(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
回路基板上に異種の機能素子を実装した電子回路モジュールと、該モジュールを収容するケースとから成り、前記モジュールの回路基板上の配線とコネクタ端子とがワイヤボンディングされ、ケース内にモジュールを保護するゲル状物質が充填された電子制御ユニットにおいて、
前記ゲル状物質は、ボンディングワイヤの弧状の頂部を露呈させて、該頂部より下方に充填され、前記ゲル状物質の充填高さは、少なくともボンディングワイヤのネック部分と、ボンディングワイヤとパッドとの接合部とを封止する高さとされたことを特徴とする電子制御ユニット。
【請求項２】
前記ゲル状物質の充填高さは、少なくとも基板上に実装された機能素子のリード部分と基板上の配線とを接合するハンダ付け部分を封止する高さとされた、請求項１記載の電子制御ユニット。
【請求項３】
前記回路基板は、ボンディングワイヤとコネクタ端子との接合部位置より低く設定された、請求項１又は２記載の電子制御ユニット。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電子制御ユニットに関し、特に電子制御ユニットに内蔵したモジュールの保護に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電子制御ユニットを構成する回路モジュールは、電子回路パターンをプリントした基板に集積回路（ＩＣ）、高密度集積回路（ＬＳＩ）、マイクロコンピュータ等の異種機能を有する回路素子をダイボンディング等で取付け、ワイヤボンディングやハンダ付けにより基板上の配線に結線した構成とされる。回路素子には、樹脂によって封止されるとともに、プラスチック等のパッケージによって包囲されたパッケージチップの形態を採るのと、特に封止等を行なわないベアチップの形態を採るものとがある。パッケージチップにおいては、電極パッドとパッケージのリードとがワイヤボンディングによって接続され、前記リードと回路基板の配線とがハンダ付けによって接続される。また、ベアチップにおいては、電極パッドと回路基板の配線とがワイヤボンディングによって直接接続される。
【０００３】
こうしたチップのうち、特にベアチップは、腐食、振動、衝撃等に対する耐性がパッケージチップに比べて劣るため、ベアチップとパッケージチップが混在して実装された回路モジュールでは、回路基板上においてベアチップの周囲を枠体によって囲み、該枠体内の所定の高さまでシリコン系、エポキシ系等の樹脂のゲル状物質を充填し、ベアチップの周りをゲル状物質により包囲することで保護する対策が採られる。こうした回路モジュールの例として、特開平１０−３０３２３２号公報に開示の技術がある。
【０００４】
上記のような回路モジュールは、通常の比較的良好な環境での使用には支障がないが、車両のエンジンルーム内に搭載される電子制御ユニットのように、雨水に曝され、高温かつ振動や衝撃の多い条件下で用いられる場合、上記の対策では必ずしも十分でない。そこで、ベアチップのみならず、回路モジュール全体をゲル状物質により包囲させて、耐食、耐震、耐衝撃性を向上させ、併せてゲル状物質を伝熱材として耐熱性をも向上させることが想起される。こうした場合、回路モジュールを収容するケース内全体にゲル状物質を充填することになる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、回路モジュールに対する信号の送受信及び給電は、図４（Ａ）に示すように、回路モジュールＭを収容するケースの本体４１に一部を挿入して接着等により固定されたコネクタ４２を介して行なわれるが、そのための回路モジュールＭとコネクタ４２との接続は、コネクタ４２に埋設させてケース内に導入した端子４４のパッド４３上の露出部と回路基板１上の配線の端子とをワイヤボンディングにより結線することで行なわれる。この結線を構成するボンディングワイヤ５は、各機能素子のチップと回路基板１との結線のボンディングワイヤに比べて、線径、線長共に大きな弧状の浮配線となるため、ゲル状物質Ｇが外力により振動した場合に、その振動の影響を極めて大きく受けることになる。この場合、通常アルミニウム線材から成るボンディングワイヤ５と粘弾性を示すゲル状物質Ｇとでは振動モードが異なるため、大きい衝撃が加わると、ゲル状物質Ｇの揺動によりボンディングワイヤ５が変形することが懸念される。
【０００６】
本発明は、前記従来の電子制御ユニットの問題点を解決して、大きい衝撃や振動が加わってもゲル状物質の揺動の影響がボンディングワイヤに及ばないような電子制御ユニットを提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するため、本発明は、回路基板上に異種の機能素子を実装した電子回路モジュールと、該モジュールを収容するケースとから成り、前記モジュールの回路基板上の配線とコネクタ端子とがワイヤボンディングされ、ケース内にモジュールを保護するゲル状物質が充填された電子制御ユニットにおいて、前記ゲル状物質は、ボンディングワイヤの弧状の頂部を露呈させて、該頂部より下方に充填され、前記ゲル状物質の充填高さは、少なくともボンディングワイヤのネック部分と、ボンディングワイヤとパッドとの接合部とを封止する高さとされたことを特徴とする。
【０００８】
また、上記の構成において、ゲル状物質の充填高さは、少なくとも基板上に実装された機能素子のリード部分と基板上の配線とを接合するハンダ付け部分を封止する高さとするのも有効である。
【０００９】
また、上記いずれかの構成において、回路基板は、ボンディングワイヤとコネクタ端子との接合部位置より低く設定すると更に有効である。
【００１０】
【発明の作用及び効果】
本発明の請求項１に記載の構成によれば、ゲル状物質は、ボンディングワイヤの頂部まで達しない下方部分までのレベルに充填されているため、外力によりゲル状物質がケース内で揺動しても、その揺動の影響が小さくなり、ボンディングワイヤの変形を防止できる。また、湿度が高い場合に腐食しやすいボンディングワイヤの接合部や、発熱による伸縮でクラックが発生して、該部分から腐食しやすいボンディングワイヤのネック部分をゲル状物質で封止することで、ボンディングワイヤの変形を防止しつつ、腐食を生じやすい接合部やネック部分を保護することができる。
【００１１】
また、請求項２に記載の構成によれば、小型化のために機能素子が隣接して配設される場合、湿度が高く素子リード間に電位差があることで生じるマイグレーションによるショートの恐れを、ハンダ付け部分をゲル状物質で封止することで防ぐことができるため、ボンディングワイヤの変形の防止と併せて、ハンダ付け部分の腐食やマイグレーションも防止できる。
【００１２】
更に、請求項３に記載の構成によれば、ボンディングワイヤとコネクタ端子との接合部位置より回路基板が低い位置にあるので、ゲル状物質の充填量を減らしボンディングワイヤの変形を防止しつつ、回路基板上の機能素子については、全体をゲル状物質で封止することができる。また機能素子の発熱をゲル状物質を介して十分に放熱することができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の具体的な実施の形態を図面を参照しながら詳細に説明する。図１は実施形態に係る電子制御ユニットの断面構造を、また図２は同ユニットの平面構造を機能素子の図示を省略して示す。この電子制御ユニットは、回路基板１上に異種の機能素子２，３を実装した電子回路モジュールＭと、モジュールＭを収容するケース４とから成る。そして、モジュールＭの回路基板１上の配線の端子１２とケース４に固定されたコネクタ２上の端子４４とがワイヤボンディングされている。また、ケース４内にはモジュールＭを保護するゲル状物質Ｇが充填されている。このゲル状物質Ｇは、図４（Ｂ）により詳しく示すように、本発明の特徴に従い、ボンディングワイヤ５の弧状の浮線の頂部５１を露呈させて、頂部５１より下方に充填されている。
【００１４】
詳しくは、ゲル状物質Ｇの充填高さは、図３に拡大して示すように、少なくともボンディングワイヤ５のネック部分５２と、ボンディングワイヤ５とコネクタ端子４４との接合部Ｃとを封止する高さとされている。更に、この形態におけるゲル状物質Ｇの充填高さは、少なくとも基板１上に実装された機能素子３（図１参照）と基板１上の配線とを接合するハンダ付け部分３１を封止する高さとされている。また、回路基板１は、ボンディングワイヤ５とコネクタ端子４４との接合部Ｃ位置より低く設定されている。
【００１５】
更に各部について詳述する。ケース４は、上部が開放された矩形の箱状とされ、底部の内面側を回路モジュールＭの担持部とし、外面側をフィン４５付のヒートシンク４６とし、両側にコネクタ４２の一部を挿入する開口部を設けたアルミダイキャスト製の本体４１と、本体４１の開口部に挿入して接着固定された樹脂製のコネクタ４２と、本体４１の開放上部を覆う図示しないカバーから構成されている。なお、ケース４の断面構造を示す図１において、コネクタ４２の下方部の詳細構造及びその中に埋設された端子の図示は省略されている。
【００１６】
回路基板１は、セラミック材等を基体とし、回路パターンを導体により印刷した単層又は多層構造とされている。回路基板１には、集積回路（ＩＣ）、高密度集積回路（ＬＳＩ）、マイクロコンピュータ等から成る各種の機能素子のチップ２，３がダイボンディング等で取付けられ、それらのうちの封止のないベアチップ２については、回路基板１に接着固定したダム枠１１で周囲を囲み、ワイヤボンディングで回路パターン上の配線に接続され、更にダム枠１１内にゲル状物質Ｇ’を充填して保護され、パッケージチップ３については、そのリードをハンダ付け３１で回路パターン上の配線に接続されて回路モジュールＭが構成されている。回路モジュールＭは、その基板１をケース本体４１の底部のヒートシンク４６上に載置され、ねじ止め、接着等の適宜の手段で固定してケース４内に収容されている。回路基板１の両側に纏めて配設された各種の信号の送受信及び給電用の端子（以下、これらを基板側端子という）１２は、ケース４に挿入固定されることでパッド４３部を回路モジュールＭの基板１の両側に位置付けたコネクタ４２に埋設された端子４４のパッド４３上の露出部（以下、この露出部をコネクタ側端子という）にワイヤボンディングによって接続されている。
【００１７】
このようにケース４内に設定された回路モジュールＭを保護すべく、ケース４内の空間に熱硬化性のゲル状物質Ｇが充填されるが、その際、ゲル状物質Ｇは、図４（Ｂ）に詳細を示すように、ボンディングワイヤ５の弧状の頂部５１を露呈させて、頂部５１より下方に充填されている。このように頂部５１がゲル状物質Ｇ中に埋没しないことで、電子制御ユニットに振動や衝撃が加わってゲル状物質Ｇが粘弾性揺動した場合でも、その影響はボンディングワイヤ５の最も浮動しやすい部分である頂部５１には及ばず、浮動しにくい固定部近傍に限定されるため、ボンディングワイヤ５の変形が防止される。
【００１８】
このゲル状物質Ｇの充填レベルについて更に詳述する。図３に拡大してパッド接続部を示すように、アルミニウム線材から成るボンディングワイヤ５は、高周波振動による発熱を利用して、異種金属導体から成るコネクタ側端子４４に溶融接合されるものであるため、溶融接合部Ｃには合金が生成されているが、この性状の正確な把握は困難であることから、耐食性についての十分な検証は成されていない。また、ボンディングワイヤ５は両端固定状態で熱負荷により線長方向に膨張収縮を繰り返すため、その応力が集中するネック部（ワイヤの屈曲部内側）５２にクラックが生じやすい。このクラックは腐食の発生源となる。したがって、こうした部位をゲル状物質Ｇ中に埋没させることで、空気との接触を絶ち、かつゲル状物質Ｇを介する熱伝達を生じさせることで、腐食や熱負荷から保護するのが有効である。
【００１９】
しかしながら、図２に示すように、この部位のボンディングワイヤ５は、相互に隣接した密集状態に配線される。そのため、ボンディングワイヤ５がゲル状物質Ｇの粘弾性揺動で浮動すると、互いに接触するショートの可能性がある。このようなゲル状物質Ｇの揺動のボンディングワイヤ５への伝播とゲル状物質Ｇの封止による保護の兼ね合いから、ゲル状物質Ｇの充填レベルは、ボンディングワイヤ５のネック部分５２と、ボンディングワイヤ５とコネクタ側端子４４との接合部Ｃとを封止し、かつボンディングワイヤ５の頂部が埋没することのない高さとされている。
【００２０】
また、この充填レベルは、上記回路基板１とコネクタ側端子４４との接続部のボンディングワイヤ５のみならず、回路基板１上の各種機能素子２，３の保護とも密接に関連している。基板回路上の各パッケージチップ３は、それらが隣接して配設される場合、湿度が高く、素子３のリード間に電位差がある条件下では、マイグレーションを生じることがあり、これによる腐食やショートの恐れがある。そこで、この部分をゲル状物質Ｇで封止することで、ハンダ部分の腐食やマイグレーションを防止できる。こうした知見から、この形態におけるゲル状物質Ｇの充填高さは、少なくとも基板１上に実装された機能素子３と基板１上の配線とを接合するハンダ付け３１部分を封止する高さとされている。
【００２１】
上記のような、充填レベルの条件を全て満たすべく、この実施形態では、回路基板１は、ボンディングワイヤ５とコネクタ側端子４４との接合部Ｃ位置より低く設定されている。このようなレベル設定により、コネクタ側端子４４のパッド接合部Ｃより基板１が低い位置にあるので、ゲル状物質の充填量を極力減らして、その粘弾性揺動によるボンディングワイヤ５の変形の可能性を最大限なくしつつ、基板１上の各機能素子２，３については、それらのハンダ付け部分やワイヤボンディング部分を含めて全体をゲル状物質Ｇで封止することができる。
【００２２】
このように設定され、ゲル状物質Ｇで封止された回路モジュールＭは、各機能素子２，３において発生した熱をゲル状物質Ｇを介して、又は直接回路基板１に伝達し、更に回路基板１に接するケース４の本体４１のヒートシンク４６に伝達することで逃がされ、回路基板１からの熱の伝播でヒートシンク４６に蓄積された熱は、ヒートシンク４６の下方に形成された複数のフィン４５と外気との熱交換によって大気中に放出することにより効率良く冷却される。
【００２３】
以上詳述したように、この実施形態の電子制御ユニットによれば、ゲル状物質Ｇがボンディングワイヤ５の下方部分までのレベルに充填されていることで、ゲル状物質Ｇがケース４内で揺動しても、その揺動の影響がボンディングワイヤ５に及びにくくなるため、ボンディングワイヤ５の浮動変形によるショートが防止される。
【００２４】
また、ボンディングワイヤ５の接合部Ｃやネック部分５２については、湿度が高いことで接合部Ｃが腐食し、発熱によるボンディングワイヤ５の伸縮によりネック部分５２にクラックが発生して腐食しやすくなるのに対応させて、これらの部分をゲル状物質Ｇで封止することで、ボンディングワイヤ５の浮動変形を防止しつつ接合部Ｃやネック部分５２の腐食も防止できる。
【００２５】
また、機能素子３が隣接して配設され、湿度が高く、素子のリード間に電位差があるといった悪条件下でも、ゲル状物質Ｇによる封止で、マイグレーションが防止される。
【００２６】
更に、コネクタ側端子４４より基板１が低い位置にあることで、ゲル状物質Ｇの充填量を極減して、その揺動によるボンディングワイヤ５の浮動変形を最大限に防ぐようにしつつも、基板１上の機能素子２，３については、それら全体をゲル状物質Ｇで封止することができ、それにより各機能素子２，３から発生する熱を十分に放熱させて、回路の作動を安定させることができる。
【００２７】
以上、本発明を一実施形態を挙げて詳説したが、この態様の例示は、発明の理解のためのものであり、特許請求の範囲に記載の事項に基づく種々変形を本発明の範囲から排除する主旨のものではない。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の一実施形態における電子制御ユニットの部分断面図である。
【図２】  電子制御ユニットの平面図である。
【図３】  電子制御ユニットにおけるボンディングワイヤとコネクタパッドとの接合部の部分拡大断面図である。
【図４】  電子制御ユニットケース内のゲル状物質の充填レベルを異ならせて対比させて示す部分断面図である。
【符号の説明】
Ｍ  電子回路モジュール
Ｇ  ゲル状物質
１  回路基板
２  ベアチップ（機能素子）
３  パッケージチップ（機能素子）
３１  ハンダ付け部分
４  ケース
４１  本体
４２  コネクタ
４３  パッド
４４  端子
５  ボンディングワイヤ
５１  頂部
５２  ネック部分
Ｃ  接合部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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