JP3648256B2 - 点火装置 - Google Patents

Description

【０００１】
本発明は請求項１の上位概念による、点火装置に関する。
公知の点火装置（WO 96/12926−Ａ参照）は、金属性の支持体を含んでおり、この支持体を介してキャップがかぶせられている。このキャップと支持体は、一緒に１つのカプセルを形成しており、このカプセルに点火剤が充填されている。第１の端子ピンは、金属性支持体に固定されており、別の端子ピンは絶縁されて支持体によって案内され、カプセル内部に延在している。支持体における点火剤の反対側には、半導体点弧素子が設けられており、この素子がボンディングワイヤを用いてさらなる端子ピンに導電的に接続されている。
欧州特許出願EP 0 471 871 A1からは、自動車用乗員保護システムが公知である。このシステムでは車両の中心に設けられた制御装置が、データ線路を介して自動車の種々の保護手段に接続されている。その場合各保護手段には電気的な回路が対応付けされている。これは特に中央制御装置から送信される点火命令を受信し、復号化する。さらにエネルギ蓄積コンデンサが各乗員保護手段のもとに配設されており、それによって、制御装置の制御信号により、コンデンサ内に蓄えられる乗員保護手段の点火素子へのエネルギの伝送が引き起こされ、それに伴って乗員保護手段のトリガが導入される。
本発明の課題は、データ線路を介して中央制御装置に接続され乗員保護手段に対応付けされる電気的な回路の省スペース的配置構成を実現することである。
この課題は請求項１の特徴部分に記載の本発明によって解決される。
この場合当該の電気的な回路とエネルギ蓄積コンデンサは例えば、WO 96/12926−Ａ明細書から公知の点火装置内に設けられ／集積化される。但しこの公知の点火装置と本発明による点火装置相違点は、電気的な回路が集積回路装置として半導体基板上に形成され、その集積化特性に基づいて最小限の寸法を実現していることである。さらに点火過程に対するエネルギの供給のために設けられたコンデンサが集積化された構成素子として構成されており、この素子がさらなる半導体小板の形態をとっている。その際コンデンサを含んだ第１の半導体小板の面状に広い側面は、集積回路装置を含んだ第２の半導体小板の面状に広い側面に対向するように配設されており、それによってこれらの半導体小板が上下でいわゆる“パッケージ”として積層され、それによって最小限の空間が必要となるだけである。このパッケージは有利には点火装置の金属性支持体上に配設され、これが少なくともキャップと一緒に１つのカプセルを形成している。このカプセルには引続き点火剤が充填される。半導体小板の２つの面状の広い側面は、直方体形状の小板のもとで４つの端面の各々よりも著しく大きな面積をそれぞれ有している。
本発明による回路装置とコンデンサの集積化された構成素子としての構成とこの構成素子の本発明による積層形態によって、例えば欧州特許出願EP 0 471 871 A1明細書からも公知の乗員保護システムに必要とされる、空間的に乗員保護手段近傍に配置される全ての構成素子が従来方式の点火装置内に収容可能となる。それによって数多くの利点が明らかとなる。例えば点火装置側では複数のデータ線路と点火装置の間では唯１つのプラグコネクタのみが必要となるだけである。このプラグコネクタはケーブルハーネスの構成要素として接続される。それに対してケーブルハーネスと点火装置の間の省スペース的に構成された電気的回路の収容のためのアダプタは、２つのプラグコネクタを有している。これは従来の点火装置に対して別のものである。本発明による点火装置を用いれば、不十分なコンタクトの危険性と負極に対する極性誤りの危険性が回避される。
乗員保護手段のトリガのために設けられるそのような点火装置は、慣例的にガス発生器のケーシングへ差込まれるか、または別の手法でこれと機械的に結合される。ガス発生器は折り畳まれたエアーサック（エアバック）に配向される目標破損個所ないし開放箇所を有している。点火装置内の点火素子の加熱によって点火剤が爆発し、これによって十分なエネルギがガス発生器に伝送される。それにより、ガス剤がガスを放出しこれがエアーサック内に流れ込む。通常はこのガス発生器は固定箇所ないしは所定の幾何学形状を有した従来方式の点火装置の収容のための開口部を有している。ここにおいて本発明により、その構造形態とサイズの変更を強いることのない、従来式点火装置内へのコンデンサも含めた全電子部品の集積化によって、従来のガス発生器を本発明による点火装置と共に共同作用させることが可能となる。それにより一方では、ガス発生器の構造的に複雑な変更を強いる必要がなく、他方では、従来方式のものに対する当該点火装置の主要構成要素の構造様式の変更も必要としない。キャップなどの金属性支持体は、例えば公知の点火装置と同じような構造様式の構成を有していてもよい。さらに本発明による点火装置は、最小の構成要素でもって簡単な製造技術で製造することが可能である。
乗員保護手段の点火に十分なエネルギを蓄えることのできる集積構成素子としてのコンデンサの構成に対しては、公知文献“A novel capacitor technology based on porous silicon in Thin solid Films v.Lehmann et al"が参照される。この場合シリコン基板内へ垂直に多数の孔部がエッチングされる。被着される誘電体層と、この誘電体層上に被着されるポリシリコン層は、引続き基板と共にコンデンサを形成する。この場合この基板とポリシリコン層は、多数の孔部に基づいて大面積のコンデンサプレートを形成する。そのようなコンデンサの構成と製造については、前述した公知文献が参照される。その内容は本発明の構成要素として有効に導入され得るものである。
本発明の別の有利な構成例は従属請求項に記載されている。
実施例の説明
【０００２】
次に本発明を図面に基づき以下の明細書で詳細に説明する。この場合、
図１は、点火装置の電気的なブロック回路図であり、
図２は、本発明による点火装置の上方からの構成の見取り図であり、
図３は、本発明による点火装置の下方からの構成の見取り図である。
図１には、本発明による点火装置の電気的な回路図である。ケーブルハーネスへのプラグの接続のために点火装置側には端子６が設けられている。この端子はそれぞれ１つの減結合抵抗61とフィルタコンデンサ62を介して集積化された回路装置21に接続されている。さらに加熱抵抗線の形状の点火素子31とエネルギ蓄積コンデンサ11がこの集積化された回路装置21に接続されている。
以下では個々の構成素子の機能を説明する。少なくとも２つの端子６がケーブルハーネス側でデータバスに接続されているため、例えば集積回路装置21内の短絡は全バスシステムに影響を与える。そのような短絡からバスを保護するために、高抵抗な減結合抵抗61が各接続パス毎に設けられる。フィルタコンデンサ62は高周波な電磁障害ビームのフィルタリングのために用いられる。コンデンサ11は、所属の乗員保護手段の点火ないしトリガに十分な量のエネルギを供給するために用いられる。点火素子31は、加熱抵抗線として構成されている。これは点火装置の点火剤、例えば点火パウダと熱結合される。集積回路装置21は、端子６を介して乗員保護システムの中央制御装置の目下の情報を受信する。この情報はトリガ情報や診断情報を含み得る。それに対して当該集積回路装置は、データバスへの接続に適したインターフェースと、受信データの評価、送信情報の除去、制御検査ルーチンの実施のためのマイクロプロセッサの形態の制御ユニットを有する。集積回路装置が伝達された点火命令を識別すると、該回路装置は、電気的に制御可能な集積化されたスイッチを導通させ、この導通によってエネルギ蓄積コンデンサ11内に蓄積されたエネルギが加熱電流の形態で点火素子31に伝送される。
図２には、上方から見た本発明による点火装置の見取り図が示されている。この本発明による点火装置は、３つの端子ピン６を含んでいる。これらの端子ピンは、金属性支持体５の、ガラス性絶縁部51を備えた開口部内へプラスチック製ホルダ７によって案内されている。金属性支持体５は、３つの面状に形成された半導体小板1,2,3のための支持要素として用いられる。第１の半導体小板１は、集積化されたコンデンサを含んでいる。第２の半導体小板２は、集積化された回路装置を含んでおり、第３の半導体小板３は、点火素子を含んでいる。この図２によれば第２半導体小板２ないし第３半導体小板は、それぞれその面状に広い側面にコンタクト領域４を有しており、この場合第２の半導体小板２のコンタクト領域４はこの第２の半導体小板２の突出した面に配置されており、それによって、積層されたこれらの半導体小板1,2,3のもとで、第３の半導体小板３と第２の半導体小板２とのボンディングワイヤ41を介したコンタクトが可能となる。第１の半導体小板１は、第２の半導体小板２と有利にはいわゆる“フリップチップ技法”で接続される。それに対して２つの半導体小板１および２は、相互に対向する面状に広い側面に図には示されていないコンタクト領域４を有する。このコンタクト領域４は２つの半導体小板の積層のもとで相互に対向し当該２つの半導体小板１及び２の間の電気的なコンタクトを形成する。
個々の半導体小板は有利には接着層を介して相互に結合される。場合によって個々の半導体小板の間に付加的な絶縁層が望まれ、それによって個々の構成素子を表す半導体小板の間の電気的な短絡が回避され、規定されたコンタクト領域に関してのみ電気的なコンタクトが形成されるようになる。
第３の半導体小板は有利には、シリコン基板である。この基板上には薄い断面領域を備えたポリシリコン層が被着される。この薄い断面領域は、電流通流のもとで加熱抵抗として用いられる。この加熱抵抗はいずれにせよ第１の半導体小板内にも集積化可能である。それに対して第１の半導体小板は、前述した孔部で貫通されていない領域を有しており、但しそこにはポリシリコン層が被着され、これがコンデンサ電極の１つを形成する。この基板領域では、ポロシリコン層が、薄い断面の所定の領域内で形成され、それによってこのポリシリコン層領域が加熱抵抗素子を形成する。このような点火素子の実現のもとでは第３の半導体小板を省くことができる。
前述した点火素子構成に対しては選択的に第２の半導体小板も点火素子を有することができる。それに対しては、コンタクト層としての電気的回路のために用いられるポリシリコン層の領域がエッチングされ、このエッチング領域にて加熱抵抗素子として用いられる。
点火素子の全ての構成形態のもとでは次のことに注意しなければならない。すなわち点火素子と点火剤が良好に熱結合されるように注意しなければならない。そのため有利には加熱抵抗素子を含んでいる半導体小板が最も上に配置される。最も下の半導体小板は有利には、接着接続部を介して金属性支持体５と結合される。この金属性支持体５は、一方では集積回路装置の冷却体として用いられる。また該金属性支持体５は、もう一方では当該点火装置に対する機械的安定化要素として用いられる。さらにこの金属性支持体は、点火剤が爆発した場合の、データバス自体やこのデータバスに対するプラグコネクタへの機械的反動作用からの重要な保護シールドとして用いられる。
図３からわかることは、端子ピン６がそれぞれ１つの減結合抵抗61を含んでいることである。２つの端子ピン61の間には、フィルタコンデンサ62が配設されている。一部破断した状態で示されているプラスチック製ホルダは端子ピン６と構成素子61及び62を固定している。
以下では有利な製造手法の提案が記載される。端子ピン６はメタルフレームから打ち抜き加工されたスタンピンググリッドの構成要素である。この打ち抜き加工の後で構成素子61と62は、スタンピンググリッドに配設される。その後でプラスチックホルダ７はこのスタンピンググリッドを囲繞するように射出成型される。その後端子ピン（これらは構成素子組付けの際の機械的安定化のために用いられる）の間の余計な電気的接続部分がエッチング処理される。ここまでに形成されたプラスチックホルダ７と端子ピン６を有する装置は次に金属性支持体５と結合される。その場合端子ピン６は、金属性支持体５のガラス性絶縁部51内に押し込まれる。有利にはその際既に半導体小板が積層形態でこの金属性支持体に固定される。それに対して個々の半導体小板は相互に接着されるかないしは金属性支持体と接着される。フリップチップ技法の利用のもとでは個々の半導体小板が既に相互にコンタクトする。その他の場合では金属性支持体と半導体小板並びにプラスチック製ホルダの合成の後で半導体小板間で必要な箇所にボンディングコンタクトが形成され、さらに端子ピンと集積回路装置のコンタクト領域の間のボンディングコンタクトが形成される。
続いてキャップ８が金属性支持体５に載置され、このキャップによって密に結合される（例えばフランジ加工など）。このキャップ８はその際その端面側に１つの開口部を有しており、この開口部を介して点火剤がキャップ８と金属性支持体５によって形成されるカプセル内へ充填される（例えばプレス充填）。この点火剤は半導体小板１〜３を取り巻く。さらにこのキャップは図には示されていないカバーで気密に密閉される。
【図面の簡単な説明】
【図１】点火装置の電気的なブロック回路図である。
【図２】本発明による点火装置の上方からの構成の見取り図である。
【図３】本発明による点火装置の下方からの構成の見取り図である。フローチャートとしての本発明の方法を示す。
【符号の説明】
１ 第１の半導体小板
２ 第２の半導体小板
３ 第３の半導体小板
４ コンタクト領域
５ 金属性支持体
６ 端子ピン
７ プラスチックホルダ
８ キャップ
11 コンデンサ
21 集積回路
31 点火要素
41 ボンディングワイヤ
51 ガラス性絶縁部
61 減結合抵抗
62 フィルタコンデンサ

Claims (9)

1. 自動車における乗員保護手段のトリガのための点火装置であって、
   点火剤と共同作用する点火要素（31）を有している形式のものにおいて、
   第１の半導体小板（１）を有しており、該第１の半導体小板（１）は、点火過程のエネルギ供給のための集積化された構成素子として構成されたコンデンサ（11）を含んでおり、
   第２の半導体小板（２）を有しており、該第２の半導体小板（２）は、点火要素（31）の制御のための集積回路装置（21）を含んでおり、
   前記第１の半導体小板（１）はその面状に広い側面によ って前記第２の半導体小板（２）の面状に広い側面に対向し、
   前記第１の半導体小板（１）と第２の半導体小板（２）は、上下に重なるように配設され、
   各半導体小板は電気的なコンタクトのためのコンタクト 領域（４）を有しており、
   前記各コンタクト領域（４）は、それぞれの各半導体小板の面状に広い側面に配設されているていることを特徴とする、点火装置。
2. 前記点火要素（31）は、加熱抵抗線として形成されている、請求項１記載の点火装置。
3. 第３の半導体小板（３）が点火要素（31）を含んでおり、該第３の半導体小板（３）の面状に広い 側面が前記第１または第２の半導体小板（1,2）の面状 に広い側面に対向している、請求項１または２いずれか１項記載の点火装置。
4. 前記第３の半導体小板（３）は、第１の半導体小板（１）上に配設されている、請求項３記載の点火装置。
5. 前記第１及び第２半導体小板（1,2）のコンタクト領域（４）はボンディングワイヤ（41）を介して相互に接続されている、請求項１記載の点火装置。
6. 前記第２の半導体小板（２）の面積は、前記コンタクト領域（４）の面積分だけ第１の半導体小板（１）の面積よりも大きい、請求項５記載の点火装置。
7. 前記第１及び第２の半導体小板（1,2）のコンタクト領域（４）は、相互に直接載置されている、請求項５記載の点火装置。
8. 少なくとも１つの金属性支持体（５）と、該金属性支持体（５）に配設されるキャップ（８）が共に点火剤のためのカプセルを形成し、前記半導体小板（1,2,3）が相互に金属支持体（５）に配設されている、請求項１〜７いずれか１項記載の点火装置。
9. 集積回路（21）のための端子ピン（６）が絶縁されて前記金属性支持体（５）によって案内されている、請求項８記載の点火装置。

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