JP6582052B2 - 電子制御装置または車載電子制御装置の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、自動車用に用いられるエンジンコントロールユニットや自動変速機コントロールユニットなどの電子制御装置に関わり、特に、電子制御装置の筐体構造に関する。

環境問題、エネルギー問題を背景に自動車の電装化が加速しており、電子制御装置の搭載数が大幅に拡大している。これにより、電子制御装置の搭載場所が限られ、自動車の中でも環境が厳しいエンジンルームへの搭載が余儀なくされている。一方で、自動車の快適性向上に向けた、キャビンスペースの拡大に伴い、エンジンルームが小型化されてきている。このように、小型化されるエンジンルームに多数の電子制御装置、それらのワイヤーハーネスが配置されるため、レイアウト難、重量増加、コスト増加が問題となっている。このため、電子制御装置には、小型化、軽量化、低コスト化が求められている。加えて、ワイヤーハーネスが短縮される傾向にある。これに伴い、例えばエンジン制御装置は、よりエンジンに近い位置に搭載されることとなり、エンジンの高熱、高振動がエンジン制御装置に及ぼす影響が懸念される。よって電子制御装置の耐熱性、耐振動性を向上させる必要がある。この対応策として電子部品を実装した制御基板を樹脂封止する構造が知られている（特許文献１参照）。

特許文献１に記載の電気電子モジュールは、電子回路が搭載される電子回路基板と、この電子回路基板を搭載するための金属ベースとを備え、電子回路基板を樹脂により封止し、金属ベースと封止樹脂との接着界面の外周部に樹脂組成物を充填する。これにより、万一、封止樹脂と金属ベースの接着界面が剥離しても、接着界面の外周部が外部環境に接することが抑制され、電子回路基板の外部環境への接触を抑制することができる。

特開2010-56186号公報

しかしながら、金属ベースと封止樹脂との接着界面の外周部に沿って樹脂組成物を充填することにより、充填工程追加による生産効率の低下、及び樹脂組成物使用による高コスト化が問題となる。また、長期信頼性を考慮した場合、接着界面を剥離させる主原因のひとつである環境温度変化時の金属ベースと封止樹脂との熱膨張係数差に起因する引き剥がし応力を低下させる対策が必要である。更に、封止樹脂と立ち上がり面の間に形成される凹部に樹脂組成物を充填したことにより水分が溜まりにくくなるが、当該製品が設置される角度によっては接着界面の外周部に水分が溜まってしまう懸念もある。

よって、低コストで生産プロセスを簡易化でき、高信頼な電子制御装置を提供することが課題である。

本発明の電子制御装置は、電子部品と、電子部品を実装した制御基板と、制御基板を封止する封止樹脂とを備え、車室外部またはエンジンルームに設置される電子制御装置において、制御基板を固定するハウジングケース（板状部材）を備え、ハウジングケースの外周が封止樹脂で覆われていることを特徴とする。板状部材は、板状部材の外周に設けられた立ち上がり部と、立ち上がり部の外周縁の一部が内周に向かって切り欠かれた切り欠きを有し、立ち上がり部によって囲まれる内側の空間に制御基板が収納され、切り欠きを含む前記立ち上がり部の外周は、封止樹脂で覆われている。そして、制御基板を外部機器と電気接続するためのコネクタを更に備え、コネクタは、固定板と、固定板に保持された端子と、位置決め用ピンと、を有し、板状部材は、コネクタの位置決め用ピンが挿入可能な貫通孔を有し、コネクタのピンが板状部材の貫通孔に挿入されることによってコネクタが板状部材に固定される。また、本発明の電子制御装置の製造方法は、放熱フィンおよび貫通孔を備え、外周に立ち上がり部が設けられた板状部材を、放熱フィンの各々の先端および側面と金型との間に空間を設けるように金型に固定するセット工程と、板状部材と板状部材の立ち上がり部に囲まれる内周側の空間に固定された制御基板とを樹脂で封止する封止工程と、を備え、封止工程において、板状部材の立ち上がり部の外周面を樹脂で覆い、かつ板状部材と制御基板との間の樹脂を、貫通孔を介して放熱フィンと金型との間へ充填させる。また、本発明の電子制御装置の製造方法の他の態様は、放熱フィンおよび貫通孔を備え外周に立ち上がり部が設けられた板状部材を、放熱フィンの各々の先端および側面と金型との間に空隙を設けるように金型に固定するセット工程と、板状部材と板状部材の立ち上がり部に囲まれる内周側の空間に固定された制御基板とを樹脂で封止する封止工程と、を備え、封止工程において、板状部材の立ち上がり部の外周面を樹脂で覆い、かつ空隙を介し、放熱フィンと金型との間へ樹脂を充填させる。

本発明によれば、低コストと生産性を両立した高信頼性の電子制御装置を提供することができる。

電子制御装置の断面図 実施例１の電子制御装置の構成と組立て手順 実施例２の熱かしめ部の拡大断面図 実施例３の電子制御装置の構成 実施例４の電子制御装置の構成と組立て手順 実施例５の電子制御装置の構成と組立て手順

以下、本発明を適用した具体的な実施形態について、電子制御装置の構成と組立て手順を添付図面に基づいて説明する。

図１は、第１の本実施形態の電子制御装置３０を示す断面図である。

図２は、図１に示す電子制御装置３０の構成と組立て手順である。

図１、図２に示すように、本発明の電子制御装置３０はマイクロコンピュータ等の電子部品１を実装した制御基板２と、板状部材であるハウジングケース３と、コネクタ４と、封止樹脂５から構成される。

図２（ａ）に示すように、ハウジングケース３は電子部品の発熱を電子制御装置３０の外部に放熱するための放熱フィン６を有するヒートシンク７、電磁ノイズをシールドする電磁シールド部８、及び電子制御装置３０を車両に固定するための車両固定部９を一体成形してもよい。材料は、高い熱伝導性、シールド性、及び剛性を有した金属材料であることが好ましく、量産性、軽量化、放熱性、コストの観点から、アルミニウム、またはアルミニウム合金であるとよい。このようにヒートシンク７、シールド部８、及び車両固定部９を一体化することで、部品点数が削減できるため、低コスト化、及び生産性の向上を図ることができる。

また、電子部品１からヒートシンク７等ハウジングケース３へ向けて放熱された熱は、車両固定部９がハウジングケース３と一体成形されている場合、車両固定部９を介した車体への放熱性を向上することが出来る。

ここで、ハウジングケース３の表面は、封止樹脂５との密着性を向上させるため、粗化処理、またはアルマイト処理による酸化処理をするとよい。これにより、ハウジングケース３と封止樹脂５の密着力が向上し、環境温度変化や、振動等により発生する応力に対して封止樹脂５が剥がれ難くなり、密着信頼性が向上する。

コネクタ４は図２（ｂ）に示すように、車両側ハーネスと制御基板２とを接続するための端子１０と、端子１０を規定のピッチに整列させ、且つ保持するための固定板１１から成るコネクタ部組み１２を製作する。尚、固定板１１は、後述するハウジングケース３への挿入性向上、位置決めを容易とするためのピン１３を有し、ピン１３の本数は２以上あるとよい。端子１０の材料は、導電性、小型化、コストの観点から銅、または銅合金であるとよい。固定板１１の材料は、軽量で耐熱性に優れる点から、ＰＢＴ（Ｐｏｌｙｂｕｔｙｌｅｎｅ Ｔｅｒｅｐｈｔｈａｌａｔｅ）樹脂、ＰＡ（Ｐｏｌｙａｍｉｄｅ）６６樹脂、ＰＰＳ（Ｐｏｌｙｐｈｅｎｙｌｅｎｅ Ｓｕｌｆｉｄｅ）樹脂を用いるとよい。
続いて、図２（ｃ）に示すように、ハウジングケース３とコネクタ部組み１２を組み立てる。その際、コネクタ部組み１２のピン１３をハウジングケース３の対向する貫通孔に挿入し、固定板１１をハウジングケース３に突き当てることで、コネクタ部組み１２とハウジングケース３の位置決めを行う。

ハウジングケース３に対するコネクタ部組み１２の位置が決まったら、図２（ｄ）に示すように、ハウジングケース３から突出したピン１３の先端を熱かしめにより固定する。

コネクタ部組み１２の固定後、図２（ｅ）、（ｆ）に示すように、マイクロコンピュータ等の電子部品１を実装した制御基板２をダイカストケース３に組み付ける。その際、外部からの電磁ノイズの影響を受けやすい電子部品、及び電磁ノイズを発生しやすい電子部品、例えば、マイクロコンピュータ、水晶振動子等を制御基板２のハウジングケース３と対向する面に実装する。これにより、電子部品１がハウジングケース３と制御基板２の配線層に囲まれるため、電磁シールド性が向上する。より電磁シールド性を向上させるため、制御基板２の配線層のうち一層、または電子部品１が実装される周辺にベタパターンを設けると良い。これにより、ハウジングケース３と対向しない面からの電磁ノイズに対してもシールド性を向上出来る。

制御基板２は、ガラスエポキシ樹脂等をベースとした樹脂配線板を用い、制御基板２に電子部品１を接続する際は、Ｓｎ−Ｃｕはんだ、Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕはんだ、Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ−Ｂｉはんだ等の鉛フリーはんだを用いて接続した。制御基板２をハウジングケース３の基板受け部（非表示）に設置することで、高さ方向の位置を決め、続いてネジ（非表示）を用いて制御基板２をハウジングケース３に固定する。ネジによる固定点数は３以上とするとよい。コネクタ部組み１２の端子１０と制御基板２との接続は、端子１０が挿入された制御基板２のスルーホール部１７を、Ｓｎ−Ｃｕはんだ、Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕはんだ、Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ−Ｂｉはんだ等の鉛フリーはんだを用いて接続した。尚、コネクタ４のタイプは、面実装タイプ、プレスフィットタイプであってもよい。

ここで重要なことは、コネクタ部組み１２の固定方法であり、コネクタ部組み１２をハウジングケース３ではなく、制御基板２に固定する場合、位置決めピン１３を制御基板２に挿入することになるために、制御基板２に位置決めピン１３用の貫通孔が必要となるため、その分、基板面積が大きくなってしまう。また、コネクタ部組み１２の端子１０と制御基板２のスルーホール部１７を接合した場合、接合による熱履歴によりコネクタ部組み１２と制御基板２がそれぞれ膨張・収縮し、その膨張・収縮量がコネクタ部組み１２と制御基板２とでは異なるために、接合後のコネクタ部組み１２と制御基板２に反りが発生してしまう。更に、接合後のコネクタ部組み１２と制御基板２をハウジングベース３に固定する際に、ハウジングベース３の方が剛性が大きく、基板受け面が平らであるために、剛性が小さいコネクタ部組み１２と制御基板２の反りが戻されてしまい、端子１０とスルーホール部１７の接合部に引き剥がし応力が発生してしまう。

このような問題が生じることから、コネクタ部組み１２の固定方法は、本実施例に述べたとおり、まずコネクタ部組み１２をハウジングケース３に固定し、その後に、コネクタ部組み１２の端子１０と制御基板２のスルーホール部１７を接合するとよい。この方法を追加で実施することにより、さらにコネクタ部組み１２と制御基板２の反りを抑制でき、端子１０とスルーホール部１７接合部への応力発生も抑制可能となる。

このように製作したサブアッシー２０を図２（ｇ）に示すように、樹脂封止するための金型にセットする。本実施例では可動型となる上型１８にサブアッシーをセットし、上型を可動させ、固定型となる下型１９にセットした。樹脂封止後に樹脂５から露出させたいハウジングカバー３のフィン部６、及び車両固定部９は、樹脂成形時に樹脂が流れ込まないようにするため、金型で押さえる構造とした。

封止樹脂５の流動性を確保し、金型内の細部にわたり樹脂充填させるため、金型、サブアッシー、樹脂を予熱しておくとよい。封止樹脂５は熱硬化性のエポキシ樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、または、熱可塑性樹脂であってもよい。封止工法としては、トランスファーモールド、圧縮成形、射出成形、ホットメルトで、封止樹脂５の物性値は、線膨張係数が１０〜３０×１０^−６／℃、熱伝導率が０．５〜３Ｗ／ｍＫであるとよい。

金型内への樹脂充填完了後、金型内で封止樹脂５を硬化させ、硬化後、金型を開き、樹脂成形品を取り出し、図２（ｈ）に示す電子制御装置を完成させる。

その際、車両固定部９を除くハウジングケース３の外周２２の全面が、図１に示すように封止樹脂５で覆われているようにする。これにより、ハウジングケース３の外周２２を封止樹脂５で覆わない場合よりも、制御基板２からハウジングケース３と封止樹脂５の密着端部２３までの密着長さが増加するため、防水・防塩水信頼性を向上できる。更に、外周２２を封止樹脂５で覆う構造の効果として、振動や熱影響に対するハウジングケース３の変形を封止樹脂５で押さえ込むことができるため、振動や熱影響のある環境においても、防水・防塩水信頼性を向上できる。加えて、振動や熱影響に対するハウジングケース３の変形を封止樹脂５で押さえ込むことの効果として、ハウジングケース３の変形が制御基板２と電子部品１を接合するはんだ接続部に与える歪を低減できるため、はんだ接続信頼性も向上できる。

なお、車両固定部９も封止樹脂５で覆っても良い。これにより、ハウジングケース３と封止樹脂５の密着端部が無くなるため、密着信頼性が向上する。

また、ハウジングケース３と封止樹脂５の密着端部２３において、ハウジングケース３の表面と封止樹脂５の表面が、同一面にあるとよい。これにより、密着端部２３に水、塩水、異物の溜まりを抑制できる。

更に、コネクタ端子固定板１１の熱かしめ部を封止樹脂５で覆うとよい。これにより熱かしめ部の劣化を抑制でき、熱かしめ部からの水、塩水浸入を抑制できる。

最後に、コネクタ４のハウジング２１も封止樹脂５にて一体成形する。これにより、コネクタハウジングを別部品で必要としないため、部品点数削減により、コストメリットと生産性の向上が期待される。

実施例２の形態を実施例１と比較し説明する。実施例１では、ハウジングケース３外周の立ち上がり部は垂直に立ち上がっているが、実施例２では、図３に示すように傾斜部１４をもつ形状とした。これにより、垂直に立ち上がる場合よりも封止樹脂５との接着面積が増加し、密着信頼性が向上する。

実施例３の形態を実施例１と比較し説明する。実施例１では、ハウジングケース３外周の立ち上がり部は垂直に立ち上がっているが、実施例３では、図４に示すように凹部１５をもつ形状とした。これにより、垂直に立ち上がる場合、傾斜部をもつ場合よりも封止樹脂５との接着面積が増加し、密着信頼性が向上する。

実施例４の形態を実施例１と比較し説明する。実施例１では、ハウジングケース３の放熱フィン部６を封止樹脂５から露出する構造としたが、実施例４では、ハウジングケース３の放熱フィン部６を封止樹脂５で覆う場合について、電子制御装置３０の構成と組立て手順を図５に基づいて説明する。

図５（ａ）に示すように、放熱フィン６部において金型２５を掘り込む幅、または深さを放熱フィン６よりも大きくして放熱フィンと金型との間に空間を作り、またハウジングケース３の放熱フィン６間に貫通孔２４を設ける。貫通孔２４は複数あってもよい。これにより、図５（ｂ）に示すように、樹脂成形の際に封止樹脂５が貫通孔２４を通り放熱フィン６部に供給可能となる。放熱フィン６を覆う封止樹脂５ａの厚みは数十μｍ程度が良く、これにより、熱放射率が向上するため放熱性の向上が期待される。

実施例５の形態を実施例２と比較し説明する。実施例５では、ハウジングケース３の放熱フィン部６を封止樹脂５で覆う構造としたが、実施例３では、ハウジングケース３の放熱フィン６を覆う封止樹脂５ａとハウジングケース外周の立ち上がり部を覆う封止樹脂５ｂとが一体化される場合について、電子制御装置３０の構成と組立て手順を図６に基づいて説明する。

図６（ａ）に示すように、放熱フィン６の端部とハウジングケース外周の立ち上がり部で囲まれる領域において、金型２５を押し当てずにクリアランス（空隙）を設けるようにする。これにより、樹脂成形時に、封止樹脂５がハウジングケース外周からも放熱フィン６に向かって供給されるために、実施例２よりも樹脂充填性が向上する。更に、図６（ｂ）に示すように、ハウジングケース３の放熱フィン６を覆う封止樹脂５ａとハウジングケース外周の立ち上がり部を覆う封止樹脂５ｂとが一体化されることで、ハウジングケース３と封止樹脂５の密着端部が無くなるため、密着信頼性が向上する。

以上、本発明に係る制御装置の実施形態について詳述したが、本発明は、前記の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の精神を逸脱しない範囲で、種々の設計変更を行うことができるものである。

１…電子部品、２…制御基板、３…ハウジングケース、４…コネクタ、５…封止樹脂、５ａ…放熱フィンを覆う封止樹脂、５ｂ…ハウジングケース外周の立ち上がり部を覆う封止樹脂、６…放熱フィン、７…ヒートシンク、８…電磁シールド部、９…車両固定部、１０…端子、１１…固定板、１２…コネクタ部組み、１３…ピン、１４…傾斜部、１５…凹部、１７…スルーホール部、１８…上型、１９…下型、２０…サブアッシー、２１…コネクタのハウジング、２２…ハウジングケースの外周、２３…ハウジングケースと封止樹脂の密着端部、２４…貫通孔、２５…金型、３０…電子制御装置

Claims (14)

1. 電子部品と、
   前記電子部品を実装した制御基板と、
   前記制御基板を封止する封止樹脂と、を備え、車室外部またはエンジンルームに設置される電子制御装置において、
   前記電子制御装置は、前記制御基板と対向する板状部材を備え、
   前記板状部材は、前記板状部材の外周に設けられた立ち上がり部と、前記立ち上がり部の外周縁の一部が内周に向かって切り欠かれた切り欠きを有し、
   前記立ち上がり部によって囲まれる内側の空間に前記制御基板が収納され、
   前記切り欠きを含む前記立ち上がり部の外周は、前記封止樹脂で覆われ、
   前記制御基板を外部機器と電気接続するためのコネクタを更に備え、
   前記コネクタは、固定板と、前記固定板に保持された端子と、位置決め用ピンと、を有し、
   前記板状部材は、前記位置決め用ピンが挿入可能な貫通孔を有し、
   前記位置決め用ピンが前記貫通孔に挿入されることによって前記コネクタが前記板状部材に固定されていることを特徴とする電子制御装置。
2. 前記板状部材と前記封止樹脂との密着面の端部において、前記板状部材の表面と前記封止樹脂の表面が同一面にあることを特徴とする請求項１に記載の電子制御装置。
3. 前記板状部材は前記電子制御装置を車体に取り付けるための車体固定部を備え、前記車体固定部を除いて、前記封止樹脂は前記板状部材の外周を覆っていることを特徴とする請求項１または２に記載の電子制御装置。
4. 前記切り欠きは、前記制御基板を挟んで、前記車体固定部が設けられる側とは反対側に形成されることを特徴とする請求項３に記載の電子制御装置。
5. 前記板状部材は放熱フィンを備え、前記放熱フィンが露出することなく前記封止樹脂で覆われていることを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の電子制御装置。
6. 前記放熱フィンを覆っている封止樹脂と前記板状部材の外周の封止樹脂とが繋がっていることを特徴とする請求項５に記載の電子制御装置。
7. 前記板状部材は貫通孔を備え、前記貫通孔を介して前記放熱フィンを覆っている封止樹脂と前記板状部材と前記制御基板との間を充填している封止樹脂とが繋がっていることを特徴とする請求項５または６のいずれか一項記載の電子制御装置。
8. 前記板状部材は、前記封止樹脂と密着する箇所の表面が粗化または酸化していることを特徴とする請求項１から７のいずれか一項記載の電子制御装置。
9. 前記板状部材は、アルミニウム、またはアルミニウム合金であることを特徴とする請求項１から８のいずれか一項に記載の電子制御装置。
10. 前記封止樹脂は、熱硬化性樹脂であることを特徴とする請求項１から９のいずれか一項に記載の電子制御装置。
11. 前記封止樹脂の線膨張係数は１０〜３０×１０^−６／℃であることを特徴とする請求項１から１０のいずれか一項記載の電子制御装置。
12. 前記封止樹脂の熱伝導率は０．５〜３Ｗ／ｍＫであることを特徴とする請求項１から１１のいずれか一項に記載の電子制御装置。
13. 放熱フィンおよび貫通孔を備え、外周に立ち上がり部が設けられた板状部材を、前記放熱フィンの各々の先端および側面と金型との間に空間を設けるように前記金型に固定するセット工程と、
    前記板状部材と前記板状部材の前記立ち上がり部に囲まれる内周側の空間に固定された制御基板とを樹脂で封止する封止工程と、を備え、
    前記封止工程において、前記板状部材の前記立ち上がり部の外周面を前記樹脂で覆い、かつ前記板状部材と前記制御基板との間の前記樹脂を、前記貫通孔を介して前記放熱フィンと前記金型との間へ充填させることを特徴とする車載電子制御装置の製造方法。
14. 放熱フィンおよび貫通孔を備え外周に立ち上がり部が設けられた板状部材を、前記放熱フィンの各々の先端および側面と金型との間に空隙を設けるように前記金型に固定するセット工程と、
    前記板状部材と前記板状部材の前記立ち上がり部に囲まれる内周側の空間に固定された制御基板とを樹脂で封止する封止工程と、を備え、
    前記封止工程において、前記板状部材の前記立ち上がり部の外周面を前記樹脂で覆い、かつ前記空隙を介し、前記放熱フィンと前記金型との間へ前記樹脂を充填させることを特徴とする車載電子制御装置の製造方法。

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