JP2018137329A - 電子制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】筺体内の電子素子による発熱の放熱効率を阻害せず、外部に対する電磁輻射量の抑制効率が高く、電磁波被曝に対する耐性を確保することが可能な、小型化に適した電子制御装置を提供することである。【解決手段】電子素子ないし電子素子の実装された基板と、前記電子素子ないし電子素子の実装された基板を含有する筐体の間に周期的構造を含有する構造体を周期的に設置する。【選択図】 図１

Description

本発明は、電子制御装置に関する。

本技術分野の背景技術として、特開２００９−２１２１９８号公報（特許文献２）がある。この公報には、「金属筐体の開口部寸法と筐体内の電子機器である回路基板の配置態様を最適化することにより金属筐体外部からの電磁波の侵入を低減させて電子機器の誤動作を低減させた電子機器筐体を提供する」と記載されている。

また、特開２０１１−１８７７６号公報（特許文献３）がある。この公報には、「電子回路を内部空間に収容する導電性材料の収容部と、前記電子回路の動作により前記収容部に流れる電流の電流路に設けられ、前記収容部の共振周波数を有する電流を抑制する抑制部材とを備えた電子回路を収容する容器」と記載されている。

また、特開２００２−２１７３４３号公報（特許文献１）がある。基板上に実装された発熱部品と放熱板との間に弾力性のある放熱シートを介在して、発熱部品から発生される熱を、放熱シートを介して放熱板へ伝達させて外部に放出するように構成して」これにより「簡易な構成で発熱部品に対する高い放熱効果を実現する」と記載されている。

また、特開２０１５−１３５９７９号公報（特許文献４）がある。この公報には、「電子デバイス内の集積回路が引き起こす電磁干渉を低減させる電磁バンドギャップ構造を含むヒートシンクを提供する」と記載されている。

特開２００２−２１７３４３号公報 特開２００９−２１２１９８号公報 特開２０１１−１８７７６号公報 特開２０１５−１３５９７９号公報

電子制御装置、特に自動車では、エンジンコントロールユニットや自動変速機用コントロールユニットなどの電子制御装置が搭載され、この電子制御装置によって車両の電子制御を行っている。自動車では車両そのものの軽量化が進展しており、軽量化の対象は車体のみならず電子制御装置にも及んでおり、従来、金属あるいは導電性材料で形成されていた電子制御装置ケースの大部分は非導電性の樹脂で構成されている。

また、電子制御装置は、互いの近接配置による電磁妨害、あるいは外部環境からの電磁波妨害によっても安定動作することを求められている。ＥＭＣ（Ｅｌｅｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃ Ｃｏｍｐａｔｉｂｉｌｉｔｙ）に関する規制は、電子機器が正常に動作するように、電子制御装置などが発生する電磁輻射量を制限するとともに、電磁波被曝に対する耐性を確保するために設けられている。例えば自動車では、国際的にＣＩＳＰＲ（Ｃｏｍｉｔｅ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｓｐｅｃｉａｌｄｅｓ Ｐｅｒｔｕｒｂａｔｉｏｎｓ Ｒａｄｉｏｅｌｅｃｔｒｉｑｕｅｓ）２５という規格が制定され、電子制御装置そのものでの電磁輻射量が規定の値以下であること、さらにはその電子制御装置を強力な電磁輻射場に設置した場合でも正常に動作することを確認しなければならない。

大部分の電子制御装置ケースが樹脂で構成されている場合、非導電性の樹脂は電磁波の透過率が高いため、特許文献１並びに特許文献２に記載されているような金属あるいは導電性材料で形成された筐体に比べて、電磁波のケース外への輻射とともにケース内への侵入が容易となり、従って、電磁波被曝に対する耐性を確保することが困難となる。

また、電子制御装置に実装される電子素子はそれ自体が発熱し、温度上昇により電子素子の誤動作などを惹起するため、電子素子からの熱を筐体外部へ放熱しなければならない。電子素子の発する熱を筐体外に放熱する技術として、電子素子に高い熱伝導率を有する銅などの放熱部材を取り付ける、あるいは導体の筐体に直接取り付ける、といったことが行われている。しかし、前者の場合、放熱部材は筐体に接触していないので、放熱部材から筐体への熱の移動は自然対流熱伝達によらねばならず発熱素子からの放熱量に制限がある。また、後者においては、発熱素子からの放熱量は大きくできるものの、発熱素子の端子と基板とをリード線で電気的に接続するため、電子装置の組付け工数が増大してコストが上昇する、また、発熱素子が筐体に取付けられるため、基板上の他の電子部品の配置が限定されてしまう、という問題がある。さらに、いずれの手法においても、発熱素子の放熱部材あるいは筐体への固定はねじ止めによるため、組付け工数が増大してしまう。

上述の特許文献１に開示された構成では、電子素子の動作による外部への電磁輻射を抑制することはできない、という問題があった。

また、上述の特許文献４に開示されたヒートシンクでは、例えば自動車に用いられるような小型化を求められる電子制御装置では適用することが困難である、という問題があった。

また、上述の特許文献２および特許文献３に開示された筐体全体が金属からなる構成では、例えば自動車に用いられるような軽量化を求められる電子制御装置では適用することが困難である、という問題があった。

本発明は、筺体内の電子素子による発熱の放熱効率を阻害せず、外部に対する電磁輻射量の抑制効率が高く、また同時に電磁波被曝に対する耐性を確保でき、小型化に適した電子制御装置を提供することを目的とする。

本発明は上記の目的を達成するために、動作することで電磁波を輻射するあるいは電磁波に曝される電子素子が実装された基板を筺体に収容して成る電子制御装置において、前記電磁波を前記筺体の外部に対して減衰させる構造体を、前記電子素子と前記筺体との間に周期的に設けた、ことを特徴とする。

本発明によれば、筺体内の電子素子による発熱の放熱効率を阻害せず、外部に対する電磁輻射量の抑制効率が高く、同時に電磁波被曝に対する耐性を確保することが可能な、小型化に適した電子制御装置を提供することができる。

上記した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。

本発明の実施例１に係る電子制御装置の構成を示す断面図（A）およびベース板と構造体の上面図（B）である。 本発明の実施例１に係る電磁輻射の減衰量の周波数依存性を示す図である。 本発明の実施例２に係る電子制御装置の構成を示す断面図である。 本発明の実施例３に係る電子制御装置の構成を示す断面図である。

以下に本発明の実施の形態を、図を用いて説明する。

［実施例１］
図１の（A）に本発明の一実施例に係る電子制御装置１００の断面図を、（B）にベース板１０１と周期的に配置された熱伝導性の高い誘電体と、周期的構造を有する導体からなる複合的構造体１２１、１２２、１２３の上面図を示す。ここでは本発明に本質的な部分を抽出して簡略的に示した図であり、一般には、回路基板（以下、単に「基板」）１０４の上にはさまざまな種類の電子素子が実装されている。

基板１０４は、電子制御素子のケースの一部をなす導電性のベース板１０１の複数の導電性の支柱１０２、１０３に複数の導電性のネジ１０５、１０６で固定されている。基板１０４は一般的には電源層やグランド層、信号層などとそれらを接続するビアおよび層間の絶縁層となどから成る構造を有し、グランド層はネジ１０５、１０６によって支柱１０２、１０３およびベース板と接続される。以下、基板１０４の面積の大きな二面のうち、電子制御素子のケースの一部をなす導電性のベース板１０１側の面を基板の下面、ベース板１０１と反対の面を基板の上面と称することにする。ベース板１０１以外の以上の構成物は、樹脂製のカバー１０７によって覆われる。

基板１０４とベース板１０１の間には、構造体１２１、１２２、１２３が基板平面方向（或いはベース板平面方向）に周期的に配置されている。構造体１２１、１２２、１２３と基板１０４が接触する基板下面部分に対応する基板の上面には、複数の発熱量の高い電子素子１０８、１０９、１１０、１１１、１１２などが配置・実装されている。

構造体１２１、１２２、１２３は、熱伝導性の高い誘電体と、周期的構造を有する導体からなる複合的な構造体である。基板１０４およびベース板１０１と前記構造体との接触面は誘電体がその大半を占めるようにする。

図２は、図１に示した構造体１２１、１２２、１２３を設置した電子制御装置の場合と、構造体１２１、１２２、１２３を設置しなかった電子制御装置の場合とで、電磁輻射の減衰量の周波数依存性を比較したグラフである。図２の横軸は周波数、縦軸は電磁輻射の減衰量である。周波数帯域２ＧＨｚ〜４ＧＨｚの範囲において、構造体１２１、１２２、１２３を設置した場合の方が、構造体１２１、１２２、１２３を設置しなかった場合の電磁輻射減衰量が高い。そのため、電子制御装置外部に漏洩する電磁輻射量は低くなっている。発熱量の高い電子素子は電磁波を輻射する素子である場合が多い。そのため、電子素子が放射する電磁波の周波数を減衰するように周期構造を設定するとよい。

なお、図２は構造体１２１、１２２、１２３の導体を銅で構成し、誘電体をシリコーンとアルミナの混合体で構成した場合の結果であるが、構造体の物質構成はこの限りでなく、磁性体等を用いても良い。

また、図２の結果は周波数３．１ＧＨｚ付近をピークとして減衰量が高くなっているが、構造体１２１、１２２、１２３の構造を、いわゆるＥＢＧ（Ｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃ Ｂａｎｄ Ｇａｐ）構造によって形成することで、減衰量のピークの周波数やピークの幅、複数の周波数に対応できるように調整することが可能である。構造体１２１、１２２、１２３が全て同一の周波数特性を有さずとも良く、例えば、構造体１２１に対応するピークの周波数と、構造体１２１、１２３に対応するピークの周波数をファクタ２だけずらしても良い。すなわち、周期構造は、周期が異なる複数の周期パターンを備える。

また、周期的に配置された構造体１２１、１２２、１２３と基板１０４とが接触する基板下面に対応する基板上面には必ずしも発熱量の高い素子が実装されていなくとも良い。

さらに、電磁波被曝の際、基板１０４と導電性のベース板１０１の複数の導電性の支柱１０２、１０３とで囲まれた空間に電磁波が侵入し、前記空間に特有の周波数の共振を起こすこともあるが、構造体１２１、１２２、１２３を周期的に配置することにより、前記構造体が設置されなかった場合の共振周波数の電磁波を減衰させることも可能である。配置方法は対応する周波数に応じて変更が可能である。

以上のように、本実施例によれば、電子制御装置１００において、複数の発熱量の高い電子素子の発生する熱の放熱性能を確保でき、電磁波の拡散を抑制するとともに電磁波被曝に対する耐性を確保することができる。

［実施例２］
図３に第二の実施例に係る電子制御装置３００の断面図を示す。実施例１の電子制御装置においては、熱伝導性の高い誘電体と、周期的構造を有する導体からなる複合的な構造体が電子制御素子のケースの一部をなす導電性のベース板１０１に直接配置していたが、例えばアルミダイキャストでベース板１０１と一体成型した凸部として３０１、３０２、３０３を設け、その上に熱伝導性の高い誘電体と、周期的構造を有する導体からなる複合的な構造体３２１、３２２、３２３を設置する。以上により、例えばアスペクト比の高い構造体を形成することが困難な材料を使用する場合や、構造体を構成する材料コストが高価な場合にも少ない量で実施例１と同等の効果を有する電子制御装置を提供することができる。

［実施例３］
図４に第三の実施例に係る電子制御装置４００の断面図を示す。これはいわゆる両面実装の場合であり、発熱量の高い電子素子４０９は基板の裏面に実装される。この場合は、構造体４２２を発熱量の高い電子素子４０９と伝導性のベース板の凸部４０２の間に設置する。

この場合も電子制御装置４００において、複数の発熱量の高い電子素子の発生する熱の放熱性能を確保でき、電磁波の拡散を抑制するとともに電磁波被曝に対する耐性を確保することができる。

なお、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。

１００、３００、４００・・・電子制御装置
１０１・・・ケースのベース板
１０２、１０３・・・支柱
１０４・・・回路基板
１０５、１０６・・・ネジ
１０７・・・ケースのカバー
１０８、１０９、１１０、１１１、１１２、４０９・・・電子素子
１２１、１２２、１２３、３２１、３２２、３２３、４２２・・・構造体
３０１、３０２、３０３、４０２・・・ケースのベース板の凸部

Claims (6)

1. 電子素子と、該電子素子が実装された基板と、該基板を内部に実装する筐体と、を備え、
   前記筐体と前記基板の間に、前記基板の平面方向において周期的に配列された周期構造を有する電子制御装置
2. 前記周期構造は、前記電子素子が放射する周波数の電磁波を減衰する周期、ならびに前記筐体外部から侵入する周波数の電磁波を減衰する周期となるように設けられる構造である請求項１に記載の電子制御装置
3. 前記筐体は、金属ベースと樹脂カバーを備え、前記金属ベースと前記基板の間に前記周期構造が配置されている請求項１または２に記載の電子制御装置
4. 前記周期構造は、誘電体或いは磁性体を含む物質で構成されている請求項１乃至３の何れかに記載の電子制御装置。
5. 前記周期構造は、前記金属ベースに形成された周期的な突出部と、該突出部に設けられた誘電体とで構成されている請求項３に記載の電子制御装置。
6. 前記周期構造は、複数の周期を備える請求項１に記載の電子制御装置。

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