JPH01255257A - 半導体装置 - Google Patents

半導体装置

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JPH01255257A
JPH01255257A JP63082339A JP8233988A JPH01255257A JP H01255257 A JPH01255257 A JP H01255257A JP 63082339 A JP63082339 A JP 63082339A JP 8233988 A JP8233988 A JP 8233988A JP H01255257 A JPH01255257 A JP H01255257A
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佐伯　修三
Makoto Hideshima
秀島　誠
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Toshiba Corp
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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、主として電力用半導体装置に関するもので、
特に５０Ｖ以上の電圧が印加され、該装置が故障した場
合に該装置の素子に通常通電される電流の数倍以上の大
きな故障電流が流れる回路に使用される半導体装置に係
るものである。
（従来の技術） 本発明の前記電力用半導体装置には、１つの半導体薄片
に１つの素子を搭載した装置、或いは複数素子を搭載し
た装置等があるか、前者に属する電力用ＮＰＮ形トラン
ジスタを例として従来技術について以下説明する。
第８図は従来の該トランジスタの模式的な断面図である
。　半導体薄片１の一方の面にはエミツタ層２とベース
層３とか形成され、それぞれの表面にはエミッタＡ　Ｉ
　電極４とベースＡ１電極５か形成されている。　該薄
片１の他方の血にはＮ形コレクタ層６か形成され、該コ
レクタは別基板７に半田付けされている。
銅基板７の１には、絶縁物８Ｅを介して、エミツタ端子
台９Ｅと該端子台に接続されるエミッタ外部端子１０Ｂ
とから成るエミッタ金属端子１１Ｅが設けられる。　同
様に絶縁Ｔｈ８Ｂを介してベース端子台９Ｂと該端子台
に接続されるベース外部端子１０Ｂとから成るベース金
属端子１１Ｂが設けられている。
エミッタ電極４とエミッタ端子台９Ｅ及びベース電極５
とベース端子台９Ｂとは、それぞれＡ１細線１２及び１
３の両端を超音波溶接して接続されている。　全体がプ
ラスチックケース１４で覆われ、ケース内１５にはシリ
コン樹脂が充填されている。　このトランジスタでは、
エミッタ電極４と金属端子１１Ｅ間が金属細線１２で接
続されており、故障時に大電流が流れると溶断する。
或いは故障時に大電流が流れると、金属細線と半導体薄
片上の電極又は金属細線と金属端子との接合部か離れ、
ここに１００■以上の電圧が印加されると、アークが発
生して、金属細線は容易に溶断する。
大電流通電により金属細線が溶断し、ここに１００Ｖ以
上の電圧が印加されると、アークが発生し、ケース内の
温度が異常に高まってケースか飛散し、この半導体装置
のみならず、周囲の回路部品まで破損することが起こる
。
これを避けるため、できるだけ金ｍ細線の断面積を増す
ようにしているが、現在超音波溶接で信頼性よく接続で
きる太さは、Ａ１線の場合、直径５００μｆφまでであ
って、限度がある。
更に太い線を例えば半田付は等で接続することも考えら
れるが、電極がＡ１の場合、半田付けか困難である。
又複数の金属細線を並列に接続しても、故障時の大電流
に対しては、必ずしも本数に比例して電流容量が上がら
ず限度がある。
（発明が解決しようとする課題） 以上電力用トランジスタを例として述べたが、金属端子
と金属電極とが細線で接続され、故障時に金属細線にそ
の溶断電流以１の大電流が通電する他の電力用半導体装
１等に対しても、故障時にアーク発生、ケースｒ！１損
の前記現象は発生ずる。
これまでに述べたように、例えばできるだけ太い細線を
使用したり或いは並列接続の細線本数を増加する等、種
々の対策が行われてきたが、従来技術では、大電流通電
により金属細線が溶断し、アークが発生し、ケースが飛
散するに至る故障防止の課題は充分解決されていない、
　他方電力用半導体装置の応用分野は急速に拡大されつ
つあり、前記課題の解決は、市場の強いニーズとなって
いる。
本発明の目的は、前記課題を解決し、事故電流等でケー
ス内の余り細線が溶断しても、ケース内に過大なアーク
が発生するのを防ぐことのできる構造の半導体装置を提
供することである。
［発明の構成］ （課題を解決するための手段と作用） 本発明の半導体装置においては、通常動作時の電流は、
信頼性高く接続された金属細線により通電し、この細線
が故障′：４流等の大電流で溶断したときは、並列に載
置された電流容量の大きな導体に′Ｓ流が流れるように
し、ケース内に過大なアーク等が発生してケースが飛散
する事故を防ぐものである。
本発明の第１請求項に係る半導体装置は、一方の表面に
金属電極を有する半導体薄片と、該半導体薄片と電気的
に絶縁された金属端子とが、金属細線によって電気的に
接続され、かつ該金属細線より大きな電流容量を有する
金属導体の一端が該金属端子と電気的に接続され、他端
が該半導体薄片の該表面上の金属電極（該金属細線が接
続されていないｔ　Ｆｂを含む）と接触ないし近接して
ｕ置されていることを特徴とするものである。　なお接
触して載置されるとは、該金属導体他端が金属電極に近
づき互いに触れ合うことである。　又近接して載置する
のは、接触することが本来望ましいが、製造工程中の機
械的又は熱的等の無作為要因により、製品としては僅少
な間隙を介して載置される場合を主とするか、意図的に
例えは数十）ｔｒｎ程度の間隙を介して近接載置する場
合も含まれる。
１記構成の半導体装置においては、該装置外或いは該装
置内の故障により該金属細線に大電流が流れ、該細線が
溶断又はその接合部が離れても、該大電流は該細線より
電流容量（溶ｌ！Ｉｉ電流）の大きい該金属導体を流れ
る。　即ち該金属導体は大電流のバイパス電路として作
用し、ケース内に過大なアーク等が発生しケース内の温
度が異常に高まって、ケースが飛散する事故を防止する
ことができる。
本発明の第２請求項の半導体装置は、第１請求項の半導
体装置において、バイパス電路として作用する該金属導
体のｆｌ！１端が、該金属細線が接続されている金属電
極と同じ電極上に載置されたものである。　この構成は
、多くの装置において、該金属導体の前記作用と効果が
、より確実に得られ、多用される最も望ましい構成であ
る。
本発明の第３請求項の半導体装置は、前記第１又は第２
請求項記載の半導体装置において、該金属導体の該ｆｌ
！！端を、該半導体薄片の該表面の金属電極に押圧する
手段を有する半導体装置である。
該抑圧手段は、該金属導体の該他端と該金属電極とが、
より確実に接触するようにしたもので、バイパス電路と
しての該金属導体の前記作用及び効果がより確実に得ら
れる。
（実施例） 以下実施例に基づき、本発明について詳述する。
第１図ないし第７図は、本発明の実施例として取り１げ
た電力用バイポーラトランジスタの模式的な断面図で、
同じ符号は同じ部分又は対応する部分をあられす、　又
第２図ないし第５図ではケース（外囲器）の図示が省略
されているが、他の実施例で示したものとほぼ等しい。
第１図に示す本発明の第１実施例の半導体装置は、一方
の表面にエミッタＡ＋ｔｉ４とベースＡ１電極５とを有
する半導体薄片１と、　半導体薄片１と絶縁物８Ｅ及び
８Ｂにより電気的に絶縁されたエミッタ金属端子１１Ｅ
及びベース金属端子１１Ｂと、　エミッタ金属端子１１
Ｅの端子台９ＥとエミッタＡ１電極４、及びベース金属
端子１１Ｂの端子台９ＢとベースＡ１電極５を、それぞ
れ電気的に接続するＡ１細線１２及び１３とを具備し、
かつエミッタ側のＡ１細線１２より大きな電流容量を有
し、一端２１がエミッタ金属端子１１Ｅの外部端子１０
Ｂに電気的に接続され、他端２２がエミッタＡ１電極４
と接触して載置される金属導体２３を付加したトランジ
スタである。
なお金属端子は、端子台と外部端子とより成るものとす
る。　又、エミッタＡＩ電４１ｉ４及びベースＡ１電極
５は、それぞれ半導体薄片１の一方の表面側に形成され
るＮエミツタ層２及びＰベース層３と、オーミックコン
タクトをしている。　該薄片１の他方の面にはＮコレク
タ層６が形成され、該コレクタ層６は銅基板７に半田付
け１６により接着されている。　全体はプラスチックケ
ース１４で覆われ、ケース内１５にはシリコン樹脂が充
填されている（金属ケースにＮ２ガス等が気密訂正され
る場合らある）、　なお本実施例は、本発明の第１請求
項に含まれる第２請求項に１系る半導体装置である。
本実施例においては、金属細線１２は直径５００μｍφ
、溶断電流４９０ＡのＡＩ細線を、又金属導体２３は断
面積１１１２、溶断電流３５６ＯＡのＣｕ片を使用した
。　一般に金属導体２３の電流容量は、少なくとも金属
細線１本につきその２倍以上の電流容量を有することが
望ましい。
上記構成のトランジスタでは通常のエミッタ電流は金属
細線１２を介して流れる。したがって金属導体２３の他
端２２とエミッタＡ１電極との結合は必ずしも高い信頼
性を必要としない、　例えば後述の第６実施例のように
加圧接触される場合でも、押圧手段は軽い接触が保たれ
ている程度でよい、　故障時大電流が流れ金属細線１２
が溶断され、金属端子１１Ｅと電極４間に、例えば１０
０Ｖ以上の電、圧が印加されても、直ちに該大電流は金
属導体２３を流れて溶断箇所間の電圧は著しく低下し、
ケースを破損するほどの過大なアーク発生は防止される
」 第２図に本発明の第２実施例を示す、　第１実施例のＮ
エミツタ層が、エミツタ層２Ａ及び２Ｂに分割され、エ
ミッタＡ１電極４も、エミッタＡ１電極４Ａ及び４Ｂに
分割され、これに接続するＡ１細線もそれぞれＡ１細線
１２Ａ及び１２Ｂにより端子台９Ｅに接続されている。
　金属導体２３のｆｌ！ｌ！＠２２は、一方の電ｆ！４
Ｂ上に載置された例である。　なおエミッタ外部端子１
０Ｂと金属導体２３は同一金属板よりプレスにより同体
として作られ、その境界が連続する場合が多い。
このトランジスタにおいては、故障時の大電流により糸
出線１２Ａがン容断しても、Ｎエミ・ツタ層２Ａと２Ｂ
はＰベース層３内に並設されているので、該大電流はＮ
エミツタ層２Ｂ及びエミッタＡＩ電極４Ｂを介して金属
導体２３を通って流れるので、本実施例のトランジスタ
は、第１実施例とほぼ同等の作用と効果が得られる。
第３図に本発明の第３実施例を示す、　このトランジス
タは、第２実施例で金属導体２３の他端２２が接触して
載置されているエミッタ電＆４Ｂには金Ｘ４１Ｂ線が接
続されていない例である。　このトランジスタは、通常
動作時においては、エミツタ層２Ｂ及びエミッタＡ１電
極４Ｂを介して、エミッタを流が外部端子１０Ｅに流出
する必要があり、後述の第６実施例における抑圧手段を
設け、金属導体２３の他端２２とエミッタＡＩ電極４Ｂ
とが確実に接触されるようにすることが望ましい。
第４図に本発明の第４実施例を示す、　これはエミッタ
Ａ１電極４と端子台９Ｅとが金属細線１２により接続さ
れ、エミッタ外部端子１０Ｅに連接する金属導体２３の
曲！４Ａ２２はエミッタとほぼ等電位となるが、該他端
２２をこれと電位の異なるベース電極５に意図的に近接
して載置される例である。　即ち通常動作状慇では、該
他端２２とベース電極５との間の電気的絶縁が保たれ、
故障時、金属細線１２が溶断したときにのみ、該他端２
２とベースな極５との間が導通となるよう近接して＆Ｉ
！置される例である。　本実施例では該曲＠２２とベー
ス電極５との間１（ｆｆｌ　２４を約数十μｍ程度とし
、所望の結果が得られた。　このようなｆ澁かな間隙か
存在する場合には、故ｌＩＩ［電流通電によって金属細
線が溶断したときに、例えば１００Ｖ以上の電圧が印加
されると、この間隙は放電でつながるので、それ以降の
電流通電には大きな支障とならない。　本実施例は、通
常動作時における金ｍ導木の該ｆｌ！！端と近接して載
置する金属電極との間の電位差が本例のように数Ｖ程度
以下であり、故障時において大電流のバイパス電路とな
り得る金属電極を有するその他の半導体装置に対しても
適用可能である。
第５図に本発明の第５実施例を示す、　半導体薄片１上
にほぼ平板の金属板２５が載置され、金属板２５旦に金
属導体２３の他＠２２が載置された例である。　本実施
例においては、金属板２５には、ベースＡ１電極５及び
ベース接続用の金属細線１３と接触しない充分大きな切
り欠き部（孔を含む）と、エミッタ接続用の金属細線１
２が通過できる切り欠き部とを設け、金属板周縁部をエ
ミッタＡ１電極４Ａ、４Ｂ上に載置している。
金属板１５の全面がエミッタＡ１電極４Ａ、４Ｂに接触
ないし近接して載置されていても勿論差支えない、　又
金属板２５の位置ずれを防止するため、後述の第７実施
例で示すように、接着剤で金属板２５をエミッタＡ１電
極４Ａ、４Ｂに固定してらよい。　なお金属板２５自体
の一部を金属導体２３として金属端子１０Ｅに接続して
もよい。
ス例えば池＠２２と金属板２５とを半田付は等で固着し
、金属板２５を金属導体２３の他端とみなしても差支え
ない。
本実施例は、金属導体２３とエミッタＡＩ電極４Ａ、４
Ｂの実効的な接触面積を増加し、故障時の大電流の密度
分布を一様とし、素子内の局部加熱等による２次的な災
害を避けることができ、本来のバイパス電路としての金
属導体の作用、効果がより確実に得られる。
第６図に本発明の第６実施例を示す、　同図で金属導体
２３はバネ２６により下方に加圧され、該他端２２は半
導体薄片１上のエミッタＡ（電極４に押圧され、より確
実に接触される。　この接触は前述のように軽く接触す
る程度でよく、抑圧手段（バネ２６）も簡易なものでよ
い。　その他例えば金属導体２３又はその一部を弾性金
属片として、その該他端と電極とを接触させる等の種々
の簡易な抑圧手段が考えられる。
第７図は本発明の第７実施例を示す。　本実施例は、第
５実施例で示した金属板２５と金属導体２３の該ｆｌ！
！端２２とを接着剤２７を使用して金属な蜘４を含む半
導体薄片１上に固定した例である。
以上筒１ないし第７実施例に示した本発明の課題解決手
段は、単独で使用される場合もあれば、複数手段を組合
わせ便用されることもある。　これらは半導体装置の構
造、製造条件、コストを含む生産性等を勘案して決めら
れる。
上記実施例においては、電力用ＮＰＮバイポーラトラン
ジスタを例として取上げたが、ＰＮＰバイポーラトラン
ジスタ、ＭＯＳトランジスタ、ＩＧＢＴ、サイリスタ、
ダイオード等、或いはこれら複数素子を搭載した半導体
装置のうち、金属端子と半導体薄片上の電極とか金属細
線で接続され、故障時大電流により該細線が溶断し、ア
ークを生ずる半導体装置に対し、本発明を適用できるこ
とは勿論である。
［発明の効果］ これまで述べたように、本発明の半導体装置では、信頼
性高く接続された金ｇ細線と、簡易的に接触ないし近接
して載置された金属導体とを並置することにより、通常
動作時のみならず、故障により大電流が通電され、ケー
ス内の金属細線が溶断又は断線しても、ケース内に過大
なアークが発生することを防止でき、ケースの飛散等が
避けられる。　これにより、池の回路部品の損傷が避け
られるだけでなく、回路設計上短時間で動作する速断ヒ
ユーズの使用が不要となり、通常の電流遮断器により保
護できるので、回路の小型、低廉化にもきわめて有効で
ある。
【図面の簡単な説明】
第１図ないし第７図は、本発明の半導体装置の第１ない
し第７実施例を示す模式的断面図、第８図は従来の半導
体装置の断面図である。 １・・・半導体薄片、　２．２Ａ、２Ｂ・・・エミツタ
層、　３・・・ベース層、　４．４Ａ、４Ｂ・・・エミ
ッタ金属電極、　５・・・ベース金属電極、　６・・・
コレクタ層、　７・・・銅基板、　８Ｅ、８Ｂ・・・絶
縁物、９Ｅ、９Ｂ・・・端子台、　ＩＯＥ、ＩＯＢ・・
・外部端子、　ＩＩＥ、ｉｌＢ・・・金属端子、　１２
．１２Ａ、１２Ｂ、１３・・・金属細線、　２１・・・
金属導体の一端、　２２・・・金属導体の他端、　２３
・・・金属導体、　２４・・・間隙、　２５・・・金属
板、　２６・・・押恥手段（バネ）、　２７・・・接着
剤。 特許出願人　株式会社　東　　芝 干１ 」 第１図 ２Ａ　３２８　　　　　２Ｂ 第２図　　　　第３図 第４図　　　　第５図 第６図 第７図 第８図

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 １　一方の表面に金属電極を有する半導体薄片と、該半
    導体薄片と電気的に絶縁された金属端子と、該金属端子
    と該表面の金属電極とを電気的に接続する金属細線と、
    該金属細線より大きな電流容量を有し、一端が該金属端
    子に電気的に接続され、他端が該半導体薄片の該表面上
    の金属電極と接触ないし近接して載置される金属導体と
    を、具備することを特徴とする半導体装置。 ２　該金属導体の該他端が、該金属細線に電気的に接続
    される該金属電極上に載置される特許請求の範囲第１項
    記載の半導体装置。 ３　該金属導体の該他端を、該半導体薄片の該表面の金
    属電極に押圧する手段を有する特許請求の範囲第１項又
    は第２項記載の半導体装置。
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