JP6695807B2 - 車載制御装置 - Google Patents
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Description
本発明は車載機器を制御する電子コントロールユニット、または前記コントロールユニットに搭載するコンデンサに関する。
従来、車を制御するために、多くの電子コントロールユニットが車内に組み込まれている。特許文献1記載のように、限られた車体スペースには、エンジンやトランスミッションなどの機械式駆動機器やバッテリを組み込まれているため、電子コントロールユニットが使える空間は制限されている。電子コントロールユニットのサイズを削減するためには、電子回路の構成素子や構造部材の容積を小さくしなければならない。電子回路を小型化するに際しては、基板回路の密集度に伴ってグランドの安定性が保つことが難しくなるため、ノイズ対策の懸念があり、ノイズを押さえる方策も必要となる。
ノイズ対策の方法として、一般的にローパスフィルタや、フィルタを構成するための小型コイルが知られている。小型コイルの例としては、特許文献2のように四層のパターンを用意し、層と層を重ね合いビアで各層と繋ぎ、コイルの輪を生成して積層するコイル素子や、特許文献3のようにインダクタンス素子内にコイル巻き線とコンデンサを内蔵したものがある。
特許文献２の方式でローパスフィルタの実装を行うと、コイルの輪を形成するために最低４層のパターンが必要となり、フィルタの実装には実装面積の増加が伴う。一方特許文献3のコイルでは、ローパスフィルタに必要なコンデンサがコイル巻き線とは別のパターンで形成されているため、インダクタンス素子とあわせて多数のコンデンサを形成する場合には実装面積の増加が懸念される。
本発明はこのような課題に鑑みてなされたものであって、その目的は、ローパスフィルタ等に必要なインダクタンス素子とコンデンサとを高密度に実装可能な素子を提供することにあり、ひいては、その素子を実装した電子コントロールユニットの小型化を図ることにある。
上記課題を解決するため本発明の電子コントロールユニットである車載制御装置は、回路パターンを印刷した複数の誘電体シート層を内蔵する積層コンデンサを備え、前記回路パターンは、積層された複数のコイル効果生成パターンと、前記複数のコイル効果生成パターン同士を直列に接続する層間接続パターンと、を備え、前記複数のコイル効果生成パターンの少なくとも一部は前記積層コンデンサの電極となり、前記積層コンデンサは、１つのコンデンサパッケージ内で、前記回路パターンにより、インダクタンスまたはコンデンサ容量が異なる複数のLC回路を構成しており、前記複数のLC回路は、前記コンデンサパッケージに装着される素子の複数の端子に接続され、前記複数の端子毎に、前記コイル効果生成パターンの密度、前記コイル効果生成パターンの直列接続数の少なくともいずれかを調整することでインダクタンスを変え、前記複数のコイル効果生成パターンは、それぞれ、螺旋パターンであり、前記複数の誘電体シート層は、前記螺旋パターンが印刷された第１及び第２誘電体シート層と、前記第１及び第２誘電体シート層の間に位置し、前記層間接続パターンが印刷された第３誘電体シート層とを有し、前記第３誘電体シートの前記層間接続パターンは、前記第１及び第２誘電体シート層の前記螺旋パターンを直列に接続するためのコイル直列用パターンを有し、前記コイル直列用パターンは、前記第１誘電体シートの前記螺旋パターンの内周端と前記第２誘電体シートの前記螺旋パターンの外周端とを接続し、前記第１及び第２誘電体シートに印刷された前記螺旋パターンは、外周側から内周側に向かう螺旋の向きが同方向であり、前記回路パターンはさらに、積層された複数のグランド用パターンを備え、前記第３誘電体シート層は、前記複数のグランド用パターンがそれぞれ印刷された複数の第３誘電体シート層であり、前記第１、第２及び第３誘電体シート層は、前記第１又は第２誘電体シート層に印刷された前記複数のコイル効果生成パターンと前記複数の第３誘電体シート層に印刷された前記複数のグランド用パターンとが前記第１、第２及び第３誘電体シート層の誘電体を挟むように交互に積層され、かつ前記層間接続パターンと前記複数のグランド用パターンとが絶縁されており、前記複数のコイル効果生成パターン同士が直列接続され、前記複数のグランド用パターン同士が並列接続されていることを特徴とする。
本発明によれば、内部に複数の電極を積層した積層コンデンサにコイルパターンを取り入れることで、ローパスフィルタの形成に必要なコイルパターンとコンデンサパターンとを一つの素子に高密度に実装でき、ひいては電子コントロールユニットの小型化を図ることができる。
以下、車載機器を制御する電子コントロールユニットに用いる積層コンデンサにコイルパターンを内蔵する実施例について図面を用いて説明する。
図1は従来の電子コントロールユニット（ECU）102の基本構造を示す図面である。電子コントロールユニットは本体ケース110、外部機器と接続するためのコネクタ101、プリント基板104を備える。プリント基板104にはIC103やコンデンサ107、抵抗105などの電子部品が搭載されている。基板での実装面積は電子コントロールユニットの仕様毎に回路集積度が違うが、本実施例では簡単化のために、図1で説明を行う。電子コントロールユニット102は外部機器や外部ハーネスから受ける各種ノイズを防止、または低減するために、プリント基板104にはコンデンサ107を多く使われている。
以上従来の電子コントロールユニット102の構成とコンデンサについて説明したが、一般的に電子コントロールユニット102の容積を削減するため、小型で高容量の積層セラミックコンデンサが採用されている。次に積層セラミックコンデンサの製造方法について図２を使って説明する。
積層セラミックコンデンサの第一工程はシート形成201である。チタン酸バリウム等からなるスラリー状の誘電材料（セラミック材料）で、厚みが例えば1μm程度の誘電材料シートを生成する。
そして第二工程の電極印刷202では厚膜印刷技術で、例えばニッケルペーストからなる電極を誘電材料シートに印刷する。コンデンサの容量によって第一工程と第二工程を繰り返す回数が変わるが、ここでは仮に600回として説明する。
第三工程プレス加工203では600回繰り返された第一工程と第二工程により得られた600層のシートを同じ向きに重ね合わせて積層方向にプレスすることで大面積の積層セラミックを作る。
第四工程切断204では印刷された電極パターンに沿って小さい積層セラミックコンデンサに切断される。
第五工程では焼成205され、第六工程で端子電極ペースト塗布206が施され、部品として完成する。
図3は積層セラミックコンデンサの断面図である。コンデンサの容量を増やすために、各層の電極が交互に重ねて間に誘電シート303を挟んでいる。プラス側の端子301とマイナス側の端子302それぞれの内部電極は交互に外部電極と接続されている。図3によってコンデンサの電極面積は有限な体積中に層の数を増やせば増やすほど広くでき、容量を大きくできる。
本発明では、積層セラミックコンデンサの特性を利用し、積層セラミックコンデンサ製造工程に穴開け工程を追加し、積層セラミックコンデンサに螺旋パターンを取り入れ、コンデンサ容量とコイル容量を確保でき、ローパスフィルタの特性を得ることが出来る積層コンデンサを実現する。
図４、５で本発明による積層コンデンサの印刷パターン図と製作工程を説明する。
従来の電極パターンは一つ一つコンデンサを生成するために、図2の第二工程である電極印刷202で示した電極のように、シンプルなパターンを使ってそれぞれ交互に誘電体シートA層と誘電体シートB層（一方が端子用誘電体シート、他方がグランド用誘電体シート）のように印刷する。
本発明は図2の電極印刷202の工程で、図４のような誘電体シートA層402に螺旋パターン406を印刷する。誘電体シートB層403には、複数層間の螺旋パターンを直列に接続するためのコイル直列用パターン404とグランド用ベタパターン405を印刷する。これらによって、積層コンデンサ内にコイルを生成する。
なお、コイル層となる螺旋パターン406が誘電体シートB層403を挟んで直列に接続されるように、電極印刷工程の前に穴開け工程を追加する。図５に示すように、誘電体シートA層402に誘電体シートB層のコイル直列用パターン404と接続出来るよう、穴503を開ける。また、複数層に設けられたグランド用ベタパターン同士を並列に繋ぐため、グランド用貫通穴504を開ける。更に複数層が直列接続された螺旋パターンの積層コンデンサ外への出口を作るため、600層の内に最後の一層を抜けるように穴502を開ける。追加の穴開け工程の次に誘電体シートA層402に螺旋パターン406を印刷し、誘電体シートB層403にコイル直列用パターン404とグランド用ベタパターン405を印刷する。
このように本発明では、複数層の螺旋パターン406同士を直列に、複数層のグランド用ベタパターン405同士を並列に電気接続し、螺旋パターン406とグランド用ベタパターン405とを積層したので、グランド用ベタパターン405と積層方向で重なる範囲において、螺旋パターン406がコンデンサの一方の電極を形成する。グランド用ベタパターン405はコンデンサのグランド側の電極となり、コンデンサの効果を生成する。これにより、螺旋パターン406がコイルの効果を生成するパターンとコンデンサの効果を生成するパターンとを兼ねることが出来、ローパスフィルタに必要なコイルとコンデンサとを高密度に実装することができる。
さらに、プレス加工203の加圧特性を利用して、粘着状の電極ペーストは図６の601のように事前に開けた穴経由で下の層と接続してもよい。この特性を活かして、複数の螺旋パターンを直列に接続し、コイルの直列特性を得る事ができる。
また、電極ペーストの引っ張り強度に限界がある特性を利用して、穴501と穴505間のパターン701は図７に示した細いパターン701を設け、プレス加工を受けた時、電極ペーストが圧力をうけ、穴経由で下の層に移動すると同時に、細いパターンを断線させ、穴501と穴505がお互いに絶縁する経路を形成することが出来る。
また、グランド用ベタパターン405は必ずしもベタパターンである必要はなく、螺旋パターン406と重なるように同形状のパターンとしてよい。しかし、コンデンサの容量は積層された電極の重なる面積に依存するため、螺旋パターン同士が図8のように位置ずれが生じたときにコンデンサ容量に誤差が生じてしまう。
したがって、誘電体シートB層のグランド層は図9のようにベタパターン、もしくは螺旋パターン406よりも太いパターンを採用することが望ましい。誘電体シートA層402と誘電体シートB層403とで同じ螺旋パターンを採用する場合、電極印刷用のマスクを一つに纏める事が出来というメリットが有るが、図8に示した位置ずれが発生するとコンデンサ容量として使える領域は801のみとなる。ベタパターンの場合図9の901で示した領域がコンデンサ容量となる。
以上説明した追加工程（穴開け）とパターン設計により、コイルパターンを内蔵した積層コンデンサが作られる。
さらに、コイル容量は螺旋線の密度と直列数によって決められ、コンデンサ容量は電極面積の広さと層間距離によって決められているので、図10に示した、 誘電体シートA層402一枚あたりの螺旋パターン406の巻数と誘電体シートA層402、B層403で作られたコイルの直列接続数でコイルの容量を可変にすることが出来る。
コンデンサの容量も、螺旋パターン406のパターンの太さ（面積）と並列接続数を調整することで、調整する事が出来る。また、電極を印刷しない誘電体シートを螺旋パターン406とグランド用パターンとの間に設け、電極間の距離を調整することでも調整出来る。
螺旋パターン406の直列接続数やグランド用ベタパターン405の並列接続数は、誘電体シートの積層数自体だけでなく、電極を印刷しないパターンを設ける等の工夫により適宜調整出来る。
内蔵コイルパターンコンデンサの仕組みを活かして、図11のように他の回路パターンをコンデンサの中に取り入れることも出来る。これにより基板上結線負担が軽減される。
また、図１１に示したように、一つの積層コンデンサパッケージの中に、ICの端子毎に要求されるＬＣ回路を複数設けても良い。例えば、複数のＬＣ回路はそれぞれが螺旋パターン406の巻数や面積、接続数、電極を印刷しない誘電体シートの数、グランド用ベタパターン405の並列接続数を個別に可変されていてよい。これにより、一つの積層コンデンサパケージ内で、インダクタンスやコンデンサ容量が各々異なる複数のコイル、コンデンサを形成し、ＩＣ等の端子に接続することが出来、ＩＣ等の入出力回路を高密度に実装出来る。
電子コントロールユニット・・・102
コンデンサ・・・107
螺旋パターン・・・406
グランド用ベタパターン・・・405
コイル直列用パターン・・・404
コンデンサ・・・107
螺旋パターン・・・406
グランド用ベタパターン・・・405
コイル直列用パターン・・・404
Claims (3)
- 回路パターンを印刷した複数の誘電体シート層を内蔵する積層コンデンサを備え、
前記回路パターンは、積層された複数のコイル効果生成パターンと、前記複数のコイル効果生成パターン同士を直列に接続する層間接続パターンと、を備え、
前記複数のコイル効果生成パターンの少なくとも一部は前記積層コンデンサの電極となり、
前記積層コンデンサは、１つのコンデンサパッケージ内で、前記回路パターンにより、インダクタンスまたはコンデンサ容量が異なる複数のLC回路を構成しており、
前記複数のLC回路は、前記コンデンサパッケージに装着される素子の複数の端子に接続され、前記複数の端子毎に、前記コイル効果生成パターンの密度、前記コイル効果生成パターンの直列接続数の少なくともいずれかを調整することでインダクタンスを変え、
前記複数のコイル効果生成パターンは、それぞれ、螺旋パターンであり、
前記複数の誘電体シート層は、前記螺旋パターンが印刷された第１及び第２誘電体シート層と、前記第１及び第２誘電体シート層の間に位置し、前記層間接続パターンが印刷された第３誘電体シート層とを有し、
前記第３誘電体シートの前記層間接続パターンは、前記第１及び第２誘電体シート層の前記螺旋パターンを直列に接続するためのコイル直列用パターンを有し、
前記コイル直列用パターンは、前記第１誘電体シートの前記螺旋パターンの内周端と前記第２誘電体シートの前記螺旋パターンの外周端とを接続し、
前記第１及び第２誘電体シートに印刷された前記螺旋パターンは、外周側から内周側に向かう螺旋の向きが同方向であり、
前記回路パターンはさらに、積層された複数のグランド用パターンを備え、
前記第３誘電体シート層は、前記複数のグランド用パターンがそれぞれ印刷された複数の第３誘電体シート層であり、
前記第１、第２及び第３誘電体シート層は、前記第１又は第２誘電体シート層に印刷された前記複数のコイル効果生成パターンと前記複数の第３誘電体シート層に印刷された前記複数のグランド用パターンとが前記第１、第２及び第３誘電体シート層の誘電体を挟むように交互に積層され、かつ前記層間接続パターンと前記複数のグランド用パターンとが絶縁されており、
前記複数のコイル効果生成パターン同士が直列接続され、前記複数のグランド用パターン同士が並列接続されていることを特徴とする車載制御装置。 - 前記グランド用パターンは前記コイル効果生成パターン以上の面積を有することを特徴とする請求項１記載の車載制御装置。
- 前記コイル効果生成パターンの面積、前記コイル効果生成パターンと前記グランド用パターンとの距離の少なくともいずれかに基づいて、前記コンデンサ容量を調整することを特徴とする請求項１記載の車載制御装置。
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