(57)【要約】【課題】低コストで、発熱量の多い電子部品の放熱性を高めることのできる技術を提供することにある。【解決手段】電子制御装置１は、電子部品３〜７と、配線パターン層ＨＰ１〜ＨＰ４を有し、電子部品３〜７を実装する実装基板２と、基板を搭載する下部筐体１０と、基板を下部筐体に固定するボルトねじ１２とを有する。基板は、固定用孔２４と、サーマルビアと、放熱用配線層である配線パターンＨＰ２とを有する。固定用孔２４は、実装基板２を下部筐体１０に固定する際にボルトねじ１２を貫通させる。この固定用孔２４の壁面には金属めっき層２４ａが形成されている。サーマルビアＴＶは、実装された電子部品５の下方に形成され、該電子部品５から発生した熱を伝達する。【選択図】図２
2014036033.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の電子部品と、
複数の配線層を有し、複数の前記電子部品を実装する基板と、
前記基板を搭載する下部筐体と、
前記基板を前記下部筐体に固定する固定部材とを有し、
前記基板は、
前記基板を前記下部筐体に固定する際に前記固定部材を貫通させ、壁面に金属めっき層が形成された貫通孔と、
発熱する前記電子部品の下方に形成され、前記電子部品から発生した熱を伝達するサーマルビアとを有し、
前記基板は、
前記基板の内層に、前記電子部品が発生した熱を放熱する放熱用配線層を有することを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
請求項１記載の半導体装置において、
前記放熱用配線層は、
前記金属めっき層、および前記サーマルビアにそれぞれ接続されていることを特徴とする半導体装置。
【請求項３】
請求項２記載の半導体装置において、
前記固定部材が貫通する孔が形成され、前記基板と前記下部筐体との間に設けられたカラーを有し、
前記金属めっき層は、
前記貫通孔の側壁から、前記基板の裏面に延在するように形成され、前記基板の裏面に延在するように形成された前記金属めっき層が前記カラーに接していることを特徴とする半導体装置。
【請求項４】
請求項２記載の半導体装置において、
前記放熱用配線層は、発熱する前記電子部品に電気的に接続されていない放熱用の配線層であることを特徴とする半導体装置。
【請求項５】
請求項２記載の半導体装置において、
前記放熱用配線層は、
発熱する前記電子部品に基準電位を供給するグランド配線層であることを特徴とする半導体装置。
【請求項６】
請求項２記載の半導体装置において、
前記放熱用配線層は、
前記電子部品に動作電源電圧を供給する電源配線層であることを特徴とする半導体装置。
【請求項７】
請求項１記載の半導体装置において、
前記下部筐体に重ね合わせて前記基板を閉塞する上部筐体を有し、
前記上部筐体は、
前記上部筐体の内面が、前記固定部材に接触していることを特徴とする半導体装置。
【請求項８】
請求項７記載の半導体装置において、
前記上部筐体は、
前記固定部材が貫通する固定孔を有し、
前記固定部材は、
前記固定孔を貫通し、前記基板を前記上部筐体と前記下部筐体との間に挟んで固定していることを特徴とする半導体装置。
【請求項９】
請求項１記載の半導体装置において、
前記固定部材は、
実装された前記電子部品のうち、発熱する２つの前記電子部品の間に位置することを特徴とする半導体装置。
【請求項１０】
請求項２記載の半導体装置において、
前記基板は、
前記配線層間を絶縁する複数の絶縁層を有し、
複数の前記絶縁層は、
第１の熱伝導率を有する第１の絶縁層と、
前記第１の熱伝導率よりも高い熱伝導率を有する第２の絶縁層とを有することを特徴とする半導体装置。
【請求項１１】
請求項１０記載の半導体装置において、
前記基板は、
複数の前記絶縁層のうち、いずれか１つの絶縁層が前記第２の絶縁層であることを特徴とする半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体装置に有効な技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車などに搭載される電子制御装置において、回路基板上には多数の電子部品が実装されている。電子機器の多機能化、小型・高密度化に伴い、回路基板上に実装される電子部品の発熱損失が大きくなり、保障温度以下に保つのが容易ではなくなってきている。
【０００３】
発熱量の大きいパワーＩＣなどは、放熱板付きのパッケージに収納され、放熱板を大型金属製ヒートシンクにネジなどで圧接させることで熱を拡散させて放熱するのが一般的である。
【０００４】
ロジックＬＳＩやアナログＩＣデバイスなどの電子部品からの熱は、パッケージから回路基板に逃がすことが一般的であるが、半導体デバイスの発熱量の増加で、一部には、回路基板において、電子部品を搭載する位置にサーマルビアを設け、電子部品からの熱を該回路基板の裏面に熱を伝え、さらにその部分に放熱シートを介在させ筐体に熱を逃がすような試みがなされている。
【０００５】
この種の回路基板を利用した放熱技術については、例えば、メタルコア基板におけるメタルプレートの端部を露出させて外部接続用端子とし、該メタルプレートを発熱端子の放熱用の放熱プレート部とオス端子用の端子プレート部とに分離したもの（例えば、特許文献１参照）、あるいは発熱部品から発生した熱を、メタルコア基板の金属コア層によって均熱化した後、該メタルコア基板に形成されたスルーホールに圧入保持されたプレスフィット部材に伝導し、さらにプレスフィット部材に熱的に接続された放熱部材に伝導して放熱するもの（例えば、特許文献２参照）が知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特許第４６８６２１８号明細書
【特許文献２】特開２００８−２８３１５４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところが、上記のような発熱部品の放熱技術では、次のような問題点があることが本発明者により見い出された。
【０００８】
一般に、電子部品を実装する回路基板は、例えば、ガラスエポキシ材を基材とするガラスエポキシ基板が用いられているが、このガラスエポキシ基板は、搭載する電子部品から発生する熱がその場に集中しやすく、そのため、サーマルビアなどを設けても放熱が不十分となり、電子部品などに悪影響を及ぼしてしまう恐れが生じるという問題がある。
【０００９】
特に、自動車などに搭載される電子制御装置の場合には、該電子制御装置を高温なエンジンルームへ搭載することがあり、高い放熱性が要求されることになる。
【００１０】
また、前述した特許文献１，２では、基板の中間層に、アルミニウム、あるいは銅などからなる金属コアを配置したメタルコア基板を用いて放熱経路を確保している。しかしながら、このメタルコア基板は汎用のプリント基板に比べて高価であり、電子制御装置が高コスト化してしまうという問題がある。
【００１１】
さらに、メタルコア基板は、前述したように、基板の中間層に金属コアを配置する構造のため、メタルコア層に微細配線を形成できず、小型化、高密度などのフレキシブルな設計が困難である。
【００１２】
本発明の目的は、低コストで、電子部品の放熱性を高めることのできる技術を提供することにある。
【００１３】
本発明の前記ならびにそのほかの目的と新規な特徴については、本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本願において開示される発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、次のとおりである。
【００１５】
上記課題を解決するために、本発明は、基板と、下部筐体と、基板を下部筐体に固定する固定部材とを有し、該基板は、下部筐体に固定する際に固定部材を貫通させ、壁面に金属めっき層が形成された貫通孔と、発熱する電子部品の下方に形成され、該電子部品が発生した熱を伝達するサーマルビアと、基板の内層に形成された放熱用配線層とを有する。
【発明の効果】
【００１６】
本願において開示される発明のうち、代表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば以下のとおりである。
【００１７】
本発明によれば、低コストで、発熱量の多い電子部品の放熱性を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の実施の形態１による電子制御装置における構成の一例を示す断面模式図である。
【図２】図１の電子制御装置における一部（点線丸印部分）を拡大した断面の一例を示す説明図である。
【図３】図１の電子制御装置に設けられた下部筐体の他の例を示す断面の説明図である。
【図４】本実施の形態１による電子制御装置における構成の他の例を示す断面模式図である。
【図５】本発明の実施の形態２による電子制御装置における構成の一例を示す断面模式図である。
【図６】本発明の実施の形態３による電子制御装置における構成の一例を示す断面模式図である。
【図７】本発明の実施の形態４による電子制御装置における構成の一例を示す断面模式図である。
【図８】本発明の実施の形態５による電子制御装置に設けられる実装基板の一例を示す断面の説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、実施の形態を説明するための全図において、同一の部材には原則として同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。
【００２０】
（実施の形態１）
〈発明の概要〉
本発明の概要は、複数の電子部品（電子部品３〜７）と、複数の配線層（配線パターン層ＨＰ１〜ＨＰ４）を有し、電子部品を実装する基板（実装基板２）と、基板を搭載する下部筐体（下部筐体１０）と、基板を下部筐体に固定する固定部材（ボルトねじ１２）とを有する半導体装置（電子制御装置１）である。
【００２１】
また、基板は、貫通孔（固定用孔２４）と、サーマルビア（サーマルビアＴＶ）と、放熱用配線層（配線パターン層ＨＰ２）とを有する。貫通孔は、基板を下部筐体に固定する際に固定部材を貫通させる、この貫通孔の壁面には金属めっき層が形成されている。
【００２２】
サーマルビアは、実装された電子部品のうち、発熱する電子部品（電子部品５）の下方に形成され、該電子部品が発生した熱を伝達する。また、放熱用配線層は、基板の内層に形成されている。
【００２３】
以下、上記した概要に基づいて、実施の形態を詳細に説明する。
【００２４】
〈電子制御装置の構成例〉
図１は、本実施の形態１による電子制御装置１における構成の一例を示す断面模式図である。
【００２５】
本実施の形態１において、電子制御装置１は、例えば、自動車などに搭載される各種制御を司るＥＣＵ(Electric Control Unit)である。電子制御装置１には、図１に示すように、実装基板２が設けられている。この実装基板２の主面には、左から右にかけて、電子部品３〜５がそれぞれ実装されている。また、実装基板２の裏面には、左から右にかけて、電子部品６，７がそれぞれ実装されている。
【００２６】
電子部品３，４，６，７は、例えば、マイクロコンピュータ、抵抗、コンデンサ、およびコネクタなどであり、電子部品５は、例えば、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）の半導体集積回路装置からなる。
【００２７】
ＡＳＩＣは、モジュールの小型化に向け、機能を集約し、発熱密度が増加する傾向にあり、ＡＳＩＣ１つ当たりの電力損失は、例えば、５Ｗ程度以上である。このため、電子部品５は、電子部品３，４，６，７よりも発熱量が大きい部品となっている。
【００２８】
実装基板２は、例えば、ガラスエポキシ材を基材とするプリント配線基板などからなる。あるいはセラミックを基材とするセラミック基板などであってもよい。この実装基板２は、筐体８に収納されている。
【００２９】
筐体８は、上部筐体９、および下部筐体１０を有し、これら上部筐体９と下部筐体１０とによって閉塞された内部に、実装基板２が収納されている。また、筐体８の左側面は、開口しており、その開口部にコネクタ１１が設けられている。
【００３０】
上部筐体９には、フック９ａが設けられている。このフック９ａは、該フック９ａを下部筐体１０にはめ込むことによって、上部筐体９と下部筐体１０とを機械的に接合する、いわゆるスナップフィットファスナーとして機能する。
【００３１】
下部筐体１０の表面（外側面）には、放熱フィン１０ａが等間隔で形成されている。この放熱フィン１０ａは、電子部品５などから伝導した熱を大気中に対流熱伝達する放熱用のフィンとして設けられている。
【００３２】
放熱フィン１０ａは、例えば、幅が２ｍｍ程度であり、高さが２０ｍｍ程度の縦型の形状からなり、各々の放熱フィン１０ａの間隔は、例えば、７ｍｍ程度からなる。なお、放熱フィン１０ａの形状は、縦型の形状以外に、例えば、ピンフィンなど異なる形状のフィンであってもよい。
【００３３】
上部筐体９、および下部筐体１０は、例えば、アルミニウム（Ａｌ）、マグネシウム（Ｍｇ）、鉄（Ｆｅ）などを主成分とする合金からなる。これら上部筐体９、および下部筐体１０は、例えば、金型を用いた鋳造、プレス、あるいは切削加工などにより製造される。また、前述の製造方法以外に、例えば、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）などの樹脂材によって形成されることもある。
【００３４】
コネクタ１１に設けられたピン１１ａは、実装基板２に形成された電極（図示せず）と電気的に接続されており、このコネクタを介して外部の電子機器との電気的な接続がなされる。
【００３５】
また、電子部品５の右側には、ボルトねじ１２が設けられている。実装基板２、および下部筐体１０は、ボルトねじ１２によってそれぞれ締結されている。電子部品５が搭載された実装基板２の直下と下部筐体１０との間には、放熱樹脂１３が設けられている。
【００３６】
〈放熱構造の説明〉
図２は、図１の電子制御装置１における一部（点線丸印部分）を拡大した断面の一例を示す説明図である。
【００３７】
電子部品５は、例えば、ＱＦＰ（Ｑｕａｄ  Ｆｌａｔ  Ｐａｃｋａｇｅ）などのパッケージからなる。電子部品５は、中央部に位置した熱拡散板１４の主面上に半導体チップ１５が搭載されている。
【００３８】
半導体チップ１５における４辺の周辺部近傍には、複数のリード１６が位置し、これらリード１６の先端部と半導体チップ１５に形成された電極とが、金線などからなるボンディングワイヤ１７によって電気的にそれぞれ接続されている。
【００３９】
さらに、半導体チップ１５、リード１６、ならびにボンディングワイヤ１７は、熱硬化性の封止樹脂などによって封止され、矩形状のパッケージ１８が形成されている。パッケージ１８の４つの側面から突出したリード１６の一部は、ガルウィング状に形成された外部接続端子となる。
【００４０】
熱拡散板１４の裏面は、パッケージ１８の裏面から露出するように形成されており、この熱拡散板１４によって半導体チップ１５から発生した熱を放熱する。
【００４１】
実装基板２は、該実装基板２の主面から裏面にかけて、配線パターン層ＨＰ１，ＨＰ２，ＨＰ３，ＨＰ４がそれぞれ形成された、いわゆる多層配線基板からなる。配線パターン層ＨＰ１は、実装基板２の主面に、銅箔などからなる配線パターンが形成されている。配線パターン層ＨＰ４は、実装基板２の裏面に銅箔などからなる配線パターンが形成されている。
【００４２】
配線パターン層ＨＰ１の下方には、配線パターン層ＨＰ２が形成され、配線パターン層ＨＰ２の下方には、配線パターン層ＨＰ３が形成されている。配線パターン層ＨＰ２，ＨＰ３においても、銅箔などからなる配線パターンがそれぞれ形成されている。
【００４３】
これら配線パターン層ＨＰ１と配線パターン層ＨＰ２との間、配線パターン層ＨＰ２と配線パターン層ＨＰ３との間、および配線パターン層ＨＰ３と配線パターン層ＨＰ４との間には、例えば、エポキシなどの樹脂製の材料からなる絶縁層２０がそれぞれ形成されている。また、各々の配線パターン層ＨＰ１〜ＨＰ４における配線パターンの厚さは、例えば、１８μｍ程度〜７０μｍ程度である。
【００４４】
これら絶縁層によって、配線パターン層ＨＰ１と配線パターン層ＨＰ２、配線パターン層ＨＰ２と配線パターン層ＨＰ３、および配線パターン層ＨＰ３と配線パターン層ＨＰ４とは、電気的に絶縁されている。
【００４５】
配線パターン層ＨＰ２は、電子部品５が発生した熱を放熱する放熱用として利用される配線パターン層である。配線パターン層ＨＰ２は、配線層の全面が面状パターンのグランド配線となった、いわゆる、ベタグランドとなっている。面状パターンのグランド配線は、微細な配線パターンを形成する必要がなく、残銅率としては、９０％程度以上となることもあり、放熱性を高めることができる。
【００４６】
ここで、配線パターン層ＨＰ２は、グランド配線層以外であってもよく、例えば、実装された電子部品５などに動作電源である電源電圧ＶＤＤなどを供給する面状パターン、いわゆる電源プレーンなどであってもよい。
【００４７】
面状パターンの電源プレーンなどの配線層においても、微細な配線パターンを形成する必要がなく、残銅率として９０％程度以上となることもあり、面状パターンのグランド配線層と同様に、放熱性を高めることができる。
【００４８】
さらに、配線パターン層ＨＰ２は、面状パターンのグランド配線や電源プレーンなど以外であってもよく、配線パターン層ＨＰ２は、例えば、電子部品５などの信号をやり取りする信号線などが形成される信号配線パターン、あるいは電気的に使用されていない放熱専用の配線パターンなどあってもよい。
【００４９】
電子部品５における外部接続端子は、接合部材であるはんだ２１によって実装基板２の配線パターン層ＨＰ１の配線パターンとそれぞれ接続されている。図示はしないが、電子部品３，４，６，７においても、同様に、はんだを介して配線パターン層ＨＰ１，ＨＰ４に形成された配線パターンとそれぞれ接続されている。
【００５０】
電子部品５が有する熱拡散板１４は、例えば、銅合金からなり、その厚さは、０．２ｍｍ程度〜２．０ｍｍ程度である。熱拡散板１４の熱伝導率は、例えば、２００Ｗ／ｍＫ程度以上である。
【００５１】
熱拡散板１４は、半導体チップ１５と同様の四角形状からなり、例えば、該半導体チップ１５よりも一回り程度大きい形状からなる。実装基板２の配線パターン層ＨＰ１において、電子部品５が搭載される位置には、該電子部品５のパッケージ１８の裏面から露出した熱拡散板１４と密着するように配線パターンＨＰ１ａが形成されている。
【００５２】
また、実装基板２の裏面側の配線パターン層ＨＰ４においては、配線パターンＨＰ１ａと対面するように、配線パターンＨＰ１ａと略同じ形状の配線パターンＨＰ４ａが形成されている。
【００５３】
配線パターンＨＰ１ａ、および配線パターンＨＰ４ａは、複数のサーマルビアＴＶによってそれぞれ接続されている。これらサーマルビアＴＶは、配線パターン層ＨＰ２の面状パターンにもそれぞれ接続されている。サーマルビアＴＶは、たとえば、銅などからなり、パイプ状に形成されたスルービアである。
【００５４】
また、下部筐体１０には、配線パターンＨＰ４ａの下方に位置するように、凸状の放熱用ボス２３が形成されている。この放熱用ボス２３の表面には、伝熱性を有する放熱樹脂１３が塗布されており、配線パターンＨＰ４ａと放熱用ボス２３とは、該放熱樹脂１３を介して密着するように固定される。また、放熱樹脂１３の塗布厚を薄くすることによって熱抵抗を低減することができる。
【００５５】
放熱樹脂１３は、放熱グリス、あるいは放熱シートなどを使用し、例えば、シリコーンなどを主成分とするものであり、半硬化性のものを用いる。実装基板２における配線パターンＨＰ４ａの位置と下部筐体１０に形成される放熱用ボス２３の位置とは、各部材の公差などによって異なる。
【００５６】
このような公差などによって生じる誤差が大きい場合、実装基板２が変形してしまう恐れがあるが、半硬化性の放熱樹脂１３を介することにより、該放熱樹脂１３が誤差を吸収し、実装基板２の反りや変形などを防止することができる。
【００５７】
これにより、電子部品５が発生した熱は、配線パターンＨＰ１ａから、サーマルビアＴＶ、および放熱樹脂１３を介して下部筐体１０に放熱される放熱経路（第１の放熱経路）を形成することができ、該電子部品５の放熱性を高めることができる。
【００５８】
放熱樹脂１３は、放熱経路としてもその寄与度が高い。そのため、放熱樹脂１３の厚さは、放熱性に大きく影響を与える。したがって、放熱樹脂１３の厚さは、可能な限り薄くすることが望ましい。放熱樹脂１３の熱伝導率は、例えば３Ｗ／ｍＫ程度のものを使用し、厚さは、例えば１ｍｍ程度以下とする。
【００５９】
実装基板２において、搭載されている電子部品５の右側には、固定用孔２４が設けられている。下部筐体１０においても、固定用孔２４が対応する位置にねじ穴３０が形成されている。
【００６０】
固定用孔２４の側壁（側面）には、めっき膜２４ａが形成されている。このめっき膜２４ａは、実装基板２の主面において、固定用孔２４の円周から放射状に延在してそれぞれ形成されている。同様に、めっき膜２４ａは、実装基板２の裏面において、固定用孔２４の円周から放射状に延在してそれぞれ形成されている。このめっき膜２４ａは、配線パターン層ＨＰ２の面状パターンにも接続されている。
【００６１】
実装基板２の裏面に延在して形成されるめっき膜２４ａの下部には、中空円柱状のカラー３１が設けられている。このカラー３１は、実装基板２の裏面に延在して形成されるめっき膜２４ａと下部筐体１０とに挟まれるように設けられている。
【００６２】
カラー３１は、例えば銅などの熱伝導率が高い材料を用いる。これによって、アルミニウム（Ａｌ）、マグネシウム（Ｍｇ）、鉄（Ｆｅ）などを主成分とする合金よりも放熱性を上げることが可能となる。
【００６３】
ただし、カラー３１は、金属製のものに限るわけではなく、樹脂材であっても熱伝導率が高い材料のものを使うことが可能である。また、実装基板２、カラー３１、および下部筐体１０は、ボルトねじ１２によって締結されており、該ボルトねじ１２によって圧力をかけて固定することにより接触熱抵抗を低減している。
【００６４】
ボルトねじ１２によって締結された際、該ボルトねじ１２における頭部の下面は、実装基板２の主面まで延在して形成されためっき膜２４ａと密着する構成となる。
【００６５】
このような構成によって、上述した第１の放熱経路に加えて、配線パターン層ＨＰ２、めっき膜２４ａ、およびカラー３１から下部筐体１０という放熱経路（第２の放熱経路）を形成することができ、この放熱経路によって、電子部品５の放熱性をより向上させることができる。
【００６６】
カラー３１は、放熱経路として用いられるだけでなく、実装基板２の位置決め（高さ調整）の役割も有している。これにより、ボルトねじ１２による締結が行われても、実装基板２などに過剰な圧力が加わることにより変形などを防止することができる。
【００６７】
〈電気的絶縁について〉
ここで、配線パターン層ＨＰ２が、面状パターンのグランド配線、電源プレーン、あるいは信号配線パターンからなる場合、電子部品１５、および下部筐体１０などは、電気的絶縁をとることが望ましい。
【００６８】
電子部品５を絶縁する際には、例えば、半導体チップ１５を絶縁性を有する樹脂系のダイボンド材（図示せず）を介して熱拡散板１４に固定する。これにより、半導体チップ１５を面状パターンのグランド配線、電源プレーン、あるいは信号配線パターンから、電気的に絶縁することができる。
【００６９】
また、下部筐体１０の絶縁は、例えば、めっき膜２４ａの全面に放熱樹脂（図示せず）を塗布する。これにより、ボルトねじ３１、および下部筐体１０は、面状パターンのグランド配線、電源プレーン、あるいは信号配線パターンから電気的に絶縁される。めっき膜２４ａの全面に塗布する放熱樹脂は、例えば、放熱樹脂１３と同じ樹脂（例えば、シリコーンなどを主成分とする半硬化性のもの）を用いることができる。また、配線パターンＨＰ４ａと下部筐体１０とは、放熱樹脂１３によって電気的に絶縁がされている。
【００７０】
〈放熱経路について〉
上述のように、電子部品５の放熱性を高める放熱経路は２つある。１つは、発熱部品である電子部品５直下に位置するサーマルビアＴＶ、および放熱樹脂１３を介して下部筐体１０に設けられた放熱用ボス２３へ放熱する経路（第１の放熱経路）である。
【００７１】
もう１つは、サーマルビアＴＶ、配線パターン層ＨＰ２、めっき膜２４ａ、カラー３１を介して下部筐体１０に放熱する経路（第２の放熱経路）である。この放熱経路（第２の放熱経路）は、補助的な放熱経路であるが、電子部品５の電力損失が増加する中において、トータル発熱量の何割かでも他の経路で放熱することができれば、小型化、コストの観点でメリットは大きくなる。
【００７２】
それにより、本実施の形態１によれば、実装基板２に２つの発熱経路（第１の放熱経路、および第２の放熱経路）を設けて放熱することにより、メタルコア基板などの高価な基板を用いることなく、発熱部品である電子部品５の放熱を行うことができる。
【００７３】
また、放熱性が向上することにより、実装基板２の電子部品実装面の温度を下げることができ、はんだ接続の信頼性を向上させることができる。
【００７４】
さらに、高放熱化によって、電子部品の実装距離を小さくすることが可能となり、実装密度を上げることができ、電子制御装置１の小型化などを実現することができる。
【００７５】
本実施の形態１においては、実装基板２、カラー３１、および下部筐体１０をボルトねじ１２によって締結する構成としたが、実装基板２、カラー３１、および下部筐体１０をボルトねじ１２によって締結する際に、カラー３１の位置あわせが決まらずに、該カラー３１が移動してしまう恐れがある。
【００７６】
〈下部筐体の他の例〉
図３は、図１の電子制御装置１に設けられた下部筐体１０の他の例を示す断面の説明図である。
【００７７】
カラー３１を取り付ける際に、その位置合わせを容易とするために、例えば、図３に示すように、下部筐体１０にカラー３１を位置決めして固定する位置決め用ボス３４を形成する構成とする。位置決め用ボス３４は、例えば、カラー３１の外周面に密着するように円周方向に凸状の突起が形成されている。あるいは、凸状ではなく、凹状の窪み（図示せず）を形成し、その窪みに、カラー３１をはめ込むように固定するようにしてもよい。
【００７８】
さらに、本実施の形態１では、カラー３１を挟み込んで実装基板２と下部筐体１０とをボルトねじ１２により締結したが、カラー３１を用いずに実装基板２と下部筐体１０とをボルトねじ１２により締結する構成としてもよい。
【００７９】
〈電子制御装置の他の例〉
図４は、本実施の形態１による電子制御装置における構成の他の例を示す断面模式図であり、この図４では、実装基板２と下部筐体１０とをボルトねじ１２により締結する際の他の例を示している。
【００８０】
この場合、図示するように、カラー３１と略同じ形状からなる固定用ボス３５を下部筐体１０に形成する。固定用ボス３５には、ねじ穴３５ａが形成されている。そして、ねじ穴３５ａにボルトねじ１２を差し込み、該ボルトねじ１２によって実装基板２と下部筐体１０とを締結する構成とする。
【００８１】
（実施の形態２）
本実施の形態２では、より放熱効果が高い電子制御装置１の例について説明する。
【００８２】
ここでは、主に前記実施の形態１と異なる構成となる上部筐体９について説明する。なお、上部筐体９以外の構成については、前記実施の形態１の図１、および図２に示す構成と同様であるので説明は省略する。
【００８３】
〈電子制御装置の一例〉
図５は、本実施の形態２による電子制御装置における構成の一例を示す断面模式図である。図５においては、実装基板２に搭載された電子部品５、およびその周辺部を拡大した電子制御装置１の断面の一例を示している。
【００８４】
上部筐体９は、図示するように、ボルトねじ１２の頭部が位置する領域がコ字状、あるいはＵ字状などに窪ませた形状からなるボルト押下部３６を形成した構成とする。ボルト押下部３６の形状は、コ字状、あるいはＵ字状など以外であってもよく、ボルトねじ１２の頭部に接触し、押下する形状であればよい。
【００８５】
そして、下部筐体１０に上部筐体９のフック９ａをはめ込むことによって、上部筐体９と下部筐体１０とが接合した際にボルト押下部３６の頂上部がボルトねじ１２の頭部に密着する構成となる。
【００８６】
フック９ａによって上部筐体９と下部筐体１０とを接合固定することにより、ボルト押下部３６の頂上部がボルトねじ１２の頭部との間に圧力が加わり、接触熱抵抗を低減することができる。
【００８７】
さらに、接触熱抵抗を減らすため、ボルト押下部３６の頂上部がボルトねじ１２の頭部との間に放熱樹脂を介在させるようにしてもよい。放熱樹脂は、放熱樹脂１３と同様に放熱グリスや放熱シートなどを使用する。
【００８８】
〈放熱経路について〉
これにより、前記実施の形態１の第１の放熱経路、および第２の放熱経路に加えて、配線パターン層ＨＰ２、めっき膜２４ａ、ボルトねじ１２から上部筐体９という放熱経路（第３の放熱経路）を形成することができる。
【００８９】
この場合、上部筐体９は、熱伝導のよい金属製とするのが望ましが、樹脂製のものでもよい。また、ボルトねじ１２の材質としては、例えば、鉄、ステンレス、アルミニウム合金、黄銅、またはチタンなどがある。
【００９０】
さらには、上部筐体９表面からの放射率を改善する目的で、表面にアルマイト処理などを施してもよい。また、上部筐体９の表面にも、下部筐体１０と同様に、放熱フィン（図示せず）を形成することによって放熱効果を、より向上させることが可能である。
【００９１】
それにより、本実施の形態２によれば、電子部品５の放熱性をより向上させることができ、電子制御装置１の信頼性を高めることができる。
【００９２】
（実施の形態３）
本実施の形態３では、前記実施の形態２における変形例について説明する。
【００９３】
ここでは、主に前記実施の形態２と異なる構成となる上部筐体９について説明する。なお、上部筐体９以外の構成については、前記実施の形態１の図１、および図５に示す構成と同様であるので説明は省略する。
【００９４】
〈電子制御装置の一例〉
図６は、本実施の形態３による電子制御装置１における構成の一例を示す断面模式図である。この図６は、実装基板２に搭載された電子部品５、およびその周辺部を拡大した電子制御装置１の断面の一例を示す説明図である。
【００９５】
上部筐体９は、ボルトねじ１２の頭部が位置する領域に基板押下部３７が形成されている。基板押下部３７は、ボルト押下部３６（実施の形態２の図５）と同様に、コ字状、あるいはＵ字状などに窪ませた形状からなるが、該基板押下部３７は、ボルトねじ１２に圧力を加えるのではなく、実装基板２に直接圧力を加える点がボルト押下部３６と異なっている。この場合においても、基板押下部３７の形状は、コ字状、あるいはＵ字状など以外であってもよく、実装基板２を押下し、圧力を加えることのできる形状であればよい。
【００９６】
基板押下部３７は、下部筐体１０に上部筐体９のフック９ａをはめ込んで上部筐体９と下部筐体１０とが接合した際に、該基板押下部３７の頂上部が実装基板２の主面に形成されためっき膜２４ａに圧力を加えながら密着する。
【００９７】
基板押下部３７の頂上部には、ボルトねじ１２が挿入される孔３７ａが設けられており、該孔３７ａにボルトねじ１２を差し込み、上部筐体９、実装基板２，および下部筐体１０を締結する。また、ボルトねじ１２の頭部下面と接触する孔３７ａの円周部の領域には、外気からの保護を図るシール材３８が塗布されている。
【００９８】
上部筐体９、実装基板２，および下部筐体１０をボルトねじ１２によって締結することにより、より高い圧力によって基板押下部３７の頂上部を実装基板２の主面に形成されためっき膜２４ａに密着させることができ、接触熱抵抗を大幅に低減させることができる。また、ボルトねじ１２による締結により、配線パターンＨＰ４ａと放熱用ボス２３との密着力も大きくなるので、接触熱抵抗をより低減することができる。
【００９９】
このように、上部筐体９に実装基板２の主面に形成されためっき膜２４ａが直接接触する構成とすることにより、第３の放熱経路の放熱性をより向上させることができる。
【０１００】
これにより、前記実施の形態１の第１の放熱経路、および第２の放熱経路に加えて、前記実施の形態３の第３の放熱経路よりも、一層放熱性を高めた放熱経路（第３の放熱経路）を形成することができる。
【０１０１】
それにより、本実施の形態３においても、電子部品５の放熱性をより向上させることができ、電子制御装置１の信頼性を高めることができる。
【０１０２】
（実施の形態４）
前記実施の形態１〜３では、発熱部品（電子部品５）が１つである場合について記載したが、本実施の形態４では、例えば、２つの発熱部品が近接して搭載されている場合の電子制御装置の例について説明する。
【０１０３】
発熱部品である電子部品が近接して搭載されている場合、互いの発熱により、電子部品にそれぞれ搭載されている半導体チップそれ自体の性能低下が懸念されるほか、はんだなどによる接合部の接続信頼性の低下なども懸念される。
【０１０４】
電子部品に搭載される半導体チップの最大接合温度Ｔｊｍａｘは、例えば、１５０℃程度や１７５℃程度に設定されている例が多く、複数の発熱部品が近接して実装されていると、これら許容値は容易に越えてしまう恐れがある。
【０１０５】
そこで、本実施の形態４では、図７に示すように、上部筐体９に基板押下部３７を形成することにより放熱性を高め、複数の発熱部品が搭載されていても、電子部品５，５ａの温度上昇を抑える構成とする。
【０１０６】
〈電子制御装置の一例〉
図７は、本実施の形態４による電子制御装置１における構成の一例を示す断面模式図である。図７においては、実装基板２に搭載された電子部品５，５ａ、およびその周辺部を拡大した電子制御装置１の断面の一例を示す説明図である。
【０１０７】
この場合、電子制御装置１は、図示するように、発熱部品として電子部品５、および電子部品５ａがそれぞれ設けられており、これら電子部品５と電子部品５ａとが隣り合って搭載されている。
【０１０８】
電子部品５は、前記実施の形態１の図２と同様の構成からなるので説明は省略する。電子部品５ａは、電子部品５と同様にＱＦＰなどからなり、その構成においても電子部品５と同様である。
【０１０９】
電子部品５ａの中央部には、熱拡散板１４ａが位置しており、該熱拡散板１４Ａの主面上には半導体チップ１５ａが搭載されている。半導体チップ１５ａにおける４辺の周辺部近傍には、複数のリード１６ａが位置し、これらリード１６ａの先端部と半導体チップ１５ａに形成された電極とが、金線などからなるボンディングワイヤ１７ａによって電気的にそれぞれ接続されている。
【０１１０】
半導体チップ１５ａ、リード１６ａ、ならびにボンディングワイヤ１７ａは、熱硬化性の封止樹脂などによって封止され、矩形状のパッケージ１８ａが形成されている。パッケージ１８ａの４つの側面から突出したリード１６ａの一部は、ガルウィング状に形成された外部接続端子となる。この外部接続端子は、接合部材であるはんだ２１によって実装基板２の配線パターン層ＨＰ１の配線パターンにそれぞれ接続されている。熱拡散板１４ａの裏面は、パッケージ１８ａの裏面から露出するように形成されており、この熱拡散板１４ａによって半導体チップ１５ａからの発熱を放熱する。
【０１１１】
実装基板２の配線パターン層ＨＰ１において、電子部品５ａが搭載される位置には、パッケージ１８ａの裏面から露出した熱拡散板１４ａと密着するように配線パターンＨＰ１ｃが形成されている。
【０１１２】
また、実装基板２の裏面側の配線パターン層ＨＰ４においては、配線パターンＨＰ１ｃと対面するように、配線パターンＨＰ１ｃと略同じ形状の配線パターンＨＰ４ｃが形成されている。
【０１１３】
配線パターンＨＰ１ｃ、および配線パターンＨＰ４ｃは、複数のサーマルビアＴＶ１によってそれぞれ接続されている。これらサーマルビアＴＶ１は、配線パターン層ＨＰ２の面状パターンにもそれぞれ接続されている。サーマルビアＴＶ１は、たとえば、銅などからなるパイプ状の形成されたスルービアである。
【０１１４】
また、下部筐体１０には、配線パターンＨＰ４ｃの下方に位置するように、凸状の放熱用ボス２３ａが形成されている。この放熱用ボス２３ａの表面には、伝熱性を有する放熱樹脂１３ａが塗布されており、配線パターンＨＰ４ｃと放熱用ボス２３ａとは、該放熱樹脂１３ａを介して密着するように固定される。
【０１１５】
また、放熱樹脂１３ａの塗布厚を薄くすることによって熱抵抗を低減することができる。放熱樹脂１３ａは、放熱グリス、あるいは放熱シートなどを使用し、例えば、シリコーンなどを主成分とするものであり、半硬化性のものを用いる。
【０１１６】
上部筐体９には、前記実施の形態３の図６と同様に、コ字状、あるいはＵ字状などに窪ませた形状からなる基板押下部３７が形成されている。この基板押下部３７は、電子部品５と電子部品５ａとを隔離する位置に設ける。ここでも、基板押下部３７の形状は、コ字状、あるいはＵ字状など以外の形状であってもよい。その他の構成については、前記実施の形態３の図６と同様であるので、説明は省略する。
【０１１７】
下部筐体１０に上部筐体９のフック９ａをはめ込むことによって、上部筐体９と下部筐体１０とが接合する。また、ボルトねじ１２によって上部筐体９、実装基板２、および下部筐体１０が締結されると、高い圧力によって基板押下部３７の頂上部が実装基板２の主面に形成されためっき膜２４ａに密着する。
【０１１８】
同様に、配線パターンＨＰ４ａと放熱用ボス２３、および配線パターンＨＰ４ｃと放熱用ボス２３ａにおいても高い圧力によって密着する。それにより、接触熱抵抗をより低減することができる。
【０１１９】
〈放熱経路について〉
この構成により、前記実施の形態３と同様に、第１の放熱経路、第２の放熱経路、および配線パターン層ＨＰ２、めっき膜２４ａ、ボルトねじ１２から上部筐体９という放熱経路（第３の放熱経路）を形成することができる。
【０１２０】
基板押下部３７は、ボルトねじ１２が電子部品５と電子部品５ａとの略中間の位置、あるいは、中間点を通り両電子部品からの距離が同一線上となる位置に形成する。ボルトねじ１２による締結は、１本であってもよいが、複数本であってもよい。さらには、電子部品５，５ａの電力損失に応じて、基板押下部３７の位置を変えてもよい。
【０１２１】
それにより、本実施の形態４では、電子部品５，５ａの間に基板押下部３７を設けることにより、互いの電子部品５，５ａによる放熱の影響を抑えることができる。
【０１２２】
互いの電子部品５，５ａによる放熱の影響を抑えることにより、はんだ２４などによる接合部の接続信頼性を向上させることができる。
【０１２３】
さらに、第１〜第３の放熱経路を有することにより、電子部品５，５ａの放熱性をより向上させることができ、電子制御装置１の信頼性を高めることができる。
【０１２４】
（実施の形態５）
本実施の形態５では、前記実施の形態１〜４に示した実装基板２の変形例について説明する。
【０１２５】
実装基板２は、絶縁層を形成する基材として、例えば、ＦＲ−４などのガラス布基材エポキシ樹脂のコアとプリプレグが用いられ、基材の熱伝導率は、例えば、０．３Ｗ／ｍＫ程度である。熱伝導率を改善して、１Ｗ／ｍＫ程度以上とした樹脂基材もあるが、この場合、コストアップにつながることになる。
【０１２６】
また、基材の熱伝導を改善した場合、放熱性が上がる一方で、他の電子部品などへの熱伝導も増大してしまうため、電子制御装置全体としての熱設計を閉じさせる必要がある。
【０１２７】
〈実装基板の一例〉
図８は、本実施の形態５による電子制御装置に設けられる実装基板２の一例を示す断面の説明図である。
【０１２８】
実装基板２は、４層配線の基板を想定する。実装基板２には、図８に示すように、絶縁層２０として絶縁層２０ａ，２０ｂ，２０ｃがそれぞれ形成されている。絶縁層２０ａは、実装基板２の主面に形成された配線パターン層ＨＰ１と該配線パターン層ＨＰ１の下方に形成された配線パターン層ＨＰ２との間に形成された絶縁層である。
【０１２９】
絶縁層２０ｂは、配線パターン層ＨＰ２と該配線パターン層ＨＰ２の下方に形成された配線パターン層ＨＰ３との間に形成された絶縁層である。絶縁層２０ｃは、配線パターン層ＨＰ３と該配線パターン層ＨＰ３の下方に形成された配線パターン層ＨＰ４との間に形成された絶縁層である。
【０１３０】
この構成において、例えば、絶縁層２０ａ〜２０ｃのいずれかに、熱伝導率が高い基材を用いて、その部分の熱抵抗を低減させることにより、優先的に熱を伝えることが可能となる。また、高価な高熱伝導樹脂を一部にだけ使用するので、コストアップを抑えることができる。
【０１３１】
例えば、絶縁層２０ａに熱伝導率が高い基材を用いた場合、電子部品５（図２）の熱は、絶縁層２０ａ介して配線パターン層ＨＰ２などにも伝わりやすくなり、より放熱性を高めることができる。
【０１３２】
また、電子部品５の熱を優先的に伝導させることができるので、電子部品５の接合部に用いられるはんだ材の温度上昇を低減し、接続信頼性の改善につなげることが可能となる。
【０１３３】
それにより、本実施の形態５では、コストアップを抑えながら、電子部品５の放熱性をより向上させることができる。
【０１３４】
以上、本発明者によってなされた発明を実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。
【０１３５】
なお、本発明は上記した実施の形態に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施の形態は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。
【０１３６】
また、ある実施の形態の構成の一部を他の実施の形態の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施の形態の構成に他の実施の形態の構成を加えることも可能である。また、各実施の形態の構成の一部について、他の構成の追加、削除、置換をすることが可能である。
【符号の説明】
【０１３７】
１  電子制御装置
２  実装基板
３  電子部品
４  電子部品
５  電子部品
５ａ  電子部品
６  電子部品
７  電子部品
８  筐体
９  上部筐体
９ａ  フック
１０  下部筐体
１０ａ  放熱フィン
１１  コネクタ
１１ａ  ピン
１２  ボルトねじ
１３  放熱樹脂
１３ａ  放熱樹脂
１４  熱拡散板
１４ａ  熱拡散板
１５  半導体チップ
１５ａ  半導体チップ
１６  リード
１６ａ  リード
１７  ボンディングワイヤ
１７ａ  ボンディングワイヤ
１８  パッケージ
１８ａ  パッケージ
２０  絶縁層
２０ａ  絶縁層
２０ｂ  絶縁層
２０ｃ  絶縁層
２１  はんだ
２３  放熱用ボス
２３ａ  放熱用ボス
２４  固定用孔
２４ａ  めっき膜
３０  ねじ穴
３１  カラー
３４  位置決め用ボス
３５  固定用ボス
３５ａ  ねじ穴
３６  ボルト押下部
３７  基板押下部
３７ａ  孔
３８  シール材
ＨＰ１  配線パターン層
ＨＰ１ａ  配線パターン
ＨＰ１ｃ  配線パターン
ＨＰ２  配線パターン層
ＨＰ３  配線パターン層
ＨＰ４  配線パターン層
ＨＰ４ａ  配線パターン
ＨＰ４ｃ  配線パターン
ＴＶ  サーマルビア
ＴＶ１  サーマルビア
【図１】
2014036033.tif 000003
【図２】
2014036033.tif 000004
【図３】
2014036033.tif 000005
【図４】
2014036033.tif 000006
【図５】
2014036033.tif 000007
【図６】
2014036033.tif 000008
【図７】
2014036033.tif 000009
【図８】
2014036033.tif 000010