JPH05267491A - 圧接型半導体装置及びこれを使用した電力変換装置 - Google Patents
圧接型半導体装置及びこれを使用した電力変換装置Info
- Publication number
- JPH05267491A JPH05267491A JP4062327A JP6232792A JPH05267491A JP H05267491 A JPH05267491 A JP H05267491A JP 4062327 A JP4062327 A JP 4062327A JP 6232792 A JP6232792 A JP 6232792A JP H05267491 A JPH05267491 A JP H05267491A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- semiconductor device
- pressure contact
- type semiconductor
- contact type
- heat
- 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
Links
Classifications
-
- 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
- H01L24/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Die Bonding (AREA)
- Thyristors (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 低加圧力でも、諸特性に優れ、しかも、信頼
性の高い小型、大容量の圧接型半導体装置及びこれを用
いた電力変換装置を得る。 【構成】 Ｓｉ半導体１の両主面上のＡｌ電極３に接触
するように熱緩衝板４、６及び７、５が設けられ、熱緩
衝板４、６の間及び熱緩衝板７、５の間に、ＩＢ属の軟
金属による軟質層８、９が設けられて構成される。これ
らの熱緩衝板と軟質層とは、これらをＡｌ電極３に圧接
する電極導出部材１０、１１により加圧されている。 【効果】 圧接型半導体装置の加圧力を低減した場合に
も、熱抵抗の低減を実現することができ、遮断耐量の向
上、熱サイクル耐量の向上、装置の小型化を図ることが
できる。
性の高い小型、大容量の圧接型半導体装置及びこれを用
いた電力変換装置を得る。 【構成】 Ｓｉ半導体１の両主面上のＡｌ電極３に接触
するように熱緩衝板４、６及び７、５が設けられ、熱緩
衝板４、６の間及び熱緩衝板７、５の間に、ＩＢ属の軟
金属による軟質層８、９が設けられて構成される。これ
らの熱緩衝板と軟質層とは、これらをＡｌ電極３に圧接
する電極導出部材１０、１１により加圧されている。 【効果】 圧接型半導体装置の加圧力を低減した場合に
も、熱抵抗の低減を実現することができ、遮断耐量の向
上、熱サイクル耐量の向上、装置の小型化を図ることが
できる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、圧接型半導体装置及び
これを用いた電力変換装置に係り、特に、低加圧力で
も、諸特性に優れ、信頼性の高い電力用半導体装置とし
て利用して好適な圧接型半導体装置及びこれを用いた電
力変換装置に関する。
これを用いた電力変換装置に係り、特に、低加圧力で
も、諸特性に優れ、信頼性の高い電力用半導体装置とし
て利用して好適な圧接型半導体装置及びこれを用いた電
力変換装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来技術による圧接型半導体装置は、半
導体基板としてのＳｉ基板に形成される半導体素子と、
Ｍｏ、Ｗ等の熱緩衝板と、Ｃｕ等からなる電極導出部材
とが重ね合わされて圧接されて構成されており、Ｓｉ基
板とＭｏ、Ｗ等の熱緩衝板、及び、熱緩衝板とＣｕ等か
らなる電極導出部材との異種金属間の熱膨張係数との違
いによって発生する熱応力を、これらの滑りにより逃す
ことができる構造を有している。
導体基板としてのＳｉ基板に形成される半導体素子と、
Ｍｏ、Ｗ等の熱緩衝板と、Ｃｕ等からなる電極導出部材
とが重ね合わされて圧接されて構成されており、Ｓｉ基
板とＭｏ、Ｗ等の熱緩衝板、及び、熱緩衝板とＣｕ等か
らなる電極導出部材との異種金属間の熱膨張係数との違
いによって発生する熱応力を、これらの滑りにより逃す
ことができる構造を有している。
【０００３】しかし、この従来技術は、これらの部材界
面に対してよほど大きな加圧力を加えない限り、接触抵
抗が大きくなり、その結果、半導体装置の熱抵抗が大き
くなるという問題を有している。
面に対してよほど大きな加圧力を加えない限り、接触抵
抗が大きくなり、その結果、半導体装置の熱抵抗が大き
くなるという問題を有している。
【０００４】このような熱応力を緩和することのできる
従来技術として、例えば、特願昭５９−２１０３３号等
に記載された技術が知られている。
従来技術として、例えば、特願昭５９−２１０３３号等
に記載された技術が知られている。
【０００５】この従来技術は、熱応力を緩和する手段と
して、Ｍｏ、Ｗ等の熱緩衝板とＣｕ等の電極導出部材と
の間に、熱緩衝板側では熱膨張係数が熱緩衝板と同じ
で、Ｃｕ側ではＣｕと熱膨張係数が同じであるような熱
緩衝板を挿入するというものである。しかし、この従来
技術は、熱応力の発生をある程度回避することができる
が、接触抵抗に関しては加圧力をよほど大きくしない限
りその増大が避けられないものである。
して、Ｍｏ、Ｗ等の熱緩衝板とＣｕ等の電極導出部材と
の間に、熱緩衝板側では熱膨張係数が熱緩衝板と同じ
で、Ｃｕ側ではＣｕと熱膨張係数が同じであるような熱
緩衝板を挿入するというものである。しかし、この従来
技術は、熱応力の発生をある程度回避することができる
が、接触抵抗に関しては加圧力をよほど大きくしない限
りその増大が避けられないものである。
【０００６】そして、この従来技術は、加圧力を大きく
した場合、これらの部材界面、特に、Ｓｉ半導体主面上
のＡｌ電極とＭｏ、Ｗ等の熱緩衝板との間に生ずる凝着
（スティッキング）について配慮されていない。
した場合、これらの部材界面、特に、Ｓｉ半導体主面上
のＡｌ電極とＭｏ、Ｗ等の熱緩衝板との間に生ずる凝着
（スティッキング）について配慮されていない。
【０００７】また、接触抵抗を下げることのできる従来
技術として、例えば、実開昭５０−５４９７４号公報、
実開昭５０−１２０３７２号公報等に記載された技術が
知られている。
技術として、例えば、実開昭５０−５４９７４号公報、
実開昭５０−１２０３７２号公報等に記載された技術が
知られている。
【０００８】この従来技術は、Ｍｏ、Ｗ等の熱緩衝板と
接着されたＳｉ半導体の反対側のＡｌ電極と、Ｍｏ、Ｗ
等の熱緩衝板との間に軟金属を介在させて加圧する、あ
るいは、同様に一方の主電極がＭｏ、Ｗ等の熱緩衝板と
接着されたＳｉ半導体を用いた半導体装置において、装
置を形成する各部材の界面に金属箔を使用するというも
のである。
接着されたＳｉ半導体の反対側のＡｌ電極と、Ｍｏ、Ｗ
等の熱緩衝板との間に軟金属を介在させて加圧する、あ
るいは、同様に一方の主電極がＭｏ、Ｗ等の熱緩衝板と
接着されたＳｉ半導体を用いた半導体装置において、装
置を形成する各部材の界面に金属箔を使用するというも
のである。
【０００９】しかし、前述の従来技術は、合金型の半導
体装置であり、その大きなそりのために軟金属を界面に
挾んだ場合にも、接触抵抗を充分に低減することができ
ず、接触抵抗を下げるためには、大きな加圧力が必要と
なり、各部材と軟金属とのスティックを引き起し、半導
体Ｓｉの割れ、電流集中による軟金属の溶解、耐圧の劣
化等が生じる可能性のあるものである。
体装置であり、その大きなそりのために軟金属を界面に
挾んだ場合にも、接触抵抗を充分に低減することができ
ず、接触抵抗を下げるためには、大きな加圧力が必要と
なり、各部材と軟金属とのスティックを引き起し、半導
体Ｓｉの割れ、電流集中による軟金属の溶解、耐圧の劣
化等が生じる可能性のあるものである。
【００１０】図１０は前述した従来技術による合金型の
半導体装置の一例を示す断面図であり、ゲート・ターン
オフサイリスタの例である。図１０において、１はＳｉ
半導体、２はＡｌろう、３はＡｌ電極、４、５は熱緩衝
板、１０、１１は電極導出部材である。
半導体装置の一例を示す断面図であり、ゲート・ターン
オフサイリスタの例である。図１０において、１はＳｉ
半導体、２はＡｌろう、３はＡｌ電極、４、５は熱緩衝
板、１０、１１は電極導出部材である。
【００１１】図示従来技術は、Ｓｉ半導体１と熱緩衝板
５とがＡｌろう２により、高温（約７００°Ｃ）に加熱
されて接着され、Ｓｉ半導体１のＡｌ電極３側に熱緩衝
板４が載せられ、さらに、これらの上下に電極導出部材
６、７が配置され、これらの電極導出部材６、７を介し
て締め付けられて構成されている。このため、Ｓｉ半導
体１と熱緩衝板５とがＡｌろう２により接着された半導
体部材は、これらの熱膨張係数の差に基づいて生ずる熱
応力によりそりが生じる。
５とがＡｌろう２により、高温（約７００°Ｃ）に加熱
されて接着され、Ｓｉ半導体１のＡｌ電極３側に熱緩衝
板４が載せられ、さらに、これらの上下に電極導出部材
６、７が配置され、これらの電極導出部材６、７を介し
て締め付けられて構成されている。このため、Ｓｉ半導
体１と熱緩衝板５とがＡｌろう２により接着された半導
体部材は、これらの熱膨張係数の差に基づいて生ずる熱
応力によりそりが生じる。
【００１２】前記従来技術は、電極導出部材１０、１１
を介して締め付けることにより前記部材のそりを無く
し、全体を半導体装置として機能させるものであるが、
良好なデバイス特性を得るためには、例えば、直径６０
mmの素子の場合に、少なくとも３５００Ｋｇ、直径８０
mmの素子の場合に、４０００Ｋｇの加圧力で締めつける
必要がある。
を介して締め付けることにより前記部材のそりを無く
し、全体を半導体装置として機能させるものであるが、
良好なデバイス特性を得るためには、例えば、直径６０
mmの素子の場合に、少なくとも３５００Ｋｇ、直径８０
mmの素子の場合に、４０００Ｋｇの加圧力で締めつける
必要がある。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】大容量のサイリスタ、
ゲート・ターンオフサイリスタ等の大電力用半導体装置
において、その使用時の加圧力を低減させ、その状態に
おける諸特性の改善を図ることは極めて重要な課題であ
る。
ゲート・ターンオフサイリスタ等の大電力用半導体装置
において、その使用時の加圧力を低減させ、その状態に
おける諸特性の改善を図ることは極めて重要な課題であ
る。
【００１４】しかし、前述した従来技術による半導体装
置は、遮断耐量、過電流耐量、熱抵抗等の特性を改善し
ようとすると、加圧力を相当に高くしなければならず、
このため、半導体素子がゲート・ターンオフサイリスタ
等である場合、Ａｌ電極の変形によるゲート・カソード
の短絡、Ｃｕの電極導出部材の変形、各部材、特に、カ
ソードＡｌ電極と熱緩衝部材とのスティックによるＳｉ
半導体の割れ等が生じ、信頼性が低下するという問題点
を有している。
置は、遮断耐量、過電流耐量、熱抵抗等の特性を改善し
ようとすると、加圧力を相当に高くしなければならず、
このため、半導体素子がゲート・ターンオフサイリスタ
等である場合、Ａｌ電極の変形によるゲート・カソード
の短絡、Ｃｕの電極導出部材の変形、各部材、特に、カ
ソードＡｌ電極と熱緩衝部材とのスティックによるＳｉ
半導体の割れ等が生じ、信頼性が低下するという問題点
を有している。
【００１５】また、前述の従来技術は、加圧力の増大の
ためにこれらの半導体素子を含むシステムを大型化し、
一方、加圧力の低減が特性の低下を招くという問題点を
有している。
ためにこれらの半導体素子を含むシステムを大型化し、
一方、加圧力の低減が特性の低下を招くという問題点を
有している。
【００１６】本発明の目的は、前記従来技術の問題点を
解決し、低加圧力でも、諸特性に優れ、しかも、信頼性
の高い圧接型半導体装置及びこれを用いた電力変換装置
を提供することにある。
解決し、低加圧力でも、諸特性に優れ、しかも、信頼性
の高い圧接型半導体装置及びこれを用いた電力変換装置
を提供することにある。
【００１７】
【課題を解決するための手段】加圧力を大きくしなくて
も、軟質層により、接触抵抗を低減されるためには、従
来の合金型の半導体素子、すなわち、Ｓｉ半導体の主面
の片側に熱緩衝板を接着したものをベースとする半導体
素子はそりが大きいため使用することができない。この
ため、本発明は、合金型の半導体素子ではなく、全圧接
型の半導体素子を使用する。
も、軟質層により、接触抵抗を低減されるためには、従
来の合金型の半導体素子、すなわち、Ｓｉ半導体の主面
の片側に熱緩衝板を接着したものをベースとする半導体
素子はそりが大きいため使用することができない。この
ため、本発明は、合金型の半導体素子ではなく、全圧接
型の半導体素子を使用する。
【００１８】そして、本発明によれば前記目的は、Ｍ
ｏ、Ｗ等の熱緩衝板と合金接着していない全圧接型のＳ
ｉ半導体を用い、両主面を熱緩衝板、電極導出部材で挾
み、これらの間に軟質層を設けることにより達成され
る。
ｏ、Ｗ等の熱緩衝板と合金接着していない全圧接型のＳ
ｉ半導体を用い、両主面を熱緩衝板、電極導出部材で挾
み、これらの間に軟質層を設けることにより達成され
る。
【００１９】すなわち、前記本発明の目的は、圧接型構
造とすることにより、各部材のそり、変形を防止し、さ
らに、各部材界面の接触抵抗を低加圧力の状態で低抵抗
化するために、熱緩衝板をＳｉ半導体の各電極の主面側
に２枚ずつ設け、この２枚の熱緩衝板の間に周期率表の
ＩＢ族の金属により形成される軟質層を設けることによ
り達成される。
造とすることにより、各部材のそり、変形を防止し、さ
らに、各部材界面の接触抵抗を低加圧力の状態で低抵抗
化するために、熱緩衝板をＳｉ半導体の各電極の主面側
に２枚ずつ設け、この２枚の熱緩衝板の間に周期率表の
ＩＢ族の金属により形成される軟質層を設けることによ
り達成される。
【００２０】熱緩衝板をＳｉ半導体の各主面側に２枚ず
つ設けることにより、Ｓｉ半導体主面上のＡｌ電極との
熱緩衝板とがステイツキングした場合にもＳｉが割れる
ことがなく、熱緩衝板同士の界面の熱抵抗を、軟質金属
により低減することができる。
つ設けることにより、Ｓｉ半導体主面上のＡｌ電極との
熱緩衝板とがステイツキングした場合にもＳｉが割れる
ことがなく、熱緩衝板同士の界面の熱抵抗を、軟質金属
により低減することができる。
【００２１】また、前記本発明の目的は、熱緩衝板の数
を各主面に対し前述した２枚からそれぞれ１枚に減ら
し、これと軟質金属層と組み合せることにより、さら
に、熱緩衝板の表面に軟質層をめっき、蒸着等により直
接設けることにより達成される。
を各主面に対し前述した２枚からそれぞれ１枚に減ら
し、これと軟質金属層と組み合せることにより、さら
に、熱緩衝板の表面に軟質層をめっき、蒸着等により直
接設けることにより達成される。
【００２２】
【作用】全圧接型の半導体素子は、Ｓｉ半導体に他の部
材が合金されていないため、Ｓｉ半導体のそりが少ない
ため、各部材間を比較的低加圧力で接触させることがで
きる。しかし、各部材間が接着されていないため、各部
材界面での接触抵抗が大きい。
材が合金されていないため、Ｓｉ半導体のそりが少ない
ため、各部材間を比較的低加圧力で接触させることがで
きる。しかし、各部材間が接着されていないため、各部
材界面での接触抵抗が大きい。
【００２３】各部材の界面における接触抵抗を低減する
ため、本発明により設けられた各部材の界面に存在する
軟質層は、加圧力により変形し部材界面のすき間を埋
め、接触抵抗を低減する役割を果す。
ため、本発明により設けられた各部材の界面に存在する
軟質層は、加圧力により変形し部材界面のすき間を埋
め、接触抵抗を低減する役割を果す。
【００２４】本発明は、Ｓｉ半導体が全圧接型であるこ
と、軟質層を各部材の界面に設けることが不可欠であ
り、特に、ゲート・ターンオフサイリスタの場合、カソ
ード側のＡｌ電極と熱緩衝板との界面における遮断耐
量、過電流耐量等の電気特性が極めて重要である。この
ため、本発明では、軟質層がＡｌ電極と熱緩衝板との界
面、熱緩衝板と熱緩衝板との界面、及び、熱緩衝板と電
極導出部材との界面の少なくとも１つの界面に設ける必
要がある。
と、軟質層を各部材の界面に設けることが不可欠であ
り、特に、ゲート・ターンオフサイリスタの場合、カソ
ード側のＡｌ電極と熱緩衝板との界面における遮断耐
量、過電流耐量等の電気特性が極めて重要である。この
ため、本発明では、軟質層がＡｌ電極と熱緩衝板との界
面、熱緩衝板と熱緩衝板との界面、及び、熱緩衝板と電
極導出部材との界面の少なくとも１つの界面に設ける必
要がある。
【００２５】これにより、本発明は、加圧力をそれほど
大きくすることなく、接触抵抗、すなわち、熱抵抗を低
減することができ、スティックも生じにくくすることが
できる。
大きくすることなく、接触抵抗、すなわち、熱抵抗を低
減することができ、スティックも生じにくくすることが
できる。
【００２６】
【実施例】以下、本発明による圧接型半導体装置の実施
例を図面により詳細に説明する。図１は本発明の第１の
実施例の構成を示す断面図であり、サイリスタの例を示
すものである。図１において、６、７は熱緩衝板、８、
９は軟質層であり、他の符号は図１０の場合と同一であ
る。
例を図面により詳細に説明する。図１は本発明の第１の
実施例の構成を示す断面図であり、サイリスタの例を示
すものである。図１において、６、７は熱緩衝板、８、
９は軟質層であり、他の符号は図１０の場合と同一であ
る。
【００２７】図１に示す本発明の第１の実施例は、Ｓｉ
半導体１の両主面にＡｌ電極３が設けられて全圧接型の
半導体素子としてのサイリスタが構成されており、Ｓｉ
半導体１の両主面側に、Ｍｏ、Ｗ等による熱緩衝板４、
６、及び、５、７が設けられ、これらの熱緩衝板の間に
ＩＢ属の金属による軟質層８、９が設けられ、さらに、
電極導出部材１０、１１を介して前記各部材が圧接され
て構成されている。
半導体１の両主面にＡｌ電極３が設けられて全圧接型の
半導体素子としてのサイリスタが構成されており、Ｓｉ
半導体１の両主面側に、Ｍｏ、Ｗ等による熱緩衝板４、
６、及び、５、７が設けられ、これらの熱緩衝板の間に
ＩＢ属の金属による軟質層８、９が設けられ、さらに、
電極導出部材１０、１１を介して前記各部材が圧接され
て構成されている。
【００２８】このように構成される本発明の第１の実施
例は、Ｓｉ半導体１の両主面側に、熱緩衝板４と６、及
び、５と７がそれぞれ２枚ずつ存在し、これらの熱緩衝
板の間に軟質層８、９が存在しているので、Ａｌ電極３
と熱緩衝板６、及び、Ａｌ電極３と熱緩衝板７とがそれ
ぞれ凝着した場合にも、熱緩衝板４及び５の界面で相互
にすべるため、熱応力を発生させることのないものであ
る。
例は、Ｓｉ半導体１の両主面側に、熱緩衝板４と６、及
び、５と７がそれぞれ２枚ずつ存在し、これらの熱緩衝
板の間に軟質層８、９が存在しているので、Ａｌ電極３
と熱緩衝板６、及び、Ａｌ電極３と熱緩衝板７とがそれ
ぞれ凝着した場合にも、熱緩衝板４及び５の界面で相互
にすべるため、熱応力を発生させることのないものであ
る。
【００２９】しかし、硬度の高い熱緩衝板同士の界面で
の接触抵抗は極めて高いため、本発明は、この接触抵抗
を低減するため、前記熱緩衝板の界面、すなわち、熱緩
衝板４と６との間、及び熱緩衝板７と９との間にそれぞ
れ軟質層８及び９を存在させている。これにより、本発
明の第１の実施例は、低加圧力状態における接触抵抗を
低減することができる。
の接触抵抗は極めて高いため、本発明は、この接触抵抗
を低減するため、前記熱緩衝板の界面、すなわち、熱緩
衝板４と６との間、及び熱緩衝板７と９との間にそれぞ
れ軟質層８及び９を存在させている。これにより、本発
明の第１の実施例は、低加圧力状態における接触抵抗を
低減することができる。
【００３０】図２は本発明の第２の実施例の構成を示す
断面図であり、ゲート・ターンオフサイリスタの例を示
すものである。図の符号は図１の場合と同一である。
断面図であり、ゲート・ターンオフサイリスタの例を示
すものである。図の符号は図１の場合と同一である。
【００３１】この本発明の第２の実施例は、Ｓｉ半導体
１にゲート・ターンオフサイリスタを構成したものであ
り、その他の構成は、図１の場合と全く同一である。そ
して、この本発明の実施例においても、前述した本発明
の第１の実施例と同様な効果を得ることができる。
１にゲート・ターンオフサイリスタを構成したものであ
り、その他の構成は、図１の場合と全く同一である。そ
して、この本発明の実施例においても、前述した本発明
の第１の実施例と同様な効果を得ることができる。
【００３２】前述した本発明の第１及び第２の実施例
は、低加圧力で半導体装置の低熱抵抗化を図ることが可
能であり、また、低加圧力化することにより部材間の凝
着、偏加重等による部材の変形を防止することが可能で
あり、半導体装置そのものを小型化することができる。
さらに、このような半導体装置を使用して構成される電
力変換装置等の機器の小型化をも図ることができる。
は、低加圧力で半導体装置の低熱抵抗化を図ることが可
能であり、また、低加圧力化することにより部材間の凝
着、偏加重等による部材の変形を防止することが可能で
あり、半導体装置そのものを小型化することができる。
さらに、このような半導体装置を使用して構成される電
力変換装置等の機器の小型化をも図ることができる。
【００３３】前述した本発明の第１、第２の実施例は、
Ｓｉ半導体の両主面側にそれぞれ２枚の熱緩衝板を設け
るとして説明したが、半導体装置の低熱抵抗化をさらに
促進させるためには、前述の実施例の構造の熱緩衝板の
数を減少させるとよい。
Ｓｉ半導体の両主面側にそれぞれ２枚の熱緩衝板を設け
るとして説明したが、半導体装置の低熱抵抗化をさらに
促進させるためには、前述の実施例の構造の熱緩衝板の
数を減少させるとよい。
【００３４】図３は本発明の第３の実施例の構成を示す
断面図であり、この本発明の第３の実施例は、図２によ
り説明した本発明の第２の実施例における熱緩衝板７を
除去した構造としたものである。
断面図であり、この本発明の第３の実施例は、図２によ
り説明した本発明の第２の実施例における熱緩衝板７を
除去した構造としたものである。
【００３５】図４は本発明の第４の実施例の構成を示す
断面図であり、この本発明の第４の実施例は、図２によ
り説明した本発明の第２の実施例における熱緩衝板７を
除去すると共に、熱緩衝板５の上、すなわち、Ｓｉ半導
体側に軟質層９’をめっき、蒸着等により直接設けた構
造としたものである。
断面図であり、この本発明の第４の実施例は、図２によ
り説明した本発明の第２の実施例における熱緩衝板７を
除去すると共に、熱緩衝板５の上、すなわち、Ｓｉ半導
体側に軟質層９’をめっき、蒸着等により直接設けた構
造としたものである。
【００３６】図５は本発明の第５の実施例の構成を示す
断面図であり、この本発明の第５の実施例は、図４に示
した本発明の第４の実施例の構造から熱緩衝板６を除去
した構造としたものである。
断面図であり、この本発明の第５の実施例は、図４に示
した本発明の第４の実施例の構造から熱緩衝板６を除去
した構造としたものである。
【００３７】図６は本発明の第６の実施例の構成を示す
断面図であり、この本発明の第６の実施例は、図４によ
り説明した本発明の第４の実施例における熱緩衝板６を
除去すると共に、熱緩衝板４のＳｉ半導体側に軟質層
８’を直接設けた構造としたものである。
断面図であり、この本発明の第６の実施例は、図４によ
り説明した本発明の第４の実施例における熱緩衝板６を
除去すると共に、熱緩衝板４のＳｉ半導体側に軟質層
８’を直接設けた構造としたものである。
【００３８】図７は本発明の第２の実施例（図２）、第
３の実施例（図３）による構造及び従来技術（図１０）
の構造を持つ直径６０mmのゲート・ターンオフサイリス
タにおける熱抵抗と加圧力との関係を示す図である。
３の実施例（図３）による構造及び従来技術（図１０）
の構造を持つ直径６０mmのゲート・ターンオフサイリス
タにおける熱抵抗と加圧力との関係を示す図である。
【００３９】この図から判るように、従来技術の場合、
３０００Ｋｇ以上に加圧力を大きくしないと熱抵抗が飽
和しないのに対し、本発明の実施例の場合、２０００Ｋ
ｇ以上の力で加圧すれば、熱抵抗が飽和する。
３０００Ｋｇ以上に加圧力を大きくしないと熱抵抗が飽
和しないのに対し、本発明の実施例の場合、２０００Ｋ
ｇ以上の力で加圧すれば、熱抵抗が飽和する。
【００４０】そして、従来技術は、３０００Ｋｇの加圧
力で、Ａｌ電極に対する面圧が３Ｋｇ／mm2 程度となる
ので、半導体装置の運転、停止に基づく素子のヒートサ
イクルによって、Ａｌ電極が著しく変形し、ゲート・カ
ソード短絡等の問題を引き起す可能性がある。これに対
して、本発明の実施例は、２Ｋｇ／mm2 程度の加圧力で
よいため、Ａｌ電極の変形量を少なくすることができ
る。
力で、Ａｌ電極に対する面圧が３Ｋｇ／mm2 程度となる
ので、半導体装置の運転、停止に基づく素子のヒートサ
イクルによって、Ａｌ電極が著しく変形し、ゲート・カ
ソード短絡等の問題を引き起す可能性がある。これに対
して、本発明の実施例は、２Ｋｇ／mm2 程度の加圧力で
よいため、Ａｌ電極の変形量を少なくすることができ
る。
【００４１】図８は本発明の第１の実施例による構造及
び従来技術の構造を持つ直径６０mmのゲート・ターンオ
フサイリスタのゲート・トリガ電流の加圧力依存特性を
説明する図である。
び従来技術の構造を持つ直径６０mmのゲート・ターンオ
フサイリスタのゲート・トリガ電流の加圧力依存特性を
説明する図である。
【００４２】一般に、ゲート・ターンオフサイリスタの
ゲート・トリガ電流は、カソードのＡｌ電極と熱緩衝板
との真実接触面積に依存するが、この図から、従来技術
のゲート・ターンオフサイリスタは、ゲート・トリガ電
流の加圧力依存性が大きいのに対し、本発明の実施例
は、その加圧力依存性が少ないことが判る。
ゲート・トリガ電流は、カソードのＡｌ電極と熱緩衝板
との真実接触面積に依存するが、この図から、従来技術
のゲート・ターンオフサイリスタは、ゲート・トリガ電
流の加圧力依存性が大きいのに対し、本発明の実施例
は、その加圧力依存性が少ないことが判る。
【００４３】すなわち、本発明の実施例は、全圧接型の
半導体素子と軟質層との相乗効果により、カソードのＡ
ｌ電極と熱緩衝板との真実接触面積を大きくすることが
できており、これにより、優れた特性を得ることができ
る。
半導体素子と軟質層との相乗効果により、カソードのＡ
ｌ電極と熱緩衝板との真実接触面積を大きくすることが
できており、これにより、優れた特性を得ることができ
る。
【００４４】図９は本発明の実施例と従来技術とによる
ゲート・ターンオフサイリスタの遮断耐量を示したもの
である。ここでは、遮断耐量が４０００Ａの従来技術と
同一の素子を用い、本発明の実施例により半導体装置を
組み立てた場合の遮断耐量を示している。
ゲート・ターンオフサイリスタの遮断耐量を示したもの
である。ここでは、遮断耐量が４０００Ａの従来技術と
同一の素子を用い、本発明の実施例により半導体装置を
組み立てた場合の遮断耐量を示している。
【００４５】この図より、従来の合金型の方式であって
も、カソードのＡｌ電極と熱緩衝板との間に軟質層を設
けることにより、（ｂ）に示すように遮断耐量を増加さ
せることができるが、本発明の実施例の場合、（ｃ）〜
（ｅ）に示すように、さらに遮断耐量を大幅に増大させ
ることができることが判る。
も、カソードのＡｌ電極と熱緩衝板との間に軟質層を設
けることにより、（ｂ）に示すように遮断耐量を増加さ
せることができるが、本発明の実施例の場合、（ｃ）〜
（ｅ）に示すように、さらに遮断耐量を大幅に増大させ
ることができることが判る。
【００４６】前述した本発明の各実施例に使用される軟
質層としては、ＩＢ族のＣｕ、Ａｇ、Ａｕを主体とした
単層あるいはこれらを２層にした構造のものがよく、そ
の厚さは１０μｍ〜５００μｍの範囲であるのがよい。
また、その形状としては、箔あるいはめっき膜蒸着膜、
スパッタ膜等であってよい。
質層としては、ＩＢ族のＣｕ、Ａｇ、Ａｕを主体とした
単層あるいはこれらを２層にした構造のものがよく、そ
の厚さは１０μｍ〜５００μｍの範囲であるのがよい。
また、その形状としては、箔あるいはめっき膜蒸着膜、
スパッタ膜等であってよい。
【００４７】また、前述した本発明の各実施例における
電極導出部材１０、１１は、その内部に冷却液等が導入
されるように構成されており、強制的に半導体装置を冷
却することが可能である。
電極導出部材１０、１１は、その内部に冷却液等が導入
されるように構成されており、強制的に半導体装置を冷
却することが可能である。
【００４８】前述した本発明の各実施例によれば、従来
技術の場合に比較して、半導体装置に対する加圧力を１
／２に低減した場合にも、１．５倍の遮断耐量を得るこ
とができ、本発明の実施例による半導体装置を使用して
電力変換装置を構成した場合、その大きさを従来技術に
よる半導体装置を使用した場合の２／３程度に小型、軽
量化することができる。
技術の場合に比較して、半導体装置に対する加圧力を１
／２に低減した場合にも、１．５倍の遮断耐量を得るこ
とができ、本発明の実施例による半導体装置を使用して
電力変換装置を構成した場合、その大きさを従来技術に
よる半導体装置を使用した場合の２／３程度に小型、軽
量化することができる。
【００４９】以上、いくつかの本発明の実施例について
説明したが、本発明は、さらに多くの変形を行うことが
でき、例えば、Ｓｉ半導体の両主面側のそれぞれに設け
られる熱緩衝板をそれぞれ１枚とする構造でもよく、ま
た、熱緩衝板と電極導出部材との間に軟質層を設ける構
造であってもよい。
説明したが、本発明は、さらに多くの変形を行うことが
でき、例えば、Ｓｉ半導体の両主面側のそれぞれに設け
られる熱緩衝板をそれぞれ１枚とする構造でもよく、ま
た、熱緩衝板と電極導出部材との間に軟質層を設ける構
造であってもよい。
【００５０】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、半
導体装置を構成する全圧接型Ｓｉ半導体及び各部材の界
面に軟質層を設けることにより、加圧力を低減させた状
態で、各部材界面の接触抵抗の低減を図ることができ、
熱抵抗を従来技術に比較して約２０％低減させることが
でき、遮断耐量を１．５倍に向上させることができる。
導体装置を構成する全圧接型Ｓｉ半導体及び各部材の界
面に軟質層を設けることにより、加圧力を低減させた状
態で、各部材界面の接触抵抗の低減を図ることができ、
熱抵抗を従来技術に比較して約２０％低減させることが
でき、遮断耐量を１．５倍に向上させることができる。
【００５１】また、本発明による半導体装置を使用する
装置、システムの小型化を図ることができる。
装置、システムの小型化を図ることができる。
【図１】本発明の第１の実施例の構成を示す断面図であ
る。
る。
【図２】本発明の第２の実施例の構成を示す断面図であ
る。
る。
【図３】本発明の第３の実施例の構成を示す断面図であ
る。
る。
【図４】本発明の第４の実施例の構成を示す断面図であ
る。
る。
【図５】本発明の第５の実施例の構成を示す断面図であ
る。
る。
【図６】本発明の第６の実施例の構成を示す断面図であ
る。
る。
【図７】本発明の実施例の熱抵抗と加圧力との関係を示
す図である。
す図である。
【図８】本発明の実施例のゲート・トリガ電流の加圧力
依存特性を説明する図である。
依存特性を説明する図である。
【図９】本発明の実施例の遮断耐量を示説明する図であ
る。
る。
【図１０】従来技術による合金型の半導体装置の一例を
示す断面図である。
示す断面図である。
１ Ｓｉ半導体 ２ Ａｌろう ３ Ａｌ電極 ４〜７ 熱緩衝板 ８、９ 軟質層 １０、１１ 電極導出部材
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 二瓶 正恭 茨城県日立市久慈町4026番地 株式会社日 立製作所日立研究所内 (72)発明者 斉藤 高 茨城県日立市幸町三丁目１番１号 株式会 社日立製作所日立工場内 (72)発明者 桜田 修六 茨城県日立市幸町三丁目１番１号 株式会 社日立製作所日立工場内 (72)発明者 八尾 勉 茨城県日立市久慈町4026番地 株式会社日 立製作所日立研究所内
Claims (8)
- 【請求項１】 半導体基板の両主面に電極を有する半導
体素子と、該半導体素子を両主面から挾み、前記両主面
の電極のそれぞれに接触する熱緩衝板と、これらの熱緩
衝板を前記電極に圧接する電極導出部材とを備えて構成
される圧接型半導体装置において、前記半導体基板の両
主面の各主面側にそれぞれ２枚の熱緩衝板を備え、２枚
の熱緩衝板の間に、熱緩衝板より軟質の軟質層が配置さ
れていることを特徴とする圧接型半導体装置。 - 【請求項２】 半導体基板の両主面に電極を有する半導
体素子と、該半導体素子を両主面から挾み、前記両主面
の電極のそれぞれに接触する熱緩衝板と、これらの熱緩
衝板を前記電極に圧接する電極導出部材とを備えて構成
される圧接型半導体装置において、前記半導体基板の両
主面の一方の主面側に２枚の熱緩衝板を備え、２枚の熱
緩衝板の間に、熱緩衝板より軟質の軟質層が配置されて
おり、他方の主面側に１枚の熱緩衝板を備え、この１枚
の熱緩衝板と半導体基板の電極との間に、熱緩衝板より
軟質の軟質層が配置されていることを特徴とする圧接型
半導体装置。 - 【請求項３】 半導体基板の両主面に電極を有する半導
体素子と、該半導体素子を両主面から挾み、前記両主面
の電極のそれぞれに接触する熱緩衝板と、これらの熱緩
衝板を前記電極に圧接する電極導出部材とを備えて構成
される圧接型半導体装置において、前記半導体基板の両
主面の各主面側にそれぞれ１枚の熱緩衝板を備え、この
１枚の熱緩衝板と前記半導体基板の電極との間に、熱緩
衝板より軟質の軟質層が配置されていることを特徴とす
る圧接型半導体装置。 - 【請求項４】 前記半導体基板の電極に直接接する、あ
るいは、軟質層を介して接する少なくとも一方の熱緩衝
板の前記電極に対向する面に軟質層が直接設けられてい
ることを特徴とする請求項１、２または３記載の圧接型
半導体装置。 - 【請求項５】 前記電極導出部材と該部材に接する熱緩
衝板との間に熱緩衝板より軟質の軟質層が配置されてい
ることを特徴とする請求項１ないし４のうち１記載の圧
接型半導体装置。 - 【請求項６】 前記電極導出部材は直接冷却されている
ことを特徴とする請求項１ないし５のうち１記載の圧接
型半導体装置。 - 【請求項７】 前記軟質層の材料は周期律表のＩＢ族の
物質であることを特徴とする請求項１ないし６のうち１
記載の圧接型半導体装置。 - 【請求項８】 請求項１ないし７のうち１記載の圧接型
半導体装置を使用して構成されることを特徴とする電力
変換装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4062327A JPH05267491A (ja) | 1992-03-18 | 1992-03-18 | 圧接型半導体装置及びこれを使用した電力変換装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4062327A JPH05267491A (ja) | 1992-03-18 | 1992-03-18 | 圧接型半導体装置及びこれを使用した電力変換装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05267491A true JPH05267491A (ja) | 1993-10-15 |
Family
ID=13196933
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4062327A Pending JPH05267491A (ja) | 1992-03-18 | 1992-03-18 | 圧接型半導体装置及びこれを使用した電力変換装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH05267491A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE10352670A1 (de) * | 2003-11-11 | 2005-06-16 | eupec Europäische Gesellschaft für Leistungshalbleiter mbH | Elektrisches Bauelement |
| US6946730B2 (en) | 2001-04-25 | 2005-09-20 | Denso Corporation | Semiconductor device having heat conducting plate |
-
1992
- 1992-03-18 JP JP4062327A patent/JPH05267491A/ja active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6946730B2 (en) | 2001-04-25 | 2005-09-20 | Denso Corporation | Semiconductor device having heat conducting plate |
| US6963133B2 (en) * | 2001-04-25 | 2005-11-08 | Denso Corporation | Semiconductor device and method for manufacturing semiconductor device |
| DE10352670A1 (de) * | 2003-11-11 | 2005-06-16 | eupec Europäische Gesellschaft für Leistungshalbleiter mbH | Elektrisches Bauelement |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| EP0012770B1 (en) | Fluid cooled semiconductor device | |
| US7538436B2 (en) | Press pack power semiconductor module | |
| JPS6038867B2 (ja) | 絶縁型半導体装置 | |
| CN100385652C (zh) | 半导体装置 | |
| JPH05267491A (ja) | 圧接型半導体装置及びこれを使用した電力変換装置 | |
| JP2000049330A (ja) | 圧接型半導体装置及びそのリング状ゲート端子並びに電力応用装置 | |
| JPH0246742A (ja) | 圧接平型半導体装置 | |
| JPS639665B2 (ja) | ||
| JP3394000B2 (ja) | モジュール型半導体装置及びこれを用いた電力変換装置 | |
| JP3307145B2 (ja) | パワーチップキャリア及びこれを用いたパワー半導体装置 | |
| JPH11274185A (ja) | 圧接型半導体装置、及びこれを用いた変換器 | |
| JPH0234577A (ja) | セラミック−金属複合基板 | |
| JP3313649B2 (ja) | 半導体素子の製造方法、及びその製造方法により製造された半導体素子を組込んだ電力変換装置 | |
| JPH04355953A (ja) | 半導体装置およびそれに用いられる絶縁積層体並びにその半導体装置の製造方法 | |
| JP2000068297A (ja) | 加圧接触型半導体装置、及びこれを用いた変換器 | |
| JPH01169955A (ja) | 半導体装置 | |
| JP4123717B2 (ja) | チップ型半導体素子の製造方法 | |
| JPS58102532A (ja) | 半導体装置 | |
| JP2569109B2 (ja) | 圧接型半導体装置 | |
| JPH0223501B2 (ja) | ||
| JP2002270746A (ja) | 圧接型半導体装置およびその製造方法 | |
| JPH1197463A (ja) | 圧接型半導体装置 | |
| JPS62290163A (ja) | 半導体装置 | |
| CA1131793A (en) | Fluid cooled semiconductor device | |
| JPH07254669A (ja) | 圧接型半導体装置 |