JP5039740B2

JP5039740B2 - 変速制御装置及び機電一体型電子制御装置

Info

Publication number: JP5039740B2
Application number: JP2009080843A
Authority: JP
Inventors: 円丈露野; 利昭石井; 至田辺
Original assignee: Hitachi Automotive Systems Ltd
Current assignee: Hitachi Astemo Ltd
Priority date: 2009-03-30
Filing date: 2009-03-30
Publication date: 2012-10-03
Anticipated expiration: 2029-03-30
Also published as: JP2010230140A

Description

本発明は、変速機の内部に設置される変速機制御装置、及び、自動車，船舶，ロボットなどの機械的部品と一体化し使用する小型，高信頼性の機電一体型電子制御装置に関する。特に、硫化物等の腐食性成分を含んだオイル環境である変速機内部で使用できる機電一体型電子制御装置に関する。

自動車に関しては、燃費，排ガスに対する規制強化や、安全性，快適性，静粛性に対する要求から、様々な電子制御が用いられ、電子部品の数が増大し、配線の引き回しが複雑になってきている。このため電子部品を小型，高信頼化し機械部品と一体で使用する機電一体化が重要になってきている。

このような、小型化，高信頼化技術に関しては以下のものが開示されている。

特許文献１に示されるように、熱拡散板の両面に片面実装した基板を接着しトランスファーモールドした自動車用コントロールユニットが知られている。

特許文献２に示されるようにＢＧＡパッケージと母基板の接続方法が知られている。

特許文献３に示されるようにフレキシブル基板に対してフリップチップを超音波で接合する製造方法が知られている。

特許文献４に示されるようにフレキシブル基板に実装された素子のトランスファーモールドによる封止方法が知られている。

特許第３８４６４３７号公報特開平８−２９８２９６号公報特開２００８−１３０６３６号公報特開２００６−１０８３６２号公報

上記の発明は、特許文献１では、小型化により外形寸法が小さくなると端子間隔が狭くなるため、変速機油中で使用する場合、油中の金属製異物により短絡する問題があった。

特許文献２，特許文献３，特許文献４では、変速機中のように１０Ｇ以上の振動が加わる機械部品に搭載して使用すると、パッケージ部の振動により基板が断線する問題があった。

近年、電子部品を小型，高信頼化し機械部品と一体で使用する機電一体化技術に関して、より小型の機械装置に内蔵する要求が高まってきている。

このためには、電子制御装置自身の小型化，高信頼化と、機械部品内部の複雑な３次元形状に追随する配線自由度が求められている。

本発明者らは、まず複雑な３次元形状に追随する配線自由度を持たせるため可撓性を有し絶縁材で被覆された配線を使用したところ、変速機内部の１０Ｇ以上の振動で電子制御装置が振動し配線が断線する課題があることがわかった。

また、電子制御装置自身の小型化に対し検討したところ、小型化しても機能性を維持する必要があるため電子制御装置が接続するセンサー，駆動装置，コネクタ等の部品数は変わらず、入出力端子数が変わらないため、外形寸法の小型化に伴い、端子幅や端子間隔が狭くなり、振動による端子断線，変速機油中の金属製異物による短絡の課題があることがわかった。

また、小型化しても電子制御装置の発熱量が変わらないため、発熱密度が高くなり高放熱化の課題があることがわかった。

本発明は、上記問題点に鑑みなされたものであり、その目的は、小型，高放熱，高信頼性の機電一体型電子制御装置を提供することにある。

本発明は、表面実装型の電子部品を搭載した基板をトランスファーモールドで樹脂封止した電子制御装置において、複数の電子部品が搭載された基板面に２次元的に配置した導電性ポストを有し、前記基板全体及び前記導電性ポストの一部が封止材で被覆されており、前記金属製ポストの封止材からの露出面が可撓性を有し絶縁材で被覆された配線と電気的に接続されており、前記電気的接続部は弾性を有する絶縁材を介して封止材から露出した金属製固定部により金属製筐体に機械的に押し付けられている事を特徴とする。

また、表面実装型の電子部品を搭載した基板をトランスファーモールドで樹脂封止した電子制御装置において、複数の電子部品が搭載された基板面に２次元的に配置した導電性ポストを有し、金属製ポストが可撓性を有し絶縁材で被覆された配線と電気的に接続されており、前記基板，前記導電性ポスト，前記電気的接続部，前記電気的接続部に面する前記配線の一部が封止材で被覆されており、前記封止材から露出した前記配線面は弾性を有する絶縁材を介して金属製固定部により金属製筐体に機械的に押し付けられている事を特徴とする。

また、表面実装型の電子部品を搭載した基板をトランスファーモールドで樹脂封止した電子制御装置において、複数の電子部品が搭載された基板面に２次元的に配置した導電性ポストを有し、金属製ポストが可撓性を有し絶縁材で被覆された配線と電気的に接続されており、前記基板，前記導電性ポスト，前記電気的接続部，前記配線の一部が封止材で被覆されており、前記封止材は弾性を有する絶縁材を介して金属製固定部により金属製筐体に機械的に押し付けられている事を特徴とする。

ここで、本発明において、基板面に２次元的に配置とは、図４のように基板面の端部に限定されること無く、図５のように任意の位置に端子が配列していることを意味している。

可撓性を有し絶縁材で被覆された配線とは、単層又は多層で配線の一部に屈曲できる可撓性部分を有する配線を意味している。具体的には、フレキシブル配線，リジッドフレキシブル配線等を用いる事ができる。

弾性を有する絶縁材には、引っ張り弾性率１０ＧＰａ以下で体積固有抵抗１０ｅ７Ωcm以上であれば使用できるが、電気的接続部に加わる応力を緩和するため引っ張り弾性率は５００ＭＰａ以下が望ましく、絶縁性を確保するため厚さ５０μｍ以上が望ましく、放熱性を確保するため厚さ１cm以下で熱伝導率１Ｗ／ｍＫ以上が望ましい。ただし、厚さが５００μｍ以下であれば、熱伝導率０.２Ｗ／ｍｋ以上で放熱性が確保できる。

金属製固定部とは、図６に示すリード構造や図７に示す金属製円筒構造のように金属製の固定部のことを意味している。

金属製筐体とは、機械部品の金属製の筐体又は、機械部品の筐体に機械的に固定する金属板のことを意味している。

導電性ポストとは、電気的に伝導性を持った柱のことで、金属製が望ましく、基板面の電子部品より高さが高い必要がある。図８に導電性ポストの形状の一例を示す。

本発明により、小型，高放熱，高信頼性の機電一体型電子制御装置を得ることができる。従って、本発明は、電子制御装置を機械部品に内蔵するエンジン，変速機，モータ等に適応することができるものである。

本発明による構造Ａの断面模式図を示す。本発明による構造Ｂの断面模式図を示す。本発明による構造Ｃの断面模式図を示す。２次元配列していない平面図を示す。２次元配列している平面図を示す。リードフレームを用いた金属製固定部を示す。金属製円筒を用いた金属製固定部を示す。本発明による導電性ポストの構造例を示す。金属製円筒とリードフレームのトランスファーモールド時の比較を示す。本発明による可撓性を有し絶縁材で被覆した配線の位置合わせ穴，切り欠く，認識マークの一例を示す。本発明による可撓性を有し絶縁材で被覆した配線の接続部に設けた貫通穴を示す。本発明による押し付け構造で可撓性を有し絶縁材で被覆された配線の電気的接続部が被覆される原理図を示す。本発明による電気的接続部を接着材で被覆する一例を示す。本発明による電子制御装置の固定構造で耐振性が向上する原理図を示す。本発明による可撓性を有し絶縁材で被覆された配線が、センサー，駆動部品，コネクタと接続する模式図を示す。本発明による可撓性を有し絶縁材で被覆された配線が、予めセンサー，駆動部品，コネクタと接続した配線と接続する模式図を示す。本発明による可撓性を有し絶縁材で被覆された配線が変速機の外まで露出する模式図を示す。本発明による比較例１の断面模式図を示す。本発明による比較例２の断面模式図を示す。

本発明の機電一体型電子制御装置の一実施形態について、図１を用いて説明する。本発明の機電一体型電子制御装置は、ベアチップや電子部品などの表面実装型の電子部品が搭載された基板面（電子回路）に２次元的に配置した導電性ポスト（接続材）を接続している。電子部品搭載面から電気信号を取り出すため、実装密度が高くでき、また、基板面の任意の場所から電気信号の引き出しができるため基板内配線の引き回しが低減でき実装密度向上の効果がある。この導電性ポストは部品実装前に基板に接続しても良いし、電子部品実装後に接続しても良い。導電性ポストと基板の接続には、導電性ペースト，はんだ，銀ろう等を用いる事ができる。

図１に示す本発明の構造Ａの形態では、導電性ポストや電子部品が実装された状態でトランスファーモールドにより基板全体と導電性ポストを封止する。導電性ポストの一面が封止材から露出するようにモールド前にマスキングテープを貼り付けておきモールド後に剥離しても良いし、モールド時に金型に押し付けて封止材が回りこまないようにしても良い。またモールド後、後研磨により露出しても良い。

モールド時の基板位置は、金属製固定部を利用して保持する事が望ましい。金属製固定部が金属製円筒の場合、図７に示すよう円筒の外周部に基板を固定する支持構造を設けておくことが望ましい。図９に示すように、モールド時、金属製円筒により基板を支持するとリードフレームの場合に比べモールド金型盤面を有効に使いモールド取り数を増やし生産性を向上する事ができる。

モールド後に導電性ポストと可撓性を有し絶縁材で被覆された配線（弾性配線）の接続をする。接続のため、導電性ポストの位置と配線の位置あわせが必要になるため、図１０に示すよう位置合わせ用に複数の穴や切り書き又は認識マークを設けておくことが望ましい。これにより、自動化でき生産性が向上できる。

導電性ポストと配線の電気的接続には、導電性ペースト，はんだ，レーザー溶接，超音波接合等に代表される電気的接続方法を用いる事ができる。レーザー溶接や、超音波接続の場合は、図１１に示すよう配線を露出した貫通穴を開けておくと接続が容易にできる効果がある。

この電気的接続部を金属製筐体に弾性を有する絶縁材を介して押し付けると、可撓性を有する基板が変形し、電気的接続部が絶縁材で被覆されるため変速機油中の金属製異物の進入を防ぎ短絡を防止できる効果がある（図１２）。この電気的接続部近傍に接着材を注入し被覆しても金属製異物の進入を防ぎ短絡を防止できる効果がある（図１３）。この様に電子制御装置自身を固定することで、１０Ｇ以上の振動でも可撓性を有する配線の断線を防止し耐振動を高める効果がある。

この配線は変速機内の空間形状にあわせ３次元的に屈曲して用いる事ができるため変速機内のレイアウト自由度が高くなる効果がある。

また、この配線を変速機内の空間形状にあわせ屈曲し、複数の点で金属製筐体に固定する事で耐振性を高める効果がある。

この配線に、センサーやソレノイドのような駆動部品やコネクタ等を直接接続することで小型化できる（図１５）。

また、あらかじめセンサーやソレノイドのような駆動部品やコネクタ等を接続した基板を接続することで生産性を高める事もできる（図１６）。

この配線を筐体外部にまで誘導するとコネクタを無くしさらに小型化，低コスト化できる（図１７）。この場合、配線と筐体の隙間はシリコーン系の柔軟な接着剤でシールする事で防湿性を保てる効果がある。

また、図２に示す本発明の構造Ｂの形態では、導電性ポストと可撓性を有し絶縁材で被覆された配線を接続した後、トランスファーモールドする特徴がある。これは、面積の大きい配線を接続した状態でトランスファーモールドするため構造Ａに比べトランスファーモールド時の取り数が減り生産性が低下するが、電気的接続部が封止材で被覆されており取り扱いしやすいため、外販しやすい効果がある。

また、図３に示す本発明の構造Ｃの形態では、導電性ポストと可撓性を有し絶縁材で被覆された配線を接続した後、トランスファーモールドでフルモールドする特徴がある。これは、面積の大きい配線を接続した状態でトランスファーモールドするため構造Ａに比べトランスファーモールド時の取り数が減り生産性が低下するが、構造Ｂより完全に電気的接続部が封止材で被覆されており取り扱いしやすいため、外販しやすい効果がある。

本発明の機電一体型電子制御装置を変速機内に設置すると自動車の居住空間を広げることができる。

以下、実施例及び比較例を示し本発明の説明をする。表１に実施例１〜６の構成と効果及び比較例１，２の構造を示す。

本実施例は図１に示す構造Ａのタイプである。本実施例では、電子部品を実装している基板面に導電性ポストを接続しているため実装密度が高く、基板面の任意の位置に導電性ポストを接続するため基板内の配線引き回しが低減でき実装密度が高くできる。また、２次元配列のため端子間隔を広くできる。金属円筒で基板を支持してトランスファーモールドするため１ショットでの取り数が多くできトランスファーモールド生産性を向上できる。フレキシブル基板からなる配線は、熱伝導率が高いシリコーン樹脂シートを介して電子制御装置自身とともに金属製筐体に固定されるため放熱性が高く、耐振性が高く、油中の金属製異物に対する耐性が高い。フレキシブル基板で電子制御装置からセンサー，駆動部品，コネクタ等に直接接続するため変速機内のレイアウト自由度が高い。基板にプリント基板を用いているためコストが安い効果がある。

本実施例は図１に示す構造Ａのタイプである。本実施例では、電子部品を実装している基板面に導電性ポストを接続しているため実装密度が高く、基板面の任意の位置に導電性ポストを接続するため基板内の配線引き回しが低減でき実装密度が高くできる。また、２次元配列のため端子間隔を広くできる。フレキシブル基板からなる配線には厚さ５０μｍのポリイミドを接着しておりこの部分を介して電子制御装置自身とともに金属製筐体に固定される。絶縁材厚さが薄いため放熱性が高く、固定構造により耐振性が高く、油中の金属製異物に対する耐性が高い。フレキシブル基板で電子制御装置からセンサー，駆動部品，コネクタ等に直接接続するため変速機内のレイアウト自由度が高い。基板にプリント基板を用いているためコストが安い効果がある。

本実施例は図１に示す構造Ａのタイプである。本実施例では、銀ろうにより導電性ポストをあらかじめ接合したセラミック基板を用いている。幾分コスト高であるが生産しやすい効果がある。電子部品を実装している基板面に導電性ポストを接続しているため実装密度が高く、基板面の任意の位置に導電性ポストを接続するため基板内の配線引き回しが低減でき実装密度が高くできる。また、２次元配列のため端子間隔を広くできる。フレキシブル基板からなる配線は、熱伝導率が高いシリコーン樹脂シートを介して電子制御装置自身とともに金属製筐体に固定されるため放熱性が高く、耐振性が高く、油中の金属製異物に対する耐性が高い。フレキシブル基板で電子制御装置からセンサー，駆動部品，コネクタ等に直接接続するため変速機内のレイアウト自由度が高い。

本実施例は図２に示す構造Ｂのタイプである。本実施例では、電子部品を実装している基板面に導電性ポストを接続しているため実装密度が高く、基板面の任意の位置に導電性ポストを接続するため基板内の配線引き回しが低減でき実装密度が高くできる。また、２次元配列のため端子間隔を広くできる。フレキシブル基板からなる配線は、熱伝導率が高いシリコーン樹脂シートを介して電子制御装置自身とともに金属製筐体に固定されるため放熱性が高く、耐振性が高く、油中の金属製異物に対する耐性が高い。フレキシブル基板で電子制御装置からセンサー，駆動部品，コネクタ等に直接接続するため変速機内のレイアウト自由度が高い。プリント基板を用い低コストであるが、トランスファーモールドの取り数が少なくなるため若干コスト高となっている。さらに配線が一体となっているため電子制御装置単体での外販がしやすい効果がある。

本実施例は図２に示す構造Ｂのタイプである。本実施例では、電子部品を実装している基板面に導電性ポストを接続しているため実装密度が高く、基板面の任意の位置に導電性ポストを接続するため基板内の配線引き回しが低減でき実装密度が高くできる。また、２次元配列のため端子間隔を広くできる。フレキシブル基板からなる配線は、熱伝導率が高いシリコーン樹脂シートを介して電子制御装置自身とともに金属製筐体に固定されるため放熱性が高く、耐振性が高く、油中の金属製異物に対する耐性が高い。電子制御装置は、あらかじめセンサー，駆動部品，コネクタ等を接続した配線に接続するためトランスファーモールド時の配線面積を小さくできトランスファーモールドの１ショットでの取り数が増え生産性向上により低コスト化できる。また、フレキシブル基板を用いるため変速機内のレイアウト自由度が高い。さらに配線が一体となっているため電子制御装置単体での外販がしやすい効果がある。

本実施例は図３に示す構造Ｃのタイプである。本実施例では、電子部品を実装している基板面に導電性ポストを接続しているため実装密度が高く、基板面の任意の位置に導電性ポストを接続するため基板内の配線引き回しが低減でき実装密度が高くできる。また、２次元配列のため端子間隔を広くできる。リジッドフレキシブル基板からなる配線は、リジッド部分で導電性ポストと接続するため位置合わせ精度が向上し歩留まりが上がる効果がある。また、フレキシブル部分の効果により変速機内のレイアウト自由度が高い効果がある。さらに配線が一体となっているため電子制御装置単体での外販がしやすい効果がある。

〔比較例１〕
比較例１の断面模式図を図１８に示す。比較例１の電子制御装置は、プリント基板上面に電子部品を実装しトランスファーモールド封止している。さらに基板裏面に配列した半だボールを介してフレキシブル基板に接続している。この接続部にはエポキシ樹脂製のアンダーフィル材を充填し硬化している。フレキシブル配線と金属製筐体はネジにより固定している。

比較例１の構造では、基板の片面に電子部品を実装するため実装密度が低く、必要な機能が搭載できない問題がある。また、電子制御装置の振動によりフレキシブル基板が断線する問題がある。

〔比較例２〕
比較例２の断面模式図を図１９に示す。比較例２の電子制御装置は、電子部品を搭載した基板端部からリードフレームで端子を取り出している。このため端子が細くなり振動により端子が断線する問題がある。また、端子間隔が狭くなるため変速機油中の金属製異物による短絡の問題がある。

実施例１〜６及び比較例１，２の電子制御装置の構造と効果を表１に示す。表１の結果から、本実施例の構造により、信頼性（耐オイル性，放熱性，温度サイクル信頼性）とともに密度実装の向上が図れることが分かる。

１封止材
２基板
３可撓性を有し絶縁材で被覆した配線
４電気的接続部
５弾性を有する絶縁材
６金属製筺体
７金属製円筒
８導電性ポスト
９金属製リング
１０ネジ
１１基板支持構造
１２リードフレーム
１３トランスファーモールド金型
１４金型キャビティー
１５プランジャー
１６タブレット投入部
１７引き回し配線
１８離型シート
１９実装部品
２０穴あけ
２１切り欠き
２２認識マーク
２３配線導体
２４貫通穴
２５接続材料
２６接着材
２７電子制御装置
２８コネクタ
２９駆動部品
３０センサー
３１機械的固定部
３２配線
３３アンダーフィル材
３４半田ボール
３５機械部品の筺体
３６接着シール材

Claims

電子部品とそれを搭載した基板とから成る電子回路を樹脂により封止した回路部品を備え、変速機の内部に設置される変速機制御装置において、
前記樹脂を貫通し、前記電子回路と前記樹脂の外側とを電気的に接続するための接続材と、
弾性絶縁体と、
前記回路部品と前記弾性絶縁体との間に設けられ、一部分が絶縁材で被覆された弾性配線と、
前記弾性絶縁体と前記弾性配線とを金属筐体に固定する固定手段とを備え、
前記弾性配線の被覆されていない部分と前記接続材とが電気的に接続されたことを特徴とする変速機制御装置。
請求項１において、
前記弾性配線の被覆されていない部分には、センサー，ソレノイドまたはコネクタが電気的に接続されることを特徴とする変速機制御装置。
表面実装型の電子部品を搭載した基板をトランスファーモールドで樹脂封止した電子制御装置において、
複数の電子部品が搭載された基板面に２次元的に配置した導電性ポストを有し、前記基板全体及び前記導電性ポストの一部が封止材で被覆されており、前記金属製ポストの封止材からの露出面が可撓性を有し絶縁材で被覆された配線と電気的に接続されており、前記電気的接続部は弾性を有する絶縁材を介して封止材から露出した金属製固定部により金属製筐体に機械的に押し付けられていることを特徴とする機電一体型電子制御装置。
請求項１において、前記配線には前記導電性ポストと位置を合わせる複数の穴又は切り欠きを有することを特徴とする機電一体型電子制御装置。
請求項１において、前記電子制御装置は、機械部品の金属製筐体内部に設置されることを特徴とする機電一体型電子制御装置。
請求項３において、前記可撓性を有し絶縁材で被覆された配線にはセンサー，駆動装置，コネクタのいずれか又は複数が直接接続されていることを特徴とする機電一体型電子制御装置。
請求項５において、前記可撓性を有し絶縁材で被覆された配線は、立体的に湾曲した状態で、複数の固定点により前記金属製筐体に固定されている事を特徴とする機電一体型電子制御装置。
請求項５において、前記可撓性を有し絶縁材で被覆された配線は、金属製筐体外部に露出している事を特徴とする機電一体型電子制御装置。
請求項３において、
前記電気的接続部は接着材で被覆されていることを特徴とする機電一体型電子制御装置。
表面実装型の電子部品を搭載した基板をトランスファーモールドで樹脂封止した電子制御装置において、
複数の電子部品が搭載された基板面に２次元的に配置した導電性ポストを有し、金属製ポストが可撓性を有し絶縁材で被覆された配線と電気的に接続されており、前記基板，前記導電性ポスト，前記電気的接続部，前記電気的接続部に面する前記配線の一部が封止材で被覆されており、前記封止材から露出した前記配線面は弾性を有する絶縁材を介して金属製固定部により金属製筐体に機械的に押し付けられている事を特徴とする機電一体型電子制御装置。
請求項１０において、前記配線には前記導電性ポストと位置を合わせる複数の穴又は切り欠きを有することを特徴とする機電一体型電子制御装置。
請求項１０において、前記可撓性を有し絶縁材で被覆された配線は２層以上の配線であり、前記配線の封止材と接する外縁部にはダミー配線を有することを特徴とする機電一体型電子制御装置。
請求項１０において、前記電子制御装置は、機械部品の金属製筐体内部に設置されることを特徴とする機電一体型電子制御装置。
請求項１３において、
前記可撓性を有し絶縁材で被覆された配線にはセンサー，駆動装置，コネクタのいずれか又は複数が直接接続されていることを特徴とする機電一体型電子制御装置。
請求項１３において、
前記可撓性を有し絶縁材で被覆された配線には、センサー，駆動装置，コネクタのいずれか又は複数が直接接続されている第二の配線が接続されていることを特徴とする機電一体型電子制御装置。
表面実装型の電子部品を搭載した基板をトランスファーモールドで樹脂封止した電子制御装置において、複数の電子部品が搭載された基板面に２次元的に配置した導電性ポストを有し、金属製ポストが可撓性を有し絶縁材で被覆された配線と電気的に接続されており、前記基板，前記導電性ポスト，前記電気的接続部，前記配線の一部が封止材で被覆されており、前記封止材は弾性を有する絶縁材を介して金属製固定部により金属製筐体に機械的に押し付けられている事を特徴とする機電一体型電子制御装置。
請求項１６において、前記配線には前記導電性ポストと位置を合わせる複数の穴又は切り欠きを有することを特徴とする機電一体型電子制御装置。
請求項３に記載の機電一体型電子制御装置を搭載した変速機。