JP2866811B2 - シート状材料の積層方式による半導体ダイオードの製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はシート状材料の積層方式
による半導体ダイオードの製造方法に関する。近年来、
数多い新工業材料、新技術、新設備及び新しい市場のニ
ーズが絶えず電子素子、部品工業を衝動しており、現在
もっとも生産量の大きなシリコン整流ダイオードは依然
２０年前に発展した軸導線プラスチックモールド封入の
ものである。新しいＳＯＤは依然として充分理想でな
く、スイッチングダイオードの二柱電極ガラス管の一次
融合型封入及びメルフ型封入にも多くの欠点があり、い
ずれもより優良な設計を必要とし、客観的な環境条件も
より良い設計を生むところまでに累積している。

【０００２】

【従来の技術】半導体ダイオードのうちシリコン整流ダ
イオードは工業化量産されて既に４０余年になり、その
主な封入設計の発展は次の如くである。 １．金属缶型 まず、切開された芯板と円形電極板２個を鉛含有量の多
いハンダで溶接し、シリコン研磨剤で芯板の切開面をエ
ッチングする。並びに、酸化剤をもって二酸化シリコン
膜に酸化させ、更に芯板封入保護剤（例えばワニス、シ
リコンゴム）で芯板部を封入する。それからこの芯板の
組立品を同質の線と高錫ハンダで金属缶のケースの底座
に溶接し、次に尾線を上蓋の抽気管の中に差し込み、底
座及び上蓋を溶接し、真空箱の中で抽気管を挟んで尾線
を圧着すれば、金属缶型ダイオードの封入が完成され
る。

【０００３】１９６０年代末から中、低パワー（１０ア
ンペア以下）の品種は新しい封入を採用しているが、パ
ワーの高い品種はやはりこの型の封入を採用して芯板の
組立品に於いて改善している。この封入方式は優良な設
計であるがコストが極めて高く、中、低パワーの品種に
対しては後続して発展した封入設計の方がより経済的で
実用的である。

【０００４】２．ガラス管二次溶融封入型 まず、銅クラッド鉄ニッケル合金線、ガラスビード、ガ
ラス管を溶接して組立品を作成し、他の導線端は導線ガ
ラスビード組立品に作成し、導線には金属製フック型溶
接板が溶接され、管芯組立品（製造法は上記の如く）を
上述した２本の導線の組立品に溶接し、更に加熱してガ
ラス管の末端及びガラスビードを封入し、組立を完成さ
せる。

【０００５】このような封入は品質が甚だ悪く、コスト
も高い。 ３．二柱型電極ガラス管一次溶封型 まず、導線とデュメット合金の円柱を導線組立品に溶接
製作する。すでに封入された芯板組立品の両面に各々導
線１本を取付ける。その外側にガラス管を組み込んで治
具で挟み、電気ヒータの中で加熱してガラス管を電極柱
の上に溶接し、同時に２本の電極柱も圧着方式をもって
芯板に接着し、組立を完成させる。

【０００６】このような組立工程は極めて簡易であり、
部品も高価でないので、これを採用したメーカーは少な
くない。例えばフェアチャイルド・セミコンダクター社
の１アンペア整流ダイオード及び全世界各社のスイッチ
ング・ダイオード、定電圧ダイオード等がある。この型
の封入は今でも低パワー品種の最も経済的で実用的な設
計である。近年来は表面実装型溶接部品（ＳＭＤ）の必
要によって型を変え、導線を除去したメルフ（ＭＥＬ
Ｆ）型外型の封入になっている。メルフ型封入には２つ
の大きな欠点がある。その一つは回路基板との熱膨脹係
数が釣り合わず、回路基板組立て溶接時に管構成部に亀
裂またはショート、接着不良が起こる。２番目は機械化
時での取り上げ、置き、粘着、溶接等の工程中に於ける
作業がしにくいことである。

【０００７】４．ガラスビード封入 これはアメリカのゼネラル・エレクトリック社が１９６
０年代初期に発明したもので、まず、円柱型のモリブデ
ン質電柱と導線を溶接して組立品にし、拡散を完了した
チップにアルミニウム膜を漬けメッキする。更に遮蔽デ
ィスクで覆い、サンドブラスト、研磨切断を経て円錐台
形の芯板になるが、芯板は混合酸化剤でエッチング後、
電極と硬性溶接接合を行い、更に組立品に溶接し、芯板
切開面の酸液エッチング、酸化、ガラスペーストの塗
布、ガラス溶結、導線錫メッキ等を経て製作が完成され
る。

【０００８】このような構造の芯板の臨界直径は約３mm
で、この寸法を越えるとシリコントランジスターとモリ
ブデン電極間の熱膨脹によって引きちぎれる。このよう
な封入は現在最も品質の良い封入の一つであるが、コス
トがやや高く、軸方向導線プラスチックモールド型封入
の約３倍である。この外、順方向電圧降下（Ｖｆ）が鉛
錫系ハンダ構造のものよりもやや高くなる。もう一つの
欠点は管体形状がビード型であり、使用者の応用作業に
於いて円柱形管体のものよりも操作がしにくい。

【０００９】 ５．軸方向導線プラスチックモールド型封入 これは１９６０年代の中期に発展し、欧、米、日本の各
大メーカーに採用されている。この特徴は構造が簡単
で、コストも安く、アメリカのメーカー、例えばゼネラ
ル・エレクトリック社及び台湾、中国、マレーシア等の
メーカーは裸銅導線と混合酸エッチングを採用してお
り、コストはもっとも低いが、品質は余り良くない。日
本の各メーカー及びドイツのＩＴＴ社等はニッケルメッ
キ銀導線及びアルカリ性エッチングを採用しており、コ
ストは高いが、品質は良好である。

【００１０】 ６．ガラスビード保護プラスチックモールドケース複合
型封入 これは台湾のゼネラル社が１９７２年に開発し、アメリ
カ合衆国の特許を取得したものである。その特徴はガラ
ス封入保護の優れた逆方向特性を有し、プラスチックモ
ールド円柱管ケースは使用に便利で、かつ製造コストは
プラスチックモールド型の約1.5 倍にすぎない。これは
導線型整流ダイオードの高品質品中で唯一低コストに大
量生産されたものである。

【００１１】 ７．ガラス膜封入保護芯板タングステン柱電極ガラス管
一次溶融封入型 これはアメリカのマイクロセミコンダクター社が開発し
た特許技術であり、その芯板は酸蝕、Ｐ型層に溝切りを
経て、更に化学気相積層技術を経て、切断面にガラス質
の封入保護膜を構成し、芯板とタングステン電極の間は
ウエハー上の真空銀膜メッキによって高温硬質溶接接合
を行い、同時に管体ケースも溶接封入を完了する。これ
らの作業はＤＩＸ封入機を採用し、プログラマブル真
空、充気、加圧チャンバー内の進行を行い、その品質は
現在世界で最も良好であり、アメリカ軍事器材、航空、
宇宙、高級計器等の工業に採用されているが、コストは
非常に高く、プラスチックモールド型の数十倍にもな
る。

【００１２】８．小外型ダイオード 略してＳＯＤ（スモール・アウトライン・ダイオード）
と称し、この設計は小外型トランジスタＳＯＴ（スモー
ル・アウトライン・トランジスタ）を因襲して開発さ
れ、ガラス膜封入保護を有する整流ダイオードの芯板Ｇ
ＰＰが発展成熟してから量産市販されたものである。製
造方法としてはＧＰＰと導線フレームを鉛基ハンダで溶
接し、更にプラスチックモールドケース、端子切開筋成
型を経て完成される。ＧＰＰはＰ面からＮ層まで溝切り
し、それのＰ−Ｎ接合面に対する切開角は負接合切開で
あり、かつ全体ウエハーの施工法に必要な機械強度の要
求及びガラス膜焼結時の大きな応力の制限を受けてお
り、エッチング溝の深さは余り深くできないので逆方向
の耐電圧は１０００ボルトより低い。これはＧＰＰ設計
上の品質の制限であり、また個別芯板の分離切開時はダ
イヤモンドカッターによる切開、またはレザー反面溶
接、折裂片の二種類の工法を使っても切り口にヘアーク
ラックが起こり、ガラス膜とシリコンウエハーの間の巨
大な応力は更に集中し、作業サイクルや温度サイクル時
の潜在的故障の要因になる。またＧＰＰの製造コストは
甚だ高く、例えば１アンペアＧＰＰ１個のコストは１ア
ンペアプラスチックモールドダイオードのそれと同じで
ある。このＧＰＰの欠点とＳＯＤ封入がもともと精密で
コストが高い点は、すなわちＳＯＤが理想でない点であ
る。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】上述の如くいくつかの
伝統的ダイオードの封入に関する問題があった。そこで
本発明は、上記の問題を解決したシート状材料の積層方
式による半導体ダイオードの製造方法を提供することを
目的とする。

【００１４】

【課題を解決するための手段】上記の問題は、以下の通
りの方法により解決される。すなわち、導体の渡り線電
極をプレス成型し、導体の電極連接筋を折り押さえて巻
き重ね、渡り線電極の溶接継ぎ目を底電極板、すなわち
芯板の溶接の位置決め個所に移し、芯板を溶接継ぎ目の
左側に置き、案内を使ってそれをややふくれ上がった溶
接継ぎ目と底電極板の中間に押し込み、溶接継ぎ目を下
ろし、芯板を溶接継ぎ目と底電極板の間に挟めさせ、こ
れを電気ヒータで加熱し、予め芯板また導体上に接着し
てあるハンダを溶融させ、冷却した後は芯板を渡り線電
極の溶接継ぎ目と底電極板の芯板の溶接個所に溶接し、
これにアルカリ性シリコンエッチング剤及び酸化剤によ
って芯板の切断面のエッチング及び酸化を行い、二酸化
シリコン膜の生成を強化し、芯板切断面の封入保護剤を
芯板切断面に塗布して焼き固め、それから電極の連接筋
を切り除き、適量なシリコン樹脂を基板の芯板に注入
し、接着剤を基板の上に塗布し、芯板の溶接面を下向き
にして基板上に置き、芯板と渡り線の電極個所を位置合
わせして基板の芯板の孔の中に嵌入し、導体の基板外に
突き出ている端子を折り曲げてダイオードの端子を形成
し、導体の取付け面に塗布されてある接着剤により蓋板
をその上に取付け、更に蓋板の爪を折り曲げ、電気ヒー
タで加熱し、設定された温度、時間を経てそれの接着剤
とシリコン樹脂を硬化させ電気定数測定器をもって計測
し、ダイオードの正極識別切断面を切り出し、個別のダ
イオードを仕分け、主要級ダイオードを自動包装するこ
とにより解決される。

【００１５】

【実施例】図１を参照して説明するに、本発明になるシ
ート状材料の積層方式による半導体ダイオードの製造方
法の順序は次の通りである。第１ステップでは図２乃至
図４の如く芯板の取付けを行なう。導体１の渡り線電極
１１をプレス成型し（図２）、並びにその導体１の連接
筋１２を折り押さえて巻き重ね、渡り線電極１１の溶接
継ぎ目１１１を底電極板、すなわち芯板２の溶接の定位
置個所に移し、芯板２を溶接継ぎ目１１１の左側に置き
（図３）、案内を使って芯板２をややふくれ上った溶接
継ぎ目１１１と底電極板１３の間に押し込み、溶接継ぎ
目１１１を下ろし、芯板２を溶接継ぎ目１１１と底電極
板１３の間に挟み込み（図４）、芯板２の取付けを完成
して第２ステップに進む。

【００１６】第２ステップでは溶接を行なう。第１ステ
ップの半完成品を電気ヒータで加熱し、芯板２または導
体１に予め接着してあるハンダ３を溶融させ、塗布した
後芯板２を渡り線電極１１の溶接継ぎ目１１１と底電極
板１３の芯板２の溶接個所に溶接し、溶接を完成して
（図４）第３ステップに進む。第３ステップでは図５乃
至図７の如く芯板２の切断面のエッチング、酸化及び芯
板２の切断面の封入保護を行なう。第２ステップの半完
成品をアルカリ性シリコンエッチング剤４によって芯板
２の切断面のエッチングを行い（図５）、更に酸化剤５
によってエッチングを完成した後のシリコン面の酸化を
行い、二酸化シリコン膜の生成を強化する（図６）。乾
燥後はその芯板２の切断面封入保護剤６を芯板２の切断
面に塗布して（図７）焼き固め、（もし使用している芯
板にすでに封入保護剤が塗布されている場合、この第３
ステップは省略できる）、第４ステップに進む。

【００１７】第４ステップでは図８の如く基板７の芯孔
７１にシリコン樹脂８を注入し、接着剤９を塗布する。
適量のシリコン樹脂８を基板７の芯孔７１に注入し、接
着剤９を基板７の表面に塗布した後、第５ステップに進
む。第５ステップでは図８乃至図９の如く基板の取付け
を行なう。第３ステップの芯板２の溶接面を下向きにし
て第４ステップで完成した基板７に置き、芯板２と渡り
線電極１１個所を位置合わせして（図８）基板７の芯板
７１の中に嵌入し、並びに導体１を折り曲げて基板７７
外の端子１４から突き出させ、ダイオードの端子１４を
形成して基板７の据付けを完成し（図９）、第６ステッ
プに進む。

【００１８】第６ステップでは図９乃至図１１の如く蓋
板１０を取付ける。接着剤９を第５ステップで完成した
導体１の取付け面に塗布し、蓋板１０をその上に取付け
（図９）、蓋板の爪１５を折り曲げて蓋板１０の取付け
を完成し（図１０）、第７ステップに進む。このとき、
内部は図１１に示すようになっている。第７ステップで
は接着剤９及びシリコン樹脂８を焼き固める。第６ステ
ップでの完成品を電気ヒータで加熱し、設定された温
度、時間を経て接着剤９及びシリコン樹脂８の硬化を完
成し、第８ステップに進む。

【００１９】第８ステップでは図１２乃至図１３の如く
端子１４の筋切断、計測、切開、選別及び包装を行な
う。第７ステップでの半完成品を自動機械を使って隣接
した２個のダイオード間の端子１４の図２に示した連接
筋１４１を切り離す（図１２）。電気定数測定器のプロ
ーブをもってダイオードの端子１４と個別に接触させ、
その電気定数をテストしてその計測結果を記憶する。計
測結果の記憶信号によってカッターを駆動し、ダイオー
ドのアノード識別用切開角１４ａを切り出し、切断して
個別のダイオードにする。（図１３）計測結果の記憶信
号に依って各ダイオードを分類し、受け取り、並びに主
要級ダイオードを自動包装する。

【００２０】図１４を参照して説明するに、まず導体１
ｂを上蓋板１０ｂまでに折り曲げ、更に導体１ｂを下蓋
板１０１ｂまでに逆に折り曲げて他の端子を形成する。
図１５を参照して説明するに、導体１ｃを刺し針型に作
成し、管体が完成したら９０°折り曲げて刺し針型端子
１４ｃの外形に形成する。蓋板は前もって放熱フインの
ある蓋板１０ｃに作られることができる。

【００２１】本発明のシート状材料の積層方式による半
導体ダイオードの製造方法に於いて、その基板７は絶縁
耐熱材であり、その上に芯孔７１が設けられて芯板１の
組立品を収納し、各種芯板、例えば整流ダイオードの芯
板、スイッチングダイオードの芯板及び定電圧ダイオー
ドの芯板に適合できる。他に電極連結筋孔７２が設けら
れて電極連結筋が折り重ねられた後の突起部を収納す
る。

【００２２】以上説明したように本実施例になるシート
状材料の積層方式による半導体ダイオードの製造方法に
よれば、以下に列挙する効果がある。 １．全自動化生産ができるので、製造コストは甚だ低
く、かつ設備投資も少なくてよい。 ２．最も多く使用されるのは電気回路基板の組立であ
り、その基板の材質は普通の回路基板と全く同じ材質を
選択すればよく、熱膨脹係数の相違の問題がない。

【００２３】３．管体構造の機械的強度、密封性及び熱
伝導、放熱能力がともに優れている。 ４．構造体の製作が簡単であり、コストも低い。 ５．全板型管体であり、最も理想的な表面実装素子（Ｓ
ＭＤ）が得られる。 ６．必要な工程手順の時間は伝統的なものの約半分で済
み、製造時の在庫品を大幅に減らすことができる。

【００２４】

【発明の効果】上述の如く本発明によれば、全自動化生
産及び製作が容易なため低コストで工程が簡単であり、
回路基板の熱膨脹係数と同じにすることで亀裂が生じた
りすることがなく、管体構造のため機械特性及び熱的特
性が優れており表面実装に適しているという特長があ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の封入の順序のフローチャートである。

【図２】本発明の構造製作図である。

【図３】本発明の構造製作図である。

【図４】本発明の構造製作図である。

【図５】本発明の構造製作図である。

【図６】本発明の構造製作図である。

【図７】本発明の構造製作図である。

【図８】本発明の構造製作の組合わせ図である。

【図９】本発明の構造製作の組合わせ図である。

【図１０】本発明の構造製作の組合わせ図である。

【図１１】本発明の構造製作の組合わせ図である。

【図１２】本発明の構造製作のもう一つの組合わせ図で
ある。

【図１３】本発明の構造製作のもう一つの組合わせ図で
ある。

【図１４】本発明の構造製作のもう一つの組合わせ図で
ある。

【図１５】本発明の構造製作のもう一つの組合わせ図で
ある。

【符号の説明】

１ 導体 ２ 芯板 ４ シリコンエッチング剤 ５ シリコン酸化剤 ６ 切開面封入保護剤 ７ 基板 ８ シリコン樹脂 ９ 接着剤 １０ 蓋板

Claims (11)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 導体の渡り線電極をプレス成型し、その
   導体の連接筋を折り押さえて巻き重ね、渡り線電極の溶
   接継ぎ目を底電極板、すなわち芯板の溶接の定位置個所
   に移し、芯板を溶接継ぎ目の左側に置き、案内を使って
   それをややふくれ上った溶接継ぎ目と底電極板の中間に
   押し込み、溶接継ぎ目を下ろし、芯板を溶接継ぎ目と底
   電極板の間に挟めさせ、芯板の取付けを完成し、芯板 を取付けた半完成品を電気ヒータで加熱し、芯板ま
   たは導体に予め接着してあるハンダを溶融させ、冷却し
   た後、芯板を渡り線電極の溶接継ぎ目と底電極板の芯板
   の溶接個所に溶接し、溶接を完成し、 溶接を完成した半完成品をアルカリ性シリコンエッチン
   グ剤によって芯板Ｗの切断面のエッチングを行い、更に
   酸化剤によってエッチングを完成した後のシリコン面の
   酸化を行い、二酸化シリコン膜の生成を強化し、芯板の
   切断面封入保護剤を芯板の切断面に塗布して焼き固めて
   芯板の切断面を封入保護し、 適当な量のシリコン樹脂を基板の芯板に注入し、接着剤
   を基板の表面に塗布し、芯板の溶接面を下向きにして基
   板上に置き、芯板と渡り線電極個所を位置合わせして基
   板の芯板の孔の中に嵌入し、導体を折り曲げて基板外の
   端子から突き出させてダイオードの端子を形成し、 接着剤を導体の取付け面に塗布し、蓋板をその上に取付
   け、蓋板の爪を折り曲げ、電気ヒータで加熱し、設定さ
   れた温度、時間を経てそれの接着剤及びシリコン樹脂を
   硬化させて蓋板を取付け、 電気定数測定器をもって計測し、ダイオードのカソード
   識別切開角を切り出し、主要級ダイオードを自動包装す
   ることを特徴とするシート状材料の積層方式による半導
   体ダイオードの製造方法。
2. 【請求項２】 その胴体はシート状基板、蓋板、及びシ
   ート型導体を接着剤によって積層して作られることを特
   徴とする請求項１記載のシート状材料の積層方式による
   半導体ダイオードの製造方法。
3. 【請求項３】 基板はガラス繊維強化樹脂板の基板を主
   要構造体とする絶縁耐熱材であり、その上には芯板を収
   納する芯孔が設けられ、その他に電極連結筋の孔が設け
   られて電極連結筋が折り重ねられた後の突起部を収納す
   ることを特徴とする請求項１記載のシート状材料の積層
   方式による半導体ダイオードの製造方法。
4. 【請求項４】 その芯板は各種ダイオード芯板、例えば
   整流ダイオード芯板、スイッチングダイオード芯板及び
   定電圧ダイオード芯板であることを特徴とする請求項１
   記載のシート状材料の積層方式による半導体ダイオード
   の製造方法。
5. 【請求項５】 その芯板の保護シリコンゴムは基板の芯
   の孔に充填されていることを特徴とする請求項１記載の
   シート状材料の積層方式による半導体ダイオードの製造
   方法。
6. 【請求項６】 その両電極、両端子及び両蓋板の爪は同
   一部品で、導体の一部分であることを特徴とする請求項
   １記載のシート状材料の積層方式による半導体ダイオー
   ドの製造方法。
7. 【請求項７】 その渡り線電極の溶接継ぎ目の重ね個所
   はその底電極の芯板の溶接個所の上側に位置し、その導
   体の電極連結筋を折り重ね、転移した位置から形成され
   ることを特徴とする請求項１記載のシート状材料の積層
   方式による半導体ダイオードの製造方法。
8. 【請求項８】 その電極連結筋は隣接した両ダイオード
   胴体の間の切断個所に位置することを特徴とする請求項
   １記載のシート状材料の積層方式による半導体ダイオー
   ドの製造方法。
9. 【請求項９】 その導体両側には各々端子部及び爪が設
   けられ、端子部を折り曲げ、基板上に貼り付けて端子を
   形成し、更に爪を折り曲げて蓋板を締め付けることを特
   徴とする請求項１記載のシート状材料の積層方式による
   半導体ダイオードの製造方法。
10. 【請求項１０】 導体をまず上蓋板までに折り曲げ、更
    に導体を下蓋板までに逆折りすることを特徴とする請求
    項１記載のシート状材料の積層方式による半導体ダイオ
    ードの製造方法。
11. 【請求項１１】 導体は刺し針型端子に作られ、管体が
    完成したら９０°折り曲げて刺し針型端子の外形に形成
    し、蓋板は前もって放熱フインのある蓋板に作られるこ
    とを特徴とする請求項１記載のシート状材料の積層方式
    による半導体ダイオードの製造方法。