(57)【要約】  本発明は、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。本発明のプレスパックパワー半導体モジュール用ばね電極（１０１）は、パワー半導体チップと接触する第１電極（１１）と、第１電極に対向して配置される第２電極（１２）と、第１電極（１１）および第２電極（１２）を接続し、第１電極（１１）および第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、第１電極（１１）および第２電極（１２）の対向面は５角形以上の多角形であり、第１電極（１１）の対向面の各辺とこれらの辺に対応する第２電極（１２）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。
2019043870.tif 000002
【特許請求の範囲】
【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）。
【発明の詳細な説明】
【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。
【図１】
2019043870.tif 000003
【図２】
2019043870.tif 000004
【図３】
2019043870.tif 000005
【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2019043870.tif 000009
【図８】
2019043870.tif 000010
【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
2019043870.tif 000017
【図１６】
2019043870.tif 000018
【国際調査報告】
2019043870.tif 000019
2019043870.tif 000020
2019043870.tif 000021
2019043870.tif 000022