JP2009295362A - 箱形電子モジュール - Google Patents

Abstract

【課題】耐久性や防水性を向上させることができて、安価で信頼性の高い自動車用エンジンコントロールユニット等の箱形電子モジュールを提供する。
【解決手段】コネクタ１３は、所要本数の金属端子１３Ｂと、樹脂製のハウジング１３Ａとからなり、ハウジング１３Ａは、外部ハーネスのプラグが差し込まれる、回路基板１４と略平行なソケット部１３ｃ、金属端子１３Ｂを保持する、ソケット部１３ｃに略垂直の鍔状部１３ｅを有する端子保持壁部１３ｄ、及び、金属ベース１５に接着材２０を介して接合される、端子保持壁部１３ｄから内方にソケット部１３ｃと略平行に突出する内方突出部１３ｆを有する。前記コネクタ１３の内方突出部１３ｆが金属ベース１５に接着材２０を介して接合されるとともに、金属製カバー１１が金属ベース１５及びコネクタ１３の内方突出部１３ｆに接着材２０を介して接合されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、箱形電子モジュールに係り、例えば、電子部品が実装された回路基板と、該回路基板と外部とを電気的に接続するためのコネクタと、前記回路基板が搭載されるとともに、前記コネクタが取付保持される放熱用金属ベースと、前記回路基板、前記金属ベース、及び前記コネクタの一部を覆う密封用の金属製カバーと、が一体的に組み付けられ、耐久性や防水性を向上させることができて、安価で信頼性の高い箱形電子モジュールに関する。

自動車の各種コントロールユニットやセンサーモジュールは、電子回路を搭載したセラミック製あるいは樹脂製の電子回路基板、入出力コネクタ部を有する金属又はプラスチック製のケース、及び／又はキャップからなる構造を有する。これらの構造の中には、半導体チップの放熱性を向上させるために、放熱用金属ベース上に前記回路基板を搭載する構造も含まれる。

図６は、自動車又は民生用で採用されている箱形電子モジュールの一例を示す。図示例の箱形電子モジュール５０は、上面と前面が開口され、かつ左右に取り付け部を有するプラスチックケース５８、電子部品６１を搭載した樹脂プリント電子回路基板５４、所要本数の外部接続端子５３ｂを有するコネクタ５３を備え、このコネクタ５３は、前記ケース５８の一端部に取り付けられる。この箱形電子モジュール５０では、電子部品６１が実装された回路基板５４を外部の湿気から保護し、かつ振動に対する固定のため、保護樹脂（封止樹脂）層６６が形成されている。この箱形電子モジュール５０を製作するにあたっては、電子部品６１が実装された回路基板５４にコネクタ５３の前記端子５３ｂをはんだ付けなどにより接続し、前記回路基板５４を前記ケース５８に位置決めして取り付け、その後、ケース５８内に液状樹脂を注入充填、加熱硬化して前記保護樹脂層６６を形成する。

このような箱形電子モジュールの代表例としては、下記特許文献１に所載の自動車用エンジンコントロールユニットが挙げられる。
特開２００３−２５８４５１号公報

一般に、自動車用エンジンコントロールユニットに接続する空気量や酸素濃度を測定するセンサ類や燃料噴射弁などの機構部品は自動車のボンネットの下のエンジンルーム内にある。

前記センサ類や前記機構部品と前記自動車用エンジンコントロールユニット間を接続する配線の長さを短くしメンテナンス性を向上するために前記自動車用エンジンコントロールユニットがエンジンルーム内に配置される例が増えている。

前記エンジンコントロールユニットはエンジンルーム内でエンジンの熱や太陽に熱せられたボンネットの熱に晒されて過酷な環境で使われる。また、エンジンコントロールユニットは、エンジンルーム内では雨水が直接かかるため、防水性等が求められる。

一方、エンジンコントロールユニットに対する入出力信号用の配線は５０〜２００本程度ある。

前記配線（外部ハーネス）の重さは、前記コネクタで支えるが、自動車の走行時の振動や発進・停車時の慣性力で前記コネクタに掛かる力が増大する。エンジンコントロールユニットは、前記コネクタに掛かる力や過酷な環境に耐え得る耐久性、防水性が要求される。

さらに、エンジンコントロールユニットは安価な材料を適量使い、少ないエネルギーで製造する必要がある。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、耐久性や防水性を向上させることができて、安価で信頼性の高い自動車用エンジンコントロールユニット等の箱形電子モジュールを提供することにある。

前記目的を達成すべく、本発明に係る箱形電子モジュールは、基本的には、電子部品が実装された回路基板と、該回路基板と外部とを電気的に接続するためのコネクタと、前記回路基板が搭載されるとともに、前記コネクタが接着材を介して接合される放熱用金属ベースと、前記回路基板及び前記金属ベースを覆う密封用のカバーと、が一体的に組み付けられてなるもので、前記コネクタは、所要本数の金属端子と、樹脂製のハウジングとからなり、該ハウジングは、外部ハーネスのプラグが差し込まれる、前記回路基板と略平行なソケット部、及び前記金属端子を保持する端子保持壁部を有し、前記コネクタハウジングに、前記ソケット部と略平行に嵌合穴が少なくとも一つ形成されるとともに、前記金属ベースの端部に、前記嵌合穴に緩く嵌合する突起部が少なくとも一つ設けられていることを特徴としている。

本発明に係る箱形電子モジュールの、より好ましい態様では、基本的には、電子部品が実装された回路基板と、該回路基板と外部とを電気的に接続するためのコネクタと、前記回路基板が搭載されるとともに、前記コネクタが取付保持される放熱用金属ベースと、前記回路基板、前記金属ベース、及び前記コネクタの一部を覆う密封用の金属製カバーと、が一体的に組み付けられる。

そして、前記コネクタは、所要本数の金属端子と、樹脂製のハウジングとからなり、該ハウジングは、外部ハーネスのプラグが差し込まれる、前記回路基板と略平行なソケット部、前記金属端子を保持する、前記ソケット部に略垂直の鍔状部を有する端子保持壁部、及び、前記金属ベースに接着材を介して接合される、前記端子保持壁部から内方に前記ソケット部と略平行に突出する内方突出部を有し、前記コネクタの内方突出部が前記金属ベースに接着材を介して接合されるとともに、前記金属製カバーが前記金属ベース及び前記コネクタの内方突出部に接着材を介して接合されており、前記コネクタハウジングの鍔状部に、前記ソケット部と略平行に貫通孔が少なくとも一つ形成されるとともに、前記金属ベース及び／又は前記金属製カバーの端部に、前記貫通孔に緩く嵌合する突起部が少なくとも一つ設けられていることを特徴としている。

ここで、接着材の接着強度は、構成部品の表面状態で変わる。例えば、構成部品の表面粗さのばらつき、製作過程でのフラックスの付着や、市場では雨水がかかることにより低下することが考えれらる。したがって、接着材の許容伸びがカタログ値で２５０％であっても、前述のような接着材の強度低下により、接着材の許容伸びがカタログ値の２５〜５０％に低下することが少なからず起こり得る。

そこで、本発明の好ましい態様では、前記貫通孔とそれに緩く嵌合する前記突起部との間に形成される垂直方向のクリアランスを、前記各接着材の厚さに応じて設定するようにされる。

より具体的な好ましい態様では、前記貫通孔とそれに緩く嵌合する前記突起部との間に形成される垂直方向のクリアランスを、前記各接着材の厚さの５〜２０%に設定するようにされる。

以下、本発明に係る箱形電子モジュールの他の好ましい態様を列挙する。
前記コネクタのハウジングは、好ましくは、ポリブチレンテレフタレート、ナイロン等の熱可塑性樹脂製とされる。
前記カバーは、好ましくは、鋼板を素材としたプレス成形品とされる。
前記金属ベースは、好ましくは、アルミダイカスト製とされる。
前記接着材は、好ましくは、シリコーン系で湿気硬化型とされる。

本発明に係る箱形電子モジュールでは、コネクタのソケット部に外部ハーネスのプラグが差し込まれることから、例えば、自動車の走行時の振動や発進・停車時の慣性力により、前記外部ハーネスが振れる等してコネクタに掛かる力が増大することがあり、このコネクタに掛かる力により、コネクタが垂直方向（接着材の厚み方向）に大きく引っ張られることがある。このようにコネクタが接着材の厚み方向に大きく引っ張られた場合、接着材が厚み方向に伸縮するが、その許容伸びがカタログ値より大幅に低下している場合、言い換えれば、接着材が許容伸びを越えて引っ張られた場合、接着材に剥離・破壊等の不具合が生じる。

しかし、本発明に係る箱形電子モジュールの好ましい態様では、接着材が許容伸びを越えるような大きな力で引っ張られる場合には、金属ベース及び金属製カバーに設けられた突起部が、コネクタの鍔状部に設けられた貫通孔に接当する。つまり、コネクタに掛かる力が大きくなったときには、その力を金属ベース及び金属製カバーで受けるようにされるので、接着材には過剰に力が掛からず、接着材に剥離・破壊等の不具合が生じないようにできる。

そのため、本発明によれば、自動車用エンジンコントロールユニット等の箱形電子モジュールの耐久性や防水性を向上させ得、信頼性を高めることができる。

また、既存の箱形電子モジュールの構成部品に貫通孔や突起部を設けるだけでよいので、費用対効果に優れるといった利点も得られる。

以下、本発明の箱形電子モジュールの実施の形態を図面を参照しながら説明する。
図１は、本発明に係る箱形電子モジュールの一実施形態を示す縦断面図、図２は、図１に示される箱形電子モジュールの平面図、図３は、図１に示される箱形電子モジュールの前面図、図４は、図１に示される箱形電子モジュールの分解図である。

図示実施形態の箱形電子モジュール１０は、自動車用エンジンコントロールユニットとして用いられるもので、基本的には、所要の電子部品２１が実装された回路基板１４と、この回路基板１４と外部とを電気的に接続するためのコネクタ１３と、回路基板１４が搭載されるとともに、コネクタ１３が取付保持される放熱用金属ベース１５と、前記回路基板１４、金属ベース１５、及びコネクタ１３の一部を覆う密封用の金属製カバー１１と、が一体的に組み付けられて構成される。

前記コネクタ１３は、所要本数の金属端子１３Ｂと、樹脂製のハウジング１３Ａとからなり、ハウジング１３Ａは、外部ハーネスのプラグが差し込まれる、回路基板１４と略平行なソケット部１３ｃ、金属端子１３Ｂを保持する、ソケット部１３ｃに略垂直の鍔状部１３ｅを有する端子保持壁部１３ｄ、及び、金属ベース１５に接着材２０を介して接合される、端子保持壁部１３ｄから内方にソケット部１３ｃと略平行に突出する内方突出部１３ｆを有する。

そして、前記コネクタ１３の内方突出部１３ｆが金属ベース１５に接着材２０を介して接合されるとともに、金属製カバー１１が金属ベース１５及びコネクタ１３の内方突出部１３ｆに接着材２０を介して接合されている。

また、前記コネクタ１３のハウジング１３Ａにおける鍔状部１３ｅに、上下３箇所ずつ、それぞれ断面矩形の貫通孔１６、１７が横並びに形成され、また、金属ベース１５及び金属製カバー１１の端部には、それぞれ貫通孔１６、１７に緩く嵌合する３個の突起部１５ａ、１１ａが設けられている。

次に、上記構成の箱形電子モジュール１０の製作手順並びに各部の詳細を説明する。
前記回路基板１４は、長方形（１６０ｍｍ×１５４ｍｍ）の樹脂プリント電子回路基板であり、表面に共晶はんだペーストをスクリーン印刷機で印刷したものである。この回路基板１４にチップ抵抗体、セラミックコンデンサ、アルミコンデンサなどの電子部品２１を自動搭載機にて搭載後、リフロー炉内を通過してはんだ接合を行なう。

前記コネクタ１３のハウジング１３Ａは、概略直方体に熱可塑性樹脂で成形されたものである。

前記金属端子１３Ｂは、厚さ０．５ｍｍの銅板を幅０．５ｍｍに打ち抜きプレス成形され、さらにＬ字状にプレス成形されたもので、回路基板１４との接続部分１３ｓには錫めっきが施されている。金属端子１３Ｂは、例えば、入力用８０本と出力用４０本に仕切られて前記端子保持壁部１３ｄ（に形成された透孔）に差し込まれて保持固定されている。

また、前記コネクタ１３のハウジング１３Ａにおける鍔状部１３ｅの下部に形成された３つの貫通孔１６の大きさは、横４．６ｍｍ×縦５．４ｍｍであり、一方、鍔状部１３ｅの上部に形成された３つの貫通孔１７の大きさは、横４．６ｍｍ×縦０．９ｍｍとなっている。

前記コネクタ１３は、回路基板１４に固定用の爪で固定される。コネクタ１３の金属端子１３Ｂの接続部分１３ｓは、回路基板１４のはんだ接続用ランド１４ｓの貫通孔１４ｈから貫通して約１ミリ出るように固定される。

ここでは、前記回路基板１４のはんだ接続用ランド１４ｓの貫通孔１４ｈから出した金属端子１３Ｂの接続部分１３ｓと、回路基板１４のはんだ接続用ランド１４ｓとはんだ接続用ランド１４ｓの貫通孔１４ｈに、フラックスをスプレーフラクサー装置で塗付し、さらに、金属端子１３Ｂの接続部分１３ｓと回路基板１４のはんだ接続用ランド１４ｓとはんだ接続用ランド１４ｓの貫通孔１４ｈを約１５０℃に加熱後、金属端子１３Ｂの接続部分１３ｓと回路基板１４のはんだ接続用ランド１４ｓとはんだ接続用ランド１４ｓの貫通孔１４ｈに鋼板の枠を合わせて、溶融はんだを噴流で吹き上げて金属端子１３Ｂの接続部分１３ｓと回路基板１４のはんだ接続用ランド１４ｓと貫通孔部分１４ｈをはんだ接合する。（スポットフロー・ソルダリング）

一方、放熱用金属ベース１５はアルミダイカスト製であり、図５に示される如くに、平面視長方形で厚さが８．５ｍｍあり、回路基板１４を搭載する主面側には、回路基板１４の裏面に接触する（回路基板１４を底面から浮かせて支持する）ように凹凸部１５ｄが突設されるとともに、裏面側には放熱用のフィン１５ｂが成形されている。また、この金属ベース１５の４隅にはＭ４サイズのめねじが機械加工されている。また、ベース１５のコネクタ１３が搭載される辺ａ側ではない２辺q、ｒから延長された部分に自動車への取り付け孔が穿設されている。

また、前記貫通孔１６に緩く嵌合する３個の突起部１５ａは、金属ベース１５におけるコネクタ１３側の端部に横並びに突設されており、その厚みは５ｍｍで幅４ｍｍ×長さ５ｍｍの矩形となっている。

ここでは、前記金属ベース１５における前端部（コネクタ１３の取付部分）と、ベース１５の中央部分に、シリコーン系で湿気硬化型の接着材２０をエア圧力制御方式の自動塗布機、又はタンクに入れた接着材２０にエア圧力をかけ開閉バルブ制御して塗布する方式の自動塗布機を用いて塗付後、コネクタ１３をはんだ接合した回路基板１４を自動搭載機で搭載する。ここで、中央部分の接着は、回路基板１４の浮き上がり防止が目的である。

次に、金属ベース１５における辺ａ以外の３辺ｓ、ｑ、ｒと、主面３ｍと対向する主面３ｎと、コネクタ１３の主面３ｎとベース１５の辺ｑ、ｒとの間の斜辺ｎｑ、斜辺ｎｒに、それぞれ接着材２０を自動塗付機を用いて塗布する。

前記金属製カバー１１は、厚さ０．５ｍｍの鋼板をトレー状にプレス成形したもので、平面視矩形とされ、回路基板１４を覆う部分１１Ａが深さ１９ｍｍ程度、また、コネクタ１３に載せる部分１１Ｂが深さ３０ｍｍ程度となっている。また、カバー１１の中央部分には防水フィルタ２２取り付け用の孔が形成されている。さらにカバー１１は、全面に亜鉛めっきが施されている。

また、前記貫通孔１７に緩く嵌合する３個の突起部１１ａは、カバー１１におけるコネクタ１３側の端部に横並びに突設されており、その厚みは０．５ｍｍで幅４ｍｍ×長さ５ｍｍの矩形となっている。

前記接着材２０が塗付されたコネクタ１３の金属端子１３Ｂをはんだ接合した回路基板１４が搭載された金属ベース１５上にカバー１１を自動搭載機で搭載し、次いで、回路基板１４とカバー１１を搭載したベース１５を温度６０℃、湿度６０％ＲＨの恒温高湿槽に３時間入れ、接着材２０の表面を硬化する。

次に、カバー１１の防水フィルタ取り付け用の孔から圧縮空気を入れた後、圧力を確認し、圧力変化が無いことで接着材２０により接着接合されているか否かを検査する。さらに、カバー１１の防水フィルタ取り付け用の孔に防水フィルタ２２をはめ込んで当該箱形電子モジュール１０の組立が完了する。

最後に、箱形電子モジュール１０にプログラムを書き込み、電気導通検査を経て、完成品が得られる。

ここで、本実施形態の箱形電子モジュール１０においては、前記貫通孔１６、１７とそれに緩く嵌合する前記突起部１１ａ、１５ａとの間に形成される垂直方向のクリアランスは、前記各接着材２０の厚さに応じて設定され、より具体的には、前記クリアランスが、前記接着材２０の厚さの１０%程度となるように、前記貫通孔１６、１７とそれに緩く嵌合する前記突起部１１ａ、１５ａの垂直方向（接着材２０の厚み方向）の寸法が設定されている。

このような構成とされた本実施形態の箱形電子モジュール１０においては、コネクタ１３のソケット部１３ｃに外部ハーネスのプラグが差し込まれることから、例えば、自動車の走行時の振動や発進・停車時の慣性力により、前記外部ハーネスが振れる等してコネクタ１３に掛かる力が増大することがあり、このコネクタ１３に掛かる力により、コネクタ１３が垂直方向（接着材２０の厚み方向）に大きく引っ張られることがある。このようにコネクタ１３が接着材２０の厚み方向に大きく引っ張られた場合、接着材２０が厚み方向に伸縮するが、その許容伸びがカタログ値より大幅に低下している場合、言い換えれば、接着材２０が許容伸びを越えて引っ張られた場合、接着材に剥離・破壊等の不具合が生じる。

しかし、本実施形態では、接着材２０が許容伸びを越えるような大きな力で引っ張られる場合には、金属ベース１５及び金属製カバー１１に設けられた突起部１５ａ、１１ａが、コネクタ１３の鍔状部１３ｅに設けられた貫通孔１６、１７に接当する。つまり、コネクタ１３に掛かる力が大きくなったときには、その力を金属ベース１５及び金属製カバー１１で受けるようにされるので、接着材２０には過剰に力が掛からず、接着材２０に剥離・破壊等の不具合が生じないようにできる。そのため、耐久性や防水性を向上させ得、信頼性を高めることができる。

また、既存の箱形電子モジュールの構成部品に貫通孔や突起部を設けるだけでよいので、費用対効果に優れるといった利点も得られる。

本発明に係る箱形電子モジュールの一実施形態を示す縦断面図。 図１に示される箱形電子モジュールの平面図。 図１に示される箱形電子モジュールの前面図。 図１に示される箱形電子モジュールの分解図。 図１に示される箱形電子モジュールからカバーを取り去った状態の平面図。 従来の箱形電子モジュールの一例を示す縦断面図。

符号の説明

１０ 箱形電子モジュール
１１ 金属製カバー
１１ａ 突起部
１３ コネクタ
１３Ａ ハウジング
１３Ｂ 金属端子
１４ 回路基板
１５ 金属ベース
１５ａ 突起部
１６ 貫通孔（ベース側）
１７ 貫通孔（カバー側）
２０ 接着材
２１ 電子部品

Claims (8)

1. 電子部品が実装された回路基板と、該回路基板と外部とを電気的に接続するためのコネクタと、前記回路基板が搭載されるとともに、前記コネクタが接着材を介して接合される金属ベースと、前記回路基板及び前記金属ベースを覆う密封用のカバーと、が一体的に組み付けられてなる箱形電子モジュールであって、
   前記コネクタは、所要本数の金属端子と、樹脂製のハウジングとからなり、該ハウジングは、外部ハーネスのプラグが差し込まれる、前記回路基板と略平行なソケット部、及び前記金属端子を保持する端子保持壁部を有し、
   前記コネクタのハウジングに、前記ソケット部と略平行に嵌合穴が少なくとも一つ形成されるとともに、前記金属ベースの端部に、前記嵌合穴に緩く嵌合する突起部が少なくとも一つ設けられていることを特徴とする箱形電子モジュール。
2. 電子部品が実装された回路基板と、該回路基板と外部とを電気的に接続するためのコネクタと、前記回路基板が搭載されるとともに、前記コネクタが取付保持される放熱用金属ベースと、前記回路基板、前記金属ベース、及び前記コネクタの一部を覆う密封用の金属製カバーと、が一体的に組み付けられてなる箱形電子モジュールであって、
   前記コネクタは、所要本数の金属端子と、樹脂製のハウジングとからなり、該ハウジングは、外部ハーネスのプラグが差し込まれる、前記回路基板と略平行なソケット部、前記金属端子を保持する、前記ソケット部に略垂直の鍔状部を有する端子保持壁部、及び、前記金属ベースに接着材を介して接合される、前記端子保持壁部から内方に前記ソケット部と略平行に突出する内方突出部を有し、
   前記コネクタの内方突出部が前記金属ベースに接着材を介して接合されるとともに、前記金属製カバーが前記金属ベース及び前記コネクタの内方突出部に接着材を介して接合されており、
   前記コネクタハウジングの鍔状部に、前記ソケット部と略平行に貫通孔が少なくとも一つ形成されるとともに、前記金属ベース及び／又は前記金属製カバーの端部に、前記貫通孔に緩く嵌合する突起部が少なくとも一つ設けられていることを特徴とする箱形電子モジュール。
3. 前記貫通孔とそれに緩く嵌合する前記突起部との間に形成される垂直方向のクリアランスは、前記接着材の厚さに応じて設定されていることを特徴とする請求項２に記載の箱形電子モジュール。
4. 前記貫通孔とそれに緩く嵌合する前記突起部との間に形成される垂直方向のクリアランスは、前記各接着材の厚さの５〜２０%に設定されていることを特徴とする請求項２又は３に記載の箱形電子モジュール。
5. 前記コネクタのハウジングは、ポリブチレンテレフタレート、ナイロン等の熱可塑性樹脂製であることを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の箱形電子モジュール。
6. 前記カバーは、鋼板を素材としたプレス成形品であることを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載の箱形電子モジュール。
7. 前記金属ベースは、アルミダイカスト製であることを特徴とする請求項１から６のいずれか一項に記載の箱形電子モジュール。
8. 前記接着材は、シリコーン系で湿気硬化型であることを特徴とする請求項１から７のいずれか一項に記載の箱形電子モジュール。

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