JP2022151819A - プリント回路基板を有する回路及びその回路を有する車両 - Google Patents

Abstract

【課題】安全性の点で改善された回路を作成することを目的とする。
【解決手段】プリント回路基板（１２）と少なくとも１つの多層セラミックコンデンサ（ＭＬＣＣ）（１０）とを有する回路が記載され、プリント回路基板（１２）は、プリント回路基板（１２）上のＭＬＣＣ（１０）の投影領域に少なくとも１つの開口（１６）を有することを特徴とする。
また、少なくとも１つの開口部（１６）が、ＭＬＣＣ（１０）のコンタクト列に平行な方向に延びており、少なくとも１つの開口部（１６）の少なくとも１つの境界が、プリント回路基板（１２）上のＭＬＣＣ（１０）の投影に一致し、プリント回路基板（１２）におけるＭＬＣＣ（１０）の投影面積の２０％以上及び／又は５０％以下の面積を有し、少なくとも１つの湾曲境界を有することを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、プリント回路基板を有する回路及びそのような回路を有する車両に係りより詳しくは、安全性の点で改善された回路を作成することを目的とするプリント回路基板を有する回路及びそのような回路を有する車両に関する。

自動車工学の分野では、特にＥＭＣ（電磁干渉）フィルタリングに多層セラミックコンデンサ、以下ＭＬＣＣと呼ばれるものが用いられる。しかし、これらの構成要素は、誤動作することがあり、特にショートの影響を受けることがあり、これは、結果として発生する熱と／または炎により直接影響を受ける構成要素から車両に拡散することがあるという点で、安全に重要である。
図１０に示すように、ＭＬＣＣ１０は、例えばＥＭＣフィルタ２０を形成し、コントローラ２２、送電部２４とともに制御ユニット２６に収容する。この制御ユニット２６と車両のバッテリ２８との間にヒューズ３０を設ける。また、制御ユニット２６は、車両のモータ３２、典型的にはブラシレス直流モータに接続されている。
図１１に示すとおり、ＭＬＣＣ１０は、誘電体材料３６が介在する導電層３４を有するように構成されている。
図１２からより明確にわかるように、特にリーク電流３８が発生する危険性があるが、これは保護対策を起動するものではなく、消費電力が増加して発熱し、ＭＬＣＣ１０以下の領域でもプリント回路基板１２に火災が発生するおそれがある。図１２ａにおいて、４０は、２つの導電層３４間の欠陥を示しており、これにより、図１２ｂに示す故障電流４２が発生し、発熱する。これにより、図１２ｃに示すように、プリント回路基板１２のＭＬＣＣ１０よりも下方の領域も加熱され、ここにも故障電流４４が流れることになり、プリント回路基板１２の焼損、剥離、燃焼が発生し、大きな損傷が生じる。

図１４からわかるように、ＭＬＣＣに障害があると、一方で回路が開放され、レベル４６から例えば４８で示す５０Ａに電流が低下する可能性がある。その後、電流の流れが中断され、電圧がレベル５０から負荷のないレベル１４Ｖに低下する。これは５２に示されている。
ただし、図１５によると、レベル４６からレベル４８に最初に電流が減少したにもかかわらず、ＭＬＣＣが故障した後、５２で示される電圧が最初に減少する可能性がある。しかし、その後、プリント回路基板に電流が流れるため、上記のような危険な状況が発生する可能性がある。
米国特許出願公開２０１６／０１２００２７号明細書によれば、ＭＬＣＣは中間層を介してプリント回路基板上に実装される。中間層は、開口部を有することができる。
米国特許出願公開２０１５／００２９６７４号明細書は、プリント回路基板に取り付けられた電子部品を開口部の上に開示しており、開口部は熱伝導性材料で満たされている。

本発明は、安全性の点で改善された回路を作成することを目的としている。

本発明の課題は、請求項１によって達成される。
回路は、プリント回路基板と、少なくとも１つのＭＬＣＣとを含み、プリント回路基板は、プリント回路基板上のＭＬＣＣの投影領域に少なくとも１つの開口を有することを特徴とする。これは材料で満たされておらず、ＭＬＣＣが誤動作した場合、ＭＬＣＣとプリント回路基板の間に熱が蓄積されることを根本的に防止し、プリント回路基板の材料が発火し、焦げることがある
好ましい実施形態は、さらに請求項に記載されている。
ＭＬＣＣのコンタクト列に平行な方向に少なくとも１つの開口部を長くすることにより、プリント回路基板上におけるＭＬＣＣのコンタクト配列の損傷を有利に防止することができる。言い換えれば、開口部は、コンタクトが配置されたブロックまたはパッドの間および平行に延びている。

したがって、少なくとも１つの開口の少なくとも１つの境界がプリント回路基板上のＭＬＣＣの投影と一致する場合に、特に安全性を向上させる、特に大きな開口を作成することができる。同時に、ＭＬＣＣの方向から見ても開口部は見えないので、これは回路のレイアウトにわずかに影響する。
少なくとも１つの開口部がプリント回路基板上のＭＬＣＣの投影面積の少なくとも２０％および／または少なくとも５０％の面積を有する場合、特に良好な特性が期待される。したがって、開口部の寸法はＭＬＣＣのサイズに依存する。特に、ＥＩＡコード１２０６または１２０９を有するＭＬＣＣの場合には、良好な結果が期待される。
少なくとも１つの曲線境界がある場合、開口部の作成に有利である。これは、たとえば、このプロセスで使用されるドリルまたはエンドミルの曲率によって作成できる。
同時に、少なくとも１つの開口部が、例えばドリルまたはエンドミルの並進運動によって作成される少なくとも２つの平行境界を有する場合、作成を簡単にすることができる。

本発明による回路は、特にプリント回路基板がＦＲ４材料からなる場合の利点を示す。これは特に焦げる傾向があるので、本発明による開口部によって特に好ましくない効果を相殺することができる。
複数のＭＬＣＣが存在する場合、少なくとも１つの開口部が２つ以上のＭＬＣＣの投影にわたって延びていれば、効率的に作成できるという利点がある。
本発明による回路は、さらに、プリント回路基板上に実装され、かつ／またはプリント回路基板がストリップ導体を有することを特徴とする。 すなわち、プリント回路基板は何らかの中間素子ではなく、電子部品及び／又はストリップ導体を実装したプリント回路基板自体を、安全性が向上するように有利に改質する。
これは、プリント回路基板の少なくとも一方の開口部および／またはプリント回路基板の厚さに沿って延びる開口部の内面の周囲を被覆しない実施形態にも適用される。その結果、この領域に電流が流れる可能性を低くすることにより、望ましくない火炎伝播の促進を防止することができる。
特に、本発明による回路は、動作電圧が１２Ｖまたは４８Ｖのときに使用することができる。最後に、本発明による開口部は、好ましくは、いかなる材料も含まないことを再度強調する必要がある。

本発明による回路は、主バッテリに火炎が伝播する危険性がある場合に特に危険が生じるため、電気自動車またはハイブリッド車両で使用することが好ましい。しかしながら、本発明に係る回路は、火炎伝播のリスクを回避するための任意の車両に適している。

以下、図面に例示的に示される発明の実施形態をより詳細に説明する。図面には次の内容が示されている。
本発明に係る回路の断面を示す斜視図である。 ＭＬＣＣなしの図１による斜視図である。 複数のＭＬＣＣが互いに並列に電気的に接続された代替実施形態の平面図である。 コンタクトブロックに対する開口部の位置を見ることができる図１の実施形態のさらなる平面図である。 典型的なＭＬＣＣパッケージの２つのビューと寸法を示した図である。 図１の実施形態を、プリント回路基板上にその周囲を示す図である。 図６のＭＬＣＣのセクションを示す図である。 図３の実施形態におけるＭＬＣＣとその周辺をプリント回路基板上に３箇所配置した場合の実施例を示す図である。 ２つのＭＬＣＣを有する図８のセクションを示す図である。 電源ラインにＥＭＣフィルタを配置した典型的な配置で提供されるＭＬＣＣのブロック図である。 ＭＬＣＣの内部層の構造を模式的に示す図である。 ａ～ｃは、ＭＬＣＣの周辺の障害の発展を示す図である。 ａ～ｃは、本発明による欠陥の防止を示す図である。 従来使用されていたＭＬＣＣに障害が発生した場合の電流および電圧図を示す。 従来使用されていたＭＬＣＣに障害が発生した場合の電流および電圧図を示す。 本発明に従って組み込まれたＭＬＣＣに障害が発生した場合の電流および電圧図である。

図１に示すように、ＭＬＣＣ１０は、プリント回路基板１２のブロック１４に、図１には見えない、左右の外縁に平行に延びるコンタクトが接触するようにプリント回路基板１２に実装されている。ブロック１４と平行に、またブロック１４間において、開口部１６の端部を図１に示すが、図２に示す方が見やすい。
図２は、ブロック１４の略矩形デザインと、これに平行な開口部１６の細長いデザインとを示す。図示の場合、開口部１６は、ブロック１４の長辺と実質的に平行な２つの平行な側縁を有する。開口部１６の端部は実質的に半円形に形成されており、これにより、直径がほぼ平行エッジ間の距離に対応するドリルまたはエンドミルによって効率的に開口部１６を作成することができる。これは、開口部１６が破線で示される複数のＭＬＣＣ１０の下に延びている図３の実施形態にも適用される。
破線は、基本的にプリント回路基板上のそれぞれのＭＬＣＣの投影を示す。また、各ブロック１４は、図２のブロック１４に対応して、開口１６のみが複数のＭＬＣＣに対応して長い。図３によれば、開口部は、図３に示すように、最上段および最下段のＭＬＣＣの突出部をわずかに超えて突出しているが、それぞれの端部が突出部の縁に一致していてもよいし、開口部１６が短くなっていてもよい。

例えば、ブロック１４の長い側面は、長さ１．５～２．８ｍｍであり、互いに１．５～２ｍｍの間隔を置くことができる。この場合、開口部１６の平行な縁は、互いに０．９～１ｍｍ間隔で間隔を置くことができ、開口部１６の全長は２．６～３．９ｍｍである。これは、図２と図３の左側から右側に測定された３．０～３．４ｍｍのＭＬＣＣに適用される。図３によれば、隣接するＭＬＣＣのブロックは、例えば０．８ｍｍ間隔で配置することができる。特に、本発明による利点は、前記寸法規則によって特に良好に達成できる。
図４は、図１の実施形態において、２つのブロック１４、ＭＬＣＣ１０の投影、ブロック１４間の開口１６を示す。これは、図３の例によって示される３つのＭＬＣＣのうちの１つの周辺の状況に実質的に対応しており、上記の例示的な寸法が適用される。
図５の上部は、コンタクトがハッチングされた典型的なＭＬＣＣの平面図である。下部には、拡大縮小ではなく側面図が表示されているが、設計Ｌによっては、３．０～３．４ｍｍ、Ｓは１．５～２．３ｍｍ、Ｗは１．４～２．７ｍｍ、Ｔは０．２５～０．７５ｍｍであることに注意しなければならない。特に、上記のブロックと開口部の例示的な寸法は、そのような測定に適用される。

次の表は、ＭＬＣＣのタイプに応じて、図４と図５に従って有利な寸法を示す。

図６において、図１の実施形態によれば、プリント回路基板１２上のストリップ導体１８がブロック１４に沿っており、ストリップ導体１８がさらに電子部品に接続されていてもよいことが分かる。図７は、ＭＬＣＣ１０が１つある場合の図６のセクションを示す。これは、図１に示すように、両端の開口部１６の両端がＭＬＣＣ１０の投影面からわずかに突出している場合に相当する。
図８は、図３の実施形態と同様の断面図であり、この場合、３対のブロック１４と、対応する長い開口１６とを備える。
図９に示すように、このような実施形態は２つのＭＬＣＣのみである３つのＭＬＣＣに適している。その周囲には、再びストリップ導体１８が見える。
図１３ａ，図１３ｂによれば、本発明に係る溶液の場合におけるリーク電流発生時の展開は、図１２を参照して説明したものと当初は同じであるが、ＭＬＣＣ１０の下方領域のプリント回路基板１２の開口部１６を考慮すると、プリント回路基板１２及びｃのチャリングが行われる。その爆発を防止することができる。
図１６から分かるように、特に図１５と比較すると、プリント回路基板に電流が流れず、電流と電圧が安全なレベルまで低下してＭＬＣＣだけが破損するが、焼損、剥離、火炎伝播は発生しない。

１０ ＭＬＣＣ、多層セラミックコンデンサ
１２ プリント回路基板
１４ ブロック
１６ 開口部
２０ ＥＭＣフィルタ
２２ コントローラ
２４ 送電部
２６ 制御ユニット
２８ 車両のバッテリ
３０ ヒューズ
３２ モータ
３６ 誘電体材料
３４ 導電層
３８ リーク電流
４２、４４ 故障電流
４６、４８ レベル

Claims (14)

1. プリント回路基板（１２）と少なくとも１つの多層セラミックコンデンサ（ＭＬＣＣ）（１０）とを有する回路であって、プリント回路基板（１２）上のＭＬＣＣ（１０）の投影領域に少なくとも１つの開口部（１６）を有することを特徴とするプリント回路基板を有する回路。
2. 少なくとも１つの開口部（１６）が、ＭＬＣＣ（１０）のコンタクト列に平行な方向に延びていることを特徴とする請求項１に記載のプリント回路基板を有する回路。
3. 少なくとも１つの開口部（１６）の少なくとも１つの境界が、プリント回路基板（１２）上のＭＬＣＣ（１０）の投影に一致することを特徴とする請求項１又は２に記載のプリント回路基板を有する回路。
4. 少なくとも１つの開口部（１６）が、プリント回路基板（１２）におけるＭＬＣＣ（１０）の投影面積の２０％以上及び／又は５０％以下の面積を有することを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載のプリント回路基板を有する回路。
5. 少なくとも１つの開口部（１６）が少なくとも１つの湾曲境界を有することを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか一項に記載のプリント回路基板を有する回路。
6. 少なくとも１つの開口部（１６）が少なくとも２つの平行な境界を有することを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれか一項に記載のプリント回路基板を有する回路。
7. プリント回路基板（１２）がＦＲ４材料からなることを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれか一項に記載のプリント回路基板を有する回路。
8. 少なくとも１つの開口部（１６）が、２つ以上のＭＬＣＣ（１０）の投影にわたって延びていることを特徴とする請求項１乃至請求項７のいずれか一項に記載のプリント回路基板を有する回路。
9. 前記プリント回路基板（１２）に、さらに部品が実装されていることを特徴とする請求項１乃至請求項８のいずれか一項に記載のプリント回路基板を有する回路。
10. プリント回路基板（１２）がストリップ導体（１８）を有することを特徴とする請求項１乃至請求項９のいずれか一項に記載のプリント回路基板を有する回路。
11. 少なくとも１つの開口部（１６）がコーティングされていないことを特徴とする請求項１乃至請求項１０のいずれか一項に記載のプリント回路基板を有する回路。
12. １２Ｖ及び／又は４８Ｖの動作電圧用に設計されていることを特徴とする請求項１乃至請求項１１のいずれか一項に記載のプリント回路基板を有する回路。
13. 少なくとも１つの開口部（１６）が、いかなる材料も含まないことを特徴とする請求項１乃至請求項１２のいずれか一項に記載のプリント回路基板を有する回路。
14. 請求項１乃至請求項１３のいずれか一項に記載のプリント回路基板を有する回路を有する車両、特に電気自動車またはハイブリッド車両。

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