JP4074347B2 - 電子制御装置 - Google Patents

Description

従来の技術
本発明は、請求項１の上位概念に記載の構成を備えた電子制御装置に関する。
ドイツ連邦共和国特許出願DE 36 24 845 C2により公知の電子点火装置のための制御装置によれば、制御装置のケーシングに機器プラグが取り付けられており、それには多数のコンタクト素子が設けられている。絶縁されてケーシング中を案内されている機器プラグの各コンタクト素子は、ケーシング内部では、ハイブリッド基板上に配置された制御回路とボンディングワイヤを介して接続されており、ケーシング外部ではプラグラグとして形成されていて、それに対応して形成されたケーブルハーネスプラグの対向コンタクト素子と結合可能である。この種の制御装置は通常、自動車のエンジンルーム内に組み込まれる。その際、ケーブルハーネスプラグを介して、たとえば点火プラグ、エンジンに取り付けられたセンサまたは調整部材など各エンジンコンポーネントとの電気的な接続が行われ、あるいは自動車内の他の場所に取り付けられた各コンポーネントとの接続が行われる。
このような公知の従来技術における欠点とは、制御装置の様々な機能に必要とされるすべての構成素子やそれに対応する接続導体路が、制御装置内に配置されたハイブリッド基板上に設けられていることである。それらのコンポーネントのうちのいくつかは、殊に電力用コンポーネントやコンデンサなどはかなり大きいので、それによってハイブリッド基板の表面に対し多くのスペースが要求される。しかもたとえば電力用終段のためには低抵抗の接続ラインが必要とされ、その際、導体路はそのような大きな構成素子に部分的に込み入って案内され、その結果、電磁適合性（ＥＭＣ）が劣化し、導体路による案内が困難になり、また、ハイブリッド基板が不所望に大きくなってしまう。たとえば点火トランジスタなどの構成素子は支持ユニット上にはんだ付けされており、支持ユニット自体は基板上に取り付けられ接触接続されており、このことで所要スペースがいっそう拡大してしまう。
しかし、制御装置をなおいっそう小さくしたいという要求が高まっており、そのようにすればエンジンルーム内で僅かなスペースしか必要としなくなる。この場合、ここで困難な事情として挙げられるのは、制御装置の機器プラグはいっそう多くのコンタクト素子をもつようになってきていることであり、それらのコンタクト素子はハイブリッド基板上の回路の端子と接触接続しなければならない。その結果、ハイブリッド基板を小さくすると、すべての端子をハイブリッド基板上の機器プラグのすぐ近くに配置するのが難しくなる。ここで殊に欠点となるのは、電力用コンポーネントの接続導体路は、信号電流よりも高い電力電流を案内するために設計しなければならず、それゆえ横断面積が大きくなることであり、その結果、電力用コンポーネントのための接続導体路の個数とともにハイブリッド基板上の所要スペースがなおいっそう増大してしまう。
また、電力用コンポーネントから生じる熱を、過熱防止のため制御装置のケーシングに向けて放熱させなければならない。たとえばＬＴＣＣ基板などセラミックスの多層基板の熱伝導性は悪く、それゆえ一般に基板内に熱用のスルーホールいわゆるヴィアホールが設けられている。しかしヴィアホールの個数が増えるにつれて、多層基板の導体路をすっきりと案内するのがいっそう煩雑になる。
発明の利点
請求項１の特徴部分に記載の構成を備えた本発明による制御装置によれば、先に挙げた種々の欠点が満足のいく措置で回避される。
制御装置ケーシング内には第２の基板が設けられていて、この基板上には電力素子がそれらの接続導体路とともに配置されている。有利にはこのような第２の基板により、多数のコンタクト素子を備えた多極の機器プラグにおいて、いっそうフレキシブルな導体路案内により各コンタクト素子を電子回路へ簡単に接続できるようになる。たとえばタンタルコンデンサなど大きなコンポーネントやたとえば点火トランジスタなどの電力用コンポーネントを、付加的な支持ユニットを用いることなく第２の基板にじかに取り付けることができる。それゆえ第１の基板をそれよりも小さく設計することができ、このことは殊に高価なＬＴＣＣ基板（Low Temperatur Cofired Ceramic）の場合に望ましい。殊に有利には、第２の基板を第１の基板とは異なる材料によって製造することができる。したがってたとえば第１の基板としてハイブリッド回路の設けられたＬＴＣＣ基板を用い、第２の基板としてコスト的に有利なＤＢＣ基板（Direct Bonded Copper)を用いることができる。大面積の金属製導体路をＤＢＣ基板上に製造するのは難しくないので、電力電流を有利にはＤＢＣ基板における低抵抗の接続導体路を介して、そこに取り付けられた電力用コンポーネントと結合させることができる。これにより導体路レイアウトが簡単になるだけでなく、電磁適合性（ＥＭＣ保護）も改善される。また、第２の基板を良好な熱伝導性の材料たとえばＡｌＯ₂によって製造するすることができ、その結果、電力用コンポーネントから発せられる熱の放熱が改善され、そのために熱的なビアホールを設ける必要がない。
従属請求項には本発明の有利な実施形態が示されている。
とりわけ有利な構成を以下に挙げておく。電子制御装置に複数のコンタクト素子を備えた２つの機器プラグが設けられており、複数のコンタクト素子のうちのいくつかは電力電流を案内するように設計されている。この場合、それらを介在接続なく制御装置中を通して案内しなければならない。それゆえ第２の基板上に付加的に貫通導体路が設けられており、これによって上記の両方のプラグにおける各コンタクト素子が互いに接続される。有利なことにこの構成によって、制御装置中を通して電力電流を案内するために、たとえば電気的な電流レールや複雑に接続しなければならないケーブル接続などが不要となる。
制御装置ケーシング内において第２の基板は第１の基板とは空間的に分離されて配置されており、少なくとも一方の機器プラグのコンタクト素子を両方の基板と接続する必要があるので、ブリッジの間隔を小さくするために有利であるのは、第２の基板の接続導体路と貫通導体路をボンディングワイヤを介して各コンタクト素子と接続することである。このため第２の基板は、少なくとも一方の機器プラグにおいて電力電流を案内する高電流コンタクト素子の近くに配置されている。
有利には付加的に第２の基板上に電力電流を案内する導体路を設けることもでき、これはたとえばボンディングワイヤを介して第１の基板の接触面と接続されている。さらにその接触面自体は、第１の基板上の電力用コンポーネントと短い経路で導電接続されている。
さらに、第１の基板における導体路案内を簡便にする目的で有利であるのは、第２の基板上に電力電流を案内する導体路のほかに付加的に信号電流を案内するいくつかの導体路も配置することである。これによりたとえば、信号電流を機器プラグのコンタクト素子から第２の基板を介して、離れて位置する第１の基板の回路部分へ簡単に導くことができるようになる。
さらに有利には、たとえばタンタルコンデンサなど大きなコンポーネントを第２の基板上にダイレクトに取り付け、そこにおいて導体路の端部と接続できる。なぜならばそのようなコンポーネントは、第１の基板上ではかなり多くのスペースを必要とするからである。
また、第２の基板としてＤＢＣ（Direct Bonded Copper)を用いるのが有利である。この基板は低コストで簡単に製造可能であり、しかも良好な熱伝導性をもつものである。この種の基板は、極端な負荷ピークにおける放熱に格別適している。さらにたとえばチップダイオードのアノードなど個々のコンポーネントを選択的に裏面または表面で、ボンドオプションを用いてＤＢＣ基板に取り付けることができ、これによってフレキシブルに組み込むことができるようになる。
図面
次に、図面を参照しながら本発明の実施例について詳細に説明する。図１には制御装置内部の一部分が示されており、これにはハイブリッド基板とＤＢＣ基板およびケーシングに取り付けられた２つの機器プラグが設けられている。
実施例の説明
図１には制御装置のケーシング１内部が略示されており、この制御装置はたとえば自動車における内燃機関の点火を電子制御するために用いられる。ケーシング１は、図示されていないリング状の側壁と、底部ならびにその上に固着された基板２を有している。さらにケーシング１は図示されていないカバーによって密封可能であり、したがって基板２は保護された形でケーシング内に配置されている。有利には基板２は、マイクロハイブリッド回路の設けられたＬＴＣＣ基板である。しかし、他のセラミックス基板やプリント配線基板を用いてもよい。ＬＴＣＣ基板上にはたとえば抵抗、コンデンサ、ＩＣまたはマイクロプロセッサなどのコンポーネント１７を備えた電子回路と、図１には示されていないがそれらを接続する導体路が設けられており、それらの導体路は周知のやり方で電気的な導電性ペーストによってＬＴＣＣに製造されている。
基板２の表面には、回路を２つの機器プラグ４，５に電気的に接続するための接続面１２，１３が設けられている。機器プラグ４，５は、基板２の対向する側でケーシング１の底部に設けられたそれぞれ１つの開口部内にはめ込まれており、プラグピンとして形成された多数のコンタクト素子１０を有している。コンタクト素子１０は、基板とは反対側のケーシング１外面においてケーシングから外に向かって導かれており、そこにおいて対応して形成された対向プラグのコンタクト素子と結合可能である。
機器プラグ４に対する対向プラグいわゆるエンジンプラグにはケーブルハーネスが接続されており、これはたとえば自動車の点火プラグと接続されている。また、機器プラグ５に対する対向プラグいわゆる車両プラグには別のケーブルハーネスが接続されており、これはバッテリ、センサ、温度検知器および自動車内部の他のコンポーネントと接続されている。
信号電流を導くために設けられている機器プラグ４，５のコンタクト素子１０は、図１では細い線として描かれている金から成る細いボンディングワイヤ３０を介して、基板２上の接続面１２と接続されている。機器プラグのコンタクト素子１０のうちいくつかのコンタクト素子１１は、電力電流を導くために設けられており、それらの素子にはアルミニウムから成る太いボンディングワイヤ４０，４１，４２がボンディングされている。図１に示されているように、機器プラグ４において電力電流を案内するコンタクト素子１１の大部分は、ボンディングワイヤ４２を介して第２の基板３上の接続導体路２１と接続されている。第２の基板３は、ＤＢＣ基板またはＡｌＯ₂基板として形成されており、ケーシング１内で２つの機器プラグ４，５の間において第１の基板２の横に配置されている。第２の基板３上の導体路２０，２１，２３は、銅または銀から成る大面積の金属製導体路として形成されている。さらに図１に示されているように、接続導体路２１においてボンディングワイヤ４２とは反対側の端部は、大面積の接続面２１′として構成されている。各接続面２１′上には、電力用素子として点火トランジスタ６０がじかに取り付けられており、この場合、コレクタはトランジスタの下側で対応する接続導体路２１と接触接続している。各トランジスタ６０のエミッタ６２は、ボンディングワイヤ４３を介してアースと接続されている。また、各トランジスタ６０のベース６１は、ボンディングワイヤ４５を介して第１の基板２上の回路と接続されている。有利には電力素子６０からの電力電流は、金属製接続導体路２１を介してボンディングワイヤ４２さらには機器プラグ４のコンタクト素子１１へ導出され、そこからエンジン側のケーブルハーネスを介して点火プラグヘと導出される。
さらに図１に示されているように、電力電流を案内するコンタクト素子１１のうちのいくつかを付加的に、従来のようにボンディングワイヤ４０を介してハイブリッド基板２上の接触面１３と接続することもできるし、あるいはボンディングワイヤ４６を介してケーシング１と接続することもできる。
図１によれば、ＤＢＣ基板３には貫通導体路２０が設けられている。この貫通導体路２０において機器プラグ５側の端部領域２０′は、ボンディングワイヤ４１を介して機器プラグ５における少なくとも１つの高電流コンタクト素子１１と接続されている。この貫通導体路２０において反対側の端部領域２０″は、別の素子の介在接続なくボンディングワイヤ４２を介してコンタクト素子１１と導電接続されている。ここで重要なのは、貫通導体路２０を介して高い電力電流がいかなる素子も介在させずに制御装置中をそのまま通り抜けて案内される、あるいはストレートに導かれることである。
さらに導体路２３が設けられており、この導体路２３の一方の端部領域２３′は複数のボンディングワイヤ４１を介して、第２の機器プラグ５において電力電流を案内するコンタクト素子１１と接続されている。また、この導体路２３の他方の端部領域２３″はボンディングワイヤ４４を介して第１の基板２上の接続面１４と接続されており、この接続面１４自体は第１の基板上の図示されていない電力素子と導電接続されている。この場合、平面部材１４はハイブリッド基板２において端部領域２３′とは反対側の端部に設けられているので、電力電流を主として導体路２３を介して平面部材１４と接続された第１の基板２上の電力素子へ導くことができるようになる。接続面１４と接続された導体路２３の端部領域２３″はさらに、ＤＢＣ基板の端部領域に取り付けられたコンデンサ５０とも接続されており、このコンデンサを介して平面部材２５へ妨害電流が流され、この電流はさらにそこからボンディングワイヤを介してケーシング１へ流される。
また、第２の基板３上に信号電流を案内する導体路（図１には示されていない）を付加的に設けることもできる。この導体路の一方の端部は機器プラグ４，５のコンタクト素子１０と接続され、その他方の端部は第１の基板２上の回路端子と導電接続される。これにより、第１の基板２上の導体路レイアウトをいっそう簡単にすることができる。
さらに、電圧ピークを制限するためにチップダイオード素子７０が設けられている。図１に示されているように、チップダイオード素子７０のアノードが表面または裏面でＤＢＣ基板３の導体路２２に取り付けられている。ダイオードの両方の極は、ボンディングワイヤ４７と４８を介して導体路２３またはケーシング１の底部と接続されている。ダイオードの極を取り替えれば、ダイオードはボンディングワイヤ４７を介してケーシング１と接続され、ボンディングワイヤ４８を介して導体路２３と接続される。

Claims (11)

1. ケーシング（１）と、該ケーシング（１）内に配置されており電子制御回路を有する基板（２）と、前記ケーシング（１）に取り付けられた少なくとも１つの機器プラグ（４）が設けられており、
   該機器プラグ（４）はコンタクト素子（１０）を備えており、該コンタクト素子（１０）は前記基板（２）の制御回路と導電接続されている、
   電子制御装置において、
   ケーシング（１）内で第１の基板（２）とは空間的に分離されて第２の基板（３）が配置されており、
   該第２の基板（３）上に、前記第１の基板（２）上の制御回路と電気的に接続された電力素子（６０）と、該電力素子（６０）と導電接続された接続導体路（２１）が配置されており、
   該接続導体路（２１）は、前記機器プラグ（４）における電力電流案内用のコンタクト素子（１１）と導電接続されており、
   コンタクト素子（１０）を備えた第２の機器プラグ（５）がケーシング（１）に配置されており、前記第２の基板（３）上に、該第２の機器プラグ（５）との前記少なくとも１つの機器プラグ（４）との間に延在する少なくとも１つの貫通導体路（２０）が設けられており、該貫通導体路（２０）は素子の介在接続なく、前記機器プラグ（４，５）における前記電力電流案内用のコンタクト素子（１１）と導電接続されていることを特徴とする、
   電子制御回路。
2. 前記電子制御回路を有する基板（２）はハイブリッド基板である、請求項１記載の電子制御回路。
3. 前記第２の基板（３）の接続導体路（２１）と前記少なくとも１つの機器プラグ（４，５）のコンタクト素子（１１）との導電接続、ならびに前記少なくとも１つの電力素子（６０）と前記第１の基板（２）上の制御回路との電気的な接続は、ボンディングワイヤ（４１，４２，４５）を介して行われる、請求項１記載の電子制御装置。
4. 前記第２の基板（３）上に設けられた貫通導体路（２０）と前記少なくとも１つの機器プラグ（４，５）のコンタクト素子（１１）との導電接続は、ボンディングワイヤ（４１，４２）を介して行われる、請求項１記載の電子制御装置。
5. 前記第２の基板（３）上に付加的に電力電流を案内する導体路（２３）が設けられており、該導体路（２３）の一方の端部（２３′）は、電力電流を案内する機器プラグ（４、５）のコンタクト素子（１１）と導電接続されており、該導体路（２３）の他方の端部（２３″）は前記第１の基板（２）上の接触面（１４）と導電接続されている、請求項１記載の電子制御装置。
6. 前記第２の基板（３）上に付加的に信号電流を案内する導体路が設けられており、該導体路の一方の端部は、機器プラグ（４，５）のコンタクト素子（１０）と接続されており、該導体路の他方の端部は、前記第１の基板（２）における回路端子と導電接続されている、請求項１記載の電子制御装置。
7. 前記第２の基板（３）における付加的な導体路（２３）には、その一方の端部領域（２０″，２３″）にコンデンサ（５０）が設けられている、請求項１または５記載の電子制御装置。
8. 前記第２の基板（３）はＤＢＣ基板（Direct-Bonded-Copper-Substrat）であり、該基板は良好な熱伝導性のセラミックス支持基板から成り、該基板表面上に金属製導体路構造体が被着されている、請求項１または４〜７のいずれか１項記載の電子制御装置。
9. 前記金属製導体路構造は銅から成る、請求項８記載の電子制御装置。
10. 前記第２の基板（３）は、銀から成る導体路構造体を備えたＡｌＯ₂セラミックス基板である、請求項１または４〜８のいずれか１項記載の電子制御装置。
11. 前記第２の基板（３）上に、前記の貫通導体路（２０）と接続導体路（２１）から絶縁された少なくとも１つのチップダイオード素子（７０）が設けられており、該ダイオード素子において第２の基板の方へ向いた下側に、選択的に該ダイオード素子のアノードまたはカソードを設けることができる、請求項１記載の電子制御装置。

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