(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基材に接合された混成集積回路基板が前記基材とともにモールド封止樹脂で封止された混成集積回路装置をイグナイタに用いた点火コイルであって、
前記混成集積回路装置は、
前記混成集積回路基板にはんだ接合されている素子と、
前記混成集積回路基板の素子接合面に形成されている保護樹脂層と、
前記基材と前記混成集積回路基板とを接合する材料が硬化した接合層であってヤング率が１ＭＰａ以上１００ＭＰａ以下である接合層と、
を備え、
内部に浸透したエポキシ樹脂によって前記混成集積回路装置が封止されることを特徴とする混成集積回路装置を用いた点火コイル。
【請求項２】
前記基材と前記混成集積回路基板とを接合する材料はシリコン接着剤であることを特徴とする請求項１記載の混成集積回路装置を用いた点火コイル。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は混成集積回路装置を用いた点火コイルに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、内燃機関（以下「内燃機関」をエンジンという。）の点火系に用いられる混成集積回路装置として、基材に接合された混成集積回路基板が基材とともに樹脂材料で封止された混成集積回路装置が知られている。このような混成集積回路装置を図２に示す。
【０００３】
この混成集積回路装置１００は、エンジンの点火コイル用イグナイタとして用いられ、点火コイルに供給する一次電流をスイッチングするものである。混成集積回路基板１０４及びスイッチング素子１０１は、基材としてのリードフレーム１１０に接合され互いにアルミニウムワイヤ１０２で電気的に接続されている。混成集積回路基板１０４にはスイッチング素子１０１を制御するための複数の素子１０３、１０５、１０７がはんだ接合されている。混成集積回路基板１０４の表面には、これらの素子を被覆するように保護樹脂層１０６が形成されている。保護樹脂層１０６は、素子１０３、１０５、１０７が取り付けられた混成集積回路基板１０４の表面にシリコン材料を塗布して形成され、硬化後のヤング率は２０ＭＰａ程度である。保護樹脂層１０６は、モールド封止樹脂１０８が収縮することによって混成集積回路基板１０４上の素子に応力が作用し破損することを防止するものである。混成集積回路基板１０４とリードフレーム１１０とはモールド封止樹脂１０８によって封止されており、このモールド封止樹脂１０８から入出力端子１１３が露出している。この入出力端子１１３はアルミニウムワイヤ１０９によって混成集積回路基板１０４と電気的に接続されている。モールド封止樹脂１０８は、混成集積回路装置１００が点火コイル用イグナイタとしてエンジンに搭載されると、周囲の温度変化によって膨張・収縮を繰り返す。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
混成集積回路基板１０４上に搭載されたすべての素子をある程度の厚みをもった保護樹脂層によって被覆することは困難であるため、チップコンデンサ等の背の高い素子１０５はモールド封止樹脂１０８に直接接触するか、或いはごく薄い保護樹脂層によって被覆されることとなる。しかし、素子１０５がモールド封止樹脂１０８に直接接触している場合、モールド封止樹脂１０８が膨張または収縮することにより素子に外力が作用し、素子と基板との間のはんだ接合部１１２に応力が発生して疲労し、はんだ接合部１１２が破損するおそれがあった。本願の発明者は、従来、混成集積回路基板１０４とリードフレーム１１０とがエポキシ系接着剤によって接合されていることに着目し、接合部のヤング率が１〜７ＧＰａと高いことから、素子１０５に外力が作用したときはんだ接合部１１２に応力が集中することによってこのような問題が生じていることを発見した。
【０００５】
本発明はこのような発見に基づいて創作されたものであって、素子と基板のはんだ接合部の疲労を低減することによって装置の信頼性を向上させる混成集積回路装置及びそれを用いた点火コイルを提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明の請求項１記載の混成集積回路装置を用いた点火コイルによると、混成集積回路基板にはんだ接合されている素子と、混成集積回路基板の素子接合面に形成されている保護樹脂層と、基材と混成集積回路基板とを接合する材料が硬化した接合層とを備え、混成集積回路基板が基材とともに樹脂材料で封止されている。接合層のヤング率は、１ＭＰａ以上１００ＭＰａ以下であり、基材と混成集積回路基板とを接合する材料としてエポキシ系接着剤を用いた場合に比べ、きわめて低い値である。接合層のヤング率がこのように低い値である場合、素子に外力が作用したときに混成集積回路基板が基材に対して相対移動可能であるため、混成集積回路基板と基材を封止している樹脂材料が膨張または収縮した場合に基板と素子のはんだ接合部と、接合層とに応力が分散して発生する。したがって、本発明の請求項１記載の混成集積回路装置を用いた点火コイルによると、混成集積回路基板と基材を封止している樹脂材料が膨張または収縮した場合に基板と素子のはんだ接合部に発生する応力が低減されるため、素子と基板のはんだ接合部の疲労を低減することができ、装置の信頼性を向上させることができる。
また、本発明の請求項１または２記載の混成集積回路装置を用いた点火コイルによると、混成集積回路装置をイグナイタに用いているため、エンジン搭載時に周囲の温度変化によってイグナイタに応力が生じた場合に混成集積回路が破損することを防止できる。
【０００７】
本発明の請求項２記載の混成集積回路装置を用いた点火コイルによると、基材と混成集積回路基板とを接合する材料はシリコン接着剤であるため、エポキシ系接着剤を用いた場合に比べ、ヤング率をきわめて低くすることができる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を示す実施例について図に基づいて説明する。
はじめに、図２に示す混成集積回路装置１００において基材としてのリードフレーム１１０と混成集積回路基板１０４とをシリコン接着剤を用いて接合した混成集積回路装置の実施例について説明する。この混成集積回路装置１００の構成は既に説明したとおりであるため説明を省略する。尚、リードフレーム１１０と混成集積回路基板１０４とを接合する樹脂材料としてシリコン接着剤を用いているため、保護樹脂層１０６によって素子１０３、１０５、１０７のすべてが厚く覆われている必要はない。
リードフレーム１１０と混成集積回路基板１０４とを接合している接合層１１１のヤング率と、はんだ接合部１１２に発生する歪みとの相関関係を解析した結果を図１に示す。この解析は混成集積回路装置１００を１５０℃から０℃に冷却するという条件の下でなされている。
【００１０】
図１に示す解析結果では、接合層１１１のヤング率が１ＧＰａを下回ると、はんだ接合部に発生する歪みが急激に減少し、さらに１００ＭＰａを下回ると歪み１％でほぼ一定になっている。接合層１１１のヤング率とはんだ接合部１１２に発生する歪みとのこのような相関関係は、接合層１１１のヤング率が低くなると、素子１０５に外力が作用したときに混成集積回路基板１０４がリードフレーム１１０に対して相対移動可能となり、はんだ接合部１１２に集中して発生していた応力がはんだ接合部１１２と接合層１１１に分散して発生するようになることに起因している。
図１に示す解析結果によると、上述の通り、接合層１１１のヤング率が低いほどはんだ接合部１１２に発生する歪みは減少し、接合層１１１のヤング率が１００ＭＰａ以下である場合には、はんだ接合部１１２に発生する歪みはヤング率が低くなってもほとんど変化しない。このため、はんだ接合部１１２に発生する歪みを減少させるためには接合層１１１のヤング率を１００ＭＰａ以下とすれば十分である。
【００１１】
したがって、接合層１１１のヤング率を１ＭＰａ以上１００ＭＰａ以下にすることによって、はんだ接合部１１２の疲労を低減することができ、混成集積回路装置１００の信頼性を向上させることができることがわかる。
本実施例によると、接合層１１１のヤング率が１ＭＰａ以上１００ＭＰａ以下となるシリコン接着剤を用いてリードフレーム１１０と混成集積回路基板１０４とを接合することにより、はんだ接合部１１２の疲労を低減することができ、混成集積回路装置１００の信頼性を向上させることができる。
【００１２】
次に上述の実施例による混成集積回路装置１００をイグナイタに適用した点火コイルの実施例を図３に基づいて説明する。図３に示すスティック状の点火コイル１０は、図示しないエンジンブロックの上部に気筒毎に形成されたプラグホール内に収容され、図示しない点火プラグと図３の下側で電気的に接続している。
【００１３】
点火コイル１０はそれぞれ樹脂材料からなる円筒状のコイルケース１１および高圧タワー１２を備えており、このコイルケース１１および高圧タワー１２内に、中心コア１５、磁石１６、１７、二次スプール２０、二次コイル２１、一次スプール２３、一次コイル２４、外周コア２５等が収容されている。コイルケース１１および高圧タワー１２内に充填されたエポキシ樹脂２７は点火コイル１０内の各部材間に浸透し、樹脂絶縁材として部材間の電気絶縁を確実なものとしている。
【００１４】
円柱状に形成された中心コア１５は薄い珪素鋼板を横断面がほぼ円形となるように径方向に積層して組立てられている。コイルにより励磁されて発生する磁束の方向とは逆方向の極性を有する磁石１６、１７はそれぞれ中心コア１５の軸方向両端に装着されている。また、中心コア１５の外周を絶縁材としてゴム材１８が覆っている。なお、本実施例では中心コア１５の軸方向両端に磁石１６、１７を装着しているが、磁石を装着しないかまたはいずれか一方の磁石を装着する構成でもよい。
【００１５】
二次スプール２０はゴム材１８の外周に配設されており、樹脂材料で成形されている。二次コイル２１は二次スプール２０の外周に巻回されており、二次コイル２１の高電圧側に二次コイル２１に連続してダミーコイル２２が一重巻き程度に巻回されている。ダミーコイル２２は二次コイル２１と端子部材としてのターミナルプレート４０とを電気的に接続している。単線ではなくダミーコイル２２で二次コイル２１とターミナルプレート４０とを電気的に接続することにより、二次コイル２１とターミナルプレート４０との電気的接続部の表面積を大きくし、電気的接続部への電界集中を避けている。一次スプール２３は二次コイル２１の外周に配設されており、樹脂材料で成形されている。一次コイル２４は一次スプール２３の外周に巻回されている。図３において一次スプール２３の上方側端部にテーパ面２３ａが形成されている。
【００１６】
外周コア２５は一次コイル２４のさらに外周側に装着されている。外周コア２５は、薄い珪素鋼板を筒状に巻回し、巻回開始端と巻回終了端とを接続していないので軸方向に隙間を形成している。外周コア２５は磁石１６の外周位置から磁石１７の外周位置にわたる軸方向長さを有する。弾性部材２６はゴム等で形成されており、外周コア２５の高電圧側端部角部に当接し外周コア２５の高電圧側端部角部を覆っている。
【００１７】
蓋部３０は両スプールと別体に形成されており、コイルケース１１の低電圧側を覆うようにコイルケース１１に組み付けられている。蓋部３０は、コネクタ３１、支持部３３および突部３４を有している。制御信号入力用のコネクタ３１は、プラグホールから突出するように形成されている。イグナイタ２８に制御信号を供給し、二次コイル２１および一次コイル２４のアース側と接続する複数のターミナル３２がコネクタ３１にインサート成形されている。各ターミナル３２およびイグナイタ２８は二次コイル２１および一次コイル２４と線材で電気的に接続されている。
【００１８】
一次コイル２４に供給する一次電流をスイッチングするイグナイタ２８は蓋部３０の上部に設けられ、コイルケース１１内に充填されたエポキシ樹脂２７によって封止されている。イグナイタ２８は、既に説明したとおり、図２に示す混成集積回路装置１００においてリードフレーム１１０と混成集積回路基板１０４とを接合する樹脂材料としてシリコン接着剤を用いたものである。シリコン接着剤には硬化したときのヤング率が１ＭＰａ以上１００ＭＰａ以下になるものを用いている。
【００１９】
支持部３３は円筒状に形成されており、中心コア１５の一方の端部に嵌合し、軸方向および径方向に中心コア１５を位置決めしている。突部３４は、ターミナル３２に対し、両コイルの径方向反対側に円弧状に形成されている。突部３４は外周コア２５の一方の軸方向端部である低電圧側端部と当接し、他方の軸方向端部側であり高電圧側の弾性部材２６側に外周コア２５を押圧している。これにより、外周コア２５の軸方向の移動が規制されている。突部３４のターミナル３２側に図示しない開口が形成されているので、両コイルとターミナル３２およびイグナイタ２８との結線は突部３４と干渉しない。
【００２０】
高圧端子４１は高圧タワー１２に圧入されている。ターミナルプレート４０の中央部に高圧端子４１を挿入する方向に折り曲げられた爪部が形成されている。この爪部の間に高圧端子４１の先端が挿入することにより、高圧端子４１はターミナルプレート４０を介して二次コイル２１と電気的に接続している。ダミーコイル２２の高電圧端の線材は、フュージングまたははんだ付け等でターミナルプレート４０に電気的に接続されている。スプリング４２は高圧端子４１と電気的に接続するとともにプラグホールに点火コイル１０を挿入した際に点火プラグと電気的に接続する。高圧タワー１２の高電圧側開口端にゴムからなるプラグキャップ１９が装着されており、このプラグキャップ１９に点火プラグを挿入する。
【００２１】
一次コイル２４に供給する一次電流をイグナイタ２８でスイッチングすると二次コイル２１に高電圧が発生し、この高電圧がダミーコイル２２、ターミナルプレート４０、高圧端子４１、スプリング４２を介して点火プラグに印加される。
【００２２】
以下、点火コイル１０の作用について説明する。
点火コイル１０の温度はエンジン駆動時に上昇するため、エンジン駆動時とエンジン停止時とで点火コイル１０に温度差が発生する。このような温度差が生ずるところ、点火コイル１０を構成する部材間に線膨張係数の違いがあると、これら部材において応力が発生する。
【００２３】
イグナイタ２８においては、モールド封止樹脂１０８、リードフレーム１１０、混成集積回路基板１０４、素子１０３、１０５、１０７等の線膨張係数の違いにより様々な応力が各部材に発生する。素子１０３、１０５、１０７、及び混成集積回路基板１０４に比べ、モールド封止樹脂１０８の線膨張係数は大きい。したがって、点火コイル１０の温度が上下するとモールド封止樹脂１０８は他の部材より膨張または収縮し、他の部材を引っ張りまたは圧縮する。
【００２４】
このとき、背の低い素子１０３、１０７は保護樹脂層１０６に被覆されているため、これらの素子１０３、１０７に素子を破壊するような応力が発生することはない。一方、チップコンデンサ等の背の高い素子１０５は保護樹脂層１０６に被覆されていないか、或いはきわめて薄く被覆されているため、素子１０５はモールド封止樹脂１０８の膨張または収縮の影響を直接受けることとなるものの、接合層１１１のヤング率が１００ＭＰａ以下であるため、応力が素子１０５のはんだ接合部１１２に集中して発生することがない。すなわち、エポキシ系接着剤によって素子と基板とを接合した場合に比べ、本実施例のようにシリコン接着剤によって素子と基板とを接合した場合は、モールド封止樹脂１０８が膨張または収縮したときに接合層１１１が大きく歪むため、基板と素子のはんだ接合部１１２に発生する応力が低減される。したがって、はんだ接合部１１２の疲労を低減することができる。
【００２５】
このように、点火コイル１０によると、接合層１１１のヤング率が１ＭＰａ以上１００ＭＰａ以下であるため、はんだ接合部１１２の疲労が低減され、混成集積回路が点火コイル１０の温度変化によって破損することを防止できる。すなわち、信頼性の高い点火コイルを実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図２に示す混成集積回路装置において基板と基材の間の接合層のヤング率と素子のはんだ接合部に発生する歪みとの相関関係を示すグラフである。
【図２】混成集積回路装置を示す断面図である。
【図３】本発明の一実施例による点火コイルを示す断面図である。
【符号の説明】
１０  点火コイル
２８  イグナイタ
１００  混成集積回路装置
１０３、１０５、１０７  素子
１０４  混成集積回路基板
１０６  保護樹脂層
１０８  モールド封止樹脂
１１１  接合層
１１２  はんだ接合部
【図１】
0004193160.tif 000002
【図２】
0004193160.tif 000003
【図３】
0004193160.tif 000004