JP2007084040A - 電子回路用ハウジング及びその構成方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ハウジングの内部チャンバを完全にＥＭＩから保護し、ベースとフタの間の振動、及びハウジング部品の固定に用いられる公知の固定具と封止材の材料と組み立てコストをなくし、電子回路の改竄を防止する電子回路ハウジングを提供する。
【解決手段】開放上面４８をもつ金属ベース４２と前記ベース４２の下方上面に被さる金属フタ５２とを有し電子回路５６を収容するための内部チャンバ５４を形成する電子回路用ハウジング４０である。フタ５２の外周は摩擦攪拌溶接によりベース４２に接合され、電子回路５６を収容する寸法を持つ気密封止チャンバ５４を形成する。電気ポート５８は電子回路５６に電気的に接続され、ハウジング４０の外部からアクセスが可能である。
【選択図】図３

Description

本発明は、電子回路用ハウジング及びその構成方法に関する。

電子回路を機械的衝撃や破損からのみならず、電磁気的干渉（ＥＭＩ）から守るために、電子回路を金属ハウジング内に封止することは、自動車産業及びその他の多くの用途に見られる。このような金属ハウジングに電子回路を封入したものは、図１に例示されている。

図１に関して、これら従来公知の電子的素子のハウジングは、開放した上面２２を有する金属ベース２０を備えている。金属フタ２４がベース２０上に設置され、１つ又はそれ以上の電子回路２８を含むように寸法を合わせた内部チャンバ２６を形成する。

電子回路を、ゴミ、湿分などから守るために、ベース２０とフタ２４の間に柔軟性の封止部材３０が設けられる。その後、ベース２０とフタ３０は複数の固定具３２、特にボルトにより固定される。これは理想的には封止部材３０を備え、チャンバ２６にゴミや湿分が進入するのを防止する。ベース２０とフタ２４を封止した後、電子回路２８に対してハウジングに取り付けられた電気的ポート３４を介してアクセスすることが可能である。

しかしながらこれら公知の電子回路のハウジングは実際上、使用するのに完全に満足できるものではなかった。これら公知ハウジングの１つの欠点は、フタ２４及び／又はベース２０が固定具３２を締め付けたときに、わずかに変形することである。これが発生すると、封止部材３０とベース２０又はフタ２４のいずれかとの間に隙間ができる可能性がある。この隙間はチャンバ２６内にゴミや湿分が容易に入り込むのを許し、回路２８を損傷する。

更にこれら公知の電子回路用ハウジングの他の欠点は、異物が封止部材３０の外周近くの領域３６に蓄積する可能性があることである。これらの粒子は時間とともにベース２０及び／又はフタ２４を腐食させ、ゴミ、湿分などをチャンバ２６に侵入させるようになる。更に、自動車の用途においては、道路塩及び水がこの腐食を加速させる。

更にこれら公知のハウジングの他の欠点は、ベース２０とフタ２４との間に、それらの組み立ての際に物理的な隙間が存在するということである。この物理的隙間は回路チャンバ２６にＥＭＩを入り込ませ、ある回路２８を損傷する。

更にこれら公知の電子回路用ハウジングの他の欠点は、固定具３２が、その組み立てコストとともに、全体コスト及びハウジングの重量をかなり引き上げることである。更に、固定具３２が物理的に締め付けられたとしても、ベース２０とフタ２４との間で若干動くことができる。この運動は、ベース２０とフタ２４との間の振動を引き起こし、特に自動車のコンパートメントのように、ハウジングが厳しい運転環境に曝されたとき、電子回路に対する潜在的な損傷となる。

更にこれら公知の電子回路用ハウジングの欠点は、フタ２４が単に固定具を緩めるだけでベース２０と分離可能であることである。このことは、電子回路２８の改竄（タンパリング、いたずら）が可能ということになる。このような改竄は、例えば電子回路２８が不揮発性メモリに蓄えられたオドメータ（距離計）情報を含んでいる場合など、多くの場面で極めて好ましくないものである。回路２８の改竄は、メモリを変更させて自動車の走行距離を少なく見せてしまうからである。

特許文献１は、電子回路用ハウジングンにおいて、電子回路を搭載するベースにフタ体を被せ、ベースとフタ体の突き合わせ面をボルトによって結合一体化したものが記載されている。

米国特許第６，８１６，３７７号

本発明の課題は、公知のデバイスにおける上記欠点を除くことができる電子回路用ハウジングを提供することである。

要するに、本発明による電子回路用ハウジングは、開放上面を有する金属ベースを備えている。金属フタ（蓋）はベースの開放上面に被さり、電子回路を収容するように寸法を合わせた内部チャンバを形成する。電子回路はハウジングの外部からアクセス可能に電気ポートに電気的に接続される。

ベースとフタは摩擦攪拌溶接により一体的に固定され、電子回路の内部チャンバを気密に封止し、かくして電子回路をゴミ、湿分などから守る。摩擦攪拌溶接は、従来の溶接よりも低い温度で行われ、ハウジングチャンバのかなりの加熱と電子回路の加熱を防ぐことができる。しかしながら、摩擦攪拌溶接の際の電子回路に対する損傷の可能性を更に減少するために、１つ以上の冷却体を、摩擦攪拌溶接中ハウジングの側部及び／又は底部に設置することができる。これらの冷却体は、好ましくは液体冷却であり、迅速に摩擦攪拌溶接の熱を除去し、それによりハウジング内の電子回路に熱的障害が発生するのを確実に防止する。

本発明において、摩擦攪拌溶接は、ベースとフタとを気密に封止するので、ハウジングの内部チャンバは完全にＥＭＩから保護される。さらに、ベースとフタの間のすべての振動は、摩擦攪拌溶接により完全に除去され、かつ、ハウジング部品の固定に用いられる公知の固定具と封止材の材料と組み立てコストを無くすことができる。ハウジングはまた、摩擦攪拌溶接により、改竄防止型とすることができる。

本発明のより良い理解は、添付図面とともに、詳細な説明を読むことにより得られる。ここで、類似の参照番号は複数の図面全体にわたり類似の部品を示す。

図２及び図３において、本発明のハウジング４０の好ましい実施形態を示す。ハウジング４０は、少なくとも１つの側壁４４と底部４６を有する金属ベース４２を含む。ベース４２はアルミニウム、スチール、マグネシウムなどの適切な材料により構成される。

ベース４２は更に、開放上面４８を有する。そして更に、外方に向かっている棚（ｌｅｄｇｅ）５０がフタ４８の開放上面の周辺の側壁４２に設けられる。

ハウジング４０は更に金属材料で作られたフタ５２と好ましくは同じ材料で作られたベース４２とを有する。フタ５２は更にベース５０に対して平らに突き合わせるように、寸法が決められ、こうすることにより、内部チャンバ５４を形成する。内部チャンバ５４は１つまたはそれ以上の電子回路５６を収容するように寸法が決められる。

回路５６は、回路基板５７に搭載され、次に１つ又はそれ以上のチップ搭載部４７によってハウジングベース４２に機械的並びに熱的に結合される。チップ搭載部４７は、回路５６の動作中、回路５６からの熱をハウジングベース４２に分散させるもので、好ましくはベース４２と一体化される。

更に図２、図３を引用すると、少なくとも１つの電子回路がハウジング４０の外部からアクセス可能な電気的ポート（ｐｏｒｔ，出入り口）５８に接続される。ポート５８は図２、図３に示すように、フタ５２上に位置する。しかし、ベース４２上に位置することもできる。同様に、図２、図３には１つのポートを示しているが、要求に応じて、２つ又はそれ以上のポートをハウジング４０上に設けても良い。又、ハウジングは冷却フィン６０（図２）を付加的に有していても良い。

図３、図４において、ベース４２とフタ５２はともに、フタ５２とベース４２の全周辺において摩擦攪拌溶接部６２を形成する摩擦攪拌溶接部によって気密に封止される。摩擦攪拌溶接部の概略図を図４に示した。図において、ネジ山を切ったピン６６を一端に有する回転円筒工具６４を、フタ５２とベース４２間の突き合わせ結合部に突入させる。下向きの力を、工具６４に付与してフタ５２とベース４２の外周に直線的に移動させ、摩擦攪拌溶接部６２を形成する。更に、図２〜図４に示した工具６４は摩擦攪拌溶接中に１つの平面内に２つの軸に沿って直線的に移動すればよいが、ハウジング４０の全体構造によっては２つまたは３つの軸に沿って摩擦攪拌工具を同時に移動させることが必要である。摩擦攪拌溶接部はフタとベースをスポット溶接により接合するのに使用することができる。

フタ５２は平板として図３に示されているが、いかなる形状でも良く、従来の方法たとえばスタンピングやダイキャストなどで形成しても良い。

ハウジング４０は、フタ５２と整合され、外側に突出したタブ６３を有することが好ましい。摩擦攪拌溶接部はタブ６３で始まりかつ終端となる。

図５において、ハウジング１４０の変形例が示されている。フタ１５２はベース１４２に平らに突き合わされ、フタ１５２とベース１４２の間のつなぎ目１５３は、図３における上面においてではなく、側面１４４において開放される。この場合、摩擦攪拌溶接部１６２はハウジング１４０の側面１４４の回りに形成され、それによって電子回路５６を収容する気密封止チャンバ１５４が形成される。前に述べたと同様に、これらの回路５６はハウジング１４０の外部の電気的ポート５８を介して、電気的にアクセス可能である。

図６において、図５のハウジングの変形例を示した。図において、重ね継ぎ手１５５がフタ１５２とベース１４２間に形成される。重ね継ぎ手１５５はフタ１５２をベース１４２に自動位置合わせにより組み立てられるという点で利点がある。

図７において、更に本発明の変形例を示す。図において、ベース４２は２つの側壁４４間に仕切り壁７０を有する。仕切り壁７０の上面７２はフタ５２に形成された溝７４内に収容され、これにより仕切り壁７０とフタ５２間に重ね継ぎ手が形成される。フタ５２と仕切り壁７０との間の重ね継ぎ手及びフタ５２の外周と側壁４４の周りの突き合わせ継ぎ手は、摩擦攪拌溶接部によりしっかりと接合され、それによりフタ５２と仕切り壁７０の間に摩擦攪拌溶接部７６が形成される。

図７に示したような仕切り壁７０を使用することは、ハウジング４０全体が大きく、ベース４２とフタ５２の間に付加的なサポートが必要であるか、または少なくとも付加的なサポートの使用が望ましいような場合に仕切り壁７０を使用は好ましい。更に、仕切り壁７０を使用すると、仕切り壁７０により、２つの別個の気密封止されたチャンバ５４、５４’が形成される。おのおののチャンバはそれぞれ電子回路５６、５６’を有する。このような電子回路５６、５６’の分離は回路５６、５６’間にＥＭＩシールドが望まれるときに好ましい。図７のフタは、１つの部品からできていても、複数の部品からできていてもよい。

図８において、更に他の変形例を示す。ここで、１つ又それ以上の熱絶縁体８０を電子回路５６とベース４２の間に設ける。実際上、熱絶縁体は従来の材料例えばセラミックなどで構成することができ、摩擦攪拌溶接中に発生する熱から電子回路を絶縁する。例えば、電子回路５６はプリント回路基板５７上に搭載され、更に熱絶縁８０により支持される。

図９に関して、摩擦攪拌溶接中に発生する比較的少ない熱から電子回路を保護することが望ましい場合がある。この場合、好ましくは熱伝導性の高い銅でできた冷却体９０を１つまたはそれ以上のベース側壁４４と熱的に接触するように配置され、さらに金属基体９２上に支持される。各冷却体９０は少なくとも１つの流体通路を有し、そこを通って冷却流体好ましくは冷却液が流れる。その結果、摩擦攪拌溶接の間、それによって生じた熱は冷却体９０によって放散する。

図９に示した発明の変形例を図１０に示す。図１０と図９とは冷却体１９０が側壁４４の部分だけでなく、ハウジングベース４２の底面４６の部分にも伸びている点で異なる。冷却体１９０とハウジング４２間の付加的な接触面は、摩擦攪拌溶接中の熱をベース４２から放散させるのに役立つ。

更に、本発明の他の変形例を図１１に示す。ここで冷却体２９０は側壁４４の回りのベースと熱的に接触するように配置されるが、ベース４２の底面４６の部分でのみ接触する。ベース底面４６の中央部４７は露出しており、摩擦攪拌溶接中は金属基体１６２によって支持される。

図１２に、更に他の変形例を示す。ここで、ハウジングベースはその上面４８のみならず底面９６においても開放している。底面９６は底部カバー９８で覆われ、ハウジングベース４２’の開放底部９６に搭載されそれを覆う。こうすることにより、ベース９８は第２の内部ハウジングチャンバ１００を形成する。このハウジングチャンバ１００は底部９８の外周辺の周りの摩擦攪拌溶接部１０２によりハウジングベース４２’に気密に封止される。適切な冷却体９０は摩擦攪拌溶接中、ハウジング側壁４４を冷却するのに使用するのが良い。

別個の電子回路をチャンバ１００内に収容しても良い。或いは、付加的な冷却が必要ならば、液体または気体の流体冷媒をチャンバ１００内に収容し、またはチャンバを経由して流しても良い。

図１４において、更に他の本発明の変形例が示されている。ここで、金属仕切り壁９９がフタ５２とベース４２間に設けられ、これによってハウジング空間１０１、１０３が形成される。回路５６はハウジングチャンバ１０３に収容され、他のハウジングチャンバには冷却媒体を収容しても良く、冷却媒体通路を形成しても良いし、更に／または他の回路を収容しても良い。

図１３において、本発明の方法が要約されている。ステップ１１０で金属ベースが形成され、ステップ１１２で金属フタが形成される。このフタはベースと補完関係にある。ステップ１１０はステップ１１２の前または後であっても良い。

ステップ１１４では電子回路がベース内に搭載され、フタがベースに組み立てられ、ベースとフタによって形成されたハウジングチャンバ内に収容される。１つまたはそれ以上の冷却体をステップ１１６において、組み立てられたベースとフタに適用される。そして最終的にステップ１１８においてベースとフタは摩擦攪拌溶接部により一体化される。

以上の説明により、本発明は簡単で、利点のある電子回路用ハウジングを提供するもので、公知のデバイスが持っていた前述の欠点をすべて解消するものである。特に、摩擦攪拌溶接操作は連続した溶接部でフタをベースに気密に封止し、また、底面をベースに気密に封止するので、ゴミや湿分による電子回路を収容した内部ハウジングチャンバのコンタミネーションを完全に防止することができる。更に、連続溶接部が温度に敏感な電子回路を傷めない比較的低温で形成される。

本発明は、ハウジングが振動やＥＭＩ、腐食性化学物質に曝される、電子制御ユニット（ＥＣＵ）、トラクション制御ユニット（ＴＣＵ）などのハウジングのような自動車分野に応用すると、特に利点がある。

更に従来公知のハウジングに対する本発明の利点は、本発明が自動車用においてハウジングとベースを固定するのにしばしば用いられる、従来公知の固定手段及び封止材の重量及びコストを無くすることである。更に、ハウジングベースとフタ、好ましくハウジングベースと底部間の摩擦攪拌溶接部は、ハウジングベースとフタとの間の振動を無くだけでなく、ハウジング内にＥＭＩが入り込む通路をも無くす一体構造を提供する。ハウジングはまた、回路が外観を変えずに、破壊することなく直接アクセスできないように、改竄不可能（ｔａｍｐｅｒ−ｅｖｉｄｅｎｔ）になる。

以上本発明を説明したが、請求項に規定した本発明の精神を外れることなく、多くの変形が成しうることは明らかである。

従来のハウジング構造を示す断面図。 本発明による好ましい実施形態を示す平面図。 本発明による好ましい実施形態を示す断面図。 摩擦攪拌溶接法を説明する概略図。 本発明による第２の好ましい実施形態を示す断面図。 図５と類似しているがその変形例を示す断面図。 図３と類似しているがその変形例を示す断面図。 図３と類似しているが他の変形例を示す断面図。 図３と類似しているが更に他の変形例を示す断面図。 図９と類似しているがその変形例を示す断面図。 図９と類似しているが他の変形例を示す断面図。 図９と類似しているが更に他の変形例を示す断面図。 本発明によるプロセスのフローチャート。 図１２と類似しているがその変形例を示す断面図。

符号の説明

４０、１４０…ハウジング、４２…ベース、４４…側壁、４６…底部、４７…チップ搭載部、４８…開放上面、５０…支持棚、５２…フタ、５４，５４’…内部チャンバ、５６，５６’…電子回路、５７…回路基板、５８…電気ポート、６２，７６…摩擦攪拌溶接部、６４…摩擦攪拌工具、７０…仕切り壁、９０、１９０…冷却体、９２…金属基体。

Claims (21)

1. 開放した上面を有する金属基体と、該基体の開放面に被せられた金属フタ体と、電子回路に電気的に接続され、ハウジングに外部からアクセスし得る電気的ポートを有し、前記フタ体は前記基体に摩擦攪拌溶接により接続され、それにより前記電子回路を収容する密封チャンバを形成したことを特徴とする電子回路用ハウジング。
2. 前記基体は前記開放上面の周囲に支持棚を有し、前記フタ体は該支持棚によって支持されかつ突き合わせられた外周部を有することを特徴とする請求項１記載の電子回路用ハウジング。
3. 前記基体は対向した複数の側壁を有し、該基体の２つの側壁間に延びた中間壁を有し、前記フタ体は摩擦攪拌溶接により前記中間壁に対し突き合わされ、かつ固定されていることを特徴とする請求項２記載の電子回路用ハウジング。
4. 熱絶縁体が前記基体と電子回路の間に設けられていることを特徴とする請求項１記載の電子回路用ハウジング。
5. 仕切り壁が前記フタ体と基体に挟まれ、かつ前記基体とフタ体に摩擦攪拌溶接により固定されていることを特徴とする請求項１記載の電子回路用ハウジング。
6. 前記基体は底部と側壁を有し、かつ前記側壁は該底部から外方に伸びていることを特徴とする請求項１記載の電子回路用ハウジング。
7. 開放面を有する金属基体を形成し、
   前記基体の開放面に被せられ、かつこれを被覆するように寸法が決められた金属フタ体を形成し、
   これにより電子回路を含むように寸法決めされたフタ体と基体の間にチャンバを形成し、前記フタ体を前記基体に摩擦攪拌溶接により接合し、これにより前記チャンバを密閉し、
   前記電子回路と電気的に接続され、ハウジングに外部からアクセス可能な電気的ポートを設ける、
   ことを特徴とする電子回路用ハウジングを構成する方法。
8. 前記基体は少なくとも１つの側壁と底部を有し、更に溶接段階において前記側壁の少なくとも一部を冷却する工程を含むことを特徴とする請求項７記載の方法。
9. 前記溶接段階で、前記底部の少なくとも一部を冷却する工程を含むことを特徴とする請求項８記載の方法。
10. 前記底部の少なくとも一部を冷却する工程は、更に前記溶接中に前記底部全体を冷却する工程を含むことを特徴とする請求項９記載の方法。
11. 前記冷却工程は、前記側壁と接触する内部流体通路を有する冷却体を設置し、前記内部流体通路に冷媒を流す工程を含むことを特徴とする請求項８記載の方法。
12. 前記冷媒は液体を含むことを特徴とする請求項１１記載の方法。
13. 開放上面と開放底面を有する金属基体と、
    前記基体の開放上面に被せられ、前記基体に摩擦攪拌溶接により接続され、少なくとも１つの電子回路を収容し気密に封止されたチャンバを形成する金属フタ体と、
    前記基体の開放底面に被せられ、前記基体に摩擦攪拌溶接により接合され、第２のハウジングチャンバを形成する金属底部と、
    前記少なくとも１つの電子回路に電気的に接続され、ハウジングにアクセス可能な電気的ポートとを有することを特徴とする電子回路用ハウジング。
14. 前記基体は前記開放上面の周囲に支持棚を有し、前記フタ体は前記支持棚によって支持されかつ突き合わせた外周部分を有することを特徴とする請求項１３記載のハウジング。
15. 前記基体は対向した複数の側壁を有し、前記基体の２つの側壁間に延びる中間壁を有し、前記フタ体は前記中間壁に突き合わされ、かつ摩擦攪拌溶接により前記中間壁に接合されていることを特徴とする請求項１４記載のハウジング。
16. 前記基体は前記基体の開放底面の周りに支持棚を有し、前記底部は前記支持棚により支持され突き合わされた外周部を有することを特徴とする請求項１３記載のハウジング。
17. 前記電子回路は自動車用回路を含むことを特徴とする請求項１３記載のハウジング。
18. 前記回路は自動車用電子制御ユニット（ＥＣＵ）を含むことを特徴とする請求項１７記載のハウジング。
19. 更に、前記第２のハウジングチャンバ内に収容された第２の電子回路を有することを特徴とする請求項１３記載のハウジング。
20. 前記第２のチャンバは気密に封止されていることを特徴とする請求項１９記載のハウジング。
21. 前記第２のハウジングチャンバ内に流体冷媒を有することを特徴とする請求項１３記載のハウジング。
    

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