JP2013258184A - 車載用電子制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】コスト上昇を抑えつつ小型化を図ることができる車載用電子制御装置の提供。
【解決手段】車両用電子制御装置１は、電子部品４が実装され、屈曲した可撓性の配線部材により互いに接続された基板２１ａ，２１ｂと、基板２１ａに実装され、絶縁性のコネクタ筐体部３１を備えるコネクタ３と、基板２１ａ，２１ｂを密封して電子部品４を外部環境から保護する封止樹脂５と、を備える。そして、コネクタ筐体３１は、基板２１ｂに固定される基板固定部３３を有する。
【選択図】図２

Description

本発明は、自動車等の車両に搭載する車載用電子制御装置に関する。

近年、自動車では、車室内スペース確保やエンジンルーム内の部品数の増加の為、エンジンルーム内の小型、狭小化が進んでいる。また、車両へ求められる環境対応も年々厳しくなっており、更なる燃費改善の為にも車両の軽量化が必要となっている。

ところで、電動ステアリング、アンチロックブレーキシステム等にはそれらを制御するための電子制御装置（ＥＣＵ）を備えており、それらの電子制御装置は、例えばエンジンルーム内や座席下の空間等に配設される。そのため、車載用電子制御装置においても、更なる小型化による車内の小スペース化への対応や、軽量化による車両の燃費改善への対応が求められる。

電子制御装置の重量の多くは、外部の筐体を構成するアルミダイカストや板金の金属カバーである。その為、基板の搭載面積を小さく出来れば、外部筐体を小さく出来、軽量化が可能となる。

電子制御装置を小型化する為には、電子部品自体の小型化や高密度実装への対応が一般的である。しかし、車載用のプリント基板では、搭載部品の信頼性やマウンタの搭載性能によって、搭載できる部品の大きさは決まってしまい小型化には限界がある。また、高密度実装の為には、プリント配線基板の配線層数を増加する手法もあるが、配線層数を増加することによりコストアップが生じてしまうことや、基板サイズは最終的には部品のサイズで決まる為、小型化には限界がある。また、基板上の部品の実装密度を向上させると、発熱素子周囲の部品が熱の影響を大きく受ける為、信頼性が低下するという問題もある。

このようなことから、基板自体を折り曲げるようにして小型化を図るようにした車載用電子制御装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１に記載の発明では、基板を折り曲げる前に、その基板を金属等のベース板に固定し、ベース板と共に基板を折り曲げるようにしている。

特表２００６−５１２７８５号公報

しかしながら、上述した折り曲げ構造の場合、基板がベース板と密着していることが必要である。そのため、基板の片面にしか電子部品を実装できず、両面実装ができないことが小型化への阻害要因となる。

請求項１に係る発明による車載用電子制御装置は、電子部品が実装され、屈曲した可撓性の配線部材により互いに接続された複数の基板と、複数の基板のいずれか一つの基板に実装され、絶縁性のコネクタ筐体部を備えるコネクタと、複数の基板を密封して電子部品を外部環境から保護する保護部材と、を備え、コネクタ筐体は、コネクタが実装された基板以外の他の基板にそれぞれ固定される固定部を有することを特徴とする。

本発明によれば、コスト上昇を抑えつつ、車載用電子制御装置の小型化を図ることができる。

第１の実施の形態における車載用電子制御装置の外観斜視図である。 図１のＡ−Ａ断面図である。 図２のＢ−Ｂ断面図である。 回路基板２１（２１ａ，２１ｂ）へのコネクタ３の取り付けを説明する図である。 第１の変形例を示す図である。 第２の変形例を示す図である。 第３の変形例を示す図である。 第２の実施形態の車載用電子制御装置１の断面図である。 第２の実施形態の車載用電子制御装置１の平面図である。 第３の実施形態の車載用電子制御装置１の断面図であり、３つの基板２１ａ〜２１ｃを備えた場合を示す。 ４つの基板２１ａ〜２１ｄを備えた車載用電子制御装置１の断面図である。 第４の実施形態の車載用電子制御装置１の平面図である。

以下、図を参照して本発明を実施するための形態について説明する。
−第１の実施の形態−
図１〜３は、本実施の形態の車載用電子制御装置１の概略構成を示す図である。図１は、車載用電子制御装置１の外観斜視図である。図２は、図１のＡ−Ａ断面図である。図３は、図２のＢ−Ｂ断面図である。図１，２に示すように、車載用電子制御装置１は、電子部品４（４Ａ〜４Ｄ）を実装した回路基板２１（２１ａ，２１ｂ）、回路基板２１に接続されたコネクタ３、回路基板２１全体を封止する封止樹脂５、封止樹脂５の下部に固着されたベース６を備えている。なお、図３に示す断面図では、回路構造が分かり易いように封止樹脂５を想像線（二点鎖線）で示した。

回路基板２１は、第１の基板２１ａと第２の基板２１ｂとを配線部材２３で接続したものである。基板２１ａ，２１ｂは、例えば、ガラスクロスにエポキシ樹脂を含浸させた基材を主材料とし、銅による配線層が多層構造で構成されるプリント基板が用いられる。配線部材２３には、屈曲が容易な可撓性の配線材であるフレキシブルプリント基板や、導電性の金属によるジャンパー線等が用いられる。ここでは、フレキシブルプリント基板を用いている。

なお、ここでは、配線部材２３として基板２１ａ，２１ｂとは別に用意された部材を用いたが、例えば、一枚のプリント基板を折り曲げて第１の基板２１ａと第２の基板２１ｂを形成するようにしても良い。この場合は、元々基板内にある配線層を利用することで、基板２１ａの配線と基板２１ｂの配線とが電気的に接続される。

基板２１ａ，２１ｂの表面側には電子部品４Ａ，４Ｃが実装され、裏面側にも電子部品４Ｂ，４Ｄが実装されている。電子部品４としては、抵抗、コンデンサ、コイル、クリスタル、ダイオード、IC、MOSFET、トランジスタ等がある。なお、本実施の形態では、基板２１ａ，２１ｂの表裏両面に実装しているが、片面のみに実装しても構わない。

基板２１ａには、コネクタ３が実装されている。コネクタ３はコネクタ端子３２と、コネクタ端子３２が保持されている絶縁性のコネクタ筐体３１とを備えている。コネクタ３は防水コネクタであり、コネクタ筐体３１はＰＢＴ(ポリブチレンテレフタレート)やＰＰＳ(ポリフェニレンサルファイド)等によって形成されている。コネクタ筐体３１の左端部には、スナップフィット構造の基板固定部３３が形成されている。図２に示す完成状態では、基板固定部３３は、その先端部分が基板２１ｂに形成された貫通穴２００に係合し、基板２１ｂに固定されている。

図４は回路基板２１（２１ａ，２１ｂ）へのコネクタ３の取り付けを説明する図である。まず、図４（ａ）に示すように、基板２１ａに形成されたスルーホールにコネクタ端子３２を挿入し、半田付けすることによって、コネクタ端子３２が配線層と接続されると共に、コネクタ３が基板２１ａに固定される。その後、配線部材２３によって基板２１ａと基板２１ｂとを接続する。なお、ここではコネクタ接続後に基板２１ａ，２１ｂを配線部材２３で接続するとしたが、順序を逆にしても良い。また、図４（ａ）では基板２１ａ，２１ｂを水平状態に記載したが、配線部材２３は容易に屈曲することができる。

その後、図４（ｂ）に示すように、基板２１ｂに対して、基板２１ａを配線部材２３の部分において矢印Ｃで示すように折り曲げ、基板固定部３３を貫通穴２００に挿入する。基板固定部３３の先端部分には爪状の係合部３３０が形成されており、この係合部３３０が貫通穴２００に係合することで、基板固定部３３が基板２１ｂに固定される。その結果、可撓性の配線部材２３によって接続された２枚の基板２１ａ、２１ｂは、コネクタ３によって屈曲形状（Ｌ字形状）に、すなわち立体的な形状に保持される。

なお、上述のように、本実施の形態では、コネクタ端子３２を基板に挿入して半田付けする基板挿入型のコネクタ３を例に説明しているが、基板表面に面実装する面付けタイプのコネクタを用いるようにしても良い。また、上述した例では２つの基板固定部３３を設けているが、基板固定部３３の数は２つに限らず、１つでも３つ以上でも構わない。

コネクタ３によって基板２１ａ，２１ｂをＬ字形状に保持したならば、次いで、封止樹脂５によるモールドを行うとともに、ベース６を封止樹脂５に固定する。その場合、Ｌ字形状に保持された基板２１ａ，２１ｂがベース６の上方に所定の隙間を空けて保持されるように、ベース６および回路基板をモールド用型に装着する。そして、型内に樹脂を注入して図２に示すような形状の封止樹脂５を形成する。その結果、ベース６は封止樹脂５の下面に固着される。封止樹脂５には伝熱性を向上させるためのフィラー５００Ｆが混入される。

ベース６は、基板２１ａ，２１ｂに実装された電子部品４（４ａ〜４ｄ）から発生する発熱を放熱させる放熱板として機能するとともに、車載用電子制御装置１を車両側に固定するための固定部としての機能も有する。ベース６に形成された複数の穴６００は、ボルト等により車両側に固定する際に用いられる。ベース６の材料としては、アルミ、鉄、銅等を主成分とした金属が使用される。製法としては、アルミダイカストや板金等により成形される。

封止樹脂５は、主にエポキシ樹脂やフェノール樹脂が用いられる。封止樹脂５は、基板２１ａ，２１ｂと、電子部品４と、コネクタ３の基板側接続端子部とを封止しており、防水や絶縁、外的な衝撃からの保護を行う。また、上述したようにベース６を接着固定させる機能も有している。また、基板２１ａ，２１ｂ、電子部品４およびベース６の間の隙間に封止樹脂５が充填されることにより、電子部品４の放熱性の向上を図ることができる。金属製のベース６の表面には、封止樹脂５との密着性を向上させる為に、粗化処理やアルマイト処理などの表面処理が施される。

なお、電子部品４や基板２１ａ，２１ｂと同程度の線膨張係数を有する封止樹脂５を用いることで、通常使用時における温度サイクルで発生する半田への応力集中を緩和することが出来る、その結果、半田の熱疲労寿命を向上させることができる。封止樹脂５としては、例えば、線膨張係数８〜３０ppm/℃、ガラス転移温度８０〜２００℃、熱伝導率０．７〜４W/mKを有する樹脂が好ましい。

（変形例１）
図５は、本実施の形態の第１の変形例を示す図である。図５は、コネクタ３の部分の拡大図である。上述した実施の形態では、基板固定部３３としてスナップフィット構造の基板固定部を示した。変形例１では、プレスフィット構造の基板固定部３３を用いるようにしている。コネクタ筐体３１の基板固定部３３には、基板２１ａの貫通穴２００に圧入されるプレスフィット部３３１が形成されている。二点鎖線で示した貫通穴２００の穴径はプレスフィット部３３１の外径よりも若干小さく設定されており、図４（ｂ）の場合と同様に配線部材２３を折り曲げてプレスフィット部３３１を貫通穴２００に圧入すると、基板固定部３３が基板２１ｂに固定される。その結果、コネクタ３により基板２１ａと基板２１ｂとがＬ字形状に保持される。

（変形例２）
図６は本実施の形態の第２の変形例を示す図であり、コネクタ部分を拡大して示したものである。変形例２では、コネクタ３の基板固定部３３を基板２１ｂに接着することにより、基板固定部３３を基板２１ｂに固定する。３３３は接着剤であり、シリコン系接着剤やエポキシ系接着剤を用いるのが好ましい。このように接着固定を用いる場合、基板２１ｂに固定用の貫通穴を形成する必要がない。

（変形例３）
図７は本実施の形態の第３の変形例を示す図である。図７（ａ）は図３と同様のＢ−Ｂ断面図であり、図７（ｂ）はＤ−Ｄ断面図である。コネクタ筐体３１から基板２１ｂ方向に伸延している一対の基板固定部３３は、基板２１ｂの図示上下の縁に係合する。その結果、一対の基板固定部３３で基板２１ｂを挟むような形態で、基板固定部３３が基板２１ｂに固定される。基板固定部３３の下端にはコの字形状の係合部３３４が形成されており、この係合部３３４の溝３３４ａに基板２１ｂが入り込んでいる。図４（ａ）に示す例では、基板２１ｂの、係合部３３４が係合する縁部分には、切り欠き２１１が形成されていて、係合部３３４が基板２１ｂの縁上をズレないように構成されている。もちろん、切り欠き２１１がなくても構わない。

図４（ｂ）のように折り曲げる際には、基板固定部３３を切り欠き２１１の付近において図７（ｂ）の二点鎖線のように弾性変形させる。そして、切り欠き位置において基板固定部３３を弾性変形状態から元に戻すと溝３３４ａに基板２１ｂが入り込み、基板２１ｂが一対の基板固定部３３により挟み込まれる。その結果、コネクタ３が基板２１ｂに固定され、基板２１ａ，２１ｂがＬ字形状に保持される。この構成の場合も、基板２１ｂに貫通穴２００を設ける必要がない。

上述したように、本実施の形態では、２枚の基板２１ａ，２１ｂを可撓性の配線部材２３で接続し、屈曲した状態の基板２１ｂを基板固定部３３によりコネクタ３に固定したので、基板２１ａ，２１ｂが屈曲した状態に保持される。基板保持にコネクタ３を兼用して用いているため、部品点数の増加を抑えることができる。また、基板を屈曲させることで、基板をコンパクトに収納することが可能となり、製品外形寸法を小さくすることが可能となる。また、従来から設けられているコネクタ３を利用して基板保持を行うため、部品点数の増加およびコスト上昇を抑えることができる。

ところで、特許文献１に記載の装置のように、基板をベース板に貼り付け、その状態で全体を折り曲げて屈曲させる構成では、基板裏面側に電子部品を実装することは困難である。しかし、本実施の形態では、屈曲させた状態の基板２１ａ，２１ｂをコネクタ３で保持する構成としているので、図２に示すように、基板２１ａ，２１ｂの裏面側にも電子部品４を実装することができ、より小型化を図ることができる。

さらに、特許文献１に記載のようなベース板を設ける場合には、屈曲配置された基板２１ａ，２１ｂの屈曲形状に合ったベース板が必要となり、形状が複雑となる分だけ加工コストが上昇するという問題が生じる。一方、本実施の形態では、封止樹脂５の下面に板状のベース６を固着するだけなので、コスト低減を図ることができる。

また、回路基板２１を樹脂でモールド成型して封止樹脂５の部分を形成する際に、回路基板２１の屈曲形状を保持する必要があるが、基板２１ａに固定されるコネクタ３を利用して基板２１ｂを保持するようにしたので、成型作業を容易に行うことができる。また、回路基板を屈曲させる工程からモールド成型工程に移送する際に、振動等が加わっても、屈曲部である配線部材２３に応力が集中するのを防止することができ、応力集中による断線等の悪影響を防止することができる。

−第２の実施の形態−
図８，９は本発明の第２の実施形態を示す図である。図８は図２と同様の断面図であり、図９は車載用電子制御装置１の平面図である。第１の実施の形態では、封止樹脂５の底面に放熱用および固定用のベース６を設け、そのベース６介して車両側に固定するような構成とした。一方、第２の実施の形態では、ベース６を省略し、その代わりに封止樹脂５で形成された鍔状の取り付け部５００を形成し、封止樹脂５の部分を直接車両側に固定するような構成とした。この取り付け部５００をボルト５０２等により車両側に固定する。なお、取り付け部５００の座屈を防止するために、取り付け部５００のボルト穴には金属製のカラー５０１が設けられている。電子部品の放熱量が比較的低い電子制御装置の場合には、このように放熱板として機能するベース６を省略することができ、より低コストな構成とすることができる。

−第３の実施の形態−
図１０，１１は、本発明の第３の実施形態を示す図である。上述した第１の実施形態では、２枚の基板２１ａ，２１ｂで回路基板を構成していたが、本実施の形態では、３枚以上の基板で回路基板が構成されている。図１０に示す例では３つの基板２１ａ，２１ｂ，２１ｃを備えており、図１１に示す例では４つの基板２１ａ〜２１ｄを備えている。

図１０に示す車載用電子制御装置１では、基板２１ａ，２１ｂに加えて、基板２１ｂに対向するように基板２１ｃが配設されている。基板２１ｃは、配線部材２３によって基板２１ａに接続されている。コネクタ筐体３１には、図示上下方向に延びる一対の基板固定部３３Ａ，３３Ｂが形成されている。下側の基板固定部３３Ａは図２に示した基板固定部３３と同一構造を有している。一方、上側の基板固定部３３Ｂには、基板２１ｃを挟むように一対の爪部３３０ａ，３３０ｂが形成されている。この爪部３３０ｂが無いと、基板２１ｃの図示左側が下がった状態でコネクタ３に保持されてしまうことになるが、爪部３３０ｂを設けたことにより、基板２１ｃを傾くことなくほぼ水平状態に保持することができる。もちろん、スナップフィット構造に限らず、図５，６に示すプレスフィット構造や接着構造も適用することができる。

図１１に示す車載用電子制御装置１では、さらに４番目の基板２１ｄが追加されている。基板２１ｄは基板２１ａと対向するように配設され、配線部材２３によって基板２１ｂと接続されている。基板２１ｄは、コネクタ筐体３１に形成された基板固定部３３Ｃによって、コネクタ３に保持される。基板固定部３３Ｃも、基板固定部３３Ｂと同様に２つの爪部３３０ａ，３３０ｂが形成されている。それにより、基板２１ｄはほぼ垂直に保持される。

このように、コネクタ筐体３１に複数の基板固定部３３を形成するとともに、複数の配線部材２３を用いて複数の基板を屈曲可能に接続することで、図１０，１１に示すように、複数の基板を屈曲した状態で保持することができる。一枚の基板で構成すると電子制御装置１の設置面積が大きくなってしまう場合であっても、図１０，１１のように複数回折り曲げて基板を立体的に配置することで、電子制御装置１の設置面積を小さくすることができる。なお、上述した実施の形態では、基板間の屈曲角度を９０度としているが、電子制御装置１に要求される外形形状に合わせて、９０度以外の屈曲角度としても構わない。

−第４の実施の形態−
図１２は、本発明の第４の実施形態を示す図である。上述した第１〜３の実施形態では、全面樹脂封止タイプの車載用電子制御装置１であったが、本実施の形態では、樹脂封止する代わりに、ベース６とカバー８とで基板周囲を覆う装置筐体を構成するようにした。基板２１ｂは、放熱部材９を介してベース６に固着される。放熱部材９には、フィラーを多く配合したシリコン系やエポキシ系の接着剤やシートを用いるのが好ましい。この構成の場合、発熱を伴う電子部品は基板２１ｂに実装される。

以上説明したように、本発明による車載用電子制御装置１は、以下のような作用効果を奏することができる。
（１）車両用電子制御装置１は、電子部品４が実装され、屈曲した可撓性の配線部材２３により互いに接続された複数の基板を備える。図２に示す例では、基板２１ａに対して一つの基板２１ｂが接続され、図１０に示す例では２つの基板２１ｂ、２１ｃが基板２１ａに接続され、図１１に示す例では３つの基板２１ｂ，２１ｃ，２１ｄが基板２１ａに接続されている。そして、コネクタ３は基板２１ａに実装され、絶縁性のコネクタ筐体３１には基板２１ｂ〜２１ｄに固定される基板固定部３３（３３Ａ〜３３Ｃ）が設けられている。その結果、基板２１ａ，２１ｂは屈曲状態を維持することができ、かつ、基板２１ａ，２１ｂの表裏両面に電子部品４を実装することができる。このように、立体的に配置された基板の表裏両面に電子部品を実装することで、車両用電子制御装置１の小型化を図ることができる。

（２）また、基板２１ｂに形成された貫通穴２００に基板固定部３３を係合させることにより、すなわち、図２および７に示すようなスナップフィット構造や、図５に示すようなプレスフィット構造により基板２１ｂへの固定を行うことにより、組立作業の作業性向上を図ることができる。

（３）保護部材として、電子部品４が実装された回路基板２１を封止する封止樹脂５を設けることにより、回路基板をケーシング内に収納する構成に比べて組み立て作業が簡素化されると共に、放熱性能の向上を図ることができる。なお、回路基板２１の屈曲状態がコネクタ３により保持されるので、樹脂封止の作業が行いやすい。

（４）さらに、封止樹脂５を介して回路基板２１と対向するように金属製のベース６を設けたことにより、放熱性能のさらなる向上を図ることができる。また、ベース６を用いて、車載用電子制御装置１を車両側に固定することができる。

上述した各実施形態はそれぞれ単独に、あるいは組み合わせて用いても良い。それぞれの実施形態での効果を単独あるいは相乗して奏することができるからである。また、本発明の特徴を損なわない限り、本発明は上記実施の形態に何ら限定されるものではない。例えば、基板２１ａと基板２１ｂとの接続をフレキシブルプリント基板のように別部材の配線材を用いる代わりに、基板を塑性変形させて、Ｌ字形状とするようにしても良い。

１：車載用電子制御装置、３：コネクタ、４，４Ａ〜４Ｄ：電子部品、５：封止樹脂、６：ベース、８：カバー、２１：回路基板、２１ａ〜２１ｄ：基板、２３：配線部材、３１：コネクタ筐体、３２：コネクタ端子、３３，３３Ａ〜３３Ｃ：基板固定部、２００：貫通穴、２１１：切り欠き、３３０，３３４：係合部、３３１：プレスフィット部、３３３：接着剤

Claims (8)

1. 電子部品が実装され、屈曲した可撓性の配線部材により互いに接続された複数の基板と、
   前記複数の基板のいずれか一つの基板に実装され、絶縁性のコネクタ筐体部を備えるコネクタと、
   前記複数の基板を密封して前記電子部品を外部環境から保護する保護部材と、を備え、
   前記コネクタ筐体は、前記コネクタが実装された基板以外の他の基板にそれぞれ固定される固定部を有することを特徴とする車載用電子制御装置。
2. 請求項１に記載の車載用電子制御装置において、
   前記複数の基板は、Ｌ字形状に屈曲した可撓性の配線部材により互いに接続された第１の基板と第２の基板とから成り、
   前記第１の基板には、表裏両面に電子部品が実装されるとともに前記コネクタが実装され、
   前記第２の基板には、表裏両面に電子部品が実装されるとともに前記固定部が固定され、
   前記保護部材は、電子部品が実装された前記回路基板を封止する樹脂部材であり、
   前記樹脂部材を介して前記第２の基板の電子部品実装面と対向するように配設され、外部に露出した面を有する金属ベース板を備えたことを特徴とする車載用電子制御装置。
3. 請求項２に記載の車載用電子制御装置において、
   前記第２の基板には貫通穴が形成され、
   前記固定部は、前記貫通穴に係合することにより前記第２の基板に固定されることを特徴とする車載用電子制御装置。
4. 請求項２に記載の車載用電子制御装置において、
   前記固定部は、前記第２の基板の対向する二つの辺を両側から挟み付けるように係合する一対の係合部を備えることを特徴とする車載用電子制御装置。
5. 請求項１に記載の車載用電子制御装置において、
   前記他の基板には貫通穴が形成され、
   前記固定部は、前記貫通穴に係合することにより前記他の基板に固定されることを特徴とする車載用電子制御装置。
6. 請求項５に記載の車載用電子制御装置において、
   前記保護部材は、電子部品が実装された前記回路基板を封止する樹脂部材であることを特徴とする車載用電子制御装置。
7. 請求項６に記載の車載用電子制御装置において、
   前記樹脂部材を介して前記回路基板と対向するように配設され、外部に露出した面を有する金属ベース板を備えたことを特徴とする車載用電子制御装置。
8. 請求項１乃至７のいずれか一項に記載の車載用電子制御装置において、
   前記配線部材は、フレキシブルプリント基板により構成されることを特徴とする車載用電子制御装置。

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