(57)【要約】【課題】本発明の課題は、安価な構造を用いて耐ノイズ性を向上させ、信頼性に優れるＣ／Ｕの構造を得ることができる。【解決手段】上記課題を実現するために、樹脂カバー１と金属ベース２を有し、前記樹脂カバーと前記金属ベースに覆われるようにして、両面に電子部品が実装される多層回路基板８が配置され、前記多層回路基板８は信号パターン４とＧＮＤパターン５と重要信号パターン６と多層回路基板絶縁層７から成り、ＧＮＤパターン５はネジ３を介して金属ベース２と電気的に接続されているＣ／Ｕにおいて、樹脂カバー１側から透過して筐体内部に侵入する電磁波や、金属ベース２側から照射される電磁波から、重要信号パターン６をシールドするように樹脂カバー１側にＧＮＤパターン５を配置し、ＧＮＤパターン５と金属ケース２で覆われるように重要信号パターン６を配置することを特徴としたＣ／Ｕを提案する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
多層回路基板と、前記多層回路基板を固定する金属ベースと、前記金属ベースとで前記回路基板を覆う樹脂カバーと、を有し、
前記多層回路基板は信号パターンとＧＮＤパターンと重要信号パターンと絶縁層とを有する電子制御装置において、
前記ＧＮＤパターンは前記金属ベースと電気的に接続され、前記重要信号パターンを電磁波から保護するように前記多層回路基板の前記重要信号パターンがある層よりも前記樹脂カバー側の層に前記ＧＮＤパターンを配置することを特徴とした電子制御装置。
【請求項２】
請求項１において、前記重要信号パターンが、前記電子制御装置のリセット信号を供給するためのリセット回路パターン、電源パターン、電子部品へのクロックを供給するための発振回路パターン、電子部品の異常状態を監視するためのウオッチドッグ回路パターン、前記電子制御装置に異常が発生したときにフェールセーフ信号を供給するためのフェールセーフ回路パターン、前記電子制御装置内の電子部品同士または前記電子制御装置外部と通信を行うための通信回路パターンのいずれかであることを特徴とする電子制御装置。
【請求項３】
請求項２において、前記重要信号パターンを覆うようにして前記ＧＮＤパターンが前記樹脂カバー側の層に配置されていることを特徴とする電子制御装置。
【請求項４】
請求項１において、前記ＧＮＤパターンと前記金属ベースとはコンデンサを介して接続していることを特徴とする電子制御装置。
【請求項５】
請求項１において、前記ＧＮＤパターンと前記金属ベースとは抵抗を介して接続していることを特徴とする電子制御装置。
【請求項６】
多層回路基板と、前記多層回路基板を固定する金属ベースと、前記金属ベースとで前記回路基板を覆う樹脂カバーと、を有し、
前記多層回路基板は信号パターンとＧＮＤパターンと重要信号パターンと絶縁層とを有する電子制御装置において、
前記金属ベースは車体アースと電気的に接続され、前記重要信号パターンを電磁波から保護するように前記多層回路基板の前記重要信号パターンがある層よりも前記樹脂カバー側の層に前記ＧＮＤパターンを配置することを特徴とした電子制御装置。
【請求項７】
多層回路基板と、前記多層回路基板を密封する熱硬化性樹脂と、を有し、
前記多層回路基板は信号パターンとＧＮＤパターンと重要信号パターンと絶縁層とを有する電子制御装置において、
前記重要信号パターンを電磁波から保護するように前記多層回路基板の前記重要信号パターンがある層よりも前記熱硬化性樹脂側の層に前記ＧＮＤパターンを配置することを特徴とした電子制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車載用の電子制御装置に係り、また自動車、船舶機、農耕機、工機に実装される制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、世界中での電子制御装置（以下、Ｃ／Ｕ）のコストダウン競争の激化に伴い、Ｃ／Ｕを構成する内部回路素子や回路基板・コネクタ・筐体などの構造材において、安価で現地調達が容易な材料を用いる設計が増えてきている。従来の防水型Ｃ／Ｕの筐体においてはアルミダイカストを使用していたが、近年では成型性に富み世界中で調達しやすい樹脂に変わりつつある。
【０００３】
一方、Ｃ／Ｕの実装される環境は悪化しており、特に耐ノイズ性、耐サージ性など、電気的特性に対する要求は年々厳しくなっている。耐ノイズ性の中でも、外部からの電磁波がＣ／Ｕに照射されたとき、誤動作しないようにＣ／Ｕを設計する必要がある。外部からの電磁波にどれくらい耐えられるかの指標を本明細書では耐ノイズ性として表現し、この耐ノイズ性を向上させることがＣ／Ｕの信頼性に重要な役割を持つ。
【０００４】
Ｃ／Ｕに樹脂筐体を採用した場合、従来アルミダイカストでシールドされていた電磁波がＣ／Ｕ内部に透過し、基板配線パターンや電子部品が直接電磁波にさらされるという問題が発生する。
【０００５】
このため、樹脂筐体を用いたＣ／Ｕの信頼性向上には耐ノイズ性を向上させる対策が必要である。
【０００６】
この問題を解決するための手段として、特許文献１によれば回路基板１０にパターニンングされた信号線２に対して、シールド層５が設けられる回路基板が開示されており、外部からの電磁波にさらされた回路基板は、シールド層１０により電磁波を遮断することで、信号線２の耐ノイズ性を向上させている。
【０００７】
しかしながら、背景技術で述べた回路基板にシールド層を設ける構造は、通常のガラスエポキシ基板と比較して特殊な構造であり、且つ製造コストもかかることから、基板価格が通常のガラスエポキシ基板よりも高いという問題点がある。
【０００８】
また、図２に従来技術の代表的なＣ／Ｕの断面図を示す。
図示されていない電子部品を実装した多層回路基板８は、金属ベース２に覆われた空間に配置されていることから、外来ノイズ・電磁波は金属ベース２でシールドされるため、多層回路基板や電子部品には影響を与えない。このため、リセット信号パターン、電源パターン、発振回路パターン、ウオッチドッグ回路パターン、フェールセーフ回路パターン、通信回路パターンなどの重要信号パターン６は、多層回路基板８のどの位置に配置しても、金属ベース２により外来ノイズ・電磁波から保護される。
【０００９】
しかしながら、従来技術では筐体にシールド効果を持つ金属を使用する必要があるため、樹脂などの電磁波を透過する安価な材料を使用することができないという問題点がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開平６−１１２６０２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明の課題は、電磁波を透過する筐体を用いて制御装置の耐ノイズ性を向上させ、信頼性に優れるＣ／Ｕの構造を得ることである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記課題を解決するため本発明の制御装置は、多層回路基板と、前記多層回路基板を固定する金属ベースと、前記金属ベースとで前記回路基板を覆う樹脂カバーと、を有し、前記多層回路基板は信号パターンとＧＮＤパターンと重要信号パターンと絶縁層とを有する電子制御装置において、前記ＧＮＤパターンは前記金属ベースと電気的に接続され、前記重要信号パターンを電磁波から保護するように前記多層回路基板の前記重要信号パターンがある層よりも前記樹脂カバー側の層に前記ＧＮＤパターンを配置することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明を用いることで、安価な構造を用いて耐ノイズ性を向上させ、信頼性に優れるＣ／Ｕの構造を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の第１の実施形態による電子制御装置の断面図である。
【図２】従来技術による電子制御装置の断面図である。
【図３】本発明の第２の実施形態による電子制御装置の断面図である。
【図４】本発明の第３の実施形態による電子制御装置の基板上面図である。
【図５】本発明の第４の実施形態による電子制御装置の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
図１は、本発明におけるＣ／Ｕの第一実施例の断面図である。以下、図１に従って各符号について説明していく。
【００１６】
ガラスエポキシ基板やセラミック基板などの多層回路基板８は、樹脂カバー１と金属ベース２に覆われている空間に配置されており、多層回路基板８の両面には図示されていない電子部品が実装される。ここでいう電子部品とは、ＩＣ、抵抗、コンデンサ、インダクタ、機械式リレーを含んでいる。
【００１７】
多層回路基板８は、信号パターン４、ＧＮＤパターン５、重要信号パターン６、多層回路基板絶縁層７から構成されており、それぞれ電源、負荷、センサ、スイッチ等の外部回路と直接・間接的に接続されている。信号パターン４は、主に電源パターン、電源ベタ層、入力回路パターン、出力回路パターン、電子部品同士を接続する回路パターンを含む。ＧＮＤパターン５は、ＧＮＤパターン、ＧＮＤベタ層、シールド用ＧＮＤパターンを含む。重要信号パターンは、Ｃ／Ｕの制御に影響を与える信号であり、主に電子制御装置のリセット信号を供給するためのリセット信号パターン、電源パターン、電子部品へのクロックを供給するための発振回路パターン、電子部品の異常状態を監視するためのウオッチドッグ回路パターン、電子制御装置に異常が発生したときにフェールセーフ信号を供給するためのフェールセーフ用回路パターン、電子制御装置内の電子部品同士または電子制御装置外部と通信を行うための通信回路パターンを含んでおり、外来ノイズ・電磁波により誤作動を引き起こすとＣ／Ｕが停止・暴走に至るパターンやハイインピーダンスの信号パターン、０または１の論理情報を含むデジタル信号パターンを含んでいる。例えば、Ｃ／Ｕのリセット信号が０または１の論理情報で表される場合に、電磁波により信号ノイズが発生してしまうと、意図せぬＣ／Ｕのリセットが発生してしまい、危険である。
【００１８】
多層回路基板８内部のＧＮＤパターン５は導電性のネジ３を介して金属ベース２と電気的に接続され、同電位となっている。このためＧＮＤパターン５と金属ベース２で囲まれた空間は、電気的にシールドされた状態であり、外来ノイズ・電磁波に対して保護される領域である。なお、ネジ３による接続に代えて、導電性樹脂により金属ベース２とＧＮＤパターン５とを電気接続してもよい。Ｃ／Ｕの樹脂カバー１と金属ベース２との接触部分に、密封性を高めるための防水用シール材を用いてよく、防水用シール材を導電性樹脂とし、ＧＮＤパターン５と接触させることで、導電性樹脂により金属ベース２とＧＮＤパターン５とを電気接続できる。金属ベース２をＧＮＤパターン５と接続することが困難な場合には、金属ベースが電気的にフローティング状態とならないよう、図５のように車体アースに接触させるのが好ましい。
【００１９】
電磁波を透過する樹脂カバー１側の多層回路基板８表面は、外来ノイズ・電磁波の影響を受けやすい。このため、重要信号パターン６は、樹脂カバー１側の多層回路基板８表面には配置せず、ＧＮＤパターン５と金属ベース２に覆われた領域に配置する。このとき、重要信号パターン６の少なくとも一部分が、多層回路基板８の樹脂カバー側の層のＧＮＤパターン５と重なる。これにより、図２の金属ベース２で覆われる電気的にシールドされた領域と同じ効果が期待でき、重要信号パターン６の耐ノイズ性を向上させることができる。
【００２０】
なお、多層回路基板８の金属ベース２側の面に実装された図示しない電子部品もＧＮＤパターン５によって外来ノイズ・電磁波から保護される。したがって、多層回路基板８の金属ベース２側の面に誤作動を引き起こしやすい電子部品を実装すれば、同様に耐ノイズ性を向上させることができる。
【００２１】
図１のように、多層回路基板８の第２層目８２に重要信号パターン６が配置されたときは、その上部である多層回路基板の第１層目８１にＧＮＤパターン５を配置させ、多層回路基板の第２層目８２のＧＮＤパターン５と多層回路基板の第１層目８１のＧＮＤパターン５をビア等で接続させることによって、重要信号パターンの耐ノイズ性を向上させることができる。
【００２２】
樹脂カバー１は、金属カバー２と比較して電磁波などを透過する欠点があるが、金属カバー２よりも安価であり、また世界中で現地調達が容易である。
【００２３】
このため、本発明ではカバーとベースの２ピース筐体構造において、片方のみの材質を樹脂とすることでコスト削減を実現し、且つ重要信号パターン６の配置と重要信号パターン６のある層よりも樹脂カバー１側の層のＧＮＤパターン５の配置とを工夫することで重要信号パターン６を電磁波から保護でき、耐ノイズ性を向上した構造を得ることができる。
【００２４】
なお、樹脂カバー１に代えて、熱硬化性樹脂によりトランスファモールドして多層回路基板８を密封する制御装置においても、本発明は適用可能である。このとき、多層回路基板８の熱硬化性樹脂側層のＧＮＤパターン５の配置を工夫することで、重要信号パターン６を熱硬化性樹脂を透過する電磁波から保護でき、耐ノイズ性を向上した構造を得ることができる。
【００２５】
図３は本発明におけるＣ／Ｕの第二実施例の断面図である。以下、図３に従って各符号について説明していく。
【００２６】
符号１〜８については図１と同じである。  
多層回路基板８のＧＮＤパターン５と金属ベース２とは、電子部品９を介して電気的に接続されている部分が、図１と違う点である。
【００２７】
電子部品９は主にコンデンサや抵抗であり、ＧＮＤパターン５から金属ベース２を通じて、車体アースに電流が流れることを防止する必要があり、且つ金属ベース２が車体アースと接続されない可能性がある場合に金属ベース２が電気的にフローティングとならないようにする目的で実装される。
【００２８】
電子部品９がコンデンサであれば、直流成分についてはＧＮＤパターン５と金属ベース２とが絶縁されるが、交流成分についてはＧＮＤパターン５と金属ベース２とが導通するため、交流成分の外来ノイズ・電磁波に対しては、実施例１（図１）で記載したように、ＧＮＤパターン５と金属ベース２で覆われた空間に対して、耐ノイズ性の向上を得ることができる。
【００２９】
電子部品９が抵抗値であれば、直流成分についてＧＮＤパターン５と金属ベース２が接続されるが、電流を流れにくくするため数百ｋΩで接続することが通常である。数百ｋΩはインピーダンスが高いため、コンデンサを実装する場合と比較して、耐ノイズ性の向上は少ないが、金属ベース２が車体アースと接続されない場合に、金属ベース２が電気的にフローティング状態となることを防止することができるため、金属ベース２がアンテナとなって内部回路に影響を与えることを防ぐことができ、耐ノイズ性が向上する。
【００３０】
図４は本発明におけるＣ／Ｕの第三実施例の基板上面図である。以下、図４に従って各符号について説明していく。
【００３１】
多層回路基板の第２層目８２には、リセット回路パターン、電源パターン、発振回路パターン、ウオッチドッグ回路パターン、フェールセーフ回路パターン、通信回路パターンなどの重要信号パターン６が配置されている。
【００３２】
一方、多層回路基板の第１層目８１には、多層回路基板８の第２層目８２に配置されている重要信号パターン６をトレースする様に、ＧＮＤパターン５で重要信号パターン６を覆っている。ＧＮＤパターン５は重要信号パターン６よりも太いパターンであることが望ましい。樹脂カバー１側から透過する電磁波は、多層回路基板８の垂直方向上面からのみ侵入するのではなく、斜め方向からも侵入するからである。このような配線をすることで、重要信号パターン６はＧＮＤパターン５により外来ノイズ・電磁波からシールドされ、耐ノイズ性を向上させることができる。
【００３３】
図４では、第２層目に重要信号パターン６が配置されているが、ＧＮＤパターン５でシールドされていれば第３層目、第４層目に配置されても良い。同様に、ＧＮＤパターン５も、重要信号パターン６が有る層よりも樹脂カバー１側の層にあれば、必ずしも第１層目に配置されなくとも良い。
【００３４】
図５は本発明におけるＣ／Ｕの第四実施例の断面図である。以下、図５に従って各符号について説明していく。
【００３５】
符号１〜８は図１と同じである。  
多層回路基板８のＧＮＤパターン５と金属ベース２がネジ３や導電性樹脂などにより電気的に接続されていない部分が、図１と違う点である。
【００３６】
図１と同じように、重要信号パターン６はＧＮＤパターン５に覆われているが、本実施例では、金属ベース２が電気的にフローティング状態になり外来ノイズ・電磁波によりアンテナ化して内部回路に影響を与える可能性があるため、耐ノイズ性を向上させるためには、車体アース１０に金属ベース２を接触させる必要がある。
【００３７】
重要信号パターン６は、ＧＮＤパターン５と車体アース１０に電気的に接続された金属ベース２で覆われた空間に配置されるためシールド効果を得ることができ、耐ノイズ性が向上する。
【００３８】
金属ベース２と車体アース１０は、図５で示しているような面で接触する必要はなく、２点以上の固定点で接触しても良い。
【００３９】
また、重要信号パターン６を金属ベース２側から生じる電磁波からも保護するように、金属ベース２側の層にＧＮＤパターン５を設けてもよい。このとき、金属ベース２に代えて、電磁波を透過する樹脂などのベースを用いたり、熱硬化性樹脂によるトランスファモールドによって多層回路基板８を固定してもよい。これにより、金属ベース２が電気的にフローティング状態となったとき、またはベースや熱硬化性樹脂から電磁波が透過するときでも、重要信号パターン６を電磁波から保護することができ、耐ノイズ性が向上する。
【００４０】
また、ベースや熱硬化性樹脂が電磁破が透過する場合にも、車体取り付け側に関しては、電磁波シールド用にＧＮＤパターン５を設けないようにしてもよい。
【００４１】
以上の発明により、安価な構造を用いて耐ノイズ性を向上させ、信頼性に優れるＣ／Ｕの構造を得ることができる。
【符号の説明】
【００４２】
１  樹脂カバー
２  金属ベース
３  ネジ
４  信号パターン
５  ＧＮＤパターン
６  重要信号パターン
７  多層回路基板絶縁層
８  多層回路基板
９  電子部品
１０  車体アース
８１  多層回路基板の第１層目
８２  多層回路基板の第２層目
【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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