JP7741892B2 - 電子装置 - Google Patents

Description

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。

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。

特許文献２には、原子発振器におけるヒータの電源供給に用いられるフレキシブル配線基板として、プラス配線とマイナス配線とを絶縁層を介して近接させて積層し、各々の磁界の影響を相殺するようにした構成が開示されている。

特許文献１のように略Ｕ字形に折り曲げた形で使用される回路基板にあっては、リジッド部の各々に電源入力端子を設けると、リジッド部における部品実装面積が電源入力端子によって狭められ、好ましくない。一方、いずれかのリジッド部が電源入力端子を具備しないものであると、リジッド部間のフレキシブル部に電源供給用の配線が必要となり、他の信号配線に対するノイズの問題やフレキシブル部特有の断線の問題が生じる。

なお特許文献２は、プラス配線とマイナス配線とを近接させた構成であり、本発明のように２本の電源正極配線を積層させた構成を開示するものではない。

特開２０１４－６０９０３号公報 特開２０１８－４２０８９号公報

この発明は、その一つの態様において、電子部品が実装される多層の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、
上記部品実装部の１つに設けられた電源入力端子と、
上記電源入力端子を具備しない部品実装部への電源供給を行うために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、かつ互いに異なる層にそれぞれ設けられるとともに、回路基板の積層方向に沿って投影したときに少なくとも一部が重なり合う位置にある４本の電源正極配線と、を有し、
上記フレキシブル部は、さらに、２つの部品実装部の間に延びた複数の信号配線を備え、上記複数の信号配線のうち、ある層の低電圧信号配線と他の層の制御回路用グランド配線が重なる位置に設けられていると共に、
上記フレキシブル部において積層方向に重なった２本の電源正極配線が一方の制御系統に含まれ、他の２本の電源正極配線が他方の制御系統に含まれ、
各制御系統に含まれる２本の電源正極配線は、上記一方の部品実装部において１本の配線となるように接続されている。

この発明によれば、少なくとも１つの部品実装部は電源入力端子を具備しないことで部品実装面積の拡大が図れる。またフレキシブル部における異なる層に少なくとも２本の電源正極配線が互いに重なり合うようにして設けられているので、個々の電源正極配線の配線幅を狭く構成できるとともに他の信号配線へのノイズの影響を少なくすることでき、また１本の電源正極配線が断線した場合でも電源供給の継続が可能である。

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第１面を示す平面図。 第１実施例のフレキシブル部における第１層の配線レイアウトの説明図。 同じく第２層の配線レイアウトの説明図。 図６におけるＡ－Ａ線に沿った断面の説明図。 第２実施例のフレキシブル部における第１層の配線レイアウトの説明図。 同じく第２層の配線レイアウトの説明図。 図９におけるＢ－Ｂ線に沿った断面の説明図。 第３実施例のフレキシブル部における第１層の配線レイアウトの説明図。 同じく第２層の配線レイアウトの説明図。 図１２におけるＣ－Ｃ線に沿った断面の説明図。 第４実施例のフレキシブル部における第１層の配線レイアウトの説明図。 同じく第２層の配線レイアウトの説明図。 図１５におけるＤ－Ｄ線に沿った断面の説明図。 第５実施例の図８等と同様の断面の説明図。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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電源基板となる第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および第２リジッド部１２は、それぞれ「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。

回路基板３は、後述するように１枚の多層配線基板からなり、折り曲げ状態で内側面となる第１面３Ａと外側面となる第２面３Ｂとを有する。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第１面３Ａの構成を示した平面図である。回路基板３は、この図５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。

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。

回路基板３は、多層のプリント配線基板、具体的には８層の金属箔層を備えたいわゆる８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、６つの内層の金属箔層と、によって配線層となる８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８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。

フレキシブル部１３は、図４に明らかなように、８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８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６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。

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８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。

凹溝１６は、図４および図５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。

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５参照）。

フレキシブル部１３（凹溝１６の部分）においては、８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６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、８層の金属箔層を有するが、第２面３Ｂ側から見て３層目～８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。

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。

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５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５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。

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を中心として概ね対称に構成されている。

図５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。

また、フィルタ部３１のコンデンサ３３とフレキシブル部１３との間には、各制御系統に２つずつ計４つの電源遮断用スイッチング素子３５が実装されている。各制御系統の２つの電源遮断用スイッチング素子３５はコンデンサ３３に隣接して配置されている。また、計４つの電源遮断用スイッチング素子３５は、Ｗ方向に沿ってほぼ一直線上に並んでいる。

第１リジッド部１１の第１面３Ａにおいて、２つの制御系統の電子部品群の間、具体的には２つのフィルタ部３１の間には、モータ１Ａの作動状態を検出する検出素子として第２回転センサ３８が実装されている。この第２回転センサ３８は、モータ１Ａの回転軸６の端部に設けられた磁極と組み合わされて該回転軸６の回転を検出するアナログ式の回転センサであり、組立時に回転軸６の中心軸線上となる位置に配置されている。この第２回転センサ３８は、２つの制御系統に共用されるものであり、第１リジッド部１１上で２つの信号回路に分岐されて、各々の制御系統で利用される。

第１リジッド部１１のＷ方向に向かう一対の側縁部１１ａには、それぞれ電源端子４０が取り付けられている。各々の電源端子４０は、正極端子４０Ａと負極端子４０Ｂとを含んでおり、正極端子４０Ａと負極端子４０Ｂとからなる１組の第１電源端子４０が１つの制御系統にそれぞれ対応している。これらの電源端子４０は、回路基板３のＷ方向について、各々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、コンデンサ３４Ａ，３４Ｂ，３４Ｃ）よりも外側に位置する。

正極端子４０Ａおよび負極端子４０Ｂは、それぞれ略Ｌ字形に折り曲げられた金属片からなり、第１リジッド部１１の側縁に沿って第１面３Ａから該第１面３Ａに直交するように立ち上がっている。正極端子４０Ａと負極端子４０Ｂは、Ｌ方向に沿って並んで配置されており、正極端子４０Ａの方が負極端子４０Ｂよりもフレキシブル部１３寄りに位置している。詳しくは、正極端子４０Ａはフィルタ部３１のコンデンサ３３の側方に位置し、負極端子４０Ｂはコイル３２の側方に位置する。電動アクチュエータ装置として最終的に組み立てられた状態では、電源端子４０は、上述したコネクタ部材４の電源用コネクタ４ａの端子片に接続される。２組の電源端子４０は、基板中心線Ｍを中心として互いに対称に構成されている。なお、電源端子４０の中の正極端子４０Ａが請求項における「電源入力端子」に相当する。

第１リジッド部１１は、さらに、インバータ・パワーモジュール２の各アームのスイッチング素子に接続されるゲート信号ポート４１と、インバータ・パワーモジュール２に電源電圧を供給するためのインバータ電源ポート４２と、を備えている。これらは、いずれもスルーホール状の端子として形成されている。ゲート信号ポート４１は、第１電源端子４０の近傍に配置されており、インバータ電源ポート４２は電源コンデンサ部３４の側方（Ｗ方向で外側）に配置されている。電動アクチュエータ装置として最終的に組み立てられた状態では、これらのポート４１，４２に、インバータ・パワーモジュール２のピン状の端子片が挿入され、かつ電気的に接続される。

第２リジッド部１２の第１面３Ａにおいては、該第２リジッド部１２のＬ方向の中央部付近に、２つの制御系統にそれぞれ対応する２つのＣＰＵ２１が実装されている。ＣＰＵ２１は、略正方形の偏平なパッケージを有する集積回路からなる。２つのＣＰＵ２１は、基板中心線Ｍを中心として対称に配置されている。２つのＣＰＵ２１よりもフレキシブル部１３寄りの位置には、プリドライバ回路素子２２がそれぞれ実装されている。プリドライバ回路素子は、ＣＰＵ２１よりも小さな略正方形の偏平なパッケージを有する集積回路からなる。２つのプリドライバ回路素子２２は、２つの制御系統にそれぞれ対応し、基板中心線Ｍを中心として対称に配置されている。個々のプリドライバ回路素子２２は、対応する制御系統のＣＰＵ２１とＬ方向に沿って並んで配置されている。

第２リジッド部１２のＷ方向に向かう一対の側縁部１２ａには、折り曲げた状態における前述した第１リジッド部１１の電源端子４０との干渉を避けるための切欠部２４がそれぞれ形成されている。これらの切欠部２４は、概ねＣＰＵ２１とプリドライバ回路素子２２の側方に位置している。

第２リジッド部１２のフレキシブル部１３寄りの端部領域には、複数のスルーホール状の端子からなる外部センサ入力部２７が設けられている。複数のスルーホール状の端子は、Ｗ方向に沿った一直線上に並んで配置されている。電動アクチュエータ装置として最終的に組み立てられた状態では、コネクタ部材４のセンサ入力用コネクタ４ｂのピン状の端子片が外部センサ入力部２７に挿入され、舵角センサやトルクセンサ等の外部センサの信号が外部センサ入力部２７を介して各制御系統に入力される。

また、第２リジッド部１２のフレキシブル部１３とは反対側となる端部領域には、複数のスルーホール状の端子からなる通信用ポート２８が設けられている。複数のスルーホール状の端子は、Ｗ方向に沿った一直線上に並んで配置されている。電動アクチュエータ装置として最終的に組み立てられた状態では、コネクタ部材４の通信用コネクタ４ｃのピン状の端子片が通信用ポート２８に挿入され、外部の他の制御機器との間で通信が行われる。

図４に示すように、第１リジッド部１１の第２面３Ｂにおいては、中央部に、モータ１Ａの作動状態を検出する検出素子として第１回転センサ３７が実装されている。この第１回転センサ３７は、モータ１Ａの回転軸６の端部に設けられた磁極と組み合わされて該回転軸６の回転を検出するデジタル式の回転センサであり、組立時に回転軸６の中心軸線上となる位置に配置されている。この第１回転センサ３７は、第２回転センサ３８と同様に２つの制御系統に共用されるものであり、第１リジッド部１１上で２つの信号回路に分岐されて、各々の制御系統で利用される。

第２面３Ｂに配置された第１回転センサ３７と第１面３Ａに配置された第２回転センサ３８は、回路基板３を投影して見たときに、互いに重なる位置にある。電動アクチュエータ装置として最終的に組み立てられた状態では、略Ｕ字形をなす回路基板３の外側面に第１回転センサ３７があり、回転軸６の端面に対向する。第２回転センサ３８は、略Ｕ字形をなす回路基板３の内側となる。一実施例においては、第１回転センサ３７が主たる回転センサであり、第２回転センサ３８は例えば第１回転センサ３７の異常時に利用される予備的な回転センサである。

なお、第１面３Ａと第２面３Ｂにそれぞれ配置される回転センサの一方を一方の制御系統用とし、他方を他方の制御系統用として、互いに独立して用いるようにしてもよい。

図３，図４に示すように、第２リジッド部１２の第２面３Ｂにおいては、第２リジッド部１２用の電源回路と通信用ポート２８用の通信回路とを含む集積回路からなる２つの電源／通信ＩＣ２９が実装されている。電源／通信ＩＣ２９は、ＣＰＵ２１よりも小さな略正方形の偏平なパッケージを有する。２つの電源／通信ＩＣ２９は、２つの制御系統にそれぞれ対応しており、基板中心線Ｍを中心として略対称となる位置に配置されている。

電源／通信ＩＣ２９は、通信用ポート２８を介して外部の他の制御機器との間で通信を行うとともに、電源端子４０から第２リジッド部１２側へ供給された端子電圧を第２リジッド部１２用の作動電圧に変換する。なお、電源回路と通信回路とをそれぞれ個別の集積回路で構成してもよい。

以上、主要な電子部品の配置について説明したが、第１リジッド部１１および第２リジッド部１２には、上記の電子部品のほかにも、図示を省略した比較的小型の多数の電子部品が表面実装されている。

第１リジッド部１１に配置された第１回転センサ３７および第２回転センサ３８の検出信号は、フレキシブル部１３に直線状に設けられた配線（センサ信号配線）を介して、ＣＰＵ２１を具備した第２リジッド部１２側へ送られる。

一実施例の回路基板３においては、モータ１Ａの２系統のコイルにそれぞれ対応した２系統の制御系統が互いに独立して構成されており、これら２つの制御系統が第１，第２回転センサ３７，３８を横切る基板中心線Ｍを中心として実質的に対称に配置されている。１つの制御系統について説明すると、モータ１Ａの回転に応答した第１，第２回転センサ３７，３８の検出信号が、フレキシブル部１３におけるセンサ信号配線を介して第１リジッド部１１から第２リジッド部１２へと送られる。第２リジッド部１２のＣＰＵ２１は、この検出信号を１つのパラメータとして演算処理を行い、モータ１Ａに対する操作量を演算し、かつこの操作量に基づく指示信号を生成する。この指示信号は、プリドライバ回路素子２２により増幅されてインバータ回路用の制御信号に変換される。この制御信号は、フレキシブル部１３に直線状に設けられた配線（高電圧ゲート信号配線）を介して第２リジッド部１２から第１リジッド部１１へ送られ、最終的に第１リジッド部１１のゲート信号ポート４１からインバータ・パワーモジュール２へゲート信号として出力される。インバータ・パワーモジュール２には、第１リジッド部１１の電源端子４０から、電源遮断用スイッチング素子３５、フィルタ部３１および電源コンデンサ部３４さらにはインバータ電源ポート４２を介して、電源電圧が与えられており、ゲート信号に基づくインバータ作用によりモータ１Ａを駆動することとなる。

複数のセンサ信号配線および複数の高電圧ゲート信号配線は、いずれもフレキシブル部１３において互いに平行なＬ方向に沿った直線状に形成されている。センサ信号配線は、第１リジッド部１１と第２リジッド部１２との間で信号の授受を行う多数の低電圧信号配線の一部である。高電圧ゲート信号配線は、相対的に高い電圧を有するゲート信号が流れる。フレキシブル部１３において第１リジッド部１１と第２リジッド部１２との間に延びる配線としては、さらに、後述するように、正極端子４０Ａに入力された電源電圧を第２リジッド部１２側へ供給する電源正極配線と、制御回路用グラウンド配線と、インバータ回路用グラウンド配線と、が含まれ、これらは、フレキシブル部１３において互いに平行なＬ方向に沿った直線状に形成されている。

フレキシブル部１３においては、表層もしくは内層となる金属箔層に複数の信号配線が並んで配置され、かつ互いに平行に延びているので、限られた幅のフレキシブル部１３に多数の配線を単純化した形で配線できる。つまり、高密度化した配線が可能である。そして、表層もしくは内層となる金属箔層に相対的に幅の広いグラウンド配線を設けることが可能となる。

なお、グラウンド配線としては、相対的に低い電圧で動作するＣＰＵ２１等の制御系回路のための制御回路用グラウンド配線と、相対的に高い電圧で動作するインバータ回路用のインバータ回路用グラウンド配線と、が互いに独立して設けられている。両者が分離していることで、ゲート信号による制御回路用グラウンド配線の電位への影響が抑制され、制御回路用グラウンド配線の電位が安定したものとなる。これらのグラウンド配線は、最終的には、図示しないシャント抵抗を介して互いに接続され、かつ負極端子４０Ｂに導通している。

次に、本発明の要部であるフレキシブル部１３における電源正極配線と信号配線とグラウンド配線のレイアウトについて、いくつかの実施例を説明する。以下の説明および図６以降の図面においては、電源正極配線を符号「ＢＡ」で示し、複数本存在する場合には、「ＢＡ１，ＢＡ２・・」等とする。同様に、センサ信号を含む低電圧信号配線を「ＬＶ，ＬＶ１，ＬＶ２・・」、高電圧ゲート信号配線を「ＨＶ，ＨＶ１，ＨＶ２・・」、制御回路用グラウンド配線を「ＧＣ，ＧＣ１，ＧＣ２・・」、インバータ回路用グラウンド配線を「ＧＩ，ＧＩ１，ＧＩ２・・」として、それぞれ示す。

図６は、第１実施例のフレキシブル部１３における第１層の配線レイアウトの説明図であり、図７は、第２層の配線レイアウトの説明図である。図８は、図６におけるＡ－Ａ線に沿った断面の説明図である。これらの図は、電源正極配線ＢＡ等の配線レイアウトを説明するための説明図であり、寸法等は必ずしも正確ではなく、理解を容易にするために、誇張ないし単純化した図となっている。図８の断面図に示すように、フレキシブル部１３においては、表層となる第１層の金属箔層５１と内層となる第２層の金属箔層５２とが、絶縁性の基材５３，５４とともに積層されている。図６および図７は、それぞれ第１層の金属箔層５１および第２層の金属箔層５２に形成された配線パターンを示している。

本発明の各実施例においては、電源入力端子つまり正極端子４０Ａが２つのリジッド部１１，１２の中で第１リジッド部１１にのみ設けられており、第２リジッド部１２は電源入力端子を具備していない。これは、第２リジッド部１２の部品実装面積をより大きく確保するためである。そのため、第２リジッド部１２へは電源正極配線ＢＡを介して電源供給がなされる。つまり、第１リジッド部１１の正極端子４０Ａから第２リジッド部１２の電源／通信ＩＣ２９へ至る電源正極配線ＢＡがフレキシブル部１３を通って延びている。

第１実施例においては、第１層（図６）に２本の電源正極配線ＢＡ１，ＢＡ２を備え、第２層（図７）に２本の電源正極配線ＢＡ３，ＢＡ４を備える。フレキシブル部１３においては、第１層および第２層ともに、最外縁に制御回路用グラウンド配線ＧＣ（ＧＣ１，ＧＣ５，ＧＣ６，ＧＣ９）を有し、これらの制御回路用グラウンド配線ＧＣの内側にそれぞれ隣接して電源正極配線ＢＡ（ＢＡ１～ＢＡ４）が位置している。第１層の電源正極配線ＢＡ１，ＢＡ２と第２層の電源正極配線ＢＡ３，ＢＡ４とは、回路基板３の積層方向に沿って投影したときに、図８に示すように、各配線の幅の少なくとも一部が互いに重なり合う位置にある。図示例では、配線幅の大部分が互いに重なっている。なお、以下の説明において「重なり合う」や「重なる」の語は、一部分のみが重なっている態様、両者が完全に一致した形で重なっている態様、一方が他方を包含するように重なっている態様、のいずれも含む。

第１層においては、フレキシブル部１３の幅方向中央に低電圧信号配線ＬＶが位置し、その両側に、制御回路用グラウンド配線ＧＣ３，ＧＣ４を介して、高電圧ゲート信号配線ＨＶ１，ＨＶ２がそれぞれ配置されている。一方の高電圧ゲート信号配線ＨＶ１と電源正極配線ＢＡ１との間には、制御回路用グラウンド配線ＧＣ２が位置する。

第２層においては、中央に幅広の制御回路用グラウンド配線ＧＣ８が位置し、その両側にインバータ回路用グラウンド配線ＧＩ１，ＧＩ２が位置している。一方のインバータ回路用グラウンド配線ＧＩ１と電源正極配線ＢＡ３との間には、制御回路用グラウンド配線ＧＣ７が位置する。

前述したように、回路基板３は冗長化のために２つの制御系統を含んで構成されているが、フレキシブル部１３において積層方向に重なった２本の電源正極配線ＢＡ１，ＢＡ３が一方の制御系統に、他の２本の電源正極配線ＢＡ２，ＢＡ４が他方の制御系統に、それぞれ含まれる。各制御系統に含まれる２本の電源正極配線ＢＡは、第２リジッド部１２において１本の配線となるように互いに接続されており、図６に破線で示すように、第２リジッド部１２の内層パターンを通して電源／通信ＩＣ２９へ至る。

このように、各々の制御系統について、フレキシブル部１３における電源正極配線ＢＡを２本の配線として構成することで、比較的大きな電流を供給できるとともに、個々の配線の幅を細くすることができ、それだけ、フレキシブル部１３における配線密度を高くすることが可能となる。またフレキシブル部１３では、基材５３，５４のクラックやこのクラックに伴う配線の破断が問題となりやすいが、電源正極配線ＢＡを各系統毎に２本の配線とすることで、万一に一方が断線しても他方の電源正極配線ＢＡでもってある程度の電流を確保することができる。

第１実施例では、２本の電源正極配線ＢＡが回路基板３の積層方向に重なっており、換言すれば、各電源正極配線ＢＡが他の信号配線（低電圧信号配線ＬＶおよび高電圧ゲート信号配線ＨＶ）と重ならない。そのため、信号配線へのノイズの影響が少ない。第１実施例では、特に、ノイズの影響を受けやすい低電圧信号配線ＬＶが制御回路用グラウンド配線ＧＣと重なる位置にあり、ノイズ抑制の上で有利である。

なお、低電圧信号配線ＬＶおよび高電圧ゲート信号配線ＨＶは、図では幅が広い１本の配線のように描かれているが、実際にはそれぞれ複数の信号配線を含む配線群である。

また、第１実施例では、第１層および第２層の各々において、電源正極配線ＢＡは、低電圧信号配線ＬＶに隣接していない。従って、低電圧信号配線ＬＶへのノイズの影響が少ない。

また、電源正極配線ＢＡ１，ＢＡ３についてみると、これらの電源正極配線ＢＡ１，ＢＡ３は、同一層において、２本の制御回路用グラウンド配線ＧＣ（ＧＣ１，ＧＣ２、ＧＣ６，ＧＣ７）に挟まれている。従って、ノイズ抑制の上で有利となる。

また、電源正極配線ＢＡ２についてみると、当該電源正極配線ＢＡ２は、同一層において、高電圧ゲート信号配線ＨＶ（ＨＶ２）と制御回路用グラウンド配線ＧＣ（ＧＣ５）とに挟まれている。

また、電源正極配線ＢＡ４についてみると、当該電源正極配線ＢＡ４は、同一層において、制御回路用グラウンド配線ＧＣ（ＧＣ９）とインバータ回路用グラウンド配線ＧＩ（ＧＩ２）とに挟まれている。

また、電源正極配線ＢＡ２，ＢＡ４についてみると、フレキシブル部１３を回路基板３の積層方向に沿って投影したときに、フレキシブル部１３の幅方向に関する位置として、電源正極配線ＢＡ２，ＢＡ４の内側に高電圧ゲート信号配線ＨＶ２およびインバータ回路用グラウンド配線ＧＩ２が位置し、さらに内側に低電圧信号配線ＬＶおよび制御回路用グラウンド配線ＧＣ８が位置する。

次に、図９～図１１を参照して第２実施例の配線レイアウトを説明する。図９は、第２実施例のフレキシブル部１３における第１層の配線レイアウトの説明図であり、図１０は、第２層の配線レイアウトの説明図である。図１１は、図９におけるＢ－Ｂ線に沿った断面の説明図である。

この第２実施例においては、図１１から容易に理解できるように、第１実施例における第２層の電源正極配線ＢＡ４と制御回路用グラウンド配線ＧＣ９の位置を互いに入れ替えた構成となっている。つまり、第２層において、電源正極配線ＢＡ４がフレキシブル部１３の最外縁に位置し、その内側に隣接して制御回路用グラウンド配線ＧＣ９が位置する。そして、この制御回路用グラウンド配線ＧＣ９は、第１層の電源正極配線ＢＡ２と回路基板３の積層方向に重なっている。

従って、この第２実施例においても、４本の電源正極配線ＢＡは、いずれも他の信号配線（低電圧信号配線ＬＶおよび高電圧ゲート信号配線ＨＶ）と重ならない。そのため、信号配線へのノイズの影響が少ない。

次に、図１２～図１４を参照して第３実施例の配線レイアウトを説明する。図１２は、第３実施例のフレキシブル部１３における第１層の配線レイアウトの説明図であり、図１３は、第２層の配線レイアウトの説明図である。図１４は、図１２におけるＣ－Ｃ線に沿った断面の説明図である。

この第３実施例においては、図１４から容易に理解できるように、第１実施例の構成に比較して、第１層において、高電圧ゲート信号配線ＨＨＶ２と電源正極配線ＢＡ２との間に制御回路用グラウンド配線ＧＣ１０が設けられており、第２層において、インバータ回路用グラウンド配線ＧＩ２と電源正極配線ＢＡ４との間に制御回路用グラウンド配線ＧＣ１１が設けられている。つまり、４本の電源正極配線ＢＡは、いずれもその両側に制御回路用グラウンド配線ＧＣが位置している。換言すれば、ノイズの原因となる電源正極配線ＢＡと低電圧信号配線ＬＶとが互いに隣接していない。なお、各電源正極配線ＢＡが高電圧ゲート信号配線ＨＶと隣接した構成であってもよい。

また、第１層と第２層とを合わせて見たフレキシブル部１３全体での幅方向の位置としては、電源正極配線ＢＡがフレキシブル部１３の比較的外縁寄りに位置し、積層方向に重なった低電圧信号配線ＬＶと制御回路用グラウンド配線ＧＣ（ＧＣ８）とがフレキシブル部１３の中央に位置し、これらの間に、積層方向に重なり合った高電圧ゲート信号配線ＨＶとインバータ回路用グラウンド配線ＧＩとが位置している。つまり、外側から順に、”電源正極配線ＢＡ”、”高電圧ゲート信号配線ＨＶ１＋インバータ回路用グラウンド配線ＧＩ”、”低電圧信号配線ＬＶ＋制御回路用グラウンド配線ＧＣ”、の配置となっている。このような配置により、電源正極配線ＢＡを流れる電流による低電圧信号配線ＬＶへの影響が少なくなる。

次に、図１５～図１７を参照して第４実施例の配線レイアウトを説明する。図１５は、第４実施例のフレキシブル部１３における第１層の配線レイアウトの説明図であり、図１６は、第２層の配線レイアウトの説明図である。図１７は、図１５におけるＤ－Ｄ線に沿った断面の説明図である。

この第４実施例においては、第１層において、電源正極配線ＢＡ１，ＢＡ２は、それぞれ、最外縁に位置する制御回路用グラウンド配線ＧＣ１，ＧＣ５と、内側の高電圧ゲート信号配線ＨＶ１，ＨＶ２と、の間に位置している。つまり、電源正極配線ＢＡ１，ＢＡ２は、低電圧信号配線ＬＶとは同じ層で隣接していない。

また第２層においては、電源正極配線ＢＡ３，ＢＡ４は、それぞれ、最外縁に位置する制御回路用グラウンド配線ＧＣ６，ＧＣ９と、内側のインバータ回路用グラウンド配線ＧＩ１，ＧＩ２と、の間に位置している。つまり、第２層においても、電源正極配線ＢＡ３，ＢＡ４は、低電圧信号配線ＬＶとは隣接していない。

従って、電源正極配線ＢＡによる低電圧信号配線ＬＶに対するノイズの影響が少ない。

また、この実施例では、フレキシブル部１３における配線は、基板中心線Ｍを挟んで基本的に対称に構成されており、一方の側の配線が一方の制御系統用のものであり、他方の側の配線が他方の制御系統用のものとなっている。

第２層においては、電源正極配線ＢＡ３は、同じ制御系統に属する制御回路用グラウンド配線ＧＣ６とインバータ回路用グラウンド配線ＧＩ１とに挟まれており、電源正極配線ＢＡ３は、同様に同じ制御系統に属する制御回路用グラウンド配線ＧＣ９とインバータ回路用グラウンド配線ＧＩ２とに挟まれている。

第１実施例等と同様に、同じ系統に属する２本の電源正極配線ＢＡは、互いに回路基板３の積層方向に重なっている。

次に、図１８を参照して第５実施例の配線レイアウトを説明する。図１８は、図８等と同様のフレキシブル部１３の断面図である。

この第５実施例においては、第１層に、制御回路用グラウンド配線ＧＣ１～ＧＣ６と、電源正極配線ＢＡ１，ＢＡ２と、低電圧信号配線ＬＶ１，ＬＶ２と、高電圧ゲート信号配線ＨＶ１，ＨＶ２と、が配置されている。第２層には、制御回路用グラウンド配線ＧＣ７～ＧＣ１０と、電源正極配線ＢＡ３，ＢＡ４と、インバータ回路用グラウンド配線ＧＩ１，ＧＩ２と、が配置されている。

この実施例では、全体として基板中心線Ｍを挟んで非対称の構成となっているが、一方の制御系統に含まれる２本の電源正極配線ＢＡ１，ＢＡ３は積層方向に互いに重なっており、他方の制御系統に含まれる２本の電源正極配線ＢＡ２，ＢＡ４は同様に積層方向に互いに重なっている。なお、制御系統が３系統以上ある場合には、各々の系統毎に同様に電源正極配線ＢＡが設けられる。また、フレキシブル部１３における金属箔層が３層以上ある場合には、同じ系統に含まれる３層以上の電源正極配線ＢＡが積層方向に互いに重なって配置される。

以上、この発明の一実施例を詳細に説明したが、この発明は上記実施例に限定されるものではなく、種々の変更が可能である。例えば、上記実施例では第１リジッド部１１に電源端子４０を設け電源正極配線ＢＡを介して第２リジッド部１２へ給電する構成となっているが、第２リジッド部１２に電源端子を設け電源正極配線ＢＡを介して第１リジッド部１１へ給電する構成としてもよい。また、上記実施例ではフレキシブル部１３が一定幅の帯状の構成となっているが、フレキシブル部がこのような単純形状でない場合でも、本発明は適用可能である。また、上記実施例では、８層構造の回路基板のうちの６層分を除去することでフレキシブル部１３を構成しているが、本発明はこのような構成に限られない。また、フレキシブル部１３のＷ方向の幅がリジッド部１１，１２のＷ方向の幅よりも小さいことは必須ではない。

また、本発明は、上記のパワーステアリング装置用電動アクチュエータの回路基板に限定されず、種々の用途の電子回路装置に適用が可能である。

Claims (8)

1. 電子部品が実装される多層の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、
   上記部品実装部の１つに設けられた電源入力端子と、
   上記電源入力端子を具備しない部品実装部への電源供給を行うために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、かつ互いに異なる層にそれぞれ設けられるとともに、回路基板の積層方向に沿って投影したときに少なくとも一部が重なり合う位置にある４本の電源正極配線と、を有し、
   上記フレキシブル部は、さらに、２つの部品実装部の間に延びた複数の信号配線を備え、上記複数の信号配線のうち、ある層の低電圧信号配線と他の層の制御回路用グランド配線が重なる位置に設けられていると共に、
   上記フレキシブル部において積層方向に重なった２本の電源正極配線が一方の制御系統に含まれ、他の２本の電源正極配線が他方の制御系統に含まれ、
   各制御系統に含まれる２本の電源正極配線は、上記一方の部品実装部において１本の配線となるように接続されている、
   電子装置。
2. 上記フレキシブル部は、
   ある層の電源正極配線と他の層の信号配線とが互いに重なり合わない位置に設けられている、
   請求項１に記載の電子装置。
3. 上記フレキシブル部は、さらに、２つの部品実装部の間に延びた上記低電圧信号配線と制御回路用グランド配線の他に、高電圧ゲート信号配線とインバータ回路用グランド配線とを備えており、
   同一層において上記電源正極配線と上記低電圧信号配線とは隣接していない、
   請求項１に記載の電子装置。
4. 同一の層において上記電源正極配線が２本の制御回路用グランド配線に挟まれている、
   請求項３に記載の電子装置。
5. 同一の層において上記電源正極配線が高電圧ゲート信号配線と制御回路用グランド配線とに挟まれている、
   請求項３に記載の電子装置。
6. 同一の層において上記電源正極配線が制御回路用グランド配線とインバータ回路用グランド配線とに挟まれている、
   請求項３に記載の電子装置。
7. 上記フレキシブル部を回路基板の積層方向に沿って投影したときに、このフレキシブル部の幅方向に関する位置として、電源正極配線の内側に高電圧ゲート信号配線およびインバータ回路用グランド配線が位置し、さらに内側に低電圧信号配線及び制御回路用グランド配線が位置する、
   請求項３に記載の電子装置。
8. 上記回路基板は、少なくとも２系統の制御系統を有し、
   上記電源正極配線は、各制御系統毎に設けられており、
   各々の制御系統の電源正極配線が、上記フレキシブル部において積層方向に重なり合う少なくとも２本の電源正極配線を含む、
   請求項１に記載の電子装置。