(57)【要約】【課題】高効率で安定した放熱特性を有する放熱装置を得ること。【解決手段】支持台４０と、第１の面２０Ａが支持台４０に当接するように搭載されるスイッチング素子２０を、スイッチング素子２０の第２の面２０Ｂ上の第１および第２の点を作用点として半導体装置を弾性的に固定する第１および第２の支持片１２ａ，１２ｂ1，１２ｂ2を備えた支持具１０とを有し、第１および第２の支持片１２ａ，１２ｂ1，１２ｂ2は同一直線上に位置する第１および第２の支点を有し、第１および第２の作用点が第２の面２０Ｂに対し等荷重で押圧力を印加する。【選択図】図１
2016025161.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
支持台と、
前記支持台に第１の面を当接するように搭載される半導体装置を、前記半導体装置の前記第１の面に対向する第２の面上の第１および第２の点を作用点として半導体装置を弾性的に固定する第１および第２の支持片を備えた支持具と、
を有し、
前記第１および第２の支持片は、同一直線上に位置する第１および第２の支点を有し、第１および第２の作用点が第２の面に対し等荷重で押圧力を印加されることを特徴とする放熱装置。
【請求項２】
前記支持具は、板バネで構成されたことを特徴とする請求項１に記載の放熱装置。
【請求項３】
前記支持片の曲げモーメントＭと断面係数Ｚを算出することで、次式(１)で示される曲げ応力σが一定となるように、当該位置での支持片の形状が決定されていることを特徴とする請求項１または２に記載の放熱装置。
σ＝Ｍ／Ｚ                （１）
【請求項４】
前記第１および第２の支持片は、前記第１および第２の支点を結ぶ基準線からの長さＬ，幅ｂ，板厚一定の矩形片であり、
前記長さＬに対する前記幅ｂの比が一定である請求項３に記載の放熱装置。
【請求項５】
前記第１および第２の支持片は、先端に装着された突起を有し、
前記突起が前記半導体装置の前記第２の面に当接する、請求項１から４のいずれか１項に記載の放熱装置。
【請求項６】
前記第１および第２の支持片の先端は、先端に突出点を有する突出部であり、
前記突出点が前記半導体装置の前記第２の面に当接する請求項２から４のいずれか１項に記載の放熱装置。
【請求項７】
前記第１および第２の支持具は、
前記第１および第２の支点を含むように、第１および第２のリブを有し、
リブの高さおよび幅を調整することで断面係数が調整される請求項２に記載の放熱装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、放熱装置に係り、特にパワー半導体装置用の放熱装置においてパワー半導体装置を固定する構造に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）、ＭＯＳ型電界効果トランジスタ（ＭＯＳＦＥＴ）などのパワー半導体装置は一般的にインバータ回路のスイッチング素子で使用される。パワー半導体装置はスイッチング動作時に自己発熱し高温になる可能性があるため、適切な放熱構造を形成しないと故障し易い。そこでパワー半導体装置の放熱は放熱シートを介してヒートシンクに放熱する方法がとられることが多い。放熱シートを用いてヒートシンクに放熱する場合、パワー半導体装置はヒートシンクに対して効率よく熱伝導を行う必要がある。そこで、熱伝導を効率よく行うために、弾性を有する部品により最適な押え付け力（１００Ｎ〜２００Ｎ）でパワー半導体装置をヒートシンクに押付ける構造で固定されている。なお、パワー半導体装置とヒートシンクとの間には放熱シートが介在する。
【０００３】
例えば、特許文献１では、パワー半導体装置の固定は、パワー半導体装置に対して線接触する一本の突起部で放熱シートを介してヒートシンクに押えつける構造が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１１−１９２８０９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記特許文献１に示されるパワー素子固定構造のように線接触では、パワー素子などの半導体装置の押え付け位置、半導体装置が接する放熱シートの密度、弾性を有する固定金具の固定面の平面度などの表面状態に依存するため、半導体装置をヒートシンク表面に対して垂直に押え付けることが出来ず、半導体装置に均一な圧力が加わらないと容易に推察できる。
【０００６】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、高効率で安定した放熱特性を有する放熱装置を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、支持台と、第１の面が支持台に当接するように搭載される半導体装置を、半導体装置の第２の面上の第１および第２の点を作用点として半導体装置を弾性的に固定する第１および第２の支持片を備えた支持具とを有し、第１および第２の支持片は同一直線上に位置する第１および第２の支点を有し、第１および第２の作用点が第２の面に対し等荷重で押圧力を印加することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明により、半導体装置を均一な荷重で押圧することができるため、半導体装置と支持台との接触圧力が均一となり、熱伝導が安定し、発熱による半導体装置の故障を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】実施の形態１の半導体装置を搭載した放熱装置を示す斜視図
【図２】実施の形態１の放熱装置に用いられる支持具を示す斜視図
【図３】（ａ）は図１のＡ−Ａ断面を示す図、（ｂ）は図１のＢ−Ｂ断面を示す図
【図４】（ａ）は図２に示す支持具の上面図、（ｂ）は図２に示す支持具の側面図
【図５】（ａ）は実施の形態２の放熱装置に用いられる支持具の上面図、（ｂ）は同側面図、（ｃ）は図（ａ）のＣ−Ｃ断面を示す拡大図
【図６】実施の形態３の放熱装置に用いられる支持具の上面図
【図７】実施の形態４の放熱装置に用いられる支持具の上面図
【図８】（ａ）は実施の形態５の放熱装置に用いられる支持具の上面図、（ｂ）は（ａ）のＤ−Ｄ断面図
【図９】比較例の放熱装置を示す断面図
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下に、本発明にかかる放熱装置の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、本実施の形態により本発明が限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において適宜変更可能である。また、以下に示す図面においては、理解の容易のため各部材の縮尺が現実と異なる場合があり、各図面間においても同様である。また、断面図であっても、図面を見易くするためにハッチングを付さない場合、平面図であっても、ハッチングを付す場合がある。
【００１１】
実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１にかかる放熱装置の斜視図であり、図２は、実施の形態１の放熱装置に用いられる支持具を示す斜視図である。また、図３（ａ）は、図１のＡ−Ａ断面を示す図、図３（ｂ）は図１のＢ−Ｂ断面を示す図である。図４（ａ）は、図２に示す支持具の上面図、図４（ｂ）は図２に示す支持具の側面図である。本実施の形態では、半導体装置としてパワーＭＯＳトランジスタからなるスイッチング素子２０を用いる。本実施の形態の放熱装置は、図１に示すように、弾性を有するＳＵＳ板で構成された板状体からなる支持具１０と、放熱シート３０と、放熱性の金属体からなる支持台４０とを有する。本実施の形態の放熱装置では、支持具１０によって、放熱シート３０を介して、スイッチング素子２０を、支持台４０に、弾性的に固定する。支持台４０は熱伝導板で構成されたいわゆるヒートシンクであり、放熱フィンを装着してもよい。
【００１２】
支持具１０は、図２に示すように、本体部１１と、本体部１１の第１の辺から伸長する第１および第２の支持片１２ａ、１２ｂと、本体部１１の第１の辺に対向する第２の辺に設けられた取付け片１３とを具備し、ビス１４によって、支持台４０に固定されている。支持具１０は取付け片１３およびビス１４によって支持台４０への熱接触および機械的固定が達成される。そして、図３（ａ）および（ｂ）に示すように、放熱対象となるスイッチング素子２０は、第１の面２０Ａと第１の面２０Ａに対向する第２の面２０Ｂとを有する。スイッチング素子２０は、第１の面２０Ａが放熱シート３０を介して支持台４０に当接するように搭載され、第２の面２０Ｂ上が支持具１０の第１および第２の支持片１２ａ、１２ｂで弾性的に固定される。支持具１０は、同一の基準線１５上に位置する第１および第２の支点Ｐ0、第１および第２の点を作用点としてスイッチング素子２０を第１および第２の支持片１２ａ，１２ｂ1，１２ｂ2によって弾性的に固定する。第１および第２の支持片１２ａ，１２ｂ1，１２ｂ2はそれぞれ同一の基準線１５上に位置する第１および第２の支点Ｐ0を有し、第１の作用点Ｐaおよび第２の作用点Ｐb1，Ｐb2が第２の面２０Ｂに対し等荷重で押圧力を印加する。なお、スイッチング素子２０は直方体の樹脂パッケージであり、樹脂パッケージから導出された外部接続用のリード２１を有し、図示しない外部回路との接続がなされる。
【００１３】
図４（ａ）は、図２に示す支持具の上面図、図４（ｂ）は図２に示す支持具の側面図である。支持具１０は、板厚ｈのＳＵＳ板を打ち抜き加工によって形状加工し、第１および第２の支点Ｐ0を含む基準線１５に沿って折り曲げ形成される。ＳＵＳ板は、剛性の基板であり、板バネとなる適切な弾性を生起するように、焼き入れ加工がなされる。基準線１５に沿って折ることで、折り山が形成され、折り山に相当する線上に支点が形成される。取付け片１３及び本体部１２は剛性を有する板状体であり、弾性を有さなくても良い。従って、第１および第２の支持片１２ａ，１２ｂ1，１２ｂ2のみ選択的に弾性を有するように焼き入れ加工してもよい。第１の支持片１２ａと、第１の支持片１２ａの両側に位置する２つの第２の支持片１２ｂ1，１２ｂ2とは、それぞれの幅に応じて長さが決定されている。ビス１４で支持台４０に取付け片１３によって固定された本体部１１を力点とし、第１の作用点Ｐaおよび第２の作用点Ｐb1，Ｐb2が第２の面２０Ｂに対し等荷重で押圧力を印加する。各作用点には熱伝導性の良好な金属製の突起Ｗ0が装着され、スイッチング素子２０の第２の面２０Ｂ上の点を押圧する。本実施の形態では、基準線１５上の各支持片の幅方向の中心に支点を有し、本体部１１、第１および第２の支持片１２ａ，１２ｂ1，１２ｂ2自体は、撓みを生じない剛体であり、基準線１５の折り山を中心とする曲げモーメントでスイッチング素子２０の第２の面２０Ｂを押圧するものとする。
【００１４】
第１の支持片１２ａは、幅ｂa、長さＬaの矩形状片であり、２つの第２の支持片１２ｂ1，１２ｂ2は、幅ｂb、長さＬbの矩形状片である。幅および長さはいずれも有効幅および有効長とし、長さは基準線１５からそれぞれの作用点を構成する突起Ｗ0までの長さとする。
【００１５】
図４（ａ）および（ｂ）において、各作用点に荷重を均一に加えるためには、支点から、第１の支持片１２ａと、２つの第２の支持片１２ｂ1，１２ｂ2の押さえ部である第１の作用点Ｐaおよび第２の作用点Ｐb1，Ｐb2までの長さＬa,Ｌbと、各支持片の幅ｂa,ｂbの比を  Ｌa：Ｌb＝ｂa：ｂbとすることで荷重を均一に加えることができる。
【００１６】
上記比例式は、支持具の形状が、図４（ａ）および（ｂ）に示す形状以外の場合にも適用できる。本実施の形態の支持具１０では、３点で均等に押圧する形状としているが、押圧する点すなわち作用点が変化しても、長さと幅の比を設定することで、どの形状においても荷重を均一に加えることができる。ただし、荷重を加える各支持片の支点が同一の基準線１５上にあり、各支点で各支持片の幅が距離の比率と同じとなるように形成する必要がある。
【００１７】
断面係数Ｚとは曲げモーメントにどれだけ抵抗できるかを示す値である。
下記に計算式を示す。
荷重Ｗ＝一定
荷重が加わる点すなわち作用点までの距離をＬとし、
支持片は幅ｂ、板厚ｈとし、断面長方形の板状体であり、板厚方向に荷重がかかるとする。
【００１８】
【数１】
2016025161.tif 000003
【００１９】
以下、断面係数と長さの比で表した数式を示す。
（１）、（２）より、曲げ応力σは次式（４）であらわされる。
【００２０】
【数２】
2016025161.tif 000004
【００２１】
次に断面係数を調整する変数である、支持片の板厚ｈを一定とした時、まず、断面係数は上記式（３）を満たす。そこで式(３)と式（４）より、曲げ応力σは次式（５）となる。
【００２２】
【数３】
2016025161.tif 000005
【００２３】
式（５）より、曲げ応力は次式（６）であらわされ、長さＬと幅ｂとの比であらわすことができることがわかる。
【００２４】
【数４】
2016025161.tif 000006
【００２５】
したがって荷重Ｗが均一に印加されるためにはσA：σB：σC＝１：１：１
となる。従って、次式(７)を満たすとき荷重が均一に印加される。
【００２６】
【数５】
2016025161.tif 000007
【００２７】
となり、長さと幅の比で表すことができる。
【００２８】
以上説明してきたように、本実施の形態によれば、均一な荷重の印加される３つの作用点である第１の作用点Ｐaおよび第２の作用点Ｐb1，Ｐb2をもつ、第１の支持片１２ａおよび第２の支持片１２ｂ1，１２ｂ2とによって、スイッチング素子２０の第２の面２０Ｂが弾性的に押圧される。従って、スイッチング素子２０の第１の面２０Ａは放熱シート３０を介して支持台４０に押圧される。
【００２９】
このようにして、スイッチング素子２０を均一な荷重で押圧することができるため、スイッチング素子２０と支持台４０との接触圧力が均一となり、熱伝導が安定し、発熱によるスイッチング素子２０の故障を抑制することができる。
【００３０】
支持具１０については、各支持片の幅と長さとを演算により求め、幅に対する長さの比が等しくなるように形成することで、スイッチング素子２０を均一な荷重で押圧することが可能となる。従って、設計も容易である。
【００３１】
放熱シート３０は、シリコーン樹脂シートで構成される。シリコーン樹脂シートは、シロキサン結合による主骨格を持つ、高分子化合物をシート状に成形したもので、ゴムのような弾性を有する。シリコーン樹脂シートは、熱伝導性が高くかつ電気絶縁性が高いという特徴を有し、スイッチング素子２０の発熱を効率よく支持台４０に伝達する。
【００３２】
以上説明してきたように、第１および第２の支持片は、同一直線上に位置する第１および第２の支点を有し、第１および第２の作用点が第２の面に対し等荷重で押圧力を印加することができる。したがって、スイッチング素子２０と支持台４０との接触圧力が均一となり、熱伝導が安定し、発熱によるスイッチング素子２０の故障を抑制することができる。
【００３３】
支持具は、弾性を有する金属板であるＳＵＳ板で形成されているため、熱伝導性が良好である。また、板バネとなるように焼き入れ加工のなされたＳＵＳ板は高い弾性率を有するため、支持強度も高く、安定した支持が可能となる。
【００３４】
支持片の曲げモーメントＭと断面係数Ｚを算出することで、曲げ応力σが一定となるように、当該位置での支持片の形状が決定されているため、より安定した支持が可能となり、安定した放熱特性を得ることが可能となる。
【００３５】
第１および第２の支持片は、基準線からの長さＬ，幅ｂ，板厚一定の矩形片であり、長さＬに対する幅ｂの比が一定であるようにすることで、容易に、より安定した支持が可能となる。
【００３６】
第１および第２の支持片は、先端に装着された突起を有し、突起がスイッチング素子の第２の面に当接するため、点接触が確実となり、より均一な支持が可能となる。
【００３７】
加えて、支持すべき半導体装置についても適宜変更可能であり、半導体装置のパッケージサイズに応じて、均一な間隔で作用点が配されるような、支持具を用いるのが望ましい。作用点の数については２個以上であるのが望ましい。作用点を３点とすることで、より確実で安定な放熱支持構造を実現することができる。
【００３８】
実施の形態２．
図５（ａ）は、実施の形態２の放熱装置の支持具の上面図、図５（ｂ）は（ａ）に示す支持具の側面図、図５(ｃ)は、作用点の要部拡大断面図である。本実施の形態も実施の形態１と同様、パワーＭＯＳトランジスタからなるスイッチング素子２０の放熱装置である。本実施の形態の放熱装置は、支持具の支持片が、第１の支持片１２ａの両側に同一形状の第２の支持片１２ｂが形成されているのではなく、紙面でいう下側に第２の支持片１２ｂ、上側には第２の支持片１２ｂより短い第３の支持片１２ｃが設けられた点で実施の形態１と異なる。また、作用点に、突起を付着するのではなくプレス加工により、図５（ｃ）に要部拡大図を示すような先端に突出点を有する突出部Ｗ1を形成したものである。以上の２点以外は実施の形態１の放熱装置と同様の構成である。図１に示したのと同様に、ＳＵＳ板で構成された板状体からなる支持具１０と、放熱シート３０と、放熱性の金属体からなる支持台４０とを有する。本実施の形態の放熱装置では、支持具１０によって、放熱シート３０を介して、スイッチング素子２０を、支持台４０に、弾性的に固定する。
【００３９】
支持具１０は、図５（ａ）および（ｂ）に示すように、本体部１１と、本体部１１の第１の辺から伸長する第１〜第３の支持片１２ａ、１２ｂ，１２ｃと、本体部１１の第１の辺に対向する第２の辺に設けられた取付け片１３とを具備し、ビス１４によって、支持台４０に固定されている。支持具１０は取付け片１３およびビス１４によって支持台４０への熱接触および機械的固定が達成される。そして、放熱対象となるスイッチング素子２０は、第１の面２０Ａが放熱シートを介して支持台に当接するように搭載され、第２の面２０Ｂ上を第１〜第３の支持片１２ａ〜１２ｃで弾性的に固定される。支持具１０は、突出点を第１〜第３の作用点Ｐa，Ｐb，ＰCとしてスイッチング素子２０を第１〜第３の支持片１２ａ，１２ｂ，１２ｃによって弾性的に固定する。第１〜第３の支持片１２ａ，１２ｂ，１２ｃはそれぞれ同一の基準線１５上に位置する第１およびから第２の支点Ｐ0を有し、第１の作用点Ｐa〜第３の作用点Ｐb，ＰCが第２の面２０Ｂに対し等荷重で押圧力を印加する。なお、スイッチング素子２０は直方体の樹脂パッケージであり、樹脂パッケージから導出された外部接続用のリード２１を有し、図示しない外部回路との接続がなされる。
【００４０】
支持具１０は、板厚ｈのＳＵＳ板を打ち抜き加工によって形状加工し、支点Ｐ0を含む基準線１５に沿って折り曲げ形成される。第１の支持片１２ａと、第１の支持片１２ａの両側に位置する第２および第３の支持片１２ｂ，１２ｃとは、それぞれの幅に応じて長さが決定されている。第１の作用点Ｐa、第２の作用点Ｐb，および第３の作用点Ｐcが第２の面２０Ｂに対し等荷重で押圧力を印加する。各作用点には図５（ｃ）に要部拡大断面図を示すように、各支持片の先端をプレス加工で突出させた突出部Ｗ1を形成し、スイッチング素子２０の第２の面２０Ｂ上の３点を押圧する。
【００４１】
第１の支持片１２ａは、幅ｂa、長さＬaの矩形状片であり、第２の支持片１２ｂは、幅ｂb、長さＬbの矩形状片であり、第３の支持片１２ｃは、幅ｂc、長さＬcの矩形状片である。幅および長さはいずれも有効幅および有効長とし、長さは基準線１５からそれぞれの作用点を構成する突出部Ｗ1までの長さとする。
【００４２】
本実施の形態においても図５（ａ）および（ｂ）において、各作用点に荷重を均一に加えるためには、支点から、第１の支持片１２ａと、第２および第３の支持片１２ｂ，１２ｃの押さえ部である第１の作用点Ｐa、第２の作用点Ｐb，第３の作用点Ｐcまでの長さＬa,Ｌb,Ｌcと、各支持片の幅ｂa,ｂb,ｂcの比をＬa：Ｌb：Ｌc＝ｂa：ｂb：ｂcとすることで荷重を均一に加えることができる。上記比例式は、支持具の形状が、図５（ａ）および（ｂ）に示す形状以外の場合にも適用できる。本実施の形態の支持具１０では、３点で均等に押圧する形状としているが、押圧する点すなわち作用点が変化しても、長さと幅の比を設定することで、どの形状においても荷重を均一に加えることができる。ただし、荷重を加える各支持片の支点が同一の基準線１５上にあり、各支点で各支持片の幅が距離の比率と同じとなるように形成する必要がある。
【００４３】
本実施の形態では、パワー素子の長さをｌとしたとき、
Ｌa＝３/４ｌ，Ｌb＝２/４ｌ，Ｌc＝１/４ｌ・・・・・・・・・（８）
となるため式（７）と式（８）とより、
１：１：１=３/ｂa：２/ｂb：１/ｂc       ・・・・・・・・・（９）
次式(１０)を満たすときつまり、
ｂa：ｂb：ｂc=３：２：１                ・・・・・・・・・（１０）
とすることで荷重が均一に印加される。
【００４４】
以上説明してきたように、本実施の形態によれば、均一な荷重の印加される３つの作用点すなわち第１の作用点Ｐa〜第３の作用点Ｐcをもつ第１の支持片１２ａと、第２の支持片１２ｂと、第３の支持片１２ｃとによって、スイッチング素子２０の第２の面２０Ｂが弾性的に押圧される。従って、スイッチング素子２０の第１の面２０Ａは放熱シート３０を介して支持台４０に押圧される。
【００４５】
なお第１〜第３の支持片の先端は、先端に突出部を形成するようにプレス加工がなされ、突出部がスイッチング素子の第２の面に当接するため、より確実な点接触が実現される。また別材料を追加することなく形成されているため、曲げ応力を一定にするための演算も容易である。
【００４６】
このようにして、スイッチング素子２０を均一な荷重で押圧することができるため、スイッチング素子２０と支持台４０との接触圧力が均一となり、熱伝導が安定し、発熱によるスイッチング素子２０の故障を抑制することができる。
【００４７】
支持具１０については、各支持片の幅と長さとを演算により求め、幅に対する長さの比が等しくなるように形成することで、半導体装置を均一な荷重で押圧することが可能となる。従って、設計も容易である。
【００４８】
実施の形態３．
図６は、実施の形態３の放熱装置の支持具の上面図である。本実施の形態でも実施の形態１と同様、放熱対象は、パワーＭＯＳトランジスタからなるスイッチング素子である。本実施の形態の放熱装置は、支持具の支持片が、内部支持片１２qと内部支持片１２qの外側をコの字状に覆う外部支持片１２ｐとで構成され、各支持片に作用点Ｐq、Ｐpが設けられた点で実施の形態１と異なる。形状の違い以外は実施の形態２の放熱装置と同様の構成である。図１に示したのと同様に、ＳＵＳ板で構成された板状体を折り曲げ加工した板バネからなる支持具１０と、放熱シート３０と、放熱性の金属体からなる支持台４０とを有する。本実施の形態の放熱装置では、支持具１０によって、放熱シート３０を介して、スイッチング素子２０を、支持台４０に、弾性的に固定する。
【００４９】
本実施の形態においても図６において、各作用点に荷重を均一に加えるためには、支点から、外部支持片１２ｐと、内部支持片１２ｑの押さえ部であるＰq、Ｐpまでの長さＬa,Ｌbと、形状とに基づく断面係数を算出し各支持片の幅ａ,ｂを演算で求める。
【００５０】
本実施の形態においては、演算式は複雑であるが、各支持片の幅ａ,ｂの比を算出することで長さＬa,Ｌbを算出し、荷重を均一に加えることができる。また各支持片の幅ａ,ｂを部分的に変化させることも可能である。なお、スイッチング素子２０は直方体の樹脂パッケージであり、樹脂パッケージから導出された外部接続用のリード２１を有し、図示しない外部回路との接続がなされる。
【００５１】
実施の形態４．
図７は、実施の形態４の放熱装置の支持具の上面図である。本実施の形態も実施の形態１と同様、パワーＭＯＳトランジスタからなるスイッチング素子の放熱のための放熱装置である。本実施の形態の放熱装置は、支持具の支持片が、１対の内部支持片１２ｓと、各内部支持片１２ｓの外側を覆う外部支持片１２Ｒとで構成され、各支持片に１対の作用点Ｐs、ＰR  が設けられた点で実施の形態１、３と異なる。形状の違い以外は実施の形態１、３の放熱装置と同様の構成である。図１に示したのと同様に、ＳＵＳ板で構成された板状体からなる支持具１０と、放熱シート３０と、放熱性の金属体からなる支持台４０とを有する。板状体は板バネを構成する。本実施の形態の放熱装置では、支持具１０によって、放熱シート３０を介して、スイッチング素子２０を、支持台４０に、弾性的に固定する。
【００５２】
本実施の形態においても図７において、各作用点に荷重を均一に加えるためには、支点から、１対の外部支持片１２Ｒと、１対の内部支持片１２Ｓの押さえ部であるＰR、ＰSまでの長さＬa,  Ｌbと、形状とに基づく断面係数を算出し、各支持片の幅ａ,ｂを演算で求める。
【００５３】
本実施の形態においては、演算式は複雑であるが、各支持片の幅ａ,ｂの比を算出することで荷重を均一に加えることができる。なお、スイッチング素子２０は直方体の樹脂パッケージであり、樹脂パッケージから導出された外部接続用のリード２１を有し、図示しない外部回路との接続がなされる。
【００５４】
実施の形態５．
図８（ａ）は、実施の形態５の放熱装置の支持具の上面図、図８（ｂ）は図８（ａ）のＤ−Ｄ断面図である。本実施の形態も実施の形態１と同様、パワーＭＯＳトランジスタからなるスイッチング素子の放熱のための放熱装置である。本実施の形態の放熱装置は、弾性材からなる支持具１０の第１および第２の支持片が、それぞれ第１のリブ１６ａと第２のリブ１６ｂとを有している点で実施の形態１の放熱装置と異なる。他部については実施の形態１と同様である。支持具１０は、板厚ｈのＳＵＳ板をプレス加工によって形状加工し、支点Ｐを含む基準線１５に沿って折り曲げ形成される。幅Ｚaの第１の支持片１２ａと、第１の支持片１２ａの両側に位置する幅Ｚbの２つの第２の支持片１２ｂ1，１２ｂ2とは、それぞれの幅に応じて長さが決定されている。第１の作用点Ｐm第２の作用点Ｐn，Ｐnが第２の面２０Ｂに対し等荷重で押圧力を印加する。各作用点には熱伝導性の良好な金属製の突起Ｗ0が装着され、スイッチング素子２０の第２の面２０Ｂ上の点を押圧する。
【００５５】
リブを加えたことにより、支持具１０の強度が増すという効果が得られる。またリブの存在により、支持片の長さ方向の剛性が高くなり、撓みを抑制し、支点から作用点までの間で支持片に撓みが生じるのを抑制することができ、また、リブの形状により断面係数を変えることができるため、支点から作用点までの長さＬや支点部の支持片の幅を調整することが可能となる。すなわち、任意の半導体装置に対する最適な固定用の支持具を備えた放熱装置を提供することが容易になる。
【００５６】
第１および第２の支点を含むように、第１および第２のリブを有し、リブの高さおよび幅を調整することで断面係数を調整することができ、より設計が容易となる。また、リブの形成位置および方向を調整することで、支持片の剛性を高め、撓みを低減することも可能である。
【００５７】
比較のために、図９に特許文献１の、放熱装置を示す。パワー半導体装置であるスイッチング素子１２０の固定は、スイッチング素子１２０、線接触する突起部１１２ｐを備えた固定部１１３で放熱シート１３０を介してヒートシンク１４０に押えつける構造が開示されている。１１４はボルトである。上記構成のように、線接触では、放熱性は、スイッチング素子１２０の押え付け位置、スイッチング素子１２０に接する放熱シート１３０の密度、弾性を有する固定部１１３の固定面の平面度などの表面状態に依存する。上記理由から従来の放熱装置では、放熱されるべきスイッチング素子１２０を垂直に押え付けることが出来ず、スイッチング素子１２０に均一な圧力が加わりにくい。これに対し、本実施の形態によれば、スイッチング素子を均一な荷重で押圧することができるため、スイッチング素子と支持台との接触圧力が均一となり、熱伝導が安定し、発熱によるスイッチング素子などの半導体装置の故障を抑制することができる。
【００５８】
なお、実施の形態１，２では、比較的形状の簡単な支持具を用い、曲げ応力の算出が容易なものについて説明したが、複雑な形状の支持具の場合も、改めて演算をしておくことで、実現可能である。いかなる場合も、支持片の曲げモーメントと断面係数を算出することで、曲げ応力が一定となるように、当該位置での支持片の形状を決定し、均一な支持を実現することが可能となる。
【００５９】
また、実施の形態１〜５では、金属板で形成した支持具について説明したが、金属板に限定されるものではなく、シリコーン樹脂シートなどの熱伝導性および弾性を有する板状体を用いてもよい。また本体部と、支持片とを一体的に形成したが、別途形成し、接合しても良い。また、本体部を肉厚とし支持片を肉薄とするなど、本体部と支持片との板厚を変えることも可能である。
【００６０】
本発明のいくつかの実施の形態を説明したが、実施の形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。新規な実施の形態は、他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。実施の形態や実施の形態の変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明と該発明の均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【００６１】
１０  支持具、１１  本体部、１２ａ  第１の支持片、１２ｂ1，１２ｂ2，１２ｂ  第２の支持片、１２ｃ  第３の支持片、１３  取付け片、１４  ビス、１５  基準線、１６ａ  第１のリブ、１６ｂ  第２のリブ、Ｐa  第１の作用点、Ｐb1，Ｐb2  第２の作用点、２０  スイッチング素子、２０Ａ  第１の面、２０Ｂ  第２の面、２１  リード、Ｗ0  突起、Ｗ1  突出部、３０  放熱シート、４０  支持台、１１２ｐ  突起部、１１３  固定部、１２０  スイッチング素子、１３０  放熱シート、１４０  ヒートシンク。
【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】
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【図８】
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【図９】
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