(57)【要約】【課題】  高い生産性を有するイグナイタを安価に提供する。【解決手段】  内燃機関用点火プラグの真上に配置された点火コイルを駆動させるイグナイタであって、点火コイル及び外部接続用端子をイグナイタの外装ケースと一体化で形成し、内部に配置される部品実装基板等をモールド樹脂にて封止した内燃機機関用点火コイルのイグナイタにおいて、イグナイタのヒートシンクの構造を、そのヒートシンク材の上に伝熱性の絶縁層を配置し、更にその伝熱性の絶縁層の上に銅等の金属電極をエッチング加工にてパターン形成したメタルベース基板を用いたことを特徴とする内燃機機関用点火コイルのイグナイタとする。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関用点火プラグの真上に配置された点火コイルを駆動させるイグナイタであって、点火コイル及び外部接続用端子をイグナイタの外装ケースと一体化で形成し、内部に配置される部品実装基板等をモールド樹脂にて封止した内燃機機関用点火コイルのイグナイタにおいて、イグナイタのヒートシンクの構造を、そのヒートシンク材の上に伝熱性の絶縁層を配置し、更にその伝熱性の絶縁層の上に銅等の金属電極をエッチング加工にてパターン形成したメタルベース基板を用いたことを特徴とする内燃機機関用点火コイルのイグナイタ。
【請求項２】
イグナイタを駆動するスイッチング素子を前記メタルベース基板上に接合し、スイッチング素子の放熱および電気的接続を行うための、銅、アルミニウム等の高熱伝導率の素材を、前記メタルベース基板の基材とした請求項１記載の内燃機機関用点火コイルのイグナイタ。
【請求項３】
前記メタルベース基板をイグナイタの外装ケースと接合した請求項１乃至請求項２記載の内燃機機関用点火コイルのイグナイタ。
【請求項４】
前記メタルベース基板と、イグナイタ回路のアース電位を電気接続した請求項１乃至請求項３記載の内燃機機関用点火コイルのイグナイタ。
【請求項５】
前記メタルベース基板の金属電極部と外部接続用端子をワイヤボンディングにて電気的接続を行う請求項１乃至請求項４に記載の内燃機機関用点火コイルのイグナイタ。
【請求項６】
前記メタルベース基板の金属電極部と外部接続用端子を溶接にて電気的接続を行う請求項１乃至請求項４に記載の内燃機機関用点火コイルのイグナイタ。
【請求項７】
前記伝熱性の絶縁層を熱伝導性の高いフィラーを充填した樹脂により成形した請求項１乃至請求項６記載の内燃機機関用点火コイルのイグナイタ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、内燃機関用点火コイルの１次電流遮断制御するイグナイタに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来技術による、点火コイル及び外部接続用端子をイグナイタの外装ケースと一体化で形成し、内部に配置される部品実装基板等をモールド樹脂にて封止した内燃機機関用点火コイルのイグナイタにおける上視図を図５に示す。また図５の断面図を図６に示し、内燃機関用点火コイルの断面図を図７に示す。
【０００３】
図７において、点火コイル１００においては、ケイ素鋼板等の磁性鋼板からなる中心コア１０１と、この中心コア１０１の外周にあって２次ボビン１０２に巻回される２次コイル１０３と、この２次コイル１０３と同軸的に配置された１次ボビン１０４に巻回される１次コイル１０５と、これらコイル類の外側に外装コア１０６と、コイルケース１０７を備え、コイルケース１０７の中にモールド樹脂２３を注入し硬化させてコイル部１００を形成している。
【０００４】
また図５乃至図６において、点火コイル１００の上部には自動車から得られる１２Ｖ電源が１次端子である外部接続用端子に供給されている。前記外部接続用端子は後述するイグナイタの外装ケース１１と一体のケースで形成されており、イグナイタの外装ケース１１には、点火コイルの１次電流遮断制御する駆動素子のＩＧＢＴ１４や、電子部品１７をモールド樹脂２３にて封止した点火装置である。
【０００５】
図５乃至図６に示す従来技術による点火コイル及び外部接続用端子１８をイグナイタの外装ケース１１と一体化で形成し、内部に配置される部品実装基板等をモールド樹脂２３にて封止した内燃機機関用点火コイルのイグナイタにおいては、ヒートシンク２０上にイグナイタ１１０のスイッチング素子としてのＩＧＢＴ１４が、はんだ等によって接合されることで、ＩＧＢＴ１４から発する熱の放熱、およびＩＧＢＴ１４の電気的経路の確保をヒートシンク２０が担っている。
【０００６】
前記イグナイタ１１０は、耐熱の観点からアルミナ等のセラミックを基材として用い、その表面または内部にイグナイタの内部回路をペースト印刷にて形成した回路基板が用いられている。
【０００７】
また、ヒートシンク２０は放熱の観点からなるべく大きく表面積および体積を取る必要があるため、前述の回路基板は、イグナイタ１１０の筐体サイズの制限より、ヒートシンク２０上面に接着用樹脂２１を介して接着固定された構造となっている。
【０００８】
上述のような点火コイルのイグナイタは、特願２００６−２９８１６４号公報（特許文献１）に開示される。
【特許文献１】特願２００６−２９８１６４号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、従来技術による点火コイル及び外部接続用端子１８をイグナイタの外装ケース１１と一体化で形成し、内部に配置される部品実装基板等をモールド樹脂２３にて封止した内燃機機関用点火コイルのイグナイタ１１０では、前述のようにＩＧＢＴ１４の放熱および電気回路の確保のためのヒートシンク２０と、イグナイタの電気回路を形成したセラミック基板１９との少なくとも２つの部品を構成部材として使用する必要があり、これらの組立てにおいては後の工程でワイヤ１５ボンディングにより電気的接続を行うために、ヒートシンク２０上へのセラミック基板１９の搭載には高い位置精度が要求され、またセラミック基板１９の接着に用いる接着用樹脂２１の塗布量、塗布範囲、およびセラミック基板１９接着後の接着用樹脂２１の広がり範囲も、ヒートシンク２０上へのワイヤ１５ボンディングを阻害しないように高い精度が求められるという課題を抱えていた。
【００１０】
また、前述のセラミック基板１９上のイグナイタ回路との電気的接続を行うワイヤ１５ボンディングを施すためには、セラミック基板１９上にワイヤ１５ボンディングに対応したニッケル等のメッキを施したボンディングパッド用部品２２を搭載する必要があり、このボンディングパッドの搭載面積を確保するためにセラミック基板１９の面積を小型化することができず、セラミック基板１９自体のコストダウンに限界が生じていた。
【００１１】
加えて、近年のイグナイタに対する高機能化要求に対応するためには、基板回路の高集積化が必要であるが、前述のボンディングパッド用部品２２の搭載が基板の小型化を阻害しているため、その打開策としてセラミック基板１９上へ直接ワイヤ１５ボンディングを施すダイレクトボンディングを行い、ボンディングパッド用部品２２を削除する手法があるが、ダイレクトボンディングを行うためには、セラミック基板１９上に印刷するダイレクトボンディング用パッド電極に特殊且つ高価な材質を使用する必要があり、価格高騰を招くという課題を常に抱えていた。
【００１２】
また、イグナイタの回路基板下に配置されるヒートシンク２０部の電位はコレクタ電位となっており、イグナイタ動作時には、約５００Ｖのコレクタ電圧がかかり、また約１２Ａのコレクタ電流がヒートシンク２０を伝って流れる構造となってた。この為、イグナイタ動作・遮断時にはヒートシンク２０上部に搭載されているセラミック基板１９上の電極、および電子部品１７への誘導ノイズ発生による誤動作が懸念されていた。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記課題を解決するために本発明では次の構成とする。すなわち請求項１では、内燃機関用点火プラグの真上に配置された点火コイルを駆動させるイグナイタであって、点火コイル及び外部接続用端子をイグナイタの外装ケースと一体化で形成し、内部に配置される部品実装基板等をモールド樹脂にて封止した内燃機機関用点火コイルのイグナイタにおいて、イグナイタのヒートシンクの構造を、そのヒートシンク材の上に伝熱性の絶縁層を配置し、更にその伝熱性の絶縁層の上に銅等の金属電極をエッチング加工にてパターン形成したメタルベース基板を用いたことを特徴とする内燃機機関用点火コイルのイグナイタとする。
【００１４】
また、すなわち請求項２では、イグナイタを駆動するスイッチング素子を前記メタルベース基板上に接合し、スイッチング素子の放熱および電気的接続を行うための、銅、アルミニウム等の高熱伝導率の素材を、前記メタルベース基板の基材とした請求項１記載の内燃機機関用点火コイルのイグナイタとする。
【００１５】
また、すなわち請求項３では、前記メタルベース基板をイグナイタの外装ケースと接合した請求項１乃至請求項２記載の内燃機機関用点火コイルのイグナイタとする。
【００１６】
また、すなわち請求項４では、前記メタルベース基板と、イグナイタ回路のアース電位を電気接続した請求項１乃至請求項３記載の内燃機機関用点火コイルのイグナイタとする。
【００１７】
また、すなわち請求項５では、前記メタルベース基板の金属電極部と外部接続用端子をワイヤボンディングにて電気的接続を行う請求項１乃至請求項４に記載の内燃機機関用点火コイルのイグナイタとする。
【００１８】
また、すなわち請求項６では、前記メタルベース基板の金属電極部と外部接続用端子を溶接にて電気的接続を行う請求項１乃至請求項４に記載のイグナイタとする。
【００１９】
また、すなわち請求項７では、前記伝熱性の絶縁層を熱伝導性の高いフィラーを充填した樹脂により成形した請求項１乃至請求項６記載の内燃機機関用点火コイルのイグナイタとする。
【発明の効果】
【００２０】
請求項１に係る発明の構成によれば、スイッチング素子の放熱および電気的導通の役割と、イグナイタの回路基板との搭載は、メタルベース基板のみで持たせることが可能となるので、高い位置精度が要求されることもなく、基板電極の位置精度を常に高い状態に保つことが可能となる。
【００２１】
また請求項２に係る発明の構成によれば、スイッチング素子の放熱を高めることができる。
【００２２】
また請求項３に係る発明の構成によれば、メタルベース基板をイグナイタの外装ケースと接合し一体化することで、高い生産性を有するイグナイタを安価に提供することができる。
【００２３】
また請求項４に係る発明の構成によれば、誘導ノイズの回路部への影響を低減や、無線電波等の外来ノイズに対しての耐性を上げることが可能となる。
【００２４】
また請求項５に係る発明の構成によれば、メタルベース基板上に形成された金属電極部へ直接ワイヤボンディングことができる。
【００２５】
また請求項６係る発明の構成によれば、金属電極部と外部接続用端子との接続をワイヤボンディング手法によらず溶接による電気接続により、接合方法において幅広く選択できる。
【００２６】
また請求項７に係る発明の構成によれば、熱伝導性を向上させ、スイッチング素子等の放熱を高めることができる。
【００２７】
したがって、本発明の技術を採用することにより、使用する部品点数を削減でき、且つ小型で安定的で信頼性の高い内燃機関用点火コイルを供給することが可能となる。
【実施例】
【００２８】
図１に本発明の技術を適用した実施例１を表す内燃機関用点火コイルのイグナイタの上視図を示し、図２に図１の断面図を示し、図３に本発明の技術を適用した実施例２を表す内燃機関用点火コイルのイグナイタの上視図を示し、図４に図３の断面図を示す。以下に実施例を用いて説明する。
【００２９】
図１に示すイグナイタの断面図において、本発明の実施例を表すメタルベース基板１２は、ヒートシンク２０としての機能を持たす為に、基材として熱伝導率３７７Ｗ／ｍ・ｋの銅、熱伝導率２３６Ｗ／ｍ・ｋのアルミニウム等の高熱伝導性の金属素材が用いられており、その厚みは１．０ｍｍから３．０ｍｍであり、その基材上に厚み８０ｕｍ〜１３０ｕｍの伝熱性の絶縁層１３が配置され、更にその絶縁層１３の上に厚み３５ｕｍの銅等の金属電極部１６がエッチング加工にて形成されている。
【００３０】
メタルベース基板１２には、電子部品１７が金属電極部１６上に直接はんだ付けされるため、イグナイタ内部の応力差による接合部の破壊、または断線を防ぐ為に、基材と電極間に設置される絶縁層１３は、ガラス転移温度がイグナイタのモールド樹脂２３の特性に合わせ１５０℃以上となる材質を選定している。
【００３１】
前記のエッチング加工にて形成された銅等の金属電極部１６上には、外部接続用端子１８との電気的接合を行うための表面処理として、厚み１ｕｍから５ｕｍのニッケル、アルミニウム又は金メッキ加工が施されており、ワイヤボンディング若しくは溶接にて前記の金属電極部１６と外部接続用端子１８とが電気的に接合されている。
【００３２】
また、メタルベース基板１２となる、銅、アルミニウム等の基材部分と、イグナイタ回路のアース電位をワイヤ１５等で接合を行い電気接続してもよい。このように施すことで、イグナイタのヒートシンク２０部の電位をＧＮＤとすることが可能となり、イグナイタ内部におけるコレクタ電位部面積を最小に抑えることができ、イグナイタ自身の動作による誘導ノイズの回路部への影響を低減することが可能となる。また、イグナイタの回路電極下がアースと同電位となることで、無線電波等の外来ノイズに対しての耐性を上げることも同時に可能となる。
【００３３】
このように本発明の実施例を示すイグナイタにおいては、従来のヒートシンク２０が担っていたＩＧＢＴ１４等のスイッチング素子の放熱および電気的導通の役割と、イグナイタの回路基板としての機能と、をメタルベース基板１２のみで持たせることが可能となり、メタルベース基板１２上に形成される金属電極部１６部は加工精度の高いエッチングによって形成されることより、従来の技術で課題となっていたスイッチング素子の放熱および電気的導通の役割と、イグナイタの回路基板との搭載に高い位置精度が要求されることもなく、基板電極の位置精度を常に高い状態に保つことが可能となる。
【００３４】
また、従来の技術では別々の部品であったヒートシンク２０とイグナイタ回路基板とが一体化となることで、イグナイタ回路基板をヒートシンク２０上に接着固定させる際の接着用樹脂２１が不要となり、従来の技術で課題となっていた接着用樹脂２１の塗布量、塗布位置、および基板接着後の接着用樹脂２１の広がり範囲についての精度要求自体が不要とすることが可能となる。
【００３５】
また、メタルベース基板１２上に形成された金属電極部１６部へ直接ワイヤボンディングを施すことが可能となり、直径２５０ｕｍのワイヤ１５を使用した時の接合部の電極サイズは、幅は０．６ｍｍ×長さ０．９ｍｍあれば成立する。
【００３６】
また従来の技術ではワイヤボンディングを実施するためには、直径１．６ｍｍのボンディングパッド用部品２２を使用していたため、ボンディングパッド用部品２２を排除したことにより、サイズアップを抑制したままでの回路の高集積化が可能となる。
【００３７】
またダイレクトボンディング用電極についても一般的なニッケル、アルミニウムおよび金メッキを金属電極部１６上に施すだけで可能となり、特殊且つ高価な素材を用いる必要も無くなる。
【００３８】
また前記の金属電極部１６と外部接続用端子１８とを溶接にて電気的に接合されることで、ワイヤボンディング以外の一般的な接合を選択できる。
【００３９】
以上のように、イグナイタの搭載される従来のセラミック基板１９に替わるヒートシンク２０の基材として、銅、アルミニウム等の高熱伝導性の金属素材が用いられ、その基材上に伝熱性の絶縁層１３が配置され、更にその絶縁層１３の上に銅等の金属電極部１６がエッチング加工にて形成されたメタルベース基板１２とすることで、ワイヤボンディング時に重要な位置精度を出すことが可能となり、接着用樹脂２１に対する精度要求も不要となる。また回路の高集積化とサイズアップ抑制を両立させることが可能となり、メタルベース基板１２をイグナイタの外装ケース１１へ接合させることで、高い生産性を有するイグナイタを安価で提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】本発明の技術を適用した実施例１を表す内燃機関用点火コイルのイグナイタの上視図である。
【図２】図１の断面図である。
【図３】本発明の技術を適用した実施例２を表す内燃機関用点火コイルのイグナイタの上視図である。
【図４】図３の断面図である。
【図５】従来の技術による内燃機関用点火コイルのイグナイタの断面図である。
【図６】図５の断面図である。
【図７】内燃機関用点火コイルの断面図である。
【符号の説明】
【００４１】
１  点火コイル
１０  イグナイタ
１１  イグナイタの外装ケース
１２  メタルベース基板
１３  絶縁層
１４  ＩＧＢＴ
１５  ワイヤ
１６  金属電極部
１７  電子部品
１８  外部接続用端子
１９  セラミック基板
２０  ヒートシンク
２１  接着用樹脂
２２  ボンディングパッド用部品
２３  モールド樹脂
１００  点火コイル
１０１  中心コア
１０２  ２次ボビン
１０３  ２次コイル
１０４  １次ボビン
１０５  １次コイル
１０６  外装コア
１０７  コイルケース
【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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