CN110087851B - 电子控制装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种电子控制装置，其能够实现小型化、轻量化，并且即使在严酷的环境下也能维持高可靠性。电子控制装置具备：控制基板；连接器，其一端被连接至所述控制基板，另一端被连接至外部端子；以及框体，其覆盖所述控制基板、以及所述连接器的至少与所述控制基板连接的连接部，所述电子控制装置的特征在于，所述框体由树脂以及金属板构成，所述金属板在外周部上具有弯折部，所述弯折部被所述树脂覆盖。
Description
技术领域
本发明涉及用于汽车的发动机控制单元、自动变速器控制单元等电子控制装置，特别涉及电子控制装置的构造。
背景技术
在环境问题、能源问题的背景下，汽车的电装化加速，电子控制装置的搭载数量在大幅增大。由此，电子控制装置的搭载场所受到限制，不得不搭载于汽车的环境尤其严酷的发动机室。另一方面，伴随着用于提高汽车的舒适性的、车厢空间的扩大，发动机室在小型化。
像这样，许多电子控制装置、它们的配线束被配置在小型化的发动机室内，因此难以布局、重量增加、成本增加成为问题。因此，电子控制装置寻求小型化、轻量化、以及低成本化。
其中，电子控制装置的轻量化是影响汽车的油耗、环境问题的重要的研究事项。作为轻量化的应对策略，例如，近年来，正在推进金属框体的树脂化。通过使用树脂作为框体材料，能够在维持框体形状不变的同时，谋求电子控制装置的轻量化。
然而，如果考虑到电子控制装置的散热性，树脂的热传导率比金属的热传导率低，因此在仅凭树脂框体散热性能不足的情况下，需要局部地使用金属。因此，电子控制装置的框体成为组合了树脂与金属的构成。
作为本技术领域的背景技术，例如有如专利文献1那样的技术。在专利文献1中公开了如下内容：“一种电子设备框体的制造方法，其是通过金属与树脂的一体成型来制造具有肋部或凸台部的电子设备框体的方法，在将粘接剂涂覆在金属上，并使该粘接剂干燥后，在粘接剂层上，自构成肋部或凸台部的部位起射出树脂进行复合成型”。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本专利特开平7－124995号公报
发明内容
发明要解决的问题
如上所述，在车载用的电子控制装置中，在响应小型化、轻量化、低成本化的需求的同时，寻求提高散热性等关系到电子控制装置的可靠性的性能。
上述专利文献1涉及个人计算机等电子设备框体，但例如在被搭载于汽车的发动机室的情况下，由于是高热、高振动等更加严酷的环境，因此担心线膨胀系数的不同所导致的金属与树脂的剥落的问题等。
因此，在车载用的电子控制装置中寻求更高可靠性。另外，为了实现低成本化，需要简化电子控制装置的生产过程。
因此，本发明的目的在于提供一种电子控制装置，其能够实现小型化、轻量化，并且即使在严酷的环境下也能维持高可靠性。
另外，本发明的其他目的在于提供一种维持电子控制装置的可靠性但低成本且简易的电子控制装置的制造方法。
用于解决问题的技术手段
为了解决上述问题，本发明是具备如下构件的电子控制装置：控制基板；连接器，其一端被连接至所述控制基板，另一端被连接至外部端子；以及框体，其覆盖所述控制基板、以及所述连接器的至少与所述控制基板连接的连接部，所述电子控制装置的特征在于，所述框体由树脂以及金属板构成，所述金属板在外周部上具有弯折部，所述弯折部被所述树脂覆盖。
另外，本发明是包含如下工序的电子控制装置的制造方法：(a)在模具的上模与下模之间配置成为所述电子控制装置的框体的一部分的金属板的工序；(b)将树脂材料注入所述模具的型腔，以覆盖被设置在所述金属板的外周部的弯折部，使成为所述电子控制装置的框体的一部分的树脂成型的工序。
发明效果
根据本发明，能够提供一种兼具低成本和生产率的高可靠性的电子控制装置。
另外，能够实现一种电子控制装置，其能够实现小型化、轻量化，并且即使在严酷的环境下也能维持高可靠性。
另外，能够实现一种维持电子控制装置的可靠性但低成本且简易的电子控制装置的制造方法。
上述以外的问题、构成以及效果根据以下的实施方式的说明而变得清楚。
附图说明
图1是本发明的一实施方式的电子控制装置的外观立体图。
图2是图1的A－A'截面图。
图3是示出本发明的一实施方式的电子控制装置的制造工序的一部分的图。(壳体基座的构成和装配顺序)
图4A是图3中的树脂流动部的截面放大图。(以往的电子控制装置)
图4B是图3中的树脂流动部的截面放大图。(本发明的电子控制装置)
图5A是示出图4B的变形例的图。
图5B是示出图4B的变形例的图。
图6是本发明的一实施方式的电子控制装置的金属板的外观立体图。
图7是示出图6的变形例的图。
图8是示出图6的变形例的图。
图9是示出本发明的一实施方式的电子控制装置的制造工序的一部分的图。(电子控制装置的构成和装配顺序)
图10是本发明的一实施方式的电子控制装置的截面图。(图2的变形例)
具体实施方式
以下，关于适用了本发明的具体的实施方式，将基于附图对电子控制装置的构成和装配顺序进行说明。此外，在各附图中，对同一构成附上同一符号，并对重复的部分省略其详细的说明。
实施例1
首先，参照图1以及图2，对本实施例的电子控制装置进行说明。图1是示出电子控制装置30的整体概要的外观立体图。图2是图1所示的电子控制装置30的A－A'截面图。如图1、图2所示，本发明的电子控制装置30由安装了微型计算机等电子部件1的控制基板2、连接器4、具有车辆固定部9的树脂制的壳体3、以及树脂制的壳体基座5构成。用树脂而非金属来形成壳体3与壳体基座5是为了电子控制装置30的轻量化。
连接器4的端部(一端)被连接至控制基板2，相反侧的端部(另一端)被连接至未图示的外部的连接端子(外部端子)。另外，壳体3与壳体基座5构成电子控制装置30的框体，覆盖控制基板2、以及连接器4与控制基板2的连接部，以保护其免受外部环境影响。此外，在壳体3、连接器4、壳体基座5的各自之间设置有密封材料10，防止水分、尘埃(异物)向电子控制装置30的框体内渗入。
在壳体基座5上，以外周部被埋入壳体基座5的形态一体地成型有金属板6。此外，在被埋入壳体基座5的金属板6的外周部设置有弯折部。换言之，在金属板6的外周部形成有弯折部,该弯折部以被壳体基座5的树脂覆盖的方式形成。被安装于控制基板2的电子部件1大多数是在通电时伴随发热的发热部件，金属板6作为散热板起作用，补偿树脂化的框体的散热。
接下来，参照图3，对供金属板6一体成型的壳体基座5的制造工序进行说明。图3的(a)到(d)是壳体基座5的构成和装配顺序。如图3所示，壳体基座5是用树脂21覆盖金属板6的外周部的构成，并通过注塑成型而一体成型。
金属板6的材料优选为具有高热传导性的金属材料，但从散热性、轻量化、量产性、成本的观点来看，优选使用铝或铝合金，从散热性、量产性、成本的观点来看也可以使用铁或铁合金。另外，为了提高金属板6与树脂21的粘附性，最好预先对金属板6进行粗化处理、或表面处理。由此，金属板6与树脂21的粘附力提高，并且树脂21相对于由于环境温度变化、振动等而产生的应力变得难以从金属板6剥落，粘附可靠性提高。
树脂21的材料最好使用PBT(Poly－Butylene－Terephthalate，聚对苯二甲酸丁二醇酯)、PA(Poly－Amide，聚酰胺)66、PPS(Poly－Phenylene－Sulfide，聚苯硫醚)等轻量且耐热性优良的树脂。
如图3的(a)所示，树脂成型用的模具17由下模19与上模18构成，并且将金属板6配置在下模19与上模18之间。为了确保树脂21的流动性，使树脂21填充于模具17内的细节部分，最好对模具17、金属板6、树脂21进行预热。如图3的(b)所示，在预热完成后，从上模18的浇口20注射树脂21，流入模具17的空洞内(型腔)。
接下来，如图3的(c)所示，在向模具17内的树脂填充完成后，通过在模具17内冷却树脂21来使其固化，固化后，打开模具17,取出树脂成型品，如图3的(d)所示，使与金属板6一体了的壳体基座5成型。
在此重要的是如本实施例那样弯折金属板6的外周部。将未弯折金属板6的外周部的情况、即在以往的电子控制装置中的树脂流动部的截面放大图示出于图4A，将弯折了金属板6的外周部的情况、即在本实施例的电子控制装置中的树脂流动部的截面放大图示出于图4B。此外，在图4A、图4B中，空心箭头表示树脂材料21的流动方向。
如果比较两种情况的金属板6与树脂21的接合距离，弯折了金属板6的外周部的情况下的金属板6与树脂21的接合距离比未弯折金属板6的外周部的情况下的金属板6与树脂21的接合距离长。因此，假设由于机械冲击、振动、温度循环、盐水喷雾等的影响，在金属板6与树脂21的接合部发生剥落，并且随着时间的经过剥落加剧的情况下，接合距离越长，接合寿命变得越长。
另外，通过弯折金属板6的外周部，除了接合面积提高，还能通过金属板6的形状效果，缓和对电子控制装置30施加振动、热时产生的向金属与树脂的接合部的应力集中，还可期待由于降低产生的应力而提高金属板6与树脂21的接合可靠性。因此，金属板6的外周部的弯曲高度(图2的tB)较高比较好，最好在金属板6的板厚(图2的tA)以上。即，优选为以弯折部的高度tB与金属板6的板厚tA的关系变为tB≧tA的方式设置弯折部。
作为树脂21的形状，最好将未覆盖金属板6的区域的树脂厚度(图4B的tC)设置得比覆盖金属板6的外周部的弯折部的区域的树脂厚度(图4B的tD)小。由此，能够削减树脂21的使用量，并相应地使电子控制装置轻量化、低成本化。
另外，如图5A所示，也可以在金属板6的外周部的弯折部设置贯通孔15。由此，在向模具17的型腔注入树脂材料21时，树脂材料21贯穿贯通孔15而流动，能够从全方位包围金属板6的外周部的弯折部，因此能够更牢固地与金属板6粘附，并且能够期待金属板6与树脂21的接合可靠性的进一步提高。
作为弯折金属板6的外周部的形状，不仅如图4B、图5A那样相对于金属板6大致垂直地设置，例如也可以如图5B那样相对于金属板6倾斜地设置。另外，可以如图6那样在金属板6的外周部的全周设置弯折部，也可以如图7那样沿金属板6的外周间断地设置弯折部，或者如图8那样上下交替地弯折。不管在哪一形状下，金属板6与树脂21的接合距离都比未弯折金属板6的外周部的情况长，并且能够降低接合部产生的应力，期待金属板6与树脂21的接合可靠性的提高。
另一方面，如果着眼于树脂21的材料，最好含有用于使树脂21的耐热性、以及强度提高的玻璃纤维。在本实施例中，对使用了含有玻璃纤维的树脂21的情况进行说明。在未弯折金属板6的外周部的情况下，如图4A所示，树脂流动为空心箭头方向，玻璃纤维的朝向取决于树脂21的流动方向，并且对齐在一个方向上。
因此树脂的线膨胀系数具有各向异性，在壳体基座5的平面方向上与玻璃纤维的朝向平行，因此线膨胀系数变小，并且变得与金属制的金属板6的线膨胀系数接近，但由于在壳体基座5的垂直方向上与玻璃纤维的朝向垂直，因此与平面方向相比，与金属板6的线膨胀系数差变大。由此，在温度循环环境下，在金属板6与树脂21的接合部会产生由线膨胀系数差引起的应力，并且有金属板6与树脂21剥落的担忧。
另一方面，如图4B以及图6所示的本实施例那样，在弯折金属板6的外周部、且将未覆盖金属板6的区域的树脂厚度(图4B的tC)设得比覆盖金属板6的区域的树脂厚度(图4B的tD)小的情况下，在树脂21的流动到达弯折部时，能够如图4B的空心箭头所示打乱树脂21的流动、以及玻璃纤维的朝向，并抑制线膨胀系数的各向异性。也就是说，优选为以覆盖金属板6的区域的树脂厚度tD与未覆盖金属板6的区域的树脂厚度tC的关系变为tD≧tC的方式设置模具17的树脂材料注入区域(型腔)。
由此，相比于图4A所示的未弯折金属板6的外周部的情况，能够降低金属板6与树脂21的线膨胀系数差，降低在振动、温度循环环境下产生于金属板6与树脂21的接合部的应力，并提高金属板6与树脂21的接合可靠性。
此外，如上所述，金属板6的外周部的弯曲高度(图2的tB)最好在金属板的板厚(图2的tA)以上。由此，能够打乱树脂21的流动、以及玻璃纤维的朝向，降低线膨胀系数的各向异性，并降低产生于金属板6与树脂21的接合部的应力。并且，由于金属板6与树脂21的接合距离变长，因此能够提高接合可靠性。
另外，如图5A所示，最好在弯折部设置贯通孔15。由此，如箭头所示，能够进一步打乱树脂21的流动、以及玻璃纤维的朝向，并抑制线膨胀系数的各向异性。
另外，作为弯折金属板6的外周部的形状，可以如图5B那样相对于金属板6倾斜地设置，可以如图7那样间断地设置，也可以如图8那样上下交替地弯折。不管是哪一形状，都能打乱树脂成型时的树脂21的流动、以及玻璃纤维的朝向，降低线膨胀系数的各向异性，并降低产生于金属板6与树脂21的接合部的应力。
接下来，参照图9，对电子控制装置30的装配顺序进行说明。如图9的(a)，(b)所示，将微型计算机等电子部件1安装于控制基板2。控制基板2使用以玻璃环氧树脂等为基础的树脂布线板，在将电子部件1连接到控制基板2时，使用Sn－Cu焊料、Sn－Ag－Cu焊料、Sn－Ag－Cu－Bi焊料等无铅焊料进行连接。
接下来，如图9的(c)所示，将连接器4安装于控制基板2。连接器4由连接器端子13和连接器壳体14构成，该连接器端子13用于连接控制基板2与车辆侧配线束，该连接器壳体14用于使端子13以规定的间距排列并加以保持。
从导电性、小型化、成本的观点来看，连接器端子13的材料最好为铜、或铜合金。另外，连接器壳体14的材料最好使用PBT(Polybutylene－Terephthalate，聚对苯二甲酸丁二醇酯)、PA(Poly－Amide，聚酰胺)66、PPS(Poly－Phenylene－Sulfide，聚苯硫醚)等轻量且耐热性优良的树脂。连接器4的连接器端子13与控制基板2的连接是使用Sn－Cu焊料、Sn－Ag－Cu焊料、Sn－Ag－Cu－Bi焊料等无铅焊料来连接插入了连接器端子13的控制基板2的通孔部12。此外，连接器4的类型也可以是表面安装型、压配型。
接下来，如图9的(d)所示，预先在壳体3的连接器4搭载部涂覆具有粘接性的密封材料10，这时，如图9的(e)所示，搭载图9的(c)的基板组11。
接下来，如图9的(f)所示，在壳体3、以及连接器4的壳体基座5搭载部涂覆具有粘接性的密封材料10。
最后，如图9的(g)所示，搭载一体成型有金属板6的壳体基座5，并进行粘接固定。密封材料10的固化类型无论是热固化或湿度固化都可以。由此，能够防止尘埃(异物)、水等向电子控制装置30的内部渗入。
此外，金属板6也可以如图10所示与壳体3一体成型。优选的是，电子控制装置30内的金属板6的位置与汽车的发动机室内的电子控制装置30的设置位置等相对应地设置，以使由金属板6带来的电子控制装置30的散热效果变为最大限度。
以上，对本发明的电子控制装置的实施方式进行了详细叙述，但本发明不限定于上述的实施方式，能够在不脱离权利要求书所述的本发明的精神的范围内，进行各种设计变更。
即，本发明不限定于上述实施例，包含各种变形例。例如，上述实施例是为了容易理解地说明本发明而进行的详细说明，并非限定于具备所说明的所有构成。另外，能够将某实施例的构成的一部分替换为其他实施例的构成，另外，也能够对某实施例的构成添加其他实施例的构成。另外，能够对各实施例的构成的一部分进行其他构成的追加、删除、替换。
此外，本发明还具有以下特征。
(附记1)
包含以下工序的电子控制装置的制造方法；
(a)在模具的上模与下模之间配置成为所述电子控制装置的框体的一部分的金属板的工序，
(b)将树脂材料注入所述模具的型腔，以覆盖被设置在所述金属板的外周部的弯折部，从而使成为所述电子控制装置的框体的一部分的树脂成型的工序。
(附记2)
根据附记1所述的电子控制装置的制造方法，其特征在于，
所述弯折部沿所述金属板的外周间断地设置。
(附记3)
根据附记1所述的电子控制装置的制造方法，其特征在于，
所述弯折部沿所述金属板的外周、交替地设置在所述金属板的上侧以及下侧这两个方向上。
(附记4)
根据附记1至3中的任一项所述的电子控制装置的制造方法，其特征在于，
所述弯折部具有贯通孔。
(附记5)
根据附记1至4中的任一项所述的电子控制装置的制造方法，其特征在于，
所述弯折部相对于所述金属板倾斜地设置，
(附记6)
根据附记1至5中的任一项所述的电子控制装置的制造方法，其特征在于，
所述弯折部的高度在所述金属板的板厚以上。
(附记7)
根据附记1至6中的任一项所述的电子控制装置的制造方法，其特征在于，
所述树脂材料包含玻璃纤维。
符号说明
1…电子部件、2…控制基板、3…壳体、4…连接器、5…壳体基座、6…金属板、9…车辆固定部、10…密封材料、11…基板组、12…通孔部、13…连接器端子、14…连接器壳体、15…贯通孔、17…模具、18…上模、19…下模、20…浇口、21…树脂(材料)、30…电子控制装置。
Claims (11)
1.一种电子控制装置，其具备：
控制基板；
连接器，其一端被连接至所述控制基板，另一端被连接至外部端子；以及
框体，其覆盖所述控制基板、以及所述连接器的至少与所述控制基板连接的连接部，
所述电子控制装置的特征在于，
所述框体由树脂制的壳体与树脂制的壳体基座构成，在所述壳体基座上，仅以外周部被埋入所述壳体基座的形态一体地成型有金属板，
所述金属板在外周部上具有弯折部，
所述弯折部被所述壳体基座的树脂覆盖，
未覆盖所述金属板的区域的树脂厚度比覆盖所述金属板的区域的树脂厚度小。
2.根据权利要求1所述的电子控制装置，其特征在于，
所述弯折部沿所述金属板的外周间断地设置。
3.根据权利要求1所述的电子控制装置，其特征在于，
所述弯折部沿所述金属板的外周，交替地设置在所述电子控制装置的外侧及内侧这两个方向上。
4.根据权利要求1所述的电子控制装置，其特征在于，
所述弯折部具有贯通孔。
5.根据权利要求1所述的电子控制装置，其特征在于，
所述弯折部相对于所述金属板倾斜地设置。
6.根据权利要求1所述的电子控制装置，其特征在于，
所述弯折部的高度在所述金属板的板厚以上。
7.根据权利要求1所述的电子控制装置，其特征在于，
所述金属板的材料为铝、铝合金、铁、或铁合金中的某一个。
8.根据权利要求1所述的电子控制装置，其特征在于，
所述树脂包含玻璃纤维。
9.根据权利要求1所述的电子控制装置，其特征在于，
覆盖所述金属板的区域的所述树脂的线膨胀系数的各向异性比未覆盖所述金属板的区域的所述树脂的线膨胀系数的各向异性小。
10.根据权利要求1所述的电子控制装置，其特征在于，
所述控制基板安装有包含发热部件的电子部件。
11.根据权利要求1至10中的任一项所述的电子控制装置，其特征在于，
所述金属板被配置在构成所述框体的壳体以及壳体基座的至少某一方。
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