(57)【要約】      （修正有）【課題】簡素な構造で放熱効果を得ることができる半導体遮断器の放熱構造を提供する。【解決手段】半導体遮断器１０の放熱構造１は、オンオフにより所定の対象同士を導通又は遮断させる半導体遮断器にて発生する熱を放出するものであり、当該半導体遮断器１０がその一方の面に形成される第１電極にて接触配置される金属製のヒートパイプ２０と、ヒートパイプ２０を含む半導体遮断器１０の周囲を樹脂封止するモールド部６０と、を有している。【選択図】図１
2016081988.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
オンオフにより所定の対象同士を導通又は遮断させる半導体遮断器にて発生する熱を放出する半導体遮断器の放熱構造において、
前記半導体遮断器がその一方の面に形成される第１電極にて接触配置される金属製のヒートパイプと、
前記ヒートパイプを含む前記半導体遮断器の周囲を樹脂封止するモールド部と、
を有することを特徴とする半導体遮断器の放熱構造。
【請求項２】
前記ヒートパイプに接続されることで前記半導体遮断器の第１電極と電気的に接続される第１バスバと、
接続部材を介して前記半導体遮断器の他方の面に形成される第２電極と電気的に接続される第２バスバと、
をさらに有し、
前記モールド部は、前記接続部材の周囲及び前記第２バスバにおける前記接続部材の接続領域の周囲をさらに樹脂封止することを特徴とする請求項１に記載された半導体遮断器の放熱構造。
【請求項３】
前記ヒートパイプに接続される放熱器をさらに有することを特徴とする請求項１又は２に記載された半導体遮断器の放熱構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体遮断器の放熱構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
パワーデバイス等の半導体遮断器では、使用時に発生する熱を如何に効率的に放熱するかが重要な課題となっている。
【０００３】
例えば特許文献１には、放熱性能に優れる半導体パワーモジュールが開示されている。半導体素子の表面には第１電極、その裏面には第２電極が形成されており、当該半導体素子の表裏面にはこれを挟み込むように一対のヒートパイプが配置され、一方のヒートパイプが第１電極に、他方のヒートパイプが第２電極に接続している。一対のヒートパイプの間には絶縁板が挟み込まれており、両者は各々に形成された突起又は穴により位置決めされその位置関係が固定されている。
【０００４】
また、一対のヒートパイプのうち半導体素子が配置される端部とは反対側の端部には、当該一対のヒートパイプの間に挟み込まれるように冷却フィンが配置される。冷却フィンと各ヒートパイプとの間には絶縁板がそれぞれ配置される。
【０００５】
この特許文献１に記載の半導体パワーモジュールによれば、モジュール自体を大きくすることなく、十分な放熱性能を実現することができるとしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１２−４３９１５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、特許文献１に開示された手法によれば、ヒートシンク同士を接続するために絶縁板が必要となるばかりか、この絶縁板と各ヒートシンクとを位置合わせするための突起や穴が必要となり、構造が複雑になるという問題がある。
【０００８】
本発明はかかる事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、簡素な構造で放熱効果を得ることができる半導体遮断器の放熱構造を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
かかる課題を解決するために、本発明は、オンオフにより所定の対象同士を導通又は遮断させる半導体遮断器にて発生する熱を放出する半導体遮断器の放熱構造を提供する。この放熱構造は、半導体遮断器がその一方の面に形成される第１電極にて接触配置される金属製のヒートパイプと、ヒートパイプを含む半導体遮断器の周囲を樹脂封止するモールド部と、を有している。
【００１０】
ここで、本発明は、ヒートパイプに接続されることで半導体遮断器の第１電極と電気的に接続される第１バスバと、接続部材を介して半導体遮断器の他方の面に形成される第２電極と電気的に接続される第２バスバと、をさらに有することが好ましい。この場合、モールド部は、接続部材の周囲及び第２バスバにおける接続部材の接続領域の周囲をさらに樹脂封止することが望ましい。
【００１１】
さらに、本発明は、ヒートパイプに接続される放熱器をさらに有することが好ましい。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、ヒートパイプに半導体遮断器の第１電極を直接接続することで、ヒートパイプにより、半導体遮断器において発生した熱を放出するとともに、第１電極との電気的な接続を行うことができる。また、モールド部により樹脂封止することで、ヒートパイプと半導体遮断器との一体化が図られており、絶縁板や熱伝導部材を省略することができるので、簡素な構造で高い放熱効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本実施形態に係る半導体遮断器の放熱構造を模式的に示す斜視図
【図２】図１に示す半導体遮断器の放熱構造を模式的に示す平面図
【図３】図１に示す半導体遮断器の放熱構造を模式的に示す正面図
【発明を実施するための形態】
【００１４】
図１は、本実施形態に係る半導体遮断器１０の放熱構造１を模式的に示す斜視図である。図２は、図１に示す半導体遮断器１０の放熱構造１を模式的に示す平面図であり、図３は、図１に示す半導体遮断器１０の放熱構造１を模式的に示す正面図である。半導体遮断器１０の放熱構造１は、半導体遮断器１０にて発生する熱を放出するための構造である。
【００１５】
半導体遮断器１０は、オンオフにより所定の対象同士を導通又は遮断させる半導体チップである。半導体遮断器１０は、電力制御の用に供するパワーデバイスであり、Ｓｉ、ＳｉＣやＧａＮでチップ製作されている。本実施形態に係る半導体遮断器１０は、例えばＭＯＳＦＥＴであり、裏面に第１電極であるドレイン電極が形成され、表面に第２電極であるソース電極が形成されている。この半導体遮断器１０は、例えば車両搭載用のデバイスである。
【００１６】
半導体遮断器１０の放熱構造１は、ヒートパイプ２０、第１バスバ３０、第２バスバ４０、モールド部６０及び放熱器７０を備えている。
【００１７】
ヒートパイプ２０は、金属製の長尺部材であり、熱伝導性及び電気伝導性を備えている。ヒートパイプ２０の一方の端部２０ａには、半導体遮断器１０が配置されている。半導体遮断器１０は、ダイボンディングにより、例えば、ヒートパイプ２０に銀ペーストなどの接着剤（ダイボンド材）を塗布して、その上に固着されている。半導体遮断器１０はヒートパイプ２０と面接触して配置されており、半導体遮断器１０の裏面とヒートパイプ２０とが熱的に接続し、かつ、その裏面に形成されるドレイン電極とヒートパイプ２０とが電気的に接続している。
【００１８】
第１バスバ３０は、金属製の板材である。この第１バスバ３０は、例えば略矩形状に形成されており、その先端部には端子接続用の開口３１が形成されている。
【００１９】
第１バスバ３０は、ヒートパイプ２０の他方の端部２０ｂ側に設けられており、例えば第１バスバ３０とヒートパイプ２０とが直線的に並ぶように配置されている。第１バスバ３０の基端部は、例えば溶接などの手法によりヒートパイプ２０と直接的に接続されている。なお、第１バスバ３０とヒートパイプ２０との接続手法は、溶接以外の接続方法、例えばボルト締結やコネクタ接続も可能である。また、第１バスバ３０は、ヒートパイプ２０と一体形成されるものであってもよい。
【００２０】
第２バスバ４０は、金属製の板材である。この第２バスバ４０は、例えば略矩形状に形成されており、その先端部には端子接続用の開口４１が形成されている。
【００２１】
第２バスバ４０は、第１バスバ３０とは反対側、すなわち、ヒートパイプ２０の一方の端部２０ａ側に設けられており、例えば第２バスバ４０とヒートパイプ２０とが直線的に並ぶように配置されている。第２バスバ４０とヒートパイプ２０とは一定の間を隔て隔離されている。
【００２２】
第２バスバ４０の基端部には、例えばアルミといった金属製のワイヤ５０が接続されており、このワイヤ５０の他方の端部は、半導体遮断器１０の表面に設けられるソース電極に接続されている。すなわち、第２バスバ４０と、半導体遮断器１０のソース電極とはワイヤ５０を介して電気的に接続される。なお、第２バスバ４０と半導体遮断器１０との接続は、ワイヤ５０以外にもコネクタなどの接続部材を用いることも可能である。
【００２３】
モールド部６０は、ヒートパイプ２０の一方の端部２０ａ、ワイヤ５０及び第２バスバ４０の基端部を含む所定の範囲を樹脂封止するものである。このモールド部６０により、ヒートパイプ２０を含む半導体遮断器１０の周囲、ワイヤ５０の周囲、第２バスバ４０においてワイヤ５０が接続する接続部位の周囲が、一つのモールド部６０により共通して覆われる。
【００２４】
放熱器７０は、ヒートパイプ２０に接続されて、当該ヒートパイプ２０に伝えられた熱を放熱する機器である。放熱器７０としては、例えば複数の板状フィンが並列する放熱フィンを用いることができる。放熱器７０は、ヒートパイプ２０の裏面側に接続されている。また、放熱器７０は、ヒートパイプ２０の長手方向において他方の端部２０ｂに近寄った位置に配置されている。
【００２５】
なお、半導体遮断器１０が車両搭載用である場合には、ヒートパイプ２０を車体のボディに接続することで、当該ボディを放熱器７０として利用することも可能である。
【００２６】
つぎに、このような放熱構造１を備える半導体遮断器１０の製造方法について説明する。
【００２７】
まず、第１の工程では、ヒートパイプ２０を用意し、その一方の端部２０ａに半導体遮断器１０を接続する。ヒートパイプ２０への半導体遮断器１０の接続は、例えばダイボンディングにより行われる。このダイボンディングでは、半導体遮断器１０の一方の面に形成されるドレイン電極がヒートパイプ２０と向き合い面接触するように処理される。
【００２８】
第２の工程では、例えば溶接により、ヒートパイプ２０の他方の端部２０ｂに第１バスバ３０を接続する。
【００２９】
第３の工程では、半導体遮断器１０の表面に形成されるソース電極と、第２バスバ４０とをワイヤ５０により接続する。ワイヤ５０と、ソース電極及び第２バスバ４０との接続は、例えば半田付けを用いることができる。
【００３０】
第４の工程では、ヒートパイプ２０の一方の端部２０ａ、ワイヤ５０、第２バスバ４０の基端部を含むように樹脂封止してモールド部６０を形成する。
【００３１】
第５の工程では、ヒートパイプ２０に放熱器７０を接続する。放熱器７０は、ヒートパイプ２０の裏面、すなわち、半導体遮断器１０の接続面とは反対の面に接続される。
【００３２】
このような工程を経て、上述の放熱構造１を備える半導体遮断器１０を製造することができる。なお、第２の工程及び第５の工程については、上述した順序に限らず、任意のタイミングで行うことも可能である。
【００３３】
このように本実施形態において、半導体遮断器１０の放熱構造１は、当該半導体遮断器１０がその一方の面に形成される第１電極にて接触配置される金属製のヒートパイプ２０と、ヒートパイプ２０を含む半導体遮断器１０の周囲を樹脂封止するモールド部６０と、を有している。
【００３４】
この構成によれば、ヒートパイプ２０に半導体遮断器１０のドレイン電極を直接接続することで、ヒートパイプ２０により、半導体遮断器１０において発生した熱を放出するとともに、ドレイン電極との電気的な接続を行うことができる。また、モールド部６０により樹脂封止することで、ヒートパイプ２０と半導体遮断器１０との一体化が図られており、絶縁板や熱伝導部材を省略することができるので、簡素な構造で高い放熱効果を得ることができる。
【００３５】
また、ヒートパイプ２０に半導体遮断器１０を設置する際には、モールド部６０の範囲内であれば好きな位置に設置することができ、両者の位置合わせを必要としない。そのため、このような放熱構造１を簡素な構成で実現することができる。
【００３６】
なお、本実施形態では、半導体遮断器１０を一つのみ有している。しかしながら、上述のように位置合わせの必要もなく、モールド部６０のサイズを変更することで足りるので、設計に合わせて半導体遮断器１０の数を増減することも可能である。このため、様々な設計仕様に対応することができる。
【００３７】
また、本実施形態において、この放熱構造１は、ヒートパイプ２０に接続されることで半導体遮断器１０のドレイン電極と電気的に接続される第１バスバ３０と、ワイヤ５０を介して半導体遮断器１０の表面に形成されるソース電極と電気的に接続される第２バスバ４０と、をさらに有している。ここで、モールド部６０は、ワイヤ５０及び第２バスバ４０におけるワイヤ５０の接続領域の周囲をさらに樹脂封止している。
【００３８】
この構成によれば、ヒートパイプ２０を介して第１バスバ３０と半導体遮断器１０のドレイン電極とを電気的に接続することができる。また、ワイヤ５０を介して第２バスバ４０と半導体遮断器１０のソース電極とを電気的に接続することができる。さらに、第２バスバ４０と半導体遮断器１０（ヒートパイプ２０）との一体化を図りつつ、ヒートパイプ２０とワイヤ５０との絶縁を容易に行うことができる。そのため、このような放熱構造１を簡素な構成で実現することができる。
【００３９】
また、本実施形態において、この放熱構造１は、ヒートパイプ２０に接続される放熱器７０をさらに有している。
【００４０】
この構成によれば、半導体遮断器１０により発生したヒートパイプ２０により放熱器７０に伝えることができる。これにより、半導体遮断器１０の放熱を効率よく行うことができる。
【００４１】
以上、本実施形態に係る半導体遮断器の放熱構造について説明したが、本発明はこの実施形態に限定されることなく、その発明の範囲において種々の変更が可能である。
【００４２】
例えば上述した実施形態では、半導体遮断器を車両搭載用として説明したが、定置用のものであってもよい。
【符号の説明】
【００４３】
１      半導体遮断器の放熱構造
１０    半導体遮断器
２０    ヒートパイプ
３０    第１バスバ
４０    第２バスバ
５０    ワイヤ（接続部材）
６０    モールド部
７０    放熱器
【図１】
2016081988.tif 000003
【図２】
2016081988.tif 000004
【図３】
2016081988.tif 000005