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

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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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electrode body
insulating member
rectifier
side wall
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聡一 吉永
Hitoshi Irie
均 入江
Hiroaki Ishikawa
博章 石川
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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。

Description

【発明の詳細な説明】
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【図面の簡単な説明】
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【符号の説明】
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。

Claims (21)

    【特許請求の範囲】
  1. 【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。
  2. 【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。
  3. 【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。
  4. 【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。
  5. 【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。
  6. 【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。
  7. 【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。
  8. 【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。
  9. 【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。
  10. 【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。
  11. 【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。
  12. 【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。
  13. 【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。
  14. 【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。
  15. 【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。
  16. 【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。
  17. 【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。
  18. 【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。
  19. 【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。
  20. 【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。
  21. 【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。
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