JP7567557B2 - 制御ユニット構造 - Google Patents

Description

ここに開示された技術は、制御ユニット構造に関する技術分野に属する。

従来より、電子機器から発生する電磁波がノイズとなって周辺機器の動作に影響することが知られている。このため、電子機器から発生する電磁波を低減することが検討されている。

例えば、特許文献１に記載の出力ノイズ低減装置では、電子機器と前記出力ノイズ低減装置とを収納する金属筐体と、導電性材料により形成され、一方の端部を電子機器に係る出力端子に接続する接続端子とし、他方の端部を出力端子とする導電バーと、磁性材料により形成され、導電バーが貫通する貫通孔を有する磁性体コアと、磁性体コアと出力端子との間または磁性体コアと接続端子との間の少なくともいずれか一方にあって、導電バーと前記金属筐体との間を接続する容量素子と、一方の面は容量素子を実装する実装面とし、他方の面は容量素子の一方の端子が接続され金属筐体と同電位の金属面とする実装基板とを備える、という構成としている。

特開２０１８－１９５１２号公報

ところで、電子機器が原因となって発生する電磁波には、集積回路と導電性の筐体との間に電荷が帯電することで生じるものがある。この種の電磁波は、ノイズ低減装置を通過することなく、導電性の筐体を伝達しながら外部に放出されて、周辺機器に影響を及ぼす。

電磁波が発生する範囲を小さくする方法として、集積回路と導電性の筐体との間に発生した電荷を、導電性部材を介して、出来る限り短い経路で筐体から基板に戻す（ループさせる）ことが考えられる。しかし、近年では基板搭載部品が高密度化しており、集積回路の近傍にループを短くするための部品を新たに実装することが困難になっている。このため、この対策をするには、基板サイズを大きくしなければならない。

ここに開示された技術は斯かる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、基板サイズを大きくすることなく、集積回路を収容する筐体から放出される電磁波を出来る限り低減することにある。

前記課題を解決するために、ここに開示された技術では、制御ユニット構造を対象として、導電性材料で構成され、互いに対向する少なくとも一対の平板部を有する筐体と、前記筐体内に前記平板部と平行になるように収容され、集積回路が実装された基板と、前記基板の広がる方向と交差する方向に延び、前記基板を一方の前記平板部に固定する導電性の基板固定具と、を備え、前記基板固定具は、前記基板の面直方向から見て、前記集積回路の近傍位置に配置されており、他方の前記平板部と前記基板固定具とは電気的に接続されている、という構成とした。

この構成によると、集積回路の近傍に配置された基板固定具は、導電性でありかつ筐体と電気的に接続されているため、集積回路と筐体との間に生じた電荷による電流は、筐体から基板固定具を通って基板に戻るようになる。これにより、電流が筐体を通る領域を狭くすることができ、筐体から放出される電磁波を低減することができる。

また、基板固定具を利用することで、電磁波対策用の導電性部材を新たに基板に配置する必要がないため、筐体の大型化も抑制することができる。

前記制御ユニット構造の一実施形態では、前記基板固定具は、軸状をなしかつ一端部が前記一方の平板部に固定されており、前記基板固定具の他端部と前記他方の平板部とは、導電性の連結部材により電気的に接続されている。

この構成によると、基板固定具が軸状をなすため、基板における基板固定具を配置する領域をできる限り小さくすることができる。これにより、集積回路と基板固定具とを接近させやすくなる。この結果、筐体から放出される電磁波をより効果的に低減することができる。

前記一実施形態において、前記連結部材は、一端部が、前記他方の平板部を貫通して、前記基板固定具の他端部に取り付けられる軸状部材である、という構成でもよい。

この構成によると、筐体と基板固定具とを強固に結合させることができ、電流の経路を確保することができる。また、基板が一対の平板部の両方に固定されるため、基板を筐体に強固に固定できるようになる。

前記制御ユニットの他の実施形態では、前記基板固定具は、軸状をなしかつ一端部が前記一方の平板部と前記基板とを貫通して、前記筐体内に設けられた導電性の取付具に取り付けられており、前記基板固定具と前記他方の平板部とは、一端部が、該他方の平板部を貫通して、前記取付具に取り付けられる導電性の軸状部材により電気的に接続されている。

この構成でも、筐体と基板固定具とを強固に結合させることができ、電流の経路を確保することができる。また、基板が一対の平板部の両方に固定されるため、基板を筐体に強固に固定できるようになる。

以上説明したように、ここに開示された技術によると、集積回路を収容する筐体から放出される電磁波を出来る限り低減することができる。

図１は、実施形態１に係るユニット構造を有する制御ユニットの平面図である。 図２は、図１のII-II線相当の断面図である。 図３は、集積回路周辺を拡大して示す拡大断面図である。 図４は、電流ループを模式的に示す概略図である。 図５は、実施形態２に係るユニット構造を有する制御ユニットの図２相当の断面図である。 図６は、実施形態３に係るユニット構造を有する制御ユニットの図２相当の断面図である。

以下、例示的な実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。

（実施形態１）
図１は、本実施形態１に係るユニット構造を有する制御ユニット１を示す。この制御ユニット１は、例えば、車両等の移動体に搭載される制御ユニットである。

制御ユニット１は、箱状の筐体１０と、筐体１０内に収容される基板２０とを有する。基板２０は、複数（ここでは５つ）の基板固定具３０により筐体１０に固定されている。基板固定具３０は、基板２０の四隅と中央とにそれぞれ配置されている。筐体１０の一部には、基板２０に実装された集積回路２１等と電気的に接続されたコネクタ１００が設けられている。集積回路２１は、コネクタ１００を介して外部のデバイスと通信する。尚、基板固定具３０の配置や数は、特に限定されない。

筐体１０は、導電性材料、具体的には金属で構成されており、例えば、アルミニウム製である。筐体１０は、図２に示すように、互いに対向する一対の平板部１１を有する。平板部１１は、互いに平行に配置される。筐体１０の平面視での大きさ、すなわち、平板部１１の面積は１５０ｍｍ×２００ｍｍ程度である。

基板２０は、図２に示すように、集積回路２１が実装された基板である。基板２０には、集積回路２１の他、コンデンサなどの実装部品２２も搭載されている。基板２０は、例えば、ガラスエポキシ基板であり、基板２０内に銅製の配線２３が複数層配置されている。配線２３は、集積回路２１、実装部品２２、及びコネクタ１００を互いに電気的に接続する。配線２３同士はビアにより電気的に接続されている。集積回路２１や実装部品２２は、基板２０の片面に実装されている。集積回路２１は、複数のピン２１ａ（図３参照）により配線２３に電気的に接続されている。基板２０は、各平板部１１と平行になるように、筐体１０内に収容されている。

一対の平板部１１のうち集積回路２１と対向する平板部１１（以下、第１平板部１１ａという）は、集積回路２１と対向する部分に、集積回路２１に向かって突出する突出部１２を有する。突出部１２は、集積回路２１の表面近傍まで突出している。図３に示すように、突出部１２と集積回路２１との間には、絶縁性の放熱シート１３が設けられている。この放熱シート１３により、集積回路２１と第１平板部１１ａとが熱的に接続されて、集積回路２１から筐体１０への放熱ができるようになっている。

基板固定具３０は、図２に示すように、軸状をなしている。基板固定具３０は、具体的には、ネジで構成されている。基板固定具３０は、電気抵抗率が出来る限り低い導電性部材で構成されており、好ましくは電気抵抗率が筐体１０と同程度の導電性部材で構成されている。これは、基板固定具３０を、筐体１０よりも電気抵抗率が高い導電性部材で構成することを妨げるものではない。

基板固定具３０は、基板２０の広がる方向と交差する方向、より詳しくは、基板２０の面直方向に延びている。基板固定具３０の一端部は、基板２０を貫通して、第１平板部１１ａと対向する平板部１１（以下、第２平板部１１ｂという）に固定されている。第２平板部１１ｂは、基板固定具３０の一端部が固定される固定部１４を有する。固定部１４は、筐体１０の内側に向かって突出する形状をなしている。基板固定具３０を基板２０に通して、基板固定具３０の一端部を固定部１４に締結させて、基板固定具３０の他端部に設けられたヘッド部３１と固定部１４とで基板２０を挟むことで、基板２０が筐体１０に対して固定される。

図１及び図２に示すように、少なくとも１つが集積回路２１の近傍に配置されている。集積回路２１に最も近い基板固定具３０と該集積回路２１との距離は、１０～２０ｍｍ程度である。

第１平板部１１ａは、基板固定具３０と電気的に接続されている。具体的には、第１平板部１１ａと基板固定具３０のヘッド部３１とは、導電性のガスケット４０により接続されている。ガスケット４０は柱状又は軸状をなしており、ガスケット４０と第１平板部１１ａ、及びガスケット４０とヘッド部３１とは、導電性の接着剤により接着されている。ガスケット４０は、好ましくは、基板固定具３０と同等の電気抵抗率の材料で構成されている。尚、ガスケット４０は、基板固定具３０よりも電気抵抗率が低い導電性部材で構成してもよいし、基板固定具３０よりも電気抵抗率が高い導電性部材で構成してもよい。

ここで、本実施形態１のように、筐体１０の一部（特に、突出部１２）と集積回路２１とが接近していると、図３に示すように、筐体１０と集積回路２１との間の領域がコンデンサのように振る舞う。特に、本実施形態１のように、絶縁性の放熱シート１３が設けられていると、筐体１０と集積回路２１との間に容量が発生する。このように容量が発生すると、この容量を介して、集積回路２１と筐体１０との間で電荷が移動する。この電荷の移動により、筐体１０に電流が流れると、筐体１０から電磁波が発生する。この電磁波を制御ユニット１の周囲に配置された電子機器が受信すると、該電子機器にノイズが発生してしまう。特に、本実施形態１のように移動体に搭載された制御ユニット１の場合、移動体に設けられたレーダが該電磁波を受信してしまい、レーダのセンシング精度が低下してしまうおそれがある。尚、図３に示すコンデンサは、説明のために仮想的に示したものであり、放熱シート１３にコンデンサが配置されている訳ではない。

これに対して、本実施形態１では、第１平板部１１ａと、集積回路２１の近傍に配置された基板固定具３０とが電気的に接続されているため、電磁波をできる限り低減することができる。図４に示すように、仮に、電磁波の基となる電流を基板２０に還流させるための導電性部材ＣＭ（図４に破線で示す）を配置する場合、導電性部材ＣＭを、基板２０の端部等、基板２０における実装部品２２が無い部分に配置する必要がある。この場合、電流は、図４に破線で示すように、第１平板部１１ａを広い範囲にわたって通った後、導電性部材ＣＭと配線２３を通って、集積回路２１に戻る。このため、ノイズとなる電磁波を放出可能な領域が広くなる。電流が第１平板部１１ａを通る範囲を狭くするために、集積回路２１の近傍に導電性部材ＣＭを配置しようとすると、基板２０を大きくする必要があり、制御ユニット１の大型化を招いてしまう。一方で、本実施形態１では、図４に実線で示すように、電流は、第１平板部１１ａからガスケット４０と基板固定具３０とを通った後、配線２３を通って、集積回路２１に戻る。これにより、第１平板部１１ａを通る範囲をかなり狭くすることができ、電磁波を放出可能な領域を狭くすることができる。この結果、筐体１０から放出される電磁波を出来る限り低減することができる。また、導電性部材ＣＭを別に設ける必要がないため、基板２０を大きくする必要がなく、制御ユニット１の大型化も抑制することができる。

また、本実施形態１では、基板固定具３０が軸状をなすため、基板２０における基板固定具３０を配置する領域をできる限り小さくすることができる。これにより、集積回路２１と基板固定具３０とを接近させやすくなる。この結果、筐体１０から放出される電磁波をより効果的に低減することができる。

（実施形態２）
以下、実施形態２について、図面を参照しながら詳細に説明する。尚、以下の説明において前記実施形態１と共通の部分については、同じ符号を付して、その詳細な説明を省略する。

本実施形態２では、第１平板部１１ａと基板固定具３０とを電気的に接続する連結部材の構成が、前述の実施形態１とは異なる。具体的には、本実施形態２では、連結部材は、一端部が、第１平板部１１ａを貫通して、基板固定具３０の他端部に締結されるネジ２４０（軸状締結部材）で構成されている。基板固定具３０のヘッド部３１には、ネジ２４０の一端部が締結されるネジ孔が形成されている。ネジ２４０の他端部は、第１平板部１１ａと接触しており、電気的に接続されている。ネジ２４０と第１平板部１１ａとの間には、導電性グリスが設けられていてもよい。ネジ２４０は、出来る限り電気抵抗率の低い導電性部材で構成されており、好ましくは基板固定具３０と同じ材料で構成されている。これは、ネジ２４０を、基板固定具３０とは異なる導電性部材で構成することを妨げるものではない。

この実施形態２の構成であっても、集積回路２１の近傍に配置された基板固定具３０と第１平板部１１ａとが、ネジ２４０により電気的に接続されるため、集積回路２１を収容する筐体１０から放出される電磁波を出来る限り低減することができる。

また、基板２０が一対の平板部１１の両方に固定されるため、基板２０を筐体１０に強固に固定できるようになる。

（実施形態３）
以下、実施形態３について、図面を参照しながら詳細に説明する。尚、以下の説明において前記実施形態１及び２と共通の部分については、同じ符号を付して、その詳細な説明を省略する。

本実施形態３では、基板固定具３０による基板２０の固定方法、及び第１平板部１１ａと基板固定具３０とを電気的に接続する連結部材の構成が、前述の実施形態１及び２とは異なる。

具体的には、前記実施形態１及び２と同様に、基板固定具３０はネジで構成されているが、本実施形態３では、基板固定具３０の一端部は、第２平板部１１ｂ側から該第２平板部１１ｂを貫通して、筐体１０内に侵入している。基板固定具３０の一端部は、更に基板２０を貫通して、基板２０と第１平板部１１ａとの間に設けられた取付具５０に取り付けられている。基板２０における基板固定具３０の一端部が通る孔はネジ孔になっており、基板固定具３０の一端部が締結される。取付具５０にも基板固定具３０の一端部が締結されるネジ孔が設けられており、基板固定具３０の一端部における基板２０を貫通した部分は、取付具５０に締結されている。取付具５０は、出来る限り電気抵抗率の低い導電性部材で構成されており、好ましくは基板固定具３０と同じ材料で構成されている。これは、取付具５０を、基板固定具３０とは異なる導電性部材で構成することを妨げるものではない。

連結部材は、実施形態２と同様にネジ３４０で構成されている。ネジ３４０の一端部は、第１平板部１１ａを貫通して、取付具５０に締結されている。連結部材もネジ３４０で構成されている。取付具５０には、ネジ３４０の一端部が締結されるネジ孔が形成されている。ネジ３４０の他端部は、第１平板部１１ａと接触しており、電気的に接続されている。ネジ３４０と第１平板部１１ａとの間には、導電性グリスが設けられていてもよい。ネジ３４０は、出来る限り電気抵抗率の低い導電性部材で構成されており、好ましくは基板固定具３０と同じ材料で構成されている。これは、ネジ３４０を、基板固定具３０とは異なる導電性部材で構成することを妨げるものではない。

この実施形態３の構成であっても、集積回路２１の近傍に配置された基板固定具３０と第１平板部１１ａとが、ネジ３４０と取付具５０により電気的に接続されるため、集積回路２１を収容する筐体１０から放出される電磁波を出来る限り低減することができる。

また、基板２０が一対の平板部１１の両方に固定されるため、基板２０を筐体１０に強固に固定できるようになる。

（その他の実施形態）
ここに開示された技術は、前述の実施形態に限られるものではなく、請求の範囲の主旨を逸脱しない範囲で代用が可能である。

例えば、前述の実施形態１～３では、第１平板部１１ａの面直方向に延びるガスケット４０や、ネジ２４０，３４０により、第１平板部１１ａと基板固定具３０とが電気的に接続される構成となっていた。これに限らず、例えば、突出部１２から基板固定具３０に向かって横方向に延びる導電性部材を設けることで、第１平板部１１ａと基板固定具３０とを電気的に接続してもよい。

また、前述の実施形態１～３では、ガスケット４０や、ネジ２４０，３４０などの柱状又は軸状の部材により、第１平板部１１ａと基板固定具３０とが電気的に接続される構成となっていた。これに限らず、第１平板部１１ａと基板固定具３０とを、ハーネスのような線状部材や銅板のような板状部材により電気的に接続してもよい。

前述の実施形態は単なる例示に過ぎず、本開示の範囲を限定的に解釈してはならない。本開示の範囲は請求の範囲によって定義され、請求の範囲の均等範囲に属する変形や変更は、全て本開示の範囲内のものである。

ここに開示された技術は、筐体から放出される電磁波を出来る限り低減するための制御ユニット構造として有用である。

１ 制御ユニット
１０ 筐体
１１ 平板部
１１ａ 第１平板部（他方の平板部）
１１ｂ 第２平板部（一方の平板部）
２０ 基板
２１ 集積回路
３０ 基板固定具
４０ ガスケット（連結部材）
５０ 取付具
２４０ ネジ（連結部材）
３４０ ネジ（軸状部材）

Claims (1)

1. 制御ユニット構造であって、
   導電性材料で構成され、互いに対向する少なくとも一対の平板部を有する筐体と、
   前記筐体内に前記平板部と平行になるように収容され、集積回路が実装された基板と、
   前記基板の広がる方向と交差する方向に延び、前記基板を一方の前記平板部に固定する導電性の基板固定具と、を備え、
   前記基板固定具は、前記基板の面直方向から見て、前記集積回路の近傍位置に配置されており、
   他方の前記平板部と前記基板固定具とは電気的に接続されており、
   前記基板固定具は、ネジでありかつ一端部が一方の前記平板部側から一方の前記平板部と前記基板とを貫通して、前記筐体内における他方の前記平板部と前記基板との間に設けられた導電性の取付具に取り付けられており、
   前記基板固定具と他方の前記平板部とは、一端部が他方の前記平板部側から他方の前記平板部を貫通して、前記取付具に取り付けられる導電性のネジにより電気的に接続されていることを特徴とする制御ユニット構造。

Images