(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板と、該半導体基板の両面にそれぞれ配設された第１および第２の金属板と、前記半導体基板の外周縁を覆う絶縁コート部材と、前記半導体基板、前記第１および第２の金属板を内挿する絶縁筒と、外周が前記絶縁筒の内周に、一端部内周が前記第１の金属板の外周に、他端部内周が前記第２の金属板の外周にそれぞれ嵌合すると共に、前記絶縁コート部材を内包する内部空間を有し、前記第１および第２の金属板を前記絶縁筒と同心状に位置決めする絶縁性のガイドリングと、前記絶縁筒の両端にそれぞれ配設され、前記第１および第２の金属板をその軸方向に押圧すると共に、少なくとも前記半導体基板および前記ガイドリングを封止する一対の封止部材とを備え、前記絶縁筒内に不活性ガスを封入した圧接型半導体装置において、前記ガイドリングは、その端部の外側と前記内部空間とを連通する連通路が形成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】
請求項１記載の圧接型半導体装置において、連通路は、ガイドリングの端部における外周縁若しくはその近傍と、内周縁若しくはその近傍とに形成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】
請求項１または２記載の圧接型半導体装置において、ガイドリングは、外周が絶縁筒の内周に、一端部内周が第１の金属板の外周に嵌合する第１のガイドリング部材と、外周が前記第１のガイドリング部材の他端部内周に、一端部内周が第２の金属板の外周に嵌合する第２のガイドリング部材とからなることを特徴とする圧接型半導体装置。
【請求項４】
請求項１乃至請求項３の何れかに記載の圧接型半導体装置において、ガイドリングは弾性を備えた成形品であることを特徴とする圧接型半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、電力用の圧接型半導体装置に関し、特に、装置内における不活性ガス雰囲気を確保する構造に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図６は従来の圧接型半導体装置の一例を示す断面図、図７は図６に示した圧接型半導体装置の部分断面図である。図６、図７において、１は上主面には陰極およびゲートが、下主面には陽極が形成されているサイリスタ用半導体基板としてのシリコンウエハ、２は第１の金属板としての周知の陽極熱補償板であり、シリコンウエハ１より大径をなし、その陽極形成面と同心状にロー付され、シリコンウエハ１を補強している。３は第２の金属板としての陰極熱補償板であり、シリコンウエハ１より小径で、シリコンウエハ１の陰極形成面に当接されている。
【０００３】
４は陽極熱補償板２とロー付けされたシリコンウエハ１の外周縁に、端面表面処理後、耐電圧性向上のために塗布した絶縁ゴム材からなる絶縁コート部材、５は硬質絶縁物であるセラミックからなる絶縁筒、６は封止部材を兼ねる陽極用電極、７は、外周が絶縁筒５の内周に、下端側内周が陽極熱補償板２の外周に、上端側内周が陰極熱補償板３の外周にそれぞれ嵌合すると共に、絶縁コート部材４を内包する内部空間Ｓを有し、陽極熱補償板２および陰極熱補償板３を絶縁筒５と同心状に位置決めする、弾性及び絶縁性を有するガイドリングであり、シリコンゴムからなる。８はゲートリード線、９はガス置換のためのゲートパイプ、１０は封止部材を兼ねる陰極用電極である。
【０００４】
次に、従来の半導体装置の組立て方法を下記に示す。シリコンウエハ１の陽極が形成された下主面と陽極熱補償板２を同心状にロー付し、シリコンウエハ１の端面表面処理後に、その端面に絶縁コート部材４を塗布する。一方、絶縁筒５の下端部と陽極用電極６の外周部とを溶接し、陽極熱補償板２におけるシリコンウエハ１をロー付されていない側が陽極用電極６と当接するように装着する。
【０００５】
次に、ガイドリング７の外周と絶縁筒５の内周部とを嵌合させると共に、下端側内周と陽極熱補償板２の外周と嵌合させると共に、ガイドリング７の上端側内周と陰極熱補償板３の外周部とを嵌合させ、絶縁筒５の内周に対して陰極補熱償板３、シリコンウエハ１および陽極熱補償板２を同心状に位置決めする。
【０００６】
次に、ゲートリード線８の接続を行い、更に陰極用電極１０の外周部を絶縁筒５の上端部と溶接して絶縁筒５内を密閉する。次に、陽極用電極６と陰極用電極１０との間に１〜４ｔｏｎの圧力で加圧し、陽極用電極６と陽極熱補償板２との間、および、シリコンウエハ１と、陰極熱補償板３および陰極用電極１０との間を圧着させ、ゲートパイプ９から脱ガス、窒素等の不活性ガス（図示せず）とのガス置換を行って密封し、圧接型半導体装置を得る。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
従来の圧接型半導体装置は、以上のように構成されているので、ガイドリング７の内側に、半導体基板としてのシリコンウエハ１の外周縁に塗布された絶縁コート部材４を内包する内部空間Ｓが形成されるが、弾性を有するガイドリング７と第１の金属板としての陽極熱補償板２および第２の金属板としての陰極熱補償板３との嵌合部にはクリアランスがほとんどなく、内部空間Ｓが密閉状態となるが、絶縁筒５内ガスの不活性ガス（図示せず）との置換作業時に、ガイドリング７の内部空間Ｓ内に閉じ込められた空気を不活性ガス（図示せず）と置換できず、後工程の熱処理作業時に、空気中の酸素が絶縁コート部材４を通過してシリコンウエハ１に浸透し、シリコンウエハ１を酸化させてその耐電圧性能を劣化させる恐れがある等の問題点があった。
【０００８】
この発明は、上記のような問題点を解消するためになされたものであり、ガイドリングにおける、第１および第２の金属板との嵌合により形成された内部空間の活性ガスを不活性ガスと容易に置換でき、半導体基板の耐電圧性能劣化を防止できる圧接型半導体装置を得ることを目的とする。
【０００９】
また、上記ガイドリングを安価に製作できる圧接型半導体装置を得ることを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
第１の発明に係わる圧接型半導体装置は、半導体基板と、該半導体基板の両面にそれぞれ配設された第１および第２の金属板と、前記半導体基板の外周縁を覆う絶縁コート部材と、前記半導体基板、前記第１および第２の金属板を内挿する絶縁筒と、外周が前記絶縁筒の内周に、一端部内周が前記第１の金属板の外周に、他端部内周が前記第２の金属板の外周にそれぞれ嵌合すると共に、前記絶縁コート部材を内包する内部空間を有し、前記第１および第２の金属板を前記絶縁筒と同心状に位置決めする絶縁性のガイドリングと、前記絶縁筒の両端にそれぞれ配設され、前記第１および第２の金属板をその軸方向に押圧すると共に、少なくとも前記半導体基板および前記ガイドリングを封止する一対の封止部材とを備え、前記絶縁筒内に不活性ガスを封入した圧接型半導体装置において、前記ガイドリングに、その端部の外側と前記内部空間とを連通する連通路が形成されているものである。
【００１１】
第２の発明に係わる圧接型半導体装置は、第１の発明に係わる圧接型半導体装置において、連通路が、ガイドリングの端部における外周縁若しくはその近傍と、内周縁若しくはその近傍とに形成されているものである。
【００１２】
第３の発明に係わる圧接型半導体装置は、第１または第２の発明に係わる圧接型半導体装置において、ガイドリングが、外周が絶縁筒の内周に、一端部内周が第１の金属板の外周に嵌合する第１のガイドリング部材と、外周が前記第１のガイドリング部材の他端部内周に、一端部内周が第２の金属板の外周に嵌合する第２のガイドリング部材とからなるものである。
【００１３】
第４の発明に係わる圧接型半導体装置は、第１乃至第３の発明の少なくとも何れかに係わる圧接型半導体装置において、ガイドリングが弾性を備えた成形品であるものである。
【００１４】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
この発明の実施の形態１を図１に基づき説明する。図１は圧接型半導体装置の断面図、図２は図１は圧接型半導体装置の部分断面図である。図中、従来例と同じ符号で示されたものは従来例のそれと同一若しくは同等なものを示す。
【００１５】
図１、図２において、７０は、外周が絶縁筒５の内周に、下端側内周が陽極熱補償板２の外周に、上端側内周が陰極熱補償板３の外周にそれぞれ嵌合すると共に、絶縁ゴム材からなる絶縁コート部材４を内包する内部空間Ｓを有し、陽極熱補償板２および陰極熱補償板３を絶縁筒５と同心状に位置決めする弾性を有する絶縁ゴム材からなるガイドリングであり、その上端側における外側と内部空間Ｓとを連通する連通路としての貫通孔７０ａ、７０ｂが形成されている。
【００１６】
即ち、ガイドリング７０の内側には絶縁コート部材４を内包する内部空間Ｓが形成されているが、ガイドリング７０の上端側における外周部に、即ち、絶縁筒５の内周との嵌合面の上端部に、上端外周部と連なる円筒部の一部をくり抜くように貫通孔７０ａを形成し、ガイドリング７０の上端側内周部寄りに、即ち、陰極熱補償板３の外周との嵌合面の近傍に貫通孔７０ｂを形成している。従って、ガイドリング７０の内部空間Ｓ内は、最初は空気が充満され、酸素雰囲気にあるが、貫通孔７０ａ、７０ｂを通して外部へ強制排出し、窒素等の不活性ガス（図示せず）と完全に置換することができる。
【００１７】
なお、ガイドリング７０の上端側外周部に貫通孔７０ａを、内周部寄りに貫通孔７０ｂを形成しているので、盛上がった絶縁コート部材４により内部空間Ｓが分断されても、分断された両方の内部空間Ｓ内を不活性ガス（図示せず）で確実に置換することができる。
【００１８】
この結果として、内部空間Ｓが酸素雰囲気のままに放置されず、不活性ガス雰囲気に保持され、従って、酸素ガス等の活性ガス（図示せず）が絶縁コート部材４を貫通してシリコンウエハ１の周端部表面が酸化され、耐電圧性能が劣化する等の恐れがなく、高信頼性のものが得られる。
【００１９】
なお、貫通孔７０ａ、７０ｂは、ガイドリング７０の成形金型を、ガイドリング７０に貫通孔７０ａ、７０ｂが形成されるように加工しておくことにより、ガイドリング７０の成形加工時に貫通孔７０ａ、７０ｂを同時に形成できる。従って、ガイドリング７０は、貫通孔７０ａ、７０ｂが形成されたにもかかわらず、低コストで製造できる。
【００２０】
実施の形態２．
図３は、この発明の実施の形態２としての圧接型半導体装置におけるガイドリングの部分断面図である。圧接型半導体装置におけるその他の構成部品については実施の形態１に示したものと同一である。
【００２１】
図において、７１は、外周が絶縁筒５の内周に、下端側内周が陽極熱補償板２の外周に、上端側内周が陰極熱補償板３の外周にそれぞれ嵌合すると共に、絶縁コート部材４１を内包する内部空間Ｓを有し、陽極熱補償板２および陰極熱補償板３を絶縁筒５と同心状に位置決めする絶縁ゴム製のガイドリングであり、その上端側における外側と内部空間Ｓとを連通する貫通孔７１ａが形成されている。
【００２２】
即ち、ガイドリング７１の内側には絶縁コート部材４１を内包する内部空間Ｓが形成されているが、ガイドリング７１の上端側における外側と内部空間Ｓとを貫通する所定の内径を有する貫通孔７１ａが形成されている。従って、実施の形態１の場合と同様に、ガイドリング７１の内部空間Ｓ内は、貫通孔７１ａを通して窒素等の不活性ガス（図示せず）と置換することができる。
【００２３】
なお、ガイドリング７１の成形金型を、貫通孔７１ａが形成されるように加工しておくことにより、ガイドリング７１の成形加工時に貫通孔７１ａを同時に形成でき、加工穴数が少なくて済み、その分、成形加工が容易である。ガイドリング７１は実施の形態１における絶縁コート部材４に比較して絶縁コート部材４１の盛上りが小さく、内部空間Ｓを分断しない場合に適した構造である。
【００２４】
実施の形態３．
図４は、この発明の実施の形態３としての圧接型半導体装置におけるガイドリングの部分断面図である。図において、２２は陽極熱補償板であり、シリコンウエハ１と陽極熱補償板２２とはロー付されてなく、いわゆるアロイフリーの構成をなす。４２は、図１〜図３に示した絶縁コート部材４と同じ絶縁ゴム材からなるシリコンウエハ１の外周縁に塗布された絶縁コート部材であるが、陽極熱補償板２２の中段外周面２２ａと嵌合する内周面４２ａが形成されている。
【００２５】
７２は、外周が絶縁筒５の内周に、下端側内周が陽極熱補償板２の下段の外周に、上端側内周が陰極熱補償板３の外周にそれぞれ嵌合すると共に、絶縁コート部材４２を内包する内部空間ＳＡを有し、陽極熱補償板２２および陰極熱補償板３を絶縁筒５と同心状に位置決めする絶縁ゴム製のガイドリングであり、その上端側における外周部の外側と内部空間ＳＡとを連通する貫通孔７２ａと、陰極熱補償板３の外周部との嵌合面に連通溝７２ｂが形成されている。
【００２６】
即ち、ガイドリング７２が下端側内周にて陽極熱補償板２２の下段外周に、上端側内周にて陰極熱補償板３の外周にそれぞれ嵌合し、絶縁コート部材４２の内周面４２ａと陽極熱補償板２２の中段の外周面２２ａとが嵌合することにより、シリコンウエハ１、陽極熱補償板２２および陰極熱補償板３は、アロイフリータイプであっても絶縁筒５の内周と同心状に、容易に位置決めできる。
【００２７】
そして、絶縁コート部材４２を内包するガイドリング７２に形成された内部空間ＳＡは、ガイドリング７２の上端側に形成された貫通孔７２ａおよび連通溝７２ｂにて外部、即ち、絶縁筒５の内部空間と連通されているので、連通路の形成場所として最適であり、実施の形態１の場合と同様に、盛上がった絶縁コート部材４により内部空間ＳＡが分断されても、分断された両方の内部空間ＳＡ内を不活性ガス（図示せず）で確実に置換することができる。
【００２８】
しかも、連通路としての一方を連通溝７２ｂとしたので、ガイドリング７２の成形と同時加工する場合において、連通溝７２ｂの形成のための成形金型の製作が容易である効果がある。
【００２９】
実施の形態４．
図５は、この発明の実施の形態４としての圧接型半導体装置におけるガイドリングの部分断面図である。図において、２３は陽極熱補償板であり、シリコンウエハ１と陽極熱補償板２３とはロー付されてなく、いわゆるアロイフリーの構成をなす。４３は、図１〜図５に示した絶縁コート部材４、４２と同じ絶縁ゴム材からなるシリコンウエハ１の外周縁に塗布された絶縁コート部材であるが、陽極熱補償板２３、陰極熱補償板３の外周面２３ａ、３ａとそれぞれ嵌合する内周面４３ａ、４４ｂが形成されている。
【００３０】
７３Ａは、外周が絶縁筒５の内周に、下端側内周が陽極熱補償板２３の外周に嵌合する絶縁ゴム製のガイドリング部材、７３Ｂは、外周がガイドリング部材７３Ａの上端側内周に、上端側内周が陽極熱補償板２３の外周に嵌合する絶縁ゴム製のガイドリング部材であり、ガイドリング部材７３Ａ、７３Ｂにてガイドリング７３を構成する。
【００３１】
ガイドリング７３を構成するガイドリング部材７３Ａ、７３Ｂにて絶縁コート部材４３を内包する内部空間ＳＢを形成し、陽極熱補償板２３および陰極熱補償板３を絶縁筒５と同心状に位置決めする。そして、ガイドリング部材７３Ｂの上端側において、外側と内部空間ＳＢとを連通する連通路としての貫通孔７３ａが形成されている。
【００３２】
即ち、ガイドリング７３をガイドリング部材７３Ａ、７３Ｂにて構成し、軸方向に分割可能としたので、シリコンウエハ１の外径が陽極熱補償板２３および陰極熱補償板３の外径よりも大きい場合において、しかも、シリコンウエハ１と陽極熱補償板２３とがロー付けされていないアロイフリータイプであっても、シリコンウエハ１、陽極熱補償板２３および陰極熱補償板３を絶縁筒５の内周と同心状に位置決めできる。
【００３３】
そして、内部空間ＳＢは、貫通孔７３ａにて外部、即ち、絶縁筒５の内部空間と連通されているので、窒素等の不活性ガス（図示せず）との置換を容易に行うことができる。
【００３４】
以上のように、実施の形態１〜実施の形態４としての圧接型半導体装置においては、ガイドリング７０〜７３の上端側に、連通路としての貫通孔７０ａ〜７３ａや連通溝７２ｂを形成したので、ガイドリング内の内部空間Ｓ、ＳＡ、ＳＢのガスを窒素等の不活性ガス（図示せず）と完全に置換でき、長期間、安定した高信頼性の圧接型半導体装置を得る事ができる。
【００３５】
また、実施の形態１〜実施の形態４としての圧接型半導体装置においては、ガイドリング７０〜７３を、絶縁ゴム材にて成形したので、ガイドリング７０〜７３の成形時に貫通孔７０ａ〜７３ａや連通溝７２ｂを同時に形成でき、高信頼性の圧接型半導体装置を安価に製造できる。
【００３６】
【発明の効果】
第１の発明によれば、第１および第２の金属板を同心状に位置決めする絶縁性のガイドリングの一端部若しくは他端部の少なくとも何れかにおけるその外側と絶縁コート部材を内包する内部空間とを連通する連通路を形成したので、内部空間における活性ガスを連通路を介して不活性ガスと容易に置換でき、半導体基板の酸化による劣化を防止できる高信頼性のものが得られる効果がある。
【００３７】
また、第２の発明によれば、連通路として、ガイドリングの端部における外周縁若しくはその近傍と内周縁若しくはその近傍とにそれぞれ形成したので、内部空間に内包された絶縁コート部材により内部空間が分断されても内部空間に不活性ガスを容易に充填できるものが得られる効果がある。
【００３８】
また、第３の発明によれば、ガイドリングを、その外周が絶縁筒の内周に、一端部内周が第１の金属板の外周に嵌合する第１のガイドリングと、外周が前記第１のガイドリングの他端部内周に、一端部内周が第２の金属板の外周に嵌合する第２のガイドリングとから分割可能に構成し、かつ、第１のガイドリングおよび第２のガイドリングの少なくとも何れかの端部に絶縁コート部材を内包する内部空間と外部とを連通する連通路を形成したので、第１の金属板および第２の金属板の外径が共に半導体基板の外径より小径であっても、第１および第２の金属板を前記絶縁筒と同心状に位置決めできると共に、内部空間に不活性ガスを容易に充填できるものが得られる効果がある。
【００３９】
また、第４発明によれば、ガイドリングを弾性を備えた成形品で構成したので、連通路を成形時に同時に形成でき、低コストのものが得られる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】  この発明の実施の形態１としての圧接型半導体装置の断面図である。
【図２】  図１は圧接型半導体装置の部分断面図である。
【図３】  この発明の実施の形態２としての圧接型半導体装置の部分断面図である。
【図４】  この発明の実施の形態３としての圧接型半導体装置の部分断面図である。
【図５】  この発明の実施の形態４としての圧接型半導体装置の部分断面図である。
【図６】  従来の圧接型半導体装置の一例を示す断面図である。
【図７】  図６に示した圧接型半導体装置の部分断面図である。
【符号の説明】
１  シリコンウエハ、２  陽極熱補償板、３  陰極熱補償板、４、４１、４２、４３  絶縁コート部材、５  絶縁筒、６  陽極用電極、８  ゲートリード線、９ゲートパイプ、１０  陰極用電極、７０、７１、７２、７３  ガイドリング、７０ａ、７０ｂ、７１ａ、７２ａ、７３ａ  貫通孔、７２ｂ  連通溝。
【図１】
0003684834.tif 000002
【図２】
0003684834.tif 000003
【図３】
0003684834.tif 000004
【図４】
0003684834.tif 000005
【図５】
0003684834.tif 000006
【図６】
0003684834.tif 000007
【図７】
0003684834.tif 000008