JP2016098776A - イグナイタおよび車両 - Google Patents

Abstract

【課題】ＩＧＴ信号が入力されるボンディングワイヤの故障を防止する。
【解決手段】スイッチ素子２０２は、出力端子ＯＵＴと接地端子ＧＮＤの間に設けられる。入力端子ＩＮは、ＥＣＵ１０８（EngineControlUnit）からの点火信号ＩＧＴを受ける。スイッチ制御装置３００は、点火信号ＩＧＴに応じてスイッチ素子２０２を制御する。保護回路２０４は、逆直列接続されたダイオードペアＤ１、Ｄ２を含む。イグナイタ２００はひとつのパッケージに収容される。減衰回路３２２は、入力パッドＰ_ＩＮの電圧を減衰させる。スイッチ制御装置３００は、判定ステージ３００Ａ、駆動ステージ３００Ｂ、減衰回路３２２を備え、第１半導体基板ＳＵＢ１に集積化される。入力端子ＩＮと入力パッドＰ_ＩＮは第１ボンディングワイヤＷ１を介して接続される。保護回路２０４の一端は、ボンディングワイヤを介すことなく入力端子ＩＮと接続される。
【選択図】図６

Description

本発明は、エンジンの点火プラグと接続されるイグニッションコイルを制御するイグナイタに関する。

図１は、ガソリンエンジン車（以下、単に車両ともいう）１００のエンジンルーム１０１の斜視図である。エンジンルーム１０１には、エンジン１１０、吸気マニホールド１１２、エアクリーナ１１３、ラジエータ１１４、バッテリ１０２などが収容される。図１には４気筒エンジンが示される。

エンジン１１０には、気筒ごとにプラグホール（不図示）が設けられ、プラグホールには、点火プラグ（不図示）が挿入される。エンジン１１０の各気筒には、エアクリーナ１１３、吸気マニホールド１１２を経由した空気と、図示しない燃料タンクからの燃料との混合気体が供給される。点火プラグを適切なタイミングで点火（スパーク）させることで、エンジンが始動、回転する。

図２は、車両１００ｒの電気系統の一部のブロック図である。車両１００ｒの電気系統は、バッテリ１０２、イグニッションコイル１０４、点火プラグ１０６、ＥＣＵ１０８、イグナイタ２００ｒを備える。ＥＣＵ１０８は、点火プラグ１０６の点火タイミングを指示する点火信号ＩＧＴを、エンジン１１０の回転と同期して周期的に発生する。イグニッションコイル１０４の２次コイルＬ２は点火プラグ１０６と接続される。イグナイタ２００ｒは、点火信号ＩＧＴに応じてイグニッションコイル１０４の１次コイルＬ１の電流を制御することにより、２次コイルＬ２に数十ｋＶもの高電圧を発生させ、点火プラグ１０６を放電させて、エンジン１１０内の混合気を爆発させる。

イグナイタ２００ｒは、スイッチ素子２０２およびスイッチ制御装置３００ｒを備える。スイッチ素子２０２はたとえばＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）であり、そのコレクタは１次コイルＬ１と接続され、そのエミッタは接地される。スイッチ制御装置３００ｒは、点火信号ＩＧＴに応じてスイッチ素子２０２の制御端子（ゲート）の電圧を制御し、スイッチ素子２０２のオン、オフを制御する。具体的にはスイッチ制御装置３００ｒは、点火信号ＩＧＴがハイレベルの期間、スイッチ素子２０２をオン状態とする。スイッチ素子２０２がオンすると、１次コイルＬ１の両端間にバッテリ電圧Ｖ_ＢＡＴが印加され、１次コイルＬ１に流れる電流が時間とともに増大する。点火信号ＩＧＴがローレベルに遷移すると、スイッチ制御装置３００ｒはスイッチ素子２０２を瞬時にターンオフさせ、１次コイルＬ１の電流Ｉ_Ｌ１を遮断する。このとき１次コイルＬ１には、電流Ｉ_Ｌ１の時間微分に比例した数百Ｖもの１次電圧Ｖ_Ｌ１（＝Ｌ・ｄＩ_Ｌ１／ｄｔ）が発生する。このとき２次コイルＬ２には、１次電圧Ｖ_Ｌ１に巻線比を乗じた数十ｋＶもの２次電圧Ｖ_Ｓが発生する。

スイッチ制御装置３００ｒは、前段の判定ステージ３００Ａと、後段の駆動ステージ３００Ｂを含む。判定ステージ３００Ａは、ＥＣＵ１０８からの点火信号ＩＧＴを受け、そのレベル（ハイ・ロー）を判定する。ここでイグナイタ２００は、エンジンルーム内で使用され、さまざまなサージノイズや高周波ノイズに晒される。高周波ノイズによるイグナイタ２００の誤動作を防止するために、判定ステージ３００Ａには、点火信号ＩＧＴに重畳する高周波ノイズを除去する高周波フィルタ３０３が設けられる。電圧コンパレータ３０２は、高周波フィルタ３０３を通過した点火信号ＩＧＴの電圧レベルＶ_ＦＩＬを所定の基準電圧（しきい値）Ｖ_ＲＥＦと比較し、ハイ・ロー２値の判定信号Ｓ_ＤＥＴを生成する。

駆動ステージ３００Ｂは、判定信号Ｓ_ＤＥＴに応じて、スイッチ素子２０２のオン、オフを切りかえる。遅延回路３０４は、判定信号Ｓ_ＤＥＴに所定の遅延を与える。この遅延量は、点火信号ＩＧＴの遷移と点火プラグの放電の時間の時間差（遅れ）が所定値となるように設定される。プリドライバ３０６およびゲートドライバ３０８は、遅延回路３０４の出力に応じてスイッチ素子２０２のゲート電圧を制御する。

イグナイタ２００のサージやノイズの耐性を試験するために、さまざまな試験項目が規定されている（特許文献１参照）。たとえばＢＣＩ（Bulk Current Injection）やＧＴＥＭ（Giga-herz Transverse Electro Magnetic）セルによる試験が知られている。特許文献２には、サージやノイズ対策を施したイグナイタが開示される。

図３（ａ）、（ｂ）は、従来の保護回路の構成例を示す回路図である。図３（ａ）の保護回路３２０ａは、特許文献２の図３の比較例に記載され、カソードが入力ライン３０１に、アノードが接地ラインに接続されたダイオードＤ１を含む。一方、図３（ｂ）の保護回路３２０ｂは、特許文献２の図９、図１０に開示され、双方向フローティングダイオードＤ１、Ｄ２を含む。

図４（ａ）は、周期ノイズの典型的な波形図であり、図４（ｂ）、（ｃ）は、図３（ａ）の保護回路３２０ａの電圧波形図であり、図４（ｄ）、（ｅ）は、図３（ｂ）の保護回路３２０ｂの電圧波形図である。

エンジンルームにおいてイグナイタ２００に入射する周期ノイズは、典型的には１ＭＨｚ〜数十ＭＨｚの周波数を有している。図４（ａ）には、単一の周波数成分のみを抽出して示す。

図３（ａ）の保護回路３２０ａは、半波整流回路（包絡線検波回路）として動作する。したがって０Ｖを中心として振動する周期ノイズが入力されると、図４（ｂ）に示すように入力電圧Ｖ_ＩＮは、負電圧−Ｖ_Ｆにてクランプされる。ここで保護回路３２０ａと電圧コンパレータ３０２の間に、キャパシタＣ１１を含む高周波フィルタ３０３や寄生容量が存在すると、半波整流された電圧Ｖ_ＩＮによって容量が充電され、点火信号ＩＧＴがローレベルであっても、図４（ｃ）に示すように入力電圧Ｖ_ＩＮが上昇し、やがて基準電圧Ｖ_ＲＥＦを超えて誤動作を引き起こすおそれがある。

これに対して、図３（ｂ）の保護回路３２０ｂでは、図４（ｄ）に示すように包絡線検波しなくなり、したがって図４（ｅ）に示すように、入力電圧Ｖ_ＩＮはローレベル（０Ｖ付近）を維持し、誤動作を抑えることができる。このように図３（ｂ）の保護回路３２０ｂは、周期ノイズに対する耐性を備える。

特開２０１１−１８５１６５号公報 特開２０１４−０５１９０４号公報

本発明者は、図３（ｂ）の保護回路について検討した結果、課題を認識するに至った。
図５（ａ）、（ｂ）は、イグナイタ２００ｒの外観および内部構造を示す斜視図である。イグナイタ２００ｒは、ＳｉＰ（Single In-Line Package）で構成され、４本のリードフレームＬＦ１〜ＬＦ４を備える。リードフレームＬＦ１〜ＬＦ４それぞれの先端が、図２のＩＮ端子（入力端子）、ＧＮＤ端子（接地端子）、ＶＤＤ端子（電源端子）、ＯＵＴ端子（出力端子）に対応する。

図５（ｂ）に示すように、スイッチ制御装置３００ｒの入力パッドＰ_ＩＮは、ボンディングワイヤＷ１を介して、ＩＮ端子に対応するリードフレームＬＦ３と電気的に接続される。して保護回路３２０ｂは、スイッチ制御装置３００が集積化される半導体基板（ダイ）上の入力パッドＰ_ＩＮの近傍に形成される。またスイッチ制御装置３００ｒの接地パッドＰ_ＧＮＤは、ボンディングワイヤＷ２を介して、ＧＮＤ端子に対応するリードフレームＬＦ２と電気的に接続される。

いまＩＮ端子に、振幅が大きいサージあるいはサージ性ノイズが入力されたとする。そうすると、サージはボンディングワイヤＷ１を経由して入力パッドＰ_ＩＮに伝搬し、保護回路３２０ｂによって吸収される。したがって保護回路３２０より後段の回路は保護される。ところが、保護回路３２０を設けた場合であっても、ボンディングワイヤＷ１には大電流が流れ、ボンディングワイヤＷ１が劣化したり、ワイヤが外れたり、あるいは破断するおそれがある。

また、サージやノイズによって、ボンディングワイヤＷ１、保護回路３２０ｂ、ボンディングワイヤＷ２を含む経路に、瞬間的に大電流が流れることにより、ボンディングワイヤＷ１が大きな逆起電力を引き起こし、この逆起電力が内部回路の信頼性に影響を及ぼすおそれがある。あるいはボンディングワイヤＷ２に生ずる逆起電力によって、スイッチ制御装置３００ｒ内の接地ライン３１２の電位が変動するため、保護回路３２０ｂによるノイズ吸収性能を低下させる一因となる。なおこれらの課題を当業者の一般的な認識と捉えてはならない。

本発明はかかる課題に鑑みてなされたものであり、そのある態様の例示的な目的のひとつは、ＩＧＴ信号が入力されるボンディングワイヤの故障を防止可能なイグナイタの提供にある。

本発明のある態様はイグナイタに関する。イグナイタは、イグニッションコイルの１次コイルと接続される出力端子と、接地される接地端子と、出力端子と接地端子の間に設けられたスイッチ素子と、ＥＣＵ（Engine Control Unit）からの点火信号を受ける入力端子と、点火信号に応じてスイッチ素子を制御するスイッチ制御装置と、逆直列接続されたダイオードペア（Anti-Series Diode Pair）を含む保護回路と、を備え、ひとつのパッケージに収容される。スイッチ制御装置は、点火信号を受ける入力パッドと、入力パッドの電圧を減衰させる減衰回路と、減衰回路の出力電圧を基準電圧と比較し、判定信号を生成する判定ステージと、判定信号に応じてスイッチ素子のオン、オフを制御する駆動ステージと、を備え、第１半導体基板に集積化される。入力端子と入力パッドは第１ボンディングワイヤを介して接続される。保護回路の一端は、ボンディングワイヤを介さずに入力端子と接続される。

この態様によると、入力端子に混入するサージやノイズは、ボンディングワイヤを介すことなく保護回路に入力される。したがって第１ボンディングワイヤに、過電圧、過電流が入力されるのを防止でき、ひいては第１ボンディングワイヤの故障を防止し、信頼性を高めることができる。
また保護回路を、半導体基板上の素子ではなく、ディスクリート部品で構成することができるため、逆方向電圧が大きなダイオードを含む保護回路を使用できる。これにより以下の利点を享受できる。すなわち保護回路を半導体基板に集積化する場合、ダイオードの逆方向電圧は半導体プロセスの制約を受けることとなり、逆方向電圧を大きくできない場合がある。ダイオードの逆方向電圧が小さいと、入力端子に周期ノイズが注入されたときに、周期ノイズに応じた交流電圧が正負のピークでクランプされる。このクランプされる区間、ＥＣＵの出力電圧が、ピークまたはボトムの一方のみでクランプされ、平均レベルが正または負にオフセットされる。これにより、点火信号がハイレベルまたはローレベルに張り付き、制御不能となる場合がある。一方、この態様によれば、逆方向電圧を十分に大きく取ることで、この問題を解決できる。

保護回路の他端は、ボンディングワイヤを介すことなく、接地端子と接続されてもよい。
これにより、ボンディングワイヤにより保護回路によるノイズ吸収性能が低下するのを防止できる。

保護回路は、その一端が、第１ボンディングワイヤよりも入力端子に電気的に近い位置で点火信号を受けるように配置される。これにより、第１ボンディングワイヤにノイズが混入するのを防止できる。

保護回路は、第１電極とる第２電極を有するディスクリート部品であってもよい。

パッケージはリードフレームパッケージであってもよい。入力端子に対応する第１リードフレームと接地端子に対応する第２リードフレームは隣接して配置されてもよい。保護回路は、第１電極と第２電極を有するディスクリート部品であってもよい。保護回路は、第１リードフレームと第２リードフレームの間にブリッジ接続されてもよい。
この態様によれば、保護回路の両端が、低インピーダンスで入力端子と接地端子と接続されることとなるため、保護回路の性能を高めることができる。

保護回路は、第１ボンディングワイヤと第１リードフレームの接続箇所よりも、第１リードフレームの先端に近い位置に設けられてもよい。
これにより、第１ボンディングワイヤにノイズが混入するのを防止できる。

第１半導体基板は、第２リードフレーム上に実装されてもよい。

スイッチ素子は、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）を含み、第２半導体基板に集積化され、第２半導体基板には、ＩＧＢＴのコレクタと接続される裏面電極が形成されてもよい。第２半導体基板は、出力端子に対応する第３リードフレーム上に実装されてもよい。

本発明の別の態様も、イグナイタに関する。イグナイタは、イグニッションコイルの１次コイルと接続される出力端子と、接地される接地端子と、出力端子と接地端子の間に設けられたスイッチ素子と、ＥＣＵ（Engine Control Unit）からの点火信号を受ける入力端子と、点火信号を受ける入力パッドを有し、第１半導体基板に集積化され、点火信号に応じてスイッチ素子を制御するスイッチ制御装置と、少なくともひとつのダイオードを含む保護回路と、を備え、ひとつのパッケージに収容される。入力端子と入力パッドは、第１ボンディングワイヤを介して接続される。保護回路は、第１ボンディングワイヤよりも電気的に近い箇所で入力端子と接続される。
この態様によると、入力端子に混入するサージやノイズは、第１ボンディングワイヤを介すことなく保護回路に入力される。したがって第１ボンディングワイヤに、過電圧、過電流が入力されるのを防止でき、ひいては第１ボンディングワイヤの故障を防止し、信頼性を高めることができる。

保護回路は、逆直列接続されたダイオードペアを含んでもよい。
また保護回路を、半導体基板上の素子ではなく、ディスクリート部品で構成することができるため、逆方向電圧が大きなダイオードを含む保護回路を使用できる。これにより以下の利点を享受できる。すなわち保護回路を半導体基板に集積化する場合、ダイオードの逆方向電圧は半導体プロセスの制約を受けることとなり、逆方向電圧を大きくできない場合がある。ダイオードの逆方向電圧が小さいと、入力端子に周期ノイズが注入されたときに、周期ノイズに応じた交流電圧が正負のピークでクランプされる。このクランプされる区間、ＥＣＵの出力電圧が、ピーク（またはボトム）の一方のみでクランプされ、平均レベルが負（または正）にオフセットされる。これにより、点火信号がローレベル（またはハイレベル）に張り付き、制御不能となる場合がある。一方、この態様によれば、逆方向電圧を十分に大きく取ることで、この問題を解決できる。

本発明の別の態様は、車両に関する。車両は、ガソリンエンジンと、点火プラグと、１次コイルと、点火プラグと接続される２次コイルと、を有するイグニッションコイルと、点火プラグの点火を指示する点火信号を生成するＥＣＵと、点火信号に応じてイグニッションコイルを駆動する上述のいずれかのイグナイタと、を備えてもよい。

なお、以上の構成要素の任意の組み合わせや、本発明の構成要素や表現を、方法、装置、システムなどの間で相互に置換したものもまた、本発明の態様として有効である。

本発明のある態様によれば、イグナイタの負のサージに対する誤動作耐性を改善することができる。

ガソリンエンジン車のエンジンルームの斜視図である。 車両の電気系統の一部のブロック図である。 図３（ａ）、（ｂ）は、従来の保護回路の構成例を示す回路図である。 図４（ａ）は、周期ノイズの典型的な波形図であり、図４（ｂ）、（ｃ）は、図３（ａ）の保護回路の電圧波形図であり、図４（ｄ）、（ｅ）は、図３（ｂ）の保護回路の電圧波形図である。 図５（ａ）、（ｂ）は、イグナイタの外観および内部構造を示す斜視図である。 実施の形態に係るイグナイタの回路図である。 図６のイグナイタの内部構造を示す図である。 イグナイタおよびＥＣＵの等価回路図である。 図９（ａ）、（ｂ）は、保護回路のダイオードの逆方向電圧が小さい場合の、ＢＣＩ試験中の波形図である。

以下、本発明を好適な実施の形態をもとに図面を参照しながら説明する。各図面に示される同一または同等の構成要素、部材、処理には、同一の符号を付するものとし、適宜重複した説明は省略する。また、実施の形態は、発明を限定するものではなく例示であって、実施の形態に記述されるすべての特徴やその組み合わせは、必ずしも発明の本質的なものであるとは限らない。

本明細書において、「部材Ａと部材Ｂが接続」された状態とは、部材Ａと部材Ｂが物理的に直接的に接続される場合や、部材Ａと部材Ｂが、電気的な接続状態に影響を及ぼさない他の部材を介して間接的に接続される場合も含む。
同様に、「部材Ｃが、部材Ａと部材Ｂの間に設けられた状態」とは、部材Ａと部材Ｃ、あるいは部材Ｂと部材Ｃが直接的に接続される場合のほか、電気的な接続状態に影響を及ぼさない他の部材を介して間接的に接続される場合も含む。

図６は、実施の形態に係るイグナイタ２００の回路図である。イグナイタ２００は、スイッチ素子２０２、保護回路２０４、スイッチ制御装置３００を備え、ひとつのパッケージに収容される。

イグナイタ２００には、電源（ＶＤＤ）端子、接地（ＧＮＤ）端子、入力（ＩＮ）端子、出力（ＯＵＴ）端子が設けられる。ＶＤＤ端子には電源電圧が供給され、ＧＮＤ端子は接地される。ＩＮ端子は、ハーネスを介してＥＣＵ１０８から点火信号ＩＧＴを受ける。またＯＵＴ端子は、イグニッションコイル１０４の１次コイルＬ１と接続される。

スイッチ素子２０２はたとえばＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）であり、その一端（コレクタ）はＯＵＴ端子と接続され、その他端（エミッタ）はＧＮＤ端子と接続される。

スイッチ制御装置３００には、電源パッドＰ_ＶＤＤ、接地パッドＰ_ＧＮＤ、入力パッドＰ_ＩＮ、ゲート出力パッドＰ_ＧＡＴＥが設けられる。電源パッドＰ_ＶＤＤ、接地パッドＰ_ＧＮＤ、入力パッドＰ_ＩＮはそれぞれ、ＶＤＤ端子、ＧＮＤ端子、ＩＮ端子と接続される。またゲート出力パッドＰ_ＧＡＴＥはスイッチ素子２０２のゲートと接続される。

スイッチ制御装置３００は、減衰回路３２２、判定ステージ３００Ａ、駆動ステージ３００Ｂを備え、それらが第１半導体基板ＳＵＢ１に集積化される。

減衰回路３２２は、入力パッドＰ_ＩＮと接地ライン３１２の間に直列に設けられた第１抵抗Ｒ１、第２抵抗Ｒ２を含み、入力パッドＰ_ＩＮの電圧を分圧により減衰させる。減衰回路３２２の分圧比は、想定されうる最大電圧が印加されたときに、判定ステージ３００Ａ（内部回路）に入力される電圧Ｖ_ＡＴＮが、それらの耐圧を超えないように定められる。たとえばＲ１：Ｒ２＝９：１、分圧比は１／１０程度とされる。減衰回路３２２によって、入力パッドＰ_ＩＮの電圧は、１／１０倍され、判定ステージ３００Ａに入力される。本実施の形態では、保護回路２０４と減衰回路３２２の組み合わせによって、判定ステージ３００Ａ以降の内部回路が保護される。

判定ステージ３００Ａは、減衰回路３２２の出力電圧Ｖ_ＡＴＮを基準電圧Ｖ_ＲＥＦと比較し、判定信号Ｓ_ＤＥＴを生成する。たとえば判定ステージ３００Ａは、高周波フィルタ３０３および電圧コンパレータ３０２を備える。高周波フィルタ３０３は、高周波ノイズによるイグナイタ２００の誤動作を防止するために設けられ、点火信号ＩＧＴに重畳する高周波ノイズを除去する。電圧コンパレータ３０２は、高周波フィルタ３０３を通過した点火信号ＩＧＴの電圧レベルＶ_ＦＩＬを所定の基準電圧（しきい値）Ｖ_ＲＥＦと比較し、ハイ・ロー２値の判定信号Ｓ_ＤＥＴを生成する。

駆動ステージ３００Ｂは、ゲート出力パッドＰ_ＧＡＴＥを介してスイッチ素子２０２の制御端子（ゲート）と接続されており、判定信号Ｓ_ＤＥＴに応じてスイッチ素子２０２のオン、オフを制御する。駆動ステージ３００Ｂは、遅延回路３０４、プリドライバ３０６、ゲートドライバ３０８を含む。遅延回路３０４は、判定信号Ｓ_ＤＥＴに所定の遅延を与える。この遅延量は、点火信号ＩＧＴの遷移と点火プラグの放電の時間の時間差（遅れ）が所定値となるように設定される。プリドライバ３０６およびゲートドライバ３０８は、遅延回路３０４の出力に応じてスイッチ素子２０２のゲート電圧を制御する。

ＩＮ端子と入力パッドＰ_ＩＮは、第１ボンディングワイヤＷ１を介して接続される。保護回路２０４は、逆直列接続されたダイオードペアＤ１、Ｄ２を含む。保護回路２０４は、いかなるボンディングワイヤを介すことなくＩＮ端子と接続される。なお、ダイオードＤ１とＤ２は、アノードが対向するように配置されてもよい。また保護回路２０４の他端は、ボンディングワイヤを介すことなく、ＧＮＤ端子と接続される。より好ましくは、保護回路２０４は、その一端が、第１ボンディングワイヤＷ１よりもＩＮ端子に近い位置で点火信号ＩＧＴを受けるように配置される。

保護回路２０４は、２個のダイオードＤ１、Ｄ２を含んで一体に構成されるディスクリート部品であり、第１電極Ｅ１および第２電極Ｅ２を有する。第１電極Ｅ１がＩＮ端子と電気的に接続され、第２電極Ｅ２がＧＮＤ端子と電気的に接続される。

図７は、図６のイグナイタ２００の内部構造を示す図である。
イグナイタ２００は、リードフレームパッケージに収容され、たとえば４ピンのＳｉＰ（Single In-Line Package）で構成される。

４本のリードフレームＬＦ１〜ＬＦ４は、それぞれＩＮ端子、ＧＮＤ端子、ＯＵＴ端子、ＶＤＤ端子に対応する。ＩＮ端子に対応する第１リードフレームＬＦ１とＧＮＤ端子に対応する第２リードフレームＬＦ２は隣接して配置される。保護回路２０４であるディスクリート部品２０６は、第１リードフレームＬＦ１と第２リードフレームＬＦ２の間にブリッジ接続される。つまり、第１電極Ｅ１は、第１リードフレームＬＦ１とはんだ付けされ、第２電極Ｅ２は、第２リードフレームＬＦ２とはんだ付けされる。

特に図７に示すように、ディスクリート部品２０６は、第１ボンディングワイヤＷ１と第１リードフレームＬＦ１の接続箇所２０８よりも、第１リードフレームＬＦ１の先端に物理的に近い位置に設けられる。これにより、ディスクリート部品２０６を、第１ボンディングワイヤＷ１よりもＩＮ端子に電気的に近い位置に配置することができる。

スイッチ制御装置３００が集積化される第１半導体基板ＳＵＢ１は、ＧＮＤ端子に対応する第２リードフレームＬＦ２上に実装される。スイッチ素子２０２は、第２半導体基板ＳＵＢ２に集積化されており、第２半導体基板ＳＵＢ２には、ＩＧＢＴのコレクタと接続される裏面電極（不図示）が形成される。第２半導体基板ＳＵＢ２は、裏面電極が第３リードフレームＬＦ３と接するようにして実装される。

第２半導体基板ＳＵＢ２の表面には、ＩＧＢＴのエミッタと接続されるパッドＥと、ゲートと接続されるパッドＧが形成される。ボンディングワイヤＷ３は、パッドＥと第２リードフレームＬＦ２とを接続する。ボンディングワイヤＷ４は、パッドＧとスイッチ制御装置３００のゲート出力パッドＰ_ＧＡＴＥを接続する。ボンディングワイヤＷ５は、電源パッドＰ_ＶＤＤと第４リードフレームＬＦ４を接続する。

以上がイグナイタ２００の構成である。
続いてその利点を説明する。
ＩＮ端子に混入するサージやノイズは、ボンディングワイヤＷ１やその他のボンディングワイヤを介すことなく保護回路２０４に入力される。したがって第１ボンディングワイヤＷ１に、過電圧、過電流が入力されるのを防止でき、ひいては第１ボンディングワイヤＷ１の故障を防止し、信頼性を高めることができる。

また保護回路２０４を、半導体基板ＳＵＢ１上の素子ではなく、ディスクリート部品で構成することができ、半導体製造プロセスの制約を受けずに、逆方向電圧ＢＶを大きくすることができる。これにより以下の問題を解決できる。

図８は、イグナイタ２００およびＥＣＵ１０８の等価回路図である。ＥＣＵ１０８は、出力トランジスタＱ１を含み、出力トランジスタＱ１のオン、オフに応じて、イグナイタ２００へ入力される点火信号ＩＧＴを制御する。具体的には出力トランジスタＱ１がオンのとき、点火信号ＩＧＴはハイレベル、オフのときローレベルである。点火信号ＩＧＴは、ハーネス１０９を介してイグナイタ２００のＩＮ端子に入力される。ハーネス１０９は、たとえばＴ字型の等価回路で表される。

図９（ａ）、（ｂ）は、保護回路２０４のダイオードの逆方向電圧が小さい場合の、ＢＣＩ試験中の波形図である。ＢＣＩ試験では、ハーネス１０９に交流信号（ここでは正弦波）が重畳される。この正弦波により、イグナイタ２００の入力電圧Ｖ_ＩＮが変動するが、保護回路２０４によって、入力ラインの電位Ｖ_ＩＮ’は、±ＢＶでクランプされる。

電圧がクランプされる区間Δｔの間、保護回路２０４のインピーダンスは非常に小さい。この区間Δｔの間、出力トランジスタＱ１のコレクタ電圧Ｖｒは、ＥＣＵ＿ＶＣＣ＋Ｖｆにてクランプされる。これにより、コレクタ電圧Ｖｒの平均レベルが、負側にオフセットされる。このコレクタ電圧Ｖｒが、ハーネス１０９の抵抗およびキャパシタに印加されると、図９（ｂ）に示すようにキャパシタが放電され、ハイレベルが出力できなくなる。ＥＣＵ１０８の出力トランジスタがＮＰＮ型であり、ローサイド側に配置される場合には、反対の問題、つまり、ローレベルが出力できなくなる。

実施の形態に係るイグナイタ２００によれば、ＢＣＩ試験や実動作において想定される周期ノイズの最大振幅を考慮して、十分に大きな逆方向電圧ＢＶを有する保護回路２０４を用いることができ、それにより、周期ノイズに対する耐性を高めることができる。

また保護回路２０４の他端を、ボンディングワイヤを介すことなく、ＧＮＤ端子と接続することとした。図５（ｂ）に示すように、保護回路２０４を第１半導体基板ＳＵＢ１に集積化する構成では、保護回路２０４とＧＮＤ端子の間にもボンディングワイヤＷ２が挿入されることになり、このボンディングワイヤＷ２により、保護回路２０４のノイズ吸収性能が低下するという問題が発生する。本実施の形態によれば、ＧＮＤ端子側のボンディングワイヤが存在しないため、保護回路２０４によるノイズ吸収性能が低下するのを防止できる。

さらに保護回路２０４は、その一端が、第１ボンディングワイヤＷ１よりもＩＮ端子に電気的に近い位置で点火信号ＩＧＴを受けるように配置される。これにより、第１ボンディングワイヤＷ１にノイズが混入するのを防止できる。

図７に示すように、ディスクリート部品２０６を、第１リードフレームＬＦ１と第２リードフレームＬＦ２に直付けすることとした。これにより、保護回路２０４の両端が、低インピーダンスでＩＮ端子とＧＮＤ端子と接続されることとなるため、保護回路２０４の性能を高めることができる。

また図７に示すように保護回路２０４（ディスクリート部品２０６）を、第１ボンディングワイヤＷ１と第１リードフレームＬＦ１の接続箇所よりも、第１リードフレームＬＦ１の先端に近い位置に設けた。これにより、より好適に第１ボンディングワイヤＷ１にノイズが混入するのを防止できる。

実施の形態は例示であり、それらの各構成要素や各処理プロセスの組み合わせにいろいろな変形例が可能なこと、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは当業者に理解されるところである。以下、こうした変形例を説明する。

（第１変形例）
実施の形態では、ＳｉＰを例に説明したが、本発明はそれには限定されない。イグナイタ２００は、ＤｉＰ（Dual In-line Package）やＺＩＰ（Zigzag In-line Package）に収容されてもよい。あるいは、表面実装形のパッケージに収容されてもよい。

（第２変形例）
実施の形態では、４ピンのパッケージのイグナイタ２００について説明したが本発明はそれには限定されない。たとえばイグナイタ２００は、ＥＣＵ１０８に対して、点火確認信号（ＩＧＦ：Ignition Confirm）信号を出力可能であってもよい。この場合、端子（ピン）およびその機能に関連する回路ブロックを追加すればよく、６ピンのパッケージを採用してもよい。あるいは、ＩＧＦ機能を備えない場合であっても、６ピンのパッケージを採用して、２ピンを非接続（ＮＣ：Non-Connection）の状態で使用してもよいし、ＧＮＤピンを複数個、設けてもよい。

実施の形態にもとづき本発明を説明したが、実施の形態は、本発明の原理、応用を示しているにすぎないことはいうまでもなく、実施の形態には、請求の範囲に規定された本発明の思想を逸脱しない範囲において、多くの変形例や配置の変更が認められることはいうまでもない。

１００…車両、１０１…エンジンルーム、１０２…バッテリ、１０４…イグニッションコイル、１０６…点火プラグ、Ｌ１…１次コイル、Ｌ２…２次コイル、１０８…ＥＣＵ、１１０…エンジン、１１２…吸気マニホールド、１１３…エアクリーナ、１１４…ラジエータ、２００…イグナイタ、２０２…スイッチ素子、２０４…保護回路、２０６…ディスクリート部品、３００…スイッチ制御装置、３００Ａ…判定ステージ、３００Ｂ…駆動ステージ、３０１…入力ライン、３０２…電圧コンパレータ、３０３…高周波フィルタ、３０４…遅延回路、３０６…プリドライバ、３０８…ゲートドライバ、３１２…接地ライン、３２０…保護回路、３２２…減衰回路、ＬＦ１…第１リードフレーム、ＬＦ２…第２リードフレーム、ＬＦ３…第３リードフレーム、ＬＦ４…第４リードフレーム、Ｅ１…第１電極、Ｅ２…第２電極、ＳＵＢ１…第１半導体基板、ＳＵＢ２…第２半導体基板。

Claims (11)

1. イグニッションコイルの１次コイルと接続される出力端子と、
   接地される接地端子と、
   前記出力端子と前記接地端子の間に設けられたスイッチ素子と、
   ＥＣＵ（Engine Control Unit）からの点火信号を受ける入力端子と、
   前記点火信号に応じて前記スイッチ素子を制御するスイッチ制御装置と、
   逆直列接続されたダイオードペアを含む保護回路と、
   を備え、ひとつのパッケージに収容され、
   前記スイッチ制御装置は、
   前記点火信号を受ける入力パッドと、
   前記入力パッドの電圧を減衰させる減衰回路と、
   前記減衰回路の出力電圧を基準電圧と比較し、判定信号を生成する判定ステージと、
   前記判定信号に応じて前記スイッチ素子のオン、オフを制御する駆動ステージと、
   を備え、第１半導体基板に集積化され、
   前記入力端子と前記入力パッドは第１ボンディングワイヤを介して接続され、
   前記保護回路の一端は、ボンディングワイヤを介すことなく前記入力端子と接続されることを特徴とするイグナイタ。
2. 前記保護回路の他端は、ボンディングワイヤを介すことなく、前記接地端子と接続されることを特徴とする請求項１に記載のイグナイタ。
3. 前記保護回路は、前記一端が、前記第１ボンディングワイヤよりも前記入力端子に近い位置で前記点火信号を受けるように配置されることを特徴とする請求項１または２に記載のイグナイタ。
4. 前記保護回路は、第１電極と第２電極を有するディスクリート部品であることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載のイグナイタ。
5. 前記パッケージはリードフレームパッケージであり、
   前記入力端子に対応する第１リードフレームと、前記接地端子に対応する第２リードフレームは隣接して配置され、
   前記保護回路は、第１電極と第２電極を有するディスクリート部品であり、
   前記保護回路は、前記第１リードフレームと前記第２リードフレームの間にブリッジ接続されることを特徴とする請求項４に記載のイグナイタ。
6. 前記保護回路は、前記第１ボンディングワイヤと前記第１リードフレームの接続箇所よりも、前記第１リードフレームの先端に近い位置に設けられることを特徴とする請求項５に記載のイグナイタ。
7. 前記第１半導体基板は、前記第２リードフレーム上に実装されることを特徴とする請求項５または６に記載のイグナイタ。
8. 前記スイッチ素子は、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）を含み、第２半導体基板に集積化され、前記第２半導体基板には、前記ＩＧＢＴのコレクタと接続される裏面電極が形成され、前記第２半導体基板は、前記出力端子に対応する第３リードフレーム上に実装されることを特徴とする請求項５から７のいずれかに記載のイグナイタ。
9. イグニッションコイルの１次コイルと接続される出力端子と、
   接地される接地端子と、
   前記出力端子と前記接地端子の間に設けられたスイッチ素子と、
   ＥＣＵ（Engine Control Unit）からの点火信号を受ける入力端子と、
   前記点火信号を受ける入力パッドを有し、第１半導体基板に集積化され、前記点火信号に応じて前記スイッチ素子を制御するスイッチ制御装置と、
   少なくともひとつのダイオードを含む保護回路と、
   を備え、ひとつのパッケージに収容され、
   前記入力端子と前記入力パッドは、第１ボンディングワイヤを介して接続され、
   前記保護回路は、前記第１ボンディングワイヤよりも電気的に近い箇所で前記入力端子と接続されることを特徴とするイグナイタ。
10. 前記保護回路は、逆直列接続されたダイオードペアを含むことを特徴とする請求項９に記載のイグナイタ。
11. ガソリンエンジンと、
    点火プラグと、
    １次コイルと、前記点火プラグと接続される２次コイルと、を有するイグニッションコイルと、
    前記点火プラグの点火を指示する点火信号を生成するＥＣＵと、
    前記点火信号に応じて前記イグニッションコイルを駆動する請求項１から１０のいずれかに記載のイグナイタと、
    を備えることを特徴とする車両。

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