(57)【要約】 【課題】ヒートシンクまたは金属コア基板を使用しなくても半導体リレーなどの発熱部品が互いに熱干渉して局部的に非常に高い温度に達することが防止できるヒートシンクレス電子ユニットを提供する。【解決手段】金属コアレス電子基板１０Ａと、金属コアレス電子基板１０Ａに実装されるヒートシンクレスマイコン１１と複数個のヒートシンクレス各種半導体リレー１２Ｈ、１２Ｌ〜１４とを備えたヒートシンクレス電子ユニット１０であって、ヒートシンクレスマイコン１１を金属コアレス電子基板１０Ａに配置し、ヒートシンクレス各種半導体リレー１２〜１４のうち高温になるリレーをヒートシンクレスマイコン１１の配置位置から最も遠く離間すると共にヒートシンクレス各種リレー１２Ｈ、１２Ｌ〜１４同士を互いに離してそれぞれ配置した。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属コアレス電子基板と、前記金属コアレス電子基板に実装されるヒートシンクレスマイコンと複数個のヒートシンクレス各種半導体リレーとを備えたヒートシンクレス電子ユニットであって、
前記ヒートシンクレスマイコンを前記金属コアレス電子基板に配置し、前記ヒートシンクレス各種半導体リレーのうち高温になるリレーをヒートシンクレスマイコンの配置位置から最も遠く離間すると共に前記ヒートシンクレス各種リレー同士を互いに離してそれぞれ配置したことを特徴とするヒートシンクレス電子ユニット。
【請求項２】
３層以上の銅箔通電パターンを備えた金属コアレス電子基板と、前記金属コアレス電子基板に実装されるヒートシンクレスマイコンと複数個のヒートシンクレス各種半導体リレーとを備えたヒートシンクレス電子ユニットであって、
前記ヒートシンクレスマイコンおよび前記ヒートシンクレス各種半導体リレーを前記金属コアレス電子基板の端部にそれぞれ配置したことを特徴とするヒートシンクレス電子ユニット。
【請求項３】
複数個の前記ヒートシンクレス各種半導体リレーは、ワイパーリレー、ヘッドランプリレー、フォグランプリレー、ラジエータリレーのいずれか２つ以上であることを特徴とする請求項１又は２記載のヒートシンクレス電子ユニット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自動車などの車両に搭載される電子ユニットに関するもので、電子ユニット内に実装される半導体リレーなどの複数個の発熱部品が互いに熱干渉して局部的に非常に高い温度に達することをヒートシンク等を用いなくても抑制する熱干渉対策を考慮したヒートシンクレス電子ユニットに関する。
【背景技術】
【０００２】
〈従来の放熱対策〉
車両に搭載される電子ユニットは、近来、搭載スペース上の制約で小型化が要求され、電子ユニット内に実装される半導体リレーなどの複数個の発熱部品が互いに熱干渉して、局部的に非常に高い温度に達する。このとき、電子部品や電子基板の許容温度上限を超えることを防止するため、ヒートシンクや金属コア基板などを使うことにより放熱させていた（例えば、特許文献１）。
【０００３】
〈従来の放熱対策の問題点〉
しかしながら、ヒートシンクや金属コア基板などの放熱部品を使用することによる放熱は放熱対策としては有効であるが、そのための設置スペースが必要となり、小型化の流れに逆行し、かつそのための放熱部品の費用がかかりコストアップが問題となった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１１−１４５７４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、ヒートシンクや金属コア基板などの放熱部品を使用することなく、発熱部品の配置の工夫のみにより、電子部品や電子基板の許容温度上限を超えないようにし、したがってまた、電子部品の劣化や過温度による自己保護遮断の出力停止を防止できる熱干渉対策を考慮した電子ユニットを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
前述した目的を達成させるために、ヒートシンク等を用いずに熱干渉を抑制した本発明に係るヒートシンクレス電子ユニットは、下記（１）〜（３）を特徴としている。
（１）金属コアレス電子基板と、前記金属コアレス電子基板に実装されるヒートシンクレスマイコンと複数個のヒートシンクレス各種半導体リレーとを備えたヒートシンクレス電子ユニットであって、前記ヒートシンクレスマイコンを前記金属コアレス電子基板に配置し、前記ヒートシンクレス各種半導体リレーのうち高温になるリレーをヒートシンクレスマイコンの配置位置から最も遠く離間すると共に前記ヒートシンクレス各種リレー同士を互いに離してそれぞれ配置したこと。
（２）３層以上の銅箔通電パターンを備えた金属コアレス電子基板と、前記金属コアレス電子基板に実装されるヒートシンクレスマイコンと複数個のヒートシンクレス各種半導体リレーとを備えたヒートシンクレス電子ユニットであって、前記ヒートシンクレスマイコンおよび前記ヒートシンクレス各種半導体リレーを前記金属コアレス電子基板の端部にそれぞれ配置したこと。
（３）上記（１）または（２）記載のヒートシンクレス電子ユニットにおいて、複数個の前記ヒートシンクレス各種半導体リレーが、ワイパーリレー、左右のヘッドランプリレー、左右のフォグランプリレーのいずれか２つ以上であること。
【０００７】
上記（１）の構成によれば、ヒートシンクレス各種半導体リレーをヒートシンクレスマイコンの配置位置から離間すると共にヒートシンクレス各種リレー同士を互いに離間してそれぞれ配置したので、ヒートシンク付きマイコンとヒートシンク付き各種リレー接近させて配置していた従来装置と比べて、ヒートシンクまたは金属コア基板を使用しなくても半導体リレーなどの複数個の発熱部品が互いに熱干渉して局部的に非常に高い温度に達することが防止でき、しかも小型化と省スペースに寄与することができる。
上記（２）の構成によれば、３層以上の銅箔通電パターンを備えた金属コアレス電子基板の端部にヒートシンクレスマイコンおよびヒートシンクレス各種半導体リレーをそれぞれ配置したので、ヒートシンク付きマイコンとヒートシンク付き各種リレー接近させて配置していた従来装置と比べて、ヒートシンクまたは金属コア基板を使用しなくても半導体リレーなどの複数個の発熱部品が互いに熱干渉して局部的に非常に高い温度に達することが防止でき、しかも小型化と省スペースに寄与することができる。
上記（３）の構成によれば、複数個のヒートシンクレス各種半導体リレーが、ワイパーリレー、左右のヘッドランプリレー、左右のフォグランプリレーのいずれか２つ以上であるので、雨天の夜間に走行する状態でそれぞれ発熱する可能性のあるものばかりであり、これらを離間配置することで、互いに熱干渉して局部的に非常に高い温度に達することが防止でき、しかも小型化と省スペースに寄与することができる。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、放熱を優先させるべきマイコンと、雨天の夜間に走行する状態でそれぞれ発熱する可能性のあるもの各種半導体リレーとを離間配置したり、電子基板のうち冷却効率の高い端部に配置することで、ヒートシンクまたは金属コア基板を使用しなくても半導体リレーなどの複数個の発熱部品が互いに熱干渉して局部的に非常に高い温度に達することが防止でき、しかも小型化と省スペースに寄与することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】図１（Ａ）は本発明の実施形態１に係る熱干渉対策を考慮したヒートシンクレス電子ユニットのＡ面（例えば、表側）の平面図、図１（Ｂ）は図１（Ａ）の熱干渉対策を考慮したヒートシンクレス電子ユニットの温度分布平面図である。
【図２】図２（Ａ）は図１（Ａ）のヒートシンクレス電子ユニットのB面（例えば、裏側）のＡ面から透視した平面図、図２（Ｂ）は図２（Ａ）の熱干渉対策を考慮したヒートシンクレス電子ユニットのＡ面から透視した温度分布平面図である。
【図３】図３（Ａ）は熱干渉対策を考慮していない従来の電子ユニットのＡ面（例えば、表側）の平面図、図３（Ｂ）は図３（Ａ）の電子ユニットの温度分布平面図である。
【図４】図４（Ａ）は図３（Ａ）の電子ユニットのＢ面（例えば、裏側）のＡ面から透視した平面図、図４（Ｂ）は図４（Ａ）の電子ユニットのＡ面から透視した温度分布平面図である。
【図５】図５は本発明の実施形態２の生まれた背景を説明する縦断面図で、図５（Ａ）は電子基板の中央部付近の縦断面図、図５（Ｂ）は同じ電子基板の端部の縦断面図である。
【図６】図６（Ａ）は図５（Ａ）の電子基板の中央部付近に発熱部品を配置したときの熱伝導状態を説明する縦断面図、図６（Ｂ）は図５（Ｂ）の電子基板の端部に発熱部品を配置したときの熱伝導状態を説明する縦断面図である。
【図７】図７（Ａ）は本発明の実施形態２に係る熱干渉対策を考慮したヒートシンクレス電子ユニットのＡ面（例えば、表側）の平面図、図７（Ｂ）は図７（Ａ）の熱干渉対策を考慮したヒートシンクレス電子ユニットのＢ面（裏側）のＡ面から透視した平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、ヒートシンクや金属コア基板などの放熱部品を使用しなくても、発熱部品の配置のみによって熱干渉対策が可能となる本発明に係るヒートシンクレス電子ユニットについて、その実施形態１に係るヒートシンクレス電子ユニットを図１〜図４を用い、実施形態２に係るヒートシンクレス電子ユニットを図５〜図７を用いて説明する。
【００１１】
〈実施形態１〉
《実施形態１の基本的な考え方》
ヒートシンクレス電子ユニットに実装される半導体リレーは、通電電流や電子部品の内部抵抗からその電力損失は予め計算可能である。
また、各種の半導体リレーが車両の走行状況（日中と夜間の走行、晴天と雨天の走行）のどのような状態のとき通電しているかを考えて、高温になり易い半導体リレーの組み合わせを知ることが可能である。
また、当然ながら長時間ＯＮとなる半導体リレーと、短時間にＯＮとなる半導体リレーと、断続的にＯＮ／ＯＦＦする半導体リレーも設計の時点で把握できている。
これらの状況を踏まえると、電子基板の部品搭載エリアの中で、放熱を優先されるべき部品の選定や、電力損失の大きな部品同士の熱干渉がしにくい部品配置を考慮したうえで電子基板の設計を行うことにより、ヒートシンクや金属コア基板などの放熱部品を使用しなくても、電子部品や電子基板の許容温度上限を超えないようにできることが判明した。
以上のことを踏まえて、縦に、日中と夜間をとり、それぞれに晴天と雨天の欄を設ける。横に、発熱する半導体リレー（発熱部品）を挙げる。そして、それぞれの発熱部品が日中と夜間においてかつその時の天候状態（晴天か雨天か）によってどのように発熱するか、稼動しない場合は欄は空白、低稼動は△、通常稼動は○、フル稼働は◎とすると、次の表１が出来あがる。
【表１】
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【００１２】
〈表１の見方〉
表１から、放熱を優先させるべき部品がマイコンであり、かつ、各種の半導体リレーが多く稼働して最大の高温になる状況は「夜間」の「雨天」の時であり、そのとき稼働する半導体リレーを分散配置させるのがよいことが分かる。各種半導体リレーのうち、ワイパーリレーと左右のヘッドランプリレーと左右のフォグランプリレーを互いに離すと共に、マイコンからも離すこと必要である。ラジエータファンリレーが通常稼動するのは日中の晴天のときであり、このときワイパーリレーとヘッドランプリレーとフォグランプリレーは稼動しないので、ラジエータファンリレーの配置の位置には自由度がある。
【００１３】
〈従来の配置：表側〉
図３（Ａ）の従来の電子ユニット１００のＡ面（表側）の電子基板１００Ａの平面図では、マイコン１１とワイパーリレー（ハイ）１２Ｈと（ロー）１２Ｌを電子基板の中央付近に接近配置している。そして、ラジエータファンリレー（Ｈ＋）１３Ａと（Ｈ−）１３Ｂをマイコン１１の近傍に配置している。
【００１４】
〈従来の配置：裏側〉
図４（Ａ）の従来の電子ユニット１００のＢ面（裏側）１００Ｂの電子基板１００Ａの平面図では、ヒートシンク付きの左右のヘッドランプリレー１５Ｒ、１５Ｌとヒートシンク付きの左右のフォグランプリレー１６Ｒ、１６Ｌの４個を電子基板中央付近に直線状に近接配置させていた。
【００１５】
〈効果確認〉
以上の結果、電子基板の発熱温度分布は、従来の図３（Ａ）及び図４（Ａ）の電子基板が図３（Ｂ）及び図４（Ｂ）のような温度分布となり、実施形態１の図１（Ａ）及び図２（Ａ）の電子基板は図１（Ｂ）及び図２（Ｂ）のような温度分布となった。
温度分布の図において、無地の領域Ｈ０は通常の温度、右上がりの粗いハッチング領域Ｈ１は通常の温度よりやや高めの温度、そして右下がりの粗いハッチング領域Ｈ２、右上がりの細かいハッチング領域Ｈ３、右下がりの細かいハッチング領域Ｈ４、右上がりの細密ハッチング領域Ｈ５の順で次第に高温になる。
図３（Ａ）では発熱の大きなマイコン１１と、ワイパーリレー（ハイ）１２Ｈ、（ロー）１２Ｌが接近していたために、ヒートシンクのない状態では図３（Ｂ）のように、高温領域Ｈ４が２箇所（１１、１２Ｈ）において発生し、その間を高温領域Ｈ３が埋めており、広範囲に亘って高温になった。
【００１６】
図４（Ａ）では左右のヘッドランプリレー１５Ｒ、１５Ｌと左右のフォグランプリレー１６Ｒ、１６Ｌの４個を電子基板中央付近に直線状に近接配置させていたので、ヒートシンクのない状態では、図４（Ｂ）のように、各リレーのある４箇所（１５Ｒ、１５Ｌ、１６Ｒ、１６Ｌ）において超高温領域Ｈ５が生じていた。
【００１７】
〈実施形態１の配置〉
一方、本発明の実施形態１の図１（Ａ）のヒートシンクレス電子ユニット１０では、マイコン１１を電子基板１０Ａのほぼそのままの位置に置き、かつマイコン１１から大きく離れた位置にあったウォッシャリレー１４、１４（図３（Ａ））は干渉のおそれが小さいのでマイコン１１に近づけ（図１（Ａ））、ウォッシャリレー１４、１４のあった電子基板の端部に、熱干渉の恐れの大きいワイパーリレー（ハイ）１２Ｈと（ロー）１２Ｌを配置して、マイコン１１から大きく離間させている。ワイパーリレー（ハイ）１２Ｈと（ロー）１２Ｌ同士の間も離間させている。
【００１８】
本発明の実施形態１の図２（Ａ）では、電子基板１０Ｂの中央付近に大きな矩形を描き、その各４角にそれぞれ左右のヘッドランプリレー１５Ｒ、１５Ｌとフォグランプリレー１６Ｒ、１６Ｌを離間て配置させ、ヒートシンクをなくした。
【００１９】
〈効果確認〉
図１（Ａ）では発熱の大きなマイコン１１とワイパーリレー（ハイ）１２Ｈ、（ロー）１２Ｌを大きく離間させたので、高温領域Ｈ４は狭い範囲の１箇所に発生するだけで、広い広範な領域は低温領域Ｈ２、Ｈ１となった。
このように、ヒートシンクおよび金属コア基板を用いなくても熱干渉を防止することができることが分かる。また、ラジエータファンリレー（Ｈ＋）１３Ａと（Ｈ−）１３Ｂはマイコン１１から若干離す程度で良い。
【００２０】
また、図２（Ａ）では左右のヘッドランプリレー１５Ｒ、１５Ｌと左右のフォグランプリレー１６Ｒ、１６Ｌの４個を大きな矩形の４角に離間させたので、超高温領域Ｈ５はなくなり、高温領域Ｈ４が２箇所に発生するだけで、残りの広い広範な領域は低温領域Ｈ２、Ｈ１となった。特に、電子基板１０Ｂの辺部に位置する左のヘッドランプリレー１５Ｌと左のフォグランプリレー１６Ｌは通常の温度となっている。
【００２１】
〈まとめ〉
以上、実施形態１によると、電子基板の部品搭載エリアの中で、放熱を優先されるべき部品の選定や、電力損失の大きな部品同士の熱干渉がしにくい部品配置を考慮したうえで、放熱を優先されるべき部品や電力損失の大きな部品を電子基板の部品搭載エリアの中で離間させ、あまり影響のない部品は放熱を優先されるべき部品や電力損失の大きな部品の近くに配置するといったことにより、ヒートシンクや金属コア基板などの放熱部品を使用しなくても、電子部品や電子基板の許容温度上限を超えないようにできる。
また、Ａ面−Ｂ面の表裏における発熱の大きな部品同士についても離間を取った配置にして、熱干渉を抑制することが重要である。
【００２２】
〈実施形態２〉
《実施形態２の基本的な考え方》
図５は本発明の実施形態２の生まれた背景を説明する縦断面図で、図５（Ａ）は電子基板の中央部付近の縦断面図、図５（Ｂ）は同じ電子基板の端部の縦断面図である。図６（Ａ）は図５（Ａ）の電子基板の中央部付近に、発熱する半導体リレーである発熱部品Ｔを配置したときの熱伝導状態を説明する縦断面図、図６（Ｂ）は図５（Ｂ）の電子基板の端部に発熱部品Ｔを配置したときの熱伝導状態を説明する縦断面図である。
車両に搭載される電子ユニットは、搭載スペースの制約上、小型化が要求され、電子基板２０Ａは多層のものが採用される場合が多い。例えば、図５（Ａ）および図５（Ｂ）のように、６層銅箔を有する電子基板２０Ａを考えたとき、電子基板２０Ａの各層は以下のように機能分けされていることが多い。
（１）第１層Ｃ１と第６層Ｃ６は、電子部品の実装、信号線配索、出力電流通電パターン配索、電子部品の熱分散、ノイズ抑制のためのアース回路。
（２）第２層Ｃ２と第５層Ｃ５は、信号線配索、ノイズ抑制のためのアース回路。
（３）第３層Ｃ３と第４層Ｃ４は、出力電流通電パターン配索。
この場合、図５（Ａ）が示すような電子基板の中央エリアは、コネクタ・マイコン及びその周辺回路の間の配置エリアであり、マイコンと発振回路などの周辺回路や入力インタフェース回路、または出力インタフェース回路などが混在し、またこれらの電子部品間を接続する信号線も多数配索される。また、マイコンや発振回路などの高周波ノイズの発生に影響する部品も多く、ノイズ抑制のためのアース回路の重要性も高いので、各層の銅箔はそれぞれ短く、またスルーホールに接続される銅箔も数少ない。
【００２３】
《中央エリアの各層の銅箔》
図５（Ａ）において、第１層Ｃ１の銅箔１２に電気接続されている各層の銅箔は、スルーホールＳ１に接続している第２層の銅箔２２と、第２層の銅箔２２に接続しているスルーホールＳ２と、スルーホールＳ２に接続している第３層の銅箔３２だけである。
【００２４】
《端部の各層の銅箔》
これに対して、電子基板２０Ａの端部を表す図５（Ｂ）において、第１層Ｃ１の銅箔１３に電気接続されている各層の銅箔は、スルーホールＳ３に接続している第１層Ｃ１の銅箔１２と、第２層の銅箔２２と銅箔２３、第３層の銅箔３２と銅箔３３と、第４層の銅箔４２と銅箔４３と、第５層の銅箔５２と銅箔５３と、第６層の銅箔６２と銅箔６３である。
【００２５】
〈電子部品Ｔを第１層の銅箔に設置したときの放熱範囲〉
そこで、このことに着目して、例えば、この電子基板２０Ａの第１層Ｃ１の中央エリアの銅箔１２（図５（Ａ））に半導体リレーなどの発熱する電子部品Ｔを配置すると、放熱範囲Ａ１は、図６（Ａ）のように、電子基板２０Ａの各層の銅箔６Ｃはそれぞれ短い間隔で切断されているので、熱分散させるための十分長い銅箔が多く存在せず、したがって熱分散させるための十分長い銅箔を活用することができず、狭い放熱範囲となる。したがって、放熱が少ないことによる発熱部品周辺の局部的温度上昇を招くことになった。
一方、発熱する電子部品Ｔを電子基板２０Ａの第１層Ｃ１の端部の銅箔１３（図５（Ｂ））に配置すると、上述のように、銅箔１３には、スルーホールＳ３を介して第１層Ｃ１の銅箔１２と、第２層の銅箔２２と銅箔２３、第３層の銅箔３２と銅箔３３と、第４層の銅箔４２と銅箔４３と、第５層の銅箔５２と銅箔５３と、第６層の銅箔６２と銅箔６３が接続されているので、放熱範囲Ｂ１は、図６（Ｂ）のように広範な放熱範囲となる。
したがって、放熱効果が大きく、発熱部品周辺の局部的な温度上昇を抑制し、電子ユニット内の温度上昇を分散化（均一化）することができる。
【００２６】
〈具体的な配置〉
図７（Ａ）は本発明の実施形態２に係る熱干渉対策を講じたヒートシンクレス電子ユニット２０のＡ面（例えば、表側）の電子基板２０Ａの平面図、図７（Ｂ）は図７（Ａ）の反対面のＢ面（裏側）の電子基板２０ＢのＡ面からの透視平面図である。
実施形態２では、図７（Ａ）のように、ヒートシンクレス電子ユニットのＡ面（例えば、表側）の電子基板２０Ａの端部に、発熱部品Ｔ１〜Ｔ３を配置し、他の端部に発熱部品Ｔ４〜Ｔ５を配置し、一方、電子基板２０Ａの中央近傍（ハッチング部）は制御部品や信号線の配索エリアＥ１として発熱部品を配置しないことにより、同じくヒートシンクや金属コア基板などの放熱部品を使用することなく、発熱部品の電子基板端部の配置のみによって熱干渉対策が可能となる。
同様に、ヒートシンクレス電子ユニットのＢ面（例えば、裏側）の電子基板２０Ｂの端部に発熱部品Ｔ６〜Ｔ９を配置し、他の端部に発熱部品Ｔ１０〜Ｔ１３を配置し、一方、電子基板２０Ｂの中央近傍（ハッチング部）は制御部品や信号線の配索エリアＥ２として発熱部品を配置しないことにより、同じくヒートシンクや金属コア基板などの放熱部品を使用することなく、発熱部品の電子基板端部の配置のみによって熱干渉対策が可能となる。
【００２７】
〈まとめ〉
このように、電子部品が多数搭載される電子基板２０Ａの中央エリアに比べて電子基板２０Ａの端部は、内層に信号線や出力通電パターンが配策されることが少ないことから電子基板２０Ａの各層の銅箔がそれぞれ長く延設しており、したがって実施形態２では、熱分散させるための十分長い銅箔が各層に備わっていることに着目してなされたもので、発熱する電子部品が電子基板２０Ａの端部に配置されると、その熱は電子部品実装面の銅箔からその逆表面の銅箔まで貫通するスルーホールを介して各層の銅箔に伝導され、各層の銅箔に伝導された熱は長く延設するそれぞれの銅箔を伝わってその先端の切断部まで達し、ヒートシンクや金属コア基板などの放熱部品を使用しなくても、全体で大きな放熱効果を得ることができる。
【符号の説明】
【００２８】
１０：実施形態１に係るヒートシンクレス電子ユニット
２０：実施形態２に係るヒートシンクレス電子ユニット
１０Ａ、１０Ｂ、２０Ａ、２０Ｂ：電子基板
１１：マイコン
１２〜６３：銅箔
１２Ｈ、１２Ｌ：ワイパーリレー
１３Ａ、１３Ｂ：ラジエータファンリレー
１４：ウォッシャリレー
１５Ｒ、１５Ｌ：ヘッドランプリレー
１６Ｒ、１６Ｌ：フォグランプリレー
Ｃ１〜Ｃ６：第１層〜第６層
Ｅ１、Ｅ２：配索エリア
Ｈ０〜Ｈ５：温度領域（Ｈ０＜Ｈ５）
Ｓ１〜Ｓ３：スルーホール
Ｔ１〜Ｔ１３：発熱部品
【図１】
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【図２】
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【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】
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