(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
冷却板と、前記冷却板の下面の中央部に設けられた冷却フィンと、前記冷却板の前記下面の外周部に設けられた下突出部とを有する冷却器と、
前記冷却板の上面に設けられた半導体素子と、
前記半導体素子に接続されたバスバーと、
前記冷却器の下面及び側面を囲う冷却機構と、
前記下突出部の下面と前記冷却機構の底面との間に設けられたＯリングと、
前記冷却機構の側壁を貫通して前記冷却器を前記冷却機構にねじ止めするボルトとを備えることを特徴とする半導体パッケージ。
【請求項２】
前記下突出部は前記冷却板よりも硬い硬金属からなり、
前記ボルトは前記下突出部にねじ込まれていることを特徴とする請求項１に記載の半導体パッケージ。
【請求項３】
前記冷却器は、前記冷却板の前記上面の外周部に設けられた上突出部と、
前記半導体素子及び前記上突出部を覆う樹脂とを更に有することを特徴とする請求項１又は２に記載の半導体パッケージ。
【請求項４】
前記上突出部は前記冷却板よりも硬い硬金属からなり、
前記ボルトは前記上突出部にねじ込まれていることを特徴とする請求項３に記載の半導体パッケージ。
【請求項５】
前記ボルトは前記上突出部を貫通して先端にナットが取り付けられていることを特徴とする請求項３に記載の半導体パッケージ。
【請求項６】
前記上突出部の側面にネジ穴を有するナットが埋め込まれ、
前記ボルトは前記ナットにねじ込まれていることを特徴とする請求項３に記載の半導体パッケージ。
【請求項７】
前記側壁は、前記冷却機構の前記底面から上に向かって広がるように傾斜し、
前記冷却器の前記側面は、前記側壁の内側面に対向するように傾斜していることを特徴とする請求項１〜６の何れか１項に記載の半導体パッケージ。
【請求項８】
冷却板と、前記冷却板の下面の中央部に設けられた冷却フィンと、前記冷却板の前記下面の外周部に設けられた下突出部とを有する冷却器と、
前記冷却板の上面に設けられた半導体素子と、
前記半導体素子に接続されたバスバーと、
前記冷却器の下面及び側面を囲う冷却機構と、
前記下突出部の側面と前記冷却機構の側壁の内側面との間に設けられたＯリングと、
前記側壁を貫通して前記冷却器を前記冷却機構にねじ止めするボルトとを備え、
前記側壁の前記内側面は、前記冷却機構の底面から上に向かって広がるように傾斜し、
前記冷却器の前記側面は、前記側壁の前記内側面に対向するように傾斜していることを特徴とする半導体パッケージ。
【請求項９】
前記側壁の外側面は前記冷却機構の前記底面に対して垂直であることを特徴とする請求項８に記載の半導体パッケージ。
【請求項１０】
前記半導体素子はワイドバンドギャップ半導体によって形成されていることを特徴とする請求項１〜９の何れか１項に記載の半導体パッケージ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、冷却器を冷却機構にねじ止めした半導体パッケージに関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体パッケージにおいて、半導体素子は冷却器の上面に絶縁基板を介して設けられる。半導体素子が発する熱は、冷却器の下面に設けられた冷却フィンにより放熱される。従来は、冷却機構と冷却器の間にＯリングを設け、冷却器の上面からボルトで冷却器を冷却機構に固定していた。しかし、樹脂から突出したバスバーの外部接続部とボルト頭との絶縁離を確保する必要があり、パッケージサイズが大きくなるという問題があった。この問題を解決するため、例えば、Ｏリングとボルトを側面に配置した構造が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】日本特開２００８−１６５１５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、冷却器の垂直な側面にＯリングを設けた状態で冷却器を冷却機構に固定しようとすると、Ｏリングが重力によりずり落ちてＯリングの位置ずれが懸念される。また、冷却機構と冷却器の勘合性を高めるために各部品に高精度の寸法管理が求められる。このため、組み立てが困難という問題があった。【０００５】
本発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、その目的はパッケージサイズを小さくでき、組み立てが容易である半導体パッケージを得るものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明に係る半導体パッケージは、冷却板と、前記冷却板の下面の中央部に設けられた冷却フィンと、前記冷却板の前記下面の外周部に設けられた下突出部とを有する冷却器と、前記冷却板の上面に設けられた半導体素子と、前記半導体素子に接続されたバスバーと、前記冷却器の下面及び側面を囲う冷却機構と、前記下突出部の下面と前記冷却機構の底面との間に設けられたＯリングと、前記冷却機構の側壁を貫通して前記冷却器を前記冷却機構にねじ止めするボルトとを備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
本発明では、冷却機構の側壁を貫通するボルトにより冷却器を冷却機構にねじ止めする。これにより、半導体素子を設けた冷却板の上面にボルトの頭が無いため、バスバーの外部接続部とボルトとの絶縁距離を確保する必要が無くなる。また、冷却板の下面の外周部に設けられた下突出部の下面と冷却機構の底面との間にＯリングを設けるため、Ｏリングの位置ずれを防ぐことができる。よって、パッケージサイズを小さくでき、組み立てが容易である。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の実施の形態１に係る半導体パッケージを示す断面図である。
【図２】比較例に係る半導体パッケージを示す断面図である。
【図３】本発明の実施の形態２に係る半導体パッケージを示す断面図である。
【図４】本発明の実施の形態３に係る半導体パッケージを示す断面図である。
【図５】本発明の実施の形態４に係る半導体パッケージを示す断面図である。
【図６】本発明の実施の形態５に係る半導体パッケージを示す断面図である。
【図７】本発明の実施の形態６に係る半導体パッケージを示す断面図である。
【図８】本発明の実施の形態７に係る半導体パッケージを示す断面図である。
【図９】本発明の実施の形態８に係る半導体パッケージを示す断面図である。
【図１０】本発明の実施の形態９に係る半導体パッケージを示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
本発明の実施の形態に係る半導体パッケージについて図面を参照して説明する。同じ又は対応する構成要素には同じ符号を付し、説明の繰り返しを省略する場合がある。
【００１０】
実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１に係る半導体パッケージを示す断面図である。冷却器１は、冷却板１ａと、冷却板１ａの下面の中央部に設けられた冷却フィン１ｂと、冷却板１ａの下面の外周部に設けられた下突出部１ｃとを有する。
【００１１】
絶縁基板２が冷却板１ａの上面に設けられている。半導体素子３が絶縁基板２の上面にはんだ４を介して接続されている。バスバー５が半導体素子３の上面にはんだ６を介して接続されている。絶縁性の樹脂７が絶縁基板２、半導体素子３、及びバスバー５の一部を覆っている。
【００１２】
冷却機構８が冷却器１の下面及び側面を囲う。Ｏリング９が下突出部１ｃの下面と冷却機構８の底面との間に設けられている。ボルト１０が冷却機構８の側壁を貫通して冷却器１の側面にねじ込まれることで冷却器１を冷却機構８にねじ止めする。
【００１３】
続いて、本実施の形態の効果を比較例と比較して説明する。図２は、比較例に係る半導体パッケージを示す断面図である。比較例では、冷却器１の上面からボルトで冷却器１を冷却機構８に固定する。しかし、樹脂７から突出したバスバー５の外部接続部とボルト１０の頭との絶縁離を確保する必要があり、パッケージサイズが大きくなるという問題がある。
【００１４】
これに対して、本実施の形態では、冷却機構８の側壁を貫通するボルト１０により冷却器１を冷却機構８にねじ止めする。これにより、半導体素子３を設けた冷却板１ａの上面にボルト１０の頭が無いため、バスバー５の外部接続部とボルト１０との絶縁距離を確保する必要が無くなる。また、冷却板１ａの下面の外周部に設けられた下突出部１ｃの下面と水平な冷却機構８の底面との間にＯリング９を設けるため、Ｏリング９の位置ずれを防ぐことができる。よって、パッケージサイズを小さくでき、組み立てが容易である。
【００１５】
実施の形態２．
図３は、本発明の実施の形態２に係る半導体パッケージを示す断面図である。下突出部１ｃは冷却板１ａの下面に接合された冷却板１ａよりも硬い硬金属からなり、ボルト１０は下突出部１ｃにねじ込まれている。これにより、締付け耐圧が大きくなりボルト１０の締結力を向上できる。さらに、冷却器１の剛性が向上するため冷却器１の反りを抑えることができる。また、冷却器１のねじ溝が不要になる。その他の構成及び効果は実施の形態１と同様である。
【００１６】
実施の形態３．
図４は、本発明の実施の形態３に係る半導体パッケージを示す断面図である。冷却器１は、冷却板１ａの上面の外周部に設けられた上突出部１ｄを更に有する。上突出部１ｄは樹脂７により覆われているため、上突出部１ｄとバスバー５との絶縁距離を確保する必要はない。上突出部１ｄにより冷却器１の剛性が向上するため冷却器１の反りを抑えることができる。その他の構成及び効果は実施の形態１と同様である。
【００１７】
実施の形態４．
図５は、本発明の実施の形態４に係る半導体パッケージを示す断面図である。上突出部１ｄは冷却板１ａの上面に接合された冷却板１ａよりも硬い硬金属からなり、ボルト１０は上突出部１ｄにねじ込まれている。これにより、締付け耐圧が大きくなりボルト１０の締結力を向上できる。その他の構成及び効果は実施の形態３と同様である。
【００１８】
実施の形態５．
図６は、本発明の実施の形態５に係る半導体パッケージを示す断面図である。ボルト１０は上突出部１ｄを貫通し、ボルト１０の先端はネジ穴を有するナット１１が取り付けられている。ナット１１は冷却器１よりも硬い金属からなる。このようにボルト１０とナット１１で固定することで、冷却器１のねじ溝が不要になり、ボルト１０の締結力を向上できる。その他の構成及び効果は実施の形態３と同様である。
【００１９】
実施の形態６．
図７は、本発明の実施の形態６に係る半導体パッケージを示す断面図である。上突出部１ｄの側面にナット１１が埋め込まれている。ボルト１０はナット１１にねじ込まれている。このようにボルト１０とナット１１で固定することで、冷却器１のねじ溝が不要になり、ボルト１０の締結力を向上できる。その他の構成及び効果は実施の形態３と同様である。
【００２０】
実施の形態７．
図８は、本発明の実施の形態７に係る半導体パッケージを示す断面図である。冷却機構８の側壁は、冷却機構８の底面から上に向かって広がるように傾斜している。冷却器１の側面は、冷却機構８の側壁の内側面に対向するように傾斜している。傾斜した冷却機構８の側壁及び冷却器１の側面に対して垂直にボルト１０を締結することでＯリング９を押し潰す下向きの力が発生するため、シーリング効果が向上する。その他の構成及び効果は実施の形態３と同様である。
【００２１】
実施の形態８．
図９は、本発明の実施の形態８に係る半導体パッケージを示す断面図である。Ｏリング９が下突出部１ｃの側面と冷却機構８の側壁の内側面との間に設けられている。冷却機構８の側壁の内側面と冷却器１の側面が傾斜しているため、両者の間にＯリング９を設ける際にＯリング９の位置ずれを防ぐことができる。さらに、ボルト１０を締結することでＯリング９を押し潰す方向の力が発生するため、シーリング効果が向上する。その他の構成及び効果は実施の形態７と同様である。
【００２２】
実施の形態９．
図１０は、本発明の実施の形態９に係る半導体パッケージを示す断面図である。冷却機構８の外側面は冷却機構８の底面に対して垂直である。これにより、ボルト１０の締結方向が水平方向となるため、ボルト１０の締結時の組立性が向上する。その他の構成及び効果は実施の形態８と同様である。
【００２３】
なお、半導体素子３はＭＯＳＦＥＴ、ＳＢＤ、ＩＧＢＴ又はＰＮダイオードなどである。また、半導体素子３は、珪素によって形成されたものに限らず、珪素に比べてバンドギャップが大きいワイドバンドギャップ半導体によって形成されたものでもよい。ワイドバンドギャップ半導体は、例えば、炭化珪素、窒化ガリウム系材料、又はダイヤモンドである。このようなワイドバンドギャップ半導体によって形成されたパワー半導体素子は、耐電圧性や許容電流密度が高いため、小型化できる。この小型化された素子を用いることで、この素子を組み込んだ半導体パッケージも小型化できる。また、素子の耐熱性が高いため、ヒートシンクの放熱フィンを小型化でき、水冷部を空冷化できるので、半導体パッケージを更に小型化できる。また、素子の電力損失が低く高効率であるため、半導体パッケージを高効率化できる。
【符号の説明】
【００２４】
１  冷却器、１ａ  冷却板、１ｂ  冷却フィン、１ｃ  下突出部、１ｄ  上突出部、３  半導体素子、５  バスバー、８  冷却機構、９  Ｏリング、１０  ボルト、１１  ナット
【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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【図７】
0006798615.tif 000008
【図８】
0006798615.tif 000009
【図９】
0006798615.tif 000010
【図１０】
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