JPH02158145A - 半導体装置 - 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】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、半導体装置、特にサイリスタ等の加圧接触
型半導体装置の耐圧の改良に関する。

〔従来の技術〕

従来、この種の半導体装置として、特公昭６１−４１８
５号公報に示す半導体装置が挙げられる。

第４図はその半導体装置の部分断面図である。

同図において、サイリスタエレメント１は円板状をなし
、半導体基板１ａの上面にゲート電極く図示省略）とカ
ソード電極（図示省略）とが内周域と外周域に分割して
それぞれ形成され、半導体基板１ａの下面にアノード電
極（図示省略）が形成されている。また、半導体基板１
ａの下面に円盤状の補償板１ｂがろう付けされている。

この補償板１ｂは、その熱膨張係数が半導体基板１ａの
熱膨張係数とほぼ等しいモリブデンやタングステンによ
り構成されている。さらに、ドーナツ板状のカソード電
極板１Ｃがカソード電極にのみ電気的に接触するように
押し付けられている。

半導体基板１ａの下面にろう付けされた補償板１ｂは外
部アノード電極２に電気的に接触するように押し付けら
れている。なお、この外部アノード電極２の外周部には
円筒形状のケース３がろう付けされ、さらにケース３の
外周部に７ランジ４がろう付けされている。

第４図に示すように、外部カソード電極５は垂直方向に
伸びた棒状部材５ａとその棒状部材５ａの一方端に取り
付けられたドーナツ板状部材５ｂとで構成されている。

そして、ドーナツ板状部材５ｂ上に、ワッシャ６ａ、絶
縁環７．ワッシャ６ｂ１皿ばね８およびワッシャ６Ｃが
この順で配置されている。なお、ワッシャ６Ｃは、その
上方向から一定圧力が印加されて皿ばね８が弾性圧縮さ
れた状態でケース３の突起部により保持されている。こ
れにより、外部カソード電極５のドーナツ板状部材５ｂ
が皿ばね８のばね力により半導体基板１ａの上面に配置
されたカソード電極板１Ｃにのみ電気的に接触するよう
に押し付けられている。

また、外部カソード電極５の棒状部材５ａの下部にはサ
イリスタエレメント１のゲート電極に対応して垂直孔５
Ｃが設置ノられており、この垂直孔５Ｃにばね９および
絶縁体１０がこの順で収められている。そして、ゲート
リード１１が絶縁体１０の下面の中央部に設けられた貫
通孔および絶縁管１２に挿通され、そのゲートリード１
１の一方端がばね９のばね力によりサイリスタエレメン
ト１のゲート電極に電気的に接触するように押し付けら
れている一方、その他方端はゲート端子１３に電気的に
接続されている。一方、外部カソード電極５の棒状部材
５ａの他方端はセラミックシール１４にろう付けされた
カソード端子１５に嵌合されている。

なお、セラミックシール１４の外周部に、はフランジ１
６が設けられており、フランジ４と接合されている。

第４図に示す半導体装置の組立て手順は、以下のとおり
である。まず、外部アノード電極２上にサイリスクエレ
メント１を配置する。次に、外部カソード電極５のドー
ナツ板状部材５ｂ上に、ワッシャ６−ａ、絶縁環７．ワ
ッシャ６ｂ、皿ばね８およびワッシャ６Ｃをこの順で配
置する。また、外部カソード電極５の垂直孔５Ｃにばね
９と絶縁体１０をこの順で収めた後、ゲートリード１１
を絶縁体１０の貫通孔および絶Ｂ管゛１２に挿通させて
組立体を形成する。そして、上記組立体をサイリスタエ
レメント１上に配置する。ワッシャ６Ｃの上方向から圧
力を印加して皿はね８を弾性圧縮させながら、ケース３
の局部に外力を加え突起部を形成し、ワッシャ６Ｃを介
して皿ばね８を係止させる。最後に、セラミックシール
１４を所定位置に配置し、フランジ°４，１６を溶接す
る。

〔発明が解決しようとする課題〕

従来の半導体装置は以上のように構成されているので、
半導体装置の耐圧をより一層向上させるためには、ワッ
シｔｙ６ｂ、６ｃと外部カソード電極５との間および皿
ばね８と外部カソード電極５との間の絶縁耐ＪＪｔを向
上させる必要がある。これらの絶縁耐量を向上させる手
段としては、（１）ワッシャ６ｂ、６ｃと外部カソード
電極５との間隔および皿ばね８と外部カソード電極５と
の間隔を広げること、 （２）ワッシャ６ｂ、６ｃと外部カソード電極５との間
および皿ばね８と外部カソード電極５との間に絶縁物を
挿入すること が挙げられる。

しかしながら、外部カソード電極５には大電流が流され
、例えばピーク電流で３００Ａ程度であるため、外部カ
ソード電極５の棒状部材５ａの直径を小さくして上記間
隔を広げることは好ましくない。一方、皿ばね８に対し
て望まれるばね荷重は約４０Ｃ１であるため、皿ばね８
の内径を広げ、皿ばね８と外部カソード電極５との間隔
を広げることも事実上不可能である。したがって、従来
の半導体装置においては、上記手段（１）により半導体
装置の耐圧を向上させることは不可能である。

また、第４図に示すように、外部カソード電極５には、
垂直孔５Ｃに連結する横穴５ｄが設けられ、これら垂直
孔５Ｃおよび横穴５ｄを介してゲートリード１１が配線
されているので、ワッシャ６ｂ、６ｃと外部カソード電
極５との間および皿ばね８と外部カソード電極５との間
に絶縁物を挿入することができない。したがって、従来
の半導体装置においては、上記手段（，２）・によって
も半導体装置の耐圧を向上させることは不可能であった
。

この発明は上記のような課題を解決するためになされた
もので、耐圧をより一層向上させることができる半導体
装置を提供することを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

この発明に係る半導体装置は、第１外部電極と、前記第
１外部電極の一方面の外周部に形成されたケース部材と
、一方面に第１電極が形成されるとともに、他方面の第
１領域に第２電極と第２領域に第３ｉｉ極とがそれぞれ
形成され、前記第１電極が前記第１外部電極の一方面の
内周部に対面するように配置された半導体エレメントと
、下部に前記第３１極の表面に対面するように配置され
た電極面と、前記電極面に対してほぼ垂直に、かつ前記
第３電極に対応して形成された垂直孔を有するとともに
、側部に前記垂直孔に連通ずるように設けられた傾斜孔
を備える第２外部電極と、一端が前記第３電極の表面に
対面するようにして、前記垂直孔および前記傾斜孔に挿
通配置された第３外部電極と、前記ケース部材に収容保
持された第１のばね部材を含み、前記第１のばね部材の
ばねカにより、前記第１電極と前記第１外部電極との間
および前記第２電極と前記第２外部電極との間のそれぞ
れの接合面を加圧接触させる第１加圧接触手段と、前記
垂直孔内に保持された第２のばね部材を含み、前記第２
のばね部材により、前記第３電極と前記第３外部電極と
の間の接合面を加圧接触させる第２加圧接触手段と、前
記第１加圧接触手段と、前記垂直孔および前記傾斜孔に
対、応する前記第２外部電極の外側面との間に介挿され
た絶縁体とを備えている。

〔作用〕

この発明による半導体装置によれば、第２外部電極の下
部に半導体エレメントの第３電極に対応して垂直孔が設
けられるとともに側部に前記垂直孔に連通ずる傾斜孔が
設けられ、前記垂直孔および前記傾斜孔に対応する前記
第２外部電極の外側面と前記第１加圧接触手段との間に
絶縁体を介挿させることにより、前記第１加圧接触手段
と前記第２外部電極との間の絶縁銅ｍが向上され、半導
体装置の耐圧がより一層向上される。

〔実施例〕

第１図はこの発明にかかる半導体装置の断面図であり、
第２図および第３図は第１図に示す半導体装ぎの組立手
順を説明するための断面図である。

第１図および第２図に示すように、サイリスタエレメン
ト１は従来例（第４図）と同一構成である。

また、第１図に示すように、半導体基板１ａの下面にろ
う付けされた補償板１ｂは外部アノード電極２に電気的
に接触するように押し付けられている。なお、この外部
アノード電極２の外周部には円筒形状のケース３がろう
付けされ、さらにケース３の外周部にフランジ４がろう
付けされて、組立体Ａ（第２図）が形成されている。

また、第１図ないし第３図に示すように、外部カソード
電極５は垂直方向に伸びた棒状部材５ａとその棒状部材
５ａの一方端に取り付けられたドーナツ板状部材５ｂと
で構成されている。そして、ドーナツ板状部材５ｂ上に
、ワッシャ５ａ、絶縁環７．四弗化エチレンからなる絶
縁体１７．ワッシャ６ｂ、皿ばね８およびワッシャ６Ｃ
がこの順で配置されている。なお、ワッシャ６Ｃは、そ
の上方向から一定圧力が印加されて皿ばね８が弾性圧縮
された状態でケース３の突起部３ａ（第１図）により保
持されている。これにより、外部カソード電極５のドー
ナツ板状部材５ｂが皿ばね８のばね力により半導体基板
１ａの上面に配置されたカソード電極板１Ｃにのみ電気
的に接触するように押し付けられている。

また、外部カソード電極５の棒状部材５ａの下部中央に
は半導体基板１ａのゲート電極に対応して垂直孔５ｅが
設けられており、この垂直孔５ｅにばね９および絶縁体
１０がこの順で収められている。また、第３図から容易
に理解できるように、棒状部材５ａの側面と垂直孔５ｅ
とが連通丈るように、傾斜孔５ｆが設けられている。な
お、同図に示すように、傾斜孔５ｆは、その底面部が棒
状部材５ａ中に存在するように仕上げられているが、こ
れを貫通孔に仕上げてもよいことは言うまでもない。

そして、ゲートリード１１が絶縁体１０の下面の中央部
に設けられた貫通孔および絶縁管１２に挿通され、その
ゲートリード１１の一方端がばね９のばね力によりゲー
ト電極に電気的に接触するように押し付けられている一
方、その他方端はグー１一端子１３に電気的に接続され
ている。

一方、外部カソード電極５の棒状部材５ａの他方端はセ
ラミックシール１４にろう付ＧＪされたカソード端子１
５に嵌合されている。

なお、セラミックシール１４の外周部にはフランジ１６
が設けられており、フランジ４と接合されいる。

以上のことかられかるように、本実施例では、ワッシャ
６ｂ、６ｃと外部カソード電極５との間および皿ばね８
と外部カソード電極５との間に絶縁体１７が介挿されて
いるので、それらの間の絶縁削口が向上されて半導体装
置の耐圧がより一層向上される。なお、絶縁体１７の材
質として四弗化エチレンを用いた結果、ワッシャ６ｂ、
６Ｃと外部カソード電極５との間および皿ばね８と外部
カソード電極５との間の絶縁耐量は約１６．９ｋＶ／　
ｍｍとなった。

第１図に示す半導体装置は以下の手順により組立てられ
る。

まず、第２図に示すように、外部アノード電極２にケー
ス３をろう付けし、さらにケース３に７ランジ４をろう
何すして組立体Ａを形成する。また、セラミックシール
１４にカソード端子１５゜フランジ１６およびゲートパ
イプ１８をそれ、ぞれろう付けして組立休日を形成する
。また、以下のようにして組立体Ｃを形成する。

第３図に示すように、外部カソード電極５のドーナツ板
状部材５ｂ上に、ワッシャ５ａ、絶縁環７および絶縁体
１７をこの順で配置する。また、外部カソード電極５の
垂直孔５ｅにばね９を収めた後、ゲートリード１１に絶
縁体１０の貫通孔および絶縁管１２に挿通させた組立体
をさらに垂直高５０に収める。その後、絶縁体１７上に
ワツシｔ５ｂ、皿ばね８およびワッシャ６Ｃをこの順で
配置して組立体Ｃを形成する。

その後、サイリスタエレメント１を組立体Ａの外部アノ
ード電極２上に配置し、ドーナツ板状部材５ｂとサイリ
スタエレメント１のカソード電極板１Ｃとが対面するよ
うに組立体Ｃをサイリスタエレメント１上に配置する。

これにより、第１図に示すように、ゲートリード１１の
一方端がばね９のばね力によりサイリスタエレメント１
のゲート電極に電気的に接触するように押し付けられる
。

そして、ワッシャ６Ｃに対し組立体Ａ側に向けて一定圧
力を印加して皿ばね８を弾性圧縮させた状態で、ケース
３の側面領域のうちワラシト６Ｃに対応する領域に変形
を加えて突起部３ａ（第１図）を形成し、この突起部３
ａぐワラシト６Ｃの周縁部を係止する。これにより、皿
ばね８のばね力の作用で、第１図に示すように、半導体
基板１ａの下面にろう付けされた補償板１ｂは外部アノ
ード電極２に電気的に接触するように押し付けられると
ともに、ドーナツ板状部材５ｂがサイリスタエレメント
１のカソード電極板１Ｃに電気的に接触するように押し
付けられる。

この後、ゲートリード１１のうち絶縁管１２に覆われて
いない部分をゲートバイブ１８に挿入するとともに、外
部カソード電極５の棒状部材５ａの他方端をカソード端
子１５に嵌合させるようにして、組立休日のフランジ１
６をケース３に外嵌めする。

そして、フランジ１６．４の外周をアーク溶接した後、
ゲートパイプ１８から不活性ガスを封入し、その先端部
を溶接してゲート端子１３（第１図）を形成する。これ
により、第１図に示す半導体装置が形成される。

なお、上記実施例では絶縁体１７の材質として四弗化エ
チレンを採用したが、これに限定されるものではなく、
シリコンゴム等の絶縁性物質を採用してもよい。

また、上記実施例ではサイリスクエレメント１は、第１
図に示すように、半導体基板１ａ、カソード電極（図示
省略）、ゲー（へ電極（図示省略）アノードｆｆ１ＫＡ
（図示省略）、補償板１ｂおよびカソード電極板１Ｃに
より構成された場合について説明したが、補償板１ｂお
よびカソード電極板１Ｃはサイリスタエレメント１の必
須構成要素でないため、半導体基板１ａ、カソード電極
、ゲート電極、アノード電極により構成されたサイリス
タエレメント１に本発明を適用することができる。

なお、サイリスタエレメント１が半導体基板１ａ。

カソード電極、ゲート電極、アノード電極および補償板
１ｂにより構成されている場合、あるいはサイリスクエ
レメント１が半導体基板１ａ、カソード電極、グーｌ−
電極、アノード電極およびカソード電極板１Ｇにより構
成されている場合にも、本発明を適用づることができる
ことは言うまでもない。

また、上記実施例では、半導体エレメントがサイリスタ
エレメント１である場合について説明したが、半導体エ
レメントが静電誘導型１ノイリスク。

ゲートターンオフサイリスタあるいは大電力用トランジ
スタ等の加圧接触半導体装置である揚台に本発明を適用
することができ、上記と同様の効果を奏する。

〔発明の効果〕

以上のように、この発明にかかる半導体装置によれば、
第２電極の下部に半導体エレメントの第３電極に対応し
て垂直孔が設番ブられるとともに側部に前記垂直孔に連
通ずる傾斜孔が設けられ、前記垂直孔Ｊ３よび前記傾斜
孔に対応する前記第２外部電極の外側面と第１加圧接触
手段との間に絶縁体が介挿されているので、前記第１加
圧接触手段と前記第２外部電極との間の絶縁耐量を向上
、されることができ、耐圧がより一層向上された半導体
装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明にかかる半導体装置の断面図、なお、
各図中同一符号は同一または相当部分を示す。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）第１外部電極と、 前記第１外部電極の一方面の外周部に形成されたケース
   部材と、 一方面に第１電極が形成されるとともに、他方面の第１
   領域に第２電極と第２領域に第３電極とがそれぞれ形成
   され、前記第１電極が前記第１外部電極の一方面の内周
   部に対面するように配置された半導体エレメントと、 下部に前記第２電極の表面に対面するように配置された
   電極面と、前記電極面に対してほぼ垂直に、かつ前記第
   ３電極に対応して形成された垂直孔を有するとともに、
   側部に前記垂直孔に連通するように設けられた傾斜孔を
   備える第２外部電極と、 一端が前記第３電極の表面に対面するようにして、前記
   垂直孔および前記傾斜孔に挿通配置された第３外部電極
   と、 前記ケース部材に収容保持された第１のばね部材を含み
   、前記第１のばね部材のばね力により、前記第１電極と
   前記第１外部電極との間および前記第２電極と前記第２
   外部電極との間のそれぞれの接合面を加圧接触させる第
   １加圧接触手段と、前記垂直孔内に保持された第２のば
   ね部材を含み、前記第２のばね部材により、前記第３電
   極と前記第３外部電極との間の接合面を加圧接触させる
   第２加圧接触手段と、 前記第１加圧接触手段と、前記垂直孔および前記傾斜孔
   に対応する前記第２外部電極の外側面との間に介挿され
   た絶縁体とを備えたことを特徴とする半導体装置。