JP2593471B2

JP2593471B2 - 半導体装置

Info

Publication number: JP2593471B2
Application number: JP62054098A
Authority: JP
Inventors: 尚正杉田; 義治四元; 浩治森口; 利信関場
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1987-03-11
Filing date: 1987-03-11
Publication date: 1997-03-26
Anticipated expiration: 2012-03-26
Also published as: EP0282025A3; DE3889563D1; JPS63221657A; EP0282025B1; US4943842A; US5068706A; EP0282025A2; DE3889563T2

Description

【発明の詳細な説明】［発明の目的］（産業上の利用分野）本発明は、半導体素子とヒューズとを樹脂封止又は気
密封止により一体化した半導体装置に関するもので、特
に半導体素子の主電流が大きく、安定したヒューズ機能
を必要とする電力用半導体装置に使用される。

（従来の技術）従来のヒューズ機能を持たない半導体装置の１例とし
て、６個の半導体整流素子を樹脂封止により一体化した
自動車用の三相全波半導体整流装置（特開昭61−77353
号開示）について、図面を参照して説明する。第28図に
示すように、絶縁層５及び絶縁層５の上の導電パターン
6a及び絶縁層５を介しない導電パターン6bを有する放熱
基板４の該導電パターン6a,6b上にダイオード７のディ
スク部が半田付けされ、該ダイオード７、入力端子10及
びB⁺端子９を包囲してケース11が接着され、さらに端子
ホルダ12内の外囲器上部空間及びケース11内にはエポキ
シ樹脂15が注入され樹脂封止される。第29図はこの三相
全波整流装置の電気回路図である。7aないし7fはダイオ
ード、9a,9bは出力用外部端子、10aないし10cは入力用
外部端子、８はコンデンサで波線で囲まれた部分が三相
全波整流装置13である。又14は三相交流発電機のステー
タコイル、16は蓄電池である。

従来の上記整流装置等ヒューズ機能を持たない半導体
装置では、外部的な要因、例えば過電圧、過電流、機械
的衝撃等が装置に印加された場合、或は内部的な要因、
例えば素子の劣化等によりダイオード7aと7b,又は7cと7
d、又は7eと7fが同時に劣化し整流機能を失い短絡状態
になった場合、製品に異常電流が流れ異常発熱する恐れ
があり問題である。

次に第２の従来例としてヒューズ機能を持つ半導体装
置で実公昭60−23985号に開示されている整流器につい
て説明する。第30図に示すように樹脂ケース21内に整流
器端子22と接続端子23とが適宜の間隔をもって配設され
る。整流端子22の端部にシリコンダイオードチップ24を
一体的に半田で取着し、該シリコンダイオードチップ24
と接続端子23との間にヒューズ材ワイヤ25をボンディン
グして通電回路を構成させ樹脂26をケース内に流し込ん
で樹脂封止する。この整流器ではヒューズ材ワイヤ25が
整流器内部に取り付けられてあり過電流が流れると溶断
し、整流器又は他の関連部品等の破壊が防止される。

このヒューズ機能を内蔵する整流器はヒューズとして
単なるヒューズワイヤを使用しており又エポキシ樹脂に
埋め込まれているので安定なヒューズ特性が得られ難い
問題がある。例えば異常電流が流れヒューズが溶融した
時、エポキシ樹脂が変質（主に炭化する）し、ヒューズ
が溶断してもリーク電流がエポキシ樹脂の変質層を流れ
てヒューズ機能が失われることがある。又端子とヒュー
ズワイヤの接合付近ではボンディングする時ワイヤ径等
の変形が生じ易く溶断電流が不安定となる。更に、ヒュ
ーズ材をボンディングするため取着強度が弱いという問
題がある。他方、この整流器のヒューズ機構を一般の半
導体装置にそのままの構造で適用することは困難であ
る。

（発明が解決しようとする問題点）前述のようにヒューズ機能を持たない半導体装置で
は、何らかの異常要因により装置又は周辺回路に大きな
異常電流が流れ異常発熱を起こす恐れがある。特に複数
素子を一つのパッケージ内に組み込んだモジュール或は
比較的大電流を取り扱う半導体装置等ではヒューズ機能
を装置に設けることは重要な問題である。ヒューズ機能
は、ヒューズに一定値以上の電流がある時間流れたとき
ヒューズ（可溶体）がその内部に発生するジュール熱に
よって溶断し回路（装置又は関連回路）を開放保護する
機能であり、安定に動作することが必要である。従来の
ヒューズ機能付き半導体装置では単純なヒューズワイヤ
を使用したもので、後述するように安定なヒューズ機
能、例えば一定の溶断電流、異常電流が流れてから溶断
するまでの時間、リーク電流のない完全な溶断等の諸機
能が常に安定して得られ難いという問題がある。

本発明の目的は、ヒューズ機能を持つ半導体装置の前
記従来のヒューズ機能に関する問題点を解決し安定した
すぐれたヒューズ機能を持つ半導体装置を提供すること
である。

［発明の構成］（問題点を解決するための手段と作用）本発明は３つの発明からなる。

第１の主発明は、熱良伝導性の放熱基板と、その放熱
基板の一表面に互に絶縁されて設けられた第１導電パタ
ーン（所定形状の導電性の膜又は板）及び第２導電パタ
ーンと、前記第１導電パターン上に固着され一方の電極
が接続された第１の半導体整流素子（ダイオード、サイ
リスタ等）と、前記第２導電パターン上に固着され一方
の電極が接続された第２の半導体整流素子と、前記第
１、第２の整流素子の他方の電極を接続する導電手段又
は中空のヒューズを含む導電手段と、第１の導電パター
ンに電気的に接続された第１の外部端子又は中空のヒュ
ーズを含む第１の外部端子と、第２の導電パターンに固
着され電気的に接続された第２の外部端子と、前記導電
手段に固着され電気的に接続された第３の外部端子又は
中空のヒューズを含む第３の外部端子と、前記第１、第
２及び第３の外部端子の一部を露出させて少なくとも前
記整流素子を封止する外囲器とを具備し、前記第１、第
２及び第３の外部端子に電流を流す回路を構成する半導
体装置である。

なお本発明においてはヒューズの可溶体を単にヒュー
ズといい、又前記中空のヒューズとは少なくとも一端が
閉じられたものである例えば、第11図（ａ）のように両
端ともに閉じられて開口のない中空のヒューズ、または
第11図（ｂ）のように一端だけが閉じられ他端が開口し
ている中空のヒューズが使用され、第11図の（ｃ）に示
したような両端ともに開口した中空のヒューズは用いな
い。

そして閉じた端部は、外囲器内の封止用空隙に向いて
いて封止樹脂や異物が中空部に侵入するおそれのある箇
所に配され、端部が導電パターン上などに固着され封止
樹脂などの侵入しない場合には開口した端部を配してよ
い。

上記構成において、例えば第１の半導体整流素子の−
極性の電極（例えばカソード電極）を第１導電パターン
に、第２の半導体整流素子の反対極性の電極（例えばア
ノード電極）を第２導電パターンに接続し、第１の半導
体整流素子のアノード電極と第２の半導体整流素子のカ
ソード電極とを導電手段で接続してなる直列半導体整流
素子対を１対又は複数対設けた場合、前記半導体装置は
整流回路、インバータ回路等の機能を有する。このよう
な半導体装置においては、前述のように異常原因により
大きな電流が前記外部端子及び第１、第２の整流素子を
結ぶ導電手段に流れやすく、このため装置及び関連外部
回路に異常発熱等の事故が発生する。本発明の半導体装
置は、安定な機能のヒューズをそれぞれ含む第１外部端
子又は第３外部端子或いは前記導電手段を内蔵し、異常
発熱等の事故を防止したものである。第１の主発明にお
いては安定なヒューズ機能を得るため中空のヒューズを
使用する。中空を設けることによりヒューズの機械的強
度は増加し、組立時の形状変形は減少し、又ヒューズの
周囲を樹脂でモールドした場合には中空部は溶断のため
の間隙中間となり、ヒューズ溶融後、直ちに溶断され
る。これにより所定の溶断電流及び所定の溶断時間内に
バラツキなくヒューズは動作し問題点を解決できる。又
このヒューズを導電パターン等の導電部材に半田付け又
は圧着により取着する場合には、ヒューズ表面にメッキ
或は蒸着等の方法で、第12図（ａ）又は（ｂ）に示すよ
うに、１層又は複数層の金属薄膜を被着することが望ま
しい実施態様である。半田付けによる取着の場合には、
ヒューズの成分金属が溶融半田へ溶け込みいわゆるヒュ
ーズ金属が半田に食われ、取着箇所近傍のヒューズの形
状が変化し、溶断電流値等が大幅に変化することがあ
る。取着用半田材及びヒューズのそれぞれの成分金属と
低融点合金を作らないような例えばNi等の金属薄膜でヒ
ューズを覆い、溶けた半田が直接ヒューズに触れないよ
うにしてこれを防止する。又ヒューズを圧接（カシメ）
により導電部材に取着する場合には、ヒューズの表面に
酸化銀が形成されていると導電不良を起こすので、上記
金属薄膜を酸化され難い金属とし導電不良を避けること
ができる。

又ヒューズにシリコーンゴムを被着することも望まし
い実施態様である。通常はシリコーンゴムの熱収縮チュ
ーブを利用し、これにヒューズを挿入後加熱するとチュ
ーブは収縮しヒューズに密着する（第13図参照）。これ
により半田のだれ等が防止され、ヒューズ端部の抵抗の
バラツキは減少する。又ヒューズ周囲がエポキシ樹脂で
モールドされたときは、シリコーンゴムはエポキシ樹脂
に比し熱伝導率が小さいので、溶断電流によるヒューズ
の温度上昇速度が速く、溶断までの時間が短縮される。
又シリコーンゴムは耐熱性が強いため炭化等の変質もな
くリーク電流は無視でき、より安定したヒューズ機能が
得られる。

第２の発明は、装置に内蔵するヒューズが従来の中空
でないヒューズの表面に１層又は複数層の金属薄膜を被
着したもの（例えば第19図参照）で、前記の第12図に示
す第１の主発明の特許請求の範囲第７項記載の装置と作
用、効果はほぼ同じである。

又第３の発明は、装置に内蔵するヒューズが従来の中
空でないヒューズの側面をシリコーンゴムで覆ったもの
（例えば第27図）で、前記第13図に示す第１の主発明の
特許請求の範囲第12項記載の装置と作用、効果はほぼ同
じである。

なお上記第２及び第３の発明は、第１の主発明を行う
過程においてなされたもので、いずれも変動の少ない溶
断電流、溶断時間を持つ安定なヒューズ機能を具備する
半導体装置を提供することを目的とし、従来のヒューズ
（可溶体）にこれと密接する新しい要素（例えば中空、
メッキ膜、樹脂膜等）を付加した複合ヒューズ構体によ
り設計の自由度を増加し、問題の解決を計ったものであ
る。

（実施例）以下に第１図ないし第３図を参照して本発明の半導体
装置の一実施例について説明する。第１図は本発明によ
る三相全波整流装置の外観を示す斜視図であり、第２図
は外囲器のケース部分を除去するとともに外囲器内に充
填した樹脂を除去した状態の斜視図であり、又第３図は
第１図のIII−III矢視断面図である。図において４はア
ルミ製の放熱基板であり、この放熱基板４の上面にはサ
ンドブラスト処理後、溶射、蒸着、スパッタもしくはパ
ターン貼り合わせ等により絶縁層５のパターンが選択的
に形成される。又絶縁層５を形成した放熱基板４の上に
は溶射、蒸着、スパッタもしくはパターン貼り合わせ等
により、絶縁層５を介して放熱基板４に固着される第１
導電パターン6aと、放熱基板に直接固着される第２導電
パターン6b及び導電パターン6cが形成される。第１導電
パターンと第２導電パターンは絶縁層５により互に絶縁
される。第１の半導体整流素子であるダイオード7a,7c,
7eのカソード電極は第１導電パターンに、第２の半導体
整流素子であるダイオード7b,7d,7fのアノード電極は第
２導電パターンに半田付け等によりそれぞれ固着され
る。第１、第２の整流素子の互に対応する素子の電極即
ちダイオード7aのアノード電極とダイオード7bのカソー
ド電極はＬ形導電部材10により半田付け等で直列接続さ
れる。同様の手段によりダイオード7cのアノード電極と
ダイオード7dのカソード電極及びダイオード7eのアノー
ド電極とダイオード7fのカソード電極は電気的に接続さ
れ、第14図の電気回路図に示されるブリッジ回路を構成
する。第１導電パターン6a上に棒状のヒューズ101の一
端が、又第２導電パターンと電気接続している導電パタ
ーン6c上に接地用端子18がそれぞれ半田付け等により取
着される。放熱基板４上には前記の部材を包囲してアル
ミ製の枠形のケース11が接着固定され、更に該ケース11
の上端面には枠形の端子ホルダー12が接着固定されてい
る。端子ホルダーにはその１側面に横方向に延在する箱
形の端子カバー12aが突設されており、該端子カバー12a
はその先端部に横向きの開口部を有している。端子カバ
ー12a内には横方向に延在する第１外部端子12b（この例
では出力用）等が収容されており、該出力用第１外部端
子は出力用取出し部材12cを介してヒューズ101の他の一
端に半田付け等により取着される。ケース11内の空間及
びこれに連通する端子ホルダー12内の空間にはエポキシ
樹脂15が充填され封止される。

本発明の半導体装置100は従来のヒューズ機能を持た
ない前記整流装置（第28図）のリベット状の銅のB⁺端子
９に代えて安定なヒューズ機能を持つヒューズ101を設
けたもので、その電気回路図を第14図に示す。導電部材
10の上端は外囲器より突出し第３（入力用）外部端子10
a,10b,10cを形成し交流発電機のステータコイル14に接
続され、又出力用第１外部端子12bと接地導体を介して
放熱基板４（第２外部端子に相当）との間に蓄電池16が
負荷され、本半導体装置は自動車用三相全波整流装置と
して動作する。

次に本発明の半導体装置の第２の実施例について図面
を参照して説明する。第31図（ａ）はその単相全波整流
装置の外囲器ケース及び充填樹脂を除去した状態の模式
的な斜視図である。同図（ｂ）はその電気回路図で、符
号は同図（ａ）のそれぞれの対応部位を示す。熱良伝導
性の放熱基板４（金属又は樹脂）の上に絶縁層５を設
け、絶縁層５の上に互いに分離して第１の導電パターン
36a及び36bを形成する。第１導電パターン36a上に第１
の整流素子（ダイオード）37a,37cのカソード電極が固
着接続される。又第２導電パターン36b上に第２の整流
素子（ダイオード）37b,37dのアノード電極が固着接続
される。ダイオード37aのアノード電極とダイオード37b
のカソード電極、及びダイオード37cのアノード電極と
ダイオード37dのカソード電極はそれぞれ中空のヒュー
ズ101a及び101b等の導電手段により半田付け又は熱圧着
により電気的に接続される。第３の外部端子30a及び30b
は入力端子で、端子間に単相交流電圧が印加される。第
１の外部端子32aは第１導電パターンに、又第２の外部
端子32bは第２導電パターンにそれぞれ直接（ヒューズ
無し）電気的に接続され、両端子間には全波整流された
直流電圧（第１外部端子32aが＋）が出力される。本発
明のヒューズ101a及び101bは異常過大電流によって安定
に溶断し、入力又は出力側に接続する外部装置を保護す
る。

次に第32図に本発明の単相全波整流装置の他の実施例
の電気回路図を示す。図中、第31図（ａ）と同じ符号は
対応する部材を示す。この実施例では第１のダイオード
37aと第２のダイオード37bをヒューズを含まない導電手
段により接続し、この導電手段30aに固着され電気的に
接続された本発明のヒューズ101cを含む第３の外部端子
30cを設け、更に第１のダイオード37cと第２のダイオー
ド37dをヒューズを含まない導電手段により接続し、こ
の導電手段に固着され電気的に接続された第３の外部端
子30bを設けたものである。第３の外部端子30c及び30b
は入力端子を構成する。第１の外部端子32aはヒューズ
を含まず、第２の外部端子32bと共に出力端子を構成す
る。この実施例は、ダイオードの故障により入力端側に
接続される外部装置（図示なし）が破壊するのを防止す
る。又出力端側に接続される外部装置を保護したいとき
には出力端子32aと第１の導電パターン37aとの間に本発
明のヒューズ101dを挿入すれば良く、両外部装置を保護
したいときは入力端、出力端に上記と同様に、２つのヒ
ューズ101c,101dを挿入する。

これまでの実施例では、１つの導電パターンに固着接
続される複数のダイオードの極性は等しく、例えば第31
図の半導体装置では、第１導電パターンにはダイオード
37a及び37cのいずれもカソード電極が接続されるが、こ
の極性が相違しても差し支えない。第33図はこの実施例
を示すもので、第１導電パターン36aにはダイオードD₁
のカソード電極とダイオードD₃のアノード電極が固着接
続され又第２導電パターン36bにはダイオードD₂のカソ
ード電極とダイオードD₄のアノード電極が固着接続され
る。第１の外部端子32aと第２の外部端子32bは入力端子
を、第３の外部端子30d,30eは出力端子を構成する。こ
の実施例は入力端子のいずれか一方を接地して使用した
いときに有効である。

単相全波整流回路において、入力の２つの端子のうち
いずれか１つの端子を接地して使用したい場合には、例
えば第33図の回路を使用し、第２導電パターンを放熱フ
ィン（接地導体の場合）上に形成し、第２外部端子（入
力用）と放熱フィンとを兼用する。又出力の２つの端子
のうちいずれか１つの端子を接地して使用したい場合に
は例えば第31図又は第32図の回路を使用し、第２外部端
子（出力用）と放熱フィンとを兼用すればよい。

第34図（ａ）は第31図に示す単相全波整流装置を三層
全波整流装置に単に拡張応用した例である。実際には第
14図又は第34図（ｂ）に示す回路が使用される。

次に第１の主発明におけるヒューズ101等の実施例に
ついて、発明までの過程の一部を含め以下詳細に説明す
る。

第１の主発明におけるヒューズは中空のヒューズであ
る。従来の整流装置のB⁺端子９は第４図に示すようにCu
のリベットを使用していた。これを単純にヒューズ機能
を満たすようにヒューズ材（Pb97％、Sb3％）で作製す
ると第５図に示すように非常に細い形状になってしまう
ため、強度的に非常に弱くなり、取り扱いも難しい。又
ヒューズの周囲を樹脂でモールドした場合、ヒューズに
異常電流が流れ、温度上昇を始めると、第６図に示すよ
うにヒューズ溶融前（ａ）→ヒューズ溶融直後（ｂ）→
ヒューズ溶断（ｃ）とヒューズの回りの樹脂が熱変形を
必要とする。第７図（ａ）及び（ｂ）は、その時のヒュ
ーズに流れる電流と時間及びヒューズ温度と時間の関係
を示す模式的な概念図であり、ヒューズが溶融しても直
ちに溶断しない。本発明のヒューズは、例えば第８図に
示すよう１端開口の中空82を持つリベット形状のヒュー
ズ81で、機械的強度は非常に強く、その材質がPb97％、
Sb3％のPb合金で、周囲温度20℃で最小溶断電流133Aの
特性を持っている。又、ヒューズ周囲を樹脂でモールド
した場合の溶断動作では、ヒューズに中空があるため、
第９図に示すよう溶融後すぐに溶断状態となる。第10図
（ａ）及び（ｂ）は、その時のヒューズに流れる電流と
時間及びヒューズ温度と時間のそれぞれの関係を示す模
式的な概念図である。又同じ外形のヒューズでも中空の
径を変えることにより溶断電流を制御できるという大き
な利点をも兼ね備えている。本発明における中空のヒュ
ーズの実施例を第11図（ａ）および（ｂ）に示す。な
お、両端が開口した第11図（ｃ）は参考例である。

次に第１の主発明のヒューズ表面にメッキ或は蒸着等
で１層又は複数層の金属薄膜を被着する場合と第２の発
明とについて以下述べる。

第15図（ａ）に示すようなヒューズ（Pb100％）を半
田材（Sn100％）を使って導電パターンに取着すると、
同図（ｂ）のようには半田付けされず、同図（ｃ）のよ
うに半田付けされ、同図（ｄ）の斜線の部分が半田材
（Sn100％）へ溶け出してしまう。例えば280℃でヒュー
ズ（Pb100％）を半田（Sn100％）付けすると、第16図に
示すようにSn（100％）液体とPb（100％）固体が接触す
ることになる。接触面ではPbとSnの合金が作られる。Pb
とSnの合金は、第17図のPbとSnの状態図より明らかなよ
うに組成によって融点が280℃以下になるので、結果と
してヒューズのPbは半田（Sn100％）内に流出してしま
い第15図に示すようヒューズの形状が変化する（ヒュー
ズのPbが半田のSnに食われると呼ばれる）。ヒューズの
溶断電流値等は基本的にはヒューズの抵抗値と表面積で
決まる。ヒューズの抵抗は材質、断面積、長さで決まる
から第15図に示すように形状が変ってしまうと所望のヒ
ューズ特性が得られなくなる。

本発明においては第12図（ａ）又は第18図（ａ）のよ
うにヒューズ151にNiの金属薄膜152を被着することによ
り問題点を解決した。第18図（ｂ）及び第19図（ａ）に
示すヒューズ151及び161はPb97％、Sn3％のヒューズ材
からなり、152及び162はメッキにより形成したNi金属薄
膜（厚さ数μ）である。第18図（ｂ）に示すようにこの
ヒューズをCuの導電パターン6aにSn100％の半田材で取
着したが、ヒューズ151のPbはNi金属薄膜152にさえぎら
れ半田材のSnに溶けず良好な結果が得られた。

この発明におけるヒューズの外層部分の金属薄膜の主
たる作用は、ヒューズを導電部材に取着するとき、ヒュ
ーズ（通常Pb又はPb合金或はSn又はSn合金）が、取着用
半田材（通常Pb−Sn系合金で少量のBi,Sb,Ag,Cd,Zn,In
等を含む）に溶け込むのを妨げ、ヒューズの変形を防止
し、安定な溶断特性を得るものである。従ってヒューズ
に接する金属薄膜の成分金属は、取着用半田材及びヒュ
ーズのそれぞれの成分金属のいずれかと合金を作った場
合、この合金の融点がヒューズの融点より高いことが望
ましい。Ni,Co,Au,Ag,Cuはこの金属薄膜の成分として望
ましい。しかしながらヒューズは導電部材に半田付けし
て使用されることが多く、ヒューズに被着された金属薄
膜の最外層表面は半田付けが容易であることが要求され
る場合もあり、そのときは金属薄膜を複数層とする。例
えば、第12図（ｂ）又は第19図（ｂ）のように、Ni金属
薄膜152又は162の表面に更に半田に濡れ易いSn薄膜153
又は163を形成する。或は又金属薄膜をメッキにより形
成する場合には、所望により下地金属膜を用いる。

次に第１の主発明のヒューズ側面にシリコーンゴムを
被着した場合と第３の発明とについて以下述べる。この
ヒューズは、ヒューズの周囲を樹脂でモールドした場合
特に有効である。第６図に示すようにヒューズが溶融し
てから溶断するまでには周囲の樹脂の変形を必要とし、
かなりの時間がかかる。この充填用樹脂がエポキシ樹脂
の場合には、その熱伝導度が良いため、製品に異常電流
が流れた際のヒューズの温度上昇速度が遅く、溶断まで
の時間は更に長くなり、その間に他の部分の温度が異常
に高くなる可能性がある、又エポキシ樹脂の場合、ヒュ
ーズ周辺の樹脂が第６図（ｃ）のように変質、変形す
る。その際、樹脂が変質（主に炭化）して、導電性を帯
びるようになり、第20図に示すように、ヒューズ溶断後
もわずかに電流が流れることがある。異常電流が流れて
からヒューズが溶断するまでに時間がかかり又ヒューズ
溶断後もリーク電流が流れるというヒューズ機能の不完
全さは、第21図に示すようにヒューズ181の側面にシリ
コーンゴム182を被着することにより大幅に軽減され
た。シリコーンゴムの熱伝導率（例えば4.3×10^-4cal/c
m・ｓ・℃）はエポキシの熱伝導率（例えば2.0×10^-3ca
l/cm・s/℃）に比べ約一桁程度小さいので、シリコーン
ゴムを被着した本発明のヒューズの温度上昇は速い。又
シリコーンゴムはエポキシ樹脂に比べて耐熱性にすぐれ
ており、第６図（ｃ）のように熱変形及び変質しても電
気的特性、特に絶縁性に関してエポキシ樹脂のような劣
化はしない。このためヒューズ溶断後、製品にリーク電
流が流れることがないという大きな効果がある。第22図
（ａ）は製品に流れる異常電流と時間の関係、同図
（ｂ）はヒューズ温度と時間の関係について従来技術と
本発明とを比較して示す概念図である。

ヒューズにシリコーンゴムを被着する方法は、第23図
に示すように、まずヒューズ201の一端を導電パターン6
aに半田付けし、次に他の一端を出力用取出し部材12cに
半田付けする。その後シリコーンゴム202を塗布150℃で
約30分ぐらい加熱硬化（Cure）し、次にエポキシ樹脂15
を注入硬化する。しかしながらこの方法には次の問題点
がある。液体のシリコーンゴムを塗布するので第24図
（ａ）に示すように不必要な部分211にも付着するため
他の機能を損なう可能性がある。又同図（ｂ）に示すよ
うにシリコーンゴムの付いていない場所212や、同図
（ｃ）のように必要以上に薄くなる場所213が出る可能
性がある。又塗布後硬化（Cure）するのに時間がかか
り、液体のシリコーンゴムの取り扱いが面倒である。又
半田付け後にシリコーンゴムを塗布するので第25図に示
すように半田だれ221が生じヒューズ機能に問題を与え
る。

他の方法としてヒューズを半田付けする前にシリコー
ンゴムを塗布して硬化（Cure）すると、ヒューズの表面
が硬化時の蒸気等により汚れ、半田付け性に問題が起こ
り易い。又普通のシリコーンチューブ（熱収縮しないチ
ューブ）232をヒューズ231にかぶせると第26図に示すよ
うに半田だれ221を防止できないだけでなく、エポキシ
樹脂でモールドした際、ヒューズとチューブ間に樹脂が
侵入し、これらはヒューズ機能に問題を与える。

以上の問題点は、シリコーンゴムの熱収縮チューブ
（例えば（株）クラベ製ジイゲルチューブSH）を使用す
ることにより解決することができた。この熱収縮チュー
ブは、長さ方向にはほとんど縮まず、チューブ径方向に
縮む性質を持っている。この性質を利用し第27図に示す
ようにヒューズの必要な部分に、適当な厚みの均一な膜
を密着してつくることができる。即ち適当に選択した熱
収縮チューブは初期的には普通チューブの径よりも大き
いので、ヒューズにかぶせ易く、収縮後の自然状態での
径はヒューズの径より小さいので、収縮により密着し、
ヒューズとのすき間はなくなる。又熱収縮チューブは初
期的には液体でなく固体であり、長さ方向にはほとんど
縮まないで、チューブの径方向には一様に収縮するた
め、液状のシリコーンゴムを塗布するときの不必要部分
への付着、塗布洩れ、膜厚の不均一等の問題はなくな
り、取り扱いも容易となる。又収縮（Cure）に要する時
間は150℃で１分程度で十分である。実装する場合には
例えば第27図に示すようにヒューズ241の一端を半田（S
n100％）で導電パターン6a上に取着する。次に適当な長
さに切断したシリコーン熱収縮チューブ242をヒューズ
にかぶせ150℃の雰囲気に１分通し収縮を完了させる。
その後ヒューズの上方の一端を出力用取出し部材12cに
半田243等で取着する。半田付け前に収縮させても、半
田付け性に全く影響を与えないので、第27図のように半
田だれを防止できる。

［発明の効果］本発明の半導体装置は、内蔵するヒューズにそれぞれ
特徴がある。いずれの場合でも安定したすぐれたヒュー
ズ機能を有し、異常要因による異常発熱を防止できる半
導体装置が得られる。ヒューズについては次の通りであ
る。

ヒューズに中空部分を設ける。これによりヒューズの
機械的強度は増加し、ヒューズの外径を変えずに溶断電
流を容易に制御することが可能となった。又ヒューズを
樹脂モールドしたとき、溶融後直ちに溶断し、異常電流
が流れ始めてからヒューズが動作するまでの時間を短縮
し安定なヒューズ機能が得られる。

又ヒューズの表面に１層又は複数層の金属薄膜を被着
する。これによりヒューズを導電部材に取着する際、ヒ
ューズと溶けた取着用半田とはこの金属薄膜により隔離
され、ヒューズは半田に溶け込まず、取着個所近傍のヒ
ューズの形状は変化しない。このため常に設計値通りの
ヒューズ特性が得られる。

又ヒューズの側面を熱収縮チューブを使用しシリコー
ンゴムで覆う。これによりヒューズを導電部材に取着す
る際の半田の濡れる個所は限定され、半田だれは防止さ
れ、安定なヒューズ特性が得られる。又ヒューズを樹脂
モールドしたときには、異常電流が流れ始めてからのヒ
ューズの温度上昇速度は従来に比し速く、溶断までの時
間は短縮される。又シリコーンゴムはたとえ変質しても
絶縁性の劣化が少なく、溶断後のリーク電流は無視でき
る等すぐれたヒューズ特性が得られる。

これ等ヒューズに施す各手段を併用することは勿論可
能で、これにより単なるヒューズワイヤを使用する従来
のヒューズ機能に関する諸問題点は解決される。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の半導体装置の一実施例の斜視図、第２
図は第１図の装置の外側部分を除去して示した斜視図、
第３図は第１図のIII−III矢視断面図、第４図は従来の
装置のB⁺端子の外形図、第５図は第４図のB⁺端子に溶断
特性を満たすようにしたときのヒューズの外形図、第６
図は第５図のヒューズの溶断挙動を示す模式図、第７図
は第５図のヒューズの溶断挙動時のヒューズ電流と時間
及びヒューズ温度と時間のそれぞれの関係を示す模式的
な概念図、第８図は本発明によるヒューズの実施例の外
形図、第９図は第８図のヒューズの溶断挙動を示す模式
図、第10図は第８図のヒューズの溶断挙動時のヒューズ
電流と時間及びヒューズ温度と時間のそれぞれの関係を
示す模式的な概念図、第11図の（ａ）及び（ｂ）は本発
明の中空のヒューズの実施例を示す外形図、第11図の
（ｃ）は中空のヒューズの参考例を示す外形図、第12図
は本発明によるヒューズの他の実施例を示す縦断面図、
第13図は本発明によるヒューズの他の実施例を示す外形
図、第14図は本発明の半導体装置の電気回路図、第15図
は従来のヒューズとその問題点の１つを説明するための
模式図、第16図は第15図の問題点の理由を説明する図、
第17図はPb−Snの組成比と融点との関係を示す状態図、
第18図及び第19図は本発明によるヒューズの他の実施例
を示す縦断面図、第20図は従来のヒューズの電気的特性
の問題点を示す概念図、第21図は本発明におけるヒュー
ズの他の実施例を説明するための図、第22図は異常電流
と時間及びヒューズ温度と時間との関係を従来技術と本
発明とを対比して示す模式的な概念図、第23図は本発明
によるヒューズの他の実施例を説明するための模式図、
第24図は第23図の方法の問題点を示す模式図、第25図及
び第26図は第23図の方法の他の問題点を示す模式図、第
27図は第24図、第25図及び第26図に示す問題点を改良し
た本発明のヒューズの模式図、第28図はヒューズ機能を
持たない従来の半導体装置の縦断面図、第29図は第28図
の従来の半導体装置の電気回路図、第30図はヒューズ機
能を持つ従来の半導体装置の縦断面図、第31図（ａ）及
び（ｂ）は本発明の第２の実施例の半導体装置の斜視図
及びその電気回路図、第32図及び第33図は第31図の半導
体装置の応用実施例を示す電気回路図、第34図は第１図
に示す半導体装置のその他の実施例を示す電気回路図で
ある。４…放熱基板（兼第２外部端子）、５…絶縁層、6a,36a
…第１導電パターン、6b,36b…第２導電パターン、7a,7
c,7e,37a,37c…第１半導体整流素子、7b,7d,7f,37b,37d
…第２半導体整流素子、10,30a,30b,30c,30d,30e…第３
外部端子、12b,32a…第１外部端子、18,32b…第２外部
端子、81,101,151,161,181,201,231,241…ヒューズ、82
…中空、100…本発明の半導体装置、152,162…金属薄膜
（Ni膜）、153,163…金属薄膜（Sn膜）、182,202…シリ
コーンゴム、242…熱収縮シリコーンチューブ。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者森口浩治川崎市幸区堀川町72 株式会社東芝堀川町工場内 (72)発明者関場利信川崎市幸区堀川町72 株式会社東芝堀川町工場内 (56)参考文献特開昭50−111564（ＪＰ，Ａ) 実開昭55−96667（ＪＰ，Ｕ)

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】熱良伝導性の放熱基板と、その放熱基板の
一表面に互に絶縁されて設けられた第１導電パターン及
び第２導電パターンと、前記第１導電パターン上に固着
され一方の電極が接続された第１の半導体整流素子と、
前記第２導電パターン上に固着され一方の電極が接続さ
れた第２の半導体整流素子と、前記第１、第２の整流素
子の他方の電極を接続する導電手段又は少なくとも一端
が閉じている中空のヒューズを含む導電手段と、第１導
電パターンに固着され電気的に接続された第１の外部端
子又は少なくとも一端が閉じている中空のヒューズを含
む第１の外部端子と、第２導電パターンに固着され電気
的に接続された第２の外部端子と、前記導電手段に固着
され電気的に接続された第３の外部端子又は少なくとも
一端が閉じている中空のヒューズを含む第３の外部端子
と、前記第１、第２及び第３の外部端子の一部を露出さ
せて少なくとも前記整流素子を封止する外囲器とを具備
し、前記中空のヒューズを少なくとも１個を有するとと
もに中空のヒューズの前記閉じた端部を外囲器内の封止
用空隙に向いた端部に配して、前記第１、第２及び第３
の外部端子に電流を流す回路を構成する半導体装置。
【請求項２】ヒューズの金属がPb又はPbとSn,Bi,Cd,Sb
のうちの少なくとも１種の金属からなるPb合金である特
許請求の範囲第１項記載の半導体装置。
【請求項３】ヒューズの金属がSn又はSnとBi,Cd,Sbのう
ちの少なくとも１種の金属とからなるSn合金である特許
請求の範囲第１項記載の半導体装置。
【請求項４】エポキシ樹脂で樹脂封止された特許請求の
範囲第１項ないし第３項いずれか記載の半導体装置。
【請求項５】導電部材に半田付け又は圧着により取着さ
れるヒューズが、金属薄膜を被着したヒューズである特
許請求の範囲第１項ないし第４項いずれか記載の半導体
装置。
【請求項６】ヒューズに被着される金属薄膜の成分金属
が前記取着用半田材及びヒューズのそれぞれの成分金属
のいずれかと合金を作った場合、該合金の融点が前記ヒ
ューズの融点より高い特許請求の範囲第５項記載の半導
体装置。
【請求項７】ヒューズに被着される金属薄膜の成分がN
i,Co,Au,Ag,Cuのいずれか１種の金属からなる特許請求
の範囲第６項記載の半導体装置。
【請求項８】ヒューズに被着される最外層の金属薄膜が
Snからなる特許請求の範囲第５項ないし第７項いずれか
記載の半導体装置。
【請求項９】ヒューズにシリコーンゴムを被着した特許
請求の範囲第１項ないし第８項いずれか記載の半導体装
置。
【請求項１０】ヒューズを熱収縮シリコーンチューブで
覆った特許請求の範囲第９項記載の半導体装置。
【請求項１１】熱良伝導性の放熱基板と、その放熱基板
の一表面に互に絶縁されて設けられた第１導電パターン
及び第２導電パターンと、前記第１導電パターン上に固
着され一方の電極が接続された第１の半導体整流素子
と、前記第２導電パターン上に固着され一方の電極が接
続された第２の半導体整流素子と、前記第１、第２の整
流素子の他方の電極を接続する導電手段又は金属薄膜を
被着したヒューズを含む導電手段と、第１導電パターン
に固着され電気的に接続された第１の外部端子又は金属
薄膜を被着したヒューズを含む第１の外部端子と、第２
導電パターンに固着され電気的に接続された第２の外部
端子と、前記導電手段に固着され電気的に接続された第
３の外部端子又は金属薄膜を被着したヒューズを含む第
３の外部端子と、前記第１、第２及び第３の外部端子の
一部を露出させて少なくとも前記整流素子を封止する外
囲器とを具備し、前記ヒューズに被着される金属薄膜の
成分金属が前記取着用半田材及びヒューズのそれぞれの
成分金属のいずれかと合金を作った場合、該合金の融点
が前記ヒューズの融点より高く、前記金属薄膜を被着し
たヒューズを少なくとも１個を有するとともに前記第
１、第２及び第３の外部端子に電流を流す回路を構成す
る半導体装置。
【請求項１２】ヒューズの金属がPb又はPbとSn,Bi,Cd,S
bのうちの少なくとも１種の金属からなるPb合金である
特許請求の範囲第11項記載の半導体装置。
【請求項１３】ヒューズの金属がSn又はSnとBi,Cd,Sbの
うちの少なくとも１種の金属とからなるSn合金である特
許請求の範囲第11項記載の半導体装置。
【請求項１４】ヒューズに被着される金属薄膜の成分が
Ni,Co,Au,Ag,Cuのいずれか１種の金属からなる特許請求
の範囲第11項ないし第13項いずれか記載の半導体装置。
【請求項１５】ヒューズに被着される最外層の金属薄膜
がSnからなる特許請求の範囲第11項ないし第14項いずれ
か記載の半導体装置。
【請求項１６】熱良伝導性の放熱基板と、その放熱基板
の一表面に互に絶縁されて設けられた第１導電パターン
及び第２導電パターンと、前記第１導電パターン上に固
着され一方の電極が接続された第１の半導体整流素子
と、前記第２導電パターン上に固着され一方の電極が接
続された第２の半導体整流素子と、前記第１、第２の整
流素子の他方の電極を接続する導電手段又はシリコーン
ゴムを被着したヒューズを含む導電手段と、第１導電パ
ターンに固着され電気的に接続された第１の外部端子又
はシリコーンゴムを被着したヒューズを含む第１の外部
端子と、第２導電パターンに固着され電気的に接続され
た第２の外部端子と、前記導電手段に固着され電気的に
接続された第３の外部端子又はシリコーンゴムを被着し
たヒューズを含む第３の外部端子と、前記第１、第２及
び第３の外部端子の一部を露出させて少なくとも前記整
流素子を封止する外囲器とを具備し、前記シリコーンゴ
ムを被着したヒューズを少なくとも１個を有するととも
に前記第１、第２及び第３の外部端子に電流を流す回路
を構成する半導体装置。
【請求項１７】ヒューズの金属がPb又はPbとSn,Bi,Cd,S
bのうちの少なくとも１種の金属からなるPb合金である
特許請求の範囲第16項記載の半導体装置。
【請求項１８】ヒューズの金属がSn又はSnとBi,Cd,Sbの
うちの少なくとも１種の金属とからなるSn合金である特
許請求の範囲第16項記載の半導体装置。
【請求項１９】ヒューズの側面を熱収縮シリコーンチュ
ーブで覆った特許請求の範囲第16項ないし第18項いずれ
か記載の半導体装置。
【請求項２０】エポキシ樹脂で樹脂封止された特許請求
の範囲第16項ないし第19項いずれか記載の半導体装置。