(57)【要約】      （修正有）【課題】低コスト材料を用いつつ組立てを単純化することができ、様々な半導体パッケージとその接続ピンの位置合わせを実現し、広い温度範囲で良好な締付け応答を確保し、温度監視へのアクセスを可能にする実装装置を提供する【解決手段】半導体パッケージ用の実装装置１０であって、半導体パッケージを収容する１つ以上のキャビティ１５を備えた底面１４と、半導体パッケージの接続ピンを受け入れるように底面１４から達する複数の孔１３ａを備えた上面と、半導体パッケージを収容した実装装置１０を放熱構造に固定する固定ねじを受け入れるよう適合されたねじ孔１７を有する固定装置とを備える。。【選択図】図１Ａ
2020145420.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体パッケージ（１１）用の実装装置（１０）であって、
半導体パッケージ（１１）を収容する１つ以上のキャビティ（１５）を備えた底面（１４）と、
前記半導体パッケージ（１１）の接続ピン（１２）を受け入れるように前記底面（１４）から達する複数の孔（１３ａ）を備えた上面（１３）と、
前記半導体パッケージ（１１）を収容した実装装置（１０）を放熱構造に固定する固定装置とを備えた、実装装置（１０）
【請求項２】
前記底面（１４）が、半導体パッケージ（１１）を固定する１つ以上の突出部（１６）を備えている、請求項１に記載の実装装置（１０）。
【請求項３】
前記固定装置がねじ孔（１７）と固定ねじ（１７ａ）を備えている、請求項１又は請求項２に記載の実装装置（１０）。
【請求項４】
前記上面（１３）が１つ以上の位置合わせピン（１９）をさらに備えている、請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載の実装装置（１０）。
【請求項５】
前記上面（１３）が、構造実装式温度センサ（１８ａ）を配置させる１つ以上の開口部（１８）をさらに備えている、請求項１乃至請求項４のいずれか一項に記載の実装装置（１０）。
【請求項６】
低クリーププラスチック材料からなる、請求項１乃至請求項５のいずれか一項に記載の実装装置（１０）。
【請求項７】
前記底面が、それぞれ半導体パッケージ（１１）を受け入れる少なくとも２つ又は６つのキャビティを備えている、請求項１乃至請求項６のいずれか一項に記載の実装装置（１０）。
【請求項８】
プリント回路板（１１０）と、
放熱構造（１２０）と、
前記プリント回路板（１１０）と前記放熱構造（１２０）との間に挟持され、請求項１乃至請求項７のいずれか一項に記載の半導体パッケージ（１１）を収容する実装装置（１０）とを備え、
前記実装装置（１０）は前記固定装置によって前記放熱構造（１２０）に固定されており、
前記半導体パッケージ（１１）の接続ピン（１２）は前記プリント回路板を貫通している、放熱アセンブリ（１００）。
【請求項９】
前記実装装置（１０）と前記放熱構造（１２０）との間に配置された熱界面材料（ＴＩＭ）層（１３０ａ）をさらに備えている、請求項８に記載の放熱アセンブリ（１００）。
【請求項１０】
前記１つ以上の開口部（１８）内に、前記半導体パッケージ（１１）と前記構造実装式温度センサとの間に配置されたＴＩＭ層（１３０ｂ）をさらに備えている、請求項８又は請求項９に記載の放熱アセンブリ（１００）。
【請求項１１】
前記放熱構造が、ヒートシンク、冷却板または部品筐体である、請求項８乃至請求項１０のいずれか一項に記載の放熱アセンブリ（１００）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体パッケージ用実装装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
電子回路用途において、半導体パッケージが一般的に利用されている。伝熱の放散が必要とされる場合の一般的な半導体デバイスパッケージアレンジメントの１つは、ヒートシンクとして作用する基板と、基板を覆う内部キャビティを形成するように基板上に配置可能なエンクロージャとを備えている。半導体チップなどの集積回路は、他の電気部品と同様に、キャビティ内に配置され、エンクロージャから延出した導電性のリード線／接続ピンに電気接続させることができる。導電性リード線は、パッケージと、プリント回路板（ＰＣＢ）などのレセプタクルとの電気接続を可能にする。このように、パッケージ化されたアレンジメントは、回路と外部装置との間の電気接続を容易にすると同時に、湿気、微粒子などの有害な環境条件から半導体チップおよび電気接続を保護する。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
現在の実装装置は、温度の違いで締付けにむらがあり、また、様々な材料を使用する必要があるためにコストの上昇を招いている。さらに、現在の実装装置は、半導体パッケージおよび接続ピンをＰＣＢに対して正確に位置合わせすることができない。また、半導体パッケージは、温度変化やピーク温度にさらされた際に、システムの速度、パワーおよび信頼性に悪影響を及ぼすおそれがある。この点に関連して、例えば、鋼製クリップなどの従来の実装装置は、半導体パッケージ内の温度監視へのアクセスを遮断する単純な機械的装置である。
【０００４】
少なくともこれらの理由により、低コストの材料で組立てを単純化することができ、様々な半導体パッケージとその接続ピンの位置合わせを実現し、広い温度範囲で良好な締付け応答を確保し、温度監視へのアクセスを可能にする実装装置が求められている。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
第１の局面において、発熱性半導体パッケージ用実装装置が提案される。実装装置は、半導体パッケージを収容する１つ以上のキャビティを備えた底面を有している。実装装置の上面は、半導体パッケージの接続ピンを受け入れるように底面から上面まで達する複数の孔と、半導体パッケージを収容した実装装置を放熱構造に固定する固定装置とを備えている。
【０００６】
実施形態によっては、実装装置の底面の各キャビティは、半導体パッケージを固定する少なくとも１つの突出部または膨らみを備えており、半導体パッケージと、ヒートシンクや冷却板などの放熱構造との接触を向上させる。実施形態によっては、放熱構造と実装装置との間に、熱的結合のための熱パッドが配置されていてもよい。また、突出部は、半導体パッケージを熱パッドおよび放熱構造に対して押圧することによって熱的結合を向上させる。少なくとも１つの突出部または膨らみが、実装装置、特に実装装置の底面と一体形成されていてもよい。全ての突出部または膨らみが、実装装置、特に実装装置の底面と一体形成されていてもよい。これにより、別個の押圧手段が不要になり、製造工程と製造コストが低減される。
【０００７】
実施形態によっては、固定装置は、固定ねじを受け入れるよう適合されたねじ孔を備えている。実施形態によっては、上面は１つ以上の位置合わせピンをさらに備えている。実施形態によっては、上面は、構造実装式温度センサを配置させる１つ以上の開口部をさらに備えている。これら開口部により、半導体パッケージに対して直接の温度測定が可能になる。特に、これら開口部により、温度測定のためにパワーエレクトロニクス部品の表面にアクセスできるようになる。このように、開口部に配置された温度センサが、半導体パッケージの直接温度測定および／またはパワーエレクトロニクス部品の直接温度測定を実行することができる。これは、ヒートシンクに固定されたサーミスタによる測定と比較して非常に重要な相違点である。半導体パッケージおよび／またはパワーエレクトロニクス部品の温度の直接測定は、熱界面の不良や劣化および／またはヒートシンクの不活性による影響を受けないので、重要部品の温度測定がより確実になる。熱界面の不良や劣化も、ヒートシンクの不活性の回避も、重要部品の直接測定によって解決される。開口部は、実装装置のキャビティによって形成されていてもよい。
【０００８】
実施形態によっては、実装装置は、パワーエレクトロニクス部品に対して永久圧力を発生させる耐久性低クリーププラスチック材料からなる。実施形態によっては、低クリーププラスチック材料は、ポリフタルアミド（ＰＰＡ）、ポリフェニレンスルファイド（ＰＰＳ）、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）から選択される。少なくとも１つの突出部または膨らみ、特に、特別な幾何学的設計および／または最適の幾何学的設計および／またはパワーエレクトロニクス部品に基づいて適合された幾何学的設計を有する少なくとも１つの突出部または膨らみを備えた耐久性低クリーププラスチック材料からなる実装装置は、金属製の爪を使用することなく、突出部または膨らみによって弾性締付け力をもたらすことができる。このように、突出部および低クリーププラスチックは、その特別な幾何学的設計とともに、金属製の爪を使用することなく弾性締付け力を提供する。この点は、金属の場合には沿面／クリアランス距離に抵触するので、特に４００Ｖないし８００Ｖの直流電圧が使用される最新のｅモビリティ用高電圧電子設計において有利である。耐久性低クリーププラスチック材料からなる実装装置は、単体および／または一体型の実装装置として形成されていてもよい。それにより、ただ１個のプラスチック製実装装置からなることと、より安い組立てコストであることの両方の理由によりコスト面で有利である。さらに、耐久性低クリーププラスチック材料からなる少なくとも１つの突出部または膨らみは、パワーエレクトロニクス部品の絶縁、特に、完全絶縁または部分絶縁をもたらすことができる。
【０００９】
実施形態によっては、底面は、図３に示すように２個の半導体パッケージを収容する２つのキャビティまたは図２に示すように６個の半導体パッケージを収容する６つのキャビティを備えている。
【００１０】
第２の局面において、プリント回路板（ＰＣＢ）と、放熱構造と、本発明の第１の局面にかかる発熱性半導体パッケージを収容する実装装置とを備えた、半導体パッケージ用放熱アセンブリが提案される。実装装置は、ＰＣＢと放熱構造との間に挟持されていてもよい。実装装置は、固定装置を介して放熱構造に固定されていてもよい。半導体パッケージの接続ピンが、ＰＣＢを貫通することにより、ＰＣＢを介して接続ピンにアクセス可能であってもよい。
【００１１】
放熱アセンブリは、実装装置と放熱構造との間に配置されて熱的結合を向上させる、熱パッドまたは熱界面材料（ＴＩＭ）層をさらに備えていてもよい。実施形態によっては、放熱構造はヒートシンクである。他の実施形態によっては、放熱構造は、冷却板または部品筐体である。放熱アセンブリは、１つ以上の開口部内に、半導体パッケージと構造実装式温度センサとの間に配置されたＴＩＭ層を熱的結合のためにさらに備えていてもよい。
【００１２】
したがって、提案された実装装置は、マイナス４０℃から１５０℃の間で永久締付け力を維持することができるとともに、例えば、電気自動車における４００Ｖまたは８００Ｖの直流電圧など、印加高電圧に対するクリアランス距離および沿面距離を向上させることができる。また、提案された放熱アセンブリは、部品パッケージおよび接続ピンとＰＣＢとの位置合わせを容易にする。さらに、提案された実装装置は、組立てコストおよび材料コストを低減させるとともに、ＰＣＢを介してパッケージ温度の直接監視用の構造実装式温度センサへのアクセスを可能にする。
【００１３】
上記の説明のより深い理解のため、かつ単なる例示のため、実際の実施形態を概略的に示す非限定的な図面が含まれている。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１Ａ】図１Ａは、本発明にかかる実装装置の第１の実施形態の底面図である。
【図１Ｂ】図１Ｂは、本発明にかかる実装装置の第１の実施形態の上面図である。
【図２Ａ】図２Ａは、本発明にかかる実装装置の第２の実施形態の上面図である。
【図２Ｂ】図２Ｂは、本発明にかかる実装装置の第２の実施形態の底面図である。
【図３】半導体パッケージを収容した実装装置の第２の実施形態の上面図である。
【図４】本発明にかかる放熱アセンブリの実施形態の展開図である。
【図５】上記放熱アセンブリの上面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
図１Ａは、本発明の一実施形態にかかる発熱性半導体パッケージ用実装装置（１０）を示す底面図であり、実装装置（１０）は、不図示の半導体パッケージをそれぞれ収容する１つ以上のキャビティ（１５）を備えた底面（１４）を有している。半導体パッケージの例としては、ＴＯ２２０パッケージ、ＴＯ２４７パッケージが挙げられる。実装装置（１０）は、図１Ｂに示す上面（１３）を有している。上面（１３）は、半導体パッケージ（１１）の接続ピン（１２）を実装装置（１０）の底面（１４）から上面（１３）まで到達させる複数の孔（１３ａ）を備えている。また、実装装置（１０）は、半導体パッケージを備えた実装装置（１０）を放熱構造に固定する固定ねじを受け入れるよう適合されたねじ孔（１７）を有する固定装置を備えている。
【００１６】
実施形態によっては、放熱構造は、ヒートシンク、冷却板または部品筐体であってもよい。
【００１７】
図２Ａは、本発明の別の実施形態にかかる発熱性半導体パッケージ用実装装置（２０）を示す上面図である。この実装装置（２０）は、上面（１３）と底面（１４）を備えている。実装装置（２０）は、図２Ｂに示すように、６個の半導体パッケージを収容する６つのキャビティ（１５）を備えている。上面（１３）は、１つ以上の位置合わせピン（１９）と、半導体パッケージ（１１）の接続ピン（１２）を底面（１４）から上面（１３）まで到達させる複数の孔（１３ａ）とをさらに備えている。特に、実装装置（２０）は、実装装置（２０）とＰＣＢとの位置合わせを可能にする６個の位置合わせピンを備えている。また、上面（１３）は、実装装置（２０）内に収容された半導体パッケージの温度を監視および観察する構造実装式温度センサ（１８ａ）を配置させる６つの開口部（１８）をさらに備えている。
【００１８】
図２Ｂは実装装置（２０）の底面図である。この実装装置（２０）は、各キャビティ（１５）内に形成された、半導体パッケージ（１１）を固定する突出部または膨らみ（１６）をさらに備えている。突出部（１６）は、半導体パッケージを放熱構造に対して押圧することにより、半導体パッケージの位置ずれを回避し、ひいては、放熱構造に対する固定および接触を確保するとともに、熱的結合を向上させる。また、図２Ｂには、６個の位置合わせピン（１９）の底面側と、半導体パッケージ（１１）の接続ピン（１２）を底面（１４）から上面（１３）まで到達させる複数の孔（１３ａ）と、構造実装式温度センサ（
１８ａ）を配置させる６つの開口部（１８）が図示されている。
【００１９】
図３は、本発明の別の実施形態にかかる、２個の半導体パッケージ用の実装装置（３０）を示す。特に、図３は、直列に配置された３個の実装装置（３０）を示す。各実装装置（３０）は、接続ピン（１２）を備えた２個の半導体パッケージ（１１）を収容する２つのキャビティ（１５）を備えている。さらに、図３には、ねじ孔（１７）を有する実装装置（３０）を放熱構造に固定するねじ（１７ａ）と、実装装置（３０）をＰＣＢに位置合わせする位置合わせピン（１９）が図示されている。各実装装置（３０）は、２個の構造実装式温度センサ（１８ａ）を配置させる２つの開口部（１８）を備えている。
【００２０】
図４は、発熱性半導体パッケージ（１１）用の放熱アセンブリ（１００）を示す。放熱アセンブリ（１００）は、プリント回路板（ＰＣＢ）（１１０）と、放熱構造（１２０）と、図２Ａおよび図２Ｂに示す実装装置（２０）を備えている。本特定の実施形態では、発熱性半導体パッケージ（１１）を収容する実装装置（２０）が、ヒートシンク（１２０）である放熱構造に固定される。他の実施形態では、放熱構造が、冷却板または部品筐体であってもよい。
【００２１】
さらに、実装装置（２０）とヒートシンク（１２０）との間には、半導体パッケージ（１１）とヒートシンク（１２０）との間の熱的結合を向上させる熱界面材料（ＴＩＭ）層（１３０ａ）が配置されている。接続ピン（１２）を備えた６個の半導体パッケージ（１１）を収容する実装装置（２０）がＰＣＢ（１１０）とヒートシンク（１２０）との間に挟まれていることがわかる。
【００２２】
ＰＣＢ（１１０）は、接点またははんだ用孔群（１１０ａ）と、ＰＣＢ孔群（１１０ｂ）と、ＩＣ（例示目的としてのみ）と、ねじ孔（１１０ｃ）を備えている。実装装置（２０）は、ねじ孔（１７）とねじ（１７ａ）によってヒートシンク（１２０）に固定され、ＰＣＢ（１１０）は、ねじ孔（１１０ｃ）とねじ孔（１２０ａ）をそれぞれ介してヒートシンク（１２０）に固定される。
【００２３】
最初に、位置合わせピン（１９）をＰＣＢ孔群（１１０ｂ）に通すことにより、ＰＣＢ（１１０）の接点またははんだ用孔群（１１０ａ）を貫通する半導体パッケージ（１１）の接続ピン（１２）が位置合わせされる。
【００２４】
また、発熱性半導体パッケージ用放熱アセンブリ（１００）は、６つの開口部（１８）に配置された６つのＴＩＭ層（１３０ｂ）をさらに備えている。６つのＴＩＭ層（１３０ｂ）は、半導体パッケージ（１１）と構造実装式温度センサ（１８ａ）との間に配置され、半導体パッケージ（１１）と構造実装式温度センサ（１８ａ）との間の熱的結合を向上させることができる。
【００２５】
図５は、発熱性半導体パッケージ用放熱アセンブリ（１００）の実装状態を示す。放熱アセンブリ（１００）は、ヒートシンク（１２０）と、接続ピン（１２）と位置合わせピン（１９）とを備え、位置合わせピン（１９）をＰＣＢ孔群（１１０ｂ）に通すことで接点またははんだ用孔群（１１０ａ）を貫通する接続ピン（１２）が位置合わせされる実装装置（２０）と、構造実装式温度センサ（１８ａ）と、ＰＣＢと、実装装置（２０）とヒートシンク（１２０）との間に配置されたＴＩＭ層（１３０ａ）と、６つの開口部（１８）内に配置されたＴＩＭ層（１３０ｂ）とを備えている。実装装置は、ヒートシンク（１２０）上への半導体パッケージの固定を保証するとともに、ＰＣＢ（１１０）から接続ピン（１２）へのアクセスを可能にする。
【００２６】
発明の具体的な実施形態を参照してきたが、当業者にとって、本明細書に記載の実装装置およびアセンブリに対して様々な変更及び変形を行い得ること、並びに上記した詳細部分のすべてが、請求の範囲により定められた保護の範囲内において他の技術的な等価物と代わり得ることは自明である。
【図１Ａ】
2020145420.tif 000003
【図１Ｂ】
2020145420.tif 000004
【図２Ａ】
2020145420.tif 000005
【図２Ｂ】
2020145420.tif 000006
【図３】
2020145420.tif 000007
【図４】
2020145420.tif 000008
【図５】
2020145420.tif 000009
【外国語明細書】
2020145420000001.pdf
2020145420000002.pdf
2020145420000003.pdf
2020145420000004.pdf