(57)【要約】【課題】簡単な構成で放熱板から冷却器への放熱性能を向上させる。【解決手段】筐体２０は、放熱板１８の実装面１８−１との対向面２０−１に複数の突起部２２−１を有している。突起部２２−１の各々は、放熱板１８の実装面１８−１を押圧する位置が放熱板１８全体の中心に近いものほど高くなるように、その高さが調整されている。突起部２２−１は、放熱板１８を筐体２０に固定する際に放熱板１８の実装面１８−１を筐体２０外側へ押圧することにより、放熱板１８が筐体２０に固定された状態で放熱板１８全体を筐体２０外側へ凸に変形させる。この状態で半導体パッケージ１２が冷却器１４と放熱板１８全体の周辺部にてボルトにより締結される。【選択図】        図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体装置と、該半導体装置が実装面に実装された放熱板と、該半導体装置が収納されるとともに該放熱板が固定された筐体と、を含む半導体パッケージが冷却器に固定されている半導体装置の放熱構造であって、
前記筐体は、前記半導体パッケージの前記冷却器への固定前の状態において、前記放熱板を該冷却器側に凸に変形させるように、該放熱板の実装面を押圧する当接部を該実装面との対向面に有し、
該当接部によって前記冷却器側に凸に変形された放熱板が該冷却器に押圧されるように、前記半導体パッケージが該冷却器に固定されていることを特徴とする半導体装置の放熱構造。
【請求項２】
請求項１に記載の半導体装置の放熱構造であって、
前記当接部は、前記筐体における前記放熱板の実装面との対向面に形成された複数の突起部によって構成され、
前記放熱板の実装面を押圧する位置が該放熱板の中心に近い突起部ほど、その高さが高いことを特徴とする半導体装置の放熱構造。
【請求項３】
請求項１または２に記載の半導体装置の放熱構造であって、
前記放熱板は複数に分割して設けられ、
前記当接部は、隣り合う放熱板の実装面を共通して押圧する位置決め部を含むことを特徴とする半導体装置の放熱構造。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１に記載の半導体装置の放熱構造であって、
前記当接部は、前記筐体における該当接部以外の部分とともに樹脂で一体成型されていることを特徴とする半導体装置の放熱構造。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１に記載の半導体装置の放熱構造であって、
前記半導体パッケージと前記冷却器とが、該放熱板の周辺部にてボルトにより締結されていることを特徴とする半導体装置の放熱構造。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか１に記載の半導体装置の放熱構造であって、
前記筐体と前記放熱板とが接着剤により接着されていることを特徴とする半導体装置の放熱構造。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれか１に記載の半導体装置の放熱構造であって、
該放熱構造は、車両に搭載されていることを特徴とする半導体装置の放熱構造。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体装置にて発生した熱が冷却器により吸収されることで半導体装置の放熱が行われる半導体装置の放熱構造に関する。
【０００２】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】
従来の半導体装置の放熱構造の一例が特許文献１，２に開示されている。特許文献１においては、半導体チップを挟んで放熱板が両面に配設されてなる半導体モジュールが冷却器上に載置されている。そして、付勢保持部材が半導体モジュールの冷却器と反対側の放熱板を付勢することにより、半導体モジュールの冷却器側の放熱板を冷却器の表面に押しつけている。これによって、放熱板から冷却器への放熱性能の向上を図っている。
【０００３】
しかしながら、特許文献１においては、半導体モジュールを冷却器に押しつけるための付勢保持部材が半導体チップの実装側である冷却器と反対側に設けられている。したがって、半導体チップに接続する回路が複雑となり、構造が複雑になるという問題点がある。
【０００４】
また、特許文献２においては、半導体チップが筐体内に収納された半導体パッケージの製造の際に、放熱板の熱膨張係数が筐体の熱膨張係数より小さくなるようにそれぞれの材質を決定し、高温環境下で筐体と放熱板との接合を行った後、常温まで冷却している。冷却の際に、熱膨張係数の違いによる収縮量の差により、放熱板が筐体外側に凸の反った状態となる。そして、筐体外側に凸に反った状態の放熱板を冷却器に固定することにより、放熱板から冷却器への放熱性能の向上を図っている。
【０００５】
しかしながら、特許文献２においては、半導体パッケージの製造の際に、放熱板を筐体外側に凸に反らせる工程を必要とするため、生産性が低下してしまうという問題点がある。さらに、製造ばらつきによる放熱板の反り量のばらつきにより、放熱板から冷却器への放熱性能にばらつきが発生してしまうという問題点もある。
【０００６】
本発明は、簡単な構成で放熱板から冷却器への放熱性能を向上させることができる半導体装置の放熱構造を提供することを目的とする。なお、その他にも特許文献３〜６に示す半導体装置の放熱構造が開示されている。
【０００７】
【特許文献１】
特開２００２−８３９１５号公報
【特許文献２】
特開平１１−１７７００２号公報
【特許文献３】
特開平１０−１８９８４２号公報
【特許文献４】
特開２００３−２３１３０号公報
【特許文献５】
特開２００２−３１６５９７号公報
【特許文献６】
特開平４−２８４６９５号公報
【０００８】
【課題を解決するための手段】
このような目的を達成するために、第１の本発明に係る半導体装置の放熱構造は、半導体装置と、該半導体装置が実装面に実装された放熱板と、該半導体装置が収納されるとともに該放熱板が固定された筐体と、を含む半導体パッケージが冷却器に固定されている半導体装置の放熱構造であって、前記筐体は、前記半導体パッケージの前記冷却器への固定前の状態において、前記放熱板を該冷却器側に凸に変形させるように、該放熱板の実装面を押圧する当接部を該実装面との対向面に有し、該当接部によって前記冷却器側に凸に変形された放熱板が該冷却器に押圧されるように、前記半導体パッケージが該冷却器に固定されていることを特徴とする。
【０００９】
第２の本発明に係る半導体装置の放熱構造は、第１の本発明に記載の放熱構造であって、前記当接部は、前記筐体における前記放熱板の実装面との対向面に形成された複数の突起部によって構成され、前記放熱板の実装面を押圧する位置が該放熱板の中心に近い突起部ほど、その高さが高いことを特徴とする。
【００１０】
第３の本発明に係る半導体装置の放熱構造は、第１または第２の本発明に記載の放熱構造であって、前記放熱板は複数に分割して設けられ、前記当接部は、隣り合う放熱板の実装面を共通して押圧する位置決め部を含むことを特徴とする。
【００１１】
第４の本発明に係る半導体装置の放熱構造は、第１〜３の本発明のいずれか１に記載の放熱構造であって、前記当接部は、前記筐体における該当接部以外の部分とともに樹脂で一体成型されていることを特徴とする。
【００１２】
第５の本発明に係る半導体装置の放熱構造は、第１〜４の本発明のいずれか１に記載の放熱構造であって、前記半導体パッケージと前記冷却器とが、該放熱板の周辺部にてボルトにより締結されていることを特徴とする。
【００１３】
第６の本発明に係る半導体装置の放熱構造は、第１〜５の本発明のいずれか１に記載の放熱構造であって、前記筐体と前記放熱板とが接着剤により接着されていることを特徴とする。
【００１４】
第７の本発明に係る半導体装置の放熱構造は、第１〜６の本発明のいずれか１に記載の放熱構造であって、該放熱構造は、車両に搭載されていることを特徴とする。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態（以下実施形態という）を、図面に従って説明する。
【００１６】
図１〜５は、本発明の実施形態に係る半導体装置の放熱構造の構成の概略を示す図である。図１は半導体パッケージ及び冷却器の斜視図を示し、図２は半導体パッケージの分解斜視図を示す。そして、図３は冷却器への固定前における半導体パッケージの図１におけるＡ−Ａ断面図を示し、図４は冷却器への固定前における半導体パッケージの図１におけるＢ−Ｂ断面図を示す。さらに、図５は半導体パッケージが冷却器へ固定されるときの図１におけるＡ−Ａ断面図に相当する断面図を示す。本実施形態の放熱構造においては、半導体装置１０を含む半導体パッケージ１２が冷却器１４に固定されており、半導体装置１０にて発生した熱が冷却器１４により吸収されることで半導体装置１０の放熱が行われる。そして、半導体パッケージ１２は、絶縁基板１６、放熱板１８及び筐体２０をさらに含んでいる。なお、本実施形態の放熱構造の適用例としては、ハイブリッド車両や電気自動車に搭載されている例が挙げられる。
【００１７】
半導体装置１０には、半導体素子（図示せず）が形成されている。半導体装置１０は、はんだ付けされることにより、絶縁基板１６上に実装されている。絶縁基板１６は、はんだ付けされることにより、放熱板１８の実装面１８−１に実装されている。このようにして、半導体装置１０が絶縁基板１６を介して放熱板１８の実装面１８−１に実装されており、半導体装置１０と放熱板１８との間の絶縁が絶縁基板１６により行われている。なお、本実施形態では、放熱板１８は複数に分割して設けられている。
【００１８】
筐体２０には、放熱板１８の実装面１８−１に実装された半導体装置１０を収納するための開口部が設けられている。そして、放熱板１８の実装面１８−１と筐体２０における実装面１８−１との対向面２０−１とが接着剤により接着されることにより、半導体装置１０が筐体２０に収納されるとともに放熱板１８が筐体２０に固定される。ただし、放熱板１８と筐体２０とを固定する手段としては、接着剤以外の手段を用いることもできる。なお、図１〜５では図示は省略しているが、半導体装置１０はワイヤボンディングにより筐体２０内の回路または配線と接続される。また、筐体２０の材質としては、例えば樹脂が用いられる。
【００１９】
以上の構成の半導体パッケージ１２は、放熱板１８が冷却器１４の上面である固定面１４−１へ押圧されるように、冷却器１４の固定面１４−１にグリス層を介して固定されている。ここで、図１，２に示すように、冷却器１４の固定面１４−１の周辺部にはねじ穴１４−２が設けられており、放熱板１８全体及び筐体２０の周辺部にはボルトを通すための貫通穴１８−２，２０−２がそれぞれ設けられている。そして、半導体パッケージ１２と冷却器１４とが、放熱板１８全体の周辺部にてボルト（図示せず）により締結されている。ただし、半導体パッケージ１２と冷却器１４とを固定する手段としては、ボルト締結以外の手段を用いることもできる。なお、冷却器１４の固定面１４−１の形状は、略平面形状となっている。
【００２０】
本実施形態においては、図３，４に示すように、筐体２０は、放熱板１８の実装面１８−１との対向面２０−１に、複数の突起部２２−１，２２−２を有している。突起部２２−１，２２−２は、放熱板１８を筐体２０に固定する際に、放熱板１８の実装面１８−１を筐体２０外側へ押圧することにより、放熱板１８を筐体２０外側へ変形させる。そして、突起部２２−１，２２−２の各々は、放熱板１８の実装面１８−１を押圧する位置が放熱板１８全体の中心に近いものほど高くなるように、その高さが予め調整されている。これによって、放熱板１８が筐体２０に固定された状態で、放熱板１８全体を筐体２０外側へ凸に変形させることができる。なお、突起部２２−１，２２−２と、筐体２０のそれ以外の部分とを樹脂で一体成型することにより、突起部２２−１，２２−２の成型が容易となる。
【００２１】
そして、本実施形態においては、図５に示すように、放熱板１８全体が筐体２０外側へ凸に変形されている状態、すなわち放熱板１８全体が冷却器１４の固定面１４−１側に凸に変形されている状態で、半導体パッケージ１２が冷却器１４と放熱板１８全体の周辺部にてボルトにより締結される。
【００２２】
また、図４に示すように、突起部２２−２の各々については、放熱板１８の実装面１８−１を押圧している面の形状が略平面形状であり、隣り合う放熱板１８の実装面１８−１を共通して押圧している。これによって、放熱板１８を筐体２０に固定する際に、突起部２２−２によって隣り合う放熱板１８の位置決めを行うことで、隣り合う放熱板１８間に段差が発生するのを抑止している。
【００２３】
以上説明したように、本実施形態によれば、半導体パッケージ１２の冷却器１４への固定前の状態において、放熱板１８全体を冷却器１４側に凸に変形させるように、放熱板１８の実装面１８−１を押圧する突起部２２−１，２２−２が放熱板１８の実装面１８−１との対向面２０−１に複数形成されている。そして、この突起部２２−１，２２−２により冷却器１４側に凸に変形されている状態の放熱板１８が冷却器１４の固定面１４−１に押圧されるように、半導体パッケージ１２が冷却器１４に固定されている。これによって、放熱板１８全体の中央部を冷却器１４の固定面１４−１へ確実に押圧させることができるので、十分な面圧の確保が難しい放熱板１８全体の中央部に関して、簡単な構成で面圧を十分に得ることができる。したがって、簡単な構成で放熱板１８から冷却器１４への放熱性能を向上させることができる。
【００２４】
そして、突起部２２−１，２２−２の各々の高さを調整するだけで、筐体２０に固定された後の放熱板１８全体の面形状の調整を行うことができるので、最適な放熱性能を得るための突起部２２−１，２２−２の設計も容易となる。さらに、製造ばらつきに起因する放熱性能のばらつきも小さくすることができる。また、突起部２２−１，２２−２と、筐体２０のそれ以外の部分とを樹脂で一体成型することにより、突起部２２−１，２２−２を容易に成型することができる。
【００２５】
さらに、本実施形態によれば、放熱板１８全体の周辺部にてボルト締結することにより、半導体パッケージ１２を冷却器１４へ固定している。これによって、放熱板１８全体の中央部に関しては、突起部２２−１，２２−２により放熱板１８全体が冷却器１４側に凸に変形されていることで十分な面圧を得ることができるとともに、放熱板１８全体の周辺部に関しては、ボルト締結により十分な面圧を得ることができる。したがって、放熱板１８全体に関して、十分な面圧を得ることができるとともに、面圧分布をより均一に近づけることができるので、放熱板１８から冷却器１４への放熱性能をさらに向上させることができる。
【００２６】
また、本実施形態によれば、隣り合う放熱板１８の実装面１８−１を共通して押圧する突起部２２−２が放熱板１８の実装面１８−１との対向面２０−１に形成されている。これによって、放熱板１８が分割して設けられている場合に、突起部２２−２によって隣り合う放熱板１８の位置決めを行うことができるので、隣り合う放熱板１８間に段差が発生するのを抑止することができる。したがって、放熱板１８から冷却器１４への放熱性能をさらに向上させることができる。
【００２７】
以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明はこうした実施の形態に何等限定されるものではなく、本発明の技術思想を逸脱しない範囲内において、種々なる形態で実施し得ることは勿論である。
【００２８】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、筐体は、半導体パッケージの冷却器への固定前の状態において、放熱板を冷却器側に凸に変形させるように、放熱板の実装面を押圧する当接部を実装面との対向面に有し、当接部によって冷却器側に凸に変形された放熱板が冷却器に押圧されるように、半導体パッケージが冷却器に固定されていることにより、簡単な構成で放熱板から冷却器への放熱性能を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に係る半導体装置の放熱構造の概略を示す斜視図である。
【図２】本発明の実施形態に係る半導体装置の放熱構造の概略を示す分解斜視図である。
【図３】本発明の実施形態に係る半導体装置の放熱構造の概略を示す断面図である。
【図４】本発明の実施形態に係る半導体装置の放熱構造の概略を示す断面図である。
【図５】本発明の実施形態に係る半導体装置の放熱構造の概略を示す断面図である。
【符号の説明】
１０  半導体装置、１２  半導体パッケージ、１４  冷却器、１６  絶縁基板、１８  放熱板、２０  筐体、２２−１，２２−２  突起部。
【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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