JP4439696B2 - 圧接型半導体装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
本発明は、ダイオード、ショットキ・バリヤ・ダイオード（ＳＢＤ）、サイリスタ、ゲート・ターン・オフ・サイリスタ（ＧＴＯ）、ＭＯＳ型電界効果トランジスタ（ＭＯＳ ＦＥＴ）等の内部接合構造を形成した半導体基板を有する薄型の半導体ペレットを備え、かつ、該半導体ペレットからの発熱を効率良く放熱できる構造を有する圧接型半導体装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の圧接型半導体装置の一例を図２０に示す。
図において、１は水冷フィンを兼ねたブロック状の銅ベースである。この銅ベース１上にメタライズされたアルミナ基板２が載置され、このアルミナ基板２上に端子３，４が配置されている。該端子３，４間及び端子３と別の端子５間にそれぞれ半導体ペレット６を挟んで複数本のボルト７により板ばね８を締め付け、半導体ペレット６に加圧力を加えるようにしている。
上記のように、従来の圧接型半導体装置では水冷フィンを兼ねたブロック状の銅ベース１等、強固でかつ比較的大型な部材を使用し、半導体ペレット６に加圧力を加えた際の反作用を受けて変形しないように十分なものを用いるようにしていた。
【０００３】
次に、この種の圧接型半導体装置に使用される半導体ペレットの構造の一例を図１９に示す。
図において、ＰＮ接合又はショットキ接合を形成した半導体基板１７の両主面に電極金属板１８，１９を設け、該電極金属板１８，１９に半田２０，２１を介してＮｉメッキを施したＭｏ等の温度補償板２２，２３を固着させていた。
【０００４】
さらに、従来の圧接型半導体装置では、組立体を収納する絶縁ケースの内部に封止用絶縁樹脂を注入することがある。かかる場合に加圧機構のばね自体のばね力を保持させるためには、該ばね自体の弾性を保持すべく軟質性樹脂で封止する必要がある。
ところが、軟質性樹脂を絶縁ケース内に充填する場合、従来では半導体ペレットの外周を囲む外囲器等を設けておらず、該軟質性樹脂が、半導体ペレットと該半導体ペレットを挟持する端子板との間に侵入することを防止する構造を有していなかった。
【０００５】
【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、上記のように構成されているので、次のような解決すべき課題があった。
（１）従来では銅ベース１、あるいは図示していないが枠体等として半導体ペレットに加圧力を付与する場合に、その反作用を受けて変形しないように銅ベースを厚く、かつ、大型化させたり、枠体等自体も強固な構造にする必要があった。
しかしながら、かかる場合には、半導体ペレットのＰＮ接合又はショットキ接合（以下、ジャンクションと略記する）と端子間の距離がその分長くなり、熱抵抗を増加させ、放熱性を悪くしていた。
また、水冷フィンを兼ねたブロック状の銅ベース１等をこの種の圧接型半導体装置内に取り込むことは、設計の自由度を損ねる等の問題もあった。
（２）図２０に示したような構造では、半導体ペレット６に加圧力を付与する場合に、複数本のボルト７を交互に締め付け、バランスを調整しながら作業を行う必要があり工数がかかっていた。
また、締め付けのバラツキにより半導体ペレット６と端子３，４間あるいは端子３，５間の平行度が構造的に完全にはとれないという問題もあった。
（３）軟質性樹脂を絶縁ケース内に充填する構造の圧接型半導体装置にあっては、半導体ペレットと端子間に軟質性樹脂が侵入すると、ジャンクション・端子間の熱抵抗が増大し、放熱性が悪くなる。その結果、接触抵抗を増大させ、半導体ペレット上に電流の部分的集中を生じさせ、半導体ペレットを電流破壊させる原因ともなっていた。
【０００６】
【発明の目的】
本発明は上記のような課題を解決するためになされたもので、放熱性、作業性に富み、従来のものに比較して小型・強固で設計の自由度もあり、かつ、半導体ペレットと端子間の平行度が容易に取れ、また、封止用の軟質性樹脂の半導体ペレットと端子間の侵入を構造的に防止し得る圧接型半導体装置を提供することを目的とするものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の発明によれば、ＰＮ接合又はショットキ接合が形成された半導体基板を有し、該半導体基板主面には電極金属が設けられ、前記電極金属の表面に該電極金属とは別の金属又は該金属の合金からなる金属層が設けられた半導体ペレットと、
該半導体ペレットの一方の主面に接する第１の極性を有する第１主端子板と、
上記半導体ペレットの他方の主面に接する該第１主端子板とは反対極性となる第２の極性を有する第２主端子板と、
上記第１主端子板及び第２主端子板の外側にそれぞれ配置された第１絶縁板及び第２絶縁板と、
上記第１絶縁板上に配置された調芯機構と、
該調芯機構の上部に配置された枠体可撓板を介して前記調芯機構に加圧力を付与する単一の加圧手段と、
上記第２絶縁板の外側に配置され前記枠体可撓板と連結された枠体金属板と、を少なくとも含むことを特徴とする圧接型半導体装置が提供される。
好ましくは、電極金属の表面に、Ｒｈ等又はＲｈの合金等からなる金属層を設けた半導体ペレットを使用するものである。該半導体ペレットに金属層を設けることにより従来使用していたＭｏ等の温度補償板が不要となる。すなわち、該金属層と端子板が接触した際に、装置運転時のジャンクションからの発熱により両者の熱膨張係数の相違からそれら金属層・主端子板間で滑動するが、相対的に薄い金属層が滑動に適した媒体となり、温度補償板を有するものと同様の温度補償ないし補完作用を果たすこととなる。その結果、半導体ペレット自体を薄く形成することができ、熱抵抗を減少させ、全体として放熱効果を高めることができる。
【０００８】
また、本発明は、十分強固な枠体金属板と枠体可撓板とにより枠体を構成するようにしたものである。これにより、大型で重量の嵩む金属ブロックや必要以上の強度を持つ枠体が必要でなくなり、小型化・軽量化が実現できる。
さらに、本発明は、１本の雄ねじの締め付け等、単一の加圧手段を備えた調芯機構を有し、該単一の加圧手段によりバランス調整の容易化等工数の削減による作業性の向上を図る。
また、上記調芯機構により半導体ペレットと主端子間の平行度が確実に取れるようにし、熱抵抗の減少により放熱効果をさらに高める。
【０００９】
好ましくは、半導体ペレットの外周をＯリング等で包囲して気密容器部を形成し、半導体ペレットと主端子間に封止用の軟質性樹脂が侵入するのを防止するようにしたものである。これによりジャンクション・主端子間の熱抵抗の増大が回避でき、放熱性を損ねることもなく、半導体ペレット上の電流の部分的集中が避けられ、半導体ペレットの電流破壊を招来させないものとなる。
【００１０】
以下に、本発明の実施例を図に基づいて詳細に説明する。
図１は、本発明の実施例を示す圧接型半導体装置の要部の斜視図である。また、図２は、図１の横断面図である。
これらの図において、２６は半導体ペレット全体を示す。この半導体ペレット２６の詳細を図３に示す。
【００１１】
すなわち、本発明の圧接型半導体装置に使用される半導体ペレット２６は、ＰＮ接合又はショットキ接合が形成された半導体基板２７を有し、該半導体基板２７の両主面に電極金属板２８，２９が設けられている。
上記電極金属板２８，２９の表面には本発明の特徴である薄い金属層３０，３１を設ける。この金属層３０，３１は、後述する主端子板の金属面が加圧接触した際に、両接触面で滑動するのに適した金属層からなる。
本発明の実施例では該金属層３０，３１として、ロジウム（Ｒｈ）、モリブデン（Ｍｏ）、タングステン（Ｗ）若しくはチタン（Ｔｉ）又はそれらの合金からなる金属層を設ける。
なお、これらの金属の線膨張率（α）を示せば次の通りである。
Ｒｈ（α）＝８．４×１０↑−６・・・・・・・・・・・・（１）
Ｍｏ（α）＝３．７〜５．３×１０↑−６・・・・・・・・（２）
Ｗ（α）＝４．５×１０↑−６・・・・・・・・・・・・・（３）
Ｔｉ（α）約９×１０↑−６・・・・・・・・・・・・・・（４）
また、上記（１），（３），（４）については常温のときの値を、上記（２）については２０〜１００℃のときの値を示す。
したがって、上記金属として使用可能な範囲を線膨張率で示せば、α＝２〜１０×１０↑−６となる。
【００１２】
また、上記の金属層３０，３１は、蒸着、スパッタ溶射、メッキ等の方法で電極金属板２８，２９の表面に平坦に付着させる。電極金属板２８，２９の材料は、アルミニウム又はアルミニウム合金等でなるべく厚くし、シリコン等からなる半導体基板２７を圧接する際の柔らかい緩衝材としての役目を果たすものである。
【００１３】
なお、上記電極金属板２８，２９の厚さは、この実施例では１〜２０μｍ、その上に設ける金属層３０，３１の厚さは、０．１〜１０μｍとした。
【００１４】
上記のような構造を採用することにより、次のような結果が得られた。
すなわち、従来の半導体ペレット１６（図１９参照）と比較した場合、温度補償板２２，２３の厚さは０．３〜０．５ｍｍであり、半田２０，２１の厚さが２００〜５００μｍであるから合計の厚さ（Ｔ１）は、Ｔ１＝２Ｔａ１＝２（（３００〜５００）+（２００〜５００））＝１０００〜２０００（μｍ）となる。
これに対して、本発明での合計の厚さ（Ｔ２）は、仮に電極金属板の厚みを加えて計算してもＴ２＝２Ｔａ２＝（（１〜２０）+（０．１〜１０））＝２．２〜６０（μｍ）となり、Ｔ１≫Ｔ２であるからその分、熱抵抗が減少し、放熱性が著しく向上すると共に小型化に寄与する。
【００１５】
しかも、半田により固着する場合のボイドの発生に起因する電流破壊等による信頼性の低下も防止することができる。
また、半田として含有する鉛等の有害物質を使用することがなく、半田付け作業に伴うその後の洗浄作業の省略、クリームソルダが不必要等作業性、環境性、材料面など種々の利点が生じる。
【００１６】
次に、再び図１及び図２に戻って、本発明の複合半導体装置の構造について説明する。上記のように構成の半導体ペレット２６が第１主端子板基部３２ａと第２主端子板基部３３ａに挟持されている。すなわち、半導体ペレット２６は、一方の主面に第１主端子板基部３２ａが、他方の主面に、第１主端子板３２と反対極性を有する第２主端子板基部３３ａが接している。これら第１主端子板３２及び第２主端子板３３の一端は、それぞれの基部３２ａ，３３ａから図１に示すように斜め上方に立ち上がる外部導出部３２ｂ，３３ｂを有している。
【００１７】
上記第１主端子板３２，第２主端子板３３のそれぞれの基部３２ａ，３３ａの外側には第１絶縁板３４及び第２絶縁板３５がそれぞれ配置されている。また、下方に位置する第２絶縁板３５の外側には枠体金属板３６が配置されている。この枠体金属板３６には、該枠体金属板３６の側面から垂直に上方に立ち上がる一対の枠体支持部３６ａ，３６ａが形成されている。
【００１８】
上記枠体支持部３６ａ，３６ａに対してコ字状の折曲部３７ａ，３７ａを有する枠体可撓板３７が接続され一体化されている。この枠体可撓板３７の略中央には雌ねじを形成したねじ孔３８が形成されている。
上記のねじ孔３８には、単一の加圧手段としてのボルト３９が螺着し、このボルト３９をねじ込むことにより該ボルト３９の先端部３９ａが調芯機構４０を押圧する構造となっている。
【００１９】
上記調芯機構４０は、第１絶縁板３４上に載置され、前記ボルト３９による押圧力を受け、調芯作用を行いつつ、第１主端子板３２を介して半導体ペレット２６に加圧力を付与する。この場合に、半導体ペレット２６には１本のボルト３９の締め付けにより第１主端子板基部３２ａ及び第２主端子板基部３３ａとの平行度を保って加圧力が付与されるため、熱抵抗を減少させ、かつ、作業性が向上する。また、上記の加圧力に対する反作用を一体化させた枠体金属板３６と枠体可撓板３７により受け止め、保持するようにしたので、従来のようにブロック状の大型で重量の嵩む銅ベース等を使用する必要がなくなる。
【００２０】
特に、枠体金属板３６は、半導体ペレット２６と対向する面及びその周辺を熱伝導性の良い銅等の材料で形成し、それ以外の部分を機械的強度の高い鉄等の材料で形成すれば、安価で、かつ、放熱性が良く、従来のものと比較して小型軽量でしかも十分機械的強度の高い枠体が形成できて好適である。
【００２１】
また、上記枠体可撓板３７のねじ孔３８は、該枠体可撓板３７に直接形成しても良いが、図４に示すように該枠体可撓板３７は単に透孔３８ａとし、該透孔３８ａの下面、すなわち、調芯機構４０側にナット４４を設けるようにしても良い。このようにすることにより、枠体可撓板３７が比較的薄い場合に、上記ナット４４のねじ部が加圧力の反作用を受け止め、強固に保持することができる。
【００２２】
さらに、上記第１絶縁板３４及び第２絶縁板３５の材料としては、安価で絶縁耐圧が高く、加圧力に耐え得るマイカ等を使用すれば好適である。
また、枠体可撓板３７は、ボルト３９の頭部を、トルクレンチ等を用いて予め定められた所定の加圧力まで締め付けた際に、所定の位置まで変位し、調芯機構４０を介して半導体ペレット２６を圧接する板ばねないし弾性体としての役目を果たすものである。
【００２３】
上記構造を備えた組立体は、絶縁ケース４１内に収められる。この絶縁ケース４１は両端が開口しており、一方の開口端から枠体金属板３６の裏面側が絶縁ケース４１の外部に露出するように形成することにより、絶縁ケース４１を外部部材に取り付けて使用する場合に放熱性が良好となり好ましい。
【００２４】
上記絶縁ケース４１内には、他方の開口端から封止用樹脂が充填されるが、かかる場合に、枠体可撓板３７あるいは調芯機構４０が弾性体として機能し、半導体ペレット２６に加圧力を付与しなければならないので、少なくとも絶縁ケース４１の下部、すなわち、枠体可撓板３７及び調芯機構４０を含む下部は、軟質性樹脂４２、例えばシリコンゴム等のゲル状コート材を充填する必要がある。
上記の場合に、ゲル状コート材は高価であるため、その充填量を必要最小限とし、該ゲル状コート材の上部には、エポキシ樹脂等の硬質性樹脂４３を充填するようにすれば、安価となると共に、全体にゲル状コート材を充填するよりは、上部からの金属片等の異物の侵入による事故を回避する上で好ましい。
【００２５】
また、第１主端子板３２及び第２主端子板３３に形成した外部導出部３２ｂ，３３ｂの先端部は、図５に示すように、硬質性樹脂４３内にナット収容孔４５を設け、ナット４４を収容した後、該ナット収容孔４５を塞ぐようにして折り曲げて置くと、ナット４４の抜出が防止できると共に、外部端子４６と外部導出部３２ｂ，３３ｂとを接続する場合に、ボルト３９を締め付けるだけで、両者の接続ができて便利である。
【００２６】
上記の実施例によれば、１つの半導体ペレット２６に対して単一の加圧手段としてのボルト３９を締め付けることにより、調芯機構４０を介して所定の加圧力が付与される。このため、従来のように複数本のボルトを締め付けて加圧力を付与するものと異なり、締め付けのバラツキにより第１主端子板３２あるいは第２主端子板３３と半導体ペレット２６との片当たりが避けられ、常に平行度を保った加圧接触機構が得られる。このため放熱性が向上し、かつ、片当たりによる半導体ペレット２６の部分的電流集中を生起させることもなくなる。
また、複数のボルトを調整しながら何度も締め付ける作業がなくなり、トルクレンチ等で予め定められた所定の値まで１本のボルト３９を締め付ければ良いので作業工数が大幅に削減することができる。
【００２７】
次に、調芯機構の他の実施例について図６及び図７を参照して説明する。なお、以下の図では、先の実施例で説明した部材又は部品と同一の部材又は部分には同一符号を付して重複した説明を避ける。これらの図において、符号５０は調芯機構全体を示す。上記調芯機構５０は、外周に雄ねじ５１を刻設し、該雄ねじ５１が枠体可撓板３７のねじ孔３８に螺合する調芯体５２と、該調芯体５２の下面に設けた球面状凹部５３に摺接し、かつ、第１絶縁板３４上に載置される半球状台座５４とから構成されている。なお、上記調芯体５２の上面には、該調芯体５２の回動を容易にするために、例えば、四角形の有底孔５５を設けるようにしても良いし、調芯体５２の上部の一部の外周を多角形としても良い。
【００２８】
上記の構成によりトルクレンチ等で調芯体５２を所定のトルクを加えるように締め付け回動させれば、枠体可撓板３７が変位すると共に、調芯体５２の球面状凹部５３と半球状台座５４との摺接面での相対的回動により該半球状台座５４の切欠面５４ａを、半導体ペレット２６の主面に対して平行度を保って加圧することができる。
【００２９】
上記の実施例のような調芯機構５０を用いれば、部品点数、組立工数が少なく、かつ、半導体ペレット２６に対して平行度を保った簡易・確実な加圧が可能となる。
【００３０】
次に、調芯機構のさらに別の実施例につき、図８乃至図１０を参照して説明する。調芯機構６０は、調芯体６１を有する。この調芯体６１は、その外周に雄ねじ６２が形成され、上部にはトルクレンチで回動させ易いように、例えば六角形等の多角形頭部６３を備えている。また、調芯体６１の下部先端部に、その内部から外部に向かって拡径するすり鉢状の有底孔６４が形成されている。上記すり鉢状の有底孔６４には可動部材６５が挿入される。すなわち、可動部材６５は、鍔部６６を挟んで互いに反対方向に延びる第１棒状部６７及び第２棒状部６８を有し、第１棒状部６７が上記すり鉢状の有底孔６４内に挿入される。この場合、該第１棒状部６７の先端部及びすり鉢状の有底孔６４の底面は、曲率半径を共通にする係合面を形成するのが好ましい。当該係合面は後述するように加圧力が加わった場合に、互いにスムーズに動けるための摩擦係数の少ない接触面とするためである。
【００３１】
一方、上記第２棒状部６８は、皿ばね６９の中心孔７０に挿通される。また、前記鍔部６６は、皿ばね６９の上端を規制するために設けられ、該皿ばね６９の下端は第１絶縁板３４上に載置される。
上記皿ばね６９は、図示のように複数枚でも１枚でも良い。具体的には半導体ペレット２６に付与される予定の加圧力によりその弾性係数、枚数、寸法等が設計される。
【００３２】
上記のような調芯機構６０は、調芯体６１の多角形頭部６３をトルクレンチ等で予め定められたトルクが加わるように回動させることにより、枠体可撓板３７が変位すると共に、第１棒状部６７の先端部がすり鉢状の有底孔６４の底面に摺接し、可動部材６５を揺動させる。すなわち、皿ばね６９が第１絶縁板３４に対して片当たりしている場合でも第１棒状部６７が揺動し、第１絶縁板３４を介して半導体ペレット２６に対して常に均一な加圧力を付与するように作用する。
【００３３】
次に、半導体ペレット２６と第１主端子板３２又は第２主端子板３３間にゲル状コート材等である軟質性樹脂４２が侵入するのを防止するための構造について説明する。図１１及び図１２は、第１主端子板３２又は第２主端子板３３の基部３２ａ（３３ａ）にＯリング収納凹部４８を形成するようにしたものである。すなわち、第１主端子板３２又は第２主端子板３３の上面には半導体ペレット２６の位置決めを兼ねた浅い半導体ペレット位置決め用凹部４９が形成され、この位置決め用凹部４９の外周にＯリング４７を収納するＯリング収納凹部４８を形成する。なお、該Ｏリング収納凹部４８の平面形状は、半導体ペレット２６の形状に合わせて該半導体ペレット２６が四角形の場合には四角形とするのが好ましい。Ｏリング４７も通常のＯ形状でも良いが、図１１のように、該Ｏリング収納凹部４８の形状に合わせて四角形に成形を施したリング状のものでも良い。前記第１主端子板３２等への実装密度を高めるためである。
【００３４】
上記のような構造によれば、弾性体で形成したＯリング４７をＯリング収納凹部４８に収納して半導体ペレット２６の圧接構造を形成した場合、第１主端子板３２と第２主端子板３３との間にＯリング４７による気密容器部が形成される。したがって、この気密容器部内への軟質性樹脂４２の侵入が防止され、上記第１主端子板３２または第２主端子板３３と半導体ペレット２６の接触不良等を生じさせるおそれがなくなる。
【００３５】
次に、他の軟質性樹脂侵入防止構造について、図１３及び図１４を参照して説明する。この実施例では先の実施例とは異なり、Ｏリング４７を直接第１主端子板３２及び第２主端子板３３間に挿入するのではなく、円筒体５６の両端面と上記第１主端子板３２および第２主端子板３３との間にＯリング４７を設けるようにしたものである。なお、上記円筒体５６は、例えばポリエステル等の樹脂により製作する。また、該円筒体５６の両端面にＯリング４７の収まりを良くするために適当な座ぐり部を形成するようにしても良い。
【００３６】
上記のような構造の円筒体５６を半導体ペレット２６の外周に配置すれば、上記同様に圧接構造を形成した場合に、半導体パレット２６の周囲に第１主端子板３２、第２主端子板３３、Ｏリング４７及び円筒体５６からなる気密容器部が形成され、該気密容器部内への軟質性樹脂４２の侵入が防止される。このため、半導体ペレット２６と第１主端子板３２、第２主端子板３３との接触不良等が防止され、部分的な電流集中が回避でき、電気的特性を損ねることもなくなる。
特に先の実施例のようにＯリング４７を直接挿入せず、円筒体５６を介在させて挿入しているため、Ｏリング４７の劣化による軟質性樹脂４２の侵入を長期間に亘って阻止することができ、高い信頼性を維持することができる利点がある。
【００３７】
次に、複数の半導体ペレットを用いて圧接型半導体装置を構成する場合の実施例について説明する。先ず、上記の圧接型半導体装置では複数の半導体ペレット間を、配線抵抗を最小限にして効率良く結線することが要求される。このため、先の実施例では第１主端子板３２、第２主端子板３３の外部導出部３２ｂ，３３ｂを、図１に示すように基部３２ａ，３３ａから直接斜め上方に延在するように形成したが、以下の実施例に使用する上記第１主端子板３２および第２主端子板３３の外部導出部３２ｃ，３３ｃは、基部３２ａ，３３ａから水平方向に延ばし、これに連続して垂直方向にクランク状に折り曲げて形成するようにし、上記要求を満たしている。
【００３８】
すなわち、上記のような外部導出部３２ｃ，３３ｃを有すれば、例えば２つの半導体ペレット２６を有する圧接型半導体装置では、図１６に示すように該半導体ペレット２６，２６間の結線を外部導出部３２ｃ，３３ｃを利用して効率的に行うことができる。
これを、図１７及び図１８を用いてさらに詳しく説明する。
【００３９】
図１７及び図１８は、図１６のＢ―Ｂ線に沿う断面を示すものであるが、図１７では、上側の外部導出部３２ｃと下側の外部導出部３３ｃとを互いに接触させ、２つの半導体ペレット２６，２６の直列接続ができるようにしたものである。また、図１８に示したものは、上側の外部導出部３２ｃ，３２ｃ同士を互いに接触させ、２つの半導体ペレット２６，２６の並列接続ができるようにしたものである。
さらに、図は省略したが下側の外部導出部３３ｃ，３３ｃ同士を互いに接触させ、２つの半導体ペレット２６，２６の並列接続を実現することもできる。
【００４０】
なお、上記外部導出部３２ｃ，３３ｃの形状は種々のものが考えられ、上記実施例の形状に限定されるものではなく、先の実施例として示した図１の外部導出部３２ｂ，３３ｂであっても上記２つの半導体ペレット２６，２６あるいはそれ以上の複数の半導体ペレット２６同士の接続構造を実現することができる。
【００４１】
【発明の効果】
本発明は、上記のように構成したので、概略以下のような効果を奏する。
（１）半導体ペレットを従来のものと比較して薄型としたので、半導体ジャンクションと外部部材間の熱抵抗が減少し、半導体基板からの発熱に対する放熱性を著しく高めることができる。
特に圧接構造を採用する場合、加圧力等の種々の制約から枠体金属板や枠体可撓板を比較的厚く設計せざるを得ないこともある。かかる場合においても上記のような薄型の半導体ペレットを使用することにより全体として従来のものより小型で熱抵抗を減少させ、放熱性を高め得る利点がある。
（２）本発明の圧接型半導体装置に用いる半導体ペレットの構造では、半田を使用しないので、半田のボイドが発生することがない。また、半田の金属疲労による固着劣化等を招来させない。以上総合して、信頼性、作業性、環境性等が向上する。
（３）従来のように複数本のボルトの締め付けによりバランス調整をしながら加圧力を加えるものと異なり、単一の加圧手段により調芯機構に加圧力を加えるようにしているので、作業工数少なく容易迅速に所定の加圧力を半導体ペレットに付与できると共に、単一の加圧手段であるから加圧力にバラツキが生じることがなく、主端子板と半導体ペレット間の平行度も自動的に取れる。
（４）枠体を枠体金属板と枠体可撓板により構成することにより、種々の金属材料の組み合わせが可能となり、装置の小型化、軽量化、設計の自由度が実現できる。
（５）Ｏリングによる気密容器部を設け、半導体ペレットと主端子板間への軟質性樹脂侵入防止構造を採用すると、接触不良による電気抵抗、熱抵抗の増大を防止し、信頼性の向上が図れる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の圧接型半導体装置の概略構造を示す斜視図である。
【図２】上記圧接型半導体装置の横断面図である。
【図３】上記圧接型半導体装置に使用する半導体ペレットの正面図である。
【図４】上記圧接型半導体装置の枠体可撓板に対する補強手段を施した例を示す横断面図である。
【図５】上記圧接型半導体装置の外部導出部と外部端子の接続構造例を示す部分断面図である。
【図６】上記圧接型半導体装置に使用する調芯機構の例を示す横断面図である。
【図７】上記調芯機構の斜視図である。
【図８】上記圧接型半導体装置に使用する調芯機構の他の例を示す横断面図である。
【図９】上記図８の調芯機構の斜視図である。
【図１０】上記図８の調芯機構の一部断面図である。
【図１１】上記圧接型半導体装置の絶縁ケース内に充填する封止用の軟質性樹脂侵入防止構造の一例を示した斜視図である。
【図１２】上記図１１におけるＡ−Ａ線に沿う断面図である。
【図１３】上記圧接型半導体装置の絶縁ケース内に充填する封止用の軟質性樹脂侵入防止構造の他の例を示した図である。
【図１４】上記図１３の軟質性樹脂侵入防止構造に使用する円筒体の斜視図である。
【図１５】本発明の圧接型半導体装置に使用する外部導出部の他の形状を示す斜視図である。
【図１６】上記図１５の外部導出部を使用して２つの半導体ペレットを接続した状態を示す斜視図である。
【図１７】図１６のＢ−Ｂ線に沿う断面図であって、２つの半導体ペレットを上記外部導出部を利用して直列接続した例を示す断面図である。
【図１８】図１６のＢ−Ｂ線に沿う断面図であって、２つの半導体ペレットを上記外部導出部を利用して並列接続した例を示す断面図である。
【図１９】従来の圧接型半導体装置に使用される半導体ペレットの正面図である。
【図２０】従来の圧接型半導体装置の構造例を示す部分断面図である。
【符号の説明】
２６ 半導体ペレット
２７ 半導体基板
２８，２９ 電極金属板
３０，３１ 金属層
３２ 第１主端子板
３３ 第２主端子板
３２ａ，３３ａ 基部
３２ｂ，３３ｂ 外部導出部
３２ｃ，３３ｃ 外部導出部
３４ 第１絶縁板
３５ 第２絶縁板
３６ 枠体金属板
３６ａ 枠体支持部
３７ 枠体可撓板
３７ａ 折曲部
３８ ねじ孔
３８ａ 透孔
３９ ボルト
３９ａ 先端部
４０ 調芯機構
４１ 絶縁ケース
４２ 軟質性樹脂
４３ 硬質性樹脂
４４ ナット
４５ ナット収容孔
４６ 外部端子
４７ Ｏリング
４８ Ｏリング収納凹部
４９ 位置決め用凹部
５０ 調芯機構
５１ 雄ねじ
５２ 調芯体
５３ 球面状凹部
５４ 半球状台座
５４ａ 切欠面
５５ 四角形の有底孔
５６ 円筒体
６０ 調芯機構
６１ 調芯体
６２ 雄ねじ
６３ 多角形頭部
６４ すり鉢状の有底孔
６５ 可動部材
６６ 鍔部
６７ 第１棒状部
６８ 第２棒状部
６９ 皿ばね
７０ 中心孔
本発明は、ダイオード、ショットキ・バリヤ・ダイオード（ＳＢＤ）、サイリスタ、ゲート・ターン・オフ・サイリスタ（ＧＴＯ）、ＭＯＳ型電界効果トランジスタ（ＭＯＳ ＦＥＴ）等の内部接合構造を形成した半導体基板を有する薄型の半導体ペレットを備え、かつ、該半導体ペレットからの発熱を効率良く放熱できる構造を有する圧接型半導体装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の圧接型半導体装置の一例を図２０に示す。
図において、１は水冷フィンを兼ねたブロック状の銅ベースである。この銅ベース１上にメタライズされたアルミナ基板２が載置され、このアルミナ基板２上に端子３，４が配置されている。該端子３，４間及び端子３と別の端子５間にそれぞれ半導体ペレット６を挟んで複数本のボルト７により板ばね８を締め付け、半導体ペレット６に加圧力を加えるようにしている。
上記のように、従来の圧接型半導体装置では水冷フィンを兼ねたブロック状の銅ベース１等、強固でかつ比較的大型な部材を使用し、半導体ペレット６に加圧力を加えた際の反作用を受けて変形しないように十分なものを用いるようにしていた。
【０００３】
次に、この種の圧接型半導体装置に使用される半導体ペレットの構造の一例を図１９に示す。
図において、ＰＮ接合又はショットキ接合を形成した半導体基板１７の両主面に電極金属板１８，１９を設け、該電極金属板１８，１９に半田２０，２１を介してＮｉメッキを施したＭｏ等の温度補償板２２，２３を固着させていた。
【０００４】
さらに、従来の圧接型半導体装置では、組立体を収納する絶縁ケースの内部に封止用絶縁樹脂を注入することがある。かかる場合に加圧機構のばね自体のばね力を保持させるためには、該ばね自体の弾性を保持すべく軟質性樹脂で封止する必要がある。
ところが、軟質性樹脂を絶縁ケース内に充填する場合、従来では半導体ペレットの外周を囲む外囲器等を設けておらず、該軟質性樹脂が、半導体ペレットと該半導体ペレットを挟持する端子板との間に侵入することを防止する構造を有していなかった。
【０００５】
【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、上記のように構成されているので、次のような解決すべき課題があった。
（１）従来では銅ベース１、あるいは図示していないが枠体等として半導体ペレットに加圧力を付与する場合に、その反作用を受けて変形しないように銅ベースを厚く、かつ、大型化させたり、枠体等自体も強固な構造にする必要があった。
しかしながら、かかる場合には、半導体ペレットのＰＮ接合又はショットキ接合（以下、ジャンクションと略記する）と端子間の距離がその分長くなり、熱抵抗を増加させ、放熱性を悪くしていた。
また、水冷フィンを兼ねたブロック状の銅ベース１等をこの種の圧接型半導体装置内に取り込むことは、設計の自由度を損ねる等の問題もあった。
（２）図２０に示したような構造では、半導体ペレット６に加圧力を付与する場合に、複数本のボルト７を交互に締め付け、バランスを調整しながら作業を行う必要があり工数がかかっていた。
また、締め付けのバラツキにより半導体ペレット６と端子３，４間あるいは端子３，５間の平行度が構造的に完全にはとれないという問題もあった。
（３）軟質性樹脂を絶縁ケース内に充填する構造の圧接型半導体装置にあっては、半導体ペレットと端子間に軟質性樹脂が侵入すると、ジャンクション・端子間の熱抵抗が増大し、放熱性が悪くなる。その結果、接触抵抗を増大させ、半導体ペレット上に電流の部分的集中を生じさせ、半導体ペレットを電流破壊させる原因ともなっていた。
【０００６】
【発明の目的】
本発明は上記のような課題を解決するためになされたもので、放熱性、作業性に富み、従来のものに比較して小型・強固で設計の自由度もあり、かつ、半導体ペレットと端子間の平行度が容易に取れ、また、封止用の軟質性樹脂の半導体ペレットと端子間の侵入を構造的に防止し得る圧接型半導体装置を提供することを目的とするものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の発明によれば、ＰＮ接合又はショットキ接合が形成された半導体基板を有し、該半導体基板主面には電極金属が設けられ、前記電極金属の表面に該電極金属とは別の金属又は該金属の合金からなる金属層が設けられた半導体ペレットと、
該半導体ペレットの一方の主面に接する第１の極性を有する第１主端子板と、
上記半導体ペレットの他方の主面に接する該第１主端子板とは反対極性となる第２の極性を有する第２主端子板と、
上記第１主端子板及び第２主端子板の外側にそれぞれ配置された第１絶縁板及び第２絶縁板と、
上記第１絶縁板上に配置された調芯機構と、
該調芯機構の上部に配置された枠体可撓板を介して前記調芯機構に加圧力を付与する単一の加圧手段と、
上記第２絶縁板の外側に配置され前記枠体可撓板と連結された枠体金属板と、を少なくとも含むことを特徴とする圧接型半導体装置が提供される。
好ましくは、電極金属の表面に、Ｒｈ等又はＲｈの合金等からなる金属層を設けた半導体ペレットを使用するものである。該半導体ペレットに金属層を設けることにより従来使用していたＭｏ等の温度補償板が不要となる。すなわち、該金属層と端子板が接触した際に、装置運転時のジャンクションからの発熱により両者の熱膨張係数の相違からそれら金属層・主端子板間で滑動するが、相対的に薄い金属層が滑動に適した媒体となり、温度補償板を有するものと同様の温度補償ないし補完作用を果たすこととなる。その結果、半導体ペレット自体を薄く形成することができ、熱抵抗を減少させ、全体として放熱効果を高めることができる。
【０００８】
また、本発明は、十分強固な枠体金属板と枠体可撓板とにより枠体を構成するようにしたものである。これにより、大型で重量の嵩む金属ブロックや必要以上の強度を持つ枠体が必要でなくなり、小型化・軽量化が実現できる。
さらに、本発明は、１本の雄ねじの締め付け等、単一の加圧手段を備えた調芯機構を有し、該単一の加圧手段によりバランス調整の容易化等工数の削減による作業性の向上を図る。
また、上記調芯機構により半導体ペレットと主端子間の平行度が確実に取れるようにし、熱抵抗の減少により放熱効果をさらに高める。
【０００９】
好ましくは、半導体ペレットの外周をＯリング等で包囲して気密容器部を形成し、半導体ペレットと主端子間に封止用の軟質性樹脂が侵入するのを防止するようにしたものである。これによりジャンクション・主端子間の熱抵抗の増大が回避でき、放熱性を損ねることもなく、半導体ペレット上の電流の部分的集中が避けられ、半導体ペレットの電流破壊を招来させないものとなる。
【００１０】
以下に、本発明の実施例を図に基づいて詳細に説明する。
図１は、本発明の実施例を示す圧接型半導体装置の要部の斜視図である。また、図２は、図１の横断面図である。
これらの図において、２６は半導体ペレット全体を示す。この半導体ペレット２６の詳細を図３に示す。
【００１１】
すなわち、本発明の圧接型半導体装置に使用される半導体ペレット２６は、ＰＮ接合又はショットキ接合が形成された半導体基板２７を有し、該半導体基板２７の両主面に電極金属板２８，２９が設けられている。
上記電極金属板２８，２９の表面には本発明の特徴である薄い金属層３０，３１を設ける。この金属層３０，３１は、後述する主端子板の金属面が加圧接触した際に、両接触面で滑動するのに適した金属層からなる。
本発明の実施例では該金属層３０，３１として、ロジウム（Ｒｈ）、モリブデン（Ｍｏ）、タングステン（Ｗ）若しくはチタン（Ｔｉ）又はそれらの合金からなる金属層を設ける。
なお、これらの金属の線膨張率（α）を示せば次の通りである。
Ｒｈ（α）＝８．４×１０↑−６・・・・・・・・・・・・（１）
Ｍｏ（α）＝３．７〜５．３×１０↑−６・・・・・・・・（２）
Ｗ（α）＝４．５×１０↑−６・・・・・・・・・・・・・（３）
Ｔｉ（α）約９×１０↑−６・・・・・・・・・・・・・・（４）
また、上記（１），（３），（４）については常温のときの値を、上記（２）については２０〜１００℃のときの値を示す。
したがって、上記金属として使用可能な範囲を線膨張率で示せば、α＝２〜１０×１０↑−６となる。
【００１２】
また、上記の金属層３０，３１は、蒸着、スパッタ溶射、メッキ等の方法で電極金属板２８，２９の表面に平坦に付着させる。電極金属板２８，２９の材料は、アルミニウム又はアルミニウム合金等でなるべく厚くし、シリコン等からなる半導体基板２７を圧接する際の柔らかい緩衝材としての役目を果たすものである。
【００１３】
なお、上記電極金属板２８，２９の厚さは、この実施例では１〜２０μｍ、その上に設ける金属層３０，３１の厚さは、０．１〜１０μｍとした。
【００１４】
上記のような構造を採用することにより、次のような結果が得られた。
すなわち、従来の半導体ペレット１６（図１９参照）と比較した場合、温度補償板２２，２３の厚さは０．３〜０．５ｍｍであり、半田２０，２１の厚さが２００〜５００μｍであるから合計の厚さ（Ｔ１）は、Ｔ１＝２Ｔａ１＝２（（３００〜５００）+（２００〜５００））＝１０００〜２０００（μｍ）となる。
これに対して、本発明での合計の厚さ（Ｔ２）は、仮に電極金属板の厚みを加えて計算してもＴ２＝２Ｔａ２＝（（１〜２０）+（０．１〜１０））＝２．２〜６０（μｍ）となり、Ｔ１≫Ｔ２であるからその分、熱抵抗が減少し、放熱性が著しく向上すると共に小型化に寄与する。
【００１５】
しかも、半田により固着する場合のボイドの発生に起因する電流破壊等による信頼性の低下も防止することができる。
また、半田として含有する鉛等の有害物質を使用することがなく、半田付け作業に伴うその後の洗浄作業の省略、クリームソルダが不必要等作業性、環境性、材料面など種々の利点が生じる。
【００１６】
次に、再び図１及び図２に戻って、本発明の複合半導体装置の構造について説明する。上記のように構成の半導体ペレット２６が第１主端子板基部３２ａと第２主端子板基部３３ａに挟持されている。すなわち、半導体ペレット２６は、一方の主面に第１主端子板基部３２ａが、他方の主面に、第１主端子板３２と反対極性を有する第２主端子板基部３３ａが接している。これら第１主端子板３２及び第２主端子板３３の一端は、それぞれの基部３２ａ，３３ａから図１に示すように斜め上方に立ち上がる外部導出部３２ｂ，３３ｂを有している。
【００１７】
上記第１主端子板３２，第２主端子板３３のそれぞれの基部３２ａ，３３ａの外側には第１絶縁板３４及び第２絶縁板３５がそれぞれ配置されている。また、下方に位置する第２絶縁板３５の外側には枠体金属板３６が配置されている。この枠体金属板３６には、該枠体金属板３６の側面から垂直に上方に立ち上がる一対の枠体支持部３６ａ，３６ａが形成されている。
【００１８】
上記枠体支持部３６ａ，３６ａに対してコ字状の折曲部３７ａ，３７ａを有する枠体可撓板３７が接続され一体化されている。この枠体可撓板３７の略中央には雌ねじを形成したねじ孔３８が形成されている。
上記のねじ孔３８には、単一の加圧手段としてのボルト３９が螺着し、このボルト３９をねじ込むことにより該ボルト３９の先端部３９ａが調芯機構４０を押圧する構造となっている。
【００１９】
上記調芯機構４０は、第１絶縁板３４上に載置され、前記ボルト３９による押圧力を受け、調芯作用を行いつつ、第１主端子板３２を介して半導体ペレット２６に加圧力を付与する。この場合に、半導体ペレット２６には１本のボルト３９の締め付けにより第１主端子板基部３２ａ及び第２主端子板基部３３ａとの平行度を保って加圧力が付与されるため、熱抵抗を減少させ、かつ、作業性が向上する。また、上記の加圧力に対する反作用を一体化させた枠体金属板３６と枠体可撓板３７により受け止め、保持するようにしたので、従来のようにブロック状の大型で重量の嵩む銅ベース等を使用する必要がなくなる。
【００２０】
特に、枠体金属板３６は、半導体ペレット２６と対向する面及びその周辺を熱伝導性の良い銅等の材料で形成し、それ以外の部分を機械的強度の高い鉄等の材料で形成すれば、安価で、かつ、放熱性が良く、従来のものと比較して小型軽量でしかも十分機械的強度の高い枠体が形成できて好適である。
【００２１】
また、上記枠体可撓板３７のねじ孔３８は、該枠体可撓板３７に直接形成しても良いが、図４に示すように該枠体可撓板３７は単に透孔３８ａとし、該透孔３８ａの下面、すなわち、調芯機構４０側にナット４４を設けるようにしても良い。このようにすることにより、枠体可撓板３７が比較的薄い場合に、上記ナット４４のねじ部が加圧力の反作用を受け止め、強固に保持することができる。
【００２２】
さらに、上記第１絶縁板３４及び第２絶縁板３５の材料としては、安価で絶縁耐圧が高く、加圧力に耐え得るマイカ等を使用すれば好適である。
また、枠体可撓板３７は、ボルト３９の頭部を、トルクレンチ等を用いて予め定められた所定の加圧力まで締め付けた際に、所定の位置まで変位し、調芯機構４０を介して半導体ペレット２６を圧接する板ばねないし弾性体としての役目を果たすものである。
【００２３】
上記構造を備えた組立体は、絶縁ケース４１内に収められる。この絶縁ケース４１は両端が開口しており、一方の開口端から枠体金属板３６の裏面側が絶縁ケース４１の外部に露出するように形成することにより、絶縁ケース４１を外部部材に取り付けて使用する場合に放熱性が良好となり好ましい。
【００２４】
上記絶縁ケース４１内には、他方の開口端から封止用樹脂が充填されるが、かかる場合に、枠体可撓板３７あるいは調芯機構４０が弾性体として機能し、半導体ペレット２６に加圧力を付与しなければならないので、少なくとも絶縁ケース４１の下部、すなわち、枠体可撓板３７及び調芯機構４０を含む下部は、軟質性樹脂４２、例えばシリコンゴム等のゲル状コート材を充填する必要がある。
上記の場合に、ゲル状コート材は高価であるため、その充填量を必要最小限とし、該ゲル状コート材の上部には、エポキシ樹脂等の硬質性樹脂４３を充填するようにすれば、安価となると共に、全体にゲル状コート材を充填するよりは、上部からの金属片等の異物の侵入による事故を回避する上で好ましい。
【００２５】
また、第１主端子板３２及び第２主端子板３３に形成した外部導出部３２ｂ，３３ｂの先端部は、図５に示すように、硬質性樹脂４３内にナット収容孔４５を設け、ナット４４を収容した後、該ナット収容孔４５を塞ぐようにして折り曲げて置くと、ナット４４の抜出が防止できると共に、外部端子４６と外部導出部３２ｂ，３３ｂとを接続する場合に、ボルト３９を締め付けるだけで、両者の接続ができて便利である。
【００２６】
上記の実施例によれば、１つの半導体ペレット２６に対して単一の加圧手段としてのボルト３９を締め付けることにより、調芯機構４０を介して所定の加圧力が付与される。このため、従来のように複数本のボルトを締め付けて加圧力を付与するものと異なり、締め付けのバラツキにより第１主端子板３２あるいは第２主端子板３３と半導体ペレット２６との片当たりが避けられ、常に平行度を保った加圧接触機構が得られる。このため放熱性が向上し、かつ、片当たりによる半導体ペレット２６の部分的電流集中を生起させることもなくなる。
また、複数のボルトを調整しながら何度も締め付ける作業がなくなり、トルクレンチ等で予め定められた所定の値まで１本のボルト３９を締め付ければ良いので作業工数が大幅に削減することができる。
【００２７】
次に、調芯機構の他の実施例について図６及び図７を参照して説明する。なお、以下の図では、先の実施例で説明した部材又は部品と同一の部材又は部分には同一符号を付して重複した説明を避ける。これらの図において、符号５０は調芯機構全体を示す。上記調芯機構５０は、外周に雄ねじ５１を刻設し、該雄ねじ５１が枠体可撓板３７のねじ孔３８に螺合する調芯体５２と、該調芯体５２の下面に設けた球面状凹部５３に摺接し、かつ、第１絶縁板３４上に載置される半球状台座５４とから構成されている。なお、上記調芯体５２の上面には、該調芯体５２の回動を容易にするために、例えば、四角形の有底孔５５を設けるようにしても良いし、調芯体５２の上部の一部の外周を多角形としても良い。
【００２８】
上記の構成によりトルクレンチ等で調芯体５２を所定のトルクを加えるように締め付け回動させれば、枠体可撓板３７が変位すると共に、調芯体５２の球面状凹部５３と半球状台座５４との摺接面での相対的回動により該半球状台座５４の切欠面５４ａを、半導体ペレット２６の主面に対して平行度を保って加圧することができる。
【００２９】
上記の実施例のような調芯機構５０を用いれば、部品点数、組立工数が少なく、かつ、半導体ペレット２６に対して平行度を保った簡易・確実な加圧が可能となる。
【００３０】
次に、調芯機構のさらに別の実施例につき、図８乃至図１０を参照して説明する。調芯機構６０は、調芯体６１を有する。この調芯体６１は、その外周に雄ねじ６２が形成され、上部にはトルクレンチで回動させ易いように、例えば六角形等の多角形頭部６３を備えている。また、調芯体６１の下部先端部に、その内部から外部に向かって拡径するすり鉢状の有底孔６４が形成されている。上記すり鉢状の有底孔６４には可動部材６５が挿入される。すなわち、可動部材６５は、鍔部６６を挟んで互いに反対方向に延びる第１棒状部６７及び第２棒状部６８を有し、第１棒状部６７が上記すり鉢状の有底孔６４内に挿入される。この場合、該第１棒状部６７の先端部及びすり鉢状の有底孔６４の底面は、曲率半径を共通にする係合面を形成するのが好ましい。当該係合面は後述するように加圧力が加わった場合に、互いにスムーズに動けるための摩擦係数の少ない接触面とするためである。
【００３１】
一方、上記第２棒状部６８は、皿ばね６９の中心孔７０に挿通される。また、前記鍔部６６は、皿ばね６９の上端を規制するために設けられ、該皿ばね６９の下端は第１絶縁板３４上に載置される。
上記皿ばね６９は、図示のように複数枚でも１枚でも良い。具体的には半導体ペレット２６に付与される予定の加圧力によりその弾性係数、枚数、寸法等が設計される。
【００３２】
上記のような調芯機構６０は、調芯体６１の多角形頭部６３をトルクレンチ等で予め定められたトルクが加わるように回動させることにより、枠体可撓板３７が変位すると共に、第１棒状部６７の先端部がすり鉢状の有底孔６４の底面に摺接し、可動部材６５を揺動させる。すなわち、皿ばね６９が第１絶縁板３４に対して片当たりしている場合でも第１棒状部６７が揺動し、第１絶縁板３４を介して半導体ペレット２６に対して常に均一な加圧力を付与するように作用する。
【００３３】
次に、半導体ペレット２６と第１主端子板３２又は第２主端子板３３間にゲル状コート材等である軟質性樹脂４２が侵入するのを防止するための構造について説明する。図１１及び図１２は、第１主端子板３２又は第２主端子板３３の基部３２ａ（３３ａ）にＯリング収納凹部４８を形成するようにしたものである。すなわち、第１主端子板３２又は第２主端子板３３の上面には半導体ペレット２６の位置決めを兼ねた浅い半導体ペレット位置決め用凹部４９が形成され、この位置決め用凹部４９の外周にＯリング４７を収納するＯリング収納凹部４８を形成する。なお、該Ｏリング収納凹部４８の平面形状は、半導体ペレット２６の形状に合わせて該半導体ペレット２６が四角形の場合には四角形とするのが好ましい。Ｏリング４７も通常のＯ形状でも良いが、図１１のように、該Ｏリング収納凹部４８の形状に合わせて四角形に成形を施したリング状のものでも良い。前記第１主端子板３２等への実装密度を高めるためである。
【００３４】
上記のような構造によれば、弾性体で形成したＯリング４７をＯリング収納凹部４８に収納して半導体ペレット２６の圧接構造を形成した場合、第１主端子板３２と第２主端子板３３との間にＯリング４７による気密容器部が形成される。したがって、この気密容器部内への軟質性樹脂４２の侵入が防止され、上記第１主端子板３２または第２主端子板３３と半導体ペレット２６の接触不良等を生じさせるおそれがなくなる。
【００３５】
次に、他の軟質性樹脂侵入防止構造について、図１３及び図１４を参照して説明する。この実施例では先の実施例とは異なり、Ｏリング４７を直接第１主端子板３２及び第２主端子板３３間に挿入するのではなく、円筒体５６の両端面と上記第１主端子板３２および第２主端子板３３との間にＯリング４７を設けるようにしたものである。なお、上記円筒体５６は、例えばポリエステル等の樹脂により製作する。また、該円筒体５６の両端面にＯリング４７の収まりを良くするために適当な座ぐり部を形成するようにしても良い。
【００３６】
上記のような構造の円筒体５６を半導体ペレット２６の外周に配置すれば、上記同様に圧接構造を形成した場合に、半導体パレット２６の周囲に第１主端子板３２、第２主端子板３３、Ｏリング４７及び円筒体５６からなる気密容器部が形成され、該気密容器部内への軟質性樹脂４２の侵入が防止される。このため、半導体ペレット２６と第１主端子板３２、第２主端子板３３との接触不良等が防止され、部分的な電流集中が回避でき、電気的特性を損ねることもなくなる。
特に先の実施例のようにＯリング４７を直接挿入せず、円筒体５６を介在させて挿入しているため、Ｏリング４７の劣化による軟質性樹脂４２の侵入を長期間に亘って阻止することができ、高い信頼性を維持することができる利点がある。
【００３７】
次に、複数の半導体ペレットを用いて圧接型半導体装置を構成する場合の実施例について説明する。先ず、上記の圧接型半導体装置では複数の半導体ペレット間を、配線抵抗を最小限にして効率良く結線することが要求される。このため、先の実施例では第１主端子板３２、第２主端子板３３の外部導出部３２ｂ，３３ｂを、図１に示すように基部３２ａ，３３ａから直接斜め上方に延在するように形成したが、以下の実施例に使用する上記第１主端子板３２および第２主端子板３３の外部導出部３２ｃ，３３ｃは、基部３２ａ，３３ａから水平方向に延ばし、これに連続して垂直方向にクランク状に折り曲げて形成するようにし、上記要求を満たしている。
【００３８】
すなわち、上記のような外部導出部３２ｃ，３３ｃを有すれば、例えば２つの半導体ペレット２６を有する圧接型半導体装置では、図１６に示すように該半導体ペレット２６，２６間の結線を外部導出部３２ｃ，３３ｃを利用して効率的に行うことができる。
これを、図１７及び図１８を用いてさらに詳しく説明する。
【００３９】
図１７及び図１８は、図１６のＢ―Ｂ線に沿う断面を示すものであるが、図１７では、上側の外部導出部３２ｃと下側の外部導出部３３ｃとを互いに接触させ、２つの半導体ペレット２６，２６の直列接続ができるようにしたものである。また、図１８に示したものは、上側の外部導出部３２ｃ，３２ｃ同士を互いに接触させ、２つの半導体ペレット２６，２６の並列接続ができるようにしたものである。
さらに、図は省略したが下側の外部導出部３３ｃ，３３ｃ同士を互いに接触させ、２つの半導体ペレット２６，２６の並列接続を実現することもできる。
【００４０】
なお、上記外部導出部３２ｃ，３３ｃの形状は種々のものが考えられ、上記実施例の形状に限定されるものではなく、先の実施例として示した図１の外部導出部３２ｂ，３３ｂであっても上記２つの半導体ペレット２６，２６あるいはそれ以上の複数の半導体ペレット２６同士の接続構造を実現することができる。
【００４１】
【発明の効果】
本発明は、上記のように構成したので、概略以下のような効果を奏する。
（１）半導体ペレットを従来のものと比較して薄型としたので、半導体ジャンクションと外部部材間の熱抵抗が減少し、半導体基板からの発熱に対する放熱性を著しく高めることができる。
特に圧接構造を採用する場合、加圧力等の種々の制約から枠体金属板や枠体可撓板を比較的厚く設計せざるを得ないこともある。かかる場合においても上記のような薄型の半導体ペレットを使用することにより全体として従来のものより小型で熱抵抗を減少させ、放熱性を高め得る利点がある。
（２）本発明の圧接型半導体装置に用いる半導体ペレットの構造では、半田を使用しないので、半田のボイドが発生することがない。また、半田の金属疲労による固着劣化等を招来させない。以上総合して、信頼性、作業性、環境性等が向上する。
（３）従来のように複数本のボルトの締め付けによりバランス調整をしながら加圧力を加えるものと異なり、単一の加圧手段により調芯機構に加圧力を加えるようにしているので、作業工数少なく容易迅速に所定の加圧力を半導体ペレットに付与できると共に、単一の加圧手段であるから加圧力にバラツキが生じることがなく、主端子板と半導体ペレット間の平行度も自動的に取れる。
（４）枠体を枠体金属板と枠体可撓板により構成することにより、種々の金属材料の組み合わせが可能となり、装置の小型化、軽量化、設計の自由度が実現できる。
（５）Ｏリングによる気密容器部を設け、半導体ペレットと主端子板間への軟質性樹脂侵入防止構造を採用すると、接触不良による電気抵抗、熱抵抗の増大を防止し、信頼性の向上が図れる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の圧接型半導体装置の概略構造を示す斜視図である。
【図２】上記圧接型半導体装置の横断面図である。
【図３】上記圧接型半導体装置に使用する半導体ペレットの正面図である。
【図４】上記圧接型半導体装置の枠体可撓板に対する補強手段を施した例を示す横断面図である。
【図５】上記圧接型半導体装置の外部導出部と外部端子の接続構造例を示す部分断面図である。
【図６】上記圧接型半導体装置に使用する調芯機構の例を示す横断面図である。
【図７】上記調芯機構の斜視図である。
【図８】上記圧接型半導体装置に使用する調芯機構の他の例を示す横断面図である。
【図９】上記図８の調芯機構の斜視図である。
【図１０】上記図８の調芯機構の一部断面図である。
【図１１】上記圧接型半導体装置の絶縁ケース内に充填する封止用の軟質性樹脂侵入防止構造の一例を示した斜視図である。
【図１２】上記図１１におけるＡ−Ａ線に沿う断面図である。
【図１３】上記圧接型半導体装置の絶縁ケース内に充填する封止用の軟質性樹脂侵入防止構造の他の例を示した図である。
【図１４】上記図１３の軟質性樹脂侵入防止構造に使用する円筒体の斜視図である。
【図１５】本発明の圧接型半導体装置に使用する外部導出部の他の形状を示す斜視図である。
【図１６】上記図１５の外部導出部を使用して２つの半導体ペレットを接続した状態を示す斜視図である。
【図１７】図１６のＢ−Ｂ線に沿う断面図であって、２つの半導体ペレットを上記外部導出部を利用して直列接続した例を示す断面図である。
【図１８】図１６のＢ−Ｂ線に沿う断面図であって、２つの半導体ペレットを上記外部導出部を利用して並列接続した例を示す断面図である。
【図１９】従来の圧接型半導体装置に使用される半導体ペレットの正面図である。
【図２０】従来の圧接型半導体装置の構造例を示す部分断面図である。
【符号の説明】
２６ 半導体ペレット
２７ 半導体基板
２８，２９ 電極金属板
３０，３１ 金属層
３２ 第１主端子板
３３ 第２主端子板
３２ａ，３３ａ 基部
３２ｂ，３３ｂ 外部導出部
３２ｃ，３３ｃ 外部導出部
３４ 第１絶縁板
３５ 第２絶縁板
３６ 枠体金属板
３６ａ 枠体支持部
３７ 枠体可撓板
３７ａ 折曲部
３８ ねじ孔
３８ａ 透孔
３９ ボルト
３９ａ 先端部
４０ 調芯機構
４１ 絶縁ケース
４２ 軟質性樹脂
４３ 硬質性樹脂
４４ ナット
４５ ナット収容孔
４６ 外部端子
４７ Ｏリング
４８ Ｏリング収納凹部
４９ 位置決め用凹部
５０ 調芯機構
５１ 雄ねじ
５２ 調芯体
５３ 球面状凹部
５４ 半球状台座
５４ａ 切欠面
５５ 四角形の有底孔
５６ 円筒体
６０ 調芯機構
６１ 調芯体
６２ 雄ねじ
６３ 多角形頭部
６４ すり鉢状の有底孔
６５ 可動部材
６６ 鍔部
６７ 第１棒状部
６８ 第２棒状部
６９ 皿ばね
７０ 中心孔
Claims (7)
- ＰＮ接合又はショットキ接合が形成された半導体基板を有し、該半導体基板主面には電極金属が設けられ、前記電極金属の表面に該電極金属とは別の金属又は該金属の合金からなる金属層が設けられた半導体ペレットと、
該半導体ペレットの一方の主面に接する第１の極性を有する第１主端子板と、
上記半導体ペレットの他方の主面に接する該第１主端子板とは反対極性となる第２の極性を有する第２主端子板と、
上記第１主端子板及び第２主端子板の外側にそれぞれ配置された第１絶縁板及び第２絶縁板と、
上記第１絶縁板上に配置された調芯機構と、
該調芯機構の上部に配置された枠体可撓板を介して前記調芯機構に加圧力を付与する単一の加圧手段と、
上記第２絶縁板の外側に配置され前記枠体可撓板と連結された枠体金属板と、を少なくとも含むことを特徴とする圧接型半導体装置。 - 前記金属層が、Ｒｈ，Ｍｏ，Ｗ，Ｔｉ又はＲｈの合金，Ｍｏの合金，Ｗの合金，Ｔｉの合金のいずれかであることを特徴とする請求項１に記載の圧接型半導体装置。
- 前記単一の加圧手段は、１本の雄ねじを前記枠体可撓板に設けた雌ねじに螺合させることにより該枠体可撓板を撓ませて前記調芯機構に加圧力を付与することを特徴とする請求項１に記載の圧接型半導体装置。
- 前記調芯機構は、外周に雄ねじを刻設し、該雄ねじが前記枠体可撓板の雌ねじに螺合する調芯体と、該調芯体の下面に設けた球面状凹部に摺接し、かつ、前記第１絶縁板上に載置される半球状台座とから構成されることを特徴とする請求項１に記載の圧接型半導体装置。
- 前記調芯機構は、外周に雄ねじを刻設し、該雄ねじが前記枠体可撓板の雌ねじに螺合すると共に、下部先端部に、内部から外部に向かって拡径するすり鉢状の有底孔を形成した調芯体と、該有底孔に挿入される第１棒状部及び皿ばねを受ける鍔部を挟んで該第１棒状部の反対側に延びる第２棒状部とを有する可動部材と、該可動部材の第２棒状部が挿入される中心孔を形成した皿ばねとから構成されることを特徴とする請求項１に記載の圧接型半導体装置。
- 前記第２主端子板上に配置された半導体ペレットが円筒体によって包囲され、該円筒体の上端面と前記第１主端子板間及び該円筒体の下端面と前記第２主端子間に弾性体で形成したＯリングを介在させ、前記半導体ペレットが収納される気密容器部を形成したことを特徴とする請求項１に記載の圧接型半導体装置。
- 前記第１主端子板又は第２主端子板の基部に、前記半導体ペレットが収納される位置決め用凹部と、該位置決め用凹部の外周を囲むようにＯリング収納凹部とを形成し、該Ｏリング収納凹部に弾性体で形成したＯリングを収納して前記第１主端子板及び第２主端子板間に前記半導体ペレットが収納される気密容器部を形成したことを特徴とする請求項１に記載の圧接型半導体装置。
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