JPH04146655A - 半導体整流素子及びそれを使った全波整流装置 - Google Patents

半導体整流素子及びそれを使った全波整流装置

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JPH04146655A
JPH04146655A JP2270188A JP27018890A JPH04146655A JP H04146655 A JPH04146655 A JP H04146655A JP 2270188 A JP2270188 A JP 2270188A JP 27018890 A JP27018890 A JP 27018890A JP H04146655 A JPH04146655 A JP H04146655A
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、車両用交流発電機の出力を整流するに使用さ
れる半導体整流素子及びそれを使った全波整流装置に関
する。
〔従来の技術〕
車両用交流発電機の三相全波整流装置は、直流側端子と
なる一対の放熱板と、それぞれの放熱板に放熱板内では
整流方向を揃え放熱板間では整流方向が異なるように３
個づつ固着した半導体整流素子と、異なる放熱板に固着
された半導体整流素子相互を接続する３個の交流側端子
とから構成されている。そして半導体整流素子としては
、安定化技術の進歩により従来の缶封止型に代って樹脂
封止型が使用されている。この半導体整流素子は、エン
ジンの近傍に配置されて過酷な条件で使用されることか
ら、封止用の樹脂としてはこれまでに種々の改良が加え
られ現在に至っている。封止用樹脂の代表例としては、
特開昭５９−１７２７４９号公報に記載されている（１
）シリコーン樹脂、及び（２）シリコーン樹脂とＳｉ○
２パウダを添加したエポキシ樹脂との組合せが知られて
いる。
〔発明が解決しようとする課題〕
シリコーン樹脂は耐熱性、耐湿性及び金属との接着性が
優れていることから、半導体整流素子の封止用樹脂とし
て広く使用されている。しかしながら、シリコーン樹脂
は熱膨張係数が大きいこと及び硬化収縮が大きいことに
原因して、金属との接着界面の剥離が生じ易く、半導体
整流素子の電気的特性不良を招くおそれがある。また、
シリコーン樹脂は塩害耐性が低いという問題を持ってい
る。これは本発明者らによって確認されたことであるが
、半導体整流素子を塩水試験するとき電気分解によって
アルカリが発生し、このアルカリがシリコーン樹脂と金
属との接着に寄与しているシロキサン結合を切断して、
金属とシリコン樹脂との接着界面の剥離を招くのである
。これは海浜地帯及び積雪地帯で使用される車両に搭載
される半導体整流素子にとって重大な問題である。
上述の問題は、シリコーン樹脂とエポキシ樹脂との組合
せ即ちシリコーン樹脂層上にエポキシ樹脂層を積層する
構成としても依然として存在している。即ち、シリコー
ン樹脂はエポキシ樹脂より熱膨張係数が大きいことから
、温度サイクルが加わるとシリコーン樹脂の膨張収縮に
よってエポキシ樹脂と金属との密着界面に剥離が生じ、
その下のシリコーン樹脂と金属との接着界面はシリコー
ン樹脂単体の場合と略同様の状態に置かれるからである
。
このように、封止用樹脂として従来から知られている樹
脂を使用する限り、耐塩害性の優れ半導体整流素子を実
現することはできないのである。
本発明の目的は、耐塩害性の優れた半導体整流素子及び
それを使った全波整流装置を提供することにある。
本発明の目的を具体的に言えば、シリコーン樹脂本来の
耐熱性及び耐湿性を損うことなく、シリコーン樹脂の弱
点であるアルカリによるシロキサン結合の切断及び大き
い硬化収縮によって生じる電気的特性不良を除去した半
導体整流素子及びそれを使った全波整流装置を提供する
ことにある。
〔課題を解決するための手段〕
上記目的を奏する本発明半導体整流素子の特徴とすると
ころは、金属製の容器部分と、容器部分の底部に一方の
主面が接着されたｐｎ接合を有する半導体チップと、半
導体チップの他方の主面に接着されたリードと、半導体
チップの露出面を被覆するシリカ粉末を含むシリコーン
樹脂層とを具備する点にある。ここで容器部分とは、わ
ん形の容器、及び平板の一部に設けた凹部を意味する。
シリコーン樹脂としては、−成分系と二成分系とに大別
され、更にそれぞれが白金付加方式と室部下湿気により
脱アルコール縮合し架橋する方式に分けられるが、本発
明はいずれのシリコーン樹脂でも使用することができる
。好ましくは、硬化収縮が少なくかつ硬化時間の短いも
のが使用される。
シリカ粉末としては、シラン化合物例えば５ｉＣ１４を
燃焼して得られる噴霧シリカ、シリコン化合物例えば５
ｉＣ１，を加水分解して得られる沈降シリカ、珪石を粉
砕して得られる結晶シリカ、珪石を粉砕した後熔融して
更に粉砕して得られる熔融シリカ等が使用できる。半導
体整流素子の逆方向洩れ電流を小さくするという点から
は、Ｎａ及びＫの含有率がそれぞれ１０ｐｐｍ以下好ま
しくは５ｐｐｍ以下の高純度シリカを使用することが望
ましい。また、シリカ粉末の添加量としてはシリコーン
樹脂１００重量部に対し４０〜１２０重量部以上とする
ことが必要であるが、好ましくは８０〜１００重量部で
ある。またシリカ粉末の平均粒径としては２〜６μｍが
それぞれ望ましい。
シリコーン樹脂には、必要に応じて種々の添加剤を含有
させることができる。例えば、着色の目的で酸化チタン
、カーボンブラック及び有機系の染料を、接着性の付与
または向上の目的でアルコキシシリコーン系化合物を、
耐熱性向上の目的で金属化合物及び有機系の酸化防止剤
をそれぞれ添加することができる。
シリコーン樹脂層は、それ単独で十分使用することがで
きるが、その上側に他の樹脂層を重ねること及び半導体
チップとの間に他の樹脂層を介在させることも可能であ
る。
次に、本発明全波整流装置の特徴とするところは、直流
側端子となる一対の放熱板と、それぞれの放熱板に放熱
板内では整流方向を揃え放熱板間では整流方向が異なる
ように複数個づつ固着した半導体整流素子と、異なる放
熱板に固着された半導体整流素子相互を接続する交流側
の相数と同数の交流側端子とを具備し、各半導体整流素
子が放熱板に一方の主面が接着されたｐｎ接合を有する
半導体チップ、半導体チップの他方の主面に接着された
リード、半導体チップの露出面を被覆するシリカ粉末を
含むシリコーン樹脂から構成されている点にある。半導
体チップは放熱板に凹部を形成しておき凹部の底面に接
着するか、予かしめ容器に接着したものを放熱板に接着
するかの二連りによって放熱板に固着される。シリコー
ン樹脂及びシリカ粉末については前述の通りである。
〔作用〕
シリカはアルカリに対して安定であり、シリコーン樹脂
より熱膨張係数が小さい。このためシリコーン樹脂にシ
リカ粉末を添加すると、シリコーン樹脂本来の耐熱性及
び耐湿性に優れた点はそのままで、■シリコーン樹脂の
アルカリに対し安定性を向上する、■シリコーン樹脂の
熱膨張係数を小さくする、■シリコーン樹脂の熱収縮量
を低減する、等の特性改善が図れる。そこで車両に搭載
する半導体整流素子の封止用樹脂としてシリカ粉末を添
加したシリコーン樹脂を使用すると、■熱膨張係数が小
さくかつ熱収縮量が少ないことから、金属との接着界面
の剥離が生じにくく半導体整流素子の電気的特性不良が
発生するおそれがなくなる、■アルカリに対して安定即
ちアルカリによってシロキサン結合を切断される確率が
大幅に低下することから、金属との接着界面の剥離が更
に生じにくくなり、耐塩害性の向上が図れる、等の効果
を奏し、信頼性の高い車両に搭載するに適した半導体整
流素子を実現することができる。また、かかる半導体整
流素子を使用した全波整流装置においても同様効果を奏
する。
〔実施例〕
以下、本発明半導体整流素子及びそれを使った全波整流
装置を実施例として示した図面により詳述する。
第１図は本発明半導体整流素子の代表的な実施例を示す
。図において、１はわん形の金属容器、２はｐｎｎ接合
を有し一方の主面２１が接着層３を介して金属容器１の
底面に接着された半導体チップ、４は半導体チップ２の
他方の主面２２に接着層５を介して接着されたヘッダ一
部４１と、ヘッダ一部４１からヘッダ一部４１に対して
垂直方向に延びる第１のリード部４２と、第１のリード
部４２に連らなる扁平の彎曲部４３と、彎曲部４３に連
らなる第２のリード部４４とからなるリード、６は金属
容器１内に充填され、その表面が第１のリード部４２に
達するシリカ粉末を添加したシリコーン樹脂層である。
金属容器１の材料としては、例えば銅、鉄ニツケル合金
、銅−鉄ニツケル合金−クラツド材が使用され、その表
面は防錆の目的で銀めっき又はニッケルめっきで被覆す
るのが望ましい。リード４の材料としては銅で一体に形
成し、表面に防錆用の銀めっき又はニッケルめっきを施
したものが望ましい。また、ヘッダー部４１をモリブデ
ン、タングステン、鉄ニツケル合金で作り、これに銅で
作った第１のリード部４２、彎曲部４３及び第２のリー
ド部４４を接着したものでも使用することができる。接
着層３，５はＰｂ−８ｎ半田又はＰ　ｂ　−Ａ　ｇ　−
Ｓ　ｎ半田が使用される。シリコーン樹脂層６に添加さ
れているシリカ粉末は、Ｎａ及びＫの含有率がそれぞれ
１０ｐｐｍ以下の高純度シリカで、平均粒径が２〜６μ
ｍの粉末状態で、シリコーン樹脂１００重量部に対し４
０〜１２０重量部の範囲で含まれている。高純度シリカ
を使用する理由は、Ｎａ、Ｋが多く含まれると半導体整
流素子を逆バイアス状態としたとき、封止用樹脂層を介
して流れる電流即ち逆方向洩れ電流が大きくなり、半導
体整流素子としての特性をそこなうためである。この観
点からは５ｐｐｍ以下にするのが理想的である。また、
シリカ粉末の平均粒径は、小さすぎするとシリコーン樹
脂へ本発明の目的を達成するに必要な量を添加するのが
難しくなり、大きすぎるとシリコーン樹脂を硬化する前
に沈降して樹脂内のシリカ粉末の分布が不均一となり本
発明の目的を達成することができなくなることから、本
発明の目的を達成する範囲を定めたものである。更に、
シリカ粉末の添加量については、金属容器１とシリコー
ン樹脂層６との接着界面の剥離を防止するに十分な量が
４０重量部以上好ましくは８０重量部以上であるが、こ
の添加量が多すぎるとシリコーン樹脂の粘度が上昇して
充填作業が難しくなったり、内部の気泡が抜けにくくな
って封止用樹脂として使用できなくなる場合があるので
、１２０重量部以下、好ましくは１００重量部以下にす
る。
次に、第１図に示す半導体整流素子の製法について説明
する。まず、金属容器１の底面上に半田箔、半導体チッ
プ２、半田箔、リード４を積層した状態で加熱して、金
属容器１、半導体チップ２及びリード４が一体となった
サブアセンブリを作る。このサブアセンブリの金属容器
１に、ビニル基含有ポリシロキサンオイル、水素含有ポ
リシロキサン架橋剤、アルコキシラン系接着剤、白金系
触媒を主成分とするベースオイル１００重量部に対し、
平均粒径２〜６μｍの高純度シリカ粉末を４０〜１２０
重量部含有するように調合精製した液状のシリコーン樹
脂を充填する。液状のシリコーン樹脂は、大気雰囲気或
いはＮ２ガス雰囲気で５０℃前後で２時間以上加熱する
一次硬化工程で硬化され、更に同雰囲気、１５０〜２０
０℃で２時間以上加熱する二次硬化工程で金属容器、半
導体チップ及びリードとの接着を強化するための硬化が
行なわれ、半導体整流素子が完成する。
かかる構成の半導体整流素子が車両に搭載して過酷な条
件での使用に耐える点は、次のような評価試験により確
認した。その評価試験は、■　素子を逆バイアス状態で
、塩水噴霧雰囲気中に所定時間置く第１工程、 ■　素子を無バイアス状態で、高温中に所定時間置く第
２工程、 ■　素子を逆バイアス状態で、高温多湿雰囲気中に所定
時間置く第３工程、 ■　素子を無バイアス状態で、大気雰囲気中に所定時間
置く第４工程。
を１サイクルとして、これを所定サイクル繰返し、素子
の逆方向特性が劣化するまでのサイクル数によって良否
を判別する方法で実施した。評価試験の結果は次表の通
りであった。
この表で、結果のｘ印は劣化までのサイクル数が極めて
少なく塩害の予測される所では使用できないもの、Δ印
はサイクル数が少なく塩害の予測される所で使用を避け
た方がよいもの、Ｏ印はサイクル数が多く塩害の予測さ
れる所で使用できるもの、◎印はＯ印より更に良好なも
のを意味する。
第２図から第７図は本発明半導体整流素子の異なる実施
例を示すものである。
第２図はシリコーン樹脂層６と金属容器１の底面、半導
体チップ２及びリード４のヘッダ一部４１との間にポリ
イミド樹脂層７を介在させた実施例、第３図はシリコー
ン樹脂層６上にエポキシ樹脂層８を形成した実施例を示
している。他の構成は第１図と同じである。第２図及び
第３図の構成は、いずれも封止用樹脂の気密封止機能を
向上させるものでる。
第４図は半導体チップ２とリード４のヘッダー部４１と
の間に、第５図は半導体チップ２と金属容器１との間に
金属板９，１０を介在した実施例を示している。これら
金属板９，１０は、半導体チップ２と、ラダ一部４１又
は金属容器ｌとの間の熱応力の緩和を目的として介在さ
れる。従って、金属板９，１０としては、例えばモリブ
デン、タングステン、鉄ニツケル合金、銅−鉄ニツケル
合金−銅クラツド材が使用される。第４図は金属容器１
が、第５図はヘッダー材４１がそれぞれ半導体チップ２
に近似した熱膨張係数をもつ材料である場合を示してお
り、金属容器１及びヘッダ一部４１が共に網であれば、
半導体チップ２の両側に金属板９，１０を配置するのが
望ましくなる。
第６図は金属容器１の外周面にリード４の伸びる方向と
同方向にローレット加工１ａを施した実施例を示してい
る。これは全波整流装置を組立てるときに接着を不要に
するものである。
第７図は金属容器の代りに金属板１１の一部に形成した
凹部１１ａを使用する実施例を示している。
第８図及び第９図は本発明半導体整流素子を使った全波
整流装置の一実施例を示す。
図において、８０１及び８０２は弧状でそれぞれ３個の
凹部８０１ａ、８０２ｂを有する第１及び第２の放熱板
で、各放熱板の各凹部には第７図に示すと同様に底面に
半導体チップ２が接着され、半導体チップ２上にリード
４が接着され、凹部内にシリカ粉末製含有するシリコー
ン樹脂６が半導体チップ２を被覆するに十分な量充填さ
れている。
これによって、第１及び第２の半導体整流素子が形成さ
れる。第１の放熱板８０１の凹部８０１ａに案内される
半導体チップはｐ層が底面側に位置し、第２の放熱板８
０２の凹部８０２ａに案内される半導体チップはｎ層が
底面側に位置している。
８０３は環状の一部が開放した絶縁部材で、ビス８０４
により第１及び第２の放熱板８０１，８０２の弧状の外
縁側に固着され、第１及び第２の放熱板８０１，８０２
の位置関係を一定に保持している。８０５及び８０６は
絶縁部材８０３上に所定の間隔を有して、リベット８０
７により止められた第１及び第２の長片状リード端子で
、それぞれ放熱板８０１，８０２の凹部８０１ａ、８０
２ａに対応する位置に設けられている。長片状り一ド端
子８０５，８０６はその長平方向を絶縁部材８０３が作
る円の半径方向と同方向とし、かつその両端に切込み８
０５ａ、８０６ａが設けられている。第１の長片状リー
ド８０５の一端（内端）は第１の放熱板８０１に形成さ
れた第１の半導体整流素子のリードと切込み８０５ａに
おいて半田付けされ、第２の長片状リード８０６の一端
（内端）は第２の放熱板８０２に形成された第２の半導
体整流素子のリードと切込み８０６ａにおいて半田付け
されている。第１及び第２の長片状リード端子８０５．
８０６の他端（外端）は相互に第１、第２及び第３の端
子８０８，８ｏｂ、８１０により接続される。以上によ
り、第１及び第２の放熱板８０１，８０２を直流側端子
、第１．第２及び第３の端子を交流側端子とする三相全
波整流装置が構成される。この全波整流装置は、車両の
エンジンルーム内の交流発電機の外側に固着されて使用
される。半導体整流素子は、全波整流装置に組立てられ
た状態においも、封止用樹脂は外気に露出しており、耐
塩害性が依然として要求されるのである。従って、全波
整流装置においても、本発明は効果を発揮する。
第８図及び第９図の全波整流装置は種々の変形が可能で
ある。
（１）第１及び第２の放熱板を絶縁スペーサを介して重
ねた構造。
（２）第１及び第２の放熱板を弧状にしないで矩形状し
た構造。
（３）第１及び第２の放熱板の凹部に第１図から第５図
に示す半導体整流素子を案内した構造。
（４）第１及び第２の放熱板を平板状として、第１図か
ら第５図に示す半導体整流素子をそれに接着した構造。
（５）第１及び第２の放熱板に貫通孔を設け、貫通孔に
第６図の半導体整流素子を圧入した構造。
以上は本発明を代表的な実施例について説明したが、本
発明はこれら実施例に限定されるものではなく、本発明
の技術的思想の範囲内で種々の変形が可能である。
〔効果〕
本発明によれば、封止用樹脂としてシリカ粉末を含有す
るシリコーン樹脂を使用するので、耐塩害性に優れ、車
両に搭載するに適した半導体整流素子及びそれを使った
全波整流装置を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明半導体整流素子の一実施例を示す断面図
、第２図から第７図は本発明半導体整流素子の他の実施
例を示す断面図、第８図は本発明全波整流装置の一実施
例を示す概略平面図、第９図は第８図の■−■線に沿う
断面図である。 １・・・金属容器、２・・・半導体チップ、４・・・リ
ード、６・・・シリコーン樹脂層

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 １、わん形の金属容器と、金属容器の底部に一方の主面
    が接着されたｐｎ接合を有する半導体チップと、半導体
    チップの他方の主面に接着されたリードと、半導体チッ
    プの露出面を被覆するシリカ粉末を含むシリコーン樹脂
    層とを具備することを特徴とする半導体整流素子。 ２、請求項１において、シリコーン樹脂層がシリコーン
    樹脂１００重量部に対しシリカ粉末を４０〜１２０重量
    部含有することを特徴とする半導体整流素子。 ３、請求項１或いは２において、シリカ粉末の平均粒径
    が２〜６μｍであることを特徴とする半導体整流素子。 ４、わん形の金属容量と、金属容器の底部に一方の主面
    が接着されたｐｎ接合を有する半導体チップと、半導体
    チップの他方の主面に接着されたリードと、半導体チッ
    プの露出面を被覆するシリカ粉末を含むシリコーン樹脂
    層と、シリコン樹脂層上に積層されたエポキシ樹脂装置
    とを具備することを特徴とする半導体整流素子。 ５、請求項４において、シリコーン樹脂層がシリコーン
    樹脂１００重量部に対しシリカ粉末を４０〜１２０重量
    部含有することを特徴とする半導体整流素子。 ６、請求項４或いは５において、シリカ粉末の平均粒径
    が２〜６μｍであることを特徴とする半導体整流素子。 ７、わん形の金属容量と、金属容器の底部に一方の主面
    が接着されたｐｎ接合を有する半導体チップと、半導体
    チップの他方の主面に接着されたリードと、半導体チッ
    プの露出部を被覆するポリイミド樹脂層と、ポリイミド
    樹脂層上に積層されシリカ粉末を含むシリコーン樹脂層
    とを具備することを特徴とする半導体整流素子。 ８、請求項７において、シリコーン樹脂層がシリコーン
    樹脂１００重量部に対しシリカ粉末を４０〜１２０重量
    部含有することを特徴とする半導体整流素子。 ９、請求項７或いは８において、シリカ粉末の平均粒径
    が２〜６μｍであることを特徴とする半導体整流素子。 １０、電気的に絶縁され、直流側端子となる第１及び第
    ２の放熱板と、 わん形の金属容器、連続したｐ層及びｎ層を有しｐ層側
    が金属容器の底部に接着された半導体チップ、半導体チ
    ップのｎ層側に接着されたリード、半導体チップの露出
    面を被覆するシリカ粉末を含むシリコーン樹脂層からな
    り、金属容器が第１の放熱板に支持された複数個の第１
    の半導体整流素子と、 わん形の金属容器、連続したｐ層及びｎ層を有しｎ層側
    が金属容器の底部に接着された半導体チップ、半導体チ
    ップのｐ層側に接着されたリード、半導体チップの露出
    面を被覆するシリカ粉末を含むシリコーン樹脂層からな
    り、金属容器が第２の放熱板に支持された複数個の第２
    の半導体整流素子と、 相数と同数で、それぞれ第１の半導体整流素子のリード
    と第２の半導体整流素子のリードとを接続する複数個の
    交流側端子と、を具備することを特徴とする全波整流装
    置。 １１、請求項１０において、第１及び第２の半導体整流
    素子のシリコーン樹脂層がシリコーン樹脂１００重量部
    に対しシリカ粉末を４０〜１２０重量部含有することを
    特徴とする全波整流装置。 １２、請求項１０或いは１１において、第１及び第２の
    半導体整流素子のシリコーン樹脂層が含有するシリカ粉
    末の平均粒径が２〜６μｍであることを特徴とする全波
    整流装置。１３、請求項１０、１１或いは１２において
    、第１及び第２の半導体整流素子のシリコーン樹脂層に
    エポキシ樹脂層が積層されていることを特徴とする全波
    整流装置。 １４、請求項１０、１１或いは１２において、第１及び
    第２の半導体整流素子のシリコーン樹脂層と半導体チッ
    プとの間にポリイミド樹脂層が介在していることを特徴
    とする全波整流装置。 １５、凹部を有する金属製放熱板と、金属製放熱板の凹
    部の底面に一方の主面が接着されたｐｎ接合を有する半
    導体チップと、半導体チップの他方の主面に接着された
    リードと、半導体チップの露出面を被覆するシリカ粉末
    を含むシリコーン樹脂層とを具備することを特徴とする
    半導体整流素子。 １６、請求項１５において、シリコーン樹脂層がシリコ
    ーン樹脂１００重量部に対しシリカ粉末を４０〜１２０
    重量部含有することを特徴とする半導体整流素子。 １７、請求項１５或いは１６において、シリカ粉末の平
    均粒径が２〜６μｍであることを特徴とする半導体整流
    素子。 １８、請求項１５、１６或いは１７において、シリコー
    ン樹脂層上にエポキシ樹脂層を設けたことを特徴とする
    半導体整流素子。 １９、請求項１５、１６或いは１７において、シリコー
    ン樹脂層と半導体チップとの間にポリイミド樹脂層を設
    けたことを特徴とする半導体整流素子。 ２０、電気的に絶縁され、それぞれ複数個の凹部を有し
    、直流側端子となる金属製の第１及び第２の放熱板と、 連続したｐ層及びｎ層を有し、ｐ層側が第１の放熱板の
    各凹部の底部に接着された複数個の第１の半導体チップ
    と、 連続したｐ層及びｎ層を有し、ｎ層側が第２の放熱板の
    各凹部の底面に接着された複数個の第２の半導体チップ
    と、 第１の半導体チップのｎ層側に接着された第１のリード
    と、 第２の半導体チップのｐ層側に接着された第２のリード
    と、 第１の半導体チップ及び第２の半導体チップの露出面を
    被覆するシリカ粉末を含むシリコーン樹脂層と、 相数と同数で、それぞれ第１のリードと第２のリードを
    接続する複数個の交流側端子と、を具備することを特徴
    とする全波整流装置。 ２１、請求項２０において、シリコーン樹脂層がシリコ
    ーン樹脂１００重量部に対しシリカ粉末を４０〜１２０
    重量部含有することを特徴とする全波整流装置。 ２２、請求項２０或いは２１において、シリコーン樹脂
    層が含有するシリカ粉末の平均粒径が２〜６μｍである
    ことを特徴とする全波整流装置。
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