CN101365920A - 点火装置及其制法、气囊及安全带预紧器用气体发生装置 - Google Patents

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椋木大刚
久保大理
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西村纯一
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Abstract

本发明提供一种点火装置，其生产性不会下降，且尺寸紧凑，而且能够可靠地对内置在点火装置内的电子电路进行通电。点火装置具备金属制杯体以及金属制密封塞，该金属制密封塞保持多根电极引脚并使这些电极引脚分别绝缘，并且封住所述杯体的开口部，在所述杯体的内部具有点火药，进而具有抵接于所述密封塞的ASIC组件，其中所述ASIC组件在用树脂将搭载有ASIC和电容器的基片塑封而成的树脂塑封的顶部，配设有与所述ASIC连接的加热元件，并且在此树脂塑封的底部配设有用来连接所述ASIC与所述电极引脚的通讯电极，并且，所述电极引脚与所述通讯电极为按压接合。

Description

点火装置及其制法、气囊及安全带预紧器用气体发生装置
技术领域
本发明涉及一种在气囊(airbag)或者安全带预紧器(seat beltpretensioner)等汽车安全装置中所使用的气体发生器(gas generator)等中搭载的点火装置(ignition device)以及此点火装置的制法。
而且，本发明涉及一种搭载有所述点火装置的气囊用气体发生装置以及安全带预紧器用气体发生装置。
背景技术
作为用来使安装在汽车上的气囊进行膨胀的气体发生器用点火装置，而且作为安全带预紧器所使用的微型气体发生器(gas micro generator)用的点火装置，先前以来已开发出了各种电子式点火装置。
这样的点火装置通常具有用来与外部电连接的金属引脚(metal pin)，而且在此金属引脚的另一端具备用来对火药进行点火的加热元件。
作为这样的加热元件，已知有专利文献1以及与此对应的专利文献2中所揭示的组装在印刷子电路(print subcircuit)上的加热元件。
而且，另一方面，考虑将气囊系统局域网(local area network，LAN)化，从而通过通讯来控制点火装置的点火。
此时，如专利文献3所揭示的，必须在点火装置内设置用来进行通讯以及点火的电子电路。
因此，在如上所述的构造的点火装置中，需要用来对内置的电子电路进行通电的机构。
例如，专利文献4中展示了利用焊锡等将电子电路基板固定在密封塞的电极引脚上的构造。
专利文献1：法国专利申请案公开第2,704,944号说明书
专利文献2：美国专利第5,544,585号说明书
专利文献3：日本专利第3,294,582号公报
专利文献4：欧州专利申请案公开第1,256,775号说明书
在所述的专利文献4所揭示的方法中，必须预先在基板上构成电路并与密封塞的电极引脚结合之后，再用树脂来进行塑封(mold)。
但是，与通常的IC(Integrated Circuit，集成电路)等固定在引线框(lead frame)上的零件的塑封相比，特别是已与密封塞连接的状态下的树脂塑封的生产性明显较低。
而且，当已用焊锡而牢固地固定住了电极引脚与电子电路的连接时，有可能会产生由残留应力引起的焊锡破裂。
进而，为了牢固地连接电极引脚与电子电路，连接部分的长度必须达到一定的程度，因此，如果在原本体积就较小的点火装置中采用这样的构造，那么就会导致点火装置变大，在搭载到气体发生器以及安全带预紧器中时，会产生尺寸上的问题。
发明内容
本发明是鉴于所述实际情况开发出来的，其目的在于提出一种点火装置以及该点火装置的有利的制法，所述点火装置在制造树脂塑封时不会使生产性下降，并且不会导致尺寸的增大，而且能够可靠地对内置在点火装置中的电子电路进行通电。
而且，本发明的目的在于提出一种搭载有所述紧凑的点火装置的气囊用气体发生装置以及安全带预紧器用气体发生装置。
为了达成所述目的，发明者们对电极引脚与电子电路的连接方法反复进行了潜心研究，结果获得以下见解。
a)分离出密封塞的电极引脚，而用树脂仅塑封专用集成电路(application specific integrated circuit，ASIC)等电子电路，由此可以高生产性地制造树脂塑封。
b)电极引脚与树脂塑封内的电子电路的连接，是经由设置在此树脂塑封中的通讯电极，通过接触而进行。由此，电极引脚与电子电路的连接变容易，而且可以将点火装置的体积保持得较小。
然而已明确的是，如果仅用轻微接触程度的力来将密封塞的电极引脚按压到设置在树脂塑封中的通讯电极上，则当点火装置受到冲击时，有时通讯电极与电极引脚的连接会被切断。
因此，就该点进一步反复进行研究，结果如下：
c)点火装置的杯体与密封塞最终是通过焊接而一体化的，但如果是在用一定程度以上的压力来将密封塞压入到点火装置的杯体内的状态下进行所述焊接，则通讯电极与电极引脚的接合会因包含电子电路的树脂塑封与杯体的弹性反作用力而成为按压接合，在这样的按压接合下，即使点火装置受到相当大的力的冲击时，通讯电极与电极引脚的连接也不会被切断。
d)进而，如果进行如上所述的按压接合，则树脂塑封与杯体的弹性反作用力也会作用于点火药与加热元件之间，因此设置在树脂塑封另一端的加热元件与火药会在压接状态下接合，结果可以实现可靠的点火并且缩短点火时间。
本发明是立足于所述见解。
亦即，本发明的主要构成如下。
(1)一种点火装置，其具备金属制杯体以及金属制密封塞，该金属制密封塞保持多根电极引脚并使这些电极引脚分别绝缘，并且封住所述杯体的开口部，在所述杯体的内部具有点火药，进而具有抵接于所述密封塞的ASIC组件，其中所述ASIC组件在用树脂将搭载有ASIC和电容器的基片塑封而成的树脂塑封的顶部，配设有与所述ASIC连接的加热元件，并且在此树脂塑封的底部配设有用来连接所述ASIC与所述电极引脚的通讯电极，所述点火装置的特征在于：
所述电极引脚与所述通讯电极为按压接合。
(2)如(1)所述的点火装置，其特征在于，所述加热元件与所述点火药压接在一起。
(3)如(1)或(2)所述的点火装置，其特征在于，在所述加热元件的上表面涂敷点火药组成物。
(4)如(1)至(3)中任一项所述的点火装置，其特征在于，所述加热元件是由SCB芯片构成。
(5)如(4)所述的点火装置，其特征在于，所述SCB芯片包括将金属和绝缘物层叠的桥。
(6)一种气囊用气体发生装置，其特征在于，所述气囊用气体发生装置中安装有(1)至(5)中任一项所述的点火装置。
(7)一种安全带预紧器用气体发生装置，其特征在于，所述安全带预紧器用气体发生装置中安装有(1)至(5)中任一项所述的点火装置。
(8)一种点火装置的制法，其特征在于，在金属制杯体的最深部填充点火药之后，以使加热元件抵接于所述点火药的方式插入ASIC组件，其中所述ASIC组件在用树脂将搭载有ASIC和电容器的基片塑封而成的树脂塑封的顶部，配设有与所述ASIC连接的加热元件，并且在此树脂塑封的底部配设有用来连接所述ASIC与设置在密封塞中的电极引脚的通讯电极，接着，将玻璃密封有包括所述电极引脚在内的多根电极引脚之金属制的所述密封塞压入，使所述电极引脚抵接于所述通讯电极，在此压入状态下，将所述密封塞与所述杯体焊接而一体化。
(9)如(8)所述的点火装置的制法，其特征在于，在所述加热元件的上表面涂敷点火药组成物。
(10)如(8)或(9)所述的点火装置的制法，其特征在于，所述加热元件是由SCB芯片构成。
(11)如(8)至(10)中任一项所述的点火装置的制法，其特征在于，所述密封塞的压入力为1MPa～250MPa。
[发明的效果]
根据本发明，用树脂来塑封的仅为ASIC等电子电路，因此，通过在树脂塑封中使用引线框等来作为基片，可以按照与通常的IC的树脂塑封相同的顺序来制造，因此生产性提高。
而且，本发明中，电子电路与电极引脚的接合，是通过设置在树脂塑封底部的通讯电极与电极引脚的按压接合来进行，因此可以使点火装置自身紧凑化，而且装配也得以简便化。
进而，通过使通讯电极与电极引脚为按压接合，即使在点火装置受到相当大的力的冲击时，通讯电极与电极引脚的连接也不会被切断。
而且，进而通过所述的按压接合，加热元件与火药压接接合在一起，因此不仅可以实现可靠的点火，而且可以缩短点火时间。
附图说明
图1是本发明的优选点火装置的截面图。
图2是使点火药为双层构造时的说明图。
图3是在加热元件的上表面涂敷有点火药组成物时的说明图。
图4是气囊用气体发生装置的概念图。
图5是安全带预紧器用气体发生装置的概念图。
图6是中央控制单元的说明图。
1       杯体
2       点火药
2′     导火药
2″     点火药组成物
3       ASIC组件
4       ASIC
5       电容器
6       加热元件
7       通讯电极
8       密封塞
9       电极引脚
10      玻璃密封
11      点火用电极
12      树脂杯
13      塑封用树脂
21      气囊用气体发生装置
22      点火装置
23      助燃剂
24      气体发生剂
25         过滤器
26         外廓容器
27         孔
31         安全带预紧器用气体发生装置(微型气体发生器)
32         点火装置
33         气体发生剂
34         基台(支架)
35         杯体
110        中央控制单元
111a～111d 气囊模块
112        第1供电导电体
113        第2供电导电体
114、115   电极引脚
具体实施方式
以下，对本发明进行具体说明。
图1用截面图来表示本发明的点火装置。图中，编号1是杯体，通常是由金属制的圆筒体构成。2是点火药。3是用树脂将基片塑封而成的ASIC组件，其中此基片上搭载有ASIC或者电容器等电子电路所必需的元件，图中4是ASIC，5是电容器。这里，所谓的ASIC(Application SpecificIntegrated Circuit，专用集成电路)4是指面向特定用途的集成电路，在本发明中，该ASIC4作为相互通讯开关机构而发挥作用，所述相互通讯开关机构与外部相互通讯，并根据经过编码的信息来使点火装置进行点火。而且，电容器5作为电能的蓄积机构而发挥作用。
而且，6是设置在ASIC组件3的顶部的加热元件，7是同样配设在ASIC组件3的底部的通讯电极。
而且，8是金属制密封塞，在该密封塞8上，通过玻璃密封10而固定着用来与外部进行电连接的电极引脚9。这样，通过玻璃密封来固定电极引脚，由此可以保持高气密性并且确保电绝缘。进而，将金属制杯体与密封塞金属部进行焊接，由此可以使杯体的内部在高气密性下得到密封。
本发明中，首先在杯体1的最深部配置粉末状的点火药2。该点火药2可以如图1所示般为一种火药的单层配置，但更有利的是如图2所示般为双层构造，即，在点火药2的外侧配置有导火性更强的导火药2′。
这里，导火药2′优选在组成中含有锆。另外，含有氢氧化钛、硼或者三硝基间苯二酚等的导火药也适合。
而且，作为点火药2，除了所述物质以外，还可以使用例如日本专利特愿2001-140468号说明书或者日本专利特开2002-362992号公报所揭示的点火药，并无特别限定。
接着，与此点火药2接触地配置加热元件6。
此时，对于使加热元件与点火药的接触更稳定而言有利的是，在加热元件的上表面涂敷点火药组成物。
作为这样的加热元件6，适合的是能够用低能量点火的所谓SCB芯片。而且，如果使该SCB芯片为将金属和绝缘物层叠的桥构造，则可以用低能量产生较大的火花，因此更为有利。
这里，所谓SCB是指半导体桥(Semiconductor Bridge)，是使用通常的半导体IC的制造步骤而制作的加热元件。
作为所述的桥构造，也可以适用将从钛、镍铬合金、镍、铝、镁及锆的群组与钙、锰、二氧化硅及硅的群组中的各一种或一种以上的组成物交替层叠而成的构造。
作为优选的桥构造，较合适的是在硅基板上交替层叠有钛和SiO2(或者硼)的构造。各层的厚度分别优选0.05μm～10μm左右。更优选的膜厚为0.1μm～4μm。
另外，与加热元件6的电连接，是经由设置在ASIC组件3上表面上的点火用电极11而进行的。
本发明中的ASIC组件3中，内置着ASIC4和电容器5，所述ASIC4作为用来进行相互通讯和触发特定的电脉冲列的机构，所述电容器5作为电能蓄积机构。
另外，此ASIC组件3经由两根电极引脚9而整合到与后述中央控制单元联络的经LAN化的气囊系统中。
而且，所述ASIC组件3必须作为沿着圆筒形杯1的内径之大小的圆柱形状，而顺畅地插入到该杯1内。为此，ASIC组件3的外径优选大于等于杯内径的85％、小于等于杯内径的99％左右。
这里，配设在ASIC组件3底部的通讯电极7的直径优选略小于电极引脚9的直径，即使通讯电极7与电极引脚9的接触位置由于组装时的公差等而稍许偏离，也可以将两者一直维持为接合状态，从而得以保持电连接。
而且，为了能够在强力按压时保持稳定的接触，有利的是使通讯电极7和电极引脚9的接触部分为平坦。
本发明中，如上所述，在杯体1的最深部填充点火药2，然后插入ASIC组件3以使配置在该ASIC组件3顶部的加热元件6抵接于点火药2，接着，插入密封塞8以使设置在该密封塞8上的电极引脚9抵接于配设在所述ASIC组件3底部的通讯电极7，然后将杯体1和密封塞8焊接而一体化，但重要的是，在密封塞8的压入状态下进行所述焊接。
亦即，如果在已用一定程度以上的压力将密封塞8压入到杯体1内的状态下进行焊接，则通讯电极7与电极引脚9的接合会因由树脂塑封的ASIC组件3与杯体1的弹性反作用力而成为按压接合，结果，即使点火装置受到相当大的力的冲击时，也可以有利地避免通讯电极7和电极引脚9的连接的切断。
而且，如果通讯电极7与电极引脚9的接合为如上所述的按压接合，则ASIC组件3与杯体1的弹性反作用力也会作用于相反侧，因此设置在此ASIC组件3相反侧的加热元件6与点火药2在压接状态下接合，亦即，点火药2的密度提高，因此可以实现可靠的点火并且有利地缩短点火时间。
进而，与利用焊锡或者焊接来固定连接部的构造相比，如上所述的按压接合不仅简便，而且也有几乎不需要连接所需的体积的优点。
这里，所述的将密封塞8压入到杯体1内的压入力优选1MPa～250MPa左右。其原因在于，如果压入力不足1MPa，则无法获得充分地接合通讯电极7与电极引脚9的按压力，另一方面，如果压入力超过250MPa，则施加于ASIC组件的应力会变得过大，从而有ASIC组件产生破损的危险。另外，压入力更优选2MPa～130MPa的范围。
而且，本发明中，也可以如图3所示般，在加热元件6的上表面预先涂敷点火药组成物2＂。亦即，在加热元件6的上表面配给(dispense)浆状的点火药并使之干燥。此点火药组成物2＂与仅填充有粉末状点火药的情况相比，点火药与加热元件的接触较为稳定，因此有助于实现可靠的点火以及缩短点火时间。
进而，本发明中，可以在杯体1的外周进一步设置圆套筒状的树脂杯12。而且，也可以在将密封塞8压入到杯体1内之后，进一步用树脂13塑封此部分。
本发明的点火装置，可以将ASIC组件3设置在保持为气密的密封塞8与杯1的内侧，可以通过接触来保持通讯电极7与电极引脚8的电连接，因此，即使搭载着ASIC组件3，也可以使点火装置1的外形尺寸接近先前的点火装置。
而且，本发明的点火装置使用内置在ASIC组件3内的作为相互通讯开关机构的ASIC4以及作为电能蓄积机构的电容器5，由此可以与外部(例如中央控制单元)进行联络。
因此，例如，如果在装入到汽车中、并且经由已LAN化的气囊系统而连接于中央控制单元的各气囊模块中使用这样的点火装置，则在碰撞时中央控制单元可以仅使所需的气囊模块点火，而且也无需输送用来使这样的点火装置引爆的特殊的电能。
这样的作用效果尤其可以通过以下方式来达成：在各点火装置中设置电容器5，该电容器5用于蓄积由中央控制单元发出的电压信号中所含的微弱能量，使用能够用较先前更低的能量进行点火的SCB芯片来作为加热元件6，而且设置作为相互通讯以及点火开关机构的ASIC4，该ASIC4可以检测来自中央控制单元的经过编码的信息，并且可以发送用于传送点火装置的状态的指令。
另外，在本发明中，所谓与中央控制单元的相互通讯所使用的经过编码的信息，是指包含使各点火装置进行点火的指令的信息、以及将各点火装置所含的电子元件的状态传送到中央控制单元的信息这两者。
接着，对使用本发明的点火装置的气囊用气体发生装置进行说明。
图4表示气囊用气体发生装置的概念图。如该图4所示，气囊用气体发生装置21在内部具有点火装置22、助燃剂(enhancer)23、气体发生剂24以及过滤器25，外部是由能够承受气体发生剂24的燃烧压力的外廓容器26构成。在外廓容器26上，开着用来将所产生的气体释放到气囊侧的孔27。
当点火装置22运转时，助燃剂23利用由点火装置22产生的热能而燃烧，从而产生高温气体。气体发生剂24利用此高温气体而燃烧，从而产生用来使气囊膨胀的气体。该气体是从气囊的外廓容器26上所开的孔27而释放到外部，此时使气体通过过滤器25，由此可以捕获所燃烧的气体发生剂的残渣，同时气体自身得到冷却。
通过使用本发明的点火装置，即使点火装置具有由ASIC构成的通讯电路，也可以制作得较紧凑，从而可以容易地提供与原先的形状相比大小几乎不变的气囊用气体发生装置。而且，如果使用SCB来作为加热元件，则可以在短时间内点火，因此可以防止由通讯引起的点火延迟。
进而，对使用本发明的点火装置的安全带预紧器用气体发生装置进行说明。
图5表示安全带预紧器用气体发生装置(微型气体发生器)的概念图。如该图5所示，微型气体发生器31在内部具有点火装置32以及气体发生剂33，点火装置32是固定在被称为支架(holder)的基台34上。进而，容纳气体发生剂33的杯体35也是通过例如铆接而固定在支架上的构造。当点火装置32运转时，杯体35内的气体发生剂33利用来自点火装置32的热而燃烧，从而产生气体。
在此微型气体发生器中，通过使用本发明的点火装置，即使点火装置具有由ASIC构成的通讯电路，也可以变得紧凑，因此，可以提供与先前的形状相比大小几乎不变的微型气体发生器。同样，如果使用SCB来作为加热元件，则可以在短时间内点火，因此可以防止由通讯引起的点火延迟。
接着，对本发明的点火装置的点火动作进行说明。
在通常的动作条件下，亦即，例如在装入有点火装置1的气囊并没有卷入到必须展开的事故中时，作为电能蓄积机构的电容器处于如下状态，即，利用由中央控制单元发出的通讯用信号而蓄积能量。
这里，当由于事故等的冲击而要求点火装置1运转时，中央控制单元将特定的电脉冲列形态的点火指令传送到点火装置内的ASIC组件3。于是，该ASIC组件3中，通过电子开关而从电容器5释放电能，以将所蓄积的电能释放给加热元件6。加热元件6利用来自电容器5的电能而使点火药2开始燃烧。
接着，对中央控制单元的控制要领进行说明。
图6表示连接有中央控制单元110以及四个气囊模块111a、111b、111c、111d的已LAN化的气囊系统的示例。两个气囊模块111b及111c可以分别具有例如使前气囊膨胀的气体发生器，其他两个气囊模块111a及111d可以分别具有例如使侧气囊膨胀的气体发生器。
这些模块各自所含有的气体发生器内收纳着点火装置，各点火装置具有两个电极引脚114、115，电极引脚114连接于与中央控制单元110进行联络的第1供电导电体112，电极引脚115连接于与中央控制单元110进行联络的第2供电导电体113。
在通常的动作状态下，亦即，在汽车并没有卷入到需要激活一个或者一个以上的气囊模块111a、111b、111c、111d的特定冲击中时，中央控制单元110定期地对所述供电导电体112、113供给低强度的电流，此电流经由电极引脚114及电极引脚115而被送到四个气囊模块111a、111b、111c、111d各自所含有的点火装置的电能蓄积机构(电容器)中。
当冲击产生，例如希望激活气囊111c时，中央控制单元110将特有的电脉冲列传送到第1供电导电体112，所述特有的电脉冲列构成用于气囊模块111c的点火装置的点火指令。虽然此特有的电脉冲列经由电极引脚114及电极引脚115而传送到各点火装置，但仅气囊模块111c的点火装置所含有的相互通讯机构响应此指令，而激活点火开关机构和相关联的电能蓄积机构，从而如上所述般起动点火药。
如果冲击持续而希望激活若干个气囊模块、例如气囊模块111a及气囊模块111b时，中央控制单元110对第1供电导电体112供给如下的特有电脉冲列，该特有电脉冲列用于气囊模块111a及气囊模块111b各自所含有的点火装置。两个点火装置各自的动作则如上所述。

Claims (11)

1.一种点火装置，其具备金属制杯体以及金属制密封塞，该金属制密封塞保持多根电极引脚并使这些电极引脚分别绝缘，并且封住所述杯体的开口部，在所述杯体的内部具有点火药，进而具有抵接于所述密封塞的专用集成电路组件，其中所述专用集成电路组件在用树脂将搭载有专用集成电路和电容器的基片塑封而成的树脂塑封的顶部，配设有与所述专用集成电路连接的加热元件，并且在此树脂塑封的底部配设有用来连接所述专用集成电路与所述电极引脚的通讯电极，所述点火装置的特征在于：
所述电极引脚与所述通讯电极为按压接合。
2.如权利要求1所述的点火装置，其特征在于，所述加热元件与所述点火药压接在一起。
3.如权利要求1或2所述的点火装置，其特征在于，在所述加热元件的上表面涂敷点火药组成物。
4.如权利要求1至3中任一项所述的点火装置，其特征在于，所述加热元件是由半导体桥芯片构成。
5.如权利要求4所述的点火装置，其特征在于，所述半导体桥芯片包括将金属和绝缘物层叠的桥。
6.一种气囊用气体发生装置，其特征在于，所述气囊用气体发生装置中安装有权利要求1至5中任一项所述的点火装置。
7.一种安全带预紧器用气体发生装置，其特征在于，所述安全带预紧器用气体发生装置中安装有权利要求1至5中任一项所述的点火装置。
8.一种点火装置的制法，其特征在于，在金属制杯体的最深部填充点火药之后，以使加热元件抵接于所述点火药的方式插入专用集成电路组件，其中所述专用集成电路组件在用树脂将搭载有专用集成电路和电容器的基片塑封而成的树脂塑封的顶部，配设有与所述专用集成电路连接的加热元件，并且在此树脂塑封的底部配设有用来连接所述专用集成电路与设置在密封塞中的电极引脚的通讯电极，接着，将玻璃密封有包括所述电极引脚在内的多根电极引脚之金属制的所述密封塞压入，使所述电极引脚抵接于所述通讯电极，在此压入状态下，将所述密封塞与所述杯体焊接而一体化。
9.如权利要求8所述的点火装置的制法，其特征在于，在所述加热元件的上表面涂敷点火药组成物。
10.如权利要求8或9所述的点火装置的制法，其特征在于，所述加热元件是由半导体桥芯片构成。
11.如权利要求8至10中任一项所述的点火装置的制法，其特征在于，所述密封塞的压入力为1MPa～250MPa。
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