JP2022178791A - 電子制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】筐体に表面処理をした場合にも、回路基板と筐体を電気的に接続する導電部材に作用する圧縮力を管理し易い電子制御装置を提供する。【解決手段】電子部品５が実装された回路基板２と、回路基板２に搭載された導電部材３と、回路基板２を収容し、金属素地に薄膜絶縁処理が施された金属筐体４と、金属筐体４上において回路基板２が搭載された搭載面７ｇと、金属筐体４上において導電部材３が接触する接触面７ｈとを備え、搭載面７ｇと接触面７ｈでは前記金属素地が露出している。【選択図】図２

Description

本発明は、電子制御装置に関する。

車両等に用いられている電子制御装置では、回路基板に実装されるＣＰＵなどの電子部品から放射される電磁波（ノイズ）が問題となっている。例えば特許文献１には、電磁波を低減するために、電子部品が実装されている配線基板（回路基板）の表面及び裏面と筐体とを接続する接続部を複数備え、該接続部により配線基板を挟みこんだ筐体のシールド構造が開示されている。

また、電子制御装置では、回路基板に実装されている電子部品には発熱素子が含まれており、この発熱素子から発せられる熱も問題となっている。例えば特許文献２には、発熱素子から筐体への熱伝達を促進するために、筐体の内面及び外面のうち少なくとも片面に熱の吸収及び放射を促進する表面処理（例えば、絶縁材料の塗布又は電着等，アルマイト処理）を施した電子制御装置が開示されている。

特開２００５－２９４６２７号公報 特開２００４－３０４２００号公報

特許文献１は、回路基板の筐体への固定を接続部でネジのみで行っているため、回路基板に大きな歪みが生じる可能性があり、回路基板上でネジを取り付けた部分には電子部品の実装が不可能になる。これらの点を改善する方法として、基板と筐体の間に導電部材を挿入し当該導電部材により基板と筐体を電気的に接続することでネジの本数を低減することが考えられる。ただし、この方法では導電部材に作用する圧縮力（導電部材の圧縮量）を管理することが重要になる。すなわち、例えば各部品の寸法や表面形状等のバラツキにより導電部材に作用する圧縮力が不十分だと、導電材料の接触電気抵抗が増大し、基板と筐体の電気的接続が不十分でノイズを十分に低減できない可能性がある。特に特許文献２のように筐体に表面処理を施した場合には、当該表面処理により形成される被膜の厚みや筐体表面の平面度に違いが生じ易いため、導電部材に作用する圧縮力の管理は更に困難になり得る。

本発明の目的は、筐体に表面処理をした場合にも、回路基板と筐体を電気的に接続する導電部材に作用する圧縮力を管理し易い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、本発明の電子制御装置は、電子部品が実装された回路基板と、前記回路基板に搭載された導電部材と、前記回路基板を収容し、金属素地に薄膜絶縁処理が施された金属筐体と、前記金属筐体上において前記回路基板が搭載された搭載面と、前記金属筐体上において前記導電部材が接触する接触面とを備え、前記搭載面と前記接触面では前記金属素地が露出しているものとする。

本発明によれば、導電部材に作用する圧縮力の管理が容易になるため、電子制御装置から放射される電磁波を低減できる。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。

本発明の電子制御装置の外観を示す斜視図である。 本発明の第１実施形態に係る電子制御装置の図１に示すＡ－Ａの断面図である。 本発明の第２実施形態に係る電子制御装置の図１に示すＡ－Ａの断面図である。 本発明の第３実施形態に係る電子制御装置の図１に示すＡ－Ａの断面図である。 本発明の第４実施形態に係る電子制御装置の図１に示すＡ－Ａの断面図である。

図１は本発明の電子制御装置の外観を示す斜視図である。以下、図１に示す本発明の電子制御装置１の第１～第４実施形態について図面を用いて説明する。なお、各図において、同一符号は同一部分を示す。また、斜視図と断面図の各々は、互いに直交するＸＹＺ軸により方向を特定し、＋Ｘを「右」、－Ｘを「左」、＋Ｙを「上」、－Ｙを「下」、＋Ｚを「前」、－Ｚを「後」と規定する。

（第１実施形態）
図２は本発明の第１実施形態に係る電子制御装置１の図１に示すＡ－Ａの断面図である。電子制御装置１は回路基板２と導電部材３と金属筐体４とを備える。

回路基板２は、プリント配線（図示せず）を有する基板で、複数の電子部品５が実装されている。また、回路基板２には、アース回路（図示せず）に接続するコネクタ６がプリント配線に接続するように設けられている。

導電部材３は、回路基板２に発生する電磁放射を金属筐体４に逃がすために回路基板２に搭載されている電気伝導率の高い物質である。導電部材３は回路基板２の回路グランド部（図示せず）と電気的に接続されている。導電部材３としては、例えば、回路基板２上に半田付け等で実装できる導電性を有する部品（例えば、チップ抵抗、セラミックコンデンサ等）や、シリコン接着剤に導電フィラー(銀フィラー、銅フィラーまたは金属メッキ処理したグラファイトフィラー等)を含有した材料を利用できる。導電部材３は、外部から作用する圧縮力の大小によって接触電気抵抗が変化し得る。本実施形態の導電部材３は接触面７ｈ（後述）から所定の圧縮力を受けながら接触面７ｈと接触している。

金属筐体４は、回路基板２を収容し、金属素地に薄膜絶縁処理が施された筐体である。金属筐体４は、回路基板２が載置されるベース部７と、ベース部７の上部に取り付けられ回路基板２を覆うカバー部８とを備える。

金属筐体４に薄膜絶縁処理を施すと、金属筐体４の表面から熱エネルギーとして電磁波が放射され易くなり金属筐体４の表面の熱放射率が向上し、回路基板２に実装された電子部品５から発せられる熱を効率良く金属筐体４の外部に放出できる。なお、薄膜絶縁処理は製造コストを低減する観点からアルマイト処理が好ましい。なお、アルマイト処理は処理時間で膜厚が変動し得る。アルマイト処理の膜厚が過度に薄いと、十分な表面熱放射率が確保できない。一方、アルマイト処理の膜厚が過度に厚いと、熱伝導が低下する。そのため、金属筐体４の表面のアルマイト処理の膜厚が適切な膜厚となるようにアルマイト処理の処理時間は所定時間に設定されている。

ベース部７は、回路基板２が収容される凹部７ａを備えている。ベース部７の底面には冷却のためのフィン７ｂが設けられ、ベース部７の側面には例えば車両等への固定に用いられるボルト穴７ｃ（図１参照）が設けられている。また、ベース部７は例えばアルミニウム合金を鋳造して形成できる。

凹部７ａには下面７ｄから上方（＋Ｙ方向）に突起する第１突起部７ｅと第２突起部７ｆとが設けられている。

第１突起部７ｅは、回路基板２が搭載される搭載面７ｇを上端に有する突起である。搭載面７ｇでは金属筐体４の金属素地が露出している（以下では、金属筐体４において金属素地が露出した部分を「素地部」と称することがある）。この搭載面７ｇに回路基板２を載せると回路基板２とベース部７（金属筐体４）が電気的に接続される。なお、搭載面７ｇは、少なくとも回路基板２が搭載される部分で金属素地を露出させても良いし、全面で金属素地を露出させても良い。搭載面７ｇには回路基板２をベース部７に固定するためのネジ９を螺合するためのねじ穴（図示せず）を設けることができる。

第２突起部７ｆは、導電部材３が接触する接触面７ｈを上端に有する突起である。接触面７ｈでは金属筐体４の金属素地が露出している。この接触面７ｈには導電部材３が接触されるため、導電部材３を介して回路基板２の回路グランド部とベース部７（金属筐体４）が電気的に接続される。なお、接触面７ｈは、少なくとも導電部材３が接触する部分で金属素地を露出させても良いし、全面で金属素地を露出させても良い。

上記のように搭載面７ｇと接触面７ｈの２点で回路基板２が金属筐体４と電気的に接続される結果、回路基板２と金属筐体４は同電位（ＧＮＤ）接続される。

搭載面７ｇと接触面７ｈで金属素地を露出させるには、例えば、薄膜絶縁処理前における搭載面７ｇと接触面７ｈに対するマスキング処理や、薄膜絶縁処理後に絶縁薄膜で被覆された搭載面７ｇと接触面７ｈに対する切削加工（例えばフライス加工）を行えば良い。

導電部材３は電子制御装置１の前後方向（Ｚ軸方向）に所定の間隔で配列させることができる。この場合（すなわち複数の導電部材３を配列させた場合）、搭載面７ｇは電子制御装置１の左右方向（Ｘ軸方向）において各導電部材３と対向する位置に設定することが好ましい。なお、導電部材３の数に合わせて第２突起部７ｆ（接触面７ｈ）を設けても良いし、１つの第２突起部７ｆ（接触面７ｈ）に複数の導電部材３を載せても良い。搭載面７ｇも同様である。

接触面７ｈは搭載面７ｇよりも下方に位置している。接触面７ｈと搭載面７ｇの高さ方向における距離（接触面７ｈと搭載面７ｇの高さの差）は、導電部材３に接触する回路基板２と接触面７ｈが導電部材３に作用させる圧縮力に影響を与え、ひいては導電部材３が発生する接触電気抵抗に影響を与える。そこで接触面７ｈと搭載面７ｇの高さ方向における距離は、導電部材３が発生すべき接触電気抵抗の値に基づいて決定されている。ところで上記のように複数の導電部材３を配列させた場合には、各導電部材３が接触する接触面７ｈの高さと、各接触面７ｈに対応する各搭載面７ｇの高さとを揃えることが好ましい。つまり搭載面７ｇと接触面７ｈのそれぞれの高さ方向における距離のバラツキが所定の範囲に収まるようにすることが好ましい。

ボルト穴７ｃ（図１参照）は、電子制御装置１を例えば車体にボルト（図示せず）により固定するためのネジ穴である。ボルト穴７ｃにボルトを組み付け車体に固定することによりベース部７はアース接続される。

カバー部８は、ベース部７の上部に取り付けられ、回路基板２を覆う部品であり、例えばネジ１０等の固定具によりベース部７に固定される。カバー部８としては例えばアルミニウム板を利用できる。

回路基板２は、ベース部７の搭載面７ｇ上に搭載され、ネジ９によりベース部７に固定される。回路基板２に搭載された導電部材３は、金属素地が露出した接触面７ｈに押し付けられ回路基板２の回路ＧＮＤ部とベース部７（金属筐体４）とを電気的に接続する。

なお、本実施形態では、回路基板２がベース部７にネジ９で固定される実施形態を示した。しかし、これに限定されず、回路基板２はベース部７に他の方法、例えば、接着剤や樹脂製の留め具により固定してもよい。

また、本実施形態では、回路基板２がコネクタ６を介してアース回線と接続し、金属筐体４のベース部７が車体を介してアース接続する実施形態を示した。しかし、これに限定されず、回路基板２と金属筐体４のいずれか一方がアース接続されればよい。

［効果］
本実施形態の電子制御装置１では、金属筐体４上において回路基板２が搭載された搭載面７ｇと、金属筐体４上において導電部材３が接触する接触面７ｈとで金属筐体４の金属素地が露出しており、回路基板２は搭載面７ｇと接触面７ｈの２点で金属筐体４と電気的に接続されている。しかも導電部材３に作用する圧縮力は接触面７ｈと搭載面７ｇの高さ方向における距離で管理でき、当該距離は金属筐体４の製造時に比較的精度良く管理できる。すなわち、本実施形態によれば、金属筐体４に表面処理をした場合にも、導電部材３に作用する圧縮力の管理が容易になり、電子制御装置１から放射される電磁波（ノイズ）を低減できる。

また、本実施形態では、接触面７ｈと搭載面７ｇの高さ方向における距離は、導電部材３が発生すべき接触電気抵抗の値に基づいて決定されている。これにより導電部材３が発生する接触電気抵抗を所望の値に調整することができるので、電子制御装置１から放射されるノイズを容易に低減できる。

また、複数の導電部材３を配列させた場合には、各導電部材３が接触する接触面７ｈの高さと、各接触面７ｈに対応する各搭載面７ｇの高さとを揃えることが好ましい。つまり搭載面７ｇと接触面７ｈのそれぞれの高さ方向における距離のバラツキが「所定の範囲」に収まるようにすることが好ましい。このように各接触面７ｈと各搭載面７ｇの高さを管理すると、各導電部材３が発生する接触電気抵抗を近づけることができるのでノイズの発生を低減できる。なお、「所定の範囲」は、各導電部材３が発生すべき接触電気抵抗の値に基づいて決定されており、回路基板２と複数の接触面７ｈが複数の導電部材３に作用させる圧縮力が均等の値に近づくように設定することが好ましい。

（第２実施形態）
図３は本発明の第２実施形態に係る電子制御装置１の図１に示すＡ－Ａの断面図である。本実施形態に係る電子制御装置１が第１実施形態に係る電子制御装置１と異なる点は以下のとおりである。

即ち、導電部材３が、回路基板２のベース部７側（第１導電部材３ａ）だけでなくカバー部８側（第２導電部材３ｂ）にも搭載され、カバー部８にも金属素地が露出する接触面８ｂが設けられている。

また、回路基板２のベース部７側の回路グランド部に複数の第１導電部材３ａが搭載され、この複数の第１導電部材３ａがベース部７の接触面７ｈと接触している。

以下、本実施形態に係る電子制御装置１が第１実施形態に係る電子制御装置１と異なる点を詳細に示す。

本実施形態の回路基板２は、ベース部７側の回路グランド部に２つの第１導電部材３ａが搭載され、カバー部８側の回路グランド部に１つの第２導電部材３ｂが搭載されている。

本実施形態のカバー部８は、下方向（－Ｙ方向）に突起する突起部８ａを備える。突起部８ａの下端には金属素地が露出する接触面８ｂが設けられている。

回路基板２を搭載面７ｇに搭載することにより、ベース部の接触面７ｈに２つの第１導電部材３ａの各々が押し付けられ、２つの第１導電部材３ａを介して回路基板２とベース部７が電気的に接続する。

そして、カバー部８をベース部７の上部に取り付け、ネジ１０で固定することにより、第２導電部材３ｂは接触面８ｂに押し付けられ、第２導電部材３ｂとカバー部８は電気的に接続する。
［効果］
本実施形態の電子制御装置は、ベース部７の接触面７ｈと第１導電部材３ａが接触し、カバー部８の接触面８ｂと第２導電部材３ｂが接触する。そのため、回路基板２で発生する電磁放射をベース部７とカバー部８の双方に逃がすことができ、電磁放射（ノイズ）をさらに低減できる。

また、本実施形態の電子制御装置は、回路基板２の下面に搭載された第１導電部材３ａが、ベース部７の接触面７ｈに押し付けられ、回路基板２の上面に搭載された第２導電部材３ｂがカバー部８の接触面８ｂに押し付けられている。そのため、電子制御装置１が上下動しても、回路基板２と金属筐体４との電気的接続が切断される可能性を低減できる。

（第３実施形態）
図４は本発明の第３実施形態に係る電子制御装置１の図１に示すＡ－Ａの断面図である。本実施形態に係る電子制御装置１は、導電部材として導電性ガスケット３ｃを用いている点に特徴がある。

導電性ガスケット３ｃは、ポリウレタンフォーム等のガスケットに導電性シートを張り付けた部品で、回路基板２の回路グランド部に半田付けされる。なお、図中で符号１１を付した部分は半田を示す。
［効果］
本実施形態の電子制御装置１は、導電部材に形状の定まった導電性ガスケット３ｃを用いているため、電子部品のように複数の導電部材を同じ状態で実装できる。これにより例えば導電部材として接着剤を利用した場合等と比較して導電性ガスケット３ｃの発生する接続電気抵抗の管理が容易になり、ノイズを容易に低減できる。なお、導電性ガスケット３ｃは部品高さが決まっており、過度の圧縮力が作用すると半田１１にクラックが生じる可能性があるが、既に説明したように本実施形態では接触面７ｈと搭載面７ｇの高さ方向における距離の管理が容易なのでそのような事態の発生を回避できる。

（第４実施形態）
図５は本発明の第４実施形態に係る電子制御装置１の図１に示すＡ－Ａの断面図である。本実施形態に係る電子制御装置１の特徴は、導電部材として導電性シール材３ｄを用いている点である。

導電性シール材３ｄは、例えば、シリコン接着剤に導電フィラーを含有した材料で、回路基板２の回路グランド部に接着されている。回路基板２の下面の回路グランド部に接着された導電性シール材３ｄは、回路基板２を搭載面７ｇに載置することで接触面７ｈに接着し、回路基板２とベース部７とを電気的に接続する。

また、回路基板２の上面の回路グランド部に接着された導電性シール材３ｄは、カバー部８をベース部７の上部に取り付け固定することによりカバー部８の接触面８ｂに接着し、回路基板２とカバー部８とを電気的に接続する。
［効果］
本実施形態のように導電部材として導電性シール材３ｄを用いてもノイズを低減できる。また、導電性シール材３ｄは回路基板２に接着することで固定されるため、導電性ガスケット３ｃのように半田付する必要がなく作業効率を向上できる。ただし、各部における導電性シール材３ｄの量を均一化する観点からは塗布機を用いることが好ましい。

なお、導電性シール材３ｄは、アクリル系接着剤に導電フィラーを含有した材料でもよい。また、導電性シール材３ｄとしては、回路基板２の下面とベース部７の接触面７ｈ、回路基板２の上面とカバー部８の接触面７ｈの各々を接着し得るフォームインプレイスガスケット（Ｆｏｒｍ－Ｉｎ－Ｐｌａｃｅ Ｇａｓｋｅｔ）を用いても良い。また、導電性シール材３ｄを回路基板２の下面と回路基板２の上面の各々に接着させるが、ベース部７の接触面７ｈとカバー部８の接触面７ｈとには接着させないキュアードインプレイスガスケット（Ｃｕｒｅｄ－Ｉｎ－Ｐｌａｃｅ Ｇａｓｋｅｔ）を用いても良い。

なお、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。

なお、本発明の実施形態は、以下の態様であってもよい。金属筐体４の表面の薄膜絶縁処理は、アルマイト処理だけでなく他の酸化処理や、放熱塗料、カチオン電着塗装、アニオン電着塗装等であってもよい。薄膜絶縁処理は金属筐体４の内面と外面の双方、内面のみ、外面のみ、いずれの場合にも放熱効果を発揮し得るが、内面と外面の双方が最も放熱効果に優れる。また、金属筐体４の材質は、アルミニウム、アルミニウム合金に限定されず、他の金属を用いても良い。

１…電子制御装置、２…回路基板、３，３ａ，３ｂ…導電部材、３ｃ…導電性ガスケット、３ｄ…導電性シール材、４…金属筐体、５…電子部品、６…コネクタ、７…ベース部、７ａ…凹部、７ｂ…フィン、７ｃ…ボルト穴、７ｄ…下面、７ｅ…第１突起部、７ｆ…第２突起部、７ｇ…搭載面、７ｈ…接触面、８…カバー部、８ａ…突起部、８ｂ…接触面

Claims (11)

1. 電子部品が実装された回路基板と、
   前記回路基板に搭載された導電部材と、
   前記回路基板を収容し、金属素地に薄膜絶縁処理が施された金属筐体と、
   前記金属筐体上において前記回路基板が搭載された搭載面と、
   前記金属筐体上において前記導電部材が接触する接触面とを備え、
   前記搭載面と前記接触面では前記金属素地が露出していることを特徴とする電子制御装置。
2. 請求項１に記載の電子制御装置であって、
   前記接触面は前記搭載面よりも下方に位置しており、
   前記接触面と前記搭載面の高さ方向における距離は前記導電部材が発生すべき接触電気抵抗の値に基づいて設定されることを特徴とする電子制御装置。
3. 請求項１に記載の電子制御装置であって、
   前記金属筐体は、前記回路基板が載置されるベース部と、前記ベース部の上部に取り付けられ前記回路基板を覆うカバー部とを備え、
   前記搭載面と前記接触面は前記ベース部に設けられていることを特徴とする電子制御装置。
4. 請求項１に記載の電子制御装置であって、
   前記導電部材は、前記回路基板に複数搭載された複数の導電部材であり、
   前記接触面は、前記金属筐体上において前記複数の導電部材が接触する複数の接触面であり、
   前記搭載面と前記複数の接触面のそれぞれの高さ方向における距離のバラツキが所定の範囲に収まっていることを特徴とする電子制御装置。
5. 請求項４に記載の電子制御装置であって、
   前記所定の範囲は、前記回路基板及び前記複数の接触面が前記複数の導電部材に作用させる圧縮力が均等の値に近づくように設定されていることを特徴とする電子制御装置。
6. 請求項４に記載の電子制御装置であって、
   前記金属筐体は、前記回路基板が載置されるベース部と、前記ベース部の上部に取り付けられ前記回路基板を覆うカバー部とを備え、
   前記複数の導電部材に含まれる第１導電部材は、前記回路基板の下面に搭載されており、かつ、前記複数の接触面のうち前記ベース部に位置する第１接触面に接触しており、
   前記複数の導電部材に含まれる第２導電部材は、前記回路基板の上面に搭載されており、かつ、前記複数の接触面のうち前記カバー部に位置する第２接触面に接触していることを特徴とする電子制御装置。
7. 請求項１に記載の電子制御装置であって、
   前記回路基板と前記金属筐体の少なくとも１つはアース接続されていることを特徴とする電子制御装置。
8. 請求項１に記載の電子制御装置であって、
   前記薄膜絶縁処理がアルマイト処理であることを特徴とする電子制御装置。
9. 請求項１に記載の電子制御装置であって、
   前記導電部材が前記回路基板に半田付けされた導電ガスケットであることを特徴とする電子制御装置。
10. 請求項１に記載の電子制御装置であって、
    前記導電部材が導電性シール材であることを特徴とする電子制御装置。
11. 請求項１０に記載の電子制御装置であって、
    前記導電性シール材がシリコン接着剤に導電フィラーを含有した材料であることを特徴とする電子制御装置。

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