JPS62290163A - 半導体装置 - Google Patents

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】 ３、発明の詳細な説明 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） 本発明は、トランジスタやサイリスタ等の大電力用素子
から成る半導体装置に関するもので、特に圧接型モジュ
ールの容器（パッケージ）底部の構造に係るものである
。

（従来の技術） パワートランジスタ、帰還ダイオード、抵抗及びダイオ
ードをそれぞれ備えた２つの半導体素子構体を、１つの
パッケージに収容した従来例（特開昭５７−１５４５２
号）を第３図に基づいて説明する。

同図において１はパワートランジスタ１１及びダイオー
ド１２からなる第１の半導体素子構体、−？−は同じく
パワートランジスタ１３及びダイオード１４から成る第
２の半導体素子構体である。

これら第１、第２の半導体素子構体はそれぞれ絶縁基板
１５．１６を介して共通の金属底板１７に接着され、共
通のパッケージ１８の上方に第１の半導体索子構体１の
コレクタ電極端子１９、第１の半導体素子構体上のエミ
ッタ電極端子２０と接続した第２の半導体素子構体、？
−のコレクタ電極端子２１及び第２の半導体素子構体−
？−のエミック電極端子２２が導出されている。　この
ような構成のトランジスタモジュールにおいては、電気
装置への組立てが容易であり、組立て時のスペースも小
さくなり、軽ａ化が達成できる。

しかしながら、このトランジスタモジュールにおいては
次のような欠点があった。　即ちエミッタ電極或いはコ
レクタ電極からの接続をボンディングや半田付けにより
取り出している為、大電流の場合例えば１００Ａ以上の
トランジスタにあっては、ボンディングや半田付（）で
は熱歪、熱疲労等の点から大型化することが困難である
。　又ボンディング等の所で過電流による破壊があると
、外囲器の外へシリコーン等の溶融物が噴出ザる一種の
爆発等の起きる危険性がある。

次にこの問題点を解決する為に開発された圧接型半導体
モジュール（特開昭６０−７４４６２号）について第４
図を参照して説明する。　なお第２図は、本発明の半導
体装置の平面図であるが、後述する底板３１を除くその
他の部分は、第４図に示す半導体モジュールの平面図と
ほぼ同一であり便宜上これを参照する。　又この半導体
モジュールは、２つの圧接型半導体素子を直列接続した
ものであるから、以下の説明において２つの素子の対応
する部分には同一数字の符号を用い、末尾の文字ａ、ｂ
で素子の区別をする。　第４図において、容器４７の金
に底板３１上に絶縁板３２が載置されている。　　２つ
のトランジスタ複合体ベレット３３ａ　、３３ｂは、そ
れぞれコレクタＭ　Ｎ　３４　ａ、３４ｂとエミッタ盤
３６ａ　１３６ｂ　、エミッタ電極３５ａ　、３５ｂと
に挾まれ、絶縁板３２上に載置される。　　２つのばね
構体４４ａ　、４４ｂはそれぞれ絶縁体３７ａ　、３７
ｂ　、皿ばね３８ａ、３８ｂ及び固定用金属板３９ａ　
、３９ｂ等から成る。

第２図に示すように、それぞれ２本ずつあるボルト４０
ａ及び４０ｂ　　（図示なし）を底板のねじ部にねじ込
むと、ばね構体４４ａ　、４４ｂにより、トランジスタ
複合体ベレット３３ａ　、３３１）とコレクタ電極３４
ａ　、３４ｂ等とは互いに圧接される。

この半導体モジュールでは各トランジスタ複合体と電極
間を加圧接続させるようにしたので、ボンディングある
いは半田接続構造の場合のように大電流が局部的に集中
するようなことがなく、圧接箇所全体にわたって電流が
流れるようになり、第１の従来例の場合の問題点はほぼ
取外された。

（発明が解決しようとする問題点） 面記第２の最新の従来例では、トランジスタ複合体３３
とこれを挾むコレクタ電極３４等とは、ばね構体により
加圧接続されるが、これら部材間の接続は均一に圧接さ
れることが重要である。

均一に圧接する為には、平行度、平面度のでたプレス機
械とブレス冶具を使用し、接触面の全面にわたって等し
い圧力を同時に加えながら加圧することが理想的な方法
である。　しかしながら従来の半導体装置では、第２図
に示すようにトランジスタ複合体３３ａ等を２本のボル
ト４０ａを交互に締めながら加圧するので、前記理想的
方法とは異なり圧接状態の均一性については不十分であ
る。

特に加圧作業の不手際等により、容器底板３１等が１４
／υだり歪んだりすることがある。　このような場合に
は圧接面の接触抵抗が場所によって異なり、強く圧接さ
れた部分に電流が多く流れ、圧接部分の電圧時下が増大
する。　このことはトランジスタの電流増幅率ｈＦＥの
減少及びコレクタ・エミッタ間のオン状態における飽和
雪圧の増大をもたらし又サイリスタの場合には順電圧Ｗ
３下の増大をきたし、ついには局部電流集中により素子
を破壊してしまうことがある。

本発明の目的は、従来の半導体装置の良い点は維持し、
容器等の変形を除去し、常に均一な圧接状態が得られる
高品質で高歩留りの圧接型の半導体装置（モジュール）
を提供することである。

［発明の構成Ｊ く問題点を解決するための手段） 本発明は、容器の金ぶ製底根上に絶縁物を介して載置さ
れた圧接型の半導体素子構体が、電流接続端子を右する
重陽等の電流導通部材と、ばね構体にり加圧接触されて
いる半導体装置において、前記金属底板の内部に、モリ
ブデン板の硬さより小さくない硬さの金属板、例えばモ
リブデン、タングステン等の硬い熱伝導率の良い金属板
を埋め込んだことを特徴とする半導体装置である。

（作用） 従来の容器の金属製底板中に熱伝導率が良く且つ硬い金
属の例えばモリブデン板又はタングステン板を埋め込む
ことにより、ばね圧力等による容器の歪み変形をおさえ
ることができ、又これにより加圧されるその他の部材の
変形も防止され常に均一な圧接状態が得られる。

（実施例） 本発明の半導体装置の実施例について図面を参照して以
下詳細に説明する。　第１図はこの半導体装置の破砕断
面図、第２図はその平面図である。

容器５２の底部は、熱的に良導体である金属板例えばア
ルミダイキャスト製の底板５１に、モリブデン板５０が
埋め込まれた金属底板である。　絶縁板３２はセラミッ
ク板である。　　２つの半導体素子構体３３ａ　、３３
ｂは、それぞれ主トランジスタと帰還ダイオード等を１
つの半導体基板に形成したもので、以下それぞれトラン
ジスタ複合体３３ａ及び３３ｂと呼ぶ。　コレクタ電極
３４ａ、３４ｂ及びエミッタ電極３５ａ　、３５ｂは銅
系材の平板で、その周辺部の一部分からこれと同体で加
圧面に垂直上方向に折り曲げられた１０長の帯状の電流
接続端子が１つ又は２つ形成されている。

即ち、コレクタ電極３４ａは外部電流接続端子３４ａｔ
を、コレクタ電極３４ｂは外部及び内部の２つの電流接
続端子３４　ｂｔ及び３４　ｂｔｌを持っている。　又
エミッタ電極３５ａは内部電流接続端子３５ａｔ１をエ
ミッタ電極３５ｂは外部電流接続端子３５ｂｔを有して
いる。　エミッタ１３６ａ１３６ｂには、それぞれベー
スリード、絶縁ガイド及びスプリングが取り付けられて
おり、スプリングばねによりトランジスタ複合体のベー
ス電極とベースリードとが接触できるようになっている
。

コレクタ電極３４ａ　、３４ｂ　、　エミッタ盤３６ａ
。

３６ｂ及びエミッタ電極３５ａ、３５ｂはそれぞれ電流
導通部材４３ａ及び４３ｂを構成する。

絶縁体３７ａ、３７ｂ、皿ばね３８ａ　、３８ｂ及び固
定用金属板３９ａ　、３９ｂをそれぞれ組み合とを電気
的に絶縁するもので、しかも圧力に耐え得るものとする
。　固定用金属板３９は、トランジスタ複合体３３とこ
れを挾む電極等の電流導通部材４３とをその両端の２本
のボルト４０により加圧固定するものである。　又コレ
クタ電極３４ａ　、３４ｂには、駆動トランジスタ及び
スピードアップダイオード等の駆動回路要素４５ａ及び
４５ｂ　（図示なし）が、ばね構体によって加圧接触さ
れる主トランジスタとは別に、半田付は及びボンディン
グにより取り付けられている。

この半導体モジュールを組み立てる場合、前記諸部材を
所定の順序と位置にｉ置する。　この時内部電流接続端
子３５ａｔ１と３４　ｂｔｌとは互いに対向する位置で
、上下にスライド可能な状態で配設される。　次に２つ
のトランジスタ複合体３３ａと３３ｂはボルト４０ａ及
び４０ｂを金属底板３１のねじ部にねじ込むことにより
別個にそれぞれの電流導通部材４３ａ及び４３ｂと加圧
接触される。　その状態でボルト４２を締めて内部電流
接続端子を一体化する。

このように回路構成ができたユニットをゲル材で保護し
エポキシ樹脂から成る蓋体４６を金属容器５２にかぶせ
、金属容器５２とエポキシ蓋体４６の隙間を、熱膨張係
数がアルミニウムに近いエポキシ系接着剤で埋める。　
又外部電流接続端子３４　ａｔ、３４ｂｔ、３５ｂｔ及
ヒヘ一スリート等ソの他の接続端子とエポキシ蓋体との
間は熱膨張係数が銅に近いエポキシ系接着剤で埋め封止
する。

次にエポキシ蓋体４６の一部に設けられた管から窒素を
封入する。

金属底板に埋め込まれる金属板は、ばね圧力によって撓
んだり、歪んだりすることのない硬さが必要であると共
に、殆どの場合放熱板を兼ねるので、できるだけ熱伝導
率の高いことが必要である。

モリブデン板の硬さは、標準でビッカース硬さ１６０）
−＋Ｖ（金属データブック、日本金属学会編、１４７頁
）であるが、僅かな含有不純物あるいは加■直後とその
熱処理接等により若干のバラツキがある。　硬さ、熱伝
導率のほか加工性、入手の難易等の工業的条件を考慮し
て、金属板はモリブデン板又はタングステン板であるこ
とが望ましい。

萌配本実浦例では厚さ２〜５ＩＩＩｍのモリブデン板を
底板に埋め込み、余尺変形、歪みを防止することができ
た。

なお前記実施例では２つのトランジスタ複合体から成る
モジュールについて説明したが、本発明は、１つ或いは
３つ以上のトランジスタ複合体から成るモジュールでも
、又トランジスタ素子に代えてサイリスタ素子であって
も同様に適用可能である。　電流導通部材及びばね構体
のそれぞれの構成要素についても本実施例に限定されな
い。

［発明の効果１ 本発明の半導体装置では、容器の金属底板に、硬く且つ
熱伝導率の良い金属板例えばモリブデン板等を埋め込む
ことにより、ばね圧接による金属底板の変形や歪みがな
くなり、半導体素子及び電極間が常に均一に圧接される
。　主電流は、電極の圧接面の全域にわたって均一密度
で流れる。

従来の半導体装置で時々みられた局部的な大電流集中に
よるサイリスタの順電圧降下の増加、或いは１〜ランジ
スタのコレクタ・エミッタ間、エミッタ・ベース間の飽
和電圧増大は防止され、安定した高品質で高歩留りの半
導体装置が１９られるようになった。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る半導体装置の一部破砕断面図、第
２図は第１図の半導体装置の平面図、第３図は従来例の
半導体装置の断面図、第４図は最新の従来例の半導体装
置の断面図である。 ３２・・・電気的絶縁板、　３３ａ　、３３ｂ・・・半
導体素子構体（］・ランジスク複合体）、　３４ａｔ。 ３４　ｂｔ、　３５　ａｔ、　３５　ｂｔ＝−・電流接
続端子、４３ａ、４３ｂ・・・電流導通部材、　４４ａ
。 ４４ｂ・・・ばね構体、　５０・・・埋め込む金ｆＫＮ
（モリブデン板）、　５１・・・金属底板、　５２・・
・容器。 第１図 第２図 宮　３１’２１

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １　容器の底部が金属板から成り、この金属底板上に電
   気的絶縁板を介して載置された圧接型の半導体素子構体
   が、電流接続端子を有する電流導通部材と、ばね構体に
   より加圧接触されている半導体装置において、前記金属
   底板が、その内部にモリブデン板の硬さより小さくない
   硬さの金属板を埋め込んで成ることを特徴とする半導体
   装置。 ２　埋め込む金属板が、モリブデン板又はタングステン
   板である特許請求の範囲第１項記載の半導体装置。 ３　前記圧接型の半導体素子構体、前記導通部材及びば
   ね構体の組合せが複数組設けられた特許請求の範囲第１
   項又は第２項記載の半導体装置。