JP5111592B2 - Power semiconductor device having shut-off mechanism - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a power semiconductor device equipped with a circuit breaking mechanism having a thermal fuse fusible at low temperatures while having a small resistance value. <P>SOLUTION: This circuit breaking mechanism 10 includes: one primary wiring conductor 2 and the other primary wiring conductor 2 provided on the upper side of a substrate 1 and each connected to a prescribed electronic circuit; and heater conductors 4 provided on the primary surface of the substrate 1 so as to generate heat when a current flows in it. The circuit breaking mechanism 10 also includes one low-melting point metal conductor 5 for connecting the one primary wiring conductor 2 to an electrode film 3, and the other low-melting point metal conductor 5 for electrically connecting the other primary wiring conductor 2 to the electrode film 3. Each of the one low-melting point metal conductor 5 and the other low-melting point metal conductor 5 has a melting point lower than that of either of the one primary wiring conductor 2 and the other primary wiring conductor 2. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&amp;INPIT

Description

本発明は、電子回路に流れる電流を遮断するための機構を有する電力用半導体装置に関するものである。   The present invention relates to a power semiconductor device having a mechanism for interrupting a current flowing in an electronic circuit.

電力用半導体装置は、IGBT(Insulated Gate Bipolar transistor)およびMOS
FET(Metal Oxide Silicon Field Effect Transistor)と呼ばれる複数の半導体スイ
ッチが一体化された電子機器であり、所定のタイミングでオン/オフすることで、所望の周波数の交流電流を発生させ、モータの自在な速度制御などのために用いられる。
Power semiconductor devices include IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor) and MOS
An electronic device that integrates a plurality of semiconductor switches called FETs (Metal Oxide Silicon Field Effect Transistors). By turning on / off at a predetermined timing, an alternating current of a desired frequency is generated and the motor can be freely controlled. Used for speed control.

また、半導体スイッチは、物理的に接続されていない部分を形成することなく、電子回路に流れる電流を遮断することができる。具体的には、半導体スイッチは、半導体基板上に薄い絶縁層を媒介として設けられたゲート電極に微小な電圧信号を与えて、ソース電極とドレイン電極との間に流れる大きな電流の流れを遮断する。したがって、半導体スイッチは、物理的な接触/非接触を切り換えるスイッチに比較して、損傷し難い。   In addition, the semiconductor switch can block the current flowing through the electronic circuit without forming a portion that is not physically connected. Specifically, a semiconductor switch applies a minute voltage signal to a gate electrode provided on a semiconductor substrate with a thin insulating layer as a medium, and blocks a large current flowing between the source electrode and the drain electrode. . Therefore, the semiconductor switch is less likely to be damaged than a switch that switches between physical contact and non-contact.

しかしながら、この半導体スイッチは、ソース電極とドレイン電極との間を流れる電流の密度が所定値を超えると、局所的に高い密度のエネルギがチャネル領域に与えられ、溶融によって破損する場合がある。この場合、半導体スイッチは、短絡した状態になる、つまり、常時接続された状態になってしまう。このような事態は宇宙線が半導体素子に命中した場合などにも発生すると言われている。   However, in this semiconductor switch, when the density of the current flowing between the source electrode and the drain electrode exceeds a predetermined value, a high density energy is locally given to the channel region and may be damaged by melting. In this case, the semiconductor switch is short-circuited, that is, is always connected. Such a situation is said to occur even when cosmic rays hit a semiconductor device.

通常、電子回路は、ヒューズまたはブレーカ等を有しているため、半導体スイッチの破損によって、その全体が破壊されてしまうことが防止されている。   Usually, since an electronic circuit has a fuse, a breaker, or the like, the entire semiconductor circuit is prevented from being destroyed due to damage to the semiconductor switch.

しかしながら、移動体のモータ制御のための電力用半導体装置においては、低コスト化を図るために、ヒューズまたはブレーカを有していない電力用半導体装置が要望されている。言い換えれば、能動的に電気回路に流れる電流を遮断することができる機構を備えたき電力用半導体装置が求められている。より具体的には、定格電流値よりも小さい値の電流しか流れていない場合においても、電子回路に流れる電流を意図的に遮断できる遮断機構を備えた電力用半導体装置が求められている。   However, in the power semiconductor device for controlling the motor of the moving body, there is a demand for a power semiconductor device that does not have a fuse or a breaker in order to reduce the cost. In other words, a power semiconductor device having a mechanism capable of actively interrupting a current flowing in an electric circuit is demanded. More specifically, there is a demand for a power semiconductor device having a cutoff mechanism that can intentionally cut off a current flowing through an electronic circuit even when a current having a value smaller than a rated current value flows.

従来においては、前述のような遮断機構として、たとえば、特許第3552539号に開示されているように、電子回路の所定の部分が所定の温度になると、溶断されて、電流を遮断する温度ヒューズが用いられている。   Conventionally, as a breaker mechanism as described above, for example, as disclosed in Japanese Patent No. 3552539, when a predetermined part of an electronic circuit reaches a predetermined temperature, a thermal fuse that blows off and cuts off a current is provided. It is used.

特開2001−118481号公報JP 2001-118481 A 特開2000−251598号公報JP 2000-251598 A 特開2000−260280号公報JP 2000-260280 A 特開2001−135213号公報JP 2001-135213 A 特開平07−230747号公報Japanese Patent Laid-Open No. 07-230747 特許第3552539号Japanese Patent No. 3552539

一般に、遮断機構の一例として導体の金属が用いられる。金属は、溶融すると、表面の自由エネルギが最小になるように変形するため、基本的に球形に近づく。2つの電極同士の間に橋渡しされた金属導体への通電によって発熱が生じた場合、その中央部が最も高温
になる。融点を超えた温度になっている金属導体は球状になろうとするが、溶融している金属導体の範囲が広がると、その中央部から電極まで向かって溶融金属が移動し、それに従って球形が大きくなる。溶融した金属導体が2つの球に分かれたときのそれぞれの球の直径の合計が、溶融している金属同士の間の距離よりも小さいときには、分離した金属導体のエネルギは、分離していない金属導体のエネルギよりも大きい。このとき、金属導体は分離し易い。
In general, a conductive metal is used as an example of a blocking mechanism. When the metal melts, it deforms so that the free energy of the surface is minimized, so it basically approaches a spherical shape. When heat is generated by energization of the metal conductor bridged between the two electrodes, the central portion becomes the highest temperature. A metal conductor that is at a temperature exceeding the melting point tends to be spherical, but when the range of the molten metal conductor increases, the molten metal moves from the center to the electrode, and the sphere becomes larger accordingly. Become. When the total diameter of each sphere when the molten metal conductor is divided into two spheres is smaller than the distance between the molten metals, the energy of the separated metal conductor is not separated metal. It is larger than the energy of the conductor. At this time, the metal conductor is easily separated.

そのため、温度ヒューズとして用いられる低融点導体は、幅および厚さに対して数倍程度の長さを有していることが望ましい。したがって、上記の温度ヒューズの材料としては、細長い形状を有する低融点導体が用いられている。一方、低融点導体の電気抵抗値(以下、「単に、抵抗値」と言及される。)は、その断面積に反比例しかつ長さに比例する。このため、細長い低融点導体は、低い温度で切断され易いが、その抵抗値が大きくなってしまう。   Therefore, it is desirable that the low melting point conductor used as the thermal fuse has a length of several times the width and thickness. Therefore, a low-melting-point conductor having an elongated shape is used as the material for the thermal fuse. On the other hand, the electric resistance value of the low melting point conductor (hereinafter referred to simply as “resistance value”) is inversely proportional to the cross-sectional area and proportional to the length. For this reason, an elongated low-melting-point conductor is easily cut at a low temperature, but its resistance value is increased.

本発明は、上述の問題に鑑みなされたものであり、その目的は、低い温度で分断され易くかつ抵抗値が小さい温度ヒューズを有する遮断機構を備えた電力用半導体装置を提供することである。   The present invention has been made in view of the above-described problems, and an object of the present invention is to provide a power semiconductor device including a breaking mechanism having a thermal fuse that is easily divided at a low temperature and has a small resistance value.

本発明の一の局面の遮断機構を有する電力用半導体装置は、絶縁性の基板と、基板の一方の主表面上に設けられた電極膜とを備えている。また、その装置は、電流が流れることによって発熱するように基板の他方の主表面上に設けられたヒータ導体と、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を備えている。さらに、その装置は、一方の主配線導体と電極膜とを接続する一方の低融点導体と、他方の主配線導体と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ている。また、一方の低融点導体および他方の低融点導体のそれぞれが、一方の主配線導体および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いる。   A power semiconductor device having a blocking mechanism according to one aspect of the present invention includes an insulating substrate and an electrode film provided on one main surface of the substrate. In addition, the apparatus is provided near the electrode conductor and the heater conductor provided on the other main surface of the substrate so as to generate heat when an electric current flows, and each one is connected to a predetermined electronic circuit. Main wiring conductor and the other main wiring conductor. The apparatus further includes one low-melting-point conductor that connects one main wiring conductor and the electrode film, and the other low-melting-point conductor that electrically connects the other main wiring conductor and the electrode film. . Each of the one low-melting-point conductor and the other low-melting-point conductor has a melting point lower than the melting point of either the one main wiring conductor or the other main wiring conductor.

上記の構成によれば、基板、電極膜、およびヒータ導体にかかる重力の作用によって、一方の低融点導体および他方の低融点導体のそれぞれの溶断が促進される。したがって、遮断機構は低い温度で分断され易くなる。   According to the above configuration, the fusing of one low melting point conductor and the other low melting point conductor is promoted by the action of gravity on the substrate, the electrode film, and the heater conductor. Therefore, the blocking mechanism is easily divided at a low temperature.

本発明の他の局面の遮断機構を有する電力用半導体装置は、絶縁性の基板と、基板の一方の主表面上に設けられた電極膜とを備えている。また、その装置は、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、それぞれが所定の電子回路および電極膜に電気的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を備えている。また、電極膜は、平面的に見て一方の主配線導体と他方の主配線導体との間の領域を横切るように延びる破断線状の複数の貫通孔を有する。   A power semiconductor device having a blocking mechanism according to another aspect of the present invention includes an insulating substrate and an electrode film provided on one main surface of the substrate. In addition, the apparatus is provided on the other main surface of the substrate, and generates a heater conductor when current flows, one main wiring conductor electrically connected to a predetermined electronic circuit and an electrode film, and And the other main wiring conductor. Further, the electrode film has a plurality of broken line-shaped through-holes extending so as to cross a region between one main wiring conductor and the other main wiring conductor as viewed in a plan view.

上記の構成によれば、破断線状の複数の貫通孔に沿って電極膜および基板が破断し易い。そのため、遮断機構は低い温度で分断され易くなる。   According to said structure, an electrode film and a board | substrate are easy to fracture | rupture along several through-holes of a fractured line shape. Therefore, the blocking mechanism is easily divided at a low temperature.

本発明のさらに他の局面の遮断機構を有する電力用半導体装置は、絶縁性の基板と、基板の一方の主表面上に設けられた電極膜とを備えている。また、その装置は、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、それぞれが所定の電子回路および電極膜に電気的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を備えている。さらに、その装置は、一方の主配線導体と電極膜とを電気的に接続する一方の導体層と、他方の主配線導体と電極膜とを電気的に接続する他方の導体層とを備えている。また、一方の導体層と他方の導体層とは仮想線の両側に分離して設けられている。   A power semiconductor device having a blocking mechanism according to still another aspect of the present invention includes an insulating substrate and an electrode film provided on one main surface of the substrate. In addition, the apparatus is provided on the other main surface of the substrate, and generates a heater conductor when current flows, one main wiring conductor electrically connected to a predetermined electronic circuit and an electrode film, and And the other main wiring conductor. Furthermore, the apparatus includes one conductor layer that electrically connects one main wiring conductor and the electrode film, and the other conductor layer that electrically connects the other main wiring conductor and the electrode film. Yes. Also, one conductor layer and the other conductor layer are provided separately on both sides of the imaginary line.

上記の構成によれば、一方の導体装置と他方の導体層との間の領域を横切る仮想線に沿って基板および電極膜が破断され易くなる。したがって、一方の低融点導体および他方の低融点導体のそれぞれが溶断し難くなるという不具合の発生が抑制される。   According to said structure, a board | substrate and an electrode film become easy to be fractured | ruptured along the virtual line crossing the area | region between one conductor apparatus and the other conductor layer. Therefore, the occurrence of a problem that one of the low-melting-point conductors and the other low-melting-point conductor are difficult to melt is suppressed.

本発明のまたさらに他の局面の遮断機構を有する電力用半導体装置は、絶縁性の基板と、基板の一方の主表面上に設けられた電極膜とを備えている。また、その装置は、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、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を備えている。さらに、その装置は、一方の主配線導体と電極膜とを電気的に接続する一方の低融点導体と、他方の主配線導体と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ている。また、その装置は、一方の低融点導体と他方の低融点導体の間の位置に設けられ、一方の低融点導体および他方の低融点導体のそれぞれと共晶反応を生じる他の低融点導体とを備えている。   A power semiconductor device having a blocking mechanism according to still another aspect of the present invention includes an insulating substrate and an electrode film provided on one main surface of the substrate. Further, the apparatus is provided on the other main surface of the substrate and generates heat when current flows, one main wiring conductor and the other main wiring conductor each connected to a predetermined electronic circuit. It has. Further, the apparatus includes one low melting point conductor that electrically connects one main wiring conductor and the electrode film, and the other low melting point conductor that electrically connects the other main wiring conductor and the electrode film. I have. The device is provided between one low melting point conductor and the other low melting point conductor, and another low melting point conductor that causes a eutectic reaction with each of the one low melting point conductor and the other low melting point conductor, It has.

上記の構成によれば、共晶反応が生じれば、一方の低融点導体および他方の低融点導体のいずれの融点よりも低い温度で一方の低融点導体および他方の低融点導体が液化する。したがって、一方の低融点導体および他方の低融点導体のそれぞれが低い温度で溶断され易くなる。   According to the above configuration, when a eutectic reaction occurs, the one low melting conductor and the other low melting conductor are liquefied at a temperature lower than the melting points of one of the low melting conductor and the other low melting conductor. Therefore, each of the one low-melting-point conductor and the other low-melting-point conductor is easily melted at a low temperature.

本発明の別の局面の遮断機構を有する電力用半導体装置は、絶縁性の基板と、基板の一方の主表面上に設けられた電極膜とを備えている。また、その装置は、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、それぞれが所定の電子回路および電極膜に電気的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を備えている。ヒータ導体は、一方の主配線導体および他方の主配線導体が一方の主表面上に投影された領域の裏側の他方の主表面上の領域内にのみ配置されている。   A power semiconductor device having a blocking mechanism according to another aspect of the present invention includes an insulating substrate and an electrode film provided on one main surface of the substrate. In addition, the apparatus is provided on the other main surface of the substrate, and generates a heater conductor when current flows, one main wiring conductor electrically connected to a predetermined electronic circuit and an electrode film, and And the other main wiring conductor. The heater conductor is disposed only in the region on the other main surface on the back side of the region where one main wiring conductor and the other main wiring conductor are projected on one main surface.

上記の構成によっても、一方の低融点導体および他方の低融点導体のそれぞれが溶断し難くなるという不具合の発生が抑制される。   Also with the above configuration, the occurrence of a problem that each of the one low-melting-point conductor and the other low-melting-point conductor is difficult to melt is suppressed.

本発明のさらに別の局面の遮断機構を有する電力用半導体装置は、絶縁性の基板と、基板の一方の主表面上に設けられた電極膜とを備えている。また、その装置は、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、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を備えている。さらに、その装置は、一方の主配線導体および他方の主配線導体のそれぞれに接続され、ヒータ導体の発熱によって溶融する低融点導体を備えている。低融点導体は、両端部の厚さよりも中央部の厚さが大きい。   A power semiconductor device having a blocking mechanism according to still another aspect of the present invention includes an insulating substrate and an electrode film provided on one main surface of the substrate. Further, the apparatus is provided on the other main surface of the substrate and generates heat when current flows, one main wiring conductor and the other main wiring conductor each connected to a predetermined electronic circuit. It has. Further, the apparatus includes a low melting point conductor that is connected to each of the one main wiring conductor and the other main wiring conductor and melts due to heat generated by the heater conductor. The low melting point conductor has a thickness at the center portion larger than the thickness at both end portions.

上記の構成によれば、遮断機構は低い温度で溶断され易くかつその抵抗値が小さくなる。   According to said structure, a interruption | blocking mechanism is easy to be blown out at low temperature, and the resistance value becomes small.

本発明によれば、低い温度で分断され易くかつ抵抗値が小さい温度ヒューズを有する遮断機構を備えた電力用半導体装置が得られる。   According to the present invention, it is possible to obtain a power semiconductor device including a breaking mechanism having a thermal fuse that is easily divided at a low temperature and has a small resistance value.

実施の形態1の電力用半導体装置の遮断機構の表面図である。3 is a surface view of a cutoff mechanism of the power semiconductor device according to the first embodiment. FIG. 実施の形態1の電力用半導体装置の裏面図である。2 is a rear view of the power semiconductor device according to the first embodiment. FIG. 図1および図2のIII−III線断面図である。It is the III-III sectional view taken on the line of FIG. 1 and FIG. 実施の形態1の低融点金属導体が溶融して分断された直後の状態を示す図である。It is a figure which shows the state immediately after the low melting metal conductor of Embodiment 1 fuse | melted and divided | segmented. 実施の形態1の電力用半導体装置を示す図であって、遮断機構が電子回路に接続されている状態を示す部分断面図である。It is a figure which shows the power semiconductor device of Embodiment 1, Comprising: It is a fragmentary sectional view which shows the state by which the interruption | blocking mechanism is connected to the electronic circuit. 実施の形態1の電力用半導体装置を示す図であって、遮断機構が電子回路に接続されていない状態を示す部分断面図である。It is a figure which shows the power semiconductor device of Embodiment 1, Comprising: It is a fragmentary sectional view which shows the state by which the interruption | blocking mechanism is not connected to the electronic circuit. 実施の形態2の電力用半導体装置の断面図であって、遮断機構が電子回路に接続されている状態を示す部分断面図である。It is sectional drawing of the power semiconductor device of Embodiment 2, Comprising: It is a fragmentary sectional view which shows the state by which the interruption | blocking mechanism is connected to the electronic circuit. 実施の形態2の電力用半導体装置の断面図であって、遮断機構が電子回路に接続されていない状態を示す部分断面図である。It is sectional drawing of the semiconductor device for electric power of Embodiment 2, Comprising: It is a fragmentary sectional view which shows the state where the interruption | blocking mechanism is not connected to the electronic circuit. 実施の形態3の電力用半導体装置の断面図であって、遮断機構が電子回路に接続されている状態を示す部分断面図である。It is sectional drawing of the semiconductor device for electric power of Embodiment 3, Comprising: It is a fragmentary sectional view which shows the state by which the interruption | blocking mechanism is connected to the electronic circuit. 実施の形態3の電力用半導体装置の断面図であって、遮断機構が電子回路接続されていない状態を示す部分断面図である。It is sectional drawing of the semiconductor device for electric power of Embodiment 3, Comprising: It is a fragmentary sectional view which shows the state in which the interruption | blocking mechanism is not connected to the electronic circuit. 実施の形態4の電力用半導体装置の遮断機構の断面図である。FIG. 6 is a cross-sectional view of a cutoff mechanism of a power semiconductor device according to a fourth embodiment. 実施の形態5の電力用半導体装置の遮断機構の断面図である。FIG. 10 is a cross-sectional view of a cutoff mechanism of a power semiconductor device according to a fifth embodiment. 実施の形態6の電力用半導体装置の遮断機構の表面図である。FIG. 10 is a surface view of a cutoff mechanism of a power semiconductor device according to a sixth embodiment. 実施の形態6の電力用半導体装置の遮断機構の裏面図である。FIG. 23 is a rear view of a cutoff mechanism of the power semiconductor device according to the sixth embodiment. 図13および図14のXV−XV線の断面図である。It is sectional drawing of the XV-XV line | wire of FIG. 13 and FIG. 実施の形態7の電力用半導体装置の遮断機構の表面図である。FIG. 24 is a surface view of a cutoff mechanism of a power semiconductor device according to a seventh embodiment. 図16のXVII−XVII線の断面図である。It is sectional drawing of the XVII-XVII line of FIG. 実施の形態7の電力用半導体装置の遮断機構が破断した状態を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the state which the interruption | blocking mechanism of the power semiconductor device of Embodiment 7 fractured | ruptured. 実施の形態8の電力用半導体装置の遮断機構の断面図である。FIG. 20 is a cross-sectional view of a power shut-off mechanism for a power semiconductor device according to an eighth embodiment. 実施の形態9の電力用半導体装置の遮断機構の裏面図である。FIG. 38 is a rear view of the cutoff mechanism of the power semiconductor device according to the ninth embodiment. 実施の形態9の電力用半導体装置の遮断機構の断面図である。FIG. 38 is a cross-sectional view of a power semiconductor device blocking mechanism according to the ninth embodiment. 実施の形態9の電力用半導体装置の遮断機構が破断した状態を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the state which the interruption | blocking mechanism of the semiconductor device for electric power of Embodiment 9 fractured | ruptured. 実施の形態10の電力用半導体装置の遮断機構の断面図である。FIG. 38 is a cross-sectional view of the power semiconductor device blocking mechanism according to the tenth embodiment. 実施の形態10の電力用半導体装置の遮断機構の2種類の低融点金属導体が一体化した状態を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the state which two types of low melting metal conductors of the interruption | blocking mechanism of the semiconductor device for electric power of Embodiment 10 integrated. 実施の形態11の電力用半導体装置の遮断機構の表面図である。FIG. 38 is a surface view of a cutoff mechanism of a power semiconductor device according to an eleventh embodiment. 実施の形態11の電力用半導体装置の遮断機構の裏面図である。FIG. 38 is a rear view of the cutoff mechanism of the power semiconductor device according to the eleventh embodiment. 図25および図26のXXVII−XXVII線の断面図である。It is sectional drawing of the XXVII-XXVII line of FIG. 25 and FIG. 実施の形態12の電力用半導体装置の遮断機構の表面図である。FIG. 38 is a surface view of a cutoff mechanism of a power semiconductor device according to a twelfth embodiment. 実施の形態12の電力用半導体装置の遮断機構の裏面図である。FIG. 38 is a rear view of the cutoff mechanism of the power semiconductor device according to the twelfth embodiment. 図28および図29のXXX−XXX線の断面図である。FIG. 30 is a sectional view taken along line XXX-XXX in FIGS. 28 and 29. 実施の形態13の電力用半導体装置の遮断機構の断面図である。FIG. 38 is a cross-sectional view of a power shut-off mechanism for a power semiconductor device in a thirteenth embodiment.

以下、図面を参照しながら、本発明の実施の形態の遮断機構を備えた電力用半導体装置が説明される。なお、各実施の形態において、同一の機能を果たす部位には同一の参照符号が付されており、その説明は、特に必要がなければ、繰り返さない。   Hereinafter, a power semiconductor device including a blocking mechanism according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. In each embodiment, portions having the same function are denoted by the same reference numerals, and the description thereof will not be repeated unless particularly necessary.

(実施の形態1)
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。
(Embodiment 1)
FIG. 1 is a plan view showing one main surface of the shut-off mechanism of the power semiconductor device of the present embodiment, and FIG. 2 shows the other main surface of the shut-off mechanism of the power semiconductor device of the present embodiment. FIG. 3 and 4 are cross-sectional views showing a state where the thermal fuse constituting the breaking mechanism is not blown and a state immediately after the thermal fuse constituting the breaking mechanism is blown.

遮断機構10は、電力用半導体装置の主配線導体2を媒介として他の電子回路に直列に接続されている。遮断機構10は、図1〜図3に示されるように、絶縁性の基板1と、基板1の一方の主表面上に形成された電極膜3と、基板1の一方の主表面に対向する他方の主表面上に形成されたヒータ導体4とを備えている。電極膜3は、たとえばAgPd、AgPt、またはタングステン等の厚膜材料からなる。また、遮断機構10の電極膜3の一方端および他方端は、図3に示されるように、それぞれ、一方の主配線導体2の端部および他方の主配線導体2の端部にロウ材としての低融点金属導体5を媒介として接続されている。   The interruption mechanism 10 is connected in series to another electronic circuit through the main wiring conductor 2 of the power semiconductor device. As shown in FIGS. 1 to 3, the blocking mechanism 10 faces the insulating substrate 1, the electrode film 3 formed on one main surface of the substrate 1, and one main surface of the substrate 1. And a heater conductor 4 formed on the other main surface. The electrode film 3 is made of a thick film material such as AgPd, AgPt, or tungsten. In addition, as shown in FIG. 3, one end and the other end of the electrode film 3 of the blocking mechanism 10 are used as brazing materials at the end of one main wiring conductor 2 and the other main wiring conductor 2, respectively. The low melting point metal conductor 5 is connected as a medium.

基板1は、絶縁性および耐熱性の観点において、アルミナ等のセラミック基板からなることが好ましい。したがって、本実施の形態においては、基板1はアルミナ基板である。基板の厚みとしては0.5mm〜1mm程度の値が産業上よく用いられており、この値で
あれば、十分な強度が得られ易い。基板の大きさとしては10mm角〜20mm角程度の値が望ましい。
The substrate 1 is preferably made of a ceramic substrate such as alumina from the viewpoint of insulation and heat resistance. Therefore, in the present embodiment, the substrate 1 is an alumina substrate. As the thickness of the substrate, a value of about 0.5 mm to 1 mm is often used in the industry, and if it is this value, sufficient strength can be easily obtained. The size of the substrate is preferably about 10 mm square to 20 mm square.

電極膜3は、ガラス粉末のバインダと金属粉末の混合物を基板表面に、印刷などの方法でパターニングおよび焼成することによって、形成される。そのため、電極膜3は容易に形成され得る。電極膜3の厚みは数μmから数十μm程度である。   The electrode film 3 is formed by patterning and baking a mixture of a glass powder binder and a metal powder on the substrate surface by a method such as printing. Therefore, the electrode film 3 can be easily formed. The thickness of the electrode film 3 is about several μm to several tens of μm.

遮断機構10は、次のような製法によって形成される。
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。
The blocking mechanism 10 is formed by the following manufacturing method.
First, a solidified alumina fine powder and binder mixture called a green sheet is prepared. This is fired to form a substrate 1 made of alumina. Next, the heater conductor 4 and the electrode film 3 are made of AgPd, AgPt, tungsten, or the like, and these are patterned and fired by using a method such as printing on a substrate surface with a glass powder binder and a metal powder mixture. Formed by. Therefore, the substrate 1 is easily formed. If the thickness of the substrate is about several μm to several tens of μm, it can be realized. Thereafter, the substrate 1 is baked and hardened for several hours at a high temperature of about several thousand or more degrees. Thereby, a metal conductor such as tungsten is formed in a desired shape on each of the front surface and the back surface of the substrate 1. That is, it is possible to obtain the substrate 1 in which the electrode film 3 and the heater conductor 4 are formed on one main surface and the other main surface, respectively.

たとえば、電極膜3およびヒータ導体4のそれぞれのパターンの幅は、100μmから数mm程度であり、それぞれのパターンの部分同士の間隔の最低値は、100μm以上である。さらに、Niめっき等が電極膜3を構成する金属材料およびヒータ導体4を構成する金属材料のそれぞれ上に施されることによって、パターンの厚さが所望の厚さに調整されてもよい。   For example, the width of each pattern of the electrode film 3 and the heater conductor 4 is about 100 μm to several mm, and the minimum value of the interval between the portions of each pattern is 100 μm or more. Furthermore, the thickness of the pattern may be adjusted to a desired thickness by applying Ni plating or the like on each of the metal material constituting the electrode film 3 and the metal material constituting the heater conductor 4.

前述の方法の代わりに、MoMn法と呼ばれる方法によって、前述のパターンが形成されてもよい。MoMn法は、Moと酸化マンガンとの混合物が印刷された基板1を焼成することによって、所望のパターンを形成する方法である。この方法においては、たとえば、200μm以上の幅のパターンを形成することが可能であり、200μm程度の最低間隔を有するパターンを形成することが可能である。   Instead of the aforementioned method, the aforementioned pattern may be formed by a method called MoMn method. The MoMn method is a method of forming a desired pattern by firing the substrate 1 on which a mixture of Mo and manganese oxide is printed. In this method, for example, a pattern having a width of 200 μm or more can be formed, and a pattern having a minimum interval of about 200 μm can be formed.

また、ヒータ導体4は、たとえば、パターン幅100μmかつパターン間隔100μmであり、また、図2に示されるように、複数の折り曲げ部を有する形状であれば、ヒータ導体4の全長を大きくかつ幅を小さくすることができる。たとえば、ヒータ導体4は、長さ10mmの直線部が50個の折り曲げ部を媒介として接続された形状を有していれば、長さ500mmという細長い導体が小さな領域内に形成され得る。また、たとえば、パターンの厚さが10μm程度であれば、ヒータ導体4の抵抗値は100Ω程度になり得る。   Further, the heater conductor 4 has a pattern width of 100 μm and a pattern interval of 100 μm, for example, and as shown in FIG. Can be small. For example, if the heater conductor 4 has a shape in which a straight portion having a length of 10 mm is connected via 50 bent portions, an elongated conductor having a length of 500 mm can be formed in a small region. For example, if the thickness of the pattern is about 10 μm, the resistance value of the heater conductor 4 can be about 100Ω.

一般に、ヒータ導体4の抵抗値は高いことが望ましいが、電極膜3の抵抗値は低いことが望ましい。これは、遮断機構の機能を短時間で発揮させながら、電力用半導体装置の発熱量を低減することができるためである。たとえば、電極膜3に数100Aもの大きな電流が流れる場合に、電極膜3の抵抗値が0.1Ωであれば、電極膜3において100Aあたり10Vの電位差が生じる。そのため、電極膜3における発熱量が1000Wにもなってしまう。このような大きな発熱が生じることは電力用半導体装置にとって好ましくない。   In general, the resistance value of the heater conductor 4 is desirably high, but the resistance value of the electrode film 3 is desirably low. This is because the amount of heat generated by the power semiconductor device can be reduced while the function of the shut-off mechanism is exhibited in a short time. For example, when a large current of several hundreds A flows through the electrode film 3, if the resistance value of the electrode film 3 is 0.1Ω, a potential difference of 10 V per 100 A occurs in the electrode film 3. Therefore, the amount of heat generated in the electrode film 3 is 1000 W. Such large heat generation is not preferable for a power semiconductor device.

また、幅0.1mmでかつ長さ500mmの電極膜3の抵抗値が100Ωであるということは、幅10mmで長さ1mmの電極膜3の抵抗値は0.002Ωということになる。電極膜3を流れる電流の値が100Aであれば、電極膜3における電位差は0.2Vであり、発熱量は20Wになる。この値は、かろうじて許容される値である。   Moreover, the resistance value of the electrode film 3 having a width of 0.1 mm and a length of 500 mm is 100Ω, which means that the resistance value of the electrode film 3 having a width of 10 mm and a length of 1 mm is 0.002Ω. If the value of the current flowing through the electrode film 3 is 100 A, the potential difference in the electrode film 3 is 0.2 V, and the calorific value is 20 W. This value is barely acceptable.

このように電極膜3に要求される抵抗値とヒータ導体4に要求される抵抗値とは異なっており、電極膜3の抵抗率は小さくかつヒータ導体4の抵抗率は大きいことが望ましい。たとえば、ヒータ導体4がカーボン系の導電性を有する材料からなっていてもよい。   Thus, the resistance value required for the electrode film 3 and the resistance value required for the heater conductor 4 are different, and it is desirable that the resistivity of the electrode film 3 is small and the resistivity of the heater conductor 4 is large. For example, the heater conductor 4 may be made of a carbon-based conductive material.

本実施の形態においては、電極膜3の長さが1mmであるが、これは電極膜3の両端部に接続された1対の主配線導体2同士の間隔が1mmであれば、容易に実現され得る。   In the present embodiment, the length of the electrode film 3 is 1 mm. This is easily realized if the distance between the pair of main wiring conductors 2 connected to both ends of the electrode film 3 is 1 mm. Can be done.

主配線導体2は、たとえば、厚さ1mmから2mm程度の銅または銅合金からなることが望ましい。これによれば、主配線導体2の抵抗値を低くすることができる。このような主配線導体2が電極膜3にたとえば半田などのロウ材からなる低融点金属導体5を媒介として電気的に接続されている遮断機構10によれば、主配線導体2同士の間の経路における抵抗値を小さくすることができる。したがって、電極膜3の抵抗値が小さくかつヒータ導体4の抵抗値が大きな遮断機構を得ることができる。   The main wiring conductor 2 is preferably made of copper or a copper alloy having a thickness of about 1 mm to 2 mm, for example. According to this, the resistance value of the main wiring conductor 2 can be lowered. According to the blocking mechanism 10 in which the main wiring conductor 2 is electrically connected to the electrode film 3 through a low melting point metal conductor 5 made of a brazing material such as solder, for example, between the main wiring conductors 2. The resistance value in the path can be reduced. Therefore, a blocking mechanism in which the resistance value of the electrode film 3 is small and the resistance value of the heater conductor 4 is large can be obtained.

次に、遮断機構10の動作が説明される。
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。
Next, the operation of the blocking mechanism 10 will be described.
When a shut-off command is output from a rectifying mechanism not shown, current flows to the heater conductor 4 through wiring connected to the heater conductor 4 not shown. For example, when a current flows from a 200V battery to the heater conductor 4, a current of 2A flows through the heater conductor 4 having a resistance value of 100Ω, and 400W of heat is generated. This heat raises the temperature of the substrate 1. At this time, the temperature of the substrate 1 rises to 300 ° C. or more in a few seconds and rises to about 700 ° C. in a few tens of seconds.

低融点金属導体5が、たとえば、はんだからなる場合には、その融点はほぼ200℃であるため、基板1および電極膜3上において溶融する。本実施の形態においては、基板1は主配線導体2の下側に配置されているため、基板1、電極膜3、およびヒータ導体4は一体となって重力にしたがって落下する。   When the low-melting-point metal conductor 5 is made of, for example, solder, the melting point is approximately 200 ° C., so that it melts on the substrate 1 and the electrode film 3. In the present embodiment, since the substrate 1 is disposed below the main wiring conductor 2, the substrate 1, the electrode film 3, and the heater conductor 4 are integrally dropped according to gravity.

本実施の形態においては、はんだが低融点金属導体5の一例として用いられているが、他の低融点金属がはんだの代わりに用いられてもよい。低融点金属導体5は、電気伝導性を有し、かつ主配線導体2、基板1、電極膜3、およびヒータ導体4よりも低い融点を有
していれば、いかなる材料からなっていても、温度ヒューズとして機能することができる。
In the present embodiment, solder is used as an example of the low melting point metal conductor 5, but other low melting point metal may be used instead of the solder. The low melting point metal conductor 5 has electrical conductivity and has a lower melting point than the main wiring conductor 2, the substrate 1, the electrode film 3, and the heater conductor 4. Can function as a thermal fuse.

前述のように、本実施の形態の遮断機構10においては、電極膜3およびヒータ導体4がそれぞれ基板1の一方の主表面上および他方の主表面上に設けられており、かつ電極膜3が一方の低融点金属導体5および他方の低融点金属導体5のそれぞれを媒介として一方の主配線導体2および他方の主配線導体2に電気的に接続されている。この構成によれば、遮断機構10は、非常に小型され得るものとなり、かつ、その抵抗値を非常に小さくすることができるものとなる。   As described above, in the blocking mechanism 10 of the present embodiment, the electrode film 3 and the heater conductor 4 are provided on one main surface and the other main surface of the substrate 1, respectively, and the electrode film 3 is The low-melting-point metal conductor 5 and the other low-melting-point metal conductor 5 are electrically connected to the one main wiring conductor 2 and the other main-wiring conductor 2, respectively. According to this structure, the interruption | blocking mechanism 10 can be made very small, and the resistance value can be made very small.

次に、図5および図6を用いて、本実施の形態の遮断機構10が用いられている電力用半導体装置が説明される。   Next, referring to FIGS. 5 and 6, a power semiconductor device using the blocking mechanism 10 of the present embodiment will be described.

本実施の形態の電力用半導体装置においては、図5に示されるように、図示されていない電力用半導体素子が内蔵された樹脂封止型のパワーモジュール6がベースプレート7上に配置されている。パワーモジュール6は信号端子8および主端子9を備えている。主端子9の延長部分は、遮断機構10の一方の主配線導体2を構成している。   In the power semiconductor device of the present embodiment, as shown in FIG. 5, a resin-encapsulated power module 6 containing a power semiconductor element (not shown) is disposed on a base plate 7. The power module 6 includes a signal terminal 8 and a main terminal 9. The extended portion of the main terminal 9 constitutes one main wiring conductor 2 of the blocking mechanism 10.

また、他方の主配線導体2の延長部分は、外部接続用の端子台11を形成している。このとき、遮断機構10は、蓋を有する樹脂製の筐体12に内装され、それにより、外部空間に露出しないように保護されている。   Further, the extended portion of the other main wiring conductor 2 forms a terminal block 11 for external connection. At this time, the blocking mechanism 10 is housed in a resin casing 12 having a lid, thereby being protected from being exposed to the external space.

遮断機構10が動作したときには、低融点金属導体5が、筐体12の内部の空間において、ヒータ導体4の発熱によって溶融するため、基板1を支持するものがなくなる。そのため、図6に示されるように、基板1が重力に従って落下し、パワーモジュール6の主端子9と端子台11との間を流れる電流が遮断される。   When the shut-off mechanism 10 is operated, the low melting point metal conductor 5 is melted by the heat generated by the heater conductor 4 in the space inside the housing 12, so that there is no support for the substrate 1. Therefore, as shown in FIG. 6, the substrate 1 falls according to gravity, and the current flowing between the main terminal 9 and the terminal block 11 of the power module 6 is interrupted.

なお、端子台11は、主配線導体2に設けられた貫通孔に挿入されたボルト13によって、遮断機構10を内蔵する筐体12の樹脂の所定の位置に固定されている。このように遮断機構10と端子台11とが一体化されているため、電力用半導体装置は小型化されかつ軽量化されている。   Note that the terminal block 11 is fixed to a predetermined position of the resin of the housing 12 in which the blocking mechanism 10 is built in by a bolt 13 inserted into a through hole provided in the main wiring conductor 2. Thus, since the interruption | blocking mechanism 10 and the terminal block 11 are integrated, the power semiconductor device is reduced in size and weight.

図示されていないが、たとえば、遮断機構10および端子台11を備えた樹脂製の筐体12がパワーモジュール6に一体化されていてもよい。この場合、放熱性等の性能の低下がなければ、電力用は導体装置はベースプレート7を有していないくてもよい。また、電力用半導体装置は、ベースプレート7の代わりに、冷却用のヒートシンクを有していてもよい。樹脂製の筐体12の材質としては、PPS(ポリフェニレンサルファイド)またはエポキシなどの耐熱性を有する樹脂が用いられることが好ましい。   Although not shown, for example, a resin casing 12 including the blocking mechanism 10 and the terminal block 11 may be integrated with the power module 6. In this case, if there is no decrease in performance such as heat dissipation, the conductor device for electric power may not have the base plate 7. The power semiconductor device may have a heat sink for cooling instead of the base plate 7. As the material of the resin casing 12, it is preferable to use a heat-resistant resin such as PPS (polyphenylene sulfide) or epoxy.

また、遮断機構10が内蔵された筐体12は、蓋を有し、外気から遮断されているため、塵埃などから保護されているだけでなく、遮断機構10が動作したときに発生するアーク放電から筐体12の周辺の部品が保護されている。筐体12の蓋の材質としては、パワーモジュール6の主端子9などの導体と接する部分は絶縁性を有している必要があり、たとえば、PPSなどの耐熱性を有する樹脂などが用いられることが好ましい。   In addition, since the housing 12 with the built-in blocking mechanism 10 has a lid and is blocked from the outside air, it is not only protected from dust, but also arc discharge generated when the blocking mechanism 10 operates. The components around the housing 12 are protected from the above. As a material for the lid of the housing 12, a portion in contact with the conductor such as the main terminal 9 of the power module 6 needs to have insulation, and for example, a heat-resistant resin such as PPS is used. Is preferred.

このように、本実施の形態の電力用半導体装置によれば、外部の端子台11とパワーモジュール6の主端子9との間に遮断機構10が設けられかつ外部からその発熱の制御によって低融点導体5を溶かすことができるヒータ導体4が設けられているため、過電流が遮断機構10に流れた場合だけでなく、故障が発生したときにおいてもまた、ヒータ導体4に電流を流すことによって、遮断機構10を能動的に機能させることが可能である。   As described above, according to the power semiconductor device of the present embodiment, the blocking mechanism 10 is provided between the external terminal block 11 and the main terminal 9 of the power module 6, and the low melting point is controlled by controlling the heat generation from the outside. Since the heater conductor 4 capable of melting the conductor 5 is provided, not only when an overcurrent flows through the interrupting mechanism 10 but also when a failure occurs, a current is passed through the heater conductor 4, It is possible to make the blocking mechanism 10 function actively.

なお、本実施の形態の電力用半導体装置においては、遮断機構10は、パワーモジュール6の側方であってベースプレート7の上方に配置されているが、外部接続端子を有する端子台11と電力用半導体素子の主端子9との間に設けられていれば、その配置としていかなる配置が採用されてもよい。   In the power semiconductor device according to the present embodiment, the shut-off mechanism 10 is disposed on the side of the power module 6 and above the base plate 7, but the terminal block 11 having external connection terminals and the power Any arrangement may be adopted as long as it is provided between the main terminal 9 of the semiconductor element.

多くの場合には、パワーモジュール6の主端子9とプリント配線基板に電子部品が実装された制御基板とが固定されているが、本実施の形態の電力用半導体装置のように、それらが水平方向において並んで配置されている場合には、プリント配線板の面積の制約がないため、電力用半導体装置の設計の自由度が高い。一方、パワーモジュール6の主端子9とプリント配線基板に電子部品が実装された制御基板とが垂直方向において並んで配置されている場合には、電力用半導体装置の平面的な面積は小さく、かつ、プリント配線基板を配置することができる領域の制約がないという利点がある。   In many cases, the main terminal 9 of the power module 6 and the control board on which electronic components are mounted on the printed wiring board are fixed. However, as in the power semiconductor device of the present embodiment, they are horizontal. When arranged side by side in the direction, since there is no restriction on the area of the printed wiring board, the degree of freedom in designing the power semiconductor device is high. On the other hand, when the main terminal 9 of the power module 6 and the control board on which electronic components are mounted on the printed wiring board are arranged side by side in the vertical direction, the planar area of the power semiconductor device is small, and There is an advantage that there is no restriction on the area where the printed wiring board can be arranged.

本実施の形態においては、パワーモジュール6の主端子9が遮断機構10の主配線導体2を構成するものとされているが、それぞれが別個独立した部品からなっていてもよい。パワーモジュール6の主端子9と遮断機構10の主配線導体2とが一体的な部品であれば、電力用半導体装置を小型化かつ軽量化することができる。一方、パワーモジュール6の主端子9および遮断機構10の主配線導体2のそれぞれが別個独立した部品であれば、遮断機構10から熱が逃げることを抑制し易くなるため、電力用半導体装置の設計の自由度が増加する。   In the present embodiment, the main terminal 9 of the power module 6 constitutes the main wiring conductor 2 of the breaking mechanism 10, but each may be composed of separate and independent components. If the main terminal 9 of the power module 6 and the main wiring conductor 2 of the blocking mechanism 10 are an integral part, the power semiconductor device can be reduced in size and weight. On the other hand, if each of the main terminal 9 of the power module 6 and the main wiring conductor 2 of the shut-off mechanism 10 is a separate component, it is easy to suppress heat escape from the shut-off mechanism 10. The degree of freedom increases.

(実施の形態2)
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。
(Embodiment 2)
Next, the power semiconductor device according to the third embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. Since the power semiconductor device of the present embodiment is substantially the same as the semiconductor device of the first embodiment, the difference between the power semiconductor device of the present embodiment and the semiconductor device of the first embodiment will be described below. Mainly explained.

図7および図8に示されるように、本実施の形態の電力用半導体装置においては、基板1が一方の主配線導体2および他方の主配線導体2から離れるように、基板1を押圧する押圧機構が、筐体12の蓋の下面に設けられている。押圧機構の一例としてばね16が用いられている。押圧機構は、ばね16以外に、ゴムなどの弾性体であってもよい。また、弾性体は、延びた状態で、基板1の下面と筐体12の底面とに接続され、基板1を引っ張ることによって、基板1が一方の主配線導体2および他方の主配線導体2から離れさせるものであってもよい。   As shown in FIGS. 7 and 8, in the power semiconductor device according to the present embodiment, the substrate 1 is pressed so as to be separated from the one main wiring conductor 2 and the other main wiring conductor 2. A mechanism is provided on the lower surface of the lid of the housing 12. A spring 16 is used as an example of the pressing mechanism. In addition to the spring 16, the pressing mechanism may be an elastic body such as rubber. In addition, the elastic body is connected to the lower surface of the substrate 1 and the bottom surface of the housing 12 in an extended state, and the substrate 1 is pulled from one main wiring conductor 2 and the other main wiring conductor 2 by pulling the substrate 1. It may be separated.

筐体12の蓋は、絶縁性を要求されるため、樹脂などの絶縁材料によって金属の表面が被覆された部材であることが望ましい。本実施の形態においては、低融点金属導体5が溶融すると、ばね16が伸張しようとする力によって、基板1が下方に押される。そのため、低融点金属導体5に与えられる熱量が小さくても、容易に基板1上の電極膜3を主配線導体2から離れさせることができる。   Since the lid of the housing 12 is required to have insulating properties, it is desirable that the metal 12 be covered with an insulating material such as resin. In the present embodiment, when the low-melting point metal conductor 5 is melted, the substrate 1 is pushed downward by the force that the spring 16 tries to expand. Therefore, even if the amount of heat given to the low melting point metal conductor 5 is small, the electrode film 3 on the substrate 1 can be easily separated from the main wiring conductor 2.

図示されていないが、珪砂などの絶縁性の材料が遮断機構10の周囲の空間に充填されていてもよい。その場合、通常、ばね16の力は珪砂から反力を受けるため、過度に大きな力が低融点金属導体5に働かない。そのため、低融点金属導体5がばね16から受ける力のみによって破断してしまうという不具合の発生を抑制することができる。そのため、電力用半導体装置の信頼性を保証することができる期間を長くすることができる。   Although not shown, an insulating material such as silica sand may be filled in the space around the blocking mechanism 10. In that case, since the force of the spring 16 usually receives a reaction force from the silica sand, an excessively large force does not act on the low melting point metal conductor 5. Therefore, it is possible to suppress the occurrence of a problem that the low melting point metal conductor 5 is broken only by the force received from the spring 16. Therefore, the period during which the reliability of the power semiconductor device can be guaranteed can be extended.

言い換えると、上記の構成によれば、重力以外に、押圧機構が絶縁性の基板1を一方の主配線導体2および他方の主配線導体2から離れるように押圧する力によって、一方の低
融点金属導体5および他方の低融点金属導体5のそれぞれの溶断が促進される。
In other words, according to the above-described configuration, in addition to gravity, the pressing mechanism presses the insulating substrate 1 away from the one main wiring conductor 2 and the other main wiring conductor 2, so that one low melting point metal The fusing of the conductor 5 and the other low melting point metal conductor 5 is promoted.

前述のことがより具体的に説明される。
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。
The foregoing will be described more specifically.
In general, it is known that a metal material is a material that causes recrystallization at a temperature higher than about half the melting point marked in absolute temperature. For example, it is known that the melting point of Pd-free solder is about 217 ° C. This is about 490K when expressed in absolute temperature. Therefore, recrystallization of Pb-free solder occurs at a temperature of 245K = 28 ° C. or higher below zero. Within the temperature range where recrystallization occurs, the Pb-free solder is easily deformed. Therefore, when a force is constantly applied to the Pb-free solder, the Pb-free solder may be gradually deformed by the force. Therefore, when the force is constantly applied to the Pb-free solder, the period during which the reliability of the shut-off mechanism of the power semiconductor device can be guaranteed is short.

そのため、本実施の形態の電力用半導体装置のように、遮断機構10が珪砂等によって封止されていることが好ましい。前述の説明においては、遮断機構10が珪砂に内包されている電力用半導体装置が挙げられているが、難燃性および絶縁性の材料であれば、珪砂の代わりに他の材料が用いられても、電力用半導体装置の信頼性を保証することができる期間を長くすることができるという効果が得られる。   Therefore, it is preferable that the blocking mechanism 10 is sealed with silica sand or the like as in the power semiconductor device of the present embodiment. In the above description, a power semiconductor device in which the shut-off mechanism 10 is enclosed in silica sand is mentioned, but other materials can be used instead of silica sand as long as it is a flame-retardant and insulating material. In addition, there is an effect that the period during which the reliability of the power semiconductor device can be ensured can be extended.

(実施の形態3)
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。
(Embodiment 3)
Next, the power semiconductor device of the third embodiment will be described with reference to FIGS. 9 and 10. Since the power semiconductor device of the present embodiment is substantially the same as the semiconductor device of the first embodiment, the difference between the power semiconductor device of the present embodiment and the semiconductor device of the first embodiment will be described below. Mainly explained.

図9および図10に示されるように、本実施の形態の電力用半導体装置においては、樹脂14aおよび14bが筐体12内の遮断機構10の周囲の空間に充填されている。遮断機構10の上側の空間が樹脂14aによって満たされ、遮断機構10の下側の空間が樹脂14bによって満たされている。   As shown in FIGS. 9 and 10, in the power semiconductor device of the present embodiment, the resin 14 a and 14 b are filled in the space around the blocking mechanism 10 in the housing 12. The space above the blocking mechanism 10 is filled with the resin 14a, and the space below the blocking mechanism 10 is filled with the resin 14b.

本実施の形態においては、遮断機構10の上側の樹脂14aの熱膨張率が、遮断機構10の下側の樹脂14bの熱膨張率よりも大きい。たとえば、難燃性の耐熱樹脂として普及しているエポキシの熱膨張率は15×10-6/℃程度であるのに対して、PPS(ポリフェニレンサルファイド)の熱膨張率は22×10-6/℃程度である。したがって、遮断機構10の上側の樹脂14aがPPSからなり、遮断機構10の下側の樹脂14bがエポキシ樹脂からなっていれば、遮断機構10の上側の樹脂14aの熱膨張率が遮断機構10の下側の樹脂14bの熱膨張率よりも大きい構成を実現することができる。 In the present embodiment, the thermal expansion coefficient of the upper resin 14 a of the blocking mechanism 10 is larger than the thermal expansion coefficient of the lower resin 14 b of the blocking mechanism 10. For example, the thermal expansion coefficient of epoxy, which is widely used as a flame-retardant heat-resistant resin, is about 15 × 10 −6 / ° C., whereas the thermal expansion coefficient of PPS (polyphenylene sulfide) is 22 × 10 −6 / It is about ℃. Therefore, if the upper resin 14a of the blocking mechanism 10 is made of PPS and the lower resin 14b of the blocking mechanism 10 is made of epoxy resin, the thermal expansion coefficient of the upper resin 14a of the blocking mechanism 10 is A configuration larger than the thermal expansion coefficient of the lower resin 14b can be realized.

本実施の形態においては、PPS樹脂およびエポキシ樹脂が、それぞれ、樹脂14aおよび14bとして用いられているが、他の樹脂がそれぞれ樹脂14aおよび14bとして用いられてもよい。   In the present embodiment, the PPS resin and the epoxy resin are used as the resins 14a and 14b, respectively, but other resins may be used as the resins 14a and 14b, respectively.

本実施の形態においては、前述のように、遮断機構10の上側、すなわちヒータ導体4が設けられていない側の樹脂14aの熱膨張率が樹脂14bの下側、すなわちヒータ導体4が設けられている側の樹脂14bの熱膨張率よりも大きい。そのため、電流をヒータ導体4に流すことによって遮断機構10を動作させるときに、樹脂14aの膨張の度合が樹脂14bの膨張の度合よりも大きくなる。その結果、樹脂14aと樹脂14bとの間の膨張の度合の相違に起因して、基板1が主配線導体2から離れるように、力が作用する。したがって、遮断機構10が確実に機能する。つまり、図9に示される状態から図10に示される状態へ変化し、一方の主配線導体2と他方の主配線導体2との間の電流の流れが遮断される。電力用半導体装置は、前述のような2種類の樹脂14aおよび14bだけでは
なく、実施の形態2において説明されたばね16もまた備えていてもよい。
In the present embodiment, as described above, the thermal expansion coefficient of the resin 14a on the upper side of the blocking mechanism 10, that is, the side where the heater conductor 4 is not provided is lower than the resin 14b, that is, the heater conductor 4 is provided. It is larger than the thermal expansion coefficient of the resin 14b on the other side. For this reason, when the blocking mechanism 10 is operated by passing a current through the heater conductor 4, the degree of expansion of the resin 14a is greater than the degree of expansion of the resin 14b. As a result, due to the difference in the degree of expansion between the resin 14a and the resin 14b, a force acts so that the substrate 1 is separated from the main wiring conductor 2. Therefore, the blocking mechanism 10 functions reliably. That is, the state shown in FIG. 9 changes to the state shown in FIG. 10, and the current flow between one main wiring conductor 2 and the other main wiring conductor 2 is interrupted. The power semiconductor device may include not only the two types of resins 14a and 14b as described above but also the spring 16 described in the second embodiment.

(実施の形態4)
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。
(Embodiment 4)
Next, the power semiconductor device according to the fourth embodiment will be described with reference to FIG. Since the power semiconductor device of the present embodiment is substantially the same as the semiconductor device of the first embodiment, the difference between the power semiconductor device of the present embodiment and the semiconductor device of the first embodiment will be described below. Mainly explained.

図11に示されるように、本実施の形態の電力用半導体装置の遮断機構10においては、電極膜3上にはたとえばCuまたはAlからなる導体層15が設けられている。導体層15は電極膜3よりも電気抵抗値が小さい。低融点金属導体5と電極膜3とは導体層15を媒介として電気的に接続されている。   As shown in FIG. 11, in the breaking mechanism 10 of the power semiconductor device of the present embodiment, a conductor layer 15 made of, for example, Cu or Al is provided on the electrode film 3. The conductor layer 15 has an electric resistance value smaller than that of the electrode film 3. The low melting point metal conductor 5 and the electrode film 3 are electrically connected through the conductor layer 15.

本実施の形態の遮断機構10の製造方法は、次のようなものである。
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。
The manufacturing method of the interruption | blocking mechanism 10 of this Embodiment is as follows.
For example, when a technique called a casting method is used, first, the substrate 1 is mounted on a mold having a cavity corresponding to the shape of the conductor layer 15. Next, a molten metal conductor material such as aluminum is injected into the cavity. Thereafter, the metal conductor material is cooled. Next, the mold is opened. Thereafter, the blocking mechanism 10 in which the metal conductor material is formed as the conductor layer 15 is taken out from the mold.

また、活性金属ロウ付け法と呼ばれる方法が用いられる場合には、Ag−Cu−Ti系、Cu−Sn−Ti系、Co−Ti系、Ni−Ti系、またはアルミニウム合金系等のロウ材を用いて、基板1にたとえばCuなどの金属層がロウ付けされることにより、金属層が導体層15として形成された遮断機構10が得られる。   When a method called an active metal brazing method is used, a brazing material such as an Ag-Cu-Ti, Cu-Sn-Ti, Co-Ti, Ni-Ti, or aluminum alloy is used. In use, a metal layer such as Cu is brazed to the substrate 1 to obtain the blocking mechanism 10 in which the metal layer is formed as the conductor layer 15.

このような手法によれば、基板1が大きく反ってしまう。しかしながら、電力用半導体装置の遮断機構10の部品として基板1が用いられる場合には、その反りは遮断機構10の機能を低下させてしまうようなものではない。したがって、基板1が多少反ったとしても、前述のような手法が採用されることが望ましい。   According to such a method, the substrate 1 is greatly warped. However, when the substrate 1 is used as a component of the shut-off mechanism 10 of the power semiconductor device, the warp does not reduce the function of the shut-off mechanism 10. Therefore, even if the substrate 1 is slightly warped, it is desirable to adopt the above-described method.

また、導体層15と主配線導体2とが低融点金属導体5によって電気的に接続されるため、前述の各実施の形態の遮断機構10と同様に、遮断機構10が動作した場合には、ヒータ導体4の発熱によって低融点金属導体5が溶断され、主配線導体2と導体層15とが電気的に分離されるため、電子回路を流れる電流が遮断される。   In addition, since the conductor layer 15 and the main wiring conductor 2 are electrically connected by the low melting point metal conductor 5, similarly to the blocking mechanism 10 of each of the above-described embodiments, when the blocking mechanism 10 operates, The low melting point metal conductor 5 is melted by the heat generated by the heater conductor 4, and the main wiring conductor 2 and the conductor layer 15 are electrically separated, so that the current flowing through the electronic circuit is interrupted.

本実施の形態によれば、導体層15を用いることによって、遮断機構10における抵抗値が、導体層15を用いない遮断機構10の抵抗値の10分の1から数10分の1まで低減される。たとえば、抵抗値が0.1mΩに低減されると、100Aの電流が電子回路に流れる場合には、遮断機構10における電圧ドロップは、0.01V程度になる。したがって、遮断機構10において生じる電力のロスは1W程度という非常に小さな値になる。   According to the present embodiment, by using the conductor layer 15, the resistance value in the blocking mechanism 10 is reduced from 1/10 to several tenths of the resistance value of the blocking mechanism 10 not using the conductor layer 15. The For example, when the resistance value is reduced to 0.1 mΩ, when a current of 100 A flows through the electronic circuit, the voltage drop in the cutoff mechanism 10 is about 0.01V. Therefore, the loss of power generated in the cutoff mechanism 10 is a very small value of about 1W.

上記の構成によれば、一方の主配線導体2と他方の主配線導体2との間の電気抵抗値が電極膜3の電気抵抗値に依存せずに、電極膜3よりも電気抵抗値が小さい導体層15に依存する。そのため、一方の主配線導体2と他方の主配線導体2との間の電気抵抗値をさらに低減することができる。また、ヒータ導体4が発した熱は導体層15を経由して主配線導体2へ伝導される。したがって、導体層15が設けられていない場合に比較して、ヒータ導体4が発した熱の逃げが抑制される。故に、小さいエネルギで低融点金属導体5を溶断させることができる。   According to the above configuration, the electric resistance value between the one main wiring conductor 2 and the other main wiring conductor 2 does not depend on the electric resistance value of the electrode film 3, and the electric resistance value is higher than that of the electrode film 3. Depends on the small conductor layer 15. Therefore, the electrical resistance value between one main wiring conductor 2 and the other main wiring conductor 2 can be further reduced. Further, the heat generated by the heater conductor 4 is conducted to the main wiring conductor 2 through the conductor layer 15. Therefore, the escape of heat generated by the heater conductor 4 is suppressed as compared with the case where the conductor layer 15 is not provided. Therefore, the low melting point metal conductor 5 can be fused with a small energy.

(実施の形態5)
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。
(Embodiment 5)
Next, the power semiconductor device of the fifth embodiment will be described with reference to FIG. Since the power semiconductor device of the present embodiment is substantially the same as the semiconductor device of the first embodiment, the difference between the power semiconductor device of the present embodiment and the semiconductor device of the first embodiment will be described below. Mainly explained.

図12に示されるように、電極膜3上に導体層15が固着されている。一方の低融点導体5および他方の低融点導体5は、それぞれ、一方の主配線導体2の側端面上および他方の主配線導体2の側端面上おいて、それぞれの側端面に沿って垂直方向に延びるように設けられている。このような構成によれば、ヒータ導体4が発した熱は、導体層15から一方の低融点導体5および他方の低融点導体5を経由して一方の主配線導体2の側端面および他方の主配線導体2の側端面へ伝達される。そのため、ヒータ導体4から主配線導体2までの熱伝導を抑制することができる。   As shown in FIG. 12, the conductor layer 15 is fixed on the electrode film 3. One low-melting-point conductor 5 and the other low-melting-point conductor 5 are perpendicular to each other on the side end face of one main wiring conductor 2 and on the side end face of the other main wiring conductor 2. It is provided so that it may extend. According to such a configuration, the heat generated by the heater conductor 4 passes from the conductor layer 15 through the one low melting point conductor 5 and the other low melting point conductor 5 to the side end face of the one main wiring conductor 2 and the other. It is transmitted to the side end face of the main wiring conductor 2. Therefore, heat conduction from the heater conductor 4 to the main wiring conductor 2 can be suppressed.

主配線導体2を構成する主材料は、銅または銅合金であり、その熱伝導率は金属の中でも非常に大きい。一般的に、熱伝導率が高い金属は電気抵抗率が低い。主配線導体の材料としては、電気抵抗率が低いことが望ましい。なせならば、主配線導体2と低融点金属導体5との接合部を通ってヒータ導体4の熱が逃げてしまうからである。ヒータ導体4の熱が逃げてしまうと、ヒータ導体4の温度の上昇の速度が遅くなる傾向がある。この傾向は、主配線導体2の断面積が大きくなるほど、顕著になる。この場合、数100Aという大きな電流が遮断機構10を流れれば、非常にヒータ導体4の温度の上昇速度が小さくなってしまう。   The main material constituting the main wiring conductor 2 is copper or a copper alloy, and its thermal conductivity is very large among metals. In general, metals with high thermal conductivity have low electrical resistivity. It is desirable that the material of the main wiring conductor has a low electrical resistivity. This is because the heat of the heater conductor 4 escapes through the joint between the main wiring conductor 2 and the low melting point metal conductor 5. If the heat of the heater conductor 4 escapes, the temperature increase rate of the heater conductor 4 tends to be slow. This tendency becomes more prominent as the cross-sectional area of the main wiring conductor 2 increases. In this case, if a large current of several hundreds of A flows through the cutoff mechanism 10, the temperature rise rate of the heater conductor 4 is very small.

これに対して、本実施の形態の遮断機構10によれば、極めて厚さが小さい主配線導体2の端面にのみ低融点導体5が接触している。したがって、主配線導体2の下面と低融点導体5の上面とによって面積が大きな接合部が形成される実施の形態1の遮断機構等との比較において、ヒータ導体4から主配線導体2までの熱の逃げを抑制することができる。   On the other hand, according to the blocking mechanism 10 of the present embodiment, the low melting point conductor 5 is in contact only with the end surface of the main wiring conductor 2 having a very small thickness. Therefore, the heat from the heater conductor 4 to the main wiring conductor 2 is compared with the blocking mechanism or the like of the first embodiment in which a joint having a large area is formed by the lower surface of the main wiring conductor 2 and the upper surface of the low melting point conductor 5. Can be prevented.

(実施の形態6)
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。
(Embodiment 6)
Next, the power semiconductor device of the sixth embodiment will be described with reference to FIGS. Since the power semiconductor device of the present embodiment is substantially the same as the semiconductor device of the first embodiment, the difference between the power semiconductor device of the present embodiment and the semiconductor device of the first embodiment will be described below. Mainly explained.

図13〜図15に示されるように、本実施の形態の電力用半導体装置の遮断機構10においては、主配線導体2と電極膜3とが、リボン状の低融点金属導体5を媒介として電気的に接続されている。リボン状の低融点金属導体5は、たとえば、アルミニウム(Al)またはアルミニウム(Al)合金の箔からなり、1mm〜2mm程度の幅および100μm〜200μm程度の厚さを有している。また、リボン状の低融点金属導体5は、超音波接合によって、主配線導体2および電極膜3のそれぞれに接合される。   As shown in FIG. 13 to FIG. 15, in the interruption mechanism 10 of the power semiconductor device of the present embodiment, the main wiring conductor 2 and the electrode film 3 are electrically connected via the ribbon-shaped low melting point metal conductor 5. Connected. The ribbon-shaped low melting point metal conductor 5 is made of, for example, aluminum (Al) or aluminum (Al) alloy foil, and has a width of about 1 mm to 2 mm and a thickness of about 100 μm to 200 μm. The ribbon-shaped low melting point metal conductor 5 is bonded to each of the main wiring conductor 2 and the electrode film 3 by ultrasonic bonding.

一般に、Alの融点は660℃である。したがって、ヒータ導体4が放出する熱によって、Alからなるリボン状の低融点金属導体5のうちの電極膜3との接合面が溶断される。それにより、電子回路を流れる電流が遮断される。   In general, the melting point of Al is 660 ° C. Therefore, the joint surface with the electrode film 3 of the ribbon-like low melting point metal conductor 5 made of Al is melted by heat released from the heater conductor 4. Thereby, the electric current which flows through an electronic circuit is interrupted | blocked.

本実施の形態においては、リボン状の低融点金属導体5が用いられているが、その代わりに、AlまたはAl合金からなる直径数100μm程度の線(ワイヤ)状の低融点金属導体5が用いられてもよい。この場合においても、線状の低融点金属導体5は、超音波接合によって、主配線導体2および電極膜3のそれぞれに接合される。   In the present embodiment, a ribbon-like low melting point metal conductor 5 is used, but instead, a wire (wire) -like low melting point metal conductor 5 made of Al or an Al alloy and having a diameter of about 100 μm is used. May be. Also in this case, the linear low melting point metal conductor 5 is joined to each of the main wiring conductor 2 and the electrode film 3 by ultrasonic joining.

本実施の形態において用いられる超音波接合は、固相接合である。一方、前述の各実施
の形態において用いられた半田接合は、液相接合である。半田接合によれば、常温において、はんだの再結晶が進行する。一般的に、再結晶温度以上の温度雰囲気で金属材料が用いられる場合、疲労寿命が短い傾向がある。そのため、はんだが、長時間、熱応力に晒される環境下で用いられる場合には、電力用半導体装置の信頼性を保証することが可能な期間が短くなる。したがって、はんだに大きな熱応力が発生することを抑制するために、はんだと主配線導体2との接合面積を大きくする必要がある場合がある。この場合には、はんだと主配線導体2との接合部の金属疲労が大きいため、遮断機構の信頼性を保証する期間を短く設定する必要が生じる。
The ultrasonic bonding used in the present embodiment is solid phase bonding. On the other hand, the solder bonding used in each of the above-described embodiments is liquid phase bonding. According to solder bonding, recrystallization of solder proceeds at room temperature. Generally, when a metal material is used in an atmosphere having a temperature higher than the recrystallization temperature, the fatigue life tends to be short. Therefore, when the solder is used in an environment exposed to thermal stress for a long time, the period during which the reliability of the power semiconductor device can be guaranteed is shortened. Therefore, it may be necessary to increase the bonding area between the solder and the main wiring conductor 2 in order to suppress the generation of a large thermal stress in the solder. In this case, since the metal fatigue of the joint portion between the solder and the main wiring conductor 2 is large, it is necessary to set a short period for guaranteeing the reliability of the interruption mechanism.

それに対して、本実施の形態のように、Al系の材料が低融点金属導体5として用いられる場合には、その再結晶温度が200℃であるため、信頼性を保証することができる期間を長く設定することができる。ただし、Alからなる低融点金属導体5の融点は660℃であるため、図1〜図4を用いて説明された実施の形態1の遮断機構10のような構造を採用すると、高熱を発生させるために極めて大きな設備が必要となり、生産効率の観点からは望ましくない。より具体的には、主配線導体2の材料として用いられたCuまたはCu合金は熱伝導率が大きく、また、低融点金属導体5のみを局所的に加熱することが困難であるため、低融点金属導体5の温度とともに主配線導体2の温度を少なくともAl系ロウ材の溶融温度である600℃以上に上昇させなければ、主配線導体2と電極膜3とを低融点導体5によってロウ付けすることができない。したがって、600℃以上に加熱するための大型の加熱装置が必要になってしまう。   On the other hand, when the Al-based material is used as the low melting point metal conductor 5 as in the present embodiment, the recrystallization temperature is 200 ° C. Can be set longer. However, since the melting point of the low-melting-point metal conductor 5 made of Al is 660 ° C., if a structure such as the blocking mechanism 10 of the first embodiment described with reference to FIGS. Therefore, an extremely large facility is required, which is not desirable from the viewpoint of production efficiency. More specifically, Cu or Cu alloy used as the material of the main wiring conductor 2 has a high thermal conductivity, and it is difficult to locally heat only the low melting point metal conductor 5. The main wiring conductor 2 and the electrode film 3 are brazed by the low melting point conductor 5 unless the temperature of the main wiring conductor 2 is raised to at least 600 ° C. which is the melting temperature of the Al-based brazing material together with the temperature of the metal conductor 5. I can't. Therefore, a large heating device for heating to 600 ° C. or higher is required.

これに対して、本実施の形態の遮断機構10の製造において用いられているAl系のリボンまたはワイヤの超音波接合技術によれば、基本的には加熱なしに、主配線導体2および電極膜3のそれぞれと低融点金属導体5とを接合することが可能である。   On the other hand, according to the Al-based ribbon or wire ultrasonic bonding technique used in the manufacture of the blocking mechanism 10 of the present embodiment, basically, the main wiring conductor 2 and the electrode film are not heated. 3 and the low melting point metal conductor 5 can be joined.

そのため、遮断機構10の信頼性を保証することが可能な期間を十分に長くすることができるとともに、上記のような生産効率の低下を招くことなく、設計自由度を向上させることができる。   Therefore, the period during which the reliability of the blocking mechanism 10 can be guaranteed can be made sufficiently long, and the degree of freedom in design can be improved without causing a reduction in production efficiency as described above.

WまたはMoMnなどの材料がヒータ導体の材料として用いられれば、ヒータ導体4の融点は、低融点金属導体5を構成するAlの融点よりも高くなるため、Alが溶融する温度まで低融点金属導体5が加熱されても、遮断機構10の機能に支障が生じることはない。   If a material such as W or MoMn is used as the heater conductor material, the melting point of the heater conductor 4 is higher than the melting point of Al constituting the low-melting-point metal conductor 5, so that the low-melting-point metal conductor is up to the temperature at which Al melts. Even if 5 is heated, the function of the blocking mechanism 10 is not hindered.

(実施の形態7)
次に、図16〜図18を用いて、実施の形態7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。
(Embodiment 7)
Next, the power semiconductor device of the seventh embodiment will be described with reference to FIGS. Since the power semiconductor device of the present embodiment is substantially the same as the semiconductor device of the first embodiment, the difference between the power semiconductor device of the present embodiment and the semiconductor device of the first embodiment will be described below. Mainly explained.

なお、本実施の形態の遮断機構10は、上記実施の形態1〜6の遮断機構のように、低融点金属導体5が溶融して、基板1等が下方へ移動することにより、一方の主配線導体2と他方の主配線導体2との電気的な接続を遮断するものではない。本実施の形態の遮断機構10は、電極膜3および基板1の破断によって、一方の主配線導体2と他方の主配線導体2との電気的な接続を遮断するものである。   Note that the blocking mechanism 10 of the present embodiment is similar to the blocking mechanisms of the first to sixth embodiments described above, because the low melting point metal conductor 5 is melted and the substrate 1 and the like move downward, so The electrical connection between the wiring conductor 2 and the other main wiring conductor 2 is not interrupted. The blocking mechanism 10 according to the present embodiment blocks the electrical connection between one main wiring conductor 2 and the other main wiring conductor 2 when the electrode film 3 and the substrate 1 are broken.

図16〜図18に示されるように、本実施の形態の電力用半導体装置の遮断機構10においては、複数の貫通孔16が、平面的に見て、電極膜3に破断線状に設けられている。複数の貫通孔16のそれぞれは、平面的に見て矩形の形状を有しており、導体膜3を貫通している。   As shown in FIGS. 16 to 18, in the breaking mechanism 10 of the power semiconductor device of the present embodiment, a plurality of through holes 16 are provided in the electrode film 3 in a broken line shape in a plan view. ing. Each of the plurality of through holes 16 has a rectangular shape when seen in a plan view, and penetrates the conductor film 3.

このような破断線状の複数の貫通孔16を有する電極膜3が、アルミナなどのセラミックからなる基板1上に焼成によって形成された場合には、その複数の貫通孔16の近傍において、電極膜3の線膨張率と基板1の線膨張率との差に起因して大きな残留応力が生じている。このため、たとえば、衝撃、機械的荷重、または急激な温度変化によって、セラミックからなる基板1を破断線状の複数の貫通孔16に沿って割ることができる。   When the electrode film 3 having such a plurality of broken line-shaped through holes 16 is formed on the substrate 1 made of ceramic such as alumina by firing, an electrode film is formed in the vicinity of the plurality of through holes 16. A large residual stress is generated due to the difference between the linear expansion coefficient of 3 and the linear expansion coefficient of the substrate 1. For this reason, the board | substrate 1 which consists of ceramics can be divided along the several through-hole 16 of a broken line by an impact, a mechanical load, or a rapid temperature change, for example.

基板1の一部の厚みを薄くするために、基板1の表面に、電極膜3に設けられた貫通孔16の連なる線に重ねて、レーザなどによって、スクライブ加工を行うと、基板1は破断され易くなり、それにより、好ましい結果を得ることができる。   In order to reduce the thickness of a part of the substrate 1, the substrate 1 is broken when the surface of the substrate 1 is overlapped with a continuous line of the through-holes 16 provided in the electrode film 3 and scribed by a laser or the like. Can be facilitated, and thereby favorable results can be obtained.

したがって、本実施の形態の電力用半導体装置の遮断機構10によれば、基板1を構成するセラミックが破断線に沿って分断され易い。また、電極膜3も破断線に沿って分断され易い。つまり、一方の主配線導体2と他方の主配線導体2とが確実に電気的に分離される。このような方法によっても、遮断機構10は、一方の主配線導体2と他方の主配線導体2との間の電流の流れを遮断することができる。   Therefore, according to the cutoff mechanism 10 of the power semiconductor device of the present embodiment, the ceramic constituting the substrate 1 is easily divided along the fracture line. Moreover, the electrode film 3 is also easily divided along the breaking line. That is, one main wiring conductor 2 and the other main wiring conductor 2 are reliably electrically separated. Also by such a method, the interruption | blocking mechanism 10 can interrupt | block the flow of the electric current between the one main wiring conductor 2 and the other main wiring conductor 2. FIG.

(実施の形態8)
次に、図19を用いて、実施の形態8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5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。
(Embodiment 8)
Next, the power semiconductor device of the eighth embodiment will be described with reference to FIG. Since the power semiconductor device of the present embodiment is substantially the same as the semiconductor device of the fifth embodiment, the difference between the power semiconductor device of the present embodiment and the semiconductor device of the first embodiment will be described below. Mainly explained.

なお、本実施の形態の遮断機構10も、実施の形態5の遮断機構と同様に、上記実施の形態1〜6の遮断機構のように、低融点金属導体5が溶融して、基板1等が下方へ移動することにより、一方の主配線導体2と他方の主配線導体2との電気的な接続を遮断するものではない。本実施の形態の遮断機構10は、電極膜3および基板1の破断によって、一方の主配線導体2と他方の主配線導体2との電気的な接続を遮断するものである。   Note that, similarly to the blocking mechanism of the fifth embodiment, the blocking mechanism 10 of the present embodiment also melts the low melting point metal conductor 5 like the blocking mechanism of the first to sixth embodiments, and the substrate 1 or the like. Does not cut off the electrical connection between the one main wiring conductor 2 and the other main wiring conductor 2. The blocking mechanism 10 according to the present embodiment blocks the electrical connection between one main wiring conductor 2 and the other main wiring conductor 2 when the electrode film 3 and the substrate 1 are broken.

図19に示されるように、本実施の形態の電力用半導体装置の遮断機構10においては、一方の導体層25および他方の導体層25が、1つの電極膜3上において、仮想線の両側に分離して配置されている。一方の主配線導体2および他方の主配線導体2は、それぞれ、一方の導体層25および他方の導体層25に一方の低融点金属導体5および他方の低融点金属導体5を媒介として電気的に接続されている。   As shown in FIG. 19, in the breaking mechanism 10 of the power semiconductor device of the present embodiment, one conductor layer 25 and the other conductor layer 25 are on one electrode film 3 on both sides of the virtual line. They are arranged separately. One main wiring conductor 2 and the other main wiring conductor 2 are electrically connected to one conductor layer 25 and the other conductor layer 25 through the one low melting point metal conductor 5 and the other low melting point metal conductor 5, respectively. It is connected.

本実施の形態の遮断機構10によれば、一方の導体層25および他方の導体層25が分分離して配置されているため、基板1に生じる大きな内部応力を利用して、基板1および電極膜3を一方の導体層25と他方の導体層25との間の領域に延びる仮想線に沿って破断させることができる。   According to the blocking mechanism 10 of the present embodiment, since the one conductor layer 25 and the other conductor layer 25 are separated and arranged, the substrate 1 and the electrode are utilized by utilizing a large internal stress generated in the substrate 1. The film 3 can be broken along an imaginary line extending in a region between one conductor layer 25 and the other conductor layer 25.

(実施の形態9)
次に、図20〜図22を用いて、実施の形態9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。
(Embodiment 9)
Next, the power semiconductor device of the ninth embodiment will be described with reference to FIGS. Since the power semiconductor device of the present embodiment is substantially the same as the semiconductor device of the first embodiment, the difference between the power semiconductor device of the present embodiment and the semiconductor device of the first embodiment will be described below. Mainly explained.

なお、本実施の形態の遮断機構10も、実施の形態5の遮断機構と同様に、上記実施の形態1〜6の遮断機構のように、低融点金属導体5が溶融して、基板1等が下方へ移動することにより、一方の主配線導体2と他方の主配線導体2との電気的な接続を遮断するものではない。本実施の形態の遮断機構10は、電極膜3および基板1の破断によって、一
方の主配線導体2と他方の主配線導体2との電気的な接続を遮断するものである。
Note that, similarly to the blocking mechanism of the fifth embodiment, the blocking mechanism 10 of the present embodiment also melts the low melting point metal conductor 5 like the blocking mechanism of the first to sixth embodiments, and the substrate 1 or the like. Does not cut off the electrical connection between the one main wiring conductor 2 and the other main wiring conductor 2. The blocking mechanism 10 according to the present embodiment blocks the electrical connection between one main wiring conductor 2 and the other main wiring conductor 2 when the electrode film 3 and the substrate 1 are broken.

図20から分かるように、本実施の形態の電力用半導体装置の遮断機構10においては、ヒータ導体が、それぞれが独立して電子回路に接続された一方のヒータ導体4aおよび他方のヒータ導体4bからなっている。つまり、一方のヒータ導体4aおよび他方のヒータ導体4bのそれぞれが独立した電子回路を構成している。なお、本実施の形態においては、一方のヒータ導体4aと他方のヒータ導体4bとの間において延びる仮想線に沿って基板1および電極膜3が破断されるものとする。   As can be seen from FIG. 20, in the power semiconductor device shut-off mechanism 10 of the present embodiment, the heater conductors are separated from one heater conductor 4a and the other heater conductor 4b, which are independently connected to the electronic circuit. It has become. That is, each of the one heater conductor 4a and the other heater conductor 4b constitutes an independent electronic circuit. In the present embodiment, it is assumed that the substrate 1 and the electrode film 3 are broken along a virtual line extending between one heater conductor 4a and the other heater conductor 4b.

本実施の形態においては、ヒータ導体が1つの回路からなっている場合に比較して、基板1および電極膜3の破断のときにヒータ導体が分断されてしまうことが防止されている。したがって、ヒータ導体に電流が流れずに基板1および電極3が完全には破断されないという不具合の発生が防止されている。   In the present embodiment, the heater conductor is prevented from being divided when the substrate 1 and the electrode film 3 are broken, as compared with the case where the heater conductor is composed of one circuit. Therefore, it is possible to prevent a problem that the current does not flow through the heater conductor and the substrate 1 and the electrode 3 are not completely broken.

また、本実施の形態においては、低融点金属導体5は、AlまたはAl合金のリボン導体またはワイヤからなっている。一方の低融点金属導体5および他方の低融点金属導体5は、それぞれ、電極膜3および主配線導体2に超音波接合によって接合される。本実施の形態の遮断機構10によっても、実施の形態7および8の遮断機構10と同様に、基板1は内部応力によって、図21に示される状態から図22に示される状態へ変化する。すなわち、基板1および電極膜3が分断される。その結果、一方の主配線導体2と他方の主配線導体2との間の電流の流れが遮断される。   In the present embodiment, the low melting point metal conductor 5 is made of an Al or Al alloy ribbon conductor or wire. One low melting point metal conductor 5 and the other low melting point metal conductor 5 are bonded to the electrode film 3 and the main wiring conductor 2 by ultrasonic bonding, respectively. Also in the blocking mechanism 10 of the present embodiment, the substrate 1 changes from the state shown in FIG. 21 to the state shown in FIG. 22 due to internal stress, as in the blocking mechanisms 10 of the seventh and eighth embodiments. That is, the substrate 1 and the electrode film 3 are divided. As a result, the flow of current between one main wiring conductor 2 and the other main wiring conductor 2 is interrupted.

(実施の形態10)
次に、図23および図24を用いて、実施の形態10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。
(Embodiment 10)
Next, the power semiconductor device according to the tenth embodiment will be described with reference to FIGS. Since the power semiconductor device of the present embodiment is substantially the same as the semiconductor device of the first embodiment, the difference between the power semiconductor device of the present embodiment and the semiconductor device of the first embodiment will be described below. Mainly explained.

図23に示されるように、本実施の形態の電力用半導体装置の遮断機構10においては、一方の電極膜3および他方の電極膜3が基板1上の一方の位置および他方の位置に分割して設けられている。また、一方の電極膜3と他方の電極膜3とは低融点金属導体17を媒介として電気的に接続されている。   As shown in FIG. 23, in the power semiconductor device blocking mechanism 10 of the present embodiment, one electrode film 3 and the other electrode film 3 are divided into one position and the other position on the substrate 1. Is provided. One electrode film 3 and the other electrode film 3 are electrically connected through a low-melting point metal conductor 17.

本実施の形態の遮断機構10においては、ヒータ導体4が発熱すると、低融点金属導体17が溶融する。前述のように、低融点金属導体17は、表面積が最小となるように変形する。そのため、低融点金属導体17は、一方の主配線導体2および他方の主配線導体2のそれぞれに近づき、2つに分割される。その結果、図24に示されるように、一方の低融点金属導体17および他方の低融点金属導体17は、それぞれ、一方の低融点導体5および他方の低融点金属導体5に一体化される。つまり、融点が低い低融点導体17が、溶融した後、相対的に融点が高い低融点導体5に向かって流れ、低融点導体5に一体化される。本実施の形態においては、低融点金属導体17の融点が低融点金属導体5の融点よりも低いため、低融点金属導体17が低融点金属導体5へ向かって流れているが、低融点金属導体5の融点が低融点金属導体17の融点よりも低ければ、低融点金属導体5が溶融して低融点金属導体17へ向かって流れ、低融点導体5が低融点導体17に一体化される。   In the blocking mechanism 10 of the present embodiment, when the heater conductor 4 generates heat, the low melting point metal conductor 17 is melted. As described above, the low melting point metal conductor 17 is deformed so as to minimize the surface area. Therefore, the low melting point metal conductor 17 approaches each of the one main wiring conductor 2 and the other main wiring conductor 2 and is divided into two. As a result, as shown in FIG. 24, one low melting point metal conductor 17 and the other low melting point metal conductor 17 are integrated with one low melting point conductor 5 and the other low melting point metal conductor 5, respectively. That is, the low melting point conductor 17 having a low melting point flows toward the low melting point conductor 5 having a relatively high melting point and is integrated with the low melting point conductor 5. In the present embodiment, since the melting point of the low melting point metal conductor 17 is lower than the melting point of the low melting point metal conductor 5, the low melting point metal conductor 17 flows toward the low melting point metal conductor 5. 5 is lower than the melting point of the low melting point metal conductor 17, the low melting point metal conductor 5 melts and flows toward the low melting point metal conductor 17, and the low melting point conductor 5 is integrated with the low melting point conductor 17.

なお、遮断機構10の動作時には、低融点金属導体5と低融点金属導体17とが接触すると、その接触位置で低融点金属導体5および17の溶融反応が一気に進む。このとき、溶融金属の表面積を低減させるように、低融点金属導体5および17が変形する。その結果、図24に示されるように、低融点金属導体17が低融点金属導体5に一体化される。したがって、遮断機構10は確実にその機能を発揮することができる。   Note that when the low-melting point metal conductor 5 and the low-melting point metal conductor 17 come into contact with each other during the operation of the shut-off mechanism 10, the melting reaction of the low-melting point metal conductors 5 and 17 proceeds at a stroke at the contact position. At this time, the low melting point metal conductors 5 and 17 are deformed so as to reduce the surface area of the molten metal. As a result, as shown in FIG. 24, the low melting point metal conductor 17 is integrated with the low melting point metal conductor 5. Accordingly, the blocking mechanism 10 can reliably perform its function.

また、前述のような一体化が確実に実現されるためには、図23に示される状態において、低融点金属導体17と低融点金属導体5との間の距離は小さいことが望ましい。   Further, in order to surely realize the integration as described above, it is desirable that the distance between the low melting point metal conductor 17 and the low melting point metal conductor 5 is small in the state shown in FIG.

また、低融点金属導体17と主配線導体2または低融点金属導体5とが、たとえば、SnおよびZn、またはSnおよびIn等のような互いに共晶反応を生じる組成からなっていることが望ましい。これによれば、共晶反応を利用して、低融点金属導体5,17が液化する温度を、低融点金属導体5または17のそれぞれの融点よりも低くすることができる。したがって、より低い温度で遮断機構10の機能を発揮させることができる。   Moreover, it is desirable that the low melting point metal conductor 17 and the main wiring conductor 2 or the low melting point metal conductor 5 have a composition that causes a eutectic reaction with each other, such as Sn and Zn, or Sn and In. According to this, the temperature at which the low melting point metal conductors 5 and 17 are liquefied can be made lower than the respective melting points of the low melting point metal conductors 5 or 17 by utilizing the eutectic reaction. Therefore, the function of the blocking mechanism 10 can be exhibited at a lower temperature.

また、本実施の形態の遮断機構10によれば、低融点金属導体5,17のうちの融点が高い方を一方の電極膜3および他方の電極膜3に接続した後で、低融点金属導体5,17のうちの融点が低い方を一方の電極膜3および他方の電極膜3に接続することができる。したがって、製造方法の自由度が向上する。   Further, according to the blocking mechanism 10 of the present embodiment, the low melting point metal conductors 5 and 17 are connected to the one electrode film 3 and the other electrode film 3 after the higher melting point metal conductors 5 and 17 are connected. The lower one of the melting points 5 and 17 can be connected to one electrode film 3 and the other electrode film 3. Therefore, the degree of freedom of the manufacturing method is improved.

(実施の形態11)
次に、図25〜図27を用いて、実施の形態11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5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。
(Embodiment 11)
Next, the power semiconductor device according to the eleventh embodiment will be described with reference to FIGS. Since the power semiconductor device of the present embodiment is substantially the same as the semiconductor device of the fifth embodiment, the difference between the power semiconductor device of the present embodiment and the semiconductor device of the first embodiment will be described below. Mainly explained.

なお、本実施の形態の遮断機構10も、実施の形態5の遮断機構と同様に、上記実施の形態1〜6の遮断機構のように、低融点金属導体5が溶融して、基板1等が下方へ移動することにより、一方の主配線導体2と他方の主配線導体2との電気的な接続を遮断するものではない。本実施の形態の遮断機構10は、電極膜3および基板1の破断によって、一方の主配線導体2と他方の主配線導体2との電気的な接続を遮断するものである。   Note that, similarly to the blocking mechanism of the fifth embodiment, the blocking mechanism 10 of the present embodiment also melts the low melting point metal conductor 5 like the blocking mechanism of the first to sixth embodiments, and the substrate 1 or the like. Does not cut off the electrical connection between the one main wiring conductor 2 and the other main wiring conductor 2. The blocking mechanism 10 according to the present embodiment blocks the electrical connection between one main wiring conductor 2 and the other main wiring conductor 2 when the electrode film 3 and the substrate 1 are broken.

図25〜図27に示されるように、本実施の形態の電力用半導体装置の遮断機構10においては、ヒータ導体4aおよび4bと基板1とが接触している領域が主配線導体2と電極膜3とが接触している領域よりも小さい。すなわち、ヒータ導体4aおよび4bのすべてが、平面視において、主配線導体2と電極膜3とが接触している領域に内包されている。言い換えれば、ヒータ導体4aおよび4bは、主配線導体2および電極膜3が基板1上に投影された場合に、その影に対応する領域の中に設けられている。   As shown in FIGS. 25 to 27, in the power semiconductor device blocking mechanism 10 of the present embodiment, the region where the heater conductors 4 a and 4 b and the substrate 1 are in contact with each other is the main wiring conductor 2 and the electrode film. 3 is smaller than the area in contact with 3. That is, all of the heater conductors 4a and 4b are included in a region where the main wiring conductor 2 and the electrode film 3 are in contact with each other in plan view. In other words, the heater conductors 4 a and 4 b are provided in a region corresponding to the shadow when the main wiring conductor 2 and the electrode film 3 are projected onto the substrate 1.

一般に、基板1のヒータ導体4の反対側の主表面に何も形成されていない場合においては、ヒータ導体4が発した熱が基板1を通じて外部へ伝達される。一方、基板1のヒータ導体4の反対側の主表面に電極膜3および主配線導体2が設けられていれば、基板1の温度は、電極膜3および主配線導体2が接触している領域から離れるほど高なる。たとえば、電極膜3および主配線導体2が基板1上の2つの位置に接触している場合には、その2つの位置のそれぞれから等距離にある位置の温度が最も高くなる。   In general, when nothing is formed on the main surface of the substrate 1 opposite to the heater conductor 4, the heat generated by the heater conductor 4 is transmitted to the outside through the substrate 1. On the other hand, if the electrode film 3 and the main wiring conductor 2 are provided on the main surface opposite to the heater conductor 4 of the substrate 1, the temperature of the substrate 1 is a region where the electrode film 3 and the main wiring conductor 2 are in contact with each other. The higher you move away from. For example, when the electrode film 3 and the main wiring conductor 2 are in contact with two positions on the substrate 1, the temperature at a position equidistant from each of the two positions is the highest.

前述のような事項を踏まえると、低融点金属導体5(ロウ材)を溶融させるために、ヒータ導体4に熱を発生させた場合には、ヒータ導体4の温度が臨界温度(ヒータ導体4の融点等)を超えると、ヒータ導体4の一部が溶融してしまう場合があると考えられる。この場合には、ヒータ導体4には電気を流すことができなくなる。そのため、前述の例のような場合には、ヒータ導体4を用いて供給することができる熱量を、基板1のうちのヒータ導体4が形成されている主表面の裏側の主表面のすべてが電極膜3および主配線導体2に覆われている遮断機構に比較して、小さくする必要がある。   In consideration of the matters as described above, when heat is generated in the heater conductor 4 in order to melt the low melting point metal conductor 5 (brazing material), the temperature of the heater conductor 4 becomes the critical temperature (of the heater conductor 4). If the melting point is exceeded, it is considered that a part of the heater conductor 4 may melt. In this case, electricity cannot flow through the heater conductor 4. Therefore, in the case of the above-described example, the amount of heat that can be supplied using the heater conductor 4 is such that all of the main surface on the back side of the main surface of the substrate 1 on which the heater conductor 4 is formed is an electrode. It is necessary to make the size smaller than the blocking mechanism covered with the film 3 and the main wiring conductor 2.

前述のような例に比較して、本実施の形態の遮断機構10によれば、ヒータ導体4から
発せられた熱が、主配線導体2および低融点金属導体5を通じて容易に外部へ放出される。そのため、ヒータ導体4の温度が極端に大きくならない。その結果、ヒータ導体4の発熱量が大きくなっても、ヒータ導体4が溶融し難い。したがって、ヒータ導体4の設計の自由度が増加し、遮断機構の機能が発揮され易くなる。
Compared to the example as described above, according to the blocking mechanism 10 of the present embodiment, the heat generated from the heater conductor 4 is easily released to the outside through the main wiring conductor 2 and the low melting point metal conductor 5. . Therefore, the temperature of the heater conductor 4 does not become extremely high. As a result, even if the heat generation amount of the heater conductor 4 increases, the heater conductor 4 is difficult to melt. Therefore, the degree of freedom in designing the heater conductor 4 increases, and the function of the blocking mechanism is easily exhibited.

また、主配線導体2および低融点金属導体5などが複数に分断されている場合には、ヒータ導体4のうちの主配線導体2と低融点金属導体5とが重なっている部分に対応する部分のみの抵抗を高くするとともに、主配線導体2同士の間に位置する電極膜3の抵抗値を低くすることが望ましい。また、抵抗率が高いヒータ導体4を、主配線導体2および低融点金属導体5が基板1に投影されたときに影が存在する領域のみに設けるが望ましい。   Further, when the main wiring conductor 2 and the low melting point metal conductor 5 are divided into a plurality of parts, a portion corresponding to a portion of the heater conductor 4 where the main wiring conductor 2 and the low melting point metal conductor 5 overlap each other. It is desirable to increase only the resistance of the electrode film 3 and lower the resistance value of the electrode film 3 positioned between the main wiring conductors 2. Further, it is desirable to provide the heater conductor 4 having a high resistivity only in a region where a shadow is present when the main wiring conductor 2 and the low melting point metal conductor 5 are projected onto the substrate 1.

これによれば、ヒータ導体4の溶融を考慮する必要がないため、遮断機構10の設計の自由度が増加する。たとえば、ヒータ導体4の発熱量を大きくすることによって、電気回路が遮断されるまでの時間を短縮することができる。   According to this, since it is not necessary to consider the melting of the heater conductor 4, the degree of freedom in designing the blocking mechanism 10 increases. For example, by increasing the amount of heat generated by the heater conductor 4, the time until the electric circuit is interrupted can be shortened.

上記の構成によれば、ヒータ導体4の温度上昇に起因する悪影響が及ぼされる領域を極力小さくしながら、ヒータ導体4の発熱を効率的に一方の低融点金属導体5および他方の低融点金属導体5に伝達することができる。   According to the above configuration, one of the low-melting-point metal conductors 5 and the other low-melting-point metal conductor can efficiently generate heat from the heater conductor 4 while minimizing a region where the adverse effect caused by the temperature rise of the heater conductor 4 is minimized. 5 can be transmitted.

なお、実施の形態5と同様の複数の貫通孔16は必ずしも設けられていなくて、前述の本実施の形態の遮断機構の機能を発揮することは可能であるが、複数の貫通孔16が電極膜3に破断線状に設けられていれば、電極膜3および基板1を破断線に沿って破断させ易くなる。   The plurality of through holes 16 similar to those of the fifth embodiment are not necessarily provided, and the function of the blocking mechanism of the present embodiment described above can be exhibited, but the plurality of through holes 16 are electrodes. If the film 3 is provided in a broken line shape, the electrode film 3 and the substrate 1 can be easily broken along the broken line.

(実施の形態12)
次に、図28〜図30を用いて、実施の形態12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。
(Embodiment 12)
Next, the power semiconductor device of the twelfth embodiment will be described with reference to FIGS. Since the power semiconductor device of the present embodiment is substantially the same as the semiconductor device of the first embodiment, the difference between the power semiconductor device of the present embodiment and the semiconductor device of the first embodiment will be described below. Mainly explained.

図28〜図30に示されるように、本実施の形態の電力用半導体装置の遮断機構10においては、他の配線が接続され得る接続パッド14aおよび14bが、それぞれ、ヒータ導体4aの両端およびヒータ導体4bの両端に設けられている。接続パッド14aおよび14bは、それぞれ、主配線導体2の基板1上への投射影に内包される領域内であって、かつヒータ導体4aおよび4bの最も外側の位置に設けられている。   As shown in FIGS. 28 to 30, in power supply semiconductor device blocking mechanism 10 of the present embodiment, connection pads 14 a and 14 b to which other wirings can be connected are connected to both ends of heater conductor 4 a and the heater, respectively. It is provided at both ends of the conductor 4b. Each of the connection pads 14a and 14b is provided in a region included in a projection shadow of the main wiring conductor 2 on the substrate 1 and at the outermost position of the heater conductors 4a and 4b.

本実施の形態の遮断機構10によれば、電流がヒータ導体4に流れているときに、接続パッド14aおよび14bの温度を他の領域の温度よりも低くすることができる。これは、本実施の形態の遮断機構10においてはヒータ導体4が発した熱が主に主配線導体2へ伝達されることによって、接続パッド14aおよび14bの温度上昇が抑制されるためである。   According to the breaking mechanism 10 of the present embodiment, when current flows through the heater conductor 4, the temperature of the connection pads 14a and 14b can be made lower than the temperature of other regions. This is because in the blocking mechanism 10 of the present embodiment, the heat generated by the heater conductor 4 is mainly transmitted to the main wiring conductor 2, thereby suppressing the temperature rise of the connection pads 14a and 14b.

つまり、主配線導体2が基板1上へ投影されたときに影になる領域の温度が他の領域に比較して低くなっている。そのため、接続パッド14aおよび14bの温度を最も低減することができるようにするために、接続パッド14aおよび14bが設けられている領域が、基板1の主配線導体2が投影された領域に包含され、かつ、最も基板1の外側に設けられている。これにより、接続パッド14aおよび14bの温度を基板1のうちで最も低い値に維持することができる。   That is, the temperature of the shadowed area when the main wiring conductor 2 is projected onto the substrate 1 is lower than the other areas. Therefore, in order to reduce the temperature of the connection pads 14a and 14b most, the region where the connection pads 14a and 14b are provided is included in the region where the main wiring conductor 2 of the substrate 1 is projected. And provided on the outermost side of the substrate 1. Thereby, the temperature of the connection pads 14a and 14b can be maintained at the lowest value among the substrates 1.

前述のように、接続パッド14aおよび14bの温度を低減することによって、電流が
ヒータ導体4に流れて、たとえば、400℃以上にヒータ導体4が発熱した場合においても、接続パッド14aおよび14bの温度を200℃以下に抑えることが可能である。そのため、接続パッド14aおよび14bと他の配線との接続の信頼性を向上させることができる。したがって、遮断機構10が動作するまでに、接続パッド14aおよび14bから他の配線が外れてしまうことが防止される。
As described above, by reducing the temperature of the connection pads 14a and 14b, even when a current flows through the heater conductor 4 and the heater conductor 4 generates heat at, for example, 400 ° C. or higher, the temperature of the connection pads 14a and 14b. Can be suppressed to 200 ° C. or lower. Therefore, the reliability of connection between the connection pads 14a and 14b and other wiring can be improved. Therefore, it is possible to prevent other wirings from being disconnected from the connection pads 14a and 14b before the blocking mechanism 10 operates.

(実施の形態13)
次に、図31を用いて、実施の形態13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。
(Embodiment 13)
Next, the power semiconductor device of the thirteenth embodiment will be described with reference to FIG. Since the power semiconductor device of the present embodiment is substantially the same as the semiconductor device of the first embodiment, the difference between the power semiconductor device of the present embodiment and the semiconductor device of the first embodiment will be described below. Mainly explained.

なお、本実施の形態の遮断機構は、実施の形態1〜6の遮断機構と同様に、低融点材料17の溶融および分断によって一方の主配線導体2と他方の主配線導体2とが電気的に分離されるものである。なお、遮断機構10は、低融点金属導体17が基板1よりも下側に配置されていれば、つまり、図31に示される遮断機構10が上下逆さまに配置されていれば、低融点金属導体17は、溶融したときに、重力によって落下する。そのため、より容易に一方の主配線導体2と他方の主配線導体2との電気的な接続を遮断することができる。このような重力の作用を利用して低融点金属導体17を落下させることは、たとえば、基板1が鉛直方向に沿って延びるように配置されている場合にも、実現される。   Note that, in the same manner as the blocking mechanisms of the first to sixth embodiments, the blocking mechanism of the present embodiment is such that one main wiring conductor 2 and the other main wiring conductor 2 are electrically connected by melting and dividing the low melting point material 17. Are separated. In addition, if the low melting-point metal conductor 17 is arrange | positioned below the board | substrate 1, that is, if the interruption | blocking mechanism 10 shown by FIG. When 17 is melted, it falls by gravity. Therefore, the electrical connection between one main wiring conductor 2 and the other main wiring conductor 2 can be more easily interrupted. The dropping of the low-melting point metal conductor 17 using the action of gravity is realized even when the substrate 1 is arranged so as to extend along the vertical direction, for example.

図31に示されるように、本実施の形態の電力用半導体装置の遮断機構10においては、低融点金属導体17が、基板1が介在する状態で、ヒータ導体4に対向するように配置されている。また、低融点金属導体17は低融点導体5の融点よりも低い融点を有している。さらに、低融点金属導体17は厚み分布を有する。本実施の形態の低融点金属導体17においては、主配線導体2に接触している両端部において厚みが小さく、かつその中央部において厚みが大きい。   As shown in FIG. 31, in the power semiconductor device blocking mechanism 10 of the present embodiment, the low melting point metal conductor 17 is arranged to face the heater conductor 4 with the substrate 1 interposed. Yes. The low melting point metal conductor 17 has a melting point lower than that of the low melting point conductor 5. Furthermore, the low melting point metal conductor 17 has a thickness distribution. In the low melting point metal conductor 17 of the present embodiment, the thickness is small at both end portions in contact with the main wiring conductor 2, and the thickness is large at the central portion.

一般に、低融点金属粉末が、バインダとしての粉末金属に混合され、基板1上に印刷され、焼成されることによって、低融点金属導体が形成される。一方、本実施の形態の低融点金属導体17は、溶融したはんだを、はんだに対する漏れ性が低い材料の枠の中に流し込む等の方法によって形成され得る形状を有している。   Generally, a low melting point metal powder is mixed with a powder metal as a binder, printed on the substrate 1, and fired to form a low melting point metal conductor. On the other hand, the low-melting-point metal conductor 17 of the present embodiment has a shape that can be formed by a method such as pouring molten solder into a frame made of a material having low leakage to the solder.

前述の本実施の形態の低融点金属導体17によれば、その中央部の断面積がその両端部に接続されている主配線導体の断面積よりも大きいため、主配線導体2同士の間の抵抗値を非常に小さくすることができる。つまり、本実施の低融点金属導体17の形状は、大電流が流れる回路の遮断に適している。   According to the low melting point metal conductor 17 of the present embodiment described above, the cross-sectional area of the central portion is larger than the cross-sectional area of the main wiring conductor connected to both ends thereof, so The resistance value can be made very small. That is, the shape of the low melting point metal conductor 17 of the present embodiment is suitable for interrupting a circuit through which a large current flows.

一般に主配線導体2から外部へ放出される熱が、ヒータ導体4が発した熱による低融点金属導体17の温度上昇の妨げになるが、本実施の形態の遮断機構10の低融点金属導体17のように主配線導体2に接触している部分の厚みが中央部の厚みよりも小さくなっていれば、低融点金属導体17から主配線導体2への熱の流れが、低融点金属導体17の厚みが均一の場合に比較して抑制される。そのため、低融点金属導体17の温度が上昇し易い。その結果、電子回路を遮断するまでの時間が短縮される。したがって、ヒータ導体4の発熱のために消費されるエネルギを小さくすることができる。これは、遮断機構10の設計の自由度の増加につながる。   In general, the heat released from the main wiring conductor 2 to the outside hinders the temperature rise of the low melting point metal conductor 17 due to the heat generated by the heater conductor 4, but the low melting point metal conductor 17 of the blocking mechanism 10 of the present embodiment. If the thickness of the portion in contact with the main wiring conductor 2 is smaller than the thickness of the central portion, the heat flow from the low melting point metal conductor 17 to the main wiring conductor 2 is reduced. The thickness is suppressed as compared with the case where the thickness is uniform. Therefore, the temperature of the low melting point metal conductor 17 is likely to rise. As a result, the time until the electronic circuit is cut off is shortened. Therefore, the energy consumed for the heat generation of the heater conductor 4 can be reduced. This leads to an increase in the degree of freedom in designing the blocking mechanism 10.

なお、今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意
図される。
The embodiment disclosed this time should be considered as illustrative in all points and not restrictive. The scope of the present invention is defined by the terms of the claims, rather than the description above, and is intended to include any modifications within the scope and meaning equivalent to the terms of the claims.

1 基板、2 主配線導体、3 電極膜、4,4a,4b ヒータ導体、6 パワーモジュール、7 ベースプレート、8 信号端子、9 主端子、10 遮断機構、11 端子台、12 筐体、14a,14b 接続パッド、5,17 低融点金属導体、15,25 導体層。   1 Substrate, 2 Main wiring conductor, 3 Electrode film, 4, 4a, 4b Heater conductor, 6 Power module, 7 Base plate, 8 Signal terminal, 9 Main terminal, 10 Shut-off mechanism, 11 Terminal block, 12 Housing, 14a, 14b Connection pads, 5, 17 low melting point metal conductors, 15, 25 conductor layers.

Claims (1)

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、
それぞれが所定の電子回路および前記電極膜に電気的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を備え、
前記電極膜は、平面的に見て前記一方の主配線導体と前記他方の主配線導体との間の領域を横切るように延びる破断線状の複数の貫通孔を有し、
前記ヒータ導体は、前記破断線の一方の側に設けられた一方のヒータ導体と、前記破断線の他方の側に設けられた他方のヒータ導体とを有する、遮断機構を有する電力用半導体装置。
An insulating substrate;
An electrode film provided on one main surface of the substrate;
A heater conductor which is provided on the other main surface of the substrate and generates heat when a current flows;
Each comprising a predetermined electronic circuit and one main wiring conductor and the other main wiring conductor electrically connected to the electrode film;
The electrode film may have a plurality of through holes break line shape extending across the region between the plan view, the one with the main wiring conductor and the other main conductor,
The power semiconductor device having a blocking mechanism , wherein the heater conductor includes one heater conductor provided on one side of the break line and the other heater conductor provided on the other side of the break line .
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