JP2007528128A - 制御装置 - Google Patents

Abstract

回路基板（１）の底面のできるだけ大きな領域に電子的な部品（５）を実装することができかつ更にこの多層の回路基板（１）のできるだけ大きな領域に該電子的な部品（５）の接続のための導体路（６）を設けることができるようにコネクタ（２）がコンタクト形成されていることによって特徴付けられている、パラレルプラグアウトレットを備えている制御装置。このことは、回路基板（１）の第１の部分（１．１）がコネクタ（２）を支持する第２の部分（１．２）と可撓領域（３）を介して接続されていることによって解決される。この場合第１および第２の部分（１．１および１．２）は少なくとも４つの層を有しかつ可撓領域（３）は少なくとも２つの層を有している。

Description

本発明は多層の回路基板が収容されているケーシングを備えている制御装置、殊に自動車用の制御装置に関する。

平行なプラグ出口（パラレル・プラグ・アウトレット）を備えている制御装置の構造形態は公知だが、それはその構造形態に基づいてかなりの所要スペースを有する。平行なプラグ出口ではプラグ部分は制御装置のケーシングの端面側に配置されているので、コネクタの接合方向はケーシングの底板に対して平行に延在している。この構造形態は低減される構造高さに基づいて有利であると認められている。

一方、プラグコンタクトが曲げられていて、これらが一方において回路基板平面に対して垂直でありかつコンタクトピンの曲げに基づいてプラグの接合方向がこの回路基板レベルに対して平行に延在するようになっているコネクタを使用することが公知である（ＤＥ３７３３０７２Ａ１）。

この公知の構造形態では、プラグコンタクトがプラグ部分と回路基板との間に延在している領域には電気または電子部品を実装することができず、従って回路基板のこの部分を利用することができないということが不都合であると認められている。

制御装置が要求できる構造空間はますます小さくなっているので、必要な部品は回路基板の、コネクタによって低減される部分に配置されなければならない。これにより回路基板および回路装置のレイアウトに課される要求は著しく大きいものになる。

平行または水平なプラグ出口を実現するための別の公知の可能性は、フレキシブルな回路基板（いわゆるフレックスフィルム）を固定のベースプレート、大抵はアルミニウムプレートに貼り合わせ、その際に回路基板とコネクタとの間の曲げ領域を省く点にある。この種の構成体は例えばＤＥ４３０３９０８Ａ１、ＥＰ０７０６３１１Ｂ１またはＵＳ６５５０１７Ｂ１から公知である。しかしこの場合フレキシブルな回路基板フィルムは２層のものしか市販されておらずかつ他方において硬質プレートへの貼り合わせにより片面しか実装可能でないことは不都合であると認められている。これにより回路装置の所要基本面積はここでも高められかつ曲げられたプラグコンタクトを備えているコネクタに対して少しの利点も持ち合わせていない。

また、今日のマイクロコントローラを用いた用途に対してフレックスフィルムは適していない。というのは、ここでは少なくとも４層または多層の回路基板が必要だからである。フレックスフィルムは更に、多数の接続ピンを有するコネクタをコンタクト形成するにも適していない。接続ピンの数はその２層の構造に基づいて制限されている。

更に、コネクタはフレックスフィルムとハンダにより接続する他はない。フレックスフィルムはコンタクトピンの圧入には適していない。これにより圧入コンタクトを用いた信頼できるコンタクト形成は諦めなければならない。

フレキシブルな回路基板によって構成されている制御装置の別の欠点は、回路装置がシールド層がないために電磁適合性（ＥＭＣ）を考慮すると障害に陥り易いことによって生じる。

多層の回路基板をコネクタに接続する別の公知の可能性は、これら両方をここでも装着されたまたははんだ付けされたケーブルを介して接続することである（ＵＳ４８５８０７１Ａ）。しかしこの場合多層の回路基板において主に内側層を走行する論理信号が回路基板の外側層に導かれなければならない。しかしこのいわゆるレイアウティングにも回路基板にスペースが必要である。この場合の所要スペースは大抵、曲げ出されたプラグピンの所要スペースよりも大きい。差し込まれるコネクション場合、付加的なコネクタの方でも付加的な面積および容積を制御装置中に必要とするので、ここには構造空間が得られない。

コネクタはここでは、電気的な導体を接続し、かつ適合する相手に対する接続を形成するおよび／または接続を切り離すために定められているコンポーネントもしくは部品である。コネクタは、確かに規定通りの使用（電圧がかけられている）において装着または脱着することが許されない類の装置である。コネクタそれ自体はコネクタケーシングおよびコンタクト面またはプラグコンタクトから成っている。しかしここでコネクタはコネクティング装置、すなわち電圧または負荷がかかっている規定の使用において装着（プラグ）または脱着（アンプラグ）が許容される類の装置であってもよい。

本発明の課題は、同じ基本面に電気的および／または電子的な部品に対して一層多くのスペースが提供される制御装置および制御装置を製造するための方法を提供することである。

この課題は本発明によれば請求項１の特徴部分に記載の構成を有する制御装置によっておよび請求項６の特徴部分に記載の構成を有する制御装置を製造するための方法によって解決される。

制御装置はケーシング、一体の多層の回路基板およびコネクタを有している。回路基板は電気的および／または電子的な部品を実装している第１の部分と、コネクタに電気的および機械的に接続されている第２の部分と、多層の回路基板の第１部分および第２部分を接続する第３の部分とを有している。この第３の部分は、一体の回路基板の第２の部分を曲げてコネクタがこのために設けられている、ケーシングの凹部内に配置されることができるように実現されている曲げ領域と言える。この場合回路基板の第１および第２の部分は少なくとも４つの層を有しており、回路基板の第３の部分は２つの層を有している。

回路基板の層とはここでは支持体材料上に被着された金属性の被覆、いわゆるメタル・クラッディングの謂いである。支持体材料はこの場合片面がまたは両面が金属被覆されていることができる。回路基板の１つの層は導体路および／またはアースおよび給電面を含んでいることができる。

この構成は、多層の回路基板が多層の曲げ領域を介してコネクタに対する同じく多層の接続領域に接続されているという利点を提供する。この場合コネクタのコンタクトは回路基板の第２部分に垂直に立っている。この配置構成により更に、回路基板の底面の、電気および／または電子部品を配置することができる割合が高められる。

回路基板は回路基板の第３の部分においてフレキシブルまたは可撓性である。ここでフレキシブルとは、回路基板が曲げ後止まらずに例えばその出発形態に復することができるということである。可撓性であるとは、回路基板が破壊されずに曲げることができかつ曲げ後も大体において、それが曲げられた形態にとどまるということである。

コネクタのコンタクトは圧入式コンタクトである。これらはコネクタのコンタクトと回路基板との間の電気的および機械的なコンタクト形成のために回路基板の第２の部分の金属化された凹部に圧入される。

本発明の有利な実施形態は従属請求項に記載されている。

それ故に回路基板の第１の部分には、部品とコネクタのコンタクトとの間の直接接続のために用いられる導体路は配置されていない。電気的および／または電子的な部品とコネクタのコンタクトとの間の接続は回路基板の第２および第３の部分の導体路を介して行われる。

更に回路基板の第１の部分には両側で実装することができる。これにより電気的および／または電子的な部品が実装される、回路基板の領域はほぼ倍になる。

回路基板は有利には硬質−屈曲性（rigid-flex）の回路基板である。これらは少なくとも回路基板の屈曲性、すなわちフレキシブルな部分において、例えばポリイミドから製造されたフレキシブルな支持体材料（コア部）を有している。このコア部は両側にそれぞれ金属性の被覆（メタル−クラッド）を備えておりかつ硬質の領域、ここでは回路基板の第１および第２の領域において硬質の支持体材料（ベース材料）、例えばガラスファイバおよびエポキシ樹脂（ＦＲ４）から成る別の層および同様に金属被覆を備えている。これらの層はそれぞれ、接着層（プリプレグ）によって接続されていることができる。

従ってこのように構成されている回路基板は、フレキシブルな中間層、ポリイミドコア部を備えている層から成っているフレキシブルな部分において曲げられて、コネクタのコンタクトエレメントが、曲げられた状態において回路基板の第１の部分の回路基板平面に対して平行に延在しているようにすることができる。

第２の有利な実施形態において、回路基板は第３の部分として、従って曲げ領域として用いられるべき領域において切削加工され、その結果この部分における層の数および回路基板厚みも低減されかつ少なくとも一度は可撓性である領域、すなわち回路基板の第３の部分が生じる。

第３の有利な実施形態において回路基板はいわゆるセミフレックス材料から製造されていてよい。このようなセミフレックス回路基板は一度だけの曲げしか可能でなく、それ以降はスタチックに応動できるだけである。ベース材料は特有の樹脂およびポリイミド、例えばＣＥＭ１である。

上述したこれら実施形態の任意の組み合わせも可能である。

更に、回路基板は第２の曲げ領域を有していることができ、この第２の曲げ領域は回路基板の第２の部分の、第１の曲げ領域とは反対の側に配置されておりかつこの領域に、回路基板の第１の部分に対して曲げられた状態においてほぼ平行である第４の回路基板部分が追従している。回路基板の、ほぼ「Ｕ字」形状のこの配置により、回路基板の第１および第４の部分の実装可能な領域は一段と高められる。この場合には回路基板の２つの硬質の第１および第４の部分は、回路基板のフレキシブルな領域およびコネクタに同様に剛性に配置されている回路基板部分を介して接続される。これにより回路基板の第１および第４の部分の間にスペース節約形の簡単な電気的な接続が生じる。

コネクタに電気的および機械的に接続されている回路基板第２部分に、部品、殊に電磁適合性を改善しかつ静電放電に対する防護として用いられる阻止コンデンサが配置されているようにすることもできる。このような阻止コンデンサに対しては、これらコンデンサがプラグインコンタクト、すなわちその作用が最大限発揮される場所に直接配置されておりかつ回路基板の第１の部分の領域においてもスペースを必要としないことが利点と認められている。

この場合基本的に２つの実施形態を区別することができる。一方における、圧入領域に中実に実現されておりかつ圧入接続のために必要である力が中実な圧入コンタクトが圧入される回路基板孔の変形によって供給される圧入式コンタクト。他方における、圧入領域においてエラスチックに実現されておりかつ圧入接続のために必要である力がエラスチックな圧入コンタクトの変形によって供給されるエラスチックなコンタクトエレメント。

従ってこうして実現された、圧入コンタクトを備えたコネクタは、回路基板にこれらを装着した後に電気的および機械的に接続されるようにすることができる。従って例えば、減結合コンデンサも既に被着されている完全に実装された回路基板をまずケーシングに挿入し、このケーシングを引き続いて封鎖しかつそれに続いてコネクタが外側から回路基板の第２の部分と一緒に加圧されるようにすることができる。

次に本発明の複数の実施例を添付図を参照して詳細に説明する。その際：
図１は本発明の制御装置を展開して示し、
図２は図１の制御装置に使用されるような回路基板を略示し、
図３Ａは制御装置に対する回路基板の第１実施例を略示し、
図３Ｂは制御装置に対する回路基板の第２実施例を略示し、
図３Ｃは制御装置に対する回路基板の第３実施例を略示している。

図１には制御装置、例えば自動車に対する機関または変速機制御装置を示している。機関および変速機または自動車のその他の制御および調整機能に対する組み合わされた制御装置も考えられる。制御装置はここではケーシング底部３．１およびケーシングカバー部３．２から成っているケーシング３を有している。底部３．１およびカバー部３．２から形成されているケーシングは端面に開口１０を有しており、そこにコネクタ２を装着できるようになっている。装着されたコネクタがケーシングを閉じる。

底部３．１とカバー部３．２との間において溝にシール部材１１が装着されており、ここではそれは合成樹脂材料から予め成型されているシール部材であってよく、硬化性または非硬化性の液体シールであってもよい。ケーシング３とコネクタ２との間に同様にシール部材２．１１が装着されている。

コネクタ２に電気的および機械的に回路基板１が接続されている。これはマウントされた状態においてケーシング３の内部に配置されている。

この多層の回路基板１は第１の剛体もしくは硬質部分１．１を有している。この部分には少なくとも部分的に両側に素子もしくは部品５が実装されている。回路基板の第２の同様に剛体の部分１．２は電気的および機械的にコネクタ２に接続されている。第３の部分１．３はプリント基板の第１の部分１．１と第２の部分１．２との間に配置されておりかつこれらを電気的および機械的に接続している。

この第３の部分１．３は可撓性であり、すなわち第２の部分１．２はコネクタ２と一緒に、回路基板１をケーシング３にこの部分１．３において組み込むために少なくとも１回曲げられ、その際にコネクタ２はケーシングの端面の開口１０に装着することができる。

択一的にまず、曲げられた回路基板１をケーシング３に装着しかつコネクタ２をケーシングを閉じる前または後で、すなわち底部３．１とカバー部３．２とをマウントした後で開口１０に装着することができる。この場合、コネクタ２のコンタクトピン２．１および回路基板１の第２の領域１．２にある凹部が次のように実現されていると有利である。すなわち、コンタクトピン２．１を回路基板１の凹部に簡単に圧入することができてこうしてコンタクトピン２．１と回路基板１．２との間に電気的および機械的な接続が成り立つようにである。

電気的な部品５の高い損失電力に基づいて熱が搬出されなければならない領域において、−．１の第２の側をケーシング３の底部３．１に直接接続しかつこうして損失電力によって生成される熱を放出するための熱伝導性の良好な通り道を形成すると有利である。従って底部３．１は冷却体として作用する。

両側で実装されている回路基板１の第１の部分１．１の領域において、底部３．１は凹部１２を有している。この凹部１２に、回路基板１の、底部３．１の方の側に実装された部品が突入している。第１の部分１．１の片方しか実装されていない領域は底部３．１に平面的に載着されており、これによりこの領域において回路基板１と底部３．１との間の熱伝導接触抵抗が最適化される。

回路基板１はここでは４層の回路基板として実現されている。しかし図１において回路基板１の上側の外側層の２つの導体路６が図示されているだけである。

図２にはコネクタ２に接続されている回路基板１が斜視図にて示されている。そこには回路基板１の、ケーシング３の底部３．１の方の側が示されている。回路基板１の第１の部分１．１の下面も電気的な部品５および２つ導体路６を有している。この場合導体路６は、回路基板１の第１の部分１．１の下側の外側層に配置されているすべての導体路に対する例示として示されている。

回路基板１の第２の部分１．２の、コネクタ２とは反対の方の側においてコンデンサ７が図示されている（図３Ｂも参考になる）。これは一方において第１のコンタクトピン２．１に接続されておりかつ他方において第２のコンタクトピン２．１またはアースに電気的に接続されておりかついわゆる阻止コンデンサとして用いられる。コンデンサ７は制御装置の電磁融合性（ＥＭＣ）を高めかつ電気回路を所望しない静電放電（ＥＳＤ）から保護する。

この種コンデンサ７をコンタクトピン２．１のできるだけ近傍に配置すると特別有利であることが分かっている。というのは、これらはそこ、障害の発生する場所の近傍で最大の作用効果を発揮するからである。コンデンサ７のような部品を、第２の部分１．２の、コネクタ２の方の側に固定することも可能である（図３Ｃ参照）。

図３Ａ，図３Ｂおよび図３Ｃは回路基板１の３つの実施例を、それぞれ制御装置にどのように使用することができるのかについて示している。回路基板１はここでは曲げられていない状態において回路基板１に沿った断面にて図示されており、この状態は電気的および／または電子的な部品の簡単な実装を可能にするものである。というのは、曲げられていない、扁平な回路基板は付加的なコストをかけずに従来の自動部品挿入機において簡単に実装することができるからである。

コンタクトピン２．１および回路基板１の個々の導体路６とのコンタクト形成部を有しているコネクタ２は分かり易くするために略示されているにすぎない。図３Ａ，図３Ｂおよび図３Ｃの点はそれぞれの導体路６．１，６．２，６．３または６．４に対する電気的な接続を示している。

部分１．１において回路基板１は４層を有している。これらはそれぞれ、金属的な被覆部、ここでは導体路６．１，６．２，６．３または６．４を有している。これら導体路６間に３つの層回路基板材料８．１，８．２および８．３が配置されている。回路基板材料８は殊にファイバ強化エポキシ樹脂（ＦＲ４）である。回路基板材料８と導体路６との間にそれぞれ図示されていない電気的に絶縁性の接着層が配置されている。この構成は、コネクタ２が配置されている、回路基板の部分１．２に対しても当てはまる。領域１．１および１．２の間に可撓性の第３の部分１．３が配置されている。これは図３Ａでは２つの凹部９．１および９．２を有している。これら凹部９．１および９．２は一方において製造の際に既に開口しておくことができ、その場合にはこの部分１．３にはコア部８．２を有する２層の導体路６．２および６．３が存在しているだけである。この場合、コア部の材料−例えばポリイミド−により、回路基板１が部分１．３において少なくとも１回曲げることができるのが可能になる。実装のためにこうして形成された回路基板１は部分１．３において支え１３を有している、これは回路基板１をそこで本当に曲がるまで強化しかつこうして回路基板の取り扱いを簡単にする。

択一的に、凹部９．１および９．２はまず４層に製造されている回路基板１の作製後にも、２つの層が再び除去されるように、後から切削により形成されることもできる。

図３Ｂにはコネクタ２を備えた回路基板１の別の実施例が示されている。同じまたは類似のエレメントはここでは図３Ａと同じ参照番号が付されている。しかし図３Ｂの回路基板１は部分１．３に１つの凹部９しか有していないので、部分１．３において外側層６．１および内側層６．２が回路基板１の第１の部分１．１および第２の部分１．２を接続している。この凹部９は同様に、製造時に形成することができるが、後から切削除去するようにしてもよい。片側の凹部９は製造工程の面で有利である。というのは、回路基板１は一方の側からだけ加工すればよいからである。

図３Ｃは回路基板の別の実施例を示している。ここでは２つの両側実装部分１．１がそれぞれ曲げ領域１．３を介してコネクタ２を支持する、回路基板１の部分１．２に接続されている。組み込みのために回路基板１は「Ｕ」字形に曲げられ、その結果部分１．１はほぼ上下に位置しておりかつコンタクトピン２．１は導体路６に対してほぼ平行に延在している。部分１．２は第１の部分１．１に配置されている部品をコンタクトピン２．１に接続する。これは付加的に回路基板１の２つの第１部分１．１の接続のためにも用いられる。凹部９．１および９．２はここでは図３Ｂで説明したのと同じであるが、図３Ａで説明した実施例のように実現することもできる。

図３Ｃの実施例において多層の部分１．２により３層または多層のコネクタも、回路基板１の部分１．１の電気的な接続も実現されるようにすることができる。

部分１．１および１．２の接続は回路基板１の外側層によっても内側層６によっても行うことができるので、剛体の導体路がはんだまたは別のコンタクト形成手段を用いて配置されているフレキシブルな導体路により接続することができるときに必要になってくるように、導体路を導くために必要であるスペースがいらなくなる。

凹部９が切削法を用いて作製されるのであれば、回路基板１をまず、従来通りに実装することができる。回路基板はこの時点ではまだ、フレキシブルまたは可撓性の部分を有していないからである。凹部９はそれから実装後の１工程において、例えば片側の凹部９または図３Ａにおいて示されているように両側の凹部９．１および９．２を回路基板１．３にフライス加工することができる。

部品、ここではコンデンサ７の、回路基板１の第２部分１．２への配置は図３Ｂおよび図３Ｃでは同様に略示されている。

本発明の制御装置の展開図 図１の制御装置に使用されるような回路基板の略図 制御装置に対する回路基板の第１実施例の略図 制御装置に対する回路基板の第２実施例の略図 制御装置に対する回路基板の第３実施例の略図

Claims (6)

1. 制御装置、例えば自動車用の制御装置であって、該制御装置は、
   − ケーシング（３）を有し、
   − 一体の多層の回路基板（１）を有し、その際１つの層は支持体材料に被着されている少なくとも１つの金属性の被覆を有しており、かつ
   − 回路基板は電気的および／または電子的な部品（５）を実装している第１の部分（１．１）を有しており、その際該第１の部分（１．１）は少なくとも４つの層（６，８）を有しており、
   ここで回路基板（１）は第２の部分（１．２）を有しており、該第２の部分は同様に少なくとも４つの層（６，８）を有しておりかつコネクタ（２）のコンタクトピン（２．１）に電気的および機械的に接続されており、
   − 回路基板（１）は第３の部分（１．３）を有しており、該第３の部分は回路基板（１）の第１の部分（１．１）および第２の部分（１．２）を接続しかつ少なくとも２つの層（６，８）を有しており、ここで該回路基板（１）は該第３の部分（１．３）においてフレキシブルまたは少なくとも可撓性であり、かつ
   − ここで前記コネクタ（２）のコンタクトピン（２．１）は回路基板（１）の第２の部分（１．２）の導体路（６）と圧入式接続により接続されている
   制御装置。
2. 第２の部分（１．２）に部品（７）が配置されており、該部品はコンタクトピン（２．１）および／または第２の部分（１．２）の導体路（６）に接続されている
   請求項１記載の制御装置。
3. 回路基板（１）の第１の部分（１．１）には少なくとも部分的に両側で電気および／または電子部品（５）が実装されている
   請求項１または２記載の制御装置。
4. コネクタ（２）の少なくとも２つのコンタクトピン（２．１）は回路基板（１）の第２の部分（１．２）の導体路（６．１）によって電気的に接続されている
   請求項１から３までのいずれか１項記載の制御装置。
5. 制御装置の製造方法であって、次のステップを有している：
   − 回路基板（１）の第１の部分（１．１）に電気および／または電子部品（５）を実装し、
   − 回路基板（１）をケーシング（３）の底部（３．１）に装着し、ここで回路基板（１）の第２の部分（１．２）はケーシング（３）への装着の前または装着の際の、回路基板（１）の第３の部分（１．３）におけるたわみにより曲げ出されて、回路基板（１）の第１の部分（１．１）および第２の部分（１．２）の平面が１８０°より小さな角度、例えば約９０°の角度で配置されているようにし、
   − コネクタを回路基板（１）の第２の部分（１．２）に固定し、かつ
   − ケーシング（３）をカバー（３．２）により閉鎖し、ここでコンタクトピン（２．１）と回路基板（１）の第２の部分（１．２）の導体路（６）との間の電気的な接続は圧入式接続により形成される
   方法。
6. コネクタ（２）の固定の前に、回路基板（１）の第２の部分（１．２）に電子および／または電気部品（７）を固定する
   請求項５記載の方法。

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