JP2007533518A - 電子装置ユニット、並びに電子装置ユニットを製造するための方法 - Google Patents

Abstract

電子装置ユニット、特に自動車のための制御装置であって、電子構成部品が装着されたプリント基板と、該プリント基板を包囲するケーシングとを有している形式のものにおいて、プリント基板（１２）が少なくとも１つの第１のプリント基板区分（３４）と少なくとも１つの第２のプリント基板区分（３６）とを有していて、第１のプリント基板区分（３４）がケーシング（１４，１６）から間隔を保って配置され、かつ両側に電子構成部品が装着されていて、第２のプリント基板区分（３６）が熱伝導性の接着剤層（４２）を介してケーシングに接続されていることを特徴とする。

Description

本発明は、電子装置ユニット、特に自動車のための制御装置であって、電子構成部品が装着されたプリント基板と、該プリント基板を包囲するケーシングとを有している形式のものに関する。また本発明は、このような形式の電子装置ユニットを製造するための方法並びにこのような電子装置ユニットの使用法に関する。

自動車エレクトロニクスの分野によれば、自動車の電気構成部品及び電子構成部品（例えばエンジン制御装置）を制御するための制御装置が公知である。この公知の制御装置においては、温度に対する高い耐性を得るために、回路基板（回路担体）が、厚膜技術（Dickschicht）又は積層技術（Laminattechnik）によって製造される。

厚膜技術においては、例えば比較的厚く被着された導体路を備えた、同様に比較的厚いセラミック基板が設けられる。これはコスト的に不都合である。何故ならばこのようなプリント基板の製造は、簡単なプリント基板（例えば薄いエポキシ基板；Epoxid-Substrat）を製造するよりも非常に高価だからである。

積層技術においては、例えば従来のプリント基板が、高い圧力及び高い温度を用いることによって、金属層に接合される。この場合、積層技術で製造されたプリント基板は、片面にしか電子構成部品を装着できないので、所定の電子回路装置においては、両面に装着された従来のプリント基板と比較して、面需要が大きくなる、という欠点がある。２つ又はそれ以上のプリント基板を互いに上下に配置することによって、面需要が大きくなるのを避けるというやり方は、満足のいくものではない。何故ならばこれによって、構造スペースがより大きくなり、また組立コストがより高価になるからである。

一般的に、多くの使用例において、特に電子構成部品において例えばアクティブな半導体出力素子が使用されるか、かつ／又は電子構成部品が比較的高い周囲温度を有する環境において使用される場合に、電子構成部品からケーシングに熱を効果的に導出することが重要である。これは例えば自動車の制御装置において、例えば自動車のケーブルハーネス配置を簡略化するために、又はエンジンの電子検査をエンジンに所属する制御装置と一緒に簡単な形式で可能にするために、この制御装置を内燃機関の近傍に又は内燃機関に直接配置したい場合である。公知の形式で、エンジンの近傍に組み込まれた制御装置のためには、一般的な形式で前記厚膜技術又は積層技術が使用される。

本発明の課題は、冒頭に述べた形式の電子装置ユニットを、熱導出特性並びに製造コストに関連して完全することである。

この課題は、請求項１に記載した電子装置ユニット、並びに請求項１０に記載した、電子装置ユニットの製造方法によって解決された。本発明の有利な実施態様は従属請求項に記載されている。

本発明による電子装置ユニットは、少なくとも１つのプリント基板区分を有していて、該プリント基板区分は、ケーシングから間隔を保って配置されていて、両側に電子構成部品が装着されている。この単数又は複数のプリント基板区分は、以下では「第１の」プリント基板区分と称呼されている。プリント基板はさらに、熱伝導性の接着剤層を介してケーシングに接続された少なくとも１つのプリント基板区分を有している。この単数又は複数のプリント基板区分は、以下では「第２の」プリント基板区分と称呼されている。複数の部分より成るケーシングにおいては、単数又は複数の第２のプリント基板区分がいずれかのケーシング部分に接着される。（少なくとも１つの第１のプリント基板区分における）部分的に両面の装着によって、特に全プリント基板面における単数又は複数の第１のプリント基板区分が少なくとも３０％である場合に、比較的わずかな面需要が得られる。さらにまた、第２のプリント基板区分は有利には、ケーシング（この観点において機械的なベース又はヒートシンクとみなされる）に対する機械的及び同時に熱的な「インターフェース」として作用する。この場合、この２重の作用を有するインターフェースは、接着剤層を介する結合によって、非常に確実、効果的、製造技術的に良好に、かつ構造スペースが節減されて構成されている。

プリント基板区分はそれぞれ複数設けられているが、以下では、簡略化のために、第１のプリント基板区分若しくは第２のプリント基板区分だけについて説明する。１つのプリント基板区分のための説明は、それぞれ単数、又は複数のプリント基板区分のすべてに当てはまる。

第２のプリント基板区分の、接着剤層を備えた側は、有利には金属面（導体路から延びる）を備えている。これはこの箇所において、水平な熱の広がりと同時に、隣接する接着剤層との良好な熱的な接続を得るためである。第２のプリント基板区分の、接着剤層とは反対側は、特に大量の熱を発生する電子構成部品を装着するために適している。何故ならば、これらの熱は、これらの電子構成部品の下側の直近に存在する、わずかな熱伝達抵抗を有する接着剤層を介して、特にこの箇所に配置された熱伝導性の、金属被覆された貫通孔（バイア；vias）を介して、さらに伝達されるからである。

有利には、接着剤は液体接着剤として塗布され、次いで硬化される。接着剤の硬化は、簡単な形式で熱的に設けられる。良好な熱導出効果のために、少なくとも０．５Ｗ／ｍＫ特に少なくとも１Ｗ／ｍＫの熱伝導率を有する接着剤が使用される。

プリント基板とケーシングとの間の接着剤層結合によって、従来の電子装置ユニットにおいて固定するために一般的な形式で設けられているねじ結合は不必要となる。互いに平行に配置され、かつ積層されたプリント基板を備えた電子装置ユニットが設けられている場合、その他のプリント基板は適当なスペーサホルダを介在させて、同様に接着及び／又は従来のねじ結合によってケーシング内部に固定することができる。

本発明の実施態様によれば、ケーシングは、ケーシング底部と、このケーシング底部に結合されたケーシングカバーとを有している。このような構成によれば、既に装着されているプリント基板がまず、このケーシング部分の１つに接着され、次いでケーシングがケーシング底部とケーシングカバーとの間で結合されて閉鎖されることによって、電子装置ユニットを簡単な形式で完成することができる。ケーシングを通って良好に熱を導出させるために、ケーシング全体が又は少なくとも接着剤層を介してプリント基板に熱的に結合されたケーシング部分が、良好に熱を伝導する材料例えば金属（例えばアルミニウム合金）より形成されていれば有利である。

有利な実施態様では、ケーシング底部は、横断面で見て、ケーシング内側区分を準備するための凹部を有しており、この凹部は、接着剤層を介して少なくとも１つの第２のプリント基板区分に結合するために使用される。

ケーシング底部とケーシングカバーとの間の簡単な結合は、例えば接着された溝と突起とから成る結合部によって実現される。このために、特に、いずれにしてもプリント基板とケーシングとの間の結合のために必要な接着剤を使用することができる。汚れに対してケーシング内室を良好に保護するために、一方のケーシング部分（底部又はカバー）で環状に閉じた、縁部で環状に延びる突起が、他方のケーシング部分に対応して配置された溝内に係合するようになっている。

特に低い構造高さの電子装置ユニットを得るためには、電気式の接続可能性を提供するために、ケーシングカバー内に少なくとも１つの電気式の差し込み接続部（コネクタ）を組み込めば有利である。この場合、差し込み接続部の接続ピンは、ケーシングカバーに隣接するプリント基板に対して直線的に延びていて、このプリント基板に直接接触している。特にこの直線的な接続ピンの形状においては、接触が簡単な形式で押し込み接触部として設けられていて、例えばケーシングを閉鎖する際に、単数又は複数の差し込み接続部を備えたケーシングカバーをケーシング底部上に載せることによって得られる。

単数又は複数の第２のプリント基板区分を具体的に配置する（プリント基板平面で見て）ことは、固定並びに熱導出特性に関連して重要である。この場合、少なくとも２つの第２のプリント基板区分を備えており、これらのプリント基板区分間の最小間隔が、プリント基板の最大長さ寸法の４０％よりも大きく設計されていれば、好都合であることが分かった。これは特に、複数の第２のプリント基板区分に保持されたプリント基板を頑丈に支承するために特に有利に作用する。それとは無関係に、プリント基板縁部に少なくとも１つの第２のプリント基板区分が配置されていれば、有利である。また、少なくとも１つの第２のプリント基板区分が、プリント基板縁部の大部分に沿って延びていて、特にプリント基板縁部に沿って閉じた環状に延びている構造も有利である。ケーシングにプリント基板をこのように環状に結合することによって、プリント基板は特に頑丈に保持され、電子創始ユニットの運転中に特に一様に熱を導出することができる。

第１のプリント基板区分の、接着剤層とは反対側のプリント基板側が、電子構成部品を備えていない場合には、この箇所は、導体路面を配置するために好都合である。この導体路面は熱拡散面として働き、引き取った熱を効果的に、この面の下に存在する接着剤層に引き渡すことができる。

電子装置ユニットを製造するための簡単な方法は、次の段階を有している。つまり、
・既に装着されているプリント基板を準備し、
・隆起したケーシング内側区分と、ケーシング底部の縁部に閉じた環状に配置された溝とを有する、輪郭を形成するケーシング底部を準備し、
・隆起したケーシング内側区分及び溝の底部に液体接着剤を塗布し、
・プリント基板を接着するためにこのプリント基板を、隆起したケーシング内側区分に押し付け、
・ケーシング底部の溝内に、閉じた環状に係合させるための突起を有するケーシングカバーを準備し、
・このケーシングカバーをケーシング底部上に押し付けて、ケーシング底部とケーシングカバーとの間の、溝と突起とから成る接着式の接続部を形成し、かつ差し込み接続装置の接続ピンを押し込み技術（Einpresstechnik）で接触させる、
方法段階を有している。

差し込み接続装置は、プリント基板が接着される前に、例えばプリント基板を押し込み技術によってプリント基板に接触させることができる。例えば選択的に、差し込み接続装置は、ケーシングカバーに組み込んで設け、またケーシングカバーと共に押しつけてもよい。

本発明を以下に図示の実施例を用いて具体的に説明する。

図１は、自動車用の制御装置の分解図、
図２は、組み立てた状態の制御装置の縦断面図、
図３は、組み立てた状態の制御装置の横断面図である。

図１〜図３には、自動車用の全体が符号１０で示された制御装置が示されている。制御装置１０は、電子構成部品が装着された堅固なプリント基板１２（例えば銅製の導体路若しくは導体面を備えたエポキシ基板）と、このプリント基板を包囲するケーシングとから形成されており、このケーシングは、ケーシング底部１４（ベースプレート）とケーシングカバー１６との２つの部分より構成されている。制御装置を当該の自動車の車両電子装置に（若しくは検査装置に）電気的に接続するために２つの差し込み接続部１８，２０が設けられており、これらの差し込み接続部１８，２０は、図示の実施例では接触させるために、制御装置組み付け時に押し込み技術によってプリント基板１２の上側面に載せられ、ケーシング底部１４にねじ固定される。このために差し込み接続部ケーシングは固定ねじ２２を備えており、この固定ねじ２２は、組み立てた状態でプリント基板１２の切欠２４を貫通し、ケーシング底部１４の相応の固定孔２６内にねじ込まれる。外方に向かって、差し込み接続部１８，２０は、ケーシングカバー１６の適当な寸法を有する貫通切欠２８を貫通して突き出す。

ケーシングカバー１６と同様にアルミニウム合金より形成されたケーシング底部１４は輪郭を形成している。つまり、底部１４の中央領域内に、ほぼ方形の連続する、窪んだケーシング内側区分３０が得られ、このケーシング内側区分３０はその縁部が環状に延びていて、隆起したケーシング内側区分３２に隣接している。

このような、窪んだケーシング内側区分３０と隆起したケーシング内側区分３２とを配置したことによって、プリント基板１２は、連続的に延びる中央のプリント基板区分３４（第１のプリント基板区分）を有し、この中央のプリント基板区分３４は、組み立てた状態で、ケーシング底部から所定の間隔を保って配置されていて、両側に電子構成部品が装着されており、これに対してプリント基板１２は、プリント基板縁部に沿って閉じた環状に延びる外側のプリント基板区分３６（第２のプリント基板区分）を有しており、この外側のプリント基板区分３６の下側は熱伝導性の接着剤層４２（図２及び図３）を介して、隆起したケーシング内側区分３２に直接接続されている。

このような接着剤層４２を介して行われるプリント基板１２の部分的な結合によって、プリント基板１２の確実な機械的保持が得られ、さらに、制御装置１０の運転中に電子構成部品によって生ぜしめられる熱のための効率的な導出経路が得られる。接着剤は約２ｗ／ｍＫの熱伝導率を有している。従って制御装置１０は、特に自動車のエンジンに近い箇所に組み付けるために適している。何故ならば以上のような構成は、機械的な負荷（例えば振動）及び温度に関連して厳しい環境条件を良好に克服することができるからである。

このような形式のエンジン制御装置１０においては、複数のアクティブな出力半導体素子（Leistungshalbleiterelement）が、例えばデジタル信号処理の回路部分に供給するための車載電源のＤＣ／ＤＣ降圧変換を行うための回路領域内、並びに内燃機関の燃料噴射装置を制御するための回路部分に供給するためのＤＣ／ＤＣ降圧変換を行うための回路領域内に使用される。これらの電子主力構成部分は、外側のプリント基板区分３６の上側面の広範囲にわたって配置されている。何故ならばこの区分から下方に接着剤層４２を貫通してケーシングに向かって効果的な熱導出が得られるからである。

図示の実施例において使用された差し込み接続部１８，２０は、直線状に下方に延びる接続ピンを有しており、これらの接続ピンは技術的に簡単に、プリント基板１２の相応に寸法設計された接点孔内に押し込まれる（「プレス・フィット技術“Press-fit-Technik”）。このような曲げられていない接続ピンを使用する利点は、差し込み接続部１８，２０が、制御装置１０のベース面に関連して好都合にケーシングカバー１６内に組み込まれ（ケーシングの閉鎖前であっても又は閉鎖後であっても）、従来技術の制御装置においてしばしばそうであるようにケーシング側壁領域内に組み込まれ、それによってケーシングのベース面が不必要に大きくならない、という点にある。接続ピンを中央のプリント基板内で接触させることによって、電子構成部品から接続ピンまで通じる、プリント基板１２の導体路が比較的簡単に、あまり複雑でない回路基板レイアウトで配置され得る、という利点が得られる。特に導体路は傾向に従って、短く、かつ各構成部品と各接続ピンとの間に直接延在するように配置することができる。これとは異なり、折り曲げられた差し込み接続部・接続ピンを備えた従来の制御装置においてしばしばそうであるように、プリント基板の縁部領域内で接触が行われる場合、プリント基板レイアウトは高価であるか若しくは、必要とされるプリント基板面に関連してあまりコンパクトに構成することができない。さらにまた、前記制御装置１０の熱導出特性に関連して、差し込み接続部１８，２０を中央付近に配置することは、熱を発生するよりもむしろ熱を導出する接続ピンが外側のプリント基板区分３６よりも冷却されにくい限り、また接続ピンが、効果的に冷却された外側のプリント基板区分３６内で、高い熱を発生する構成部品（例えば出力トランジスタ）を装着するために有利に使用されるプリント基板面を必要としない限り、有利である。

制御装置１０を組み付けるために、隆起したケーシング内側区分３２並びに、ケーシング底部１４に形成された環状の溝３８の底部に液体接着剤（例えばシリコン基）を備えることができる。次いで既に装着されたプリント基板１２はケーシング底部１４内に位置決めされ、接着剤層上に載せられる。次いで差し込み接続部１８，２０の接続ピンが押し込み技術によってプリント基板１２に接触せしめられ、固定ねじ２２によって固定される。図示の実施例では、差し込み接続部１８，２０のねじ結合が、ケーシング底部１４内でのプリント基板１２の付加的な（それ自体は必要ない）固定手段として働く。次いで、ケーシングカバー１６は上方から載せられて、その縁部に環状に延びる突起４０が溝３８に係合し、接着されるようになっている。選択的に、差し込み接続部１８，２０はまずプリント基板上側に取り付けられる。差し込み接続部に環状の溝が設けられているので、差し込み接続部１８，２０とケーシングカバー１６との結合も、有利な形式で溝・突起接着によって実現される。

自動車用の制御装置の分解図である。 組み立てた状態の制御装置の縦断面図である。 組み立てた状態の制御装置の横断面図である。

Claims (11)

1. 電子装置ユニット、殊に自動車のための制御装置であって、電子構成部品が装着されたプリント基板（１２）と、該プリント基板を包囲するケーシング（１４，１６）とを有しており、
   プリント基板（１２）が少なくとも１つの第１のプリント基板区分（３４）と少なくとも１つの第２のプリント基板区分（３６）とを有していて、第１のプリント基板区分（３４）がケーシング（１４，１６）から間隔を保って配置され、かつ両側に電子構成部品が装着されていて、第２のプリント基板区分（３６）が熱伝導性の接着剤層（４２）を介してケーシングに接続されており、
   ケーシング（１４，１６）が、ケーシング底部（１４）と、このケーシング底部（１４）に接続されたケーシングカバー（１６）とを有していて、この場合、ケーシング底部（１４）が横断面で見て、ケーシング内側区分（３２）を形成するための凹部を有していて、これらのケーシング内側区分（３２）は、接着剤層（４２）を介して少なくとも１つの第２のプリント基板区分（３６）に接続するために用いられるようになっている形式のものにおいて、
   ケーシング底部（１４）とケーシングカバー（１６）との間の接続部が、接着された溝・突起接続部（３８，４０）として構成されており、該溝・突起接続部（３８，４０）において、ケーシングカバー（１６）の縁部に設けられた、閉じた環状の突起（４０）が、ケーシング底部（１４）に対応して配置された溝（３８）内に係合して、この溝（３８）に接着されていることを特徴とする、電子装置ユニット。
2. 接着された溝・突起接続部（３８，４０）のために、プリント基板（１２）とケーシング（１４，１６）との間の接続のための接着剤と同じ接着剤が使用されている、請求項１記載の電子装置ユニット。
3. ケーシングカバー（１６）内に、電子装置ユニットを電気的に接続するための少なくとも１つの差し込み接続部（１８，２０）が組み込まれている、請求項１又は２記載の電子装置ユニット。
4. 差し込み接続部（１８，２０）の接続ピンが、プリント基板（１２）に対して直線的に延びていて、このプリント基板に直接接触されている、請求項３記載の電子装置ユニット。
5. 接続ピンの接触部が、押し込み接触部として設けられている、請求項４記載の電子装置ユニット。
6. 少なくとも２つの第２のプリント基板区分（３６）を備えており、これらのプリント基板区分（３６）間の最小間隔が、プリント基板の最大長さ寸法の４０％よりも大きい、請求項１から５までのいずれか１項記載の電子装置ユニット。
7. プリント基板縁部に少なくとも１つの第２のプリント基板区分（３６）が配置されている、請求項１から６までのいずれか１項記載の電子装置ユニット。
8. 少なくとも１つの第２のプリント基板区分（３６）が、プリント基板縁部の大部分に沿って延びていて、殊にプリント基板縁部に沿って閉じた環状に延びている、請求項１から７までのいずれか１項記載の電子装置ユニット。
9. 少なくとも１つの第２のプリント基板区分（３６）が、接着剤層（４２）とは反対側のプリント基板側上で電子構成部品を備えている、請求項１から８までのいずれか１項記載の電子装置ユニット。
10. 電子装置ユニット（１０）を製造するための方法であって、
    イ）両側で電子構成部品を備えた少なくとも１つの第１のプリント基板区分（３４）と、片側には電子構成部品を備えていない少なくとも１つの第２のプリント基板（３６）とを有するプリント基板（１２）を準備し、
    ロ）少なくとも１つの第２のプリント基板区分（３６）に対応して配置された、隆起したケーシング内側区分（３２）と、ケーシング底部（１４）の縁部に閉じた環状に配置された溝とを有する、輪郭を形成するケーシング底部（１４）を準備し、
    ハ）隆起したケーシング内側区分（３２）に、熱を伝導する接着剤を塗布し、
    ニ）環状に延びる溝（３８）の底部に接着剤を塗布し、
    ホ）プリント基板（１２）を接着するためにこのプリント基板（１２）を、隆起したケーシング内側区分（３２）に押し付け、
    ヘ）ケーシング底部（１４）の溝（３８）内に係合させるための閉じた環状の突起（４０）を有するケーシングカバー（１６）を準備し、このケーシングカバー（１６）をケーシング底部（１４）上に押し付けて、ケーシング底部（１４）とケーシングカバー（１６）との間の、溝（３８）と突起（４０）とから成る接着式の接続部を形成する、
    方法段階を有していることを特徴とする、電子装置ユニット（１０）を製造するための方法。
11. 前記方法段階ハ）及びニ）において同じ接着剤を使用する、請求項１０記載の方法。

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