JP7028149B2

JP7028149B2 - 電子制御装置

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Publication number: JP7028149B2
Application number: JP2018230674A
Authority: JP
Inventors: 浩二矢内
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2018-12-10
Filing date: 2018-12-10
Publication date: 2022-03-02
Anticipated expiration: 2038-12-10
Also published as: WO2020122029A1; JP2020096001A

Description

本発明は、電子制御装置に関する。

従来、大電流が流れる回路部品が基板に搭載された電子制御装置において、バスバーを用いて基板から放熱させる技術が知られている。

例えば特許文献１に開示された回路装置では、バスバーの長手方向中央部が屈曲されて形成された接触放熱部が基板の非実装領域の表面に当接することで、基板の熱がバスバーを介して放散される。

特許第４０２９３４９号公報

例えば車両に搭載される電子制御装置では、基板の放熱性向上に加え、小型化や軽量化に対するニーズが大きい。特許文献１には、バスバーによる放熱性向上の効果は記載されているものの、基板配線パターンの面積を縮小し、装置を小型化することに関しては言及されていない。

また、一般に電子制御装置は、基板が固定されたハウジングの上部にカバーが取り付けられる。例えば車両に搭載される電子制御装置の場合、軽量化の要求から樹脂製のカバーが用いられる傾向にある。しかし、金属製のカバーに比べて樹脂製のカバーは、外部からの静電気を透過しやすく、基板上の電子素子に影響を及ぼすおそれがある。そこで、軽量性と耐静電気性とを両立する手段が求められる。

本発明は、このような点に鑑みて創作されたものであり、その目的は、樹脂製のカバーを有する電子制御装置において、素子の放熱性向上、装置の小型化及び耐静電気性の向上を実現する電子制御装置を提供することにある。

本発明は、電子素子により通電を制御する電子制御装置である。この電子制御装置は、基板（５０）と、基板の実装面（Ｓ）に実装された一つ以上の素子と、バスバー（７０１、７０２、７０３）と、基板が収容されるハウジング（３０）と、基板の実装面を覆う樹脂製のカバー（４０）と、を備える。

基板は、電源経路を構成する電源配線パターン（５１）、及び、グランド経路を構成するグランド配線パターン（５３、５４）を含む複数の配線パターンが形成されている。一つ以上の素子は、通電により発熱する放熱対象素子（６１）を含む。バスバーは、導電体で形成され、分割された二つのグランド配線パターンに跨がって接続された二つの脚部（７５）、及び、二つの脚部により長手方向両端が支持される高架部（７１、７２、７３）を有する。
ハウジングは、電源配線パターンに接続された電源端子、及び、グランド配線パターンに接続されたグランド端子を有するコネクタ（３８）が設けられている。バスバーの高架部は、コネクタに近い側から、コネクタから離れる方向に延びている。

バスバーの高架部及び素子について、カバー側の面を「上面」と定義し、バスバーの高架部について、上面とは反対側の面を「下面」と定義する。バスバーの高架部は、放熱対象素子の上面に被さっている。そして、バスバーの高架部の下面と放熱対象素子の上面との間をつなぐように放熱グリス（９）が塗布されている。

本発明では、放熱対象素子（例えばスイッチング素子）の通電により発生した熱は放熱グリスを介してバスバーへ放熱されるため、放熱対象素子の温度上昇が抑制され、故障の発生や性能低下が防止される。よって、特に大電流が通電される電子制御装置において、信頼性を向上させ、或いは定格電流を大きくすることができる。

また、バスバーは分割された二つのグランド配線パターンに跨がって接続され、グランド経路の一部を構成するジャンパー線として機能する。これにより、放熱対象素子を迂回するグランド配線パターンを基板に形成する場合に比べ、パターン面積及び基板の面積を縮小することができる。よって、電子制御装置を小型化することができる。

さらに、導電体であるバスバーの高架部が放熱対象素子の上面に被さることで、樹脂製のカバーを透過した外部からの静電気を吸収し、静電気が放熱対象素子に影響を及ぼすことを防止する。したがって、金属製のカバーに代えて樹脂製のカバーを有する電子制御装置において、軽量化を実現しつつ、耐静電気性を向上させることができる。

第１実施形態の電子制御装置が適用されるブレーキ液圧制御装置の全体構成、及び、電子制御装置の縦断面を示す部分断面図。図１のＩＩ－ＩＩ断面に相当する基板の平面図。第１実施形態の概略回路図。バスバーの無い比較例の電子制御装置とパターン面積を対比する図。第２実施形態の電子制御装置における基板の平面図。第３実施形態の電子制御装置における基板の平面図。第４実施形態の電子制御装置の縦断面を示す部分断面図。

以下、電子制御装置の複数の実施形態を図面に基づいて説明する。複数の実施形態において、実質的に同一の構成には同一の符号を付して説明を省略する。また、第１～第４実施形態を包括して「本実施形態」という。この電子制御装置は、例えば車両のブレーキ液圧制御装置１０に適用され、電子素子により直流モータ１１への通電を制御する。各実施形態の電子制御装置の符号は、「２０」に続く３桁目に実施形態の番号を付す。

（第１実施形態）
最初に図１を参照し、ブレーキ液圧制御装置１０の全体構成について説明する。ブレーキ液圧制御装置１０は、直流モータ１１、液圧ブロック１２、ソレノイドバルブ１３及び電子制御装置２０１等が一体に構成されている。直流モータ１１は、液圧ブロック１２の内部に組み込まれたポンプを駆動する。ソレノイドバルブ１３は、内部に収容されたソレノイドコイルへの通電により動作し、ポンプの液圧路の接続、切り離し、弁部の開度調節を行う。車両の制動時、ドライバがブレーキペダルを踏む力に加え、直流モータ１１の駆動によりポンプが動作してブレーキ液圧を上昇させることで車両が制動される。

電子制御装置２０１は、液圧ブロック１２を挟んで直流モータ１１とは反対側に設けられ、モータ用導電体１１５を介して直流モータ１１へ通電可能である。電子制御装置２０１と直流モータ１１とを結ぶ方向を縦方向とすると、図１には電子制御装置２０１の縦断面が記載されている。

続いて電子制御装置２０１の構成について説明する。電子制御装置２０１の外郭は、主に、樹脂製のハウジング３０及び樹脂製のカバー４０により構成される。特に本実施形態では、カバー４０が樹脂で形成されていることを前提とする。樹脂製のカバー４０は装置の軽量化等に有利である反面、金属製のカバーに比べて外部からの静電気を透過しやすいという特性を有する。

ハウジング３０の液圧ブロック１２側には、ソレノイドバルブ１３が収容されるソレノイド収容部３３が形成されている。ソレノイド収容部３３の開口周囲の端面３２は液圧ブロック１２に当接する。ソレノイド収容部３３に対し隔壁３４を隔てた反対側には、基板５０が収容される基板収容部３５が形成されている。また、液圧ブロック１２と干渉しない位置に、外部からの電源線や信号線が接続されるコネクタ３８が形成されている。

カバー４０は、外周縁に形成されるフランジ部４３、及び、フランジ部４３からハウジング３０とは反対側に膨らみ、内側に収容空間４５が形成される凸部４４を有している。フランジ部４３の端面４６は、ハウジング３０の基板収容部３５の開口周囲の端面３６に樹脂溶着等により接合される。凸部４４は、基板収容部３５に収容された基板５０の実装面Ｓを覆う。

基板５０は、ガラスエポキシやセラミック等の絶縁性材料で形成され、実装面Ｓに一つ以上の素子６１、６２、６３が実装されている。素子６１、６２、６３のうち、特に通電により発熱する素子が「放熱対象素子」と定義される。図１の例では、素子６１が放熱対象素子である。具体的には後述するように、放熱対象素子６１は例えばスイッチング素子であり、樹脂モールドにより略直方体状のパッケージとして構成されている。

また、基板５０の実装面Ｓには、導電体で形成され、二つの脚部７５、及び、二つの脚部７５により長手方向両端が支持される高架部７１を有するバスバー７０１が設けられている。コネクタ３８は、基板５０に接続された複数の端子８を有している。この複数の端子８には、図２に示す電源端子８１及びグランド端子８４が含まれる。また、基板５０とモータ用導電体１１５とは、電源側モータ端子８２及びグランド側モータ端子８３により接続されている。

ここで、バスバー７０１の高架部７１及び素子６１、６２、６３について、カバー４０側の面を「上面」と定義する。また、バスバー７０１の高架部７１について、上面とは反対側の面を「下面」と定義する。なお、電子制御装置２０１の実際の搭載姿勢は、上面が必ずしも天方向を向かなくてもよい。高架部７１の上面は、カバー４０の凸部４４の内壁４８と対向している。本実施形態では、バスバー７０１の高架部７１は放熱対象素子６１の上面に被さっている。

そして、バスバー７０１の高架部７１の下面と放熱対象素子の上面との間をつなぐように放熱グリス９が塗布されている。放熱グリス９は、例えばシリコーンを主成分とする絶縁性且つ熱伝導性の材料である。これにより、放熱対象素子６１が通電により発生した熱は、放熱グリス９を介してバスバー７０１の高架部７１に放散可能である。

次に図２、図３を参照し、基板５０の実装構成について説明する。図２は、カバー４０側から基板５０の実装面Ｓを視た状態の図であり、バスバー７０１の下側にある素子等は破線で示される。基板５０には、放熱対象素子であるスイッチング素子６１、放熱対象素子以外の素子であるコンデンサ６２、ＩＣ６３等が実装されている。以下、「６１」の符号は、適宜、「放熱対象素子」及び「スイッチング素子」の両方に用いる。放熱対象素子６１の上面にはバスバー７０１の高架部７１が被さっている。

基板５０の表面には、複数の配線パターンとして、電源配線パターン５１、モータ配線パターン５２、第１グランド配線パターン５３及び第２グランド配線パターン５４が形成されている。つまり、グランド配線パターン５３、５４は二つに分割されており、バスバー７０１の二つの脚部７５は、分割された二つのグランド配線パターン５３、５４に跨がって接続されている。

図２の左側に示されるコネクタ端子エリア８０には、コネクタ３８が有する複数の端子８が配置されている。そのうち電源端子８１は電源配線パターン５１に接続されており、グランド端子８４は第２グランド配線パターン５４に接続されている。また、モータ配線パターン５２には電源側モータ端子８２が接続されており、第１グランド配線パターン５３にはグランド側モータ端子８３が接続されている。

また、本実施形態では、バスバー７０１は、コネクタ３８に近い側から、コネクタ３８から離れる方向、すなわち、コネクタ端子エリア８０の長手方向に直交する方向に延びている。言い換えれば、バスバー７０１を含んで構成されるグランド経路が、コネクタ３８に近い側と、コネクタ３８から遠い側とを結ぶようにレイアウトされている。

次に、電子制御装置２０１の概略回路図である図３を参照し、上記の基板実装構成を回路の視点から再度説明する。この回路では、電源端子８１とグランド端子８４との間に、スイッチング素子６１及び直流モータ１１が直列に接続される。スイッチング素子６１は例えば電解効果トランジスタ（ＦＥＴ）であり、ドレイン（Ｄ）が電源端子８１に接続され、ソース（Ｓ）が電源側モータ端子８２に接続される。スイッチング素子６１は、ＩＣ６３からゲート（Ｇ）に入力される制御信号に従ってスイッチング動作し、直流モータ１１への通電をオンオフする。この通電により、放熱対象素子６１は、電流の二乗及び抵抗（Ｉ²Ｒ）に比例した熱を発生する。

基板５０において、電源端子８１とスイッチング素子６１のドレインとの間の電源経路は電源配線パターン５１により接続される。スイッチング素子６１のゲートと電源側モータ端子８２との間はモータ配線パターン５２により接続される。グランド側モータ端子８３とグランド端子８４との間のグランド経路は、第１グランド配線パターン５３、バスバー７０１及び第２グランド配線パターン５４により順に接続される。つまり、バスバー７０１は、第１グランド配線パターン５３と第２グランド配線パターン５４とを橋渡しするジャンパー線として機能する。

（効果）
（１）本実施形態の電子制御装置２０１では、放熱対象素子６１の通電により発生した熱は放熱グリス９を介してバスバー７０１へ放熱されるため、放熱対象素子６１の温度上昇が抑制され、故障の発生や性能低下が防止される。よって、大電流が通電されるブレーキ液圧制御装置１０の電子制御装置２０１において、信頼性を向上させ、或いは定格電流を大きくすることができる。

本実施形態の放熱対象素子であるスイッチング素子６１は、一般に樹脂モールドにより略直方体状のパッケージとして構成されている。上面が平坦であるため、放熱グリス９の塗布が容易である。また、高さ寸法のばらつきが小さいため、バスバー７０１の高架部７１の下面との間の放熱グリス９の塗布量が安定する。

（２）バスバー７０１は分割された二つのグランド配線パターン５３、５４に跨がって接続され、グランド経路の一部を構成するジャンパー線として機能する。ここで、図４を参照し、基板５０にバスバーが設けられない比較例の電子制御装置２０９と対比して説明する。比較例の電子制御装置２０９は、グランド側モータ端子８３からグランド端子８４まで連続する一つのグランド配線パターン５９で接続されている。

グランド配線パターン５９は、電源配線パターン５１と干渉しないように、放熱対象素子６１に対し基板５０の外側で放熱対象素子６１を迂回する必要があるため、基板５０の面積が大きくなる。これに比べ本実施形態では、バスバー７０１を用いてグランド側モータ端子８３とグランド端子８４とを接続することで、パターン面積及び基板５０の面積を縮小することができる。よって、電子制御装置２０１を小型化することができる。

特に第１実施形態では、バスバー７０１は、コネクタ３８に近い側から、コネクタ３８から離れる方向、すなわち、コネクタ端子エリア８０の長手方向に直交する方向に延びている。このようなグランド経路のレイアウトでは、バスバー７０１を用いることで、より有効にグランド配線パターンの面積を縮小することができる。

（３）導電体であるバスバー７０１の高架部７１が放熱対象素子６１の上面に被さることで、樹脂製のカバー４０を透過した外部からの静電気を吸収し、静電気が放熱対象素子６１に影響を及ぼすことを防止する。したがって、金属製のカバーに代えて樹脂製のカバーを有する電子制御装置２０１において、軽量化を実現しつつ、耐静電気性を向上させることができる。

（４）特に、今後実用化が進む予定である自動運転による制動時には、ドライバによるペダル踏力が無い状態で、ポンプの出力のみにより同等の制動力を実現する必要がある。そのため、ドライバのペダル踏力による制動を補助する場合に比べ、直流モータ１１を駆動するために回路に流れる電流は、より増大する傾向となる。したがって、スイッチング素子等の放熱対象素子６１に対する放熱性向上の要求は従来よりも厳しくなることが予想される。

また、一般に車両に搭載される装置は、軽量化や小型化に対する要求が大きい。さらにブレーキ液圧制御装置１０は、車両のエンジンルーム内に搭載されるため、車両の中でも特に静電気による影響を受けやすい。よって、本実施形態により、放熱性の向上、装置の小型化、耐静電気性の向上を総合的に実現する効果が特に顕著に発揮される。

（第２実施形態）
次に、第１実施形態におけるバスバーの構成を一部変更した別の実施形態について説明する。図５に示す第２実施形態の電子制御装置２０２では、バスバー７０２の高架部７２は、基板５０に搭載された放熱対象素子６１以外の素子６２、６３等の上面にさらに被さる。これにより、放熱対象素子６１以外の素子６２、６３等に対しても、樹脂製カバー４０を透過した静電気の影響を抑制することができる。

なお、図５に実線で示す高架部７２は、基板のほぼ全体を覆う単純な長方形状に形成されており、加工が容易である。或いは、二点鎖線で示すように、素子が実装されていない部分を切り欠き、静電気抑制の対象とする素子６１、６２、６３を覆う部分のみをつないだ形状に高架部が形成されてもよい。

（第３実施形態）
図６に示す第３実施形態の電子制御装置２０３では、バスバー７０３の高架部７３は、放熱対象素子６１の上面に被さる部分をなす幅広部７３３がそれ以外の部分、すなわち配線部をなす幅狭部７３４に比べて幅広に形成されている。高架部の幅を一定とした場合、放熱対象素子６１の上面に被さる部分の幅に合わせて配線部の幅も決まるため、導電機能や伝熱機能に最低限必要な幅に対し、過剰な幅に設定される場合がある。

そこで第３実施形態では、放熱対象素子６１に被さる幅広部７３３と配線部をなす幅狭部７３４とにより高架部７３を構成することで、放熱対象素子６１からの放熱機能や静電気抑制機能を確保しつつ、配線部の幅を縮小する。これにより、配線部の両側に他の素子を実装するスペースを拡大し、また、バスバー７０３を軽量化することができる。

（第４実施形態）
図７に縦断面を示す第４実施形態の電子制御装置２０４は、図１に示す第１実施形態の電子制御装置２０１に対し、さらに、バスバー７０１の高架部７１の上面とカバー４０の内壁４８との間をつなぐように放熱グリス９が塗布されている。これにより、放熱対象素子６１からバスバー７０１に放散された熱の一部がカバー４８を介して外気に放射されるため、放熱性が向上する。

なお、第２、第３実施形態の電子制御装置２０２、２０３に対しても同様に、さらに、バスバー７０２、７０３の高架部７２、７３の上面とカバー４０の内壁４８との間をつなぐように放熱グリス９が塗布されてもよい。

（その他の実施形態）
（ａ）上記実施形態では、回路中の一つのスイッチング素子が放熱対象素子６１として扱われているが、例えばＨブリッジ回路やインバータ回路では、複数のスイッチング素子が放熱対象素子として扱われてもよい。その場合、一本のバスバーの高架部が複数の放熱対象素子の上面に共通に被さるようにしてもよく、各放熱対象素子の上面に高架部が被さるように複数のバスバーが設けられてもよい。或いは、それらを組み合わせた構成としてもよい。また、スイッチング素子以外に、ダイオード、インダクタ、抵抗等の素子が放熱対象素子として扱われてもよい。

（ｂ）バスバーが延びる方向は、上記実施形態のように「コネクタ３８に近い側から、コネクタ３８から離れる方向」、すなわち、コネクタ端子エリア８０の長手方向に直交する方向に限らない。基板のレイアウトによっては、バスバーは、コネクタ端子エリア８０の長手方向に平行に延びてもよい。或いは、バスバーは、コネクタ端子エリア８０の長手方向に直交する方向と平行な方向とが混在するＬ字型等に曲げった形状であってもよい。

（ｃ）本発明の電子制御装置は、ブレーキ液圧制御装置に限らず、配線パターンが形成された基板を有し、基板に搭載された電子素子により通電を制御するあらゆる電子制御装置に適用可能である。特に車両に搭載される各種ＥＣＵのように、放熱性の向上、装置の小型化、耐静電気性の向上の要求が大きい装置に適用されると有効である。

本発明はこのような実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲において、種々の形態で実施することができる。

２０１－２０４・・・電子制御装置、
４０・・・カバー、
５０・・・基板、
５１・・・電源配線パターン、５３、５４・・・グランド配線パターン、
６１・・・スイッチング素子（放熱対象素子）、
７０１－７０３・・・バスバー、７１－７３・・・高架部、
９・・・放熱グリス。

Claims

電子素子により通電を制御する電子制御装置であって、
電源経路を構成する電源配線パターン（５１）、及び、グランド経路を構成するグランド配線パターン（５３、５４）を含む複数の配線パターンが形成された基板（５０）と、
前記基板の実装面（Ｓ）に実装され、通電により発熱する放熱対象素子（６１）を含む一つ以上の素子と、
導電体で形成され、分割された二つの前記グランド配線パターンに跨がって接続された二つの脚部（７５）、及び、前記二つの脚部により長手方向両端が支持される高架部（７１、７２、７３）を有するバスバー（７０１、７０２、７０３）と、
前記基板が収容されるハウジング（３０）と、
前記基板の実装面を覆う樹脂製のカバー（４０）と、
を備え、
前記ハウジングは、前記電源配線パターンに接続された電源端子、及び、前記グランド配線パターンに接続されたグランド端子を有するコネクタ（３８）が設けられており、
前記バスバーの前記高架部は、前記コネクタに近い側から、前記コネクタから離れる方向に延びており、
前記バスバーの前記高架部及び前記素子について、前記カバー側の面を上面と定義し、前記バスバーの前記高架部について、前記上面とは反対側の面を下面と定義すると、
前記バスバーの前記高架部は前記放熱対象素子の上面に被さっており、
前記バスバーの前記高架部の下面と前記放熱対象素子の上面との間をつなぐように放熱グリス（９）が塗布されている電子制御装置。
前記バスバー（７０２）の前記高架部（７２）は、前記基板に搭載された前記放熱対象素子以外の前記素子の上面にさらに被さる請求項１に記載の電子制御装置。
前記バスバー（７０３）の前記高架部（７３）は、相対的に幅が広い部分と相対的に幅が狭い部分とからなり、前記相対的に幅が広い部分は、前記放熱対象素子の上面に被さる部分を含む請求項１に記載の電子制御装置。
さらに、前記バスバーの前記高架部の上面と前記カバーの内壁（４８）との間をつなぐように放熱グリスが塗布されている請求項１～３のいずれか一項に記載の電子制御装置。