CN111033725A - 弹簧电极 - Google Patents

Abstract

目的在于提供一种能够抑制在半导体芯片短路时弹簧电极熔化而断线的技术。弹簧电极(1)具有主体部(2)。主体部(2)由筒状的导体构成，并且，以主体部(2)的侧面成为波纹状的方式，主体部(2)的直径沿长度方向变化。由于在弹簧电极(1)的主体部(2)不存在边缘部分，因此能够降低在半导体芯片(10)短路时流过弹簧电极(1)的短路电流的局部集中。由此，能够抑制弹簧电极(1)熔化而断线。

Description

弹簧电极

技术领域

本发明涉及一种在压装(press pack)功率半导体芯片的上下方向的移动具有自由度的同时维持通电状态的压装功率半导体模块用弹簧电极。

背景技术

例如在专利文献1中公开了压装功率半导体模块(下面也称为“半导体模块”)即压装IGBT模块。压装IGBT模块在内部具有多个压装功率半导体芯片(下面也称为“半导体芯片”)即IGBT。通过由上部电极和下部电极从上下对半导体芯片进行压接，从而使半导体芯片得到电连接。

为了对多个半导体芯片均匀地施加压力，各个半导体芯片需要弹簧构造和导电通路的游隙。为了提供该游隙并且保证电连接，设置有压垫(下面也称为“弹簧电极”)。为了增大相对于通常电流的通电容量，压垫设置1个，但有时也设置2个。另外，压垫之间的弹簧即使在有导电性的情况下也作为电感起作用，因此特别是对于高频而成为高阻抗，不会流动作为高频电流的短路电流。

专利文献1：日本特表2004-528724号公报

发明内容

压装IGBT模块有可能在半导体芯片短路时破损。这是因为，模块内部的电路断线，由于在断线间产生的电弧而被加热，由此环境气体膨胀或者固体气化而爆炸，从而导致压装IGBT模块的破损。

在半导体芯片短路时模块内部的电路断线的理由如下。在发生了半导体芯片短路的情况下，短路电流流过压垫。由于短路电流是大电流，因此，由于短路电流引起的焦耳发热使得压垫熔化，电路断线而产生电弧。特别是，由于短路电流是高频，因此有可能由于集肤效应而使短路电流集中于压垫的边缘部分，该部分成为高温而开始熔化。

因此，需要对压装IGBT模块采取坚固的防爆构造，成为压装IGBT模块的小型化以及低价格化的阻碍要因。另外，有时需要对使用电流区域进行限制，有时还需要另外设置短路保护。

因此，本发明的目的在于提供一种能够抑制在半导体芯片短路时弹簧电极熔化而断线的技术。

本发明涉及的弹簧电极具有主体部，该主体部由筒状的导体构成，并且，以该主体部的侧面成为波纹状的方式，该主体部的直径沿长度方向变化。

发明的效果

根据本发明，弹簧电极具有主体部，该主体部由筒状的导体构成，并且，以该主体部的侧面成为波纹状的方式，该主体部的直径沿长度方向变化。因此，在弹簧电极的主体部不存在边缘(edge)部分，因此能够降低在半导体芯片短路时流过弹簧电极的短路电流的局部集中。由此，能够抑制弹簧电极熔化而断线。

本发明的目的、特征、方案以及优点通过下面的详细说明和附图变得更加明确。

附图说明

图1是表示实施方式1涉及的弹簧电极配置于半导体芯片之上的状态的斜视图。

图2是实施方式1涉及的弹簧电极的斜视图。

图3是实施方式2涉及的弹簧电极的斜视图。

图4是实施方式3涉及的弹簧电极的斜视图。

图5是实施方式4涉及的弹簧电极的斜视图。

图6是实施方式5涉及的弹簧电极的斜视图。

图7是表示实施方式6涉及的弹簧电极配置于半导体芯片之上的状态的斜视图。

图8是实施方式6涉及的弹簧电极的斜视图。

图9是表示前提技术涉及的弹簧电极配置于上部电极以及下部电极之间的状态的斜视图。

图10是表示前提技术涉及的弹簧电极配置于上部电极以及下部电极之间的状态的主视图。

具体实施方式

＜前提技术＞

首先，说明前提技术涉及的弹簧电极101。图9是表示前提技术涉及的弹簧电极101配置于上部电极103以及下部电极104之间的状态的斜视图。图10是表示弹簧电极101配置于上部电极103以及下部电极104之间的状态的主视图。

如图9和图10所示，弹簧电极101由导体构成，例如呈以在主视时成为六边形的方式将板簧向与长度方向正交的方向弯折后的形状。即，弹簧电极101在主视时呈六边形形状。上部电极103配置于弹簧电极101的上边的上表面。弹簧电极101的下边配置于在下部电极104搭载的半导体芯片102的上表面。即，弹簧电极101配置于上部电极103与下部电极104之间。

如上所述，弹簧电极101是将板簧弯折而构成的，因此，存在边缘部分101a。这里，边缘部分101a是将板簧的主面与侧面连接的边缘。在半导体芯片102短路时，在图10的箭头所示的方向上流过短路电流。由于短路电流是高频，因此在前提技术中，由于集肤效应，短路电流在弹簧电极101的边缘部分101a集中，边缘部分101a成为高温而发生熔化。

实施方式1涉及的弹簧电极1解决上述的问题，下面详细地进行说明。

＜实施方式1＞

下面，使用附图说明本发明的实施方式1。图1是表示实施方式1涉及的弹簧电极1配置于半导体芯片10之上的状态的斜视图。图2是实施方式1涉及的弹簧电极1的斜视图。

如图1所示，弹簧电极1配置于半导体模块(参照图示)所具有的半导体芯片10的上表面，配置于上部电极(省略图示)与下部电极(省略图示)之间。

如图1和图2所示，弹簧电极1具有主体部2。主体部2由具有弹性的筒状的导体构成。主体部2的直径以主体部2的侧面成为波纹状的方式沿长度方向变化。更具体而言，主体部2从上起依次具有小直径部2a、大直径部2b、小直径部2a、大直径部2b以及小直径部2a。换言之，主体部2具有两个灯笼状的导体相连而成的形状。另外，由于主体部2呈筒状，因此主体部2的横截面呈圆形状或椭圆形状。

此外，主体部2也可以由1个或者大于或等于3个灯笼状的导体构成。另外，主体部2也可以从上依次具有大直径部2b、小直径部2a、大直径部2b。也能够将绝缘体或导体的环嵌入至主体部2的节(joint)的部分即小直径部2a以及大直径部2b而增加主体部2的强度。

如上所述，由于主体部2配置于半导体芯片10的上表面并且配置于上部电极和下部电极之间，因此半导体芯片10得到电连接。另外，由于主体部2由具有弹性的筒状的导体构成并且呈波纹状，因此在上下方向上能够伸缩并且维持通电能力。由于主体部2在上下方向上伸缩，因此半导体芯片10在上下方向上移动。

由于短路电流是高频，因此在前提技术中，有可能电流在弹簧电极101的特别是边缘部分101a集中而成为高温。但是，在实施方式1中，由于弹簧电极1的主体部2呈筒状，因此横截面呈圆形状或者椭圆形状。因此，在主体部2不存在边缘部分，短路电流在主体部2的表面均匀地流过。因此，避免了短路电流集中于主体部2，降低了电流密度，抑制了温度上升。由此，能够避免弹簧电极1的熔化。

如上所述，实施方式1涉及的弹簧电极1具有主体部2，主体部2由筒状的导体构成，并且，以主体部2的侧面成为波纹状的方式，主体部2的直径沿长度方向变化。因此，在弹簧电极1的主体部2不存在边缘部分，因此，能够降低在半导体芯片10短路时流过弹簧电极1的短路电流的局部集中。由此，能够抑制弹簧电极1熔化而断线。

因此，能够抑制在短路时由弹簧电极1的断线引起的电弧的产生，抑制由电弧引起的环境气体膨胀或者固体气化而爆炸。因此，不需要对半导体模块采取坚固的防爆构造，能够实现半导体模块的小型化以及低价格化。

此外，主体部2也可以由编织线构成。在该情况下，半导体芯片10的上下方向的可动性进一步提高。

＜实施方式2＞

下面，说明实施方式2涉及的弹簧电极1A。图3是实施方式2涉及的弹簧电极1A的斜视图。此外，在实施方式2中，对与在实施方式1中说明的结构要素相同的结构要素标注相同的标号而省略说明。

如图3所示，在实施方式2中，弹簧电极1A具有主体部2以及弹簧4。弹簧4配置于主体部2的内部。弹簧4的长度方向的长度可以与主体部2的长度方向的长度相同，也可以短于主体部2的长度方向的长度。另外，弹簧4可以是1个，也可以是多个弹簧以在上下方向上重叠的状态配置。此外，弹簧4优选螺旋弹簧。

如上所述，实施方式2涉及的弹簧电极1A还具有在主体部2的内部配置的弹簧4，因此能够增大弹簧电极1A的弹力。

＜实施方式3＞

下面，说明实施方式3涉及的弹簧电极1B。图4是实施方式3涉及的弹簧电极1B的斜视图。此外，在实施方式3中，对与在实施方式1、2中说明的结构要素相同的结构要素标注相同的标号而省略说明。

如图4所示，在实施方式3中，弹簧电极1B具有主体部2、弹簧4以及绝缘体块5。绝缘体块5为圆柱状，配置于主体部2的内部。弹簧4在主体部2的内部配置于绝缘体块5的上侧。此外，弹簧4也可以在主体部2的内部配置于绝缘体块5的下侧。

如上所述，实施方式3涉及的弹簧电极1B在主体部2的内部还具有在弹簧4的上侧或者下侧配置的绝缘体块5，因此能够缩短弹簧4的行程。由此，能够使用碟形弹簧作为弹簧4。

＜实施方式4＞

下面，说明实施方式4涉及的弹簧电极1C。图5是实施方式4涉及的弹簧电极1C的斜视图。此外，在实施方式4中，对与在实施方式1～3中说明的结构要素相同的结构要素标注相同的标号而省略说明。

如图5所示，在实施方式4中，弹簧电极1C具有主体部2以及导体块6。导体块6为圆柱状，配置于主体部2的内部。导体块6的长度方向的长度短于主体部2的长度方向的长度，在主体部2的内部，在导体块6的上侧设置有空间。此外，也可以是导体块6的上部与主体部2内的上部连接，在主体部2的内部，在导体块6的下侧设置有空间。

如图5的黑色镂空箭头所示，由于流过弹簧电极1C的电流全部是相同方向，因此整体上产生向内侧拉拽的力。由于该向内侧拉拽的力，有可能使得弹簧电极1C破损，电气性地断线，产生电弧。通过将导体块6配置于主体部2的内部，从而由于邻近效应，如图5的白色镂空箭头所示在导体块6的表面流过与短路电流反向的涡电流，降低了向内侧拉拽的力。因此，能够抑制弹簧电极1C的破损。

如上所述，实施方式4涉及的弹簧电极1C还具有在主体部2的内部配置的导体块6，因此在导体块6流过与短路电流反向的涡电流。由此，能够缓和在弹簧电极1C产生的电磁力，抑制弹簧电极1C的破损。

＜实施方式5＞

下面，说明实施方式5涉及的弹簧电极1D。图6是实施方式5涉及的弹簧电极1D的斜视图。此外，在实施方式5中，对与在实施方式1～4中说明的结构要素相同的结构要素标注相同的标号而省略说明。

如图6所示，在实施方式5中，弹簧电极1D具有主体部2、导体块6以及弹簧4。导体块6配置于主体部2的内部。导体块6的长度方向的长度短于主体部2的长度方向的长度，在主体部2的内部，在导体块6的上侧设置有空间。弹簧4在主体部2的内部配置于导体块6的上侧的空间。此外，也可以是导体块6的上部与主体部2内的上部连接，在主体部2的内部，在导体块6的下侧的空间配置弹簧4。

如上所述，实施方式5涉及的弹簧电极1D还具有在主体部2的内部在导体块6的上侧或者下侧配置的弹簧4，因此弹簧电极1D的弹力进一步增大。

＜实施方式6＞

下面，说明实施方式6涉及的弹簧电极1E。图7是表示实施方式6涉及的弹簧电极1E配置于半导体芯片10之上的状态的斜视图。图8是弹簧电极1E的斜视图。此外，在实施方式6中，对与在实施方式1～5中说明的结构要素相同的结构要素标注相同的标号而省略说明。

如图7和图8所示，在实施方式6中，弹簧电极1E具有主体部2以及导体板7。导体板7配置于主体部2的下端，并且能够与半导体芯片10接触。导体板7的与半导体芯片10的接触面即下表面呈矩形形状。由于半导体芯片10的上表面呈矩形形状，因此导体板7的下表面与半导体芯片10的上表面是相同的形状。另外，导体板7的下表面的俯视轮廓与半导体芯片10的俯视轮廓相同。此外，也可以是导体板7配置于主体部2的上端，在导体板7的上表面配置半导体芯片10。

如上所述，实施方式6涉及的弹簧电极1E还具有在主体部2的上端或者下端配置并且能够与半导体芯片10接触的导体板7，导体板7的与半导体芯片10的接触面呈矩形形状。因此，由于导体板7的与半导体芯片10的接触面和半导体芯片10的形状相同，因此弹簧电极1E与半导体芯片10的连接变得容易。

导体板7的与半导体芯片10的接触面的俯视轮廓和半导体芯片10的俯视轮廓相同。因此，导体板7的大小以及弹簧电极1E的大小得到优化，因此，能够有效利用半导体模块内的空间。

虽然详细地说明了本发明，但上述说明在所有方面都是例示，本发明并不限定于此。可以理解为在不脱离本发明的范围的情况下能够想到未例示的无数变形例。

此外，本发明在其发明范围内，能够自由地对各实施方式进行组合，或者适当地对各实施方式进行变形、省略。

标号的说明

1、1A、1B、1C、1D、1E弹簧电极，2主体部，4弹簧，5绝缘体块，6导体块，7导体板，10半导体芯片。

Claims (8)

1.一种弹簧电极，其具有主体部(2)，该主体部(2)由筒状的导体构成，并且，以该主体部的侧面成为波纹状的方式，该主体部的直径沿长度方向变化。

2.根据权利要求1所述的弹簧电极，其中，

所述主体部(2)由编织线构成。

3.根据权利要求1或2所述的弹簧电极，其中，

还具有在所述主体部(2)的内部配置的弹簧(4)。

4.根据权利要求3所述的弹簧电极，其中，

还具有绝缘体块(5)，该绝缘体块(5)在所述主体部(2)的内部配置于所述弹簧(4)的上侧或者下侧。

5.根据权利要求1或2所述的弹簧电极，其中，

还具有在所述主体部(2)的内部配置的导体块(6)。

6.根据权利要求5所述的弹簧电极，其中，

还具有弹簧(4)，该弹簧(4)在所述主体部(2)的内部配置于所述导体块(6)的上侧或者下侧。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的弹簧电极，其中，

还具有导体板(7)，该导体板(7)配置于所述主体部(2)的上端或者下端并且能够与半导体芯片(10)接触，

所述导体板(7)的与所述半导体芯片(10)的接触面呈矩形形状。

8.根据权利要求7所述的弹簧电极，其中，

所述导体板(7)的与所述半导体芯片(10)的所述接触面的俯视轮廓和所述半导体芯片(10)的俯视轮廓相同。

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