２ブラケット２３に設けられた側方に開口する切欠溝２３ａとにより、電子制御装置１の前記車体への取り付けが行われる。

カバー６は、金属材料または樹脂材料によって形成されており、ケース５内に収容固定された回路基板３を覆うようにケース５に組み付けられる。カバー６は、その４隅がねじ２４によってケース５に対して固定されている。

このカバー６の外周縁には、前述した突条２１がカバー６外周縁の全周に亙って連続するよう形成されている。この突条２１は、ケース５のフランジ部１１に設けられたシール溝２０に係合するものである。

また、カバー６に形成された貫通穴２５には、筐体８内部と外部との圧力差を調整する呼吸フィルタ２６が取り付けられている。この貫通穴２５の外周縁部には、全周に亙って、呼吸フィルタ２６への水の直撃を抑制する外周壁２７が突出形成されている。

回路基板３は、例えば、ガラスエポキシ樹脂等からなり、ケース５に対する取付面となる裏面３ｂに、外部のコネクタ（図示外）とそれぞれ接続される２つ接続口４ａ、４ｂを有するコネクタ４が取り付けられている。

また、回路基板３は、その外周縁の複数箇所が、ねじ２８によってケース５に固定されている。尚、回路基板３をケース５に対して接着材で固定することも可能である。

そして、図４に示すように、回路基板３の表面３ａの中央部分には、第１の電子部品としての電子部品２ａが実装され、回路基板の裏面３ｂには、電子部品２ａの裏側となる位置に、電子部品２ａよりも発熱性の低い第２の電子部品としての電子部品２ｂが実装されている。つまり、電子部品２ａの裏側に、電子部品２ａよりも発熱性の低い電子部品２ｂを配置することで、この電子部品２ｂをヒートシンクとして利用している。電子部品２ａには、ＣＰＵやＩＣ等の集積回路や、その他本制御装置の稼働時に発熱性の高い部品が使用できる。電子部品２ｂには、電子部品２ａで用いる集積回路よりも低稼働（発熱性の低い）の集積回路や、熱容量に対し、本制御装置（電子制御装置１）の稼働時に発熱性の低い各種部品が使用できる。

図５〜図８を用いて詳述すると、回路基板３には、電子部品２ａで発生した熱を電子部品２ｂに効率よく伝導するために、電子部品２ａが実装される部分に、導体パターン２９とサーマルビア３０が形成されている。導体パターン２９は、電子部品２の端子３１が半田等によって電気的に接続された電子回路構成用の導体パターン２９ａと、主として電子部品２に発生する熱を伝導するための放熱用の導体パターン２９ｂ、２９ｃ、２９ｄ、２９ｅと、に大別される。また、放熱用の導体パターン２９ｂ、２９ｃ、２９ｄ、２９ｅは、放熱用として設置するのみでなく、電子回路構成用の導体パターン２９ａ、特にＧＮＤパターンの一部として設置してもよい。

ここで、図５は図１のＢ−Ｂ線に沿った位置における回路基板３の断面図であり、図６は回路基板３の表面３ａのうち電子部品２ａが実装される部分を模式的に示した説明図であり、図７は回路基板３の表面３ａを電子部品２ａとともに示した平面図であり、図８は図５の一部を拡大してより具体的に示した説明図である。

回路基板３の表面３ａには、電子部品２ａの下面と略同じ大きさの範囲内にパターン形成されるとともに、電子部品２ａの下面に電気的接続される略矩形の放熱用の導体パターン２９ｂが形成されている。また、回路基板３の裏面３ｂには、電子部品２ｂの下面と略同じ大きさの範囲内にパターン形成されるとともに、電子部品２ｂの下面に電気的に接続される略矩形の放熱用の導体パターン２９ｃが形成されている。

回路基板３の表面３ａに形成され、電子部品２ａの端子３１に接続される電子回路構成用の導体パターン２９ａは、図７に示すように、電子部品２ａの下面に電気的に接続される放熱用の導体パターン２９ｂと電気的に接続されないように形成されている。また、回路基板３の裏面３ｂに形成され、電子部品２ｂの端子３１に接続される電子回路構成用の導体パターン（図示せず）も、図７と同様に、電子部品２ｂの下面に電気的に接続される放熱用の導体パターン２９ｃと電気的に接続されないように形成されている。尚、電子部品２ａ、２ｂが裏面にヒートシンクを持つ場合、該ヒートシンクがＧＮＤに設定されている際は、放熱用の導体パターン２９ｂ、２９ｃは電子回路のＧＮＤパターンの一部としてもよい。

そして、回路基板３の電子部品２ａ、２ｂが実装される部分には、回路基板３の内部に、複数層（本実施形態では２層）の放熱用の導体パターン２９ｄ、２９ｅが形成されている。

また、回路基板３の電子部品２ａ、２ｂが実装される部分には、図６に示すように、回路基板３を貫通する複数（本実施形態では２０個）の貫通穴３２が形成され、これら各貫通穴３２の内周面に銅メッキを施すことで、複数のサーマルビア３０が形成されている。このサーマルビア３０によって、回路基板３の電子部品２ａ、２ｂが実装される部分に形成された放熱用の導体パターン２９ｂ、２９ｃ、２９ｄ、２９ｅは、その回路基板３厚さ方向（図５における上下方向）で異なる位置（異なる層）の放熱用の導体パターン２９ｂ、２９ｃ、２９ｄ、２９ｅと電気的に接続されている。

本実施形態では、回路基板３の表面３ａで発生した電子部品２ａの熱を、回路基板３の裏面３ｂの電子部品２ｂに伝導するために、サーマルビア３０が回路基板３を貫通するよう形成されている。

サーマルビア３０は、その一端は電子部品２ａもしくは２ｂの一方の下面に対して電気的に接続されているが、その他端は電子部品２ａ、２ｂの双方の下面に対して電気的に接続されないように形成されている。

より具体的には、図８に示すように、電子部品２ａの下面に一端が電気的に接続されたサーマルビア３０ａは、その他端側のランド３３が回路基板３の裏面３ｂで絶縁体である基板レジスト３４によって覆われ、電子部品２ｂの下面及び回路基板３の裏面３ｂに形成された放熱用の導体パターン２９ｂに電気的に接続されないようになっている。また、電子部品２ｂの下面に一端が電気的に接続されたサーマルビア３０ｂは、その他端側のランド３５が回路基板３の表面３ａで絶縁体である基板レジスト３４によって覆われ、電子部品２ａの下面及び回路基板３の表面３ａに形成された放熱用の導体パターン２９ｂに電気的に接続されないようになっている。また、サーマルビア３０ａ及びサーマルビア３０ｂは、図６に示すように、電子部品２ａに対応する（一端が電子部品２ａに電気的に接続された）サーマルビア３０ａ列と、電子部品２ｂに対応する（一端が電子部品２ｂに電気的に接続された）サーマルビア３０ｂ列とが、回路基板３に交互に配列されている。これは、サーマルビア３０ａとサーマルビア３０ｂをできるだけ隣接して配置することで放熱性を向上させるための配置であり、このほか対角方向の斜線状や、市松模様状などに交互に配置してもよい。

尚、図８中の３６は電子部品２ａの下面に付随するヒートシンクであり、図８中の３７は電子部品２ｂの下面に付随するヒートシンクである。また、図８中の３８は半田である。また、図８中に示す太さの異なる２種類の矢印は、電子部品２ａに発生した熱の流れを模式的に示したものであって、太い矢印はその部分における伝熱量が相対的に多いことを表し、細い矢印はその部分における伝熱量が相対的に少ないことを表している。

このような本実施形態においては、回路基板３を挟んで電子部品２ａの裏側に、電子部品２ａよりも発熱性の低い電子部品２ｂを配置することで、この電子部品２ｂをヒートシンクとして利用することができ、回路基板３の表面３ａ側で発生した電子部品２ａ熱を放熱させるための構成を、回路基板３の裏面３ｂ側に別途設けることなく、電子部品２ａで発生した熱の放熱性能を向上させることができる。

また、発熱性のある電子部品２ａの裏側にも、電子部品２ｂを実装することになるため、回路基板３を大きくすることなく回路基板３の実質的な部品実装面積が拡大することになり、回路基板３の小型化による電子制御装置１の小型化を図ることができる。

そして、回路基板３は、電子部品２ａが実装される位置に、複数のサーマルビア３０が貫通形成されているので、回路基板３の表面３ａで発生した熱を、回路基板３の裏面３ｂまでサーマルビア３０で伝導することができるので、回路基板３の裏面３ｂに実装された電子部品２ｂに効率よく放熱することができる。

尚、電子部品２ｂの熱容量が電子部品２ａの熱容量よりも大きくなるように設定すれば、電子部品２ａで発生した熱を電子部品２ｂで一層確実に吸収することができる。また、サーマルビア３０に放熱材等を充填して、回路基板３の表面３ａと裏面３ｂとの間の熱伝導性を向上させ、電子部品２ａの放熱性を向上させるようにしてもよい。また、電子部品２ａ、２ｂは、それぞれ複数個の部品によって構成してもよい。

ここで、回路基板３の電子部品２ａが実装される部分に形成される導体パターン２９及びサーマルビア３０は、図９〜図１１のように形成することも可能である。

図９に示す第２実施形態の電子制御装置５０おいては、電子部品２ａが実装される部分に形成されたサーマルビア３０が、回路基板３を貫通しない、いわゆるブラインドビアとなっており、電子部品２ａの下面に電気的に接続される放熱用の導体パターン２９ｂと、電子部品２ｂの下面に電気的に接続される放熱用の導体パターン２９ｃと、が電気的に接続されないように構成されている。

詳述すると、電子部品２ａの下面に電気的に接続される放熱用の導体パターン２９ｂは、サーマルビア３０を介して、回路基板３０の内部に形成された放熱用の導体パターン２９ｄと電気的に接続されている。電子部品２ｂの下面に電気的に接続される放熱用の導体パターン２９ｃは、サーマルビア３０を介して、回路基板３０の内部に形成された放熱用の導体パターン２９ｅと電気的に接続されている。そして、回路基板３０の内部に形成された放熱用の導体パターン２９ｃと放熱用の導体パターン２９ｄとは、互いに電気的に接続されないように構成されている。

尚、図９中に示す太さの異なる２種類の矢印は、電子部品２ａに発生した熱の流れを模式的に示したものであって、太い矢印はその部分における伝熱量が相対的に多いことを表し、細い矢印はその部分における伝熱量が相対的に少ないことを表している。

また図１０に示す第３実施形態の電子制御装置５２では、サーマルビア３０が電子部品２ａ、２ｂの直下ではなく電子部品２ａ、２ｂの外側に形成され、電子部品２ａの端子３１が接続された回路基板３の表面３ａ側の電子回路構成の導体パターン２９ａが、電子部品２ａの外側に形成されたサーマルビア３０に電気的に接続されている。サーマルビア３０は、回路基板３を貫通し、回路基板３の裏面３ｂに形成された電子回路構成用の導体パターン２９ａのうち、電子部品２ｂの端子３１と電気的に接続されていない電子回路構成用の導体パターン２９ａに対して電気的に接続されている。そして、電子部品２ｂの端子３１と電気的に接続されていない回路基板３の裏面３ｂに形成された電子回路構成用の導体パターン２９ａが、回路基板３の裏面３ｂに形成された電子回路構成用の導体パターン２９ａのうち、電子部品２ｂの端子３１と電気的に接続されている電子回路構成用の導体パターン２９ａと近接するように構成されている。換言すれば、電子部品２ｂの端子３１と電気的に接続されていない回路基板３の裏面３ｂに形成された電子回路構成用の導体パターン２９ａが、電子部品２ｂに近接するように構成されている。

尚、図１０中に示す太さの異なる２種類の矢印は、電子部品２ａに発生した熱の流れを模式的に示したものであって、電気的に接続されている部分では伝熱量が相対的に多くなり（太い矢印の部分）、電気的に接続されておらず連続していない部分では、伝熱量が相対的に少なくなる（細い矢印の部分）ことを表している。

この第３実施形態では、電子部品２ａで発生した熱の一部が、電子部品２ａの外側に形成されたサーマルビア３０を経て回路基板３の裏面３ｂ側の電子部品２ｂに伝達されることになる。

図１１に示す第４実施形態の電子制御装置５３では、電子部品２ａの下面に電気的に接続された回路基板３の表面３ａの放熱用の導体パターン２９ｂが、サーマルビア３０を介して、電子部品２ｂの下面に電気的に接続された回路基板３の裏面３ｂの放熱用の導体パターン２９ｃと電気的に接続された構成となっている。

尚、図１１中に示す矢印は、電子部品２ａに発生した熱の流れを模式的に示したものである。

１…電子制御装置
２ａ…電子部品
２ｂ…電子部品
３…回路基板
５…ケース
６…カバー

Claims (3)

1. 電子部品が両面に実装された回路基板と、
   前記回路基板の一方の面に実装された発熱性のある第１の電子部品と、
   前記回路基板の他方の面に実装され、前記第１の電子部品の裏側に位置する前記第１の電子部品よりも発熱性が低い第２の電子部品と、を有し、
   前記第１の電子部品で発生した熱を前記第２の電子部品に放熱することを特徴とする電子制御装置。
2. 前記第２の電子部品は、前記第１の電子部品よりも熱容量が大きいことを特徴とする請求項１に記載の電子制御装置。
3. 前記回路基板は、前記第１の電子部品が実装された位置に、複数のサーマルビアが設けられていることを特徴とする請求項１または２に記載の電子制御装置。

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