JPS5921033A - 全圧接型半導体装置 - Google Patents
全圧接型半導体装置Info
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- JPS5921033A JPS5921033A JP57132766A JP13276682A JPS5921033A JP S5921033 A JPS5921033 A JP S5921033A JP 57132766 A JP57132766 A JP 57132766A JP 13276682 A JP13276682 A JP 13276682A JP S5921033 A JPS5921033 A JP S5921033A
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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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は全圧接型半導体装置、の改良に関？ｆ″るもの
である。
である。
従来％数１０ＯＡ以上の軍流容礒のザイリスタおよびダ
イオードでは、数トン程度の圧接力で１場極、陰極電極
を外部に取出す圧接型の構造が採用されている。」二紀
１］−接構造の中でも、半導体ウェハにモリブデン板あ
るいはタングステン板の補強板を固着せずにウェハのみ
を圧接する全［（接散半導体装置が実用化されている。
イオードでは、数トン程度の圧接力で１場極、陰極電極
を外部に取出す圧接型の構造が採用されている。」二紀
１］−接構造の中でも、半導体ウェハにモリブデン板あ
るいはタングステン板の補強板を固着せずにウェハのみ
を圧接する全［（接散半導体装置が実用化されている。
第１図は、従来の全圧接型ダイオード断面図である。図
中％（１）はシリコンウニ八、（２）はオーミック電極
を形成するアルミニウム電極、 （３） 、 （４）は
モリブデン板（タングステン板でもよい。） 、 （５
）は表面処理用のゴム。
中％（１）はシリコンウニ八、（２）はオーミック電極
を形成するアルミニウム電極、 （３） 、 （４）は
モリブデン板（タングステン板でもよい。） 、 （５
）は表面処理用のゴム。
（６）（７）は外部電極用銅電極％（８）はセフミツク
バツケ−ジである。通常、実使用時には第１図の銅電極
（７）に数トン程度の圧接力を加えて圧接している。
バツケ−ジである。通常、実使用時には第１図の銅電極
（７）に数トン程度の圧接力を加えて圧接している。
第１図の全圧接構造では、図中点線で示した（ａ）およ
び（へ）が滑り面となり、断続通電時等による熱ヒズミ
が逃される。このため、半導体ウェハ（１）を外部電極
にロウ材で固着した半導体装置にくらべてロウ材の疲労
破壊やウェハの割れ等が少なく高い信頼性が得られる。
び（へ）が滑り面となり、断続通電時等による熱ヒズミ
が逃される。このため、半導体ウェハ（１）を外部電極
にロウ材で固着した半導体装置にくらべてロウ材の疲労
破壊やウェハの割れ等が少なく高い信頼性が得られる。
しかしながら、このような全圧接型の半導体装１ｕに於
ても従来より以下に述べるような欠点がある。例えば、
第１図の半導体装置に断続通電を加えると、通常温度変
化は１００℃程度あるので、このヒートザイクルに対し
て、第１図の各部が横方向にどの程度伸縮するか概算し
てみる。ウニｌ＼直径を１００順とすると、銅の熱膨張
係数は１７×１０−’／’Ｃ、シリコンはａ５Ｘ１０
／ ’Ｃ、モリブデン板ａｌＸ１（１’″６／℃である
ので、１００℃の温度変化に対して、銅電極（６）は横
方向に１７０μｍ、シリコンウェハ（１）は３５μｍ、
モリブデン板（３） 、 （４）は５１μｍ伸縮するこ
とになる。シリコンウニ／Ｘ（１）とモリブデン板（３
） 、 （４）との間に生じる熱ヒズミは１６μｍと小
さいが、銅電極（６）とシリコンウェハ（１）、モリブ
デン板（３） 、 （４）の間で約１２０〜１３０μｍ
の熱ヒズミが加わることになる。圧接構造では、この熱
ヒズミは第１図の滑シ面（ａ） （ｈ）で沈がされるが
、主に硬度のもつとも小さい領域で逃がされる。即ち、
第１図のような全屈の組合せ（銅、モリブデン、アルミ
ニウム）の場合、熱ヒズミはアルミニウム電極（２）と
モリブデン板（３） 、 （４）の滑り面ωで沈がされ
る。ところで夾際のアルミニウム電極（２）とモリブデ
ン板（３） 、 （４）の滑り而ωは第２図に示すよう
にモリブデン板（３） 、 （４）が完全な鏡面でなく
、またシリコンウェハ（１）が拡散等のプロセスでそシ
や変形が生じ、均一な滑や面とならない。上記のような
不完全な滑シ面では、アルミニウム′覗極（２）とモリ
ブデン板（３） 、 （４）がこす９合せられると、局
部的な電流集中による温度上昇や局部的な圧接力の増大
によってアルミニウムとモリブデンが部分的に合金され
る。
ても従来より以下に述べるような欠点がある。例えば、
第１図の半導体装置に断続通電を加えると、通常温度変
化は１００℃程度あるので、このヒートザイクルに対し
て、第１図の各部が横方向にどの程度伸縮するか概算し
てみる。ウニｌ＼直径を１００順とすると、銅の熱膨張
係数は１７×１０−’／’Ｃ、シリコンはａ５Ｘ１０
／ ’Ｃ、モリブデン板ａｌＸ１（１’″６／℃である
ので、１００℃の温度変化に対して、銅電極（６）は横
方向に１７０μｍ、シリコンウェハ（１）は３５μｍ、
モリブデン板（３） 、 （４）は５１μｍ伸縮するこ
とになる。シリコンウニ／Ｘ（１）とモリブデン板（３
） 、 （４）との間に生じる熱ヒズミは１６μｍと小
さいが、銅電極（６）とシリコンウェハ（１）、モリブ
デン板（３） 、 （４）の間で約１２０〜１３０μｍ
の熱ヒズミが加わることになる。圧接構造では、この熱
ヒズミは第１図の滑シ面（ａ） （ｈ）で沈がされるが
、主に硬度のもつとも小さい領域で逃がされる。即ち、
第１図のような全屈の組合せ（銅、モリブデン、アルミ
ニウム）の場合、熱ヒズミはアルミニウム電極（２）と
モリブデン板（３） 、 （４）の滑り面ωで沈がされ
る。ところで夾際のアルミニウム電極（２）とモリブデ
ン板（３） 、 （４）の滑り而ωは第２図に示すよう
にモリブデン板（３） 、 （４）が完全な鏡面でなく
、またシリコンウェハ（１）が拡散等のプロセスでそシ
や変形が生じ、均一な滑や面とならない。上記のような
不完全な滑シ面では、アルミニウム′覗極（２）とモリ
ブデン板（３） 、 （４）がこす９合せられると、局
部的な電流集中による温度上昇や局部的な圧接力の増大
によってアルミニウムとモリブデンが部分的に合金され
る。
このような圧接面は、もはや滑り面とならず、断続通電
を続けると、最後にはシリコンウェハが割れてしまう。
を続けると、最後にはシリコンウェハが割れてしまう。
本発明は上記従来のものの欠点を除去するためになされ
たものであシ、外部電極と金属板との間に緩衝板を設は
緩衝板の金属板に対向する側の熱膨張係数を金属板の熱
膨張係数とほぼ等しくし、１１１Ｊ記緩衝板の外部電極
に対向する側の熱膨張係数を外部電極の熱膨張係数とほ
ぼ等しくし、高信頼度の全圧接型半導体装置を提供する
ものである。
たものであシ、外部電極と金属板との間に緩衝板を設は
緩衝板の金属板に対向する側の熱膨張係数を金属板の熱
膨張係数とほぼ等しくし、１１１Ｊ記緩衝板の外部電極
に対向する側の熱膨張係数を外部電極の熱膨張係数とほ
ぼ等しくし、高信頼度の全圧接型半導体装置を提供する
ものである。
以下１本発明の一実施例全圧接型ダイオードを第３図に
よシ詳細に説明する。なお、図中第１図と同一符号は同
一まだは相当部分であり説明は省略する。図中、（９）
は銅電極（６） （７）とモリブデン板（３）（４）と
の間に設けられた緩衝板である。緩衝板（９）としては
、最近市販されている金属と炭素繊維の複合材料が使用
される。この複合材料は金属の中に炭素繊維を網の目の
ように組込んだもので、厚み方向の熱膨張係数を任意に
かえることが出来、かつ熱伝導率および電気電導率の大
きいものである。
よシ詳細に説明する。なお、図中第１図と同一符号は同
一まだは相当部分であり説明は省略する。図中、（９）
は銅電極（６） （７）とモリブデン板（３）（４）と
の間に設けられた緩衝板である。緩衝板（９）としては
、最近市販されている金属と炭素繊維の複合材料が使用
される。この複合材料は金属の中に炭素繊維を網の目の
ように組込んだもので、厚み方向の熱膨張係数を任意に
かえることが出来、かつ熱伝導率および電気電導率の大
きいものである。
例えば銅−カーボン複合材料は熱膨張係数を２〜１２Ｘ
１０／’Ｃまで任意にかえうろことが出来、熱伝導率が
１１〜ａＯψ℃、電気電導率がα１７〜α３８Ｘ１０ｙ
／ｃｍという特性を有する。第４図は、この緩衝板の厚
み方向の熱膨張係数の変化を概略的に示したグラフであ
る。モリブデン板と接する面の熱膨張係数を４．５〜ｌ
１ＯＸ１０″″シ℃、銅電極と接する面の熱膨張係数を
１２〜１７Ｘ１０ ／’Ｃとしである。また、その間
の熱膨張係数も出来るだけ連続的に変化するようにしで
ある。上記豫衝板の厚みは、シリコンウェハの平面度、
モリブデン板の平面度および表面阻さ、銅電極の平行度
、熱抵抗、電気抵抗等から最適値が決められるが１通常
上記各部品の平面度、平行度が最大値に加工されその累
積誤差が約５０μｍの場合、緩衝板の厚みは１ ｍ程度
が最適である。
１０／’Ｃまで任意にかえうろことが出来、熱伝導率が
１１〜ａＯψ℃、電気電導率がα１７〜α３８Ｘ１０ｙ
／ｃｍという特性を有する。第４図は、この緩衝板の厚
み方向の熱膨張係数の変化を概略的に示したグラフであ
る。モリブデン板と接する面の熱膨張係数を４．５〜ｌ
１ＯＸ１０″″シ℃、銅電極と接する面の熱膨張係数を
１２〜１７Ｘ１０ ／’Ｃとしである。また、その間
の熱膨張係数も出来るだけ連続的に変化するようにしで
ある。上記豫衝板の厚みは、シリコンウェハの平面度、
モリブデン板の平面度および表面阻さ、銅電極の平行度
、熱抵抗、電気抵抗等から最適値が決められるが１通常
上記各部品の平面度、平行度が最大値に加工されその累
積誤差が約５０μｍの場合、緩衝板の厚みは１ ｍ程度
が最適である。
また、第５図に示すように２枚以上の緩衝板〜００を重
ね合せて熱膨張係数を調整しても同様な効果が得られる
。更に、第３図において、モリブデン派（３） （４）
を除去して直接緩衝板でウェハ（１）を圧接する構造が
考えられるが、上記市販されている複合材料の硬度が小
さく、そのため、銅電極の平行度やそ夛の影響を受けや
すく、シリコンウェハ（１）に均一なＵ＋ｆ力が加わら
ない欠点がある。−まプζ５に記枦合材料をザイリスタ
に適用した場介には陰（′枳エミッタパターンに自・ぜ
て微細（πＩ工１′ることが困′）・ｉ［であり、モリ
ブデン板（３） （４）が必要である。上述した）Ｆ：
、発明−・火■）例による全圧接型ダイオードでは、Ｉ
ｔＪＴ Ｍ１’ｅ ｉ由ｖ１イによるヒートサイクルを
力１１工ても−ｙ Ｊレミニウム’ｒｌｆ ｆＭ （２
） （！：モリブデン（３）（４）のくつつきによるシ
リ−１ンウエハ（１）の破壊ばほとＡ、と牛じなく、従
来品にくらべて約１０倍以上の信頼性が得らｔまた。
ね合せて熱膨張係数を調整しても同様な効果が得られる
。更に、第３図において、モリブデン派（３） （４）
を除去して直接緩衝板でウェハ（１）を圧接する構造が
考えられるが、上記市販されている複合材料の硬度が小
さく、そのため、銅電極の平行度やそ夛の影響を受けや
すく、シリコンウェハ（１）に均一なＵ＋ｆ力が加わら
ない欠点がある。−まプζ５に記枦合材料をザイリスタ
に適用した場介には陰（′枳エミッタパターンに自・ぜ
て微細（πＩ工１′ることが困′）・ｉ［であり、モリ
ブデン板（３） （４）が必要である。上述した）Ｆ：
、発明−・火■）例による全圧接型ダイオードでは、Ｉ
ｔＪＴ Ｍ１’ｅ ｉ由ｖ１イによるヒートサイクルを
力１１工ても−ｙ Ｊレミニウム’ｒｌｆ ｆＭ （２
） （！：モリブデン（３）（４）のくつつきによるシ
リ−１ンウエハ（１）の破壊ばほとＡ、と牛じなく、従
来品にくらべて約１０倍以上の信頼性が得らｔまた。
−に連し７たことから明らかなごとく、本発明の目的と
するところは、従来の熱膨張係数の大きく相違する異種
金塵１１）１の熱ヒズミを滑り面をつくることによって
緩和する方法にかえて、厚み方向の熱膨張率を小さい方
から大きい方へほぼ連続的に変化させたＡ：Ａ判により
温度変化が生じても異種金属間に熱ヒズミが発生しガい
ようにしたととろにある。史−に、明らかなごとく、上
記の緩衝板を銅以外のたとえば、銀等の金層を使用した
銀−カーボン複合材料にしても同様な効果が得られる。
するところは、従来の熱膨張係数の大きく相違する異種
金塵１１）１の熱ヒズミを滑り面をつくることによって
緩和する方法にかえて、厚み方向の熱膨張率を小さい方
から大きい方へほぼ連続的に変化させたＡ：Ａ判により
温度変化が生じても異種金属間に熱ヒズミが発生しガい
ようにしたととろにある。史−に、明らかなごとく、上
記の緩衝板を銅以外のたとえば、銀等の金層を使用した
銀−カーボン複合材料にしても同様な効果が得られる。
１、＋、ｔ 、Ｌ−パ；ｌ １ｌｌｊ１のように、本発
明に」、′れば外部’ｉｔイ（り（と金ｌ萬扱との間に
緩衝板を設け、緩衝板の金属板に対向する側の熱膨張係
数を金属板の熱１１ｊｊ＋張係数とほぼ等しく Ｌ、、
前記緩衝板の外部′［Ｆ極に対向する側の熱膨張係数を
外部電極の熱■・”・モ張係数とほぼ等しくしたので、
高信頼度の全圧接型゛１′−導体装置を得ることができ
る。
明に」、′れば外部’ｉｔイ（り（と金ｌ萬扱との間に
緩衝板を設け、緩衝板の金属板に対向する側の熱膨張係
数を金属板の熱１１ｊｊ＋張係数とほぼ等しく Ｌ、、
前記緩衝板の外部′［Ｆ極に対向する側の熱膨張係数を
外部電極の熱■・”・モ張係数とほぼ等しくしたので、
高信頼度の全圧接型゛１′−導体装置を得ることができ
る。
第１図および第２図は従来の全圧接型ダイオードの断面
図、第３図は本発明の一実施例の全圧接型ダイオードの
ｊ’、ｉＪｉ而図面図４１￥１は緩衝板の厚み方向の熱
膨張係数の変化を概略的に示したグラブ、第５図は複数
の緩衝板を組合せたものの厚み方向の熱膨張係数の変化
を示したグラブである。 図中同−符−υ・は同−丑たは４’ｆｌ当部分を示す。 （１） ！４シリーｌンウエハ、（２）はアルミニウｈ
屯ｆ＆、（３） （４）はモリブデン板、（６） （７
）は銅電極、（９）は緩衝板である。 代理人 葛野信− 第１図 第２図 （′ 特 １作 １コ 長 ′自 ＩＩ貨 １．４１件の表示 ↑、）・願昭６７−１８２７
６６号２、発明の８弥 全圧接型半導体装置 ：（補正を−４−る者 ・１１件どの関係 持許出１９ｉｉ）（住 所
東ｊｒｊ都Ｆ・代Ｅｆｔ区丸の内−′４丁「Ｉ：
２洛３号８ 称（６０１）：、菱電機株式会社 代表省片山仁八部 ４、代理人 住 所 東東部千代田区九の内−Ｌ Ｊ−’
［７１２番３′１−；。 ５、補正の対象 発明の詳細な説明の・瀾 ６ 仙正の内容 （１）明細書を−）ぎのきおりｇＴｔ「する。
図、第３図は本発明の一実施例の全圧接型ダイオードの
ｊ’、ｉＪｉ而図面図４１￥１は緩衝板の厚み方向の熱
膨張係数の変化を概略的に示したグラブ、第５図は複数
の緩衝板を組合せたものの厚み方向の熱膨張係数の変化
を示したグラブである。 図中同−符−υ・は同−丑たは４’ｆｌ当部分を示す。 （１） ！４シリーｌンウエハ、（２）はアルミニウｈ
屯ｆ＆、（３） （４）はモリブデン板、（６） （７
）は銅電極、（９）は緩衝板である。 代理人 葛野信− 第１図 第２図 （′ 特 １作 １コ 長 ′自 ＩＩ貨 １．４１件の表示 ↑、）・願昭６７−１８２７
６６号２、発明の８弥 全圧接型半導体装置 ：（補正を−４−る者 ・１１件どの関係 持許出１９ｉｉ）（住 所
東ｊｒｊ都Ｆ・代Ｅｆｔ区丸の内−′４丁「Ｉ：
２洛３号８ 称（６０１）：、菱電機株式会社 代表省片山仁八部 ４、代理人 住 所 東東部千代田区九の内−Ｌ Ｊ−’
［７１２番３′１−；。 ５、補正の対象 発明の詳細な説明の・瀾 ６ 仙正の内容 （１）明細書を−）ぎのきおりｇＴｔ「する。
Claims (3)
- （１）二つの主面にオーミック電極が形成された半導体
基板と、上記二つのオーミック電極に対向し。 Ｌ記事導体基板に１（接される１１１記半導体基板と熱
膨張係数がほぼ等しい一対の金属板と上記金属板と対向
ｌ−２、との金嗅板に圧接される一対の緩衝板と、上記
緩衝板とえ１向しこの緩衝板に圧接される一対の外部電
極とを備え、上記緩衝板の第１の圧接面の熱膨張率を」
―記緩衝板の第１の圧接面に対向する１′ｔＪ記外部電
極の熱膨張率とほぼ等しくし、かつ−１−記緩衝板の第
２のＬＩＥ接而の面膨張率を上記緩衝板の第２の圧接面
に対向する上記金に板の熱膨張率とほぼ等１．． ＜’
したことを特徴とした全圧接型半導体装置。 - （２）金嬉板にモリブデン板、外部電極に銅板、緩衝板
に銅−カーボン複合椙料を使用したことを特徴とする特
許請求の範囲第１項に記載の全圧接型半導体装置。 - （３）金属板にタングステン板、外部電極にｍ板、上記
緩衝板に銅−カーボン複合材料を使用したことを特徴と
する特許請求の範囲第１項に記載の全圧接型半導体装置
。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP57132766A JPS5921033A (ja) | 1982-07-27 | 1982-07-27 | 全圧接型半導体装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP57132766A JPS5921033A (ja) | 1982-07-27 | 1982-07-27 | 全圧接型半導体装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS5921033A true JPS5921033A (ja) | 1984-02-02 |
Family
ID=15089050
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP57132766A Pending JPS5921033A (ja) | 1982-07-27 | 1982-07-27 | 全圧接型半導体装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS5921033A (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH01215028A (ja) * | 1988-02-24 | 1989-08-29 | Hitachi Ltd | 圧接型半導体装置 |
| EP0638928A1 (de) * | 1993-08-09 | 1995-02-15 | Siemens Aktiengesellschaft | Leistungs-Halbleiterbauelement mit Druckkontakt |
| EP1403923A1 (en) * | 2002-09-27 | 2004-03-31 | Abb Research Ltd. | Press pack power semiconductor module |
| CN103064247A (zh) * | 2011-10-24 | 2013-04-24 | 信越化学工业株式会社 | 电子等级玻璃基板以及制造方法 |
| US12080624B2 (en) | 2020-03-24 | 2024-09-03 | Solaredge Technologies Ltd. | Apparatus and method for holding a heat generating device |
-
1982
- 1982-07-27 JP JP57132766A patent/JPS5921033A/ja active Pending
Cited By (7)
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