JPS6197933A - 全圧接型半導体装置 - Google Patents
全圧接型半導体装置Info
- Publication number
- JPS6197933A JPS6197933A JP21841584A JP21841584A JPS6197933A JP S6197933 A JPS6197933 A JP S6197933A JP 21841584 A JP21841584 A JP 21841584A JP 21841584 A JP21841584 A JP 21841584A JP S6197933 A JPS6197933 A JP S6197933A
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- pressure contact
- external electrodes
- semiconductor device
- semiconductor substrate
- electrode
- 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
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-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L24/00—Arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies; Methods or apparatus related thereto
- H01L24/71—Means for bonding not being attached to, or not being formed on, the surface to be connected
- H01L24/72—Detachable connecting means consisting of mechanical auxiliary parts connecting the device, e.g. pressure contacts using springs or clips
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- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Power Engineering (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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〔発明の利用分野〕
本発明は機械的強度及び電気、熱的特性を改良した全圧
接型半導体装置に関するものである。
接型半導体装置に関するものである。
〔発明の背景〕 ゛
従来、数１０ＯＡ以上の電流容量のダイオード及びサイ
リスタでは、陽極と陰極電極の間に半導体基体を配置し
、数トンの圧接力を負荷する構造が採用されている。上
記圧接構造の中でも、半導体基体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半導体ウェハの
みを圧接する全圧接型半導体装置が実用化されている。
リスタでは、陽極と陰極電極の間に半導体基体を配置し
、数トンの圧接力を負荷する構造が採用されている。上
記圧接構造の中でも、半導体基体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半導体ウェハの
みを圧接する全圧接型半導体装置が実用化されている。
第３図は、特開昭５９−２１０３３号公報に記載されて
いる従来の全圧接型ダイオードの断面図である。図中３
１は半導体基体（シリコンウェハ）、３２はオーミック
電極を形成するアルミニウム電極、３３．３４はモリブ
デン板（又はタングステン板）、３５は表面処理用のゴ
ム、３６．３７は外部電極用銅電極、３８はセラミック
パッケージである。通常、実使用時には第３図の銅を極
３７に数トン程度の圧接力を加えて使用している。
いる従来の全圧接型ダイオードの断面図である。図中３
１は半導体基体（シリコンウェハ）、３２はオーミック
電極を形成するアルミニウム電極、３３．３４はモリブ
デン板（又はタングステン板）、３５は表面処理用のゴ
ム、３６．３７は外部電極用銅電極、３８はセラミック
パッケージである。通常、実使用時には第３図の銅を極
３７に数トン程度の圧接力を加えて使用している。
このような全圧接型の半導体装置には、従来より以下に
述べるような欠点がある。例えば、第３図の半導体装置
に断続通電を加えると、通常温度変化は１００Ｃ程匿あ
るので、このヒートサイクルに対して、第３図の各部が
横方向（直径方向）にどの程度伸縮するか概算してみる
。シリコンウェハ３１の直径を１００瓢とすると、銅の
熱膨張係数は１７ Ｘ １０−’／Ｃ，シリ、コンは、
２．９ＸＩＣＶ６／Ｃ，モリブデンは４．９ Ｘ １０
−’／Ｃであるので、１００Ｃの温度変化に対して銅電
極３６は横方向（直径方向）に１７０μｍ１シリコンウ
エハ３１は２９μｍ１モリブデン板３３．３４は４９μ
ｍ伸縮することになる。このような伸縮差及びシリコン
ウェハ３１は拡散等のプロセスでそりや変形を生じ、均
一な滑り面とならない等、不完全な滑り面において、ア
ルミニウム電極３２とモリブデン板３３．３４がこすり
合わされて、局部的な圧接力の増大によってアルミニウ
ム電極３２とモリブデン板３３．３４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ｚ’を続けると、最後にはシリコンウェハ３１が割
れてしまう。この対策として、前記した特開昭５９−２
１０３３号公報では、外部電極と金属板の間、いわゆる
３３と３６間及び３４と３７間に各々銅−カーボン複合
材料よりなる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３３．３４の熱膨張係数とほぼ等
しくし、前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３６．３７の熱膨張係数とほぼ等しくスる
構造を採用している。しかし、この構造では銅−カーボ
ン複合材料よりなる緩衝板を追加しており、部品数が多
くなる結果、組立等、他の面での信頼性に新たな問題を
提起している。さて、アルミニウム電極３２とモリブデ
ン電極３３゜３４が部分的に合金され、最後にシリコン
ウェハ３１が割れるのは、面圧力と相対すべり量が大き
い外周端近傍であり、外周端近傍の面圧力を下げる従来
構造としては、第４図に示す、特開昭５８−７１６３３
号公報がある。第４図の４１は半導体基体、４２と４５
は温度補償用の金属板、４３は外部電極、４４は溝であ
る。このように外部電極４３に溝４４をつけることに↓
シ、半導体基体４１０周辺部に応力が集中することをな
くシ、電気的特性を向上させている。しかし、この構造
においては、温度補償金属板４５に外部電極４３を押し
込む構造となっているため、半導体基体４１が面内面げ
を受けてそりを起こそうとするので、そりを抑さえるた
め、陽極側のモリブデンとかタングステンよりなる温度
補償金属板４５の厚みを比較的太とする必要があり、熱
抵抗の面で必ずしも満足がいくものではなかった。
述べるような欠点がある。例えば、第３図の半導体装置
に断続通電を加えると、通常温度変化は１００Ｃ程匿あ
るので、このヒートサイクルに対して、第３図の各部が
横方向（直径方向）にどの程度伸縮するか概算してみる
。シリコンウェハ３１の直径を１００瓢とすると、銅の
熱膨張係数は１７ Ｘ １０−’／Ｃ，シリ、コンは、
２．９ＸＩＣＶ６／Ｃ，モリブデンは４．９ Ｘ １０
−’／Ｃであるので、１００Ｃの温度変化に対して銅電
極３６は横方向（直径方向）に１７０μｍ１シリコンウ
エハ３１は２９μｍ１モリブデン板３３．３４は４９μ
ｍ伸縮することになる。このような伸縮差及びシリコン
ウェハ３１は拡散等のプロセスでそりや変形を生じ、均
一な滑り面とならない等、不完全な滑り面において、ア
ルミニウム電極３２とモリブデン板３３．３４がこすり
合わされて、局部的な圧接力の増大によってアルミニウ
ム電極３２とモリブデン板３３．３４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ｚ’を続けると、最後にはシリコンウェハ３１が割
れてしまう。この対策として、前記した特開昭５９−２
１０３３号公報では、外部電極と金属板の間、いわゆる
３３と３６間及び３４と３７間に各々銅−カーボン複合
材料よりなる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３３．３４の熱膨張係数とほぼ等
しくし、前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３６．３７の熱膨張係数とほぼ等しくスる
構造を採用している。しかし、この構造では銅−カーボ
ン複合材料よりなる緩衝板を追加しており、部品数が多
くなる結果、組立等、他の面での信頼性に新たな問題を
提起している。さて、アルミニウム電極３２とモリブデ
ン電極３３゜３４が部分的に合金され、最後にシリコン
ウェハ３１が割れるのは、面圧力と相対すべり量が大き
い外周端近傍であり、外周端近傍の面圧力を下げる従来
構造としては、第４図に示す、特開昭５８−７１６３３
号公報がある。第４図の４１は半導体基体、４２と４５
は温度補償用の金属板、４３は外部電極、４４は溝であ
る。このように外部電極４３に溝４４をつけることに↓
シ、半導体基体４１０周辺部に応力が集中することをな
くシ、電気的特性を向上させている。しかし、この構造
においては、温度補償金属板４５に外部電極４３を押し
込む構造となっているため、半導体基体４１が面内面げ
を受けてそりを起こそうとするので、そりを抑さえるた
め、陽極側のモリブデンとかタングステンよりなる温度
補償金属板４５の厚みを比較的太とする必要があり、熱
抵抗の面で必ずしも満足がいくものではなかった。
本発明の目的は構造をほぼ上、下対称形状とし一対の上
、下外部電極に溝をつけ、ヒートサイクルが加わっても
半導体基体の上、下に蒸着した電極膜と温度補償用の各
金属板が固着せず、更に、両金属板を各々薄くして、熱
抵抗を少なくすることができる全圧接型半導体装置を提
供することにある。
、下外部電極に溝をつけ、ヒートサイクルが加わっても
半導体基体の上、下に蒸着した電極膜と温度補償用の各
金属板が固着せず、更に、両金属板を各々薄くして、熱
抵抗を少なくすることができる全圧接型半導体装置を提
供することにある。
本発明の特徴とするところは陽極側と陰極側の外部電極
の双方に応力緩和用の溝をつけ、しかも半導体基体に曲
はモーメントが作用しないよう上。
の双方に応力緩和用の溝をつけ、しかも半導体基体に曲
はモーメントが作用しないよう上。
下ほぼ対称で半導体基体より小口径な形状とすることに
ある。それによって一対の温度補償金属板の板厚を各々
薄くシ、強度及び電気的、熱的に信頼性の高い、全圧接
型半導体装置が得られる。
ある。それによって一対の温度補償金属板の板厚を各々
薄くシ、強度及び電気的、熱的に信頼性の高い、全圧接
型半導体装置が得られる。
以下、本発明の一実施例の全圧接型ダイオードを第１図
により詳細に説明する。１はシリコンウェハ（半導体基
体）、２はアルミニウム電極膜、３．４はモリブデン金
属板、５．６￥′ｉ金属板３゜４の中心突起、７，８は
外部電極の中心穴、９ｉ−１：シリコンウェハ１の位置
ぎめを兼用した表面安定化処理用のゴム、１０．１１は
外部電極、１２゜１３は上部フランジ、１４．１５ｉｉ
下部フランジ、１６はセラミックパッケージ、１７．１
８は溝である。本発明における構造はシリコンウェハ１
を境にして上、下ほぼ対称で、両金属板３，４、両を極
１０，１１はシリコンウェハＳ１より小口径な形状とな
っていて、かつ、外部電極１０．１１には溝１７．１８
がついている。溝１７．１８は金属板３．４との圧接面
から若干圧接軸方向に離れた位置に圧接面と平行な向き
に設けられている。
により詳細に説明する。１はシリコンウェハ（半導体基
体）、２はアルミニウム電極膜、３．４はモリブデン金
属板、５．６￥′ｉ金属板３゜４の中心突起、７，８は
外部電極の中心穴、９ｉ−１：シリコンウェハ１の位置
ぎめを兼用した表面安定化処理用のゴム、１０．１１は
外部電極、１２゜１３は上部フランジ、１４．１５ｉｉ
下部フランジ、１６はセラミックパッケージ、１７．１
８は溝である。本発明における構造はシリコンウェハ１
を境にして上、下ほぼ対称で、両金属板３，４、両を極
１０，１１はシリコンウェハＳ１より小口径な形状とな
っていて、かつ、外部電極１０．１１には溝１７．１８
がついている。溝１７．１８は金属板３．４との圧接面
から若干圧接軸方向に離れた位置に圧接面と平行な向き
に設けられている。
従って上、下より数トンの力で圧接したとき、シリコン
ウェハ１に曲げが生じることなく、その結果として、金
属板３，４を１１ｏＩ以下と薄くすることができるので
、必然的に熱抵抗が少なくなシ、このことより、冷却の
面で信頼性が向上する。
ウェハ１に曲げが生じることなく、その結果として、金
属板３，４を１１ｏＩ以下と薄くすることができるので
、必然的に熱抵抗が少なくなシ、このことより、冷却の
面で信頼性が向上する。
一方、外部電極１０．１１に溝１７．１８を設けたので
、半導体基体１の電極膜２と金属板３゜４が固着しやす
かった周辺部の応力集中がなくなり、面圧力を小さくす
ることができるので、大きな面圧力と相対すべりに起因
していたアルミニウム電極膜２とモリブデン等の金属板
３．４とは固着しにくくなる。
、半導体基体１の電極膜２と金属板３゜４が固着しやす
かった周辺部の応力集中がなくなり、面圧力を小さくす
ることができるので、大きな面圧力と相対すべりに起因
していたアルミニウム電極膜２とモリブデン等の金属板
３．４とは固着しにくくなる。
本発明の構造において、耐用年数間の温度サイクル繰返
し試験を行った結果、アルミニウム電極膜２と金属板３
，４とは全く固着現象を呈しなくなった。
し試験を行った結果、アルミニウム電極膜２と金属板３
，４とは全く固着現象を呈しなくなった。
第２図は本発明の他の実施例を示したもので、この構造
はセンタゲート点弧サイリスタである。
はセンタゲート点弧サイリスタである。
第２図中、第１図と同一番号は対応部であり、１９は陰
極側合１・Ａ板、２０は金属板中心の小さな穴、２１は
外部電極のゲート用穴ガイド、２２は外部電極２３の溝
である。このように、第２図の場合、細かく見れば、外
部電極２３にはゲートリード２５のための中心穴２１及
びスリット２７があるので、上、下対称形状となってい
ない。しか。
極側合１・Ａ板、２０は金属板中心の小さな穴、２１は
外部電極のゲート用穴ガイド、２２は外部電極２３の溝
である。このように、第２図の場合、細かく見れば、外
部電極２３にはゲートリード２５のための中心穴２１及
びスリット２７があるので、上、下対称形状となってい
ない。しか。
し、これらの全体にしめる形状割合は小さく、シかも周
端には溝２２を設けて面圧集中対策がなされており、大
きな圧接力が作用する部分がないこ心穴２１とスリット
２７による金属板１９及び電極膜２との接触面積の減り
は１０％以内であり、熱抵抗は第１図のものに比し、５
％程度大となるる。このように上、下対称で溝付構造の
本発明はサイリ、スタについても応用できる。
端には溝２２を設けて面圧集中対策がなされており、大
きな圧接力が作用する部分がないこ心穴２１とスリット
２７による金属板１９及び電極膜２との接触面積の減り
は１０％以内であり、熱抵抗は第１図のものに比し、５
％程度大となるる。このように上、下対称で溝付構造の
本発明はサイリ、スタについても応用できる。
また、図示していないが、ゲートターンオフ（ＧＴＯ）
サイリスタやトランジスタについても同様の応用がきく
ことは当然である。
サイリスタやトランジスタについても同様の応用がきく
ことは当然である。
以上説明したように本発明によれば、ヒートサイクルを
加えても電極膜と金属板とは固着しなくなり、それに伴
い半導体基体の破壊は生じなく、従来の１０倍以上の強
度を有し、更に、熱抵抗もその分、容量を大きく使える
等、高信頼性、高効率の全圧接型半導体装置が得られる
。
加えても電極膜と金属板とは固着しなくなり、それに伴
い半導体基体の破壊は生じなく、従来の１０倍以上の強
度を有し、更に、熱抵抗もその分、容量を大きく使える
等、高信頼性、高効率の全圧接型半導体装置が得られる
。
第１図は本発明の一実施例になる全圧接型ダイオードを
示す縦断面図、第２図は本発明の変形例になる全圧接型
サイリスタを示す縦断面図、第３図は従来の全圧接型ダ
イオードを示す縦断面図、第４図は従来の圧接型半導体
装置の縦断面図である。 １・・・半導体基体、２・・・電極膜、３，４・・・金
属板、１ｏ、ｉｉ・・・外部電極、１７．１８・・・溝
。
示す縦断面図、第２図は本発明の変形例になる全圧接型
サイリスタを示す縦断面図、第３図は従来の全圧接型ダ
イオードを示す縦断面図、第４図は従来の圧接型半導体
装置の縦断面図である。 １・・・半導体基体、２・・・電極膜、３，４・・・金
属板、１ｏ、ｉｉ・・・外部電極、１７．１８・・・溝
。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １、半導体基体の両主表面に電極膜が設けられ、上記各
電極膜に対向して上記半導体基体と熱膨張係数がほぼ等
しい温度補償用の一対の金属板が配置され、上記金属板
と対向しこの金属板に圧接される一対の外部電極とを備
えた全圧接型半導体装置において、上記一対の外部電極
の金属板との圧接面から若干圧接軸方向に離れた外部電
極の表面に各々圧接面と平行な向きに溝を設け、しかも
、一対の外部電極の圧接面から外周溝までの形状を上、
下ほぼ対称形状とし、両金属板、両外部電極を半導体基
体より小口径としたことを特徴とする全圧接型半導体装
置。 ２、一対の金属板をほぼ同一厚みとし、かつその厚みを
各々、１ｍｍ以下としたことを特徴とする特許請求の範
囲第１項記載の全圧接型半導体装置。 ３、電極膜としてアルミニウム、金属板としてモリブデ
ン又はタングステン、外部電極として銅を使用したこと
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 |
|---|---|---|---|
| JP21841584A JPS6197933A (ja) | 1984-10-19 | 1984-10-19 | 全圧接型半導体装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP21841584A JPS6197933A (ja) | 1984-10-19 | 1984-10-19 | 全圧接型半導体装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6197933A true JPS6197933A (ja) | 1986-05-16 |
Family
ID=16719552
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP21841584A Pending JPS6197933A (ja) | 1984-10-19 | 1984-10-19 | 全圧接型半導体装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6197933A (ja) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6448028U (ja) * | 1987-09-19 | 1989-03-24 | ||
| JPH02110944A (ja) * | 1988-10-19 | 1990-04-24 | Toshiba Corp | 圧接型半導体装置 |
| EP0441572A2 (en) * | 1990-02-07 | 1991-08-14 | Ngk Insulators, Ltd. | Power semiconductor device with heat dissipating property |
| US5229915A (en) * | 1990-02-07 | 1993-07-20 | Ngk Insulators, Ltd. | Power semiconductor device with heat dissipating property |
| JP2011091424A (ja) * | 2010-12-17 | 2011-05-06 | Mitsubishi Electric Corp | 半導体装置 |
| JP2013149762A (ja) * | 2012-01-19 | 2013-08-01 | Meidensha Corp | 半導体モジュール |
-
1984
- 1984-10-19 JP JP21841584A patent/JPS6197933A/ja active Pending
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6448028U (ja) * | 1987-09-19 | 1989-03-24 | ||
| JPH02110944A (ja) * | 1988-10-19 | 1990-04-24 | Toshiba Corp | 圧接型半導体装置 |
| EP0441572A2 (en) * | 1990-02-07 | 1991-08-14 | Ngk Insulators, Ltd. | Power semiconductor device with heat dissipating property |
| US5229915A (en) * | 1990-02-07 | 1993-07-20 | Ngk Insulators, Ltd. | Power semiconductor device with heat dissipating property |
| JP2011091424A (ja) * | 2010-12-17 | 2011-05-06 | Mitsubishi Electric Corp | 半導体装置 |
| JP2013149762A (ja) * | 2012-01-19 | 2013-08-01 | Meidensha Corp | 半導体モジュール |
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