JP7390835B2 - 電子装置 - Google Patents

Description

本発明は、電子装置に関する。

下記特許文献１には、車両に搭載されるモータを駆動するバッテリーに設けられた電子制御装置が開示されている。この電子制御装置は、パワーＭＯＳＦＥＴ（半導体素子、ＭＯＳ）、ＩＣ（マイクロコンピュータ）等の電子部品を回路基板に実装し、車両に搭載されるモータを駆動するバッテリーに設けられている。このＭＯＳは、通電されることにより高温となることから、ＭＯＳが実装される回路基板の面である回路パターンの間の熱伝導を低減するために、回路基板上に熱伝導抑制部が設けられている。

また、車両に搭載されるモータは、バッテリーセルを連結して構成されるバッテリーによって駆動されるが、それぞれのバッテリーセルの個体差によって、バッテリーセルの電圧（セル電圧）に違いが生じる場合がある。バッテリーセル間でセル電圧に違いが生じると、充電時に一部のバッテリーセルが過充電状態になる可能性があるため、バッテリーセル間のセル電圧のバランス（セルバランス）を整える必要がある。そのため、それぞれのバッテリーセルのセル電圧を検出するセル電圧センサや、必要に応じて電流（セルバランス電流）を流してバッテリーセルを放電させることで、セルバランスを整える放電抵抗（発熱部品）を備えた電子制御装置が、バッテリーに対して設けられる。

特開２０１１－２３５９３号公報

ところで、近年、車両に搭載されるモータの数の増加や、大型化、駆動の長時間化に伴い、モータを駆動するバッテリーの容量も拡大し、セルバランスを整えるためにより多くのエネルギーを放出させることが必要となり、電子制御装置を流れるセルバランス電流を増加させる必要が生じている。そして、セルバランス電流の増加に伴い、電子制御装置に備えられる放電抵抗が発する熱が増加するため、熱を効率的に排熱するために、電子制御装置の放電抵抗が設けられる回路基板上に、排熱手段（放熱パターン）が設けられる場合がある。しかし、各バッテリーセルのセル電圧が異なるため、排熱手段間を絶縁しなければならないことを考慮すると、十分な排熱能力を備えた排熱手段を回路基板上に設けるために、回路基板が大型化する虞がある。

また、近年、車両に搭載されるモータ、このモータを駆動するバッテリー、及びバッテリーに設けられる電子制御装置が増加傾向にある一方で、モータ、バッテリー、及び電子制御装置を配置する空間は、車室空間を広げるために減少している。したがって、モータ及び電子制御装置の外形の大型化を避けることが望まれている。

本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであり、発熱する複数の電子部品が基板上に実装された電子装置において、基板の外形を拡大することなく、排熱性を向上させて、適切に排熱することができる電子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、複数のバッテリーセルにそれぞれ接続される放電抵抗であるとともに、配列方向に配列された複数の発熱部品と、多層基板と、複数の伝熱パターンと、前記配列方向に配列された複数の放熱パターンと、を備える電子装置であって、前記発熱部品は、入力端子と、出力端子とを備え、前記多層基板は、第一の基板と、第二の基板と、第三の基板とを有し、前記多層基板は、前記発熱部品の入力端子が接続された入力パッドと、前記入力パッドと前記放熱パターンとに接続されると共に途中部位に前記伝熱パターンが接続された導熱ビアを備え、前記複数の発熱部品は、前記多層基板の厚み方向における、前記第一の基板の一方側の面である実装面に実装され、前記放熱パターンは、前記発熱部品ごとに設けられるとともに、前記厚み方向における前記実装面と反対側の前記多層基板の面である、前記第三の基板の裏面に設けられ、前記複数の発熱部品は、少なくとも一つの第一の発熱部品と、少なくとも一つの第二の発熱部品と、を有し、前記複数の伝熱パターンは、少なくとも一つの第一の伝熱パターンと、少なくとも一つの第二の伝熱パターンと、を有し前記第一の伝熱パターンは、前記第一の発熱部品ごとに設けられるとともに、前記第一の基板と前記第二の基板との間の第一の層に設けられ、前記第一の発熱部品と前記放熱パターンとに熱接続され、前記第二の伝熱パターンは、前記第二の発熱部品ごとに設けられるとともに、前記第二の基板と前記第三の基板との間の第二の層に設けられ、前記第二の発熱部品と前記放熱パターンとに熱接続され、前記導熱ビアは、第一の導熱ビアと、第二の導熱ビアと、を有し、前記第一の導熱ビアは、途中部位が第一の伝熱パターンに接続されるとともに、第二の伝熱パターンと電気的に絶縁され、前記第二の導熱ビアは、途中部位が第二の伝熱パターンに接続されるとともに、第一の伝熱パターンと電気的に絶縁され、前記電子装置は、前記発熱部品の前記出力端子に接続されると共に前記多層基板の前記実装面に実装された制御用電子部品と、前記複数のバッテリーセルのセル電圧を検出するセル電圧検出装置と、をさらに備え、前記制御用電子部品は、前記セル電圧検出装置によって検出された前記セル電圧をもとに、前記複数のバッテリーセルのセルバランスが整っているかを判断し、一または複数の前記発熱部品に、一または複数の前記バッテリーセルから電流を流して発熱させることで、一または複数の前記バッテリーセルを放電させ、前記セルバランスを整える、という構成を採用する。

また、本発明においては、前記電子装置は、前記多層基板の前記厚み方向から見て、前記伝熱パターンは、前記制御用電子部品と重ならずにパターニングされている、という構成を採用する。

また、本発明においては、前記電子装置は、前記多層基板の前記厚み方向から見て、前記放熱パターン及び前記伝熱パターンが前記配列方向と直交する方向を長手方向とする矩形状とされており、前記伝熱パターンの前記長手方向と直交する幅寸法が、前記放熱パターンの前記長手方向と直交する幅寸法よりも大きい、という構成を採用する。

また、本発明においては、前記第一の発熱部品と前記第二の発熱部品とは、前記配列方向において交互に前記実装面上に配置されている、という構成を採用する。

本発明においては、電子装置は、発熱部品が実装される多層基板の面と反対側の面に放熱パターンを備えている。このため、放熱パターンを、発熱部品が実装される面と同じ面に備えず、異なる面に備えていることにより、多層基板の面積を小さくし、電子装置を小型化することができる。
また、本発明においては、電子装置は、発熱部品ごとに設けられると共に、発熱部品及び放熱パターンと熱接続された伝熱パターンを備え、配列方向に隣接された発熱部品に接続された伝熱パターンは、多層基板の内部にて多層基板の異なる層に配置されている。発熱部品と放熱パターンとの間に、熱を蓄えることができる伝熱パターンを備えることによって、急激な発熱部品の昇温が起きた際に、伝熱パターンで一時的に熱を蓄熱し、その後蓄熱された熱を放熱パターンで排熱することができる。また、隣り合う発熱部品に接続される伝熱パターンが多層基板の内部の異なる層に設けられることによって、それぞれの伝熱パターンがより広い面積をとることで、伝熱パターンがより多くの熱を蓄えることができ、発熱部品で発生する熱の排熱効率を上げることができる。
このように、本発明によれば、複数の電子部品を隣接して配置し各々排熱する際に、基板上に放熱パターンを大きくとる必要がなく、モータ及び電子装置の外形の大型化を避けることができる放熱パターンを備えた電子装置を得ることができる。

本発明の一実施形態に係る電子装置１を示す側面図である。 図１におけるＡ－Ａ線矢視図である。 図１におけるＢ－Ｂ線視断面図である。 図１におけるＣ－Ｃ線視断面図である。 図１におけるＤ－Ｄ線矢視図である。 本発明の一実施形態に係る電子装置１の縦断面図であり、（ａ）は図２におけるＥ－Ｅ線視断面図であり、（ｂ）は図２におけるＦ－Ｆ線視断面図である。

以下、図面を参照して、本発明に係る電子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、各構成要素の縮尺を適宜変更している。

図１は、本実施形態に係る電子装置１の側面図である。図２は、図１におけるＡ－Ａ線矢視図（平面図）である。図３は、図１におけるＢ－Ｂ線視断面図である。図４は、図１におけるＣ－Ｃ線視断面図である。図５は、図１におけるＤ－Ｄ線矢視図である。図６（ａ）は、図２におけるＥ－Ｅ線視縦断面図であり、図６（ｂ）は、図１におけるＦ－Ｆ線視縦断面図である。なお、図６（ａ）及び図６（ｂ）において、後述するコネクタ５の記載は省略している。

本実施形態の電子装置１は、車両に搭載される電子制御装置である。車両に搭載されるモータは、バッテリーセルを連結して構成されるバッテリーによって駆動されるが、それぞれのバッテリーセルの個体差によって、バッテリーセルの電圧（セル電圧）に違いが生じる場合があり、電子装置１は、必要に応じて電流（セルバランス電流）を流してバッテリーセルを放電させることで、バッテリーセル間のセル電圧のバランス（セルバランス）を整えるために設けられる。電子装置１は、多層基板２（回路基板）と、複数の発熱部品３と、制御用電子部品４と、コネクタ５と、放熱パターン６と、伝熱パターン７１、７２と、不図示のセル電圧検出装置とを備えている。

図１に示すように、多層基板２は、ガラスエポキシ材やガラスコンポジット材等の絶縁材料からなる板状のプリント配線板が積層構造となった回路基板である。多層基板２は、複数の基板２１、２２、２３がこの順に積層されている。ここで、図１において、基板２１が配置される側を上側と称し、また、基板２３が配置される側を下側と称する。また、以下の説明において、上下方向を厚み方向と称する場合がある。多層基板２の表面（基板２１の上面）２ａは、複数の発熱部品３と、制御用電子部品４と、コネクタ５とが実装される実装面となっており、多層基板２の表面２ａと反対側の、多層基板２の裏面（基板２３の下面）２ｂには、後述する放熱パターン６が設けられている。多層基板２の基板２１、２２、２３の間の各層には、後述する伝熱パターン７１、７２が配置されている。発熱部品３は、入力端子３ａと出力端子３ｂとを備えており、図２に示すように、出力端子３ｂは、出力配線９ｂによって制御用電子部品４と接続される。また、コネクタ５は、複数の発熱部品３と不図示の複数のバッテリーセルとを電気的に接続するコネクタであり、多層基板２の表面２ａから多層基板２の外部に突出して設けられている。

複数の発熱部品３は、駆動時に発熱する発熱部品であり、不図示の複数のバッテリーセルにそれぞれ接続された放電抵抗（電気抵抗）である。複数の発熱部品３は、多層基板２の表面２ａに、一方向（図２における紙面上下方向）に配置されている。発熱部品３に備えられた入力端子３ａは、多層基板２の表面２ａに設けられた入力パッド１０に接続され、コネクタ５から入力配線９ａ及び入力パッド１０を介して発熱部品３に電流が入力される。発熱部品３に備えられた出力端子３ｂは、出力配線９ｂを介して制御用電子部品４に電流を出力する。

制御用電子部品４は、ＡＳＩＣ等の集積回路であり、高温に比較的弱い部品となっている。制御用電子部品４は、不図示のセル電圧検出装置と接続され、このセル電圧検出装置によって検出されたセル電圧をもとに、セルバランスが整っているかを判断し、必要に応じてそれぞれのバッテリーセルに接続された回路を開閉することで、この回路に設けられた発熱部品３にバッテリーセルから電流を流してバッテリーセルを放電させ、セルバランスを整える。

放熱パターン６は、銅箔等から構成されている。図５に示すように、放熱パターン６は、多層基板２の表面２ａに配置される発熱部品３ごとに、多層基板２の裏面２ｂに設けられ、後述する貫通ビア（導熱ビア）８１または８２を介して発熱部品３と熱接続（熱を伝導可能に接続）することで、発熱部品３で発生する熱を排熱する。

伝熱パターン７１、７２は、銅箔等から構成されている。図３及び図４に示すように、伝熱パターン７１、７２は、それぞれが複数設けられる。複数の伝熱パターン７１は、多層基板２の基板２１と基板２２の間の層において、多層基板２の表面２ａにおける発熱部品３の配列方向と同じ方向に並べられる。複数の伝熱パターン７２は、多層基板２の基板２２と基板２３の間の層において、多層基板２の表面２ａにおける発熱部品３の配列方向と同じ方向に並べられる。伝熱パターン７１、７２は、それぞれ後述する貫通ビア８１、８２を介して、発熱部品３及び放熱パターン６と熱を伝導可能に接続される。また、隣接する発熱部品３のそれぞれに接続される伝熱パターン７１、７２は、それぞれ多層基板２の基板２１、２２、２３の間の各層のうちの異なる層に配置されている。すなわち、図６（ａ）及び図６（ｂ）に示すように、ある発熱部品３が、多層基板２の内部の第一の層に配置された伝熱パターン７１と接続される場合、その発熱部品３に配列方向で隣接する別の発熱部品３は、多層基板２の内部の第一の層とは異なる第二の層に配置された伝熱パターン７２と接続される。この時、多層基板２の表面２ａに三つ以上の発熱部品３が配置される場合は、図３及び図４に示すように、伝熱パターン７１、７２は第一の層と第二の層とに交互に配置され、多層基板２の表面２ａに２つのみの発熱部品３が配置される場合は、２つの伝熱パターン７１、７２のうち一つは第一の層に配置され、もう一つは第二の層に配置される。多層基板２の厚み方向（多層基板２の表面２ａに直交する方向）から見て、伝熱パターン７１、７２は、制御用電子部品４と重ならずにパターニングされている。すなわち、多層基板２の厚み方向から見て、伝熱パターン７１、７２は、多層基板２の表面２ａと平行な方向で、制御用電子部品４と重ならずにパターニングされている。また、多層基板２の厚み方向から見て、放熱パターン６及び伝熱パターン７１、７２は、多層基板２の表面２ａにおける発熱部品３の配列方向と直交する方向を長手方向とする矩形状とされており、各伝熱パターン７１、７２の長手方向と直交する幅寸法が、放熱パターン６の長手方向と直交する幅寸法よりも大きくなっている。

図６（ａ）及び図６（ｂ）に示すように、貫通ビア８１、８２は、多層基板２の厚み方向において表面２ａ側から裏面２ｂ側に貫通して設けられている。貫通ビア８１、８２は、例えばレーザー加工によって多層基板２に穴あけされ、内面及びその開口周辺が金属メッキされて形成されている。貫通ビア８１、８２は、発熱部品３に備えられた入力端子３ａが接続する入力パッド１０と、多層基板２の裏面２ｂに設けられた放熱パターン６とに、電気的及び熱的に接続され、また貫通ビア８１、８２は途中部位が、多層基板２の基板２１、２２、２３の間の各層に設けられた伝熱パターン７１、７２に接続される。具体的には、貫通ビア８１の途中部位が、多層基板２の基板２１と基板２２の間に設けられた伝熱パターン７１に接続され、貫通ビア８２の途中部位が、多層基板２の基板２２と基板２３の間に設けられた伝熱パターン７２に接続される。これにより、貫通ビア８１、８２は、発熱部品３で発生する熱を多層基板２の裏面２ｂ側に熱伝導する排熱用として機能するようになっている。絶縁部１１は、貫通ビア８１を囲むように設けられており、絶縁部１２は、貫通ビア８２を囲むように設けられている。絶縁部１１は、貫通ビア８１と伝熱パターン７２とを電気的に絶縁しており、また、絶縁部１１は、貫通ビア８１と伝熱パターン７２とを熱的に絶縁していてもよい。絶縁部１２は、貫通ビア８２と伝熱パターン７１とを電気的に絶縁しており、また、絶縁部１２は、貫通ビア８２と伝熱パターン７１とを熱的に絶縁していてもよい。

続いて、上記構成の電子装置１の作用について説明する。
上述したように、本実施形態では、多層基板２は、発熱部品３が実装される多層基板２の表面２ａと反対側の多層基板２の裏面２ｂに放熱パターン６を備えている。このため、放熱パターン６を、発熱部品３が実装される多層基板２の表面２ａに備えず、多層基板２の表面２ａと異なる多層基板２の裏面２ｂに備えていることにより、多層基板２の基板２１、２２、２３の面積を小さくし、電子装置の大型化を避けることができる。

また、本実施形態では、電子装置１は、発熱部品３ごとに設けられると共に、発熱部品３及び放熱パターン６と熱接続された伝熱パターン７１または７２を備え、配列方向に隣接された発熱部品３に各別に接続された伝熱パターン７１、７２は、多層基板２の内部にて多層基板２の異なる層に配置されている。発熱部品３と放熱パターン６との間に、熱を蓄えることができる伝熱パターン７１、７２を備えることによって、発熱部品３で発生する熱の排熱効率を上げることができる。また、隣り合う発熱部品３に各別に接続される伝熱パターン７１、７２が多層基板２の内部の異なる層に設けられることによって、多層基板２の内部の各層においてそれぞれの伝熱パターン７１、７２が占めることができる面積が大きくなり、伝熱パターン７１、７２がより多くの熱を蓄えることができるようになることで、発熱部品３で発生する熱の排熱効率を上げることができる。

また、本実施形態では、貫通ビア８１、８２は、発熱部品３の、制御用電子部品４と反対側に設けられた入力パッド１０に接続されている。このため、発熱部品３で発生する熱は、発熱部品３の、制御用電子部品４と反対側から伝熱パターン７１、７２に熱伝導することで、発熱部品３で発生する熱が制御用電子部品４に与える影響を低減することができる。

また、本実施形態では、伝熱パターン７１、７２は、多層基板２の厚み方向から見て、制御用電子部品４とは重ならないようにパターニングされている。これにより、伝熱パターン７１、７２に蓄えられた熱が制御用電子部品４に与える影響を低減することができる。

したがって、上述の本実施形態によれば、一方向に配列された複数の発熱部品３と、発熱部品３の実装面（表面２ａ）と反対側の面（裏面２ｂ）に発熱部品３ごとの放熱パターン６が設けられた多層基板２とを備える電子装置であって、多層基板２は、発熱部品３ごとに設けられると共に発熱部品３と放熱パターン６と熱接続された伝熱パターン７１または７２を備え、配列方向に隣接された発熱部品３に各別に接続された伝熱パターン７１、７２は、多層基板２の内部にて多層基板２の異なる層に配置されている、という構成を採用することによって、複数の電子部品を隣接して配置し各々排熱する際に、基板上に排熱手段を大きくとる必要がなく、小型化できる排熱手段を備えた電子装置を得ることができる。

以上、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るものではない。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、上記実施形態では、複数の発熱部品を備えて、効果的に排熱する必要のある、車両の電子制御装置用の多層基板の構造について説明したが、本発明の多層基板の構造はこれ以外の電子装置にも適用可能である。

また、多層基板２の基板２１、２２、２３に対して、多層基板２の表面２ａに平行な方向における、伝熱パターン７１、７２と制御用電子部品４との間に、スリットを設けてもよい。スリットを基板に設けることで、スリットに生じる空気層が伝熱パターン７１、７２と制御用電子部品４との間を熱分離させる（熱の伝導を妨げる）ことで、伝熱パターン７１、７２に蓄えられた熱が、制御用電子部品４に伝導することを抑制することができる。

また、図６（ａ）及び図６（ｂ）では、貫通ビア８１、８２から伝熱パターン７１、７２の右端までのそれぞれの長さが、貫通ビア８１、８２から伝熱パターン７１、７２の左端までのそれぞれの長さより長い。すなわち、貫通ビア８１、８２から伝熱パターン７１、７２の、制御用電子部品４側の端部までのそれぞれの長さが、貫通ビア８１、８２から伝熱パターン７１、７２の、制御用電子部品４と反対側の端部までのそれぞれの長さよりも長い。しかし、これに限定されず、貫通ビア８１、８２から伝熱パターン７１、７２の、制御用電子部品４側の端部までのそれぞれの長さが、貫通ビア８１、８２から伝熱パターン７１、７２の、制御用電子部品４と反対側の端部までのそれぞれの長さよりも短くてもよい。こうすることで、伝熱パターン７１、７２から制御用電子部品４への熱の影響を低減することができる。

また、貫通ビア８１、８２は上下方向で直線状に設けられているが、すなわち、平面視で貫通ビア８１、８２はそれぞれ同一位置に設けられているが、貫通ビア８１の複数の基板における各位置が、多層基板２の表面２ａと平行な方向において互いに異なっていてもよい。また、貫通ビア８２の複数の基板における各位置が、多層基板２の表面２ａと平行な方向において互いに異なっていてもよい。

１…電子装置、２…多層基板、２１、２２、２３…基板、３…発熱部品、４…制御用電子部品、５…コネクタ、６…放熱パターン、７１、７２…伝熱パターン、８１、８２…貫通ビア（導熱ビア）、１０…入力パッド

Claims (4)

1. 複数のバッテリーセルにそれぞれ接続される放電抵抗であるとともに、配列方向に配列された複数の発熱部品と、
   多層基板と、
   複数の伝熱パターンと、
   前記配列方向に配列された複数の放熱パターンと、を備える電子装置であって、
   前記発熱部品は、入力端子と、出力端子とを備え、
   前記多層基板は、第一の基板と、第二の基板と、第三の基板とを有し、
   前記多層基板は、前記発熱部品の入力端子が接続された入力パッドと、前記入力パッドと前記放熱パターンとに接続されると共に途中部位に前記伝熱パターンが接続された導熱ビアを備え、
   前記複数の発熱部品は、前記多層基板の厚み方向における、前記第一の基板の一方側の面である実装面に実装され、
   前記放熱パターンは、前記発熱部品ごとに設けられるとともに、前記厚み方向における前記実装面と反対側の前記多層基板の面である、前記第三の基板の裏面に設けられ、
   前記複数の発熱部品は、少なくとも一つの第一の発熱部品と、少なくとも一つの第二の発熱部品と、を有し、
   前記複数の伝熱パターンは、少なくとも一つの第一の伝熱パターンと、少なくとも一つの第二の伝熱パターンと、を有し
   前記第一の伝熱パターンは、前記第一の発熱部品ごとに設けられるとともに、前記第一の基板と前記第二の基板との間の第一の層に設けられ、前記第一の発熱部品と前記放熱パターンとに熱接続され、
   前記第二の伝熱パターンは、前記第二の発熱部品ごとに設けられるとともに、前記第二の基板と前記第三の基板との間の第二の層に設けられ、前記第二の発熱部品と前記放熱パターンとに熱接続され、
   前記導熱ビアは、第一の導熱ビアと、第二の導熱ビアと、を有し、
   前記第一の導熱ビアは、途中部位が第一の伝熱パターンに接続されるとともに、第二の伝熱パターンと電気的に絶縁され、
   前記第二の導熱ビアは、途中部位が第二の伝熱パターンに接続されるとともに、第一の伝熱パターンと電気的に絶縁され、
   前記電子装置は、
   前記発熱部品の前記出力端子に接続されると共に前記多層基板の前記実装面に実装された制御用電子部品と、
   前記複数のバッテリーセルのセル電圧を検出するセル電圧検出装置と、
   をさらに備え、
   前記制御用電子部品は、
   前記セル電圧検出装置によって検出された前記セル電圧をもとに、前記複数のバッテリーセルのセルバランスが整っているかを判断し、
   一または複数の前記発熱部品に、一または複数の前記バッテリーセルから電流を流して発熱させることで、一または複数の前記バッテリーセルを放電させ、前記セルバランスを整える、
   ことを特徴とする電子装置。
2. 前記多層基板の前記厚み方向から見て、前記伝熱パターンは、前記制御用電子部品と重ならずにパターニングされていることを特徴とする請求項１に記載の電子装置。
3. 前記多層基板の前記厚み方向から見て、前記放熱パターン及び前記伝熱パターンが前記配列方向と直交する方向を長手方向とする矩形状とされており、
   前記伝熱パターンの前記長手方向と直交する幅寸法が、前記放熱パターンの前記長手方向と直交する幅寸法よりも大きい
   ことを特徴とする請求項１又は２に記載の電子装置。
4. 前記第一の発熱部品と前記第二の発熱部品とは、前記配列方向において交互に前記実装面上に配置されている、ことを特徴とする請求項１～３いずれか一項に記載の電子装置。

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