(57)【要約】【課題】放熱性を向上する電子制御装置を提供する。【解決手段】電子制御装置１００は、第１の発熱量の第一の電子部品４ａと、第１の発熱量よりも小さい第２の発熱量の第二の電子部品４ｂと、第一および第二の電子部品４ａ、４ｂが実装された回路基板３と、第一の電子部品４ａ、第二の電子部品４ｂおよび回路基板３を収容し、電子部品４ａ，４ｂを放熱する放熱構造が形成された放熱用ケース１を含む筐体とを備える。放熱構造は、第一の電子部品４ａに熱結合される放熱ブロック１３、および放熱ブロック１３の外周部から外方に延在して設けられた複数の板状の放熱フィン１４を含む。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の発熱量の第一の電子部品と、
前記第１の発熱量よりも小さい第２の発熱量の第二の電子部品と、
前記第一および第二の電子部品が実装された基板と、
前記第一の電子部品、前記第二の電子部品および前記基板を収容し、前記第一および第二の電子部品を放熱する放熱構造が形成された放熱用ケースを含む筐体とを備え、
前記放熱構造は、前記第一の電子部品に熱結合される放熱ブロック、および前記放熱ブロックの外周部から外方に延在して設けられた複数の板状の放熱フィンを含む、電子制御装置。
【請求項２】
請求項１に記載の電子制御装置において、
前記放熱フィンの少なくとも一部は、前記放熱ブロックの外周部から前記第二の電子部品側に向かって延出されて前記放熱用ケースの周側部に接続されている、電子制御装置。
【請求項３】
請求項１に記載の電子制御装置において、
前記第二の電子部品より発熱量が小さい少なくとも１つの第三の電子部品を、さらに備え、
前記第一の電子部品および前記第三の電子部品は、発熱量の大きい電子部品を配置する第一領域に配置され、前記第二の電子部品は、前記第一領域より発熱量の小さい電子部品を配置する第二領域に配置され、
前記放熱フィンの一部は、前記第一領域から、前記第二領域に向かって延出され前記放熱用ケースの周側部に接続されている、電子制御装置。
【請求項４】
請求項３に記載の電子制御装置において、
前記筐体には、前記第一の電子部品と前記第二の電子部品に電力を供給する電力用コネクタが設けられ、
前記電力用コネクタは、前記第二領域側に配置されている、電子制御装置。
【請求項５】
請求項１に記載の電子制御装置において、
前記第一の電子部品は、前記基板に導電接合材により接合され、前記第一の電子部品の前記基板側と反対側の面と前記放熱ブロックとの間に熱伝導材が介装されている、電子制御装置。
【請求項６】
請求項１に記載の電子制御装置において、
前記放熱用ケースは、複数の前記放熱フィンおよび前記放熱ブロックを保持する本体部を有し、複数の前記放熱フィンは、前記本体部から前記第一の電子部品側の反対側に向けてほぼ垂直に突出する所定の高さを有し、前記放熱ブロックは、前記本体部から前記第一の電子部品側に隆起する内部隆起部と、前記本体部から前記第一の電子部品側の反対側に突き出す所定高さの外部隆起部とを有する、電子制御装置。
【請求項７】
請求項６に記載の電子制御装置において、
前記放熱ブロックの前記内部隆起部は、平面視で、前記第一の電子部品の放熱面の面積とほほ同一またはそれ以上の大きさの面積を有し、前記外部隆起部は、前記放熱フィンとほぼ同じ高さを有する、電子制御装置。
【請求項８】
請求項１から請求項７までのいずれか一項に記載の電子制御装置において、
前記放熱用ケースは、長手方向に延在する一対の長手方向側部と、短手方向に延在する一対の短手方向側部を有する矩形形状を有し、
前記第一の電子部品と前記第二の電子部品とは、長手方向において離間して配置され、
複数の前記放熱フィンは、それぞれ、少なくとも一部が長手方向に沿って平行に延在されている、電子制御装置。
【請求項９】
請求項８に記載の電子制御装置において、
前記放熱ブロックは、前記放熱用ケースの長手方向の中心より前記短手方向側部の一方に近接した位置に配置されている、電子制御装置。
【請求項１０】
請求項８に記載の電子制御装置において、
前記放熱ブロックは、平面視で、４つの辺を有する正方形または長方形の形状を有し、
前記放熱フィンは、前記各辺に設けられている、電子制御装置。
【請求項１１】
請求項８に記載の電子制御装置において、
前記放熱ブロックは、平面視で、円形または楕円形の形状を有し、
前記放熱フィンは、少なくとも一部が前記放熱ブロックの外周部から放射状に設けられている、電子制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
車載用等の電子制御装置に用いられる半導体素子は、小型化により筐体容積が減少する一方、高性能化により発熱量が増加している。このため、電子制御装置の放熱性能をより向上することが求められている。
半導体素子の放熱性を向上する放熱構造として、半導体素子が実装された回路基板と、放熱ブロックおよびこの放熱ブロックの外周に配置された多数のピン状のフィンを設けた放熱基板とをはんだ等により接合した半導体モジュールが知られている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１６−２１９５６０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記特許文献１に記載された放熱構造は、半導体モジュールの構造であり、放熱基板の面積が小さい。このため、放熱性能が十分でない。また、半導体モジュールを収容する筐体から放熱する構造に関する記載および示唆が全く無い。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の一態様によると、電子制御装置は、第１の発熱量の第一の電子部品と、前記第１の発熱量よりも小さい第２の発熱量の第二の電子部品と、前記第一および第二の電子部品が実装された基板と、前記第一の電子部品、前記第二の電子部品および前記基板を収容し、前記第一および第二の電子部品を放熱する放熱構造が形成された放熱用ケースを含む筐体とを備え、前記放熱構造は、前記第一の電子部品に熱結合される放熱ブロック、および前記放熱ブロックの外周部から外方に延在して設けられた複数の板状の放熱フィンを含む。
【発明の効果】
【０００６】
本発明によれば、放熱性が向上する電子制御装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】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２】図１に図示された電子制御装置のＩＩ−ＩＩ線断面図。
【図３】図１に図示された電子制御装置の上面図。
【図４】図３に図示された電子制御装置の筐体内部のレイアウトを示す平面図。
【図５】比較例の電子制御装置の上面図。
【図６】本発明の実施例１と比較例１のジャンクション温度を示す図。
【図７】本発明の実施例１と比較例１の放熱用ケースの表面温度を示す図。
【図８】本発明の実施例１と比較例１の設置姿勢に対するジャンクション温度を示す図であり、図８（ａ）〜（ｃ）は、それぞれ、電子制御装置の設置姿勢を示す外観斜視図、図８（ｄ）は、各設置姿勢に対する実施例１と比較例１それぞれのジャンクション温度を示す図。
【図９】本発明の第２の実施形態の電子制御装置の上面図。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
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。
【０００９】
−第１の実施形態−
以下、図１〜図８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、放熱用ケース１と下ケース２とからなる筐体を有する。放熱用ケース１と下ケース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、外部装置と電気的に接続するための接続部として、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。コネクタ８には、電源用のコネクタが含まれている。筐体の内部には、回路基板３と、マイコン等の半導体素子を含む電子部品４ａ〜４ｄ（図４参照）と、熱伝導材５が収容されている。なお、電子部品４ａ〜４ｄを符号４で代表して説明する場合もある。
以下の説明において、Ｘ方向、Ｙ方向、Ｚ方向は図示の通りとする。
【００１０】
放熱用ケース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。放熱用ケース１は、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。放熱用ケース１は、平面視で矩形形状を有し、図２に示されるように、周側部が下方（回路基板３側）にほぼ９０°屈曲されて、開口部が開放されたボックス状に形成されている。放熱用ケース１内の４つのコーナー部や中央部付近には、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２１によりボス部１０の端面に固定されている。
【００１１】
図１に図示されるように、放熱用ケース１の上面（Ｚ方向）の前面側（Ｙ方向側）は平坦面とされている。
放熱用ケース１は、前面部１１と、本体部１２（図２参照）と、放熱ブロック１３と、複数の板状の放熱フィン１４とを有する。放熱ブロック１３と放熱フィン１４は放熱構造の主たる要素である。前面部１１、本体部１２、放熱ブロック１３、放熱フィン１４、ボス部１０は、ダイキャスト等の鋳造により放熱用ケース１に一体に形成される。但し、放熱フィン１４、放熱ブロック１３、ボス部１０を前面部１１および本体部１２は別部材として作製して、前面部１１および本体部１２に締結部材や溶接等により取り付けるようにしてもよい。
【００１２】
放熱用ケース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。
【００１３】
下ケース２は、放熱用ケース１と同様に、アルミニ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。下ケース２は、放熱用ケース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ケース２に形成するようにしてもよい。あるいは、放熱用ケース１および下ケースのそれぞれに、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。
【００１４】
放熱用ケース１の前面部１１は、イーサネットターミナル９を覆う覆い部と、コネクタ８を覆う覆い部とを含む。本体部１２は、筐体内部に収容された回路基板３および発熱部品４等を覆う板状部材であり、複数の放熱フィン１４と放熱ブロック１３とを連結する。前面部１１における本体部１２との境界部は、前面部１１から下方（−Ｚ方向）に向けて下降する傾斜面１１ａとされており、本体部１２は、前面部１１より低い位置（−Ｚ側の位置）に配置されている。各放熱フィン１４は、下端部において、本体部１２に連結されている。また、放熱ブロック１３は、本体部１２の上方（Ｚ方向）に突出する外部隆起部１３ｂと、本体部１２の下方（−Ｚ方向）、換言すれば、筐体の内部に突出する内部隆起部１３ａとを有する。内部隆起部１３ａは、本体部１２側の−Ｚ方向側の面から回路基板３側に突出する突部であり、その側周面は、内部隆起部１３ａが−Ｚ方向に先細り形状となる傾斜面に形成されている。すなわち、内部隆起部１３ａのＸＺ断面、ＹＺ断面は本体部１２側に幅広い裾部を有するほぼ台形形状を有する。
【００１５】
図２に図示されるように、放熱用ケース１の前面部１１に本体部１２に下降する傾斜面１１ａが設けられており、各放熱フィン１４の本体部１２からの高さ（Ｚ方向）と放熱ブロック１３の外部隆起部１３ｂの本体部１２からの高さ（Ｚ方向）は、ほぼ同一である。つまり、各放熱フィン１４のＺ方向の上面および放熱ブロック１３のＺ方向の上面は、放熱用ケース１の前面部１１の上面とほぼ面一になっている。このように、各放熱フィン１４のＺ方向の上面および放熱ブロック１３の上面を放熱用ケース１の最大高さである前面部１１の上面と面一にすることにより、電子制御装置１００の低背化が図られている。
【００１６】
図３は、図１に図示された電子制御装置の上面図である。
放熱用ケース１は、Ｙ方向の長さよりもＸ方向の長さが大きい、薄い直方体形状を有し、Ｘ方向に延在する一対の側部（長手方向側部）１５ａ、１５ｂとＹ方向に延在する一対の側部（短手方向側部）１５ｃ、１５ｄとからなる周側部を有する。
図２および図３に図示されるように、放熱ブロック１３は、平面視では正方形または長方形の矩形形状を有する薄型の部材であり、Ｘ方向に延在する一対の辺１６ａ、１６ｂとＹ方向に延在する一対の辺１６ｃ、１６ｄを有する。放熱ブロック１３は、放熱用ケース１の長手方向であるＸ方向の中央部より少し−Ｘ側、換言すれば、側部１５ｃに近接して配置されている。また、放熱ブロック１３は、Ｙ方向においては、放熱用ケース１の前面部１１の傾斜面１１ａと側部１５ａのほぼ中央部に配置されている。
放熱ブロック１３は、後述するように、発熱の大きい電子部品の熱を放熱することを主たる目的とし、その平面視の大きさは放熱する電子部品の平面視の大きさに応じて決定することが好ましい。
【００１７】
放熱ブロック１３の各辺１６ａ〜１６ｄには、それぞれの面から４つの方向にそれぞれ複数の放熱フィン１４が延設されている。換言すると、放熱ブロック１３の辺１６ｃに接続された複数の放熱フィンは、−Ｘ方向に沿って平行に延在され放熱用ケース１の側部１５ｃに接続されている。放熱ブロック１３の辺１６ｄに接続された複数の放熱フィン１４は、Ｘ方向に沿って平行に延在され放熱用ケース１の側部１５ｄに接続されている。放熱ブロック１３の辺１６ａに接続された複数の放熱フィン１４は、−Ｙ方向に沿って平行に延在され、それぞれ、Ｙ方向の異なる位置で側部１５ｃ側または側部１５ｄ側に向けて９０°屈曲されている。すなわち、放熱ブロック１３の辺１６ａに接続された複数の放熱フィン１４のうち放熱ブロック１３の辺１６ｃに近い側に位置する半数は、側部１５ｃ側に向けて９０°屈曲され、さらに、−Ｘ方向に沿って平行に延在されて放熱用ケース１の側部１５ｃに接続されている。また、放熱ブロック１３の辺１６ａに接続された複数の放熱フィン１４のうち放熱ブロック１３の辺１６ｄに近い側に位置する半数は、側部１５ｄ側に向けて９０°屈曲され、さらに、Ｘ方向に沿って平行に延在されて放熱用ケース１の側部１５ｄに接続されている。
【００１８】
放熱ブロック１３の辺１６ｂに接続された複数の放熱フィン１４は、Ｙ方向に沿って平行に延在され、それぞれ、Ｙ方向の異なる位置で側部１５ｃ側または側部１５ｄ側に向けて９０°屈曲されている。すなわち、放熱ブロック１３の辺１６ｂに接続された複数の放熱フィン１４のうち放熱ブロック１３の辺１６ｃに近い側に位置する半数は、側部１５ｃ側に向けて９０°屈曲され、さらに、−Ｘ方向に沿って平行に延在されて放熱用ケース１の側部１５ｃに接続されている。また、放熱ブロック１３の辺１６ｂに接続された複数の放熱フィン１４のうち放熱ブロック１３の辺１６ｄに近い側に位置する半数は、側部１５ｄ側に向けて９０°屈曲され、さらに、Ｘ方向に沿って平行に延在されて前面部１１の張出部１１ｂに接続されている。
【００１９】
以上の説明、および図から分かるように、放熱用ケース１の放熱ブロック１３は、放熱用ケース１の長手方向であるＸ方向の中央部より、短手方向であるＹ方向に延在する一方の側部１５ｃ側に近接した位置に配置されている。板状の放熱フィン１４の一部は、全長が放熱用ケース１の長手方向であるＸ方向に延在されている。また、板状の放熱フィン１４の残りの一部は、放熱用ケース１の短手方向に沿って平行に延在する部分と、長手方向に沿って平行に延在する部分を有する。そして、板状の放熱フィン１４の残りの一部のすべては長手方向に沿って平行に延在する部分の長さが、短手方向に沿って平行に延在する部分の長さよりも長い。すなわち、放熱用ケース１の四辺に接続された板状の放熱フィン１４は、すべて、放熱用ケース１の長手方向に沿って延在する部分の長さが、放熱用ケース１の短手方向に沿って延在する部分の長さより長い。
【００２０】
図４は、図３に図示された電子制御装置の筐体内部のレイアウトを示す平面図である。
図２および図４に図示されるように、回路基板３上には、電子部品４ａ〜４ｄが実装されている。
電子部品４ａは、回路基板３上に実装された電子部品４ａ〜４ｄのうち、最も発熱量が大きい。電子部品４ｂは電子部品４ａの次に発熱量が大きい。電子部品４ｃ、４ｄは、電子部品４ｂよりも発熱量が小さい。
電子部品４ａの実装構造を、図２を参照して説明する。
【００２１】
電子部品４ａは、はんだ等の導電接合材１７により、回路基板３上に形成された接続パッド（図示せず）に熱伝導可能に接合、すなわち、熱結合されている。回路基板３は、例えば、エポキシ樹脂等の有機材料により形成されている。回路基板３は、ＦＲ４材料とすることが好ましい。回路基板３は、単層基板または多層基板とすることができる。なお、図示はしないが、回路基板３には、コネクタ８およびイーサネットターミナル９が接続される接続部および配線パターンが設けられている。
電子部品４ａと放熱ブロック１３の内部隆起部１３ａとの間には、熱伝導材５（図２）が介装されている。内部隆起部１３ａの電子部品４ａに対向する下面（−Ｚ方向）の面積（Ｘ方向の長さ×Ｙ方向の長さ）は、電子部品４ａの発熱面の面積と同じかそれより大きい。
【００２２】
熱伝導材５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熱伝導材であり、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。熱伝導材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を含有している。熱伝導材５は、回路基板３の熱による変形や振動、および製造時の公差に対して変形可能な柔軟性を有する、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。
【００２３】
電子部品４ａから生じた熱は、熱伝導材５を介して、熱伝導性の良い材料で形成された放熱用ケース１の放熱ブロック１３に伝導される。放熱ブロック１３に伝導された熱は、放熱ブロック１３の上面、すなわち外部隆起部１３ｂの＋Ｚ方向の上面から外部に放熱されると共に、各板状の放熱フィン１４に伝導される。放熱ブロック１３の下面（−Ｚ方向）の面積、換言すれば、電子部品４ａに熱結合する面の面積は、電子部品４ａの放熱面の面積より大きい。また、内部隆起部１３ａを含めた放熱ブロック１３のＺ方向の高さは、放熱フィン１４の高さより大きい。
【００２４】
放熱ブロック１３のＺ方向高さと、ＸＹ寸法をこのように設定しているので、放熱ブロック１３の熱容量は比較的大きく設定することができる。このため、放熱ブロック１３は、電子部品４ａから生じた熱の吸収が早く、かつ、発熱部品４の一時的な温度上昇（過渡熱）に耐えることができる。伝熱面積が広がるほど、熱抵抗が低下し伝熱しやすくなるため、熱容量が大きな放熱ブロック１３を用いることで放熱性の向上に効果的となっている。また、放熱フィン１４は、放熱ブロック１３の各辺１６ａ〜１６ｄから、放熱用ケース１の主に長手方向に沿って平行に延在されている。したがって、複数本の放熱フィン１４の全長、すなわち放熱フィン１４による熱伝導路のトータルの長さを大きく設定することができるので、放熱面積は大きい。さらに、放熱フィン１４のＸ方向の多くの端部は放熱用ケース１の側部１５ｃと１５ｄに接続され、一部の端部は張出部１１ｂに接続されている。したがって、放熱ブロック１３と放熱フィン１４による放熱性を向上させることができる。
【００２５】
図４に戻り、回路基板３上に実装された電子部品４ａ、４ｃ、４ｄは、ＸＹ面におけるＸ方向の第一領域ＲＨに配置され、電子部品４ｂは、ＸＹ面におけるＸ方向の第二領域ＲＬに配置されている。
電子部品４ａは、例えば、発熱量の大きいＦＰＧＡ（Field-Programmable Gate Array）やＡＳＩＣ等の演算処理用電子回路であり、電子部品４ｂは、電子部品４ａよりも発熱量の小さい、例えば、マイコン等である。また、電子部品４ｃは、電子部品４ｂと同等もしくはそれよりも発熱量の小さい、例えば、マイコン、あるいは、抵抗、コンデンサ等の受動素子であり、電子部品４ｄは、電子部品４ｃと同等もしくはそれよりも発熱量の小さい、例えば、メモリチップ、あるいは、抵抗、コンデンサ等の受動素子である。
【００２６】
電子部品４ｃ、４ｄは、電子部品４ａを囲んでその近傍に配置されており、電子部品４ａ、４ｃ、４ｄが実装された第一領域ＲＨは、高発熱領域である。電子部品４ｂが配置された第二領域ＲＬは、第一領域ＲＨよりも発熱量が小さい低発熱領域である。電子部品４ｂは、電子部品４ａから長手方向に離間した位置に配置されている。電子部品４ｂと電子部品４ａとの離間距離は、電子部品４ｃまたは電子部品４ｄと電子部品４ａとの離間距離より大きい。
第一領域ＲＨと第二領域ＲＬとの境界線ＲＳは、電子部品４ａと電子部品４ｂとの中間に位置付けられる。但し、電子部品４ａと電子部品４ｂとの間の領域に電子部品４ｂと同等もしくはそれより発熱量が大きい別の電子部品４ｅ（図示せず）が配置されるようなレイアウトでは、境界線ＲＳは、電子部品４ａと別の電子部品４ｅとの間の領域、または電子部品４ｂと別の電子部品４ｅとの間の領域のいずれの領域にも設定され得る。従って、第一領域ＲＨは、第二領域ＲＬよりも発熱量が大きい領域として定義され、第一領域ＲＨと第二領域ＲＬと境界線ＲＳの位置は、この定義に基づいて、適宜、判断される。
【００２７】
イーサネットターミナル９は、第一領域ＲＨのＹ方向の端部（放熱用ケース１の側部１５ｂ側）に配置され、第一領域ＲＨにおいて回路基板３に接続される。また、電源用コネクタを含むコネクタ８は、第二領域ＲＬのＹ方向の端部（放熱用ケース１の側部１５ｂ側）に配置され、第二領域ＲＬにおいて、回路基板３に接続される。電源用コネクタを含むコネクタ８はイーサネットターミナル９に比べて発熱量が大きい。この実施形態では、イーサネットターミナル９を発熱量が大きい第一領域ＲＨに配置し、コネクタ８は低発熱領域である第二領域ＲＬに配置する。これにより、第一領域ＲＨから生じる熱量と放熱量、および第二領域ＲＬの発熱量と放熱量のバランスをとり、電子制御装置１００全体の放熱性を高めることができる。
【００２８】
上述した通り、放熱ブロック１３は熱容量が大きいため、電子部品４ａから生じた熱は、即座に放熱ブロックに吸収される。放熱ブロック１３に吸収された熱は、放熱ブロック１３から外部に放熱されると共に、各板状の放熱フィン１４に伝導される。
放熱ブロックの周囲にピンを立設して放熱性能を担保する従来技術に比べ、本発明のように、放熱ブロックの側面にフィンを設け、かつフィンが放熱ケースの長手方向に延在するように放熱ブロックを配置する等の多方面の工夫により、全体の放熱性能を向上させている。
【００２９】
上述したように、放熱ブロック１３は、放熱用ケース１のＸ方向の中央部より少し側部１５ｃ側に近い位置に配置されている。換言すれば、放熱ブロック１３の辺１６ｄと放熱用ケース１の側部１５ｄ間の距離は、放熱ブロック１３の辺１６ｃと放熱用ケース１の側部１５ｃ間の距離より大きい。つまり、放熱ブロック１３の辺１６ｄから第二領域ＲＬ上を経由して放熱用ケース１の側部１５ｄに接続される放熱フィン１４の長さは大きい。電子部品４ａから発され、放熱ブロック１３に伝導された熱は、複数の板状の放熱フィン１４自体を伝導され、かつ、外部に放射されながら、発熱量が大きい第一領域ＲＨから、発熱量が小さい第二領域ＲＬ上を経由して放熱用ケース１の側部１５ｄに熱輸送される。
【００３０】
自然空冷環境では、冷却媒体の熱伝達による放熱の影響は少なく、熱伝導による物体の温度勾配低減および放射によって放熱性が向上する。このため、電子部品４ａが発した熱の放熱用ケース１全体への熱伝導および放熱が効果的に行われ、放熱性が向上する。
【００３１】
［実施例１］
図１および図３に図示される外観を有し、図２に示す断面構造、および図４に示す筐体内部のレイアウトを有する電子制御装置１００を、下記の部材を用いて作製した。なお、回路基板３は、放熱用ケース１の４つのコーナー部と中央部に設けられたボス部１０にねじ２１により固定した。
発熱量が最も大きい電子部品４ａは、３１ｍｍ×３１ｍｍ×３．１ｍｍ（厚さ）のＢＧＡ（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に実装した。電子部品４ｂ〜４ｄは、図４に示す配置で回路基板３上に実装した。
回路基板３は、１８７ｍｍ×１０２．５ｍｍ×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層基板であり、熱伝導率は、面内方向では６９Ｗ／ｍＫ、垂直方向では０．４５Ｗ／ｍＫである。
【００３２】
放熱用ケース１および下ケース２は、熱伝導率が９６Ｗ／ｍＫ、放射率が０．８のＡＤＣ１２を用いて形成した。
熱伝導材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放熱材を用いて形成した。熱伝導材５は、全ての電子部品４ａ〜４ｄの上部に設けた。電子部品４ａ〜４ｄそれぞれの上部に設ける熱伝導材５のサイズは、当該熱伝導材５が設けられる電子部品４ａ〜４ｄそれぞれと同じサイズである。また、熱伝導材５は、すべて同じ厚さ１．９ｍｍとした。放熱用ケース１の全ての電子部品４ａ〜４ｄ上には、放熱ブロック１３の内部隆起部１３ａのみを形成し、全ての電子部品４ａ〜４ｄ上に設けた熱伝導材５の上部は、放熱ブロック１３の内部隆起部１３ａに接続した。内部隆起部１３ａの厚さは、各電子部品４ａ〜４ｄの厚さによって異なるものとし、放熱用ケース１の本体部１２が水平方向に平坦になるようにした。
【００３３】
図５は、比較例の電子制御装置の上面図である。
比較例１として、図５に示される放熱用ケース１Ｒを有する電子制御装置１０１を作製した。
比較例１の放熱用ケース１Ｒは、放熱ブロックを有していない。また、比較例１の放熱用ケース１Ｒの板状の放熱フィン１４ｒは、すべて、放熱用ケース１Ｒの短手方向であるＹ方向に延在されており、放熱用ケース１Ｒの長手方向であるＸ方向に延在される部分を全く有していない。
つまり、比較例１の板状の放熱フィン１４ｒは、すべて放熱用ケース１Ｒの側部１５ａからＹ方向に直線的に延在され、側部１５ａに対向する側部１５ｂまたは前面部１１に接続されている。
比較例１の他の構成は、すべて実施例１と同一である。
【００３４】
図６は、本発明の実施例１と比較例１のジャンクション温度を示す図である。
図６には、実施例１の電子制御装置１００および比較例１の電子制御装置１０１それぞれの、最も発熱量の大きい電子部品４ａのジャンクション温度が示されている。ジャンクション温度は、図２に図示される電子部品４ａの外周側の一側面のほぼ中央部ＪＴの温度である。
図６に示されたジャンクション温度は、電子制御装置１００、１０１全体の発熱量を２０Ｗ（電子部品４ａの発熱量９Ｗを含む）とした際の、無風環境、環境温度８５℃での温度である。図６に示すように、実施例１の電子部品４ａのジャンクション温度は、比較例１の発熱部品４ａのジャンクション温度より低温であった。これにより、実施例１の電子制御装置１００は、比較例１の電子制御装置１０１よりも放熱効果が大きいことを確認することができた。
【００３５】
図７は、本発明の実施例１と比較例１の放熱用ケースの表面温度を示す図である。
図７には、実施例１の電子制御装置１００の放熱用ケース１と、比較例１の電子制御装置１０１の放熱用ケース１Ｒそれぞれの表面温度が示されている。図７の横軸である放熱用ケース距離とは、図３および図５において、放熱用ケース１、１Ｒの−Ｘ方向の側部１５ｃからの距離である。また、図７の縦軸である放熱用ケース表面温度は、Ｙ方向における放熱用ケース１、１Ｒのほぼ中央部での測定温度である。
実施例１の放熱ブロック１３は、放熱用ケース距離３０〜８０ｍｍ程度の位置に配置されている。
図７に示すように、実施例１の放熱用ケース表面温度は放熱ブロック１３が位置する全領域ＲＢにおいて、比較例１の放熱用ケース表面温度より低温であった。これは、放熱ブロック１３が電子部品４ａから吸収した熱を放熱フィン１４に伝熱し、放熱用ケース１の周縁側に熱輸送したためであると考えられる。
また、図７より、放熱用ケース距離が１００ｍｍを越えたあたりから、実施例１の放熱用ケース１の表面温度が比較例１の放熱用ケース１Ｒの表面温度より高温となっている。つまり実施例１の放熱用ケース１の表面温度の最高温度と最低温度との差が、比較例１の放熱用ケース１Ｒの表面温度の最高温度と最低温度との差よりも小さい。これは、次のように説明することができる。
実施例１の放熱用ケース１では、放熱ブロック１３で吸収した熱が、放熱フィン１４を介して発熱量が小さい第二領域ＲＬ上を経由して放熱用ケース１のＸ方向の側部１５ｄまで熱伝導する間に、放熱フィン１４から十分に放熱していることを示している。このことによって、実施例１の電子制御装置１００は、比較例１の電子制御装置１０１よりも放熱効果が大きく、かつ、放熱用ケース１の最高温度を、比較例１の放熱用ケース１Ｒの最高温度より低減するものであることを確認することができた。
【００３６】
図８は、本発明の実施例１と比較例１の設置姿勢に対するジャンクション温度を示す図であり、図８（ａ）〜（ｃ）は、それぞれ、電子制御装置の設置姿勢を示す外観斜視図であり、図８（ｄ）は、各設置姿勢に対する実施例１と比較例１それぞれのジャンクション温度を示す図である。図８（ａ）〜（ｃ）の姿勢は図示するとおりであるが、ＸＹ平面を電子制御装置が実装される水平面に関して説明する、図８（ａ）は電子制御装置１００、１０１を重力方向が−Ｚ方向となるように設置した例である。図８（ｂ）は、電子制御装置１００、１０１を重力方向が＋Ｘ方向となるように設置した例である。換言すれば、第一領域ＲＨ側を第二領域ＲＬ側より重力方向とは反対側の−Ｘ方向に向けて、コネクタ８およびイーサネットターミナル９が＋Ｙ方向になるように設置している。
図８（ｃ）は電子制御装置１００、１０１を、重力方向が＋Ｙ方向となるように設置した例である。換言すれば、重力方向がＹ方向は、コネクタ８およびイーサネットターミナル９が重力方向と同じ＋Ｙ方向となるように設置している。
【００３７】
図８（ｄ）に示すように、全ての設置姿勢において、実施例１のジャンクション温度は比較例１のジャンクション温度より低温であった。また、異なる設置姿勢におけるジャンクション温度の温度差は、比較例１では３．１℃であったが、実施例１では０．８℃であった。つまり、異なる設置姿勢におけるジャンクション温度の温度差は、実施例１の電子制御装置１００は、比較例１の電子制御装置１０１より小さかった。
これにより、どの設置姿勢においても、実施例１の電子制御装置１００は、比較例１の電子制御装置１０１よりも放熱効果が大きく、かつ、最高ジャンクション温度を低減するものであることを確認することができた。
【００３８】
第１の実施形態の電子制御装置１００によれば、下記の効果を奏する。
（１）電子制御装置１００は、第１の発熱量の第一の電子部品４ａと、第１の発熱量よりも小さい第２の発熱量の第二の電子部品４ｂと、第一および第二の電子部品４ａ，４ｂが実装された回路基板３と、第一の電子部品４ａ、第二の電子部品４ｂおよび回路基板３を収容し、第一および第二の電子部品４ａ、４ｂを放熱する放熱構造が形成された放熱用ケース１を含む筐体とを備える。放熱構造は、第一の電子部品４ａに熱結合される放熱ブロック１３、および放熱ブロック１３の外周部から外方に延在して設けられた複数の板状の放熱フィン１４を含む。
以上のように、放熱ブロック１３の外周部から外方に放熱フィン１４を延在させ、発熱量の大きい第一の電子部品４ａを放熱ブロック１３に熱結合したので、放熱性を向上することができる。
（２）放熱フィン１４の少なくとも一部は、放熱ブロック１３の外周部から第二の電子部品４ｂ側に向かって延出されて放熱用ケース１の周側部１５に接続されている。このため、電子部品４ａから発される熱は、発熱量が大きい電子部品４ａ側から、発熱量が小さい電子部品４ｂ上を経由して放熱用ケース１の側部１５ｄに円滑に熱輸送され、効率よく放熱される。
（３）電子制御装置１００は、回路基板３と、発熱量が大きい電子部品４ａと、電子部品４ａより発熱量が小さい電子部品４ｂと、放熱用ケース１を含む筐体とを備える。放熱用ケース１は、電子部品４ａに熱結合される放熱ブロック１３と、放熱ブロック１３の外周部に設けられた複数の板状の放熱フィン１４とを有し、少なくとも一部の放熱フィン１４は、電子部品４ｂ側に向かって延出されて周側部に接続されている。このため、電子部品４ａから発される熱は、放熱ブロック１３により吸収されると共に、外部に放射されながら、発熱量が大きい電子部品４ａ側から、発熱量が小さい電子部品４ｂ上を経由して放熱用ケース１の側部１５ｄに熱輸送される。これにより、放熱性を向上することができる。
【００３９】
（４）放熱用ケース１は、複数の板状の放熱フィン１４および放熱ブロック１３を保持する本体部１２を有し、複数の放熱フィン１４は、本体部１２から電子部品４ａ側の反対側に向けてほぼ垂直に突出する所定の高さを有し、放熱ブロック１３は、本体部１２から電子部品４ａ側に隆起する内部隆起部１３ａと、本体部１２から電子部品４ａ側の反対側に突き出す所定高さの外部隆起部１３ｂとを有する。これにより、低背化が図られると共に、放熱ブロック１３の熱容量を増大し、放熱フィン１４の高さ（Ｚ方向の長さ）を大きくして、放熱性を向上する電子制御装置１００が提供される。
【００４０】
（５）電子制御装置１００は、筐体に取り付けられるコネクタ８をさらに備え、コネクタ８は、電子部品４ｂが配置された第二領域ＲＬ側に配置されている。コネクタ８は、発熱性を有する部材であるので、発熱量が小さい第二領域ＲＬに配置することで、発熱領域の分散化を図り、電子制御装置１００全体の放熱性を高めることができる。
【００４１】
−第２の実施形態−
図９は、本発明の第２の実施形態の電子制御装置の上面図である。
第２の実施形態の電子制御装置１００は、第１の実施形態における、平面視で矩形形状を有する薄型の放熱ブロック１３の形状を平面視で円形状とし、全体形状を薄型の円柱形状または円錐台形状に置き換えた構造を有する。
板状の放熱フィン１４は、それぞれ、放熱ブロック１３の外周部から延在されている。
図示はしないが、第２の実施形態においても、筐体内部の電子部品４ａ〜４ｄのレイアウトは第１の実施形態と同様であり、高発熱部品である電子部品４ａは、放熱ブロック１３と対向して第一領域ＲＨに配置され、低発熱部品である電子部品４ｂは、放熱ブロック１３と放熱用ケース１の側部１５ｄとの間の第二領域ＲＬに配置されている。
【００４２】
平面視円形の放熱ブロック１３の周面には、第１の実施形態と同様に複数本の放熱フィン１４が接続されている。これらの放熱フィン１４は、周面から＋Ｘ方向および−Ｘ方向に延びる直線形状の第１フィン群と、周面から＋Ｙ方向および−Ｙ方向に延びる直線部と直線部の端部で＋Ｘ方向および−Ｘ方向に折れ曲がる直線部からなる屈曲形状の第２フィン群と、周面から放射状に延びる直線部と直線部の端部で＋Ｘ方向および−Ｘ方向に折れ曲がる直線部からなる屈曲形状の第３フィン群とを含んで構成されている。
第１〜第３フィン群について詳細に説明する。
第１フィン群の一部、すなわち、放熱ブロック１３のＹ方向の中央部に設けられた放熱フィン１４の一部は、＋Ｘ方向に沿って平行に延在され、電子部品４ｂ上を経由して放熱用ケース１の側部１５ｄに接続されている。第１フィン群の残余のフィン群、すなわち、放熱ブロック１３のＹ方向の中央部に設けられた放熱フィン１４は、−Ｘ方向に延在され、放熱用ケース１の側部１５ｃに接続されている。
【００４３】
第３フィン群の一部、すなわち、放熱ブロック１３のＹ方向の中央部より＋Ｘ方向側に設けられた放熱フィン１４の一部は、放熱ブロック１３の外周部から放射状に延出され、それぞれ、Ｙ方向における異なる位置で放熱用ケース１の側部１５ｄ側に向けて屈曲され、さらに、＋Ｘ方向に沿って平行に延在され、電子部品４ｂ上を経由して放熱用ケース１の側部１５ｄに接続されるか、または前面部１１に接続されている。第３フィン群の残余のフィン群、すなわち、放熱ブロック１３のＹ方向の中央部より−Ｘ方向に設けられた放熱フィン１４は、放熱ブロック１３の外周部から放射状に延出され、それぞれ、Ｙ方向における異なる位置で放熱用ケース１の側部１５ｃ側に向けて屈曲され、さらに、−Ｘ方向に沿って平行に延在され、放熱用ケース１の側部１５ｃに接続されている。
【００４４】
第２フィン群の一部、すなわち、放熱ブロック１３のＹ方向の中央部より−Ｙ方向側に設けられた放熱フィン１４の一部は、−Ｙ方向に沿って平行に延在され、−Ｙ方向における端部で放熱用ケース１の側部１５ｄ側に向けて屈曲され、さらに、＋Ｘ方向に沿って平行に延在され、電子部品４ｂ上を経由して放熱用ケース１の側部１５ｄに接続されているものと、−Ｙ方向における端部で放熱用ケース１の側部１５ｃ側に向けて屈曲され、−Ｘ方向に沿って平行に延在され、放熱用ケース１の側部１５ｃに接続されている。第２フィン群の残余のフィン群、すなわち、放熱ブロック１３のＹ方向の中央部より＋Ｙ方向側に設けられた放熱フィン１４は、Ｙ方向に沿って平行に延在され、Ｙ方向における端部で放熱用ケース１の側部１５ｃ側に向けて屈曲され、さらに、−Ｘ方向に沿って平行に延在され、放熱用ケース１の側部１５ｃに接続されているものと、Ｙ方向における端部で放熱用ケース１の側部１５ｄ側に向けて屈曲され、さらに、＋Ｘ方向に沿って平行に延在され、前面部１１に接続されている。
【００４５】
第２の実施形態における、他の構成は、第１の実施形態と同様である。
【００４６】
第２の実施形態においても、第一の電子部品４ａに熱容量の大きい放熱ブロック１３が熱結合している。また、放熱ブロック１３の外周部には、放熱用ケース１の周側部に接続される複数の板状の放熱フィン１４が設けられている。各放熱フィン１４は、長手方向に沿って延在される部分の長さが、短手方向に沿って延在される部分の長さより長い。そして、放熱フィン１４の一部は、電子部品４ｂ側に向かって延出されて周側部に接続されている。つまり、放熱フィン１４の一部は、発熱量が電子部品４ａより小さい電子部品４ｂを含む第二領域ＲＬ上を延在されている。
従って、第２の実施形態においても、第１の実施形態と同様な効果（１）〜（３）を奏する。
【００４７】
なお、第２の実施形態において、放熱ブロック１３を、円柱状または円錐台形状としたが、放熱ブロック１３の断面形状を、楕円形状としてもよい。三角形形状、五角形形状などの多角形形状でよい。
【００４８】
上記各実施形態では、放熱用ケース１と下ケース２とにより筐体を構成する構造として例示した。しかし、放熱用ケース１と下ケース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。
【００４９】
上記各実施形態では、放熱用ケース１は、周側部が下方にほぼ屈曲されたボックス状の構造として例示した。しかし、放熱用ケース１は、屈曲された部分を有していない、板状部材としてもよい。すなわち、平板状の放熱用ケース１は、下ケース２の開口を形成する周壁の頂面に配置されて下ケース２内の電子部品収容空間を覆うようにしてもよい。
【００５０】
上記各実施形態では、電子部品４ａを、ＢＧＡ型の半導体装置として例示した。しかし、電子部品４ａは、ＢＧＡ型以外の電子部品であってもよい。
【００５１】
上記各実施形態では、電子部品４ａ〜４ｄを、１つの回路基板３に実装した構造として例示した。しかし、電子部品４ａ〜４ｄは、異なる回路基板に実装するようにしてもよい。例えば、第一領域ＲＨに配置される電子部品４ａ、４ｃ、４ｄと、第二領域ＲＬに配置される電子部品４ｂを異なる回路基板に実装することができる。さらに、筐体内に他の回路基板を収容して、電子部品４ａと、電子部品４ｃ、４ｄを異なる回路基板に実装してもよい。
本明細書では、１つの回路基板３および複数の回路基板３を含む用語として、基板を用いる。
【００５２】
上記各実施形態では、放熱ブロック１３は、放熱用ケース１の側部１５ａ〜１５ｄおよび前面部１１から離間された、放熱用ケース１の中央寄りに配置された構造として例示した。しかし、放熱ブロック１３は、矩形の辺１６ａ〜１６ｄまたは円形の外周部の一部を放熱用ケース１の側部１５ａ〜１５ｄまたは前面部１１に接続して設けてもよい。あるいは、放熱ブロック１３を、放熱用ケース１のいずれかのコーナー部に設けてもよい。
【００５３】
上記各実施形態では、電子部品４ａのみを放熱ブロック１３に熱結合した構造として例示した。しかし、放熱ブロック１３を複数設けて、発熱量が大きい複数の電子部品に熱結合するようにしてもよい。例えば、図４に示す電子部品４ｃに熱結合される放熱ブロック１３を設けるようにしてもよい。
【００５４】
図示しないが、発熱量が大きい電子部品４ａに対向する回路基板３の領域に、該回路基板３の厚さ方向に貫通するビア（またはスルーホール）を設けるようにしてもよい。回路基板３にビアも設けることで、電子部品４ａから発生された熱が、ビアおよび回路基板３の下面を介して下ケース２に伝導されることにより放熱性を向上することができる。また、この場合、回路基板３の下面と下ケース２との間に樹脂を充填したり、下ケース２に、ビアに熱結合する放熱ブロックを設けたりしてもよい。樹脂や放熱ブロックにより熱伝導率が大きくなるので、さらに、放熱性が向上する。
【００５５】
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。
【符号の説明】
【００５６】
１      放熱用ケース
３      回路基板（基板）
４ａ    電子部品（第一の電子部品）
４ｂ    電子部品（第二の電子部品）
４ｃ、４ｄ    電子部品（第三の電子部品）
５      熱伝導材
８      コネクタ（電力用コネクタ）
１１      前面部
１２      本体部
１３      放熱ブロック
１３ａ    内部隆起部
１３ｂ    外部隆起部
１４      放熱フィン
１５ａ、１５ｂ    側部（長手方向側部）
１５ｃ、１５ｄ    側部（短手方向側部）
１６ａ〜１６ｄ    辺
１７      導電接合材
１００      電子制御装置
ＲＨ      第一領域
ＲＬ      第二領域
【図１】
2020047843.tif 000003
【図２】
2020047843.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2020047843.tif 000009
【図８】
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【図９】
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