(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
筒状の導体により構成され、かつ、側面が蛇腹状になるように径が長手方向に沿って変化する本体部（２）を備え、
前記本体部（２）は編組線により構成された、ばね電極。
【請求項２】
筒状の導体により構成され、かつ、側面が蛇腹状になるように径が長手方向に沿って変化する本体部（２）を備え、
前記本体部（２）の内部に配置されたばね（４）をさらに備えた、ばね電極。
【請求項３】
前記本体部（２）の内部において前記ばね（４）の上側または下側に配置された絶縁体ブロック（５）をさらに備えた、請求項２記載のばね電極。
【請求項４】
筒状の導体により構成され、かつ、側面が蛇腹状になるように径が長手方向に沿って変化する本体部（２）を備え、
前記本体部（２）の内部に配置された導体ブロック（６）をさらに備えた、ばね電極。
【請求項５】
前記本体部（２）の内部において前記導体ブロック（６）の上側または下側に配置されたばね（４）をさらに備えた、請求項４記載のばね電極。
【請求項６】
筒状の導体により構成され、かつ、側面が蛇腹状になるように径が長手方向に沿って変化する本体部（２）を備え、
前記本体部（２）の上端または下端に配置され、かつ、半導体チップ（１０）と接触可能な導体板（７）をさらに備え、
前記導体板（７）における前記半導体チップ（１０）との接触面は矩形形状である、ばね電極。
【請求項７】
前記導体板（７）における前記半導体チップ（１０）との前記接触面の平面視輪郭は、前記半導体チップ（１０）の平面視輪郭と同じである、請求項６記載のばね電極。
【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チップの上下方向の動きに自由度を有しながら、通電状態を維持するプレスパックパワー半導体モジュール用ばね電極に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
例えば特許文献１には、プレスパックパワー半導体モジュール（以下「半導体モジュール」ともいう）であるプレスパックＩＧＢＴモジュールが開示されている。プレスパックＩＧＢＴモジュールは、内部に複数のプレスパックパワー半導体チップ（以下「半導体チップ」ともいう）であるＩＧＢＴを有している。上部電極と下部電極により半導体チップを上下から圧接することにより、半導体チップは電気的接続を得ている。【０００３】
複数の半導体チップに均等に圧力を与えるため、個々の半導体チップにはばね構造と電導路の遊びが必要である。この遊びを与えかつ電気的接続を保証するためにプレッシャパッド（以下「ばね電極」ともいう）が設けられている。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に１つ設けられるが２つ設けられる場合もある。また、プレッシャパッド間のばねは、通電性がある場合でも、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、高周波電流である短絡電流は流れない。
【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ＩＧＢＴモジュールは、半導体チップの短絡時に破損することが懸念されている。これは、モジュール内部の電気路が断線し、断線間に発生したアークによって加熱されることにより、雰囲気が膨張または固体が気化して爆発することでプレスパックＩＧＢＴモジュールの破損に至る。【０００６】
半導体チップの短絡時にモジュール内部の電気路が断線する理由は以下の通りである。半導体チップの短絡が発生した場合、短絡電流は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解し、電気路が断線しアークが発生する。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短絡電流が集中し、この部分が高温になり溶解が始まることが懸念される。【０００７】
よって、プレスパックＩＧＢＴモジュールに堅牢な防爆構造を施す必要があり、プレスパックＩＧＢＴモジュールの小型化および低価格化の阻害要因となっていた。また、使用電流領域を制限する必要がある場合、および短絡保護を別途設ける必要がある場合もあった。【０００８】
そこで、本発明は、半導体チップの短絡時にばね電極が溶解して断線することを抑制可能な技術を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明に係るばね電極は、筒状の導体により構成され、かつ、側面が蛇腹状になるように径が長手方向に沿って変化する本体部を備え、前記本体部は編組線により構成されたものである。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、ばね電極は、筒状の導体により構成され、かつ、側面が蛇腹状になるように径が長手方向に沿って変化する本体部を備えた。したがって、ばね電極の本体部においてエッジ部分が存在しないため、半導体チップの短絡時にばね電極に流れる短絡電流の局所的集中を低減することができる。これにより、ばね電極が溶解して断線することを抑制できる。【００１１】
この発明の目的、特徴、局面、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】
【００１２】
【図１】実施の形態１に係るばね電極が半導体チップ上に配置された状態を示す斜視図である。
【図２】実施の形態１に係るばね電極の斜視図である。
【図３】実施の形態２に係るばね電極の斜視図である。
【図４】実施の形態３に係るばね電極の斜視図である。
【図５】実施の形態４に係るばね電極の斜視図である。
【図６】実施の形態５に係るばね電極の斜視図である。
【図７】実施の形態６に係るばね電極が半導体チップ上に配置された状態を示す斜視図である。
【図８】実施の形態６に係るばね電極の斜視図である。
【図９】前提技術に係るばね電極が上部電極および下部電極の間に配置された状態を示す斜視図である。
【図１０】前提技術に係るばね電極が上部電極および下部電極の間に配置された状態を示す正面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
＜前提技術＞
最初に、前提技術に係るばね電極１０１について説明する。図９は、前提技術に係るばね電極１０１が上部電極１０３および下部電極１０４の間に配置された状態を示す斜視図である。図１０は、ばね電極１０１が上部電極１０３および下部電極１０４の間に配置された状態を示す正面図である。
【００１４】
図９と図１０に示すように、ばね電極１０１は、導体により構成され、例えば板ばねを正面視にて六角形になるように長手方向と直交する方向に折り曲げた形状である。すなわち、ばね電極１０１は、正面視にて六角形形状である。上部電極１０３は、ばね電極１０１の上辺の上面に配置されている。ばね電極１０１の下辺は、下部電極１０４に搭載された半導体チップ１０２の上面に配置されている。すなわち、ばね電極１０１は、上部電極１０３と下部電極１０４との間に配置されている。
【００１５】
ばね電極１０１は、上記のように板ばねを折り曲げて構成されているため、エッジ部分１０１ａが存在する。ここで、エッジ部分１０１ａは板ばねの主面と側面とを繋ぐエッジである。半導体チップ１０２の短絡時に、図１０の矢印で示す方向に短絡電流は流れる。短絡電流は高周波であるため、前提技術では表皮効果によりばね電極１０１のエッジ部分１０１ａに短絡電流が集中し、エッジ部分１０１ａが高温になり溶解が生じていた。
【００１６】
実施の形態１に係るばね電極１は、このような問題を解決するものであり、以下に詳細に説明する。
【００１７】
＜実施の形態１＞
本発明の実施の形態１について、図面を用いて以下に説明する。図１は、実施の形態１に係るばね電極１が半導体チップ１０上に配置された状態を示す斜視図である。図２は、実施の形態１に係るばね電極１の斜視図である。
【００１８】
図１に示すように、ばね電極１は、半導体モジュール（図示参照）が備える半導体チップ１０の上面に配置され、上部電極（図示省略）と下部電極（図示省略）との間に配置されている。
【００１９】
図１と図２に示すように、ばね電極１は、本体部２を備えている。本体部２は、弾性を有する筒状の導体により構成されている。本体部２は、側面が蛇腹状になるように径が長手方向に沿って変化している。より具体的には、本体部２は、上から順番に小径部２ａ、大径部２ｂ、小径部２ａ、大径部２ｂ、および小径部２ａを有している。換言すると、本体部２は、提灯状の導体が２つ連なった形状を有している。また、本体部２は筒状であるため、本体部２の横断面は円形状または楕円形状である。
【００２０】
なお、本体部２は、１つまたは３つ以上の提灯状の導体により構成されてもよい。また、本体部２は、上から順番に大径部２ｂ、小径部２ａ、大径部２ｂを有していてもよい。本体部２の節の部分、すなわち、小径部２ａおよび大径部２ｂに、絶縁体または導体のリングを嵌め込んで本体部２の強度を増すことも可能である。
【００２１】
上記のように、本体部２は、半導体チップ１０の上面に配置され、かつ、上部電極と下部電極との間に配置されているため、半導体チップ１０は電気的接続を得ている。また、本体部２は、弾性を有する筒状の導体により構成されかつ蛇腹状であるため、上下方向に伸縮可能であり、かつ、通電能力が維持される。本体部２は上下方向に伸縮するため、半導体チップ１０が上下方向に動く。
【００２２】
短絡電流は高周波であるため、前提技術では、ばね電極１０１の特にエッジ部分１０１ａに電流が集中し、高温になることが懸念された。しかし、実施の形態１では、ばね電極１の本体部２は筒状であるため横断面は円形状または楕円形状である。そのため、本体部２にはエッジ部分が存在せず、短絡電流は本体部２の表面を均等に流れる。よって、本体部２において短絡電流の集中が回避され、電流密度が低減され、温度の上昇が抑制される。これにより、ばね電極１の溶解を回避することが可能になる。
【００２３】
以上のように、実施の形態１に係るばね電極１は、筒状の導体により構成され、かつ、側面が蛇腹状になるように径が長手方向に沿って変化する本体部２を備えた。したがって、ばね電極１の本体部２においてエッジ部分が存在しないため、半導体チップ１０の短絡時にばね電極１に流れる短絡電流の局所的集中を低減することができる。これにより、ばね電極１が溶解して断線することを抑制できる。
【００２４】
そのため、短絡時にばね電極１の断線によるアークの発生を抑制し、アークによる雰囲気が膨張または固体が気化して爆発することを抑制できる。よって、半導体モジュールに堅牢な防爆構造を施す必要がなく、半導体モジュールの小型化および低価格化を図ることが可能となる。
【００２５】
なお、本体部２は編組線により構成されてもよい。この場合、半導体チップ１０の上下方向の可動性がさらに向上する。
【００２６】
＜実施の形態２＞
次に、実施の形態２に係るばね電極１Ａについて説明する。図３は、実施の形態２に係るばね電極１Ａの斜視図である。なお、実施の形態２において、実施の形態１で説明したものと同一の構成要素については同一符号を付して説明は省略する。
【００２７】
図３に示すように、実施の形態２では、ばね電極１Ａは、本体部２およびばね４を備えている。ばね４は、本体部２の内部に配置されている。ばね４の長手方向の長さは、本体部２の長手方向の長さと同じであってもよいし、本体部２の長手方向の長さより短くてもよい。また、ばね４は、１つであってもよいし、複数のばねが上下方向に重ねられた状態で配置されてもよい。なお、ばね４はコイルばねが望ましい。
【００２８】
以上のように、実施の形態２に係るばね電極１Ａは、本体部２の内部に配置されたばね４をさらに備えたため、ばね電極１Ａの弾性力を増加させることができる。
【００２９】
＜実施の形態３＞
次に、実施の形態３に係るばね電極１Ｂについて説明する。図４は、実施の形態３に係るばね電極１Ｂの斜視図である。なお、実施の形態３において、実施の形態１，２で説明したものと同一の構成要素については同一符号を付して説明は省略する。
【００３０】
図４に示すように、実施の形態３では、ばね電極１Ｂは、本体部２、ばね４および絶縁体ブロック５を備えている。絶縁体ブロック５は、円柱状であり、本体部２の内部に配置されている。ばね４は、本体部２の内部において絶縁体ブロック５の上側に配置されている。なお、ばね４は、本体部２の内部において絶縁体ブロック５の下側に配置されてもよい。
【００３１】
以上のように、実施の形態３に係るばね電極１Ｂは、本体部２の内部においてばね４の上側または下側に配置された絶縁体ブロック５をさらに備えたため、ばね４のストロークを短くすることができる。これにより、ばね４として皿ばねの使用が可能となる。
【００３２】
＜実施の形態４＞
次に、実施の形態４に係るばね電極１Ｃについて説明する。図５は、実施の形態４に係るばね電極１Ｃの斜視図である。なお、実施の形態４において、実施の形態１〜３で説明したものと同一の構成要素については同一符号を付して説明は省略する。
【００３３】
図５に示すように、実施の形態４では、ばね電極１Ｃは、本体部２および導体ブロック６を備えている。導体ブロック６は、円柱状であり、本体部２の内部に配置されている。導体ブロック６の長手方向の長さは、本体部２の長手方向の長さより短く、本体部２の内部において導体ブロック６の上側に空間が設けられている。なお、導体ブロック６の上部が本体部２内の上部に接続されて、本体部２の内部において導体ブロック６の下側に空間が設けられていてもよい。
【００３４】
図５の黒抜きの矢印に示すように、ばね電極１Ｃに流れる電流は、全て同じ方向であるため、全体的には内側に引っ張る力が発生する。この内側に引っ張る力により、ばね電極１Ｃが破損し、電気的に断線して、アークが発生する可能性が考えられる。導体ブロック６が本体部２の内部に配置されることで、近接効果により、導体ブロック６の表面には、図５の白抜きの矢印に示すように、短絡電流と逆向きの渦電流が流れ、内側に引っ張る力が低減される。よって、ばね電極１Ｃの破損を抑制できる。
【００３５】
以上のように、実施の形態４に係るばね電極１Ｃは、本体部２の内部に配置された導体ブロック６をさらに備えたため、導体ブロック６に短絡電流とは逆向きの渦電流が流れる。これにより、ばね電極１Ｃに発生する電磁力が緩和され、ばね電極１Ｃの破損を抑制できる。
【００３６】
＜実施の形態５＞
次に、実施の形態５に係るばね電極１Ｄについて説明する。図６は、実施の形態５に係るばね電極１Ｄの斜視図である。なお、実施の形態５において、実施の形態１〜４で説明したものと同一の構成要素については同一符号を付して説明は省略する。
【００３７】
図６に示すように、実施の形態５では、ばね電極１Ｄは、本体部２、導体ブロック６およびばね４を備えている。導体ブロック６は、本体部２の内部に配置されている。導体ブロック６の長手方向の長さは、本体部２の長手方向の長さより短く、本体部２の内部において導体ブロック６の上側に空間が設けられている。ばね４は、本体部２の内部において導体ブロック６の上側の空間に配置されている。なお、導体ブロック６の上部が本体部２内の上部に接続されて、本体部２の内部において導体ブロック６の下側の空間にばね４が配置されてもよい。
【００３８】
以上のように、実施の形態５に係るばね電極１Ｄは、本体部２の内部において導体ブロック６の上側または下側に配置されたばね４をさらに備えたため、ばね電極１Ｄの弾性力がさらに増加する。
【００３９】
＜実施の形態６＞
次に、実施の形態６に係るばね電極１Ｅについて説明する。図７は、実施の形態６に係るばね電極１Ｅが半導体チップ１０上に配置された状態を示す斜視図である。図８は、ばね電極１Ｅの斜視図である。なお、実施の形態６において、実施の形態１〜５で説明したものと同一の構成要素については同一符号を付して説明は省略する。
【００４０】
図７と図８に示すように、実施の形態６では、ばね電極１Ｅは、本体部２および導体板７を備えている。導体板７は、本体部２の下端に配置され、かつ、半導体チップ１０と接触可能である。導体板７における半導体チップ１０との接触面、すなわち、下面は矩形形状である。半導体チップ１０の上面は矩形形状であるため、導体板７の下面は半導体チップ１０の上面と同じ形状である。また、導体板７の下面の平面視輪郭は半導体チップ１０の平面視輪郭と同じである。なお、導体板７は、本体部２の上端に配置され、導体板７の上面に半導体チップ１０が配置されてもよい。
【００４１】
以上のように、実施の形態６に係るばね電極１Ｅは、本体部２の上端または下端に配置され、かつ、半導体チップ１０と接触可能な導体板７をさらに備え、導体板７における半導体チップ１０との接触面は矩形形状である。したがって、導体板７における半導体チップ１０との接触面は半導体チップ１０と同形であるため、ばね電極１Ｅと半導体チップ１０との接続が容易になる。
【００４２】
導体板７における半導体チップ１０との接触面の平面視輪郭は、半導体チップ１０の平面視輪郭と同じである。したがって、導体板７の大きさ、ひいてはばね電極１Ｅの大きさが最適化されるため、半導体モジュール内の空間の有効利用が可能となる。
【００４３】
この発明は詳細に説明されたが、上記した説明は、すべての局面において、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。
【００４４】
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、省略することが可能である。
【符号の説明】
【００４５】
１，１Ａ，１Ｂ，１Ｃ，１Ｄ，１Ｅ  ばね電極、２  本体部、４  ばね、５  絶縁体ブロック、６  導体ブロック、７  導体板、１０  半導体チップ。
【図１】
0006758512.tif 000002
【図２】
0006758512.tif 000003
【図３】
0006758512.tif 000004
【図４】
0006758512.tif 000005
【図５】
0006758512.tif 000006
【図６】
0006758512.tif 000007
【図７】
0006758512.tif 000008
【図８】
0006758512.tif 000009
【図９】
0006758512.tif 000010
【図１０】
0006758512.tif 000011