半导体模块的制作方法

本发明涉及半导体模块。

背景技术：

已知如下半导体模块，即，在框体内部配置有多个半导体芯片，在维持向各半导体芯片的电极的电连接的同时，针对各半导体芯片通过弹性均等地施加压力(例如参照专利文献1)。在将这样的半导体模块用于电力控制等的情况下，各半导体芯片需要对大电流的接通、断开进行控制。为了使电流的载流量增大，对于1个半导体芯片设置多个电流路径。

专利文献1：日本特表2004-528724号公报

技术实现要素：

在半导体芯片由故障等导致了短路的情况下，在多个电流路径以相同朝向流过超过通常工作时的电流。如此，则有可能在电流路径之间产生电磁力，构成电流路径的部件破损而使电流路径断开。有可能由于电流路径断开而在半导体模块的框体内部产生电弧放电。

因此，需要设想产生了电弧放电的情况，考虑到对电弧放电的耐性而设计半导体模块的框体。因此，由于框体的大型化以及重量的增大，存在半导体模块的大型化、重量的增大以及制造成本的增大的问题。

本发明就是为了解决上述的课题而提出的，其目的在于，提供对半导体芯片短路时的电流路径的断开以及电弧放电的产生进行抑制的半导体模块。

本发明涉及的半导体模块具备：至少1个半导体芯片；框体，其对半导体芯片进行收容；以及至少1个压力部件，其配置在半导体芯片的上部电极与设置于框体的上侧电极之间，将上部电极与上侧电极电连接，压力部件具有弹性，压力部件具备：导电块；以及板簧部件，其具备电流路径，电流路径以使得导电块的至少一部分进入电流路径之间的方式彼此相对。

发明的效果

就本发明涉及的半导体模块而言，由于在板簧部件的彼此相对的电流路径之间配置导电块，因此在短路电流流过电流路径时，在导电块产生与短路电流相反方向的电流。由此，在彼此相对的电流路径之间产生的引力得到缓和。由此，通过抑制由板簧部件的破损导致的电流路径的断线，从而半导体模块的框体内部的电弧放电的产生得到抑制。因此，对半导体模块的框体所要求的强度得到缓和，所以能够抑制半导体模块的大型化、重量的增大以及制造成本的增大。

本发明的目的、特征、方案以及优点通过以下的详细说明和附图变得更清楚。

附图说明

图1是实施方式1涉及的半导体模块的框体内部的侧视图。

图2是表示在实施方式1涉及的半导体模块的压力部件流过的电流的情况的示意图。

图3是实施方式1的第1变形例涉及的半导体模块的框体内部的侧视图。

图4是实施方式1的第2变形例涉及的半导体模块的框体内部的斜视图。

图5是实施方式2涉及的半导体模块的框体内部的侧视图。

图6是表示在实施方式2涉及的半导体模块的压力部件流过的电流的情况的示意图。

图7是实施方式2的第1变形例涉及的半导体模块的框体内部的侧视图。

图8是实施方式2的第2变形例涉及的半导体模块的框体内部的斜视图。

图9是实施方式3涉及的半导体模块的框体内部的侧视图。

图10是前提技术涉及的半导体模块的框体内部的侧视图。

具体实施方式

＜前提技术＞

在说明本发明的实施方式之前，对成为本发明的前提的技术进行说明。图10是前提技术中的半导体模块的框体内部的侧视图。如图10所示，前提技术中的半导体模块具备半导体芯片2、框体6以及压力部件1。半导体芯片2以及压力部件1被收容于框体6。

这里，半导体芯片2是功率半导体芯片，例如igbt(insulatedgatebipolartransistor)等。半导体芯片2在上表面具备上部电极2a、在下表面具备下部电极2b作为主电极。另外，在半导体芯片2是开关元件的情况下还具备未图示的控制电极。半导体芯片2搭载在基板4之上，该基板4在绝缘基板42的表面形成有电路图案41。半导体芯片2的下部电极2a与电路图案41接合。

框体6是对半导体芯片2、压力部件1以及基板4进行收容的壳体。在框体6的上侧设置上侧电极3。

如图10所示，压力部件1配置在半导体芯片2的上部电极2a与框体6的上侧电极3之间。压力部件1将上部电极2a与上侧电极3电连接。

压力部件1具备板簧部件11。如图10所示，板簧部件11具备彼此相对的2个电流路径11a、11b。通过具备2个电流路径11a、11b，从而能够使板簧部件11的电流的载流量增大。

就具有以上的结构的前提技术中的半导体模块而言，如果在半导体芯片2产生故障等，半导体芯片2成为短路状态，则板簧部件11有可能断线。如果板簧部件11断线，则有可能在断线部分产生电弧放电，半导体模块进一步受到损伤。

板簧部件11的断线是以下述方式产生的。在半导体芯片2短路的状态下，短路电流以相同方向流过对置的2个电流路径11a、11b。在半导体芯片2正常地进行动作的情况下，电流也以相同方向流过2个电流路径11a、11b，但由于电流量较小，因此不成为问题。由于短路电流的电流量比正常时的电流量大得多，因此在相对的电流路径11a、11b之间产生电磁力(在图10中由箭头a1示出的引力)。通过该引力，板簧部件11破损而使电流路径11a、11b断开，从而产生电弧放电。

在前提技术中，需要设想产生了电弧放电的情况，考虑到对电弧放电的耐性而设计半导体模块的框体6。因此，由于框体6的大型化以及重量的增大，存在半导体模块的大型化、重量的增大以及制造成本的增大的问题。另外，需要限制半导体模块所容许的电流量、追加短路保护电路等。以下所说明的各实施方式就是为了解决上述的课题。

＜实施方式1＞

＜结构＞

图1是本实施方式1中的半导体模块100的框体内部的侧视图。如图1所示，本实施方式1中的半导体模块100具备半导体芯片2、框体5以及压力部件10。半导体芯片2以及压力部件10被收容于框体5。

这里，半导体芯片2例如是igbt。半导体芯片2在上表面具备上部电极2a、在下表面具备下部电极2b作为主电极。另外，在半导体芯片2是开关元件的情况下还具备未图示的控制电极。半导体芯片2搭载在基板4之上，该基板4在绝缘基板42的表面形成有电路图案41。半导体芯片2的下部电极2a与电路图案41接合。

框体5是对半导体芯片2、压力部件10以及基板4进行收容的壳体。在框体5的上侧设置上侧电极3。

压力部件10在对半导体芯片2的上部电极2a进行按压的方向(-z方向)上具有弹性。即，压力部件10在±z方向上伸缩。在本实施方式1中，压力部件10的弹性通过环状的板簧部件11的弹性而实现。

如图1所示，压力部件10配置在半导体芯片2的上部电极2a与框体5的上侧电极3之间。压力部件10将上部电极2a与上侧电极3电连接。

压力部件10具备导电块12和板簧部件11。如图1所示，板簧部件11是环状。环状的板簧部件11例如是6边形的形状。此外，所谓“环状”并不意味着板簧部件21必须成为连续的环。例如，在板簧部件11的与框体5的上侧电极3接触的面，板簧部件11也可以局部地中断。

环状的板簧部件11的上部与框体5的上侧电极3接触。环状的板簧部件11的下部与半导体芯片2的上部电极2a接触。环状的板簧部件11具备彼此相对的2个电流路径11a、11b。

导电块12是金属制的块，例如铜块。导电块12配置在彼此相对的2个电流路径11a、11b之间。导电块12与板簧部件11的内壁接触。在本实施方式1中，导电块12与环状的板簧部件11的半导体芯片2侧的内壁接触。

＜动作＞

图2是表示在实施方式1中的半导体模块100的压力部件10流过的电流的情况的示意图。

如在图2中由箭头c1所示，如果在半导体芯片2产生故障等，半导体芯片2成为短路状态，则在板簧部件11的彼此相对的电流路径11a、11b沿-z方向流过短路电流。如此，则在导电块12的表面通过邻近效应而产生涡流。如在图2中由箭头c2所示，在导电块12的与电流路径11a、11b相对的面(即y方向以及-y方向侧的面)，产生沿与短路电流相反的方向(即z方向)流过的电流。并且，箭头c2所示的电流在导电块12的z方向侧的面折返，如箭头c3所示沿-z方向流过。箭头c3所示的电流流过导电块12的不与电流路径11a、11b相对的面(即x方向以及-x方向侧的面)。

这样，由于与在板簧部件11的电流路径11a、11b流过的短路电流的方向相反方向的电流流过导电块12，因此在板簧部件11处，在彼此相对的2个电流路径11a、11b之间产生的引力得到缓和。由此，能够抑制由板簧部件11的破损导致的断线。

此外，在图1中记载有1个半导体芯片2以及1个压力部件10，但也可以在1个框体5收容多个半导体芯片2以及多个压力部件10。在1个框体5收容多个半导体芯片2以及多个压力部件10的结构在实施方式3中进行说明。

＜效果＞

本实施方式1中的半导体模块100具备：至少1个半导体芯片2；框体5，其对半导体芯片2进行收容；以及至少1个压力部件10，其配置在半导体芯片2的上部电极2a与设置于框体5的上侧电极3之间，将上部电极2a与上侧电极3电连接，压力部件10具有弹性，压力部件10具备：导电块12；以及板簧部件11，其具备电流路径11a、11b，电流路径11a、11b以使得导电块12的至少一部分进入电流路径11a、11b之间的方式彼此相对。

就本实施方式1中的半导体模块100而言，由于在板簧部件11的彼此相对的电流路径11a、11b之间配置导电块12，因此在短路电流流过电流路径11a、11b时，在导电块12产生与短路电流相反方向的涡流。由此，在彼此相对的电流路径11a、11b之间产生的引力得到缓和。由此，能够抑制由板簧部件11的破损导致的断线。

如上所述，在半导体模块100中，由于能够抑制板簧部件11的破损，因此电流路径11a、11b断开而产生电弧放电这一情况得到抑制。因此，对半导体模块100的框体5所要求的强度得到缓和，所以能够抑制半导体模块100的大型化以及重量的增大。另外，由于对半导体模块100的框体5所要求的强度得到缓和，因此还能够抑制制造成本。

另外，就本实施方式1中的半导体模块100而言，板簧部件11是环状，环状的板簧部件11的上部与框体5的上侧电极3接触，环状的板簧部件11的下部与半导体芯片2的上部电极2a接触，导电块12配置为与环状的板簧部件11的内壁接触。

这样，通过将导电块12配置为与环状的板簧部件11的内壁接触，从而能够在短路电流流过板簧部件11时，抑制由板簧部件11的破损导致的断线。

＜实施方式1的第1变形例＞

图3是实施方式1的第1变形例中的半导体模块100a的框体内部的侧视图。在第1变形例中，压力部件10a还具备弹簧13。弹簧13例如是线圈弹簧。

如图3所示，在第1变形例中，导电块12和弹簧13串联地配置在板簧部件11的半导体芯片2侧的内壁与板簧部件11的框体5的上侧电极3侧的内壁之间。即，导电块12和弹簧13在z方向上层叠地配置。

在图3中，在半导体芯片2侧配置有导电块12，在框体5的上侧电极3侧配置有弹簧13，但也可以将导电块12与弹簧13的配置调换。

在第1变形例中，通过将弹簧13与导电块12串联地配置，从而能够与弹簧13的特性对应地对压力部件10a的弹性进行调整。此外，即使在弹簧13具有导电性的情况下，弹簧13也作为电感而起作用，因此特别是相对于高频成为高阻抗，在弹簧13不流过电流。

＜效果＞

就实施方式1的第1变形例中的半导体模块100a而言，压力部件10a还具备弹簧13，在环状的板簧部件11的半导体芯片2侧的内壁与板簧部件11的框体5的上侧电极3侧的内壁之间，串联地配置导电块12以及弹簧13。

因此，通过设为压力部件10a具备弹簧13的结构，从而能够与弹簧13的特性对应地对压力部件10a的弹性进行调整。

＜实施方式1的第2变形例＞

图4是实施方式1的第2变形例中的半导体模块100b的框体内部的侧视图。如图4所示，在第2变形例中，压力部件10b所具备的导电块12具备凸出部分12a、12b。导电块12的凸出部分12a、12b从板簧部件11的环状的开口沿±x方向凸出。

如图4所示，在流过导电块12的涡流中，存在如箭头c3所示沿与短路电流(箭头c1)相同方向流过的部分。这里，箭头c3所示的电流流过导电块12的不与电流路径11a、11b相对的面(即x方向以及-x方向侧的面)。在这里，在第2变形例中，使导电块12的x方向以及-x方向侧的面从板簧部件11的环状的开口凸出。由此，能够使在导电块12产生的涡流中的沿与短路电流相同方向流过的电流(如箭头c3所示的电流)，远离流过板簧部件11的短路电流(如箭头c1所示的电流)。

＜效果＞

就实施方式1的第2变形例中的半导体模块100b而言，导电块12具备从板簧部件11的环状的开口部分凸出的凸出部分12a、12b。

由此，在导电块12产生的涡流中的沿与流过板簧部件11的短路电流相同方向流过的电流流过凸出部分12a、12b。因此，能够使在导电块12产生的涡流中的沿与短路电流相同方向流过的电流远离流过板簧部件11的短路电流。由此，在板簧部件11的彼此相对的2个电流路径11a、11b之间产生的引力得到进一步缓和，因此能够抑制由板簧部件11的破损导致的断线。

＜实施方式2＞

＜结构＞

图5是本实施方式2中的半导体模块200的框体内部的侧视图。本实施方式2中的半导体模块200的压力部件20的结构与实施方式1(图1)不同。除此以外的结构与实施方式1相同，因此省略说明。

压力部件20在对半导体芯片2的上部电极2a进行按压的方向(-z方向)上具有弹性。在本实施方式2中，压力部件20的弹性通过弹簧23的弹性而实现。

如图5所示，压力部件20配置在半导体芯片2的上部电极2a与框体5的上侧电极3之间。压力部件20将上部电极2a与上侧电极3电连接。

压力部件20具备导电块22和板簧部件21。如图5所示，板簧部件21是u字形状。u字形状的板簧部件21的底部分与框体5的上侧电极3接触或者接合。u字形状的板簧部件21具备彼此相对的2个电流路径21a、21b。

导电块22被u字形状的板簧部件21夹着而与之接触。即，导电块22的至少一部分配置在彼此相对的2个电流路径21a、21b之间。u字形状的板簧部件21从两侧对导电块22施加压力而将其夹入。因此，即使在压力部件20在±z方向上伸缩，板簧部件21与导电块22相对滑动的情况下，板簧部件21与导电块22的接触也得到维持。

导电块22的半导体芯片2侧的面(即-z方向侧的面)与半导体芯片2的上部电极2a接触。

另外，压力部件20具备弹簧23。弹簧23例如是线圈弹簧。如图5所示，弹簧23配置在导电块22的框体5的上侧电极侧的面(即z方向侧的面)与u字形状的板簧部件21的底部分的内壁之间。此外，即使在弹簧23具有导电性的情况下，弹簧23也作为电感而起作用，因此特别是相对于高频成为高阻抗，在弹簧23不流过电流。

另外，导电块22被板簧部件21夹着而与之接触的位置p1，比导电块22的高度方向的中点p2更靠近半导体芯片2侧。

＜动作＞

图6是表示在实施方式2中的半导体模块200的压力部件20流过的电流的情况的示意图。

如图6中由箭头c4所示，如果在半导体芯片2产生故障等，半导体芯片2成为短路状态，则在板簧部件21的彼此相对的电流路径21a、21b沿-z方向流过短路电流。短路电流在板簧部件21与导电块22的接触点处流入导电块22。流入导电块22的电流如箭头c5所示，沿z方向流过导电块22的与电流路径21a、21b相对的面(即y方向以及-y方向侧的面)。并且，箭头c5所示的电流在导电块22的z方向侧的面折返，如箭头c5所示沿-z方向流过。箭头c5所示的电流流过导电块22的不与电流路径21a、21b临近的面(即x方向以及-x方向侧的面)。此外，在导电块22处，如箭头c5所示电流沿z方向流过是因为这样电流的能量得到最小化。

这样，由于与在板簧部件21的电流路径21a、21b流过的短路电流的方向相反方向的电流流过导电块22，因此在板簧部件21处，在彼此相对的2个电流路径21a、21b之间产生的引力得到缓和。由此，能够抑制由板簧部件21的破损导致的断线。

＜效果＞

就本实施方式2中的半导体模块而言，板簧部件21是u字形状，u字形状的板簧部件21的底部分与框体5的上侧电极3接触，导电块22被u字形状的板簧部件21夹着而与之接触，导电块22的半导体芯片2侧的面与半导体芯片2的上部电极2a接触。

这样，通过将导电块12配置为由u字形状的板簧部件21夹着，从而能够在短路电流流过板簧部件21时，抑制由板簧部件21的破损导致的断线。

另外，就本实施方式2中的半导体模块而言，压力部件20还具备弹簧23，该弹簧23配置在导电块22的框体5的上侧电极3侧的面与u字形状的板簧部件21的底部分的内壁之间。因此，能够通过设为压力部件20具备弹簧23的结构，使压力部件20具有弹性。

另外，就本实施方式2中的半导体模块而言，导电块22的被u字形状的板簧部件21夹着而与之接触的位置p1，比导电块22的高度方向的中点p2更靠近半导体芯片2侧。

因此，通过在比导电块22的高度方向的中点p2更靠近半导体芯片2侧的位置处，板簧部件21与导电块22接触，从而能够在导电块22使与板簧部件21的电流路径21a、21b相对的部分更长。由此，能够将在板簧部件21的电流路径21a、21b之间产生的引力进一步缓和。

＜实施方式2的第1变形例＞

图7是实施方式2的第1变形例中的半导体模块200a的框体内部的侧视图。如图7所示，在第1变形例中，压力部件20a所具备的导电块22是横长的形状。即，导电块22的被u字形状的板簧部件21夹着的方向(即y方向)的宽度，比导电块22的高度大。

另外，在第1变形例中，伴随导电块22成为横长的形状，板簧部件21也成为横长的形状。

如图7所示，在流过导电块22的电流中，存在如箭头c6所示沿与短路电流(箭头c4)相同方向流过的部分。这里，箭头c6所示的电流流过导电块22的不与电流路径21a、21b相对的面(即x方向以及-x方向侧的面)。在这里，在第1变形例中，将导电块22的x方向以及-x方向侧的面设为横长的形状。由此，能够使沿与短路电流相同方向流过导电块22的电流(箭头c6所示的电流)远离流过板簧部件21的短路电流(箭头c4所示的电流)。

＜效果＞

就实施方式2的第1变形例中的半导体模块200a而言，导电块22的被u字形状的板簧部件21夹着的方向的宽度，比导电块22的高度大。

通过使导电块22的被u字形状的板簧部件21夹着的方向的宽度比导电块22的高度大，从而能够使沿与短路电流相同方向流过导电块22的电流远离流过板簧部件21的短路电流。因此，在板簧部件21的彼此相对的2个电流路径21a、21b之间产生的引力得到进一步缓和。由此，能够抑制由板簧部件21的破损导致的断线。

＜实施方式2的第2变形例＞

图8是实施方式2的第2变形例中的半导体模块200b的框体内部的斜视图。

如图8所示，在第2变形例中，压力部件20b所具备的导电块22具备凸出部分22a、22b。

通过使导电块22具备凸出部分22a、22b，从而导电块22的与板簧部件21接触的面(即y方向以及-y方向侧的面)的宽度变得比板簧部件21的电流路径21a、21b的宽度大。即，导电块22的凸出部分22a、22b从板簧部件21沿±x方向凸出。

如图8所示，在流过导电块22的电流中，存在如箭头c6所示沿与流过板簧部件21的短路电流(箭头c4)相同方向流过的部分。这里，箭头c6所示的电流流过导电块22的不与电流路径21a、21b相对的面(即x方向以及-x方向侧的面)。在这里，在第2变形例中，使导电块22的x方向以及-x方向侧的面从板簧部件21凸出。由此，能够使流过导电块22的电流中的沿与短路电流相同方向流过的电流(箭头c6所示的电流)远离流过板簧部件21的短路电流(箭头c4所示的电流)。

＜效果＞

就实施方式2的第2变形例中的半导体模块200b而言，导电块22的与u字形状的板簧部件21接触的面的宽度，比板簧部件21的电流路径21a、21b的宽度大。

通过使导电块22的与板簧部件21接触的面的宽度比板簧部件21的电流路径21a、21b的宽度大，从而能够使沿与短路电流相同方向流过导电块22的电流远离流过板簧部件21的短路电流。因此，在板簧部件21的彼此相对的2个电流路径21a、21b之间产生的引力得到进一步缓和。由此，能够进一步抑制由板簧部件21的破损导致的断线。

此外，也可以将导电块22设为具有第1变形例(图7)和第2变形例(图8)这两者的特征的形状。即，也可以是，使导电块22的被u字形状的板簧部件21夹着的方向的宽度比导电块22的高度大，且，使导电块22的与u字形状的板簧部件21接触的面的宽度比板簧部件21的电流路径21a、21b的宽度大。

在实施方式2中，通过将第1及第2变形例组合，从而能够进一步使流过导电块22的电流中的沿与短路电流相同方向流过的电流(图7、8中由箭头c6所示的电流)远离流过板簧部件21的短路电流(图7、8中由箭头c4所示的电流)。因此，在板簧部件21彼此相对的2个电流路径21a、21b之间产生的引力得到进一步缓和。由此，能够更可靠地抑制由板簧部件21的破损导致的断线。

＜实施方式3＞

图9是本实施方式3中的半导体模块300的框体内部的侧视图。如图9所示，就半导体模块300而言，框体5收容多个半导体芯片2以及多个压力部件10。

在本实施方式3中，针对每个半导体芯片2配置压力部件10。压力部件10的构造与实施方式1(图1)相同，因此省略说明。在本实施方式3中，多个半导体芯片2配置在共通的上侧电极3以及电路图案41之间。多个半导体芯片2例如是igbt和与igbt并联连接的续流二极管。

此外，在本实施方式3中，也可以取代压力部件10，配置压力部件10a、10b、20、20a、20b的任意者。

＜效果＞

就本实施方式3中的半导体模块300而言，半导体芯片2为多个，压力部件10为多个，针对多个半导体芯片2分别配置压力部件10，多个半导体芯片2和多个压力部件10被收容于相同的框体5。

在将多个半导体芯片2配置到框体5的情况下，通过针对多个半导体芯片分别配置压力部件10，从而能够对多个半导体芯片2均等地施加压力。另外，如实施方式1、2所说明的那样，对于半导体模块300，也能抑制板簧部件11的破损，因此电弧放电的产生得到抑制。因此，对半导体模块300的框体5所要求的强度得到缓和，所以能够抑制半导体模块300的大型化以及重量的增大。另外，由于对半导体模块300的框体5所要求的强度得到缓和，因此还能够抑制制造成本。

此外，就实施方式1至3的半导体模块而言，半导体芯片2也可以包含宽带隙半导体。另外，宽带隙半导体也可以包含碳化硅(sic)。此外，就实施方式1至3的半导体模块而言，半导体芯片2也可以是igbt。另外，半导体芯片也可以是mosfet(metal-oxide-semiconductorfield-effecttransistor)。

通过对半导体芯片2使用宽带隙半导体，从而半导体模块的可工作温度变高。通过将半导体芯片2设为igbt，从而能够实现大功率的高速通断。进而，就sic制的mosfet而言，能够进行高额定电压(高耐电压)、高频下的动作，降低通断损耗。

对于本发明进行了详细说明，但上述说明在所有方面均为例示，本发明不限定于此。可以理解为在不脱离该发明的范围的情况下能够想到未例示出的无数的变形例。

标号的说明

1、10、10a、10b、20、20a、20b压力部件，2半导体芯片，2a上部电极，2b下部电极，3上侧电极，4基板，41电路图案，42绝缘基板，5、6框体，11、21板簧部件，11a、11b、21a、21b电流路径，12、22导电块，12a、12b、22a、22b凸出部分，100、100a、100b、200、200a、200b、300半导体模块。