電子装置

专利摘要:
第１の絶縁層内に密封されており入力部と出力部とに接続されている少なくとも２つのウェーハと、第１の層の上に置かれている第２の絶縁層とを有する整流器。
公开号:JP2011509517A
申请号:JP2010537518
申请日:2008-12-15
公开日:2011-03-24
发明作者:ブーラー，ステファン；レデセン−ディブル，ジョナサン
申请人:アロラ ゲーエムベーハー；
IPC主号:H01L29-861

专利说明:

[0001] 本発明は電子装置に関する。本発明は、特に火花点火内燃機関の点火系用の電子装置に関する。]
背景技術

[0002] 内燃機関の動作は、燃料消費と内燃機関の部品の摩耗に関してはかなり不十分にしか知られていない。燃料をより効果的に使用するための内燃機関の動作の改善は、全世界で盛んに行われている研究の対象であり、不十分な燃焼技法によって一般環境への損害が増加しているという証拠がある現在の環境においては、特にそうである。]
[0003] 初期のエンジン付き乗り物の点火回路はプラス接地に基づいており、そのため、点火プラグのポイント電極の位置では負の極性の下で動作した。しかし、その後、負の極性は酸化によって乗り物の部品が過度に腐食する原因になることが認識された。腐食の問題を克服するために、その後のエンジン付き乗り物はマイナス接地に基づいている点火回路を使用して、点電極の位置では正の極性の下で動作した。]
[0004] 現在では、全ての火花点火内燃機関の点火回路はプラス接地の構成に基づいている。近代的な乗り物を負の極性の下で動作するように改造するために必要な近代的な乗り物の全ての様々な部品を変更するには、その変更が完全に非現実的になってしまうほど、非常にやっかいであろう。]
[0005] 多くの点火回路、特にＣＤＩと改良された点火系の点火回路は、正の交流を正の直流に変換する整流器を有している。整流器の一方の端部は通常高圧の正の交流を点火コイルから受ける。整流器は、燃焼に点火するために正の交流電流を整流器の他方の端部から点火プラグに出力される高圧の正の直流に変換する。相当なそして詳細な試験に従って、出願人は火花点火のための点電極の位置での負の直流出力は点火に必要な燃料の量を減少させることを見出した。さらに、出願人は、点電極の位置での負の直流出力が排気物質を相当に減少させることを見出した。]
[0006] 既存の整流器は、筐体内の接合によって１つに連結されている複数のシリコンウェーハを一般に有している。シリコンウェーハは、シリコンウェーハが筐体内で密封されるように、通常ガラス、シリカ、またはポリマー内で保護されている。]
先行技術

[0007] イギリス特許出願公開明細書第２３３０８７８号]
発明が解決しようとする課題

[0008] 特許文献１の出願人の以前の特許は、円柱を構成するように、適切な絶縁化合物内に入れられた改善された整流器を開示している。化合物は、ダイオードを横切って火花が発生するのを避けるために使用される。その結果得られる整流器は大きく改善されているが、以降で説明するような本発明の効果を発揮しない。特許文献１に記述されている整流器は、典型的には２００ｎｓの逆回復時間を有している。さらに、整流器は、順方向と逆方向の電圧の差異（２４ｋＶに対して３２ｋＶ）を有することが見出された。]
[0009] 本発明は、実質的に短い回復時間、等しい順方向と逆方向の電圧、および動力付き乗り物の点火回路に組み込まれたときの総合的に向上した性能を有している改善された整流器に関する。さらに、本発明の整流器は、点火プラグの点電極上で負の極性を発生し、負のコロナ現象を生成することが見出された。]
課題を解決するための手段

[0010] 本発明の一態様によれば、第１の絶縁層内に密封されており、入力と出力とに接続されており、各々が０．９９ｍｍ未満の長さと幅とを有しており、０．０４０インチ未満の接合を間に有している少なくとも２つのウェーハと、第１の層の上に置かれている第２の絶縁層とを有する整流器が提供される。]
[0011] 少なくとも２つのウェーハはシリコンウェーハであることが好ましい。]
[0012] 少なくとも２つのシリコンウェーハを囲んでいる第１の層は絶縁耐力が３０ｋＶ／ｍｍよりも高いことが好ましい。]
[0013] 各接合とそれに隣接しているウェーハとの間に隙間が設けられていることがさらに好ましい。]
[0014] 第２の層は絶縁耐力が５ｋＶ／ｍｍよりも高いことが好ましい。]
[0015] 第１と第２の層は絶縁耐力が異なる材料から構成されていることが好ましい。その代わりに、両層を同じ材料で構成することができる。]
[0016] 本発明の第２の態様によれば、直列に接続されている第１の態様によって構成されている少なくとも２つの整流器を有している電子部品が提供される。]
[0017] 本発明の一実施形態を例として添付の図面を参照して以下に説明する。]
図面の簡単な説明

[0018] 本発明によって作られている整流器の模式図である。
図１の整流器を配置することが可能な整流器筐体の模式図である。
図２の整流器筐体の端面図である。] 図１ 図２
実施例

[0019] 図１は整流器１０を模式的に示している。整流器１０は第１の層つまり筐体１４内に配置されている複数のシリコンウェーハ１２を有している。好ましい実施形態では、整流器１０は２４のシリコンウェーハを有しているが、ウェーハの数は、例えば１２から６０を超える数に、しかしこれらには限定されない数に、大きく変化してもよい。] 図１
[0020] 各ウェーハ１２の長さと幅とは、約０．８９ｍｍである。これは、通常１ｍｍである同等な電子部品に使用される標準的なシリコンウェーハよりも著しく小さい。]
[0021] ウェーハ１２は、接合（図には明確には示していない）によって１つに連結されている。接合は正方形で、対角線の長さが０．０３０インチである。この種類の接合の典型的な大きさは、約０．０４０インチになる。すなわち、本発明で使用される接合は、標準よりも実質的に小さい。接合の大きさが減少することによって、整流器の容量が増加し、その回復の速度が２００ｎｓから２０ｎｓに増加することが出願人が実施したいくつかの試験において見出された。]
[0022] 整流器１０は、極小シリコンウェーハ１２の正確に限定されたスパッタリングと、いっそう小さい接合を形成することによって逆バイアス漏れを増加させるように特別に設計されている。比較的濃度の低い原子をウェーハ１２の縁の孔内のトラフ／溝にドーピングすることによって、Ｐ型正電荷よりも多いＮ型の負の直接電荷を発生する漏れが実現される。半導体金属ドーピングは、整流器構造を損傷から保護するために、熱可塑性被覆によって覆われている。ドーピング剤のスパッタリングに使用される金属は９９．９％の純プラチナである。]
[0023] Ｐ型電荷は、正電荷が過剰であり、シリコンウェーハの正孔は正電荷の少数キャリヤである。Ｎ型電荷は、ドーパントによって負電荷が過剰である。]
[0024] ドーパント原子はＮ型電荷を生成し、そのため、より小さい接合はＰ型正電荷以上のＮ型負電荷がさらに過剰になるようにドーパントによって熱を蓄積することになる。そのため、Ｎ型電荷による逆バイアス電流が本整流器１０で発生するように特別に設計されており、これは負である。]
[0025] 整流器１０は、通常のＰ型正電荷よりも過剰なＮ型電荷によってもたらされる逆バイアスＮ型負電荷を助長するように、特別により小さいゲートつまり接合によって構成されている。]
[0026] 全ての整流器は、それらの構造に固有の漏れ特性を有している。しかし、本整流器には、点火プラグの電極にわたる電気放電の点においてＮ型負電荷が強力にそして確実に多数になるように特別に設計された漏れがある。これには、実質的に全ての空気対燃料の混合気を消費する強力な負イオン効果がある。]
[0027] Ｎ型電荷は、強力なＰ型の正の直接電荷を生成するために、ウェーハ内の孔とトラフとを埋め、ウェーハを１つに密閉するために使用される濃度の高いドーピング方法によって妨げられる。]
[0028] 薄い膜による被覆には、励起されている真空環境における特定材料の層の正確な積層が伴う。これらの環境は、結果に再現性があるようにするために、保証された高純度材料を要求する。高純度材料の、この場合プラチナの、スパッタ時間を短縮することによって、積層が減少する。]
[0029] 分圧が低い気体と組み合わされている低ドープ孤立状態は、気体のスパッタ率ポテンシャルを減少させる。そのため、通常、ドーピング材料の１０分のスパッタリングを３〜７分に短縮することで、それに応じてスパッタリング深さが減少する。短縮されたスパッタリング時間によって、ウェーハの孔を通して、そして整流器の側部からのより多くの漏れを発生させることができるようになろう。これは、一貫した信頼性のある態様で、制御された負Ｎ型直接電荷を発生させる。]
[0030] プラチナの一貫している所定のスパッタリング深さを得るために、「イオンミリング」を採用することが可能で、それから、この深さを時間に換算することができる。当然、このスパッタリング中にウェーハ温度を高くすると表面にプラチナを高速アニーリングすることになる。逆に、スパッタリングエッチング率の知識がある場合、深さの正確な計算が可能になる。]
[0031] 筐体１４の全長は通常約８．８９ｍｍである。プラチナドーピングがウェーハ１２の間の空間に対して実施される。プラチナスパッタリングは約０．０３μｍである。各接合の端部の位置でのプラチナスパッタリングと隣接するウェーハ１２との間に非常にわずかな隙間が得られる。]
[0032] ウェーハ１２はウェーハ１２を層１４内に密封するようにガラス被覆されている。]
[0033] 整流器１０は、第１の層１４を囲んでいる筐体１６の第２の層を有している。第２の層１６は第１の層１４を完全に包み込んでいる。２つの層の間にはいかなる空気の隙間も存在しないため、２つの層の間にアーク放電の可能性はない。]
[0034] これまで出願人によって実施された実験によって、第２の層１６に対する２つの好ましい材料が特定された。これらの詳細について、単なる例として、限定を意図せずに説明する。]
[0035] 所望の性質を有していることが見出された材料の一例は熱可塑性樹脂である。樹脂は、一般的なＶ−０の難燃性、２８ｋＶ／ｍｍの絶縁耐力、および０．６Ｗ／ｍＫの熱伝導性を有している。筐体合成物の適切な性質は高い寸法安定性、不燃性、および高い機械的性質であろう。]
[0036] 層１６についての適切な材料のさらなる例は、低温注入エポキシ樹脂であろう。エポキシは、Ｖ−０の難燃性、１０ｋＶ／ｍｍの絶縁耐力、および０．４５Ｗ／ｍＫの熱伝導性を一般的に有している。]
[0037] 整流器１０の一方の端部は、入力１８を通して点火コイル２０に接続されている。使用中は、点火コイルは、高電圧の正の交流を整流器１０の入力１８に送る。]
[0038] 整流器１０の他方の端部は、火花放電２４をもたらす出力２２を有している。]
[0039] 好適な実施形態において、コイルの２次巻き線と火花の点との間で２つの整流器１０が点火系内で直列に接続されている。ウェーハおよび接合の大きによって、標準よりも低い電圧定格の１つの整流器がつくられ、２つの整流器を直列に使用できるようにし、より薄い空気対燃料混合気（ＡＦＲ）がより濃い通常のλ１の混合気と同じ出力を発生できるようにする。]
[0040] 説明した１つまたは２つ以上の整流器１０を保持するのに適している筐体３０を模式的に示している図２と３とをここで参照する。] 図２
[0041] 筐体３０は、整流器１０を大気に通常曝される可能性のある点火回路の一部の内部に配置できるように、各整流器１０用の防水筐体を実現するように特別に設計されている。そのため、筐体３０は、トラクタなどの屋根のない乗り物での整流器の用途を実現するであろう。]
[0042] 筐体３０は、長さ方向の軸線に沿ってヒンジが設けられている円柱を有している。筐体３０内の整流器１０への不正なアクセスを防止するように、２つのシリンダの半分を閉じてロックするためにロック手段３２が設けられている。]
[0043] 筐体３０内の整流器（図２では単純なブロックとして示している）は、各端部でかしめられた金属クリップ３６と外側の電線穴把持フランジ３８とを通して電線３４に接続されている（図３を参照）。したがって、筐体３０は点火回路のリード線に対して密封されている。] 図２ 図３
[0044] 前述の記述は、整流器１０の構造を詳細に説明している。次に、火花点火エンジンの点火回路の構成要素として、使用時のそのような構造の整流器１０の効果を説明する。]
[0045] 相当な実験と試験とを通して、出願人は直列に接続されている２つの整流器を備えている電子部品が、この電子部品が取り付けられたエンジンの性能を大きく向上させることを見出した。直列に接続されると、両整流器１０は第２の層１６内に包み込まれる。言い換えると、「整流器」とは、第１の層内に密封されているシリコンウェーハを指す。]
[0046] 当然、整流器１０は、使用中に、火花点火用の点電極の位置で負の直流を出力する機会を作り出す。これが発生すると、点火に必要な燃料の量が減少することが見出された。さらに、これが発生すると、排気物質が大幅に減少することが見出された。]
[0047] 負に帯電している点電極は、負のコロナに関連している特性を備えている火花を発生する。正のコロナよりも優れている負のコロナの効果は、燃焼化学の重要な要因である酸素イオン種の発生などの様々な用途において科学文献で十分に裏付けられている。]
[0048] さらに、整流器１０の特別な構成によって、既知の同等の機器よりも大幅に短い２０ｎｓの回復時間が得られる。さらに、整流器１０の特別な構成によって、１６ｋＶの等しい順方向と逆方向の電圧が得られる。]
[0049] そのため、複数の整流器によって入力電圧を増加させることが可能で、そのため２つの整流器によって入力電圧を３２ＫＶに増加させることが可能である等々であり、これはすなわち、１０の整流器によって入力電圧を１６０ｋＶに増加させることになる。]
[0050] 本発明によって構成されている整流器は、排気物質と燃料節約の両方におけるエンジンの効率に関して、劇的な利点を有していることが、すべての実験データから明らかである。]
[0051] 前述の記述は一実施形態の例であって、その用途の一例に過ぎないことが理解されるであろう。当業者は、本発明の真の範囲から逸脱することなく修正が可能であることを容易に理解するであろう。]
[0052] １０整流器
１２ウェーハ
１４ 第１の層（筐体）
１６ 第２の層
１８ 入力
２０点火コイル
２２ 出力
２４火花放電
３０ 筐体
３２ロック手段
３４電線
３６金属クリップ
３８ フランジ]

权利要求:

請求項1
第１の絶縁層内に密封されており、入力と出力とに接続されており、各々が０．９９ｍｍ未満の長さと幅とを有しており、０．０４０インチ未満の接合を間に有している少なくとも２つのウェーハと、前記第１の層の上に置かれている第２の絶縁層と、を有する整流器。
請求項2
前記少なくとも２つのウェーハはシリコンウェーハである、請求項１に記載の整流器。
請求項3
前記少なくとも２つのシリコンウェーハを囲んでいる前記第１の層は絶縁耐力が３０ｋＶ／ｍｍよりも高い、請求項１または２に記載の整流器。
請求項4
隙間が各前記接合とそれに隣接している前記ウェーハとの間に設けられている、請求項１から３のいずれか１項に記載の整流器。
請求項5
前記第２の層は絶縁耐力が５ｋＶ／ｍｍよりも高い、請求項１から４のいずれか１項に記載の整流器。
請求項6
前記第２の層は熱可塑性樹脂材料から構成されている、請求項１から５のいずれか１項に記載の整流器。
請求項7
前記第２の層は低温注入エポキシ樹脂から構成されている、請求項１から５のいずれか１項に記載の整流器。
請求項8
先行するいずれかの請求項に記載の少なくとも２つの整流器を有する乗り物用の点火回路であって、前記少なくとも２つの整流器は該点火回路内のコイルの２次巻き線と火花の点との間に直列に接続されている点火回路。
請求項9
長さ方向の軸線に沿ってヒンジが設けられている円柱と、前記円柱の２つの半分の部分を固定する手段とを有する、請求項１から７のいずれか１項に記載の１つまたは２つ以上の整流器用の防水筐体。
請求項10
前述のまたは添付の図面内で参照されている整流器。