JPH06151621A - 平形半導体装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】アロイフリー方式の平形半導体装置の互いにろ
う付けされない半導体基体および接触電極板が、外力、
振動等で容器内で位置ずれを起こすことを防ぎ、破壊が
起こらないようにする。 【構成】半導体基体の周縁を埋込んだ環状絶縁性部材の
開口部に接触電極板を開口させて両者相互の位置を固定
し、容器の一方の電極体と接触電極板との間に位置合わ
せ部材を備えることにより、容器環状枠体の寸法精度に
関係なく容器内での半導体基体および接触電極板の位置
が決まり、位置ずれが起こらない。位置合わせ部材とし
ては、電極体および接触電極体の側面ならびに環状絶縁
性部材の内側表面に接触する環状剛性部材を用いるか、
電極体および接触電極体に対向する凹部に挿入されるピ
ンを用いる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ＧＴＯサイリスタなど
を対象とした加圧接触形構造の平形半導体装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】ダイオード、サイリスタなどの電力用半
導体装置のパッケージは、タイプ別に分けてスタッド形
と平形とが知られている。平形半導体装置は、シリコン
からなる半導体基体の両主面にシリコンと近似した熱膨
脹係数をもつタングステン、モリブデンなどの基板を重
ね合わせ、ろう材を合金化して接合するか、あるいはろ
う材を使わずに加圧接触させ、これを陽極、陰極側の電
極体の銅円板の間に挟持してパッケージ内に封入した構
成である。

【０００３】ところで、そのような平形半導体装置の半
導体基体一主面とモリブデンなどの基板との間をろう付
けしたものでは、近似しているとはいえ、2.８×10^-6／
℃のSiと4.９×10^-6／℃のMoの間の熱膨脹係数の差によ
るバイメタル効果によって曲がりが発生する。この曲が
りは半導体基体の口径が大であるほど大きく、特にＧＴ
Ｏサイリスタのように一枚のシリコンウエハに微小なカ
ソード面積を有する多数の小サイリスタ群を集積した素
子では、半導体基体の曲がりは基板と電極体との接触性
を悪くし、多数の小サイリスタ群の電流分担が不均一と
なり、所定の特性が発揮出来なくなるなどの問題があ
る。

【０００４】このような曲がりによる影響を阻止するた
めに、通常ではスタックに組立てた状態で半導体装置を
外部の加圧機構により締めつけ、半導体基体の曲がりを
強制的に矯正して使用する方式で対処しているが、口径
が大きくなるほど大きな矯正圧力を必要とする。現実に
は数トンにも及ぶ矯正圧力を必要としていることから、
加圧機構が複雑かつ大形化して操作性の悪化、コスト高
を招く。

【０００５】そこで、最近では半導体基体に基板をろう
付けせずに加圧接触させるようにしたアロイフリー方式
にしたものが採用される傾向にある。このアロイフリー
化した加圧接触方式は半導体基体と基板とをろう付けし
ないので、半導体基体と基板との熱膨脹係数の差による
バイメタル効果によっての曲がりは生ずることがない。

【０００６】しかし、アロイフリー化した加圧接触方式
として、単に半導体基体の両面に接触電極板、すのわち
半導体基体の補強を兼ねたタングステン、モリブデン板
などを重ね合わせ、電極体の間に挟持してパッケージ内
に組み込んだままの構成では、次記のような問題点が残
る。 (1) パッケージ内に組み込んだ半導体基体、および接触
電極板を所定の位置へ確実に保持することが困難であ
り、半導体装置のパッケージに外力、振動などが加わる
と半導体基体と接触電極板とがパッケージ内で相対的に
ずれ動いてしまう。

【０００７】(2) しかも、半導体基体に対しその両面に
重ね合わせた接触電極板が所定の位置から相対的にずれ
ると、電極体を介して外部から加わる圧接力が接触電極
板の周縁エッジ部を介して半導体基体に剪断力として作
用し、これが原因でシリコンウエハに亀裂が生じるなど
機械的な損傷を受けて破壊することがある。

【０００８】このような問題点を解決するために本出願
人の出願に係る、特開平４−112578号公報で公知のアロ
イフリー化した平形サイリスタの組立構造を図２に示
す。図においてｐｎｐｎ構造を有する平板状の半導体基
体１の両面に形成された電極に、タングステン、モリブ
デンあるいはモリブデンクラッド銅材からなる電極板2
1、22が接触し、容器４の両面に露出する銅で作られた
円板状の電極体31、32に挟持されている。容器４は、電
極体31、32の周面に接合した上下のフランジ41、42と、
セラミック製の環状枠体43と、その環状枠体43の上面に
接合して前記フランジ41との間で封止溶接されるフラン
ジ44とから構成されている。

【０００９】このような組立構造をもつ半導体装置にお
いて、容器４内に組込む半導体基体１は、容器内の所定
の位置に保持する必要がある。なぜなら、容器４に外力
や振動が加わって、半導体基体１と接触電極板21、22と
の接触位置が両面で相対的にずれてしまった場合には、
上述のように電極体31、32を介して外部から加わる加圧
力により、電極板21、22の周縁部で半導体基体１に剪断
力が加わり、これが原因で半導体基体１、すなわちシリ
コンウエハに亀裂が生じるなど機械的な損傷を受けて破
壊することがあるからである。そこで図に示すように、
容器４の内部に固定部材５が収容配備されている。この
固定部材５は、シリコーンゴム、弗素ゴムなどの弾性絶
縁材で作られたものであり、底部中央に嵌合穴が開口し
た皿形の本体51と、その本体51の上部内周面に圧入され
る環状の栓体52とを組合わせた環状体である。そして、
この固定部材５の本体51の底部中央の嵌合孔が電極体32
の外周に嵌められ、本体51の外寸法が容器４の環状絶縁
体43の内径に合わせられている。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】上記のような位置合わ
せのための固定部材５を用いても、その各部の寸法にば
らつきがあるときには、半導体基体１が所定の位置に保
持されず、上述のような損傷の発生のおそれがある。特
に、固定部材５の本体51は、容器の環状枠体43の内側面
を衝とするため、半導体基体１の正確な位置決めのため
には、枠体43のセラミックの加工精度を高くしなければ
ならない。また固定部材５を半導体基体の周縁部に接触
させることにより、半導体基体表面のパッシベーション
膜が脱落したり、接触面を通じてもれ電流が流れること
があると、半導体装置の耐圧特性を低下させるおそれが
ある。さらに、このような位置合わせ用として具備され
た構造は、長期的に安定した構造であることが必要であ
る。

【００１１】本発明の目的は、上述の問題を解決し、ア
ロイフリー化した半導体基体が機械的にも特性的にも安
定して所定の位置に保持される平形半導体装置を提供す
ることにある。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、本発明は、両面にそれぞれ露出する電極体が絶縁
性環状枠体を介して結合されてなる容器中に半導体基体
が収容され、その半導体基体の主面と各電極体との間に
それぞれ接触電極板が介在する平形半導体装置におい
て、半導体基体が両接触電極板に対し、両接触電極板の
外周で嵌合する内側面を有し、その内側面に半導体基体
の周縁部が埋入する環状絶縁性部材によって固定され、
一つの接触電極板とそれに対向する電極体との間に両者
の位置合わせ部材を備えたものとする。そして、位置合
わせ部材が隣接する電極体および接触電極板の側面なら
びに環状絶縁性部材のその接触電極体に近接した表面に
接触する環状剛性部材であるか、電極体の中心部および
接触体の中心部にそれぞれ形成された凹部に共通に挿入
されるピンであることが有効である。また、環状絶縁性
部材がシリコーン樹脂よりなること、および環状剛性部
材が金属よりなることが有効である。さらに、半導体基
体と接触電極板との間に導電性の軟質緩衝板が介在する
ことも有効である。

【００１３】

【作用】半導体基体だ両接触電極板に対し環状絶縁性部
材によって固定され一方の接触電極板が電極体に対し位
置合わせ部材によって位置合わせされるので、半導体基
体の位置は容器内で、容器の環状枠体の内側面と無関係
に決まるため、位置ずれによって生ずる半導体基体の損
傷が防止できる。

【００１４】

【実施例】以下、図２と共通の部分に同一の符号を付し
た図を引用して本発明の実施例について述べる。図１は
本発明の一実施例の平形半導体装置を示し、半導体基体
１の外周部を被覆し、両接触電極板21、22が嵌合する開
口部を有する環状固定部材５により、半導体基体１が両
接触電極板21、22と位置決めする。この固定部材５は、
パッシベーション材を兼ねるシリコーン樹脂を半導体基
体１を設置した型の中に注入して図３のように形成され
たものである。そして、両接触電極板のうちの、下部接
触電極板22を、容器のセラミック環状枠体43とフランジ
42により結合された下部電極体32に嵌合させた固定リン
グ６に挿入したのち、その接触電極板22に図３の環状固
定部材５を嵌め、さらにその固定部材５と半導体基体１
とによって生ずる深さ約0.８mmの凹部に上部接触電極板
21を挿入する。これにより、半導体基体１と両接触電極
板21、22の中心は容器の環状枠体43と結合された下部電
極体32の中心と位置合わせされる。従って環状枠体43に
ろう付けされたフランジ44と封止溶接されるフランジ41
と結合される上部電極体31の中心と上部接触電極板21の
中心も合う。なお 、固定リング６はステンレス鋼によ
ってつくられている剛体であり、確実な位置合わせが行
われる。

【００１５】図４は別の位置合わせ手段を用いた実施例
を示し、下部電極体32の中心とそれに対向する下部接触
電極板22の中心にそれぞれ凸部71、72を形成し、その凸
部71、72をピン８によって連通させることによりセンタ
ー合わせを行ったものである。アロイフリー化した半導
体基体の組立構造でもう一つ重要な要件は、接触性の点
である。上述のように接触異常、振動等の異常外力が加
わると局部的な加圧となって半導体基体に機械的損傷を
与え、破壊することを防ぐために各部材の位置固定がさ
れても、不均一加圧をされた結果として破壊することが
ある。その不均一加圧を緩衝させる構造を図５に示す。
図５は、簡単化のため、半導体基体１および接触電極板
21、22の近傍のみを示しているが、図からわかるよう
に、半導体基体１とそれを挟持している接触電極板21、
22の中間に、接触性を改善させるための薄い緩衝板91、
92が挿入されている。この薄い緩衝板91、92の厚さは20
0 〜300 μｍで焼鈍された銅材、特にタフピッチ銅や無
酸素銅等の電気良導体が使用されている。焼鈍された銅
によって多少の圧力異常は緩衝され、アロイフリー化し
た半導体基体の破壊を防止する。

【００１６】

【発明の効果】本発明によれば、互いにろう付けされな
い半導体基体および接触電極板の容器内での外力、振動
等に起因しての位置ずれによる破壊を防ぐための容器内
での位置の固定を、環状絶縁性部材で相互に固定された
半導体基体および接触電極板を、容器の環状枠体を衝と
しないで、電極体に対し直接位置合わせすることによっ
て行う。従って、セラミック環状枠体の寸法精度に関係
なく各部材中心の位置合わせができる。その結果、外部
の加圧機構からの圧接力を低く設定できるほか、圧接力
に対し半導体基体を安全に保護して破壊を防ぎ、半導体
装置の信頼性を大幅に向上できる。また、半導体基体の
縁部を被覆する環状絶縁部材にパッシベーション材を用
いることにより、パッシベーション膜脱落による信頼性
低下の問題もない。さらに、重ね合わされる半導体基体
と接触電極板の間に、軟質導電性金属を挟み込み、外部
の加圧機構からの圧接力のばらつきによる圧接力異常を
防ぎ、中心への位置固定の効果をより高めることができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例の平形半導体装置の断面図

【図２】公知の平形半導体装置の断面図

【図３】図１の半導体基体部分の断面図

【図４】本発明の別の実施例の平形半導体装置の要部の
断面図

【図５】本発明のさらに別の実施例における半導体基体
および接触電極板部分の断面図

【符号の説明】

１ 半導体基体 ２１ 接触電極板 ２２ 接触電極板 ３１ 電極体 ３２ 電極体 ４１ フランジ ４２ フランジ ４３ 環状枠体 ５ 環状固定部材 ６ 固定リング ７１ 凹部 ７２ 凹部 ８ ピン ９１ 緩衝板 ９２ 緩衝板

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】両面にそれぞれ露出する電極体が絶縁性環
   状枠体を介して結合されてなる容器中に半導体基体が収
   容され、その半導体基体の主面と各電極体との間にそれ
   ぞれ接触電極板が介在するものにおいて、半導体基体が
   両接触電極板に対し、両接触電極板の外周に嵌合する内
   側面を有し、その内側面に半導体基体の周縁部が埋入す
   る環状絶縁性部材によって固定され、一つの接触電極板
   とそれと対向する電極体の間に両者の位置合わせ部材を
   備えたことを特徴とする平形半導体装置。
2. 【請求項２】位置合わせ部材が隣接する電極体および接
   触電極板の側面ならびに環状絶縁性部材のその接触電極
   板に近接した表面に接触する環状剛性部材である請求項
   １記載の平形半導体装置。
3. 【請求項３】位置合わせ部材が電極体の中心部および接
   触電極板の中心部にそれぞれ形成された凹部に共通に挿
   入されるピンである請求項１記載の平形半導体装置。
4. 【請求項４】環状絶縁性部材がシリコーン樹脂よりなる
   請求項１、２あるいは３記載の平形半導体装置。
5. 【請求項５】環状剛性部材が金属よりなる請求項２ある
   いは４記載の平形半導体装置。
6. 【請求項６】半導体基体と接触電極板との間に導電性の
   軟質緩衝板が介在する請求項１ないし５のいずれかに記
   載の平形半導体装置。