内燃機関用点火装置およびＩＧＢＴ

【課題】ワイヤボンディング時の応力ＩＧＢＴチップの素子破壊を防止し、生産性が及び信頼性を向上したＩＧＢＴ点火装置を提供することにある。
【解決手段】ＩＧＢＴのゲートワイヤボンディングエリアとエミッタワイヤボンディングエリア直下にはスイッチング制御を構成する素子を持たせないアクティブエリアなし又はＩＧＢＴとして動作させるチャンネルなし構造とする。
【効果】ＩＧＢＴチップのボンディングによる素子破壊要因を削減できるため生産性が向上し、且つ信頼性の高いＩＧＢＴ点火装置が可能となる。

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】内燃機関用点火装置のスイッチング素子の構造、または、内燃機関用点火装置用ＩＧＢＴの構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】ＩＧＢＴを自動車内燃機関用点火装置に用いた従来の技術には特開平7−77149号がある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】前記従来の技術は、ＩＧＢＴゲートワイヤボンディングエリア及びエミッタワイヤボンディングエリア直下にはトランジスタを構成するアクティブエリア又はＩＧＢＴとして動作するチャンネルが存在しているため、ＩＧＢＴと外部回路，端子又はそれらに相当するものを接続するワイヤボンディング工程でボンディングエリア下部の素子に応力がかかりがちで、従来はワイヤボンディング装置のボンディングパワーをワイヤが剥がれない程度にさげて接続していた。しかし、最近の自動車部品に要求される長寿命化をはかるためにはボンディング時のパワーを上げてワイヤを接続する必要があり、これによってＩＧＢＴボンディングエリア下の素子破壊を起こす可能性のある構造となっており必ずしも信頼性の高いものではなかった。
【０００４】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するために、ＩＧＢＴゲートワイヤボンディングエリアとエミッタワイヤボンディングエリア下部にスイッチング制御を構成する素子を持たせないアクティブエリアなし又は、ＩＧＢＴとして動作させるチャンネルなし構造とすることでワイヤボンディング時の応力が構成する素子にかからないようにする。
【０００５】
【発明の実施の形態】上記のように、ＩＧＢＴゲートワイヤボンディングエリアとエミッタワイヤボンディングエリア下部にスイッチング制御を構成する素子を持たせないアクティブエリアなし又はＩＧＢＴとして動作させるチャンネルなし構造としてワイヤボンディング時の応力が素子に影響を与えないようにすることでボンディングによるＩＧＢＴチップの素子破壊を防止することが出来るため生産性が向上し、且つ信頼性の高いＩＧＢＴ点火装置が可能となる。
【０００６】図１に、点火システムの構成例を示す。１はＥＣＵ、２は点火装置、３は点火コイル、４は点火プラグを示す。ＥＣＵ１の出力段は、ＰＮＰトランジスタ９，ＮＰＮトランジスタ１０，抵抗１１より構成され、ＣＰＵ８により算出された適正な点火タイミングでトランジスタ９，１０をＯＮ，ＯＦＦし、点火装置にHIGH，ＬＯＷのパルスを出力する。点火装置２はＩＧＢＴ５，とハイブリッドIC13に実装された電流検出用負荷６，電流制限回路７、および入力抵抗１２より構成され、ＥＣＵ１の出力信号がＬＯＷ→ＨＩＧＨでパワートランジスタ５は通電を開始し、ＨＩＧＨ→ＬＯＷで遮断することによりパワートランジスタ５のコレクタ部に３００〜７００Ｖの高電圧を発生する。
【０００７】図２に、パワースイッチング素子であるＩＧＢＴの等価回路を示す。１４はコレクタ端子、１５はゲート端子、１６はエミッタ端子である。ゲート信号入力部はエンハスメント型Ｎ−ＭＯＳトランジスタで構成され、電流が流れる部分はＰＮＰＮの構造となっている。
【０００８】図３に、ＩＧＢＴの基本構造を示す。実際の部品は本構造のセルが数万個チップ上に形成されているものも１セルを書き出したものである。１７はコレクタ部、１８はゲート配線、１９はエミッタ配線であり、２０はゲートボンディングエリア、２１はエミッタボンディングエリアである。２２，３９はＰ⁺ベース層、２３はＮ^-層、２４はＰ層、２５はＮ⁺層、２６は酸化膜である。ゲートの入力電圧がＮ−ＭＯＳトランジスタのスレッシュホールド以上になるとＰベース層にＮチャンネル２７が形成され、Ｐ⁺コレクタ，Ｎ^-，Ｎチャンネル，Ｎ⁺エミッタのルートで通電し、スレッシュホールド以下ではＮチャンネルは消滅し遮断状態となる。本構造において、ゲートボンディングエリア２０及びエミッタボンディングエリア２１の下にはトランジスタを構成する素子が存在しており、ワイヤボンディング時の応力により素子にダメージを与え素子破壊に到る可能性がある。
【０００９】図４に本発明の一実施例を示す。ＩＧＢＴ基本構造は従来の構造と同一であるが、ボンディングエリア直下にトランジスタを構成するアクティブエリア（又はＩＧＢＴとして動作させるチャンネル）を持たせない構造としている。エミッタボンディングエリア２８の下は上から順にアルミ配線層２９，ポリシリコン層３０，酸化膜層３１，Ｐ層３２，Ｎ^-層３３，Ｎ⁺層３９，Ｐ⁺層３４となっており前記Ｐ層はエミッタ電極と接続されエミッタの電位と同等としている。またゲートボンディングエリア３５の下も同様に上から順にアルミ層３６，ポリシリコン配線層３７，酸化膜層３８としている。本構造とすることでボンディングエリアの下にはトランジスタを構成するアクティブエリア又はＩＧＢＴとして動作させるチャンネルを持たせなくする事が出来、これによってワイヤボンディング時の応力により素子にダメージを与えることがなく生産性及び信頼性を向上することができる。ここで、図３，図４の２１，２８，２０，３５はエリアを示すものであって特別な層を設けているわけではないが、ダメージを減らすための層を設けても良い。
【００１０】
【発明の効果】ＩＧＢＴゲートワイヤボンディングエリア及びエミッタワイヤボンディングエリア下部にスイッチング制御を構成するアクティブエリア、又はＩＧＢＴとして動作させるチャンネルを持たせない構造とすることでボンディングによるIGBTチップの素子破壊を防止することが出来るため生産性が向上し、且つ信頼性の高いＩＧＢＴ点火装置が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】点火システムの構成例。
【図２】ＩＧＢＴの等価回路。
【図３】ＩＧＢＴの基本構造。
【図４】本発明の一実施例。
【符号の説明】
１…ＥＣＵ、２…点火装置、３…点火コイル、４…点火プラグ、５…ＩＧＢＴ、６…電流検出用負荷、７…電流制限回路、８…ＣＰＵ、９…ＰＮＰトランジスタ、１０…ＮＰＮトランジスタ、１１，１２…抵抗、１３…ハイブリッドＩＣ、１４…コレクタ端子、１５…ゲート端子、１６…エミッタ端子、１７…コレクタ部、１８…エミッタ配線、１９…ゲート配線、２０，３５…ゲートボンディングエリア、２１，２８…エミッタボンディングエリア、２２，３４…Ｐ⁺層、２３，３３…Ｎ^-層、２４，３２…Ｐ層、２５，３９…Ｎ⁺層、２６，３１，３８…酸化膜層、７…Ｎチャンネル、３０，３７…ポリシリコン層。

【特許請求の範囲】
【請求項１】内燃機関用電子制御装置（以下ＥＣＵ）から出力される点火制御信号に応じて点火コイルに流れる１次電流を通電，遮断制御するスイッチング素子をＩＧＢＴ（絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ）で構成し、前記ＩＧＢＴチップ表面にゲートとエミッタのワイヤ接続用ボンディングパッドを設け、そのボンディングするエリアの下部にはスイッチング制御を構成するアクティブエリアを持たない構造とした内燃機関用点火装置。
【請求項２】内燃機関用電子制御装置（以下ＥＣＵ）から出力される点火制御信号に応じて点火コイルに流れる１次電流を通電，遮断制御するスイッチング素子をＩＧＢＴ（絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ）で構成し、前記ＩＧＢＴチップ表面にゲートとエミッタのワイヤ接続用ボンディングパッドを設け、そのボンディングするエリアの下部には前記ＩＧＢＴとして動作するチャンネルを持たない構造とした内燃機関用点火装置。
【請求項３】請求項１または２において、ゲート信号線をポリシリコンで配線し、ゲートボンディングエリアとエミッタボンディングエリアのいずれか一方または両方の下部をＰ層とし、前記Ｐ層をエミッタ電極と接続してエミッタ電位とした内燃機関用点火装置。
【請求項４】請求項１から３のいずれかにおいて、保護素子として、ＩＧＢＴチップ上にポリシリコンによるＰＮ接合を複数個接続して４００Ｖ以上に設定したツェナーダイオードの一部または全領域をＮ^-層の上部に酸化膜を介して形成した内燃機関用点火装置。
【請求項５】請求項１または２において、ゲートボンディングエリアとエミッタボンディングエリアいずれか一方または両方の下部をＮ^-層とした内燃機関用点火装置。
【請求項６】内燃機関用点火装置に用いられ、内燃機関用電子制御装置（以下ＥＣＵ）から出力される点火制御信号に応じて点火コイルに流れる１次電流を通電，遮断制御するＩＧＢＴ（絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ）において、チップ表面にゲートとエミッタのワイヤ接続用ボンディングパッドを設け、そのボンディングするエリアの下部にはスイッチング制御を構成するアクティブエリアを持たない構造としたことを特徴とする内燃機関用点火装置用ＩＧＢＴ。
【請求項７】内燃機関用点火装置に用いられ、内燃機関用電子制御装置（以下ＥＣＵ）から出力される点火制御信号に応じて点火コイルに流れる１次電流を通電，遮断制御するスイッチング素子をＩＧＢＴ（絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ）において、チップ表面にゲートとエミッタのワイヤ接続用ボンディングパッドを設け、そのボンディングするエリアの下部にはＩＧＢＴとして動作するチャンネルを持たない構造としたことを特徴とする内燃機関用点火装置用ＩＧＢＴ。

【図４】