JP7210722B2

JP7210722B2 - 電子制御装置

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Publication number: JP7210722B2
Application number: JP2021522305A
Authority: JP
Inventors: 義夫河合; 諒秋葉
Original assignee: Hitachi Astemo Ltd
Current assignee: Hitachi Astemo Ltd
Priority date: 2019-05-31
Filing date: 2020-05-22
Publication date: 2023-01-23
Anticipated expiration: 2040-05-22
Also published as: WO2020241474A1; JPWO2020241474A1; CN113841469B; CN113841469A

Description

本発明は、電子制御装置に関する。

近年、車載用電子制御装置は、車両に搭載する電子制御装置数の増大及び、制御装置とセンサ間、アクチュエータ間の接続ケーブル長さの短縮などを背景とした機電一体化が進んでいる。具体的には、エンジン制御用アクチュエータと電子制御装置の一体、変速機と電子制御装置の一体などである。

ここで、エンジン及び変速機等の表面温度は１３０℃～１４０℃程度であるが、これに対し、電子制御装置に用いられる電子部品の耐熱温度は、約１５０℃である。

このような過酷な環境で電子制御装置を作動させると、エンジン、変速機などの熱が、電子制御装置のベース（筐体）を介して、ベースによって保持される基板上の電子部品に伝わり、電子部品の温度が耐熱温度を超えるおそれがある。

特開2014-075496号公報

特許文献１に開示されるような電子制御装置では、基板を保持するベースは金属製（合金製）であるため、エンジン、変速機などの熱がベース（筐体）を介して電子部品に伝わり易い。そこで、エンジン、変速機などの熱による電子部品の温度上昇を抑制するため、電子制御装置のベースを樹脂製とすることが考えられる。

しかし、ユーザの手などから金属製のカバーに付与された静電気が、樹脂製のベースに放電されないという新たな課題が生じる。また、静電気が電子部品に放電され、電子部品が故障することが懸念される。

本発明の目的は、静電気により電子部品が故障す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ことにある。

上記目的を達成するために、本発明は、基板と、前記基板に実装される電子部品と、前記基板を保持する絶縁性のベースと、前記基板を前記ベースに固定する導電性の固定具と、前記ベースを覆う導電性のカバーと、を備える電子制御装置において、前記固定具と前記カバーとの間の距離Ｄ１は、前記電子部品１と前記カバーとの間の距離Ｄ２以下であり、前記固定具と向き合う前記カバーの部分は、前記固定具の頭部を接触せずに覆い、かつ前記固定具の頭部に倣った面から構成される凹部が一体に形成されたボスを有し、前記ボスに形成される前記凹部と前記固定具との間に誘電材料が配置される。

本発明によれば、静電気により電子部品が故障することを抑制することができる。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。

第１の実施形態による電子制御装置の全体構成を示す断面図である。図１に示す電子制御装置のボスの周辺の構成を示す拡大断面図である。第２の実施形態による電子制御装置のボスの周辺の構成を示す拡大断面図である。電子部品がエクスポーズドパッドを有しない場合の面積の大小関係を説明するための図である。第３の実施形態による電子制御装置のボスの周辺の構成を示す拡大断面図である。面積の大小関係を説明するための図である。第３の実施形態の変形例による電子制御装置の固定具と向き合うボスの周辺の構成を示す拡大断面図である。図７Ａに示す基板の平面図である。固定具をグランドへ接続する例を示す模式図である。固定具をグランドへ接続する変形例を示す模式図である。第１の実施形態の変形例による電子制御装置のボスの周辺の構成を示す拡大断面図である。固定具と向き合うカバーの部分に蓄えられる静電気を説明するための図である。

以下、図面を用いて、本発明の第１～第３の実施形態による電子制御装置の構成を説明する。電子制御装置は、例えば、エンジン、変速機などのアクチュエータを制御する。なお、各図において、同一符号は同一部分を示す。

（第１の実施形態）
はじめに、図１を用いて、第１の実施形態による電子制御装置１００の構成を説明する。図１は、本発明の第１の実施形態による電子制御装置１００の全体構成を示す断面図である。

電子制御装置１００は、主として、基板１０と、基板１０に実装される電子部品１と、基板１０を保持する絶縁性のベース２０と、基板１０をベース２０に固定する導電性の固定具２と、ベース２０を覆う導電性のカバー３０を備える。

絶縁性のベース２０は、例えば、絶縁性の樹脂でできており、エンジン、変速機などに直付けされる。ベース２０を樹脂製とすることで、エンジン、変速機などからの熱が電子部品１へ伝わりにくくなる。ベース２０の熱伝導率は、カバー３０の熱伝導率よりも小さく、またエンジン、変速機などのハウジングの熱伝導率よりも小さい。

導電性の固定具２（ネジ、リベット、カシメ等）は、例えば、導電性の金属又は樹脂でできている。導電性のカバー３０は、例えば、導電性の金属（アルミ、スチール、鋼板等）又は導電性の樹脂でできており、鋳造、プレス、射出成形等により成形される。

基板１０には、電子部品１が実装される。電子部品１は、例えば、半導体素子から構成される。電子部品１の具体例として、各種センサ（温度センサ、圧力センサ等）の出力値からアクチュエータの制御量を演算するプロセッサ、スイッチングによりアクチュエータに駆動電流を供給するドライバ回路等が挙げられる。

なお、ドライバ回路は、アクチュエータに搭載されてもよい。電子部品１は、基板１０の配線パターン、コネクタ４０のピン等を介して、エンジン、変速機などのアクチュエータと電気的に接続される。

本実施形態では、電子部品１は、カバー３０と向き合う導電性のエクスポーズドパッド５を有する。エクスポーズドパッド５は、例えば、導電性の金属板であり、ヒートスプレッダ又はヒートシンクとも呼ばれる。エクスポーズドパッド５は、電子部品１が発生する熱を、熱伝導材料３を介して導電性のカバー３０に伝える。そして、カバー３０に伝えられた熱は、大気中へ放熱される。なお、本実施形態では、熱伝導材料３にセラミックスなどが含まれている。

カバー３０には、電子部品１と向き合うボス３１と、導電性の固定具２に向き合うボス３２が形成される。ボス３１と電子部品１との間には熱伝導材料３が配置される。

シール材料４は、カバー３０とベース２０との間を封止し、カバー３０とベース２０から構成される筐体の内部を防水する。シール材料４は、例えば、シリコン接着剤である。
本実施形態では、複数組のボス３２と固定具２は、基板１０の角などに配置される。

次に、図２を用いて、本実施形態による電子制御装置１００の特徴を説明する。図２は、図１に示す電子制御装置１００のボス３２の周辺の構成を示す拡大断面図である。

本実施形態では、固定具２とカバー３０（ボス３２）との間の距離Ｄ１は、電子部品１とカバー３０（ボス３１）との間の距離Ｄ２以下である。これにより、導電性のカバー３０に付与された静電気は、電子部品１よりも固定具２に放電され易くなる。そのため、静電気により電子部品１が故障することを抑制することができる。また、静電気により電子部品１が誤動作することを抑制することができる。

また、固定具２と向き合うカバー３０の部分であるボス３２と固定具２との間には空隙が設けられる。これにより、ボス３２が固定具２に接触しないため、ボス３２によって基板１０が変形しない。その結果、電子部品１の端子と配線パターンとを接合する半田（接合部材）にクラックが発生することを抑制することができる。

以上説明したように、本実施形態によれば、静電気により電子部品１が故障することを抑制することができる。また、静電気により電子部品１が誤動作することを抑制することができる。さらに、電子部品１の端子と配線パターンとを接合する半田にクラックが発生することを抑制することができる。

（第２の実施形態）
次に、図３を用いて、第２の実施形態による電子制御装置１００の構成を説明する。図３は、本発明の第２の実施形態による電子制御装置１００のボス３２の周辺の構成を示す拡大断面図である。

本実施形態では、固定具２と向き合うカバー３０の部分であるボス３２は、固定具２の頭部を覆う凹部３２aを有する。これにより、固定具２と向き合うカバー３０の部分の面積を大きくすることができる。その結果、ボス３２と固定具２の間の静電容量が大きくなり、これにより、導電性のカバー３０に付与された静電気は、電子部品１よりも固定具２にさらに放電され易くなる。

詳細には、ボス３２の凹部３２aは、固定具２の頭部に倣った面から構成される。例えば、固定具２の頭部が円柱状、六角柱状、ドーム状の場合に、それぞれの頭部の形状に見合った面で凹部３２aが構成される。これにより、固定具２と向き合うカバー３０の部分を全体的に固定具２の頭部の表面に近づけることができる。その結果、ボス３２と固定具２の間の静電容量をさらに大きくすることができる。

本実施形態では、固定具２の頭部はドーム状であり、これに合わせて凹部３２aもドーム状である。これにより、固定具２と向き合うカバー３０の部分（ドーム状の凹部３２a）の静電容量を大きくできる。

また、本実施形態では、電子部品１は、カバー３０と向き合う導電性のエクスポーズドパッド５を有する。固定具２と向き合うカバー３０の部分（凹部３２a）の面積Ｓ２は、エクスポーズドパッド５の面積Ｓ１以上である。これにより、ボス３２と固定具２の間の静電容量をさらに大きくすることができる。

なお、電子部品１がエクスポーズドパッド５を有しない場合、図４に示すように、固定具２と向き合うカバー３０の部分（凹部３２a）の面積Ｓ２は、電子部品１が熱伝導材料３と接触または接合している部分の面積Ｓ３以上としてもよい。これにより、ボス３２と固定具２の間の静電容量をさらに大きくすることができる。

（第３の実施形態）
次に、図５を用いて、第３の実施形態による電子制御装置１００の構成を説明する。図５は、本発明の第３の実施形態による電子制御装置１００のボス３２の周辺の構成を示す拡大断面図である。

本実施形態では、ボス３２と固定具２との間に誘電材料６が配置される点が第２の実施形態と異なる。

前述したように、カバー３０と電子部品１との間には熱伝導材料３が配置される。シール材料４は、カバー３０とベース２０との間を封止する。ここで、誘電材料６は、固定具２と向き合うカバー３０の部分（凹部３２a）と固定具２の頭部との間に配置される。誘電材料６の比誘電率ε３は、熱伝導材料３の比誘電率ε１又はシール材料４の比誘電率ε２と同じもしくは大きい。これにより、ボス３２と固定具２の間の静電容量をさらに大きくすることができる。

本実施形態では、電子部品１は、カバー３０と向き合う導電性のエクスポーズドパッド５を有する。図６に示すように、固定具２と向き合い且つ誘電材料６と接触又は接合するカバー３０の部分（凹部３２a）の面積Ｓ２＿１は、エクスポーズドパッド５の面積Ｓ１以上である。これにより、ボス３２と固定具２の間の静電容量をさらに大きくすることができる。

（変形例）
次に、図７Ａ、７Ｂを用いて、電子制御装置１００の変形例を説明する。図７Ａは、第３の実施形態の変形例による電子制御装置１００のボス３２の周辺の構成を示す拡大断面図である。図７Ｂは、図７Ａに示す基板１０の平面図である。

図７Ｂの例では、固定具２（２_１～２_５）は複数（５個）ある。そして、電子部品１と固定具２（２_１～２_５）との距離Ｌ（Ｌ１～Ｌ５）について、Ｌ５＜Ｌ１＜Ｌ４＜Ｌ２＜Ｌ３が成立する。すなわち、固定具２と向き合うカバー３０の部分（ボス３２）は、複数の固定具２のうち電子部品１に最も近いもの（固定具２_５）と向き合う。

これにより、導電性のカバー３０に付与された静電気は、固定具２_１～２_４よりも固定具２_５に放電され易くなる。

なお、本変形例では、第３の実施形態において少なくとも１組のボス３２と固定具２を電子部品１の近くに配置したが、第１～第２の実施形態において少なくとも１組のボス３２と固定具２を電子部品１の近くに配置してもよい。

（電気的な構成）
次に、図８Ａを用いて、第１～第３の実施形態に共通の電気的な構成を説明する。図８Ａは、固定具２をグランドへ接続する例を示す模式図である。

基板１０は、配線パターン１１を有する。固定具２は、配線パターン１１を介してグランドに接続される。これにより、ボス３２から固定具２へ放電された静電気は、グランドに排出される。すなわち、静電気の回路グランドへの放電経路を確保することができる。

（変形例）
図８Ｂは、固定具２をグランドへ接続する変形例を示す模式図である。本変形例では、基板１０は、配線パターン１１と、配線パターン１１に接続される回路素子（抵抗Ｒ）とを有する。固定具２は、配線パターン１１及び回路素子（抵抗Ｒ）を介してグランドに接続される。

これにより、回路素子（抵抗Ｒ）で静電気が熱エネルギーに変換され、グランドの電位の変動を抑制することができる。なお、抵抗Ｒに代えてスイッチング素子、コンデンサなどを回路素子として採用してもよい。

（その他）
図９は、第１の実施形態の変形例による電子制御装置１００のボス３２の周辺の構成を示す拡大断面図である。

本変形例では、固定具２と向き合うカバー３０の部分（ボス３２）の面積Ｓ２は、電子部品１と向き合うカバー３０の部分の面積Ｓ０以上又は電子部品１が熱伝導材料３と接触または接合している部分の面積Ｓ３以上である。これにより、ボス３２と固定具２の間の静電容量をさらに大きくすることができる。

カバー３０に付与される静電気７aは、図１０に示すように、固定具２と向き合うカバー３０の部分（ボス３２）に蓄えられ、絶縁破壊により固定具２に放電される。

これにより、例えば、少量（所定量以下）の静電気がカバー３０に付与された場合、静電気はボス３２から固定具２へ放電されず、ボス３２に蓄えられる。また、固定具２の頭部の表面では、静電気７aと極性の異なる電荷７ｂがクーロン力により静電気７aに引き寄せられる。一方、多量（所定量を超える）の静電気がカバー３０に付与され、ボス３２と固定具２との間の電場が絶縁耐力を超えた場合、静電気は固定具２へ放電される。

なお、複数組のボス３２と固定具２を電子制御装置１００に設けることで、ボス３２と固定具２との間の静電容量が合成される。その結果、より多くの静電気７aを、固定具２と向き合うカバー３０の部分に蓄えることができる。

本発明は上記した実施形態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、上述した実施形態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、ある実施形態の構成の一部を他の実施形態の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施形態の構成に他の実施形態の構成を加えることも可能である。また、各実施形態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。

１…電子部品
２…固定具
３…熱伝導材料
４…シール材料
５…エクスポーズドパッド
６…誘電材料
７ａ…静電気
７ｂ…電荷
１０…基板
１１…配線パターン
２０…ベース
３０…カバー
３１、３２…ボス
３２ａ…凹部
１００…電子制御装置

Claims

基板と、
前記基板に実装される電子部品と、
前記基板を保持する絶縁性のベースと、
前記基板を前記ベースに固定する導電性の固定具と、
前記ベースを覆う導電性のカバーと、を備える電子制御装置において、
前記固定具と前記カバーとの間の距離Ｄ１は、前記電子部品と前記カバーとの間の距離Ｄ２以下であり、
前記固定具と向き合う前記カバーの部分は、前記固定具の頭部を接触せずに覆い、かつ前記固定具の頭部に倣った面から構成される凹部が一体に形成されたボスを有し、
前記ボスに形成される前記凹部と前記固定具との間に誘電材料が配置される
ことを特徴とする電子制御装置。
請求項１に記載の電子制御装置において、
前記凹部は、
ドーム状である
ことを特徴とする電子制御装置。
基板と、前記基板に実装される電子部品と、前記基板を保持する絶縁性のベースと、前記基板を前記ベースに固定する導電性の固定具と、前記ベースを覆う導電性のカバーと、を備え、前記固定具と前記カバーとの間の距離Ｄ１は、前記電子部品と前記カバーとの間の距離Ｄ２以下であり、前記固定具と向き合う前記カバーの部分は、前記固定具の頭部を覆う凹部を有する電子制御装置において、
前記電子部品は、
前記カバーと向き合う導電性のエクスポーズドパッドを有し、
前記固定具と向き合う前記カバーの部分の面積Ｓ２は、
前記エクスポーズドパッドの面積Ｓ１以上である
ことを特徴とする電子制御装置。
基板と、前記基板に実装される電子部品と、前記基板を保持する絶縁性のベースと、前記基板を前記ベースに固定する導電性の固定具と、前記ベースを覆う導電性のカバーと、を備え、前記固定具と前記カバーとの間の距離Ｄ１は、前記電子部品と前記カバーとの間の距離Ｄ２以下であり、前記固定具と向き合う前記カバーの部分は、前記固定具の頭部を覆う凹部を有する電子制御装置において、
前記固定具と向き合う前記カバーの部分の面積Ｓ２は、
前記電子部品が熱伝導材料３と接触または接合している部分の
面積Ｓ３以上である
ことを特徴とする電子制御装置。
基板と、前記基板に実装される電子部品と、前記基板を保持する絶縁性のベースと、前記基板を前記ベースに固定する導電性の固定具と、前記ベースを覆う導電性のカバーと、を備え、前記固定具と前記カバーとの間の距離Ｄ１は、前記電子部品と前記カバーとの間の距離Ｄ２以下であり、前記固定具と向き合う前記カバーの部分は、前記固定具の頭部を覆う凹部を有する電子制御装置において、
前記カバーと前記電子部品との間に配置される熱伝導材料と、
前記カバーと前記ベースとの間を封止するシール材料と、
前記固定具と向き合う前記カバーの部分と前記固定具の頭部との間に配置され、前記熱伝導材料又は前記シール材料の比誘電率と同じもしくは大きい比誘電率を有する誘電材料と、
を備えることを特徴とする電子制御装置。
請求項５に記載の電子制御装置において、
前記電子部品は、
前記カバーと向き合う導電性のエクスポーズドパッドを有し、
前記固定具と向き合い且つ前記誘電材料と接触又は接合する前記カバーの部分の面積Ｓ２＿１は、前記エクスポーズドパッドの面積Ｓ１以上である
ことを特徴とする電子制御装置。
請求項１に記載の電子制御装置において、
前記固定具は複数あり、
前記固定具と向き合う前記カバーの部分は、
複数の前記固定具のうち前記電子部品に最も近いものと向き合う
ことを特徴とする電子制御装置。
請求項１に記載の電子制御装置において、
前記基板は、
配線パターンを有し、
前記固定具は、
前記配線パターンを介してグランドに接続される
ことを特徴とする電子制御装置。
請求項８に記載の電子制御装置において、
前記基板は、
前記配線パターンに接続される回路素子を有し、
前記固定具は、
前記配線パターン及び前記回路素子を介して前記グランドに接続される
ことを特徴とする電子制御装置。
請求項９に記載の電子制御装置において、
前記回路素子は、
抵抗である
ことを特徴とする電子制御装置。
基板と、前記基板に実装される電子部品と、前記基板を保持する絶縁性のベースと、前記基板を前記ベースに固定する導電性の固定具と、前記ベースを覆う導電性のカバーと、を備え、前記固定具と前記カバーとの間の距離Ｄ１は、前記電子部品と前記カバーとの間の距離Ｄ２以下である電子制御装置において、
前記固定具と向き合う前記カバーの部分の面積Ｓ２は、
前記電子部品と向き合う前記カバーの部分の面積Ｓ０以上又は
前記電子部品が熱伝導材料３と接触または接合している部分の
面積Ｓ３以上である
ことを特徴とする電子制御装置。
請求項１に記載の電子制御装置において、
前記カバーに付与される静電気７aは、
前記固定具と向き合う前記カバーの部分に蓄えられ、絶縁破壊により前記固定具に放電される
ことを特徴とする電子制御装置。