車両用電子装置

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【発明の名称】	車両用電子装置
【発明者】	【氏名】伊奈治【氏名】小林俊樹
【要約】	【課題】エンジンルーム内に搭載するにあたり、放熱性と制振性の優れた車両用電子装置を提供する。【解決手段】車両用電子装置は、ケース１０と、ケース１０内に支持された回路基板２１とを備えている。回路基板２１には半導体素子２２が実装されている。また、半導体素子２２にフィルム状に形成された放熱板３０がその一部にて貼りつけられている。また、充填部材５０は、ケース１０内に回路基板２１、半導体素子２２および放熱板３０を介して軟質樹脂材料を充填、熱硬化することにより形成されている。ここで、充填部材５０及び放熱板３０は良好な放熱性を有しているので、半導体素子２２は放熱板３０及び充填部材５０を通じて良好に放熱することができる。また、充填部材５０は優れた粘性減衰機能を有しているため、回路基板２１及び半導体素子２２は良好に制振され得る。

【特許請求の範囲】
【請求項１】車両のエンジンルーム内に搭載されたケース（１０）と、このケース（１０）内に支持された回路基板（２１）と、この回路基板（２１）に実装された電子部品（２２）と、フィルム状に形成された放熱板であってその一部にて前記電子部品（２２）に固定された放熱板（３０）と、前記ケース（１０）内に前記回路基板（２１）、前記電子部品（２２）および前記放熱板（３０）を介して充填された軟質樹脂材料を熱硬化して形成してなる充填部材（５０）とを備えている車両用電子装置。
【請求項２】前記回路基板（２１）に実装された他の電子部品（２３）と、フィルム状に形成された放熱板であって前記他の電子部品（２３）の前記ケース（１０）の内周壁に対向する外周面と当該ケースの内周壁との間に固定された放熱板（４０）とを備えており、前記充填部材（５０）は、前記放熱板（４０）および前記他の電子部品（２３）をも介して、前記軟質樹脂材料を充填して熱硬化により形成されていることを特徴とする請求項１に記載の車両用電子装置。
【請求項３】前記充填部材（５０）には、窒化アルミニュウムがフィラーとして混入されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の車両用電子装置。

【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、車両に搭載される電子装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、この種の電子装置は、電子部品が実装された基板をケースに収納しただけの構造になっていた。この電子装置は、車室内が振動や熱の影響が少ないから、通常車室内に搭載されていた。これに対して、上記電子装置を車室内に搭載するために必要である配線をできるだけ少なくして低コスト化を図るため、当該電子装置をエンジンルームに搭載したいという要請がある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】ところで、エンジンルーム内は、エンジンからの放熱量も多く、エンジンからの振動も高い。このため、電子装置における放熱性の向上に加えてその制振性も向上することが必要になる。上記電子装置においても、アルミ板又はアルミブロックからなる放熱板を電子部品に取り付けて、当該電子部品からの熱エネルギーを放熱するようにしていた。しかし、上記放熱板を用いるのみでは、電子装置をエンジンルームに搭載するには、制振性の点からは勿論のこと、放熱性の点からも不十分であった。
【０００４】一方、特開平６－５３６８１号公報に示されているようにケースの内壁に電子部品を密着して当該ケースを通して放熱させることも考えられる。しかし、これによっても、上述と同様の不具合が生じる。また、電子部品をケースの内壁の近傍に配置することが必要であるため、回路配線上の制約を生じる。これに対して、本発明者等は、電子装置をエンジンルーム内に搭載するにあたり、放熱性に加えて制振性の向上のためにどのようにしたらよいか検討した。
【０００５】上記電子装置について検討してみたところ、この電子装置では放熱性を向上しようとすると、放熱板の質量を大きくしなければならない。このため、放熱板が重くなる。一方、エンジンルームの振動について調べてみたところ、振動周波数の範囲は０～２ＫＨｚである。また、この範囲のうち、最大加速度を発生する振動周波数の範囲は１００～３００Ｈｚで、この範囲での最大加速度は５０Ｇである。
【０００６】回路基板に実装された大質量の部品は、エンジン又はエンジンルームの最大加速度発生周波数域に近い固有振動数を有する場合が多い。このため、電子装置がエンジンルームと共振して激しく振動するので、電子装置に過大な荷重がかかり、電子部品と基板との接続部に断線を引き起こす等の不具合が生じることが分かった。
【０００７】本発明は、上記問題に鑑みたもので、エンジンルームに搭載するにあたり、フィルム状の放熱板と、軟質樹脂材料からなる充填部材とを有効に活用して、放熱性及び制振性に優れた車両用電子装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため、請求項１～３に記載の発明においては、ケース（１０）と、ケース（１０）内に支持された回路基板（２１）と、この回路基板（２１）に実装された電子部品（２２）と、フィルム状の放熱板であってその一部にて電子部品（２２）に固定された放熱板（３０）とケース（１０）内に回路基板（２１）、電子部品（２２）および放熱板（３０）を介して充填された軟質樹脂材料を熱硬化して形成してなる充填部材（５０）とを備えている。
【０００９】これにより、電子装置がエンジンルーム内に搭載されていても、電子部品（２２）の熱はフィルム状の放熱板（３０）および充填部材（５０）を通して良好に放熱することができる。また、充填部材（５０）は軟質樹脂材料を熱硬化により形成されているので、この充填部材（５０）は、優れた粘性減衰機能をも有する。従って、エンジンルームが振動しても電子部品（２２）、回路基板（２１）の振動が充填部材（５０）により良好に制振され得る。
【００１０】ここで、放熱板（３０）はフィルム状に形成されているので、質量が低い。従って、電子装置においては、放熱板（３０）がエンジンルームとの共振を招くように作用することもなく、回路基板（２１）、電子部品（２２）等の本来の機能を維持することができる。請求項２に記載の発明によれば、回路基板（２１）に実装された他の電子部品（２３）と、フィルム状に形成された放熱板であって他の電子部品（２３）のケース（１０）の内周壁に対向する外周面と当該ケースの内周壁との間に固定された放熱板（４０）とを備えている。また、充填部材（５０）は、放熱板（４０）および他の電子部品（２３）をも介し、軟質樹脂材料を充填して熱硬化により形成されている。
【００１１】これにより、請求項１に記載の発明の作用効果を達成しうることは勿論のこと、他の電子部品（２３）の発熱エネエルギーが高いものであっても、充填部材（５０）およびケース（１０）を介して良好に放熱することができる。請求項３に記載の発明によれば、充填部材（５０）には、窒化アルミニュウムがフィラーとして混入されている。
【００１２】これにより、充填部材（５０）の放熱性が、より一層良好になるので、電子装置の放熱性を一層向上させることができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】以下、本発明に係る車両用電子装置の一実施形態について図１及び図２を参照して説明する。当該電子装置は、エンジンルーム内に搭載されている。なお、電子装置は車両用パワートレイン制御に用いられるものである。
【００１４】電子装置は、金属製ケース１０と、このケース１０に収納されたコンピュータ２０、両放熱板３０、４０及び充填部材５０とを備えている。なお、ケース１０は上記エンジンルーム内の適所に組み付けられている。コンピュータ２０は回路基板２１及び両半導体素子２２、２３を備える。回路基板２１は、その各隅角部にて、各ネジ２４の締着により、ケース１０の底壁の各隅角部に設けた段部１１に固定されている。
【００１５】半導体素子２２は回路基板２１の上面２１ａの中央部に実装されている。この実装は、半導体素子２２の素子本体の底壁２２ａを回路基板２１の上面２１ａに接着してなされているとともに、半導体素子２２の接続端子２２ｂが回路基板２１の上面２１ａ上に半田付けにより固定されている。この半田付けはマイクロソルダリングにより行われている。なお、本実施形態における半導体素子２２は偏平形のモールドＩＣ素子である。
【００１６】半導体素子２３は回路基板２１の左側端部に実装されている。この実装は、半導体素子２３の接続端子２３ａを回路基板２１のランドホールに挿入し、半田付けしてなされている。なお、本実施形態における半導体素子２３は直方体形状の直流電源用パワーＩＣ素子である。両放熱板３０、４０は、半導体素子２２、２３における熱的定常状態の熱抵抗の低減化すること（即ち、放熱特性の向上）を主目的として採用されている。両放熱板３０、４０は、高熱伝導性を有し、表面積の広いもので、且つ制振性をも加味した小質量のものである。両放熱板３０、４０は、アルミニュウムあるいは銅などの金属によりフィルム状に形成されており、この両放熱板３０、４０の厚さは、数十μｍ～百数十μｍである。
【００１７】放熱板３０は四角形状に形成されており、この放熱板３０は、その下面３０ａ中央部にて半導体素子２２の上壁２２ｃに高熱伝導性接着剤２５により貼りつけられている。なお、高熱伝導性接着剤２５はＡｇペーストやダイアタッチである。放熱板３０の表面積は、この放熱板３０と半導体素子２２との貼りつけ面積の約２倍～４倍である。
【００１８】一方、放熱板４０は長手板形状に形成されており、この放熱板４０は、その一側端部４０ａにて、ケース１０の左壁内周壁１０ａに高熱伝導性接着剤２５により貼りつけられている。また、この放熱板４０の他側端部４０ｂは高熱伝導性接着剤２５により半導体素子２３の外周面２３ｂに貼りつけられている。これにより、放熱板４０は図１に示す如くＵ字形状になっている。放熱板４０の表面積は、この放熱板４０と半導体素子２２及びケース１０との貼りつけ面積の約２倍～４倍である。
【００１９】また、上述の如く、放熱板４０が一側端部４０ａにてケース１０に貼りつけられているのは、半導体素子２３は、直流電源用パワーＩＣ素子であるため、半導体素子２２より発熱量が多いので、半導体素子２３がケース１０を利用して放熱するためである。充填部材５０は、ケース１０内に回路基板２１、両電子部品２２、２３および両放熱板３０、４０を介して充填されているもので、充填部材５０は注型樹脂、例えばシリコーンやウレタン等の軟質樹脂材料により形成されている。ここで、軟質樹脂材料とはガラス転移点が室温より低温側にある材料をいう。
【００２０】また、充填部材５０は後述する如く液状の軟質樹脂材料を熱硬化形成したものであって、充填部材５０は振動に対する粘性減衰特性を有する。充填部材５０の弾性率は、例えば０．１ＭＰａ～３０ＭＰａになっている。次に、本実施形態における電子装置における両放熱板３０、４０の貼りつけ方法及び充填部材５０の充填方法について説明する。
【００２１】先ず、図１における電子装置において、両放熱板３０、４０及び充填部材５０を除いた構成のものを準備する。そして、放熱板３０の下面３０ａの中央部を高熱伝導性接着剤２５により半導体素子２２の上壁２２ｃに貼りつける。また、放熱板４０の一側端部４０ａを、高熱伝導性接着剤２５によりケース１０の左壁内周壁１０ａに貼りつけるとともに、放熱板４０の他側端部４０ｂを半導体素子２３の外周面２３ｂに貼りつける。
【００２２】このように両放熱板３０、４０を貼りつけた後、液状の軟質樹脂材料を準備し、この軟質樹脂材料をケース１０の内側にコンピュータ２０および両放熱板３０、４０を介して充填する。この充填は、コンピュータ２０、両放熱板３０、４０等の質量、取付方法を考慮して適正に行えばよく、図示した例においては、軟質樹脂材料が半導体素子２３の上部を除きコンピュータ２０および両放熱板３０、４０を被覆している。
【００２３】このように軟質樹脂材料を充填した後、この軟質樹脂材料を加熱して硬化させる。これにより、図１に示す充填部材５０が形成される。その結果、図１に示す電子装置が完成する。ここで、フィルム状の両放熱板３０、４０および充填部材５０は良好な放熱性を有しているので、電子装置がエンジンルーム内に搭載されていても、両半導体素子２２、２３の熱エネルギーをフィルム状の両放熱板３０、４０および充填部材５０を通して良好に放熱することができる。
【００２４】特に、放熱板４０は、上述のごとく半導体素子２３とケース１０とに貼りつけられているので、半導体素子２３の発熱エネルギーが半導体素子２２の発熱エネルギーより大きくても、半導体素子２３の放熱を良好に行うことができる。一方、充填部材５０は液状の軟質樹脂材料を熱硬化して形成されているので、この充填部材５０は、優れた粘性減衰機能をも有する。従って、エンジンルームが振動しても回路基板２１、両半導体素子２２、２３の振動が充填部材５０により良好に制振され得る。
【００２５】また、上述の如く充填部材５０の弾性率は、０．１ＭＰａ～３０ＭＰａになっているので、コンピュータ２０及び両放熱板３０、４０に対するの振動の減衰比は０．１５以上になる。その結果、充填部材５０を採用しない場合に比べて、コンピュータ２０、両放熱板３０、４０に対する振動による変位、発生応力は１／５以下になる。従って、エンジンルームが振動しても充填部材５０に亀裂が入ったり、両半導体素子２２、２３の接続部分における断線を招くことない。
【００２６】ここで、両放熱板３０、４０はフィルム状に形成されているので、質量が小さい。従って、電子装置においては、両放熱板３０、４０がエンジンルームとの共振を招くように作用することもなく、回路基板２１、半導体素子２２等の本来の機能を維持することができる。これに加え、前述のように充填部材５０のガラス転移点が室温より低温側にあるため、エンジンルーム内の温度が室温より低温側であっても、充填部材５０は柔軟性を保つ。従って、エンジンルームが振動しても、充填部材５０はコンピュータ２０、両放熱板３０、４０の制振作用を適正に発揮する。
【００２７】なお、上記したように回路基板２１をケース１０に対して固定してある。このため、エンジンルームにおける振動による回路基板２１の位置ずれを回避することができる。また、回路基板２１とケース１０との間の熱抵抗を低減しているので、放熱性を向上することもできる。以下に、上述ように放熱板３０の表面積および厚さの範囲を定めた根拠について説明する。
【００２８】図２は、放熱板３０の半導体素子２２に対する放熱効果を示すグラフである。縦軸は、半導体素子２２に放熱板３０を貼りつけなかったときの充填部材５０の熱抵抗を正規化値１とした場合において、異なる面積の放熱板３０を半導体素子２２に貼りつけたときの充填部材５０の熱抵抗の正規化値を示し、横軸は各放熱板３０の表面積を示す。
【００２９】図２のグラフＬ１は、放熱板３０の厚さを０・１ｍｍとした場合であり、グラフＬ２は、放熱板３０の厚さを０・４ｍｍとした場合である。これらのグラフの点Ａは、半導体素子２２に放熱板３０を貼りつけなかったときの充填部材５０の熱抵抗の正規化値１を示す。点Ｂ、点Ｃ、点Ｄ、点Ｅ、点Ｆ及び点Ｇは、放熱板３０を半導体素子２２に貼りつけたときの充填部材５０の熱抵抗の正規化値を示す。
【００３０】ここで、部品面積を半導体素子２２の放熱板４０との貼りつけ面積とすると、点Ｂ及び点Ｃは、放熱板３０の表面積を当該部品面積の２倍としたときの充填部材５０の熱抵抗の正規化値を示す。点Ｄ及び点Ｅは、放熱板３０の表面積を当該部品面積の４倍としたときの充填部材５０の熱抵抗の正規化値を示す。点Ｆ及び点Ｇは、放熱板３０の表面積を当該部品面積の１６倍としたときの充填部材５０の熱抵抗の正規化値を示す。
【００３１】図２の両グラフによれば、放熱板３０の表面積を大きくすると、放熱板３０の厚さにかかわらず、充填部材５０の熱抵抗の正規化値は小さくなる。また、放熱板３０の表面積が半導体素子２２の放熱板４０との貼りつけ面積（部品面積）の約２倍～約４倍以上になると、充填部材５０のの熱抵抗の正規化値が飽和してくる。
【００３２】従って、前述したように半導体素子２２における放熱板４０との貼りつけ面積の約２倍～約４倍の面積を放熱板３０の表面積にすることが望ましい。また、放熱板４０の表面積および厚さを上述したような放熱板３０の表面積および厚さの範囲を定めた根拠と同様の根拠によって定めている。以下、上記一実施形態の変形例について説明する。
【００３３】この変形例においては、充填部材５０として上述したように軟質樹脂材料を単独に用いるのではなく、この軟質樹脂材料を母材とし、この母材に所定比率のフィラーが混入したものを充填部材５０の材料に用いる。そして、このフィラーが混入された軟質樹脂材料を充填、熱硬化して充填部材５０を形成している。ここで、フィラーの混入の有無によって充填部材５０の熱抵抗がどのように変化するかを調べてみたところ図３のグラフに示すような結果が得られた。
【００３４】図３のグラフにおいて、縦軸は、フィラーを混入しないときの充填部材５０の熱抵抗を正規化値１とした場合において、フィラーを混入したときの充填部材５０の熱抵抗の正規化値を示し、横軸はフィラーの各材料の熱伝導率を示す。ここで、フィラーの径は５～１５ミクロンであり、フィラーの材料としてシリカ、アルミナ或いは窒化アルミを用いており、フィラーを母材に対して混入する比率は１５％である。
【００３５】図３のグラフによれば、シリカがフィラーとして混入されている充填部材５０の熱抵抗の正規化値より、アルミナがフィラーとして混入されている充填部材５０の熱抵抗の正規化値の方が小さい。また、アルミナがフィラーとして混入されている充填部材５０の熱抵抗の正規化値より、窒化アルミニュウムがフィラーとして混入されている充填部材５０の熱抵抗の正規化値の方が小さい。
【００３６】このように、フィラーの混入により充填部材５０の熱抵抗の正規化値が小さくなるため、電子装置は放熱を一層良好に行うことができる。特に、充填部材５０に窒化アルミニュウムをフィラーとして混入することは、シリカやアルミナを個別にフィラーとして混入されている充填部材５０の熱抵抗の正規化値より小さいので、電子装置の放熱性の向上に有効である。
【００３７】また、フィラーの混入により、充填部材５０の線膨張率が小さくすることができる。従って、充填部材５０の線膨張率が収納物の線膨張率に近づけることができるため、充填部材５０に亀裂が生じることもなく、充填部材５０は熱エネルギーを放熱することができる。なお、上記変形例においては、フィラーの材質、フィラーの混入比率をコスト、作業性、放熱性に応じて適正に変更してもよい。
【００３８】また、上記実施形態において、ケース１０として金属製のものを示したが、樹脂製のものを用いてもよい。また、上記実施形態において、ケース１０に充填した充填部材５０に対して加熱して硬化したが、室温で硬化してもよい。

【出願人】	【識別番号】０００００４２６０【氏名又は名称】株式会社デンソー
【出願日】	平成１０年（１９９８）２月２日
【代理人】	【弁理士】【氏名又は名称】伊藤洋二（外１名）
【公開番号】	特開平１１－２２０２６４
【公開日】	平成１１年（１９９９）８月１０日
【出願番号】	特願平１０－２１３４７