JPH0332046A - 半導体装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は放熱部材等の外部構造物にねじ締めされる半導
体装置に関し、特にそのねじ締め部分の構造に関するも
のである。

〔従来の技術〕

従来のこの種の半導体装置のねじ締め部分は第５図に示
すように構成されていた。

第５図は従来のパワーモジュールの取付は穴部を拡大し
て示す断面図で、同図において１は半導体素子（図示せ
ず）を支持するための金属ベース板で、この金属ベース
板１は半導体素子搭載用基板（図示せず）が上面に接合
されており、側縁部には取付はボルト２が挿通されるボ
ルト孔１ａが穿設されている。３は前記金属ベース板ｌ
と共にパワーモジュールのパッケージを形成するケース
で、このケース３は全体が合成樹脂によって一体成形さ
れており、前記金属ベース板１上にシリコン系接着剤４
を介して接着されている。前記ケース３における金属ベ
ース板１との接着部には、前記金属ベース仮１のボルト
孔１ａと対応する位置にボルト孔３ａが穿設されると共
に、金属ベース板１の側縁部を囲む折り返し片３ｂが形
成されている。また、前記ボルト孔３ａ内には、ボルト
２が嵌挿される中空部を有する金属リング５が嵌入され
ている。６は半導体素子（図示せず）の熱を放散させる
ための放熱フィンで、この放熱フィン６には前記取付は
ボルト２が螺着されるねじ孔６ａが設けられている。な
お、７はばね座金、８は平座金である。

このように構成されたパワーモジュールを組立てるには
、予め半導体素子等が搭載された金属ベース板１上にケ
ース３をシリコン系接着剤４によって接着し、しかる後
、半導体素子を樹脂封止して行われる。そして、上述し
たように組立てられたパワーモジュールを放熱フィン６
に取付けるには、ケース３の金属リング５内および金属
ベース板１のボルト孔１ａ内に取付はボルト２を貫通さ
せ、金属ベース板１の裏面を放熱フィン６に当接させた
状態で取付はボルト２の先端を放熱フィン６に螺着させ
ることによって行われる。この際、取付はボルト２をあ
る締付はトルクにて締付けると、平座金８からケース３
の上面に第５図中矢印で示す力Ｐが加わり、この力Ｐに
よって金属ベース板１が放熱フィン６に圧接されること
になる。すなわち、従来のパワーモジュールにおいては
、平座金８と対接される金属リング５およびケース３と
の二つの部材によって上述した締付は力Ｐを受けること
になる。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかるに、このように構成された従来のパワーモジュー
ルにおいては、取付はボルト２からの締付は力はケース
３と金属リング５とで受ける構造であるが、金属リング
５は、金属ベース板１とケース３との接着面積を大きく
採るためにその肉厚を薄く設定しなければならない。こ
のため、パワーモジュールを放熱フィン６に取付ける際
に発生する力Ｐは大部分がケース３が受けることになる
。

ところが、ケース３等に使用される樹脂は一般的に長時
間ある方向に力を加え続けられるとクリープ現象によっ
て変形を起こすため、ケース３においては取付はボルト
２の締付は力Ｐを殆ど受は持たなくなり、全体として締
付は力が低下されるという問題があった。

また、金属ベース板１のボルト孔１ａとケース３のボル
ト孔３ａとの位置決めは、ケース３の折り返し片３ｂで
囲まれた部分に金属ベース板ｌを嵌挿させて行われてい
るが、この折り返し片３ｂと金属ベース板ｌの側面との
間にはシリコン系接着剤４が充填されるための僅かな隙
間が設けられており、この隙間のために位置決め精度は
低いものであった。さらにまた、金属ベース板ｌ上にケ
ース３を接着する際にシリコン系接着剤４がボルト孔１
ａ。

３ａ内にはみ出すことがあり、このボルト孔１ａ、　３
ａ内で硬化されたシリコン系接着剤４によって取付はボ
ルト２の挿通作業が円滑に行えなくなることがあった。

〔課題を解決するための手段〕

本発明に係る半導体装置は、ボルト貫通部分に、ボルト
貫通用中空部が形成された金属リングを外囲ケースに嵌
合させかつ金属ベース板に当接させた状態で装着してな
り、この金属リングは、外囲ケース側端部がボルトの接
圧部分より大きな径をもって形成されると共に、金属ベ
ース板側端部が前記外囲ケース側端部より細く形成され
、この金属ベース板側端部に金属ベース板のボルト孔内
へ挿入される位置決め用突条を突設したものである。

〔作　用〕

ボルトの締付は力を金属リングから外囲ケースを介すこ
となく金属ベース板に直接的に加えることができる。ま
た、金属リングの位置決め用突条を、この金属リングを
外囲ケースに装着させた状態で金属ベース板のボルト孔
内に挿入することによって、外囲ケースと金属ベース板
との位置決めを行なうことができる。さらにまた、金属
ベース板のボルト孔は金属リングによってシールされる
ことになる。

〔実施例〕

以下、本発明の一実施例を第１図ないし第４図によって
詳細に説明する。

第１図は本発明に係る半導体装置の取付は穴部を拡大し
て示す断面図、第２図ないし第４図は本発明に係る金属
リングが得られるまでの経過を示す取付は穴部の断面図
で、第２図は金属リングを肉厚に形成した場合を示し、
第３図は金属リングの金属ベース板側端部を細く形成し
た場合を示し、第４図は金属リングの金属ベース板側端
部に位置決め用突条を設けた状態を示す。これらの図に
おいて前記第５図で説明したものと同一もしくは同等部
材については同一符号を付し、ここにおいて詳細な説明
は省略する。第１図ないし第４図において、１１は本発
明に係る金属リングで、この金属リング１１は取付はボ
ルト２が貫通される中空部１２が半径方向中央部に穿設
され、取付はボルト２の接圧部たる平座金８より大きな
径をもって形成されかつケース３のボルト孔３ａに嵌合
される大径部１３と、この大径部１３より細く形成され
、金属ベース板１の上面に当接される押圧部１４と、こ
の押圧部１４に金属ベース板１側へ向けて突設され、金
属ヘース板１のボルト孔１ａ内に挿入される細径部１５
とから構成されている。この金属リング１１が嵌合され
るケース３のボルト孔３ａは、前記金属リング１１の大
径部１３および押圧部１４とが嵌合されるように開口寸
法をケース３の厚み方向略中央部分て変えて形成されて
おり、その大径部分の深さ寸法は、金属リング１１の大
径部１３における軸方向の長さ寸法よりも大きな寸法を
もって形成されている。この金属リング１１を、金属ベ
ース板１上にケース３を接着する際にケース３のポルト
孔りａ内に装着すると、金属リング１１の押圧部１４の
先端面が金属ベース板１に当接され、この金属リング１
１の大径部１３における金属ベース板１側端部とケース
３のボルト孔３ａにおける大径部分の底部との間に僅か
な（約０．５ｍｍ程度）間隙ｇが設けられることになる
。

すなわち、この金属リング１１が装着された状態で取付
はボルト２によって金属ベース板１を放熱フィン６にね
じ締めすると、取付はボルト２からの締付は力は平座金
８から金属リング１１に伝達され、この金属リング１１
を介して金属ベース板１に加えられることになる。この
際、ケース３と金属リング１１とは嵌合状態であるが、
前記間隙ｇが設けられているために取付はボルト２から
の締付は力がケース３に伝えられるようなことはない。

したがって、取付はボルト２の締付は力は金属リング１
１からケース３を介すことなく金属ベース板１に直接的
に加わることになる。

上述したように構成された金属リング１１を使用して本
発明に係る半導体装置を組立てるには、金属ベース板ｌ
とケース３とをシリコン系接着剤４によって接着する際
に、金属リング１１をケース３のボルト孔３ａ内に嵌合
させると共に、金属リング１１の細径部１５を金属ベー
ス板１のボルト孔ｌａ内に挿入させて行われる。この際
、金属リング１１の押圧部１４が金属ベース板ｌに当接
されることによって、シリコン系接着剤４が金属ベース
板１のボルト孔ｌａ内に入り込むのを阻止することがで
きる。

また、金属リング１１の細径部１５を金属ベース板ｌの
ボルト孔ｌａ内に挿入させることによって、ケース３と
金属ベース板ｌとの位置決めを行なうことができる。

次に、本発明に係る半導体装置に使用する金属リング１
１を第２図ないし第４図によってさらに詳しく説明する
。

ケース３に生じるクリープ現象によって取付はボルト２
の締付は力が低下されるという第１の問題点は、ケース
３で締付は力を伝達させないようにすることで解決する
ことができる。このようにするには、先ず、第２図に示
すように金属リング１１の外径を平座金８の外径より大
きく形成することが考えられる。ところが、この金属リ
ング１１を使用すると、金属リング１１によって金属ベ
ース板１とケース３との接着部分（第２図中ａ部等ボル
ト孔１ａ、　３ａの周辺部）の面積が狭められるため、
この接着部分の面積を確保するためにケース３および金
属ベース板ｌを大きく設定しなければならず半導体装置
が大型化されてしまい望ましくない。

上述した接着面積を確保するためには、第３図に示すよ
うに金属リング１１の下側の径を小さく設定すればよい
が、このようにすると金属リング１１の外周部に形成さ
れた段部から締付は力Ｐがケース３に伝達されてしまう
。この締付は力Ｐを受ける部分を第３図中すで示す。こ
のようにケース３で締付は力が伝達される構造ではｂ部
の樹脂がクリープを起こし、やがて締付は力が低下され
てしまう。そこで、第１図に示すように、金属リング１
１の大径部１３における金属ベース板１側端部とケース
３のボルト孔３ａにおける大径部分の底部との間に僅か
な間隙ｇを設けることにより、締付は力を金属リング１
１のみを介して金属ベース板１に伝達することができる
ようになった。これにより締付は力が低下するのを確実
に防止することができる。

次に、ケース３の金属ベース板ｌに対する位置決め精度
が低いという第２の問題点を解決する手段に関して説明
する。パワーモジュールは設計上および使用上、位置精
度は金属ベース板１のボルト孔１ａが重要視されており
、この部分の位置精度が高いものであるため、このボル
ト孔１ａを使用することにより接着後のケース３の位置
精度を高く保つことができる。本発明では、第４図に示
すように、金属リングＩｆの下部と金属ベース板Ｉとが
インローＣになるように金属リング１１の金属ベース板
１側端部に金属ベース板ｌのボルト孔１ａ内へ挿入され
る細径部１５を設けることによって、金属ベース板１の
ボルト孔１ａを使用してケース３を位置決めすることが
できる。なお、シリコン系接着剤４がボルト孔１ａ、　
３ａ内にはみ出すという第３の問題点は、上述したよう
に金属リング１１の細径部１５をボルト孔りａ内に挿入
させた状態で、金属ベース板１側端部を金属ベース板１
に当接させることによって、金属ベース板１のボルト孔
１ａが金属リング１１でシールされることになり解決す
ることができる。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明に係る半導体装置は、ボルト
貫通部分に、ボルト貫通用中空部が形成された金属リン
グを外囲ケースに嵌合させかつ金属ベース板に当接させ
た状態で装着してなり、この金属リングは、外囲ケース
側端部がボルトの接圧部分より大きな径をもって形成さ
れると共に、金属ベース板側端部が前記外囲ケース側端
部より細く形成され、この金属ベース板側端部に金属ベ
ース板のボルト孔内へ挿入される位置決め用突条を突設
したため、ボルトの締付は力を金属リングから外囲ケー
スを介すことなく金属ベース板に直接的に加えることが
できる。したがって、ボルトの締付は力が低下されるの
を確実に防ぐことができ、イε頓性の高い半導体装置が
得られる。また、金属リングの位置決め用突条を、この
金属リングを外囲ケースに装着させた状態で金属ベース
板のボルト孔内に挿入することによって、外囲ケースと
金属へ−ス板との位置決めを行なうことができるから、
半導体装置の組立て精度を高めることができると共に、
半導体装置を均一な組立て精度をもって製造することが
できる。さらにまた、金属ベース板のボルト孔は金属リ
ングによってシールされ、この接着剤が取付は孔内には
み出すのを確実に防ぐことができるから、高品質な半導
体装置を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る半導体装置の取付は穴部を拡大し
て示す断面図、第２図ないし第４図は本発明に係る金属
リングが得られるまでの経過を示す取付は穴部の断面図
で、第２図は金属リングを肉厚に形成した場合を示し、
第３図は金属リングの金属ベース板側端部を細く形成し
た場合を示し、第４図は金属リングの金属ベース板側端
部に位置決め用突条を設けた状態を示す。第５図は従来
のパワーモジュールの取付は穴部を拡大して示す断面図
である。 １・・・・金属ベース板、１ａ・・・・ボルト孔、２・
・・・取付はボルト、３・・・・ケース、４・・・・シ
リコン系接着剤、６・・・・放熱フィン、１１・・・・
金属リング、１３・・・・大径部、１４・・・・押圧部
、１５・・・・細径部。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 樹脂によって形成された外囲ケースが半導体素子支持用
   金属ベース板上に接着され、この接着部分を貫通するボ
   ルトを介して前記金属ベース板が放熱部材にねじ締めさ
   れる半導体装置において、前記ボルト貫通部分に、ボル
   ト貫通用中空部が形成された金属リングを外囲ケースに
   嵌合させかつ金属ベース板に当接させた状態で装着して
   なり、この金属リングは、外囲ケース側端部がボルトの
   接圧部分より大きな径をもって形成されると共に、金属
   ベース板側端部が前記外囲ケース側端部より細く形成さ
   れ、この金属ベース板側端部に金属ベース板のボルト孔
   内へ挿入される位置決め用突条を突設したことを特徴と
   する半導体装置。