JPH10215552A - 交流発電機の整流装置とその製造方法 - Google Patents
交流発電機の整流装置とその製造方法Info
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- JPH10215552A JPH10215552A JP9060953A JP6095397A JPH10215552A JP H10215552 A JPH10215552 A JP H10215552A JP 9060953 A JP9060953 A JP 9060953A JP 6095397 A JP6095397 A JP 6095397A JP H10215552 A JPH10215552 A JP H10215552A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 交流発電機の整流装置において、中間部材の
追加なしで、樹脂封止構造による簡潔な構成でもって、
耐熱寿命の向上を図る。 【解決手段】 半導体チップ170と両電極体171、
173との接合部分を絶縁封止する樹脂製の絶縁部材1
75を備える樹脂封止構造において、この絶縁部材17
5を大気圧を越える高圧で充填しモ−ルド成型して絶縁
部材175に残留圧縮応力を発生させる。そして、この
残留圧縮応力を半導体チップ170より線膨張率の大き
い第1および第2の電極体171、173に作用させる
ことにより、半導体チップ170の接合面に対し平行方
向の自由膨張を抑制することで、半田172、174の
熱歪みを低減し、熱疲労寿命を向上する。
追加なしで、樹脂封止構造による簡潔な構成でもって、
耐熱寿命の向上を図る。 【解決手段】 半導体チップ170と両電極体171、
173との接合部分を絶縁封止する樹脂製の絶縁部材1
75を備える樹脂封止構造において、この絶縁部材17
5を大気圧を越える高圧で充填しモ−ルド成型して絶縁
部材175に残留圧縮応力を発生させる。そして、この
残留圧縮応力を半導体チップ170より線膨張率の大き
い第1および第2の電極体171、173に作用させる
ことにより、半導体チップ170の接合面に対し平行方
向の自由膨張を抑制することで、半田172、174の
熱歪みを低減し、熱疲労寿命を向上する。
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は交流発電機の交流出
力を直流出力に変換する整流装置に関するもので、特に
車両用交流発電機のごとく温度変動の激しい環境下で使
用される整流装置に用いて好適なものである。
力を直流出力に変換する整流装置に関するもので、特に
車両用交流発電機のごとく温度変動の激しい環境下で使
用される整流装置に用いて好適なものである。
【0002】
【従来の技術】従来、車両用交流発電機の整流装置にお
いては、その搭載場所であるエンジンルーム内の温度変
動、あるいは車両側電気負荷の変動による発電機の発熱
量の変動等の影響を受けるため、整流用の半導体チップ
は広範な温度範囲に及ぶ冷熱の繰り返しを受けることに
なる。
いては、その搭載場所であるエンジンルーム内の温度変
動、あるいは車両側電気負荷の変動による発電機の発熱
量の変動等の影響を受けるため、整流用の半導体チップ
は広範な温度範囲に及ぶ冷熱の繰り返しを受けることに
なる。
【0003】ところで、車両交流発電機の整流装置に
は、一般に50〜150A程度の大きな電流が流れるた
め、半導体チップの電気的接合のためにワイヤボンドな
どの細い電極を使うことができず、電極体と半導体チッ
プを広い接合面積で接合部材にて接合する必要がある。
このため、整流用の半導体チップの一方の面に、半田等
の接合部材にて第1の電極体を接合し、また、半導体チ
ップの他方の面には半田等の接合部材にて第2の電極体
を接合している。これらの第1、第2の電極体は、通
常、銅系、あるいは鉄系の金属で形成されている。ここ
で、これらの電極体が例えば、銅系金属で形成されてい
る場合は、その線膨張率が17ppm/°C程度であ
り、一方、半導体チップの線膨張率はSi:3ppm/
°Cであり、両者の間では、線膨張率が大きく異なって
いる。
は、一般に50〜150A程度の大きな電流が流れるた
め、半導体チップの電気的接合のためにワイヤボンドな
どの細い電極を使うことができず、電極体と半導体チッ
プを広い接合面積で接合部材にて接合する必要がある。
このため、整流用の半導体チップの一方の面に、半田等
の接合部材にて第1の電極体を接合し、また、半導体チ
ップの他方の面には半田等の接合部材にて第2の電極体
を接合している。これらの第1、第2の電極体は、通
常、銅系、あるいは鉄系の金属で形成されている。ここ
で、これらの電極体が例えば、銅系金属で形成されてい
る場合は、その線膨張率が17ppm/°C程度であ
り、一方、半導体チップの線膨張率はSi:3ppm/
°Cであり、両者の間では、線膨張率が大きく異なって
いる。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】その結果、上記した半
導体チップが広範な冷熱の繰り返し(冷熱サイクル)を
受けると、上記線膨張率の差に起因する歪みが半田等の
接合部材に加わり、この接合部材にクラックが発生す
る。このクラックが発生すると、通電経路である接合部
材の断面積が減少し、電気抵抗が増大することで発熱が
増加するとともに、接合部材を通しての放熱量が低下し
て、半導体チップの温度が異常に上昇するため、接合部
材の溶融ならびに半導体チップが耐熱限界に達して、整
流機能を消失し、故障状態となる。
導体チップが広範な冷熱の繰り返し(冷熱サイクル)を
受けると、上記線膨張率の差に起因する歪みが半田等の
接合部材に加わり、この接合部材にクラックが発生す
る。このクラックが発生すると、通電経路である接合部
材の断面積が減少し、電気抵抗が増大することで発熱が
増加するとともに、接合部材を通しての放熱量が低下し
て、半導体チップの温度が異常に上昇するため、接合部
材の溶融ならびに半導体チップが耐熱限界に達して、整
流機能を消失し、故障状態となる。
【0005】このように半導体チップの両面に半田等の
接合部材にて半導体チップと大きく線膨張率の異なる電
極体を接合する構造は、半導体チップにワイヤボンドで
電気的接合を行うタイプに比較し、半導体チップ両面
で、上記した歪みが半田等の接合部材に加わるため、対
策が非常に困難であった。そこで、特公平7−1207
36号公報では、上記した線膨張率の差に起因する歪み
を低減するために、上記両電極体のいずれか一方または
両方と半導体チップとの間に、電極体と半導体チップと
の中間の線膨張率を持つ中間部材を介在させることが提
案されている。
接合部材にて半導体チップと大きく線膨張率の異なる電
極体を接合する構造は、半導体チップにワイヤボンドで
電気的接合を行うタイプに比較し、半導体チップ両面
で、上記した歪みが半田等の接合部材に加わるため、対
策が非常に困難であった。そこで、特公平7−1207
36号公報では、上記した線膨張率の差に起因する歪み
を低減するために、上記両電極体のいずれか一方または
両方と半導体チップとの間に、電極体と半導体チップと
の中間の線膨張率を持つ中間部材を介在させることが提
案されている。
【0006】しかし、この対策では、中間部材の追加に
より熱抵抗が増大して温度が上昇するとともに、部品点
数の増加と組付性悪化とにより大幅なコストアップを招
くという不具合がある。また、特開平4−229639
号公報では、半導体チップ部分をエポキシ系絶縁部材に
て封止する構造が提案されている。この公報の樹脂封止
構造は成型後の樹脂の収縮を利用して半導体チップの接
合面に対して略垂直方向の圧力を電極体に作用させるこ
とで、電極体と半導体チップとの接合部材にクラックが
発生しても、必要な通電経路を確保しようとするもので
ある。
より熱抵抗が増大して温度が上昇するとともに、部品点
数の増加と組付性悪化とにより大幅なコストアップを招
くという不具合がある。また、特開平4−229639
号公報では、半導体チップ部分をエポキシ系絶縁部材に
て封止する構造が提案されている。この公報の樹脂封止
構造は成型後の樹脂の収縮を利用して半導体チップの接
合面に対して略垂直方向の圧力を電極体に作用させるこ
とで、電極体と半導体チップとの接合部材にクラックが
発生しても、必要な通電経路を確保しようとするもので
ある。
【0007】この通電経路の確保により電気抵抗の増大
や放熱量の低下を抑制して、半導体チップの温度の異常
上昇をある程度抑制できるものである。しかし、この樹
脂封止構造は、成型後の樹脂の収縮を利用して圧力を電
極体に作用させるだけのものであるから、本来的に、線
膨張率の差に起因する接合部材の歪みを低減できるもの
ではない。そのため、若干の寿命向上効果はあるもの
の、接合部材の歪みの発生に対する根本的な解決にはな
っていなかった。
や放熱量の低下を抑制して、半導体チップの温度の異常
上昇をある程度抑制できるものである。しかし、この樹
脂封止構造は、成型後の樹脂の収縮を利用して圧力を電
極体に作用させるだけのものであるから、本来的に、線
膨張率の差に起因する接合部材の歪みを低減できるもの
ではない。そのため、若干の寿命向上効果はあるもの
の、接合部材の歪みの発生に対する根本的な解決にはな
っていなかった。
【0008】すなわち、本発明者らが上記樹脂封止構造
に関して実際に試作検討して、整流装置の耐熱寿命を評
価したところ、上記樹脂封止構造ではカップ状に形成さ
れた電極体の凹所内に半導体チップを配置するととも
に、この電極体の凹所内に半導体チップを覆うようにし
て液状樹脂をポッティングする構成であるため、この液
状樹脂により成型された絶縁部材が接合部材の歪みの発
生抑止に十分貢献できず、整流装置の耐熱寿命が市場の
要求基準に対して不十分なものとなることが分かった。
に関して実際に試作検討して、整流装置の耐熱寿命を評
価したところ、上記樹脂封止構造ではカップ状に形成さ
れた電極体の凹所内に半導体チップを配置するととも
に、この電極体の凹所内に半導体チップを覆うようにし
て液状樹脂をポッティングする構成であるため、この液
状樹脂により成型された絶縁部材が接合部材の歪みの発
生抑止に十分貢献できず、整流装置の耐熱寿命が市場の
要求基準に対して不十分なものとなることが分かった。
【0009】このことについて、さらに詳述すると、従
来の液状樹脂をポッティングする樹脂封止構造において
は、電極体のカップ状の凹所内に液状樹脂を圧力をかけ
ずに、単に充填(注入)するだけであるので、樹脂充填
時に樹脂への残留圧縮応力が発生することはない。その
結果、絶縁部材による、電極体の自由膨張抑制作用が不
十分なものとなることが判明した。
来の液状樹脂をポッティングする樹脂封止構造において
は、電極体のカップ状の凹所内に液状樹脂を圧力をかけ
ずに、単に充填(注入)するだけであるので、樹脂充填
時に樹脂への残留圧縮応力が発生することはない。その
結果、絶縁部材による、電極体の自由膨張抑制作用が不
十分なものとなることが判明した。
【0010】また、ポッティングでは、上記のごとく電
極体のカップ状の凹所内に液状樹脂を圧力をかけずに、
充填するという手法を用いているので、樹脂成型法の性
質上、樹脂の粘度をあげることができない(粘度があが
ると、ポッティングすることができなくなる)。そのた
め、ガラス転移温度を高めると、樹脂の粘度が上昇して
しまうため、粘度の上昇防止のために、樹脂材料のガラ
ス転移温度を高めることができなかった。
極体のカップ状の凹所内に液状樹脂を圧力をかけずに、
充填するという手法を用いているので、樹脂成型法の性
質上、樹脂の粘度をあげることができない(粘度があが
ると、ポッティングすることができなくなる)。そのた
め、ガラス転移温度を高めると、樹脂の粘度が上昇して
しまうため、粘度の上昇防止のために、樹脂材料のガラ
ス転移温度を高めることができなかった。
【0011】具体的にはエポキシ系ポッティング樹脂で
は140℃程度のガラス転移温度が限界であった。これ
に伴い、半導体チップ部の樹脂系絶縁部材の使用温度
(例えば、180°C)に対して、エポキシ系ポッティ
ング樹脂のガラス転移温度が140°C程度であるの
で、半導体チップ部の使用温度がガラス転移温度を大幅
に越えることになり、エポキシ系絶縁部材175の弾性
率(ヤング率)が大幅に低下する。これにより、エポキ
シ系ポッティング樹脂の封止構造による、電極体の自由
膨張の抑制力が大幅に低下してしまう。
は140℃程度のガラス転移温度が限界であった。これ
に伴い、半導体チップ部の樹脂系絶縁部材の使用温度
(例えば、180°C)に対して、エポキシ系ポッティ
ング樹脂のガラス転移温度が140°C程度であるの
で、半導体チップ部の使用温度がガラス転移温度を大幅
に越えることになり、エポキシ系絶縁部材175の弾性
率(ヤング率)が大幅に低下する。これにより、エポキ
シ系ポッティング樹脂の封止構造による、電極体の自由
膨張の抑制力が大幅に低下してしまう。
【0012】つまり、従来のようなポッティング封止構
造では、残留圧縮応力が働かないばかりでなく、高温時
の樹脂の弾性率(ヤング率)の大幅低下により、冷熱の
繰り返しによる接合部材の歪みを低減できず、接合部材
にクラックが発生し、上述の問題を引き起こすことが分
かった。本発明は上記点に鑑みてなされたもので、交流
発電機の整流装置において、中間部材の追加なしで、樹
脂封止構造による簡潔な構成でもって、接合部材の歪み
の発生を効果的に抑制して、耐熱寿命の向上を図ること
を目的とする。
造では、残留圧縮応力が働かないばかりでなく、高温時
の樹脂の弾性率(ヤング率)の大幅低下により、冷熱の
繰り返しによる接合部材の歪みを低減できず、接合部材
にクラックが発生し、上述の問題を引き起こすことが分
かった。本発明は上記点に鑑みてなされたもので、交流
発電機の整流装置において、中間部材の追加なしで、樹
脂封止構造による簡潔な構成でもって、接合部材の歪み
の発生を効果的に抑制して、耐熱寿命の向上を図ること
を目的とする。
【0013】
【課題を解決するための手段】本発明では、半導体チッ
プ(170)と両電極体(171、173)との接合部
分を絶縁封止する樹脂製の絶縁部材(175)を備える
樹脂封止構造において、この絶縁部材(175)を高圧
で充填し残留圧縮応力を発生させることに着目して、こ
の残留圧縮応力が半導体チップ(170)より線膨張率
の大きい第1および第2の電極体(171、173)に
作用することにより半導体チップ(170)の接合面に
対し平行方向の自由膨張を抑制することで、接合部材
(半田)の熱歪みを低減し、熱疲労寿命を向上すること
を見い出したのである。
プ(170)と両電極体(171、173)との接合部
分を絶縁封止する樹脂製の絶縁部材(175)を備える
樹脂封止構造において、この絶縁部材(175)を高圧
で充填し残留圧縮応力を発生させることに着目して、こ
の残留圧縮応力が半導体チップ(170)より線膨張率
の大きい第1および第2の電極体(171、173)に
作用することにより半導体チップ(170)の接合面に
対し平行方向の自由膨張を抑制することで、接合部材
(半田)の熱歪みを低減し、熱疲労寿命を向上すること
を見い出したのである。
【0014】すなわち、請求項1に記載の発明では、交
流発電機の整流装置において、絶縁部材(175)を、
大気圧を越える高圧で充填しモ−ルド成型して絶縁部材
(175)に残留圧縮応力を発生させるようにしたこと
を特徴としている。しかも、この残留圧縮応力を効果的
に作用させるために、第1の電極体(171)は基底部
(171e)から所定高さ(H)だけ底上げされた半導
体チップ搭載部(171c)を有しており、かつ第1の
電極体(171)のうち、半導体チップ搭載部(171
c)の外周側の部位に、半導体チップ搭載部(171
c)より所定間隔開けて、半導体チップ(170)側へ
延びる側壁部(171b)を形成している。
流発電機の整流装置において、絶縁部材(175)を、
大気圧を越える高圧で充填しモ−ルド成型して絶縁部材
(175)に残留圧縮応力を発生させるようにしたこと
を特徴としている。しかも、この残留圧縮応力を効果的
に作用させるために、第1の電極体(171)は基底部
(171e)から所定高さ(H)だけ底上げされた半導
体チップ搭載部(171c)を有しており、かつ第1の
電極体(171)のうち、半導体チップ搭載部(171
c)の外周側の部位に、半導体チップ搭載部(171
c)より所定間隔開けて、半導体チップ(170)側へ
延びる側壁部(171b)を形成している。
【0015】さらに、この側壁部(171b)の軸方向
の高さ(h)を半導体チップ搭載部(171c)の高さ
(H)以上とし、かつ、この側壁部(171b)の軸方
向と直交する方向の厚さ(L)を第1の電極体(17
1)の半導体チップ搭載部(171c)の軸方向の厚さ
(M)より小さくし、また、第1の電極体(171)の
外周部に、取付部材(17c、17d)を機械的に固定
するための取付部(171a )を形成し、絶縁部材(1
75)を構成する樹脂材料として、無機質の充填剤を5
0%(重量%)以上混入して弾性率を上げたものを用
い、第1電極体(171)の半導体チップ搭載部(17
1c)と側壁部(171b)の間、および第2の電極体
(173)と側壁部(171b)の間に絶縁部材(17
5)をモ−ルド成型している。
の高さ(h)を半導体チップ搭載部(171c)の高さ
(H)以上とし、かつ、この側壁部(171b)の軸方
向と直交する方向の厚さ(L)を第1の電極体(17
1)の半導体チップ搭載部(171c)の軸方向の厚さ
(M)より小さくし、また、第1の電極体(171)の
外周部に、取付部材(17c、17d)を機械的に固定
するための取付部(171a )を形成し、絶縁部材(1
75)を構成する樹脂材料として、無機質の充填剤を5
0%(重量%)以上混入して弾性率を上げたものを用
い、第1電極体(171)の半導体チップ搭載部(17
1c)と側壁部(171b)の間、および第2の電極体
(173)と側壁部(171b)の間に絶縁部材(17
5)をモ−ルド成型している。
【0016】請求項1に記載の発明によると、側壁部
(171b)の軸方向の高さ(h)を半導体チップ搭載
部(171c)の高さ(H)以上とすることにより、絶
縁部材(175)の成型時に残留圧縮応力を効果的に発
生させるとともに、成型後、この整流装置を他の部品に
固定する時に、絶縁部材(175)に熱を加えない固定
方法である機械的な固定手段(圧入嵌合、ネジ止め等)
を用いているため、一旦発生した絶縁部材(175)の
残留圧縮応力を製造工程で緩和させることなく維持する
ことができ、第1および第2の電極体(171、17
3)の自由膨張を良好に抑制できる。
(171b)の軸方向の高さ(h)を半導体チップ搭載
部(171c)の高さ(H)以上とすることにより、絶
縁部材(175)の成型時に残留圧縮応力を効果的に発
生させるとともに、成型後、この整流装置を他の部品に
固定する時に、絶縁部材(175)に熱を加えない固定
方法である機械的な固定手段(圧入嵌合、ネジ止め等)
を用いているため、一旦発生した絶縁部材(175)の
残留圧縮応力を製造工程で緩和させることなく維持する
ことができ、第1および第2の電極体(171、17
3)の自由膨張を良好に抑制できる。
【0017】また、側壁部(171b)の軸方向と直交
する方向の厚さ(L)を第1の電極体(171)の半導
体チップ搭載部(171c)の軸方向の厚さ(M)より
小さくして、側壁部(171b)の強度を相対的に小さ
くすることにより、絶縁部材(175)の成型後に、残
留圧縮応力による過大な力が半導体チップ部に作用する
のを側壁部(171b)の変形にて吸収できる。
する方向の厚さ(L)を第1の電極体(171)の半導
体チップ搭載部(171c)の軸方向の厚さ(M)より
小さくして、側壁部(171b)の強度を相対的に小さ
くすることにより、絶縁部材(175)の成型後に、残
留圧縮応力による過大な力が半導体チップ部に作用する
のを側壁部(171b)の変形にて吸収できる。
【0018】さらに、絶縁部材(175)に無機質の充
填剤を混入し、この含有率を50%(重量%)以上とす
ることで急激に弾性率が上昇すること(図3)に着目
し、無機質の充填剤を50%以上とすることで、絶縁部
材(175)の弾性率を高めているから、高温の使用環
境の下でも、モールド成型時に発生させた残留圧縮応力
を良好に維持することができ、熱疲労寿命を一層向上で
きる。
填剤を混入し、この含有率を50%(重量%)以上とす
ることで急激に弾性率が上昇すること(図3)に着目
し、無機質の充填剤を50%以上とすることで、絶縁部
材(175)の弾性率を高めているから、高温の使用環
境の下でも、モールド成型時に発生させた残留圧縮応力
を良好に維持することができ、熱疲労寿命を一層向上で
きる。
【0019】これにより、冷熱の繰り返しがあっても、
絶縁部材(175)の残留圧縮応力が半導体チップ(1
70)より線膨張率の大きい第1および第2の電極体
(171、173)に作用することにより、半導体チッ
プ(170)の接合面に対する両電極体の平行方向の自
由膨張を効果的に抑制できる。この結果、接合部材(半
田)の熱歪みを低減し、整流装置の熱疲労寿命および耐
熱性の大幅向上を図ることができる。
絶縁部材(175)の残留圧縮応力が半導体チップ(1
70)より線膨張率の大きい第1および第2の電極体
(171、173)に作用することにより、半導体チッ
プ(170)の接合面に対する両電極体の平行方向の自
由膨張を効果的に抑制できる。この結果、接合部材(半
田)の熱歪みを低減し、整流装置の熱疲労寿命および耐
熱性の大幅向上を図ることができる。
【0020】しかも、圧力を付加するモ−ルド成型にて
絶縁部材(175)を成形しているから、絶縁部材(1
75)のガラス転移温度を高くしても成形が可能であ
り、従って、絶縁部材(175)の樹脂材料としてガラ
ス転移温度の高いものを用いることができ、高温の使用
環境下における接合部材の熱歪み低減効果を確保でき
る。
絶縁部材(175)を成形しているから、絶縁部材(1
75)のガラス転移温度を高くしても成形が可能であ
り、従って、絶縁部材(175)の樹脂材料としてガラ
ス転移温度の高いものを用いることができ、高温の使用
環境下における接合部材の熱歪み低減効果を確保でき
る。
【0021】請求項2記載の発明では、絶縁部材(17
5)のガラス転移温度をTG とし、前記絶縁部材(17
5)の使用温度をT0 としたとき、TG >(T0 −40
°C)の関係に設定したことを特徴としている。本発明
者らの実験検討から、絶縁部材(175)をそのガラス
転移温度の40°C高い温度以下で使用すれば、絶縁部
材(175)の弾性率の低下の影響を最小限にとどめ、
実質的に整流装置の熱疲労寿命を向上できることを見い
出した。請求項2に記載の発明ではこの知見に基づいて
絶縁部材(175)のガラス転移温度の範囲を限定して
いる。
5)のガラス転移温度をTG とし、前記絶縁部材(17
5)の使用温度をT0 としたとき、TG >(T0 −40
°C)の関係に設定したことを特徴としている。本発明
者らの実験検討から、絶縁部材(175)をそのガラス
転移温度の40°C高い温度以下で使用すれば、絶縁部
材(175)の弾性率の低下の影響を最小限にとどめ、
実質的に整流装置の熱疲労寿命を向上できることを見い
出した。請求項2に記載の発明ではこの知見に基づいて
絶縁部材(175)のガラス転移温度の範囲を限定して
いる。
【0022】次に、請求項3に記載の発明では、絶縁部
材(175)のガラス転移温度(T G )を、絶縁部材
(175)の使用温度(T0 )以上に設定したことを特
徴としている。これによると、使用環境下での絶縁部材
(175)の弾性率(ヤング率)の低下がなくなるの
で、この弾性率低下による、第1、第2の電極体(17
1、173)の自由膨張の抑制効果の低下を防止でき、
本発明による効果を最大限に発揮できる。
材(175)のガラス転移温度(T G )を、絶縁部材
(175)の使用温度(T0 )以上に設定したことを特
徴としている。これによると、使用環境下での絶縁部材
(175)の弾性率(ヤング率)の低下がなくなるの
で、この弾性率低下による、第1、第2の電極体(17
1、173)の自由膨張の抑制効果の低下を防止でき、
本発明による効果を最大限に発揮できる。
【0023】請求項4記載の発明では、絶縁部材(17
5)のガラス転移温度(TG )を、140°Cより高く
したことを特徴としており、また、請求項5記載の発明
では、絶縁部材(175)のガラス転移温度(TG )
を、180°C以上に設定したことを特徴としている。
整流装置の実際の使用環境における絶縁部材(175)
の使用温度は180°C付近であり、このことを考慮し
て、請求項4、5記載の発明では、絶縁部材(175)
のガラス転移温度を具体的に限定するものであり、請求
項2、3に対応した作用効果を発揮できる。
5)のガラス転移温度(TG )を、140°Cより高く
したことを特徴としており、また、請求項5記載の発明
では、絶縁部材(175)のガラス転移温度(TG )
を、180°C以上に設定したことを特徴としている。
整流装置の実際の使用環境における絶縁部材(175)
の使用温度は180°C付近であり、このことを考慮し
て、請求項4、5記載の発明では、絶縁部材(175)
のガラス転移温度を具体的に限定するものであり、請求
項2、3に対応した作用効果を発揮できる。
【0024】なお、上述の説明から理解されるように、
第1および第2の電極体(171、173)の近傍の温
度が本発明の特徴である残留圧縮応力と関係が深いた
め、上記請求項2〜5における絶縁部材(175)の使
用温度とは、絶縁部材それ自体の温度ではなく、第1ま
たは第2の電極体の温度としてもよい。次に、請求項6
に記載の発明では、側壁部(171b)が絶縁部材(1
75)の内部に埋設されていることを特徴としている。
第1および第2の電極体(171、173)の近傍の温
度が本発明の特徴である残留圧縮応力と関係が深いた
め、上記請求項2〜5における絶縁部材(175)の使
用温度とは、絶縁部材それ自体の温度ではなく、第1ま
たは第2の電極体の温度としてもよい。次に、請求項6
に記載の発明では、側壁部(171b)が絶縁部材(1
75)の内部に埋設されていることを特徴としている。
【0025】これによると、側壁部(171b)の埋設
により、側壁部(171b)の剥離が発生しにくいとと
もに絶縁部材(175)の沿面距離が長くなり、絶縁性
能を向上できる。請求項7記載の発明では、取付部材
は、冷却ファン(9)により強制通風される放熱板(1
7c、17d)であり、側壁部(171b)が冷却ファ
ン(9)により強制通風される通風路中に露出している
ことを特徴としている。
により、側壁部(171b)の剥離が発生しにくいとと
もに絶縁部材(175)の沿面距離が長くなり、絶縁性
能を向上できる。請求項7記載の発明では、取付部材
は、冷却ファン(9)により強制通風される放熱板(1
7c、17d)であり、側壁部(171b)が冷却ファ
ン(9)により強制通風される通風路中に露出している
ことを特徴としている。
【0026】これによると、放熱板(17c、17d)
に加え、第1の電極体(171)と一体化された側壁部
(171b)も同時に強制空冷することができるので、
効率よく絶縁部材(175)の温度低減ができ、絶縁部
材(175)を構成する樹脂の温度をそのガラス転移温
度以下にすることで熱疲労寿命を向上させることができ
る。
に加え、第1の電極体(171)と一体化された側壁部
(171b)も同時に強制空冷することができるので、
効率よく絶縁部材(175)の温度低減ができ、絶縁部
材(175)を構成する樹脂の温度をそのガラス転移温
度以下にすることで熱疲労寿命を向上させることができ
る。
【0027】請求項8記載の発明では、第1の電極体
(171)の取付部が、放熱板(17c、17d)に圧
入により固定される嵌合部(171a )であり、この嵌
合部(171a )を、第1の電極体(171)の外周部
のうち、半導体チップ搭載部(171c)の頂部より低
い部位に形成したことを特徴としている。
(171)の取付部が、放熱板(17c、17d)に圧
入により固定される嵌合部(171a )であり、この嵌
合部(171a )を、第1の電極体(171)の外周部
のうち、半導体チップ搭載部(171c)の頂部より低
い部位に形成したことを特徴としている。
【0028】これによると、第1の電極体(171)を
放熱板(17c、17d)に対して、圧入固定という、
熱ストレスのない、しかも簡便な手段にて能率良く取付
できる。しかも、嵌合部(171a )が、第1の電極体
(171)の外周部のうち、半導体チップ搭載部(17
1c)の頂部より低い部位に位置しているので、圧入固
定の際の過大な力が半導体チップ部に作用するのを防止
できる。
放熱板(17c、17d)に対して、圧入固定という、
熱ストレスのない、しかも簡便な手段にて能率良く取付
できる。しかも、嵌合部(171a )が、第1の電極体
(171)の外周部のうち、半導体チップ搭載部(17
1c)の頂部より低い部位に位置しているので、圧入固
定の際の過大な力が半導体チップ部に作用するのを防止
できる。
【0029】請求項9記載の発明では、半導体チップ
(170)の側面が絶縁部材(175)とは別の密封作
用に優れた絶縁密封材(176)により密封されている
とともに、第1の電極体の基底部(171e )におけ
る、絶縁密封材(176)の膜厚(176a)が半導体
チップ搭載部(171c)の高さ(H)より小さいこと
を特徴としている。
(170)の側面が絶縁部材(175)とは別の密封作
用に優れた絶縁密封材(176)により密封されている
とともに、第1の電極体の基底部(171e )におけ
る、絶縁密封材(176)の膜厚(176a)が半導体
チップ搭載部(171c)の高さ(H)より小さいこと
を特徴としている。
【0030】これによると、絶縁部材(175)の高圧
成型時に、絶縁密封材(176)の介在により半導体チ
ップ(170)の欠けなどの損傷、または電気特性の悪
化を防止できる。しかも、上記膜厚(176a)の寸法
設定により第1の電極体(171)の自由膨張の抑制効
果をも確保できる。請求項10記載の発明では、絶縁部
材(175)の線膨張率が第1の電極体(171)およ
び第2の電極体(173)の線膨張率より大きいことを
特徴としている。
成型時に、絶縁密封材(176)の介在により半導体チ
ップ(170)の欠けなどの損傷、または電気特性の悪
化を防止できる。しかも、上記膜厚(176a)の寸法
設定により第1の電極体(171)の自由膨張の抑制効
果をも確保できる。請求項10記載の発明では、絶縁部
材(175)の線膨張率が第1の電極体(171)およ
び第2の電極体(173)の線膨張率より大きいことを
特徴としている。
【0031】これにより、絶縁部材(175)の残留圧
縮応力の他に、絶縁部材(175)の膨張による反力効
果が加わるので、側壁部(171b)による第1、第2
の電極体(171、173)への膨張抑制作用を一層向
上できる。請求項11記載の発明では、第1の電極体
(171)の半導体チップ搭載部(171c)の最外径
を半導体チップ(170)の最外径以上にしたことを特
徴としており、また、請求項12記載の発明では、半導
体チップ(170)の最外径を第2の電極体(173)
の最外径以上にしたことを特徴としている。
縮応力の他に、絶縁部材(175)の膨張による反力効
果が加わるので、側壁部(171b)による第1、第2
の電極体(171、173)への膨張抑制作用を一層向
上できる。請求項11記載の発明では、第1の電極体
(171)の半導体チップ搭載部(171c)の最外径
を半導体チップ(170)の最外径以上にしたことを特
徴としており、また、請求項12記載の発明では、半導
体チップ(170)の最外径を第2の電極体(173)
の最外径以上にしたことを特徴としている。
【0032】これにより、請求項11記載の発明では、
半導体チップ(170)のうち、第1の電極体(17
1)側の面にアンダ−カット形状が発生しないため、絶
縁部材(175)による半導体チップ(170)への過
大な応力印加を緩和できる。また、請求項12記載の発
明では、半導体チップ(170)のうち、第2の電極体
(173)側の面にアンダ−カット形状が発生しないた
め、絶縁部材(175)による半導体チップ(170)
への過大な応力印加を緩和できる。
半導体チップ(170)のうち、第1の電極体(17
1)側の面にアンダ−カット形状が発生しないため、絶
縁部材(175)による半導体チップ(170)への過
大な応力印加を緩和できる。また、請求項12記載の発
明では、半導体チップ(170)のうち、第2の電極体
(173)側の面にアンダ−カット形状が発生しないた
め、絶縁部材(175)による半導体チップ(170)
への過大な応力印加を緩和できる。
【0033】請求項13記載の発明では、車両エンジン
から回転動力が伝達されて回転するロータ(4)を有す
る車両用交流発電機に適用される整流装置であって、前
記冷却ファンは、冷却空気を送風する遠心式冷却ファン
(9)であり、この遠心式冷却ファン(9)の空気送風
路に前記放熱板(17c、17d)が配置されているこ
とを特徴としている。
から回転動力が伝達されて回転するロータ(4)を有す
る車両用交流発電機に適用される整流装置であって、前
記冷却ファンは、冷却空気を送風する遠心式冷却ファン
(9)であり、この遠心式冷却ファン(9)の空気送風
路に前記放熱板(17c、17d)が配置されているこ
とを特徴としている。
【0034】これにより、放熱板(17c、17d)を
遠心式冷却ファン(9)の空気送風により効率よく冷却
でき、整流装置の熱疲労寿命を向上できる。請求項14
記載の発明では、空気送風路の風上側に第1の電極体
(171)を向けて、第1の電極体(171)を放熱板
(17c、17d)に固定したことを特徴としている。
遠心式冷却ファン(9)の空気送風により効率よく冷却
でき、整流装置の熱疲労寿命を向上できる。請求項14
記載の発明では、空気送風路の風上側に第1の電極体
(171)を向けて、第1の電極体(171)を放熱板
(17c、17d)に固定したことを特徴としている。
【0035】これにより、第1の電極体(171)を冷
却空気の流れの入口部に配置して、冷却ファン(9)に
より外気とともに導入される塩水分等が第2の電極体
(173)および絶縁部材(175)に直接当たるのを
抑制できるので、塩水分等が第2の電極体(173)や
絶縁部材(175)の表面に付着することを防止でき
る。その結果、塩水分等の付着による電気的リ−ク、電
食の発生を効果的に防止できる。
却空気の流れの入口部に配置して、冷却ファン(9)に
より外気とともに導入される塩水分等が第2の電極体
(173)および絶縁部材(175)に直接当たるのを
抑制できるので、塩水分等が第2の電極体(173)や
絶縁部材(175)の表面に付着することを防止でき
る。その結果、塩水分等の付着による電気的リ−ク、電
食の発生を効果的に防止できる。
【0036】請求項15記載の発明は、請求項1記載の
発明と同様の技術的手段を有するものであって、絶縁部
材(175)の残留圧縮応力が半導体チップ(170)
より線膨張率の大きい第1および第2の電極体(17
1、173)に作用することにより、半導体チップ(1
70)の接合面に対する両電極体の平行方向の自由膨張
を効果的に抑制できる。
発明と同様の技術的手段を有するものであって、絶縁部
材(175)の残留圧縮応力が半導体チップ(170)
より線膨張率の大きい第1および第2の電極体(17
1、173)に作用することにより、半導体チップ(1
70)の接合面に対する両電極体の平行方向の自由膨張
を効果的に抑制できる。
【0037】また、請求項16記載の発明は、請求項1
5記載の発明に比較して、絶縁部材(175)を構成す
る樹脂材料として、ガラス転移温度が140°Cより高
く、弾性率が7000MPa以上であるものを用いるこ
とを特徴としている。本発明者らの実験検討によると、
樹脂材料のガラス転移温度および弾性率を上記のごとく
設定することにより、高温の使用環境下における絶縁部
材(175)の残留圧縮応力を良好に維持して、接合部
材の熱歪み低減効果を確保できることを見いだした。請
求項16記載の発明は、この知見に基づく樹脂材料の特
性を限定している。
5記載の発明に比較して、絶縁部材(175)を構成す
る樹脂材料として、ガラス転移温度が140°Cより高
く、弾性率が7000MPa以上であるものを用いるこ
とを特徴としている。本発明者らの実験検討によると、
樹脂材料のガラス転移温度および弾性率を上記のごとく
設定することにより、高温の使用環境下における絶縁部
材(175)の残留圧縮応力を良好に維持して、接合部
材の熱歪み低減効果を確保できることを見いだした。請
求項16記載の発明は、この知見に基づく樹脂材料の特
性を限定している。
【0038】次に、請求項17記載の発明は、請求項1
記載の発明に比較して、第1の電極体(171)の半導
体チップ搭載部(171c)と同一面から側壁部(17
1b)を半導体チップ(170)側へ延びるように形成
していることを特徴としている。つまり、側壁部(17
1b)を第1の電極体(171)の基底部から底上げし
ない形状(図9〜11参照)にしている。
記載の発明に比較して、第1の電極体(171)の半導
体チップ搭載部(171c)と同一面から側壁部(17
1b)を半導体チップ(170)側へ延びるように形成
していることを特徴としている。つまり、側壁部(17
1b)を第1の電極体(171)の基底部から底上げし
ない形状(図9〜11参照)にしている。
【0039】これにより、前述の残留圧縮応力による自
由膨張の抑制効果が第1の電極体(171)には働かな
いが、第2の電極体(173)に対しては働く。これに
より、第2の電極体(173)の自由膨張の抑制効果に
よる熱疲労寿命の向上を図ることができる。そして、第
1の電極体(171)については、上記底上げのない形
状により、全体形状が簡素化され、安価な電極体を提供
することができる。
由膨張の抑制効果が第1の電極体(171)には働かな
いが、第2の電極体(173)に対しては働く。これに
より、第2の電極体(173)の自由膨張の抑制効果に
よる熱疲労寿命の向上を図ることができる。そして、第
1の電極体(171)については、上記底上げのない形
状により、全体形状が簡素化され、安価な電極体を提供
することができる。
【0040】次に、請求項19〜21記載の発明は、製
造方法に係るものであって、上述した接合部材の熱歪み
低減により熱疲労寿命を向上させた整流装置を良好に製
造できる。なお、上記各手段の括弧内の符号は、後述す
る実施形態記載の具体的手段との対応関係を示すもので
ある。
造方法に係るものであって、上述した接合部材の熱歪み
低減により熱疲労寿命を向上させた整流装置を良好に製
造できる。なお、上記各手段の括弧内の符号は、後述す
る実施形態記載の具体的手段との対応関係を示すもので
ある。
【0041】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図に
基づいて説明する。 (第1実施形態)図1は第1実施形態の整流装置を適用
した車両用3相交流発電機(オルタネータ)の全体構成
の概要を示すもので、交流発電機1は車両のエンジンル
ーム内に搭載され、車両エンジンにて回転駆動されるも
のである。プーリ2は車両エンジンから回転動力を受け
て回転するもので、プーリ2には回転軸3を介してロー
タ4が連結され、これらは一体に回転する。
基づいて説明する。 (第1実施形態)図1は第1実施形態の整流装置を適用
した車両用3相交流発電機(オルタネータ)の全体構成
の概要を示すもので、交流発電機1は車両のエンジンル
ーム内に搭載され、車両エンジンにて回転駆動されるも
のである。プーリ2は車両エンジンから回転動力を受け
て回転するもので、プーリ2には回転軸3を介してロー
タ4が連結され、これらは一体に回転する。
【0042】このロータ4はロータコイル(界磁コイ
ル)5を複数の爪部を交互に配置した磁性体のポールコ
ア6、7にて両側から挟み込んだ構造である。フロント
側(プーリ2側)のポールコア6、およびリヤ側のポー
ルコア7にはそれぞれ冷却用ファン8、9が溶接等の取
付手段にて取り付けられ、ロータ4と一体に回転する。
フロント側の冷却ファン8は軸方向に冷却空気を送風す
る軸流ファンであり、これに対し、リヤ側の冷却ファン
9は、軸方向から吸入した冷却空気を半径方向外方へ送
風する遠心ファンである。
ル)5を複数の爪部を交互に配置した磁性体のポールコ
ア6、7にて両側から挟み込んだ構造である。フロント
側(プーリ2側)のポールコア6、およびリヤ側のポー
ルコア7にはそれぞれ冷却用ファン8、9が溶接等の取
付手段にて取り付けられ、ロータ4と一体に回転する。
フロント側の冷却ファン8は軸方向に冷却空気を送風す
る軸流ファンであり、これに対し、リヤ側の冷却ファン
9は、軸方向から吸入した冷却空気を半径方向外方へ送
風する遠心ファンである。
【0043】一方、ドライブフレーム10およびリヤフ
レーム11は、ロータ4を回転自在に収容するハウジン
グをなすものであって、この両フレーム10、11の内
部において、ロータ4の半径方向外方側の部位にはステ
ータ12が配設されている。このステータ12は、磁性
体のステータコア13に形成された多数個(例えば、3
6個)のスロットに3相のステータコイル(電機子コイ
ル)14が所定間隔で巻回されている。
レーム11は、ロータ4を回転自在に収容するハウジン
グをなすものであって、この両フレーム10、11の内
部において、ロータ4の半径方向外方側の部位にはステ
ータ12が配設されている。このステータ12は、磁性
体のステータコア13に形成された多数個(例えば、3
6個)のスロットに3相のステータコイル(電機子コイ
ル)14が所定間隔で巻回されている。
【0044】レギュレータ15は、ロータコイル5への
励磁電流を調整して発電機1の出力電圧を所定値に調整
するものである。ブラシ装置16は、その内蔵ブラシ1
6aとスリップリング16bを介して、ロータコイル5
に励磁電流を供給する。スリップリング16bは回転軸
3のリヤ側の端部に取付られ、ロータコイル5に電気的
に接続されている。
励磁電流を調整して発電機1の出力電圧を所定値に調整
するものである。ブラシ装置16は、その内蔵ブラシ1
6aとスリップリング16bを介して、ロータコイル5
に励磁電流を供給する。スリップリング16bは回転軸
3のリヤ側の端部に取付られ、ロータコイル5に電気的
に接続されている。
【0045】整流装置17は、交流発電機1のステータ
コイル14に誘起される3相交流出力を直流出力に変換
するためのものであり、そのために、整流作用を持つ整
流素子17a、17bを合計6個以上用いて構成されて
いる。図1では、整流素子17a、17bをそれぞれ1
つのみ図示している。本発明は、この整流装置17a、
17b部分を特徴としているものであり、以下この整流
装置17a、17bについて詳述する。正極側の放熱板
17cおよび負極側の放熱板17dは軽量で熱伝導性に
優れたアルミニュウム等の金属を略円弧状の形状にプレ
ス成型して構成されている。この円弧状の形状により、
両放熱板17c、17dは回転軸3のリヤ側端部の回り
に配設される。
コイル14に誘起される3相交流出力を直流出力に変換
するためのものであり、そのために、整流作用を持つ整
流素子17a、17bを合計6個以上用いて構成されて
いる。図1では、整流素子17a、17bをそれぞれ1
つのみ図示している。本発明は、この整流装置17a、
17b部分を特徴としているものであり、以下この整流
装置17a、17bについて詳述する。正極側の放熱板
17cおよび負極側の放熱板17dは軽量で熱伝導性に
優れたアルミニュウム等の金属を略円弧状の形状にプレ
ス成型して構成されている。この円弧状の形状により、
両放熱板17c、17dは回転軸3のリヤ側端部の回り
に配設される。
【0046】また、この両放熱板17c、17dにはそ
れぞれ3個以上の穴部17e、17fを形成し、この穴
部17e、17fに整流素子17a、17bを機械的に
圧入嵌合して固定している。上記の両放熱板17c、1
7dは、リヤ側の遠心式冷却ファン9の送風空気路中に
配置されている。すなわち、リヤフレーム11に取付ら
れたリヤカバー18には冷却空気(外気)の吸入口18
aが複数個開口しており、冷却ファン9の回転により冷
却空気はこの吸入口18aよりリヤカバー18の内側へ
吸入され、両放熱板17c、17dの周辺を通過した
後、冷却ファン9の部位で半径方向外方へ向かう。図1
の矢印Aはこの冷却ファン9による冷却空気の流れ(送
風空気路)を示している。なお、正極側の放熱板17c
は3個以上の整流素子17aの正極側が電気的に接続さ
れ、車載バッテリの正極側に電気接続されるものであ
り、一方、負極側の放熱板17dは3個以上の整流素子
17bの負極側が電気的に接続され、車体に接地され
る。そして、正極側の放熱板17cに取付られた3個以
上の整流素子17aの負極側および負極側の放熱板17
dに取付られた3個の整流素子17aの正極側は、ステ
ータコイル14に電気的に接続される。
れぞれ3個以上の穴部17e、17fを形成し、この穴
部17e、17fに整流素子17a、17bを機械的に
圧入嵌合して固定している。上記の両放熱板17c、1
7dは、リヤ側の遠心式冷却ファン9の送風空気路中に
配置されている。すなわち、リヤフレーム11に取付ら
れたリヤカバー18には冷却空気(外気)の吸入口18
aが複数個開口しており、冷却ファン9の回転により冷
却空気はこの吸入口18aよりリヤカバー18の内側へ
吸入され、両放熱板17c、17dの周辺を通過した
後、冷却ファン9の部位で半径方向外方へ向かう。図1
の矢印Aはこの冷却ファン9による冷却空気の流れ(送
風空気路)を示している。なお、正極側の放熱板17c
は3個以上の整流素子17aの正極側が電気的に接続さ
れ、車載バッテリの正極側に電気接続されるものであ
り、一方、負極側の放熱板17dは3個以上の整流素子
17bの負極側が電気的に接続され、車体に接地され
る。そして、正極側の放熱板17cに取付られた3個以
上の整流素子17aの負極側および負極側の放熱板17
dに取付られた3個の整流素子17aの正極側は、ステ
ータコイル14に電気的に接続される。
【0047】上記した整流素子17a、17bは、放熱
板17c、17dに対する電気的極性が正負反対方向に
なっているのみで、その構成は基本的に同一でよい。図
2は整流素子17a、17bの具体的構成を例示するも
のであって、半導体チップ170は整流作用を持つダイ
オード素子であり、その主面(接合面)は円、四角形、
六角形等の形状に成型されている。この半導体チップ1
70の線膨張率は、Siチップの場合、3ppm/°C
である。
板17c、17dに対する電気的極性が正負反対方向に
なっているのみで、その構成は基本的に同一でよい。図
2は整流素子17a、17bの具体的構成を例示するも
のであって、半導体チップ170は整流作用を持つダイ
オード素子であり、その主面(接合面)は円、四角形、
六角形等の形状に成型されている。この半導体チップ1
70の線膨張率は、Siチップの場合、3ppm/°C
である。
【0048】この半導体チップ170の一端側(図2の
下側)には、前述した放熱板17c、17dに支持固定
される第1の電極体171が半田(接合部材)172に
より電気的かつ機械的に接合されている。一方、半導体
チップ170の他端側には、ステータコイル14に電気
的に接続される第2の電極体173が半田(接合部材)
174により電気的かつ機械的に接合されている。ここ
で、半田172、174としては、融点が300°C程
度で、線膨張率が28ppm/°C程度の高温半田(鉛
化合物)を使用している。
下側)には、前述した放熱板17c、17dに支持固定
される第1の電極体171が半田(接合部材)172に
より電気的かつ機械的に接合されている。一方、半導体
チップ170の他端側には、ステータコイル14に電気
的に接続される第2の電極体173が半田(接合部材)
174により電気的かつ機械的に接合されている。ここ
で、半田172、174としては、融点が300°C程
度で、線膨張率が28ppm/°C程度の高温半田(鉛
化合物)を使用している。
【0049】また、上記両電極体171、173は、銅
系または鉄系の金属(導体)からなるものであって、第
1の電極体171は略円板状に成型され、第2の電極体
173は段付軸形状に成形され、半導体チップ170と
接合する部分は大径部173aを形成している。第1の
電極体171の外径は第2の電極体173の大径部17
3aの外径より大きくしてある。この両電極体171、
173の線膨張率は、銅系金属の場合、17ppm/°
Cであり、半導体チップ170よりはるかに大きい。
系または鉄系の金属(導体)からなるものであって、第
1の電極体171は略円板状に成型され、第2の電極体
173は段付軸形状に成形され、半導体チップ170と
接合する部分は大径部173aを形成している。第1の
電極体171の外径は第2の電極体173の大径部17
3aの外径より大きくしてある。この両電極体171、
173の線膨張率は、銅系金属の場合、17ppm/°
Cであり、半導体チップ170よりはるかに大きい。
【0050】絶縁部材175は半導体チップ170と両
電極体171、173との接合部分を絶縁封止するもの
であるが、この目的の他に更に重要な機能、つまり、上
記線膨張率差に起因する熱歪みを抑制する「歪み抑制部
材」としての大変すぐれた役割を持たせることが本発明
の最も重要な目的である。図2に示す第1実施形態の整
流装置では、半導体チップ170と両電極体171、1
73との接合部分を絶縁部材175により絶縁封止して
おり、絶縁部材175の具体的成形方法として成形型を
用いたモールド成型を用いている。
電極体171、173との接合部分を絶縁封止するもの
であるが、この目的の他に更に重要な機能、つまり、上
記線膨張率差に起因する熱歪みを抑制する「歪み抑制部
材」としての大変すぐれた役割を持たせることが本発明
の最も重要な目的である。図2に示す第1実施形態の整
流装置では、半導体チップ170と両電極体171、1
73との接合部分を絶縁部材175により絶縁封止して
おり、絶縁部材175の具体的成形方法として成形型を
用いたモールド成型を用いている。
【0051】本発明者は、上記線膨張率差に起因する半
田172、174の熱歪み(半導体チップ接合面と平行
方向への歪み)を低減するために、絶縁部材175によ
る歪み抑制作用に着目し、樹脂成型時に残留圧縮応力を
絶縁部材175に発生させることが、絶縁部材175を
強力な「歪み抑制部材」として作用させるために有効で
あることを見い出したのである。
田172、174の熱歪み(半導体チップ接合面と平行
方向への歪み)を低減するために、絶縁部材175によ
る歪み抑制作用に着目し、樹脂成型時に残留圧縮応力を
絶縁部材175に発生させることが、絶縁部材175を
強力な「歪み抑制部材」として作用させるために有効で
あることを見い出したのである。
【0052】そこで、絶縁部材175による絶縁封止構
造に残留圧縮応力を発生させるため、絶縁部材175を
構成する液状の樹脂材料を、大気圧を越える高圧で成型
型内の空間に充填し、モ−ルド成型にて絶縁部材175
を構成する。これにより、成型後においても、絶縁部材
175に残留圧縮応力を発生させることができる。ここ
で、この残留圧縮応力を効果的に作用させるために、電
極体形状を以下ごとく工夫している。つまり、円板状の
第1の電極体171はその中央部に半導体チップ搭載部
171cを有しており、この半導体チップ搭載部171
cはその外周側に位置する基底部171eの底面から所
定高さH(例えば、1mm程度)突出している。そし
て、第1の電極体171において、基底部171eの外
周側に位置するようにしてリング状の側壁部171bが
一体に成形されている。つまり、リング状の側壁部17
1bは半導体チップ搭載部171cの外周側に所定間隔
(基底部171eの幅寸法であり、例えば、1mm程
度)を開けて成形されている。
造に残留圧縮応力を発生させるため、絶縁部材175を
構成する液状の樹脂材料を、大気圧を越える高圧で成型
型内の空間に充填し、モ−ルド成型にて絶縁部材175
を構成する。これにより、成型後においても、絶縁部材
175に残留圧縮応力を発生させることができる。ここ
で、この残留圧縮応力を効果的に作用させるために、電
極体形状を以下ごとく工夫している。つまり、円板状の
第1の電極体171はその中央部に半導体チップ搭載部
171cを有しており、この半導体チップ搭載部171
cはその外周側に位置する基底部171eの底面から所
定高さH(例えば、1mm程度)突出している。そし
て、第1の電極体171において、基底部171eの外
周側に位置するようにしてリング状の側壁部171bが
一体に成形されている。つまり、リング状の側壁部17
1bは半導体チップ搭載部171cの外周側に所定間隔
(基底部171eの幅寸法であり、例えば、1mm程
度)を開けて成形されている。
【0053】このリング状の側壁部171bは、第1の
電極体171に対して一体成形でなく、別体で成形した
ものを適宜の手段にて一体に固定してもよい。この側壁
部171bは、半導体チップ170の軸方向(半導体チ
ップ170の主面つまり接合部材172、174で接合
される面に対し垂直な方向)に所定高さh(例えば、
1.5mm程度)だけ延びるように成形されており、側
壁部171bの軸方向高さhは半導体チップ搭載部17
1cの軸方向高さH以上(h≧H)となるように設定し
てある。
電極体171に対して一体成形でなく、別体で成形した
ものを適宜の手段にて一体に固定してもよい。この側壁
部171bは、半導体チップ170の軸方向(半導体チ
ップ170の主面つまり接合部材172、174で接合
される面に対し垂直な方向)に所定高さh(例えば、
1.5mm程度)だけ延びるように成形されており、側
壁部171bの軸方向高さhは半導体チップ搭載部17
1cの軸方向高さH以上(h≧H)となるように設定し
てある。
【0054】また、側壁部171bの径方向(軸方向と
直交する方向)の厚さLは、第1の電極体171の半導
体チップ搭載部171cの軸方向厚さMより小さく(L
<M)してある。また、第1の電極体171の外周部に
おいて、基底部171eより低い部位に嵌合部(取付
部)171aが形成してある。この嵌合部171aは、
前述した放熱板(取付部材)17c、17dの穴部17
e、17fに圧入により嵌合固定されるものであって、
嵌合部171aの外径は側壁部171bより大きくして
ある。
直交する方向)の厚さLは、第1の電極体171の半導
体チップ搭載部171cの軸方向厚さMより小さく(L
<M)してある。また、第1の電極体171の外周部に
おいて、基底部171eより低い部位に嵌合部(取付
部)171aが形成してある。この嵌合部171aは、
前述した放熱板(取付部材)17c、17dの穴部17
e、17fに圧入により嵌合固定されるものであって、
嵌合部171aの外径は側壁部171bより大きくして
ある。
【0055】そして、第1電極体171の底上げ部であ
る半導体チップ搭載部171cと側壁部171bとの
間、および第2の電極体173と側壁部171bの間を
充填するように、絶縁部材175の液状樹脂材料を成形
型内で高圧充填しモ−ルド成型し、絶縁部材175に残
留圧縮応力を発生させる。ここで、絶縁部材175のモ
−ルド成型時に、絶縁部材175の液状(溶融状態を含
む)状態にある樹脂材料に対して大気圧を越えた所定圧
力(例えば、7MPa程度)を付与して、この液状の樹
脂材料を成形型内に充填し、そして、樹脂材料が硬化す
るまで、圧力の付与状態を保持したまま成型を持続する
ことで残留圧縮応力を絶縁部材175に発生させること
ができる。
る半導体チップ搭載部171cと側壁部171bとの
間、および第2の電極体173と側壁部171bの間を
充填するように、絶縁部材175の液状樹脂材料を成形
型内で高圧充填しモ−ルド成型し、絶縁部材175に残
留圧縮応力を発生させる。ここで、絶縁部材175のモ
−ルド成型時に、絶縁部材175の液状(溶融状態を含
む)状態にある樹脂材料に対して大気圧を越えた所定圧
力(例えば、7MPa程度)を付与して、この液状の樹
脂材料を成形型内に充填し、そして、樹脂材料が硬化す
るまで、圧力の付与状態を保持したまま成型を持続する
ことで残留圧縮応力を絶縁部材175に発生させること
ができる。
【0056】この場合、絶縁部材175に発生する残留
圧縮応力を成型後も保持するためには、絶縁部材175
を構成する樹脂材料の弾性率を高めることが有効であ
る。そこで、樹脂材料に無機質の充填剤(シリカ、アル
ミナなど)を50%(重量%)以上混入し、弾性率を高
めている。図3は、絶縁部材175の樹脂材料に混入す
る無機質の割合と、弾性率との関係を示すものであり、
無機質の含有量が50%(重量%)を越えると、急激に
弾性率が上昇する。このことに着目して、無機質の充填
剤を50%(重量%)以上混入するようにしたものであ
る。因みに、無機質の含有量が50%(重量%)を越え
ると、絶縁部材175の弾性率は、7000MPa以上
となる。これにより、弾性率を高め、成型時に発生させ
た残留圧縮応力を効果的に維持できる。
圧縮応力を成型後も保持するためには、絶縁部材175
を構成する樹脂材料の弾性率を高めることが有効であ
る。そこで、樹脂材料に無機質の充填剤(シリカ、アル
ミナなど)を50%(重量%)以上混入し、弾性率を高
めている。図3は、絶縁部材175の樹脂材料に混入す
る無機質の割合と、弾性率との関係を示すものであり、
無機質の含有量が50%(重量%)を越えると、急激に
弾性率が上昇する。このことに着目して、無機質の充填
剤を50%(重量%)以上混入するようにしたものであ
る。因みに、無機質の含有量が50%(重量%)を越え
ると、絶縁部材175の弾性率は、7000MPa以上
となる。これにより、弾性率を高め、成型時に発生させ
た残留圧縮応力を効果的に維持できる。
【0057】ただ、無機質の充填剤の割合が多すぎても
樹脂の流動性が低下しモ−ルド成型が困難になるため、
無機質の充填剤の混入割合の上限は90%(重量%)程
度である。なお、絶縁部材175を構成する樹脂材料と
しては、具体的にはエポキシ系樹脂が絶縁性能、電極体
との密着性等の点から好適である。
樹脂の流動性が低下しモ−ルド成型が困難になるため、
無機質の充填剤の混入割合の上限は90%(重量%)程
度である。なお、絶縁部材175を構成する樹脂材料と
しては、具体的にはエポキシ系樹脂が絶縁性能、電極体
との密着性等の点から好適である。
【0058】このようにして、絶縁部材175に残留圧
縮応力を発生させることにより、第1の電極体171の
側壁部171bと、底上げされた半導体チップ搭載部1
71cの側面部171dとの間、および第1の電極体1
71の側壁部171bと、第2の電極体173の大径部
173aの側面部173bとの間で、絶縁部材175が
それぞれ突張り力を作用させる。
縮応力を発生させることにより、第1の電極体171の
側壁部171bと、底上げされた半導体チップ搭載部1
71cの側面部171dとの間、および第1の電極体1
71の側壁部171bと、第2の電極体173の大径部
173aの側面部173bとの間で、絶縁部材175が
それぞれ突張り力を作用させる。
【0059】これにより、第1、および第2の電極体1
73の自由膨張を抑制する力が発生し、半導体チップ1
70と第1、第2の電極体171、173の間の相対的
変位を線膨張率の大きな相違にもかかわらず、極小に抑
えて、半田172、174に熱歪みが発生することを抑
制できる。この場合、歪み抑制力が電極体各部に均等に
作用するために側壁部171bは略リング状(円形)す
ることが望ましいが、六角形、四角形等でも同様な歪み
抑制力が作用することは言うまでもない。
73の自由膨張を抑制する力が発生し、半導体チップ1
70と第1、第2の電極体171、173の間の相対的
変位を線膨張率の大きな相違にもかかわらず、極小に抑
えて、半田172、174に熱歪みが発生することを抑
制できる。この場合、歪み抑制力が電極体各部に均等に
作用するために側壁部171bは略リング状(円形)す
ることが望ましいが、六角形、四角形等でも同様な歪み
抑制力が作用することは言うまでもない。
【0060】また、第1および第2の電極体171、1
73への突張り力を十分働かせるために、側壁部171
bの軸方向高さhは半導体チップ搭載部171cの高さ
Hと同等以上の高さにすることが有効である。なお、側
壁部171bの軸方向高さhを第1の電極体171の底
上げされた半導体チップ搭載部171cの高さHと同等
にした場合は、後述する図7の絶縁密封材176を半導
体チップ側面に塗布することが容易になる。
73への突張り力を十分働かせるために、側壁部171
bの軸方向高さhは半導体チップ搭載部171cの高さ
Hと同等以上の高さにすることが有効である。なお、側
壁部171bの軸方向高さhを第1の電極体171の底
上げされた半導体チップ搭載部171cの高さHと同等
にした場合は、後述する図7の絶縁密封材176を半導
体チップ側面に塗布することが容易になる。
【0061】また、側壁部171bの径方向厚さLを第
1の電極体171の半導体チップ反搭載面から半導体チ
ップ搭載面までの軸方向厚さMより小さくすることで、
側壁部171bの強度が半導体チップ搭載部171cよ
り小さくなる。これにより、半導体チップ搭載部171
cの側面部171dと側壁部171bの間で、絶縁部材
175の残留圧縮応力による突張り力が必要以上に作用
しないように吸収できる。つまり、強度の小さい側壁部
171bが優先的に変形して、残留圧縮応力による必要
以上の突張り力を吸収できるため、半導体チップ搭載部
171cにそりなどの変形が生じて半導体チップ170
の電気的特性が悪化するのを防止できる。側壁部171
bの径方向厚さLは、具体的には、軸方向厚さMの1/
2〜1/6程度が好ましい。
1の電極体171の半導体チップ反搭載面から半導体チ
ップ搭載面までの軸方向厚さMより小さくすることで、
側壁部171bの強度が半導体チップ搭載部171cよ
り小さくなる。これにより、半導体チップ搭載部171
cの側面部171dと側壁部171bの間で、絶縁部材
175の残留圧縮応力による突張り力が必要以上に作用
しないように吸収できる。つまり、強度の小さい側壁部
171bが優先的に変形して、残留圧縮応力による必要
以上の突張り力を吸収できるため、半導体チップ搭載部
171cにそりなどの変形が生じて半導体チップ170
の電気的特性が悪化するのを防止できる。側壁部171
bの径方向厚さLは、具体的には、軸方向厚さMの1/
2〜1/6程度が好ましい。
【0062】また、絶縁部材175による歪み抑制機能
を更に効果的に発揮するためには、整流装置の製造工程
において次のような特徴を持たせることが重要であるこ
とを見いだした。すなわち、絶縁部材175のモールド
成型時に発生させた初期の残留圧縮応力を維持するため
には、初期の残留圧縮応力が緩和してしまうような温度
条件を製造工程中に加えないことである。つまり、絶縁
部材175は高温下では弾性率が低下し軟化するという
特性を持っており、このような高温下では樹脂材料が軟
化することにより、残留圧縮応力が緩和されてしまう。
を更に効果的に発揮するためには、整流装置の製造工程
において次のような特徴を持たせることが重要であるこ
とを見いだした。すなわち、絶縁部材175のモールド
成型時に発生させた初期の残留圧縮応力を維持するため
には、初期の残留圧縮応力が緩和してしまうような温度
条件を製造工程中に加えないことである。つまり、絶縁
部材175は高温下では弾性率が低下し軟化するという
特性を持っており、このような高温下では樹脂材料が軟
化することにより、残留圧縮応力が緩和されてしまう。
【0063】通常、この種の半導体装置を放熱板17
c、17dに実装する方法として、半田付けが実施され
ているが、この半田付けによる温度は絶縁部材175の
ガラス転移温度を大幅に越える温度である。このこと
は、上記残留圧縮応力の緩和をもたらし、本発明の絶縁
部材175による歪み抑制機能の低下を招くので、この
ような実装方法は避けなければならない。
c、17dに実装する方法として、半田付けが実施され
ているが、この半田付けによる温度は絶縁部材175の
ガラス転移温度を大幅に越える温度である。このこと
は、上記残留圧縮応力の緩和をもたらし、本発明の絶縁
部材175による歪み抑制機能の低下を招くので、この
ような実装方法は避けなければならない。
【0064】そこで、本発明では、熱ストレスを使用し
ない実装方法である圧入固定やビス固定のような機械的
固定、または放熱板17c、17d側のみを加熱し膨張
させて嵌合させるホットインサ−ト固定、あるいは絶縁
部材175にガラス転移温度を越えない熱ストレスをか
けて固定する方法を採用する。図2に示す実装構造で
は、半導体チップ170の第1の電極体171の円板形
状の外周面に、軸方向の微細な多数の凸部からなるロ−
レットを形成した嵌合部(取付部)171aを形成し、
一方、放熱板17c、17dには、第1の電極体171
の外径より若干小さい内径を持った円形の取付穴17
e、17fを設け、この取付穴17e、17fに対して
第1の電極体171の嵌合部171aを圧入固定するよ
うにしたものである。嵌合部171aのロ−レットはこ
の圧入固定の効果を高めるために設けている。
ない実装方法である圧入固定やビス固定のような機械的
固定、または放熱板17c、17d側のみを加熱し膨張
させて嵌合させるホットインサ−ト固定、あるいは絶縁
部材175にガラス転移温度を越えない熱ストレスをか
けて固定する方法を採用する。図2に示す実装構造で
は、半導体チップ170の第1の電極体171の円板形
状の外周面に、軸方向の微細な多数の凸部からなるロ−
レットを形成した嵌合部(取付部)171aを形成し、
一方、放熱板17c、17dには、第1の電極体171
の外径より若干小さい内径を持った円形の取付穴17
e、17fを設け、この取付穴17e、17fに対して
第1の電極体171の嵌合部171aを圧入固定するよ
うにしたものである。嵌合部171aのロ−レットはこ
の圧入固定の効果を高めるために設けている。
【0065】このロ−レットによる嵌合部171a は、
第1の電極体171の基底部171eより下方の部位で
あって、かつ、側壁部171bより外径の大きい部位に
形成してあって、側壁部171bの部位には形成してな
い。これにより、嵌合部171aの圧入時における、半
導体チップ170への応力印加を回避し、半導体チップ
170の欠け、割れ等の損傷を未然に防止する。
第1の電極体171の基底部171eより下方の部位で
あって、かつ、側壁部171bより外径の大きい部位に
形成してあって、側壁部171bの部位には形成してな
い。これにより、嵌合部171aの圧入時における、半
導体チップ170への応力印加を回避し、半導体チップ
170の欠け、割れ等の損傷を未然に防止する。
【0066】この場合、ロ−レットによる嵌合部171
aは半導体チップ170への応力印加を回避するために
は、半導体チップ搭載部171cの頂部より低い部位に
形成すればよい。なお、ロ−レットは、嵌合部171a
に設けずに、取付穴17e、17f側に設けてもよく、
あるいは、嵌合部171aと取付穴17e、17fの両
方に設けてもよい。
aは半導体チップ170への応力印加を回避するために
は、半導体チップ搭載部171cの頂部より低い部位に
形成すればよい。なお、ロ−レットは、嵌合部171a
に設けずに、取付穴17e、17f側に設けてもよく、
あるいは、嵌合部171aと取付穴17e、17fの両
方に設けてもよい。
【0067】また、嵌合部171a と取付穴17e、1
7fのいずれにもロ−レットを設けない単純な圧入固定
でもよい。また、圧入固定を採用せず、例えば、放熱板
17c、17dに対して第1の電極体171をねじ止め
固定してもよい。重要なことは、絶縁部材175に熱を
加えない機械的固定手段であるか、または熱を加える場
合でも絶縁部材175のガラス転移温度を所定温度(後
述の理由から40°C)以上越えないことであり、それ
を満たせばどのような固定手段を用いてもよい。
7fのいずれにもロ−レットを設けない単純な圧入固定
でもよい。また、圧入固定を採用せず、例えば、放熱板
17c、17dに対して第1の電極体171をねじ止め
固定してもよい。重要なことは、絶縁部材175に熱を
加えない機械的固定手段であるか、または熱を加える場
合でも絶縁部材175のガラス転移温度を所定温度(後
述の理由から40°C)以上越えないことであり、それ
を満たせばどのような固定手段を用いてもよい。
【0068】なお、第1実施形態では、図1の図示形態
から理解されるように、第1の電極体171を冷却ファ
ン9の送風路において風上側に向け、一方、第1の電極
体171の側壁部171bと電位の異なる第2の電極体
173を風下側に設けているため、第1の電極体(17
1)が冷却空気の流れの入口部に位置することになる。
そのため、冷却ファン9により送風される外気中に塩水
分等が含有されていても、この塩水分等が第2の電極体
173および絶縁部材175に直接当たるのを第1の電
極体171にて抑制できるので、塩水分等が第2の電極
体173や絶縁部材175の表面に付着することを防止
できる。その結果、この塩水分等の付着に起因する電気
的なリ−ク、電食等の不具合を防止することができる。
から理解されるように、第1の電極体171を冷却ファ
ン9の送風路において風上側に向け、一方、第1の電極
体171の側壁部171bと電位の異なる第2の電極体
173を風下側に設けているため、第1の電極体(17
1)が冷却空気の流れの入口部に位置することになる。
そのため、冷却ファン9により送風される外気中に塩水
分等が含有されていても、この塩水分等が第2の電極体
173および絶縁部材175に直接当たるのを第1の電
極体171にて抑制できるので、塩水分等が第2の電極
体173や絶縁部材175の表面に付着することを防止
できる。その結果、この塩水分等の付着に起因する電気
的なリ−ク、電食等の不具合を防止することができる。
【0069】また、第1実施形態では、第1の電極体1
71と一体化された側壁部171bが放熱板17c、1
7dより突出し、冷却ファン9の送風路中に露出してい
る。この側壁部171bは金属製の第1の電極体171
と一体化されているため、熱伝導がよく、放熱板17
c、17dとともに側壁部171bも冷却ファン9の通
風により良好に冷却できる。
71と一体化された側壁部171bが放熱板17c、1
7dより突出し、冷却ファン9の送風路中に露出してい
る。この側壁部171bは金属製の第1の電極体171
と一体化されているため、熱伝導がよく、放熱板17
c、17dとともに側壁部171bも冷却ファン9の通
風により良好に冷却できる。
【0070】それ故、絶縁部材175の温度を効率よく
低減でき、絶縁部材175の温度をそのガラス転移温度
以下に冷却することで初期の残留圧縮応力を維持でき、
熱疲労寿命を向上できる。 (第2実施形態)図4は第2実施形態を示すものであっ
て、第1実施形態との相違点は、側壁部171bを第2
の電極体173側へ延ばした点である。図4の例では、
具体的には第2の電極体173の大径部173aの頂部
を越える高さまで、側壁部171bを第2の電極体17
3側へ延ばしている。
低減でき、絶縁部材175の温度をそのガラス転移温度
以下に冷却することで初期の残留圧縮応力を維持でき、
熱疲労寿命を向上できる。 (第2実施形態)図4は第2実施形態を示すものであっ
て、第1実施形態との相違点は、側壁部171bを第2
の電極体173側へ延ばした点である。図4の例では、
具体的には第2の電極体173の大径部173aの頂部
を越える高さまで、側壁部171bを第2の電極体17
3側へ延ばしている。
【0071】このように、側壁部171bの高さhを第
2の電極体173の大径部173aの頂部を越える高さ
まで延ばすことにより、絶縁部材175の残留圧縮応力
による突っ張り力が第1の電極体171のみならず、第
2の電極体173に対しても効果的に作用するので、第
1、第2の電極体171、173の自由膨張で、特に第
2の電極体173の自由膨張に対する抑制効果を増大で
きる。
2の電極体173の大径部173aの頂部を越える高さ
まで延ばすことにより、絶縁部材175の残留圧縮応力
による突っ張り力が第1の電極体171のみならず、第
2の電極体173に対しても効果的に作用するので、第
1、第2の電極体171、173の自由膨張で、特に第
2の電極体173の自由膨張に対する抑制効果を増大で
きる。
【0072】また、側壁部171bによる放熱面積を拡
大できるので、絶縁部材175の温度低減効果も向上で
きる。 (第3実施形態)図5は第3実施形態を示すものであ
り、本実施形態では側壁部171bを絶縁部材175の
内部に埋め込むとともに、側壁部171bの高さhを第
2の電極体173の大径部173aの頂部を越える高さ
まで延ばしている。
大できるので、絶縁部材175の温度低減効果も向上で
きる。 (第3実施形態)図5は第3実施形態を示すものであ
り、本実施形態では側壁部171bを絶縁部材175の
内部に埋め込むとともに、側壁部171bの高さhを第
2の電極体173の大径部173aの頂部を越える高さ
まで延ばしている。
【0073】導体である側壁部171bが絶縁部材17
5中に埋設されているので、絶縁部材175と側壁部1
71bとの間の固着強度が大となり、絶縁部材175と
側壁部171bとの間での剥離が発生しにくい。従っ
て、絶縁部材175と側壁部171bとの間に水分が侵
入しにくい。しかも、側壁部171bが外部に露出して
いないため、絶縁部材175の外表面における沿面距離
が長くなる。その結果、絶縁性能等の耐環境性能が良好
になる。
5中に埋設されているので、絶縁部材175と側壁部1
71bとの間の固着強度が大となり、絶縁部材175と
側壁部171bとの間での剥離が発生しにくい。従っ
て、絶縁部材175と側壁部171bとの間に水分が侵
入しにくい。しかも、側壁部171bが外部に露出して
いないため、絶縁部材175の外表面における沿面距離
が長くなる。その結果、絶縁性能等の耐環境性能が良好
になる。
【0074】なお、第3実施形態では第1の電極体17
1の側壁部171b外側の基底部171fを側壁部内側
の基底部171eと同一高さに設定しているが、外側の
基底部171fを内側の基底部171eより高くしても
よく、逆に外側の基底部171fを内側の基底部171
eより低くしてもよい。ところで、本発明者は上記第3
実施形態に係る整流装置を対象として、絶縁部材175
を構成する樹脂材料のガラス転移温度と冷熱サイクルに
よる耐熱寿命との相関について実験検討したところ、図
6に示す結果が得られ、以下のことが判明した。
1の側壁部171b外側の基底部171fを側壁部内側
の基底部171eと同一高さに設定しているが、外側の
基底部171fを内側の基底部171eより高くしても
よく、逆に外側の基底部171fを内側の基底部171
eより低くしてもよい。ところで、本発明者は上記第3
実施形態に係る整流装置を対象として、絶縁部材175
を構成する樹脂材料のガラス転移温度と冷熱サイクルに
よる耐熱寿命との相関について実験検討したところ、図
6に示す結果が得られ、以下のことが判明した。
【0075】すなわち、絶縁部材175を構成する樹脂
材料は前述したようにガラス転移温度を越えると弾性率
が急激に低下するという特性があるので、これを考慮
し、歪み抑制力を効果的に発揮するためには、絶縁部材
175の使用温度T0 をそのガラス転移温度TG より4
0°C高い温度未満(T0 <TG +40°C)にする必
要があることが分かった。
材料は前述したようにガラス転移温度を越えると弾性率
が急激に低下するという特性があるので、これを考慮
し、歪み抑制力を効果的に発揮するためには、絶縁部材
175の使用温度T0 をそのガラス転移温度TG より4
0°C高い温度未満(T0 <TG +40°C)にする必
要があることが分かった。
【0076】ここで、絶縁部材175の使用温度T0 と
は、車両用交流発電機が使用される環境温度の最高温度
(具体的には、90°Cを設定)において、交流発電機
を最高出力状態で運転した場合における自己発熱温度上
昇を考慮した熱時飽和温度を言う。但し、特殊な車両走
行条件等では、環境温度の最高温度が一時的に90°C
を越える場合があり、また、交流発電機が特殊な使用状
態(例えば、逆方向サージ電力の発生時等)におかれた
場合には、最高出力が一時的に異常値まで高くなること
がある。従って、このような一時的な最高温度の上昇を
も考慮して、絶縁部材175のガラス転移温度TG を高
めに設定すれば、高い弾性率の確保のために有効であ
る。
は、車両用交流発電機が使用される環境温度の最高温度
(具体的には、90°Cを設定)において、交流発電機
を最高出力状態で運転した場合における自己発熱温度上
昇を考慮した熱時飽和温度を言う。但し、特殊な車両走
行条件等では、環境温度の最高温度が一時的に90°C
を越える場合があり、また、交流発電機が特殊な使用状
態(例えば、逆方向サージ電力の発生時等)におかれた
場合には、最高出力が一時的に異常値まで高くなること
がある。従って、このような一時的な最高温度の上昇を
も考慮して、絶縁部材175のガラス転移温度TG を高
めに設定すれば、高い弾性率の確保のために有効であ
る。
【0077】図6の横軸は、絶縁部材175を構成す
る、エポキシ系樹脂のガラス転移温度であり、縦軸は冷
熱サイクル寿命比率である。ここで、冷熱サイクル寿命
とは、常温(25°C)と絶縁部材175の使用温度
(図5の例では180°C)との間で、環境温度を繰り
返し変化させる冷熱サイクルテストを行った際に、冷熱
サイクルテストの開始後、半導体チップ170が、整流
機能を消失した状態になるまでの経過時間を言う。
る、エポキシ系樹脂のガラス転移温度であり、縦軸は冷
熱サイクル寿命比率である。ここで、冷熱サイクル寿命
とは、常温(25°C)と絶縁部材175の使用温度
(図5の例では180°C)との間で、環境温度を繰り
返し変化させる冷熱サイクルテストを行った際に、冷熱
サイクルテストの開始後、半導体チップ170が、整流
機能を消失した状態になるまでの経過時間を言う。
【0078】そして、ガラス転移温度=140°Cのエ
ポキシ系ポッティング樹脂における冷熱サイクル寿命を
1とした場合に、これに対する冷熱サイクル寿命の比率
を図5左側の縦軸にとっている。なお、この寿命比率の
線は、数点の実測値と、絶縁部材175の樹脂材料の温
度に対する弾性率の変化の特性線とに基づいて作図した
ものであって、大きく分けて、140°C未満の寿命比
率が1未満の領域と、140°C以上から180°C未
満までの寿命比率が急激に向上する遷移領域と、180
°C以上の寿命比率の向上が飽和する飽和安定域とから
なる。
ポキシ系ポッティング樹脂における冷熱サイクル寿命を
1とした場合に、これに対する冷熱サイクル寿命の比率
を図5左側の縦軸にとっている。なお、この寿命比率の
線は、数点の実測値と、絶縁部材175の樹脂材料の温
度に対する弾性率の変化の特性線とに基づいて作図した
ものであって、大きく分けて、140°C未満の寿命比
率が1未満の領域と、140°C以上から180°C未
満までの寿命比率が急激に向上する遷移領域と、180
°C以上の寿命比率の向上が飽和する飽和安定域とから
なる。
【0079】図6の実験結果から理解されるように、絶
縁部材175のガラス転移温度を高めるにつれて、冷熱
サイクル寿命を延ばすことができることが分かる。この
冷熱サイクル寿命の延長は、ガラス転移温度の上昇によ
り、高環境温度の下でも、絶縁部材175の弾性率の大
幅低下が発生せず、残留圧縮応力が維持されて絶縁部材
175による、歪み抑制力が機能しているためである。
縁部材175のガラス転移温度を高めるにつれて、冷熱
サイクル寿命を延ばすことができることが分かる。この
冷熱サイクル寿命の延長は、ガラス転移温度の上昇によ
り、高環境温度の下でも、絶縁部材175の弾性率の大
幅低下が発生せず、残留圧縮応力が維持されて絶縁部材
175による、歪み抑制力が機能しているためである。
【0080】図6において、ガラス転移温度を140°
Cを越える値に設定すると、ガラス転移温度=140°
Cの場合に比して、冷熱サイクル寿命が向上することが
分かる。これは前述したように樹脂の温度に対する弾性
率の変化の特性線に基づき発生する効果である。つま
り、温度に対する樹脂の弾性率の挙動はガラス転移温度
を越えると急激に低下するという特徴をもっており、こ
れはガラス転移温度以下の高弾性率安定領域と、ガラス
転移温度を越えて急激に弾性率が低下する遷移域と、急
激な弾性率の低下後の低弾性率領域に分けられる。
Cを越える値に設定すると、ガラス転移温度=140°
Cの場合に比して、冷熱サイクル寿命が向上することが
分かる。これは前述したように樹脂の温度に対する弾性
率の変化の特性線に基づき発生する効果である。つま
り、温度に対する樹脂の弾性率の挙動はガラス転移温度
を越えると急激に低下するという特徴をもっており、こ
れはガラス転移温度以下の高弾性率安定領域と、ガラス
転移温度を越えて急激に弾性率が低下する遷移域と、急
激な弾性率の低下後の低弾性率領域に分けられる。
【0081】しかも、この遷移領域は約40°C以上の
温度幅をもっており、この遷移領域をこえた後、前述の
低弾性率領域に到達する。。つまり、絶縁部材175の
ガラス転移温度TG を絶縁部材175の使用温度T0 よ
り40°C程度低い温度より高くすることにより、前述
した残留圧縮応力が完全には緩和されず、第1および第
2の電極体171、173に対する自由膨張の抑制効果
が存在することがわかる。
温度幅をもっており、この遷移領域をこえた後、前述の
低弾性率領域に到達する。。つまり、絶縁部材175の
ガラス転移温度TG を絶縁部材175の使用温度T0 よ
り40°C程度低い温度より高くすることにより、前述
した残留圧縮応力が完全には緩和されず、第1および第
2の電極体171、173に対する自由膨張の抑制効果
が存在することがわかる。
【0082】このことにより、請求項3記載の発明で
は、TG >(T0 −40°C)の関係に設定しているの
である。また、ガラス転移温度TG を絶縁部材175の
使用温度T0 である180°C以上に設定すると、ガラ
ス転移温度TG =140°Cの場合に比して、冷熱サイ
クル寿命を2.2倍程度に延ばすことができる。
は、TG >(T0 −40°C)の関係に設定しているの
である。また、ガラス転移温度TG を絶縁部材175の
使用温度T0 である180°C以上に設定すると、ガラ
ス転移温度TG =140°Cの場合に比して、冷熱サイ
クル寿命を2.2倍程度に延ばすことができる。
【0083】このことから、ガラス転移温度TG を絶縁
部材175の使用温度T0 以上に設定することにより、
絶縁部材175の弾性率の大幅低下による第1および第
2の電極体171、173の抑制力の低下を防止でき
る。つまり、絶縁部材175による、歪み抑制力を最大
限に発揮できる。このように、TG ≧T0 の関係に設定
しているのは、請求項4記載の発明である。
部材175の使用温度T0 以上に設定することにより、
絶縁部材175の弾性率の大幅低下による第1および第
2の電極体171、173の抑制力の低下を防止でき
る。つまり、絶縁部材175による、歪み抑制力を最大
限に発揮できる。このように、TG ≧T0 の関係に設定
しているのは、請求項4記載の発明である。
【0084】(第4実施形態)図7は本発明の第4実施
形態を示すものであり、本例では、半導体チップ170
に両電極体171、173を半田172、174により
電気的かつ機械的に接合した後に、半導体チップ170
の側面を絶縁密封材176により密封するようにしたも
のである。
形態を示すものであり、本例では、半導体チップ170
に両電極体171、173を半田172、174により
電気的かつ機械的に接合した後に、半導体チップ170
の側面を絶縁密封材176により密封するようにしたも
のである。
【0085】この絶縁密封材176の緩衝作用により、
絶縁部材175の高圧充填による半導体チップ170の
欠けなどの損傷を防止する。また、この絶縁密封材17
6は半導体チップ170部に対する密封作用を発揮する
ので、半導体チップ170部への水の侵入等を防止でき
る。従って、この水の侵入等に起因する、逆方向リーク
電流の増加による整流作用の低下、暗電流の増加等の問
題を防止できる。
絶縁部材175の高圧充填による半導体チップ170の
欠けなどの損傷を防止する。また、この絶縁密封材17
6は半導体チップ170部に対する密封作用を発揮する
ので、半導体チップ170部への水の侵入等を防止でき
る。従って、この水の侵入等に起因する、逆方向リーク
電流の増加による整流作用の低下、暗電流の増加等の問
題を防止できる。
【0086】ところで、この絶縁密封材176が第1お
よび第2の電極体171、173と絶縁部材175との
間に介在することにより、絶縁部材175の歪み抑制力
が低下するため、絶縁密封材176の第1の電極体17
1の基底部171eにおける膜厚176aは半導体チッ
プ搭載部171cの高さHより小さくすることが必要で
あり、この膜厚176aは可能な限り小さいことが望ま
しい。
よび第2の電極体171、173と絶縁部材175との
間に介在することにより、絶縁部材175の歪み抑制力
が低下するため、絶縁密封材176の第1の電極体17
1の基底部171eにおける膜厚176aは半導体チッ
プ搭載部171cの高さHより小さくすることが必要で
あり、この膜厚176aは可能な限り小さいことが望ま
しい。
【0087】また、絶縁密封材176の弾性率は密封作
用発揮のために大きいことが望ましい。絶縁密封材17
6の具体的材質例としては、絶縁部材175の使用温度
および絶縁部材175の成型温度に対する耐熱性を持つ
とともに、絶縁部材175よりも密封作用に優れた樹脂
材料、例えば、イミド系樹脂材料が好ましい。 (第5実施形態)図8は本発明の第5実施形態を示すも
のであり、第1電極体171の半導体チップ搭載部17
1cの最外径≧半導体チップ170の最外径、および半
導体チップ170最外径≧第2の電極体173の最外径
の関係に構成している。この図8は上記の両寸法関係を
両方とも満たしている。
用発揮のために大きいことが望ましい。絶縁密封材17
6の具体的材質例としては、絶縁部材175の使用温度
および絶縁部材175の成型温度に対する耐熱性を持つ
とともに、絶縁部材175よりも密封作用に優れた樹脂
材料、例えば、イミド系樹脂材料が好ましい。 (第5実施形態)図8は本発明の第5実施形態を示すも
のであり、第1電極体171の半導体チップ搭載部17
1cの最外径≧半導体チップ170の最外径、および半
導体チップ170最外径≧第2の電極体173の最外径
の関係に構成している。この図8は上記の両寸法関係を
両方とも満たしている。
【0088】なお、上述した図2、4、5、7の例で
は、いずれも、半導体チップ搭載部171cの最外径と
半導体チップ170の最外径とを同一としているが、第
5実施形態では図8に示すように、半導体チップ搭載部
171cの最外径を半導体チップ170の最外径に比し
て大きくしている。上記寸法関係の設定により、半導体
チップ170の上下両面にアンダ−カット形状(絶縁部
材175が半導体チップ170の上下両面と第1および
第2の電極体171、173との間に形成される凹所内
に突出する形状)が発生しないため、絶縁部材175に
よる半導体チップ170への過大な応力付与を緩和でき
る。
は、いずれも、半導体チップ搭載部171cの最外径と
半導体チップ170の最外径とを同一としているが、第
5実施形態では図8に示すように、半導体チップ搭載部
171cの最外径を半導体チップ170の最外径に比し
て大きくしている。上記寸法関係の設定により、半導体
チップ170の上下両面にアンダ−カット形状(絶縁部
材175が半導体チップ170の上下両面と第1および
第2の電極体171、173との間に形成される凹所内
に突出する形状)が発生しないため、絶縁部材175に
よる半導体チップ170への過大な応力付与を緩和でき
る。
【0089】ここで、最外径とは円の場合はその直径を
示し、多角形の場合はその頂点に外接する円の直径を示
す。 (第6実施形態)図9は本発明の第6実施形態を示すも
のであり、第1の電極体171において半導体搭載部1
71cを底上げしない形状で構成している。すなわち、
半導体搭載部171cと基底部171eとを同一面上に
形成している。
示し、多角形の場合はその頂点に外接する円の直径を示
す。 (第6実施形態)図9は本発明の第6実施形態を示すも
のであり、第1の電極体171において半導体搭載部1
71cを底上げしない形状で構成している。すなわち、
半導体搭載部171cと基底部171eとを同一面上に
形成している。
【0090】従って、この第6実施形態によると、第1
の電極体171に対しては前述のような残留圧縮応力に
よる突張り力に基づく自由膨張の抑制効果が働かない
が、第2の電極体173に対しては働く。これにより、
第2の電極体173の自由膨張の抑制効果による熱疲労
寿命の向上を図ることができる。そして、第1の電極体
171の形状簡素化により製造工程を簡略化して、安価
な電極体を提供することができる。
の電極体171に対しては前述のような残留圧縮応力に
よる突張り力に基づく自由膨張の抑制効果が働かない
が、第2の電極体173に対しては働く。これにより、
第2の電極体173の自由膨張の抑制効果による熱疲労
寿命の向上を図ることができる。そして、第1の電極体
171の形状簡素化により製造工程を簡略化して、安価
な電極体を提供することができる。
【0091】(第7実施形態)図10は本発明の第7実
施形態を示すものであり、本実施形態は、第6実施形態
において第1の電極体171の側壁部171bを第2の
電極体173の大径部173aの頂部を越える高さまで
延ばしたものであり、このように側壁部171bを成型
することにより、絶縁部材175の残留圧縮応力による
第2の電極体173への自由膨張の抑制効果を増大でき
る。
施形態を示すものであり、本実施形態は、第6実施形態
において第1の電極体171の側壁部171bを第2の
電極体173の大径部173aの頂部を越える高さまで
延ばしたものであり、このように側壁部171bを成型
することにより、絶縁部材175の残留圧縮応力による
第2の電極体173への自由膨張の抑制効果を増大でき
る。
【0092】(第8実施形態)図11は本発明の第8実
施形態を示すものであり、本実施形態は、第6実施形態
において側壁部171bを絶縁部材175の内部に埋め
込むようにしたものである。ところで、上述の各実施形
態における絶縁部材175として用いたエポキシ系樹脂
は次のごとき性状を持っている。
施形態を示すものであり、本実施形態は、第6実施形態
において側壁部171bを絶縁部材175の内部に埋め
込むようにしたものである。ところで、上述の各実施形
態における絶縁部材175として用いたエポキシ系樹脂
は次のごとき性状を持っている。
【0093】ガラス転移温度=160°Cのエポキシ
系絶縁部材175の場合、線膨張率はガラス転移温度未
満の状態で、12ppm/°Cであり、ガラス転移温度
以上の状態で、43ppm/°Cである。なお、弾性率
は25°C雰囲気で、約12400MPaであり、熱伝
導率は25°C雰囲気で、約2.1w/m・°Cであ
る。
系絶縁部材175の場合、線膨張率はガラス転移温度未
満の状態で、12ppm/°Cであり、ガラス転移温度
以上の状態で、43ppm/°Cである。なお、弾性率
は25°C雰囲気で、約12400MPaであり、熱伝
導率は25°C雰囲気で、約2.1w/m・°Cであ
る。
【0094】ガラス転移温度=206°Cのエポキシ
系絶縁部材175の場合、線膨張率はガラス転移温度未
満の状態で、12ppm/°Cであり、ガラス転移温度
以上の状態で、38ppm/°Cである。なお、弾性率
は25°C雰囲気で、約12800MPaであり、熱伝
導率は25°C雰囲気で、約2.9w/m・°Cであ
る。
系絶縁部材175の場合、線膨張率はガラス転移温度未
満の状態で、12ppm/°Cであり、ガラス転移温度
以上の状態で、38ppm/°Cである。なお、弾性率
は25°C雰囲気で、約12800MPaであり、熱伝
導率は25°C雰囲気で、約2.9w/m・°Cであ
る。
【0095】また、絶縁部材175による歪み抑制力を
さらに効果的に発揮するためには、絶縁部材175のガ
ラス転移温度未満の状態における線膨張率を第1、第2
の電極体171、173の線膨張率より大きく設定する
のがよい。これにより、前述した残留圧縮応力による突
張り力に加えて、絶縁部材175の膨張による側壁部1
71bからの反力が第1および第2の電極体171、1
73に作用するので、接合部材である半田での熱歪み発
生をより一層抑制することができる。
さらに効果的に発揮するためには、絶縁部材175のガ
ラス転移温度未満の状態における線膨張率を第1、第2
の電極体171、173の線膨張率より大きく設定する
のがよい。これにより、前述した残留圧縮応力による突
張り力に加えて、絶縁部材175の膨張による側壁部1
71bからの反力が第1および第2の電極体171、1
73に作用するので、接合部材である半田での熱歪み発
生をより一層抑制することができる。
【0096】(他の実施形態)なお、各実施形態におい
て絶縁部材175として熱伝導の優れたタイプを用いる
ことにより、絶縁部材175の温度低減を図って、本発
明の効果を更に良好に発揮できることは言うまでもな
い。また、各実施形態はいずれも第1の電極体171上
に1つの半導体チップ170を搭載しているが、特開平
7−231656公報、特開平8−205498公報の
ように第1の電極体171上に正極側と負極側の2つの
半導体チップ170を搭載するものに対しても、本発明
を適用できることはもちろんである。
て絶縁部材175として熱伝導の優れたタイプを用いる
ことにより、絶縁部材175の温度低減を図って、本発
明の効果を更に良好に発揮できることは言うまでもな
い。また、各実施形態はいずれも第1の電極体171上
に1つの半導体チップ170を搭載しているが、特開平
7−231656公報、特開平8−205498公報の
ように第1の電極体171上に正極側と負極側の2つの
半導体チップ170を搭載するものに対しても、本発明
を適用できることはもちろんである。
【図1】本発明を適用する車両用交流発電機の全体構成
の概要を示す要部断面正面図である。
の概要を示す要部断面正面図である。
【図2】本発明の第1実施形態を示す整流装置要部拡大
断面図である。
断面図である。
【図3】整流装置における絶縁部材を構成する樹脂の弾
性率と無機質含有量との関係を示すグラフである。
性率と無機質含有量との関係を示すグラフである。
【図4】本発明の第2実施形態を示す整流装置要部拡大
断面図である。
断面図である。
【図5】本発明の第3実施形態を示す整流装置要部拡大
断面図である。
断面図である。
【図6】整流装置における絶縁部材を構成する樹脂のガ
ラス転移温度と、冷熱サイクル寿命比率との関係を示す
グラフである。
ラス転移温度と、冷熱サイクル寿命比率との関係を示す
グラフである。
【図7】本発明の第4実施形態を示す整流装置要部拡大
断面図である。
断面図である。
【図8】本発明の第5実施形態を示す整流装置要部拡大
断面図である。
断面図である。
【図9】本発明の第6実施形態を示す整流装置要部拡大
断面図である。
断面図である。
【図10】本発明の第7実施形態を示す整流装置要部拡
大断面図である。
大断面図である。
【図11】本発明の第8実施形態を示す整流装置要部拡
大断面図である。
大断面図である。
170…半導体チップ、171…第1の電極体、171
b…側壁部、171c…半導体チップ搭載部、171e
…基底部、173…第2の電極体、172、174…半
田(接合部材)、175…絶縁部材、176…絶縁密封
材。
b…側壁部、171c…半導体チップ搭載部、171e
…基底部、173…第2の電極体、172、174…半
田(接合部材)、175…絶縁部材、176…絶縁密封
材。
Claims (21)
- 【請求項1】 整流作用を持つ半導体チップ(170)
と、 この半導体チップ(170)の一端側に接合部材(17
2)により電気的に接合された第1の電極体(171)
と、 前記半導体チップ(170)の他端側に接合部材(17
4)により電気的に接合された第2の電極体(173)
と、 前記半導体チップ(170)と前記両電極体(171、
173)との接合部分を絶縁封止する絶縁部材(17
5)とを備えた、交流発電機の整流装置において、 前記第1の電極体(171)の中央部に、前記第1の電
極体(171)の基底部(171e)から所定高さ
(H)だけ底上げされた半導体チップ搭載部(171
c)が形成されており、 前記第1の電極体(171)のうち、前記半導体チップ
搭載部(171c)の外周側の部位に、前記半導体チッ
プ搭載部(171c)より所定間隔開けて、前記半導体
チップ(170)側へ延びる側壁部(171b)が形成
されており、 この側壁部(171b)の軸方向の高さ(h)を前記半
導体チップ搭載部(171c)の高さ(H)以上とし、
かつ、この側壁部(171b)の軸方向と直交する方向
の厚さ(L)を前記第1の電極体(171)の半導体チ
ップ搭載部(171c)の軸方向の厚さ(M)より小さ
くし、 さらに、前記第1の電極体(171)の外周部に取付部
材(17c、17d)を機械的に固定するための取付部
(171a )を形成し、 前記絶縁部材(175)を構成する樹脂材料として、無
機質の充填剤を50%(重量%)以上混入して弾性率を
上げたものを用い、 前記第1電極体(171)の半導体チップ搭載部(17
1c)と前記側壁部(171b)の間、および前記第2
の電極体(173)と前記側壁部(171b)の間に前
記絶縁部材(175)を大気圧を越える圧力でモ−ルド
成型し、前記絶縁部材(175)に残留圧縮応力を発生
させるようにしたことを特徴とする交流発電機の整流装
置。 - 【請求項2】 前記絶縁部材(175)のガラス転移温
度をTG とし、前記絶縁部材(175)の使用温度をT
0 としたとき、 TG >(T0 −40°C)の関係に設定したことを特徴
とする請求項1に記載の交流発電機の整流装置。 - 【請求項3】 前記絶縁部材(175)のガラス転移温
度(TG )を、前記絶縁部材(175)の使用温度(T
0 )以上に設定したことを特徴とする請求項1に記載の
交流発電機の整流装置。 - 【請求項4】 前記絶縁部材(175)のガラス転移温
度(TG )を、140°Cより高くしたことを特徴とす
る請求項1に記載の交流発電機の整流装置。 - 【請求項5】 前記絶縁部材(175)のガラス転移温
度(TG )を、180°C以上に設定したことを特徴と
する請求項1に記載の交流発電機の整流装置。 - 【請求項6】 前記側壁部(171b)は前記絶縁部材
(175)の内部に埋設されていることを特徴とする請
求項1ないし5のいずれか1つに記載の交流発電機の整
流装置。 - 【請求項7】 前記取付部材は、冷却ファン(9)によ
り強制通風される放熱板(17c、17d)であり、 前記側壁部(171b)が前記冷却ファン(9)により
強制通風される通風路中に露出していることを特徴とす
る請求項1ないし5のいずれか1つに記載の交流発電機
の整流装置。 - 【請求項8】 前記第1の電極体(171)の前記取付
部は、前記放熱板(17c、17d)に圧入により固定
される嵌合部(171a )であり、 この嵌合部(171a )を、前記第1の電極体(17
1)の外周部のうち、半導体チップ搭載部(171c)
の頂部より低い部位に形成したことを特徴とする請求項
7に記載の交流発電機の整流装置。 - 【請求項9】 前記半導体チップ(170)の側面が前
記絶縁部材(175)とは別の密封作用に優れた絶縁密
封材(176)により密封されているとともに、前記第
1の電極体(171)の基底部(171e )における、
前記絶縁密封材(176)の膜厚(176a)は前記半
導体チップ搭載部(171c)の高さ(H)より小さい
ことを特徴とする請求項1ないし8のいずれか1つに記
載の交流発電機の整流装置。 - 【請求項10】 前記絶縁部材(175)の線膨張率が
前記第1の電極体(171)および前記第2の電極体
(173)の線膨張率より大きいことを特徴とする請求
項1ないし9のいずれか1つに記載の交流発電機の整流
装置。 - 【請求項11】 前記第1の電極体(171)の半導体
チップ搭載部(171c)の最外径を半導体チップ(1
70)の最外径以上にしたことを特徴とする請求項1な
いし10のいずれか1つに記載の交流発電機の整流装
置。 - 【請求項12】 前記半導体チップ(170)の最外径
を第2の電極体(173)の最外径以上にしたことを特
徴とする請求項1ないし11のいずれか1つに記載の交
流発電機の整流装置。 - 【請求項13】 車両エンジンから回転動力が伝達され
て回転するロータ(4)を有する車両用交流発電機に適
用される整流装置であって、 前記冷却ファンは冷却空気を送風する遠心式冷却ファン
(9)であり、この遠心式冷却ファン(9)の空気送風
路に前記放熱板(17c、17d)が配置されているこ
とを特徴とする請求項8ないし12のいずれか1つに記
載の交流発電機の整流装置。 - 【請求項14】 前記空気送風路の風上側に前記第1の
電極体(171)を向けて、前記第1の電極体(17
1)を前記放熱板(17c、17d)に固定したことを
特徴とする請求項13に記載の交流発電機の整流装置。 - 【請求項15】 整流作用を持つ半導体チップ(17
0)と、 この半導体チップ(170)の一端側に接合部材(17
2)により電気的に接合された第1の電極体(171)
と、 前記半導体チップ(170)の他端側に接合部材(17
4)により電気的に接合された第2の電極体(173)
と、 前記半導体チップ(170)と前記両電極体(171、
173)との接合部分を絶縁封止する絶縁部材(17
5)とを備えた、交流発電機の整流装置において、 前記第1の電極体(171)の中央部に、前記第1の電
極体(171)の基底部(171e)から所定高さ
(H)だけ底上げされた半導体チップ搭載部(171
c)が形成されており、 前記第1の電極体(171)のうち、前記半導体チップ
搭載部(171c)の外周側の部位に、前記半導体チッ
プ搭載部(171c)より所定間隔開けて、前記半導体
チップ(170)側へ延びる側壁部(171b)が形成
されており、 この側壁部(171b)の軸方向の高さ(h)を前記半
導体チップ搭載部(171c)の高さ(H)以上とし、 さらに、前記第1の電極体(171)の外周部に取付部
材(17c、17d)を機械的に固定するための取付部
(171a )を形成し、 前記絶縁部材(175)を構成する樹脂材料として、無
機質の充填剤を50%(重量%)以上混入して弾性率を
上げたものを用い、 前記第1電極体(171)の半導体チップ搭載部(17
1c)と前記側壁部(171b)の間、および前記第2
の電極体(173)と前記側壁部(171b)の間に前
記絶縁部材(175)を大気圧を越える圧力でモ−ルド
成型し、前記絶縁部材(175)に残留圧縮応力を発生
させるようにしたことを特徴とする交流発電機の整流装
置。 - 【請求項16】 整流作用を持つ半導体チップ(17
0)と、 この半導体チップ(170)の一端側に接合部材(17
2)により電気的に接合された第1の電極体(171)
と、 前記半導体チップ(170)の他端側に接合部材(17
4)により電気的に接合された第2の電極体(173)
と、 前記半導体チップ(170)と前記両電極体(171、
173)との接合部分を絶縁封止する絶縁部材(17
5)とを備えた、交流発電機の整流装置において、 前記第1の電極体(171)の中央部に、前記第1の電
極体(171)の基底部(171e)から所定高さ
(H)だけ底上げされた半導体チップ搭載部(171
c)が形成されており、 前記第1の電極体(171)のうち、前記半導体チップ
搭載部(171c)の外周側の部位に、前記半導体チッ
プ搭載部(171c)より所定間隔開けて、前記半導体
チップ(170)側へ延びる側壁部(171b)が形成
されており、 この側壁部(171b)の軸方向の高さ(h)を前記半
導体チップ搭載部(171c)の高さ(H)以上とし、 さらに、前記第1の電極体(171)の外周部に取付部
材(17c、17d)を機械的に固定するための取付部
(171a )を形成し、 前記絶縁部材(175)を構成する樹脂材料として、ガ
ラス転移温度が140°Cより高く、弾性率が7000
MPa以上であるものを用い、 前記第1電極体(171)の半導体チップ搭載部(17
1c)と前記側壁部(171b)の間、および前記第2
の電極体(173)と前記側壁部(171b)の間に前
記絶縁部材(175)を大気圧を越える圧力でモ−ルド
成型し、前記絶縁部材(175)に残留圧縮応力を発生
させるようにしたことを特徴とする交流発電機の整流装
置。 - 【請求項17】 整流作用を持つ半導体チップ(17
0)と、 この半導体チップ(170)の一端側に接合部材(17
2)により電気的に接合された第1の電極体(171)
と、 前記半導体チップ(170)の他端側に接合部材(17
4)により電気的に接合された第2の電極体(173)
と、 前記半導体チップ(170)と前記両電極体(171、
173)との接合部分を絶縁封止する絶縁部材(17
5)とを備えた、交流発電機の整流装置において、 前記第1の電極体(171)の中央部に半導体チップ搭
載部(171c)を有しており、 前記第1の電極体(171)のうち、前記半導体チップ
搭載部(171c)の外周側の部位に、前記半導体チッ
プ搭載部(171c)より所定間隔開けて、前記半導体
チップ(170)側へ延びる側壁部(171b)が形成
されており、 この側壁部(171b)の軸方向と直交する方向の厚さ
(L)を前記第1の電極体(171)の半導体チップ搭
載部(171c)の軸方向の厚さ(M)より小さくし、 さらに、前記第1の電極体(171)の外周部に取付部
材(17c、17d)を機械的に固定するための取付部
(171a )を形成し、 前記絶縁部材(175)を構成する樹脂材料として、無
機質の充填剤を50%(重量%)以上混入して弾性率を
上げたものを用い、 前記第2の電極体(173)と前記側壁部(171b)
の間に前記絶縁部材(175)を大気圧を越える圧力で
モ−ルド成型し、前記絶縁部材(175)に残留圧縮応
力を発生させるようにしたことを特徴とする交流発電機
の整流装置。 - 【請求項18】前記側壁部(171b)は絶縁部材(1
75)の内部に埋設されていることを特徴とする請求項
15ないし17のいずれか1つに記載の交流発電機の整
流装置。 - 【請求項19】 整流作用を持つ半導体チップ(17
0)と、 この半導体チップ(170)の一端側に接合部材(17
2)により電気的に接合された第1の電極体(171)
と、 前記半導体チップ(170)の他端側に接合部材(17
4)により電気的に接合された第2の電極体(173)
と、 前記半導体チップ(170)と前記両電極体(171、
173)との接合部分を絶縁封止する絶縁部材(17
5)とを備えた、交流発電機の整流装置を製造する製造
方法であって、 前記第1の電極体(171)の中央部に、前記第1の電
極体(171)の基底部(171e)から所定高さ
(H)だけ底上げされた半導体チップ搭載部を形成する
とともに、前記第1の電極体(171)のうち、前記半
導体チップ搭載部(171c)の外周側の部位に、前記
半導体チップ搭載部(171c)より所定間隔開けて、
前記半導体チップ(170)側へ延びる側壁部(171
b)を形成し、この側壁部(171b)の軸方向の高さ
(h)を前記半導体チップ搭載部(171c)の高さ
(H)以上として、前記第1の電極体(171)を形成
する工程と、 前記第2の電極体(173)を形成する工程と、 前記第1の電極体(171)の前記半導体チップ搭載部
(171c)および前記第2の電極体(173)にそれ
ぞれ前記半導体チップ(170)の一端側および他端側
を接合部材(172、174)により接合する工程と、 前記絶縁部材(175)を構成する樹脂材料として、無
機質の充填剤を50%(重量%)以上混入して弾性率を
上げたものを用い、前記第1電極体(171)の半導体
チップ搭載部(171c)と前記側壁部(171b)の
間、および前記第2の電極体(173)と前記側壁部
(171b)の間に前記絶縁部材(175)を大気圧を
越える圧力でモ−ルド成型し、前記絶縁部材(175)
に残留圧縮応力を発生させる工程と、 前記絶縁部材(175)を構成する樹脂材料のガラス転
移温度より40°C高い温度未満となる温度条件の下
で、前記第1の電極体(171)を取付部材(17c、
17d)に固定する工程とを備えることを特徴とする交
流発電機の整流装置の製造方法。 - 【請求項20】 前記第1の電極体(171)を機械的
固定手段にて前記取付部材(17c、17d)に固定す
ることを特徴とする請求項19に記載の交流発電機の整
流装置の製造方法。 - 【請求項21】 前記側壁部(171b)を前記前記絶
縁部材(175)の内部に埋設するように前記絶縁部材
(175)をモ−ルド成型することを特徴とする請求項
19または20に記載の交流発電機の整流装置の製造方
法。
Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP9060953A JPH10215552A (ja) | 1996-08-08 | 1997-03-14 | 交流発電機の整流装置とその製造方法 |
US08/908,460 US5886403A (en) | 1996-08-08 | 1997-08-07 | Sealed rectifier |
Applications Claiming Priority (5)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP21021696 | 1996-08-08 | ||
JP8-210216 | 1996-11-28 | ||
JP8-318207 | 1996-11-28 | ||
JP31820796 | 1996-11-28 | ||
JP9060953A JPH10215552A (ja) | 1996-08-08 | 1997-03-14 | 交流発電機の整流装置とその製造方法 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH10215552A true JPH10215552A (ja) | 1998-08-11 |
Family
ID=27297345
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP9060953A Pending JPH10215552A (ja) | 1996-08-08 | 1997-03-14 | 交流発電機の整流装置とその製造方法 |
Country Status (2)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US5886403A (ja) |
JP (1) | JPH10215552A (ja) |
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US7061090B2 (en) | 2002-03-08 | 2006-06-13 | Hitachi, Ltd. | Semiconductor device |
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