JP2012199451A - 電子制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】回路基板に実装された発熱性のある電子部品の放熱性能を向上させる。
【解決手段】回路基板３の裏面３ｂに実装された発熱性のある電子部品２ａ〜２ｃと対向するケース５の底壁９には、回路基板３を支持固定する回路基板支持部１１に近づくほど、底壁９と回路基板３の裏面３ｂとのクリアランスが小さくなるよう形成されたクリアランス変化部１２が形成されている。これによって、クリアランス変化部１２においては、回路基板支持部１１に近接して実装された電子部品２ａほど、底壁９とのクリアランスを小さくすることが可能となるので、回路基板３に実装された電子部品２ａ〜２ｃとケース５の底壁９とのクリアランスが必要以上に大きくなってしまい、放熱性能が悪化してしまうことを抑制することができる。
【選択図】図４

Description

本発明は、本発明は、例えば、自動車等に搭載される電子制御装置に関する。

例えば、特許文献１には、電子部品がその表面に実装された配線基板が取り付けられたケースに、前記配線基板の裏面側から前記電子部品に近接するよう突接する台座と、この台座に連なる放熱用突条部とを設け、前記電子部品に発生する熱を、前記台座から前記放熱用突条部を介して前記ケースの広い範囲に拡散して逃がすようにした技術が開示されている。

特開２００９−１５８７９６号公報

ここで、前記配線基板は、実装された前記電子部品がケースに対して干渉しないように前記ケースに取り付ける必要があり、前記電子部品と前記ケースの前記台座や前記ケースの底面との間には所定のクリアランスを確保する必要がある。

そのため、前記電子部品と前記ケースとのクリアランスは、前記配線基板や前記ケースが何らかの要因で変形したとしても、前記電子部品が前記ケースに対して干渉しないように設定されることになる。

しかしながら、前記配線基板や前記ケースの変形による前記電子部品と前記ケースとのクリアランスの変化量は、前記ケース内の位置によって異なる。例えば、前記電子部品と、この電子部品が実装された電子部品実装面に対向する前記ケースの内壁面とのクリアランスを設定する場合、前記電子部品実装面と直交する方向において当該電子部品実装面と前記ケースの内壁面とのクリアランスの変化量が最も大きい位置を基準にすると、前記クリアランスの変化量が小さい位置では、前記電子部品と前記ケースの内壁面とのクリアランスが必要以上に大きくなってしまう。

そのため、前記電子部品と前記ケースとのクリアランスの変化量に応じて、前記電子部品と前記ケースとのクリアランスを設定してやらないと、仮に前記台座を形成したとしても、前記電子部品と前記ケースとのクリアランスが大きくなって放熱性能が悪化してまう虞がある。

そこで、本発明の電子制御装置は、回路基板の電子部品実装面に対向する基板対向壁と、前記回路基板を支持固定する回路基板支持部と、有する筐体を有し、前記基板対向壁は、前記回路基板支持部に近づくほど、前記基板対向壁と前記電子部品実装面とのクリアランスが小さくなるよう形成されたクリアランス変化部を有していることを特徴としている。

本発明によれば、基板対向壁のクリアランス変化部において、筐体の基板対向壁と電子部品実装面とのクリアランスを、回路基板支持部からの距離に応じて設定することが可能となるので、回路基板に実装された電子部品と基板対向壁とのクリアランスが必要以上に大きくなってしまい、放熱性能が悪化してしまうことを抑制することができる。

本発明に係る電子制御装置の概略構成を模式的に示した分解斜視図。 本発明に係る電子制御装置の概略構成を模式的に示した分解斜視図。 本発明に係る電子制御装置の斜視図。 図３のＡ−Ａ線に沿った断面図。 本発明に係る電子制御装置の筐体を構成するケースの斜視図。 比較例の電子制御装置の断面図。 本発明の第２実施形態における電子制御装置のケースの斜視図。 本発明の第３実施形態における電子制御装置のケースの斜視図。 本発明の第４実施形態における電子制御装置のケースの斜視図。

以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。
図１〜図５は、本発明に係る電子制御装置１の概略構成を模式的に示した説明図であり、図１及び図２は電子制御装置１の分解斜視図であり、図３は電子制御装置１の斜視図、図４は図３のＡ−Ａ線に沿った断面図、図５は電子制御装置１の筐体８を構成するケース５の斜視図である。

電子制御装置１は、例えば、自動車に搭載されてエンジンやトランスミッションあるいはブレーキ等の制御に用いられるものであって、発熱性のある電子部品２ａ〜２ｃや各種電子部品２ｄ、２ｅ等の電子部品２が電子部品実装面であるその表面３ａ及び裏面３ｂに複数実装された矩形板状の回路基板３と、回路基板３に取り付けられ、回路基板に形成される電気回路と外部機器とを電気的に接続するコネクタ４と、回路基板３が収容固定されるケース５と、ケース５に収容された回路基板３を覆う上側のカバー６と、電子部品２のうち回路基板３の裏面３ｂに実装された電子部品２ａ、２ｂ、２ｃとケース５との間を隙間なく埋める放熱材７と、から大略構成されている。尚、回路基板３には、実際には、図示した電子部品２ａ〜２ｅ以外にも、各種電子部品が複数実装されている。

電子部品２ａは、回路基板３の一端（図１における左側端）側の外周縁に複数（本実施形態では４つ）実装されている。電子部品２ｂは、回路基板３の一端（図１における左側端）側で、電子部品２ａよりも内周側となる位置に複数（本実施形態では４つ）実装されている。電子部品２ｃは、回路基板３の一端（図１における左側端）側で、電子部品２ａ、２ｂよりも内周側となる位置に複数（本実施形態では３つ）実装されている。つまり、図２に示すように、発熱性のある電子部品２ａ〜２ｃは、回路基板３の短辺方向にそれぞれ直列に並んだ状態で、回路基板３の一端（図１における左側端）側の外周縁から内周側に向かって、電子部品２ａ、２ｂ、２ｃの順番で並列に実装されている。

回路基板３に実装される電子部品２としては、例えば、ＩＣ、ＦＥＴ（電界効果トランジスタ）、ＭＯＳＦＥＴ（酸化膜半導体電界効果トランジスタ）、トランジスタ、コンデンサ、ダイオード、抵抗等が挙げられる。

回路基板３は、例えば、ガラスエポキシ樹脂等からなり、回路基板３の表面３ａに、外部のコネクタ（図示外）とそれぞれ接続される２つ接続口４ａ、４ｂを有するコネクタ４が取り付けられている。尚、本実施形態では、回路基板３の裏面３ｂ側がケース５に対する取付面となっている。

また、回路基板３は、その外周縁の４隅が、ねじ１８によってケース５の回路基板支持部１１（後述）に固定されている。尚、回路基板３をケース５に対して接着材で固定することも可能である。

ケース５及びカバー６は、電子制御装置１の筐体８を構成するものであって、ケース５は略矩形の皿形状を呈し、カバー６はケース５よりも深底となる略矩形の皿形状を呈している。

ケース５は、アルミや鉄等の放熱性に優れた金属材料によって形成されており、図５に示すように、筐体８の基板対向壁に相当する略矩形板状の底壁９と、底壁９の外周縁に立設された側壁１０と、その上端面１１ａで回路基板３を支持する回路基板支持部１１と、を有している。尚、側壁１０は、底壁９の短辺方向に沿った側壁１０ａ、１０ｂと、底壁９の長辺方向に沿った側壁１０ｃ、１０ｄとから大略構成されている。

底壁９は、回路基板３の裏面３ｂと対向しており、回路基板支持部１１に近づくほど、回路基板３の裏面３ｂとのクリアランスＣが小さくなるように形成されたクリアランス変化部１２と、回路基板支持部１１との位置関係に関わらず回路基板３の裏面３ｂとのクリアランスＣが一定となるクリアランス一定部１３と、を有している。

クリアランス変化部１２は、回路基板３の裏面３ｂに実装された電子部品２ａ〜２ｃと対向する部分に形成されている。詳述すれば、底壁９の片側（図１に左側）に、底壁９の短辺方向の全長に亙ってクリアランス変化部１２が形成されている。

クリアランス変化部１２において、底壁９の内壁面９ａは、回路基板３の裏面３ｂに対して凹となり、ケース５の側壁１０ａに近づくほど、回路基板３の裏面３ｂとのクリアランスＣが小さくなる。したがって、クリアランス変化部１２においては、回路基板支持部１１に近づくほど、底壁９の内壁面９ａと、回路基板３の裏面３ｂとのクリアランスＣが概して小さくなる。

尚、本実施形態のクリアランス変化部１２においては、底壁９の長辺方向の位置（側壁１０ａからの距離）が同じであれば、底壁９の短辺方向の位置（側壁１０ｃまたは１０ｄからの距離）が異なっていても、底壁９の内壁面９ａと回路基板３の裏面３ｂとのクリアランスＣは同じとなる。

底壁９のクリアランス変化部１２以外の部分はクリアランス一定部１３となっている。クリアランス一定部１３において、底壁９の内壁面９ａは、ケース５に固定された状態の回路基板３の裏面３ｂと平行となる平面となる。

側壁１０の先端には、側壁１０の全周に亙って連続する溝１４が形成されている。この溝１４には、接着材１５（後述の図４を参照）が充填され、カバー６に設けられた突条２５（後述）や、コネクタ４に設けられた係合突片４ｃ、４ｃの先端側が挿入されることで、ケース５とカバー６とが接着固定され、溝１４から筐体８内に水分や塵埃等の異物が侵入しないように液密にシールされる。また、カバー６に設けられた切欠部２３（後述）と、コネクタ４とが当接する部分にも接着材（図示せず）が塗布されており、この当接部分から筐体８内に水分や塵埃等の異物が侵入しないように液密にシールされる。

回路基板支持部１１は、底壁９の４隅から側壁１０に沿って突出する柱状の台座であり、全長に亙って側壁１０に対して連結されている。換言すれば、回路基板支持部１１は、側壁１０からケース５の内側に向かって突出した（張り出した）柱状の台座である。

この回路基板支持部１１は、その上端面１１ａに回路基板３を載せることで、ケース５内における回路基板３の上下方向（後述する図４における上下方向）の位置決めが行われる。

また、回路基板支持部１１の上端面１１ａには、回路基板３をケース５に対して固定するねじ１８が螺合するねじ穴１６が形成されている。そして、４つある回路基板支持部１１のうちの２つの回路基板支持部１１の上端面１１ａには、回路基板３の外周縁に形成された切欠穴３ｃと係合し、ケース５内における回路基板３の水平方向の位置決めを行う位置決め突起１７がそれぞれ形成されている。

また、ケース５には、電子制御装置１の車体（図示外）への取り付けのため一対のブラケット１９、１９が一体に設けられている。本実施形態では、各ブラケット１９、１９にそれぞれ設けられた上下方向に貫通する貫通穴１９ａ、１９ａにより、電子制御装置１の前記車体への取り付けが行われる。

カバー６は、金属または樹脂材料によって形成されており、略矩形板状の上壁２０と、上壁２０の外周縁に立設された側壁２１と、コネクタ４の外形状に合わせて上壁２０から突出したコネクタ収容部２２と、コネクタ４の一端を外部に臨ませるために側壁２１の一部を切り欠いて形成された切欠部２３と、側壁２１の先端側に設けられた鍔状のフランジ部２４と、フランジ部２４に形成され、ケース５との組み付け時には側壁１０先端の溝１４に係合する突条２５と、を有している。切欠部２３により、ケース５にカバー６を組み付けた際に、筐体８の一側面に開口が形成され、この開口からコネクタ４の一端が外部に突出可能となる。

放熱材７は、回路基板３の裏面３ｂに実装された複数の電子部品２ａ〜２ｃで発生した熱を、ケース５の底壁９に対して伝導するよう設けられている。この放熱材７は、例えばシリコンを基材とした放熱グリスであって、絶縁性を有している。尚、放熱材７としては、ケース５に対して回路基板３を組み付ける際には、液状あるいはペースト状で、組み付け後に固化するものが好ましい。

ここで、外力、周囲の温度変化、周囲の圧力変化等の影響を受けて回路基板３もしくは筐体８が変形した場合でも、回路基板支持部１１では回路基板３の筐体８内の位置が拘束されほとんど不変なので、筐体８に対する固定点である回路基板支持部１１に近いほど、回路基板３の電子部品実装面と直交する方向における電子部品実装面と基板対向壁の内壁面とのクリアランスＣの変化量は小さくなる。すなわち、回路基板支持部１１では筐体８内の位置が拘束されほとんど不変なので、外力、周囲の温度変化、周囲の圧力変化等の影響を受けて回路基板３もしくは筐体８が変形した場合でも、筐体８に対する固定点である回路基板支持部１１に近いほど、回路基板３と直交する方向における裏面３ｂと底壁９の内壁面９ａとのクリアランスＣの変化量は小さくなる。

また、回路基板３の裏面３ｂに実装された電子部品２ａ〜２ｃと、回路基板３の裏面３ｂと対向する底壁９の内壁面９ａとのクリアランスＣは、回路基板３もしくは筐体８が変形しても各電子部品２ａ〜２ｃがそれぞれケース５の底壁９に対して接触しないように設定する必要があるが、これによって、クリアランス変化部１２においては、回路基板支持部１１に近接して実装された電子部品２ａほど、基板対向壁である底壁９とのクリアランスＣを小さくすることが可能となる。

尚、上述したクリアランスＣの変化量は、回路基板３の変形のほか、筐体８の構造によっても変化する。例えば、ケース５にリブ等の補強部位を設けられている場合には、この補強部位によってケース５の剛性が変化（向上）することになるため、補強部位の有無も考慮してクリアランスＣを設定すればよい。また、回路基板３において、コネクタ４が取り付けられる部分は、コネクタ４からの多数のピンが固定されるため、相対的に剛性が高くなっているものの、コネクタ４に接続される外部のコネクタや、外部のコネクタに接続された配線等に作用した応力によってこじられると、それによってクリアランスＣの変化量が大きくなる可能性がある。したがって、回路基板３のうち、コネクタ４が取り付けられる部分については、クリアランスＣを設定する際に、外部からの応力の入力によりクリアランスＣの変化量が大きい位置であること考慮しておけばよい。つまり、回路基板３のうち、コネクタ４が取り付けられる部分は、コネクタ４に対して入力が予想される外部からの応力の大きさに応じて、クリアランスＣを設定すればよい。

図６に示す比較例の電子制御装置３０にように、ケース５の底壁９にクリアランス変化部１２が設定されていない構成では、回路基板３と直交する方向において、回路基板３の裏面３ｂと底壁９の内壁面９ａとのクリアランスＣの変化量が最も大きい位置（ケース５の中央）となる回路基板支持部１１から最も離れた位置を基準に、電子部品２ａ〜２ｃと、これら電子部品２ａ〜２ｃに対向する底壁９の内壁面９ａとのクリアランスＣをそれぞれ設定すると、回路基板支持部１１に近い電子部品２ａ、２ｂにおいては、底壁９の内壁面９ａとのクリアランスＣが必要以上に大きくなってしまい、放熱性能が悪化してしまうことになる。

詳述すると、回路基板３と直交する方向における回路基板３の裏面３ｂと底壁９の内壁面９ａとのクリアランスＣの最大変化量δを考えた場合、回路基板支持部１１から離れるほど最大変化量δも大きくなるため、図５中に矢示するように、回路基板支持部１１に近い回路基板３の外周縁におけるクリアランスＣの最大変化量δ１に比べて、ケース５の中央に位置における最大変化量δ２が相対的に大きくなる。したがって、回路基板３の裏面３ｂにおいては、ケース５の中央に位置においてクリアランスＣの変化量が最大となったときに（最大変化量δ２のときに）、最も内側に位置する（回路基板支持部１１から最も離れた）電子部品２ｃが底壁９の内壁面９ａに対して接触しないように、各電子部品２ａ〜２ｃと底壁９の内壁面９ａとのクリアランスＣが決定されることになるため、回路基板支持部１１に近い電子部品２ａ、２ｂにおいては、底壁９の内壁面９ａとのクリアランスＣが必要以上に大きくなってしまい、放熱性能が悪化してしまうことになる。

尚、図６に示す比較例の電子制御装置３０は、上述した実施形態におけるケース５の底壁９にクリアランス変化部１２を設定していないものを模式的に示したものであり、上述した図４と同一の構成要素については同一の符号を付し、重複する説明を省略する。また、この比較例においても、回路基板支持部１１は底壁９の４隅にのみ設けられている。

一方、上述した本実施形態の電子制御装置１においては、ケース５の底壁９に形成されたクリアランス変化部１２により、ケース５の側壁１０ａに近づくほど、底壁９の内壁面９ａと回路基板３の裏面３ｂとのクリアランスＣが小さくなるため、ケース５の側壁１０ａ側に位置する電子部品２ａほど、底壁９の内壁面９ａとのクリアランスＣを小さくすることが可能となる。すなわち、クリアランス変化部１２においては、回路基板支持部１１に近い位置ほど、底壁９の内壁面９ａと回路基板３の裏面３ｂとのクリアランスＣが概して小さくなるため、回路基板支持部１１に近づくほど、各電子部品２ａ〜２ｃと底壁９の内壁面９ａとのクリアランスＣを小さく設定することが可能となる。

したがって、クリアランス変化部１２においては、各電子部品２ａ〜２ｃと底壁９の内壁面９ａとのクリアランスＣが必要以上に大きくなってしまい、各電子部品２ａ〜２ｃの放熱性能が悪化してしまうことを抑制することができる。また、各電子部品２ａ〜２ｃと底壁９の内壁面９ａとの間に介在させる放熱材７の使用量を相対的に削減することが可能となり、総じて電子制御装置１のコスト低減を実現することができる。

尚、上述して実施形態においては、クリアランス変化部１２における底壁９の内壁面９ａを球面によって定義される曲面とすることも可能である。この場合には、各電子部品２ａ〜２ｃと底壁９の内壁面９ａとのクリアランスＣを、回路基板支持部１１からの距離に応じてより厳密に設定することが可能となる。

また、クリアランス変化部１２は、回路基板３の裏面３ｂに実装される電子部品２の位置や数等に応じて適宜設定することが可能であり、例えば、回路基板支持部１１が底壁９の４隅にのみある場合には、図７〜図９に示すように形成することも可能である。

図７に示す第２実施形態のケース４０では、底壁９の片側（図１に左側）の一部分に、底壁９のクリアランス変化部４１が形成されている。

クリアランス変化部４１は、回路基板支持部１１に近づくほど、回路基板３の裏面３ｂとのクリアランスが小さくなるように形成されている。つまり、クリアランス変化部４１において、底壁９の内壁面９ａは、回路基板３の裏面３ｂに対して凹となり、ケース５の側壁１０ａに近づくほど、回路基板３の裏面３ｂとのクリアランスが小さくなる。したがって、クリアランス変化部４１においては、回路基板支持部１１に近づくほど、底壁９の内壁面９ａと、回路基板３の裏面３ｂとのクリアランスが概して小さくなる。

図８に示す第３実施形態のケース５０では、底壁９の両側（図１に左側及び右側）に、底壁９の短辺方向の全長に亙ってクリアランス変化部１２、５１が形成されている。クリアランス変化部５１は、回路基板支持部１１に近づくほど、回路基板３の裏面３ｂとのクリアランスが小さくなるように形成されている。つまり、クリアランス変化部５１において、底壁９の内壁面９ａは、回路基板３の裏面３ｂに対して凹となり、ケース５の側壁１０ｂに近づくほど、回路基板３の裏面３ｂとのクリアランスが小さくなる。したがって、クリアランス変化部５１においては、回路基板支持部１１に近づくほど、底壁９の内壁面９ａと回路基板３の裏面３ｂとのクリアランスが概して小さくなる。

図９に示す第４実施形態のケース６０では、クリアランス変化部６１が、ケース５の底壁９の略全体に形成されている。そして、クリアランス変化部６１において、底壁９の内壁面９ａは、球面によって定義される曲面となっている。つまり、クリアランス変化部６１においては、回路基板支持部１１に近づくほど、底壁９の内壁面９ａと、回路基板３の裏面３ｂとのクリアランスが小さくなる。

上述した各実施形態から把握し得る前記請求項以外の発明の技術的思想について以下に列記する。

［請求項ａ］
前記クリアランス変化部は、前記基板対向壁の片側に形成されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の電子制御装置。

［請求項ｂ］
前記クリアランス変化部は、前記基板対向壁の両側に形成されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の電子制御装置。

［請求項ｃ］
前記クリアランス変化部において、前記基板対向壁の内壁面は、球面によって定義される曲面であることを特徴とする請求項３、ａ、ｂのいずれかに記載の電子制御装置。

［請求項ｄ］
前記クリアランス変化部は、前記基板対向壁の全体に形成され、前記基板対向壁の内壁面は、球面によって定義される曲面であることを特徴とする請求項３に記載の電子制御装置。

［請求項ｅ］
前記クリアランス変化部において、前記基板対向壁の内壁面は、電子部品実装面に対して所定の角度で傾いた平面によって定義される傾斜面であることを特徴とする請求項１または２に記載の電子制御装置。

１…電子制御装置
２ａ…電子部品
２ｂ…電子部品
２ｃ…電子部品
３…回路基板
３ｂ…裏面
５…ケース
６…カバー
７…放熱材
８…筐体
９…底壁
１０…側壁
１１…回路基板支持部
１２…クリアランス変化部

Claims (3)

1. 発熱性のある電子部品が実装された回路基板と、
   前記回路基板が収容された筐体と、を有する電子制御装置において、
   前記筐体は、前記回路基板の電子部品実装面に対向する基板対向壁と、当該筐体内で前記回路基板を支持固定する回路基板支持部と、を有し、
   前記基板対向壁は、前記回路基板支持部に近づくほど、前記基板対向壁と前記電子部品実装面とのクリアランスが小さくなるよう形成されたクリアランス変化部を有することを特徴とする電子制御装置。
2. 前記基板対向壁は、前記回路基板支持部との位置関係に関わらず前記基板対向壁と前記電子部品実装面とのクリアランスが一定となるクリアランス一定部を有し、前記クリアランス変化部は、前記基板対向壁の一部に形成にされていることを特徴とする請求項１に記載の電子制御装置。
3. 前記クリアランス変化部において、前記基板対向壁の内壁面は、前記電子部品実装面に対して凹となる曲面となるよう形成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の電子制御装置。

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