JPS6032767Y2 - 半導体装置用ステム - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 本考案は特に大電力用半導体装置のステム構造の改良に
関するものである。

一般に、大電力用半導体装置は動作時の発熱量が大きい
ため、放熱性の良い銅のステム基板上にペレットをマウ
ントして、ペレット周辺を金属キャップでシールした構
造を有する。

例えば、ハイパワートランジスタの従来例を第１図及び
第２図に示すと、ａはステム、１は銅製のステム基板、
２はステム基板１に穿設したリード導出孔、３はリード
線、４はリード導出孔２に嵌合してかしめたのちロウ付
けした筒状のアイレット、６はリード線３をアイレット
４内に封止するガラスである。

アイレット４は熱膨張係数がステム基板１の銅とガラス
５の間にある、例えば鉄で形成され、このアイレット４
の介在によってリード線ガラス封止時または使用時での
ガラスクラックの発生を防止している。

又、６はステム基板１上の定位置にマウントした半導体
ペレット、７は半導体ペレット６の各電極とリード線３
とを接続する金属細線、８はステム基板１を外部放熱器
等に取付けるためのステム基板１に穿設した取付孔であ
る。

又、９はリード導出孔２と半導体ペレット６を囲う位置
でステム基板１上にロウ付けされた鉄製の溶接リング、
１０は溶接リング９上に抵抗溶接で固定した鉄製の金属
キャップである。

つまり、ステム基板１が導電性の優れた銅で形成されて
いる場合、これに金属キャップ１０を直接に抵抗溶接す
ることは困難なため、まずステム基板１上に抵抗値の高
い鉄製の溶接リング９をロウ付けしておいて、この溶接
リング９に金属キャップ１０を抵抗溶接して、内部を気
密封止している。

ところで、上記溶接リング９のステム基板１へのロウ付
けを従来は板状ロウ材や線状ロウ材をステム基板１と溶
接リング９の間に介在させておいて、ロウ材を溶融させ
ることにより行っていた。

ところが、板状ロウ材は、打抜きプレスで製作するので
成形が面倒であるのみならず、材料利用率も悪く割高と
なり、而も取扱いが難しい欠点があった。

又、線状ロウ材は成形や取扱いが比較的簡単で安価とな
るメリットを有するが、ロウ付は時に次の不都合が生じ
る欠点があった。

即ち、第３図に示すように線状ロウ材１１をリング状に
成形して、これをステム基板１と溶接リング９の間に介
在させ、溶接リング９の自重による荷重を線状ロウ材１
１にかけた状態でステムａ全体を加熱室内に入れて線状
ロウ材１１を溶融させているが、この溶融時溶接リング
９の荷重でロウ材１１が第４図に示すように溶接リング
９から食み出し、溶接リング９をステム基板１上に均等
にロウ付けすることが難しく、ロウ付は不良部分が発生
することがあった。

又、第５図に示すようにロウ材１１が部分的に溜り、そ
のため溶接リング９がステム基板１上で傾いて固定され
ることがあった。

又、別のロウ付けとして、ステム基板１上に溶接リング
９を載せ、この溶接リング９の外周面に沿ってロウ材を
配置してロウ付けする方法もあるが、これではロウ材が
溶接リング９とステム基板１の間に流れずにステム基板
１上を拡がったり、溶接リング９の外周面に沿ってした
流れなかったりして、十分なロウ付けができなかった。

本考案は上記従来の各欠点に鑑み、これを改良除去した
もので、溶接リングの要所に貫通孔を穿設し、この貫通
孔に棒状等のロウ材を嵌めておいて、溶接リングをステ
ム基板上にロウ付けしたステムを提供する。

例えば上記した構造の半導体装置用ステムに本考案を適
用した一例を第６図及び第７図に示すと、第１図及び第
２図と同一符号のものは同一内容のものを示し、本考案
の特徴は次の溶接リング１２にある。

この溶接リング１２は電気抵抗の比較的大きい、例えば
鉄で形成され、その内周面の複数箇所（図面では３箇所
）に第８図に示すように突出部１３を一体に成形して、
この各突出部１３に夫々貫通孔１４を穿設したものであ
る。

そして、溶接リング１２のステム基板１へのロウ付けは
銀ロウ等の棒状ロウ材１５を使って次の要領で行う。

まず第９図に示すようにステム基板１上の定位置に溶接
リング１２を載置してから、各貫通孔１４に適当な長さ
の棒状ロウ材１５を挿入してステム基板１上に立てる。

この時、溶接リング１２と棒状ロウ材１５をグラファイ
ト等の治具１６でもって保持する。

次にステムｂ全体を加熱室に入れて棒状ロウ材１５を加
熱溶融させる。

すると棒状ロウ材１５は貫通孔１４内で溶融してステム
基板１へと流れ、そして溶けたロウ材１５はステム基板
１と溶接リング１２の間の微小な隔間を毛細管現象で流
れ込んで、第１０図に示すように溶接リング１２をステ
ム基板１にロウ付けする。

いま各棒状ロウ材１５の総量を溶接リング１２とステム
基板１にロウ付けするに必要なだけの量に予め設定して
おくと、各棒状ロウ材１５は全て溶接リング１２とステ
ム基板１との間に流れ込み、貫通孔１４に残留する分は
ほとんどなくなる。

そして、溶けたロウ材１５は毛細管現象で溶接リング１
２とステム基板１との間に流れ込むため、全面にわたっ
て均等なロウ付けがなされる。

上記棒状ロウ材１５は貫通孔１４の径を大きくすると太
さが大きくできて、長さを短くすることができ、従って
第９図状態の時に貫通孔１４からの突出部分が少くなっ
て安定性が良くなり、必ずしも治具１６で保持する必要
性がなくなる。

又、貫通孔１４の径や高さが必要なロウ材を収納するに
十分な大きさであれば、この貫通孔１４に粒状ロウ材を
入れてロウ付けすることも可能であり、収納するロウ材
は棒状に限らない。

又、溶接リング１２をステム基板１上にロウ付けした後
、この溶接リング１２の突出部１３を除く部分上に金属
キャップ１０を抵抗溶接する。

つまり、金属キャップ１０の溶接部分から外れた位置に
貫通孔１４を形成することにより、金属キャップ１０の
溶接不良を防止する。

尚、貫通孔１４は突出部１３に設けたが、前述のように
金属キャップ１０の溶接部分から外れる箇所であればよ
く、必ずしも突出部１３を形成してそこに設ける必要は
ない。

又、突出部１３は溶接リング１２の外周面側に設けるこ
とも可能である。

更に、図示例は平面状のステム基板１を用いる場合につ
いて説明したが、溶接リング１２の嵌合する溝を刻設し
たものであってもよい。

尚、本考案はパワートランジスタ用ステムに限らず、他
の半導体装置のステムにも十分適用し得るものである。

以上説明したように、本考案によればロウ材が貫通孔か
ら溶接リングとステム基板の間にも毛細管現象で流れ込
むため、溶接リングからのロウ材の食み出しがなくなり
、全面に均等に流れて確実なロウ付けができ、シール性
の向上や溶接リングの傾き防止が可能となる。

又、貫通孔には棒状や粒状等のロウ材を挿入するだけで
いいから、安価なロウ材が使用でき、且つ取扱いが簡単
になり、ロウ付けの作業性の向上が図れる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の半導体装置の一例を示す一部断面平面図
、第２図は第１図Ａ−Ａ線に沿う断面図、第３図は溶接
リングをステム基板に線状ロウ材でロウ付けする従来例
を説明する断面図、第４図及び第５図は第３図のロウ付
は後の各不良状態を説明する断面図、第６図は本考案に
よるステムを使用した半導体装置の実施例を示す一部断
面平面図、第７図は第６図Ｂ−Ｂ線に沿う断面図、第８
図は第６図及び第７図に示すステムの分解図、第９図及
び第１０図は第８図の溶接リングとステム基板とのロウ
付けの動作を説明する各工程での部分断面図である。 １・・・・・・ステム基板、１０・・・・・・金属キャ
ップ、１２・・・・・・溶接リング、１４・・・・・・
貫通孔、１５・・・・・・ロウ材、ｂ・・・・・・ステ
ム。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. ステム基板に溶接リングを介して金属キャップを溶接す
   る半導体装置のステムに於て、前記溶接リングの要所に
   貫通孔を穿設し、この貫通孔にロウ材を嵌めてステム基
   板に溶接リングをロウ付けしたことを特徴とする半導体
   装置用ステム。