JPH10340916A - 圧接型半導体装置 - Google Patents

圧接型半導体装置

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JPH10340916A
JPH10340916A JP14819397A JP14819397A JPH10340916A JP H10340916 A JPH10340916 A JP H10340916A JP 14819397 A JP14819397 A JP 14819397A JP 14819397 A JP14819397 A JP 14819397A JP H10340916 A JPH10340916 A JP H10340916A
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JP
Japan
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semiconductor device
electrode lead
press
contact type
type semiconductor
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Withdrawn
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JP14819397A
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Inventor
Yoshinori Endo
佳紀 遠藤
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Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 歩留まりよく得られ、かつ信頼性のすぐれた
圧接型半導体装置の提供。 【解決手段】 半導体基板の両主面に電極を有する半導
体素子7と、前記半導体素子7を両主面から挟み、かつ
前記両主面の電極にそれぞれ接触する一対の熱緩衝板8
a,8bと、前記両主面の電極にそれぞれ熱緩衝板8a,8b
を圧接する一対の電極導出部材 10a, 10bと、前記電極
導出部材 10a, 10bの主面にそれぞれ圧接的に積層配置
された封止金属板 12a, 12bと、前記半導体素子7、熱
緩衝板8a,8bおよび電極導出部材 10a, 10bの側面側を
囲繞し、前記封止金属板 12a, 12bとの間で気密室を形
成する絶縁性環状体13とを有する圧接型半導体装置であ
って、前記電極導出部材 10a, 10bおよび封止金属板 1
2a, 12bの積層対接面間に、前記電極導出部材 10a, 1
0bを形成する材質の硬度以下の導電性金属層 11a, 11b
が介挿されていることを特徴とする圧接型半導体装置で
ある。

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
に係り、さらに詳しくは熱抵抗を低減させ、放熱性の向
上を図った圧接型半導体装置に関する。
【0002】
【従来の技術】ゲートターンオフサイリスターにど代表
される圧接型半導体装置は、図2に要部構成を断面的に
示すごとく構成されている。図2において、1は半導体
基板としてのsi基板に形成された両主面に電極を有する
半導体素子(半導体チップ)、2a,2bは前記半導体素子
1を両主面から挟み、かつ前記両主面の電極にそれぞれ
接触する一対の熱緩衝板である。ここで、熱緩衝板2a,
2bは、たとえばMoや Wなどから成る厚さ 0.5〜 3mm程度
の薄板であり、前記半導体素子1の端縁部を嵌合支持す
る枠型の絶縁性保持体3で周縁部が支持された構造を採
っている。
【0003】また、4a,4bは前記半導体素子1両主面の
電極にそれぞれ熱緩衝板2a,2bを圧接する一対の電極導
出部材、5a,5bは前記電極導出部材4a,4bの主面にそれ
ぞれ圧接的に積層配置された封止金属板である。ここ
で、電極導出部材4a,4bは、たとえばCuなどから成る厚
さ 4〜20mm程度の薄板であり、封止金属板5a,5bは、た
とえば42アロイなどから成る厚さ 0.4〜 1.0mm程度の薄
板で、かつ周縁部が封止部を成すようになっている。
【0004】さらに、6は前記重ね合わせ・圧接された
構成を採っている半導体素子1、熱緩衝板2a,2bおよび
電極導出部材4a,4bの側面側を囲繞し、前記封止金属板
5a,5bとの間で気密室を形成する絶縁性環状体である。
ここで、絶縁性環状体6は、たとえばアルミナなどのセ
ラミックス製であり、半導体素子1の各主面に対する熱
緩衝板2a−電極導出部材4a−封止金属板5a系、熱緩衝板
2b−電極導出部材4b−封止金属板5b系を互いに電気的に
絶縁する一方、半導体素子1、熱緩衝板2a,2bおよび電
極導出部材4a,4bの圧接型積層体を外界に対して封止し
ている。
【0005】上記構成においては、半導体素子1と熱緩
衝板2a,2b、および熱緩衝板2a,2bと電極導出部材4a,
4bとの異種金属間の熱膨脹係数の違によって生じる熱応
力を、積層対面の滑りによって逃すことができる。ま
た、熱応力を緩和する手段として、熱緩衝板2a,2bと電
極導出部材4a,4bとの間に、第2の熱緩衝層を介挿する
ことも知られている(特開平5-267491号公報)。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】ところで、前記構成の
圧接型半導体装置においては、半導体素子1と熱緩衝板
2a,2bとの界面、熱緩衝板2a(2b)と電極導出部材4a
(4b)との界面に対して、大きな圧力を加えないと接触
抵抗を低減できないので、半導体装置の熱抵抗が大きい
という問題がある。つまり、所定ないし所要の整流が得
られない恐れがある。上記半導体装置の熱抵抗は、加圧
力を大きく設定することにより低減できるが、一方で
は、熱緩衝板2a(2b)と電極導出部材4a(4b)との界面
に生じる凝着(スティッキング)によって、半導体素子
1の割れ、電流集中に伴う軟質な第2の熱緩衝層の溶
解、耐圧性の劣化などを生じる恐れがある。
【0007】上記問題に対して、半導体素子の各主面に
対する熱緩衝板の表面に軟質な金属層を配設するか、ま
たは熱緩衝板を2層形化し、かつ2層の熱緩衝板間に軟
質な金属層を介挿することによって、半導体素子の割れ
発生などを防止する一方、積層・対接部(部材界面)の
接触抵抗を低減させることも試みられている。
【0008】しかし、半導体素子の電極面と熱緩衝板と
の界面、熱緩衝板と電極導出部材との界面などの少なく
ともいずれかの一界面に、軟質な金属層を介挿・配置し
た構成としてもなお問題がある。すなわち、加圧力をそ
れ程大きく設定しなくとも、接触抵抗(もしくは熱抵
抗)を低減でき、また、スティックの発生を抑制できる
が、一方では、使用した封止金属板に局部的なうねりが
存在すると、電極導出部材と密着した接触が形成されな
いため、熱抵抗が依然として生じるなどの不都合があ
る。
【0009】また、上記構成の場合は、薄型化を十分に
図ることが困難であるという問題もある。こうした問題
は、組み立て・構成した圧接型半導体装置の信頼性や歩
留まりの低減問題を招来するので、その改善が望まれて
いる。
【0010】本発明はこのような問題を解決するために
なされたもので、歩留まりよく得られ、かつ薄型化が可
能で、信頼性のすぐれた圧接型半導体装置の提供を目的
とする。
【0011】
【課題を解決するための手段】請求項1の発明は、半導
体基板の両主面に電極を有する半導体素子と、前記半導
体素子を両主面から挟み、かつ前記両主面の電極にそれ
ぞれ接触する一対の熱緩衝板と、前記両主面の電極にそ
れぞれ熱緩衝板を圧接する一対の電極導出部材と、前記
電極導出部材の主面にそれぞれ圧接的に積層配置された
封止金属板と、前記半導体素子、熱緩衝板および電極導
出部材の側面側を囲繞し、前記封止金属板との間で気密
室を形成する絶縁性環状体とを有する圧接型半導体装置
であって、前記電極導出部材および封止金属板の積層対
接面間に、前記電極導出部材を形成する材質の硬度以下
の導電性金属層が介挿されていることを特徴とする圧接
型半導体装置である。
【0012】請求項2の発明は、請求項1記載の圧接型
半導体装置において、電極導出部材を形成する材質が銅
で、導電性金属層が銀箔であることを特徴とする。
【0013】請求項1および2の発明では、電極導出部
材および封止金属板の積層対接面間に、前記電極導出部
材を形成する材質の硬度以下の導電性金属層を介挿・配
置した点で特徴付けられる。そして、このような構成を
採ったことにより、封止金属板に局部的なうねりが存在
しても、電極導出部材との密着した接触が容易に、かつ
確実に確保されるため、熱抵抗の増大などの不都合も解
消・低減する。また、構造の薄型化を図り易いので、信
頼性の高いコンパクトな圧接型半導体装置が低コストで
歩留まりよく提供される。
【0014】
【発明の実施の形態】以下、図1を参照して実施例を説
明する。
【0015】本発明に係る圧接型半導体装置は、電極導
出部材および封止金属板の積層対接面間に、前記電極導
出部材を形成する材質の硬度以下の導電性金属層が介挿
されていることを骨子とする。そして、この発明は、次
のような知見に基づいてなされたものである。すなわ
ち、少なくとも電極導出部材と封止金属板とが積層対接
する面間に第2の緩衝材層として、前記電極導出部材を
形成する材質の硬度以下の導電性金属層を介在させた場
合、熱抵抗の低減傾向が認められる。
【0016】換言すると、電極導出部材と同等硬度の導
電性金属、または、その硬度よりも硬度の低い導電性金
属(軟質な導電性金属)、より好ましくは軟質な導電性
金属層を積層的に介在させた場合、封止金属板を含む圧
接的に積層・配置された部材間が、比較的低い接触抵抗
の圧接を形成し、また、スティックの発生もなく信頼性
の高い圧接型半導体装置として機能することを見出し、
本発明に至ったものである。なお、この構成において
は、熱緩衝板と電極導出部材との積層・対接面間に、軟
質な導電性金属層を介挿してもよい。
【0017】図1は、実施例に係る圧接型半導体装置
(ゲートターンオフサイリスター)の要部構成を示す断
面図である。図1において、7は半導体基板としてのsi
基板に形成された両主面に電極(図示省略)を有する半
導体素子(半導体チップ)、8a,8bは前記半導体素子7
を両主面から挟み、かつ前記両主面の電極にそれぞれ接
触する一対の熱緩衝板である。ここで、熱緩衝板8a,8b
は、たとえばMoや Wなどから成る厚さ 0.5〜 3mm程度の
薄板であり、前記半導体素子7の端縁部を嵌合支持する
枠型の絶縁性保持体9、たとえばセラミックス製の枠型
保持体で周縁部が支持された構造を採っている。
【0018】また、 10a, 10bは前記半導体素子7両主
面の電極にそれぞれ熱緩衝板8a,8bを圧接する一対の電
極導出部材、 11a, 11bは前記電極導出部材4a,4bの主
面にそれぞれ圧接的に積層配置された導電性金属層(た
とえば銀箔層)、 12a 12bは前記銀箔層 11a, 11bの主
面にそれぞれ圧接的に積層配置された封止金属板であ
る。ここで、電極導出部材 10a, 10bは銅やアルミニウ
ムなどから成る厚さ 4〜20mm程度の薄板、銀箔層 11a,
11bは厚さ0.05〜 0.4mm程度であり、さらに、封止金属
板 12a, 12bは、たとえば42アロイなどから成る厚さ
0.4〜 1.0mm程度の薄板で、かつ周縁部が封止部を成す
ようになっている。
【0019】なお、電極導出部材4a,4bと封止金属板 1
2a, 12bとの主面間に圧接的に積層配置された導電性金
属層 11a、 11bは、前記電極導出部材4a,4bを形成する
導電性の金属(材質)の硬さと同程度以下の硬さの導電
性金属である。ここで、導電性金属層 11a、 11bを成す
金属の硬さは、電極導出部材4a,4bの材質に対して相対
的であり、たとえば銅(硬度約40)−銅、銅−銀(硬度
約24)、アルミニウム−銀などの組み合わせとなる。
【0020】さらにまた、13は前記重ね合わされて圧接
された構成を採っている半導体素子7、熱緩衝板8a,8
b、電極導出部材 10a, 10bおよび枠形の保持体9の側
面側を囲繞し、前記封止金属板 12a, 12bとの間で気密
室を形成する絶縁性環状体である。ここで、絶縁性環状
体13は、たとえばアルミナなどのセラミックス製であ
り、半導体素子7の各主面に対する熱緩衝板8a−電極導
出部材 10a−導電性金属層11a−封止金属板 12a系、熱
緩衝板8b−電極導出部材 10b−導電性金属層 11a−封止
金属板 12b系を互いに電気的に絶縁する一方、半導体素
子7、熱緩衝板8a,8b、電極導出部材 10a, 10bおよび
導電性金属層 11a, 11bの圧接型積層体を外界に対して
封止している。
【0021】上記構成の圧接型半導体装置は、所要の押
圧を加え(圧接し)て動作させる場合、たとえば封止金
属板に局所的なうねりが存在していても、その下地層を
なす硬度の低い導電性金属層によって、前記封止金属板
のうねりに伴う非接触部(空隙部)が容易に緩衝・吸収
され、封止金属板と電極導出部材との密着性が確実に確
保される。つまり、封止金属板と電極導出部材との接触
抵抗が解消・低減するため、半導体装置の熱抵抗は容易
に低減して、所要の機能を持続発揮する。
【0022】本発明は、上記例示に限定されるものでな
く、発明の主旨を逸脱しない範囲でいろいろの変形を採
ることができる。たとえば、銅製の電極導出部材に対す
る導電性金属層として銅箔を、または銅製の電極導出部
材の代りにアルミニウム製の電極導出部材を使用するこ
ともできる。
【0023】
【発明の効果】以上説明したように、本発明に係る圧接
型半導体装置によれば、半導体素子の両電極面に、それ
ぞれ積層的に圧接される特に、電極導出部材および封止
金属板の接触抵抗が大幅に低減・解消されるため、熱抵
抗の小さい圧接型半導体装置として機能することにな
る。つまり、加圧力を大きく設定することなく、換言す
ると半導体素子の破損など招来する恐れもなく、長寿命
で、かつ信頼性の高い機能を呈する圧接型半導体装置が
容易に提供される。
【図面の簡単な説明】
【図1】一実施例に係る圧接型半導体装置の要部構成を
示す断面図。
【図2】従来の圧接型半導体装置の要部構成を示す断面
図。
【符号の説明】
1,7……半導体素子(半導体チップ) 2a,2b,8a,8b……熱緩衝板 3,9……枠形の絶縁性保持体 4a,4b, 10a, 10b……電極導出部材 5a,5b, 12a, 12b……封止金属板 6,13……絶縁性環状体 11a, 11b……導電性金属層

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 半導体基板の両主面に電極を有する半導
    体素子と、 前記半導体素子を両主面から挟み、かつ前記両主面の電
    極にそれぞれ接触する一対の熱緩衝板と、 前記両主面の電極にそれぞれ熱緩衝板を圧接する一対の
    電極導出部材と、 前記電極導出部材の主面にそれぞれ圧接的に積層配置さ
    れた封止金属板と、 前記半導体素子、熱緩衝板および電極導出部材の側面側
    を囲繞し、前記封止金属板との間で気密室を形成する絶
    縁性環状体とを有する圧接型半導体装置であって、 前記電極導出部材および封止金属板の積層対接面間に、
    前記電極導出部材を形成する材質の硬度以下の導電性金
    属層が介挿されていることを特徴とする圧接型半導体装
    置。
  2. 【請求項2】 電極導出部材を形成する材質が銅で、導
    電性金属層が銀箔であることを特徴とする請求項1記載
    の圧接型半導体装置。
JP14819397A 1997-06-05 1997-06-05 圧接型半導体装置 Withdrawn JPH10340916A (ja)

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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105448847A (zh) * 2015-12-05 2016-03-30 江阴市赛英电子有限公司 外置式电极陶瓷封装外壳
CN105448849A (zh) * 2015-12-05 2016-03-30 江阴市赛英电子有限公司 可替换内置电极陶瓷封装外壳
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Effective date: 20040907