JP4061647B2

JP4061647B2 - 半導体装置

Info

Publication number: JP4061647B2
Application number: JP2003084490A
Authority: JP
Inventors: 隆昭横山
Original assignee: Sanken Electric Co Ltd
Current assignee: Sanken Electric Co Ltd
Priority date: 2003-03-26
Filing date: 2003-03-26
Publication date: 2008-03-19
Anticipated expiration: 2023-03-26
Also published as: JP2004296595A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体装置、特に半導体素子を固着した支持電極を放熱体の嵌合孔に圧入して形成される半導体装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体素子を固着した支持電極を放熱体の嵌合孔に圧入して形成される半導体装置は、例えば、下記特許文献１により公知である。このような構造の半導体装置は、図４に示すように、ヒートシンクとしての円盤状の支持電極(31)と、支持電極(31)の上面(40)に固着された半導体素子(32)と、半導体素子(32)の上面(40)に固着された棒状のリード(33)と、支持電極(31)の上面(40)の外周部に筒状に形成された側壁(39)と、側壁(39)の内側に充填されて半導体素子(32)及びリード(33)を保護層として被覆する樹脂被覆体(34)とを備えた半導体装置は公知である。これらの半導体装置は、図５に示すように、半導体素子(32)の固着された支持電極(31)が放熱体(35)の嵌合孔(45)に圧入されて使用される。即ち、複数の嵌合孔(45)が形成された放熱体(35)を準備し、嵌合孔(45)に支持電極(31)を圧入することで、放熱体(35)に複数の半導体装置を一体的に配置して、例えば、ブリッジ回路等の回路を構成する整流用半導体装置が形成される。半導体装置は、図４及び図５に示すように、支持電極(31)の底面(41)を押圧冶具(36)により押圧して、半導体装置をリード(33)側から放熱体(35)の嵌合孔(45)に圧入する。
【０００３】
ところで、支持電極(31)及び放熱体(35)を通じて半導体素子(32)が発生する熱を良好に外部に放出するには、支持電極(31)の外周面(42)を放熱体(35)の嵌合孔(45)の内周面に密着させることが望ましい。このため、図６に示すように、支持電極(31)の外周面(42)にローレット加工を施すことがある。このようにすれば、支持電極(31)が放熱体(35)の嵌合孔(45)に押し込まれたときに、ローレット加工により支持電極(31)の外周面(42)に形成された微小の線状突起が押しつぶされて、支持電極(31)の外周面(42)と放熱体(35)の嵌合孔(45)の内周面との間を充填するため、支持電極(31)の外周面(42)の大きさに誤差が生じても嵌合孔(45)との間に隙間が発生しない。
【０００４】
【特許文献１】
特開２００２−２６１２１０（第２頁及び第３頁、図１）
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、放熱体(35)の嵌合孔(45)内に支持電極(31)を圧入するとき、支持電極(31)の外周面(42)は、放熱体(35)によって径方向内側に収縮する圧縮力(P)を受け、放熱体(35)に曲応力による歪が発生する。この結果、図５に示すように、支持電極(31)の上面(40)に固着された半導体素子(32)に引張応力(σ)が発生する。半導体素子(32)は、性質上、圧縮応力と比較して引張応力(σ)に非常に弱い。よって、支持電極(31)に歪が発生すると、半導体素子(32)の特性劣化等の不具合が発生する。
そこで、本発明は、支持電極を放熱体の嵌合孔に圧入する際に半導体素子に対する応力を低減し、半導体素子に発生する不具合を防止できる半導体装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明による半導体装置は、底壁(7)及び底壁(7)の外周部(12)に筒状に形成された側壁(9)を有し且つ上部空洞(8)を形成する略皿状の支持電極(1)と、支持電極(1)の上部空洞(8)内に配置され且つ底壁(7)の内面(10)に固着された一方の電極面(2a)を有する半導体素子(2)と、半導体素子(2)の他方の電極面(2b)に固着されたリード(3)と、上部空洞(8)内に充填され且つ半導体素子(2)及びリード(3)を被覆する樹脂被覆体(4)とを備え、放熱体(5)に形成された嵌合孔(15)内に支持電極(1)を圧入して放熱体(5)に支持される。支持電極(1)の側壁(9)は、底壁(7)から下方に突出する環状突起(9a)を備え、支持電極(1)の底壁(7)は、内面(10)の裏面側で環状突起(9a)の内側に配置された底面(11)を備えている。底面(11)は、環状突起(9a)に接続される外周部(12)から中心部(13)に向かって連続的に湾曲して下方に突出する凸曲面(14)を形成し、凸曲面(14)の中心部(13)は、底面(11)の最下位置にあり且つ環状突起(9a)の環状底面(9b)より上方位置に配置される。放熱体(5)の嵌合孔(15)内に支持電極(1)を圧入するとき、側壁(9)の環状突起(9a)及び底壁(7)は、放熱体(5)によって径方向内側に収縮する圧縮力(P)を受ける。内面(10)と凸曲面(14)を有する底面(11)とによって形成される底壁(7)は、外周部(12)から中心部(13)に向かって連続的に肉厚に形成されるため、底壁(7)の剛性は十分に高く、圧縮力(P)による歪は底壁(7)に殆ど発生しないか又は凸曲面(14)の中心部(13)が僅かに下方に移動する微少歪(γ)を発生するに過ぎない。このため、支持電極(1)の圧入時に、底壁(7)の内面(10)に固着された半導体素子(2)には緩和又は減少された機械的応力が加わるに過ぎず、半導体素子(2)の電気的特性の劣化を良好に防止できる。また、外周部(12)から中心部(13)に向かって連続的に肉厚に形成される底壁(7)は、熱容量が大きく、半導体素子(2)に発生する熱をより良好に吸収し且つ外部に放出することができる。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明による半導体装置の一実施の形態を図１〜図３について説明する。
本発明による半導体装置では、図１に示すように、底壁(7)及び底壁(7)の外周部(12)に筒状に形成された側壁(9)を有し且つ上部空洞(8)を形成する略皿状の支持電極(1)と、支持電極(1)の上部空洞(8)内に配置され且つ底壁(7)の内面(10)に固着された一方の電極面(2a)を有する半導体素子(2)と、半導体素子(2)の他方の電極面(2b)に固着されたリード(3)と、上部空洞(8)内に充填され且つ半導体素子(2)及びリード(3)を被覆する樹脂被覆体(4)とを備える。リード(3)は、銅等の導電性金属により形成され、一方の電極面(2a)及び内面(10)並びに他方の電極面(2b)及びリード(3)は、各々半田等の導電性接着材(16,17)により固着される。
【０００８】
支持電極(1)は、銅若しくはジルコニウム銅等の銅系合金又はその他の導電性金属により形成され、支持電極(1)の側壁(9)は、ダイオードチップ等の半導体素子(2)を固着する略平坦な内面(10)を包囲する筒状の包囲部(9c)を構成する。側壁(9)の包囲部(9c)は、半導体素子(2)の他方の電極面(2b)よりも高く設けられ、上部空洞(8)を形成する。また、支持電極(1)の側壁(9)は、図１及び図２に示すように、底壁(7)から下方に突出する環状突起(9a)を備える。図２は、図１に示す本実施の形態の半導体装置の底面図である。包囲部(9c)と環状突起(9a)とは、同等の外径に形成され、共に支持電極(1)の側壁(9)の外周面(9d)を構成する。支持電極(1)の外周面(9d)は、従来技術と同様にローレット加工が施され、外周寸法は、放熱体(5)の嵌合孔(15)の内周寸法と比較して大きく形成される。支持電極(1)は、放熱体(5)に形成された嵌合孔(15)内に圧入され、放熱体(5)に支持される。放熱体(5)は、アルミニウム等の比較的熱伝導率の高い金属により形成される。
【０００９】
支持電極(1)の底壁(7)は、内面(10)の裏面側で環状突起(9a)の内側に配置された底面(11)を備え、底面(11)は、環状突起(9a)に接続される外周部(12)から中心部(13)に向かって連続的に湾曲して下方に突出する凸曲面(14)を形成する。半導体素子(2)が固着される内面(10)の裏面側に内面(10)と平行な図示しない仮想平面を想定すると、支持電極(1)の側壁(9)は、支持電極(1)の外周縁に沿って環状に仮想平面から突出し、底壁(7)の底面(11)を構成する凸曲面(14)は、仮想平面から曲面状に突出する。外周部(12)から中心部(13)に向かって連続的に肉厚に形成される底壁(7)は、熱容量が大きく、半導体素子(2)に発生する熱をより良好に吸収し且つ外部に放出することができる。
【００１０】
図２に示すように、側壁(9)の幅は、凸曲面(14)の全周にわたり略均一に設定される。側壁(9)の下面には、環状突起(9a)の環状底面(9b)が形成され、支持電極(1)を放熱体(5)の嵌合孔(15)に圧入する際に、押圧冶具(6)が押圧される。支持電極(1)は、包囲部(9c)により外周面(9d)が延長され、支持電極(1)を確実に放熱体(5)の嵌合孔(15)に嵌合して半導体装置を放熱体(5)に固定できる。また、包囲部(9c)により延長された外周面(9d)は、放熱体(5)の嵌合孔(15)に対して広い表面積で密着するので、支持電極(1)の放熱性を向上することができる。
【００１１】
図１に示すように、放熱体(5)の嵌合孔(15)内に支持電極(1)を圧入するとき、側壁(9)の環状突起(9a)及び底壁(7)は、放熱体(5)によって径方向内側に収縮する圧縮力(P)を受ける。図３に示すように、内面(10)と凸曲面(14)を有する底面(11)とによって形成される底壁(7)は、外周部(12)から中心部(13)に向かって連続的に肉厚に形成されるため、底壁(7)の剛性は十分に高く、圧縮力(P)による歪は底壁(7)に殆ど発生しないか又は凸曲面(14)の中心部(13)が僅かに下方に移動する微少歪(γ)を発生するに過ぎない。このため、支持電極(1)の圧入時に、底壁(7)の内面(10)に固着された半導体素子(2)には緩和又は減少された機械的応力が加わるに過ぎず、半導体素子(2)の電気的特性の劣化を良好に防止できる。図１に示す本実施の形態の半導体装置では、支持電極(1)を放熱体(5)の嵌合孔(15)内に圧入するとき又は圧入した後に、放熱体(5)からの応力に対して支持電極(1)は、底壁(7)の凸曲面(14)が下側に突出するように変形し易い。よって、半導体素子(2)に加わる応力は緩和され、微少な応力も引張応力ではなく圧縮応力となる。
【００１２】
凸曲面(14)の中心部(13)は、底面(11)の最下位置にあり且つ環状突起(9a)の環状底面(9b)より上方位置に配置される。環状突起(9a)の環状底面(9b)が押圧冶具(6)により押圧されたときに、凸曲面(14)の中心部(13)は、押圧冶具(6)に当接しない高さで環状突起(9a)の内側に形成される。放熱体(5)の嵌合孔(15)内に支持電極(1)を圧入する押圧冶具(6)は、環状突起(9a)に当接するが、環状突起(9a)の環状底面(9b)より上方位置に配置される凸曲面(14)の中心部(13)には当接せず、底壁(7)に押圧力が直接伝達されない。
【００１３】
【発明の効果】
前記の通り、本発明では、支持電極を放熱体の嵌合孔に圧入する際に生じる半導体素子に対する応力を低減し、半導体素子に発生する不具合を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による半導体装置の断面図
【図２】図１に示す半導体装置の底面図
【図３】放熱体により支持電極に生じる圧縮力と歪を示す部分断面図
【図４】従来の半導体装置の断面図
【図５】放熱体の嵌合孔に支持電極を圧入した図４に示す半導体装置の断面図
【図６】支持電極の外周面にローレット加工を施した図４に示す半導体装置の部分断面図
【符号の説明】
(1)・・支持電極、 (2)・・半導体素子、 (2a)・・一方の電極面、 (2b)・・他方の電極面、 (3)・・リード、 (4)・・樹脂被覆体、 (5)・・放熱体、 (6)・・押圧冶具、 (7)・・底壁、 (8)・・上部空洞、 (9)・・側壁、 (9a)・・環状突起、 (9b)・・環状底面、 (10)・・内面、 (11)・・底面、 (12)・・外周部、 (13)・・中心部、 (14)・・凸曲面、 (15)・・嵌合孔、

Claims

底壁及び該底壁の外周部に筒状に形成された側壁を有し且つ上部空洞を形成する略皿状の支持電極と、該支持電極の上部空洞内に配置され且つ前記底壁の内面に固着された一方の電極面を有する半導体素子と、該半導体素子の他方の電極面に固着されたリードと、前記上部空洞内に充填され且つ前記半導体素子及びリードを被覆する樹脂被覆体とを備え、放熱体に形成された嵌合孔内に前記支持電極を圧入して前記放熱体に支持される半導体装置において、
前記支持電極の側壁は、前記底壁から下方に突出する環状突起を備え、
前記支持電極の底壁は、前記内面の裏面側で前記環状突起の内側に配置された底面を備え、
該底面は、前記環状突起に接続される外周部から中心部に向かって連続的に湾曲して下方に突出する凸曲面を形成し、
該凸曲面の中心部は、前記底面の最下位置にあり且つ前記環状突起の環状底面より上方位置に配置されることを特徴とする半導体装置。
前記環状突起の環状底面が押圧冶具により押圧されたときに、前記凸曲面の中心部は、前記押圧冶具に当接しない高さで前記環状突起の内側に形成される請求項１に記載の半導体装置。