JP7294072B2 - 電子制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、筐体内に、電子部品が実装された回路基板を収容してなる電子制御装置に関する。

例えば車載用のエンジンＥＣＵ等の電子制御装置は、金属製の筐体内に、多層配線基板からなる回路基板が設けられ、その回路基板に制御回路等を構成する電子部品が実装されている。回路基板に、電子部品として例えばパワーＩＣ等の高発熱部品を実装する場合、回路基板に放熱用ランドを設け、部品のパッケージの底面に放熱用のヒートシンクを設け、そのヒートシンクを放熱用ランドに熱的に接続された状態に実装することが行われる。このとき、回路基板には、前記放熱用ランドから実装面とは反対側の面まで貫通して延びる放熱用スルーホールが設けられ、放熱用スルーホールの反対側の面では、放熱材を介して筐体に熱的に接続される。これにより、電子部品の熱が、ヒートシンクから、放熱用ランド、放熱用スルーホール、放熱材を順に介して筐体に伝達され、筐体から外部に放熱されるようになっている（例えば、特許文献１参照）。

特開第４２２８７５３号公報

しかしながら、上記のように回路基板に放熱用スルーホールを設けた構成では、電子部品において発生したノイズが、前記スルーホールを通って放熱材から筐体に伝達され、ひいては筐体から外部機器にノイズが伝達されてしまう虞がある。そのため、ＥＭＣ性能即ち電磁両立性が悪化してしまうといった問題があった。

本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、その目的は、電子部品が実装された回路基板に放熱用スルーホールを設けたものにあって、電子部品で発生したノイズが放熱用スルーホールを通して筐体へ漏れることを抑制することができる電子制御装置を提供するにある。

上記目的を達成するための、本発明の電子制御装置（１）は、部品実装面（５ａ、２１ａ）に放熱用ランド（１３）を有する回路基板（５、２１、３１、４１、５１、６１）と、前記回路基板の部品実装面に前記放熱用ランドとの熱的接続状態で実装された電子部品（６）と、前記回路基板を収容する筐体（２）とを備えるものであって、前記回路基板には、一端側が前記放熱用ランドに接続され、他端側が該回路基板の実装面とは反対側の面において放熱材（１８）を介して前記筐体に接続される放熱用スルーホール（１７、２６、３２、４２、５２、６２）が設けられていると共に、前記放熱用スルーホールに隣り合って並ぶ位置に、該回路基板の内層ＧＮＤパターン（１１、２３、２４）に接続されたノイズ伝搬用ビアホール（１９、２７、３３、４３、５３、６３）が設けられ、前記ノイズ伝搬用ビアホールは、前記放熱材と前記筐体との何れに対しても非接続で、前記内層ＧＮＤパターンと接続される構成とした。

上記構成においては、電子部品の熱を、回路基板に設けられた放熱用スルーホールによって、放熱用ランド、放熱用スルーホール、放熱材を順に介して筐体に伝達することができ、筐体から放熱することができる。ここで、電子部品から発生したノイズが、放熱用スルーホールを通して筐体に伝達される虞があるが、回路基板には、放熱用スルーホールに隣り合って並ぶ位置に、内層ＧＮＤパターンに接続されたノイズ伝搬用ビアホールが設けられている。

これにより、放熱用スルーホールとノイズ伝搬用ビアホールとが近接配置されることで、コンデンサとして機能させることができ、放熱用スルーホールに流れるノイズを、容量結合によって、ノイズ伝搬用ビアホールに流し、ひいては安定した内層ＧＮＤパターンに流すことができる。この結果、電子部品が実装された回路基板に放熱用スルーホールを設けたものにあって、電子部品で発生したノイズが放熱用スルーホールを通して筐体へ漏れることを抑制することができるという効果を奏する。

第１の実施形態を示すもので、回路基板及び筐体の要部構成を示す縦断正面図 電子制御装置の全体構成を概略的に示す縦断正面図 ノイズ伝搬用ビアホールを設けた場合のノイズの流れを示す図 ノイズ伝搬用ビアホールの存在しない場合のノイズの流れを説明するための図 第２の実施形態に係る回路基板及び筐体の要部構成を示す縦断正面図 第３の実施形態に係る放熱用スルーホール及びノイズ伝搬用ビアホールの配置を示す概略的平面図 第４の実施形態に係る放熱用スルーホール及びノイズ伝搬用ビアホールの配置を示す概略的平面図 第５の実施形態に係る放熱用スルーホール及びノイズ伝搬用ビアホールの配置を示す概略的平面図 第６の実施形態に係る放熱用スルーホール及びノイズ伝搬用ビアホールの配置を示す概略的平面図

以下、車載用のエンジンＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）に適用したいくつかの実施形態について、図面を参照しながら説明する。尚、複数の実施形態で共通する部分については、同一符号を付して詳しい説明や新たな図示を省略することとする。また、図１等は回路基板を縦断面で示す断面図であるが、判り易くするために、必要に応じてハッチングを省略して図示する。

（１）第１の実施形態
図１～図４を参照して、第１の実施形態について述べる。図２は、本実施形態に係る電子制御装置１の全体構成を概略的に示している。この電子制御装置１は、図で上下方向に薄型のほぼ矩形箱状をなす筐体２内に、多層配線基板からなる回路基板５を収容して構成される。前記筐体２は、下面が開口した薄型矩形箱状のケース３と、その下面開口部を塞ぐカバー４とを突き合わせて接合して構成される。これらケース３及びカバー４は、例えばアルミや鉄等の金属から構成されている。また、図示はしないが、筐体２の一側壁部には、回路基板５に電気的に接続された外部との接続用のコネクタを有している。

図１にも示すように、前記回路基板５は、その部品実装面である第１面５ａ（図で上面）に、例えばパワーＩＣ等の電子部品６を実装して構成されている。尚、図示はしないが、回路基板５の第１面５ａには、例えばＩＣ、ダイオード、コンデンサ、抵抗等を含む他の電子部品が実装されている。このとき、回路基板５の第１面５ａには、後述するノイズ抑制用のコンデンサ９（図２参照）も設けられている。また、回路基板５の部品実装面とは反対側の第２面５ｂ（図で下面）にも、他の電子部品が実装されている。これにて、回路基板５及び電子部品６等からエンジン制御用の制御回路等が構成されるようになっている。

図１、図２に示すように、前記電子部品６は、薄型四角形状のパッケージ６ａを有し、そのパッケージ６ａの側面からは、多数本のリード端子７が導出されている。前記パッケージ６ａの底部には、金属薄板製のヒートシンク８が露出して設けられている。このとき、ヒートシンク８は、ＧＮＤ電位とされる。また、前記多数本のリード端子７の中の１本は、ＧＮＤに接続されるリード端子７Ａとされている。後述するように、電子部品６のリード端子７、７Ａは、回路基板５の第１面５ａに設けられた各ランドにはんだ付けされる。さらに、ヒートシンク８は、回路基板５の第１面５ａの放熱用ランドにはんだ付けされる。

前記回路基板５は、図１、図２に示すように、例えば銅箔から構成される導体層Ｌ１～Ｌ４と、合成樹脂製の絶縁層１０（便宜上ハッチングを付して示す）とを交互に積層して構成されている。ここでは、便宜上４層の導体層Ｌ１～Ｌ４を有し、図で上から順にＬ１～Ｌ４の符号を付している。このとき、上から３番目の導体層Ｌ３に、内層ＧＮＤパターン１１が設けられている。

また、回路基板５のうち、第１面５ａに位置する導体層Ｌ１には、前記電子部品６のリード端子７が接続されるリード端子接続用の多数個のランド１２が設けられ、そのうちリード端子７Ａに接続されるランドをＧＮＤ用ランド１２Ａと称する。更に、導体層Ｌ１には、前記電子部品６のヒートシンク８の真下に位置して、放熱用ランド１３が設けられている。尚、リード端子７とランド１２との接続や、ヒートシンク８と放熱用ランド１３との接続には、はんだ１４が用いられている。

このとき、図２、図３に示すように、前記ＧＮＤ用ランド１２Ａと前記導体層Ｌ３の内層ＧＮＤパターン１１とが、ＧＮＤ接続用スルーホール１５により接続されている。また、上記したノイズ抑制用のコンデンサ９は、電子部品６の図で右側のリード端子７の下方に位置して、回路基板５の第１面５ａに前記放熱用ランド１３とＧＮＤ用ランド１２Ａとの間を接続するように実装されている。

そして、図１、図２に示すように、前記回路基板５の第２面５ｂに位置する導体層Ｌ４には、前記放熱用ランド１３に対応する位置に放熱用ランド１６が設けられている。回路基板５には、一端が前記放熱用ランド１３に接続され、他端が前記放熱用ランド１６に接続された放熱用スルーホール１７が設けられている。この放熱用スルーホール１７は、例えば３本が、図で左右に並ぶように設けられている。更に、前記放熱用ランド１６は、例えば導電性ゲル等からなる放熱材１８を介して、前記筐体２のカバー４に上方に凸となるように設けられた凸部４ａに熱的及び電気的に接続されている。

さて、本実施形態では、図１、図２に示すように、前記回路基板５には、前記放熱用スルーホール１７に隣り合って並ぶ位置に、ノイズ伝搬用ビアホール１９が設けられている。このノイズ伝搬用ビアホール１９は、右側の放熱用スルーホール１７のすぐ右側、及び左側の放熱用スルーホール１７のすぐ左側に位置して、２番目の導体層Ｌ２から３番目の導体層Ｌ３に掛けて図で上下方向に延び、下部が前記内層ＧＮＤパターン１１に接続された形態で設けられている。これにて、放熱用スルーホール１７とノイズ伝搬用ビアホール１９とは、近接した状態で平行に延び、両者間にコンデンサが形成される。

次に、上記構成の電子制御装置１における作用、効果について、図３及び図４も参照して述べる。上記構成においては、回路基板５に実装された電子部品６の発熱があっても、その電子部品６の熱は、ヒートシンク８から多層配線基板９の放熱用ランド１３に伝達され、更に、放熱用スルーホール１７を通って下面側の放熱用ランド１６及び放熱材１８を順に介して筐体２のカバー４に伝達される。これにより、電子部品６で発生した熱の筐体２からの良好な放熱を図ることができる。

ここで、電子部品６においては、ノイズが発生することがあり、発生したノイズがヒートシンク８を介して外部に漏れ出す虞がある。この場合、図４には、従来構成の回路基板即ち、ノイズ伝搬用ビアホール１９を備えていない構成における、ノイズの理想的な流れをＮ１で示している。この理想的なノイズの流れＮ１は、放熱用ランド１３から、ノイズ抑制用のコンデンサ９を通ってＧＮＤ用ランド１２Ａに流れ、更に、リード端子７Ａを通って電子部品６に戻る経路となる。しかし実際には、必ずしも理想的なノイズの流れＮ１とはならず、図４にノイズの流れをＮ２で示すように、ノイズの一部が放熱用ランド１３から放熱用スルーホール１７に流れ、放熱用ランド１６及び放熱材１８を通して筐体２のカバー４に伝達され、ひいては、外部に悪影響を与える虞が考えられる。

ところが、本実施形態では、回路基板５には、放熱用スルーホール１７に隣り合って並ぶ位置に、内層ＧＮＤパターン１１に接続されたノイズ伝搬用ビアホール１９を、放熱用スルーホール１７との間でコンデンサとして機能するように設けた。これにより、図３にノイズの流れをＮ３で示すように、電子部品６からのノイズの一部が放熱用ランド１３から放熱用スルーホール１７に流れても、放熱用スルーホール１７からノイズ伝搬用ビアホール１９に流れる。更にノイズは内層ＧＮＤパターン１１からＧＮＤ接続用スルーホール１５を介してＧＮＤ用ランド１２Ａに流れ、リード端子７Ａを通って電子部品６に戻る経路となる。

このように本実施形態の電子制御装置１によれば、放熱用スルーホール１７に近接配置して、ノイズ伝搬用ビアホール１９を設けたので、放熱用スルーホール１７に流れるノイズを、容量結合によってノイズ伝搬用ビアホール１９に流し、ひいては安定した内層ＧＮＤパターン１１に流すことができる。この結果、電子部品６が実装された回路基板５に放熱用スルーホール１７を設けたものにあって、電子部品６で発生したノイズが放熱用スルーホール１７を通して筐体へ漏れることを抑制することができるという優れた効果を得ることができる。

（２）第２の実施形態
次に、図５を参照しながら、第２の実施形態について述べる。この第２の実施形態が上記第１の実施形態と異なる点は、多層配線基板からなる回路基板２１の構成にある。即ち、回路基板２１は、部品実装面である第１面２１ａ（図で上面）に電子部品６を実装して構成されるのであるが、例えば６層の導体層Ｌ１～Ｌ６と、合成樹脂製の絶縁層２２（便宜上ハッチングを付して示す）とを交互に積層して構成されている。このとき、上から２番目の導体層Ｌ２に、内層ＧＮＤパターン２３が設けられていると共に、上から５番目の導体層Ｌ５にも、内層ＧＮＤパターン２４が設けられている。

また、回路基板２１の導体層Ｌ１には、電子部品６のリード端子７が接続されるランド１２及びリード端子７Ａが接続されるＧＮＤ用ランド１２Ａが設けられている。導体層Ｌ１には、前記電子部品６のヒートシンク８の真下に位置して、放熱用ランド１３が設けられている。前記回路基板２１の第２面２１ｂ（図で下面）に位置する導体層Ｌ６には、放熱用ランド２５が設けられている。回路基板２１には、一端が前記放熱用ランド１３に接続され、他端が前記放熱用ランド２５に接続された放熱用スルーホール２６が設けられている。放熱用ランド２５は、例えば導電性ゲル等からなる放熱材１８を介して、筐体２のカバー４の凸部４ａに熱的及び電気的に接続されている。

そして、本実施形態では、回路基板２１には、前記放熱用スルーホール２６に隣り合って並ぶ位置に、ノイズ伝搬用ビアホール２７が設けられている。このノイズ伝搬用ビアホール２７は、右側の放熱用スルーホール２６のすぐ右側、及び左側の放熱用スルーホール２６のすぐ左側に位置して設けられている。このとき、ノイズ伝搬用ビアホール２７は、２番目の導体層Ｌ２から５番目の導体層Ｌ５に掛けて図で上下方向に延び、上部が前記内装ＧＮＤパターン２３に接続されると共に、下部が前記内層ＧＮＤパターン２４に接続された形態で設けられている。つまり、ノイズ伝搬用ビアホール２７は、複数の内層ＧＮＤパターン２３、２４に接続されている。

上記構成の回路基板２１にあっても、上記第１の実施形態と同様に、電子部品６で発生しヒートシンク８及び放熱用ランド１３を介して放熱用スルーホール２６に流れるノイズを、容量結合によって、ノイズ伝搬用ビアホール２７に流し、内層ＧＮＤパターン２３、２４に流すことができる。この結果、電子部品６が実装された回路基板２１に放熱用スルーホール２６を設けたものにあって、電子部品６で発生したノイズが放熱用スルーホール２６を通して筐体２へ漏れることを抑制することができるという効果を奏する。特に、ノイズ伝搬用ビアホール２７を複数の内層ＧＮＤパターン２３、２４に接続した構成により、ノイズをより安定して内層ＧＮＤパターン２３、２４に流すことができる。

（３）第３～第６の実施形態、その他の実施形態
図６、図７、図８、図９は、夫々、第３、第４、第５、第６の実施形態を示すものである。これら第３～第６の実施形態は、夫々、回路基板における、放熱用スルーホールに対するノイズ伝搬用ビアホールの平面視での配置関係のパターンをいくつか示したものであり、以下、これら各実施形態について順に述べる。

図６は、第３の実施形態に係る回路基板３１における、放熱用スルーホール３２とノイズ伝搬用ビアホール３３との配置関係を平面的に示すものである。この場合、放熱用スルーホール３２は、図で前後左右方向に夫々３列の合計９個が整列配置されている。これに対し、ノイズ伝搬用ビアホール３３は、図で左右に並ぶ放熱用スルーホール３２の間に位置して、交互に整列配置されるように合計６個が設けられている。ちなみに、放熱用スルーホール３２及びノイズ伝搬用ビアホール３３の大きさはほぼ等しく、例えば直径寸法が０．５ｍｍφとされており、放熱用スルーホール３２と左右に隣り合うノイズ伝搬用ビアホール３３との間の間隙寸法は、例えば０．２～０．３ｍｍとされている。

これによれば、ノイズ伝搬用ビアホール３３を目的とする配置、即ち、放熱用スルーホール３２との間でコンデンサを形成する位置に設けることができる。従って、この第３の実施形態においても、電子部品６が実装された回路基板３１に放熱用スルーホール３２を設けたものにあって、ノイズ伝搬用ビアホール３３を設けたことにより、電子部品６で発生したノイズが放熱用スルーホール３２を通して筐体２へ漏れることを抑制することができるという優れた効果を得ることができる。

図７は、第４の実施形態に係る回路基板４１における、放熱用スルーホール４２とノイズ伝搬用ビアホール４３との配置関係を平面的に示すものである。この場合、放熱用スルーホール４２は、３個が図で前後方向に１列に並んで設けられている。これに対し、ノイズ伝搬用ビアホール４３は、各放熱用スルーホール４２の図で左右両側に位置して、交互に整列配置されるように合計６個が設けられている。この場合も、放熱用スルーホール４２及びノイズ伝搬用ビアホール４３の大きさは共に例えば０．５ｍｍφとされ、それらの間隙寸法は、例えば０．２～０．３ｍｍとされている。

これによっても、ノイズ伝搬用ビアホール４３を目的とする配置、即ち、放熱用スルーホール４２との間でコンデンサを形成する位置に設けることができる。従って、この第４の実施形態においても、電子部品６が実装された回路基板４１に放熱用スルーホール４２を設けたものにあって、ノイズ伝搬用ビアホール４３を設けたことにより、電子部品６で発生したノイズが放熱用スルーホール４２を通して筐体２へ漏れることを抑制することができるという優れた効果を得ることができる。

図８は、第５の実施形態に係る回路基板５１における、放熱用スルーホール５２とノイズ伝搬用ビアホール５３との配置関係を平面的に示すものである。この場合、放熱用スルーホール５２は、図で前後左右方向に夫々３列の合計９個が整列配置されている。これに対し、ノイズ伝搬用ビアホール５３は、放熱用スルーホール５２よりも十分径小に構成され、１個の放熱用スルーホール５２に対して複数個、この場合６個が取り囲むように配置されている。ちなみに、放熱用スルーホール５２の直径寸法は例えば０．５ｍｍφとされ、ノイズ伝搬用ビアホール５３の直径寸法は例えば０．１ｍｍφとされている。

これによっても、ノイズ伝搬用ビアホール５３を目的とする配置、即ち、放熱用スルーホール５２との間でコンデンサを形成する位置に設けることができる。従って、この第５の実施形態においても、電子部品６が実装された回路基板５１に放熱用スルーホール５２を設けたものにあって、ノイズ伝搬用ビアホール５３を設けたことにより、電子部品６で発生したノイズが放熱用スルーホール５２を通して筐体２へ漏れることを抑制することができるという優れた効果を得ることができる。この場合、ノイズ伝搬用ビアホール５３を放熱用スルーホール５２の周囲を取り囲むように配置したので、より効果的となる。

図９は、第６の実施形態に係る回路基板６１における、放熱用スルーホール６２とノイズ伝搬用ビアホール６３との配置関係を平面的に示すものである。前記放熱用スルーホール６２は、３個が図で前後方向に１列に並んで設けられている。これに対し、ノイズ伝搬用ビアホール６３は、各放熱用スルーホール６２に対して複数個、この場合６個が取り囲むように配置されている。この場合も、放熱用スルーホール６２の直径寸法は例えば０．５ｍｍφとされ、ノイズ伝搬用ビアホール６３の直径寸法は例えば０．１ｍｍφとされている。

これによっても、ノイズ伝搬用ビアホール６３を目的とする配置、即ち、放熱用スルーホール６２との間でコンデンサを形成する位置に設けることができる。従って、この第６の実施形態においても、電子部品６が実装された回路基板６１に放熱用スルーホール６２を設けたものにあって、ノイズ伝搬用ビアホール６３を設けたことにより、電子部品６で発生したノイズが放熱用スルーホール６２を通して筐体２へ漏れることを抑制することができるという優れた効果を得ることができる。この場合、ノイズ伝搬用ビアホール６３を放熱用スルーホール６２の周囲を取り囲むように配置したので、より効果的となる。

尚、上記した実施形態では、電子制御装置として、車載用のエンジンＥＣＵを具体例として挙げたが、筐体内に回路基板を配設した電子制御装置全般に適用することができる。上記実施形態では、回路基板に実装された１個の電子部品６を図示するようにしたが、複数個の電子部品を実装する場合にも適用できることは勿論である。上記第５、第６の実施形態では、１個の放熱用スルーホールに対して６個のノイズ伝搬用ビアホールを取り囲むように配置したが、６個に限らず、２個以上の複数個のノイズ伝搬用ビアホールで取り囲むようにすることができる。

その他、回路基板の層数等についても、一例を示したものに過ぎず、放熱用スルーホール及びノイズ伝搬用ビアホールの個数や大きさ、配置等についても、様々な変更が可能であることは勿論である。本開示は、実施例に準拠して記述されたが、本開示は当該実施例や構造に限定されるものではないと理解される。本開示は、様々な変形例や均等範囲内の変形をも包含する。加えて、様々な組み合わせや形態、さらには、それらに一要素のみ、それ以上、あるいはそれ以下、を含む他の組み合わせや形態をも、本開示の範疇や思想範囲に入るものである。

図面中、１は電子制御装置、２は筐体、５、２１、３１、４１、５１、６１は回路基板、５ａ、２１ａは第１面（部品実装面）、５ｂ、２１ｂは第２面、６は電子部品、７はリード端子、８はヒートシンク、１０、２２は絶縁層、１１、２３、２４は内層ＧＮＤパターン、１２はランド、１３、２５は放熱用ランド、１５はＧＮＤ接続用スルーホール、１７、２６、３２、４２、５２、６２は放熱用スルーホール、１８は放熱材、１９、２７、３３、４３、５３、６３はノイズ伝搬用ビアホール、Ｌ１～Ｌ６は導体層を示す。

Claims (4)

1. 部品実装面（５ａ、２１ａ）に放熱用ランド（１３）を有する回路基板（５、２１、３１、４１、５１、６１）と、
   前記回路基板の部品実装面に前記放熱用ランドとの熱的接続状態で実装された電子部品（６）と、
   前記回路基板を収容する筐体（２）とを備える電子制御装置（１）であって、
   前記回路基板には、一端側が前記放熱用ランドに接続され、他端側が該回路基板の実装面とは反対側の面において放熱材（１８）を介して前記筐体に接続される放熱用スルーホール（１７、２６、３２、４２、５２、６２）が設けられていると共に、
   前記放熱用スルーホールに隣り合って並ぶ位置に、該回路基板の内層ＧＮＤパターン（１１、２３、２４）に接続されたノイズ伝搬用ビアホール（１９、２７、３３、４３、５３、６３）が設けられ、
   前記ノイズ伝搬用ビアホールは、前記放熱材と前記筐体との何れに対しても非接続で、前記内層ＧＮＤパターンと接続される構成とした電子制御装置。
   
2. 前記ノイズ伝搬用ビアホールは、前記放熱用スルーホールに対し平面視で交互に整列配置されるように設けられている請求項１記載の電子制御装置。
3. 前記ノイズ伝搬用ビアホールは、１個の前記放熱用スルーホールに対して平面視で複数が取り囲むように配置されている請求項１記載の電子制御装置。
4. 前記回路基板には、内層ＧＮＤパターンが複数の層に設けられていると共に、
   前記ノイズ伝搬用ビアホールは、前記複数の内層ＧＮＤパターンに接続されている請求項１から３のいずれか一項に記載の電子制御装置。
   

Images