JPH11186766A - 半導体装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 複数の電子部品のうちのパワー素子からの発
熱を効率良く吸収・発散すること。 【解決手段】 複数の電子部品２１，２２が実装された
セラミック基板１０がマザーボード６０に実装され、ケ
ース７０に突設された壁部７２によってマザーボード６
０上のセラミック基板１０の少なくとも電子部品２１，
２２の実装領域が包囲され、壁部７２とセラミック基板
１０及び放熱フィン４０等との隙間に熱伝導性樹脂７３
が充填されている。このため、セラミック基板１０に実
装されている複数の電子部品２１，２２から熱容量の大
きなケース７０側への熱伝導性が向上される。また、ケ
ース７０に突設された壁部７２が駆動トランジスタ２１
等のパワー素子の周囲を覆った構成であるため耐ノイズ
性に優れたものとなる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、複数の電子部品を
実装する基板をマザーボードに実装してなる半導体装置
に関するもので、特に、パワー素子からの熱を効率良く
放熱できる半導体装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、半導体装置に関連する先行技術文
献としては、特開平８−１１１５７５号公報にて開示さ
れたものが知られている。このものでは、金属基板上に
半導体チップそのものを直接実装する所謂、ベアチップ
実装し、その基板に設けられた位置決めピンをマザーボ
ード上の穴に挿入して組付けると共に、パワー素子から
の熱を放熱するための技術が示されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところで、前述のもの
では、複数の電子部品が実装された基板は金属基板であ
るため、基板自身が放熱フィン（ヒートシンク）の機能
を備えてはいるが、自ずと基板の大きさには限界があ
り、基板に実装されたパワー素子からの熱を効率良く吸
収・発散させるに十分な熱容量が得られないという不具
合があった。

【０００４】そこで、この発明はかかる不具合を解決す
るためになされたもので、複数の電子部品が実装された
基板をマザーボード上に実装し筐体に収容した半導体装
置であって、複数の電子部品のうちのパワー素子からの
発熱を効率良く吸収・発散させることが可能な半導体装
置の提供を課題としている。

【０００５】

【課題を解決するための手段】請求項１の半導体装置に
よれば、複数の電子部品が実装された基板がマザーボー
ドに実装され、筐体に突設された壁部によってマザーボ
ード上の基板の少なくとも電子部品の実装領域の一部が
包囲されるため、基板に実装されている複数の電子部品
から筐体側への熱伝導性を向上することができる。ま
た、筐体に突設された壁部が電子部品等の周囲を覆った
構成であるため耐ノイズ性を向上することができる。

【０００６】請求項２の半導体装置では、基板に実装さ
れた電子部品からの熱が実装されている基板側やその反
対方向に熱伝導性樹脂、壁部を介して熱容量の大きな筐
体側へ熱伝導されるため放熱性を向上することができ
る。また、基板等と筐体とが直接、固定されないため、
組付、冷熱サイクルや振動等の際における基板のリード
端子やマザーボード側への応力を緩和することができ
る。

【０００７】請求項３の半導体装置では、基板側に熱伝
導された電子部品からの熱が弾性部材の熱伝導性を利用
して筐体に突設された壁部側に効率良く伝えることがで
きる。また、弾性部材の弾性変形を利用して基板等が壁
部に接触・保持されることで組付、冷熱サイクルや振動
等の際における基板のリード端子やマザーボード側への
応力を緩和することができる。

【０００８】請求項４の半導体装置では、壁部がコネク
タ部材の近傍に配置されることで、基板に実装された電
子部品とコネクタ部材との距離を最短の長さにできる。
このため、電子部品からの大電流を効率良くコネクタ部
材側に流すことができる。また、筐体に突設された壁部
がコネクタ部材の近傍に配置されることで、コネクタ部
材部分から内部に侵入しようとする電磁波等の外部ノイ
ズを遮断することができる。

【０００９】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を実施
例に基づいて説明する。

【００１０】図１は本発明の実施の形態の一実施例にか
かる半導体装置の全体構成を示す斜視図であり、図２は
図１における要部構成を示す部分断面図である。なお、
以下の図中、同様の構成または相当部分からなるものに
ついては同一符号及び同一記号を付し、その詳細な説明
を省略する。

【００１１】図１及び図２において、本実施例の半導体
装置１００では、厚膜用基板として放熱性が高い複数の
セラミック基板１０が用いられている。これら複数のセ
ラミック基板１０には、発熱性を有するパワー素子とし
ての駆動トランジスタ（パワートランジスタ）２１やそ
の他の電子部品２２が実装されている。このセラミック
基板１０は、更に駆動トランジスタ２１で発生する熱を
吸収・発散させるためアルミニウム材料等で形成された
１つの放熱フィン４０に熱伝導性が高い接合剤としての
塗布剤４５を介して接合されている。

【００１２】セラミック基板１０からのリード端子３１
は、絶縁性を有する１つの端子整列板３５を介してマザ
ーボード６０に穿設された所定の穴６０ａに挿入され、
はんだ付けされる。この端子整列板３５には、セラミッ
ク基板１０に配設されたリード端子３１の配列位置に対
応した複数のテーパ状の穴３５ａが設けられている。こ
のため、セラミック基板１０のリード端子３１が端子整
列板３５の穴３５ａに挿入されることで、この後におけ
るリード端子３１の整列・保持状態が補償される。これ
により、セラミック基板１０が複数あっても、それらの
リード端子３１の配列位置とマザーボード６０側の実装
用の穴６０ａ位置との位置関係が補償され、セラミック
基板１０のリード端子３１がマザーボード６０の穴６０
ａに実装し易くなる。

【００１３】また、セラミック基板１０の複数が所望の
位置に熱伝導性の高い例えば、シリコン系の塗布剤４５
によってそれぞれ接合された１つの放熱フィン４０は、
マザーボード６０にビス４９を用いて固定されている。
更に、マザーボード６０の１辺の周縁近傍には、コネク
タ５０がビス５９を用いて固定されると共に、コネクタ
５０のリード端子５１がはんだ付けされて電気的に接続
されている。このように構成されたマザーボード６０
は、図１に示すような、熱伝導性が高い例えば、アルミ
ニウム材料等で形成されたケース７０内に収容されたの
ち、図示しないアルミニウム材料等で形成されたカバー
が被せられビス止めされることで半導体装置１００が構
成される。

【００１４】このとき、半導体装置１００のマザーボー
ド６０上で略垂直方向となるように実装されたセラミッ
ク基板１０及びそれらが接合された放熱フィン４０の側
周面でセラミック基板１０の駆動トランジスタ２１やそ
の他の電子部品２２の実装領域を包囲するように、ケー
ス７０内側の上面からマザーボード６０へ対向面を開口
してロの字形状に壁部７２が突設されている。そして、
ケース７０の壁部７２の内面とセラミック基板１０上の
電子部品２１，２２の実装領域及びそれらが接合された
放熱フィン４０との隙間には例えば、シリコン系の熱伝
導性樹脂７３が充填されている。

【００１５】ここで、熱伝導性樹脂７３は最初、流動性
を有するゲル状であるためケース７０のロの字形状の壁
部７２に所定量だけ注入されたのち、セラミック基板１
０が壁部７２の隙間に挿入されることで図２に示すよう
に、電子部品２１，２２、セラミック基板１０及び放熱
フィン４０等の周囲に充填状態で熱硬化される。このた
め、駆動トランジスタ２１からの熱がセラミック基板１
０及び放熱フィン４０から熱伝導性樹脂７３を介し、ま
たは直接、熱伝導性樹脂７３を介して壁部７２から熱容
量の大きなケース７０側へ吸収・発散される。

【００１６】また、半導体装置１００のケース７０内に
収容されたマザーボード６０に固定されたコネクタ５０
の接続端子側のみがケース７０の開口部７１から外部に
臨むこととなる。このため、本実施例の構成における半
導体装置１００では、ケース７０内部にコネクタ５０に
略平行に並べて衝立状に放熱フィン４０が配置され、そ
れを包囲して壁部７２が配置されることとなる。つま
り、アルミニウム材料等からなるケース７０及びカバー
（図示略）、更には開口部７１側も同じ材料からなる壁
部７２及び放熱フィン４０で囲まれることで、半導体装
置１００内部は電磁的に遮蔽されることとなる。

【００１７】このように、本実施例の半導体装置１００
は、発熱性を有する電子部品としての駆動トランジスタ
２１を含む複数の電子部品２１，２２を実装するセラミ
ック基板１０と、セラミック基板１０を略垂直方向に電
気的に接続するマザーボード６０と、マザーボード６０
を収容する筐体としてのケース７０と、ケース７０から
マザーボード６０への対向面を開口して突設され、マザ
ーボード６０上のセラミック基板１０の少なくとも電子
部品２１，２２の実装領域の一部を包囲する壁部７２と
を具備するものである。

【００１８】つまり、複数の電子部品２１，２２が実装
されたセラミック基板１０がマザーボード６０に実装さ
れる。そして、ケース７０にロの字形状に突設された壁
部７２によってマザーボード６０上のセラミック基板１
０の少なくとも電子部品２１，２２の実装領域が包囲さ
れる。このため、セラミック基板１０に実装されている
複数の電子部品２１，２２からケース７０側への熱伝導
性を向上させることができる。また、ケース７０に突設
された壁部７２が駆動トランジスタ２１等のパワー素子
の周囲を覆った構成であるため耐ノイズ性に優れたもの
となる。

【００１９】また、本実施例の半導体装置１００は、セ
ラミック基板１０と壁部７２との隙間に熱伝導性樹脂７
３を介在させるものである。これにより、セラミック基
板１０に実装された駆動トランジスタ２１等からの熱
が、実装されているセラミック基板１０側やその反対方
向に熱伝導性樹脂７３等から壁部７２を介して熱容量の
大きなケース７０側へ熱伝導されるため放熱性を向上さ
せることができる。また、セラミック基板１０とケース
７０とが直接、固定されることがないため、組付、冷熱
サイクルや振動等の際におけるセラミック基板１０のリ
ード端子３１及びマザーボード６０側への応力を緩和さ
せることができる。

【００２０】そして、本実施例の半導体装置１００は、
更に、マザーボード６０が外部配線と電気的に接続する
コネクタ部材としてのコネクタ５０を具備し、壁部７２
をコネクタ５０の近傍で略平行に並べて配置するもので
ある。つまり、壁部７２がコネクタ５０の近傍に配置さ
れることで、セラミック基板１０の駆動トランジスタ２
１とコネクタ５０との距離を最短の長さにできる。この
ため、駆動トランジスタ２１等のパワー素子からの大電
流を効率良くコネクタ５０側に流すことができる。ま
た、ケース７０に突設された壁部７２がコネクタ５０の
近傍に配置されることで、コネクタ５０部分から半導体
装置１００の内部に侵入しようとする電磁波等の外部ノ
イズを遮断することができる。

【００２１】次に、本発明の実施の形態の一実施例にか
かる半導体装置の要部構成における変形例を示す図３を
参照して説明する。

【００２２】図３では、放熱フィン４０を伴うセラミッ
ク基板１０が２列配置されている。上述のように、１つ
の放熱フィン４０にセラミック基板１０を複数接合すれ
ば、マザーボード６０への実装工数は削減される。ここ
で、セラミック基板１０が多いときにはコネクタ５０の
近傍に配置された１つの放熱フィン４０では面積が不足
するため放熱フィン４０も複数必要となるのである。な
お、放熱フィン４０に接合されるセラミック基板１０の
個数を規定するものではなく、制御内容毎に分割・分類
されていてもよく、実装工程や放熱性能等を考慮しつつ
設定される。そして、ケース７０の壁部７２は、放熱フ
ィン４０を伴うセラミック基板１０に対応させた位置に
必要数だけ突設される。これらの隙間にも同様に、熱伝
導性樹脂７３が予め充填されており、電子部品２１，２
２が実装されたセラミック基板１０が接合された放熱フ
ィン４０が挿入されることで組付完了される。

【００２３】次に、本発明の実施の形態の一実施例にか
かる半導体装置の要部構成における他の変形例を示す図
４を参照して説明する。

【００２４】図４では、上述の実施例において、セラミ
ック基板１０を放熱フィン４０に接合することなく、即
ち、電子部品２１，２２が実装されたセラミック基板１
０のみをケース７０に突設された壁部７２の隙間に挿入
し、その隙間に予め充填されている熱伝導性樹脂７３に
よって固定するものである。これにより、放熱フィン４
０が不要となるため組付工数が削減され、部品点数が減
少されることでコスト低減を図ることができる。

【００２５】次に、本発明の実施の形態の一実施例にか
かる半導体装置の要部構成における更に他の変形例を示
す図５を参照して説明する。

【００２６】図５では、上述の実施例において、ケース
７０に突設された壁部７２に充填された熱伝導性樹脂７
３に代えてセラミック基板１０が接合された放熱フィン
４０と壁部７２との隙間にばね材７４を介在させたもの
である。このばね材７４は予めケース７０に突設された
壁部７２の内面側に所定幅で櫛歯状に挿設されている。
そして、セラミック基板１０が接合された放熱フィン４
０が壁部７２の隙間に挿入されることで、ばね材７４の
櫛歯状部分が弾性変形され放熱フィン４０等が接触され
つつ保持される。

【００２７】このように、本実施例の半導体装置１００
は、セラミック基板１０と壁部７２との隙間に熱伝導性
を有する弾性部材としてのばね材７４を介在させるもの
である。これにより、セラミック基板１０及び放熱フィ
ン４０に熱伝導された電子部品２１，２２からの熱をば
ね材７４を介してケース７０に突設された壁部７２側に
効率良く伝えることができる。また、ばね材７４の弾性
変形を利用して放熱フィン４０等が壁部７２に接触・保
持されることで組付、冷熱サイクルや振動等の際におけ
るセラミック基板１０のリード端子３１及びマザーボー
ド６０側への応力を緩和することができる。

【００２８】ところで、上記実施例では、複数の電子部
品を実装する基板として厚膜用基板の主流である放熱性
に優れたセラミック基板を用いているが、本発明を実施
する場合には、これに限定されるものではなく、金属基
板やエポキシ系のプリント基板等を用いて構成すること
もできる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 図１は本発明の実施の形態の一実施例にかか
る半導体装置の概略構成を示す斜視図である。

【図２】 図２は図１における要部構成を示す部分断面
図である。

【図３】 図３は本発明の実施の形態の一実施例にかか
る半導体装置の要部構成における変形例を示す部分断面
図である。

【図４】 図４は本発明の実施の形態の一実施例にかか
る半導体装置の要部構成における他の変形例を示す部分
断面図である。

【図５】 図５は本発明の実施の形態の一実施例にかか
る半導体装置の要部構成における更に他の変形例を示す
部分断面図である。

【符号の説明】

１０ セラミック基板 ２１ 駆動トランジスタ（発熱性を有する電子部品） ５０ コネクタ（コネクタ部材） ６０ マザーボード ７０ ケース（筐体） ７２ 壁部 ７３ 熱伝導性樹脂 ７４ ばね材（弾性部材） １００ 半導体装置

【手続補正書】

【提出日】平成１０年１月３０日

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】請求項３

【補正方法】変更

【補正内容】

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 発熱性を有する電子部品を含む複数の電
   子部品を実装する基板と、 前記基板を略垂直方向に電気的に接続するマザーボード
   と、 前記マザーボードを収容する筐体と、 前記筐体から前記マザーボードへ対向面を開口して突設
   され、前記マザーボード上の前記基板の少なくとも前記
   電子部品の実装領域の一部を包囲する壁部とを具備する
   ことを特徴とする半導体装置。
2. 【請求項２】 前記基板と前記壁部との隙間に熱伝導性
   樹脂を介在させることを特徴とする請求項１に記載の半
   導体装置。
3. 【請求項３】 前記基板と前記壁部との隙間に熱伝導性
   を有する弾性部材を介在させることをことを特徴とする
   請求項１に記載の半導体装置。
4. 【請求項４】 更に、前記マザーボードは外部配線と電
   気的に接続するコネクタ部材を具備し、 前記壁部は前記コネクタ部材の近傍で略平行に並べて配
   置することを特徴とする請求項１に記載の半導体装置。