JP3426692B2 - 半導体装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、例えば車両用交流発
電機の制御装置に用いられる、半田付された半導体チッ
プを備えた半導体装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】まず、最初に半導体装置をその構成の一
部に備えた車両用交流発電機の制御装置の回路について
説明する。図８は、車両用交流発電機の制御装置を示す
回路図である。図において、１は車両用交流発電機であ
って、例えば星型結線された３相電機子コイル１０１及
び界磁コイル１０２を有している。２は整流器、例えば
全波整流器であって、６個のダイオードにて３相全波整
流回路が構成され、整流出力端子２０１、接地端子２０
２及び交流発電機１の電機子コイル１０１の一端に接続
された３個の入力端子２０３を有している。

【０００３】３は半導体装置としての電圧調整器であっ
て、分圧抵抗３０１及び３０２、ツェナーダイオード３
０３、制御用トランジスタ３０４、ベース電流供給用抵
抗３０５、パワートランジスタ３０６、サプレッション
ダイオード３０７及びコンデンサ３０８にて構成されて
いる。分圧抵抗３０１及び３０２は、整流器２の整流出
力端子２０１が接続された後述の蓄電池４の正端子と接
地との間で互いに直列に接続されており、発電機の電圧
を検出する。ツェナーダイオード３０３は、カソードが
分圧抵抗３０１、３０２の接続点３０１ａに接続されて
いる。制御用トランジスタ３０４は、ベースがツェナー
ダイオード３０３のアノードに接続され、エミッタが接
地されており、コレクタがパワートランジスタ３０６の
ベースに接続されている。

【０００４】パワートランジスタ３０６は、ベースがベ
ース電流供給用抵抗３０５及び後述のキースイッチ５を
介して蓄電池４の正端子に接続されるとともに制御用ト
ランジスタ３０４のコレクタに接続され、エミッタが接
地されかつコレクタが交流発電機１の界磁コイル１０２
を介して整流器２の整流出力端子２０１に接続されてい
る。サプレッションダイオード３０７は、界磁コイル１
０２と並列に接続されており、すなわちパワートランジ
スタ３０６のコレクタと整流出力端子２０１との間にア
ノード、カソードが接続されている。

【０００５】４は蓄電池であり、整流器２の整流出力端
子２０１と接地との間に接続されている。５はキースイ
ッチであり、蓄電池４の正端子と電圧調整器３中のベー
ス電流供給用抵抗３０５の他端との間に接続されてい
る。６、７はそれぞれスタータスイッチ、スタータであ
り、互いに直列にかつ蓄電池４と並列に接続されてい
る。なお、整流器２、電圧調整器３、蓄電池４、キース
イッチ５、スタータスイッチ６及びスタータ７は制御装
置を構成する。

【０００６】このように構成された制御装置の動作につ
いて説明する。キースイッチ５をＯＮにすると、この時
の蓄電池４の端子電圧は約１２〔Ｖ〕であり、ツェナー
ダイオード３０３を導通させる程高くないので、制御用
トランジスタ３０４は不導通である。従って、蓄電池４
からベース電流供給用抵抗３０５を通ってパワートラン
ジスタ３０６のベースに電流が流れることにより、この
パワートランジスタ３０６は導通する。その結果、蓄電
池４から界磁コイル１０２に界磁電流が流れる。そして
スタータスイッチ６をＯＮにすると、スタータ７が蓄電
池４で付勢されて回転し、このスタータ７に連結された
機関（図示しない）が始動する。この機関の始動により
交流発電機１は駆動されて発電を開始し、その出力電圧
を上昇させる。

【０００７】この出力電圧が所定値、例えば １４．４
〔Ｖ〕よりも低い時には、ツェナーダイオード３０３及
び制御用トランジスタ３０４が不導通であり、パワート
ランジスタ３０６は導通したままである。そのため、界
磁コイル１０２に流れる界磁電流が増加し、交流発電機
１の出力電圧は更に上昇する。そしてこの出力電圧が所
定値、例えば １４．４〔Ｖ〕を超えると、ツェナーダ
イオード３０３及び制御用トランジスタ３０４が導通
し、パワートランジスタ３０６は不導通になる。その結
果、界磁電流は減少し、出力電圧も低下する。以上の動
作を繰り返すことにより発電機出力電圧は電圧調整器３
によって １４．４〔Ｖ〕に調整される。

【０００８】なお、パワートランジスタ３０６が不導通
になったときに界磁コイルに流れていた電流をサプレッ
ションダイオード３０７へ流して界磁コイルの端子に過
大な電圧が発生するのを防止する。つまり、パワートラ
ンジスタ３０６が不導通になる都度、サプレッションダ
イオード３０７に電流が流れる。また、コンデンサ３０
８は分圧抵抗３０１及び３０２により分圧された検出電
圧を平滑する機能を果たす。

【０００９】上記した制御装置のうち分圧抵抗３０１、
３０２、ツェナーダイオード３０３、制御用トランジス
タ３０４、ベース電流供給用抵抗３０５、パワートラン
ジスタ３０６、サプレッションダイオード３０７、コン
デンサ３０８などは、プリント基板に装着されて半導体
装置としての電圧調整器３を構成している。

【００１０】次に、従来のこの種の半導体装置の構造を
図７について説明する。図７は、従来の車両用交流発電
機の制御装置として用いられる半導体装置の要部を示す
断面図である。図において、１１は半導体装置であり、
図８の回路図における電圧調整器３に相当し、次のよう
に構成されている。

【００１１】１２は配線基板、１３は配線導体、１４は
第１の半田層である。配線基板１２は、アルミナを約９
６重量％含むセラミックで製作され、縦×横×厚さが約
２２×３０×０．６３〔ｍｍ〕の長方形の板状である。
配線導体１３は、配線基板１２上にＡｇ−Ｐｄ系厚膜導
体材料をスクリーン印刷して形成されている。第１の半
田層１４は、配線導体１３が印刷された配線基板１２を
半田浴へ浸漬処理して配線導体１３上に形成され、次に
述べるタブ１５との間で溶融してタブ１５の下面を配線
導体１３に半田付している。

【００１２】１５は介装部材としてのタブ、１６は第２
の半田層、１７は半導体チップとしてのシリコンチップ
である。タブ１５は ２．２〔ｍｍ〕角で図における高
さＡが １．８〔ｍｍ〕の立方体の銅材にて製作されて
いる。シリコンチップ１７は、その寸法が １．６〔ｍ
ｍ〕角×厚さ０．２〔ｍｍ〕で図７における上面に図示
しない １〔ｍｍ〕角の半田付用の平板状の電極が設け
られ、同様に下面にも平板状の電極が設けられたダイオ
ードであり、図８の回路図におけるサプレッションダイ
オード３０７に相当するものである。第２の半田層１６
は、タブ１５の上面とシリコンチップ１７との間に介在
させた半田ペレットを加熱溶融して形成され、タブ１５
の上面とシリコンチップ１７の下面側の平板状の電極と
を半田付している。

【００１３】１８は単一導体線としてのリード線１８で
あり、図８の回路図におけるサプレッションダイオード
３０７のカソード側の電線に相当し、丸線部１９と拡大
部２０とを有している。単一導体部としての丸線部１９
は線径 ３０〔μｍ〕の銀線である。導体対向部として
の拡大部２０は、丸線部１９の先端部を拡大加工して先
端部の径が ７００〔μｍ〕の円錐台状にされ、この拡
大部の面が図示のようにシリコンチップ１７の電極（図
示せず）と対向している。

【００１４】２１は第３の半田層、２２は外周半田部で
あり、第３の半田層２１は拡大部２０とシリコンチップ
１７とを半田付しており、外周半田部２２は拡大部２０
の外周部を図示のように包み、かつ第３の半田層２１と
溶融して一体となってシリコンチップ１７に融着してい
る。

【００１５】なお、第１の半田層１４はその成分がＰ
ｂ：Ｓｎ：Ｓｂ＝７０：２７：３であり、第２の半田層
１６と第３の半田層２１と外周半田部２２とは、その成
分がＰｂ：Ｓｎ：Ａｇ＝９５．５：３：１．５であり、
前者の溶融温度（液相線温度）は約２５０〔℃〕、後者
は約３１０〔℃〕で、ともにいわゆる三元半田である。
ここで、各構成要素の線膨張係数をあげておく。すなわ
ち、配線基板１２は６．７、配線導体１３は １５．
６、第１の半田層１４は ２７、タブ１５は１７．７、
第２の半田層１６と第３の半田層２１と外周半田部２２
とは ２９、シリコンチップ１７は ２．４６、丸線部
１９と拡大部２０とは １９．１で単位は（×１０−６
〔１／Ｋ〕）である。

【００１６】次に、上記半導体装置１１の製造工程につ
いて説明する。まず、タブ１５とシリコンチップ１７と
の間に半田ペレットを挟み、さらにそのシリコンチップ
１７に設けられた平板状電極（図示せず）にリード線１
８の拡大部２０を対向させ、間に半田ボールを挟み、加
熱炉に入れる。そして、全体を加熱して半田ペレット及
び半田ボールを溶融させ、タブ１５とシリコンチップ１
７とリード線の拡大部２０とを第２及び第３の半田層に
より半田付する。

【００１７】なお、リード線の拡大部２０は溶融した半
田層の中に入った状態となり、周囲で固化した半田層が
外周半田部２２となる。そして、タブ１５とシリコンチ
ップ１７とリード線１８とが半田付された状態のもの
を、そのタブ１５が配線基板１２上の所定の位置に位置
するようにして図示しない他の電気部品とともに置き、
再び加熱炉中に入れて加熱して、第１の半田層１４を溶
融させた後固化させて配線導体１３にタブ１５を半田付
する。

【００１８】従来の車両用交流発電機の半導体装置１１
は以上のように構成されている。先に説明したように、
交流発電機１の出力電圧を検出して、所定値よりも低い
ときは、パワートランジスタ３０６（図８）を導通させ
てリード線１８を介して交流発電機の界磁コイル１０２
（図８）に励磁電流を供給し交流発電機１の出力電圧を
上昇させるように制御する。出力電圧が所定値よりも高
いときは、パワートランジスタ３０６を非導通にするこ
とにより、励磁電流を遮断して交流発電機の出力電圧を
低下させるように制御する。パワートランジスタ３０６
が開閉制御される都度、サプレッションダイオード３０
７に相当するシリコンチップ１７に電流が流れる。

【００１９】このようにしてパワートランジスタ３０６
は１秒間に数十回に及ぶ頻繁な開閉を繰返し、これに伴
いサプレッションダイオード（シリコンチップ１７）に
も頻繁に通電が繰返される。また、エンジンの回転数や
負荷が変化したときには、それに応じて閉時間の１サイ
クルの時間に対する比率（デューティ比）が変化し、シ
リコンチップ１７に流れる電流も変化する。さらに、エ
ンジンが始動されると、シリコンチップ１７はその通電
動作の開始により常温から急激に温度上昇する。そこ
で、シリコンチップ１７と電気導体１３との間にタブ１
５を設けることにより、シリコンチップ１７に発生する
過渡的な熱を吸収して急激な温度変化を防止し、また発
生した熱を効率よく配線基板１２へ、さらに図示しない
配線基板１２に設けられた放熱板へ伝えるようにしてい
る。

【００２０】

【発明が解決しようとする課題】上記のような従来の半
導体装置１１においては、配線導体１３とタブ１５との
間、タブ１５とシリコンチップ１７との間、シリコンチ
ップ１７と拡大部２０との間に介在する第１の半田層１
４、第２の半田層１６、第３の半田層２１は、製作時の
加熱により溶融状態となった半田層が上方に乗せられた
物の重量と溶融した半田の表面張力などにより零にはな
らずある程度の厚さをもち、かつこの半田層の厚さに相
当ばらつきが発生する。

【００２１】このような半導体装置１１においては、使
用中にシリコンチップ１７による高頻度のヒートサイク
ルを受け、かつ配線導体１３ないし外周半田部２２の線
膨張係数が前述のように異なる。このため、特に半田層
の厚さが小さいとき、第１の半田層１４、第２の半田層
１６、第３の半田層２１、外周半田部２２において、な
かでも各半田接合部の外周部（図におけるＢ、Ｃ、Ｄ
部）において、大きなせん断歪が生じて半田クラックが
発生する。さらに、半田クラックが外周部から中央部へ
と進行することにより、熱伝導が悪くなり、また電気抵
抗が増加し、はなはだしい場合、電気回路の導通不良、
半田接合面積の減少による発熱・放熱性の悪化にて、シ
リコンチップ１７のジュール熱による熱的破壊をおこす
等の問題点があった。

【００２２】また、リード線１８は丸線部１９の線径が
３０〔μｍ〕と細いので、先端部を ７００〔μｍ〕
に拡大して拡大部２０とし、かつ外周半田部２２を設け
てシリコンチップ１７への半田付面積を大きくしてい
る。しかし、その半田付面積の絶対値は小さいので、特
にＤ部における半田クラックの発生は大きな問題点であ
った。

【００２３】この発明は上記のような問題点を解決する
ためになされたもので、半導体装置における半田クラッ
クの発生を防止して信頼性の高い半導体装置を得ること
を目的とする。

【００２４】

【課題を解決するための手段】この発明の請求項１にか
かる半導体装置は、平板状電極を有する半導体チップ
と、この平板状電極と対向する電気導体対向部を有する
電気導体と、平板状電極と電気導体対向部との間に設け
られた半田層とを備えた半導体装置において、電気導体
対向部と平板状電極との少なくとも一方に所定の突出高
さを有する突出部を設け、この突出部と相手方とをある
いは突出部同士を対向させるとともに半田層の厚さを２
５〜７０〔μｍ〕とし、電気導体対向部の外周部を半田
材からなる被覆部にて覆うとともにこの被覆部を半田層
と溶融一体化したものである。

【００２５】この発明の請求項２にかかる半導体装置
は、半導体チップがシリコンチップであり、単一導体線
が断面円形の銀あるいは銀合金製の金属線であるもので
ある。

【００２６】この発明の請求項３にかかる半導体装置
は、電気導体が単一導体部を有する単一導体線であり、
上記電気導体対向部が単一導体部よりも拡大されたもの
である。

【００２７】この発明の請求項４にかかる半導体装置
は、配線基板上に形成された配線導体と半導体チップと
の間に介装され半導体チップの熱を吸収する介装部材
と、介装部材の第１の面と配線導体との間に設けられた
第１半田層と、介装部材の第２の面と半導体チップとの
間に設けられた第２半田層とを有する半導体装置におい
て、次の第１突出部と第２突出部との少なくとも一方の
突出部を設けたものである。 ａ．配線導体と介装部材の第１の面との少なくとも一方
に設けられた所定の高さを有する第１突出部であって、
この第１突出部と相手方とがあるいは第１突出部同士が
対向しており、第１半田層の厚さが ２５〔μｍ〕以上
となるようにされた第１突出部。 ｂ．介装部材の第２の面と半導体チップとの少なくとも
一方に設けられた所定の高さを有する第２突出部であっ
て、この第２突出部と相手方とがあるいは第２突出部同
士が対向しており、第２半田層の厚さが ２５〔μｍ〕
以上となるようにされた第２突出部。

【００２８】この発明の請求項５にかかる半導体装置
は、第１あるいは第２突出部の突出高さを ２５〔μ
ｍ〕以上としたものである。

【００２９】この発明の請求項６にかかる半導体装置
は、配線基板上に形成された配線導体と半導体チップと
の間に介装され半導体チップの熱を吸収する介装部材
と、介装部材の第１の面と配線導体との間に設けられた
第１半田層と、介装部材の第２の面と半導体チップとの
間に設けられた第２半田層とを有する半導体装置におい
て、次の第１突出部と第２突出部の少なくとも一方の突
出部を設けたものである。 ａ．配線導体と介装部材の第１の面との少なくとも一方
に設けられた所定の高さを有する第１突出部であって、
この第１突出部と相手方とがあるいは第１突出部同士が
対向しており、第１半田層の厚さが ２５〜７０〔μ
ｍ〕となるようにされた第１突出部。 ｂ．介装部材の第２の面と半導体チップとの少なくとも
一方に設けられた所定の高さを有する第２突出部であっ
て、この第２突出部と相手方とがあるいは第２突出部同
士が対向しており、第２半田層の厚さが ２５〜７０
〔μｍ〕となるようにされた第２突出部。

【００３０】この発明の請求項７にかかる半導体装置
は、第１あるいは第２突出部の突出高さを ２５〜７０
〔μｍ〕としたものである。

【００３１】この発明の請求項８にかかる半導体装置
は、介装部材が銅あるいは銅合金であり、半導体チップ
がシリコンチップであるものである。

【００３２】

【作用】請求項１にかかる半導体装置においては、半田
材からなる被覆部にて電気導体対向部の外周部を覆うと
ともに被覆部を半田層と溶融一体化することにより、電
気導体対向部と半導体チップとの間の半田付面積及び強
度を増加させることができる。この場合、被覆部に覆わ
れて半田層の厚さの確認が困難であるが、突出部により
半田厚さが確実に確保されるので、確認を特に要さな
い。

【００３３】請求項２にかかる半導体装置においては、
熱膨張係数の差が大きいシリコンチップと銀あるいは銀
合金製の金属線とを半田付するものであっても半田層の
亀裂の発生を防止できる。

【００３４】請求項３にかかる半導体装置においては、
配線導体と半導体チップとの間の半田層の厚さを確保す
ることにより半田層に加わる熱応力を緩和して、所定の
サイクル数まで半田層に亀裂が発生しないようにでき、
また電気的な接触不良も防止できる。

【００３５】請求項４にかかる半導体装置においては、
第１突出部あるいは第２突出部の突出高さを所定値に選
ぶことにより、第１あるいは第２半田層の厚さを ２５
〔μｍ〕以上にして、ヒートサイクルにより半田層に加
わる熱応力を緩和し、所定のヒートサイクル数まで第１
あるいは第２半田層に亀裂が発生しないようにできる。
また、第１あるいは第２半田層の最小厚さを突出部の突
出高さにより調整できるので、半田層の厚さを確保で
き、またそのばらつきを小さくして、品質を安定にでき
る。

【００３６】請求項５にかかる半導体装置においては、
第１あるいは第２半田層の最小厚さは第１突出部あるい
は第２突出部の突出高さにより規定されて ２５〔μ
ｍ〕以上確実に確保される。

【００３７】請求項６にかかる半導体装置においては、
第１突出部あるいは第２突出部の突出高さを所定値に選
ぶことにより、第１あるいは第２半田層の厚さを熱応力
の緩和及び半田層の熱抵抗の増加の観点から ２５〜７
０〔μｍ〕にして、第１あるいは第２半田層のヒートサ
イクルによる剪断応力歪を低く抑え、第１あるいは第２
半田層の亀裂発生を抑制するとともに半導体チップと電
気導体対向部との間の電気抵抗及び熱抵抗が大きくなら
ないようにできる。また、第１あるいは第２半田層の最
小厚さを突出部の突出高さにより調整できるので、半田
層の厚さを確保でき、またそのばらつきを小さくして、
品質を安定にできる。

【００３８】請求項７にかかる半導体装置においては、
第１あるいは第２半田層の最小厚さは第１突出部あるい
は第２突出部の突出高さにより規定されて ２５〜７０
〔μｍ〕にされる。

【００３９】請求項８にかかる半導体装置においては、
一般的に用いられる熱膨張係数の差が大きいシリコンチ
ップと銅あるいは銅合金製の介装部材とを半田付するも
のであっても半田層の亀裂の発生を防止できる。

【００４０】

【実施例】実施例１． 以下、この発明に係る半導体装置の一実施例を図１〜３
について説明する。図１は半導体装置の要部を示す断面
図、図２は銅製タブの平面図である。図３は接続リード
を示すもので、（ａ）図は先端部の平面図、（ｂ）図は
側面図である。これらの図において、配線基板１２、配
線導体１３、シリコンチップ１７は上記従来のものと同
様のものであるので説明を省略する。

【００４１】３１は銅製タブ、３２はタブ本体、３３は
下方突設部、３４は上方突設部である。タブ本体３２
（図２）は寸法Ｕが ２．２〔ｍｍ〕角、高さＡが
１．８〔ｍｍ〕である。下方突設部３３は、タブ本体３
２の図１における下方の面（第１の面）にタブ本体３２
から４箇所において突出してタブ本体と一体に設けられ
ており、その位置及び寸法は図２において Ｖ＝０．６
５〔ｍｍ〕、Ｗ＝０．１５〔ｍｍ〕でその突設高さｈは
５０〔μｍ〕である。

【００４２】上方突設部３４は、タブ本体３２の中央部
に寸法Ｘが ０．９〔ｍｍ〕角で、タブ本体３２から突
出してタブ本体と一体に設けられており、その突設高さ
は５０〔μｍ〕である。すなわち、銅製タブ３１の全体
高さはタブ本体３２の高さＡと下方突設部３３、上方突
設部３４の突設高さ（ｈ×２）を加えて １．９〔ｍ
ｍ〕である。なお、タブ本体３２がこの発明における介
装部材であり、下方突設部３３及び上方突設部３４がこ
の発明における第１及び第２突出部である。

【００４３】３５は接続リード、３６は銀線部、３７は
円錘台部、３８は凸部であり、接続リード３５は以上の
銀線部３６ないし凸部３８で構成されている。円錘台部
３７は直径 ３０〔μｍ〕の銀製の銀線部３６の先端部
を拡大加工して円錘台状に成形されたものであり、シリ
コンチップ１７と対向する面の直径ｄ１は ７００〔μ
ｍ〕である。凸部３８は円錘台部３７の中央部を突出さ
せて円錐台部と一体に形成したもので、直径ｄ１が ４
００〔μｍ〕の円形で、高さｈは ５０〔μｍ〕であ
る。なお、接続リード３５がこの発明における電気導体
であってかつ単一導体線であり、銀線部３６が単一導体
部であり、円錐台部３７が電気導体対向部であり、凸部
３８が突出部である。

【００４４】３９は第１半田層、４０は第２半田層、４
１は第３半田層、４２は被覆層としての補強半田層であ
る。第１半田層３９は配線導体１３と銅製タブ３１の第
１の面である図の下方の面とを半田付けしている。第２
半田層４０は銅製タブ３１の第２の面である図の上方の
面とシリコンチップ１７の下面側の平板状の電極とを半
田付けしている。

【００４５】第３半田層４１はシリコンチップ１７と接
続リード３５の円錐台部３７とを半田付けしている。補
強半田層４２は第３半田層４１及び円錘台部３７の外周
部に融着して接続リード３５のシリコンチップ１７への
半田付を補強するものである。なお、第１半田層３９、
第２半田層４０、第３半田層４１、補強半田層４２の各
成分及び線膨張係数等の物性は、それぞれ従来の第１の
半田層１４、第２の半田層１６、第３の半田層２１、外
周半田部２２と同様のものである。

【００４６】上記のように構成された半導体装置は、図
７に示された従来のものと同様の製造工程を経て製作さ
れるが、銅製タブ３１とシリコンチップ１７と接続リー
ド３５とを半田付するとき及びシリコンチップ１７が半
田付された銅製タブ３１を配線導体１３に半田付すると
きに、おのおの所定の押圧力を加えながら、加熱炉にお
いて半田を加熱溶融して各半田層を形成する。

【００４７】このように、半田を溶融して半田付すると
きに各々所定の押圧力を加えながら行うことにより、こ
の実施例では下方突設部３３と配線導体１３との間、上
方突設部３４とシリコンチップ１７との間、シリコンチ
ップ１７と凸部３８との間の各半田の厚さはほぼ ０〜
５〔μｍ〕の範囲にあり、各半田接合部Ｅ、Ｆ、Ｇ部の
半田層の厚さは、このほば ０〜５〔μｍ〕に各下方突
設部３３、上方突設部３４、凸部３８の高さ ５０〔μ
ｍ〕を加えた値である ５０〜５５〔μｍ〕程度のばら
つきの少ない厚さが確保されている。なお、この半田の
厚さは、上記押圧力を大きくするとほぼ零となるので半
田層の厚さは約 ５０〔μｍ〕となり、押圧力を小さく
すればそのばらつきの幅が５〔μｍ〕よりは大きくな
り、半田層の厚さは約 ５０ないし６５〔μｍ〕程度に
なる。

【００４８】図４は、上記構成のように構成された半導
体装置において、円錘台部３７に設けられた凸部３８の
高さｈを種々変化させて、−４０から＋１６０〔℃〕ま
での温度変化を１サイクルとして、半田接合部Ｇにおけ
るクラック発生までの寿命サイクル数の変化を表す曲線
Ｘ及び曲線Ｘの傾き値（半田層の厚さの変化に対する寿
命サイクル数の変化の割合）を表した曲線Ｙを示すもの
である。

【００４９】図の曲線Ｘから明らかなように、半田層の
厚さを厚くしていくに従い、ヒートサイクルにより半田
層において発生する応力歪が減少することにより、寿命
サイクル数が次第に大きくなり、７０〔μｍ〕を超える
辺りでほぼ飽和する。一方、曲線Ｙは半田層の厚さが増
して行くに従い増加していき、半田層の厚さが約 ２５
〔μｍ〕の所で最大値になり、その後は次第に減少す
る。すなわち、半田層の厚さが ２５〔μｍ〕までは半
田層の厚さの増加に対し寿命サイクル数の増加割合が大
きいので、半田層の厚さを ２５〔μｍ〕程度は確保す
るのが望ましい。

【００５０】しかし、半田層の厚さを厚くすると、半田
層の電気抵抗及び熱抵抗は銅製タブ３１や銀製の接続リ
ード３５に比してかなり大きいので、電気抵抗・熱抵抗
が増加し、またシリコンチップ１７で発生した熱を他の
部分、例えば銅製タブへ効率良く伝えられないので、こ
れらの観点からは、半田層はあまり厚くしないことが望
ましい。

【００５１】従って、半田層の厚さは、熱抵抗・電気抵
抗が増加しても ２５〔μｍ〕以上とするのが望まし
く、一方 ７０〔μｍ〕以上とすることは寿命サイクル
数はほぼ飽和するのに対し電気抵抗が増加しまた熱抵抗
が大きくなるので、熱抵抗・電気抵抗の増加の防止を合
わせ考慮する場合は、半田層の厚さを ２５〜７０〔μ
ｍ〕の範囲に選ぶのがよい。

【００５２】そして、銅製タブ３１とシリコンチップ１
７、シリコンチップ１７と接続リード３５、銅製タブ３
１と配線導体１３とを半田付するとき、各々が互いに押
し付け合うように押圧力を加えながら半田を溶融させる
ので、各突出部である下方突設部３３、上方突設部３
４、凸部３８と相手方との間の半田の厚さをほぼ零とす
る場合は各突出部の突出高さｈを ２５〜７０〔μｍ〕
に選び、上記半田の厚さを ０〜５〔μｍ〕の範囲に納
める場合は各突出部の突出高さｈを ２５〜６５〔μ
ｍ〕に選ぶことになる。

【００５３】また、上記半田の厚さのばらつきの管理を
緩くする場合は約 ０〜１５〔μｍ〕の範囲にばらつく
ので、突出部の突出高さを ２５〜５５〔μｍ〕の範囲
に選ぶ。このようにして半田層の厚さを選ぶことによ
り、図１における半田接合部の外周部Ｅ、Ｆ、Ｇにおけ
る半田クラックが所定のサイクル数まで発生しないよう
にできる。

【００５４】実施例２． 図５は、この発明の他の実施例を示すもので、（ａ）図
は接続線の先端部の平面図、（ｂ）図は側面図である。
図において、５１は単一導体線としての接続線であり、
図示の如く円錘台部３７のシリコンチップ１７と対向す
る面の中央部に円錘台部３７から一体に突出され直径φ
が １３０〔μｍ〕の円形で、高さ５０〔μｍ〕の３個
の小突出部５２が、直径ｄ２が ４００〔μｍ〕の円に
図のように内接して設けられている。このような小突出
部５２は、径が小さいので、突出高さを大きく取りたい
ときに突出させる加工が容易である。

【００５５】実施例３． 図６は、さらにこの発明の他の実施例を示すもので、
（ａ）図は接続導体の平面図、（ｂ）図は側面図であ
る。図において、６１は単一導体線としての銀製の接続
導体であり、球面状突出部６２が円錘台部３７の中央部
に球面状をなすように円錘台部３７から一体に突設され
ており、直径ｄ２が ４００〔μｍ〕、高さｈが ５０
〔μｍ〕である。

【００５６】上記実施例１においては、突出部としての
凸部３８を接続リード３５の円錐台部３７に設けたもの
を示したが、シリコンチップ１７の平板状電極に設けて
もよい。さらに、円錐台部及び平板状電極の両者に突出
部を設けて両者の突出部の突出高さの合計に両突出部の
間の半田の厚さを加えたたものが ２５〜７０〔μｍ〕
になるようにしてもよい。また、上記実施例１では、介
装部材としての銅製タブ３１を設けたもので示したが、
銅製タブを設けず配線導体１３に直接半田付するもので
あってもよい。

【００５７】さらに、上記実施例１においては、第１突
出部として下方突設部３３を介装部材本体３２に、第２
突設部として上方突設部３４を介装部材３２に設けたも
のを示したが、配線導体１３あるいは半導体チップ１７
の図示しない下方の平板状の電極に設けてもよい。ま
た、配線導体１３と銅製タブ３２の下方の面との双方に
突出部を設けて第１突出部とし、あるいは銅製タブ３２
の上方の面と半導体チップ１７の下方の電極の面の双方
に突出部を設けて第２突出部とし、第１あるいは第２突
出部の突出高さの合計に突出部間の半田の厚さを加えた
たものが ２５〔μｍ〕以上あるいは ２５〜７０〔μ
ｍ〕になるようにしてもよい。

【００５８】なお、この発明における電気導体は上記各
実施例における配線導体１３、介装部材であるタブ本体
３２、接続リード３５、接続線５１、接続導体６１を総
称するものである。また、電気導体対向部は上記電気導
体のおのおのが相手側と対向する部分を含むものであ
る。さらに、突出部は第２突設部である上方突設部３
４、凸部３８、小突出部５２、球面状突出部６３を含
み、半田層は第２半田層及び第３半田層を含むものであ
る。

【００５９】また、上記各実施例においては、半導体チ
ップとしてシリコンチップのダイオードを示したが、ゲ
ルマニュウムチップや他の素子、例えば図８のパワート
ランジスタ３０６であってもよい。パワートランジスタ
３０６の場合は、例えばコレクタ電極が介装部材３１に
半田付され、エミッタとベースにおのおの平板状電極が
設けられ、この平板状電極のおのおのに図１における実
施例と同様にして単一導体線が半田付されることにな
る。

【００６０】なお、半田層を形成する半田材や単一導体
線の材料はこの実施例にあげたものに限られるものでは
なく、この発明の目的を損わない範囲において必要に応
じて他の材料を使用できることはいうまでもない。さら
に、この発明は車両用交流発電機の制御装置に用いられ
る半導体装置に限らず、他の半導体装置に適用しても同
様の効果を奏する。

【００６１】

【発明の効果】請求項１にかかる半導体装置において
は、電気導体対向部と平板状電極との少なくとも一方に
所定の突出高さを有する突出部を設け、この突出部と相
手方とをあるいは突出部同士を対向させるとともに半田
層の厚さを２５〜７０〔μｍ〕とし、電気導体対向部の
外周部を半田材からなる被覆部にて覆うとともにこの被
覆部を半田層と溶融一体化したので、電気導体対向部と
半導体チップとの間の半田付強度を向上させて装置の強
度及び信頼性を向上させることができる。

【００６２】請求項２にかかる半導体装置においては、
半導体チップがシリコンチップであり、単一導体線が断
面円形の銀あるいは銀合金製の金属線の場合で、熱膨張
係数の差が大きい一般的に用いられるこれら材料の組合
わせにおいても、半田層における亀裂の発生を防止し、
装置の信頼性を向上させることができる。

【００６３】請求項３にかかる半導体装置においては、
電気導体が単一導体部を有する単一導体線であり、上記
電気導体対向部が単一導体部よりも拡大されたものであ
るので、電気導体対向部と平板状電極との半田付の面積
が増加して半田付の強度が大きくなり、一層、装置の信
頼性の向上を図ることができる。

【００６４】請求項４にかかる半導体装置においては、
半導体チップと配線導体との間に介装部材を介装し、こ
の介装部材の第１の面と配線導体との少なくとも一方に
所定の高さを有する第１突出部を設け、あるいは介装部
材の第２の面と半導体チップとの少なくとも一方の面に
所定の高さを有する第２突出部を設け、第１半田層ある
いは第２半田層の厚さを ２５〔μｍ〕以上としたの
で、ヒートサイクルにより第１あるいは第２半田層に加
わる熱応力を緩和して、所定のヒートサイクル数まで半
田層に亀裂が発生しないようにし、装置の信頼性を向上
させることができる。

【００６５】請求項５にかかる半導体装置によれば、第
１あるいは第２突出部の突出高さを２５〔μｍ〕以上と
したので、突出部により半田層の厚さが確実に２５〔μ
ｍ〕以上確保され、ヒートサイクルによる第１あるいは
第２半田層における熱応力を緩和し、亀裂の発生を抑制
して、装置の信頼性の向上を図ることができる。

【００６６】請求項６にかかる半導体装置においては、
半導体チップと配線導体との間に介装部材を介装し、こ
の介装部材の第１の面と配線導体との少なくとも一方に
所定の高さを有する第１突出部を設け、あるいは介装部
材の第２の面と半導体チップとの少なくとも一方の面に
第２突出部を設け、第１半田層あるいは第２半田層の厚
さを ２５〜７０〔μｍ〕としたので、ヒートサイクル
による第１あるいは第２半田層における熱応力を緩和し
て亀裂発生を抑制するとともに、半導体チップと電気導
体対向部との間の電気抵抗及び熱抵抗が大きくならない
ようにして、装置の信頼性及び電気特性の向上を図るこ
とができる。

【００６７】請求項７にかかる半導体装置においては、
第１あるいは第２突出部の突出高さを ２５〜７０〔μ
ｍ〕としたので、ヒートサイクルによる第１あるいは第
２半田層における熱応力を緩和して亀裂発生を抑制する
とともに、半導体チップと電気導体対向部との間の電気
抵抗及び熱抵抗が大きくならないようにして、装置の信
頼性及び電気特性の向上を図ることができる。

【００６８】請求項８にかかる半導体装置においては、
介装部材が銅あるいは銅合金であり、半導体チップがシ
リコンチップであるので、一般的に用いられるこれらの
組合わせに対応して装置の信頼性を向上させることがで
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 この発明の一実施例を示す半導体装置の要部
を示す断面図である。

【図２】 この発明の一実施例を示す銅製タブの平面図
である。

【図３】 この発明の一実施例における接続リードを示
すもので、（ａ）図は平面図、（ｂ）図は側面図であ
る。

【図４】 この発明における半田層の厚さと寿命サイク
ル数との関係及び寿命サイクル数のグラフの傾き値を示
す特性図である。

【図５】 この発明の他の実施例を示すもので、（ａ）
図は接続線の平面図、（ｂ）図は側面図である。

【図６】 この発明のさらに他の実施例を示すもので、
（ａ）図は接続導体の平面図、（ｂ）図は側面図であ
る。

【図７】 従来の半導体装置の要部を示す断面図であ
る。

【図８】 半導体装置を用いた車両用交流発電機の制御
装置を示す回路図である。

【符号の説明】

１２ 配線基板 １３ 配線導体 １７ シリコンチップ ３１ 銅製タブ ３２ タブ本体 ３３ 下方突設部 ３４ 上方突設部 ３５ 接続リード ３６ 銀線部 ３７ 円錘台部 ３８ 凸部 ３９ 第１半田層 ４０ 第２半田層 ４１ 第３半田層 ４２ 補強半田層 ５１ 接続線 ５２ 小突出部 ６１ 接続導体 ６２ 球面状突出部

フロントページの続き (56)参考文献 特開 平５−218454（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−221235（ＪＰ，Ａ) 実開 昭58−191650（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H01L 23/488

Claims (8)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 平板状電極を有する半導体チップと、こ
   の平板状電極と対向する電気導体対向部を有する電気導
   体と、上記平板状電極と上記電気導体対向部との間に設
   けられた半田層とを備えた半導体装置において、上記電気導体対向部と上記平板状電極との少なくとも一
   方に所定の突出高さを有する突出部を設け、この突出部
   と相手方とをあるいは突出部同士を対向させるとともに
   上記半田層の厚さを ２５〜７０〔μｍ〕とし、 上記電気導体対向部の外周部を半田材からなる被覆部に
   て覆うとともにこの被覆部を半田層と溶融一体化したこ
   とを特徴とする半導体装置。
2. 【請求項２】 上記電気導体が単一導体部を有する単一
   導体線であり、上記半導体チップがシリコンチップであ
   り、上記単一導体線が断面円形の銀あるいは銀合金製の
   金属線であることを特徴とする請求項１記載の半導体装
   置。
3. 【請求項３】 上記電気導体が単一導体部を有する単一
   導体線であり、上記電気導体対向部が単一導体部よりも
   拡大されたものであることを特徴とする請求項１または
   請求項２記載の半導体装置。
4. 【請求項４】 配線基板上に形成された配線導体と、一
   方に第１の面を他方に第２の面を有し上記第１の面が第
   １半田層を介して上記配線導体に接続された導電性の介
   装部材と、上記介装部材の第２の面に第２半田層を介し
   て接続されて上記介装部材に熱を吸収されるようにされ
   た半導体チップとを備えた半導体装置において、次の第
   １突出部と第２突出部との少なくとも一方を設けたこと
   を特徴とする半導体装置。 ａ．上記配線導体と上記介装部材の第１の面との少なく
   とも一方に設けられた所定の突出高さを有する第１突出
   部であって、この第１突出部と相手方とがあるいは第１
   突出部同士が対向しており、上記第１半田層の厚さが
   ２５〔μｍ〕以上となるようにされたものである第１突
   出部。 ｂ．上記介装部材の第２の面と上記半導体チップとの少
   なくとも一方に設けられた所定の高さを有する第２突出
   部であって、この第２突出部と相手方とがあるいは第２
   突出部同士が対向しており、上記第２半田層の厚さが
   ２５〔μｍ〕以上となるようにされたものである第２突
   出部。
5. 【請求項５】 第１あるいは第２突出部の突出高さを
   ２５〔μｍ〕以上としたことを特徴とする請求項４記載
   の半導体装置。
6. 【請求項６】 配線基板上に形成された配線導体と、一
   方に第１の面を他方に第２の面を有し上記第１の面が第
   １半田層を介して上記配線導体に接続された導電性の介
   装部材と、上記介装部材の第２の面に第２半田層を介し
   て接続されて上記介装部材に熱を吸収されるようにされ
   た半導体チップとを備えた半導体装置において、次の第
   １突出部と第２突出部との少なくとも一方の突出部を設
   けたことを特徴とする半導体装置。 ａ．上記配線導体と上記介装部材の第１の面との少なく
   とも一方に設けられた所定の高さを有する第１突出部で
   あって、この第１突出部と相手方とがあるいは第１突出
   部同士が対向しており、上記第１半田層の厚さが ２５
   〜７０〔μｍ〕となるようにされたものである第１突出
   部。 ｂ．上記介装部材の第２の面と上記半導体チップとの少
   なくとも一方に設けられた所定の高さを有する第２突出
   部であって、この第２突出部と相手方とがあるいは第２
   突出部同士が対向しており、上記第２半田層の厚さが
   ２５〜７０〔μｍ〕となるようにされたものである第２
   突出部。
7. 【請求項７】 第１あるいは第２突出部の突出高さを
   ２５〜７０〔μｍ〕としたことを特徴とする請求項６記
   載の半導体装置。
8. 【請求項８】 介装部材が銅あるいは銅合金であり、半
   導体チップがシリコンチップであることを特徴とする請
   求項４ないし請求項７記載の半導体装置。