(57)【要約】【課題】効率的なコネクタを兼ねるイグナイタケースの設計を実現させ、２ｎｄボンドをセラミック基板上に安定的に行うイグナイタを提供することを目的とする。【解決手段】セラミック基材の片側に導体パターンが形成されたセラミック基板と、前記セラミック基板の導体パターンとコネクタを兼ねるイグナイタケースにインサート成形された端子の間がアルミワイヤボンディングで電気的に接続され、前記セラミック基板上に形成される導体パターンにアルミワイヤボンディングが直接なされるイグナイタにおいて、アルミワイヤボンディング部の導体パターンの下にセラミック基材の表裏を貫く穴が形成され、穴の内部に金属が充填される。【選択図】図１０
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
セラミック基材の片側に導体パターンが形成されたセラミック基板と、前記セラミック基板の導体パターンとコネクタを兼ねるイグナイタケースにインサート成形された端子の間がアルミワイヤボンディングで電気的に接続され、前記セラミック基板上に形成される導体パターンにアルミワイヤボンディングが直接なされるイグナイタにおいて、
アルミワイヤボンディング部の導体パターンの下にセラミック基材の表裏を貫く穴が形成され、穴の内部に金属が充填されていることを特徴とするイグナイタ。
【請求項２】
セラミック基材の両側に導体パターンが形成されたセラミック基板と、前記セラミック基材の導体パターンとコネクタを兼ねるイグナイタケースにインサート成形された端子の間がアルミワイヤボンディングで電気的に接続され、前記セラミック基板上に形成される導体パターンにアルミワイヤボンディングが直接なされるイグナイタにおいて、
アルミワイヤボンディング部の導体パターンの下に金属が充填されたＶｉａホールが形成されており、前記Ｖｉａホールによって基材の両側に形成された導体パターンが電気的に接続されていることを特徴とするイグナイタ。
【請求項３】
係る請求項１のセラミック基材の表裏を貫く穴に充填される金属、及び係る請求項２の充填Ｖｉａホールに充填される金属が、導体を形成する金属であることを特徴とするイグナイタ。
【請求項４】
セラミック基材上の導体パターンに直接アルミワイヤボンディングを行う部位において、ワイヤボンディング部のガラス保護層の開口部形状が方形若しくは円形であることを特徴とするイグナイタ。
【請求項５】
係る請求項１及び請求項３及び請求項４を全て組み合わせたことを特徴とするイグナイタ。
【請求項６】
係る請求項２及び請求項３及び請求項４を全て組み合わせたことを特徴とするイオン電流検出機能をもつイグナイタ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、イグナイタに内蔵する基板とコネクタを兼ねるイグナイタケースにインサート成形された端子のワイヤボンディング方法に関し、特にセラミック基板上のワイヤボンディング部分の構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
図１に示す内燃機関用点火コイルにおいて、１は１次コイル、２は中心鉄心、３は２次コイル、４は点火コイルケース、５はイグナイタである。イグナイタ５は、１次コイル１、中心鉄心２及び２次コイル３の上部に設置され点火コイルケース４の内部に、１次コイル１、中心鉄心２及び２次コイル３と共に組み込まれた後、点火コイル充填樹脂でモールドされている。
【０００３】
イグナイタ５は図２に示すような構造であり、５１は１次電流遮断素子、５２はヒートシンク、５３は制御回路、５４はセラミック基板、５５はアルミワイヤ、５６はコレクタ端子、５７はバッテリ供給端子、５８は２次コイル低圧接続端子である。イオン電流検出機能をもつ内燃機関用点火コイルについても図１の構造であるが、イグナイタ５は図３に示すような構造である。５１は１次電流遮断素子、５２はヒートシンク、５３は制御回路、５４はセラミック基板、５５はアルミワイヤ、５６はコレクタ端子、５７はバッテリ供給端子、５８は２次コイル低圧接続端子、５９はイオン電流検出用電源基板、６０はイオン電流検出用電源基板の接続部である。
【０００４】
図２に示す内燃機関用点火コイルのイグナイタ及び図３に示すイオン電流検出機能をもつ内燃機関用点火コイルのイグナイタともに１次電流遮断素子５１を制御する電子回路はセラミック基板５４上に形成されており、セラミック基板５４とコネクタを兼ねるイグナイタケースにインサート成形される端子との接続構造は図５に示すとおりで、セラミック基材２０、導体パターン２１、ガラス保護層２２で構成されるセラミック基板がエポキシ接着剤２４でヒートシンク５２に固定され、さらにヒートシンク５２は端子２８をインサート成形されたイグナイタケース２７にエポキシ接着剤２６で固定される。基板５４の導体パターンとはんだで固定される銅若しくは４２アロイ製のボンディングパッド２９表面にアルミワイヤが１ｓｔボンドされた後に端子２８に２ｎｄボンディングされ、セラミック基板５４の導体パターンと外部入出力端子である端子２８が電気的に接続されている。アルミワイヤボンディングが完了すると、セラミック基板５４はアルミワイヤボンディングによってイグナイタケース２７にインサート成型された端子２８と電気的に接続され、イグナイタケース２７に固定されたヒートシンク５２に前記セラミック基板５４は固定された状態で、エポキシ樹脂３１によってモールドされる。
【０００５】
上述の様に、イグナイタケースにインサート成形される端子２８にアルミワイヤを２ｎｄボンドするため、イグナイタケースは、ボンディング完了時のワイヤボンダのアルミワイヤカットによるツールの後退を考慮し形状決定を行う必用がある。
すなわち図６に示すように２ｎｄボンド後にワイヤボンダのツール３２が矢印３３の方向に移動すると、器状に成形されているイグナイタケースに接触しワイヤボンディングができない懸念が生じる。
よって、あらかじめツールの移動量を考慮したデッドスペースがコネクタ設計に反映されている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
近年、環境性能の要求に伴い内燃機関の更なる省燃費化の動きがあるが、燃焼の高効率化、重量の削減が具体的な案件として検討されている。
特に重量の軽減についてエンジンは小型化の方向にあり、点火コイルには更なる小型化によるエンジン搭載性の向上が求められる。
【０００７】
図１に示す従来の内燃機関用点火コイル及びイオン電流検出機能をもつ内燃機関用点火コイルにおいて、エンジン搭載性向上にはイグナイタの小型化が必須である。しかし、図２及び図３に示す従来のイグナイタではコネクタを兼ねるイグナイタケース形状において、ワイヤボンダのデッドスペースを確保せねばならず効率的な設計ができずイグナイタ、ひいては点火コイルの小型化には限界がある。
【０００８】
また、ワイヤボンダのツールによるデッドスペースの制約をイグナイタケースが受けないようにするには、従来のアルミワイヤボンディングの１ｓｔボンドと２ｎｄボンドの位置を入れ替えればよい。すなわち、イグナイタケースにインサート成形される端子２８に１ｓｔボンドを行い、セラミック基板５４上にはんだで固定されるボンディングパッド２９上に２ｎｄボンドを行えばよい。セラミック基板５４に実装される電子部品はイグナイタケースの器状に成形される部分に比べはるかに高さが低いためワイヤボンダのツール移動によるデッドスペースは激減する。しかし、セラミック基板上にはんだで固定されるボンディングパッド２９ははんだでの固定であるため、実装時には制御が困難なボンディングパッド２９の傾きが生じる。従来のボンディングパッドへの１ｓｔボンドでは、ボンディング終了後は２ｎｄボンド位置へのフィードが行われるが、２ｎｄボンドではボンディング終了後にワイヤのカットがなされる。この時ボンディングパッド２９に傾きが生じていると図７のような傾きでは、アルミワイヤにカッター３５が入りきらないためアルミワイヤのカット不良の懸念があり、図８のような傾きではボンディングパッド２９へのボンディング終了後、ワイヤボンダのツール３２が矢印３５の方向に移動するためツール３２がボンディングパッド２９に干渉してしまいボンディングができないといった懸念がある。
【０００９】
本発明は上記の問題点に鑑みてなされたものであって、効率的なコネクタを兼ねるイグナイタケースの設計を実現させ、２ｎｄボンドをセラミック基板上に安定的に行うイグナイタを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
請求項１に関し、セラミック基材の片側に導体パターンが形成されたセラミック基板と、前記セラミック基板の導体パターンとコネクタを兼ねるイグナイタケースにインサート成形された端子の間がアルミワイヤボンディングで電気的に接続され、前記セラミック基板上に形成される導体パターンにアルミワイヤボンディングが直接なされるイグナイタにおいて、アルミワイヤボンディング部の導体パターンの下にセラミック基材の表裏を貫く穴が形成され、穴の内部に金属が充填されていることを特徴とするイグナイタ。
【００１１】
請求項２に関し、セラミック基材の両側に導体パターンが形成されたセラミック基板と、前記セラミック基材の導体パターンとコネクタを兼ねるイグナイタケースにインサート成形された端子の間がアルミワイヤボンディングで電気的に接続され、前記セラミック基板上に形成される導体パターンにアルミワイヤボンディングが直接なされるイグナイタにおいて、アルミワイヤボンディング部の導体パターンの下に金属が充填されたＶｉａホールが形成されており、前記Ｖｉａホールによって基材の両側に形成された導体パターンが電気的に接続されていることを特徴とするイグナイタ。
【００１２】
請求項３に関し、係る請求項１のセラミック基材の表裏を貫く穴に充填される金属、及び係る請求項２の充填Ｖｉａホールに充填される金属が、導体を形成する金属であることを特徴とするイグナイタ。
【００１３】
請求項４に関し、セラミック基材上の導体パターンに直接アルミワイヤボンディングを行う部位において、ワイヤボンディング部のガラス保護層の開口部形状が方形若しくは円形であることを特徴とするイグナイタ。
【００１４】
請求項５に関し、係る請求項１及び請求項３乃至請求項５に記載のイグナイタ。
【００１５】
請求項６に関し、係る請求項２乃至請求項５に記載のイオン電流検出機能をもつイグナイタ。
【発明の効果】
【００１６】
本発明では、基材２０を厚さとするワイヤボンディング部をセラミック基板に形成することができ、導体パターンを増やす効果と同等の効果をコストアップ及び信頼性の低下を招くことなく実現でき、２ｎｄボンドをボンディングパッドの傾きの影響を受けることなくセラミック基板に安定的に行うことができ、効率的なコネクタを兼ねるイグナイタケースの設計によってイグナイタの小型化を行い、点火コイルのエンジン搭載性を向上することができる。
【実施例】
【００１７】
本発明の実施例は、図９に示す点火コイルに内蔵されるイグナイタ５において、１は１次コイル、２は中心鉄心、３は２次コイル、４は点火コイルケース、５はイグナイタである。イグナイタは図１０に示す構造で、図１１はイオン電流検出機能を持つイグナイタである。図１０において、５１は１次電流遮断素子、５２はヒートシンク、５３は制御回路、５４はセラミック基板、５５はアルミワイヤ、５６はコレクタ端子、５７はバッテリ供給端子、５８は２次コイル低圧接続端子である。
【００１８】
図１１において、５１は１次電流遮断素子、５２はヒートシンク、５３は制御回路、５４はセラミック基板、５５はアルミワイヤ、５６はコレクタ端子、５７はバッテリ供給端子、５８は２次コイル低圧接続端子であり、イオン電流検出用電源を構成するＺＤ５９ａとコンデンサ５９ｂがセラミック基板５４に搭載されている。
【００１９】
図１０に示すイグナイタのアルミワイヤボンディング部の詳細を図１２に示す。図示されるように、セラミック基板５４とコネクタを兼ねるイグナイタケース２７にインサート成形された端子２８のアルミワイヤボンディングは、イグナイタケースにインサート成形される端子２８に１ｓｔボンドを行い、ワイヤボンダのツールによるデッドスペースの影響をイグナイタケース形状の設計から排除している。一方２ｎｄボンドはセラミック基板５４側に行うがボンディングパッドの傾きによる前述の問題点を解決するため、セラミック基板５４の導体パターンに直接２ｎｄボンドを行い、ボンディングパッドを廃止している。セラミック基板５４上の導体パターンは８〜１０ｕｍ程度であり、従来のボンディングパッドが０．３〜０．５ｍｍであることと比較すると、パッド部において大幅に低減してしまう。パッド部分の厚さの低減は、ワイヤボンディング部の機械的強度の低下、パッドの厚さによる熱応力の緩衝効果の低下をもたらし、接続部の信頼性の低下を招いてしまう。
【００２０】
この問題を解決するには、図１４に示す応力解析によるとセラミック基板５４のワイヤボンディング部における導体パターン厚を厚くすることによって解決できることが判明したが、これは印刷・焼成を繰り返して導体パターンを形成するセラミック基板においては、印刷・焼成回数の増加を意味し、原材料の使用量の増加及び加工時間の増加を招きコストアップはもちろん、加工工程の増加により潜在的な不具合発生の可能性が増加し、結果的に故障確率の増加という点では信頼性の低下を招いてしまう。
【００２１】
セラミック基板の両面配線基板において両面配線間の接続手法として、導体ぺーストに用いられる金属を充填したＶｉａホール接続が広く知られている。通常はパターンの立体的な接続のみにしか利用されていないが、図１０に示す３５は上記のＶｉａホールを応用したものであり、セラミック基板５４のワイヤボンディング部における導体２１の下に形成している。
【００２２】
図１１に示すイオン電流検出機能をもつイグナイタのアルミワイヤボンディング部の詳細を図１３に示す。イオン電流検出用電源を構成するため、ＺＤ５９ａとコンデンサ５９ｂをセラミック基板５４上に実装し、両面配線基板を用いて高密度配線を行っている。よってセラミック基板５４のワイヤボンディング部にＶｉａホール接続箇所を形成することによって両面配線の接続と、信頼性を損なわないアルミワイヤボンディングを行うことができる。
【００２３】
図１５に図１０乃至図１１のセラミック基板５４におけるアルミワイヤボンディング部のガラス保護層の開口部形状を示す。前記開口部は、１ｓｔボンドからのアルミワイヤのフィード方向によって２ｎｄボンドが可能なエリア面積が変わることによってボンディング性が低下しないよう配慮し、図１０乃至図１１のセラミック基板５４における図１２乃至図１３のガラス保護層２２に方形若しくは円形の開口部形状とし、アルミワイヤボンディング部を形成する。
【００２４】
この構造を用いることによって、図１２及び図１３における基材２０を厚さとするワイヤボンディング部を図１０乃至図１１のセラミック基板５４に形成することができ、図１６に示す応力解析によると導体パターンを増やす効果と同等の効果をコストアップ及び信頼性の低下を招くことなく実現でき、２ｎｄボンドをボンディングパッドの傾きの影響を受けることなく図１０乃至図１１のセラミック基板５４に安定的に行うことができ、効率的なコネクタを兼ねるイグナイタケースの設計によってイグナイタの小型化を行い点火コイルのエンジン搭載性を向上することができる。
【００２５】
以上のように、本発明の実施の形態について説明したが、実施の形態は上記形態に特に限定されるものではない。当該点火装置が必要なあらゆるエンジンに使用できるものである。
【００２６】
この発明の精神に基づき当業者が行いうる種々の変形的形態、改良的形態で実施することも可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】従来例に係る内燃機関用点火コイルの構造を示す図
【図２】従来例に係るイグナイタの構造を示す図
【図３】従来例に係るイグナイタの構造を示す図
【図４】従来例に係るワイヤボンディング部の詳細構造を示す図
【図５】従来例に係るボンディングパッドの構造を示す図
【図６】従来例に係るワイヤボンダにおけるツールの状態遷移図
【図７】従来例に係るイグナイタにおけるワイヤボンディングを示す図
【図８】従来例に係るイグナイタにおけるワイヤボンディングを示す図
【図９】実施例に係る内燃機関用点火コイルの構造を示す図
【図１０】実施例に係るイグナイタの構造を示す図
【図１１】実施例に係るイグナイタの構造を示す図
【図１２】実施例に係るワイヤボンディング部の詳細構造を示す図
【図１３】実施例に係るイグナイタでのワイヤボンディング部の詳細構造を示す図
【図１４】実施例に係るセラミック基板上の導体厚とワイヤボンディング部の応力の関係を示す図
【図１５】実施例に係るセラミック基板のガラス開口部形状を示す図
【図１６】実施例に係る導体厚とワイヤボンディング部の応力の関係を示す図
【符号の説明】
【００２８】
２７    イグナイタケース
５４    セラミック基板
５５    アルミワイヤ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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