WO2017150053A1 - 樹脂封止型車載制御装置 - Google Patents

Abstract

電子基板が歪むことなく樹脂を充填することができるＥＣＵの構造を提供することを目的とする。回路基板と、前記回路基板を収容するベース部材と、前記回路基板とベース部材との間に充填された樹脂を有する樹脂封止型車載制御装置において、前記ベース部材は、前記回路基板が固定された基部と、前記回路基板の側面側と対向する側壁と、を有し、前記樹脂は、少なくとも前記回路基板と前記基部との間に設けられ、前記側壁は、前記電子基板の側面側と対向する位置よりも前記基部側のいずれかに開口を有する電子制御装置。

Description

樹脂封止型車載制御装置

　本発明は、電子部品が実装された回路基板及び回路基板を覆うような側壁を有するベースを備えた自動車に搭載される車載制御装置に係り、特に回路基板とベースを樹脂で封止した電子制御装置に関する。

　従来、自動車に搭載される車載制御装置（ＥＣＵ：Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ　Ｃｏｎｔｒｏｌ　Ｕｎｉｔ）は、通常、半導体部品等の電子部品が実装された回路基板と、この回路基板を収容する筺体とを含んで構成される。筺体は、回路基板を固定するベースと回路基板を覆うようにベースに組みつけられるカバーとからなるものが一般的である。

　このような車載制御装置は、近年、スペースの制約による小型化が要求されている。またこれらの車載制御装置はエンジンルーム、エンジン内、自動変速機内等の振動が大きい場所に設置されるため、耐振性が要求されている。また、設置箇所によっては振動の他に他の電子機器等から発せられる電磁波が問題となる場合が有り、電磁両立性（ＥＭＣ：Ｅｌｅｃｔｒｏ－Ｍａｇｎｅｔｉｃ　Ｃｏｍｐａｔｉｂｉｌｉｔｙ）を確保する必要がある。

　このような要求に対して、例えば、特許文献１では、両面に電子部品が実装された電子基板を、側壁を有するベース部材（樹脂容器２０）に入れ、電子基板とベース部材の間を樹脂（封止材５０）で充填する技術が開示されている。

　特許文献２は、ベース部材（蓋体３）の側面に設けられた注入孔から樹脂（絶縁樹脂９）を充填する技術が開示されている。

特開２０００－１８３２７７号公報 特開２０１４－１５０８０号公報

特許文献１のように、電子部品を両面に実装した電子基板をベース部材に設けたＥＣＵでは、ベース部材と電子基板との間に空間があるため、この空間に樹脂を充填する必要がある。特許文献１のように、側壁を有するベース部材を用いたＥＣＵへの樹脂を添加する場合、側壁によりこの空間への樹脂充填が遅れるため、電子基板の上下面への樹脂充填時間に差が生じる為、電子基板が歪む可能性がある。

　本発明は、電子基板が歪むことなく樹脂を充填することができるＥＣＵの構造を提供することを目的とする。

　本発明の課題を解決する手段は例えば以下である。

　幅広面と側面を有する回路基板と、前記回路基板を収容するベース部材と、前記回路基板とベース部材との間に充填された樹脂を有し、前記ベース部材は、前記幅広面と対向する板状部と、前記板状部から突出して設けられ、前記側面と対向する側壁と、を有し、前記樹脂は、少なくとも前記回路基板と前記幅広面との間に設けられ、前記側壁は、前記側面と対向する位置よりも前記板状部側のいずれかに開口を有する車載制御装置。

　側壁が、前記側面と対向する位置よりも前記板状部側のいずれかに開口を有することで、回路基板の上下面への樹脂充填時間に差が生じることを抑制することができる。

　本発明によれば、電子基板が歪むことなく樹脂を充填することができるＥＣＵの構造を提供することができる。

実施例１の樹脂封止型車載制御装置１の主要構造を示す分解斜視図 図１の断面図 組立（固定）工程の一例を説明する図 組立（コネクタ取り付け）工程の一例を示す図 組立（樹脂充填）工程の一例を示す図 ベース部材１１の開口１１ｇと回路基板１５との位置関係を示す概略図 実施例２の樹脂封止型車載制御装置１であり、ベース部材１１の開口１１ｇと回路基板１５との位置関係および開口１１ｇの形状を示す概略図 実施例３の樹脂封止型車載制御装置１であり、ベース部材１１の開口１１ｇと回路基板１５との位置関係および開口１１ｇの形状を示す概略図 実施例４の樹脂封止型車載制御装置１であり、ベース部材１１の開口１１ｇと回路基板１５との位置関係および開口１１ｇの形状を示す概略図 実施例５の樹脂封止型車載制御装置１であり、ベース部材１１の開口１１ｇと回路基板１５との位置関係および開口１１ｇの形状を示す概略図 実施例６の樹脂封止型車載制御装置１であり、ベース部材１１の開口１１ｇと回路基板１５との位置関係および開口１１ｇの形状を示す概略図 実施例７の樹脂封止型車載制御装置１の概念図 実施例８の樹脂封止型車載制御装置１の概念図 実施例８の樹脂封止型車載制御装置１の概念図

　以下、本発明の実施形態について図面を用いて説明する。各図において、同一構成部材、同一機能部分、あるいは、対応関係にある部分には共通の符号ないし関連した符号が付されている。なお、本発明を理解しやすくするため、図１～１２において、各部の厚み等は誇張して描かれている。

　（実施例１）
　図１は、実施例１の樹脂封止型車載制御装置１の主要構造を示す分解斜視図である。

　樹脂封止型車載制御装置１は、ＩＣや半導体素子等の発熱素子を含む電子部品１４がはんだにより上下（表裏）両面に実装された回路基板１５と、この回路基板が収容されるベース部材１１と、コネクタ１２とを含んで構成されている。また、回路基板１５の両面には樹脂２０が充填されており、図示されていないが回路基板１５とベース部材１１の間にも樹脂２０が充填されている。

　図２は、図１の断面図である。

　回路基板１５には、回路基板１５と外部とを電気的に接続するためのコネクタ１２が取着されている。コネクタ１２には、所要本数のピン端子１２ａと、ピン端子１２ａが圧入等により挿着される通し孔が設けられたハウジング１２ｂとを備えている。このコネクタ１２においては、ピン端子１２ａをハウジングの通し孔に挿着した後、ピン端子１２ａの下端部が回路基板１５にはんだによりスポットフロー工程等で連結接合される。
ベース部材１１は、一方側が開放されたお椀状の形状を有しており、回路基板１５が実装される板状部１１ａおよび板状部１１ａから突出する側壁１１ｂ、回路基板１５の座面となる台座部１１ｃ、板状部１１ａの外周に延設された車両組付固定部１１ｄ、板状部１１ａの四隅に設けられた隅台座部１１ｅ、板上部１１ａにコネクタを挿入するためのコネクタ用窓１１ｆおよび、側壁１１ｂに設けられた開口１１ｇを備えている。側壁１１ｂは、板状部１１ａの隅から突出して壁状に設けられることで、ベース部材１１全体がケース状の形状となっており、この中に回路基板１５が収容される形となっている。

　回路基板１５は板状であり、幅広面と側面を有する。幅広面は、ベース部材の板状部１１ａと対向して設けられ、側壁１１ｂは回路基板１５の側面と対向するように設けられる。側壁１１ｂは回路基板１５の側面と対向するように設けられることで、回路基板に設けられた電子部品１４を外部からの電磁波等から守り、電磁両立性を保つことができる。

　側壁１１ｂの一部には、車載制御装置を封止するための樹脂材料２０を挿入するための開口１１ｇを有している。樹脂２０は、後述するように回路基板１５の側面側（図２において左側）から充填されるため、開口１１ｇがあることにより側壁１１ｂにより樹脂２０の充填が阻害されにくい。

　車両組付固定部１１ｄは、樹脂封止型車載制御装置１を車体ボディに組付けるためのもので、例えば車体ボディの所定部位にボルト類を螺合させること等により固定される。ベースの四隅に設けられた隅台座部１１ｅは、回路基板を保持するために備えられ、締結部材の一例としての止めねじ１６で固定されている。また、ベース部材１１の放熱性を向上させるためのフィン１１ｈを設けてもよい。

　樹脂材料２０は、回路基板１５を覆うように両面に充填されている。また、側壁１１ｂも樹脂材料２０により覆われている。回路基板１５が樹脂材料２０により覆われることで、電子部品１４と、回路基板の表裏両面と、ベース部材１１と回路基板１５の間の空間と、回路基板に接続されているコネクタのピン端子が、樹脂材料により覆われている。樹脂材料２０の充填により、ＥＣＵの耐熱性、防水性、耐塩水性等の信頼性が確保される。また、電子部品１４と回路基板１５またはピン端子１２ａと回路基板１１とがはんだ付けされている場合には、このはんだ付けされた部分も樹脂材料２０により覆われるため、はんだ歪が低減され、信頼性が向上する。また、回路基板１５の上面側に実装された３個の電子部品１４のうちの中央付近に位置する電子部品１４は、電子部品１４の端子により回路基板１１の上面から浮かされ取り付けられており、この電子部品１４と回路基板１１との間には隙間が形成されている。この隙間部及びサーマルビア１７には車載制御装置を封止ための樹脂材料２０が充填されてもよい。樹脂２０は空気よりも熱伝導率が高いため、電子部品を実装した回路基板を樹脂材料で覆うことにより、放熱性が向上する。

　樹脂材料２０の材料としては、エポキシ系、フェノール系、ウレタン系、不飽和ポリエステルなど熱硬化性樹脂など、従来のものを使用することができる。これらのうち最も好ましいのは、安価な不飽和ポリエステルである。

　ベース部材１１は、金属材料を用いた鋳造、プレス又は切削加工などにより製造される。材料としては、アルミニウム、マグネシウム、鉄などを主成分とする合金を用いた鋳造、プレス又は切削加工などにより作製されている。なお、ベース部材１１には、コネクタを介して回路基板が外部から給電、もしくは外部装置との入、出力信号の授受が行えるようにコネクタ用窓１１ｆが形成されている。

　回路基板１５は、両面に電子部品１４が設けられている。図２では４個の制御用の電子部品１４（上面側に３個、下面側に１個）が実装されている。回路基板に設けられた回路配線１４ａは、各電子部品に接続されるとともに、コネクタのピン端子１２ａにも接続されている。この制御用の電子部品には、マイコンやパワー半導体素子等が含まれている。また、回路基板１１における電子部品１４が実装されている部分にはサーマルビア（スルホール１７）が設けられている。回路基板の上面側に実装された３個の電子部品のうちの左部に位置する電子部品の上側には、矩形凸部１１ｃが突設されており、電子部品の上面とベースの矩形凸部１１ｃ下面との間には、両者が接触するように高熱伝導層１３が介在せしめられている。高熱伝導層１３としては、ここでは接着材剤、グリース、放熱シートなどが用いられている。

　コネクタ１２はベース部材１１のコネクタ用窓１１ｆと接着材を用いて接着されてもよい。接着剤としては従来公知のものを使用でき、特に限定されるものではないが、シリコン系接着剤、エポキシ樹脂系接着剤、ポリウレタン系接着剤、ビスマレイミド系接着剤、フェノール樹脂系接着剤、アクリル樹脂系接着剤等を用いることができる。

　次に、樹脂封止型車載制御装置１の組み立て工程の一例を説明する。

　図３は、組み立て（固定）工程の一例を説明する図である。

　図３に示すように、まず、電子部品１４をはんだで実装した回路基板１５と、ベース部材１１とを固定する。固定する方法としては、例えばねじ止めを用いることができる。隅台座部１１ｅにベース部材１１を当て、止めねじ１６により固定する。隅台座部１１ｅは、ベース部材１１の例えば４隅や、端部のいずれかに設けることができる。固定方法としては、ねじ止め以外に接着剤、テープ等で固定しても構わない。

　図４は、組立（コネクタ取り付け）工程の一例を示す図である。

　ピン端子１２ａをハウジング１２ｂに組み付け、コネクタ１２をベース部材１１のコネクタ用窓１１ｆに取り付ける。取り付けには、接着剤を用いてもよい。ピン端子１２ａは、ベース部材１１を通り、回路基板１５に接続される。接続の方法としては、例えば、はんだによりスポットフロー工程を用いることができる。後の工程で樹脂材料２０をベース部材１１に充填する際に際に、ピン端子１２ａを通す孔から樹脂が溢れることを防止するために、ピン端子１２ａをハウジング１２ｂに組付けた後にウレタン樹脂等でポッティングしてもよい。

　図５は、組立（樹脂充填）工程の一例を示す図である。

　電子部品１４とピン端子１２ａを電気的に接続した後は、図５に示すように、回路基板１５とコネクタ１２とベース部材１１とを、樹脂材料２０で封止する。まず、金型３０をベース部材１１の開口側に取り付ける。金型３０は、ベース部材の板状部１１ａまたは、車両組付固定部１１ｄに当てて固定することができる。金型３０には、樹脂封止型車載制御装置１の側壁１１ｂ側から樹脂材料２０を充填するための樹脂挿入口３０ａが設けられている。樹脂挿入口３０ａにノズル３１を設定し、ノズル３１から流動性を有する樹脂材料２０を吐出し、ベースと金型内に注入する。ノズル３１から吐出した樹脂材料２０は、回路基板１５の側面側から入り、回路基板１５の両面に分かれ（図中の矢印）、基板面に沿って充填されていく。回路基板１５の両面にほぼ同時に充填されていくので、回路基板の上下面への樹脂充填時間に差が生じることによる歪を抑制することができる。回路基板の上下面への樹脂充填時間に差が有る場合、粘度が高い樹脂材料の挿入圧力により回路基板１５に歪が生じる。特に樹脂の充填速度が速い場合に問題となる場合が多い。回路基板１５の両面にほぼ同時に充填されていくためには、ベース部材１１の側壁１１ｂに開口１１ｇが設けられていることが重要である。開口１１ｇは、側壁１１ｂのうち、側壁１１ｂと回路基板１５の側面側とが対向する位置よりも板状部１１ａ側に設けられている。この位置に開口が設けられることで、側壁１１ｂによってベース部材１１と回路基板１５との間への樹脂の充填が妨げられることを防ぐことができる。

　ベース部材１１と金型内に、流動性を有する樹脂材料を所定量充填したら、加熱などを行い、樹脂材料２０を硬化する。これにより図２に図示される樹脂封止型車載制御装置が作製される。

　図６は、ベース部材１１の開口１１ｇと回路基板１５との位置関係を示す概略図であり、樹脂封止型車載制御装置１を側面から見た場合の図である（図５の左側から見た図）。

　実施例１では、開口１１ｇは側壁１１ｂに切り欠き状に設けられている。切り欠きの端部は、側壁１１ｂのうち、側壁１１ｂと回路基板１５の側面側とが対向する位置よりも板状部１１ａ側に位置することで、側壁１１ｂは、側壁１１ｂと回路基板１５の側面側とが対向する位置よりも板状部１１ａ側に開口がある状態となる。

　樹脂材料２０は、切り欠き状に設けられた開口１１ｇと側壁１１ｂの端部（図中の下側）から流れ込むようにベース部材に充填される。開口１１ｇが大きいほど回路基板１５の両面への樹脂材料２０の充填に時間差が生じないため、回路基板１５の歪を考慮した場合、開口１１ｇは大きいことが好ましい。しかし、ＥＭＣへの影響を考慮すると、開口１１ｇは小さいことが好ましい。したがって、開口１１ｇの位置、形状、大きさは、回路基板１５上の電子部品１４の位置を考慮して設けることが好ましい。

　以上図３～図５の製造方法により樹脂封止型車載制御装置１が製造される。樹脂封止型車載制御装置１は、例えばエンジンルーム内の車両部材に固定される。ボルト等の締結部材を、ベース部材１１の車両組付固定部１１ｄの貫通孔（図示せず）に挿通し、締結により樹脂封止型車載制御装置を車両部材に固定することができる。

　実施例１の樹脂封止型車載制御装置１は、電子部品１４が回路基板１５の両面実装されているため、片面実装と比較して小型化が実現される。また、回路基板１５と、ベース部材１１と、コネクタ１２とが樹脂材料２０で封止しているため、剛性が大きくなり、耐振性を向上することができる。また、ベース部材１１の側壁１１ｂに、回路基板１５の側壁側と対向する位置よりも板状部１１ａ側に開口を有することで、回路基板１５の表裏空間に樹脂材料２０がほぼ同時に充填される。これにより、回路基板の表裏空間の樹脂材料の充填速度の差によって生じる回路基板の歪を抑制することができ、樹脂材料２０を充填し、硬化後に生じる回路基板と樹脂材料との剥離、電子部品と樹脂材料との剥離を抑制することができる。回路基板１５の表裏面への樹脂充填時間の解離が少ないので、樹脂材料２０の射出圧を制限する必要性が低く、このため、樹脂材料２０を充填する際に巻き込まれる空気を減少することができ、装置の信頼性を向上させることもできる。

　（実施例２）
　図７は実施例２の樹脂封止型車載制御装置１であり、ベース部材１１の開口１１ｇと回路基板１５との位置関係および開口１１ｇの形状を示す概略図である。

　実施例２では、開口１１ｇを切り欠き状としたのに対して、実施例２では、開口１１ｇとして板状部側開口１１１ｇおよび端部側開口１１２ｇを独立して設けた。

　樹脂材料２０は、板状部側開口１１１ｇと端部側開口１１２ｇ、および側壁１１ｂの条端部からベース部材１１内に充填される。これら開口により樹脂材料２０は、回路基板１５の両面に添加されるため、回路基板１５の片面側から樹脂材料が添加される場合と比較して回路基板１５の歪が小さくなる。板状部側開口１１１ｇと端部側開口１１２ｇの形状としては、楕円形状に限らず、四角、円形状などいずれの形状も採用することができる。

　（実施例３）
　図８は、実施例３の樹脂封止型車載制御装置１であり、ベース部材１１の開口１１ｇと回路基板１５との位置関係および開口１１ｇの形状を示す概略図である。

　実施例３では、実施例２において複数の板状部側開口１１１ｇおよび複数の端部側開口１１２ｇを設けた。

　樹脂材料２０は、板状部側開口１１１ｇと端部側開口１１２ｇ、および側壁１１ｂの条端部からベース部材１１内に充填される。これら開口により樹脂材料２０は、回路基板１５の両面に添加されるため、回路基板１５の片面側から樹脂材料が添加される場合と比較して回路基板１５の歪が小さくなる。板状部側開口１１１ｇと端部側開口１１２ｇの形状としては、楕円形状に限らず、四角、円形状などいずれの形状も採用することができる。

　（実施例４）
　図９は、実施例４の樹脂封止型車載制御装置１であり、ベース部材１１の開口１１ｇと回路基板１５との位置関係および開口１１ｇの形状を示す概略図である。

　実施例４では、開口１１ｇを楕円形に設けた。開口１１ｇは、側壁１１ｂのうち、回路基板１５の側面が対向する位置よりも板状部１１ａ側から、側面と対向する位置よりも側壁の端部側にかけて設けられた単一の開口として設けられている。

　樹脂材料２０は、開口１１ｇから挿入され、回路基板１５の側面に当たり、回路基板１５の両面に分かれてベース部材１１に添加される。この為、回路基板１５の両面への樹脂材料２０の添加時間に差が生じにくく、回路基板１５の歪を抑えることができる。

　開口１１ｇの形状としては、楕円形状に限らず、四角、円形状などいずれの形状も採用することができる。

　（実施例５）
　図１０は、実施例５の樹脂封止型車載制御装置１であり、ベース部材１１の開口１１ｇと回路基板１５との位置関係および開口１１ｇの形状を示す概略図である。

　実施例５では、実施例４において、開口１１ｇを複数設けた。

　樹脂材料２０は、開口１１ｇから挿入され、回路基板１５の側面に当たり、回路基板１５の両面に分かれてベース部材１１に添加される。この為、回路基板１５の両面への樹脂材料２０の添加時間に差が生じにくく、回路基板１５の歪を抑えることができる。
開口１１ｇの形状としては、楕円形状に限らず、四角、円形状などいずれの形状も採用することができる。

　（実施例６）
　図１１は、実施例６の樹脂封止型車載制御装置１であり、ベース部材１１の開口１１ｇと回路基板１５との位置関係および開口１１ｇの形状を示す概略図である。

　実施例５では、実施例１において、開口１１ｇを切り欠き状に複数設けた。

　樹脂材料２０は、開口１１ｇから挿入され、回路基板１５の側面に当たり、回路基板１５の両面に分かれてベース部材１１に添加される。この為、回路基板１５の両面への樹脂材料２０の添加時間に差が生じにくく、回路基板１５の歪を抑えることができる。
開口１１ｇの形状としては、四角状に限らず、半楕円形状などいずれの形状も採用することができる。

　（実施例７）
　図１２は、実施例７の樹脂封止型車載制御装置１の概念図である。

　実施例１においての変形型であり、図２～図５と同様の位置における断面図である。コネクタ１２は、ベース部材１１の側壁側に位置させることもできる。

　（実施例８）
　図１３は、実施例８の樹脂封止型車載制御装置１の概念図である。

　実施例８は、実施例１においての変形型であり、図２～図５と同様の位置における断面図である。

　実施例１３では、樹脂封止型車載制御装置１の側壁１１ｂにおいて、開口１１ｇが設けられた側壁１１ｂの反対側の側壁１１ｂと回路基板１５の側面が接触している。このような構造にすることで、樹脂材料２０の使用量を削減するとともに、車載制御装置の電磁両立性が向上し、耐振性が向上するため、装置の信頼性が向上する。

　（実施例９）
　図１４は、実施例８の樹脂封止型車載制御装置１の概念図である。

　実施例９は、実施例１において、さらに回路基板１５に回路基板切り欠き２１を設けた。

　回路基板切り欠き２１は、回路基板１５の内、開口１１ｇに対向する部分に設けられる。

　ノズル３１から挿入される樹脂材料２０は、開口１１ｇを通り、回路基板１５の両面に充填される。回路基板切り欠き２１を設けることで、回路基板１５の両面への樹脂充填速度の差がさらに小さくなる為、回路基板１５の変形をさらに小さくすることができる。

１　　　樹脂封止型車載制御装置
１１　　ベース部材
１１ａ　　板状部
１１ｂ　　側壁
１１ｃ　　台座部
１１ｄ　　車両組付固定部
１１ｅ　　隅台座部
１１ｆ　　コネクタ用窓
１１ｇ　　開口
１１１ｇ　第一の開口
１１２ｇ　第二の開口
１１ｈ　　フィン
１２　　コネクタ
１２ａ　ピン端子
１２ｂ　ハウジング
１３　　高熱伝導層
１４　　電子部品
１４ａ　　回路配線
１５　　回路基板
１６　　止めねじ
１７　　サーマルビア
２０　　樹脂材料
２１　　回路基板切り欠き
３０　　金型
３０ａ　樹脂挿入口
３１　　ノズル

Claims (8)

1. 　一対の幅広面と側面とを有する回路基板と、
   　前記回路基板を収容するベース部材と、
   　前記回路基板の前記幅広面の両面に充填された樹脂を有し、
   　前記ベース部材は、前記樹脂を介して前記幅広面と対向する板状部と、
   　前記板状部から突出して設けられ、前記側面と対向する側壁と、を有し、
   前記側壁は、開口を有する車載制御装置。
2. 　請求項１において、
   　前記側壁の前記開口は、前記回路基板の前記側面と対向する位置よりも前記板状部側に設けられた車載制御装置。
3. 　請求項２において、
   　前記開口は、前記側面と対向する位置よりも前記板状部側から、前記側面と対向する位置よりも前記側壁の端部側にかけて設けられた車載制御装置。
4. 　請求項３において、
   　前記開口は、前記側壁の端部側から前記板状部に向かって切り欠き状に設けられた車載制御装置。
5. 　請求項４において、
   　前記開口は、前記側壁に複数設けられた車載制御装置。
6. 　請求項２において、
   　前記側壁は、前記側面と対向する位置よりも前記板状部側のいずれかに前記開口として第一の開口を有し、
   　前記側面と対向する位置よりも前記板状部側のいずれかに前記開口として第一の開口を有する車載制御装置。
7. 　請求項６において、
   　前記第一の開口と前記第二の開口は、それぞれ複数設けられた車載制御装置。
8. 　請求項５または請求項７において、
   　前記回路基板は、前記開口と対向する位置に切り欠きを有する車載制御装置。

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