(57)【要約】【課題】  電子部品から放熱グリスを介してカバーに放熱する構造の車載電子制御装置で、部品や、組み立てばらつきの寸法公差の集積となる放熱グリス膜厚ばらつきを低減すること。【解決手段】  基板３をベース４に固定するネジ１０の長さを、基板３とベース４の厚さ寸法以上にして、ネジ頂部がカバー６の内面と接触することで、ネジ１０がベース４にカバー６を勘合する際の位置きめとなる構造である。【選択図】  図７
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
回路の配線パターンを形成した基板に電子部品を実装することで回路を形成した回路基板と、前記電子部品からの熱を放熱し、前記回路基板を保持するベースと、前記回路基板に設置され、回路基板と電気的に接合される構造を有することで回路の入出力のインターフェースとなるコネクタと、前記回路基板を覆うカバーと、を備え、前記カバーと前記ベースの周囲部が封止される構造の車載電子制御装置であって、
基板をベースに固定するネジの長さを、基板とベースの厚さ寸法以上のネジ長さを有するネジを以って基板とベースを固定する構造を有し、ネジ頂部がカバーの内面と接触することで、ベースにカバーを勘合する際の位置きめとなり、カバーとＩＣの間に塗布される放熱材の寸法ばらつきを低減する車載電子制御装置。
【請求項２】
請求項１に記載の車載電子制御装置において、ベースと基板を固定しかつ、カバーとの勘合における位置きめとなるネジはタッピングネジであることを特徴とする車載電子制御装置。
【請求項３】
請求項１に記載の車載電子制御装置において、ネジの頂部の高さは、少なくとも基板に実装されたＩＣや電子部品の高さより、高い位置にあることを特徴とする車載電子制御装置。
【請求項４】
請求項１に記載の車載電子制御装置において、ネジは少なくとも３本以上であり、基板をベースに固定する位置は対称となる位置関係であることを特徴とする車載電子制御装置。
【請求項５】
回路の配線パターンを形成した基板に電子部品を実装することで回路を形成した回路基板と、前記電子部品からの熱を放熱し、前記回路基板を保持するベースと、前記回路基板に設置され、回路基板と電気的に接合される構造を有することで回路の入出力のインターフェースとなるコネクタと、前記回路基板を覆うカバーと、を備え、前記カバーと前記ベースの周囲部が封止される構造の車載電子制御装置であって、
基板をベースに固定するネジに予めナットが勘合されてあり、更に、基板とベースの厚さ寸法以上のネジ長さを有するネジを以って、基板をベースに格納した後に、所定の位置にネジを巻き込み、基板上のナットを以って、基板とベースを固定する構造を有する車載電子制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車載電子制御装置に関し、特に、車両のエンジンルームに設置される車載電子制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
発熱性の電子部品の発熱温度を低減する方法として、例えば、特許文献１に提示する、発熱部品（電子部品）の放熱板に柔軟性の放熱材を塗布し、筐体の開口部を覆うカバーに接触させることで放熱させる構造が公知である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第４５９３４１６号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
近年、自動車の電子制御化が進み、更なる電子部品の小型化、集約化が進み、半導体の放熱する熱量は増加する傾向となっている。従って、半導体からの熱を逃がすために、半導体にヒートスプレッターを装着し、このヒートスプレッターから基板や、ベース、カバーに放熱材を介して熱を分散する構造が取られている。但し、この構造は、放熱材を介して熱を分散させるために、放熱材の伝熱性能で電子部品の熱の拡散量を決定する因子となっている。
【０００５】
しかしながら、この方法では、前述したように放熱材の伝熱性能が電子部品からの放熱を支配する構造となるために、電子部品とカバーの間に設置する放熱材の寸法、量が変動した場合に、その変動量がそのまま放熱ばらつきとなってしまい、放熱品質のばらつきが大きくなり易いという課題がある。
【０００６】
本発明は、前記課題を解決するために、極力、特殊加工や特殊な部品を用いずに、安定した放熱性能を発揮できる性能の高く、高信頼性となる車載電子制御装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するために、本発明の車載電子制御装置は、電子部品が実装された基板と、回路基板に形成された電子回路の入出力信号のインターフェースとなるコネクタがあり、多くの場合、回路基板にコネクタははんだ等で電気的接続されることになる。このコネクタを実装した基板の裏面、表面全体を覆う、カバーとベースを以って筐体として、カバーとベース及び、コネクタとの隙間部を防水シールで充填する構造となっている。回路基板はベースにネジ止めされることで、耐振動性や、組み立てにおける位置決めとなり組み立てばらつきを安定させる構造を採用している。
【０００８】
本発明では、基板とベースを固定するネジの長さを延長したタッピングネジを用い基板を介してベースに直接タッピングする構造とすることが好ましい。この際はネジの皿部と基板は接触せず、ネジの皿部と基板とは離れている構造となる。直接ベースにタッピングネジを打ち込んでも同様である。そして、基板全体を覆うカバーは防水シールを介して接着する構造とすることで、ベースに打ち込まれたネジが位置きめ用の支柱となり、カバーとベース、及び基板までの縦方向距離が正確に決まることになり、基板の表面に実装されて、ＩＣのヒートスプレッターと放熱するカバーの間にある、放熱材の厚さ寸法のばらつきを軽減できる構造とすることができる。
【０００９】
また、上記目的を達成するために、本発明の車載電子制御装置は、基板とベースを固定するネジをネジ部が設定以上に長いネジとし、ナットがネジに勘合し付属しているようにしてもよい。基板をベースに搭載した後、基板をベースに固定する構造的な手段として基板とベースをナットで締結し、ネジの頂部となる皿部は、カバーからベース、及び基板までの位置きめ支柱となることでカバーと基板の間の放熱部材の厚さのばらつきを低減できる。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、コネクタと電気的に接合した回路基板をベースに固定し、防水シールでカバーとシールする構造を有する筐体構造を有する車載電子制御装置において、基板に実装されるＩＣからの発熱量を放熱グリスを介して直接に、金属のカバーやベースに熱伝導し、空気に熱放散する放熱構造を有する車載電子制御装置の放熱ばらつきを低減し、安定した放熱状態を維持できる車載電子制御装置とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】一般的な電子制御装置の断面構造図。
【図２】図１に示される車載電子制御装置の外観を示す平面図。
【図３】本発明による車載電子制御装置の構成を示す断面構造図。
【図４】図３に示される車載電子制御装置の外観を示す平面図。
【図５】本発明の他の実施例の車載電子制御装置の構成を示す断面構造図。
【図６】一般的な電子制御装置の放熱材を用いた放熱構造の部分拡大図
【図７】本発明による電子制御装置の放熱材を用いた放熱構造の部分拡大図
【図８】一般的な電子制御装置の放熱材を用いた放熱構造における放熱材厚さと放熱量の関係。
【図９】本発明による電子制御装置の放熱材を用いた放熱構造における放熱材厚さと放熱量の関係。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明の車載電子制御装置について、図面に基づいて説明する。なお、ここで示す実施形態は一例であって、本発明の車載電子制御装置はここに示す実施形態に限定されることはない。
【００１３】
図１は、通常に使われている電子制御装置と例として車両のエンジンルーム内に装着される電子制御装置（以下ＥＣＵと記す）の断面構造図を示す。図２は図１に示したＥＣＵの平面図を示す。図３は本発明の特徴を表す断面構造で、図４は、その平面図である。図５は本発明の別の実施形態を示す断面構造図である。図６は現在、市場で使われているECUにおいて、ICから放熱グリスを介して放熱板としてのカバーに放熱する構造を部分的に拡大したものである。図７は図６に対して、本発明の放熱構造の部分を拡大したものである。図８、図９は本発明による放熱性改善として効果のある、放熱量のばらつきを低減する効果について示した放熱量と寸法によるばらつきの関係を示す関係図である。
【００１４】
図１〜図５に示すように、車載用の電子制御装置１は、コネクタ２を回路基板３にはんだ等で実装し、これをベース４に固定し、防水シール５を塗布された状態でカバー６を組み付けて防水シールする構造である。
【００１５】
本発明に係る実施例を説明する前に、現在市場で流通している、一般的な電子制御装置１の事例としてのエンジンコントロールユニット（以下ＥＣＵと記載する）について図１、２を用いて説明する。
【００１６】
図１の電子制御装置１は、基板８の表面および裏面に集積回路、抵抗素子、コンデンサ、フィルター、コイル等の電子部品７が実装された回路基板３と、電子部品７からの熱を放熱し回路基板３を保持するベース４と、回路基板３に設置し、回路基板３と電気的に接合される構造を有することで回路の入出力のインターフェースとなるコネクタ２と、回路基板３を覆うカバー６とベース４によって構成されている。
【００１７】
なお、車載電子制御装置１は、車両のエンジンルームに搭載されるエンジンを制御する制御装置である。ここで、車載電子制御装置１はエンジンを制御する制御装置に限らず、オートマチックトランスミッションを制御する制御装置であっても良い。
【００１８】
回路基板３は、集積回路、抵抗素子、コンデンサ、フィルター、コイル等の電子部品７と、電子部品７を実装する基板８によって構成されている。基板８は、エポキシ樹脂とガラスとを含んで構成される絶縁基材と、絶縁基材の表面または複数の絶縁基材間に配置された回路配線とを含んで構成される。また、回路基板３の回路配線とコネクタ２とは電気的に接続されている。更に回路基板３はベース４にネジ１０で固定される。
【００１９】
カバー６とベース４はアルミニウム、鉄、あるいはこれらを主成分とする合金から形成されている。また、カバー６とベース４は、コネクタ２の外部装置との電気的接続部を除き、コネクタ２と回路基板３を防水するよう組みつけられている。
【００２０】
図２は図１に示すＥＣＵの平面図であるが、外部信号のインターフェースとなる、コネクタ２と、筐体となるカバー６とベース４の外観となる。更に、エンジンルームに取り付けるためのネジ固定用ガイド孔９が設けられる構造である。
【００２１】
ＥＣＵの放熱構造を次に説明する。
【００２２】
図６は一般的なＥＣＵが採用している放熱構造の部分拡大図である。回路基板３にはんだ等で実装されたＩＣ１１は動作することで発熱する。発熱した熱はＩＣ１１の上面に設置されたヒートスプレッター１２より、放熱材１３を介して金属カバー６に放熱させる構造となっている。
【００２３】
近年、図６に示すようなＩＣ１１から、放熱材１３として用いられることが多い放熱グリス１４を介してカバー６に熱を逃がす構造は、電子制御装置の小型化に有利で、採用される車両が多くなってきている。但し、この放熱構造では、構成部品の寸法ばらつきの交差の集積が放熱グリス１４の膜厚：Lｔで交差のばらつきを吸収する構造となってしまう。
【００２４】
放熱グリス１４の膜厚が吸収するのは、
（１）ベース４の肉厚のばらつき
（２）回路基板３の厚さ、反りのばらつき
（３）ＩＣ１１と回路基板８を接続するはんだ膜厚のばらつき
（４）ＩＣ１１の高さ寸法ばらつき
（５）カバー６をベース４に装着した際の組み立てばらつき
等の材料及び組み立てばらつきである。
【００２５】
特にカバー６をベース４に装着した際の組み立てばらつきが大きく、実際の製品で１ｍｍ程度ばらつくことあり、放熱グリス１４の膜厚ばらつきが２倍以上も考慮しなければならないことがある。この放熱グリス１４の膜厚ばらつきは、そのままＩＣ１１からカバー６への放熱量１５と相関関係にあり、放熱グリス１４膜厚が厚い場合は、ＩＣ１１からカバー６への放熱量１５が減少（制限）し、放熱グリス１４の膜厚が薄い場合は、ＩＣ１１からカバー６への放熱量１５が増大する。この関係性を図８に示す。縦軸は、放熱量としての熱伝導量１９を表し、横軸は、放熱グリス１４膜厚である。この両者の関係は、放熱グリス１４の熱伝導性が小さい有機物であり、熱伝導を行う面積がＩＣ１１のヒートスプレッター１２部分しかないことより、放熱グリス１４の膜厚と熱伝導量１９の関係を示す勾配（グラフの傾き）は傾きが大きく、放熱グリス１４の膜厚のばらつきは放熱量１５のばらつきを決定する最もクリテカルな因子である。従って、放熱ばらつきを低減するためには、この放熱グリス１４膜厚のばらつきを抑えて、安定した膜厚を形成できる構造が重要となる。放熱グリス１４はシリコーン系とアルミナ系フィラーを充填配合した高価なグリスのため、使用量が少ない程、安価であるが、上記した各構成部品の寸法ばらつきを考慮した場合は、寸法交差の上限を考慮した設計とするために、放熱グリス１４の膜厚を交差の上限値で設定することになり、放熱グリス１４を大量に使用することでコストが増加することになる。
【００２６】
本発明に係る実施例では、各構成部品の寸法ばらつきの交差が集積する放熱グリス１４の膜厚ばらつきを低減し、ＩＣ１１からカバー６への熱伝道量１５を安定化させ、更に放熱グリス１４の使用量を最適化することで、使用量の低減を図る。
【００２７】
本発明に係る実施例を図３、図４を用いて説明する。
【００２８】
基本的に筐体構造を形成するカバー６、ベース４、コネクタ２、防水シール５は、全く同一であり、変化点はない。
【００２９】
回路基板３自体の仕様も変化ないが、ベース４と回路基板３を固定するネジ孔１６は、タッピングネジ用の孔加工は施されている。ベース４に回路基板３を設置し、所定の位置にタッピングネジ用の孔加工されたネジ孔１６に、タッピングネジ１７を挿入し、回路基板３とベース４に、自らネジを加工して、ベース４に回路基板３を固定する構造とする。
【００３０】
タッピングネジ１７は、ベース４へのネジ加工深さと基板の厚さ寸法より長いことが特徴となる。少なくとも、回路基板３とベース４を固定するタッピングネジ１７は３本以上であり、それは対称となる３角形のバランスを持つ状態である。ＥＣＵは概ね、筐体構造となり、回路基板３も正方形や長方形であるために、四隅の４箇所にベース４と固定する孔を設ける構造が最も採用されている。
【００３１】
タッピングネジ１７は少なくともＭ４以上が好適であり、回路基板３表面から、タッピングネジ１７の皿部頂上までの寸法を合わせることを行う。具体的にはベース４にタッピングした深さを全てのタッピングネジ１７で同じにすれば良い。タッピングネジ１７はネジを回転することで、深さ方向に進行するピッチが決まるために、ネジの回転を制御することで、ベースへの深さ進展寸法は確実に決定し、機械加工となるために、ばらつきはほとんどない。
【００３２】
タッピングネジ１７自体も転造で製作されるために、寸法精度が高く、寸法ばらつきを考慮しなくとも良い。また、タッピングネジ１７の先端の皿部の形状は特に規定はないが、半円状で、頂部が円弧の形状を有するネジが好ましい。
【００３３】
前記した半発明に好適なタッピングネジ１７を用いて基板をベース４に固定する。回路基板３よりネジ部が回路基板３より長いために、柱状となって回路基板３より立っている状態のタッピングネジ１７を有する筐体に、防水シール５をベース４周囲や、コネクタ２とカバー６の接触部に塗布した後に、カバー６を装着する。少なくとも３箇所以上の基板より柱状に立っているタッピングネジ１７の頂上部とカバー６の内面部分が接触し、ここで、勘合し筐体となる。
【００３４】
本実施例では、前記した柱状となって回路基板３より立っている状態のタッピングネジ１７とカバー６の内面との接触部で勘合寸法が決定するために、最も放熱グリス１４膜厚のばらつきに与える影響が大きい、カバー６とベース４の装着時での組み合わせばらつきをキャンセルできる構造となる。
【００３５】
図７は本実施例のタッピングネジ１７を活用して位置決めをしたＥＣＵの放熱構造の部分断面図である。図６と同様に、回路基板３にはんだ等で実装されたＩＣ１１の発熱はＩＣ１１の上面に設置されたヒートスプレッター１２より、放熱グリス１４を介して金属カバー６に放熱させる構造となっている。
【００３６】
放熱グリス１４の膜厚：Lrはカバー６がベース４に勘合される際に、タッピングネジ１７の頂部と接触するまで、押し付けても問題ないように、タッピングネジ１７の頂部から低い位置にＩＣ１１のヒートスプレッター１２の表面が位置する関係であり、このタッピングネジ１７の頂部とＩＣ１１のヒートスプレッター１２の表面までの距離が放熱グリス１４膜厚となる。
【００３７】
ＩＣ１１の発熱量をカバー６に直接放熱するための放熱グリス１４は、膜厚が薄い分だけ放熱効率が高いために、放熱グリス１４を薄くできる本発明の構造は、ＥＣＵの高効率化を実現できる放熱構造として有利である。
【００３８】
図９は本実施例の効果を示す事例である。図８は一般的な電子制御装置１における放熱材１３厚さと放熱量１５の関係である。図８に提示する、一般的な電子制御装置１の場合は前述したように、各構成部材の寸法ばらつき、組み立て時の勘合ばらつきが、放熱材１３の膜厚で寸法公差の吸収しなければならないため、放熱材１３の膜厚はばらつき、熱伝導量のばらつき１９：ΔH1は大きくなってしまう。本実施例によると、放熱材１３の寸法ばらつきを小さくできる構造により、熱伝導量ばらつき１９はΔH2に改善できる効果を実現できることで、品質が安定な電子制御装置を供給できることになる。
【００３９】
図５は本発明における別の実施の形態である。
【００４０】
電子制御装置１の構造は変わらない。回路基板３をベース４に固定するネジにナット１８を勘合させておき、ナット１８を締めつける構造とすることで、図３、図４と同じ効果を発揮できるようにしたものである。
【符号の説明】
【００４１】
１…車載電子制御装置、２…コネクタ、３…回路基板、４…ベース、５…防水シール、６…カバー、７…電子部品、８…基板、９…ガイド孔、１０…ネジ、１１…ＩＣ、１２…ヒートスプレッター、１３…放熱材、１４…放熱グリス、１５…放熱量、１６…ネジ孔、１７…タッピングネジ、１８…ナット、１９…熱伝導量ばらつき。
【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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【図８】
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【図９】
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