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1. (WO2019043870) SPRING ELECTRODE FOR PRESS-PACK POWER SEMICONDUCTOR MODULE
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明 細 書

発明の名称 プレスパックパワー半導体モジュール用ばね電極

技術分野

0001  

背景技術

0002   0003  

先行技術文献

特許文献

0004  

発明の概要

発明が解決しようとする課題

0005   0006   0007   0008  

課題を解決するための手段

0009   0010   0011  

発明の効果

0012   0013   0014   0015  

図面の簡単な説明

0016  

発明を実施するための形態

0017   0018   0019   0020   0021   0022   0023   0024   0025   0026   0027   0028   0029   0030   0031   0032   0033   0034   0035   0036   0037   0038   0039   0040   0041   0042   0043   0044   0045   0046   0047   0048   0049   0050   0051   0052   0053   0054   0055   0056   0057   0058   0059   0060   0061   0062   0063   0064   0065   0066   0067   0068   0069   0070   0071   0072   0073   0074   0075   0076   0077   0078   0079   0080   0081   0082   0083   0084   0085   0086  

符号の説明

0087  

請求の範囲

1   2   3   4   5   6   7   8   9   10   11   12   13   14  

図面

1   2   3   4   5   6   7   8   9   10   11   12   13   14   15   16  

明 細 書

発明の名称 : プレスパックパワー半導体モジュール用ばね電極

技術分野

[0001]
 本発明は、プレスパックパワー半導体モジュール用のばね電極に関する。

背景技術

[0002]
 プレスパックIGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)モジュールなどのプレスパックパワー半導体モジュールは、内部に複数の半導体チップを有する(例えば特許文献1の図1)。これら複数の半導体チップは、上下方向から圧接されることにより電気的接続を得る。複数の半導体チップに均等に圧力を加えるためには、個々の半導体チップにばね構造と導電路の遊びとが必要である。この遊びを与えかつ電気的接続を保証する役割を果たすのがプレッシャパッドである。
[0003]
 プレッシャパッドは、通常電流に対する通電容量を大きくするため、一つの半導体チップに対して複数本用いられる場合がある。なお、プレッシャパッド間のばねは、通電性を有していてもインダクタンスとして機能するため、特に高周波に対しては高インピーダンスとなり電流は流れない。

先行技術文献

特許文献

[0004]
特許文献1 : 特表2004-528724号公報

発明の概要

発明が解決しようとする課題

[0005]
 プレスパック半導体モジュールは、半導体チップの短絡時に破壊することが懸念される。すなわち、半導体チップの短絡によってモジュール内部の導電路が断線し、断線部にアークが発生すると、アークによって加熱されることによりモジュール内部の雰囲気が膨張し、あるいは固体が気化してモジュールの故障に至る。
[0006]
 半導体チップの短絡時にモジュール内の導電路が断線する原理は次の通りである。半導体チップが短絡すると、短絡電流がプレッシャパッドを流れる。短絡電流は大電流であるため、短絡電流によるジュール発熱によりプレッシャパッドが溶断し、導電路が断線してアークが発生する。特に、短絡電流は高周波であるため、表皮効果によりプレッシャパッドのエッジ部分に集中し、特にこの部分が高温になり溶解が始まることが懸念される。また、プレッシャパッドに流れる短絡電流は同方向であるため、この間に電磁引力が発生し、プレッシャパッドを破壊し、導電路が断線することによりアークが発生して、モジュールが故障に至ることも考えられる。
[0007]
 よって、プレスパックパワー半導体モジュールには堅牢な構造を適用する必要があり、小型化または低価格化の阻害要因となっていた。
[0008]
 本発明は上述の問題点に鑑み、プレスパックパワー半導体モジュールにおいて、半導体チップの短絡時に導電路の断線を防ぐばね電極の提供を目的とする。

課題を解決するための手段

[0009]
 本発明の第1のパワー半導体モジュール用ばね電極は、パワー半導体チップと接触する第1電極と、第1電極に対向して配置される第2電極と、第1電極および第2電極を接続し、第1電極および第2電極の対向面の法線方向に可撓性を有するプレッシャパッドとを備え、第1電極および第2電極の対向面は5角形以上の多角形であり、第1電極の対向面の各辺とこれらの辺に対応する第2電極の対向面の各辺とは、プレッシャパッドにより並列接続される。
[0010]
 本発明の第2のパワー半導体モジュール用ばね電極は、パワー半導体チップと接触する第1電極と、第1電極に対向して配置される第2電極と、第1電極および第2電極を接続し、第1電極および第2電極の対向面の法線方向に可撓性を有するプレッシャパッドとを備え、プレッシャパッドは第1電極および第2電極の対向面の法線方向に円筒軸を有する円筒導体であり、円筒導体には、その両端を除き第1電極側から第2電極側に至る複数のスリットが形成される。
[0011]
 本発明の第3のパワー半導体モジュール用ばね電極は、パワー半導体チップと接触する第1電極と、第1電極に対向して配置される第2電極と、第1電極および第2電極を接続し、第1電極および第2電極の対向面の法線方向に可撓性を有するプレッシャパッドとを備え、プレッシャパッドは第1電極および第2電極を両端面とする仮想円筒の側面に沿って配置された複数の針金導体である。

発明の効果

[0012]
 本発明の第1のパワー半導体モジュール用ばね電極は、パワー半導体チップと接触する第1電極と、第1電極に対向して配置される第2電極と、第1電極および第2電極を接続し、第1電極および第2電極の対向面の法線方向に可撓性を有するプレッシャパッドとを備え、第1電極および第2電極の対向面は5角形以上の多角形であり、第1電極の対向面の各辺とこれらの辺に対応する第2電極の対向面の各辺とは、プレッシャパッドにより並列接続される。従って、パワー半導体チップの短絡時に発生する短絡電流が複数のプレッシャパッドに分岐して流れるため、1つのプレッシャパッドを流れる短絡電流が小さくなる。その結果、プレッシャパッドにおける発熱およびプレッシャパッド間の電磁引力が抑制され、プレッシャパッドすなわち導電路の断線を防ぐことができる。
[0013]
 本発明の第2のパワー半導体モジュール用ばね電極は、パワー半導体チップと接触する第1電極と、第1電極に対向して配置される第2電極と、第1電極および第2電極を接続し、第1電極および第2電極の対向面の法線方向に可撓性を有するプレッシャパッドとを備え、プレッシャパッドは第1電極および第2電極の対向面の法線方向に円筒軸を有する円筒導体であり、円筒導体には、その両端を除き第1電極側から第2電極側に至る複数のスリットが形成される。従って、パワー半導体チップの短絡時に発生する短絡電流がスリットにより分割された円筒導体の分割領域に分岐して流れるため、1つの分割領域を流れる短絡電流が小さくなる。その結果、分割領域における発熱および分割領域間の電磁引力が抑制され、分割領域すなわち導電路の断線を防ぐことができる。
[0014]
 本発明の第3のパワー半導体モジュール用ばね電極は、パワー半導体チップと接触する第1電極と、第1電極に対向して配置される第2電極と、第1電極および第2電極を接続し、第1電極および第2電極の対向面の法線方向に可撓性を有するプレッシャパッドとを備え、プレッシャパッドは第1電極および第2電極を両端面とする仮想円筒の側面に沿って配置された複数の針金導体である。従って、パワー半導体チップの短絡時に発生する短絡電流が複数の針金導体に分岐して流れるため、1つの針金導体を流れる短絡電流が小さくなる。その結果、針金導体における発熱および針金導体間の電磁引力が抑制され、針金導体すなわち導電路の断線を防ぐことができる。
[0015]
 本発明の目的、特徴、態様、および利点は、以下の詳細な説明と添付図面とによって、より明白となる。

図面の簡単な説明

[0016]
[図1] 短絡電流を説明する図である。
[図2] 実施の形態1のばね電極の構成を示す図である。
[図3] 実施の形態2のばね電極の構成を示す図である。
[図4] 実施の形態2の変形例のばね電極の構成を示す図である。
[図5] 実施の形態2の変形例のばね電極の要部拡大図である。
[図6] 実施の形態3のばね電極の構成を示す図である。
[図7] 実施の形態3の変形例のばね電極の構成を示す図である。
[図8] 実施の形態3の変形例のばね電極の構成を示す図である。
[図9] 実施の形態3の変形例のばね電極の構成を示す図である。
[図10] 実施の形態3の変形例のばね電極の構成を示す図である。
[図11] 実施の形態4のばね電極の構成を示す図である。
[図12] 実施の形態5のばね電極の構成を示す図である。
[図13] 実施の形態6のばね電極の構成を示す図である。
[図14] 実施の形態7のばね電極の構成を示す図である。
[図15] 実施の形態7の変形例のばね電極の構成を示す図である。
[図16] 実施の形態8のばね電極の構成を示す図である。

発明を実施するための形態

[0017]
 <前提技術>
 図1は、前提技術のプレスパック半導体モジュール100の構成図である。プレスパック半導体モジュール100は、ベースプレート1、パワー半導体チップ2、下部電極3、プレッシャパッド4、上部電極5およびカバープレート6を備えている。ベースプレート1の上面にはIGBTチップなどのパワー半導体チップ2が接合される。パワー半導体チップ2の上面には下部電極3が接合される。下部電極3の上面と上部電極5の下面との間には2つのプレッシャパッド4が並列に接続されている。上部電極5の上面はカバープレート6に接合されている。図1では、一つのパワー半導体チップ2に関わる構成のみを図示しているが、実際にはベースプレート1上に複数のパワー半導体チップ2が配置される。
[0018]
 パワー半導体チップ2が短絡すると、短絡電流Isがプレッシャパッド4を流れる。短絡電流は大電流であるため、短絡電流によるジュール発熱によりプレッシャパッド4が溶断し、導電路が断線してアークが発生する。特に、短絡電流は高周波であるため、表皮効果によりプレッシャパッド4のエッジ部分に集中し、特にこの部分が高温になり溶解が始まることが懸念される。また、2つのプレッシャパッド4に流れる短絡電流は同方向であるため、この間に電磁引力が発生し、プレッシャパッド4が破壊される。これにより、導電路が断線することによりアークが発生して、モジュールが故障に至ることも考えられる。
[0019]
 <実施の形態1>
 図2は、実施の形態1に係るばね電極101の構成図である。ばね電極101は、プレスパックパワー半導体モジュール用のばね電極であり、下部電極11、上部電極12およびプレッシャパッド13を備えている。下部電極11および上部電極12は、プレッシャパッド13を介して対向配置されている。下部電極11および上部電極12は共に正6角形の板状である。つまり、下部電極11および上部電極12の互いに対向する面(以下、「対向面」と称する)は正6角形であり6つの辺を有する。そして、下部電極11の6辺とこれら6辺に対応する上部電極12の6辺とが、それぞれ6つのプレッシャパッド13により接続されている。
[0020]
 プレッシャパッド13は下部電極11および上部電極12の対向面の法線方向に可撓性を有している。従って、プレッシャパッド13が撓むことにより下部電極11および上部電極12の距離は小さくなる。
[0021]
 図2には示していないが、下部電極11の下面または上部電極12の上面にはパワー半導体チップが接合される。すなわち、上部電極12にパワー半導体チップが接合される場合、上部電極12がパワー半導体チップと接触する第1電極として機能し、下部電極11が第1電極に対向して配置される第2電極として機能する。また、下部電極11にパワー半導体チップが接合される場合、下部電極11が第1電極として機能し、上部電極12が第2電極として機能する。
[0022]
 パワー半導体チップの短絡時に発生する短絡電流は、下部電極11と上部電極12の間を6つのプレッシャパッド13に分かれて流れるため、1つのプレッシャパッド13に流れる短絡電流はプレッシャパッド13の数に応じて小さくなる。従って、各プレッシャパッド13の発熱が抑制されると共に、プレッシャパッド13間に発生する電磁引力が低減する。
[0023]
 図2において下部電極11と上部電極12を正6角形の板状で示したが、これらの電極の対向面は5角形以上の多角形であれば良い。下部電極11および上部電極12の対向面が5角形以上のいずれの多角形であっても、プレッシャパッド13は、下部電極11における対向面の各辺と、上部電極12における対向面の対応する各辺とを接続する。このような構成であれば、短絡電流は下部電極11および上部電極12間を少なくとも5つ以上のプレッシャパッド13に分岐して流れるため、1つのプレッシャパッド13に流れる短絡電流がプレッシャパッド13の数に応じて小さくなる。この短絡電流の低減効果は、下部電極11と上部電極12の多角形の角数が大きく、それに伴いプレッシャパッド13の数が大きくなるほど大きい。
[0024]
 なお、下部電極11と上部電極12の対向面は正多角形でなくても、上述した短絡電流の低減効果は得られる。しかし、正多角形である場合には、各プレッシャパッド13が同じ大きさかつ等間隔で配置される。従って、各プレッシャパッド13を流れる短絡電流が同等になり、熱または電磁引力が各プレッシャパッド13で偏ることを防ぐことができる。
[0025]
 <実施の形態1の効果>
 実施の形態1のプレスパックパワー半導体モジュール用のばね電極101は、パワー半導体チップと接触する第1電極である下部電極11または上部電極12と、第1電極に対向して配置される第2電極である下部電極11または上部電極12と、第1電極および第2電極を接続し、第1電極および第2電極の対向面の法線方向に可撓性を有するプレッシャパッド13とを備え、第1電極および第2電極の対向面は5角形以上の同一の多角形であり、第1電極の対向面の各辺とこれらの辺に対応する第2電極の対向面の各辺とは、プレッシャパッド13により並列接続される。このような構成により、パワー半導体チップの短絡時に発生する短絡電流は、下部電極11と上部電極12との間を少なくとも5つのプレッシャパッド13に分岐して流れるため、一つのプレッシャパッド13あたりの短絡電流が小さくなる。従って、各プレッシャパッド13に発生する熱、およびプレッシャパッド13間に発生する電磁引力が低減され、各プレッシャパッド13の断線が抑制される。そのため、パワー半導体チップの短絡時にも、プレッシャパッド13の断線によるアークが発生せず、アークによる雰囲気の熱膨張がおこらないため、プレスパック半導体モジュールの故障を抑制することができる。従って、アークによる雰囲気の熱膨張に耐えるためプレスパック半導体モジュールに堅牢な構造を採用する必要がなく、プレスパック半導体モジュールの小型化と低価格化が実現する。
[0026]
 また、ばね電極101において、第1電極および第2電極の互いに対向する面を正多角形とすることにより、各プレッシャパッド13が同じ大きさかつ等間隔で配置される。従って、各プレッシャパッド13を流れる短絡電流が同等になり、熱または電磁引力が各プレッシャパッド13で偏ることを防ぐことができる。
[0027]
 <実施の形態2>
 図3は、実施の形態2に係るばね電極102の構成図である。ばね電極102はプレスパックパワー半導体モジュール用のばね電極であり、スリット15を有する円筒導体14を備える。図3には示されていないが、円筒導体14の上端は上部電極と接触し、下端は下部電極と接触する。
[0028]
 上部電極と下部電極は円筒導体14を介して対向配置され、円筒導体14により接続される。円筒導体14は、上部電極および下部電極の対向面の法線方向に円筒軸を有しており、上部電極および下部電極を接続する。
[0029]
 上部電極と下部電極のいずれかにパワー半導体チップが接合される。すなわち、上部電極にパワー半導体チップが接合される場合、上部電極がパワー半導体チップと接触する第1電極として機能し、下部電極が第1電極に対向して配置される第2電極として機能する。また、下部電極にパワー半導体チップが接合される場合、下部電極が第1電極として機能し、上部電極が第2電極として機能する。
[0030]
 スリット15は、円筒導体14の上端および下端を除き、上端側から下端側に至って形成される。スリット15は、円筒導体14の円筒軸方向に対して平行である。また、円筒導体14は円筒軸方向の圧接に対して可撓性を有するほど十分に薄く、プレスパック半導体モジュールにおけるプレッシャパッドとして機能する。
[0031]
 円筒導体14の表面はスリット15によって複数の分割領域14aに区分される。パワー半導体チップの短絡時に発生する短絡電流は、各分割領域14aに分岐して上部電極と下部電極の間を流れる。ここで、1つの分割領域14aを流れる短絡電流は分割領域14aの数、すなわちスリット15の数に応じて小さくなる。従って、分割領域14aにおける発熱が抑制されると共に、分割領域14a間に発生する電磁引力が低減される。
[0032]
 各分割領域14aは円筒導体14の円筒軸を中心とする同心円状に配置されるため、各スリット15が円筒導体14の周方向に関して等間隔に配置されれば、各分割領域14aの配置が均一になる。従って、各分割領域14aを流れる短絡電流が同等になり、熱または電磁引力が各分割領域14aで偏ることを防ぐことができる。
[0033]
 <実施の形態2の変形例>
 ばね電極102において、スリット15は円筒軸方向、すなわち図3における上下方向に設けられる。しかし、図4に示すばね電極103のように、スリット15は円筒の軸方向に対して斜めに形成されても良い。このような構成によれば、手前側の分割領域14aと、円筒軸についてこの分割領域14aと対称な位置にある奥側の分割領域14aとの対向面積が小さくなる。例えば、図5に示すように、図4の領域Aに相当する分割領域14aと、領域Aと円筒軸について対称な位置の分割領域14aである領域A´とは、領域Bにおいてのみ対向する。従って、短絡電流が領域Aおよび領域A´に流れたとき、両領域間に働く電磁引力が小さくなるため、ばね電極103の内側への収縮を抑制することができる。
[0034]
 <実施の形態2の効果>
 実施の形態2のプレスパックパワー半導体モジュール用のばね電極102,103は、パワー半導体チップと接触する第1電極である上部電極または下部電極と、第1電極に対向して配置される第2電極である上部電極または下部電極と、第1電極および第2電極を接続し、第1電極および第2電極の対向面の法線方向に可撓性を有するプレッシャパッドとを備える。プレッシャパッドは第1電極および第2電極の対向面の法線方向に円筒軸を有する円筒導体14であり、円筒導体14にはその両端を除き第1電極側から第2電極側に至る複数のスリット15が形成される。従って、パワー半導体チップの短絡時に発生する短絡電流は、スリット15により分割された円筒導体14の複数の分割領域14aに分岐して上部電極と下部電極の間を流れる。これにより、一つの分割領域14aに流れる短絡電流は小さくなるため、分割領域14aにおける発熱および分割領域14a間の電磁引力を抑制することができる。従って、分割領域14aすなわち導電路の断線を防ぎ、半導体モジュールの破壊を抑制することができる。
[0035]
 また、複数のスリット15が円筒導体14の周方向に関して等間隔に形成される場合には、各分割領域14aの配置が均一になるため、各分割領域14aを流れる短絡電流が同等になる。そのため、熱または電磁引力が各分割領域14aで偏ることを防ぐことができる。
[0036]
 また、複数のスリット15が円筒導体14の円筒軸方向に対して斜めに形成される場合、円筒導体14の手前側と奥側とで分割領域14aの対向面積が小さくなる。従って、短絡電流の発生時に両領域間に働く電磁引力が小さくなり、ばね電極103の内側への収縮が抑制される。
[0037]
 <実施の形態3>
 図6は、実施の形態3に係るばね電極104の構成図である。ばね電極104は、プレスパックパワー半導体モジュール用のばね電極であり、下部電極16、上部電極17および複数の針金導体18とを備える。
[0038]
 下部電極16および上部電極17は円板であり、針金導体18は下部電極16および上部電極17の外周を接続する。言い換えれば、針金導体18は下部電極16および上部電極17を両端面とする仮想円筒の側面に沿って配置される。
[0039]
 針金導体18は弾性を有しているため、ばね電極104は図6の上下方向、すなわち下部電極16および上部電極17の対向面の法線方向に可撓性を有する。つまり、針金導体18はプレスパック半導体モジュールにおけるプレッシャパッドとして機能する。
[0040]
 図6には示していないが、下部電極16の下面または上部電極17の上面にはパワー半導体チップが接合される。すなわち、上部電極17にパワー半導体チップが接合される場合、上部電極17がパワー半導体チップと接触する第1電極として機能し、下部電極16が第1電極に対向して配置される第2電極として機能する。また、下部電極16にパワー半導体チップが接合される場合、下部電極16が第1電極として機能し、上部電極17が第2電極として機能する。
[0041]
 パワー半導体チップの短絡時に発生する短絡電流は、下部電極16と上部電極17の間を複数の針金導体18に分岐して流れる。そのため、1つの針金導体18に流れる短絡電流は針金導体18の本数に応じて小さくなる。従って、各針金導体18における発熱が抑制されると共に、針金導体18間に発生する電磁引力が低減される。
[0042]
 針金導体18の直径は、例えば2mm以上である。短絡電流波形の周波数は最大で5kHzと想定される。5kHzの場合の表皮深さは0.92mmであるため、針金導体18の直径を2mm以上とすることにより、短絡電流に対する有効通電領域を確保することができる。
[0043]
 また、針金導体18は8本以上で、これらが下部電極16および上部電極17の中心を結ぶ軸に対して軸対称に配置されていることが望ましい。短絡電流の最大値は1MAと想定される。針金導体18の素材を銅、直径を2mm、本数を8とした場合、1MAの電流をばね電極104に通電しても針金導体18の温度は銅の溶解温度である1085℃に達しない。また、針金導体18を上記のように軸対称に配置することにより、各針金導体18に流れる電流が均等になるため、一部の針金導体18に電流が集中して高温になることが避けられる。
[0044]
 <実施の形態3の変形例>
 図6に示すように、ばね電極104において針金導体18は屈折部を持たない。しかし、図7に示すばね電極105のように、針金導体18は下部電極16または上部電極17の外周より外側に突出した屈折部18aを有しても良いし、図8に示すばね電極106におけるように、下部電極16または上部電極17の外周より内側に突出した屈折部18bを有しても良い。これにより、ばね電極の上下方向における可撓性が高くなる。
[0045]
 図6のばね電極104において、針金導体18は下部電極16および上部電極17の対向面の法線方向と平行である。しかし、図9に示すばね電極107におけるように、針金導体18は下部電極16および上部電極17の対向面の法線方向に対して斜めに配置されても良い。このような構成によれば、図4に示すばね電極103と同様、手前側の針金導体18と奥側の針金導体18との対向面積が小さくなる。従って、短絡電流が流れたときに針金導体18間に働く電磁引力が小さくなるため、ばね電極104の内側への収縮を抑制することができる。
[0046]
 また、図10に示すように、針金導体18はクロスして配置されても良い。さらに、図9または図10に示す針金導体18が、図7または図8に示す屈折部18a,18bを有しても良い。
[0047]
 <実施の形態3の効果>
 実施の形態3のプレスパックパワー半導体モジュール用のばね電極104は、パワー半導体チップと接触する第1電極である下部電極16または上部電極17と、第1電極に対向して配置される第2電極である下部電極16または上部電極17と、第1電極および第2電極を接続し、第1電極および第2電極の対向面の法線方向に可撓性を有するプレッシャパッドとを備え、プレッシャパッドは第1電極および第2電極を両端面とする仮想円筒の側面に沿って配置された複数の針金導体18である。従って、パワー半導体チップの短絡時に発生する短絡電流は複数の針金導体18に分岐して流れるため、一つの針金導体18を流れる短絡電流は小さくなる。これにより、各針金導体18における発熱と針金導体18間の電磁引力とを低減することができる。その結果、針金導体18の断線が抑制され、半導体モジュールの破壊が抑制される。
[0048]
 また、複数の針金導体18が屈折部18a,18bを有しても良い。この場合、ばね電極の上下方向における可撓性が高くなる。
[0049]
 また、複数の針金導体18は、下部電極16および上部電極17の対向面の法線方向に対して斜めに配置されても良い。この場合、手前側の針金導体18と奥側の針金導体18との対向面積が小さくなる。従って、短絡電流が流れたときに針金導体18間に働く電磁引力が小さくなるため、ばね電極104の内側への収縮を抑制することができる。
[0050]
 また、針金導体18の直径を2mm以上とすれば、周波数が5kHzの短絡電流に対する有効通電領域を針金導体18に確保することができる。
[0051]
 <実施の形態4>
 図11は、実施の形態4に係るばね電極108の構成図である。ばね電極108は、プレスパックパワー半導体モジュール用のばね電極であり、円筒導体14と内部ばね19とを備えている。円筒導体14にはスリット15が形成されている。また、円筒導体14の内には内部ばね19が挿入されている。すなわち、ばね電極108は、実施の形態2のばね電極102において、下部電極、上部電極および円筒導体14により囲まれた内部空間に内部ばね19が挿入されたものである。
[0052]
 内部ばね19は第1端部と第2端部とを有し、第1端部において上部電極または下部電極のいずれかと接続される。
[0053]
 円筒導体14内に内部ばね19を配置することにより、ばね電極108の可撓性を高めることができる。内部ばね19は1本でも複数本でも良い。また、内部ばね19はばね長より少し短い覆いに入れられた上で、円筒導体14の内部に配置されていても良い。このとき、ばね19にはコイルばねを使用することが望ましい。
[0054]
 図11は、実施の形態2のばね電極102にばね19を適用した例を示している。しかし、ばね19はここまでで説明されたばね電極101,103,104,105,106,107のいずれにも適用可能である。
[0055]
 <実施の形態4の効果>
 実施の形態4に係るプレスパックパワー半導体モジュール用のばね電極108は、実施の形態2に係るばね電極102の構成に加えて内部ばね19をさらに備える。内部ばね19は、第1電極である上部電極または下部電極、第2電極である上部電極または下部電極、およびプレッシャパッドである円筒導体14により囲まれた内部空間に設けられる。内部ばね19は第1端部と第2端部とを有し、第1端部において上部電極および下部電極のいずれかと接続される。以上の構成によれば、内部ばね19を設けることによりばね電極108の可撓性を高めることができる。
[0056]
 <実施の形態5>
 図12は、実施の形態5に係るばね電極109の構成図である。ばね電極109は、プレスパックパワー半導体モジュール用のばね電極であり、円筒導体14、絶縁体20、および内部ばね21を備えている。円筒導体14にはスリット15が形成されている。
[0057]
 図12には示されていないが、円筒導体14の上端は上部電極と接触し、下端は下部電極と接触する。上部電極、下部電極および円筒導体14により囲まれた内部空間には、絶縁体20と内部ばね21とが挿入されている。すなわち、ばね電極109は、実施の形態4のばね電極108の構成において、内部空間に内部ばねに加えて絶縁体20が挿入されたものである。
[0058]
 図12において、内部ばね21の第1端部は上部電極に接触し、第2端部は絶縁体20に接触する。絶縁体20は、内部ばね21の第2端部と下部電極との間に設けられる。但し、内部ばね21の第1端部が下部電極と接触し、絶縁体20が内部ばね21の第2端部と上部電極との間に設けられても良い。
[0059]
 内部ばね21のストロークは、絶縁体20が挿入された分だけ実施の形態4の内部ばね19のストロークよりも短い。そのため、内部ばね21に皿ばねを使用することが可能である。
[0060]
 <実施の形態5の効果>
 実施の形態5に係るプレスパックパワー半導体モジュール用のばね電極109は、上部電極、下部電極および円筒導体14により囲まれた内部空間において、内部ばね21の第1端部に接続されない第1電極または第2電極と内部ばね21の第2端部との間に設けられた絶縁体20を備える。従って、内部ばね21は絶縁体20の分だけストロークが短くなるため、皿ばねを用いることができる。
[0061]
 <実施の形態6>
 図13は、実施の形態6に係るばね電極110の構成図である。ばね電極110は、プレスパックパワー半導体モジュール用のばね電極であり、下部電極11、上部電極12、プレッシャパッド13、および導体ブロック22を備えている。
[0062]
 ばね電極110は、実施の形態1のばね電極101の構成に導体ブロック22を加えたものである。導体ブロック22は、下部電極11、上部電極12およびプレッシャパッド13により囲まれた内部空間に配置され、下部電極11と上部電極12のいずれかに接続される。
[0063]
 導体ブロック22は下部電極11および上部電極12の形状にあわせた六角柱である。導体ブロック22の下面が下部電極11と接触することにより、導体ブロック22は下部電極11と電気的に接続される。一方、導体ブロック22の上面と上部電極12との間には空間が有るため、ばね電極110は上下方向に伸縮することが可能となる。
[0064]
 なお、図13では、導体ブロック22の下面が下部電極11と接触しているが、上面が上部電極12と接触し、下面と下部電極11との間に空間が有っても良い。
[0065]
 短絡電流Isは各プレッシャパッド13を同方向(図13では上部電極12から下部電極11の方向)に流れるため、各プレッシャパッド13間には電磁引力が発生する。この電磁引力によりプレッシャパッド13すなわち導電路が断線し、断線箇所にアークが発生すると、半導体モジュールの破壊につながる。
[0066]
 プレッシャパッド13に短絡電流Isが流れると、導体ブロック22には短絡電流Isによる磁束を打ち消すように短絡電流Isと逆向きの渦電流Ieが流れる。短絡電流Isと渦電流Ieとの間には電磁斥力が発生するため、上述した電磁引力を低減する。これにより、プレッシャパッド13の断線による半導体モジュールの破壊が抑制される。
[0067]
 なお、短絡電流Isは高周波であるため、これにより導体ブロック22に励起される渦電流Ieも高周波であり、導体ブロック22の表面にしか流れない。従って、導体ブロック22は中空であっても良い。
[0068]
 <実施の形態6の変形例>
 図13において、導体ブロック22の上面と上部電極12との間には、ばね電極110が上下方向に伸縮するための空間が設けられている。この空間に内部ばね、例えば皿ばねを配置しても良い。これにより、ばね電極110の可撓性を高めることができる。
[0069]
 <実施の形態6の効果>
 実施の形態6に係るプレスパックパワー半導体モジュール用のばね電極110は、下部電極11、上部電極12およびプレッシャパッド13により囲まれた内部空間に設けられた導体ブロック22を備える。導体ブロック22は第1端面において下部電極11および上部電極12のいずれかと接続される。このような構成によれば、プレッシャパッド13に短絡電流が流れる際、導体ブロック22には逆向きの渦電流Ieが流れる。従って、短絡電流によりプレッシャパッド13間に発生する電磁引力を、渦電流Ieによる電磁斥力により低減することができる。その結果、プレッシャパッド13の断線による半導体モジュールの破壊が抑制される。
[0070]
 また、下部電極11、上部電極12およびプレッシャパッド13により囲まれた内部空間において、導体ブロック22の第2端面と、導体ブロック22の第1端面に接続されない下部電極11または上部電極12との間に内部ばねを設けても良い。これにより、ばね電極の可撓性を高めることができる。
[0071]
 <実施の形態7>
 図14は、実施の形態7に係るばね電極111の構成図である。ばね電極111は、プレスパックパワー半導体モジュール用のばね電極であり、円筒導体14と円柱形状の導体ブロック23とを備えている。円筒導体14にはスリット15が形成されている。すなわち、ばね電極111は実施の形態2のばね電極102の構成に導体ブロック23を加えたものである。
[0072]
 図14では示されていないが、円筒導体14の上端は上部電極に接触し、円筒導体14の下端は下部電極に接触する。導体ブロック23は、下部電極、上部電極および円筒導体14により囲まれた内部空間に挿入される。導体ブロック23の第1端面である底面が下部電極に接続されることにより、導体ブロック23は下部電極と電気的に接続される。一方、導体ブロック23の第2端面である上面と上部電極との間には空間が有り、この空間によりばね電極111は上下方向に伸縮することが可能となる。
[0073]
 図14では、導体ブロック23の下面が下部電極と接続されたが、導体ブロック23の上面が上部電極と接続されても良い。この場合、導体ブロック23の下面と下部電極との間には空間が設けられ、この空間によりばね電極111は上下方向に伸縮可能となる。
[0074]
 短絡電流Isはスリット15による円筒導体14の各分割領域14aを同方向(図14では上部電極から下部電極の方向)に流れるため、各プレッシャパッド13間には電磁引力が発生する。この電磁引力によりプレッシャパッド13すなわち導電路が断線し、断線箇所にアークが発生すると、半導体モジュールの破壊につながる。
[0075]
 各分割領域14aに短絡電流Isが流れると、導体ブロック23には短絡電流Isによる磁束を打ち消すように短絡電流Isと逆向きの渦電流Ieが流れる。短絡電流Isと渦電流Ieとの間には電磁斥力が発生するため、上述した電磁引力を低減する。これにより、分割領域14aの断線による半導体モジュールの破壊が抑制される。
[0076]
 なお、短絡電流Isは高周波であるため、これにより導体ブロック23に励起される渦電流Ieも高周波であり、導体ブロック23の表面にしか流れない。従って、導体ブロック23は中空であっても良い。
[0077]
 <実施の形態7の変形例>
 図14において、導体ブロック23の上面と上部電極との間には、ばね電極111が上下方向に伸縮するための空間が設けられている。図15に示すばね電極112のように、この空間に内部ばね24を配置しても良い。内部ばね24には例えば皿ばねを用いることができる。これにより、ばね電極112の可撓性を高めることができる。
[0078]
 <実施の形態7の効果>
 実施の形態7に係るプレスパックパワー半導体モジュール用のばね電極111は、下部電極、上部電極および円筒導体14により囲まれた内部空間に設けられた導体ブロック23を備える。導体ブロック23は第1端面において下部電極および上部電極のいずれかと接続される。このような構成によれば、円筒導体14の各分割領域14aに短絡電流が流れる際、導体ブロック23には逆向きの渦電流Ieが流れる。従って、短絡電流により分割領域14a間に発生する電磁引力を、渦電流Ieによる電磁斥力により低減することができる。その結果、分割領域14aの断線による半導体モジュールの破壊が抑制される。
[0079]
 また、下部電極、上部電極および円筒導体14により囲まれた内部空間において、導体ブロック23の第2端面と、導体ブロック23の第1端面に接続されない下部電極11または上部電極12との間に内部ばね24を設けても良い。これにより、ばね電極の可撓性を高めることができる。
[0080]
 <実施の形態8>
 図16は、実施の形態8に係るばね電極113の構成図である。ばね電極113は、プレスパックパワー半導体モジュール用のばね電極であり、下部電極11、上部電極12、プレッシャパッド13および下部電極25を備えている。すなわち、ばね電極113は実施の形態1に係るばね電極101に下部電極25を備えた構成である。
[0081]
 下部電極25は下部電極11の下面に接合される。下部電極25の底面は四角形であり、パワー半導体チップ(図示せず)との接合面となる。下部電極25と下部電極11の接合体が第1電極として機能する。
[0082]
 下部電極25の底面が四角形であることから、同じく四角形の主面を有するパワー半導体チップとの接合を容易に行うことができる。
[0083]
 下部電極25の下面の大きさは、パワー半導体チップの主面と同じ大きさか、あるいはパワー半導体チップの主面の大きさに所定の裕度を加えた大きさとする。これにより、ばね電極113の大きさを最小限にし、パワー半導体モジュール内の空間を効率よく利用することができる。
[0084]
 <実施の形態8の効果>
 実施の形態8に係るプレスパックパワー半導体モジュール用のばね電極113において、第1電極である下部電極25のパワー半導体チップとの接触面は四角形である。従って、同じく四角形の主面を有するパワー半導体チップとの接合を容易に行うことができる。
[0085]
 なお、本発明は、その発明の範囲内において、各実施の形態を自由に組み合わせたり、各実施の形態を適宜、変形、省略したりすることが可能である。
[0086]
 この発明は詳細に説明されたが、上記した説明は、すべての態様において、例示であって、この発明がそれに限定されるものではない。例示されていない無数の変形例が、この発明の範囲から外れることなく想定され得るものと解される。

符号の説明

[0087]
 11,16,25 下部電極、12,17 上部電極、13 プレッシャパッド、14 円筒導体、14a 分割領域、15 スリット、18 針金導体、18a,18b 屈折部、19,21,24 内部ばね、20 絶縁体、22,23 導体ブロック、101,102,103,104,105,106,107,108,109,110,111,112,113 ばね電極。

請求の範囲

[請求項1]
 パワー半導体チップと接触する第1電極(11)と、
 前記第1電極に対向して配置される第2電極(12)と、
 前記第1電極(11)および前記第2電極(12)を接続し、前記第1電極(11)および前記第2電極(12)の対向面の法線方向に可撓性を有するプレッシャパッドとを備え、
 前記第1電極(11)および前記第2電極(12)の対向面は5角形以上の多角形であり、
 前記第1電極(11)の対向面の各辺とこれらの辺に対応する前記第2電極(12)の対向面の各辺とは、前記プレッシャパッド(13)により並列接続される、
プレスパックパワー半導体モジュール用ばね電極(101)。
[請求項2]
 前記第1電極(11)および前記第2電極(12)の互いに対向する面は正多角形である、
請求項1に記載のプレスパックパワー半導体モジュール用ばね電極(101)。
[請求項3]
 パワー半導体チップと接触する第1電極と、
 前記第1電極に対向して配置される第2電極と、
 前記第1電極および前記第2電極を接続し、前記第1電極および前記第2電極の対向面の法線方向に可撓性を有するプレッシャパッドとを備え、
 前記プレッシャパッドは前記第1電極および前記第2電極の対向面の法線方向に円筒軸を有する円筒導体(14)であり、
 前記円筒導体(14)には、その両端を除き前記第1電極側から前記第2電極側に至る複数のスリット(15)が形成される、
プレスパックパワー半導体モジュール用ばね電極(102,103)。
[請求項4]
 前記複数のスリット(15)は前記円筒導体(14)の周方向に関して等間隔に形成される、
請求項3に記載のプレスパックパワー半導体モジュール用ばね電極(102,103)。
[請求項5]
 前記複数のスリット(15)は、前記円筒導体(14)の円筒軸方向に対して斜めに形成される、
請求項3又は4に記載のプレスパックパワー半導体モジュール用ばね電極(103)。
[請求項6]
 パワー半導体チップと接触する第1電極(16)と、
 前記第1電極に対向して配置される第2電極(17)と、
 前記第1電極(16)および前記第2電極(17)を接続し、前記第1電極(16)および前記第2電極(17)の対向面の法線方向に可撓性を有するプレッシャパッドとを備え、
 前記プレッシャパッドは前記第1電極(16)および前記第2電極(17)を両端面とする仮想円筒の側面に沿って配置された複数の針金導体(18)である、
プレスパックパワー半導体モジュール用ばね電極(104,105,106,107)。
[請求項7]
 前記複数の針金導体(18)は屈折部(18a,18b)を有する、
請求項6に記載のプレスパックパワー半導体モジュール用ばね電極(105,106)。
[請求項8]
 前記複数の針金導体(18)は、前記第1電極(16)および前記第2電極(17)の対向面の法線方向に対して斜めに配置される、
請求項6又は7に記載のプレスパックパワー半導体モジュール用ばね電極(107)。
[請求項9]
 前記複数の針金導体(18)は直径2mm以上である、
請求項6から8のいずれか1項に記載のプレスパックパワー半導体モジュール用ばね電極(104,105,106,107)。
[請求項10]
 前記第1電極、前記第2電極および前記プレッシャパッドにより囲まれた内部空間に設けられた内部ばね(19)をさらに備え、
 前記内部ばね(19)は第1端部と第2端部とを有し、前記第1端部において前記第1電極および前記第2電極のいずれかと接続される、
請求項1から9のいずれか1項に記載のプレスパックパワー半導体モジュール用ばね電極(108)。
[請求項11]
 前記内部空間において、前記内部ばね(21)の前記第1端部に接続されない前記第1電極または前記第2電極と前記内部ばね(21)の前記第2端部との間に設けられた絶縁体(22)をさらに備える、
請求項10に記載のプレスパックパワー半導体モジュール用ばね電極。
[請求項12]
 前記第1電極、前記第2電極および前記プレッシャパッドにより囲まれた内部空間に設けられた導体ブロック(22,23)をさらに備え、
 前記導体ブロック(22,23)は第1端部と第2端部とを有し、前記第1端部において前記第1電極および前記第2電極のいずれかと接続される、
請求項1から9のいずれか1項に記載のプレスパックパワー半導体モジュール用ばね電極(110,111)。
[請求項13]
 前記内部空間において、前記導体ブロック(23)の前記第2端部と、前記導体ブロック(23)の前記第1端部に接続されない前記第1電極または前記第2電極との間に設けられた内部ばね(24)をさらに備える、
請求項12に記載のプレスパックパワー半導体モジュール用ばね電極(112)。
[請求項14]
 前記第1電極(25)の前記パワー半導体チップとの接触面は四角形である、
請求項1から13のいずれか1項に記載のプレスパックパワー半導体モジュール用ばね電極(113)。

図面

[ 図 1]

[ 図 2]

[ 図 3]

[ 図 4]

[ 図 5]

[ 図 6]

[ 図 7]

[ 図 8]

[ 図 9]

[ 図 10]

[ 図 11]

[ 図 12]

[ 図 13]

[ 図 14]

[ 図 15]

[ 図 16]