(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＩＣ基板及びパワー素子を含む内蔵物をケース内に収容し、同ケース内に充填した充填材によって前記内蔵物を被覆したイグナイタにおいて、
前記充填材はその内部に同充填材の熱膨張率と異なる熱膨張率を有する添加材を含み、前記充填材中における同添加材の分布密度が前記各内蔵物の熱膨張率の違いに応じて連続的に変化してなるものであることを特徴とするイグナイタ。
【請求項２】
請求項１に記載したイグナイタにおいて、
前記添加材は前記パワー素子と略同一の熱膨張率を有し、前記パワー素子の周囲に偏在されるものであることを特徴とするイグナイタ。
【請求項３】
請求項１又は２に記載したイグナイタにおいて、
前記充填材はエポキシ樹脂であることを特徴とするイグナイタ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ＩＣ基板及びパワー素子を含む内蔵物をケース内に収容し、同ケース内に充填した充填材によって前記内蔵物を被覆したイグナイタに関する。
【０００２】
【従来の技術】
内燃機関の点火システムは点火プラグ、点火コイル、及びイグナイタ等によって構成されている。この点火システムでは、点火コイルに発生した点火用高電圧が点火プラグに供給されることにより、同点火プラグの電極間に火花が生じて内燃機関の燃焼室内における混合気の着火が行われる。
【０００３】
こうした点火システムにおいて、イグナイタは点火コイルに流れる１次電流を断続制御することにより同コイルに点火用高電圧を発生させる機能を有している。一般に、このイグナイタはケース内に収容されたＩＣ基板及びパワー素子等を備え、これら内蔵物がケース内に充填された充填材によって封止された構造を有している（例えば、特開平４−１４７２号公報に記載された「内燃機関用電子点火装置」）。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、前述したようにイグナイタは点火コイルの１次電流を断続制御するものであるため、発熱して温度上昇する傾向がある。そして、この温度上昇に伴って上記ＩＣ基板、パワー素子、及び充填材等が熱膨張すると、これら各部材は熱膨張率が相互に異なっているために局所的に過大な熱応力が発生して上記各部材の損傷を招くおそれがあった。
【０００５】
本発明は上記実情に鑑みてなされたものであり、その目的は熱応力の発生に起因した損傷を抑制することのできるイグナイタを提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項１に記載した発明は、ＩＣ基板及びパワー素子を含む内蔵物をケース内に収容し、同ケース内に充填した充填材によって内蔵物を被覆したイグナイタにおいて、充填材はその内部に同充填材の熱膨張率と異なる熱膨張率を有する添加材を含み、前記充填材中における同添加材の分布密度が各内蔵物の熱膨張率の違いに応じて連続的にに変化してなるものであるとしている。
【０００７】
上記構成によれば、各内蔵物とその内蔵物を被覆する充填材との間における熱膨張率の差を減少させることができ、内蔵物及び充填材に発生する熱応力を緩和させることができるようになる。
【０００９】
また、例えば充填材を熱膨張率の異なる異種材料にて形成するようにした構成とは異なり、添加材を含む充填材の熱膨張率を連続的に変化させることができるようになる。
【００１０】
更に、請求項２に記載した発明では、請求項１に記載したイグナイタにおいて、添加材はパワー素子と略同一の熱膨張率を有し、パワー素子の周囲に偏在されるものであるとしている。
【００１１】
上記構成によれば、請求項１に記載した発明の作用に加えて、自己発熱して熱膨張が特に大きくなるパワー素子と同素子を被覆する充填材との間の熱膨張率の差を減少させることができ、パワー素子及び同素子近傍の充填材に発生する熱応力を緩和させることができるようになる。
また、請求項３に記載した発明では、請求項１又は２に記載したイグナイタにおいて、充填材はエポキシ樹脂であるとしている。
【００１４】
【発明の実施の形態】
［第１の実施形態］
以下、本発明を具体化した第１の実施形態について説明する。
【００１５】
図１は本実施形態におけるイグナイタ１０の断面を示している。同図に示すように、イグナイタ１０のケース１１は収容空間１１ａを有した有底角筒状に形成されている。そして、この収容空間１１ａ内には銅によって形成されたヒートシンク１２が配設されている。ヒートシンク１２の上部には熱可塑性樹脂からなる絶縁プレート１４が配設されており、この絶縁プレート１４にはその上面全体を覆うようにしてセラミック製のＩＣ基板１６が配設されている。
【００１６】
ＩＣ基板１６の上面にはＩＣ、コンデンサ、抵抗等の複数の低電流用素子２０（図ではその一つを示す）やボンディングパッド２７等が配設されている。また、ヒートシンク１２の上面においてケース１１の底部側（図１の右側）には絶縁プレート１４と隣接してパワートランジスタ２２が配設されている。このパワートランジスタ２２は樹脂等によって素子が覆われていない、いわゆるベアチップタイプのトランジスタである。このパワートランジスタ２２はアルミニウムからなるボンディングワイヤ２６を介してボンディングパッド２７と電気的に接続されている。これらパワートランジスタ２２及び低電流用素子２０等によって点火コイル（図示略）の１次電流を断続制御するための電気的回路が構成されている。この電気的回路はＩＣ基板１６の一端部に取り付けられたターミナル２５を介して点火コイル及び制御装置（いずれも図示略）に接続されている。
【００１７】
収容空間１１ａ内にはエポキシ樹脂が充填されることによって絶縁層２１が形成されており、この絶縁層２１によってヒートシンク１２、絶縁プレート１４、ＩＣ基板１６、パワートランジスタ２２等の周囲が被覆されている。
【００１８】
以下、この絶縁層２１を形成する際の概略工程について説明する。
まず、図２（ａ）に示すように、ヒートシンク１２、絶縁プレート１４、ＩＣ基板１６等が所定位置に配設された収容空間１１ａに粒状のガラスフィラーＧを注入して、同ガラスフィラーＧをケース１１の底部に溜める。尚、このガラスフィラーＧの熱膨張率はエポキシ樹脂の熱膨張率よりも小さなものとなっている。また、ガラスフィラーＧ及びパワートランジスタ２２の素子はいずれもシリコンによって形成されているため、その熱膨張率は略等しくなっている。
【００１９】
次に、図２（ｂ），（ｃ）に示すように、液状のエポキシ樹脂Ｅをケース１１の開口近傍にまで注入する。このようにエポキシ樹脂Ｅを注入することによって、ケース１１の底部に溜まったガラスフィラーＧは拡散されるが、エポキシ樹脂Ｅの粘度が比較的大きいため、同エポキシ樹脂Ｅ中にガラスフィラーＧが均一に分散してしまうことはなく、同ガラスフィラーＧはパワートランジスタ２２の近傍に分散するようになる。従って、ガラスフィラーＧは絶縁層２１においてパワートランジスタ２２近傍により多く偏在した状態となる。
【００２０】
また、こうして注入されるエポキシ樹脂Ｅ中にもガラスフィラー（図示略）が添加されている。このガラスフィラーの添加量は、硬化後のエポキシ樹脂Ｅにおける熱膨張率が収容空間１１ａ内に配設される各部材のうち、パワートランジスタ２２を除く部材（ＩＣ基板１６や絶縁プレート１４等）の熱膨張率の平均値と等しくなるように予め設定されている。
【００２１】
このようにしてケース１１内にガラスフィラーＧを注入し、エポキシ樹脂Ｅを充填した後、エポキシ樹脂Ｅを所定温度にまで加熱して硬化させることによって絶縁層２１を形成する。
【００２２】
以上説明したように、本実施形態におけるイグナイタ１０ではパワートランジスタ２２近傍におけるガラスフィラーＧの分布密度をそれ以外の部分よりも大きくなるように調整している。
【００２３】
従って、絶縁層２１の熱膨張率が部分的に小さくなり、パワートランジスタ２２と同パワートランジスタ２２を被覆する絶縁層２１との熱膨張率の差が減少するため、パワートランジスタ２２及びその近傍の絶縁層２１に発生する熱応力が緩和されるようになる。
【００２４】
その結果、本実施形態によれば、
（１）パワートランジスタ２２や、その近傍の絶縁層２１、或いは同パワートランジスタ２２に対するワイヤボンディングの接合部分が熱応力に起因して損傷してしまうことを抑制することができ、イグナイタ１０の耐久性及び信頼性を向上させることができる。
【００２５】
また、本実施形態ではパワートランジスタ２２近傍の絶縁層２１にガラスフィラーＧをより多く偏在させることにより同絶縁層２１の熱膨張率を部分的に小さくするようにしたが、例えば、エポキシ樹脂Ｅに予め添加されるガラスフィラーの量を増加させて同エポキシ樹脂Ｅの熱膨張率を全体に小さくすることにより、パワートランジスタ２２近傍に発生する熱応力を緩和することも可能である。しかしながら、このように絶縁層２１の熱膨張率を全体的に小さくした場合には、パワートランジスタ２２よりも熱膨張率が大きいＩＣ基板１６や絶縁プレート１４と絶縁層２１との熱膨張率の差が大きくなってしまい、これら各部材の近傍に発生する応力が増大するおそれがある。
【００２６】
この点、本実施形態によれば、
（２）ガラスフィラーＧをエポキシ樹脂Ｅ中に偏在させてエポキシ樹脂Ｅの熱膨張率を部分的に変更するようにしている。従って、上記のようにＩＣ基板１６等の近傍に発生する熱応力を増大させてしまうことがなく、このような熱応力の増大に起因したＩＣ基板１６等の損傷を未然に回避することができる。
【００２７】
更に、本実施形態では上記のように絶縁層２１の熱膨張率を部分的に異ならせるために同絶縁層２１の内部にガラスフィラーＧを偏在させた構成を採用するようにしているため、例えば絶縁層２１を熱膨張率の異なる異種材料にて形成するようにした構成とは異なり、同絶縁層２１の熱膨張率を連続的に変化させることができるようになる。
【００２８】
従って、本実施形態によれば、
（３）絶縁層２１の内部に熱膨張率の大きく変化する界面が形成されるのを防止することができ、こうした界面が形成されることによる絶縁層２１の機械的強度低下や、同界面における応力集中を回避することができるようになる。
【００２９】
［第２の実施形態］
次に、本発明に係る第２の実施形態について上記第１の実施形態との相違点の中心に説明する。尚、第１の実施形態と同様の構成については説明を省略する。
【００３０】
上記イグナイタ１０のパワートランジスタ２２はその作動時における温度上昇を抑制すべく、ＩＣ基板１６ではなくヒートシンク１２上に直接配設されている。そして、前述したように、このパワートランジスタ２２はＩＣ基板１６上に設けられたボンディングパッド２７とワイヤボンディングにより電気的に接続されている。
【００３１】
ところで、上記第１の実施形態とは異なり、上記絶縁層をゲル材料によって形成するようにしたイグナイタにあっては、通常、こうしたボンディングパッドが熱膨張率の比較的小さい材料（４２アロイ，５０アロイ等）によって形成されている。絶縁層をゲル材料によって形成するようにした場合には、ボンディングパッドの熱膨張や熱収縮が絶縁層によって規制されることが殆どないため、ボンディングパッドとワイヤとの接合部分に作用する熱応力を低減するためには、ボンディングパッドの形成材料の選定によってこうした熱膨張及び熱収縮を抑制する必要があるからである。
【００３２】
しかしながら、上記第１の実施形態のように、絶縁層２１をエポキシ樹脂によって形成するようにした場合には、ボンディングパッド２７の熱膨張及び熱収縮は絶縁層２１により規制されるようになるものの、絶縁層２１とボンディングパッド２７と間の僅かな熱膨張差（或いは熱収縮差）によって両者の界面に発生する熱応力が増大してしまい、この熱応力による上記接合部分の損傷も避けられないものとなる。
【００３３】
そこで、本実施形態ではこうした損傷を未然に回避すべく絶縁層２１及びボンディングパッド２７に関して以下のような構成を採用している。
まず、絶縁層２１は収容空間１１ａ内の大部分を占めるヒートシンク１２の形成材料である銅と略同じ熱膨張率を有するエポキシ樹脂によって形成されている。本実施形態では上記第１の実施形態とは異なり、ガラスフィラーＧを絶縁層２１中に偏在させる構成を採用しておらず、絶縁層２１の熱膨張率は収容空間１１ａ内において略均一である。
【００３４】
また、ボンディングパッド２７は上記絶縁層２１と同様の熱膨張率を有する材料である銅によって形成されており、その上面にはボンディングワイヤ２６が接続されている。
【００３５】
こうした構成により、本実施形態では、ボンディングパッド２７と絶縁層２１との間における熱膨張差（或いは熱収縮差）を殆ど無くすことができる。
従って、本実施形態によれば、
（４）ボンディングパッド２７とボンディングワイヤ２６との接合部分に過大な応力が発生するのを抑制することができ、こうした過大な応力に起因して上記接合部分が損傷したり、或いはボンディングワイヤ２６が断線してしまうのを回避してイグナイタ１０の信頼性を更に向上させることができるようになる。
【００３６】
（５）更に、ボンディングパッド２７の形成材料として特に銅を採用しているため、例えば、上記のように４２アロイや５０アロイ等といった銅と比較して極めて高価な材料によりボンディングパッドを形成するようにした場合と比較して、ボンディングパッド２７の部品コストを抑えることができ、ひいてはイグナイタ１０のコスト低減を図ることができるようになる。
【００３７】
以上説明した各実施形態は以下のように構成を変更して実施することもできる。
・上記第１の実施形態では粒状のガラスフィラーＧをエポキシ樹脂Ｅ中に添加するようにしたが、このガラスフィラーＧとして繊維状のものを用いるようにしてもよい。このように繊維状のガラスフィラーＧを用いるようにすれば、エポキシ樹脂Ｅの機械的強度を増大させて熱応力に起因した絶縁層２１の損傷を更に抑制することができる。
【００３８】
・上記第１の実施形態では絶縁層２１を形成する際に収容空間１１ａ内にガラスフィラーＧを注入し、その後にエポキシ樹脂Ｅを同収容空間１１ａ内に充填するようにした。これに対して、ガラスフィラーの添加量が異なるエポキシ樹脂を２種類（或いは複数種類）用意し、最初にガラスフィラーの添加量が大きいエポキシ樹脂を収容空間１１ａ内に充填した後に添加量の小さいエポキシ樹脂を充填することにより、パワートランジスタ２２近傍におけるガラスフィラーの分布密度をそれ以外の部分よりも大きくなるように調整してもよい。
【００３９】
・また、ケース１１内におけるパワートランジスタ２２の位置に応じてガラスフィラーＧを注入する時期を変更するようにしてもよい。例えば、パワートランジスタ２２を図１の左右方向における収容空間１１ａ内の中央に配置するようにした場合には、エポキシ樹脂Ｅをパワートランジスタ２２の位置まで充填した後にガラスフィラーを注入し、その後、エポキシ樹脂Ｅをケース１１の開口部近傍まで更に充填するようにする。
【００４０】
・上記第２の実施形態ではボンディングパッド２７の形成材料として銅を用いるようにしたが、絶縁層２１を形成するエポキシ樹脂と略同一の熱膨張率を有する他の材料によって形成することもできる。
【００４１】
以上、本発明を具体化した各実施形態について説明したが、上記各実施形態から把握できる技術的思想についてその効果とともに記載する。
・請求項２又は３に記載したイグナイタにおいて、添加材はガラス繊維からなることを特徴とする。
【００４２】
このように構成すれば、充填材の機械的強度を増大させることができ、熱応力に起因した充填材の損傷を更に抑制することができるようになる。
・請求項１乃至３に記載したイグナイタにおいて、ＩＣ基板に配設されてパワー素子とワイヤボンディングされるボンディングパットはその熱膨張率が充填材の熱膨張率と略同一に設定されるものであることを特徴とする。
【００４３】
このように構成すれば、ボンディングパットとワイヤとの接合部分に過大な応力が発生するのを抑制することができ、こうした過大な応力に起因して上記接合部分が損傷したり、或いはワイヤが断線してしまうのを回避してイグナイタの信頼性を更に向上させることができるようになる。
【００４４】
【発明の効果】
請求項１乃至３に記載した発明では、添加材はその内部に充填材の熱膨張率と異なる熱膨張率を有する添加材を含み、ケース内に収容された内蔵物の熱膨張率に応じて該内蔵物を被覆する充填材中の添加材の分布密度を連続的に変化させるようにした。従って、各内蔵物と同内蔵物近傍の充填材との熱膨張率の差を減少させることにより内蔵物及び充填材に発生する熱応力を緩和させることができ、こうした熱応力に起因した内蔵物及び充填材の損傷を抑制することができるようになる。
【００４５】
また、例えば充填材を熱膨張率の異なる異種材料にて形成するようにした構成とは異なり、添加材を含む充填材の熱膨張率を連続的に変化させることができる。従って、充填材の内部に熱膨張率の大きく変化する界面が形成されるのを防止して、こうした界面が形成されることによる充填材の機械的強度低下や、同界面における応力集中を回避することができるようになる。
【００４６】
特に、請求項２に記載した発明では、パワー素子の周囲に該パワー素子と略同一の熱膨張率を有する添加材を偏在させるようにしている。従って、自己発熱して熱膨張が特に大きくなるパワー素子と同素子を被覆する充填材との熱膨張率の差を減少させることによりパワー素子及び同素子近傍の充填材に発生する熱応力を緩和させることができ、こうした熱応力に起因したパワー素子や同素子近傍の充填材の損傷を抑制することができるようになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】イグナイタの断面図。
【図２】絶縁層の形成工程を説明する概略工程図。
【符号の説明】
１０…イグナイタ、１１…ケース、１１ａ…収容空間、１２…ヒートシンク、１４…絶縁プレート、１６…ＩＣ基板、２０…低電流用素子、２１…絶縁層、２２…パワートランジスタ、２５…ターミナル、２６…ボンディングワイヤ、２７…ボンディングパッド、Ｅ…エポキシ樹脂、Ｇ…ガラスフィラー。
【図１】
0003924968.tif 000002
【図２】
0003924968.tif 000003