(57)【要約】【課題】  高発熱電子部品より発生した熱を、基板及び筐体を介して外部に放出する電子制御装置を提供する。【解決手段】  放熱部材により構成された金属ケース１と、金属ケース１に接着されている基板３と、基板３にはんだ８を介して接続された高発熱電子部品５とを有する電子制御装置であって、基板３には、サーマルビア７が形成されており、サーマルビア７の内部には、複数の金属ボール１０が設けられており、高発熱電子部品５から発生された熱を、基板３及び金属ケース１を介して外部に放出するように構成されている。【選択図】図２
2007019355.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
サーマルビアが形成された基板と、
前記サーマルビアの内部に設けられた金属部材と、
前記サーマルビアの内部に充填されたはんだを介して、前記基板の上に搭載された発熱部品とを有することを特徴とする電子制御装置。
【請求項２】
請求項１記載の電子制御装置において、
前記サーマルビアは、前記発熱部品が搭載された側の主面における第１開口幅に比べて、該主面とは反対側の他の主面における第２開口幅が小さくなっていることを特徴とする電子制御装置。
【請求項３】
請求項１または２記載の電子制御装置において、
前記金属部材の形状は、球状であることを特徴とする電子制御装置。
【請求項４】
請求項３記載の電子制御装置において、
前記金属部材の直径は、前記第１開口幅より小さく、前記第２開口幅より大きいことを特徴とする電子制御装置。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれか一に記載の電子制御装置において、
前記金属部材は、銅を含んでなることを特徴とする電子制御装置。
【請求項６】
請求項１乃至５のいずれか一に記載の電子制御装置において、
前記金属部材の表面は、ニッケルまたはスズめっきされていることを特徴とする電子制御装置。
【請求項７】
放熱部材により構成された筐体と、
前記筐体に接着されている基板と、
前記基板にはんだ付けにより搭載されている高発熱電子部品とを有する電子制御装置であって、
前記基板には、サーマルビアが形成されており、
前記サーマルビアの内部には、複数の金属ボールが設けられており、
前記高発熱電子部品から発生された熱を、前記基板及び前記筐体を介して外部に放出するようにした電子制御装置。
【請求項８】
請求項７記載の電子制御装置において、
前記サーマルビアにテーパーを設け、前記金属ボールの落下を防止することを特徴とする電子装置の放熱構造。
【請求項９】
基板にサーマルビアを形成する工程と、
前記サーマルビアの内部に球状の金属部材を供給する工程と、
前記基板の上にはんだを供給する工程と、
前記はんだを介して、前記基板の上に発熱部品を搭載する工程と、
リフロー処理を行って前記はんだを溶解することにより、前記サーマルビアの内部に前記はんだを充填させ、前記電子部品を前記基板と接合させる工程とを有することを特徴とする電子制御装置の製造方法。
【請求項１０】
請求項９記載の電子制御装置の製造方法において、
前記サーマルビアは、前記発熱部品が搭載される側の主面における第１開口幅に比べて、反対側の他の主面における第２開口幅が小さくなるように形成され、
前記金属部材の直径は、前記第１開口幅より小さく、前記第２開口幅より大きいものが用いられていることを特徴とする電子制御装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子制御装置及びその製造方法に係り、特に、高発熱電子部品からの熱を基板及び筐体を介して外部に放出するようにした放熱構造を有する自動車用の電子制御装置及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、基板に搭載した高発熱電子部品の熱を基板及び筐体を介し外部へ放出することを目的とし、基板に設けられたサーマルビアへのはんだ付け方法として、例えば、特許文献１（特開２００５−５６３１号公報）がある。
【０００３】
特許文献１には、サーマルビアにリフロー工程よりはんだを充填し、その後、高発熱電子部品やその他電子部品を基板に実装させるため、基板の一方の部品搭載面に、印刷工法よりはんだ供給を行い、リフロー工程にてはんだ付けを行う方法が記載されている。
【０００４】
また、リフロー工程による基板のサーマルビア内へのはんだ充填を行わず、高発熱電子部品やその他電子部品を基板に実装させるため、基板の一方の部品搭載面に、印刷工法よりはんだ供給を行い、その後、リフロー工程にてはんだ付けを行う方法がある。
【０００５】
【特許文献１】特開２００５−５６３１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記の従来技術は、印刷工法によるはんだ供給前に、フロー工程によりサーマルビアにはんだが充填されているため、リフロー工程において基板下面にはんだの垂れが生じ、筐体との接着時に支障をきたす。
【０００７】
また、印刷工法のみによるはんだ供給においては、サーマルビアへのはんだ充填が不十分となり、放熱性に支障をきたす。
【０００８】
本発明は従来技術による課題を解決するものであり、基板にサーマルビアを形成し、サーマルビアへはんだを充填させることにより、高発熱電子部品より発生した熱を、基板及び筐体を介して外部に放出することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記の課題を解決するため、本発明の電子制御装置の代表的な一つは、サーマルビアが形成された基板と、サーマルビアの内部に設けられた金属部材と、サーマルビアの内部に充填されたはんだを介して、基板の上に搭載された発熱部品とを有するものである。
【００１０】
好ましくは、サーマルビアは、発熱部品が搭載された側の主面における第１開口幅に比べて、この主面の反対側の他の主面における第２開口幅が小さくなっている。さらに、好ましくは、金属部材の形状は球状（金属ボール）であり、また、金属部材の直径は、第１開口幅より小さく第２開口幅より大きい。
【００１１】
この金属部材は、銅を含んでいることが好ましく、また、金属部材の表面がニッケルまたはスズめっきされていることが好ましい。
【００１２】
また、本発明の電子制御装置の製造方法の代表的な一つは、基板にサーマルビアを形成する工程と、サーマルビアの内部に球状の金属部材を供給する工程と、基板の上にはんだを供給する工程と、はんだを介して、基板の上に発熱部品を搭載する工程と、リフロー処理を行ってはんだを溶解することにより、サーマルビアの内部にはんだを充填させ、発熱部品を基板と接合させる工程とを有するものである。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、放熱性を向上させた電子制御装置及びその製造方法を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明の一実施例である、自動車を制御するための電子制御装置及びその製造方法について、図面を参照して詳細に説明する。
【実施例１】
【００１５】
図１は、本実施例における電子制御装置の正面図である。電子制御装置は、箱型形状の金属ケース１（筐体）を有し、ケース１内に電子回路が配置された基板３が収容されている。ケース１の外周面には、ケース１内部と外部との信号入出力を行うコネクタが配置され、基板３とコネクタ端子２はボンディングワイヤ４ａで接続されている。なお、ボンディングワイヤ４ａには、アルミワイヤ及びフレキシブルケーブルを用いるのが好ましい。
【００１６】
基板３上には、エンジン制御を行うための所定の機能を実現するための回路が実装されている。例えば、基板３の中央部に配置された高発熱ＬＳＩ５（発熱部品，高発熱電子部品）は、制御装置を集中制御するＣＰＵが実装されている。また、他の電子部品６ａ，
６ｂが実装されている。
【００１７】
図２は、本実施例における電子制御装置の断面図（概要図）であり、ここでは、本発明の特徴である放熱構造部を強調して示している。金属ケース１と基板３は、Ｓｉ接着剤９を用いて接続されている。高発熱ＬＳＩ５は、はんだ８を介して基板３に搭載されている。
【００１８】
基板３の内部には、放熱用のサーマルビア（スルーホール）７が形成されている。このため、高発熱ＬＳＩ５から発生した熱は、基板３及び金属ケース１を介して外部に放出される。サーマルビア７の内部には、銅からなる金属ボール１０（金属部材）が投入されている。また、高発熱ＬＳＩ５と基板３との接続にはボンディングワイヤ４ｂが用いられ、これにより電気的接続が行われている。
【００１９】
次に、図３〜図８を参照して、本実施例の電子制御装置の製造方法を詳細に説明する。
【００２０】
まず、図３に示すように、基板３において、高発熱ＬＳＩ５からの熱を金属ケース１に逃がすためのサーマルビア７と呼ばれるスルーホールを形成する。このようなサーマルビア７を設けると、熱伝導率の小さい基板３に妨げられることなく、効率よく金属ケース１へ熱の移動が可能となる。
【００２１】
また、サーマルビア７には後述する銅で構成された金属ボール１０(金属部材)の落下を防止するためのテーパーが設けられている。すなわち、サーマルビア７は、高発熱ＬＳＩ５が搭載された側の基板主面における第１開口幅に比べて、この主面とは反対側の他の主面における第２開口幅が小さくなっている。
【００２２】
次に、図４に示すように、基板３に設けられたサーマルビア７の内部に銅で構成された金属ボール１０（金属部材）が投入される。金属ボール１０としては、熱伝導率がよく、はんだ接合が容易な銅（Ｃｕ）が用いられているが、他の金属で代替することもできる。
【００２３】
また、金属ボール１０の直径は、基板３の裏面のサーマルビア７の径（第２開口幅）に比べて大きいことが好ましい。サーマルビア７は、テーパーが設けられている。このため、金属ボール１０の直径を、基板３の裏面のサーマルビア７の径（第２開口幅）に比べて大きくすれば、金属ボール１０の落下を防止することができる。
【００２４】
また、銅からなる金属ボール１０には、はんだ接合をより容易にするため、ニッケル
（Ｎｉ）めっき、または、スズ（Ｓｎ）めっき等の表面処理を行うことが好ましい。
【００２５】
次に、図５に示すように、基板３の上に印刷工法を施すことにより、はんだ８を供給する。基板３へのはんだ８印刷は、基板３に金属性のマスクを押し当て、基板３面とは反対側のマスク面にペースト状のはんだ８を塗布し、スキージーを用いて均一に基板３にはんだ８を印刷させる。なお、マスクには、はんだ８を印刷させる部分にのみ穴が開いている。
【００２６】
次に、図６に示すように、基板３に高発熱ＬＳＩ５を搭載する。例えば、高発熱ＬＳＩ５は、基板３の中央部に配置され、制御装置を集中制御するＣＰＵが搭載されている。また、高発熱ＬＳＩ５は、ボンディングワイヤ４ｂを用いて基板３に接続される。
【００２７】
なお、基板３の上には、エンジン制御を行うための所定の機能を実現するための回路が形成され、高発熱ＬＳＩ５以外にも、必要な電子部品６ａ，６ｂが搭載される。
【００２８】
次に、図７に示すように、リフロー処理を行い、はんだ付けが実施される。基板３へのはんだ８印刷後、リフロー処理により、はんだ８を溶融させ、はんだ８の接続が行われる。ここで、サーマルビア７の内部には金属ボール１０が存在するため、はんだ８がサーマルビア７内に充分に濡れ広がる。このため、高発熱ＬＳＩ５からの熱を効率良く基板３の裏面へ移動させることが可能となる。
【００２９】
次に、図８に示すように、基板３と金属ケース１をＳｉ接着剤９を用いて接着する。金属ケース１上にＳｉ接着剤９を塗布し、基板３の固定後、Ｓｉ接着剤９を硬化させ、基板３と金属ケース１を接着させる。ここで、Ｓｉ接着剤９は、熱伝導率の高い接着剤が好ましい。また、Ｓｉ接着剤９の厚み制御のための突起１１を設けることが好ましい。
【００３０】
本実施例の高放熱実装構造を備えた電子制御装置によれば、以下の効果が得られる。すなわち、基板に形成されたサーマルビアの内部に金属部材（金属ボール）を投入したことにより、サーマルビアの内部に供給されたはんだは、サーマルビアの内部に容易に濡れ広がる。また、基板に形成したサーマルビアにテーパーを設ければ、金属ボールの落下を防止することができる。
【００３１】
以上、本発明を具体的実施例に基づいて説明したが、本発明は上記実施例に限られるものではなく、発明思想の範囲内で種々の変更が可能である。例えば、本実施例は自動車を制御するための電子制御装置についてのものであるが、本発明は、自動車用以外に用いられる電子制御装置にも当然に適用されるものである。また、金属部材は銅で構成された球状部材（金属ボール）であることを説明したが、銅以外の材料や、立方体等他の形状のものを用いることもできる。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明を適用した電子制御装置の正面図。
【図２】本発明を適用した電子制御装置の断面図（放熱構造概要図）。
【図３】本発明の電子制御装置の製造方法を示す図（基板概要）。
【図４】本発明の電子制御装置の製造方法を示す図（金属ボール投入）。
【図５】本発明の電子制御装置の製造方法を示す図（はんだ供給）。
【図６】本発明の電子制御装置の製造方法を示す図（電子部品搭載）。
【図７】本発明の電子制御装置の製造方法を示す図（リフロー処理後）。
【図８】本発明の電子制御装置の製造方法を示す図（完成）。
【符号の説明】
【００３３】
１…金属ケース、２…コネクタ端子、３…基板、４ａ，４ｂ…ボンディングワイヤ、５…高発熱ＬＳＩ、６ａ，６ｂ…電子部品、７…サーマルビア、８…はんだ、９…Ｓｉ接着剤、１０…金属ボール、１１…突起。
【図１】
2007019355.tif 000003
【図２】
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【図３】
2007019355.tif 000005
【図４】
2007019355.tif 000006
【図５】
2007019355.tif 000007
【図６】
2007019355.tif 000008
【図７】
2007019355.tif 000009
【図８】
2007019355.tif 000010