JP3364423B2 - 半導体スタック - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は圧接形の半導体素子
を用いた半導体スタックの構造の改良に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の半導体スタックの平面図を図１１
（ａ）に、正面図を図１１（ｂ）に示す。半導体スタッ
クは圧接形の半導体素子１とそれを冷却する為の冷却器
２、半導体素子１と冷却器を電気的に絶縁するためのセ
ラミックス板３、外部へ電気的接続する為の導体４ａ、
４ｂ、半導体素子１の両面を所定の圧力で冷却器２に向
かって押圧する為の板バネ５、板バネ５を半導体素子１
から電気的絶縁する為の絶縁スペーサ６とにより構成さ
れる。板バネ２５は冷却器２に立設された一対のスタッ
ドボルト９のねじ部９ａにナット１１によって両端部が
取付けられている。

【０００３】セラミックス板３は、電気的に高絶縁性を
有することが求められるのはもちろんであるが、加えて
冷却器２へ半導体素子１から発生する熱を伝え、半導体
素子１の温度を許容温度以下とする事が必要で、その
為、熱伝導率の高い窒化アルミニウム等を材料とし、そ
の形状は、セラミックス板３の部分での熱抵抗低減の
為、厚みは３ｍｍ以下程度の薄い円板状のものが使われ
ることが多い。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、セラミ
ックスは金属と比べ、割れやすい性質を持っている為、
部分的な集中荷重、曲げ荷重がかからないよう注意する
必要があり、導体４ｂのセラミックス板３に当たる圧接
部分は、面粗さ、平面度、平行度のいずれもが精度を要
する部品となる。

【０００５】加えて、半導体素子１の圧接がポスト面全
域にわたって均一性をもつことが半導体素子１の特性上
も要求され、セラミックス板３の圧接面にとっても、上
記理由から均一に押圧されていることが望まれる。

【０００６】しかしながら、導体４ｂの形状は、冷却器
２との絶縁をとる必要から、導体４ｂの圧接部分から半
導体スタック外部へ向かう途中で曲げ部分を設け、冷却
器２との間隔をとるようにしている。その為、この曲げ
部分付近には曲げ加工による残留応力が残ってしまい、
圧接面全域にたいしての均一な応力分布を確保する上
で、度々、障害となり、セラミックス板３の割れの発生
による絶縁不具合を引き起こすことがあった。

【０００７】かつ圧接部分の形状もこの曲げ部分が半導
体スタックの圧接中心に対し一様でなくなる為、部分的
な応力集中が起きやすく、セラミックス板３の割れの発
生につながる要因となっていた。

【０００８】又、半導体素子１、導体４ａ、４ｂは電圧
が印加されている部分で、冷却器２、板バネ５との間は
絶縁をとる必要がある。板バネ５と導体４ａ間は絶縁ス
ペーサ６により絶縁され、冷却器２と導体４ｂ間はセラ
ミックス板３により絶縁されるが、導体４ｂの端面と冷
却器２との沿面距離Ｌを絶縁に必要な寸法だけ確保する
必要がある。そのため、のでセラミックス板３の外形
（直径）は半導体素子１のポスト径（電位のある部分
で、図１０ａに寸法Ｄで示す）よりも大きくなる。

【０００９】この為、セラミックス板３よりも当然外側
に位置する、板バネ５のスタッドボルト９による支持部
分である、２点間の距離Ｌ１が大きくなるから、同じ圧
接力を得る為には、Ｌ１が大きければ大きいほど、バネ
５の厚みも大きくして断面係数を増加させる必要が生じ
てくる。

【００１０】又、Ｌ１が大きくなることで冷却器２のセ
ラミックス板３に接する面にかかる曲げモーメントも大
きくなるので、セラミックス板３に曲げ方向の荷重が生
じないよう、冷却器２の曲げモーメントにより生じるた
わみを小さく抑える為、冷却器２のべ一ス部分の厚みを
大きくする等により冷却器２の剛性を高める必要も生じ
てくる。

【００１１】さらに、Ｌ１寸法を大きくとらねばならな
いので、半導体スタック全体の小形化の点でも不利であ
る。 （目的）本発明は、以上述べてきた従来の半導体スタッ
クのセラミックス板の割れの問題を解消し、信頼性の高
い半導体スタックを実現することを目的とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明は、圧接
形半導体素子と冷却器との間に、電気絶縁性および熱伝
導性を有するセラミックス板と、熱伝導性を有する金属
スペーサの２種を少なくとも有し、半導体素子、金属ス
ペーサ、セラミックス板、冷却器の順番で積層し、これ
らを押圧手段により押圧押圧保持した半導体スタックに
おいて、前記金属スペーサは両端面の最大直径が前記半
導体素子のポスト径よりも大きい円盤状をなしていて、
この金属スペーサの曲面を成す周辺部分に周状に中心方
向へ溝を設け、この溝部分の直径はほぼ前記半導体素子
のポスト径と同じ径であることを特徴とする半導体スタ
ックにある。

【００１３】請求項１の発明によれば、金属スぺーサの
周辺部分に溝を設けたことで、半導体素子からの力が金
属スペーサのセラミックス板に接合する面の外周端で分
散して応力集中を防止し、セラミック板の割れを防止で
きる。

【００１４】請求項２の発明は、圧接形半導体素子と冷
却器との間に、電気絶縁性および熱伝導性を有するセラ
ミックス板と、熱伝導性を有する金属スペーサの２種を
少なくとも有し、これらを半導体素子、金属スペーサ、
セラミックス板、冷却器の順番で積層し、押圧手段によ
り押圧保持した半導体スタックにおいて、前記金属スペ
ーサは両端面が円形状で、前記半導体素子側の端面の直
径は前記半導体素子のポスト径よりもやや大きく、前記
セラミックス板に接する反対側の端面はさらに直径が大
きくなるようセラミックス板に向かって直径が漸増して
いく形状としたことを特徴とする半導体スタックにあ
る。

【００１５】請求項２の発明によれば、半導体素子から
の力は、金属スぺーサの外周端部で分散されるから、そ
の部分に応力が集中してセラミックス板が割れるのを防
止できる。

【００１６】請求項３の発明は、請求項２の発明におい
て、前記金属スペーサの直径の漸増の度合いは前記セラ
ミックス板に近づくにつれ大きくなる形状としたことを
特徴とする半導体スタックにある。

【００１７】そのため、金属スペーサの外周端部におけ
る応力集中をより一層、低減できるため、セラミック板
の割れを良好に防止することができる。請求項４の発明
は、請求項１乃至３のいずれかの発明において、前記金
属スペーサの前記セラミックス板に当たる面の縁部は全
周にわたって凸曲面に面取りされていることを特徴とす
る半導体スタックにある。

【００１８】そのため、金属スペーサのセラミックス板
に接する外周縁部が角部でなく、凸曲面であるから、そ
の部分に応力が集中してセラミック板を損傷させるのを
防止することができる。

【００１９】請求項５の発明は、請求項１乃至４のいず
れかの発明において、前記金属スペーサには外部電気接
続用の導体がろう付け等により一体化接続され、その接
続位置は前記金属スペーサの周辺部の厚さ方向の前記半
導体素子側寄りであることを特徴とする半導体スタック
にある。

【００２０】請求項５の発明によれば、金属スペーサに
導体を一体化接続することで、これらの間の熱抵抗を改
善するとともに、一体化するための接続位置を金属スペ
ーサの周辺部の厚さ方向半導体素子側寄りとしたこと
で、この導体がセラミックス板に集中応力を与えにくく
なるから、セラミック板の割れを防止できる。

【００２１】請求項６の発明は、請求項１乃至５のいず
れかにおいて、前記セラミックス板と前記冷却器との間
にも、金属スペーサを設けたことを特徴とする半導体ス
タックにある。

【００２２】請求項６の発明によれば、セラミックス板
と冷却器との間にも、金属スペーサを設けるたことで、
冷却器の圧接面の加工精度が悪くても、セラミック板に
加わる応力集中が緩和され易くなる。

【００２３】

【００２４】

【００２５】

【００２６】

【００２７】請求項７の発明は、圧接形半導体素子と冷
却器との間に、電気絶縁性および熱伝導性を有するセラ
ミックス板を介在させ、これらを押圧手段により押圧保
持した半導体スタックにおいて、前記押圧手段は、その
両端部が支持されることで中央部に半導体素子を押圧す
る荷重が得られるバネであり、前記セラミックス板の外
周部には、一端面を上記冷却器に接合させて固定された
補強リングが設けられ、この補強リングにバネを支持す
るスタッドボルトがねじ込まれることを特徴とする半導
体スタックにある。

【００２８】請求項７の発明によれば、バネに発生する
応力がスタッドボルトから補強リングを介して冷却器に
分散されて伝達されるから、バネの応力がスタッドボル
トから冷却器に直接伝達される場合に比べて冷却器の圧
接面に生ずるたわみを小さくできる。

【００２９】

【発明の実施の形態】（第１の実施の形態）図１と図２
はこの発明の第１の実施の形態を示し、図１は本発明の
第１の実施の形態の半導体スタックの正面図、図２
（ａ）は図１のＡ部拡大図、図２（ｂ）は金属スペーサ
の斜視図を示す。

【００３０】半導体スタックは、半導体素子１を冷却す
る為の冷却器２を有する。この冷却器２の上面には、高
絶縁性を有し高熱伝導率の素材でできたセラミックス板
３、熱伝導率の高い銅又はアルミニウムなどの材料から
なる金属スペーサ７、半導体素子１を外部へ電気的接続
する為の導体４ｃ、上記半導体素子１、半導体素子１を
外部へ電気的接続する為のもう一方の導体４ａおよび絶
縁スペーサ６とが各々の部品の中心部をほぼ一致させて
順次積層されている。この積層体８は板バネ５により押
圧保持されている。

【００３１】つまり、板バネ５は所定の厚さを有する帯
状板によって上記積層体８の直径寸法よりも長さ寸法が
長く形成されていて、その両端部が上記冷却器２の上面
の上記積層体８の径方向外方に立設された一対のスタッ
ドボルト９に支持されている。このスタッドボルト９の
上端部に形成されたねじ部９ａにはナット１１がねじ込
まれ、また板バネ５の中途部下面と絶縁スペーサ６との
間には押圧スペーサ１２が介装されている。したがっ
て、上記ナット１１を締め込めば、上記押圧スペーサ１
２を介して上記積層体８の各部品が板バネ５によって弾
性的に押圧され、上記冷却器２と一体的に保持されるこ
とになる。

【００３２】上記金属スペーサ７には、その周辺面に溝
１３が所定の深さで全長にわたって設けられ、さらにセ
ラミックス板３に接する面の縁部は図２（ａ）に示すよ
うに凸曲面１４に面取り加工されている。上記溝１３に
よって上記金属スペーサ７の周辺部には上下一対のフラ
ンジ７ａ、７ｂが形成されている。

【００３３】上記金属スペーサ７の半導体素子１側に位
置するフランジ７ａの外形寸法である直径Ｄ１と、セラ
ミックス板３側に位置するフランジ７ｂの外形寸法であ
る直径Ｄ２のいずれも、半導体素子１のポスト径Ｄより
も大きく設定され、さらに溝１３の部分である、厚さ方
向中途部の外形寸法である直径Ｄ３は半導体素子１のポ
スト径Ｄとほぼ同じに設定されている。

【００３４】上記金属スペーサ７には焼鈍による熱処理
が施され、それによって軟化されている。さらに、上記
冷却器２の下面側には放熱面積を増大させるための多数
のフィン２ａが上記板バネ５の長手方向と交差する方向
に沿って形成されている。

【００３５】（作用）上記構成の半導体スタックによれ
は、金属スペーサ７に溝１３を形成したことにより、こ
の金属スペーサ７のセラミックス板３と接する側にはフ
ランジ７ｂが形成されている。そのため、積層体８を板
バネ５によって押圧し、冷却器２と一体的に保持したと
きに、半導体素子１のポスト径Ｄの部分から上記金属ス
ペーサ７に伝達される力は、図２（ａ）に矢印で示すよ
うに上記フランジ７ｂの径方向外方へ分散されることに
なる。そのため、フランジ７b がない場合のように同図
にＢで示す、溝１３の底部に対応する部分のセラミック
板３との接触部分に応力が集中するのを緩和することが
できる上記フランジ７ｂの周縁部は面取り加工によって
凸曲面１４に形成されている。そのため、金属スペーサ
７に伝達された力がフランジ７b に分散されても、図２
（ａ）にＣで示す部位に応力が集中するのを防止できる
から、セラミックス板３の上記Ｃに対応する部分が損傷
するのも防止される。

【００３６】又、金属スペーサ７は熱処理によって焼鈍
されて軟化しているので、セラミックス板３との互いの
接合面の面粗さ、平面度、平行度などの加工時の微少な
誤差などを吸収し、これら接合面間に応力が集中するの
を緩和する。

【００３７】したがって、この第１の実施の形態によれ
ば、積層体８の周辺部、つまりセラミックス板３と接合
する金属スペーサ７の周辺部での応力集中が解消され、
均一な荷重での圧接が可能となり、セラミックス板３に
過大な応力がかかるのを防止できるから、セラミックス
板３の割れに対し、信頼性の高い半導体スタックが実現
できる。

【００３８】又、金属スペーサ７を挿入したことで、導
体４ｃの冷却器２との絶縁距離が確保できる。それによ
って、上記導体４ｃの途中に曲げ加工を設けて絶縁を確
保するということをせずにすむから、形状が簡素化でき
る利点も併せ持つ。

【００３９】（他の実施の形態）つぎに、この発明の第
２乃至第８の実施の形態を図３乃至図９を参照して説明
する。なお、第１の実施の形態と同一部分には同一記号
を付して説明を省略する。

【００４０】（第２の実施の形態）図３はこの発明の第
２の実施の形態の半導体スタックの正面図を示す。この
実施の形態は金属スペーサ７Ａの変形例である。この金
属スペーサ７Ａは外周面が上面側から下面にゆくにつれ
て大径となるテーパ形状に形成されている。つまり、金
属スペーサ７Ａの上面である、半導体素子１側の端面の
直径は半導体素子１のポスト径Ｄよりもやや大きく、下
面である反対側のラミックス板３に接する面の直径はさ
らに大きくなっており、金属スペーサ７Ａの上面と下面
との間の外周面はテーパ部１５に形成されている。

【００４１】このような構成の金属スペーサ７A を用い
れば、第１の実施の形態と同様、半導体素子１から伝わ
る力は、金属スペーサ７Ａのテーパ部１５によって周辺
部へ分散されるから、この金属スペーサ７Ａの外周部で
の応力集中がなく、セラミックス板３の割れに対して信
頼性の高い半導体スタックが実現できる。

【００４２】（第３の実施の形態）図４はこの発明の第
３の実施の形態の半導体スタックの正面図を示す。この
第２の実施の形態は金属スペーサ７Ｂの変形例で、この
金属スペーサ７Ｂは、上面よりも下面のほうが大径であ
るという点では上記第２の実施の形態と同様であるが、
外周面が凹曲面状のスロープ１６に形成されているとい
う点で上記第２の実施の形態と異なる。

【００４３】この第３の実施の形態でも、金属スペーサ
７Ｂの周辺部での応力が緩和されるのは、第２の実施例
と同様であるが、第２の実施の形態に比べてセラミック
ス板３に接する最外周部での応力減衰の効果が大きい。

【００４４】（第４の実施の形態）第５図はこの発明の
第４の実施の形態の半導体スタックの正面図を示す。本
実施の形態では、金属スペーサ７の周辺部に導体４ｄを
一体化（ろう付け等による）した構成となっている。

【００４５】このような構成とすることで、導体４ｄと
金属スペーサ７間の接触熱抵抗が無くなり、半導体素子
１の温度低減効率を向上させることが可能である。さら
に、導体４ｄの接続箇所は金属スペーサ７の周辺部の厚
さ方向上部側、つまり半導体素子１側（フランジ７a に
接続されている。）に寄せて設けるようにしたので、導
体４ｄを付けたことによる金属スペーサ７内での応力不
均一の影響がこの金属スペーサ７のセラミックス板３接
合する面側に出にくい。そのため、金属スペーサ７によ
ってセラミックス板３が不均一押圧されて破損するのを
防止できる。

【００４６】（第５の実施の形態）第６図にこの発明の
第５の実施の形態の半導体スタックの正面図を示す。本
実施の形態では、セラミック板３と導体４ｃとの間だけ
でなく、セラミックス板３と冷却器２との間にも金属ス
ペーサ７を設けるよにした。

【００４７】このような構成によれば、一対の金属スペ
ーサ７の作用によってセラミックス板３が冷却器２から
の応力集中を受けたり、不均一な応力が加わるのを緩和
することができる。

【００４８】加えて、セラミックス板３は、一対の金属
スペーサ７にはさみこまれることで、その周辺部が冷却
器２の上面から浮いた状態にある。そのため、セラミッ
クス板３の周辺部には半導体素子１からの力が加わるこ
とがないから、セラミックス板３の支持スパンが小さく
なり、それに加わる曲げ応力も小さくなるため、割れに
対して有利である。

【００４９】又、導体４ｃと冷却器２との間の絶縁は、
一対の金属スペーサ７に挟持されたセラミックス板３の
周辺部の上下両面を使った沿面距離Ｌ２により確保され
る。そのため、セラミックス板３の小形化が可能で、さ
らに小形化できることで、板バネ５の支持点間の距離Ｌ
１も小さくできることで、板バネ５の小形化もできるか
ら、それらのことによって半導体スタックの小形化が可
能となる。

【００５０】（第６の実施の形態）図７（ａ）、（ｂ）
この発明の第６の実施の形態を示し、図７（ａ）は半導
体スタックの平面図を示し、図７（ｂ）は正面図を示
す。

【００５１】本実施の形態では、冷却器２にはその下面
側に板状のフィン２ａが所定間隔で所定方向に沿って複
数枚設けられ、フィン２ａが設けられた面と反対の面で
ある上面には、半導体素子１などの積層体８が板バネ５
によって押圧保持されている。一対のスタッドボルト９
によって両端部が支持されて積層体８を押圧保持した帯
板状の板バネ５は、その長手方向を上記フィン２a の長
手方向と同じ方向して設けられているという点で上記各
実施の形態と相違している。

【００５２】このような構成によれば、ナット１１を締
め込んで板バネ５の長手方向中途部を積層体８に押圧さ
せることで、この積層体８を保持すると、スタッドボル
ト１３の生じる反力によって冷却器２にかかる曲げ荷重
に対し、フィン１２が冷却器２の断面係数を大きくする
方向に設置されている。そのため、冷却器２に生ずる曲
げ歪み量は小さく抑えられるから、冷却器２に接するセ
ラミックス板３にかかる曲げ応力も小さくなり、セラミ
ックス板３の割れに対する信頼性が向上する。

【００５３】（第７の実施の形態）図８（ａ）、（ｂ）
はこの発明の第７の実施の形態を示し、図８（ａ）は半
導体スタックの正面図で、図８（ｂ）は絶縁フランジの
斜視図である。本実施の形態では、第５の実施の形態と
同様、一対の金属スペーサ７によってセラミックス板３
を挟持することで、そのセラミックス板３を小形化した
場合に、セラミックス板３の周辺部の下面と冷却器２の
上面との間に形成される空間部１７を利用して絶縁リン
グ体１８を設けるようにしたものである。

【００５４】絶縁リング体１８は、電気的絶縁材料によ
って図８（ｂ）に示すように、径方向に沿って水平な接
合部１８ａと、この接合部１８ａの周縁に立設された立
ち上がり部１８ｂとによって断面形状がほぼL 字状に形
成されている。接合部１８a内径寸法はセラミックス板
３の外形寸法よりも小さく、外形寸法はセラミックス板
３の外形寸法よりも大きく設定されている。

【００５５】そして、絶縁リング体１８は、立ち上がり
部１８ｂがセラミックス板３の周囲を囲む状態で、接合
部１８ａをセラミックス板３の下面周辺部に接着剤など
によって接合固定して設けられている。つまり、空間部
１７があることで、一部（接合部１８ａ）がセラミック
ス板３の下面に位置する状態で絶縁リング体１８を設け
ることができる。

【００５６】このような構成の絶縁リング体１８をセラ
ミック板３に設けることで、その接合部１８ａと立ち上
がり部１８ｂによって冷却器２の上面と半導体素子１と
の間に図８（ａ）にＬ3 で示す絶縁沿面距離を確保する
ことができる。このため、セラミックス板３が小形化で
きるだけでなく、板バネ５の一対の支持点間の距離を小
さくすることが可能であるから、板バネ５の小形化や半
導体スタックの小形化を図ることが可能である。

【００５７】この第７の実施の形態において、セラミッ
クス板３の下面側の周辺部に空間部１７を形成するため
に、セラミックス板３の上下面に金属スペーサ７を設け
たが、それに代わり下側の金属スペーサ７を冷却器２の
上面に一体形成したり、下側に金属スペーサ７を設けな
い場合には、冷却器２の上面のセラミックス板３の周辺
部に対応する部分に空間部となる凹部を環状に形成する
ことで、この凹部１９を利用してセラミックス板３の下
面の周辺部に絶縁リング体１８の接合部１８ａを接合さ
せて設けるようにしてもよい。

【００５８】（第８の実施の形態）図９と図１０はこの
発明の第８の実施の形態を示し、図９（ａ）は半導体ス
タックの平面図、図９（ｂ）は正面図、図１０は補強リ
ング体の斜視図である。この実施の形態は、本実施例で
は、セラミックス板３の外形寸法よりも大きい内径をも
つ中空の補強リング体２１を冷却器２に取り付け、板バ
ネ５を支持する一対のスタッドボルト１３ａをこの補強
リング体２１に立設し、積層体８を板バネ５により押圧
保持する構成としている。

【００５９】つまり、補強リング体２１には、この補強
リング体２１を冷却器２に取り付ける為の多数のボルト
用穴２２と、スタッドボルト１３Ａをねじ込むための２
つのメネジ２３が設けられている。

【００６０】冷却器２にも補強リング体２１のボルト用
穴２２に対応する位置にメネジ２４がきられており、こ
のメネジ２４に螺合するボルト２５により補強リング体
２１は積層体８とその中心を合わせた位置に固定され
る。

【００６１】スタッドボルト９は補強リング体２１のメ
ネジ２３にねじ込まれ、これに板バネ５の両端部が支持
されて積層体８に圧接する。本実施の形態によれば、板
バネ５が積層体８を押圧支持することで生じる反力が２
本のスタッドボルト９を介して冷却器２に直接加わら
ず、補強リング体２１によってその周方向に分散されて
冷却器２に加わることになる。

【００６２】それによって、冷却器２のセラミックス板
３が接合する上面に生じるたわみが小さくなるから、こ
の上面に接合したセラミックス板３に加わる曲げ荷重が
小さくなり、セラミックス板３が曲げによって割れるの
を防止することができる。しかも、冷却器２に補強リン
グ体２１を設けることで、この冷却器２の剛性を高める
ことができるから、従来のように冷却器２の剛性を高め
るために、冷却器２の厚みを増大させるなどのことをせ
ずにすむから、冷却器２の小形、計量化を図ることがで
きる。

【００６３】

【発明の効果】この発明によれば、セラミックス体に部
分的な集中重荷、過大な曲げ応力がかかることを防止で
き、均一で良好な圧接力分布が得られ、セラミックス板
の割れが防止でき、又、半導体素子にとっても内部の圧
接力分布が均一となることで、素子特性も良好となり、
信頼性の高い半導体スタックが実現できる。

【００６４】又、積層部品（積層体）の小形化も可能と
なり、冷却器に生ずるたわみが小さくなり、セラミック
ス板にかかる曲げ応力が小さくなり信頼性が向上するの
は勿論、小形化も可能になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の第１の実施の形態の半導体スタック
の正面図。

【図２】（ａ）は、第１図のＡ部の拡大図、（ｂ）は、
金属スペーサの斜視図。

【図３】この発明の第２の実施の形態の半導体スタック
の正面図。

【図４】この発明の第３の実施の形態の半導体スタック
の正面図。

【図５】この発明の第４の実施の形態の半導体スタック
の正面図。

【図６】この発明の第５の実施の形態の半導体スタック
の正面図。

【図７】（ａ）は、この発明の第６の実施の形態の半導
体スタックの平面図、（ｂ）は同じく半導体スタックの
正面図。

【図８】（ａ）は、この発明の第７の実施形態の半導体
スタックの正面図、（ｂ）は同じく絶縁フランジの斜視
図。

【図９】図９（ａ）は、第８の実施の形態の半導体スタ
ックの平面図、図９（ｂ）は、第８の実施の形態の半導
体スタックの正面図。

【図１０】同じくこの発明の第８の実施の形態の補強リ
ングの斜視図。

【図１１】（ａ）は、従来の半導体スタックの平面図、
（ｂ）は、同じく半導体スタックの正面図

【符号の説明】

１…半導体素子 ２…冷却器 ２ａ…フィン ３…セラミックス板 ４ａ，４ｃ，４ｄ…導体 ５…板バネ ６…絶縁スペーサ ７，７Ａ，７Ｂ…金属スペーサ ９…スタッドボルト １３…溝 １４…凸曲面 １５…テーパ部 １６…スロープ部 １８…絶縁リング体 ２３…補強リング体

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭55−95351（ＪＰ，Ａ) 特開 平８−111483（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−293550（ＪＰ，Ａ) 実開 昭53−30875（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭60−79752（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭60−103846（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭62−154657（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H01L 23/40

Claims (7)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 圧接形半導体素子と冷却器との間に、電
   気絶縁性および熱伝導性を有するセラミックス板と、熱
   伝導性を有する金属スペーサの２種を少なくとも有し、
   半導体素子、金属スペーサ、セラミックス板、冷却器の
   順番で積層し、これらを押圧手段により押圧保持した半
   導体スタックにおいて、 前記金属スペーサは両端面の最大直径が前記半導体素子
   のポスト径よりも大きい円盤状をなしていて、この金属
   スペーサの曲面を成す周辺部分に周状に中心方向へ溝を
   設け、この溝部分の直径はほぼ前記半導体素子のポスト
   径と同じ径であることを特徴とする半導体スタック。
2. 【請求項２】 圧接形半導体素子と冷却器との間に、電
   気絶縁性および熱伝導性を有するセラミックス板と、熱
   伝導性を有する金属スペーサの２種を少なくとも有し、
   これらを半導体素子、金属スペーサ、セラミックス板、
   冷却器の順番で積層し、押圧手段により押圧保持した半
   導体スタックにおいて、 前記金属スペーサは両端面が円形状で、前記半導体素子
   側の端面の直径は半導体素子のポスト径よりもやや大き
   く、セラミックス板に接する反対側の端面はさらに直径
   が大きく、前記セラミックス板に向かって直径が漸増し
   ていく形状としたことを特徴とする半導体スタック。
3. 【請求項３】 請求項２において、前記金属スペーサの
   直径の漸増の度合いは前記セラミックス板に近づくにつ
   れ大きくなる形状としたことを特徴とする半導体スタッ
   ク。
4. 【請求項４】 請求項１乃至３のいずれかにおいて、前
   記金属スペーサの前記セラミックス板に当たる面の縁部
   は全周にわたって凸曲面に面取りされていることを特徴
   とする半導体スタック。
5. 【請求項５】 請求項１乃至４のいずれかにおいて、前
   記金属スペーサには外部電気接続用の導体がろう付け等
   により一体化接続され、その接続位置は前記金属スペー
   サの周辺部の厚さ方向の前記半導体素子側寄りであるこ
   とを特徴とする半導体スタック。
6. 【請求項６】 請求項１乃至５のいずれかにおいて、前
   記セラミックス板と前記冷却器との間にも、金属スペー
   サを設けたことを特徴とする半導体スタック。
7. 【請求項７】 圧接形半導体素子と冷却器との間に、電
   気絶縁性および熱伝導性を有するセラミックス板を介在
   させ、これらを押圧手段により押圧保持した半導体スタ
   ックにおいて、 前記押圧手段は、その両端部が支持されることで中央部
   に半導体素子を押圧する荷重が得られるバネであり、前
   記セラミックス板の外周部には、一端面を上記冷却器に
   接合させて固定された補強リングが設けられ、この補強
   リングにバネを支持するスタッドボルトがねじ込まれる
   ことを特徴とする半導体スタック。