JP3375812B2 - 圧接型半導体装置及び半導体素子 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、圧接型半導体装
置及び半導体素子に関するものであり、特に、半導体基
体とセンターゲート電極ないしはセンター電極とが接触
しているような圧接型半導体装置ないしは半導体素子に
関するものである。

【０００２】

【従来の技術】図９は、従来の圧接型半導体装置の構造
を示す縦断面図である。同図において、各参照符号は次
のものを示す。即ち、１はカソード電極，２はアノード
電極、４はカソード熱補償板、３はアノード熱補償板、
８は、両熱補償板３，４を介して両電極１，２に圧接さ
れた半導体基体、６はセンターゲート電極、７は、外部
より入力されたゲート信号を伝達するゲートリード線、
５は圧接型半導体装置を気密に封止する絶縁筒である。

【０００３】ゲートリード線７の一端はセンターゲート
電極６の外周面とろう付けにより固着され、その他端は
絶縁筒５内の貫通孔に挿入されて、ろう付け固定されて
いる。

【０００４】センターゲート電極６とゲートリード線７
との取り付け部９を明確に示すために、それらの側面図
及び平面図を、それぞれ図１０および図１１に示す。

【０００５】尚、ゲートリード線７は、その断面が円形
状の金属導体棒（丸棒）であり、例えば、Ａｇから成
る。

【０００６】次に、同装置の動作について説明する。外
部から、カソード電極１及びアノード電極２を圧接する
ことで、カソード電極１、アノード電極２、カソード熱
補償板４、アノード熱補償板３及び半導体基体８が、接
触状態となる。これにより、外部のゲート信号がゲート
リード線７からセンターゲート電極６へと伝わり、半導
体基体８内にゲート信号が送られることとなる。このと
き、ゲート信号がオン信号である場合には、半導体基体
８の各セグメントが導通状態になり、アノード電極２か
らカソード電極１へと、主電流ないしは陽極電流を流す
ことができる。

【０００７】また、逆に、ゲート信号がオフ信号である
場合には、半導体基体８が阻止状態になり、この圧接型
半導体装置で以て上記電流を止めることができる。

【０００８】以上のような動作により、この圧接型半導
体装置は、大容量の電流制御を可能にしている。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】従来の圧接型半導体装
置は以上のように構成されているので、大別して二つの
問題点が生じている。

【００１０】 まず、第一は、従来の技術では、図１
０及び図１１に示した様に、センターゲート電極６の側
面部ないし外周部において、ゲートリード線７をセンタ
ーゲート電極６に取り付けているため、センターゲート
電極６に入力したゲート信号が不均一に半導体基板８内
を伝わり、半導体基板８内の局所部分にゲート信号（こ
こではゲート電流）の集中が生ずる結果、半導体基板８
内の各セグメントの特性が劣化するという点である。特
に、ターンオンしずらくなり、ターンオン特性の顕著な
劣化が生じている。そのため、センターゲート構造の半
導体素子を用いた圧接型半導体装置においては、半導体
素子のオン特性の改善が要望されている。

【００１１】 第二の点は、次の通りである。もし、
センターゲート電極６とゲートリード線７とから成るゲ
ート部の抵抗ないしはインピーダンスが大きいと、ゲー
ト部を伝達するゲート信号の減衰が顕著に生ずることと
なるため、このような減衰を抑制する必要がある。この
ためには、ゲートリード線７の線径をある程度大きくし
なければならず、例えば、その線径はφ３ｍｍに設定さ
れている。そうすると、ゲートリード線７とセンターゲ
ート電極６との取り付け部７の寸法も勢い大きく設定す
ることが必要となり、ゲートリード線のコストアップに
加えて、取り付け部７のろう付け作業の増大、ろう付け
部分のコストアップが生ずる結果、取り付け部のろう付
けの信頼性が低下してしまうという問題点が生ずる。同
様に、絶縁筒５側の取り付け部についても、そのろう付
けの信頼性が問題となる。

【００１２】この発明は、上記のような問題点を解消す
るためになされたものであり、ゲート信号の伝送時の減
衰を抑制しつつ、ゲート部をコンパクトなサイズに設定
できるとともに、半導体基体内の各セグメントに、外部
から伝送されてきたゲート信号を均一に伝えることがで
きる圧接型半導体装置ないし半導体素子を得ることを目
的としている。

【００１３】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明に係る圧
接型半導体装置は、複数のセグメントがその中心軸側か
らその側面側へ向けてリング状に形成された半導体基板
と、その中心位置が前記半導体基板の一方の主面の中心
位置に一致するように、前記一方の主面上に接触・配置
されたセンターゲート電極と、前記センターゲート電極
の外周面の一部から前記センターゲート電極の前記中心
位置までに渡って前記センターゲート電極自体に形成さ
れた溝部と、前記センターゲート電極の前記中心位置に
於ける前記溝部の内面に於いてその一方の取付け部の一
端部が前記センターゲート電極に固着されれており、前
記セグメントのオン及びオフ動作を制御するためのゲー
ト信号を外部から前記センターゲート電極へ伝送するゲ
ートリード線とを備え、前記一端部を除いた前記ゲート
リード線の前記一方の取付け部を、前記溝部の他の内面
に接触すること無く、前記溝部内を前記外周面の外側へ
向けて配設している。

【００１４】ゲート信号は、一方の取付け部の一端部の
固着部分を除いた溝部の他の内面に伝わることなく、中
心位置の溝部内面にまで外部より伝達し、その結果、半
導体基板の中心位置から外周面へ向けて放射状に均一に
半導体基板内を伝達する。このゲート信号の均一伝送化
により、センターゲート電極周辺に位置する各セグメン
トは、効率良く均一にオン動作に制御される。従って、
各セグメントの特性は飛躍的に向上される。

【００１５】請求項２の発明に係る圧接型半導体装置
は、請求項１記載の圧接型半導体装置において、前記溝
部の幅及び深さをそれぞれ前記ゲートリード線の幅及び
厚みよりも大きく設定したものである。

【００１６】この機械的条件は、外部からのゲート信号
を、一方の取付け部の一端部の固着部分を除いた溝部の
他の内面に伝達させることなく、確実に中心位置の溝部
内面にまで伝達・供給するための条件である。つまり、
この機械的条件の設定により、ゲートリード線を、上記
固着部分を除いた溝部の他の内面に接触させることな
く、中心位置の溝部内面にまで確実に溝部内を配設する
ことが可能となり、そして、当該中心位置の溝部内面に
おいてゲートリード線をセンターゲート電極に固着する
ことが可能となる。しかも、ゲートリード線は溝部内に
完全に収容されており、圧接型半導体装置に好適なゲー
トリード線の構造をも提供可能となっている。

【００１７】請求項３の発明に係る圧接型半導体装置
は、請求項１又は２に記載の圧接型半導体装置におい
て、前記ゲートリード線が、その他端が前記溝部より突
出した前記一方の取付け部と、前記一方の取付け部の前
記他端にその一端が繋がったリード部と、前記リード部
の他端にその一端が繋がり且つ前記一方の取付け部と同
一形状及び同一寸法の他方の取付け部とを有するものと
し、前記リード部のみを圧延によって形成したものであ
る。

【００１８】リード部の断面積を一方及び他方の取付け
部の断面積と同一としつつ、リード部の単位長さ当たり
の表面積を一方及び他方の取付け部のそれらよりも格段
に大きくすることができる。その結果、表皮効果によ
り、ゲートリード線の抵抗ないしインピーダンスを格段
に低減することが出来る。その結果、ゲートリード線上
を伝達するときのゲート信号の減衰を充分に抑制するこ
とが出来る。

【００１９】従って、このゲートリード線の抵抗の低減
化に応じて、ゲートリード線の一方及び他方の取付け部
の寸法を更に小さく設定することが可能となる。この結
果、ゲートリード線のコスト低減が可能になると共に、
ゲートリード線の一方の取付け部とセンターゲート電極
の中心位置の溝部内面との固着面積も小さく設定するこ
とが可能となり、この固着作業の容易化、コスト低減を
図ることができ、且つこの固着部分に於ける信頼性を飛
躍的に向上させることができる。

【００２０】請求項４の発明に係る圧接型半導体装置
は、請求項３記載の圧接型半導体装置において、前記リ
ード部の圧延方向を前記半導体基板の前記一方の主面の
法線方向に設定したものである。

【００２１】これにより、圧接型半導体装置に好適なゲ
ートリード線の構造を提供することが可能となる。

【００２２】請求項５の発明に係る圧接型半導体装置
は、請求項４記載の圧接型半導体装置において、前記セ
ンターゲート電極の形成部分を除いた前記一方の主面の
所定部分上に配置された第１熱補償板と、前記第１熱補
償板を介して前記半導体基板の前記一方の主面を圧接す
る第１電極とを更に備えており、前記第１熱補償板に対
面した前記第１電極の裏面側に、前記センターゲート電
極と前記一方の取付け部と前記リード部とに接触しない
ようにその形状及び寸法が設定された別の溝部を形成し
たものである。

【００２３】別の溝部の幅をも小さくすることができ、
別の溝部形成に要するコストを低減することができると
共に、第１熱補償板を介した、半導体基板の一方の主面
と第１電極との接触面積を増大させることができる。

【００２４】請求項６の発明に係る圧接型半導体装置
は、請求項５記載の圧接型半導体装置において、前記半
導体基板の他方の主面上に配置された第２熱補償板と、
前記第２熱補償板を介して前記半導体基板の前記他方の
主面を圧接する第２電極と、前記第１電極と前記第２電
極のそれぞれの側面に固着された絶縁筒とを更に備えて
おり、前記ゲートリード線の前記他方の取付け部を前記
絶縁筒に固着したものである。

【００２５】ゲートリード線の他方の取付け部の寸法を
小さく設定することが可能となる結果、他方の取付け部
と絶縁筒との固着部分の面積を縮少化することができ、
この固着作業の容易化、コスト低減を図ることができ、
以て当該固着部分の信頼性を格段に向上させることがで
きる。

【００２６】請求項７の発明に係る半導体素子は、複数
のセグメントがその中心軸側からその側面側へ向けてリ
ング状に形成された半導体基板と、前記半導体基板の一
方の主面の中心位置より当該主面の外周側へ向けて前記
一方の主面上に接触・配置された、所定の径と所定の厚
みを有するセンター電極と、前記センター電極の外周面
の一部から前記中心位置までに渡って前記センター電極
自体に形成された溝部と、前記中心位置に於ける前記溝
部の内面に於いて前記センター電極と固着され且つ前記
溝部内を非接触で前記センター電極の外周面の外側まで
配設された、金属体のリード線とを備えており、（前記
溝部の幅）＞（前記リード線の幅）及び（前記溝部の深
さ）＞（前記リード線の厚み）の関係が成立する。

【００２７】これにより、請求項１，２と同一の作用・
効果が奏せられる。

【００２８】請求項８の発明に係る半導体素子は、請求
項７記載の半導体素子において、前記リード線の一部
を、前記中心位置に於ける前記溝部の前記内面に固着さ
れ且つ前記溝部内に配設された部分と比較して、断面積
が同じで且つ単位長さ当たりの表面積が大きくなるよう
に形成している。

【００２９】これにより、請求項３と同一の作用・効果
が奏せられる。

【００３０】

【発明の実施の形態】この発明では、外周ゲート型の半
導体素子と同様の発想に基づく、従来のセンターゲート
型のゲート部の構成を否定している。即ち、センターゲ
ート電極の外周面の一部から半導体基板の中心軸ないし
はその主面の中心位置までに渡って、センターゲート電
極自体に溝部を形成し、上記中心位置に於ける溝部の内
面においてのみ、金属体のゲートリード線の取り付け部
をセンターゲート電極に取り付ける。この場合、（溝部
の幅）＞（ゲートリード線の幅）及び（溝部の深さ）＞
（ゲートリード線の厚み）という関係が成立するよう
に、溝部を形成する。そして、取り付け部を除いたゲー
トリード線の部分を、上記取り付け部と比較して、断面
積が同じで且つ単位長さ当たりの表面積が大きくなるよ
うに形成している。具体的には、以下の通りである。

【００３１】尚、ここでは、一例として、ゲートターン
オフ（ＧＴＯ）サイリスタを半導体素子とする場合につ
いて説明する。勿論、ＧＴＯサイリスタに代えて、３層
構造のバイポーラトランジスタやＩＧＢＴを半導体素子
として用いることもできる。ＩＧＢＴやｎｐｎトランジ
スタの場合には、エミッタが第１電極，コレクタが第２
電極に該当することとなる。但し、バイポーラトランジ
スタのベースは、ここでいうセンターゲート電極に該当
する。

【００３２】（実施の形態１） 図１は、圧接型半導体装置２０の構造を示す断面図であ
る。図１において、参照符号１１は、径２Ｒの円柱類似
の形状のカソード電極（第１電極），１２はカソード電
極１１と同一形状、同一寸法のアノード電極（第２電
極）、１４は、センターゲート電極との接触部分を除い
た、半導体基板の一方の主面（第１主面）２７の所定部
分上に配置されたリング状のカソード熱補償板（第１熱
補償板）、１３は、半導体基板の他方の主面（第２主
面）２８上に全面的に配置された円板形のアノード熱補
償板（第２熱補償板）、１８は、両熱補償板１４，１３
のそれぞれを介して両電極１１，１２の各々に圧接され
た、径２Ｒの円柱形状の半導体基板、１６は、その中心
位置が半導体基板１の中心軸３１上にあり且つ同基板１
の一方の主面２７の中心位置に一致するように、一方の
主面２７上に接触・配置された、ＸＹ断面が半径ｒの円
を成すセンターゲート電極、１７は、外部から入力され
たゲート信号（ここでは、ゲート電流）を伝送するゲー
トリード線、１５は、フランジ２９を有し、フランジ２
９を介してカソード電極１４及びアノード電極１２に固
着された、絶縁筒である。本圧接型半導体装置２０の半
導体素子（ＧＴＯ素子）は、絶縁筒１５によって気密封
止されている。

【００３３】又、４０は、パッシベーション用のシリコ
ーンゴム等から成るモールド成形体である。半導体基板
１８の側面部１８Ｓは、このモールド成形体４０に嵌合
されている。

【００３４】半導体基板１８は、例えばシリコンウェハ
を母材としており、その中心軸３１側からその外周面な
いし側面部１８Ｓ側へ向けてリング状に形成された、複
数個のＧＴＯサイリスタのセグメントを有している。そ
こで、これらのセグメントの構造を示すために、半導体
基板１８の縦断面（ＹＺ平面）構造を図２に模式的に示
す。

【００３５】同図に示す通り、同基板１８は、順次に積
層されたｐ層３４，ｎ層３５，ｐ層３６及びｎ層３８を
有している。そして、ｐ層３６の露出表面上には、セン
ターゲート電極１６に対応して、センターゲート層３７
が形成されており、その中心軸は中心軸３１と一致す
る。又、各ｎ層３８の表面上にも、カソード層３２がそ
れぞれ形成されている。更に、ｐ層３４の裏面上には、
アノード層３３が全面的に形成されている。そして、セ
ンターゲート層３７はセンターゲート電極１６と電気的
に接触しており、各カソード層３２は、カソード電極１
１が外力の印加に応じてカソード熱補償板１４を介して
半導体基板１８の一方の主面２７を圧接することによっ
て、同板１４を介してカソード電極１１と電気的に接続
される。又、アノード層３３も、アノード電極１２が外
力印加に応じてアノード熱補償板１３を介して他方の主
面２８を圧接することによって、同板１３を介してアノ
ード電極１２と電気的に接続される。従って、一方の主
面２７は、ゲート層３７及び各カソード層３２の露出し
た上側表面によって形成され、一方の主面２７と略平行
な他方の主面２８は、アノード層３２の露出した下側表
面によって形成されていると言える。

【００３６】参照符号３６は、中心軸３１側から外周面
１８Ｓ側へ所定の間隔ごとにリング状に形成されている
各セグメントを示している。

【００３７】次に、センターゲート電極１６の構造につ
いて詳述する。図３は、センターゲート電極１６のみを
描いた斜視図であり、ゲートリード線１７を同電極１６
に取り付ける前の状態に相当する。同図に示す通り、セ
ンターゲート電極１６は高さないし厚みＨの金属体であ
り、その中心位置Ｏは、一方の主面２７の中心位置に対
応する。

【００３８】センターゲート電極１６自体に、斜めに傾
斜加工された側面２５Ｓを除いた円柱形状側面２５の一
部から同電極１６の中心位置Ｏまでに渡って、溝部３０
が形成されている。同溝部３０は、幅Ｗ，深さＤ及び長
さＬの溝であり、中心位置Ｏにおける内面Ｓ１と他の３
つの内面Ｓ２〜Ｓ４とから成る。各内面Ｓ１〜Ｓ３は、
底面たる内面Ｓ４に対し略垂直に交差する。参照符号２
６は外周である。

【００３９】同溝部３０の寸法は、ゲートリード線１７
の一方の取り付け部１９の寸法との関係で、次の条件を
満足するように設定されている。即ち、一方の取り付け
部１９の幅及び厚みをそれぞれＷ０，Ｄ０として記載す
ると（図４，図５参照）、Ｗ＞Ｗ０及びＤ＞Ｄ０の関係
が成立する。この条件関係の設定により、後述するよう
に、ゲートリード線１７の一方の取り付け部１９の内、
その一端とその周辺の固着に要する部分とからなる一端
部４１（図５参照）のみをセンターゲート電極１６に固
着し、一方の取り付け部１９のその他の部分を、溝部３
０の他の内面Ｓ２〜Ｓ４のいずれとも非接触の状態で、
しかも当該一方の取り付け部１９が溝部３０内に完全に
包含されるように、溝部３０内に配設することが可能と
なる。勿論、上記条件関係を満たさなくとも、そのよう
に非接触で一方の取り付け部を配設することも可能であ
ろうが、そのような場合には、一方の取り付け部の一部
が溝部３０よりＺ方向にはみ出すこととなるので、その
ような例は圧接型半導体装置への適用という点では、好
ましくない。

【００４０】次に、ゲートリード線１７の構造と、その
センターゲート電極１６への取り付け方法ないし取り付
け構造について説明する。図４及び図５は、共にセンタ
ーゲート電極１６とゲートリード線１７とを抽出して描
いた図であり、それぞれ側面図及び平面図に該当する。

【００４１】両図において、ゲートリード線１７は、一
方の取り付け部１９，リード部２２及び他方の取り付け
部２１の３つの部分から成る。一方の取り付け部１９
は、溝部３０内にその一部（長さＬに当たる部分）が配
設され且つセンターゲート電極１６に固着されて支持さ
れる部分であり、他方の取り付け部２１は、絶縁筒１５
内に設けられた貫通穴４３内にその一部が固着されて支
持される部分である。ここでは、両取り付け部１９，２
１は、同一形状，同一寸法として形成される。

【００４２】他方、リード部２２は、その一端が溝部３
０の外周面２５の切り口より突出した一方の取り付け部
１９の他端とつながり、その他端が他方の取り付け部２
１とつながった、連結部分である。そして、リード部２
２のみが予め圧延によって薄い平板状の形状に形成され
ている。その圧延方向は、ここでは、一方の主面２７の
法線方向、即ちＺ方向とされている。Ｚ方向に圧延方向
を設定することによって、後述するカソード電極１１の
裏面１１Ｓ側に設けられる溝部の幅を小さく設定するこ
とが可能となる。リード部２２の長さ、幅及び厚みは、
それぞれＬ１，Ｗ１及びＤ１であり、Ｗ１＜＜Ｗ０及び
Ｄ１＞＞Ｄ０の関係が成立する。

【００４３】ゲートリード線１７の材質としては、抵抗
率が小さくて信頼性のある金属体を用いる必要がある。
そのような好適な材料の一つとして、ここでは、Ａｇを
ゲートリード線１７として用いている。

【００４４】圧延を施す前のゲートリード線１７の形状
としては、様々なものを用いることが可能であるが、例
えば角棒を用いてもよいし、又は丸棒を用いてもよい。
ここでは、直径φの丸棒をゲートリード線１７の母材と
して用いている。従って、丸棒利用の場合には、一方及
び他方の取り付け部１９，２１は、共に長さＬ０，ＸＺ
断面形状が直径φの円となる円柱形状となり、上記幅Ｗ
０及び厚みＤ０は、共に上記丸棒の直径φに等しくなる
（Ｗ０＝Ｄ０＝φ）。尚、角材利用のときには、両取り
付け部１９，２１の形状は、幅Ｗ０，厚みＤ０，長さＬ
の直方体状となる。

【００４５】又、図１では図示を省略しているが、図４
では図示している様に、リード部２２の表面全体はチュ
ーブ２３で被覆されている。

【００４６】以上のように、ゲートリード線１７のリー
ド部２２のみをＺ方向に圧延して形成しているので、リ
ード部２２のＸＺ断面の断面積を両取り付け部１９，２
１のＸＺ断面積と同一に維持しつつ、リード部２２の単
位長さ当たりの表面積を、両取り付け部１９，２１のそ
れらよりも十分に大きく設定することができる。例え
ば、従来の構造を用いるときは、上記リード部２２に対
応する部分の長さを３３．５ｍｍ，直径φを２．５ｍｍ
とすると、その表面積は２６３ｍｍ²であるが、ここで
は、リード部２２の長さＬ１を３３．５ｍｍ，幅Ｗ１を
１．０ｍｍ，厚みＤ１を５．３ｍｍに、従って、その表
面積を４４２ｍｍ²に設定している。その結果、当該ゲ
ートリード線１７にゲート信号、即ちゲート電流を外部
より入力する場合には、表面積が格段に増大したリード
部２２において、いわゆる表皮効果が生じ、ゲート信号
の伝送量の増大、従ってゲート信号の減衰量が十分に抑
制されることとなる。このように、断面積を変更するこ
となく表面積を拡大する形状にゲートリード線１７を加
工することで、ゲートリード線１７の抵抗ないしインピ
ーダンスを十分に低減することができるのである。例え
ば、上記寸法例で言えば、従来の場合には抵抗率は２．
０ｍΩであったのが、本例では、抵抗率を１．４ｍΩに
まで低減できている。その改善率は３０％に達してい
る。

【００４７】この表皮効果による低インピーダンス化
は、同時に、ゲートリード線１７の両取り付け部１９，
２１のＸＺ断面形状の小型化、この例で言えば、丸棒の
径φの寸法縮小化を可能にするという効果をもたらす。
そして、この径φの縮小化は、次に述べる両取り付け部
１９，２１の固着化にも多大な寄与をなすのである。

【００４８】このようなゲートリード線１７の構造の採
用により、従来、径φが３．０ｍｍ以上の丸棒をゲート
リード線として用いざるを得なかったのが、例えば、径
φが２．５ｍｍ程度の丸棒をゲートリード線１７の母材
として用いることが現実に可能になった。この径φの最
小化は、ゲートリード線１７自体のコスト低減という効
果をもたらす。

【００４９】次に、一方の取り付け部１９とセンターゲ
ート電極１６との取り付けを詳述する。図４，図５に例
示するように、一方の取り付け部１９の先端ないし一端
４４は、溝部３０の内面Ｓ１内においてのみ、しかも内
面Ｓ１よりはみ出すことなく位置設定されて、例えば、
ろう付けにより固着される。従って、固着部分ないしろ
う付け部２４は、実際上、内面Ｓ１のみならず、各内面
Ｓ２，Ｓ３の内面Ｓ１との交差線近傍にも拡がる。そう
いう意味では、一方の取り付け部１９は、その一端部４
１において、センターゲート電極１６と固着されている
言える。

【００５０】しかも、一方の取り付け部１９は、その位
置決め及びろう付けに際しては、一端部４１を除いた表
面が上記固着部２４を除く他の内面Ｓ２〜Ｓ４のいずれ
とも接触することなく、各内面Ｓ２〜Ｓ４に対して略並
行に溝部３０内に配設されている。従って、溝部３０よ
り＋Ｚ方向（上方向）に一方の取り付け部１９が突出す
ることもない。しかも、Ｄ１＜Ｄに設定されているの
で、同リード線１７がカソード電極１１の圧接の障害と
もならない。

【００５１】このように、本構造では、ほぼセンターゲ
ート電極１６の中心位置Ｏにおいてのみゲートリード線
１７が取り付けられているので、ゲート信号として、タ
ーンオフ信号をゲートリード線１７に外部の供給源、例
えばゲートドライバから入力した場合には、当該ゲート
信号はセンターゲート電極１６の中心位置Ｏから半導体
基板１８内に入力し、半導体基板１８（具体的には、図
２のｐ層３６）内を中心軸３１側からその外周面１８Ｓ
側へ向かって均一に放射状に伝送されることとなる。こ
れにより、ゲート信号の集中が生じなくなり、ゲート層
３７周辺の各セグメント３６のそれぞれに均一にゲート
信号が入力し、各セグメントは効率よくターンオンする
こととなる。即ち、各セグメントのターンオン時間は飛
躍的に短くなり、それらの電気的特性、特に、ターンオ
ン電流許容値が従来技術と比較して大幅に改善される。
例えば、本構成により、臨界オン電流の上昇率は、従来
よりも２５％程、改善されている。

【００５２】以上の効果を、図６及び図７に模式的に例
示する。図６は、本発明の場合のゲート信号の伝送状態
を示す、半導体基板１８の平面図であり、図７は、従来
技術の場合のゲート信号の伝送状態を示す平面図であ
る。

【００５３】そして、以上のような固着構造において、
ゲートリード線の寸法、従って、一方の取り付け部１９
の両寸法Ｗ０，Ｄ０を従来よりも小さく設定した本ゲー
トリード線１７（図４，図５）を用いることにより、固
着部２４のエリア面積ないし領域も小さくなり、ろう付
け作業が格段に容易なものとなり、ろう付けの信頼性も
増大する。

【００５４】逆に言えば、電気的特性改善のためには、
センターゲート電極１６に溝部３０を設け、中心位置の
内面Ｓ１においてのみゲートリード線１７を固着させる
ことが必須となる。このとき、溝部３０の寸法の低減
化、ろう付け部の信頼性の向上を図る必要がある。しか
しながら、従来仕様（図１０，図１１）のゲートリード
線７では、上記要請を到底満足しえない。そこで、図
４，図５のゲートリード線１７を採用することが必須と
なるのである。この採用により、表皮効果を利用してイ
ンピーダンスを必要値にまで低減させつつ、上記小型化
要求に応えることが可能となる。

【００５５】加えて、他方の取り付け部２１の形状も従
来より小さく設定されるので（例えば、φ＝２．５ｍ
ｍ）、同部２１と貫通孔４３とのろう付けにおいても、
同様の効果が得られる。

【００５６】加えて、本ゲートリード線１７の採用は、
図８の平面図に例示するように、カソード電極１１の裏
面１１Ｓ（図１）において、センターゲート電極１６、
一方の取り付け部１９及びリード部２２に接触させずに
カソード電極１６を圧接可能とするために形成された溝
部ないし切欠部（別の溝部に該当）４５の幅ないし径寸
法ＷＡを、従来よりも小さな値に設定できるという利点
をもたらす。例えば、従来では寸法ＷＡをφ３．０ｍｍ
よりも大きくしなければならなかったのに対して、この
発明では、寸法ＷＡをφ２．５ｍｍよりも少し大きい値
にまで縮小化することが可能となる。

【００５７】これにより、カソード電極１１の加工コス
トの低減にもつながると共に、カソード電極１１の裏面
１１Ｓの表面積が増大する分だけ、カソード熱補償板１
４を介した同電極１１と一方の主面２７との接触面積を
増大させることが可能となる。

【００５８】尚、上述したゲートリード線１７を従来の
センターゲート電極６（図９〜図１１）の外周面に固着
するだけでも、インピーダンスの低減，ゲートリー
ド線１７の一方の取り付け部１９の寸法の低減、ろう
付けの容易化、信頼性の向上、ゲートリード線の母材
費の低減、という各効果を奏することができる。

【００５９】尚、リード部２２の圧延加工によって当該
加工費が増大するが、それ以上に、ゲートリード線１７
の母材費用の低減額の方が大きく、全体としてみた場合
には、本発明のゲートリード線１７を採用することは、
コスト的に有利である。

【００６０】（まとめ） この圧接型半導体装置２０では、ゲートリード線１７を
両端の取り付け部１９，２１と中央のリード部２２とか
ら成る形状とし、リード部２２の形状のみを、同一断面
積としつつ、その単位長さ当りの表面積を拡げるという
思想の下に変更することで、半導体基板１８に、ゲート
信号を伝送する時に、ゲートリード線１７で生じるイン
ピーダンス成分を表皮効果で小さくすることを可能とし
ており、これによりゲート信号の減衰を抑制することが
できる。

【００６１】また、ゲートリード線１７を太くすること
なく、低インピーダンス化が図れるため、ゲートリード
線１７の形状寸法の縮小化を推進することが可能とな
り、しかも、その取り付け部１９の一端部のみを、セン
ターゲート電極１６の略中央に配するときには、取り付
け部の固着部の信頼性、コスト低減を図りつつ、均一に
ゲート信号を半導体基板１８の中央より各セグメントに
伝送することができ、半導体素子の電気的特性を格段に
改善することもできる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 この発明の実施の形態１における圧接型半導
体装置を示す縦断面図である。

【図２】 半導体基板に形成されたセグメントを示す縦
断面図である。

【図３】 センターゲート電極の構造を示す斜視図であ
る。

【図４】 ゲート部の側面図である。

【図５】 ゲート部の平面図である。

【図６】 ゲート信号の半導体基板内での伝達を模式的
に示す平面図である。

【図７】 従来のゲート信号の半導体基板内での伝達を
模式的に示す平面図である。

【図８】 カソード電極に形成された溝部を模式的に示
す平面図である。

【図９】 従来の圧接型半導体装置を示す縦断面図であ
る。

【図１０】 図３に設けられたゲート部の側面図であ
る。

【図１１】 従来のゲート部の平面図である。

【符号の説明】

１１ カソード、１２ アノード電極、１３ アノード
熱補償板、１４ カソード熱補償板、１５ 絶縁筒、１
６ センターゲート電極、１７ ゲートリード線、１８
半導体基体、１９ 一方の取り付け部、２１ 他方の
取り付け部、２２ リード部、２７ 一方の主面、２８
他方の主面、３０ 溝部、Ｓ１ 内面。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭62−76636（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H01L 29/74

Claims (8)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 複数のセグメントがその中心軸側からそ
   の側面側へ向けてリング状に形成された半導体基板と、 その中心位置が前記半導体基板の一方の主面の中心位置
   に一致するように、前記一方の主面上に接触・配置され
   たセンターゲート電極と、 前記センターゲート電極の外周面の一部から前記センタ
   ーゲート電極の前記中心位置までに渡って前記センター
   ゲート電極自体に形成された溝部と、 前記センターゲート電極の前記中心位置に於ける前記溝
   部の内面に於いてその一方の取付け部の一端部が前記セ
   ンターゲート電極に固着されれており、前記セグメント
   のオン及びオフ動作を制御するためのゲート信号を外部
   から前記センターゲート電極へ伝送するゲートリード線
   とを備え、 前記一端部を除いた前記ゲートリード線の前記一方の取
   付け部は、前記溝部の他の内面に接触すること無く、前
   記溝部内を前記外周面の外側へ向けて配設されている、 圧接型半導体装置。
2. 【請求項２】 請求項１記載の圧接型半導体装置におい
   て、 前記溝部の幅及び深さはそれぞれ前記ゲートリード線の
   幅及び厚みよりも大きく設定されている、 圧接型半導体装置。
3. 【請求項３】 請求項１又は２に記載の圧接型半導体装
   置において、 前記ゲートリード線は、 その他端が前記溝部より突出した前記一方の取付け部
   と、 前記一方の取付け部の前記他端にその一端が繋がったリ
   ード部と、 前記リード部の他端にその一端が繋がり且つ前記一方の
   取付け部と同一形状及び同一寸法の他方の取付け部とを
   有し、 前記リード部のみは圧延によって形成されている、 圧接型半導体装置。
4. 【請求項４】 請求項３記載の圧接型半導体装置におい
   て、 前記リード部の圧延方向は前記半導体基板の前記一方の
   主面の法線方向に設定されている、 圧接型半導体装置。
5. 【請求項５】 請求項４記載の圧接型半導体装置におい
   て、 前記センターゲート電極の形成部分を除いた前記一方の
   主面の所定部分上に配置された第１熱補償板と、 前記第１熱補償板を介して前記半導体基板の前記一方の
   主面を圧接する第１電極とを更に備え、 前記第１熱補償板に対面した前記第１電極の裏面側に
   は、前記センターゲート電極と前記一方の取付け部と前
   記リード部とに接触しないようにその形状及び寸法が設
   定された別の溝部が形成されている、 圧接型半導体装置。
6. 【請求項６】 請求項５記載の圧接型半導体装置におい
   て、 前記半導体基板の他方の主面上に配置された第２熱補償
   板と、 前記第２熱補償板を介して前記半導体基板の前記他方の
   主面を圧接する第２電極と、 前記第１電極と前記第２電極のそれぞれの側面に固着さ
   れた絶縁筒とを更に備え、 前記ゲートリード線の前記他方の取付け部は前記絶縁筒
   に固着されている、圧接型半導体装置。
7. 【請求項７】 複数のセグメントがその中心軸側からそ
   の側面側へ向けてリング状に形成された半導体基板と、 前記半導体基板の一方の主面の中心位置より当該主面の
   外周側へ向けて前記一方の主面上に接触・配置された、
   所定の径と所定の厚みを有するセンター電極と、 前記センター電極の外周面の一部から前記中心位置まで
   に渡って前記センター電極自体に形成された溝部と、 前記中心位置に於ける前記溝部の内面に於いて前記セン
   ター電極と固着され且つ前記溝部内を非接触で前記セン
   ター電極の外周面の外側まで配設された、金属体のリー
   ド線とを備え、 （前記溝部の幅）＞（前記リード線の幅）及び（前記溝
   部の深さ）＞（前記リード線の厚み）の関係が成立す
   る、 半導体素子。
8. 【請求項８】 請求項７記載の半導体素子において、 前記リード線の一部は、前記中心位置に於ける前記溝部
   の前記内面に固着され且つ前記溝部内に配設された部分
   と比較して、断面積が同じで且つ単位長さ当たりの表面
   積が大きくなるように形成されている、 半導体素子。