JP3934739B2 - Plug-in type electronic control unit and connection structure between wiring board and plug member - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、各種機械装置の制御に用いられる差込み型電子制御ユニット、および配線基板とプラグ部材との接続構造に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来、この種の差込み型電子制御ユニットとして、ケース内に配線基板と、それに実装された複数の電子部品を収納し、またそのケースの両側にそれぞれプラグ部材を一体に設けたものが知られている。この場合、配線基板には、その電子部品実装領域の両側にそれぞれ接続領域が設けられ、各接続領域に存する複数の接続端子と各プラグ部材の複数のピン状接触子とが、それぞワイヤボンディング法を適用して電気的に接続されている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら前記のように構成すると、配線基板が大型になると共にその両側にそれぞれプラグ部材が配設されているので、電子制御ユニット全体が大型化する、という問題があった。
【0004】
【課題を解決するための手段】
本発明は、配線基板における電子部品実装面と反対側の面を、プラグ部材実装面として利用し、また特定の電気的接続方式を採用することにより、小型化を実現された前記差込み型電子制御ユニットを提供することを目的とする。
【0005】
前記目的を達成するため請求項1の発明は、配線基板と、その配線基板の一面側に、ワイヤレスボンディング法の適用下で実装された複数の電子部品と、前記配線基板の他面側にワイヤレスボンディング法の適用下で実装されたプラグ部材とより構成され、そのプラグ部材が、前記配線基板とは反対側を向いた差込み口を有する合成樹脂製箱体と、その箱体の底壁に貫通、保持されて一端部が前記差込み口内に突入すると共に他端部が該底壁の、前記配線基板との対向面より突出するピン状接触子とを有してなる差込み型電子制御ユニットであって、前記ピン状接触子の前記他端部と、前記配線基板の他面側に露出させた接続端子との間が間隔をおいて相対向すると共に、その間を電気的に接続する導電性接合材を囲繞する電気絶縁体が、前記配線基板の前記他面側と前記プラグ部材の前記底壁との間に介在、固定され、前記ピン状接触子の直径dと、前記電気絶縁体の厚さeとの関係が e>dに設定されると共に、前記ピン状接触子の前記他端部の端面と前記接続端子との対向間隔fが f>0.02 mm に設定されることを特徴とし、また請求項2の発明は、配線基板と、その配線基板の一面側に、ワイヤレスボンディング法の適用下で実装された複数の電子部品と、前記配線基板の他面側にワイヤレスボンディング法の適用下で実装されたプラグ部材とより構成され、そのプラグ部材が、前記配線基板とは反対側を向いた差込み口を有する合成樹脂製箱体と、その箱体の底壁に貫通、保持されて一端部が前記差込み 口内に突入すると共に他端部が該底壁の、前記配線基板との対向面より突出するピン状接触子とを有してなる差込み型電子制御ユニットであって、前記ピン状接触子の前記他端部と、前記配線基板の他面側に露出させた接続端子との間が間隔をおいて相対向すると共に、その間を電気的に接続する導電性接合材を囲繞する電気絶縁体が、前記配線基板の前記他面側と前記プラグ部材の前記底壁との間に介在、固定され、硬化状態において、前記導電性接合材の硬さは、前記電気絶縁体の硬さよりも低いことを特徴とする。
【0006】
また請求項3の発明は、一面側に電子部品を実装され、また他面側に接続端子を有する配線基板と、その配線基板の他面側に実装されたプラグ部材との間の接続構造であって、前記プラグ部材は、前記配線基板とは反対側を向いた差込み口を有する合成樹脂製箱体と、その箱体の底壁に貫通、保持されて一端部が前記差込み口内に突入すると共に他端部が該底壁の、前記配線基板との対向面より突出するピン状接触子とを有しており、そのピン状接触子の前記他端部と、前記接続端子との間が間隔をおいて相対向すると共に、その間を電気的に接続する導電性接合材を囲繞する電気絶縁体が、前記配線基板の前記他面側と前記プラグ部材の前記底壁との間に介在、固定され、前記ピン状接触子の直径dと、前記電気絶縁体の厚さeとの関係が e>dに設定されると共に、前記ピン状接触子の前記他端部の端面と前記接続端子との対向間隔fが f>0.02 mm に設定されることを特徴とし、また請求項4の発明は、一面側に電子部品を実装され、また他面側に接続端子を有する配線基板と、その配線基板の他面側に実装されたプラグ部材との間の接続構造であって、前記プラグ部材は、前記配線基板とは反対側を向いた差込み口を有する合成樹脂製箱体と、その箱体の底壁に貫通、保持されて一端部が前記差込み口内に突入すると共に他端部が該底壁の、前記配線基板との対向面より突出するピン状接触子とを有しており、そのピン状接触子の前記他端部と、前記接続端子との間が間隔をおいて相対向すると共に、その間を電気的に接続する導電性接合材を囲繞する電気絶縁体が、前記配線基板の前記他面側と前記プラグ部材の前記底壁との間に介在、固定され、硬化状態において、前記導電性接合材の硬さは、前記電気絶縁体の硬さよりも低いことを特徴とする。
【0007】
前記のように、複数の電子部品、配線基板およびプラグ部材を積層構造に構成すると、前記電子制御ユニットの平面的な広がりを、従来のものに比べて大幅に抑制することができる。また各電子部品およびプラグ部材の実装のために、ワイヤレスボンディング法、つまりワイヤを使用しない接続法を採用すると、前記電子制御ユニットの積層方向への広がりを大幅に抑制することができる。このようにして、差込み型電子制御ユニットの小型化を実現することが可能である。
【0008】
また特に請求項1,3の発明の構成によれば、ピン状接触子の直径dと、電気絶縁体の厚さeとの関係がe>dに設定されるとともに、ピン状接触子の端面と接続端子との対向間隔fがf>0.02 mm に設定されるので、配線基板およびプラグ部材の箱体底壁間に存する電気絶縁体の体積が大きく、また前記間隔fが広いことから、電子部品作動後の冷却過程で、配線基板と箱体との線膨脹率差に起因して前記接続部に作用する熱応力を十分に緩和することができる。
【0009】
また特に請求項2,4の発明の構成によれば、硬化した状態において、導電性接合材は柔軟性を有し、その硬さは、電気絶縁体の硬さよりも低く設定されるから、前記熱応力を緩和し、また振動による各接続部の変形および破断を防止する上で有効である。
【0010】
【発明の実施の形態】
〔実施例I〕
図1〜3において、差込み型電子制御ユニットUは、配線基板1と、その配線基板1の一面側に、ワイヤレスボンディング法の適用下で実装された複数の電子部品2と、配線基板1の他面側にワイヤレスボンディング法の適用下で実装されたプラグ部材3とより構成される。
【0011】
前記のように、複数の電子部品2、配線基板1およびプラグ部材3を積層構造に構成すると、差込み型電子制御ユニットUの平面的な広がりを、従来のものに比べて大幅に抑制することができる。また各電子部品2およびプラグ部材3の実装のために、ワイヤレスボンディング法、つまりワイヤを使用しない接続法を採用すると、差込み型電子制御ユニットUの積層方向への広がりを大幅に抑制することができる。このようにして、差込み型電子制御ユニットUの小型化を実現することが可能である。
【0012】
配線基板1は、電気絶縁性板状本体4と、その本体4内に保持された導電体5とよりなり、その導電体5の一部をなす複数の接続端子6,7が本体4の両面にそれぞれ露出している。
【0013】
電子部品2には、未封止半導体を含む半導体ベアチップであるFC(フリップチップ)、高密度パッケージであるCSP(チップサイズパッケージ)、BGA(ボールグリットアレイ)等が含まれる。
【0014】
図2に明示するように、電子部品2は配線基板1との対向面に少なくとも1つ、図示例では複数の電極8を備え、また配線基板1は各電子部品2との対向面に少なくとも1つ、図示例では電極8の数と同数の接続端子6を備えている。電子部品2および配線基板1は、加熱加圧下で硬化させた電気絶縁性の封止剤9を介して接合され、その封止剤9の各接続孔10内において、電子部品2の各電極8と配線基板1の各接続端子6とが対向する。各電極8は、金よりなる突起部(バンプ)11を備え、その突起部11はワイヤボンディング技術の応用下で形成されたものであって、一定の直径aを有する。各接続孔10内は、加熱加圧下で硬化させた導電性接合材12により満たされ、したがって各導電性接合材12は封止剤9により囲繞されている。このようにして各電極8の突起部11と各接続端子6とが導電性接合材12を介して電気的に接続され、これら電極8、突起部11、接続端子6および導電性接合材12は接続部13を構成する。
【0015】
各電極8の突起部11の直径aと、電子部品2および配線基板1間における封止剤9の厚さbとの関係はb>aに設定され、また突起部11先端および接続端子6間の間隔cはc>0.02mmに設定される。
【0016】
このように構成すると、電子部品2および配線基板1間に存する封止剤9の体積が大きく、また前記間隔cが広いことから電子部品2作動後の冷却過程で、電子部品2と配線基板1との線膨脹率差に起因して前記接続部13に作用する熱応力を十分に緩和することができる。
【0017】
これは、前記線膨脹率差に起因して電子部品2および配線基板1間の封止剤9には電子部品2および配線基板1の対向面と略平行するように横方向の剪断力が作用するが、前記のように封止剤9の体積が大きい場合にはその封止剤9における単位体積当りの剪断力を小さくすることができ、また前記間隔cが広いことから、前記接続部13が前記剪断力に十分に耐えるからである。これにより、配線基板1と電子部品2との接続構造は優れた耐熱衝撃性を有する。
【0018】
プラグ部材3は、配線基板1とは反対側を向いた差込み口14を有する合成樹脂製箱体15と、その箱体15の底壁16に、それを貫通するように保持された複数のピン状接触子17とを有しており、そのピン状接触子17の一端部は差込み口14内に突入すると共に他端部が該底壁16の、配線基板1との対向面より突出している。そして、そのピン状接触子17の前記他端部と、配線基板1の一面に露出させた接続端子7との間が間隔をお いて相対向し、両者7,17間は導電性接合材18により電気的に接続されている。
【0019】
導電性接合材18は電気絶縁体19により囲繞されており、その電気絶縁体19は配線基板1およびプラグ部材3間に挟まれている。
【0020】
図示例では、電気絶縁体19はシート状をなし、電気絶縁性接着剤20を介して配線基板1に接合されている。プラグ部材3は、その箱体15と一体のフランジ部21および電気絶縁体19を貫通する複数のねじ22を配線基板1にねじ込むことによってその配線基板1に固定される。
【0021】
電気絶縁体19は、複数の接続端子7およびピン状接触子17に応じて複数の接続孔23を有し、各接続孔23内に各接続端子7、各ピン状接触子17および導電性接合材18が位置する。したがって、接続端子7、ピン状接触子17および導電性接合材18は接続部24を構成する。
【0022】
この場合、ピン状接触子17の直径dと、電気絶縁体19の厚さeとの関係はe>dに設定され、またピン状接触子17および接続端子7間の間隔fはf>0.02mmに設定される。
【0023】
このように構成すると、配線基板1およびプラグ部材3の箱体15間に存する電気絶縁体19の体積が大きく、また前記間隔fが広いことから、電子部品2作動後の冷却過程で、配線基板1と箱体15との線膨脹率差に起因して前記接続部24に作用する熱応力を十分に緩和することができる。
【0024】
配線基板1としては、IVH(Interstitial Via Hole )4層基板が用いられ、その電気絶縁性板状本体4は、ガラス布とビスマレイミドトリアジン樹脂とよりなる複合体より構成される。
【0025】
電子部品2と配線基板1との接続構造において、封止剤9は、シリカ系充填剤を含有するノボラック型エポキシ樹脂より構成され、皮膜の形態で用いられる。この樹脂は、常温では固体であるが、加熱すると、軟化、溶融および硬化の各過程を順次経る。この樹脂のゲル化時間は、150℃にて120秒であるが、完全に硬化させるためには150℃にて20分間程度の時間を要する。
【0026】
導電性接合材12は、300メッシュよりも小さな不定形銀粉末75重量%と脂肪族炭化水素型エポキシ樹脂25重量%とよりなる。導電性接合材12はペーストの形態で用いられ、その導電性ペーストは、導電性接合材12と45.8体積%の混合溶剤とよりなり、その混合溶剤は70重量%のキシレンと30重量%のエタノールとを混合したものである。これを第1の導電性ペーストとする。
【0027】
脂肪族炭化水素型エポキシ樹脂は常温では液状であるが加熱下で硬化する。この樹脂のゲル化時間は、150℃にて90〜100秒であり、前記ノボラック型エポキシ樹脂よりも短い。その際、混合溶剤は150℃にて60秒間位で略完全に揮発する。
【0028】
このように導電性接合材12のゲル化時間を封止剤9のゲル化時間よりも短くすると、封止剤9が先にゲル化した場合に起る、導電性接合材12への気泡の封じ込めを防止することができ、これにより各電極8の突起部11と各接続端子6との接続不良を回避することができる。
【0029】
また硬化後において、導電性接合材12は柔軟性を有し、その硬さは、封止剤9の硬さよりも低い。これは、前記熱応力を緩和し、また振動による各接続部13の変形および破断を防止する上で有効である。
【0030】
封止剤9の構成材料としては、例えば紫外線硬化型樹脂である、多官能アクリレートモノマを含有する液状エポキシアクリレート樹脂、多官能アクリレートモノマを含有する液状ポリエステルアクリレート樹脂等を用いることもできる。また導電性接合材12として、ハンダを用いることも可能である。
【0031】
配線基板1とプラグ部材3との接続構造において、電気絶縁体19は配線基板1と同様の複合体より構成され、シートの形態で用いられる。
【0032】
導電性接合材18は、300メッシュよりも小さな不定形銀粉末75重量%と一液型熱硬化性エポキシ樹脂25重量%とよりなる。導電性接合材18はペーストの形態で用いられ、その導電性ペーストは導電性接合材18と29.2体積%の溶剤とよりなる。これを第2の導電性ペーストとする。
【0033】
また硬化した状態において、導電性接合材18は柔軟性を有し、その硬さは、電気絶縁体19の硬さよりも低い。これは、前記熱応力を緩和し、また振動による各接続部24の変形および破断を防止する上で有効である。さらに導電性接合材18として、ハンダを用いることも可能である。
【0034】
プラグ部材3の箱体15は、30重量%の無機質充填材を含有するポリフェニレンスルフィド(PPS)より構成される。
【0035】
以下、電子制御ユニットUの製造法について説明する。
【0036】
(1) 図4に示すように、上、下面に複数の接続端子6,7を有する配線基板1を用意した。
【0037】
(2) 図5に示すように、直径1.5mmの複数の接続孔23を有する厚さ1.6mmのシート状電気絶縁体19を配線基板7の下面に電気絶縁性接着剤20を介してプレス接着し、各接続孔23内に各接続端子7を位置させた。
【0038】
(3) 図6に示すように、前記組成の第2の導電性ペースト25を用いて電気絶縁体19表面にメタルマスクスクリーン印刷を施し、第2の導電性ペースト25を各接続孔23に充填した。
【0039】
(4) 図7に示すように、配線基板1の上面側に複数の電子部品2を実装した。この実装は図8に示す方法で行われた。
【0040】
図8(a)に示すように、シリカ系充填剤を含有するノボラック型エポキシ樹脂よりなる厚さ0.2mmの皮膜状封止剤9を配線基板1上に重ね合せて仮接着し、その封止剤9の各接続孔10を各接続端子6に合致させた。
【0041】
図8(b)に示すように、前記組成の第1の導電性ペースト26を用いて、封止剤9表面にメタルマスクスクリーン印刷を施し、第1の導電性ペースト26を各接続孔10に充填した。
【0042】
図8(c)に示すように、電子部品2における各電極8の突起部11を各接続孔10内の第1の導電性ペースト26に刺込んで、その電子部品2を封止剤9に重ね合せた。
【0043】
(5) 図9に示すように、プラグ部材3の各ピン状接触子17の一端部を各接続孔23内の第2の導電性ペースト25に刺込んで、箱体15の底壁16およびフランジ部21を電気絶縁体19に押当て、次いで複数のねじ22によりプラグ部材3を配線基板1に固定して、組立体27を得た。
【0044】
(6) 各電子部品2を所定の圧力で配線基板1に押付けた状態において、組立体27を150℃の加熱下に30分間保持して、電子部品2側の封止剤9を硬化させると共に第1の導電性ペースト26およびプラグ部材3側の第2の導電性ペースト25をそれぞれ硬化させて2種の導電性接合材12,18を得、これにより図1に示す差込み型電子制御ユニットUを得た。
〔実施例II〕
図10に示す差込み型電子制御ユニットUは、プラグ部材3の固定を、実施例Iのねじ22に代えて、電気絶縁性接着剤28を介して行ったものである。
【0045】
電気絶縁性接着剤28の電気絶縁体19への塗布は、図6に示した第2の導電性ペースト25の接続孔23への充填後、その第2の導電性ペースト25を加熱下で半硬化してからメッシュスクリーン印刷により行われた。このように第2の導電性ペースト25を半硬化する理由は、第2の導電性ペースト25の溶剤を予め揮発させておき、電気絶縁性接着剤28により電気絶縁体19とプラグ部材3とを接着する際に第2の導電性ペースト25から発生した溶剤蒸気が接続孔23内に封じ込められるのを防止することにあり、これにより接続端子7とピン状接触子17との電気的接続を確実に行うことができる。
【0046】
電気絶縁性接着剤28の硬化は、封止剤9の硬化および第1,第2の導電性ペースト26,25の硬化、つまり2種の導電性接合材12,18の形成と同時に行われ、この場合、加熱温度は150℃に、また保持時間は3時間にそれぞれ設定された。
【0047】
なお、電気絶縁性接着剤28に代えて、電気絶縁性接着フィルムを用いることもできる。
〔実施例III 〕
図11に示す差込み型電子制御ユニットUは、プラグ部材3のピン状接触子17と接続端子7との接続を導電性接合材18としてのハンダを用いて行ったものである。この場合、接続孔23に対するハンダの濡れ性を良好にすべく、電気絶縁体19接着後、各接続孔23内周面ならびに各接続端子7およびその周辺にCuメッキ層29を形成した。ハンダペーストとしてはSn−Ag−Cu系ハンダ粉末と、合成ロジンをベースとするペースト状フラックスとよりなるものが用いられた。
【0048】
以下、電子制御ユニットUの製造法について説明する。
【0049】
(1) 図12に示すように、上、下面に複数の接続端子6,7を有する配線基板1を用意した。
【0050】
(2) 図13に示すように、直径1.5mmの複数の接続孔23を有する厚さ1.6mmのシート状電気絶縁体19を配線基板1の下面に電気絶縁性接着剤20を介してプレス接着し、各接続孔23内に各接続端子7を位置させた。
【0051】
(3) 図14に示すように、各接続孔23の内周面側に、無電解パネルCuメッキ処理、電解部分Cuメッキ処理およびフラッシュエッチング処理を施して、厚さ15〜25μmのCuメッキ層29を形成した。
【0052】
(4) 図15に示すように、前記組成のハンダペースト30を用いて電気絶縁体19表面にメタルマスクスクリーン印刷を施し、そのハンダペースト30を各接続孔23に充填した。
【0053】
(5) 図16に示すように、配線基板1の上面側に複数の電子部品2を実装した。この実装は、実施例I同様に、図8に示す方法で行われた。
【0054】
(6) 図17に示すように、プラグ部材3の各ピン状接触子17の一端部を各接続孔23内のハンダペースト30に刺込んで、箱体15の底壁16およびフランジ部21を電気絶縁体19に押当て、次いで複数のねじ22によりプラグ部材3を配線基板1に固定して、組立体27を得た。
【0055】
(7) 各電子部品2を所定の圧力で配線基板1に押付けた状態において、組立体27を150℃の加熱下に90秒間保持し、次いで260℃に1分間保持してハンダペースト30を完全に溶融し、その後組立体27を冷却して、約170℃でハンダを硬化させて導電性接合材18を得た。さらに、組立体27を150℃の加熱下に30分間保持して電子部品2側の封止剤9を硬化させると共に第1の導電性ペースト26を硬化させて導電性接合材12を得、これにより図11に示す差込み型電子制御ユニットUを得た。
〔実施例IV〕
図18に示す差込み型電子制御ユニットUは、プラグ部材3の固定を、実施例III のねじ22に代えて、電気絶縁性接着剤28を介して行ったものである。
【0056】
電気絶縁性接着剤28の電気絶縁体19への塗布は、図15に示したハンダペースト30の接続孔23への充填後、そのハンダペースト30を加熱下で溶融してハンダとしてからメッシュスクリーン印刷により行われた。このようにハンダペースト30を一旦溶融する理由は、ハンダペースト30のフラックスによる発生ガスを抜いて、電気絶縁性接着剤28による前記発生ガスの接続孔23内への封じ込めを防止することにあり、これにより接続端子7とピン状接触子17との電気的接続を確実に行うことができる。
【0057】
またハンダペースト30に電気絶縁性接着剤28が混じると、ハンダペースト30の溶融不良を起すことがあるが、前記のようにハンダペースト30を一旦溶融させておけば、このような問題を回避することができる。
【0058】
ハンダペースト30の溶融条件は実施例III の場合と同じである。
【0059】
電気絶縁性接着剤28の硬化は、ハンダペースト30の溶融、硬化後、つまりプラグ部材3側の導電性接合材18の形成後、電子部品2側の封止剤9の硬化および第1の導電性ペースト26の硬化、つまり導電性接合材12の形成と同時に行われ、この場合、加熱温度は150℃に、また保持時間は3時間にそれぞれ設定された。
【0060】
なお、電気絶縁性接着剤28に代えて、電気絶縁性接着フィルムを用いることもできる。ハンダペーストの発生ガスが問題とならないか、またはハンダペーストに混じってもその溶融不良を起すおそれのない電気絶縁性接着剤または電気絶縁性接着フィルムを用いる場合には、その塗布前または貼付前のハンダペーストの溶融は行われない。
〔実施例V〕
図19に示す差込み型電子制御ユニットUは、プラグ部材3のピン状接触子17と接続端子7との接続を実施例III と同様のハンダペースト30を用いて行ったものである。この場合、接続孔23に対するハンダの濡れ性を良好にすべく、電気絶縁体19として各接続孔23内周面にCuメッキ層29を有するものを使用した。
【0061】
以下、電子制御ユニットUの製造法について説明する。
【0062】
(1) 図20に示すように、上、下面に複数の接続端子6,7を有する配線基板1を用意した。
【0063】
(2) 図21に示すように、直径1.5mmの複数の接続孔23を有する厚さ1.6mmのシート状電気絶縁体19を用意し、その各接続孔23の内周面に、無電解パネルCuメッキ処理、電解部分Cuメッキ処理およびフラッシュエッチング処理を施して、厚さ15〜25μmのCuメッキ層29を形成し、その後電気絶縁体19を配線基板1の下面に電気絶縁性接着剤20を介してプレス接着し、各接続孔23内に各接続端子7を位置させた。
【0064】
(3) 図22に示すように、前記組成のハンダペースト30を用意して電気絶縁体19表面にメタルマスクスクリーン印刷を施し、そのハンダペースト30を各接続孔23に充填した。
【0065】
(4) 図23に示すように、配線基板1の上面側に複数の電子部品2を実装した。この実装は、実施例I同様に、図8に示す方法で行われた。
【0066】
(5) 図24に示すように、プラグ部材3の各ピン状接触子17の一端部を各接続孔23内のハンダペースト30に刺込んで、箱体15の底壁16およびフランジ部21を電気絶縁体19に押当て、次いで複数のねじ22によりプラグ部材3を配線基板1に固定して、組立体27を得た。
【0067】
(6) 各電子部品2を所定の圧力で配線基板1に押付けた状態において、組立体27を150℃の加熱下に90秒間保持し、次いで260℃に1分間保持してハンダペースト30を完全に溶融し、その後組立体27を冷却して、約170℃でハンダを硬化させて導電性接合材18を得た。さらに、組立体27を150℃の加熱下に30分間保持して電子部品2側の封止剤9を硬化させると共に第1の導電性ペースト26を硬化させて導電性接合材12を得、これにより図19に示す差込み型電子制御ユニットUを得た。
〔実施例VI〕
図25に示す差込み型電子制御ユニットUは、プラグ部材3の固定を、実施例Vのねじ22に代えて、電気絶縁性接着剤28を介して行ったものである。
【0068】
電気絶縁性接着剤28の電気絶縁体19への塗布は、図22に示したハンダペースト30の接続孔23への充填後、そのハンダペースト30を加熱下で溶融してハンダとしてからメッシュスクリーン印刷により行われた。このようにハンダペースト30を一旦溶融する理由は、実施例IVで述べた通りである。また電気絶縁性接着剤28の硬化条件も実施例IVで述べた通りである。
【0069】
実施例I〜VIで述べた各電子制御ユニットUの電子部品2側の接続部13において、突起部11の直径aはa≒0.15mm、封止剤9の厚さbはb≒0.2mm、突起部11先端および接続端子6間の間隔cはc≒0.05mmであり、また導電性接合材12のショア硬さは約80、一方、封止剤9のショア硬さは約91であった。
【0070】
プラグ部材3側の接続部24において、ピン状接触子17の直径はd≒0.5mm、電気絶縁体19の厚さeはe≒1.6mm、ピン状接触子17先端および接続端子7間の間隔fはf≒0.2mmであり、また導電性接合材18、つまり第2の導電性ペースト25より得られたもののショア硬さは約80およびハンダペースト30より得られたもののショア硬さは約83であり、一方、電気絶縁体19のショア硬さは約95であった。なお、前記間隔fは、図11,18の実施例III ,IVにおいてはCuメッキ層29およびピン状接触子17先端間の間隔である。
【0071】
【発明の効果】
請求項1,2の各発明によれば、前記のように構成することによって、小型化を実現され、しかも優れた耐熱衝撃性を有する接続構造を備えた差込み型電子制御ユニットを提供することができる。
【0072】
また請求項3,4の各発明によれば、前記のように構成することによって、優れた耐熱衝撃性を有する、配線基板とプラグ部材との接続構造を提供することができる。
【0073】
また特に請求項1,3の各発明によれば、ピン状接触子の直径dと、電気絶縁体の厚さeとの関係がe>dに設定されるとともに、ピン状接触子の端面と接続端子との対向間隔fがf>0.02 mm に設定されるので、配線基板およびプラグ部材の箱体底壁間に存する電気絶縁体の体積が大きく、また前記間隔fが広いことから、電子部品作動後の冷却過程で、配線基板と箱体との線膨脹率差に起因して前記接続部に作用する熱応力を十分に緩和することができる。
【0074】
また特に請求項2,4の各発明によれば、硬化した状態において、導電性接合材は柔軟性を有し、その硬さは、電気絶縁体の硬さよりも低く設定されるから、前記熱応力を緩和し、また振動による各接続部の変形および破断を防止する上で有効である。
【図面の簡単な説明】
【図1】 差込み型電子制御ユニットの一部切欠き要部正面図
【図2】 図1の2矢示部の拡大断面図
【図3】 図1の3矢示部の拡大断面図
【図4】 配線基板の一部切欠き要部正面図
【図5】 配線基板に電気絶縁体を接着した状態を示す一部切欠き要部正面図
【図6】 電気絶縁体の接続孔に導電性ペーストを充填した状態を示す一部切欠き要部正面図
【図7】 配線基板に電子部品を実装した状態を示す一部切欠き要部正面図
【図8】 電子部品の実装工程を示す説明図
【図9】 組立体の一部切欠き要部正面図
【図10】 差込み型電子制御ユニットの一部切欠き要部正面図
【図11】 差込み型電子制御ユニットの一部切欠き要部正面図
【図12】 配線基板の一部切欠き要部正面図
【図13】 配線基板に電気絶縁体を接着した状態を示す一部切欠き要部正面図
【図14】 電気絶縁体の接続孔にCuメッキ層を形成した状態を示す一部切欠き要部正面図
【図15】 電気絶縁体の接続孔に導電性ペーストを充填した状態を示す一部切欠き要部正面図
【図16】 配線基板に電子部品を実装した状態を示す一部切欠き要部正面図
【図17】 組立体の一部切欠き要部正面図
【図18】 差込み型電子制御ユニットの一部切欠き要部正面図
【図19】 差込み型電子制御ユニットの一部切欠き要部正面図
【図20】 配線基板の一部切欠き要部正面図
【図21】 配線基板に電気絶縁体を接着した状態を示す一部切欠き要部正面図
【図22】 電気絶縁体の接続孔に導電性ペーストを充填した状態を示す一部切欠き要部正面図
【図23】 配線基板に電子部品を実装した状態を示す一部切欠き要部正面図
【図24】 組立体の一部切欠き要部正面図
【図25】 差込み型電子制御ユニットの一部切欠き要部正面図
【符号の説明】
1 配線基板
2 電子部品
3 プラグ部材
7 接続端子
17 ピン状接触子
18 導電性接合材
19 電気絶縁体[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a plug-in electronic control unit used for controlling various mechanical devices, and a connection structure between a wiring board and a plug member.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, as this type of plug-in electronic control unit, a wiring board and a plurality of electronic components mounted thereon are housed in a case, and plug members are integrally provided on both sides of the case. Yes. In this case, the wiring board is provided with connection regions on both sides of the electronic component mounting region, and a plurality of connection terminals existing in each connection region and a plurality of pin-like contacts of each plug member are respectively wire bonded. Electrically connected by applying the law.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
However, when configured as described above, there is a problem that the entire electronic control unit is increased in size because the wiring board becomes large and plug members are provided on both sides thereof.
[0004]
[Means for Solving the Problems]
The present invention provides the plug-in type electronic control in which the miniaturization is realized by utilizing the surface opposite to the electronic component mounting surface of the wiring board as the plug member mounting surface and adopting a specific electrical connection method. The purpose is to provide units.
[0005]
To achieve the purposeClaim 1inventionIsA wiring board; a plurality of electronic components mounted on one side of the wiring board under application of a wireless bonding method; and a plug member mounted on the other side of the wiring board under application of a wireless bonding method. Composed ofThe plug member has a synthetic resin box having an insertion port facing the side opposite to the wiring board, and one end of the plug member is inserted into the insertion port and held in the bottom wall of the box. An insertion-type electronic control unit having an end portion having a pin-like contact protruding from a surface of the bottom wall facing the wiring board, the other end of the pin-like contact, An electrical insulator that surrounds a conductive bonding material that electrically connects between the connection terminals exposed to the other surface side of the wiring board and facing each other is provided between the other terminals of the wiring board. Between the surface side and the bottom wall of the plug member and fixed, and the relationship between the diameter d of the pin contact and the thickness e of the electrical insulator is set to e> d, The facing distance f between the end face of the other end of the pin contact and the connection terminal is f> .02 mm The invention of
[0006]
According to a third aspect of the present invention, there is provided a connection structure between a wiring board having an electronic component mounted on one side and having a connection terminal on the other side and a plug member mounted on the other side of the wiring board. The plug member has a synthetic resin box having an insertion port facing away from the wiring board, and penetrates and is held in the bottom wall of the box, and one end portion enters the insertion port. And the other end portion of the bottom wall has a pin-like contact protruding from the surface facing the wiring board, and the other end of the pin-like contact is between the connection terminal. An electrical insulator that is opposed to each other at an interval and surrounds a conductive bonding material that is electrically connected therebetween is interposed between the other surface side of the wiring board and the bottom wall of the plug member, The relationship between the diameter d of the pin contact and the thickness e of the electrical insulator is fixed. e> d, and the facing distance f between the end surface of the other end of the pin contact and the connection terminal is f> 0.02. mm The invention of
[0007]
As described above, when the plurality of electronic components, the wiring board, and the plug member are configured in a laminated structure, the planar expansion of the electronic control unit can be significantly suppressed as compared with the conventional one. In addition, when a wireless bonding method, that is, a connection method that does not use a wire, is adopted for mounting each electronic component and plug member, the spread of the electronic control unit in the stacking direction can be significantly suppressed. In this way, it is possible to reduce the size of the plug-in electronic control unit.
[0008]
In particular, according to the first and third aspects of the invention, the relationship between the diameter d of the pin contact and the thickness e of the electrical insulator is set to e> d, and the end face of the pin contact The distance f between the connection terminals and the connection terminal is f> 0.02. mm Since the volume of the electrical insulator existing between the wiring board and the box bottom wall of the plug member is large and the interval f is wide, the wiring board and the box are cooled in the cooling process after the electronic components are operated. The thermal stress acting on the connecting portion due to the difference in linear expansion coefficient with respect to can be sufficiently relaxed.
[0009]
Further, particularly according to the configurations of the inventions of
[0010]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Example I
1 to 3, the plug-in type electronic control unit U includes a
[0011]
As described above, when the plurality of
[0012]
The
[0013]
The
[0014]
As clearly shown in FIG. 2, the
[0015]
The relationship between the diameter a of the
[0016]
If comprised in this way, since the volume of the sealing
[0017]
This is because a lateral shearing force acts on the
[0018]
Plug member 3Facing away from the wiring board 1It has a
[0019]
The
[0020]
In the illustrated example, the
[0021]
The
[0022]
In this case, the relationship between the diameter d of the pin-shaped
[0023]
If comprised in this way, since the volume of the
[0024]
As the
[0025]
In the connection structure between the
[0026]
The
[0027]
Aliphatic hydrocarbon type epoxy resins are liquid at room temperature but harden under heating. The gelation time of this resin is 90 to 100 seconds at 150 ° C., and is shorter than the novolac type epoxy resin. At that time, the mixed solvent volatilizes almost completely at 150 ° C. in about 60 seconds.
[0028]
When the gelation time of the
[0029]
Further, after curing, the
[0030]
As a constituent material of the sealing
[0031]
In the connection structure between the
[0032]
The
[0033]
Further, in the cured state, the
[0034]
The
[0035]
Hereinafter, a method for manufacturing the electronic control unit U will be described.
[0036]
(1) As shown in FIG. 4, a
[0037]
(2) As shown in FIG. 5, a sheet-like
[0038]
(3) As shown in FIG. 6, the surface of the
[0039]
(4) As shown in FIG. 7, a plurality of
[0040]
As shown in FIG. 8A, a film-
[0041]
As shown in FIG. 8 (b), using the first
[0042]
As shown in FIG. 8 (c), the
[0043]
(5) As shown in FIG. 9, one end of each pin-
[0044]
(6) In a state where each
Example II
In the plug-in type electronic control unit U shown in FIG. 10, the
[0045]
Application of the electrical insulating
[0046]
Curing of the electrically insulating
[0047]
In place of the electrically insulating
Example III
The plug-in type electronic control unit U shown in FIG. 11 is obtained by connecting the pin-shaped
[0048]
Hereinafter, a method for manufacturing the electronic control unit U will be described.
[0049]
(1) As shown in FIG. 12, a
[0050]
(2) As shown in FIG. 13, a 1.6 mm-thick sheet-like
[0051]
(3) As shown in FIG. 14, the inner peripheral surface side of each
[0052]
(4) As shown in FIG. 15, the surface of the
[0053]
(5) As shown in FIG. 16, a plurality of
[0054]
(6) As shown in FIG. 17, one end of each pin-shaped
[0055]
(7) In a state where each
Example IV
In the plug-in type electronic control unit U shown in FIG. 18, the
[0056]
Application of the electrical insulating
[0057]
Further, when the electrically insulating
[0058]
The melting conditions of the
[0059]
The electrical insulating
[0060]
In place of the electrically insulating
[Example V]
In the plug-in type electronic control unit U shown in FIG. 19, the pin-shaped
[0061]
Hereinafter, a method for manufacturing the electronic control unit U will be described.
[0062]
(1) As shown in FIG. 20, a
[0063]
(2) As shown in FIG. 21, a 1.6 mm-thick sheet-like
[0064]
(3) As shown in FIG. 22, a
[0065]
(4) As shown in FIG. 23, a plurality of
[0066]
(5) As shown in FIG. 24, one end portion of each pin-
[0067]
(6) In a state where each
Example VI
In the plug-in type electronic control unit U shown in FIG. 25, the
[0068]
The electrical insulating
[0069]
In the
[0070]
In the
[0071]
【The invention's effect】
[0072]
And claims3 and 4According to the invention, the structure as described above can provide a connection structure between the wiring board and the plug member having excellent thermal shock resistance.
[0073]
According to the inventions of
[0074]
Further, particularly according to the inventions of
[Brief description of the drawings]
1 is a partially cutaway front view of a plug-in electronic control unit.
FIG. 2 is an enlarged sectional view of a portion indicated by an
FIG. 3 is an enlarged cross-sectional view of a portion indicated by an
FIG. 4 is a front view of a principal part of a wiring board with a part cut away.
FIG. 5 is a partially cutaway front view showing a state where an electrical insulator is bonded to a wiring board.
FIG. 6 is a partially cutaway front view showing a state where a conductive paste is filled in a connection hole of an electrical insulator.
FIG. 7 is a partially cutaway front view showing a state where electronic components are mounted on a wiring board.
FIG. 8 is an explanatory diagram showing a mounting process of an electronic component
FIG. 9 is a front view of an essential part of the assembly with a part cut away.
FIG. 10 is a front view of an essential part of a plug-in electronic control unit with a part cut away.
FIG. 11 is a front view of a main part of the plug-in type electronic control unit with a part cut away.
FIG. 12 is a front view of an essential part of a wiring board partially cut away.
FIG. 13 is a partially cutaway front view showing a state where an electrical insulator is bonded to a wiring board.
FIG. 14 is a partially cutaway front view showing a state in which a Cu plating layer is formed in a connection hole of an electrical insulator.
FIG. 15 is a partially cutaway front view showing a state where a conductive paste is filled in a connection hole of an electrical insulator.
FIG. 16 is a partially cutaway front view showing a state in which an electronic component is mounted on a wiring board.
FIG. 17 is a front view of an essential part of the assembly with a part cut away.
FIG. 18 is a front view of an essential part of the plug-in type electronic control unit.
FIG. 19 is a partially cutaway front view of a plug-in electronic control unit.
FIG. 20 is a front view of an essential part of a wiring board, partly cut away.
FIG. 21 is a partially cutaway front view showing a state where an electrical insulator is bonded to a wiring board.
FIG. 22 is a partially cutaway front view showing a state where a conductive paste is filled in a connection hole of an electrical insulator.
FIG. 23 is a partially cutaway front view showing a state in which an electronic component is mounted on a wiring board.
FIG. 24 is a front view of an essential part of the assembly with a part cut away.
FIG. 25 is a front view of an essential part of the plug-in type electronic control unit.
[Explanation of symbols]
1 Wiring board
2 Electronic parts
3 Plug member
7 Connection terminal
17 Pin contact
18 Conductive bonding material
19 Electrical insulator
Claims (4)
そのプラグ部材(3)が、前記配線基板(1)とは反対側を向いた差込み口(14)を有する合成樹脂製箱体(15)と、その箱体(15)の底壁(16)に貫通、保持されて一端部が前記差込み口(14)内に突入すると共に他端部が該底壁(16)の、前記配線基板(1)との対向面より突出するピン状接触子(17)とを有してなる差込み型電子制御ユニットであって、
前記ピン状接触子(17)の前記他端部と、前記配線基板(1)の他面側に露出させた接続端子(7)との間が間隔をおいて相対向すると共に、その間を電気的に接続する導電性接合材(18)を囲繞する電気絶縁体(19)が、前記配線基板(1)の前記他面側と前記プラグ部材(3)の前記底壁(16)との間に介在、固定され、
前記ピン状接触子(17)の直径dと、前記電気絶縁体(19)の厚さeとの関係が
e>dに設定されると共に、前記ピン状接触子(17)の前記他端部の端面と前記接続端子(7)との対向間隔fが f>0.02 mm に設定されることを特徴とする、差込み型電子制御ユニット。A wiring board (1), a plurality of electronic components (2) mounted on one side of the wiring board (1) under the application of a wireless bonding method, and wireless bonding on the other side of the wiring board (1) A plug member (3) mounted under the application of the law ,
The plug member (3) has a synthetic resin box (15) having an insertion port (14) facing away from the wiring board (1), and a bottom wall (16) of the box (15). A pin-like contact (one end of which protrudes into the insertion port (14) and the other end protrudes from the surface of the bottom wall (16) facing the wiring board (1). 17) a plug-in electronic control unit comprising:
The other end of the pin-like contact (17) and the connection terminal (7) exposed on the other surface side of the wiring board (1) are opposed to each other with an interval between them. An electrical insulator (19) surrounding the electrically connecting conductive bonding material (18) is provided between the other surface side of the wiring board (1) and the bottom wall (16) of the plug member (3). Interposed, fixed and
The relationship between the diameter d of the pin contact (17) and the thickness e of the electrical insulator (19) is
e> d, and the distance f between the end face of the other end of the pin contact (17) and the connection terminal (7) is set to f> 0.02 mm. A plug-in electronic control unit.
そのプラグ部材(3)が、前記配線基板(1)とは反対側を向いた差込み口(14)を有する合成樹脂製箱体(15)と、その箱体(15)の底壁(16)に貫通、保持されて一端部が前記差込み口(14)内に突入すると共に他端部が該底壁(16)の、前記配線基板(1)との対向面より突出するピン状接触子(17)とを有してなる差込み型電子制御ユニットであって、
前記ピン状接触子(17)の前記他端部と、前記配線基板(1)の他面側に露出させた接続端子(7)との間が間隔をおいて相対向すると共に、その間を電気的に接続する導電性接合材(18)を囲繞する電気絶縁体(19)が、前記配線基板(1)の前記他面側と前記プラグ部材(3)の前記底壁(16)との間に介在、固定され、
硬化状態において、前記導電性接合材(18)の硬さは、前記電気絶縁体(19)の硬さよりも低いことを特徴とする、差込み型電子制御ユニット。 A wiring board (1), a plurality of electronic components (2) mounted on one side of the wiring board (1) under the application of a wireless bonding method, and wireless bonding on the other side of the wiring board (1) A plug member (3) mounted under the application of the law,
The plug member (3) has a synthetic resin box (15) having an insertion port (14) facing away from the wiring board (1), and a bottom wall (16) of the box (15). A pin-like contact (one end of which protrudes into the insertion port (14) and the other end protrudes from the surface of the bottom wall (16) facing the wiring board (1). 17) a plug-in electronic control unit comprising:
The other end of the pin-like contact (17) and the connection terminal (7) exposed on the other surface side of the wiring board (1) are opposed to each other with an interval between them. An electrical insulator (19) surrounding the electrically connecting conductive bonding material (18) is provided between the other surface side of the wiring board (1) and the bottom wall (16) of the plug member (3). Interposed, fixed and
In cured state, the hardness of the conductive bonding material (18) is characterized in that the lower than the hardness of the electrical insulator (19), plug-in electronic control unit.
前記プラグ部材(3)は、前記配線基板(1)とは反対側を向いた差込み口(14)を有する合成樹脂製箱体(15)と、その箱体(15)の底壁(16)に貫通、保持されて一端部が前記差込み口(14)内に突入すると共に他端部が該底壁(16)の、前記配線基板(1)との対向面より突出するピン状接触子(17)とを有しており、
そのピン状接触子(17)の前記他端部と、前記接続端子(7)との間が間隔をおいて相対向すると共に、その間を電気的に接続する導電性接合材(18)を囲繞する電気絶縁体(19)が、前記配線基板(1)の前記他面側と前記プラグ部材(3)の前記底壁(16)との間に介在、固定され、
前記ピン状接触子(17)の直径dと、前記電気絶縁体(19)の厚さeとの関係が
e>dに設定されると共に、前記ピン状接触子(17)の前記他端部の端面と前記接続端子(7)との対向間隔fが f>0.02 mm に設定されることを特徴とする、配線基板とプラグ部材との接続構造。A wiring board (1) having an electronic component (2) mounted on one side and a connection terminal (7) on the other side, and a plug member (3) mounted on the other side of the wiring board (1 ) A connection structure between and
The plug member (3) includes a synthetic resin box (15) having an insertion port (14) facing away from the wiring board (1), and a bottom wall (16) of the box (15). A pin-like contact (one end of which protrudes into the insertion port (14) and the other end protrudes from the surface of the bottom wall (16) facing the wiring board (1). 17)
The other end of the pin-like contact (17) and the connection terminal (7) are opposed to each other with a space therebetween, and a conductive bonding material (18) that electrically connects between the other ends is enclosed. An electrical insulator (19) is interposed and fixed between the other surface side of the wiring board (1) and the bottom wall (16) of the plug member (3);
The relationship between the diameter d of the pin contact (17) and the thickness e of the electrical insulator (19) is
e> d, and the distance f between the end face of the other end of the pin contact (17) and the connection terminal (7) is set to f> 0.02 mm. A connection structure between the wiring board and the plug member.
前記プラグ部材(3)は、前記配線基板(1)とは反対側を向いた差込み口(14)を有する合成樹脂製箱体(15)と、その箱体(15)の底壁(16)に貫通、保持されて一端部が前記差込み口(14)内に突入すると共に他端部が該底壁(16)の、前記配線基板(1)との対向面より突出するピン状接触子(17)とを有しており、
そのピン状接触子(17)の前記他端部と、前記接続端子(7)との間が間隔をおいて相対向すると共に、その間を電気的に接続する導電性接合材(18)を囲繞する電気絶縁体(19)が、前記配線基板(1)の前記他面側と前記プラグ部材(3)の前記底壁(16)との間に介在、固定され、
硬化状態において、前記導電性接合材(18)の硬さは、前記電気絶縁体(19)の硬さよりも低いことを特徴とする、配線基板とプラグ部材との接続構造。 A wiring board (1) having an electronic component (2) mounted on one side and a connection terminal (7) on the other side, and a plug member (3) mounted on the other side of the wiring board (1) a connection structure between,
The plug member (3) includes a synthetic resin box (15) having an insertion port (14) facing away from the wiring board (1), and a bottom wall (16) of the box (15). A pin-like contact (one end of which protrudes into the insertion port (14) and the other end protrudes from the surface of the bottom wall (16) facing the wiring board (1). 17)
The other end of the pin-like contact (17) and the connection terminal (7) are opposed to each other with a space therebetween, and a conductive bonding material (18) that electrically connects between the other ends is enclosed. An electrical insulator (19) is interposed and fixed between the other surface side of the wiring board (1) and the bottom wall (16) of the plug member (3);
A connection structure between a wiring board and a plug member , characterized in that, in the cured state, the hardness of the conductive bonding material (18) is lower than the hardness of the electrical insulator (19).
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