JP2015133368A - 電力接続端子および電力用半導体装置 - Google Patents

Abstract

【課題】接続対象を制限することなく、インダクタンスを低減させることが可能な電力接続端子の提供。
【解決手段】モジュール側端子１０および機器側端子２０のそれぞれは、正極導体板と負極導体板（１１と１２、２１と２２）を対向させて平行平板を形成し、モジュール側端子１０と機器側端子２０の各正極導体板１１、２１、および各負極導体板１２、２２を対向させて電気的に接触させるとともに、対向する面に垂直な方向から見たときに、各正極導体板１１、２１間の接触の領域と、各負極導体板１２、２２間の接触の領域が重なる。
【選択図】図１

Description

本発明は、直流電力の経路に用いられる着脱自在の電力接続端子、およびこれを用いた電力用半導体装置に関する。

近年、電力用半導体装置は、一般産業用、電鉄用のみならず車載用にも広く使用されるようになってきた。しかし、電力用半導体装置（モジュール）と外部機器との電気接続では、正極導体と負極導体とが異なる位置で個々にねじ締め接続する構造であった。そのため、接続部のインダクタンスが大きくなるとともに、接続工程が煩雑であった。

そこで、モジュールと外部機器との電気接続に、負極導電板と絶縁体と正極導電板を積層した状態で延伸した端子を用い、平行平板を形成してインダクタンスの低減を図った半導体装置（モジュール）が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。

特開２００２−４４９６４号公報（段落００２１〜００２５、図１〜図２、段落００３６〜００３９、図４〜図６）

しかしながら、上記文献に記載されたモジュールのうち、外部機器と接続するための端子がモジュールに一体化されている例では、接続相手が特化され、用途に応じてモジュール自体の仕様を変更する必要があった。一方、モジュールと外部機器との経路中に接続構造を設けた例も示されているが、ここでも正極導体板、負極導体板を個々にねじ締め接続する構造であった。そのため、接続相手は制限されないものの、接続部においてインダクタンスが増大し、ターンオフ時のサージが大きくなることやターンオフの損失増大などが懸念される。つまり、接続対象の選択の自由度とインダクタンスの低減を両立させることが困難であった。

この発明は、上記のような問題点を解決するためになされたものであり、接続対象を制限することなく、インダクタンスの低減が可能な電力接続端子を得ることを目的としている。

本発明にかかる電力接続端子は、着脱自在に構成された第一端子と第二端子を備えた直流用の電力接続端子であって、前記第一端子および前記第二端子のそれぞれは、正極導体板と負極導体板を対向させて平行平板を形成し、前記第一端子と前記第二端子の各正極導体板、および各負極導体板を対向させて電気的に接触させるとともに、対向する面に垂直な方向から見たときに、前記各正極導体板間の接触の領域と、前記各負極導体板間の接触の領域が重なることを特徴とする。

この発明によれば、正極と負極の電流経路が、接続部分においても対称となるように構成されているので、接続対象を自由に選択でき、配線インダクタンスの大幅な低減が可能な電力接続端子を得ることができる。とくに、この電力接続端子の一方を備えた電力用半導体装置は、インダクタンスを増大させることなく、外部機器と自由に接続が可能となる。

本発明の実施の形態１にかかる電力接続端子を構成するモジュール側端子と機器側端子のそれぞれの部分断面図である。 本発明の実施の形態１にかかる電力接続端子の接続時の状態を示す斜視図と断面模式図である。 本発明の実施の形態１にかかる電力接続端子の接続時の正極と負極の接点の分布を示す平面図と正極と負極の電流経路を示す断面図である。 本発明の実施の形態１にかかる電力接続端子を備えた電力用半導体装置の斜視図である。 本発明の実施の形態２にかかる電力接続端子を構成するモジュール側端子と機器側端子のそれぞれの部分断面図である。 本発明の実施の形態２にかかる電力接続端子の接続時の状態を示す斜視図と断面模式図である。 本発明の実施の形態２にかかる電力接続端子を備えた電力用半導体装置の斜視図である。 本発明の実施の形態３にかかる電力接続端子を構成するモジュール側端子の部分断面図である。 本発明の実施の形態４にかかる電力接続端子を構成するモジュール側端子の部分断面図である。 本発明の実施の形態５にかかる電力制御機器であって、電力接続端子を用いて複数の電力用半導体装置を外部機器と接続した状態を示す斜視図である。

実施の形態１．
図１〜図４は、本発明の実施の形態１にかかる電力接続端子およびこれを用いた電力用半導体装置について説明するためのもので、図１は、電力接続端子を構成するモジュール側端子と機器側端子の構成を説明するためのもので、図１（ａ）は雌型のモジュール側端子、図１（ｂ）は雄型の機器側端子の断面図であり、後述する図２（ｂ）に対応する。図２は両端子を接続したときの状態を示すもので、図２（ａ）は接続部分周辺の斜視図、図２（ｂ）は図２（ａ）のＡ−Ａ線による切断面を示す断面図である。図３は電力接続端子における正極と負極の電流経路を説明するためのもので、図３（ａ）は接点領域を示す平面模式図、図３（ｂ）は電流経路を示す断面模式図である。また、図４は電力接続端子の一方の端子を備えた電力用半導体装置の構成を示すもので、図４（ａ）は斜視図、図４（ｂ）は端子と電力用半導体素子との接合部分周辺の部分断面図である。

本発明の実施の形態１にかかる電力接続端子は、図１に示すように、例えば、一端が電力用半導体装置（モジュール）に内蔵されるモジュール側端子１０と、一端が外部機器に接続される機器側端子２０とで構成され、両端子を着脱自在に接続できるようにした直流用の電力接続端子である。モジュール側端子１０は、図１（ａ）に示すように、金属板の正極導体板１１と金属板の負極導体板１２が、絶縁層１３を挟んだ状態で長尺状に延伸し平行平板構造をなす。機器側端子２０も、図１（ｂ）に示すように、金属板の正極導体板２１と金属板の負極導体板２２が、絶縁層２３を挟んだ状態で長尺状に延伸し平行平板構造をなす。

正極導体板１１と負極導体板１２には、電気伝導、さらには熱伝導に優れた金属が好ましく、銅、または銅合金を用いることが望ましい。また、表面処理としては、ニッケルめっき、すずめっき等のめっき処理が施される。絶縁層１３は、それぞれ正極導体板１１と負極導体板１２とボイドなく接着、または密着している。ここで、絶縁層１３と各導体との界面にボイドが存在した場合、ボイド内（絶縁層１３と正極導体板１１、あるいは負極導体板１２との間）で部分放電が発生し、絶縁層１３が徐々に劣化していき、絶縁性能が低下することがある。そのため、絶縁層１３と各導体との接着性あるいは密着性は、絶縁性能を維持するために需要な要素である。

絶縁層１３の厚さに関しては、薄ければ薄いほどインダクタンスの低減には効果があるが、耐圧性能を維持するために、一定以上の厚みが必要となる。例えば、後述する（図４に示す）電力用半導体装置１に用いる場合、電力用半導体素子２の定格電圧に依存し、定格電圧が１２００Ｖの場合、４ｋＶ以上の絶縁耐圧を有するようにすれば問題ない。一例として、絶縁層１３にポリイミドフィルムを用いた場合、２５μｍ以上の厚みで絶縁耐圧は十分確保できる。このように、絶縁層１３には、薄膜で耐圧・耐熱が高い熱可塑性フィルムが好んで用いられるが、熱硬化系樹脂フィルムを用いても問題はない。

機器側端子２０についても同様で、正極導体板２１と負極導体板２２には、銅、または銅合金を用いることが望ましく、軽量化用途ではアルミニウム、またはアルミニウム合金を用いることも可能である。表面処理として、ニッケルめっき、すずめっき等のめっき処理が施されることが望ましい。また、絶縁層２３の厚さおよび材質についても絶縁層１３と同様であり、絶縁性能を維持するために、正極導体板２１と負極導体板２２に対してボイドなく接着、または密着している。

つぎに、接続部の構造について説明する。
モジュール側端子１０の図１（ａ）における下側に続く一端部は、例えば、電力用半導体装置のような一方の機器に接合されることを想定している。そして、図中右上側に示す他端部は、正極導体板１１と負極導体板１２との間隔が広がり、機器側端子２０を挿入するための空間１０ｇが形成され、いわゆる雌型端子となっている。一方、機器側端子２０の図中右側に続く一端部は、例えば、コンデンサーのような別の機器に接続されることを想定している。そして、図中左側に示す他端部は、モジュール側端子１０に挿入するために雄状に形成され（凸状部２０ｐを有し）、いわゆる雄型端子となっている。

モジュール側端子１０の空間１０ｇは、凸状部２０ｐが挿入できるように、正極導体板１１と負極導体板１２が一定の間隔をあけて対向している。そして、それぞれの対向面には、機器側端子２０との接点を形成するとともに、機器側端子２０との機械的な接続を維持するためのばね状の突起１１ｃ、１２ｃが形成されている。また、空間１０ｇの内面は、ばね状の突起１１ｃ、１２ｃ部分を除き、絶縁層１３で覆われている。機器側端子２０の表面は絶縁膜２４で覆われているが、凸状部２０ｐのうち、上述したばね状の突起１１ｃ、１２ｃと接触する部分は絶縁膜２４がなく、正極導体板２１と負極導体板２２が露出した露出部２１ｂ、２２ｂが形成されている。

そして、モジュール側端子１０の空間１０ｇ内に機器側端子２０の凸状部２０ｐを挿入して、図２（ａ）（ｂ）に示すようにモジュール側端子１０と機器側端子２０との接続部Ｒｊを形成する。すると、正極導体板１１のばね状の突起１１ｃと、正極導体板２１の露出部２１ｂとの間で接点Ｐｊ１が形成され、負極導体板１２のばね状の突起１２ｃと、負極導体板２２の露出部２２ｂとの間で接点Ｐｊ２が形成される。これにより、モジュール側端子１０と機器側端子２０の正極導体板１１、２１間、負極導体板１２、２２間が各別に電気接続されるとともに、凸状部２０ｐが空間１０ｇ内で挟み込まれることで、機械的にも固定される。

そして、正極導体板１１のばね状の突起１１ｃと、負極導体板１２のばね状の突起１２ｃは、面方向において同じ位置になるように配置されているので、接点Ｐｊ１とＰｊ２の範囲（接触領域）は、図３（ａ）に示すように、面に垂直な方向から見たときに重なる。そのため、図３（ｂ）に示すように、接続部Ｒｊでの正極側の電流経路Ｃｐ１と負極側の電流経路Ｃｐ２が面対称になり、実質的（実効的）に平行平板を維持することができ、インダクタンスを効果的に低減することができる。

このとき、例えば、接点Ｐｊ１とＰｊ２の接触領域が異なっている場合、正極と負極での電流経路が異なるために、機械的には平行平板でも、実効的な導電経路としての平行平板が形成されず、インダクタンスの低減効果が損なわれる。なお、突起によらず、単に平板どうしを接触させることで、平行平板を形成することも可能である。しかし、平板どうしを接触させる場合は、板の面精度等によって、接点の位置が変化することがあるので、所定位置に接点が形成されるよう、押圧具等を別途設けることが望ましい。一方、ばね状の突起１１ｃ、１２ｃのように、一方の端子から他方の端子に向かって突出する突起物を用いて接点Ｐｊ１、Ｐｊ２を形成する場合、接点の位置が突起物の位置で規定できるので、容易に実効的な平行平板を形成することができる。

なお、一方の端子から他方の端子に向かって突出する突起物を用いる場合でも、両極で面内において同じ位置になる突起は、ひとつの端子側に設けることが望ましい。例えば、ばね状の突起１１ｃと１２ｃのうちの一方を他方の端子である機器側端子２０側に設けた場合、機器側端子２０とモジュール側端子１０との接続位置がずれると、接点Ｐｊ１とＰｊ２の位置もずれてしまう。しかし、本実施の形態および以降の実施の形態に示すように、両極で同じ位置になる突起を一方の（同じ）端子にまとめて設けることで、端子間に位置ずれが生じても、接点Ｐｊ１とＰｊ２の位置関係は変化せず、必ず重なるようになる。また、正極と負極の接触（接点Ｐｊ１、Ｐｊ２）の領域が面方向において一致するのであれば、面内のどの位置に形成されていてもよい。

一方、接触（接点Ｐｊ１とＰｊ２）の領域の一致性については、例えば、端子を構成する金属板（正極導体板１１、２１、負極導体板１２、２２）の厚み程度のずれであれば、実質的に一致しているとみなすことができる。また、ネジ締めのように、接触領域の重なる部分がない場合と比べれば、接触領域の一部が重なるだけでもインダクタンスの低減効果は増大する。そのため、端子間の位置ずれがあっても、接触領域の重なりが残る程度、好ましくは半分以上の領域が重なるようであれば、突起をひとつの端子にまとめなくともよく、平板どうしを接触するようにしてもよい。その際にも、位置ずれが金属板の厚み以下に抑えられることがさらに望ましい。

このようにして、両端子の接続部Ｒｊにおいて正極側の電流経路Ｃｐ１と負極側の電流経路Ｃｐ２が対称になり、実効的な平行平板が形成され、インダクタンスを効果的に低減することができる。

つぎに、上記のような電力接続端子を電力用半導体装置に適用した例について説明する。電力用半導体装置１は、図４（ａ）に示すように、矩形の筐体６の上面の一辺から、直流外部端子として、上述したモジュール側端子１０が露出し、対向する辺から交流端子７、残りの辺から制御信号端子８が露出するように配置されている。筐体６の内部では、図４（ｂ）に示すように、絶縁基材４を介して放熱板５が接合されたヒートスプレッダ３上に電力用半導体素子２が接合されている。そして、電力用半導体素子２の表面電極と正極導体板１１の一端がはんだ９で接合されるとともに、裏面電極と導通するヒートスプレッダ３と負極導体板１２の一端がはんだ９で接合されている。そして、図示しない他の素子を含め、２ ｉｎ １構造の電力用半導体装置１を形成している。

これにより、電力用半導体装置１からの直流出力は、筐体６から露出するモジュール側端子１０と上述した機器側端子２０とを接続することにより、実効的な平行平板を維持した状態で図示しない外部機器に伝達することができる。つまり電力用半導体装置１のインダクタンスの大幅な低減が可能となる。

また、外部機器との接続が、一般に用いられているねじ締め構造ではなく、雌端子（モジュール側端子１０）への雄端子（機器側端子２０）の挿入で行うため、抜き差しだけで接続と分離が自在に行える。そのため、組立性も簡素化でき、作業性に優れた電力制御機器が得られることになる。

なお、本実施の形態１では、モジュール側端子１０の露出部分の形状として、代表的な形状であるＬ字状に折り曲げられている場合について示しているが、折り曲げることなく、筐体６から垂直に突出した形態になってもかまわない。

なお、本明細書においては、説明を容易にするために、便宜的に、「正極」（正極導体板１１、２１）と「負極」（負極導体板１２、２２）とを区別しているが、構造上、正負が逆になっても電気的な機能上なんら問題は無い。同様に、「モジュール側端子１０」、「機器側端子２０」のように、接合対象あるいは用途を特定した記述にしているが、これも構造上、どちら側に接続してもよく、あるいは全く別の組合せであっても何ら問題はない。以降も、便宜的に極性や用途を特定して記載するが、適宜変更可能であることは言うまでもない。

なお、本実施の形態および以降の実施の形態では、一般的な接続端子の形態である雄型端子と雌型端子の組合せの例を示したが、これに限ることはない。例えば、モジュール側端子１０と機器側端子２０それぞれの接続端が半開きの状態で、正極導体板１１、正極導体板２１、負極導体板１２、負極導体板２２のように、厚み方向において互い違いに並ぶような構成でもよい。この場合でも、両極で位置を揃える突起は、一方の端子側に設けることが望ましい。

以上のように、本発明の実施の形態１にかかる電力接続端子（モジュール側端子１０、機器側端子２０）によれば、着脱自在に構成された第一端子（モジュール側端子１０）と第二端子（機器側端子２０）を備えた直流用の電力接続端子であって、第一端子（モジュール側端子１０）および第二端子（機器側端子２０）のそれぞれは、正極導体板と負極導体板（１１と１２、２１と２２）を対向させて平行平板を形成し、第一端子（モジュール側端子１０）と第二端子（機器側端子２０）の各正極導体板１１、２１、および各負極導体板１２、２２を対向させて電気的に接触させる（接点Ｐｊ１、Ｐｊ２を形成）とともに、対向する面に垂直な方向から見たときに、各正極導体板１１、２１間の接触（接点Ｐｊ１）の領域と、各負極導体板１２、２２間の接触（接点Ｐｊ２）の領域が重なるように構成したので、正極の電流経路Ｃｐ１と負極の電流経路が接続部Ｒｊにおいても対称で、実効的な平行平板が形成されるので、接続対象を自由に選択でき、配線インダクタンスの大幅な低減が可能な電力接続端子を得ることができる。とくに、この電力接続端子の一方（例えば、モジュール側端子１０を備えた電力用半導体装置１は、インダクタンスを増大させることなく、外部機器と自由に接続が可能となる。

第一端子（機器側端子２０）は、第二端子（モジュール側端子１０）と接続する一端（凸状部２０ｐ）が、厚み方向において凸状をなす雄型端子であり、第二端子（モジュール側端子１０）は、第一端子（機器側端子２０）と接続する一端（空間１０ｇ）が、正極導体板１１と負極導体板１２との間が空間となる雌型端子であるので、容易に着脱ができるとともに、機械的にも安定する。

各正極導体板１１、２１間の接触（接点Ｐｊ１）と、各負極導体板１２、２２間の接触（接点Ｐｊ２）は、それぞれ一方の導体板（正極導体板１１、負極導体板１２）に設けた、対向する導体板（正極導体板２１、負極導体板２２）に向かって突出する突起１１ｃ、１２ｃによって形成されているので、正極導体板１１、２１間の接触（接点Ｐｊ１）の領域と、負極導体板１２、２２間の接触（接点Ｐｊ２）の領域を容易に重なるように構成できる。

突起１１ｃ、１２ｃが、第一端子と第二端子の少なくとも一方（モジュール側端子１０）に設けられるようにしたので、接続時に位置ずれがあっても、両極の接触領域（接点Ｐｊ１、Ｐｊ２）が重なるように構成できる。

突起１１ｃ、１２ｃが弾性体（板バネ）によって形成されているので、拘束力を維持し、電気接触と機械的保持を安定させることができる。

実施の形態２．
上記実施の形態１にかかる電力接続端子では、雌型端子の空間内に他方の端子に向かう突起を形成する例を示したが、本実施の形態２にかかる電力接続端子では、雄型端子の凸状部上に他方の端子に向かう突起を形成するようにした。図５〜図７は、本発明の実施の形態２にかかる電力接続端子およびこれを用いた電力用半導体装置について説明するためのもので、図５は、電力接続端子を構成するモジュール側端子と機器側端子の構成を説明するためのもので、図５（ａ）は雄型のモジュール側端子、図５（ｂ）は雌型の機器側端子の断面図であり、実施の形態１における図１（ａ）、（ｂ）に対応する。図６は両端子を接続したときの状態を示すもので、図６（ａ）は接続部分周辺の斜視図、図６（ｂ）は図６（ａ）のＢ−Ｂ線による切断面を示す断面図である。図７は電力接続端子の一方の端子を備えた電力用半導体装置の構成を示す斜視図である。図中、実施の形態１と同様のものには同じ符号を付し、詳細な説明は省略する。

本発明の実施の形態２にかかる電力接続端子も、図５に示すように、モジュール側端子１０と機器側端子２０とで構成され、両端子を着脱自在に接続できるようにした直流用の電力接続端子である。モジュール側端子１０は、図５（ａ）に示すように、金属板の正極導体板１１と金属板の負極導体板１２が、絶縁層１３を挟んだ状態で長尺状に延伸し平行平板構造をなす。機器側端子２０も、図５（ｂ）に示すように、金属板の正極導体板２１と金属板の負極導体板２２が、絶縁層２３を挟んだ状態で長尺状に延伸し平行平板構造をなす。

正極導体板１１、と負極導体板１２には、銅、または銅合金を用いることが望ましい。また、表面処理としては、ニッケルめっき、すずめっき等のめっき処理が施される。また、正極導体板２１と負極導体板２２には、銅、または銅合金を用いることが望ましく、軽量化用途ではアルミニウム、またはアルミニウム合金を用いることも可能である。そして、絶縁層１３には、薄膜で耐圧・耐熱が高い熱可塑性フィルムが好んで用いられるが、熱硬化系樹脂フィルムを用いても問題はない。

つぎに、接続部分の構造について説明する。
機器側端子２０の図中右側に続く一端部は、外部機器に接続されることを想定している。そして、図中左側に示す他端部は、正極導体板２１と負極導体板２２との間隔が広がり、モジュール側端子１０を挿入するための空間１０ｇが形成され、いわゆる雌型端子となっている。また、機器側端子２０の表面は、空間１０ｇ内を除き、絶縁膜２４で覆われている。さらに、正極導体板２１と負極導体板２２とが２股に分かれた部位では、正極導体板２１と負極導体板２２間の空間距離を確保するために、絶縁層２３を空間１０ｇ内に突出させている。ただし、モジュール側端子１０との接点を形成する部分を除いて、例えば、空間１０ｇ内を絶縁樹脂等でコーティングし、絶縁を確保できるようにすれば、絶縁層２３を突出させる必要はない。

モジュール側端子１０は、図５（ａ）における下側に続く一端部が、電力用半導体装置１に接合されることを想定しており、図中右上側に示す他端部が、機器側端子２０に挿入するための凸状部１０ｐが形成されている。さらに、凸状部１０ｐの正極導体板１１と負極導体板１２の機器側端子２０に対向する面には、機器側端子２０との接点を形成するとともに、機器側端子２０との機械的な接続を維持するためのばね状の突起１１ｃ、１２ｃが形成されている。

そして、モジュール側端子１０の凸状部１０ｐを機器側端子２０の空間２０ｇ内に挿入して、図６（ａ）（ｂ）に示すように、モジュール側端子１０と機器側端子２０との接続部Ｒｊが形成される。すると、正極導体板１１のばね状の突起１１ｃと、正極導体板２１との間で接点Ｐｊ１が形成され、負極導体板１２のばね状の突起１２ｃと、負極導体板２２との間で接点Ｐｊ２が形成される。これにより、モジュール側端子１０と機器側端子２０の正極導体板１１、２１間、負極導体板１２、２２間が各別に電気接続されるとともに、凸状部１０ｐが空間１０ｇ内で挟み込まれ、機械的にも固定される。

そして、正極導体板１１のばね状の突起１１ｃと、負極導体板１２のばね状の突起１２ｃは、面方向において同じ位置になるように配置されているので、実施の形態１で説明したのと同様に、接点Ｐｊ１とＰｊ２の接触領域は、面に垂直な方向から見たときに重なる。そのため、接続部Ｒｊにおける正極側の電流経路と負極側の電流経路が面対称になり、実効的な平行平板を維持することができ、インダクタンスを効果的に低減することができる。

本実施の形態２においても、上述した電力接続端子を２ ｉｎ １構造の電力用半導体装置に適用した例について説明する。電力用半導体装置１は、図７に示すように、矩形の筐体６の上面の一辺から、直流外部端子として、上述したモジュール側端子１０が露出し、対向する辺から交流端子７、残りの辺から制御信号端子８が露出するように配置されている。筐体６の内部については、実施の形態１と同様であるので、説明を省略する。

これにより、電力用半導体装置１からの直流出力は、筐体６から露出するモジュール側端子１０と機器側端子２０とを接続することにより、実効的な平行平板を維持した状態で図示しない外部機器に伝達することができる。つまり電力用半導体装置１のインダクタンスの大幅な低減が可能となる。

また、外部機器との接続が、一般に用いられているねじ締め構造ではなく、雌端子（機器側端子２０）への雄端子（モジュール側端子１０）の挿入で行うため、抜き差しだけで接続と分離が自在に行える。そのため、組立性も簡素化でき、作業性に優れた電力制御機器が得られることになる。

なお、本実施の形態２でも、モジュール側端子１０の露出部分の形状として、代表的な形状であるＬ字状に折り曲げられている場合について示しているが、折り曲げることなく、筐体６から垂直に突出した形態になってもかまわない。ただし、本実施の形態２における電力接続端子では、図６（ｂ）に示すように、Ｌ字に曲がった部分がストッパーの役目を果たし、負極導体板１２と負極導体板２２（絶縁膜２４）が接触することで、凸状部１０ｐの空間２０ｇへの挿入量が規定できている。そのため、垂直に突出させる場合、挿入量を制限できるストッパーの役割をさせる図示しない突起等を設けることが望ましい。

上記実施の形態１あるいは２にかかる電力接続端子では、接点Ｐｊ１、Ｐｊ２を形成するために、他方の端子に向けて突出する突起として、板ばね構造のばね状の突起１１ｃ、１２ｃを採用した。これにより、接触領域（接続面積）を広くとることが可能となることから、モジュール側端子１０と機器側端子２０との接触抵抗が低減し、大電流化が可能となる。ばね状の突起１１ｃ、１２ｃの形成法としては、正極導体板１１、負極導体板１２の一部分を機械加工により、ばね構造に変形する、あるいは、別部品を正極導体板１１、負極導体板１２に接合するといった方法も可能である。別部品を用いる場合は、ばね性を有し電気抵抗が銅に近い銅合金を用いることが望ましい。

第一端子（モジュール側端子１０）は、第二端子（機器側端子２０）と接続する一端（凸状部１０ｐ）が、厚み方向において凸状をなす雄型端子であり、第二端子（機器側端子２０）は、第一端子（モジュール側端子１０）と接続する一端（空間２０ｇ）が、正極導体板２１と負極導体板２２との間が空間となる雌型端子であるように構成しても、容易に着脱ができるとともに、機械的にも安定する。

実施の形態３．
上記実施の形態１あるいは２にかかる電力接続端子は、一方の端子から他方の端子に向かう突起を板バネ状に形成する例を示したが、本実施の形態３にかかる電力接続端子では、コイルばねで突起を形成するようにした。図８は、本発明の実施の形態３にかかる電力接続端子について説明するためのもので、雌型のモジュール側端子の構成を示す断面図であり、実施の形態１の図１（ａ）に対応する。その他の構成については実施の形態１と同様である。また図中、実施の形態１と同様のものには同じ符号を付し、詳細な説明は省略する。

図８に示すように、モジュール側端子１０の正極導体板１１、負極導体板１２の空間１０ｇ内には、機器側端子２０に向かって突出する突起１１ｃ、１２ｃとして、コイルばねを寝かした構造を用いるようにした。これにより、コイル形状がもたらす安定した接圧強度が保たれることにより、振動等の機械的信頼性に優れた接続を得られるのみでなく、機器側端子２０の凸状部２０ｐ部分の厚みが変化しても、十分な電気的接続信頼性が可能となる。更に、コイルの巻数、線径を変化させることにより、接点Ｐｊ１、Ｐｊ２の領域（接続面積）を変化させることが可能となる。そのため、例えば、電力用半導体装置１の電流容量に応じて、所望の突起１１ｃ、１２ｃを形成することが容易にできる。

以上のように、本実施の形態３にかかる電力接続端子によれば、突起１１ｃ、１２ｃが弾性体（コイルばね）によって形成されているので、コイルの巻数、線径を変化させることにより、電力用半導体装置１の電流容量に応じて、所望の突起１１ｃ、１２ｃを形成することが容易にできる。

実施の形態４．
本実施の形態４にかかる電力接続端子では、一方の端子から他方の端子に向かう突起の数を容量に応じて変化させる例として、板バネ状の突起を２列設けるようにした。図９は、本発明の実施の形態４にかかる電力接続端子について説明するためのもので、雌型のモジュール側端子の構成を示す断面図であり、実施の形態１の図１（ａ）に対応する。その他の構成については実施の形態１と同様である。また図中、実施の形態１と同様のものには同じ符号を付し、詳細な説明は省略する。

図９に示すように、モジュール側端子１０の正極導体板１１、負極導体板１２の空間１０ｇ内には、機器側端子２０に向かって突出する突起として、それぞれ２列の板バネ状の突起１１ｃ、１２ｃを設けるようにした。２列の突起は正極、負極ともに面内の同じ位置に配置されており、接触領域が一致するようになっている。これにより、機器側端子２０との接続面積が増大し、大電流化に対応可能となる。さらに、挿入方向において離れた位置で支えることができるため、機械的な安定性（固定性）も向上させることができる。

以上のように、本実施の形態４にかかる電力接続端子では、突起１１ｃ、１２ｃを挿入方向の離れた位置に複数配置するようにしたので、機械的な安定性（固定性）も向上させることができる。また、容量に応じて設置数を変化させることで、大電流にも適用できる。

実施の形態５．
本実施の形態５は、実施の形態１〜４で説明した電力接続端子のいずれかを用いて、外部機器に３つの電力用半導体装置を接続した電力制御機器を形成したものである。図１０は本実施の形態５にかかる電力制御機器の構成を説明するための斜視図である。図中、各実施の形態１〜４と同様のものには同じ符号を付し、詳細な説明は省略する。なお、図では、電力接続端子としては、実施の形態１で説明したものを代表して記載しているが、他の実施の形態にかかる電力接続端子と置き換えられることは言うまでもない。

本実施の形態５にかかる電力制御機器は、図１０に示すように、それぞれモジュール側端子１０Ａ〜１０Ｃを備えた３つの電力用半導体装置１Ａ〜１Ｃを、機器側端子２０を用いて図示しない外部機器と接続して構成したものである。機器側端子２０には、直流電圧を平滑するための図示しない電解コンデンサーを取り付けるための機器取付け部２６が設けられているとともに、凸状部２０ｐには、３つのモジュール側端子１０が接続できるようになっている。

そして、各電力用半導体装置１Ａ〜１Ｃ（まとめて電力用半導体装置１）から露出したモジュール側端子１０Ａ〜１０Ｃ（まとめてモジュール側端子１０）は、機器側端子２０の凸状部２０ｐに並列に接続されている。各電力用半導体装置１は、実施の形態１で説明した２ ｉｎ １構造であり、交流端子７Ａ〜７Ｃが、それぞれＵ相、Ｖ相、Ｗ相を示す３相構造の６ ｉｎ １の電力制御機器となる。

この電力制御機器のように、接続対象の数が多くなると、以前のねじ締め接続方法では、例えば、電力用半導体装置１と電解コンデンサーのような外部機器との接続のためのネジ締め箇所が増大し、接続工程的にも複雑となる。しかし、上述した各実施の形態にかかる電力接続端子（モジュール側端子１０と機器側端子２０の組合せ）を用いると、電力用半導体装置１や外部機器の数に影響されることなく、一括で接続できることになり、組立性も簡素化できる。そして、接続部分においては実効的な平行平板が形成されているので、インダクタンスを低減することができる。

上述した各実施の形態１〜５に記載した電力接続端子の一方であるモジュール側端子１０を備えた電力用半導体装置１に用いられる電力用半導体素子２としては、例えば、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）などのスイッチング素子（トランジスタ）や、整流素子（ダイオード）等が想定される。半導体材料については、特に限定していないが、一般的に用いられているシリコンよりもバンドギャップが大きい、いわゆるワイドギャップ半導体を形成できる炭化ケイ素や、窒化ガリウム系材料又はダイヤモンドを用いた時の方が、以下に述べるように本発明による効果をより一層発揮することができる。

例えば、シリコン系の電力用半導体素子（チップ）に比べて、炭化ケイ素のようなワイドバンドギャップ半導体材料と用いたチップでは、より高周波動作が可能である。そのため、チップ動作時における電流の時間変化率と電力用半導体装置内の配線インダクタンスにより、サージ電圧が発生する。このサージ電圧はチップ破壊の原因となるが、本発明の各実施の形態のように、実効的な平行平板構造を形成する電力接続端子を用いることで、低インダクタンスが可能となり、サージ電圧の抑制ができ、高速動作が可能な炭化ケイ素のチップが使用可能となる。また、ワイドバンドギャップ半導体では、シリコンと比べて扱う電流も大きくなるが、大電流化に対しても、平行平板構造を形成することで、必要な電流値に対して、電極の幅を変更することで所定の電流値に対して容易に対応可能である。

そのため、ワイドバンドギャップ半導体の特性を活かして、高周波化、大電流化を進めても、接続機器との自由な選択性を維持しながら、サージ電圧の発生を抑え、信頼性の高い電力用半導体装置１を得ることが容易となる。つまり、本発明による効果を発揮することで、ワイドバンドギャップ半導体の特性を活かすことができるようになる。

なお、スイッチング素子及び整流素子の両方がワイドバンドギャップ半導体によって形成されていても、いずれか一方の素子がワイドバンドギャップ半導体によって形成されていてもよいことは言うまでもない。

１：電力用半導体装置、 ２：電力用半導体素子、 ３：ヒートスプレッダ、 ４：絶縁基材、 ５：放熱板、 ６：筐体、 ７：交流端子、 ８：制御信号端子、 ９：はんだ（接合材）、 １０：モジュール側端子（第一端子）、 １０ｇ，２０ｇ：空間、 １０ｐ，２０ｐ：凸状部、 １１，２１：正極導体板、 １１ｃ，１２ｃ：突起、 １２，２２：負極導体板、 １３，２３：絶縁層、 ２０：機器側端子（第二端子）、 ２１ｂ：露出部、 ２４：絶縁膜、 ２６：機器取付け部、
Ｐｊ１，Ｐｊ２：接点（接触領域）、 Ｒｊ：接続部。

Claims (10)

1. 着脱自在に構成された第一端子と第二端子を備えた直流用の電力接続端子であって、
   前記第一端子および前記第二端子のそれぞれは、正極導体板と負極導体板を対向させて平行平板を形成し、
   前記第一端子と前記第二端子の各正極導体板、および各負極導体板を対向させて電気的に接触させるとともに、対向する面に垂直な方向から見たときに、前記各正極導体板間の接触の領域と、前記各負極導体板間の接触の領域が重なることを特徴とする電力接続端子。
2. 前記第一端子は、前記第二端子と接続する一端が、厚み方向において凸状をなす雄型端子であり、
   前記第二端子は、前記第一端子と接続する一端が、前記正極導体板と前記負極導体板との間が空間となる雌型端子であることを特徴とする請求項１に記載の電力接続端子。
3. 前記各正極導体板間の接触と、前記各負極導体板間の接触は、それぞれ一方の導体板に設けた、対向する導体板に向かって突出する突起によって形成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の電力接続端子。
4. 前記突起が、前記第一端子と前記第二端子の少なくとも一方に設けられていることを特徴とする請求項３に記載の電力接続端子。
5. 前記突起が弾性体によって形成されていることを特徴とする請求項３または４に記載の電力接続端子。
6. 前記弾性体が板バネであることを特徴とする請求項５に記載の電力接続端子。
7. 前記弾性体がコイルバネであることを特徴とする請求項５に記載の電力接続端子。
8. 回路基板の一方の面に接合された電力用半導体素子と、
   一端が前記電力用半導体素子の主電力用の電極に電気接続された配線部材と、
   前記回路基板の他方の面に接合された放熱部材と、を備え、
   前記配線部材が、請求項１から７のうちのいずれか一項に記載の電力接続端子を構成する前記第一端子あるいは前記第二端子であることを特徴とする電力用半導体装置。
9. 前記電力用半導体素子は、ワイドバンドギャップ半導体材料で形成されていることを特徴とする請求項８に記載の電力用半導体装置。
10. 前記ワイドバンドギャップ半導体材料は、炭化ケイ素、窒化ガリウム系材料、およびダイヤモンドのうちのいずれかであることを特徴とする請求項９に記載の電力用半導体装置。

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