(57)【要約】【課題】少なくとも２以上の電流検出手段を含む電子回路装置において、簡易な構成で製造コストを抑制しつつ、複数の電流検出手段に対する冷熱ストレスを抑制して、高い電流検出精度を維持できる電子回路装置を提供する。【解決手段】電流検出素子１が複数の電流検出手段１０、１１を含み、それぞれの電流検出素子が、電流検出抵抗器１００、１１０を具備し、回路基板を構成するプリント基板２０の電流検出素子１を投影した位置に貫通孔２０１を穿設すると共に、電流検出素子１と回路基板２とを電流検出素子２から引き出した端子部材１３を介して接続する。【選択図】図１Ａ
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも、電流検出素子（１、１ａ、１ｂ）と、該電流検出素子を実装する回路基板（２、２ａ、２ｂ）と、これらを気密に封止する封止樹脂（３、３ａ、３ｂ）と、これらを収容する筐体（４）とを有する電子回路装置であって、
前記電流検出素子が複数の電流検出手段（１０、１１）を含み、それぞれの電流検出素子が、電流検出抵抗器（１００、１１０）を具備し、
前記回路基板を構成するプリント基板（２０、２０ａ、２０ｂ）の前記電流検出素子を投影した位置に貫通孔（２０１、２０１ａ、２０１ｂ）を穿設すると共に、前記電流検出素子と前記回路基板とを前記電流検出素子から引き出した端子部材（１３、１３ａ、１３ｂ）を介して接続したことを特徴とする電子回路装置（５、５ａ、５ｂ）
【請求項２】
前記電流検出素子の長手方向と前記回路基板の長手方向とが直交するように前記電流検出素子を配設した請求項１に記載の電子回路装置（５、５ａ、５ｂ）
【請求項３】
前記電流検出素子を前記封止樹脂の断面方向を二分する中心線（Ｃ／Ｌ）上に配設せしめて、前記中心線の上面側となる樹脂上面側部（３０）の肉厚（Ｔ３０）と前記中心線の下面側となる樹脂下面側部（３１）の肉厚（Ｔ３１）とを均等とした請求項１又は２に記載の電子回路装置（５、５ａ）
【請求項４】
前記電流検出素子を前記回路基板に設けた前記貫通孔内に配設せしめた請求項１又は２に記載の電子回路装置（５ｂ）
【請求項５】
前記貫通孔が、楕円形、Ｒ付き矩形である請求項１ないし４のいずれかに記載の電子回路装置（５、５ａ、５ｂ）
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、少なくとも２以上の電流検出手段を含む電子回路装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
筐体内に回路基板を収容して封止樹脂を充填した電子回路装置では、使用環境温度の変化や筐体内に収容されたパワー半導体素子の駆動時の発熱等によって、冷熱ストレスに晒されている。
このとき、回路基板の熱膨張率と封止樹脂の熱膨張率との差によって、回路基板と封止樹脂との間に応力が発生し、回路基板に実装された抵抗器の抵抗特性が変化することがある。
【０００３】
このような問題に対して、特許文献１では、回路基板の両面に固定された複数の抵抗器の位置を、回路基板の端部から一定の距離とすると共にこれらの抵抗器を接続して合成抵抗器としている。
特許文献１の電子隘路装置では、冷熱ストレスによって回路基板が撓み変形したときに、回路基板の一方の面側に設けた抵抗器に圧縮応力が作用して、抵抗値が低下しても、他方の面側に設けた抵抗器には引っ張り応力が作用して、抵抗値が上昇することになるので、特性変化が相殺され、合成抵抗器の抵抗値を一定とすることができる。
【０００４】
一方、特許文献２には、酸素イオン伝導性を有する板状の第１固体電解質体と、センサ用電極とからなるセンサセルと、第１固体電解質体と、モニタ用電極とからなるモニタセルと、を備える。さらに、第２固体電解質体と、ポンプ用電極とからなるポンプセルとを備え、第１固体電解質体と第２固体電解質体との間に、被測定ガスが導入される内部空間が形成され、内部空間に面したセンサ用電極及びモニタ用電極を、第２固体電解質体へ厚さ方向に投影した領域から外れる位置に、内部空間に面したポンプ用電極及びリード部が設けられた、ＮＯｘセンサ等に用いられるガスセンサ素子が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平６−４５１１１号公報
【特許文献２】特開２０１１−５５８３４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、特許文献１にあるように、回路基板の両面に複数の抵抗器を実装し、これらを相互に接続する必要があるので、必然的に回路装置の厚み方向の体格が大きくなる上に、両面実装による製造コストの増大を招く虞がある。
また、上下面に実装された抵抗器の回路基板端部からの距離の違いによってそれぞれの抵抗器に作用する引っ張り応力と圧縮応力とにズレを生じて、特性変化が完全には相殺されない虞がある。
【０００７】
特許文献２にあるようなガスセンサ素子を用いて、内燃機関の燃焼排気中に含まれるＮＯｘ量を検出するＮＯｘセンサでは、センサセルに流れるセンサ電流とモニタセルに流れるモニタ電流との差分からＮＯｘ量を算出しており、それぞれの電流を検出する電流検出手段には、ナノアンペアレベルの検出精度が必要とされている。
【０００８】
そこで、本発明では、かかる実情に鑑み、少なくとも２以上の電流検出手段を含む電子回路装置において、簡易な構成で製造コストを抑制しつつ、複数の電流検出手段に対する冷熱ストレスを抑制して、高い電流検出精度を維持できる電子回路装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明では、少なくとも、電流検出素子（１、１ａ、１ｂ）と、該電流検出素子を実装する回路基板（２、２ａ、２ｂ）と、これらを気密に封止する封止樹脂（３、３ａ、３ｂ）と、これらを収容する筐体（４）とを有する電子回路装置であって、前記電流検出素子が複数の電流検出手段（１０、１１）を含み、それぞれの電流検出素子が、電流検出抵抗器（１００、１１０）を具備し、前記回路基板を構成するプリント基板（２０、２０ａ、２０ｂ）の前記電流検出素子を投影した位置に貫通孔（２０１、２０１ａ、２０１ｂ）を穿設すると共に、前記電流検出素子と前記回路基板とを前記電流検出素子から引き出した端子部材（１３、１３ａ、１３ｂ）を介して接続したことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、２以上の電流検出手段を含む素子の上下方向を覆う封止樹脂の肉厚が均等で、封止樹脂と熱膨張率の異なるプリント基板が切り欠かれているので、熱膨張率の差によるプリント基板の撓み変形が生じ難くなる。
その結果、電流検出手段として設けられた抵抗器に作用する曲げストレスが緩和され、抵抗器の歪みを生じ難くなるので、安定した抵抗特性が維持される。
したがって、本発明によれば、電子回路装置を簡易な構成で製造コストを抑制しつつ、複数の電流検出手段に対する冷熱ストレスを抑制して、高い電流検出精度を維持できる
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１Ａ】本発明の第１の実施形態における電子回路装置の要部断面図
【図１Ｂ】図１Ａの電子回路装置の要部平面図
【図２】本発明をＮＯｘセンサに適用した場合の回路構成図
【図３】本発明の効果を示す要部断面図
【図４Ａ】比較例として示す従来の電子回路装置の要部断面図
【図４Ｂ】図４Ａの電子回路装置の要部平面図
【図５】従来の電子回路装置をＮＯｘセンサに適用した場合の回路構成図
【図６】比較例の問題点を示す要部断面図
【図７】本発明の第２の実施形態における電子回路装置を示す要部断面図
【図８】本発明の第３の実施形態における電子回路装置を示す要部断面図
【発明を実施するための形態】
【００１２】
本発明は、電流検出素子１と、電流検出素子１を実装する回路基板２と、これらを気密に封止する封止樹脂３と、これらを収容する筐体４とを有する電子回路装置５に用いられるものである。
なお、以下の説明において、本発明に係る電子回路装置５を、内燃機関の燃焼排気中に含まれるＮＯｘを検出するＮＯｘセンサ６の制御装置として適用した場合を例として説明する。
【００１３】
図１Ａ、図１Ｂ、図２を参照して、本発明の第１の実施形態における電子回路装置５の概要について説明する。
電子回路装置５は、少なくとも、電流検出素子１と回路基板２と封止樹脂３と筐体４とを含んで構成されている。
【００１４】
電流検出素子１には、第１の電流検出手段１０と第２の電流検出手段１１とからなる複数の電流検出手段が内蔵されている。
電流検出素子１は、電流検出素子１の長手方向と回路基板２の長手方向とが直交するように配設されている。
【００１５】
さらに、電流検出素子１の内部に収容された第１の電流検出抵抗器１００と第２の電流抵抗器１１０とは、それぞれの長手方向が、回路基板２の長手方向に直交するように配設されている。
また、第１の電流検出抵抗器１００と第２の電流検出抵抗器１１０とは、後述する貫通孔２０１の一方の端面からの距離Ｌが等しくなる位置に設けられている。
【００１６】
第１の電流検出手段１０は、第１の電流検出抵抗器１００と第１の差動増幅器１０１と所定の分圧抵抗器１０２、１０３によって構成されている。
第２の電流検出手段１１は、第２の電流検出抵抗器１１０と第２の差動増幅器１１１と所定の分圧抵抗器１１２、１１３によって構成されている。
また、本実施形態における電流検出素子１は、素子の側面方向の両側に端子部材１３が引き出されており、いわゆるＤＩＰ型のパッケージ構造となっている。
【００１７】
第１の電流検出抵抗器１００、第２の電流検出抵抗器１１０は、第１の差動増幅器１０１、第２の差動増幅器１１１の一方の入力端子に入力された後述するＮＯｘセンサ６から入力されたセンサ検出電流Ｉ１とモニタ電流Ｉ２とを分圧抵抗１０２、１１２と共に増幅している。
第１の差動増幅器１０１、第２の差動増幅器１１１の他方の入力端子には、所定の分圧抵抗１０３、１１３によって分圧されたオフセット電圧が入力されている。
【００１８】
制御電源部１２は、電源電圧＋Ｂを所定の制御電圧に調整して、センサ部６に供給している。
端子部材１３は、電流検出素子１と回路基板２との電気的な接続を図っている。
ノイズフィルタ１４には、所定の静電容量を有するコンデンサ１４１、１４２が設けられ、センサ６から第１の差動増幅器１０１、第２の差動増幅器１１１のそれぞれに入力されるセンサ検出電流Ｉ１とモニタ電流Ｉ２とに含まれるノイズ成分を除去している。
【００１９】
回路基板２は、ガラスエポキシ樹脂などからなり、所定の回路パタターンが形成され、用途に応じた必要な部品が適宜実装されている。
本実施形態における回路基板２のプリント基板２０には、電流検出素子１を投影した位置に貫通孔２０１が穿設されている。
【００２０】
貫通孔２０１は、楕円形、又は、Ｒ付き矩形に形成されている。
貫通孔２０１の大きさについて、プリント基板２０の短手方向に沿った開口幅Ｗ２０１は、少なくとも、電流検出素子１内の電流検出抵抗器１００、１１０が載置された範囲を投影した範囲以上であれば、同方向に沿った電流検出素子１の長さＷ１より小さくなっても良い。
しかし、プリント基板２０の長手方向に沿った開口長さＬ２０１は、同方向に沿った電流検出素子１の長さＬ１より大きくするのが望ましい。
【００２１】
さらに、電流検出素子１と回路基板２とは電流検出素子１から引き出した端子部材１３を介して電気的に接続されている。
端子部材１３は、弾性に優れた金属材料（例えば、銅合金、リン酸銅、アルミニウム合金など）によって構成されリード形状であることがより好ましい。
端子部材１３の一方の端は、電流検出素子１内に接続され、他方の端が、プリント基板２０に設けたランド部２１とハンダ部２２を介して接続されている。
【００２２】
プリント基板２０に接続されるまでの導通経路を一般的に行われているように折り曲げるのではなく、滑らかに湾曲させることによって長くすることによって、材質が同じであっても、端子部材１３を撓み易くすることができる。
また、端子部材１３の厚みを薄くしたり、幅を狭めたり、硬質処理されていない銅材料を付加したりすることで、電流検出素子１に曲げストレスが伝達され難くすることができる。
端子部材１３の柔らかさは長さに比例し、幅に反比例して、厚さの２乗に概略反比例するので、これらを調整することで電流検出素子１への変更の影響を低減できる。
【００２３】
封止樹脂部３は、エポキシ樹脂等公知の充填樹脂材料によって形成されている。  
また、電流検出素子１は、封止樹脂３の断面方向を二分する中心線（Ｃ／Ｌ）上に配設されている。
このため、中心線Ｃ／Ｌの上面側となる樹脂上面側部３０の肉厚Ｔ３０と中心線Ｃ／Ｌの下面側となる樹脂下面側部３１の肉厚Ｔ３１とが均等となっている。
【００２４】
なお、前記実施形態においては、電流検出素子１内に、第１の電流検出手段１０と第２の電流検出手段１１とを埋設し、パッケージ化した素子を用いた例を示しているが、本発明においける電流検出素子として、必ずしも、電流検出手段の全てをパッケージ化したものに限られるものではなく、第１の電流検出抵抗器１００と第２の電流検出抵抗器１１０とを一の素子内に設けて、別体に設けた第１の差動増幅器１０１、第２の差動増幅器１１１とに接続するようにしても良い。
【００２５】
筐体４は、素子収容部４０と蓋部４１とによって構成されている。
筐体４は、金属又は樹脂等を用いて形成することができる。
素子収容部４０には、電流検出素子１を実装した回路基板２が収容固定され、封止樹脂部３が素子収容部４０内を埋め尽くしている。
【００２６】
センサ部６は、ＮＯｘセンサとして公知のものである。
センサ部６はセンサ素子の先端が被測定ガスである燃焼排気に晒されるように内燃機関の排気流路に配設されている。
センサ部６には、少なくともセンサセル６０とモニタセル６１と図略のポンプセルが設けられており、被測定ガス中のＮＯｘ濃度によって変化する、センサ検出電流Ｉ１、モニタ電流Ｉ２を、本発明の電子回路装置５によって検出し、センサ検出電流Ｉ１とモニタ電流Ｉ２との差分によって被測定ガス中のＮＯｘ濃度を算出するようになっている。
【００２７】
図３を参照して、本発明の第１の実施形態における電子回路装置５の効果について説明する。
プリント基板２０に穿設した貫通孔２０１を介して、プリント基板２０の実装面側と裏面側とが繋がり、完全一体となっている。
しかも、本実施形態においては、電流検出素子１が封止樹脂部３を二分する中心線Ｃ／Ｌ上に配設されているので、電流検出素子１の上面側を覆う樹脂上面側部３０の肉厚Ｔ３０と下面側を覆う樹脂下面側部３１の肉厚Ｔ３１とが、均等となっている。
【００２８】
このため、本発明によれば、封止樹脂部３を構成するエポキシ樹脂の熱膨張率α１（例えば、１４ｐｐｍ／℃）と回路基板２を構成するプリント基板２０の熱膨張率α２（例えば、１１ｐｐｍ／℃）との間の熱膨張率に差があり、外部環境温度の変化や、電子回路装置５内に配設された図略の発熱性素子からの受熱等による冷熱ストレスに晒されても、図３に示すように、電流検出素子１を挟んだ上面側樹脂部３０と下面側樹脂部３１との間で熱膨張の差がほとんど生じることが無く、電流検出素子１が、曲げストレス緩和領域内に配設された状態となっている。
加えて、製造上のバラツキによって、上面側肉厚Ｔ３０と下面側肉厚Ｔ３１とに差が生じた場合に、僅かに封止樹脂部３に曲げ応力が発生したとしても、端子部材１３が弾性変形することで吸収され、電流素子１内に収容された第１、第２の電流検出抵抗１００、１１０に歪みが発生するのを防ぐことができる。
【００２９】
図４Ａ、図４Ｂ、図５、図６を参照して、比較例として示す従来の電子回路装置５ｚの問題点ついて説明する。
なお、本発明との違いをわかりやすくするため、対応する構成について同じ符号を付し、本発明と異なる構成について枝番としてＺの符号を付した。
【００３０】
図４Ａ、図４Ｂに示すように、従来の電子回路装置５ｚにおいては、電流検出素子１ｚは、回路基板２ｚの表面に実装されている。
また、第１の実施形態として示した図２の回路と、比較例として示す図５の回路とは、電気的には等価である。
【００３１】
しかし、電流検出素子１ｚ内における第１の電流検出抵抗器１００ｚと第２の電流検出抵抗器１１０ｚとの配置位置や方向は、配線コスト、寄生容量等を考慮して決定されている。
その結果、第１の電流検出抵抗器１００ｚ、及び、第２の電流検出抵抗器１１０ｚの長手方向と回路基板２ｚの長手方向が一致していることがある。
【００３２】
また、回路基板２ｚの片面にのみ回路部品が実装されている場合には、電流検出素子１ｚの上面側を覆う樹脂上面部３０ｚの肉厚Ｔ３０ｚは、回路基板２ｚの下面側を覆う樹脂下面側部３１ｚの肉厚Ｔ３１ｚよりも遙かに厚くなる。
このため、図６に示すように、使用環境温度の変化等により、電子回路装置５ｚが受熱すると、封止樹脂部３ｚの熱膨張係数α１と回路基板２ｚを構成するプリント基板２０ｚの熱膨張係数α２との差によって、プリント基板２０ｚにおいて実装面側の樹脂上面部３０ｚの伸びが大きくなり、プリント基板２０ｚが撓み変形する。
【００３３】
このとき、プリント基板２０ｚの表面に実装された電流検出素子１ｚに曲げストレスが負荷され、電流検出素子１ｚ内に内蔵された第１の電流検出抵抗１００ｚ、第２の電流検出抵抗１１０ｚに引っ張り応力が働くことになる。
さらに、第１の電流検出抵抗１００ｚ、第２の電流検出抵抗１１０ｚの長手方向と回路基板２ｚの長手方向とが一致している場合には、抵抗特性の変化が大きく、検出結果に影響を与える虞がある。
【００３４】
図６を参照して、本発明の第２の実施形態における電子回路装置５ａについて説明する。
なお、以下の実施形態において、前記実施形態と共通する構成については、同じ符号を付したので、説明を省略し、本実施形態における特徴的な部分を中心に説明する。また、本実施形態において、前記実施形態と相違する部分については、アルファベットの枝番を付して区別してある。他の実施形態においても同様である。
【００３５】
前記実施形態においては、電流検出素子１として、素子の側面方向の両側に端子部材１３を引き出した、いわゆるＤＩＰタイプの素子を用いた例を示したが、本実施形態においては、電流検出素子１ａとして、素子の位置の側面のみから端子部材１３ａを引き出した、いわゆるＳＩＰタイプの素子を用いた例を示す。
また、前記実施形態においては、平板状の電流検出素子１が、平板状の回路基板２に対して平行に配設された例を示しているが、本実施形態における電流検出素子１ａは、回路基板２ａの平面方向に対して直交するように立てた状態で配設されている。
【００３６】
本実施形態においても、回路基板２ａに貫通孔２０１ａを設けることで、電流検出素子１ａの周辺を覆う封止樹脂部３の一定の範囲が、曲げストレス緩和領域として作用し、前記実施形態と同様の効果を発揮する。
【００３７】
図７を参照して、本発明の第３の実施形態における電子回路装置５ｂについて説明する。
本実施形態においては、電流検出素子１ｂを回路基板２ｂに設けた。貫通孔２０１内に配設し、電流検出素子１ｂから引き出したリード部１３ｂと所定のランド２１とをハンダ２２を介して接続してある。
【００３８】
本実施形態においても、電流検出素子１ｂに内蔵された第１の電流検出抵抗１００ｂ、第２の電流検出抵抗１１０ｂは、回路基板２ｂの長手方向に直交する向きが長手方向となるように配設されている。
また、前記実施形態においては、複数の抵抗器１００、１１０が、封止樹脂３の中心線Ｃ／Ｌ上に配設された例を示したが、本実施形態においては、複数の抵抗器１００ｂ、１１０ｂが、回路基板２ｂの中心線Ｃ／Ｌｂ上に配設されている。
【００３９】
このような構造とすることによって、回路基板２ｂの上面側には、電流検出素子１ｂが露出せず、そのほとんどを上面側樹脂部３０ｂが占めることになる。
その結果、曲げストレス緩和領域にいて、断面方向における熱膨張係数の差が少なくなり、使用環境温度等の変化を受けても、熱膨張差によって、回路基板２ｂの反りを生じるような変形が起こり難くなり、貫通孔２０１ｂ内に配設された電流検出素子１ｂへの曲げストレスが緩和され、第１、第２の電流検出抵抗器１００ｂ、１１０ｂの抵抗特性の変動が抑制される。
【産業上の利用可能性】
【００４０】
本発明の電子回路装置は、前述のＮＯｘセンサに限らず、グロープラグ通電制御装置や温度センサ等、２以上の電流検出手段を含み、その差動を検出する場合において、電流検出手段として設けた抵抗器に電子回路基板の熱膨張率と封止樹脂の熱膨張率と差があっても、回路基板を構成するプリント基板の所定位置に貫通孔を設けて、電流検出手段を含む素子の上面側と下面側の封止樹脂の肉厚を均等にして、又は、電流検出手段を含む素子及び／又は、電流検出素子と回路基板との接続をリード部によって接続することで、回路基板の反りによって生じる曲げストレスを緩和し、応力抵抗器が歪むのを抑制して、検出精度の向上を図るものである。
【００４１】
また、本発明の電子回路装置は、温度センサ、ガスセンサ、湿度センサ、速度センサ、加速度センサ、光センサ、金属センサ、歪みセンサ、抵抗値センサ、静電容量センサ、インピーダンスセンサ等のセンサ類や、モータ、発熱装置、冷却装置、電磁アクチュエータ、圧電アクチュエータ、燃料噴射弁、点火プラグ、ポンプ、油圧装置、水圧装置等のアクチュエータ等の制御装置において、電流を精度良く検出する用途に応じて適宜採用し得るものである。
【符号の説明】
【００４２】
１  電流検出素子
１０  第１の電流検出手段
１００  第１の電流検出抵抗器
１０１  差動増幅器
１０２、１０３  分圧抵抗
１１  第２の電流検出手段
１１０  第２の電流検出抵抗器
１０１  差動増幅器
１１２、１１３  分圧抵抗
１２  制御電源部
１３  端子部材
１４  ノイズフィルタ
１４１、１４２  コンデンサ
２  回路基板
２０  プリント基板
２０１  貫通孔
２１  ランド部
２２  ハンダ部
３  封止樹脂部
３０  樹脂上面側部
３１  樹脂下面側部
４  筐体部
４０  回路基板収容部
４１  蓋部
５  電子回路装置
６  センサ部
６０  センサセル
６１  モニタセル
Ｉ１  センサ検出電流
Ｉ２  モニタ電流
【図１Ａ】
2015216157.tif 000003
【図１Ｂ】
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【図２】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
2015216157.tif 000008
【図５】
2015216157.tif 000009
【図６】
2015216157.tif 000010
【図７】
2015216157.tif 000011
【図８】
2015216157.tif 000012