JPH09213880A - 内部圧接型半導体装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】部品数が少なく、熱緩衝板の厚さに影響されず
に延面距離を大きくすることが可能な構造とし、熱緩衝
板を薄くしてその熱抵抗を低減する。 【解決手段】半導体チップ６と、半導体チップ６の一方
の主表面に接触する熱緩衝板５と、半導体チップ６の他
方の主表面に接触する熱緩衝板７と、熱緩衝板５を介し
て半導体チップ６に対向する第１の電極４と、熱緩衝板
７を介して半導体チップ６に対向する第２の電極８と、
半導体チップ６と熱緩衝板５と６と第１の電極４と第２
の電極８とを収納するケース９とを具備し、半導体チッ
プ６と熱緩衝板５と熱緩衝板７とがケース９の内壁から
所定の距離を隔てて収納されるように半導体チップ６の
周囲に設置される絶縁性のチップフレーム１を具備す
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電力用半導体装置
に関し、特に半導体整流ダイオード等の内部圧接型半導
体装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体整流ダイオードは、整流作用を行
わせる目的で、例えばシリコン等によるｐｎ接合体をケ
ース内に密封したものである。電流定格は例えば０．１
〜３０００Ａ、電圧定格は１０００〜６０００Ｖと各種
容量の装置が製造されている。容量に応じて、リードマ
ウント型、平型、スタッド型等の様々なケースが用いら
れている。

【０００３】図３または図４に、従来のスタッド型Ｓｉ
整流ダイオードの構造を示す。ｐｎ接合を有するＳｉチ
ップ６をＭｏ板５および７を介してＣｕ製の電極４およ
び８により加圧接触させる。Ｍｏ板５および７は、Ｓｉ
とＣｕとの熱膨脹率の差による歪みを防止するための熱
緩衝板として用いられる。図３は、Ｓｉチップ６を順方
向に組み込んだ場合、すなわち、Ｓｉチップ６の上側が
ｎ型、下側がｐ型であり、電極４を陰極として使用し、
電極８を陽極として使用する場合を示している。また、
図４はＳｉチップ６を逆方向に組み込んだ場合、すなわ
ち、Ｓｉチップ６の上側がｐ型、下側がｎ型の場合を示
している。

【０００４】ここで、Ｓｉチップ６およびＭｏ板５およ
び７はチップフレーム２およびガイドフレーム３により
ケース９内における位置が確定される。これらのチップ
フレーム２およびガイドフレーム３は例えば樹脂等の絶
縁体により形成されている。図５の（ａ）に、チップフ
レーム２の上面図、（ｂ）に、同図（ａ）のＡ−Ａ´断
面図、（ｃ）にガイドフレーム３の上面図、（ｄ）に、
同図（ｃ）のＡ−Ａ´断面図を示す。

【０００５】ここに示す従来の半導体装置は、ケース９
の内壁が円形であり、Ｓｉチップはほぼ正方形である。
チップフレーム２は、一方の表面に例えばＳｉチップを
保持するための四辺形の切り欠き部１１を有し、さらに
反体側の表面には、Ｓｉチップの例えばｐ型側の表面に
接触するＭｏ板７を保持するための四辺形の切り欠き部
１２が前述の切り欠き部１１に貫通するように形成され
ている。ここで、耐圧を確保するために、Ｓｉチップと
チップフレーム２とは例えば接着剤を用いて密着させて
使用する必要がある。

【０００６】ガイドフレーム３は、チップフレーム２と
嵌合する例えば四辺形の貫通する開口部１３を有し、一
方の表面に、Ｓｉチップの例えばｎ型側の表面に接触す
るＭｏ板５を保持するための円形の切り欠き部１４が形
成されている。

【０００７】このように、従来の半導体装置では、チッ
プフレーム２とガイドフレーム３とが別個の部品であっ
た。これは、前述のような、種々の電流定格またはケー
スを有する半導体装置を、単一規格のＳｉチップを用い
て製造するためである。このようにすることにより、品
質の良いＳｉチップを安価に供給することができる。

【０００８】例えば、図６に上面図を示すように、同一
のＳｉチップ６を複数個並列に並べて圧接することによ
り、大きい電流定格の半導体装置を構成することができ
る。この半導体装置は、Ｓｉチップ６が接着されたチッ
プフレーム２を、複数の切り欠き部が形成されているガ
イドフレーム３´に嵌め込むことにより、製造される。
ここで、ガイドフレーム３´に形成する切り欠き部の個
数を変化させることにより、簡単に異なる電流定格を有
する半導体装置を製造することができる。

【０００９】このように、Ｓｉチップが接着されたチッ
プフレーム２を、半導体装置の電流定格またはケース等
に応じた形状を有するガイドフレーム３に嵌め込むこと
により、単一規格のＳｉチップを用いて様々な品種の半
導体装置を簡単に安価に製造することができる。

【００１０】また、複数のＳｉチップを用いて半導体装
置を構成する場合、個々のＳｉチップの特性を検査して
良品のみを選別して製造する。この検査のためには、個
々のＳｉチップをそれぞれチップフレーム２に接着して
おく必要がある。

【００１１】しかし、電流定格の小さい半導体装置は、
１個のＳｉチップを用いて構成することができるため、
チップフレーム２とガイドフレーム３とを分離する必要
はなく、チップフレーム２とガイドフレーム３とを別個
の部品で構成しているために、部品の数が多くなるとい
う問題があった。

【００１２】また、このような電圧定格の大きい半導体
装置では、短い距離を介して対向する電極、熱緩衝板ま
たはケース等の間に、非常に大きい電位差が印加される
ため、長時間使用する間に、この対向する例えば電極間
等に放電により電流が流れて電流漏洩あるいは絶縁破壊
が生じる可能性がある。しかし、このような対向する電
極の間に絶縁物を設置すると、電流は絶縁膜の中を流れ
ないため、実効的に電極間の距離が延長されたことと同
様の効果を有する。このような実効的な電極間の距離を
延面距離と呼び、例えば図３に示す従来の半導体装置で
は、Ｍｏ板５の下面と陽極電極８の上面との間のチップ
フレーム２の外周に沿った距離が、最も短い延面距離と
なる。また、図４では、陰極４の下面とＭｏ板５の上面
との間のチップフレーム２の外周に沿った距離が、最も
短い延面距離となる。

【００１３】ここで、従来はＭｏ板７の厚さを厚くし
て、延面距離を確保することにより、前述のような経時
的な放電現象を抑制し、信頼性の向上を図ってきた。し
かし、Ｍｏ板７の厚さが厚いため、Ｍｏ板７の熱抵抗を
低減することができずに、ｐｎ接合部において発生した
熱を十分に放熱することができなくなるという問題があ
った。また、定格電圧の大きい半導体装置では、Ｍｏ板
７の厚さをより厚くする必要があるため、さらにこの問
題が顕著になるという問題があった。

【００１４】

【発明が解決しようとする課題】このように、従来の内
部圧接型半導体装置では、部品数が多く、また、信頼性
を向上するためには、熱緩衝板を厚くして延面距離を大
きくする必要があり、熱緩衝板の熱抵抗が増大し、半導
体装置の内部で発生する熱を十分に放熱できなくなると
いう問題があった。

【００１５】本発明の目的は、部品数が少なく、熱緩衝
板の厚さに影響されずに延面距離を大きくすることが可
能な構造とすることにより、熱緩衝板を薄くして、その
熱抵抗を低減することができる内部圧接型半導体装置を
提供することである。

【００１６】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決し目的を
達成するために、本発明による内部圧接型半導体装置
は、半導体チップと、この半導体チップの一方の主表面
に接触する第１の熱緩衝板と、前記半導体チップの他方
の主表面に接触する第２の熱緩衝板と、前記第１の熱緩
衝板を介して前記半導体チップに対向する第１の電極
と、前記第２の熱緩衝板を介して前記半導体チップに対
向する第２の電極と、前記半導体チップと前記第１の熱
緩衝板と前記第２の熱緩衝板と前記第１の電極と前記第
２の電極とを収納するケースとを具備し、前記半導体チ
ップと前記第１の熱緩衝板と前記第２の熱緩衝板とが前
記ケースの内壁から所定の距離を隔てて収納されるよう
に前記半導体チップの周囲に設置される絶縁性のチップ
フレームを具備することを特徴とする。

【００１７】また、上記の内部圧接型半導体装置におい
て、チップフレームは厚さ方向に３つの異なる形状の切
り欠き部を有し、この切り欠き部は上面側から、前記第
１の熱緩衝板の外側面と嵌合する第１の切り欠き部と、
前記半導体チップの外側面と嵌合する第２の切り欠き部
と、前記第２の熱緩衝板の外側面と嵌合する第３の切り
欠き部とにより構成することができる。

【００１８】このように、本発明による内部圧接型半導
体装置では、１つのチップフレームにより、半導体チッ
プと第１の熱緩衝板と第２の熱緩衝板とを前記ケースの
内壁から所定の距離を隔てて収納するため、チップフレ
ームとガイドフレームの２つの部品を必要としていた従
来の内部圧接型半導体装置に比べて、部品数を低減する
ことができる。

【００１９】また、従来はチップフレームとガイドフレ
ームの間に空間があるため、対向する電極間に大きい電
位差が印加された場合に、この空間を通って電流が流れ
て電流漏洩あるいは絶縁破壊が生じる可能性があった
が、本発明による内部圧接型半導体装置では、半導体チ
ップまたは熱緩衝板または電極とケースとの間を絶縁性
のチップフレームにより構成するため、このチップフレ
ームの中は電流が流れないことにより、対向する電極間
の実効的な距離を大きくすることができる。このため、
対向する電極間に電流が流れてしまう可能性を低減し、
半導体装置の信頼性を向上することができる。

【００２０】また、従来は、熱緩衝板の厚さを厚くする
ことにより、対向する電極間の距離を大きくして、信頼
性を確保していたが、本発明の内部圧接型半導体装置で
は、上述のように、チップフレームにより対向する電極
間の実効的な距離を拡大しているため、熱緩衝板の厚さ
を薄くすることが可能となる。また、熱緩衝板の熱抵抗
は、熱緩衝板の厚さに比例するため、熱緩衝板の厚さを
薄くすることにより、熱緩衝板の熱抵抗を低減すること
ができる。このようにして、半導体チップにおいて発生
した熱を十分に放熱することができる。

【００２１】さらに、厚さ方向に３つの異なる形状の切
り欠き部を有するチップフレームを有する本発明による
内部圧接型半導体装置では、３つの切り欠き部の形状を
それぞれ第１の熱緩衝板と半導体チップと第２の熱緩衝
板との外側面に嵌合するように構成することにより、１
つのチップフレームを用いて、半導体チップと第１の熱
緩衝板と第２の熱緩衝板とを前記ケースの内壁から所定
の距離を隔てて収納することが可能となる。

【００２２】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て、図１および図２を参照して説明する。図１は、本発
明の実施の形態によるスタッド型Ｓｉ整流ダイオードの
構造を示す断面図である。従来のスタッド型Ｓｉ整流ダ
イオードと同様に、ｐｎ接合を有するＳｉチップ６をＭ
ｏ板５および７を介してＣｕ製の陰極電極４および陽極
電極８により加圧接触させる。この図では、Ｓｉチップ
６を順方向に組み込んだ場合、すなわち、Ｓｉチップ６
の上側がｎ型、下側がｐ型の場合を示している。

【００２３】ここで、本実施の形態では、従来と異な
り、Ｓｉチップ６およびＭｏ板５および７は、チップフ
レーム１により保持され、同時にケース９内における位
置が確定される。すなわち、本実施の形態によるチップ
フレーム１は、従来のチップフレーム２とガイドフレー
ム３とを一体化したものである。このチップフレーム１
は、例えば樹脂等の絶縁体により形成される。図２の
（ａ）に、チップフレーム１の上面図、同図（ｂ）に、
同図（ａ）のＡ−Ａ´断面図を示す。

【００２４】従来と同様に、本実施の形態では、ケース
９の内壁が円形であり、Ｓｉチップがほぼ正方形である
場合について示す。本実施の形態によるチップフレーム
１は、ケース９の内壁に嵌合するように円形である。ま
た、厚さ方向に３つの異なる切り欠き部を有する。すな
わち、厚さ方向の中央に例えばＳｉチップ６を保持する
ための四辺形の切り欠き部１１を有し、一方の表面に
は、Ｓｉチップ６の例えばｐ型側の表面に接触するＭｏ
板７を保持するための四辺形の切り欠き部１２が前述の
切り欠き部１１に貫通するように形成されている。さら
に、反体側の表面には、Ｓｉチップ６の例えばｎ型側の
表面に接触するＭｏ板５を保持するための切り欠き部１
４が前述の切り欠き部１１に貫通するように形成されて
いる。

【００２５】このようにして、本実施の形態では、チッ
プフレーム１により、Ｓｉチップ６および例えばＭｏ板
等の熱緩衝板５および７を保持し、同時にケース９内に
おけるそれらの位置を確定することができる。

【００２６】このため、Ｓｉチップ６および例えばＭｏ
板５および７を保持するためにチップフレーム１を用
い、また、ケース９内におけるこれらの位置を確定する
ためにガイドフレーム３を用いていた従来に比べて、部
品の数を低減することが可能となる。

【００２７】また、本実施の形態では、大きい電位差を
有して対向しているＭｏ板５と電極８、または電極４と
電極８との間に絶縁性のチップフレーム１が設置され、
このチップフレーム１は、Ｍｏ板５または電極４、８か
らケース９の内壁面まで一体に形成されている。このた
め、Ｍｏ板５または電極４から電極８へ流れる電流の経
路が、チップフレーム１により妨げられて、延面距離が
延長されている。

【００２８】従来は、Ｍｏ板５または電極４、８とケー
ス９との間に、チップフレーム２とガイドフレーム３の
２つの部品が設置されていたため、チップフレーム２と
ガイドフレーム３との間の空間に沿って電流が流れる可
能性があった。このため、Ｍｏ板７の厚さを厚くするこ
とにより、Ｍｏ板５と電極８との間の延面距離を確保し
て信頼性の向上を図っていた。

【００２９】しかし、本実施の形態では、チップフレー
ム１により、Ｍｏ板５と電極８との間の延面距離が延長
されたため、対向する電極間のうち最も短い延面距離を
有するのは、電極４とケース９である。ここで、ケース
９は電極８と同電位である。このように、本実施の形態
では、Ｍｏ板７の厚さに影響されずに、信頼性を向上す
ることができる。

【００３０】また、信頼性を向上するために、熱緩衝板
７の厚さを厚くする必要がないため、熱緩衝板７の厚さ
を薄くすることにより、熱緩衝板の熱抵抗を低減するこ
とが可能となる。

【００３１】なお、本実施の形態では、Ｓｉチップ６を
順方向に組み込む場合について示したが、チップフレー
ム１を裏返すことにより、簡単にＳｉチップ６を逆方向
に組み込むことができる。

【００３２】また、スタッド型Ｓｉ整流ダイオードを例
として説明したが、これに限らず、例えば平型等の他の
ケースを有する内部圧接型半導体装置にも適用すること
が可能である。ここで、ケースの形状に合わせてチップ
フレーム１をあらたに製造する必要があるが、従来にお
いてもケースの形状に応じたガイドフレームを製造する
必要があったため、従来と同等の製造コストで、他のケ
ースを有する内部圧接型半導体装置を製造することがで
きる。また、本発明はＳｉチップを個別に検査する必要
のない、特に単一のＳｉチップを用いて構成される内部
圧接型半導体装置に適用することが望ましい。

【００３３】

【発明の効果】以上のように、本発明による内部圧接型
半導体装置では、部品数を減らすことができる。また、
熱緩衝板の厚さに影響されずに、延面距離を大きくする
ことにより信頼性を向上することが可能となるため、熱
緩衝板を薄くして、その熱抵抗を低減することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による内部圧接型半導体装置の構造を示
す断面図。

【図２】本発明による内部圧接型半導体装置に使用され
るチップフレームの上面図および断面図。

【図３】従来の内部圧接型半導体装置の構造を示す断面
図。

【図４】従来の内部圧接型半導体装置の構造を示す断面
図。

【図５】従来の内部圧接型半導体装置に使用されるチッ
プフレームおよびガイドフレームの上面図および断面
図。

【図６】従来の内部圧接型半導体装置の上面図。

【符号の説明】

１、２…チップフレーム、 ３…ガイドフレーム、 ４、８…Ｃｕ電極、 ５、７…Ｍｏ熱緩衝板、 ６…Ｓｉチップ、 ９…ケース、 １１、１２、１４…切り欠き部

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 半導体チップと、この半導体チップの一
   方の主表面に接触する第１の熱緩衝板と、前記半導体チ
   ップの他方の主表面に接触する第２の熱緩衝板と、前記
   第１の熱緩衝板を介して前記半導体チップに対向する第
   １の電極と、前記第２の熱緩衝板を介して前記半導体チ
   ップに対向する第２の電極と、前記半導体チップと前記
   第１の熱緩衝板と前記第２の熱緩衝板と前記第１の電極
   と前記第２の電極とを収納するケースとを具備する内部
   圧接型半導体装置において、前記半導体チップと前記第
   １の熱緩衝板と前記第２の熱緩衝板とが前記ケースの内
   壁から所定の距離を隔てて収納されるように前記半導体
   チップの周囲に設置される絶縁性のチップフレームを具
   備することを特徴とする内部圧接型半導体装置。
2. 【請求項２】 前記チップフレームは厚さ方向に３つの
   異なる形状の切り欠き部を有し、この切り欠き部は上面
   側から、前記第１の熱緩衝板の外側面と嵌合する第１の
   切り欠き部と、前記半導体チップの外側面と嵌合する第
   ２の切り欠き部と、前記第２の熱緩衝板の外側面と嵌合
   する第３の切り欠き部とにより構成される請求項１記載
   の内部圧接型半導体装置。