JP6611920B2 - 媒体に対して密閉された自動車用制御装置および制御装置の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、独立請求項の上位概念部に記載の自動車用制御装置およびその製造方法に関する。

自動車技術においては、変速機、エンジンまたはブレーキのシステムのような構成要素が、とりわけ電子的に制御されることが多くなってきている。この場合、統合型のメカトロニクス制御へと向かう開発が行われており、つまり制御電子装置および対応する電子構成要素たとえばセンサまたはバルブを、変速機、エンジンまたはブレーキシステムに組み込むようにする開発が行われている。したがって、制御装置は一般に多数の電子構成要素を備えており、それらの電子構成要素は、制御装置外部の他の構成要素と接続される。この種の「周辺の」電子装置の場合には、保護された別個の電子空間内にそれらの制御装置が収容されておらず、したがって、相応の周囲環境の影響ならびに機械的、熱的および化学的な負荷に耐えなければならない。この目的で、それらの制御装置は通常、特別なケーシングに収められる。

ケーシング外に位置する構成要素に信頼性を伴って接続するために、ケーシング内側からケーシング外側への電気的な接続が必要とされる。

通常、この種の制御装置のための回路支持体が構築されてケーシング内に収容され、ついでこのケーシングが封止される。これに関する一例が、独国特許出願公開第１０２００７０３８３３１号明細書に記載されている。ただし、このようなケーシング構造によっても、拡散または浸透に対する絶対的な密閉性は保証されない。時間の経過と共に有害ガスが回路支持体に到達して、金属の腐食が発生するおそれがある。

代替的なコンセプトによれば、回路支持体を保護するために回路構造全体がモールド材料によって完全に鋳込まれて覆われる。これに関する一例が、独国特許出願公開第１０２０１１０８２５３７号明細書に記載されている。これによれば、モールドプロセスのプロセス管理を正確に遵守しなければならない。さもないと、ケーシングで覆われていない電子部品いわゆるベアダイが用いられ、それらが金線接続を介して回路支持体と電気的に接続されている場合に、いわゆるボンディングワイヤのドリフトが生じてしまう。さらに、モールド材料の熱膨張係数が、支持体基板、部品等から成る構造全体に正確に整合されていなければならない。さもないと、温度負荷が加わったときに、モールド材料と構造との間に亀裂が形成されてしまうおそれがある。

回路空間を密閉するさらに別の可能性は、ケーシングを特殊鋼カバーと溶接することである。この方法はかなりコストがかかり、特にガラス貫通孔を介して回路支持体から特殊鋼ケーシングを通って外部へと電気接続端子を導かなければならない。この場合、プロセス中にエラーが生じやすい。さらに、溶接プロセスによってケーシング内部に発生するガスを再び排出するのは、ほとんど不可能である。

本発明の基礎とする課題は、有害ガスおよびギアオイルなどの侵食性媒体から回路および回路支持体が完全に保護されるようにし、これと同時に、従来公知の制御装置よりも製造コストが低減されるようにした、自動車用制御装置を提供することである。

本発明によれば、この課題は、請求項１の特徴を有する制御装置によって解決される。

本発明によれば、以下のような制御装置が開示される。すなわちこの制御装置は、特に平坦な周回エッジ領域を有するケーシングカバーと、導体路が集積された平坦な電気的接続装置とを備えている。ケーシングカバーは、エッジ領域において接続装置と、接続継合部を形成しながら少なくとも部分的に材料同士の結合により接続されており、かつ接続装置と共に中空室を取り囲んでいる。ケーシングカバーと接続装置との間における材料同士の結合は特に、接着、ラミネートまたははんだ付けにより形成されている。

接続装置上には、中空室内部に少なくとも１つの電子部品が配置されており、接続装置によってこの電子部品が、中空室外部の電子部品と電気的に接続される。ケーシングカバーは、その表面全体において周回エッジ領域を超えて射出成形されたポリマーにより、媒体に対し密閉された状態で包囲されており、その際に、ケーシングカバーは好ましくはプラスチックまたは金属から成り、ポリマーは主にモールド材料として、接着剤として、または樹脂として形成されている。

電子部品にはたとえば、コンデンサ、コイルまたはマイクロプロセッサが含まれる。通常、電子部品は、接続装置の導体路を介して、および／またはボンディングされた金線によって、互いに電気的に接続されている。

ケーシングカバーによって、制御装置ケーシング内部の電子部品は、オイル特に侵食性オイルならびに有害なガスおよび化学物質から保護されている。さらに、電子部品は、塩または処理残留物から保護されている。オイル、ガス、塩および／または残留物は、たとえば変速機内に存在しており、この変速機のところに、またはこの変速機の内部に、制御装置が配置される。対応する導体路も、ケーシングカバーによって保護される。この目的で、カバーは既述のように、エッジ領域において材料同士の結合により接続装置と接続されており、これによって接続装置と共に、密閉された中空室が電子部品の周囲に形成される。これに加え、ケーシングカバーはその際に、周回エッジ領域を超えて特に全体的に射出成形されたポリマーにより、媒体に対し密閉された状態で包囲される。有利には、これによって、媒体に対し密閉性のない材料から成るケーシングカバーであっても用いることができ、したがって、一般的にケーシングカバーにかかるコストも低くなる。このようにして、制御装置構造が周囲に対し密閉封止される。

形状による結合によって接続されたカバーとは異なり、特に接続継合部の領域において、液体および／または気体が中空室内に入る可能性がない。このようにして電子構成要素が封止されており、周囲環境に対し密閉されている。このことに加え、特に形状による結合によって接合されるカバーにおいて用いられるゴム状の封止部材を省略することができる。このような封止部材であると、完全な気密性は保証されない。なぜならば、気体は時間が経過するにつれてこの種の封止部材中を大量に拡散していく可能性があるからである。

特に化学物質またはガスは硫黄化合物を含んでおり、それによって硫化物が発生する可能性がある。硫化物は少なくとも部分的に導電性であり、電子構成要素、接続装置の導体路および／または金線が保護されていなかったならば、そこに堆積してしまう。その際に、硫化物との化学反応が発生する可能性がある。たとえば、接続装置の導体路特に銀導体路が、硫黄化合物によって酸化する。これによって、線路抵抗および／または電子構成要素の機能が変化してしまう可能性があり、たとえば変速機の切替動作に悪影響が及ぼされるおそれがある。さらに、この種のガスによって信号変化に作用が及ぼされる可能性があり、その結果、たとえば制御装置によって誤った評価が行われてしまう。

したがって、総じて既述の構造によれば、制御装置の耐用年数および精度が改善される。さらに、既述の制御装置を、たとえば変速機内などのように周辺部で適用するための既製モジュールとして、または組み込み制御装置として、実現することができる。

さらに別の実施形態によれば、接続装置は少なくとも１つの層を含む配線板として形成されている。配線板はたとえば、繊維強化プラスチック配線板またはセラミック配線板である。ただし、いわゆるＨＤＩ配線板（High-Density-Interconnect：高密度配線）も使用することができ、これは極めてコンパクトに構成されている。連続した配線板は、ケーシングカバーの周回エッジ領域全体を超えて突出しており、同時にケーシング底部を形成している。これによって特に、制御装置の平坦な構造が達成される。

この構造のさらなる補強を達成する目的で、または配線板の領域に場合によっては発生するかもしれない構造の湾曲を補償する目的で、配線板においてケーシングカバーとは反対側で接続継合部に対応する領域の上に、付加的にポリマーを射出成形することができる。

射出成形により包囲された領域においてカバーのエッジ領域と配線板との間の高低差を小さくするために、または高低差をなくすために、ケーシングカバーの周回エッジ領域は有利には、配線板における対応する周回溝内に延在している。これによって、接続個所の領域において射出成形により包囲された部分に亀裂が形成されるリスクが低減される。

別の実施形態によれば接続装置は部分的に、中空室内部に別個の回路支持体として配置されており、この別個の回路支持体上に、コンデンサ、コイルまたはマイクロプロセッサなどのような少なくとも１つの電子部品が配置されている。電子部品は特に、回路支持体の導体路を介して、および／またはボンディングされた金線によって、互いに電気的に接続されている。別個の回路支持体はたとえば、それぞれ１つまたは複数の層を含む繊維強化プラスチック配線板またはセラミック配線板である。ただし、別の選択肢として、いわゆるＨＤＩ配線板（High-Density-Interconnect）を使用してもよく、これはその構造ゆえに極めてコンパクトに構成されている。

別個の回路支持体上の少なくとも１つの電子部品は、好ましくは別個の配線板を介して、中空室外部の電子部品と電気的に接続されている。別個の配線板として特に、フレキシブルな配線板が用いられ、この配線板は、別個の回路支持体を収容するための切欠きと共に面全体にわたって形成されており、またはストライプ状に形成されている。この実施例によれば、別個の回路支持体および別個の配線板は、１つの共通の支持体板上に配置されており、この支持体板は、ケーシングカバーの周回エッジ領域全体を超えて突出している。この場合、制御装置における中空室は、実質的にケーシングカバーと支持体板とによって取り囲まれる。通常、支持体板は、剛性および放熱能力に関する要求ゆえに、金属特にアルミニウムによって製造されている。別個の配線板としてフレックスフィルムが用いられる場合には、このフィルムは好ましくは支持体板上にラミネートされている。フレキシブルな配線板が、回路支持体を収容する切欠きと共に面全体にわたって形成されている場合には、この配線板は、実質的にケーシングカバーのエッジ領域により完全に周回されて覆われている。フレキシブルな配線板がストリップ状に形成されている場合には、この配線板は必然的にその一部分のみ、ケーシングカバーの周回エッジ領域によって、通常は導体路と交差する方向で覆われる。

さらに別の実施形態によれば、ケーシングカバーの周回エッジ領域は、支持体板における対応する周回溝内に延在している。これによって、射出成形により包囲された領域においてカバーのエッジ領域と支持体板との間の高低差が小さくされ、またはそれどころか高低差がなくされ、そのようにすることで接続継合部の領域においてポリマーに亀裂が形成されるリスクが低減される。

さらに別の実施形態によれば、ケーシングカバーに開口部が配置されており、この開口部を通して、射出成形による包囲の前に保護ゲルを中空室内に注入することができ、この保護ゲルによって、少なくとも接続装置上の電子部品が覆われる。中空室全体を保護ゲルによってモールドすることも考えられる。保護ゲルの注入後、ケーシングカバーの開口部が接着剤、球状の栓機構、またはポリマー材料によって密閉封止される。保護ゲルは、制御装置内の電子装置の付加的な保護を意味する。

本発明のさらに別の課題は、本発明による制御装置の製造方法を提供することにある。本発明によれば、この課題は、請求項１５の特徴を有する方法によって解決される。

この方法は、
電子部品が載置された接続装置を準備するステップと、
ケーシングカバーを準備するステップと、
ケーシングカバーを接続装置と材料同士の結合により接続して、ケーシングカバーによって、接続装置と共に、内部に電子部品が設けられた密閉された中空室が形成されるようにするステップと、
ケーシングカバーを射出成形されたポリマーにより包囲して、射出成形されて包囲したポリマーがケーシングカバーの周回エッジ領域を超えて延在するようにするステップと、
を含む。

この方法のさらに別の実施形態によれば、射出成形されたポリマーによりケーシングカバーを包囲する前に、ケーシングカバーにおける開口を通して、特に保護ゲルを中空室内に注入し、この保護ゲルによって少なくとも接続装置上の電子部品を覆う。中空室全体を保護ゲルによってモールドしてもよい。保護ゲルの注入後、ケーシングカバーの開口部が接着剤、球状の栓機構、またはポリマー材料によって密閉封止される。

有利な実施例について詳しく説明する以下の記載から、その他の特徴、利点および詳細な点を読み取ることができる。

接続装置として１つの連続した配線板を備えた制御装置の断面図である。 両側にポリマーが取り付けられた、図１と同様の制御装置を示す図である。 別個の回路支持体と別個の配線板とを備えた制御装置の断面図である。 図３と同様の制御装置であるが、支持板に溝が設けられた制御装置を示す図である。 図３と同様の制御装置であるが、中空室内に保護ゲルが設けられた制御装置を示す図である。

図１および図２または図３から図５には、２つの異なる実施態様による制御装置の断面概略図が示されている。図１および図２は第１の実施態様を表し、図３から図５は第２の実施態様を表している。相違点に立ち入る前に、２つの実施態様の共通点について説明する。

これらの実施例は、自動車の自動変速機の制御装置を対象としている。この制御装置は、たとえば、ホールセンサなどのセンサの測定値を評価し、これらの測定値に応じて自動変速機の切替を制御することができる。別の選択肢として、この制御装置を他の使用目的のためにも設けることができ、たとえば自動車のエンジン内などに設けることができる。

各制御装置は接続装置２，３を備えている。接続装置２，３上には、複数の電子部品７が配置されている。これらの電子部品７はたとえば、コンデンサ、コイル、少なくとも１つのマイクロプロセッサ、および／または他の構成要素を含むことができる。これらの電子部品７は特に、ボンディングされた金線および／または接続装置２，３の導体路を介して、互いに電気的に接続されている。

電子部品７および対応する導体路を保護するために、ケーシングカバー４が、その周回エッジ領域８において接続装置２，３と、周回する接続継合部６を形成しながら、材料同士の結合によって接続されている。ケーシングカバー４と接続装置２，３との間における材料同士の結合は、接着によって形成されている。ただし、この接続を、たとえばラミネートまたははんだ付けによって実現することもできる。ケーシングカバー４は、選択的に金属またはプラスチックから製造されている。

ケーシングカバー４は、接続装置２，３と共に、閉じられた中空室９を取り囲んでいる。したがって、材料同士の結合による接続継合部６は、ケーシングカバー４と接続装置２，３との間をつなげながら電子部品７の周囲に形成される。

接続装置２，３によって、制御装置内部の電子部品７は、中空室９または制御装置の外部の、ここには示されていない電子部品と電気的に接続される。

ケーシングカバー４全体が、その周回エッジ領域８を超えて射出成形されたポリマー５により、媒体に対し密閉された状態で包囲されている。これによって、媒体に対し密閉性のない材料から成るケーシングカバー４であっても用いることができ、したがって一般的にケーシングカバーにかかるコストも低くなる。

この場合、ケーシングカバー４の周回エッジ領域８は、少なくともケーシングカバー４と接続装置２，３との間の接続継合部６の領域において、射出成形されたポリマー５によって特に以下のように包囲されている。すなわち、ケーシングカバー４とは反対側の方向で、ポリマー５がエッジ領域８を超えて接続装置２，３の上に、たとえば少なくともエッジ領域８の幅だけ延在するように、包囲されている。射出成形による包囲の幅は特に、用いられるポリマー５の種類と射出成形によって包囲される面の表面状態とに依存する。たとえば、エッジ領域８と接続装置２，３とを、それぞれ平坦に形成することができる。別の選択肢として、エッジ領域８と接続装置２，３とが、それぞれ１つの対応する構造を有することができ、この構造によれば、挿入された状態で、改善された接続安定度と接続密閉性とを、特に耐用期間全体にわたり生じさせることができる。これによって、以下のことが保証される。すなわち、ケーシングカバー４と接続装置２，３との間の接続継合部６の領域が、ポリマー材料５で十分に覆われているようになり、したがって特にこの領域において制御装置構造が周囲に対し、たとえばオイルに対し、特に侵食性のオイルならびに有害なガスおよび化学物質に対し、密閉封止されているようになる。ポリマー５は、モールド材料として形成されており、代替的に接着剤として、または樹脂として形成されている。

次に、図１〜図５による２つの実施態様の相違点について説明する。

図１による実施例の場合、接続装置は、少なくとも１つの層を含む配線板２として形成されている。配線板２はたとえば、繊維強化プラスチック配線板、セラミック配線板、またはＨＤＩ配線板である。連続した配線板２は、ここでは、ケーシングカバー４の周回エッジ領域８全体を超えて突出しており、同時に制御装置ケーシングの底部を形成している。これによって特に、制御装置の平坦な構造が達成される。

制御装置構造の付加的な補強を達成する目的で、または配線板２の領域に場合によっては発生するかもしれない構造の湾曲を補償する目的で、図２に示されているように、配線板２においてケーシングカバー４とは反対側で接続継合部６に対応する領域１０の上に、付加的なポリマー５を射出成形することができる。

図３による実施例の場合、接続装置２，３は、別個の回路支持体２と別個の配線板３とを備えている。この場合、回路支持体２の上にすべての電子部品７が配置されており、配線板３によって、制御装置内部の電子部品７が、制御装置外部の図示されていない電子部品と電気的に接続されている。別個の回路支持体２および別個の配線板３は、ここではボンディングワイヤによって接続されている。別個の回路支持体２および別個の配線板３は、１つの共通の支持体板１上に配置されており、この支持体板１は、ケーシングカバー４の周回エッジ領域８全体を超えて突出している。この場合、中空室９は実質的に、ケーシングカバー４と支持体板１とによって取り囲まれる。

別個の回路支持体２は、繊維強化プラスチック配線板として、または代替的にセラミック配線板またはＨＤＩ配線板として形成されており、これらの配線板はそれぞれ１つまたは複数の層を含む。ただし、回路支持体の他の実施形態も適用することができる。電子部品７は互いに電気的に接続されており、特にボンディングされた金線および／または別個の回路支持体２の導体路を介して、電気的に接続されている。

別個の配線板３として好ましくは、ポリイミドから成るフレキシブルな配線板が用いられる。このフレキシブルな配線板３は、回路支持体２を収容するための切欠きと共に、閉じられた面として形成されており、またはストリップ状に形成されている。

通常、支持体板は、剛性および放熱能力に関する要求ゆえに、金属特にアルミニウムによって製造されている。別個の回路支持体２および別個の配線板３は、支持体板１上に一般的には接着またはラミネートされている。フレキシブルな配線板３が面全体にわたって形成されている場合には、この配線板３は実質的にケーシングカバー４のエッジ領域８により完全に周回されて覆われている。

フレキシブルな配線板３がストリップ状に形成されている場合には、この配線板はその構造ゆえに一部分のみ、ケーシングカバー４の周回エッジ領域８により、通常は配線板３の導体路と交差する方向で覆われる。したがって、接続継合部６は、一方の側では周回エッジ領域８上に延在しており、他方の側では配線板３のストライプ上にまたは支持体板１上に延在している。

図４には、図３と同様の制御装置が示されているが、この場合にはケーシングカバー４の周回エッジ領域８が、支持体板１における対応する周回溝１１内に延在している。これによって、射出成形により包囲された領域５におけるエッジ領域８と支持体板１との間の高低差が小さくされ、または高低差がなくされ、そのようにすることで接続継合部６の領域においてポリマー５に亀裂が形成されるリスクが低減される。

図１および図２による第１の実施態様の場合であったとしても、かかる溝を相応に配線板２に設けることを考えることができる。

図５には、図３と同様の制御装置が示されているが、ここではケーシングカバー４に開口部１２が配置されている。この開口部１２を通して、射出成形されたポリマー５による包囲の前に、中空室９内に保護ゲル１３が注入されており、これは一般的に少なくとも接続装置２上の電子部品７を覆っている。ここでは、中空室９全体が保護ゲル１３によってモールドされている。保護ゲル１３の注入後、ケーシングカバー４の開口部１２が接着剤、球状の栓機構、またはポリマー材料によって密閉封止される。保護ゲル１３は、制御装置内の電子装置の付加的な保護を意味する。

保護ゲル１３のかかる注入を、図１および図２による第１の実施態様においても考えることができる。

１ 支持体板
２ 接続装置、別個の回路支持体
３ 接続装置、別個の配線板
４ ケーシングカバー
５ ポリマー
６ 接続継合部
７ 部品
８ ケーシングカバー４の周回エッジ領域
９ 中空室
１０ 領域
１１ 溝
１２ ケーシングカバー４の開口部
１３ 保護ゲル

Claims (16)

1. 自動車内の制御装置であって、
   ａ）周回エッジ領域（８）を有するケーシングカバー（４）と、
   ｂ）導体路が集積された平坦な電気的接続装置（２，３）と、
   ｃ）中空室（９）内部の少なくとも１つの電子部品（７）と、
   を備え、
   前記ケーシングカバー（４）は、前記周回エッジ領域（８）において、少なくとも前記ケーシングカバー（４）と前記電気的接続装置（２，３）との間に、材料同士の結合により接続継合部（６）を形成しながら、前記電気的接続装置（２，３）と接続されており、かつ前記電気的接続装置（２，３）と共に前記中空室（９）を形成し、
   前記電気的接続装置（２，３）は、前記少なくとも１つの電子部品（７）を前記中空室（９）外部の電子部品と電気的に接続する、自動車内の制御装置において、
   前記ケーシングカバー（４）は、前記周回エッジ領域（８）を超えて射出成形されたポリマー（５）により、媒体に対し密閉された状態で包囲されており、
   前記ケーシングカバー（４）に開口部（１２）が配置されており、該開口部（１２）を通して前記中空室（９）内に保護ゲル（１３）が注入されており、該保護ゲル（１３）は少なくとも、前記電気的接続装置（２，３）上の前記電子部品（７）を覆っている、
   ことを特徴とする、自動車内の制御装置。
2. 前記電気的接続装置（２）は、少なくとも１つの層を含む配線板として形成されており、該配線板（２）は、前記ケーシングカバー（４）の前記周回エッジ領域（８）全体を超えて突出している、請求項１記載の制御装置。
3. 前記配線板（２）の、前記ケーシングカバー（４）とは反対側において、前記接続継合部（６）に対応する領域（１０）の上に、付加的にポリマー（５）が射出成形されている、請求項２記載の制御装置。
4. 前記ケーシングカバー（４）の前記周回エッジ領域（８）は、前記配線板（２）内の周回溝（１１）内に延在している、請求項２または３記載の制御装置。
5. 前記電気的接続装置（２，３）は、別個の回路支持体（２）として前記中空室（９）内部に形成されており、
   前記別個の回路支持体（２）上に、前記少なくとも１つの電子部品（７）が配置されており、該電子部品（７）は別個の配線板（３）によって、前記中空室（９）外部の電子部品と電気的に接続されており、
   前記別個の回路支持体（２）および前記別個の配線板（３）は、１つの共通の支持体板（１）上に配置されており、該１つの共通の支持体板（１）は、前記ケーシングカバー（４）の前記周回エッジ領域（８）全体を超えて突出している、
   請求項１記載の制御装置。
6. 前記別個の配線板（３）はフレキシブルな配線板として形成されている、請求項５記載の制御装置。
7. 前記別個の配線板（３）は少なくとも部分的に、前記周回エッジ領域（８）によって覆われている、請求項５または６記載の制御装置。
8. 前記支持体板（１）は金属から成る、請求項５から７までのいずれか１項記載の制御装置。
9. 前記支持体板（１）はアルミニウムから成る、請求項８記載の制御装置。
10. 前記ケーシングカバー（４）の前記周回エッジ領域（８）は、前記支持体板（１）における周回溝（１１）内に延在している、請求項５から９までのいずれか１項記載の制御装置。
11. 前記ポリマーは、モールド材料として、接着剤として、または樹脂として、形成されている、請求項１から１０までのいずれか１項記載の制御装置。
12. 前記ケーシングカバー（４）は、プラスチックまたは金属から成る、請求項１から１１までのいずれか１記載の制御装置。
13. 前記ケーシングカバー（４）と前記電気的接続装置（２，３）との間の前記材料同士の結合による接続は、接着、ラミネートまたははんだ付けによって形成されている、請求項１から１２までのいずれか１項記載の制御装置。
14. 前記開口部（１２）は、接着剤、球状の栓機構またはポリマー材料（５）によって封止されている、請求項１から１３までのいずれか１項記載の制御装置。
15. 請求項１から１４までのいずれか１項記載の制御装置の製造方法であって、
    電子部品（７）が載置された電気的接続装置（２，３）を準備するステップと、
    ケーシングカバー（４）を準備するステップと、
    前記ケーシングカバー（４）と前記電気的接続装置（２，３）との間で材料同士を結合させて接続継合部（６）を形成することにより接続して、前記ケーシングカバー（４）によって、前記電気的接続装置（２，３）と共に、内部に前記電子部品（７）が設けられた密閉された中空室（９）が形成されるようにするステップと、
    前記ケーシングカバー（４）を射出成形されたポリマーにより包囲して、射出成形されて包囲したポリマーが、前記ケーシングカバー（４）の周回エッジ領域（８）を超えて延在するようにするステップと、
    を含む、制御装置の製造方法。
16. 前記ケーシングカバー（４）を射出成形により包囲する前に、該ケーシングカバー（４）における開口部（１２）を通して、前記中空室（９）内に保護ゲル（１３）を注入し、該保護ゲル（１３）によって少なくとも、前記電気的接続装置（２，３）上の前記電子部品（７）を覆い、次いで前記開口部（１２）を密閉封止する、請求項１５記載の方法。

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