(57)【要約】【課題】従来と比べてさらに小型化を図ることができる構造とする。【解決手段】内部配線材のリードフレーム３が、接着性を有するサーマルインターフェースマテリアル４によって筐体１０に接続される構造であり、尚かつ、筐体１０に対してネジ止め以外の手段により固定される構造の半導体モジュール１である。半導体モジュール１は、樹脂成形されたモールド６を有しており、該モールド６のサーマルインターフェースマテリアル４が塗布される面に凸部６１からなるスペーサーが形成されていることが好ましい。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体素子を有しており、筐体に固定される半導体モジュールにおいて、
内部配線材のリードフレームが、接着性を有するサーマルインターフェースマテリアルによって前記筐体に接続される構造であり、
尚かつ、前記筐体に対してネジ止め以外の手段により固定される、半導体モジュール。
【請求項２】
樹脂成形されたモールドを有しており、該モールドの前記サーマルインターフェースマテリアルが塗布される面に、凸部からなるスペーサーが形成されている、請求項１に記載の半導体モジュール。
【請求項３】
前記凸部は少なくとも３箇所に形成されている、請求項２に記載の半導体モジュール。
【請求項４】
請求項１から３のいずれか一項に記載の半導体モジュールを備えた駆動装置。
【請求項５】
請求項１から３のいずれか一項に記載の半導体モジュールを備えた電動パワーステアリング装置。
【請求項６】
請求項１から３のいずれか一項に記載の半導体モジュールを備えた車両。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体モジュールと、これを備えた駆動装置、電動パワーステアリング装置および車両に関する。
【背景技術】
【０００２】
筐体などに半導体素子を固定する際、サーマルインターフェースマテリアル（以下、ＴＩＭともいう）を介し、ネジを用いて固定した半導体モジュールが利用されている（図５参照）。ＴＩＭは、発熱するデバイスとヒートシンク（筐体など））との間の小さな隙間や凸凹を埋め、効率よく熱をヒートシンクに伝えるという重要な役割を有する。従来の半導体モジュールにおいては、グリースやシートなどを用いてネジの軸力で押し付けることでＴＩＭによる放熱性能の維持が図られている（例えば、特許文献１，２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１０−１４７１１６号公報
【特許文献２】特許第５３９７４１７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、前述の構成は、半導体モジュールに求められる放熱性や絶縁性を満足させるための構成となっている反面、モールドの隅にネジ取り付け点を配置したり、放熱性能を考慮し主要部品周辺にネジ取り付け点を配置したりしていることから、半導体モジュールのサイズ肥大化を招くものであった。
【０００５】
本発明は、従来と比べてさらに小型化を図ることができる半導体モジュールと、これを備えた駆動装置、電動パワーステアリング装置および車両を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明者は、かかる課題を解決するべく、回路基板やリードフレーム上に実装されたパワー半導体素子をエポキシ系材料の硬化性樹脂を用いてトランスファー成形封止した半導体モジュールの構造に着目した本発明者は、新たな構造を知見し、本発明を想到するに至った。
【０００７】
すなわち、本発明は、モータを駆動させるためのインバータ回路を有しており、筐体に固定される半導体モジュールにおいて、
内部配線材のリードフレームが、接着性を有するサーマルインターフェースマテリアルによって前記筐体に接続される構造であり、
尚かつ、前記筐体に対してネジ止め以外の手段により固定される半導体モジュールである。
【０００８】
このように、本発明では、半導体パワーモジュールを筐体に固定する際に接着性のあるサーマルインターフェースマテリアル（ＴＩＭ）を用いることとし、従来の固定方法であったネジ止め固定に要する面積の省略を可能としている。このため、半導体モジュールの小型化が可能となる。
【０００９】
かかる半導体モジュールは、樹脂成形されたモールドを有しており、該モールドの前記サーマルインターフェースマテリアルが塗布される面に凸部からなるスペーサーが形成されているものであってもよい。凸部からなるスペーサーは、モールドの表面と筐体とのギャップを一定とし、ＴＩＭが発揮する接着力の大きさ及び放熱性能の強さを保持するように当該ＴＩＭを一定の厚さに保つ。また、凸部の高さを適宜変更することにより、半導体モジュールと筐体のギャップを管理して絶縁対策をすることができる。
【００１０】
前記凸部は少なくとも３箇所に形成されているものである。
【００１１】
本発明に係る駆動装置は、上述のごとき半導体モジュールを備えたものである。
【００１２】
本発明に係る電動パワーステアリング装置は、上述のごとき半導体モジュールを備えたものである。
【００１３】
本発明に係る車両は、上述のごとき半導体モジュールを備えたものである。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、従来と比べてさらに小型化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明に係る半導体モジュールの断面構造の概略を一例として示す図である。
【図２】凸部からなるスペーサーが形成されたモールド、リードフレームの一例（ＴＩＭ塗布前の状態）を示す底面図である。
【図３】凸部からなるスペーサーが形成されたモールド、リードフレームの他の例（ＴＩＭ塗布前の状態）を示す底面図である。
【図４】電動パワーステアリング装置の構成の概略を示す図である。
【図５】従来の半導体モジュールの断面構造の概略を参考として示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、図面を参照しつつ本発明に係る半導体モジュールの好適な実施形態について詳細に説明する（図１〜図４参照）。なお、本明細書および図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。
【００１７】
モータ５０を駆動させるためのインバータ回路（図示省略）を有する半導体モジュール（パワーモジュール）１は、パワー半導体素子（本明細書では単に半導体素子ともいう）２、リードフレーム３、はんだ５、樹脂製のモールド６などで構成されている。
【００１８】
パワー半導体素子２は例えばＭＯＳＦＥＴであって、ＳｉまたはＳｉＣ、ＧａＮのベアチップ（ベアダイ）の状態のものを指す。このパワー半導体素子２は厚み方向に電流を流す構造のため、ベアチップ上面および下面に電極を有した構造であり、はんだ５や硬化性導電性ペースト、アルミや金ワイヤを使ったワイヤボンディングにより配線する。なお、本明細書でいう「上面」「下面」とは、リードフレーム３を基準にしたものであり、仮に半導体モジュール１が上下逆さまに配置されていても上下の位置関係に変更はない。
【００１９】
リードフレーム３は、その上に固定されたパワー半導体素子２を支持し、外部配線との接続をする部品（内部配線材）であり、所望の回路動作をさせるためにプレス成形によって任意のパターン形状に形成される。本実施形態のリードフレーム３は断面が逆Ｔ字形に形成され、その一部がモールド６の外側へ突出している（図１参照）。
【００２０】
また、半導体モジュール１は、ＴＩＭ４を介して筐体１０に固定されている（図１参照）。ＴＩＭ４は、発熱するデバイス（パワー半導体素子２）とヒートシンクとの間の小さな隙間や凸凹を埋め、効率よく熱をヒートシンクに伝える部材であり、本実施形態におけるＴＩＭ４は、リードフレーム３と筐体１０との間に介在し、パワー半導体素子２が発する熱を、はんだ５、リードフレーム３を介しつつ、筐体１０に伝える（図１参照）。
【００２１】
また、本実施形態のＴＩＭ４は接着性を有するものであり、リードフレーム３と筐体１０とを密着状態に保つ。ＴＩＭ４としては、熱伝導性を有する２液性硬化樹脂や１液性硬化樹脂、樹脂系接着フィルム等（例えばペースト接着剤、コンパウンド材料、エポキシ性フィルムなど）を用いることができ、これらモールド６の表面に塗布等して利用することができる。接着性を有するＴＩＭ４を利用した本実施形態の半導体モジュール１においては、リードフレーム３を筐体１０にネジ止め固定する必要がない。
【００２２】
モールド６は、エポキシの熱硬化性樹脂を用いたトランスファー成形により、パワー半導体素子２やリードフレーム３を封止するよう形成される（図１参照）。
【００２３】
また、モールド６のうち上述のＴＩＭ４が塗布される面には、スペーサーとして機能する凸部６１が形成されている（図１参照）。凸部６１は、モールド６の表面と筐体１０との間の隙間（ギャップ）を一定とし、ＴＩＭ４の厚さを均一にする。ＴＩＭ４は、当該厚さに応じた接着力と放熱性能を発揮する。したがって、凸部６１の高さを適宜変更することにより、接着力と放熱性能を調整することができ、また、半導体モジュール１と筐体１０と間のギャップの大きさを管理して適切な絶縁対策をすることができる。
【００２４】
凸部６１の具体的な形態や形成手法は特に限られることはない。例えば本実施形態では、モールド成型時に筐体１０との接触面の一部を凸形状として凸部６１を形成しており、さらに、使用するＴＩＭ４毎に凸部６１の高さを50[μm]〜200[μm]と変え、かつ、半導体モジュール１の大きさや筐体１０との接触面積から安定した設置面を持つ２点以上の構成としている。このような構成の具体例としては、モールド６の表面と筐体１０との間のギャップを一義的に画定するように配置された３点の凸部６１（図２参照）、略矩形とされたモールド６の四隅に配置された４点の凸部６１（図３参照）などがある。
【００２５】
なお、このような凸部６１は、樹脂成形時にモールド６と一体的に構成してもよいし、成形後に別の部材を後付けすることで構成してもよい。
【００２６】
従来のごときネジ固定する構造であれば、モールドの樹脂部分のクリープ現象でネジが緩み放熱性能が悪化する問題、半導体素子の付近にネジ固定部を配置したり、リードフレームを引き回ししたりで半導体モジュールが大型化する問題があるが、本実施形態の半導体モジュール１においてはこのような問題がない。すなわち、加圧、加熱固定などを行い高接着性を有しかつ高い熱伝導性を有したＴＩＭ４で絶縁性を有し耐熱性、応力にも強い材料を選定することで上記問題を解決した構造を実現することができる。
【００２７】
より具体的には、本実施形態の半導体モジュール１においては、ネジ止めしなくてもリードフレーム３を筐体１０に固定することができるため、ネジ孔等を設けるために要する面積を省略して小型化を図ることが可能である。また、ＴＩＭ４を用いて半導体モジュール１を固定し放熱する構造とすれば部品点数を抑えつつ、均一的な放熱構造を持った装置とすることができる。さらに、本実施形態によれば、小型化した半導体モジュール１を接着固定する構成としたため筐体１０のどこにでも配置することができ、レイアウトのしやすさ、自由度が向上する。
【００２８】
このような半導体モジュール１は、電動パワーステアリング装置１００（図４参照）等の各種産業機械や各種駆動装置、さらには、これらが搭載された車両などにおいて利用することができる。なお、図４に例示する電動パワーステアリング装置１００は、例えばコラムタイプのものである。該図４において、符号Ｈはステアリングホイール、符号１０ａはステアリング入力軸、符号１０ｂはステアリング出力軸、符号１１はラック・ピニオン運動変換機構、符号１３はウォーム減速機構、符号２０はハウジング、符号２１はトルクセンサ、符号３０はステアリングシャフト、符号４０，４１は自在継手、符号４２は連結部材をそれぞれ示す。
【００２９】
なお、上述の実施形態は本発明の好適な実施の一例ではあるがこれに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種々変形実施可能である。
【産業上の利用可能性】
【００３０】
本発明は、電動パワーステアリング等の各種産業機械や各種駆動装置、さらには、これらが搭載された車両などにおける半導体モジュールに適用して好適である。
【符号の説明】
【００３１】
１…半導体モジュール
２…パワー半導体素子（半導体素子）
３…リードフレーム
４…ＴＩＭ（サーマルインターフェースマテリアル）
５…はんだ
６…モールド
１０…筐体
５０…モータ
６１…凸部（スペーサー）
１００…電動パワーステアリング装置
【図１】
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【図２】
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【図３】
2017084967.tif 000005
【図４】
2017084967.tif 000006
【図５】
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