JPH11224923A - Semiconductor stack - Google Patents

Semiconductor stack

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JPH11224923A
JPH11224923A JP2328198A JP2328198A JPH11224923A JP H11224923 A JPH11224923 A JP H11224923A JP 2328198 A JP2328198 A JP 2328198A JP 2328198 A JP2328198 A JP 2328198A JP H11224923 A JPH11224923 A JP H11224923A
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semiconductor element
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semiconductor
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隆 橋本
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a semiconductor stack, in which a ceramic plate for electrically insulating a semiconductor element and a cooler is protected from damages. SOLUTION: An electrically insulating and thermal conducting ceramic plate 3 between a pressure-welding type semiconductor element 1 and a cooler 2, and a heat conductive metal spacer 7 are provided. A semiconductor element 1, the metal spacer 7, the ceramic plate 3, and the cooler 2 are sequentially stacked and held in a pressed state by the use of pressing means to form a semiconductor stack. The metal spacer 7 has each disk-shaped end with a largest diameter which is larger than the post diameter of a semiconductor element 1. The metal spacer 7 has a circular groove 13 in a central direction on a circumferential part of a curved face thereof. The diameter of the circular groove 13 is as large as the post diameter of the semiconductor element 1.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は圧接形の半導体素子
を用いた半導体スタックの構造の改良に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an improvement in the structure of a semiconductor stack using a press-contact type semiconductor device.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来の半導体スタックの平面図を図11
(a)に、正面図を図11(b)に示す。半導体スタッ
クは圧接形の半導体素子1とそれを冷却する為の冷却器
2、半導体素子1と冷却器を電気的に絶縁するためのセ
ラミックス板3、外部へ電気的接続する為の導体4a、
4b、半導体素子1の両面を所定の圧力で冷却器2に向
かって押圧する為の板バネ5、板バネ5を半導体素子1
から電気的絶縁する為の絶縁スペーサ6とにより構成さ
れる。板バネ25は冷却器2に立設された一対のスタッ
ドボルト9のねじ部9aにナット11によって両端部が
取付けられている。
2. Description of the Related Art A plan view of a conventional semiconductor stack is shown in FIG.
FIG. 11A is a front view of FIG. The semiconductor stack includes a press-contact type semiconductor element 1 and a cooler 2 for cooling the semiconductor element 1, a ceramic plate 3 for electrically insulating the semiconductor element 1 from the cooler, a conductor 4a for electrically connecting to the outside,
4b, a leaf spring 5 for pressing both surfaces of the semiconductor element 1 toward the cooler 2 with a predetermined pressure,
And an insulating spacer 6 for electrical insulation from the substrate. Both ends of the leaf spring 25 are attached to the threaded portions 9 a of the pair of stud bolts 9 erected on the cooler 2 by the nuts 11.

【0003】セラミックス板3は、電気的に高絶縁性を
有することが求められるのはもちろんであるが、加えて
冷却器2へ半導体素子1から発生する熱を伝え、半導体
素子1の温度を許容温度以下とする事が必要で、その
為、熱伝導率の高い窒化アルミニウム等を材料とし、そ
の形状は、セラミックス板3の部分での熱抵抗低減の
為、厚みは3mm以下程度の薄い円板状のものが使われ
ることが多い。
The ceramic plate 3 is, of course, required to have a high electrical insulation property. In addition, the ceramic plate 3 transmits heat generated from the semiconductor element 1 to the cooler 2 to allow the temperature of the semiconductor element 1 to be increased. It is necessary that the temperature be lower than the temperature. Therefore, aluminum nitride or the like having a high thermal conductivity is used as the material. Often used.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、セラミ
ックスは金属と比べ、割れやすい性質を持っている為、
部分的な集中荷重、曲げ荷重がかからないよう注意する
必要があり、導体4bのセラミックス板3に当たる圧接
部分は、面粗さ、平面度、平行度のいずれもが精度を要
する部品となる。
However, since ceramics are more easily broken than metals,
Care must be taken so that partial concentrated load and bending load are not applied, and the press-contact portion of the conductor 4b that contacts the ceramic plate 3 is a component that requires precision in any of surface roughness, flatness, and parallelism.

【0005】加えて、半導体素子1の圧接がポスト面全
域にわたって均一性をもつことが半導体素子1の特性上
も要求され、セラミックス板3の圧接面にとっても、上
記理由から均一に押圧されていることが望まれる。
In addition, it is required for the characteristics of the semiconductor element 1 that the pressure contact of the semiconductor element 1 has uniformity over the entire post surface, and the pressure contact surface of the ceramic plate 3 is also pressed uniformly for the above reason. It is desired.

【0006】しかしながら、導体4bの形状は、冷却器
2との絶縁をとる必要から、導体4bの圧接部分から半
導体スタック外部へ向かう途中で曲げ部分を設け、冷却
器2との間隔をとるようにしている。その為、この曲げ
部分付近には曲げ加工による残留応力が残ってしまい、
圧接面全域にたいしての均一な応力分布を確保する上
で、度々、障害となり、セラミックス板3の割れの発生
による絶縁不具合を引き起こすことがあった。
However, since the conductor 4b is required to be insulated from the cooler 2, a bent portion is provided on the way from the press-contact portion of the conductor 4b to the outside of the semiconductor stack, so that the conductor 4b is spaced from the cooler 2. ing. Therefore, the residual stress due to the bending process remains near this bent part,
In order to ensure a uniform stress distribution over the entire area of the press-contact surface, this often becomes an obstacle, and may cause insulation failure due to cracking of the ceramic plate 3.

【0007】かつ圧接部分の形状もこの曲げ部分が半導
体スタックの圧接中心に対し一様でなくなる為、部分的
な応力集中が起きやすく、セラミックス板3の割れの発
生につながる要因となっていた。
In addition, the shape of the press-contact portion is not uniform with respect to the press-contact center of the semiconductor stack, so that partial stress concentration is likely to occur, which has been a factor leading to the occurrence of cracks in the ceramic plate 3.

【0008】又、半導体素子1、導体4a、4bは電圧
が印加されている部分で、冷却器2、板バネ5との間は
絶縁をとる必要がある。板バネ5と導体4a間は絶縁ス
ペーサ6により絶縁され、冷却器2と導体4b間はセラ
ミックス板3により絶縁されるが、導体4bの端面と冷
却器2との沿面距離Lを絶縁に必要な寸法だけ確保する
必要がある。そのため、のでセラミックス板3の外形
(直径)は半導体素子1のポスト径(電位のある部分
で、図10aに寸法Dで示す)よりも大きくなる。
The semiconductor element 1, the conductors 4a and 4b are portions to which a voltage is applied, and it is necessary to insulate the cooler 2 and the leaf spring 5 from each other. The leaf spring 5 and the conductor 4a are insulated by the insulating spacer 6, and the cooler 2 and the conductor 4b are insulated by the ceramic plate 3. However, the creepage distance L between the end face of the conductor 4b and the cooler 2 is required for insulation. Only the dimensions need to be secured. Therefore, the outer diameter (diameter) of the ceramic plate 3 is larger than the post diameter of the semiconductor element 1 (a portion having a potential, which is indicated by a dimension D in FIG. 10A).

【0009】この為、セラミックス板3よりも当然外側
に位置する、板バネ5のスタッドボルト9による支持部
分である、2点間の距離L1が大きくなるから、同じ圧
接力を得る為には、L1が大きければ大きいほど、バネ
5の厚みも大きくして断面係数を増加させる必要が生じ
てくる。
For this reason, the distance L1 between the two points, which is the portion of the leaf spring 5 supported by the stud bolts 9 which is naturally located outside the ceramic plate 3, becomes large. As L1 increases, the thickness of the spring 5 needs to be increased to increase the section modulus.

【0010】又、L1が大きくなることで冷却器2のセ
ラミックス板3に接する面にかかる曲げモーメントも大
きくなるので、セラミックス板3に曲げ方向の荷重が生
じないよう、冷却器2の曲げモーメントにより生じるた
わみを小さく抑える為、冷却器2のべ一ス部分の厚みを
大きくする等により冷却器2の剛性を高める必要も生じ
てくる。
Also, since the bending moment applied to the surface of the cooler 2 in contact with the ceramic plate 3 increases as L1 increases, the bending moment of the cooler 2 is adjusted so that a load in the bending direction is not generated on the ceramic plate 3. In order to suppress the resulting deflection, it is necessary to increase the rigidity of the cooler 2 by increasing the thickness of the base portion of the cooler 2 or the like.

【0011】さらに、L1寸法を大きくとらねばならな
いので、半導体スタック全体の小形化の点でも不利であ
る。 (目的)本発明は、以上述べてきた従来の半導体スタッ
クのセラミックス板の割れの問題を解消し、信頼性の高
い半導体スタックを実現することを目的とする。
Further, since the L1 dimension must be large, it is disadvantageous in terms of miniaturization of the entire semiconductor stack. (Object) It is an object of the present invention to solve the above-described problem of cracking of the ceramic plate of the conventional semiconductor stack and to realize a highly reliable semiconductor stack.

【0012】[0012]

【課題を解決するための手段】請求項1の発明は、圧接
形半導体素子と冷却器との間に、電気絶縁性および熱伝
導性を有するセラミックス板と、熱伝導性を有する金属
スペーサの2種を少なくとも有し、半導体素子、金属ス
ペーサ、セラミックス板、冷却器の順番で積層し、これ
らを押圧手段により押圧押圧保持した半導体スタックに
おいて、前記金属スペーサは両端面の最大直径が前記半
導体素子のポスト径よりも大きい円盤状をなしていて、
この金属スペーサの曲面を成す周辺部分に周状に中心方
向へ溝を設け、この溝部分の直径はほぼ前記半導体素子
のポスト径と同じ径であることを特徴とする半導体スタ
ックにある。
According to a first aspect of the present invention, a ceramic plate having electrical insulation and thermal conductivity and a metal spacer having thermal conductivity are provided between a press-contact type semiconductor element and a cooler. In a semiconductor stack having at least a seed, a semiconductor element, a metal spacer, a ceramic plate, and a cooler stacked in this order, and pressing and holding these by pressing means, the metal spacer has a maximum diameter of both end faces of the semiconductor element. It has a disk shape larger than the post diameter,
A semiconductor stack is characterized in that a groove is provided circumferentially in a peripheral portion forming a curved surface of the metal spacer, and a diameter of the groove is substantially the same as a post diameter of the semiconductor element.

【0013】請求項1の発明によれば、金属スぺーサの
周辺部分に溝を設けたことで、半導体素子からの力が金
属スペーサのセラミックス板に接合する面の外周端で分
散して応力集中を防止し、セラミック板の割れを防止で
きる。
According to the first aspect of the present invention, since the groove is provided in the peripheral portion of the metal spacer, the force from the semiconductor element is dispersed at the outer peripheral end of the surface of the metal spacer to be joined to the ceramic plate, and the stress is reduced. This prevents concentration and prevents cracking of the ceramic plate.

【0014】請求項2の発明は、圧接形半導体素子と冷
却器との間に、電気絶縁性および熱伝導性を有するセラ
ミックス板と、熱伝導性を有する金属スペーサの2種を
少なくとも有し、これらを半導体素子、金属スペーサ、
セラミックス板、冷却器の順番で積層し、押圧手段によ
り押圧保持した半導体スタックにおいて、前記金属スペ
ーサは両端面が円形状で、前記半導体素子側の端面の直
径は前記半導体素子のポスト径よりもやや大きく、前記
セラミックス板に接する反対側の端面はさらに直径が大
きくなるようセラミックス板に向かって直径が漸増して
いく形状としたことを特徴とする半導体スタックにあ
る。
According to a second aspect of the present invention, at least two types of a ceramic plate having electrical insulation and thermal conductivity and a metal spacer having thermal conductivity are provided between the press-contact type semiconductor device and the cooler. These are semiconductor elements, metal spacers,
In a semiconductor stack in which a ceramic plate and a cooler are stacked in this order and pressed and held by pressing means, both end faces of the metal spacer are circular, and the diameter of the end face on the semiconductor element side is slightly larger than the post diameter of the semiconductor element. The semiconductor stack according to the present invention is characterized in that the end face, which is large and is in contact with the ceramic plate, has a shape whose diameter gradually increases toward the ceramic plate so as to have a larger diameter.

【0015】請求項2の発明によれば、半導体素子から
の力は、金属スぺーサの外周端部で分散されるから、そ
の部分に応力が集中してセラミックス板が割れるのを防
止できる。
According to the second aspect of the present invention, since the force from the semiconductor element is dispersed at the outer peripheral edge of the metal spacer, it is possible to prevent the stress from being concentrated on that portion and the ceramic plate from breaking.

【0016】請求項3の発明は、請求項2の発明におい
て、前記金属スペーサの直径の漸増の度合いは前記セラ
ミックス板に近づくにつれ大きくなる形状としたことを
特徴とする半導体スタックにある。
According to a third aspect of the present invention, there is provided a semiconductor stack according to the second aspect, wherein the degree of the diameter of the metal spacer gradually increases as approaching the ceramic plate.

【0017】そのため、金属スペーサの外周端部におけ
る応力集中をより一層、低減できるため、セラミック板
の割れを良好に防止することができる。請求項4の発明
は、請求項1乃至3のいずれかの発明において、前記金
属スペーサの前記セラミックス板に当たる面の縁部は全
周にわたって凸曲面に面取りされていることを特徴とす
る半導体スタックにある。
[0017] Therefore, stress concentration at the outer peripheral end of the metal spacer can be further reduced, so that cracking of the ceramic plate can be favorably prevented. According to a fourth aspect of the present invention, in the semiconductor stack according to any one of the first to third aspects, an edge of a surface of the metal spacer corresponding to the ceramic plate is chamfered into a convex curved surface over the entire circumference. is there.

【0018】そのため、金属スペーサのセラミックス板
に接する外周縁部が角部でなく、凸曲面であるから、そ
の部分に応力が集中してセラミック板を損傷させるのを
防止することができる。
Therefore, since the outer peripheral edge of the metal spacer in contact with the ceramic plate is not a corner but a convex curved surface, it is possible to prevent stress from being concentrated on that portion and damaging the ceramic plate.

【0019】請求項5の発明は、請求項1乃至4のいず
れかの発明において、前記金属スペーサには外部電気接
続用の導体がろう付け等により一体化接続され、その接
続位置は前記金属スペーサの周辺部の厚さ方向の前記半
導体素子側寄りであることを特徴とする半導体スタック
にある。
According to a fifth aspect of the present invention, in any one of the first to fourth aspects of the present invention, a conductor for external electrical connection is integrally connected to the metal spacer by brazing or the like, and the connection position is the metal spacer. The semiconductor stack is located closer to the semiconductor element side in the thickness direction of the peripheral portion of the semiconductor stack.

【0020】請求項5の発明によれば、金属スペーサに
導体を一体化接続することで、これらの間の熱抵抗を改
善するとともに、一体化するための接続位置を金属スペ
ーサの周辺部の厚さ方向半導体素子側寄りとしたこと
で、この導体がセラミックス板に集中応力を与えにくく
なるから、セラミック板の割れを防止できる。
According to the fifth aspect of the present invention, by integrally connecting the conductor to the metal spacer, the thermal resistance therebetween is improved, and the connection position for the integration is set to the thickness of the peripheral portion of the metal spacer. Since the conductor is less likely to apply a concentrated stress to the ceramic plate by disposing it closer to the semiconductor element side in the vertical direction, cracking of the ceramic plate can be prevented.

【0021】請求項6の発明は、請求項1乃至5のいず
れかの発明において、前記セラミックス板と前記冷却器
との間に、前記金属スペーサを設けたことを特徴とする
半導体スタックにある。
A sixth aspect of the present invention is the semiconductor stack according to any one of the first to fifth aspects, wherein the metal spacer is provided between the ceramic plate and the cooler.

【0022】請求項6の発明によれば、セラミックス板
と冷却器との間にも、金属スペーサを設けるたことで、
冷却器の圧接面の加工精度が悪くても、セラミック板に
加わる応力集中が緩和され易くなる。
According to the sixth aspect of the present invention, the metal spacer is provided between the ceramic plate and the cooler.
Even if the processing accuracy of the press contact surface of the cooler is poor, the concentration of stress applied to the ceramic plate is easily alleviated.

【0023】請求項7の発明は、圧接形半導体素子と冷
却器との間に、電気絶縁性におよび熱伝導性を有するセ
ラミックス板を介在させ、これらを押圧手段により押圧
保持した半導体スタックにおいて、前記冷却器は前記半
導体素子取付面の反対の面に複数枚の板状のフィンが所
定方向に沿って形成されていて、前記押圧手段は、その
長手方向両端部が支持され中央部に半導体素子を押圧す
る荷重が得られるバネであり、このバネの長手方向と前
記冷却器のフィン各々の向きとが同一方向であることを
特徴とする半導体スタックにある。
According to a seventh aspect of the present invention, there is provided a semiconductor stack in which a ceramic plate having electrical insulation and thermal conductivity is interposed between a press-contact type semiconductor element and a cooler, and these are pressed and held by pressing means. In the cooler, a plurality of plate-like fins are formed along a predetermined direction on a surface opposite to the semiconductor element mounting surface, and the pressing means has a semiconductor element at a center portion at both ends in a longitudinal direction thereof. The semiconductor stack is characterized in that a longitudinal direction of the spring and a direction of each of the fins of the cooler are in the same direction.

【0024】請求項7の発明によれば、バネによる冷却
器の曲げ方向に対して各々のフィンが断面係数を大きく
する方向で構成されていることで、冷却器剛性が高く、
バネによる曲げ歪みが抑えられるから、セラミックス板
にかかる曲げ応力を小さくすることができる。
According to the seventh aspect of the present invention, since each fin is formed in a direction in which the section modulus is increased with respect to the bending direction of the cooler by the spring, the rigidity of the cooler is high,
Since bending distortion due to the spring is suppressed, bending stress applied to the ceramic plate can be reduced.

【0025】請求項8の発明は、圧接形半導体素子と冷
却器との間に、電気絶縁性および熱伝導性を有するセラ
ミックス板を介在させ、これらを押圧手段により押圧保
持した半導体スタックにおいて、前記セラミックス板の
外周部にはこの一方の面の外周部に接合固定される接合
部と、この接合部の周縁に立設された立ち上がり部とに
よって断面形状がほぼL状をなした絶縁物からなるリン
グ体が設けられていることを特徴とする半導体スタック
にある。
The invention according to claim 8 is a semiconductor stack in which a ceramic plate having electrical insulation and thermal conductivity is interposed between the press-contact type semiconductor element and the cooler, and these are pressed and held by pressing means. The outer peripheral portion of the ceramic plate is made of an insulator having a substantially L-shaped cross section due to a joining portion fixed to the outer peripheral portion of the one surface and a rising portion provided on the periphery of the joining portion. A semiconductor stack is provided with a ring body.

【0026】請求項8の発明によれば、リング体の周辺
部は円筒状の立ち上がり部をもった形状であるから、絶
縁距離をこの立ち上がり部で確保できるから、その分、
セラミックス板の外形寸法を小さくでき、半導体スタッ
クの小形化が図れる。
According to the eighth aspect of the present invention, since the peripheral portion of the ring body has a cylindrical rising portion, an insulation distance can be secured by the rising portion.
The outer dimensions of the ceramic plate can be reduced, and the size of the semiconductor stack can be reduced.

【0027】請求項9の発明は、圧接形半導体素子と冷
却器との間に、電気絶縁性および熱伝導性を有するセラ
ミックス板を介在させ、これらを押圧手段により押圧保
持した半導体スタックにおいて、前記押圧手段は、その
両端部が支持れることで中央部に半導体素子を押圧する
荷重が得られるバネであり、前記セラミックス板の外周
部には、一端面を上記冷却器に接合させて固定された補
強リングが設けられ、この補強リングにバネを支持する
スタッドボルトがねじ込まれることを特徴とする半導体
スタックにある。
According to a ninth aspect of the present invention, in the semiconductor stack, a ceramic plate having electrical insulation and heat conductivity is interposed between the press-contact type semiconductor element and the cooler, and these are pressed and held by pressing means. The pressing means is a spring that can obtain a load for pressing the semiconductor element toward the center by supporting both ends thereof, and is fixed to the outer peripheral part of the ceramic plate by joining one end surface to the cooler. In a semiconductor stack, a reinforcing ring is provided, and a stud bolt for supporting a spring is screwed into the reinforcing ring.

【0028】請求項9の発明によれば、バネに発生する
応力がスタッドボルトから補強リングを介して冷却器に
分散されて伝達されるから、バネの応力がスタッドボル
トから冷却器に直接伝達される場合に比べて冷却器の圧
接面に生ずるたわみを小さくできる。
According to the ninth aspect of the present invention, since the stress generated in the spring is dispersed and transmitted from the stud bolt to the cooler via the reinforcing ring, the stress of the spring is directly transmitted from the stud bolt to the cooler. The bending generated on the press-contact surface of the cooler can be reduced as compared with the case where the cooling device is used.

【0029】[0029]

【発明の実施の形態】(第1の実施の形態)図1と図2
はこの発明の第1の実施の形態を示し、図1は本発明の
第1の実施の形態の半導体スタックの正面図、図2
(a)は図1のA部拡大図、図2(b)は金属スペーサ
の斜視図を示す。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS (First Embodiment) FIGS. 1 and 2
1 shows a first embodiment of the present invention. FIG. 1 is a front view of a semiconductor stack according to the first embodiment of the present invention.
2A is an enlarged view of a portion A in FIG. 1, and FIG. 2B is a perspective view of a metal spacer.

【0030】半導体スタックは、半導体素子1を冷却す
る為の冷却器2を有する。この冷却器2の上面には、高
絶縁性を有し高熱伝導率の素材でできたセラミックス板
3、熱伝導率の高い銅又はアルミニウムなどの材料から
なる金属スペーサ7、半導体素子1を外部へ電気的接続
する為の導体4c、上記半導体素子1、半導体素子1を
外部へ電気的接続する為のもう一方の導体4aおよび絶
縁スペーサ6とが各々の部品の中心部をほぼ一致させて
順次積層されている。この積層体8は板バネ5により押
圧保持されている。
The semiconductor stack has a cooler 2 for cooling the semiconductor device 1. On the upper surface of the cooler 2, a ceramic plate 3 made of a material having a high insulating property and a high thermal conductivity, a metal spacer 7 made of a material having a high thermal conductivity such as copper or aluminum, and the semiconductor element 1 to the outside. The conductor 4c for electrical connection, the semiconductor element 1, the other conductor 4a for electrically connecting the semiconductor element 1 to the outside, and the insulating spacer 6 are sequentially laminated so that the center portions of the respective components substantially coincide with each other. Have been. The laminate 8 is pressed and held by the leaf spring 5.

【0031】つまり、板バネ5は所定の厚さを有する帯
状板によって上記積層体8の直径寸法よりも長さ寸法が
長く形成されていて、その両端部が上記冷却器2の上面
の上記積層体8の径方向外方に立設された一対のスタッ
ドボルト9に支持されている。このスタッドボルト9の
上端部に形成されたねじ部9aにはナット11がねじ込
まれ、また板バネ5の中途部下面と絶縁スペーサ6との
間には押圧スペーサ12が介装されている。したがっ
て、上記ナット11を締め込めば、上記押圧スペーサ1
2を介して上記積層体8の各部品が板バネ5によって弾
性的に押圧され、上記冷却器2と一体的に保持されるこ
とになる。
That is, the leaf spring 5 is formed by a band-shaped plate having a predetermined thickness and has a length longer than the diameter of the laminated body 8, and both ends thereof are formed on the upper surface of the cooler 2. It is supported by a pair of stud bolts 9 erected outside the body 8 in the radial direction. A nut 11 is screwed into a screw portion 9 a formed at the upper end of the stud bolt 9, and a pressing spacer 12 is interposed between the lower surface of the leaf spring 5 and the insulating spacer 6. Therefore, if the nut 11 is tightened, the pressing spacer 1
Each component of the laminated body 8 is elastically pressed by the leaf spring 5 through the intermediary 2 and is held integrally with the cooler 2.

【0032】上記金属スペーサ7には、その周辺面に溝
13が所定の深さで全長にわたって設けられ、さらにセ
ラミックス板3に接する面の縁部は図2(a)に示すよ
うに凸曲面14に面取り加工されている。上記溝13に
よって上記金属スペーサ7の周辺部には上下一対のフラ
ンジ7a、7bが形成されている。
The metal spacer 7 is provided with a groove 13 on the peripheral surface thereof at a predetermined depth over the entire length, and the edge of the surface in contact with the ceramic plate 3 has a convex curved surface 14 as shown in FIG. Beveled. A pair of upper and lower flanges 7a and 7b are formed around the metal spacer 7 by the groove 13.

【0033】上記金属スペーサ7の半導体素子1側に位
置するフランジ7aの外形寸法である直径D1と、セラ
ミックス板3側に位置するフランジ7bの外形寸法であ
る直径D2のいずれも、半導体素子1のポスト径Dより
も大きく設定され、さらに溝13の部分である、厚さ方
向中途部の外形寸法である直径D3は半導体素子1のポ
スト径Dとほぼ同じに設定されている。
Both the diameter D1 which is the outer dimension of the flange 7a located on the semiconductor element 1 side of the metal spacer 7 and the diameter D2 which is the outer dimension of the flange 7b located on the ceramic plate 3 side are the same as those of the semiconductor element 1. The diameter D3, which is set to be larger than the post diameter D, and which is the outer dimension of the groove 13 at an intermediate portion in the thickness direction, is set to be substantially the same as the post diameter D of the semiconductor element 1.

【0034】上記金属スペーサ7には焼鈍による熱処理
が施され、それによって軟化されている。さらに、上記
冷却器2の下面側には放熱面積を増大させるための多数
のフィン2aが上記板バネ5の長手方向と交差する方向
に沿って形成されている。
The metal spacer 7 is subjected to a heat treatment by annealing, and is thereby softened. Further, a large number of fins 2 a for increasing a heat radiation area are formed on the lower surface side of the cooler 2 along a direction intersecting the longitudinal direction of the leaf spring 5.

【0035】(作用)上記構成の半導体スタックによれ
は、金属スペーサ7に溝13を形成したことにより、こ
の金属スペーサ7のセラミックス板3と接する側にはフ
ランジ7bが形成されている。そのため、積層体8を板
バネ5によって押圧し、冷却器2と一体的に保持したと
きに、半導体素子1のポスト径Dの部分から上記金属ス
ペーサ7に伝達される力は、図2(a)に矢印で示すよ
うに上記フランジ7bの径方向外方へ分散されることに
なる。そのため、フランジ7b がない場合のように同図
にBで示す、溝13の底部に対応する部分のセラミック
板3との接触部分に応力が集中するのを緩和することが
できる上記フランジ7bの周縁部は面取り加工によって
凸曲面14に形成されている。そのため、金属スペーサ
7に伝達された力がフランジ7b に分散されても、図2
(a)にCで示す部位に応力が集中するのを防止できる
から、セラミックス板3の上記Cに対応する部分が損傷
するのも防止される。
(Operation) According to the semiconductor stack having the above structure, the groove 13 is formed in the metal spacer 7, so that the flange 7b is formed on the side of the metal spacer 7 which is in contact with the ceramic plate 3. Therefore, when the stacked body 8 is pressed by the leaf spring 5 and held integrally with the cooler 2, the force transmitted from the portion of the semiconductor element 1 having the post diameter D to the metal spacer 7 is as shown in FIG. As shown by an arrow in ()), the particles are dispersed radially outward of the flange 7b. Therefore, it is possible to reduce the concentration of stress on the portion corresponding to the bottom of the groove 13 and the contact portion with the ceramic plate 3 as indicated by B in the figure as in the case where the flange 7b is not provided. The portion is formed on the convex curved surface 14 by chamfering. Therefore, even if the force transmitted to the metal spacer 7 is distributed to the flange 7b, FIG.
Since stress can be prevented from being concentrated on the portion indicated by C in FIG. 3A, damage to the portion corresponding to C of the ceramic plate 3 is also prevented.

【0036】又、金属スペーサ7は熱処理によって焼鈍
されて軟化しているので、セラミックス板3との互いの
接合面の面粗さ、平面度、平行度などの加工時の微少な
誤差などを吸収し、これら接合面間に応力が集中するの
を緩和する。
Further, since the metal spacer 7 is annealed and softened by the heat treatment, it absorbs small errors in processing such as surface roughness, flatness, parallelism and the like of the bonding surface with the ceramic plate 3. This alleviates the concentration of stress between these joining surfaces.

【0037】したがって、この第1の実施の形態によれ
ば、積層体8の周辺部、つまりセラミックス板3と接合
する金属スペーサ7の周辺部での応力集中が解消され、
均一な荷重での圧接が可能となり、セラミックス板3に
過大な応力がかかるのを防止できるから、セラミックス
板3の割れに対し、信頼性の高い半導体スタックが実現
できる。
Therefore, according to the first embodiment, the concentration of stress at the periphery of the laminate 8, that is, at the periphery of the metal spacer 7 joined to the ceramic plate 3 is eliminated.
Pressing with a uniform load becomes possible, and it is possible to prevent an excessive stress from being applied to the ceramic plate 3, so that a highly reliable semiconductor stack against cracking of the ceramic plate 3 can be realized.

【0038】又、金属スペーサ7を挿入したことで、導
体4cの冷却器2との絶縁距離が確保できる。それによ
って、上記導体4cの途中に曲げ加工を設けて絶縁を確
保するということをせずにすむから、形状が簡素化でき
る利点も併せ持つ。
Further, by inserting the metal spacer 7, the insulation distance between the conductor 4c and the cooler 2 can be ensured. Thereby, since it is not necessary to provide a bending process in the middle of the conductor 4c to secure insulation, there is also an advantage that the shape can be simplified.

【0039】(他の実施の形態)つぎに、この発明の第
2乃至第8の実施の形態を図3乃至図9を参照して説明
する。なお、第1の実施の形態と同一部分には同一記号
を付して説明を省略する。
(Other Embodiments) Next, second to eighth embodiments of the present invention will be described with reference to FIGS. The same parts as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and description thereof will be omitted.

【0040】(第2の実施の形態)図3はこの発明の第
2の実施の形態の半導体スタックの正面図を示す。この
実施の形態は金属スペーサ7Aの変形例である。この金
属スペーサ7Aは外周面が上面側から下面にゆくにつれ
て大径となるテーパ形状に形成されている。つまり、金
属スペーサ7Aの上面である、半導体素子1側の端面の
直径は半導体素子1のポスト径Dよりもやや大きく、下
面である反対側のラミックス板3に接する面の直径はさ
らに大きくなっており、金属スペーサ7Aの上面と下面
との間の外周面はテーパ部15に形成されている。
(Second Embodiment) FIG. 3 is a front view of a semiconductor stack according to a second embodiment of the present invention. This embodiment is a modification of the metal spacer 7A. The metal spacer 7A is formed in a tapered shape whose diameter increases as the outer peripheral surface goes from the upper surface to the lower surface. That is, the diameter of the end surface on the semiconductor element 1 side, which is the upper surface of the metal spacer 7A, is slightly larger than the post diameter D of the semiconductor element 1, and the diameter of the lower surface, which is in contact with the opposite Lamix plate 3, is further increased. The outer peripheral surface between the upper surface and the lower surface of the metal spacer 7A is formed in the tapered portion 15.

【0041】このような構成の金属スペーサ7A を用い
れば、第1の実施の形態と同様、半導体素子1から伝わ
る力は、金属スペーサ7Aのテーパ部15によって周辺
部へ分散されるから、この金属スペーサ7Aの外周部で
の応力集中がなく、セラミックス板3の割れに対して信
頼性の高い半導体スタックが実現できる。
When the metal spacer 7A having such a configuration is used, similarly to the first embodiment, the force transmitted from the semiconductor element 1 is dispersed to the peripheral portion by the tapered portion 15 of the metal spacer 7A. There is no stress concentration at the outer peripheral portion of the spacer 7A, and a highly reliable semiconductor stack against cracks in the ceramic plate 3 can be realized.

【0042】(第3の実施の形態)図4はこの発明の第
3の実施の形態の半導体スタックの正面図を示す。この
第2の実施の形態は金属スペーサ7Bの変形例で、この
金属スペーサ7Bは、上面よりも下面のほうが大径であ
るという点では上記第2の実施の形態と同様であるが、
外周面が凹曲面状のスロープ16に形成されているとい
う点で上記第2の実施の形態と異なる。
(Third Embodiment) FIG. 4 is a front view of a semiconductor stack according to a third embodiment of the present invention. The second embodiment is a modification of the metal spacer 7B. The metal spacer 7B is similar to the second embodiment in that the lower surface has a larger diameter than the upper surface.
The second embodiment differs from the second embodiment in that the outer peripheral surface is formed as a slope 16 having a concave curved surface.

【0043】この第3の実施の形態でも、金属スペーサ
7Bの周辺部での応力が緩和されるのは、第2の実施例
と同様であるが、第2の実施の形態に比べてセラミック
ス板3に接する最外周部での応力減衰の効果が大きい。
In the third embodiment as well, the stress at the periphery of the metal spacer 7B is relaxed in the same manner as in the second embodiment. The effect of the stress attenuation at the outermost peripheral portion in contact with No. 3 is great.

【0044】(第4の実施の形態)第5図はこの発明の
第4の実施の形態の半導体スタックの正面図を示す。本
実施の形態では、金属スペーサ7の周辺部に導体4dを
一体化(ろう付け等による)した構成となっている。
(Fourth Embodiment) FIG. 5 is a front view of a semiconductor stack according to a fourth embodiment of the present invention. In the present embodiment, the conductor 4d is integrated (by brazing or the like) around the metal spacer 7.

【0045】このような構成とすることで、導体4dと
金属スペーサ7間の接触熱抵抗が無くなり、半導体素子
1の温度低減効率を向上させることが可能である。さら
に、導体4dの接続箇所は金属スペーサ7の周辺部の厚
さ方向上部側、つまり半導体素子1側(フランジ7a に
接続されている。)に寄せて設けるようにしたので、導
体4dを付けたことによる金属スペーサ7内での応力不
均一の影響がこの金属スペーサ7のセラミックス板3接
合する面側に出にくい。そのため、金属スペーサ7によ
ってセラミックス板3が不均一押圧されて破損するのを
防止できる。
With such a configuration, the contact thermal resistance between the conductor 4d and the metal spacer 7 is eliminated, and the temperature reduction efficiency of the semiconductor element 1 can be improved. Further, the connection portion of the conductor 4d is provided on the upper side in the thickness direction of the peripheral portion of the metal spacer 7, that is, on the semiconductor element 1 side (connected to the flange 7a). The influence of the unevenness of stress in the metal spacer 7 due to this is unlikely to appear on the surface of the metal spacer 7 to which the ceramic plate 3 is joined. For this reason, it is possible to prevent the ceramic plate 3 from being unevenly pressed by the metal spacer 7 and damaged.

【0046】(第5の実施の形態)第6図にこの発明の
第5の実施の形態の半導体スタックの正面図を示す。本
実施の形態では、セラミック板3と導体4cとの間だけ
でなく、セラミックス板3と冷却器2との間にも金属ス
ペーサ7を設けるよにした。
(Fifth Embodiment) FIG. 6 is a front view of a semiconductor stack according to a fifth embodiment of the present invention. In the present embodiment, the metal spacer 7 is provided not only between the ceramic plate 3 and the conductor 4c but also between the ceramic plate 3 and the cooler 2.

【0047】このような構成によれば、一対の金属スペ
ーサ7の作用によってセラミックス板3が冷却器2から
の応力集中を受けたり、不均一な応力が加わるのを緩和
することができる。
According to such a configuration, it is possible to reduce the stress concentration of the ceramic plate 3 from the cooler 2 and the application of non-uniform stress by the action of the pair of metal spacers 7.

【0048】加えて、セラミックス板3は、一対の金属
スペーサ7にはさみこまれることで、その周辺部が冷却
器2の上面から浮いた状態にある。そのため、セラミッ
クス板3の周辺部には半導体素子1からの力が加わるこ
とがないから、セラミックス板3の支持スパンが小さく
なり、それに加わる曲げ応力も小さくなるため、割れに
対して有利である。
In addition, the ceramic plate 3 is sandwiched between the pair of metal spacers 7, so that the periphery thereof is in a state of being floated from the upper surface of the cooler 2. Therefore, the force from the semiconductor element 1 is not applied to the peripheral portion of the ceramic plate 3, so that the supporting span of the ceramic plate 3 is reduced and the bending stress applied thereto is also reduced, which is advantageous for cracking.

【0049】又、導体4cと冷却器2との間の絶縁は、
一対の金属スペーサ7に挟持されたセラミックス板3の
周辺部の上下両面を使った沿面距離L2により確保され
る。そのため、セラミックス板3の小形化が可能で、さ
らに小形化できることで、板バネ5の支持点間の距離L
1も小さくできることで、板バネ5の小形化もできるか
ら、それらのことによって半導体スタックの小形化が可
能となる。
The insulation between the conductor 4c and the cooler 2 is as follows:
It is ensured by the creepage distance L2 using the upper and lower surfaces of the peripheral portion of the ceramic plate 3 sandwiched between the pair of metal spacers 7. Therefore, the size of the ceramic plate 3 can be reduced, and the distance L between the support points of the plate spring 5 can be reduced.
Since the value of 1 can be reduced, the size of the leaf spring 5 can also be reduced, so that the size of the semiconductor stack can be reduced.

【0050】(第6の実施の形態)図7(a)、(b)
この発明の第6の実施の形態を示し、図7(a)は半導
体スタックの平面図を示し、図7(b)は正面図を示
す。
(Sixth Embodiment) FIGS. 7A and 7B
FIG. 7A shows a plan view of a semiconductor stack, and FIG. 7B shows a front view of a sixth embodiment of the present invention.

【0051】本実施の形態では、冷却器2にはその下面
側に板状のフィン2aが所定間隔で所定方向に沿って複
数枚設けられ、フィン2aが設けられた面と反対の面で
ある上面には、半導体素子1などの積層体8が板バネ5
によって押圧保持されている。一対のスタッドボルト9
によって両端部が支持されて積層体8を押圧保持した帯
板状の板バネ5は、その長手方向を上記フィン2a の長
手方向と同じ方向して設けられているという点で上記各
実施の形態と相違している。
In the present embodiment, a plurality of plate-like fins 2a are provided on the lower surface side of the cooler 2 at predetermined intervals along a predetermined direction, and the surface is opposite to the surface on which the fins 2a are provided. On the upper surface, a laminate 8 such as the semiconductor element 1 is provided with a leaf spring 5.
Pressed and held. A pair of stud bolts 9
Each of the above-described embodiments is characterized in that the band-shaped leaf spring 5 whose both ends are supported and the laminated body 8 is pressed and held is provided so that its longitudinal direction is the same as the longitudinal direction of the fin 2a. Is different.

【0052】このような構成によれば、ナット11を締
め込んで板バネ5の長手方向中途部を積層体8に押圧さ
せることで、この積層体8を保持すると、スタッドボル
ト13の生じる反力によって冷却器2にかかる曲げ荷重
に対し、フィン12が冷却器2の断面係数を大きくする
方向に設置されている。そのため、冷却器2に生ずる曲
げ歪み量は小さく抑えられるから、冷却器2に接するセ
ラミックス板3にかかる曲げ応力も小さくなり、セラミ
ックス板3の割れに対する信頼性が向上する。
According to such a configuration, the nut 11 is tightened to press the middle part of the leaf spring 5 in the longitudinal direction against the laminated body 8, and when the laminated body 8 is held, the reaction force generated by the stud bolt 13 is generated. The fins 12 are arranged in a direction to increase the section modulus of the cooler 2 with respect to the bending load applied to the cooler 2. Therefore, the amount of bending strain generated in the cooler 2 can be suppressed to a small value, so that the bending stress applied to the ceramic plate 3 in contact with the cooler 2 also decreases, and the reliability of the ceramic plate 3 against cracking improves.

【0053】(第7の実施の形態)図8(a)、(b)
はこの発明の第7の実施の形態を示し、図8(a)は半
導体スタックの正面図で、図8(b)は絶縁フランジの
斜視図である。本実施の形態では、第5の実施の形態と
同様、一対の金属スペーサ7によってセラミックス板3
を挟持することで、そのセラミックス板3を小形化した
場合に、セラミックス板3の周辺部の下面と冷却器2の
上面との間に形成される空間部17を利用して絶縁リン
グ体18を設けるようにしたものである。
(Seventh Embodiment) FIGS. 8A and 8B
8 shows a seventh embodiment of the present invention. FIG. 8A is a front view of a semiconductor stack, and FIG. 8B is a perspective view of an insulating flange. In the present embodiment, similarly to the fifth embodiment, the ceramic plate 3 is formed by a pair of metal spacers 7.
When the ceramic plate 3 is miniaturized, the insulating ring body 18 is formed using the space 17 formed between the lower surface of the peripheral portion of the ceramic plate 3 and the upper surface of the cooler 2. It is provided.

【0054】絶縁リング体18は、電気的絶縁材料によ
って図8(b)に示すように、径方向に沿って水平な接
合部18aと、この接合部18aの周縁に立設された立
ち上がり部18bとによって断面形状がほぼL 字状に形
成されている。接合部18a内径寸法はセラミックス板
3の外形寸法よりも小さく、外形寸法はセラミックス板
3の外形寸法よりも大きく設定されている。
As shown in FIG. 8 (b), the insulating ring body 18 is made of an electrically insulating material, and has a joining portion 18a which is horizontal in the radial direction and a rising portion 18b which stands upright on the periphery of the joining portion 18a. Thus, the cross-sectional shape is substantially L-shaped. The inner diameter of the joint 18 a is smaller than the outer dimension of the ceramic plate 3, and the outer dimension is set to be larger than the outer dimension of the ceramic plate 3.

【0055】そして、絶縁リング体18は、立ち上がり
部18bがセラミックス板3の周囲を囲む状態で、接合
部18aをセラミックス板3の下面周辺部に接着剤など
によって接合固定して設けられている。つまり、空間部
17があることで、一部(接合部18a)がセラミック
ス板3の下面に位置する状態で絶縁リング体18を設け
ることができる。
The insulating ring 18 is provided with the joining portion 18a joined and fixed to the periphery of the lower surface of the ceramic plate 3 with an adhesive or the like, with the rising portion 18b surrounding the periphery of the ceramic plate 3. That is, the presence of the space portion 17 allows the insulating ring body 18 to be provided in a state where a part (joining portion 18 a) is located on the lower surface of the ceramic plate 3.

【0056】このような構成の絶縁リング体18をセラ
ミック板3に設けることで、その接合部18aと立ち上
がり部18bによって冷却器2の上面と半導体素子1と
の間に図8(a)にL3 で示す絶縁沿面距離を確保する
ことができる。このため、セラミックス板3が小形化で
きるだけでなく、板バネ5の一対の支持点間の距離を小
さくすることが可能であるから、板バネ5の小形化や半
導体スタックの小形化を図ることが可能である。
By providing the insulating ring body 18 having such a structure on the ceramic plate 3, the joining portion 18a and the rising portion 18b allow L3 between the upper surface of the cooler 2 and the semiconductor element 1 as shown in FIG. Can be ensured. Therefore, not only the size of the ceramic plate 3 can be reduced, but also the distance between the pair of support points of the leaf spring 5 can be reduced, so that the size of the leaf spring 5 and the size of the semiconductor stack can be reduced. It is possible.

【0057】この第7の実施の形態において、セラミッ
クス板3の下面側の周辺部に空間部17を形成するため
に、セラミックス板3の上下面に金属スペーサ7を設け
たが、それに代わり下側の金属スペーサ7を冷却器2の
上面に一体形成したり、下側に金属スペーサ7を設けな
い場合には、冷却器2の上面のセラミックス板3の周辺
部に対応する部分に空間部となる凹部を環状に形成する
ことで、この凹部19を利用してセラミックス板3の下
面の周辺部に絶縁リング体18の接合部18aを接合さ
せて設けるようにしてもよい。
In the seventh embodiment, the metal spacers 7 are provided on the upper and lower surfaces of the ceramic plate 3 in order to form the space 17 around the lower surface side of the ceramic plate 3, but instead the lower spacers are provided. When the metal spacer 7 is integrally formed on the upper surface of the cooler 2 or the metal spacer 7 is not provided on the lower side, a space is formed in a portion corresponding to the peripheral portion of the ceramic plate 3 on the upper surface of the cooler 2. By forming the concave portion in an annular shape, the joint portion 18a of the insulating ring body 18 may be provided to be provided around the lower surface of the ceramic plate 3 using the concave portion 19.

【0058】(第8の実施の形態)図9と図10はこの
発明の第8の実施の形態を示し、図9(a)は半導体ス
タックの平面図、図9(b)は正面図、図10は補強リ
ング体の斜視図である。この実施の形態は、本実施例で
は、セラミックス板3の外形寸法よりも大きい内径をも
つ中空の補強リング体21を冷却器2に取り付け、板バ
ネ5を支持する一対のスタッドボルト13aをこの補強
リング体21に立設し、積層体8を板バネ5により押圧
保持する構成としている。
(Eighth Embodiment) FIGS. 9 and 10 show an eighth embodiment of the present invention. FIG. 9 (a) is a plan view of a semiconductor stack, FIG. 9 (b) is a front view, FIG. 10 is a perspective view of a reinforcing ring body. In this embodiment, in this embodiment, a hollow reinforcing ring 21 having an inner diameter larger than the outer dimensions of the ceramic plate 3 is attached to the cooler 2, and a pair of stud bolts 13a supporting the leaf spring 5 are reinforced. The laminated body 8 is erected on the ring body 21 and is pressed and held by the leaf spring 5.

【0059】つまり、補強リング体21には、この補強
リング体21を冷却器2に取り付ける為の多数のボルト
用穴22と、スタッドボルト13Aをねじ込むための2
つのメネジ23が設けられている。
That is, the reinforcing ring body 21 has a large number of bolt holes 22 for attaching the reinforcing ring body 21 to the cooler 2 and two bolt holes 22 for screwing the stud bolts 13A.
Two female screws 23 are provided.

【0060】冷却器2にも補強リング体21のボルト用
穴22に対応する位置にメネジ24がきられており、こ
のメネジ24に螺合するボルト25により補強リング体
21は積層体8とその中心を合わせた位置に固定され
る。
The cooling device 2 is also provided with a female screw 24 at a position corresponding to the bolt hole 22 of the reinforcing ring body 21, and the reinforcing ring body 21 is attached to the laminated body 8 and its center by a bolt 25 screwed into the female screw 24. Is fixed at the position where

【0061】スタッドボルト9は補強リング体21のメ
ネジ23にねじ込まれ、これに板バネ5の両端部が支持
されて積層体8に圧接する。本実施の形態によれば、板
バネ5が積層体8を押圧支持することで生じる反力が2
本のスタッドボルト9を介して冷却器2に直接加わら
ず、補強リング体21によってその周方向に分散されて
冷却器2に加わることになる。
The stud bolt 9 is screwed into the female thread 23 of the reinforcing ring body 21, and both ends of the leaf spring 5 are supported on the stud bolt 9 and pressed against the laminated body 8. According to the present embodiment, the reaction force generated by the leaf spring 5 pressing and supporting the laminate 8 is 2
Instead of being directly applied to the cooler 2 via the stud bolts 9, it is dispersed in the circumferential direction by the reinforcing ring body 21 and applied to the cooler 2.

【0062】それによって、冷却器2のセラミックス板
3が接合する上面に生じるたわみが小さくなるから、こ
の上面に接合したセラミックス板3に加わる曲げ荷重が
小さくなり、セラミックス板3が曲げによって割れるの
を防止することができる。しかも、冷却器2に補強リン
グ体21を設けることで、この冷却器2の剛性を高める
ことができるから、従来のように冷却器2の剛性を高め
るために、冷却器2の厚みを増大させるなどのことをせ
ずにすむから、冷却器2の小形、計量化を図ることがで
きる。
As a result, the bending generated on the upper surface of the cooler 2 to which the ceramic plate 3 is bonded is reduced, so that the bending load applied to the ceramic plate 3 bonded to the upper surface is reduced, and the ceramic plate 3 is prevented from being broken by bending. Can be prevented. In addition, since the rigidity of the cooler 2 can be increased by providing the reinforcing ring body 21 in the cooler 2, the thickness of the cooler 2 is increased in order to increase the rigidity of the cooler 2 as in the related art. Since it is not necessary to perform such operations, the cooler 2 can be reduced in size and measured.

【0063】[0063]

【発明の効果】この発明によれば、セラミックス体に部
分的な集中重荷、過大な曲げ応力がかかることを防止で
き、均一で良好な圧接力分布が得られ、セラミックス板
の割れが防止でき、又、半導体素子にとっても内部の圧
接力分布が均一となることで、素子特性も良好となり、
信頼性の高い半導体スタックが実現できる。
According to the present invention, it is possible to prevent partial concentrated load and excessive bending stress from being applied to the ceramic body, to obtain a uniform and favorable pressure distribution, and to prevent the ceramic plate from cracking. Also, for the semiconductor element, the internal pressure distribution becomes uniform, so that the element characteristics are improved.
A highly reliable semiconductor stack can be realized.

【0064】又、積層部品(積層体)の小形化も可能と
なり、冷却器に生ずるたわみが小さくなり、セラミック
ス板にかかる曲げ応力が小さくなり信頼性が向上するの
は勿論、小形化も可能になる。
Further, it is possible to reduce the size of the laminated component (laminated body), so that the bending generated in the cooler is reduced, the bending stress applied to the ceramic plate is reduced, and the reliability is improved. Become.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】この発明の第1の実施の形態の半導体スタック
の正面図。
FIG. 1 is a front view of a semiconductor stack according to a first embodiment of the present invention.

【図2】(a)は、第1図のA部の拡大図、(b)は、
金属スペーサの斜視図。
2A is an enlarged view of a portion A in FIG. 1, and FIG.
The perspective view of a metal spacer.

【図3】この発明の第2の実施の形態の半導体スタック
の正面図。
FIG. 3 is a front view of a semiconductor stack according to a second embodiment of the present invention.

【図4】この発明の第3の実施の形態の半導体スタック
の正面図。
FIG. 4 is a front view of a semiconductor stack according to a third embodiment of the present invention.

【図5】この発明の第4の実施の形態の半導体スタック
の正面図。
FIG. 5 is a front view of a semiconductor stack according to a fourth embodiment of the present invention.

【図6】この発明の第5の実施の形態の半導体スタック
の正面図。
FIG. 6 is a front view of a semiconductor stack according to a fifth embodiment of the present invention.

【図7】(a)は、この発明の第6の実施の形態の半導
体スタックの平面図、(b)は同じく半導体スタックの
正面図。
FIG. 7A is a plan view of a semiconductor stack according to a sixth embodiment of the present invention, and FIG. 7B is a front view of the same semiconductor stack.

【図8】(a)は、この発明の第7の実施形態の半導体
スタックの正面図、(b)は同じく絶縁フランジの斜視
図。
FIG. 8A is a front view of a semiconductor stack according to a seventh embodiment of the present invention, and FIG. 8B is a perspective view of the same insulating flange.

【図9】図9(a)は、第8の実施の形態の半導体スタ
ックの平面図、図9(b)は、第8の実施の形態の半導
体スタックの正面図。
FIG. 9A is a plan view of a semiconductor stack according to an eighth embodiment, and FIG. 9B is a front view of the semiconductor stack according to the eighth embodiment.

【図10】同じくこの発明の第8の実施の形態の補強リ
ングの斜視図。
FIG. 10 is a perspective view of a reinforcing ring according to an eighth embodiment of the present invention.

【図11】(a)は、従来の半導体スタックの平面図、
(b)は、同じく半導体スタックの正面図
FIG. 11A is a plan view of a conventional semiconductor stack,
(B) is a front view of the same semiconductor stack.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…半導体素子 2…冷却器 2a…フィン 3…セラミックス板 4a,4c,4d…導体 5…板バネ 6…絶縁スペーサ 7,7A,7B…金属スペーサ 9…スタッドボルト 13…溝 14…凸曲面 15…テーパ部 16…スロープ部 18…絶縁リング体 23…補強リング体 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Semiconductor element 2 ... Cooler 2a ... Fin 3 ... Ceramic plate 4a, 4c, 4d ... Conductor 5 ... Leaf spring 6 ... Insulating spacer 7, 7A, 7B ... Metal spacer 9 ... Stud bolt 13 ... Groove 14 ... Convex curved surface 15 ... taper portion 16 ... slope portion 18 ... insulating ring body 23 ... reinforcing ring body

Claims (9)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 圧接形半導体素子と冷却器との間に、電
気絶縁性および熱伝導性を有するセラミックス板と、熱
伝導性を有する金属スペーサの2種を少なくとも有し、
半導体素子、金属スペーサ、セラミックス板、冷却器の
順番で積層し、これらを押圧手段により押圧保持した半
導体スタックにおいて、 前記金属スペーサは両端面の最大直径が前記半導体素子
のポスト径よりも大きい円盤状をなしていて、この金属
スペーサの曲面を成す周辺部分に周状に中心方向へ溝を
設け、この溝部分の直径はほぼ前記半導体素子のポスト
径と同じ径であることを特徴とする半導体スタック。
1. A semiconductor device having at least two types of a ceramic plate having electrical insulation and thermal conductivity and a metal spacer having thermal conductivity between a press-contact type semiconductor element and a cooler.
In a semiconductor stack in which a semiconductor element, a metal spacer, a ceramic plate, and a cooler are stacked in this order, and these are pressed and held by pressing means, the metal spacer has a disk shape in which the maximum diameter of both end faces is larger than the post diameter of the semiconductor element. Wherein a groove is provided circumferentially around a peripheral portion forming a curved surface of the metal spacer, and the diameter of the groove is substantially the same as the post diameter of the semiconductor element. .
【請求項2】 圧接形半導体素子と冷却器との間に、電
気絶縁性および熱伝導性を有するセラミックス板と、熱
伝導性を有する金属スペーサの2種を少なくとも有し、
これらを半導体素子、金属スペーサ、セラミックス板、
冷却器の順番で積層し、押圧手段により押圧保持した半
導体スタックにおいて、 前記金属スペーサは両端面が円形状で、前記半導体素子
側の端面の直径は半導体素子のポスト径よりもやや大き
く、セラミックス板に接する反対側の端面はさらに直径
が大きく、前記セラミックス板に向かって直径が漸増し
ていく形状としたことを特徴とする半導体スタック。
2. A semiconductor device having at least two types of a ceramic plate having electrical insulation and thermal conductivity and a metal spacer having thermal conductivity between a press-contact type semiconductor element and a cooler.
These are semiconductor elements, metal spacers, ceramic plates,
In the semiconductor stack stacked in the order of the coolers and pressed and held by pressing means, the metal spacers have circular end faces, and the diameter of the end face on the semiconductor element side is slightly larger than the post diameter of the semiconductor element. A semiconductor stack, characterized in that the end face on the opposite side in contact with the substrate has a larger diameter, and the diameter gradually increases toward the ceramic plate.
【請求項3】 請求項2において、前記金属スペーサの
直径の漸増の度合いは前記セラミックス板に近づくにつ
れ大きくなる形状としたことを特徴とする半導体スタッ
ク。
3. The semiconductor stack according to claim 2, wherein the degree of the gradual increase in the diameter of the metal spacer increases as it approaches the ceramic plate.
【請求項4】 請求項1乃至3のいずれかにおいて、前
記金属スペーサの前記セラミックス板に当たる面の縁部
は全周にわたって凸曲面に面取りされていることを特徴
とする半導体スタック。
4. The semiconductor stack according to claim 1, wherein an edge of a surface of said metal spacer which contacts said ceramic plate is chamfered to a convex curved surface over an entire circumference.
【請求項5】 請求項1乃至4のいずれかにおいて、前
記金属スペーサには外部電気接続用の導体がろう付け等
により一体化接続され、その接続位置は前記金属スペー
サの周辺部の厚さ方向の前記半導体素子側寄りであるこ
とを特徴とする半導体スタック。
5. The metal spacer according to claim 1, wherein a conductor for external electrical connection is integrally connected to the metal spacer by brazing or the like, and the connection position is in a thickness direction of a peripheral portion of the metal spacer. A semiconductor stack, which is closer to the semiconductor element side.
【請求項6】 請求項1乃至5のいずれかにおいて、前
記セラミックス板と前記冷却器との間に、金属スペーサ
を設けたことを特徴とする半導体スタック。
6. The semiconductor stack according to claim 1, wherein a metal spacer is provided between the ceramic plate and the cooler.
【請求項7】 圧接形半導体素子と冷却器との間に、電
気絶縁性および熱伝導性を有するセラミックス板を介在
させ、これらを押圧手段により押圧保持した半導体スタ
ックにおいて、 前記冷却器は前記半導体素子取付面の反対の面に複数枚
の板状のフィンが所定方向に沿って形成されていて、前
記押圧手段は、その長手方向両端部が支持され中央部に
半導体素子を押圧する荷重が得られるバネであり、この
バネの長手方向と前記冷却器のフィン各々の向きとが同
一方向であることを特徴とする半導体スタック。
7. A semiconductor stack in which a ceramic plate having electrical insulation and heat conductivity is interposed between a press-contact type semiconductor element and a cooler, and these are pressed and held by pressing means, wherein the cooler is the semiconductor A plurality of plate-like fins are formed along a predetermined direction on the surface opposite to the element mounting surface, and the pressing means is provided with a load for pressing the semiconductor element at the center at both ends in the longitudinal direction. A semiconductor stack, wherein a longitudinal direction of the spring and a direction of each fin of the cooler are the same.
【請求項8】 圧接形半導体素子と冷却器との間に、電
気絶縁性および熱伝導性を有するセラミックス板を介在
させ、これらを押圧手段により押圧保持した半導体スタ
ックにおいて、 前記セラミックス板の外周部にはこの一方の面の外周部
に接合固定される接合部と、この接合部の周縁に立設さ
れた立ち上がり部とによって断面形状がほぼL状をなし
た絶縁物からなるリング体が設けられていることを特徴
とする半導体スタック。
8. A semiconductor stack in which a ceramic plate having electrical insulation and heat conductivity is interposed between a press-contact type semiconductor element and a cooler, and these are pressed and held by pressing means, wherein an outer peripheral portion of said ceramic plate is provided. A ring body made of an insulator having a substantially L-shaped cross section is provided by a joint portion fixedly joined to an outer peripheral portion of the one surface and a rising portion provided on the periphery of the joint portion. A semiconductor stack, characterized in that:
【請求項9】 圧接形半導体素子と冷却器との間に、電
気絶縁性および熱伝導性を有するセラミックス板を介在
させ、これらを押圧手段により押圧保持した半導体スタ
ックにおいて、 前記押圧手段は、その両端部が支持されることで中央部
に半導体素子を押圧する荷重が得られるバネであり、前
記セラミックス板の外周部には、一端面を上記冷却器に
接合させて固定された補強リングが設けられ、この補強
リングにバネを支持するスタッドボルトがねじ込まれる
ことを特徴とする半導体スタック。
9. A semiconductor stack in which a ceramic plate having electrical insulation and thermal conductivity is interposed between a press-contact type semiconductor element and a cooler, and these are pressed and held by pressing means, wherein the pressing means comprises A spring capable of obtaining a load pressing the semiconductor element at the center by being supported at both ends, and a reinforcing ring fixed at one end face to the cooler at an outer peripheral portion of the ceramic plate. And a stud bolt supporting a spring is screwed into the reinforcing ring.
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