(57)【要約】      （修正有）【課題】電子機器の金属筐体またはヒートシンクと、半導体素子との間に伝熱部材を挟んで両者を固定し、半導体素子の放熱を促進する構造において、簡単な構造かつ組立が容易で良好な放熱性能が得られるような構造を提供する。【解決手段】下部側にフランジ状の取付座２２０を備えた半導体素子２００と、取付座２２０を固定する固定部１３０を備えた金属筐体１００と、取付座２２０と固定部１３０との間に配設される伝熱部材４００とからなる半導体素子２００の放熱構造において、固定部１３０は取付座２２０が嵌め込まれる第１凹面１４０と、第１凹面１４０と交差する方向に形成された第２凹面１５０とからなり、第２凹面１５０の深さを第１凹面１４０の深さと等しくし、断面凹凸状の軟質金属箔からなる伝熱部材４００を第２凹面１５０に配設するようにした。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
下部側にフランジ状の取付座を備えた半導体素子と、前記取付座を固定する固定部を備えた筐体と、前記取付座と前記固定部との間に配設される伝熱部材とからなる半導体素子の放熱構造において、前記固定部は前記取付座が嵌め込まれる第１凹面と、同第１凹面と交差する方向に形成された第２凹面とからなり、前記伝熱部材は前記第２凹面に配設されることを特徴とする半導体素子の放熱構造。
【請求項２】
前記第２凹面の深さは、前記第１凹面の深さと等しくすることを特徴とする請求項１記載の半導体素子の放熱構造。
【請求項３】
前記伝熱部材は、断面凹凸状の軟質金属箔からなることを特徴とする請求項１または請求項２記載の半導体素子の放熱構造。
【請求項４】
前記伝熱部材は十字形状に形成され、前記第２凹面から前記第１凹面に渡って配設されることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の半導体素子の放熱構造。
【請求項５】
前記取付座と前記第１凹面のそれぞれ対応する位置に前記半導体素子を前記筐体に固定するためのネジ止め部が設けられ、前記十字形状の伝熱部材は前記ネジ止め部を逃げた形状とすることを特徴とする請求項４記載の半導体素子の放熱構造。
【請求項６】
請求項１乃至請求項５のいずれかに記載の半導体素子の放熱構造を備えた電子機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体素子の放熱構造およびこれを備えた電子機器に関し、特に高周波信号を取扱う半導体素子の放熱構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、例えば、マイクロ波送信機として衛星通信用のＶＳＡＴ（超小型地球局）などに用いられるＢＵＣ（Block Up Converter）や高周波電力増幅器などの電子機器は、ＭＭＩＣ（モノリシックマイクロ波集積回路）、ＭＩＣ（マイクロ波集積回路）、高周波アンプなどの半導体素子が搭載されている。この半導体素子のうち、発熱量の大きいものは、発生する熱によって破壊することがないように、電子機器の金属筐体またはヒートシンクに半導体素子を直接固定し、半導体素子から発生する熱を、金属筐体またはヒートシンクへ伝熱し、金属筐体またはヒートシンクから外部へ放熱する構造になっている。
【０００３】
また、上記の構造で放熱効率を改善するため、ヒートシンクと半導体素子との間に放熱シート（伝熱部材）を挟んで、両者を固定する構造が提案されている。この構造は、例えば、下部側にフランジ状の取付座を備えた半導体素子と、この半導体素子の取付座を固定する固定部を備えたヒートシンクと、取付座と固定部の間に配設される放熱シートとからなっており、上記の固定部は取付座が嵌め込まれる凹面と、この凹面の底面に形成された浅い凹部とからなり、この凹部に放熱シートが敷かれるようになっている。これによって、ヒートシンクの凹部に放熱シートを仮置きした後、放熱シートの上方からヒートシンクの凹面に半導体素子の取付座をネジ止めした構造となっている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００４】
しかしながら、特許文献１では、ヒートシンクの凹面の底面に凹部を有する２段階に凹ませた構造になっているので、放熱シートを配設するための加工が容易でないという欠点があった。特に、衛星通信用の電子機器はアルミダイキャスト製筐体からなり、加工精度、コストなどの面で２段階に凹ませる加工が難しいという欠点があった。
【０００５】
そこで、特許文献１において、放熱シートを配設するための加工を簡単にするには、例えば、ヒートシンクの凹面の底面に凹部を形成することなく、凹面の底面に放熱シートを敷くようにすれば良いが、半導体素子のネジ止め時に、放熱シートの位置を規制する手段がないため、放熱シートの位置ズレが起こる可能性が高くなってしまう。また、凹面の底面の中に放熱シートに替えて放熱グリースを塗布する方法もあるが、衛星通信用の電子機器などに用いる高周波用の半導体素子では、この半導体素子に放熱グリースが付着することにより、その高周波特性を劣化させる恐れがある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００５−１８３５８２号公報（第５頁−第６頁、第２図）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は上記問題点に鑑み、電子機器の金属筐体またはヒートシンクと、半導体素子との間に伝熱部材を挟んで両者を固定し、半導体素子の放熱を促進する構造において、簡単な構造で良好な放熱性能が得られるようにした半導体素子の放熱構造およびこれを備えた電子機器を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は上記課題を解決するため、請求項１記載の発明は、下部側にフランジ状の取付座を備えた半導体素子と、前記取付座を固定する固定部を備えた筐体と、前記取付座と前記固定部との間に配設される伝熱部材とからなる半導体素子の放熱構造において、前記固定部は前記取付座が嵌め込まれる第１凹面と、同第１凹面と交差する方向に形成された第２凹面とからなり、前記伝熱部材は前記第２凹面に配設されることを特徴とする構成となっている。
【０００９】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の半導体素子の放熱構造において、前記第２凹面の深さは、前記第１凹面の深さと等しくすることを特徴とする構成となっている。
【００１０】
請求項３記載の発明は、請求項１または請求項２記載の半導体素子の放熱構造において、前記伝熱部材は、断面凹凸状の軟質金属箔からなることを特徴とする構成となっている。
【００１１】
請求項４記載の発明は、請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の半導体素子の放熱構造において、前記伝熱部材は十字形状に形成され、前記第２凹面から前記第１凹面に渡って配設されることを特徴とする構成となっている。
【００１２】
請求項５記載の発明は、請求項４記載の半導体素子の放熱構造において、前記取付座と前記第１凹面のそれぞれ対応する位置に前記半導体素子を前記筐体に固定するためのネジ止め部が設けられ、前記十字形状の伝熱部材は前記ネジ止め部を逃げた形状とすることを特徴とする構成になっている。
【００１３】
請求項６記載の発明は、請求項１乃至請求項５のいずれかに記載の半導体素子の放熱構造を備えた電子機器であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、簡単な構造かつ組立が容易で良好な放熱性能が得られる半導体素子の放熱構造およびこれを備えた電子機器を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明による半導体素子の放熱構造に用いられる半導体素子を示す外観図で、（Ａ）は上面図、（Ｂ）は正面図、（Ｃ）は側面図である。
【図２】本発明による半導体素子の放熱構造を備えた電子機器を示す分解斜視図である。
【図３】本発明による半導体素子の放熱構造を備えた電子機器を示す断面図で、（Ａ）は図２の組立状態のＡ−Ａ’断面図、（Ｂ）は図２の組立状態のＢ−Ｂ’断面図である。
【図４】本発明による半導体素子の放熱構造に用いられる伝熱部材のその他の実施形態を示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明の実施形態を添付図面に基づき詳細に説明する。図１および図２に示すように、本発明によるＫｕバンド帯やＫバンド帯などの高周波信号を取扱うマイクロ波送信機として、衛星通信用のＶＳＡＴ（超小型地球局）などに用いられるＢＵＣ（Block Up Converter）や高周波電力増幅器などの電子機器には、その金属筐体１００の内部にＭＭＩＣ（モノリシックマイクロ波集積回路）、ＭＩＣ（マイクロ波集積回路）、高周波アンプなどの半導体素子２００が搭載されている。この半導体素子２００は、その内部に図示を省略した発熱を伴う半導体チップが実装され、この半導体チップが熱伝導性の良好な材質で形成されたパッケージ２１０で気密封止されている。
【００１７】
特に、パワーアンプ用のＭＭＩＣなどのように発熱量の大きい半導体素子２００では、このパッケージ２１０の下部側にはフランジ状の取付座２２０が両側に突出され、この取付座２２０に取付ネジ２３０が挿通される切欠き孔２２１がそれぞれ形成されている。また、取付座２２０の突出方向とは異なる方向で、パッケージ２１０の両側には、ＶＧＧ、ＲＦｉｎ、ＶＤＤおよびＲＦｏｕｔ用の端子となる薄い板状のピン端子２１１がそれぞれ突出され、パッケージ２１０の内部回路に接続されている。
【００１８】
次に、図２に示すように、電子機器の金属筐体１００の内面１１０上に配置される回路基板３００は、その上面に高周波平面回路を構成するマイクロストリップ線路からなる回路導体パターン３１０が形成され、この回路導体パターン３１０に半田付けによって接続されるピン端子２１１を有する半導体素子２００を挿入するための開口部３２０が形成されている。そして、回路導体パターン３１０は開口部３２０の周縁まで形成され、開口部３２０は、半導体素子２００の取付座２２０に対応する大きさに形成されている。
【００１９】
伝熱部材４００は、導電性および熱伝導性を有する長方形の軟質金属箔からなり、例えば、断面凹凸状にエンボス加工を施したものになっている。そして、図２に示すように、伝熱部材４００の短手方向の長さａは、図１（ｂ）に示すように、パッケージ２１０の長手方向の長さｂと対応する長さになっている。なお、伝熱部材４００は、少なくとも導電性および熱伝導性を有するものであればよく、断面凹凸状に加工されていない軟質金属箔やそれ以外の樹脂シート（導電性樹脂シートを含む）であってもよい。
【００２０】
電子機器の金属筐体１００は、熱伝導性を有する銅やアルミニウムなどの金属からなり、例えば、アルミダイキャスト製筐体の外面に放熱フィン１２０が一体的に形成されたものとなっている。この放熱フィン１２０と対向する金属筐体１００の内面１１０には、半導体素子２００の取付座２２０を固定する固定部１３０を備え、この固定部１３０は、半導体素子２００の取付座２２０が嵌め込まれる第１凹面１４０と、この第１凹面１４０と直交する方向に形成された第２凹面１５０とからなっている。伝熱部材４００は、この第２凹面１５０に敷かれて、半導体素子２００のパッケージ２１０と対向するように配設されている。
【００２１】
そして、第１凹面１４０の底面には、取付ネジ２３０がねじ込まれるネジ孔１４１が形成され、第２凹面１５０の深さが、第１凹面１４０の深さと等しくなるように平滑に連続的に形成されている。更に、第１凹面１４０および第２凹面１５０の深さは、金属筐体１００の内面１１０上に回路基板３００が配置された状態で、回路基板３００に形成された回路導体パターン３１０と半導体素子２００のピン端子２１１とがそれぞれ面一になるように、第２凹面１５０と半導体素子２００との間に挟まれる伝熱部材４０の厚さを考慮した上で決められている。
【００２２】
これにより、第２凹面１５０を形成するための加工が簡単で、第２凹面１５０に伝熱部材４００を配設するだけで、伝熱部材４００の位置を規制することができる。具体的には、組立工程内で、伝熱部材４００を第２凹面１５０に配設した後、半導体素子２００の取付座２２０を第２凹面１５０にネジ止めする前に、組立作業台上で金属筐体１００に触れて伝熱部材４００が動いてしまったり、伝熱部材４００を配設した直後に、ピンセットなどの配設手段に触れて伝熱部材４００が動いてしまったり、半導体素子２００のネジ止め時に伝熱部材４００が動いてしまったりすることがなく、伝熱部材４００の位置ズレを防止することができる。
【００２３】
なお、図３（Ａ）に示すように、半導体素子２００の取付座２２０に形成された切欠き孔２２１と、第１凹面１４０の底面に形成されたネジ孔１４１によって、半導体素子２００を金属筐体１００に固定するためのネジ止め部２４０を構成している。
【００２４】
以上説明してきた半導体素子２００の放熱構造を備えた電子機器の組立手順は、最初に、金属筐体１００の第２凹面１５０に伝熱部材４００を配設する。次に、回路基板３００を金属筐体１００の内面１１０上に配置して、回路基板３００の下面に形成された図示を省略したアース導体と金属筐体１００の内面１１０とを接触させる。その後、半導体素子２００を回路基板３００の開口部３２０から挿入して、半導体素子２００の取付座２２０を金属筐体１００の第１凹面１４０上に嵌め込み、取付ネジ２３０を取付座２２０の切欠き孔２２１を挿通して第１凹面１４０の底面に形成したネジ孔１４１にねじ込ませる。
【００２５】
そして、回路基板３００の回路導体パターン３１０と半導体素子２００のピン端子２１１とが互いに適正な位置となるように、半導体素子２００を位置決めした状態で取付ネジ２３０を締め付けて固定する。最後に、半導体素子２００のピン端子２１１を回路基板３００の回路導体パターン３１０に半田付けして接続する。
【００２６】
このようにして組立てられた電子機器は、図３（Ａ）および図３（Ｂ）に示すように、半導体素子２００の取付座２２０が、取付ネジ２３０による最適なネジ締めトルクによって、第２凹面１５０内に敷かれた伝熱部材４００を押圧し、伝熱部材４００が、半導体素子２００の取付座２２０と第２凹面１５０の底面との間に挟まれて互いに接触している状態になっている。これにより、半導体素子２００のパッケージ２１０内に発生した熱は、半導体素子２００の取付座２２０から伝熱部材４００へ伝熱され、この伝熱部材４００を介して金属筐体１００へ伝熱されて、金属筐体１００から外部へ放熱される。
【００２７】
以上説明してきた半導体素子２００の放熱構造によれば、簡単な構造かつ組立が容易で良好な放熱性能を得ることができ、半導体素子２００の温度上昇を抑え、半導体素子２００の破壊を防止することができる。また、半導体素子２００のパッケージ２１０内部の図示を省略した半導体チップの真下に伝熱部材４００を挟むようにしたので、伝熱部材４００が小さい部材でも効果的に放熱することができる。
【００２８】
また、半導体素子２００の取付座２２０と第２凹面１５０の底面のそれぞれには実際には微少な凹凸や反りがあるが、断面凹凸状の伝熱部材４００が、取付座２２０と第２凹面１５０との平面度の良い部分は完全に潰れ、悪い部分では変形して、互いを接触させることになるので、取付座２２０と第２凹面１５０との間で接触状態に優れ、安定した電気的な導通を得ることができる。また、取付ネジ２３０に加え、伝熱部材４００によって、取付座２２０と金属筐体１００との間の十分な導通が得られ、半導体素子２００と金属筐体１００間のグランド電位が安定するので、電子機器の高周波特性を良好にすることができる。更に、取付座２２０と金属筐体１００との間の導通だけでなく密着性も強くなるので、熱伝導が大きくなり放熱性を高めることができる。
【００２９】
次に、伝熱部材４００のその他の実施形態を説明する。図４に示すように、伝熱部材５００は、伝熱部材４００のように長方形ではなく、十字形状に形成され、第２凹面１５０から第１凹面１４０に渡って配設されるように形成されている。そして、伝熱部材５００は、第１凹面１４０の底面に形成されたネジ孔１４１と、半導体素子２００の取付座２２０に形成された切欠き孔２２１とから逃げて配設される形状、すなわち、伝熱部材５００の長さｃが、図２に示す２つのネジ孔１４１間の長さｄよりも小さく、２つのネジ孔１４１間の内側に配設される形状になっている。この伝熱部材５００を伝熱部材４００に替えて、第１凹面１４０および第２凹面１５０の両面にかかるように敷き、半導体素子２００の取付座２２０と第１凹面１４０および第２凹面１５０との間に挟まれて互いに接触させるようにする。
【００３０】
これにより、伝熱部材５００が、第２凹面１５０の方向に加え、第１凹面１４０の方向にも延びて配設させることができるので、伝熱部材４００を用いた場合に比べ、取付座２２０と金属筐体１００との間の互いに接触する面積が広がり、金属筐体１００から外部への放熱性を向上することができる。また、伝熱部材５００は、ネジ孔１４１と切欠き孔２２１とから逃げて配設されているので、半導体素子２００の取付座２２０をネジ止めする際に邪魔にならないようにすることができる。
【００３１】
なお、本実施形態では、金属筐体１００の内面１１０に、第１凹面１４０と第２凹面１５０とを直交するように形成されるようにしたが、本発明はこれに限定されず、第１凹面１４０と第２凹面１５０とを交差するように形成されていればよく、この場合には、伝熱部材５００をこの交差角度に対応した十字状に形成すればよい。
【００３２】
以上説明してきた本発明の半導体素子の放熱構造によれば、下部側にフランジ状の取付座２２０を備えた半導体素子２００と、取付座２２０を固定する固定部１３０を備えた金属筐体１００と、取付座２２０と固定部１３０との間に配設される伝熱部材４００とからなる構造において、固定部１３０は取付座２２０が嵌め込まれる第１凹面１４０と、第１凹面１４０と交差する方向に形成された第２凹面１５０とからなり、伝熱部材４００は第２凹面１５０に配設されるようにした。これにより、簡単な構造、かつ、組立が容易で良好な放熱性能を得ることができる。
【００３３】
また、第２凹面１５０の深さは、第１凹面１４０の深さと等しくするようにした。これにより、第２凹面１５０を形成するための加工が簡単で、第２凹面１５０に配設された伝熱部材４００の位置ズレを防止することができる。
【００３４】
また、伝熱部材４００は、断面凹凸状の軟質金属箔からなるようにした。これにより、半導体素子２００を金属筐体１００にネジ止めする際に、軟質金属箔は、取付座２２０と第２凹面１５０との平面度の良い部分は完全に潰れ、悪い部分では変形して、互いを接触させることができるので、取付座２２０と第２凹面１５０との間の導通を良好にすることができる。そして、取付座２２０と第２凹面１５０との間の導通だけでなく密着性も強くなるので、熱伝導が大きくなり放熱性を高めることができる。
【００３５】
また、伝熱部材５００は十字形状に形成され、第２凹面１５０から第１凹面１４０に渡って配設されるようにした。これにより、伝熱部材５００が第１凹面１４０の方向にも延びて、取付座２２０と金属筐体１００との間で互いに接触する面積が広がるので、金属筐体１００から外部への放熱性を向上することができる。
【００３６】
更に、取付座２２０と第１凹面１４０のそれぞれ対応する位置に半導体素子２００を金属筐体１００に固定するためのネジ止め部２４０が設けられ、十字形状の伝熱部材５００はネジ止め部２４０を逃げた形状とするようにした。これにより、半導体素子２００の取付座２２０をネジ止めする際に邪魔にならないようにすることができる。
【符号の説明】
【００３７】
１００  金属筐体
１１０  内面
１２０  放熱フィン
１３０  固定部
１４０  第１凹面
１４１  ネジ孔
１５０  第２凹面
２００  半導体素子
２１０  パッケージ
２１１  ピン端子
２２０  取付座
２２１  切欠き孔
２３０  取付ネジ
２４０  ネジ止め部
３００  回路基板
３１０  回路導体パターン
３２０  開口部
４００  伝熱部材
５００  伝熱部材
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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