JPS5931035A - 半導体装置 - Google Patents

半導体装置

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JPS5931035A
JPS5931035A JP57141490A JP14149082A JPS5931035A JP S5931035 A JPS5931035 A JP S5931035A JP 57141490 A JP57141490 A JP 57141490A JP 14149082 A JP14149082 A JP 14149082A JP S5931035 A JPS5931035 A JP S5931035A
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JP
Japan
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molybdenum
rigid body
composite material
thermal expansivity
metal
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JP57141490A
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Kazuo Ueda
和男 上田
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Mitsubishi Electric Corp
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Mitsubishi Electric Corp
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Publication date
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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。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は大踵力用半導体装置、特に圧接構造を改良した
半導体装置に関する。
従来、数百Ａ以上の電流容量の丈イリスタおよびダイオ
ードでは、敗トン程度の圧接力ｌを半導体エレメントに
加えて、陽極、陰極′這樋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
用されるクエハの直径が大きいため、中小鴫力用の半導
体装置のようにクエハの両面をハンダ等で電極金属に固
着し固定すると、通電時の発熱によって発生する熱ヒズ
ミが逃げられず、上記のハンダ部やクエハに直接加わシ
、ハンダ疲労やクエハ削れを生じ、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リスタの
断面図の要部である。図中、ｉｌｌ　ｔｒｉシリコ畢 ンクエハ、＋２１　ｔ；ｊ上記クエハを補強するモリブ
デン板、（３）はロー材のアルミニタム層、（４）はシ
リコンクエバは）とオーミック接触を形成するアルミニ
クム層、（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）はセラミックパッグ
ージである。通常、第１図の銅゛踵極（７）に故トン程
度の圧接力Ｆを加えて圧接し、踵極収り出しを行ってい
る。上記の圧接構造では、滑シ面が第１図に示ｆａ、ｂ
、ｃの３ケ所あり、熱ヒズミはこれらの滑り向で互いに
ずれをお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８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シ以−ドに述
べる欠点があった。例えば、第１図の半萼体装置に断続
通直すると、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。クエハ直径を１００１とすると、銅の
熱膨張率は１７Ｘ１０／ｃ、、シリコンは３，５Ｘ１０
／’Ｃ、モリブデンは５．ｌＸｌ０／’Ｃであるので、
１００℃の温度変化に対して銅電極（７）は横方向に１
７０μ島、シリコンクエバ（１）は３５μｍ１モリブデ
ン板（５）は５１μ等伸縮することになる。シリコンク
エバ（１）とモリブデン板（５）との間の熱ヒズミは１
６μｍと小さいので、主には銅４　ｍ　＋７１とシリコ
ンクエバ（１）、モリブデン板（５）の間で約１２０〜
１３０μ扉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図の滑り面ａ、ｂ、ｃで逃が°
されるが、主には硬度のもつとも小さい個吋で逃か”°
される。
即ち、第１図のような金属の組合せ（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１祭のアルミニウム（
４）とモリブデン板（５）の滑り而Ｃは、第２図のよう
にモリブデン板（５）か完全な鏡面でなく、またシリコ
ンクエバ（１）自甜のそ９や変形があるため、均一な滑
り向とはならない。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
的な直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くる
。上記の局部的な合金が出来た接触面は、もはや滑り而
とならず、更に断続通−を続けると、最後にはシリコン
クエバが削れ、この半専体装置は破壊してしまう。５ｖ
咽者の経験では、断続通′電１００時間程度の短時間で
破壊する′＋Ｊのｔみられち。
本発明は、上記のような従来のものの欠点を除去するた
めになされたもので、第１図の銅電極のかわりに、厚み
方向の熱膨張率を任意に変えうる熱伝導半導よび電気伝
導率の大きい金属とカーボンの複合材料を使用し、かつ
、上記モリブデン板に接する而の熱膨張率を上記モリブ
デンの熱膨張率に近接させたことを特徴とする牛辱体装
置を提供しようとするものである。
以−ド、本発明番奥舟与勇天施例にもト）ｚ・（・て、
更に詳しく説明する。第３図は本発明によるｌ実施例で
ある。図中（９）および１１１の゛電極として、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網の目のよう
に組み込ん友もので、厚み方向の熱膨張率を任意に変え
ることが出来、また熱伝導率および電気伝導率の大きい
ものである。例えば、市販されている銅・カーボン複合
材料＃−を熱膨張率を２〜１２Ｘ１０／’Ｃまで任意に
変えうることが出来、熱伝導率が１．１〜３．０１℃、
４気伝導率が０．１７　Ｘ　１０〜０．３８　Ｘ　１０
　　′ｔ／ｃｍと大きいものである。第４図は、この複
合材料を使用した電極ｆ９１　ｔｌＱｌ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＋５１　（２）と接する而Ａの熱膨張率を
４．５〜５，０ＸＩＯ／′ｃとし、厚み方向に順次熱膨
張率を大きくしていき、約５００μｍの深さの位１ｉＢ
では熱膨張率を銅の熱膨張率に近い１５〜１７Ｘ１０／
’Ｃとしである。
上記のような複合材料を゛電極として作製された圧接型
の中溝体装置では、上記した断続通゛４等によるヒート
サイクルが加わっても、各部が連続的に伸縮しアルミニ
ウムとモリブデン板の掠９合せが生じないため、アルミ
ニウムとモリブデン板のくっつきにょ１１体装置の破壊
はほとんど与られない。
また、第５図は本発明による他の実施例である。
図中ｕ１１およびａ４に上記銅・カーボン複合材料を使
用し、（１３Ｊおよび（１４１には銅を用い、上記複合
材料（１１）ら形成される。上記複合材料の厚みは、厚
い方がよいが熊抵痘斑し４気抵抗が大きくなるので、０
．５繊施例　　　　　　゛でモリブデンの代わりにタン
グステンを使用しても同様であることは明らかである。
上述し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、従来の熱膨張率の大きく相適する異種金属間
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
に代えて、半導体ニレメンに近接させ、温度ナイクルが
加っても異種金属間に熱ヒズミが発生しなめようにした
ところにある。
【図面の簡単な説明】
第１図は従来の圧接型の半導体装置の要部断面図、第２
図はアルミニクムとモリブデン板のｉｖ＃）面の拡大断
面図、第３図は本発明による圧接型の半導体装置の要部
断面図、第４図はＩ！極の厚み方向の熱膨張率の変化を
示した特性図、第５図は本発明による他の実施例を示す
断面図である。 （１１・・・半導体基体、（３１ｔ４）・・・ロー材（
アルミニウム層）、ｆ２１　［５１・・・第１．第２剛
体、（９）０臼・・・第１．第２磁極。 代　　理　　人　　　　　　　葛　　野　　信　　−第
１図 第２図

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. （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
    体の他面に圧接固着された第１の外部電極と、上記半導
    体基体の能力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の剛体の他面に圧接固着された第２の外
    部電極とを備え、上記型の半導体装置。
  2. （２）上記第１．第２剛体にモリブデンを主成分とした
    金属を、上記第１．第２外部電極に銅・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帷囲第１項記
    載の圧接型の半導体装置。
  3. （３）　　上記第１．第２剛体にタングステンを主成分
    とした金属を、上記第１．第２外部罐極に銅・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。
JP57141490A 1982-08-12 1982-08-12 半導体装置 Pending JPS5931035A (ja)

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Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS55117272A (en) * 1979-03-05 1980-09-09 Hitachi Ltd Semiconductor device
JPS5734343A (en) * 1980-08-09 1982-02-24 Mitsubishi Electric Corp Semiconductor device

Patent Citations (2)

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