JPH0648865Y2

JPH0648865Y2 - 半導体装置の放熱フイン取付機構

Info

Publication number: JPH0648865Y2
Application number: JP1989091910U
Authority: JP
Inventors: 篤雄小西
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 1989-08-03
Filing date: 1989-08-03
Publication date: 1994-12-12
Anticipated expiration: 2004-08-03
Also published as: JPH0332432U

Description

【考案の詳細な説明】〈産業上の利用分野〉本考案は、樹脂封止型電力用半導体装置に空冷用放熱フ
インを取付けるための半導体装置の放熱フイン取付機構
に関する。

〈従来技術〉一般に、樹脂封止型電力用半導体装置は、その駆動時に
高熱を発するため、冷却用放熱フインが装着される。従
来の半導体装置においては、第７〜12図の如く、放熱フ
インがねじ締めにより固定されている。

すなわち、樹脂封止工程時に、半導体装置１の内部を外
部より遮断するために熱硬化封止樹脂（エポキシ樹脂）
３を充填し熱硬化させている。このとき、熱硬化封止樹
脂３は硬化収縮を起こす（エポキシ樹脂は、一般に、長
手方向に対し０、２％〜１、０％硬化収縮を起こす。た
だし、これは加熱条件にも左右される）。そのため、半
導体装置自身が弓なりに変形するおそれがある。したが
つて、第11図の如く、外枠４に梁等の補強部材５を補う
か、裏面の金属ベース基板６を半導体装置１とほぼ同じ
面積にするなどの対策を施こさなければならない。

次に、上記樹脂封止工程が完了した半導体装置１を空冷
用放熱フイン２にセツトし、ねじ７にて締め付け固定を
行う。このときに、放熱効果をよくするため、金属ベー
ス基板６側、もしくは空冷用放熱フイン２側に放熱用シ
リコングリスを塗布しなければならない。

〈考案が解決しようとする課題〉第７〜10図の如く、半導体装置１を空冷用放熱フイン２
に取り付ける場合、半導体装置１の裏面の金属ベース基
板６に放熱用シリコングリスを塗布し、基板６を空冷用
放熱フイン２にセツトし、その後、ねじ７に締め付け固
定している。しかし、ねじ７で、強制的に金属ベース基
板６を空冷用放熱フイン２に締め付けているため、金属
ベース基板６がある量の反りを持つていた場合、金属ベ
ース基板６にねじ締めの反力としせん断力が加わる事に
なり、半導体装置内部の電力半導体素子1aにもひずみが
加わり、ときには電力半導体素子1aの破壊にもつなが
る。

また、ねじ７には常に反力が加わつており、長期保存に
対しねじ７のゆるみ発生することもある。

さらに、半導体装置１の作動時の内部発熱が金属ベース
基板６を介してのみしか空冷用放熱フイン２に伝わら
ず、放熱効率も悪くなる。このため空冷用放熱フイン２
の大型化も余儀なくされる。

本考案は、上記に鑑み、半導体装置に放熱フインを装着
する際に、ねじ締めを必要とせず、電力半導体素子の破
壊を防止し、半導体装置の信頼性を向上させ、放熱フイ
ンの小型化および放熱フインの取付工程の簡素化が実現
できる半導体装置の放熱フイン取付機構の提供を目的と
する。

〈課題を解決するための手段〉上記目的を達成するために、本考案による半導体装置の
放熱フイン取付機構は、第１〜４図の如く、放熱フイン
15と該放熱フイン15に形成された凹部17に挿入載置さ
れ、かつ挿入載置された状態で外枠11内の半導体素子12
が熱硬化封止樹脂13により樹脂封止される半導体装置14
とからなる構造とした。

〈作用〉上記課題解決手段において、半導体内部素子12を外枠11
に固定し、これらを放熱フイン15の凹部17に挿入する。

その後、半導体内部素子12と外気とを遮断するために、
外枠11内に熱硬化封止樹脂13の充填を行ない樹脂封止す
る。

このとき、熱硬化封止樹脂13に硬化収縮作用がおこり、
硬化収縮作用に伴なつて外枠11が弓なりに反る。この反
りの力で外枠11が放熱フイン15の凹部17に挟み付けら
れ、半導体装置14が放熱フイン15に固定される。

このように、放熱フイン15に半導体装置14を挿入載置す
るための凹部17を設け、凹部17に半導体装置14を挿入
後、半導体内部素子12を熱硬化封止樹脂13で樹脂封止し
ているので、半導体装置14を放熱フイン15に挿入固定す
る際に、熱硬化封止樹脂13の硬化収縮特性による外枠11
の反りを利用して固定でき、放熱フインにねじ締め無し
で半導体装置を固定することができる。

〈実施例〉以下、本考案の一実施例を図面に基づき説明する。

第１図は本考案の一実施例の取付機構を利用して半導体
装置に放熱フインを取り付けた状態を示す断面図、第２
図は同じくその正面図、第３図は同じくその平面図、第
４図は同じくその側面図、第５図は同じく放熱フインの
斜視図、第６図は同じく封止樹脂の硬化収縮特性による
反りの状態を示す図である。

図示の如く、本実施例の半導体装置の放熱フイン取付機
構は、外枠11内の半導体内部素子12を熱硬化封止樹脂13
により樹脂封止して成る半導体装置14に、放熱フイン15
を取り付けるためのものであって、前記放熱フイン15に
半導体装置14を挿入載置するための凹部17が形成され、
該凹部17に熱硬化封止樹脂13の硬化収縮特性による外枠
11の反りを利用して半導体装置14が挿入固定されたもの
である。

前記外枠11は、第１〜４図の如く、半導体内部素子12が
内嵌されるよう上下方向に貫通する半導体内部素子挿入
用開口18を有する箱状に形成されている。該外枠11の両
側壁の下部には、放熱フイン15の凹部17に半導体装置14
を挿入固定する際、第６図の如く、封止樹脂13の硬化収
縮特性によりＡ方向に反る突部19が外方向に突出して形
成されている。

前記半導体内部素子12は、第１図の如く、金属ベース基
板21と、金属ベース基板21にヒートスプレッタ22を介し
て搭載される電力半導体素子23と、金属ベース基板21に
接続され外部に入出力するタブ端子24等とから構成され
ている。該半導体内部素子12は、金属ベース基板21が外
枠11に固定され、外枠11内にシリコンオイル25が注入さ
れた後、熱硬化封止樹脂（エポキシ樹脂）13により樹脂
封止されている。これにより、金属ベース基板21は、第
６図の如く、封止樹脂13の硬化収縮特性ＣによりＢ方向
に反る。なお、第１図中、26は電力半導体素子23と金属
ベース基板21とを接続するボンデイングワイヤーであ
る。

前記放熱フイン15は、その材料として通常のアルミニウ
ムの押出し型剤が用いられ、第５図の如く、放熱フイン
本体15aと、該本体15a下部に形成され同一重量で放熱効
果を高めるための複数ひだ状突起27とから構成されてい
る。

前記凹部17は、放熱フイン本体15aの中央部に配されて
おり、本体15aの前後方向に貫通して設けられている
（第５図参照）。該凹部17は、半導体内部素子12（金属
ベース基板21）が挿入固定される半導体内部素子用載置
溝28と、該載置溝28から左右方向に連続して形成され外
枠11の突部19が挿入固定される外枠用案内溝29とから構
成されている。該案内溝29の幅方向Ｄは、第１図の如
く、外枠11を凹部17に固定する際、外枠11が樹脂13の硬
化収縮特性による反りを利用して固定できるよう、外枠
11の突部19と隙間を最小限にするよう設定されている。

次に、半導体装置14と放熱フイン15との取り付け手順を
第1,6図に基づいて説明する。

第１図の如く、樹脂封止されていない半導体内部素子12
を外枠11に固定し、これらを空冷用放熱フイン15の凹部
17に挿入する。このとき、外枠11および半導体内部素子
12を放熱フイン15に装着する前に、放熱フイン15をある
程度加熱すると、膨張して挿入しやすくなる。

このとき、熱硬化封止樹脂13に硬化収縮作用が起こる
（第６図中Ｃ参照）。この硬化収縮作用により、外枠11
の突部19が上部に引張られ、放熱フイン15の凹部17の案
内溝29へ押えつけることになる。また、その反力で金属
ベース基板21も放熱フイン15の凹部７の載置溝28を下方
（Ｂ方向）へ押えつけることになる（この状態を第６図
に示す。）すなわち、半導体装置14の外枠11が熱硬化封止樹脂13の
硬化収縮により弓なりに反り、この反りの力で外枠11が
空冷用放熱フイン15の凹部17に挟み付けられる。これに
より、半導体装置14は空冷用放熱フイン15に固定され
る。

したがつて、従来のように、ねじ締め時に発生するせん
断力が加わらなくなり、半導体装置内部の電力半導体素
子にもひずみが加わらず、半導体素子が破壊されること
はない。

また、従来では、ねじ締めにより放熱フインと半導体装
置を固定しているので、ねじには常に反力が加わり、長
期保存に対しねじの緩みが発生するが、本考案では、ね
じ締めを必要としないので、ねじの緩みによるがたつき
を防止でき、放熱フインを長期にわたつて固定できる。
したがつて、半導体装置自身の信頼性が向上する。

さらに、半導体装置が空冷用放熱フイン内部に埋め込ま
れた構造になっているので、半導体装置の作動時の内部
発熱が外枠および金属ベース基板を介して放熱フインに
伝わり、より効率的な放熱効果も期待でき、半導体装置
の信頼も向上し、放熱フインも小型化できる。

さらにまた、樹脂封止工程および半導体装置と空冷用放
熱フイン取付工程を同時に行うことができるので、従来
のねじ締め工程が削減でき、しかも、放熱フインの取付
工程が簡単となる。

なお、本考案は、上記実施例に限定されるものではな
く、本考案の範囲内で上記実施例に多くの修正および変
更を加え得ることは勿論である。

例えば、上記実施例の放熱フインは複数のひだ状の突起
が形成されているが、半導体装置の使用条件および使用
目的に応じて異つた形状のものであつてもよい。

また、金属ベース基板に代わり、セラミツク系付基板を
使用してもよい。

〈考案の効果〉以上の説明から明らかな通り、本考案によると、放熱フ
インに半導体装置を挿入載置するための凹部を設け、凹
部に半導体装置を挿入後、半導体内部素子を熱硬化封止
樹脂で樹脂封止しているので、半導体装置を放熱フイン
に挿入固定する前に、熱硬化封止樹脂の硬化収縮特性に
よる外力の反りを利用して固定でき、放熱フインにねじ
締め無しで半導体装置を固定することができる。

したがつて、従来のように、ねじ締め時に発生するせん
断力が加わらなくなり、半導体装置内部の電力半導体素
子にもひずみが加わらず、半導体素子が破壊されずに済
み、また、ねじの緩みによるがたつきを防止でき、放熱
フインを長期にわたつて固定でき、半導体装置自身の信
頼性が向上する。

また、半導体装置が放熱フイン内部に埋め込まれた構造
になるので、半導体装置の作動時の内部発熱が外枠およ
び金属ベース基板を介して放熱フインに伝わり、より効
率的な放熱効果も期待でき、半導体装置の信頼も向上
し、放熱フインも小型化できる。

さらに、樹脂封止工程および半導体装置と放熱フイン取
付工程を同時に行うことができるので、従来のねじ締め
工程が削減でき、しかも放熱フインの取付工程が簡単と
なるといつた優れた効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案の一実施例の取付機構を利用して半導体
装置に放熱フインを取り付けた状態を示す断面図、第２
図は同じくその正面図、第３図は同じくその平面図、第
４図は同じくその側面図、第５図は同じく放熱フインの
斜視図、第６図は同じく封止樹脂の硬化収縮特性による
反りの状態を示す図である。第７図は従来のねじ締めに
より半導体装置に放熱フインを取り付けた例を示す正面
図、第８図は同じくその側面図、第９図は同じくその平
面図、第10図は同じくその断面図、第11図は同じくその
半導体装置の正面図、第12図は同じくその放熱フインの
斜視図である。 11:外枠、12:半導体内部素子、13:熱硬化封止樹脂、14:
半導体装置、15:放熱フイン、17:凹部。

Claims

【実用新案登録請求の範囲】

【請求項１】放熱フインと、該放熱フインに形成された
凹部に挿入載置され、かつ挿入載置された状態で外枠内
の半導体素子が熱硬化封止樹脂により樹脂封止される半
導体装置とからなる半導体装置の放熱フイン取付機構。