(57)【要約】【課題】トランジスタの温度上昇を抑制する。【解決手段】ヒートシンク４に、シート状絶縁体３を介して、同一形状の第１金属板１と第２金属板２が密着状に取付けられ、各金属板１，２の端部が櫛歯状とされ、各金属板１，２の隣接する櫛歯部２Ａ，２Ｂ間に他の金属板１，２の櫛歯部２Ａ，２Ｂが位置するように、両金属板１，２の櫛歯部２Ａ，２Ｂが噛合わされ、両金属板１，２における、他方の金属板側の端縁部が隙間を介して、対向している。第１金属板１の各櫛歯部２Ａに、それぞれ、金属部の電位が同一であるＮＰＮ型トランジスタＱ５，Ｑ６がその金属部を介して取付けられ、第２金属板の各櫛歯部に、それぞれ、金属部の電位が同一であるＰＮＰ型トランジスタＱ７，Ｑ８がその金属部を介して取付けられている。【選択図】  図１
2008034765.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ヒートシンクに、シート状絶縁体を介して、金属板が密着状に取付けられ、
金属板に、金属部の電位が同一である複数の半導体素子が、その金属部を介して密着状に取付けられた半導体装置。
【請求項２】
平面視において、絶縁体が金属板と同じ大きさとされるか、又は、絶縁体が金属板よりも大とされた請求項１記載の半導体装置。
【請求項３】
ヒートシンクに、絶縁体を介して、第１金属板と第２金属板が密着状に取付けられ、
半導体素子が、第１金属板に取付けられるＮＰＮ型トランジスタと、第２金属板に取付けられるＰＮＰ型トランジスタとされた請求項１又は２記載の半導体装置。
【請求項４】
第１・第２金属板が同一形状とされると共に、それらの端部が櫛歯状とされ、
各金属板の隣接する櫛歯部間に他の金属板の櫛歯部が位置するように、両金属板の櫛歯部が噛合わされ、
両金属板における、他方の金属板側の端縁部が隙間を介して、対向する請求項３記載の半導体装置。
【請求項５】
各櫛歯部に、それぞれ、トランジスタが取付けられた請求項４記載の半導体装置。
【請求項６】
半導体素子が、３チャンネル以上のマルチチャンネルアンプ用の半導体素子である請求項３記載の半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アナログオーディオパワーアンプ等に使用される半導体装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
まず、アナログオーディオパワーアンプの増幅回路の左右チャンネルの構成について図３を参照して説明するが、下記の説明では、左側チャンネルについて説明し、括弧内に、右側チャンネルの対応するトランジスタ等の符号を記載している。増幅回路の左側チャンネルでは、ＮＰＮ型トランジスタＱ１（Ｑ２）のエミッタが抵抗Ｒ３（Ｒ４）を介して後段のＮＰＮ型出力トランジスタＱ５（Ｑ６）のベースに接続され、これにより、両トランジスタＱ１，Ｑ５（Ｑ２，Ｑ６）がダーリントン接続された正側のダーリントン回路が構成されている。又、ＰＮＰ型トランジスタＱ３（Ｑ４）のエミッタが抵抗Ｒ５（Ｒ６）を介して後段のＰＮＰ型出力トランジスタＱ７（Ｑ８）のベースに接続され、これにより、両トランジスタＱ３，Ｑ７（Ｑ４，Ｑ８）がダーリントン接続された負側のダーリントン回路が構成されている。
【０００３】
トランジスタＱ１，Ｑ３（Ｑ２，Ｑ４）のベースにはオーディオ信号が入力され、トランジスタＱ１，Ｑ３（Ｑ２，Ｑ４）の各エミッタと各抵抗Ｒ３，Ｒ５（Ｒ４，Ｒ６）の接続点は抵抗Ｒ１（Ｒ２）を介して接続され、トランジスタＱ１，Ｑ５（Ｑ２，Ｑ６）のコレクタは正電源＋Ｂ１に接続され、トランジスタＱ３，Ｑ７（Ｑ４，Ｑ８）のコレクタは負電源−Ｂ１に接続されている。出力トランジスタＱ５，Ｑ７（Ｑ６，Ｑ８）のエミッタは抵抗Ｒ７，Ｒ９（Ｒ８，Ｒ１０）を介して接続され、抵抗Ｒ７，Ｒ９（Ｒ８，Ｒ１０）の接続点は、抵抗Ｒ１１（Ｒ１２）、コンデンサＣ１（Ｃ２）を介して、接地されている。抵抗Ｒ７，Ｒ９（Ｒ８，Ｒ１０）の接続点と抵抗Ｒ１１（Ｒ１２）との接続点からオーディオ信号が出力１（出力２）として出力される。
【０００４】
上記増幅回路では、出力トランジスタＱ５〜Ｑ８は、アンプの出力する電力に概比例して自己電力消費を発生し、発熱する。このため、一般的に、出力トランジスタＱ５〜Ｑ８から良好に放熱させるために、出力トランジスタＱ５〜Ｑ８を、熱伝導性の良好なアルミニウム等の金属製ヒートシンクに取り付けるようにしている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００５】
ところで、出力トランジスタＱ５〜Ｑ８における、ヒートシンクへの取付部である金属部は、コレクタに接続されている。それ故、ＮＰＮ型の出力トランジスタＱ５，Ｑ６とＰＮＰ型の出力トランジスタＱ７，Ｑ８をヒートシンクに直接取り付けると、これら各型のトランジスタＱ５〜Ｑ８のコレクタ同士がヒートシンクを介してショートすることになる。又、一般的に、ヒートシンクはシャーシ等に固定されて、電気的にグランドに接続されているため、この点でも、出力トランジスタＱ５〜Ｑ８をヒートシンクに直接取り付けることには問題がある。
【０００６】
そこで、従来においては、出力トランジスタＱ５〜Ｑ８とヒートシンク間に、マイカシート等の絶縁体を挟んでいた。しかし、一般的に、電気的に絶縁された絶縁材の熱伝導率は、金属材に比較して圧倒的に低い（悪い) 。そのため、上記のものでは、出力トランジスタＱ５〜Ｑ８の温度上昇が大となる問題があった。
【０００７】
この問題を解決するために、図４及び図５に示すように、出力トランジスタＱ５〜Ｑ８を、これよりも若干大きなマイカシート等の薄い絶縁体６を介して、1 枚の銅版からなる金属板７へ取付け、その金属板７をヒートシンク８に直接取付ける方法も提案されている。これは、アルミニウムの熱伝導率よりも銅の熱伝導率が大きいことに着目した方法である。
【０００８】
ところで、絶縁体６の熱伝導率は、絶縁体６の厚さに反比例する。即ち、同一材料であれば、厚さが厚いほど熱伝導が悪い。又、絶縁体６の熱伝導率は、絶縁体６の伝熱部の面積（熱伝導有効面積）に比例する。ところが、図４及び図５に示すものでは、出力トランジスタＱ５〜Ｑ８を薄い絶縁体６を介してヒートシンクに取付けるため、出力トランジスタＱ５〜Ｑ８のコレクタに接続された金属部の大きさが「伝熱部の面積」、即ち、「熱伝導有効面積」となり、出力トランジスタＱ５〜Ｑ８の面積よりも更に大きな面積の絶縁体６を取付けても、出力トランジスタＱ５〜Ｑ８の温度低減に寄与しない。これは、熱伝導率の低い絶縁体６の厚さが薄く、絶縁体６の横方向への熱伝導が極めて悪いためである。
【０００９】
【特許文献１】特開２００４−２５９７８２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明は、半導体素子の温度上昇を抑制できる半導体装置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】
【００１１】
上記目的を達成するために、本発明の特徴とするところは、ヒートシンクに、シート状絶縁体を介して、金属板が密着状に取付けられ、金属板に、金属部の電位が同一である複数の半導体素子が、その金属部を介して密着状に取付けられた点にある。
尚、平面視において、絶縁体が金属板と同じ大きさとされるか、又は、絶縁体が金属板よりも大とされることもある。
又、ヒートシンクに、絶縁体を介して、第１金属板と第２金属板が密着状に取付けられ、半導体素子が、第１金属板に取付けられるＮＰＮ型トランジスタと、第２金属板に取付けられるＰＮＰ型トランジスタとされることもある。
更に、第１・第２金属板が同一形状とされると共に、それらの端部が櫛歯状とされ、各金属板の隣接する櫛歯部間に他の金属板の櫛歯部が位置するように、両金属板の櫛歯部が噛合わされ、両金属板における、他方の金属板側の端縁部が隙間を介して、対向することもある。
又、各櫛歯部に、それぞれ、トランジスタが取付けられることもある。
更に、半導体素子が、３チャンネル以上のマルチチャンネルアンプ用の半導体素子であることもある。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、半導体素子の温度上昇を抑制できる。
請求項３記載の発明によれば、トランジスタのコレクタに大電流が流れても、コレクタに接続されたプリント基板の導体が発熱して、高温になったり、或いは、焼損する惧れを少なくできる。
請求項４記載の発明によれば、第１・第２金属板を１枚の金属板から同時に切り出すことができ、材料ロスを少なくできて、材料の廃棄量を少なくできる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明をアナログオーディオアンプの増幅回路に適用した実施の形態の一例を図１、図２を参照して説明するが、増幅回路の構成は、従来例を示す図３と同一の構成であり、それらの出力トランジスタが、第１・第２金属板１，２及び絶縁体３を介して、ヒートシンク４にネジ等の取付手段（図示省略）により取付けられている。
【００１４】
第１・第２金属板１，２は導電性を有するもので、銅板等が使用される。各金属板１，２は前後に配設されて、各金属板１，２における、他方の金属板側の端部が櫛歯状とされるもので、一枚の金属板から切り出されて、同一形状とされている。このように、本例では、第１・第２金属板１，２を、１枚の金属板から同時に切り出すことができ、材料ロスを少なくできて、材料の廃棄量を少なくできる。第１金属板１は前側に配設されて、前部を構成する基部１Ａと、基部１Ａから後方に突設された一対の櫛歯部１Ｂを有し、一体形成されている。右側櫛歯部１Ｂは、基部１Ａの右端部から突設され、左側櫛歯部１Ｂは、基部１Ａの残りの部分の左右方向中間部から突設されている。第２金属板２は、後側に配設されて、後部を構成する基部２Ａと、基部２Ａから前方に突設された一対の櫛歯部２Ｂを有し、一体形成されている。左側櫛歯部２Ｂは、基部２Ａの左端部から突設され、右側櫛歯部２Ｂは、基部２Ａの残りの部分の左右方向中間部から突設されている。そして、各金属板１，２の櫛歯部１Ｂ，２Ｂ間に他方の金属板１，２の櫛歯部１Ｂ，２Ｂが位置するように、各金属板１，２の櫛歯部１Ｂ，２Ｂが噛合わされて、各金属板１，２における、他方の金属板側の端縁部が、小隙５を介して、対向している。そして、第１金属板１の各櫛歯部１Ｂに、ＮＰＮ型の出力トランジスタＱ５，Ｑ６が、その金属部を介して、ネジ等の取付手段（図示省略）により取付けられている。尚、出力トランジスタＱ５，Ｑ６の上記金属部はコレクタに接続されて、同一電位とされている。又、第２金属板２の各櫛歯部２Ｂに、ＰＮＰ型の出力トランジスタＱ７，Ｑ８が、その金属部を介して、ネジ等の取付手段（図示省略）により取付けられている。尚、出力トランジスタＱ７，Ｑ８の上記金属部はコレクタに接続されて、同一電位とされている。上記のように、第１金属板１に、ＮＰＮ型の出力トランジスタＱ５，Ｑ６の同一電位である金属部が取付けられると共に、第２金属板２に、ＰＮＰ型の出力トランジスタＱ７，Ｑ８の同一電位である金属部が取付けられているので、出力トランジスタＱ５〜Ｑ８を第１・第２金属板１，２に取付けたにもかかわらず、出力トランジスタＱ５〜Ｑ８の電気的動作には全く支障が無い。又、出力トランジスタＱ５〜Ｑ８のコレクタは、通常、プリント基板の導体に接続されるが、出力トランジスタＱ５，Ｑ６のコレクタ同士と、出力トランジスタＱ７，Ｑ８のコレクタ同士は、それぞれ、第１・第２金属板１，２でも接続されているので、出力トランジスタＱ５〜Ｑ８のコレクタに大電流が流れても、プリント基板の導体が発熱して、高温になったり、或いは、焼損する惧れを少なくできる。
【００１５】
絶縁体３は、絶縁性や接着性に優れた材料により、シート状に構成されており、例えば、マイカシート等が使用される。絶縁体３は、第１・第２金属板１，２よりも一回り大きな長方形状とされている。尚、絶縁体３を両金属板１，２と同一の大きさとしてもよい。
【００１６】
ヒートシンク４は、放熱性、即ち、熱伝導率の高い材料により形成されており、上記材料としては、例えば、アルミニウム、銅、その他の金属材料が使用される。
【００１７】
上記構成例によれば、出力トランジスタＱ５〜Ｑ８の金属部を、第１・第２金属板１，２に対して、熱伝導率の低い絶縁体を介さず、直接取付けたので、出力トランジスタＱ５〜Ｑ８の金属部から第１・第２金属板１，２への熱伝導を良好にできる。
【００１８】
ここで、図４及び図５に示す従来例と本例の出力トランジスタＱ５〜Ｑ８の放熱性について考察する。先ず、前提条件として、従来例の金属板７の面積と本例の第１・第２金属板１，２の合計面積を（略）同一とすると共に、上記両例の絶縁体６，３の厚さを同一とする。又、出力トランジスタＱ５〜Ｑ８の金属部と従来例の金属板間の熱抵抗や、上記金属部と本例の第１・第２金属板１，２との間の熱抵抗は微小であるので無視する。
【００１９】
ところで、熱伝導率λ（Ｗ／ｍＫ）は、面積１ｍ2 、厚さ１ｍ、温度差１Ｋの物体の１時間あたりの伝熱量で定義される。即ち、厚さが同じであれば、面積に比例して熱伝導率が高くなる。従来例の出力トランジスタＱ５〜Ｑ８に関する伝熱部の面積、即ち、熱伝導有効面積は出力トランジスタＱ５〜Ｑ８の小さな金属部の面積の合計であって、これを熱伝導有効面積Ａとした場合、その面積Ａは小さなものとなる。これに対し、本例の出力トランジスタＱ５〜Ｑ８に関する熱伝導有効面積は第１・第２金属板１，２の面積の合計であって、これを熱伝導有効面積Ｂした場合、面積Ｂは面積Ａの２倍以上の大きなものとでき、絶縁体３に対する熱伝導有効面積を従来よりも２倍以上とできる。又、絶縁体６，３の伝熱部の面積、即ち、熱伝導有効面積は、出力トランジスタＱ５〜Ｑ８に関する上記熱伝導有効面積と（略）同一となるので、絶縁体６，３自体の熱伝導率も出力トランジスタＱ５〜Ｑ８に関する上記熱伝導有効面積に比例することになる。それ故、本例では、全体として、熱伝導率を従来例の２倍以上に改善でき、出力トランジスタＱ５〜Ｑ８の温度上昇を抑制できる。
【００２０】
又、本発明は、特に３ｃｈ以上のマルチチャンネル用（例えば、左右チャンネルの他に、中央チャンネル、左後方チャンネル、右後方チャンネルの５チャンネル）アンプに好適に採用される。この場合にも、各チャンネルのＮＰＮ型出力トランジスタが第１金属板１に、ＰＮＰ型出力トランジスタが第２金属板２に取り付けられる。マルチチャンネルの場合、例えば、あるチャンネル（例えば、中央チャンネル）のトランジスタが動作して温度が上昇しているときに、その他のチャンネルのトランジスタは動作せずに温度が上昇していないことがある。このとき、１枚の面積の大きな金属板１、２に各チャンネル分のトランジスタが取り付けられていても、中央チャンネルのトランジスタしか温度が上昇していないので、大きい面積の金属板１、２により１つの中央チャンネルのトランジスタのみの熱を放熱することができるので、きわめて良好に放熱することができる。従って、各チャンネルのトランジスタを個別の金属板に取り付ける場合よりも放熱効率を向上できる。
【００２１】
尚、上記実施の形態では、半導体素子をトランジスタとしたが、半導体素子として、ＩＧＢＴ、パワーＭＯＳＦＥＴ、パワーＢＪＴ、サイリスタ、ＧＴＯサイリスタ、ＳＩサイリスタ、ダイオード等の各種のパワーデバイスが使用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の実施の形態の一例を示す平面図である。
【図２】図１の側面図である。
【図３】従来の一例を示す回路図である。
【図４】従来の一例を示す平面図である。
【図５】図４の側面図である。
【符号の説明】
【００２３】
１，２  第１・第２金属板
１Ａ，２Ａ  基部
２Ａ，２Ｂ  櫛歯部
３  絶縁体
４  ヒートシンク
Ｑ５〜Ｑ８  出力トランジスタ
【図１】
2008034765.tif 000003
【図２】
2008034765.tif 000004
【図３】
2008034765.tif 000005
【図４】
2008034765.tif 000006
【図５】
2008034765.tif 000007