JP6666927B2 - 電子制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、自動車に搭載さ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、電子制御装置の構造に関する。

環境問題や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増加している。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のための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及び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、重量増加及び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、軽量化及び低コスト化が求められている。それに加えて、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、エンジンの高熱及び高振動がエンジン制御装置に及ぼす影響が懸念される。

このため、電子制御装置の耐熱性及び耐振動性の向上が求められており、そのための対応策として、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。制御基板を樹脂封止することにより、電子部品への熱影響を低減でき、振動環境においては基板の振れを抑制できる。しかしながら、樹脂封止する構造では、樹脂成形による弊害が発生するため、それらの対応策が必要となる（特許文献１）。

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、この電子回路基板搭載するための金属ベースと、コネクタを備え、電子回路基板を樹脂により封止する構造において、コネクタ内部にポッティング樹脂あるいはプリモールド樹脂を充填する。これにより、樹脂成形圧によるコネクタハウジングの変形を防止している。また、ポッティング樹脂を使用しない方法として、整列板を金属ベースに固定することで、コネクタ内部への封止樹脂の流入を防いでいる。

特開２００７−２７３７９６号公報

しかしながら、特許文献１ではコネクタ内部に充填するポッティング樹脂を使用することによりコストが増加し、生産工程数も増加してしまう。また、整列板を用いた場合は、樹脂成形圧力によって整列板が変形することにより、コネクタ端子が変形するおそれがあり、信頼性への影響が懸念される。

本発明は、コストの低減と製造プロセスの簡易化を両立した高信頼性の電子制御装置を提供することを目的とする。

本発明は、制御基板と、該制御基板に接続される端子を有するコネクタと、前記制御基板と前記コネクタとが固定されるハウジングケースを備え、前記制御基板は、一部が封止樹脂によって封止され、前記コネクタは、前記制御基板の他部に対向する位置に配置され、前記ハウジングケースは、前記コネクタを囲みかつ前記制御基板に当接する第１の枠体を備え、前記コネクタと前記封止樹脂とは、前記制御基板と前記第１の枠体を含む前記ハウジングケースとによって隔てられる。

本発明によれば、低コストでかつ簡易な製造プロセスにより高信頼性の電子制御装置を製造することができる。

本発明の第１の実施例に係る電子制御装置の平面図及び断面図である。 本発明の第１の実施例に係る電子制御装置の組立手順を示す図である。 本発明の第２の実施例に係る電子制御装置の平面図及び断面図である。 本発明の第３の実施例に係る電子制御装置の平面図及び断面図である。 本発明の第４の実施例に係る電子制御装置の平面図及び断面図である。

以下、本発明の実施例を図面を用いて説明する。なお、各図中、同一の部材には同一の符号を付し、重複した説明は適宜省略する。

図１（ａ）は、本発明の第１の実施例に係る電子制御装置の平面図であり、図１（ｂ）は、図１のＡ−Ａ矢視断面図であり、図１（ｃ）は、図１のＢ−Ｂ矢視断面図である。図２は、本発明の第１の実施例に係る電子制御装置の組立手順を示す図である。

図１に示すように、電子制御装置１は、マイクロコンピュータ等の電子部品２を実装した制御基板３と、ハウジングケース４と、コネクタ５とを有し、制御基板３が封止樹脂６でモールドされている。

ハウジングケース４は、図１（ｂ）に示すように、電子制御装置１を車両に固定するための車両固定部４ａと、コネクタ搭載部４ｂと、制御基板搭載部４ｃと、コネクタ５を囲う枠体４ｄとを有する。これらはハウジングケース４と一体成形されている。ハウジングケース４の材料としては、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、アルミニウム又はアルミニウム合金であるとよい。ハウジングケース４には、粗化処理、アルマイト処理等の表面処理をするとよい。これにより、ハウジングケース４と封止樹脂６との密着力が向上し、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６が剥がれ難くなり、電子制御装置１の信頼性が向上する。

コネクタ５は、図１（ｂ）に示すように、車両側ハーネスと制御基板３とを接続するためのコネクタ端子５ａと、コネクタ端子５ａを規定のピッチに整列させ、且つ保持するためのコネクタハウジング５ｂとから成る。コネクタ端子５ａ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。コネクタハウジング５ｂ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。

次に、電子制御装置１の組立手順を、図２を参照して説明する。

まず、図２（ｃ）に示すように、ハウジングケース４にコネクタ５を挿通して取り付ける。その際、ハウジングケースのコネクタ搭載部４ｂに予め接着性を有するシール材７を塗布しておき、そこへコネクタ５を載置し、シール材７を硬化させる。これにより、ハウジングケース４とコネクタ５の間隙から電子制御装置１の内部への異物、水等の浸入を防ぐことができる。また、接着性を有するシール材７を用いることにより、コネクタ５をハウジングケース４に固定することができる。なお、必要に応じて、ネジを用いて固定してもよい。

続いて、図２（ｄ）に示すように、マイクロコンピュータ等の電子部品２を制御基板３に実装する。制御基板３としては、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３に電子部品２を実装する際は、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る。

続いて、図２（ｅ）に示すように、ハウジングケース４に制御基板３を取り付け、サブアッシー１０を組み上げる。その際、ハウジングケース４の制御基板搭載部４ｃに制御基板３を載置し、ネジ８を用いて制御基板３をハウジングケース４に固定する。ネジ８による固定点数は３以上とするとよい。その際、制御基板３に当接する枠体４ｄの下端面（当接部）に接着性を有するシール材７を塗布し、制御基板３を載置して硬化させる。これにより、制御基板３、ハウジングケース４及びコネクタ５によって画成された樹脂未封止空間９に封止樹脂６が浸入することを確実に防ぐことができ、コネクタ５が封止樹脂６から隔離されることにより、樹脂成形圧力によるコネクタ５の変形を抑制することができる。かつ、制御基板３をハウジングケース４に接着固定することにより、樹脂成形圧力による制御基板３の変形を抑制することができる。また、既存のハウジングケース４に枠体４ｄを設けるのみで、カバー等の追加部品を使うことなく樹脂未封止空間９を形成することができる。

コネクタ５と制御基板３との接続は、コネクタ端子５ａを制御基板３のスルーホール３ａに挿入し、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合することにより行う。尚、コネクタ５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。

続いて、図２（ｆ）に示すように、サブアッシー１０を樹脂封止用の金型１１にセットする。本実施例では、可動型となる上型１１ａにサブアッシー１０をセットし、上型１１ａを可動させ、固定型となる下型１１ｂにセットする。封止樹脂６でモールドしないハウジングケース４の上面及び車両固定部４ａの表面は、樹脂成形時に樹脂と接触しないようにするため、金型１１で直接押さえる構造とする。

封止樹脂６の流動性を確保し、金型１１内の細部にわたり封止樹脂６を充填させるため、金型１１、サブアッシー１０、封止樹脂６を予熱しておくとよい。封止樹脂６は、熱硬化性のエポキシ樹脂、不飽和ポリエステル樹脂又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６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１１内に封止樹脂６を充填して硬化させた後、樹脂成形品を金型１１から取り出すと、図２（ｇ）に示すように、樹脂未封止空間９を有する電子制御装置１が完成する。

尚、樹脂封止しない電子部品２ａ，２ｂがある場合、図１（ｃ）に示すように、当該電子部品２ａ，２ｂを制御基板３上の樹脂未封止空間９に露出する部分に予め実装しておくとよい。ハウジングケース４よりも高い電子部品２ｂについては、コネクタ５の直下に配置し、コネクタハウジング５ｂの形状を電子部品２ｂの形状と相対させる。これにより、電子制御装置１の高さ寸法を抑制しつつ、他の部分に実装された電子部品２，２ａよりも高さ寸法の大きな電子部品２ｂを制御基板３上に実装することが可能となる。樹脂未封止空間９に配置する電子部品２ａ，２ｂとしては、電解コンデンサ等が挙げられる。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、防爆弁の機能が働かなくなりガスを抜くことができなくなる。電解コンデンサの代替部品として、樹脂封止可能なタンタルコンデンサ、セラミックコンデンサ等の使用も考えられるが、これらは電解コンデンサよりも高価であるため、電子制御装置１のコスト増に繋がる。

本実施例に係る電子制御装置１によれば、ハウジングケース４に一体成型された枠体４ｄによってコネクタ５を封止樹脂６から隔離することにより、樹脂成形圧力によるコネクタ５の変形を抑制し、端子の変形を抑えることができるため、電子制御装置１の信頼性を確保できる。

また、既存のハウジングケース４に枠体４ｄを設けるのみで樹脂未封止空間９を形成することができ、この樹脂未封止空間９に比較的安価な電解コンデンサを配置することができるため、電子制御装置１のコストを抑えることができる。

本発明の第２の実施例に係る電子制御装置について、第１の実施例との相違点を中心に説明する。図３（ａ）は、本実施例に係る電子制御装置の平面図であり、図３（ｂ）は、図３（ａ）のＡ−Ａ矢視断面図であり、図３（ｃ）は、図３（ａ）のＢ−Ｂ矢視断面図である。

図３において、電子制御装置１ハウジングケース４には、コネクタ５を囲う枠体４ｄの外側に、ハウジングケース４の制御基板３と対向する面に突出して設けられ、制御基板３上に配置された樹脂封止しない電子部品２ｃを囲む枠体４ｅが一体成型されている。制御基板３をハウジングケース４に取り付ける際は、制御基板３に当接する枠体４ｅの下端面（当接部）にシール材７を塗布し、制御基板３を載置して硬化させる。これにより、樹脂封止しない電子部品２ｃの周囲に樹脂未封止空間１２が形成され、制御基板３全体を封止樹脂６でモールドする際に、電子部品２ｃの周囲に封止樹脂６が浸入することを防止できる。従って、本実施例に係る電子制御装置１は、制御基板３上の部品レイアウトの制約上、樹脂封止しない電子部品２ｃをコネクタ５の直下に配置できない場合に好適である。

本実施例に係る電子制御装置１によれば、第１の実施例と同様の効果に加えて、以下の効果が得られる。

コネクタ５を囲う枠体４ｄの外側に枠体４ｅを設けることにより、コネクタ５の直下以外に封止樹脂６が浸入しない樹脂未封止空間１２を形成することができるため、樹脂封止しない電子部品２ｃのレイアウト性が向上する。

本発明の第３の実施例に係る電子制御装置について、第２の実施例との相違点を中心に説明する。図４（ａ）は、本実施例に係る電子制御装置の平面図であり、図４（ｂ）は、図４（ａ）のＡ−Ａ矢視断面図であり、図４（ｃ）は、図４（ａ）のＢ−Ｂ矢視断面図である。

図４において、本実施例に係る電子制御装置１は、電子部品２ｃが配置された樹脂未封止空間１２を外気と繋げる貫通孔４ｆをハウジングケース４に設け、そこに空気を通すが水を通さない呼吸フィルタ組み品１３を取り付けている。従って、本実施例に係る電子制御装置１は、制御基板３上の部品レイアウトの制約上、樹脂封止しない電子部品２ｃをコネクタ５の直下に配置できず、かつ当該電子部品２ｃの周囲環境を外気と同気圧に保つ必要がある場合に好適である。

本実施例に係る電子制御装置１によれば、第２の実施例と同様の効果に加えて、以下の効果が得られる。

電子部品２ｃが配置された樹脂未封止空間１２を外気と同気圧に保つことができるため、例えば外気の圧力を計測するセンサ等を制御基板３に実装することが可能となる。

なお、周囲環境を外気と同気圧に保つ必要がある電子部品２ｂがコネクタ５の直下に配置される場合は、図４（ｃ）に示すように、枠体４ｅの内部（樹脂未封止空間９）を外気と繋げる貫通孔５ｃをコネクタハウジング５ｂに設け、そこに空気は通すが水を通さない呼吸フィルタ膜１４を接着剤又は熱溶着により取り付ければ良い。

本発明の第４の実施例に係る電子制御装置について、第１の実施例との相違点を中心に説明する。図５（ａ）は、本実施例に係る電子制御装置の平面図であり、図５（ｂ）は、図５（ａ）のＡ−Ａ矢視断面図であり、図５（ｃ）は、図５（ａ）のＢ−Ｂ矢視断面図である。

図５において、本実施例に係る電子制御装置１では、枠体４ｄをハウジングケース４と一体成型せず、別の部材（以下「封止樹脂浸入抑制部材」という。）１５によって構成している。封止樹脂浸入抑制部材１５をハウジングケース４に取り付ける際は、封止樹脂浸入抑制部材１５の上端面にシール材７を塗布し、ハウジングケース４の下面に接着して硬化させる。制御基板３をハウジングケース４に取り付ける際は、制御基板３に当接する封止樹脂浸入抑制部材１５の下端面（当接部）にシール材７を塗布し、制御基板３を載置して硬化させる。

本実施例に係る電子制御装置１によれば、第３の実施例と同様の効果に加えて、以下の効果が得られる。

枠体４ｄをハウジングケース４とは一体成型せず、封止樹脂浸入抑制部材１５によって構成することにより、枠体４ｄの材料や形状の自由度が向上し、要求特性に応じた設計が可能となるため、電子制御装置１の信頼性の向上が期待できる。

また、枠体４ｄをハウジングケース４とは独立して製作することができるため、電子部品２のレイアウトが異なる製品機種においても、ハウジングケース４を専用に製作することなく共用でき、封止樹脂浸入抑制部材１５のレイアウト変更のみで機種変更に対応できる。これにより、電子制御装置１のコスト低減が期待できる。

以上、本発明の実施例について詳述したが、本発明は、上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は、本発明を分かり易く説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施例の構成に他の実施例の構成の一部を加えることも可能であり、ある実施例の構成の一部を削除し、あるいは、他の実施例の一部と置き換えることも可能である。

１…電子制御装置、２，２ａ，２ｂ，２ｃ…電子部品、３…制御基板、３ａ…スルーホール、４…ハウジングケース、４ａ…車両固定部、４ｂ…コネクタ搭載部、４ｃ…制御基板搭載部、４ｄ…枠体（第１の枠体）、４ｅ…枠体（第２の枠体）、４ｆ…貫通孔（第１の貫通孔）、５…コネクタ、５ａ…コネクタ端子、５ｂ…コネクタハウジング、５ｃ…貫通孔（第２の貫通孔）、６…封止樹脂、７…シール材、８…ネジ、９…樹脂未封止空間（第１の樹脂未封止空間）、１０…サブアッシー、１１…金型、１１ａ…上型、１１ｂ…下型、１２…樹脂未封止空間（第２の樹脂未封止空間）、１３…呼吸フィルタ組み品、１４…呼吸フィルタ膜、１５…封止樹脂浸入抑制部材。

Claims (13)

1. 制御基板と、該制御基板に接続される端子を有するコネクタと、
   前記制御基板と前記コネクタとが固定されるハウジングケースを備え、
   前記制御基板は、一部が封止樹脂によって封止され、
   前記コネクタは、前記制御基板の他部に対向する位置に配置され、
   前記ハウジングケースは、前記コネクタを囲みかつ前記制御基板に当接する第１の枠体を備え、
   前記コネクタと前記封止樹脂とは、前記制御基板と前記第１の枠体を含む前記ハウジングケースとによって隔てられる電子制御装置。
2. 制御基板と、該制御基板に接続される端子を有するコネクタと、
   前記制御基板と前記コネクタとが固定されるハウジングケースと、を備え
   前記制御基板の一部は封止樹脂によって封止され、
   前記ハウジングケースは、前記コネクタを囲みかつ前記制御基板に当接する第１の枠体を備え、
   前記制御基板の他部と、前記ハウジングケースの前記第１の枠体と、前記コネクタとによって樹脂封止されない樹脂未封止空間が形成される電子制御装置。
3. 請求項２に記載の電子制御装置において、
   前記樹脂未封止空間に、前記制御基板の電子部品の一部が実装される電子制御装置。
4. ハウジングケース内に制御基板を固定し、前記制御基板とコネクタとを端子で接続し、外部と信号を授受する電子制御装置であって、
   前記ハウジングケースは、前記コネクタを囲みかつ前記制御基板に当接する第１の枠体を備え、
   前記第１の枠体によって前記コネクタと前記制御基板との間に隙間を設けて前記コネクタを前記ハウジングケースに保持するコネクタ保持部と、
   前記制御基板と前記第１の枠体と前記コネクタとが協働して前記隙間への封止樹脂の浸入を抑制する第１の樹脂未封止空間と、を有する電子制御装置。
5. 請求項４に記載の電子制御装置において、
   前記第１の枠体が、前記ハウジングケースとは別の部材で構成される電子制御装置。
6. 請求項４に記載の電子制御装置において、
   前記ハウジングケースは、前記第１の枠体の外側で前記制御基板に当接する第２の枠体を備え、
   前記ハウジングケースと前記第２の枠体と前記制御基板との間に前記封止樹脂が浸入しない第２の樹脂未封止空間が形成される電子制御装置。
7. 請求項６に記載の電子制御装置において、
   前記第１の樹脂未封止空間および前記第２の樹脂未封止空間に、前記制御基板の電子部品の一部が実装される電子制御装置。
8. 請求項６に記載の電子制御装置において、
   前記第１の枠体及び前記第２の枠体と前記制御基板との当接部に、接着性を有するシール材が配置される電子制御装置。
9. 請求項６に記載の電子制御装置において、
   前記ハウジングケースに、前記第２の樹脂未封止空間を外気と繋げる第１の貫通孔が設けられ、
   前記第１の貫通孔に、空気を通すが水を通さない呼吸フィルタ組み品が取り付けられる電子制御装置。
10. 請求項７に記載の電子制御装置において、
    前記コネクタのコネクタハウジングに、前記第１の樹脂未封止空間を外気と繋げる第２の貫通孔が設けられ、
    前記第２の貫通孔に、空気を通すが水を通さない呼吸フィルタ膜が取り付けられる電子制御装置。
11. 請求項７に記載の電子制御装置において、
    前記第１の樹脂未封止空間に実装された前記電子部品の高さは、前記第２の樹脂未封止空間に実装された前記電子部品の高さよりも大きい電子制御装置。
12. 請求項１０に記載の電子制御装置において、
    前記コネクタのコネクタハウジングの形状は、前記第１の樹脂未封止空間に配置された電子部品の形状と相対している電子制御装置。
13. 請求項１〜３の何れか一項に記載の電子制御装置において、
    前記封止樹脂は、熱硬化性を有する樹脂である電子制御装置。

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