JP2013093378A - 電子制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】小型化を可能にするとともに、放熱性も高めた電子制御装置を提供する。
【解決手段】配線パターンを有する回路基板２と、回路基板２上にて互いに隣り合って実装された複数の発熱電子部品の内、少なくとも一対の発熱電子部品５Ａ、５Ｂとを備えた電子制御装置である。発熱電子部品５Ａ、５Ｂは、一方の側に回路基板２と電気的及び機械的に接続するリード９を延出し、他方の側に放熱用金属プレート１０を延出して構成されている。隣り合って実装された一対の発熱電子部品５Ａ、５Ｂは、これらが隣り合う方向と交差する方向にリード９及び放熱用金属プレート１０を向け、かつ、リード９及び放熱用金属プレート１０の向く方向が互いに逆になるように配置されている。
【選択図】図２

Description

本発明は、電子制御装置に関する。

近年、自動車に搭載される電子制御装置は、要求される機能が増えることに伴い、その数が増加する傾向にある。ところが、電子制御装置を配置する空間については、車室空間を広げる必要上、減少する傾向にある。したがって、電子制御装置はその小型化が強く望まれている。しかしながら、電子制御装置を小型化すると、回路の高密度化による放熱性の悪化が懸念される。

このような背景のもとに、従来では、例えば特許文献１の図１に、パワーＭＯＳＦＥＴ（電子部品）を樹脂基板（回路基板）上に複数実装した際、互いの端子を逆側に向けた状態で互いに向かい合わせて配置した構造が開示されている。
また、特許文献２の図５には、隣り合うＭＯＳ間に熱伝導抑制部を設け、ＭＯＳ間の熱干渉を抑制する技術が開示されている。

特開２０１０−２４５１７４号公報 特開２０１１−２３５９３号公報

しかしながら、前記特許文献１に記載された構造では、パワーＭＯＳＦＥＴを互いに向かい合わせて配置しているため、放熱機能を担うメタルベースもパワーＭＯＳＦＥＴから延出することでその一部が互いに向かい合っている。したがって、向かい合うメタルベースからそれぞれ放出された熱がパワーＭＯＳＦＥＴ間に滞留することにより、放熱性が低下する懸念がある。
また、前記特許文献２に記載された構造では、隣り合うＭＯＳ間に熱伝導抑制部を設けているため、熱伝導抑制部のためのスペースが余分に必要となり、電子制御装置の小型化を妨げる一因となってしまう。

本発明は前記事情に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、小型化を可能にするとともに、放熱性も高めた電子制御装置を提供することにある。

本発明の電子制御装置は、配線パターンを有する回路基板と、該回路基板上にて互いに隣り合って実装された複数の発熱電子部品と、を備えた電子制御装置であって、
前記発熱電子部品は、一方の側に前記回路基板と電気的及び機械的に接続するリードを延出し、他方の側に放熱用金属プレートを延出して構成され、
前記隣り合って実装された複数の発熱電子部品の内、少なくとも一対の発熱電子部品は、これらが隣り合う方向と交差する方向に前記リード及び前記放熱用金属プレートを向け、かつ、前記リード及び前記放熱用金属プレートの向く方向が互いに逆になるように配置されていることを特徴とする。

また、前記電子制御装置において、前記隣り合って実装された複数の発熱電子部品の内、少なくとも一対の発熱電子部品は、これらが隣り合う方向と直交する方向に前記リード及び前記放熱用金属プレートを向けて配置されていることが好ましい。

また、前記電子制御装置において、前記複数の発熱電子部品は、前記回路基板の実装領域の端部に配置されていることが好ましい。

また、前記電子制御装置において、前記回路基板には、該回路基板の表面及び該回路基板の内部に設けられて、前記発熱電子部品の発する熱を伝導する熱伝導経路手段が設けられていることが好ましい。
また、前記熱伝導経路手段は、前記回路基板の表面から裏面に貫通し、かつ前記配線パターンに接続するスルーホールを備えていることが好ましい。

本発明の電子制御装置によれば、隣り合って実装する複数の発熱電子部品の内、少なくとも一対の発熱電子部品を、これらが隣り合う方向と交差する方向にリード及び放熱用金属プレートを向け、かつ、リード及び放熱用金属プレートの向く方向が互いに逆になるように配置している。それにより、リードに比べて放熱面積が大きく、したがって放熱容量の大きい放熱用金属プレートの中心部が隣り合う方向と直交する方向に一定の間隔分ずれた状態で配置される。そのため、リードや放熱用金属プレートを介して放出される熱の流れも一定の間隔分ずれが生じる。したがって、一対の発熱電子部品から放出される熱によって形成される熱干渉部を従来に比べて減少させることができるため、熱の滞留が抑制され放熱性が高まる。
また、一対の発熱電子部品の向きを逆にして互いに隣り合わせて配置することにより、一対の発熱電子部品を接続する内層を含む各面の配線パターン（図示せず）の接続距離を短縮でき、回路基板の実装領域を無駄なく効率的に使用することができるため、小型化が可能になる。

本発明の電子制御装置の一実施形態の概略構成を示す分解斜視図である。 回路基板の要部平面図である。 本発明の電子制御装置の他の実施形態に係る回路基板を示す図であって、（ａ）は発熱電子部品を実装した状態を示す要部平面図、（ｂ）は発熱電子部品を実装する前の状態を示す要部平面図である。

以下、図面を参照して、本発明に係る電子制御装置について説明する。なお、以下の図面においては、各部材を認識可能な大きさとするために、各部材の縮尺を適宜変更している。
図１は、本発明の電子制御装置の一実施形態の概略構成を示す分解斜視図であり、図１中符号１は、自動車用の電子制御装置（ＥＣＵ：Electronic Control Unit）である。
この電子制御装置１は、回路基板２と、該回路基板２を収容保持する金属製のケース３と、該ケース３に装着される金属製のカバー４とを備えて構成されている。なお、ケース３とカバー４とにより、回路基板２を収容する筐体が形成される。

回路基板２は、その上面に電子部品として複数の発熱電子部品５Ａ、５Ｂ（５Ａ、５Ｂ以外は図示せず）を実装し、下面に大型電子部品６及びコネクタ７等を実装し、さらに内層を含む各面に配線パターン（図示せず）を形成した略矩形状のプリント基板である。発熱電子部品５Ａ、５Ｂは、電流が流れることで大きく発熱するもの、例えばトランジスタやダイオード等からなっている。大型電子部品６は、前記発熱電子部品５Ａ、５Ｂより大型のもの、例えばコンデンサやコイル等からなっている。

発熱電子部品５Ａ、５Ｂは、回路基板２の一方の長辺２ａ側のコーナー部寄りに配置されたもので、図２に示すように回路基板２に設けられた略矩形の実装領域２ｂの端部（外周部）に互いに隣り合って配置されている。なお、本実施形態では、回路基板２の一方の長辺２ａ側のコーナー部側に配置された発熱電子部品５Ａはダイオードであり、これより中央部側に配置された発熱電子部品５Ｂはトランジスタ（ＭＯＳＦＥＴ）である。ただし、このように配置された発熱電子部品５Ａ、５Ｂは、トランジスタやダイオード以外の発熱電子部品からなっていてもよいのはもちろんである。

これら発熱電子部品５Ａ、５Ｂは、平面視矩形状のパッケージ８内にダイオードやトランジスタを構成する各要素を組み込み、さらにパッケーシ８の一方の側（一辺側）にリード９を複数延出し、他方の側（前記一辺側と反対の側の辺側）に放熱用金属プレート１０を延出したものである。放熱用金属プレート１０は、銅等の金属からなる矩形板状のもので、平面視した状態で一方の側がパッケージ８の他方の側から延出するよう、パッケージ８の底面に貼設固定されている。

なお、この放熱用金属プレート１０については、パッケージ８内に収容されてその一部がパッケージ８の他方の側から延出するように構成されたものであってもよい。また、この放熱用金属プレート１０は、本実施形態では端子としても機能するようになっている。ただし、端子として機能することなく、放熱板としてのみ機能するものであってもよい。

発熱電子部品５Ａ、５Ｂは、本実施形態では図２中にＸで示す方向に隣り合っており、このＸ方向と直交するＹ方向に、パッケージ８から延出するリード９及び放熱用金属プレート１０を向けて配置されている。また、これら一対の発熱電子部品５Ａ、５Ｂにおいては、リード９及び放熱用金属プレート１０の向く方向が、互いに逆になるように配置されている。

すなわち、発熱電子部品５Ａはリード９を回路基板２の一方の長辺２ａと反対の側（以下、Ｙ１方向とする）に向けて延出し、放熱用金属プレート１０を回路基板２の一方の長辺２ａ側（以下、Ｙ２方向とする）に向けて延出している。また、発熱電子部品５Ｂはリード９をＹ２方向に向けて延出し、放熱用金属プレート１０をＹ１方向に向けて延出している。

また、これら発熱電子部品５Ａ、５Ｂが実装された回路基板２の上面には、前記配線パターンからなる回路パターン１１Ａ、１１Ｂが形成されている。回路パターン１１Ａには発熱電子部品５Ａが接続され、回路パターン１１Ａ、１１Ｂには発熱電子部品５Ｂが接続されている。すなわち、発熱電子部品５Ａは、放熱用金属プレート１０を介して回路パターン１１Ａに電気的及び機械的に接続されている。なお、発熱電子部品５Ａのリード９は、回路基板２上の他の配線パターン（図示せず）に電気的及び機械的に接続されている。また、発熱電子部品５Ｂは、リード９を介して回路パターン１１Ａに電気的及び機械的に接続され、放熱用金属プレート１０を介して回路パターン１１Ｂに電気的及び機械的に接続されている。

図１に示すように大型電子部品６は、回路基板２の下面の、前記長辺２ａと反対側の端部に配置されている。
コネクタ７は、例えばＰＢＴやＰＰＳ等の高熱伝導性樹脂から形成されたもので、大型電子部品６が配置された長辺側に配置されており、回路基板２の裏面側から表面側へ向けて挿通される２本のコネクタ固定用ネジにより、回路基板２にネジ止め固定されている。
また、回路基板２には、前記発熱電子部品５Ａ、５Ｂが配置された一方の長辺２ａ側の外端部、及び前記大型電子部品６が配置された他方の長辺側の略中央部に、ケース３に回路基板２を固定するためのネジ孔１２が合計４箇所形成されている。

ケース３は、前記回路基板２を内部に収容保持して保護する、鉄あるいはアルミニウム等の金属製のものである。このケース３は、平面視して前記回路基板２にほぼ一致する略矩形状の収容空間を有しており、該収容空間の前記大型電子部品６に対応する位置に、大型電子部品６を収容する大型電子部品収容部１３を形成している。
また、ケース３には、大型電子部品収容部１３に隣接して放熱用台座１４が形成されている。

放熱用台座１４は、回路基板２の発熱電子部品５Ａ、５Ｂに対応するコーナー部（隅部）に形成配置されたもので、ケース３の底面より上方に、すなわち前記回路基板２側に突出して形成されている。これによって放熱用台座１４には、ケースの底面より充分に高い位置に、前記発熱電子部品５Ａ、５Ｂに対応して台座面１４ａが形成されている。

台座面１４ａには、熱伝導材１５が設けられている。熱伝導材１５は、回路基板２に当接し、したがって回路基板２を挟んで前記発熱電子部品５Ａ、５Ｂと間接的に接するように配置されている。この熱伝導材１５は、グリス状のものや弾性変形可能なシート状のものなど、従来公知のものが用いられる。このような熱伝導材１５を介して回路基板２上の発熱電子部品５Ａ、５Ｂに接することにより、放熱用台座１１は、発熱電子部品５Ａ、５Ｂが生じた熱をケース３の外部に放出し、発熱電子部品５Ａ、５Ｂの温度上昇による性能低下を抑制するものとなっている。

ここで、熱伝導材１５としてグリス状のものを用いた場合、熱伝導材１５はその可塑性によって回路基板２に良好に密着するため、回路基板２上の発熱電子部品５Ａ、５Ｂと放熱用台座１４との間の熱伝導性をより良好にする。また、回路基板２と放熱用台座１４の台座面１４ａとの間に異物が混入するのを防止することができる。
また、シート状のものを用いた場合にも、熱伝導材１２はその弾性変形によって回路基板２に良好に密着するため、回路基板２上の発熱電子部品５Ａ、５Ｂと放熱用台座１４との間の熱伝導性をより良好にする。また、回路基板２を弾性的に支持するため、振動を吸収して回路基板２の変形を防止することができる。

また、ケース３には、前記回路基板２のネジ孔１２と対応する位置、すなわち放熱用台座１４が形成された側の側壁３ａの両端部の各隅部、及び側壁３ａと反対の側の側壁の内側の２箇所に、それぞれ回路基板保持部１６が形成配置されている。これら回路基板保持部１６には、その保持面（上面）に、前記ネジ孔１２に連通してネジが挿通されるネジ孔１７が形成されている。

カバー４は、鉄あるいはアルミニウム等の金属製のもので、ケース３の平面視形状に対応した略矩形板状のものである。このカバー４にも、回路基板２のネジ孔１２と対応する位置に、それぞれネジ孔１８が形成されている。これにより、カバー４は回路基板２を収容保持した状態のケース３に被着され、ネジ孔１８、ネジ孔１２、ネジ孔１７にネジ１９が挿通され螺着されることにより、ケース３に固定されるようになっている。

すなわち、カバー４はケース３にネジ止めされることにより、ケース３内に回路基板２を固定するとともに、ケース３の収容空間を封止するようになっている。そして、このようにケース３内に回路基板２が収容保持され、その状態でカバー４が被着され、ケース３に固定されることにより、本実施形態の電子制御装置１が形成されている。

このような構成の電子制御装置１では、隣り合って実装される複数の発熱電子部品の内、少なくとも一対の発熱電子部品５Ａ、５Ｂを図２に示すように配置し、したがって延出したリード９及び放熱用金属プレート１０を、それぞれ発熱電子部品５Ａ、５Ｂが隣り合う方向（Ｘ方向）と直交（交差）する方向（Ｙ方向）に向けているので、駆動に伴って発熱電子部品５Ａ、５Ｂが発熱した際にこれらから放出される熱が、リード９や放熱用金属プレート１０を通って回路パターン１１Ａ、１１Ｂ全体に流れるようになる。

ここで、この電子制御装置１では隣り合って実装する複数の発熱電子部品の内、少なくとも一対の発熱電子部品５Ａ、５Ｂを、これらが隣り合う方向（Ｘ方向）と交差する方向（Ｙ方向）にリード９及び放熱用金属プレート１０を向け、かつ、リード９及び放熱用金属プレート１０の向く方向が互いに逆になるように配置している。それにより、リード９に比べて放熱面積が大きく、したがって放熱容量の大きい放熱用金属プレート１０の中心部が隣り合う方向（Ｘ方向）と直交する方向（Ｙ方向）に一定の間隔分ずれた状態、すなわち発熱電子部品５ＡはＹ２方向、電子部品５ＢはＹ１方向にずれた状態で配置される。そのため、リード９や放熱用金属プレート１０を介して放出される熱の流れも一定の間隔分ずれが生じる。したがって、一対の発熱電子部品５Ａ、５Ｂから放出される熱によって形成される熱干渉部Ｈを従来に比べて減少させることができるため、熱の滞留が抑制され放熱性が高まる。

よって、本実施形態の電子制御装置１によれば、放熱性が充分に高いため、発熱電子部品５Ａ、５Ｂや大型電子部品６の機能が安定した良好なものとなる。
また、一対の発熱電子部品５Ａ、５Ｂの向きを逆にして互いに隣り合わせて配置することにより、一対の発熱電子部品５Ａ、５Ｂを接続する内層を含む各面の配線パターン（図示せず）の接続距離を短縮でき、回路基板２の実装領域２ｂを無駄なく効率的に使用することができる。したがって、電子制御装置１の小型化を図ることができる。

さらに、発熱電子部品５Ａ、５Ｂを、回路基板２の実装領域２ｂの端部（外周部）に配置しているので、実装領域２ｂにおける他の部位に他の部品等を容易に配置することができ、したがって高密度実装が可能になるなど、実装レイアウトについての自由度が高いものとなる。また、実装領域２ｂの端部（外周部）に配置されることによって発熱電子部品５Ａ、５Ｂはケース３の側壁に近くなるため、これら発熱電子部品５Ａ、５Ｂで発生した熱が比較的速くケース３に伝わって外部に放出されるようになる。よって、電子制御装置１内に熱がこもるのが防止されるため、電子制御装置１は放熱性が高いものとなる。

次に、本発明の電子制御装置の他の実施形態を説明する。
図３（ａ）、（ｂ）は、電子制御装置の他の実施形態を説明するための図であって、回路基板２の要部平面図である。なお、図３（ａ）は発熱電子部品５Ａ、５Ｂを実装した状態を示す要部平面図であり、図３（ｂ）は発熱電子部品５Ａ、５Ｂを実装する前の状態を示す要部平面図である。

本実施形態が図２に示した実施形態と異なるところは、図３（ａ）に示すように、回路基板２の回路パターン１１Ａ、１１Ｂ及びその近傍部に、発熱電子部品５Ａ及び発熱電子部品５Ｂをそれぞれ囲って多数（複数）のスルーホール（ビア）２０が形成されている点である。

図３（ｂ）に示すように回路パターン１１Ａは、略Ｌ状に折れ曲がって形成されており、発熱電子部品５Ａに対応する矩形状の箇所に発熱電子部品５Ａの放熱用金属プレート１０に接続する第１のパッド２１Ａを有し、発熱電子部品５Ｂに対応する細長い矩形状の箇所に発熱電子部品５Ｂのリード９に接続する第２のパッド２２Ｂを有している。
また、回路パターン１１Ｂは矩形状に形成されており、発熱電子部品５Ｂの放熱用金属プレート１０に接続する第１のパッド２１Ｂを有している。また、図３（ｂ）中において回路パターン１１Ａの下方であり、かつ回路パターン１１Ｂの右方には、発熱電子部品５Ａのリード９に接続する第２のパッド２２Ａが設けられている。
これら第２のパッド２２Ａ、２２Ｂは、それぞれの中心ＯＡ、ＯＢが、図２に示したＹ方向においてずれて配置されている。本実施形態では、図３（ｂ）に示すように、αのずれ幅で第２のパッド２２Ａ、２２Ｂが配置されている。

そして、これら各パッドに対応する放熱用金属プレート１０やリード９が半田等によって接続固定されることにより、図３（ａ）に示すように発熱電子部品５Ａ、５Ｂが実装領域２ｂ上にそれぞれ実装されている。このように配置されることで、発熱電子部品５Ａ、５Ｂ間には、熱干渉部Ｈが形成されることになる。
スルーホール２０は、このようにして実装される発熱電子部品５Ａ及び発熱電子部品５Ｂをそれぞれ囲った状態で、多数（複数）が形成配置されている。

これらスルーホール２０は、回路基板２の表面（上面）から裏面（下面）にまで貫通して形成されたもので、その内面及び開口周辺にはメッキによって導体（図示せず）が設けられている。導体は、回路基板２に形成された他の配線パターン（図示せず）に接続されている。
このような構成によってスルーホール２０は、配線パターン（回路パターン１１Ａ、１１Ｂを含む）を介して発熱電子部品５Ａ、５Ｂに、電気的、熱的に接続したものとなっている。したがって、これらスルーホール２０は、発熱電子部品５Ａ、５Ｂの発する熱を伝導する熱伝導経路手段として機能するようになっている。

すなわち、スルーホール２０は、配線パターンを介して発熱電子部品５Ａ、５Ｂに接続することにより、これら発熱電子部品５Ａ、５Ｂが発した熱を伝導し、回路基板２の裏面側に伝え、したがって前記放熱用台座１４上の熱伝導材１５に放熱するようになっている。また、発熱電子部品５Ａ、５Ｂの放熱用金属プレート１０やリード９から発せられた熱に対しても、これらの熱の流れに導体が接し、さらにはスルーホール２０内に熱の流れを通過させることにより、回路基板２の裏面側に案内され、熱伝導材１５に放熱するようになっている。

したがって、本実施形態の電子制御装置１にあっては、スルーホール２０によって発熱電子部品５Ａ、５Ｂが発した熱を回路基板２の裏面側に効率的に伝え、放熱用台座１４やこれの上の熱伝導材１５に効率的に放出できるようになっているため、放熱性がより一層高いものとなる。
特に、発熱電子部品５Ａ及び発熱電子部品５Ｂをそれぞれ囲った状態で、多数のスルーホール２０を形成配置しているので、熱の伝わりが発熱電子部品５Ａと発熱電子部品５Ｂとの間で互いに独立し、したがって干渉し合わないため、放熱性が充分に高いものとなる。

なお、本発明は前記実施形態に限定されることなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。
例えば、前記実施形態では、隣り合う複数の発熱電子部品の内、少なくとも一対の発熱電子部品５Ａ、５Ｂの各リード９、各放熱用金属プレート１０を、発熱電子部品５Ａ、５Ｂが隣り合う方向（Ｘ方向）に対してその延出する向きが直交するように配置したが、一対の発熱電子部品５Ａ、５Ｂの各リード９、各放熱用金属プレート１０の延出する向きが同じ方向（例えば図２中のＹ方向）になっていれば、これらの延出する向き（Ｙ方向）は、発熱電子部品５Ａ、５Ｂの隣り合う方向に対して直交することなく、単に交差した状態で配置されていてもよい。

すなわち、図２中において、一対の発熱電子部品５Ａ、５Ｂのうちのいずれか一方は、Ｙ１方向あるいはＹ２方向に全体がずれて配置され、したがって発熱電子部品５Ａ、５Ｂが隣り合う方向が図２中のＸ方向に対して傾くようになっていてもよい。このような配置であっても、リード９や放熱用金属プレート１０を介して放出される熱によって形成される熱干渉部Ｈを従来に比べて減少させることができるため、熱の滞留が抑制され放熱性が高まる。

また、前記実施形態では、互いに隣り合って実装される発熱電子部品の対を一対のみ示したが、このような関係にある発熱電子部品の対を複数設けた構成としてもよい。
さらに、前記実施形態では、本発明の電子制御装置を自動車用の電子制御装置に適用したが、本発明はこれに限定されることなく、放熱性や小型化が要求される全ての電子制御装置に適用可能である。

１…電子制御装置、２…回路基板、３…ケース、４…カバー、５Ａ、５Ｂ…発熱電子部品、９…リード、１０…放熱用金属プレート、１１Ａ、１１Ｂ…回路パターン、２０…スルーホール

Claims (5)

1. 配線パターンを有する回路基板と、該回路基板上にて互いに隣り合って実装された複数の発熱電子部品と、を備えた電子制御装置であって、
   前記発熱電子部品は、一方の側に前記回路基板と電気的及び機械的に接続するリードを延出し、他方の側に放熱用金属プレートを延出して構成され、
   前記隣り合って実装された複数の発熱電子部品の内、少なくとも一対の発熱電子部品は、これらが隣り合う方向と交差する方向に前記リード及び前記放熱用金属プレートを向け、かつ、前記リード及び前記放熱用金属プレートの向く方向が互いに逆になるように配置されていることを特徴とする電子制御装置。
2. 前記隣り合って実装された複数の発熱電子部品の内、少なくとも一対の発熱電子部品は、これらが隣り合う方向と直交する方向に前記リード及び前記放熱用金属プレートを向けて配置されていることを特徴とする請求項１記載の電子制御装置。
3. 前記複数の発熱電子部品は、前記回路基板の実装領域の端部に配置されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の電子制御装置。
4. 前記回路基板には、該回路基板の表面及び該回路基板の内部に設けられて、前記発熱電子部品の発する熱を伝導する熱伝導経路手段が設けられていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の電子制御装置。
5. 前記熱伝導経路手段は、前記回路基板の表面から裏面に貫通し、かつ前記配線パターンに接続するスルーホールを備えていることを特徴とする請求項４記載の電子制御装置。

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