JPH0593049U - 圧接型半導体素子 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 制御電極部を圧接するための圧接部材の形状
を種々の形状に工夫し、これらを組み合わせることによ
り圧接部材の変位による不都合を無くする。 【構成】 半導体基体（ウエハ）３の一方の主表面に主
電極２を設けるとともに、他方の主表面には主電極５と
制御電極６を設けた半導体素子であって、制御電極６を
圧接するための圧接部材の各種の構成部品の形状を工夫
し、組み合わせて、圧接部材を保護する。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

本考案は圧接型半導体素子に係り、特に圧接型半導体素子における制御電極の 圧接構造に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】

図１３に従来の圧接型半導体素子として圧接型ゲートターンオフサイリスタの 構造を示す。図でろう付けや溶接などにより接着されずに接触している部分は、 説明のために切り離して図示してある。

【０００３】 図１３において、１は一方の主電極導体である銅ブロック、２はシリコンと熱 膨張係数がほぼ等しいモリブデン，タングステン等からなり、シリコンウエハ３ の一方の主表面にろう付けされたアノード電極、４は高耐圧を持たせるために半 導体基体の端面を保護する目的で設けられるシリコンゴム等からなる絶縁物、５ はアルミニウム層又はスパッタ層からなり、シリコンウエハ３の他方の主表面の 外周部に形成された制御電極であるゲート電極、６はアルミニウム層又はスパッ タ層からなり、シリコンウエハ３のゲート電極５が形成された主表面に、ゲート 電極５に取り囲まれて形成された他方の主電極であるカソード電極、７はシリコ ンと熱膨張係数がほぼ等しい材料からなる円板状の熱緩衝板である。

【０００４】 また、図１３において、８は熱緩衝板７に加圧接触される他方の主電極導体で あるカソード銅ポスト、９は円筒状の絶縁筒、１０はアルミニウム等の材質から なり、ゲート電極５に圧接される円筒状のゲートリング、１１は金属等の材質か らなる平板状の座金、１２は皿ばね、１３は金属等の材質からなる円環状の座金 、１４はマイカまたはテフロン等の材質からなる円環平板状の絶縁物、１５はゲ ートリング１０に溶接またはろう付けされ、コバール等の材質からなるシール部 １９を通して外部へ接続されるゲートリード線、１６はセラミック等の材質から なる絶縁筒、１７は鉄・ニッケル合金等の材質からなり、カソード銅ポスト８と ドーナツ状金属板１８に溶接またはろう付けされているドーナツ状金属板、２０ は鉄・ニッケル合金等の材質からなり、絶縁筒１６に溶接またはろう付けされて いて、素子組立時にドーナツ状金属板２１に溶接されるドーナツ状金属板であっ て、金属板２１は鉄・ニッケル合金等の材質からなり、アノード銅ポスト１と溶 接またはろう付けされていて、素子組立時にドーナツ状金属板２０に溶接される 。

【０００５】

【考案が解決しようとする課題】

図１３の圧接型ゲートターンオフサイリスタでは、半導体基体であるシリコン ウエハ３に熱緩衝板２をろう付けしてアノード電極を形成し、アルミニウム蒸着 またはスパッタによりカソード電極６およびゲート電極５を形成し、エッジ部の 露出面をパッシベーションゴム４で保護したペレットをカソード電極，アノード 電極およびゲート電極を圧接できるようにした密閉ケースに封入してある。

【０００６】 図でゲートリング１０は皿ばね１２のばね圧力によりゲート電極５に圧接され る。また、皿ばねの圧力が均一にゲートリングに作用するように皿ばねは少なく とも２枚の金属座金１１，１３により挟まれている。また、ゲートリングとカソ ードポスト８Ａとの絶縁のために、絶縁リング１４および絶縁筒９が設けられて いる。

【０００７】 ゲート電極はカソード電極を取り囲むように外周部に形成されている。これは 小容量のゲートターンオフサイリスタでよく用いられているゲート電極を素子の 中心部に形成するいわゆるセンターゲートに比べて、より均一で大きなゲート電 流引き出し能力があり、大容量のゲートターンオフサイリスタに適用した場合に 可制御電流向上が期待できるゲート構造である。

【０００８】 しかるに、実際の素子では、図１３のように組み立てた後、信頼性試験等の種 々の特性評価を行う。この各特性評価ごとに素子には圧接と解放がくり返される 。そして解放の際に皿ばねの復元力等で図１４のように絶縁筒９が位置ずれをお こし、これにより座金１３や皿ばね１２が偏心をおこし、結果的に次に圧接した ときに著しい圧接不良を引きおこしてしまう。

【０００９】 本考案は上記従来の問題点に鑑みてなされたもので、その目的は、制御電極部 を圧接するための圧接部材の形状を種々の形状に工夫し、これらを組み合わせる ことにより圧接部材の変位による不都合を無くすることである。

【００１０】

【課題を解決するための手段】

本考案は、上記目的を達成するために、半導体基体の一方の主表面に第１の主 電極を設け、他方の主表面には第２の主電極と制御電極を設けてなり、前記第１ の主電極と第２の主電極を第１の金属ポストと第２の金属ポストを介して前記半 導体基体に圧接させるとともに、前記制御電極を、前記第２の金属ポストとは電 気的に絶縁した状態で、圧接部材を介して前記半導体基体に圧接させてなる半導 体素子において、 前記圧接部材に該圧接部材を保護するための圧接保護手段を設けて構成したこ とを特徴とする。

【００１１】

【作用】

半導体基体の両主表面に配設された主電極部は金属ポストによって圧接され、 半導体基体の一方の主表面に配設された制御電極部は圧接部材を介して金属ポス トの圧接作用に伴って圧接される。制御電極部の圧接にあたって、圧接保護手段 によって圧接部材の変位を復帰させる。

【００１２】

【実施例】

以下に本考案の種々の好ましい実施例を図１〜図１２を参照しながら説明する 。

【００１３】 図１は本考案の第１実施例による圧接型半導体素子を示すもので、図１３のも のと同一又は相当部分には同一符号が付されている。

【００１４】 半導体基体であるウエハ３の主表面にそれぞれ主電極を有し、一方の主電極で あるカソード電極６は制御電極であるゲート電極５に取り囲まれ主表面上に分散 配置されている。このカソード電極６と他方のアノード電極２はシリコンと熱膨 張係数がほぼ等しい材料であるモリブデンもしくはタングステン等の熱緩衝板を 介して圧接により外部電極へ接続されている。

【００１５】 本実施例の特徴とするところは、図１と図２に示すように、カソード銅ポスト ８に嵌挿された絶縁筒として、円筒部９ａと鍔部９ｂからなる絶縁筒９を用いた ことである。

【００１６】 カソード銅ポスト８は円柱部８ａと鍔部８ｂからなり、カソード銅ポスト８の 円柱部８ａには絶縁筒９が嵌挿され、絶縁筒９の円筒部９ａの外周にはゲートリ ング１０，座金１１，皿ばね１２および座金１３が嵌挿されている。従って、ア ノード銅ポスト１とカソード銅ポスト８間で圧接すると、カソード電極６はカソ ード銅ポスト８の円柱部８ａによって圧接され、ゲート電極５はカソード銅ポス ト８の鍔部８ｂ，座金１３，皿ばね１２，座金１１およびゲートリング１０によ って圧接される。

【００１７】 図１と図２に示す実施例によれば、絶縁筒９を断面がＬ字型の鍔つき円筒体と し、Ｌ字の直角内に金属座金１３および１１，皿ばね１２，ゲートリング１０を 設けるようにした。この構造では圧接・解放のサイクルで絶縁筒９の位置ずれは 起こらず、仮に起きたとしても他の部品の偏心を引き起こすことはなく、次の圧 接によって復元し位置ずれは解消される。また、この構造では、絶縁リング１４ を省略することができる。

【００１８】 図３は本考案の第２実施例による圧接型半導体素子を示すものであって、この 第２実施例においては、絶縁筒９を鍔部９ｂを有する円筒体とし、絶縁筒９の筒 部９ａの外周にゲートリング１０を嵌挿し、鍔部９ｂをゲートリング１０の端部 と座金１１間に位置させたものである。

【００１９】 従って、図３に示す第２実施例によれば、絶縁筒９を断面Ｌ字型の鍔つき円筒 体とし、Ｌ字の直角内にゲートリング１０のみを設けるようにしたものである。 この例では絶縁筒９が皿ばね１２の収縮に伴い可動となるが、皿ばね１２や金属 座金１３および１１は最初から絶縁筒９の上に設けられているため、これらの部 品の偏心は発生しない。この構造でも絶縁リング１４は省略できる。また、第２ 実施例における他の応用例として、図４に示すように、座金１１とゲートリング １０間に絶縁リング１４を介設し、この絶縁リング１４と鍔なしの絶縁筒９によ って断面Ｌ字型を構成して代用することもできる。

【００２０】 図５は本考案の第３実施例を示すものであって、この第３実施例では筒部１３ ａと鍔部１３ｂを有する金属座金１３を用い、この座金１３の筒部１３ａを絶縁 筒９と皿ばね１２，座金１１およびゲートリング間に配置し、鍔部１３ｂを絶縁 リング１４と皿ばね１２間に位置させたものである。従って、この例では金属座 金１３を断面がＬ字型の鍔つき円筒体とし、Ｌ字の直角内に皿ばね１２，金属座 金１１，ゲートリング１０を設けるようにしたもので、第１実施例と同じ理由で 前記問題点が解決できる。

【００２１】 図６は本考案の第４実施例を示すものであって、筒部１３ａと鍔部１３ｂから なる金属座金１３ｃを用い、この座金１３ｃの鍔部１３ｂを絶縁リング１４と皿 ばね１２間に配置し、筒部１３ａを絶縁筒９と皿ばね１２間に位置させたもので ある。

【００２２】 この例では金属座金１３ｃを断面がＬ字型の鍔つき円筒体とし、Ｌ字の直角内 に片方の皿ばねの端部のみが位置するようにしたものである。この構造では絶縁 筒９の位置ずれは起こり得るが、偏心した場合致命的となる皿ばねの偏心は防止 できる。

【００２３】 また、図７は本考案の第５実施例を示すものであって、本実施例では厚内筒部 １３ｃと鍔部１３ｄによって金属座金１３を形成し、筒部１３ｃを絶縁筒９と当 接させ、かつ鍔部１３ｄをカソード銅ポスト８の鍔部８ｂと皿ばね１２間に位置 させるとともに、座金１１とゲートリング１０間に絶縁リング１４を配設したも のである。従って、同じく金属座金１３を断面がＬ字型の鍔つき円筒体とし、こ れを鍔なしの絶縁筒と接着し、これらからなるＬ字の直角内に皿ばね１２，金属 座金１１，絶縁リング１４，ゲートリング１０を設けるようにしたもので第１実 施例と同じ理由で前記問題点が解決できる。絶縁リング１４はカソード銅ポスト ８と金属座金１３との間に設けても良い。

【００２４】 さらに、図８は本考案の第６実施例を示し、この実施例ではカソード銅ポスト ８の鍔部８ｂの下面部に円環状の係合溝８ｃを設け、この係合溝８ｃ内に絶縁筒 ９の端部を介在させたものである。この例では絶縁筒９が位置ずれを起こしても 、位置ずれの距離が溝の深さ以内であれば他の部品の偏心は起こらない。

【００２５】 図９は本考案の第７実施例による圧接型半導体素子を示すものであって、この 実施例では図８のものに改良を加えたものであって、カソード銅ポスト８の鍔部 ８ｂの下面部に設けられた係合溝８ｃに絶縁筒９の端部を介在させるとともに、 この係合溝８ｃに介在する絶縁筒９の端部に突起９ｄを設けたものである。また 突起９ｄは座金１３と係合するようにしたもので、絶縁筒９の位置ずれを防止す る。

【００２６】 また、図１０は本考案の第８実施例を示すもので、この実施例でも図８のもの に改良を加えたもので、カソード銅ポスト８の係合溝８ｃに介在する絶縁筒９の 端部に突起を設ける代わりに、絶縁筒９の端部外周面に係合溝９ｅを設け、この 係合溝９ｅ内に座金１３の内周端部が介在するようにして絶縁筒９の位置ずれを 防いだものである。また、この第８実施例の他の応用例として、図１１に示すよ うに、カソード銅ポスト８に係合溝を設けることなく、絶縁リング１４（金属リ ングでも可）で高さ調節して金属座金１３が係合溝９ｅ内に介在するようにする こともできる。

【００２７】 さらに、図１２は本考案の第９実施例による圧接型半導体素子を示すものであ って、絶縁筒９の内周面部にリング状の係合溝９ｆを設けるとともに、カソード 銅ポスト８の円柱部８ａの外周面にリング状の突起８ｄを設け、この突起８ｄを 係合溝９ｆ内に介在させたものである。

【００２８】 すなわち、絶縁筒９の内周側に係合溝を設け、他方カソード銅ポストに突起を 設け、これらを組み合わせることで絶縁筒９の位置ずれを防いだものである。ま た、これと逆に絶縁筒の内周側に突起をカソード銅ポストに係合溝を設けて組み 合わせることもできる。

【００２９】 上記各実施例において絶縁筒は突起を有するものを除いて板状の絶縁物を素子 組立時に円筒状に丸めて使用することもできる。また、素子の中心付近に圧接さ れるゲート電極が形成される。いわゆるセンターゲート構造で、ゲートリードを 皿ばねのばね圧力で圧接するものにも実施できるとともに、素子の中心と外周の 中間に圧接されるゲート電極が形成される、いわゆる中間ゲート構造で、ゲート リングを皿ばねのばね圧力で圧接するものにも実施できる。さらに、上記各実施 例は、カソードおよびアノードの両主電極がシリコンと熱膨張係数がほぼ等しい 材料であるモリブデンもしくはタングステン等のシリコンにろう付けされていな い熱緩衝板を介して圧接により外部電極へ接続される、いわゆるアロイフリー構 造のゲートターンオフサイリスタにも実施できるとともに、ゲートターンオフサ イリスタと同様に圧接により外部電極に接続される半導体素子であるダイオード ，サイリスタ，静電誘導サイリスタ，ＩＧＢＴおよび絶縁ゲート付きサイリスタ にも実施できる。

【００３０】

【考案の効果】

本考案は、以上の如くであって、半導体基体の両主表面に配設された主電極部 は金属ポストによって圧接され、半導体基体の一方の主表面に配設された制御電 極部は圧接部材を介して金属ポストの圧接作用に伴って圧接される。制御電極部 の圧接にあたって、圧接保護手段によって圧接部材の変位を復帰させるものであ るから、圧接と開放を繰り返しても、素子内部で圧接部材の各構成部品が偏心す ることによって起こる圧接不良を防止できて、高信頼性の圧接型半導体素子を得 ることが出来る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本考案の第１実施例による圧接型半導体素子の
正断面図。

【図２】図１の圧接型半導体素子の要部拡大断面図。

【図３】本考案の第２実施例による圧接型半導体素子の
要部を示す断面図。

【図４】本考案の第２実施例による圧接型半導体素子の
変形例を示す断面図。

【図５】本考案の第３実施例による圧接型半導体素子の
要部を示す断面図。

【図６】本考案の第４実施例による圧接型半導体素子の
要部を示す断面図。

【図７】本考案の第５実施例による圧接型半導体素子の
要部を示す断面図。

【図８】本考案の第６実施例による圧接型半導体素子の
要部を示す断面図。

【図９】本考案の第７実施例による圧接型半導体素子の
要部を示す断面図。

【図１０】本考案の第８実施例による圧接型半導体素子
の要部を示す断面図。

【図１１】図１０の圧接型半導体素子の変形例の要部を
示す断面図。

【図１２】本考案の第９実施例による圧接型半導体素子
の要部を示す断面図。

【図１３】従来の圧接型半導体素子の正断面図。

【図１４】図１３の圧接型半導体素子の動作状態を示す
正断面図。

【符号の説明】

１…アノード銅ポスト ２…アノード電極 ３…ウエハ ４…パッシベーションゴム ５…ゲート電極 ６…カソード電極 ７…熱緩衝板 ８…カソード銅ポスト ８ａ…円柱部 ８ｂ…鍔部 ８ｃ…係合溝 ８ｄ…突起 ９…絶縁筒 ９ａ…円筒部 ９ｂ…鍔部 ９ｃ…係合溝 ９ｄ…突起 ９ｅ，９ｆ…係合溝 １０…ゲートリング １１…座金 １２…皿ばね １３…座金 １３ａ…筒部 １３ｂ…鍔部 １３ｃ…厚肉筒部 １３ｄ…鍔部 １４…絶縁リング １５…リード線

Claims (10)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 半導体基体の一方の主表面に第１の主電
   極を設け、他方の主表面には第２の主電極と制御電極を
   設けてなり、前記第１の主電極と第２の主電極を第１の
   金属ポストと第２の金属ポストを介して前記半導体基体
   に圧接させるとともに、前記制御電極を、前記第２の金
   属ポストとは電気的に絶縁した状態で、圧接部材を介し
   て前記半導体基体に圧接させてなる半導体素子におい
   て、 前記圧接部材に該圧接部材を保護するための圧接保護手
   段を設けて構成したことを特徴とする圧接型半導体素
   子。
2. 【請求項２】 請求項１の圧接型半導体素子において、
   前記圧接部材を、少なくとも、前記第２の金属ポスト
   （８）の外周部位にそれぞれ嵌挿された絶縁筒（９），
   制御電極用金属リング（１０），ばね部材（１２）およ
   びばね部材用座金（１３，１１）によって構成するとと
   もに、前記圧接保護手段として前記絶縁筒９に該絶縁筒
   の変位を復帰させるための係合部を設けて構成したこと
   を特徴とする圧接型半導体素子。
3. 【請求項３】 請求項２の圧接型半導体素子において、
   前記係合部を、前記絶縁筒（９）の筒部（９ａ）の端部
   に連設された鍔部（９ｂ）によって構成し、該鍔部（９
   ｂ）を前記圧接部材に係合させて構成したことを特徴と
   する圧接型半導体素子。
4. 【請求項４】 請求項２の圧接型半導体素子において、
   前記係合部を、第２の金属ポスト（８）の鍔部（８ｂ）
   に係合溝（８ｃ）を設け、この係合溝（８ｃ）に絶縁筒
   （９）の端部を係合させて構成したことを特徴とする圧
   接型半導体素子。
5. 【請求項５】 請求項４の圧接型半導体素子において、
   前記係合部を、さらに前記絶縁筒（９）の端部外周に突
   起（９ｄ）を設け、該突起（９ｄ）を前記圧接部材に係
   合させて構成したことを特徴とする圧接型半導体素子。
6. 【請求項６】 請求項４の圧接型半導体素子において、
   さらに前記絶縁筒（９）の端部外周面に係合溝（９ｅ）
   を設け、この係合溝（９ｅ）に前記圧接部材を係合させ
   て前記係合部を構成したことを特徴とする圧接型半導体
   素子。
7. 【請求項７】 請求項４の圧接型半導体素子において、
   前記絶縁筒（９）の内周面に係合溝（９ｆ）を設けると
   ともに、前記金属ポスト（８）の円柱部（８ａ）の外周
   面に係合突起（８ｄ）を設け、該係合突起（８ｄ）を前
   記係合溝（９ｆ）内に介在させて前記係合部を構成した
   ことを特徴とする圧接型半導体素子。
8. 【請求項８】 請求項１の圧接型半導体素子において、
   前記圧接部材を、少なくとも、前記第２の金属ポスト
   （８）の外周部位にそれぞれ嵌挿された絶縁筒９，制御
   電極用金属リング（１０），ばね部材（１２）およびば
   ね部材用座金（１３，１１）によって構成するととも
   に、前記圧接保護手段として前記座金（１３）に前記ば
   ね部材（１２）の変位を復帰させるための係合部を設け
   て構成したことを特徴とする圧接型半導体素子。
9. 【請求項９】 請求項８の圧接型半導体素子において、
   前記座金（１１，１３）の少なくとも一方に少なくとも
   ばね部材（１２）の内側に位置する係合筒部（１３ａ）
   を形成して前記係合部を構成したことを特徴とする圧接
   型半導体素子。
10. 【請求項１０】 請求項９の圧接型半導体素子におい
    て、前記係合筒部（１３ａ）を絶縁筒（９）に連結した
    ことを特徴とする圧接型半導体素子。