JP2741822B2 - 半導体装置およびその組立方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、主電極を圧接によって
少なくとも１つ以上のＰＮ接合を有する半導体基体に電
気接触させる全圧接型の半導体装置およびその組立方法
に関する。

【０００２】

【従来の技術】全圧接型の半導体装置では、例えば図２
９及び図３０に示すように、半導体基体２の上方主面に
アノード電極として金属を蒸着して形成されたアノード
メタライズ層１２が形成されるとともに、下方主面の中
央部にはゲート電極としてのゲートメタライズ層１４及
びその周囲領域にカソード電極としてのカソードメタラ
イズ層１６がアノードメタライズ層１２と同様に金属を
蒸着することによって形成されている。そして、半導体
基体２の外周端部とアノード電極板４の外周部がシリコ
ンゴム２０で覆われて、半導体基体２の外周端部が保護
されるとともに、半導体基体２が固定用電極板として機
能するアノード電極板４に位置決め固定される。

【０００３】こうしてアノード電極板４に固定された半
導体基体２は、カソード電極板などの他の部材ととも
に、図示を省略するケーシングに嵌入される。このケー
シングは、その内径がアノード電極板４の外径とほぼ一
致するように形成されている。このため、半導体基体２
をケーシングに収納すると、アノード電極板４の外周部
がケーシングの内周面に適合し、半導体基体２がケーシ
ングのほぼ中央部に位置決めされることになる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、カソードメ
タライズ層１６とアノード電極板４との間には半導体装
置に印加される電圧と同一の電圧が印加されるので、半
導体装置の耐圧特性に応じてシリコンゴム２０の沿面距
離を設定する必要がある。ここで、「沿面距離」とは、
半導体基体２の上面側と下面側とを絶縁性物質の表面に
沿って結ぶ距離をいい、例えば、図３０においては、点
ＰA ，ＰB ，ＰC に沿った経路の距離がそれに相当す
る。この沿面距離が長いほど、半導体基体２の上方主面
と下方主面との電気的距離が長く、短絡などの現象が生
じにくい。そこで、シリコンゴム２０の沿面距離を長く
するために、シリコンゴム２０の塗布量を多くすること
がある。

【０００５】上記の場合、例えば、図２９に示すよう
に、シリコンゴム２０がアノード電極板４の外周側面部
や裏面側に流れてしまうことがあるが、半導体基体２を
ケーシングに嵌入するためには、これら余分のシリコン
ゴムを除去する必要がある。そのため、従来より、２つ
の成形方法が提案されている。まず第１の方法として、
半導体基体２の外周部及びアノード電極板４の外周部を
覆うようにシリコンゴム２０を塗布し、さらに固化させ
た後、図３０に示すように、アノード電極板４の外形に
沿って余分なシリコンゴム２０ａ，２０ｂを機械的に削
除して、所望形状のシリコンゴム２０ｃに成形する方法
がある。また、第２の方法として、予めアノード電極板
４の外形に沿って成形治具を配置し、成形治具，半導体
基体２及びアノード電極板４で規定される空間部にシリ
コンゴム２０を塗布し、固化させた後、成形治具を取り
はずす方法がある。

【０００６】しかしながら、いずれの方法を採用したと
しても、シリコンゴム２０ａ，２０ｂの除去治具や成形
装置からの汚染によって半導体装置の耐圧特性が不安定
となり、半導体装置の信頼性が低下する。例えば、シリ
コンゴム２０ａ，２０ｂを除去するために旋盤等の工作
機械を用いると、油やイオン性物質（室内の水分に含ま
れる塩分中のＮａイオン等）がシリコンゴム２０に混入
し、シリコンゴム２０の絶縁性等を阻害する。また、半
導体装置の信頼性が低下するという問題以外に、製造工
程が増えてしまうという問題がある。

【０００７】さらに、上記のように、半導体基体２はシ
リコンゴム２０によってアノード電極板４と接着されて
いるので、半導体基体２とアノード電極板４の外形寸法
の差が小さくなると、半導体基体２とアノード電極板４
との接着強度が低下してしまう。特に、半導体基体２に
プレーナ形（ＰＮ接合が半導体基体の主面上に露出して
いるタイプ）半導体素子が形成されている場合には、高
耐圧を得るためにカソード領域の外周部にガードリング
等の電界緩和領域を設けることが多く、ＰＮ接合が半導
体基体２の外周側面部に露出したメサ型半導体素子を形
成した場合に比べて、半導体基体２の外形を大きくする
ことが必要となる。その結果、半導体基体２とアノード
電極板４の外形寸法の差がより小さくなり、接着強度の
低下が顕著な問題となる。

【０００８】本発明は、上述のような問題点を解消し、
半導体基体が充分な接着強度で固定され、しかも簡単な
作業で高信頼性を得ることができる半導体装置及びその
組立方法を提供することを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明は、上記
目的を達成するために、半導体基体と、前記半導体基体
の一方の主面に設けられた第１のメタライズ層と、前記
半導体基体の他方の主面に設けられた第２のメタライズ
層と、その一方面が前記第１のメタライズ層に接触され
た第１の電極板と、外形寸法が前記第１の電極板よりも
大きく、しかもその一方の主面が前記第２のメタライズ
層に接触された第２の電極板と、前記第２の電極板の外
周部に適合する略筒状の絶縁部材とを備え、前記筒状絶
縁部材が前記第２の電極板と結合された状態で、前記筒
状絶縁部材、前記第２の電極板及び前記半導体基体によ
って空間部が形成され、さらにその空間部に絶縁性接着
部材が充填されて、前記半導体基体を、その外周端部が
前記絶縁性接着部材で保護された状態で少なくとも前記
第２の電極板及び前記筒状絶縁部材に固定している。

【００１０】請求項２の発明は、前記第２の電極板の前
記一方主面側の外周部に切欠部を設けている。

【００１１】請求項３の発明は、前記筒状絶縁部材の一
方端部を前記第２の電極板の切欠部で係止している。

【００１２】請求項４の発明は、前記筒状絶縁部材の一
方端側の内周面から内向きに係止部が突設されており、
前記筒状絶縁部材が前記第２の電極板と結合された状態
で、その係止部を前記第２の電極板の他方の主面に係止
させている。

【００１３】請求項５の発明は、前記第２の電極板の外
周部に貫通孔を設け、その貫通孔によって前記空間部を
前記第２の電極板の他方主面側に連通している。

【００１４】請求項６の発明は、前記第２の電極板の一
方主面のうち前記第２のメタライズ層と接触する接触領
域に閉ループ状の溝を設けている。

【００１５】請求項７の発明は、前記接触領域にさらに
少なくとも１つ以上の閉ループ状の溝を設けている。

【００１６】請求項８の発明は、前記溝に対応して前記
第２の電極板に貫通孔を設け、その貫通孔によって前記
溝を前記第２の電極板の他方主面側に連通している。

【００１７】請求項９の発明は、前記第２の電極板の一
方主面のうち前記第２のメタライズ層の接触する第２の
接触領域の外形寸法を前記第１の電極板の一方主面のう
ち前記第１のメタライズ層の接触する第１の接触領域よ
りも大きくし、しかも前記第２の電極板の一方主面に前
記第１の接触領域を投影したとき、その投影領域が前記
第２の接触領域内に位置するようにしている。

【００１８】請求項１０の発明は、前記半導体基体の外
形寸法を前記第２の電極板の外形寸法及び前記筒状絶縁
部材の内形寸法よりも小さくし、しかも前記半導体基体
にＰＮ接合を設けられ、そのＰＮ接合の一部を前記半導
体基体の外周端部に露出している。

【００１９】請求項１１の発明は、前記半導体基体にＰ
Ｎ接合が前記半導体基体の前記一方の主面に露出するよ
うにして設けられるとともに、前記半導体基体の外形寸
法が前記第２の電極板の外形寸法と実質的に等しくなる
ようにしている。

【００２０】請求項１２の発明は、前記半導体基体にＰ
Ｎ接合が前記半導体基体の両主面に露出するように設け
られるとともに、前記半導体基体の他方主面側の露出領
域を前記第２の電極板の前記切欠部と対向させている。

【００２１】請求項１３の発明は、前記半導体基体にＰ
Ｎ接合が前記半導体基体の少なくとも一つの主面に露出
するように設けられることによって露出領域が形成さ
れ、さらにその露出領域の外周部にリング状の電界緩和
領域が設けられるとともに、その電界緩和領域の一部に
接続された金属膜が形成され、しかも前記絶縁性接着部
材がその金属膜を覆うようにしている。

【００２２】請求項１４の発明は、両主面に電極層が形
成された半導体基体が第１及び第２の電極板に挟まれて
なる半導体装置を組立てる方法であって、上記目的を達
成するために、（ａ） 対向する２つの開口部を有する
ケーシングを準備する工程と、（ｂ） 前記半導体基体
を前記第２の電極板及び略筒状の絶縁部材に固定する工
程であって、前記筒状絶縁部材には、その一方端側の内
周面から内向きに係止部材が突設され、前記筒状絶縁部
材に前記第２の電極板を嵌入可能となっており、（ｂ−
１） 前記筒状絶縁部材の他方端側が上になるように置
き、前記第２の電極板を前記筒状絶縁部材に嵌入する工
程と、（ｂ−２） 前記筒状絶縁部材に嵌入された状態
で、前記第２の電極板の上面の所定位置に前記半導体基
体を載置する工程と、（ｂ−３） 前記筒状絶縁部材の
内周面、前記第２の電極板の上面及び前記半導体基体の
外周端部で形成される空間部に絶縁性接着部材を充填す
る工程と、（ｂ−４） 前記絶縁性接着部材を固化させ
ることによって、前記半導体基体が前記筒状絶縁部材及
び前記第２の電極板に固定された結合体を得る工程と、
含む半導体基体の固定工程と、（ｃ） 前記結合体、前
記第１の電極板、及び第１及び第２の外部電極を、前記
第１の電極板が前記半導体基体の前記第２の電極板と反
対側の主面に接触するとともに、前記第１と第２の外部
電極が前記第１の電極板と前記第２の電極板のそれぞれ
の外側の主面に接触しかつそれらの主面が前記ケーシン
グの開口部に平行になるように、前記ケーシング内に収
納する工程と、（ｄ） 前記第１の外部電極および第２
の外部電極を前記ケーシングのそれぞれの開口部端部に
固定する工程と、備えている。

【００２３】請求項１５の発明は、両主面に電極層が形
成された半導体基体が第１及び第２の電極板に挟まれて
なる半導体装置を組立てる方法であって、上記目的を達
成するために、（ａ） 対向する２つの開口部を有する
ケーシングを準備する工程と、（ｂ） 前記半導体基体
を前記第２の電極板及び略筒状の絶縁部材に固定する工
程であって、 前記筒状絶縁部材は、その一方端部が前
記第２の電極板の外周部に適合する形状を有し、（ｂ−
１） 前記筒状絶縁部材を、その他方端側を上にした状
態において、前記筒状絶縁部材の一方端部側の開口を前
記第２の電極板によって塞ぐ工程と、（ｂ−２） 前記
第２の電極板の上面の所定位置に前記半導体基体を載置
する工程と、（ｂ−３） 前記筒状絶縁部材の内周面、
前記第２の電極板の上面及び前記半導体基体の外周端部
で形成される空間部に絶縁性接着部材を充填する工程
と、（ｂ−４） 前記絶縁性接着部材を固化させること
によって、前記半導体基体が前記筒状絶縁部材及び前記
第２の電極板に固定された結合体を得る工程と、含む半
導体基体の固定工程と、（ｃ） 前記結合体、前記第１
の電極板、及び第１及び第２の外部電極を、前記第１の
電極板が前記半導体基体の前記第２の電極板と反対側の
主面に接触するとともに、前記第１と第２の外部電極が
前記第１の電極板と前記第２の電極板のそれぞれの外側
の主面に接触しかつそれらの主面が、前記ケーシングの
開口部に平行になるように、前記ケーシング内に収納す
る工程と、（ｄ） 前記第１の外部電極および第２の外
部電極を前記ケーシングのそれぞれの開口部端部に固定
する工程と、備えている。

【００２４】さらに、請求項１６の方法では、 （ａ）
対向する２つの開口部を有するケーシングを準備する
工程と、 （ｂ） 前記半導体基体を前記第１及び第２
の電極板及び略筒状の絶縁部材に固定する工程であっ
て、前記筒状絶縁部材は、その一方端部が前記第２の電
極板の外周部に適合する形状を有し、（ｂ−１） 前記
筒状絶縁部材を、その他方端側を上にした状態におい
て、前記筒状絶縁部材の一方端部側の開口を前記第２の
電極板によって塞ぐ工程と、（ｂ−２） 前記第２の電
極板の上面の所定位置に前記半導体基体を載置する工程
と、（ｂ−３） 前記半導体基体の上に前記第２の電極
板を載置する工程と、（ｂ−４） 前記筒状絶縁部材の
内周面、前記第２の電極板の上面，前記半導体基体の外
周端部及び前記第１の電極板の側面で形成される空間部
に絶縁性接着部材を充填する工程と、（ｂ−５） 前記
絶縁性接着部材を固化させることによって、前記半導体
基体が前記筒状絶縁部材及び前記第１及び第２の電極板
に固定された結合体を得る工程とを含む半導体基体の固
定工程と、（ｃ） 前記結合体、及び第１及び第２の外
部電極を、前記第１と第２の外部電極が前記第１の電極
板と前記第２の電極板のそれぞれの外側の主面に接触し
かつそれらの主面が、前記ケーシングの開口部に平行に
なるように、前記ケーシング内に収納する工程と、
（ｄ） 前記第１の外部電極および第２の外部電極を前
記ケーシングのそれぞれの開口部端部に固定する工程と
を備える。

【００２５】

【作用】請求項１ないし１３の発明では、筒状絶縁部材
が第２の電極板と結合されて、前記筒状絶縁部材、前記
第２の電極板及び半導体基体によって空間部が形成され
る。そして、その空間部に絶縁性接着部材が充填される
ことによって、前記半導体基体が前記第２の電極板のみ
ならず前記筒状絶縁部材にも固定されて、半導体基体の
接着強度が向上する。また、前記筒状絶縁部材を第２の
電極板と結合することによって、所定の空間部を規定
し、前記絶縁性接着部材の充填範囲を制限しているの
で、余分な絶縁性接着部材の流出がなく、その除去作業
も不要となる。その結果、前記絶縁性接着部材の汚染が
防止され、高信頼性の半導体装置が得られる。

【００２６】請求項１４，１５及び１６の発明によれ
ば、上記のような構造の半導体装置を適切に組み立てる
ことができる。

【００２７】

【実施例】Ａ．第１実施例 図１は、この発明にかかる半導体装置の第１実施例を示
す縦断面図である。同図に示すように、この圧接型半導
体装置は、半導体基体２、アノード電極板４、カソード
電極板６、外部アノード電極８および外部カソード電極
１０などを有しており、この装置を外部機器に組付けた
状態では、その外部機器からの加圧圧力によって当該半
導体基体２が外部アノード電極８及び外部カソード電極
１０を介して加圧挟持される構造となっている。

【００２８】この半導体基体２は、例えばシリコン基板
からなり、少なくとも１つのＰＮ接合が形成されてい
る。例えば、図２に示すように、半導体基体２にメサ型
サイリスタが形成されている。すなわち、半導体基体２
の上方及び下方主面側にＰエミッタ層ＰE ，Ｐベース層
ＰB がそれぞれ形成されるとともに、Ｐエミッタ層ＰE
及びＰベース層ＰB の間にＮベース層ＮB が形成されて
いる。また、Ｐベース層ＰB の一部にＮエミッタ層ＮE
が設けられている。このメサ型サイリスタでは、同図に
示すように、半導体基体２の外周部２ｃの側面でＰＮ接
合が露出しているため、その側面の汚染を防止すること
が特に重要となる。

【００２９】また、半導体基体２の上方主面２ａの一部
にアルミニウム等の金属が蒸着されて、アノード電極と
して機能するアノードメタライズ層１２が形成されてい
る。一方、下方主面２ｂの中央部にはゲート電極として
のゲートメタライズ層１４が、また、その周囲領域にカ
ソード電極としてのカソードメタライズ層１６が、それ
ぞれアノードメタライズ層１２と同様にして形成されて
いる。

【００３０】アノード電極板４は略円盤状であり、その
直径は半導体基体２より大きく、しかもセラミックで形
成された筒状のケーシング２８の内径より小さくなるよ
うに形成されている。また、アノード電極板４の下方主
面にはその外周と同心円のリング状切欠部４ａ（図２）
が形成されている。

【００３１】このアノード電極板４には、略筒形状の耐
熱絶縁部材（以下「筒状絶縁部材」という）１８が嵌入
されており、この筒状絶縁部材１８は好ましくはセラミ
ックによって形成される。図３は、その筒状絶縁部材１
８の斜視図である。同図に示すように、この筒状絶縁部
材１８の側面部１８ｃの一方端側から内向きに係止部１
８ｂが突設されている。そのため、筒状絶縁部材１８の
他方端側からアノード電極板４を嵌入すると、アノード
電極板４の上方主面に係止部１８ｂが係合して位置決め
される（図１）。なお、係止部１８ｂの形状及び個数に
ついては、図３に示したものに限定されるものではな
く、例えば図４に示すように複数の略台形状の係止部１
８ｂによって構成してもよい。また、筒状絶縁部材１８
は、マイカやポリイミド成形体で構成されていてもよ
い。

【００３２】また、筒状絶縁部材１８にアノード電極板
４を嵌入することによって、図２に示すように、筒状絶
縁部材１８の側面部１８ｃと、半導体基体２の外周部２
ｃと、アノード電極板４の切欠部４ａとで囲まれた空間
部ＳＰが規定されており、その空間部ＳＰにシリコンゴ
ム２０が充填されている。このため、半導体基体２はシ
リコンゴム２０によってアノード電極板４に接着される
のみならず筒状絶縁部材１８にも接着される。しかも、
アノード電極板４と筒状絶縁部材１８の間には若干の隙
間２２が生じており、その隙間２２にもシリコンゴム２
０が充填されており、それらアノード電極板４，筒状絶
縁部材１８が相互に接着されている。その結果、半導体
基体２は、その端側部および外周部の表裏をシリコンゴ
ム２０で保護されるとともに、充分な接着強度でアノー
ド電極板４に固定される。なお、ここでは、絶縁性接着
部材としてシリコンゴムを用いているが、これ以外にワ
ニス系材料を用いてもよい。

【００３３】図１に示すように、外部アノード電極８の
凸部８ｂが筒状絶縁部材１８の貫通孔１８ａに挿通さ
れ、アノード電極板４の上方主面に接触されている。

【００３４】一方、カソード電極板６には、その中央部
に貫通孔３０が設けられ、これに対応して外部カソード
電極１０にも貫通孔３０と断面形状が同じ凹部３２が設
けられており、この凹部３２と貫通孔３０によって形成
される嵌挿穴に、ゲート電極支持体３４が摺動可能に嵌
挿される。

【００３５】内部ゲート電極３６には、導線３８の一端
が接続され、この導線３８の他端は、ゲート電極支持体
３４の頭部を貫通し、さらにケーシング２８を貫通して
設けられた絶縁管４０の内部を通って、ケーシング２８
の外部に引き出され、その端部で外部ゲート電極４２が
溶接される。

【００３６】ゲート電極支持体３４は絶縁部材で形成さ
れており、その下端には、バネ４４が当接されて上方に
付勢される。この結果、内部ゲート電極３６が、しっか
りとゲートメタライズ層１４に圧接され、電気的に接続
される。

【００３７】また、ゲート電極支持体３４は、上述のよ
うに同形断面形状を有するカソード電極板６の貫通孔３
０と外部カソード電極１０の凹部３２によって形成され
る嵌挿穴に嵌挿されるので、当該ゲート電極支持体３４
がいわば杭の働きをなし、カソード電極板６が外部カソ
ード電極１０の所定位置からずれないように位置決めす
る。

【００３８】外部アノード電極８および外部カソード電
極１０は、各基部８ａ、１０ａの外周に、それぞれ金属
製のリング状フランジ２４，２６が固定されており、こ
のフランジ２４，２６をケーシング２８の開口部端部に
それぞれろう付けすることにより固定される。

【００３９】次に、図１に示す半導体装置の組立の手順
を図５の組立分解を参照しながら説明する。

【００４０】（１） まず、絶縁管４０を筒状部の所定
位置に水平に貫通させて固定したケーシング２８を用意
する。

【００４１】（２） その周囲にリング状のフランジ２
６を固着した外部カソード電極１０をその凸部１０ｂが
上方に来るように載置し、中央に形成された凹部３２に
バネ４４を挿入する。

【００４２】（３） ケーシング２８を、その絶縁管４
０が、外部カソード電極１０の上面に形成された溝１０
ｃの位置に来るようにして、フランジ２６上に載置す
る。

【００４３】（４） 頭部に内部ゲート電極３６が取り
付けられたゲート電極支持体３４を、当該外部カソード
電極１０の貫通孔３０に嵌挿する。この際に、内部ゲー
ト電極３６に接続された導線３８を絶縁管４０に通して
おく。

【００４４】この内部ゲート電極３６は、図１０に示す
ようにゲート電極支持体３４を軸方向に貫通する孔３４
ａに、一方に内部ゲート電極３６を接続した導線３８の
他端を挿入し、当該ゲート電極支持体３４下部に形成さ
れた切欠部３４ｂから引き出すことにより取り付けられ
る。

【００４５】（５） カソード電極板６を、その中央の
貫通孔３０に上記ゲート電極支持体３４の頭部を嵌挿す
るようにして、外部カソード電極１０上に載置する。

【００４６】（６） 次に、アノード電極板４及び筒状
絶縁部材１８に固着された半導体基体２をそのカソード
メタライズ層１６を下にした状態でケーシング２８内に
挿入し、上記カソード電極板６の上面に載置する。この
ように半導体基体２はあらかじめアノード電極板４に固
定されるが、その固定方法を図６ないし図９を参照しつ
つ説明する。

【００４７】まず、図６に示すように、筒状絶縁部材１
８を、その係止部１８ｂが下方に位置するようにして、
所定の位置に載置する。そして、切欠部４ａが上に来る
ようにして、アノード電極板４を筒状絶縁部材１８に嵌
入する。

【００４８】次に、アノードメタライズ層１２がアノー
ド電極板４と接触するように、アノード電極板４上に半
導体基体２を載置する（図７）。これにより、筒状絶縁
部材１８の側面部１８ｃと、半導体基体２と、アノード
電極板４の切欠部４ａとで、空間部ＳＰが規定される。

【００４９】そして、半導体基体２上に位置ずれ防止用
の重り５０を載置する（図８）。その後、シリコンゴム
２０をその空間部ＳＰに充填し、重り２８を乗せたまま
の状態で所定温度で、一定時間加熱し、シリコンゴム２
０を固化させる（図９）。

【００５０】このように、この実施例では、筒状絶縁部
材１８と、半導体基体２と、アノード電極板４とによっ
て空間部ＳＰを形成し、その空間部ＳＰにシリコンゴム
２０を充填するようにしているので、シリコンゴム２０
の塗布時に、余分のシリコンゴムが流出するという事態
が防止される。そのため、シリコンゴム２０の固化後
に、余分なシリコンゴムの除去作業が不要となる。ま
た、シリコンゴム２０の成形用治具を用いる必要もな
い。その結果、シリコンゴム２０の汚染による半導体装
置の耐圧の不安定化を防止することができ、半導体装置
の信頼性を高めることができる。

【００５１】また、シリコンゴムの除去作業が不要とな
る等の理由から、製造工程を簡略化することができる。

【００５２】しかも、アノードメタライズ層１２とカソ
ードメタライズ層１６の間に存在する絶縁物はシリコン
ゴム２０と筒状絶縁部材１８の側面部１８ｃとになり、
アノードメタライズ層１２とカソードメタライズ層１６
との間の沿面距離は長くなり、半導体装置の耐圧を高め
ることができる。

【００５３】さらに、絶縁性接着部材としてシリコンゴ
ム２０が用いられており、固化しても一定の弾性を有す
るため、半導体基体２の端部の保護材としても優れてい
る。また、シリコンゴム２０の代わりにワニス系材料を
用いた場合にも同様の効果が得られる。

【００５４】（７） 次に、半導体装置の組立方法の説
明に戻る。アノード電極板４の上方から、外部アノード
電極８の凸部８ｂを下にしてケーシング２８内に挿入
し、フランジ２４をケーシング２８の上端部に合わせ
る。

【００５５】（８） 外部カソード電極１０のフランジ
２６および外部アノード電極８のフランジ２４を、それ
ぞれケーシング２８の端面にろう付けにより固着する。

【００５６】（９） 最後に、外部ゲート電極４２を、
絶縁管４０内を通されて外部に露出した導線３８の端部
に溶接して固着する。

【００５７】このようにして、図１の半導体装置が組み
立てられる。

【００５８】＜変形例＞なお、上記実施例では、筒状絶
縁部材１８の一方端側に係止部１８ｂを設けているが、
これはこの実施例の必須構成要件となるものではなく、
例えば図１１に示すように、係止部１８ｂを有さない筒
状絶縁部材１８を用いてもよい。ただし、この場合に
は、筒状絶縁部材１８の側面部１８ｃの一方端がアノー
ド電極板４の切欠部４ａと係合するように構成する必要
がある。すなわち、筒状絶縁部材１８がアノード電極板
４と係合した状態（図１１）で、半導体基体２とアノー
ド電極板４と協働して空間部ＳＰを形成するようにすれ
ばよい。

【００５９】また、図１１の筒状絶縁部材１８を用いた
場合には、上記とは異なる手順で半導体基体２をアノー
ド電極板４及び筒状絶縁部材１８に固定する必要があ
る。そこで、その手順について、図１２ないし図１５を
参照しつつ説明する。

【００６０】まず、図１２に示すように、筒状絶縁部材
１８の側面部１８ｃの一方端部と係合可能に仕上げられ
た切欠部４ａが上方に来るようにして、アノード電極板
４を所定位置に載置する。そして、筒状絶縁部材１８の
側面部１８ｃの一方端部を切欠部４ａに係合させ、筒状
絶縁部材１８をアノード電極板４上に位置決め載置す
る。なお、筒状絶縁部材１８とアノード電極板４とは後
述するシリコンゴム２０によって相互に接着されるが、
この時点で、適当な接着剤を用いてアノード電極板４と
筒状絶縁部材１８をあらかじめ接着しておくのが望まし
い。

【００６１】そして、上記と同様にして、半導体基体２
を固定する。すなわち、アノードメタライズ層１２がア
ノード電極板４と接触するように、アノード電極板４上
に半導体基体２を載置する（図１３）。それに続いて、
半導体基体２上に位置ずれ防止用の重り５０を載置し
（図１４）、その状態のままで、シリコンゴム２０を筒
状絶縁部材１８の側面部１８ｃと、半導体基体２と、ア
ノード電極板４の切欠部４ａとで規定される空間部ＳＰ
に充填した後、所定の加熱処理を施して、シリコンゴム
２０を固化させる（図１５）。

【００６２】また、アノード電極板４の切欠部４ａの幅
を筒状絶縁部材１８の側面部１８ｃの厚みとほぼ同一に
して、図１６に示すように、筒状絶縁部材１８がアノー
ド電極板４と２箇所、つまり上方端部と側面部１８ｃと
で当接されるようにしてもよく、この場合、接合強度が
図１１の接合状態に比べて、より大きくなる。

【００６３】また、図１７に示すように、アノード電極
板４の外径と筒状絶縁部材１８の内径をほぼ一致させ
て、アノード電極板４の外径部が筒状絶縁部材１８の内
周面で接合されるようにしてもよい。

【００６４】また、図１８に示すように、シリコンゴム
２０が筒状絶縁部材１８，アノード電極板４及び半導体
基体２のみならずカソード電極板６にも行き渡るよう
に、シリコンゴム２０を空間部ＳＰに充填してもよい。
なお、この場合には、上記とは異なる手順で半導体基体
２をアノード電極板４、カソード電極板６及び筒状絶縁
部材１８に固定する必要がある。そこで、その手順につ
いて、図１９ないし図２１を参照しつつ説明する。

【００６５】まず、筒状絶縁部材１８を、その係止部１
８ｂが下方に位置するようにして、所定の位置に載置す
る。そして、切欠部４ａが上に来るようにして、アノー
ド電極板４を筒状絶縁部材１８に嵌入する。さらに、ア
ノードメタライズ層１２がアノード電極板４と接触する
ように、アノード電極板４上に半導体基体２を載置した
後、カソードメタライズ層１６上にカソード電極板６を
載置する（図１９）。これにより、筒状絶縁部材１８の
側面部１８ｃと、半導体基体２と、アノード電極板４
と、カソード電極板６とで、空間部ＳＰが規定される。

【００６６】そして、上記と同様にして、半導体基体２
を固定する。すなわち、半導体基体２上に位置ずれ防止
用の重り５０を載置し（図２０）、その状態のままで、
シリコンゴム２０をその空間部ＳＰに充填した後、所定
の加熱処理を施して、シリコンゴム２０を固化させる
（図２１）。

【００６７】さらに、筒状絶縁部材１８の側面部１８ｃ
の他方端が半導体基体２の下方主面２ｂの水平レベル
（図２２の１点鎖線）よりも上方位置に位置するように
してもよい。

【００６８】ところで、上記のような固着方法において
は、毛細管現象により充填中のシリコンゴム２０がアノ
ードメタライズ層１２とアノード電極板４の隙間に浸透
し、そこで固化するおそれがある。この場合には、アノ
ードメタライズ層１２とアノード電極板４の電気的接合
が不良になる可能性があり、また、当該浸透したシリコ
ンゴム２０が厚い膜を形成する場合には、内部に中空部
が形成され、外部アノード電極８及び外部カソード電極
１０の外側から圧力をかけると、半導体基体２の中央部
が撓み、最悪の場合には破損するおそれがある。

【００６９】そこで、図２３に示すようにアノード電極
板４の下方主面のうちアノードメタライズ層１２と接触
する接触領域Ｒに閉ループ状（リング状）の溝５２を設
けておけばこのような事態が解消される。

【００７０】すなわち、シリコンゴム２０が半導体基体
２とアノード電極板４の隙間に浸透してきても当該溝５
２の部分で浸透が阻止されてそれ以上内部に浸透しなく
なり、上述のような問題が解消される。

【００７１】なお、リング状溝５２の本数は、図２３に
示すように２本に限定されないが、１本だけではシリコ
ンゴム２０の浸透を完全に阻止できない場合があり、ま
た本数が多すぎてもアノードメタライズ層１２との電気
的接触面積が少なくなるので、２本程度が望ましい。ま
た、溝５２の断面形状は同図に示すような３角形状に限
定されるものではなく必要に応じて変形しうるものであ
る。

【００７２】さらに、半導体基体２をアノード電極板４
に載置して固着する際に、半導体基体２とアノード電極
板４の隙間に空気が残留する場合やシリコンゴム２０の
固化のための加熱により内部にガスを発生する場合も考
えられ、このような場合半導体基体２とアノード電極板
４間の電気的接合が不良になってしまうので、図２４に
示すようにアノード電極板４を貫通して空間部ＳＰに連
通する空気抜き孔５４、およびアノード電極板４の中央
部に設けられた同様の空気抜き孔５８を形成するように
してもよい。

【００７３】Ｂ．第２実施例 図２５は、この発明にかかる半導体装置の第２実施例を
示す縦断面図である。第２実施例が第１実施例と大きく
相違する点は、筒状絶縁部材１８がカソード電極板６に
係合されている点である。すなわち、第２実施例では、
カソード電極板６は、その直径が半導体基体２よりも大
きくなるように仕上げられており、しかもその上方主面
にはその外周と同心円のリング状切欠部が形成されてい
る。そして、筒状絶縁部材１８にカソード電極板６が嵌
入された状態で、筒状絶縁部材１８と、カソード電極板
６と、半導体基体２とによって空間部ＳＰが規定され、
その空間部ＳＰにシリコンゴム２０が充填されている。
なお、その他の基本的構成は、第１実施例と同様であ
る。

【００７４】このように、第２実施例によれば、半導体
基体２がシリコンゴム２０によってカソード電極板６及
び筒状絶縁部材１８に接着されるので、充分な接着強度
で半導体基体２を固着することができる。また、空間部
ＳＰにシリコンゴム２０を充填するようにしているの
で、第１実施例と同様の効果、つまり(1) 半導体装置の
信頼性を高めることができる、(2) 製造工程を簡略化す
ることができる、(3) 半導体装置の耐圧を高めることが
できるという効果が得られる。

【００７５】Ｃ．第３実施例 図２６は、この発明にかかる半導体装置の第３実施例を
示す縦断面図である。この実施例が先の第１実施例と大
きく相違する点は、第１実施例では半導体基体２にメサ
型サイリスタが形成されているのに対し、第３実施例で
はプレーナ型サイリスタが形成されている点であり、そ
の他の基本的構成は同一である。

【００７６】図２７は、半導体基体２の部分拡大図であ
る。このプレーナ型サイリスタは、Ｐエミッタ層ＰE 及
びＮベース層ＮB の一部がそれぞれ半導体基体２の下方
主面に露出している点及びＮベース層ＮB の露出面にＰ
層Ｐが形成されている点を除いて、メサ型サイリスタと
ほぼ同様に構成されている。また、半導体基体２の下方
主面の外周部にはＳｉＯ2 層６４が設けられ、さらにそ
のＳｉＯ2 層６４上に電界緩和用のフィールドプレート
６６が設けられるとともに、ＳｉＯ2 層６４の開口を介
してＰ層Ｐと電気的に接続されている。このようにＰＮ
接合が主面（下方主面）に露出したプレーナ形サイリス
タでは、この主面に露出する層の相互間隔を比較的広く
とることができる。このため、メサ型ではシリコンゴム
２０による側面保護作用が重要であるのに対し、プレー
ナ型では接着作用がより重要である。

【００７７】この第３実施例では、半導体基体２の直径
を筒状絶縁部材１８の内径と実質的に等しくしている
が、上記接着作用を考慮してアノード電極板４と筒状絶
縁部材１８との間及び半導体基体２と筒状絶縁部材１の
側面部１８ｃとの間に、０．１〜０．２ｍｍ程度の隙間
６０，６２をそれぞれ形成している。そして、空間部Ｓ
Ｐ及び隙間６０，６２にシリコンゴム２０を充填され
て、上記実施例と同様の効果が得られる。なお、図２７
に示すように、半導体基体２の外周部に電界緩和用のフ
ィールドプレート６６が設けられている場合には、単に
空間部ＳＰにシリコンゴム２０を充填するだけでなく、
シリコンゴム２０でその外周部を保護する方が好まし
い。

【００７８】Ｄ．第４実施例 上記第３実施例では、半導体基体２の一方主面（図２７
の下方主面）にＰＮ接合が露出するプレーナ形サイリス
タの場合について説明したが、この発明は両主面にＰＮ
接合が露出するタイプ、例えば図２８に示すプレーナ型
サイリスタにも適用することができる。

【００７９】なお、同図において、半導体基体２の外周
端部の両主面側にｎ⁺ 領域が形成され、フィールドリミ
ットリング６８と電気的に接続されている。

【００８０】

【発明の効果】以上のように、この発明によれば、筒状
絶縁部材を第２の電極板と結合することによって、前記
筒状絶縁部材、前記第２の電極板及び半導体基体で空間
部を形成し、その空間部に絶縁性接着部材を充填してい
るので、前記半導体基体が前記第２の電極板のみならず
前記筒状絶縁部材にも固定されて、半導体基体の接着強
度を向上することができる。また、前記筒状絶縁部材を
第２の電極と係合することによって、所定の空間部を規
定し、前記絶縁性接着部材の充填範囲を制限しているの
で、余分な絶縁性接着部材の流出がなく、その除去作業
も不要となるので、前記絶縁性接着部材の汚染を防止す
ることができ、高信頼性の半導体装置を得ることができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明にかかる半導体装置の第１実施例を示
す縦断面図である。

【図２】図１の半導体装置の部分拡大図である。

【図３】筒状絶縁部材の一例を示す斜視図である。

【図４】筒状絶縁部材の他の例を示す斜視図である。

【図５】図１の半導体装置の組立分解図である。

【図６】半導体基体をアノード電極板に固定する手順を
示す図である。

【図７】半導体基体をアノード電極板に固定する手順を
示す図である。

【図８】半導体基体をアノード電極板に固定する手順を
示す図である。

【図９】半導体基体をアノード電極板に固定する手順を
示す図である。

【図１０】ゲート電極支持体に内部ゲート電極を取り付
ける手順を示す図である。

【図１１】この発明にかかる半導体装置の第１変形例を
示す部分拡大図である。

【図１２】第１変形例における半導体基体のアノード電
極板への固定手順を示す図である。

【図１３】第１変形例における半導体基体のアノード電
極板への固定手順を示す図である。

【図１４】第１変形例における半導体基体のアノード電
極板への固定手順を示す図である。

【図１５】第１変形例における半導体基体のアノード電
極板への固定手順を示す図である。

【図１６】この発明にかかる半導体装置の第２変形例を
示す部分拡大図である。

【図１７】この発明にかかる半導体装置の第３変形例を
示す部分拡大図である。

【図１８】この発明にかかる半導体装置の第４変形例を
示す部分拡大図である。

【図１９】第４変形例における半導体基体のアノード電
極板及びカソード電極板への固定手順を示す図である。

【図２０】第４変形例における半導体基体のアノード電
極板及びカソード電極板への固定手順を示す図である。

【図２１】第４変形例における半導体基体のアノード電
極板及びカソード電極板への固定手順を示す図である。

【図２２】この発明にかかる半導体装置の第５変形例を
示す部分拡大図である。

【図２３】補助溝を設けたアノード電極板を示す図であ
る。

【図２４】空気抜き穴を設けたアノード電極板を示す図
である。

【図２５】この発明にかかる半導体装置の第２実施例を
示す縦断面図である。

【図２６】この発明にかかる半導体装置の第３実施例を
示す縦断面図である。

【図２７】図２６の半導体装置の部分拡大図である。

【図２８】この発明にかかる半導体装置の第４実施例を
示す部分拡大図である。

【図２９】従来の半導体装置を示す部分拡大図である。

【図３０】従来の半導体装置を示す部分拡大図である。

【符号の説明】

２ 半導体基体 ４ アノード電極板 ４ａ 切欠部 ６ カソード電極板 ８ 外部アノード電極 １０ 外部カソード電極 １２ アノードメタライズ層 １４ ゲートメタライズ層 １６ カソードメタライズ層１６ １８ 筒状絶縁部材 ２０ シリコンゴム ２８ ケーシング ５２ 溝 ５４，５６，５８ 空気抜き孔

Claims (16)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 半導体基体と、 前記半導体基体の一方の主面に設けられた第１のメタラ
   イズ層と、 前記半導体基体の他方の主面に設けられた第２のメタラ
   イズ層と、 その一方面が前記第１のメタライズ層に接触された第１
   の電極板と、 外形寸法が前記第１の電極板よりも大きく、しかもその
   一方の主面が前記第２のメタライズ層に接触された第２
   の電極板と、 前記第２の電極の外周部に適合する略筒状の絶縁部材と
   を備え、 前記筒状絶縁部材が前記第２の電極板と結合された状態
   で、前記筒状絶縁部材、前記第２の電極板及び前記半導
   体基体によって空間部が形成され、さらにその空間部に
   絶縁性接着部材が充填されて、前記半導体基体が、その
   外周端部が前記絶縁性接着部材で保護された状態で少な
   くとも前記第２の電極板及び前記筒状絶縁部材に固定さ
   れることを特徴とする半導体装置。
2. 【請求項２】 前記第２の電極板の前記一方主面側の外
   周部に切欠部が設けられた請求項１記載の半導体装置。
3. 【請求項３】 前記筒状絶縁部材の一方端部が前記第２
   の電極板の切欠部に係止された請求項２記載の半導体装
   置。
4. 【請求項４】 前記筒状絶縁部材の一方端側の内周面か
   ら内向きに係止部が突設されており、前記筒状絶縁部材
   が前記第２の電極と結合された状態で、その係止部が前
   記第２の電極板の他方の主面に係止される請求項１記載
   の半導体装置。
5. 【請求項５】 前記第２の電極板の外周部に貫通孔が設
   けられ、その貫通孔によって前記空間部が前記第２の電
   極板の他方主面側に連通された請求項１記載の半導体装
   置。
6. 【請求項６】 前記第２の電極板の一方主面のうち前記
   第２のメタライズ層と接触する接触領域に閉ループ状の
   溝が設けられた請求項１記載の半導体装置。
7. 【請求項７】 前記接触領域にさらに少なくとも１つ以
   上の閉ループ状の溝が設けられた請求項６記載の半導体
   装置。
8. 【請求項８】 前記溝に対応して前記第２の電極板に貫
   通孔が設けられ、その貫通孔によって前記溝が前記第２
   の電極板の他方主面側に連通された請求項６または７記
   載の半導体装置。
9. 【請求項９】 前記第２の電極板の一方主面のうち前記
   第２のメタライズ層の接触する第２の接触領域の外形寸
   法が前記第１の電極板の一方主面のうち前記第１のメタ
   ライズ層の接触する第１の接触領域よりも大きく、しか
   も前記第２の電極板の一方主面に前記第１の接触領域を
   投影したとき、その投影領域が前記第２の接触領域内に
   位置する請求項１記載の半導体装置。
10. 【請求項１０】 前記半導体基体の外形寸法が前記第２
    の電極板の外形寸法及び前記筒状絶縁部材の内形寸法よ
    りも小さく、しかも前記半導体基体にＰＮ接合が設けら
    れ、そのＰＮ接合の一部が前記半導体基体の外周端部に
    露出された請求項１記載の半導体装置。
11. 【請求項１１】 前記半導体基体にＰＮ接合が前記半導
    体基体の前記一方の主面に露出するようにして設けられ
    るとともに、前記半導体基体の外形寸法が前記第２の電
    極板の外形寸法と実質的に等しくされた請求項１記載の
    半導体装置。
12. 【請求項１２】 前記半導体基体にＰＮ接合が前記半導
    体基体の両主面に露出するように設けられるとともに、
    前記半導体基体の他方主面側の露出領域が前記第２の電
    極板の前記切欠部と対向する請求項３記載の半導体装
    置。
13. 【請求項１３】 前記半導体基体にＰＮ接合が前記半導
    体基体の少なくとも一つの主面に露出するように設けら
    れることによって露出領域が形成され、さらにその露出
    領域の外周部にリング状の電界緩和領域が設けられると
    ともに、その電界緩和領域の一部に接続された金属膜が
    形成され、しかも前記絶縁性接着部材がその金属膜を覆
    う請求項１記載の半導体装置。
14. 【請求項１４】 両主面に電極層が形成された半導体基
    体が第１及び第２の電極板に挟まれてなる半導体装置を
    組立てる方法であって、 （ａ） 対向する２つの開口部を有するケーシングを準
    備する工程と、 （ｂ） 前記半導体基体を前記第２の電極板及び略筒状
    の絶縁部材に固定する工程であって、 前記筒状絶縁部材には、その一方端側の内周面から内向
    きに係止部材が突設され、前記筒状絶縁部材に前記第２
    の電極板を嵌入可能となっており、 （ｂ−１） 前記筒状絶縁部材の他方端側が上になるよ
    うに置き、前記第２の電極板を前記筒状絶縁部材に嵌入
    する工程と、 （ｂ−２） 前記筒状絶縁部材に嵌入された状態で、前
    記第２の電極板の上面の所定位置に前記半導体基体を載
    置する工程と、 （ｂ−３） 前記筒状絶縁部材の内周面、前記第２の電
    極板の上面及び前記半導体基体の外周端部で形成される
    空間部に絶縁性接着部材を充填する工程と、 （ｂ−４） 前記絶縁性接着部材を固化させることによ
    って、前記半導体基体が前記筒状絶縁部材及び前記第２
    の電極板に固定された結合体を得る工程と、 を含む半導体基体の固定工程と、 （ｃ） 前記結合体、前記第１の電極板、及び第１及び
    第２の外部電極を、前記第１の電極板が前記半導体基体
    の前記第２の電極板と反対側の主面に接触するととも
    に、前記第１と第２の外部電極が前記第１の電極板と前
    記第２の電極板のそれぞれの外側の主面に接触しかつそ
    れらの主面が前記ケーシングの開口部に平行になるよう
    に、前記ケーシング内に収納する工程と、 （ｄ） 前記第１の外部電極および第２の外部電極を前
    記ケーシングのそれぞれの開口部端部に固定する工程
    と、 を備えることを特徴とする半導体装置の組立方法。
15. 【請求項１５】 両主面に電極層が形成された半導体基
    体が第１及び第２の電極板に挟まれてなる半導体装置を
    組立てる方法であって、 （ａ） 対向する２つの開口部を有するケーシングを準
    備する工程と、 （ｂ） 前記半導体基体を前記第２の電極板及び略筒状
    の絶縁部材に固定する工程であって、 前記筒状絶縁部材は、その一方端部が前記第２の電極板
    の外周部に適合する形状を有し、 （ｂ−１） 前記筒状絶縁部材を、その他方端側を上に
    した状態において、前記筒状絶縁部材の一方端部側の開
    口を前記第２の電極板によって塞ぐ工程と、 （ｂ−２） 前記第２の電極板の上面の所定位置に前記
    半導体基体を載置する工程と、 （ｂ−３） 前記筒状絶縁部材の内周面、前記第２の電
    極板の上面及び前記半導体基体の外周端部で形成される
    空間部に絶縁性接着部材を充填する工程と、 （ｂ−４） 前記絶縁性接着部材を固化させることによ
    って、前記半導体基体が前記筒状絶縁部材及び前記第２
    の電極板に固定された結合体を得る工程と、 を含む半導体基体の固定工程と、 （ｃ） 前記結合体、前記第１の電極板、及び第１及び
    第２の外部電極を、前記第１の電極板が前記半導体基体
    の前記第２の電極板と反対側の主面に接触するととも
    に、前記第１と第２の外部電極が前記第１の電極板と前
    記第２の電極板のそれぞれの外側の主面に接触しかつそ
    れらの主面が、前記ケーシングの開口部に平行になるよ
    うに、前記ケーシング内に収納する工程と、 （ｄ） 前記第１の外部電極および第２の外部電極を前
    記ケーシングのそれぞれの開口部端部に固定する工程
    と、 を備えることを特徴とする半導体装置の組立方法。
16. 【請求項１６】両主面に電極層が形成された半導体基体
    が第１及び第２の電極板に挟まれてなる半導体装置を組
    立てる方法であって、 （ａ） 対向する２つの開口部を有するケーシングを準
    備する工程と、 （ｂ） 前記半導体基体を前記第１及び第２の電極板及
    び略筒状の絶縁部材に固定する工程であって、 前記筒状絶縁部材は、その一方端部が前記第２の電極板
    の外周部に適合する形状を有し、 （ｂ−１） 前記筒状絶縁部材を、その他方端側を上に
    した状態において、前記筒状絶縁部材の一方端部側の開
    口を前記第２の電極板によって塞ぐ工程と、 （ｂ−２） 前記第２の電極板の上面の所定位置に前記
    半導体基体を載置する工程と、 （ｂ−３） 前記半導体基体の上に前記第２の電極板を
    載置する工程と、 （ｂ−４） 前記筒状絶縁部材の内周面、前記第２の電
    極板の上面，前記半導体基体の外周端部及び前記第１の
    電極板の側面で形成される空間部に絶縁性接着部材を充
    填する工程と、 （ｂ−５） 前記絶縁性接着部材を固化させることによ
    って、前記半導体基体が前記筒状絶縁部材及び前記第１
    及び第２の電極板に固定された結合体を得る工程と、 を含む半導体基体の固定工程と、 （ｃ） 前記結合体、及び第１及び第２の外部電極を、
    前記第１と第２の外部電極が前記第１の電極板と前記第
    ２の電極板のそれぞれの外側の主面に接触しかつそれら
    の主面が、前記ケーシングの開口部に平行になるよう
    に、前記ケーシング内に収納する工程と、 （ｄ） 前記第１の外部電極および第２の外部電極を前
    記ケーシングのそれぞれの開口部端部に固定する工程
    と、 を備えることを特徴とする半導体装置の組立方法。