JP4169907B2 - 電子制御ユニット - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は電子制御ユニットに関し、例えば自動車のエンジンルームに配置される電気接続箱に内蔵される電子制御ユニットに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、自動車のエンジンルーム内に設けられる電気接続箱としては、図８に示す構成のものがある。この電気接続箱においては、同図に示すように、ハウジング１に各種電子部品が実装された電子制御ユニットとしてのプリント配線基板２が収容され、ブスバー３を収容したアンダーカバー４がハウジング１に装着されている。また、ブスバー３に接続される複数のコネクタブロック５がアンダーカバー４に装着され、コネクタブロック５と接続される電線布線シート６に電線７が適宜配索され、アンダーカバー４の上方を覆うようにメインカバー８が装着されている。プリント配線基板２は、ガラス布エポキシ銅張積層板でなる基板に、例えばマイコンチップ、ＩＣパッケージ、ＬＳＩパッケージ、抵抗、コンデンサ、トランジスタ、リレーなどの各種の電子部品９が搭載・実装されている。さらに、プリント配線基板２には、多重通信、負荷制御、ワーニングなどの機能を有する電子回路が構成されている。そして、上記したプリント配線基板２と、ブスバー３と、電線布線シート６との相互間は、コネクタで接続されている。このコネクタは、ブスバー３の終端を折り曲げたものを端子部として利用している。
【０００３】
また、図９に示すような、特開平９−２９８３４４号公報に開示された接続端子付配線基板が知られている。同図に示すように、この接続端子付配線基板１０には、基板に沿って配置される導体板１１を組み合わせることによって、所定の基板回路パターンが形成されている。これら導体板１１の端部は、基板の周縁部で上方に折り曲げられて端子部１１Ａとなっている。これら端子部１１Ａは、コネクタの端子として他の回路との接続に供されるようになっている。また、基板上の導体板１１には、抵抗、コンデンサなどの受動素子やトランジスタ、ダイオード、ＩＣなどの能動素子、あるいは複合素子などの電子部品１２が、半田付けなどの手法により接続、搭載されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記した前者では、プリント配線基板２とブスバー３と電線布線シート６との相互間がコネクタで接続されるため、電気接続箱全体が大型化するという問題点があった。また、コネクタの端子部としてブスバー３の終端を折り曲げ加工するため、ブスバー３が複雑な形状となると共に、加工作業が繁雑となるという問題点があった。また、プリント配線基板２に、発熱性の高いパワー部品と発熱性の比較的低い弱電部品とを混在させて搭載するため、パワー部品の熱的な悪影響を抑制するため、実装密度の高いプリント配線基板２の表面に放熱構造を設けるスペースを要するという問題点があった。さらに、この電気接続箱においては、プリント配線基板２、電線布線シート６、ブスバー３が分離されているため接続が複雑であった。
【０００５】
上記した後者では、ＩＣなどの電子部品１２のリード端子間のピッチが小さい場合、導体板１１の微細化に限界があり、例えばマイコンチップのようなリード端子のピッチが小さい電子部品１２を搭載することができないなどの問題点があった。
【０００６】
そこで、本発明は小型化を図ることのできる電子制御ユニットを提供することを目的としている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の発明は、電子制御ユニットであって、側部にコネクタを一体に設けてなる偏平な容器状のコネクタ一体型成形部と、該コネクタ一体型成形部内の底部に固定された、発熱性部品を搭載した発熱性基板と、前記発熱性基板の上方に配置されたリードフレーム成形基板と、該リードフレーム成形基板の上方に配置された制御基板とを備えてなり、
前記発熱性基板に突設された上下接続端子と前記リードフレーム成形基板側の配線とが抵抗溶接で接続され、前記制御基板のリード端子と前記コネクタの接続端子との相互間がワイヤボンディングにより接続され、前記リードフレーム成形基板及び／又は前記制御基板から導出されるリード端子は、前記コネクタ一体型成形部に配置された配線と抵抗溶接で接続されていることを特徴とする電子制御ユニット。
【０００８】
このような構成の請求項１記載の発明では、発熱性基板がコネクタ一体型成形部の底部に固定されることにより、発生した熱を底部から放散させることが可能となる。また、発熱性基板に突設された上下接続端子とリードフレーム成形基板側の配線とを抵抗溶接で接続するため、接続作業を容易に行うことができる。さらに、リードフレーム成形基板のリード端子と制御基板のリード端子とコネクタの接続端子との相互間がワイヤボンディングで接続されるため、接続をボンディング装置にて自動的に行うことができ、接続作業の効率化を図ることができる。特に、請求項１記載の発明では、ケーシング機能を有するコネクタ一体型成形部に発熱性基板やリードフレーム成形基板並びに制御基板をコンパクトに配置できるため、電子制御ユニットの小型化を図ることができる。さらに、リードフレーム基板や制御基板のリード端子を、コネクタ一体型成形部に配置した配線と抵抗溶接することで、リードフレーム基板や制御基板をコネクタ一体型成形部内に載置した状態で接続をとることが可能となり、電子制御ユニットの組み立て性を容易にすることができる。
【０００９】
また、請求項２記載の発明は、請求項１記載の電子制御ユニットであって、前記コネクタ一体型成形部の底部が放熱板で形成され、前記発熱性基板が該放熱板に接着されていることを特徴としている。
【００１０】
したがって、請求項２記載の発明では、請求項１記載の発明の作用に加えて、発熱性基板が固定されるコネクタ一体型成形部の底部を放熱板とすることで、より一層の放熱作用を高めることができる。
【００１３】
また、請求項３記載の発明は、請求項１記載の電子制御ユニットであって、前記コネクタの複数の接続端子が多段的に配置され、前記制御基板の前記リード端子と前記リードフレーム成形基板の前記リード端子とが上下に配置され、これら接続端子とリード端子とが相互にワイヤボンディングされていることを特徴としている。
【００１４】
したがって、請求項３記載の発明では、請求項１記載の発明の作用に加えて、制御基板やリードフレーム成形基板のリード端子とコネクタの接続端子を上下方向に立体配置したことにより、平面内だけでなく上下方向に位置する接続をワイヤボンディングして多数の接続数を確保することができる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る電子制御ユニットの詳細を図面に示す実施形態に基づいて説明する。図１は本実施形態の平面説明図、図２は側断面図、図３は正面図、図４はインパス抵抗溶接の例を示す断面説明図、図５はワイヤボンディング部分を示す要部平面図、図６はワイヤボンディング部分の側面図、図７は配線材料における供給電流と温度との関係を示すグラフである。
【００１８】
本実施形態の電子制御ユニット２０は、コネクタ一体型成形部２１と、このコネクタ一体型成形部２１に収容されたハイブリッド基板２２と、発熱性基板としてのハイブリッド基板２２の上方に配置されるリードフレーム成形基板２３と、リードフレーム成形基板２３の上方に配置される制御基板２４とを備えて大略構成されている。
【００１９】
コネクタ一体型成形部２１は、底部に後述する放熱板３３が設けられると共に、長手方向の両側部にそれぞれ複数のコネクタ２５、２６がインサート成形によって一体に設けられている。このコネクタ一体型成形部２１は、これら放熱板３３及びコネクタ２５、２６と含む全体形状が偏平な略直方体の容器形状の樹脂成形体となっている。図３は、コネクタ一体型成形部２１の一方の側部に設けられた複数のコネクタ２５を示している。
【００２０】
また、図２に示すように、コネクタ一体型成形部２１におけるコネクタ２５、２６が設けられた両側部のそれぞれの内側には、リードフレーム成形基板２３のリード端子２７を載置する段部２１Ａと、この段部２１Ａに一体の段部２１Ｂが形成されている。さらに、図２に示すように、コネクタ２６を設けた側の段部２１Ａと段部２１Ｂとの間には、段部２１Ｃが一体に形成されている。そして、コネクタ一体型成形部２１の幅方向の両側部には、図１に示すように側壁部２８、２９が形成されている。なお、段部２１Ａの表面には、段部２１Ａ内を通ってコネクタ２５、２６に接続される複数の埋め込み配線３５、３６の内側端部と、段部２１Ｂに亙って敷設される配線３７の端部が露呈するように配置されている。前記配線３５、３６は、段部２１Ａ内にインサート成形によって埋め込んで設けられている。さらに、コネクタ一体型成形部２１の両側部の互いに異なる側のコーナー部には、図示しない電気接続箱に固定される取付部２１Ｄが形成されている。
【００２１】
また、側壁部２９には、切欠部２９Ａが形成されており、この切欠部２９Ａには図示しないフレキシブル印刷回路体用コネクタを設置するコネクタ設置部３０が設けられている。このコネクタ設置部３０には、フレキシブル印刷回路体用コネクタに接続される接続端子部３１が配列するように形成されている。
【００２２】
放熱板３３は、例えばアルミニウムでなる円筒形状の放熱用突起３２が所定ピッチで下方へ向けて多数突出するように形成されている。なお、放熱用突起３２は、互い違いになるように配列されており、放熱板３３の四方からの空気流に対して均等な空気流通が可能となるように設定されている。また、この放熱板３３は、車両のボデーと反対側の向きになるため、放熱板３３をボデーに接続してアースをとることにより、ＥＭＳから電子制御ユニット２０を保護することが可能となる。
【００２３】
ハイブリッド基板２２は、上記した容器状のコネクタ一体型成形部２１の底部に露出する放熱板３３の上面に接着されている。このハイブリッド基板２２は、セラミックでなる基板上に所定パターンの配線がパターニングされており、この配線に対して、例えば半導体リレーとしてのＦＥＴ（電界効果型トランジスタ）やその他の電子部品がベアチップ実装されてなる。また、ハイブリッド基板２２は、後述するリードフレーム成形基板２３に対して上方に突設された上下接続端子３４で、リードフレーム成形基板２３側の配線とインパス抵抗溶接によって接続されるようになっている。図２中、符号４７はインパス抵抗溶接部を示している。
【００２４】
リードフレーム成形基板２３は、図示しない素子搭載用フィンガーリード部が形成された所定パターンのリードフレームを、リード端子２７や素子搭載用フィンガーリード部を露出させるように樹脂モールドしてなる。このリードフレーム成形基板２３には、図２に示すように例えばリレー３８や、複数のミニヒューズなどの電気部品が実装されている。なお、リレーフレームは、厚さは０．６４ｍｍの黄銅板を加工して形成されている。また、リード端子２７の幅寸法は、１ｍｍに設定されている。リードフレーム成形基板２３の両側部のリード端子２７は、図１に示すように、コネクタ一体型成形部２１の両側部に形成された段部２１Ａ、２１Ａに載置されている。そして、これらリード端子２７は、段部２１Ａの上に配置された配線３５、３６、３７の内側端部に接続されている。
【００２５】
ここで、リード端子２７と、コネクタ側に接続される配線３５、３６、３７とを接続する方法について図４を用いて説明する。図４は、リード端子２７と配線３６とを接続する場合を示す。まず、リードフレーム成形基板２３をコネクタ一体型成形部２１内に収容して、段部２１Ａ上の配線３６の端部にリード端子２７を当接させる。なお、本実施形態では、配線３６とリード端子２７とは、共に立ち上がるように折曲げ加工されている。その後、当接させた配線３６とリード端子２７とを両側からクランプ３９、３９で挟持し、この状態で当接部の上方１ｍｍの距離にトーチ４０を配置してインパス抵抗溶接を行って電気的に接続させることができる。
【００２６】
次に、制御基板２４の構成について説明する。制御基板２４は、基板面に厚さ０．５ｍｍの導電板でなる配線パターンが形成されている。この配線パターンの配線４１Ｂの幅寸法は、１ｍｍ程度に設定されている。なお、配線４１Ｂに通電される使用電流は１Ａ以下に設定されている。この制御基板２４には、図示しないマイコンチップなどの周知の電子部品が搭載されている。この制御基板２４の配線４１Ｂは、コネクタ２５側ではコネクタ一体型成形部２１の段部２１Ｂの上に載置され、コネクタ２６側では段部２１Ｃの上に載置されている。そして、配線４１Ｂは、図２に示すように配線３６の外側端部やコネクタ２６側の接続端子４２、４３、４４、４５の端部に対して、アルミニウムでなるボンディングワイヤ４６にてボンディングされている。このボンディングワイヤ４６のボンディングは、高さの異なる接続端子４２、４３、４４、４５に対して行われている。なお、図２に示すように、配線４１Ｂは、段部２１Ｃの上に形成された同幅のリード端子４１Ａにインパス抵抗溶接にて接続されるようになっている。同図中、符号４７はインパス抵抗溶接部を示している。
【００２７】
特に、本実施形態では、図１及び図５に示すように、段部２１Ａやコネクタ２６側の多段部４９に配置されるリード端子４１Ａや接続端子４２、４３、４４、４５以外に、これらに平行をなす複数のダミー配線（ダミー端子を含む）４８が配置されている。このようなダミー配線４８を備えることにより、図５に示すように、ダミー配線４８を介して幅方向にボンディングワイヤ４６を迂回させることにより、ボンディングワイヤ４６同士が交差するのを防止して、ワイヤボンディングを確実に行えるようにしている。また、このように設けられたボンディングワイヤ４６全体は、図示しないポッティング樹脂により保護されている。
【００２８】
このような構成の電子制御ユニット２０では、コネクタ２５、２６が一体に成形されたコネクタ一体型成形部２１の底部に位置する放熱板３３に直接ハイブリッド基板２２を接着したことにより、このハイブリッド基板２２にベアチップ実装された半導体リレーとしてのＦＥＴで発生する熱を、直ちに放熱板３３へ逃がすことができる。また、放熱板３３の下面に設けられた放熱用突起３２は、円柱形状のものを互い違いに配置しているため、この電子制御ユニット２０が図示しない電気接続箱に収容された際に、電気接続箱内を流通する空気流の方向の如何に拘わらず確実な放熱効果を得ることができるという利点がある。
【００２９】
また、本実施形態の電子制御ユニット２０では、ハイブリッド基板２２の上下接続端子３４とリードフレーム成形基板２３側の配線とはインパス抵抗溶接により接続されているため、ハイブリッド基板２２をコネクタ一体型成形部２１の底部に固定した後、その上にリードフレーム成形基板２３を配置した際に、上下両基板２２、２３の接続をとる作業が容易になるという利点がある。同様に、リードフレーム成形基板２３のリード端子２７と段部２１Ａ上の配線３６との接続や、制御基板２４の配線４１Ｂと段部２１Ｃ上のリード端子４１Ａとの接続も、インパス抵抗溶接で接続するため、これらの接続を容易に行えるという利点がある。
【００３０】
また、リードフレーム成形基板２３や制御基板２４のリード端子側配線と、コネクタ２６側の接続端子４２、４３、４４、４５との接続をワイヤボンディングにて行うため、ボンディング装置を用いて迅速且つ確実に接続作業を行うことができる。特に、このようなワイヤボンディングを施す部分にダミー配線４８を配置してボンディングワイヤ同士が交差しないように設定しているため、ワイヤボンディングを可能にしている。なお、電子制御ユニット２０において入力側の接続数は、約５０回路であるため、平面だけでなく上記したように立体的にボンディングを行うことで多数の接続が可能となっている。
【００３１】
因に、本実施形態では、リードフレーム成形基板２３を黄銅で形成し、そのリード端子２７の厚さ寸法を０．６４ｍｍ、幅寸法を１ｍｍに設定して、従来のブスバーの幅寸法の略半分としたが、図７に示すように、周囲温度２５℃の場合に、負荷電流５Ａのときの温度上昇は８℃程度であった。なお、この測定条件は、長さ５０ｍｍの配線幅を有する試料に対して、５０ｍｍ幅の中央を測定点として、負荷電流と温度上昇との関係を調べた。この結果、本実施形態で用いた黄銅材料では、例えば、周囲温度が８０℃であったとしても、半田の保証温度１０５℃より２５℃以内のマージンを取っても許容範囲にあることが判る。
【００３２】
また、本実施形態では、制御基板２４側のリード端子４１Ａとコネクタ２６側の接続端子４２、４３、４４、４５などとの接続をワイヤボンディングにて行っているが、電流容量によっては、径寸法４００μのボンディングワイヤ４６を１本ないしは２本を用いることで、十分な耐久性を備えることができる。
【００３３】
以上、実施形態について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、構成の要旨に付随する各種の変更が可能である。
【００３４】
例えば、上記した実施形態では、ハイブリッド基板２２とリードフレーム成形基板２３とをインパス抵抗溶接により接続したが、半田付けや他の接続手段によって接続してもよい。
【００３５】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、請求項１記載の発明によれば、発熱性基板がコネクタ一体型成形部の底部に固定されることにより、発生した熱を底部から効率的に熱放散を行うことができる。また、この発明によれば、発熱性基板に突設された上下接続端子とリードフレーム成形基板側の配線とを抵抗溶接で接続するため、接続作業を容易に行えるという効果がある。さらに、この発明によれば、制御基板のリード端子とコネクタの接続端子との相互間がワイヤボンディングで接続されるため、接続をボンディング装置にて自動的に行うことができ、接続作業の効率化を図ることができる。特に、この発明では、ケーシング機能を有するコネクタ一体型成形部に発熱性基板やリードフレーム成形基板並びに制御基板をコンパクトに配置できるため、電子制御ユニットの小型化を図ることができ、延いては電気接続箱の小型化を達成する効果がある。加えて、リードフレーム基板や制御基板のリード端子を、コネクタ一体型成形部に配置した配線と抵抗溶接することで、リードフレーム基板や制御基板をコネクタ一体型成形部内に載置した状態で接続をとることが可能となり、電子制御ユニットの組み立て性を容易にする効果がある。
【００３６】
請求項２記載の発明によれば、請求項１記載の発明の効果に加えて、発熱性基板が固定されるコネクタ一体型成形部の底部を放熱板とすることで、より一層の放熱効果を得ることができる。
【００３８】
請求項３記載の発明では、請求項１記載の発明の効果に加えて、制御基板やリードフレーム成形基板のリード端子とコネクタの接続端子を上下方向に立体配置したことにより、平面内だけでなく上下方向に位置する接続をワイヤボンディングして多数の接続数を確保することができると共に、接続の省スペース化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明に係る電子制御ユニットの実施形態を示す平面図である。
【図２】 本発明に係る電子制御ユニットの実施形態を示す側断面図である。
【図３】 本発明に係る電子制御ユニットの実施形態を示す正面図である。
【図４】 実施形態におけるインパス抵抗溶接の方法を示す要部断面説明図である。
【図５】 実施形態におけるリード端子と接続端子とを接続するボンディングワイヤ及びダミー配線を示す要部平面図である。
【図６】 実施形態におけるリード端子と接続端子とを接続するボンディングワイヤを示す要部側面図である。
【図７】 実施形態におけるリードフレーム成形基板のリード端子の幅寸法と材料を変えた場合の上昇温度と負荷電流との関係を示すグラフである。
【図８】 従来の電気接続箱を示す分解斜視図である。
【図９】 従来の接続端子付配線基板を示す斜視図である。
【符号の説明】
２０ 電子制御ユニット
２１ コネクタ一体型成形部
２２ ハイブリッド基板
２３ リードフレーム成形基板
２４ 制御基板
２５、２６ コネクタ
２７ リード端子
３３ 放熱板
４１Ａ リード端子
４１Ｂ 配線
４２、４３、４４、４５ 接続端子
４６ ボンディングワイヤ
４８ ダミー配線

Claims (3)

1. 側部にコネクタを一体に設けてなる偏平な容器状のコネクタ一体型成形部と、該コネクタ一体型成形部内の底部に固定された、発熱性部品を搭載した発熱性基板と、前記発熱性基板の上方に配置されたリードフレーム成形基板と、該リードフレーム成形基板の上方に配置された制御基板とを備えてなり、
   前記発熱性基板に突設された上下接続端子と前記リードフレーム成形基板側の配線とが抵抗溶接で接続され、前記制御基板のリード端子と前記コネクタの接続端子との相互間がワイヤボンディングにより接続され、前記リードフレーム成形基板及び／又は前記制御基板から導出されるリード端子は、前記コネクタ一体型成形部に配置された配線と抵抗溶接で接続されていることを特徴とする電子制御ユニット。
2. 請求項１記載の電子制御ユニットであって、
   前記コネクタ一体型成形部の底部が放熱板で形成され、前記発熱性基板が該放熱板に接着されていることを特徴とする電子制御ユニット。
3. 請求項１記載の電子制御ユニットであって、
   前記コネクタの複数の接続端子が多段的に配置され、前記制御基板の前記リード端子と前記リードフレーム成形基板の前記リード端子とが上下に配置され、これら接続端子と制御基板の前記リード端子とが相互にワイヤボンディングされていることを特徴とする電子制御ユニット。

Images