JPH04355953A - 半導体装置およびそれに用いられる絶縁積層体並びにその半導体装置の製造方法 - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、半導体装置およびそ
れに用いられる絶縁積層体並びにその半導体装置の製造
方法に関し、特に大電力用半導体素子等で構成された半
導体モジュールと冷却用金属ブロックとを電気的に絶縁
するために適した絶縁構造の改良に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、図１７に示される如く、冷却用金
属ブロック１上に絶縁積層体２が装着され、該絶縁積層
体２上に外部取出し用電極板３，平形構造とされた半導
体素子４及び外部取出し用電極板５が順次載置状に備え
られた構造の半導体装置６がある。この際、金属ブロッ
ク１と絶縁積層体２間、絶縁積層体２と電極板３間、電
極板３と半導体素子４間、半導体素子４と電極板５間に
は夫々、密着性を良好とするためのシリコングリスが塗
布されている。また金属ブロック１は熱伝導性のよい金
属材料で形成され、通常銅やアルミニウムが使用されて
おり、各電極板３，５は通常電気抵抗の小さい銅材が使
用されている。

【０００３】また、前記絶縁積層体２は図１８及び図１
９に示される如く、中間の絶縁材としての窒化アルミニ
ウム基板７と、該基板７の上下両面にろう材を介して夫
々重合状にろう付けされた銅板８とから構成されている
。

【０００４】そして、この半導体装置６は、図１７に示
される如く、５００ｋｇ〜３０００ｋｇ程度の荷重Ｐに
て加圧され、図示省略の締付機構により加圧保持されて
使用される。

【０００５】上記半導体装置６において、半導体素子４
の通電時には数百Ｗ〜数千Ｗの電力損失が生じ、この電
力損失によって発生する熱の大部分が電極板３および絶
縁積層体２を通じて金属ブロック１に熱伝導される。

【０００６】この熱伝導経路における熱抵抗の大小によ
って半導体素子４の通電能力が左右されるため、熱伝導
経路中、特に絶縁積層体２の熱抵抗を極力小さくするこ
とが、半導体素子４ひいては半導体装置６自体の通電能
力の特性向上につながることが知られている。

【０００７】そして、絶縁積層体２の熱抵抗を小さくす
る方法として例えば、窒化アルミニウム基板７の厚みを
薄くする方法や銅板８の厚みを薄くする方法、または絶
縁積層体２自体の形状を大きくする方法等の対策が考え
られる。

【０００８】しかしながら、窒化アルミニウム基板７は
大変割れ易い機械的特性を有しており、また絶縁積層体
２に要求される主要機能としての電気的絶縁性を保障す
る必要から、上記対策を講じるには一定の限界がある。

【０００９】また半導体素子４は締付機構により５００
ｋｇ〜３０００ｋｇ程度に加圧接して使用されるため、
絶縁積層体２にも定常的に、上記加圧力が作用している
。一方、電極板３と絶縁積層体２相互間及び絶縁積層体
２と金属ブロック１相互間の夫々の熱膨張率の相違から
、半導体素子４の通電中に発生する熱によっても機械的
ストレスが絶縁積層体２に定常的に発生している。

【００１０】以上のように絶縁積層体２には定常的に各
種機械的ストレスが作用しており、特に窒化アルミニウ
ム基板７の割れによる半導体装置６の絶縁破壊を防止す
るために、絶縁積層体２の寸法，形状あるいはソリ，ま
たは電極板３および金属ブロック１と絶縁積層体２相互
の対向面の面精度およびソリ等については充分の管理が
要求されている。

【００１１】そこで、この種の半導体装置６にあっては
、絶縁積層体２の熱抵抗を小さくし、かつ所望の絶縁耐
力を保障するため、窒化アルミニウム基板７については
、厚みが０．５ｍｍ〜０．６ｍｍで、一辺が５０ｍｍ〜
６０ｍｍの略正方形に形成すると共に、図１９に示され
る如く、各コーナー部９は外部からの衝撃による割れを
防止すべくＲ状に形成され、銅板８については、厚みが
０．３ｍｍ〜０．５ｍｍで、基板７より僅かに小形に形
成することによって一応の特性を得ていた。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記構
造の半導体装置６において、絶縁積層体２両側の各銅板
８は夫々一側面が窒化アルミニウム基板７側にろう付け
されているため、銅板８と銅製電極板３との界面Ａおよ
び銅板８と金属ブロック１との界面Ｂにおける相互間の
熱膨張率が相違し、また銅板８，電極板３および金属ブ
ロック１は夫々軟質材である。従って、半導体素子４の
通電時に発生する熱によって銅板８，電極板３および金
属ブロック１が熱膨張する際、夫々軟質材よりなるため
、接触面相互間で面方向のスベリが発生し難く、熱膨張
率の相違によって接触面相互間にはミクロ的見地から凹
凸部が形成され、熱膨張率の相違による機械的ストレス
および締付機構の加圧力による機械的ストレスの部分的
な集中が夫々の界面Ａ，Ｂに発生する。この場合、特に
ストレスの集中が生じ易い部位、例えば銅板８のエッジ
部１０等にストレスが集中し、この集中されたストレス
によって窒化アルミニウム基板７に曲げストレスが作用
し、クラックや割れがなお発生するという問題があった
。

【００１３】この点に鑑み、半導体素子４側の発熱量を
少なくして熱膨張によって発生するストレスを小さくす
べく、通常、５０Ａ〜１００Ａ前後の通電電流に留める
必要があった。

【００１４】また、締付機構の加圧力によるストレスを
小さくするためには、加圧力を小さくすることが必要で
あり、その為、大口径の半導体素子４のように大きな加
圧力を必要とする半導体素子４は組み込めないといった
構造上および特性上の問題があった。

【００１５】一方、絶縁積層体２において銅板８は、そ
の熱膨張係数（線膨張係数２０×１０−６／℃）が窒化
アルミニウム基板７の熱膨張係数（線膨張係数４．５〜
５×１０−６／℃）よりもかなり大きくなっている。こ
のとき、半導体素子４への通電によって熱が発生すると
、窒化アルミニウム基板７と銅板８との界面Ｆに両者間
の熱膨張係数の相違から歪みが形成される。この状態で
、絶縁積層体２に大きな加圧力が加えられると、上記歪
み部分にストレスが集中して窒化アルミニウム基板７に
クラックや割れが生じる。このため、上記と同様で、通
電能力が低下するとともに、大きな加圧力を必要とする
大口径の半導体素子４を組み込むことができず、半導体
装置６の信頼度が低下してしまう問題が生じる。

【００１６】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、半導体装置の通電能力の向上
を図ると共に、大口径の半導体素子のように大きな加圧
力を必要とする半導体素子を組み込み可能とし、信頼度
の高い半導体装置およびそれに用いられる絶縁積層体並
びにその半導体装置の製造方法を提供することを目的と
する。

【００１７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
、この発明の第１の構成においては、加圧接状態で使用
される平形半導体素子とその両面に夫々接触配置された
外部取出し電極とを備えた半導体モジュールが、絶縁積
層体で冷却用金属ブロックと電気的に絶縁されてなる半
導体装置であって、前記絶縁積層体が、（ａ）　絶縁基
板と、（ｂ）　該絶縁基板の両面に夫々重合状にろう付
けされた第１金属板と、（ｃ）　少なくとも一方の前記
第１金属板の前記絶縁基板側と反対側に重合状に装着さ
れ、かつ前記第１金属板より硬度が大なる第２金属板と
を備えてなる半導体装置を提供する。

【００１８】また、この発明の第２の構成では、上記第
１の構成の半導体装置に用いられる絶縁積層体として、
（ａ）　絶縁基板と、（ｂ）　該絶縁基板の両面に夫々
重合状にろう付けされた第１金属板と、（ｃ）　少なく
とも一方の前記第１金属板の前記絶縁基板側と反対側に
重合状に装着され、かつ前記第１金属板より硬度が大な
る第２金属板とを備えてなる絶縁積層体を提供する。

【００１９】さらに、上記第１の構成の半導体装置を提
供するため、この発明の第３の構成では、加圧接状態で
使用される平形半導体素子とその両面に夫々接触配置さ
れた外部取出し電極とを備えた半導体モジュールが、絶
縁積層体で冷却用金属ブロックと電気的に絶縁されてな
る半導体装置を製造する方法であって、（ａ）　絶縁基
板の両面に、夫々重合状に第１金属板をろう付けする工
程と、（ｂ）　前記ろう付けされた少なくとも一方の前
記第１金属板の前記絶縁基板側と反対側に、前記第１金
属板より硬度が大なる第２金属板を重合状に装着して絶
縁積層体を製造する工程と、（ｃ）　冷却用金属ブロッ
ク上に前記絶縁積層体を載置すると共に、該絶縁積層体
上に第１の外部取出し電極、平形半導体素子、第２の外
部取出し電極を順次載置して半導体装置を得る工程とを
備えてなる方法を提供する。

【００２０】なお、上記第１ないし第３の構成は、後に
詳述する第１の実施例に対応している。

【００２１】上記目的を達成するため、この発明の第４
の構成においては、加圧接状態で使用される平形半導体
素子とその両面に夫々接触配置された外部取出し電極と
を備えた半導体モジュールが、絶縁積層体で冷却用金属
ブロックと電気的に絶縁されてなる半導体装置であって
、前記絶縁積層体が、（ａ）　絶縁基板と、（ｂ）　該
絶縁基板の両面に夫々重合状にろう付けされた金属板と
を備えてなり、少なくとも一方の前記金属板を、前記絶
縁基板の熱膨張係数に対し比較的近似する熱膨張係数を
有する材料により構成する半導体装置を提供する。

【００２２】また、この発明の第５の構成では、上記第
４の構成の半導体装置に用いられる絶縁積層体として、
（ａ）　絶縁基板と、（ｂ）　該絶縁基板の両面に夫々
重合状にろう付けされた金属板とを備えてなり、少なく
とも一方の前記金属板を、前記絶縁基板の熱膨張係数に
対し比較的近似する熱膨張係数を有する材料により構成
する絶縁積層体を提供する。

【００２３】さらに、上記第４の構成の半導体装置を提
供するため、この発明の第６の構成では、加圧接状態で
使用される平形半導体素子とその両面に夫々接触配置さ
れた外部取出し電極とを備えた半導体モジュールが、絶
縁積層体で冷却用金属ブロックと電気的に絶縁されてな
る半導体装置を製造する方法であって、（ａ）　絶縁基
板の両面に、少なくとも一方が前記絶縁基板の熱膨張係
数に対し比較的近似する熱膨張係数を有する材料により
構成された金属板を、夫々重合状にろう付けして絶縁積
層体を製造する工程と、（ｂ）　冷却用金属ブロック上
に前記絶縁積層体を載置すると共に、該絶縁積層体上に
第１の外部取出し電極、平形半導体素子、第２の外部取
出し電極を順次載置して半導体装置を得る工程とを備え
てなる方法を提供する。

【００２４】なお、上記第４ないし第６の構成は、後に
詳述する第２の実施例に対応している。

【００２５】

【作用】この発明の第１の構成の半導体装置においては
、半導体素子の通電時に発生する熱によって各部に熱膨
張が生じた場合、絶縁積層体における外層の第２金属板
が内層の第１金属板より硬度が大きい材料よりなるため
、第１金属板と第２金属板との界面でスベリが発生する
。

【００２６】この相互のスベリ作用によって、界面にお
ける相互の熱膨張が円滑化され、ここに熱膨張によるス
トレスの発生が有効に防止できる。またこの界面におけ
るスベリの発生によって従来の如く界面におけるミクロ
的見地からの凹凸部の形成が防止でき、加圧力によるス
トレスも略均等に分散され、これらの事から絶縁基板の
クラックや割れの発生が防止される。

【００２７】そして、この絶縁基板のクラックや割れの
発生が防止されることから、通電電流の増加や加圧力の
増大が可能となる。

【００２８】この発明の第４の構成の半導体装置におい
ては、絶縁積層体における金属板が、絶縁基板に対し熱
膨張係数が比較的近似した材料により構成されているた
め、半導体素子への通電によって熱が発生した場合、絶
縁基板と金属板とがほぼ均等に膨張する。

【００２９】このため、熱膨張に対しても絶縁基板と金
属板との界面において歪みの形成を防止でき、加圧力に
よるストレスが略均等に分散される。これらの事から絶
縁基板のクラックや割れの発生が防止されて、通電電流
の増加や加圧力の増大が可能となる。

【００３０】この発明の第２または第５の構成の絶縁積
層体は、前記第１または第４の構成の半導体装置のうち
半導体モジュールと冷却用ブロックとの間に介在させる
絶縁体部分をそれぞれ特定しているため、前記第１また
は第４の構成の半導体装置に利用できる。

【００３１】この発明の第３または第６の構成の半導体
装置の製造方法は、前記第１または第４の構成の半導体
装置の製造プロセスをそれぞれ特定している。これらの
方法においては、絶縁積層体の構造を得た後、その絶縁
積層体を冷却用ブロック上に載置する工程をそれぞれ有
している。これにより、第１または第４の構成の半導体
装置を得ることができる。

【００３２】

【実施例】

＜第１の実施例＞以下、この発明の半導体装置および絶
縁積層体並びに半導体装置の製造方法の第１の実施例を
図面に基づいて説明する。

【００３３】図１は半導体素子４を内蔵する半導体装置
６の側断面図、図２は同分解図であり、図３はその半導
体装置６の一部断面拡大図、図４は半導体素子４の一部
断面側面図、図５は絶縁積層体１２の側断面図、図６は
同平面図、図７〜図１０はその絶縁積層体１２の製造段
階におけるそれぞれの側断面図である。

【００３４】まず、図７に示される如く、熱伝導性の良
好な絶縁材よりなる絶縁基板としての窒化アルミニウム
（線膨張係数４．５〜５×１０−６／℃）基板７の上下
両面に、図８に示される如く、ろう材１３を介して夫々
重合状に第１金属板としての銅（線膨張係数２０×１０
−６／℃，硬度１１０ＨＢ　〜１１４ＨＢ　）板８をろ
う付けして絶縁積層体２を作成する。

【００３５】この際、窒化アルミニウム基板７は従来同
様、厚みが０．５ｍｍ〜０．６ｍｍで、図６に示される
如く、一辺が５０ｍｍ〜６０ｍｍの略正方形に形成され
ると共に、各コーナー部９は割れ防止用のＲ状に形成さ
れ、また銅板８は厚みが０．３ｍｍ〜０．５ｍｍで、基
板７より僅かに小形に形成されている。

【００３６】次に、図９に示される如く、一方の銅板８
の外面側に、熱伝導性の良好なシリコングリス１４を塗
布した後、銅板８より硬度が大きい第２金属板としての
モリブデン（線膨張係数４×１０−６／℃，硬度１６２
ＨＢ　〜２４７ＨＢ　）板１５を重合状とし、周縁部で
銅板８側にシリコンゴム１６で張り付け固定される。こ
の際、シリコンゴム１６がキュアな状態となる２〜４時
間の間、おもり等によって両側より加圧力Ｑを加えた状
態で保持する。その後、この積層体を上下反転させ、図
１０に示される如く、他方の銅板８側にも同様にしてモ
リブデン板１５を重合状に張り付け固定し、本発明に係
る絶縁積層体１２を作成する。なお両モリブデン板１５
の外面側中心部には位置決め用のピン孔１７があらかじ
め形成されている。

【００３７】この際、モリブデン板１５は厚みの増加に
伴って熱抵抗が増加するため、０．３ｍｍ〜５ｍｍの厚
みとすればよく、ピン孔１７形成の観点から１ｍｍ〜４
ｍｍの厚みが好ましい。またシリコンゴム１６として、
常温硬化形の脱アルコールタイプの非流動型（所謂高粘
度）シリコンゴム、例えばＲＴＶシリコンゴムを用いれ
ば、取り扱いが良好である。即ち、銅板８とモリブデン
板１５との界面Ｃにシリコンゴム１６が流れ込んだ場合
、半導体装置６加圧時に、シリコンゴム１６流入部分に
荷重が集中し、その荷重の集中によって窒化アルミニウ
ム基板７が割れるおそれがあり、従って、上記シリコン
ゴム１６を用いることによって、またキュアな状態に硬
化するまでの間、加圧力Ｑを作用させることによって張
り付け作業時における前記界面Ｃに対するシリコンゴム
１６の流れ込みが有効に防止できる。尚、本実施例では
モリブデン板１５は図６に示される如く、円形で、周方
向に離隔した４か所でシリコンゴム１６によって固定し
た構造を示しているが、図１１や図１２に示される如く
、３か所であってもよく、さらには全周にわたって固定
する構造であってもよい。

【００３８】冷却用金属ブロック１は、アルミニウム（
ＪＩＳＡ５０５２Ｏ材、線膨張係数２９×１０−６／℃
，硬度４７ＨＢ　）等よりなり、図２に示すように上面
側中央に位置決め用ピン孔１８が形成され、上面側外周
部に雌ネジ孔１９を有するボス部２０が所定間隔を有し
て複数（例えば４か所）突設されている。

【００３９】半導体素子４は図４に示される如く、ＰＮ
接合を有するとともにモリブデン板２２に固定されたシ
リコンウエハ２３，モリブデン円板２４，上下の銅ブロ
ック２５，２６及び外周のセラミック体２７等からなる
大電力平形ダイオードとされ、上下の銅ブロック２５，
２６の外面側中心には図２に示される如く、夫々位置決
め用ピン孔２８，２９が形成されている。

【００４０】一方、第１，第２の外部取出し電極として
の各電極板３，５は銅材よりなり、その所定位置には夫
々位置決め用ピン挿通孔３０，３１が形成されている。 また、図１及び図２において、３３はガラスエポキシ等
よりなる上側絶縁板、３４は鉄等よりなる加圧ガイドブ
ロック、３５はバネ鋼よりなる皿バネ、３６は鉄板等よ
りなる加圧プレートであり、加圧プレート３６には電極
板３，５が遊挿される電極通孔３７，３８およびボルト
３９が遊挿されるボルト通孔４０が形成されている。さ
らに加圧プレート３６の下面には加圧ガイドブロック３
４の突部４１が嵌合される凹部４２が形成されている。 また上側絶縁板３３の下面に位置決め用ピン孔４３が形
成されている。

【００４１】そして、図１，図２もしくは図３に示され
る如く、金属ブロック１上面にシリコングリス１４を塗
布した後、ピン孔１８にピン４５を挿通し、絶縁積層体
１２下側のピン孔１７をピン４５に合致させて載置する
。

【００４２】次に絶縁積層体１２上面にシリコングリス
１４を塗布した後、上側のピン孔１７にピン４６を挿入
し、ピン４６位置にピン挿通孔３０を合致させてアノー
ド電極としての電極板３を載置し、その電極板３上面に
ピン挿通孔３０より上方に突出するピン４６に半導体素
子４のピン孔２９を合致させて載置する。

【００４３】次に半導体素子４上面のピン孔２８にピン
４７を挿入し、ピン４７位置にピン挿通孔３１を合致さ
せてカソード電極としての電極板５を載置し、その電極
板５上面に、ピン挿通孔３１より上方に突出するピン４
７に上側絶縁板３３のピン孔４３を合致させて上側絶縁
板３３を載置する。

【００４４】その後、上側絶縁板３３上に加圧ガイドブ
ロック３４を載置し、加圧ガイドブロック３４の胴部４
８に複数の皿バネ３５を外挿し、加圧ガイドブロック３
４の突部４１に凹部４２を合致させて加圧プレート３６
を載置する。この際、各電極板３，５の立上り片は各電
極通孔３７，３８に遊挿状とされる。そして各ボルト３
９を上方側から各ボルト挿通孔４０に夫々挿通させると
共に、金属ブロック１の各ボス部２０の雌ネジ孔１９に
所望に螺合締結することによって所望の加圧力が付与さ
れた加圧状態に保持され、ここに加圧接状態に組付けら
れた半導体装置６が得られる。また上記金属ブロック１
のボス部２０，上側絶縁板３３，加圧ガイドブロック３
４，皿バネ３５，加圧プレート３６，ボルト３９等によ
って締付機構が構成される。

【００４５】前記シリコングリス１４の各塗布は密着性
を良好として相互の接触熱抵抗の軽減を図る目的で使用
されている。また上記半導体素子４と各電極板３，５で
半導体モジュール５０が構成されている。

【００４６】上記のように構成された半導体装置６によ
れば、半導体素子４通電時に発生した熱により各部が熱
膨張した場合であっても、モリブデン板１５は非常に硬
い材質であるため、軟質の銅板８とモリブデン板１５と
の界面Ｃに相互のスベリが発生し、この相互間のスベリ
によって銅板８とモリブデン板１５の界面Ｃにおける相
互の熱膨張が円滑化され、熱膨張によるストレスの発生
が有効に防止できる。また界面Ｃでスベリが発生するた
め、ミクロ的見地から凹凸部の形成が有効に防止でき、
加圧力によるストレスも略均等に分散される。以上の事
から各ストレスの部分的な集中が防止でき、ここに窒化
アルミニウム基板７のクラックや割れの発生が防止でき
る。従って、通電性能に関しては、１００Ａ〜２００Ａ
前後までの通電が可能となり、今後、多様な半導体素子
４の適用によりさらに向上可能である。また加圧力の範
囲としても、従来は５００ｋｇ〜８００ｋｇ程度が限界
であったが、本実施例においては５００ｋｇ〜３０００
ｋｇまで十分対応することが可能となり、従って大口径
タイプの大電力用半導体素子４の適用も可能となった。 即ち、品質面に関し、２００Ａクラスの半導体装置６で
、−４０℃〜＋１２５℃各１時間のヒートサイクル試験
で２００サイクル以上においても特性上何等変化がない
ことが確認された。

【００４７】また本実施例においては、モリブデン板１
５と銅製の電極板３との界面Ｄおよびモリブデン板１５
と金属ブロック１の界面Ｅにおいても前述同様、相互間
にスベリが発生し、これら界面Ｄ，Ｅにおいてもストレ
スの集中が有効に防止できる。

【００４８】さらに半導体装置６の組付けに際し、各ピ
ン４５，４６，４７と各ピン孔１７，１８，２８，２９
，４３及びピン挿通孔３０，３１との挿入及び挿通によ
って各部材が位置決めされるため、組付け時の位置ズレ
が有効に防止できる。

【００４９】なお、半導体素子４としてダイオードを例
示しているが、サイリスタ素子やＧＴＯサイリスタ素子
等であってもよい。また第１金属板として銅板８を用い
、第２金属板としてモリブデン板１５を用いたものを示
しているが、第２金属板としてタングステン板（線膨張
係数４×１０−６／℃，硬度４２５ＨＢ　〜５０５ＨＢ
　）を用いてもよく、また各金属板として合金等を用い
てもよい。

【００５０】さらに上記第１の実施例において、絶縁積
層体１２の両側にモリブデン板１５を備えたものを開示
しているが、図９に示される如く、一方にのみ備えた構
造であってもよい。

【００５１】＜第２の実施例＞次に、この発明の半導体
装置および絶縁積層体並びに半導体装置の製造方法の第
２の実施例を説明する。

【００５２】図１３は半導体素子４を内蔵する半導体装
置１０６の側断面図、図１４は同分解図であり、図１５
は絶縁積層体１１２の側断面図、図１６は同平面図であ
る。これらの図に示すように、この半導体装置１０６で
は、上記第１の実施例の半導体装置６における絶縁積層
体１２に代えて、以下に詳述する絶縁積層体１１２が用
いられている。

【００５３】すなわち図１５および図１６に示すように
、この第２の実施例における絶縁積層体１１２は、熱伝
導性の良好な絶縁材よりなる絶縁基板としての窒化アル
ミニウム（線膨張係数４．５〜５×１０−６／℃）基板
７の上下両面に、金属板としてのクラッド板１１５がろ
う付けして固定される。

【００５４】この際、窒化アルミニウム基板７は上記第
１の実施例と同様で、厚みが０．５ｍｍ〜０．６ｍｍで
、図１６に示されるように、一辺が５０ｍｍ〜６０ｍｍ
の略正方形に形成されると共に、各コーナー部９は割れ
防止用のＲ状に形成される。また、クラッド板１１５は
、ニッケル、鉄および銅を主成分とする材料（線膨張係
数４〜６×１０−６／℃）、またはニッケル、コバルト
および銅を主成分とする材料（線膨張係数７〜９×１０
−６／℃）により構成され、厚みが０．３〜１ｍｍで、
基板７より僅かに小形に形成されている。さらに、クラ
ッド板１１５の外面側中心部には、上記第１の実施例と
同様に、位置決め用のピン孔１７が形成されている。

【００５５】その他の構成は、上記第１の実施例と同様
であるため、同一部分に同一符号を付して、その説明を
省略する。

【００５６】この半導体装置の製造方法は、まず窒化ア
ルミニウム基板７の両面にクラッド板１１５をろう付け
して取り付けて、絶縁積層体１１２を得る。

【００５７】そしてその絶縁積層体１１２を用いて、上
記第１の実施例と同様にして、半導体装置１０６を製造
する。

【００５８】すなわち、金属ブロック１上面に図示しな
いシリコングリスを塗布した後、ピン孔１８にピン４５
を挿通し、絶縁積層体１１２下側のピン孔１７をピン４
５に合致させて載置する。

【００５９】次に絶縁積層体１１２上面に図示しないシ
リコングリスを塗布した後、上側のピン孔１７にピン４
６を挿入し、ピン４６位置にピン挿通孔３０を合致させ
てアノード電極としての電極板３を載置し、その電極板
３上面にピン挿通孔３０より上方に突出するピン４６に
半導体素子４のピン孔２９を合致させて載置する。

【００６０】次に半導体素子４上面のピン孔２８にピン
４７を挿入し、ピン４７位置にピン挿通孔３１を合致さ
せてカソード電極としての電極板５を載置し、その電極
板５上面に、ピン挿通孔３１より上方に突出するピン４
７に上側絶縁板３３のピン孔４３を合致させて上側絶縁
板３３を載置する。

【００６１】その後、上側絶縁板３３上に加圧ガイドブ
ロック３４を載置し、加圧ガイドブロック３４の胴部４
８に複数の皿バネ３５を外挿し、加圧ガイドブロック３
４の突部４１に凹部４２を合致させて加圧プレート３６
を載置する。そして各ボルト３９を上方側から各ボルト
挿通孔４０に夫々挿通させると共に、金属ブロック１の
各ボス部２０の雌ネジ孔１９に所望に螺合締結すること
によって所望の加圧力が付与された加圧状態に保持され
、ここに加圧接状態に組付けられた半導体装置１０６が
得られる。

【００６２】この半導体装置１０６によれば、絶縁積層
体１１２におけるクラッド板１１５が、窒化アルミニウ
ム基板７に対し熱膨張係数が近似した材料により構成し
ているため、半導体素子４への通電によって熱が発生し
た場合、窒化アルミニウム基板７とクラッド板１１５と
がほぼ均等に膨張する。このため、窒化アルミニウム基
板７とクラッド板１１５との界面Ｆにほとんど歪みが形
成されず、加圧力によるストレスが窒化アルミニウム基
板７の全域に略均等に分散される。したがって、窒化ア
ルミニウム基板７のクラックや割れの発生が防止されて
、通電電流の増加や加圧力の増大が可能となる。その結
果、通電性能に関しては、１００Ａ〜２００Ａ前後まで
の通電が可能となり、今後、多様な半導体素子４の適用
によりさらに向上できる。また加圧力の範囲としても、
従来は５００ｋｇ〜８００ｋｇ程度が限界であったが、
本実施例においては５００ｋｇ〜３０００ｋｇまで十分
対応することが可能となり、従って大口径タイプの大電
力用半導体素子４の適用も可能となった。即ち、品質面
に関し、２００Ａクラスの半導体装置６で、−４０℃〜
＋１２５℃各１時間のヒートサイクル試験で２００サイ
クル以上においても特性上何等変化がないことが確認さ
れた。

【００６３】なお、上記第２の実施例では、窒化アルミ
ニウム基板７の両面にクラッド板１１５を取り付けて絶
縁積層体１１２を形成するようにしているが、それだけ
に限られず、窒化アルミニウム基板７の一面側にクラッ
ド板１１５を取り付けるとともに、他面側に銅板等を取
り付けて絶縁積層体１１２を形成するようにしてもよい
。

【００６４】また、上記第２の実施例では、金属板をク
ラッド板１１５により構成するようにしているが、それ
だけに限られず、金属板は、窒化アルミニウム基板７等
の絶縁基板の熱膨張係数に対し比較的近似した熱膨張係
数を有する材料により構成されていればよい。例えば、
金属板が、絶縁基板の熱膨張係数に対し−５０％以上で
＋１００％以下の範囲に熱膨張係数を有する材料により
構成されていれば、絶縁基板と金属板との界面にほとん
ど歪みが形成されず、上記と同様な効果が得られる。

【００６５】

【発明の効果】以上のように、この発明の第１の構成の
半導体装置よれば、絶縁積層体が絶縁材よりなる絶縁基
板の両面に夫々重合状に第１金属板を備えるだけでなく
、少なくとも一方の第１金属板の他面により硬度の大き
い第２金属板が重合状に備えられたものであり、熱膨張
時の第１金属板と第２金属板との界面における相互のス
ベリ作用によって第１金属板に対するストレスの集中が
防止でき、ここに、絶縁基板のクラックや割れの発生が
有効に防止できる。従って通電能力の向上を図ることが
できると共に、大きな加圧力を必要とする半導体素子も
組み込み可能となり、品質的にもより安定した信頼度の
高い半導体装置が提供できる。

【００６６】この発明の第４の構成の半導体装置によれ
ば、絶縁積層体において絶縁基板の両面に取り付けられ
る金属板のうち少なくとも一方を、絶縁基板に対し熱膨
張係数が比較的近似した材料により構成しているため、
半導体素子への通電によって熱が発生した場合、絶縁基
板と金属板とがほぼ均等に膨張する。このため、絶縁基
板と金属板との界面に歪みが形成されず、絶縁基板のク
ラックや割れの発生が有効に防止できる。従って通電能
力の向上を図ることができると共に、大きな加圧力を必
要とする半導体素子も組み込み可能となり、品質的にも
より安定した信頼度の高い半導体装置を提供できる。

【００６７】この発明の第２または第５の構成の絶縁積
層体によれば、上記第１または第４の構成の半導体装置
のうち半導体モジュールと冷却用ブロックとの間に介在
させる絶縁体部分をそれぞれ特定しているため、上記第
１または第４の構成の半導体装置に利用できる。

【００６８】この発明の第３または第６の構成の半導体
装置の製造方法によれば、上記第１または第４の構成の
半導体装置の製造プロセスをそれぞれ特定しているため
、上記第１または第４の構成の半導体装置を製造するこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の第１の実施例の半導体装置を示す側
断面図である。

【図２】第１の実施例の半導体装置を示す分解図である
。

【図３】第１図のＩＩＩ　−ＩＩＩ　線断面拡大図であ
る。

【図４】第１の実施例に利用された半導体素子の一部断
面側面図である。

【図５】第１の実施例の半導体装置に組み込まれた絶縁
積層体の側断面図である。

【図６】第１の実施例の絶縁積層体を示す平面図である
。

【図７】第１の実施例の絶縁積層体の製造段階における
側断面図である。

【図８】第１の実施例の絶縁積層体の製造段階における
側断面図である。

【図９】第１の実施例の絶縁積層体の製造段階における
側断面図である。

【図１０】第１の実施例の絶縁積層体の製造段階におけ
る側断面図である。

【図１１】この発明における絶縁積層体の第１の変形例
を示す平面図である。

【図１２】この発明における絶縁積層体の第２の変形例
を示す平面図である。

【図１３】この発明の第２の実施例の半導体装置を示す
側断面図である。

【図１４】第２の実施例の半導体装置を示す分解図であ
る。

【図１５】第２の実施例の半導体装置に組み込まれた絶
縁積層体の側断面図である。

【図１６】第２の実施例の絶縁積層体を示す平面図であ
る。

【図１７】従来の半導体装置を示す側断面図である。

【図１８】従来の半導体装置に組み込まれた絶縁積層体
の側断面図である。

【図１９】従来の半導体装置に組み込まれた絶縁積層体
の平面図である。

【符号の説明】

１　　　　金属ブロック ３　　　　電極板 ４　　　　半導体素子 ５　　　　電極板 ６，１０６　　半導体装置 ７　　　　窒化アルミニウム基板 ８　　　　銅板 １２，１１２　　絶縁積層体 １３　　ろう材 １５　　モリブデン板 ５０　　半導体モジュール １１５　　クラッド板

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　加圧接状態で使用される平形半導体素
   子とその両面に夫々接触配置された外部取出し電極とを
   備えた半導体モジュールが、絶縁積層体で冷却用金属ブ
   ロックと電気的に絶縁されてなる半導体装置であって、
   前記絶縁積層体が、（ａ）　絶縁基板と、（ｂ）　該絶
   縁基板の両面に夫々重合状にろう付けされた第１金属板
   と、（ｃ）　少なくとも一方の前記第１金属板の前記絶
   縁基板側と反対側に重合状に装着され、かつ前記第１金
   属板より硬度が大なる第２金属板とを備えてなることを
   特徴とする半導体装置。
2. 【請求項２】　　半導体装置に用いられる絶縁積層体で
   あって、（ａ）　絶縁基板と、（ｂ）　該絶縁基板の両
   面に夫々重合状にろう付けされた第１金属板と、（ｃ）
   　少なくとも一方の前記第１金属板の前記絶縁基板側と
   反対側に重合状に装着され、かつ前記第１金属板より硬
   度が大なる第２金属板とを備えてなることを特徴とする
   絶縁積層体。
3. 【請求項３】　　加圧接状態で使用される平形半導体素
   子とその両面に夫々接触配置された外部取出し電極とを
   備えた半導体モジュールが、絶縁積層体で冷却用金属ブ
   ロックと電気的に絶縁されてなる半導体装置を製造する
   方法であって、（ａ）　絶縁基板の両面に、夫々重合状
   に第１金属板をろう付けする工程と、（ｂ）前記ろう付
   けされた少なくとも一方の前記第１金属板の前記絶縁基
   板側と反対側に、前記第１金属板より硬度が大なる第２
   金属板を重合状に装着して絶縁積層体を製造する工程と
   、（ｃ）　冷却用金属ブロック上に前記絶縁積層体を載
   置すると共に、該絶縁積層体上に第１の外部取出し電極
   、平形半導体素子、第２の外部取出し電極を順次載置し
   て半導体装置を得る工程とを備えてなることを特徴とす
   る半導体装置の製造方法。
4. 【請求項４】　　加圧接状態で使用される平形半導体素
   子とその両面に夫々接触配置された外部取出し電極とを
   備えた半導体モジュールが、絶縁積層体で冷却用金属ブ
   ロックと電気的に絶縁されてなる半導体装置であって、
   前記絶縁積層体が、（ａ）　絶縁基板と、（ｂ）　該絶
   縁基板の両面に夫々重合状にろう付けされた金属板とを
   備えてなり、少なくとも一方の前記金属板を、前記絶縁
   基板の熱膨張係数に対し比較的近似する熱膨張係数を有
   する材料により構成することを特徴とする半導体装置。
5. 【請求項５】　　半導体装置に用いられる絶縁積層体で
   あって、（ａ）　絶縁基板と、（ｂ）　該絶縁基板の両
   面に夫々重合状にろう付けされた金属板とを備えてなり
   、少なくとも一方の前記金属板を、前記絶縁基板の熱膨
   張係数に対し比較的近似する熱膨張係数を有する材料に
   より構成することを特徴とする絶縁積層体。
6. 【請求項６】　　加圧接状態で使用される平形半導体素
   子とその両面に夫々接触配置された外部取出し電極とを
   備えた半導体モジュールが、絶縁積層体で冷却用金属ブ
   ロックと電気的に絶縁されてなる半導体装置を製造する
   方法であって、（ａ）　絶縁基板の両面に、少なくとも
   一方が前記絶縁基板の熱膨張係数に対し比較的近似する
   熱膨張係数を有する材料により構成された金属板を、夫
   々重合状にろう付けして絶縁積層体を製造する工程と、
   （ｂ）　冷却用金属ブロック上に前記絶縁積層体を載置
   すると共に、該絶縁積層体上に第１の外部取出し電極、
   平形半導体素子、第２の外部取出し電極を順次載置して
   半導体装置を得る工程とを備えてなることを特徴とする
   半導体装置の製造方法。