JPH04229639A - 整流器およびその製造方法 - Google Patents

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】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、改良された半導体装
置のための手段および方法に関し、かつより特定的には
改良されたソリッドステート整流器およびそのための方
法に関する。

【０００２】

【従来の技術】ソリッドステートダイオードは多くの電
子的な用途、特に車両用電気システムと組み合わせて広
く使用されている。車両における最大の用途は車両用オ
ルタネータにおける整流器としてである。しばしば、ダ
イオードはシリコンダイオードチップを用いて構成され
、該シリコンダイオードチップはニッケルコートされた
金属ベースに半田付けされた１つの面を有しかつ該チッ
プの他の面にはニッケルコートされた銅リードが取り付
けられている。該チップは何等かの形式の封入部により
覆われている。該ベースは通常オルタネータのエンドベ
ルに取り付けられた整流器ブリッジアセンブリに圧着ま
たは圧入（ｐｒｅｓｓ−ｆｉｔ）、クランプ、または半
田付けされるよう設計される。極めて多数のオルタネー
タのダイオードが毎年々々種々の形式で作られてきてい
る。

【０００３】図１は、車両の用途に有用な、１つのその
ような、従来技術の、圧着ダイオード１０の単純化した
側面および部分切断断面図を示す。ダイオード１０は空
洞１４を備えた円筒状ベース１２を有する。ベース１２
の下面１１は伝統的には熱除去のために使用される。半
導体ダイ１６の下面１３は半田１８により空洞の底部１
５上に取り付けられている。ダイ１６は少なくとも１つ
のＰＮ接合を含む。リード２０は半田２４によりダイ１
６の上面１７に取り付けられた平坦部２２を有する。そ
のようなリードは技術上「ネイルヘッド（ｎａｉｌ−ｈ
ｅａｄ）」リードと称される。ダイ１６のエッジ２６は
覆われかつ、たとえば、シリコンゴムのような封入材３
０により空洞１４の残りの空間が満たされている。スト
レス除去用ベンド３２がしばしばリード２０に設けられ
る。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上述のダイオード１０
は製造するのに簡単でありかつ比較的低価格であり、さ
らに長年にわたり広く使用されてきているが、それは技
術上よく知られた数多くの制限を受ける。たとえば、ダ
イオード１０が温度サイクルにさらされると（たとえば
、電力を印加しかつ除去することにより）、種々の部分
の異なる膨脹および収縮が生ずる。これは半田接合１８
，２４の疲労を引き起こし、これは結果としてクラック
または分離を引き起こしそれによりダイオードが電気的
に不作動となるかあるいは高い抵抗になる。

【０００５】他の問題は封入材３０の収縮に関連してい
る。もしベース１２に対する封入材３０の接着が完全で
なければ封入材３０はそれが加熱または冷却されるとき
にベースから分離するかもしれない。半田の疲労による
欠陥と組み合わされたとき、これはダイオードの機械的
欠陥につながり得る。

【０００６】そのような従来技術の装置に関連するこれ
らおよび他の問題を克服するために数多くの努力が行わ
れてきた。図２は、ここに参照のため導入される、米国
特許第３，７４３，８９６号ウェルスケ他、および第３
，７１７，５２３号ダンシェに記載されたものと同様の
従来技術の圧着ダイオード３４の単純化した側面および
部分的切断断面図を示す。装置３４は空洞３８を有する
ベース３６を備えている。ダイ１６が、図１と実質的に
同様にして、半田１８により空洞３８の底部１５にかつ
半田２４によりリード２０の平坦なネイルヘッド２２に
取り付けられており、かつパッシベーション２８（たと
えば、シリコンゴム）がダイエッジ２６上に設けられい
る。ダイオード３４においては、リード２０のネイルヘ
ッド２２が環状スプリングワッシャー３９によりダイ１
６に対して押圧されており、該環状スプリングワッシャ
ー３９は電気的絶縁材料の内部環状ふた４０により押圧
された状態で保持されている。環状ふた４０はベース３
６の内側に曲がった壁部４１により空洞３８内の定位置
に保持され、該壁部４１はダイ１６、半田１８，２４、
パッシベーション２８、スプリング３９およびふた４０
が空洞内に導入されかつスプリング３９により押圧され
たのち曲げられる。外部カバーまたは封入部４２（たと
えば、エポキシ樹脂）が次に内部ふた４０およびベース
３６の壁部４１の上に与えられる。

【０００７】図２の構成の利点は半田１８，２４が熱的
サイクルによる疲労のため欠陥となってもスプリング３
９、ふた４０および壁部４１がリード２０、ダイ１６お
よびベース３６を一緒に保持していることである。従っ
て、ダイオードは半田の欠陥のポイントまで熱的サイク
ルを経た後であっても電気的に動作し続けることができ
る。これは信頼性の見地から大きな利点であるが、図２
の構造は他のものと比較してかなり複雑でありかつ多く
の用途において許容できないほど高価である。

【０００８】オルタネータその他のためのアキシャルリ
ードダイオードの熱的または電力的サイクル性能を改良
するために従来技術において試みられてきている他の方
法が図３に示されている。この装置は空洞よりはむしろ
ペデスタルを有するベースを使用する。ダイオード４３
は外部熱伝達面１１′およびペデスタル４５を備えたメ
タルベース４４を有する。ペデスタル４５の平坦な上面
は図１から図２のダイボンディング領域１５に類似する
ダイ取り付け領域１５′を形成する。ダイ１６′の下面
１３′は半田１８′によりペデスタル４５のダイ取り付
け領域１５′に取り付けられかつリード２０′のネイル
ヘッド２２′は半田２４′によりダイ１６′の上面１７
′に取り付けられており、これらは図１から図２に対す
るものと同様である。

【０００９】装置４３はベース４４に対しその周辺近く
にかつ実質的にペデスタル４５上のダイ取り付け領域１
５′の高台部の下に取り付けられた環状プラスチックス
リーブ４６を有する。環状突出部４７がスリーブ４６に
向けてペデスタル４５から延びるように設けられている
。パッシバント４８がダイエッジ２６′上に設けられか
つ封入プラスチック４９がネイルヘッド２２′を覆いか
つスリーブ４６およびペデスタル４５、突出部４７およ
びパッシバント４８の間の残りの空間を満たすよう与え
られている。図３の装置は図１の構造に比較して熱的疲
労に対する改良された対応力を提供するが、それは前記
問題を除去するものではない。さらに、図３の装置は付
加的な部品を必要とし、かつ他の条件が同じであれば、
ダイ１６および熱伝達面１１′の間のより大きな熱的イ
ンピーダンスを有する。

【００１０】そのようなダイオードの設計および製造に
至る長い持続的な使用および非常な技術的開発努力にも
係わらず、数多くの問題および欠点が残っている。たと
えば、チップ面に半田付けされたリードがしばしば普通
のテンションで欠陥となり、封入材がリードの曲げおよ
び振動の間にクラックを起こしあるいは割れ目を生じ、
チップおよびベースの間および／またはチップおよびリ
ードの間の半田接合が温度および電力サイクルのもとで
疲労しかつ欠陥となり、および／または完成されたダイ
オードが不当に高価なものとなる。従来技術の手法のい
ずれも技術上よく知られたこれらおよび他の欠陥を克服
していない。従って、適切なリードの引っ張り強度およ
び改良された破滅的な熱サイクルの欠陥に対する改良さ
れた抵抗力を有するがそれでも低価格である改良された
構造および製造方法を備えたダイオードの必要性が存在
し続けている。

【００１１】本発明の目的は、ソリッドステート装置、
特に車両の用途のために適した半導体ダイオードの改良
された構造および方法を提供することにある。

【００１２】本発明のさらに他の目的は、適切なリード
引っ張り強度および改良された温度および電力サイクル
許容度を有しながら、そのような構造を最小の数の部品
および低価格の材料および構造を用いて実現することに
ある。

【００１３】

【課題を解決するための手段および作用】上記のおよび
他の目的および利点は、（１）対向する第１および第２
の主表面および空洞を備えた金属ベースであって、前記
空洞は前記第１の面から前記ベース内に延びており、こ
の場合前記空洞は底部および該底部と前記第１の面との
間に延びている側部を有し、前記空洞の底部は半導体ダ
イを受けるための中央ダイ接合領域および該中央領域と
前記空洞の側部との間に位置する周辺領域を有するもの
、（２）ひとつの面が前記ダイ接合領域上の中心に装着
された半導体ダイ、（３）前記半導体ダイの対向する、
上部の面に取り付けられかつ前記ベースから離れるよう
に延びている金属電極、（４）前記ベースに固定されま
たは前記ベースと一体化され、前記ダイ接合領域と前記
空洞の側部との間の周辺領域に位置し、かつ前記空洞の
底部から上方向にかつ外方に前記第１の面に向かって途
中まで延びている傾斜した壁部、および（５）前記半導
体ダイのエッジを覆いかつ前記傾斜した壁部を包む前記
空洞内の封入部、を具備する結合体によって提供される
。

【００１４】前記傾斜した壁部は前記ベースと一体化さ
れ、前記壁部の付け根は前記空洞内に前記ダイ接合領域
とほぼ同じ高さまたはそれに近接して配置され、かつ前
記傾斜した壁部の頭部は前記ダイの上部面より上に延び
ていることが望ましい。前記金属電極は整流器のダイの
上部面と電気的に接触する平坦な（ネイルヘッド）部分
を有する。一般的に、前記壁部の頭部は前記リードのネ
イルヘッドの上面とほぼ同じ高さにあるのが望ましい。

【００１５】前記壁部は前記ダイ接合領域に対する垂線
に関し約１５度外側に傾いていることが望ましい。さら
に、前記モールドされた封入部は前記半導体ダイと接触
するパッシベーション部および前記パッシベーション部
と前記壁部とを覆いかつ実質的に前記空洞を満たすより
高い機械的強度の部分を具備することが望ましい。

【００１６】上に述べた装置は好適には、（１）半導体
ダイを受けるための中央ダイ接合領域を有する底部およ
び前記ダイ接合領域を少なくとも部分的に囲みかつ前記
ダイ接合領域とほぼ同じ高さから上方に延びている壁部
を備えた空洞をその中に有する金属ベースを提供する段
階であって、前記壁部は前記ダイ接合領域から外側に傾
斜しかつ、望ましくは、前記半導体ダイの上部面にまた
は該上部面より上に延びる高さを有するもの、（２）前
記半導体ダイを前記ダイ接合領域に接合する段階、（３
）電気的リードを前記半導体ダイに取り付ける段階、そ
して（４）封入材料で前記空洞を実質的に満たしかつ前
記壁部を覆う段階、を具備する方法によって製作される
。

【００１７】前記充填段階は、最初に、前記ベースおよ
び前記リードの間の半導体ダイのエッジを不動態化（ｐ
ａｓｓｉｖａｎｔ）材料で覆い、かつ次に封入材料で前
記空洞を充填しかつ前記壁部を覆う段階を備えることが
望ましい。さらに、前記接合段階は前記ダイを前記ベー
スにろう付けする段階を備えかつ前記付着段階は前記リ
ードを前記ダイにろう付けする段階を具備することが好
ましい。また、これは必須のものではないが、前記接合
および付着段階は実質的に同時に行われることが望まし
い。

【００１８】前記充填段階に先立ち、前記ベースおよび
リードの間のダイのエッジを上方に延びている壁部をダ
ムとして使用することにより不動態化材料で覆うことが
望ましい。該不動態化材料は前記充填段階に先立ち熱処
理されるべきである。本発明の方法および構造は熱処理
（ｃｕｒｉｎｇ）に際しわずかに収縮する封入材料とと
もに使用することが特に適切である。これは本発明の特
定的な特徴である。

【００１９】

【実施例】従来技術については図１から図３を参照して
先に説明した。これらの従来技術および他の従来技術の
装置に関連する問題は図４に示される構造によって克服
され、図４は本発明の好ましい実施例に係わるダイオー
ドの単純化された側面および部分的切断断面図を示す。 ダイオード６０はその中に空洞６４を有する金属ベース
６２を具備する。ベース６２の下面６１は伝統的な熱抽
出面を形成する。空洞６４は実質的に平坦な中央領域６
５Ｃを備えた底部６５を有し前記中央領域６５Ｃ上には
、技術上よく知られた他の固着手段も使用できるが、半
田６８により半導体ダイ６６（たとえば、整流器ダイオ
ード）の下面６３が装着されている。空洞６４はベース
６２の側部６９によって囲まれている。

【００２０】中央ダイ接合領域６５Ｃは空洞底部６５の
周辺領域６５Ｐにより囲まれている。ダイ６６は上部面
６７を有し、該上部面６７は、もちろん技術上よく知ら
れた他の接合手段も用いることができるが、半田７４に
よりリード７０の平坦な「ネイルヘッド」部分７２に結
合されている。ダイ６６、半田６８，７４、リード７０
およびリードヘッド７２は図１から図３のダイ１６、半
田１８，２４、リード２０およびリードヘッド２２と機
能上類似している。ベース６２は好適には銅、またはア
ルミニュウム、または鉄、または他の金属、またはそれ
らの組み合わせあるいは積層からなる。ＯＦＨＣ銅が好
ましい。リード７０は好適には銅、またはアルミニュウ
ム、または鉄、または他の金属、またはそれらの組み合
わせからなる。ＯＦＨＣ銅が好ましい。ダイ装着領域６
５Ｃおよびリード７０のネイルヘッド部７２の下面７２
Ｌは好適にはニッケルメッキされる。

【００２１】ベース６２の空洞６４の底部６５から上方
にかつ外方に延び、中央ダイ接合領域６５Ｃの横方向外
側に壁部８０がある。壁部８０は実質的に中央領域６５
Ｃを囲み、すなわち、平面図でそれ自体で閉じる連続的
な境界壁であることが望ましいが、これは必須のもので
はない。それは中断されてもよく、すなわちそれらの間
にギャップを有する１つまたはそれ以上の離れた部分か
らなってもよい。さらに、それは平面図において円形で
ある必要はなく、四角形でもよくまたは円、楕円、矩形
または他の多角形の一部を形成する部分でもよい。

【００２２】壁部８０のダイ６６を含む底部６５の中央
領域６５Ｃ上の高さ８１はダイ６６の上部面６７の高さ
を超えることが望ましく、より都合よくは少なくともヘ
ッド部７２の下面７２Ｌの高さ８３に少なくとも等しい
かまたはこれを超え、かつ好ましくは空洞底部６５の中
央領域６５Ｃ上のリード７０のヘッド部７２の外周にお
ける上部面７２Ｕの高さ８４とほぼ等しくされる。壁部
８０は空洞６４の底部６５Ｃの垂線に関し角度８６だけ
外側に傾斜することが望ましい。角度８６は約３〜６０
度であることが有用であり、都合よくは約５ないし４５
度であり、かつ好ましくは約１０ないし２０度であり約
１５度が典型的なものである。壁部８０は、図４におけ
る断面図で見た場合、外側に曲線的に、直線的にまたは
複合様式で、あるいはそれらの組み合わせ様式で傾いて
もよい。それが外側に傾いていることのみが本質的なも
のである。

【００２３】壁部８０はベース６２の一体的な部分であ
ってもよく、あるいは同じまたは異なる材料で別に形成
されかつそこに取り付けられてもよい。壁部８０がベー
ス６２の一体化部分として形成されることが好ましい。 ベース６２は好適には打出し（ｓｔａｍｐｉｎｇ）、ヘ
ッディング（ｈｅａｄｉｎｇ）、鍛造、エッチング、旋
盤、機械加工またはそれらの組み合わせにより形成され
、衝撃押出し鍛造が好ましく、かつ壁部８０は便宜的に
は同時に同様の方法によって形成される。好適には、最
初に壁部８０を上向きの、垂直な位置に、たとえば上向
きの円筒として形成し、かつ次に、第２の形成操作にお
いて、上向きのシリンダの上端を半径方向にその側部が
所望の壁部角を有する円錐の側部を形成するまで引き延
ばすのが好ましい。この第２の形成操作は好適には円錐
形状の道具を用いて行われる。

【００２４】ダイのエッジ７６は望ましくは不動態化材
料７８、たとえば、ポリイミドまたはシリコンゴムによ
って覆われ、かつ空洞６４の残りの部分は実質的に封入
材８８、たとえば、エポキシにより充填される。封入材
８８は少なくとも壁部８０の外面８０Ｆの回りに延びな
ければならない。封入材８８は実質的に外側壁面８０Ｆ
および空洞側部６９の内面８５の間を満たすことが望ま
しい。

【００２５】壁部８０は本発明の装置の改良された熱的
サイクル行為およびリード引っ張り強度に材料的に貢献
するいくつかの重要な機能を提供する。最初に、壁部８
０の面８０Ｆを外側に傾けかつ封入剤８８によって覆う
ことにより、封入材８８が壁部８０を取り壊しあるいは
破壊しまたは領域８９の封入材８８の部分を破壊除去す
ることによる場合以外はベース６２から分離できない。

【００２６】第２に、壁部８０の面８０Ｆを外側に傾け
ることにより、熱処理における封入材の収縮８４は封入
材８８をベース６２内に保持する傾向となる。外側に傾
いた壁部面８０Ｆは封入材８８が熱処理の間に縮むに応
じてベース６２の下面６５に対し封入材８８をより強固
に押圧する楔（ｗｅｄｇｅ）として作用する。これは逆
の効果を有するいくつかの従来技術の構成に用いられて
いる内側に傾いた壁部と対照的なものである。従って、
封入材８８が過剰な収縮により周辺の空洞側壁面８５に
おいてベース６２から分離しても封入材８８は壁部８０
の面８０Ｆの外側への傾斜によって与えられる楔作用の
ため上に延びる壁部８０においてベース６２に対し固く
封入されたままとなる。

【００２７】第３に、ベースのダイ接合領域の周辺から
上方に延びている壁部８０の位置および壁部８０の高さ
が少なくとも上部ダイ面の高さに等しくかつ好ましくは
やや高いことの組み合わせはダイのエッジ７６のすぐ近
くに不動態化材料７８を束縛するための都合のよいダム
を提供する。他のことが同じであれば、このことは効果
的な不動態化に必要な材料の量を低減しかつ製造コスト
を低下させる。このことは本発明の特定的な特徴である
。

【００２８】第４に、ベースのダイ接合領域の周辺に接
近した壁部８０の位置および壁部の高さが上部ダイ面の
高さに少なくとも等しくかつ好ましくはリードのネイル
ヘッドの頭部の周辺部の高さにほぼ等しいことの組み合
わせは壁部ロッキング面８０Ｆおよびリードのネイルヘ
ッド７２を比較的互いに近付ける。これは本発明の特定
的な特徴でありかつ実質的には増大された頑丈さを有す
る装置を提供しかつ従来技術の装置に対する本発明の装
置の改良された結果に実質的に貢献するものと信じられ
る。

【００２９】たとえば、図３の従来技術の装置における
外側に傾斜した突出部４７もまた封入部４９のいくらか
のロック作用をベース４４に与えるかもしれないが、突
出部４７はダイ接合領域１５′およびダイ１６′の高さ
よりかなり下に位置しており、かつリードのネイルヘッ
ド２２′からかなりの距離５０にある。突出部４７によ
って与えられる図３の装置のプラスチック封入部４９の
ロック作用のかなりの部分は突出部４７およびネイルヘ
ッド２２′の間の距離５０にわたり放散されかつネイル
ヘッド２２′をダイ１６′と接触状態に保持するのにほ
とんど貢献しない。これに対し、本発明は、たとえば図
４に示されるように、壁部８０をダイとほぼ同じ高さに
かつその上端をリードのネイルヘッド７２と実質的に同
じ高さに配置する。従って、壁部面８０Ｆのロック作用
のリードのネイルヘッド７２への結合は大幅に改善され
、かつ本発明の装置の頑丈さおよび温度サイクルに対す
る抵抗力はより良好である。

【００３０】本発明の設計のさらに別の特徴は外側に傾
斜する壁部８０を金属ベース６２の側部６９によって囲
まれた空洞６４と組み合わせて使用することである。ダ
イ接合領域６５Ｃ、ダイ６６および壁部８０は金属ベー
ス６２の空洞６４内に配置されている。これはこのよう
な組み合わせを用いなかった従来技術の装置と対照的な
ものである。図１および図２の装置は壁部８０を欠いて
おりかつ図３の装置はデバイスを金属ベース４４の上の
ペデスタル４５上に載置している。図３の装置において
は、周辺壁４６はプスチック製であり単に熱処理の間封
入部４６を保持するために働くにすぎない。本発明の装
置においては、空洞６４は金属ベース６２の一部である
側部６９によって囲まれている。その結果、封入部８８
，８９が温度変化に応じて膨脹および収縮したとき、か
つ膨脹温度係数（ＴＣＥ）が金属ベース６２のそれを超
えると、ベース６２の側部６９は封入部８８，８９を圧
縮状態に保持する。傾斜した面８０Ｆとの組み合わせに
より、これは封入部をベース６２およびリードヘッド７
２に対しより強固に押圧し、それにより高い温度に対す
る丈夫さを改善しかつ信頼性を改善する。これは本発明
の特定的な特徴である。

【００３１】車両のオルタネータの応用に有用な典型的
なダイオードはリード７０の長い軸の回りに回転対称で
ある。それらは圧着またはクランプされた変種である。 たとえば、ベース６２は外径約１０〜１５ｍｍおよび高
さ約５〜９ｍｍを有する円形である。空洞６４は典型的
には側辺（正方形または長方形）において約３．２から
５．２ｍｍまたは直径（円形）約３〜７ｍｍからの大き
さにわたる半導体ダイを収容するために直径およそ６〜
８ｍｍまたはそれ以下の平坦な、中央ダイ装着部を有し
ている。リード７０は約３〜６ｍｍの直径のヘッド部分
７２およびヘッドの周辺で約０．３〜３ｍｍ、典型的に
は約０．５〜１．５ｍｍの厚さを有している。ベース６
２から伸びているリード７０の部分は典型的には約１〜
２ｍｍの直径を有している。リード７０の長さは用途に
よって変化するが、典型的には約１０〜２５ｍｍである
。壁部８０は便宜的には約０．１〜０．５ｍｍの厚さ（
典型的には約０．２８ｍｍ）でありかつダイエッジから
約０．５〜２ｍｍ離れておりあるいはリードのヘッド７
２の外周から約０．５〜３ｍｍ離れており、どちらが壁
部に最も接近してもよく、かつ空洞の側壁面８５から約
０．５〜２ｍｍ離れている。

【００３２】壁部８０は便宜的には約１〜２ｍｍのベー
ス６２の底部６５Ｃ上の高さ８１を有しており、これは
典型的には約１．２〜１．３ｍｍであり、約０．１〜０
．３ｍｍの範囲の厚さ８２を有するシリコンダイについ
ては約１．２５ｍｍが好ましい。リードヘッド７２の下
面７２Ｌは約０．５〜０．５ｍｍの高さ８３を有しかつ
リードヘッド７２の上面７２Ｕはダイ装着領域６５Ｃ上
に約１．０〜３．５ｍｍの高さ８７を有しこれは典型的
には約１．３ｍｍである。半田６８，７４は典型的には
約０．０５〜０．１５ｍｍの厚さである。上部ネイルヘ
ッド面７２Ｕの上の封入部８８の厚さ９０は望ましくは
少なくとも１．５ｍｍでありかつ好ましくは２〜４ｍｍ
またはそれ以上である。リードヘッド７２の上面が実質
的に平坦でないところあるいは傾斜が図４に例示されて
いるものよりずっと大きい場合は、リードヘッド上の封
入部の付加的な厚さが与えられそれによりリードヘッド
が露出するかあるいはその上のプラスチックが不当に薄
くかつ弱くなることを防止する。

【００３３】最小の空洞の深さは実質的にダイ、半田、
リードヘッド、およびリードヘッド上に望まれる封入部
の厚さの組み合わされた高さによって決定される。より
深い空洞を用いることができる。空洞の深さが最小値に
等しいかまたはそれを超えている限り、封入材の必要な
量は空洞の側壁のリム上に封入材を積み上げる必要なく
リードヘッド上に存在するであろう。封入材の上面は、
所望の量の封入材がリードヘッド上に維持されている限
り、ベースの側壁の頭部とほぼ同じレベルにすることが
でき、あるいは中央リードに向かって下りまたは上り傾
斜とすることができる。一般に、リードヘッド上の封入
材がより厚くなればなるほど、装置はより強くなる。し
かしながら、空洞の直径の約半分をずっと超えるリード
ヘッド上の封入材の厚さはそれ以上の強度をほとんど付
加しない。リードの平坦化されたヘッドを覆う封入材は
十分な厚さとしそれによりリードヘッドをダイに対して
保持する上で半田を補助しかつリードに対するテンショ
ンに対抗するために機械的強度を与えることが重要であ
る。ベースの高さおよび空洞の深さはダイの厚さ、半田
の厚さ、およびリードヘッドの厚さに応じて、リードヘ
ッド上に所望の封入材の厚さを提供するために調整でき
る。

【００３４】約７３〜７８％のシリカを有するシリカ充
填エポキシが封入材８８として好ましいが技術上よく知
られた他の封入材料も用いることができる。耐火充填材
がエポキシをより堅くかつ強くする。封入材８８の熱膨
脹係数（ＴＣＥ）は金属ベース６２のそれと実際上でき
るだけ近いことが望ましく、かつ金属ベース６２のＴＣ
Ｅより小さくないことが好ましい。

【００３５】本発明の装置構造および方法と組み合わせ
て使用されるいくつかのものを含む、多くの封入材料は
強固に充填した場合にも、熱処理に際しやや収縮する傾
向を有している。本発明は収縮を示す封入材によってよ
く効果を上げ、そのような収縮にもかかわらず極めて優
れた熱サイクル許容度およびリード引っ張り強度を提供
する。これは本発明の特定的な特徴である。

【００３６】上に挙げたものとほぼ同様の寸法を有しか
つ図１、図３および図４に対応する構成を有する装置が
それらの相対的な耐久性を評価するために熱的（電力）
サイクルストレス試験にさらされた。図２に示された形
式の装置は試験されなかったがそれはそれらの実質的に
より高いコストがそれらを、たとえ優れた電力サイクル
性能が予期されても、多くの用途に対して不適切にする
からである。前記装置がＩＦ＝３０アンペアの順方向電
流を印加しかつ除去することによりＴｍｉｎ＝４０℃お
よびＴｍａｘ＝１７５℃の間で反復的に繰り返された。 ＯＮ／ＯＦＦ期間はそれぞれ約９０／１２０秒であり、
かつ装置がＴｍｉｎおよびＴｍａｘのプリセット値に到
達することにより自動的にトリガされた。

【００３７】一群の装置が反復的電力サイクルにさらさ
れかつ次に電気的欠陥、すなわち、その電気的特性があ
らかじめ試験された値からかなり離れている装置のパー
センテージを決定するために種々の間隔で電気的に試験
された。次の結果が得られた。示された割合の欠陥に到
達するための電力サイクルの数 試験ロットＩＤ　　　　　　　　　　　　　　　　１０
％　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　５０
％＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝　　　　　　　　　　　　　　
　　　　＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝　　　　　　　　　
　　　　　＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝　　　　Ａ　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　３６
００　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　５００
０　　　　Ｂ　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　４５００　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　６５００　　　　Ｃ　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　５７００　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　７０００　　　　Ｄ　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　８０００　　
　　　　　　　　　　　　　　　　２００００示された
パーセンテージの欠陥に到達するのに必要な電力サイク
ルの数は技術上よく知られた手段を用いるウィーブル曲
線から決定された（たとえば、１９６１年、ロンドン、
パーガモン出版、ダブリュ・ウィーブル、「疲労試験お
よび結果の解析」、および機械応用ジャーナル、１９５
１年９月、２９３ページ、ダブリュ・ウィーブル「広い
用途の統計学的分配関数」を参照）。

【００３８】識別子Ａ〜Ｄは種々のダイオード製造者に
よって製作されたデバイスのグループを言及している。 グループＡの装置はモトローラ・インコーポレーテッド
により製造され、かつほぼ図１に示される構造を有して
いる。グループＢの装置は競合会社によって製造されか
つ図３に示された構造を有している。グループＣの装置
はモトローラ・インコーポレーテッドにより製造され、
かつ図５に示す構造を有している。

【００３９】図５は、空洞９３を有するベース９２、ネ
イルヘッド部９５を有するリード９４、ここに述べた他
の装置とほぼ同様にしてベース９２とネイルヘッド９５
との間に半田付けされたシリコンダイ９６、および封入
部９７を有する軸リード（ａｘｉａｌ−ｌｅａｄ）、圧
入ダイオード９１の非常に単純化した断面図である。ベ
ース９２は中央リード９４の方向に内側に曲がった側壁
部９８を有しそれにより封入部９７の部分９９が内側に
傾斜する側壁部９８とリードヘッド９５の上面との間に
捕捉されている。

【００４０】グループＤの装置はモトローラ・インコー
ポレーテッドにより製造されかつ本発明の好ましい実施
例に従い、図４に示される構造を有している。これらの
装置は図１の従来技術の構成に対し電力サイクル許容度
において１２２〜３００％の改善、図３の従来技術の装
置に対し７７〜２０８％の改善、そして図５の装置に対
し４０〜１８５％の改善をもたらしている。これは温度
（電力）サイクル性能において非常に意義のある改善で
ありかつ本発明の装置が従来技術または他の装置に比較
して実質的にかなり改善された信頼性を有することが期
待できることを示す。

【００４１】電力サイクル行為の他に、本発明の装置の
リードの堅さ（ｓｔｉｆｆｎｅｓｓ）および引っ張り強
度もまた測定された。本発明の装置はセ氏１９０度にお
いて１０７４ｋｇ／ｃｍの軸リード堅さを有することが
発見された。このリード堅さはリードの弾性限界内で測
定される。大きなリード堅さを有することが望ましい。 引っ張り強度はリードを破壊しまたはそれを装置から引
き取るために必要な力によって決定される。本発明の構
成によれば、リードの引っ張り強度はリードワイヤそれ
自体の欠損強度に対応したが、これはすなわちリードが
破壊のために引っ張られた場合、封入部の外部のリード
ワイヤがリードのダイまたは封入部からの何等かの分離
が起こる前にあるいは装置の内部のリードまたはリード
接合の他の欠陥が起こる前に破損した。

【００４２】図６は、本発明の他の実施例を二重、「ダ
ブルスラッグ（ｄｏｕｂｌｅ　　ｓｌｕｇ）」ダイオー
ドの形で示す。ダイオード１００は、それぞれ、ダイ１
０６，１０７およびスラグコンタクト１０８，１０９を
含む対向した空洞１０４，１０５を有する。壁部１１０
，１０１およびダイ１０６，１０７およびコンタクト１
０８，１０９は図４の空洞６４におけるものとほぼ同様
にして与えられる。スラグ１０８，１０９には封入部１
１２，１１３における保持力を助けるためにノッチ１１
４，１１５が設けられている。単一の「ダブルスラッグ
」ダイオードは１つのダイを省略しかつ対応するスラッ
グを図７に示されるようにベースの一部として形成する
ことによって得られる。図７においてはプライムの付さ
れた参照番号が用いられ図６に関連して示されたものと
類似の領域を示している。

【００４３】本発明の改良された装置は次のような方法
によって形成すると好都合である。好ましくはＯＦＨＣ
銅によって作られるベースは特定の装置の下面形状（ｆ
ｏｏｔｐｒｉｎｔ）に適合するために希望される何等か
の外部構造と組み合わせて図３に示される内部空洞構造
を有するように形成される。当業者が理解するように、
該空洞の横方向寸法は収容されなければならないダイの
寸法に依存しかつ、該ダイがより大きくなればなるほど
、該空洞もより大きくなる。本発明の外側に傾斜した壁
部はベースの一体化部分として形成されかつ該ベースと
同時に形成されることが望ましいが、これは必須のもの
ではない。外側に傾斜する壁部の根元は望ましくはダイ
の横方向周辺部の外側に約０．５〜２ｍｍ間隔をおきあ
るいはリードの平坦化されたヘッド部分の横方向周辺部
の外側に約０．５〜３ｍｍの間隔をおき、いずれか大き
い方とするのが望ましい。もし壁部の根元およびダイ装
着領域６５Ｃが同じ高さを有しておれば、壁部はダイの
空洞の底部６５Ｃ上の上部面またはリードヘッドの底部
の高さより典型的には約０．５〜１．５ｍｍ大きな高さ
を領域６５Ｃ上に有しかつその周辺部においてネイルヘ
ッドの上部面とほぼ同じ高さとなる。壁部８０はリード
ヘッド７２に接触すべきではなく、これはそうすること
により装置をショートさせるからである。

【００４４】壁部８０の頭部および側壁面８５の間のギ
ャップは狭すぎないことが重要である。もしそれが狭す
ぎると壁部８０の頭部と側壁面８０の間のギャップ内に
その位置における必要な機械的強度を提供するためには
不十分な封入材が存在することになるかもしれない。た
とえば、リード７０に引っ張り力が及ぼされたときある
いは異なる熱膨脹または収縮がリード７２に上方向の力
を生成したとき、この引っ張りまたは前記力は部分的に
リードヘッド７２上の封入材８８に伝達され、次に壁部
８０の頭部と側壁面８０の間の封入材８８の部分を通り
、次に傾斜した壁面８０Ｆと側壁面８５の間の封入材領
域８９に、そして次に壁部８０に伝達される。もし壁部
８０の頭部および側壁面８５の間のギャップが狭すぎる
と、その中の封入材が不十分な強度を有することになり
かつ装置の加熱または温度サイクルの間にひび割れを生
じあるいはリードの引っ張りの間に壊れるかもしれない
。従って、適切なリードの引っ張り強度および熱的サイ
クルの耐用性を達成するためには、このギャップはあま
りに狭すぎないことが重要である。

【００４５】ほぼギャップ幅とギャップの周囲長さの積
によって決定される、ギャップ領域は十分大きくなるべ
きであり、それによりその領域における封入材のストレ
スが注目温度における封入材料の欠損ストレスより低い
ようにすべきである。ここに述べた説明に基づき、当業
者は最小のギャップ領域、周囲長さおよび幅を使用を意
図する特定の封入材料および注目温度において遭遇する
ことが予期される引っ張り力または膨脹／収縮力に応じ
てどのように決定するかを理解するであろう。

【００４６】また、もしギャップが狭すぎると、封入材
８８が壁部８０の頭部を通り壁部８０および側壁面８５
の間の領域８９に流れこむことが非常に困難になる。領
域８９は封入材によってほぼ充填されることが望ましい
。簡単な概略方法は外側に傾く壁部８０の上端が好まし
くは空洞の側壁８５に壁部の高さの約半分の量８４より
近くに接近すべきではないということである。

【００４７】壁部８０は封入材８８，８９を通してそこ
に伝達される上方向の力に耐えなければならない。これ
は壁部８０の断面領域（これはほぼ壁の厚さ×壁の周囲
長さに等しい）を壁部の材料のたわみ強度（すなわち、
非弾性欠損のための力／領域）により最大の予期される
上方向の力を除算することにより決定される領域より大
きくすることにより達成される。当業者は本明細書の説
明に基づきいずれかの特定の装置構成に対する最小の必
要な壁部の断面領域（そして周囲長さおよび厚さ）をど
のようにして決定するかを理解するであろう。

【００４８】ベース、ダイおよびリードは都合よくは半
田プリフォーム（ｐｒｅｆｏｒｍｓ）の使用により取り
付けられるが、技術上良く知られた他の接合手段もまた
用いることができる。半田プリフォームが使用されたも
のと仮定すると、ダイ接合プリフォーム、ダイ、リード
接合プリフォームおよびリードは前記空洞に置かれかつ
中央に位置合わせされる。これは種々の部品をそれらの
意図された位置に保持するための治具を用いて行うと好
都合である。

【００４９】ベース、ダイ、リードおよびプリフォーム
は半田を溶かすために加熱されかつ次に半田が各部品を
一緒に接合するために凝固するように冷却される。これ
を行うための手段および方法は技術上よく知られている
。ベース、ダイおよびリードは単一の加熱操作において
付着できるが、２つの別個の加熱操作によって行うこと
もでき、すなわち最初にダイをベースに取り付けるため
かつ次にリードをダイに取り付ける２つの別個の加熱操
作で行うことができる。いずれの方法もうまくいくが、
単一操作の使用が好ましい。

【００５０】一旦ベース、ダイおよびリードが取り付け
られると、ダイのエッジが望ましくは清掃されかつ不動
態化材料（たとえば、ポリイミドまたはシリコンゴム）
で被覆されそして技術上よく知られた手段により熱処理
されるが、これは本質的なものではない。外側に傾斜し
た壁部は不動態化材料をダイエッジに近接して保持する
ための都合のよいダムとして作用しそれにより、他のこ
とが同じであれば、より少ない不動態化材料が必要とさ
れるようにする。

【００５１】パッシベーションおよび熱処理ののち、封
入材（たとえば、充填されたエポキシ）が技術上よく知
られた手段を用いて上に向き、外側に傾斜した壁部を実
質的に囲みかつ実質的に該空洞の残りの空間を満たすよ
うに加えられる。そのような封入を行うための材料およ
び方法は良く知られている。

【００５２】以上述べたように、当業者はここに述べた
発明がソリッドステート装置、特に車両の用途に使用す
るために適した半導体ダイオードのための改良された構
造および方法を提供することを理解するであろう。さら
に、本発明の構造は最小数の部品および低価格の材料を
使用し、製造が容易であり、かつ高いリード引っ張り堅
さ、適切なリード引っ張り強度、機械的な丈夫さおよび
低価格、を実質的に改良された温度（電力）サイクル許
容度と組み合わせて提供する。この特性の組み合わせは
実際の用途、特に車両電気システムにおいて非常に望ま
しい。

【００５３】本発明が特定の実施例および実例、たとえ
ば、軸リード圧入またはクランプダイオードに関して説
明されたが、当業者は上の説明に基づき本発明は他の形
式の電子的装置、たとえばかつ制限の意味ではなく、ト
ライアック、トランジスタ、サイリスタその他に適用可
能であり、かつ他の形式のパッケージ、たとえばかつ制
限の意味ではなく、対称軸リード型、ノンアキシャルリ
ード型、スタッド型、ボルトダウン型、その他に適用可
能であることを理解するであろう。

【００５４】さらに、本発明が空洞底部６５の周辺部６
５Ｐおよびダイ接合部６５Ｃが実質的に同じ高さである
実施例によって説明されたが、これは本質的なものでは
ない。周辺部６５Ｐは中央部６５Ｃよりより高くまたは
より低くすることができる。重要なことは壁部８０がダ
イ６６に近接して配置されることであり、壁面８０Ｆが
外側に傾斜することであり、壁部８０の頭部がダイ６６
の上面より高い、好ましくはリードヘッド７２の上面と
ほぼ同じ、であることであり、壁部８０がダイ６６およ
びリードヘッド７２をヘッド７２および壁部８０の間の
接触なしに壁部８０内に配置するために十分な製造上の
許容差を許容しながら実用的な範囲でダイ６６またはリ
ードヘッド７２にできるだけ近く配置されることであり
、かつ壁部８０の外側に傾斜した頭部が封入材が外側に
傾いた壁面８０Ｆを覆いかつ実質的に面８０Ｆおよび空
洞側壁８５の間の空間を満たすことを妨げるように隣接
の空洞側壁にあまりにも接近しないことである。

【００５５】さらに、壁部８０はほぼ一様な厚さであり
かつそれが空洞底部６５から延びる場合に外側に傾斜す
るものとして示されているが、これも必須のものではな
い。外側面８０Ｆが外側に傾斜することのみが必須であ
る。壁部８０は一様でない厚さでもよく、その場合壁部
８０の内面、反対面８０Ｆ、は面８０Ｆより大きなまた
は小さな角度で外側に傾いてもよく、かつまた内側に傾
きあるいは垂直であってもよい。壁部８０の両方の面が
外側に傾斜することはそのような構成を形成する容易さ
のために好ましいものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】従来技術に係わる圧着ダイオードの単純化され
た側面および部分的切断断面図である。

【図２】他の従来技術に係わる圧着ダイオードの単純化
された側面および部分的切断断面図である。

【図３】他の従来技術に係わる圧着ダイオードの単純化
された側面および部分的切断断面図である。

【図４】本発明の好ましい実施例に係わるダイオードの
単純化された側面および部分的切断断面図である。

【図５】比較試験を行うための他の圧着ダイオードの極
めて単純化された側面断面図である。

【図６】本発明のさらに他の実施例に係わるダイオード
の極めて単純化された側面および部分的切断断面図であ
る。

【図７】本発明のさらに他の実施例に係わるダイオード
の極めて単純化された側面および部分的切断断面図であ
る。

【符号の説明】

６０　　ダイオード ６２　　メタルベース ６４　　空洞 ６１　　ベース６２の下面 ６５　　底部 ６５Ｃ　　平坦中央領域 ６３　　下面 ６６　　半導体ダイ ６８　　半田 ６９　　側部 ６５Ｐ　　周辺領域 ６７　　上面 ７０　　リード ７２　　ネイルヘッド部 ７４　　半田 ８０　　壁部 ７６　　ダイエッジ ７８　　不動態化材料 ８８　　封入材 ８０Ｆ　　外面 ８５　　内面

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　対向する第１および第２の主面を備え
   た金属ベース（６２）であって該ベース（６２）内に前
   記第１の面から伸びている空洞（６４）を備え、前記空
   洞（６４）は底部（６５）および該底部（６５）および
   前記第１の面の間に伸びている側部（６９）を備え、前
   記空洞（６４）の底部（６５）は整流器ダイ（６６）を
   受けるための中央領域（６５Ｃ）および前記中央領域（
   ６５Ｃ）および前記空洞（６９）の側部の間に位置する
   周辺領域（６５Ｐ）を備えたもの、前記空洞（６４）の
   底部（６５）の前記中央領域（６５Ｃ）上に一方の面（
   ６３）が装着された整流器ダイ（６６）、前記整流器（
   ６６）の第２の、対向する、面（６７）に取付けられか
   つ前記ベース（６２）から離れるように伸びている金属
   電極（７０）、前記ベース（６２）に固定されまたは一
   体化され、前記中央領域（６５Ｃ）および前記空洞（６
   ９）の側部との間に位置し、かつ前記空洞（６４）の底
   部（６５）から前記第１の面に向かって途中まで上方に
   かつ外側方向に伸びている傾斜壁部（８０）、前記整流
   器ダイ（６６）のエッジ（７６）および傾斜壁部（８０
   ）を覆う前記空洞（６４）内の封入材（８８）、を具備
   することを特徴とする整流器（６０）。
2. 【請求項２】　　半導体ダイ（６６）を受けるための中
   央領域（６５Ｃ）および少なくとも部分的に前記中央領
   域（６５Ｃ）を囲みかつ前記底部（６５Ｃ）から前記半
   導体ダイ（６６）を越えて上方向に伸びている壁部（８
   ０）を備えた空洞（６４）をその中に有する金属ベース
   （６２）を提供する段階であって、前記壁部（８０）は
   前記中央部（６５Ｃ）から外側に傾斜しかつ前記半導体
   ダイの厚さ（８２）を越える高さであるもの、前記半導
   体ダイ（６６）を前記中央部（６５Ｃ）に接合する段階
   、電気的リード（７０）を前記半導体ダイ（６６）に取
   付ける段階、そして封入材（８８）により前記空洞（６
   ４）を実質的に満たしかつ前記壁部（８０）を囲む段階
   、を具備することを特徴とする半導体装置（６０）を製
   造する方法。