(57)【要約】      （修正有）【課題】正確かつ応答性良く発熱部品の温度検出を行い、過電流等による発熱を感知して破損等を未然に防止することのできる電子機器を提供する。【解決手段】発熱部品２と、当該発熱部品２の温度を検出するための感熱素子３とが搭載された回路基板１を有する電子機器であり、回路基板１に、発熱部品搭載部から感熱素子３の周囲まで延在し、発熱部品２以外の部品と電気的に接続されていない熱伝達のための熱伝達専用導体パターン４が形成されている。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
発熱部品と、当該発熱部品の温度を検出するための感熱素子とが搭載された回路基板を有する電子機器において、
前記回路基板に、前記発熱部品搭載部から前記感熱素子の周囲まで延在し、前記発熱部品以外の部品と電気的に接続されていない熱伝達のための熱伝達専用導体パターンを形成したことを特徴とする電子機器。
【請求項２】
請求項１記載の電子機器において、
前記熱伝達専用導体パターンが、前記感熱素子の周囲を少なくとも半周以上囲むように設けられていることを特徴とする電子機器。
【請求項３】
請求項１又は２記載の電子機器において、
前記発熱部品が、ディーゼルエンジン用のグロープラグに供給する電流をスイッチングするためのスイッチング素子であることを特徴とする電子機器。
【請求項４】
請求項１〜３いずれか１項記載の電子機器において、
前記スイッチング素子が、ゲート電極端子、ソース電極端子、ドレイン電極端子を有するＦＥＴからなり、前記熱伝達専用導体パターンが前記ドレイン電極端子と接続されていることを特徴とする電子機器。
【請求項５】
請求項１〜４いずれか１項記載の電子機器において、
前記発熱部品が、放熱用部材を具備し、前記感熱素子の少なくとも一部が前記放熱用部材の下側に位置するよう配置されていることを特徴とする電子機器。
【請求項６】
請求項１〜５いずれか１項記載の電子機器において、
前記熱伝達専用導体パターンの表面が、絶縁性樹脂によって被覆されていることを特徴とする電子機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発熱部品と、この発熱部品の温度を検出するための感熱素子とが搭載された回路基板を有する電子機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、例えば、自動車用電子機器、家電用電子機器、産業機器用電子機器、医療機器用電子機器等の電子機器においては、大電流が流されるトランジスタ等の発熱部品と、この発熱部品の温度（過熱）を検出するための感熱素子とを回路基板に搭載し、過電流等による発熱を検知して電子機器の破損等を未然に防止できる構成とすることが知られている。
【０００３】
上記構成の電子機器では、感熱素子を発熱部品に近接するように配置し、感熱素子によって発熱部品の発熱を検知する構成とすることが知られている（例えば、特許文献１参照。）。また、感熱素子を、回路基板の発熱部品が搭載された位置の裏面側に配置した構成とすることが知られている（例えば、特許文献２参照。）。さらに、感熱素子を、発熱部品に電気的に接続された配線パターンからなる電気伝導路に設け、発熱部品の発熱を検知する構成とすることが知られている（例えば、特許文献３参照。）
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００７−３１２５２９号公報
【特許文献２】特開平６−６２５２５号公報
【特許文献３】特開平８−３２３６１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記した従来の電子機器のうち、感熱素子を発熱部品に近接するように配置した電子機器では、発熱部品と感熱素子との間に存在する空気層によって熱伝達が影響されるため、温度検出の応答遅れが生じる上に、正確に発熱部品の温度検出を行うことが困難であるという問題がある。
【０００６】
また、上記した従来の電子機器のうち、感熱素子を、回路基板の発熱部品が搭載された位置の裏面側に配置した構成の電子機器では、熱伝達が基板の熱伝導率に依存するため、温度検出の応答遅れが生じる上に、正確に発熱部品の温度検出を行うことが困難であるという問題がある。
【０００７】
また、上記した従来の電子機器のうち、感熱素子を、発熱部品に電気的に接続された配線パターンからなる電気伝導路に設けた構成の電子機器では、配線パターンが電気経路を構成しており、他の部品等と電気的に接続されているため、配線パターンを通じた放熱が起き、また配線パターンの熱容量も大きくなるため、温度検出の応答遅れが生じる上に、正確に発熱部品の温度検出を行うことが困難であるという問題がある。
【０００８】
本発明は、上記従来の事情に対処してなされたものである。本発明は、従来に比べて正確かつ応答性良く発熱部品の温度検出を行うことのできる電子機器を提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の電子機器は、発熱部品と、当該発熱部品の温度を検出するための感熱素子とが搭載された回路基板を有する電子機器において、前記回路基板に、前記発熱部品搭載部から前記感熱素子の周囲まで延在し、前記発熱部品以外の部品と電気的に接続されていない熱伝達のための熱伝達専用導体パターンを形成したことを特徴とする。
【００１０】
上記構成の本発明の電子機器では、回路基板に、発熱部品搭載部から感熱素子の周囲まで延在し、発熱部品以外の部品と電気的に接続されていない熱伝達のための熱伝達専用導体パターンが形成されている。この熱伝達専用導体パターンによって、発熱部品で発生した熱が効率良く迅速に感熱素子に伝達される。また、この熱伝達専用導体パターンは、発熱部品以外の部品と電気的に接続されていないので、配線パターンを通じて他の電子部品等への放熱が起きることがなく、また熱伝達専用導体パターン自身の熱容量も小さく抑制することができる。これによって、正確かつ応答性良く発熱部品の温度検出を行うことができる。
【００１１】
上記構成の本発明の電子機器では、熱伝達専用導体パターンが、感熱素子の周囲を少なくとも半周以上囲むように設けられている構成とすることが好ましい。これによって、発熱部品で発生した熱を、より効率良く迅速に感熱素子に伝達させることができ、より正確かつ応答性良く発熱部品の温度検出を行うことができる。
【００１２】
上記の発熱部品としては、ディーゼルエンジン用のグロープラグに供給する電流をスイッチングするためのスイッチング素子を用いることができる。また、上記スイッチング素子としては、例えば、ゲート電極端子、ソース電極端子、ドレイン電極端子を有するＦＥＴ素子（電界効果型トランジスタ素子）を用いることができ、この場合、ドレイン電極端子に熱伝達専用導体パターンが接続された構成とすることができる。これによって、ＦＥＴ素子の過電流による過熱等を正確かつ応答性良く検出することが可能となる。
【００１３】
上記構成の本発明の電子機器では、発熱部品が放熱用部材を具備した構成とすることができ、この場合、感熱素子の少なくとも一部が放熱用部材の下側に位置するよう配置された構成とすることができる。これによって、発熱部品から放熱用部材に伝達した熱を感熱素子に伝えることができ、より正確かつ応答性良く発熱部品の温度検出を行うことができる。
【００１４】
また、上記構成の本発明の電子機器では、熱伝達専用導体パターンの表面が、絶縁性樹脂によって被覆されている構成とすることが好ましい。これによって、発熱部品と感熱素子との間の熱伝達専用導体パターンから空気中への放熱を抑制することができ、発熱部品からより多くの熱を感熱素子に伝達することができる。これによって、より正確かつ応答性良く発熱部品の温度検出を行うことができる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、従来に比べて正確かつ応答性良く発熱部品の温度検出を行うことができる電子機器を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の一実施形態の電子機器の回路基板の要部構成を模式的に示す図。
【図２】図１の回路基板のＡ−Ａ断面の構成を模式的に示す図。
【図３】図１の電子機器の回路基板の構成を模式的に示す斜視図。
【図４】実施形態に係る電子機器の動作を説明するための図。
【図５】図１の電子機器の回路基板の要部構成を拡大して模式的に示す図。
【図６】熱源の温度と感熱素子の温度との温度差を測定した結果を示す図。
【図７】本発明の他の実施形態の電子機器の要部構成を拡大して模式的に示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明の実施形態を、図面を参照して説明する。
【００１８】
図１は、本発明の一実施形態の電子機器を構成する回路基板の要部構成を模式的に示す上面図であり、図２は図１の回路基板のＡ−Ａ電面構成を示す図、図３は、図１の回路基板の斜視図である。これらの図において１は、電子機器を構成するための回路基板であり、この回路基板１には、発熱部品として複数（本実施形態では４個）のＦＥＴ素子（電界効果型トランジスタ素子）２が搭載されている。
【００１９】
上記回路基板１には、１つのＦＥＴ素子２（図１中右下部分位置するＦＥＴ素子２）に近接して感熱素子としてのサーミスタ３が搭載されている。なお、４個のＦＥＴ素子２毎に夫々サーミスタ３を設けた構成とすることもできる。また、回路基板１には、図１に示すように、制御ＩＣ３０と、オペアンプ３１等の電子部品が搭載されている。
【００２０】
上記の各ＦＥＴ素子２には、回路基板１の外周形状に合わせて、略コ字状に形成された金属製の放熱用部材５が接続されている。そして、上記サーミスタ３は、放熱用部材５の下側に、当該サーミスタ３の少なくとも一部が位置するように配設されている。これによって、図３中に下方へ向かう矢印Ｈ２で示すように、一旦ＦＥＴ素子２から放熱用部材５に伝達した熱が、輻射によりサーミスタ３に伝わり、ＦＥＴ素子２の温度をサーミスタ３によってより正確かつ迅速に検出できる構成となっている。
【００２１】
本実施形態において、上記回路基板１は、ディーゼルエンジンのグロープラグに電流を供給するスイッチング動作を行う制御ユニットを構成するためのものである。このため、ＦＥＴ素子２は、自動車の気筒数に応じた数（本実施形態では４個）設けられている。そして、上記回路基板１は、ケース内等に収容され、制御ユニットとして自動車のエンジンルーム内等に配置される。
【００２２】
図４に示すように、この制御ユニットの制御ＩＣ３０には、自動車に搭載されたエンジンコントロールユニット（ＥＣＵ）５０からの制御信号が入力され、この制御信号に基づいてＦＥＴ素子２をスイッチングし、バッテリー５１からグロープラグ５２に対する電流供給の制御を行うようになっている。
【００２３】
上記回路基板１を具備した制御ユニットでは、エンジン等のトラブルによってＦＥＴ素子２に過剰に電流が流れる場合が想定される。そして、過電流等によって感熱素子３によりＦＥＴ素子２の温度上昇が検出された場合は、オペアンプ３１が駆動することによって、ＥＣＵ５０から制御ＩＣ３０へ入力される制御信号を強制的に止め、ＦＥＴ素子２の過熱を防止するようになっている。
【００２４】
上記のような場合、ＦＥＴ素子２の過電流等による温度上昇を、サーミスタ３によって正確かつ迅速に検出する必要がある。本実施形態では、図５に示すように、回路基板１の、ＦＥＴ素子２とサーミスタ３との間に、熱伝達専用導体パターン４が形成されており、この熱伝達専用導体パターン４によってＦＥＴ素子２からサーミスタ３への熱伝達が促進される。これによって、正確かつ迅速にＦＥＴ素子２の過電流による過熱を検知することができるようになっている。以下、図５を参照して上記熱伝達専用導体パターン４の構成について詳細に説明する。
【００２５】
図５に示すように、本実施形態において、ＦＥＴ素子２は縦型部品であり、このＦＥＴ素子２には、その下部に延在するように、ソース電極端子２０、ドレイン電極端子２１、ゲート電極端子２２が設けられている。一方、回路基板１には、ＦＥＴ素子２の搭載部からサーミスタ３の周囲まで延在し、ＦＥＴ素子２以外の部品と電気的に接続されていない熱伝達専用導体パターン４が形成されている。すなわち、この熱伝達専用導体パターン４は、ＦＥＴ素子２で発生した熱をサーミスタ３に伝達することのみを目的として形成されたものであり、このため、ＦＥＴ素子２以外の部品とは電気的に接続されておらず、この熱伝達専用導体パターン４を介して電流が流れることがない構成となっている。
【００２６】
上記熱伝達専用導体パターン４は、回路基板１に形成された電気経路を構成するための他の導体パターン（図示せず。）と同様に、熱伝導率の高い銅から構成されている。また、この熱伝達専用導体パターン４は、回路基板１に形成された他の電気経路となる導体パターン（図示せず。）と同様に、その表面が絶縁性の樹脂（図示せず。）によって覆われている。このように熱伝達専用導体パターン４の表面を絶縁性の樹脂によって覆うことにより、ＦＥＴ素子２からサーミスタ３への熱伝達経路において、空気中への放熱により熱が逃げることを抑制することができる。
【００２７】
本実施形態では、上記熱伝達専用導体パターン４は、ＦＥＴ素子２のドレイン電極端子２１と電気的に接続された状態とされている。なお、ＦＥＴ素子２のドレインの電気的接続は、図１〜３に示すように、ＦＥＴ素子２の上側に設けられた電極２３を、金属製の放熱用部材５に接続させることによって行われている。
【００２８】
図５に示すように、熱伝達専用導体パターン４は、略矩形状のサーミスタ３の４辺のうち、３つの辺の周囲を囲むように形成されている。この熱伝達専用導体パターン４は、略矩形状のサーミスタ３の周囲の少なくとも半分（例えば２つの辺）を囲むように形成することが好ましい。なお、サーミスタ３を電気回路に接続するための導体パターン（図示せず。）を基板１のサーミスタ３近傍に設けることが必要である。このため、この導体パターンを引き出すための部分を残した状態で、サーミスタ３の周囲に熱伝達専用導体パターン４を形成する必要がある。このため、本実施形態では、サーミスタ３の４辺のうち、３つの辺の周囲を囲むように熱伝達専用導体パターン４を形成し、残りの１辺（図５に示す例では、図中サーミスタ３の下側の辺）の部分に、上記サーミスタ３を電気回路に接続するための導体パターン（図示せず。）が形成される。
【００２９】
ＦＥＴ素子２からの熱を効率良くサーミスタ３に伝達させるという観点からは、上記熱伝達専用導体パターン４は、サーミスタ３に近接して設けることが好ましい。しかし、電気的な短絡の発生可能性を考慮すると、熱伝達専用導体パターン４とサーミスタ３との間隔（図５中に符号Ｄで示す。）は、最小で０．２ｍｍ程度とすることが好ましい。
【００３０】
また、上記熱伝達専用導体パターン４の線幅（図５中に符号Ｗで示す。）は、太い方が熱伝達量が増大する。しかし、熱伝達専用導体パターン４の線幅が太過ぎると、ＦＥＴ素子２からサーミスタ３に熱伝達する途中で空気中に放熱する放熱量が多くなり、サーミスタ３への熱伝達が却って妨げられることになる。このため、熱伝達専用導体パターン４の線幅は、１ｍｍ程度とすることが好ましい。
【００３１】
さらに、上記熱伝達専用導体パターン４の全長が長くなると、上記した放熱量が多くなるとともに、熱容量の増大や熱伝達の遅延等が生じる。このため、ＦＥＴ素子２とサーミスタ３とを近接して配置し、熱伝達専用導体パターン４の全長が短くなるよう構成することが好ましい。なお、図５において黒色の円形状マークで示すのは、ＦＥＴ素子２の発熱部であり、矢印はこの発熱部からの熱の伝達経路を示している。このような発熱部としては、ＦＥＴ素子のドレイン端子、電源ＩＣの背面ＧＮＤ等が挙げられる。また、上記の熱伝達専用導体パターン４からサーミスタ３への熱の流れは、図３では、矢印Ｈ１によって示している。
【００３２】
縦軸を温度差（Δ℃）、横軸を時間とした図６は、熱源としてのＦＥＴ素子２とサーミスタ３との温度差を測定した結果を示すグラフである。この測定では、ＦＥＴ素子２とサーミスタ３との距離を３ｍｍとし、ＦＥＴ素子２の温度を１７０℃にまで昇温した際の、ＦＥＴ素子２の温度とサーミスタ３の温度との差を測定した。
【００３３】
図６において、曲線Ａは本実施形態の場合、曲線Ｂは比較例として熱伝達専用導体パターン４がない場合の温度差を調べた結果を示している。同図に示されるとおり、本実施形態では、ＦＥＴ素子２とサーミスタ３との温度差を１０℃以内とすることができた。これに対して、熱伝達専用導体パターン４がない比較例の場合では、ＦＥＴ素子２とサーミスタ３との温度差が２０℃以上となった。この結果から明らかなように、熱伝達専用導体パターン４を具備した本実施形態では、熱伝達専用導体パターン４によってＦＥＴ素子２からサーミスタ３への伝熱を促進することができ、正確かつ迅速にＦＥＴ素子２の過電流による過熱等を検知することができる。
【００３４】
上記実施形態では、発熱部品が縦型のＦＥＴ素子２の場合について説明したが、発熱部品は、縦型のＦＥＴ素子２に限らず、あらゆる発熱部品に対しても同様にして適用することができる。例えば、図７に示すように発熱部品が回路基板１に搭載された面実装部品２００であっても同様にして適用することができる。なお、図７において黒色の円形状マークで示すのは、面実装部品２００の発熱部であり、矢印はこの発熱部からの熱の伝達経路を示している。このような発熱部としては、ＦＥＴ素子のドレイン端子、電源ＩＣの背面ＧＮＤ等が挙げられる。
【００３５】
また、上記実施形態では、本発明を、ディーゼルエンジンのグロープラグに電流をスイッチングして給電するための制御ユニットに対して適用した場合について説明した。しかし、本発明は、かかる実施形態に限定されるものではなく、あらゆる電子機器に対しても同様にして適用することができる。
【符号の説明】
【００３６】
１……回路基板、２……ＦＥＴ素子、３……サーミスタ、４……熱伝達専用導体パターン、５……放熱用部材。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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