JPH09298211A - 圧接型半導体装置およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 陽極層と陰極層との間の電位差に起因する沿
面放電の防止能力を向上した圧接型半導体装置を提供す
るとともに、構成を簡単化し、製造工程を簡略化した圧
接型半導体装置を提供する。 【解決手段】 端面保護部材８０はセラミックス等の絶
縁材料で構成され、外周端面の断面輪郭が略円形の凹凸
が連続した波打ち形状で、内部が有底無蓋の円筒形状で
あり、陽極熱補償板６、半導体基体１９、陰極熱補償板
７が順にその内部に挿入されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は圧接型半導体装置お
よびその製造方法に関し、特に、半導体基体と熱補償板
とがアロイフリーで接触する圧接型半導体装置およびそ
の製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】圧接型半導体装置のうちの一つのタイプ
として、半導体基体がアロイフリー、すなわちロウ付け
なしで装置内に組込まれたものが知られている。図１４
は、従来のアロイフリー型の圧接型半導体装置として構
成されたサイリスタ９９の断面を示す図である。図１４
において、この圧接型半導体装置では、少なくとも１の
ＰＮ接合部を有する半導体基板１の下主面および上主面
に各々陽極層２および陰極層４が、また半導体基板１の
上主面の中心部にはゲート電極層３が形成されて半導体
基体１９となっている。なお、半導体基板１の外周端縁
には、当該外周端縁に露出するＰＮ接合部を絶縁及び保
護するポリイミドワニス５が塗布されている。

【０００３】また、円盤状の陽極熱補償板６および陰極
熱補償板７が、各々陽極層２および陰極層４の表面にア
ロイフリーで接触するように設けられているとともに、
これら陽極熱補償板６および陰極熱補償板７の各々の表
面に接触するように、陽極銅ブロック１５および陰極銅
ブロック１６がそれぞれ設けられている。

【０００４】これらの構成体は円筒状のセラミック製の
ケーシング１４に収容されており、陽極銅ブロック１５
および陰極銅ブロック１６の各々の基部が、それぞれ金
属製のフランジ１５１および１６１を介してケーシング
１４に連結されている。

【０００５】ゲート電極層３上部の陰極熱補償板７の中
央には貫通孔７Ｈが設けられ、これに対応して陰極銅ブ
ロック１６には非貫通孔１６Ｈが設けられており、この
貫通孔７Ｈと非貫通孔１６Ｈによって形成される挿入孔
にゲート電極支持体１２が摺動可能に挿入される。ゲー
ト電極層３は、ゲート電極支持体１２内を貫通しケーシ
ング１４の外部に引き出されたＬ字型のゲートリード１
１の一端に接続されている。また、ゲート電極支持体１
２は、非貫通孔１６Ｈの底面とゲート電極支持体１２の
端面との間に介挿されたバネ１３によって半導体基体１
９の方向に付勢されている。

【０００６】また、半導体基体１９の端縁部を保護する
ための端面保護部材８が、陽極熱補償板６の外周端縁に
内接するように設けられている。端面保護部材８はセラ
ミックス等の絶縁材料で構成され、有底無蓋の円筒形状
であり、陽極熱補償板６、半導体基体１９、陰極熱補償
板７が順にその内部に挿入されている。

【０００７】従って、端面保護部材８は陽極熱補償板６
の下主面端縁に接するとともに、陽極熱補償板６、半導
体基体１９、陰極熱補償板７の周囲を取り囲んでいる。
なお、陽極熱補償板６の外周端縁には内接するが、半導
体基体１９および陰極熱補償板７１の外周端縁には内接
していない。

【０００８】そして、端面保護部材８の内面と半導体基
体１９の端縁部との間には、半導体基板１の外周端縁に
沿った沿面放電の防止と、半導体基板１の外周端縁の保
護を兼ねて、半導体基体１９の端縁部および陽極熱補償
板６の上主面端縁を覆うように絶縁保持材９が形成され
ている。なお、絶縁保持材９は液状の樹脂を硬化させる
ことによって形成される。

【０００９】絶縁保持材９は陰極熱補償板７の外周端縁
を取り囲んでいるが、直接には接触しておらず、陰極熱
補償板７の外周端縁と絶縁保持材９との間には、絶縁保
持材１０が介在している。なお、絶縁保持材１０は絶縁
保持材９よりも流動性の低い（すなわち粘性の高い）液
状の樹脂を硬化させることによって形成される。

【００１０】絶縁保持材９は、端面保護部材８の内面、
半導体基体１９の端縁部、陽極熱補償板６の上主面端縁
に固着し、絶縁保持材１０は陰極熱補償板７と、半導体
基体１９の上主面の陽極層２と、絶縁保持材９とに固着
しているので、端面保護部材８は陽極熱補償板６、半導
体基体１９、陰極熱補償板７と実質的に一体化してい
る。

【００１１】そして、端面保護部材８の外径寸法をケー
シング１４の内径寸法とほぼ一致させることで、端面保
護部材８のケーシング１４内における水平方向の位置が
決まるので、ゲートリード１１とゲート電極層３との水
平方向の位置も自動的に決まることになる。

【００１２】このような構成のサイリスタ９９を所定の
機器内で使用するときには、図１４に矢示するように、
陽極銅ブロック１５および陰極銅ブロック１６方向から
力を加えることで、陽極銅ブロック１５および陰極銅ブ
ロック１６を介して、陽極熱補償板６および陰極熱補償
板７が半導体基体１９の陽極層２および陰極層４に圧接
され、電気的な接続が保たれることになる。

【００１３】次に、図１５〜図１８を用いてサイリスタ
９９の製造工程について説明する。まず、図１５に示す
工程において端面保護部材８内に陽極熱補償板６を挿入
する。陽極熱補償板６は上主面に突出部６１を有し、突
出部６１は半導体基体１９が陽極熱補償板６の上主面上
の所定の位置に配置された状態において、半導体基体１
９の陽極層２と陽極熱補償板６が接触する接触面６２の
外径を規定している。

【００１４】そして、接触面６２の端縁部には断面形状
がＶ字形のリング状の溝部６３が形成されている。ま
た、溝部６３の底面から、陽極熱補償板６の主面に垂直
な方向に延びた複数の貫通孔６４ａが設けられ、接触面
６２の中央部にも貫通孔６４ｂが設けれられている。

【００１５】次に、図１６に示す工程において陽極熱補
償板６の接触面６２に陽極層２が接触するように半導体
基体１９を載置する。

【００１６】次に、図１７に示す工程において半導体基
体１９の陰極層４およびゲート電極層３を覆うように治
具Ｊ１を載置する。治具Ｊ１の外径寸法は陰極熱補償板
７の外径寸法よりも大きく、その厚さは、半導体基体１
９上に搭載した状態で上主面が端面保護部材８の上部端
面より厚くなるように設定される。そして、半導体基体
１９、陽極熱補償板６、治具Ｊ１、端面保護部材８とで
規定される空間内に、液状の樹脂Ｒ１を流し込み、真空
脱泡、熱硬化（ベーク）の工程を経て絶縁保持材９の形
成が完了する。

【００１７】なお、樹脂Ｒ１を流し込み、真空脱泡を行
うと、半導体基体１９の陽極層２と陽極熱補償板６との
間に毛細管現象により樹脂Ｒ１が侵入するが、陽極熱補
償板６の端縁部に設けられた溝部６３に流入し、溝部６
３よりも径方向内側には樹脂Ｒ１が侵入することが防止
される。

【００１８】また、真空脱泡とは、樹脂Ｒ１の充填が終
了した状態で、真空槽（図示せず）内に上記構成を配置
し、真空下で樹脂Ｒ１から発生する泡を除去する作業で
あり、このとき、半導体基体１９と陽極熱補償板６との
間には、空気や樹脂Ｒ１から発生したガスが溜まること
があるが、貫通孔６４ａおよび６４ｂにより排気される
ので、真空中で圧力差により半導体基体１９が撓むなど
の不具合が防止される。

【００１９】絶縁保持材９が形成された後、治具Ｊ１を
取り外し、代わりに陰極熱補償板７を陰極層４上に載置
する。治具Ｊ１の外径寸法は陰極熱補償板７のそれより
も大きいので、陰極熱補償板７の外周端縁と、絶縁保持
材９の内周端縁との間には、所定の幅を有するリング状
の間隙が形成されることになる。そして、図１８に示す
工程において、当該間隙内に流動性の低い（すなわち粘
性の高い）液状の樹脂Ｒ２を流し込み、硬化することで
絶縁保持材１０が形成され、陰極熱補償板７と半導体基
体１９の上主面の陽極層２と絶縁保持材９とが接着され
ることになる。

【００２０】なお、実質的に一体化した端面保護部材
８、陽極熱補償板６、半導体基体１９、陰極熱補償板７
を、ケーシング１４内に挿入し、ゲート電極支持体１
２、ゲートリード１１を配設して、陽極銅ブロック１５
および陰極銅ブロック１６で挟持することでサイリスタ
９９が完成するが、これらの工程については本発明との
関係が薄いので詳細説明は省略する。

【００２１】

【発明が解決しようとする課題】以上説明したように、
図１４に示す従来の圧接型半導体装置では、陽極熱補償
板６、半導体基体１９、陰極熱補償板７を端面保護部材
８内に挿入し、実質的に一体化した構成としている。こ
のような構成とするのは、半導体基体１９の端縁部を保
護するとともに、半導体基体１９の端縁部において陽極
層２と陰極層４との間の絶縁が破壊されるのを防止する
ために、沿面距離を長くする目的を有している。

【００２２】しかし、端面保護部材８は外観形状が単純
な円筒形状であったので、沿面距離が十分に得られない
という問題があった。

【００２３】また、絶縁保持材１０を用いて陰極熱補償
板７と絶縁保持材９とを接着する構成としていたので、
治具Ｊ１を用いて絶縁保持材９の形成を行い、治具Ｊ１
を取り外した後に陰極熱補償板７を陰極層４上に載置
し、陰極熱補償板７と絶縁保持材９との間に絶縁保持材
１０の原料となる樹脂Ｒ２を流し込むなど、製造工程が
煩雑であるという問題もあった。

【００２４】本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、陽極層と陰極層との間の電位差に
起因する沿面放電の防止能力を向上した圧接型半導体装
置を提供するとともに、構成を簡単化し、製造工程を簡
略化した圧接型半導体装置を提供する。

【００２５】

【課題を解決するための手段】本発明に係る請求項１記
載の圧接型半導体装置は、少なくとも１つのＰＮ接合を
有する半導体基体と、該半導体基体を挟持してアロイフ
リーで圧接する第１および第２の熱補償板と、前記半導
体基体の端面を保護する端面保護部材とを有し、前記端
面保護部材は、前記半導体基体、前記第１および第２の
熱補償板を囲むように配設され、前記端面保護部材の内
側面、前記半導体基体の端縁部、前記第１および第２の
熱補償板の端縁部で規定される空間内に絶縁保持材が形
成された圧接型半導体装置において、前記絶縁保持材
は、前記端面保護部材の内側面、前記半導体基体の端縁
部、前記第１および第２の熱補償板の端縁部に固着する
ように、前記空間内全体に渡って形成されている。

【００２６】本発明に係る請求項２記載の圧接型半導体
装置は、前記端面保護部材が、その外周端面の断面輪郭
形状が、凹凸が連続した形状である。

【００２７】本発明に係る請求項３記載の圧接型半導体
装置は、少なくとも１つのＰＮ接合を有する半導体基体
と、該半導体基体を挟持してアロイフリーで圧接する第
１および第２の熱補償板と、それらを収容する絶縁性の
ケーシングとを有する圧接型半導体装置において、前記
半導体基体の端縁部、前記第１および第２の熱補償板の
端縁部を取り囲むように覆い、その外径寸法が前記ケー
シングの内径寸法とほぼ一致するように形成された絶縁
保持材を備えている。

【００２８】本発明に係る請求項４記載の圧接型半導体
装置は、前記絶縁保持材が、前記第１および第２の熱補
償板のそれぞれの前記半導体基体に対向する主面とは反
対側の主面の端縁部の、第１および第２の熱補償板を挟
持する部材の外周端縁に等しくなる位置まで延在する
が、該所定位置よりも前記第１および第２の熱補償板の
径方向内側には存在しないように形成されている。

【００２９】本発明に係る請求項５記載の圧接型半導体
装置は、前記第１および第２の熱補償板が、前記半導体
基体に対向する主面の端縁部の前記半導体基体を圧接す
る圧接領域よりも外側に、リング状の第１および第２の
溝部をそれぞれ有している。

【００３０】本発明に係る請求項６記載の圧接型半導体
装置は、少なくとも１つのＰＮ接合を有する半導体基体
と、該半導体基体を挟持してアロイフリーで圧接する第
１および第２の熱補償板と、前記半導体基体の端面を保
護する端面保護部材とを有し、前記端面保護部材は、前
記半導体基体、前記第１および第２の熱補償板を囲むよ
うに配設され、前記端面保護部材の内側面、前記半導体
基体の端縁部、前記第１および第２の熱補償板の端縁部
で規定される空間内に、前記第１の熱補償板および前記
半導体基体の端縁部に固着するとともに、前記第２の熱
補償板の外周端縁に対向するように形成された第１の絶
縁保持材と、前記第１の絶縁保持材と前記第２の熱補償
板の外周端縁とに固着するように形成された第２の絶縁
保持材とを有する圧接型半導体装置において、前記端面
保護部材は、その外周端面の断面輪郭形状が、凹凸が連
続した形状である。

【００３１】本発明に係る請求項７記載の圧接型半導体
装置の製造方法は、請求項２記載の圧接型半導体装置を
製造する方法であって、その底面中央に、周囲よりも突
出し前記第１の熱補償板の前記半導体基体に対向する主
面とは反対側の主面の所定領域のみを覆う大きさの突出
部を有し、その内径寸法が、前記ケーシングの内径寸法
とほぼ一致する略凹形状の第１の成形治具を準備する工
程(ａ)と、前記第１の成形治具と対をなし、その端縁部
に樹脂導入用の樹脂導入部を、その主面中央に、周囲よ
りも突出し前記第２の熱補償板の前記半導体基体に対向
する主面とは反対側の主面の所定領域のみを覆う大きさ
の突出部を有する略凸形状の第２の成形治具を準備する
工程(ｂ)と、前記第１の成形治具の突出部上に、前記第
１の熱補償板、前記半導体基体、前記第２の熱補償板を
順に載置する工程(ｃ)と、それぞれの突出部が向き合う
ように、前記第１の成形治具と前記第２の成形治具とを
組み合わせ、前記第１の熱補償板、前記半導体基体、前
記第２の熱補償板を内部に密閉する工程(ｄ)と、前記樹
脂導入部から所定の樹脂を導入し、前記第１の熱補償板
の端縁部、前記半導体基体の端縁部、前記第２の熱補償
板の端縁部と前記第１および第２の成形治具の内面とで
規定される空間内に前記樹脂を充填する工程(ｅ)と、充
填された前記所定の樹脂を硬化して前記絶縁保持材を形
成する工程(ｆ)とを備えている。

【００３２】本発明に係る請求項８記載の圧接型半導体
装置の製造方法は、前記第１の成形治具が、その底面に
所定の位置合わせマークを有し、前記工程(ｃ)は、前記
第１の成形治具の前記所定の位置合わせマークと、前記
第１の熱補償板および前記半導体基体の外径寸法とを一
致させることで、前記第１の熱補償板および前記半導体
基体の位置決めを行う工程を含んでいる。

【００３３】

【発明の実施の形態】

＜Ａ．実施の形態１＞ ＜Ａ−１．装置構成＞図１に本発明に係る圧接型半導体
装置の実施の形態１として、サイリスタ１００の構成を
断面図で示す。図１において、この圧接型半導体装置で
は、少なくとも１のＰＮ接合部を有する半導体基板１の
下主面および上主面に各々陽極層２および陰極層４が、
また半導体基板１の上主面の中心部にはゲート電極層３
が形成されて半導体基体１９となっている。なお、半導
体基板１の外周端縁には、当該外周端縁に露出するＰＮ
接合部を絶縁及び保護するポリイミドワニス５が塗布さ
れている。

【００３４】また、円盤状の陽極熱補償板（第１の熱補
償板）６および陰極熱補償板（第２の熱補償板）７が、
各々陽極層２および陰極層４の表面にアロイフリーで接
触するように設けられているとともに、これら陽極熱補
償板６および陰極熱補償板７の各々の表面に接触するよ
うに、陽極銅ブロック１５および陰極銅ブロック１６が
それぞれ設けられている。

【００３５】これらの構成体は円筒状のセラミック製の
ケーシング１４０に収容されており、陽極銅ブロック１
５および陰極銅ブロック１６の各々の基部が、それぞれ
金属製のフランジ１５１および１６１を介してケーシン
グ１４０に連結されている。

【００３６】ゲート電極層３上部の陰極熱補償板７の中
央には貫通孔７Ｈが設けられ、これに対応して陰極銅ブ
ロック１６には非貫通孔１６Ｈが設けられており、この
貫通孔７Ｈと非貫通孔１６Ｈによって形成される挿入孔
にゲート電極支持体１２が摺動可能に挿入される。ゲー
ト電極層３は、ゲート電極支持体１２内を貫通しケーシ
ング１４０の外部に引き出されたＬ字型のゲートリード
１１の一端に接続されている。また、ゲート電極支持体
１２は、非貫通孔１６Ｈの底面とゲート電極支持体１２
の端面との間に介挿されたバネ１３によって半導体基体
１９の方向に付勢されている。また、半導体基体１９の
端縁部を保護するための端面保護部材８０が、陽極熱補
償板６の外周端縁に内接するように設けられている。

【００３７】図２に、端面保護部材８０の内部に陽極熱
補償板６、半導体基体１９、陰極熱補償板７を組み込ん
だ状態の構成を斜視断面図で示す。

【００３８】図２に示すように、端面保護部材８０はセ
ラミックス等の絶縁材料で構成され、外周端面の断面輪
郭が略円形の凹凸が連続した波打ち形状で、内部が有底
無蓋の円筒形状であり、陽極熱補償板６、半導体基体１
９、陰極熱補償板７が順にその内部に挿入されている。
なお、端面保護部材８０の底部には開口部が設けられ、
陽極銅ブロック１５はこの開口部に露出した陽極熱補償
板６の下主面に接触する構成となっている。

【００３９】従って、端面保護部材８０は陽極熱補償板
６の下主面端縁に接するとともに、陽極熱補償板６、半
導体基体１９、陰極熱補償板７の周囲を取り囲んでい
る。なお、端面保護部材８０は陽極熱補償板６の外周端
縁には内接するが、半導体基体１９および陰極熱補償板
７の外周端縁には内接していない。

【００４０】そして、端面保護部材８０の内面と半導体
基体１９の端縁部との間には、半導体基板１の外周端縁
に沿った沿面放電の防止と、半導体基板１の外周端縁の
保護を兼ねて、半導体基体１９の端縁部および陽極熱補
償板６の上主面端縁を覆うように絶縁保持材９が形成さ
れている。なお、絶縁保持材９は液状の樹脂を硬化させ
ることによって形成される。

【００４１】絶縁保持材９は陰極熱補償板７の外周端縁
を取り囲んでいるが、直接には接触しておらず、陰極熱
補償板７の外周端縁と絶縁保持材９との間には、絶縁保
持材１０が介在している。なお、絶縁保持材１０は絶縁
保持材９よりも流動性の低い（すなわち粘性の高い）液
状の樹脂を硬化させることによって形成される。なお、
絶縁保持材９および絶縁保持材１０の原料となる樹脂
は、例えばどちらもシリコーンゴム系の樹脂であるが、
その組成の差異によって流動性が異なっている。

【００４２】絶縁保持材９は、端面保護部材８０の内
面、半導体基体１９の端縁部、陽極熱補償板６の上主面
端縁に固着し、絶縁保持材１０は、陰極熱補償板７と半
導体基体１９の上主面の陽極層２と絶縁保持材９とに固
着しているので、端面保護部材８０は陽極熱補償板６、
半導体基体１９、陰極熱補償板７と実質的に一体化して
いる。

【００４３】なお、以上の説明においてはサイリスタに
本発明を適用した例を示したが、圧接型半導体装置であ
れば整流素子、ゲートターンオフサイリスタ、光トリガ
サイリスタに適用しても良いことは言うまでもない。

【００４４】＜Ａ−２．特徴的作用効果＞以上説明した
ように、本発明に係る圧接型半導体装置の実施の形態１
によれば、端面保護部材８０の外周端面の断面輪郭が波
打ち形状となっているので、外観形状が単純な円筒形状
である場合に比べて、外径寸法が同じでも沿面距離を長
くすることができ、陽極層２と陰極層４との間の電位差
に起因する沿面放電の防止能力が向上し、良好な耐圧特
性を有した圧接型半導体装置を得ることができる。

【００４５】＜Ａ−３．変形例＞実施の形態１において
図１および図２を用いて説明したサイリスタ１００で
は、外周端面が波打ち形状で、内部が有底無蓋の円筒形
状の端面保護部材８０を用いた構成を示したが、沿面距
離を長くできるのであれば外周端面の断面輪郭は波打ち
形状である必要はなく、凹凸形が連続した形状であれば
良い。

【００４６】上記のような構成の一例を図３を用いて説
明する。なお、図１および図２を用いて説明したサイリ
スタ１００と同一の構成については同一の符号を付し、
重複する説明は省略する。

【００４７】図３において、陽極熱補償板６、半導体基
体１９、陰極熱補償板７は、セラミックス等の絶縁材料
で構成され、外周端面の輪郭が、矩形の凹凸形が連続し
た形状で、内部が有底無蓋の円筒形状である端面保護部
材８０Ａの内部に順に挿入されている。

【００４８】このように、外周端面の輪郭が矩形凹凸部
が連続した形状の端面保護部材８０Ａを使用することに
よっても沿面距離を長くすることができるので、陽極層
２と陰極層４との間の電位差に起因する沿面放電の防止
能力が向上し、良好な耐圧特性を有した圧接型半導体装
置を得ることができる。

【００４９】＜Ｂ．実施の形態２＞ ＜Ｂ−１．装置構成＞図４に本発明に係る圧接型半導体
装置の実施の形態２として、サイリスタ２００の構成を
断面図で示す。図４は、サイリスタ２００における半導
体基体１９周辺の構成のみを示す断面図である。なお、
図１を用いて説明したサイリスタ１００と同一の構成に
ついては同一の符号を付し、重複する説明は省略する。
また、特徴を明確にするためにその他の構成については
省略している。

【００５０】図４に示すように、端面保護部材８の内部
に陽極熱補償板６、半導体基体１９、陰極熱補償板７０
が順にその内部に挿入されている。そして、端面保護部
材８の内面と半導体基体１９の端縁部との間には、半導
体基体１９の端縁部および陽極熱補償板６の上主面端縁
および陰極熱補償板７０の外周端縁を覆うように絶縁保
持材９０が形成されている。

【００５１】そして、陰極熱補償板７０の下主面端縁部
には断面形状がＶ字形のリング状の溝部７３が形成され
ている。また、溝部７３の底面から、陰極熱補償板７０
の主面に垂直な方向に延びた複数の貫通孔７４が設けら
れている。

【００５２】＜Ｂ−２．製造工程＞次に、図５〜図７を
用いてサイリスタ２００の製造工程について説明する。
まず、図５に示す工程において端面保護部材８内に陽極
熱補償板６を挿入する。陽極熱補償板６は上主面に突出
部６１を有し、突出部６１は半導体基体１９が陽極熱補
償板６の上主面上の所定の位置に配置された状態におい
て、半導体基体１９の陽極層２と陽極熱補償板６が接触
する接触面６２の外径を規定している。

【００５３】そして、接触面６２の端縁部には断面形状
がＶ字形のリング状の溝部６３が形成されている。ま
た、溝部６３の底面から、陽極熱補償板６の主面に垂直
な方向に延びた複数の貫通孔６４ａが設けられ、接触面
６２の中央部にも貫通孔６４ｂが設けれられている。

【００５４】次に、図６に示す工程において陽極熱補償
板６の接触面６２に陽極層２が接触するように半導体基
体１９を載置する。

【００５５】次に、図７に示す工程において半導体基体
１９の陰極層４およびゲート電極層３を覆うように陰極
熱補償板７０を載置する。

【００５６】そして、半導体基体１９、陽極熱補償板
６、陰極熱補償板７０、端面保護部材８とで規定される
空間内に、液状の樹脂Ｒ１（例えばシリコーンゴム系の
樹脂）を流し込み、真空脱泡、熱硬化（ベーク）の工程
を経て絶縁保持材９０の形成が完了する。

【００５７】絶縁保持材９０の形成が完了することで、
端面保護部材８、陽極熱補償板６、半導体基体１９、陰
極熱補償板７０が実質的に一体化することになり、これ
らをケーシング１４内に挿入し、ゲート電極支持体１
２、ゲートリード１１を配設して、陽極銅ブロック１５
および陰極銅ブロック１６で挟持することでサイリスタ
２００が完成するが、これらの工程については本発明と
の関係が薄いので詳細説明は省略する。

【００５８】なお、樹脂Ｒ１を流し込み、真空脱泡を行
うと、図８に示すように、半導体基体１９の陽極層２と
陽極熱補償板６との間、および陰極層４と陰極熱補償板
７０との間に毛細管現象により樹脂Ｒ１が侵入するが、
陽極熱補償板６の端縁部に設けられた溝部６３および、
陰極熱補償板７０の端縁部に設けられた溝部７３に流入
し、溝部６３および７３よりも径方向内側には樹脂Ｒ１
が侵入することが防止される。

【００５９】図８は、陽極熱補償板６、半導体基体１
９、陰極熱補償板７０の端縁部分の詳細図であるが、樹
脂Ｒ１の侵入防止の効果を判りやすく説明するため、陽
極層２と陽極熱補償板６との間、および陰極層４と陰極
熱補償板７０との間の隙間を実際よりも広く示してい
る。

【００６０】また、図８に示す破線ＢＬは圧接領域の境
界目安を示し、この線よりも径方向内側において、陽極
熱補償板６および陰極熱補償板７が半導体基体１９の陽
極層２および陰極層４に圧接する。圧接領域に樹脂Ｒ１
が侵入して固化し、その状態で圧接を行うと半導体基体
１９に局部的応力が集中し、場合によっては半導体基体
１９が破損することになる。従って、溝部６３および７
３は破線ＢＬよりも径方向外側に設ける必要がある。

【００６１】＜Ｂ−３．特徴的作用効果＞以上説明した
ように、本発明に係る圧接型半導体装置の実施の形態２
においては、半導体基体１９の端縁部および陽極熱補償
板６の上主面端縁および陰極熱補償板７０の外周端縁を
覆うように絶縁保持材９０が形成され、絶縁保持材９０
によって端面保護部材８、陽極熱補償板６、半導体基体
１９、陰極熱補償板７０が実質的に一体化している。従
って、図１４に示す従来の圧接型半導体装置において、
陰極熱補償板７と絶縁保持材９とを接着するために使用
されていた絶縁保持材１０が不要となる。よって、図１
８に示すように絶縁保持材９の原料とは異なる樹脂Ｒ２
を準備したり、陰極熱補償板７と絶縁保持材９との間に
絶縁保持材１０の原料となる樹脂Ｒ２を流し込むための
間隙を準備し、樹脂Ｒ２を流し込む工程が不要となるな
ど、製造工程が簡略化されることになる。

【００６２】なお、以上の説明においては、端面保護部
材は外観形状が単純な円筒形状の従来のものを使用した
構成であるが、実施の形態１において、図１および図３
を用いて説明した端面保護部材８０および８０Ａなどを
使用しても良いことは言うまでもない。

【００６３】＜Ｃ．実施の形態３＞ ＜Ｃ−１．装置構成＞実施の形態１においては、端面保
護部材８０および８０Ａを使用して沿面距離を長くする
構成を示したが、本発明に係る実施の形態３では端面保
護部材８０および８０Ａを使用せずに、沿面距離を長く
する構成について説明する。

【００６４】図９に本発明に係る圧接型半導体装置の実
施の形態３として、サイリスタ３００の構成を断面図で
示す。図９において、陽極熱補償板６０Ａ、半導体基体
１９、陰極熱補償板７０Ａの端縁部には、３者の端縁部
に沿うとともに、３者の端縁部全体に渡る絶縁保持材１
８が形成されている。絶縁保持材１８は、陽極熱補償板
６０Ａ、半導体基体１９、陰極熱補償板７０Ａの外周端
縁から、径方向外側に向かう方向に延在し、その外径は
ケーシング１４０の内径とほぼ同様となっている。

【００６５】また、陽極熱補償板６０Ａおよび陰極熱補
償板７０Ａとの接触面近傍の陽極銅ブロック１５および
陰極銅ブロック１６の外周端縁に、絶縁保持材１８が係
合している。なお、図１を用いて説明したサイリスタ１
００と同一の構成については同一の符号を付し、重複す
る説明は省略する。

【００６６】＜Ｃ−２．製造工程＞次に、図１０〜図１
２を用いてサイリスタ３００の製造工程について説明す
る。まず、図１０に示す工程において、絶縁保持材形成
用の第１成形治具２０および第２成形治具３０を準備
し、第１成形治具２０上に、陽極熱補償板６０Ａ、半導
体基体１９、陰極熱補償板７０Ａの順で載置する。

【００６７】第１成形治具２０は略凹形状の成形治具
で、底面中央に、周囲よりも突出した突出部２０１を有
し、そこに陽極熱補償板６０Ａを載置する。なお、陽極
熱補償板６０Ａの突出部２０１上への載置、および半導
体基体１９の陽極熱補償板６０Ａ上への載置に際して
は、底面の所定位置に設けられた位置合わせマーク（図
示せず）と、陽極熱補償板６０Ａの外径寸法および半導
体基体１９の外径寸法とを一致させることで、位置決め
を行う。なお、陰極熱補償板７０Ａは半導体基体１９の
陰極層４およびゲート電極層３のパターン形状に合わせ
て位置決めを行う。

【００６８】第２成形治具３０は略凸形状の成形治具
で、中央に突出部３０１を有し、そこが陰極熱補償板７
０Ａの上主面に接触することになる。そして、第２成形
治具３０の端縁部には樹脂導入部３０２が設けられてい
る。

【００６９】ここで、第１成形治具２０の突出部２０１
の外径および、第２成形治具３０の突出部３０１の外径
を、陽極熱補償板６０Ａおよび陰極熱補償板７０Ａとの
接触面近傍の陽極銅ブロック１５および陰極銅ブロック
１６の外径とほぼ同じにすることで、絶縁保持材１８を
陽極銅ブロック１５および陰極銅ブロック１６に係合さ
せることができる。

【００７０】次に、図１１に示す工程において、第１成
形治具２０および第２成形治具３０を閉じ、第２成形治
具３０の樹脂導入部３０２から、絶縁保持材１８の原料
となる樹脂Ｒ３を充填する。なお、図１１においては樹
脂Ｒ３の存在を明確にするためハッチングを施してい
る。充填終了後、樹脂Ｒ３を硬化させ、絶縁保持材１８
を形成する。なお、樹脂Ｒ３としては、シリコーンゴム
系の樹脂などが使用され、予め脱泡したものを使用す
る。

【００７１】最後に、第１成形治具２０および第２成形
治具３０を取り外して熱硬化させることで、図１２に示
すように、絶縁保持材１８が陽極熱補償板６０Ａ、半導
体基体１９、陰極熱補償板７０Ａの端縁部に沿うととも
に、３者の端縁部全体に渡って形成され、絶縁保持材１
８によって実質的に一体化した構成が得られる。

【００７２】なお、第１成形治具２０および第２成形治
具３０の突出部２０１および３０１の段差部に、傾斜を
付けることで、第１成形治具２０および第２成形治具３
０の絶縁保持材１８からの取り外しが容易になる。

【００７３】＜Ｃ−３．特徴的作用効果＞以上説明した
ように、本発明に係る圧接型半導体装置の実施の形態３
においては、陽極熱補償板６０Ａ、半導体基体１９、陰
極熱補償板７０Ａの端縁部に沿うとともに、それらの端
縁部全体に渡るように絶縁保持材１８を形成しているの
で、端面保護部材を使用することなく沿面距離を長くす
ることができ、陽極層２と陰極層４との間の電位差に起
因する沿面放電の防止能力が向上し、良好な耐圧特性を
有した圧接型半導体装置を得ることができる。

【００７４】また、端面保護部材を使用しないので部品
点数を低減することができるとともに、製造工程も簡略
化することができる。

【００７５】また、絶縁保持材１８が陽極銅ブロック１
５および陰極銅ブロック１６に係合する構成となってい
るので、陽極銅ブロック１５および陰極銅ブロック１６
の水平方向の位置は絶縁保持材１８によって規制される
ことになる。そして、絶縁保持材１８の外径寸法をケー
シング１４０の内径寸法とほぼ一致させることで、絶縁
保持材１８のケーシング１４０内における水平方向の位
置が規制されるので、陽極銅ブロック１５および陰極銅
ブロック１６が水平方向に自由に移動することが防止さ
れ、ゲートリード１１とゲート電極層３との水平方向の
位置がずれて接触不良となることが防止される。

【００７６】＜Ｃ−４．変形例＞本発明に係る実施の形
態３において、図９〜図１２を用いて説明したサイリス
タ３００の陽極熱補償板６０Ａおよび陰極熱補償板７０
Ａに、樹脂の侵入を防ぐ溝部を備えた構成としても良
い。

【００７７】すなわち、図１３に示すように、陽極熱補
償板６０Ａの上主面および陰極熱補償板７０Ａの下主面
の端縁部に、断面形状がＶ字形のリング状の溝部６３Ａ
および７３Ａをそれぞれ設ける。このような構成とする
ことで、樹脂Ｒ３の充填および硬化の工程において、半
導体基体１９の陽極層２と陽極熱補償板６０Ａとの間、
および陰極層４と陰極熱補償板７０Ａとの間に毛細管現
象により樹脂Ｒ３が侵入した場合でも、溝部６３Ａおよ
び７３Ａに流入し、溝部６３Ａおよび７３Ａよりも径方
向内側には樹脂Ｒ３が侵入することが防止される。

【００７８】

【発明の効果】本発明に係る請求項１記載の圧接型半導
体装置によれば、絶縁保持材が、端面保護部材の内側
面、半導体基体の端縁部、前記第１および第２の熱補償
板の端縁部に固着するように形成されているので、端面
保護部材、半導体基体、第１および第２の熱補償板が１
種類の絶縁保持材によって実質的に一体化することがで
きる。従って、端面保護部材、半導体基体、第１および
第２の熱補償板を実質的に一体化するために複数の絶縁
保持材が必要である構成に比べて、構造が簡単で、製造
工程を簡略化した圧接型半導体装置を得ることができ
る。

【００７９】本発明に係る請求項２記載の圧接型半導体
装置によれば、端面保護部材の外周端面の断面輪郭形状
が、凹凸が連続した形状であるので、端面保護部材の外
観形状が単純な円筒形状である場合に比べて、沿面距離
を長くすることができ、半導体基体の両主面間の電位差
に起因する沿面放電の防止能力が向上し、良好な耐圧特
性を有した圧接型半導体装置を得ることができる。

【００８０】本発明に係る請求項３記載の圧接型半導体
装置によれば、半導体基体、第１および第２の熱補償板
が１種類の絶縁保持材のみによって実質的に一体化され
るので、構造が簡単で、製造工程を簡略化した圧接型半
導体装置を得ることができる。また、絶縁保持材の外径
寸法がケーシングの内径寸法とほぼ一致するように形成
することで沿面距離を長くすることができ、半導体基体
の両主面間の電位差に起因する沿面放電の防止能力が向
上し、良好な耐圧特性を有した圧接型半導体装置を得る
ことができる。また、絶縁保持材の外径寸法がケーシン
グの内径寸法とほぼ一致するように形成することで、絶
縁保持材のケーシング内における水平方向の位置が規制
され、ひいては半導体基体の水平方向の位置を自動的に
決定することができる。

【００８１】本発明に係る請求項４記載の圧接型半導体
装置によれば、絶縁保持材が、第１および第２の熱補償
板のそれぞれの半導体基体に対向する主面とは反対側の
主面の端縁部の、第１および第２の熱補償板を挟持する
部材の外周端縁に等しくなる位置まで延在しており、そ
れより径方向内側には存在しないように形成されている
ので、絶縁保持材が当該部材の外周端縁に係合するの
で、絶縁保持材のケーシング内における水平方向の位置
が規制されることで、当該部材の水平方向の位置も規制
されることになる。よって、第１および第２の熱補償板
を挟持する部材の水平方向の位置が移動することで生じ
る不具合を防止することができる。

【００８２】本発明に係る請求項５記載の圧接型半導体
装置によれば、第１および第２の熱補償板は、半導体基
体に対向する主面の端縁部に、第１および第２の溝部を
圧接領域よりも外側に有しているので、絶縁保持材の原
料が半導体基体の主面と第１および第２の熱補償板との
間に侵入しても、第１および第２の溝部に原料が流入
し、第１および第２の溝部よりも内側に当該原料が侵入
することが防止される。従って、侵入した原料が固化
し、その状態で圧接を行った場合に発生する不具合を防
止することができる。

【００８３】本発明に係る請求項６記載の圧接型半導体
装置によれば、端面保護部材の外周端面の断面輪郭形状
が、凹凸が連続した形状であるので、端面保護部材の外
観形状が単純な円筒形状である場合に比べて、沿面距離
を長くすることができ、半導体基体の両主面間の電位差
に起因する沿面放電の防止能力が向上し、良好な耐圧特
性を有した圧接型半導体装置を得ることができる。

【００８４】本発明に係る請求項７記載の圧接型半導体
装置の製造方法によれば、第１の成形治具と第２の成形
治具とを組み合わせることで、第１の熱補償板の端縁
部、半導体基体の端縁部、第２の熱補償板の端縁部と第
１および第２の成形治具の内面とで規定される空間に樹
脂を充填し、硬化するといった比較的簡単な工程で、半
導体基体、第１および第２の熱補償板が１種類の絶縁保
持材のみによって実質的に一体化された圧接型半導体装
置を得ることができる。

【００８５】本発明に係る請求項８記載の圧接型半導体
装置の製造方法によれば、工程(ｃ)において、第１の成
形治具の所定の位置合わせマークと、第１の熱補償板お
よび半導体基体の外径寸法とを一致させるようにするの
で、第１の熱補償板および半導体基体の位置決めを簡単
に、確実に行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明に係る圧接型半導体装置の実施の形態
１を説明する断面図である。

【図２】 本発明に係る圧接型半導体装置の実施の形態
１の特徴部分を説明する斜視断面図である。

【図３】 本発明に係る圧接型半導体装置の実施の形態
１の変形例の特徴部分を説明する斜視断面図である。

【図４】 本発明に係る圧接型半導体装置の実施の形態
２の特徴部分を説明する断面図である。

【図５】 本発明に係る圧接型半導体装置の実施の形態
２の製造工程を説明する図である。

【図６】 本発明に係る圧接型半導体装置の実施の形態
２の製造工程を説明する図である。

【図７】 本発明に係る圧接型半導体装置の実施の形態
２の製造工程を説明する図である。

【図８】 本発明に係る圧接型半導体装置の実施の形態
２の部分構成を説明する図である。

【図９】 本発明に係る圧接型半導体装置の実施の形態
３を説明する断面図である。

【図１０】 本発明に係る圧接型半導体装置の実施の形
態３の製造工程を説明する図である。

【図１１】 本発明に係る圧接型半導体装置の実施の形
態３の製造工程を説明する図である。

【図１２】 本発明に係る圧接型半導体装置の実施の形
態３の特徴部分を説明する斜視断面図である。

【図１３】 本発明に係る圧接型半導体装置の実施の形
態３の変形例の特徴部分を説明する斜視断面図である。

【図１４】 従来の圧接型半導体装置の構成を説明する
図である。

【図１５】 従来の圧接型半導体装置の製造工程を説明
する図である。

【図１６】 従来の圧接型半導体装置の製造工程を説明
する図である。

【図１７】 従来の圧接型半導体装置の製造工程を説明
する図である。

【図１８】 従来の圧接型半導体装置の製造工程を説明
する図である。

【符号の説明】

６ 陽極熱補償板、７ 陰極熱補償板、９，１０，１８
絶縁保持材、１９半導体基体、２０ 第１成形治具、
３０ 第２成形治具、６３，６３Ａ，７３，７３Ａ 溝
部、８０，８０Ａ 端面保護部材、３０２ 樹脂導入
部。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｈ０１Ｌ 23/56 Ａ

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 少なくとも１つのＰＮ接合を有する半導
   体基体と、該半導体基体を挟持してアロイフリーで圧接
   する第１および第２の熱補償板と、前記半導体基体の端
   面を保護する端面保護部材とを有し、前記端面保護部材
   は、前記半導体基体、前記第１および第２の熱補償板を
   囲むように配設され、前記端面保護部材の内側面、前記
   半導体基体の端縁部、前記第１および第２の熱補償板の
   端縁部で規定される空間内に絶縁保持材が形成された圧
   接型半導体装置において、 前記絶縁保持材は、前記端面保護部材の内側面、前記半
   導体基体の端縁部、前記第１および第２の熱補償板の端
   縁部に固着するように、前記空間内全体に渡って形成さ
   れることを特徴とする圧接型半導体装置。
2. 【請求項２】 前記端面保護部材は、その外周端面の断
   面輪郭形状が、凹凸が連続した形状である請求項１記載
   の圧接型半導体装置。
3. 【請求項３】 少なくとも１つのＰＮ接合を有する半導
   体基体と、該半導体基体を挟持してアロイフリーで圧接
   する第１および第２の熱補償板と、それらを収容する絶
   縁性のケーシングとを有する圧接型半導体装置におい
   て、 前記半導体基体の端縁部、前記第１および第２の熱補償
   板の端縁部を取り囲むように覆い、その外径寸法が前記
   ケーシングの内径寸法とほぼ一致するように形成された
   絶縁保持材を備えることを特徴とする圧接型半導体装
   置。
4. 【請求項４】 前記絶縁保持材は、前記第１および第２
   の熱補償板のそれぞれの前記半導体基体に対向する主面
   とは反対側の主面の端縁部の、第１および第２の熱補償
   板を挟持する部材の外周端縁に等しくなる位置まで延在
   するが、該所定位置よりも前記第１および第２の熱補償
   板の径方向内側には存在しないように形成されている請
   求項３記載の圧接型半導体装置。
5. 【請求項５】 前記第１および第２の熱補償板は、前記
   半導体基体に対向する主面の端縁部の前記半導体基体を
   圧接する圧接領域よりも外側に、リング状の第１および
   第２の溝部をそれぞれ有する請求項２または請求項４記
   載の圧接型半導体装置。
6. 【請求項６】 少なくとも１つのＰＮ接合を有する半導
   体基体と、該半導体基体を挟持してアロイフリーで圧接
   する第１および第２の熱補償板と、前記半導体基体の端
   面を保護する端面保護部材とを有し、前記端面保護部材
   は、前記半導体基体、前記第１および第２の熱補償板を
   囲むように配設され、前記端面保護部材の内側面、前記
   半導体基体の端縁部、前記第１および第２の熱補償板の
   端縁部で規定される空間内に、前記第１の熱補償板およ
   び前記半導体基体の端縁部に固着するとともに、前記第
   ２の熱補償板の外周端縁に対向するように形成された第
   １の絶縁保持材と、前記第１の絶縁保持材と前記第２の
   熱補償板の外周端縁とに固着するように形成された第２
   の絶縁保持材とを有する圧接型半導体装置において、 前記端面保護部材は、その外周端面の断面輪郭形状が、
   凹凸が連続した形状であることを特徴とする圧接型半導
   体装置。
7. 【請求項７】 請求項２記載の圧接型半導体装置を製造
   する方法であって、 (ａ) その底面中央に、周囲よりも突出し前記第１の熱
   補償板の前記半導体基体に対向する主面とは反対側の主
   面の所定領域のみを覆う大きさの突出部を有し、その内
   径寸法が、前記ケーシングの内径寸法とほぼ一致する略
   凹形状の第１の成形治具を準備する工程と、 (ｂ) 前記第１の成形治具と対をなし、その端縁部に樹
   脂導入用の樹脂導入部を、その主面中央に、周囲よりも
   突出し前記第２の熱補償板の前記半導体基体に対向する
   主面とは反対側の主面の所定領域のみを覆う大きさの突
   出部を有する略凸形状の第２の成形治具を準備する工程
   と、 (ｃ) 前記第１の成形治具の突出部上に、前記第１の熱
   補償板、前記半導体基体、前記第２の熱補償板を順に載
   置する工程と、 (ｄ) それぞれの突出部が向き合うように、前記第１の
   成形治具と前記第２の成形治具とを組み合わせ、前記第
   １の熱補償板、前記半導体基体、前記第２の熱補償板を
   内部に密閉する工程と、 (ｅ) 前記樹脂導入部から所定の樹脂を導入し、前記第
   １の熱補償板の端縁部、前記半導体基体の端縁部、前記
   第２の熱補償板の端縁部と前記第１および第２の成形治
   具の内面とで規定される空間内に前記樹脂を充填する工
   程と、 (ｆ) 充填された前記所定の樹脂を硬化して前記絶縁保
   持材を形成する工程とを備える圧接型半導体装置の製造
   方法。
8. 【請求項８】 前記第１の成形治具は、その底面に所定
   の位置合わせマークを有し、 前記工程(ｃ)は、前記第１の成形治具の前記所定の位置
   合わせマークと、前記第１の熱補償板および前記半導体
   基体の外径寸法とを一致させることで、前記第１の熱補
   償板および前記半導体基体の位置決めを行う工程を含む
   請求項７記載の圧接型半導体装置の製造方法。