JP2019006011A - 電子制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】
塩水耐性試験においても金属と樹脂との接合界面の剥離を防止すること。
【解決手段】
電子部品が搭載された基板と、前記基板を収納する容器であって、その一部に前記基板を収納するための凹部として開口された収納部を有する樹脂体と、前記樹脂体の前記収納部を覆い、前記収納部の周囲の縁に支持される金属体と、を有し、前記金属体のうち前記収納部と相対向する対向面の外周側には、前記収納部内に収納された前記基板の周囲を囲む凸部として前記収納部に接触する環状の溶着部が形成され、前記環状の溶着部のうち少なくとも外周側には、複数の環状の凹凸部が形成され、前記環状の溶着部は、前記金属体の外部から照射されるレーザ光によって前記収納部に溶着されている。
【選択図】 図３

Description

本発明は、各種電子部品が搭載された基板を含む電子制御装置に関する。

本技術分野の背景技術として、特開2016-132131号公報（特許文献１）がある。この公報には、「異種材料と接合した際に当該異種材料と金属材料との界面において、レーザースキャニング加工時に相互に略平行となる複数の溝部を有する接合部が形成された気密性を有する異種材料接合金属材料であって、前記接合部は、前記金属材料の表面に形成された前記溝部に対して垂直方向に切断した断面視において、前記溝部における溝幅をＷ、溝深さをＨ、レーザースキャニング加工時に形成される前記溝部面積をＡ、及び、レーザースキャニング加工時に前記溝部の両側辺の面上に形成されるバリからなる凸部面積をＢ、Ｃとした場合、面積比が、（Ａ＋Ｂ＋Ｃ）／（Ｗ×Ｈ）≧１．００となる関係を有する異種材料接合金属材料。」と記載されている（要約参照）。

特開２０１６−１３２１３１号公報

前記特許文献１には、異種材料を接合する際に当該異種材料と金属材料との界面において、レーザースキャニング加工時に相互に略平行となる複数の溝部を有する接合部が形成するとあるが、屋外で使用を想定しているような電子装置において、塩害に対しても信頼性が確保できていないと、塩水噴霧試験等による塩水耐性試験においては、内部まで腐食が進んでしまう。

そこで、本発明は、塩水耐性試験においても金属と樹脂との接合界面の剥離を防止することができる電子制御装置を提供する。

上記課題を解決するために、本発明は、電子部品が搭載された基板と、前記基板を収納する容器であって、その一部に前記基板を収納するための凹部として開口された収納部を有する樹脂体と、前記樹脂体の前記収納部を覆い、前記収納部の周囲の縁に支持される金属体と、を有し、前記金属体のうち前記収納部と相対向する対向面の外周側には、前記収納部内に収納された前記基板の周囲を囲む凸部として前記収納部に接触する環状の溶着部が形成され、前記環状の溶着部のうち少なくとも外周側には、複数の環状の凹凸部が形成され、前記環状の溶着部は、前記金属体の外部から照射されるレーザ光によって前記収納部に溶着されていることを特徴とする。

本発明によれば、塩水耐性試験においても金属と樹脂との接合界面の剥離を防止することができる。

上記した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。

本発明の実施例１に係る電子制御装置の全体構成を示す斜視図である。 本発明の実施例１に係る電子制御装置の分解斜視図である。 本発明の実施例１に係る電子制御装置の図であって、（Ａ）は、電子制御装置の底面図であり、（Ｂ）は、（Ａ）のＸ−Ｘ線方向における要部拡大断面図である。 比較例の構成を説明するための図であって、（Ａ）、（Ｂ）は、比較例の要部拡大断面図である。 本発明の実施例２に係る電子制御装置の要部拡大断面図である。 本発明の実施例３に係る電子制御装置の要部拡大断面図である。 本発明の実施例４に係る電子制御装置の要部拡大断面図である。 本発明の実施例５に係る電子制御装置の要部拡大断面図である。 本発明の実施例６に係る電子制御装置の要部拡大断面図である。 本発明の実施例７に係る電子制御装置の要部拡大断面図である。

以下、実施例１を図面を用いて説明する。
図１は、本発明の実施例１に係る電子制御装置の全体構成を示す斜視図である。図１において、電子制御装置は、例えば、自動車用エンジンコントロールユニット（ＥＣＵ）として用いられ、略平板形状の金属ベース１と、略立方体形状の樹脂カバー２が接着剤や溶接や溶着により接合して、一つの箱のような形状となっている。なお、金属ベース１は、例えば、アルミニュウムで構成され、金属ベース１の表面に複数の放熱フィン１ａが形成されている。

図２は、本発明の実施例１に係る電子制御装置の分解斜視図である。図２において、金属ベース１と樹脂カバー２との間には、平板状の基板３が配置される。基板３は、金属ベース１の底面側に、ボルト等で固定される。樹脂カバー２は、基板３を収納する容器であって、その一部（中央部）に基板３を収納するための凹部（空間部）として開口された収納部２ａを有する樹脂体として構成される。樹脂カバー２の収納部２ａの周囲の縁には、金属ベース１を支持するための環状の支持部２ｂが形成されている。金属ベース１は、樹脂カバー２の収納部２ａを覆い、収納部２ａの周囲の支持部２ｂに支持される金属体として構成される。収納部２ａ内に収納される基板３には、回路パターン（図示せず）が形成されていると共に、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、抵抗、コンデンサ等の電子部品３ａが実装されている。即ち、基板３に実装された各種電子部品３ａによってエンジンコントロールユニット（ＥＣＵ）が構成される。この際、金属ベース１と樹脂カバー２を用いて、基板３を保護するような形にしている。基板３や電子部品３ａは、熱による負荷により不具合が発生することがある。特に、水分が樹脂カバー２の内部に浸入すると、基板３が濡れてしまい、電子部品３ａが正常動作しなくなる。したがって、金属ベース１と樹脂カバー２の接合の信頼性が重要となってくる。

図３は、本発明の実施例１に係る電子制御装置の図であって、（Ａ）は、電子制御装置の底面図であり、（Ｂ）は、（Ａ）のＸ−Ｘ線方向における要部拡大断面図である。図３の（Ａ）、（Ｂ）において、金属ベース１の上部の外周側には、環状の段差部１ｂが形成されている。金属ベース１の底面（基板３又は樹脂カバー２と相対向する面）の外周側（収納部２ａと相対向する対向面の外周側）には、金属ベース１の中心部よりも樹脂カバー２側に突出し、収納部内に収納された基板３の周囲を囲む凸部として、収納部２ａに接触する環状の溶着部１ｃが形成されている。この溶着部１ｃの底面（樹脂カバー２の収納部２ａと相対向する面）の外周側には、複数の環状の凹凸部１ｄが形成されている。各凹凸部１ｄのうち各凹部は、溝１ｅとして形成され、各溝１ｅの深さが、0.1mm程度で、各溝間（各凹部間）の幅（ピッチ）が0.1mmで形成されている。この際、各溝１ｅのうち最外周側の溝１ｅは、切欠きとして露出するように、金属ベース１の底面側の端面に形成されている。すなわち、溶着部１ｃの底面の外周側であって、収納部２ａの周囲の縁（支持部２ｂ）と相対向する領域には、切欠きとなる溝１ｅが形成されている。各溝１ｅは、例えば、レーザ光４を照射するレーザ加工によって形成することができる。この際、各凹凸部１ｄは、レーザ光４によって粗面化された粗面部として形成される。なお、複数の環状の凹凸部１ｄのうち各溝１ｅで挟まれた各凸部間の幅（ピッチ）も0.1mmで形成されている。

基板３が固定された金属ベース１が、樹脂カバー２の収納部２ａ内に収納されると、金属ベース１は、段差部１ｂが、樹脂カバー２の支持部２ｂで支持され、溶着部１ｃの底面が、樹脂カバー２の収納部２ａの表面に接触する。

ここで、金属ベース１の上方から金属ベース１の溶着部１ｃの全域に向けてレーザ光４を順次照射すると、レーザ光４が照射された部分が加熱され、樹脂カバー２の一部が溶かされて、溶着部１ｃと収納部２ａの表面が互いに接合（溶着）する。その際に、金属ベース１と樹脂カバー２には圧力がかけられており、樹脂カバー２のうち溶けた樹脂の一部は、はみ出し部（バリ）５となり、支持部２ｂと溶着部１ｃとの間の隙間６に押し出される。

このような状態で塩水噴霧試験（電子制御装置の外側から塩水を噴霧し、金属ベース１の側面に塩水を付着させる試験）を行なったところ、金属ベース１の腐食の進行により、金属ベース１と樹脂カバー２との接合界面にクラックが入ることはなかった。具体的には、塩水噴霧試験に対して、４０サイクル時にもリークが発生したり、金属ベース１と樹脂カバー２との接合界面や樹脂カバー２の内部にクラックが発生したりしなかった。また、隙間６から塩水が浸入しても、金属ベース１のうち、塩水により腐食する部分をなるべく遅くするもしくは、金属ベース１の腐食による応力発生よりも大きな強度により、金属ベース１と樹脂カバー２とを接合することで、塩水噴霧に対する寿命を延ばすことが出来る。即ち、金属ベース１のうち塩水が浸入する隙間６を臨む領域に、複数の溝１ｅを含む凹凸部１ｄを設けることにより、金属ベース１の外周側側面部の接合強度を強くすることで、金属ベース１の腐食による剥離を防ぐことが可能となる。また、金属ベース１の溶着部１ｃの底面の外周側を、複数の溝１ｅを含む溝構造にすることにより、樹脂カバー２から樹脂を剥離させるような応力も抑えることができるため、その結果塩水噴霧試験に対する寿命が延びたと考えられる。

比較例

図４は、比較例の構成を説明するための図であって、（Ａ）、（Ｂ）は、比較例の要部拡大断面図である。図４の（Ａ）、（Ｂ）において、比較例は、溶着部１ｃの底面に、隙間６を臨む領域であって、金属ベース１の溶着部１ｃの外周側端面（側面）から一定の間隔を保って、複数の溝１ｆを形成したものであり、最外周側の溝１ｆと金属ベース１の側面との間に平坦部１ｇが形成されている。

このような状態で塩水噴霧試験を行なったところ、金属ベース１の腐食の進行により、金属ベース１と樹脂カバー２との接合界面にクラックが入ることを確認された。具体的には、塩水噴霧試験に対して３０サイクルまではリークの発生がなかったが、４０サイクル時にはリークが発生し、金属ベース１と樹脂カバー２との接合界面や樹脂カバー２の内部にクラックが入った。

原因としては、金属ベース１の腐食により、金属ベース１と樹脂カバー２との接合界面に剥離力が働くため、図４（Ａ）に示すように、腐食による応力Ｆ１、Ｆ２が発生する。即ち、溝１ｆと金属ベース１の側面との間に平坦部１ｇが存在すると、金属ベース１に腐食部が広がり、２方向の応力として、水平方向の応力Ｆ１と、垂直方向の応力Ｆ２が発生する。腐食がさらに進むと、金属ベース１の腐食の進行による体積膨張も進み、図４（Ｂ）に示すように、樹脂カバー２の一部がさらに剥離方向に押し出され、最終的には、金属ベース１と樹脂カバー２との接合界面が剥離すると考えられる。

実施例１によれば、塩水噴霧試験においても、金属ベース１と樹脂カバー２との接合界面の剥離を防止することができる。具体的には、金属ベース１のうち塩水が浸入する隙間６を臨む領域に、複数の溝１ｅを含む複数の凹凸部１ｄを設けることにより、金属ベース１の外周側側面の接合強度を強くすることで、金属ベース１の腐食による剥離を防ぐことが可能となる。また、金属ベース１の溶着部１ｃの底面の外周側を、複数の溝１ｅを含む溝構造にすることにより、樹脂カバー２から樹脂を剥離させるような応力も抑えることができるため、塩水噴霧試験に対する寿命を延すことができる。従って、一般的な信頼性試験（高温試験、熱衝撃試験等）にも耐性があり、且つ、塩水噴霧試験においても良好な信頼性を確保できる。

なお、溝１ｅとして、0.1mm深さの溝を設けたが、サンドブラストやショットブラストにより金属ベース１の表面に凹凸を設けたものについても、同様の効果を奏することができる。

図５は、本発明の実施例２に係る電子制御装置の要部拡大断面図である。実施例２は、この溶着部１ｃの底面全体に、その外周側から内周側に亘って、複数の溝１ｅを形成したものであり、他の構成は、実施例１と同様である。各溝１ｅは、溝の深さが、0.1mm程度で、各溝間の幅（ピッチ）が0.1mmで形成されている。この際、各溝１ｅのうち最外周側の溝１ｅは、切欠きとして露出するように、金属ベース１の底面側の端面に形成されている。

実施例２によれば、実施例１と同様の効果を奏することができると共に、溶着部全体に凹凸構造を採用したので、実施例１よりも、溶着部全体の接合強度が大きくなるため、より塩水噴霧試験に対して、寿命が改善する。

図６は、本発明の実施例３に係る電子制御装置の要部拡大断面図である。実施例３は、この溶着部１ｃの底面全体に、その外周側から内周側に亘って、ピッチの異なる複数の溝１ｅ、１ｈを複数のグループに分けて形成したものであり、他の構成は、実施例１と同様である。第一グループに属する各溝１ｅは、溝の深さが、0.1mm程度で、溝間の幅（ピッチ）が0.1mmで形成され、第二グループに属する各溝１ｈは、溝の深さが、0.1mm程度で、溝間の幅（ピッチ）が0.3mmで形成されている。

実施例３によれば、実施例１と同様の効果を奏することができると共に、実施例２よりも、溝の数を削減できるため、塩水噴霧試験に対する信頼性が向上し、且つ、溝形成による時間を短縮することが可能となる。また、外側の溝１ｅのピッチを溝１ｈのピッチよりも密（短く）にすることにより、外部からの塩水による腐食を抑制する効果がある。また内側に近いほうの溝１ｈのピッチを、溝１ｅのピッチよりも広くすることで、金属ベース１と樹脂カバー２との金属・樹脂界面の接合強度が強くなり、金属・樹脂界面での剥離を抑制し、樹脂内部のクラックがなくなり寿命がより改善される。

図７は、本発明の実施例４に係る電子制御装置の要部拡大断面図である。実施例４は、溶着部１ｃの底面のうち、溝１ｅよりも内周側に環状の突起１ｉを形成し、突起１ｉに対応する樹脂カバー２の収納部２ａに、突起１ｉと結合する環状の凹部２ｃを形成し、突起１ｉと凹部２ｃとを結合させるようにしたものであり、他の構成は、実施例１と同様である。

実施例４によれば、実施例１と同様の効果を奏することができると共に、金属ベース１と樹脂カバー２の接合強度を強くしたので、腐食が発生した場合でも腐食による応力発生よりも接合強度が強くなるために剥離がしにくくなる。また、突起１ｉを設けることにより、金属ベース１と樹脂カバー２との接合部（接合界面）にかかる応力をさらに緩和することができるため、腐食による応力発生に対しても強くなる。

図８は、本発明の実施例５に係る電子制御装置の要部拡大断面図である。実施例５は、溶着部１ｃの外周側側面（隙間６を臨む側面）に、複数の溝１ｊを略水平方向（支持部２ｂの壁面に対して垂直方向）に形成したものであり、他の構成は、実施例１と同様である。

レーザ溶着時に、金属ベース１と樹脂カバー２とが接合するときに、樹脂カバー２の一部が溶けて、余分な樹脂が、バリ５となって発生し、バリ５が隙間６に溢れる。この際、バリ５の一部が各溝１ｊ内に導入される。このため、溶着部１ｃの外周側側面に、強固な金属・樹脂接合部が形成される。

実施例５によれば、実施例１と同様の効果を奏することができると共に、溶着部１ｃの外周側側面における金属・樹脂の接合強度を高めることができ、実施例１よりも塩水噴霧試験に対して寿命が向上する。

図９は、本発明の実施例６に係る電子制御装置の要部拡大断面図である。実施例６は、溶着部１ｃの外周側側面（隙間６を臨む側面）に、複数の溝１ｊの代わりに、複数の溝１ｋを傾斜した方向（支持部２ｂの壁面に対して略４５度の角度で傾斜した方向）に形成したものであり、他の構成は、実施例５と同様である。

レーザ溶着時に、バリ５が発生しても、各溝１ｋが傾斜方向に形成されているので、実施例５よりも、バリ５が各溝１ｋ内に容易に導入される。

実施例６によれば、実施例１と同様の効果を奏することができると共に、溶着部１ｃの外周側側面における金属・樹脂の接合強度を高めることができ、実施例１よりも塩水噴霧試験に対して寿命が向上する。

図１０は、本発明の実施例７に係る電子制御装置の要部拡大断面図である。実施例７は、金属ベース１の溶着面（底面）からレーザ照射面（金属ベース１の上面）までの高さ１３と溝１ｅの深さ１４との比を最適化したものであり、他の構成は、実施例１と同様である。

図１０において、金属ベース１の溶着面（底面）からレーザ照射面（金属ベース１の上面）までの高さ１３は、2.5mmで、溝１ｅの深さ１４は、0.1mmであり、両者の比は、1:25となっている。

レーザ光４で発生した熱が樹脂カバー２を溶かすのに必要な熱量を伝えるためには、溶着面からレーザ照射面までの高さ１３が薄ければ薄いほど熱が伝わりやすく、熱伝導しやすい金属ベース１を使用することにより、この溶着面からレーザ照射面までの高さ１３を変更することが可能となる。また、溝１ｅの深さ１４についても、樹脂が流動し、各溝１ｅの中に樹脂が入り込むことによって接合強度が大きくなるが、溝１ｅの深さ１４をあまり深くしようとすると加工が難しくなり、費用もかさむ。また、溝１ｅへの樹脂の入り込み方が不十分となる可能性が高くなり、そのために接合が出来ない等の不具合が発生することが予想される。

そこで、実施例７では、レーザ光４で発生した熱が樹脂カバー２を溶かすのに必要な熱量を伝えるために、また、各溝１ｅの加工を容易にするために、金属ベース１の溶着面（底面）からレーザ照射面（金属ベース１の上面）までの高さ１３と各溝１ｅの深さ１４との比を1:25に設定している。

なお、一般的なサンドブラストやショットブラストによる表面形状を荒らしたときの高さ（溝の深さ）は0.002mm〜0.02mm程度となる。この場合、溝の深さと、金属ベース１の溶着面（底面）からレーザ照射面（金属ベース１の上面）までの高さ１３との比は、1:1250〜1:125となる。金属ベース１の表面にブラストなどによる微細な凹凸を設けることにより、塩水噴霧耐性が向上していることから、少なくとも1:25以上の比になるように、溝の深さと、金属ベース１の溶着面（底面）からレーザ照射面（金属ベース１の上面）までの高さ１３を形成することが望ましい。

なお、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。

１ 金属ベース、１ａ 放熱フィン、１ｂ 段差部、１ｃ 溶着部、１ｄ 凹凸部、１ｅ、１ｆ、１ｈ、 溝、１ｉ 突起、１ｊ、１ｋ 溝、２ 樹脂カバー、２ａ 収納部、２ｂ 支持部、３ 基板、３ａ 電子部品、４ レーザ光、５ はみ出し部（バリ）、６ 隙間、１３ レーザ照射面の高さ、１４ 溝の深さ

Claims (11)

1. 電子部品が搭載された基板と、
   前記基板を収納する容器であって、その一部に前記基板を収納するための凹部として開口された収納部を有する樹脂体と、
   前記樹脂体の前記収納部を覆い、前記収納部の周囲の縁に支持される金属体と、を有し、
   前記金属体のうち前記収納部と相対向する対向面の外周側には、前記収納部内に収納された前記基板の周囲を囲む凸部として前記収納部に接触する環状の溶着部が形成され、
   前記環状の溶着部のうち少なくとも外周側には、複数の環状の凹凸部が形成され、
   前記環状の溶着部は、前記金属体の外部から照射されるレーザ光によって前記収納部に溶着されている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、
   前記複数の環状の凹凸部は、
   前記レーザ光で粗面化された粗面部として形成されていることを特徴とする電子制御装置。
3. 請求項１又は２に記載の電子制御装置であって、
   前記環状の溶着部の外周側のうち、前記収納部の周囲の縁と相対向する領域には、前記複数の環状の凹凸部の中の一つの凹部が切欠きとして形成されていることを特徴とする電子制御装置。
4. 請求項３に記載の電子制御装置であって、
   前記複数の環状の凹凸部のうち、前記各凹部間のピッチは、同一の長さに設定されていることを特徴とする電子制御装置。
5. 請求項３に記載の電子制御装置であって、
   前記複数の環状の凹凸部は、
   前記環状の溶着部の外周側から内周側に亘って形成され、前記複数の環状の凹凸部のうち、前記各凹部間のピッチは、同一の長さに設定されていることを特徴とする電子制御装置。
6. 請求項３に記載の電子制御装置であって、
   前記複数の環状の凹凸部は、
   前記環状の溶着部の外周側から内周側に亘って形成され、前記複数の環状の凹凸部のうち、前記各凹部間のピッチは、複数のグループに分かれて設定され、各グループのピッチは相異なる長さに設定されていることを特徴とする電子制御装置。
7. 請求項３に記載の電子制御装置であって、
   前記複数の環状の凹凸部は、
   前記環状の溶着部の外周側から内周側に亘って形成され、前記複数の環状の凹凸部のうち、前記各凹部間のピッチは、外周側に存在する第一のグループと、内周側に存在する第二のグループに分かれて設定され、各グループのピッチは相異なる長さに設定され、且つ前記第一のグループのピッチが前記第二のグループのピッチよりも短く設定されていることを特徴とする電子制御装置。
8. 請求項３に記載の電子制御装置であって、
   前記環状の溶着部のうち前記複数の環状の凹凸部より内周側には、環状の突起が形成され、前記収納部のうち前記環状の突起との対向面には、前記突起と結合する環状の凹部が形成されていることを特徴とする電子制御装置。
9. 請求項１〜８のうちいずれか１項に記載の電子制御装置であって、
   前記環状の溶着部のうち、前記収納部の周囲の縁と相対向する領域には、複数の環状の溝が形成されていることを特徴とする電子制御装置。
10. 請求項９に記載の電子制御装置であって、
    前記複数の環状の溝は、前記収納部の周囲の縁に対して、垂直方向又は傾斜した方向に形成されていることを特徴とする電子制御装置。
11. 請求項１〜１０のうちいずれか１項に記載の電子制御装置であって、
    前記複数の環状の凹凸部のうち前記各凹部の深さと、前記金属体のうち前記レーザ光が照射される照射面から前記環状の溶着部が前記収納部に溶着される溶着面までの高さとの比は、１対２５以上に設定されていることを特徴とする電子制御装置。

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