(57)【要約】【課題】部材点数を増やさずに、部材相互の位置決め、及び回転止めを確実に行える半導体装置を得ることを目的とする。【解決手段】半導体素子が樹脂封止され中央部にねじ貫通孔１ｈが設けられた半導体モジュール１と、半導体モジュール１の一側に配置される板状ばね部材２と、半導体モジュール１の他側に配置されるヒートシンク３とを備え、半導体モジュール１は、板状ばね部材２を介して半導体モジュール１のねじ貫通孔１ｈに挿入されたねじ部材によりヒートシンク３に固定される半導体装置を得るに際し、ヒートシンク３に穴部３ｈａ，３ｈｂを設けると共に、板状ばね部材２に折曲部２ａ，２ｂを設け、板状ばね部材２の折曲部２ａ，２ｂをヒートシンク３の穴部３ｈａ，３ｈｂに係合させることにより、ヒートシンク３に対し、半導体モジュール１と板状ばね部材２との位置決め、及び回転止め作用を行わせるようにした。【選択図】図１
2008205364.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体素子が樹脂封止され中央部にねじ貫通孔が設けられた半導体モジュールと、
上記半導体モジュールの一側に配置される板状ばね部材と、
上記半導体モジュールの他側に配置されるヒートシンクと、を備え、
上記半導体モジュールは、上記板状ばね部材を介して上記半導体モジュールのねじ貫通孔に挿入されるねじ部材により上記ヒートシンクに固定される半導体装置であって、
上記ヒートシンクに穴部を設けると共に、上記板状ばね部材に折曲部を設け、上記板状ばね部材の折曲部を上記ヒートシンクの穴部に係合させることにより、上記ヒートシンクに対し、上記半導体モジュールと上記板状ばね部材の位置を保持することを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
半導体素子が樹脂封止され中央部にねじ貫通孔が設けられた半導体モジュールと、
上記半導体モジュールの一側に配置される板状ばね部材と、
上記板状ばね部材を補強する補強梁と、
上記半導体モジュールの他側に配置されるヒートシンクと、
を備え、
上記半導体モジュールは、上記補強梁側から上記補強梁と上記板状ばね部材を介して上記半導体モジュールのねじ貫通孔に挿入されるねじ部材により上記ヒートシンクに固定される半導体装置であって、
上記ヒートシンクと上記補強梁のそれぞれに穴部を設けると共に、上記板状ばね部材に第１の折曲部と第２の折曲部を設け、上記第１の折曲部を上記ヒートシンクの穴部に係合させ、上記第２の折曲部を上記補強梁の穴部に係合させることにより、上記ヒートシンクに対し、上記半導体モジュールと上記板状ばね部材、及び上記補強梁の位置を保持することを特徴とする半導体装置。
【請求項３】
上記半導体モジュールを複数個配置したことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、車両などの移動体に搭載されるパワーモジュールなどの半導体装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来からＩＧＢＴ、ダイオード、ＧＴＯ、トランジスタなどの半導体素子を絶縁樹脂により封止したインバータなどの半導体モジュールが知られている。半導体モジュールは、動作中に発熱するため、半導体モジュールに設けたねじ貫通孔にねじを通し、ヒートシンクに締め付けることにより固定されている。
【０００３】
しかし、ねじにより半導体モジュールを直接締め付け方法では、ねじの近傍にのみ締め付け力が作用し、半導体モジュールを均一に押さえられないという問題がある。また、締め付け力が封止樹脂に直接集中荷重として印加されるため、封止樹脂を破壊したり、あるいは封止樹脂のリラクセーションにより締め付け力が低下し、その結果、半導体モジュールとヒートシンク間の熱抵抗が大きくなって半導体素子の温度上昇が大きくなり、半導体素子が破壊するなどの問題があった。
【０００４】
このため、半導体モジュールの一側に押え用の板状ばねを配置すると共に、この押え用の板状ばねを補強する補強梁を配置し、半導体モジュールを補強梁側からこの補強梁と押え用の板状ばねを介してねじでヒートシンクに固定することにより、半導体モジュールをヒートシンクに対し、均一の圧力で安定して固定する半導体装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００５】
【特許文献１】特開２００５−２３５９９２号公報（要約の欄、図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記特許文献１により開示された半導体装置では、半導体モジュールは通常３相分が１セットとして用いられるため、３本の固定ねじで固定されている。従って、補強梁、押え用の板状ばね、半導体モジュールを、ヒートシンクに固定するに際し、それらの回転が規制されることになるため、回転止めを施す必要がなかった。また、半導体モジュールを収容するケースに溝を設け、押え用の板ばね、及び補強梁にそれぞれ突起を設けて、上記溝と上記突起とを係合することにより、容易に位置決めをすることができた。
【０００７】
しかし、車載用インバータなどのパワーモジュールは、限られた省スペースでのモジュール化が求められており、インバータの小型化は避けられない課題である。その対応策の一つとして、ケースレス構造が挙げられるが、それを採用した場合、ケースに位置決め用の溝を設けることが出来なくなり、押え用の板ばねと補強梁の位置決めが出来なくなる問題が挙げられる。
【０００８】
また、インバータ内に昇圧コンバータを内蔵する構造を採用した場合には、インバータ用の半導体モジュールは、先述のように３相分が１セットで用いられるが、昇圧コンバータ用の半導体モジュールは１個のみ用いられる。この場合、前述の位置決めが出来なくなることに加え、固定ねじが１個所となるため、固定ねじにより補強梁、押え用の板ばね、及び半導体モジュールをヒートシンクに締付け時に、押え用の板ばね、及び補強梁が回転してしまい、適切に半導体モジュールを押圧することが出来なくなる問題が生じる。
【０００９】
上記のような問題を解決するためには、半導体モジュール、押え用の板ばね、あるいは補強梁をヒートシンクにねじにより固定する際に、限られたスペース内で、部材点数を増やさずに、各部材に確実な位置決め手段、及び回転止め手段を設ける必要がある。
【００１０】
この発明は、上記実情に鑑みてなされたもので、部材点数を増やさずに、部材相互の位置決め、及び回転止めを確実に行える半導体装置を得ることを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
この発明に係る半導体装置は、半導体素子が樹脂封止され中央部にねじ貫通孔が設けられた半導体モジュールと、上記半導体モジュールの一側に配置される板状ばね部材と、上記半導体モジュールの他側に配置されるヒートシンクと、を備え、上記半導体モジュールは、上記板状ばね部材を介して上記半導体モジュールのねじ貫通孔に挿入されるねじ部材により上記ヒートシンクに固定される半導体装置であって、上記ヒートシンクに穴部を設けると共に、上記板状ばね部材に折曲部を設け、上記板状ばね部材の折曲部を上記ヒートシンクの穴部に係合させることにより、上記ヒートシンクに対し、上記半導体モジュールと上記板状ばね部材の位置を保持するものである。
【発明の効果】
【００１２】
この発明によれば、部材点数を増やさずに、部材相互の位置決め、及び回転止めが確実に行え、半導体モジュールをヒートシンクに均一の圧力で安定して固定できる半導体装置が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下に添付図面を参照して、この発明に係る半導体装置について好適な実施の形態を説明する。
【００１４】
実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１に係る半導体装置を示す斜視図である。図１において、樹脂により封止された半導体素子で構成された半導体モジュール１には、その中央部に取付具としてのねじ部材（図示せず）を貫通させるねじ貫通孔１ｈが設けられている。半導体モジュール１の一側、即ち図において上面には、板状ばね部材２が重合されている。この板状ばね部材２は、その延在方向に沿って緩やかに湾曲した弾性部材によって形成され、板状ばね部材２の中央部に、半導体モジュール１のねじ貫通孔１ｈに対応した穴部２ｈが形成されている。
【００１５】
板状ばね部材２は、穴部２ｈを貫通するねじ部材（図示せず）により、半導体モジュール１を冷却用放熱部材としてのヒートシンク３に弾性力をもって圧接している。即ち、半導体モジュール１の下方に配設され、半導体モジュール１の下面に当接して設けられたヒートシンク３に、ねじ部材（図示せず）のねじ部が螺合する。このねじ部材（図示せず）の頭部により、板状ばね部材２の上面に圧力が加えられ、半導体モジュール１は板状ばね部材２を介してヒートシンク３に弾性的に圧接されて固定されるものである。
【００１６】
ここで、ヒートシンク３の半導体モジュール１の端縁位置に穴部３ｈａ，３ｈｂを２個所設けると共に、板状ばね部材２の両端縁に折曲部２ａ，２ｂを２個所設ける。これにより、半導体モジュール１に板状ばね部材２をセットする際に、ヒートシンク３に設けられた穴３ｈａ，３ｈｂに、板状ばね部材２に設けられた折曲部２ａ，２ｂを係合することにより、板状ばね部材２をヒートシンク３に対して容易に位置決めでき、かつ回転止めできることになる。即ち、ヒートシンク３に対し、半導体モジュール１と板状ばね部材２との位置を保持することになる。
【００１７】
このとき、ヒートシンク３、及び板状ばね部材２のみに形状を追加することにより、部材相互の位置決め、及び回転止めが可能となるため、従来のようにケースといった別部材を利用する必要がなくなり、半導体装置の小型化に貢献できる。これは、ヒートシンク３に穴３ｈａ，３ｈｂを付加し、板状ばね部材２に折曲部２ａ，２ｂを付加したことによる効果である。
【００１８】
以上のように、実施の形態１によれば、半導体素子が樹脂封止され中央部にねじ貫通孔１ｈが設けられた半導体モジュール１と、半導体モジュール１の一側に配置される板状ばね部材２と、半導体モジュール１の他側に配置されるヒートシンク３とを備え、半導体モジュール１は、板状ばね部材２を介して半導体モジュール１のねじ貫通孔１ｈに挿入されたねじ部材によりヒートシンク３に固定される半導体装置を得るに際し、ヒートシンク３に穴部３ｈａ，３ｈｂを設けると共に、板状ばね部材２に折曲部２ａ，２ｂを設け、板状ばね部材２の折曲部２ａ，２ｂをヒートシンク３の穴部３ｈａ，３ｈｂに係合させることにより、ヒートシンク３に対し、半導体モジュール１と板状ばね部材２との位置決め、及び回転止め作用を行わせるようにしたので、部材点数を増やさずに、部材相互の位置決め、及び回転止めを確実に行える半導体装置を得ることができる。
【００１９】
実施の形態２．
次に、実施の形態２について説明する。図２及び図３は実施の形態２を示す図で、図２は半導体装置の斜視図、図３はその部分構成を拡大して示す平面図である。この実施の形態２に係る半導体装置は、実施の形態１の半導体装置の板状ばね部材２に、更に補強梁材を重合したもので、その他の部分については実施の形態１と同様であるので同一符号を付すことにより説明の一部を省略する。
【００２０】
図２において、樹脂により封止された半導体素子で構成された半導体モジュール１には、その中央部に取付具としてのねじ部材（図示せず）を貫通させるねじ貫通孔１ｈが設けられている。半導体モジュール１の一側、即ち図において上面には、板状ばね部材２が重合され、板状ばね部材２の更に上面には板状ばね部材２の上面を横断して補強梁材４が重合されている。板状ばね部材２は、その延在方向に沿って緩やかに湾曲した弾性部材によって形成されており、また、補強梁４は断面凹形状の溝型材で形成されている。
【００２１】
板状ばね部材２及び補強梁４にはそれぞれの中央部に、半導体モジュール１のねじ貫通孔１ｈに対応して設けられた穴部２ｈ，４ｈが形成されている。板状ばね部材２及び補強梁４は、この穴部２ｈ，４ｈを貫通するねじ部材（図示せず）により、半導体モジュール１を冷却用放熱部材としてのヒートシンク３に弾性力をもって圧接している。即ち、半導体モジュール１の下方に配設され、半導体モジュール１の下面に当接して設けられたヒートシンク３に、ねじ部材（図示せず）のねじ部が螺合する。このねじ部材（図示せず）の頭部により補強梁４の上面に圧力が加えられ、半導体モジュール１は板状ばね部材２を介してヒートシンク３に弾性的に圧接されて固定されるものである。
【００２２】
図２及び図３から理解されるように、実施の形態２の半導体装置は、板状ばね部材２に折曲部２ａ，２ｂからなる第１の折曲部を形成すると共に、穴部２ｈを介して両側でそれぞれ上方に折曲された２個所の折曲部２ｃ，２ｄからなる第２の折曲部を設け、更に、補強梁４の上記第２の折曲部２ｃ，２ｄに対応する位置に穴部４ｈａ，４ｈｂを２個所設ける。これにより、板状ばね部材２の上に補強梁４をセットする際に、板状ばね部材２の折曲部２ａ，２ｂをヒートシンク３の穴部３ｈａ，３ｈｂに係合させ、板状ばね部材２の折曲部２ｃ，２ｄを補強梁４の穴部４ｈａ，４ｈｂに係合させることにより、補強梁４、板状ばね部材２、半導体モジュール１をヒートシンク３にねじ部材で固定する際に、各部材相互を容易に位置決めでき、かつ回転止めできることになる。即ち、ヒートシンク３に対し、半導体モジュール１と板状ばね部材２、及び補強梁４との位置を保持することになる。
【００２３】
このとき、板状ばね部材２及び補強梁４のみに形状変更を追加することにより、位置決め、及び回転止めが可能となるため、従来例のような、半導体モジュールを収容するケースといった別部材を利用する必要がなくなり、半導体装置の小型化に貢献できる。これは、板状ばね部材２に折曲部２ｃ，２ｄを付加し、補強梁４に穴部４ｈａ，４ｈｂを付加したことによる効果である。
【００２４】
以上のように、実施の形態２によれば、半導体素子が樹脂封止され中央部にねじ貫通孔が設けられた半導体モジュール１と、半導体モジュール１の一側に配置される板状ばね部材２と、板状ばね部材２を補強する補強梁４と、半導体モジュール１の他側に配置されるヒートシンク３とを備え、半導体モジュール１は、補強梁４側から補強梁４と板状ばね部材２を介して半導体モジュール１のねじ貫通孔１ｈに挿入されたねじ部材によりヒートシンク３に固定される半導体装置を得るに際し、ヒートシンク３と補強梁４のそれぞれに穴部を設けると共に、板状ばね部材２に第１の折曲部と第２の折曲部を設け、第１の折曲部をヒートシンク３の穴部に係合させ、第２の折曲部を補強梁４の穴部に係合させることにより、ヒートシンク３に対し、半導体モジュール１と板状ばね部材２、及び補強梁４の位置決めおよび回り止め作用を行わせるようにしたので、部材点数を増やさずに、部材相互の位置決め、及び回転止めを確実に行える半導体装置を得ることができる。
【００２５】
実施の形態３．
次に、実施の形態３について説明する。図４は実施の形態３を示す半導体装置の斜視図である。この実施の形態３に係る半導体装置は、実施の形態２の半導体装置における半導体モジュールを複数個配置したもので、その他の部分については実施の形態２と同様であるので同一符号を付すことにより説明の一部を省略する。
【００２６】
実施の形態３に係る半導体装置は、図４のように、樹脂により封止された半導体素子で構成された半導体モジュール１が複数個（図では３個）配置したものであり、実施の形態２で説明した図３と同様に、半導体モジュール１の中央部に取付具としてのねじ部材（図示せず）を貫通させるねじ貫通孔１ｈが設けられている。半導体モジュール１の上面には板状ばね部材２が重合され、板状ばね部材２の更に上面には板状ばね部材２の上面を横断して補強梁４が重合されている。板状ばね部材２はその延在方向に沿って緩やかに湾曲した弾性部材によって形成されており、また、補強梁４は断面凹形状の溝型材で形成されている。
【００２７】
板状ばね部材２及び補強梁４のそれぞれには、半導体モジュール１に設けられたねじ貫通孔１ｈに対応して穴部２ｈ，４ｈが形成されている。板状ばね部材２及び補強梁４は、この穴部２ｈ，４ｈを貫通するねじ部材（図示せず）により、半導体モジュール１を冷却用放熱部材としてのヒートシンク３に弾性力をもって圧接している。即ち、半導体モジュール１の下方に配設され、半導体モジュール１の下面に当接して設けられたヒートシンク３に、ねじ部材（図示せず）のねじ部が螺合する。このねじ部材（図示せず）の頭部により補強梁４の上面に圧力が加えられ、半導体モジュール１は板状ばね部材２を介してヒートシンク３に弾性的に圧接されて固定されるものである。
【００２８】
図４及び図３から理解されるように、ヒートシンク３の両端の半導体モジュール１の端縁位置に穴部３ｈａ，３ｈｂを２個所設けると共に、板状ばね部材２に２個の折曲部２ａ，２ｂからなる第１の折曲部と、上方に折曲された２個の折曲部２ｃ，２ｄからなる第２の折曲部を設け、補強梁４に穴部４ｈａ，４ｈｂを２個所設ける。このとき、図４のように、３個配置された半導体モジュール１のうち、両端の半導体モジュール１側に、板状ばね部材２の第１の折曲部２ａ，２ｂ、第２の折曲部２ｃ，２ｄ、及び補強梁４の穴部４ｈａ，４ｈｂを設ける。これにより、半導体モジュール１の上に板状ばね部材２、及び補強梁４をセットする際に、ヒートシンク３に設けられた穴部３ｈａ，３ｈｂに、板状ばね部材２に設けられた第１の折曲部２ａ，２ｂを係合させ、かつ、板状ばね部材２の第２の折曲部２ｃ，２ｄを、補強梁４の穴部４ｈａ，４ｈｂに係合させることにより、補強梁４、板状ばね部材２、半導体モジュール１を容易に位置決めでき、かつ回転止めできることになる。即ち、ヒートシンク３に対し、半導体モジュール１と板状ばね部材２、及び補強梁４との位置を保持することになる。
【００２９】
このとき、ヒートシンク３、板状ばね部材２及び補強梁４のみに形状変更を追加することにより、位置決め、及び回転止めが可能となっているため、従来例のような、半導体モジュールを収容するケースといった別部材を利用する必要がなくなり、半導体装置の小型化に貢献できる。これは、ヒートシンク３に穴部３ｈａ，３ｈｂを付加し、板状ばね部材２に第１の折曲部２ａ，２ｂ、及び第２の折曲部２ｃ，２ｄを付加するとともに、補強梁４に穴部４ｈａ，４ｈｂを付加したことによる効果である。
【００３０】
このように、実施の形態３は、実施の形態２における半導体モジュール１を３個配置したものと同等で、半導体モジュール１が１個の場合、あるいは複数個の場合でも、板状ばね部材２と補強梁材４との両方の位置決め、及び回転止めが可能となる。これは、半導体モジュール１を収容するケースのような他の構成部品を利用した位置決め、及び回転止めを付加できない場合に有効である。
【００３１】
以上のように、実施の形態３によれば、半導体モジュール１が１個の場合、あるいは複数個の場合でも、部品点数を増やさずに、部品相互の位置決め、及び回転止めを確実に行える半導体装置を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】この発明の実施の形態１に係る半導体装置を示す斜視図である。
【図２】この発明の実施の形態２に係る半導体装置を示す斜視図である。
【図３】この発明の実施の形態２あるいは実施の形態３に係る半導体装置の部分構成を拡大して示す平面図である。
【図４】この発明による実施の形態３に係る半導体装置を示す斜視図である。
【符号の説明】
【００３３】
１  半導体モジュール
２  板状ばね部材
３  ヒートシンク
４  補強梁
１ｈ  ねじ貫通孔
２ｈ，３ｈａ，３ｈｂ，４ｈ，４ｈａ，４ｈｂ  穴部
３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄ  折曲部
【図１】
2008205364.tif 000003
【図２】
2008205364.tif 000004
【図３】
2008205364.tif 000005
【図４】
2008205364.tif 000006