JP4741969B2 - 自動車の電気電子モジュールおよびその取り付け方法 - Google Patents

Description

本発明は自動車の電気電子モジュールに関するものであり、特に、電子回路基板を樹脂封止する筐体構造に関する。

従来の電気電子モジュールは、金属製のケースに電子回路基板を収納して、シリコーンゲルなどで電子部品と電子回路基板を封止した後、キャップを接着する構造であるために、備品点数と作業工数が多くなるとともに、モジュールが大きく、かつ厚いという課題があった。

一方、近年の自動車では、居住性向上の観点から、エンジンルームを狭くして、車室空間を広くする傾向にあるため、電気電子モジュールに対しても、小型化・薄型化が求められている。

そこで、本出願の出願人が出願したＰＣＴ／ＪＰ０３／００８４７６に示すように、ベース部材に取り付けた電子回路基板を封入するパッケージを、樹脂成形材料を用いて一体成形し、薄型化を図ることが提案されている。これにより、ケース，キャップ，封止部材の役割を樹脂成形パッケージ一つで果たすことができ、備品点数・作業工数の削減と、モジュールの小型化を図ることができる。

ＰＣＴ／ＪＰ０３／００８４７６

当該従来技術では、ベース及びコネクタハウジングと樹脂成形材の材料間の接着力により封止構造を実現している。従って、当該材料間の接着部に剥離や亀裂が生じないことが必要となる。

一方、上記の樹脂成形材としては熱可塑性樹脂が使用され、ベースとしては金属、コネクタハウジングには熱可塑性樹脂を用いて成形する場合、モールド成形の行程では金型の温度を１７０〜１８０℃程度まで上昇させる必要がある。このため、その後の冷却過程では材料間の線膨張係数差により、材料の異なる部材間では応力が発生する。

上記従来技術では、図２１に示すように、コネクタハウジングを電子回路基板に取り付け、その上から樹脂成形材を被せる構造となっている。一般に、コネクタハウジングには、その複雑な形状を成形するために熱可塑性樹脂が用いられ、樹脂成形材は、熱可塑性樹脂に比較して線膨張係数の小さな熱硬化性樹脂が用いられる。

従って、図２１中の矢印で示すように、コネクタハウジングと封止樹脂の界面には剥れ方向の応力が発生することになる。

上記従来技術では、この点について特段の対策が施されていないため、信頼性向上、長寿命化のためには、封止材料の選択，配合や樹脂成形の加熱温度等に相当の注意を払わなければならないという課題がある。

上記課題を解決するため、本発明による自動車の電気電子モジュールは、例えば、電子回路が搭載される電子回路基板と、当該電子回路基板を搭載する金属ベースと、前記電子回路と外部とを電気的に接続するコネクタと、前記電子回路基板を封止する封止樹脂とを備え、前記コネクタの樹脂部と前記封止樹脂との間に空隙を備え、前記コネクタは前記金属ベースと一体に形成される金属部と当該金属部に取り付けられる樹脂部とを備え、前記封止樹脂は前記コネクタの樹脂部を覆わないように配置されることを特徴とする構造をとる。

本発明によれば、信頼性を向上させた電気電子モジュールおよびその取り付け方法を提供することができる。

以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。

まず、第１の実施例について図１及び図２に沿って述べる。図１は本実施例にかかる電気電子モジュールの外観を示す六面図である。図１（ａ）（ｂ）（ｃ）（ｄ）（ｅ）はそれぞれ正面図，上面図，背面図，側面図，底面図である。なお、図１（ｄ）と反対側の側面図は対称であるので省略している。図２は本実施例にかかる電気電子モジュールのＡ−Ａ′断面図である。

本実施例によるモジュールの構成であるが、金属ベース１，金属端子３が組み付けられたコネクタ２，電子部品（図１０参照）が搭載された電子回路基板５、及び封止樹脂４を備える。

電子回路基板５は、電子回路のパターンが配線されていて、電子回路の機能に応じた各種電子部品やコネクタの金属端子が、はんだや銀ペースト接着剤を用いて接続されている。電子回路基板５の材料としては、セラミック，ガラエポ（ガラス−エポキシ），金属等を使用することができる。

電子回路基板５は金属ベース１に固定され、封止樹脂４により封止されてモジュールを構成する。また金属ベース１はモジュールを車両に取り付ける際の固定部材ともなり、固定のための取り付け部１ｂを備える。この金属ベース１は、電子回路基板５上の電子部品が発生する熱の放熱経路としての役割も果たす。上記の特性上、金属ベース１の材料としては、一般的にアルミ，アルミ合金，銅，銅合金，鉄（表面をメッキしたものも含む）などを使用する。なお、この金属ベース１の表面には微細な凹凸を設ける処理を行うことが望ましい。これにより、封止樹脂４との化学結合（アンカー結合）により樹脂の接着力が強化される。接着力の強化は、電気電子モジュールの封止の信頼度向上に寄与する。

コネクタ２は、モジュールの外部に設けられているハーネスと電子回路基板５とを電気的に接続する。当該コネクタ２を介して電子回路基板５上に設けられた電子回路が電源の供給を受けたり、外部からの信号入力を受けたり、外部への信号出力を行ったりする。コネクタ２のハウジング２ｄの材料としては、無機質フィラを含む熱可塑性樹脂（例えば、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ），ナイロン（ＰＡ６６）やポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ））が使用される。

このような熱可塑性樹脂製のコネクタハウジング２ｄの線膨張係数は、樹脂の流れ方向や温度にもよるが、およそ２０〜６０×１０^-6／℃である。

金属端子３には、錫めっきや金めっきが施された黄銅材が使用される。封止樹脂４は、電子回路基板５を封止することにより、外部環境から電子回路を保護する。封止樹脂４の材料は、無機質フィラを含み４０℃以下において固形であるエポキシ樹脂（熱硬化樹脂）が使用される。

エポキシ樹脂材料は、エポキシ樹脂とフェノール樹脂硬化剤とを主成分とする組成であり、４０℃以下で固形のオルソクレゾール型エポキシ樹脂，ビフェニル骨格を有するエポキシ樹脂，ジシクロペンタジエン骨格を有するエポキシ樹脂，ナフタレン骨格を有するエポキシ樹脂またはビスフェノールＡ型エポキシ樹脂などと、フェノールノボラック樹脂，オルソクレゾールノボラック樹脂，ジシクロペンタジエン骨格を有するフェノール樹脂、またはナフタレン骨格を有するフェノール樹脂などとの組み合わせから得ることができる。

また、エポキシ樹脂成形材料には低弾性率化による低応力化を図るため、シリコーンゴムまたはオイルやブタジエン系ゴムなどの低応力化材を含むことができる。無機質フィラとしては、溶融シリカ，結晶性シリカ，アルミナ，酸化マグネシウムなどの破砕状または球状の少なくとも１種類以上を用いることができる。上記のような封止樹脂４の線膨張係数は、温度にもよるが、およそ１０〜３０×１０^-6／℃である。

本実施例では、熱可塑性樹脂製のコネクタハウジング２ｄを電子回路基板５ではなく、金属ベース１に固定する構成とし、コネクタハウジング２ｄが封止樹脂４で覆われない構造とする。具体的には、コネクタ２のうち、金属端子３の屈曲部を収容するコネクタ立ち上がり部２ａと、外部配線のコネクタ（図示しない）が接続されるコネクタハウジング
２ｄとを別体とし、熱可塑性樹脂製のコネクタハウジング２ｄをコネクタ立ち上がり部
２ａに取り付けてコネクタ２を構成する。これにより、電子回路５を封止樹脂４で封止する際に、樹脂製のコネクタハウジング２ｄを覆わないように封止することが可能となる。本実施例ではコネクタ立ち上がり部２ａを金属とし、金属ベースと一体に形成している。ただし、コネクタ立ち上がり部を、金属製の別部材を圧入又はインサート成形して金属ベースに取り付ける構成としてもよい。以上のような構成において、コネクタハウジング
２ｄまたは取り付け部２ｂとの間に所定の空隙２ｃを備えるように封止樹脂４を成形する。

以上によれば、コネクタ２のハウジング部２ｄを封止樹脂４で包まない構造としているので、コネクタ２のハウジング部２ｄと封止樹脂４との間の応力発生を回避できる。

例えば線膨張係数がおよそ２０〜６０×１０^-6／℃の熱可塑性樹脂でコネクタ２のハウジング部を形成し、封止樹脂４の材料として線膨張係数がおよそ１０〜３０×１０^-6／℃の樹脂を用いたとしても、コネクタ２のハウジング部の線膨張係数と封止樹脂４の線膨張係数との差に起因する応力発生を回避できる。

上述のような構造は、従来技術に示す構造とは異なる製造方法により製造する必要がある。以下、図３〜図５を用いて、図２に示す実施例のモジュールを製造するトランスファモールド成形方法の一例を示す。

２−（１） 上型８と下型９は外形形成のために所望の封止樹脂４の形状に掘り込まれており、１７０〜１８０℃に加熱されている。モジュールサブアッシー１１を金型にセットし、それとともに、常温で固形状態である成形樹脂タブレット４ａをポット９ａに装填する。ここで、モジュールサブアッシー１１は予め規定の温度で予備加熱しておくとサイクルタイムが短縮できる。ここで、モジュールサブアッシーとは図２に示す金属ベース１に電子回路基板５とコネクタハウジング２を取り付け、金属端子３で電気的接続をしたものであり、図２において封止樹脂４による封止を行う前の組立体を意味する。
２−（２） 数１０トンの力で、型締めする。
２−（３） 任意の速度で、プランジャ１０を押し上げる。
２−（４） 溶けた封止樹脂４が、金型内に注入される。
２−（５） 封止樹脂が充填されたところで、およそ数１０kgf／cm²の成形圧を印加し、約３分ほどその状態を保持する。
２−（６） 金型を開く。
２−（７） 封止樹脂４が施されたモジュールサブアッシー１１を取り出す。
２−（８） 最後に、カル１２と呼ばれる封止樹脂の余分な個所を除去する。

なお、図６に示すように、コネクタハウジング２ｄの金属ベース１への固定にコネクタ固定用ねじ１５を使用すれば、トランスファモールド時に成形圧をより上げたい時、コネクタハウジング２ｄの脱落を防止できる。

本発明の第２の実施例について図７，図４を用いて説明する。実施例１との相違点はコネクタ２内部にポッティング樹脂あるいはプリモールド樹脂７を設けた点である。特に説明しない構成については実施例１と同様である。

本実施例では、図３〜図５に示すトランスファモールド成形の工程に先立ち、コネクタ２内部にポッティング樹脂あるいはプリモールド樹脂７を充填する。これにより、トランスファモールド時の成形圧によるコネクタ２ハウジングの変形を防止できるので、実施例１に比べてより高い成形圧でトランスファモールド成形を行うことができる。

ここで、図７に示すようにコネクタハウジング２ｄの内周を埋めるようにポッティング樹脂あるいはプリモールド樹脂７を設けた場合、金属端子３がコネクタハウジング２ｄを貫通する部分、すなわちコネクタハウジングの強度が低い部分を補強することができる。また、コネクタハウジング２ｄとコネクタ立ち上がり部２ａとの接合部を埋めるようにポッティング樹脂あるいはプリモールド樹脂７を設けることで、さらにコネクタの強度が高められる。

以上のように構成すれば、トランスファモールド時の成形圧がコネクタハウジング２ｄの内周やコネクタハウジング２ｄとコネクタ立ち上がり部２ａとの接合部にかからないので、より高い成形圧を用いることが出来る。また、外部コネクタの着脱時のこじりに対しても強くなる。

図７では、ポッティング樹脂あるいはプリモールド樹脂７の表面が、コネクタハウジング２ｄの取り付け方向と概ね垂直になるように構成されている。これにより上述のような効果が得られるが、図７のような形状を実現するためには、コネクタハウジング２ｄが下向きになるような位置でポッティング樹脂あるいはプリモールド樹脂７の形成をした後、モジュールサブアッシー１１の向きを変えてベース１が下側にくるように位置を変えてから、トランスファモールド成形をする必要がある。そこで図８に示すように、ポッティング樹脂あるいはプリモールド樹脂７の表面が、金属ベース１の底面と概ね平行になるように構成する。このようにすれば、ポッティング樹脂あるいはプリモールド樹脂７の形成と封止樹脂４のトランスファモールド成形とを、モジュールサブアッシー１１の向きを変えずに行うことができる。

本発明の第３の実施例について図９，図１０，図１１及び図１２を用いて説明する。実施例１との相違点は金属端子３の電子回路基板５との接続側端部付近に端子整列板６を設けた点である。特に説明しない構成については実施例１と同様である。ここで図９は断面図、図１０は分解斜視図、図１１は立体断面図、図１２は端子整列板６の斜視図である。

図１０に示すように、金属ベース１に設けたコネクタ立ち上がり部２ａの開口部から金属端子３を差し込み、コネクタハウジング２ｄを金属ベースに組み付ける。組み付けたコネクタハウジング２ｄはコネクタ固定用ネジ１５で金属ベース１に固定される。次に端子整列板６を金属ベース１に設けた嵌合溝１ｄに嵌合する。このとき、金属端子３を端子整列板６に設けた金属端子勘合穴６ｂに挿入する。端子整列板６の形状は図１２に示すような形状とすることができる。これにより金属端子３の位置決めが行われる。その後基板５を金属ベース１に固定する。基板５には金属端子３を接続するための端子取り付け穴５ａが設けられている。従って基板５を金属ベース１に取り付けることで、金属端子３がそれぞれ基板上の端子取り付け穴５ａに挿入されることになる。ここで金属端子３は上述の端子整列板６により位置決めされているので、電子回路基板５を金属ベースに取り付ける際に、個々の金属端子３を基板の配線取り付け穴５ａに一つ一つ挿入する必要がない。従って、本実施例によれば電子回路基板５の装着（金属端子３との勘合）が容易となり、モジュールの組み立てが容易になる。

図１１は、上述の工程で組み立てられたモジュールサブアッシー１１の立体断面図であり、封止樹脂４で電子回路基板５を封止する前の状態を示すものである。図１１（ａ）は底面方向からの斜視断面図であり、図１１（ｂ）は上面方向からの斜視断面図である。また図９は封止樹脂４を形成した後のモジュールの側面方向から見た断面図である。端子整列板６は密封構造ではないので、溶融した封止樹脂４はコネクタ２の内部まで侵入してモールドを形成する。

なお、本実施例で説明したモジュールの組み立て工程は、端子整列板６の存在を除いて実施例１においても同様に適用できる。

図１３に示すように実施例３の構成は、実施例２と組み合せることが出来る。特に端子整列板６を越えてコネクタ２内部に封止樹脂４を流し込むためには、樹脂にかける圧力を高める必要がある場合がある。このような場合には、コネクタ２を補強するために、コネクタ２内部に予めポッティング樹脂あるいはプリモールド樹脂７を設けることが有効である。特に説明しない構成及び効果については、実施例１乃至３と同様である。

本発明の第５の実施例について図１４を用いて説明する。本実施例は、実施例３の端子整列板６に封止樹脂流入用の端子整列板穴６ａあるいは切り欠きを設けたものである。特に説明しない構成については実施例３と同様である。このように構成することで、封止樹脂４のトランスファモールド成形時に、封止樹脂４が金属端子配線部３ａ（コネクタ２内部）までスムーズに流入する。これにより、封止樹脂４のボイド（未充填部分）の発生を抑制することができる。

本発明の第６の実施例について図１５を用いて説明する。

本実施例は、実施例３において端子整列板６の外周および金属端子勘合穴６ｂを接着剤やシール材（図示しない）で封止して、金属端子配線部３ａ（コネクタ２内部）への封止樹脂４の流入を防ぐものである。本実施例では、金属端子配線部３ａ（コネクタ２内部）は空気層となる。

これにより、トランスファモールド時に成形圧をより上げたい時、コネクタハウジング２ｄに成形圧が印加されないため、コネクタハウジング２ｄの変形を防止できる。

本発明の第７の実施例について図１６を用いて説明する。実施例２との相違点は、ポッティング樹脂あるいはプリモールド樹脂７の代わりにスペーサ１３を設けた点である。特に説明しない構成については実施例２と同様である。

スペーサ１３は、予めコネクタハウジング２に装着された状態でコネクタハウジングとともに金属ベース１に取り付けられる。すなわち、コネクタハウジング２にスペーサ１３を固定もしくは成形した後、金属端子３を挿入して一つの組立体とし、これを金属ベースに取り付ける構成とする。上記によればプリモールドのための工程が不要となるので、生産性が向上される。

本発明の第８の実施例について図１７を用いて説明する。実施例３との相違点は、端子整列板６投影面積を金属端子配線用開口部１ａより小さくした点である。特に説明しない構成については実施例３と同様である。当該構成によれば、金属端子配線部３ａへスムーズに封止樹脂４を流入させることができる。

本発明の第８の実施例について図１８を用いて説明する。実施例３との相違点は、端子整列板６と金属ベース１間の金属ベース１側に金属ベース溝１４を設けた点である。すなわち、端子整列板が装着された状態で、金属ベース１の基板搭載側から金属端子配線部
３ａ（コネクタ２の内部）につながる通路を形成するように、金属ベース１に溝１４を設ける。当該構成により、金属端子配線部３ａへスムーズに封止樹脂４が流入するようにしている。

図１９に、本発明の電気電子モジュールの車両への取り付け構造の実施例を示す。本実施例では、電気電子モジュールの取り付け時、モジュールの封止樹脂４側を、取り付け相手側部材と対向させている。これにより、取り付け後、万一、跳ね石等によりモジュールに衝撃が印加されても、金属ベース側を露出させるため、樹脂面を露出させる取り付け構造よりも、モジュール破壊の可能性を低減できる。

当該構成は上述の実施例１乃至１０及び後述の実施例１１に適用可能である。このような構成はエンジンや変速機などの制御対象に組み付けられ、車室外に設置されるコントロールユニットに好適である。また、農業機械や小型船舶用の船外機のコントロールユニットなど、エンジンルーム外に設置されるコントロールユニットにも好適である。

本発明の第１１の実施例について図２０を用いて説明する。本実施例では、コネクタ２の向きを、金属ベース１に対して直角方向にしている。このように構成すればコネクタ立ち上がり部２ａが不要となるため、金属端子配線部３ａの体積を小さくできる。従って、図２に示すようなコネクタ２の向きが水平方向の構造に比較して封止樹脂４の使用量を減らすことができる。

本発明の一実施例を示す外観図。 本発明の一実施例を示すモジュールの断面図。 本発明の一実施例について、その成形方法を示すモジュール及び金型の断面図。 本発明の一実施例について、その成形方法を示すモジュール及び金型の断面図（図３からの続き）。 本発明の一実施例について、その成形方法を示すモジュール及び金型の断面図（図４からの続き）。 コネクタハウジングの取り付け構造の実施例を示す正面図。 本発明の一実施例を示すモジュールの断面図。 本発明の一実施例を示すモジュールの断面図。 本発明の一実施例を示すモジュールの断面図。 本発明の一実施例を示すモジュールの分解斜視図。 本発明の一実施例を示すモジュールの封止樹脂成形前の構造を示す立体断面図。 本発明の一実施例の端子整列板を示す外観図。 本発明の一実施例を示すモジュールの断面図。 本発明の一実施例を示すモジュールの断面図。 本発明の一実施例を示すモジュールの断面図。 本発明の一実施例を示すモジュールの断面図。 本発明の一実施例に係る金属端子配線用開口部を示す正面図。 本発明の一実施例に係る金属ベース溝を示す正面図。 本発明の一実施例に係る電気電子モジュールの取り付け方法を示す側面図。 本発明の一実施例を示すモジュールの断面図。 従来技術を示すモジュールの断面図。

符号の説明

１…金属ベース、１ａ…金属端子配線用開口部、１ｂ，２ｂ…取り付け部、１ｃ…放熱シート、２…コネクタ、２ａ…コネクタ立ち上がり部、２ｃ…空隙、２ｄ…コネクタハウジング、３…金属端子、３ａ…金属端子配線部、４…封止樹脂、４ａ…成形樹脂タブレット、５…電子回路基板、６…端子整列板、６ａ…端子整列板穴、６ｂ…金属端子勘合穴、７…ポッティング樹脂あるいはプリモールド樹脂、８…上型、９…下型、９ａ…ポット、１０…プランジャ、１１…モジュールサブアッシー、１２…封止樹脂カル部、１３…スペーサ、１４…金属ベース溝、１５…コネクタ固定用ねじ、１６…モジュール固定用ボルト、１７…取り付け相手側部材、１８…空気層。

Claims (13)

1. 電子回路が搭載される電子回路基板と、
   当該電子回路基板を搭載する金属ベースと、
   前記電子回路と外部とを電気的に接続するコネクタと、
   前記電子回路基板を封止する封止樹脂とを備え、
   前記コネクタの樹脂部と前記封止樹脂との間に空隙を備え、
   前記コネクタは前記金属ベースと一体に形成される金属部と当該金属部に取り付けられる樹脂部とを備え、前記封止樹脂は前記コネクタの樹脂部を覆わないように配置されることを特徴とする自動車の電気電子モジュール。
2. 請求項１において、
   前記コネクタの樹脂部が、前記電子回路基板の上方あるいは下方に配置されないことを特徴とする自動車の電気電子モジュール。
3. 請求項１において、
   前記コネクタは、前記コネクタの樹脂部に圧入あるいはインサート成形された金属部を介して、前記金属ベースに固定されていることを特徴とする自動車の電気電子モジュール。
4. 請求項１において、
   前記コネクタは、前記コネクタの金属端子の一部を覆うポッティング樹脂を備えることを特徴とする自動車の電気電子モジュール。
5. 請求項１において、
   前記コネクタは、前記コネクタの金属端子の一部を覆うプリモールド樹脂を備えることを特徴とする自動車の電気電子モジュール。
   以 上
   
   
6. 請求項１において、
   前記金属ベースに組み付けられ、前記コネクタの金属端子を整列する端子整列部材を備えることを特徴とする自動車の電気電子モジュール。
7. 請求項６において、
   前記端子整列部材は、前記封止樹脂の通過を阻止するシール材又は接着剤を備え、前記コネクタ内部に空気層を備えることを特徴とする自動車の電気電子モジュール。
8. 請求項７において、
   前記端子整列部材が覆う面積が、前記金属ベースの金属端子配線部開口部の面積より小さいことを特徴とする自動車の電気電子モジュール。
9. 請求項８において、
   前記端子整列部材は、前記コネクタの金属端子を通す穴とは別に、穴あるいは切り欠きを設けることを特徴とする自動車の電気電子モジュール。
10. 請求項８において、
    前記金属ベースは、前記端子整列部材が取り付けられる部分に、樹脂を流す溝を設けることを特徴とする自動車の電気電子モジュール。
11. 請求項１において、
    少なくともねじで、前記コネクタを前記金属ベースに固定することを特徴とする自動車の電気電子モジュール。
12. 請求項１において、
    当該電気電子モジュールは車両の車室外に設けられる機器の制御装置であることを特徴とする自動車の電気電子モジュール。
13. 請求項１に記載の自動車の電気電子モジュールの車両への取り付け方法であって、前記電気電子モジュールの封止樹脂側が、取り付け相手側部材と対向することを特徴とする自動車の電気電子モジュールの取り付け方法。

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