JP4954724B2 - イグナイタ - Google Patents

Description

本発明は、点火コイルの一次電流を断続制御させるイグナイタに関し、特に、駆動性能を良好にさせつつ小型化を図る際に用いて好適のものである。

従来より、内燃機関の点火プラグを点火させる点火装置に用いる装置として、ＥＣＵ（Engine Control Unit）から送信される駆動信号に応じ、点火コイルの動作を断続的に制御させるイグナイタに係る研究及び開発が進められている。かかるイグナイタでは、バッテリー電流によってイグナイタに内蔵された半導体素子が発熱するため、イグナイタの内部に蓄積された熱量を外部に拡散させる技術が数々検討されている。

特開平７−２１１５６０号公報（特許文献１）には、イグナイタの構造に係る一般的な技術が紹介されている。かかる技術では、イグナイタが、スイッチング用素子（特許請求の範囲における半導体素子）とヒートシンク（特許請求の範囲における放熱体）と制御用回路基板（特許請求の範囲における回路部）とモールドケース（実施の形態における筐体部）から構成される。そして、ヒートシンクはモールドケース内の底面に固定される。また、スイッチング用素子及び制御用回路基板は、互いに独立した状態でヒートシンクに積層される。更に、モールドケース内に設けられた端子とスイッチング用素子と制御用回路基板とが適宜にワイヤーボンディングされ、その後、注型樹脂によってモールドされる。従って、かかる構成により、スイッチング用素子の駆動によって生した熱量が、ヒートシンクを介してモールドケースの外部へと拡散される。

しかし、かかる構造を具備するイグナイタでは、制御用回路基板を配置する領域とスイッチング用素子を配置する領域とを独立してレイアウトさせるため、イグナイタの外形寸法に係る縮小化が困難とされていた。また、スイッチング用素子が制御用回路基板と独立して配置されるため、スイッチング用素子及び制御用回路基板を各々個別にヒートシンクへ接合させる工程が必要とされ、このため、製造工程の複雑化が不可避的であった。

そこで、かかる問題を回避すべく、高熱を生じる半導体素子と制御回路との双方を同一基板上に実装させる技術が提案されている（従来技術）。図６には、上述したイグナイタの適用例として、内燃機関に用いられる点火装置を構成するイグナイタケースが示されている。イグナイタ１は、筐体部１０と回路部２０とから構成されている。筐体１０は、コネクタ部１０ａと固定部１０ｂと格納部１０ｃとが樹脂性材料によって一体的に成形されている。このとき、コネクタ部１０ａは、殻状の矩形体に成形され、図示されないカプラーと接続される。固定部１０ｂは、三方に連続した溝部が成形され、図示されない点火装置のケーシングと嵌合される。格納部１０ｃは、箱状に成形され、回路部２０を格納させる。また、導電端子１１は、導電性の材料から成り、端子１１１ａ〜１１１ｄによって構成される。そして、イグナイタ１は、点火装置の適宜な場所に格納され、点火装置内のコイルアセンブリと配線された後、注型樹脂によってコイルアセンブリと供にモールドされる。

図７では、図６で図示されたＣ−Ｃ断面を矢線方向に観察した状態、即ち、イグナイタを構成する回路部の断面図が示されている。尚、筐体部１０は便宜的に図示省略する。図を参照して、回路部２０の構成について説明する。回路部２０は、半導体パッケージ２３と、半導体パッケージ２３に固定された放熱体２２と、制御回路を構成する素子群２４及び半導体パッケージ２３が実装された基板２１とから構成されている。放熱体２２は、高熱伝導率の材質が板体に形成されると供に、リード端子２２ａが一体的に形成されている。また、放熱体２２は、基板２１にハンダ接合される。半導体パッケージ２３は、矩形体２３ａと半導体素子２３ｂとリード端子２３ｃとワイヤー端子２３ｄとから構成されている。矩形体２３ａは、熱硬化性樹脂が用いられ、放熱体２２と一体的に成型される。半導体素子２３ｂは、一次コイルを介して供給されるバッテリー電流を断続制御させる素子であって、バッテリー電流の制御に伴って熱量が発生する。そして、矩形体２３ａの内部では、リード端子２２ａ及び２３ｃと半導体素子２３ｂとがワイヤー端子２３ｄによって接続され、絶縁性の注型樹脂がモールドされる。かかる構成によって、半導体素子２３ｂで発生した熱量は、放熱体２２及び基板２１を介してイグナイタ１の外部へと拡散される。このとき、基板２１には、放熱体２２を配置させる領域に複数のビアを配備させ、基板の裏面２１ａに伝熱性の金属膜を積層させる場合が有る。また、金属膜に接触させる状態で、図示されない新たな放熱体を追加させる場合も有る。

特開平７−２１１５６０号公報

しかしながら、かかる従来技術では、放熱体が基板に直接接合されるため、基板の実装面では、放熱体による占有領域を回避した状態で、素子群および薄膜状の配線をレイアウトさせるという不都合が生じていた。これにより、基板の実装面では、素子群を実装し得る事実上の実装面積が減少し、基板に係る外形寸法の縮小化を阻む要因とされていた。即ち、イグナイタの内部に格納される基板の縮小効果が顕在化されず、イグナイタの縮小化が効果的に実現され得ないとの問題が生じていた。

また、従来技術では、半導体素子で発生した熱量の一部が、基板を介してイグナイタの外部へ導かれる構成とされるので、かかる熱量は、基板を伝達して制御回路を構成する各素子に供給される。このとき、各素子の温度上昇に応じて、当該各素子の電気的性質が変動するため、イグナイタに係る駆動性能の安定性が維持できなくなるとの問題が生じる。

更に、前述の如く、半導体素子で発生した熱量は放熱体を介して基板へと供給される。このとき、基板の熱膨張に応じて注型樹脂と各素子との相対変位が生じ、制御回路を構成する各素子には、相対変位に応じた熱応力が発生する。また、熱交換の状態が周期的に変動すると、基板では膨張収縮を繰り返すため、これにより、各素子を基板に接合させるハンダ接合部では、疲労又は亀裂が発生する。そして、かかる現象が進行すると、素子におけるハンダ接合部での電気的な接続状態が維持できず、イグナイタの機能維持が図れなくなるとの問題が生じる。このとき、熱応力の緩和を図るべく、シリコン樹脂によって素子群を保護し、他の間隙部にエポキシ樹脂を含浸させることも考えられるが、かかる場合には、製造工程の複雑化及び製造コストの高騰が懸念される。

本発明は上記課題に鑑み、基板の実装面積を有効に利用させ、基板と供に小型化を実現させ得るイグナイタの提供を第一の目的とする。また、半導体素子によって発生した熱量に起因する駆動性能の劣化を抑制させ得るイグナイタの提供を第二の目的とする。

上記課題を解決するため、本発明では次のようなイグナイタの構成とする。すなわち、半導体パッケージと、回路を構成する素子群と、前記素子群及び前記半導体パッケージが実装された基板とから構成される回路部を備え、且つ、底部及び開口部を有し当該底部を含む箱状体に前記回路部が格納された格納部へ、電気的絶縁を行なう絶縁樹脂がモールドされたイグナイタにおいて、
前記半導体パッケージは、矩形体と、前記矩形体に格納された発熱性の半導体素子と、前記半導体素子に接合されると供に前記矩形体に固定されるよう基礎体及び被接合体から成る放熱体とから構成され、
前記放熱体について、前記基礎体は、前記半導体素子に接合されると供に前記矩形体に固定され、前記被接合体は、前記基礎体に接合されることで前記矩形体に固定され、
前記格納部では、前記底部から前記開口部へ向かって、前記基板、前記矩形体、前記放熱体、の順で積層されて、
前記矩形体は、前記放熱体及び前記基板を互いに離隔した状態で、且つ、前記基板に当接した状態で、前記放熱体及び前記基板に固定され、
前記基板は、前記放熱体との間に空間が形成された領域を、当該基板の実装面の一部に形成させており、
前記素子群のうち一部の素子は、前記放熱体と前記基板との間に形成された空間へ配されることとする。

以上の如く、本発明に係るイグナイタでは、基板の表面において、放熱体による占有領域を排除させたので、これによって生じた新たな領域では、薄膜状の配線又は制御回路を構成する素子のレイアウトが可能とされる。また、かかる新たな領域を有効に活用し、薄膜状の配線又は制御回路を構成する素子をレイアウトさせることで、基板の表面の縮小化が図られ、結果として、イグナイタの小型化が可能とされる。

また、半導体素子が放熱体に直接的に接合される場合には、半導体素子で発生した熱量が放熱体へと効率的に供給され、基板へ供給される熱量の抑制が図られる。また、放熱体が基板の表面から離隔した状態でレイアウトされるので、基板と放熱体との間には注型樹脂による新たな熱抵抗が発現することとされる。従って、基板へ供給される熱量が顕著に抑制されるので、基板に実装される素子群の温度上昇が低減され、これにより、かかる各素子の電気的性能の維持が図られ、イグナイタの駆動に係る安定性の改善が図られる。

更に、本発明に係るイグナイタでは、放熱体の表面積を十分に広く設定することが可能となるので、半導体素子で発生した熱量の拡散が効果的に行われる。従って、基板又は注型樹脂の熱膨張が抑制されるので、素子群の周辺に作用する熱応力が低減され、これにより、イグナイタは、各素子を固定させるハンダ部の疲労または亀裂の発生から長期的に回避され、長寿命化が実現される。

以下、本発明に係る実施の形態につき図面を参照して説明する。図１は点火装置に搭載されるイグナイタの適用例が示されている。図示の如く、イグナイタ１００は、筐体部１１０と回路部２００とから構成される。

筐体部１１０は、コネクタ部１０１と固定部１０２と格納部１０３とが樹脂性材料によって一体的に成形されている。このとき、コネクタ部１０１は、殻状の矩形体に成形され、図示されないハーネス端部に設けられたカプラーと接続され、ＥＣＵとイグナイタとが電気的に接続される。固定部１０２は、三方に連続した溝部が成形されている。格納部１０３は、箱状に成形され、回路部２００を格納させる。また、導電端子１１１は、導電性の板状体が複数設けられ、端子１１１ａ〜１１１ｄによって構成される。かかる導電端子１１１は、筐体部１１０によってそれぞれ被服成型され、所定の部分を露出させて配列される。即ち、コネクタ部１０１では、矩形内において端子１１１ａ及び１１１ｃ及び１１１ｄを露出させる。また、格納部１０３の内部では、端子１１１ａ〜１１１ｄの表面を露出させる。更に、格納部１０３の側壁外方では、端子１１１ａ及び１１１ｂを露出させる。かかる被服状態により、コネクタ部１０１では、カプラーと接続される際、端子１１１ａ及び１１１ｃ及び１１１ｄとカプラー内に配された複数の端子とが、それぞれ対応して接触される。このとき、端子１１１ａでは車載バッテリーからバッテリー電位が印加され、端子１１１ｃではＥＣＵで生成されたイグナイタ１００の駆動信号を受信し、端子１１１ｄはＥＣＵを介してアースに接続される。また、格納部１０３の内部では、端子１１１ａ〜１１１ｄが、基板２２１のパッド又は半導体パッケージ２２３のリード端子にそれぞれ接続される。更に、格納部１０３の側壁外方では、端子１１１ａが後述する一次コイルの入力端子に接続され、端子１１１ｂが一次コイルの出力端子に接続される。

回路部２００は、発熱体２２３と、発熱体２２３に固定された放熱体２２２と、回路を構成する素子群２２４及び発熱体２２３が実装された基板２２１とから構成されている。以後、発熱体２２３は半導体パッケージ２２３とし、素子群２２４によって構成される回路とは制御回路であるとして説明する。先ず、半導体パッケージ２２３は、内部に空間を具備する矩形体に成形され、複数のリード端子２２３ｃが配備されている。矩形体の内部では、半導体素子が格納され、リード端子２２３ｃと適宜に配線された状態で絶縁性の注型樹脂によって含浸される。半導体素子では出力電流に応じて発熱を起こすので、半導体パッケージ２２３を構成する矩形体は、耐熱性の樹脂材料が選択される。このとき、樹脂材料は、エポキシ基又はフェノール基から成る樹脂材を選択するのが好ましい。また、ＰＰＳ（Poly Phenylene Sulfide）等を用いても良い。放熱体２２２は、表面積を有効に確保させるため、板状に成形されている。また、放熱体２２２には、熱伝導率の高い材料が選択され、好ましくは、銅合金又はアルミ合金等が選択される。これにより、放熱体２２２では、半導体パッケージ２２３から供給される熱量を有効に拡散させ、半導体素子における動作の安定性が図られる。基板２２１は、導電性の低い絶縁材料がプレート状に成形されている。かかる絶縁材料には、アルミナが広く用いられている。また、窒化アルミ又は窒化珪素等のセラミックを選択しても良い。そして、基板２２１の表面には、銅合金又はアルミ合金から成る導電性材料によって薄膜状の配線がパターニングされており、かかる配線上へ半導体パッケージ２２３のリード端子２２３ｃ及び素子群２２４が適宜にハンダ固定される。このとき、素子群２２４は、抵抗素子又はコンデンサ又はトランジスタ等の複数素子によって構成され、半導体パッケージ２２３に設けられる半導体素子の駆動制御を行う制御回路が形成される。かかる制御回路では、半導体素子の出力電流を検出する電流検出回路を追加させ、半導体素子の出力電流における電流値を検出する構成とさせても良い。また、後述する二次コイルに接続されたイオン検出回路を追加させても良い。基板２２１は、当該基板２２１に設けられた複数のパッド（図示なし）と、端子１１１ａ〜１１１ｄの格納部１０３における露出部とが各々電気的に接続され、信号の送受信又はバッテリー電位の印加を実現させる。具体的に説明すると、格納部１０３の内部において、端子１１１ａの露出部は、回路部２００に設けられたパッドにワイヤーボンディングされ、ＥＣＵから供給されるバッテリー電位が印加される。かかるバッテリー電位は、制御回路を構成する複数の回路の駆動電源として用いられる。また、端子１１１ｂの露出部は、半導体パッケージ２２３に設けられたリード端子と接続され、当該リード端子を介して、半導体素子のコレクタ端子に接続される。端子１１１ｃの露出部は、回路部２００のパッドと接続され、制御回路を介して半導体素子のゲート（若しくはベース端子）に接続される。端子１１１ｄの露出部は、回路部２００のパッドに接続され、半導体素子の出力電流及び制御回路を経由した電流を外部にアースさせる。

イグナイタ１００を搭載させる点火装置（図示なし）は、コイルアセンブリとコイルケースとイグナイタケースとから構成される。コイルアセンブリは、鉄芯及び一次コイル及び二次コイルによって磁気回路が構成されている。コイルケースは、耐熱性の樹脂性材料から成り、コイル格納部とイグナイタ格納部とから構成される。そして、かかるコイルケースは、一方ではコイル格納部にコイルアセンブリを格納させ、他方では前述した筐体部１１０の固定部１０２に嵌合されつつイグナイタ１００を格納させる。このとき、筐体部１１０の外部へ露出された一方の端子１１１ａは、一次コイルの入力端子に接続される。また、他方の端子１１１ｂは、一次コイルの出力端子に接続される。その後、イグナイタ１００は、エポキシ樹脂によって、コイルアッセンブリと供に電気的に絶縁した状態でモールドされる。

かかる如く構成された点火装置は、一方では内燃機関に設けられた点火プラグに接続され、他方ではＥＣＵのインターフェイスとされるカプラーに接続され、以下の如く駆動される。即ち、端子１１１ｃにおいてＥＣＵから送信された駆動信号を受信すると、半導体パッケージ２２３に格納された半導体素子が駆動され、これにより、車載バッテリーから導かれた電流は、端子１１１ａのコネクタ部から格納体１０３の外部に導かれ、一次コイルを通過する。その後、一次コイルを経由した電流は、端子１１１ｂが露出した格納部１０３へと導かれる。かかる後、格納体１０３内部に導かれた電流は、端子１１１ｂの露出部から半導体パッケージのコレクタ端子へと導かれる。このとき、半導体素子では、ゲート端子（若しくはベース端子）に駆動信号が印加されているので、コレクタ電流に応じた出力電流をエミッタ端子から出力させる。然かる後、出力電流は、端子１１１ｄによってイグナイタ１００の外部へ導かれ、ＥＣＵを介してグランドへアースされる。

かかる如く、一次コイルに電流が流れると、一次コイル及び二次コイルではエネルギーが蓄積された状態とされる。このとき、制御回路では、予め規定された時間を待って半導体素子のゲート端子に供給していたゲート電位の印加を遮断する。かかる動作により、二次コイルに蓄積されていたエネルギーが瞬間的に開放され、２次コイル及び点火プラグを含む回路内において誘導起電力を誘発させ、これにより、点火プラグの絶縁間がスパークされる。

上述した点火装置では、プラグホールにコイルアセンブリを収納させる型式、又は、プラグホールの上部にコイルアセンブリを配置させる型式の装置等が様々提案されている。但し、何れの型式にあっても、イグナイタ１００は点火装置の頭部に設けられるのが一般的である。かかる構成では、点火プラグの重心が頭部方向に過度に偏芯し、当該重心に内燃機関の振動が作用する。このとき、点火装置と点火プラグとの接続点では、当該接続点と振動の作用点とのスパンによって、内燃機関の振動が増幅され、長期的な接続状態の維持が困難とされる。従って、かかる接続状態を長期的に維持するためには、点火装置における頭部の重量を幾分でも低減されるのが好ましい。即ち、イグナイタ１００の縮小化が点火装置の頭部における注型樹脂の低減に寄与し、点火装置の重量バランスが改善されることとなる。ここで、イグナイタ１００の縮小化を検討する場合、基板２２１の表面積を縮小設計することで、点火装置の頭部における重量の低減が図られ、これにより、点火装置の重量バランスが改善され、点火装置と点火プラグとの接続状態が良好に維持される。以下、基板２２１の表面積を有効に活用すると供に縮小可能とさせ得るイグナイタ１００の要点部について説明する。

図２では、図１で図示されたＡ−Ａ断面を矢線方向に観察した状態、即ち、イグナイタを構成する回路部の断面図が示されている。尚、筐体部２１０は便宜的に図示省略する。図を参照して、回路部２００の構成についてより詳細に説明する。放熱体２２２と基板２２１とは、半導体パッケージ２２３を介して互いに離隔した状態で固定されている。具体的に説明すると、半導体パッケージ２２３に設けられたリード端子２２３ｃは、基板２２１のスルーホール２２１ａへ挿通され、スルーホール２２１ａの両端においてハンダ接合される。このとき、放熱体２２２と基板２２１との間では、半導体パッケージ２２３の高さ寸法に相当する離間距離が確保される。そして、基板２２１の表面には、素子２２４ａの如く、放熱体２２２がレイアウトされる範囲であっても、素子群２２４の配置を許容し得る新たな空間が形成される。尚、スルーホール２２１ａは、基板２２１に設けられた薄膜状の配線と電気的に接続され、これにより、制御回路と半導体素子とが適宜に配線される。

図３には、図２で図示されたＢ−Ｂ断面を矢線方向に観察した状態、即ち、基板２２１の実装面が示されている。尚、制御回路を構成する素子群２２４は、便宜的に図示省略する。先ず、図３（ａ）では、疎破線の内部を範囲とする領域Ｘと、密破線の内部を範囲とする領域Ｙとが示されている。領域Ｘは、半導体パッケージ２２３が基板２２１へ実装された際の占有領域が示されている。かかる領域Ｘでは、絶縁材でパッケージされた半導体パッケージ２２３が実装されるため、薄膜配線を基板２２１の表面にレイアウトすることが可能となる。但し、領域Ｘでは、隙間部が形成されないので、制御回路を構成する素子群２２４をレイアウトさせることはできない。領域Ｙでは、基板２２１の表面を投影面として、放熱体２２２を正射影させた状態が示されている。かかる領域Ｙでは、放熱体２２２が基板２２１に対して一定距離を離隔した状態でレイアウトされるので、薄膜配線を基板２２１の表面にレイアウトすることが可能となる。また、当該領域Ｙでは、半導体パッケージ２２３の高さ寸法に相当する新規空間が形成されるので、制御回路を構成する素子群２２４のレイアウトが可能とされる。従って、図３（ｂ）で示す如く、領域Ｙを満たす範囲のうち領域Ｘと重なる範囲を排除させた領域Ｚ１では、放熱体２２２と基板２２１との間に新たな空間が形成されるので、制御回路を構成する素子２２４のレイアウトが可能とされる。また、図３（ｃ）で示す如く、領域Ｘ又は領域Ｙのうち少なくとも何れか一方の領域に含まれる領域Ｚ２では、当該領域Ｚ２の全範囲に亘り薄膜状の配線が可能とされる。尚、基板２２１の実装面であって且つ領域Ｘ又は領域Ｙの何れにも該当しない領域にあっては、当然に、薄膜状の配線又は素子群２２４のレイアウトが可能とされる。

上述の如く、本実施の形態に係るイグナイタ１００では、基板２２１の表面において、放熱体２２２による占有領域を排除させたので、これによって獲得された新たな領域Ｚ１及びＺ２では、薄膜状の配線又は制御回路を構成する素子群２２４のレイアウトが可能とされる。また、かかる新たな領域を有効に活用し、薄膜状の配線又は制御回路を構成する素子をレイアウトさせることで、基板２２１の表面の縮小化が図られ、結果として、イグナイタ１００の外形寸法に係る縮小化が可能とされる。

また、本実施の形態に係るイグナイタ２００を適用させた点火装置では、イグナイタ１００における表面寸法の縮小化に伴い、点火装置の頭部に充填される注型樹脂の充填量が低減される。従って、プラグホールに設置された点火装置では、頭部の重量低減に伴い、重量バランスの改善が成され、これに応じて、点火装置と点火プラグとの接点における振動が緩和され、点火装置と点火プラグとの接続状態が維持される。

以下、図４及び図５を参照し、実施の形態にて説明したイグナイタの具体的使用例について説明する。尚、上述した構成のうち変更が加えられていない構成については、実施の形態で用いた同一符号を付し説明を省略する。

図４（ａ）には、実施例１に係るイグナイタ３００の回路部２００が示されており。図２における半導体パッケージ２２３の内部構造が一例として示されている。図示の如く、半導体パッケージ３２３は、矩形体２２３ａと半導体素子２２３ｂとリード端子２２３ｃとワイヤー端子２２３ｄとから構成されている。矩形体２２３ａは、耐熱性及び絶縁性の良好な樹脂材料を用い、内部空間を具備する状態で矩形状に成形されている。半導体素子２２３ｂは、ゲート端子とコレクタ端子とエミッタ端子とを具備し、ゲート端子に入力される駆動信号に応じて、コレクタ端子に供給されたバッテリー電流をエミッタ端子から出力させる。本実施例では、半導体素子２２３ｂとしてＩＧＢＴを採用する。但し、これに限らず、ＭＯＳＦＥＴ、バイポーラトランジスタ等のスイッチング素子を用いても良い。また、ＧＴＯ等のサイリスタを用いても良い。そして、図示されないリード端子２２３ｃは、複数の板状体によって構成され、導電性の材料が用いられる。また、それぞれのリード端子２２３ｃは、一端を矩形体２２３ａの内部に臨ませ、他端を矩形体２２３ａの外部に臨ませる状態で、矩形体２２３ａに一体的に固定される。そして、矩形体２２３ａの外部に延設されたリード端子２２３ｃの端部は、基板２２１に配されたスルーホール２２１ａに挿通され、適宜にハンダ接続される。ワイヤー端子２２３ｄは、導通性の良好なアルミワイヤー線が複数配され、半導体素子２２３ｂのゲート端子及びエミッタ端子とリード端子２２３ｃとを各々電気的に接続させる。放熱体３２２は、端部にリード端子３２２ａが一体的に形成されている。また、半導体素子２２３ｂのコレクタ端子とハンダ接合されている。リード端子３２２ａは、要部がリード端子２２３ｃと同一形状にて形成され、リード端子２２３ｃと同様に矩形体２２３ａに固定される。かかる半導体パッケージ３２３では、放熱体３２２が矩形体２２３ａの内部及び外部に露出する状態で矩形体２２３ａに固定される。そして、矩形体２２３ａは、半導体素子２２３ｂを格納させる状態で放熱体３２２を固定させる。その後、矩形体２２３ａの内部では、注型樹脂が含浸され絶縁性が確保される。

上述の如く、実施例１に係るイグナイタ３００では、半導体素子２２３ｂが放熱体３２２に直接的に接合されるので、半導体素子２２３ｂで発生した熱量が放熱体２２２へと効率的に供給され、これにより、基板２２１へ供給される熱量の抑制が図られる。また、放熱体３２２が基板２２１の表面から離隔した状態でレイアウトされるので、基板２２１と放熱体３２２との間には注型樹脂による新たな熱抵抗が発現することとされる。従って、基板２２１へ供給される熱量が顕著に抑制されるので、基板２２１に実装される素子群２２４の温度上昇が低減され、これにより、基板２２１に配された各素子の電気的性能の維持が図られ、イグナイタ２００の駆動に係る安定性が改善される。

また、上述した実施の形態と同様に、放熱体３２２の表面積を十分に広く設定することが可能となるので、半導体素子２２３ｂで発生した熱量の拡散が効果的に行われる。従って、基板２２１又は注型樹脂の熱膨張が抑制されるので、素子群２２４の周辺に作用する熱応力が低減され、これにより、イグナイタ３００は、各素子を固定させるハンダ部の疲労または亀裂の発生から長期的に回避され、長寿命化が実現される。

図４（ｂ）では、上述した実施例の更なる変更例であって、詳しくは、イグナイタ４００に係る回路部２００が示されている。図示の如く、本実施例に係るイグナイタ４００では、実施例１で説明された放熱体３２２の替わりに、新たな放熱体４２２が置き換えられている。具体的に説明すると、放熱体４２２は、基礎体４２２ｂと被接合体４２２ｃと接合材４２２ｄとから構成される。基礎体４２２ｂは、リード端子４２２ａが一体形成され、更に、接合材４２２ｄのネジ径に相当する貫通孔が穿孔されている。かかる基礎体４２２ｂは、被接合体４２２ｃの支持が可能であることを条件としてコンパクトに設計される。被接合体４２２ｃは、熱伝導率の良好な材質が選択され、板体に成型される。また、被接合体４２２ｃには、接合材４２２ｄのネジ径に相当する雌ネジが設けられている。このとき、被接合体４２２ｃは、所望の放熱性を得る様に表面積の大きさが適宜に規定されている。接合体４２２ｄは、胴体部に雄ネジが形成される。そして、図示の如く、基礎体４２２ｂの貫通孔と被接合体４２２ｃの雌ネジとを一致させ、接合体４２２ｄによって、基礎体４２２ｂと被接合体４２２ｃとを螺合させる。尚、かかる実施例では接合材４２２ｄが鋲螺であるとして説明しているが、これに限らず、ハンダ接合材を用いて、被接合体４２２ｃと基礎体４２２ｂとを接合させても良い。

以上の如く、実施例２に係るイグナイタ４００では、半導体パッケージ２２３に固定された基礎体４２２ｂをコンパクトに設計することが可能となるので、基礎体４２２ｂを製作する際の歩留まりの改善が図られる。また、製造工程におけるライン配置上の制約を容易に回避することも可能とされる。更に、本実施例に係る放熱体４２２では、被接合体４２２ｃの形状によって、熱量の伝達効率に係る要素の変更を自由に行い得るので、半導体パッケージ４２３に固定される基礎体４２２ｂが一律に加工されても、複数種類の被接合体４２２ｂを準備することにより、放熱設計に係る規格変更に容易に対応することが可能とされる。

尚、以上の如く記された実施の形態及び実施例は、あくまでも本発明の一つの実施形態であって、本発明を限定させるものではない。例えば、図５に示す如く、回路部２００を格納させる筐体と回路部２００に適宜に接続された複数の端子とから成るイグナイタパッケージを用いても良い。このとき、イグナイタ１００’は、イグナイタパッケージと筐体部１１０とから構成され、イグナイタパッケージに配されたそれぞれの端子は、格納部１０３に配置された端子１１１ａ〜１１１ｄと溶接される。かかる構成にあっても、実施の形態及び実施例において記された同様の効果が期待される。

また、基板２２１にビアを複数設けて、基板２２１の裏面に新たな放熱体を設けても良い。かかる構成により、半導体素子２２３ｂで生じた熱量が、放熱体２２２〜４２２と新たな放熱体とに分散されるので、基板２２１に拡散される熱量が抑制される。

更に、本発明ないし各構成要件の用語の意義は、前述した実施の形態又は各々の実施例に記載されたものに制限されるものではない。例えば、本実施例で用いられる半導体素子２２３ｂでは、バッテリー電流の通過を駆動信号によって制御するスイッチング素子が用いられているが、これに限らず本発明では、半導体パッケージ２２３の外部から信号等が印加される際、かかる信号等に応じて発熱が生じる半導体素子の全てに適用可能である。また、本実施の形態では、制御回路を構成する全ての素子が半導体パッケージ２２３の外部に配置されるとしているが、かかる構成に拘泥することなく、制御回路に設けられる他の半導体素子がバッテリー電流を制御する半導体素子２２３ｂに積層された構造を採用させても良い。より具体的に説明すると、半導体パッケージ２２３は、バッテリー電流を制御する半導体素子２２３ｂと、電流制限回路を構成する半導体素子２２３ｂ’を格納させ、このとき、半導体素子２２３ｂ’は、半導体素子２２３ｂの上面に積層された構成とされても良い。

最後に、本発明の要点とするところは、基板と半導体パッケージ（発熱体）と放熱体との実装構造を改良し、基板上の実装面を有効利用させるという技術的思想にある。そして、本発明では、かかる構造を採用することにより、半導体素子に生じる熱応力に係る課題、及び、イグナイタの駆動性能に係る課題が連鎖的に改善される。

実施の形態に係るイグナイタの構成を示す図 実施の形態に係るイグナイタを構成する回路部の断面図 実施の形態に係るヒートシンクの基板に対する投影図 実施例に係るイグナイタを構成する回路部の断面図 実施の形態の変更例に係るイグナイタの構成を示す図 従来例に係るイグナイタの構成を示す図 従来例に係るイグナイタを構成する回路部の断面図

符号の説明

２００ イグナイタ
２１０ 筐体部
２１１ 端子群
２２０ 回路部
２２１ 基板
２２２ 放熱体
２２３ 半導体パッケージ
２２３ａ 収納体
２２３ｂ 半導体素子
２２３ｃ リード端子
２２３ｄ ワイヤー端子
２２４ 素子群

Claims (1)

1. 半導体パッケージと、回路を構成する素子群と、前記素子群及び前記半導体パッケージが実装された基板とから構成される回路部を備え、且つ、底部及び開口部を有し当該底部を含む箱状体に前記回路部が格納された格納部へ、電気的絶縁を行なう絶縁樹脂がモールドされたイグナイタにおいて、
   前記半導体パッケージは、矩形体と、前記矩形体に格納された発熱性の半導体素子と、前記半導体素子に接合されると供に前記矩形体に固定されるよう基礎体及び被接合体から成る放熱体とから構成され、
   前記放熱体について、前記基礎体は、前記半導体素子に接合されると供に前記矩形体に固定され、前記被接合体は、前記基礎体に接合されることで前記矩形体に固定され、
   前記格納部では、前記底部から前記開口部へ向かって、前記基板、前記矩形体、前記放熱体、の順で積層されて、
   前記矩形体は、前記放熱体及び前記基板を互いに離隔した状態で、且つ、前記基板に当接した状態で、前記放熱体及び前記基板に固定され、
   前記基板は、前記放熱体との間に空間が形成された領域を、当該基板の実装面の一部に形成させており、
   前記素子群のうち一部の素子は、前記放熱体と前記基板との間に形成された空間へ配されることを特徴とするイグナイタ。

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