JPS5871658A - 圧接型半導体装置 - Google Patents

圧接型半導体装置

Info

Publication number
JPS5871658A
JPS5871658A JP16989181A JP16989181A JPS5871658A JP S5871658 A JPS5871658 A JP S5871658A JP 16989181 A JP16989181 A JP 16989181A JP 16989181 A JP16989181 A JP 16989181A JP S5871658 A JPS5871658 A JP S5871658A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
semiconductor element
element substrate
stamp
metal
contact type
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP16989181A
Other languages
English (en)
Inventor
Katsuhiko Takigami
滝上 克彦
Tsuneo Ogura
常雄 小倉
Shigeyuki Oe
大江 茂幸
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
Tokyo Shibaura Electric Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Toshiba Corp, Tokyo Shibaura Electric Co Ltd filed Critical Toshiba Corp
Priority to JP16989181A priority Critical patent/JPS5871658A/ja
Publication of JPS5871658A publication Critical patent/JPS5871658A/ja
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L24/00Arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies; Methods or apparatus related thereto
    • H01L24/71Means for bonding not being attached to, or not being formed on, the surface to be connected
    • H01L24/72Detachable connecting means consisting of mechanical auxiliary parts connecting the device, e.g. pressure contacts using springs or clips
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/66Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/68Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor controllable by only the electric current supplied, or only the electric potential applied, to an electrode which does not carry the current to be rectified, amplified or switched
    • H01L29/70Bipolar devices
    • H01L29/74Thyristor-type devices, e.g. having four-zone regenerative action
    • H01L29/744Gate-turn-off devices

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Die Bonding (AREA)

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 (1)発明の技術分野 本発明は、トランジスタ、サイリスタ或いはr−)ター
ンオフサイリスタ(以下GTO)等の半導体素子上加圧
接触する圧接型半導体装置に関する。
(2)従来技術 一般にトランジスタ、サイリスタ或いはGTO等の半導
体素子全加圧圧接する圧接型半導体装置は、電力用とし
て良く知られている。そしてこの種の圧接型半導体装置
は第1図に示すように構成されている。即ち半導体素子
基体11の両側に、この素子基体11の熱膨張係数に近
い金属板12.13’jf介して、熱および電気伝導率
の高い円柱状の金属スタンプ14.111を設け、この
金属スタンプ14.15で半導体素子基体11を矢印の
方向に圧接する構造になっている。半導体素子基体11
と金属スタンプ14゜15との間に金属板12,13t
−設けたのは、半導体素子基体11と金属スタンプ14
.15との熱膨張係数が異なるために装置の稼動によシ
生ずる温度変化に伴なって両者間のパイメタル効果によ
って機械的ストレスが半導体素子基体11に加わるのを
防ぐためである。したがって通常金属板12.13とし
て用いられるのは半導体素子基体11がシリコン(Si
)の場合、モリブデン(Mo)やタングステy(W)な
どでこれは温度補償板とも呼ばれる。例えば半導体素子
基体11としてSiサイリスタを用いた場合、アノード
電極側の金属板13としてW板を用いこれを合金法で素
子に直接固着せしめ、さらに金属スタンプ15として例
えば円柱状の銅(CU)スタンプにこの金属板13を半
田層11を介して固着している。tたカソード電極側で
は同様に金属スタンプ14會MO等の金属板12に半田
層16またはロ一層を介して固着し、この金属板14の
他の面を半導体素子基体11に接触させている。
ところで従来から使用されているサイリスタやダイオー
ド等の電力用半導体菓子のカソード電極は、第2図(a
)、伽)に示すように電気的に一体化して構成されてい
る。したがって圧接が多少不均一であっても電気的に均
一な圧接を行なりた場合と同様表挙動を示し、圧接の不
均一による電気的な欠点が余シ問題にならなかった。
なお第2図で21は半導体素子基体、22はカソード電
極、21けf−)電極、24はアノード電極である。
これに対し、最近開発がすすんでいる大電力トランジス
タやGTO等の半導体素子はいずれもカンーFt極(工
電、タ電極)@が第3図の(1)。
(b)に示すように複数に分割されておシ、この゛分割
されたカソード領域31上の電極を金属(M。
やW)板(第3図(a)で点線で示す内側の部分)を介
して金属(Cu)スタンプで圧接している。そしてGT
Oの場合それぞれのカソード領域31と独立し& GT
Oとして並列動作させ大電流をr−)ターンオフしてい
る。従うてカソード電極全体を均一に圧接することによ
り、部分圧接や接触抵抗の差によるカソードエレメント
間の電流のアンバランスを防止し、シリコン内の応力の
不均一によって生ずるターンオフ特性のバラツキに伴う
電流のアンバランスを防止している。
(3)従来技術の問題点 この種の圧接型半導体装置においては、基本的に半導体
素子基体にかかる応力分布は、半無限の板を剛体で圧接
する場合と等価である・この仮定を基に実験した場合、
即ち第4図(a)に示すように半無限弾性体41t−円
柱状剛体ポ2ト42で圧接した場合、半無限弾性体41
..4+に生じる圧接面に垂直な方向の応力P gl)
は、複合構造物の応力解析を目的としてつくられた・プ
ログラム、通称SAP (5tructural An
alysimProgram ) t−用いて解くと第
4図6)の如く図示できる。(註: SAPは、196
9年南カリフォルニア大学のE、L、Wilson教授
らが開発し、現在では世界各地でとの原形プログラムを
アレンジして使っている。)この第4図(b)から明ら
かなように、半無限弾性体41と割体42との圧接面の
理論上の応力分布は割体の周端部で無限大となシ、半無
限弾性体41内の応カ分布Fi著しく不均一になる。
この事実から半導体素子基体(半無限円板)を金属板及
び金属(Cu)スタンプで加圧接触させた場合、半導体
素子基体内の応力分布は第4図(b)のようになると考
えられる。このように従来の圧接型の半導体装置におい
ては半導体素子基体の周辺部に応力が集中することはさ
けがたいものである。事実、使用中破壊したGTO装置
を開封すると、その多くは第3図(a)の点線部分にリ
ング状の圧接跡が観察された。そしてこのような圧接跡
が観察され九〇TO装置け、使用途中最大アノード電流
(最大可制御陽極電流!7゜、)が著しく低下している
。これは圧力分布の不均一によシアノード電流の面内不
均一が生じてターンオフ時間のバラツキが面内で起って
いる実験事実から推定すると圧力の高い周辺部のターン
オフが遅れ過tm密度の状態になったためと思われ、ま
た圧接跡の観察されたGTO装置は、稼動時の熱疲労に
よってカソード電極の周辺部でカソード電1f−1”−
)電極間の短絡事故が発生するなど、GTO装置にとっ
て致命的な特性の劣化が生じていた。
このような問題を解決するための適切な方法は従来なか
った。ただ従来第5図に示す如く、半導体素子基体51
に接触する金属板52の素子側の周端部をパリ取シの意
味で研削して傾斜面53を形成する方法があシ、これに
よれば周辺部の応力が緩和されるかにみえる。しかし通
常その研削角度θはθ〉30′″に取ることが多かった
。そして通常用いられる金属板52の厚さが500〜1
000II4n位であって、研削の部分の量が100〜
300μm位でめった。一方半導体累子のカソード領域
部の高さtilO〜30μm位であった・したがって両
者を比較してみると研削する長さが大幅にカソード領域
の高さの量を上まわり、パリ取シの有無は単に最外周の
接点が第5図のP点から9点に移動するように径の小さ
い円柱状のものを立てたのと実質的に同じになる。
前述した応力解析プログラムSAP Tt用いて解いて
も、その応力分布の結果は第4図と同じようになる。し
かもとの場合加圧する総荷重を同一とすれば半導体素子
基体5ノに接する面積が減少した分だけ周辺の応力が増
加し、半導体素子にとってより悪い条件になることがわ
かっている。
以上のように、従来の加圧接触型の半導体装置において
は、必らず起きる半導体素子基体内の応力分布の不均一
、それによってひき起こされる電気的特性の不均一の発
生、そしてその結果として生じる半導体素子の破壊とい
う一連の挙動は避けられないものでめった。
(4)発明の目的 本発明は上記の点に鑑みなされたもので、半導体素子基
体への部分的応用集中があってもそれによる電流の集中
、その結果としての破壊等を防止して信頼性を向上させ
た圧接型半導体装置を提供するものである。
(5)発明の概要 本発明は、半導体素子基体を圧接する金属スタンプの周
辺部直下での半導体素子基体の少数キャリアライフタイ
ムを他の部分よル小畜くすることにより、応力覧中によ
る電気的特性への影響を低減して、圧接型半導体装置の
信頼性向上を図ったものである。
第6図(a)は一実施例の模式的断面図である。
支持板61に取付けられた半導体素子基体62は例えば
細分化したカソード管もつGTOであり、そのカソード
側管、温度補償板63が一体化された金属スタンfe4
で加圧接触するようになっている。そして、金属スタン
プ64の周辺部直下の半導体素子基体62中、例えば、
同図(a)の斜線で示す領域Aの少数キャリアのライフ
タイム會、例えば電子線照射等によシその他の部分よシ
短かくしである。即ち同図(b)のキャリアライフタイ
ムの分布図の如く、分布に段差をつける。このように少
数キャリアのライフタイムを、金属スタンプ640周辺
部直下の領域Aのみ短かくしてつくられた半導体素子基
体62を用いれば、領域AのGTOエレメント(各カソ
ード毎に一つのGTOとみなし、これi GTOのエレ
メントを呼ぶ)のターンオフ時間け、領域A以外のGT
Oエレメントのそれと比較すると、短かくなる。したが
って、GTO内で応力の高い周辺部分のターンオフが他
の部分よシ遅れ過電流密度状態になって破壊するという
問題が解決できる。
本発明の要点である、部分的に少数キャリアのライフタ
イムを短縮する方法は例えば電子線照射法で容易に達成
できる。即ち、少数キャリアのライフタイムを短縮した
い領域Aのみ半導体管露出させ、他は電子線が通らぬよ
うに鉛板などでマスキングして、電子線の強度Et−た
とえばE = 2.5 (M@V ) <らいにして照
射し、照射量φがφ=IX10”〜lX 1014[5
1−2]になるようにすれば、マスクでおおわれた部分
には何ら影響t−4えずに、領#RAのキャリアライフ
タイムを小さくすることができる・ この場合、金属スタンプ640周辺直下の少数キャリア
ライフタイムを短くする領斌ムの範囲はごく僅かなもの
でよい、即ち、金属スタン7’64t−圧接したときに
半導体素子基体62中の応力分布は、第4図で明らかに
したとおり、中心部から金属スタング640周辺部のご
く近傍までは略一定である。金属スタンプ640半径R
t/”ラメータとして中心からの距離Xに対する半導体
素子基体62.中の応力の関係管示すと第7図のように
なる。多くの冥験によれば、中心部x = 0での応力
p (o) 、距離Xでの応力p (x)としてに=P
(x)/P(0)とおくと、K=3の範囲までは電気的
特性に殆んど影響のないことがわかっている。従って第
7図から、金属スタンプ64の径が決まった場合にその
周辺直下でK)3となるごく小さい範囲について、少数
キャリアライフタイムを小石<シて応力集中によるター
ンオフ時間への影響を防止すれば、所期の目的が達成さ
れるととKなる。
(7)発明の効果 本発明によれに、金属スタンプ周辺部で半導体素子基体
に部分的に応力が集中しても、それによる電流県中、ま
たその結果としての破壊等が防止され、圧接型半導体装
置の信頼性を向上第111 さ吃りことができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は従来の圧接型半導体装置の一例を示す断面図、
第2図(a) 、 (b)は従来のサイリスタの電接構
造を示す平面図とその人−に断面図、第3図(a) 、
 (b)は分割工Z、タ構造の半導体装置を示す平面図
とそのB −B’断面図、第4図(a) 、 (b)は
半無限弾性体を剛体4ストで圧接したときの応力分布を
示す図、第5図は従来の金属スタンプの構造例を示す図
、第6図(a) 、 (b)は本発明の中の少数キャリ
アライフタイム分布管示す図、第7図は金属スタンプの
中心からの距離と素子基板への応力の関係を示す図であ
る。   −61・・・支持板、62・・・半導体素子
基体、63・・・温度補償板、64・・・金属スタンプ

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)半導体素子基体と、該半導体素子基体の少なくと
    も一方の面に設けられた該半導体素子基体の熱膨張係数
    に近い熱膨張係数を有する金属板と、該金属板を介して
    前記半導体素子基体電圧接する金属スタンプを備えた圧
    接型半導体装置において、前記金属スタンプの周辺部直
    下で前記半導体素子基体の少数キャリアのライフタイム
    が他の領域より小さいことを特徴とする圧接型半導体装
    置。
  2. (2)半導体素子がダートターンオフサイリスタであっ
    て、少なくともその細分化したカソード電極側に前記金
    属スタンプを設けるようにした特許請求の範囲第1項記
    載の圧接型半導体装置。
JP16989181A 1981-10-23 1981-10-23 圧接型半導体装置 Pending JPS5871658A (ja)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP16989181A JPS5871658A (ja) 1981-10-23 1981-10-23 圧接型半導体装置

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP16989181A JPS5871658A (ja) 1981-10-23 1981-10-23 圧接型半導体装置

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JPS5871658A true JPS5871658A (ja) 1983-04-28

Family

ID=15894871

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP16989181A Pending JPS5871658A (ja) 1981-10-23 1981-10-23 圧接型半導体装置

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JPS5871658A (ja)

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH02110944A (ja) * 1988-10-19 1990-04-24 Toshiba Corp 圧接型半導体装置
US5198882A (en) * 1989-10-02 1993-03-30 Kabushiki Kaisha Toshiba Crimp-type power semiconductor device
US5210601A (en) * 1989-10-31 1993-05-11 Kabushiki Kaisha Toshiba Compression contacted semiconductor device and method for making of the same
EP0631321A1 (en) * 1993-06-22 1994-12-28 Hitachi, Ltd. Gate turn-off thyristor
DE10047133A1 (de) * 2000-09-22 2002-04-18 Eupec Gmbh & Co Kg Körper aus dotiertem Halbleitermaterial und Verfahren zu seiner Herstellung

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH02110944A (ja) * 1988-10-19 1990-04-24 Toshiba Corp 圧接型半導体装置
US5198882A (en) * 1989-10-02 1993-03-30 Kabushiki Kaisha Toshiba Crimp-type power semiconductor device
US5210601A (en) * 1989-10-31 1993-05-11 Kabushiki Kaisha Toshiba Compression contacted semiconductor device and method for making of the same
EP0631321A1 (en) * 1993-06-22 1994-12-28 Hitachi, Ltd. Gate turn-off thyristor
US5554863A (en) * 1993-06-22 1996-09-10 Hitachi, Ltd. Gate turn-off thyristor
DE10047133A1 (de) * 2000-09-22 2002-04-18 Eupec Gmbh & Co Kg Körper aus dotiertem Halbleitermaterial und Verfahren zu seiner Herstellung

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP2739970B2 (ja) 圧接型半導体装置
JPH081914B2 (ja) 圧接型半導体装置
US5883403A (en) Power semiconductor device
KR940008217B1 (ko) 전력용 압접형 반도체장치
JPS5871658A (ja) 圧接型半導体装置
US4500907A (en) Pressure-applied type semiconductor device
US5021855A (en) Gate turn-off thyristor
DE4403429C2 (de) Abschaltbares Halbleiterbauelement
US4556898A (en) Semiconductor device
JPS5999769A (ja) 半導体装置
US3270255A (en) Silicon rectifying junction structures for electric power and process of production thereof
JP3239643B2 (ja) 半導体装置及びその製造方法
JPS6226582B2 (ja)
JPH04111358A (ja) 過電圧自己保護型サイリスタ
US5063436A (en) Pressure-contacted semiconductor component
JPH08204172A (ja) 圧接型半導体装置
JPS6347977A (ja) ゲ−トタ−ンオフサイリスタ装置
JPS604260A (ja) 半導体装置
JPH0832048A (ja) 逆導通gtoサイリスタ
JPS61141148A (ja) 半導体装置
JP2679292B2 (ja) 半導体素子の製造方法
JPS5931034A (ja) 半導体装置
JPH01215028A (ja) 圧接型半導体装置
JPS5856983B2 (ja) ゲ−トタ−ンオフサイリスタ
JPS63173364A (ja) 半導体装置