JPH0710941U - 圧接型半導体装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 半導体基板の両面に同形状の圧接構造を形成
することにより、半導体基板の歪を防止でき高性能にし
て高信頼性の圧接型半導体装置を得る。 【構成】 導電型の異なる少なくとも４半導体層５，
６，７，８を交互に重ねて形成した半導体基板１に第１
の主電極であるカソード電極１０と第２の主電極である
アノード電極１１およびゲート電極１２を設けた半導体
素子を圧接するに当って、第１の電極ポスト１８とゲー
ト電極１２間に金属製圧接ゲート電極２０を設けると共
に、第２の電極ポスト１９とアノード電極１１間に金属
製圧接アノード電極２４を設ける。

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装置に係り、特にアロイフリー構造の圧接電極構造に関 するものである。

【０００２】

【従来の技術】

従来の圧接型半導体装置特に圧接大電力用半導体装置例えばゲートターンオフ サイリスタ（ＧＴＯ）などでは、ゲート部分を均一な圧力を印加するために幾多 の改良が加えられている。

【０００３】 この種の圧接型半導体装置として、例えば特開平３−２０１５４３号公報に見 るように、性能向上とコストダウンを目標としていわゆるアロイフリー構造と呼 ばれる接合を有するシリコン基板の片側または両面のいずれにもタングステン等 の熱補償体を合金しないものが採用されるようになってきている。

【０００４】 上述の特開平３−２０１５４３号公報による圧接型半導体装置は、要約すると 、導電型の異なる少なくとも４半導体層を交互に重ねて形成する半導体基板と、 半導体基板の表面に突出して形成する第１導電型の複数の半導体層と、この半導 体層に接触・連続しかつ表面が露出する第１導電型の半導体層と、半導体基板の 底部である他表面に露出する第２導電型の半導体層と、半導体基板の表面及び他 表面に形成する第１と第２主電極と、第１と第２主電極に対向・接続して形成す る第１及び第２電極部材と、第１及び第２電極部材に隣接して設ける第１と第２ の電極ポストと、第１電極部材に形成する段差部に設置しかつ突出する第１導電 型の複数の半導体層に隣接する第２導電型の半導体層に電気的に接続する金属製 圧接ゲート電極と、第１と第２の電極ポストの表面の一部を露出した状態で半導 体基板を収容する筒状絶縁物と、金属製圧接ゲート電極を起点にして筒状絶縁物 を横切って外部に導出する金属製圧接ゲート電極端部と、金属製圧接ゲート電極 と延長部間に形成した金属製緩衝部材によって構成したものである。

【０００５】

【考案が解決しようとする課題】

上記従来の圧接型半導体装置では、ゲート電極から取出す電流が大きく、それ を圧接するバネの圧接力が強いことが必要である。また、素子を組立てる場合、 ゲート端子がその面から突出した形になっており、銅ポストの両面から圧力を加 えると半導体基板の両面は補助電極とゲート電極で押された後、カソード側補助 電極が押されて、それぞれの電極が半導体基板に押圧される事になる。この過程 で最初にゲート電極が半導体基板に当るため、この部分にスポット的な圧力集中 が発生し、半導体基板に歪力を加える。特にＧＴＯの場合はゲートバネの圧力が 強いため歪も大きく発生し、損傷の原因となっていた。

【０００６】 本発明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、半導体基板 の両面に同形状の圧接構造を形成することにより、半導体基板の歪を防止でき高 性能にして高信頼性の圧接型半導体装置を提供することである。

【０００７】

【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、導電型の異なる少なくとも４半導体層 を交互に重ねて形成する半導体基板と、半導体基板の表面に突出して形成する第 １導電型の複数の半導体層と、この半導体層に接触・連続しかつ表面の一部が露 出する第２導電型の半導体層と、半導体基板の底部である他表面に露出する第２ 導電型の半導体層と、半導体基板の表面及び他表面に形成する第１と第２主電極 と、第１と第２主電極に対向接続して形成する第１及び第２電極部材と、第１及 び第２電極部材に隣接して設ける第１と第２の電極ポストと、第１電極ポストに 形成する段差部に設置かつ突出する第１導電型の複数の半導体層に隣接する第２ 導電型の半導体層に電気的に接続する金属製圧接ゲート電極と、前記第２電極ポ ストに形成する段差部に設置しかつ第１と第２の半導体層に電気的に接続する金 属製アノード電極と、第１と第２の電極ポストの表面の一部を露出した状態で半 導体基板を収容する筒状絶縁物によって構成したことを特徴とする。

【０００８】

【作用】

第１の電極ポストとゲート電極間に金属製圧接ゲート電極を設けると共に、第 ２の電極ポストとアノード電極間に金属製圧接アノード電極を設けたことにより 、半導体基板に均一な圧接力が印加される。

【０００９】

【実施例】

本考案に係わる実施例としてアノード短絡型アロイフリーＧＴＯの断面図を示 す図１を参照して説明する。本考案は、この機種に限らず他のＧＴＯであるアロ イ型更に、ダーリントントランジスタ（Ｄａｒｌｉｎｇｔｏｎ Ｔｒａｎｓｉｓ ｔｅｒ）にも適用可能であり、いわゆるセンターゲート（Ｃｅｎｔｅｒ Ｇａｔ ｅ）方式の機種について説明する。即ち、外囲器として動作し、アロイフリーＧ ＴＯとして機能する素子を造り込んだシリコン半導体基板１を組込んだ例えばセ ラミック製の筒状絶縁物２は、直線部３とひだ状部４で構成されている。夫々の 長さは、ＧＴＯの定格により決められており、図に明らかなようにひだ状部４の 長さの方が直線部３のそれより大きいのが一般的であり、ひだ状部４は、外囲器 に求められる絶縁耐力により長さが決められるので、機種によりまちまちである 。

【００１０】 筒状絶縁物２内にマウントされるアロイフリーＧＴＯの細部について簡単に説 明すると、導電型が異なる最低４個のシリコン半導体層を交互に重ねてシリコン 半導体基板１を構成し、この表面には、第１導電型即ちＮ型を示してカソード領 域として機能する複数の半導体層５を突出して形成する。この複数の半導体層５ …には、ゲート領域として動作する第２導電型即ちＰ型の半導体層６が連続して 形成されておりかつ、その一部が突出した第１導電型の半導体層５…底部に露出 している。

【００１１】 一方、このＰ型の半導体層６に連続して第１導電型の半導体層７と第２導電型 の半導体層８が連続して形成して導電型の異なる半導体層を交互に重ねた半導体 基板１を設ける。この底部に露出し素子の陽極として機能するＰ型の半導体層８ には、選択的にＮ型の半導体層７が形成され両層８，６が露出し更に後述するよ うに共通の導電性金属層例えばＡｌ−Ｓｉ層を７００℃で溶着して短絡構造の第 ２主電極１１を形成する。

【００１２】 突出して形成したＮ型半導体層５には、例えばＡｌなどの導電性金属層を堆積 して第１主電極１０を設置するが、露出する第２導電型の半導体層６にも同じく 導電性金属例えばＡｌを堆積して電極１２を形成する。

【００１３】 この第１及び第２主電極１０，１１に隣接・対向して第１及び第２電極部材１ ３，１４を半田などの利用なしの状態即ちアロイフリーで設置するが、第１電極 部材１３は、高融点金属Ｗ、Ｍ_oなどの第１の温度補償板１５に加えてＡｌ、Ａ ｇ、Ｃｕなどからなる軟質金属板１６を配置する。この軟質金属板１６としては 、筒状のこの金属複数枚で構成することもある。これらの部品及び後述する電極 ポストの取付けは、上記のようにアロイフリー状態で行うので、反りの問題が発 生するし、圧接電極を設置するために第１及び第２電極部材１３，１４の構造更 に電極ポストの構造も相違する。

【００１４】 このため第２電極部材１４は、第２の温度補償板１６だけで構成しており、両 電極部材１１，１４には、第１及び第２電極ポスト１８，１９を接触かつ対向状 態で設置する。この内第１電極ポスト１８には、均一な押圧状態を得るために銅 または銅合金から成る金属製圧接ゲート電極２０を設置するために段差部２１を 形成し、ほぼ半導体基板１の中央部分に露出したゲート電極１２に金属製圧接ゲ ート電極２０を押圧状態で接触させる。

【００１５】 この状態を作るために、金属製圧接ゲート電極２０に対応する段差部２１ａに は、例えばマイカなどの絶縁物層２２ａを設置して金属製圧接ゲート電極２０の ほぼ周りを囲んで絶縁を確保すると共に、両者間に例えばコイルバネなどの第１ の弾性部材２３ａを設置して２０〜６０ｋｇの均一な押圧力が印加されるように する。

【００１６】 本考案の最も特徴とするところは、図１に示すように、第１の弾性部材２０に 加えて例えばコイルバネ等の第２の弾性部材を第２の電極ポスト１９と第２の温 度補償板１５間に介設したことである。すなわち、第２の電極ポスト１９には段 差部２１ｂが形成されており、金属製圧接アノード電極２４に対応する段差部２ １ｂには、例えばマイカ等の絶縁物２２ｂを設置して金属製圧接アノード電極２ ５の周りを囲んで絶縁を確保すると共に、両者間にコイルバネ等の第２の弾性部 材２３ｂを設置して均一な押圧力が印加されるようにする。

【００１７】 また、筒状絶縁物２１内にＧＴＯをマウントするには、第１及び第２電極ポス ト１８，１９端に取付けたフランジ２５，２６と筒状絶縁物２の直線部３間をロ ー付けにより一体として、圧接型半導体装置を完成する。

【００１８】 上記実施例ではセンターゲート型の半導体装置について述べたが、本考案にお いてはゲートが複数個所にある場合、例えば素子の中央部と周辺部にある場合も 、それぞれ同様の加圧形状を設けることにより解決できるものである。

【００１９】

【考案の効果】

本考案は、以上の如くであって、シリコンウエハの両面に熱補償板を機械的に 圧接することによって電極を接続しかつ放熱させる構造の電力用半導体装置にお いて、素子の両面に圧接する加圧体の圧接構造を両方とも同じものとしたから、 素子組立時に片面での集中的加圧が生じることなく、これにより半導体基板の接 合に歪を残すことがなく、素子の性能劣化を引起す危険がなく、高性能にして高 信頼性の圧接型半導体装置が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本考案の実施例による圧接型半導体装置の要部
断面図。

【符号の説明】

１…半導体基板 ２…筒状絶縁物 ５…カソード領域 ６…ゲート領域 ７…第１の導電型半導体層 ８…第２の導電型半導体層 １０…第１の主電極 １１…第２の主電極 １２…カソード電極 １３…第１の電極部材 １４…第２の電極部材 １５，１６…第１及び第２の温度補償板 １８…第１の電極ポスト １９…第２の電極ポスト ２０…金属製圧接ゲート電極 ２３ａ，２３ｂ…コイルバネ ２４…金属製圧接アノード電極

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 導電型の異なる少なくとも４半導体層を
   交互に重ねて形成する半導体基板と、半導体基板の表面
   に突出して形成する第１導電型の複数の半導体層と、こ
   の半導体層に接触・連続しかつ表面の一部が露出する第
   ２導電型の半導体層と、半導体基板の底部である他表面
   に露出する第２導電型の半導体層と、半導体基板の表面
   及び他表面に形成する第１と第２主電極と、第１と第２
   主電極に対向接続して形成する第１及び第２電極部材
   と、第１及び第２電極部材に隣接して設ける第１と第２
   の電極ポストと、第１電極ポストに形成する段差部に設
   置かつ突出する第１導電型の複数の半導体層に隣接する
   第２導電型の半導体層に電気的に接続する金属製圧接ゲ
   ート電極と、前記第２電極ポストに形成する段差部に設
   置しかつ第１と第２の半導体層に電気的に接続する金属
   製アノード電極と、第１と第２の電極ポストの表面の一
   部を露出した状態で半導体基板を収容する筒状絶縁物に
   よって構成したことを特徴とする圧接型半導体装置。