JP3725103B2 - 半導体装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、車載などの移動体に搭載されるパワーモジュール等の半導体装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来からＩＧＢＴ、ダイオード、ＧＴＯ、トランジスタなどのパワー半導体素子を絶縁樹脂により封止したパワー半導体モジュールが知られている。
図６は、従来の半導体モジュールを示す斜視図である。
図６において、１は半導体チップを充填して固めた封止樹脂、２は半導体モジュールの電源接続用端子、３は半導体モジュールの出力端子、４及び５は半導体モジュールを固定するためのネジ貫通穴であり、ネジ貫通穴４は周辺部に、ネジ貫通穴５は中央部に配置されている。
図７は、図６の半導体モジュールを示す断面図である。
図７において、６は半導体モジュールを構成する半導体チップ（半導体素子）、７は半導体チップ６が搭載されたヒートスプレッダである。
従来の半導体モジュールは、図６、図７に示されるように、ネジ貫通穴４、５にネジを通すことにより、半導体モジュールの下に配置されるヒートシンク（図示せず）に固定されていた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
従来のような、ネジによる半導体モジュールの直接締め付け方法では、ネジの近傍にのみ締め付け力が作用し、半導体モジュールを均一に押さえられないという問題がある。
また、締め付け力が、封止樹脂１に直接集中荷重として印加されるため、封止樹脂１が破壊したり、封止樹脂１のリラクセーションにより締め付け力が低下し、その結果、半導体モジュールとヒートシンクの間の熱抵抗が大きくなるため、半導体チップ６の温度上昇が大きくなり、半導体チップ６が破壊するなどの問題があった。
また、半導体モジュール１個に対し、複数個のネジを使用するため、組立工数、部品工数が多く、その結果コストの上昇を招いていた。
【０００４】
この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、半導体モジュールを任意の荷重で固定し、半導体モジュールとヒートシンク間の熱抵抗を低く安定させ、さらに低コスト化、組み立ての容易化を図る半導体装置を得ることを目的にしている。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
この発明に係わる半導体装置においては、半導体素子が樹脂封止され、中央部にネジ貫通穴が設けられた半導体モジュール、この半導体モジュールの片側に半導体モジュールをほぼ被うように配置され、ペントルーフ型の断面形状を有する板状バネを備え、半導体モジュールは、板状バネ側から板状バネを介して挿入されたネジにより、半導体モジュールの板状バネ側と反対側に配置されたヒートシンクに固定されているものである。
【０００６】
また、それぞれ半導体素子が樹脂封止され、中央部にネジ貫通穴が設けられると共に、同一平面上に並置された複数の半導体モジュール、この複数の半導体モジュールの片側に複数の半導体モジュールをほぼ被うように配置され、ペントルーフ型の断面形状を有する板状バネを備え、複数の半導体モジュールは、板状バネ側から板状バネを介して挿入されたネジにより、半導体モジュールの板状バネ側と反対側に配置されたヒートシンクに固定されているものである。
【０００７】
さらに、板状バネには、補強梁が配置されているものである。
また、板状バネには、リブが設けられているものである。
【０００８】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
以下、この発明に関する実施の形態１を図に基いて説明する。
図１は、この発明の実施の形態１による半導体モジュールを示す展開斜視図である。
図２は、図１の半導体モジュールの組立て斜視図である。
図１、図２において、８はヒートシンク、９はヒートシンク８の上に配置され、半導体チップが樹脂封止された半導体モジュールで、中央部にネジ貫通穴が設けられている。１０は半導体モジュール９の上に配置されたペントルーフ型断面形状の板状のバネ（板状バネ）、１１はバネ１０を介して半導体モジュール９をヒートシンク８に締め付け固定するネジである。
【０００９】
このように構成された半導体装置では、ヒートシンク８の上に半導体モジュール９を敷設し、その上にペントルーフ型断面形状のバネ１０を重ね、ネジ１１により締め付け半導体モジュール９とヒートシンク８を固定する。このときネジ１１の締め付け力が、バネ１０のたわみによって分散され、バネ１０が全圧縮するころには半導体モジュール９に均一な荷重を印加することができる。これは、バネ１１の断面形状をペントルーフ型としたことによる効果である。
また、バネ１０の設計を変更すれば、荷重を敢えて不均一にすることも可能である。ネジ１１近傍を強くしたり、ネジ１１から離れた外縁部付近を強くしたりなど、任意の荷重設定を行うことも可能である。
【００１０】
実施の形態１によれば、板状のバネを介して、ネジにより、半導体モジュールとヒートシンクを固定するので、任意の荷重設定で、半導体モジュールとヒートシンクを固定することができる。
【００１１】
実施の形態２．
次に、実施の形態２について、図３をもとに説明する。
図３は、この発明の実施の形態２による半導体モジュールを示す展開斜視図である。
図３において、９、１１は図１におけるものと同一のものである。１２は複数個の半導体モジュール９にまたがるように配置されたバネである。
半導体モジュール９は、同一平面上に複数個並置されて使用されることが多く、各々の半導体モジュール９に個別のバネを敷設することは、組立て工数、部品点数共に増え、経済的ではない。そこで複数個の半導体モジュール９を１つのバネ１２で押さえるようにしたものである。
【００１２】
実施の形態２によれば、複数個が並置された半導体モジュールの上にバネをおき、ネジを締め込むことにより、半導体モジュールとヒートシンクとの固定が完了するため、部品点数も少なく、工程も簡単で経済的である。
【００１３】
実施の形態３．
次に、実施の形態３について、図４を用いて説明する。
図４は、この発明の実施の形態３による半導体モジュールを示す展開斜視図である。
図４において、９、１１、１２は図３におけるものと同一のものである。１３はバネ１２とは別体の補強梁である。
バネ１２形状の設計次第で、ネジ締め付け部から離れた位置では、半導体モジュール９を押さえる力が不足する場合がある。これは複数のネジ１１を結ぶラインの曲げ剛性、即ち断面係数が不足しているためであるから、これを向上させれば、より均一な荷重で半導体モジュール９を押さえることが可能となる。このため、図４の補強梁１３を併用することで、バネ１２をより均一に半導体モジュール９に押し付けることができる。
【００１４】
実施の形態３によれば、補強梁をバネと併用することにより、より均一に半導体モジュールにバネを押し付けることができる。
【００１５】
実施の形態４．
次に、実施の形態４について、図５を用いて説明する。
図５は、この発明の実施の形態４による半導体モジュールのバネを示す斜視図である。
図５において、１４はリブ補強を付加したリブ補強バネである。１５はリブ補強バネ１４に付加されたリブである。
図４のバネ１２に補強梁１３を付加してより均一な押さえ力とする代わりに、図５では、リブ補強バネ１４のように、バネにリブ１５を付加した構造とすることで、バネ単体での曲げ剛性を向上させ、バネをより均一に半導体モジュール９に押し付けることができるようにしている。
【００１６】
実施の形態４によれば、バネにリブを設けることにより、実施の形態３と同様の効果を得ることができる。
【００１７】
【発明の効果】
この発明は、以上説明したように構成されているので、以下に示すような効果を奏する。
半導体素子が樹脂封止され、中央部にネジ貫通穴が設けられた半導体モジュール、この半導体モジュールの片側に半導体モジュールをほぼ被うように配置され、ペントルーフ型の断面形状を有する板状バネを備え、半導体モジュールは、板状バネ側から板状バネを介して挿入されたネジにより、半導体モジュールの板状バネ側と反対側に配置されたヒートシンクに固定されているので、板状バネを介してネジにより、半導体モジュールを均一にヒートシンクに押し付けて固定することができる。
【００１８】
また、それぞれ半導体素子が樹脂封止され、中央部にネジ貫通穴が設けられると共に、同一平面上に並置された複数の半導体モジュール、この複数の半導体モジュールの片側に複数の半導体モジュールをほぼ被うように配置され、ペントルーフ型の断面形状を有する板状バネを備え、複数の半導体モジュールは、板状バネ側から板状バネを介して挿入されたネジにより、半導体モジュールの板状バネ側と反対側に配置されたヒートシンクに固定されているので、複数個が並置された半導体モジュールの片側に板状バネを配置し、板状バネを介してネジにより、半導体モジュールを均一にヒートシンクに押し付けて固定することができると共に、複数の半導体モジュールでも、固定作業を簡単にすることができる。
【００２０】
さらに、板状バネには、補強梁が配置されているので、より均一に半導体モジュールに板状バネを押し付けることができる。
また、板状バネには、リブが設けられているので、より均一に半導体モジュールに板状バネを押し付けることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 この発明の実施の形態１による半導体モジュールを示す展開斜視図である。
【図２】 図１の半導体モジュールの組立て斜視図である。
【図３】 この発明の実施の形態２による半導体モジュールを示す展開斜視図である。
【図４】 この発明の実施の形態３による半導体モジュールを示す展開斜視図である。
【図５】 この発明の実施の形態４による半導体モジュールのバネを示す斜視図である。
【図６】 従来の半導体モジュールを示す斜視図である。
【図７】 図６の半導体モジュールを示す断面図である。
【符号の説明】
１ 封止樹脂、２ 電源接続用端子、３ 出力端子、４，５ ネジ貫通穴、
６ 半導体チップ、７ ヒートスプレッダ、８ ヒートシンク、
９ 半導体モジュール、１０ バネ、１１ ネジ、１２ バネ、
１３ 補強梁、１４ リブ補強バネ、１５ リブ。
【発明の属する技術分野】
この発明は、車載などの移動体に搭載されるパワーモジュール等の半導体装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来からＩＧＢＴ、ダイオード、ＧＴＯ、トランジスタなどのパワー半導体素子を絶縁樹脂により封止したパワー半導体モジュールが知られている。
図６は、従来の半導体モジュールを示す斜視図である。
図６において、１は半導体チップを充填して固めた封止樹脂、２は半導体モジュールの電源接続用端子、３は半導体モジュールの出力端子、４及び５は半導体モジュールを固定するためのネジ貫通穴であり、ネジ貫通穴４は周辺部に、ネジ貫通穴５は中央部に配置されている。
図７は、図６の半導体モジュールを示す断面図である。
図７において、６は半導体モジュールを構成する半導体チップ（半導体素子）、７は半導体チップ６が搭載されたヒートスプレッダである。
従来の半導体モジュールは、図６、図７に示されるように、ネジ貫通穴４、５にネジを通すことにより、半導体モジュールの下に配置されるヒートシンク（図示せず）に固定されていた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
従来のような、ネジによる半導体モジュールの直接締め付け方法では、ネジの近傍にのみ締め付け力が作用し、半導体モジュールを均一に押さえられないという問題がある。
また、締め付け力が、封止樹脂１に直接集中荷重として印加されるため、封止樹脂１が破壊したり、封止樹脂１のリラクセーションにより締め付け力が低下し、その結果、半導体モジュールとヒートシンクの間の熱抵抗が大きくなるため、半導体チップ６の温度上昇が大きくなり、半導体チップ６が破壊するなどの問題があった。
また、半導体モジュール１個に対し、複数個のネジを使用するため、組立工数、部品工数が多く、その結果コストの上昇を招いていた。
【０００４】
この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、半導体モジュールを任意の荷重で固定し、半導体モジュールとヒートシンク間の熱抵抗を低く安定させ、さらに低コスト化、組み立ての容易化を図る半導体装置を得ることを目的にしている。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
この発明に係わる半導体装置においては、半導体素子が樹脂封止され、中央部にネジ貫通穴が設けられた半導体モジュール、この半導体モジュールの片側に半導体モジュールをほぼ被うように配置され、ペントルーフ型の断面形状を有する板状バネを備え、半導体モジュールは、板状バネ側から板状バネを介して挿入されたネジにより、半導体モジュールの板状バネ側と反対側に配置されたヒートシンクに固定されているものである。
【０００６】
また、それぞれ半導体素子が樹脂封止され、中央部にネジ貫通穴が設けられると共に、同一平面上に並置された複数の半導体モジュール、この複数の半導体モジュールの片側に複数の半導体モジュールをほぼ被うように配置され、ペントルーフ型の断面形状を有する板状バネを備え、複数の半導体モジュールは、板状バネ側から板状バネを介して挿入されたネジにより、半導体モジュールの板状バネ側と反対側に配置されたヒートシンクに固定されているものである。
【０００７】
さらに、板状バネには、補強梁が配置されているものである。
また、板状バネには、リブが設けられているものである。
【０００８】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
以下、この発明に関する実施の形態１を図に基いて説明する。
図１は、この発明の実施の形態１による半導体モジュールを示す展開斜視図である。
図２は、図１の半導体モジュールの組立て斜視図である。
図１、図２において、８はヒートシンク、９はヒートシンク８の上に配置され、半導体チップが樹脂封止された半導体モジュールで、中央部にネジ貫通穴が設けられている。１０は半導体モジュール９の上に配置されたペントルーフ型断面形状の板状のバネ（板状バネ）、１１はバネ１０を介して半導体モジュール９をヒートシンク８に締め付け固定するネジである。
【０００９】
このように構成された半導体装置では、ヒートシンク８の上に半導体モジュール９を敷設し、その上にペントルーフ型断面形状のバネ１０を重ね、ネジ１１により締め付け半導体モジュール９とヒートシンク８を固定する。このときネジ１１の締め付け力が、バネ１０のたわみによって分散され、バネ１０が全圧縮するころには半導体モジュール９に均一な荷重を印加することができる。これは、バネ１１の断面形状をペントルーフ型としたことによる効果である。
また、バネ１０の設計を変更すれば、荷重を敢えて不均一にすることも可能である。ネジ１１近傍を強くしたり、ネジ１１から離れた外縁部付近を強くしたりなど、任意の荷重設定を行うことも可能である。
【００１０】
実施の形態１によれば、板状のバネを介して、ネジにより、半導体モジュールとヒートシンクを固定するので、任意の荷重設定で、半導体モジュールとヒートシンクを固定することができる。
【００１１】
実施の形態２．
次に、実施の形態２について、図３をもとに説明する。
図３は、この発明の実施の形態２による半導体モジュールを示す展開斜視図である。
図３において、９、１１は図１におけるものと同一のものである。１２は複数個の半導体モジュール９にまたがるように配置されたバネである。
半導体モジュール９は、同一平面上に複数個並置されて使用されることが多く、各々の半導体モジュール９に個別のバネを敷設することは、組立て工数、部品点数共に増え、経済的ではない。そこで複数個の半導体モジュール９を１つのバネ１２で押さえるようにしたものである。
【００１２】
実施の形態２によれば、複数個が並置された半導体モジュールの上にバネをおき、ネジを締め込むことにより、半導体モジュールとヒートシンクとの固定が完了するため、部品点数も少なく、工程も簡単で経済的である。
【００１３】
実施の形態３．
次に、実施の形態３について、図４を用いて説明する。
図４は、この発明の実施の形態３による半導体モジュールを示す展開斜視図である。
図４において、９、１１、１２は図３におけるものと同一のものである。１３はバネ１２とは別体の補強梁である。
バネ１２形状の設計次第で、ネジ締め付け部から離れた位置では、半導体モジュール９を押さえる力が不足する場合がある。これは複数のネジ１１を結ぶラインの曲げ剛性、即ち断面係数が不足しているためであるから、これを向上させれば、より均一な荷重で半導体モジュール９を押さえることが可能となる。このため、図４の補強梁１３を併用することで、バネ１２をより均一に半導体モジュール９に押し付けることができる。
【００１４】
実施の形態３によれば、補強梁をバネと併用することにより、より均一に半導体モジュールにバネを押し付けることができる。
【００１５】
実施の形態４．
次に、実施の形態４について、図５を用いて説明する。
図５は、この発明の実施の形態４による半導体モジュールのバネを示す斜視図である。
図５において、１４はリブ補強を付加したリブ補強バネである。１５はリブ補強バネ１４に付加されたリブである。
図４のバネ１２に補強梁１３を付加してより均一な押さえ力とする代わりに、図５では、リブ補強バネ１４のように、バネにリブ１５を付加した構造とすることで、バネ単体での曲げ剛性を向上させ、バネをより均一に半導体モジュール９に押し付けることができるようにしている。
【００１６】
実施の形態４によれば、バネにリブを設けることにより、実施の形態３と同様の効果を得ることができる。
【００１７】
【発明の効果】
この発明は、以上説明したように構成されているので、以下に示すような効果を奏する。
半導体素子が樹脂封止され、中央部にネジ貫通穴が設けられた半導体モジュール、この半導体モジュールの片側に半導体モジュールをほぼ被うように配置され、ペントルーフ型の断面形状を有する板状バネを備え、半導体モジュールは、板状バネ側から板状バネを介して挿入されたネジにより、半導体モジュールの板状バネ側と反対側に配置されたヒートシンクに固定されているので、板状バネを介してネジにより、半導体モジュールを均一にヒートシンクに押し付けて固定することができる。
【００１８】
また、それぞれ半導体素子が樹脂封止され、中央部にネジ貫通穴が設けられると共に、同一平面上に並置された複数の半導体モジュール、この複数の半導体モジュールの片側に複数の半導体モジュールをほぼ被うように配置され、ペントルーフ型の断面形状を有する板状バネを備え、複数の半導体モジュールは、板状バネ側から板状バネを介して挿入されたネジにより、半導体モジュールの板状バネ側と反対側に配置されたヒートシンクに固定されているので、複数個が並置された半導体モジュールの片側に板状バネを配置し、板状バネを介してネジにより、半導体モジュールを均一にヒートシンクに押し付けて固定することができると共に、複数の半導体モジュールでも、固定作業を簡単にすることができる。
【００２０】
さらに、板状バネには、補強梁が配置されているので、より均一に半導体モジュールに板状バネを押し付けることができる。
また、板状バネには、リブが設けられているので、より均一に半導体モジュールに板状バネを押し付けることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 この発明の実施の形態１による半導体モジュールを示す展開斜視図である。
【図２】 図１の半導体モジュールの組立て斜視図である。
【図３】 この発明の実施の形態２による半導体モジュールを示す展開斜視図である。
【図４】 この発明の実施の形態３による半導体モジュールを示す展開斜視図である。
【図５】 この発明の実施の形態４による半導体モジュールのバネを示す斜視図である。
【図６】 従来の半導体モジュールを示す斜視図である。
【図７】 図６の半導体モジュールを示す断面図である。
【符号の説明】
１ 封止樹脂、２ 電源接続用端子、３ 出力端子、４，５ ネジ貫通穴、
６ 半導体チップ、７ ヒートスプレッダ、８ ヒートシンク、
９ 半導体モジュール、１０ バネ、１１ ネジ、１２ バネ、
１３ 補強梁、１４ リブ補強バネ、１５ リブ。
Claims (4)
- 半導体素子が樹脂封止され、中央部にネジ貫通穴が設けられた半導体モジュール、この半導体モジュールの片側に上記半導体モジュールをほぼ被うように配置され、ペントルーフ型の断面形状を有する板状バネを備え、上記半導体モジュールは、上記板状バネ側から上記板状バネを介して挿入されたネジにより、上記半導体モジュールの上記板状バネ側と反対側に配置されたヒートシンクに固定されていることを特徴とする半導体装置。
- それぞれ半導体素子が樹脂封止され、中央部にネジ貫通穴が設けられると共に、同一平面上に並置された複数の半導体モジュール、この複数の半導体モジュールの片側に上記複数の半導体モジュールをほぼ被うように配置され、ペントルーフ型の断面形状を有する板状バネを備え、上記複数の半導体モジュールは、上記板状バネ側から上記板状バネを介して挿入されたネジにより、上記半導体モジュールの上記板状バネ側と反対側に配置されたヒートシンクに固定されていることを特徴とする半導体装置。
- 上記板状バネには、補強梁が配置されていることを特徴とする請求項１または請求項２記載の半導体装置。
- 上記板状バネには、リブが設けられていることを特徴とする請求項１または請求項２記載の半導体装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002243102A JP3725103B2 (ja) | 2002-08-23 | 2002-08-23 | 半導体装置 |
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| JP2002243102A JP3725103B2 (ja) | 2002-08-23 | 2002-08-23 | 半導体装置 |
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