JPH08316254A - 圧接型半導体装置 - Google Patents
圧接型半導体装置Info
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- JPH08316254A JPH08316254A JP7124704A JP12470495A JPH08316254A JP H08316254 A JPH08316254 A JP H08316254A JP 7124704 A JP7124704 A JP 7124704A JP 12470495 A JP12470495 A JP 12470495A JP H08316254 A JPH08316254 A JP H08316254A
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- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
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- H01L2924/1015—Shape
- H01L2924/10155—Shape being other than a cuboid
- H01L2924/10158—Shape being other than a cuboid at the passive surface
Abstract
(57)【要約】
【目的】熱応力を低減して高い信頼性が得られると共
に、優れた電気的特性が得られる圧接型半導体装置を提
供すること。 【構成】少なくとも１つのＰＮ接合を有する半導体素子
基板と、半導体素子基板の両主面にそれぞれ設けられた
電極と、この電極に接続され、表面粗さＲａが実質的に
０.１５ 以下である熱緩衝電極板と、熱緩衝電極板を介
して半導体素子基板の両主面を圧接する一対の外部電極
とを設ける。 【効果】異種材料接合部あるいは接触部に発生する熱応
力を効果的に緩和、逃がすことにより、長期信頼性及び
電気的特性の良好な圧接型半導体装置が得られる。
に、優れた電気的特性が得られる圧接型半導体装置を提
供すること。 【構成】少なくとも１つのＰＮ接合を有する半導体素子
基板と、半導体素子基板の両主面にそれぞれ設けられた
電極と、この電極に接続され、表面粗さＲａが実質的に
０.１５ 以下である熱緩衝電極板と、熱緩衝電極板を介
して半導体素子基板の両主面を圧接する一対の外部電極
とを設ける。 【効果】異種材料接合部あるいは接触部に発生する熱応
力を効果的に緩和、逃がすことにより、長期信頼性及び
電気的特性の良好な圧接型半導体装置が得られる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、圧接型半導体装置に係
わり、特に信頼性及び電気的特性に優れた圧接型半導体
装置に関する。
わり、特に信頼性及び電気的特性に優れた圧接型半導体
装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来の圧接型半導体装置装置は、特開昭
64−28832 号に記載のように、半導体素子基板と、この
半導体素子基板と接触する電極と、この電極と接触する
モリブデン（Ｍｏ）やタングステン（Ｗ）からなる熱緩
衝電極板と、これらの要素を互いに加圧接触させる一対
の外部電極とから成っている。
64−28832 号に記載のように、半導体素子基板と、この
半導体素子基板と接触する電極と、この電極と接触する
モリブデン（Ｍｏ）やタングステン（Ｗ）からなる熱緩
衝電極板と、これらの要素を互いに加圧接触させる一対
の外部電極とから成っている。
【０００３】上記従来技術では、一対の外部電極による
圧接力により、電極との熱緩衝電極板、それに熱緩衝電
極板と外部電極とが接触した状態になっている。この場
合、半導体素子基板とモリブデン（Ｍｏ）またはタング
ステン（Ｗ）で構成された熱緩衝電極板の接触界面、そ
れに熱緩衝電極板と外部電極との接触界面においては、
それぞれ異種金属間の熱膨張係数との違いにより熱応力
が発生するが、その熱応力は、熱膨張係数が、半導体素
子基板と外部電極の中間の値をとる熱緩衝電極板を配置
したことによってかなり低減させることが可能になり、
熱応力によって半導体素子基板にクラックを生じさせる
ことを防ぐことができる。
圧接力により、電極との熱緩衝電極板、それに熱緩衝電
極板と外部電極とが接触した状態になっている。この場
合、半導体素子基板とモリブデン（Ｍｏ）またはタング
ステン（Ｗ）で構成された熱緩衝電極板の接触界面、そ
れに熱緩衝電極板と外部電極との接触界面においては、
それぞれ異種金属間の熱膨張係数との違いにより熱応力
が発生するが、その熱応力は、熱膨張係数が、半導体素
子基板と外部電極の中間の値をとる熱緩衝電極板を配置
したことによってかなり低減させることが可能になり、
熱応力によって半導体素子基板にクラックを生じさせる
ことを防ぐことができる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の圧接型半導体装置は、半導体素子基板の両主面に装
着された電極とそれら電極上に配置された熱緩衝電極板
とを一対の外部電極による圧接力によって接触されてい
る構造であるため、一対の外部電極の圧接力をかなり大
きく選ばないと、電極と熱緩衝電極板との接触界面の接
触抵抗が増大するようになり、その結果、熱抵抗が大き
くなるという問題がある。
来の圧接型半導体装置は、半導体素子基板の両主面に装
着された電極とそれら電極上に配置された熱緩衝電極板
とを一対の外部電極による圧接力によって接触されてい
る構造であるため、一対の外部電極の圧接力をかなり大
きく選ばないと、電極と熱緩衝電極板との接触界面の接
触抵抗が増大するようになり、その結果、熱抵抗が大き
くなるという問題がある。
【０００５】又、従来の圧接型半導体装置の中でも、大
電力を処理する圧接型半導体装置、例えばゲートターン
オフ（ＧＴＯ）サイリスタ，光サイリスタ等の大電力圧
接型半導体装置においては、一対の外部電極による半導
体素子基板の圧接力をどのような大きさに選ぶという課
題の他にも、大面積の半導体素子基板内における動作の
均一性や大電流の遮断特性の向上等は、圧接型半導体装
置を使用する上で極めて重要な課題である。
電力を処理する圧接型半導体装置、例えばゲートターン
オフ（ＧＴＯ）サイリスタ，光サイリスタ等の大電力圧
接型半導体装置においては、一対の外部電極による半導
体素子基板の圧接力をどのような大きさに選ぶという課
題の他にも、大面積の半導体素子基板内における動作の
均一性や大電流の遮断特性の向上等は、圧接型半導体装
置を使用する上で極めて重要な課題である。
【０００６】ところで、従来の圧接型半導体装置におい
て、電流遮断の遮断耐量を増大させたり、熱抵抗を低減
させたりするには、一対の外部電極による半導体素子基
板の圧接力を相当高く選ぶ必要がある。しかるに、圧接
型半導体装置がゲートターンオフ（ＧＴＯ）サイリス
タ，光サイリスタ等である場合には、一対の外部電極に
よる圧接力を高くすると、半導体素子基板の主面に装着
されているアルミニウム（Ａｌ）で構成された電極が変
形を起し、半導体素子基板の同じ主面に接触する電極同
士が短絡したり、アルミニウム（Ａｌ）で構成された電
極の一部が、熱緩衝電極板とスティックしたり、外部電
極が変形したりする。さらに、一対の外部電極による圧
接時には、大型の治具を用いる必要性が生じ、半導体素
子基板に割れが発生し、圧接型半導体装置の信頼性が低
下するという問題がある。
て、電流遮断の遮断耐量を増大させたり、熱抵抗を低減
させたりするには、一対の外部電極による半導体素子基
板の圧接力を相当高く選ぶ必要がある。しかるに、圧接
型半導体装置がゲートターンオフ（ＧＴＯ）サイリス
タ，光サイリスタ等である場合には、一対の外部電極に
よる圧接力を高くすると、半導体素子基板の主面に装着
されているアルミニウム（Ａｌ）で構成された電極が変
形を起し、半導体素子基板の同じ主面に接触する電極同
士が短絡したり、アルミニウム（Ａｌ）で構成された電
極の一部が、熱緩衝電極板とスティックしたり、外部電
極が変形したりする。さらに、一対の外部電極による圧
接時には、大型の治具を用いる必要性が生じ、半導体素
子基板に割れが発生し、圧接型半導体装置の信頼性が低
下するという問題がある。
【０００７】一方、従来の圧接型半導体装置は、一対の
外部電極による圧接力を高くすると、半導体素子基板を
含んだ全体構造が大型化，重量化してしまう問題もあ
る。そこで、小型化，軽量化を図るために圧接力を低減
させると、半導体素子基板に接触する電極と熱緩衝電極
板とが均一に接触できなくなるため、圧接型半導体装置
の種々の電気的特性が劣化し、所望の特性が得られない
という問題が発生する。本発明は、上記従来技術の問題
点を解決するものであって、その目的は、熱応力を低減
して高い信頼性が得られると共に、優れた電気的特性が
得られる圧接型半導体装置を提供することにある。
外部電極による圧接力を高くすると、半導体素子基板を
含んだ全体構造が大型化，重量化してしまう問題もあ
る。そこで、小型化，軽量化を図るために圧接力を低減
させると、半導体素子基板に接触する電極と熱緩衝電極
板とが均一に接触できなくなるため、圧接型半導体装置
の種々の電気的特性が劣化し、所望の特性が得られない
という問題が発生する。本発明は、上記従来技術の問題
点を解決するものであって、その目的は、熱応力を低減
して高い信頼性が得られると共に、優れた電気的特性が
得られる圧接型半導体装置を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めの本発明の特徴とするところは、少なくとも１つのＰ
Ｎ接合を有する半導体素子基板と、半導体素子基板の両
主面にそれぞれ設けられた電極と、この電極に接続さ
れ、表面粗さＲａが実質的に０.１５ 以下である熱緩衝
電極板と、熱緩衝電極板を介して半導体素子基板の両主
面を圧接する一対の外部電極とを有する圧接型半導体装
置にある。
めの本発明の特徴とするところは、少なくとも１つのＰ
Ｎ接合を有する半導体素子基板と、半導体素子基板の両
主面にそれぞれ設けられた電極と、この電極に接続さ
れ、表面粗さＲａが実質的に０.１５ 以下である熱緩衝
電極板と、熱緩衝電極板を介して半導体素子基板の両主
面を圧接する一対の外部電極とを有する圧接型半導体装
置にある。
【０００９】本発明の好ましい実施態様としては、上記
熱緩衝電極板は、金（Ａｕ）及び金合金、または銀（Ａ
ｇ）及び銀合金粉末から構成される接合層を介して電極
に接続される。
熱緩衝電極板は、金（Ａｕ）及び金合金、または銀（Ａ
ｇ）及び銀合金粉末から構成される接合層を介して電極
に接続される。
【００１０】さらに本発明の好ましい実施態様として
は、上記接合層は、空孔率は実質的に４０％以下であ
る。
は、上記接合層は、空孔率は実質的に４０％以下であ
る。
【００１１】さらに本発明の好ましい実施態様として
は、上記接合層は、ほぼ１mm以下の厚さに構成される。
は、上記接合層は、ほぼ１mm以下の厚さに構成される。
【００１２】
【作用】シリコン（Ｓｉ）で構成された半導体素子基板
とモリブデン（Ｍｏ）またはタングステン（Ｗ）等で構
成された熱緩衝電極板との間の第１の界面部分に発生す
る熱応力はこの界面部分に、金（Ａｕ）及び金合金、ま
たは銀（Ａｇ）及び銀合金粉末で構成された実質的な空
孔率４０％以下の接合層を設けることにより、この界面
部分に発生する熱応力が緩和でき、半導体素子基板上に
設けられた電極の変形をおさえ、半導体素子基板上に設
けられた電極と熱緩衝電極板とのスティッキングを無く
し、さらに半導体素子基板に損傷を与えることを無くす
ことができる。空孔率が０％であると前記熱応力緩和効
果が無く、また、空孔率が４０％を超えると接触熱抵抗
および接触電気抵抗が極端に増加してしまい、半導体装
置の性能，信頼性を下げる要因となる。
とモリブデン（Ｍｏ）またはタングステン（Ｗ）等で構
成された熱緩衝電極板との間の第１の界面部分に発生す
る熱応力はこの界面部分に、金（Ａｕ）及び金合金、ま
たは銀（Ａｇ）及び銀合金粉末で構成された実質的な空
孔率４０％以下の接合層を設けることにより、この界面
部分に発生する熱応力が緩和でき、半導体素子基板上に
設けられた電極の変形をおさえ、半導体素子基板上に設
けられた電極と熱緩衝電極板とのスティッキングを無く
し、さらに半導体素子基板に損傷を与えることを無くす
ことができる。空孔率が０％であると前記熱応力緩和効
果が無く、また、空孔率が４０％を超えると接触熱抵抗
および接触電気抵抗が極端に増加してしまい、半導体装
置の性能，信頼性を下げる要因となる。
【００１３】また、熱緩衝電極板と銅（Ｃｕ）または銅
合金等で構成された一対の外部電極との間の第２の界面
部分に発生する熱応力は、熱緩衝電極板の表面粗さＲａ
を実質的に０.１５ 以下とすることで、熱緩衝電極板と
外部電極との間の摩擦係数、つまり摩擦力を低減し、接
触部に物理的な滑り作用を発生させ易くすることで緩和
させ、半導体素子基板に及ぼす影響を無くすことができ
る。
合金等で構成された一対の外部電極との間の第２の界面
部分に発生する熱応力は、熱緩衝電極板の表面粗さＲａ
を実質的に０.１５ 以下とすることで、熱緩衝電極板と
外部電極との間の摩擦係数、つまり摩擦力を低減し、接
触部に物理的な滑り作用を発生させ易くすることで緩和
させ、半導体素子基板に及ぼす影響を無くすことができ
る。
【００１４】このような熱応力の緩和構造は、本発明者
らが見いだした次のような実験結果及び解析結果に基づ
いている。すなわち、熱緩衝電極板として主に用いられ
ているモリブデンあるいはタングステンと、外部電極材
として主に用いられている銅とで摺動試験を行い、荷重
をパラメータとしてモリブデンあるいはタングステンの
表面粗さＲａと摩擦係数μとの関係を求めたところ、高
荷重，低荷重にかかわらず表面粗さＲａが０.１５ 付近
以下であると摩擦係数μはほぼ一定値（０.４)を示し
た。さらに、種々の荷重をかけたときの摩擦係数μに対
する熱緩衝電極板（モリブデンあるいはタングステン）
と外部電極（銅）接触部に発生する熱応力値を有限要素
法を用いて求めたところ摩擦係数μが０.４ 以下になる
と接触部に発生する熱応力値がほぼ一定になることがわ
かった。
らが見いだした次のような実験結果及び解析結果に基づ
いている。すなわち、熱緩衝電極板として主に用いられ
ているモリブデンあるいはタングステンと、外部電極材
として主に用いられている銅とで摺動試験を行い、荷重
をパラメータとしてモリブデンあるいはタングステンの
表面粗さＲａと摩擦係数μとの関係を求めたところ、高
荷重，低荷重にかかわらず表面粗さＲａが０.１５ 付近
以下であると摩擦係数μはほぼ一定値（０.４)を示し
た。さらに、種々の荷重をかけたときの摩擦係数μに対
する熱緩衝電極板（モリブデンあるいはタングステン）
と外部電極（銅）接触部に発生する熱応力値を有限要素
法を用いて求めたところ摩擦係数μが０.４ 以下になる
と接触部に発生する熱応力値がほぼ一定になることがわ
かった。
【００１５】さらに、上記接合層は電気伝導性に優れた
材料で構成されており、かつ半導体素子基板上のゲート
電極を除いた全ての電極と接合している構造であるた
め、優れた電気的特性が得られる。
材料で構成されており、かつ半導体素子基板上のゲート
電極を除いた全ての電極と接合している構造であるた
め、優れた電気的特性が得られる。
【００１６】
【実施例】以下、本発明の実施例を用いて詳細に説明す
る。
る。
【００１７】図１は、本発明による圧接型半導体装置の
実施例の構成を示す断面図であり、圧接型半導体装置が
ゲートターンオフ（ＧＴＯ）サイリスタを構成する例を
示すものである。
実施例の構成を示す断面図であり、圧接型半導体装置が
ゲートターンオフ（ＧＴＯ）サイリスタを構成する例を
示すものである。
【００１８】図１において、１は半導体素子基板、２は
カソード電極、３はカソード側熱緩衝電極板、４はカソ
ード側外部電極、５はカソード側接合層、６はアノード
電極、７はアノード側熱緩衝電極板、８はアノード側外
部電極、９はアノード側接合層、１０はゲート電極、１
１はゲートリード、１２はゲート絶縁体、１３は座金、
１４は皿バネ、１５は絶縁体、１６はフランジ、１７は
エンキャップ材である。
カソード電極、３はカソード側熱緩衝電極板、４はカソ
ード側外部電極、５はカソード側接合層、６はアノード
電極、７はアノード側熱緩衝電極板、８はアノード側外
部電極、９はアノード側接合層、１０はゲート電極、１
１はゲートリード、１２はゲート絶縁体、１３は座金、
１４は皿バネ、１５は絶縁体、１６はフランジ、１７は
エンキャップ材である。
【００１９】そして、半導体素子基板１は、シリコン
（Ｓｉ）で構成され、内部に少なくとも１つのＰＮ接合
を有している。半導体素子基板１は、一方の主面にアル
ミニウム（Ａｌ）で構成されたアノード電極６が装着さ
れ、他方の主面にアルミニウム（Ａｌ）で構成されたカ
ソード電極２及びゲート電極１０が装着される。カソー
ド電極２，アノード電極６、それにゲート電極１０の上
側にはそれぞれモリブデン（Ｍｏ）で構成された熱緩衝
電極板３，７が金（Ａｕ）及び金合金、あるいは銀（Ａ
ｇ）及び銀合金で構成された多孔質の接合層５，９を介
して接合される。カソード電極２及びアノード電極６に
接合された熱緩衝電極板３，７の上側には銅（Ｃｕ）で
構成された一対の外部電極４，８が配置される。エンキ
ャップ材１７は半導体素子基板１の側面を覆うように配
置される。ゲート電極１０の上側には、ゲートリード１
１の一部が接触配置され、その一部はゲート絶縁体１２
と皿バネ１４により弾性圧接されている。半導体素子基
板１，熱緩衝電極板３，７、それに一対の外部電極４，
８からなる半導体装置の主要部分は絶縁体１５内に挿入
され、一対の外部電極４，８が絶縁体１５の両端面にそ
れぞれ取り付けられたフランジ部１６に接合され、前記
半導体装置の主要部分が絶縁体１５内に保持される。ゲ
ートリード１１の他端部は絶縁体１５を挿通し、絶縁筒
の外部にゲート端子として導出されている。
（Ｓｉ）で構成され、内部に少なくとも１つのＰＮ接合
を有している。半導体素子基板１は、一方の主面にアル
ミニウム（Ａｌ）で構成されたアノード電極６が装着さ
れ、他方の主面にアルミニウム（Ａｌ）で構成されたカ
ソード電極２及びゲート電極１０が装着される。カソー
ド電極２，アノード電極６、それにゲート電極１０の上
側にはそれぞれモリブデン（Ｍｏ）で構成された熱緩衝
電極板３，７が金（Ａｕ）及び金合金、あるいは銀（Ａ
ｇ）及び銀合金で構成された多孔質の接合層５，９を介
して接合される。カソード電極２及びアノード電極６に
接合された熱緩衝電極板３，７の上側には銅（Ｃｕ）で
構成された一対の外部電極４，８が配置される。エンキ
ャップ材１７は半導体素子基板１の側面を覆うように配
置される。ゲート電極１０の上側には、ゲートリード１
１の一部が接触配置され、その一部はゲート絶縁体１２
と皿バネ１４により弾性圧接されている。半導体素子基
板１，熱緩衝電極板３，７、それに一対の外部電極４，
８からなる半導体装置の主要部分は絶縁体１５内に挿入
され、一対の外部電極４，８が絶縁体１５の両端面にそ
れぞれ取り付けられたフランジ部１６に接合され、前記
半導体装置の主要部分が絶縁体１５内に保持される。ゲ
ートリード１１の他端部は絶縁体１５を挿通し、絶縁筒
の外部にゲート端子として導出されている。
【００２０】前記実施例の圧接型半導体装置は、半導体
素子基板１の両主面に対して、厚み方向に加えられる一
対の外部電極４，８からの圧接力により、熱緩衝電極板
３，７とその上側に配置される一対の外部電極４，８と
の接触がそれぞれ達成される。この場合、前記実施例の
圧接型半導体装置においても、シリコン（Ｓｉ）で構成
された半導体素子基板１とモリブデン（Ｍｏ）で構成さ
れた熱緩衝電極板３，７との間の第１の界面部分、熱緩
衝電極板３，７と銅（Ｃｕ）で構成された一対の外部電
極４，８との間の第２の界面部分のそれぞれに、異種金
属間の熱膨張係数との違いにより熱応力が発生する。し
かし、第１の接触界面部分に、多孔質の接合層５，９を
適切な厚さに設けたことにより熱応力を緩和できる構造
とし、さらに第２の接触界面部分において、熱緩衝電極
板３，７，外部電極４，８との間の摩擦力を低減させる
ことによって物理的な滑り作用を生じさせ、熱応力を有
効に逃がすことが可能とした構造にしたため、半導体素
子基板に与えるダメージを除去することができる。
素子基板１の両主面に対して、厚み方向に加えられる一
対の外部電極４，８からの圧接力により、熱緩衝電極板
３，７とその上側に配置される一対の外部電極４，８と
の接触がそれぞれ達成される。この場合、前記実施例の
圧接型半導体装置においても、シリコン（Ｓｉ）で構成
された半導体素子基板１とモリブデン（Ｍｏ）で構成さ
れた熱緩衝電極板３，７との間の第１の界面部分、熱緩
衝電極板３，７と銅（Ｃｕ）で構成された一対の外部電
極４，８との間の第２の界面部分のそれぞれに、異種金
属間の熱膨張係数との違いにより熱応力が発生する。し
かし、第１の接触界面部分に、多孔質の接合層５，９を
適切な厚さに設けたことにより熱応力を緩和できる構造
とし、さらに第２の接触界面部分において、熱緩衝電極
板３，７，外部電極４，８との間の摩擦力を低減させる
ことによって物理的な滑り作用を生じさせ、熱応力を有
効に逃がすことが可能とした構造にしたため、半導体素
子基板に与えるダメージを除去することができる。
【００２１】図２は、熱緩衝電極板として主に用いられ
ているモリブデンあるいはタングステンと、外部電極材
として主に用いられている銅とで摺動試験を行い、荷重
を０.５kg／mm2，１kg／mm2，３kg／mm2としてモリブデ
ンあるいはタングステンの表面粗さＲａと摩擦係数μと
の関係を求めたものである。前記設定荷重値は、実際に
は１乃至２kg／mm2程度が用いられていることによる。
図２からは高荷重，低荷重にかかわらず表面粗さＲａが
０.１ 付近以下であると摩擦係数μはほぼ一定値（０.
４）をとり、約０.１５より大きいと低荷重では摩擦係
数μの値が大幅に増加してしまうことが判る。
ているモリブデンあるいはタングステンと、外部電極材
として主に用いられている銅とで摺動試験を行い、荷重
を０.５kg／mm2，１kg／mm2，３kg／mm2としてモリブデ
ンあるいはタングステンの表面粗さＲａと摩擦係数μと
の関係を求めたものである。前記設定荷重値は、実際に
は１乃至２kg／mm2程度が用いられていることによる。
図２からは高荷重，低荷重にかかわらず表面粗さＲａが
０.１ 付近以下であると摩擦係数μはほぼ一定値（０.
４）をとり、約０.１５より大きいと低荷重では摩擦係
数μの値が大幅に増加してしまうことが判る。
【００２２】図３は、０.５kg／mm2，１kg／mm2，３kg
／mm2の荷重をかけたときの摩擦係数μに対する熱緩衝
電極板（モリブデンあるいはタングステン）と外部電極
（銅）接触部に発生する熱応力値を有限要素法を用いて
求めたものである。摩擦係数μがほぼ０.４ 以下になる
と荷重にかかわらず接触部に発生する熱応力値がほぼ一
定になる。また、０.５kg／mm2 の低荷重の時には、μ
が０.６程度以下で熱応力値がほぼ一定になる。
／mm2の荷重をかけたときの摩擦係数μに対する熱緩衝
電極板（モリブデンあるいはタングステン）と外部電極
（銅）接触部に発生する熱応力値を有限要素法を用いて
求めたものである。摩擦係数μがほぼ０.４ 以下になる
と荷重にかかわらず接触部に発生する熱応力値がほぼ一
定になる。また、０.５kg／mm2 の低荷重の時には、μ
が０.６程度以下で熱応力値がほぼ一定になる。
【００２３】つまり前記第２の接触界面部分に働く摩擦
力を低減させるために、前記第２の接触界面部分に物理
的な滑り作用を生じさせ、熱応力を有効に逃がすための
最大摩擦係数は０.４〜０.６であり、このときの熱緩衝
電極板（モリブデンあるいはタングステン）の表面粗さ
Ｒａは最大で０.１〜０.１７ということになる。
力を低減させるために、前記第２の接触界面部分に物理
的な滑り作用を生じさせ、熱応力を有効に逃がすための
最大摩擦係数は０.４〜０.６であり、このときの熱緩衝
電極板（モリブデンあるいはタングステン）の表面粗さ
Ｒａは最大で０.１〜０.１７ということになる。
【００２４】したがって、前記摩擦力を低減させるに
は、前記熱緩衝電極板３，７の表面粗さＲａを実質的に
０.１５ 以下として滑り易くさせることが望ましい。た
だし、熱緩衝電極板３，７と外部電極４，８とが接触し
ない部分では、表面粗さはこれより大きくても差し支え
ない。
は、前記熱緩衝電極板３，７の表面粗さＲａを実質的に
０.１５ 以下として滑り易くさせることが望ましい。た
だし、熱緩衝電極板３，７と外部電極４，８とが接触し
ない部分では、表面粗さはこれより大きくても差し支え
ない。
【００２５】好ましくは、外部電極４，８の表面もより
滑らかであるほうがよい。
滑らかであるほうがよい。
【００２６】さらに、半導体素子基板１上のゲート電極
１０を除く全ての電極と熱緩衝電極板３，７とを、電気
伝導性に優れた材料で構成された接合層５，９を介して
接合させたため、均一接触が実現でき、一対の外部電極
４，８による圧接力を増大させなくても種々の優れた電
気的特性を有するとともに、高い信頼性を持ったGTOサ
イリスタを得ることができる。
１０を除く全ての電極と熱緩衝電極板３，７とを、電気
伝導性に優れた材料で構成された接合層５，９を介して
接合させたため、均一接触が実現でき、一対の外部電極
４，８による圧接力を増大させなくても種々の優れた電
気的特性を有するとともに、高い信頼性を持ったGTOサ
イリスタを得ることができる。
【００２７】なお、接合層５，９は、熱緩衝電極板上に
加圧，焼結して形成され、その形状は半導体素子基板の
両主面上に形成された電極の形状に依存しない。つま
り、半導体素子基板がＧＴＯサイリスタ等の場合、特に
カソード側の電極の形状は微細構造となるが、本発明に
おける接合層は、例えばカソード側熱緩衝電極板上に設
けられた接合層の形状が、アノード側熱緩衝電極板上に
設けられた接合層の形状と対称をなしてもよい。
加圧，焼結して形成され、その形状は半導体素子基板の
両主面上に形成された電極の形状に依存しない。つま
り、半導体素子基板がＧＴＯサイリスタ等の場合、特に
カソード側の電極の形状は微細構造となるが、本発明に
おける接合層は、例えばカソード側熱緩衝電極板上に設
けられた接合層の形状が、アノード側熱緩衝電極板上に
設けられた接合層の形状と対称をなしてもよい。
【００２８】また接合層は、熱緩衝電極板上に加圧，焼
結して形成されるが、このときの接合層の空孔率は約４
０％以下であることが望ましい。
結して形成されるが、このときの接合層の空孔率は約４
０％以下であることが望ましい。
【００２９】図４は任意の金属材料を前記接合層を介し
て接合し、前記接合層の空孔率を変化させたときの接合
体全体における熱抵抗の変化を示したものである。種々
の金属材料の組み合わせに対し、熱抵抗は空孔率が４０
％程度より少ないとほぼ一定であり、これを超えると急
激に増加する傾向がある。
て接合し、前記接合層の空孔率を変化させたときの接合
体全体における熱抵抗の変化を示したものである。種々
の金属材料の組み合わせに対し、熱抵抗は空孔率が４０
％程度より少ないとほぼ一定であり、これを超えると急
激に増加する傾向がある。
【００３０】図５は任意の金属材料を前記接合層を介し
て接合し、前記接合層の空孔率を変化させたときの接合
体全体における電気抵抗の変化を示したものである。
て接合し、前記接合層の空孔率を変化させたときの接合
体全体における電気抵抗の変化を示したものである。
【００３１】上記した熱抵抗の変化と同様に種々の金属
材料の組み合わせに対し、熱抵抗は空孔率が約４０％よ
り少ないとほぼ一定であり、これを超えると急激に増加
する傾向がある。
材料の組み合わせに対し、熱抵抗は空孔率が約４０％よ
り少ないとほぼ一定であり、これを超えると急激に増加
する傾向がある。
【００３２】よって、前記接合層の空孔率を約４０％以
下とすることで、ＧＴＯサイリスタの様な微細な電極パ
ターンを有する半導体素子基板と接合する際、電気的短
絡等の製造上の不良事故を起こすことがなく、かつ長期
にわたる高信頼性も確保できる。接合層は、半導体素子
基板と接合後、その空孔率が実質的に４０％以下とな
る。
下とすることで、ＧＴＯサイリスタの様な微細な電極パ
ターンを有する半導体素子基板と接合する際、電気的短
絡等の製造上の不良事故を起こすことがなく、かつ長期
にわたる高信頼性も確保できる。接合層は、半導体素子
基板と接合後、その空孔率が実質的に４０％以下とな
る。
【００３３】加えて前記接合層の形状が半導体素子基板
の両主面に設けられた電極パターンに依存しないことか
ら、製造工程を簡素化することもできる。
の両主面に設けられた電極パターンに依存しないことか
ら、製造工程を簡素化することもできる。
【００３４】
【発明の効果】銀（Ａｇ）及び銀合金、または金（Ａ
ｕ）及び金合金粉末で形成された空孔率４０％以下で適
切な厚さの接合層を介して接合することにより、異種材
料間の熱膨張係数との違いにより発生する熱応力を緩和
することができ、かつ半導体素子基板上のゲート電極を
除いた全ての電極と熱緩衝電極板との間に良好な電気的
導通を得ることができ、低圧接力でも優れた電気的特性
を得ることができる。
ｕ）及び金合金粉末で形成された空孔率４０％以下で適
切な厚さの接合層を介して接合することにより、異種材
料間の熱膨張係数との違いにより発生する熱応力を緩和
することができ、かつ半導体素子基板上のゲート電極を
除いた全ての電極と熱緩衝電極板との間に良好な電気的
導通を得ることができ、低圧接力でも優れた電気的特性
を得ることができる。
【００３５】また、熱緩衝電極板の表面粗さＲａを０.
１５ 以下とすることで、熱緩衝電極板と外部電極との
接触部における摩擦力を低減でき、前記熱応力発生時に
物理的な滑り作用を持たせることによって半導体素子基
板に与えるダメージを除去できるため、高い信頼性を持
った圧接型半導体装置を得ることができる。
１５ 以下とすることで、熱緩衝電極板と外部電極との
接触部における摩擦力を低減でき、前記熱応力発生時に
物理的な滑り作用を持たせることによって半導体素子基
板に与えるダメージを除去できるため、高い信頼性を持
った圧接型半導体装置を得ることができる。
【図１】本発明による圧接型半導体装置の実施例の構成
を示す断面図である。
を示す断面図である。
【図２】熱緩衝電極板として主に用いられているモリブ
デンあるいはタングステンと、外部電極材として主に用
いられている銅とで摺動試験を行い、荷重を０.５ kg／
mm2，１kg／mm2，３kg／mm2 としてモリブデンあるいは
タングステンの表面粗さＲａと摩擦係数μとの関係を求
めたものである。
デンあるいはタングステンと、外部電極材として主に用
いられている銅とで摺動試験を行い、荷重を０.５ kg／
mm2，１kg／mm2，３kg／mm2 としてモリブデンあるいは
タングステンの表面粗さＲａと摩擦係数μとの関係を求
めたものである。
【図３】０.５kg／mm2，１kg／mm2，３kg／mm2の荷重を
かけたときの摩擦係数μに対する熱緩衝電極板（モリブ
デンあるいはタングステン）と外部電極（銅）接触部に
発生する熱応力値を有限要素法を用いて求めたものであ
る。
かけたときの摩擦係数μに対する熱緩衝電極板（モリブ
デンあるいはタングステン）と外部電極（銅）接触部に
発生する熱応力値を有限要素法を用いて求めたものであ
る。
【図４】任意の金属材料を前記接合層を介して接合し、
前記接合層の空孔率を変化させたときの接合体全体にお
ける熱抵抗の変化を示したものである。
前記接合層の空孔率を変化させたときの接合体全体にお
ける熱抵抗の変化を示したものである。
【図５】任意の金属材料を前記接合層を介して接合し、
前記接合層の空孔率を変化させたときの接合体全体にお
ける電気抵抗の変化を示したものである。
前記接合層の空孔率を変化させたときの接合体全体にお
ける電気抵抗の変化を示したものである。
１…半導体素子基板、２…カソード電極、３…カソード
側熱緩衝電極板、４…カソード側外部電極、５…カソー
ド側接合層、６…アノード電極、７…アノード側熱緩衝
電極板、８…アノード側外部電極、９…アノード側接合
層、１０…ゲート電極、１１…ゲートリード、１２…ゲ
ート絶縁体、１３…座金、１４…皿バネ、１５…絶縁
体、１６…フランジ、１７…エンキャップ材。
側熱緩衝電極板、４…カソード側外部電極、５…カソー
ド側接合層、６…アノード電極、７…アノード側熱緩衝
電極板、８…アノード側外部電極、９…アノード側接合
層、１０…ゲート電極、１１…ゲートリード、１２…ゲ
ート絶縁体、１３…座金、１４…皿バネ、１５…絶縁
体、１６…フランジ、１７…エンキャップ材。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 佐藤 満雄 茨城県日立市大みか町七丁目１番１号 株 式会社日立製作所日立研究所内
Claims (4)
- 【請求項１】少なくとも１つのＰＮ接合を有する半導体
素子基板と、 前記半導体素子基板の両主面にそれぞれ設けられた電極
と、 前記電極に接続され、表面粗さＲａが実質的に０.１５
以下である熱緩衝電極板と、 前記熱緩衝電極板を介して前記半導体素子基板の両主面
を圧接する一対の外部電極とを有する圧接型半導体装
置。 - 【請求項２】請求項１の圧接型半導体装置において、 前記熱緩衝電極板は、金（Ａｕ）及び金合金、または銀
（Ａｇ）及び銀合金粉末から構成される接合層を介して
前記電極に接続されることを特徴とする圧接型半導体装
置。 - 【請求項３】請求項２の圧接型半導体装置において、 前記接合層は、空孔率が実質的に４０％以下であること
を特徴とする圧接型半導体装置。 - 【請求項４】請求項２または請求項３の圧接型半導体装
置において、 前記接合層は、ほぼ１mm以下の厚さに構成されているこ
とを特徴とする圧接型半導体装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7124704A JPH08316254A (ja) | 1995-05-24 | 1995-05-24 | 圧接型半導体装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7124704A JPH08316254A (ja) | 1995-05-24 | 1995-05-24 | 圧接型半導体装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08316254A true JPH08316254A (ja) | 1996-11-29 |
Family
ID=14892040
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP7124704A Pending JPH08316254A (ja) | 1995-05-24 | 1995-05-24 | 圧接型半導体装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH08316254A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2009094341A (ja) * | 2007-10-10 | 2009-04-30 | Renesas Technology Corp | 半導体装置、半導体装置の製造方法および接続材料 |
-
1995
- 1995-05-24 JP JP7124704A patent/JPH08316254A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2009094341A (ja) * | 2007-10-10 | 2009-04-30 | Renesas Technology Corp | 半導体装置、半導体装置の製造方法および接続材料 |
| US8643185B2 (en) | 2007-10-10 | 2014-02-04 | Renesas Electronics Corporation | Semiconductor apparatus, manufacturing method of semiconductor apparatus, and joint material |
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