JP6383756B2 - 電子装置 - Google Patents

Description

本発明は、電子装置に関し、特に、放熱性能の高い電子装置に関する。

例えば内燃機関等の駆動装置を制御する車両用の電子装置である電子制御装置（Electronic Control Unit：ＥＣＵ）では、その筐体内に、パワー半導体素子などの発熱を伴う電気部品が搭載された基板が収納されている。パワー半導体素子などで生じた熱は、他の電気部品の特性に影響を与えるため、基板から筐体外に速やかに放熱されることが要求される。

基板の放熱特性を改善する構造として、熱伝導性の高い放熱グリスを基板の裏面に塗布し、筐体と接触させる技術が知られている（特許文献１参照）。

図４は、特許文献１に開示されているプリント基板の断面を示す図である。プリント基板２は、銅箔等からなる導電パターン６と絶縁層とを備え、電子装置の筐体４の内面上に設けられると共に、表面２ａには電気部品３が実装されている。

プリント基板２の裏面２ｂに放熱グリス５を塗布することで、電気部品３の発熱部３ａ、表面２ａ、導電パターン６、導体７ａ、放熱グリス５、及び、筐体４からなる放熱経路が構成され、多層基板内で生成された熱が筐体４に放熱される。

しかしながら、特許文献１に記載されたような放熱構造では、放熱経路から離間した基板の周辺領域に熱が蓄積し易いため、必ずしも十分な放熱効率を得ることができない。また、放熱グリスの性能が、放熱経路における放熱性能を決定するボトルネックとなるため、高性能な放熱グリスの使用が必須となり、コストアップの要因となり得る。

特開２０１４−１２７５２２号公報

このような背景から、基板内に熱が蓄積しにくく、高い放熱効率を備えた電子装置が望まれている。

本発明の一の態様は、表面に搭載される電気部品と直接又は間接に接続される導電パターンが形成された基板と、前記基板を内部に収納する筐体とを備えた電子装置である。本電子装置では、前記基板の側面に形成された凹部に、前記筐体の内面の一部である突起部が嵌合される。
本発明の他の態様によると、前記基板は、多層基板である。
本発明の他の態様によると、前記凹部内に導電パターンの一部が露出した露出部を有し、前記露出部は前記突起部と電気的に接続されている。
本発明の他の態様によると、前記筐体は上蓋及び下蓋から構成され、前記突起部は、前記上蓋の一部と前記下蓋の一部とで構成される。
本発明の他の態様によると、前記筐体の外面に防水グリスを備え、前記防水グリスは、前記上蓋の一部と前記下蓋の一部との接触面の、前記筐体の外面に露出する端部を覆う。

本発明の一実施形態に係る電子装置の筐体の構成を示す図である。 本発明の一実施形態に係る電子装置の基板の構成を示す図である。 本発明の一実施形態態に係る電子装置の構成を示す図である。 従来技術の電子装置を示す図である。

以下、図面を参照して、本発明の実施の形態を説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係る電子装置の構成を示す図である。本実施形態に係る電子装置は、例えば車両に搭載される電子制御装置（ＥＣＵ）であるが、本発明の電子装置の構成は、これに限らず、広く一般の電子装置に適用することができる。

本電子装置１００は、筐体１０１と、当該筐体１０１内に収容された基板１０３（図示点線）と、基板１０３に搭載されたコネクタ１０２と、を有する。

筐体１０１は、その内側に基板装着部１１４（図示斜線部分）を備えており、後述するように当該基板装着部１１４において基板１０３と筐体１０１とが、電気的、熱的、及び機械的に接続される。

図２は、基板１０３の構成を示す図であり、図２（ａ）は、その上面図（図１に示す上面図と同じ側から見た図）、図２（ｂ）は、図２（ａ）に示す基板１０３のＡ−Ａ部分断面矢視図、図２（ｃ）は、図２（ａ）に示す基板１０３のＢ−Ｂ部分断面矢視図である。

基板１０３は、３つの絶縁層１０４、１０５，１０６が積層された多層の印刷配線基板（プリント基板）である。ここで、図２（ｃ）における絶縁層１０４の図示上面を多層基板である基板１０３のオモテ面（図２（ａ）に示す面に対応する）、絶縁層１０６の図示下面を多層基板である基板１０３のウラ面と称する。

基板１０３のオモテ面及びウラ面には、導電パターン１０８ａ及び１０８ｂ（それぞれ図３における図示メッシュ部分）がそれぞれ形成されている。これらの導電パターン１０８ａ、１０８ｂは、基板１０３のオモテ面に搭載された例えば３つの電気部品１０７と直接又は間接に接続されて電子回路を構成する、例えばグランドパターンである。上記電子回路は、基板１０３に搭載されたコネクタ１０２を介して外部装置（例えば、外部の電源装置など）と電気的に接続される。なお、基板１０３のオモテ面、ウラ面、及び又は絶縁層１０４、１０５、１０６の層間には、例えばグランドパターンである上記導電パターン１０８ａ、１０８ｂの他、上記電子回路を構成する種々の信号用の導電パターンなども形成され得るが、図を簡略化して理解を容易にするため、図３においては図示を省略している。

特に、基板１０３の内層である絶縁層１０５の側面は、図２（ａ）において破線で示すように、図２（ｃ）における絶縁層１０５の図示上部及び下部に形成された絶縁層１０４、１０６（すなわち、絶縁層１０５を挟んで隣接する２つの絶縁層１０４、１０６）の側面よりも、内側に形成されている。これにより、絶縁層１０４、１０６の側面は、当該絶縁層１０４、１０６が挟む絶縁層１０５の端部からそれぞれ突出し、当該突出部と絶縁層１０５の側面とで構成された凹部である凹状空間１１１が、基板１０３の周囲を構成する４つの辺のうち、コネクタ１０２が形成された辺を除く３つの辺に亘って連続して形成されている。

また、絶縁層１０４は、図２（ｃ）における図示下面（すなわち、絶縁層１０５と隣接する面）に設けられた導電パターンであって凹状空間１１１に露出した部分である露出部１１０ａを有する。同様に、絶縁層１０６は、図２（ｃ）における図示上面（すなわち、絶縁層１０５と隣接する面）に設けられた導電パターンであって凹状空間１１１に露出した部分である露出部１１０ｂを有する。当該露出部１１０ａ及び１１０ｂは、凹状空間１１１に沿うように、基板１０３の３つの辺に亘って連続するように形成されている。ただし、露出部１１０ａ、１１０ｂは、３つの辺の少なくとも一部に形成されているものとしてもよい。

さらに、露出部１１０ａ及び１１０ｂは、それぞれ、基板１０３のオモテ面に設けられた導電パターン１０８ａ及びウラ面に設けられた導電パターン１０８ｂと、ビア１０９a及びビア１０９ｂにより接続されている。

図３（ａ）は、図１に示す電子装置１００のＳＳ部分断面矢視図であり、また、図３（ｂ）は、図１に示す電子装置１００のＴＴ部分断面矢視図である。

筐体１０１は、筐体上蓋１１８及び筐体下蓋１１９から構成されている。筐体上蓋１１８及び筐体下蓋１１９の各々の端部（図３（ａ）の図示左側）は、筐体１０１の内側方向に折り返すように加工されて、平板状部１２１ａ及び１２１ｂとなり、筐体１０１の内面の一部を構成する。また、平板状部１２１ａと１２１ｂは、相対向する面が接触し、一体となって突起部１１７を構成する。なお、筐体上蓋１１８と筐体下蓋１１９とは、後述するように平板状部１２１ａと１２１ｂからなる突起部１１７が、基板１０３の絶縁層１０４の突出部と絶縁層１０６の突出部との間（すなわち、凹状空間１１１）に挟持され接続されることで、その全体が筐体１０１として機能する。

また、筐体上蓋１１８は、図３（ａ）の図示左側の端部近傍がＵ字状に加工されて、筐体上蓋１１８の内面から見て凹状に成型された凹部を備えている。同様に、筐体下蓋１１９は、図３（ａ）の図示左側の端部近傍がＵ字状に加工されて、筐体下蓋１１９の内面から見て凹状に成型された凹部を備えている。平板状部１２１ａと１２１ｂとで構成される上記突起部１１７は、図１に示す基板装着部１１４（図示斜線）に相当し、２つの絶縁層１０４、１０６の間の側面に形成される凹状の空間（すなわち、図２（ｃ）の凹状空間１１１）と嵌合する。突起部１１７は、その厚みが凹状空間１１１の間隙の幅よりも大きくなるように形成されている。これによって、突起部１１７は、図示上下方向に隣接する絶縁層１０４及び又は絶縁層１０６の弾性力により、凹状空間１１１内に挟持されて、絶縁層１０４の図示下面に形成された露出部１１０ａ、及び、絶縁層１０６の図示上面に形成された露出部１１０ｂと当接する。なお、例えば基板１０３が筐体１０１に対し実質的に機械的に固定される限度において、突起部１１７の厚みを凹状空間１１１の間隙の幅よりも小さく形成して、両者の隙間に導電性及び熱伝導性のあるペースト等を充填するものとしてもよい。

また、突起部１１７の図示上下方向に形成された２つの凹部のうち、突起部１１７の図示上側の凹部には、基板１０３の側面から突出する絶縁層１０４の該突出部が嵌合し、また、突起部１１７の図示下側の凹部には、基板１０３の側面から突出する絶縁層１０６の該突出部が嵌合する。上述のように、突起部１１７が凹状空間１１１内に挟持されていれば、必ずしも当該２つの凹部により各突出部を挟持する必要はないが、例えば各凹部の間隙の幅を、絶縁層１０４及び絶縁層１０６の厚みよりも幅狭とし、筐体１０１及び又は平板状部１２１ａ、１２１ｂの弾性力を生じさせて、各突出部を図示上下方向から挟持することで、筐体１０１と基板１０３との保持強度を高めることができる。

このように、基板装着部１１４である突起部１１７は、基板１０３を筐体１０１の内部に機械的に固定する。また、基板１０３の各露出部１１０ａ、１１０ｂ及び絶縁層１０４、１０６は、基板装着部１１４である突起部１１７と熱的に接続されて、基板１０３から筐体１０１への放熱経路を形成する。さらに、突起部１１７は、基板１０３の露出部１１０ａ及び１１０ｂと電気的に接続されるので、各露出部１１０ａ、１１０ｂに通じる導電パターン１０８ａ、１０８ｂ及び又は電気部品１０７は、当該突起部１１７を介して筐体１０１の電位（グランド電位）に保持される。

なお、基板１０３と筐体１０１とは、図１（ａ）における基板装着部１１４の形成領域（図示斜線）が示すように、筐体１０１は４つの辺のうち、コネクタ１０２が装着される辺を除く３つの辺で固定されるため、当該３つの辺において、両者は電気的、熱的、及び機械的に接続している。

また、平板状部１２１ａと１２１ｂとの接触面の筐体１０１の外面側の端部には、当該端部を頂点とする三角形断面の溝部が形成されており、当該溝部を埋めるように、防水グリス１２０が塗布されている。防水グリス１２０は、平板状部１２１ａと１２１ｂとの接触面の上記端部覆うように、筐体１０１の周囲を囲む三角柱形状で塗布されるため、塗布された防水グリス１２０が経年的に移動するのを防止して、少量の防水グリスにより安定した防水効果を得ることができる。

このように、本実施形態に係る電子装置１００では、基板１０３のオモテ面及びウラ面からの自然放熱に加え、基板１０３の側面に凹状空間１１１を設けて基板１０３の側面から筐体１０１への放熱経路を新たに設け、基板の周辺領域や基板の内層の絶縁層からも放熱できるようにしたので、従来技術に比べて高い放熱効率を得ることができる。

同時に、基板１０３に設けられたグランドパターンである導電パターン１０８ａ、１０８ｂが、上記凹状空間１１１に露出するように設けられた導電パターンである露出部１１０ａ、１１０ｂを介して筐体１０１と電気的にも接続され、基板１０３上に構成された電子回路のグランド接続も確保される。

さらに、本発明の電子装置１００の上記構成は、新たな部材を使用することなく、部材の一部に加工を施すのみで実現され得るので、製造コストの上昇を招くことなく、放熱効率の高い電子装置を実現することができる。

以上、説明したように、本発明の電子装置１００は、表面に搭載される電気部品１０７と直接又は間接に接続される導電パターン１０８ａ等が形成された基板１０３と、前記基板１０３を内部に収納した筐体１０１とを備え、前記基板１０３の側面に形成された凹状空間１１１に、前記筐体１０１の内面の一部である突起部１１７が嵌合する。これにより、基板１０３の周辺部であっても、熱が蓄積しにくく、放熱効率の高い電子装置１００をローコストで提供することができる。

なお、本実施形態に係る電子装置１００では、凹状空間１１１に露出させる導電パターン１０８ａ、１０８ｂをグランドパターンとしたが、これに限らず、電子回路を構成しない導電パターン（例えば、熱伝導用パターン）とすることもできる。

また、本実施形態に係る電子装置１００では、基板１０３の３つの辺の側面に凹状空間１１１が形成され、当該３つの辺において基板１０３と筐体１０１とが、電気的、熱的、及び機械的に接続されるものとしたが、これに限らず、基板１０３の少なくとも１つの辺に凹状空間を設けるものとして、当該少なくとも一つの辺において筐体１０１と接続されるものとしても、同様の効果を得ることができる。

さらに、本実施形態では、基板１０３として多層基板を用いるものとしたが、これに限らず、例えば、単層のプリント基板を用いるものとし、当該単層のプリント基板の側面を加工して凹部を設けるものとてもよい。また、従来技術と同様に、例えば基板１０３のウラ面と筐体１０１とが接触するよう構成し、当該接触する部分に放熱グリス等の放熱部材を塗布して、放熱効率を高めることもできる。この場合、基板１０３の側面からも効率の良い放熱が行われるので、従来技術のような高性能な放熱グリスを使用しなくとも、汎用の放熱グリスで十分な放熱効率を得ることができる。

本発明は、上述した実施形態に限定されることなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において改変して用いることができる。

１００・・・電子装置、１０１・・・筐体、１０２・・・コネクタ、１０３・・・基板、１０４，１０５，１０６・・・絶縁層、１０７・・・電気部品、１０８ａ、１０８ｂ・・・導電パターン、１０９ａ，１０９ｂ・・・ビア、１１０ａ，１１０ｂ・・・露出部、１１１・・・凹状空間、１１４・・・基板装着部、１１７・・・突起部、１１８・・・筐体上蓋、１１９・・・筐体下蓋、１２０・・・防水グリス、１２１ａ，１２１ｂ・・・平板状部、２・・・プリント基板、３・・・電気部品、４・・・筐体、５・・・放熱グリス、６・・・導電パターン、７ａ・・・導体

Claims (4)

1. 表面に搭載される電気部品と直接又は間接に接続される導電パターンが形成された基板と、前記基板を内部に収容する筐体とを備えた電子装置であって、
   前記基板の側面に形成された凹部に、前記筐体の内面の一部である突起部が嵌合され、
   前記筐体は、上蓋及び下蓋から構成されており、
   前記突起部は、前記上蓋の一部と前記下蓋の一部とで構成される、
   電子装置。
2. 請求項１に記載された電子装置において、
   前記基板は、多層基板である、
   電子装置。
3. 請求項１または２に記載された電子装置において、
   前記基板は、前記凹部内に導電パターンの一部が露出した露出部を有し、
   前記露出部と前記突起部は電気的に接続される、
   電子装置。
4. 請求項１ないし３のいずれか一項に記載された電子装置において、
   前記筐体の外面に防水グリスを備え、
   前記防水グリスは、前記上蓋の一部と前記下蓋の一部との接触面の、前記筐体の外面に露出する端部を覆う、
   電子装置。

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