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公開番号2021009967
公報種別公開特許公報(A)
公開日20210128
出願番号2019124152
出願日20190703
発明の名称電子装置
出願人日立オートモティブシステムズ株式会社
代理人個人,個人,個人
主分類H05K 1/02 20060101AFI20201225BHJP(他に分類されない電気技術)
要約【課題】フレキシブル部13におけるクラックの発生および成長を抑制し、クラックによるリジッド部間配線55の断線を抑制する。
【解決手段】回路基板3は、6層の金属箔層を有する第1,第2リジッド部11,12と、両者を接続した2層の金属箔層を有する薄肉のフレキシブル部13と、を備える。表層の金属箔層には幅の広い帯状をなすグラウンド配線51が形成され、内層の金属箔層には複数のリジッド部間配線55が平行な直線状に形成される。グラウンド配線51の外縁51aは、リジッド部間配線55よりもフレキシブル部13の側縁13a寄りに位置する。グラウンド配線51がリジッド部間配線55をクラックから保護する。
【選択図】図10
特許請求の範囲【請求項1】
電子部品が実装される回路基板を備えた電子装置であって、
上記回路基板は、
上記電子部品が実装される少なくとも2つの部品実装部と、
隣接する2つの部品実装部の間に位置し、上記部品実装部の基板の厚さよりも薄く形成されて上記部品実装部よりも高い可撓性を有するフレキシブル部と、
上記フレキシブル部において2つの部品実装部の間に延びた電源正極配線ないし信号配線である複数の部品実装部間配線と、
上記フレキシブル部において上記部品実装部間配線と同一もしくは異なる層に設けられ、かつ上記フレキシブル部の側縁に沿う外縁が上記部品実装部間配線よりも上記フレキシブル部の側縁寄りに位置する1つもしくは複数のグラウンド配線と、
を備えてなる電子装置。
続きを表示(約 1,300 文字)【請求項2】
第1の部品実装部に、電動アクチュエータに対する操作量を演算する演算処理部の電子部品が実装されているとともに、第2の部品実装部に、上記電動アクチュエータの作動状態を検出するセンサが実装されており、
上記フレキシブル部には、上記部品実装部間配線として、上記操作量に基づく制御信号が流れる駆動信号配線と、上記センサの検出信号が流れるセンサ信号配線と、が設けられており、
上記センサ信号配線は上記駆動信号配線よりも上記フレキシブル部の側縁寄りに位置する、
請求項1に記載の電子装置。
【請求項3】
上記センサは、検出対象が同じである第1のセンサと第2のセンサとを含み、
上記フレキシブル部において、上記第1のセンサの一対のセンサ信号配線が上記第2のセンサの一対のセンサ信号配線よりもそれぞれフレキシブル部の側縁寄りに位置する、
請求項2に記載の電子装置。
【請求項4】
上記部品実装部間配線は該部品実装部間配線の一つとして断線検出配線を含み、
この断線検出配線は、複数の部品実装部間配線の中で最も上記フレキシブル部の側縁寄りに位置する、
請求項1〜3のいずれかに記載の電子装置。
【請求項5】
上記部品実装部間配線とは別に断線検出配線を備え、
この断線検出配線は、上記グラウンド配線の上記外縁よりも上記フレキシブル部の側縁寄りに位置する、
請求項1〜3のいずれかに記載の電子装置。
【請求項6】
上記断線検出配線として、上記フレキシブル部の両側の側縁にそれぞれ対応して配置される一対の断線検出配線を含み、
上記回路基板には、2つの制御系統がそれぞれ第1の部品実装部に実装された電子部品群と第2の部品実装部に実装されたCPUと上記断線検出配線の一つとを含んで構成されており、
上記断線検出配線の断線が各々の制御系統毎に検出される、
請求項4または5に記載の電子装置。
【請求項7】
上記断線検出配線は、上記フレキシブル部の両側の側縁にそれぞれ対応して配置される一対の断線検出配線を含み、
この一対の断線検出配線は、いずれかの部品実装部に実装したセンサからの同じ検出信号が流れるセンサ信号配線である、
請求項4または5に記載の電子装置。
【請求項8】
上記部品実装部と上記フレキシブル部との境界においては、基板の厚さが上記部品実装部の厚さから上記フレキシブル部の厚さへと連続的に変化するように、絶縁基材の厚さが徐々に減少していく、
請求項1〜7のいずれかに記載の電子装置。
【請求項9】
上記フレキシブル部は、2つの部品実装部の間の中間部に、相対的に厚くなった中間リジッド部を有し、
上記中間リジッド部と相対的に薄い隣接するフレキシブル部との境界においては、基板の厚さが上記中間リジッド部の厚さから上記フレキシブル部の厚さへと連続的に変化するように、絶縁基材の厚さが徐々に減少していく、
請求項8に記載の電子装置。

発明の詳細な説明【技術分野】
【0001】
この発明は、撓めた状態でハウジングに組み付けることができる折り曲げ可能な回路基板を用いた電子装置に関する。
続きを表示(約 7,500 文字)【背景技術】
【0002】
特許文献1には、パワーステアリング装置のモータユニット内に組み込む回路基板として、複数のリジッド部を該リジッド部よりも薄くしたフレキシブル部で連結することにより、略U字形に折り曲げた形で使用することができるようにした多層回路基板が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
特開2014−60903号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
上記のようにフレキシブル部を備えた回路基板にあっては、フレキシブル部とりわけリジッド部との境界付近において基材に微小なクラックが発生しやすく、このクラックを介して経時的に水分が進入して内部の配線に絶縁不良が生じたり、クラックの成長により配線が断線してしまう、といった懸念があった。
【課題を解決するための手段】
【0005】
この発明は、その一つの態様において、2つの部品実装部と該部品実装部よりも薄く可撓性を有するフレキシブル部とを有する回路基板を備えており、上記フレキシブル部は、2つの部品実装部の間に延びた電源正極配線ないし信号配線である複数の部品実装部間配線と、フレキシブル部の側縁に沿う外縁が部品実装部間配線よりもフレキシブル部の側縁寄りに位置する1つもしくは複数のグラウンド配線と、を備えている。
【発明の効果】
【0006】
この発明によれば、フレキシブル部におけるクラックの発生ないし発生したクラックの成長が相対的に外側に位置するグラウンド配線によって抑制され、グラウンド配線の外縁よりも内側に位置する電源正極配線や信号配線の絶縁不良や断線が抑制される。
【図面の簡単な説明】
【0007】
本発明に係る回路基板を組み込んだパワーステアリング装置用電動アクチュエータ装置の分解斜視図。
電動アクチュエータ装置の断面図。
折り曲げた状態の回路基板の斜視図。
折り曲げた状態の回路基板の側面図。
展開した状態の回路基板の断面図。
展開した状態の回路基板の第1面を示す平面図。
展開した状態の回路基板の第2面を示す平面図。
変形例のフレキシブル部部分を拡大して示す断面図。
フレキシブル部における配線の第1実施例を示す要部の平面図。
第1実施例の配線の構成を模式的に示した説明図。
フレキシブル部における配線の第2実施例を示す要部の平面図。
第2実施例の配線の構成を模式的に示した説明図。
フレキシブル部における配線の第3実施例を示す要部の平面図。
第3実施例の配線の構成を模式的に示した説明図。
フレキシブル部における配線の第4実施例を示す要部の平面図。
第4実施例の配線の構成を模式的に示した説明図。
フレキシブル部における配線の第5実施例を示す要部の平面図。
第5実施例の配線の構成を模式的に示した説明図。
フレキシブル部における配線の第6実施例を示す要部の平面図。
第6実施例の配線の構成を模式的に示した説明図。
フレキシブル部における配線の第7実施例を示す要部の平面図。
第7実施例の配線の構成を模式的に示した説明図。
【発明を実施するための形態】
【0008】
以下、この発明を例えば自動車の電動パワーステアリング装置の制御装置に適用した一実施例について、図面に基づいて詳細に説明する。
【0009】
図1は、電動パワーステアリング装置において図示せぬステアリング機構に操舵補助力を与える電動アクチュエータ装置の分解斜視図である。また、図2は、電動アクチュエータ装置の断面図である。この電動アクチュエータ装置は、円筒形状のモータ部1と、インバータ・パワーモジュール2と、折り曲げ可能な多層配線基板からなる回路基板3と、複数のコネクタを一体に集合させたコネクタ部材4と、これらのインバータ・パワーモジュール2、回路基板3、コネクタ部材4を覆うように、上記モータ部1の一端部に取り付けられるモータカバー5と、を備えている。
【0010】
モータ部1は、ステータ1Bおよびロータ1Cからなる電動アクチュエータに相当するモータ1A(図2)が円筒状のハウジング7の内部に収容されたものであり、ハウジング7の先端面から突出した回転軸6の先端にギヤないしスプライン等の連結部6aを有し、この連結部6aを介して図外のステアリング機構に連結される。モータ1Aは、三相の永久磁石型ブラシレスモータであり、ステータ1Bが三相のコイルを備え、ロータ1Cの外周面に永久磁石が配置されている。ここで、モータ1Aは、冗長性を与えるために、2系統のコイルおよび対応する永久磁石を備えている。
【0011】
連結部6aとは反対側となるハウジング7の一端部は、外周縁の一部が半径方向へ延びた馬蹄型の輪郭を有する底壁部7aとして構成されており、この底壁部7aを覆うように、該底壁部7aに対応した馬蹄型の輪郭を有するモータカバー5が取り付けられる。そして、底壁部7aとモータカバー5との間に構成される空間内に、インバータ・パワーモジュール2と回路基板3とコネクタ部材4とが回転軸6の軸方向に重ねて収容されている。
【0012】
インバータ・パワーモジュール2は、モータ1Aを駆動する2つのインバータモジュール2Aと、コイルの中性点リレーとなるリレーモジュール2Bと、を含み、これら三者が回転軸6を囲む略U字形をなすように配置されている。そして、これらのインバータモジュール2Aおよびリレーモジュール2Bが、押さえ部材2Cを介してモータ部1の端面に固定されている。
【0013】
コネクタ部材4は、回転軸6の軸方向に沿った同じ方向を指向する3つのコネクタを備えている。詳しくは、中央に位置する電源用コネクタ4aと、ステアリング機構側に配置されるセンサ類(例えば舵角センサやトルクセンサなど)からの信号が入力されるセンサ入力用コネクタ4bと、車内の他の制御機器との間で通信(例えばCAN通信)を行うための通信用コネクタ4cと、を備えている。これらのコネクタ4a,4b,4cは、モータカバー5の開口部8を通して外部へ突出している。
【0014】
この実施例の電動アクチュエータ装置においては、インバータ・パワーモジュール2と回路基板3とを含む制御装置(電子装置)がモータ部1と一体化されており、これにより、装置全体の小型化が図られている。
【0015】
図3は、略U字形に折り曲げた状態における回路基板3の概略を示す斜視図であり、図4は側面図である。回路基板3は、前述したように、これらの図3,図4に示すように、略U字形に折り曲げた形でもって電動アクチュエータ装置に組み込まれている。
【0016】
すなわち、回路基板3は、インバータ・パワーモジュール2を介したモータ1Aの駆動のために相対的に大きな電流が流れる電子部品群を実装したパワー系基板となる第1リジッド部11と、相対的に小さな電流が流れる制御系電子部品を実装した制御系基板となる第2リジッド部12と、両者間のフレキシブル部13と、を備えている。第1リジッド部11は「第1部品実装部」に相当し、第2リジッド部12は「第2部品実装部」に相当する。そして、回路基板3は、これらの第1リジッド部11と第2リジッド部12とが回転軸6の軸方向に互いに重なり合った形となるようにフレキシブル部13が撓み変形した状態でもって、ケースとなるハウジング7とモータカバー5との間に収容されている。具体的な実施例においては、折り曲げ状態となった第1リジッド部11と第2リジッド部12とは、各々に実装された電子部品が互いに接触しない程度の距離だけ離れているとともに、各々平面状態を保ちつつ互いに平行となった状態でもって電動アクチュエータ装置に固定支持されている。
【0017】
図5は、回路基板3を展開した状態つまり折り曲げる前の状態でもって示した断面図である(基板部分のハッチングは省略してある)。1枚の多層配線基板からなる回路基板3は、第1面3Aと第2面3Bとを備えている。図6は、回路基板3を展開した状態における第1面3Aの構成を示す平面図、図7は、第2面3Bの構成を示す平面図、である。回路基板3は、これらの図5〜図7に示すような展開した状態で、第1リジッド部11および第2リジッド部12とフレキシブル部13とが一つの平面に沿った1枚の回路基板として形成されたものであり、部品実装後に最終的に略U字形に折り曲げられる。
【0018】
第1リジッド部11および第2リジッド部12は、それぞれ四隅に取付孔15を備えた四角形に近似した形状をなしている。そして、互いに隣接した第1リジッド部11の1辺の中央部と第2リジッド部12の1辺の中央部とが、一定幅の帯状をなすフレキシブル部13でもって互いに連結されている。つまり、フレキシブル部13は、第1リジッド部11および第2リジッド部12の幅(曲げ方向に直交する方向の寸法)に比較して、その幅が狭くなっている。従って、回路基板3は、全体としてI字状ないし8の字状をなしている。このように第1,第2リジッド部11,12の幅が相対的に広くかつフレキシブル部13の幅が相対的に狭い構成とすることで、部品実装面積を大きく確保できる一方で、フレキシブル部13における撓み変形が容易となる。
【0019】
回路基板3は、多層のプリント配線基板、具体的には6層の金属箔層を備えたいわゆる6層構造のプリント配線基板から構成されている。この多層プリント配線基板は、片面もしくは両面に金属箔層を備えた例えばガラスエポキシからなる何層かの基材をプリプレグ(接着剤層)を介して積層し、かつ加熱加圧して一体化することにより構成されている。従って、第1面3Aおよび第2面3Bのそれぞれの表層の金属箔層と、4つの内層の金属箔層と、によって配線層となる6層の金属箔層が構成されている。金属箔層の間には、これら金属箔層の間を絶縁する絶縁層としての基材が介在する。そして、第1リジッド部11および第2リジッド部12においては、これらの6層の金属箔層のエッチングならびに積層方向に延びるビアの形成によって、所望の回路パターンが形成されている。
【0020】
フレキシブル部13は、図4に明らかなように、6層構造を有する第1リジッド部11および第2リジッド部12の基板の厚さ(積層方向の寸法)に比較して相対的に薄く形成することによって、第1リジッド部11および第2リジッド部12よりも高い可撓性を有するように構成されている。一実施例においては、第1リジッド部11,第2リジッド部12およびフレキシブル部13を包含する例えば矩形状に6層構造の回路基板3を形成した後に、二次的な機械加工によって、フレキシブル部13における折り曲げ時に内側となる4層分を削り取り、薄肉化してある。従って、第1,第2リジッド部11,12の基材とフレキシブル部13の基材とは同じ材質であり、かつフレキシブル部13として残存する2層の金属箔層は、第1,第2リジッド部11,12およびフレキシブル部13の三者に亘って連続している。
【0021】
なお、図示例では、バーコード等の印刷面を確保するためにフレキシブル部13の中央部に中間リジッド部14を6層構造のまま残してあり、この中間リジッド部14の両側に一対の凹溝16として薄肉部分が形成されている。この中間リジッド部14は、必須のものではなく、フレキシブル部13の全体を薄肉化してもよい。本実施例では、中間リジッド部14を含めて、第1リジッド部11と第2リジッド部12との間の全体をフレキシブル部13と呼ぶ。
【0022】
凹溝16は、図5および図6から明らかなように、回路基板3の第1面3Aにおいて溝状に窪んでいる。第2面3Bにおいては、フレキシブル部13は、第1,第2リジッド部11,12と連続した面を有している。
【0023】
フレキシブル部13に必要な可撓性を与える一対の凹溝16は、第1リジッド部11および第2リジッド部12の一つの辺に沿って形成されており、これにより、第1,第2リジッド部11,12とフレキシブル部13との境界18が画定される。換言すれば、薄肉化した凹溝16の外側の縁によって一対の直線状の境界18が画定され、図4のように折り曲げると、この一対の境界18の間で薄肉のフレキシブル部13が撓み変形する。回路基板3の幅(曲げ方向に直交する方向の寸法)は、第1,第2リジッド部11,12からフレキシブル部13へと移行する境界18において減少する。そして、フレキシブル部13は、容易に撓み変形するように一定幅の帯状に形成されている。なお、境界18での幅寸法の減少に伴う応力集中を抑制するために、第1,第2リジッド部11,12とフレキシブル部13とが接続される境界18の両端のコーナ部では、フレキシブル部13が適宜な半径の円弧形に丸められている(図5,図6参照)。
【0024】
フレキシブル部13(凹溝16の部分)においては、6層の金属箔層の中で、折り曲げ時に外側面となる第2面3B側の表層の金属箔層とこれに隣接する内層(つまり第2面3B側から見て2層目)の金属箔層とが残存している。フレキシブル部13においては、これら2つの金属箔層のみが配線パターンの形成に利用される。第1,第2リジッド部11,12においては、さらに4つの金属箔層が配線パターンの形成に利用されている。なお、中間リジッド部14は、6層の金属箔層を有するが、第2面3B側から見て3層目〜6層目に相当する金属箔層は配線パターンの形成には使用されていない。
【0025】
一対の凹溝16と中間リジッド部14との間にも、同様に直線状の境界19が存在する。一対の境界18と一対の境界19とを含む4つの境界18,19は、互いに平行である。
【0026】
ここで、図8は、凹溝16の一つの変形例を示しており、この例では、境界18,19において、基板の厚さが滑らかにつまり連続的に変化する。例えば、第1,第2リジッド部11,12と凹溝16(フレキシブル部13)との間の境界18においては、基板の厚さが第1,第2リジッド部11,12の厚さからフレキシブル部13の厚さへと連続的に変化するように、絶縁基材の厚さが徐々に減少していく。同様に、中間リジッド部14と凹溝16との間の境界19においては、基板の厚さが中間リジッド部14の厚さからフレキシブル部13の厚さへと連続的に変化するように、絶縁基材の厚さが徐々に減少していく。
【0027】
このように厚さが滑らかに変化することで、境界18,19における応力集中が抑制され、クラックの発生が抑制される。
【0028】
次に、回路基板3における種々の部品のレイアウトについて主要な構成を説明する。なお、以下では、理解を容易にするために、展開状態での回路基板3の長手方向を図6,図7に示すようにL方向とし、これに直交する幅方向をW方向とする。前述したフレキシブル部13の一対の境界18は、W方向に延びた直線となる。仮にL方向に沿った直線を展開状態の回路基板3上に描いたとすると、回路基板3を略U字形に折り曲げた状態では、第1リジッド部11上の直線と第2リジッド部12上の直線とによって一つの平面(境界18に直交する平面)が規定される。さらに、説明の便宜のために、図6,図7に示すように、組立時にモータ1Aの回転中心軸と交差しかつL方向と平行に延びる線を基板中心線Mとする。
【0029】
この実施例の回路基板3は、モータ1Aの2系統のコイルに対応して互いに独立した2つの制御系統を具備している。いずれか一方の系統が故障ないし異常となったときには他方の系統でもってモータ1Aの駆動が可能である。基本的に個々の1つの制御系統は、回路基板3にその長手方向であるL方向に沿って部品を配列して構成されており、2つの制御系統は、基本的に回路基板3の幅方向であるW方向に並んで構成されている。細部の差異を除くと、2つの制御系統は、基板中心線Mを中心として対称に構成されている。
【0030】
図6に示すように、第1リジッド部11の第1面3Aにおいては、該第1リジッド部11のL方向の中央部付近に、ノイズ除去のための2つのフィルタ部31が配置されており、これらフィルタ部31よりもフレキシブル部13とは反対側となる位置に、2つの電源コンデンサ部34が配置されている。すなわち、1つの制御系統に1つのフィルタ部31と1つの電源コンデンサ部34とが含まれている。フィルタ部31は、矩形状のケースを備えたコイル32と、このコイル32よりもフレキシブル部13寄りに位置する同じく矩形状のケースを備えたコンデンサ33と、から構成される。また、電源コンデンサ部34は複数例えば3つの矩形状のケースを備えたコンデンサ34A,34B,34Cを含んで構成される。1つの制御系統を構成する電子部品群つまりコンデンサ33、コイル32およびコンデンサ34A,34B,34Cは、完全な一直線上ではないもののL方向に順に並んで概ね一列に配列されている。そして、1つの制御系統を構成するコンデンサ33、コイル32、コンデンサ34A,34B,34Cと、他の1つの制御系統を構成するコンデンサ33、コイル32、コンデンサ34A,34B,34Cとは、基板中心線Mを中心としてそれぞれ対称に配置されている。
(【0031】以降は省略されています)

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