JPH11201013A - 内燃機関用点火装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 １つの半導体チップ上にスイッチング回路部
と制御回路部とを構成することができ、且つ最も多機能
であるタイプのイグナイタに仕様を合わせることによ
り、数量効果をも派生させることができる内燃機関用点
火装置を提供する。 【解決手段】 前記一次電流を通電／遮断制御するスイ
ッチング回路６０をコレクタ−ゲート間に電圧クランプ
用ツェナーダイオード６３を有する縦構造の絶縁ゲート
形バイポーラトランジスタであるＩＧＢＴ６１で構成
し、且つ該ＩＧＢＴ６１と同一チップ内に誘電体分離基
板を用いて制御回路５０を構成したので、各素子間相互
の影響を受けることなく前記スイッチング回路６０と制
御回路５０とを１チップ化することが可能となると共
に、最も多機能であるタイプの点火装置の仕様に合わせ
ることも容易となる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、点火コイルに点火
装置を内蔵した内燃機関用点火装置（以下、イグナイタ
という）に係り、特に、ＩＧＢＴ（インシュレーテッド
バイポーラトランジスタ）チップの同一チップ内に電流
制限回路等の制御回路を組み込んだ１チップタイプの内
燃機関用点火装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、内燃機関用の点火装置では、
点火コイルの通電制御により点火用高電圧を所定のタイ
ミングで発生させるようになっているが、近年は、この
ような点火装置として、点火コイルの通電制御に半導体
スイッチを用いたいわゆる電子点火装置が広く採用され
ている。

【０００３】図８乃至図１０は、従来の点火コイルに点
火装置を内蔵したイグナイタの一例を示すものであり、
イグナイタ２０は抵抗１１及びトランジスタ１２を有す
るＥＣＵ（エンジンコントロールユニット）１０から端
子Ａを介しての駆動信号によりオン／オフ制御され、バ
ッテリ３２から点火コイル３０の一次側コイル３０ａに
流れる一次電流が通電／遮断されることで、該点火コイ
ル３０の二次側コイル３０ｂに高電圧が発生し点火プラ
グ３１に発生するスパークによって各気筒が点火される
ようになっている。

【０００４】これらの図に示すイグナイタ２０は、保護
機能として電流制限回路のみを有する最も簡易的な物で
あり、機能が少ないために、回路規模も小さい物となっ
ている。即ち、該イグナイタ２０のハイブリット（Ｈ
ｙ）ＩＣ２１には、抵抗２３、電流検出用抵抗２４及び
電流制限回路２２が組み込まれており、該電流制限回路
２２によって電流検出用抵抗２４を流れる電流が制限さ
れるようになっている。該電流検出用抵抗２４に対して
エミッタ側が接続されているＩＧＢＴ（インシュレーテ
ッドバイポーラトランジスタ）２５は、図９及び図１０
に示すように、ＨｙＩＣ２１に対しＡＬワイヤ３４及び
ボンディングパッド３５を介してボンディング接続され
ていると共に、Ｓｎ／Ｓｂ半田３７を用いてヒートシン
ク３１に固定されている。

【０００５】また、ＨｙＩＣ２１は、外部接続用端子３
３をインサートした樹脂製支持台３２と共にヒートシン
ク３１に接着固定されている。該ヒートシンク３１は、
凹型形状をしておりＳｉゲルにより内部部品を保護する
と共に、エポキシ系絶縁樹脂より前記点火コイル３０を
保護するようになっている。このような形態のイグナイ
タ２０は、前記点火コイル３０に内蔵されエポキシ系絶
縁樹脂により封止されるため前記ヒートシンク３１が外
部に露出しないことから、該ヒートシンク３１をコレク
タ電極とすることができ、ＩＧＢＴ２５を絶縁積層する
必要がなくなるといった利点がある。

【０００６】図１１は、前記イグナイタ２０を点火コイ
ルケーシングに内蔵した場合の一形態を示すものであ
り、該点火コイルケーシング２Ａは、図示しないコイル
部を同じく図示しないエンジンのプラグホールに収容す
る円筒タイプとされている。また、該点火コイルケーシ
ング２Ａは、エポキシ系絶縁樹脂により前記点火コイル
３の巻線間の絶縁を取ると共に、前記イグナイタ２０を
包み込むことで該イグナイタ２０を該点火コイルケーシ
ング２Ａ内に封止している。

【０００７】図１２は、上述した点火装置の動作を示す
波形図であり、同図のに示す駆動信号が前記ＥＣＵ１
０から端子Ａを介して前記イグナイタ２０に出力される
と、該駆動信号がＨＩＧＨの時、前記ＩＧＢＴ２５がＯ
Ｎとなり、前記点火コイル３０の一次側コイル３０ａに
同図のに示す一次電流が流れる。そして、該駆動信号
がＨＩＧＨからＬＯＷに切り替わる時、該一次電流が遮
断されることで、前記点火コイル３０の二次側コイル３
０ｂに同図のに示す高電圧が発生し、点火プラグ３１
にスパークを生じさせる。

【０００８】ここで、該一次電流は、前記電流制限回路
２２によって電流値が制限されており、これにより前記
駆動信号のＯＮタイムのバラツキや異常、更にはバッテ
リ５の電圧ＶB の変動等による過電流によっての前記Ｉ
ＧＢＴ２５の破壊が防止されるようになっている。即
ち、前記点火コイル３０の一次側コイル３０ａを流れる
一次電流は、前記電流検出抵抗２４により電圧として検
出され、前記電流制限回路２２によって前記ＩＧＢＴ２
５のゲートへの駆動電流の値が制御されることで、該一
次電流の値が制限されている。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】ところで、近年におけ
るイグナイタは、点火システムの多様化によりカーメー
カ又は車輌毎に異なったインターフェイスや機能が要求
されており、従来ではスイッチング素子と制御回路部を
分離構成し、制御回路はハイブリット（Ｈｙ）ＩＣで構
成することによりシステムの多様化に対応していた。こ
のため、製品の小型化及びコストダウンが出来ないと言
う問題があった。また、製品の小型化及びコストダウン
には半導体の１つのチップにパワー素子部と制御回路部
を構成した１チップタイプが望ましいが、その為には同
じものを多数作らなければ逆にコストアップになってし
まっていた。

【００１０】ちなみに、上述した従来の点火装置におけ
る前記ＩＧＢＴ２５と制御回路であるＨｙＩＣ２１とを
１チップ構成にする場合、例えば図１３に示すように、
自己分離形Ｎ−ＭＯＳトランジスタ２１Ａを用い、ＩＧ
ＢＴ２５と制御回路であるＨｙＩＣ２１とをＩＧＢＴ２
５を形成するｐｎｐｎの半導体基板２６中に該自己分離
形Ｎ−ＭＯＳトランジスタ２１Ａを容易に組み込むこと
ができるメリットがあるが、前記制御回路が複雑になり
回路規模が大きくなった場合、構成する素子の制約等の
問題がある。

【００１１】このような制約を緩和させるために、例え
ば図１４に示すように、接合分離形トランジスタ２１Ｂ
をＩＧＢＴ２５を形成するｐｎｐｎの半導体基板２６中
に組み込む方法があるが、このような方法ではＰ−サブ
ストレートが形成されるので、ｎｐｎ或いはｐｎｐトラ
ンジスタ等を作り込めるといった利点があるものの、製
作工程上、その使用すべきマスク数が増大する上に、分
離した素子間の影響を受け易いとした問題がある。

【００１２】また、内燃機関用点火装置にＩＧＢＴを用
い、それに過電流保護機能を有した制御回路を具備した
技術として、例えば特開平２−１７１９０４号公報に開
示されているように、電流検出用の抵抗に現われる電圧
降下に等しい電圧を発生する電圧源を設け、これによる
電圧を主半導体素子及び副半導体素子の少なくとも一方
の制御信号に所定の極性で重畳させるようにしたものが
あるが、ここに示される技術は電流制限回路の最適化と
ＩＧＢＴによる大電流化への対応を目的としたものであ
り、ＩＧＢＴと制御回路とを１チップ構成とする技術に
ついては開示されていない。

【００１３】本発明は、このような問題点に鑑みてなさ
れたものであって、その目的は、１つの半導体チップ上
にスイッチング回路部と制御回路部とを構成することが
でき、且つ最も多機能であるタイプのイグナイタに仕様
を合わせることにより、数量効果をも派生させることが
できる内燃機関用点火装置を提供することである。

【００１４】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成すべく、
本発明に係る内燃機関用点火装置は、エンジンコントロ
ールユニットから出力される点火信号に応じて点火コイ
ルに流れる一次電流を通電／遮断制御し、その二次側に
高電圧を発生させる内燃機関用点火装置において、前記
一次電流を通電／遮断制御するスイッチング回路部をコ
レクタゲート間に電圧クランプ用ツェナーダイオードを
有する縦構造の絶縁ゲート形バイポーラトランジスタで
構成し、且つ該絶縁ゲート形バイポーラトランジスタと
同一チップ内に誘電体分離基板を用いて点火装置の制御
回路を構成したことを特徴としている。

【００１５】上述の如く構成された本発明に係る内燃機
関用点火装置では、前記一次電流を通電／遮断制御する
スイッチング回路部をコレクタ−ゲート間に電圧クラン
プ用ツェナーダイオードを有する縦構造の絶縁ゲート形
バイポーラトランジスタで構成し、且つ該絶縁ゲート形
バイポーラトランジスタと同一チップ内に誘電体分離基
板を用いて点火装置の制御回路を構成したので、各素子
間相互の影響を受けることなく前記スイッチング回路部
と制御回路とを１チップ化することが可能となると共
に、最も多機能であるタイプの点火装置の仕様に合わせ
ることも容易となる。

【００１６】即ち、１チップ化に際し、予め最も多機能
のタイプに合わせ回路規模を大きくしておき、点火装置
毎の仕様に合わせて不必要な回路を切り放すことで、少
量多機種にならず数量を増やすことが可能となる。通
常、回路規模は少しでも小さくし、小型、低コスト化を
図ることが一般的であるが、点火装置におけるスイッチ
ング素子と制御回路とを１チップ化した場合、１つのチ
ップ内に占めるスイッチング素子の割合が絶対的に大き
く、制御回路の規模が大きくなっても素子全体のサイズ
アップへの影響が少ないことから、回路規模の小型化を
図るよりは点火装置の仕様を統一して全体の数量を増や
した方がコスト的に有利となる。

【００１７】また、前記誘電体分離基板を用いることに
より、前記制御回路に、バッテリ電源を取り込み定電圧
源を回路内で構成するか、又は前記バッテリ電源を一定
電圧にクランプした定電圧を取り込むと共に、前記エン
ジンコントロールユニットから出力される点火信号にオ
ンする動作レベルを有し、且つ該オンレベルより低い電
圧でオフするレベルを有するヒステリシス回路を組み込
むことができる。

【００１８】更に、前記誘電体分離基板を用いることに
より、前記制御回路に、前記エンジンコントロールユニ
ットから出力される点火信号のオン状態が連続的に維持
され、前記絶縁ゲート形バイポーラトランジスタが連続
的にそのコレクタとエミッタ間に電流を流し続ける連続
通電状態となった時、該連続通電状態を回路内で設定し
た一定時間で強制的にオフするセルフシャフト回路を組
み込むことができる。

【００１９】更にまた、前記誘電体分離基板を用いるこ
とにより、前記制御回路に、前記絶縁ゲート形バイポー
ラトランジスタがオンした時に点火コイルに流れる一次
電流のピーク値を回路内で設定した値に制限する電流制
限回路を組み込むことができる。また、前記誘電体分離
基板を用いることにより、前記制御回路に、前記ヒステ
リシス回路、セルフシャフト回路又は前記電流制限回路
の何れか一つ又は二つ又は三つを具備することができ
る。

【００２０】更に、前記絶縁ゲート形バイポーラトラン
ジスタのコレクタとゲート間の電圧クランプ用ツェナー
ダイオードをポリシリコンを用いた双方向ツェナーダイ
オードとし、且つ該双方向ツェナーダイオードを、前記
点火コイルの要求される二次電圧／巻数比（二次巻き数
／一次巻き数）以上のクランプ電圧を有するように設定
することで、前記点火コイルに対する供給電流を安定さ
せることができる。

【００２１】更にまた、前記点火装置を、ツェナーザッ
プ等の方法によりチップ完成後に電流制限値やセルフシ
ャット時間、動作電圧及びヒステリシス電圧の全て、又
はそのいずれかの調整が可能とすることで、少量多機種
にならず数量を増やすことが可能となる。また、前記点
火装置を、ツェナーザップ等の方法により、不必要とな
る機能の回路部をオープン可能とすることで、複数の要
求仕様に対応させることができ、少量多機種にならず数
量を増やすことが可能となる。

【００２２】更に、前記点火装置を、ヒートシンクにＳ
ｎ−Ｓｂ系の半田を用いて接続し、且つ絶縁性エポキシ
系樹脂で封止された形態を取ると共に、該封止構造を、
ＴＯ−２２０又はＴＯ−３Ｐ等の半導体ディスクリート
パワー素子の標準的なパッケージに封止することで、コ
スト低減が可能となる。更にまた、前記点火装置に、前
記一次電流の通電／遮断を制御するメイン絶縁ゲート形
バイポーラトランジスタと、該メイン絶縁ゲート形バイ
ポーラトランジスタを流れる電流を検出するセンス絶縁
ゲート形バイポーラトランジスタと、該センス絶縁ゲー
ト形バイポーラトランジスタによって検出された電流を
電圧に変換するセンス抵抗とを具備し、該センス電圧と
基準電圧との比較により、前記メイン絶縁ゲート形バイ
ポーラトランジスタのゲート電圧を制御することで、各
素子間の絶縁が確実に行なわれるため、各素子間相互の
影響が確実に遮断される。

【００２３】また、前記メイン絶縁ゲート形バイポーラ
トランジスタと、前記センス絶縁ゲート形バイポーラト
ランジスタとを、前記誘電体分離基板の単結晶領域に該
誘電体分離基板を貫通させた状態で形成し、前記制御回
路を前記単結晶領域に該誘電体分離基板を貫通させない
状態で形成することで、各素子間相互の影響が確実に遮
断される、前記メイン絶縁ゲート形バイポーラトランジ
スタ及び前記センス絶縁ゲート形バイポーラトランジス
タの一面を電極面とすることができる。

【００２４】

【発明の実施の形態】以下、図面により本発明の実施の
形態について説明する。図１は、本発明の内燃機関用点
火装置（以下、単にイグナイタという）に係る実施の形
態を示す回路図、図２は、図１のイグナイタの詳細を示
す回路図、図３は、図１のスイッチング回路部を示す回
路図である。

【００２５】図１及び図２に示すイグナイタ４０には、
各種制御回路を具備した低耐圧部品から成ると共に、後
述する誘電体分離基板である半導体基板５０Ａ上に作成
される制御回路部５０及び図示しない点火コイルへの通
電電流を制御する高耐圧部品から成るスイッチング回路
部６０が設けられている。前記制御回路部５０には、バ
ッテリ電源ＶB からの電圧を一定にする定電圧回路５１
及びドライブ回路５２に印加される駆動電圧の過電圧を
抑制する過電圧保護回路５３が設けられている。前記ド
ライブ回路５２の入力側には、前記定電圧回路５１から
の定電圧を取り込むと共に、図示しないエンジンコント
ロールユニットから端子Ａに印加される点火信号である
駆動信号にオンする動作レベルを有し、且つ該オン動作
レベルより低い電圧でオフするレベルを有する入力ヒス
テリシス回路５４と、前記点火信号である駆動信号のオ
ン状態が連続的に維持され、後述するＩＧＢＴ（絶縁ゲ
ート形バイポーラトランジスタ）６１が連続的にそのコ
レクタとエミッタ間に電流を流し続ける連続通電状態と
なった時、該連続通電状態を回路内で設定した一定時間
で強制的にオフするセルフシャフト回路５５とが設けら
れている。

【００２６】また、後述するＩＧＢＴ６１のゲート−エ
ミッタ間には、該ＩＧＢＴ６１がオンした時、図示しな
い点火コイルに流れる一次電流のピーク値を回路内で設
定した値に制限する電流制限回路５６が設けられている
と共に、該ＩＧＢＴ６１のエミッタ側には、該ＩＧＢＴ
６１のコレクタ−エミッタ間を流れる電流を検出するこ
とで、点火動作診断信号を端子Ｂを介して出力する点火
動作診断信号出力回路５７が設けられている。

【００２７】前記スイッチング回路部６０には、図示し
ない点火コイルへの電流を制御するＩＧＢＴ６１と、該
ＩＧＢＴ６１のエミッタ側に接続され、該ＩＧＢＴ６１
のコレクタ−エミッタ間を流れる電流を検出する電流検
出用抵抗６２と、前記該ＩＧＢＴ６１のコレクタ−ゲー
ト間の電圧をクランプするクランプダイオード６３とが
設けられている。ここで、前記ＩＧＢＴ６１は、ポリシ
リコンを用いた双方向ツェナーダイオードであり、４０
０Ｖ〜６００Ｖ又はそれ以上の電圧を発生するために、
前記制御回路部５０と前記スイッチング回路部６０とは
後述するように絶縁された状態で配設されている。

【００２８】このような構成のイグナイタ４０は、次の
ような動作を行なう。即ち、まず図示しないエンジンコ
ントロールユニットから端子Ａに駆動信号が印加される
と、前記ドライブ回路５２によって前記スイッチング回
路部６０のＩＧＢＴ６１が駆動され、該ＩＧＢＴ６１が
オン／オフすることで、図示しない点火コイルへの一次
電流が供給される。この時、入力ヒステリシス回路５４
により、前記端子Ａに印加される駆動信号のレベルがオ
ン動作レベルを下回った場合、前記ドライブ回路５２へ
の駆動信号の出力が停止される。またこの時、前記セル
フシャフト回路５５により、前記駆動信号のオン状態が
連続的に維持され、前記ＩＧＢＴ６１が連続的にそのコ
レクタとエミッタ間に電流を流し続ける連続通電状態と
なった時、該連続通電状態が回路内で設定した一定時間
で強制的にオフされる。更にこの時、前記バッテリ電源
ＶB から前記ドライブ回路５２側へ供給される電圧が定
電圧回路５１によって一定とされると共に、前記過電圧
保護回路５３によって前記ドライブ回路５２へ供給され
る駆動電圧の過電圧が抑制される。

【００２９】そして、前記図示しない点火コイルの一次
側コイルを流れる一次電流が前記電流検出抵抗６２によ
り電圧として検出され、前記電流制限回路５６によって
前記ＩＧＢＴ６１のゲートへの駆動電流の値が制御され
ることで、該一次電流の値が制限される。これにより、
該電流制限回路５６によって電流値が制限されることか
ら、前記駆動信号のＯＮタイムのバラツキや異常、更に
はバッテリ電源ＶB の電圧の変動等による過電流によっ
ての前記ＩＧＢＴ６１の破壊が防止されるようになって
いる。

【００３０】ここで、前記制御回路部５０と前記スイッ
チング回路部６０とを１チップ構成とする場合には、該
スイッチング回路部６０を図３に示す回路構成とするこ
とで、前記電流検出抵抗６２を高抵抗化とすることがで
き、しかもメイン電流の流れるラインの損失を低減する
ことが可能となる。即ち、図３では、前記ＩＧＢＴ６１
をメインＩＧＢＴ６１ＡとセンスＩＧＢＴ６１Ｂとに分
けると共に、その比を１：１０００〜１：１００００と
し、メインＩＧＢＴ６１Ａに流れる電流をその１／１０
００〜１／１００００の電流値でセンスＩＧＢＴ６１Ｂ
に流し、電流検出抵抗６２によって検出する回路構成と
なっている。尚、同図の符号ａ〜ｄで示す部位は、図１
の符号ａ〜ｄで示す部位に対応している。

【００３１】図４は、前記図３に示したスイッチング回
路部６０と、前記図１に示した前記制御回路部５０とを
１チップに組み込んだ場合の断面図を示すものであり、
これらスイッチング回路部６０及び制御回路部５０は、
例えばポリシリコンより成る半導体基板５０Ａに作成さ
れると共に、該スイッチング回路部６０のメインＩＧＢ
Ｔ６１Ａ、センスＩＧＢＴ６１Ｂ及び制御回路部５０の
間が例えばＳｉＯ2 より成る素子間分離用絶縁膜５０Ｂ
によって相互に絶縁され、特性上の影響が相互に及ぼさ
れない形態となっている。また、該素子間分離用絶縁膜
５０Ｂによって相互に絶縁される構成とされることで、
前記半導体基板５０Ａは誘電体分離基板とされている。

【００３２】前記メインＩＧＢＴ６１Ａと前記センスＩ
ＧＢＴ６１Ｂとは、前記半導体基板５０Ａを貫通し、一
方の面に形成した導電膜５０Ｃをコレクタ電極Ｃとした
ｐｎｐｎ接続とされている。また、前記制御回路部５０
は、前記半導体基板５０Ａを貫通しない単結晶領域に作
り込まれているため、高耐圧部品である前記メインＩＧ
ＢＴ６１Ａ及びセンスＩＧＢＴ６１Ｂの影響を受けにく
い構成となっている。

【００３３】このように、図４のような誘電体分離基板
である半導体基板５０Ａを用いることで、各素子間の影
響を受けず該半導体基板５０Ａの各々の部位に複数の素
子を自由に形成することが可能となる。ここで、該半導
体基板５０Ａ上に複数の素子を形成する為には、エッチ
ング、不純物注入工程、酸化膜の形成、ポリシリコンの
堆積等の複数の工程が必要となるが、前記図８乃至図１
０に示した従来法のように、ＨｙＩＣ２１と他の部品と
を接着、半田付け、ボンディングで接続しながら要求仕
様毎のイグナイタ２０をそれぞれ作ることで、少量多機
種になることに比べれば、本実施の形態のように、１チ
ップ構成とすることで、数量効果、標準、統一化による
コスト低減効果の方が遥かに大きく、複雑な制御回路を
１チップ化するには有効な手段である。

【００３４】図５は、前記誘電体分離基板である半導体
基板５０Ａの構成を変えた場合の他の実施の形態を示す
断面図であり、ＳＯＩ（Silicon On Insulator）技術を
用いた構造を示すものである。即ち、ＩＧＢＴ６１を形
成するｐｎｐｎ基板５０ａ上には、例えばＳｉＯ2 から
成るＳｉ薄膜部５０Ｆが形成され、該Ｓｉ薄膜部５０Ｆ
には制御回路素子５０Ｄ，５０Ｅが形成されている。こ
のように、ｐｎｐｎ基板５０ａ上にＳｉ薄膜部５０Ｆを
形成し、該Ｓｉ薄膜部５０Ｆに制御回路素子５０Ｄ，５
０Ｅが形成することで、上記同様に、各素子間相互の影
響を遮断することが可能となる。

【００３５】図６及び図７は、上述した１チップ構成の
イグナイタ４０をパッケージに実装した状態を示すもの
で、図６は平面図、図７は断面図である。これらの図に
示すフレーム７０には、前記イグナイタ４０がＳｎ／Ｓ
ｂ半田７１によって固着されると共に、該イグナイタ４
０のスイッチング回路部６０のＩＧＢＴ６１の図示しな
いコレクタ電極と該フレーム７０との導通が取られるよ
うになっている。前記制御回路部５０は、ＡＬワイヤ
（Ａｕワイヤ）７２を介して外部接続端子７３に接続さ
れており、前記イグナイタ４０は該フレーム７０と共
に、エポキシ系絶縁樹脂７４によるトランスファーモー
ルドにより封止されている。該エポキシ系絶縁樹脂７４
と放熱作用等を有するヒートシンク７５とは、Ｓｉ系接
着剤７６を介して固着されている。ここで、熱抵抗を下
げるために、該Ｓｉ系接着剤７６をフィラー入りのＳｉ
接着としてもよい。

【００３６】このように、前記ヒートシンク７５にＳｎ
−Ｓｂ系の半田７１を用いて前記イグナイタ４０を接続
し、且つ絶縁性エポキシ系樹脂で封止された形態を取る
と共に、該封止構造をＴＯ−２２０又はＴＯ−３Ｐ等の
半導体ディスクリートパワー素子の標準的なパッケージ
に封止することで、コスト低減が可能となる。このよう
に、本実施の形態では、前記一次電流を通電／遮断制御
するスイッチング回路６０をコレクタ−ゲート間に電圧
クランプ用ツェナーダイオード６３を有する縦構造の絶
縁ゲート形バイポーラトランジスタであるＩＧＢＴ６１
で構成し、且つ該ＩＧＢＴ６１と同一チップ内に誘電体
分離基板を用いて制御回路５０を構成したので、各素子
間相互の影響を受けることなく前記スイッチング回路６
０と制御回路５０とを１チップ化することが可能となる
と共に、最も多機能であるタイプの点火装置の仕様に合
わせることも容易となる。

【００３７】また、前記誘電体分離基板である前記半導
体基板５０Ａを用いることにより、前記制御回路５０
に、ヒステリシス回路５４、セルフシャフト回路５５、
電流制限回路５６等の素子を組み込むことができる。更
に、前記ＩＧＢＴ６１のコレクタとゲート間の電圧クラ
ンプ用ツェナーダイオード６３をポリシリコンを用いた
双方向ツェナーダイオードとし、且つ電圧クランプ用ツ
ェナーダイオード６３を、前記図示しない点火コイルの
要求される二次電圧／巻数比（二次巻き数／一次巻き
数）以上のクランプ電圧を有するように設定すること
で、前記図示しない点火コイルに対する供給電流を安定
させることができる。

【００３８】更にまた、前記イグナイタを、ツェナーザ
ップ等の方法によりチップ完成後に電流制限値やセルフ
シャット時間、動作電圧及びヒステリシス電圧の全て、
又はそのいずれかの調整が可能とすると共に、ツェナー
ザップ等の方法により、不必要となる機能の回路部をオ
ープン可能とすることで、複数の要求仕様に対応させる
ことができ、少量多機種にならず数量を増やすことが可
能となる。また、前記イグナイタ４０を、前記ヒートシ
ンク７５にＳｎ−Ｓｂ系の半田７１を用いて接続し、且
つ絶縁性エポキシ系樹脂で封止された形態を取ると共
に、該封止構造を、ＴＯ−２２０又はＴＯ−３Ｐ等の半
導体ディスクリートパワー素子の標準的なパッケージに
封止するようにしたので、コスト低減が可能となる。

【００３９】以上、本発明の一実施の形態について詳述
したが、本発明は、前記実施の形態に限定されるもので
はなく、特許請求の範囲に記載された発明の精神を逸脱
しない範囲内で、設計において、種々の変更ができるも
のである。例えば、前記制御回路５０には、ヒステリシ
ス回路５４、セルフシャフト回路５５、電流制限回路５
６等の素子を組み込んだ場合について説明したが、これ
らの素子以外の他の素子を組み込むことも可能である。

【００４０】

【発明の効果】以上の説明から理解されるように、本発
明に係る可変容量型圧縮機用制御弁によれば、前記一次
電流を通電／遮断制御するスイッチング回路部をコレク
タ−ゲート間に電圧クランプ用ツェナーダイオードを有
する縦構造の絶縁ゲート形バイポーラトランジスタで構
成し、且つ該絶縁ゲート形バイポーラトランジスタと同
一チップ内に誘電体分離基板を用いて点火装置の制御回
路を構成したので、各素子間相互の影響を受けることな
く前記スイッチング回路部と制御回路とを１チップ化す
ることができると共に、最も多機能であるタイプの点火
装置の仕様に合わせるようにしたので、数量効果をも派
生させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の内燃機関用点火装置に係る実施の形態
を示す回路図。

【図２】図１の内燃機関用点火装置の詳細を示す回路
図。

【図３】図１のスイッチング回路部を示す回路図。

【図４】図１の内燃機関用点火装置を１チップ構成とし
た場合の誘電体分離基板である半導体基板を示す断面
図。

【図５】図４の半導体基板の構成を変えた場合の他の実
施の形態を示す断面図。

【図６】図４の半導体基板をパッケージ化した場合を示
す平面図。

【図７】図４の半導体基板をパッケージ化した場合を示
す断面図。

【図８】従来の内燃機関用点火装置を示す回路図。

【図９】図８の内燃機関用点火装置をパッケージ化した
場合を示す平面図。

【図１０】図８の内燃機関用点火装置をパッケージ化し
た場合を示す断面図。

【図１１】図８の内燃機関用点火装置を点火コイルケー
シングに内蔵した場合の一形態を示す斜視図。

【図１２】図８の内燃機関用点火装置の動作を示す波形
図。

【図１３】図８の内燃機関用点火装置を１チップ化した
場合を示す断面図。

【図１４】図８の内燃機関用点火装置を他の方法で１チ
ップ化した場合を示す断面図。

【符号の説明】

２０ イグナイタ ４０ イグナイタ ５０ 制御回路部 ５０Ａ 半導体基板 ５０Ｂ 素子間分離用絶縁膜 ５０Ｃ 導電膜 ５０Ｄ，５０Ｅ 制御回路素子 ５０Ｆ Ｓｉ薄膜部 ５１ 定電圧回路 ５２ ドライブ回路 ５３ 過電圧保護回路 ５４ 入力ヒステリシス回路 ５６ 電流制限回路 ６０ スイッチング回路部 ６１ ＩＧＢＴ（絶縁ゲート形バイポーラトランジス
タ） ６１Ａ メインＩＧＢＴ ６１Ｂ センスＩＧＢＴ ６２ 電流検出抵抗 ６３ クランプダイオード ７２ ＡＬワイヤ（Ａｕワイヤ） ７３ 外部接続端子 ７４ エポキシ系絶縁樹脂 ７５ ヒートシンク ７６ Ｓｉ系接着剤 Ｃ コレクタ電極

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 鹿志村 祐一 茨城県ひたちなか市大字高場2520番地 株 式会社日立製作所自動車機器事業部内 (72)発明者 伊藤 太加志 茨城県ひたちなか市大字高場2520番地 株 式会社日立製作所自動車機器事業部内 (72)発明者 杉浦 登 茨城県ひたちなか市大字高場2520番地 株 式会社日立製作所自動車機器事業部内

Claims (11)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 エンジンコントロールユニットから出力
   される点火信号に応じて点火コイルに流れる一次電流を
   通電／遮断制御し、その二次側に高電圧を発生させる内
   燃機関用点火装置において、 前記一次電流を通電／遮断制御するスイッチング回路部
   をコレクタゲート間に電圧クランプ用ツェナーダイオー
   ドを有する縦構造の絶縁ゲート形バイポーラトランジス
   タで構成し、且つ該絶縁ゲート形バイポーラトランジス
   タと同一チップ内に誘電体分離基板を用いて点火装置の
   制御回路を構成したことを特徴とする内燃機関用点火装
   置。
2. 【請求項２】 前記誘電体分離基板を用いた制御回路に
   は、バッテリ電源を取り込み定電圧源を回路内で構成す
   るか、又は前記バッテリ電源を一定電圧にクランプした
   定電圧を取り込むと共に、前記エンジンコントロールユ
   ニットから出力される点火信号にオンする動作レベルを
   有し、且つ該オンレベルより低い電圧でオフするレベル
   を有するヒステリシス回路が具備されていることを特徴
   とする請求項１記載の内燃機関用点火装置。
3. 【請求項３】 前記誘電体分離基板を用いた制御回路に
   は、前記エンジンコントロールユニットから出力される
   点火信号のオン状態が連続的に維持され、前記絶縁ゲー
   ト形バイポーラトランジスタが連続的にそのコレクタと
   エミッタ間に電流を流し続ける連続通電状態となった
   時、該連続通電状態を回路内で設定した一定時間で強制
   的にオフするセルフシャフト回路が具備されていること
   を特徴とする請求項１記載の内燃機関用点火装置。
4. 【請求項４】 前記誘電体分離基板を用いた制御回路に
   は、前記絶縁ゲート形バイポーラトランジスタがオンし
   た時に点火コイルに流れる一次電流のピーク値を回路内
   で設定した値に制限する電流制限回路が具備されている
   ことを特徴とする請求項１記載の内燃機関用点火装置。
5. 【請求項５】 前記制御回路には、前記ヒステリシス回
   路、セルフシャフト回路又は前記電流制限回路の何れか
   一つ又は二つ又は三つが具備されていることを特徴とす
   る請求項１記載の内燃機関用点火装置。
6. 【請求項６】 前記絶縁ゲート形バイポーラトランジス
   タのコレクタとゲート間の電圧クランプ用ツェナーダイ
   オードはポリシリコンを用いた双方向ツェナーダイオー
   ドであり、且つ該双方向ツェナーダイオードは、前記点
   火コイルの要求される二次電圧／巻数比（二次巻き数／
   一次巻き数）以上のクランプ電圧を有するように設定さ
   れていることを特徴とする請求項１記載の内燃機関用点
   火装置。
7. 【請求項７】 前記点火装置は、ツェナーザップ等の方
   法によりチップ完成後に電流制限値やセルフシャット時
   間、動作電圧及びヒステリシス電圧の全て、又はそのい
   ずれかの調整が可能とされていることを特徴とする請求
   項１記載の内燃機関用点火装置。
8. 【請求項８】 前記点火装置は、ツェナーザップ等の方
   法により、不必要となる機能の回路部がオープン可能と
   されることで、複数の要求仕様に対応していることを特
   徴とする請求項１記載の内燃機関用点火装置。
9. 【請求項９】 前記点火装置は、ヒートシンクにＳｎ−
   Ｓｂ系の半田を用いて接続され、且つ絶縁性エポキシ系
   樹脂で封止された形態が取られると共に、該封止構造
   は、ＴＯ−２２０又はＴＯ−３Ｐ等の半導体ディスクリ
   ートパワー素子の標準的なパッケージに封止されて成る
   ことを特徴とする請求項１記載の内燃機関用点火装置。
10. 【請求項１０】 前記点火装置には、前記一次電流の通
    電／遮断を制御するメイン絶縁ゲート形バイポーラトラ
    ンジスタと、該メイン絶縁ゲート形バイポーラトランジ
    スタを流れる電流を検出するセンス絶縁ゲート形バイポ
    ーラトランジスタと、該センス絶縁ゲート形バイポーラ
    トランジスタによって検出された電流を電圧に変換する
    センス抵抗とが具備され、該センス電圧と基準電圧との
    比較により、前記メイン絶縁ゲート形バイポーラトラン
    ジスタのゲート電圧が制御されることを特徴とする請求
    項１記載の内燃機関用点火装置。
11. 【請求項１１】 前記メイン絶縁ゲート形バイポーラト
    ランジスタと、前記センス絶縁ゲート形バイポーラトラ
    ンジスタとは、前記誘電体分離基板の単結晶領域に該誘
    電体分離基板を貫通させた状態で形成され、前記制御回
    路は前記単結晶領域に該誘電体分離基板を貫通させない
    状態で形成されていることを特徴とする請求項９記載の
    内燃機関用点火装置。