JP4679526B2 - 遮断機構を有する電力用半導体装置 - Google Patents
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Description
図1は、本実施の形態の電力用半導体装置の遮断機構の一方の主表面を示す平面図であり、図2は、本実施の形態の電力用半導体装置の遮断機構の他方の主表面を示す平面図である。図3および図4は、それぞれ、遮断機構を構成する温度ヒューズが溶断されていない状態および遮断機構を構成する温度ヒューズが溶断された直後の状態を示す線断面図である。
まず、グリーンシートと呼ばれるアルミナ微粉末とバインダの混合物とを固めたものが準備される。これが焼成され、アルミナからなる基板1が形成される。次に、ヒータ導体4および電極膜3は、AgPd、AgPt、またはタングステンなどからなり、これらは、ガラス粉末のバインダと金属粉末の混合物とを基板表面に、印刷などの工法を用いてパターニングおよび焼成によって形成される。したがって、基板1は容易に形成される。基盤の厚さは、数μmから数十μm程度であれば、実現され得る。その後、基板1が、約千数百度以上の高温で数時間程度焼き固められる。これにより、タングステン等の金属導体が、基板1の表面および裏面のそれぞれに所望の形状に形成される。つまり、電極膜3およびヒータ導体4が、それぞれ、一方の主表面上および他方の主表面上に形成された基板1を得ることができる。
遮断指令が図示されてない整流機構から出力されると、図示されていないヒータ導体4に接続された配線を通じて、電流がヒータ導体4に流れる。たとえば、200Vのバッテリからヒータ導体4へ電流が流れると、100Ωの抵抗値のヒータ導体4においては、2Aの電流が流れ、400Wの熱が発生する。この熱によって基板1の温度が上昇する。このとき、基板1の温度は、数秒間で300℃以上に上昇し、数10秒で700℃程度まで上昇する。
次に、図7および図8を用いて、本発明の実施の形態3の電力用半導体装置が説明される。本実施の形態の電力用半導体装置は、実施の形態1の半導体装置とほぼ同様であるため、以下において、本実施の形態の電力用半導体装置と実施の形態1の半導体装置との相違点が主に説明される。
一般に、金属材料は絶対温度で標記された融点の半分程度の温度以上で再結晶を起こす材料であることが知られている。たとえば、Pdフリーはんだの融点は217℃程度であることが知られている。これは、絶対温度で標記されると、は約490Kである。したがって、245K=零下28℃以上の温度で、Pbフリーはんだの再結晶が生じる。再結晶が生じる温度の範囲内においては、Pbフリーはんだは容易に変形する。そのため、力がPbフリーはんだに常に加えられていると、Pbフリーはんだがその力によって除々に変形してしまうおそれがある。したがって、力が常にPbフリーはんだに加えられている場合には、電力用半導体装置の遮断機構の信頼性を保証できる期間が短い。
次に、図9および図10を用いて、実施の形態3の電力用半導体装置が説明される。本実施の形態の電力用半導体装置は、実施の形態1の半導体装置とほぼ同様であるため、以下において、本実施の形態の電力用半導体装置と実施の形態1の半導体装置との相違点が主に説明される。
次に、図11を用いて、実施の形態4の電力用半導体装置が説明される。本実施の形態の電力用半導体装置は、実施の形態1の半導体装置とほぼ同様であるため、以下において、本実施の形態の電力用半導体装置と実施の形態1の半導体装置との相違点が主に説明される。
たとえば、鋳ぐるみ法と呼ばれる手法が用いられる場合には、まず、基板1が導体層15の形状に対応するキャビティを有する金型に装着される。次に、溶融したアルミニウム等の金属導体材料がキャビティ内に射出される。その後、金属導体材料が冷却される。次に、金型が開かれる。その後、金属導体材料が導体層15として成形された遮断機構10が、金型から取り出される。
次に、図12を用いて、実施の形態5の電力用半導体装置が説明される。本実施の形態の電力用半導体装置は、実施の形態1の半導体装置とほぼ同様であるため、以下において、本実施の形態の電力用半導体装置と実施の形態1の半導体装置との相違点が主に説明される。
次に、図13〜図15を用いて、実施の形態6の電力用半導体装置が説明される。本実施の形態の電力用半導体装置は、実施の形態1の半導体装置とほぼ同様であるため、以下において、本実施の形態の電力用半導体装置と実施の形態1の半導体装置との相違点が主に説明される。
次に、図16〜図18を用いて、本発明に関連する参考例1の電力用半導体装置が説明される。本参考例の電力用半導体装置は、実施の形態1の半導体装置とほぼ同様であるため、以下において、本参考例の電力用半導体装置と実施の形態1の半導体装置との相違点が主に説明される。
次に、図19を用いて、参考例2の電力用半導体装置が説明される。本参考例の電力用半導体装置は、実施の形態5の半導体装置とほぼ同様であるため、以下において、本参考例の電力用半導体装置と実施の形態1の半導体装置との相違点が主に説明される。
次に、図20〜図22を用いて、参考例3の電力用半導体装置が説明される。本参考例の電力用半導体装置は、実施の形態1の半導体装置とほぼ同様であるため、以下において、本参考例の電力用半導体装置と実施の形態1の半導体装置との相違点が主に説明される。
次に、図23および図24を用いて、参考例4の電力用半導体装置が説明される。本参考例の電力用半導体装置は、実施の形態1の半導体装置とほぼ同様であるため、以下において、本参考例の電力用半導体装置と実施の形態1の半導体装置との相違点が主に説明される。
次に、図25〜図27を用いて、参考例5の電力用半導体装置が説明される。本参考例の電力用半導体装置は、実施の形態5の半導体装置とほぼ同様であるため、以下において、本参考例の電力用半導体装置と実施の形態1の半導体装置との相違点が主に説明される。
次に、図28〜図30を用いて、参考例6の電力用半導体装置が説明される。本参考例の電力用半導体装置は、実施の形態1の半導体装置とほぼ同様であるため、以下において、本参考例の電力用半導体装置と実施の形態1の半導体装置との相違点が主に説明される。
次に、図31を用いて、参考例7の電力用半導体装置が説明される。本参考例の電力用半導体装置は、実施の形態1の半導体装置とほぼ同様であるため、以下において、本参考例の電力用半導体装置と実施の形態1の半導体装置との相違点が主に説明される。
Claims (7)
- 絶縁性の基板と、
前記基板の一方の主表面上に設けられた電極膜と、
前記基板の他方の主表面上に設けられ、電流が流れることによって発熱するヒータ導体と、
前記電極膜に近接して設けられ、それぞれが所定の電子回路に接続された一方の主配線導体および他方の主配線導体と、
前記一方の主配線導体と前記電極膜とを電気的に接続する一方の低融点導体と、
前記他方の主配線導体と前記電極膜とを電気的に接続する他方の低融点導体とを備え、
前記一方の低融点導体および前記他方の低融点導体のそれぞれが、前記一方の主配線導体および前記他方の主配線導体のいずれの融点よりも低い融点を有しており、
前記一方の低融点導体および前記他方の低融点導体が前記ヒータ導体の発熱により溶融すると、前記基板、前記電極膜、および前記ヒータ導体が一体となって重力により落下し得るように、前記一方の低融点導体が前記一方の主配線導体の下側に配置され、かつ、前記他方の低融点導体が前記他方の主配線導体の下側に配置されている、遮断機構を有する電力用半導体装置。 - 絶縁性の基板と、
前記基板の一方の主表面上に設けられた電極膜と、
前記基板の他方の主表面上に設けられ、電流が流れることによって発熱するヒータ導体と、
前記電極膜に近接して設けられ、それぞれが所定の電子回路に接続された一方の主配線導体および他方の主配線導体と、
前記一方の主配線導体と前記電極膜とを電気的に接続する一方の低融点導体と、
前記他方の主配線導体と前記電極膜とを電気的に接続する他方の低融点導体とを備え、
前記一方の低融点導体および前記他方の低融点導体のそれぞれが、前記一方の主配線導体および前記他方の主配線導体のいずれの融点よりも低い融点を有しており、
前記基板と前記一方の主配線導体および前記他方の主配線導体のそれぞれとの電気的な分離を促進するように設けられた分離機構をさらに備え、
前記分離機構は、前記基板が前記一方の主配線導体および前記他方の主配線導体から離れるように、前記基板を押圧する押圧機構である、遮断機構を有する電力用半導体装置。 - 前記押圧機構は弾性体である、請求項2に記載の遮断機構を有する電力用半導体装置。
- 前記遮断機構は筐体内に設けられ、
前記押圧機構は、前記筐体内の前記基板の上側の空間に充填された一方の樹脂と、前記筐体内の前記基板の下側の空間に充填された他方の樹脂とを備え、
前記一方の樹脂の熱膨張係数が前記他方の樹脂の熱膨張係数よりも大きい、請求項2に記載の遮断機構を有する電力用半導体装置。 - 絶縁性の基板と、
前記基板の一方の主表面上に設けられた電極膜と、
前記基板の他方の主表面上に設けられ、電流が流れることによって発熱するヒータ導体と、
前記電極膜に近接して設けられ、それぞれが所定の電子回路に接続された一方の主配線導体および他方の主配線導体と、
前記一方の主配線導体と前記電極膜とを電気的に接続する一方の低融点導体と、
前記他方の主配線導体と前記電極膜とを電気的に接続する他方の低融点導体とを備え、
前記一方の低融点導体および前記他方の低融点導体のそれぞれが、前記一方の主配線導体および前記他方の主配線導体のいずれの融点よりも低い融点を有しており、
前記電極膜と前記一方の低融点導体および前記他方の低融点導体のそれぞれとの間に設けられ、前記一方の主配線導体および前記他方の主配線導体のそれぞれの融点よりも低い融点を有している、1または2以上の導体層をさらに備え、
前記導体層は、前記電極膜の電気抵抗値よりも低い電気抵抗値を有する、遮断機構を有する電力用半導体装置。 - 絶縁性の基板と、
前記基板の一方の主表面上に設けられた電極膜と、
前記基板の他方の主表面上に設けられ、電流が流れることによって発熱するヒータ導体と、
前記電極膜に近接して設けられ、それぞれが所定の電子回路に接続された一方の主配線導体および他方の主配線導体と、
前記一方の主配線導体と前記電極膜とを電気的に接続する一方の低融点導体と、
前記他方の主配線導体と前記電極膜とを電気的に接続する他方の低融点導体とを備え、
前記一方の低融点導体および前記他方の低融点導体のそれぞれが、前記一方の主配線導体および前記他方の主配線導体のいずれの融点よりも低い融点を有しており、
前記一方の低融点導体および前記他方の低融点導体は、それぞれ、前記一方の主配線導体の端面および前記他方の主配線導体の端面に沿って設けられ、
前記電極膜上であってかつ前記一方の低融点導体と前記他方の低融点導体との間に導体層が設けられ、
前記導体層が前記電極膜の電気抵抗値よりも低い電気抵抗値を有している、遮断機構を有する電力用半導体装置。 - 前記一方の低融点金属導体および前記他方の低融点金属導体は、それぞれ、リボン形状またはワイヤ形状を有している、請求項1に記載の遮断機構を有する電力用半導体装置。
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