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技術 内燃機関用点火装置

出願人 株式会社日立製作所日立オートモティブシステムズエンジニアリング株式会社
発明者 神永俊明杉浦登小林良一深津克明
出願日 1999年12月1日 (19年10ヶ月経過) 出願番号 1999-341849
公開日 2001年6月5日 (18年4ヶ月経過) 公開番号 2001-153017
状態 特許登録済
技術分野 変成器又はリアクトル一般 内燃機関の点火装置
主要キーワード 信号断線 厚膜印刷基板 端子接続作業 サージ吸収用コンデンサ 固着方式 ガラスエポキシ系基板 電源抵抗 駆動回路モジュール
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重要な関連分野

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図面 (16)

課題

コンパクト実装性に優れ、組立作業の簡便化,自動化に貢献でき、低コスト化を図り得る内燃機関用点火装置を提供する。

解決手段

内燃機関用点火コイルスイッチング素子として絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ(以下、「IGBT」という)を使用する。このIGBTとその保護を目的とした過電流防止用電流制限回路とが一つの半導体チップ3に形成され、この半導体チップ3とラジオノイズ防止用コンデンサ5とが外部入出力端子41〜44を有する一つのパッケージング体4の中に内蔵されている。パッケージング体4はエポキシ樹脂等でトランスファモールドされる。

概要

背景

自動車等の内燃機関点火コイルを駆動するスイッチング素子として、近年、バイポーラパワートランジスタに代わってIGBT絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ)が提案されている。

IGBTは、FET電界効果型トランジスタ)の構造が追加され電圧駆動型となっているため、電流駆動型のバイポーラパワートランジスタに比べて微小電流で駆動することができ、付加機能である過電流防止用(IGBT保護用)の電流制限回路規模小形化することができ、IGBTと電流制限回路とを一つのチップ上にコンパクトに形成できる利点がある。

内燃機関用点火装置イグナイタ)として、IGBTと過電流防止用電流制限回路とを一つにしたチップ(いわゆる「インテリジェントIGBTチップ」と称されることもある)は、特開平10−77940号公報で開示されるように、点火パワー系標準的なパッケージングであるTO−220タイプのパッケージング体に内蔵され、このパッケージング体が点火コイルの装置の中に実装されている。

概要

コンパクトで実装性に優れ、組立作業の簡便化,自動化に貢献でき、低コスト化を図り得る内燃機関用点火装置を提供する。

内燃機関用の点火コイルのスイッチング素子として絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ(以下、「IGBT」という)を使用する。このIGBTとその保護を目的とした過電流防止用電流制限回路とが一つの半導体チップ3に形成され、この半導体チップ3とラジオノイズ防止用コンデンサ5とが外部入出力端子41〜44を有する一つのパッケージング体4の中に内蔵されている。パッケージング体4はエポキシ樹脂等でトランスファモールドされる。

目的

本発明の目的は、上記したような種々の課題を解決して、コンパクトで実装性に優れ、組立作業の簡便化,自動化に貢献でき、低コスト化を図り得る内燃機関用点火装置を提供することにある。

効果

実績

技術文献被引用数
1件
牽制数
10件

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請求項1

内燃機関用点火コイルスイッチング素子として絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ(以下、「IGBT」という)を使用し、前記IGBTとその過電流防止用電流制限回路とが一つの半導体チップに形成され、この半導体チップとラジオノイズ防止用コンデンサとが外部入出力端子を有する一つのパッケージング体の中に内蔵されていることを特徴とする内燃機関用点火装置

請求項2

前記パッケージング体は、エポキシ樹脂によるトランスファモールドであり、このトランスファモールドに前記半導体チップ,前記ラジオノイズ防止用コンデンサ,前記外部入出力端子がインサート成形されており、前記外部入出力端子として、前記IGBTのゲート側に接続される点火信号入力端子コレクタ側に接続されるコレクタ端子エミッタ側に接続されるグランド端子の他に、前記ラジオノイズ防止用コンデンサの専用端子バッテリ電源の(+)側に接続するためのバッテリ電源端子が追加されており、この電源端子と前記グランド端子との間に前記ラジオノイズ防止用コンデンサが接続されている請求項1記載の内燃機関用点火装置。

請求項3

前記パッケージング体は、エポキシ樹脂によるトランスファモールドであり、このトランスファモールドに前記半導体チップ,前記ラジオノイズ防止用コンデンサ,前記外部入出力端子がインサート成形されており、前記外部入出力端子として、前記IGBTのゲート側に接続される点火信号入力端子,コレクタ側に接続されるコレクタ端子,エミッタ側に接続されるグランド端子の他に、前記ラジオノイズ防止用コンデンサの専用端子でバッテリ電源の(+)側に接続するためのバッテリ電源端子が追加されており、前記ラジオノイズ防止用コンデンサは、前記バッテリ電源端子及び前記グランド端子の中継導体を形成した絶縁基板上にこれらの中継導体と接続されるようにして搭載され、この絶縁基板と一緒に前記トランスファモールドにインサート成形されている請求項1記載の内燃機関用点火装置。

請求項4

内燃機関用の点火コイルのスイッチング素子としてIGBTを使用し、前記IGBT,その過電流防止用電流制限回路,及びバッテリ電源から電源抵抗を介して必要な電源を確保して作動する回路(以下、この回路を電源供給型回路と称する)が、前記電源抵抗を除いて一つの半導体チップに形成され、この半導体チップ,電源抵抗とラジオノイズ防止・サージ吸収用コンデンサとが外部入出力端子を有する一つのパッケージング体の中に内蔵されていることを特徴とする内燃機関用点火装置。

請求項5

前記電源供給型回路は、点火コイルの1次電流通電時間が設定の許容時間以上にならないようにするために電流遮断する機能を有する自己保護回路である請求項4記載の内燃機関用点火装置。

請求項6

前記パッケージング体は、エポキシ樹脂によるトランスファモールドであり、このトランスファモールドに前記半導体チップ,前記ラジオノイズ防止・サージ吸収用コンデンサ,前記電源抵抗,前記外部入出力端子がインサート成形されており、前記外部入出力端子として、前記IGBTのゲート側に接続される点火信号入力端子,コレクタ側に接続されるコレクタ端子,エミッタ側に接続されるグランド端子,前記電源供給型回路の電源端子の他に、前記ラジオノイズ防止・サージ吸収用コンデンサの専用端子でバッテリ電源の(+)側に接続するためのバッテリ電源端子が追加されており、このバッテリ電源端子と前記グランド端子との間に前記ラジオノイズ防止・サージ吸収用コンデンサが接続され、且つ、このバッテリ電源端子と前記電源供給型回路の電源端子との間に前記電源抵抗が接続されている請求項4又は5記載の内燃機関用点火装置。

請求項7

前記パッケージング体は、エポキシ樹脂によるトランスファモールドであり、このトランスファモールドに前記半導体チップ,前記ラジオノイズ防止・サージ吸収用コンデンサ,前記電源抵抗,前記外部入出力端子がインサート成形されており、前記外部入出力端子として、前記IGBTのゲート側に接続される点火信号入力端子,コレクタ側に接続されるコレクタ端子,エミッタ側に接続されるグランド端子,前記電源供給型回路の電源端子の他に、前記ラジオノイズ防止・サージ吸収用コンデンサの専用端子でバッテリ電源の(+)側に接続するためのバッテリ電源端子が追加されており、前記ラジオノイズ防止・サージ吸収用コンデンサ及び前記電源抵抗は、前記バッテリ電源端子,前記電源供給型回路の電源端子,及び前記グランド端子の中継導体を形成した絶縁基板上に対応の中継導体間に接続されるようにして搭載され、この絶縁基板と一緒に前記トランスファモールドにインサート成形されている請求項4又は5記載の内燃機関用点火装置。

請求項8

前記絶縁基板として、セラミック系基板を使用する場合には、前記ラジオノイズ防止・サージ吸収用コンデンサは、前記基板上にはんだ導電性接着剤などで接続され、前記電源抵抗は、印刷による厚膜抵抗体もしくは前記基板上にはんだ,導電性接着剤などで固着されたチップ抵抗により構成され、前記絶縁基板として、ガラスエポキシ系の基板を使用する場合には、前記ラジオノイズ防止・サージ吸収用コンデンサ及び前記電源抵抗は、前記基板上にはんだ,導電性接着剤等で接続されている請求項7記載の内燃機関用点火装置。

請求項9

内燃機関用の点火コイルのスイッチング素子としてIGBTを使用し、前記IGBTとその過電流防止用電流制限回路とが一つの半導体チップに形成され、この半導体チップとエンジンコントロールユニット接続確認用ツェナダイオードとが外部入出力端子を有する一つパッケージング体の中に内蔵されていることを特徴とする内燃機関用点火装置。

請求項10

前記パッケージング体は、エポキシ樹脂によるトランスファモールドであり、このトランスファモールドに前記半導体チップ,前記ツェナダイオード,前記外部入出力端子がインサート成形されており、前記外部入出力端子として、前記IGBTのゲート側に接続される点火信号入力端子,コレクタ側に接続されるコレクタ端子,エミッタ側に接続されるグランド端子を備え、前記点火信号入力端子と前記グランド端子との間に、前記ツェナダイオードが接続されている請求項9記載の内燃機関用点火装置。

請求項11

請求項1ないし8のいずれか1項記載の内燃機関用点火装置において、請求項9又は10記載のツェナーダイオードを備えたことを特徴とする内燃機関用点火装置。

請求項12

前記バッテリ電源端子は、前記グランド端子の隣に配設されている請求項2ないし8,11のいずれか1項記載の内燃機関用点火装置。

請求項13

内燃機関用の点火コイルのスイッチング素子としてIGBTを使用し、前記IGBT及びその過電流防止用制限回路を有する点火駆動回路が一つの半導体チップに形成され、この半導体チップと、点火コイルを駆動するための機能と異なる付加機能を有する回路基板とを外部入出力端子を有する一つのパッケージング体の中に内蔵させたことを特徴とする内燃機関用点火装置。

請求項14

前記付加機能を有する回路基板上の回路は、点火コイルの2次コイル側点火放電時に内燃機関点火プラグ部に流れるイオン電流を検出するイオン電流検出回路である請求項13記載の内燃機関用点火装置。

請求項15

点火コイル及びその点火駆動回路を一体化した点火ユニットを本体とし、この点火ユニットが内燃機関の各点火プラグに接続されて使用される独立点火形の内燃機関用点火装置において、前記点火駆動回路を収容するコイルケース又は該コイルケースと一体化したイグナイタケースに請求項1から14のいずれか1項記載のパッケージング体が収納され、前記コイルケース又はイグナイタケースには、外部接続用コネクタ端子及び点火コイル接続用の端子が配置されており、このコネクタ端子及び点火コイル接続用の端子に前記パッケージング体の対応する外部入出力端子が接続されていることを特徴とする内燃機関用点火装置。

技術分野

0001

本発明は、内燃機関点火コイルを駆動するための内燃機関用点火装置に関する。

背景技術

0002

自動車等の内燃機関の点火コイルを駆動するスイッチング素子として、近年、バイポーラパワートランジスタに代わってIGBT絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ)が提案されている。

0003

IGBTは、FET電界効果型トランジスタ)の構造が追加され電圧駆動型となっているため、電流駆動型のバイポーラパワートランジスタに比べて微小電流で駆動することができ、付加機能である過電流防止用(IGBT保護用)の電流制限回路規模小形化することができ、IGBTと電流制限回路とを一つのチップ上にコンパクトに形成できる利点がある。

0004

内燃機関用点火装置(イグナイタ)として、IGBTと過電流防止用電流制限回路とを一つにしたチップ(いわゆる「インテリジェントIGBTチップ」と称されることもある)は、特開平10−77940号公報で開示されるように、点火パワー系標準的なパッケージングであるTO−220タイプのパッケージング体に内蔵され、このパッケージング体が点火コイルの装置の中に実装されている。

発明が解決しようとする課題

0005

(1)この種の点火コイル装置は、点火時にノイズが発生しこれが電源線にのってラジオノイズとなるために、顧客要求仕様によっては、電源グランド間にラジオノイズを防止するためのコンデンサ組み入れることが要求されている。

0006

従来、ラジオノイズ防止用のコンデンサは、点火駆動回路を収容するイグナイタケースの外部に取り付けたり、特開平10−149934号公報に開示されるように、イグナイタケース内に点火駆動回路の基板別個に配置している。後者の場合には、イグナイタケースに設けた外部接続用コネクタ端子のうち1次電流,2次電流用電源端子及びグランド端子を構成するフレームリード付のコンデンサをはんだ付けなどで接続している。

0007

(2)また、別の顧客要求仕様によっては、過電流防止用の電流制限機能のみばかりでなく、自己保護回路、例えば、点火信号の入力時間が異常に長くなったような場合に、点火駆動回路自身が、破壊しない時間内で電流遮断するいわゆるセルフシャットオフ機能などを組込んだ多機能なイグナイタを要求されている。

0008

従来は、これらの付加的機能を有する回路(例えば過電流防止用電流制限回路、自己保護回路等)を形成する場合には、抵抗体などを厚膜印刷基板で形成し、その基板上にモノリシックIC・コンデンサなどを搭載することが考えられていた。このようにすると、IGBTチップ+モノリシックICと2つの半導体素子を使用することになり、コスト的に高くなる。

0009

一方、IGBTと上記した付加的機能を有する回路(モノリシックIC)とを1チップ(半導体チップ)に集約的に組み込むことも可能であり、このようにすれば、多機能化を図ったインテリジェント型チップを製作することができる。

0010

しかし、上記した自己保護回路等は、バッテリ電源から電源抵抗を介して必要な電源を確保して作動するいわゆる電源供給型回路であるため、このような回路をIGBTと共に1チップに組み込んだ場合には、チップへの電源の供給が必要となる(なお、IGBTや電流制限回路だけのように電源供給型回路がない場合には、チップには信号取り入れと1次電流の通電だけで済み、バッテリ電源から電源抵抗を介して電源を確保する回路が不要である)。

0011

内燃機関の電源ラインには各種のノイズ・サージ重畳している。したがって、電源供給型回路をIGBTと共に1チップ化した場合には、これらのノイズ等からチップを保護する必要がある。そのために、電源回路を保護するためのコンデンサ,抵抗などを必要とする。半導体チップにこれらの保護用のコンデンサ・抵抗を組込むと、非常にチップサイズが大きくなる。

0012

特にコンデンサの場合は、ラジオノイズ防止用やサージ吸収用コンデンサ容量としては、1万pF以上の容量が必要である。半導体チップにコンデンサを形成しようとすると、5mm角程度のチップ上にコンデンサのみを形成したとしても、数千pF以下程度の容量しか確保することができない。チップサイズにコストがほぼ比例する半導体素子上に電源回路保護用のコンデンサ・抵抗を組込むことは、コストが非常に高くなり現実的でない。

0013

(3)また、点火コイルの付加機能を実現するため、その他の電子部品を組込んだ電子回路点火装置の中に組込む要求もある。電子部品及びそれを組込んだ回路基板電子装置と点火駆動回路を別々に点火コイルに実装すると、点火コイルの組立コストが高くなる。

0014

本発明の目的は、上記したような種々の課題を解決して、コンパクトで実装性に優れ、組立作業の簡便化,自動化に貢献でき、低コスト化を図り得る内燃機関用点火装置を提供することにある。

課題を解決するための手段

0015

上記目的を達成するための本発明の基本的構成は次の通りである。

0016

(1)内燃機関用の点火コイルのスイッチング素子としてIGBTを使用し、前記IGBTとその過電流防止用電流制限回路とを一つの半導体チップに形成し、この半導体チップ(いわゆるインテリジェント型チップ)とラジオノイズ防止用コンデンサとを外部入出力端子を有する一つのパッケージング体の中に内蔵したものを提案する。

0017

前記パッケージング体は、例えば、エポキシ樹脂によるトランスファモールドである。

0018

(2)もう一つは、前記IGBT,過電流防止用電流制限回路の他に電源供給型回路を、その電源抵抗を除いて一つの半導体チップに集約し、この半導体チップ,電源抵抗とラジオノイズ防止・サージ吸収用コンデンサとを外部入出力端子を有する一つのパッケージング体の中に内蔵したものを提案する。

0019

(3)もう一つは、上記同様に点火コイルのIGBTと過電流防止用電流制限回路とを一つの半導体チップに集約し、この半導体チップとエンジンコントロールユニット接続確認用ツェナダイオードとを外部入出力端子を有する一つのパッケージング体の中に内蔵したものを提案する。

0020

なお、これらの作用,効果に関しては、次の実施の形態の項で詳述する。

発明を実施するための最良の形態

0021

本発明の実施の形態を図面を用いて説明する。

0022

図1は本発明の第1の実施例に係わる内燃機関用点火装置の回路図、図2は上記実施例の点火装置におけるパッケージング体の平面図及び断面側面図、図3は上記パッケージング体を実装した点火装置の一例を示す縦断面図、図4はその上面図(ただし絶縁樹脂118の注入前の上面図)である。

0023

図3,4の点火装置1は、内燃機関の各点火プラグ直結されて使用される独立点火形の点火装置であり、点火コイル部2及びその点火駆動回路3を一体化した点火ユニットを本体とするが、本発明の適用対象はこれに限定されるものではない。

0024

まず、図3,4を用いて、点火装置1の全体概要について説明する。

0025

点火装置1のうち、コイル部2は、円筒コイルケース100内に、内側から順にセンタコア110,2次ボビン111,2次コイル2b、1次ボビン113,1次コイル2aを同心状に配置し、コイルケース100の外周にサイドコア115を配置し、このサイドコア115とセンターコア110により磁気回路を構成している。

0026

コイルケース100の上部には、点火駆動回路(半導体チップ)3のモジュールを収容するケース(以下、イグナイタケースと称する)101が取付けられている。

0027

イグナイタケース101には、外部接続用コネクタ端子52〜53及び点火コイル接続用の端子51がインサート成形されている。インサート成形とは、樹脂モールド(ここではイグナイタケース)に部品(端子)をモールド工程時に埋設することである。これらの端子51〜53の配置態様は、インサート成形に代えて接着等の固着方式を採用することも可能である。

0028

接続端子51は、図1に示すように1次コイル2aの一端とIGBT6のコレクタ端子31を接続するためのもので、直接にはパッケージング体4の端子41と接続される。

0029

コネクタ端子52は、点火信号IGの入力用のコネクタ端子である。点火信号は、図示されないエンジンコントロールユニットから送られてくる。

0030

コネクタ端子53は、IGBT6のエミッタ側に接続されるグランド端子(GND)、コネクタ端子54はバッテリ電源VBに接続されて電源端子となるものである。

0031

これらの端子52〜54は、パッケージング体4の対応の外部入出力端子42〜44に接続される。このうち、電源用のコネクタ端子54は、図4に示すように1次コイルの一端2a′と2次コイル2bの一端にも接続される。

0032

イグナイタケース101及びコイルケース115内には、絶縁用にエポキシ樹脂118が注入され、コイル部材電気的な絶縁が図られている。

0033

ラジオノイズ防止用コンデンサ5は、後述するようにパッケージング体4に内蔵されるが、基本的には電源ラインとグランドの間に接続される。ラジオノイズ防止用コンデンサ5は、ノイズ発生源であるコイル近傍に設置されるため、ノイズ防止に効果的である。

0034

116は点火プラグ装着用キャップで、このキャップに点火プラグ(図示せず)を装着すると、ばね端子117を介して点火プラグが電気的に接続される。

0035

本発明の適用対象とする点火駆動回路モジュールは点火コイルケース内に収容するように設定してもよい。

0036

図1回路構成は、図3の点火装置1の構成に相当するものであり、1点鎖線の枠で示すように、点火装置の部品の単位を系統化している。このうち、点火駆動回路3を構成するIGBT6及び過電流防止用の電流制限回路7は、一つの半導体チップ3によって集約的に形成されている。

0037

8はIGBT6に流れる電流を検出するための抵抗であり、電流制限回路7はこの電流検出値を入力して、IGBT6に過電流が流れないように点火信号IGの信号レベルコントロールしている。20は点火プラグである。

0038

本例では、上記半導体チップ(インテリジェント型チップ)3及びラジオノイズ防止用コンデンサ5を、外部入出力端子41〜44を有するパッケージング体4に内蔵する。

0039

図2に上記パッケージング体4の一例、すなわち、インテリジェント型チップ3とラジオノイズ防止用コンデンサ5の実装状態を示した図である。

0040

パッケージング体4は、エポキシ樹脂によるトランスファモールドであり、このトランスファモールドに前記半導体チップ3,ラジオノイズ防止用コンデンサ5,外部入出力端子41〜44がインサート成形されている。

0041

上記外部入出力端子は、図1に示すように、IGBT6のゲート側に接続される点火信号入力端子42,コレクタC側に接続されるコレクタ端子41,エミッタ側に接続されるグランド端子43の他に、ラジオノイズ防止用コンデンサ5の専用端子でバッテリ電源の(+)側に接続するためのバッテリ電源端子44が追加されており、この電源端子44とグランド端子43との間にラジオノイズ防止用コンデンサ5が接続されている。この接続は、導電性接着剤やはんだ付けによる接合により行われる。

0042

IGBT6及び電流制限回路7は、それ自身に専用の電源供給回路を設ける必要がなく、したがって、本来はパッケージング体4に電源端子44は必要としないが、ここでは、パッケージング体4にラジオノイズ防止用コンデンサ5を組み込めるようにするために、電源端子44を追加している。これにより、パッケージング体4に内蔵した上記コンデンサ5を電源線(+側)とグランドの間に接続することが可能になる。

0043

外部入出力端子41〜44は、銅等のリードフレームで構成されている。このうち、コレクタ端子41を構成するリードフレームは、チップ3を搭載するベースフレーム41′と一体に成形されている。ベースフレーム41′上には、チップ3が導電性接着剤やはんだ付け等で搭載され、ベースフレーム41´を介してリードフレーム41とチップ3におけるIGBT6のコレクタ端子31(図1に示す)とがチップ3の裏側で電気的に接続されている。

0044

パッケージング体4の外部入出力端子のうち、点火信号入力端子42は、チップ3の信号入力部(ゲート)32にワイヤボンディング62を介して接続され、一方、グランド端子43は、チップ3のグランド端子(エミッタ)33にワイヤボンディング63で接続され、これらのワイヤボンディングを含み、チップ3,コンデンサ5及び外部入出力端子41〜44が、エポキシ系樹脂によるトランスファモールドでパッケージング化されている。

0045

パッケージングに使用するエポキシ系樹脂は、硬化後の物性値として、線膨張係数については内蔵するコイル部品の線膨張係数に近づけるのが好ましく、そのため、内蔵するコイル部品の線膨張係数のうちほぼ最小・最大となる3ppm/℃から17ppm/℃の間で選択するのが信頼性を確保することができる。本実施例では、その最適例とし線膨張係数が、8×10~6/℃〜16×10~6/℃とした。

0046

また、エポキシ系樹脂のガラス転移温度は、インテリジェント型チップ3の動作保証温度であるジャンクション温度150℃以上に設定することで、信頼性を確保することができる。

0047

図5に、本実施例に係わるパッケージング体(点火駆動回路モジュール)4の製造工程の一部を示す。

0048

図5の左図に示すように、外部入出力端子(リードフレーム)41〜44及びベースフレーム(チップ搭載ベース)41′は、フレーム40を打ち抜きしたもので、始めはつながっている。この状態で、インテリジェント型IGBTチップ(半導体チップ)3の装着、コンデンサ5の装着、ワイヤボンディング62,63等を行い、その後、エポキシ系樹脂4によるトランスファモールドで一体化しパッケージング体を構成する。その後、リードフレーム間を接続している不要部分を符号A,B等で示すように切断する。それにより、図5の右図に示すように各端子を独立させて、最終的なパッケージング体(点火駆動回路モジュール)4が得られる。

0049

なお、このような点火駆動回路モジュールの製作工程は、点火コイルの部品を組み込む前工程において、ほとんど自動化することが可能である。

0050

本実施例によれば、次のような作用,効果を奏する。

0051

点火コイルの通電遮断時に生じるラジオノイズ発生を効果的に防止する。

0052

1チップ(IGBT,過電流防止用電流制限回路を含む点火駆動回路)3とラジオノイズ防止用コンデンサ5とを、点火装置全体の組立ての前工程で予め一つにパッケージ化することができるので、このパッケージング体4をイグナイタケース101に入れ、その外部入出力端子41〜44をイグナイタケースに設けた対応のコネクタ端子52〜54や点火コイル接続端子51等に溶接半田付け等で接続するだけで、点火駆動回路の組み込みが完了する。

0053

したがって、個々の部品を一々点火装置本体(例えばイグナイタケース)に組み込む必要がなくなるので、組立て作業が非常に簡便である。

0054

すなわち、点火コイルの回路の組立は、パッケージング体4の装着工数に端子接続作業を追加するのみで、完了するため、組立工数低減を図ることができる。
また、IGBT,電流制限回路等をチップの小形化を保持しつつ形成でき、コンパクトにして点火装置本体(例えばイグナイタケース)に組み込めることができ、実装性に優れている。

0055

さらに、組立の簡便に併せて点火駆動回路モジュールのオートメーション化を促進することで、生産性を向上させ、低コスト化を実現することができる。

0056

現在、IGBTチップはパワー系半導体装置の標準的パッケージであるTO−220型へ組込んでいるが、本発明品もこのパッケージング形態延長線上で、一部形状変更することで容易に構成可能である。

0057

なお、上記の外部入出力端子41〜44の配列は、任意であり、例えば、図6及び図7の第2の実施例のように点火信号入力端子42とコレクタ端子41の配列を変えることもできる。バッテリ電源端子44とグランド端子43とは、隣り合うように配置した方、コンデンサ5の接続には便利である。

0058

図8は本発明の第3実施例に係わる点火装置のパッケージング体4の平面図及びその縦断面図を示すものである。なお、図中、既述した実施例と同一符号は同一或いは共通する要素を示す。

0059

本実施例と既述した実施例との相違点は、パッケージング体4におけるラジオノイズ防止用コンデンサ5の実装方式にある。

0060

すなわち、本実施例においても、エポキシ樹脂によるトランスファモールド(パッケージング体)4に、チップ(点火駆動回路モジュール)3,ラジオノイズ防止用コンデンサ5,外部入出力端子41〜44がインサート成形されている。

0061

ラジオノイズ防止用コンデンサ5は、絶縁基板70に搭載される。本実施例では、点火信号入力端子となるリードフレーム42とチップ3を搭載するベースフレーム42´とを一体成形してなる。基板70上には、コレクタ用の中継導体71,グランド用の中継導体73,バッテリ電源部VB用の中継導体74が形成され、この基板上でコンデンサ5が中継導体73,74間に接続される。

0062

グランド用の中継導体73は、一端がワイヤボンディング63を介してチップ3のグランド端子(エミッタ端子)33と接続され、他端がパッケージング体4のグランド端子43にワイヤボンディング83を介して接続されている。

0063

電源用の中継導体74は、一端が上記コンデンサ5に、他端がワイヤボンディング84を介してパッケージング体4のバッテリ電源端子44に接続されている。

0064

コレクタ用の中継導体71は、一端がワイヤボンディング61を介してチップ3のコレクタ端子31と接続され、他端がワイヤボンディング81を介してパッケージング体4のコレクタ端子41と接続されている。

0065

チップ3はベースフレーム42´上にはんだ等の導電性材料(図示していない)を介して接着され、ベースフレーム42´を介してチップ3の裏面に設けた点火信号入力端子と接続されている。

0066

絶縁基板70は、セラミック系もしくはガラスエポキシ系の材料で形成され、中継導体71,73,74は銅系材料等を成膜したものである。

0067

これらのチップ3,基板70を近接配置し、また、これらの部材,ワイヤボンディング61,63、81,83,84,ベースフレーム42´,リードフレーム(外部入出力端子)41〜44等を、エポキシ系樹脂によるトランスファモールドでパッケージングすることで、点火駆動回路モジュールを構成する。

0068

本実施例によれば、既述した実施例と同様の作用,効果を期待することができる。

0069

既述の第1,第2実施例のコンデンサ搭載方式では、コストミニマムとなる最小限の構成を実現できるのに対して、本実施例では、基板を用いることで多少コスト高になる。ただし、コンデンサ5を搭載するのに基板を使用することにより、コンデンサの実装性,信頼性を向上させることができる。この基板上にはその他の付加機能を追加することも可能である。

0070

図9は、本発明の第4実施例に係る点火装置の回路構成図、図10はそれに用いるパッケージング体の平面図、及びその断面側面図である。

0071

本実施例と既述した従来例との相違点は、半導体チップ3´に、IGBT6,電流制限回路7の他に自己保護回路9を形成した点にある。

0072

自己保護回路9は、点火コイルの1次電流の通電時間が設定の許容時間以上にならないようにするために、点火信号が許容時間以上になろうとすると自動的にそれを遮断するいわゆるシャットオフ機能を備えるものである。

0073

本実施例では、自己保護回路9もチップ3´上に形成するために、次のような配慮がなされている。

0074

自己保護回路9は、バッテリ電源から電源抵抗11を介して必要な電源を確保して作動するいわゆる電源供給型回路である。このような回路9において、サージ電圧の影響をなくすために、ラジオノイズ防止用コンデンサ5にサージ吸収用コンデンサとしての機能が働くようにコンデンサ5を、自己保護回路9における電源抵抗11と電源VBの間から引出して、グランドGNDに接続している。

0075

また、このようなコンデンサ5及び電源抵抗11は、半導体チップ3´に形成すると半導体チップ3´の形状が著しく大形化(コストはチップの大きさに比例する)してしまうために、チップ3´と別構成とし、これらの部品(チップ3´,コンデンサ5,抵抗11)を既述したような一つのパッケージング体4に内蔵するようにした。

0076

すなわち、本実施例では、図10に示すように、エポキシ樹脂によるトランスファモールド4に、前記半導体チップ(IGBT6,電流制限回路7,自己保護回路9)3´,ラジオノイズ防止・サージ吸収用コンデンサ5,電源抵抗11,外部入出力端子41〜45がインサート成形されている。

0077

外部入出力端子は、既述したリードフレーム状の点火信号入力端子42,コレクタ端子41,グランド端子43のほかに電源供給型回路の電源端子45及びラジオノイズ防止・サージ吸収用コンデンサ5の専用端子(バッテリ電源の+側に接続するためのバッテリ電源端子)44が追加されている。このバッテリ電源端子44とグランド端子43との間にはラジオノイズ防止・サージ吸収用コンデンサ5が接続され、バッテリ電源端子44(VB)と電源端子45(VCC)との間に電源抵抗11が接続されることで電源回路が構成される。

0078

なお、電源供給型回路は、自己保護回路に限定するものではなく、多機能化するためにチップに電源の取り込みが必要な回路であれば、その種類を問うものではない。

0079

図11を用いて本実施例の製造工程例を説明する。

0080

外部入出力端子(リ−ドフレーム)41〜45及びベースフレーム41´は、初めに左図のように接続している。各搭載部品3,5,11を装着しワイヤボンディング後にトランスファモールドを施し、その後、右図に示すように、不要な端子接続部を取り除くことにより、最終形態を得る。

0081

図12は、図9の点火駆動回路モジュールの別の実装例(第5実施例)を示すものであり、図11との相違点は、電源抵抗11及びコンデンサ5を直接に対応のリードフレームに接続することなく、図8の実施例同様に絶縁基板70上に搭載して、この基板70をベースフレーム41´(或いは42´)に搭載するものである。

0082

基板70上には、点火信号用の中継導体72,グランド用の中継導体73,バッテリ電源用の中継導体76,電源回路用の中継導体75が成膜され、コンデンサ5は基板70上の導体配線導体膜)76,73上にはんだ付けなどで接続され、抵抗11は、基板70がセラミック系基板である場合は、例えば厚膜印刷により中継導体76,75間に形成され、また、基板70がガラスエポキシ系基板である場合には、例えば、チップ状の抵抗体として、コンデンサと同様にはんだ付けなどで基板に実装される。基板70を使用することにより、電気部品の接続の信頼性を高めるほかに、リードフレームの端子数図10の実施例に対して減らすことができる。

0083

図13は、本発明の第6の実施例に係る点火装置のパッケージ体を示す。

0084

本実施例では、基本的には、第1実施例と同様の構成をなし、IGBT6と過電流防止用電流制限回路7とが一つの半導体チップ3に集約され、また、ラジオノイズ防止用コンデンサ5を電源端子44・グランド端子43間に接続しているが、さらに、エンジンコントロールユニット接続確認用のツェナダイオード12が点火信号入力端子42とグランド端子42間に接続され、これらの部品が外部入出力端子41〜44を有する一つパッケージング体(トランスファモールド)4の中に内蔵されている。

0085

このような回路構成を図15に示す。

0086

ツェナーダイオード12を設ける理由は次の通りである。

0087

点火信号IGは、エンジンコントロールユニットから送られてくるため、そのコネクタ端子52が万一外れたりしていることを確認できれば、そのアクシデントを簡単に知ることができる。

0088

このコネクタの外れや信号断線等は、エンジンコントロールユニットから点火信号を出力した時に、この点火信号の信号レベルが出力端子開放されている場合(コネクタが外れている場合)と、コネクタ端子52に接続されている場合とで、電圧降下の程度の違いが生じれば、その信号レベルからエンジンコントロールユニット側でコネクタ外れ断線の有無を判断することができる。

0089

しかし、点火駆動に電圧駆動型のIGBT6を使用した場合、その消費電流微小であり(1mA以下)、電圧降下が少ないために、そのままでは、上記方式によるコネクタ外れを検出することは難しい。

0090

そのため、本実施例では、ツェナダイオード12を用いて点火信号IGのハイレベルを3〜4Vの間に設定し(なお、コネクタ外れ時の端子開放時の点火信号すなわちエンジンコントロールユニットでの元々の点火信号レベルは5V程度である)、これらの信号レベルをエンジンコントロールユニット側で基準レベル(例えば4.5V程度)と比較することで、コネクタ外れや点火信号線の断線の有無を検出することができる。例えば、検出電圧が基準レベル以下であれば、コネクタは正常(断線無し)、基準レベル以上であれば、コネクタ接続に異常(断線有り)と判断する。

0091

本実施例では、このツェナーダイオード12についても、パッケージ体4に内蔵するようにした。

0092

本実施例においても、点火装置のコンパクト化,組立性及び実装性の向上,低コスト化を図ることができる。

0093

図14は、図13に代えてツェナダイオード12とラジオノイズ防止用コンデンサ5を基板70に搭載してパッケージング体4に内蔵したものであり、その実装法は、既述した中継導体72,73,74を利用するものである。

0094

基板70を使用した場合には、パッケージング体の端子配列に自由度が生まれる。また、その他の付加機能追加も容易である。

0095

例えば、前記付加機能を有する回路基板上の回路は、点火コイルの2次コイル側点火放電時に内燃機関の点火プラグ部に流れるイオン電流を検出するイオン電流検出回路である。

発明の効果

0096

本発明によれば、点火装置の駆動回路モジュール(IGBT,電流制限回路等)に必要な部品をコンパクトに集約化してパッケージングすることが可能になり、機能向上,組立て作業の簡便化,収納スペースをさほど要さず、独立点火型点火コイルのように狭いイグナイタケースにも容易に組み込むことができ、しかも、低コスト化を図りえる内燃機関用点火装置を提供することができる。

0097

また、本発明によれば、パッケージ体を複合型のパッケージ体にして標準化した上で、IGBTのみの組込みまたは複合型、両方の形態に対応することが可能で、本イグナイタを組込むための点火コイル側の設計の標準化を図ることができる。

図面の簡単な説明

0098

図1本発明の第1の実施例に係わる内燃機関用点火装置の回路図。
図2上記実施例の点火装置におけるパッケージング体の平面図及び断面側面図。
図3上記パッケージング体を実装した点火装置の一例を示す縦断面図。
図4図4は上記点火装置の上面図(ただし絶縁樹脂118の注入前の上面図)。
図5上記パッケージング体(点火駆動回路モジュール)の製造工程の一部を示す説明図。
図6本発明の第2の実施例に用いるパッケージング体の平面図及び断面側面図。
図7上記第2実施例のパッケージング体の製造工程を示す説明図。
図8本発明の第3実施例に係わる点火装置のパッケージング体4の平面図及びその縦断面図。
図9本発明の第4実施例に係る点火装置の回路構成図。
図10第4実施例に用いるパッケージング体の平面図及びその断面側面図。
図11第4実施例の製造工程例を示す説明図。
図12本発明の第5実施例に係るパッケージング体の平面図及び断面側面図。
図13本発明の第6実施例に係るパッケージング体の平面図及び断面側面図。
図14本発明の第7実施例に係るパッケージング体の平面図及び断面側面図。
図15本発明の第6及び第7実施例に係る回路図。

--

0099

1…点火装置、2…点火コイル部、2a…1次コイル、2b…2次コイル、3…半導体チップ、4…パッケージング体(点火駆動回路モジュール)、5…ラジオノイズ防止用コンデンサ、6…IGBT、7…電流制限回路、9…電流保護回路、11…電源抵抗、12…ツェナダイオード、41〜44…外部入出力端子。

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