JP5182355B2

JP5182355B2 - 半導体装置

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Publication number: JP5182355B2
Application number: JP2010275957A
Authority: JP
Inventors: 吉正金田
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2010-12-10
Filing date: 2010-12-10
Publication date: 2013-04-17
Anticipated expiration: 2030-12-10
Also published as: JP2012124422A; DE102011056213A1

Description

本発明は、車両用交流発電機等に搭載される半導体装置に関する。

従来から、樹脂製ケースに設けられた凹部にリード付きのＩＣチップを収容し、ケース側のターミナルとＩＣチップのターミナルとを溶接するようにした車両用交流発電機の制御器が知られている（例えば、特許文献１参照。）。この制御器では、ケース側のターミナルに溶接用突起を形成し、このターミナルとＩＣチップのリードとの間で溶接を行っていた。

特開２００９−７７４６２号公報（第７３−１０頁、図１−５）

ところで、特許文献１で開示された車両用交流発電機の制御器では、複数のケース側ターミナルのそれぞれが異なる機能、役割を有しており、その断面形状や材質等は各ターミナルによって異なっている。例えば、大電流を通電するとともにケースの固定を行うターミナルは鉄製で板厚の厚い材料を用いて形成され、ＥＣＵ等との間で通信を行うコネクタのオス側ターミナルとして接触性が良好であることが求められるターミナルは銅系の材質を用いて形成される。

このように、複数のケース側ターミナルのそれぞれは断面形状や材質が異なるにもかかわらず、特許文献１に開示された制御器では、ＩＣチップのリードと溶接するためにケース側ターミナルに溶接用突起を形成しているため、溶接時に各ターミナル毎に溶接条件（溶接電流や溶接時間等）を設定する必要があり、溶接工程が複雑になるという問題があった。また、溶接後の溶接用突起の変位（つぶれの程度）が均一にならず、溶接後のリードの高さがばらつき、リード間に歪みが発生するという問題があった。

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、各ターミナルの溶接条件を同じにして溶接工程を簡略化することができ、ＩＣ側リード間に歪みが発生することを防止することができる半導体装置を提供することにある。

上述した課題を解決するために、本発明の半導体装置は、パッケージングされて複数のリードが突出するＩＣと、ＩＣを収容するＩＣ収容部において複数のリードのそれぞれに対応する位置で露出する複数のケース側ターミナルを有する樹脂ケースとを備え、リードとケース側ターミナルの対応するもの同士が溶接により接合される半導体装置において、複数のリードには抵抗溶接用の凸部が形成され、複数のケース側ターミナルの少なくとも一部は、材質および断面形状の少なくとも一方が互いに異なっている。特に、ケース側ターミナルの凸部に対応する表面は、凹凸のない平面形状を有している。

材質および断面形状が互いに異なる複数のケース側ターミナルではなく、ＩＣのリード側に凸部を設けることにより、溶接条件をそろえることが可能となり、溶接工程を簡略化することができる。また、溶接後の凸部の変位（つぶれの程度）を均一にすることができ、溶接後のリードの高さのばらつきをなくし、リード間の歪みの発生を防止することができる。

また、上述した複数のリードは、材質および断面形状が同じであることが望ましい。一般に、ＩＣのリードは、共通のリードフレームから切り出して成形されるため、材質および断面形状を同じにすることが容易であり、これにより複数のリードについて完全に溶接条件を同じにすることができる。

また、上述した凸部の先端は、ケース側ターミナルと点あるいは線で接触することが望ましい。これにより、先端側から溶融を進行させて、ＩＣのリードとケース側ターミナルとを確実に抵抗溶接で接合することができる。

また、上述した凸部は、凸部のないストレート形状のリードを有するＩＣに対して追加の工程により成形されることが望ましい。これにより、汎用のＩＣを利用することができるとともに、一般に行われるリードの切断工程と同時に凸部を成形して工程を簡略化することができ、コスト低減を図ることができる。

また、車両用発電機の発電制御を行う車両用発電制御装置として動作し、複数のケース側ターミナルのそれぞれは、車両用発電機の異なる構成に接続されるとともに、異なる役割、機能を有することが望ましい。車両用発電制御装置に用いられるＩＣを収容する樹脂ケースのケース側ターミナルは、異なる役割、機能を有しているため、材質や断面形状を均一にそろえることはできないが、このような場合であっても、ＩＣのリードに凸部を設けて溶接を行うことにより溶接条件をそろえることができ、溶接工程の簡略化やリード間の歪みの発生防止が可能となる。

一実施形態の車両用発電制御装置の断面図である。一実施形態の車両用発電制御装置の平面図である。樹脂ケースのＩＣ収容部を示す図である。ＩＣの平面図である。ＩＣの側面図である。ストレート形状のＩＣリードを有するＩＣの側面図である。ＩＣリードに追加成形で形成される凸部の具体例を示す図である。樹脂ケースに備わったコネクタターミナルおよび外部接続用ターミナルを用いた具体的な接続例を示す車両用発電機の構成を示す図である。

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発電制御装置について、図面を参照しながら説明する。

図１は、一実施形態の車両用発電制御装置の断面図である。また、図２は一実施形態の車両用発電制御装置の平面図である。これらの図に示すように、本実施形態の車両用発電制御装置１００は、樹脂ケース１０と、パッケージングされたＩＣ（集積回路）５０を含んで構成されている。樹脂ケース１０は、外部制御装置との間で信号を送受信するために用いられるコネクタターミナル２０と、樹脂ケース１０の固定機能を備えた外部接続用ターミナル２１、２２と、車両用発電機の他の構成との間で電圧や電流の入出力を行うために用いられる外部接続用ターミナル２３、２４とを有する。また、樹脂ケース１０は、ＩＣ収容部１１を有する。このＩＣ収容部１１には、上述した各種のターミナルの他方端となる複数の樹脂ケースターミナル（ケース側ターミナル）３１が露出している。

ＩＣ５０は、複数の樹脂ケースターミナル３１のそれぞれと接続される複数のＩＣリード５１を有しており、樹脂製ケース１０のＩＣ収容部１１に収容されている。また、ＩＣ５０には、それ自身の発熱を放熱する冷却フィン６０が組み付けられている。

図３は、樹脂ケース１０のＩＣ収容部１１を示す図である。また、図４はＩＣ５０の平面図である。図５は、ＩＣ５０の側面図である。本実施形態では、ＩＣ収容部１１内に５本の樹脂ケースターミナル３１が露出し、ＩＣ５０からは５本のＩＣリード５１が突出している。５本のＩＣリード５１のそれぞれは、樹脂ケース１０と一体成型されて外部に露出したこれら５本の樹脂ケースターミナル３１のそれぞれと溶接される。具体的な溶接方法としては、抵抗溶接としてのプロジェクション溶接が用いられる。

また、５本の樹脂ケースターミナル３１のそれぞれは、異なる役割、機能を持っている。例えばコネクタターミナル２０と一体になった樹脂ケースターミナル３１では、外部制御装置との接続用ハーネスの端部に設けられたコネクタ部（図示せず）との接触性をよくするため銅系の材料が使用される。また、樹脂ケース１０との固定機能を備えた外部接続用ターミナル２１、２２と一体になった樹脂ケースターミナル３１では、強度を保つため、板厚が厚い鉄系の材料が使用される。さらに、車両用発電機の他の構成との間で電圧や電流の入出力を行うために用いられる外部接続用ターミナル２３、２４と一体になった樹脂ケースターミナル３１では、比較的板厚が薄い鉄系の材料が使用される。一方、５本のＩＣリード５１は、ＩＣ５０を製造する際に一枚の板材（リードフレーム）から成形され、５本すべてが同一材料、同一断面形状となっている。

ところで、本実施形態では、ＩＣリード５１には、その先端近傍にプロジェクション溶接用の凸部５３が形成されている。この凸部５３は、溶接相手となる樹脂ケースターミナル３１に先端が線または点で接触できる突起形状を有し、凸部のないストレート形状（平板形状、平面形状）のＩＣリード５１’の一部をプレス加工することにより追加される。なお、溶接相手となる樹脂ケースターミナル３１の凸部５３に対応する表面は、凹凸のない平面形状を有している。

図６は、ストレート形状のＩＣリード５１’を有するＩＣ５０’の側面図である。このＩＣ５０’は、本発明による改良を加える前の従来品をそのまま用いることができる。この従来品としてのＩＣ５０’のＩＣリード５１’の一部を加工することにより、凸部５３が形成されたＩＣリード５１を有するＩＣ５０（図５）となる。同一材料、同一断面形状のＩＣリード５１’に凸部５３を追加することにより、溶接時に溶接条件を変えて溶接手順を複雑にすることなく、また溶接後の凸部５３のつぶれ状態を均一にすることができることから、従来構造では溶接後にＩＣリードのつぶれの程度のばらつきによる変位の差から発生していた歪みを防止することが可能となる。

図７は、ＩＣリードに追加成形で形成される凸部５３の具体例を示す図である。図７（Ａ）には、断面が半円形状の突形状である凸部５３が示されている。図７（Ｂ）には、断面が尖頭形状の突形状である凸部５３が示されている。図７（Ｃ）には、半球形状の突形状である凸部５３が示されている。

本実施形態では、主に鉄系の材料を用いる樹脂ケースターミナル３１側ではなく、銅系の材料を用いるＩＣリード５１側に凸部５３を追加している。このように、熱伝導率の高い材料側に凸部５３を設けることで、熱伝導率が高く溶接時の熱が逃げやすい材料側の発熱を増大し、溶接時の温度を均一化でき、溶接の安定性が得られる。

また、一般にＩＣリード５１’（図６）は長く成形されたものを切断して所定の長さにして使用する。したがって、凸部５３を成形する工程を、この切断工程と同時に行うようにすれば、従来単独で行っていた樹脂ケースターミナル３１側への凸部成形工程を廃止することができるため、工程の簡略化によりコスト低減を図ることができる。

図８は、樹脂ケース１０に備わったコネクタターミナル２０および外部接続用ターミナル２１〜２４を用いた具体的な接続例を示す車両用発電機の構成を示す図である。図８に示すように、車両用発電機２００は、この車両用発電機２００の発電制御を行う車両用発電制御装置２００を内蔵しているとともに、外部制御装置としてのＥＣＵ３００に接続用ハーネスを用いて接続されている。

車両用発電制御装置１００とＥＣＵ３００や車両用発電機２００内の各構成との間の接続が、上述したコネクタターミナル２０および外部接続用ターミナル２１〜２４を用いて行われる。具体的には、コネクタターミナル２０がＥＣＵ３００との接続に用いられ、コネクタターミナル２０を介して通信信号の送受信が行われる。外部接続用ターミナル２１が車両用発電機２００の出力端子（Ｂ端子）との接続に用いられる。外部接続用ターミナル２２がグランド電位となる車両用発電機２００の他の部位（例えば整流器の負極側放熱フィン）との接続に用いられる。外部接続用ターミナル２３が車両用発電機２００の固定子巻線のいずれかの相巻線との接続用に用いられ、相電圧の検出が行われる。外部接続用ターミナル２４が車両用発電機２００の界磁巻線の一方端との接続に用いられ、励磁電流の供給や環流が行われる。

このように、本実施形態の車両用発電制御装置１００では、材質および断面形状の少なくとも一部が互いに異なる複数の樹脂ケースターミナル３１ではなく、ＩＣ５０のＩＣリード５１側に凸部５３を設けることにより、溶接条件をそろえることが可能となり、溶接工程を簡略化することができる。また、溶接後の凸部５３の変位（つぶれの程度）を均一にすることができ、溶接後のＩＣリード５１の高さのばらつきをなくし、ＩＣリード５１間の歪みの発生を防止することができる。

また、一般に、ＩＣ５０のＩＣリード５１は、共通のリードフレームから切り出して成形されるため、材質および断面形状を同じにすることが容易であり、これにより複数のＩＣリード５１について完全に溶接条件を同じにすることができる。

また、凸部５３の先端を樹脂ケースターミナル３１に点あるいは線で接触させることにより、先端側から溶融を進行させて、ＩＣ５０のＩＣリード５１と樹脂ケースターミナル３１とを確実に抵抗溶接（プロジェクション溶接）で接合することができる。

また、凸部のないストレート形状のリードを有するＩＣ（図６）に対して追加の工程により凸部５３を形成することにより、汎用のＩＣを利用することができるとともに、一般に行われるリードの切断工程と同時に凸部５３を成形して工程を簡略化することができ、コスト低減を図ることができる。

また、車両用発電制御装置１００に用いられるＩＣ５０を収容する樹脂ケース１０の樹脂ケースターミナル３１は、異なる役割、機能を有しているため、材質や断面形状を均一にそろえることはできないが、このような場合であっても、ＩＣ５０のＩＣリード５１に凸部５３を設けて溶接を行うことにより溶接条件をそろえることができ、溶接工程の簡略化やリード間の歪みの発生防止が可能となる。

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、車両用発電制御装置１００に本発明を適用したが、車両用発電制御装置１００以外の半導体装置に本発明を適用してもよい。

また、上述した実施形態では、ＩＣ５０のＩＣリード５１が、外部接続用ターミナル２１〜２４を介して車両用発電機２００の異なる構成に接続されるとともに、コネクタターミナル２０を介してＥＣＵ３００に接続される場合について説明したが、ＩＣリード５１の接続先は適宜変更するようにしてもよい。例えば、車両用発電機２００の異なる構成のみに接続され、ＥＣＵ３００とは接続しない場合などが考えられる。

また、上述した実施形態では、凸部５３を別工程で追加する場合について説明したが、ＩＣ５０を製造する際、例えば、ＩＣリード５１をリードフレームから切り出す際に凸部５３を成形するようにしてもよい。

上述したように、本発明によれば、材質および断面形状が互いに異なる複数の樹脂ケースターミナル３１ではなく、ＩＣ５０のＩＣリード５１側に凸部５３を設けることにより、溶接条件をそろえることが可能となり、溶接工程を簡略化することができる。

１０樹脂ケース
１１ＩＣ収容部
２０コネクタターミナル
２１、２２、２３、２４外部接続用ターミナル
３１樹脂ケースターミナル
５０ＩＣ（集積回路）
５１ＩＣリード
５３凸部
６０冷却フィン
１００車両用発電制御装置
２００車両用発電機
３００ＥＣＵ

Claims

パッケージングされて複数のリードが突出するＩＣと、前記ＩＣを収容するＩＣ収容部において前記複数のリードのそれぞれに対応する位置で露出する複数のケース側ターミナルを有する樹脂ケースとを備え、前記リードと前記ケース側ターミナルの対応するもの同士が溶接により接合される半導体装置において、
前記複数のリードには抵抗溶接用の凸部が形成され、
前記複数のケース側ターミナルの少なくとも一部は、材質および断面形状の少なくとも一方が互いに異なっていることを特徴とする半導体装置。
請求項１において、
前記ケース側ターミナルの前記凸部に対応する表面は、凹凸のない平面形状を有していることを特徴とする半導体装置。
請求項１または２において、
前記複数のリードは、材質および断面形状が同じであることを特徴とする半導体装置。
請求項１〜３のいずれかにおいて、
前記凸部の先端は、前記ケース側ターミナルと点あるいは線で接触することを特徴とする半導体装置。
請求項１〜４のいずれかにおいて、
前記凸部は、前記凸部のないストレート形状の前記リードを有する前記ＩＣに対して追加の工程により成形されることを特徴とする半導体装置。
請求項１〜５のいずれかにおいて、
車両用発電機の発電制御を行う車両用発電制御装置として動作し、
前記複数のケース側ターミナルのそれぞれは、前記車両用発電機の異なる構成に接続されるとともに、異なる役割、機能を有することを特徴とする半導体装置。