JP2014090042A - 電子制御ユニットの耐静電気構造 - Google Patents

Abstract

【課題】電子制御ユニットの低コスト化と小型化を実現しつつ、より優れた耐静電気性を得ることの出来る、新規な構造の電子制御ユニットの耐静電気構造を提供すること。
【解決手段】電子制御ユニット１０のプリント基板１２に実装された電子部品１６と接続する回路パターン３８と、アース接続された接地パターン４０とを近接して形成すると共に、該回路パターン３８と該接地パターン４０との近接部分に、互いに接近する三角形状の突出部５２，５２を形成して、該突出部５２，５２を含む該回路パターン３８と該接地パターン４０の一部の表面が露出するように絶縁膜４２を除去することにより、該回路パターン３８と該接地パターン４０のそれぞれに、該突出部５２，５２を備えたアレスタ４６，４８を形成した。
【選択図】図２

Description

本発明は、自動車等に搭載される電子制御ユニットを静電気から保護する電子制御ユニットの耐静電気構造に関するものである。

良く知られているように、自動車等の車両に搭載される電子制御ユニットには、車両の各部を制御する電気回路が形成されたプリント基板が設けられている。このようなプリント基板には、集積回路やマイクロコンピュータ等のように、耐静電気性の低い電子部品が実装されている。そこで、従来から、電子制御ユニットのプリント基板には、耐静電気構造としてツェナーダイオードが実装されており、サージ電圧（衝撃電圧）をアース側に放電することで、電子部品を静電気から保護することが行われている。

ところで、近年では、自動車部品の低コスト化、小型化の要求から、電子制御ユニットにも低コスト化、小型化が要求されている。しかし、ツェナーダイオードはコストが高いことから、電子制御ユニットの高コスト化を招くと共に、プリント基板上に所定のスペースを確保する必要があることから、電子制御ユニットの大型化を招くという問題があった。

そこで、本出願人は、特開２００９−１８１９８３号公報（特許文献１）において、基板上の電子部品と導通される配線パターンとしての回路パターンに近接して、アース接続された配線パターンとしての接地パターンを形成すると共に、それら回路パターンと接地パターン上の絶縁膜を部分的に除去してアレスタを形成した耐静電気構造を提案した。このような構造によれば、回路パターンに静電気が印加された場合には、回路パターンのアレスタから接地パターンのアレスタに放電することで、電子部品を保護することが出来る。そして、プリント基板上の絶縁膜の一部を除去するのみで実現可能であることから、低コスト化を図ることが出来ると共に、プリント基板の実装密度を向上して、電子制御ユニットの小型化を図ることが出来る。

しかし、特許文献１に記載の構造では、回路パターンのアレスタが、矩形状に形成された接続パッド部の頂点を露出して形成されると共に、接地パターンのアレスタが、接地パターンの一部を矩形状に露出することで形成されている。それ故、両アレスタが矩形状をもって形成されており、電極となる頂点が矩形の頂点で形成された略９０°の広い角度を有している。また、両アレスタの頂点が、両アレスタにおいて最も接近された位置に存せず、電極として有効に機能しないおそれがあり、放電の確実性が損なわれるおそれがあった。

特開２００９−１８１９８３号公報

本発明は、上述の事情を背景に為されたものであって、その解決課題は、電子制御ユニットの低コスト化と小型化を実現しつつ、より優れた耐静電気性を得ることの出来る、新規な構造の電子制御ユニットの耐静電気構造を提供することにある。

本発明の第一の態様は、基材と、該基材の表面に形成された配線パターンと、前記基材および前記配線パターンの表面に形成された絶縁膜とを有するプリント基板に電子部品が実装された電子制御ユニットの耐静電気構造であって、前記電子部品と接続される前記配線パターンとしての回路パターンと、アース接続された前記配線パターンとしての接地パターンとが近接して形成されており、前記回路パターンと前記接地パターンのそれぞれにおける他方との近接部分には、互いに接近する方向に突出された三角形状の突出部が形成されており、該突出部を含む前記回路パターンと前記接地パターンの一部の表面が露出するように前記絶縁膜が除去されることにより、前記回路パターンと前記接地パターンのそれぞれに前記突出部を備えたアレスタが形成されていることを、特徴とする。

本発明に従う耐静電気構造においては、回路パターンのアレスタと接地パターンのアレスタのそれぞれに、互いに接近する方向に突出する三角形状の先鋭な突出部が形成されていると共に、突出部の先端において両アレスタの離隔距離が最も小さくされている。従って、回路パターンにサージ電圧が印加された場合には、アレスタの突出部を電極として有効に機能させて、回路パターンのアレスタから接地パターンのアレスタに確実に放電することが出来、より優れた耐静電気性を得ることが出来る。そして、配線パターン上の絶縁膜の一部を除去することで実現可能であると共に、従来から耐静電気構造として用いられていたツェナーダイオードを不要に出来ることから、プリント基板の小型化、低コスト化を図ることが出来、電子制御ユニットの小型化、低コスト化を実現することが出来る。

本発明の第二の態様は、前記第一の態様に記載のものにおいて、前記回路パターンに形成された前記アレスタの前記突出部の先端と、前記接地パターンに形成された前記アレスタの前記突出部の先端との対向距離が０．１ｍｍ〜０．６ｍｍに設定されているものである。

本態様によれば、回路パターンのアレスタと接地パターンのアレスタ間での通常使用時における絶縁性と、サージ電圧印加時における放電の確実性をより高度に得ることが出来ると共に、プリント基板の高密度化を図ることが出来る。即ち、回路パターンのアレスタと接地パターンのアレスタを０．１ｍｍ以上離隔させることにより、アレスタ間で水分を吸収することによる短絡（マイグレーション）の発生を抑えることが出来ると共に、両アレスタを０．６ｍｍ以内に接近させることにより、静電気の印加時における回路パターンのアレスタから接地パターンのアレスタへの放電の確実性を高めることが出来る。

なお、より好ましくは、前記回路パターンに形成された前記アレスタの前記突出部の先端と、前記接地パターンに形成された前記アレスタの前記突出部の先端との対向距離が０．３ｍｍ〜０．４ｍｍに設定される。回路パターンのアレスタと接地パターンのアレスタを０．３ｍｍ以上離隔させることで、マイグレーションの発生をより確実に防止することが出来ると共に、両アレスタを０．４ｍｍ以内に接近させることで放電をより確実に行なうことが出来る。

本発明の第三の態様は、前記第一又は第二の態様に記載のものにおいて、前記回路パターンに形成された前記アレスタと、前記接地パターンに形成された前記アレスタのそれぞれにおいて、前記突出部から前記回路パターン又は前記接地パターンへの入り込み量が、前記突出部の前記回路パターン又は前記接地パターンからの突出量の０．５倍〜３倍に設定されているものである。

アレスタの面積が小さいと、静電気を完全に放電できないおそれがある。そこで、アレスタを配線パターンの内側に入り込ませて形成することにより、突出部の配線パターンからの突出量を抑えつつ、両アレスタの面積を確保することが出来る。これにより、プリント基板の高密度化を図りつつ、確実な放電を行なうことが出来る。特に、アレスタの配線パターンへの入り込み量を、配線パターンからの突出量の０．５倍以上に設定することによって、アレスタの面積を有効に確保すると共に、入り込み量を突出量の３倍以内に設定することによって、アレスタの配線パターンへの過度の入り込みを制限して、配線パターンにおける絶縁膜の除去面積を小さく抑えることが出来、配線パターンを腐食や短絡から保護することが出来る。

本発明の第四の態様は、前記第一〜第三の何れか１つの態様に記載のものにおいて、前記アレスタにおける前記突出部の先端の角度が、５５°〜６５°に設定されているものである。

本態様によれば、突出部の配線パターンからの突出量を抑えつつ、アレスタの面積を確保することが出来ると共に、静電気の印加時にはより確実に放電することが出来る。即ち、突出部の先端の角度を５５°以上確保することによって、突出部の配線パターンからの突出量を抑えつつ、突出部の面積を確保することが出来ると共に、突出部の先端の角度を６５°以下に抑えることによって、突出部を先鋭形状として放電を確実に行なうことが出来る。

本発明に従う電子制御ユニットの耐静電気構造においては、互いに接近する方向に突出する突出部を備えたアレスタを形成した。これにより、静電気の印加時には、突出部を電極として有効に機能させて確実な放電を行なうことが出来、より優れた耐静電気性を得ることが出来る。そして、プリント基板の絶縁膜を部分的に除去することで実現可能であり、ツェナーダイオード等の特別な部品を要さないことから、電子制御ユニットの小型化と低コスト化を図ることが出来る。

本発明の一実施形態としての電子制御ユニットのブロック図。 図１に示した電子制御ユニットの要部の拡大図。 図１に示した電子制御ユニットの、図２とは異なる要部の拡大図。

以下、本発明の実施形態について、図面を参照しつつ説明する。

図１に、本発明の一実施形態としての電子制御ユニットの耐静電気構造を備えた電子制御ユニット１０を示す。電子制御ユニット１０は、プリント基板１２を含んで構成されている。プリント基板１２には、入力回路１４と、電子部品としてのマイクロコンピュータ１６（以下、マイコン）と、出力回路１８が設けられている。電子制御ユニット１０は、例えば、車両に設けられたドアの開錠および施錠を制御するドアロック制御ユニットである。

電子制御ユニット１０には、車載バッテリ２０に接続されたスイッチ２２と入力回路１４が、入力端子２４ａを通して接続されている。また、電子制御ユニット１０には、ドアの開錠および施錠を制御するために必要な各種の検知信号を伝搬する入力信号線２６が、入力端子２４ｂを通して入力回路１４に接続されている。また、接地電位２８が入力端子２４ｃを通して入力回路１４、マイコン１６、出力回路１８の各々に供給されており、入力回路１４、マイコン１６、出力回路１８の各々の内部には、接地電位２８を供給するための接地配線３０が配置されている。

マイコン１６は、入力回路１４を介して入力される各種の制御信号と車載バッテリ２０のスイッチ２２の開閉動作の検知結果とを用いてドアロック制御を実行するための各種の制御信号を生成し、出力回路１８に出力する。出力回路１８は、出力端子３２を通して出力信号線３４に接続されており、マイコン１６が生成する各種の制御信号を出力信号線３４を用いて各部に伝搬する。

図２に、プリント基板１２に設けられた入力回路１４の要部を示す。プリント基板１２は、絶縁性の部材からなる板状の基材３６の表面に、配線パターンとしての回路パターン３８と接地パターン４０がプリント配線によって形成されている。なお、図２および後述する図３においては、理解を容易とするために、回路パターン３８および接地パターン４０において、後述する半田レジスト４２が表面に塗布されている部分を斜線で示す。回路パターン３８は、マイコン１６に接続されている。接地パターン４０は、アース接続されており、接地配線３０を構成している。

プリント基板１２において、基材３６と回路パターン３８および接地パターン４０の表面の略全面には、絶縁膜としての半田レジスト４２が塗布されている。半田レジスト４２は、半田付けに必要な図示しない実装パッド以外の回路パターン３８および接地パターン４０に半田が付かないようにする耐熱性のコーティング材であり、半田付け時のショートを抑え、絶縁性を保ち、回路パターン３８や接地パターン４０を保護している。

回路パターン３８には、図示しないコネクタの端子等が接続されるランド４４が設けられている。そして、ランド４４に近接して、接地パターン４０が配索されている。

回路パターン３８のランド４４および接地パターン４０のそれぞれにおいて、他方との近接部分には、回路側アレスタ４６および接地側アレスタ４８が対向して形成されている。回路側アレスタ４６および接地側アレスタ４８は互いに略同様の構造とされていることから、以下、回路側アレスタ４６および接地側アレスタ４８の両方を含む場合には、アレスタ４６，４８と称して説明する。

アレスタ４６，４８は、半田レジスト４２が除去されたレジスト開口部５０を通じて、回路パターン３８および接地パターン４０の一部が露出されることで形成されている。アレスタ４６，４８には、互いに接近する方向に突出する突出部５２，５２が設けられている。突出部５２，５２は、互いに近接する回路パターン３８の縁部５４および接地パターン４０の縁部５６から、他方に向けて突出する三角形の先鋭形状とされている。アレスタ４６，４８における突出部５２，５２の縁部５４，５６からの突出量：Ｐは互いに等しくされており、本実施形態においては０．２ｍｍに設定されている。

また、突出部５２の先端の角度：αは、好適には、５５°〜６５°に設定される。突出部５２の先端の角度：αを５５°以上に確保することによって、突出部５２の配線パターン３８，４０からの突出量を抑えつつ、突出部５２の面積を確保して、静電気を完全に放電することが出来る。また、突出部５２の先端の角度：αを６５°以内に抑えることによって、突出部５２を先鋭形状にして、静電気印加時の放電の確実性を高めることが出来る。本実施形態においては、アレスタ４６，４８のそれぞれにおける突出部５２，５２の先端の角度：αが略等しくされており、略６０°に設定されている。

突出部５２の先端に位置する突出頂点５８は、両アレスタ４６，４８の対向方向（図２中、上下方向）で同一直線上に位置されている。これにより、両アレスタ４６，４８は、それぞれの突出頂点５８，５８において最も接近されており、回路側アレスタ４６と接地側アレスタ４８の離隔距離：Ｄが、両アレスタ４６，４８の突出頂点５８，５８の対向距離と等しくされている。また、アレスタ４６，４８は、それぞれ、突出頂点５８を通って縁部５４，５６と直交する中心線：Ｌに関して対称形状とされている。

回路側アレスタ４６の突出頂点５８と、接地側アレスタ４８の突出頂点５８との対向距離：Ｄは、好適には、０．１ｍｍ〜０．６ｍｍ、より好ましくは、０．３ｍｍ〜０．４ｍｍに設定される。回路側アレスタ４６と接地側アレスタ４８を０．１ｍｍ以上離隔させることで、マイグレーションの発生を抑えることが出来る。また、回路側アレスタ４６と接地側アレスタ４８を０．６ｍｍ以内に接近させることにより、静電気の印加時には放電を確実に行なうことが出来る。本実施形態では、対向距離：Ｄが、０．３ｍｍに設定されている。

更に、アレスタ４６，４８には、突出部５２の突出方向の反対方向（回路側アレスタ４６において図２中下方から上方、接地側アレスタ４８において図２中上方から下方）で、回路パターン３８および接地パターン４０の内側に入り込む入り込み部６０が形成されている。回路側アレスタ４６の入り込み部６０は、ランド４４が円形状とされていることから、弦と弧で囲まれた円の部分形状とされている。接地側アレスタ４８の入り込み部６０は、接地パターン４０が帯形状とされていることから、略矩形状とされている。

入り込み部６０の、突出部５２の突出方向と反対方向への両パターン３８，４０の縁部５４，５６からの入り込み量：Ｉは、好適には、突出部５２の突出量：Ｐの０．５〜３倍に設定される。入り込み部６０の入り込み量：Ｉを突出部５２の突出量：Ｐの０．５倍以上に設定することによって、突出部５２の縁部５４，５６からの突出量を抑えてプリント基板１２の高密度化を図りつつ、アレスタ４６，４８の面積を確保して、放電性を高めることが出来る。また、入り込み部６０の入り込み量：Ｉを突出部５２の突出量：Ｐの３倍以内に設定することによって、回路パターン３８および接地パターン４０の過度な露出を抑えて、両パターン３８，４０を半田レジスト４２で保護することが出来る。本実施形態においては、アレスタ４６，４８のそれぞれにおける入り込み部６０の入り込み量：Ｉが互いに略等しくされており、それぞれの突出部５２の突出量：Ｐの略０．５倍に設定されている。

なお、アレスタ４６，４８のそれぞれにおいて、突出部５２の縁部５４，５６からの突出量：Ｐと入り込み部６０の入り込み量：Ｉを併せた縦寸法：Ｈと、突出部５２の突出方向に直交する幅寸法：Ｗは、互いに略等しい大きさに設定されており、本実施形態では、縦寸法：Ｈが０．３ｍｍ、幅寸法：Ｗが０．５ｍｍ〜０．６ｍｍに設定されている。

これら回路側アレスタ４６および接地側アレスタ４８は、回路パターン３８および接地パターン４０に予め突出部５２，５２を形成し、両突出部５２，５２の全体を囲むと共に回路パターン３８および接地パターン４０のそれぞれに入り込む矩形領域の半田レジスト４２を除去してレジスト開口部５０を形成し、レジスト開口部５０を通じて突出部５２，５２を含む回路パターン３８および接地パターン４０の一部の表面を露出させることで形成することが出来る。１つのレジスト開口部５０を形成することで回路側アレスタ４６と接地側アレスタ４８の両方を効率良く製造することが出来ると共に、回路側アレスタ４６と接地側アレスタ４８を位置精度良く形成することが出来る。

このような回路側アレスタ４６と接地側アレスタ４８が、回路パターン３８と接地パターン４０の近接部分の複数箇所に、突出部５２，５２を互いに突き合わせた対向状態で形成されている。

また、図３に、入力回路１４の図２とは異なる部位を示す。図３においては、互いに近接して並行に配索された回路パターン３８と接地パターン４０に、回路側アレスタ４６と接地側アレスタ４８が形成されている。回路側アレスタ４６および接地側アレスタ４８は、図２に示したものと略同様のものであることから、図中に図２と同一の符号を付することにより、その説明は省略する。このように、アレスタは、配線パターンの適宜の位置に形成することが可能であり、回路側アレスタ４６は、回路パターン３８の中間部分に形成することも勿論可能である。

そして、例えば図２に示したランド４４に接続された図示しないコネクタの端子から回路パターン３８に静電気が印加されると、回路側アレスタ４６と対向する接地側アレスタ４８との間でコロナ放電を生ずる。これにより、回路パターン３８に印加された静電気が接地パターン４０に放電されて、マイコン１６への静電気の入力が阻止される。その結果、マイコン１６を静電気から保護することが出来る。

特に、回路側アレスタ４６および接地側アレスタ４８には、互いに接近する方向に突出する先鋭形状の突出部５２，５２が設けられていると共に、回路側アレスタ４６と接地側アレスタ４８が、突出部５２，５２間において最も接近されている。これにより、突出部５２を電極として有効に機能させて、回路側アレスタ４６と接地側アレスタ４８間の放電をより確実に生じさせることが出来、より優れた耐静電気性能を得ることが出来る。更に、アレスタ４６，４８は、プリント基板１２の半田レジスト４２の一部を除去するのみで、コスト効率良く形成することが出来る。その結果、プリント基板１２に耐静電気構造としてツェナーダイオードを設けること等が不要となり、電気制御ユニット１０の小型化および低コスト化を図ることが出来る。

更にまた、アレスタ４６，４８には、突出部５２と反対方向に突出して、回路パターン３８，４０に入り込む入り込み部６０が形成されている。これにより、突出部５２による回路パターン３８，４０からの突出量を抑えつつ、アレスタ４６，４８の面積を確保することが出来、回路パターン３８に印加された静電気を完全に放電することが出来る。その結果、より優れた耐静電気性を得ることが出来る。特に、回路パターン３８および接地パターン４０の複数箇所に回路側アレスタ４６および接地側アレスタ４８を設けたことにより、耐静電気性を更に向上することが出来る。

以上、本発明の実施形態について詳述したが、本発明はその具体的な記載によって限定されない。例えば、前記実施形態においては、入力回路１４を構成する配線パターンとしての回路パターン３８と接地パターン４０に形成された回路側アレスタ４６および接地側アレスタ４８を例に示しているが、アレスタ４６，４８は、出力回路１８や、その他プリント基板１２に形成される配線パターンの適宜の位置に形成することが出来る。

また、本発明の耐静電気構造は、各種の電子制御ユニットに採用することが可能であって、例えば、車両の制動を制御するブレーキ制御ユニットや、ステアリング操作時のアシスト力を制御するステアリング制御ユニット、変速比を制御するトランスミッション制御ユニット、サスペンションの減衰力等を制御するサスペンション制御ユニット等、各種の電子制御ユニットに採用可能である。

１０：電子制御ユニット、１２：プリント基板、３６：基材、３８：回路パターン（配線パターン）、４０：接地パターン（配線パターン）、４２：半田レジスト（絶縁膜）、４４：ランド、４６：回路側アレスタ、４８：接地側アレスタ、５０：レジスト開口部、５２：突出部、５４：縁部（回路パターン）、５６：縁部（接地パターン）、５８：突出頂点、６０：入り込み部

Claims (4)

1. 基材と、該基材の表面に形成された配線パターンと、前記基材および前記配線パターンの表面に形成された絶縁膜とを有するプリント基板に電子部品が実装された電子制御ユニットの耐静電気構造であって、
   前記電子部品と接続される前記配線パターンとしての回路パターンと、アース接続された前記配線パターンとしての接地パターンとが近接して形成されており、
   前記回路パターンと前記接地パターンのそれぞれにおける他方との近接部分には、互いに接近する方向に突出された三角形状の突出部が形成されており、該突出部を含む前記回路パターンと前記接地パターンの一部の表面が露出するように前記絶縁膜が除去されることにより、
   前記回路パターンと前記接地パターンのそれぞれに前記突出部を備えたアレスタが形成されている
   ことを特徴とする電子制御ユニットの耐静電気構造。
2. 前記回路パターンに形成された前記アレスタの前記突出部の先端と、前記接地パターンに形成された前記アレスタの前記突出部の先端との対向距離が０．１ｍｍ〜０．６ｍｍに設定されている
   請求項１に記載の電子制御ユニットの耐静電気構造。
3. 前記回路パターンに形成された前記アレスタと、前記接地パターンに形成された前記アレスタのそれぞれにおいて、前記突出部から前記回路パターン又は前記接地パターンへの入り込み量が、前記突出部の前記回路パターン又は前記接地パターンからの突出量の０．５倍〜３倍に設定されている
   請求項１又は２に記載の電子制御ユニットの耐静電気構造。
4. 前記アレスタにおける前記突出部の先端の角度が、５５°〜６５°に設定されている
   請求項１〜３の何れか１項に記載の電子制御ユニットの耐静電気構造。

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