JP6561129B2 - 電子制御装置またはその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、自動車用に用いられるエンジンコントロールユニットや自動変速機コントロールユニットなどの電子制御装置に関わり、特に、電子制御装置の筐体構造に関する。

環境問題、エネルギー問題を背景に自動車の電装化が加速しており、電子制御装置の搭載数が大幅に拡大している。これにより、電子制御装置の搭載場所が限られ、自動車の中でも環境が厳しいエンジンルームへの搭載が余儀なくされている。一方で、自動車の快適性向上に向けた、キャビンスペースの拡大に伴い、エンジンルームが小型化されてきている。このように、小型化されるエンジンルームに多数の電子制御装置、それらのワイヤーハーネスが配置されるため、レイアウト難、重量増加、コスト増加が問題となっている。このため、電子制御装置には、小型化、軽量化、低コスト化が求められている。加えて、ワイヤーハーネスが短縮される傾向にある。これに伴い、例えばエンジン制御装置は、よりエンジンに近い位置に搭載されることとなり、エンジンの高熱、高振動がエンジン制御装置に及ぼす影響が懸念される。よって電子制御装置の耐熱性、耐振動性を向上させる必要がある。この対応策として電子部品を実装した制御基板を樹脂封止する構造が知られている（特許文献１参照）。

特許文献１に記載の電気電子モジュールは、電子回路が搭載される電子回路基板と、この電子回路基板を搭載するための金属ベースとを備え、電子回路基板を樹脂により封止している。

特開2007-273796号公報

しかしながら、特許文献１では電子回路基板を樹脂封止する際の、外部接続用コネクタ端子の部品点数や信頼性に関して特段の考慮がなされていない。

また、特にエンジン制御装置においては、近年、燃費改善に対応するための機能増加に伴い、コネクタ極数の増加傾向が強く、エンジン制御装置が小型化している中で、コネクタの占めるサイズ比率、コスト比率は益々高まっている。

よって、低コストで、生産性、信頼性に優れる電子制御装置を提供することが課題である。

上記課題を解決するため本発明の電子制御装置は、電子部品と、前記電子部品を実装した制御基板と、前記制御基板を封止する封止樹脂と、少なくとも一部が前記封止樹脂によって封止される固定部材と、前記制御基板と外部機器との電気接続を行うための端子と、前記端子を前記固定部材に対して位置決めして固定する固定板と、を備え、前記固定部材は、前記制御基板の一部と対向する位置に開口部を有し、前記固定板は、前記端子が前記開口部を貫通した状態で位置決めされるように、前記固定板に固定され、前記固定板は、前記制御基板とともに前記封止樹脂によって封止されることを特徴とする。

本発明によれば、電子制御装置の回路基板を樹脂で封止する場合に、外部接続用のコネクタを低コスト化し、信頼性を両立することができる。

電子制御装置の断面図 実施例１の電子制御装置の構成と組立て手順 実施例１の熱かしめ部の拡大断面図 制御基板にコネクタ部組みを固定する構成 実施例２の電子制御装置の構成 実施例３の電子制御装置の構成 実施例４の電子制御装置の構成

以下、本発明を適用した具体的な実施形態について、電子制御装置の構成と組立て手順を添付図面に基づいて説明する。

図１は、第１の本実施形態の制御装置を示す断面図である。図２は、図１に示す制御装置の構成と組立て手順である。

図１、図２に示すように、本発明の電子制御装置はマイクロコンピュータ等の電子部品１を実装した制御基板２と、ハウジングケース３と、コネクタ４と、封止樹脂５から構成される。

図２（ａ）に示すように、ハウジングケース３は電子部品の発熱を電子制御装置の外部に放熱するための放熱フィン６を有するヒートシンク７、電磁ノイズをシールドする電磁シールド部８、及び電子制御装置を車両に固定するための車両固定部９を一体成形してもよい。材料は、高い熱伝導性、シールド性、及び剛性を有した金属材料であることが好ましく、量産性、軽量化、放熱性、コストの観点から、アルミニウム、またはアルミニウム合金であるとよい。このようにヒートシンク７、シールド部８、及び車両固定部９を一体化することで、部品点数が削減できるため、低コスト化、及び生産性の向上を図ることができる。

また、電子部品１からヒートシンク７等ハウジングケース３へ向けて放熱された熱は、車両固定部９がハウジングケース３と一体成形されている場合、車両固定部９を介した車体へ放熱量を向上することが出来る。

コネクタ４は図２（ｂ）に示すように、車両側ハーネスと制御基板２とを接続するための端子１０と、端子１０を規定のピッチに整列させ、且つ保持するための固定板１１から成るコネクタ部組み１２を製作する。尚、固定板１１は、後述するハウジングケース３への挿入性向上、位置決めを容易とするためのピン１３を有し、ピン１３の本数は２以上あるとよい。端子１０の材料は、導電性、小型化、コストの観点から銅、または銅合金であるとよい。固定板１１の材料は、軽量で耐熱性に優れる点から、ＰＢＴ（Ｐｏｌｙｂｕｔｙｌｅｎｅ Ｔｅｒｅｐｈｔｈａｌａｔｅ）樹脂、ＰＡ（Ｐｏｌｙａｍｉｄｅ）６６樹脂、ＰＰＳ（Ｐｏｌｙｐｈｅｎｙｌｅｎｅ Ｓｕｌｆｉｄｅ）樹脂を用いるとよい。

続いて、図２（ｃ）に示すように、ハウジングケース３とコネクタ部組み１２を組み立てる。その際、コネクタ部組み１２のピン１３をハウジングケース３の対向する貫通孔に挿入し、固定板１１をハウジングケース３に突き当てることで、コネクタ部組み１２とハウジングケース３の位置決めを行う。コネクタ部組み１２のピン１３の直径とハウジングケース３の貫通孔の直径との差を小さく設計することで、平面方向において、コネクタ部組み１２の位置ずれを抑制し、端子１０とハウジングケースの接触を防ぐことができる。

固定部材であるハウジングケース３に対するコネクタ部組み１２の位置が決まったら、図２（ｄ）に示すように、ハウジングケース３から突出したピン１３の先端を熱かしめにより固定する。図３（ａ）に熱かしめ部を拡大した断面図を示すが、固定板１１を受け台１４に置き、予熱した熱かしめジグ１５をピン１３の先端に押し当て、ピン先端を軟化、熱変形させハウジングケース３に押し当てることで、図３（ｂ）に示すように熱かしめ部を形成する。その際、熱かしめ部のピン直径（Ｄｐ）はハウジングケース貫通孔の直径（Ｄｈ）よりも大きくするとよい。これにより固定力を増すことが可能となる。

コネクタ部組み１２の固定後、図２（ｅ）、（ｆ）に示すように、マイクロコンピュー
タ等の電子部品１を実装した制御基板２をダイカストケース３に組み付ける。その際、外部からの電磁ノイズの影響を受けやすい電子部品、及び電磁ノイズを発生しやすい電子部品、例えば、マイクロコンピュータ、水晶振動子等を制御基板２のハウジングケース３と対向する面に実装する。これにより、電子部品１がハウジングケース３と制御基板２の配線層に囲まれるため、電磁シールド性が向上する。より電磁シールド性を向上させるため、制御基板の配線層のうち一層、または電子部品１が実装される周辺にベタパターンを設けると良い。これにより、ハウジングケース３と対向しない面からの電磁ノイズに対してもシールド性を向上出来る。

制御基板２は、ガラスエポキシ樹脂等をベースとした樹脂配線板を用い、制御基板２に電子部品１を接続する際は、Ｓｎ−Ｃｕはんだ、Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕはんだ、Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ−Ｂｉはんだ等の鉛フリーはんだを用いて接続した。制御基板２をハウジングケース３の基板受け部１６に設置することで、高さ方向の位置を決め、続いてネジ（非表示）を用いて制御基板２をハウジングケース３に固定する。ネジによる固定点数は３以上とするとよい。コネクタ部組み１２の端子１０と制御基板２との接続は、端子１０が挿入された制御基板２のスルーホール部１７を、Ｓｎ−Ｃｕはんだ、Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕはんだ、Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ−Ｂｉはんだ等の鉛フリーはんだを用いて接続した。尚、コネクタ４のタイプは、面実装タイプ、プレスフィットタイプであってもよい。

ここで重要なことは、コネクタ部組み１２の固定方法であり、コネクタ部組み１２をハウジングケース３ではなく、制御基板２に固定する場合、位置決めピン１３を制御基板２に挿入することになるために、制御基板２に位置決めピン１３用の貫通孔が必要となるため、その分、基板面積が大きくなってしまう。また、コネクタ部組み１２の端子１０と制御基板２のスルーホール部１７をはんだ接合した場合、はんだ接合による熱履歴によりコネクタ部組み１２と制御基板２がそれぞれ膨張・収縮することにより、それぞれが変形しようとするが、その膨張・収縮量がコネクタ部組み１２と制御基板２とでは異なるために、図４（ａ）に示すように、破線で示す制御基板２の基の形状に対し、接合後のコネクタ部組み１２と制御基板２に反りが発生してしまう。

この反りが生じたコネクタ部組み１２と制御基板２をハウジングケース３に固定する場合、図４（ｂ）に示すように、制御基板２の一端３１を基板受け部１６に置くと、制御基板２の他端において反り量に相当する隙間３３が生じる。この状態で制御基板２をハウジングケース３にネジ固定すると、ハウジングケース３の方が制御基板２よりも剛性が大きく、基板受け部１６が平らであるために、制御基板２の反りが戻されてしまい、その結果として、コネクタ部組み１２の端子１０とスルーホール部１７のはんだ接合部３３、及び制御基板２と電子部品１のはんだ接合部３４に応力を残留させ、はんだ接続寿命が低下してしまう。

このような問題が生じることから、コネクタ部組み１２の固定方法は、本実施例に述べたとおり、まずコネクタ部組み１２をハウジングケース３に固定し、その後に、コネクタ部組み１２の端子１０と制御基板２のスルーホール部１７を接合するとよい。この方法により、コネクタ部組み１２と制御基板２の反りを抑制でき、端子１０とスルーホール部１７接合部への応力発生も抑制可能となる。

このように製作したサブアッシー２０を図２（ｇ）に示すように、樹脂封止するための金型にセットする。本実施例では可動型となる上型１８にサブアッシーをセットし、上型を可動させ、固定型となる下型１９にセットした。樹脂封止後に樹脂５から露出させたいハウジングカバー３のフィン部６、及び車両固定部９は、樹脂成形時に樹脂が流れ込まないようにするため、金型で押さえる構造とした。

封止樹脂５の流動性を確保し、金型内の細部にわたり樹脂充填させるため、金型、サブアッシー、樹脂を予熱しておくとよい。封止樹脂５は熱硬化性のエポキシ樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、または、熱可塑性樹脂であってもよい。封止工法としては、トランスファーモールド、圧縮成形、射出成形、ホットメルトで、封止樹脂５の物性値は、線膨張係数が１０〜３０×１０^−６／℃、熱伝導率が０．５〜３Ｗ／ｍＫであるとよい。

金型内への樹脂充填完了後、金型内で封止樹脂５を硬化させ、硬化後、金型を開き、樹脂成形品を取り出し、図２（ｈ）に示す電子制御装置を完成させる。
ｖ尚、車両固定部９を除くハウジングケース外周の立ち上がり部２２は、封止樹脂５で覆われているようにする。これにより、ハウジングケース３と封止樹脂５の密着面積が増加するため防水・防塩水信頼性を向上でき、更に、ハウジングケース３の膨張・収縮を低減できるため防水・防塩水信頼性、及びはんだ接続信頼性を向上できる。

更に、コネクタ端子固定板１１の熱かしめ部を封止樹脂５で覆うとよい。これにより熱かしめ部の劣化を抑制でき、熱かしめ部からの水、塩水浸入を抑制できる。

最後に、コネクタ４のハウジング２１も封止樹脂５にて一体成形するとよい。これにより、コネクタハウジングを別部品で必要としないため、部品点数削減により、コスト低減、生産性の向上が期待される。

実施例２の形態を実施例１と比較し説明する。実施例１では、固定板１１を熱かしめによりハウジングケース３に固定したが、実施例２では、図５に示すように、スナップフィット２６で固定する構造とした。

実施例３の形態を実施例１と比較し説明する。実施例１では、固定板１１を熱かしめによりハウジングケース３に固定したが、実施例２では、図６に示すように、ネジ２７で固定する構造とした。

実施例４の形態を実施例１と比較し説明する。実施例１ではコネクタ部組み１２をハウジングケース３に固定したが、実施例４では、図７に示すように封止樹脂５とは別体のハウジング付きコネクタ４０を用いる。コネクタ４０とハウジングケース３との固定にはねじ２７などを用いるとよい。
本実施例では、コネクタ４０が複数の端子１０を固定する板状部を備えており、固定板１１の代わりとなってハウジングケース３への位置決めと固定とが可能である。

以上、本発明に係る制御装置の実施形態について詳述したが、本発明は、前記の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の精神を逸脱しない範囲で、種々の設計変更を行うことができるものである。

１ 電子部品
２ 制御基板
３ ハウジングケース
４ コネクタ
５ 封止樹脂
５ａ 放熱フィンを覆う封止樹脂
５ｂ ハウジングケース外周の立ち上がり部を覆う封止樹脂
６ 放熱フィン
７ ヒートシンク
８ 電磁シールド部
９ 車両固定部
１０ 端子
１１ 固定板
１２ コネクタ部組み
１３ ピン
１４ 受け台
１５ 熱かしめジグ
１６ 基板受け部
１７ スルーホール部
１８ 上型
１９ 下型
２０ サブアッシー
２１ コネクタのハウジング
２２ ハウジングケース外周の立ち上がり部
２４ 貫通孔
２５ 金型
２６ スナップフィット
２７ ネジ
３０ 電子制御装置
３１ 制御基板の一端
３２ 制御基板の他端
３３ 端子とスルーホール部のはんだ接合部
３４ 制御基板と電子部品のはんだ接合部

Claims (14)

1. 電子部品と、
   前記電子部品を実装した制御基板と、
   前記制御基板を封止する封止樹脂と、
   少なくとも一部が前記封止樹脂によって封止される固定部材と、
   前記制御基板と外部機器との電気接続を行うための端子と、
   前記端子を前記固定部材に対して位置決めして固定する固定板と、を備え、
   前記固定部材は、前記制御基板の一部と対向する位置に開口部を有し、
   前記固定板は、前記端子が前記開口部を貫通した状態で位置決めされるように、前記固定板に固定され、
   前記固定板は、前記制御基板とともに前記封止樹脂によって封止されることを特徴とする電子制御装置。
2. 前記端子は複数の金属製端子を備え、前記封止樹脂が前記端子を覆い、外部コネクタと嵌合するコネクタハウジングを一体に形成していることを特徴とする請求項１に記載の電子制御装置。
3. 前記固定部材は金属製の板状部材であり、少なくとも一部が前記封止樹脂から露出する露出部を備え、
   前記露出部は、前記電子部品からの発熱を外部へ放熱するヒートシンク部、または車体に固定するための車体固定部を備えることを特徴とする請求項２記載の電子制御装置。
4. 前記端子は複数の金属製端子を備え、前記固定板と前記固定部材とを垂直に貫通するように設けられていることを特徴とする請求項３記載の電子制御装置。
5. 前記固定板は、前記固定部材に向かって伸びるように前記位置決めピンが設けられ、
   前記位置決めピンは、前記固定部材の前記固定板と対向する部分に設けられた貫通孔に挿入されており、
   前記固定部材に熱かしめ固定されていることを特徴とする請求項３または４に記載の電子制御装置。
6. 前記固定板の材料は熱可塑性樹脂であることを特徴とする請求項２から５のいずれか一項に記載の電子制御装置。
7. 前記固定部材の前記固定板が熱かしめ固定されている箇所は、前記封止樹脂にて覆われていることを特徴とする請求項５に記載の電子制御装置。
8. 前記固定板は、前記固定部材に少なくとも２箇所で熱かしめ固定されていることを特徴とする請求項７に記載の電子制御装置。
9. 熱かしめ後の前記位置決めピンの先端は前記固定部材の前記貫通孔から突出し、ピン先端直径が前記貫通孔の直径よりも大きいことを特徴とする請求項５，７または８のいずれか一項に記載の電子制御装置。
10. 前記封止樹脂の材料は、熱硬化性樹脂であることを特徴とする請求項２から９のいずれか一項に記載の電子制御装置。
11. 前記固定板が、スナップフィットにて前記固定部材に固定されていることを特徴とする請求項２から１０のいずれか一項に記載の電子制御装置。
12. 前記固定板が、ねじにて前記固定部材に固定されていることを特徴とする請求項２から１１のいずれか一項に記載の電子制御装置。
13. 前記端子は複数の金属製端子を備え、前記固定板は、前記端子を覆って外部コネクタと嵌合するコネクタハウジングの一部であり、前記固定板は前記封止樹脂と別体に形成されていることを特徴とする請求項１記載の電子制御装置。
14. 複数の金属端子が保持された固定板を、前記複数の金属端子が固定部材に設けられた開口部を貫通するように、前記固定部材に対して固定にする工程と、
    前記複数の金属端子が前記固定板により前記固定部材に固定された後に、電子部品を実装した制御基板と前記複数の金属端子とを電気的に接続する工程と、
    前記複数の金属端子の一部と前記制御基板と前記固定部材の少なくとも一部と前記固定板とを封止樹脂で封止する工程と、を備える電子制御装置の製造方法。

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