WO2011034054A1 - 車両用電子制御装置 - Google Patents

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WO2011034054A1
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chip
circuit
electronic control
control device
signal
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PCT/JP2010/065826
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English (en)
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阿相竜治
菅原火明
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株式会社ケーヒン
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Definitions

  • the present invention relates to an electronic control device for a vehicle.
  • the vehicle is provided with a vehicle electronic control device that controls the internal combustion engine.
  • the vehicular electronic control device is configured to control the internal combustion engine by receiving a signal from a sensor or the like and controlling the amount of fuel supplied to the internal combustion engine or by igniting the fuel.
  • the conventional vehicle electronic control device is obtained by a CPU (Central Processing Unit) that is an arithmetic device, an input circuit to which a signal from an external device such as a storage device or a sensor is input, and an operation by the CPU.
  • An output circuit for outputting a signal to an external device a communication circuit for performing communication processing, a relay drive circuit for operating a relay, a drive circuit for energizing an electric actuator such as a motor, and detecting an energization state of the electric actuator
  • the circuit includes a current detection circuit and a power supply circuit that adjusts the voltage from the battery. Then, the CPU, the memory, and each circuit are individually mounted on the printed board.
  • a board that can be electrically connected to an external device and a control target, and a semiconductor device mounted on the board, the semiconductor device receives a signal input from the external device.
  • a first chip provided with a circuit for processing a signal to be output to the controlled object, and a second chip that is stacked on the first chip and accommodated in the same package and has an arithmetic device and a storage device.
  • an electronic control device for a vehicle including a first external terminal electrically connected only to the first chip and a second external terminal electrically connected only to the second chip.
  • the first chip is integrated with a first input circuit and a first output circuit that are commonly used in a plurality of vehicle types, and the substrate includes 2.
  • the second input circuit includes a waveform shaping circuit that converts an output signal of a crank angle sensor that detects rotation of a crankshaft of an engine into a digital signal.
  • a vehicle electronic control device according to claim 2 is provided.
  • the second output circuit includes a drive circuit that outputs a drive signal of a fuel pump that supplies fuel to the engine. Is provided.
  • the first chip includes a power supply circuit that adjusts a voltage supplied to the semiconductor device and supplies power to the first chip and the second chip.
  • a vehicular electronic control device according to claim 1 is provided.
  • the power supply circuit includes the first chip and the first chip when a voltage supplied to the first chip and the second chip falls below a preset threshold value. 6.
  • the vehicular electronic control device according to claim 5, further comprising a voltage monitoring circuit that outputs a signal for resetting the processing of the second chip.
  • the first chip includes a communication circuit capable of transmitting and receiving data between the external device and at least one of the controlled objects. 1 is provided.
  • the first chip includes an analog input circuit that converts an analog signal output from the external device into a digital signal and outputs the digital signal to the second chip.
  • the analog input circuit includes a protection circuit that protects an analog signal from noise generated in the output circuit.
  • the first chip has a pulse circuit that converts a pulse signal output from the external device into a digital pulse signal and outputs the digital pulse signal to the second chip.
  • a vehicle electronic control device according to claim 1 is provided.
  • the first chip includes a switch input circuit that converts a voltage value that fluctuates according to an on / off operation of an external device into a digital signal and outputs the digital signal to the second chip.
  • a vehicular electronic control device according to claim 1 is provided.
  • the first chip monitors the operation of the second chip and resets the processing of the arithmetic unit of the second chip when it is determined to be abnormal.
  • the vehicle electronic control device according to claim 1, further comprising a process monitoring circuit.
  • the vehicle electronic control device according to claim 11, wherein the processing monitoring circuit is a watchdog timer.
  • the electronic control device for a vehicle according to claim 1, wherein the first chip has a switch drive circuit that switches an energization state of the control target. Is done.
  • the first chip returns the power supply to the control target when the current value supplied to the control target exceeds a preset value.
  • the vehicle electronic control device according to claim 1, further comprising a circuit.
  • the substrate includes a circuit that inputs a signal from the external device to the second chip without passing through the first chip.
  • the vehicle electronic control device according to Item 1 is provided.
  • the substrate includes a drive circuit that outputs a signal for driving the control target from the second chip without passing through the first chip.
  • An electronic control device for a vehicle according to claim 1 is provided.
  • the semiconductor device includes a first custom chip in which an input circuit to which a signal from the external device is input is formed, and an output circuit that outputs a signal to the control target 2.
  • the circuit can be reduced in size by integrating at least a part of the input circuit and the output circuit on the custom chip. Further, by using a semiconductor device in which a custom chip and a microcomputer chip are accommodated in one package, the vehicle electronic control device can be miniaturized.
  • FIG. 1 is a diagram showing the configuration of a vehicle electronic control device and an engine according to the present invention.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view showing a main part of the vehicle electronic control device.
  • FIG. 3 is a block diagram of the vehicle electronic control device.
  • FIG. 4 is a cross-sectional view showing a modification of the vehicle electronic control device.
  • FIG. 1 shows a schematic configuration diagram of a system including an internal combustion engine and its control device.
  • An engine 1 that is an internal combustion engine has an intake pipe 2 that sucks air.
  • an air cleaner 3 is attached to the upstream intake port 2A.
  • the flow passage area can be adjusted by the throttle valve 5.
  • the opening degree of the throttle valve 5 is monitored by a throttle opening degree sensor 6.
  • the intake pipe 2 is provided with a passage 31 that bypasses the throttle valve 5.
  • An ISC (Idol Speed Control) valve 32 is provided in the bypass passage 31.
  • the ISC valve 32 is configured to adjust the flow passage area of the bypass passage 31 by driving the stepping motor 33 so that the engine speed can be adjusted when the engine 1 is started or during idling.
  • an intake pressure sensor 7 and a fuel injection injector 8 are sequentially provided downstream of the throttle valve 5 and connected to a combustion chamber 13 formed by a cylinder head 12 and a cylinder block 11.
  • the injector 8 is connected to the fuel tank 34.
  • the fuel tank 34 is provided with a fuel pump 35 so that the fuel in the tank can be supplied to the injector 8.
  • an intake valve 14 is inserted in a boundary portion between the intake pipe 2 and the combustion chamber 13 so as to freely open and close the pipeline.
  • the piston 15 is slidably inserted in the cylinder block 11.
  • the piston 15 is connected to the crankshaft 17 via the crank arm 16 and is configured to convert the linear reciprocating motion of the piston 15 into the rotational motion of the crankshaft 17 that is an output shaft.
  • the crankshaft 17 is rotatably supported by the cylinder block 11, and a timing rotor 18 for detecting the number of rotations is fixed.
  • a crank angle sensor 19 is disposed in the vicinity of the timing rotor 18.
  • the cylinder block 11 is formed with a flow path 20 for circulating the cooling water, and an engine temperature sensor 21 for measuring the temperature of the engine 1 is also attached.
  • a spark plug 24 and an exhaust pipe 25 are attached to the cylinder head 12.
  • the spark plug 24 is electrically connected to the ignition coil 27 so that a high voltage is applied.
  • An exhaust valve 28 is attached to the opening of the exhaust pipe 25 connected to the combustion chamber 13 so as to be freely opened and closed.
  • an oxygen sensor 36 is provided in the middle of the exhaust pipe 25. The oxygen sensor 36 measures the oxygen concentration in the exhaust gas, and the temperature is controlled by an oxygen sensor heater 37. Further, a catalytic converter 29 is provided on the downstream side of the oxygen sensor 36.
  • the vehicle electronic control device 41 may be referred to as an ECU (Electronic Control Unit).
  • the vehicle electronic control device 41 includes a printed circuit board 51, on which a circuit and signal input / output terminals are formed, and a semiconductor device 52.
  • the semiconductor device 52 has a heat sink 56 for heat dissipation inside the upper package 54 and the lower package 55, and two chips 57 and 58 are stacked. Further, a large number of leads 59A and 59B (external terminals) are drawn out of the packages 54 and 55, and signals are exchanged with external circuits and devices using these leads 59A and 59B, and a battery. 42 is supplied with electric power.
  • the heat sink 56 is fixed to the lower package 55 and is manufactured from a material having higher thermal conductivity than other members.
  • a custom chip 57 which is a first semiconductor chip, is fixed to the upper surface of the heat sink 56 with an adhesive or the like so that heat can be transferred.
  • the custom chip 57 is formed with various circuits described later.
  • the area of the heat sink 56 in plan view is larger than that of the custom chip 57 and has a sufficient contact area with the custom chip 57.
  • a microcomputer chip 58 as a second semiconductor chip is arranged on the custom chip 57.
  • the microcomputer chip 58 is fixed to the custom chip 57 with an adhesive or the like through a resin sheet 60.
  • the microcomputer chip 58 includes an arithmetic device and a storage device, and is configured to execute various processes described later.
  • the microcomputer chip 58 is formed smaller than the custom chip 57, and electrodes not shown are formed on the upper surface of the microcomputer chip 58 and the upper surface of the outer peripheral portion of the custom chip 57. These electrodes are electrically connected by a conductive wire 61 such as gold, thereby exchanging signals between the chips 57 and 58 and supplying power.
  • one end of a conductive wire 62 is electrically connected to the custom chip 57 or the microcomputer chip 58.
  • the other end of the wire 62 is electrically connected to the leads 59A and 59B using a wire bonding technique.
  • One end of each of the leads 59A and 59B is disposed inside the packages 54 and 55, and is bent substantially parallel to the chips 57 and 58.
  • the other ends of the leads 59A and 59B are disposed outside the packages 54 and 55, and are electrically connected to the electrodes 63 formed on the printed circuit board 51 using solder or the like.
  • signals are exchanged between the external device (including the circuit of the printed circuit board 51) and the custom chip 57 at a place where the lead 59A as the first external terminal and the custom chip 57 are connected. And power is supplied.
  • signals are exchanged between the external device and the microcomputer chip 58. That is, in the semiconductor device 52, some signals are input from the external device to the microcomputer chip 58 without going through the custom chip 57. Some signals are output from the microcomputer chip 58 to the external device without passing through the custom chip 57.
  • FIG. 3 shows a block diagram of the vehicle electronic control device.
  • the vehicle electronic control device 41 has an input circuit 65 (first input circuit) and a waveform shaping circuit 67 (second input circuit) on the signal input side.
  • the signal output side includes an output circuit 66 (first output circuit) and drive circuits 68 and 69 (second output circuit).
  • the input circuit 65 and the output circuit 66 are formed on the custom chip 57.
  • the input circuit 65 and the output circuit 66 mainly include circuits for realizing functions commonly used in a plurality of vehicle types. By forming these circuits 65 and 66 in one custom chip 57, the vehicle electronic control device 41 can be miniaturized.
  • the waveform shaping circuit 67 and the drive circuits 68 and 69 are formed on the printed circuit board 51, and mainly include circuits that need to be designed for each vehicle type or circuits that can be changed.
  • the waveform shaping circuit 67 and the drive circuits 68 and 69 are directly connected to the microcomputer chip 58 from the printed circuit board 51 via the lead 59B and the wire 61 without passing through the custom chip 57.
  • an input circuit 65 that is a first input circuit formed in the custom chip 57 includes a power supply circuit 73, an analog input circuit 74, an immobilizer input circuit 70, a pulse input circuit 75, and a switch input circuit 76. And a communication circuit 77. These circuits 73 to 77 are connected to the microcomputer chip 58 so as to be able to input and output signals and supply power.
  • the power supply circuit 73 is connected to the battery 42 and has a configuration for adjusting the battery voltage to a voltage capable of driving each circuit of the vehicle electronic control device 41.
  • the power supply circuit 73 includes a voltage monitoring circuit 91 for monitoring the voltage supplied to each circuit, and a process monitoring circuit 92 for monitoring the operation of the microcomputer chip 58 and monitoring the operation of the microcomputer chip 58. Yes.
  • the process monitoring circuit 92 has a configuration that monitors the operation of the microcomputer chip 58 and determines whether or not the circuit of the microcomputer chip 58 has malfunctioned.
  • An example of the process monitoring circuit 92 is a watchdog timer.
  • the watchdog timer has a timer circuit that counts the time during which the microcomputer chip 58 performs a predetermined process, and resets the count value when the process ends before the count value of the timer circuit reaches a preset value. To do.
  • the processing of the microcomputer chip 58 does not end even if it exceeds a preset value, it is determined that an abnormality has occurred in the circuit of the microcomputer chip 58, and the logic circuits of the microcomputer chip 58 and the custom chip 57 are determined. In response, a reset signal is output.
  • the analog input circuit 74 can input an analog signal from an external device including various sensors, and is configured to output a digital signal to the microcomputer chip 58 after performing a predetermined process. For this reason, the analog input circuit 74 includes an A / D (Analog / digital) conversion circuit. Further, the analog input circuit 74 is provided with a protection circuit 93 that protects the circuit from electrostatic discharge noise superimposed on the analog signal. By providing the protection circuit 93, even when noise, for example, ignition noise, is generated in the output circuit 66 formed on the same chip, the noise can be prevented from affecting the analog signal of the input circuit 65.
  • noise for example, ignition noise
  • examples of the external device including a sensor connected to the analog input circuit 74 include a throttle opening sensor 6, an intake pressure sensor 7, an intake air temperature sensor 4, an engine temperature sensor 21, and an oxygen sensor 36.
  • the external device may be a device installed outside the vehicle electronic control device 41, or a circuit or device other than the semiconductor device 52 formed on the printed circuit board 51.
  • the immobilizer input circuit 70 is connected to the immobilizer 101, and the ID code output from the immobilizer 101 is input.
  • the immobilizer input circuit 70 converts the analog ID code into a digital signal and outputs it to the microcomputer chip 58.
  • the pulse input circuit 75 can input analog pulse signals from external devices including various sensors, and is configured to output digital pulse signals to the microcomputer chip 58 after performing predetermined processing.
  • the external device connected to the pulse input circuit 75 include a vehicle speed sensor 102.
  • the vehicle electronic control device 41 can be reduced in size. If a digital filter circuit 94 is added to the pulse input circuit 75, the resistance to external noise can be improved, and a more accurate digital signal can be input to the microcomputer chip 58.
  • the switch input circuit 76 is configured to receive an analog voltage value that changes in accordance with the operation of the external switch, and to output a digital signal indicating the on / off state of the external switch to the microcomputer chip 58.
  • the external switch connected to the switch input circuit 76 include a relay provided in the battery 42 and the like.
  • the communication circuit 77 has a configuration for controlling transmission / reception of data performed between the external device and the microcomputer chip 58.
  • a protocol used for communication is K-Line.
  • Other communication protocols include CAN (ControllerCAArea Network), SPI (Serial Peripheral Interface), and the like.
  • Examples of the external device 104 include an acceleration sensor of SRS (Supplemental Restraint System). Since the vehicle electronic control device 41 communicates between the microcomputer chip 58 and the external device so that data can be transmitted and received, the vehicle electronic control device 41 transmits data to drivers of a large number of external devices, or transmits a plurality of commands. The number of wirings can be reduced even in the case of doing so.
  • the waveform shaping circuit 67 as the second input circuit formed on the printed circuit board 51 has a configuration in which a waveform signal output from the crank angle sensor 19 is input and a pulse signal is output to the microcomputer chip 58. Since the waveform signal output from the crank angle sensor 19 differs depending on the vehicle type, it is necessary to form the waveform shaping circuit 67 so that an appropriate pulse signal can be obtained for each vehicle type. Therefore, the waveform shaping circuit 67 is formed on the printed circuit board 51 without being integrated on the custom chip 57.
  • the output circuit 66 that is the first output circuit formed in the custom chip 57 includes a pulse signal output circuit 78, a switch drive circuit 79, and an immobilizer output circuit 80. These circuits 78 to 80 are connected to the microcomputer chip 58 so that signals can be input.
  • the pulse signal output circuit 78 is configured to receive the digital signal output from the microcomputer chip 58 and generate and output an analog signal for driving the control target (external device). For this reason, the switch drive circuit is provided with an A / D conversion circuit for converting a digital signal into an analog signal. Further, the pulse signal output circuit 78 is provided with a return circuit 95 for detecting the energization state of the control target as required. The return circuit 95 monitors the current value supplied to the controlled object, and when the current exceeds a preset value, stops the processing of the pulse signal output circuit 78 and turns off the energization to the controlled object. Switch. Providing such a return circuit 95 makes it possible to protect the custom chip 57 and the controlled object.
  • the control target include the injector 8, the ignition coil 27, the stepping motor 33 of the ISC valve 32, and the like.
  • the switch drive circuit 79 is configured to receive the digital signal output from the microcomputer chip 58, generate an on / off signal for switching the energization state of the control target, and output the signal to the corresponding control target.
  • the control target may be the same device as the external device.
  • the switch drive circuit 79 is provided with a return circuit 96, and when the overcurrent flows through the circuit, the operation of the switch drive circuit 79 is stopped to protect the custom chip 57 and the control target.
  • examples of the control target include the relay 105 and the starter motor 106.
  • switch drive circuit 79 since the switch drive circuit 79 generates heat depending on the type of control target, it is necessary to take measures against heat dissipation.
  • switch drive circuits are scattered on a printed circuit board, and a solid pattern or the like made of a conductive material is provided on each circuit board to dissipate heat.
  • FET Field-Effect-Transistor
  • the switch drive circuit 79 is integrated in the custom chip 57, the region where heat is generated is concentrated here. Therefore, by controlling the heat dissipation of the custom chip 57, it is possible to take a heat dissipation measure. That is, by causing the heat sink 56 shown in FIG. 2 to radiate heat, it is not necessary to take a heat radiating measure for each switch drive circuit as in the prior art. Thereby, the area of the printed circuit board 51 can be reduced as compared with the case where a solid pattern is formed for each switch drive circuit.
  • the immobilizer output circuit 80 is configured to receive the digital signal output from the microcomputer chip 58, create an analog pulse signal, and output the analog pulse signal to the immobilizer 101.
  • Examples of the signal output to the immobilizer 101 include a signal regarding the result of matching the ID code acquired from the key with the ID code of the vehicle body.
  • the drive circuits 68 and 69 which are the second output circuits formed on the printed circuit board 51 have a configuration for receiving a digital signal from the microcomputer chip 58 and outputting a signal for driving the device to be controlled.
  • the control target include a fuel pump 35 and an oxygen sensor heater 37.
  • the oxygen sensor heater 37 is provided to accurately control the operating temperature that greatly affects the characteristics of the oxygen sensor 36.
  • the drive circuit 69 is provided with a return circuit 98 for confirming that the control target is operating normally. The return circuit 98 monitors the current value supplied to the control target, stops the processing of the drive circuit 69, and protects the drive circuit 69 and the control target.
  • the fuel pump 35, the oxygen sensor heater 37, and the like have different capacities or different heater resistance values depending on the vehicle type. Therefore, the drive circuits 68, 69 and the return circuit can output appropriate signals for each vehicle type. Circuit 98 needs to be formed. Therefore, the drive circuits 68 and 69 are formed on the printed circuit board 51 without being integrated on the custom chip 57.
  • the operation of the vehicle electronic control device 41 will be described.
  • power from the battery 42 is supplied from the printed circuit board 51 to the power circuit 73 of the input circuit 65 of the custom chip 57 through the lead 59A.
  • the power supply circuit 73 adjusts the battery voltage to a voltage suitable for the operation of the custom chip 57 and the microcomputer chip 58, for example, 5V, and supplies it to each circuit.
  • information on the ID code of the key inserted into the key cylinder of the vehicle is input from the immobilizer 101 to the immobilizer input circuit 80 and transferred to the microcomputer chip 58.
  • the microcomputer chip 58 compares the key ID code and the ID code stored in the storage device in advance, and if they match, the immobilizer output circuit 80 of the output circuit 66 of the custom chip 57 is allowed to drive.
  • the permission signal is output. From the immobilizer output circuit 80, a permission signal is output to the immobilizer 101, whereby the engine 1 can be started. When the ID codes do not match, a signal that does not allow the engine 1 to start is output from the immobilizer output circuit 80 to the immobilizer 101.
  • the output of the throttle opening sensor 6, the output of the intake pressure sensor 7, the output of the intake air temperature sensor 4, the output of the engine temperature sensor 21, and the output of the oxygen sensor 36 are the analog input circuit of the custom chip 57.
  • 74 is input at any time.
  • the analog input circuit 74 converts each analog signal into a digital signal, performs signal processing as necessary, and then delivers it to the microcomputer chip 58.
  • a signal from the vehicle speed sensor 102 is input to the pulse input circuit 75, and a digital signal indicating vehicle speed information formed by the pulse input circuit 75 is input to the microcomputer chip 58.
  • the microcomputer chip 58 determines the fuel injection amount and ignition timing from the throttle opening, the intake pressure, the intake air temperature, the engine temperature, and the vehicle speed, and determines the adjustment amount of the fuel injection amount from the oxygen concentration in the exhaust gas.
  • the output of the crank angle sensor 19 is input to the waveform shaping circuit 67 of the printed circuit board 51.
  • the waveform signal formed by the waveform shaping circuit 67 is directly input to the microcomputer chip 58 through the lead 59B and the wire 62.
  • the microcomputer chip 58 determines the engine speed and the stroke of the engine 1 from the waveform signal, and determines the timing for igniting the fuel.
  • the microcomputer chip 58 outputs a drive signal for the injector 8 and a drive signal for the ignition coil 27 in accordance with the stroke of the engine 1. These signals are output from the lead 59 ⁇ / b> A through the printed circuit board 51 to the injector 8 and the ignition coil 27 via the pulse signal output circuit 78. As a result, an appropriate amount of fuel is injected from the injector 8 into the intake pipe 2, mixed with air, and then supplied to the combustion chamber 13. Further, when the energization to the ignition coil 27 is switched, the ignition plug 24 is activated to ignite the fuel in the combustion chamber 13. As a result, the piston 15 descends and power is generated. Further, if necessary, a drive signal for the stepping motor 33 of the ISC valve 31 is output from the pulse signal output circuit 78 to change the amount of air in the intake pipe 2 to control the engine speed during idling.
  • the microcomputer chip 58 outputs a signal for driving the fuel pump 35 in a timely manner. This signal is output directly from the drive circuit 68 to the fuel pump 35 using the lead 59B without passing through the custom chip 57. As a result, the fuel pump 35 is operated and fuel is supplied into the intake pipe 2 through the injector 8.
  • the vehicle electronic control device 41 can be miniaturized.
  • each logic circuit is formed on a printed circuit board.
  • predetermined logic circuits are aggregated in the same package to reduce wiring and parts on the printed circuit board 51. ing.
  • the area of the printed circuit board 51 can be reduced, and the vehicle electronic control device 41 can be reduced in size.
  • a circuit that can be used in common for a plurality of vehicle types is integrated on the custom chip 57, while a circuit that needs to be designed for each vehicle type is formed on the printed circuit board 51 and directly input to the microcomputer chip 48. Since it did in this way, it becomes possible to give the semiconductor device 52 versatility. Since the common circuit is made into one package, it is possible to quickly cope with a design change or the like. Conventionally, circuits and wiring have been laid out on the printed circuit board 51 for each vehicle type, and it has been necessary to consider noise countermeasures and heat dissipation countermeasures each time. Since it is integrated in the custom chip 57, when newly developing the vehicle electronic control device 41, only the peripheral circuit (connection circuit configuration of the integrated circuit with the external device) needs to be designed. For this reason, development man-hours can be reduced.
  • the power supply circuit 73 is integrated on the custom chip 57 and the custom chip 57 and the microcomputer chip 58 are laminated, the wiring length from the power supply circuit 73 to the microcomputer chip 58 can be shortened as compared with the prior art. Thereby, it becomes difficult to receive the influence of the noise from the outside, and it becomes possible to supply electric power to each circuit stably.
  • FIG. 4 shows a modification of this embodiment.
  • the vehicle electronic control device 111 has a configuration in which a semiconductor device 112 is mounted on a printed circuit board 51.
  • the semiconductor device 112 has a first custom chip 57A in which an input circuit 65 is integrated and a second custom chip 57B in which an output circuit 66 is integrated.
  • a microcomputer chip 58 is placed on these custom chips 57A and 57B. It has a stacked structure.
  • the first custom chip 57A only the input circuit 65 is formed, and the output circuit 66 is not formed.
  • only the output circuit 66 is formed on the second custom chip 57B, and the input circuit 65 is not formed. Since the input circuit 65 and the output circuit 66 are combined on separate chips, it is possible to prevent the noise of the output circuit 66 from affecting the input circuit 65 and vice versa.
  • the custom chip may be divided into three or more.
  • the circuit formed in one custom chip is not limited to the above example.
  • a custom chip having only the power circuit 73, a custom chip including at least a part of the input circuit 65 and a part of the output circuit 66, a custom including at least a part of the output circuit 66 and a part of the input circuit 65 A chip may be used.

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Abstract

【解決手段】車両用電子制御装置（４１）には、プリント回路基板（５１）上に半導体装置（５２）が実装されている。半導体装置（５２）は、パッケージ（５４），（５５）内にカスタムチップ（５７）とマイコンチップ（５８）とが積層配置されている。カスタムチップ（５７）は、マイコンチップ（５８）に信号等を入出力するための第１の入力回路及び第１の出力回路が形成されている。プリント回路基板（５１）には、カスタムチップ（５７）を経由せずにマイコンチップ（５８）に信号等を入出力するための第２の入力回路及び第２の出力回路が形成されている。

Description

車両用電子制御装置
　本発明は、車両用電子制御装置に関する。
　車両には、内燃機関を制御する車両用電子制御装置が設けられている。車両用電子制御装置は、センサ等の信号を受けて内燃機関に供給される燃料量を制御したり、燃料への点火を行ったりすることで内燃機関の制御を行うように構成されている。
　ここで、従来の車両用電子制御装置は、演算装置であるＣＰＵ（Central Processing Unit）と、記憶装置、センサ等の外部機器からの信号が入力される入力回路と、ＣＰＵによる演算で得られた信号を外部機器に出力するための出力回路と、通信処理を行う通信回路と、リレーを動作させるリレー駆動回路と、モータなどの電動アクチュエータに通電する駆動回路と、電動アクチュエータの通電状態を検出する電流検出回路と、バッテリからの電圧を調整する電源回路とを含んで構成されている。そして、ＣＰＵ及びメモリ並びに各回路は、プリント基板上に個別に実装されていた。
特開２００９－８５１４２号公報
　ところで、近年の車両用電子制御装置には様々な制御が要求されるので、多数の回路が必要になって車両用電子制御装置が大型化していた。しかしながら、車両用電子制御装置を自動二輪車などに搭載する場合には、スペースの制限があるので、装置の小型化が望まれていた。
　本発明は、このような事情を鑑みてなされたものであり、車両用電子制御装置を小型化することを主な目的とする。
　本願の一観点によれば、外部装置及び制御対象に電気的に接続可能な基板と、前記基板に実装された半導体装置と、を有し、前記半導体装置は、前記外部装置から入力される信号及び前記制御対象に出力する信号を処理する回路が設けられた第１のチップと、前記第１のチップに重ねて同一のパッケージ内に収容され、演算装置と記憶装置を有する第２のチップと、前記第１のチップのみに電気的に接続される第１の外部端子と、前記第２のチップのみに電気的に接続される第２の外部端子とを含む車両用電子制御装置が提供される。
　また、本発明の別の観点によれば、前記第１のチップには、複数の車種で共通して使用される第１の入力回路及び第１の出力回路を集積化し、前記基板には、車種に合わせて設計変更が可能な第２の入力回路及び第２の出力回路を設けたことを特徴とする請求項１に記載の車両用電子制御装置が提供される。
　また、本発明の別の観点によれば、前記第２の入力回路として、エンジンのクランク軸の回転を検出するクランク角センサの出力信号をデジタル信号に変換する波形整形回路を有することを特徴とする請求項２に記載の車両用電子制御装置が提供される。
　また、本発明の別の観点によれば、前記第２の出力回路として、エンジンに燃料を供給する燃料ポンプの駆動信号を出力する駆動回路を有することを特徴とする請求項２又は請求項３に記載の車両用電子制御装置が提供される。
　また、本発明の別の観点によれば、前記第１のチップは、前記半導体装置に供給される電圧を調整し、前記第１のチップ及び前記第２のチップに電力を供給する電源回路を有することを特徴とする請求項１に記載の車両用電子制御装置が提供される。
　また、本発明の別の観点によれば、前記電源回路は、前記第１のチップ及び前記第２のチップに供給する電圧が予め設定された閾値を下回ったときに、前記第１のチップ及び前記第２のチップの処理をリセットする信号を出力する電圧監視回路を有することを特徴とする請求項５に記載の車両用電子制御装置が提供される。
　また、本発明の別の観点によれば、前記第１のチップは、前記外部装置と前記制御対象の少なくとも一方との間でデータの送受信が可能な通信回路を有することを特徴とする請求項１に記載の車両用電子制御装置が提供される。
　また、本発明の別の観点によれば、前記第１のチップは、前記外部装置から出力されたアナログ信号をデジタル信号に変換して前記第２のチップに出力するアナログ入力回路を有し、前記アナログ入力回路は、出力回路で生じたノイズからアナログ信号を保護する保護回路を有することを特徴とする請求項１に記載の車両用電子制御装置が提供される。
　また、本発明の別の観点によれば、前記第１のチップは、前記外部装置から出力されたパルス信号をデジタルのパルス信号に変換して前記第２のチップに出力するパルス回路を有することを特徴とする請求項１に記載の車両用電子制御装置が提供される。
　また、本発明の別の観点によれば、前記第１のチップは、外部装置のオン・オフ動作によって変動する電圧値をデジタル信号に変換して前記第２のチップに出力するスイッチ入力回路を有することを特徴とする請求項１に記載の車両用電子制御装置が提供される。
　また、本発明の別の観点によれば、前記第１のチップは、前記第２のチップの動作を監視し、異常と判定したときに前記第２のチップの前記演算装置の処理をリセットさせる処理監視回路を有することを特徴とする請求項１に記載の車両用電子制御装置が提供される。
　また、本発明の別の観点によれば、前記処理監視回路は、ウォッチドックタイマであることを特徴とする請求項１１に記載の車両用電子制御装置が提供される。
　また、本発明の別の観点によれば、前記第１のチップは、前記制御対象の通電状態を切り換えるスイッチ駆動回路を有することを特徴とする請求項１に記載の車両用電子制御装置が提供される。
　また、本発明の別の観点によれば、前記第１のチップは、前記制御対象に通電される電流値が予め設定された値を越えたときに前記制御対象への通電をオフにするリターン回路を有することを特徴とする請求項１に記載の車両用電子制御装置が提供される。
　また、本発明の別の観点によれば、前記基板は、前記外部装置からの信号を前記第１のチップを経由せずに前記第２のチップに入力する回路を有することを特徴とする請求項１の車両用電子制御装置提供される。
　また、本発明の別の観点によれば、前記基板は、前記第１のチップを経由せずに前記第２のチップから前記制御対象を駆動させる信号を出力する駆動回路を有することを特徴とする請求項１の車両用電子制御装置が提供される。
　また、本発明の別の観点によれば、前記半導体装置は、前記外部装置からの信号が入力される入力回路が形成された第１のカスタムチップと、前記制御対象に信号を出力する出力回路が形成された第２のカスタムチップとを有し、前記第１及び第２のカスタムチップに前記第２のチップを積層させたことを特徴とする請求項１に記載の車両用電子制御装置が提供される。
　本発明によれば、入力回路と出力回路の少なくとも一部をカスタムチップに集積化することで回路の小型化が図れる。さらに、カスタムチップとマイコンチップを１つのパッケージ内に収容した半導体装置を用いることで車両用電子制御装置の小型化が図れる。
図１は、本発明の車両用電子制御装置及びエンジンの構成を示す図である。 図２は、車両用電子制御装置の要部を示す断面図である。 図３は、車両用電子制御装置のブロック図である。 図４は、車両用電子制御装置の変形例を示す断面図である。
　本発明を実施するための形態について以下に詳細に説明する。
　図１に内燃機関及びその制御装置を含むシステムの概略構成図を示す。
　内燃機関であるエンジン１は、空気を吸い込む吸気管２を有する。吸気管２は、上流側の吸気口２Ａにエアクリーナ３が取り付けられており、吸気温センサ４が設けられた後、スロットルバルブ５で流路面積を調整可能になっている。スロットルバルブ５の開度は、スロットル開度センサ６によりモニタされている。また、吸気管２には、スロットルバルブ５をバイパスする通路３１が設けられている。バイパス通路３１には、ＩＳＣ（Idol Speed Control）バルブ３２が設けられている。ＩＳＣバルブ３２は、ステッピングモータ３３を駆動させて、バイパス通路３１の流路面積を調整する構成を有し、エンジン１の始動時やアイドル運転時にエンジン回転数を調整できるようになっている。
　さらに、スロットルバルブ５の下流には、吸気圧センサ７と、燃料噴射用のインジェクタ８が順番に設けられた後、シリンダヘッド１２とシリンダブロック１１で形成される燃焼室１３に接続されている。ここで、インジェクタ８は、燃料タンク３４に接続されている。燃料タンク３４には、燃料ポンプ３５が設けられており、タンク内の燃料をインジェクタ８に供給可能になっている。さらに、吸気管２と燃焼室１３の境界部分には、吸気バルブ１４が管路を開閉自在に挿入されている。
　シリンダブロック１１には、ピストン１５が摺動自在に挿入されている。ピストン１５は、クランクアーム１６を介してクランク軸１７に連結されており、ピストン１５の直線的な往復運動を出力軸であるクランク軸１７の回転運動に変換するように構成されている。クランク軸１７は、シリンダブロック１１に回転自在に支持されており、その回転数を検出するためのタイミングロータ１８が固定されている。タイミングロータ１８の近傍には、クランク角センサ１９が配置されている。さらに、シリンダブロック１１には、冷却水を循環させるための流路２０が形成されると共に、エンジン１の温度を測定するためのエンジン温センサ２１も取り付けられている。
　シリンダヘッド１２には、吸気管２の他に、点火プラグ２４と、排気管２５が取り付けられている。点火プラグ２４は、点火コイル２７に電気的に接続され、高電圧が印加されるようになっている。また、排気管２５の燃焼室１３に連なる開口部には、排気バルブ２８が開閉自在に取り付けられている。さらに、排気管２５の途中には、酸素センサ３６が設けられている。酸素センサ３６は、排気中の酸素濃度を測定するもので、酸素センサヒータ３７により温度が制御されている。さらに、酸素センサ３６より下流側には、触媒コンバータ２９が設けられている。
　次に、このようなエンジン１の制御を行う車両用電子制御装置４１の構成について図２を参照して説明する。なお、車両用電子制御装置４１は、ＥＣＵ（Electronic Control Unit）と呼ばれることもある。
　図２に概略構成を示すように、車両用電子制御装置４１は、プリント回路基板５１を有し、プリント回路基板５１上に回路や信号入出力用の端子等が形成されると共に、半導体装置５２が実装されている。
　半導体装置５２は、上部パッケージ５４と下部パッケージ５５の内側に放熱用のヒートシンク５６を有すると共に、２つのチップ５７，５８が積層配置されている。さらに、多数のリード５９Ａ，５９Ｂ（外部端子）がパッケージ５４，５５の外に引き出されており、これらリード５９Ａ，５９Ｂを用いて外部の回路や装置との間で信号の授受を行ったり、バッテリ４２から電力の供給を受けたりするようになっている。
　ヒートシンク５６は、下部パッケージ５５に固定されており、他の部材よりも熱伝導率が高い材料から製造されている。ヒートシンク５６の上面には、第１の半導体チップであるカスタムチップ５７が接着剤等で熱伝達可能に固定されている。カスタムチップ５７は、後述する各種の回路が形成されている。平面視におけるヒートシンク５６の面積は、カスタムチップ５７より大きくなっており、カスタムチップ５７との間に充分な接触面積を有している。
　さらに、カスタムチップ５７の上には、第２の半導体チップであるマイコンチップ５８が配置されている。マイコンチップ５８は、樹脂製のシート６０を介して接着剤等によってカスタムチップ５７に固定されている。マイコンチップ５８は、演算装置や記憶装置を含み、後述する各種の処理を実行するように構成されている。
　マイコンチップ５８は、カスタムチップ５７より小さく形成されており、マイコンチップ５８の上面と、カスタムチップ５７の外周部分の上面とのそれぞれには、図示を省略する電極が形成されている。これら電極を金などの導電性を有するワイヤ６１で電気的に接続することで、チップ５７，５８間の信号のやり取りや、電力の供給を行っている。
　また、カスタムチップ５７又はマイコンチップ５８には、導電性を有するワイヤ６２の一端部が電気的に接続されている。ワイヤ６２の他端部は、リード５９Ａ，５９Ｂにワイヤボンディング技術を用いて電気的に接続されている。リード５９Ａ，５９Ｂは、その一端部がパッケージ５４，５５の内側に配置され、かつチップ５７，５８と略平行に折り曲げられている。リード５９Ａ，５９Ｂの他端は、パッケージ５４，５５の外側に配置され、プリント回路基板５１に形成された電極６３に半田等を用いて電気的に接続されている。
　この実施の形態では、第１の外部端子であるリード５９Ａとカスタムチップ５７が接続されている箇所では、外部装置（プリント回路基板５１の回路を含む）とカスタムチップ５７との間で信号の授受や電力の供給が行われる。また、第２の外部端子であるリード５９Ｂとマイコンチップ５８が直接に接続されている箇所では、外部装置とマイコンチップ５８との間で信号の授受が行われる。つまり、この半導体装置５２では、一部の信号がカスタムチップ５７を経由することなく外部装置からマイコンチップ５８に入力される。また、一部の信号がカスタムチップ５７を経由することなくマイコンチップ５８から外部装置に出力される。
　次に、図３に車両用電子制御装置のブロック図を示す。
　この車両用電子制御装置４１は、信号の入力側に、入力回路６５（第１の入力回路）と、波形整形回路６７（第２の入力回路）とを有する。また、信号の出力側には、出力回路６６（第１の出力回路）と、駆動回路６８，６９（第２の出力回路）とを有する。
　入力回路６５及び出力回路６６は、カスタムチップ５７に形成されている。入力回路６５及び出力回路６６は、主に複数の車種で共通に使用される機能を実現するための回路を含む。これら回路６５、６６を１つのカスタムチップ５７に形成することで車両用電子制御装置４１の小型化が図れられる。
　さらに、波形整形回路６７及び駆動回路６８，６９は、プリント回路基板５１に形成されており、主に車種ごとに設計が必要な回路又は設計変更が可能な回路を含んでいる。波形整形回路６７及び駆動回路６８，６９は、プリント回路基板５１上からリード５９Ｂ及びワイヤ６１を介して、カスタムチップ５７を経由せずにマイコンチップ５８に直接に接続されている。
　以下、第１及び第２の入力回路について説明する。
　まず、カスタムチップ５７に形成される第１の入力回路である入力回路６５には、電源回路７３と、アナログ入力回路７４と、イモビライザ用入力回路７０と、パルス入力回路７５と、スイッチ入力回路７６と、通信回路７７とが含まれる。これら回路７３～７７は、マイコンチップ５８に、信号の入出力や電力の供給が可能に接続されている。
　電源回路７３は、バッテリ４２に接続されており、バッテリ電圧を車両用電子制御装置４１の各回路を駆動可能な電圧に調整する構成を有する。また、電源回路７３には、各回路に供給する電圧を監視するための電圧監視回路９１と、マイコンチップ５８における動作を監視し、マイコンチップ５８の動作を監視する処理監視回路９２が含まれている。
　電圧監視回路９１は、電源電圧が予め設定されている閾値を下回ったことを検出したら、入力回路６５及び出力回路６６のそれぞれのロジック回路、並びにマイコンチップ５８に対してリセット信号を出力し、電圧低下時の誤動作を防止する。
　処理監視回路９２は、マイコンチップ５８における動作を監視し、マイコンチップ５８の回路が動作異常を起こしているか否かを判定する構成を有する。
　処理監視回路９２としては、例えば、ウォッチドックタイマがあげられる。ウォッチドッグタイマは、マイコンチップ５８が所定の処理を行う間の時間をカウントするタイマ回路を有し、タイマ回路のカウント値が予め設定された値に到達する前に処理が終了したらカウント値をリセットする。これに対し、予め設定された値を越えてもマイコンチップ５８の処理が終了しない場合には、マイコンチップ５８の回路に異常が生じたと判定し、マイコンチップ５８及びカスタムチップ５７の各ロジック回路に対してリセット信号を出力する。処理監視回路９２をカスタムチップ５７に設けることで部品点数の削減及び車両用電子制御装置４１の小型化が図れる。
　アナログ入力回路７４は、各種のセンサを含む外部装置からのアナログ信号が入力可能で、所定の処理を行った後にマイコンチップ５８にデジタル信号を出力するように構成されている。このため、アナログ入力回路７４には、Ａ／Ｄ（Analog/digital）変換回路が含まれている。さらに、アナログ入力回路７４には、アナログ信号に重畳した静電放電ノイズから回路を保護する保護回路９３が設けられている。保護回路９３を設けることで、同一チップに形成された出力回路６６でノイズ、例えば点火ノイズが発生した場合でも、そのノイズが入力回路６５のアナログ信号に影響を与えることを防止できる。
　ここで、アナログ入力回路７４に接続されるセンサを含む外部装置としては、例えば、スロットル開度センサ６、吸気圧センサ７、吸気温センサ４、エンジン温センサ２１、酸素センサ３６があげられる。なお、外部装置としては、車両用電子制御装置４１の外部に設置される装置でも良いし、プリント回路基板５１上に形成された半導体装置５２以外の回路又は装置であっても良い。
　イモビライザ用入力回路７０には、イモビライザ１０１が接続され、イモビライザ１０１から出力されるＩＤコードが入力される。イモビライザ用入力回路７０は、アナログのＩＤコードをデジタル信号に変換してマイコンチップ５８に出力する。
　パルス入力回路７５は、各種のセンサを含む外部装置からのアナログのパルス信号が入力可能で、所定の処理を行った後にマイコンチップ５８にデジタルのパルス信号を出力するように構成されている。ここで、パルス入力回路７５に接続される外部装置としては、例えば、車速センサ１０２があげられる。アナログのパルス信号をデジタル信号に変換する回路をカスタムチップ５７に設けることで、車両用電子制御装置４１の小型化が図れる。なお、パルス入力回路７５にデジタルフィルタ回路９４を付加すると、外部からのノイズに対する耐性を向上でき、より正確なデジタル信号をマイコンチップ５８に入力することが可能になる。
　スイッチ入力回路７６は、外部のスイッチの動作に伴って変化するアナログの電圧値が入力され、外部スイッチのオン／オフ状態を示すデジタル信号をマイコンチップ５８に出力するように構成されている。ここで、スイッチ入力回路７６に接続される外部のスイッチとしては、例えば、バッテリ４２などに設けられたリレーがあげられる。
　通信回路７７は、外部装置とマイコンチップ５８との間で行われるデータの送受信を制御する構成を有する。通信に用いられるプロトコルとしては、Ｋ－Ｌｉｎｅがあげられる。その他の通信プロトコルとしては、例えば、ＣＡＮ（Controller Area Network）や、ＳＰＩ（Serial Peripheral Interface）などがあげられる。また、外部装置１０４としては、例えば、ＳＲＳ（Supplemental Restraint System）の加速度センサなどがあげられる。この車両用電子制御装置４１は、マイコンチップ５８と外部装置の間で通信を行ってデータを送受信できるようにしたので、多数の外部装置のドライバにデータを送信したり、複数のコマンドを送信等したりする場合においても配線数を少なくできる。
　また、プリント回路基板５１に形成される第２の入力回路である波形整形回路６７は、クランク角センサ１９から出力される波形信号が入力され、マイコンチップ５８にパルス信号を出力する構成を有する。なお、クランク角センサ１９から出力される波形信号は、車種によって異なるので、車種ごとに適切なパルス信号が得られるように波形整形回路６７を形成する必要がある。このため、波形整形回路６７は、カスタムチップ５７に集積化されることなく、プリント回路基板５１上に形成されている。
　次に、第１及び第２の出力回路について説明する。
　まず、カスタムチップ５７に形成される第１の出力回路である出力回路６６には、パルス信号出力回路７８と、スイッチ駆動回路７９と、イモビライザ用出力回路８０が含まれる。これら回路７８～８０は、マイコンチップ５８に信号の入力が可能に接続されている。
　パルス信号出力回路７８は、マイコンチップ５８から出力されるデジタル信号を受けて制御対象（外部装置）を駆動させるアナログ信号を作成して出力するように構成されている。このため、スイッチ駆動回路には、デジタル信号をアナログ信号に変換するＡ／Ｄ変換回路が設けられている。さらに、パルス信号出力回路７８には、制御対象の通電状態を検出するリターン回路９５が必要に応じて設けられている。リターン回路９５は、制御対象に供給される電流値をモニタし、電流が予め設定された値を越えたときにときにパルス信号出力回路７８の処理を停止させて制御対象への通電をオフに切り替える。このようなリターン回路９５を設けることで、カスタムチップ５７や制御対象を保護することが可能になる。ここで、制御対象としては、例えば、インジェクタ８や、点火コイル２７、ＩＳＣバルブ３２のステッピングモータ３３などがあげられる。
　スイッチ駆動回路７９は、マイコンチップ５８から出力されるデジタル信号を受けて制御対象の通電状態を切り替えるオン／オフ信号を作成し、対応する制御対象に出力するように構成されている。なお、制御対象は、外部装置と同一の装置であることもある。さらに、スイッチ駆動回路７９には、リターン回路９６が設けられており、回路に過電流が流れたときにスイッチ駆動回路７９の動作を停止させてカスタムチップ５７や制御対象を保護する。ここで、制御対象としては、例えば、リレー１０５や、スタータモータ１０６などがあげられる。
　ここで、スイッチ駆動回路７９は、制御対象の種類によっては発熱を生じるため、放熱対策が必要になる。従来では、プリント回路基板上にスイッチ駆動回路を点在させ、それぞれに導電材料からなるベタパターンなどを設けて放熱させていた。例えば、スイッチ駆動回路として、ＦＥＴ（Field Effect Transistor）を用いた場合、ＦＥＴで発生する熱をプリント回路基板のベタパターンから放熱させていた。そして、ＦＥＴを複数搭載する場合には、ＦＥＴごとに、このような構成を設計する必要があった。これに対し、この車両用電子制御装置４１では、スイッチ駆動回路７９がカスタムチップ５７に集積化されたので、熱を生じる領域もここに集中する。したがって、カスタムチップ５７の放熱をコントロールすることで、放熱対策を行うことが可能になる。つまり、図２に示すヒートシンク５６で放熱を行わせることで、従来のようにスイッチ駆動回路ごとに放熱対策を施す必要がなくなる。これにより、スイッチ駆動回路ごとにベタパターンを形成する場合に比べて、プリント回路基板５１の面積を小さくすることができる。
　イモビライザ用出力回路８０は、マイコンチップ５８から出力されるデジタル信号を受けてアナログのパルス信号を作成し、イモビライザ１０１に出力するように構成されている。イモビライザ１０１に出力される信号としては、例えば、キーから取得したＩＤコードと車両本体のＩＤコードのマッチングを行った結果についての信号があげられる。
　また、プリント回路基板５１に形成される第２の出力回路である駆動回路６８，６９は、マイコンチップ５８からのデジタル信号を受けて、制御対象となる装置を駆動させる信号を出力させる構成を有する。ここで、制御対象としては、例えば、燃料ポンプ３５や、酸素センサヒータ３７があげられる。なお、酸素センサヒータ３７とは、酸素センサ３６の特性に大きな影響を与える動作温度を正確に制御するために設けられている。なお、駆動回路６９には、制御対象が正常動作していることを確認するリターン回路９８が設けられている。リターン回路９８は、制御対象に供給される電流値をモニタし、駆動回路６９の処理を停止させて駆動回路６９や制御対象を保護する。
　なお、燃料ポンプ３５や、酸素センサヒータ３７などは、車種によって容量が異なったり、ヒータの抵抗値などが異なったりするので、車種ごとに適切な信号を出力できるように駆動回路６８，６９やリターン回路９８を形成する必要がある。このため、駆動回路６８，６９は、カスタムチップ５７に集積化されることなく、プリント回路基板５１上に形成されている。
　次に、車両用電子制御装置４１の動作について説明する。
　車両を始動させるときは、バッテリ４２からの電力がプリント回路基板５１からリード５９Ａを通してカスタムチップ５７の入力回路６５の電源回路７３に供給される。電源回路７３はバッテリ電圧をカスタムチップ５７及びマイコンチップ５８の動作に適した電圧、例えば５Ｖに調整して各回路に供給する。さらに、車両のキーシリンダに差し込まれたキーのＩＤコードの情報がイモビライザ１０１からイモビライザ入力回路８０に入力され、マイコンチップ５８に受け渡される。マイコンチップ５８は、キーのＩＤコードと予め記憶装置に格納されているＩＤコードとを比較し、両者が一致する場合には、カスタムチップ５７の出力回路６６のイモビライザ用出力回路８０に駆動を許可する許可信号を出力する。イモビライザ用出力回路８０からは、イモビライザ１０１に許可信号が出力され、これによってエンジン１の始動が可能になる。なお、ＩＤコードが一致しないときは、エンジン１の始動を許可しない信号がイモビライザ用出力回路８０からイモビライザ１０１に出力される。
　エンジン１の運転中は、スロットル開度センサ６の出力や、吸気圧センサ７の出力、吸気温センサ４の出力、エンジン温センサ２１の出力、酸素センサ３６の出力がカスタムチップ５７のアナログ入力回路７４に随時入力される。アナログ入力回路７４では、それぞれのアナログ信号をデジタル信号に変換し、さらに必要に応じて信号処理を行った後に、マイコンチップ５８に受け渡す。また、パルス入力回路７５には、車速センサ１０２からの信号が入力され、パルス入力回路７５で形成された車速の情報を示すデジタル信号がマイコンチップ５８に入力される。マイコンチップ５８は、スロットル開度、吸気圧、吸気温、エンジン温、車速から燃料噴射量や点火時期を決定したり、排ガス中の酸素濃度から燃料噴射量の調整量を決定したりする。
　また、クランク軸１７の回転に伴って、クランク角センサ１９の出力がプリント回路基板５１の波形整形回路６７に入力される。波形整形回路６７で成形された波形信号は、リード５９Ｂ及びワイヤ６２を通ってマイコンチップ５８に直接入力される。マイコンチップ５８は、波形信号からエンジンの回転数や、エンジン１の行程を判別し、燃料に点火するタイミングを決定する。
　次に、マイコンチップ５８からは、エンジン１の行程に合わせて、インジェクタ８の駆動信号や、点火コイル２７の駆動信号が出力される。これら信号は、パルス信号出力回路７８を経て、リード５９Ａからプリント回路基板５１を通ってインジェクタ８や、点火コイル２７に出力される。これにより、インジェクタ８から適量の燃料が吸気管２に噴射され、空気と混合された後に燃焼室１３に供給される。さらに、点火コイル２７への通電が切り替えられることで、点火プラグ２４が作動して燃焼室１３内の燃料に点火する。その結果、ピストン１５が下降して動力が発生する。また、必要に応じてパルス信号出力回路７８からＩＳＣバルブ３１のステッピングモータ３３の駆動信号を出力させ、吸気管２内の空気量を変化させてアイドリング時のエンジン回転数をコントロールする。
　さらに、マイコンチップ５８は、燃料ポンプ３５を駆動させる信号を適時出力する。この信号は、カスタムチップ５７を経ずに、リード５９Ｂを使って駆動回路６８から燃料ポンプ３５に直接出力される。これにより、燃料ポンプ３５が稼動して燃料がインジェクタ８を経て吸気管２内に供給される。
　このようにして、カスタムチップ５７とマイコンチップ５８を１つのパッケージ内に収容した半導体装置５２を用いることで、車両用電子制御装置４１を小型化できる。ここで、従来では、各ロジック回路をプリント回路基板に形成していたが、この実施の形態では所定のロジック回路を同一パッケージ内に集約させることで、プリント回路基板５１上の配線や部品を減らしている。これによって、プリント回路基板５１の面積を小さくでき、車両用電子制御装置４１を小型化することが可能となる。
　また、複数の車種などに共通して使用できる回路をカスタムチップ５７に集積させ、その一方で車種ごとに設計が必要な回路をプリント回路基板５１上に形成してマイコンチップ４８に直接に入力するようにしたので、半導体装置５２に汎用性を持たせることが可能になる。共通する回路を１つのパッケージにしているので、設計変更等に対しても迅速に対応することが可能になる。従来では、車種ごとにプリント回路基板５１上に回路や配線をレイアウトしており、その都度、ノイズ対策や放熱対策を検討する必要があったが、複数の車種に共通して使用される回路をカスタムチップ５７に集積したので、新たに車両用電子制御装置４１を開発する際には、周辺回路(外部装置との集積回路の接続回路構成)のみ設計すればよいことになる。このため、開発工数を削減できる。
　さらに、電源回路７３をカスタムチップ５７に集積化すると共に、カスタムチップ５７とマイコンチップ５８を積層配置したので、従来に比べて電源回路７３からマイコンチップ５８までの配線長さを短くできる。これにより、外部からのノイズの影響を受け難くなり、各回路に電力を安定して供給することが可能になる。
　ここで、図４にこの実施の形態の変形例を示す。
　この車両用電子制御装置１１１は、プリント回路基板５１に半導体装置１１２を実装した構成を有する。半導体装置１１２は、入力回路６５を集積化した第１のカスタムチップ５７Ａと、出力回路６６を集積化した第２のカスタムチップ５７Ｂとを有し、これらカスタムチップ５７Ａ，５７Ｂ上にマイコンチップ５８を積層させたスタック構造を有する。第１のカスタムチップ５７Ａには、入力回路６５のみが形成され、出力回路６６は形成されていない。同様に、第２のカスタムチップ５７Ｂには、出力回路６６のみが形成され、入力回路６５は形成されていない。入力回路６５と出力回路６６を別々のチップにまとめたので、入力回路６５に出力回路６６のノイズが影響を与えたり、その逆が生じたりすることを防止できる。
　なお、本発明は、実施の形態で挙げた例や条件に限定されることなく解釈される。本発明は、その精神および範囲から逸脱しない範囲において、種々の変更や変形が可能である。
　例えば、カスタムチップは、３つ以上に分割されても良い。また、２つ以上のカスタムチップを有する場合に、一つのカスタムチップ内に形成される回路は、前記の例に限定されない。例えば、電源回路７３のみを有するカスタムチップや、入力回路６５の少なくとも一部と、出力回路６６の一部を含むカスタムチップ、出力回路６６の少なくとも一部と、入力回路６５の一部を含むカスタムチップでも良い。

Claims (17)

  1. 　外部装置及び制御対象に電気的に接続可能な基板と、
    　前記基板に実装された半導体装置と、
    を有し、
    　前記半導体装置は、
    　前記外部装置から入力される信号及び前記制御対象に出力する信号を処理する回路が設けられた第１のチップと、
    　前記第１のチップに重ねて同一のパッケージ内に収容され、演算装置と記憶装置を有する第２のチップと、
    　前記第１のチップのみに電気的に接続される第１の外部端子と、
    　前記第２のチップのみに電気的に接続される第２の外部端子と
    を含む車両用電子制御装置。
  2. 　前記第１のチップには、複数の車種で共通して使用される第１の入力回路及び第１の出力回路を集積化し、
    　前記基板には、車種に合わせて設計変更が可能な第２の入力回路及び第２の出力回路を設けたことを特徴とする請求項１に記載の車両用電子制御装置。
  3. 　前記第２の入力回路として、エンジンのクランク軸の回転を検出するクランク角センサの出力信号をデジタル信号に変換する波形整形回路を有することを特徴とする請求項２に記載の車両用電子制御装置。
  4. 　前記第２の出力回路として、エンジンに燃料を供給する燃料ポンプの駆動信号を出力する駆動回路を有することを特徴とする請求項２又は請求項３に記載の車両用電子制御装置。
  5. 　前記第１のチップは、前記半導体装置に供給される電圧を調整し、前記第１のチップ及び前記第２のチップに電力を供給する電源回路を有することを特徴とする請求項１に記載の車両用電子制御装置。
  6. 　前記電源回路は、前記第１のチップ及び前記第２のチップに供給する電圧が予め設定された閾値を下回ったときに、前記第１のチップ及び前記第２のチップの処理をリセットする信号を出力する電圧監視回路を有することを特徴とする請求項５に記載の車両用電子制御装置。
  7. 　前記第１のチップは、前記外部装置と前記制御対象の少なくとも一方との間でデータの送受信が可能な通信回路を有することを特徴とする請求項１に記載の車両用電子制御装置。
  8. 　前記第１のチップは、前記外部装置から出力されたアナログ信号をデジタル信号に変換して前記第２のチップに出力するアナログ入力回路を有し、前記アナログ入力回路は、出力回路で生じたノイズからアナログ信号を保護する保護回路を有することを特徴とする請求項１に記載の車両用電子制御装置。
  9. 　前記第１のチップは、前記外部装置から出力されたパルス信号をデジタルのパルス信号に変換して前記第２のチップに出力するパルス回路を有することを特徴とする請求項１に記載の車両用電子制御装置。
  10. 　前記第１のチップは、外部装置のオン・オフ動作によって変動する電圧値をデジタル信号に変換して前記第２のチップに出力するスイッチ入力回路を有することを特徴とする請求項１に記載の車両用電子制御装置。
  11. 　前記第１のチップは、前記第２のチップの動作を監視し、異常と判定したときに前記第２のチップの前記演算装置の処理をリセットさせる処理監視回路を有することを特徴とする請求項１に記載の車両用電子制御装置。
  12. 　前記処理監視回路は、ウォッチドックタイマであることを特徴とする請求項１１に記載の車両用電子制御装置。
  13. 　前記第１のチップは、前記制御対象の通電状態を切り換えるスイッチ駆動回路を有することを特徴とする請求項１に記載の車両用電子制御装置。
  14. 　前記第１のチップは、前記制御対象に通電される電流値が予め設定された値を越えたときに前記制御対象への通電をオフにするリターン回路を有することを特徴とする請求項１に記載の車両用電子制御装置。
  15. 　前記基板は、前記外部装置からの信号を前記第１のチップを経由せずに前記第２のチップに入力する回路を有することを特徴とする請求項１の車両用電子制御装置。
  16. 　前記基板は、前記第１のチップを経由せずに前記第２のチップから前記制御対象を駆動させる信号を出力する駆動回路を有することを特徴とする請求項１の車両用電子制御装置。
  17. 　前記半導体装置は、前記外部装置からの信号が入力される入力回路が形成された第１のカスタムチップと、前記制御対象に信号を出力する出力回路が形成された第２のカスタムチップとを有し、前記第１及び第２のカスタムチップに前記第２のチップを積層させたことを特徴とする請求項１に記載の車両用電子制御装置。
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