JP7026254B2 - 電子制御装置、及び、電子制御装置の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、電子制御装置、及び、電子制御装置の製造方法に関する。

車両には、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等の電子制御装置が搭載されている。近年では、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増加している。このため、電子制御装置は、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に搭載されること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や、それらを電気的に接続されるワイヤーハーネスが配置されるため、レイアウトの自由度の低下や、重量の増加、それらに伴った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、エンジンの高熱や、高振動による影響が懸念される。従って、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）。制御基板を樹脂封止することにより、電子部品への熱の影響が低減でき、振動する環境では制御基板の振れを抑制できる。

特開２００７－２７３７９６号公報

特許文献１のモジュールは、電子回路基板が金属ベースにねじ固定されており、電子回路基板の一端から封止樹脂が充填されて成形が完了する。しかしながら、今後、電子制御装置の軽量化、低コスト化に向けて、金属ベースの小型化が必須となり、電子回路基板の固定領域が小さくなる。従って、封止樹脂の充填時に、電子回路基板が封止樹脂の成形圧力によって反り返って変形させられてしまう懸念がある。電子回路基板が反ると、電子制御装置の信頼性の低下を招いてしまう。

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであって、その目的は、信頼性を高めた電子制御装置を提供することにある。

上記する課題を解決するため一の観点に係る電子制御装置は、電子部品が実装される制御基板と、前記制御基板を樹脂で封止した筐体と、を備え、前記筐体は、前記制御基板の一面側における樹脂体積の方が他面側における樹脂体積よりも大きい形状であり、前記筐体にゲート痕が形成されており、前記ゲート痕の前記制御基板の厚み方向における長さは、前記制御基板の厚みよりも大きく形成されており、前記制御基板は、前記ゲート痕の投影領域に側面の一部が重なるように位置しており、前記制御基板は、前記ゲート痕の中央よりも前記他面側に寄って配置されている。

本発明によれば、信頼性を高めた電子制御装置を提供することができる。

第１実施形態に係る電子制御装置の断面図。 第１実施形態に係る電子制御装置の組立て手順を示す説明図。 第１実施形態に係る電子制御装置の側面図。 第２実施形態の電子制御装置の組立て手順を示す説明図。 第２実施形態に係る電子制御装置の側面図。 第３実施形態に係る電子制御装置の断面図。 第３実施形態に係る電子制御装置の成型手順を示す流れ図。

以下、幾つかの実施形態について、図面を用いて説明する。尚、以下に説明する実施形態は特許請求の範囲に係る発明を限定するものではなく、また実施形態の中で説明されている諸要素及びその組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。

図１は、第１実施形態の電子制御装置を示す断面図である。図２は、第１実施形態に係る電子制御装置の組立て手順を示す説明図である。
図１、図２に示すように、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、コネクタ４と、筐体３とを備えている。筐体３は、コネクタが形成されている側とは反対側の側面にゲート痕２１ａが形成されている。ゲート痕２１ａの投影領域内に、制御基板２の側面の一部が位置するように設けられている。言い換えると、筐体の厚さ方向（制御基板２の厚さ方向）において、ゲート痕２１ａの高さ（制御基板２の厚さ方向における長さ）よりも制御基板２の厚みが小さく、かつ重なるように配置されている。筐体３は、制御基板２に対してコネクタ４が形成されている側の体積の方が、コネクタ４が形成されていない側の体積よりも大きい形状である。そして、制御基板２は、筐体３の厚さ方向において、ゲート痕２１ａの中央よりもコネクタ４が形成されていない側に寄るように配置されている。

コネクタ４は、図２（ａ）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ハウジング１１とを備える。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のが好ましい。ハウジング１１の材料には、軽量で耐熱性に優れる点から、ＰＢＴ（Ｐｏｌｙｂｕｔｙｌｅｎｅ Ｔｅｒｅｐｈｔｈａｌａｔｅ）、ＰＡ（Ｐｏｌｙａｍｉｄｅ）６６、ＰＰＳ（Ｐｏｌｙｐｈｅｎｙｌｅｎｅ Ｓｕｌｆｉｄｅ）等の、樹脂を用いるのが好ましい。

続いて、図２（ｂ）に示すように、マイクロコンピュータ等の複数の電子部品１を制御基板２の表裏両面に実装する。制御基板２には、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る。制御基板２に電子部品１を接続する際は、例えば、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。

次に、図２（ｃ）に示すように、制御基板２の端部にコネクタ４を搭載する。コネクタ４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１２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する。尚、コネクタ４のタイプは、面実装タイプまたはプレスフィットタイプのいずれであってもよい。

このように製作したサブアッシー２０を、図２（ｄ）に示すように、樹脂封止するための金型１７にセットする。金型１７は、制御基板２の厚み方向の両側を覆う上型１８と下型１９とを備える。本実施形態では、可動型となる上型１８にサブアッシー２０をセットした後、上型１８を可動させ、固定型となる下型１９にセットする。

図３は、第1実施形態に係る電子制御装置の側面図である。

図３も併せて参照すると、「樹脂」の一例としての封止樹脂５の注入口であるゲート部２１は、上型１８と下型１９との間に設けられている。ゲート部２１は、矩形状の開口を有しており、制御基板２の一端２６と対向するようにその近傍に設けられている。これにより、ゲート２から金型１７内に注入される封止樹脂５は、制御基板２の平面方向と並行に流れる。さらに、ゲート部２１の開口（断面）の高さ（制御基板２の厚み方向における長さ）は、制御基板２の厚みよりも大きく形成されている。なお、ゲート部２１の開口の幅（制御基板２の面方向における長さ）は、制御基板２の幅よりも小さく形成されている例を示しているが、これに限定されるものではない。

図２（ｄ）に戻る。図２（ｄ）は、ゲート部２１から注入された封止樹脂５が充填される途中経過を示す。ゲート部２１の断面の高さは、制御基板２の厚みよりも大きい。これにより、封止樹脂５の金型１７内への流れがスムーズになる。

さらに、コネクタ４は、制御基板２の上面側の樹脂流路Ａの下流側に設けられている。言い換えると、制御基板２におけるゲート痕２１ａとは反対側にコネクタ４が形成されている。これにより、コネクタ４を樹脂流路Ａの上流側に設けた場合よりも、端子１０によるボイドの発生を抑制することができる。

ここで、コネクタ４は、制御基板２の一面（以下、上面）側に搭載されている。コネクタ４も封止樹脂５で封止する必要があるため、制御基板２の上面よりもその反対側の面（以下、下面）側の方が封止樹脂５の体積が大きくなる。この場合、金型１７内の制御基板２の上下面側で封止樹脂５が充填完了するタイミングが異なるため、制御基板２の上下面に封止樹脂５の圧力差が生じる。これにより、制御基板２が反らされてしまい、制御基板２が反った状態で封止樹脂５の充填が完了すると、制御基板２に残留歪が発生してしまう。この残留歪により、製造時にはんだ接続部にクラックが発生してしまい、歩留りが悪化してしまっていた。そこで、本実施形態では、この制御基板２の反りを抑制するために、金型１７内に封止樹脂５が充填される際に、制御基板２の上下面で封止樹脂５の圧力差を低減するようにした。即ち、封止樹脂５が制御基板２の上下面側で充填完了となる時間差を低減ようにすればよい。より好ましくは、封止樹脂５が制御基板２の上下面側で同一のタイミングで金型１７内に充填完了となるようにする。

本実施形態では、封止樹脂５の体積は、制御基板２の下面側よりも上面側が大きい。従って、封止樹脂５が制御基板２の上下面側での充填完了タイミングの差を低減するために、制御基板２の上面側の樹脂流路Ａの断面積（Ｓ１´）を、制御基板２の下面側の樹脂流路Ｂの断面積（Ｓ２´）よりも大きく設定した。ゲート部２１のうち、制御基板２の上面側の面積（Ｓ１）と制御基板２の下面側の面積（Ｓ２）の関係が、Ｓ２＜Ｓ１となるように、金型１７内に基板５を配置する。

より好ましくは、制御基板２の上側と下側とで同一のタイミングで金型１７内に充填完了するようにする。即ち、両樹脂流路Ａ，Ｂの断面積の比率を、樹脂流路Ａから注入される封止樹脂５と、樹脂流路Ｂから注入される封止樹脂５とが、制御基板２の上下面側で同一のタイミングで金型１７内に充填完了するように設定した。
例えば、制御基板２の上面側の封止樹脂５の体積（Ｖ１）と制御基板２の下面側の樹脂体積（Ｖ２＜Ｖ１）との体積比が、ゲート部２１のうち、制御基板２の上面側の断面積（Ｓ１）と制御基板２の下面側の断面積（Ｓ２＜Ｓ１）の面積比と略等しい。即ち、Ｖ１：Ｖ２≒Ｓ１：Ｓ２の関係となるように、金型１７内に制御基板２を配置する。

樹脂流路Ａの断面の幅と、樹脂流路Ｂの断面の幅とは略等しい。これにより、封止樹脂５の充填時の広がりが制御基板２の両面で同等となってバランスがよい。従って、樹脂流路Ａの断面の高さ２２を樹脂流路Ｂの断面の高さ２３よりも高くしている。

尚、封止樹脂５の流動性を確保し、金型１７内の細部に亘り封止樹脂５充填させるため、金型１７、サブアッシー２０、封止樹脂５を予熱しておくことが好ましい。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、ホットメルトであってよい。封止樹脂５は、制御基板２の物性値に応じて、線膨張係数が１０～３０×１０^－６／℃、熱伝導率が０．５～３Ｗ／ｍＫであることが好ましい。これにより、封止樹脂５と制御基板２との剥離を抑制することができる。

金型１７内への封止樹脂５の充填完了後、金型１７内で封止樹脂５を硬化させ、硬化後、金型１７を開き、樹脂成形品を取り出し、ゲート部２１の余分な領域を除去後、図２（ｅ）に示す電子制御装置３０を完成させる。ゲート部２１の余分な領域を除去した際にゲート痕２１aが形成される。

本実施例では、樹脂筐体３は、制御基板２の一面側における樹脂体積よりも他面側における樹脂体積の方が大きい形状であり、ゲート痕２１ａの制御基板２の厚み方向における長さは、制御基板２の厚みよりも大きく形成されており、制御基板２は、ゲート痕２１ａの投影領域に側面の一部が重なるように位置しており、制御基板２は、ゲート痕２１ａの中央よりも一面側に寄って配置されている。この構造によれば、成型時における制御基板２の一面側と他面側での樹脂充填タイミングの差を低減することが可能となり、成型時の制御基板２の反りを抑制し、電子制御装置３０の信頼性を高めることができる。さらに、制御基板２を樹脂封止するので、電子制御装置３０を、小型化、軽量化、低コスト化することができる。

また、より好ましくは、樹脂充填タイミングを同一とする（差を略無くす）ために、ゲート痕２１ａのうち制御基板２よりも一面側の面積S１とゲート痕２１ａのうち制御基板２よりも他面側の面積S２との面積比（Ｓ１／Ｓ２）と、筐体3のうち制御基板２よりも一面側の体積Ｖ１と、筐体３のうち制御基板２よりも他面側の体積Ｖ２との体積比（Ｖ１／Ｖ２）とは、略等しく形成している。このようにすることで、制御基板２の反りをより抑制可能となり、信頼性をさらに向上させることが可能となる。

さらに、樹脂流路Ａ，Ｂは、制御基板２の一端２６から制御基板２の上下面に分岐するので、ゲート部２１と制御基板２との配置や形状を変更させることによって、これら樹脂流路Ａ，Ｂに射出される封止樹脂５，５の圧力を調整することができる。

樹脂流路Ａ，Ｂの断面積の高さ２２は、制御基板２の厚みよりも大きく設定されており、制御基板２は、一端２６が樹脂流路Ａ，Ｂと対向するように配置されたので、制御基板２の一端２６の配置を変更することによって、これら樹脂流路Ａ，Ｂに充填される封止樹脂５，５の圧力を調整することができる。

制御基板２の両面のうち、コネクタ４が配置された側の樹脂流路Ａの断面積（Ｓ１´）が、コネクタ４が配置されていない側の樹脂流路Ｂの断面積（Ｓ２´）よりも大きいので、コネクタ４を封止しつつ、制御基板２の反りを抑制することができる。

第２実施形態を第１実施形態と比較し説明する。尚、第２実施形態に係る金型２７は、第１実施形態に係る金型１７とはゲート部の構成が異なるだけであり、その他の構成は、第１実施形態に係る金型１７と同様である。したがって、第１実施形態との相違点を中心に述べる。

図４は、第２実施形態の電子制御装置の組立て手順を示す説明図である。

第１実施形態では、図２（ｄ）に示すようにゲート部２１はシングル構造であるが、第２実施形態では、図４（ｄ）に示すように、ゲート部２１は第１のゲート部２４と第２のゲート部２５を備えるダブル構造である。
即ち、金型２７には、制御基板２を挟むようにして第１ゲート部２４と、第２ゲート部２５とが設けられている。第１のゲート部２４の大きさ（面積）は、第２のゲート部２５の大きさ（面積）よりも大きい形状である。

図５は、第２実施形態に係る電子制御装置の側面図である。
図４（ｄ）に示すように第１ゲート部２４は、上型１８に設けられ、第２ゲート部２５は、下型１９に設けられている。金型２７内への封止樹脂５の充填完了後、金型２７内で封止樹脂５を硬化させ、硬化後、金型２７を開き、樹脂成形品を取り出し、第１ゲート部２４及び第２ゲート部２５の余分な領域を除去後、図４（ｅ）に示す電子制御装置４０を完成させる。除去工程により、ゲート痕２４ａ，２５ａが筐体３に形成される。
図４（ｅ）に示すように、筐体３には、第１のゲート痕２４ａと第２のゲート痕２５ａが形成されている。第１のゲート痕２４ａは、筐体３のうち制御基板２のコネクタ４が配置されている面側、第２のゲート痕２５ａは、筐体３のうち制御基板２のコネクタ４が配置されていない面側にそれぞれ形成されている。筐体３は、制御基板４に対してコネクタ４が形成されている側の体積の方が、制御基板２に対してコネクタ４が形成されていない側の体積よりも大きい形状であり、第１のゲート痕２４ａの大きさ（面積）は、第２のゲート痕２５ａの大きさ（面積）よりも大きい形状である。

本実施形態では、樹脂筐体３は、制御基板２の一面側における樹脂体積の方が他面側における樹脂体積よりも大きい形状であり、筐体３は、制御基板２の一面側に形成された第１のゲート痕２４ａと、制御基板２の他面側に形成される第２のゲート痕２５ａと、を有し、第１のゲート痕２４ａの方が、第２のゲート痕２５ａよりも大きい。この構成によれば、第１実施形態と同様に制御基板２の反りを抑制することができ、信頼性を向上できる。さらに、ゲートを分けて、制御基板２の一端２６が投影領域内に重ならないようにすることで、制御基板の一端２６に封止樹脂５が当たり難くなり、封止樹脂５の流動をより制御し易くなる。これにより、第１実施形態よりも制御基板２の反りを抑制し易くなる。

また、更なる好例として、筐体３の制御基板２の一面側の体積と筐体３の制御基板２の他面側の体積との体積比と、第１のゲート痕２４ａの面積と第２のゲート痕２５ａの面積との面積比とが、略等しくなるように形成することで、制御基板２の上下（一面側と他面側）の充填タイミングが同一となり、基板の反りをより抑えることが可能となり、信頼性が向上する。
また、第１のゲート痕２４ａの制御基板２の厚み方向における長さを、第２のゲート痕２５ａの制御基板２の厚み方向における長さよりも大きくし、第１のゲート痕２４ａの制御基板２の面方向における長さは、第２のゲート痕２５ａの制御基板２の面方向における長さと略等しい形状とし、第１のゲート部２４及び第２のゲート部25の高さ方向の大きさを変更することで、効率良く上下の樹脂注入速度を調整可能となり、低背化が可能となる。

第３実施形態を第１実施形態と比較し説明する。尚、第３実施形態に係る金型３７は、第１実施形態に係る金型１７とはゲート部の構成が異なるだけであり、その他の構成は、第１実施形態に係る金型１７と同様である。したがって、第１実施形態との相違点を中心に述べる。

図６は、第３実施形態に係る電子制御装置の断面図である。

金型３７は、一対の可動ピン３１，３２を新たに備えている。より詳しくは、上型３８には、貫通孔３３が設けられており、貫通孔３３に可動ピン５１が挿入されている。そして、下型３９には、貫通孔３４が設けられており、貫通孔３４に可動ピン５２が挿入されている。

図７は、第３実施形態に係る電子制御装置の成型手順を示す流れ図である。

次に、電子制御装置５０の成型手順を説明する。まず、一対の可動ピン３１，３２を一対の貫通孔３３，３４にそれぞれ挿入した状態で、制御基板３の上下両面側を上型３８と下側３９との間に配置するようにして金型３７を閉じる（Ｓ７０１）。その後、一対の可動ピン３１，３２を制御基板２に近付けて、一対の可動ピン３１，３２で制御基板２を上下から支持し（Ｓ７０２）、ゲート部２１から封止樹脂５の注入を開始する（Ｓ７０３）。次に、封止樹脂５の注入が完了したか否かを判定する（Ｓ７０４）。Ｓ７０４の判断が肯定的であった場合（Ｓ７０４：ＹＥＳ）、封止樹脂５の硬化後、一対の可動ピン３１，３２を制御基板２から離間させて上型３８および下型３９から抜く。（Ｓ７０５）。最後に、上型３８および下型３９を分離する（Ｓ７０６）。

この構成によれば、一対の可動ピン３１，３２が制御基板２を支持するので、封止樹脂５を充填している間に制御基板２が反るのを抑制することができる。

以上、本発明に係る電子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…筐体、４…コネクタ、５…封止樹脂、
１０…端子、１７…金型、２１…ゲート部、２１ａ…ゲート痕、
２２…樹脂流路Ａの断面の高さ、２３…樹脂流路Ｂの断面の高さ、
２４…第１ゲート部、２４ａ…ゲート痕、２５…第２ゲート部、
２５ａ…ゲート痕、２６…一端、２７…金型、
３０…電子制御装置、３１…可動ピン、３２…可動ピン、３７…金型、
４０…電子制御装置、Ａ…樹脂流路、Ｂ…樹脂流路

Claims (5)

1. 電子部品が実装される制御基板と、
   前記制御基板を樹脂で封止した筐体と、を備え、
   前記筐体は、前記制御基板の一面側における樹脂体積の方が他面側における樹脂体積よりも大きい形状であり、
   前記筐体は、前記制御基板の前記一面側に形成された第１のゲート痕と、前記制御基板の前記他面側に形成される第２のゲート痕と、を有し、
   前記第１のゲート痕の方が、前記第２のゲート痕よりも大きい電子制御装置。
2. 前記筐体の前記制御基板の前記一面側の体積と前記筐体の前記制御基板の前記他面側の体積との体積比と、前記第１のゲート痕の面積と前記第２のゲート痕の面積との面積比とが、略等しく形成されている請求項１に記載の電子制御装置。
3. 前記第１のゲート痕の前記制御基板の厚み方向における長さは、前記第２のゲート痕の前記制御基板の厚み方向における長さよりも大きく、
   前記第１のゲート痕の前記制御基板の面方向における長さは、前記第２のゲート痕の前記制御基板の面方向における長さと略等しい請求項２に記載の電子制御装置。
4. 前記制御基板に電気的に接続される端子を有し、前記制御基板の一面側に実装されるコネクタを備え、
   前記第１のゲート痕及び前記第２のゲート痕は、前記筐体における前記コネクタが形成される側とは反対側の側面に形成されている請求項２または３に記載の電子制御装置。
5. 前記樹脂は、線膨張係数が１０～３０×１０－６／℃であり、熱伝導率が０．５～３．０Ｗ／ｍＫである請求項４に記載の電子制御装置。

Images