JP2010267724A - Electronic device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、発熱部品と、この発熱部品の温度を検出するための感熱素子とが搭載された回路基板を有する電子機器に関する。 The present invention relates to an electronic apparatus having a circuit board on which a heat generating component and a heat sensitive element for detecting the temperature of the heat generating component are mounted.
従来から、例えば、自動車用電子機器、家電用電子機器、産業機器用電子機器、医療機器用電子機器等の電子機器においては、大電流が流されるトランジスタ等の発熱部品と、この発熱部品の温度(過熱)を検出するための感熱素子とを回路基板に搭載し、過電流等による発熱を検知して電子機器の破損等を未然に防止できる構成とすることが知られている。 Conventionally, for example, in electronic devices such as automotive electronic devices, household electronic devices, industrial device electronic devices, and medical device electronic devices, a heat generating component such as a transistor through which a large current flows and the temperature of the heat generating component It is known that a heat sensitive element for detecting (overheating) is mounted on a circuit board, and heat generation due to overcurrent or the like is detected to prevent damage to electronic equipment.
上記構成の電子機器では、感熱素子を発熱部品に近接するように配置し、感熱素子によって発熱部品の発熱を検知する構成とすることが知られている(例えば、特許文献1参照。)。また、感熱素子を、回路基板の発熱部品が搭載された位置の裏面側に配置した構成とすることが知られている(例えば、特許文献2参照。)。さらに、感熱素子を、発熱部品に電気的に接続された配線パターンからなる電気伝導路に設け、発熱部品の発熱を検知する構成とすることが知られている(例えば、特許文献3参照。) In the electronic apparatus having the above-described configuration, it is known that the thermal element is disposed so as to be close to the heat generating component, and the heat generation of the heat generating component is detected by the thermal element (see, for example, Patent Document 1). In addition, it is known that the thermosensitive element is arranged on the back side of the position where the heat generating component of the circuit board is mounted (see, for example, Patent Document 2). Furthermore, it is known that a heat sensitive element is provided in an electric conduction path composed of a wiring pattern electrically connected to a heat generating component to detect heat generation of the heat generating component (see, for example, Patent Document 3).
上記した従来の電子機器のうち、感熱素子を発熱部品に近接するように配置した電子機器では、発熱部品と感熱素子との間に存在する空気層によって熱伝達が影響されるため、温度検出の応答遅れが生じる上に、正確に発熱部品の温度検出を行うことが困難であるという問題がある。 Among the above-described conventional electronic devices, in an electronic device in which a thermal element is arranged so as to be close to a heat-generating component, heat transfer is affected by an air layer existing between the heat-generating component and the heat-sensitive element. In addition to causing a response delay, it is difficult to accurately detect the temperature of the heat generating component.
また、上記した従来の電子機器のうち、感熱素子を、回路基板の発熱部品が搭載された位置の裏面側に配置した構成の電子機器では、熱伝達が基板の熱伝導率に依存するため、温度検出の応答遅れが生じる上に、正確に発熱部品の温度検出を行うことが困難であるという問題がある。 In addition, among the above-described conventional electronic devices, in the electronic device having a configuration in which the thermal element is arranged on the back side of the position where the heat generating component of the circuit board is mounted, heat transfer depends on the thermal conductivity of the substrate, In addition to a delay in response to temperature detection, it is difficult to accurately detect the temperature of the heat generating component.
また、上記した従来の電子機器のうち、感熱素子を、発熱部品に電気的に接続された配線パターンからなる電気伝導路に設けた構成の電子機器では、配線パターンが電気経路を構成しており、他の部品等と電気的に接続されているため、配線パターンを通じた放熱が起き、また配線パターンの熱容量も大きくなるため、温度検出の応答遅れが生じる上に、正確に発熱部品の温度検出を行うことが困難であるという問題がある。 In addition, among the above-described conventional electronic devices, in the electronic device having the configuration in which the thermal element is provided in the electric conduction path including the wiring pattern electrically connected to the heat-generating component, the wiring pattern constitutes the electric path. Because it is electrically connected to other parts, etc., heat is dissipated through the wiring pattern, and the heat capacity of the wiring pattern also increases, resulting in a delay in response of temperature detection and accurate temperature detection of the heat-generating component. There is a problem that it is difficult to do.
本発明は、上記従来の事情に対処してなされたものである。本発明は、従来に比べて正確かつ応答性良く発熱部品の温度検出を行うことのできる電子機器を提供しようとするものである。 The present invention has been made in response to the above-described conventional circumstances. The present invention is intended to provide an electronic apparatus capable of detecting the temperature of a heat-generating component with higher accuracy and more responsiveness than in the past.
本発明の電子機器は、発熱部品と、当該発熱部品の温度を検出するための感熱素子とが搭載された回路基板を有する電子機器において、前記回路基板に、前記発熱部品搭載部から前記感熱素子の周囲まで延在し、前記発熱部品以外の部品と電気的に接続されていない熱伝達のための熱伝達専用導体パターンを形成したことを特徴とする。 The electronic device of the present invention is an electronic device having a circuit board on which a heat generating component and a heat sensitive element for detecting the temperature of the heat generating component are mounted. The heat sensitive element is mounted on the circuit board from the heat generating component mounting portion. And a heat transfer-dedicated conductor pattern for heat transfer that is not electrically connected to components other than the heat-generating component.
上記構成の本発明の電子機器では、回路基板に、発熱部品搭載部から感熱素子の周囲まで延在し、発熱部品以外の部品と電気的に接続されていない熱伝達のための熱伝達専用導体パターンが形成されている。この熱伝達専用導体パターンによって、発熱部品で発生した熱が効率良く迅速に感熱素子に伝達される。また、この熱伝達専用導体パターンは、発熱部品以外の部品と電気的に接続されていないので、配線パターンを通じて他の電子部品等への放熱が起きることがなく、また熱伝達専用導体パターン自身の熱容量も小さく抑制することができる。これによって、正確かつ応答性良く発熱部品の温度検出を行うことができる。 In the electronic device of the present invention having the above-described configuration, the heat transfer dedicated conductor for heat transfer that extends from the heat generating component mounting portion to the periphery of the heat sensitive element and is not electrically connected to the components other than the heat generating component on the circuit board. A pattern is formed. With this heat transfer dedicated conductor pattern, the heat generated in the heat generating component is efficiently and quickly transferred to the heat sensitive element. In addition, since the heat transfer dedicated conductor pattern is not electrically connected to any component other than the heat generating component, heat is not radiated to other electronic components through the wiring pattern. The heat capacity can also be reduced. As a result, the temperature of the heat generating component can be detected accurately and with good responsiveness.
上記構成の本発明の電子機器では、熱伝達専用導体パターンが、感熱素子の周囲を少なくとも半周以上囲むように設けられている構成とすることが好ましい。これによって、発熱部品で発生した熱を、より効率良く迅速に感熱素子に伝達させることができ、より正確かつ応答性良く発熱部品の温度検出を行うことができる。 In the electronic device of the present invention having the above-described configuration, it is preferable that the heat transfer dedicated conductor pattern is provided so as to surround at least half a circumference of the thermal element. As a result, the heat generated in the heat generating component can be transmitted to the heat sensitive element more efficiently and quickly, and the temperature of the heat generating component can be detected more accurately and with high responsiveness.
上記の発熱部品としては、ディーゼルエンジン用のグロープラグに供給する電流をスイッチングするためのスイッチング素子を用いることができる。また、上記スイッチング素子としては、例えば、ゲート電極端子、ソース電極端子、ドレイン電極端子を有するFET素子(電界効果型トランジスタ素子)を用いることができ、この場合、ドレイン電極端子に熱伝達専用導体パターンが接続された構成とすることができる。これによって、FET素子の過電流による過熱等を正確かつ応答性良く検出することが可能となる。 As said heat-emitting component, the switching element for switching the electric current supplied to the glow plug for diesel engines can be used. Further, as the switching element, for example, an FET element (field effect transistor element) having a gate electrode terminal, a source electrode terminal, and a drain electrode terminal can be used. Can be configured to be connected. As a result, overheating or the like due to overcurrent of the FET element can be detected accurately and with good responsiveness.
上記構成の本発明の電子機器では、発熱部品が放熱用部材を具備した構成とすることができ、この場合、感熱素子の少なくとも一部が放熱用部材の下側に位置するよう配置された構成とすることができる。これによって、発熱部品から放熱用部材に伝達した熱を感熱素子に伝えることができ、より正確かつ応答性良く発熱部品の温度検出を行うことができる。 In the electronic device of the present invention having the above-described configuration, the heat generating component can be configured to include a heat radiating member. In this case, at least a part of the heat sensitive element is disposed to be located below the heat radiating member. It can be. Thus, the heat transmitted from the heat generating component to the heat radiating member can be transmitted to the heat sensitive element, and the temperature of the heat generating component can be detected more accurately and with high responsiveness.
また、上記構成の本発明の電子機器では、熱伝達専用導体パターンの表面が、絶縁性樹脂によって被覆されている構成とすることが好ましい。これによって、発熱部品と感熱素子との間の熱伝達専用導体パターンから空気中への放熱を抑制することができ、発熱部品からより多くの熱を感熱素子に伝達することができる。これによって、より正確かつ応答性良く発熱部品の温度検出を行うことができる。 Moreover, in the electronic device of the present invention having the above configuration, the surface of the heat transfer dedicated conductor pattern is preferably covered with an insulating resin. Thereby, heat radiation from the heat transfer dedicated conductor pattern between the heat generating component and the heat sensitive element can be suppressed to the air, and more heat can be transmitted from the heat generating component to the heat sensitive element. As a result, the temperature of the heat generating component can be detected more accurately and with good responsiveness.
本発明によれば、従来に比べて正確かつ応答性良く発熱部品の温度検出を行うことができる電子機器を提供することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the electronic device which can detect the temperature of a heat-emitting component correctly and with sufficient responsiveness compared with the past can be provided.
以下、本発明の実施形態を、図面を参照して説明する。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
図1は、本発明の一実施形態の電子機器を構成する回路基板の要部構成を模式的に示す上面図であり、図2は図1の回路基板のA−A電面構成を示す図、図3は、図1の回路基板の斜視図である。これらの図において1は、電子機器を構成するための回路基板であり、この回路基板1には、発熱部品として複数(本実施形態では4個)のFET素子(電界効果型トランジスタ素子)2が搭載されている。
FIG. 1 is a top view schematically showing a main part configuration of a circuit board constituting an electronic apparatus according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a diagram showing an AA surface configuration of the circuit board of FIG. FIG. 3 is a perspective view of the circuit board of FIG. In these drawings,
上記回路基板1には、1つのFET素子2(図1中右下部分位置するFET素子2)に近接して感熱素子としてのサーミスタ3が搭載されている。なお、4個のFET素子2毎に夫々サーミスタ3を設けた構成とすることもできる。また、回路基板1には、図1に示すように、制御IC30と、オペアンプ31等の電子部品が搭載されている。
A
上記の各FET素子2には、回路基板1の外周形状に合わせて、略コ字状に形成された金属製の放熱用部材5が接続されている。そして、上記サーミスタ3は、放熱用部材5の下側に、当該サーミスタ3の少なくとも一部が位置するように配設されている。これによって、図3中に下方へ向かう矢印H2で示すように、一旦FET素子2から放熱用部材5に伝達した熱が、輻射によりサーミスタ3に伝わり、FET素子2の温度をサーミスタ3によってより正確かつ迅速に検出できる構成となっている。
Each
本実施形態において、上記回路基板1は、ディーゼルエンジンのグロープラグに電流を供給するスイッチング動作を行う制御ユニットを構成するためのものである。このため、FET素子2は、自動車の気筒数に応じた数(本実施形態では4個)設けられている。そして、上記回路基板1は、ケース内等に収容され、制御ユニットとして自動車のエンジンルーム内等に配置される。
In the present embodiment, the
図4に示すように、この制御ユニットの制御IC30には、自動車に搭載されたエンジンコントロールユニット(ECU)50からの制御信号が入力され、この制御信号に基づいてFET素子2をスイッチングし、バッテリー51からグロープラグ52に対する電流供給の制御を行うようになっている。
As shown in FIG. 4, a control signal from an engine control unit (ECU) 50 mounted on the vehicle is input to the
上記回路基板1を具備した制御ユニットでは、エンジン等のトラブルによってFET素子2に過剰に電流が流れる場合が想定される。そして、過電流等によって感熱素子3によりFET素子2の温度上昇が検出された場合は、オペアンプ31が駆動することによって、ECU50から制御IC30へ入力される制御信号を強制的に止め、FET素子2の過熱を防止するようになっている。
In the control unit including the
上記のような場合、FET素子2の過電流等による温度上昇を、サーミスタ3によって正確かつ迅速に検出する必要がある。本実施形態では、図5に示すように、回路基板1の、FET素子2とサーミスタ3との間に、熱伝達専用導体パターン4が形成されており、この熱伝達専用導体パターン4によってFET素子2からサーミスタ3への熱伝達が促進される。これによって、正確かつ迅速にFET素子2の過電流による過熱を検知することができるようになっている。以下、図5を参照して上記熱伝達専用導体パターン4の構成について詳細に説明する。
In the above case, it is necessary to detect the temperature rise due to the overcurrent of the
図5に示すように、本実施形態において、FET素子2は縦型部品であり、このFET素子2には、その下部に延在するように、ソース電極端子20、ドレイン電極端子21、ゲート電極端子22が設けられている。一方、回路基板1には、FET素子2の搭載部からサーミスタ3の周囲まで延在し、FET素子2以外の部品と電気的に接続されていない熱伝達専用導体パターン4が形成されている。すなわち、この熱伝達専用導体パターン4は、FET素子2で発生した熱をサーミスタ3に伝達することのみを目的として形成されたものであり、このため、FET素子2以外の部品とは電気的に接続されておらず、この熱伝達専用導体パターン4を介して電流が流れることがない構成となっている。
As shown in FIG. 5, in the present embodiment, the
上記熱伝達専用導体パターン4は、回路基板1に形成された電気経路を構成するための他の導体パターン(図示せず。)と同様に、熱伝導率の高い銅から構成されている。また、この熱伝達専用導体パターン4は、回路基板1に形成された他の電気経路となる導体パターン(図示せず。)と同様に、その表面が絶縁性の樹脂(図示せず。)によって覆われている。このように熱伝達専用導体パターン4の表面を絶縁性の樹脂によって覆うことにより、FET素子2からサーミスタ3への熱伝達経路において、空気中への放熱により熱が逃げることを抑制することができる。
The heat transfer dedicated
本実施形態では、上記熱伝達専用導体パターン4は、FET素子2のドレイン電極端子21と電気的に接続された状態とされている。なお、FET素子2のドレインの電気的接続は、図1〜3に示すように、FET素子2の上側に設けられた電極23を、金属製の放熱用部材5に接続させることによって行われている。
In the present embodiment, the heat transfer dedicated
図5に示すように、熱伝達専用導体パターン4は、略矩形状のサーミスタ3の4辺のうち、3つの辺の周囲を囲むように形成されている。この熱伝達専用導体パターン4は、略矩形状のサーミスタ3の周囲の少なくとも半分(例えば2つの辺)を囲むように形成することが好ましい。なお、サーミスタ3を電気回路に接続するための導体パターン(図示せず。)を基板1のサーミスタ3近傍に設けることが必要である。このため、この導体パターンを引き出すための部分を残した状態で、サーミスタ3の周囲に熱伝達専用導体パターン4を形成する必要がある。このため、本実施形態では、サーミスタ3の4辺のうち、3つの辺の周囲を囲むように熱伝達専用導体パターン4を形成し、残りの1辺(図5に示す例では、図中サーミスタ3の下側の辺)の部分に、上記サーミスタ3を電気回路に接続するための導体パターン(図示せず。)が形成される。
As shown in FIG. 5, the heat transfer dedicated
FET素子2からの熱を効率良くサーミスタ3に伝達させるという観点からは、上記熱伝達専用導体パターン4は、サーミスタ3に近接して設けることが好ましい。しかし、電気的な短絡の発生可能性を考慮すると、熱伝達専用導体パターン4とサーミスタ3との間隔(図5中に符号Dで示す。)は、最小で0.2mm程度とすることが好ましい。
From the viewpoint of efficiently transferring heat from the
また、上記熱伝達専用導体パターン4の線幅(図5中に符号Wで示す。)は、太い方が熱伝達量が増大する。しかし、熱伝達専用導体パターン4の線幅が太過ぎると、FET素子2からサーミスタ3に熱伝達する途中で空気中に放熱する放熱量が多くなり、サーミスタ3への熱伝達が却って妨げられることになる。このため、熱伝達専用導体パターン4の線幅は、1mm程度とすることが好ましい。
Further, the heat transfer amount increases as the line width (indicated by the symbol W in FIG. 5) of the
さらに、上記熱伝達専用導体パターン4の全長が長くなると、上記した放熱量が多くなるとともに、熱容量の増大や熱伝達の遅延等が生じる。このため、FET素子2とサーミスタ3とを近接して配置し、熱伝達専用導体パターン4の全長が短くなるよう構成することが好ましい。なお、図5において黒色の円形状マークで示すのは、FET素子2の発熱部であり、矢印はこの発熱部からの熱の伝達経路を示している。このような発熱部としては、FET素子のドレイン端子、電源ICの背面GND等が挙げられる。また、上記の熱伝達専用導体パターン4からサーミスタ3への熱の流れは、図3では、矢印H1によって示している。
Further, when the total length of the heat transfer dedicated
縦軸を温度差(Δ℃)、横軸を時間とした図6は、熱源としてのFET素子2とサーミスタ3との温度差を測定した結果を示すグラフである。この測定では、FET素子2とサーミスタ3との距離を3mmとし、FET素子2の温度を170℃にまで昇温した際の、FET素子2の温度とサーミスタ3の温度との差を測定した。
FIG. 6 is a graph showing the results of measuring the temperature difference between the
図6において、曲線Aは本実施形態の場合、曲線Bは比較例として熱伝達専用導体パターン4がない場合の温度差を調べた結果を示している。同図に示されるとおり、本実施形態では、FET素子2とサーミスタ3との温度差を10℃以内とすることができた。これに対して、熱伝達専用導体パターン4がない比較例の場合では、FET素子2とサーミスタ3との温度差が20℃以上となった。この結果から明らかなように、熱伝達専用導体パターン4を具備した本実施形態では、熱伝達専用導体パターン4によってFET素子2からサーミスタ3への伝熱を促進することができ、正確かつ迅速にFET素子2の過電流による過熱等を検知することができる。
In FIG. 6, a curve A shows the result of examining the temperature difference in the case of the present embodiment, and a curve B shows the temperature difference when the heat transfer dedicated
上記実施形態では、発熱部品が縦型のFET素子2の場合について説明したが、発熱部品は、縦型のFET素子2に限らず、あらゆる発熱部品に対しても同様にして適用することができる。例えば、図7に示すように発熱部品が回路基板1に搭載された面実装部品200であっても同様にして適用することができる。なお、図7において黒色の円形状マークで示すのは、面実装部品200の発熱部であり、矢印はこの発熱部からの熱の伝達経路を示している。このような発熱部としては、FET素子のドレイン端子、電源ICの背面GND等が挙げられる。
In the above embodiment, the case where the heat generating component is the
また、上記実施形態では、本発明を、ディーゼルエンジンのグロープラグに電流をスイッチングして給電するための制御ユニットに対して適用した場合について説明した。しかし、本発明は、かかる実施形態に限定されるものではなく、あらゆる電子機器に対しても同様にして適用することができる。 In the above embodiment, the case where the present invention is applied to a control unit for supplying power by switching current to a glow plug of a diesel engine has been described. However, the present invention is not limited to such an embodiment, and can be similarly applied to any electronic device.
1……回路基板、2……FET素子、3……サーミスタ、4……熱伝達専用導体パターン、5……放熱用部材。
DESCRIPTION OF
Claims (6)
前記回路基板に、前記発熱部品搭載部から前記感熱素子の周囲まで延在し、前記発熱部品以外の部品と電気的に接続されていない熱伝達のための熱伝達専用導体パターンを形成したことを特徴とする電子機器。 In an electronic device having a circuit board on which a heat generating component and a heat sensitive element for detecting the temperature of the heat generating component are mounted,
Formed on the circuit board is a dedicated heat transfer conductor pattern for heat transfer that extends from the heat generating component mounting portion to the periphery of the heat sensitive element and is not electrically connected to components other than the heat generating component. Features electronic equipment.
前記熱伝達専用導体パターンが、前記感熱素子の周囲を少なくとも半周以上囲むように設けられていることを特徴とする電子機器。 The electronic device according to claim 1,
The electronic apparatus according to claim 1, wherein the heat transfer dedicated conductor pattern is provided so as to surround at least half a circumference of the thermal element.
前記発熱部品が、ディーゼルエンジン用のグロープラグに供給する電流をスイッチングするためのスイッチング素子であることを特徴とする電子機器。 The electronic device according to claim 1 or 2,
The electronic device, wherein the heat generating component is a switching element for switching a current supplied to a glow plug for a diesel engine.
前記スイッチング素子が、ゲート電極端子、ソース電極端子、ドレイン電極端子を有するFETからなり、前記熱伝達専用導体パターンが前記ドレイン電極端子と接続されていることを特徴とする電子機器。 The electronic device according to any one of claims 1 to 3,
The electronic device, wherein the switching element is composed of an FET having a gate electrode terminal, a source electrode terminal, and a drain electrode terminal, and the heat transfer dedicated conductor pattern is connected to the drain electrode terminal.
前記発熱部品が、放熱用部材を具備し、前記感熱素子の少なくとも一部が前記放熱用部材の下側に位置するよう配置されていることを特徴とする電子機器。 In the electronic device of any one of Claims 1-4,
The electronic device, wherein the heat generating component includes a heat radiating member, and at least a part of the heat sensitive element is disposed below the heat radiating member.
前記熱伝達専用導体パターンの表面が、絶縁性樹脂によって被覆されていることを特徴とする電子機器。 In the electronic device of any one of Claims 1-5,
An electronic apparatus, wherein a surface of the heat transfer dedicated conductor pattern is covered with an insulating resin.
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