JPH06252280A

JPH06252280A - 平形半導体装置

Info

Publication number: JPH06252280A
Application number: JP4032993A
Authority: JP
Inventors: Katsuhiro Endo; 勝弘遠藤
Original assignee: Fuji Electric Co Ltd
Current assignee: Fuji Electric Co Ltd
Priority date: 1993-03-02
Filing date: 1993-03-02
Publication date: 1994-09-09

Abstract

(57)【要約】【目的】アロイフリー化した平形半導体装置の半導体基
体を、容器両面に露出する電極体に対し、寸法精度を高
めにくい容器側枠内面を衝としないで位置ずれの生じな
いように位置決めし、基体の損傷を防止する。【構成】半導体基体の周縁部を埋め込んだ環状絶縁性部
材の内側面に半導体基体両側の接触電極板を嵌合させ、
その接触電極板の少なくとも一方を対向する電極体に対
して、嵌着あるいは周縁の折り曲げ部が双方に外接する
中間板を使用することによって位置決めする。また、サ
イリスタの場合は、ゲート電極に加圧接触するゲート電
極接触体をとり囲む絶縁ブッシュを、電極体の凹部、接
触電極板の貫通孔に共通に嵌合させることにより位置決
めする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ゲートターンオフサイ
リスタ (以下ＧＴＯサイリスタと記す) などの半導体基
体を基板に固着しないでその両面に接触体を加圧接触さ
せるアロイフリー型の平形半導体装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】ＧＴＯサイリスタなどの電力用半導体装
置において、半導体基体から容器の両面に同等に放熱で
きる構造とした平形半導体装置によく知られている。そ
のような平形半導体装置において、シリコン基板の一主
面とシリコンと近似した熱膨脹係数をもつモリブデンな
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ＧＴＯ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。

【０００３】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。

【０００４】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。

【０００５】図３は、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
21、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。

【０００６】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、
加圧接触のために電極体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。

【０００７】

【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の寸法精度を高くしなければならない。し
かし、セラミック製の環状枠体43の加工精度を高めるこ
とはコスト高を招くおそれがある。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。

【０００８】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を、容器の枠体内側面を衝
としないでが機械的にも特性的にも安定して所定の位置
に保持した平形半導体装置を提供することにある。

【０００９】

【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、半導体基体と両接触電極板とが一体に保持され、少
なくとも一方の接触電極板が対向する電極体に対して位
置決めされたものとする。そして、半導体基体と両接触
電極板とが、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
縁性部材によって一体に保持されたことが有効である。
また、接触電極板が対向する電極体に対して、対向面の
一方に設けられた凹部と他方に設けられた凸部とを嵌着
することにより位置決めされたこと、対向面の一方に設
けられた凹部に他方の全面を嵌着することにより位置決
めされたこと、あるいは接触電極板と対向する電極体と
の間に、周縁部が複数個所で折り曲げられ、一方の側に
折り曲げられた個所が接触電極板に、他方の側に折り曲
げられた個所が電極体にそれぞれ外接する中間板が挿入
されることにより位置決めされたことが有効である。さ
らに、接触電極板が対向する電極体に対して、接触電極
板に設けられた貫通孔と電極体の対向面に設けられた凹
部とに共通に嵌合する筒状体を挿入することにより位置
決めされたこと、その際筒状体の半導体基体に近い側に
制御電極接触体、遠い側にその接触体を半導体基体の制
御電極に対して押圧するばねが挿入されたことが有効で
ある。

【００１０】

【作用】半導体基体の両面に露出する電極体は、絶縁性
環状枠体を介して結合されているので、相互の横方向の
位置関係は固定される。その電極体の一方に半導体基体
と一体に保持された接触電極板の一方が位置決めされる
ことにより、半導体基体の容器内の位置は、容器の環状
枠体の内側面と無関係に決まるため、寸法のばらつきに
よる位置ずれが少ない。また、接触電極板と対向する電
極板と相互の嵌着、両者に外接する折り曲げ部をもつ中
間板の挿入、あるいは筒状体の両者との嵌合によって位
置決めされるので、外力や振動による位置ずれも生じに
くい。

【００１１】

【実施例】以下、図３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と一体にされている。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からなり、
約３mmの厚さで例えば外径90mmであり、内径79mmの開口
部に、いずれも外径80mm、厚さ２mmのMoからなる接触電
極板21、22を固く嵌合させる。そして、上部接触電極板
21を下にしてフランジ41と結合された厚さ７mmの上部電
極体31の上に載せるが、図２に示すように、接触電極板
21の一面の中央部に高さ0.５〜1.０mmの円形凸部23が、
電極体31の一面の中央部に深さ0.５〜1.０mmの円形凹部
33が形成されており、この両者を図１のように嵌合させ
ることにより、半導体基体１を上部電極体31に対して位
置決めすることができる。そして、フランジ41を、フラ
ンジ42により下部電極体32と結合された環状枠体43上面
のフランジ44と封止溶接すれば、半導体基体１は下部電
極体32に対しても位置決めすることができる。

【００１２】図４は、本発明の別の実施例の互いに嵌着
される上部電極体31と上部接触電極板21を示し、外径80
mmの上部接触電極板21に、外径77mm、深さ0.５〜1.０mm
の凹部24を形成し、この凹部24に外径77mmの上部電極体
31を嵌め込む。また、図５、図６に示す別の実施例で
は、電極体31と接触電極板21の間に0.２mmの厚さの焼き
なまし銅板あるいは銀めっきタフピッチ銅板からなる圧
力緩衝板６を挿入し、その圧力緩衝板６の周縁部を８分
割して外折りおよび内折りにする。そして、外折り部61
の内径が80mm、内折り部62の内径を77mmにされているの
で、それぞれ外径80mmの上部接触電極板21および外径77
mmの上部電極体31に外接させることができ、接触電極板
21と電極体31の関係位置を固定することができる。さら
に、この圧力緩衝板６の外折り部61、内折り部62の弾性
により、異常な外力が加わったときの局部的な加圧を緩
衝することができ、不均一な加圧による半導体基体１の
機械的損傷を防止する役目をする。なお、圧力緩衝板６
の材料に焼きなまし銅板、あるいは銀めっきタフピッチ
銅板を用いることにより、粒度の粗いMo接触電極板をも
良好な接触が保たれ、圧力緩衝の効果を高めることがで
きる。

【００１３】以上の実施例では、上部接触電極板21と上
部電極体31との間の直接の位置決めのみを行ったが、下
部接触電極板22と下部電極体32の間にも同様にして直接
位置決めを行ってもよい。図７は本発明の一実施例の平
形ＧＴＯサイリスタの組立前の各部品を示す。この部品
の組立手順は、環状枠体43に取り付けられた下部電極体
(カソードポスト) 32の中心部に掘られた深さ10mm、内
径20mmの凹部34の中に金属から作られた厚さ１mmの剛体
のワッシャ71を敷く。これはカソードポストの凹部34の
変形を防止することによる皿ばね加圧力の一定化のため
にである。次に皿ばね８を挿入、さらに皿ばね８の圧力
が均一に半導体基体１に伝播されるようにワッシャ72
を、さらに、カソードポスト32とゲート電極との電気絶
縁のために厚さ0.４mmの雲母からなる絶縁ワッシャ73を
入れる。ワッシャ71、72、皿ばね８および絶縁ワッシャ
73はすべて外径が18mmであり、凹部34の内壁との間に間
隙が生ずる。この間隙に入りこむような絶縁ブッシュ74
を挿入する。このブッシュ74には、ゲートリード91を逃
げる溝が形成されており、上部にやはり外径18mmのゲー
ト電極接触体９を挿入することができる。ブッシュ74は
ポリテトラフルオエチレン樹脂からなり、高さ11.5mmで
ある。従って、カソードポスト32の上に、このブッシュ
74が嵌まる直径20mmの貫通孔25を中央に有する外径80m
m、厚さ２mmの下部接触電極板22を載せると、ブッシュ7
4の上端は接触電極板22の上面より低い。しかし、ゲー
ト電極接触体９の接触面は電極接触板22の上面より0.５
〜0.６mmだけ上に出るようにされている。これが皿ばね
８に加圧を生ずるたわみ代となる。そして、外径80mmの
下部接触電極板22を、シリコーン樹脂からなりシリコン
基板１の外周が埋め込まれた環状固定部材５の内径79mm
の開口部に対して嵌合させる。同様に固定部材５の開口
部でシリコン基板１の上に上部接触電極板21を嵌合さ
せ、その上にフランジ41と結合された上部電極体 (アノ
ードポスト) 31を載せ、フランジ41と環状枠体43にろう
付けされたフランジ44とを溶接すれば、シリコン基板１
の下面中心のゲート電極に位置合わせされているゲート
電極接触体９が皿ばね８の力により加圧接触する。シリ
コン基板１の両面の電極と接触電極板21、22との間、な
らびに接触電極板21、22と電極体31、32との間の加圧接
触は、通常の平形半導体装置同様、外部の加圧機構から
の圧力により行われる。なお、以上の構造で上、下電極
体31、32の半導体基体１との間の位置決めが行われる
が、上部電極体31と上部接触電極板21との間にも前述の
実施例と同様な方法で位置決めを行ってもよい。

【００１４】図８は、平形ＧＴＯサイリスタに用いられ
る別のカソードポスト32を示し、その中心凹部34は内壁
にテーパがつけられており、側面下部に同様のテーパを
つけた絶縁ブッシュ74が嵌め込みやすくなっている。

【００１５】

【発明の効果】本発明によれば、アロイフリー方式にし
た平形半導体装置の半導体基体をその両面に接触する接
触電極板と一体に保持し、その接触電極板と容器外面に
露出する電極体との間を、直接あるいは中間板を介して
の嵌着、もしくは双方の凹部あるいは穴に嵌合する筒状
体の使用による位置決めすることにより、寸法精度の出
しにくい容器内壁を衝とする位置決めが不要になった。
その結果、寸法のばらつきによる位置ずれが阻止され、
また振動、外力による不用意の位置ずれも防止されるの
で、外部の加圧機構からの加圧力を低くできるほか、異
常外力に対して半導体基体を安全に保護して破壊を防
ぎ、信頼性の高い平形半導体装置が得られた。さらに、
中間板に圧力緩衝効果を期待することもでき、加圧接触
のための加圧力の異常を防ぎ、部品間位置決めの信頼度
をさらに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】図１の平形半導体装置の一部部品の断面図

【図３】従来のアロイフリー化平形半導体装置の断面図

【図４】本発明の別の実施例の平形半導体装置の一部部
品の断面図

【図５】本発明のさらに別の実施例の平形半導体装置の
一部部品の断面図

【図６】図５の圧力緩衝板の平面図

【図７】本発明の異なる実施例の平形ＧＴＯサイリスタ
の組立前状態における各部品の断面図

【図８】本発明のさらに異なる実施例の平形ＧＴＯサイ
リスタの一部部品の断面図

【符号の説明】

１半導体基体２１、２２接触電極板２３凸部２４凹部２５貫通孔３１、３２電極体３３、３４凹部４１、４２、４４フランジ４３絶縁性環状枠体５固定部材６圧力緩衝板６１外折り部６２内折り部７４絶縁ブッシュ８皿ばね９ゲート電極接触体

Claims

【特許請求の範囲】

【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、半導体基体と
両接触電極板が一体に保持され、少なくとも一方の接触
電極板が対向する電極体に対して位置決めされたことを
特徴とする平形半導体装置。
【請求項２】半導体基体と両接触電極板が、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一体に
保持された請求項１記載の平形半導体装置。
【請求項３】接触電極板が対向する電極体に対して、対
向面の一方に設けられた凹部と他方に設けられた凹部と
を嵌着することにより位置決めされた請求項１あるいは
２記載の平形半導体装置。
【請求項４】接触電極板が対向する電極体に対して、対
向面の一方に設けられた凹部に他方の全面を嵌着するこ
とにより位置決めされた請求項１あるいは２記載の平形
半導体装置。
【請求項５】接触電極板が対向する電極体に対して、接
触電極板と対向する電極体との間に、周縁部が複数個所
で折り曲げられ、一方の側に折り曲げられた個所が接触
電極板に、他方の側に折り曲げられた個所が電極体にそ
れぞれ外接する中間板が挿入されることにより位置決め
された請求項１あるいは２記載の平形半導体装置。
【請求項６】接触電極板が対向する電極体に対して、接
触電極板に設けられた貫通孔と電極体の対向面に設けら
れた凹部とに共通に嵌合する筒状体を挿入することによ
り位置決めされた請求項１あるいは２記載の平形半導体
装置。
【請求項７】筒状体の半導体基体に近い側に制御電極接
触体、遠い側にその接触体を半導体基体の制御電極に対
して押圧するばねが挿入された請求項６記載の平形半導
体装置。