(57)【要約】【課題】端子において発生した熱に対する放熱効果を向上させることにより、電流容量を十分に確保することが可能な端子の放熱構造、及び当該放熱構造を備えた半導体装置を提供する。【解決手段】電子部品が搭載された導電性基板１１と、導電性基板１１上に絶縁層１２を介して配置されるとともに、電子部品と電気的に接続され、通電により発熱する端子１３と、絶縁層１２内に配置され、端子１３の導電性基板側の面１３ａと接するように設けられた放熱用金属部材１４と、を備え、導電性基板１１と放熱用金属部材１４とは、絶縁層１２により電気的に絶縁されていることを特徴とする端子の放熱構造。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電子部品が搭載された導電性基板と、
前記導電性基板上に絶縁層を介して配置されるとともに、前記電子部品と電気的に接続され、通電により発熱する端子と、
前記絶縁層内に配置され、前記端子の前記導電性基板側の面と接するように設けられた放熱用金属部材と、を備え、
前記導電性基板と放熱用金属部材とは、前記絶縁層により電気的に絶縁されていることを特徴とする端子の放熱構造。
【請求項２】
前記導電性基板と前記放熱用金属部材の間に介在する前記絶縁層の厚みが、前記放熱用金属部材の熱を前記導電性基板に伝えることが可能な厚みに設定されていることを特徴とする請求項１に記載の端子の放熱構造。
【請求項３】
前記放熱用金属部材の前記端子側表面には凹部が設けられ、
当該凹部内にはナットが配され、
前記端子のうち当該ナットと対向する位置にボルトを貫通させる貫通孔が形成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の端子の放熱構造。
【請求項４】
前記ナットと前記端子との間に、放熱材が介在していることを特徴とする請求項３に記載の端子の放熱構造。
【請求項５】
前記端子上に外部配線部材を配し、前記ボルト及び前記ナットによって、前記外部配線部材と前記端子と前記放熱用金属部材とを固定することを特徴とする請求項３又は４の何れか一項に記載の端子の放熱構造。
【請求項６】
前記放熱用金属部材と前記端子とが同じ材料からなることを特徴とする請求項１〜５の何れか一項に記載の端子の放熱構造。
【請求項７】
請求項１〜６の何れか一項に記載の端子の放熱構造を少なくとも１つ備えることを特徴とする半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、端子の放熱構造及び半導体装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、通電により発熱する電子部品（発熱部品）の熱を逃がす放熱構造としては、例えば特許文献１のように、ヒートシンク上に発熱部品を搭載すると共に、発熱部品とリードフレームとをボンディングワイヤにより結線した上で、ヒートシンクの下面が露出するように、発熱部品、リードフレーム、ボンディングワイヤ及びヒートシンクを樹脂で封止した構造がある。このような放熱構造では、発熱部品の熱をヒートシンクから外部に逃がすことができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００３−１１５６８１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、上記のような従来の構造では、発熱部品だけではなく、リードフレーム等の接続部材も通電により発熱する。特に、このような接続部材の中でも、電源電流が流れるような端子（電力端子）においては、大電流が流れるため、発熱が大きい。また、発熱部品や外部（配線）の熱が電力端子に伝わることもある。
しかしながら、上記従来のような構造では、他の部材と絶縁させるように、電力端子や、リードフレームや端子等の接続端子は熱伝導性の低い絶縁樹脂によって覆われているため、これら電力端子等の熱（ジュール熱）を効率よくヒートシンクに逃がすことができない欠点がある。その結果、電力端子等の温度が上昇して電流容量を十分に確保できない、という問題が生じる。
【０００５】
本発明は、上述した事情に鑑みたものであって、端子において発生した熱に対する放熱効果を向上させることにより、電流容量を十分に確保することが可能な端子の放熱構造、及び当該放熱構造を備えた半導体装置を提供することを目的とする。
なお、本明細書における「端子」は、電源電流が流れるような端子（電力端子）、リードフレーム、接続端子等を包含するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の要旨は以下の通りである。
上記課題を解決するために、本発明の端子の放熱構造は、電子部品が搭載された導電性基板と、前記導電性基板上に絶縁層を介して配置されるとともに、前記電子部品と電気的に接続され、通電により発熱する端子と、前記絶縁層内に配置され、前記端子の前記導電性基板側の面と接するように設けられた放熱用金属部材と、を備え、前記導電性基板と放熱用金属部材とは、前記絶縁層により電気的に絶縁されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、端子において発生した熱に対する放熱効果を向上させることにより、電流容量を十分に確保することが可能な端子の放熱構造、及び当該放熱構造を備えた半導体装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】図１は、本発明の一実施形態である端子の放熱構造を示す側断面模式図である。
【図２Ａ】図２Ａは、本発明の一実施形態である端子の放熱構造を複数備えた半導体装置を示す上面模式図である。
【図２Ｂ】図２Ｂは、本発明の一実施形態である端子の放熱構造を複数備えた半導体装置を示す側断面模式図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、本発明の端子の放熱構造及びそれを備えた半導体装置について、図面を参照しながら詳細に説明する。
なお、以下の説明で用いる図面は、特徴を分かりやすくするために、便宜上特徴となる部分を拡大して示している場合があり、各構成要素の寸法比率などが実際と同じであるとは限らない。また、以下の説明において例示される材料、寸法等は一例であって、本発明はそれらに必ずしも限定されるものではなく、その要旨を変更しない範囲で適宜変更して実施することが可能である。
【００１０】
本発明の一実施形態である端子の放熱構造１００について説明する。
図１に示すように、本実施形態の端子の放熱構造１００は、電子部品（不図示）が搭載された導電性基板（ベース金属）１１と、導電性基板１１上に絶縁層１２を介して配置されるとともに、前記電子部品と電気的に接続され、通電により発熱する端子１３と、絶縁層１２内に配置され、端子１３の導電性基板１１側の面１３ａと接するように設けられた放熱用金属部材１４と、を備え、導電性基板１１と放熱用金属部材１４とは、絶縁層１２により電気的に絶縁されていることを特徴とする。
なお、本実施形態においては、端子の一例として、電源電流が流れるような端子（電力端子）を例に挙げ説明するが、本発明の端子はこれに限らず、例えば、外部配線との接続端子、発熱部品との接続端子等にも適用できる。
【００１１】
導電性基板１１上には、絶縁層１２が設けられた領域とはほかの領域に設けられた絶縁層３１を介して配線パターン３０が形成されており、この配線パターン３０に電子部品（不図示）が電気接続されることで回路が形成されている。本実施形態では、導電性基板１１の上面１１ａ側に配線パターン３０が形成されている。また、本実施形態では、配線パターン３０と端子１３とがワイヤボンド３２により接続されている。
【００１２】
端子１３は、導電性基板１１上に絶縁層１２を介して配置されるとともに、ワイヤボンド３２及び配線パターン３０を介して前記電子部品と電気的に接続される。
【００１３】
導電性基板１１と端子１３との間に配置された絶縁層１２内には、端子１３の導電性基板１１側の面１３ａと接するように放熱用金属部材１４が設けられている。なお図１においては、放熱用金属部材１４は、端子１３のうち外部配線部材側１３Ａに設けられているが、これに限らず、端子１３の配線パターン側１３Ｂに設けてもよい。
なお、放熱性金属部材１４の寸法は端子１３の寸法、特に端子１３の導電性基板１１側の面１３ａの表面積に応じて適宜決定してよいが、端子１３において生じた熱を導電性基板１１側へ効率よく放熱させる観点から、端子１３と放熱性金属部材１４の接触面積を十分に確保するよう、放熱性金属部材の１４の寸法を設計することが好ましい。
【００１４】
放熱性金属部材１４は断面視略Ｕ字状の形状を有し、放熱用金属部材１４の端子１３側表面１４ａには凹部２０が設けられており、この凹部２０内にナット２１が配されている。そして、端子１３のうちナット２１と対向する位置にボルト２２を貫通させる貫通孔１３ｃが形成されている。
また、本実施形態においては、端子１３上に、例えば、外部電源（不図示）から配線パターン３０へ電流を供給するための外部配線部材１８を配されている。そして、貫通孔１３ｃに挿入されるボルト２２と凹部２０内に配されたナット２１によって、外部配線部材１８と端子１３が固定される。このようにして、導電性基板１１に搭載された配線パターン３０へは、外部電源（不図示）より、外部配線部材１８、端子１３及びワイヤボンド３２を介して電流が流れる。
【００１５】
本実施形態に係る放熱用金属部材１４は、熱伝導率の高い材料を用いることが好ましく、特に、Ｃｕ、Ａｌ、またはその合金からなることがさらに好ましい。
端子１３では、外部配線部材１８から伝わる熱や、配線パターン３０への電源電流供給時における端子１３とワイヤボンド３２との接続部分での抵抗熱が生じる。そのため、端子１３において生じた熱を導電性基板１１側へ放熱させることが非常に重要である。そのため、放熱金属部材１４は熱伝導率が高い放熱性に優れた材料を用いることが好ましい。
【００１６】
また、前述したように、端子１３では、外部配線部材１８からの熱や、抵抗熱が生じるため、このような熱を放熱させることが非常に重要である。このような観点から、放熱用金属部材１４と端子１３とを同じ材料とすることが好ましい。
放熱用金属部材１４と端子１３とを同じ材料とすることで、放熱用金属部材１４と端子１３の界面において電気抵抗の差をなくし、また、端子１３を熱伝導率が高い放熱用金属部材１４と同材料とすることで、さらに効率よく放熱効果を向上させることができる。
【００１７】
ここで、端子１３において生じた熱を効率良く放熱させるためには、端子１３から放熱金属部材１４への放熱に加え、さらに導電性基板１１側へ熱を逃がすことが好ましい。しかしながら、放熱用金属部材１４と導電性基板１１との間には絶縁層１２が介在しているため、通常、放熱用金属部材１４から導電性基板１１側へ放熱させることは困難である。
一般的に、導電性基板１１と放熱用金属部材１４の間に介在する絶縁層１２の厚み（導電性基板１１と放熱用金属部材１４の間隔）は、要求される絶縁耐圧で決定される。
しかしながら、本実施形態においては、導電性基板１１と放熱用金属部材１４の間に介在する絶縁層１２の厚みを設計する際、前記絶縁耐圧を考慮するのは勿論であるが、放熱用金属部材１４から導電性基板１１側へ放熱させる観点から、絶縁層１２の厚みを極力小さく設定することが好ましい。
すなわち、放熱性金属部材１４から導電性基板１１への放熱性を向上させるためには、導電性基板１１と放熱用金属部材１４の間に介在する絶縁層１２の厚みを、放熱用金属部材１４の熱を導電性基板１１に伝えることが可能な厚みに設定されていることが好ましい。
また、放熱用金属部材１４から導電性基板１１側へ放熱させる観点から、絶縁層１２の材料は、熱伝導率の高い材料を用いることが好ましい。
【００１８】
なお、本実施形態においては、端子１３とナット２１との間に、放熱材４０が介在していることが好ましい。
前述したように、貫通孔１３ｃに挿入されるボルト２２と凹部２０内に配されたナット２１によって、外部配線部材１８と端子１３が固定されるため、ナット２１と端子１３の導電性基板側の面１３ａとは接触することとなる。そのため、端子１３にて生じた熱を放熱用金属部材１４側へ効率良く逃がすために、ナット２１と端子１３の接触面に放熱材４０を介在させることが好ましい。
放熱材４０としては、例えば放熱シートや放熱グリスを採用できる。
【００１９】
また、ボルト２２とナット２１により外部配線部材１８と端子１３を固定する際、端子１３とナット２１との間に座金（ワッシャー）を介して固定してもよい。
このような場合、端子１３において生じた熱の放熱経路は、ワッシャー、ナット、放熱用金属部材１４の順となる。そのため、放熱性の観点から、ワッシャーの材料としては、熱伝導率がナットの熱伝導率と同等な材料を用いることが好ましい。
【００２０】
また、本実施形態に係る半導体装置においては、上述してきたような端子の放熱構造を少なくとも１つ備えてもよい。
図２Ａに、本実施形態である端子の放熱構造を複数備えた半導体装置を示す上面模式図を、そして図２Ｂにその側断面模式図を示す。なお、図１に示した部材と同一の部材については同一の符号を付して示している。
図２Ａに示すように、本実施形態に係る半導体装置は、配線パターンの配列方向と平行に複数の放熱構造を配置してもよい。なお、この場合は、隣合う放熱構造（例えば、図２Ａ中の放熱構造１００と放熱構造１０１）は、絶縁耐圧を保持する間隔を維持するように配置する。
なお、絶縁層５０は、配線パターン３０，１３０や端子１３，１１３の一部を封止する役割を担っており、図２Ａ，Ｂ中では絶縁層１２や絶縁層３１とは別部材として示しているが、本実施形態では当該構成に限らず、絶縁層５０が、絶縁層１２または絶縁層３１の少なくとも一方と連結されて同一部材とされていてもよい。
また、図２Ｂに示すように配線パターン３０，１３０や端子１３，１１３の一部を封止するに絶縁層５０を設けた場合（絶縁層５０が、絶縁層１２または絶縁層３１の少なくとも一方と連結されている場合も含む）、従来の構造では端子等で生じた熱の放熱効率が低くなるという問題があった。しかしながら、本実施形態に係る放熱構造１００、１０１では、端子１３の導電性基板１１側の面１３ａと接するように放熱用金属部材１４を設けているため、絶縁層５０を設けた場合においても端子１３において生じた熱を導電性基板１１側へ効率よく逃がすことができる。
【００２１】
以上説明したような上記端子の放熱構造１００によれば、端子１３の導電性基板１１側の面と接するように、放熱用金属部材１４が設けられているため、端子１３が通電により発熱しても、この熱を放熱用金属部材１４に効率よく逃がすことができる。また、電子部品や外部（配線等）の熱が端子１３に伝わった場合でも、同様に、端子１３にて生じた熱を放熱用金属部材１４に効率よく逃がすことが可能となる。そして、このように端子１３にて生じた熱を放熱させることが可能となるため、端子１３の温度上昇を抑制することができ、電流容量を十分に確保できる。
【００２２】
また、上記端子の放熱構造１００を備えた半導体装置によれば、端子１３が通電により発熱しても、この熱を放熱用金属部材１４に効率よく逃がすことができるため、電流容量を十分に確保できる。その結果、このような半導体装置において素子特性の劣化を抑制することが可能となる。
【００２３】
以上、本発明の詳細について説明したが、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることができる。
【００２４】
放熱用金属部材１４と端子１３との固定手段として、上記ではボルトとナットで固定する形態について説明したが、本発明はこれに限らず、例えば、端子１３と放熱用金属部材１４が同一材料からなる場合、端子１３として、予め放熱用金属部材１４と一体となった部品を端子１３として用いることにより、放熱効率の向上効果を享受できるほか、放熱構造を構成する部品点数を削減することが可能となる。
【符号の説明】
【００２５】
１１・・・導電性基板
１１ａ・・・上面
１２・・・絶縁層
１３、１１３・・・端子
１３ａ・・・導電性基板側表面
１３ｃ・・・貫通孔
１４、１１４・・・放熱用金属部材
１８、１１８・・・外部接続部材
２０・・・凹部
２１・・・ナット
２２、１２２・・・ボルト
３０、１３０・・・配線パターン
３１・・・絶縁層
３２、１３２・・・ワイヤボンド
４０・・・放熱材
５０・・・絶縁層
１００、１０１・・・放熱構造
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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