JPH05195937A - 内燃機関用点火装置 - Google Patents
内燃機関用点火装置Info
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- JPH05195937A JPH05195937A JP4005466A JP546692A JPH05195937A JP H05195937 A JPH05195937 A JP H05195937A JP 4005466 A JP4005466 A JP 4005466A JP 546692 A JP546692 A JP 546692A JP H05195937 A JPH05195937 A JP H05195937A
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- H01L2224/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
- H01L2224/26—Layer connectors, e.g. plate connectors, solder or adhesive layers; Manufacturing methods related thereto
- H01L2224/31—Structure, shape, material or disposition of the layer connectors after the connecting process
- H01L2224/32—Structure, shape, material or disposition of the layer connectors after the connecting process of an individual layer connector
- H01L2224/321—Disposition
- H01L2224/32151—Disposition the layer connector connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive
- H01L2224/32221—Disposition the layer connector connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked
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- H01L2224/42—Wire connectors; Manufacturing methods related thereto
- H01L2224/47—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process
- H01L2224/48—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process of an individual wire connector
- H01L2224/481—Disposition
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- H01L2224/48137—Connecting between different semiconductor or solid-state bodies, i.e. chip-to-chip the bodies being arranged next to each other, e.g. on a common substrate
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- H01L2224/73—Means for bonding being of different types provided for in two or more of groups H01L2224/10, H01L2224/18, H01L2224/26, H01L2224/34, H01L2224/42, H01L2224/50, H01L2224/63, H01L2224/71
- H01L2224/732—Location after the connecting process
- H01L2224/73251—Location after the connecting process on different surfaces
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- H01L2924/11—Device type
- H01L2924/13—Discrete devices, e.g. 3 terminal devices
- H01L2924/1304—Transistor
- H01L2924/1306—Field-effect transistor [FET]
- H01L2924/13091—Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor [MOSFET]
Abstract
(57)【要約】
【目的】本発明は、パワースイッチングモジュール長寿
命化を満足した小型化および高信頼化を達成する。 【構成】ＡｌＮ板上に２つのパワートランジスタチップ
が搭載され、アルミもしくは銅ベースにはんだ接合され
た構造を成す小型ＤＩＳイグナイタ。高信頼化を満足す
るため、ＡｌＮ−ベース間はんだはＰｂ：Ｓｎ＝５０：
５０はんだを用い、かつ厚みを＋０.３３ に調整してい
る。 【効果】パワートランジスタチップをダブルで搭載する
ため、複数個のパワートランジスタを用いる場合、小型
化が可能である。
命化を満足した小型化および高信頼化を達成する。 【構成】ＡｌＮ板上に２つのパワートランジスタチップ
が搭載され、アルミもしくは銅ベースにはんだ接合され
た構造を成す小型ＤＩＳイグナイタ。高信頼化を満足す
るため、ＡｌＮ−ベース間はんだはＰｂ：Ｓｎ＝５０：
５０はんだを用い、かつ厚みを＋０.３３ に調整してい
る。 【効果】パワートランジスタチップをダブルで搭載する
ため、複数個のパワートランジスタを用いる場合、小型
化が可能である。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、内燃機関用点火装置に
係り、特にＤＩＳイグナイタのパワートランジスタ積層
構造に関する。
係り、特にＤＩＳイグナイタのパワートランジスタ積層
構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来の技術は、パワートランジスタ１チ
ップにつき、各独立して積層構造を成した構造であり、
１つのモジュールの中に複数個のパワートランジスタチ
ップが在存する場合の小型化および信頼性の検証が確立
されておらず、明確な設計指針を与えていないという欠
点が有った。又、パワートランジスタ積層体をアルミ又
は銅のベースに、はんだ付けする作業は、カーボン治具
を用いるが、カーボン治具は固く脆いため、最小加工幅
が１mm程度であり、すなわち、積層体が独立して複数個
あれば、（Ｎ−１）mmだけ（Ｎは積層体の数）無駄なス
ペースが在存し、小型化が不可能という欠点が生じてい
た。
ップにつき、各独立して積層構造を成した構造であり、
１つのモジュールの中に複数個のパワートランジスタチ
ップが在存する場合の小型化および信頼性の検証が確立
されておらず、明確な設計指針を与えていないという欠
点が有った。又、パワートランジスタ積層体をアルミ又
は銅のベースに、はんだ付けする作業は、カーボン治具
を用いるが、カーボン治具は固く脆いため、最小加工幅
が１mm程度であり、すなわち、積層体が独立して複数個
あれば、（Ｎ−１）mmだけ（Ｎは積層体の数）無駄なス
ペースが在存し、小型化が不可能という欠点が生じてい
た。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】上記従来技術は、パワ
ートランジスタ積層構造体が複数個在存した時の小型
化，高信頼性の確立に配慮がされておらず、現在複数個
の在存する積層体の大きさは、パワートランジスタ２つ
につき、１６mm程度有り、これ以上の小型化は困難であ
った。これを今回１枚のＡｌＮ板上に２チップ迄搭載す
ることで少なくとも１２mm以下の寸法に小型化できる。
又、当然ＡｌＮの寸法が大きくなるので、熱応力に対し
て弱くなる方向である為、ＣＡＥにより解析し、最適積
層構造を得ることにある。
ートランジスタ積層構造体が複数個在存した時の小型
化，高信頼性の確立に配慮がされておらず、現在複数個
の在存する積層体の大きさは、パワートランジスタ２つ
につき、１６mm程度有り、これ以上の小型化は困難であ
った。これを今回１枚のＡｌＮ板上に２チップ迄搭載す
ることで少なくとも１２mm以下の寸法に小型化できる。
又、当然ＡｌＮの寸法が大きくなるので、熱応力に対し
て弱くなる方向である為、ＣＡＥにより解析し、最適積
層構造を得ることにある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、パワートランジスタ積層構造体が複数個在存する場
合、積層体をアルミもしくは銅ベースに、はんだ接合す
る時のカーボン治具の必要最小加工寸法１mmと、はんだ
接合された状態での熱応力および、熱抵抗を軽減する相
互関係より、ＡｌＮ板上にパワートランジスタチップを
２つ搭載し、ダブルチップ化とする。
め、パワートランジスタ積層構造体が複数個在存する場
合、積層体をアルミもしくは銅ベースに、はんだ接合す
る時のカーボン治具の必要最小加工寸法１mmと、はんだ
接合された状態での熱応力および、熱抵抗を軽減する相
互関係より、ＡｌＮ板上にパワートランジスタチップを
２つ搭載し、ダブルチップ化とする。
【０００５】この時、アルミもしくは、銅ベースに接合
するはんだは、長寿命化を狙い、Ｐｂ：Ｓｎ＝５０：５
０はんだを選定しかつ、厚みをｔ０.３３mm とする。こ
れはＣＡＥ解析より求めた値である。又、ＡｌＮ厚み
は、現行品と同一のｔ0.635mmを採用した。そのことに
より熱抵抗の増加は殆ど無く、実用上全く問題無い。こ
れらの相互の関係をＣＡＥで解析し、最適積層構造を得
た。尚、積層構造体の個数は現在は、６個〜４個が主流
であるので、小型化のメリットは充分に有る。
するはんだは、長寿命化を狙い、Ｐｂ：Ｓｎ＝５０：５
０はんだを選定しかつ、厚みをｔ０.３３mm とする。こ
れはＣＡＥ解析より求めた値である。又、ＡｌＮ厚み
は、現行品と同一のｔ0.635mmを採用した。そのことに
より熱抵抗の増加は殆ど無く、実用上全く問題無い。こ
れらの相互の関係をＣＡＥで解析し、最適積層構造を得
た。尚、積層構造体の個数は現在は、６個〜４個が主流
であるので、小型化のメリットは充分に有る。
【０００６】
【作用】ＤＩＳイグナイタのパワートランジスタは、イ
グニションコイルの１次電流をスイッチングする役目を
する半導体であり、スイッチング動作時にパワートラン
ジスタのジャンクション部より数ワットの発熱がある。
そのため、パワートランジスタチップは積層型放熱をす
る必要が有り、小型化，長寿命を兼ね備えた積層構造を
得なくてはいけない。一般にこのパワートランジスタ積
層体は、アルミもしくは銅のベースに、はんだ接合され
るが、この時、カーボン治具の最小加工寸法が１mmであ
るので、積層体が複数個独立して在存した場合には無駄
な寸法が必ず在存することになる。よって、パワートラ
ンジスタチップをＡｌＮ板１枚につき２つ搭載すること
で、この無駄な寸法を無くすことが可能である。又、は
んだ接合部の熱応力に対しては、はんだ厚みをｔ０.３
３mm とすることでかつ、はんだを長寿命はんだのＰ
ｂ：Ｓｎ＝５０：５０はんだを選定することで長寿命を
得又、ＡｌＮ自身の板厚もｔ０.６３５mm を用いれば、
ＡｌＮ板面積が大きくなっても熱応力に耐え得る（図
８）。
グニションコイルの１次電流をスイッチングする役目を
する半導体であり、スイッチング動作時にパワートラン
ジスタのジャンクション部より数ワットの発熱がある。
そのため、パワートランジスタチップは積層型放熱をす
る必要が有り、小型化，長寿命を兼ね備えた積層構造を
得なくてはいけない。一般にこのパワートランジスタ積
層体は、アルミもしくは銅のベースに、はんだ接合され
るが、この時、カーボン治具の最小加工寸法が１mmであ
るので、積層体が複数個独立して在存した場合には無駄
な寸法が必ず在存することになる。よって、パワートラ
ンジスタチップをＡｌＮ板１枚につき２つ搭載すること
で、この無駄な寸法を無くすことが可能である。又、は
んだ接合部の熱応力に対しては、はんだ厚みをｔ０.３
３mm とすることでかつ、はんだを長寿命はんだのＰ
ｂ：Ｓｎ＝５０：５０はんだを選定することで長寿命を
得又、ＡｌＮ自身の板厚もｔ０.６３５mm を用いれば、
ＡｌＮ板面積が大きくなっても熱応力に耐え得る（図
８）。
【０００７】
【実施例】以下、本発明の一実施例を図１〜図８により
説明する。イグニションコイル１０は、１次巻線１１と
２次巻線１２を有し、前記１次巻線１１は、一方をバッ
テリからの電源に、他端をイグニションコイル駆動用の
パワースイッチング素子３(ダーリントントランジスタ
タイプとＭＯＳ−ＦＥＴタイプの２通りを有する)に接
続されている。又、前記イグニションコイル１０の前記
２次巻線１２に発生した２次電圧は、スパークプラグ１
３に導かれる。図１の点火装置は、図２の様に、アルミ
もしくは銅ベース７の上に、はんだにより積層構造を成
す積層体と図１に示す様な、ハイブリッドＩＣ基板（Ｈ
ｙＩＣ）４とを、パワートランジスタチップ３とはアル
ミワイヤ９でボンディングされ、ターミナルとはＮｉワ
イヤ８で溶接され、又、前記積層体とターミナルともＮ
ｉワイヤで溶接され、モールドケース内に収納される。
又、図２に示す前記積層体は、先ず、前記ＡｌＮ2 と前
記パワートランジスタチップ３とを高温はんだ５で接合
し、その後、前記アルミもしくは銅ベース７にカーボン
治具を用いて低融点はんだ（Ｐｂ：Ｓｎ＝５０：５０）
で接合する。この時、前記アルミもしくは銅ベース７に
は、前記低融点はんだ６の厚みをコントロールする突起
１４を設け、図４および図６でＣＡＥ解析した厚みをｔ
０.３３mm 以上に保つ様にする。これは、図７に示す様
にＣＡＥ解析により求めた、絶縁板下面はんだが８０％
剥離すると、過渡熱抵抗が著しく増加することから、は
がれ率８０％の時に、目標仕様である熱サイクル寿命が
103サイクルを満足する時の、はんだ厚みである（図
４）。この時、前記低融点はんだ６は、長寿命化をねら
いＰｂ：Ｓｎ＝５０：５０はんだを選定し、前記パワー
トランジスタチップ３と接合するはんだは、前記パワー
トランジスタチップ３はそれ自身発熱するので、これも
また長寿命化をねらいとして、高温はんだを選定した。
更に、前記ＡｌＮ2 の上に前記パワートランジスタチッ
プ３を２つ搭載し前記ＡｌＮをできる限り小型化する。
少なくとも、現行タイプの独立型の１６mmから１２mmへ
と小型化でき、複数個が並んだとすれば、前記パワート
ランジスタチップ３をＮとすると、（Ｎ−１）mmだけ無
駄な寸法を締めることが可能となる。この時の心配点で
ある、熱応力によるはんだクラック（図７）、前記Ａｌ
Ｎ2 のクラック（図８），熱抵抗の増加（図４〜図６）
はＣＡＥシミュレーションにより、それぞれ相互に解析
し、寸法を決定した。このことにより、小型化が容易に
成立し、信頼性の高いＤＩＳイグナイタとできるので、
前記イグニションコイル１０に常に安定した信号を供給
できるため、エンジンに常に安定した火花を供給でき
る。
説明する。イグニションコイル１０は、１次巻線１１と
２次巻線１２を有し、前記１次巻線１１は、一方をバッ
テリからの電源に、他端をイグニションコイル駆動用の
パワースイッチング素子３(ダーリントントランジスタ
タイプとＭＯＳ−ＦＥＴタイプの２通りを有する)に接
続されている。又、前記イグニションコイル１０の前記
２次巻線１２に発生した２次電圧は、スパークプラグ１
３に導かれる。図１の点火装置は、図２の様に、アルミ
もしくは銅ベース７の上に、はんだにより積層構造を成
す積層体と図１に示す様な、ハイブリッドＩＣ基板（Ｈ
ｙＩＣ）４とを、パワートランジスタチップ３とはアル
ミワイヤ９でボンディングされ、ターミナルとはＮｉワ
イヤ８で溶接され、又、前記積層体とターミナルともＮ
ｉワイヤで溶接され、モールドケース内に収納される。
又、図２に示す前記積層体は、先ず、前記ＡｌＮ2 と前
記パワートランジスタチップ３とを高温はんだ５で接合
し、その後、前記アルミもしくは銅ベース７にカーボン
治具を用いて低融点はんだ（Ｐｂ：Ｓｎ＝５０：５０）
で接合する。この時、前記アルミもしくは銅ベース７に
は、前記低融点はんだ６の厚みをコントロールする突起
１４を設け、図４および図６でＣＡＥ解析した厚みをｔ
０.３３mm 以上に保つ様にする。これは、図７に示す様
にＣＡＥ解析により求めた、絶縁板下面はんだが８０％
剥離すると、過渡熱抵抗が著しく増加することから、は
がれ率８０％の時に、目標仕様である熱サイクル寿命が
103サイクルを満足する時の、はんだ厚みである（図
４）。この時、前記低融点はんだ６は、長寿命化をねら
いＰｂ：Ｓｎ＝５０：５０はんだを選定し、前記パワー
トランジスタチップ３と接合するはんだは、前記パワー
トランジスタチップ３はそれ自身発熱するので、これも
また長寿命化をねらいとして、高温はんだを選定した。
更に、前記ＡｌＮ2 の上に前記パワートランジスタチッ
プ３を２つ搭載し前記ＡｌＮをできる限り小型化する。
少なくとも、現行タイプの独立型の１６mmから１２mmへ
と小型化でき、複数個が並んだとすれば、前記パワート
ランジスタチップ３をＮとすると、（Ｎ−１）mmだけ無
駄な寸法を締めることが可能となる。この時の心配点で
ある、熱応力によるはんだクラック（図７）、前記Ａｌ
Ｎ2 のクラック（図８），熱抵抗の増加（図４〜図６）
はＣＡＥシミュレーションにより、それぞれ相互に解析
し、寸法を決定した。このことにより、小型化が容易に
成立し、信頼性の高いＤＩＳイグナイタとできるので、
前記イグニションコイル１０に常に安定した信号を供給
できるため、エンジンに常に安定した火花を供給でき
る。
【０００８】
【発明の効果】本発明によれば、ＤＩＳイグナイタのパ
ワートランジスタチップ積層構造を小型化でき、ひいて
はＤＩＳイグナイタ全体を小型化でき、かつ積層体の寿
命を大きく伸ばせるので、設計指針を明確に満足でき
る。
ワートランジスタチップ積層構造を小型化でき、ひいて
はＤＩＳイグナイタ全体を小型化でき、かつ積層体の寿
命を大きく伸ばせるので、設計指針を明確に満足でき
る。
【図１】ＤＩＳイグナイタに本発明のＡｌＮ積層構造を
採用した一実施例を示す図である。
採用した一実施例を示す図である。
【図２】図１の積層構造部の断面拡大図である。
【図３】ダーリントンタイプのパワースイッチング素子
を用いた回路例を示す図である。
を用いた回路例を示す図である。
【図４】図１の実施例をアルミベースにした時のＡｌＮ
下はんだの熱サイクル寿命CAE解析を示す図である。
下はんだの熱サイクル寿命CAE解析を示す図である。
【図５】図１の実施例を銅ベースにした時のＡｌＮ下は
んだの熱サイクル寿命ＣＡＥ解析を示す図である。
んだの熱サイクル寿命ＣＡＥ解析を示す図である。
【図６】現在量産されているＡｌ2Ｏ3下のはんだ寿命Ｃ
ＡＥ解析を示す図である。
ＡＥ解析を示す図である。
【図７】絶縁板下面はんだが剥離した時の過渡熱抵抗の
増加率を示したグラフである。
増加率を示したグラフである。
【図８】ＡｌＮを積層構造とした時に熱衝撃を加えた時
のＡｌＮの強度グラフである。
のＡｌＮの強度グラフである。
１…ＤＩＳイグナイタ、２…ＡｌＮ、３…パワートラン
ジスタチップ、４…ハイブリッドＩＣ基板、５…高温は
んだ、６…低融点はんだ、７…アルミ（銅）ベース、８
…Ｎｉワイヤ、９…Ａｌワイヤ、１０…イグニションコ
イル、１１…１次巻線、１２…２次巻線、１３…スパー
クプラグ、１４…はんだ厚確保突起、１５…はんだ厚ｔ
０.２、１６…はんだ厚ｔ０.３、１７…はんだ厚ｔ０.
４、１８…はんだ厚ｔ０.２、１９…はんだ厚ｔ０.３、
２０…はんだ厚ｔ０.４、２１…はんだ厚ｔ０.２。
ジスタチップ、４…ハイブリッドＩＣ基板、５…高温は
んだ、６…低融点はんだ、７…アルミ（銅）ベース、８
…Ｎｉワイヤ、９…Ａｌワイヤ、１０…イグニションコ
イル、１１…１次巻線、１２…２次巻線、１３…スパー
クプラグ、１４…はんだ厚確保突起、１５…はんだ厚ｔ
０.２、１６…はんだ厚ｔ０.３、１７…はんだ厚ｔ０.
４、１８…はんだ厚ｔ０.２、１９…はんだ厚ｔ０.３、
２０…はんだ厚ｔ０.４、２１…はんだ厚ｔ０.２。
フロントページの続き (51)Int.Cl.5 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｈ０１Ｌ 25/04 25/18
Claims (1)
- 【請求項１】イグニションコイルの１次電流を導通，遮
断するパワースイッチングモジュール（以下ＤＩＳイグ
ナイタと称する）において、パワートランジスタチップ
の積層構造を、ＡｌＮを採用すると共に、はんだ厚みを
ｔ０.３３mm にすることにより、パワートランジスタチ
ップを１枚のＡｌＮ上に２チップ搭載することを特徴と
した内燃機関用点火装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4005466A JPH05195937A (ja) | 1992-01-16 | 1992-01-16 | 内燃機関用点火装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4005466A JPH05195937A (ja) | 1992-01-16 | 1992-01-16 | 内燃機関用点火装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05195937A true JPH05195937A (ja) | 1993-08-06 |
Family
ID=11612019
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4005466A Pending JPH05195937A (ja) | 1992-01-16 | 1992-01-16 | 内燃機関用点火装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH05195937A (ja) |
-
1992
- 1992-01-16 JP JP4005466A patent/JPH05195937A/ja active Pending
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