DE4427357A1 - Elektronische verteilerartige Zündvorrichtung - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine elektronische verteilerartige Zündvorrichtung für eine Verbrennungskraftmaschine und insbesondere eine elektronische verteilerartige Zündvorrichtung, die durch eine mehr­ schichtige Struktur gekennzeichnet ist, die dazu dient, den Leistungs­ transistor in der Zündsteuerung in einer Zündspule mit eingebauter Zün­ dsteuerung anzuordnen.

Eine Zündsteuerung in einer Zündvorrichtung für eine Verbrennungskraft­ maschine wird dafür verwendet, den Primärstromfluß in einer Zündspule intermittierend zu steuern. In einer allgemeinen Zündvorrichtung sind die Zündspule und die Zündsteuervorrichtung voneinander getrennt. Eine Zündspule mit eingebauter Zündsteuerung wurde jedoch vor kurzem entwickelt, in der eine Zündsteuerung in einer Einheit geformt ist, welche einen Leistungstransistor und eine Zündspule aufweist. Eine derartige Zündspule mit eingebauter Zündsteuerung ist schwach thermisch leitend, was daran liegt, daß sie an dem Motorblock angeordnet ist, um ihre Temperatur zu erhöhen. Deswegen fordert die Zündsteuerung hinrei­ chende Aufmerksamkeit in bezug auf die hohe Temperatur, und es ist notwendig, den Materialien und der verwendeten Kombination größt­ mögliche Berücksichtigung zu schenken. Besonders bei der mehrschichti­ gen Chipstruktur in einem Leistungstransistorteil ist eine Rißbildung in dem Lotmaterial in dem mehrschichtigen Teil wahrscheinlich, wenn die Temperatur über ihren Betriebszustandsbereich hinausgeht, insbesondere über ihren Betriebstemperaturbereich. Aus diesem Grund ist die mehr­ schichtige Struktur normalerweise unter Berücksichtigung des Unterschieds der thermischen Ausdehnungskoeffizienten geformt. Jedoch ist es vom Kostenpunkt her notwendig, ein kostengünstiges Material zu verwenden, sogar wenn der Wärme-Ausdehnungskoeffizient sehr unterschiedlich ist. In einigen Fällen aber wird eine Verzerrung in dem Teil aufgrund der Temperatur während des Lötens verursacht, um die Steuerung mit gerin­ ger thermischer Widerstandsfähigkeit zu schaffen.

Mit anderen Worten wird die mehrschichtige Struktur des Leistungs­ transistorchips dadurch bestimmt, daß berücksichtigt wird, wie effizient die Wärme, die durch den Leistungstransistor, der einen Silikonchip, d. h. eine Energiequelle verwendet, übertragen wird, und wie der Wärme-Aus­ dehnungsunterschied aufgrund des Temperaturunterschieds in der Be­ triebsumgebung absorbiert wird. Zum Beispiel in dem Fall, in dem eine Molybdänplatte als absorbierendes Material für den thermischen Aus­ dehnungsunterschied verwendet wird, wenn die Molybdänplatte und ein Kupfer-Abstrahlblech vorher mit Lot aneinander befestigt werden, werden diese Teile dann auf eine Temperatur von ungefähr 650°C erhitzt, um das Lot zu schmelzen. Während dieser Zeit, da der lineare Ausdehnungs­ koeffizient von Molybdän 5,5 × 10^-6/°C beträgt und der lineare Aus­ dehnungskoeffizient von Kupfer 1,67 × 10^-6/°C beträgt, ist der befestigte Bereich manchmal aufgrund des Unterschieds der beiden linearen Aus­ dehnungskoeffizienten oder aufgrund der Befestigungskraft des Befesti­ gungslots gebogen, oder zusätzlich zu dem Verbiegen wird eine Versprö­ dung verursacht, die von der Zusammensetzung des Kupfer-Abstrahlblechs bzw. Wärmeschilds (heat sink) abhängt. Um dies zu vermeiden, wurden die folgenden Gegenmaßnahmen unternommen: Steuerung des Befesti­ gungsbereichs zwischen der Molybdänplatte und dem Kupferboden, die zu befestigen sind, Verwendung einer anderen Struktur, z. B., wie das Befe­ stigen zwischen der Molybdänplatte und einer Aluminiumplatte oder Verwendung einer Kupferplatte anstatt einer Molybdänplatte.

Die vorliegende Erfindung erfolgte unter Berücksichtigung dieser Tatsa­ chen des Standes der Technik. Ein Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, eine elektronische verteilerartige Zündvorrichtung vorzusehen, die eine Zündsteuerung und eine Zündspule aufweist und zu einer Einheit ge­ formt ist. Wenn auch irgendwelche thermische Verzerrung in dem struk­ turellen Teil aufgrund des Temperaturwechsels während des Lötens, bzw. Befestigen durch Wärme auftritt, beeinflußt die Verzerrung nicht die mehrschichtige Struktur, die einen Leistungstransistorchip hält.

Das Ziel der vorliegenden Erfindung wird dadurch erreicht, daß ein Leistungstransistor für eine Zündspulensteuerung in einer Zündsteuerung zu einer Einheit geformt wird, wobei jede der Zündspulen an einer Molybdänplatte befestigt und angebracht ist, welche an die Befestigungs­ fläche eines Kupferbodens mit Lot befestigt ist und jede der Flächen ebnen ist, um ein mehrschichtiges Teil der Molybdänplatte zu bilden.

Es ist bevorzugt, jede Fläche des Kupferbodens und das mehrschichtige Teil der Molybdänfläche in ebener Form durch plastische Bearbeitung zu formen. Der geebnete Kupferboden wird auch dafür verwendet, um ein Hybridschaltkreis-Substrat anzuordnen.

Weitere Vorteile, Merkmale und Anwendungsmöglichkeiten ergeben sich aus der nachfolgenden Erläuterung der Erfindung an Ausführungsbei­ spielen in Verbindung mit der Zeichnung. Darin zeigen:

Fig. 1 ist eine perspektivische Ansicht einer Ausführungsform einer Zündspule mit einer eingebauten Zündsteuerung.

Fig. 2 ist ein Teilschnitt, der die interne Struktur der Zündspule nach Fig. 1 zeigt.

Fig. 3 ist eine perspektivische Ansicht, die eine Einheit der Zündsteue­ rung zeigt, wobei teilweise der Behälter weggeschnitten ist.

Fig. 4 ist eine schematische auseinandergezogene Ansicht, die die mehrschichtige Struktur eines Leistungstransistorteils zeigt.

Fig. 5 ist eine schematische Ansicht, die den Zustand eines Kupferbo­ dens und einer Molybdänplatte zeigt, die wieder auf Raumtem­ peratur gesenkt wurden, nachdem sie mit Silberlot aneinander befestigt wurden.

Fig. 6 zeigt schematisch den Zustand eines Kupferbodens und einer Molybdänplatte, deren ebene Flächen durch plastische Verfor­ mung unter Verwendung einer Preßmaschine geschaffen wurden.

Fig. 1 ist eine perspektivische Ansicht einer Ausführungsform einer Zündspule mit eingebauter Zündsteuerung gemäß der vorliegenden Erfindung. Fig. 2 ist eine Querschnittsansicht, die die interne Struktur der Zündspule nach Fig. 1 zeigt.

In diesen Figuren weist die elektronische verteilerartige Zündvorrichtung 1 einen Kern 2, eine Primärspule 3 und eine Sekundärspule 4, die um den Kern 2 gewickelt sind, eine Form 5, die beide Spulen 3, 4 umhüllt, eine Zündsteuerung 6, die an der Form 5 angeordnet ist, und damit eine Einheit bildet, ein Anschluß 7, der mit der Zündsteuerung 6 verbunden ist, und eine Hochspannungselektrode 8 auf, die von dem Boden der Form 5 nach unten ragt, um eine Zündkerze 32, die am Motorblock 31 befestigt ist, elektrisch zu verbinden. Der Kern 2 weist Schraubenlöcher 9, 10 auf, um ihn an den beiden Endteilen in seiner Längsrichtung zum Fixieren, wobei der Anschluß 7, der sich in einem Verbindungsteil 11 befindet, das an dem oberen Ende der Form 5 ausgebildet ist. Der Verbinder 11 empfängt ein Steuersignal und elektrischen Strom von einer externen Steuereinheit (nicht gezeigt) und sendet ein Signal an die Zünd­ steuerung 6 über den Anschluß 7 und eine Kontaktleiste 12.

Die Zündsteuerung 6, wie sie in der perspektivischen Ansicht der Fig. 3 gezeigt ist, weist grundsätzlich ein Kupfer-Abschirmblech (Kupferboden) 14, das an dem Behälter 13 angebracht ist, eine Molybdänplatte 16, die an dem Kupferboden 14 mit einem Lotteil 15, das ein Silberlot ist, befe­ stigt ist, einen Leistungstransistorchip 18, der an die Molybdänplatte 16 mit Lot 17 befestigt ist, und ein Hybridschaltkreis-Substrat 19 auf, das am Kupferboden 14 an einer anderen Stelle als an der, an der die Molybdänplatte 16 befestigt ist, mit Klebstoff befestigt ist (nicht gezeigt). Elektronikteile 20, 21 sind an dem Hybridschaltkreis-Substrat 19 befestigt, wobei die Kontaktleiste 12 aufwärts ragt, um das Leitungsmuster des Hybridschaltkreis-Substrats 19 mit dem Anschluß 7 zu verbinden. Der Leistungstransistorchip 18 ist mit einer Aluminiumanschlußfläche 22, die an dem Hybridschaltkreis-Substrat 19 vorgesehen ist, durch eine Leitung 23 verbunden, um ein Steuersignal durch die Leitung 23 zu übertragen. Die Kontaktleiste 12 ist durch Schweißen bzw. Löten mit dem Anschluß 7 verbunden, um leitfähig mit einer externen Einheit zu sein. Der Behäl­ ter 13 ist aus Kunststoff, wie z. B. PBT (Polybutylen-Terephthalat) gefer­ tigt. Bleilot kann anstatt Silberlot als Lotteil 15 verwendet werden.

Fig. 4 ist eine schematisch auseinandergezogene Ansicht, die die mehr­ schichtige Struktur des Leistungstransistorteils zeigt. Die Molybdänplatte (16,5 mm breit, 5 mm hoch, 0,5 mm dick) ist auf den Kupferboden 14 (20 mm breit, 20 mm hoch, 2 mm dick) gelegt, bzw. durch das Lotteil 15 verbunden, wobei die Molybdänplatte 16 an den Kupferboden 14 dadurch befestigt wird, daß beide bis 650°C erwärmt werden, um das Lotteil 15 zu schmelzen.

Das mehrschichtige Teil, das dadurch geformt ist, daß die Molybdänplatte 16 am Kupferboden 14 befestigt ist, wird derart in eine solche Form verformt, daß das mehrschichtige Teil sich zur Seite der Molybdänplatte 16 aufgrund des Unterschieds der linearen Ausdehnungskoeffizienten biegt, wie in Fig. 5 gezeigt, wenn auf Raumtemperatur abgekühlt wird. Der Grund, warum die Verformung auftritt, liegt darin, daß die Größe der thermischen Ausdehnungsverformung des Kupferbodens 14 ungefähr dreimal so groß ist wie die der Molybdänplatte bei einer hohen Tempe­ ratur von 650°C, die dazu dient, um das Lotteil 15 zur Befestigung zu schmelzen. Dies führt zu der Verformung (Unebenheit), wenn sie auf Raumtemperatur abgekühlt werden. Wenn der Leistungstransistorchip 18 an der Molybdänplatte 16 durch Lot 17 befestigt ist; während die Ver­ formung noch auftritt bzw. beibehalten wird, wird die Zuverlässigkeit (thermische Widerstandsfähigkeit) verringert, da eine Rißbildung während der Befestigung verursacht oder die Lotschicht ungleichmäßig wird.

Um ein solches Problem zu verhindern, wird der verformte Kupferboden 14, der an der Molybdänplatte 16 befestigt ist, zwischen die obere Preß­ form 24a und die untere Preßform 24b einer Preßmaschine 24 gelegt, und so durch Druck (F, F′) von ungefähr 600 kgf·cm gepreßt, um es durch elastische Verformung in eine ebene Ausbildung zu bringen. Dabei, wird der Preßzustand im Fall des Kupferbodens (Wärmeschild) 14 mit einer Dicke von 1 bis 2 mm gewählt. Der Druck wird entsprechend der Größe und der Dicke des Kupferbodens 14 und der Molybdänplatte 16, die zu pressen sind, bestimmt. Der optimale Druck wird abhängig von den Dimensionen gewählt. Nachdem die Ebenheit des Kupferbodens 14 und der Molybdänplatte 16 erlangt wurde, wird der Leistungstransistor­ chip 18 an der Molybdänplatte 16 mit dem Lot 17 befestigt. Damit ist die Installation des Leistungstransistorchip 18 beendet.

Andererseits, obwohl das Hybridschaltkreis-Substrat 19 auch an den Kup­ ferboden 14 mit einem Klebstoff befestigt ist (nicht gezeigt), tritt keine Rißbildung in der Aluminiumplatte des Hybridschaltkreis-Substrats 19 auf, da die Ebenheit des Kupferbodens in diesem Fall aufrechterhalten wird.

Wie oben beschrieben ist, tritt durch Aufrechterhalten der Ebenheit des Kupferbodens 14 und der Molybdänplatte 16 durch elastische Verformung keine Rißbildung in dem Leistungstransistorchip 18, dem Hybridschalt­ kreis-Substrat 19 oder dem Lotteil 15 aufgrund der thermischen Verfor­ mung während der Befestigung oder während des Betriebes auf. Des­ wegen wird die Zuverlässigkeit einer derartigen Vorrichtung beträchtlich verbessert.

Wie oben beschrieben ist, ist es, da dem mehrschichtigen Teil, das durch Befestigung einer Molybdänplatte an einem Kupferboden zwecks Anord­ nens eines Leistungstransistorchips gebildet ist, eine Ebenheit (Flachheit) durch Vermeidung der Verformung der Teile verliehen wird, die durch Fixieren unter Wärme durch elastische Verformung verursacht wird, möglich eine Rißbildung in einem Leistungstransistorchip oder einer Lotschicht zu vermeiden, die durch die Verformung verursacht wird. Insbesondere, ist es möglich, die Zuverlässigkeit einer elektronischen verteilerartigen Zündvorrichtung zu verbessern, die an einem Motorblock angeordnet und als Einheit von Zündsteuerung und Zündspule gebildet ist.

Claims (3)

1. Elektronische verteilerartige Zündvorrichtung, die eine Einheit von Zündspule jeder Zündkerze und Zündsteuerung mit einem Leistungs­ transistor zur Steuerung der Zündkerze bildet, wobei der Leistungs­ transistor in der Zündsteuerung an einer Molybdänplatte in einem mehrschichtigen Teil angebracht und befestigt ist, wobei das mehr­ schichtige Teil durch Befestigen der Molybdänplatte an der Fixier­ fläche eines Kupferbodens und durch Ebnen einer jeden Oberfläche gebildet ist.

2. Elektronische verteilerartige Zündvorrichtung gemäß Anspruch 1, wobei das mehrschichtige Teil, das durch Fixieren der Molybdän­ platte an dem Kupferboden gebildet ist, durch elastische Bearbeitung einer jeden Oberfläche geebnet ist.

3. Elektronische verteilerartige Zündvorrichtung gemäß Anspruch 1, wobei die Zündsteuerung ein Hybridschaltkreis-Substrat aufweist, das an dem Kupferboden angeordnet ist.