(57)【要約】  半導体モジュールの表面における突出部分の高さを抑制可能な技術を提供することを目的とする。半導体装置は、第１溝部を有する半導体モジュールと、外面に凹部を有し、内面に凸部を有する皿ばねと、皿ばねの穴と半導体モジュールの第１溝部とを通って、半導体モジュールと被取付体とを螺合するねじとを備える。ねじの頭部が皿ばねの凹部に収容され、皿ばねの凸部の少なくとも一部が半導体モジュールの第１溝部に収容されている。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１溝部を有する半導体モジュールと、
自身の穴から前記穴の周辺部まで窪んだことによって、外面に凹部を有し、内面に凸部を有する皿ばねと、
前記皿ばねの前記穴と前記半導体モジュールの前記第１溝部とを通って、前記半導体モジュールと被取付体とを螺合するねじと
を備え、
前記ねじの頭部が前記皿ばねの前記凹部に収容され、
前記皿ばねの前記凸部の少なくとも一部が前記半導体モジュールの前記第１溝部に収容された、半導体装置。
【請求項２】
請求項１に記載の半導体装置であって、
前記半導体モジュールの前記第１溝部の深さは、前記皿ばねの前記凸部の高さ以上である、半導体装置。
【請求項３】
請求項１に記載の半導体装置であって、
前記半導体モジュールは、前記皿ばねの外周部を収容する第２溝部をさらに有する、半導体装置。
【請求項４】
請求項３に記載の半導体装置であって、
前記皿ばねの前記外周部が前記半導体モジュールを押圧することが可能な限りにおいて、前記第１溝部の深さと前記第２溝部の深さとが異なる、半導体装置。
【請求項５】
半導体モジュールと、
皿ばねと、
前記皿ばねの穴を通って、前記半導体モジュールと被取付体とを螺合するねじと
を備え、
前記半導体モジュールは、前記皿ばねの外周部を収容する溝部を有する、半導体装置。
【請求項６】
請求項５に記載の半導体装置であって、
前記皿ばねの前記外周部を前記溝部に導くテーパ形状が前記溝部の周辺部に設けられた、半導体装置。
【請求項７】
請求項１に記載の半導体装置であって、
前記皿ばねの前記穴の断面形状が、前記ねじの頭部の少なくとも一部の断面形状に対応している、半導体装置。
【請求項８】
半導体モジュールと、
皿ばねと一体化されたねじ部を有し、前記半導体モジュールと被取付体とを螺合するねじと
を備える、半導体装置。
【請求項９】
側方に突出する電極端子を有する半導体モジュールと、
前記半導体モジュールの上面上に配設された皿ばねと、
前記電極端子と対向する第１部分と、前記上面と対向し、前記第１部分から上側に突出して前記皿ばねを収容する第２部分とを有し、前記第２部分が前記皿ばねを前記半導体モジュールに向かって押圧するカバーと、
前記カバーの前記第１部分と、前記半導体モジュールの前記電極端子と、被取付体とを螺合するねじと
を備える、半導体装置。
【請求項１０】
請求項９に記載の半導体装置であって、
前記カバーの前記第１部分及び前記第２部分は絶縁性を有する、半導体装置。
【請求項１１】
請求項９に記載の半導体装置であって、
前記半導体モジュールは接地端子を有し、
前記カバーの内面に設けられ、前記接地端子と接触された金属板をさらに備える、半導体装置。
【請求項１２】
請求項９に記載の半導体装置であって、
前記カバーと前記皿ばねとが一体化された、半導体装置。
【請求項１３】
請求項１２に記載の半導体装置であって、
前記半導体モジュールは、前記皿ばねの外周部を収容する溝部を有する、半導体装置。
【請求項１４】
請求項７に記載の半導体装置であって、
前記皿ばねの前記穴の断面形状が、前記ねじの頭部の全部の断面形状に対応している、半導体装置。
【請求項１５】
請求項１４に記載の半導体装置であって、
前記皿ばねの前記穴の断面形状が、前記ねじの頭部の全部及び前記ねじの頭部の付け根の断面形状に対応している、半導体装置。
【請求項１６】
請求項１に記載の半導体装置であって、
前記半導体モジュールの前記第１溝部の断面形状が、前記皿ばねの前記凸部の少なくとも一部の断面形状に対応している、半導体装置。
【請求項１７】
請求項１６に記載の半導体装置であって、
前記半導体モジュールの前記第１溝部の断面形状は、テーパ形状を含む、半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被取付体に取り付けられる半導体モジュールを備える半導体装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
被取付体に取り付けられる半導体モジュールを備える半導体装置について様々な技術が提案されている。例えば特許文献１には、中空の略円錐台形状を有する皿ばねを介して半導体モジュールと被取付体とを螺合することによって、半導体モジュールを被取付体に取り付ける技術が提案されている。このような技術によれば、螺合によって生じる応力を皿ばねによって分散させることができるので、半導体モジュールを被取付体に安定的に取り付けることが可能となっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１１−３５２６５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら上記のような技術では、ねじの頭部及び皿ばねが、それらの厚みの分だけ、半導体モジュールの表面から突出する。このようなねじの頭部及び皿ばねなどの、半導体モジュールの表面における突出部分が原因で、例えば制御基板などを、半導体モジュールの表面に適切に取り付けることができない場合があった。【０００５】
そこで、本発明は、上記のような問題点を鑑みてなされたものであり、半導体モジュールの表面における突出部分の高さを抑制可能な技術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】
本発明に係る半導体装置は、第１溝部を有する半導体モジュールと、自身の穴から前記穴の周辺部まで窪んだことによって、外面に凹部を有し、内面に凸部を有する皿ばねと、前記皿ばねの前記穴と前記半導体モジュールの前記第１溝部とを通って、前記半導体モジュールと被取付体とを螺合するねじとを備え、前記ねじの頭部が前記皿ばねの前記凹部に収容され、前記皿ばねの前記凸部の少なくとも一部が前記半導体モジュールの前記第１溝部に収容されている。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、ねじの頭部が皿ばねの凹部に収容され、皿ばねの凸部の少なくとも一部が半導体モジュールの第１溝部に収容されているので、半導体モジュールの表面における突出部分の高さを抑制することができる。【０００８】
本発明の目的、特徴、態様及び利点は、以下の詳細な説明と添付図面とによって、より明白となる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】実施の形態１に係る半導体装置の構成を示す断面図である。
【図２】実施の形態１の変形例１に係る半導体装置の構成を示す断面図である。
【図３】実施の形態１の変形例２に係る半導体装置の構成を示す断面図である。
【図４】実施の形態１の変形例３に係る半導体装置の構成を示す断面図である。
【図５】実施の形態１の変形例４に係る半導体装置の構成を示す断面図である。
【図６】実施の形態１の変形例４に係る半導体装置の構成を示す断面図である。
【図７】実施の形態１の変形例４に係る半導体装置の構成を示す断面図である。
【図８】実施の形態１の変形例５に係る半導体装置の構成を示す断面図である。
【図９】実施の形態２に係る半導体装置の構成を示す断面図である。
【図１０】実施の形態２の変形例に係る半導体装置の構成を示す断面図である。
【図１１】実施の形態２の変形例に係る半導体装置の構成を示す断面図である。
【図１２】実施の形態３に係る半導体装置の構成を示す断面図である。
【図１３】実施の形態４に係る半導体装置の構成を示す断面図である。
【図１４】実施の形態１の変形例１に係る半導体装置の構成を示す断面図である。
【図１５】実施の形態１の変形例２に係る半導体装置の構成を示す断面図である。
【図１６】実施の形態１の変形例３に係る半導体装置の構成を示す断面図である。
【図１７】実施の形態１の変形例４に係る半導体装置の構成を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
＜実施の形態１＞
図１は、本発明の実施の形態１に係る半導体装置の構成を示す断面図である。図１の半導体装置は、半導体モジュール１と、皿ばね２と、ねじ３とを備え、半導体モジュール１は、ねじ３によって被取付体である冷却部１１に取り付けられる。なお、冷却部１１は、例えば冷却フィンなどである。
【００１１】
半導体モジュール１は、冷却部１１と接触される面と逆側の面に第１溝部１ａを有する。半導体モジュール１は、図示しないＭＯＳＦＥＴ（Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor）、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）、ＳＢＤ（Schottky Barrier Diode）、ＰＮＤ（PN junction diode）などの半導体素子と、当該半導体素子を覆う樹脂部材とを備える。なお、半導体モジュール１の形状は、半導体モジュール１の樹脂部材の形状と概ね同じであり、半導体モジュール１が第１溝部１ａを有することは、当該樹脂部材が第１溝部１ａを有することに相当する。
【００１２】
また、本実施の形態１に係る半導体モジュール１は、側方に突出する電極端子１ｂと、冷却部１１と接触される面に設けられた伝熱体１ｃとを有している。
【００１３】
皿ばね２は、一般的な皿ばねと同様に中空の略円錐台形状を有しており、中央部分に穴２ａが設けられている。皿ばね２の穴２ａから穴２ａの周辺部は、皿ばね２の外周部２ｄが皿ばね２の中央部分からずれた方向（図１の下方向）と同じ方向に窪んでいる。この窪みによって、皿ばね２は、外面（図１の上面）に凹部２ｂを有し、内面（図１の下面）に凸部２ｃを有している。
【００１４】
ねじ３は、皿ばね２の穴２ａと半導体モジュール１の第１溝部１ａとを通って、半導体モジュール１と冷却部１１とを螺合する。皿ばね２の外周部２ｄは、皿ばね２の中央部分に対して略円錐台形状の高さ方向に弾性的に移動可能である。このような皿ばね２は、ねじ３の螺合によって生じる、ねじ３から半導体モジュール１への応力を分散し、半導体モジュール１の比較的広い範囲を押圧することができる。このため、半導体モジュール１を冷却部１１に安定的に取り付けることができる。
【００１５】
ここで、本実施の形態１に係る半導体装置では、ねじ３の頭部３ａは、皿ばね２の凹部２ｂに収容され、皿ばね２の凸部２ｃの少なくとも一部は、半導体モジュール１の第１溝部１ａに収容されている。このような構成によれば、半導体モジュール１の表面における、ねじ３の頭部３ａ及び皿ばね２などの突出部分の高さを抑制することができる。また、皿ばね２を窪ませたことにより、皿ばね２の反転を抑制することができる。
【００１６】
＜実施の形態１の変形例１＞
実施の形態１において、図２に示すように、半導体モジュール１の第１溝部１ａの深さは、皿ばね２の凸部２ｃの高さ以上であってもよい。このような構成によれば、実質的に、皿ばね２の凸部２ｃの全てを第１溝部１ａに収納することができるため、半導体モジュール１の表面における突出部分の高さを抑制することができる。
【００１７】
＜実施の形態１の変形例２＞
実施の形態１において、図３に示すように、半導体モジュール１は、皿ばね２の外周部２ｄを収容する第２溝部１ｄをさらに有してもよい。このような構成によれば、実質的に、皿ばね２全体を半導体モジュール１に近づけることができるため、半導体モジュール１の表面における突出部分の高さを抑制することができる。また、皿ばね２における応力が低減するため、皿ばね２の反転を抑制することができる。
【００１８】
＜実施の形態１の変形例３＞
実施の形態１の変形例２において、図４に示すように、皿ばね２の外周部２ｄが半導体モジュール１を押圧することが可能な限りにおいて、第１溝部１ａの深さと第２溝部１ｄの深さとが異なってもよい。このような構成によれば、半導体モジュール１の表面における突出部分の高さを抑制しつつ、半導体モジュール１の比較的広い範囲を皿ばね２によって押圧することができる。
【００１９】
＜実施の形態１の変形例４＞
実施の形態１において、図５及び図６に示すように、皿ばね２の穴２ａの断面形状が、ねじ３の頭部３ａの少なくとも一部の断面形状に対応してもよい。図５では、皿ばね２の穴２ａの断面形状が、ねじ３の頭部３ａの一部の断面形状に対応しており、図６では、皿ばね２の穴２ａの断面形状が、ねじ３の頭部３ａの全部の断面形状に対応している。
【００２０】
また実施の形態１において、図５及び図６の構成の代わりに、図７に示すように、皿ばね２の穴２ａの断面形状が、ねじ３の頭部３ａの全部及びねじ３の頭部３ａの付け根３ｂの断面形状に対応してもよい。以上のような構成によれば、半導体モジュール１の表面における突出部分の高さを抑制しつつ、ねじ３に対する皿ばね２の揺れ動きを抑制することができる。
【００２１】
＜実施の形態１の変形例５＞
実施の形態１において、図８に示すように、半導体モジュール１の第１溝部１ａの断面形状が、皿ばね２の凸部２ｃの少なくとも一部の断面形状に対応してもよい。そして、半導体モジュール１の第１溝部１ａの断面形状はテーパ形状を含んでもよい。このような構成によれば、半導体モジュール１の表面における突出部分の高さを抑制しつつ、半導体モジュール１の比較的広い範囲を押圧することができる。
【００２２】
＜実施の形態２＞
図９は、本発明の実施の形態２に係る半導体装置の構成を示す断面図である。以下、本実施の形態２に係る構成要素のうち、上述の構成要素と同じまたは類似する構成要素については同じまたは類似する参照符号を付し、異なる構成要素について主に説明する。
【００２３】
本実施の形態２では、皿ばね２は、一般的な皿ばねであり、図１の凹部２ｂ及び凸部２ｃを有していない。ねじ３は、皿ばね２の穴２ａを通って、半導体モジュール１と冷却部１１とを螺合する。半導体モジュール１は、図３の第２溝部１ｄのように、皿ばね２の外周部２ｄを収容する溝部１ｅを有している。
【００２４】
このような構成によれば、実質的に、皿ばね２全体を半導体モジュール１に近づけることができるため、半導体モジュール１の表面における突出部分の高さを抑制することができる。また、皿ばね２における応力が低減するため、皿ばね２の反転を抑制することができる。
【００２５】
＜実施の形態２の変形例＞
実施の形態２において、図１０に示すように、皿ばねの外周部２ｄを溝部１ｅに導くテーパ形状が溝部１ｅの周辺部に設けられてもよい。このような構成によれば、実質的に、皿ばね２全体を半導体モジュール１に近づけることができるため、半導体モジュール１の表面における突出部分の高さを抑制することができる。
【００２６】
なお、実施の形態１の変形例を実施の形態２などに適用してもよいし、実施の形態２の変形例を実施の形態１などに適用してもよい。例えば、実施の形態１の変形例２（図３）において、実施の形態２の変形例（図１０）のように、皿ばねの外周部２ｄを第２溝部１ｄに導くテーパ形状が第２溝部１ｄの周辺部に設けられてもよい。また例えば、本実施の形態２において、図１１に示すように、皿ばね２の穴２ａの断面形状が、ねじ３の頭部３ａの少なくとも一部の断面形状に対応してもよい。以上のように、各実施の形態の変形例を他の実施の形態に適宜適用してもよく、このことは実施の形態３以降においても同様である。
【００２７】
＜実施の形態３＞
図１２は、本発明の実施の形態３に係る半導体装置の構成を示す断面図である。以下、本実施の形態３に係る構成要素のうち、上述の構成要素と同じまたは類似する構成要素については同じまたは類似する参照符号を付し、異なる構成要素について主に説明する。
【００２８】
本実施の形態３では、ねじ３は、皿ばね２の穴２ａを埋めるように皿ばね２と一体化されたねじ部３ｃを有しており、半導体モジュール１と冷却部１１とを螺合する。このような構成によれば、ねじ３の頭部３ａが不要となるため、半導体モジュール１の表面における突出部分の高さを抑制することができる。
【００２９】
＜実施の形態４＞
図１３は、本発明の実施の形態４に係る半導体装置の構成を示す断面図である。以下、本実施の形態４に係る構成要素のうち、上述の構成要素と同じまたは類似する構成要素については同じまたは類似する参照符号を付し、異なる構成要素について主に説明する。
【００３０】
図１３の半導体装置は、半導体モジュール１と、皿ばね２と、カバー４と、ねじ５と、絶縁性の端子台７とを備え、半導体モジュール１は、ねじ５によって被取付体である冷却部１１に取り付けられる。なお、冷却部１１は接地電位と接続されている。
【００３１】
本実施の形態４では、半導体モジュール１は、側方に突出する電極端子１ｂと、これと同様に側方に突出する図示しない接地端子とを有している。電極端子１ｂは、例えば接地端子以外の通電用の主端子である。なお図１３では、半導体モジュール１は、図１のねじ３が通っていた穴と同様の穴を有しているが、この穴を有していなくてもよい。
【００３２】
本実施の形態４では、皿ばね２は、一般的な皿ばねであり、図１の凹部２ｂ及び凸部２ｃを有しておらず、半導体モジュール１の上面上に配設している。
【００３３】
カバー４は、第１部分４ａと、第２部分４ｂとを有している。第１部分４ａは、半導体モジュール１の電極端子１ｂと対向している。第２部分４ｂは、半導体モジュール１の上面と対向し、第１部分４ａから上側に突出して皿ばね２を収容している。そして、第２部分４ｂは、皿ばね２を半導体モジュール１に向かって押圧している。
【００３４】
なお本実施の形態４では、第１部分４ａは、例えばエポキシ系樹脂からなる絶縁性の成形品であり、第２部分４ｂは、例えば金属部材である。このような構成によれば、第２部分４ｂが、半導体モジュール１の接地端子と電気的に接続される場合であっても、絶縁性の第１部分４ａによって電極端子１ｂと上記接地端子とを絶縁することができる。
【００３５】
ねじ５は、カバー４の第１部分４ａと、半導体モジュール１の電極端子１ｂと、冷却部１１とを螺合している。このような構成によれば、半導体モジュール１上においてねじの頭部と皿ばねとが重ならない。このため、カバー４の第２部分４ｂの厚さを、ねじの頭部の高さよりも小さくすれば、半導体モジュール１の表面における突出部分の高さを抑制することができる。また、ねじ５は、絶縁性の端子台７を介して、接地電位を有する冷却部１１に螺合されている。このような構成によれば、絶縁性の端子台７によって電極端子１ｂと冷却部１１とを絶縁することができる。
【００３６】
＜実施の形態４の変形例１＞
実施の形態４において、図１４に示すように、カバー４の第１部分４ａ及び第２部分４ｂは、例えばエポキシ系樹脂からなる一つの絶縁性の成形品であってもよい。このような構成によれば、カバー４の構造を簡素化することができる。
【００３７】
＜実施の形態４の変形例２＞
図１５の本変形例２に係る半導体装置では、実施の形態４の変形例１に係る半導体装置の右側の電極端子１ｂの代わりに、接地端子１ｆが図示されている。図１５に示すように、半導体装置は、カバー４の内面に設けられ、半導体モジュール１の接地端子１ｆと接触された金属板６をさらに備えてもよい。金属板６の材料は、例えば銅（Ｃｕ）、アルミニウム（Ａｌ）などである。このような構成によれば、シールド効果を得ることができる。なお、図１５の例では、接地端子１ｆも冷却部１１も接地電位を有することから、金属板６及び接地端子１ｆに螺合されるねじ５は、絶縁性の端子台７を介さずに直接的に冷却部１１に螺合されてもよい。
【００３８】
＜実施の形態４の変形例３＞
実施の形態４の変形例２において、図１６に示すように、カバー４と皿ばね２とが一体化されてもよい。このような構成によれば、半導体装置における、押さえ機構の組付け性が容易となる。
【００３９】
＜実施の形態４の変形例４＞
実施の形態４の変形例２において、図１７に示すように、半導体モジュール１は、皿ばね２の外周部２ｄを収容する溝部１ｅを有してもよい。このような構成によれば、実施の形態２と同様に、半導体モジュール１の表面における突出部分の高さを抑制すること、及び、皿ばね２の反転を抑制することができる。
【００４０】
なお図示しないが、図１７の構成において、実施の形態２の変形例と同様に、皿ばねの外周部２ｄを溝部１ｅに導くテーパ形状が溝部１ｅの周辺部に設けられてもよい。このような構成によれば、実質的に、皿ばね２全体を半導体モジュール１に近づけることができるため、半導体モジュール１の表面における突出部分の高さを抑制することができる。
【００４１】
なお、本発明は、その発明の範囲内において、各実施の形態及び各変形例を自由に組み合わせたり、各実施の形態及び各変形例を適宜、変形、省略したりすることが可能である。
【００４２】
本発明は詳細に説明されたが、上記した説明は、すべての態様において、例示であって、本発明がそれに限定されるものではない。例示されていない無数の変形例が、本発明の範囲から外れることなく想定され得るものと解される。
【符号の説明】
【００４３】
１  半導体モジュール、１ａ  第１溝部、１ｂ  電極端子、１ｄ  第２溝部、１ｅ  溝部、１ｆ  接地端子、２  皿ばね、２ａ  穴、２ｂ  凹部、２ｃ  凸部、２ｄ  外周部、３，５  ねじ、３ａ  頭部、３ｂ  付け根、３ｃ  ねじ部、４  カバー、４ａ  第１部分、４ｂ  第２部分、６  金属板。
【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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【図１０】
2020261382.tif 000012
【図１１】
2020261382.tif 000013
【図１２】
2020261382.tif 000014
【図１３】
2020261382.tif 000015
【図１４】
2020261382.tif 000016
【図１５】
2020261382.tif 000017
【図１６】
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【図１７】
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【国際調査報告】
2020261382.tif 000020
2020261382.tif 000021
2020261382.tif 000022
2020261382.tif 000023