JP4473141B2 - 電子制御装置 - Google Patents

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Description

本発明は、回路基板上に実装された電子部品と防水コネクタを樹脂封止した構成を有するモジュール装置の構造に係り、特に自動車，船舶機，農耕機，工機，発電機等に実装されるエンジン制御装置等の電子制御装置に用いる好適な構造に関する。
近年、自動車を始め船舶機，農耕機，工機，発電機で使用されるエンジンを制御するモジュール（以下、「エンジン制御装置」という。）の熱環境が益々過酷になっている。
すなわち、（１）従来の車室内置きからエンジンルーム，オンエンジンへと設置場所が変わることにより、エンジン制御装置がより高温にさらされるようになっている、（２）制御負荷の大電流化に伴いエンジン制御装置の発熱量が増加している、（３）エンジン制御装置の小型化により単位体積当たりの発熱量が増加している、という事情がある。
従来のエンジン制御装置は、電子部品を実装したプリント基板と、それを覆う筐体からなる非防水構造が一般的である。また、エンジンルーム実装に伴い、構造を改良し、筐体に放熱構造と防水構造を持たせた安価なエンジン制御装置がある。
しかし、さらに熱環境が過酷なオンエンジン実装として用いられるエンジン制御装置では、その耐熱性が１２０℃以上であることが求められる。このため、耐熱性が１００℃程度であるエンジンルーム実装タイプの構造では、これに対応することができない。
一方、オンエンジン実装用の構造では、セラミック基板とベアチップを用いた高放熱構造を有するエンジン制御装置もあるが、従来の安価な構造に比べて高価になるという問題点がある。
これらの問題点を解決するための従来の技術として、特願２００４−１１１４３５号公報には、より高温，高発熱に耐えられるように、高放熱，高信頼性構造の樹脂封止型エンジン制御装置が開示されている。
また、特開平８−７００６６号公報には、半導体等の小型部品の樹脂中に片側のみ空間を設ける構造が開示されている。
特願２００４−１１１４３５号公報 特開平８−７００６６号公報
しかしながら、全ての電子部品を樹脂で封止する特願２００４−１１１４３５号公報の技術では、種々の問題がある。
例えば、エンジン制御装置に用いられる電解コンデンサは、内部の電解液が気化して外部に少量漏れることが通常である。このため、電解コンデンサを樹脂封止してしまうと、気化したガスが電解コンデンサの電極付近に蓄積し、ショートするおそれがある。また、電解コンデンサには、内部ガス圧が高くなった場合にガス圧を抜く防爆弁が取り付けられていることが一般的である。しかし、電解コンデンサを樹脂封止すると、この機能が働かなくなり内部ガス圧が高まるおそれがある。従って、特願２００４−１１１４３５号公報の技術において、電解コンデンサを使用することは実用的でない。
一方、代替として用いられるセラミックコンデンサやタンタルコンデンサ等は高価であり、コストの面から不利である。また、欧州における低公害ディーゼルエンジンとして、コモンレールシステムが一般的になりつつあるが、そのエンジン制御装置には、セラミックコンデンサやタンタルコンデンサでは対応できない程の大容量コンデンサが必要とされる。このため、単純に樹脂封止した制御装置では、その要求に応えることができない。
また、エンジン制御装置に用いられる大型のコイルは、樹脂封止すると特性が変わりやすい。このため、樹脂封止型エンジン制御装置において、コイルを樹脂封止することは好ましくない。
さらに、近年、電子制御装置には、システムの異常を検知する自己診断機能が義務付けられている。システムに異常が生じた場合には、内蔵記憶装置にその異常内容を記録し、事後の調査ができるように求められている。しかし、樹脂封止された電子装置では、電子回路部分に不具合が生じた場合でも、内部回路・電子部品を目視または接触して調査することができない。このため、システム異常の原因究明が困難であるという問題がある。
また、特開平８−７００６６号公報に開示されている、半導体のような小型な部品の樹脂中に片側のみ空間を設ける構造では、基板挿入型の大型電子部品等を設置することができない。
本発明の目的は、樹脂封止型エンジン制御装置において、樹脂封止が望ましくない部品を樹脂未充填領域に実装することにより、安価で信頼性のよいエンジン制御装置を提供することにある。
上記目的を達成するために、本発明の代表的な電子制御装置の一つは、電子回路が形成された基板と、基板上に実装された電解コンデンサ及び電子部品と、基板に形成された電子回路に接続され、外部と電気的に接続するための端子を備えたコネクタと、基板上に固定され、電解コンデンサを覆ったカバーとを有し、コネクタの少なくとも一部、基板の少なくとも一部、及び、電子部品は、樹脂で封止されており、カバーの内部は、樹脂の未充填領域となっているものである。
また、本発明の他の代表的な電子制御装置の一つは、電子回路が形成された基板と、基板上に実装された電子部品及びエンジンを制御するマイクロプロセッサと、基板に形成された電子回路に接続され、外部と電気的に接続するための端子を備えたコネクタと、基板上に固定され、マイクロプロセッサを覆ったカバーとを有し、コネクタの少なくとも一部、基板の少なくとも一部、及び、電子部品は、樹脂で封止されており、カバーの内部は、樹脂の未充填領域となっているものである。
また、本発明の他の代表的な電子制御装置の一つは、電子回路が形成された基板と、基板上に実装された基板挿入型電子部品及び基板面実装型電子部品と、基板に形成された電子回路に接続され、外部と電気的に接続するための端子を備えたコネクタと、基板上に固定され、基板挿入型電子部品を覆ったカバーとを有し、コネクタの少なくとも一部、基板の少なくとも一部、及び、基板面実装型電子部品は、樹脂で封止されており、カバーの内部は、樹脂の未充填領域となっているものである。
また、本発明の他の代表的な電子制御装置の一つは、電子回路が形成された基板と、基板上に実装された第１電子部品，第２電子部品、及び、第３電子部品と、基板に形成された電子回路に接続され、外部と電気的に接続するための端子を備えたコネクタと、基板上に固定され、第１電子部品を覆った第１カバーと、基板上に固定され、第２電子部品を覆った第２カバーと、コネクタの少なくとも一部、基板の少なくとも一部、及び、第３電子部品を封止した樹脂とを有し、第１カバー及び第２カバーの内部は、樹脂の未充填領域を形成しているものである。
また、本発明の他の代表的な電子制御装置の一つは、金属ベースと、金属ベース上に固定されたプリント基板と、プリント基板上に固定されたカバーと、カバーの内部において、プリント基板上に実装された電解コンデンサ，コイル、及び、マイクロプロセッサと、カバーの外部において、プリント基板上に実装された複数の電子部品と、プリント基板に接続された端子を備えたコネクタとを有するエンジン制御装置であって、カバーの外部におけるプリント基板及び電子部品は、樹脂で封止されており、金属ベースにプリント基板を固定することにより形成される空間、及び、カバーの内部は、樹脂の未充填領域となっているものである。
また、本発明の他の代表的な電子制御装置の一つは、電子回路が形成された基板と、基板の第１主面上に実装された電解コンデンサ，コイル、及び、マイクロプロセッサと、基板の前記第１主面とは反対側の第２主面上に実装された基板面実装型電子部品と、基板上に固定され、電解コンデンサ及びコイルを覆った第１カバーと、基板上に固定され、マイクロプロセッサを覆った第２カバーと、基板に形成された電子回路に接続され、外部と電気的に接続するための端子を備えたコネクタとを有し、基板の少なくとも一部、及び、コネクタの少なくとも一部は、樹脂で封止されており、第１カバーの内部及び第２カバーの内部は、樹脂の未充填領域になっているものである。
また、本発明の他の代表的な電子制御装置の一つは、電子回路が形成された基板と、基板上に実装された複数の電子部品と、基板上に実装された無線通信用モジュールと、基板に形成された電子回路に接続され、外部と電気的に接続するための端子を備えたコネクタと、基板上に固定され、無線通信用モジュールを覆ったプラスチックカバーとを有し、無線通信用モジュールは、無線通信用ＩＣ及びコイルを備えており、コネクタの少なくとも一部、基板の少なくとも一部、及び、電子部品は、樹脂で封止されており、プラスチックカバーの内部は、樹脂の未充填領域となっているものである。
また、本発明の代表的な電子制御装置の製造方法の一つは、電子回路が形成された基板上に、複数の第１電子部品及び複数の第２電子部品を実装する工程と、電子回路に接続される端子を備えたコネクタを基板に実装する工程と、金属ベースを基板に取り付ける工程と、第１電子部品に接着剤を塗布する工程と、第１電子部品を覆うように、カバーを基板上及び第１電子部品に固定する工程と、金型を準備して、金型のゲートから樹脂を注入し、基板の少なくとも一部、及び、第２電子部品を樹脂で封止する工程と、金型を取り外す工程とを有するものである。
また、本発明の他の代表的な電子制御装置の製造方法の一つは、電子回路が形成された基板上に、電解コンデンサ，マイクロプロセッサ、及び、複数の電子部品を実装する工程と、電子回路に接続される端子を備えたコネクタを基板に実装する工程と、金属ベースを基板に取り付ける工程と、電解コンデンサに接着剤を塗布する工程と、電解コンデンサ及びマイクロプロセッサを覆うように、カバーを基板上及び電解コンデンサに固定する工程と、樹脂ペレットを基板上に置いて、樹脂ペレットを熱溶解させ金型を閉じることにより樹脂成形を行う工程と、金型を取り外す工程とを有するものである。
本発明の構成を採用すれば、樹脂封止することが望ましくない部品を樹脂未充填領域に実装することができるため、安価で信頼性のよい電子制御装置を提供することが可能になる。
図１６は、本発明の各実施例に採用される代表的なエンジン制御装置３０のブロック図である。エンジン制御装置３０は、主に、電源回路部３１，入力処理部３２，通信制御部３３，出力制御部３４，昇圧回路部３５、及び、マイクロプロセッサ３６から構成される。
電源回路部３１は、自動車に取り付けられる主にバッテリ等の電源電圧を、コネクタを介してエンジン制御装置３０の内部に取り込み、エンジン制御装置３０の内部基準電源を生成する。入力処理部３２は、エンジンや自動車各部に取り付けられたセンサからの信号や、スイッチのオン／オフ信号を取り込み、ノイズ除去や波形整形を行いマイクロプロセッサ３６に入力信号を伝える。通信制御部３３は、エンジン制御装置３０のマイクロプロセッサ３６と外部装置との間での通信を行う際に、通信信号の仲介役を担う。出力制御部３４は、マイクロプロセッサ３６からの命令を受け、エンジンや自動車各部に取り付けられたインジェクタに代表される各種アクチュエータを駆動する信号を出力する。昇圧回路部３５は、特に高圧噴射インジェクタ用に高電圧高電流が必要な場合において、エンジン制御装置３０に入力される電源電圧を用い、マイクロプロセッサ３６からの信号に応じて目標電圧まで昇圧する。マイクロプロセッサ３６は、エンジン制御装置３０の各部からの入力信号に対して、内部に組み込まれたプログラムを演算し、その結果を命令信号として各部に出力する。
図１７は、代表的な昇圧回路部３５の概略図である。この昇圧回路部３５は、スイッチング素子（ＦＥＴ）４１をＯＮからＯＦＦにしたとき、コイル４２により発生する逆起エネルギーを、ダイオード４３を介してコンデンサ４４に蓄えるように機能する。コンデンサ４４は、大容量・高耐圧のものが必要とされるため、コストが安価なアルミ電解コンデンサ等が好適である。コイル４２，ダイオード４３、及び、電解コンデンサ４４には大電流が流れるため、これらの発熱は大きくなる。ダイオード４３は、放熱用フィンを有するものを選べば発熱を抑えることが可能であるが、コイル４２や電解コンデンサ４４は、部品単体では放熱構造を有していない。このため、コイル４２や電解コンデンサ４４には、放熱を促進させる付加構造を採用することが好ましい。これについては後述する。
図１８は、代表的な電源回路部３１の概略図である。エンジン制御装置３０に入力された電源電圧は、コイル５１とコンデンサ５３，５４によるフィルタを通した後、電源回路部３１へと導かれ、基準電源に変換される。基準電源を出力する際にもう一度コイル５２とコンデンサ５５からなるフィルタを通してノイズを除去した後、制御装置３０内の各部に供給される。コンデンサ５３，５４，５５は、大容量・高耐圧のものが必要とされるため、コストが安価なアルミ電解コンデンサ等が好適である。
図１は、本発明の第１の実施形態であるエンジン制御装置の断面図である。図２は、本実施例のエンジン制御装置の外観を示す鳥瞰図である。また、図３は、カバー６を開いてカバー内部の構造を示したエンジン制御装置の鳥瞰図である。
図１の断面図は、図２のＩ−Ｉで切断した面を示している。１１，１５は基板面実装小型部品である。例えば、抵抗，コンデンサ，コイル，クリスタル，ダイオード，ＩＣ，
ＦＥＴ，トランジスタ等がある。７は主に樹脂封止することが困難なコイル等の基板挿入型電子部品である。基板挿入型電子部品７としては、コイル以外にも、例えば、抵抗，コンデンサ，クリスタル，ダイオード，ＩＣ，ＦＥＴ，トランジスタ等がある。８は主に樹脂封止することが困難な電解コンデンサ等の基板面実装大型電子部品である。基板面実装大型電子部品としては、電解コンデンサ以外にも、例えば、抵抗，コイル，クリスタル，ダイオード，ＩＣ，ＦＥＴ，トランジスタ等がある。９はマイクロプロセッサ等の基板面実装型電子部品である。基板面実装型電子部品としては、マイクロプロセッサ以外にも、例えば、コンデンサ，コイル，クリスタル，ダイオード，抵抗，ＩＣ等がある。５は、上記電子部品等（１１，１５，７，８，９）を少なくとも片面に実装することができる電子回路が形成された基板である。
１はコネクタ、特に防水コネクタであり、基板５に形成された電子回路と外部回路とを電気的に接続するための端子２を有する。防水コネクタ１のハウジングと封止用樹脂３との界面が剥離して装置全体の防水性が破られるのを防ぐため、防水コネクタ１の材質は、特にエポキシ系樹脂との接着性を向上させたポリアミド，ポリブチレンテフタレート等を主成分とするプラスティックが好ましい。また、樹脂成形温度１００℃〜２００℃、樹脂成形圧力約５０kgf／cm２ 中においても、変形や劣化なしに耐えうる材質が好ましい。
４はベースである。ベース４は、基板５の放熱性を向上させ、樹脂封止する際に基板を固定する役割を持ち、成形された樹脂封止型エンジン制御装置を外部に取り付けるための手段を有する。主に、アルミや銅等の熱伝導性がよく安価な材質が用いられるが、これに限定されない。他の金属等でも代替えして用いられる。
基板５は、ベース４の上部に接着剤１０により固定される。接着剤１０は、絶縁性・放熱性向上を主な目的として用いられる。良好な熱伝導性を有し、厚さが１mm以下の液状接着剤やポリイミド・ポリアミド・ポリエチレンテフタレートコアの両面に粘着剤を付けたシートタイプのものが好ましいが、これに限定されない。また、接着剤１０は、樹脂成形温度１００℃〜２００℃に耐えうる絶縁性・放熱性を有するものが好ましい。
ベース４には窪みが存在する。窪みの位置において、基板５に対して反対側にカバー６が取り付けられている。エンジン制御装置全体は、樹脂３により封止されるが、基板５及び窪みに囲まれた領域と、基板５及びカバー６に囲まれた領域は、樹脂３が充填されない樹脂未充填領域１２を形成する。
カバー６を用いる主な目的は、樹脂封止することが望ましくない部品を用いるため、樹脂封止されない空間を形成することにある。また、樹脂の使用量を削減することによるコスト削減，樹脂封止型エンジン制御装置の大型化，放熱性・耐ノイズ性の向上等をも目的とする。
カバー６の材質としては、主にプラスチックや金属が好適である。放熱性を重要視せずに、樹脂封止型装置において樹脂封止されない空間を提供することや、低コストの実現や、通信用に電波や電磁波を妨げないことを目的とする場合には、カバー６の材質としてプラスチックが用いられる。
ここで用いられるプラスチックの特性としては、樹脂の成形温度である１００℃〜200℃の熱に変形・劣化なしに耐えうる高耐熱性プラスチックであること、樹脂成形時の圧力約５０kgf／cm２ が加えられても変形しない強度を持ったプラスチックであることが好ましい。
また、防水性を向上させるために、エポキシ系やフェノール系等の封止用樹脂３と接着性が良好なプラスチックであることが好ましい。さらに、カバー６と封止樹脂境界において樹脂剥離が進行すると、電子回路を形成する基板５にまで達し、電子回路の誤動作・ショート破壊等の回路異常を起こすおそれがある。このため、カバーに用いるプラスチックの線膨張係数は、封止用樹脂の線膨張係数が８〜２４ppm／℃ の範囲、またはこれに近い値であることが好ましい。線膨張係数の値を近づけることにより、カバーと封止樹脂間の熱サイクルによる熱応力を小さくすることが可能であり、カバー６と封止樹脂３の接着性の向上，剥離防止等の効果が得られる。
また、本実施例のエンジン制御装置に無線通信の機能を備えさせる場合には、無線通信用モジュールを設ける必要がある。無線通信用モジュールは、無線通信用ＩＣやコイル等の部品から構成される。このような無線通信用モジュールを樹脂封止すると、インダクタンス等の特性が変化し、通信ができなくなるおそれがある。このため、無線通信用モジュールは、樹脂封止しないようにカバー６の内部に実装される。このとき、外部との無線通信を可能にするため、無線通信用モジュール等に被せるカバー６の材質としては、電波や電磁波を減衰させにくいプラスチック等を用いることが好ましい。この無線通信用モジュールは、例えば、無線通信で他の制御装置とデータのやり取りを行ったり、エンジン制御装置の故障チェック等を行うために設けられる。また、無線化した車内ＬＡＮ用の通信にも用いることができる。
一方、放熱性や耐ノイズ性の向上を重視する場合、カバー６の材料としては金属が用いられる。カバー６用の金属として求められる特性は、プラスチックの場合と同様に、樹脂３の成形温度である１００℃〜２００℃の熱に変形・劣化なしに耐えうること、樹脂３の成形時の圧力約５０kgf／cm２ に耐えうる強度を備えていることが好ましい。また、カバーと封止用樹脂との剥離を防止するために、エポキシ系やフェノール系等の封止用樹脂と接着性が良好であること、封止用樹脂の線膨張係数が８〜２４ppm／℃ の範囲、またはこれに近い値であることが好ましい。
金属カバー６を基板５の回路グランドやケースグランドに電気的に接続すれば、金属カバー６で覆われた領域に対して、耐ノイズ性を向上させることが可能である。金属カバー６を基板５に電気的に接続する方法は後述する。
また、金属カバー６にヒートシンクとしての機能を持たせることもできる。金属カバー６と金属カバー６中に実装されている電子部品との間に熱伝導性の高い接着剤１０等を用い、図２に示すように、金属カバー６の上面を封止樹脂より露出させれば、金属カバー６中の電子部品の放熱性が良好になる。特に、基板５を介してベース４に放熱できない基板挿入型電子部品７を放熱するのに有効である。
カバー６上にヒートシンクを取り付ける場合にも、本実施例のカバー６は装置全体見てからみて比較的小型であるため、ヒートシンクの位置精度やカバー６と電子部品のクリアランスや放熱部分の接着度合い等の設計が容易である。
樹脂３としては、例えば、エポキシ樹脂とフェノール樹脂硬化剤からなる樹脂が用いられる。この樹脂は、線膨張係数：８〜２４ppm／℃ ，弾性率：８〜３９ＧＰａ，ガラス転移温度：８０〜２００℃の特徴を有するものであることがより好ましい。
基板５に用いられる材質としては、ポリイミド樹脂，液晶ポリマーからなるフレキシブル基板や、エポキシ樹脂，ポリイミド樹脂にガラス繊維を配合した樹脂タイプのプリント基板が好ましい。フレキシブル基板及び樹脂プリント基板は、安価であり、基板の弾性が高いので多少変形しても破壊されにくく、従来の電子部品実装技術が流用可能である等の利点があり好適である。一方、セラミック基板は、前記材質と比較して高価であることや基板が割れやすい等の不利益があるが、高耐熱性を重視するのであれば、本実施例の基板５として採用することもできる。
本実施例では、基板５の上側において、カバー６により樹脂３が充填されない空間が形成され、基板５の下側において、ベース４により樹脂３が充填されない空間が形成されている。このため、樹脂封止時に基板５にかかる圧力を相殺することができ、樹脂封止型装置内に樹脂が充填されない空間を形成することができる。さらに、基板両面に空間を設けることにより、樹脂封止が困難な電子部品である基板挿入型の大型部品の実装を可能としている。
通常、樹脂封止において、樹脂が充填されない空間を維持したまま樹脂封止すると、樹脂成形圧力により空間内部に向かう方向に圧力がかかる。このため、カバー６が設置される位置において、基板５の反対側を樹脂３で充填しようとすると、図４（ａ），図４(ｂ)に示すように、基板５に応力１３が発生し、基板５が変形して基板変形部分１４が形成されるおそれがある。従って、基板５の変形を確実に防止するには、図５（ａ），図５(ｂ)に示すように、基板５の片側の樹脂未充填領域に対して、反対側の同じ位置にも樹脂未充填領域を設け、基板５にかかる応力１３を削減することがより好ましい。
また、基板５としてプリント基板を用いた場合、プリント基板の反対側を樹脂３で充填しようとすると、基板スルーホールを介して樹脂３がカバー６の内部に侵入し、カバー６の内部は樹脂で充填されてしまうおそれがある。このことからも、樹脂未充填領域は、基板５の上側と下側にそれぞれ設けられていることが好ましく、また、上側と下側の樹脂未充填領域は、それぞれ同じ投影面積であることがより好ましい。
樹脂未充填領域に実装することが好ましい部品としては、樹脂封止が困難である大容量の電解コンデンサや、樹脂封止すると特性が変わりやすい大型のコイルや、不具合解析時に調査する必要性が高いエンジン制御を行うマイクロプロセッサ等があるが、特にこれらに限られない。
通常の樹脂封止型エンジン制御装置では、一度樹脂封止した後に何らかの不具合が生じた場合でも、目視や接触による電気回路の解析が不可能であった。しかし、本実施例によれば、不具合が発生し装置を解析する必要が生じた場合、カバー６の上部を切断し開けることにより、カバー６の内部にある部品について、目視や接触による電気回路の解析が可能である。
本実施例の構成を採用すれば、樹脂封止が望ましくない部品を樹脂未充填領域に実装することができる。また、カバー６とベース４を用いて、基板５の上下に樹脂未充填領域が形成されているため、樹脂未充填領域において特に基板挿入型電子部品７を実装することができる。さらに、カバー６の上面を切削すれば、不具合の解析が容易になる。
図６は、本発明の第２の実施形態であるエンジン制御装置の断面図である。図６において、図１に示す第１の実施形態と同一の部分は同一の符号を付し、その説明については省略する。
本実施例では、実施例１におけるベース４の代わりに、基板５の下側にカバー６ａが設けられている。基板の上側と下側の同じ位置にそれぞれカバー６ａ，６ｂを設置し、樹脂３を用いて一体封止することにより、樹脂封止時において、カバー６ａ，６ｂで覆われている部分には成形圧力がかからず、基板５を反ることなく樹脂封止することが可能になる。また、本実施例ではベース４が不要になるため、実施例１と比較して安価なエンジン制御装置を提供することができる。
また、本実施例では、基板５の上側と下側の両方にカバー６ａ，６ｂが存在する。このため、不具合解析時において、カバー６ａ，６ｂの両方を開封可能であり、不具合の原因をより特定しやすくなる。
カバー６ａ，６ｂの基板５を覆う範囲を、基板の大きさと同じ程度にすれば、通常の基板・ケース・カバー・シール剤の３ピース構造を持つ防水タイプと同じ構造を得ることができる。本実施例においては、封止樹脂３がシール材の役割を担う。
このとき、カバー６ａ，６ｂは基板５の大きさとほぼ同じであるため、不具合時にカバー６ａ，６ｂを開封することにより、内部回路全体が解析可能となる。また、カバー６ａ，６ｂが装置全体に占める割合は大きくなるため、樹脂３の使用量が少なくなり、低コスト化を図ることができる。
樹脂使用量に制限がある樹脂封止型エンジン制御装置を大型化する場合には、カバー
６ａ，６ｂを大きくして樹脂３の未充填領域を増加すればよい。樹脂使用量の増加を抑えることにより、樹脂封止型エンジン制御装置の大型化を容易に達成できる。
図７は、本発明の第３の実施形態であるエンジン制御装置の断面図である。図７において、図１に示す第１の実施形態と同一の部分は同一の符号を付し、その説明については省略する。
本実施例では、エンジン制御を行うマイクロプロセッサ９と、ノイズを発生し、かつ、発熱するコイル７及び電解コンデンサ８に対して、それぞれ別のカバー６ｃ，６ｄを被せたものである。マイクロプロセッサ９は、何らかの制御上の不具合が生じた場合に、その原因を解明するため、解析する必要がある。また、コイル７や電解コンデンサ８は、素子の特性上、樹脂封止が困難な部品である。このため、マイクロプロセッサ９，コイル７，電解コンデンサ８は、いずれも樹脂３が充填されない領域に配置する必要がある。
しかしながら、マイクロプロセッサ９は、他の受動部品やＦＥＴより高温に弱く、また、ノイズによる誤動作を防止する必要がある。このため、本実施例では、カバーが２個取り付けられており、コイル７及び電解コンデンサ８を覆うカバー６ｃと、マイクロプロセッサ９を覆うカバー６ｄが設置されている。
このような構成を採用することにより、マイクロプロセッサ９は、コイル７や電解コンデンサ８等の発熱部品による温度上昇の影響を受けにくくなる。また、カバー６ｃ，６ｄにより、コイル７や電解コンデンサ８等のノイズ源とはシールドされているため、耐ノイズ性を向上させることができる。さらに、カバー６ｃ，６ｄを電子回路のグランドやケースグランドへと電気的に接続すれば、シールド効果を向上させることができる。
図８は、本発明の第４の実施形態であるエンジン制御装置の断面図である。図８において、図１に示す第１の実施形態と同一の部分は同一の符号を付し、その説明については省略する。
本実施例では、カバー６内部の部品としては、全て、基板面実装型電子部品が用いられている。また、カバー６で覆われた樹脂未充填領域の、基板５に対する反対側には、ベース４が基板５に接着剤を介して接着されている。このため、樹脂成形時において基板５にストレスを与えることなく樹脂封止することが可能になる。また、基板５の下面は、接着剤を介してベース４に支えられていることから、本実施例では、振動，衝撃、及び、温度サイクルにより強い構造となっている。
また、電子部品をすべて片面に実装し、基板５の下面の全てを接着剤でベース４を接触する構造をとれば、より高放熱タイプの樹脂封止型エンジン制御装置が可能となる。
本実施例の構造を採用することにより、耐熱性，耐振性，耐衝撃性により優れたエンジン制御装置を実現することができる。
図９は、本発明の第５の実施形態であるエンジン制御装置の断面図である。図９において、図１に示す第１の実施形態と同一の部分は同一の符号を付し、その説明については省略する。
本実施例における基板５ａとしては、１枚のフレキシブル基板が用いられる。この基板５ａは、ベース４ａの上に接着剤や接着シート等で貼り付けられる。プラスチックまたは金属からなるカバー６ｅ，電子部品８，９，１１，防水コネクタ１ａをそれぞれ実装した後、カバー６ｅの高さに一致するように、電子部品を実装した基板５ａとベース４ａを半分に折畳む。その後、装置内部は樹脂３を用いて樹脂封止されるが、カバー６ｅで囲まれた領域には樹脂は充填されない。
防水コネクタ１ａのハウジングは、ベース４ａとシール性のゴムや液状ガスケット等のシール剤により防水性が保たれている。また、防水コネクタ１ａとベース４ａは、ネジ等の機械的部品を用いて接続されていると、強度がより高まる。
樹脂３の内部に電子部品が実装されていると、樹脂３の熱伝導率は金属のそれと比較して低いため、装置内部に熱がこもりやすくなる。しかし本実施例では、電子部品が発する熱は、フレキシブル基板５ａと接着剤または接着シートを介して、ベース４ａに放熱される構造となっている。フレキシブル基板５ａと接着剤及び接着シートの厚さを、それぞれ１mm以下にすれば、基板５ａの垂直方向の熱抵抗をより小さくすることが可能であり、より放熱性の良好な構造を実現することができる。
また、本実施例では、フレキシブル基板５ａを半分に折畳む構造を有するため、基板
５ａの投影面積が小さくなり、装置の小型化が図れる。基板５ａを折る回数を増やせば、さらなる小型化が可能である。
図１０（ａ）〜（ｈ）は、本発明の第６の実施形態であるエンジン制御装置の製造工程を示す図である。
まず、抵抗，ダイオード，ＩＣ等の基板面実装小型電子部品１１，マイクロプロセッサ等の基板面実装型電子部品９，電解コンデンサ等の基板面実装大型電子部品８を基板５の上に実装し、はんだリフローを行う（ａ）。
基板５の表面には、コイル等の基板挿入型電子部品７，防水コネクタ１を実装し、また、基板５の裏面には、基板面実装小型電子部品１５を実装し、はんだリフローを行う(ｂ)。
ベース４の上に接着剤１０を塗布し、その上に基板５を取り付ける（ｃ）。このとき、絶縁性及び放熱性の向上を図るため、接着剤１０としては、熱伝導性が良好で厚さが１mm以下である液状接着剤や、ポリイミド・ポリアミド・ポリエチレンテフタレートコアの両面に粘着剤を付けたシートタイプのものが好ましい。
次に、カバー６を基板５に接着するための接着剤１０と、カバー６に放熱する部品にカバー６と接着させるための接着剤１０を塗布し（ｄ）、カバー６を基板５の上に取り付ける（ｅ）。
金型の上型１６と下型１７にユニットをセットし（ｆ）、金型ゲートより樹脂３を注入し、樹脂封止する（ｇ）。このとき、樹脂成形圧力は５０kgf／cm２ 以下、樹脂の成形温度は１００℃〜２００℃、使用する樹脂３はエポキシ樹脂とフェノール樹脂硬化剤からなる樹脂を用いている。線膨張係数：８〜２４ppm／℃，弾性率：８〜３９ＧＰａ，ガラス転移温度：８０〜２００℃の特徴を有するものであることがより好ましい。
最後に、金型１６，１７を取り除くことにより、樹脂封止型エンジン制御装置が完成する（ｈ）。
図１１（ａ）〜（ｈ）は、本発明の第７の実施形態であるエンジン制御装置の製造工程を示す図である。複数のカバー６ｃ，６ｄを備えた装置や、大型サイズの基板５を有する装置に対しては、樹脂注入による成形を用いた場合、金型端までうまく樹脂が回り込まない可能性もあり、樹脂封止が困難になるおそれがある。
そこで本実施例では、実施例６のような樹脂注入技術を用いるのではなく、樹脂ペレット１８をユニット上に置き、金型により熱と圧力を加えることで樹脂成形している。
まず、抵抗，ダイオード，ＩＣ等の基板面実装小型電子部品１１，マイクロプロセッサ等の基板面実装型電子部品９，電解コンデンサ等の基板面実装大型電子部品８を基板５の上に実装し、はんだリフローを行う（ａ）。
基板５の表面には、コイル等の基板挿入型電子部品７，防水コネクタ１を実装し、また、基板５の裏面には、基板面実装小型電子部品１５を実装し、はんだリフローを行う(ｂ)。
ベース４の上に接着剤１０を塗布し、その上に基板５を取り付ける（ｃ）。このとき、絶縁性及び放熱性向上を図るため、接着剤１０としては、熱伝導性が良好で厚さが１mm以下である液状接着剤や、ポリイミド・ポリアミド・ポリエチレンテフタレートコアの両面に粘着剤を付けたシートタイプのものが好ましい。
次に、カバー６を基板５に接着するための接着剤１０と、カバー６に放熱する部品にカバー６と接着させるための接着剤１０を塗布し（ｄ）、カバー６ｃ，６ｄを基板５の上に取り付ける（ｅ）。
樹脂ペレット１８を基板５の上に、少なくとも１ヶ所以上置き、金型１６，１７にユニットをセットする（ｆ）。樹脂ペレット１８は金型１６，１７により熱を受けて溶解し、金型１６，１７を閉じることにより樹脂成形が完了する（ｇ）。このとき、樹脂成形圧力は５０kgf／cm２ 以下、樹脂の成形温度は１００℃〜２００℃、使用する樹脂３はエポキシ樹脂とフェノール樹脂硬化剤からなる樹脂を用いている。線膨張係数：８〜２４ppm／℃，弾性率：８〜３９ＧＰａ，ガラス転移温度：８０〜２００℃の特徴を有するものであることがより好ましい。
最後に、金型１６，１７を取り除くことにより、樹脂封止型エンジン制御装置が完成する（ｈ）。
図１２（ａ）〜（ｈ）は、本発明の第８の実施形態であるエンジン制御装置の製造工程を示す図である。本実施例における基板５ａとして用いられる材質は、ポリイミド樹脂，液晶ポリマーからなるフレキシブル基板が好ましい。
まず、ベース４ａの表面に接着剤を塗布し、その上に基板５ａを貼り付ける（ａ）。接着剤は、絶縁性及び放熱性向上を図るため、熱伝導性が良好で厚さが１mm以下である液状接着剤や、ポリイミド・ポリアミド・ポリエチレンテフタレートコアの両面に粘着剤を付けたシートタイプのものが好ましい。また、樹脂成形温度１００℃〜２００℃に耐えられる絶縁性及び放熱性を備えた接着剤が好ましい。
次に、抵抗，ダイオード，ＩＣ等の基板面実装小型電子部品１１，マイクロプロセッサ等の基板面実装型電子部品９，電解コンデンサ等の基板面実装大型電子部品８を、基板
５ａに実装し、はんだリフローを行う（ｂ）。
防水コネクタ１ａを、ベース４ａ側の方向から基板５ａに接続し、はんだ付けを行う
（ｃ）。防水コネクタ１ａは、基板５ａの上に形成された電子回路と外部回路とを電気的に接続するための端子２ａを有する。防水コネクタ１ａのハウジングは、ベース４ａとシール性のゴムや液状ガスケット等のシール剤により防水性が保たれている。また、防水コネクタ１ａは、ベース４ａとネジ等の機械的部品で接続されていると、より強度が大きくなる。
次に、カバー６ｅを基板５ａ上に取り付ける（ｄ）。電子部品を実装した基板５ａとベース４ａを一緒に折り曲げ、カバー６ｅの高さに合わせる（ｅ）。金型の上型１６ｂと下型１７ｂにユニットをセットし（ｆ）、金型ゲートより樹脂３を注入し、樹脂封止する
（ｇ）。最後に、金型１６ｂ，１７ｂを取り除くことにより、樹脂封止型エンジン制御装置が完成する（ｈ）。
図１３は、本発明の第９の実施形態であるエンジン制御装置の断面図である。図１３において、図１に示す第１の実施形態と同一の部分は同一の符号を付し、その説明については省略する。
一般にディーゼルエンジンで用いられるコモンレール方式では、燃料の噴射圧力が高圧であり、通常の自動車のインジェクタ駆動回路と比較して、より多くの電流と詳細な制御が必要になる。このため、コモンレール方式のエンジン制御装置では、昇圧回路を有するのが一般的である。この昇圧回路では、大型の電解コンデンサや大型昇圧用のコイルが用いられる。通常、基板に実装されるこれらの部品は発熱量が多い。そこで、本実施例では、樹脂未充填領域に、樹脂封止困難な電子部品を実装し、その部品を冷却する構造を有している。
図１３（ａ）は、カバー６に放熱フィン１９を備えたものであり、より高放熱な構造を実現している。コイル７とコンデンサ８は、それぞれ接着剤１０によりカバー６と接着しており、それぞれの電子部品で発生した熱は、カバー６を介して放熱フィン１９から放熱される。このため、カバー６の材質としては、熱伝導性が高く安価な金属であるアルミニウムや銅等が好適である。
図１３（ｂ）は、コイル７及びコンデンサ８以外に、マイクロプロセッサ等の他の電子部品９を放熱させる構造である。各電子部品は、それぞれ高さが異なるため、カバー６の形状を変化させることにより、高放熱に最も適したカバー６の形状を採用することができる。このため、各部品の高さが互いに異なる場合でも、各部品に均等な放熱構造を採用することが可能である。
図１４は、本発明の第１０の実施形態であるエンジン制御装置の断面図であり、カバーの実装方法について示している。
カバー６と基板５により樹脂未充填領域を形成し、外部のみを樹脂封止するためには、カバー６と基板５の境界部分がシールされている必要がある。
図１４（ａ）は、カバー６と基板５の境界を、カバー６の周囲に沿って接着剤やシール剤などでシールした後、樹脂封止する方法である。この構造において、カバー６を金属や導電性物質にすることにより、シールディング効果が期待できる。特に、従来の樹脂封止構造では、金属によるシールディング効果を得る構造の実現が困難であったが、本実施例の構造を採用すれば、カバー６内部に設置されるエンジン制御を行うマイクロプロセッサ等の耐ノイズ性の向上が図れる。
カバー６が金属である場合、フローティング状態では耐ノイズ性が逆に悪化するおそれがあるため、カバー６を電子制御装置のグランドやケースアースに電気的接続することが好ましい。このため、図１４（ａ）では、カバー６に少なくとも２ヶ所以上設けた基板挿入用ピン２０を、はんだを用いて、基板５のグランドと電気的接続している。
図１４（ｂ）は、カバー６と基板５の境界に、カバー６の周囲に沿って基板にはんだ面を設置し、カバー６と基板５をはんだ接続部２３の状態を示す図である。はんだが基板グランドとの電気的接続と樹脂止めの役割を兼ねている。
図１４（ｃ）は、カバー６と基板５の境界に、カバーの周囲に沿って導電性接着剤２１を使い、カバー６と基板５のグランドを電気的に接続した図である。導電性接着剤２１が基板接続と樹脂止めの役割を兼ねている。
図１４（ｄ）は、カバー６の精度が悪い場合でも確実にシールできるように、シール剤挿入部分にくぼみ２２を付けた形状をしている。
図１４（ｅ）は、図１４（ｄ）に比べてさらにシール性を高めるために、２重シール構造をとっている。さらに、カバー６と基板５の境界面を多くするために、基板５と並行な面を多くする突起２４をカバー先端部分に設けている。
図１５は、本発明の第１１の実施形態であるエンジン制御装置の断面図である。
図１５（ａ）では、マイクロプロセッサ９を覆うカバー６の上面が、開封できる構造になっている。何らかの不具合が発生した場合には、このカバー６の上面を開封することにより、マイクロプロセッサ９の解析が可能になる。なお、図１５（ａ）は、マイクロプロセッサ９とカバー６との関係を示すものであるが、必要に応じて、電解コンデンサやコイル等他の電子部品の解析を目的として、カバー６を開封可能にした構造とすることもできる。
図１５（ｂ）は、カバー６を開封できる場所について外部の人が知ることのないように、カバー６の全体を樹脂３により覆った構造である。外部の人がいたずらにカバー６を開封することを防止することができる。
図１５（ｃ）は、特に金属をユニット表面に剥き出しすることができない場合に使用する方法である。放熱できない放熱禁止エリア２６にユニットを設置しなければならないとき、熱伝導性の良い高熱伝導性物質２５である金属やヒートパイプ等を用いて別の場所に熱を運び、放熱することができる。
以上、本発明の実施例を詳細に説明したが、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、その技術思想の範囲内で種々の変更や応用が可能である。例えば、上記実施例では、コイル７，電解コンデンサ８、及び、マイクロプロセッサ９が全て樹脂未充填領域に実装されている構造について説明した。しかし、本発明は特にこれに限られるものではない。エンジン制御装置や各電子部品の性質に応じて、コイル７，電解コンデンサ８、及び、マイクロプロセッサ９のいずれかが樹脂未充填領域に実装されていれば、本発明の範囲内にあるものである。また、上記部品以外であっても、樹脂封止をすることが望ましくない部品であれば、その部品を樹脂未充填領域に設けることも本発明の範囲内である。
なお、本発明は、モータ制御装置，自動変速機制御装置等の各種制御装置や、圧力センサモジュール，空気流量計モジュール等のセンサモジュールの生産性や信頼性の向上，小型化等を図るためにも採用される。
さらに、ブレーキコントロールモジュール，サスペンションコントロールモジュール，ステアリングコントロールモジュール，エアバッグコントロールモジュール，シートベルトコントロールモジュール，車間距離計測モジュール等のアクティブセーフティ機能を提供する各種コントロールモジュールや、携帯電話通信モジュール，ＥＴＣ通信モジュール，ＧＰＳ通信モジュール，ＶＩＣＳ通信モジュール等のＩＴＳ等の機能を得るために車両外部と電波により情報交換する各種電子モジュールや、燃料電池コントロールモジュール，リチウムイオン電池充放電コントロールモジュール等、その高耐薬品性により、化学変化を利用した機器の各種コントロールモジュールをコスト低減しながら搭載自由度を拡大するためにも応用できる。
本発明の第１の実施形態におけるエンジン制御装置の断面図である。 本発明の第１の実施形態におけるエンジン制御装置の外観鳥瞰図である。 本発明の第１の実施形態におけるカバー内部の構造を示したエンジン制御装置の鳥瞰図である。 （ａ）カバーを付けた状態での樹脂成形時の電子回路や基板にかかる応力が不均一な場合の断面図である。（ｂ）カバーを付けた状態での応力が不均等な場合の電子回路を樹脂封止したときの様子を表す断面図である。 （ａ）カバーを付けた状態での樹脂成形時の電子回路や基板にかかる応力が均一な場合の断面図である。（ｂ）カバーを付けた状態での応力が均等な場合の電子回路を樹脂封止したときの様子を表す断面図である。 本発明の第２の実施形態におけるエンジン制御装置の構造断面図である。 本発明の第３の実施形態におけるエンジン制御装置の構造断面図である。 本発明の第４の実施形態におけるエンジン制御装置の構造断面図である。 本発明の第５の実施形態におけるエンジン制御装置の構造断面図である。 本発明の第１，２，４の実施形態におけるエンジン制御装置の製造工程図である。 本発明の第３の実施形態におけるエンジン制御装置の製造工程図である。 本発明の第５の実施形態におけるエンジン制御装置の製造工程図である。 本発明の第９の実施形態におけるエンジン制御装置の構造断面図である。 本発明の第１０の実施形態におけるエンジン制御装置の構造断面図である。 本発明の第１１の実施形態におけるエンジン制御装置の構造断面図である。 本発明の実施形態に採用される代表的なエンジン制御装置のブロック図である。 図１６の昇圧回路部の概略回路図である。 図１６の電源回路部の概略回路図である。
符号の説明
１…防水コネクタ、２…端子、３…樹脂、４…ベース、５…基板、６…カバー、７…基板挿入型電子部品（コイル）、８…基板面実装大型電子部品（電解コンデンサ）、９…基板面実装型電子部品（マイクロプロセッサ）、１０…接着剤、１１…基板面実装小型電子部品、１２…脂未充填領域、１３…基板にかかる応力、１４…基板変形部分、１５…基板面実装小型電子部品、１６…金型（上型）、１７…金型（下型）、１８…樹脂ペレット、１９…放熱フィン、２０…基板挿入用ピン、２１…導電性接着剤、２２…くぼみ、２３…はんだ接続部、２４…突起、２５…高熱伝導性物質、２６…放熱禁止エリア。


Claims (8)

  1. 金属ベースと、
    前記金属ベース上に固定されたプリント基板と、
    前記プリント基板上に固定されたカバーと、
    前記カバーの内部において、前記プリント基板上に実装された電解コンデンサ、コイル、及び、マイクロプロセッサと、
    前記カバーの外部において、前記プリント基板上に実装された複数の電子部品と、
    前記プリント基板に接続された端子を備えたコネクタと、を有する電子制御装置であって、
    前記カバーの外部における前記プリント基板及び前記電子部品は、樹脂で封止されており、
    前記金属ベースに前記プリント基板を固定することにより形成される空間、及び、前記カバーの内部は、前記樹脂の未充填領域である、電子制御装置。
  2. 回路が形成された基板と、
    前記基板の第１主面上に実装された電解コンデンサ、コイル、及び、マイクロプロセッサと、
    前記基板の前記第１主面とは反対側の第２主面上に実装された基板面実装型電子部品と、
    前記基板上に固定され、前記電解コンデンサ及び前記コイルを覆った第１カバーと、
    前記基板上に固定され、前記マイクロプロセッサを覆った第２カバーと、
    前記基板に形成された前記回路に接続され、外部と電気的に接続するための端子を備えたコネクタとを有し、
    前記基板の少なくとも一部、及び、前記コネクタの少なくとも一部は、樹脂で封止されており、
    前記第１カバーの内部及び前記第２カバーの内部は、前記樹脂の未充填領域である、電子制御装置。
  3. 前記カバーは金属であり、
    前記電解コンデンサ及び前記コイルは、接着剤を用いて、前記カバーに固定されている、請求項１記載の電子制御装置。
  4. 前記カバーの上面は、取り外しできるように構成されている、請求項１記載の電子制御装置。
  5. 前記カバーは、前記樹脂で覆われている、請求項１記載の電子制御装置。
  6. 前記金属ベースの内部には、前記プリント基板に対して、前記カバーの内部と対称な位置に樹脂未充填領域が形成される、請求項１記載の電子制御装置。
  7. 前記カバーの外部には、前記プリント基板上に実装された複数の電子部品が形成され、前記カバーの外部における前記プリント基板及び前記電子部品は、樹脂で封止されている、請求項１記載の電子制御装置。
  8. 前記電子制御装置は、前記基板の前記第２主面側に固定されたベースを有し、
    前記ベースは、前記基板との間で前記樹脂の未充填領域を形成し、
    前記基板面実装型電子部品は、前記未充填領域に実装されている、請求項２記載の電子制御装置。
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