JP2012199483A - 車両用多層配線基板、およびこの基板を用いた車両用電動コンプレッサ - Google Patents

Abstract

【課題】コンデンサを搭載することなくノイズ低減することができる車両用多層配線基板を提供することを目的とする。
【解決手段】車両のボディ４に接地する低電圧用金属グランドパターン２４を形成した低電圧グランド層２１と、車両のボディ４と絶縁する高電圧用金属グランドパターン２５を形成した高電圧グランド層２２とを有し、基板材２０を挟んだ一方の面が低電圧グランド層２１であり、他方の面が高電圧グランド層２２である車両用多層配線基板である。
【選択図】図２

Description

本発明は、低電圧グランド層、および、高電圧グランド層を形成した車両用多層配線基板、およびこの基板を用いた車両用電動コンプレッサに関するものである。

従来の車載用の電動コンプレッサにおいては、高電圧電源から供給される直流電力をパワー素子により交流電力に変換し、この交流電力を圧縮機構部に供給することにより電動モータを作動させている。

この車両用電動コンプレッサに用いる車両用多層配線基板として、１２Ｖまたは２４Ｖ程度の低電圧系統と、３００Ｖ程度の高電圧系統とが接続されたものがある。

車両用多層配線基板には、表層に低電圧用金属グランドパターンを形成し、その同一層に高電圧用金属グランドパターンを形成する。低電圧用金属グランドパターンと高電圧用金属グランドパターンとに接続用ランドを設け、この接続用ランドを介して高電圧用金属グランドパターンと低電圧用金属グランドパターンとがコンデンサにより接続される。このコンデンサによりノイズ低減を図っている。なお、先行技術文献としては、例えば、特許文献１が知られている。

特開２００８−９９４８０号公報

しかしながら、従来の車両用多層配線基板は、低電圧用金属グランドパターンと高電圧用金属グランドパターンとにコンデンサ接続用のランドを設ける必要があり基板面積を占有してしまうとともに、別途コンデンサを接続する必要があり、部品点数も増大してしまうという課題がある。

本発明は、従来の問題を解決するためになされたものであり、コンデンサを搭載することなくノイズ低減することができる車両用多層配線基板を提供することを目的とする。

本発明は、車両のボディに接地する金属グランドパターンを形成した低電圧グランド層と、車両のボディと絶縁する金属グランドパターンを形成した高電圧グランド層とを有し、基板材を挟んだ一方の面が低電圧グランド層であり、他方の面が高電圧グランド層である車両用多層配線基板である。

本発明の車両用多層配線基板は、基板材を挟んだ一方の面が低電圧グランド層とし、他方を高電圧グランド層とすることで寄生容量を作り出し、ノイズ低減を図ることができる。低電圧グランド層と高電圧グランド層とは基板材により絶縁されているので、高電圧グランド層が低電圧グランド層を介して車両のボディと接続されることがない。以上により、本発明はコンデンサを搭載することなくノイズ低減することができるという効果を奏する。

本発明の一実施の形態における車両用多層基板およびその周辺構成を説明するブロック図 本発明の一実施の形態における車両用多層基板の断面図 本発明の一実施の形態における車両用多層基板の断面図 本発明の一実施の形態における車両用多層基板の平面図

（実施の形態１）
以下、本発明の一実施の形態における車両用多層配線基板について図１から図４を参照しながら説明する。図１は本発明の一実施の形態における車両用多層基板およびその周辺構成を説明するブロック図であり、図２および図３は車両用多層基板の断面図である。また、図４は低電圧グランド層および高電圧グランド層の平面図である。

図１に示すインバータＥＣＵ用多層基板（車両用多層配線基板に相当する）は、冷媒を圧縮するための機構を備える車載用の電動コンプレッサに用いる基板であり、第１の電源２から供給された直流電力を交流電力に変換するパワー素子１１と、このパワー素子１１を駆動する駆動回路１２と、駆動回路１２を制御する制御部１３と、外部インターフェイス回路１４とを備える。駆動回路１２、制御部１３、および、外部インターフェイス回路１４は第１の電源２よりも出力電圧が低い第２の電源３が出力する電気エネルギにより動作する。第２の電源３のグランドは車両のボディ４に接地される。

パワー素子１１は第１の電源２から電力の供給を受ける。この供給電力はパワー素子１１により直流から交流へ変換されて圧縮機構部６へ伝達される。以下、各部を詳細に説明する。

インバータＥＣＵ用多層基板１には、上述のごとくパワー素子１１、駆動回路１２、制御部１３、および、外部インターフェイス回路１４を搭載する。インバータＥＣＵ用多層基板１は、金属グランドパターンを形成した層を複数有する。詳細な構造は後述する。

第１の電源２は電気エネルギを蓄積するものである。第１の電源２にはエネルギ密度の高い二次電池（例えば、ニッケル水素充電池、または、リチウムイオン充電池）または、高容量のキャパシタを用いることができる。第１の電源２が出力する電気エネルギの電圧は、例えば、３５０Ｖ程度である。

第１の電源２に蓄積された電気エネルギは、電動コンプレッサを動作させるだけでなく、電気自動車のメインモータやハイブリッド自動車のエンジン補機モータを駆動させるための動力源としても使用される。

第１の電源２の電気エネルギを出力する高電圧側電源配線１５はパワー素子１１に電気的に接続される。また、第１の電源２のグランド側の配線である高電圧側グランド配線１６は、後述する高電圧用金属グランドパターン２５を介してパワー素子１１に電気的に接続される。

第２の電源３は、第１の電源２よりも出力電圧が低い蓄電池であり、例えば鉛蓄電池である。第２の電源３が出力する電気エネルギの電圧は、例えば、１２Ｖ程度である。

第２の電源３が電気エネルギを出力する低電圧側電源配線１７は、駆動回路１２、制御部１３および外部インターフェイス回路１４に電気的に接続さる。駆動回路１２、制御部１３および外部インターフェイス回路１４は、第２の電源３が出力する電気エネルギによ
り動作する。

また、第２の電源３のグランド側の配線である低電圧側グランド配線１８は、後述する低電圧用金属グランドパターン２４を介して駆動回路１２、制御部１３および外部インターフェイス回路１４に接続される。

低電圧側グランド配線１８はさらに車両のボディ４に接地（ボディアース）される。一方、第１の電源２は車両のボディ４から絶縁されておりに接地されない。第１の電源２は、出力電圧が高電圧である。仮に高電圧側電源配線１５と高電圧側グランド配線１６とがショートしてしまった場合、高電圧側グランド配線１６を車両のボディ４に接地していると、第１の電源２から車両のボディ４へと電流が流れる系ができる。その間に例えば乗員がいると感電の可能性があり危険である。そのため、第１の電源２は車両のボディ４から絶縁している。

第２の電源３に蓄積された電気エネルギは、カーナビゲーション装置、カーオーディオなどのアクセサリ、パワーウインドウ、ＥＴＣ（登録商標）、ＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）などの電装品を動作させるための電力としても使用される。

制御部１３には、外部インターフェイス回路１４を介してエアコンＥＣＵ５が出力したエアコン制御信号が入力される。エアコンＥＣＵ５は、車両の乗員による冷房の温度設定、車室内・車室外温度、エバポレータ温度等に基づいて電動コンプレッサの要求回転数を算出しエアコン制御信号として出力する。

圧縮機構部６は、吸入した冷媒を圧縮して吐出するためのものであり、パワー素子１１が出力した電力により冷媒を圧縮する駆動力を発生する電動モータ６２とハウジング６１とで構成される。ハウジング６１の内部に電動モータ６２が配置される。

ハウジング６１の図示しない吸込口から流入した冷媒は、このハウジング６１の内部を通過する際に電動モータ６２が発生する駆動力により圧縮され、図示しない吐出口から吐出される。

インバータＥＣＵ用多層基板１に搭載したパワー素子１１は、ＩＧＢＴ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ Ｇａｔｅ Ｂｉｐｏｌａｒ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）などの半導体素子で構成され、図示しない平滑コンデンサを介して第１の電源２と接続されている。

第１の電源２から供給される直流電力は、パワー素子１１による通電、遮断によって交流電力に変換され、電動モータ６２に印加される。

駆動回路１２は、パワー素子１１を駆動するためのもので、制御部１３により制御される。具体的には、駆動回路１２には制御部１３からオン／オフ制御するための制御信号が入力される。この制御信号に基づいてパワー素子１１を通電、遮断することで、第１の電源２から供給される直流電力が交流電力に変換されて電動モータ６２に印加されて所望の回転数に制御される。

制御部１３は、ＣＰＵまたはＭＰＵと、ＲＯＭ、ＲＡＭ等とから構成されており、エアコンＥＣＵ５が出力したエアコン制御信号に含まれる要求回転数に基づいてパワー素子１１を駆動する駆動回路１２を制御するものである。

制御部１３はエアコン制御信号に含まれる要求回転数で電動モータ６２を駆動させるた
めに、パワー素子１１をオン／オフ制御するための制御信号を生成して駆動回路１２へ出力する。駆動回路１２がこの制御信号にもとづきパワー素子１１を通電／遮断することで、モータ回転数の制御が可能となる。

外部インターフェイス回路１４は、エアコンＥＣＵ５と制御部１３とが通信するためのもので、制御部１３により制御される。具体的には制御部１３が出力した送信信号出力に基づき、規定の通信方式でエアコンＥＣＵ５へ送信する。規定の通信方式は例えばＵＡＲＴ、ＬＩＮ、およびＣＡＮ（Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ Ａｒｅａ Ｎｅｔｗｏｒｋ）である。また、外部インターフェイス回路１４は、エアコンＥＣＵ５からこれら規定の通信方式でエアコン制御信号を受信し、制御部１３へ出力する。

次に、図２および図３を用いてインバータＥＣＵ用多層基板１の構造を詳細に説明する。まず、図２を用いて構造を説明する。

表層１９（１９ａ、１９ｂ）は金属パターンが形成される層（以下、「パターン配線層」）の最も外側の層で、主に部品配置パターンとして利用される。

また、表層１９以外のパターン配線層を「内層」とよぶ。この内層は後述するビア２３で表層１９や他の内層と接続している。

基板材２０は、パターン配線層とパターン配線層との間を絶縁する材料であり、金属パターン間の絶縁もしている。例えば、ガラスエポキシ樹脂で形成する。ビア２３は、層の異なる金属パターン同士を接続するホールである。内側に銅のめっきが施される。

低電圧グランド層２１とは低電圧用金属グランドパターン２４が他の層に比べ最も広い面積で形成される層であり、内層に形成される。低電圧用金属グランドパターン２４は低電圧側グランド配線１８と接続する。なお、他の電位のパターンがあってもよい。
高電圧グランド層２２は、高電圧用金属グランドパターン２５が他の層に比べ最も広い面積で形成される層で内層に形成される。高電圧用金属グランドパターン２５は高電圧側グランド配線１６と接続する。高電圧グランド層２２には、低電圧用金属グランドパターン２４を形成しないようにする。なお、他の電位のパターンがあってもよい。

図２に示すようにインバータＥＣＵ用多層基板１は、表層１９と、内層に形成した低電圧グランド層２１と、内層に形成した高電圧グランド層２２とで構成されている。パターン配線層間は、基板材２０にて絶縁される。基板材２０を挟んだ一方の面が低電圧グランド層２１であり、他方の面が高電圧グランド層２２となるように形成する。

低電圧グランド層２１に車両のボディ４に接地する低電圧用金属グランドパターン２４を形成し、高電圧グランド層２２に車両のボディ４と絶縁する高電圧用金属グランドパターン２５を形成する。低電圧用金属グランドパターン２４と高電圧用金属グランドパターン２５とは基板材２０を挟んで略対向している。略対向させることでより多くの寄生容量が得られる。

次に、図３を用いて各層の厚さについて説明する。インバータＥＣＵ用多層基板１は４層以上のパターン配線層で構成され、低電圧グランド層２１と高電圧グランド層２２は内層に形成されている。

また、インバータＥＣＵ用多層基板１は、低電圧グランド層２１と高電圧グランド層２２とを挟む基板材２０の厚さよりも、厚さの厚い他の基板材を有する。すなわち、インバータＥＣＵ用多層基板１は、低電圧グランド層２１と高電圧グランド層２２とを挟む基板
材２０の厚さＨ２よりも、厚い基板材（厚さがＨ３）を有する。インバータＥＣＵ用多層基板１は、低電圧グランド層２１と高電圧グランド層２２とを挟む基板材２０の厚さＨ２と同じ厚さの他の基板材２０（厚さＨ１）を有することもできる。

低電圧グランド層２１と高電圧グランド層２２とを挟む基板材２０は最も厚さが薄い基板材２０を用いるのが好適である。

低電圧グランド層２１と高電圧グランド層２２との間の寄生容量は、基板材２０の厚さが薄いほど大きくなり有利である。そのため、最も薄い基板材を低電圧グランド層２１と高電圧グランド層２２との間の基板材に用いるのが好ましい。

次に、図４を用いて金属グランドパターンの面積について説明する。図４（ａ）、図４（ｂ）に示すように、低電圧グランド層２１に形成した低電圧用金属グランドパターン２４の占有面積と、高電圧グランド層２２に形成した高電圧用金属グランドパターン２５の占有面積とは略同面積となるように形成する。低電圧用金属グランドパターン２４と高電圧用金属グランドパターン２５とは垂直方向に重なるように形成する。

また、低電圧グランド層２１の車両のボディ４に接地する低電圧用金属グランドパターン２４の占有面積は、低電圧グランド層２１以外のパターン配線層の車両のボディ４に接地する金属グランドパターンの占有面積よりも広く形成している。

高電圧グランド層２２の車両のボディ４と絶縁する高電圧用金属グランドパターン２５の占有面積は高電圧グランド層２２以外のパターン配線層の車両のボディ４と絶縁する金属グランドパターンの占有面積よりも広く形成していている。

なお、低電圧グランド層２１、および、高電圧グランド層２２は、他の電位のパターン、ビア、または、スリットを有するものであってもよい。

金属グランドパターンの占有面積が広い低電圧グランド層２１と高電圧グランド層２２とを用いることで寄生容量を大きく取ることが可能となる。

以上のように本発明の一実施の形態におけるインバータＥＣＵ用多層基板１は、基板材を挟んだ一方の面が低電圧グランド層とし、他方を高電圧グランド層とすることで寄生容量を作り出し、ノイズ低減を図ることができる。低電圧グランド層と高電圧グランド層とは基板材により絶縁されているので、高電圧グランド層が低電圧グランド層を介して車両のボディと接続されることがない。以上により、本発明はコンデンサを搭載することなくノイズ低減することができるという効果を奏する。

なお、本実施の形態におけるインバータＥＣＵ用多層基板は車載用の電動コンプレッサに用いる基板であると説明したが、電動コンプレッサに用いる基板と同様に、高電圧電源と、低電圧電源が接続されている車両用多層配線基板であれば適用可能である。例えば、電気自動車用の補機バッテリ充電用に用いる、高電圧電源を降圧するためのＤＣＤＣコンバータおよびこれを制御するＥＣＵを搭載した車両用多層配線基板に用いることも可能である。

本発明は、低電圧グランド層、および、高電圧グランド層を形成した車両用多層配線基板等として有用である。

１ インバータＥＣＵ用多層基板
２ 第１の電源
３ 第２の電源
４ 車両のボディ
５ エアコンＥＣＵ
６ 圧縮機構部
６１ ハウジング
６２ 電動モータ
１１ パワー素子
１２ 駆動回路
１３ 制御部
１４ 外部インターフェイス回路
１５ 高電圧側電源配線
１６ 高電圧側グランド配線
１７ 低電圧側電源配線
１８ 低電圧側グランド配線
１９ 表層
２０ 基板材
２１ 低電圧グランド層
２２ 高電圧グランド層
２３ ビア
２４ 低電圧用金属グランドパターン
２５ 高電圧用金属グランドパターン

Claims (8)

1. 車両に搭載する多層配線基板であって、
   前記車両のボディに接地する金属グランドパターンを形成した低電圧グランド層と、
   前記車両のボディと絶縁する金属グランドパターンを形成した高電圧グランド層とを有し、
   基板材を挟んだ一方の面が前記低電圧グランド層であり、他方の面が前記高電圧グランド層であることを特徴とする車両用多層配線基板。
2. 前記低電圧グランド層に形成した前記車両のボディに接地する金属グランドパターンと、前記高電圧グランド層に形成した前記車両のボディと絶縁する金属グランドパターンとが、
   前記基板材を挟んで略対向していることを特徴とする請求項１に記載の車両用多層配線基板。
3. 前記低電圧グランド層に形成した前記車両のボディに接地する金属グランドパターンの占有面積と、
   前記高電圧グランド層に形成した前記車両のボディと絶縁する金属グランドパターンと占有面積とが、
   略同面積であることを特徴とする請求項１に記載の車両用多層配線基板。
4. 前記低電圧グランド層の前記車両のボディに接地する金属グランドパターンの占有面積は前記低電圧グランド層以外の層の前記車両のボディに接地する金属グランドパターンの占有面積よりも広く、
   前記高電圧グランド層の前記車両のボディと絶縁する金属グランドパターンの占有面積は前記高電圧グランド層以外の層の前記車両のボディと絶縁する金属グランドパターンの占有面積よりも広いことを特徴とする請求項３に記載の車両用多層配線基板。
5. 前記車両用多層配線基板は４層以上のパターン配線層を有するものであり、
   前記低電圧グランド層と高電圧グランド層とは内層に形成することを特徴とする請求項１に記載の車両用多層配線基板。
6. 前記車両用多層配線基板は、前記低電圧グランド層と高電圧グランド層とを挟む基板材の厚さよりも厚い基板材を有することを特徴とする請求項１に記載の車両用多層配線基板。
7. 前記車両用多層配線基板は、高電圧で動作し電動モータを駆動するインバータを搭載することを特徴とする請求項１に記載の車両用多層配線基板。
8. 請求項７に記載の車両用多層配線基板を用いた車両用電動コンプレッサ。