JP2017103371A - 基板構造 - Google Patents

Abstract

【課題】基板に設けられた複数の部品のうち過熱した部品を特定する構成において、基板の面積の増大を抑制できる、基板構造の提供。【解決手段】基板と、前記基板に設けられたマイクロコンピュータと、前記基板に設けられた複数の部品と、前記複数の部品のそれぞれに対して設けられ、対応する部品に接続された状態で前記基板に設けられた第１の導体パターンと、複数の前記第１の導体パターンのそれぞれに対して設けられ、前記マイクロコンピュータに接続された状態で前記基板に設けられた第２の導体パターンとを備え、前記マイクロコンピュータは、複数の前記第１の導体パターンのうちで熱膨張した導体パターンと、当該熱膨張した導体パターンに対して設けられた前記第２の導体パターンとが接触したことを示す信号が入力されることによって、前記複数の部品のうち過熱した部品を特定する、基板構造。【選択図】図１

Description

本発明は、基板構造に関する。

従来、サーミスタが複数の電子部品のそれぞれに対して設けられ、対応する電子部品の直下の絶縁基板の表面上または内部に設けられた基板構成が知られている（例えば、特許文献１を参照）。このような基板構成の場合、サーミスタをそのサーミスタに対応する電子部品に近接させることができるので、対応する電子部品が過熱状態にあるか否かの判定が可能となる。

特開２０１５−４６４９６号公報

しかしながら、上述の従来技術では、基板に設けられた複数の部品のうち過熱した部品を特定するためには、複数のサーミスタを基板に実装する必要があるので、基板の面積が増大する。

そこで、基板に設けられた複数の部品のうち過熱した部品を特定する構成において、基板の面積の増大を抑制できる、基板構造の提供を目的とする。

第１の案では、
基板と、
前記基板に設けられたマイクロコンピュータと、
前記基板に設けられた複数の部品と、
前記複数の部品のそれぞれに対して設けられ、対応する部品に接続された状態で前記基板に設けられた第１の導体パターンと、
複数の前記第１の導体パターンのそれぞれに対して設けられ、前記マイクロコンピュータに接続された状態で前記基板に設けられた第２の導体パターンとを備え、
前記マイクロコンピュータは、複数の前記第１の導体パターンのうちで熱膨張した導体パターンと、当該熱膨張した導体パターンに対して設けられた前記第２の導体パターンとが接触したことを示す信号が入力されることによって、前記複数の部品のうち過熱した部品を特定する、基板構造が提供される。

第１の案によれば、前記複数の部品のうちの任意の部品が過熱することによって、その過熱した部品に対して設けられた前記第１の導体パターンが熱膨張して、当該熱膨張した前記第１の導体パターンに対して設けられた前記第２の導体パターンに接触する。したがって、前記マイクロコンピュータは、複数の前記第１の導体パターンのうちで熱膨張した導体パターンと、当該熱膨張した導体パターンに対して設けられた前記第２の導体パターンとが接触したことを示す信号が入力されることによって、複数のサーミスタを基板に実装しなくても、前記複数の部品のうち過熱した部品を特定できる。よって、例えば複数のサーミスタを実装するためのランドを基板に複数設ける必要がなくなるので、基板の面積の増大を抑制することができる。

また、第２の案では、
基板と、
前記基板に設けられたマイクロコンピュータと、
前記基板に設けられた複数の部品と、
前記複数の部品のそれぞれに対して設けられ、対応する部品に近接した状態で前記基板に設けられた導体パターンと、
前記基板に設けられたインレイ又はビアとを備え、
前記マイクロコンピュータは、複数の前記導体パターンのうちで熱膨張した導体パターンと、前記インレイ又はビアとが接触したことを示す信号が入力されることによって、前記複数の部品のうち過熱した部品を特定する、基板構造が提供される。

第２の案によれば、前記複数の部品のうちの任意の部品が過熱することによって、その過熱した部品に対して設けられた前記導体パターンが熱膨張して、前記インレイ又はビアに接触する。したがって、前記マイクロコンピュータは、複数の前記導体パターンのうちで熱膨張した導体パターンと、前記インレイ又はビアとが接触したことを示す信号が入力されることによって、複数のサーミスタを基板に実装しなくても、前記複数の部品のうち過熱した部品を特定できる。よって、例えば複数のサーミスタを実装するためのランドを基板に複数設ける必要がなくなるので、基板の面積の増大を抑制することができる。

本案によれば、基板に設けられた複数の部品のうち過熱した部品を特定する構成において、基板の面積の増大を抑制することができる。

第１の実施形態の基板構造において、導体パターンが他の導体パターンに熱膨張により接触する前の状態の一例を示す図である。 第１の実施形態の基板構造において、導体パターンが他の導体パターンに熱膨張して接触した状態の一例を示す図である。 第２の実施形態の基板構造において、導体パターンがインレイに熱膨張により接触する前の状態の一例を示す図である。 第２の実施形態の基板構造において、導体パターンがインレイに熱膨張して接触した状態の一例を示す図である。

以下、本実施形態を図面を参照して説明する。

＜第１の実施形態＞
図１は、第１の実施形態の基板構造１において、導体パターンが他の導体パターンに熱膨張により接触する前の状態の一例を示す図である。図１の上側の図面は、基板構造１を上方からの視点で模式的に示す平面図であり、図１の下側の図面は、基板構造１を側方からの視点で模式的に示す側面図である。

基板構造１は、基板を備えた装置が有する構造の一例である。基板構造１は、例えば、基板４０を備えた電子制御装置（いわゆる、ＥＣＵ（Electronic Control Unit））に内蔵される。基板構造１は、例えば、基板４０と、マイクロコンピュータ３０と、複数の部品（図面では、２つの部品１０，２０を例示）と、配線パターン１１，２１，３１，３２とを備える。

基板４０は、第１の表面４１と、第１の表面４１とは反対側の第２の表面４２とを有する。基板４０の具体例として、プリント基板が挙げられる。第１の表面４１は、配線パターン１１，２１，３１，３２が形成された表層である。

マイクロコンピュータ３０は、基板４０に設けられた制御装置であり、例えば、中央演算処理装置（ＣＰＵ）及びメモリを備える制御チップである。マイクロコンピュータ３０は、基板４０の第１の表面４１に実装されている。

部品１０，２０は、基板４０に設けられ、基板４０の第１の表面４１に互いに離れて実装された電子部品である。部品１０，２０は、例えば、パワー半導体素子である。パワー半導体素子の具体例として、トランジスタが挙げられる。

第１の配線パターン１１は、第１の部品１０に対して設けられ、対応する第１の部品１０に接続した状態で基板４０に設けられた第１の導体パターンの一例である。第１の配線パターン１１は、第１の部品１０に第１の接続部材１２を介して接続しており、基板４０の第１の表面４１に形成されたパターンである。第１の接続部材１２の具体例として、ボンディングワイヤ、外部接続端子などが挙げられる。第１の配線パターン１１は、第１の部品１０又は第１の接続部材１２から第１の先端部１１ａまで延伸する直線状の導体パターンである。

第２の配線パターン２１は、第２の部品２０に対して設けられ、対応する第２の部品２０に接続した状態で基板４０に設けられた第１の導体パターンの一例である。第２の配線パターン２１は、第２の部品２０に第２の接続部材２２を介して接続しており、基板４０の第１の表面４１に形成されたパターンである。第２の接続部材２２の具体例として、ボンディングワイヤ、外部接続端子などが挙げられる。第２の配線パターン２１は、第２の部品２０又は第２の接続部材２２から第２の先端部２１ａまで延伸する直線状の導体パターンである。

第３の配線パターン３１は、第１の配線パターン１１に対して設けられ、マイクロコンピュータ３０に接続された状態で基板４０に設けられた第２の導体パターンの一例である。第３の配線パターン３１は、第１の部品１０に対して設けられ、第１の配線パターン１１が熱膨張する前の初期状態において第１の配線パターン１１から離れて近接配置された導体パターンである。第３の配線パターン３１は、マイクロコンピュータ３０に第３の接続部材３３を介して接続しており、基板４０の第１の表面４１に形成されたパターンである。第３の接続部材３３の具体例として、ボンディングワイヤ、外部接続端子などが挙げられる。第３の配線パターン３１は、マイクロコンピュータ３０又は第３の接続部材３３から第３の先端部３１ａまで延伸するＬ字状の導体パターンである。

第４の配線パターン３２は、第２の配線パターン２１に対して設けられ、マイクロコンピュータ３０に接続された状態で基板４０に設けられた第２の導体パターンの一例である。第４の配線パターン３２は、第２の部品２０に対して設けられ、第２の配線パターン２１が熱膨張する前の初期状態において第２の配線パターン２１から離れて近接配置された導体パターンである。第４の配線パターン３２は、マイクロコンピュータ３０に第４の接続部材３４を介して接続しており、基板４０の第１の表面４１に形成されたパターンである。第４の接続部材３４の具体例として、ボンディングワイヤ、外部接続端子などが挙げられる。第４の配線パターン３２は、マイクロコンピュータ３０又は第４の接続部材３４から第４の先端部３２ａまで延伸するＬ字状の導体パターンである。

第１の配線パターン１１の第１の先端部１１ａと第３の配線パターン３１の第３の先端部３１ａとの間に所定の距離設けて近接した状態で、第１の配線パターン１１と第３の配線パターン３１は、基板４０の第１の表面４１上で互いに離れて配置されている。一方、第２の配線パターン２１の第２の先端部２１ａと第４の配線パターン３２の第４の先端部３２ａとの間に所定の距離設けて近接した状態で、第２の配線パターン２１と第４の配線パターン３２は、基板４０の第１の表面４１上で互いに離れて配置されている。

第１の先端部１１ａと第３の先端部３１ａとの最短距離は、第２の先端部２１ａと第４の先端部３２ａとの最短距離と等しい。また、配線パターン１１，２１，３１，３２は、互いに同じ熱膨張率を有する材料で形成されている。

次に、基板構造１の動作の一例について説明する。

例えば、第１の部品１０が発熱すると、基板４０の第１の表面４１に平行な方向に熱伝導が発生し、第１の部品１０からの熱が第１の配線パターン１１に伝導する。第１の部品１０の過熱により第１の配線パターン１１が熱膨張すると、第１の配線パターン１１は基板４０の第１の表面４１に平行な方向に伸びるので、第１の配線パターン１１の第１の先端部１１ａは、第３の配線パターン３１に第３の先端部３１ａで接触する。第１の先端部１１ａが第３の先端部３１ａで接触すると、第１の配線パターン１１と第３の配線パターン３１とが導通する。

よって、第１の配線パターン１１と第３の配線パターン３１とが接触したことを示す第１の接触検知信号が、第１の部品１０の第１の配線パターン１１から第３の配線パターン３１を介してマイクロコンピュータ３０に入力されることが可能となる。第１の配線パターン１１は、第１の部品１０内で、グランド電位に接続されてもよいし、定電圧源に接続されてもよいし、信号出力回路に接続されてもよい。

したがって、マイクロコンピュータ３０は、第１の接触検知信号の入力を検知すると、第１の配線パターン１１が熱膨張して第３の配線パターン３１に接触したと判定できるので、第１の配線パターン１１に対応する第１の部品１０が過熱したと検出できる。

一方、第２の部品２０が発熱すると、基板４０の第１の表面４１に平行な方向に熱伝導が発生し、第２の部品２０からの熱が第２の配線パターン２１に伝導する。第２の部品２０の過熱により第２の配線パターン２１が熱膨張すると、第２の配線パターン２１は基板４０の第１の表面４１に平行な方向に伸びるので、第２の配線パターン２１の第２の先端部２１ａは、第４の配線パターン３２に第４の先端部３２ａで接触する（図２参照）。第２の先端部２１ａが第４の先端部３２ａで接触すると、第２の配線パターン２１と第４の配線パターン３２とが導通する。

よって、第２の配線パターン２１と第４の配線パターン３２とが接触したことを示す第２の接触検知信号が、第２の部品２０の第２の配線パターン２１から第４の配線パターン３２を介してマイクロコンピュータ３０に入力されることが可能となる。第２の配線パターン２１は、第２の部品２０内で、グランド電位に接続されてもよいし、定電圧源に接続されてもよいし、信号出力回路に接続されてもよい。

したがって、マイクロコンピュータ３０は、第２の接触検知信号の入力を検知すると、第２の配線パターン２１が熱膨張して第４の配線パターン３２に接触したと判定できるので、第２の配線パターン２１に対応する第２の部品２０が過熱したと検出できる。

このように、マイクロコンピュータ３０は、第１の配線パターン１１と第２の配線パターン２１とのうち他の配線パターンに接触したパターンを接触検知信号の入力により検出できるので、第１の部品１０と第２の部品２０とのうち、過熱した部品を特定できる。そして、マイクロコンピュータ３０は、他の配線パターンに接触した配線パターンを検出することによって、複数のサーミスタを基板４０に実装しなくても、複数の部品のうち過熱した部品を特定できる。よって、例えば複数のサーミスタを実装するためのランドを基板４０に複数設ける必要がなくなるので、基板４０の面積の増大を抑制することができる。

また、マイクロコンピュータ３０は、過熱した部品を特定することで、例えば、第１の部品１０と第２の部品２０とのうち、過熱した部品のみを保護又は制限をかけることができる。例えば、マイクロコンピュータ３０は、過熱した方の部品の動作を止めても、過熱していない方の部品の動作を継続できる。このような機能は、第１の部品１０と第２の部品２０とが同じ機能及び構成を有する冗長系回路において特に有利である。

＜第２の実施形態＞
図３は、第２の実施形態の基板構造２において、導体パターンがインレイに熱膨張により接触する前の状態の一例を示す断面図である。

基板構造２は、基板を備えた装置が有する構造の一例である。基板構造２は、例えば、基板９０を備えた電子制御装置（いわゆる、ＥＣＵ（Electronic Control Unit））に内蔵される。基板構造２は、例えば、基板９０と、マイクロコンピュータ８０と、複数の部品（図面では、２つの部品５０，６０を例示）と、配線パターン８１，８２と、インレイ７１と、ヒートシンク７０とを備える。

基板９０は、第１の表面９１と、第１の表面９１とは反対側の第２の表面９２と、第１の表面９１と第２の表面９２との間に挟まれた内層９３とを有する。基板９０の具体例として、両面実装可能な多層のインレイ基板が挙げられる。第１の表面９１は、第１の部品５０が実装された表層であり、第２の表面９２は、第２の部品６０が実装された表層である。内層９３は、配線パターン８１，８２が形成されている。

マイクロコンピュータ８０は、基板９０に設けられた制御装置であり、例えば、中央演算処理装置（ＣＰＵ）及びメモリを備える制御チップである。マイクロコンピュータ８０は、基板９０の第２の表面９２に実装されている。

部品５０，６０は、基板９０を挟んで基板９０の両側に設けられた電子部品である。第１の部品５０は、基板９０の第１の表面９１に実装され、第２の部品６０は、基板９０の第２の表面９２に実装されている。第１の部品５０は、第１の表面９１に形成されたランド等の導電性パターンに、ボンディングワイヤ等の接続部材５３を介して、導通可能に接続されている。第２の部品６０は、第２の表面９２に形成されたランド等の導電性パターンに、ボンディングワイヤ等の接続部材６３を介して、導通可能に接続されている。部品５０，６０は、例えば、パワー半導体素子である。パワー半導体素子の具体例として、トランジスタが挙げられる。

第１の配線パターン８１は、第１の部品５０に対して設けられ、対応する第１の部品５０に近接した状態で基板９０に設けられた導体パターンの一例である。第１の配線パターン８１は、第１の部品５０に第１の表面９１を挟んで近接して対向しており、基板９０の内層９３の第１の表面９１寄りに形成された部分を有する。第１の配線パターン８１は、マイクロコンピュータ８０に第１の接続部材８３を介して接続しており、基板９０の第２の表面９２に形成された部分を有する。第１の接続部材８３の具体例として、ボンディングワイヤ、外部接続端子などが挙げられる。第１の配線パターン８１は、マイクロコンピュータ８０又は第１の接続部材８３から第１の先端部８１ａまで延伸する導体パターンである。第１の先端部８１ａは、内層９３に位置する。

第２の配線パターン８２は、第２の部品６０に対して設けられ、対応する第２の部品６０に近接した状態で基板９０に設けられた導体パターンの一例である。第２の配線パターン８２は、第２の部品６０に第２の表面９２を挟んで近接して対向しており、基板９０の内層９３の第２の表面９２寄りに形成された部分を有する。第２の配線パターン８２は、第１の配線パターン８１と同様、マイクロコンピュータ８０に第２の接続部材（図示省略）を介して接続しており、基板９０の第２の表面９２に形成された部分を有する。第２の接続部材の具体例として、ボンディングワイヤ、外部接続端子などが挙げられる。第２の配線パターン８２は、マイクロコンピュータ８０又は第２の接続部材から第２の先端部８２ａまで延伸する導体パターンである。第２の先端部８２ａは、内層９３に位置する。

インレイ７１は、基板９０に設けられたインレイの一例である。インレイ７１は、基板９０の厚さ方向に基板９０にはめ込まれた導電性部品であり、基板９０の熱をヒートシンク７０に放熱する。第１の部品５０と第２の部品６０で発生した熱は、インレイ７１に伝導し、インレイ７１に伝導した熱はヒートシンク７０に放熱される。インレイ７１は、例えば、銅インレイである。インレイ７１は、第１の配線パターン８１及び第２の配線パターン８２が熱膨張する前の初期状態において、第１の配線パターン８１及び第２の配線パターン８２から離れて近接配置されており、マイクロコンピュータ８０とは導通可能に接続されていない。

第１の配線パターン８１の第１の先端部８１ａとインレイ７１の側面との間に所定の距離設けて近接した状態で、第１の配線パターン８１とインレイ７１は、基板９０の内層９３内で互いに離れて配置されている。一方、第２の配線パターン８２の第２の先端部８２ａとインレイ７１の側面との間に所定の距離設けて近接した状態で、第２の配線パターン８２とインレイ７１は、基板９０の内層９３内で互いに離れて配置されている。

第１の先端部８１ａとインレイ７１の側面との最短距離は、第２の先端部８２ａとインレイ７１の側面との最短距離と等しい。また、配線パターン８１，８２は、互いに同じ熱膨張率を有する材料で形成されている。

次に、基板構造２の動作の一例について説明する。

例えば、第１の部品５０が発熱すると、基板９０の厚さ方向に熱伝導が発生し、第１の部品５０からの熱が第１の配線パターン８１に伝導する。第１の部品５０の過熱により第１の配線パターン８１が熱膨張すると、第１の配線パターン８１は基板９０の第１の表面９１に平行な方向に伸びるので、第１の配線パターン８１の第１の先端部８１ａは、インレイ７１の側面に接触する（図４参照）。第１の先端部８１ａがインレイ７１の側面に接触すると、第１の配線パターン８１とインレイ７１とが導通する。

よって、第１の配線パターン８１とインレイ７１とが接触したことを示す第１の接触検知信号が、第１の配線パターン８１を介してマイクロコンピュータ８０に入力されることが可能となる。第１の接触検知信号のローレベルの電位を安定させる点で、インレイ７１は、グランド電位に接続されていることが好ましい。

したがって、マイクロコンピュータ８０は、第１の接触検知信号の入力を検知すると、第１の配線パターン８１が熱膨張してインレイ７１に接触したと判定できるので、第１の配線パターン８１に対応する第１の部品５０が過熱したと検出できる。

一方、第２の部品６０が発熱すると、基板９０の厚さ方向に熱伝導が発生し、第２の部品６０からの熱が第２の配線パターン８２に伝導する。第２の部品６０の過熱により第２の配線パターン８２が熱膨張すると、第２の配線パターン８２は基板９０の第２の表面９２に平行な方向に伸びるので、第２の配線パターン８２の第２の先端部８２ａは、インレイ７１の側面に接触する。第２の先端部８２ａがインレイ７１の側面に接触すると、第２の配線パターン８２とインレイ７１とが導通する。

よって、第２の配線パターン８２とインレイ７１とが接触したことを示す第２の接触検知信号が、第２の配線パターン８２を介してマイクロコンピュータ８０に入力されることが可能となる。第２の接触検知信号のローレベルの電位を安定させる点で、インレイ７１は、グランド電位に接続されていることが好ましい。

したがって、マイクロコンピュータ８０は、第２の接触検知信号の入力を検知すると、第２の配線パターン８２が熱膨張してインレイ７１に接触したと判定できるので、第２の配線パターン８２に対応する第２の部品６０が過熱したと検出できる。

このように、マイクロコンピュータ８０は、第１の配線パターン８１と第２の配線パターン８２とのうちインレイ７１に接触したパターンを接触検知信号の入力により検出できるので、第１の部品５０と第２の部品６０とのうち、過熱した部品を特定できる。そして、マイクロコンピュータ８０は、インレイに接触した配線パターンを検出することによって、複数のサーミスタを基板９０に実装しなくても、複数の部品のうち過熱した部品を特定できる。よって、例えば複数のサーミスタを実装するためのランドを基板９０に複数設ける必要がなくなるので、基板９０の面積の増大を抑制することができる。

また、第１の配線パターン８１と第２の配線パターン８２とが内層９３に配置されているので、第１の配線パターン８１と第２の配線パターン８２との配線スペースを削減することができ、基板９０及び基板構造２の更なる小型化が可能となる。

また、マイクロコンピュータ８０は、過熱した部品を特定することで、例えば、第１の部品５０と第２の部品６０とのうち、過熱した部品のみを保護又は制限をかけることができる。例えば、マイクロコンピュータ８０は、過熱した方の部品の動作を止めても、過熱していない方の部品の動作を継続できる。このような機能は、第１の部品５０と第２の部品６０とが同じ機能及び構成を有する冗長系回路において特に有利である。

以上、基板構造を実施形態により説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。他の実施形態の一部又は全部との組み合わせや置換などの種々の変形及び改良が、本発明の範囲内で可能である。

例えば、インレイは、グランドに接続されたビアに置換されてもよい。

１，２ 基板構造
１０，５０ 第１の部品
１１，８１ 第１の配線パターン
１１ａ，８１ａ 第１の先端部
１２ 第１の接続部材
２０，６０ 第２の部品
２１，８２ 第２の配線パターン
２１ａ，８２ａ 第２の先端部
２２ 第２の接続部材
３０，８０ マイクロコンピュータ
３１ 第３の配線パターン
３１ａ 第３の先端部
３２ 第４の配線パターン
３２ａ 第４の先端部
３３ 第３の接続部材
３４ 第４の接続部材
４０，９０ 基板
４１，９１ 第１の表面
４２，９２ 第２の表面
７０ ヒートシンク
７１ インレイ
９３ 内層

Claims (2)

1. 基板と、
   前記基板に設けられたマイクロコンピュータと、
   前記基板に設けられた複数の部品と、
   前記複数の部品のそれぞれに対して設けられ、対応する部品に接続された状態で前記基板に設けられた第１の導体パターンと、
   複数の前記第１の導体パターンのそれぞれに対して設けられ、前記マイクロコンピュータに接続された状態で前記基板に設けられた第２の導体パターンとを備え、
   前記マイクロコンピュータは、複数の前記第１の導体パターンのうちで熱膨張した導体パターンと、当該熱膨張した導体パターンに対して設けられた前記第２の導体パターンとが接触したことを示す信号が入力されることによって、前記複数の部品のうち過熱した部品を特定する、基板構造。
2. 基板と、
   前記基板に設けられたマイクロコンピュータと、
   前記基板に設けられた複数の部品と、
   前記複数の部品のそれぞれに対して設けられ、対応する部品に近接した状態で前記基板に設けられた導体パターンと、
   前記基板に設けられたインレイ又はビアとを備え、
   前記マイクロコンピュータは、複数の前記導体パターンのうちで熱膨張した導体パターンと、前記インレイ又はビアとが接触したことを示す信号が入力されることによって、前記複数の部品のうち過熱した部品を特定する、基板構造。

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