JP5702642B2 - 電子制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、大電流を流すための電子制御装置に関する。

一般的な電子制御装置は、部品実装用の多層基板として、例えば内層（グランド層及び電源層）の厚さが約３５μｍ、定格電流値が約５Ａの４層基板を備えている。このような電子制御装置の放熱効率を向上させる技術として、多層基板の内層に発熱電子部品の熱を伝達する内層側伝熱導体を設けると共に、多層基板表面においてカバーと接触する位置に形成された接地導体に対して上記内層側伝熱導体をビアを介して接続することにより、発熱電子部品から発せられた熱を、内層側伝熱導体→接地導体→カバーという径路で伝達させて空気中へ放熱させる技術が知られている（下記特許文献１参照）。

特開２００８−１３０６８４号公報

上記のように、従来では、大電流を要しない電子制御装置内の発熱電子部品から発せられた熱を、多層基板の厚さ約３５μｍの内層を通じて金属製のカバー等の筐体から放熱させていたが、例えば４０Ａもの大電流を流すための電子制御装置では、内層自体の発熱量が極めて大きくなる（内層の抵抗値が同じ場合、内層の発熱量は電流の二乗に比例して増大する）ため、十分な放熱効果を得られず、さらなる放熱効率の向上が必要であった。

本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであり、大電流を流すための電子制御装置の放熱効率の向上を実現可能な電子制御装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明では、電子制御装置に係る第１の解決手段として、コネクタがネジ止め固定されているプリント基板と、該プリント基板を収容する筐体とを備える電子制御装置であって、前記コネクタは熱伝導性樹脂によって形成されており、前記プリント基板の内層に形成されたグランドパターンと前記コネクタの固定用ネジとが熱的に接続されていることを特徴とする。

また、本発明では、電子制御装置に係る第２の解決手段として、上記第１の解決手段において、前記プリント基板の内層に形成されたグランドパターンは、大電流用のグランドパターンであることを特徴とする。

また、本発明では、電子制御装置に係る第３の解決手段として、上記第１または第２の解決手段において、前記筐体は、金属製の第１の筐体と第２の筐体とから構成されており、前記プリント基板は、前記第１の筐体と前記第２の筐体との間に挟まれた状態で両筐体に共締めされていることを特徴とする。

本発明では、大電流が流れて発熱量の大きいパワー系の電子部品と接続されている大電流用のグランドパターンと、熱伝導性樹脂によって形成されたコネクタの固定用ネジとを熱的に接続することにより、パワー系の電子部品から発せられた熱を、大電流用のグランドパターン→固定用ネジ→熱伝導性樹脂製のコネクタという径路で伝達させて放熱させることができ、また、大電流用のグランドパターンを用いることにより、一般的なグランドパターンと比較してグランドパターンの抵抗値が下がるため、グランドパターンに大電流が流れてもグランドパターン自体の発熱量を抑えることができる。
つまり、本発明によれば、プリント基板を収容する筐体からの基本的な放熱（筐体内部に充満した熱の放熱）に加えて、プリント基板上に実装されたコネクタからの放熱が補助的に行われると共に、グランドパターン自体の発熱量を抑えることができるため、大電流を流すための電子制御装置の放熱効率の向上を実現することができる。

本実施形態に係る電子制御装置１の分解斜視図である。 プリント基板２におけるコネクタ２ａの固定部の断面構造を示す図である。

以下、本発明の一実施形態について、図面を参照しながら説明する。なお、以下の図面において、各部材を認識可能な大きさとするために、各部材の縮尺を適宜変更している。
図１は、本実施形態に係る大電流を用いた電子制御装置１の分解斜視図である。この電子制御装置１は、大電流を利用する制御装置で、例えば車両に搭載されて車両扉の自動開閉制御を行うＥＣＵ（Electronic Control Unit）であり、プリント基板２と、該プリント基板２を収容する金属製のケース３（筐体）とを備えている。

プリント基板２は、その表面に車両扉の自動開閉制御に必要な電子部品（図示省略）及び外部装置と接続するためのコネクタ２ａが実装された矩形状の多層基板である。この多層基板は、例えば４層基板であり、厚さが３５μｍの表層パターン（第１層及び第４層）と、厚さが大電流用の７０μｍの内層パターン（第２層及び第３層）から構成されている。
コネクタ２ａは、例えばＰＢＴやＰＰＳ等の高熱伝導性樹脂から形成されており、プリント基板２の裏面側から表面側へ向けて貫通する２本のコネクタ固定用ネジ４によってプリント基板２にネジ止め固定されている。また、このプリント基板２の４隅及び中央部には、ケース３にプリント基板２を固定するための４隅ネジ孔２ｂ及び中央ネジ孔２ｃが設けられている。

ケース３は、上記プリント基板２を内部に収容して保護する鉄或いはアルミ等の金属製ケースであり、下側ケース３１（第１の筐体）と上側ケース３２（第２の筐体）との２つのパーツに分割可能な構成となっている。下側ケース３１の４隅及び中央部には、プリント基板２を固定するための４隅ネジ孔３１ａ及び中央ネジ孔３１ｂが設けられている。また、上側ケース３２の４隅にも、プリント基板２を固定するための４隅ネジ孔３２ａが設けられている。

プリント基板２は、部品実装面を上側にした状態で、プリント基板２の中央ネジ孔２ｃを上側から下側へ向けて貫通して下側ケース３１の中央ネジ孔３１ｂに螺合する基板固定用ネジ５によって下側ケース３１にネジ止め固定される。上側ケース３２は、下側ケース３１にプリント基板２が固定された状態で、上側ケース３２及びプリント基板２の４隅ネジ孔３２ａ、２ｂを上側から下側へ向けて貫通して下側ケース３１の４隅ネジ孔３１ａに螺合するケース固定用ネジ６によって下側ケース３１にネジ止め固定される。
このように、プリント基板２は、下側ケース３１と上側ケース３２との間に挟まれた状態で両ケース３１、３２に共締めされる。

図２は、プリント基板２におけるコネクタ２ａの固定部の断面構造を示す図である。図２（ａ）に示すように、プリント基板２（４層基板）は、ガラスエポキシ樹脂等から形成された３つの絶縁層２d1、２d2、２d3と、絶縁層２d1の表面に銅箔等から形成された厚さ３５μｍの表パターン（第１層）２e1と、絶縁層２d1及び２d2の間に銅箔等から形成された厚さ７０μｍのグランドパターン（第２層の内層パターン）２e2と、絶縁層２d2及び２d3の間に銅箔等から形成された厚さ７０μｍの電源パターン（第３層の内層パターン）２e3とから構成されている。

表パターン２e1とグランドパターン２e2は、絶縁層２d1に設けられたビア２fを介して電気的に接続されている。また、コネクタ２ａは、プリント基板２の裏面から表面（表パターン２e1の表面）へ向けて貫通するコネクタ固定用ネジ４によってプリント基板２の表面にネジ止め固定されている。なお、電源パターン２e3は、グランドパターン２e2との短絡を防ぐために、コネクタ固定用ネジ４と接触しないようにパターニングされている。

このように、本実施形態のプリント基板２では、コネクタ固定用ネジ４と大電流用のグランドパターン２e2とが熱的に接続された構成となっている。なお、「熱的な接続」とは、コネクタ固定用ネジ４とグランドパターン２e2との間で熱の伝達が行われる程度の物理的な接触或いは距離を指す。つまり、「電気的な接続」とは異なり、電気的な接触抵抗の大小は問題とならず、熱の伝達さえ起これば良い。

また、図２（ｂ）に示すように、絶縁層２d1の表面に形成された表パターン２e1の代わりに、絶縁層２d3の表面（プリント基板２の裏面）に形成された厚さ３５μｍの裏パターン（第４層）２e4と、グランドパターン２e2とをビア２gを介して電気的に接続し、プリント基板２の裏面（裏パターン２e4の表面）から表面へ向けて貫通するコネクタ固定用ネジ４によってプリント基板２の表面にコネクタ２ａをネジ止め固定した構成でも良い。

このような構成を採用することにより、大電流が流れて発熱量の大きいパワー系の電子部品と接続されているグランドパターン２e2とコネクタ固定用ネジ４とを熱的に接続することにより、パワー系の電子部品と大電流を流すパターンから発せられた熱を、大電流用のグランドパターン２e2→コネクタ固定用ネジ４→高熱伝導性樹脂製のコネクタ２ａという径路で伝達させて放熱させることができる。
また、大電流用のグランドパターン２e2を用いることにより、一般的なグランドパターンと比較してグランドパターン２e2の抵抗値が下がるため、グランドパターン２e2に大電流が流れてもグランドパターン２e2自体の発熱量を抑えることができる。
また、コネクタ２ａの材質をＰＢＴやＰＰＳ等の高熱伝導性樹脂とすることで、より放熱効率を向上させることができる。
つまり、本実施形態によれば、プリント基板２を収容するケース３からの基本的な放熱（ケース３内部に充満した熱の放熱）に加えて、プリント基板２上に実装されたコネクタ２aからの放熱も補助的に行われると共に、グランドパターン２e2自体の発熱量を抑えることができるため、大電流を流すための電子制御装置１の放熱効率の向上を実現することができる。

さらに、本実施形態の構成と、特許文献１（特開２００８−１３０６８４号公報）に記載の構成、つまりプリント基板２の内層に発熱電子部品の熱を伝達する内層側伝熱導体を設けると共に、プリント基板２の表面において上側ケース３２と接触する位置に形成された接地導体に対して上記内層側伝熱導体をビアを介して接続する構成を合体させれば、さらなる放熱効率の向上を実現できる。コネクタ固定用ネジ４に熱伝導することで、熱の伝達範囲が拡大し、より放熱マスが増加することによる熱の拡散が期待できる。

以上、本発明の一実施形態である電子制御装置１について説明したが、本発明は車両に搭載されて車両扉の自動開閉制御を行うＥＣＵに限らず、コネクタがネジ止め固定されているプリント基板と、該プリント基板を収容する筐体とを備える電子制御装置に広く適用することができる。

１…電子制御装置、２…プリント基板、２ａ…コネクタ、２e2…大電流用のグランドパターン、３…ケース（筐体）、３１…下側ケース（第１の筐体）、３２…上側ケース（第２の筐体）、４…コネクタ固定用ネジ

Claims (4)

1. コネクタがネジ止め固定されているプリント基板と、該プリント基板を収容する筐体とを備える電子制御装置であって、
   前記コネクタは高熱伝導性樹脂によって形成されており、
   前記プリント基板の内層に形成されたグランドパターンと前記コネクタの固定用ネジとが熱的に接続されており、
   前記グランドパターンは、パワー系の電子部品と接続された大電流用のグランドパターンであり、前記プリント基板の表層に形成された表パターンよりも厚く形成され、
   前記パワー系の電子部品から発せられた熱を、前記グランドパターン、前記固定用ネジ、前記コネクタを順に介して伝達させて放熱させることを特徴とする電子制御装置。
2. 前記高熱伝導性樹脂は、ポリブチレンテレフタレートまたはポリフェニレンスルファイドであることを特徴とする請求項１に記載の電子制御装置。
3. 前記筐体は、金属製の第１の筐体と第２の筐体とから構成されており、
   前記プリント基板は、前記第１の筐体と前記第２の筐体との間に挟まれた状態で両筐体に共締めされていることを特徴とする請求項１または２に記載の電子制御装置。
4. 前記固定用ネジの頭部は、前記プリント基板を挟んで前記コネクタとは反対側に位置し、前記表パターンと接触していることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の電子制御装置。

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