JP2004064912A - 自動車制御装置 - Google Patents

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Masahiko Asano
浅野　雅彦
Yasuo Akutsu
圷　安夫
Kuniyuki Eguchi
江口　州志
Kunito Nakatsuru
中▲鶴▼　州人
Kaoru Uchiyama
内山　薫
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Hitachi Automotive Systems Engineering Co Ltd
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Hitachi Ltd
Hitachi Car Engineering Co Ltd
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Abstract

【課題】自動車制御装置において、外部と接続すためのコネクタと基板との接続が容易になるように配置する。
【解決手段】自動車制御装置８は、ケース３と、ケース内部に固定され、制御回路が実装されている矩形の基板４と、基板４の一辺に沿った位置に設けられ、ケース３内部と外部との間で信号の入出力を行うコネクタ１ａ，１ｂとを備える。コネクタ１ａ，１ｂは、それぞれ、複数のコネクタ端子２を有していて、各コネクタ端子２は、ケース３内部で基板４とボンディングワイヤ５を介して電気的に接続されている。
【選択図】　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、自動車制御装置に関し、特に自動車制御装置を構成する部品の配置や、各部品の構成に関する。
【０００２】
【従来の技術】
自動車の制御を行う制御装置は、必要な電子回路などが金属製のケースに収容され、金属ケースには外部と信号を入出力するためのコネクタを備えている。このコネクタは、例えば特表平１１−５０５０７４号公報に記載されているようにケースの中央、すなわち、基板と重なり合う位置に設けられていたり、特表２００１−５０７５２２号公報に記載されているように、基板を挟んだ両側に設けられている。
【０００３】
さらに、基板には制御回路が実装されているが、これは必要な回路を基板上で構成し、基板に対して直接回路を実装している。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
コネクタ端子と基板とは、ワイヤーボンディングで接続されるが、従来の構成では、基板と重なり合う位置にコネクタを設けると、コネクタ端子の配列が複雑になっていた。さらに、基板にはボンディング用のスペースが必要となるので、基板の両側にコネクタを設けると基板サイズが拡大する傾向があった。
【０００５】
また、基板上に回路を直接実装すると、自動車の機種によって搭載する機能が異なるときなどは、それぞれの機種ごとに基板を製造しなければならなかった。また、部品点数が増えるたびに基板サイズも大きくする必要があった。
【０００６】
さらに、基板上の回路が発熱するため、これを放熱させるための放熱板が必要であった。さらに、部品によっては放熱板を取り付けても放熱効果が得られず、実装を断念する場合もあった。
【０００７】
そこで、本発明の目的は、コネクタと基板とを容易に接続できる様に配置した自動車制御装置を提供することである。
【０００８】
本発明の別の目的は、基板に実装する機能の追加、変更を容易に行うことができるようにすることである。
【０００９】
本発明のさらに別の目的は、基板に実装するモジュールの放熱効果を高めることである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明の一つの実施形態に従う自動車制御装置は、ケースと、前記ケース内部に固定され、制御回路が実装されている矩形の基板と、前記矩形の基板の一辺に沿った位置に設けられた、前記ケース内部と外部との間で信号の入出力を行う複数のコネクタと、を備え、前記複数のコネクタは、それぞれ、複数のコネクタ端子を有し、前記複数のコネクタ端子は、前記ケース内部で前記基板とボンディングワイヤを介して電気的に接続されている。
【００１１】
好適な実施形態では、前記基板は長方形であり、前記複数のコネクタは、前記長方形の基板の長い方の一辺に沿った位置に、それぞれ設けられている。
【００１２】
好適な実施形態では、前記ボンディングワイヤは、フレキシブルケーブルである。
【００１３】
好適な実施形態では、前記複数のコネクタは、エンジン制御に関する信号の入出力を行う第１のコネクタと、車両制御に関する信号の入出力を行う第２のコネクタとを含む。
【００１４】
好適な実施形態では、前記ケースの内周面の、前記複数のコネクタの間に、前記基板を接地させるための接地端子を備え、前記基板と前記接地端子とはボンディングワイヤで接続されている。
【００１５】
好適な実施形態では、前記基板には、所定の機能に関する処理を行う複数のモジュールによって制御回路が実装されている。
【００１６】
好適な実施形態では、前記基板は長方形であり、前記複数のコネクタは、エンジン制御に関する信号の入出力を行う第１のコネクタと、車両制御に関する信号の入出力を行う第２のコネクタとを含み、前記第１および第２のコネクタは、前記長方形の基板の長い方の一辺に沿った位置であって、短い辺寄りの位置にそれぞれ分かれて配置され、他のモジュールを制御するＣＰＵが実装された第１のモジュールが、前記基板の長手方向の中央付近に配置され、前記基板上の、前記第１のモジュールよりも前記第１のコネクタ側に、エンジン制御に関する処理を行う第２のモジュールが配置され、前記基板上の、前記第１のモジュールよりも前記第２のコネクタ側に、車両制御に関する処理を行う第３のモジュールが配置される。
【００１７】
本発明の一つの実施形態に従う自動車制御装置は、ケースと、前記ケース内部に固定され、所定の機能に関する処理を行う複数のモジュールを組み合わせて制御回路が実装されている基板と、前記ケース内部と外部との間で信号の入出力を行う複数のコネクタと、前記複数のコネクタのそれぞれにおいて、前記ケース内部で、ボンディングワイヤを介して前記基板と電気的に接続されている複数のコネクタ端子と、を備える。
【００１８】
好適な実施形態では、前記基板は長方形であり、他のモジュールを制御するＣＰＵが実装された第１のモジュールが、前記基板の長手方向の中央付近に配置され、前記第１のモジュールの長手方向の隣に、エンジン制御または車両制御に関する処理を行う第２のモジュールが配置される。
【００１９】
好適な実施形態では、前記基板は、セラミック基板の第１層と、前記第１層上に設けられた電源パターンおよびグランドパターンを有する第２層と、前記第２層上に設けられた抵抗体からなる第３層と、前記モジュール間の配線パターンを有する第４層とを備えた多層配線構造を有する。
【００２０】
好適な実施形態では、前記複数のモジュールのうちの少なくとも一つは、絶縁セラミック層で複数の層に分離された多層構造の支持基板を有し、各層間はスルーホールを介して電気的に接続されている。
【００２１】
好適な実施形態では、前記複数の層のいずれかに、抵抗体および容量性素子を有する。
【００２２】
好適な実施形態では、前記複数のモジュールのうちの少なくとも一つは、シリコン製の支持基板を有する。
【００２３】
好適な実施形態では、前記複数のモジュールのうちの少なくとも一つは、樹脂製の支持基板を有する。
【００２４】
好適な実施形態では、前記複数のモジュールのうちの少なくとも一つは、金属製のコア層および絶縁樹脂層で複数の層に分離された多層構造の支持基板を有し、各層間はスルーホールまたはインナービアホールを介して電気的に接続されている。
【００２５】
【発明の実施の形態】
本発明を適用した一実施形態に係る自動車の制御を行う制御装置ついて、図面を用いて説明する。
【００２６】
本実施形態に係る自動車制御装置８の外観の正面図を図１、外観の背面図を図２、および断面図を図３に示す。
【００２７】
制御装置８は、底面３１とその周囲に側面３２とを有する箱形形状の金属製ケース３を有し、ケース３内に電子回路が配置された基板４が収容されている。ケース底面３１の外周面には、複数の放熱フィン３３が形成されている。そして、図１に示すように、ケース３の外周面には、ケース内部と外部との信号入出力を行うコネクタ１（１ａ、１ｂ）が配置されている。各コネクタ１ａ、１ｂは、コネクタハウジング１１ａ、１１ｂと、複数のコネクタ端子２とを有する。
【００２８】
コネクタ１ａは、エンジンと接続するためのエンジン側入出力コネクタであり、コネクタ１ｂは、車両制御の対象と接続するための車両側入出力コネクタである。
【００２９】
エンジン側入出力コネクタ１ａは、例えば、Ｏ２センサー、クランク角センサーなどのエンジンの状態を監視するセンサーからの信号入力を受け付け、シリンダ内のガソリンの濃度や点火タイミングなどを制御するための制御信号を、それぞれインジェクタ、イグニッションなどのエンジンを動作させる部品へ出力する。
車両側入出力コネクタ１ｂは、エンジン以外の部分を制御するための信号の入出力を行う。例えば、フューエルポンプ、ラジエータファン、クランクシャフトの回転数等を示す信号の入力を受け付け、車室内のパネルを制御するための制御信号を出力する。
【００３０】
ケース３の内部を背面から見ると、図２に示すように、基板４とコネクタ１ａ、１ｂ（の背面）とが並んで配置されている。このとき、基板４は矩形であり、コネクタ１ａ、１ｂは基板４の一辺に沿って配置されている。そして、コネクタ１背面のコネクタ端子２と基板４とがボンディングワイヤ５で接続されている。コネクタ１を基板の一辺に沿って配置することで、基板４とコネクタ端子２とのボンディングワイヤでの結線が容易になり、製造工数の低減につながる。なお、ボンディングワイヤ５には、アルミワイヤーおよびフレキシブルケーブルを用いるのが好ましい。
【００３１】
また、本実施形態では、基板４は長方形であり、基板４の長い方の一辺に沿い、かつ短い方の辺寄りの位置にそれぞれ分かれてコネクタ１ａ、１ｂが配置されている。
【００３２】
基板４上には、複数のマルチチップモジュール７（７ａ〜７ｄ）が配置されている。マルチチップモジュール７は、所定の機能単位で、それぞれの機能を実現するために必要な回路などが実装されたモジュールである。例えば、基板の中央部に配置されたマルチチップモジュール７ｃは、制御装置８を集中制御するＣＰＵ９が実装されている。マルチチップモジュール７ｃは、他のマルチチップモジュール７ａ、７ｂ、７ｄを制御するメインモジュールである。マルチチップモジュール７ａ、７ｂ、７ｄは、それぞれ、エンジン制御あるいは車室内制御を行うための所定の機能を実現するための回路が実装されている。各マルチチップモジュールを実装する基板は高密度基板でなくても良いので、安価な基板を採用することができる。
【００３３】
このように、所定の機能単位でブロック回路化してマルチチップモジュールを構成することで、マルチチップモジュールを組み合わせて、必要な配線パターンを有する基板上に配置することで、容易に制御回路を実装することができる。さらに、回路を基板に直接実装せず、マルチチップモジュールを一つの基板上に複数個実装することにより、基板の小型化が可能となる。
【００３４】
また、本実施形態では、エンジン側入出力コネクタ１ａに近いマルチチップモジュール７ａ、７ｂにはエンジン制御に関する機能が実装され、車両側入出力コネクタ１ｂに近いマルチチップモジュール７ｄには車室内制御に関する機能が実装されるのが好ましい。これにより、基板のパターン設計が容易になり、基板サイズの小型化が可能になる。さらに、コネクタに入力する外部信号用ハーネスの設計が容易になる。
【００３５】
さらに、コネクタ１ａとコネクタ１ｂとの間にＧＮＤ端子５０があり、端子５０と基板４とがボンディングワイヤ５ａで接続されて、基板が接地される。これにより、コネクタ端子２から配線をとって接地する必要がなくなり、コネクタ端子数２の低減が可能である。
【００３６】
図３は、制御装置８のＡ−Ａ断面図である。マルチチップモジュール７が配置された基板４が金属ケース底面３１に固定され、基板４が全体として金属ケース３内に収容されている。
【００３７】
図４は、基板４の構成の一例を示す図である。基板４は、多層構造であり、ここでは４層構造になっている。第１層（最下層）はセラミック基板４ａである。第２層は、電源パターンとグランドパターンとを有するＶＣＣ／ＧＮＤパターン層４ｂであり、セラミック基板４ａ上に薄膜および厚膜印刷されたものである。第３層は、抵抗体１０ａによる配線パターンが形成された抵抗体層４ｄである。第４層（最上層）は、配線パターン層４ｃである。そして、抵抗体層４ｄをＶＣＣ／ＧＮＤパターン層４ｂと配線パターン層４ｃとの間に配置することで、最上層の配線パターン層４ｃに実装するチップ抵抗部品１０ｂを削減することが可能である。さらに、これにより基板４の小型化が可能となる。また、抵抗体１０ａは、配線パターン層４ｃに配置することも可能である。
【００３８】
図５は、マルチチップモジュール７の構成の一例を示す図である。マルチチップモジュール７の支持基板６は、ここではセラミック多層基板である。セラミック多層基板は、導体および種々の電子部品１０が絶縁セラミック層６０により相互に分離された複数の半導体層６ｃが設けられている。そして、絶縁セラミック層６０に設けられたスルーホール（Ｖｉａ）６ｄを介して、各層の電子部品１０が電気的に接続される。このように、支持基板６を階層化することで、さらに高密度化が可能になり、マルチップモジュールを小型化することができる。
【００３９】
例えば、図５の例では、支持基板６の表面６ａおよび内層半導体層６ｃには、ＩＣ１０ａ、抵抗体（チップ抵抗１０ｂ）および容量性構成素子（チップコンデンサー１０ｃ）などの電子部品１０が配置されている。そして、支持基板６の表面６ａの電子部品１０は、ボンディングワイヤ５ｂにより支持基板６と接続されている。支持基板６に含まれている各電子部品１０は、表面６ａ上に配置されているもの同士は導体１１を介して、表面６ａ上に配置されているものと内層導体層６ｃに配置されているものとは、導体１１およびＶｉａ６ｄを介して相互に接続されている。
【００４０】
支持基板６の表面６ａ上および内層半導体層６ｃにチップ抵抗１０ｂおよびチップコンデンサーなどを配置することで、マルチチップモジュールをさらに高密度化することができるようになる。
【００４１】
また、マルチチップモジュール７の導体１１は、Ｖｉａ６ｄを介して各内層導体層６ｃを通り支持基板６の裏面６ｂに導かれ、はんだボール１２と接続される。マルチチップモジュール７は、はんだボール１２と共に配置され、基板４にリフローはんだ付けにてはんだ付けされる。
【００４２】
ここで、マルチチップモジュール７を基板４にはんだ付けする際、表面６ａに配置した電子部品１０の接続にはんだを用いていると、このはんだが再溶融する可能性がある。接続に使用したはんだが再溶融すると、マルチチップモジュールの信頼性が著しく低下する。
【００４３】
そこで、表面６ａに配置されているＩＣなどの電子部品１０と、支持基板６との接続は、Ａｇを主体成分とした接着剤１３を用いて行われる。これにより、支持基板６の裏面６ｂのはんだボール１２を接合するときのリフローはんだ付けによって、接着剤１３が再溶融することはない。
【００４４】
マルチチップモジュール７の支持基板６には、セラミック以外の部材を使用することもできる。支持基板６のセラミックは、例えば、シリコンまたは樹脂で置き換えられても良い。
【００４５】
シリコン基板を用いると、パターンを細線化することができる。さらに、シリコンは高放熱性であることからパワー系の電子部品が実装可能となる。
【００４６】
樹脂基板を用いると、マルチップモジュールを比較的安価に製造することができる。
【００４７】
また、マルチチップモジュール７の支持基板６は、高放熱性の樹脂多層メタルコア基板に置き換えることもできる。図６には、支持基板６として、樹脂多層メタルコア基板６ｅを用いたときの例を示す。
【００４８】
樹脂多層メタルコア基板６ｅの場合も、セラミック多層基板、シリコン基板、および樹脂基板と同様に、電子部品を実装する表面６ａに各々の電子部品１０が配置され、ＩＣ１０ｃはボンディングワイヤ５ｂにて支持基板６と接続される。
【００４９】
支持基盤６に含まれている各電子部品１０は、表面６ａ上に配置されているもの同士は導体１１を介して、表面６ａ上に配置されているものと内層導体層６ｃに配置されているものとは、導体１１、Ｖｉａ６ｄおよびインナービアホール（ＩＶＨ）６ｆを介して相互に接続されている。
【００５０】
また、マルチチップモジュール７の導体１１は、Ｖｉａ６ｄおよびＩＶＨ６ｆを介して各内層導体層６ｃを通り裏面６ｂへ導かれ、はんだボール１２と接続される。マルチチップモジュール７は、はんだボール１２と共に配置され、基板４にリフローはんだ付けにてはんだ付けされる。
【００５１】
さらに、ＩＣが実装される部分６ｇは凹形状となっていて、メタルコア層６ｈが露出する。そして、ＩＣ１０ｃをメタルコア層６ｈに直接装着することで高放熱化が可能となる。
【００５２】
ここで、表面６ａに配置されているＩＣなどの電子部品１０と、支持基板６との接続にＡｇを主体成分とした接着剤１３を用いる点は、図５に示した例と同様である。
【００５３】
これにより、樹脂多層基板は高密度が可能となり、マルチップモジュールの小型化およびマルチップモジュールを実装する基板の小型化も可能となる。さらに、多層基板のコア材を金属とすることで、パワー系の電子部品が実装でき高放熱が可能となる。
【００５４】
上述した本発明の実施形態は、本発明の説明のための例示であり、本発明の範囲をそれらの実施形態にのみ限定する趣旨ではない。当業者は、本発明の要旨を逸脱することなしに、他の様々な態様で本発明を実施することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を適用した自動車制御装置の正面図である。
【図２】本発明を適用した自動車制御装置の背面図である。
【図３】本発明を適用した自動車制御装置の断面図である。
【図４】４層構造の基板の各層のパターンを示す図である。
【図５】セラミック多層基板を用いたマルチチップモジュールの構成を示す断面図である。
【図６】樹脂多層基板を用いたマルチチップモジュールの構成を示す断面図である。
【符号の説明】
１…コネクタ、２…コネクタ端子、３…金属ケース、４…基板、４ａ…セラミック基板層、４ｂ…ＶＣＣ／ＧＮＤパターン基板層、４ｃ…配線パターン基板層、４ｄ…配線パターンを有する抵抗体基板層、４ｅ…基板の表層、５…ボンディングワイヤ、６…支持基板、６ａ…支持基板表面、６ｂ…支持基板裏面、６ｃ…内層導体層、６ｄ…Ｖｉａ、６ｅ…樹脂多層メタルコア基板、６ｆ…インナービアホール、６ｇ…ＩＣ実装部、６ｈ…メタルコア層、７…マルチチップモジュール、８…制御装置、９…ＣＰＵ、１０…電子部品、１１…導体、１２…はんだボール、１３…接着剤。

Claims (15)

  1. ケースと、
    前記ケース内部に固定され、制御回路が実装されている矩形の基板と、
    前記矩形の基板の一辺に沿った位置に設けられた、前記ケース内部と外部との間で信号の入出力を行う複数のコネクタと、を備え、
    前記複数のコネクタは、それぞれ、複数のコネクタ端子を有し、
    前記複数のコネクタ端子は、前記ケース内部で前記基板とボンディングワイヤを介して電気的に接続されている自動車制御装置。
  2. 前記基板は長方形であり、
    前記複数のコネクタは、前記長方形の基板の長い方の一辺に沿った位置に、それぞれ設けられている請求項１記載の自動車制御装置。
  3. 前記ボンディングワイヤは、フレキシブルケーブルである請求項１記載の自動車制御装置。
  4. 前記複数のコネクタは、
    エンジン制御に関する信号の入出力を行う第１のコネクタと、
    車両制御に関する信号の入出力を行う第２のコネクタとを含む請求項１記載の自動車制御装置。
  5. 前記ケースの内周面の、前記複数のコネクタの間に、前記基板を接地させるための接地端子を備え、
    前記基板と前記接地端子とはボンディングワイヤで接続されている請求項１記載の自動車制御装置。
  6. 前記基板には、所定の機能に関する処理を行う複数のモジュールによって制御回路が実装されている請求項１記載の自動車制御装置。
  7. 前記基板は長方形であり、
    前記複数のコネクタは、エンジン制御に関する信号の入出力を行う第１のコネクタと、車両制御に関する信号の入出力を行う第２のコネクタとを含み、
    前記第１および第２のコネクタは、前記長方形の基板の長い方の一辺に沿った位置であって、短い辺寄りの位置にそれぞれ分かれて配置され、
    他のモジュールを制御するＣＰＵが実装された第１のモジュールが、前記基板の長手方向の中央付近に配置され、
    前記基板上の、前記第１のモジュールよりも前記第１のコネクタ側に、エンジン制御に関する処理を行う第２のモジュールが配置され、
    前記基板上の、前記第１のモジュールよりも前記第２のコネクタ側に、車両制御に関する処理を行う第３のモジュールが配置される請求項６記載の自動車制御装置。
  8. ケースと、
    前記ケース内部に固定され、所定の機能に関する処理を行う複数のモジュールを組み合わせて制御回路が実装されている基板と、
    前記ケース内部と外部との間で信号の入出力を行う複数のコネクタと、
    前記複数のコネクタのそれぞれにおいて、前記ケース内部で、ボンディングワイヤを介して前記基板と電気的に接続されている複数のコネクタ端子と、を備える自動車制御装置。
  9. 前記基板は長方形であり、
    他のモジュールを制御するＣＰＵが実装された第１のモジュールが、前記基板の長手方向の中央付近に配置され、
    前記第１のモジュールの長手方向の隣に、エンジン制御または車両制御に関する処理を行う第２のモジュールが配置される請求項８記載の自動車制御装置。
  10. 前記基板は、セラミック基板の第１層と、前記第１層上に設けられた電源パターンおよびグランドパターンを有する第２層と、前記第２層上に設けられた抵抗体からなる第３層と、前記モジュール間の配線パターンを有する第４層とを備えた多層配線構造を有する請求項８記載の自動車制御装置。
  11. 前記複数のモジュールのうちの少なくとも一つは、絶縁セラミック層で複数の層に分離された多層構造の支持基板を有し、各層間はスルーホールを介して電気的に接続されている請求項８記載の自動車制御装置。
  12. 前記複数の層のいずれかに、抵抗体および容量性素子を有する請求項１１記載の自動車制御装置。
  13. 前記複数のモジュールのうちの少なくとも一つは、シリコン製の支持基板を有する請求項８記載の自動車制御装置。
  14. 前記複数のモジュールのうちの少なくとも一つは、樹脂製の支持基板を有する請求項８記載の自動車制御装置。
  15. 前記複数のモジュールのうちの少なくとも一つは、金属製のコア層および絶縁樹脂層で複数の層に分離された多層構造の支持基板を有し、各層間はスルーホールまたはインナービアホールを介して電気的に接続されている請求項８記載の自動車制御装置。
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