JP3345253B2 - 圧接型半導体装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は圧接型半導体装置に
関し、特に半導体基体の位置ずれ防止の改良に関する。

【０００２】

【従来の技術】図８は圧接型半導体装置の一つである従
来の光トリガ型サイリスタ１００の構成を示す断面図で
ある。図８において、サイリスタ素子が作り込まれた半
導体基板を主材とする半導体基体１の上主面の中央部に
受光部１ａが設けられている。この受光部１ａには、外
部より入力される光信号（制御信号）を伝達するライト
ガイド（制御信号伝達経路）１４の出光端面が対向して
いる。そして、ライトガイド１４の出光端面はガイド１
５により受光部１ａに位置決めされている。

【０００３】半導体基体１の上主面および下主面には、
それぞれ半導体基体１の熱膨張係数と近似した熱膨張係
数を有する材料で形成された第１熱補償板２および第２
熱補償板３が当接している。これら第１および第２熱補
償板２および３は、いずれも半導体基板１にはろう付け
などによって接合されることなく、いわゆるアロイフリ
ーで半導体基体１の両主面に圧接される。

【０００４】第１および第２熱補償板２および３は、そ
れぞれ陰極板４および陽極板５によって挟持されてい
る。陰極板４および陽極板５は、それぞれの基部が、円
環状の陰極フランジ７および陽極フランジ８を介して、
電気絶縁材で形成されたケーシング６に連結されてい
る。

【０００５】ケーシング６は、沿面放電を抑えるための
凹凸部、あるいは外方突出部を外周に有している。ま
た、ケーシング６はその内周に沿って内方へ突出した突
起部６ａを有している。

【０００６】第２熱補償板３と陽極板５とは、位置決め
ピン１６によって位置規制されている。すなわち、第２
熱補償板３の中央にピン挿入孔が設けられるとともに、
対応する陽極板５の中央にもピン挿入孔が設けられてお
り、両ピン挿入孔に位置決めピン１６を挿入することに
よって、第２熱補償板３の半径方向の動きが規制される
ことになる。

【０００７】陰極板４の外周側面と、第１熱補償板２の
外周側面および上主面の外縁部分とにかけて固定リング
９が配設されている。固定リング９は第１熱補償板２の
半径方向の動きを規制するためのもので、第１熱補償板
２が半導体基体１の主面上を移動することで半導体基体
１に損傷を与えたり、半導体基板１の外周の絶縁樹脂１
８を破損したりすることを防止する。

【０００８】また陰極板４は、その外周端縁部の固定リ
ング９の上端面に対向する位置に弾性体収容部を有し、
弾性体収容部の下面と固定リング９の上端面との間にス
プリングコイル、波状リングバネなどのバネ（弾性体）
１３が介挿されている。

【０００９】このバネ１３の弾性力によって、固定リン
グ９は第１および第２熱補償板２および３と半導体基体
１とを、陽極板５へ押圧している。

【００１０】半導体基体１の半径方向の動きは、半導体
基体１の外周に固着され端部での接合表面の電界強度を
低減し絶縁を行うための絶縁樹脂１８と、ケーシング６
内部の突起６ａを接着材１９で固着することによって規
制されている。

【００１１】ケーシング６の側面には貫通孔が設けら
れ、その貫通孔には金属管１３１が固定的に嵌挿されて
いる。金属管１３１には、外部からの光信号が通過する
光透過性の光導入窓１３２が気密に固着されている。ラ
イトガイド１４は、その入光端面が光導入窓１３２に対
向するように配置されている。そして、ライトガイド１
４の直線部周囲には保護のための保護管１３が設けられ
ている。保護管１３はその外周に、金属管１３１の内側
面に設けられた雌ネジ部に螺合する雄ネジ部を有してお
り、保護管１３を締め込むことでＯリング１７が圧縮さ
れライトガイド１４が固定されることになる。

【００１２】以上のように構成された光トリガ型サイリ
スタ１００は、外部に設けられたＬＥＤあるいはレーザ
ーダイオードから与えられた光信号（制御信号）が、ラ
イトガイド１４を通して半導体基体１の受光部１ａに与
えられ、受光部１ａにおいて光信号が電気信号に変換さ
れ、ゲート信号としてゲート電極に与えられ、サイリス
タ素子の主電流のスイッチング動作を制御する。

【００１３】従って、光信号は確実に受光部１ａに与え
られる必要がある。そのためには、バネ１３の弾性力に
よって、第１および第２熱補償板２および３と半導体基
体１とを陽極板５へ押圧するとともに、絶縁樹脂１８
と、ケーシング６内部の突起６ａを接着材１９で固着す
ることによって半導体基体１の半径方向の動きを規制
し、半導体基体１が半径方向に移動することでライトガ
イド１４の出光端面と受光部１ａとが相対的にずれるこ
とを防止していた。

【００１４】

【発明が解決しようとする課題】以上説明したように、
従来の光トリガ型半導体装置１００は半導体基体１をケ
ーシング６に固定する必要があり、そのために接着材１
９を用いていた。ここで、接着材１９は粘性を有する樹
脂などを硬化させて形成するが、半導体基板１の外周の
絶縁樹脂１８などに使用されるような熱硬化型の樹脂を
使用することができないので、常温硬化型の樹脂を使用
する。この型の樹脂は一般に加熱により低分子シロキサ
ンおよび水分などのガスを発生する成分を有している。
そして、半導体基板１は動作時には熱を発するので、接
着材１９から低分子シロキサンおよび水分などが発生す
る。さらに、低分子シロキサンおよび水分などからは、
メチル基、水酸基（ＯＨ基）などの負電荷を帯びたイオ
ン（負イオン）が発生（揮発）する。

【００１５】これらの負イオンが半導体基体１の端縁部
を覆っている絶縁樹脂１８内に浸入し、半導体基体１の
端面のＰＮ接合部に集中すると、Ｎ型半導体層の端縁部
表面においては負イオンが反発され、Ｎ型半導体層内に
おいては電子が部分的に希少になる。Ｐゲートサイリス
タの場合、Ｎ型半導体層（Ｎベース層）は２つのＰ型半
導体層（Ｐベース層およびＰエミッタ層）に挟まれた構
成となっているので、Ｎベース層の電子が希少になった
部分に、Ｐベース層およびＰエミッタ層からホールが侵
入し、部分的に反転してＰ型半導体層が形成される。こ
のような状態で電圧を印加すると、空亡層が伸びる余地
が少ないのでパンチスルーが発生しやすくなり、結果的
に耐電圧特性が劣化するという問題があった。

【００１６】本発明は上記のような問題を解消するため
になされたもので、接着材を使用することなく半導体基
体を固定することができ、加熱によるガスの発生を防止
して、耐電圧特性の劣化を引き起こすことのない圧接型
半導体装置を提供する。

【００１７】

【課題を解決するための手段】本発明に係る請求項１記
載の圧接型半導体装置は、少なくとも１つのＰＮ接合を
有する半導体基体と、該半導体基体の上下主面にそれぞ
れアロイフリーで接触する第１および第２の熱補償板
と、前記半導体基体および前記第１および第２の熱補償
板の周囲に設けられた電気絶縁性のケーシングと、前記
ケーシングに連結固定され、前記第２の熱補償板を載置
する主電極板とを備える圧接型半導体装置において、前
記ケーシングは、その内側が円筒形状であって、その内
周に沿って形成されたネジ部を有し、主面の平面視形状
が円環形状であって、内周端縁部が前記第１の熱補償板
の外周端縁に係合し、外周側面が前記ネジ部に螺合する
締付けリングを備えている。

【００１８】本発明に係る請求項２記載の圧接型半導体
装置は、前記締付けリングが、有蓋無底の中空円筒形状
であって、その円筒部が前記半導体基体を覆うように配
置されている。

【００１９】本発明に係る請求項３記載の圧接型半導体
装置は、外周側面が前記ネジ部に螺合し、前記締付けリ
ングの上主面に係合することで、前記締付けリングの上
方移動を規制するゆるみ止めリングをさらに備えてい
る。

【００２０】本発明に係る請求項４記載の圧接型半導体
装置は、前記締付けリングが、前記上主面の外周端縁部
に沿って、下主面に向かう方向の段差部を有し、前記段
差部は、その高低差が前記ゆるみ止めリングの厚みにほ
ぼ等しく、その段差壁の外径が前記ゆるみ止リングの内
径よりも小さく、前記ゆるみ止めリングを収容可能に形
成されている。

【００２１】本発明に係る請求項５記載の圧接型半導体
装置は、前記締付けリングが、前記主面内に、前記主面
に垂直な方向に形成された貫通孔を少なくとも１つ有し
ている。

【００２２】本発明に係る請求項６記載の圧接型半導体
装置は、前記貫通孔は、前記ゆるみ止めリングが、前記
締付けリングの前記上主面に係合した際に、前記貫通孔
を塞がない位置に形成されている。

【００２３】本発明に係る請求項７記載の圧接型半導体
装置は、前記締付けリングは、前記下主面の内周端縁部
に沿って、前記上主面に向かう方向の段差部を有し、該
段差部が前記第１の熱補償板の外周端縁部に係合してい
る。

【００２４】本発明に係る請求項８記載の圧接型半導体
装置は、前記締付けリングの外径が、前記ゆるみ止めリ
ングの外径よりも小さく形成され、前記ネジ部は、前記
締付けリングの外径に合わせて形成された第１のネジ部
と、前記ゆるみ止めリングの外径に合わせて形成され、
前記第１のネジ部の内径よりも広い第２のネジ部とを含
んでいる。

【００２５】本発明に係る請求項９記載の圧接型半導体
装置は、前記締付リングの前記円筒部内側に、少なくと
も前記半導体基体以下の部分を覆うように配置された有
底無蓋の中空円筒形状の絶縁筒をさらに備えている。

【００２６】本発明に係る請求項１０記載の圧接型半導
体装置は、前記絶縁筒が、その底部が前記主電極板側に
位置するように配置されている。

【００２７】本発明に係る請求項１１記載の圧接型半導
体装置は、前記絶縁筒が、その円筒部外径が、前記締付
リングの前記円筒部内径にほぼ等しく形成されている。

【００２８】本発明に係る請求項１２記載の圧接型半導
体装置は、前記締付けリングが、金属材料で形成されて
いる。

【００２９】本発明に係る請求項１３記載の圧接型半導
体装置は、前記締付けリングが、絶縁材料で形成されて
いる。

【００３０】

【発明の実施の形態】

＜実施の形態１＞図１に本発明に係る圧接型半導体装置
の実施の形態１として、光トリガ型サイリスタ１０００
の断面図を示す。図１において、サイリスタ素子が作り
込まれた半導体基板を主材とする半導体基体１の上主面
の中央部に受光部１ａが設けられている。この受光部１
ａには、外部より入力される光信号（制御信号）を伝達
するライトガイド（制御信号伝達経路）１４の出光端面
が対向している。そして、ライトガイド１４の出光端面
はガイド１５により受光部１ａ上に位置決めされてい
る。

【００３１】半導体基体１の上主面および下主面には、
それぞれ半導体基体１の熱膨張係数と近似した熱膨張係
数を有する材料（例えばモリブデン）で形成された第１
熱補償板２および第２熱補償板３が当接している。これ
ら第１および第２熱補償板２および３は、いずれも半導
体基板１にはろう付けなどによって接合されることな
く、第１および第２熱補償板２および３を挟持する陰極
板４０および陽極板５の外側から付勢される外力によっ
ていわゆるアロイフリーで半導体基体１の両主面に圧接
される。また、半導体基体１の外周には、端部での接合
表面の電界強度を低減し絶縁を行うための絶縁樹脂１８
が固着されている。

【００３２】陰極板４０および陽極板５は、それぞれの
基部が、円環状の陰極フランジ７および陽極フランジ８
を介して、電気絶縁材で形成されたケーシング６０に連
結され、ケーシング６０は密閉されている。なお、ケー
シング６０には、ケーシング６０内の不純ガスを排気す
るとともに、不活性ガス等を導入する導入管９０が接続
されているが、不活性ガス導入後は封鎖される。また、
ケーシング６０は、沿面放電を抑えるための凹凸部、あ
るいは外方突出部を外周に有している。

【００３３】また、ケーシング６０の側面には貫通孔が
設けられ、その貫通孔には金属管１３１が固定的に嵌挿
されている。金属管１３１には、外部からの光信号が通
過する光透過性の光導入窓１３２が気密に固着されてい
る。ライトガイド１４は、その入光端面が光導入窓１３
２に対向するように配置されている。そして、ライトガ
イド１４の直線部周囲には保護のための保護管１３が設
けられている。保護管１３はその外周に、金属管１３１
の内側面に設けられた雌ネジ部に螺合する雄ネジ部を有
しており、保護管１３を締め込むことでＯリング１７が
圧縮されライトガイド１４が固定されることになる。

【００３４】第２熱補償板３と陽極板５とは、位置決め
ピン１６によって位置規制されている。すなわち、第２
熱補償板３の中央にピン挿入孔が設けられるとともに、
対応する陽極板５の中央にもピン挿入孔が設けられてお
り、両ピン挿入孔に位置決めピン１６を挿入することに
よって、第２熱補償板３の半径方向の動きが規制される
ことになる。

【００３５】そして、第１熱補償板２の外周側面および
上主面の外縁部分にかけてアルミニウムあるいはステン
レス鋼で形成された締付リング３０が係合し、締付リン
グ３０の上主面の外縁部分には、締付リング３０の上方
への移動を規制して、締付リング３０のゆるみを防止す
る、アルミニウムあるいはステンレス鋼で形成されたゆ
るみ止リング２０が係合している。

【００３６】図２に、ゆるみ止リング２０および締付リ
ング３０の係合部分の詳細図を示す。

【００３７】図２において、ゆるみ止リング２０および
締付リング３０のそれぞれの外周側面には、ネジ部２０
ａおよび３０ｂが設けられている。また、ケーシング６
０にはその内周に沿って、ゆるみ止リング２０および締
付リング３０のネジ部２０ａおよび３０ｂに螺合するネ
ジ部６０ａおよび６０ｂが設けられている。ここで、ネ
ジ部６０ｂはネジ部６０ａよりもケーシング６０の中心
方向に突出しており、締付リング３０の外径はゆるみ止
リング２０の外径よりも小さくなっている。

【００３８】締付リング３０とゆるみ止リング２０の外
径に径差がある構成としたのは、締付リング３０の螺合
するネジ部の長さを短くして、締付リング３０の取付け
時の回転回数を低減し作業性を良くするものである。す
なわち、締付リング３０とゆるみ止リング２０の外径が
同じであった場合、締付リング３０の螺合するネジ部の
長さはネジ部６０ｂとネジ部６０ａを足した長さにな
る。従って、締付リング３０を所定位置に取付るために
は、少なくともネジ部６０ａに螺合させて回転しながら
通過させる必要がある。この分だけ締付リング３０を余
分に回転させる必要が生じ作業性が悪くなる。一方、締
付リング３０とゆるみ止リング２０の外径に径差を付け
ることで、締付リング３０の回転回数を低減することが
できる。

【００３９】なお、ケーシング６０の製造コストを鑑み
れば、締付リング３０とゆるみ止リング２０の外径が同
じ方がコスト的に安価になるので、締付リング３０を余
分に回転させる手間を惜しまないのであれば、締付リン
グ３０とゆるみ止リング２０の外径を同じにしても良
い。

【００４０】次に、図２および、ゆるみ止リング２０お
よび締付リング３０とケーシング６０の斜視断面図を示
す図３を用いて、光トリガ型サイリスタ１０００の組み
立て工程について説明する。

【００４１】まず、ケーシング６０に陽極板５を陽極フ
ランジ８を介して連結する。そして、陽極板５のピン挿
入孔に位置決めピン１６を挿入した後、第２熱補償板３
を陽極板５の上に載置する。

【００４２】次に、外周部に絶縁樹脂１８が固着され、
受光部１ａにガイド１５が固定された半導体基体１を第
２熱補償板３の上に載置する。そして、第１熱補償板２
を半導体基体１の上に載置する。

【００４３】次に、図３に示すように、段差部３０ａが
第１熱補償板２の外周側面および上主面の外縁部分に係
合するように締付リング３０をネジ部６０ｂに螺合させ
る。陽極板５は陽極フランジ８を介してケーシング６０
に連結されているので、締付リング３０を締付けること
で、第１熱補償板２が陽極板５の方向に押付けられ、第
１熱補償板２と第２第２熱補償板３に挟持された固定さ
れることになる。

【００４４】この際、締付リング３０の主面に設けられ
た貫通孔３０ｃに所定の治具を挿入して回転させるが、
この段階では仮止めであるので半導体基体１が動く程度
に緩く締める。なお、貫通孔３０ｃはケーシング６０内
の不純ガスを排気する際のガス抜き孔としての役目も果
たすので、ゆるみ止リング２０によって塞がれない位置
に形成されている。

【００４５】次にゆるみ止リング２０をネジ部６０ｂに
螺合させて締付ける。これも仮止めであるので緩く締め
る。

【００４６】次に、ライトガイド１４の直線部に保護管
１３およびＯリング１７を通した状態で、金属管１３１
内に挿入し、保護管１３を回転させてＯリング１７を締
付け、ライトガイド１４を固定する。

【００４７】次に、半導体基体１の位置を調整しながら
ライトガイド１４の出光端面をガイド１５に挿入する。
この工程以後は半導体基体１の位置ずれが発生しないよ
うに締付リング３０およびゆるみ止リング２０を固く締
付ける。最後に、ケーシング６０に陰極板４０を陰極フ
ランジ７を介して連結する。

【００４８】以上説明した光トリガ型サイリスタ１００
０によれば、締付リング３０およびゆるみ止リング２０
を締付けることで、半導体基体１が第１熱補償板２と第
２熱補償板３に挟持されて固定されることになり、接着
材を使用してケーシング６０に固定する必要がなくな
る。従って、装置動作時に半導体基体１が発する熱によ
って低分子シロキサンおよび水分などのガスが発生する
ことが防止され、当該ガスによる耐電圧特性の劣化を引
き起こすことが防止される。

【００４９】また、組立作業中および輸送中の非圧接時
にも半導体基体１が確実に固定されているので、外部か
らの衝撃などにより半導体基体１が移動してライトガイ
ドが破損したり、半導体基体１自身が破損することが防
止される。

【００５０】なお、第１熱補償板２と陰極板４０、およ
び第２熱補償板３と陽極板５の間に、それぞれ応力緩和
材を挿入することで、装置動作時に半導体基体１が熱膨
張係することによる応力を緩和する構成としても良い。
例えば第１熱補償板２および第２熱補償板３がモリブデ
ンで形成され、陰極板４０および陽極板５が銅で形成さ
れている場合、応力緩和材の材質としては、銅あるいは
銀などの比較的展性の大きな材料を使用する。

【００５１】また、締付リング３０の締付けのみで半導
体基体１を固定でき、ゆるみが発生しないようにできる
のであればゆるみ止リング２０は必ずしも使用する必要
はない。

【００５２】＜実施の形態２＞図４に本発明に係る圧接
型半導体装置の実施の形態２として、光トリガ型サイリ
スタ２０００の部分断面図を示す。図４は、ゆるみ止リ
ング２１および締付リング３１の係合部分の詳細図を示
す図であり、図１および図２を用いて説明した光トリガ
型サイリスタ１０００と同一の構成については同一の符
号を付し、重複する説明は省略する。

【００５３】図４において、ゆるみ止リング２１および
締付リング３１のそれぞれの外周側面には、ネジ部２１
ａおよび３１ｂが設けられている。また、ケーシング６
１にはその内周に沿って、ゆるみ止リング２１および締
付リング３１のネジ部２１ａおよび３１ｂに螺合するネ
ジ部６１ａおよび６１ｂが設けられている。ここで、ネ
ジ部６１ｂはネジ部６１ａよりもケーシング６１の中心
方向に突出しており、締付リング３１の外径はゆるみ止
リング２１の外径よりも小さくなっている。

【００５４】締付リング３１は、外周端縁部に沿って段
差部３１ｄが設けられている。段差部３１ｄの高低差は
ゆるみ止リング２１の板厚とほぼ同じであり、段差部３
１ｄの段差壁の外径はゆるみ止リング２１の内径よりも
若干小さく形成されている。従って、ゆるみ止リング２
１をネジ部６１ａに螺合させると、ゆるみ止リング２１
が段差部３１ｄにほぼ収容されることになる。

【００５５】以上説明した光トリガ型サイリスタ２００
０によれば、ゆるみ止リング２１および締付リング３１
の締付け時には、ゆるみ止リング２１が締付リング３１
の段差部３１ｄにほぼ収容されるので、ネジ部６１ａお
よび６１ｂの形成幅をできるだけ短くしたい場合に適し
た構成が得られる。

【００５６】例えば、ケーシング６１におけるライトガ
イド１４の取付位置と、半導体基体１の配置位置が近接
し、ネジ部６１ａおよび６１ｂを形成する領域が十分に
得られない場合に、ネジ部６１ａおよび６１ｂの形成幅
を低減するのに適している。すなわち、締付リング３１
の厚みを光トリガ型サイリスタ１０００において使用し
た締付リング３０と同じとすれば、ネジ部６１ａおよび
６１ｂの形成幅は、ケーシング６０におけるネジ部６０
ｂの形成幅とほぼ同じ長さで済むことになる。

【００５７】＜実施の形態３＞図５に本発明に係る圧接
型半導体装置の実施の形態３として、光トリガ型サイリ
スタ３０００の部分断面図を示す。図５は、ゆるみ止リ
ング２２および締付リング３２の係合部分の詳細図を示
す図であり、図１および図２を用いて説明した光トリガ
型サイリスタ１０００と同一の構成については同一の符
号を付し、重複する説明は省略する。また、図６に締付
リング３２の断面斜視図を示す。

【００５８】図６に示されるように、締付リング３２は
有蓋、無底の円筒形状をなし、その円筒部側面にはネジ
部３２ｂが設けられている。また、蓋部の中央は開口部
となっており、その直径は陰極板４０を十分に貫通でき
る大きさを有している。また、開口部の下面側には端縁
に沿って段差部３２ａが形成され、蓋部の外周端縁部に
沿って段差部３２ｄが設けられている。

【００５９】締付リング３２をこのような構造とするこ
とで、単なる円盤形状の場合に比べて剛性が高まり、機
械的強度を向上させることができる。

【００６０】図５に示されるように、ゆるみ止リング２
２の外周側面には、ネジ部２２ａが設けられている。ま
たケーシング６２にはその内周に沿って、ゆるみ止リン
グ２２および締付リング３２のネジ部２２ａおよび３２
ｂに螺合するネジ部６２ａおよび６２ｂが設けられてい
る。ここで、ネジ部６２ｂはネジ部６２ａよりもケーシ
ング６２の中心方向に突出しており、締付リング３２の
外径はゆるみ止リング２２の外径よりも小さくなってい
る。

【００６１】締付リング３２の段差部３２ｄの高低差は
ゆるみ止リング２２の板厚とほぼ同じであり、段差部３
２ｄの段差壁の外径はゆるみ止リング２２の内径よりも
若干小さく形成されている。従って、ゆるみ止リング２
２をネジ部６２ａに螺合させると、ゆるみ止リング２２
が段差部３２ｄにほぼ収容されることになる。

【００６２】さらに、締付リング３２のネジ部３２ｂを
円筒部側面の下方に設けることで、ネジ部６２ｂはケー
シング６２の下方に形成されることになり、ケーシング
６２におけるライトガイド１４の取付位置と、半導体基
体１の配置位置とが近接している場合であっても、ネジ
部６２ｂの形成には制約を受けなくなる。

【００６３】従って、その形成に制約を受けるのはネジ
部６２ａだけとなり、段差部３２ｄに収容できる程度に
ゆるみ止リング２２の板厚をできるだけ薄くすること
で、ネジ部６２ａの形成幅を極力短くすることができ、
ライトガイド１４の取付位置と、半導体基体１の配置位
置とが近接している場合に適した構成が得られる。

【００６４】＜実施の形態４＞図７に本発明に係る圧接
型半導体装置の実施の形態４として、光トリガ型サイリ
スタ４０００の部分断面図を示す。図７は、ゆるみ止リ
ング２３および締付リング３３の係合部分の詳細図を示
す図であり、図１および図２を用いて説明した光トリガ
型サイリスタ１０００と同一の構成については同一の符
号を付し、重複する説明は省略する。

【００６５】図７において、締付リング３３の円筒部内
側には、電気絶縁材で形成された有底、無蓋の円筒形状
の絶縁筒７０が配置されている。絶縁筒７０の底部の中
央は開口部となっており、その直径は陽極板５を十分に
貫通できる大きさを有している。また、絶縁筒７０の円
筒部の外径は、締付リング３３の円筒部の内径とほぼ等
しく形成されているので、締付リング３３の仮締めを行
う工程において、絶縁筒７０の位置を調整しながら、絶
縁筒７０の円筒部を締付リング３３の円筒部に挿入する
ことで、絶縁筒７０の配置位置を定めることができる。
また、絶縁筒７０の円筒部の高さは、締付リング３３を
締付けた際にも、締付リング３３の蓋部に接触しない高
さとなっている。

【００６６】なお、絶縁筒７０の材質としては、アルミ
ナなどのセラミックでも良いし、ポリイミドなどの耐熱
性高分子材料を用いても良い。

【００６７】このような構成の絶縁筒７０を、締付リン
グ３３の円筒部内側に配置することで、締付リング３３
の円筒部の内径を、絶縁筒７０を配置しない場合に比べ
て小さくすることができる。

【００６８】すなわち、締付リング３３は第１熱補償板
２に接触しているので、電位的には陰極電位である。従
って、締付リング３３の円筒部が第２熱補償板３および
陽極板５に近接していると、締付リング３３の円筒部と
第２熱補償板３および陽極板５の間の電界強度が高ま
り、絶縁破壊を起こしやすくなる。そこで、先に説明し
た光トリガ型サイリスタ２０００では、締付リング３２
の円筒部と第２熱補償板３および陽極板５との間の距離
を絶縁破壊を起こさない程度に広く取っており、それに
よって締付リング３２の円筒部の内径が決まるので、装
置全体の小型化が規制されていた。

【００６９】一方、絶縁筒７０を配置することで、絶縁
破壊を起こす距離を緩和することができ、締付リング３
３の円筒部と第２熱補償板３および陽極板５との間の距
離を短くすることができる。従って、締付リング３３の
円筒部の内径を小さくでき、それに伴ってケーシング６
３の内径および外径を小さくできるので、装置全体を小
型化することができる。

【００７０】また、半導体基体１に異常な過電流が流れ
て、半導体基体１が破損するような状態に陥っても、絶
縁筒７０が半導体基体１を覆うように配置されているの
で、陽極フランジ８に影響が及ぶことが防止される。

【００７１】すなわち、通常、半導体基体１が破損する
ほどに過電流が流れた場合には、陽極フランジ８が部分
的に溶融し、装置外部にも悪影響が及ぶことがある。絶
縁筒７０は陽極フランジ８の溶融を防いで、半導体基体
１の破損に伴う装置外部への被害を防止することができ
る。

【００７２】なお、以上説明した光トリガ型サイリスタ
４０００では、絶縁筒７０を、その底部の開口部に陽極
板５が貫通するように配置した例を示したが、逆向きに
配置して、開口部に第１熱補償板２が貫通するようにし
ても良い。その場合は、半導体基体１の絶縁樹脂１８に
底部が接触して、半導体基体１に絶縁筒７０の荷重がか
からないように、陽極フランジ８に円筒部が達するよう
に、円筒部を長くしなければならない。また、絶縁筒７
０の底部にもガス抜き孔を形成する。

【００７３】＜実施の形態の変形例１＞以上説明した本
発明に係る圧接型半導体装置の実施の形態１〜４では、
圧接型半導体装置として光トリガ型サイリスタを例に挙
げて説明したが、本発明はこれに限られず、電気トリガ
型サイリスタや電力用トランジスタなどのゲート電極を
有する半導体装置に適用しても良い。また、ゲート電極
を有さない電力用ダイオードに適用しても良い。

【００７４】すなわち、半導体基体の位置ずれを防止す
るために、半導体基体をなんらかの方法で固定する必要
がある構成の圧接型半導体装置であれば、本発明を適用
することで接着材を使用することなく半導体基体を固定
することが可能となる。

【００７５】＜実施の形態の変形例２＞以上説明した本
発明に係る圧接型半導体装置の実施の形態１〜４では、
締付リング（３０〜３３）をアルミニウムあるいはステ
ンレス鋼で形成した例について説明したが、締付リング
（３０〜３３）を電気絶縁材で形成しても良い。絶縁材
の種類としては、アルミナなどのセラミックでも良い
し、ポリイミドなどの耐熱性高分子材料を用いても良
い。

【００７６】例えば、実施の形態３において説明した締
付リング３２を電気絶縁材で形成すると、締付リング３
２と第２熱補償板３および陽極板５との間での絶縁破壊
を考慮する必要がなくなるので、締付リング３２の円筒
部内径を小さくして装置全体を小型化することができ
る。なお、ゆるみ止リングは金属材料で形成しても良い
が、締付リングと同じ電気絶縁材で形成しても良い。

【００７７】また、この構成において、実施の形態４に
おいて説明した絶縁筒７０を併せて用いることで、半導
体基体１の破損に伴う装置外部への被害を防止すること
ができる。

【００７８】

【発明の効果】本発明に係る請求項１記載の圧接型半導
体装置によれば、ケーシングのネジ部に螺合する締付け
リングを締付けることで、第１の熱補償板が半導体基体
の方向に押し付けられる。第２の熱補償板はケーシング
に連結固定された主電極板上に載置されているので、半
導体基体は第１と第２の熱補償板の間で固定される。従
って、接着材を使用せずに済むので、加熱によるガスの
発生を防止して、耐電圧特性の劣化を引き起こすことの
ない圧接型半導体装置装置が得られる。

【００７９】本発明に係る請求項２記載の圧接型半導体
装置によれば、締付けリングが単なる円盤形状の場合に
比べて剛性が高まり、機械的強度を向上させることがで
きる。また、円筒部の外周側面下方に、ケーシングのネ
ジ部に螺合するネジ部を設けることで、ケーシングのネ
ジ部の形成位置の自由度が増すことになる。

【００８０】本発明に係る請求項３記載の圧接型半導体
装置によれば、ゆるみ止めリングを締付けリングの上主
面に係合させることで、締付けリングの上方移動が規制
されるので、締付けリングがゆるんで、半導体基体が移
動することが防止される。

【００８１】本発明に係る請求項４記載の圧接型半導体
装置によれば、締付けリングの外周端縁部に形成された
段差部にゆるみ止めリングを収容できるので、ネジ部の
形成幅を極力短くすることができ、ネジ部の形成領域が
制限されている圧接型半導体装置に適している。

【００８２】本発明に係る請求項５記載の圧接型半導体
装置によれば、締付けリングの主面内に形成された貫通
孔から不純ガスが排気されるので、締付けリング以下の
部分に不純ガスが蓄積されることが防止され、絶縁耐圧
が低下することが防止される。

【００８３】本発明に係る請求項６記載の圧接型半導体
装置によれば、貫通孔は、ゆるみ止めリングが締付けリ
ングの上主面に係合した際にも塞がれないので、不純ガ
スの排気孔としての役目が損なわれない。

【００８４】本発明に係る請求項７記載の圧接型半導体
装置によれば、締付けリングと第１の熱補償板との係合
を下主面の内周端縁部に沿った段差部によって行うの
で、締付けリングの厚みを厚くすることができ、機械的
強度を向上させることができる。

【００８５】本発明に係る請求項８記載の圧接型半導体
装置によれば、第２のネジ部の内径が第１のネジ部の内
径よりも広いので、締付けリングは第２のネジ部に螺合
させることなく第１のネジ部に螺合させることができる
ので、締付リングの取付け時の回転回数を低減し作業性
を向上させることができる。

【００８６】本発明に係る請求項９記載の圧接型半導体
装置によれば、絶縁筒を備えることで、締付リングの円
筒部と、第２の熱補償板および主電極との間における絶
縁破壊距離を緩和できるので、締付リングの円筒部の内
径を小さくでき、それに伴ってケーシングの内径および
外径を小さくできるので、装置全体を小型化することが
できる。

【００８７】本発明に係る請求項１０記載の圧接型半導
体装置によれば、絶縁筒の底部を主電極板側に位置する
ように配置することで、半導体基体に異常な過電流が流
れて、半導体基体が破損するような状態に陥っても、陽
極フランジが破損することが防止される。

【００８８】本発明に係る請求項１１記載の圧接型半導
体装置によれば、絶縁筒の円筒部が締付リングの円筒部
に殆ど隙間無く挿入されることになるので、絶縁筒の位
置がほぼ自動的に決まることになる。

【００８９】本発明に係る請求項１２記載の圧接型半導
体装置によれば、耐熱性および機械的強度に優れた締付
けリングが得られる。

【００９０】本発明に係る請求項１３記載の圧接型半導
体装置によれば、締付リングと、第２の熱補償板および
主電極との間における絶縁破壊が発生しないので、ケー
シングの内径および外径を小さくできるので、装置全体
を小型化することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明に係る圧接型半導体装置の実施の形態
１の構成を説明する断面図である。

【図２】 本発明に係る圧接型半導体装置の実施の形態
１の構成を説明する部分断面図である。

【図３】 本発明に係る圧接型半導体装置の実施の形態
１の構成部品の１つを説明する斜視断面図である。

【図４】 本発明に係る圧接型半導体装置の実施の形態
２の構成を説明する部分断面図である。

【図５】 本発明に係る圧接型半導体装置の実施の形態
３の構成を説明する部分断面図である。

【図６】 本発明に係る圧接型半導体装置の実施の形態
３の構成部品の１つを説明する斜視断面図である。

【図７】 本発明に係る圧接型半導体装置の実施の形態
４の構成を説明する部分断面図である。

【図８】 従来の圧接型半導体装置の構成を説明する断
面図である。

【符号の説明】

１ 半導体基体、２ 第１熱補償板、３ 第２熱補償
板、５ 陽極板、４０陰極板、２０，２１，２２，２３
ゆるみ止リング、３０，３１，３２，３３締付リン
グ、６０ ケーシング、７０ 絶縁筒。

Claims (13)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 少なくとも１つのＰＮ接合を有する半導
   体基体と、該半導体基体の上下主面にそれぞれアロイフ
   リーで接触する第１および第２の熱補償板と、前記半導
   体基体および前記第１および第２の熱補償板の周囲に設
   けられた電気絶縁性のケーシングと、前記ケーシングに
   連結固定され、前記第２の熱補償板を載置する主電極板
   とを備える圧接型半導体装置において、 前記ケーシングは、その内側が円筒形状であって、その
   内周に沿って形成されたネジ部を有し、 主面の平面視形状が円環形状であって、内周端縁部が前
   記第１の熱補償板の外周端縁に係合し、外周側面が前記
   ネジ部に螺合する締付けリングを備える圧接型半導体装
   置。
2. 【請求項２】 前記締付けリングは、有蓋無底の中空円
   筒形状であって、その円筒部が前記半導体基体を覆うよ
   うに配置される請求項１記載の圧接型半導体装置。
3. 【請求項３】 外周側面が前記ネジ部に螺合し、前記締
   付けリングの上主面に係合することで、前記締付けリン
   グの上方移動を規制するゆるみ止めリングをさらに備え
   る請求項１または請求項２記載の圧接型半導体装置。
4. 【請求項４】 前記締付けリングは、前記上主面の外周
   端縁部に沿って、下主面に向かう方向の段差部を有し、 前記段差部は、その高低差が前記ゆるみ止めリングの厚
   みにほぼ等しく、その段差壁の外径が前記ゆるみ止リン
   グの内径よりも小さく、前記ゆるみ止めリングを収容可
   能に形成されている請求項３記載の圧接型半導体装置。
5. 【請求項５】 前記締付けリングは、前記主面内に、前
   記主面に垂直な方向に形成された貫通孔を少なくとも１
   つ有する請求項３記載の圧接型半導体装置。
6. 【請求項６】 前記貫通孔は、前記ゆるみ止めリング
   が、前記締付けリングの前記上主面に係合した際に、前
   記貫通孔を塞がない位置に形成される請求項５記載の圧
   接型半導体装置。
7. 【請求項７】 前記締付けリングは、前記下主面の内周
   端縁部に沿って、前記上主面に向かう方向の段差部を有
   し、該段差部が前記第１の熱補償板の外周端縁部に係合
   する請求項３記載の圧接型半導体装置。
8. 【請求項８】 前記締付けリングの外径は、前記ゆるみ
   止めリングの外径よりも小さく形成され、 前記ネジ部は、前記締付けリングの外径に合わせて形成
   された第１のネジ部と、 前記ゆるみ止めリングの外径に合わせて形成され、前記
   第１のネジ部の内径よりも広い第２のネジ部とを含む請
   求項３記載の圧接型半導体装置。
9. 【請求項９】 前記締付リングの前記円筒部内側に、少
   なくとも前記半導体基体以下の部分を覆うように配置さ
   れた有底無蓋の中空円筒形状の絶縁筒をさらに備える請
   求項２記載の圧接型半導体装置。
10. 【請求項１０】 前記絶縁筒は、その底部が前記主電極
    板側に位置するように配置された請求項９記載の圧接型
    半導体装置。
11. 【請求項１１】 前記絶縁筒は、その円筒部外径が、前
    記締付リングの前記円筒部内径にほぼ等しく形成されて
    いる請求項９記載の圧接型半導体装置。
12. 【請求項１２】 前記締付けリングは、金属材料で形成
    される請求項３記載の圧接型半導体装置。
13. 【請求項１３】 前記締付けリングは、絶縁材料で形成
    される請求項３記載の圧接型半導体装置。