JP4900264B2 - 電子制御ユニットの耐静電気構造 - Google Patents

Description

本発明は、自動車等の車両に搭載される電子制御ユニットの耐静電気構造に関する。

自動車等の車両に搭載される電子制御ユニットに内蔵されるプリント基板は、様々な電子部品を実装し、車両内の各部を制御するために必要な回路構成を実現している。ところで、プリント基板に実装される電子部品の中には、集積回路（ＩＣ、ＬＳＩ等）やマイクロコンピュータのような耐静電気性の弱い電子部品が存在する。このような耐静電気性の弱い電子部品が実装されるプリント基板においては、通常、外部からの静電気の印加による電子部品の破壊を防止するための耐静電気対策が施されている。

従来、電子部品等を実装するプリント基板の耐静電気構造として、以下に述べるものが挙げられる。例えば、特許文献１においては、プリント基板上で間隙をあけて対向した２つの導体パターンにおいて、各導体パターンに互いに対向して突出する突出パターンが形成された構造が開示されている。この構造の場合、２つの導体パターン間にサージ電圧が印加されると、突出パターンの先端部からアース側導体パターン側へ放電が行なわれ、プリント基板を構成する電子部品が保護される。

また、特許文献２においては、プリント基板上のはんだレジストを剥がすことにより銅箔を露出させて放電経路が形成された構造が開示されている。この構造の場合、外部エネルギーが印加されると、形成された放電経路から外部エネルギーの放電が行なわれ、素子の破壊等の発生を防いでいる。
特開２００２−３１９７４６号公報 特開平９−４６８９５号公報

上述したように、特許文献１に開示された耐静電気構造においては、対向する一対の突出パターンからなるアレスタをプリント基板上に形成し、このアレスタを介して静電気による高電圧を放電させ、プリント基板に実装された電子部品を保護している。しかしながら、特許文献１の耐静電気構造ではアレスタを形成する突出パターンのためのスペースを確保する必要があり、プリント基板の実装密度を高める上で障害となる問題点がある。

一方、特許文献２に開示された耐静電気構造においては、はんだレジストを剥がすことにより２つの実装パターン間にアレスタを形成しており、このため、新たなスペースの確保が不要であり、プリント基板の実装密度の向上を阻害するものではない。しかしながら、特許文献２の耐静電気構造では１つのアレスタが入力端子側に配置されるのみである。このため、アレスタにより外部エネルギーを完全に放電させることができなった場合には、電子部品の破壊を招いてしまう問題点がある。

上記問題点に鑑み、本発明の目的は、プリント基板の実装密度の低下を招くことなく、耐静電気性を向上させることができる電子制御ユニットの耐静電気構造を提供することである。

上記目的を達成するために、本発明の一局面に従う電子制御ユニットの耐静電気構造は、基材の表面に配線パターンが形成されるとともに、それらの基材及び配線パターンの表面に絶縁膜が形成されてプリント基板が構成され、そのプリント基板に電子部品が実装されて成る電子制御ユニットの耐静電気構造であって、プリント基板の外部と接続するための端子と、前記端子と前記プリント基板に実装された電子部品との間に配置された配線と、前記端子側から前記電子部品側に向かって多段に配置されるように前記配線と接続された４つの接続パッド部と、前記４つの接続パッド部の各々に近接して配置された接地電位線と、前記４つの接続パッド部の各々に一対一に対応しており、前記４つの接続パッド部の各々の一部、前記４つの接続パッド部の各々の前記一部に対向する前記接地電位線の一部及び、それら間の前記基材の表面が露出するように前記絶縁膜が除去された前記４つのアレスタとを備える。

上記の電子制御ユニットの耐静電気構造では、多段に配置された複数のＩＣＴ用パッドや実装パッドである接続パッド部に対応するように４段のアレスタが配置されているので、端子から印加される静電気を確実に放電させることができる。このため、電子制御ユニットの耐静電気性を向上させることができる。

また、上記の電子制御ユニットの耐静電気構造では、４段に配置されたアレスタを形成するための特別なパターンを設ける必要が無く、あらかじめ所定のパターンが配置されたプリント基板上の絶縁膜の一部を除去するだけで実現される。このため、アレスタを設けるためのスペースは不要であり、プリント基板の実装密度を向上させることができる。

好ましくは、前記接続パッドの一部と、それに対向する前記接地電位線の一部との間の放電ギャップが、０．５ｍｍである。

また好ましくは、前記４つの接続パッド部は、インサーキットテスト用パッドを少なくとも１つ含むことを特徴とする。

前記複数の接続パッド部の各々は、略矩形形状を有し、前記複数の接続パッド部の各々の少なくとも１つの頂点は、前記接地電位線に近接する近接頂点であり、前記複数のアレスタの各々においては、前記複数の接続パッド部の各々の一部である前記複数の接続パッド部の各々の近接頂点、前記複数の接続パッド部の各々の前記近接頂点に対向する前記接地電位線の一部及び、それら間の前記基材の表面が露出するように前記絶縁膜が除去されていることが好ましい。

この場合、略矩形状の接続パッド部の頂点から静電気を放電させ、その頂点と比べて大面積の接地配線の一部に静電気を放電させることができるので、アレスタの放電効率を高めることができる。このため、電子制御ユニットの耐静電気性をより効果的に向上させることができる。

本発明によれば、プリント基板の実装密度の低下を招くことなく、耐静電気性を向上させることができる電子制御ユニットの耐静電気構造を提供することができる。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、同じ要素については同じ符号を付しており、説明を省略する場合がある。図１は、本発明の実施の形態に係る電子制御ユニットの概略構成を示すブロック図である。

本実施の形態に係る電子制御ユニット１０は、図１に示すように、マイクロコンピュータ（以下、「マイコン」と呼ぶ。）１１と、入力回路１２と、出力回路１３と、入力端子１４ａ〜１４ｆと、出力端子１５ａ、１５ｂと、を備えている。具体的には、マイコン１１、入力回路１２及び、出力回路１３は、同一のプリント基板上に配置されており、そのプリント基板に設けられた入力端子１４ａ〜１４ｆ及び、出力端子１５ａ、１５ｂを通して外部との間でやり取りを行う。

本実施の形態に係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及び施錠を制御するドアロック制御ユニットである。もちろん、本実施の形態に係る電子制御ユニット１０は、ドアロック制御ユニットに限るものではなく、例えば、車両の姿勢や制動を制御するための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、速度やエンジン回転数に応じて変速比を切り替えるためのトランスミッション制御ユニット、ショックアブソーバーやブッシュ等の減衰力やスプリングのばね定数等を制御するサスペンション制御ユニット等のいずれであっても構わない。以下、本実施の形態に係る電子制御ユニット１０がドアロック制御ユニットであるとして説明する。

本実施の形態に係る電子制御ユニット１０においては、車載バッテリ１に接続されたスイッチ２と入力回路１２とが入力端子１４ａを通して接続されている。入力回路１２は、スイッチ２が開状態の場合にはＬｏｗレベルの電圧をマイコン１１に出力し、スイッチ２が閉状態の場合にはＨｉｇｈレベルの電圧をマイコン１１に出力する。マイコン１１は、入力回路１２から出力される電圧のレベルに基づいてスイッチ２の開閉動作を検知する。

さらに、本実施の形態に係る電子制御ユニット１０においては、ドアの開錠及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複数の入力用信号線４が入力端子１４ｂ〜１４ｅを通して入力回路１２に接続されている。また、接地電位３が入力端子１４ｆを通してマイコン１１、入力回路１２、出力回路１３の各々に供給されており、マイコン１１、入力回路１２、出力回路１３の各々の内部には、接地電位３を供給するための接地配線が配置されている。

本実施の形態のマイコン１１は、入力回路１２を介して入力される各種の制御信号と車載バッテリ１のスイッチ２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１３に出力する。出力回路１３は、出力端子１５ａ、１５ｂを通して出力用信号線５に接続されており、マイコン１１が生成する各種の制御信号を出力用信号線５を用いて各部に伝搬する。

次に、本実施の形態に係る電子制御ユニット１０の耐静電気構造について説明する。背景技術の欄で説明したように、マイコン１１のような耐静電気性の弱い電子部品が実装されるプリント基板においては、通常、外部からの静電気の印加による電子部品の破壊を防止するための耐静電気対策が必要である。したがって、例えば、図１の電子制御ユニット１０において耐静電気対策が施されていなければ、入力端子１４ａ〜１４ｅや、出力端子１５ａ、１５ｂを通して静電気が印加された場合に、その静電気は入力回路１２、出力回路１３を介してマイコン１１に入力され、マイコン１１の破壊を招いてしまうことになる。

そこで、本実施の形態に係る電子制御ユニット１０においては、耐静電気性の弱い電子部品であるマイコン１１と、入力端子１４ａ〜１４ｅ、出力端子１５ａ、１５ｂとの間に複数のアレスタを配置可能とし、そうすることにより、耐静電気性の向上を図るものである。以下、この耐静電気性の向上を図る点について図２及び図３を用いて説明する。

図２は、入力回路１２の一部の概略構成を示す回路図であり、図３は、入力回路１２の一部の配線パターンを示す平面図である。図２及び図３においては、入力端子１４ａとマイコン１１との間を結ぶ配線及び、入力端子１４ｆに接続された接地配線のみが示されており、その他の入力端子１４ｂ〜１４ｅとマイコン１１との間を結ぶ配線については省略されている。なお、本実施の形態では、入力端子１４ａとマイコン１１との間を結ぶ配線を用いて説明するが、本発明はこれに限られるものではない。本発明は、その他の入力端子１４ｂ〜１４ｅとマイコン１１との間を結ぶ配線においてももちろん適用可能である。また、本発明は、入力回路１２に限らず、出力回路１３、すなわち、出力端子１５ａ、１５ｂとマイコン１１との間を結ぶ配線にも適用可能である。

本実施の形態の入力回路１２においては、図２に示すように、入力端子１４ａとマイコン１１との間を結ぶ配線上に入力端子１４ａ側から順にダイオード２１、抵抗２２が介在している。さらに、抵抗２２の入力端子１４ａ側の一方の端部と接地配線との間に抵抗２３が接続されている。上述したように、車載バッテリ１に接続されたスイッチ２が入力端子１４ａに接続されており、スイッチ２が閉じられると、車載バッテリ１からのＨｉｇｈレベルの電圧がダイオード２１の整流作用によって抵抗２２を介してマイコン１１に出力される。スイッチ２が開けられると、車載バッテリ１と入力端子１４ａとの間は遮断され、マイコン１１にはＬｏｗレベルの電圧が出力される。入力端子１４ａとマイコン１１との間を結ぶ配線は抵抗２３によって終端されており、配線の末端でのインピーダンスの不整合に伴う信号の反射及びそれによる波形の歪みが防止されている。また、ダイオード２１は、その整流作用によりマイコン１１側から入力端子１４ａ側への信号の伝搬を防止している。

本実施の形態の入力回路１２においては、図２に示すように、複数のアレスタ、すなわち、第１のアレスタ２４ａ、第２のアレスタ２４ｂ、第３のアレスタ２４ｃ及び、第４のアレスタ２４ｄが入力端子１４ａとマイコン１１との間を結ぶ配線上に配置されている。第１のアレスタ２４ａ、第２のアレスタ２４ｂ、第３のアレスタ２４ｃ及び、第４のアレスタ２４ｄの各々は、入力端子１４ａから図中の符号Ａで示す静電気が印加された場合に、入力端子１４ａから配線に出力された静電気を接地配線側に放電させることにより、マイコン１１に静電気が出力されてしまうことを防止している。

また、本実施の形態の入力回路１２においては、入力端子１４ａに最近接する第１のアレスタ２４ａが放電しなかった場合でも、次段の第２のアレスタ２４ｂにより静電気の放電が可能である。そして、第２のアレスタ２４ｂが放電しなかった場合でも、次段の第３のアレスタ２４ｃにより静電気の放電が可能である。さらに、第３のアレスタ２４ｃが放電しなかった場合でも、次段の第４のアレスタ２４ｄにより静電気の放電が可能である。すなわち、静電気が放電される放電確率が上昇する。したがって、１つのアレスタが入力端子１４ａ側に配置される場合と比較して、耐静電気性が大幅に向上する。

次に、図３を用いて本実施の形態の第１のアレスタ２４ａ、第２のアレスタ２４ｂ、第３のアレスタ２４ｃ及び、第４のアレスタ２４ｄの構成について説明する。図３は、図２に示した入力端子１４ａとマイコン１１との間を結ぶ配線及びその周辺領域を示している。なお、図３は、電子制御ユニット１０を構成するプリント基板の一部を示しているが、そのプリント基板の表面全体にはプリント基板のはんだ付けを行う時にはんだ付けに必要な実装パッド以外の配線パターン等にはんだがつかないようにする耐熱性のコーティング材であるはんだレジストが塗布されている。はんだレジストは、はんだ付け時のはんだショートを抑え、絶縁性を保ち、プリント基板上の配線パターンを保護するための絶縁膜である。

入力端子１４ａとマイコン１１との間を結ぶ配線は、図３に示すように、第１の配線パターン２５ｂと、第２の配線パターン２６ｂと、第３の配線パターン２７ｂと、を有している。第１の配線パターン２５ｂの端部の各々には、プリント基板のコネクタ部３０に含まれる電極ランド２５ａ及び、実装パッド２５ｃが設けられており、電極ランド２５ａは入力端子１４ａと接続され、実装パッド２５ｃはダイオード２１の一方の端部と接続されている。さらに、第１の配線パターン２５ｂの中央付近には、インサーキットテスト用パッド（以下、「ＩＣＴ用パッド」と呼ぶ。）２５ｄが設けられている。また、第２の配線パターン２６ｂの端部の各々には実装パッド２６ａ、２６ｃが設けられており、実装パッド２６ａはダイオード２１の他方の端部と接続され、実装パッド２６ｃは抵抗２２、抵抗２３の各々の一方の端部と接続されている。さらに、第３の配線パターン２７ｂの端部の各々には実装パッド２７ａ、２７ｃが設けられており、実装パッド２７ａは抵抗２２の他方の端部と接続され、実装パッド２７ｃはマイコン１１の端子と接続されている。

入力端子１４ａとマイコン１１との間を結ぶ配線の周辺領域には、図３に示すように、入力端子１４ｆと接続され、接地電位３を入力回路１２の内部に供給する接地配線２９ａ、２９ｂ、２９ｃが配置されている。抵抗２３の他方の端部は接地配線２９ｂと接続されている。

本実施の形態の第１のアレスタ２４ａ、第２のアレスタ２４ｂ、第３のアレスタ２４ｃ及び、第４のアレスタ２４ｄは、図３に示すように、実装パッド２５ｃ、２６ａ、２６ｃ、ＩＣＴ用パッド２５ｄの各々と、接地配線２９ａ、２９ｂ、２９ｃとの間の隙間である放電ギャップにより実現されている。具体的には、第１のアレスタ２４ａは、ＩＣＴ用パッド２５ｄと、接地配線２９ａと、ＩＣＴ用パッド２５ｄ及び接地配線２９ａの各々の一部を露出させるためのはんだレジストの開口部２８ａと、から構成されている。同様に、第２のアレスタ２４ｂは、実装パッド２５ｃと、接地配線２９ａと、実装パッド２５ｃ及び接地配線２９ａの各々の一部を露出させるためのはんだレジストの開口部２８ｂと、から構成され、第３のアレスタ２４ｃは、実装パッド２６ａと、接地配線２９ｂと、実装パッド２６ａ及び接地配線２９ｂの各々の一部を露出させるためのはんだレジストの開口部２８ｃと、から構成され、第４のアレスタ２４ｄは、実装パッド２６ｃと、接地配線２９ｃと、実装パッド２６ｃ及び接地配線２９ｃの各々の一部を露出させるためのはんだレジストの開口部２８ｄと、から構成されている。なお、本実施の形態では、第１、第２、第３、第４のアレスタ２４ａ、２４ｂ、２４ｃ、２４ｄを構成する接地配線として接地配線２９ａ、２９ｂ、２９ｃを用いたが、もちろん、図略のその他の接地配線を用いても構わない。

本実施の形態の第１のアレスタ２４ａにおいては、ＩＣＴ用パッド２５ｄは略円形状である。開口部２８ａは、ＩＣＴ用パッド２５ｄと、その頂点に対向する、接地配線２９ａの一部とを少なくとも含む領域を露出させている。開口部２８ａによる露出により、入力端子１４ａから印加された静電気は、ＩＣＴ用パッド２５ｄの露出した頂点からプリント基板の沿面あるいは大気を介して接地配線２９ａの露出した一部へ放電されることになる。本実施の形態では、略円形状のＩＣＴ用パッド２５ｄの頂点から静電気を放電させ、その頂点と比べて大面積の接地配線２９ａの一部に静電気を放電させており、その放電効率は比較的高いものとなる。また、本実施の形態では、第１のアレスタ２４ａを形成するためにＩＣＴ用パッド２５ｄを利用しており、あらかじめ所定のパターンが配置されたプリント基板上のはんだレジストに開口部２８ａを設けるだけで良い。したがって、第１のアレスタ２４ａを設けるためのスペースを確保する必要は無く、プリント基板の実装密度を低下させることも無い。

本実施の形態の第２のアレスタ２４ｂにおいては、実装パッド２５ｃは略矩形の形状であり、４つの頂点を持っている。開口部２８ｂは、実装パッド２５ｃの１つの頂点と、その頂点に対向する、接地配線２９ａの一部とを少なくとも含む領域を露出させている。開口部２８ｂによる露出により、入力端子１４ａから印加された静電気は、実装パッド２５ｃの露出した頂点からプリント基板の沿面あるいは大気を介して接地配線２９ａの露出した一部へ放電されることになる。本実施の形態では、略矩形状の実装パッド２５ｃの頂点から静電気を放電させ、その頂点と比べて大面積の接地配線２９ａの一部に静電気を放電させており、その放電効率は比較的高いものとなる。また、本実施の形態では、第２のアレスタ２４ｂを形成するために実装パッド２５ｃを利用しており、あらかじめ所定のパターンが配置されたプリント基板上のはんだレジストに開口部２８ｂを設けるだけで良い。したがって、第２のアレスタ２４ｂを設けるためのスペースを確保する必要は無く、プリント基板の実装密度を低下させることも無い。なお、上記の説明は、本実施の形態の第３、第４のアレスタ２４ｃ、２４ｄについても同様であり、ここでは説明を繰り返さない。

次に、本実施の形態の第１のアレスタ２４ａ、第２のアレスタ２４ｂ、第３のアレスタ２４ｃ及び、第４のアレスタ２４ｄの配置に起因する効果について具体例を用いて説明する。まず、前提条件として、各アレスタ２４ａ、２４ｂ、２４ｃ、２４ｄに印加される静電気の電圧が２０ｋＶ、アレスタ２４ａ、２４ｂ、２４ｃ、２４ｄの各々の放電ギャップが０．５ｍｍである場合、各アレスタ２４ａ、２４ｂ、２４ｃ、２４ｄの放電確率が６０〜７０％になることが本発明者らによりあらかじめ確認されている。

この条件の下、まず、開口部２８ａ、２８ｂ、２８ｃ、２８ｄのすべてを形成しない、つまり、アレスタ２４ａ、２４ｂ、２４ｃ、２４ｄを設けない場合には、２０ｋＶの静電気を入力端子１４ａに印加したところ、１０回の印加中すべての印加においてマイコン１１は故障した。

次に、アレスタ２４ａのみを設けた場合には、２０ｋＶの静電気を入力端子１４ａに印加したところ、１０回の印加中３０〜４０％の確率でマイコン１１は故障した。

次に、アレスタ２４ａ、２４ｂ、２４ｃ、２４ｄのすべてを設けた場合には、２０ｋＶの静電気を入力端子１４ａに印加したところ、５０回印加を繰り返してもマイコン１１は故障しなかった。この点は、各アレスタ２４ａ、２４ｂ、２４ｃ、２４ｄの放電確率が６０〜７０％であれば、マイコン１１が故障する確率は、各アレスタ２４ａ、２４ｂ、２４ｃ、２４ｄが放電しない確率、すなわち、３０〜４０％の積となるはずである。各アレスタ２４ａ、２４ｂ、２４ｃ、２４ｄが放電しない確率の積は、０．８１〜２．６％となることから、５０回印加を繰り返してもマイコン１１が故障しないことは妥当なことと言える。

以上説明したように、本発明の実施の形態によれば、外部から静電気が入力端子１４ａを通して印加されても、入力端子１４ａから耐静電気性の弱い電子部品であるマイコン１１に至る配線上に配置されたアレスタ２４ａ、２４ｂ、２４ｃ、２４ｄにより静電気が放電され、マイコン１１に静電気が出力されることが防止される。したがって、電子制御ユニットの耐静電気性が向上する。同時に、アレスタ２４ａ、２４ｂ、２４ｃ、２４ｄを形成するための特別なパターンを設けること無く、プリント基板上のはんだレジストに開口部２８ａ、２８ｂ、２８ｃ、２８ｄを設けるだけでアレスタ２４ａ、２４ｂ、２４ｃ、２４ｄが実現される。このため、プリント基板の実装密度を低下させることも無い。

今回開示した本発明の実施の形態は、例示であってこれに限定されるものではない。本発明の範囲は開示した内容ではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内での全ての変更が含まれることが意図される。

本発明の実施の形態に係る電子制御ユニットの概略構成を示すブロック図である。 入力回路の一部の概略構成を示す回路図である。 入力回路の一部の配線パターンを示す平面図である。

１ 車載バッテリ
２ スイッチ
３ 接地電位
４ 入力用信号線
５ 出力用信号線
１０ 電子制御ユニット
１１ マイクロコンピュータ（マイコン）
１２ 入力回路
１３ 出力回路
１４ａ、１４ｂ、１４ｃ、１４ｄ、１４ｅ、１４ｆ 入力端子
１５ａ、１５ｂ 出力端子
２１ ダイオード
２２、２３ 抵抗
２４ａ、２４ｂ、２４ｃ、２４ｄ アレスタ
２５ａ 電極ランド
２５ｃ、２６ａ、２６ｃ、２７ａ、２７ｃ 実装パッド
２５ｂ、２６ｂ、２７ｂ 配線パターン
２５ｄ ＩＣＴ用パッド
２８ａ、２８ｂ、２８ｃ、２８ｄ 開口部
２９ａ、２９ｂ 接地配線
３０ コネクタ部

Claims (4)

1. 基材の表面に配線パターンが形成されるとともに、それらの基材及び配線パターンの表面に絶縁膜が形成されてプリント基板が構成され、そのプリント基板に電子部品が実装されて成る電子制御ユニットの耐静電気構造であって、
   プリント基板の外部と接続するための端子と、
   前記端子と前記プリント基板に実装された電子部品との間に配置された配線と、
   前記端子側から前記電子部品側に向かって多段に配置されるように前記配線と接続された４つの接続パッド部と、
   前記４つの接続パッド部の各々に近接して配置された接地電位線と、
   前記４つの接続パッド部の各々に一対一に対応しており、前記４つの接続パッド部の各々の一部、前記４つの接続パッド部の各々の前記一部に対向する前記接地電位線の一部及び、それら間の前記基材の表面が露出するように前記絶縁膜が除去された前記４つのアレスタと
   を備え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. 前記接続パッドの一部と、それに対向する前記接地電位線の一部との間の放電ギャップが、０．５ｍｍであることを特徴とする請求項１記載の電子制御ユニットの耐静電気構造。
3. 前記４つの接続パッド部は、インサーキットテスト用パッドを少なくとも１つ含むことを特徴とする請求項１または２記載の電子制御ユニットの耐静電気構造。
4. 前記複数の接続パッド部の各々は、略矩形形状を有し、
   前記複数の接続パッド部の各々の少なくとも１つの頂点は、前記接地電位線に近接する近接頂点であり、
   前記複数のアレスタの各々においては、前記複数の接続パッド部の各々の一部である前記複数の接続パッド部の各々の近接頂点、前記複数の接続パッド部の各々の前記近接頂点に対向する前記接地電位線の一部及び、それら間の前記基材の表面が露出するように前記絶縁膜が除去されていることを特徴とする請求項１または２に記載の電子制御ユニットの耐静電気構造。

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