JP2008248782A - Igniter - Google Patents

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Gonosuke Inamura
豪乃助 稲村
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an igniter having an ion current detection function which is capable of suppressing generation of migration and miniaturized, and having an ion current detection function with superior engine mountability. <P>SOLUTION: In a ceramic substrate in which a low-voltage signal wire and a high-voltage power supply wire are not physically separated from each other on the same substrate with both sides being wired, one side of the substrate is fixed onto a heat sink with an adhesive, a terminal of the heat sink is fixed with an adhesive to the inside of an insert-molded container-shaped connector, and the terminal and a substrate input-output pattern are subjected to bonding connection by an aluminum wire. The substrate, the heat sink, the aluminum wire, and the terminal are molded with an epoxy resin filled inside the connector, and further molded with an ignition coil filling resin inside an ignition coil. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

本発明は、イグナイタに内蔵する基板の固定構造に関し、特にセラミック基板のヒートシンクへの固定構造に関する。   The present invention relates to a structure for fixing a substrate built in an igniter, and more particularly to a structure for fixing a ceramic substrate to a heat sink.

図1に示すイオン電流検出機能をもつ内燃機関用点火装置において、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。   In the ignition device for an internal combustion engine having an ion current detection function shown in FIG. 1, 1 is a primary coil, 2 is a central iron core, 3 is a secondary coil, 4 is an ignition coil case, and 5 is an igniter. The igniter 5 is installed on the upper part of the primary coil 1, the central iron core 2 and the secondary coil 3, and is assembled together with the primary coil 1, the central iron core 2 and the secondary coil 3 in the ignition coil case 4, and then ignited. Molded with coil filling resin.

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。又、内燃機関の燃焼時においてプラグギャップ間に電圧を印加して検出できるイオン電流を発生させるため、イグナイタ5は内部に70V〜300Vのイオン電流検出用電源59を内蔵している。   The igniter 5 has a structure as shown in FIG. 2. 51 is a primary current interrupting element, 52 is a heat sink, 53 is a control circuit, 54 is a ceramic substrate, 55 is an aluminum wire, 56 is a collector terminal, and 57 is a battery supply terminal. , 58 are secondary coil low voltage connection terminals. Further, in order to generate an ion current that can be detected by applying a voltage between the plug gaps during combustion of the internal combustion engine, the igniter 5 has a built-in ion current detection power source 59 of 70V to 300V.

イオン電流検出用電源59は電源基板59上に回路が構成されおり、59aはイオン電流検出電圧作成用ZD、59bはイオン電流検出電源用コンデンサで、ガラスエポキシ基板59c上に実装され、ガラスエポキシ基板59c上のイオン電流検出用電源の高電圧配線とセラミック基板54上の低電圧の信号電圧配線とは物理的に分離されている。   A circuit for the ion current detection power supply 59 is formed on the power supply board 59, 59a is an ion current detection voltage creation ZD, 59b is an ion current detection power supply capacitor, and is mounted on the glass epoxy board 59c. The high voltage wiring of the ion current detection power source on 59c and the low voltage signal voltage wiring on the ceramic substrate 54 are physically separated.

イグナイタ5と図1における1次コイル1はコレクタ端子56で接続され、コレクタ端子56とヒートシンク52の双方にアルミワイヤボンディングがなされ電気的に接続されている。ヒートシンク52上に1次電流遮断素子としてIGBT51のコレクタが高融点はんだを用いてダイボンディングされ、IGBT51のゲート及びエミッタは、セラミック基板54上に実装された銅若しくは42アロイ製のボンディングパッドとIGBTのゲート及びエミッタにそれぞれアルミワイヤボンディングがなされ電気的に接続されている。
セラミック基板54上のパターン配線によって制御回路53との電気的接続がなされ、同時に電源入力、GND、点火信号入力、イオン電流検出信号出力用の基板入出力パターンへも電気的接続がなされる。最終的には、セラミック基板54上に実装された前記ボンディングパッドとコネクタにインサート成型された入出力端子の双方にアルミワイヤボンディングがなされ電気的に接続される。電源基板59は2次コイル低圧接続端子58、GNDに端子上つながっている電源基板接続端子でカシメ後、はんだ接合によって電気的、機械的に接続されている。
The igniter 5 and the primary coil 1 in FIG. 1 are connected by a collector terminal 56, and both the collector terminal 56 and the heat sink 52 are electrically connected by aluminum wire bonding. The collector of the IGBT 51 as a primary current interrupting element is die-bonded on the heat sink 52 using a high melting point solder, and the gate and emitter of the IGBT 51 are a copper or 42 alloy bonding pad mounted on the ceramic substrate 54 and the IGBT. The gate and emitter are each electrically connected by aluminum wire bonding.
The pattern wiring on the ceramic substrate 54 is electrically connected to the control circuit 53, and at the same time, is electrically connected to the substrate input / output pattern for power supply input, GND, ignition signal input, and ion current detection signal output. Finally, aluminum wire bonding is performed and electrically connected to both the bonding pads mounted on the ceramic substrate 54 and the input / output terminals insert-molded in the connector. The power supply board 59 is electrically and mechanically connected by solder bonding after crimping with the secondary coil low-voltage connection terminal 58 and the power supply board connection terminal connected to the GND.

図3にセラミック基板53とヒートシンク52の固定方法を示す。セラミック基板53はセラミック基材20の片側に銀を含む導体21が形成され、その上に導体21と直接密着するように保護用ガラス22が形成されている。配線パターンが形成されていないセラミック基材20の片側はヒートシンク52に高耐熱、低線膨張係数のエポキシ樹脂24によって固定されている。器状に成形されているコネクタ内部に固定された前記ヒートシンクは、高耐熱、低線膨張係数のエポキシ樹脂25で封止される。   FIG. 3 shows a method for fixing the ceramic substrate 53 and the heat sink 52. In the ceramic substrate 53, the conductor 21 containing silver is formed on one side of the ceramic substrate 20, and the protective glass 22 is formed on the ceramic substrate 53 so as to be in direct contact with the conductor 21. One side of the ceramic substrate 20 on which no wiring pattern is formed is fixed to a heat sink 52 by an epoxy resin 24 having a high heat resistance and a low linear expansion coefficient. The heat sink fixed inside the connector molded in a container shape is sealed with an epoxy resin 25 having a high heat resistance and a low linear expansion coefficient.

セラミック53をヒートシンク52に固定するエポキシ樹脂24の要求特性は、セラミック基板53上において信号レベルの低電圧しか付加されないことと、1次コイル電流遮断時の逆起電力による高電圧が印加されるヒートシンク側に回路パターンが存在しないため、高耐熱、低線膨張係数といった機械的特性と直流的な耐電圧特性しか要求されない。
一方、イグナイタ5内部に充填されるエポキシ樹脂25の要求特性は、ベアチップである1次電流遮断素子51、及び制御回路53と直接密着することから、高耐熱、低線膨張係数の他、半導体上の微少パターンに使用される銅及びアルミニウムのマイグレーション発生を防止するため、塩素イオン及びナトリウムイオンといったイオン性不純物濃度を低レベルに管理された樹脂であることも要求される。
The required characteristics of the epoxy resin 24 for fixing the ceramic 53 to the heat sink 52 are that only a low voltage of a signal level is applied on the ceramic substrate 53 and a heat sink to which a high voltage is applied due to the counter electromotive force when the primary coil current is cut off. Since there is no circuit pattern on the side, only mechanical characteristics such as high heat resistance and low linear expansion coefficient and DC withstand voltage characteristics are required.
On the other hand, the required characteristic of the epoxy resin 25 filled in the igniter 5 is that it directly adheres to the primary current blocking element 51 and the control circuit 53 which are bare chips. In order to prevent migration of copper and aluminum used in the minute pattern, it is required to be a resin in which the concentration of ionic impurities such as chlorine ions and sodium ions is controlled to a low level.

従来より提案されているセラミック基板を図4及び図5にしめす。尚、図4の21a、22a、7a、8a、6及び図5の2a、3a、5a、6はそれぞれ回路パターンがセラミック基材の両面に配線されているものであり、片面のみ回路パターンが形成された基板では形成されない。   Conventionally proposed ceramic substrates are shown in FIGS. Note that 21a, 22a, 7a, 8a, 6 in FIG. 4 and 2a, 3a, 5a, 6 in FIG. 5 are circuit patterns wired on both sides of the ceramic substrate, respectively, and the circuit pattern is formed only on one side. The formed substrate is not formed.

図4に示すセラミック基板において、20はセラミック基材、21及び21aは導体、7及び7aは抵抗体、22及び22aは保護用ガラス、8及び8aはトリミング部、9は保護用エポキシ層である。セラミック基材20は主にアルミナを主成分とし、基材の焼成後に導体21及び21aは銀を含有する導体ペースト、抵抗体7及び7aは任意の抵抗値をもつ抵抗体ペースト、保護用ガラス8及び8aはペースト状のガラスをそれぞれ印刷、焼成により形成する。ガラス焼成が終了後、必用に応じて抵抗体7及び7aを保護用ガラス8及び8a上からレーザによってトリミングと呼ばれる抵抗値調整を行う。このとき、保護用ガラス8及び8a表面から抵抗体7及び7aを貫きセラミック基材20に至る微少な溝が作られる。又、トリミングを行う抵抗体7及び7aの両端近傍又は等価回路上両端に当たる部位で抵抗体をバイアスし抵抗値を測定する必用があり、このため部品搭載ランドに近似した図5の様な保護用ガラス開口部分10が必用となる。すなわち、保護用ガラス開口部10及びトリミング部8及び8aでは導体21及び21aは完全に露出した状態となっている。   In the ceramic substrate shown in FIG. 4, 20 is a ceramic substrate, 21 and 21a are conductors, 7 and 7a are resistors, 22 and 22a are protective glasses, 8 and 8a are trimming portions, and 9 is a protective epoxy layer. . The ceramic base 20 is mainly composed of alumina, and after firing the base, the conductors 21 and 21a are conductor pastes containing silver, the resistors 7 and 7a are resistor pastes having arbitrary resistance values, and the protective glass 8 And 8a are formed by printing and baking paste-like glass, respectively. After the glass baking is finished, the resistance values of the resistors 7 and 7a, which are called trimming, are adjusted by laser from the protective glasses 8 and 8a as necessary. At this time, a minute groove extending from the surface of the protective glasses 8 and 8a through the resistors 7 and 7a to the ceramic substrate 20 is formed. Further, it is necessary to bias the resistor near the both ends of the resistors 7 and 7a to be trimmed, or to measure the resistance value at the positions corresponding to both ends of the equivalent circuit. The glass opening 10 is necessary. That is, the conductors 21 and 21a are completely exposed in the protective glass opening 10 and the trimming portions 8 and 8a.

図6に示すように上述のセラミック基板をイグナイタに使用する場合には、露出した導体部、及び抵抗体をセラミック基板のヒートシンク52への固定に使用するエポキシ樹脂24の熱応力から保護するためエポキシ樹脂をコーティングし保護用エポキシ層9を構成する。   As shown in FIG. 6, when the above ceramic substrate is used for an igniter, the exposed conductor and the resistor are protected from the thermal stress of the epoxy resin 24 used for fixing the ceramic substrate to the heat sink 52. A protective epoxy layer 9 is formed by coating a resin.

図7に示すセラミック基板において、20はセラミック基材、21及び21aは導体、7及び7aは抵抗体、22は保護用ガラス、8及び8aはトリミング部、9は保護用エポキシ層である。セラミック基材20は主にアルミナを主成分とし、基材の焼成後に導体21及び21aは銀を含有する導体ペースト、抵抗体7及び7aは任意の抵抗値をもつ抵抗体ペースト、保護用ガラス8はペースト状のガラスをそれぞれ印刷、焼成し形成する。基板の片側に形成される導体21a、及び抵抗体7aは完全に露出した状態で、この状態で片側では保護用ガラス8上、もう一方の片側では直接抵抗体7a上からレーザによってトリミングがなされる。トリミングによって抵抗値が任意の値に調整されると、完全に導体21a及び抵抗体7aが露出している基板の片側へエポキシ樹脂がコーティングされ保護用エポキシ層9を構成する。   In the ceramic substrate shown in FIG. 7, 20 is a ceramic substrate, 21 and 21a are conductors, 7 and 7a are resistors, 22 is protective glass, 8 and 8a are trimming portions, and 9 is a protective epoxy layer. The ceramic base 20 is mainly composed of alumina, and after firing the base, the conductors 21 and 21a are conductor pastes containing silver, the resistors 7 and 7a are resistor pastes having arbitrary resistance values, and the protective glass 8 Is formed by printing and baking paste-like glass. The conductor 21a and the resistor 7a formed on one side of the substrate are completely exposed. In this state, trimming is performed by laser from the protective glass 8 on one side and directly on the resistor 7a on the other side. . When the resistance value is adjusted to an arbitrary value by trimming, an epoxy resin is completely coated on one side of the substrate where the conductor 21a and the resistor 7a are exposed to form the protective epoxy layer 9.

図8に示すように上述のセラミック基板をイグナイタに使用する場合は、保護用エポキシ層9に直接接触するエポキシ樹脂24がセラミック基板をヒートシンク52に固定する。
特開2006−009687号公報 特開2006−012599号公報
As shown in FIG. 8, when the above-described ceramic substrate is used for an igniter, the epoxy resin 24 that directly contacts the protective epoxy layer 9 fixes the ceramic substrate to the heat sink 52.
Japanese Patent Laid-Open No. 2006-009687 JP 2006-012599 A

図1及び図2に示す従来方式のイオン電流検出機能をもつ点火コイル用のイグナイタにおいて、セラミック基板54上の信号処理回路の低電圧部と、イオン電流検出用の高電圧部59は物理的に分離されておりセラミック基板54上ではマイグレーションの発生を抑制するため大きく電位差が異なる部位は存在しない様配慮されており、高電圧電源部59を別の基板として作成し、電位差が数10から300V異なる部位においては十分なパターン間距離を設定している。ここで、イグナイタ内部におけるマイグレーションの発生とは、セラミック基材上に構成される回路パターンに含有された銀が特定条件下において、電位差の生じているパターン間に析出し最終的にパターン間の短絡に至る現象である。即ち、マイグレーションは様々な金属で発生し、電子回路に使用する金属、例えば銀、銅、錫、鉛、ニッケル、金などはマイグレーションを起こしやすい金属として知られ、特に銀はもっともマイグレーションしやすい金属として知られている。マイグレーションの発生は特定条件下、すなわち高電界強度、高温度、ハロゲン・アルカリのイオン性不純物、水分の存在によって加速される。水分については、封止樹脂によって密封された場合においても密封前の吸湿、封止樹脂の吸湿した水分の浸透によってもマイグレーションが発生する懸念がある。   In the conventional ignition coil igniter shown in FIGS. 1 and 2, the low voltage portion of the signal processing circuit on the ceramic substrate 54 and the high voltage portion 59 for ion current detection are physically provided. In order to suppress the occurrence of migration on the ceramic substrate 54, it is considered that there is no part having a large potential difference, and the high voltage power supply unit 59 is created as a separate substrate, and the potential difference varies from several tens to 300V. A sufficient inter-pattern distance is set in the part. Here, the occurrence of migration within the igniter means that the silver contained in the circuit pattern formed on the ceramic substrate precipitates between patterns where a potential difference occurs under specific conditions, and finally short-circuits between patterns. It is a phenomenon that leads to. That is, migration occurs in various metals, and metals used in electronic circuits, such as silver, copper, tin, lead, nickel, and gold, are known as metals that are prone to migration, and silver is the metal that is most easily migrated. Are known. The occurrence of migration is accelerated under specific conditions, that is, high electric field strength, high temperature, halogen / alkali ionic impurities, and the presence of moisture. Regarding moisture, migration may occur due to moisture absorption before sealing and penetration of moisture absorbed by the sealing resin even when sealed with the sealing resin.

前述の銀のマイグレーションついては以下のような反応が考えられている。
(1)対向する配線パターン間に電位差が生じると高電位側の配線パターン中の銀と周辺に存在する水分が電離し、電離した水分とイオン化した銀が反応して水酸化銀が生成される。
Ag → Ag+ + e−
2H2O → H3O+ + OH−
Ag+ + OH− → AgOH
(2)水酸化銀は分解して酸化銀となり高電位側の配線パターンに析出する。
2AgOH → Ag2O + H2O
(3)析出した酸化銀は水和反応によって銀イオンと水酸化物イオンとなり、銀イオンが低電位側パターンに移動して銀が析出する。
2Ag2O + H2O → 2AgOH → 2Ag+ + 2OH−
Ag+ + e− → Ag
銀のマイグレーションの発生は水分と電界の存在によって発生し、周囲温度による化学反応の促進、ハロゲン・アルカリのイオン性不純物による銀のイオン化の促進も加速要素として無視出来ない。
The following reactions are considered for the silver migration described above.
(1) When a potential difference occurs between opposing wiring patterns, the silver in the high-potential side wiring pattern and the water present in the periphery are ionized, and the ionized water and ionized silver react to produce silver hydroxide. .
Ag → Ag + + e−
2H2O → H3O + + OH-
Ag + + OH- → AgOH
(2) Silver hydroxide is decomposed to become silver oxide and is deposited on the wiring pattern on the high potential side.
2AgOH → Ag2O + H2O
(3) The precipitated silver oxide becomes silver ions and hydroxide ions by the hydration reaction, and the silver ions move to the low potential side pattern to precipitate silver.
2Ag2O + H2O->2AgOH-> 2Ag ++ 2OH-
Ag + + e- → Ag
The occurrence of silver migration is caused by the presence of moisture and electric field. The acceleration of chemical reaction by ambient temperature and the acceleration of silver ionization by halogen / alkali ionic impurities cannot be ignored as acceleration factors.

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。図1及び図2に示す従来方式のイオン電流検出機能を持つ点火コイル用のイグナイタにおいて、単一基板上へ信号処理回路の低電圧部とイオン電流検出用の高電圧部の混載は電位差が大きく異なる配線パターン部でのパターン間距離の確保が困難となるが、図4又は図7に示す両面に配線がなされたセラミック基板を用いることで物理的に配線を分離することでマイグレーションの抑制は可能となる。しかしセラミック基板をバッテリ電圧となるヒートシンク52上に固定するため、基板の裏面側のパターン配線とヒートシンク52の間を電気的に絶縁する必用がある。   In recent years, there has been a movement to further reduce fuel consumption of internal combustion engines in response to demands for environmental performance. However, high efficiency combustion and weight reduction have been studied as specific projects. In particular, with respect to weight reduction, the engine is in the direction of miniaturization, and the ignition coil is required to have improved engine mountability by further miniaturization. In the conventional ignition coil igniter shown in FIG. 1 and FIG. 2, the low voltage portion of the signal processing circuit and the high voltage portion for detecting the ionic current have a large potential difference on a single substrate. Although it is difficult to ensure the distance between patterns in different wiring pattern parts, migration can be suppressed by physically separating the wiring by using the ceramic substrate with wiring on both sides shown in FIG. 4 or FIG. It becomes. However, in order to fix the ceramic substrate on the heat sink 52 serving as a battery voltage, it is necessary to electrically insulate between the pattern wiring on the back side of the substrate and the heat sink 52.

図4に示す従来方式の両面配線されたセラミック基板においては基板裏面側にはガラス保護層22aの導体開口部を電気的、機械的に保護する保護用エポキシ層9が形成されており、図7に示す従来方式では導体21a及び抵抗体7aを保護する保護用エポキシ層9がある。しかし、図1及び図2に示す従来方式のイオン電流検出機能をもつイグナイタにおいて、セラミック基板54上の配線パターンにおける電位差はバッテリ電圧対GND間の電位差で定常的には14V程度でしかない。そのため、保護用エポキシ層9に使用するエポキシ樹脂は前述のイオン性不純物について特に特性値として制御されておらず、数十から数百ppmのイオン性不純物濃度がある。よって、イオン電流検出電源電圧の数十V〜300Vの電圧が基板上の配線に印加されるとマイグレーションが発生する危険性が増大する。   In the conventional double-sided wired ceramic substrate shown in FIG. 4, a protective epoxy layer 9 for electrically and mechanically protecting the conductor opening of the glass protective layer 22a is formed on the back side of the substrate. In the conventional method shown in FIG. 1, there is a protective epoxy layer 9 for protecting the conductor 21a and the resistor 7a. However, in the conventional igniter having the ion current detection function shown in FIGS. 1 and 2, the potential difference in the wiring pattern on the ceramic substrate 54 is only about 14 V, which is a potential difference between the battery voltage and GND. Therefore, the epoxy resin used for the protective epoxy layer 9 is not particularly controlled as a characteristic value for the ionic impurities described above, and has an ionic impurity concentration of several tens to several hundred ppm. Therefore, when a voltage of several tens to 300 V of the ion current detection power supply voltage is applied to the wiring on the substrate, the risk of occurrence of migration increases.

本発明は上記の問題点に鑑みてなされたものであって、マイグレーションの発生を抑制してイオン電流検出機能をもつイグナイタの小型化を可能とし、エンジン搭載性に優れるイオン電流検出機能をもつイグナイタを提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above-described problems, and enables the miniaturization of an igniter having an ion current detection function by suppressing the occurrence of migration, and an igniter having an ion current detection function excellent in engine mountability. The purpose is to provide.

請求項1に関し、両面配線された同一基板上に、低電圧の信号配線と高電圧の電源配線が物理的に分離されていないセラミック基板を、基板の片側がヒートシンク上に接着剤で固定され、前記ヒートシンクは端子をインサート成形された器状のコネクタ内部に接着剤で固定され、端子と基板入出力パターンがアルミワイヤによってボンディング接続され、基板、ヒートシンク、アルミワイヤ、端子がコネクタ内部に樹脂充填されたエポキシ樹脂でモールドされ、更に点火コイル内部に点火コイル充填樹脂でモールドされるイグナイタ。   With respect to claim 1, a ceramic substrate in which a low-voltage signal wiring and a high-voltage power supply wiring are not physically separated on the same substrate that is wired on both sides, and one side of the substrate is fixed on a heat sink with an adhesive, The heat sink is fixed to the inside of a connector with insert-molded terminals by an adhesive, the terminals and the board I / O pattern are bonded and connected with aluminum wires, and the board, heat sink, aluminum wires, and terminals are filled with resin inside the connector. An igniter molded with epoxy resin and molded with ignition coil filling resin inside the ignition coil.

請求項2に関し、セラミック基材の両側に回路パターンを銀を含有する導体で構成し、基板の片側の回路パターンと直接接触する接着剤によってヒートシンク上に固定される構造において、イオン性不純物が低濃度に抑制されている半導体封止用エポキシ樹脂が前記接着構造の接着剤として使用されていることを特徴とするイグナイタ。   According to claim 2, in the structure in which the circuit pattern is composed of a silver-containing conductor on both sides of the ceramic base and is fixed on the heat sink by an adhesive that directly contacts the circuit pattern on one side of the substrate, the ionic impurities are low. An igniter characterized in that an epoxy resin for semiconductor encapsulation, which is suppressed in concentration, is used as an adhesive for the adhesive structure.

請求項3に関し、セラミック基材の両側に回路パターンを銀を含有する導体で構成し、基板の両側にガラスを基板保護材として形成し、基板片側の前記基板保護材上へエポキシ材の保護層を形成した構造を持つ基板において、イオン性不純物が低濃度に抑制されている半導体封止用エポキシ樹脂が前記基板保護材として使用されている電子回路基板を内蔵したイグナイタ。   The circuit pattern is formed of a conductor containing silver on both sides of the ceramic base material, glass is formed on both sides of the substrate as a substrate protective material, and an epoxy protective layer is formed on the substrate protective material on one side of the substrate. An igniter including an electronic circuit board in which an epoxy resin for semiconductor encapsulation, in which ionic impurities are suppressed to a low concentration, is used as the substrate protective material in a substrate having a structure in which is formed.

請求項4に関し、セラミック基材の両側に回路パターンを銀を含有する導体で構成し、ガラスを基板保護材として回路パターンと直接密着させ、基板片側では抵抗体のトリミング後にエポキシ樹脂を基板保護材として回路パターンと直接密着させた構造を持つ基板において、イオン性不純物が低濃度に抑制されている半導体封止用エポキシ樹脂が前記エポキシ樹脂として使用されている電子回路基板を内蔵したイグナイタ。   The circuit pattern is composed of a silver-containing conductor on both sides of the ceramic base material, the glass substrate is directly adhered to the circuit pattern as a substrate protective material, and the epoxy resin is applied to the substrate protective material after trimming the resistor on one side of the substrate. An igniter having a built-in electronic circuit board in which a semiconductor sealing epoxy resin in which ionic impurities are suppressed to a low concentration is used as the epoxy resin in a substrate having a structure in direct contact with the circuit pattern.

請求項5に関し、イオン電流検出機能をもつ請求項1乃至請求項2に記載のイグナイタ。   The igniter according to claim 1, which has an ion current detection function.

本発明では、マイグレーションの抑制と絶縁性を両立させた両面配線がなされたセラミック基板のヒートシンク上への固定方法とすることによって、処理回路の低電圧部とイオン電流検出用の高電圧部の配線を同一のセラミック基板上に構成したイグナイタが実現できる。   In the present invention, the low voltage part of the processing circuit and the high voltage part for detecting the ionic current are wired by fixing the ceramic substrate on the heat sink with the double-sided wiring that achieves both suppression of migration and insulation. Can be realized on the same ceramic substrate.

本発明の実施例は、図9及図10に示す点火コイルに内蔵されるイグナイタにおいてセラミック基板54が図11に示すヒートシンク52に固定された構造を有する。図9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。セラミック基板54上には信号処理回路の低電圧部とイオン電流検出用の高電圧部の回路パターンを形成する。   The embodiment of the present invention has a structure in which a ceramic substrate 54 is fixed to a heat sink 52 shown in FIG. 11 in an igniter built in the ignition coil shown in FIGS. In FIG. 9, 1 is a primary coil, 2 is a central iron core, 3 is a secondary coil, 4 is an ignition coil case, and 5 is an igniter. The igniter 5 has a structure as shown in FIG. 2. 51 is a primary current interrupting element, 52 is a heat sink, 53 is a control circuit, 54 is a ceramic substrate, 55 is an aluminum wire, 56 is a collector terminal, and 57 is a battery supply terminal. , 58 are secondary coil low voltage connection terminals. On the ceramic substrate 54, a circuit pattern of a low voltage portion of the signal processing circuit and a high voltage portion for ion current detection is formed.

図11において、20はセラミック基材、21は導体、22は保護用ガラス、52はヒートシンク、24はハロゲン・アルカリのイオン性不純物が低濃度に抑制された半導体封止用エポキシ樹脂、25は高耐熱、低線膨張係数で、イオン性不純物が低濃度に制御された半導体封止用エポキシ樹脂である。電子、電気部品の封止用として使用されるエポキシ樹脂は一般的に耐候性、低膨張性、耐熱性、絶縁性を要求特性として様々なものが提案されている。特に半導体を封止するエポキシ樹脂において、前記の要求特性の他に半導体封止用としてイオン性不純物が低濃度であることを特有の要求特性として求められている。集積回路が構成される半導体はその配線パターンが微細であることから、上述のマイグレーションの影響を受けやすく以前より問題視されており、従来よりイオン性不純物が低濃度に抑制されたエポキシ樹脂が、半導体封止材として広く用いられ、集積回路の微細な配線パターンでのマイグレーションの抑制に活用されている。   In FIG. 11, 20 is a ceramic substrate, 21 is a conductor, 22 is protective glass, 52 is a heat sink, 24 is an epoxy resin for semiconductor encapsulation in which halogen and alkali ionic impurities are suppressed to a low concentration, and 25 is high. It is an epoxy resin for semiconductor encapsulation, which has heat resistance, a low linear expansion coefficient, and a low concentration of ionic impurities. Various types of epoxy resins used for sealing electronic and electric parts have been proposed with the required properties of weather resistance, low expansion, heat resistance and insulation. Particularly in an epoxy resin for sealing a semiconductor, in addition to the above-mentioned required characteristics, a low required concentration of ionic impurities is required for semiconductor sealing. Since the wiring pattern of the semiconductor that constitutes the integrated circuit is fine, it is more likely to be affected by the migration described above and has been regarded as a problem from before, and an epoxy resin in which ionic impurities are suppressed to a low concentration than before, Widely used as a semiconductor sealing material, it is used to suppress migration in a fine wiring pattern of an integrated circuit.

図10に示すイグナイタのセラミック基板54には、1次電流遮断素子51の制御回路53、イオン電流を検出するための高圧電源回路を構成するZD59aとコンデンサ59bが搭載されている。図11に示すように高圧電源回路の配線25は図10のZD59aとコンデンサ59bの実装ランド及び、2次コイル低圧接続端子にアルミワイヤボンディング接続されるパッド部分を除いて、Via接続28された基板の裏面側配線に接続されており、低電圧の信号配線21とセラミック基材20を絶縁物として分離される。   On the ceramic substrate 54 of the igniter shown in FIG. 10, a control circuit 53 for the primary current interrupting element 51 and a ZD 59a and a capacitor 59b constituting a high-voltage power supply circuit for detecting ion current are mounted. As shown in FIG. 11, the wiring 25 of the high-voltage power supply circuit is a substrate having a via connection 28 except for the mounting land of the ZD 59a and the capacitor 59b and the pad portion connected to the secondary coil low-voltage connection terminal by aluminum wire bonding. The low-voltage signal wiring 21 and the ceramic substrate 20 are separated as an insulator.

高圧電源回路に使用するZD59aとコンデンサ59b実装ランドや部品電極及び接続用のアルミワイヤボンディングパッド部については、物理的な分離は信号配線又はGND配線との距離を確保することによってなされる。   With respect to the ZD 59a and capacitor 59b mounting land used for the high-voltage power supply circuit, the component electrodes, and the aluminum wire bonding pad portion for connection, physical separation is performed by securing a distance from the signal wiring or the GND wiring.

部品実装面側は図10に示すセラミック基板54が図11に示すようにエポキシ樹脂24でヒートシンク52に固定され、基板上のパッドとコネクタにインサート成形された端子の双方にアルミワイヤボンディング接続した後にエポキシ樹脂25でモールドされ、最終的に部品実装面側の高圧電源回路の高電圧部分は、基板上のパターン間距離とイオン性不純物を低濃度に抑制された半導体封止用エポキシ樹脂25によってマイグレーションの発生を抑制する状態に保たれる。   On the component mounting surface side, after the ceramic substrate 54 shown in FIG. 10 is fixed to the heat sink 52 with the epoxy resin 24 as shown in FIG. 11, aluminum wire bonding is connected to both the pads on the substrate and the terminals insert-molded to the connector. Molded with epoxy resin 25, and finally the high-voltage portion of the high-voltage power supply circuit on the component mounting surface side is migrated by epoxy resin 25 for semiconductor encapsulation in which the distance between patterns on the substrate and ionic impurities are suppressed to a low concentration It is kept in a state that suppresses the occurrence of.

一方、部品実装面と反対側の基板面には高電圧配線のみを行いパターン間の電位差をほぼ同等とすると共に、高電圧配線と直接接触するセラミック基板54をヒートシンク52に接着する接着剤にイオン性不純物を低濃度に抑制された半導体封止用エポキシ樹脂を用いることによってマイグレーションの発生を抑制する。   On the other hand, only the high-voltage wiring is provided on the substrate surface opposite to the component mounting surface to make the potential difference between the patterns substantially equal, and the ceramic substrate 54 that directly contacts the high-voltage wiring is ionized as an adhesive that adheres to the heat sink 52. Occurrence of migration is suppressed by using an epoxy resin for semiconductor encapsulation in which a low concentration of conductive impurities is suppressed.

エポキシ樹脂層24の厚さは100um程度であり、バッテリ電圧でバイアスされているヒートシンク52と高圧配線との電気的な絶縁がなされる。エポキシ樹脂層24の厚さは、フィラー粒径を100um程度の球状とすることで、セラミック基板54とヒートシンク52の距離、すなわちエポキシ樹脂層24の厚さを均一にすることができる。又、部品実装面側に配線される高電圧配線部分のマイグレーションの発生を抑制しつつヒートシンク52との絶縁を行うには、図12及び図13に示す両面配線されたセラミック基板を用いてもよい。   The thickness of the epoxy resin layer 24 is about 100 μm, and the heat sink 52 biased by the battery voltage and the high voltage wiring are electrically insulated. As for the thickness of the epoxy resin layer 24, the distance between the ceramic substrate 54 and the heat sink 52, that is, the thickness of the epoxy resin layer 24 can be made uniform by making the filler particle size spherical with a particle size of about 100 μm. Further, in order to insulate from the heat sink 52 while suppressing the occurrence of migration of the high voltage wiring portion wired on the component mounting surface side, the double-sided ceramic substrate shown in FIGS. 12 and 13 may be used. .

図12に示すセラミック基板において、20はセラミック基材、21及び21aは導体、7及び7aは抵抗体、22及び22aは保護用ガラス、8及び8aはトリミング部、9は保護用エポキシ層である。   In the ceramic substrate shown in FIG. 12, 20 is a ceramic substrate, 21 and 21a are conductors, 7 and 7a are resistors, 22 and 22a are protective glasses, 8 and 8a are trimming portions, and 9 is a protective epoxy layer. .

図13に示すセラミック基板において、20はセラミック基材、21及び21aは導体、7及び7aは抵抗体、22は保護用ガラス、8及び8aはトリミング部、9は保護用エポキシ層である。   In the ceramic substrate shown in FIG. 13, 20 is a ceramic substrate, 21 and 21a are conductors, 7 and 7a are resistors, 22 is protective glass, 8 and 8a are trimming portions, and 9 is a protective epoxy layer.

即ち、図12、図13のそれぞれの保護用エポキシ層6を上述のイオン性不純物を制御された半導体封止用エポキシ樹脂を用いてガラス保護層上にコーティングしたものとすれば保護用エポキシ層6においてマイグレーションの発生を抑制でき、セラミック基板54のヒートシンク52とへの固定は安価な従来方式のエポキシ樹脂によって行うことができる。   That is, if the protective epoxy layer 6 shown in FIGS. 12 and 13 is coated on the glass protective layer using the above-described semiconductor sealing epoxy resin with controlled ionic impurities, the protective epoxy layer 6 is used. The occurrence of migration can be suppressed, and the ceramic substrate 54 can be fixed to the heat sink 52 by an inexpensive conventional epoxy resin.

上述の様にマイグレーションの抑制と絶縁性を両立させた両面配線がなされたセラミック基板のヒートシンク上への固定方法とすることによって、処理回路の低電圧部とイオン電流検出用の高電圧部の配線を同一のセラミック基板上に構成したイグナイタが実現できる。   Wiring between the low-voltage part of the processing circuit and the high-voltage part for detecting the ionic current is achieved by fixing the ceramic substrate on the heat sink with double-sided wiring that achieves both suppression of migration and insulation as described above. Can be realized on the same ceramic substrate.

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。   As mentioned above, although embodiment of this invention was described, embodiment is not specifically limited to the said form. It can be used for any engine that requires the ignition device.

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。   Various modifications and improvements that can be made by those skilled in the art based on the spirit of the present invention are also possible.

従来例に係る内燃機関用点火コイルの構造を示す図The figure which shows the structure of the ignition coil for internal combustion engines which concerns on a prior art example 従来例に係るイグナイタの構造を示す図The figure which shows the structure of the igniter which concerns on a prior art example 従来例に係るセラミック基板のヒートシンク固定方法を示す図The figure which shows the heat sink fixing method of the ceramic substrate which concerns on a prior art example 従来例に係る両面配線セラミック基板の構造を示す図The figure which shows the structure of the double-sided wiring ceramic substrate concerning the conventional example 従来例に係る抵抗体ガラス開口部を示す図The figure which shows the resistor glass opening part concerning a prior art example 従来例に係る両面配線セラミック基板のヒートシンク固定方法を示す図The figure which shows the heat sink fixing method of the double-sided wiring ceramic substrate which concerns on a prior art example 従来例に係る両面配線セラミック基板の構造を示す図The figure which shows the structure of the double-sided wiring ceramic substrate concerning the conventional example 従来例に係る両面配線セラミック基板のヒートシンク固定方法を示す図The figure which shows the heat sink fixing method of the double-sided wiring ceramic substrate which concerns on a prior art example 実施例に係る内燃機関用点火コイルの構造を示す図The figure which shows the structure of the ignition coil for internal combustion engines which concerns on an Example 実施例に係るイグナイタの構造を示す図The figure which shows the structure of the igniter which concerns on an Example 実施例に係るセラミック基板のヒートシンク固定方法を示す図The figure which shows the heat sink fixing method of the ceramic substrate based on an Example 実施例に係るイグナイタの両面配線セラミック基板の構造を示す図The figure which shows the structure of the double-sided wiring ceramic substrate of the igniter which concerns on an Example 実施例に係るイグナイタの両面配線セラミック基板の構造を示す図The figure which shows the structure of the double-sided wiring ceramic substrate of the igniter which concerns on an Example

符号の説明Explanation of symbols

5 イグナイタ
20 セラミック基板
25 エポキシ樹脂
52 ヒートシンク
55 アルミワイヤ
56 コネクタ
5 Igniter 20 Ceramic substrate 25 Epoxy resin 52 Heat sink 55 Aluminum wire 56 Connector

Claims (5)

両面配線された同一基板上に、低電圧の信号配線と高電圧の電源配線が物理的に分離されていないセラミック基板を、基板の片側がヒートシンク上に接着剤で固定され、前記ヒートシンクは端子をインサート成形された器状のコネクタ内部に接着剤で固定され、端子と基板入出力パターンがアルミワイヤによってボンディング接続され、基板、ヒートシンク、アルミワイヤ、端子がコネクタ内部に樹脂充填されたエポキシ樹脂でモールドされ、更に点火コイル内部に点火コイル充填樹脂でモールドされるイグナイタ。   A low-voltage signal line and a high-voltage power line are not physically separated on the same substrate that is wired on both sides, and one side of the substrate is fixed on the heat sink with an adhesive. It is fixed with an adhesive inside the insert-shaped connector, the terminal and board I / O pattern are bonded and connected with aluminum wire, and the board, heat sink, aluminum wire and terminal are molded with epoxy resin filled inside the connector. And an igniter molded with an ignition coil filling resin inside the ignition coil. セラミック基材の両側に回路パターンを銀を含有する導体で構成し、基板の片側の回路パターンと直接接触する接着剤によってヒートシンク上に固定される構造において、イオン性不純物が低濃度に抑制されている半導体封止用エポキシ樹脂が前記接着構造の接着剤として使用されていることを特徴とするイグナイタ。   In a structure in which the circuit pattern is composed of a silver-containing conductor on both sides of the ceramic substrate and fixed on the heat sink by an adhesive that directly contacts the circuit pattern on one side of the substrate, ionic impurities are suppressed to a low concentration An igniter characterized in that an epoxy resin for sealing a semiconductor is used as an adhesive for the adhesive structure. セラミック基材の両側に回路パターンを銀を含有する導体で構成し、基板の両側にガラスを基板保護材として形成し、基板片側の前記基板保護材上へエポキシ材の保護層を形成した構造を持つ基板において、イオン性不純物が低濃度に抑制されている半導体封止用エポキシ樹脂が前記基板保護材として使用されている電子回路基板を内蔵したイグナイタ。   The circuit pattern is composed of silver-containing conductors on both sides of the ceramic substrate, glass is formed on both sides of the substrate as a substrate protection material, and a protective layer of epoxy material is formed on the substrate protection material on one side of the substrate. An igniter having a built-in electronic circuit board in which an epoxy resin for semiconductor encapsulation, in which ionic impurities are suppressed to a low concentration, is used as the substrate protective material. セラミック基材の両側の回路パターンに銀を含有する導体で構成し、ガラスを基板保護材として回路パターンと直接密着させ、基板片側ではエポキシ樹脂を基板保護材として回路パターンと直接密着させた構造を持つ基板において、イオン性不純物が低濃度に抑制されている半導体封止用エポキシ樹脂が前記エポキシ樹脂として使用されている電子回路基板を内蔵したイグナイタ。   The circuit pattern on both sides of the ceramic substrate is composed of a conductor containing silver, and the glass is used as a substrate protective material to directly adhere to the circuit pattern. On one side of the substrate, the epoxy resin is used as a substrate protective material to directly adhere to the circuit pattern. An igniter having a built-in electronic circuit board in which an epoxy resin for semiconductor encapsulation, in which ionic impurities are suppressed to a low concentration, is used as the epoxy resin. 上記構造をもつイオン電流検出機能をもつ請求項1乃至請求項2に記載のイグナイタ。   3. The igniter according to claim 1, having an ion current detection function having the above structure.
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