(57)【要約】【課題】放熱体への取付時に半導体素子に伝達される機械的応力を軽減して半導体装置を放熱体に確実に固定する。【解決手段】側壁(12)の上端に弾力性をもって設けられる可撓部(31)と、可撓部(31)から径方向外側に突出する係止部(31a)と、側壁(12)の下端から径方向外側に突出するストッパ(32)とを備える支持電極(1)を半導体装置(10)に設ける。係止部(31a)は、外面に傾斜して形成された傾斜面(31b)と、内面に径方向に形成された係止面(31c)とを備える。放熱体(21)の装着孔(22)の周辺部に係止部(31a)の傾斜面(31b)を当接させて装着孔(22)内に支持電極(1)を挿入すると、可撓部(31)が径方向内側に撓んだ後に、係止部(31a)の傾斜面(31b)が装着孔(22)の周辺部を乗り越えて、更に装着孔(22)の上方の内縁部(22a)に係止部(31a)の係止面(31c)が係止すると同時に、ストッパ(32)を装着孔(22)の下方の内縁部(22b)に当接させることができる。【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筒状に形成された側壁を有する支持電極と、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、前記半導体素子及び前記リード電極の一部を被覆する樹脂被覆体とを備え、
前記支持電極の側壁は、該側壁の一端に弾力性をもって設けられる可撓部と、該可撓部から径方向外側に突出する係止部と、前記側壁の他端から径方向外側に突出するストッパとを備え、
前記係止部は、該係止部の外面に傾斜して形成される傾斜面と、前記係止部の内面に径方向に形成された係止面とを備え、
金属製の放熱体に形成された装着孔の周辺部に前記係止部の傾斜面を当接させて、前記装着孔内に前記支持電極を挿入することにより、前記可撓部が径方向内側に撓んだ後に、前記係止部の傾斜面が前記装着孔の周辺部を乗り越えて、更に前記放熱体の装着孔の一方の内縁部に前記係止面を係止させると同時に、前記ストッパを前記放熱体の装着孔の他方の内縁部に当接させることを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
底壁及び該底壁の外周部に筒状に形成された側壁を有する支持電極と、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、前記半導体素子及び前記リード電極の一部を被覆する樹脂被覆体とを備え、
弾力性を有する前記側壁の開放端側の外周面上に溝を形成し、
金属製の放熱体に形成された装着孔の上端に径方向内側に突出する環状の突起を形成して、
前記放熱体の装着孔内に前記支持電極を挿入すると、前記支持電極の側壁の前記溝より上方の可撓部が径方向内側に撓んだ後に、前記環状の突起を乗り越えて、前記装着孔の前記突起に前記側壁の前記溝を嵌合させ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伝達される機械的応力を軽減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フィン等の放熱体の装着孔に圧入して固定する半導体装置は、従来から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等に広く使用されている。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６に示すように、底壁(11)及び底壁(11)の外周部に筒状に形成された側壁(12)を有して皿状の凹部(14)を構成する支持電極(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)から屈曲部(18)を介して上方に延伸する軸部(17)とを有する。図６に示すダイオード装置(30)では、支持電極(1)の凹部(14)を構成する内部底面(14b)上にろう材(6)により固着された熱膨張緩和材(7)を有する。半導体チップ(2)の他方の電極面(2b)は、熱膨張緩和材(7)にろう材(6)により固着され、半導体チップ(2)及び支持電極(1)が電気的に接続される。
【０００３】
支持電極(1)は、銅や銅合金等の導電性及び熱伝導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が支持電極(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)に対する電極及び放熱体として作用する。例えば、逆方向の大きなサージ電圧が半導体チップ(2)に印加される際に、支持電極(1)の熱容量が不足すると、支持電極(1)を通じて十分な量の熱が外部に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７に示すように、自動車用交流発電機に搭載された放熱体(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、ダイオード装置(30)の支持電極(1)の底面(1c)を押圧治具(20)により押圧して、支持電極(1)を装着孔(22)内に圧入し、ダイオード装置(30)を放熱体(21)の装着孔(22)内に固定する。図示しないが、支持電極(1)の外周面(1a)は、圧入及び固定時に放熱体(21)の装着孔(22)の内壁との密着性を向上するため、ローレット加工が施される。
【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、図６に示す従来のダイオード装置では、図７に示すように、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際に、装着孔(22)の内壁から径方向内側に向かう外力(P)により支持電極(1)の外周面(1a)が押圧されて、側壁(12)から底壁(11)の中心部に圧縮応力又は曲げ応力が作用するため、半導体チップ(2)に過大な機械的応力が伝達されて半導体チップ(2)が破損し、電気的特性が劣化する欠陥があった。
【０００７】
そこで、本発明は、放熱体への取付時に半導体素子に伝達される機械的応力を軽減して放熱体に確実に固定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】
本発明による半導体装置は、底壁(11)及び底壁(11)の外周部に形成される筒状の側壁(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、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。支持電極(1)の側壁(12)は、側壁(12)の一端に弾力性をもって設けられる可撓部(31)と、可撓部(31)から径方向外側に突出する係止部(31a)と、側壁(12)の他端から径方向外側に突出するストッパ(32)とを備える。係止部(31a)は、係止部(31a)の外面に傾斜して形成される傾斜面(31b)と、係止部(31a)の内面に径方向に形成された係止面(31c)とを備える。金属製の放熱体(21)に形成された装着孔(22)の周辺部に係止部(31a)の傾斜面(31b)を当接させて、装着孔(22)内に支持電極(1)を挿入することにより、可撓部(31)が径方向内側に撓んだ後に、係止部(31a)の傾斜面(31b)が装着孔(22)の周辺部を乗り越えて、更に放熱体(21)の装着孔(22)の一方の内縁部(22a)に係止部(31a)の係止面(31c)を係止させると同時に、ストッパ(32)を放熱体(21)の装着孔(22)の他方の内縁部(22b)に当接させる。
【０００９】
支持電極(1)の可撓部(31)が径方向内側に撓んだ後に、係止部(31a)の傾斜面(31b)が放熱体(21)の装着孔(22)の周辺部を乗り越えて、更に装着孔(22)の一方の内縁部(22a)に係止部(31a)の係止面(31c)を係止させると同時に、ストッパ(32)を装着孔(22)の他方の内縁部(22b)に当接させるので、半導体装置(10)を放熱体(21)に取り付ける際に半導体素子(2)に伝達される機械的応力を軽減できると共に、支持電極(1)の軸方向の移動が阻止され、例えば自動車等の車両に搭載される放熱体(21)の垂直方向の振動に対して、支持電極(1)を装着孔(22)内に確実に固定することができる。
【発明の効果】
【００１０】
本発明では、放熱体への取付時に、半導体素子に伝達される機械的応力を軽減できるので、放熱体への装着時の破損による半導体装置の電気的特性の劣化を防止できる。また、放熱体に半導体装置を確実に固定して、外力又は振動による半導体装置の放熱体からの脱落を防止して、放熱性及び耐振動性に優れた信頼性の高い半導体装置を得ることができる。
【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５に基づいて説明する。但し、図１〜図５では、図６及び図７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、本発明の第１の実施の形態のダイオード装置(10)は、支持電極(1)の側壁(12)に、弾力性を有し且つ底壁(11)に固定された側壁(12)の肉厚部(12a)から上方に突出する薄肉で環状の可撓部(31)と、可撓部(31)から径方向外側に突出する係止部(31a)と、側壁(12)の下端から径方向外側に突出するストッパ(32)とを設けた点で、図６に示す従来のダイオード装置(30)と異なる。係止部(31a)は、係止部(31a)の外面に傾斜して形成される傾斜面(31b)と、係止部(31a)の内面に径方向に形成された係止面(31c)とを備える。支持電極(1)は、熱伝導率及び導電率の高い材料（例えば、銅(Cu)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。本実施の形態では、銅(Cu)を基材としてジルコニウム(Zr)を添加したビッカース硬度(Hv)の高いジルコニウム銅が使用される。半導体チップ(2)は、例えば、シリコン(Si)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(Cu)又は銅合金により構成され、円柱状、円盤状又は円錐状に形成されたヘッダ(13)の略中心部から略Ｕ字形状に形成された屈曲部(18)を介して棒状の軸部(17)を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６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(Al)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、装着孔(22)の下端の周辺部に支持電極(1)の係止部(31a)の傾斜面(31b)を当接させて、図２に示すように、装着孔(22)内に支持電極(1)を挿入することにより、可撓部(31)を径方向内側に撓ませると同時に、係止部(31a)の傾斜面(31b)が装着孔(22)の周辺部を乗り越えて装着孔(22)内に挿入される。続いて、可撓部(31)の弾力性により、係止部(31a)の係止面(31c)が放熱体(21)の装着孔(22)の上方の内縁部(22a)に係止すると同時に、ストッパ(32)が放熱体(21)の装着孔(22)の下方の内縁部(22b)に当接して、支持電極(1)の軸方向の移動が阻止され、支持電極(1)が放熱体(21)の装着孔(22)内に固定される。
【００１４】
本実施の形態のダイオード装置(10)では、支持電極(1)に形成された係止部(31a)とストッパ(32)によって、支持電極(1)を放熱体(21)に固定できる。このため、支持電極(1)を放熱体(21)に強固に取り付けるために、支持電極(1)の外径を放熱体(21)の装着孔(22)の内径よりも大きくして支持電極(1)を放熱体(21)の装着孔(22)に強制的に押し込む必要がない。即ち、本実施の形態では、支持電極(1)の外径を放熱体(21)の装着孔(22)の内径と略同一としている。このため、放熱体(21)の装着孔(22)内に支持電極(1)を挿入する際に、装着孔(22)の内壁(22c)から径方向内側に向かって側壁(12)に作用する押圧力は殆ど生じないので、底壁(11)には内部応力が殆ど発生しない。このため、ダイオード装置(10)を放熱体(21)に取り付ける際に、半導体チップ(2)に伝達される機械的応力を軽減することができる。また、支持電極(1)の可撓部(31)が径方向内側に撓んだ後に、係止部(31a)の傾斜面(31b)が放熱体(21)の装着孔(22)の周辺部を乗り越えて装着孔(22)内に挿入され、更に可撓部(31)の弾力性により、係止部(31a)の係止面(31c)が装着孔(22)の上方の内縁部(22a)に係止すると同時に、ストッパ(32)が装着孔(22)の下方の内縁部(22b)に当接し、支持電極(1)の軸方向の移動が阻止されるので、例えば自動車等の車両に搭載される放熱体(21)の垂直方向の振動に対して、支持電極(1)を放熱体(21)の装着孔(22)内に確実に固定することができる。
【００１５】
図１に示す実施の形態のダイオード装置(10)は変更が可能である。例えば、図３に示す本発明の第２の実施の形態のダイオード装置(10)は、弾力性を有する支持電極(1)の側壁(12)の開放端側の外周面(12b)上に係止溝(41)を形成し、放熱体(21)に形成された装着孔(22)の上端(22d)に径方向内側に突出する環状の突起(42)を形成して、放熱体(21)の装着孔(22)内に支持電極(1)を挿入し、支持電極(1)の側壁(12)の係止溝(41)より上方の可撓部(31)が径方向内側に撓んだ後に、環状の突起(42)を乗り越えて、装着孔(22)の突起(42)に側壁(12)の係止溝(41)を嵌合させて、支持電極(1)を放熱体(21)の装着孔(22)内に固定したものである。突起(42)は、例えばアルミニウム(Al)又はアルミニウム合金等から成る放熱体(22)にプレス加工等により支持電極(1)の装着孔(22)を穿設した際に、装着孔(22)の終端部に生ずるバリを径方向内側に突出する向きに成形することにより得られる。支持電極(1)の側壁(12)は、放熱体(21)の装着孔(22)内への圧入時に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。図３に示す実施の形態においても、支持電極(1)の外径を放熱体(21)の装着孔(22)の内径と略同一とすることにより、放熱体(21)の装着孔(22)内に支持電極(1)を挿入する際に、装着孔(22)の内壁(22c)から径方向内側に向かって側壁(12)に作用する押圧力が殆ど発生しないので、放熱体(21)の装着孔(22)にダイオード装置(10)を挿入する際に半導体チップ(2)に伝達される機械的応力を軽減することができる。また、放熱体(21)の装着孔(22)に形成された突起(42)に支持電極(1)の側壁(12)に形成された係止溝(41)を嵌合させることにより、支持電極(1)の軸方向の移動が阻止されるので、係止溝(41)及び突起(42)を設ける程度の簡素な構成で放熱体(21)の軸方向の振動に対して支持電極(1)を装着孔(22)内に確実に固定することができる。
【００１６】
また、図４に示す第３の実施の形態のダイオード装置(10)は、支持電極(1)の底壁(11)から直接上方に突出させて薄肉で環状の側壁(12)の可撓部(31)を形成し、底壁(11)の上面(11b)上に固着された熱膨張緩和材(7)、半導体チップ(2)及びリード電極(3)のヘッダ(13)を樹脂被覆体(4)で被覆したものである。その他の構成は、図１に示す実施の形態のダイオード装置(10)と略同様である。図４に示す実施の形態でも、放熱体(21)の装着孔(22)内に支持電極(1)を挿入する際に、装着孔(22)の内壁(22c)から径方向内側に向かって側壁(12)に作用する押圧力が殆ど発生しない。このため、図１に示す実施の形態と同様に、ダイオード装置(10)を放熱体(21)に装着する際に半導体チップ(2)に伝達される機械的応力を軽減して、支持電極(1)を装着孔(22)内に確実に固定することができる。また、図１に示す実施の形態に比較して側壁(12)の肉厚部(12a)を設けないため、図１に示す実施の形態よりも薄形且つ小形で簡素な構成のダイオード装置(10)を得ることができる。
【００１７】
また、図５に示す第４の実施の形態のダイオード装置(10)は、底壁(11)から上方に盛り上がる隆起部(52)の周囲に環状溝(51)を形成し、環状溝(51)の外側に薄肉で環状の側壁(12)の可撓部(31)を形成したものである。半導体チップ(2)及びリード電極(3)のヘッダ(13)は、熱膨張緩和材(7)を介して隆起部(52)の上面(52a)上に固着され、樹脂被覆体(4)により被覆される。図示の実施の形態では、隆起部(52)の上面(52a)と可撓部(31)の上面(31d)が略面一で形成されているが、隆起部(52)の上面(52a)と可撓部(31)の上面(31d)は必ずしも面一に形成する必要は無い。その他の構成は、図１に示す実施の形態のダイオード装置(10)と略同様である。図５に示す実施の形態でも、放熱体(21)の装着孔(22)内に支持電極(1)を挿入する際に、装着孔(22)の内壁(22c)から径方向内側に向かって側壁(12)に作用する押圧力が殆ど発生しない。したがって、本実施の形態でも図１に示す実施の形態と同様に、放熱体(21)の装着孔(22)にダイオード装置(10)を挿入する際に半導体チップ(2)に伝達される機械的応力を軽減して、支持電極(1)を装着孔(22)内に確実に固定することができる。また、図１、図３及び図４に示す各実施の形態に比較して、切欠部分が少ないので、十分大きな熱容量を有する支持電極(1)を使用することができる。
【００１８】
本発明の実施態様は前記の各実施の形態に限定されず、更に種々の変更が可能である。例えば、図１に示す実施の形態では、側壁(12)の下部の壁厚を厚くして肉厚部(12a)を形成し、上部の壁厚を薄くして弾力性を有する可撓部(31)を形成する例を示したが、弾性力のある可撓部の形成が可能であれば、下部から上部まで均一な壁厚に形成することもできる。また、図４及び図５に示す各実施の形態では、可撓部(31)の上端に径方向外側に突出する係止部(31a)を形成し、側壁(12)の下端に径方向外側に突出するストッパ(32)を形成する例を示したが、図３に示す実施の形態と略同様に、可撓部(31)の上端側の外周面上に溝(41)を形成し、放熱体(21)の装着孔(22)の上端(22d)に径方向内側に突出する環状の突起(42)を形成して、ストッパ(32)を省略することも可能である。また、図１、図４及び図５に示す各実施の形態では、支持電極(1)を放熱体(21)の装着孔(22)内に固定する際に、放熱体(21)の装着孔(22)の下方の内縁部(22b)に支持電極(1)のストッパ(32)を当接させた例を示したが、放熱体(21)の装着孔(22)の下方にストッパ(32)の外径と略同様の内径を有する大径部を設け、この大径部内に支持電極(1)のストッパ(32)を嵌合させて底壁(11)の底面(11a)と放熱体(21)の底面(21a)とを面一にしてもよい。また、上記の各実施の形態では、支持電極(1)の外径を放熱体(21)の装着孔(22)の内径と略同一としたが、支持電極(1)の外径を装着孔(22)の内径よりも若干大きくしてもよい。但し、この場合は、装着孔(22)の内壁(22c)から支持電極(1)に作用する押圧力が増加するので、上記の各実施の形態に比較すると信頼性の点で望ましくない。また、支持電極(1)の外径を装着孔(22)の内径よりも小さくしてもよい。但し、この場合は、支持電極(1)と放熱体(21)との熱的結合が損なわれる点で上記の各実施の形態に比較すると望ましくない。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】
【００１９】
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及び耐振動性が要求される半導体装置に良好に適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【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第１の実施の形態を示す断面図
【図２】放熱体の装着孔内に圧入される図１のダイオード装置の断面図
【図３】本発明によるダイオード装置の第２の実施の形態を示す断面図
【図４】本発明によるダイオード装置の第３の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４の実施の形態を示す断面図
【図６】従来の圧入型ダイオード装置を示す断面図
【図７】放熱体の装着孔内に圧入される図６のダイオード装置の断面図
【符号の説明】
【００２１】
(1)・・支持電極、  (1a)・・外周面、  (1b)・・上面、  (1c)・・底面、  (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)・・熱膨張緩和材、  (10)・・ダイオード装置、  (11)・・底壁、  (11a)・・底面、  (11b)・・上面、  (12)・・側壁、  (12a)・・肉厚部、  (12b)・・外周面、  (13)・・ヘッダ、  (14)・・凹部、  (14b)・・内部底面、  (17)・・軸部、  (18)・・屈曲部、  (21)・・放熱体、  (21a)・・底面、  (22)・・装着孔、  (22a,22b)・・内縁部、  (22c)・・内壁、  (30)・・従来のダイオード装置、  (31)・・可撓部、  (31a)・・係止部、  (31b)・・傾斜面、  (31c)・・係止面、  (31d)・・上面、  (32)・・ストッパ、  (41)・・係止溝、  (42)・・突起、  (51)・・環状溝、  (52)・・隆起部、  (52a)・・上面、  (52b)・・側面、
【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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