JP2010056489A - 電子制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】衝撃や振動、または熱による影響を受けても電子部品のはんだバンプの変位を抑制することのできる信頼性に優れた電子制御装置を提供する。
【解決手段】本発明の電子制御装置では、はんだバンプを有した電子部品５及び配線回路パターンが形成されて電気回路部が構成された回路基板であるプリント配線板１に対して、電子部品５が実装される位置の近傍部におけるプリント配線板１に接して該電子部品５に加わる振動を減衰させる変位抑制手段を設けた。変位抑制手段は、プリント配線板１をケース２に固定する該ケース２に設けられた基板固定部１２と兼用される。
【選択図】図５

Description

本発明は、電気回路部を構成した回路基板をケース内に収容してカバーで覆った電子制御装置に関し、詳細には、電子部品の信頼性を向上するするための技術に関する。

一般的に、電子部品を実装した回路基板をケース内に収納しカバーで蓋をした電子制御装置（ＥＣＵ）では、回路基板のケースへの固定を、該回路基板の四隅にネジを取り付けてケース角部に形成した基板固定部にネジ止めすることにより行っている。（例えば、特許文献１に記載）。
特開２００８−６０１８４号公報

前記回路基板に実装される複数種類ある電子部品の中で、特にはんだバンプを有した電子部品（ＢＧＡ：ball grid array）は、落下等による衝撃や車両振動等により、はんだバンプに対する変位を起こし易い。そのため、基板回路に構成された電気回路部がオープンになってしまう恐れがある。

そこで、本発明は、衝撃や振動、または熱による影響を受けても電子部品のはんだバンプの変位を抑制することのできる信頼性に優れた電子制御装置を提供することを目的とする。

本発明の電子制御装置では、電子部品が実装される位置の近傍部における回路基板に接して該電子部品に加わる変位を抑制する変位抑制手段を設けたことを特徴としている。

本発明の電子制御装置によれば、落下等による衝撃や振動、または熱変形が生じても電子部品が実装される位置の近傍部を回路基板に接して変位を抑制、または防止するため、電子部品のはんだバンプの変位を抑制することができる。その結果、本発明によれば、回路基板に構成される電気回路部がオープンになることを防止でき、電子制御装置の信頼性を高めることが可能となる。

以下、本発明を適用した具体的な実施形態について図面を参照しながら詳細に説明する。

「電子制御装置の構成」
図１は本実施形態の電子制御装置をカバー側から見たときの全体斜視図、図２は図１の分解斜視図、図３は本実施形態の電子制御装置をケース側から見たときの全体斜視図、図４は図３の分解斜視図、図５はケースにプリント配線板を取り付けた状態を仮想線で示したときの平面図、図６は図１のＡ−Ａ線断面図である。

本実施形態の電子制御装置は、図１から図４に示すように、回路基板を構成するプリント配線板１と、このプリント配線板１を収納する筐体であるケース２と、ケース２内に固定したプリント配線板１を覆って該ケース２に装着されるカバー３と、を有して構成されている。電子制御装置は、例えば自動車用のエンジン制御ユニットやステアリング制御ユニット或いはブレーキ制御ユニット等に使用され、自動車車体に取り付けられる。もちろん、この電子制御装置は、自動車用に限定されるものではない。

プリント配線板１は、図２に示すように、例えばガラスエポキシ樹脂等の如き絶縁樹脂材料等をベースとし、そのベースの表裏面に配線回路パターンを形成すると共に電子部品５を実装させることで電気回路部を構成する。電気回路部は、単層基板であれば表面と裏面に配線回路パターンを形成して構成され、多層基板であれば間に挟まれる中間基板にも配線回路パターンを形成して構成される。配線回路パターンは、図示を省略する絶縁層によってその表面が覆われて保護されている。

プリント配線板１に実装される電子部品５には、エンジン制御ユニットではそのユニットを構成するための各種電子部品が使用され、例えばコンデンサ、コイル、トランジスタ、半導体ＩＣ等が用いられる。電子部品５のうち、プリント配線板１の長手方向両側に設けられた電子部品５ａ、５ｃは、比較的発熱性の高い電子部品（例えばパワートランジスタやインバータなど）である。図２は、複数種類ある電子部品５のうち、はんだバンプを有したＢＧＡである電子部品５のみを図示してあり、その他の電子部品は図示を省略してある。

また、プリント配線板１には、図４に示すように、ケース２への取り付け面となる裏面１ａに外部コネクタと接続されるコネクタ６が取り付けられている。コネクタ６は、プリント配線板１の平面視長方形状をなすプリント配線板１の長手方向一側縁寄りで、かつ長手方向長さの中央部近傍の位置に設けられている。プリント配線板１の中で熱変形量が多いのが、前記コネクタ６が取り付けられる部位である。前記プリント配線板１は、後述するケース２内の四隅から、内方に向けて延設されて設けられた基板固定部１２に載せられ、基板四隅から、同様にケース２の内方に向かった位置に形成された取付孔７に挿通されるネジ８にて固定される。また、プリント配線板１は、後述する基板固定部１２の近傍に設けられた位置決めピン９に位置決め孔１０を嵌入させて前記ケース２に対する装着位置を定め、このとき位置決めピン９と位置決め孔１０とは遊嵌されており、両部材間にクリアランスが形成されている。

ケース２は、図２及び図４に示すように、上向きに開口した略四角形状の有底箱状体に形成されている。かかるケース２は、電気回路部で発生した熱を外部へ放熱するために、放熱性に優れたアルミニウム、鉄、ステンレス鋼等の金属材料から形成される。ケース２の底部２ａには、前記コネクタ６の接続口をケース外に突出させるためのコネクタ挿通孔１１が形成されている。

また、ケース２の底部２ａには、図５に示すようにケース開口側へと垂直方向に突出突出し、プリント配線版１が載置される天面１２ａを有する基板固定部１２が設けられている。基板固定部１２は、図５に示すように、ケース２の四隅から、ケース２の内方に向かって延設されており、またコネクタ挿通孔１１と反対側位置のケース長手方向中央位置近傍にも同じくケース２の内方に向けて基板固定部１２が設けられている。この基板固定部１２の天面１２ａは、プリント配線板１に対して面接触状態で接するように平坦面とされている。そして、基板固定部１２の天面１２ａには、プリント配線板１を該基板固定部１２にネジ８で固定させるためのネジ孔１３が形成されている。

また、本実施形態において全部で５つある基板固定部１２のうちプリント配線板１の長手方向で、前記コネクタ挿通孔１１と対向する位置に形成された３箇所に設置される基板固定部１２は、はんだバンプを有したＢＧＡ等の電子部品５に加わる振動や熱による変位を減衰させる変位抑制手段として機能する。図５では、コネクタ挿通孔１１と反対側位置に設けられる左右角部と中央に実装される各電子部品５の近傍部に設けられた基板固定部１２が、本実施形態における変位抑制手段となっている。別の見方をすると、落下等による衝撃や振動、または熱等を受けたときにはんだバンプがその外力を受けて変位し易い電子部品５の近傍部にエネルギー吸収する変位抑制手段を配置し、その変位抑制手段を、前記ケース２にプリント配線板１を固定するための基板固定部１２と兼用させている。

また、ケース２には、図２、図５及び図６に示すように、電子部品５で発生した熱を筐体（ケース２）を介して外部へ放熱させる放熱用台座１４が設けられている。放熱用台座１４は、プリント配線板１に実装される他の電子部品に対して発熱量が多い電子部品５と対応する位置に、ケース２の底部２ａから開口側へ向かって垂直方向に突出した矩形体として形成されている。本実施形態では、コネクタ挿通孔１１とは反対側の左右隅部にそれぞれ設けられている。

そして、発熱量の多い電子部品５ａ，５ｃは、その中心領域を、基板固定部１２を結ぶ線上（図５中Ｓ１、Ｓ２）に沿わせながら、載置されている。

また、放熱用台座１４は、プリント配線板１において放熱が要求される発熱領域（発熱部品の実装領域）に対応して形成され、１つ或いは複数設けることができ、また、放熱用台座１４の形状、面積は放熱要求領域に併せて適宜設定されるものである。

このプリント配線板１に接近する放熱用台座１４の上面１４ａは、凹凸の無い平坦面とされ、電子部品５から放熱された熱を効率よく筐体へ伝熱させるための放熱伝達面として機能する。以下、放熱用台座１４の上面１４ａを、放熱伝達面１４ａと称する。この放熱伝達面１４ａとプリント配線板１との間には、絶縁空間として機能する微小間隙Ｓが形成されている。この微小間隙Ｓには、電子部品５で発生した熱をケース２へと伝熱させるために、熱伝導性に優れたセラミックス粉等を含んだシート状又はゲル状のシリコン材料からなる放熱材１７が介在される。放熱材１７は、電子部品５から発生された熱をケース２の放熱伝達面１４ａに逃がし、プリント配線板１が高温となるのを防止する。

また、該電子部品５ａ，５ｃに対応したプリント配線板１の領域（図５中Ｔ１、Ｔ２）は、放熱用台座１４の放熱伝達面１４ａに、放熱材１７を介して弾性的に支承されており、放熱用台座１４の縁部には突起部１５が形成され、前記電子部品５ａ、５ｃと対峙している。

突起部１５は、ケース２と配線回路パターンとの接触を抑制する接触防止手段である。

かかる突起部１５は、放熱用台座１４の上面周縁部に前記プリント配線板１に向かって突出している。前記突起部１５は、四隅をネジ８で固定したプリント配線板１が電子部品５から発せられる熱、もしくは車両振動を受けて変形したときに前記放熱用台座１４の上面周縁部１４ｂ、１４ｃに接触することから、この上面周縁部１４ｂと１４ｃとが連結している放熱台座１４に設けている。特に、本実施形態では、プリント配線板１の熱変形量が最大となるコネクター６の近傍部に、前記突起部１５を設けている。図５では、前記放熱用台座１４の放熱伝達面１４ａうちコネクタ挿入孔１１に最も近い角部に、前記突起部１５を突設させている。

また、プリント配線板１では、電子部品５よりも樹脂材料からなるコネクタ６が最も熱膨張係数が高いため、コネクタ６が設けられる部位が一番延びる部位となる。この変形量が多いコネクタ６が設けられる部位の近傍部に突起部１５を設ければ、効果的にケース２と配線回路パターンとの接触を抑制、または防止することができる。

また、前記突起部１５は、基板固定部１２上にネジ止めされた変形前のプリント配線板１に対しては接触せず、該プリント配線板１が変形したときに接触する高さとされている。かかる突起部１５の配置位置は、プリント配線板１の大きさにより適宜その位置が決められる。例えば図５よりもプリント配線板１が大きい場合には同図中の点線で示す位置に適宜設けられる。

この突起部１５と放熱伝達面１４ａと基板固定部１２の上面（プリント配線板取付け面）との関係は、放熱伝達面１４ａ、突起部１５、基板固定部１２の天面１２ａの順でその高さが高くなっている。

また、この突起部１５と対向するプリント配線板１の部位４には、図６で示すように、変形で突起部１５とプリント配線板１とが接触し絶縁層を破って配線回路パターンと接触してショートすることを防止するために、配線回路が形成されない部位４を設けている。別の見方をすると、配線回路パターンを形成していない部位４に接触するように、前記突起部１５の位置を決めて設けている。

また、本実施形態において放熱伝達面１４ａは凹凸の無い平坦面としたが、凹凸を設けても良く、そのようにすれば放熱伝達面１４ａと放熱材１７との接触面積が多くなり、放熱効果を高めることができる。

また、放熱材１７は柔軟性を有するため、車両振動等によるプリント配線板１の変形や、振動を効果的に吸収することができる。

この他、ケース２には、冷却効果を高めるための放熱フィン１６が設けられている。放熱フィン１６は、各放熱用台座１４が設けられた部位と対応するケース底面に設けられている。また、ケース２には、この電子制御装置を車体に固定するための固定用ブラケット１８、１９が設けられている。また、ケース２の四隅のうち対角となる角部には、プリント配線板１を覆って配置されるカバー３の取付け位置を規制するための一対のカバー位置決め片２０、２０が形成されている。また、ケース２の四隅には、後述するカバー３を取り付けるためのカバー取付けネジ孔２１が形成されている。さらに、このケース２の開口外周縁部には、後述するカバー３を接着固定させるためのシール溝２２が全周に亘って形成されている。

カバー３は、図１から図４に示すように、ケースと同様、放熱性に優れたアルミニウム、鉄、ステンレス鋼等の金属材料から形成され、ケース内に固定したプリント配線板１を覆って該ケース２に装着される。本実施形態では、カバー３は、平面視矩形状をなす平板とされている。このカバー３には、ケース内の圧力を調整する呼吸フィルター２３を取り付けるフィルター取付け孔２４が形成されている。フィルター取付け孔２４の周囲には、ケース内への水の進入を防止する防護壁２５が設けられている。

また、カバー３の四隅のうち対角となる角部には、一対のカバー位置決め片２０、２０間に嵌入されて位置決めされる位置決め部２７が形成されている。また、カバー３の四隅には、前記ケース２に形成されたカバー取付けネジ孔２１に固定ネジ２８でネジ止めするための固定ネジ取付け孔２９が形成されている。さらに、カバー３には、ケース２に形成されたシール溝２２に接着剤等の如きシール材３０と共に挿入される環状突条部３１が形成されている。

「電子制御装置の組立手順」
次に、上述のように構成された電子制御装置の組立手順について説明する。先ず、図２に示すように、２箇所の放熱伝達面１４ａに放熱材１７を取り付ける。次に、ケース２の外周囲に形成されたシール溝２２内にシール材３０を充填する。次いで、ケース２にプリント配線板１を取り付ける。プリント配線板１をケース２に取り付けるには、コネクタ６を下向きとし、２箇所に形成した位置決め孔１０を前記ケース２の位置決めピン９に遊嵌させると共にプリント配線板１の四隅を各基板固定部１２上に載せる。また、このとき、コネクタ６をコネクタ挿入孔１１よりケース２の底面より外方へ突出させる。

そして、前記ネジ８を取付孔７を介してネジ孔１３に螺合する。この結果、プリント配線板１は、四隅とコネクタ挿入孔１１が設けられた位置とは反対側の側縁部中央に設けられた合計５箇所の基板固定部１２上に固定される。このうち、はんだバンプを有した電子部品５の近傍部に設けた３つの基板固定部１２は、振動や熱等ではんだバンプの変位を抑制する変位抑制手段の機能を兼ねる。また、プリント配線板１は、前記放熱伝達面１４ａ上に配置された放熱材１７とほぼ隙間なく密着する。このプリント配線板１は、前記５箇所の基板固定部１２と放熱材１７と密着する部位以外は、ケース２の底部２ａに対して接触することなく所定の空間を有したフローティング配置とされる。

そして、カバー３の対角に形成した２箇所の位置決め部２７を、ケース２に形成した一対のカバー位置決め片２０、２０間に遊嵌させる。また、このとき、環状突条部３１をシール溝２２内に挿入させて固定ネジ２８を前記カバー３に形成した固定ネジ取付け孔２９を介して前記ケース２のカバー取付けネジ孔２１にねじ込む。その結果、カバー３は、内部にプリント配線板１を収納させた状態でケース２に固定される。ケース２とカバー３は、シール部材３０でシールされることからケース外周囲からの水の進入が阻止される。

「作用効果」
次に、本実施形態の電子制御装置の作用効果について説明する。

本実施形態では、落下等による衝撃や振動、または熱等が加わっても、はんだバンプを有した電子部品５が実装される位置の近傍部を回路基板であるプリント配線板１に接して変位抑制手段が変位を減衰させるため、電子部品５のはんだバンプの変位を抑制することができる。その結果、本実施形態によれば、プリント配線板１に構成される電気回路部がオープンになることを防止でき、電子部品５を保護できると共に電子制御装置の信頼性を高めることができる。

また、本実施形態による電子部品５が実装される位置の近傍部を変位抑制手段で支持して変位を抑制するので、従来のように振動や熱が伝わり難い部位に電子部品を配置することによる無駄な配線長さが必要であったが、配線長さを最も短くすることのできる位置に電子部品５をプリント配線板１上に配置することが可能となる。換言すれば、配線長さを最も短くすることのできる位置に電子部品５を実装させ、その電子部品５の近傍に変位抑制手段を設ければよいことになる。この結果、余分な配線が無くなるので、プリント配線板１自体を小型化することができる。

また、プリント配線板１は、弾性的な放熱材１７を介して放熱用台座１４に載置されているから、車両振動による変位または電子部品の発熱や高い雰囲気温度によるプリント基板１の変形に起因して電子部品５ａ、５ｂ、５ｃのはんだバンプに応力が生じても、これを弾性的に支持または吸収することにより、電子部品５の結合状態を良好に保全することができる。

さらに、発熱量の多い両側の電子部品５ａ、５ｃは、その中心領域を基板固定部１２を結ぶ線上（図５中Ｓ１、Ｓ２）に沿わせながら載置されているから、前記変位や変形を比較的小さく抑えることが可能となる。

また、発熱量の多い両側の電子部品５ａ、５ｃにあっては、車両振動や熱等に起因したプリント配線板１の変位があった場合、プリント配線板１が前述した突起部１５と基板固定部１２によって、その間のプリント配線板１の振幅や変形を抑制することができるので、電子部品５ａ、５ｃのはんだバンプに応力が生じることがなくなり、電子部品５の結合状態を良好に維持することができる。

電子部品５は、下記のいずれかの領域（（１）〜（４）の領域）またはこれらを組み合わせた領域に配置されているので、車両振動による変位または発熱や高い雰囲気温度によるプリント配線板１の変形（反り）に起因して電子部品５ａ、５ｃのはんだバンプに応力が生じても、これを弾性的に支持または吸収、もしくは、前記変位や変形を比較的小さく抑えることにより、電子部品の結合状態を良好に保全することができる。

（１）基板固定部１２（ネジ孔１３）に近接した領域
（２）プリント配線板１の短尺方向の中心線Ｓ４よりも、基板固定部１２（ネジ孔１３）側（詳しくは、基板固定部１２（ネジ孔１３）を結ぶプリント配線板１の長尺方向の線Ｓ３側）の領域
（３）対向する放熱用台座１４に囲まれた領域（例えばＳ１〜Ｓ４で囲繞された領域）
（４）突起部１５よりも、基板固定部１２（ネジ孔１３）側（詳しくは、基板固定部１２（ネジ孔１３）を結ぶプリント配線板１の長尺方向の線Ｓ３側）の領域
また、中央の電子部品５ｂは比較的発熱性の低い電子部品であるが、発熱性の程度によらず上記領域に配置することで、電子部品の結合状態（例えば、はんだバンプ）を良好に保全することができる。

また、本実施形態では、変位抑制手段を、プリント配線板１をケース２に固定する該ケース２に設けられた基板固定部１２と兼用させたので、既存の基板固定部１２が変位抑制手段となり、製造コスト増になることを防止できる。

以上、本発明を適用した具体的な実施形態について説明したが、本発明は、上述した実施形態に制限されることはない。

図１は本実施形態の電子制御装置をカバー側から見たときの全体斜視図である。 図２は図１の分解斜視図である。 図３は本実施形態の電子制御装置をケース側から見たときの全体斜視図である。 図４は図３の分解斜視図である。 図５はケースにプリント配線板を取り付けた状態を仮想線で示したときの平面図である。 図６は図１のＡ−Ａ線断面図である。

符号の説明

１…プリント配線板（回路基板）
２…ケース
３…カバー
５…電子部品
６…コネクタ
１２…基板固定部（変位抑制手段）
１４…放熱用台座
１４ａ…放熱伝達面
３０…シール材

Claims (2)

1. はんだバンプを有した電子部品が実装されると共に配線回路パターンが形成されて電気回路部が構成された回路基板と、
   前記回路基板を収容固定し、天面が開口されたケースと、
   前記ケース内に固定した前記回路基板を覆って該ケースに装着されるカバーと、
   前記電子部品が実装される位置の近傍部における回路基板に接して該電子部品の変位を低減する変位抑制手段と、を備えた
   ことを特徴とする電子制御装置。
2. 請求項１に記載の電子制御装置であって、
   前記変位抑制手段は、前記回路基板をケースに固定する該ケースに設けられた基板固定部と兼用させた
   ことを特徴とする電子制御装置。

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