(57)【要約】【課題】着脱を繰り返しても、ヒートシンクと半導体デバイスとを確実に固定できる係止治具を提供する。【解決手段】係止治具２０は、ピン本体２１と、係止部材２２と、弾性部材２３とを備える。ピン本体２１は、筒状体２４及びこの筒状体２４よりも大きな径を有する頂部２５を有する。係止部材２２は、ピン本体２１の底部２６に、このピン本体２１の筒状体２４の径方向内側に収容された位置と径方向外側に両端が突出する位置との間で出没自在に取り付けられている。弾性部材２３は、ピン本体２１の筒状体２４に挿通され、一方の端部２３ａがピン本体２１の頂部２５に当接し他方の端部２３ｂが自由端を構成する。また、弾性部材２３は、少なくとも収縮した状態において筒状体２４の全長よりも短い全長を有する。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
筒状体及び該筒状体よりも大きな径を有する頂部を有するピン本体と、
前記ピン本体の底部に、該ピン本体の筒状体の径方向内側に収容された位置と径方向外側に両端が突出する位置との間で出没自在に取り付けられた係止部材と、
前記ピン本体の筒状体に挿通され、一方の端部が前記ピン本体の頂部に当接し他方の端部が自由端を構成する弾性部材とを備え、
前記弾性部材は、該弾性部材が少なくとも収縮した状態において前記筒状体の全長よりも短い全長を有する係止治具。
【請求項２】
前記係止部材は、前記筒状体の底部に形成された切欠き部に少なくとも一部が収容され、前記切欠き部の内部に形成され前記筒状体の長手方向と直交方向に延びる軸に、回転可能に軸支される、請求項１に記載の係止治具。
【請求項３】
前記弾性部材の弾性変形量は、前記係止部材の全長の１／２よりも大きい、請求項２に記載の係止治具。
【請求項４】
請求項１〜３の何れか一に記載の係止治具によって、ヒートシンクと、半導体デバイスと、基板とがこの順に互いに固定されている半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、係止治具及び半導体装置に関し、更に詳しくは、ヒートシンクを半導体デバイスに固定するための係止治具、及び係止治具により固定されて成る半導体装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体装置には、ヒートシンクを備えたものが知られている。ヒートシンクは、冷却が必要な半導体デバイス上に配置されると、半導体デバイスから熱を吸収して外部に放散する機能を有する。特許文献１には、ヒートシンクと、半導体デバイスと、半導体デバイスを実装する基板とを有し、係止治具によって、これらの部材がこの順に互いに固定されて成る半導体装置が記載されている。
【０００３】
特許文献１に記載の係止治具は、ネジ部材と圧縮コイルバネとを有している。ネジ部材は、頂部で圧縮コイルバネの一端を係止し、底部にはネジ溝が形成されている。係止治具では、まず、ネジ部材が基板の貫通孔を貫通し、ヒートシンクに形成されたネジ孔と上記ネジ溝とが螺合し、その上で、圧縮コイルバネの他端が基板に当接して圧縮することで、半導体デバイスとヒートシンクとを固定している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平９−１３９４５０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１に記載の係止治具は、半導体デバイスとヒートシンクとを固定するために、ヒートシンクのネジ孔とネジ部材のネジ溝とを螺合させる構造を有する。このため、ネジ部材を繰り返し着脱すると、ネジ溝やネジ孔の形状が塑性変形等により劣化してしまう。従って、上記係止治具には、着脱を繰り返すと、ヒートシンクを半導体デバイスに確実に固定することが困難となるという問題があった。
【０００６】
本発明は、着脱を繰り返しても、ヒートシンクと半導体デバイスとを確実に固定できる係止治具、及び、係止治具により固定されるヒートシンク及び半導体デバイスを有する半導体装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するために、本発明は、筒状体及び該筒状体よりも大きな径を有する頂部を有するピン本体と、
前記ピン本体の底部に、該ピン本体の筒状体の径方向内側に収容された位置と径方向外側に両端が突出する位置との間で出没自在に取り付けられた係止部材と、
前記ピン本体の筒状体に挿通され、一方の端部が前記ピン本体の頂部に当接し他方の端部が自由端を構成する弾性部材とを備え、
前記弾性部材は、該弾性部材が少なくとも収縮した状態において前記筒状体の全長よりも短い全長を有する係止治具を提供する。
【０００８】
また、本発明は、上述の係止治具によって、ヒートシンクと、半導体デバイスと、基板とがこの順に互いに固定されている半導体装置を提供する。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の係止治具では、着脱を繰り返しても、ヒートシンクと半導体デバイスとを確実に固定できる。また、本発明の半導体装置では、係止治具によってヒートシンクと、半導体デバイスと、基板とがこの順に互いに確実に固定される。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の実施形態に係る係止治具、及び係止治具により固定されて成る半導体装置の構成を示す図。
【図２】（ａ）及び（ｂ）は、図１に示す係止治具の一部を拡大して示す図。
【図３】基板及びヒートシンクに形成された貫通孔に係止治具が挿入された状態を示す図。
【図４】（ａ）及び（ｂ）は、係止治具を用いて、ヒートシンクを半導体デバイスに取り付ける際の動作を示す図。
【図５】係止治具を取り外す際の動作を示す図。
【図６】（ａ）及び（ｂ）は、比較例である係止治具、及び係止治具により固定されて成る半導体装置の構成を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
本発明の係止治具は、最小構成として、ピン本体と、係止部材と、弾性部材とを備える。ピン本体は、筒状体及びこの筒状体よりも大きな径を有する頂部を有する。係止部材は、ピン本体の底部に、このピン本体の筒状体の径方向内側に収容された位置と径方向外側に両端が突出する位置との間で出没自在に取り付けられている。弾性部材は、ピン本体の筒状体に挿通され、一方の端部がピン本体の頂部に当接し他方の端部が自由端を構成する。また、弾性部材は、少なくとも収縮した状態において筒状体の全長よりも短い全長を有する。
【００１２】
ここで、上記係止治具を用いて、ヒートシンク、半導体デバイス、及び基板をこの順に互いに固定する場合を想定する。係止部材をピン本体の筒状体の径方向内側に収容した状態で、ピン本体の筒状体をヒートシンク及び基板に形成された貫通孔に挿入すれば、ピン本体の塑性変形や貫通孔の劣化を回避できる。
【００１３】
続いて、ピン本体の頂部を押し付けて、弾性部材の他方の端部がヒートシンクに当接した状態で、弾性部材を収縮させる。弾性部材を収縮させた状態で、係止部材の両端を筒状体の径方向外側に突出させ、更に、ピン本体の頂部への押し付けを解除すると、弾性部材が伸長して、係止部材の両端が基板に当接する。その結果、ヒートシンク、半導体デバイス、及び基板をこの順に互いに確実に固定できる。従って、係止治具では、着脱を繰り返しても、ピン本体の塑性変形や貫通孔の形状劣化を回避しながら、ヒートシンクと半導体デバイスとを確実に固定できる。
【００１４】
以下、図面を参照して、本発明の例示的な実施の形態について詳細に説明する。図１は、本発明の実施形態に係る係止治具、及び係止治具により固定されて成る半導体装置の構成を示す図である。図２は、図１に示す係止治具の一部を拡大して示す図である。半導体装置１０は、例えば、ヒートシンク１１と、半導体デバイス１２と、基板１３とを有しており、これらの部材が係止治具２０によってこの順に互いに固定されている。
【００１５】
ヒートシンク１１は、冷却が必要な半導体デバイス１２の上面に密着固定されると、半導体デバイス１２から熱を吸収して外部に放散させる構造を有する。ヒートシンク１１は、例えば平面視で矩形状を有し、対角線上の縁部付近に貫通孔１１ａ，１１ｂが形成されている。半導体デバイス１２は、ヒートシンク１１による冷却が必要なデバイスであって、基板１３に実装され、且つ、上面にはヒートシンク１１が固定されている。基板１３は、上面に半導体デバイス１２が実装される実装基板であって、ヒートシンク１１に形成された貫通孔１１ａ，１１ｂに対応する位置に、貫通孔１３ａ，１３ｂがそれぞれ形成されている。
【００１６】
係止治具２０は、ピン本体２１と、係止部材２２と、弾性部材（以下、スプリング）２３とを有する。ピン本体２１は、図２（ａ）及び（ｂ）に示すように、筒状体２４と、この筒状体２４よりも大きな径を有する頂部２５とを有する。また、筒状体２４の底部（端部側）２６には、切欠き部（溝）２７が形成されている。切欠き部２７の内部には、筒状体２４の長手方向と略直交する方向に沿って延在する回転軸２８が、かしめ固定されている。
【００１７】
係止部材２２は、図２（ａ）及び（ｂ）に示すように、切欠き部２７の内部に形成された回転軸２８に回転可能に軸支され、収容状態と突出状態との間で出没自在となっている。収容状態とは、例えば図２に示すように、係止部材２２が、筒状体２４の径方向内側に収容された位置にある状態をいう。突出状態とは、例えば図１に示すように、係止部材２４が、筒状体２４の径方向外側に両端が突出する位置にある状態をいう。但し、収容状態及び突出状態の何れにおいても、係止部材２２の一部は、切欠き部２７に収容されている。また、スプリング２３は、例えば図３に示すように、ピン本体２１の筒状体２４に挿通され、一方の端部２３ａがピン本体２１の頂部２５に当接し、また、他方の端部２３ｂが自由端を構成している。
【００１８】
以下、図３及び図４を参照して、係止治具２０を用いて、ヒートシンク１１、半導体デバイス１２及び基板１３をこの順に互いに固定する際の動作について説明する。まず、基板１３に実装された半導体デバイス１２の上面に、ヒートシンク１１を載置する。次に、ヒートシンク１１の貫通孔１１ａ，１１ｂが、基板１３に形成された貫通孔１３ａ，１３ｂと重なるように、位置合わせを行う。
【００１９】
位置合わせを行った後で、図３に示すように、係止部材２２を収容状態とし、その上で、ピン本体２１の筒状体２４を、スプリング２３を介在させてヒートシンク１１から基板１３に向かって貫通孔１１ａ，１３ａに挿入する。このとき、スプリング２３の自由端を構成する他方の端部２３ｂは、ヒートシンク１１の上面に当接している。ここで、ピン本体２１の筒状体２４を貫通孔１１ａ，１３ａに挿入する際に、係止部材２２が収容状態であるので、筒状体２４の壁面と貫通孔１１ａ，１３ａの壁面とが大きな摩擦力を伴って接触することがなく、筒状体２４の塑性変形や貫通孔１１ａ，１３ａの形状劣化を回避できる。
【００２０】
続いて、図４（ａ）に示すように、ピン本体２１の頂部２５に、矢印Ａで示す方向に荷重を加えて、スプリング２３を収縮させる。このときのスプリング２３の弾性変形量（収縮量）は、少なくとも、係止部材２２が回転軸２８に対して回転可能となり、図４（ａ）に示す収容状態から図４（ｂ）に示す突出状態に移行できる程度とする。このため、スプリング２３の弾性変形量は、係止部材２２の全長の１／２よりも大きい。また、スプリング２３は、収縮した状態での全長が筒状体２４の全長よりも短い。
【００２１】
次いで、図４（ａ）に示す矢印Ｂの方向に荷重を加えて、係止部材２２を回転させて、突出状態とする。そして、ピン本体２１の頂部２５に加えていた荷重を徐々に小さくすると、図４（ｂ）に示すように、スプリング２３が伸長して、係止部材２２の両端が基板１３の下面と当接する。このとき、スプリング２３の自由端を構成する他方の端部２３ｂがヒートシンク１１の上面に当接し、ヒートシンク１１を基板１３側に押し付け、また、その反作用で係止部材２２の両端が基板１３の下面に当接し、基板１３をヒートシンク１１側に押し付ける。つまり、係止治具２０では、スプリング２３の付勢力を利用した当接により、ヒートシンク１１と半導体デバイス１２とを確実に固定できる。
【００２２】
そして、係止治具２０を用いて、ヒートシンク１１、半導体デバイス１２、及び基板１３がこの順に互いに確実に固定されるので、図１に示す半導体装置１０が得られる。
【００２３】
次に、図５及び図３を参照して、図４（ｂ）に示した状態から係止治具２０を取り外し、更に、半導体デバイス１２からヒートシンク１１を取り外す場合について説明する。まず、図５に示すように、ピン本体２１の頂部２５に矢印Ｃで示す方向に荷重を加えて、スプリング２３を収縮させる。ここでは、係止部材２２が回転軸２８に対して回転可能となり、上記突出状態から上記収容状態に移行できる程度、即ち、弾性変形量が係止部材２２の全長の１／２よりも大きくなるまで、スプリング２３を収縮させる。
【００２４】
続いて、図５に示す矢印Ｄの方向に荷重を加えて、係止部材２２を回転させて、再び収容状態とする。そして、ピン本体２１の頂部２５に加えていた矢印Ｃの方向の荷重を抜くと、スプリング２３が伸長して、係止治具２０が上記図３に示した状態となる。次に、図３に示す状態で、ピン本体２１の筒状体２４を貫通孔１１ａ，１３ａから抜き、その後で、半導体デバイス１２上からヒートシンク１１を取り外す。このように、係止部材２２を取り外す場合でも、係止部材２２を収容状態とするので、筒状体２４の塑性変形や貫通孔１１ａ，１３ａの形状劣化を回避できる。
【００２５】
（比較例）
図６は、比較例としての係止治具、及び係止治具により固定されている半導体装置の構成を示す図である。図６（ａ）に示す係止治具２０Ａは、両面テープである。半導体装置１０Ａは、係止治具２０Ａによって、ヒートシンク１１Ａと、半導体デバイス１２と、基板１３Ａとがこの順に互いに固定されている。係止治具２０Ａが両面テープであるので、上記実施形態の係止治具２０と比べて、ヒートシンク１１Ａ及び基板１３Ａにそれぞれ貫通孔を形成する必要がなく、基板１３Ａの実装面積を多く確保できる。
【００２６】
しかし、半導体デバイス１２とヒートシンク１１Ａとは、両面テープでのみ固定されているので、両面テープの粘着力が低下すると、ヒートシンク１１Ａが半導体デバイス１２から脱落する可能性がある。さらに、半導体デバイス１２にヒートシンク１１Ａを固定する作業では、両面テープの粘着効果を十分に得るために、ヒートシンク１１Ａに荷重を加えるための重りを、ヒートシンク１１Ａ上に一定時間載せる必要があり、作業効率が低下してしまう。
【００２７】
図６（ｂ）に示す係止治具２０Ｂは、ピン本体２１Ｂとスプリング２３Ｂとを有している。ピン本体２１Ｂには、２つの対向する先端２９が形成されている。対向する先端２９には、対向面の反対側の面に切欠き２９ａが形成されている。係止治具２０Ｂでは、ヒートシンク１１Ｂ及び基板１３Ｂにそれぞれ形成された貫通孔１１ａ，１３ａにピン本体２１Ｂを挿入し、先端２９の切欠き２９ａを基板１３Ｂの下面に引っ掛けて当接させることで、ヒートシンク１１Ｂを半導体デバイス１２に固定している。
【００２８】
しかし、係止治具２０Ｂでは、対向する先端２９が貫通孔１１ａ，１３ａを通過する際に、貫通孔１１ａ，１３ａの壁面に常に接触する。このため、着脱を繰り返すと、ピン本体２１Ｂの材質によっては先端２９が塑性変形し、また、貫通孔１１ａ，１３ａの形状劣化が生じる。従って、係止治具２０Ｂでは、着脱を繰り返すと、先端２９の切欠き２９ａと基板１３Ｂとが十分に引っ掛からず、ヒートシンク１１Ｂが半導体デバイス１２から脱落する可能性がある。
【００２９】
これに対して、本実施形態では、ヒートシンク１１と半導体デバイス１２とを密着固定する際に、筒状体２４の径方向内側に係止部材２２を収容した状態で、貫通孔１１ａ，１３ａを通過させるので、着脱を繰り返しても、ピン本体２１の塑性変形や、基板１３の貫通孔１３ａの形状劣化が発生し難くなり、ヒートシンク１１の脱落を低減できる。また、ピン本体２１の劣化が低減することで、係止治具２０を繰り返し使用できるので、ピン本体２１を廃棄する頻度が少なくなり、コストを削減できる。さらに、係止治具２０では、係止部材２２の両端が、スプリング２３の付勢力を用いて基板１３の下面に当接するので、ヒートシンク１１と半導体デバイス１２とを確実に固定できる。
【００３０】
上記実施形態では、係止治具２０を用いて、ヒートシンク１１を半導体デバイス１２に密着固定する例について説明したが、これに限定されない。例えば、部品表面のうち貫通孔を形成できない領域上に他の部品を装着する場合に、係止治具２０を用いてもよい。
【００３１】
以上、本発明をその好適な実施形態に基づいて説明したが、本発明の係止治具及び半導体装置は、上記実施形態の構成にのみ限定されるものではなく、上記実施形態の構成から種々の修正及び変更を施したものも、本発明の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【００３２】
１０：半導体装置
１１：ヒートシンク
１１ａ，１１ｂ：貫通孔
１２：半導体デバイス
１３：基板
１３ａ，１３ｂ：貫通孔
２０：係止治具
２１：ピン本体
２２：係止部材
２３：スプリング
２３ａ：一方の端部
２３ｂ：他方の端部
２４：筒状体
２５：頂部
２６：底部
２７：切欠き部
２８：回転軸
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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