JPH01102933A - 圧接平型半導体装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） 本発明は、主電極と制御電極とを有する例えば大電力用
のサイリスタやトランジスタ等の圧接平型半導体装置に
関するもので、特に制御電極リード線を通す切り欠き部
を設ける電極体（一般に銅ブロックからなり、以下電極
ポスト・と呼ぶ）の熱特性等を改良する構造に係るもの
である。

（従来の技術） 高耐圧で大電流のいわゆる大電力用半導体装置は、動作
中に多量の熱を発生するため、この熱を速やかに外部へ
放散する必要がある。　このため半導体素子本体の両主
面から圧接冷却される平型の外囲器が採用されている。

このような電力用半導体装置の従来例として、第３図に
センターゲート型サイリスタの断面構造図を示す、　狩
号７は、半導体素子本体（いわゆるペレット）であって
、シリコン等からなり、その一方の主面＜ｌｆｆ１面で
は上方）には、例えばアルミニウム（ＡＩ）等で蒸着形
成されたカソード電極（主電極）５とゲート電極（制御
電極）６が設けられる。　素子本体７の他方の主面（下
方）には、シリコンと熱膨脹係数の近い肉厚のモリブデ
ン（ＭＯ）やタングステン（Ｗ）等からなる熱緩衝板８
があり、この板８は、素子本体７の主面とアルミニウム
等を介して合金化又は圧接され、アノード電極（主電極
）を兼ねるアノード電極板となる。　又、前記カソード
ｔｉ５の上には、ア“ノード電極板８に比較して肉薄の
シリコンと熱膨脹係数の近いＭＯスはＷの板からなるカ
ソード電極板３が載置される。　更に、カソードＷ［！
板３及びアノード電極板８は、電気的かつ熱的に伝導性
の良好な銅等のブロックからなるカソード電極ボスト１
とアノード電極ボスト２に挟まれ圧接される。

尚カソード電極ボスト１と素子本体７との間には、前記
したようにゲート電極６に対向する部分を除いて、いわ
ゆるドーナツ型で肉薄のカソード電極板３が載置され、
更にカソード電極ボスト１にはゲートリード線（制御電
極リード線）４を外部へ通すための切り欠き部１５が形
成されており、この切り欠き部をゲートリード線が通り
、外部へ取り出される。　符号９は絶縁物からなるリン
グとシートであって、カソード電極ボスト１とゲートリ
ード線４とを絶縁すると共にゲートリードのガイドとな
る。　ゲートリード線をゲートな極６に圧接するには、
綱板１０を介して皿ばｈｌｌで圧接される構造になって
いる。

このような半導体素子本体７は外気との気密性を保持す
る目的から気密封止用のセラミック外囲器１３に挿入さ
れ、ガイド１２により固定され、上下の支持板１６ａ、
１６ｂ等を介して気密に封止される。

（発明が解決しようとする問題点） 前記の従来の平型サイリスタのカソード電極ボスト１に
は圧接面に開口すると共にゲートリード線を通す切り欠
き部が設けられている。　カソード電極は、肉薄のカソ
ード電極板３を介してカソード電極ボストにより圧接さ
れているが、電極ポストの切り欠き部直下では、直接カ
ソードを極板は加圧されないので、カソード電極に対す
る圧接力は弱くなり、放熱の分布も悪く、これによりサ
イリスタの熱抵抗が増加したり、サージ電流に対する耐
量が劣化し破壊を招き易くなるという問題がある。

圧接状態を良好にするためにカソード電極板を肉厚にす
ることが考えられるが、これでは外囲器の厚さが厚くな
ると共に電極板のコストが大幅にアップし、熱伝導性も
悪くなり、好ましくない。

又電極ポストにトンネル状の貫通穴を設けてゲートリー
ド線を通すことも考えられるが、組立てが困難であるこ
ととコストアップすることでこの方法も好ましくない。

本発明の目的は、制ｍｓ極を有する圧接平型半導体装置
において主電極への圧接力分布を均一化でき、半導体素
子の熱抵抗が改善され、電流サージ耐量が大幅に向上で
きると共に生産性の良い圧接平型半導体装置を提供する
ことである。

［発明の構成１ （問題点を解決するための手段） 本発明の圧接平型半導体装置では、主電極と制御電極と
が並設されている主面側の！掻体（電極ポストと呼ぶ）
が、第１電極ポストと第２電極ポストとに２分割され、
第１電極ポストは実質的に素子本体の主を極の全主面を
直接又は電極板を介して圧接し、第２電極ポストは第１
を極ボストの他方の主面を圧接すると共に第２を極ボス
トのこの圧接面側に制御電極リード線を通すための前記
圧接面に開口する切り欠き部を設けたことを特徴とする
ものである。

尚主電極は、負荷電流等主電流の流れる電極で、例えば
アノード、カソード、コレクタ、エミッタ等の各電極で
あり、制御電極は主電流を制御する＠！ｆｉで、例えば
ゲート、ベース等の各′ｒ４ｉである。

（作用） 圧接平型半導体装置では、電流の主通路と放熱伝導流の
主通路とは近似的に同一であり、その方向は主電極に垂
直な方向となり、素子本体で発生した熱は、主として主
電極→電極板→電極ポストを前記方向に沿って流れる。

　しかしながら制御電極リード線を通すための切り欠き
部を設ける必要のある場合には、切り欠き部直下の放熱
流の方向は曲げられ放熱流の分布は不均一となる。　従
来技術においてはこの切り欠き部は、主電極或いはこれ
に圧接されるＭｏ　、Ｗ等からなる薄いｔ極板に開口し
て設けられるので、切り欠き部直下の部分は圧接力も小
さく、熱抵抗も大きく、前記問題点が発生し易い。

本発明においては１４１ｉポストは２分割され、主電極
は、直接又はｔｆｉ板を介して切り欠き部のない第１を
極ポストで均一に圧接されるので、この部分の放熱流の
分布は一様になる。　切り欠き部は熱的に弱い半導体本
体から離れた第２を極ボストに設けられ、その深さも従
来のものより浅く、熱伝導率の良い銅ブロックに囲まれ
る等により、切り欠き部直下の放熱流の分布は滑らかな
変化を示し、熱抵抗が改善され、電流サージ耐量は大幅
に向上する。

（実施例） 第１図に本発明の圧接平型半導体装置の１つの実施例を
示す、　これは前述の従来例（第３図）のセンターゲー
ト型す・イリスタに本発明を適用したものである。　同
図において第３図と同じ符号は同一部分をあられす、　
半導体素子本体７の両主面に主電極（カソード電極）５
と主電極（アノード′ｒ４［１）を兼ねる熱Ｍ衝板８が
設けられ、主電極はカソード側電極ポストｌ工とアノー
ド側電極ポスト２を通して、図示していない外部の加圧
装置により圧接される。　カソード電［５とゲート電極
（制御′ｒ４極）６とが並設される主面側即ちカソード
側の電極ポスト２ユは、カソード電極４極５を電極板３
を介して圧接する第１を極ボスト２１ａと、第１電極ポ
ストを圧接する第２電極ポスト２１ｂとに２分割される
。　第１電極ポスト２１ａは切り欠き部のないドーナツ
型の銅プロ・ツクからなり、カソードを極５の実質的全
主面を電極板３を介して均一に圧接する。　第２を極ボ
スト２１ｂはゲートリード線を通すために第１ｔｆ！ポ
ストを圧接する面に開口する切り欠き部２５を持ってい
る。　第１＄極ボスト２１ａの高さは、放熱流の分布、
ゲートリード線の通る高さ、組立ての難易等を考慮して
決定されるが、本実施例ではｔｆ！ポスト以外の構成部
品は従来例とほぼ同一とし、分割した２つの電極ポスト
を圧接して　１つの銅ブロックとみなしたとき、その中
間部のあなかもトンネル状の切り欠き部をゲートリード
線が通るような構造としたので、切り欠き部の深さは従
来の深さに比し浅く、切り欠く銅体積も少なくすること
ができた。　組立て方法も従来例とほぼ同様に行える。

　即ち電極ポスト２と外囲器１３とをそれぞれの中心軸
を合わせて支持板１６ｂを介して固着する。　次に一体
化された半導体素子本体７と熱Ｍ衝板８とを″＠極ボス
ト２の上に載置しガイド１２により固定する。　次に電
極板３及び第１電極ポスト２１ａをカソード電極上に載
、置する。　支持板１６ａを固着した第２電極ポストに
ゲートリード４等を組み込んだものを第１電極ポスト上
に載置して後、支持板１６ａの外周端を封止する。

第２図（ａ　）及び（ｂ）は本実施例で使用した支持板
１６ａを固着した第２を極ボスト２１ｂの断面図及び平
面図、同図（Ｃ）及び（ｄ　）は第１電極ポスト２１ａ
の断面図及び平面図である。

本実施例では、カソード電ｆｆ１５及びカソード電極板
３を通り第１電極ポストに流入する圧接部分における放
熱流の分布は一様であり、ゲートリード線を通す切り欠
き部は、熱に弱い素子本体から離れた位置で、その深さ
も浅く、銅ブロックに囲まれて形成されるので切り欠き
部の存在による放熱流の分布変化の素子特性に及ぼす影
響は著しく軽減される。

尚本実施例ではセンターゲート型の一般サイリスタにつ
いて述べたが、ゲートターンオフサイリスタや電力用ト
ランジスタ等のうち、圧ａｍ造を持ち且つ電極ポストに
切り欠き部を必要とする半導体装置には適用可能である
。　又主電極を電極板を介して圧接する半導体装置につ
いて述べたが、主電極を直接圧接する電極ポストに対し
ても本発明は適用できる。　又両面に制御ｔ４Ｉｉを設
けた装置に対しては、両面の電極ポストに適用できるこ
とは勿論である。

［発明の効果］ 以上述べたように本発明による圧接平型半導体装置にお
いては、ｔ［ｉボストを２分割し、制御電極リード線を
通す位置を見かけ上、１つの電極ボストの中間にトンネ
ル状に設けたとみなせるので、半導体素子本体への圧接
力の均一化が得られ放熱流の分布及び熱抵抗が改善され
、特に素子の電流サージ耐量が大幅に向上した。　又電
極ポストに対する切り欠き部の深さも従来に比べ浅くて
すむので、コストダウン及び加工上による切り欠き部の
幅も狭くすることができ生産性も向上した。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の圧接平型半導体装置の断面図、第２図
は本発明による電極ポストの図面で、同図（ａ　）及び
（ｂ）は第２電極ポストの又同図（Ｃ）及び（ｄ　）は
第１ｔ！ポストのそれぞれ断面図及び平面図、第３図は
従来の圧接平型半導体装置の断面図である。 ２・・・アノード電極ポスト、　　３・・・カソード電
極板、　４・・・ゲートリード線、　　５・・・カソー
ド電極、６・・・ゲート電極、　７・・・半導体素子本
体、　８・・・熱ｗＩ衝板、　１１・・・カソード電極
ポスト、２１ａ・・・第１電極ポスト、　２１ｂ・・・
第２電極ポスト、　２５・・・切り欠き部。 第１図 ２プ 第２図（１）

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、半導体素子本体の両主面に形成される主電極を電極
   体を通して圧接する圧接平型半導体装置において、主電
   極と制御電極とが並設される主側面の該主電極を圧接す
   る電極体が、主電極を圧接する第１電極体と第１電極体
   を圧接する第２電極体とに２分割され、第１電極体は実
   質的に主電極の全主面を直接又は電極板を介して圧接し
   、第２電極体は第１電極体を圧接する面に開口すると共
   に制御電極リード線を通す切り欠き部を有することを特
   徴とする圧接平型半導体装置。