(57)【要約】【課題】半導体素子に機械的応力を殆ど発生させずに支持電極を放熱体の装着孔に嵌合させ、且つ放熱体の装着孔が膨張しても支持電極を装着孔内に確実に保持する。【解決手段】本発明による半導体装置(10)では、固定部材(31)により底壁(11)のフランジ(11d)を装着孔(22)の内側傾斜面(22b)に対して押圧して放熱体(21)の装着孔(22)内に支持電極(1)を固定するので、固定部材(31)により径方向内側に作用する押圧力は、殆ど支持電極(1)の底壁(11)には加わらない。このため、半導体装置(10)を放熱体(21)の装着孔(22)に嵌合したときに、半導体素子(2)に機械的応力が殆ど発生しない。また、固定部材(31)によりフランジ(11d)を装着孔(22)の内側傾斜面(22b)に押圧するので、加熱により装着孔(22)が膨張しても、支持電極(1)を装着孔(22)内に確実に保持することができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
底壁及び該底壁の外周部に形成された筒状の側壁により皿状の凹部を形成する支持電極と、前記凹部内の前記底壁上に配置された半導体素子と、該半導体素子に固着されたリード電極と、前記凹部内に充填されて前記半導体素子及びリード電極の一部を被覆する樹脂被覆体とを備え、
前記支持電極の底壁は、該底壁の底面に向かって先細の円錐状に形成された外側傾斜面を備え、
該外側傾斜面は、前記側壁との接続部において前記側壁から径方向外側に突出して前記底壁の最大直径を有するフランジを形成し、
金属製の放熱体に形成された装着孔内に前記支持電極を嵌合するとき、前記外側傾斜面は、前記放熱体の装着孔を形成する内側傾斜面に当接し、
前記装着孔の内側傾斜面の上方に形成された大径部の内壁と前記側壁との間に固着する環状の固定部材により、前記底壁のフランジを前記装着孔の内側傾斜面に対して押圧することを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
前記装着孔に形成された大径部の内壁内に前記固定部材を圧入し、又は前記大径部の内壁と前記固定部材の外周面とに形成されたねじにより、前記固定部材を固着した請求項１に記載の半導体装置。
【請求項３】
前記放熱体と同種又は前記支持電極よりも弾性係数の低い金属により前記固定部材を形成した請求項１又は２に記載の半導体装置。
【請求項４】
前記放熱体の装着孔に形成された大径部と前記支持電極の側壁との間に前記固定部材を固着する際に、前記側壁が径方向内側に弾性変形する請求項１〜３の何れか１項に記載の半導体装置。
【請求項５】
上面に半導体素子が固着された板状の支持電極と、前記半導体素子に固着されたリード電極と、前記半導体素子及びリード電極の一部を被覆する樹脂被覆体とを備え、
前記支持電極の周縁部は、該支持電極の底面に向かって先細の円錐状に形成された外側傾斜面を備え、
金属製の放熱体に形成された装着孔内に前記支持電極を嵌合するとき、前記外側傾斜面は、前記放熱体の装着孔を形成する内側傾斜面に当接し、
前記装着孔の内側傾斜面の上方に形成された大径部の内壁内に圧入する環状の固定部材により、前記支持電極の周縁部を前記装着孔の内側傾斜面に対して押圧することを特徴とする半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、放熱体への取付時に半導体素子に機械的応力を殆ど発生させずに支持電極を放熱体の装着孔に嵌合することができる半導体装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体素子を固着した支持電極を放熱体の装着孔に圧入する圧入型ダイオード装置は、公知である。例えば、下記の特許文献１に開示される圧入型ダイオード装置は、図８に示すように、底壁(11)及び底壁(11)の外周部に形成された筒状の側壁(12)により皿状の凹部(14)を形成する支持電極(1)と、支持電極(1)の凹部(14)内に配置された半導体チップ（半導体素子）(2)と、半導体チップ(2)の一方の電極面(2c)に固着されたリード電極(3)と、凹部(14)内に充填されて半導体チップ(2)及びリード電極(3)の一部を被覆する樹脂被覆体(4)とを備える。リード電極(3)は、半導体チップ(2)の一方の電極面(2c)に半田等のろう材(6)により固着されたヘッダ(13)と、ヘッダ(13)から上方に延伸する軸部(17)とを有する。図８に示すダイオード装置(30)では、支持電極(1)の凹部(14)を形成する内部底面(14b)に底壁(11)と一体に且つ内部底面(14b)から突出して形成された支持部(7)を有する。半導体チップ(2)の他方の電極面(2b)は、支持部(7)にろう材(6)により固着され、半導体チップ(2)と支持電極(1)とを電気的に接続する。
【０００３】
支持電極(1)は、銅等の放熱性の高い金属により形成され、半導体チップ(2)に電流が流れて発生する熱は、支持電極(1)を通じて外部に放出される。即ち、支持電極(1)は、半導体チップ(2)に対する電極として作用すると共に、放熱板としても作用する。例えば、大きな逆方向サージ電圧が半導体チップ(2)に印加されるとき、支持電極(1)が十分な熱容量を備えないと、支持電極(1)を通じて十分な量の熱が排出されずに半導体チップ(2)が加熱され、半導体チップ(2)の電気的特性が劣化するおそれがある。
【０００４】
図６に示すダイオード装置(30)は、例えば自動車用交流発電機（オルタネータ）の出力整流ダイオードに適用される。図９に示すように、交流発電機の放熱体(21)に側壁(12)の外径より小さい内径で形成された装着孔(22)内に向かって、押圧治具(20)によりダイオード装置(30)の支持電極(1)の底面(1c)を押圧することにより、支持電極(1)を装着孔(22)内に圧入して、ダイオード装置(30)が放熱体(21)の装着孔(22)内に保持される。
【０００５】
【特許文献１】特開２００２−２６１２１０公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記の特許文献１のダイオード装置では、放熱体(21)の装着孔(22)内に支持電極(1)を強制的に圧入するとき、装着孔(22)を形成する内壁により支持電極(1)の外周面(1a)が径方向内側に押圧されて、側壁(12)から底壁(11)の中心部に圧縮力(P)或いは曲げ応力が伝達されるため、半導体チップ(2)に機械的な応力が発生して半導体チップ(2)が破損し、電気的特性が劣化することがあった。
【０００７】
そこで、本発明は、半導体素子に機械的応力を殆ど発生させずに支持電極を放熱体の装着孔に嵌合できる半導体装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の半導体装置(10)は、底壁(11)及び底壁(11)の外周部に形成された筒状の側壁(12)により皿状の凹部(14)を形成する支持電極(1)と、凹部(14)内の底壁(11)上に配置された半導体素子(2)と、半導体素子(2)に固着されたリード電極(3)と、凹部(14)内に充填されて半導体素子(2)及びリード電極(3)の一部を被覆する樹脂被覆体(4)とを備える。この半導体装置(10)では、支持電極(1)の底壁(11)は底壁(11)の底面(11a)に向かって先細の円錐状に形成された外側傾斜面(11c)を備え、外側傾斜面(11c)は側壁(12)との接続部において側壁(12)から径方向外側に突出して底壁(11)の最大直径を有するフランジ(11d)を形成し、金属製の放熱体(21)に形成された装着孔(22)内に支持電極(1)を嵌合するとき、外側傾斜面(11c)は放熱体(21)の装着孔(22)を形成する内側傾斜面(22b)に当接し、装着孔(22)の内側傾斜面(22b)の上方に形成された大径部(22a)の内壁(22d)と側壁(12)との間に固着する環状の固定部材(31)により、底壁(11)のフランジ(11d)を装着孔(22)の内側傾斜面(22b)に対して押圧する。
【０００９】
固定部材(31)により底壁(11)のフランジ(11d)を装着孔(22)の内側傾斜面(22b)に対して押圧して放熱体(21)の装着孔(22)内に支持電極(1)を固定するので、固定部材(31)により径方向内側に作用する押圧力は、殆ど支持電極(1)の底壁(11)には加わらない。このため、半導体装置(10)を放熱体(21)の装着孔(22)に嵌合したときに、半導体素子(2)に機械的応力が殆ど発生しない。また、固定部材(31)により支持電極(1)のフランジ(11d)を放熱体(21)の装着孔(22)の内側傾斜面(22b)に押圧するので、支持電極(1)を放熱体(21)の装着孔(22)内に圧入して、摩擦を利用して支持電極を装着孔内に固定する従来の構造と比較して、支持電極(1)を装着孔(22)内に確実に保持することができる。
【発明の効果】
【００１０】
本発明では、放熱体への取付時に半導体素子に機械的応力を殆ど発生させずに支持電極を放熱体の装着孔に嵌合できるので、半導体素子の電気的特性が劣化しない信頼性の高い半導体装置を提供することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、自動車用交流発電機の出力整流ダイオードに適用した本発明による半導体装置の実施の形態を図１〜図７について説明する。但し、図１〜図７では、図８及び図９に示す箇所と実質的に同一の部分には同一の符号を付し、その説明を省略する。
【００１２】
図１に示すように、本実施の形態のダイオード装置(10)は、底壁(11)及び底壁(11)の外周部から上方に突出して形成された筒状の側壁(12)により皿状の凹部(14)を形成する支持電極(1)と、凹部(14)内の底壁(11)上に形成された支持部(7)に半田等のろう材(6)により固着された半導体チップ(2)と、半導体チップ(2)の上面にろう材(6)により固着されたヘッダ(13)及び軸部(17)を有するリード電極(3)と、凹部(14)内に充填されて半導体チップ(2)とリード電極(3)のヘッダ(13)及び軸部(17)の一部を被覆する樹脂被覆体(4)とを備える。支持電極(1)は、例えば熱伝導率及び導電率の高い材料（例えば、銅又は銅合金）から構成され、周知のプレス加工等により皿状に形成される。支持電極(1)の底壁(11)は、上面(11b)から底面(11a)に向かって先細の円錐状に形成された外側傾斜面(11c)を備える。外側傾斜面(11c)は、側壁(12)との接続部において側壁(12)から径方向外側に突出して底壁(11)の最大直径を有するフランジ(11d)を形成する。即ち、平面的に見て、外側傾斜面(11c)は側壁(12)よりも外側まで延伸し、側壁(12)の外周にはフランジ(11d)が環状に形成される。側壁(12)は、半導体チップ(2)の上面より高く形成される。半導体チップ(2)は、例えば、シリコン等の半導体結晶を円板状又は薄板状に形成して成り、周知のＰＮ接合ダイオードを構成する。リード電極(3)は、例えば、銅又は銅合金により形成され、ヘッダ(13)は、円柱状、円盤状又は円錐状に形成され、ヘッダ(13)の略中央部から棒状の軸部(17)が上方に延伸して形成される。熱伝導率の高い金属から構成される支持電極(1)及びリード電極(3)は、半導体チップ(2)で発生する熱を吸収してダイオード装置(10)の外部に放出する。樹脂被覆体(4)は、例えば、エポキシ樹脂又はシリコーン樹脂等の耐熱性の高い樹脂により形成される。その他の構成は、図８に示す従来のダイオード装置(30)と略同様である。
【００１３】
上記の構成のダイオード装置(10)をアルミニウム又はアルミニウム合金等から成る自動車用交流発電機の放熱体(21)に形成された装着孔(22)内に固定する際に、支持電極(1)が放熱体(21)の装着孔(22)内に嵌合するとき、支持電極(1)の外側傾斜面(11c)は放熱体(21)の装着孔(22)を形成する円錐状の内側傾斜面(22b)に当接する。本実施の形態では、支持電極(1)の底面(11a)は放熱体(21)の底面(21a)から突出するが、支持電極(1)の底面(11a)と放熱体(21a)の底面(21a)とを面一にしても良く、支持電極(1)の底面(11a)を放熱体(21a)の底面(21a)よりも窪ませても良い。次に、図２及び図３に示すように、放熱体(21)の装着孔(22)の内側傾斜面(22b)の上方に段部(22c)を介して形成された円筒状の大径部(22a)の内壁(22d)と側壁(12)との間に、大径部(22a)の内径よりも大きい外径を有する円環状の固定部材(31)をプレス機等で圧入することにより固着する。これにより、支持電極(1)の底壁(11)のフランジ(11d)が放熱体(21)の装着孔(22)の内側傾斜面(22b)に対して押圧され、ダイオード装置(10)の支持電極(1)が放熱体(21)の装着孔(22)内に固定されると共に、支持電極(1)と放熱体(21)とが接触して良好な熱伝導性が得られる。固定部材(31)は、放熱体(21)と同種の金属又は支持電極(1)よりも弾性係数の低い、即ち軟質の金属から成る板材等を例えば周知のプレス加工で所定寸法の円環状に打ち抜く等することにより形成される。固定部材(31)を金属で形成することにより、半導体チップ(2)で発生した熱を固定部材(31)を介して放熱できる。また、固定部材(31)の嵌め込みによって支持電極(1)を放熱体(21)に固定するので、半導体チップ(2)に機械的応力を殆ど発生させずにダイオード装置(10)を放熱体(21)の装着孔(22)に嵌合させることが可能となる。
【００１４】
本実施の形態のダイオード装置(10)では、円環状の固定部材(31)により、支持電極(1)の底壁(11)のフランジ(11d)を放熱体(21)の装着孔(22)の内側傾斜面(22b)に対して押圧して装着孔(22)内に支持電極(1)を固定するので、固定部材(31)により径方向内側に作用する押圧力は、底壁(11)には加わらない。即ち、放熱体(21)によって支持電極(1)が径方向内側に押圧されることがない。このため、ダイオード装置(10)を放熱体(21)の装着孔(22)に嵌合したときに、半導体チップ(2)に機械的応力が殆ど発生しない。放熱体(21)の装着孔(22)に形成された大径部(22a)と支持電極(1)の側壁(12)との間に固定部材(31)を固着する際に、固定部材(31)から作用する押圧力が側壁(12)を通じて半導体チップ(2)に加わり難くするためには、側壁(12)を径方向内側にある程度弾性変形する厚さに形成することが望ましい。また、固定部材(31)により支持電極(1)のフランジ(11d)を放熱体(21)の装着孔(22)の内側傾斜面(22b)に押圧するので、支持電極(1)を放熱体(21)の装着孔(22)内に圧入する際に生ずる摩擦を利用して支持電極(1)を装着孔(22)内に固定する図８に示す従来のダイオード装置(30)と比較して、ダイオード装置(10)の動作中に発生する熱等により放熱体(21)の装着孔(22)が膨張して拡径した場合でも、支持電極(1)が装着孔(22)内に確実に保持され、ダイオード装置(10)が放熱体(21)から脱落することを防止することができる。更に、固定部材(31)を放熱体(21)と同種の金属材料で形成した場合は、前記の作用効果を良好に発揮することができる。
【００１５】
本発明の実施態様は前記の実施の形態に限定されず、種々の変更が可能である。例えば、上記の実施の形態では、放熱体(21)と同種の金属又は支持電極(1)よりも弾性係数の低い、即ち軟質の金属で円環状の固定部材(31)を形成したが、半導体チップ(2)の発熱量が小さいか又は支持電極(1)の熱容量が十分に大きい場合は、図４に示すように、装着孔(22)の大径部(22a)の内壁(22d)と側壁(12)との間に所定寸法の円環状に形成された樹脂製の固定部材(41)を圧入して固着してもよい。樹脂製の固定部材(41)を圧入する代わりに、放熱体(21)の装着孔(22)の大径部(22a)の内壁(22d)と側壁(12)との間に流動状態の樹脂を流し込んで硬化させることにより、樹脂製の固定部材(41)を形成してもよい。また、上記の実施の形態では、環状の固定部材(31)の内壁が支持電極(1)の側壁(12)に接触するが、図５に示すように、固定部材(31)の内壁と支持電極(1)の側壁(12)とが接触しなくてもよい。この場合は、放熱体(21)の大径部(22a)の内径よりも大きい外径を有すると共に、支持電極(1)の側壁(12)の外径よりも大きい内径を有する環状の固定部材(31)を使用する。放熱体(21)の大径部(22a)の内壁(22d)内に前記の固定部材(31)を圧入して固着する際に、固定部材(31)により支持電極(1)の底壁(11)のフランジ(11d)が放熱体(21)の装着孔(22)の内側傾斜面(22b)に対して押圧されるだけで、側壁(12)を通じて径方向内側に作用する押圧力が支持電極(1)に加わることを完全に防止できる。また、図６に示すように、放熱体(21)の装着孔(22)の大径部(22a)の内壁(22d)に形成された雌ねじ(22e)と固定部材(51)の外周面に形成された雄ねじ(51a)とを螺合させてねじ込むことにより、装着孔(22)の大径部(22a)の内壁(22d)と側壁(12)との間に固定部材(51)を固定してもよい。また、固定部材(31)の外周面に周知のローレット加工を施して、放熱体(21)の装着孔(22)の大径部(22a)の内壁(22d)と固定部材(31)の外周面とを更に密着させてもよい。また、固定部材(31)の圧入時に支持電極(1)の外側傾斜面(11c)と放熱体(21)の装着孔(22)の内側傾斜面(22b)との間に生ずる隙間を半田等のろう材で埋めてもよい。この場合は、支持電極(1)と放熱体(21)との熱伝導性及び電気的接続が安定して得られる利点がある。更に、図７に示すように、平板状の支持電極(1)上に半導体チップ(2)を固着した構造を有するダイオード装置(40)にも本発明を適用することが可能である。なお、図示の半導体チップ(2)、リード電極(3)及び樹脂被覆体(4)の形状及び構造は、本発明を限定するものではない。
【産業上の利用可能性】
【００１６】
本発明は、自動車用交流発電機に使用される出力整流ダイオード等の高い放熱性が要求されるダイオード装置に良好に適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明による半導体装置を自動車用交流発電機の出力整流ダイオードに適用した一実施の形態を示す断面図
【図２】固定部材を装着した状態を示す断面図
【図３】図１のダイオード装置の平面図
【図４】本発明によるダイオード装置の第１の変更実施の形態を示す断面図
【図５】本発明によるダイオード装置の第２の変更実施の形態を示す断面図
【図６】本発明によるダイオード装置の第３の変更実施の形態を示す断面図
【図７】本発明によるダイオード装置の他の実施の形態を示す断面図
【図８】従来の圧入型ダイオード装置を示す断面図
【図９】放熱体の装着孔内に圧入される図８のダイオード装置の断面図
【符号の説明】
【００１８】
(1)・・支持電極、  (1a)・・外周面、  (1b)・・上面、  (1c)・・底面、  (1d)・・周縁部、  (1e)・・外側傾斜面、  (2)・・半導体チップ（半導体素子）、  (2b)・・他方の電極面、  (2c)・・一方の電極面、  (3)・・リード電極、  (4)・・樹脂被覆体、  (6)・・ろう材、  (7)・・支持部、  (10,40)・・ダイオード装置、  (11)・・底壁、  (11a)・・底面、  (11b)・・上面、  (11c)・・外側傾斜面、  (11d)・・フランジ、  (12)・・側壁、  (13)・・ヘッダ、  (14)・・凹部、  (14b)・・内部底面、  (17)・・軸部、  (21)・・放熱体、  (21a)・・底面、  (22)・・装着孔、  (22a)・・大径部、  (22b)・・内側傾斜面、  (22c)・・段部、  (22d)・・内壁、  (22e)・・雌ねじ、  (30)・・従来のダイオード装置、  (31,51)・・固定部材、  (41)・・樹脂製の固定部材、  (51a)・・雄ねじ、
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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