JP2017162860A - 電子制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】電子部品と基板の接続信頼性を向上することができる電子制御装置を提供する。
【解決手段】電子制御装置は、回路基板３（基板）と、電子部品としてのＢＧＡ７（Ball Grid Array）と、筐体としてのカバー２と、熱伝導材８を備える。ＢＧＡ７は、回路基板３に電気的に接続されるはんだボール９の配列を有する。カバー２は、ＢＧＡ７に対向する放熱台座２ａを有する。熱伝導材８は、ＢＧＡ７と放熱台座２ａの間に配置されるが、ＢＧＡ７の放熱台座２ａ側の面Ｓ１の１つの隅Ｓ１Ｃに配置されない。
【選択図】図４Ｂ

Description

本発明は、電子制御装置に関する。

エンジンコントロールユニットや自動変速機用コントロールユニットなどの車両に搭載される電子制御装置において、電子部品の発熱により筐体の内部温度が上昇し、回路が異常動作したり、電子部品が破損したりすることがある。

そのため、これらの電子部品が発生する熱を装置の筐体に伝達し、更に筐体の表面から筐体外に放出する放熱構造がある。具体的には、基板に搭載された電子部品と筐体に設けられた放熱台座の間には、熱伝導材が介在されていて、電子部品からの発熱は、熱伝導材を介して筐体に伝達され、筐体の表面から筐体外に放熱される。

熱伝導材として、例えば、放熱グリスが知られている（例えば、特許文献１及び２参照）。

特許文献１では、上記熱伝導材として放熱グリスが使用されており、回路基板に搭載された電子部品と筐体の間には、熱伝導材が介在されていて、電子部品からの発熱は、熱伝導材を介して筐体に伝達され、筐体の表面から筐体外に放熱される。

また、特許文献２では、コネクタと電気的に接合した回路基板をケースに固定し、防水シールでカバーとシールする構造を有する筐体構造を有する車載電子制御装置において、基板に実装されるＩＣからの発熱量を、放熱グリスを介して直接に、金属のカバーやケースに熱伝導し、空気に熱放散する放熱構造を有する。

特開２０１４−１８７０６３号公報 特開２０１４−７５４９６号公報

特許文献１及び２で開示されるような前記熱伝導材をＢＧＡパッケージ（電子部品）に使用した場合、熱伝導材がＢＧＡパッケージに直接触れるため、筐体の熱変形や外力による影響をはんだボールへ与え、はんだボールの接続寿命が低下する。

その結果、電子部品と回路基板（基板）との接続信頼性が低下する懸念があった。

本発明の目的は、電子部品と基板の接続信頼性を向上することができる電子制御装置を提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明は、基板と、前記基板に電気的に接続されるはんだボールの配列を有する電子部品と、前記電子部品に対向する放熱台座を有する筐体と、前記電子部品と前記放熱台座の間に配置される熱伝導材と、を備え、前記熱伝導材は、前記電子部品の前記放熱台座側の第１の面の少なくとも１つの隅に配置されない。

本発明によれば、電子部品と基板の接続信頼性を向上することができる。上記した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。

第１〜第４の実施形態との比較例である電子制御装置を示す斜視図である。 図１の電子制御装置を示す分解斜視図である。 図２の放熱台座の形状を説明するための図である。 図３Ａに示すＡ−Ａ断面による断面図である。 図３Ａに示す部分Ｂの拡大図である。 本発明の第１の実施形態による電子制御装置の放熱台座の形状を説明するための図である。 図４Ａに示すＡ−Ａ断面による断面図である。 図４Ａに示す部分Ｂの拡大図である。 本発明の第２の実施形態による電子制御装置の放熱台座の形状を説明するための図である。 図５Ａに示すＡ−Ａ断面による断面図である。 図５Ａに示す部分Ｂの拡大図である。 本発明の第３の実施形態による電子制御装置の放熱台座の形状を説明するための図である。 図６Ａに示すＡ−Ａ断面による断面図である。 図６Ａに示す部分Ｂの拡大図である。 本発明の第４の実施形態による電子制御装置の放熱台座の形状を説明するための図である。 図７Ａに示すＡ−Ａ断面による断面図である。 図７Ａに示す部分Ｂの拡大図である。

以下、図面を用いて、本発明の第１〜第４の実施形態による電子制御装置の構成及び作用効果について説明する。なお、各図において、同一符号は同一部分を示す。

（比較例）
最初に、図１〜図３（３Ａ〜３Ｃ）を用いて、第１〜第４の実施形態との比較例である電子制御装置２０の構成を説明する。なお、本比較例の電子制御装置２０は、後述する放熱台座を除き、第１〜第４の実施形態の電子制御装置２０と共通の構成となっている。

図１は電子制御装置２０の一例としての自動車のエンジンコントロールユニットの斜視図であり、図２はその分解斜視図である。この電子制御装置２０は、車体側に取り付けられる例えば略板状のケース１と略箱状のカバー２と、発熱性電子部品や非発熱性電子部品等の電子部品を実装した回路基板３（基板）と、により大略構成されている。なお、ケース１及びカバー２は、筐体を構成する。

前記回路基板３には、図２に示すように、外部のコネクタと接続されるコネクタ４や前記電子部品が電気的に接続されている。また、前記電子部品は例えばＢＧＡ７（Ball Grid Array）であり、図３Ｂに示すように、パッケージ７ａ内にはチップ７ｂが実装されており、前記チップ７ｂが実装される側の面にはインターポーザー基板７ｃが実装される。

また、前記インターポーザー基板７ｃ上には、はんだボール９がアレイ状に配列されている。換言すれば、ＢＧＡ７（電子部品）は、図３Ｂに示すように、回路基板３（基板）に電気的に接続されるはんだボール９の配列を有する。

図２に示すように、発熱性電子部品である前記ＢＧＡ７と前記カバー２内面の間には、熱伝導材８が介在される。前記熱伝導材８は、前記回路基板３の下方側面に搭載された前記ＢＧＡ７と、前記カバー２に設けられた放熱台座２ａとの間に介在されている。カバー２（筐体）は、ＢＧＡ７（電子部品）に対向する放熱台座２ａを有する。

前記カバー２は、アルミニウム等の熱伝導性に優れた金属材料によって略箱状一体形成されたものである。例えばほぼ矩形状の底壁２ｃの外周縁（各側辺）の４隅には、前記カバー２を取付固定するためのカバー固定部２ｂが形成されている。該カバー固定部２ｂに前記カバー２と前記ケース１とが筐体固定ネジ５により取り付けられる。

また、前記回路基板３は、例えば前記カバー２の内壁面側の周縁部（例えば、４隅）及び中央部に立設された基板固定台座２ｄの上端面に回路基板固定ネジ６にて取り付けられる。換言すれば、基板固定台座２ｄに、回路基板３（基板）が固定される。

前記熱伝導材８は、前記ＢＧＡ７の発熱を、前記カバー２側に効果的に伝達（伝導）させて、前記カバー２の外面から放出させる。

しかしながら、一般的に前記ＢＧＡ７の前記はんだボール９の接続寿命において、４隅のはんだボール９ａの接続寿命が最も弱いということが知られている。そのため、前記熱伝導材８を前記パッケージ７ａ全体に配置した構造（図３Ｂ、３Ｃ参照）では、前記熱伝導材８が筐体の熱変形や外力による影響を前記４隅のはんだボール９ａへ与えてしまうことで、接続寿命を低下させる。

また、先行研究により、前記ＢＧＡ７の４隅のはんだボール９ａの中でも特に前記基板固定台座２ｄに最も近いはんだボール９ｂの接続寿命が最も低いことが判明した。

そこで、後述する本発明の第１〜第４の実施形態による電子制御装置２０では、筐体の熱変形や外力による影響を前記熱伝導材８が前記４隅のはんだボール９ａ及び前記基板固定台座２ｄに最も近いはんだボール９ｂへ与え接続寿命が低下することを防止するため、前記放熱台座２ａの形状を変更した。

（第１の実施形態）
図４（４Ａ〜４Ｃ）は当該発明の第１実施形態を示している。前記放熱台座２ａにおいて、図１のｘ方向を正面にして見た際、前記基板固定台座２ｄに最も近いはんだボール９ｂが投影される面に凹部２ｅを設けることで、前記パッケージ７ａに前記熱伝導材８が直接付着することによる筐体の熱変形や外力の影響を、最も接続寿命が弱いはんだボール９ｂへ及ばさないようにして、はんだ接続寿命の低下を防止する構造である。

換言すれば、熱伝導材８は、図４Ｂ、４Ｃに示すように、ＢＧＡ７（電子部品）と放熱台座２ａの間に配置されるが、ＢＧＡ７の放熱台座２ａ側の面Ｓ１（第１の面）の１つの隅Ｓ１Ｃに配置されない。

本実施形態では、放熱台座２ａは、面Ｓ１（第１の面）の１つの隅Ｓ１Ｃに対向する凹部２ｅ（第１の凹部）を有する。詳細には、凹部２ｅは、基板固定台座２ｄに最も近い面Ｓ１の隅Ｓ１Ｃに対向する。

以上説明したように、本実施形態によれば、４隅のはんだボール９のうち最も接続寿命が短いはんだボール９ｂについて筐体の熱変形や外力による影響が減少するため、ＢＧＡ７（電子部品）と回路基板３（基板）の接続信頼性を向上することができる。

（第２の実施形態）
図５（５Ａ〜５Ｃ）は当該発明の第２実施形態を示している。図１のｘ方向を正面にして見た際、前記放熱台座２ａにおいて前記熱伝導材８が塗布される面が、前記４隅のはんだボール９ａが投影される面より内側の領域にあることを特徴とするものである。

換言すれば、図５Ｂ、５Ｃに示すように、放熱台座２ａのＢＧＡ７（電子部品）側の面Ｓ２（第２の面）をＢＧＡ７の回路基板３（基板）側の面（第３の面）に投影して得られる図形は、はんだボール９の配列のうち最外周に配置されるはんだボール９によって囲まれる領域Ｓ３ａ内にある。

前記パッケージ７ａに前記熱伝導材８が直接付着することによる筐体の熱変形や外力の影響を、前記４隅のはんだボール９ａや最も接続寿命が弱い前記はんだボール９ｂへ及ばさないようにして筐体の熱変形や外力による影響を低減することではんだ接続寿命低下を防止している。

以上説明したように、本実施形態によれば、４隅のはんだボール９のすべてについて筐体の熱変形や外力による影響が減少するため、ＢＧＡ７（電子部品）と回路基板３（基板）の接続信頼性を向上することができる。

（第３の実施形態）
図６（６Ａ〜６Ｃ）は当該発明の第３実施形態を示している。前記放熱台座２ａにおいて前記電子部品としてのＢＧＡ７に対向する面に前記熱伝導材８を塗布する凹形状２ｆを設けたものであり、図１のｘ方向を正面にして見た際、前記凹形状２ｆの前記熱伝導材８が塗布される面２ｆ１が、前記４隅のはんだボール９ａより内側の領域にあることを特徴とするものである。

換言すれば、放熱台座２ａは、図６Ｂ、６Ｃに示すように、ＢＧＡ７（電子部品）に対向する凹形状２ｆ（第２の凹部）を有する。凹形状２ｆをＢＧＡ７の回路基板３（基板）側の面Ｓ３（第３の面）に投影して得られる図形は、はんだボール９の配列のうち最外周に配置されるはんだボールによって囲まれる領域Ｓ３ａ内にある。熱伝導材８は、凹形状２ｆとＢＧＡ７との間に配置される。

前記パッケージ７ａに前記熱伝導材８が直接付着することによる筐体の熱変形や外力の影響を、前記４隅のはんだボール９ａや最も接続寿命が弱い前記はんだボール９ｂへ及ばさないようにして筐体の熱変形や外力による影響を低減することではんだ接続寿命低下を防止している。

また前記凹形状２ｆに前記熱伝導材８が塗布されることにより、前記凹形状２ｆの壁２ｆ２（壁部）が前記熱伝導材８の前記はんだボール９への付着を抑制することで、はんだ接続寿命の低下を防止する構造である。

以上説明したように、本実施形態によれば、４隅のはんだボール９のすべてについて筐体の熱変形や外力による影響が減少するため、ＢＧＡ７（電子部品）と回路基板３（基板）の接続信頼性を向上することができる。また、凹形状２ｆ（第２の凹部）により熱伝導材８が移動することを抑制することができる。

（第４の実施形態）
図７（７Ａ〜７Ｃ）は当該発明の第４実施形態を示している。前記凹形状２ｆに凸形状２ｆ３を設けたことを特徴とする。

換言すれば、図７Ｂに示すように、放熱台座２ａは、凹形状２ｆ（第２の凹部）の底面に、ＢＧＡ７（電子部品）に対向する凸形状２ｆ３（凸部）を有する。

前記放熱台座２ａと前記パッケージ７ａ（電子部品パッケージ）とのクリアランスは一定であるため、第３実施形態では前記凹形状２ｆを設けたことによる放熱効率の低下の恐れがある。

当該発明の第４実施形態は、前記凸形状２ｆ３の設置により放熱効率の低下を防止した構造である。

以上説明したように、本実施形態によれば、４隅のはんだボール９のすべてについて筐体の熱変形や外力による影響が減少するため、ＢＧＡ７（電子部品）と回路基板３（基板）の接続信頼性を向上することができる。また、凹形状２ｆ（第２の凹部）により熱伝導材８が移動することを抑制することができる。さらに、凸形状２ｆ３（凸部）により放熱効率を確保することができる。

なお、本発明は上記した実施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、上述した実施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。また、ある実施形態の構成の一部を他の実施形態の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施形態の構成に他の実施形態の構成を加えることも可能である。また、各実施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。

なお、本発明の実施形態は、以下の態様であってもよい。

（１）電子部品が配置される基板と、前記基板を収容する筐体とを備える電子制御装置において、前記筐体は、電子部品に対向して突出する放熱台座を有し、前記電子部品は、複数のアレイ状に配列したはんだボールを介して前記回路基板に電気的に接続され、前記放熱台座と前記電子部品のパッケージとの間には、熱伝導材が配置され、前記熱伝導材が塗布される前記放熱台座において、前記放熱台座の角部と前記基板固定台座とが成す距離が最も近い位置に凹部を設けたことを特徴とする電子制御装置。

（２）電子部品が配置される基板と、前記基板を収容する筐体とを備える電子制御装置において、前記筐体は、電子部品に対向して突出する放熱台座を有し、前記電子部品は、複数のアレイ状に配列したはんだボールを介して前記回路基板に電気的に接続され、前記放熱台座と前記電子部品のパッケージとの間には、熱伝導材が配置され、前記熱伝導材が塗布される前記放熱台座上の面が、最外周の前記はんだボールより内側に位置することを特徴とする電子制御装置。

（３）電子部品が配置される基板と、前記基板を収容する筐体とを備える電子制御装置において、前記筐体は、電子部品に対向して突出する放熱台座を有し、前記電子部品は、複数のアレイ状に配列したはんだボールを介して前記回路基板に電気的に接続され、前記放熱台座と前記電子部品のパッケージとの間には、熱伝導材が配置され、前記放熱台座に前記熱伝導材の塗布部である凹形状が設けられ、前記凹形状が最外周の前記はんだボールより内側に位置することを特徴とする電子制御装置。

（４）（３）記載の電子制御装置において、前記放熱台座と前記電子部品のパッケージとの間には、熱伝導材が配置され、前記放熱台座に前記熱伝導材塗布部である凹形状が設けられ、前記凹形状が最外周の前記はんだボールより内側に位置し、前記凹形状内に凸形状を設けたことを特徴とする電子制御装置。

（５）（１）から（４）のいずれかに記載の電子制御装置において、前記熱伝導材は熱伝導グリス、あるいは熱伝導接着材、あるいは熱伝導シートであることを特徴とする電子制御装置。

すなわち、電子部品を実装する回路基板と、該基板を内包する筐体との間を、柔軟性を有する熱伝導材を用いて熱的に接続する構成の電子制御装置において、ＢＧＡで最もはんだ接続寿命が短い４隅（角部）に直接前記熱伝導材から影響を与えないよう、前記放熱台座の形状を変更した。

１…ケース
２…カバー
２ａ…放熱台座
２ｂ…カバー固定部
２ｃ…カバー底壁
２ｄ…基板固定台座
２ｅ…放熱台座２ａへ設ける凹部
２ｆ…放熱台座２ａに設ける凹形状
２ｆ１…２ｆにおいて、熱伝導材８が塗布される面
２ｆ２…凹形状部２ｆと放熱台座２ａからなる壁
２ｆ３…凹形状２ｆに設ける凸形状
３…回路基板
４…コネクタ
５…筐体固定ネジ
６…回路基板固定ネジ
７…ＢＧＡ
７ａ…電子部品パッケージ
７ｂ…チップ
７ｃ…インターポーザー基板
８…熱伝導材
９…はんだボール
９ａ…ＢＧＡ７の４隅のはんだボール
９ｂ…基板固定台座２ｄに最も近いＢＧＡ７の４隅のはんだボール
２０…電子制御装置

Claims (7)

1. 基板と、
   前記基板に電気的に接続されるはんだボールの配列を有する電子部品と、
   前記電子部品に対向する放熱台座を有する筐体と、
   前記電子部品と前記放熱台座の間に配置される熱伝導材と、を備え、
   前記熱伝導材は、
   前記電子部品の前記放熱台座側の第１の面の少なくとも１つの隅に配置されない
   ことを特徴とする電子制御装置。
2. 請求項１に記載の電子制御装置であって、
   前記放熱台座は、
   前記第１の面の少なくとも１つの隅に対向する第１の凹部を有する
   ことを特徴とする電子制御装置。
3. 請求項２に記載の電子制御装置であって、
   前記筐体は、
   前記基板が固定される基板固定台座をさらに有し、
   前記第１の凹部は、
   前記基板固定台座に最も近い前記第１の面の隅に対向する
   ことを特徴とする電子制御装置。
4. 請求項１に記載の電子制御装置であって、
   前記放熱台座の前記電子部品側の第２の面を前記電子部品の前記基板側の第３の面に投影して得られる図形は、前記はんだボールの配列のうち最外周に配置されるはんだボールによって囲まれる領域内にある
   ことを特徴とする電子制御装置。
5. 請求項１に記載の電子制御装置であって、
   前記放熱台座は、
   前記電子部品に対向する第２の凹部を有し、
   前記第２の凹部を前記電子部品の前記基板側の第３の面に投影して得られる図形は、前記はんだボールの配列のうち最外周に配置されるはんだボールによって囲まれる領域内にあり、
   前記熱伝導材は、前記第２の凹部と前記電子部品との間に配置される
   ことを特徴とする電子制御装置。
6. 請求項５に記載の電子制御装置であって、
   前記放熱台座は、
   前記第２の凹部の底面に、前記電子部品に対向する凸部を有する
   ことを特徴とする電子制御装置。
7. 請求項１に記載の電子制御装置であって、
   前記熱伝導材は、
   熱伝導グリス、熱伝導接着材、又は熱伝導シートである
   ことを特徴とする電子制御装置。

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