JPH0992662A - シリコン半導体ダイオード、その回路モジュールおよび絶縁体を備える構造物ならびにそれらの製作方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 シリコン半導体ダイオードのダイオードチッ
プと絶縁体の組立品の新規な構造物、および、ダイオー
ド副組立品での処理に不適な材料を絶縁体の製造に適用
可能にさせる前記構造物の製作方法を提供する。 【解決手段】 ダイオードチップのための複数の装着孔
が製作される未分離のユニットを有する絶縁体構造物。
各ダイオードチップは、装着孔の一つに位置決めされ、
接合材料によって被覆され、パッケージされる。複数の
ダイオードチップを単一の工程で絶縁体に組立ることも
できる。以後の工程は、未分離の絶縁体構造物に対して
行うことができる。単一または複数のダイオードのユニ
ットは、製作工程が完了した後に分離される。このダイ
オードチップと絶縁体の組立品構造物は、ダイオードの
直接的な構成物である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、シリコン半導体ダイオ
ード、シリコン半導体ダイオード回路モジュール、およ
び、シリコン半導体ダイオードチップおよびその絶縁体
による構造物、ならびに、それらの製作方法、より詳細
には、シリコン半導体ダイオードチップおよびその絶縁
体を備える組立品の単純化された構造物、および、シリ
コン半導体ダイオードの新規な製作方法に関する。本発
明の構造物および方法は、他のチップ形態の２電極電子
部品および回路組立品の製作にも適する。

【０００２】

【従来の技術】シリコン半導体ダイオードは、工業界に
おいて有用な能動構成部品である。シリコン半導体ダイ
オードの大量かつ広範な用途ゆえに、工業界は、シリコ
ン半導体ダイオードの大量生産のためのより効果的かつ
低コストの方法を開発し続けている。

【０００３】標準的なシリコン半導体ダイオード製品
は、シリコン半導体ダイオードチップ、２個の金属リー
ドおよび絶縁体を含む。従来のシリコン半導体ダイオー
ドの製作方法では、初めにダイオードチップが金属リー
ドと組立てられた後、その組立品が絶縁体によってカプ
セル封じされる。従来の方法では、ダイオードチップお
よび金属リードによる副組立品との絶縁体の組立ては、
以下のような３種類の方式を含む。

【０００４】Ｉ）絶縁体を個別に製作する。 この方式では、カプセル封じ絶縁体部品は、ダイオード
チップとは構造的に直接組立てられず、金属リードと組
立てられる。適切な例としては、ガラス管２段階シール
パッケージ、ガラス管ダブルプラグ同時シールパッケー
ジ、および、金属容器パッケージがある。

【０００５】ＩＩ）絶縁体材料を金型に注入して絶縁体
を成形する。 この方式では、ダイオードチップと金属リードの副組立
品を金型キャビティに入れる。そして、絶縁体を金型キ
ャビティに注入し、その副組立品を封止する。注入絶縁
体として最も一般に使用される材料の１種は、熱硬化性
樹脂である。セラミックやガラス繊維強化樹脂などの高
温または高圧下での処理を要する他の材料は、温度サイ
クルや副組立品の機械的強度といった制約から、この方
式では不適である。

【０００６】ＩＩＩ）半田付けまたはろう付けしたダイ
オードチップおよび金属リードの副組立品に絶縁体を被
覆する。 この方式は、樹脂被覆絶縁体、ガラスビーズ絶縁体およ
び適合するエポキシ粉末被覆絶縁体を含む。これらの中
でも特に、ガラスビーズ絶縁体は強化された特性を有す
る。この方式の１つの問題は、絶縁体をダイオードチッ
プの両面に施装し、高温下でのろう付け処理を要するこ
とである。この方式では、電極は、モリブデンまたはタ
ングステンによって作るか、あるいは、シリコンやパッ
シベーションガラスに近い熱膨張率と高度な電気および
熱伝導度を有する合金によって製造しなければならな
い。こうした材料の制約は、製造コストの増加を意味す
る。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】上記の３種類の方式の
中では、ガラスビーズ絶縁体による方式がより良好な効
率につながる。しかしながら、この設計の製造コストは
他の方式よりも高くなる。そうした課題にもかかわら
ず、従来技術は統合的な製作方式を教示していなかっ
た。製造工程には、様々な金型および取付具が必要とさ
れ、高度な自動化は不可能であり、結果として高額な製
造コストをもたらしていた。

【０００８】本発明の目的は、シリコン半導体ダイオー
ドのダイオードチップと絶縁体の組立品の新規な構造
物、および、ダイオード副組立品での処理に適さなかっ
た材料を絶縁体の製作に適用可能にさせる前記構造物の
製作方法を提供することである。

【０００９】本発明の第２の目的は、シリコン半導体ダ
イオードのダイオードチップと絶縁体の組立品の新規な
構造物、および、高効率でのダイオードの大量生産に適
した前記構造物の製作方法を提供することである。

【００１０】本発明の第３の目的は、シリコン半導体ダ
イオードのダイオードチップと絶縁体の新規な構造物、
および、ダイオードチップと絶縁体本体の組立と同時に
ダイオードチップの未被覆接合の被覆を実施可能とする
前記構造物の製作方法を提供することである。

【００１１】本発明の第４の目的は、シリコン半導体ダ
イオードのダイオードチップと絶縁体の構造物、およ
び、ダイオードチップの未被覆Ｐ−Ｎ接合を製造工程中
に良好に保護することを可能とする前記構造物の製作方
法を提供することである。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明に従えば、ダイオ
ードチップの複数の装着孔が製作される未分割マルチユ
ニット構成の絶縁体構造物が開示される。各ダイオード
チップはそれらの装着孔のうちの１つに置かれ、接合材
料によって装着孔の表面に結合される。単一工程におい
て複数のダイオードチップを絶縁体構造物に組立てるこ
とが可能である。以後の工程は、未分離の絶縁体構造物
に対して行うことができる。１個または複数のダイオー
ドユニットは、製作工程が完了した後、分離される。

【００１３】本発明のダイオードチップと絶縁体の組立
品構造物は、ダイオードチップの直接構成物である。本
発明の絶縁体は、従来技術におけるものとはまったく異
なる。

【００１４】本発明の上述およびその他の目的および利
益は、以下の図面に言及する以下の説明によってより明
確に理解されるであろう。

【００１５】

【発明の実施の形態】図１（ａ）は、本発明のシリコン
半導体ダイオードチップのダイオードチップと絶縁体の
組立品構造物を示す。図１（ｂ）はそのＡ−Ａ矢視断面
図である。これらの図からわかるように、このシリコン
半導体ダイオードチップと絶縁体の組立品構造物は、絶
縁体主構造物１、接合材料２およびシリコン半導体ダイ
オードチップ３を含む。

【００１６】本発明において適用可能な半導体ダイオー
ドチップは以下のものである。 １．未被覆Ｐ−Ｎ接合を備える、チップの分断、化学研
磨および酸化によって処理されたダイオードチップ。 ２．Ｐ−Ｎ接合被覆ダイオードチップ。

【００１７】本発明において適用可能な絶縁体は、いず
れかの適切な材料によって作られた未分離の絶縁体構造
物であろう。この絶縁体構造物に、複数のチップ装着孔
が製作される。実際上、チップ装着孔は絶縁体構造物の
スルーホールを含む。結合面はスルーホールの壁面とし
てよい。各装着孔は結合面を有する。シーリング材料
は、ダイオードチップの未被覆接合面と装着孔の結合面
（壁面）との間に施装される。この製作工程では、ダイ
オードチップの正極面および負極面は接合材料によって
被覆されない。チップの両側（電極）の表面上に未被覆
領域が保存され、それによって、伝導部がその上に作ら
れる。一般に、セラミック板およびガラス繊維強化樹脂
板が、絶縁体構造物に適用可能な材料のうちの２つの好
例である。

【００１８】本発明の数種の実施例では、絶縁体構造物
は、複数のユニットのダイオードチップまたはダイオー
ド組立品が製作工程において１個のマルチユニット絶縁
体構造物で同時に製作できるように、未分離の部品構成
となっている。接合材料は、ダイオードチップの未被覆
接合とチップ装着孔の間に施装され、チップを装着孔に
確実に結合させる。本発明に開示された新規の構造物で
は、接合材料は、Ｐ−Ｎ接合が事前に被覆されていない
ダイオードチップに施装された場合、Ｐ−Ｎ接合被覆材
料として機能する。本発明において適する接合材料は、
いずれかの適用可能な材料としてよい。パッシベーショ
ンガラスは、接合材料の１つの好例である。

【００１９】本発明の製作方法の説明は以下の通りであ
る。初めに、ステップ１０１で、マルチユニット型の絶
縁体ボード１が製作される。一般に、セラミック板およ
びガラス繊維強化樹脂板が適した材料である。ステップ
１０２では、複数のチップ装着孔１ａが絶縁体ボード１
に製作される。適用例では、装着孔１ａは、ボード１に
作られた円形、円錐形または方形のスルーホールであ
る。ダイオードチップ３は従来技術によって製作され
る。一般に、チップ３は、サンドブラストによる円形の
メサ形チップまたはダイシングソーによって切断された
方形のメサ形チップである。チップ３は、化学研磨およ
び酸化によって予備処理される。

【００２０】ステップ１０３で、接合材料２が位置固定
具によってチップ装着孔１ａに施装され、ステップ１０
４で接合材料がチップ装着孔の壁面に施装される。接合
材料２は、パッシベーションガラス、焼結ガラス（セラ
ミック板を利用する場合）または樹脂Ｐ−Ｎ接合シーリ
ング材（ガラス繊維強化板を利用する場合）としてよ
い。ステップ１０５では、ダイオードチップ３が、真空
ニードルの使用といった適用可能な手段によってチップ
装着孔１ａに取り付けられる。

【００２１】本発明の他の実施例では、ダイオードチッ
プ３は、ステップ１０３Ａにおいて伝導部と半田付けに
よって溶接され、ステップ１０４Ａでチップ装着孔１ａ
に取り付けられ、１０５Ａで接合材料２が施装される。
本発明の一つの実施例では、チップ装着孔は、ボードの
片面の開口の寸法が他方の面の開口よりも大きい円錐形
の穴である。この実施例では、チップ装着孔におけるダ
イオードチップ３の位置が、より正確になるであろう。

【００２２】ステップ１０６では、ステップ１０５で製
作された組立品が処理される。接合材料が樹脂の場合は
樹脂が硬化され、接合材料がパッシベーションガラスの
場合は、ガラスがオーブンでガラス化される。このステ
ップにおいて、Ｐ−Ｎ接合のパッシベーション被覆およ
びダイオードチップ３のボンディングが単一ステップで
同時に完了する。ステップ１０７で、金属リードがダイ
オードチップの両面に取り付けられる。必要に応じて、
パッケージングおよびオーバモールディングがステップ
１０８で行われる。

【００２３】本発明ではダイオードチップ３が最初に未
分離の絶縁体構造物と組立てられるので、以後のステッ
プは固体の絶縁体構造物に対して実施することができ
る。その結果、高品質のダイオードチップを大量かつ少
ない製造要求条件のもとで製作することができる。以下
に本発明の数種の実施例を説明する。

【００２４】

【実施例１】差込ピン型シリコン整流器の製作における
本発明の応用である。図３（ａ）は、本発明の方法に従
って製作された差込ピン型整流器の正面図である。図３
（ｂ）は図３（ａ）のシリコン整流器のＢ−Ｂ矢視断面
図である。

【００２５】この実施例の整流器の製作は、以下のステ
ップを含む。 １）ダイオードチップ３をサンドブラストによって円形
のメサ形とし、化学研磨および酸化によって処理する。 ２）絶縁体主構造物１は、複数のユニットを含む未分離
部品を形成するように事前に切り込みを入れた高級アル
ミナセラミック板である。図３（ａ）は、未分離部品の
うちの１個のユニットの正面図である。図３（ｂ）はそ
の断面図である。図３（ａ）および図３（ｂ）に示すよ
うに、各ユニットには１個のスルーホールが設けられ
る。これらのスルーホールはダイオードチップの装着孔
として機能する。 ３）パッシベーションガラス粉末に水を加え、接合材料
２として使用するためにスラリになるまで混練する。 ４）所定量のスラリガラスをマルチアプリケータ工具に
よって各スルーホールの壁面に施装する。１個のダイオ
ードチップ３を各スルーホール（装着孔）１ａに取り付
け、ダイオードチップ３の未被覆接合をボンディングガ
ラスと接触させる。 ５）セラミック板１を電炉で加熱する。電炉中でガラス
２は溶融し、ダイオードチップのＰ−Ｎ接合はパッシベ
ーションが施され、被覆され、セラミック板１に結合さ
れる。 ６）金属リードをダイオードチップの両面に溶接する。
表面の絶縁仕上げを施す。その後、セラミック板をチッ
プに分離する。パッケージングが完了する。

【００２６】図４は、本発明の方法に従って製作され、
完成した差込ピン型整流器の断面図である。ステップ１
〜５によって製作されたダイオードチップと絶縁体の組
立品には、ダイオードチップ３の両方の未被覆面に半田
５によって金属リードおよび差込ピン４が接続される。
その後この組立品は、絶縁樹脂６によってパッケージさ
れ、差込ステップに適したダイオード組立品が製作され
る。

【００２７】

【実施例２】ＳＭＤ型シリコン整流器の製作における本
発明の応用である。図５（ａ）は、本発明の方法に従っ
て製作されたＳＭＤ型シリコン整流器の正面図である。
図５（ｂ）は図５（ａ）の整流器のＣ−Ｃにおける断面
図である。ＳＭＤ型シリコン整流器の製作は、以下のス
テップを含む。

【００２８】１）ダイオードチップ３は、ダイシングソ
ーによって切削加工された方形チップである。ソフトソ
ルダリングを施してリード８にチップを取り付ける。そ
の後チップは化学研磨および酸化によって処理する。 ２）絶縁体本体ボードを製作する。この実施例では、絶
縁体ボードはガラス繊維強化樹脂板である。絶縁体ボー
ドは、帯板または、未分離の部品またはユニットの平板
である。各ユニットは、図５（ａ）および５（ｂ）に示
すように、チップ装着孔として機能するための１個以上
のスルーホールを有する。 ３）シロキサンなどのＰ−Ｎ接合被覆樹脂を接合材料２
として調製する。 ４）ダイオードチップ３と溶接されたリード８を絶縁体
ボード１の装着孔１ａに挿入し、ダイオードチップ３を
装着孔１ａの中央に位置決めする。 ５）被覆材料２を、ダイオードチップ３と装着孔１ａの
壁面との間のＰ−Ｎ接合領域に施装した後、硬化させ
る。 ６）カバープレート９をダイオードチップ３の両面に取
り付け、接着剤で封止する。ＳＭＤ型整流器を製作す
る。

【００２９】図６は、この実施例において製作されたＳ
ＭＤ型整流器を示している。このステップでは、ガラス
繊維強化樹脂で作られたカバープレート９が、ステップ
１〜５で製作された組立品のダイオードチップの両面に
取り付けられる。これらのカバープレートが接着剤６で
封止された後、接着剤６は硬化される。その後、リード
８が折り曲げられ外部端子を形成し、表面実装ステップ
に適した整流器組立品が製作される。こうして製作され
たダイオードは、業界仕様に従って、試験、分離および
パッケージすることができよう。

【００３０】

【実施例３】セラミック板型半導体ダイオードの製作に
おける本発明の応用である。図７は、本発明の実施例で
製作されたセラミック板型半導体ダイオード組立品構造
物を示す。セラミック板型半導体ダイオードの製作は、
以下のステップを含む。 １）ダイオードチップの未被覆接合の拡散。ダイオード
ウェーハ３の両面にアルミニウム被膜を蒸着させる。そ
の後ウェーハ３は、サンドブラストを施し、円形のメサ
形チップに分離する。それらのチップを集め、溶剤で洗
浄し、酸で研磨する。 ２）モリブデン電極のろう付け。モリブデン負電極３１
をダイオードチップ３の上面に、モリブデン正電極３２
をチップ３の底面に取り付ける。電炉で加熱してアルミ
ニウム被膜を溶融することにより、モリブデン電極とダ
イオードチップとの間にアルミニウムろう付け結合部が
形成される。 ３）半組立ダイオードチップの未被覆接合の研磨および
酸化。ダイオードチップの未被覆接合を薬品によって研
磨および酸化する。 ４）ろう付けされた副組立品の取り付け。複数のユニッ
ト１ｂを含む絶縁体ボードを形成するように、高級アル
ミナセラミック板１に事前に切り込みを入れる。各ユニ
ットに１個の装着孔１ａを製作する。１個のろう付けさ
れた副組立品を絶縁体ユニット１ｂの装着孔１ａに位置
決めする。 ５）ろう付けされた副組立品のボンディング。ガラス粉
を純水と混練しスラリとし、ろう付けされた副組立品と
装着孔１ａとの間に施装する。その後組立品は、ガラス
２をガラス化するために電炉で加熱する。ダイオードチ
ップ３は被覆されると同時に、装着孔１ａに確実に結合
される。 ６）電極の組立、オーバモールディングおよび硬化。厚
膜銀ペーストを電極７１および７２を形成するためにス
クリーンプリンタにより絶縁体とダイオードチップの組
立品の両面にプリントする。また、厚膜ガラススラリも
スクリーンプリンタによりプリントし、加熱し、組立品
の各面にガラス被覆層を形成させる。 ７）端子のプリント。端子９および１０を厚膜銀スラリ
によりプリントし、焼結する。端子９および１０ならび
に電極７１および７２の未被覆領域を加熱半田の浸漬に
よって処理する。ダイオードチップと組立てられた絶縁
体ボードはその後、事前に作られた切溝で折り曲げら
れ、分離される。こうして、セラミック板型半導体ダイ
オード組立品が得られる。 ８）こうして製作されたダイオード組立品は、自動化に
より、試験、類別およびパッケージすることができよ
う。

【００３１】図８は、本発明の方法に従って製作された
セラミック板半導体ダイオードの断面図を示す。

【００３２】

【実施例４〜６】上記の製作方法は、若干の変更を加え
ることにより、以下の形式のダイオードの製作に応用す
ることができよう。 １）アキシャルリードダイオード ２）マルチチップ高圧ダイオード ３）ダイオード回路モジュール 当然ながら、本発明の同様の技術に従って他の２電極電
子部品を製作することも可能であろう。

【００３３】

【実施例７】ブリッジ整流器における本発明の応用であ
る。本発明は、ブリッジ整流器といったある種の複雑な
回路に応用可能である。本発明の方法を応用したブリッ
ジ整流器の製作は、以下のステップを含む。 １）１個のユニットが４個の装着孔を含む絶縁体部品を
製作する。 ２）実施例４のステップ２〜７に従って、ダイオードチ
ップを絶縁体の装着孔に取り付ける。 ３）ダイオードがブリッジ整流器としての電気回路を形
成するように、伝導部品をダイオードチップ組立品に取
り付ける。２個の負入力ならびに正出力および負出力に
よる４個の端子が形成される。こうして製作されたブリ
ッジ整流器を図９に示す。 ４）ブリッジ整流器はその後、必要に応じ、被覆また
は、カバープレートによって覆われる。

【００３４】この実施例では、絶縁体、伝導部品および
カバープレートは、未分離の部品による大型ボードとし
て製作することができよう。ダイオードチップおよびカ
バープレートの取り付けならびに伝導部品の溶接を含む
すべての製作ステップは、バッチ式に行うことができ
る。伝導部品の外部端子は、保護されていた端子穴によ
って処理できよう。

【００３５】

【発明の効果】本発明に従えば、シリコン半導体ダイオ
ード組立品の基本構造物は、絶縁体、ダイオードチップ
および接合材料を含む。絶縁体は、取付物および絶縁体
として機能する。接合材料は、ダイオードチップの未被
覆Ｐ−Ｎ接合の被覆材料として機能する。それ故、製造
コストを低減することができる。

【００３６】本発明の製作方法では、絶縁体ボードの未
分離の部品が採用される。多数のダイオードを同時に製
作することができる。製作ステップは単純化され、コス
トが低減される。

【００３７】本発明の方法は、Ｐ−Ｎ接合の被覆の有無
を問わずにダイオードチップおよびダイオードチップス
タックに適応することができる。チップ装着孔には、単
数または複数のダイオードチップを取り付けることがで
きる。伝導リードまたは回路を絶縁体構造物に事前にプ
リントしておき、特殊設計回路を製作することもでき
る。

【００３８】実際、こうして製作されたダイオード組立
品は、伝導部品と溶接したり、または、電極または伝導
部品の接続のために未被覆領域を保存しておくことがで
きる。伝導部品はダイオードチップの装着の前でも後で
も取り付けることができよう。伝導部品をダイオードチ
ップの後に取り付ける場合、それらは、絶縁体上または
ダイオードチップによって取り付けることができる。

【００３９】上述の通り、本発明のシリコン半導体ダイ
オード組立品は、従来技術とはまったく異なる新規な構
造物である。本発明の構造物および方法は、著しい効果
をもってシリコン半導体ダイオードの製作を容易にす
る。

【００４０】以上、好ましい実施例によって本発明を例
示説明したが、当業者は、本発明の精神および特許請求
の範囲を逸脱することなく、上記その他の変更が行え得
ることを認識するであろう。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のシリコン半導体ダイオードチップのダ
イオードチップと絶縁体の組立品構造物の例示図及びこ
の構造物のＡ−Ａ矢視断面図。

【図２】本発明のシリコン半導体ダイオードチップの製
作方法の実施例の流れ図。

【図３】本発明の一実施例の差込ピン型整流器の正面図
及びこの整流器のＢ−Ｂ矢視断面図。

【図４】本発明の方法によって製作された差込ピン型整
流器の断面図。

【図５】本発明の他の実施例のＳＭＤ型シリコン整流器
の正面図およびこの整流器のＣ−Ｃ矢視断面図。

【図６】本発明の方法によって製作されたＳＭＤ型シリ
コン整流器の組立品構造物の例示図。

【図７】本発明のさらに他の実施例のセラミック板半導
体ダイオード組立品構造物の例示図。

【図８】本発明の方法に従って製作されたセラミック板
半導体ダイオードの断面図。

【図９】本発明の方法に従って製作されたブリッジ整流
器構造物の例示図。

【符号の説明】

１ 絶縁体 ２ 接合材料 ３ シリコン半導体ダイオードチップ

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】各絶縁体ユニットが１個以上のダイオード
   チップのための１個以上の装着孔を含む複数の絶縁体ユ
   ニットを有する絶縁体ボードと、 前記絶縁体ボードの前記１個以上の装着孔の１つに、対
   応する装着孔から一定の距離を置いて取り付けられた１
   個以上のダイオードチップと、 前記対応する装着孔に前記１個以上のダイオードチップ
   を結合するための接合材料とを含む、 ダイオードチップおよび絶縁体の構造物であって、 前記接合材料が前記１個以上のダイオードチップの被覆
   材料として機能し、かつ、前記接合材料は対応する装着
   孔に面していない表面には被覆されないことを特徴とす
   る構造物。
2. 【請求項２】１個以上のダイオードチップの製作工程
   と、 複数の絶縁体ユニットを有する絶縁体ボードの製作工程
   と、 前記絶縁体ユニットの各々に前記１個以上のダイオード
   チップのための１個以上の装着孔を製作する工程と、 前記装着孔に接合材料を施装する工程と、 前記接合材料は前記１個以上のダイオードチップを前記
   １個以上の装着孔に結合できるものであり、 さらに、前記１個以上のダイオードチップを前記１個以
   上の装着孔に取り付ける工程とを含む、 ダイオード部品組立品の製作方法であって、 前記接合材料が対応する装着孔に面していない表面には
   被覆されないことを特徴とする製作方法。
3. 【請求項３】複数の絶縁体ユニットを有する絶縁体ボー
   ドを製作する工程と、 前記絶縁体ユニットの各々に複数の装着孔を製作する工
   程と、 複数のダイオードチップを製作する工程と、 前記複数のダイオードチップのうちの１個以上を前記複
   数の装着孔のうちの１個以上に取り付ける工程と、 前記１個以上のダイオードチップと前記１個以上の装着
   孔との間に接合材料を施装する工程とを含む、 複数の回路部品を含む回路組立品の製作方法であって、 前記接合材料が対応する装着孔に面していない表面には
   被覆されないことを特徴とする製作方法。