JPS5931034A - 半導体装置 - Google Patents
半導体装置Info
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- JPS5931034A JPS5931034A JP57141489A JP14148982A JPS5931034A JP S5931034 A JPS5931034 A JP S5931034A JP 57141489 A JP57141489 A JP 57141489A JP 14148982 A JP14148982 A JP 14148982A JP S5931034 A JPS5931034 A JP S5931034A
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- 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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は大電力用半導体装置、特に圧接構造を改良した
半導体装置に関する。
半導体装置に関する。
従来、数百へ以上の電流容量のサイリスタ８よびダイオ
ードでは、数トン程度の圧接力ｌを半導体エレメントに
加えて、陽極、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。これは大電力用半導体装置では使用さ
れるウェハの直径が大きいため、中小電力用の半導体装
置のようにつエバの両面をハンダ等で電極金属に向暑し
固定すると、通電時の発熱によって発生する熱ヒズミが
逃げられず、上記のハンダ部やウェハに直接加わり、ハ
ンダ疲労やウェハ割れを生じ、寿命が極めて短くなるた
めである。
ードでは、数トン程度の圧接力ｌを半導体エレメントに
加えて、陽極、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。これは大電力用半導体装置では使用さ
れるウェハの直径が大きいため、中小電力用の半導体装
置のようにつエバの両面をハンダ等で電極金属に向暑し
固定すると、通電時の発熱によって発生する熱ヒズミが
逃げられず、上記のハンダ部やウェハに直接加わり、ハ
ンダ疲労やウェハ割れを生じ、寿命が極めて短くなるた
めである。
第１図は、従来の圧接構造を有する大電力サイ板、（３
）はロー材のアルミニウム層、（４）はシリコンウェハ
（１）とオーミック接触を形成するアルミニウム層、（
５）は陰極エミッタの形状にパターニングされたモリブ
デン板、（６）は表面処理のゴム、（７）は外部電極を
形成する銅電極、（８）はセラミックパッヶている。上
記の圧接構造では、滑り面が第１図に示すλ、ｂ、ｃの
３ケ所あり、熱ヒズミはこれらの滑り面で互いにずれを
２こすことによって逃がされる。この理由から、数百Ａ
以上の電流容量のサイリスタ君よびダイオードでは普通
上記の圧接構造が採用されている。
）はロー材のアルミニウム層、（４）はシリコンウェハ
（１）とオーミック接触を形成するアルミニウム層、（
５）は陰極エミッタの形状にパターニングされたモリブ
デン板、（６）は表面処理のゴム、（７）は外部電極を
形成する銅電極、（８）はセラミックパッヶている。上
記の圧接構造では、滑り面が第１図に示すλ、ｂ、ｃの
３ケ所あり、熱ヒズミはこれらの滑り面で互いにずれを
２こすことによって逃がされる。この理由から、数百Ａ
以上の電流容量のサイリスタ君よびダイオードでは普通
上記の圧接構造が採用されている。
しかしながら、上記の圧接構造でも従来より以下に述べ
る欠点があった。例えば、第１図の半導体装置に断続通
電すると、通常温度変化は約１００℃ある。この温度変
化に対して第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。ウェハ直径を１００間とすると、銅の熱
膨張率は１７×１０／℃、シリコンは３．５Ｘ１０／’
Ｃ，モリブデンは５．ｌＸ１０／℃であるので、１００
℃の温度変化に対して銅電極（７）は横方向に１７０μ
ｍ、シリコンウェハ（１）は３５μｍ、モリブデン板（
５）は５１μｍ伸縮することになる。シリコンウェハ（
１）トモリフデン板（５）との間の熱ヒズミは１６μｍ
と小さいので、主には銅電極（７）とシリコンウェハ（
１）、モリブデン板（５）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図の滑り而λ、ｂ、ｃで逃がされるが、主
には硬度のもつとも小さい個所で逃がされる。即ち、第
１図のような組合せ（銅、モリブデン、アルミニウム）
の場合、アルミニウム（４）とモリブデン板（５）の滑
り而Ｃである。実際のアルミニウム（４）とモノ１身の
そりや変形があるため、均一な滑り面とはならない。こ
のような接触面でアルミニウム（４）とモリブデン板（
５）がこすり合せられると、局部的な電流集中による温
度上昇、局部的な圧接力の増大によって、アルミニウム
とモリブデンが合金化されて（る。上記の局部的な合金
が出来た接触面はもはや滑り面とならず、更に断続通電
を続けると、最後にはシリコンウェハが割れ、この半導
体装置は破壊してしまう。発明者の経験では、断続通電
１００時間程度の短時間で破壊するものもみられる。
る欠点があった。例えば、第１図の半導体装置に断続通
電すると、通常温度変化は約１００℃ある。この温度変
化に対して第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。ウェハ直径を１００間とすると、銅の熱
膨張率は１７×１０／℃、シリコンは３．５Ｘ１０／’
Ｃ，モリブデンは５．ｌＸ１０／℃であるので、１００
℃の温度変化に対して銅電極（７）は横方向に１７０μ
ｍ、シリコンウェハ（１）は３５μｍ、モリブデン板（
５）は５１μｍ伸縮することになる。シリコンウェハ（
１）トモリフデン板（５）との間の熱ヒズミは１６μｍ
と小さいので、主には銅電極（７）とシリコンウェハ（
１）、モリブデン板（５）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図の滑り而λ、ｂ、ｃで逃がされるが、主
には硬度のもつとも小さい個所で逃がされる。即ち、第
１図のような組合せ（銅、モリブデン、アルミニウム）
の場合、アルミニウム（４）とモリブデン板（５）の滑
り而Ｃである。実際のアルミニウム（４）とモノ１身の
そりや変形があるため、均一な滑り面とはならない。こ
のような接触面でアルミニウム（４）とモリブデン板（
５）がこすり合せられると、局部的な電流集中による温
度上昇、局部的な圧接力の増大によって、アルミニウム
とモリブデンが合金化されて（る。上記の局部的な合金
が出来た接触面はもはや滑り面とならず、更に断続通電
を続けると、最後にはシリコンウェハが割れ、この半導
体装置は破壊してしまう。発明者の経験では、断続通電
１００時間程度の短時間で破壊するものもみられる。
本発明は上記の欠点を除去するために、第１図の銅電極
□□□と半導体基体の間に、厚み方向の熱膨張率乞任意
に変えつる熱伝導率８よび電気伝導率の大きい緩衝体を
挿入し、上記緩衝体のモリブデン板に接する面の熱膨張
率をモリブデンの熱膨張率に近づけ、他方銅電極に接す
る面の熱膨張率を銅の熱膨張率に近づけたことを特徴と
する半導体装置を提供しようとするものである。
□□□と半導体基体の間に、厚み方向の熱膨張率乞任意
に変えつる熱伝導率８よび電気伝導率の大きい緩衝体を
挿入し、上記緩衝体のモリブデン板に接する面の熱膨張
率をモリブデンの熱膨張率に近づけ、他方銅電極に接す
る面の熱膨張率を銅の熱膨張率に近づけたことを特徴と
する半導体装置を提供しようとするものである。
以下、本発明を使用した実施例を参照にして、剣に詳し
く説明する。第３図は本発明にょる１実施例である。図
中Ｆ９１．１１が緩衝体である。上記緩衝体＋９１．
（１αとしては最近開発されてきている金属と炭素繊維
の複合材料が使用出来る。この複合材料は金属の中に炭
素繊維を仲の目のように組み込んだもので、厚み方向の
熱膨張係数を任意に変えることが出来、また熱伝導率２
よび電気伝導率の大きいものである。例えは市販されて
いる銅・カーボン複合材料は、熱膨張率を２〜１２Ｘ１
♂６／℃まで任意に変えうることが出来、熱伝導率が１
．１〜３．０ Ｗ ／ ｃｙａ ℃、電気伝導率が０．
１７×１ｄ〜０、３８ Ｘ １０ａ′ｌＪ／ＣＩと大き
いものである。第４図はこの緩衝体＋９１． （ｍｌの
厚み方向の熱膨張率を示したものである。モリブデン板
（５）と接する面Ａの熱膨張率を４．５〜５．０Ｘ１０
／℃、銅電極（７）と接する面Ｂの熱膨張率を１２〜１
７Ｘ１０／℃としである。また、その間の熱膨張率も出
来るだけ連続的に変化するようにしである。この緩衝体
＋９１． （１０１の厚みは熱ヒズミの緩和の点からは
厚いほど良いが熱抵抗、電気抵抗が大きくなるので、０
．５調〜１馴程度で良い。
く説明する。第３図は本発明にょる１実施例である。図
中Ｆ９１．１１が緩衝体である。上記緩衝体＋９１．
（１αとしては最近開発されてきている金属と炭素繊維
の複合材料が使用出来る。この複合材料は金属の中に炭
素繊維を仲の目のように組み込んだもので、厚み方向の
熱膨張係数を任意に変えることが出来、また熱伝導率２
よび電気伝導率の大きいものである。例えは市販されて
いる銅・カーボン複合材料は、熱膨張率を２〜１２Ｘ１
♂６／℃まで任意に変えうることが出来、熱伝導率が１
．１〜３．０ Ｗ ／ ｃｙａ ℃、電気伝導率が０．
１７×１ｄ〜０、３８ Ｘ １０ａ′ｌＪ／ＣＩと大き
いものである。第４図はこの緩衝体＋９１． （ｍｌの
厚み方向の熱膨張率を示したものである。モリブデン板
（５）と接する面Ａの熱膨張率を４．５〜５．０Ｘ１０
／℃、銅電極（７）と接する面Ｂの熱膨張率を１２〜１
７Ｘ１０／℃としである。また、その間の熱膨張率も出
来るだけ連続的に変化するようにしである。この緩衝体
＋９１． （１０１の厚みは熱ヒズミの緩和の点からは
厚いほど良いが熱抵抗、電気抵抗が大きくなるので、０
．５調〜１馴程度で良い。
以上のような構成による本実施例の装置では、上記した
断続通電等によって半導体装置に温度サイクルが加わっ
ても、各部が連続的に伸縮し、アルミニウム＋４１．
＋３１とモリブデン板（５１，（２）の擦り合せが生ぜ
ず、熱ヒズミによるシリコンウェハの破壊を防止できる
。
断続通電等によって半導体装置に温度サイクルが加わっ
ても、各部が連続的に伸縮し、アルミニウム＋４１．
＋３１とモリブデン板（５１，（２）の擦り合せが生ぜ
ず、熱ヒズミによるシリコンウェハの破壊を防止できる
。
な８、上記実施例では剛体にモリブデン金属を、電極に
銅電極を、緩衝体に銅・カーボン複合材料を使用した場
合について示したが、本発明はこれに限らず、剛体にタ
ングステン金属を、電極に銅電極を、緩衝体に銅・カー
ボン複合材料を使用してもよ（、また剛体にモリブデン
金属を、電極に銀電極を、緩衝体に銀・カーボン複合材
料を使用してもよく、上記と同様の効果が得られる。
銅電極を、緩衝体に銅・カーボン複合材料を使用した場
合について示したが、本発明はこれに限らず、剛体にタ
ングステン金属を、電極に銅電極を、緩衝体に銅・カー
ボン複合材料を使用してもよ（、また剛体にモリブデン
金属を、電極に銀電極を、緩衝体に銀・カーボン複合材
料を使用してもよく、上記と同様の効果が得られる。
以上のように本発明によれは、シリコンウェハの両側に
ロー材を介して同者した剛体とさらにその外側に配設し
た電極とを備えた半導体装置において、剛体と電極の間
に緩衝体を挿入したので断続通電等によって住じる熱ヒ
ズミを、該緩衝体によって緩和し、半導体装置の破壊を
防止できる効果がある。
ロー材を介して同者した剛体とさらにその外側に配設し
た電極とを備えた半導体装置において、剛体と電極の間
に緩衝体を挿入したので断続通電等によって住じる熱ヒ
ズミを、該緩衝体によって緩和し、半導体装置の破壊を
防止できる効果がある。
第１図は従来の圧接型の半導体装置の要部断面図、第２
図はアルミニウムとモリブデン板の滑り而の拡大断面図
、第３図は本発明の一実施例による圧接型の半導体装置
の要部断面図、第４図は上記実施例の緩衝体の厚み方向
の熱膨張率の変化を示す特性図である。 （１）・・・半導体基体、＋３１ ＋４＋・・・ロー材
、（２） （５１・・・第１゜第２剛体、（９）０α・
・・第１．第２緩衝体、（７）・・・第１゜第２電極。 代 理 人 葛 野 信 −第１図 第２図 第３図 Ｆ 第４図 Ａ ３
図はアルミニウムとモリブデン板の滑り而の拡大断面図
、第３図は本発明の一実施例による圧接型の半導体装置
の要部断面図、第４図は上記実施例の緩衝体の厚み方向
の熱膨張率の変化を示す特性図である。 （１）・・・半導体基体、＋３１ ＋４＋・・・ロー材
、（２） （５１・・・第１゜第２剛体、（９）０α・
・・第１．第２緩衝体、（７）・・・第１゜第２電極。 代 理 人 葛 野 信 −第１図 第２図 第３図 Ｆ 第４図 Ａ ３
Claims (4)
- （１）半導体基体と、該半導体基体の一方の主面にロー
材を介して固着された第１の剛体と、該第１の剛体の他
面に配設された第１の電極と、上記半導体基体の他方の
主面にロー材を介して固着された第２の剛体と、該第２
の剛体の他面に配設された第２の電極と、上記第１の剛
体と上記第１の電極との間に挿入された第１の緩衝体と
、上記第２の剛体と上記第２の電極との間に挿入された
第２の緩衝体とを備え、上記第１．第２の緩衝体の各々
の両側面近傍の熱膨張率を該各側面に隣接する上記電極
または上記剛体の熱膨張率の値に近接させたことを特徴
とする圧接型の半導体装置。 - （２） 上記第１．第２剛体にモリブデンを主成分と
する金属を、上記第１．第２電極に銅電極を、上記第１
．第２緩衝体に銅・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項記載の圧接型の半導体
装置。 - （３） 上記第１．第２剛体にタングステンを主成分
とする金属を、上記第１．第２電極に銅電極を、上記第
１．第２緩衝体に銅・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項記載の圧接型の半導
体装置。 - （４）上記第１．第２剛体にモリブデンを主成分とする
金属を、上記第１．第２電極に銀電極を、上記第１．第
２緩衝体に銀・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項記載の圧接型の半導体装置
。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP57141489A JPS5931034A (ja) | 1982-08-12 | 1982-08-12 | 半導体装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP57141489A JPS5931034A (ja) | 1982-08-12 | 1982-08-12 | 半導体装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS5931034A true JPS5931034A (ja) | 1984-02-18 |
Family
ID=15293098
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP57141489A Pending JPS5931034A (ja) | 1982-08-12 | 1982-08-12 | 半導体装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS5931034A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5169593A (en) * | 1989-11-03 | 1992-12-08 | General Electric Company | Control rod drive handling tools for nuclear reactor |
| US5614763A (en) * | 1995-03-13 | 1997-03-25 | Zetetic Institute | Methods for improving performance and temperature robustness of optical coupling between solid state light sensors and optical systems |
-
1982
- 1982-08-12 JP JP57141489A patent/JPS5931034A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5169593A (en) * | 1989-11-03 | 1992-12-08 | General Electric Company | Control rod drive handling tools for nuclear reactor |
| US5614763A (en) * | 1995-03-13 | 1997-03-25 | Zetetic Institute | Methods for improving performance and temperature robustness of optical coupling between solid state light sensors and optical systems |
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