车载控制装置及制造方法

技术领域

本发明涉及车载控制装置及其制造方法。

背景技术

在汽车上搭载了从摄像头图像识别外界环境的ECU(Electronic Control Unit)、根据识别出的外界信息决定行驶路线的自动驾驶ECU等各种ECU。近年来，将这些功能不同的多个ECU集成在一起的集成ECU的开发正在推进，随着发热量的增加，要求比到目前为止进一步提高散热性能。作为电子元器件的散热结构，已知的是将散热翅片竖立在收纳电路基板的壳体上从而扩大散热面积的结构(专利文献1等)。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本专利特开2007-88376号公报

发明内容

发明所要解决的技术问题

车载控制装置不仅需要散热性能，还需要轻量性，以提高燃料消耗性能和环境适应性。但是，车载控制装置的散热翅片是通过作为模具铸造法的一种的压铸形成的，由于需要对模具进行材料的压入和脱模，所以翅片的厚度和间距受到很大限制，散热性能的提高也未必容易。另外，实际情况是由于压铸所使用的素材(例如AD12材料)的性质，轻量化也很困难。关于专利文献1，针对散热翅片也只记载为铝制，没有关于制作方法的记载，但是由于散热翅片的厚度写明为2mm，所以毫无疑问是铝压铸制造的。

本发明的目的在于提供一种能够高度兼顾轻量性和散热性能的车载控制装置及其制造方法。

用于解决技术问题的技术手段

为了达到上述目的，本发明的车载控制装置包括基座、固定到所述基座的盖部、收纳在所述基座和所述盖部的电路基板、以及安装在所述电路基板上的电子元器件，所述基座和所述盖部中的至少一方以一块钢板材料作为材料，并且设为由所述钢板材料的一部分形成的多个散热翅片和由所述钢板材料的剩余部分形成的主体(14)的一体结构物。

发明效果

根据本发明，能高度兼顾轻量性和散热性能。

附图说明

图1是本发明的实施方式1的车载控制装置的从盖部侧观察的立体图。

图2是本发明的实施方式1的车载控制装置的展开图。

图3是本发明的实施方式1的车载控制装置的从基座侧观察得到的立体图。

图4是图3中的IV部的放大图。

图5是朝图4中的箭头V方向观察得到的散热翅片的结构图。

图6是例示本发明的实施方式1的车载控制装置的安装状态的图。

图7是本发明的实施方式1所涉及的车载控制装置的安装状态沿图6中的箭头VII方向观察得到的图。

图8是本发明的实施方式2的车载控制装置的从基座侧观察得到的立体图。

图9是本发明的实施方式2的车载控制装置的区域A所具备的散热翅片的结构图。

图10是本发明的实施方式2的车载控制装置的区域B所具备的散热翅片的结构图。

图11是本发明的实施方式3的车载控制装置的从盖部侧观察得到的立体图。

图12是本发明的实施方式3的车载控制装置的从基座侧观察得到的立体图。

图13是表示本发明的实施方式3的车载控制装置的局部剖面的外形线的图。

图14是本发明的实施方式4的车载控制装置的从盖部侧观察的立体图。

图15是本发明的实施方式4的车载控制装置的从基座侧观察得到的立体图。

图16是表示本发明的实施方式4的车载控制装置的局部剖面的外形线的图。

图17是表示一般的铝压铸制翅片的截面的外形线的图。

具体实施方式

在下文中,使用附图说明本发明的实施方式。

<实施方式1>

-车载控制装置-

图1是本发明的实施方式1所涉及的车载控制装置的从盖部侧观察得到的立体图，图2是展开图，图3是从基座侧观察得到的立体图，图4是图3中的IV部的放大图，图5是图4中的沿箭头V方向观察的散热翅片的结构图。另外，图6是例示车载控制装置的安装状态的图，图7是沿图6中的箭头VII方向对其进行观察得到的图。

图1-图7所示的车载控制装置1(以下简称为控制装置1)是计算机的一种，是安装在汽车的结构物上的车载的ECU(电子控制单元)。例如，将以下的各实施方式中说明的控制装置1搭载在汽车的发动机舱中，但也可以搭载在汽车的发动机舱以外的部位。控制装置1包括基座10、盖部20、电路基板30(图2)和电子元器件。以下对这些结构要素进行说明。

－基座－

基座10是车载控制装置1的基部结构体，并且由通用的钢板材料(热轧钢板或冷轧钢板)制成。具体地说，基座10是整个矩形的板状构件，并且通过对钢板材料的表层进行切削并使根部弯曲(切削立起)来将多个散热翅片15(后述)立起来。具体地，在对钢板材料进行冲压成型从而形成基座10的基本形状(后述)之后，对经冲压的钢板材料的表面的规定区域进行切削加工从而形成多个散热翅片15。特别地，在本实施方式中，基座10由铝板材料制成，并且没有进行电镀等涂层加工。如图2所示，在基座10的四个角附近分别设置有向上方(向盖部20侧)突出的外螺纹部11。此外，螺纹孔12分别设置在基座10的四个角中。

-盖部-

盖部20形成为朝基座10的相反侧(图1的Z方向)凸出的圆顶形状，与基座10一起构成控制装置1的壳体，并且通过多个(本实施方式中为四个)螺钉5固定到基座10。各螺钉5经由在盖部20的四个角所打开的通孔22(图2)拧入基座10的螺纹孔12中。由此，盖部20紧固到基座10，并与基座10一起包围并保护电路基板30。在本实施方式中，盖部20的材料采用例如PBT(聚对苯二甲酸丁二醇酯)、PPS(聚苯硫醚)、PA(尼龙)等树脂，以实现盖部20的轻量化。然而，可以用以铝或铁等为主要成分的金属来构成盖部20。

此外，密封件9被夹在基座10和盖部20之间，从而提高基座10和盖部20之间的防水性和气密性。例如，可以将由硅基、环氧基或聚氨酯基等材料构成的粘接剂或由橡胶基材料构成的O形环用于密封件9。

在本实施方式中，控制装置1通过凸缘23安装到汽车的结构物(例如，图6所示的汽车侧支架BKT)。在本实施方式中，凸缘23与盖部20一体地成型，但是也可以是在基座10上形成凸缘23的结构。在将凸缘23形成在基座10上的情况下，例如，在由钢板材料对基座10进行压制成型时，可以一并形成凸缘23。凸缘23分别设置在与后述的散热翅片15沿基座10的主体14延伸的方向(图1的X方向)正交的方向(图1的Y方向)上的盖部20的两端。上述凸缘23由从盖部20在基座10侧(图1中的-Z方向)跨越基座10延伸的腿部23a、和从腿部23a的前端在外侧(±Y方向)延伸的接地部23b形成为L字形(图7)。各个接地部23b通过多个安装螺钉4(本实施方式中各两个)紧固到汽车侧支架BKT，从而将控制装置1固定到汽车的结构物。此外，通过腿部23a确保用于在汽车的结构物(汽车侧支架BKT)和基座10的主体14之间使空气通过的通风空间VS(图7)。为了避免散热翅片15与汽车的结构物(汽车侧支架BKT)的接触，将腿部23a的高度(Z方向尺寸)设定为大于散热翅片15的高度H(图5)。

-电路基板/电子元器件-

电路基板30收纳在基座10和盖部20中。电子元器件和连接器49安装在该电路基板30上。该电路基板30在四个角设有通孔31(图2)，通过使基座10的上述外螺纹部11穿过这些通孔31，并将螺母6(图2)紧固到外螺纹部11，从而固定到基座10。

连接器49由PBT(聚对苯二甲酸丁二醇酯)、PA(聚酰胺)、PPS(聚苯硫醚)等树脂形成。该连接器49具有多个由以铜为主要成分的金属构成的连接器端子，并且连接到从汽车侧的通信对方设备延伸的线束的前端的连接器(未图示出)。连接器端子是用于在连接对方之间传递电压和电流的端子，并且通过焊接或压接等连接到在电路基板30上形成的电路。连接器49从由基座10和盖部20构成的壳体露出，但上述密封件9也介于连接器49与基座10和盖部20之间。由此，连接器49的周围也通过用密封件9密封来确保防水性。

虽然未图示出所有电子元器件，但是可以包括BGA(Ball grid array：球栅阵列)封装和QFN(Quad flat no lead package：四方扁平无引线封装)封装等各种电子元器件。图2示出了BGA封装40。

－散热翅片－

如上所述，基座10由作为一个通用材料的钢板材料(本实施方式中的铝板材，例如JIS标准的A5052等)制成。基座10由以一块钢板材料作为材料，并且是由该钢板材料的一部分形成的薄板状的多个散热翅片15和由钢板材料的剩余部分(即，除散热翅片15以外的部分)构成的主体14的一体结构物。也就是说，主体14和散热翅片15原本是同一块钢板材料。各个散热翅片15是具有相同形状和大小的矩形的平滑的薄板，散热翅片15全部以一定间距平行于与安装在电路基板30上的电子元器件等冷却对象物的位置相对应的区域。在基座10的制造过程中，首先冲压加工钢板材料，从而形成用于盖部20和密封件9的位置对齐的具有较小凹凸的基本形状(基座10的半成品)。通过切削加工对经过冲压加工形成基本形状的该钢板材料的规定区域的表层进行切削并使其立起(切削立起)的部分是散热翅片15。与切削和磨削不同，作为素材的钢板材料几乎不产生被削落的部分。使散热翅片15切削立起的钢板材料的表面是控制装置1的外壁面(与电路基板30相反一侧的面)，在本实施方式中是与控制装置1中的汽车的结构物(汽车侧支架BKT)的相对面。而且，在使散热翅片切削立起之后剩余的母材部分，即冲压加工后的钢板材料中除散热翅片15之外的部分是基座10的主体14。

多个散热翅片15位于通过上述凸缘23在汽车的结构物(汽车侧支架BKT)和基座10的主体14之间所确保的通风空间VS中。散热翅片15是暴露在控制装置1的外廓的外壁面上的元件，以这种方式被基座10的主体14、汽车的结构物和两个凸缘23包围并保护。在本实施方式的情况下，各个散热翅片15在图1所示的XYZ坐标系中平行于XZ平面地形成。因此，如上所述，在配置在盖部20的Y方向的两侧的凸缘23之间形成的通风空间VS在X方向、即在多个散热翅片15沿基座10的主体14的表面延伸的方向的两侧开口。

通过将钢板材料的一部分表层切削立起来作为散热翅片15，从而在基座10的主体14具有表面(与电路基板30相反一侧的面)凹陷规定的台阶尺寸s的较薄的长方体形状的凹处14a(图5)。各个散热翅片15竖立在该凹处14a上，并且凹处14a与各个散热翅片15的宽度(在本示例中X方向上的宽度)相对应。如图5所示，多个散热翅片15在基座10的靠近主体14的根部部分和远离主体14的前端部分的厚度分别相等。

在本实施方式中，在各个散热翅片15的厚度为t，相邻的两个散热翅片15的面间距离为d，各个散热翅片的高度(从凹处14a到散热翅片15的前端的距离)为H，台阶尺寸(凹处14a的深度)为s时，以下关系成立。

t×(H－s)＝d×s…(式1)

也就是说，在图5中，散热翅片15中的除了与凹处14a重叠的部分以外的部分A1的体积相当于凹处14a的相邻的两个散热翅片15的面间部分A2的体积。

因此，通过相对于切削加工前的钢板材料的厚度T，调节各个散热翅片15的厚度t、相邻的两个散热翅片15的面间距离d、各个散热翅片的高度H、台阶尺寸s，从而能制造所期望的尺寸的散热翅片。这种切削加工能以夹距形成与压铸制的散热翅片相比更薄的散热翅片。在本实施方式的情况下，例如，能使散热翅片15的厚度t在用压铸制的散热翅片难以实现的0.4mm以下。在这种情况下，多个散热翅片15的总表面积是散热翅片15的设置区域(切削加工的区域)的在俯视基座10时的面积的8倍以上。

-比较例-

图17是表示一般的铝压铸制翅片的截面的外形线的图。用于汽车的控制装置(ECU)中所使用的散热翅片一般是压铸制(例如铝压铸制)。因此，由于需要考虑所压入的压铸材料的模具内部的液体流动性和脱模性，因此散热翅片需要相应的厚度(例如2mm左右)，间距也需要相当的距离(例如4mm左右)。因此，可以在一定宽度的区域中形成的散热翅片的数量也受到较大限制。

另外，由于需要模具的拔模斜度，如图17所示，压铸制的散热翅片朝向根部时厚度增加。还需要根部部分的圆角，难免会产生废料。此外，由于压铸材料(例如AD12材料)的特性，即使是铝基材料，由于铝的纯度较低，与高纯度的铝板材料相比，其比重更大，耐盐害的腐蚀性也更低。

－效果－

(1)在本实施方式中，将通用的钢板材料用作基座10。虽然压铸材料在特性上不适合于使散热翅片切削立起，但是通过使用通用的钢板材料，能将表层的一部分切削得较薄，并使其立起来作为散热翅片15。由此，通过使用钢板材料作为材料，与压铸相比，能以较窄的间距设置多个较薄的散热翅片15，与以往相比能大幅扩大散热面积，能较大地提高散热性能。此外，由于高纯度的钢板材料的材料特性，基座10比压铸制造的现有结构更轻。由此，根据本实施方式的控制装置1，能高度地兼顾轻量性和散热性能。

(2)由于可以对钢板材料的表层进行切削并形成散热翅片15，因此不需要像压铸那样考虑在模具内部的液体流动性和脱模性。散热翅片15的根部不需要圆角，也不需要模具的拔模斜度，也不需要废料。

因此，如果没有考虑模具而限制散热翅片15的形状，选择形成散热翅片15所需的足够板厚的钢板材料，则能灵活地改变散热翅片15的高度、厚度、间距、片数的设定。关于用作材料的钢板材料的板厚，如关于前倾的(式1)所说明的那样，若考虑到图5的部分A1、A2的体积所对应的情况，则能容易地进行选择。因此，能根据与控制装置1的发热量相对应地要求的散热面积来灵活地设计并制造散热翅片15，如本实施方式那样，散热翅片15的总表面积可以是散热翅片15的设置区域的在俯视时的面积的8倍以上。通过提高散热能力，进而能有助于提高包括电子元器件在内的控制装置1的设计自由度。

通常，也可以通过焊接、钎焊、粘接剂等将散热翅片后装到控制装置的壳体上。与之相对地，由于本实施方式的散热翅片15是由与基座10的主体部相同的钢板材料形成的一体结构物，因此与后装散热翅片的情况不同，不发生焊接等工序，能低成本地制造散热翅片。材料为通用的钢板材料也有助于降低成本。此外，虽然焊接、钎焊和粘接可能导致质量产生偏差，但在本实施方式中，通过在机械加工中使散热翅片15立起，质量稳定性优异。由于由相同的钢板材料一体地形成包括散热翅片15在内的基座10，因此在强度方面也是有利的，由于基座10全部由具有高纯度的相同材料构成，因此能确保较高的热传导性。

(3)如上所述，基座10是通过在对钢板材料进行冲压成型之后对表面进行切削加工来形成多个散热翅片15来制造的。也就是说，在组装控制装置1时，通过冲压加工来形成具有用于放置密封件9和盖部20的凹陷等的基本形状，并且在该基本形状上，通过切削加工来形成散热翅片15。也可以在钢板材料的规定位置上进行切削加工，形成多个散热翅片，然后通过冲压成型来加工基本形状。这样，通过组合冲压加工和切削加工，能由通用钢板材料制作的基座10的形状的自由度也增加了。此外，通过应用切削加工，还容易对钢板材料的表层进行切削立起，形成散热翅片15。

(4)采用高纯度铝板材作为钢板材料，与杂质较多的压铸材料(例如AD12材料)相比，抗盐害的腐蚀性也有很大提高。

(5)另外，关于散热翅片15的布局，通过凸缘23确保在汽车的结构物(本实施方式中为汽车侧支架BKT)和基座10的主体14之间所确保的通风空间VS，并且将散热翅片15配置在该通风空间VS中。由此，散热翅片15可以处于被汽车的结构物、主体14和凸缘23包围的状态，并且通过将材料用于散热翅片15，能保护主体14变薄的部分避免与障碍物之间发生干扰等。

(6)另外，由于通风空间VS沿主体14的外壁面在散热翅片15延伸的方向上开口，因此能够沿着散热翅片15将气流导入通风空间VS。由此，能使冷却空气接触各个散热翅片15，并且能有效地发挥散热翅片15的散热能力。

(7)如上所述，在本实施方式中，由于不需要模具的拔模斜度，因此能使散热翅片15从根部到前端具有相同的厚度。在如图17所示的压铸的情况下，由于需要模具的拔模斜度，散热翅片的根部变厚，热容量变大。与此相对地，在本实施方式中，散热翅片15的根部部分也可以与前端部分一样薄，因此能在散热翅片15的根部部分有效地释放由电子元器件产生并经由主体14传递的热量。

(8)由于散热翅片15的设置区域的主体14相对于散热翅片15的非设置区域变薄，因此，例如，在散热翅片15之间产生气流时，主体14的被薄壁化的部分能有助于提高散热性能。

(9)在本实施方式中，散热翅片15竖立在作为主体14的薄壁部分的凹处14a中。因此，除了使主体14薄壁化的效果(8)之外，与将散热翅片15竖立在主体14的其他部位的情况相比，即使是相同大小的散热翅片，也可以使散热翅片15向电路基板30侧偏移凹处14a的深度。由此，与具有相同的散热面积的其它控制装置相比，控制装置1实际占有的容积以及控制装置1的设置空间被抑制，控制装置1的布局的自由度增加。

<实施方式2>

图8是本发明的实施方式2所涉及的车载控制装置的从基座侧观察得到的立体图，与实施方式1的图3对应。此外，图9是设置在图8所示的区域A中的散热翅片的结构图，图10是设置在图8所示的区域B中的散热翅片的结构图，并且它们都对应于实施方式1的图5。在图8-图10中，对与实施方式1相同或对应的部分标注与已示出附图相同的标号，并省略说明。

本实施方式与实施方式1的不同之处在于，多个散热翅片分别设置在远离基座10的多个区域(本示例中的两个区域A、B)中，并且在每个区域的散热翅片的厚度t、高度H和间距p不同。

在本实施方式中，区域A的散热翅片15A和区域B的散热翅片15B的厚度t、高度H、间距p和片数全部不同。散热翅片15A、15B都是对应于实施方式1的散热翅片15的元件，并且以与散热翅片15相同的方法来形成。例如，对于厚度t和间距p，区域B的散热翅片15B被设定得较大，对于高度H、片数，区域A的散热翅片15A被设定得较大。然而，这些厚度t、高度H、间距p、片数的值是根据区域A、B所需的散热面积而适当设定的，因此根据所需的散热面积而改变任意一个即可。

关于其他方面，本实施方式与实施方式1相同。

与实施方式1相同地，散热翅片的设计自由度较高，因此能根据安装在电路基板30上的电子元器件的位置在控制装置1的内部设置多个散热翅片的设置区域，并且能根据作为冷却对象的电子元器件的发热量灵活地设定散热翅片的尺寸和片数。由此，能根据各种电子元器件的发热量和布局来控制每个部位的散热量，能避免控制装置1的壳体的热集中，从而使温度分布均等化。

另外，本实施方式的结构也可应用于以下说明的实施方式3或实施方式4。

<实施方式3>

图11是本发明的实施方式3的车载控制装置的从盖部侧观察得到的立体图，图12是从基座侧观察得到的立体图，图13是表示局部截面的外形线的图。图11以及图12对应于实施方式1的图1以及图3。在图11-图13中，对与已经说明的实施方式相同或对应的部分标注与已经示出的附图相同的标号，并省略说明。

在本实施方式中，基座10和盖部20中的一方(在本例中为基座10)是与实施方式1相同地由钢板材料形成的多个散热翅片15与主体14的一体结构物。与实施方式1的不同之处在于，基座10和盖部20中的另一个(在本例中为盖部20)是压铸的，并且具有压铸制的翅片25。

在本实施方式中，与实施方式1不同，控制装置1的盖部20由压铸铝制成，并且在盖部20的外壁面(与电路基板30和基座10相反一侧的面)设置有压铸铝制成的翅片25。与实施方式1相同地，基座10采用对钢板材料进行冲压成型并通过切削加工来形成散热翅片15的基座。基座10的散热翅片15朝向汽车的结构物(例如，汽车侧支架BKT)(图13中向下方)延伸，盖部20的翅片25在与汽车的结构物的相反侧(图13中向上方)延伸。如图13所示，为了便于使用模具制作，压铸制的翅片25比基座10的散热翅片15更厚，并且间距也更大，因此片数也更少。

此外，在图13中，安装在电路基板30上的作为冷却对象的电子元器件41的表面经由上表面热传导油脂42与盖部20的翅片25的设置区域的内壁面接触。由此，经由上表面热传导油脂42从电子元器件41传热到盖部20，并从翅片25散热。另一方面，电子元器件41经由导热孔43和下表面热传导油脂44，与基座10的散热翅片15的设置区域的内壁面接触。因此，经由导热孔43和下表面热传导油脂44从电子元器件41传热到基座10，并从散热翅片15散热。虽然在实施方式1和实施方式2中没有详细图示，但是从电子元器件到散热翅片15的传热结构在实施方式1和实施方式2中与图13所示的结构相同。

如本实施方式中所示，从钢板材料切出的散热翅片15可以与采用了以往的压铸制的翅片结构的部件组合。由于盖部20一侧不与汽车的结构物相对，因此翅片25呈露出的样子，但是也可以采用将具有压铸制的厚度的翅片25应用于该部位的结构。通过采用本实施方式的结构，能通过散热翅片15从基座10一侧进行散热，通过压铸制的翅片25从盖部20一侧进行散热，能通过从控制装置1的上下两个表面进行散热来进一步提高冷却效率。

<实施方式4>

图14是本发明的实施方式4的车载控制装置的从盖部侧观察得到的立体图，图15是从基座侧观察得到的立体图，图16是表示局部截面的外形线的图。图14以及图15对应于实施方式1的图1以及图3。图16对应于实施方式3的图13。在图14-图16中，对与已经说明的实施方式相同或对应的部分标注与已经示出的附图相同的标号，并省略说明。

本实施方式与实施方式1的不同之处在于，基座10及盖部20双方与实施方式1的基座10相同，是由钢板材料构成的多个散热翅片与剩余部分的主体的一体结构物。

在本实施方式中，控制装置1的盖部20与基座10同样地由钢板材料形成，并且在通过冲压加工形成基本形状之后，例如通过切削加工使外壁面的表层切削立起，从而形成多个散热翅片15。进行切削加工的外壁面是盖部20中的与电路基板30和基座10相反一侧的面。基座10的散热翅片15朝向汽车的结构物(例如，汽车侧支架BKT)(图16中向下方)延伸，与之相对地，盖部20的散热翅片15在与汽车的结构物相反的一侧(图16中向上方)延伸。由于盖部20的散热翅片15是不与汽车的结构物相对并露出的结构，因此高度H被抑制为在Z方向上不比连接器49的上端面更突出。盖部20和基座10的散热翅片15的结构和形成方法相同。

在图16的示例中，从电子元器件41经由导热孔43和下表面热传导油脂44向基座10传热，并从基座10的散热翅片15散热。此外，电子元器件41中产生的热量还经由上表面热传导油脂42传热到盖部20，还从盖部20的散热翅片15散热。

根据本实施方式，将散热翅片15应用于控制装置1的上、下两个表面，能使散热面积与实施方式1相比加倍，有望相应地提高冷却效率。

＜变形例＞

在将从钢板材料切出的散热翅片15仅设置在基座10和盖部20中的一方的实施方式中，已经举例说明了将散热翅片15设置在基座10中的结构，但是散热翅片15也可以设置在盖部20中，而不是设置在基座10中。此外，尽管已经示出了将通用的铝板材作为用于切出散热翅片15的钢板材料的示例，但是例如，可以采用例如适于切削加工的铁板材料或铜板材料等其它材质的钢板材料。然而，在需要抗盐害的腐蚀性的情况下，期望在形成散热翅片15之后，对铁板材料和铜板材料实施电镀等涂层加工从而提高抗盐害的腐蚀性。换句话说，即使不进行这种涂层加工，也能获得较高的抗盐害的腐蚀性，这是选择铝板材的一大优点。

标号说明

1…车载控制装置，10…基座，14…主体，14a…凹处，15、15A、15B…散热翅片，20…盖部，23…凸缘，25…压铸制的翅片，30…电路基板，

40…BGA封装(电子元器件)，41…电子元器件，d…面间距离，H…高度，

p…间距，s…台阶尺寸，t…厚度，VS…通风空间(空间)。