JPS61289653A

JPS61289653A - 半導体整流装置

Info

Publication number: JPS61289653A
Application number: JP60130801A
Authority: JP
Inventors: Kenji Nagashima; 長島　健二
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1985-06-18
Filing date: 1985-06-18
Publication date: 1986-12-19

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】［発明の技術分野］この発明は、交流を直流に変換する半導体整流装置に関
し、更に詳細には、従来の同種の半導体整流装置よりも
高い信頼性を有するとともに、特に自動車の発電機や各
種装置の′Ｉ！ｉ源部の整流に好適な半導体整流Ｖａ＠
に関するものである。

［発明の技術的背！！ｌ］各種の電気機器の電源装置や自動車用電源装置等に使用
される半導体整流装置は、剛性の強い基板上に絶縁層を
介してダイオード等のパワー素子を半田接着するととも
に該絶縁層の上に導体パターンを形成して構成される。

以下には、たとえば自動車用電源装置に使用されている
半導体整流装置等を例にとって、要部構造を製造方法を
含めて概説する。

第２図はいわゆるＩＭＳＴ基板（ＩＭＳＴは絶縁された
金属基板技術の略）を使用して構成される半導体整流装
置の要部構造を示した断面図である。　ＩＭｓＴ基板は
よく知られているように、ＡＩ製の基板１の両面にアル
マイト処理を施してＡｌ２Ｏ３の絶縁被膜１ａを形成し
、更に該絶縁液１１１ａの上に接着剤となるエポキシ樹
脂層１ｂを形成するとともに該エポキシ樹脂層１ｂの上
に銅箔を貼り合わせた後、該銅箔を所望のパターンにエ
ツチングすることにより導体パターン２を形成したもの
である。　このＩＭｓＴＩ板を使用して半導体整流装置
を構成する場合、該導体パターン２の上にヒートシンク
（もしくはヒートスプレッダ）を半田接着した後、更に
該ヒートシンクの上にダーイオードやサイリスタ等のパ
ワー素子の半導体ペレットを半田接着する。

第３図は表面をＮｉめっきした銅製の基板３を用いて構
成される半導体整流装置の要部を示したものである。　
この半導体整流装置は、予め両面をＷやＭＯ等でメタラ
イズしたＡＩｚＯｉ製の焼結体４を半田５で該基板３上
に接着し、該焼結体４の表面のメタライズ層４ａの上に
半導体ペレット（図示せず）を半田接着等で取り付ける
ことによって構成される。

第４図はヒートシンクとして銅製の金属ブロック８を用
いて構成された半導体整流装置の要部構造を図示したも
のであり、一般に剛性の高い支持基板６上にメタライズ
した絶縁層７を接合し、この絶縁層７の上にヒートシン
クとなる金属ブロック８を介して半導体ペレット９をそ
れぞれ半田層で固定している。

第５図は自動車用パワーＩＣ等に採用されている構造及
び組立方法を説明するための図である。

この形式の半導体整流装置は、第５図の如くヒートスプ
レッダとなるディスク１０上に半田ペースト１１、半導
体ペレット１２、半田ペースト１３及びクッションリー
ド１４をこの順に積み重ね、これを炉に入れて半田ペー
ストを溶融させてディスク１０上に半導体ペレット１２
及びクッションリード１４が固定されたユニットを作り
、このユニットを前記のような基板（図示せず）上に搭
載して構成されたものである。

第６図は第５図のリード１４に代わる他の形式の半導体
整流装置の電極構造を説明するための図である。　この
形式の半導体整流装置は基板１５上に導体［１１６を形
成し、該導体層１６の上にヒートスプレッダとなる金属
ブロック１７を介して半導体ペレット１８を接着したも
のであり、半導体ペレット１８にはＡ１ワイヤ１９を超
音波ボンディングによって接続している。

［背景技術の問題点１前記の如き従来の半導体整流装置には以下のような問題
点があった。

（ｉ）　　前記の如き従来の半導体整流装置では、一般
に部品数、メタライズや半田付けの工数が多く、製造コ
ストが高価であった。

（ｉｉ）　　第２図のＩＭＳＴＩ板を使用するものにお
いては、ＩＭＳＴ基板のエポキシ樹脂１ｉ１１ｂの耐熱
性が金属等にくらべてかなり低いため、パワー素子の動
作に伴う発熱に耐えられずエポキシ樹脂層１ｂが剥離し
てしまったり、あるいはパワー素子を接合する時の過度
な半田温度等に耐えられず剥離してしまう等の事故が生
じやすかった。

（ｉｉｉ　）　　第３図に示した構造のものにおいては
、焼結体４のアルミナと、その両面にメタライズしたＭ
ＯやＷ等の金属や基板３のＣｕとの熱膨張差が大きいた
め、焼結体４にクラックを生じることがあり、また構成
材料の価格が高価であるため、経澗性の面で問題があっ
た。

（ｉｖ）　　第４図に示した構造のものは、金属ブロッ
クはメタライズされた絶縁１１７の上に接合されるので
、その後にパワー素子を金属プロツク上に半田付けする
温度よりも高融点の半田を使用しないと作業がしにくい
という難点がある。

（Ｖ）　　第５図に示した構造のものは、図示の如きユ
ニットを製作する際、炉内に装入する時に半導体ペレッ
ト１２やクッションリード１４の相互の位ａｍ係がずれ
ないように冶具等で固定しておかなければならないので
設備費がかさみ、従ってコスト高になることは避けられ
ないという欠点があった。　また、このようなユニット
を製作する工程を、基板上の実装工程と別に設けなけれ
ばならないので製造コストガ高くなることは避は難かつ
た。

（ｖｉ）　　第６図に示した構造のものでは、半導体ペ
レット１８に接続するワイヤが細いＡ１ワイヤであるた
め、半導体ペレット上部からの放熱性が悪いという欠点
があった。　また断線しやすいという欠点もあった。

【発明の目的１この発明は、前記従来装置の構造に存する前記の欠点及
び問題点を有することのない、新規な構造の半導体整流
装置を提供することであり、更に具体的には、この発明
の目的は、従来装置よりも信頼性が高く（つまり、破損
等の生ずる恐れの少ない）且つ安価な製造コストで製造
することのできる半導体整流装置を提供することである
。

［発明の概要］この発明による半導体整流装置は、Ａ１等の放熱性のよ
い基板上に溶射法を利用してＡｌ２Ｏ５等の絶縁層を溶
射形成するとともに、該絶Ｒｍ上及び該基板上に同じく
溶射法を利用して階段状の第一及び第二の導体層を形成
し、該第一及び第二の導体層の上にそれぞれ第一及び第
二の半導体ペレットを半田接合させた構造を有している
。　従ってヒートシンクが不要であり、しかも絶ａｌｌ
を接合する必要はない。　それ故、従来の半導体整流装
置よりも短縮した工程と安価な材料で製造することがで
きる。　また階段状に形成した絶縁層には剥離という内
題を生じる恐れがなく、しかも耐熱性が高いので信頼性
の＾い半導体整流装置を構成することができる。

該絶縁層と該導体層の形成にはマスクを用いて溶射を行
うので所定の絶Ｉｆｆパターンと導体層パターンを容易
に実現することができる。

［発明の実施例〕第１図を参照して本発明の一実施例について説明する。

本発明の方法では、まずＡ１製の基板２０の片面に粒度
６０メツシユのアルミナを高圧空気で吹きつけて３０μ
ｍの凹凸を形成するように粗面化する。

次にプラズマ溶射装置を用いて粒径１０〜４０μ−のア
ルミナ粉末を該基板２０の片面に溶射して１５０〜１７
０μ閣の厚さの絶縁［１２１を形成する。　この場合、
メタルマスクを用いて該絶縁層２１を図示の如く選択的
に形成させる。　ＷＩ射アルミナ粒径が１０μｍ未満で
は溶射装置におけるフィードが難しく、４０μ■を超え
ると均一な溶射膜の形成ができない。　またアルミナ膜
厚は、使用電圧により選択される。

無機絶縁層はアルミナに代えて、チタニア、スピネル、
マグネシア、ステアタイト、ベリリア、窒化アルミ、炭
化珪素等も使用できる。

次いでメタルマスクを用いて該基板上と該絶縁１２１の
上に２００〜３００メツシユの銅粉（ニッケル粉、銀粉
も使用され、メツシュ範囲は金属により溶射装置のフィ
ードと均一膜の形成から決定される）をプラズマ溶射装
置によって溶射して８０〜１００μ−の厚みの銅層を形
成した後、前記メタルマスクよりも窓の小さいメタルマ
スクを用いて更に前記ａ４ｍの上に少なくとも一層以上
銅層を積層させて最終的に図示の如く階段状の導体層２
２を形成させる。　絶縁層に最初に形成される銅層の厚
さは、剥離の点では薄いほうがよく、２００μ量以下で
あればその効果がみられる。　またヒートスプレッダと
しての銅層の厚さは１１１程度にするのがよい。

この優、ダイオード等のパワー素子から成る半導体ペレ
ット２３を半田２４　（Ｐｂ　−Ｉｎ−Ａｇ。

Ｉｎ　　５％、Ａ１１１２５％、融点３００℃）でＮ２
　／Ｈ２雰囲気中において該導体１１２２の上に接合し
、更に他の半田２５　（Ｓｎ　、融点２００℃）を用イ
Ｎ２／Ｈ２雰囲気中において該半導体ペレット２３上に
クッションリード２６を接合させ、これにより第１図（
ｂ）に示すように本発明の半導体整流装置を完成する。

［発明の効果］前記実施例に示したように本発明の半導体整流装置によ
れば、（ａ　）導体層によってヒートシンクの役割を受は持た
せているため、ヒートシンクが不要であり材料費が低減
できる。

（ｂ　）絶縁層を何重にも設けたり、種々の相異なる性
質の層を積層したり何回も半田接合したりする必要がな
いので組立工程が短縮且つ簡略化され、その結果、組立
コストを低減することができる。

また、階段状に導体層を設けたから、異種材料間の熱膨
張係数の相異に起因する層剥離を生ずる恐れが少なく、
歩留りが向上するとともに信頼性の高い半導体整流装置
を提供できる。

（Ｃ）ＩＭＳＴ基板の如き有機物層を有していないので
耐熱性が高くしかも放熱性にすぐれているので信頼性に
すぐれた半導体整流装置を製造できる。

（ｄ　）実施例に示したように、クッションリードを使
用した場合には半導体ペレットの上方への放熱性も向上
するのでＡ１ワイヤを超音波ボンディングで接続する形
式の従来装置にくらべて極めて放熱性のよい半導体整流
装置が得られ、また、断線の恐れもなく信頼性の高い装
置となる。

（ｅ　）第６図に示した従来の半導体整流装置にくらべ
て別のユニット組立て工程等を要しないので設備費が少
なくてすみ、また組立コストも低減する。

（ｆ）基板として実施例の如＜ＡＩ板を用いる場合は、
たとえば、自動車用電源装置のようにアルミダイキャス
ト製のケーシングに取り付けて使用される時に該ケーシ
ングと該基板とが同材質となるため、異種金属の接触に
起因する電蝕が生じないので、特に自動車用電源装置と
して好適である等の種々の効果を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の半導体整流装置の一実施例を示す断面
図、第２図乃至第６図は従来の半導体整流装置の構造を
説明するための従来装置の概略図である。１．３，６．１５．２０・・・基板、　１ａ、７゜２１
・・・絶縁層、　２・・・導体パターン、　１ｂ・・・
エポキシ樹脂層、　４・・・焼結体、　４ａ・・・メタ
ライズ層、　８，１７・・・金属ブロック、　９．１２
゜１８．２３・・・半導体ペレット、　１０・・・ディ
スク、１６・・・導体層、　２２・・・導体層、　１４
．２６・・・クッションリード、　５，１１．１３，２
４゜２５・・・半田。第１図第２図第３図第４図第５図第６図

Claims

【特許請求の範囲】１　放熱性のよい基板と、該基板の一表面上に溶射形成
された無機絶縁物の絶縁層と、該基板の表面及び該絶縁
層の上にそれぞれ溶射により階段状に形成された第一及
び第二の導体層と、該第一及び第二の導体層それぞれの
上に半田などで搭載された第一及び第二の半導体整流素
子ペレットとを有することを特徴とする半導体整流装置
。２　放熱性のよい基板がアルミニウム系金属基板であり
、溶射により形成された絶縁層の材質がアルミナであり
、溶射により形成された導体層の材質が銅であり、半導
体整流素子ペレットが該ペレットを該導体層の上に接着
する半田よりも融点の低い半田により接着されるクッシ
ョンリードを有し、半導体整流装置が自動車用発電機の
整流に用いられる特許請求の範囲第１項記載の半導体整
流装置。