(57)【要約】【課題】信頼性、耐久性を向上させることができる半導体装置を提供すること。【解決手段】半導体装置としての整流素子５５は、ディスク部５００、半田５１２、半導体チップ５１０、半田５１４、リード５２０を含んで構成されている。半導体チップ５１０は四角形形状を有している。ディスク部５００では、この半導体チップ５１０の形状に合わて凹部５０４の内径形状とその底面である接合面５０６の形状が四角形形状に形成されている。また、半導体チップ５１０は、それぞれの角部が凹部５０４および接合面５０６のそれぞれの角部の位置に対応するように、接合面５０６の中央に配置されている。【選択図】        図５
2004248385.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
多角形形状を有する半導体チップと、
前記半導体チップが半田付けされる接合面が多角形形状を有するディスク部と、
を備えることを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
請求項１において、
前記ディスク部は、一方の端部に凹部を有する円筒形状を有しており、
前記凹部の内径形状が前記接合面と同じ多角形形状であることを特徴とする半導体装置。
【請求項３】
請求項１または２において、
前記接合面は、前記半導体チップと相似形状を有していることを特徴とする半導体装置。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれかにおいて、
前記半導体チップと前記接合面との間に配置された緩衝板をさらに備えることを特徴とする半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、乗用車やトラックに搭載される車両用交流発電機の整流装置等に用いられる半導体装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
車両用交流発電機は、エンジンから伝えられた動力によって発電を行い、バッテリへの充電を行うとともに、エンジンの点火、照明その他の各種電装品への電源供給を行うものであり、市場競争力の維持あるいは向上のために、小型軽量化、高出力化、コストダウンとともに耐久性の向上は重要な課題である。例えば、整流装置に含まれる整流素子には大電流が流れるため、半導体チップの発熱分を放熱するために、半導体装置を冷却フィンに圧入する構造が採用されている（例えば、特許文献１参照。）。この半導体装置は、ローレットが形成されたディスク部の外径が丸形状であり、このディスク部を冷却フィンの圧入孔に圧入することにより、半導体装置の固定と電気的接続を行っている。また、このディスク部の内径は、半導体チップの形状にかかわらず、丸形状に形成されている。
【０００３】
【特許文献１】
特開２００２−１１９０２９号公報（第３−４頁、図１−６）
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上述した特許文献１に開示された半導体装置では、半導体装置を冷却フィンに圧入する場合に、半導体チップが丸形状のときには半導体チップに発生する応力は均一になるが、半導体チップの形状が丸形状以外の場合、例えば四角形形状等の多角形形状の場合には、周辺部に加わる応力に偏りが生じるため、半導体チップの割れや欠けが生じやすくなり、半導体装置の信頼性、耐久性が低下するおそれがあるという問題があった。
【０００５】
本発明は、このような点に鑑みて創作されたものであり、その目的は、信頼性、耐久性を向上させることができる半導体装置を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上述した課題を解決するために、本発明の半導体装置は、多角形形状を有する半導体チップと、半導体チップが半田付けされる接合面が多角形形状を有するディスク部とを備えている。ディスク部の接合面の形状を多角形形状とすることにより、半導体チップに加わる応力が不均一になるため、接合面内での半導体チップの配置を工夫することにより多角形形状の半導体チップの角部に加わる過大な応力を低減することが可能になり、半導体チップの割れや欠けの発生が少なくなることによる半導体装置の信頼性、耐久性の向上が可能となる。
【０００７】
また、上述したディスク部は、一方の端部に凹部を有する円筒形状を有しており、凹部の内径形状が接合面と同じ多角形形状であることが望ましい。これにより、多角形形状の接合面外周部の肉厚が不均一になり、肉厚の薄い部分に対応して発生する応力を肉厚が厚い部分に対応して発生する応力よりも小さくすることが可能になり、多角形形状の半導体チップの角部に加わる過大な応力を低減することが可能になる。
【０００８】
また、上述した接合面は、半導体チップと相似形状を有していることが望ましい。これにより、ディスク部外周部の肉厚の薄い部分と半導体チップの角部の位置合わせが容易となり、半導体チップの角部に加わる応力を他の部分に対して確実に低減することができる。
【０００９】
また、上述した半導体チップと接合面との間に配置された緩衝板をさらに備えることが望ましい。半導体チップとディスク部の接合面との間に緩衝板を介在させることにより、接合面から半導体チップに加わる応力を小さくすることができるため、半導体チップの角部に加わる過大な応力をさらに低減することが可能になり、半導体装置の信頼性、耐久性のさらなる向上が可能となる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の半導体装置を適用した一実施形態の車両用交流発電機について、図面を参照しながら詳細に説明する。
図１は、一実施形態の車両用交流発電機の全体構成を示す断面図である。図１に示す車両用交流発電機１は、固定子２、回転子３、ブラシ装置４、整流装置５、フレーム６、リヤカバー７、プーリ８等を含んで構成されている。
【００１１】
固定子２は、固定子鉄心２１と、この固定子鉄心２１に形成された複数個のスロットに所定の間隔で巻き回された三相の固定子巻線２３とを備えている。
回転子３は、絶縁処理された銅線を円筒状かつ同心状に巻き回した界磁巻線３１を、それぞれが６個の爪部を有するポールコア３２によって、回転軸３３を通して両側から挟み込んだ構造を有している。また、フロント側のポールコア３２の端面には、フロント側から吸い込んだ冷却風を軸方向および径方向に吐き出すために軸流式の冷却ファン３４が溶接等によって取り付けられている。同様に、リヤ側のポールコア３２の端面には、リヤ側から吸い込んだ冷却風を径方向に吐き出すために遠心式の冷却ファン３５が溶接等によって取り付けられている。
【００１２】
ブラシ装置４は、整流装置５から回転子３の界磁巻線に３１に励磁電流を流すためのものであり、回転子３の回転軸３３に形成されたスリップリング３６、３７のそれぞれに押圧するブラシ４１、４２を有する。
整流装置５は、三相の固定子巻線２３の出力電圧である三相交流電圧を整流して直流の出力電力を得るためのものであり、配線用電極を内部に含む端子台５１と、所定の間隔で配置された正極側放熱板５２および負極側放熱板５３と、それぞれの放熱板に設けられた打ち込み孔に圧入することにより取り付けられた複数個の半導体装置としての整流素子５４、５５（後述する）とを含んで構成されている。
【００１３】
フレーム６は、固定子２および回転子３を収容しており、回転子３が回転軸３３を中心に回転可能な状態で支持されているとともに、回転子３のポールコア３２の外周側に所定の隙間を介して配置された固定子２が固定されている。また、フレーム６は、固定子鉄心２１の軸方向端面から突出した固定子巻線２３に対向した部分に冷却風の吐出窓６１が、軸方向端面に冷却風の吸入窓６２がそれぞれ設けられている。
【００１４】
リヤカバー７は、リヤ側のフレーム６の外側に取り付けられるブラシ装置４、整流装置５およびＩＣレギュレータ１２の全体を覆って、これらを保護するためのものである。
上述した構造を有する車両用交流発電機１は、ベルト等を介してプーリ８にエンジン（図示せず）からの回転力が伝えられると回転子３が所定方向に回転する。この状態で回転子３の界磁巻線３１に外部から励磁電圧を印加することにより、ポールコア３２のそれぞれの爪部が励磁され、固定子巻線２３に三相交流電圧を発生させることができ、整流装置５の出力端子からは直流の出力電力が取り出される。
【００１５】
次に、整流装置５の詳細について説明する。図２は、整流装置５の詳細構造を示す平面図である。また、図３は整流素子５５が圧入された負極側放熱板５３を示す平面図である。なお、以下では主に負極側放熱板５３に圧入された整流素子５５について説明するが、正極側放熱板５２と整流素子５４についても同様であり、詳細な説明は省略する。
【００１６】
整流装置５は、１つの正極側放熱板５２と、分割された２つの負極側放熱板５３を有している。各負極側放熱板５３には３箇所に圧入孔５６が形成されており、それぞれの圧入孔５６に負極側整流素子５５が圧入されている。圧入によって負極側整流素子５５を負極側放熱板５３に取り付けることにより、半田付けによって取り付けた場合に比べて作業工数およびコストの低減が可能になる。
【００１７】
図４は、図３に示した負極側放熱板５３および負極側整流素子５５の断面図である。また、図５は負極側整流素子５５の組付状態を示す斜視図である。
これらの図に示すように、負極側整流素子５５は、ディスク部５００、半導体チップ５１０、リード５２０を含んで構成されている。ディスク部５００は、外周にローレット部５０２が、一方の端部に凹部５０４がそれぞれ形成された円筒形状を有している。この凹部５０４の底面が半導体チップ５１０が半田付けされる接合面５０６となる。
【００１８】
負極側整流素子５５は、ディスク部５００の接合面５０６上に半導体チップ５１０が半田５１２によって半田付けされ、さらに半導体チップ５１０の上部にリード５２０が半田５１４によって半田付けされている。また、半導体チップ５１０の全体を覆うようにシリコンゴムあるいは樹脂からなる保護層５２２が形成されている。
【００１９】
図６は、ディスク部５００と半導体チップ５１０の形状を示す平面図である。なお、図６ではディスク部５００と半導体チップ５１０との位置関係等を示すために、リード５２０や保護層５２２は省略されている。
図６に示すように、本実施形態で用いられる半導体チップ５１０は四角形形状を有している。また、ディスク部５００では、この半導体チップ５１０の形状に合わせて凹部５０４の内径形状（横断面形状）とその底面である接合面５０６の形状が、半導体チップ５１０と相似形状の四角形形状に形成されている。また、半導体チップ５１０は、それぞれの角部がディスク部５００の凹部５０４および接合面５０６のそれぞれの角部の位置に対応するように、接合面５０６の中央に配置されている。
【００２０】
このように、本実施形態の整流装置５に用いられる負極側整流素子５５（正極側整流素子５４も同様）では、四角形形状を有する半導体チップ５１０と、この半導体チップ５１０が半田付けされる接合面５０６となる四角形形状を有するディスク部５００が用いられている。筒状のディスク部５００の凹部５０４の内径形状を四角形とすることにより、この内径形状と同じ形状を有する接合面５０６に加わる応力が周方向に沿って不均一になる。具体的には、ディスク部５００は、四角形形状を有する内径の特に角部の肉厚が薄くなるため、接合面５０６のこの近傍において加わる応力が最も小さくなる。
【００２１】
一方、半導体チップ５１０も四角形形状を有しており、従来構造のようにディスク部の凹部の内径が円形形状を有している場合には、最も外径に近い半導体チップ５１０の角部に加わる応力が他の部分に比べて大きくなる。しかし、本実施形態では、半導体チップ５１０の各角部が、発生する応力が最も小さくなる凹部５０４の各角部に一致するように配置されているため、半導体チップ５１０の各角部に過大な応力が加わることがない。このため、半導体チップ５１０の割れや欠けの発生が少なくなることによる負極側整流素子５５およびこれを用いた整流装置５、車両用交流発電機１の信頼性、耐久性の向上が可能となる。
【００２２】
特に、半導体チップ５１０の形状と凹部５０４および接合面５０６の形状を相似形状とすることにより、ディスク部５００外周部の肉厚の薄い部分と半導体チップ５１０の各角部との位置合わせが容易となり、半導体チップ５１０の角部に加わる応力を他の部分に対して確実に低減することができる。
【００２３】
なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨の範囲内において種々の変形実施が可能である。例えば、上述した実施形態では、半導体チップ５１０や凹部５０４、接合面５０６の形状を四角形形状としたが、それ以外の多角形形状としてもよい。
【００２４】
図７は、整流素子の変形例を示す図であり、六角形形状を採用したディスク部５００Ａと半導体チップ５１０Ａの形状を示す平面図である。また、図８は図７に示した整流素子の組付状態を示す斜視図である。これらの図に示す整流素子５５Ａは、ディスク部５００Ａの六角形形状の接合面５０６Ａ上に同じ六角形形状の半導体チップ５１０Ａが半田５１２Ａによって半田付けされ、さらに半導体チップ５１０Ａの上部にリード５２０が半田５１４Ａによって半田付けされている。このように、六角形形状の半導体チップ５１０Ａを用いた場合であっても各角部に加わる過大な応力を低減することが可能になり、この整流素子５５Ａおよびこれを用いた整流装置や車両用交流発電機の信頼性、耐久性の向上が可能となる。
【００２５】
また、上述した実施形態では、ディスク部５００の接合面５０６に半導体チップ５１０を直接半田付けした場合について説明したが、図９に示すように、これらの間に応力吸収用の緩衝板５１６を追加するようにしてもよい。これにより、接合面５０６から半導体チップ５１０に加わる応力を小さくすることができるため、半導体チップ５１０の各角部に加わる過大な応力をさらに低減することが可能になり、この整流素子およびこれを用いた整流装置や車両用交流発電機のさらなる信頼性、耐久性の向上が可能となる。
【００２６】
また、上述した実施形態では、整流装置５の各放熱板に形成した貫通した圧入孔に整流素子を圧入したが、貫通しない凹部を設けておいて、この凹部に整流素子を圧入するようにしてもよい。また、上述した実施形態では、車両用交流発電機の整流装置に用いられる整流素子について説明したが、その他の用途に用いられる整流素子を含む各種の半導体装置に本発明を適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】一実施形態の車両用交流発電機の全体構成を示す断面図である。
【図２】整流装置の詳細構造を示す平面図である。
【図３】整流素子が圧入された負極側放熱板を示す平面図である。
【図４】図３に示した負極側放熱板および負極側整流素子の断面図である。
【図５】負極側整流素子の組付状態を示す斜視図である。
【図６】ディスク部と半導体チップの形状を示す平面図である。
【図７】整流素子の変形例を示す図である。
【図８】図７に示した整流素子の組付状態を示す斜視図である。
【図９】整流素子の他の変形例を示す図である。
【符号の説明】
５  整流装置
５２  正極側放熱板
５３  負極側放熱板
５４  正極側整流素子
５５  負極側整流素子
５６  圧入孔
５００  ディスク部
５０２  ローレット部
５０４  凹部
５０６  接合面
５１０  半導体チップ
５１２、５１４  半田
５１６  緩衝板
５２０  リード
５２２  保護層
【図１】
2004248385.tif 000003
【図２】
2004248385.tif 000004
【図３】
2004248385.tif 000005
【図４】
2004248385.tif 000006
【図５】
2004248385.tif 000007
【図６】
2004248385.tif 000008
【図７】
2004248385.tif 000009
【図８】
2004248385.tif 000010
【図９】
2004248385.tif 000011