JPH0799766B2 - 半導体素子 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、平板状半導体が金属基板上に直接的に又は間
挿された支持体の介在下に間接的にはんだ付けされかつ
平板状半導体がその上面に少なくとも１つの狭い面積に
制限された電気接続接点を有し、該接点からリード線が
半導体素子の外部接続導体に導びかれ、該導体が狭い面
積に制限された電気接続接点に配属されている形式の半
導体素子に関する。

従来の技術 平板状半導体が金属基体に直接はんだ付けされている半
導体素子は、例えば米国特許第3584265号明細書から公
知である。更に、平板状半導体を金属基板上に、導電性
材料から成りかつ基板と半導体と異なつた熱膨脹系数を
補償する目的を有する間挿された支持体を介して間接的
にはんだ付けすることも公知である。

更に、金属基板とはんだ付けすべき、平板状半導体の下
面が半導体の全面的電気接続接点を形成し、しかも平板
状半導体の上面に少なくとも１つの狭い面積に制限され
た電気接続接点が設けられており、該接点から、接続ピ
ンとして構成されていてもよくかつ半導体の上面の、狭
い面積に制限された接続接点に配属された半導体素子の
外部接続導体にリード線が導びかれている形式の半導体
素子も公知になつた。この場合、リード線の取付けはは
んだ技術又はボンデイング技術により実施することがで
きる。この種の半導体素子においては、平板状半導体を
はんだ付け工程前に型板を用いて基板に対して相対的に
位置を固定することが必要である。

外部接続導体から半導体の上面の接続接点に導かれるリ
ード線を半導体及び外部接続導体にはんだ付け技術で取
付ける場合には、確かに該接続導体に一定のばね特性を
持たせ、それにより半導体をはんだ付け工程時に弾性的
に圧着させる（米国特許第3720999号明細書）可能性が
生じる、従つて半導体を調整するために基板上で使用し
た型板をろう付け工程前に再び除去することができ、ひ
いてははんだ付け工程後の型板に関する離型問題が排除
される（米国特許第3689985号明細書、米国特許第37156
33号明細書及び米国特許第3711752号明細書）。しか
し、この方法は、平板状半導体及びその上面に設けられ
た接続接点が比較的大きな面積に構成されておりかつ従
つて基板に対する半導体の相対的位置決めに極端に高い
要求を課す必要が無い場合にのみ適用可能である。しか
も、この場合には、はんだ付け工程の前又はその間に型
板を除去した後の半導体の滑りを確実に排除することは
できない。

半導体素子の外部接続導体から該導体に配属された、半
導体の上面の接続接点に通じるリード線を半導体及び所
属の外部接続導体に取付ける（米国特許第4,128,802号
明細書）場合（このような事態は特に極めて小さな面積
の半導体又は著しく多くの接続接点を有するものの場合
に生じる）、この場合使用したボンデイングワイヤは、
半導体をその下面で基板にはんだ付けする場合には、該
はんだ付け工程の後で初めて半導体の上面に取付けるこ
とができる、それというのも該ワイヤは基板上で半導体
を固定するためにはんだ付け工程中には引出すことがで
きないからである。この場合には、基板上で半導体を調
整するために使用した型板は、はんだ付け工程後に初め
て再び取除くことができる。この場合には、大量生産に
おいて離型の問題が生じる。はんだ付け工程中に型板に
対して半導体が浮動すると、該反導体は引続いての冷却
工程において締付けられ、かつ型板を取外すと半導体の
縁部で結晶破壊が生じ、該現像が半導体の遮断性及び電
気的機能を劣化することがある。

発明が解決しようとする問題点 本発明の課題は、前記欠点を有していない、冒頭に記載
した形式の半導体素子を提供することであつた。

問題点を解決するための手段 前記課題は、冒頭に記載した形式の半導体素子におい
て、本発明により、前記接続導体が封入ガラスによって
絶縁されて金属基板を貫通案内されており、平板状半導
体が同様に金属基板上に直接的に又は間挿された支持体
の介在下に間接的にはんだ付けされた埋没はんだ型板の
切欠き内に嵌合されており、かつ金属基板に対して相対
的に埋没はんだ型板を位置固定するための手段がはんだ
型板と基板に設けられていることにより解決される。

発明の効果 前記公知技術に対して、本発明による半導体素子は、は
んだ付け工程に引続いた冷却工程において生じ得るはん
だ型板での平板状半導体の締付けがもはや有害ではない
という利点を有する。それというのも、この型板は、は
んだ付け工程後に再び取除かれる従来使用された型板と
は異なり、半導体素子の構成成分となるからである。本
発明による半導体素子を製造する方法の有利な１実施態
様によれば、埋没はんだ型板及び平板状の半導体を調整
するために、今やはんだ付け工程後に取除く際場合によ
つては埋没はんだ型板は損傷するが、但し円板状半導体
は損傷し得ない型板を使用することができる。その他の
利点は、特許請求の範囲の従属請求項から生じる。

実施例 次に図示の実施例につき本発明を詳細に説明する。

第１図及び第２図には、半導体素子が平面図及び断面図
で示されており、該半導体素子はトランジスタとして構
成された平板状半導体１を有する。半導体１はその下面
に第１の接続接点を有し、該接点は下面全体にわたつて
広がつている。この接続接点をもつて、半導体１は金属
基板２上にはんだ付けされており、該基板は半導体素子
のケーシング３の一部を形成しかつ同時にトランジスタ
として構成された平板状半導体１のためのコレクタ接続
部として役立つ。更に、ケーシング３の構成部材はカバ
ーキヤツプであり、該キヤツプは金属基板２上に溶接さ
れている。カバーキヤツプ４の上方部分は第１図では切
取られている。半導体１はその上面に２つの別の接続接
点を有し、これらのうちの一方はトランジスタのエミッ
タ接続部をかつ他方はトランジスタのベース接続部を形
成する。これらの上面に設けられた両者の接続接点から
夫々１本のリード線５が支柱状の接続導体６に導びか
れ、該接続導体は封入ガラス７を介して絶縁されて金属
基板２を貫通案内されている。第２図にだけ示されてい
る第３の支柱状接続導体６′は、基板２に突合せ溶接さ
れておりかつトランジスタの外部接続部を形成する。

平板状半導体１は金属基板２上にはんだ付けされた埋沈
はんだ型板９の切欠き８に嵌合されている。この場合、
切欠き８の一辺の長さは半導体１の一辺の長さよりも約
0.1mmだけ大きく選択されている。埋没はんだ型板９、
ひいては平板状半導体１を金属基板２上で調整すること
ができるように、はんだ型板９の外周に凹所10がかつ金
属基板２に２つの突起11が設けられている。凹所10と突
起11は、埋没はんだ型板９を金属基板２上に規定の位置
に不動に設置することができるように相互に配置されて
いる。第１図及び第２図の実施例においては、埋没はん
だ型板９は円形に形成されかつそれを包囲するカバーキ
ヤツプ４に対して同心的に配置されている。この場合、
両者の凹所10は埋没はんだ型板９の外周に相互に直径方
向で向かい合うようにかつ両者の突起11は金属基板２に
相応する位置に設けられている。

前記配置形式は例にすぎないと理解されるべきである。
凹所10は埋没はんだ型板９の外周の別位置に設けること
もでき、又ははんだ型板の内部に設けた、別様に構成し
た切欠きと交換することもできる。

平板状半導体１を受容する切欠き８の他に、埋没はんだ
型板９には２つの支柱状接続導体６を貫通させるために
夫々１つの別の切欠き12が設けられており、該切欠きは
丸形に形成されかつその直径は夫々、トランジスタの異
なつた接続部間の短絡が回避されるように、両者の接続
導体６を受容する封入ガラス７が入り込む余地が残るよ
うに選択されている。

埋没はんだ型板９は、円板状半導体１のために設けられ
た切欠き８の近くに２つの別の切欠き13を有している。
この切欠き13は、装置のはんだ付け前に、平板状半導体
１及び埋没はんだ型板９を金属ソケツト２にはんだ付け
するためのはんだストツクを成すはんだ成形体が嵌合さ
れていた所である。

第１図及び第２図に示した半導体素子は、以下のように
して製造することができる。

金属から成り、既に突起11及び封入ガラスのための孔を
備え、かつ既に同様に金属から成る支柱状接続導体６′
が突合せ溶接された基板２において、まずその上面全体
（突起状接続導体６′の上面を含めて）に、有利にはニ
ツケルから成る、耐食性のかつはんだ付け可能な金属層
を被覆する。次いで、支柱状接続導体６を金属基板２の
孔に封入しかつこうしてガラス封入物７を用いて基板２
を絶縁状態で貫通させる。

次いで、有利には銅から成りかつニツケルめつきした埋
没はんだ型板９を基板２の上に載せかつこの場合基板２
の突起11及び基板に設けられた凹所10を用いて基板２に
対して相対的に調整する。次いで、切欠き８に平板状半
導体１をかつ切欠き13に夫々第１図及び第２図に図示さ
れていないはんだ成形体を嵌込みかつそうして組立てた
装置をはんだ付け炉内を通過させる。

はんだ付け工程で、切欠き13内にはんだ成形体の形で嵌
込まれたはんだは溶融しかつ毛細管引力の作用を受けて
はんだ型板９及び平板状半導体１の下を移動し、かつこ
れらの両者の部分９及び１を同時に金属基板２にはんだ
付けする。

こうしてはんだ付された装置をはんだ付け炉から取出し
た後、別の工程で、平板状半導体１の表面の接続接点か
ら支柱状の接続導体６に通じるリード線５を取付ける。

こうして完全に接続された半導体素子に、引続きカバー
キヤツプをかぶせ、該キヤツプを金属基板２に溶接す
る。

もちろん、本発明は第１図及び第２図につき説明した装
置に制限されるものではない。唯一の半導体の代りに、
複数の半導体を同時に、該半導体の夫々のために個別の
切欠きを有する唯一の埋没はんだ型板を使用して金属基
板２にはんだ付けすることができる。また、単数又は複
数の半導体を埋没はんだ型板と一緒に金属基板２に対し
て電気的に絶縁する可能性も生じる。このことは装置
の、金属基板と半導体及びはんだ型板から成る系の間
に、例えばセラミツクから成る、絶縁板をはんだ付けす
ることにより行なうことができる。

第３図は、唯一の埋没はんだ型板９を使用して共通の金
属基板上に平板状半導体1,1′,1″をはんだ付けするこ
とができる装置の例を示す。このために、はんだ型板９
に切欠き8,8′,8″が設けられている。調整は、はんだ
型板９の別の切欠き10′に係合する、基板２に設けられ
た突起11によつて行なわれる。はんだ成形体を受容する
ためには、もう１つの切欠き13が役立つ。

第４図及び第５図は、本発明のもう１つの実施態様に基
づくはんだ付け前の製造途中の半導体素子を示す。この
実施例では、トランジスタとして構成された半導体１が
その下面全体に設けられたコレクタ接続部で金属基板２
上に絶縁されてはんだ付けされるように構成されてい
る。この場合絶縁のためには、両面に金属被覆が施され
た酸化ベリリウムから成るセラミツク板14が役立ち、該
セラミツク板は埋没はんだ型板９及び半導体１と、基板
２とから成る系の間にはんだ付けされる。セラミツク板
14の金属被覆は最も上の層として金被覆を有することが
できる。

この場合には、金属基板２に型板15を載せる。型板15の
切欠きに、まずはんだ成形体16を、引続きセラミツク板
14を嵌込み、こうしてセラミツク板14をはんだ成形体16
と接触させかつ型板15内に設けた切欠きを狭い周辺部を
残して完全に埋める。セラミツク板14の上に、外寸がセ
ラミツク板14のそれと正確に一致しかつ半導体１のため
の切欠き８及び別のはんだ成形体17のための切欠き13を
有する埋没はんだ型板９を載せる。セラミツク板14には
んだ型板９を載せた後、該型板に設けた切欠き８及び13
に半導体１及びはんだ成形体17を嵌込みかつ次いでこう
して組立てた系をはんだ付け炉内を通過させる。この際
に、既述の形式ではんだ付けが行なわれる。

はんだ成形体17の代りに、半導体１又は埋没はんだ型板
９の下に敷かれるはんだ成形体を使用するか、又は埋没
はんだ型板９及び／又は半導体１の夫々の下にはんだ層
を施す場合には、埋没はんだ型板９に切欠きを設ける必
要はない。

実施例１及び２の実施例との相違点は、この実施例では
金属基板２にはんだ付けされる半導体１が基板14に対し
てセラミツク板14によつて絶縁されることにある。この
ことは、半導体１の下面に位置するコレクタ接続部並び
にその上面に位置する電柱（ベース及びエミツタ接続
部）が系の上面から接続されるべきことを意味する、こ
のためには埋没はんだ型板９が使用される。このはんだ
型板９に、エミツタ及びベース接続のためと同様にコレ
クタ接続のために細い金属ワイヤをはんだ付け又は溶接
することができる。金属ワイヤをボンデイング技術（溶
接）で取付ける際には、埋没はんだ型板９にまずアルミ
ニウム又はニツケルから成る薄い層を、金属ワイヤをは
んだ付け技術で取付ける際にはニツケルから成る薄層を
施すことができる。

こうして製造された完成した構成素子は、第６図及び第
７図に示されている。この場合には、外部に案内された
リード線は全て、半導体１及び埋没はんだ型板９から構
成された系の上面から出発する。第１図及び第２図によ
る実施例におけると同様に、夫々リード線５はエミツタ
及びベース接点から、絶縁されて基板２を貫通案内され
た特別の支柱状接続導体６に導びかれている。第１図及
び第２図に基づく実施例とは異なり、コレクタもリード
線を介して接続されており、該リード線はこの場合も
５′で示されかつ埋没はんだ型板９から支柱状接続導体
６′に導びかれ、該接続導体は別の２つの支柱状接続導
体６と同様に封入ガラス７を介して絶縁されて基板２を
貫通案内されている。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の半導体素子の第１実施例の平面図、第
２図は第１図のII−II線に沿つた断面図、第３図は同第
２実施例を調整及びはんだ付けするための装置の平面
図、第４図は種々の部分を相互に調整するための型板を
有する、前組合せしかつまだはんだ付けしていない半導
体素子の断面図、第５図は第４図の装置の平面図、第６
図は、同第３実施例の平面図及び第７図は第６図のVII
−VII線に沿つた断面図である。 1,1′,1″……半導体、２……金属基板、３……ケーシ
ング、４……カバーキヤツプ、5,5′……リード線、6,
6′……接続導体、７……封入ガラス、8,8′,8″……切
欠き、９……埋没はんだ型板、10……凹所、10′……切
欠き、11……突起、12……切欠き、13……切欠き、14…
…支持体（セラミツク板）、15……型板、16,17……は
んだ成形体

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】平板状半導体（１）が金属基板（２）上に
   直接的に又は間挿された支持体（14）の介在下に間接的
   にはんだ付けされかつ平板状半導体（１）がその上面に
   少なくとも１つの狭い面積に制限された電気接続接点を
   有し、該接点からリード線（５）が半導体素子の外部接
   続導体（６）に導びかれ、該導体が狭い面積に制限され
   た電気接続接点に配属されている形式の半導体素子にお
   いて、前記接続導体（６）が封入ガラス（７）によって
   絶縁されて金属基板（２）を貫通案内されており、平板
   状半導体（１）が同様に金属基板（２）上に直接的に又
   は間挿された支持体（14）の介在下に間接的にはんだ付
   けされた埋没はんだ型板（９）の切欠き（８）内に嵌合
   されており、かつ金属基板（２）に対して相対的に埋没
   はんだ型板（９）を位置固定するための手段（10,10′;
   11）がはんだ型板（９）と基板（２）に設けられている
   ことを特徴とする半導体素子。
2. 【請求項２】平板状半導体（１）が金属基板（２）上
   に、間挿された支持体（14）の介在下にはんだ付けされ
   ており、該間挿された支持体（14）が電気絶縁性材料か
   ら成る、特許請求の範囲第１項記載の半導体素子。
3. 【請求項３】間挿された支持体（14）がセラミックから
   成る、特許請求の範囲第２項記載の半導体素子。
4. 【請求項４】間挿された支持体（14）と一緒にはんだ付
   けされた、平板状半導体（１）の下面が電気接続接点を
   形成し、埋没はんだ型板（９）が上記接続接点への給電
   体として役立ち、かつ該はんだ型板からリード線
   （５′）が半導体素子の外部接続導体（６′）に導びか
   れ、該接続導体が平板状半導体（１）の下面に取付けら
   れた電気接続接点に配属されている、特許請求の範囲第
   ２項又は第３項記載の半導体素子。
5. 【請求項５】基板（２）に、埋没はんだ型板（９）を位
   置固定するための手段である少なくとも１つの突起（1
   1）が設けられており、該突起が基板（２）に対して相
   対的なはんだ型板（９）の位置を固定する、特許請求の
   範囲第１項記載の半導体素子。
6. 【請求項６】基板（２）に、埋没はんだ型板（９）を位
   置固定するための手段である少なくとも２つの空間的に
   狭く制限された突起（11）が設けられており、該突起
   が、埋没はんだ型板（９）を位置固定するための手段で
   ある少なくとも２つの切欠き（10;10′）に嵌合し、該
   切欠きが埋没はんだ型板（９）に設けられている、特許
   請求の範囲第５項記載の半導体素子。
7. 【請求項７】複数の平板状半導体（1,1′,1″）を有し
   ており、該全半導体（1,1′,1″）のために共通の埋没
   はんだ型板（９）が設けられており、該はんだ型板が半
   導体（1,1′,1″）のそれぞれのために別々の切欠き
   （8,8′,8″）を有し、該切欠きに半導体（1,1′,1″）
   が嵌合されている、特許請求の範囲第１項から第６項ま
   でのいずれか１項記載の半導体素子。
8. 【請求項８】半導体（１）の上面から接続導体（６）に
   導びかれたリード線（５）が、細い金属線材から成って
   いる、特許請求の範囲第１項から第７項までのいずれか
   １項記載の半導体素子。
9. 【請求項９】はんだ型板（９）から接続導体（６′）に
   導かれたリード線（５′）が、細い金属線材から成って
   いる、特許請求の範囲第４項記載の半導体素子。