JP6063622B2 - 電子制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、電子制御装置に関するものである。

一般的に、電子制御装置は、配線パターンが多層配置されたプリント配線板を有している。このようなプリント配線板では、例えば特許文献１に示すように、クロックライン等に隣合う信号線に高周波ノイズが乗らないよう、クロックラインを挟むようにスルーホールを設ける対策が採られている。

特開平１１−２６１２３７号公報

ところで、近年においては、従来よりも大きな電流（例えば４０Ａ）をプリント配線板に対して流す場合がある。例えば、ＥＶ（Electric Vehicle）やＨＥＶ（Hybrid Electric Vehicle）では、モータ等を駆動するための大電流をプリント配線板に通している。このような大電流が流れるプリント配線板では、集積回路等に接続される信号線（相対的に小さな電流が流れる配線パターン）に対して高周波ノイズが乗りやすい。このため、特許文献１に示す対策では不十分であり、部品を追加して、ノイズ源を抑えるかノイズが乗った信号からノイズを逃がす対策が行われている。
しかしながら、このような場合には、プリント配線板に実装される部品点数が増大し、プリント配線板が大型化してしまう。

また、大電流を流すプリント配線板では、配線パターンにおける発熱量が極めて大きくなる。これは、配線パターンの抵抗値が同じであれば、電流の二乗に比例して発熱量が増大するためである。このため、大電流を流すプリント配線板では、上述のノイズ対策と同時に熱対策を施す必要もある。

本発明は、上述する問題点に鑑みてなされたもので、電子制御装置において、部品点数の増加を抑えつつ相対的に小さな電流が流れる配線パターンにノイズが入り込むことを抑制することを目的とする。
さらに、本発明は、上記目的に加え、電子制御装置において放熱効率を向上させることを目的とする。

本発明は、上記課題を解決するための手段として、以下の構成を採用する。
第１の発明は、電子部品が実装されたプリント配線板を備える電子制御装置であって、上記プリント配線板が、相対的に大きな電流が流されると共に上記プリント配線板の内部に形成される大電流用内層パターンと、相対的に小さな電流が流されると共に上記プリント配線板の内部に形成される電流用内層パターンとを有し、上記プリント配線板の厚み方向から見て、上記大電流用内層パターンが形成される大電流領域と、上記電流用内層パターンが形成される小電流領域とが重ならずに配置されているという構成を採用する。
第２の発明は、上記第１の発明において、上記プリント配線板の厚み方向から見て、上記大電流領域と上記小電流領域との間に一定のクリアランスが設けられているという構成を採用する。
第３の発明は、上記第１または第２の発明において、上記大電流用内層パターンが上記プリント配線板の外縁部まで延設されると共に上記大電流用内層パターンが上記プリント配線板の側端にて露出されているという構成を採用する。
第４の発明は、上記第３の発明において、上記プリント配線板を収容すると共に当該プリント配線板の上記外縁部と当接する金属製の筐体を備えるという構成を採用する。
第５の発明は、上記第１〜第３いずれかの発明において、上記プリント配線板に実装されると共に、上記大電流用内層パターンと電気的に接続される第１接続口と上記電流用内層パターンと電気的に接続される第２接続口とを有するコネクタを備え、上記プリント配線板の厚み方向から見て、上記１接続口と上記第２接続口との境界線を境として上記大電流領域と上記小電流領域とが分けられているという構成を採用する。
第６の発明は、上記第１〜第５いずれかの発明において、上記大電流用内層パターン及び上記電流用内層パターンが、上記プリント配線板の厚み方向に複数層設けられているという構成を採用する。

本発明では、プリント配線板が、内部に形成される配線パターンである内層パターンとして、相対的に大きな電流が流される大電流用内層パターンと、相対的に小さな電流が流される電流用内層パターンとを有している。そして、本発明においては、大電流用内層パターンが形成される大電流領域と、電流用内層パターンが形成される小電流領域とが、プリント配線板の厚み方向から見て重ならずに配置されている。
つまり、本発明においては、プリント配線板の厚み方向から見て、大電流用内層パターンと電流用内層パターンとが交差することがないように、これらの内層パターンが形成されている。
このため、大電流用内層パターンと電流用内層パターンとが近接することがなく、相対的に小さな電流が流れる電流用内層パターンにノイズが入り込むことを防止することができる。

また、上述の大電流用内層パターンが上記プリント配線板の側端にて露出されている構成を採用する場合には、大電流用内層パターンからの放熱を促進させることができる。したがって、本発明によれば、電子制御装置において放熱効率を向上させることが可能となる。

本発明の一実施形態における電子制御装置の分解斜視図である。 本発明の一実施形態における電子制御装置が備えるプリント配線板を模式的に示す縦断面図である。 本発明の一実施形態における電子制御装置が備えるプリント配線板の平面図である。 本発明の一実施形態における電子制御装置が備えるプリント配線板の外縁部における縦断面図である。

以下、図面を参照して、本発明に係る電子制御装置の一実施形態について説明する。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、本実施形態の電子制御装置１の分解斜視図である。電子制御装置１は、例えば、車両に搭載され、車両扉の自動開閉制御、またはＨＥＶやＥＶの駆動モータの制御を行うＥＣＵ（Electronic Control Unit）として利用されるものである。図１に示すように、電子制御装置１は、電子回路基板２と、該電子回路基板２を収容するケース３（筐体）とを備えている。

電子回路基板２は、プリント配線板２ａと、コネクタ２ｂ等の電子部品を備えている。なお、図１においては、コネクタ２ｂ以外の電子部品の図示は省略している。
プリント配線板２ａは、配線パターンが形成された矩形状の多層基板である。図２は、プリント配線板２ａを模式的に示す縦断面図である。この図に示すように、プリント配線板２ａは、本実施形態において、配線パターンとして、厚みが３５μｍの表層パターン２ｃ（表面パターン２ｃ１及び裏面パターン２ｃ２）と、厚みが７０μｍでありプリント配線板２ａの内部に形成される内層パターン２ｄ（第１内層パターン２ｄ１及び第２内層パターン２ｄ２）と、異なる層に形成された配線パターン同士を接続するスルーホール２ｅと、ガラスエポキシ樹脂等から形成された絶縁層２ｆとを備えている。

本実施形態においては、内層パターン２ｄを、２種類に分類することができる。１つは、駆動モータ等に供給される大電流（相対的に大きな電流）を流す大電流用内層パターン２０である。もう１つは、集積回路等の電子部品に対して供給される電流（相対的に小さな電流）を流す電流用内層パターン３０である。
図３は、電子回路基板２の平面図（プリント配線板２ａの厚み方向から見た図）である。この図に示すように、本実施形態の電子制御装置１では、平面視（プリント配線板２ａの厚み方向から見た場合）において、上述の大電流用内層パターン２０が形成される大電流領域Ｒ１と、電流用内層パターン３０が形成される小電流領域Ｒ２とが左右に分離して設けられている。つまり、大電流領域Ｒ１と小電流領域Ｒ２とが平面視において重ならずに配置されている。このようなプリント配線板２ａでは、大電流用内層パターン２０は、大電流領域Ｒ１にて２層（すなわちプリント配線板２ａの厚み方向に複数層）設けられている。また、電流用内層パターン３０は、小電流領域Ｒ２にて２層（すなわちプリント配線板２ａの厚み方向に複数層）設けられている。
また、大電流領域Ｒ１と小電流領域Ｒ２とは、隙間Ｒ３を空け、離間されている。つまり、大電流領域Ｒ１と小電流領域Ｒ２との間には、図３に示すように、一定のクリアランスが設けられている。なお、図３においては、表層パターン２ｃとコネクタ２ｂ以外の電子部品との図示を省略している。

図４は、電子回路基板２の外縁部近傍を模式的に示す縦断面図であり、（ａ）が大電流領域Ｒ１での外縁部近傍を示し、（ｂ）が小電流領域Ｒ２での外縁部近傍を示す。なお、図４（ａ）は図３におけるＡ−Ａ線断面図であり、図４（ｂ）は図３におけるＢ−Ｂ線断面図である。図４（ａ）に示すように、大電流領域Ｒ１において大電流用内層パターン２０は、プリント配線板２ａの外縁部２ａ１まで延設されており、プリント配線板２ａの側端２ａ２にて露出されている。一方、図４（ｂ）に示すように、小電流領域Ｒ２において電流用内層パターン３０は、プリント配線板２ａの側端２ａ２にて露出されていない。

また、図１及び図３に示すように、プリント配線板２ａの４隅には、ケース３にプリント配線板２ａを固定するためのネジ孔２ａ３が設けられ、プリント配線板２ａの中央部には、ネジ孔２ａ４が設けられている。

コネクタ２ｂ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、プリント配線板２ａ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によってプリント配線板２ａにネジ止め固定されている。このコネクタ２ｂは、大電流用内層パターン２０と電気的に接続される第１接続口２ｂ１と電流用内層パターン３０と電気的に接続される第２接続口２ｂ２とを有する。
図３に示すように、平面視において、第１接続口２ｂ１と第２接続口２ｂ２との境界線を境として、大電流領域Ｒ１と小電流領域Ｒ２とが分けられている。そして、第１接続口２ｂ１が大電流領域Ｒ１に配置され、第２接続口２ｂ２が小電流領域Ｒ２に配置されている。

図１に戻り、ケース３は、電子回路基板２を内部に収容して保護する鉄或いはアルミニウム等の金属製ケースであり、下側ケース３１と上側ケース３２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隅には、プリント配線板２ａを固定するためのネジ孔３１ａが設けられている。また、下側ケース３１の中央部にはネジ孔３１ｂが設けられている。また、上側ケース３２の４隅にも、プリント配線板２ａを固定するためのネジ孔３２ａが設けられている。
このケース３は、プリント配線板２ａの外縁部２ａ１と当接している。つまり、本実施形態の電子制御装置１は、プリント配線板２ａを収容すると共にプリント配線板２ａの外縁部２ａ１と当接する金属製のケース３（筐体）を備えている。

なお、プリント配線板２ａは、部品実装面を上側にした状態で、プリント配線板２ａのネジ孔２ａ４を上側から下側へ向けて貫通して下側ケース３１のネジ孔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にプリント配線板２ａが固定された状態で、上側ケース３２及びプリント配線板２ａのネジ孔３２ａ、２ａ３を上側から下側へ向けて貫通して下側ケース３１のネジ孔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、プリント配線板２ａ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に狭持されている。

以上のような本実施形態の電子制御装置１によれば、プリント配線板２ａが、内層パターン２ｄとして、相対的に大きな電流が流される大電流用内層パターン２０と、相対的に小さな電流が流される電流用内層パターン３０とを有している。そして、本実施形態の電子制御装置１においては、大電流用内層パターン２０が形成される大電流領域Ｒ１と、電流用内層パターン３０が形成される小電流領域Ｒ２とが、プリント配線板２ａの厚み方向から見て重ならずに配置されている。
つまり、本実施形態の電子制御装置１においては、プリント配線板２ａの厚み方向から見て、大電流用内層パターン２０と電流用内層パターン３０とが交差することがないように、これらの内層パターン２ｄが形成されている。
このため、大電流用内層パターン２０と電流用内層パターン３０とが近接することがなく、電流用内層パターン３０にノイズが入り込むことを防止することができる。

また、本実施形態においては、平面視において、大電流領域Ｒ１と小電流領域Ｒ２との間に一定のクリアランスが設けられている。このため、電流用内層パターン３０から大電流用内層パターン２０をより遠ざけることができ、電流用内層パターン３０にノイズが入り込むことをより確実に防止することができる。

また、本実施形態においては、大電流用内層パターン２０がプリント配線板２ａの外縁部２ａ１まで延設されると共に大電流用内層パターン２０がプリント配線板２ａの側端２ａ２にて露出されている。このため、大電流用内層パターン２０からの放熱を促進させることができる。したがって、本実施形態の電子制御装置１によれば、放熱効率を向上させることが可能となる。

また、電流用内層パターン３０は、集積回路等に供給される信号が流れることから、出来る限りノイズが入り込むことを防止したい。これに対して、本実施形態においては、電流用内層パターン３０がプリント配線板２ａの側端２ａ２にて露出されていない。このため、ケース３が静電気で帯電等した場合であっても、露出された部位から電流用内層パターン３０にノイズが入り込むことを防止することができる。

また、本実施形態においては、金属製のケース３がプリント配線板２ａの外縁部２ａ１と当接している。このため、側端２ａ２で露出された大電流用内層パターン２０から放熱された熱がケース３に伝わり易くなる。この結果、ケース３の内部に熱が篭ることを防止することができ、放熱効率をさらに向上させることが可能となる。

また、本実施形態においては、平面視において、コネクタ２ｂの第１接続口２ｂ１と第２接続口２ｂ２との境界線を境として、大電流領域Ｒ１と小電流領域Ｒ２とが分けられている。このため、第１接続口２ｂ１を大電流領域Ｒ１に配置し、第２接続口２ｂ２を小電流領域Ｒ２に配置することができ、第１接続口２ｂ１から大電流用内層パターン２０まで、及び、第２接続口２ｂ２から電流用内層パターン３０までを最短距離で接続することが可能となる。

また、本実施形態においては、大電流用内層パターン２０及び電流用内層パターン３０は、２層（すなわちプリント配線板２ａの厚み方向に複数層）設けられている。このような内層パターンを複数層備える電子制御装置１であっても、上述のように、大電流領域Ｒ１と小電流領域Ｒ２とをプリント配線板２ａの厚み方向から見て重ならずに配置することによって、電流用内層パターン３０にノイズが入り込むことを防止することができる。

以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されないことは言うまでもない。上述した実施形態において示した各構成部材の諸形状や組み合わせ等は一例であって、本発明の趣旨から逸脱しない範囲において設計要求等に基づき種々変更可能である。

例えば、上記実施形態によれば、大電流領域Ｒ１と小電流領域Ｒ２とが分かれて配置されていることから、大電流領域Ｒ１側での発熱量が多くなり、小電流領域Ｒ２側の発熱量が少なくなる。このため、大電流領域Ｒ１側のみで熱対策を集中的に施すことによって、電子制御装置１の熱による悪影響を低減させることができる。例えば、ケース３の大電流領域Ｒ１側のみに放熱フィンを設ける等の熱対策を施すことで熱変形を防止することができる。したがって、本実施形態においては、大電流領域Ｒ１側のみに放熱フィンを設ける等の熱対策を施すという構成を採用しても良い。

また、ＥＣＵ以外のプリント配線板を備える電子制御装置に対して、本発明を適用することも可能である。

１……電子制御装置、２……電子回路基板、２ａ……プリント配線板、２ａ１……外縁部、２ａ３……側端、２ｂ……コネクタ、２ｂ１……第１接続口、２ｂ２……第２接続口、２ｄ……内層パターン、２０……大電流用内層パターン、３０……電流用内層パターン、Ｒ１……大電流領域、Ｒ２……小電流領域、Ｒ３……隙間（クリアランス）

Claims (5)

1. 電子部品が実装されたプリント配線板を備える電子制御装置であって、
   前記プリント配線板は、厚み方向から見て矩形状に構成されると共に、相対的に大きな電流が流されると共に前記プリント配線板の内部に形成される大電流用内層パターンと、相対的に小さな電流が流されると共に前記プリント配線板の内部に形成される電流用内層パターンとを有し、
   前記プリント配線板の厚み方向から見て、前記大電流用内層パターンが形成される大電流領域と、前記電流用内層パターンが形成される小電流領域とが重ならずに配置され、
   前記プリント配線板の前記厚み方向から見て互いに対向する辺に沿った外縁部のうち、一方の外縁部側には前記大電流領域及び前記小電流領域のうち前記大電流領域のみが形成され、他方の外縁部側には前記大電流領域及び前記小電流領域のうち前記小電流領域のみが形成され、
   前記大電流用内層パターンが前記プリント配線板の前記一方の外縁部まで延設されると共に前記大電流用内層パターンが前記プリント配線板の側端にて露出され、前記電流用内層パターンが前記プリント配線板の前記他方の外縁部に露出されていない
   ことを特徴とする電子制御装置。
2. 前記プリント配線板の厚み方向から見て、前記大電流領域と前記小電流領域との間に一定のクリアランスが設けられていることを特徴とする請求項１記載の電子制御装置。
3. 前記プリント配線板を収容すると共に当該プリント配線板の前記外縁部と当接する金属製の筐体を備えることを特徴とする請求項１または２記載の電子制御装置。
4. 前記プリント配線板に実装されると共に、前記大電流用内層パターンと電気的に接続される第１接続口と前記電流用内層パターンと電気的に接続される第２接続口とを有するコネクタを備え、
   前記プリント配線板の厚み方向から見て、前記１接続口と前記第２接続口との境界線を境として前記大電流領域と前記小電流領域とが分けられている
   ことを特徴とする請求項１〜３いずれかに記載の電子制御装置。
5. 前記大電流用内層パターン及び前記電流用内層パターンが、前記プリント配線板の厚み方向に複数層設けられていることを特徴とする請求項１〜４いずれかに記載の電子制御装置。

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