JP2851031B2 - 圧接形半導体装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、圧接形半導体装置に係
わり、特にＳＩサイリスタ、ＧＴＯサイリスタなどの大
電力用の圧接形半導体装置の外囲器内部における主電
極、熱緩衝板および圧接形半導体基体との固定構造に関
するものである。

【０００２】

【従来の技術】以下、従来技術による圧接形半導体装置
の内部固定構造について、本願に係わる部分の構成を図
６の正面断面図により説明する。一般に、大電力用の圧
接形半導体装置では、圧接形半導体基体１の一面を複数
の島状に突出するカソード電極１Ｋとし、その各々の谷
部周囲を網の目状としたゲート電極１Ｇをそれぞれ形成
し、圧接形半導体基体１の他の一面は、アノード電極１
Ａとしている。この圧接形半導体基体１のカソード電極
１Ｋの上部には、カソード熱緩衝板５を、下部にはアノ
ード熱緩衝板22を介して、カソード主電極６とアノード
主電極23側とにより、それぞれ積層体を形成している。
なお、従来この種の圧接形半導体基体１は、アノード側
の合金接合材を介してアノード熱緩衝板22に合金して両
者を一体化していたが、両者の僅かな熱膨張係数の差に
より、合金時に両者の積層一体化したものに反りが発生
し、圧接形半導体基体１に対する機械的な不均一圧接や
電気的不均一通電、熱的不均一放熱などの問題を引き起
こしていたため、合金せずに積層圧接する従来形の合金
レス構造を採用している。そこで、アノード側熱緩衝板
22は、その外周面において圧接形半導体基体１の成形さ
れた外周部のベベル表面絶縁部20との摩擦接触により保
持する構造としている。

【０００３】ここで、圧接形半導体基体１がシリコンを
主体とする場合、その両面に設けられたカソード熱緩衝
板５およびアノード熱緩衝板22はそれぞれ圧接形半導体
基体１の熱膨張係数に近く、良導電性材料のタングステ
ンやモリブデンが用いられ、圧接形半導体基体１を熱膨
張係数の大きく異なるカソード主電極６およびアノード
主電極23との熱歪や熱応力による不要なストレスから保
護する目的で設けられたものである。

【０００４】この従来構造では、圧接形半導体基体１の
上側中心部にゲート引き出し機構を設けるための円筒状
の空間と、中心から外周に渡るキー溝状の切り欠き部を
有し、外周部にはカソードシールフランジ７を介して、
絶縁シール筒９に、またカソードシールフランジ７の反
対側には、アノードシールフランジ受10がそれぞれ固着
されている。絶縁シール筒９の側面に固着されたゲート
導出パイプ13には、絶縁シール筒９の外側の端部で接合
されたゲートリード部材14を介し、ゲート接触部材15に
電気的に接続され、絶縁ザガネ16、皿バネ17、平ザガネ
18により、ゲート部をカソード主電極６から電気的に絶
縁するとともに、ゲート電極１Ｇに圧接して、圧接形半
導体装置にゲート駆動電力を供給する目的で設けられて
いる。

【０００５】このゲート部の圧接力は、圧接形半導体装
置を使用する際に、外部からカソード主電極６とアノー
ド主電極23の相互間に加える所定の圧接力に対して一般
に小さく、所要ゲート電流実効値に見合うゲート接触部
材15のゲート電極１Ｇの狭い接触面積に対してのみ、カ
ソード熱緩衝板５およびカソード主電極６などの熱膨張
による伸縮を吸収し、ゲート部への均一な圧接力確保の
手段として皿バネ１７の必要撓み量と圧接力を得るよう
設計される。なお、ゲート絶縁リング19はゲート接触部
材15とカソード熱緩衝板５、カソード主電極６のそれぞ
れから電気的な絶縁を目的としたものである。また、圧
接形半導体装置のカソード主電極６とアノード主電極23
間の積層体の厚み製作誤差や本来必要な積層体への圧接
力による撓み変形量を吸収するため、絶縁シール筒９と
カソードシールフランジ７やアノードシールフランジ受
10との気密封じのための接合部等への不要な応力を加え
ないために、カソードシールフランジ７、アノードシー
ルフランジ受10やアノードシールフランジ24を薄板状と
している。

【０００６】つまり、以上の機構から明確なように、圧
接形半導体装置を使用せず、外部からカソード主電極６
とアノード主電極23の相互間に圧接力を加えない場合、
ゲート部の皿バネ17のバネの反力のみにより、圧接形半
導体基体１、カソード熱緩衝板５およびアノード熱緩衝
板22の各々は、自由可動状態から僅かに拘束されて、支
えらている状態となっている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】従って、以上の説明か
ら明らかなように、従来装置の構成の場合、圧接形半導
体基体１、カソード熱緩衝板５およびアノード熱緩衝板
22は三者各々が固定されていないため、圧接形半導体装
置の輸送時や応用装置への実装以前の加圧圧接作業を行
う時などでは、圧接形半導体基体１の中心ゲート電極１
Ｇやカソード電極１Ｋの各部表面がゲート接触部材15や
カソード熱緩衝板５の各表面と互いに回転またはズレに
よる摩擦により、圧接形半導体基体１の中心ゲート電極
１Ｇやカソード電極１Ｋ表面を損傷させ、それら電極材
料の摩耗屑等を発生させる結果、圧接形半導体基体１の
ゲート・カソード間の各電極間を電気的に短絡し、圧接
形半導体基体１を破壊させるなど、信頼性を低下させて
いる。

【０００８】また、圧接形半導体装置を組み立てる際、
予め組立られたアノード主電極６、カソードシールフラ
ンジ７と絶縁シール筒９内に、前述したゲート関係の各
部材13〜19を組み込んだ後、カソード熱緩衝板５、圧接
形半導体基体１およびアノード熱緩衝板22の順で各部材
を積層する時、絶縁シール筒９によって各接触面を確認
しながら積層できないことや、圧接形半導体基体１に対
して中心部のゲート接触部材15との接触面が小さく、中
心ズレのない平行な積層が困難なため、圧接形半導体基
体１に損傷を与えるなどの不都合があった。本発明は上
述した点に鑑みて創案されたもので、その目的とすると
ころは、大電力用の圧接形半導体装置の内部構造を改良
して、圧接形半導体装置の内部構造を巧みに構成するこ
とにより、実装し易く、信頼性の高い圧接形半導体装置
を提供するものである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】つまり、その目的を達成
するための手段は、 （１）請求項１において、円筒状連結筒の筒内周面に、
円柱状主電極と円板状熱緩衝板の圧接積層体部の各外周
面部をそれぞれ挿入するとともに接着性を有する樹脂を
注入して、円柱状主電極、熱緩衝板および円筒状連結筒
の各相互間を互いに固定一体化したことにある。

【００１０】（２）請求項２において、円柱状主電極
は、一方はカソード主電極、他方はアノード主電極とす
るものである。

【００１１】（３）請求項３において、圧接形半導体基
体の一面側において、小口径の円板状熱緩衝板の外周端
部と該圧接形半導体基体との接触面側の口径大となる部
位とを弾力性を有する接着材で接着したことにある。

【００１２】（４）請求項４において、円筒状連結筒の
筒内周母面に溝を設け、溝内に接着性を有する樹脂を注
入したことにある。

【００１３】（５）請求項５において、円板状熱緩衝板
の外周端面部に溝を設けて、溝内に接着性を有する樹脂
を注入したことにある。

【００１４】（６）請求項６において、円柱状主電極の
外周端面部に溝を設けて、溝内に接着性を有する樹脂を
注入したことにある。 （７）請求項７において、円板状熱緩衝板の外周端面部
および円柱状主電極の外周端面部共に溝を設けて、溝内
に接着性を有する樹脂を注入したことにある。

【００１５】

【作用】次に、その作用を説明する。円筒状連結筒は円
柱状主電極の外周面部との間および円板状熱緩衝板との
間で、それぞれ圧接積層体各部を填め合わせによる摩擦
および接着性を有する樹脂により互いに固定されてい
る。

【００１６】圧接形半導体基体１の一面側において、小
口径の円板状熱緩衝板の外周端部と該圧接形半導体基体
との接触面側の口径大となる部位とを弾力性を有する接
着材で接着することにより、積層体への圧接加圧がない
場合の両者間の摩擦やズレを防止すると共に、弾力性を
有する接着材の使用によって、周囲温度が極く低い場合
や圧接形半導体基体の通電による温度上昇から該接着材
自体のクラック等を防止することができる。

【００１７】

【実施例】以下、本発明の構造による圧接形半導体装置
の一実施例を図面により詳細に説明する。図１は本発明
の圧接形半導体装置の構造を説明する正面断面図であ
り、図２は本発明の他の実施例を示す正面断面図、図３
〜図５は円筒状連結筒、熱緩衝板、主電極の各実施例を
示す斜視図である。図１において、１は圧接形半導体基
体であり、下部アノード側にはアルミ蒸着層等で形成さ
れるアノード電極１Ａ、上部にはアルミ蒸着層等で形成
される多数の島状のカソード電極１Ｋと、同様にアルミ
蒸着層等で電気的に接続される島状のカソード電極１Ｋ
間を取り囲むように設けた網の目状のゲート電極１Ｇお
よび外周部のベベル表面絶縁部20よりなる。圧接形半導
体基体１の上部には、中心部に従来の圧接形半導体装置
と同様のゲート各部材14〜19を設け、ゲート絶縁リング
19を貫通できるように中心部に貫通孔を設けた円板状熱
緩衝板としてのカソード熱緩衝板５、更にその上部にカ
ソード主電極６を重ね、それら両者の外周部に図３
（ａ），（ｂ），（ｃ）に示すカソード側円筒状連結筒
11を装着し、接着材11S によって、相互間を同心状に固
定して接着している。

【００１８】同様にして、圧接形半導体基体１の下部で
は、円板状熱緩衝板としてのアノード熱緩衝板22とアノ
ード主電極23が図３（ａ），（ｂ），（ｃ）に示すアノ
ード側円筒状連結筒21により同心状に位置合わせされる
と共に、接着材21S によって固定して接着される。更
に、アノード熱緩衝板22の外周面部と圧接形半導体基体
１の下部で、アノード熱緩衝板22の口径より大なる部位
では、弾力性を有する接着材12により、圧接形半導体基
体１を適度な弾性力で保持固定される。以上の様な構成
であるため、予めアノードシールフランジ24に固着され
たアノード主電極23上のアノード熱緩衝板22と圧接形半
導体基体１との組立や固定状況は、アノードシールフラ
ンジ受10とアノードシールフランジ24を互いに溶接する
前であることにより、圧接形半導体装置１、アノード熱
緩衝板22およびアノード主電極23の心ズレや積層ズレな
どがないよう十分に確認しながら確実に組み立てること
ができる。

【００１９】次に、図２により本発明の他の実施例につ
いて説明する。なお本図の場合、本願発明者は、特願平
６−３３８８３４号「圧接形半導体装置および製造方
法」でゲート関連部材が圧接形半導体基体１の外周部付
近に設けられるタイプの出願を行っている。すなわち、
圧接形半導体基体１の外周部に設けられたリング状のゲ
ート電極１Ｇに鉢状部材２の底部１Ｂ部を溶着し、鉢状
部材２の１Ｔ部を薄板のリング形状で一部を舌状とした
リングゲート受３に溶着固定する。更に、ゲート導出部
材を形成するリングゲート受３はゲート導出パイプ13お
よびゲートリード部材14にそれぞれ連絡接続する構造の
ものである。

【００２０】このゲート構造の場合、圧接形半導体基体
１は鉢状部材２により絶縁シール筒９に固定される点が
図１の場合と異なるが、カソード熱緩衝板５とカソード
主電極６をカソード側円筒状連結筒11、接着材11S によ
り固定する点と、アノード熱緩衝板22とアノード主電極
23をアノード側円筒状連結筒21と接着材21S で固定する
点は図１と同様である。次に図３の（ａ）〜（ｃ）はカ
ソードまたは、アノード円筒状連結筒の種種の変形実施
例を示すものであり、それぞれ接着材が溝部に注入され
ることにより、相互の接着力をより確実にする効果を奏
するものである。なお、11H はカソード側円筒状連結筒
のゲート用貫通孔、11M,11M1,11M2 はカソード側円筒状
連結筒の溝、21M,21M1,21M2 はアノード側円筒状連結筒
の溝である。同様にして、図４（ａ）はカソード熱緩衝
板５やアノード熱緩衝板22の外周部分の垂直方向に溝５
Ｍ，22M を設けたものであり、また図４（ｂ）はそれぞ
れの外周に溝５Ｍ１，22M1を設けて、接着性を高めたも
のであり、図５（ａ）はカソード主電極６の一部に垂直
方向に溝６Ｍ、図５（ｂ）は同様位置の円周部分に溝６
Ｍ１、図５（ｃ）はアノード主電極２３の一部に垂直方
向に溝23M 、図５（ｄ）は同様位置の円周部分に溝23M1
を設けたものであり、このようにして、接着性の信頼性
の向上を図ったものである。

【００２１】

【発明の効果】本発明は、以上のような構成であるか
ら、圧接形半導体基体１が所定の加圧力により、圧接さ
れない時でもカソード側円筒状連結筒11とアノード側円
筒状連結筒21および接着材11S 、21S によって、圧接形
半導体基体１、アノードおよびカソード側の各熱緩衝板
５、22がそれぞれカソード主電極６およびアノード主電
極23に固定される。そのため、圧接形半導体基体１にカ
ソード熱緩衝板５やアノード熱緩衝板22との摩擦などは
起こらず、ゲート電極１Ｇやカソード電極１Ｋのアルミ
蒸着部等を損傷させることもない。また、組立時におけ
る実装性も良好で、信頼性の高い圧接形半導体装置を提
供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示す断面図である。

【図２】本発明の他の実施例を示す断面図である。

【図３】本発明の円筒状連結筒の実施例を示す斜視図で
ある。

【図４】本発明の円板状熱緩衝板の実施例を示す斜視図
である。

【図５】本発明の円柱状主電極の実施例を示す斜視図で
ある。

【図６】従来の圧接形半導体装置の断面構造を説明する
ための説明図である。

【符号の説明】

１ 圧接形半導体基体 １Ｇ ゲート電極 １Ｋ カソード電極 １Ａ アノード電極 ２ 鉢状部材 ３ リングゲート受 ５ カソード熱緩衝板 5M 溝 5M1 溝 ６ カソード主電極 6M 溝 6M1 溝 ７ カソードシールフランジ ８ カソードシールフランジ受 ９ 絶縁シール筒 10 アノードシールフランジ受 11 カソード側円筒状連結筒 11S 接着材 11H ゲート用貫通孔 11M 溝 11M1 溝 11M2 溝 12 弾力性を有する接着材 13 ゲート導出パイプ 14 ゲートリード部材 15 ゲート接触部材 16 絶縁ザガネ 17 皿バネ 18 平ザガネ 19 ゲート絶縁リング 20 ベベル表面絶縁部 21 アノード側円筒状連結筒 21M 溝 21M1 溝 21M2 溝 21ａ 接着材 22 アノード熱緩衝板 22M 溝 22M1 溝 23 アノード主電極 24 アノードシールフランジ

Claims (7)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 圧接形半導体基体の両表面にそれぞれ円
   板状熱緩衝板を介して外側両面の各面に円柱状主電極を
   積層して積層体を形成し、該積層体全体を圧接する構造
   の圧接形半導体装置において、円筒状連結筒の筒内周面
   に、前記円柱状主電極と円板状熱緩衝板を挿入すると共
   に、円筒状連結筒の筒内周面に前記円柱状主電極と円板
   状熱緩衝板の圧接積層体部の各外周面が嵌着するよう形
   成し、前記円筒状連結筒に接着性を有する樹脂を注入し
   て、円柱状主電極、円板状熱緩衝板および円筒状連結筒
   の各相互間を互いに固定一体化したことを特徴とする圧
   接形半導体装置。
2. 【請求項２】 前記円柱状主電極は、一方はカソード主
   電極、他方はアノード主電極とする請求項１記載の圧接
   形半導体装置
3. 【請求項３】 前記圧接形半導体基体の一面側におい
   て、小口径の円板状熱緩衝板の外周端部と該圧接形半導
   体基体との接触面側の口径大となる部位とを弾力性を有
   する接着材によりに接着した請求項１記載の圧接形半導
   体装置。
4. 【請求項４】 前記円筒状連結筒の筒内周面に溝を設
   け、溝内に接着性を有する樹脂を注入した請求項１又は
   ３記載の圧接形半導体装置。
5. 【請求項５】 前記円板状熱緩衝板の外周端面部に溝を
   設けてなる請求項１３又は４記載の圧接形半導体装置。
6. 【請求項６】 前記円柱状主電極の外周端面部に溝を設
   けてなる請求項１、３、４又は５記載の圧接形半導体装
   置。
7. 【請求項７】 前記円板状熱緩衝板の外周端面部および
   円柱状主電極の外周端面部共に溝を設けてなる請求項１
   又は３記載の圧接形半導体装置。