CN107403774A - 半导体装置和马达装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供即使因各种不一致而导致IC芯片与散热片相对置的面最大程度地接近也能够抑制IC芯片与散热片出现短路的半导体装置。马达装置的控制器具备：基板(14)，其安装有各MOSFET(15)；以及散热片(40)，其以与各MOSFET(15)和与基板(14)对置的方式设置，用以使从各MOSFET(15)产生的热散热。在各MOSFET(15)上的对置面(15b)分别设置有绝缘部(15a)。在散热片(40)上的对置面(40a)分别设置有从散热片(40)朝向各MOSFET(15)的绝缘部(15a)突出的突出部(42)。而且，在各绝缘部(15a)与各突出部(42)之间设置比上述第一间隙(44)小的第二间隙(45)。

Description

半导体装置和马达装置
技术领域
本发明涉及半导体装置和一体地具备该半导体装置的马达装置。
背景技术
作为用于马达装置的控制器等的半导体装置，公知有如下一种半导体装置，其具有安装有IC芯片的基板、和设置于该基板的与靠IC芯片侧的面相反一侧的面的散热片。对于这样的半导体装置而言，IC芯片的热经由基板传递于散热片，其后，热从散热片向外部空气释放。
然而，在半导体装置中，迫切期望不导致大型化就提高IC芯片的散热性，在为了应付这样的迫切期望，在基板的靠IC芯片侧的面也设置用于释放该IC芯片的热的散热片(参照日本特开2015-135852号公报)。该散热片具备与基板的靠IC芯片侧的面接触的接触部，并以覆盖基板上的IC芯片的方式设置。而且，在散热片的上述接触部与基板形成了接触的状态下，在该散热片与IC芯片相对置的面之间存在间隙，以填埋该间隙的方式在上述相对置的面设置散热材料(散热润滑脂等)。
该情况下，IC芯片的热不仅传递于设于基板的与靠IC芯片侧的面相反一侧的面的散热片，也经由散热材料而传递于靠IC芯片侧的面的散热片。因此，能够使IC芯片的热从基板的双面释放，由此能够提高IC芯片的散热性。
然而，被散热材料填埋的散热片与IC芯片相对置的面之间的上述间隙的大小越小，则热从IC芯片经由散热材料传递至散热片时的传递效率越高，因此根据提高IC芯片的散热性的观点，优选使上述间隙尽可能小。而且，上述间隙的大小、即IC芯片与散热片相对置的面之间的距离根据IC芯片、散热片的制造不一致和散热片的热膨胀的大小而改变。
上述间隙的大小设定为如下大小：被认为是即使因制造不一致和热膨胀的大小的各种不一致导致了IC芯片与散热片相对置的面(对置面)最大程度接近，它们相对置的面彼此间也不会短路(接触)的大小。但是，即使考虑了上述的各种不一致，若上述间隙过小，则会在IC芯片与散热片相对置的面最大程度接近而令相对置的面之间的散热润滑脂出现了流动，在此情况下，存在IC芯片与散热片短路的可能性。此外，这样的问题在马达装置的控制器以外所使用的半导体装置中也大体同样存在。
发明内容
本发明的一个目的与提供一种即使因各种不一致导致IC芯片与散热片相对置的面最大程度接近也能够抑制IC芯片与散热片短路的半导体装置以及一体地具备该半导体装置的马达装置。
本发明的一方式的半导体装置具备：基板，其安装有IC芯片；和散热片，其以与基板上的IC芯片和与基板对置的方式设置，使从IC芯片产生的热散热。而且，在IC芯片的与散热片对置的面，设置有与散热片成为绝缘状态的绝缘部，在散热片的与IC芯片对置的面，设置有从散热片朝向绝缘部突出的突出部，在突出部与绝缘部之间，设置有比IC芯片与散热片之间的间隙小的间隙。
根据上述结构，IC芯片与散热片之间的间隙的大小，因IC芯片、散热片的制造不一致和散热片的热膨胀的大小之类的各种不一致而出现改变。而且，在因上述的各种不一致导致IC芯片与散热片相对置的面出现了接近的情况下，能够通过散热片的突出部与设置于IC芯片的绝缘部接触，抑制IC芯片与散热片短路。
在上述方式的半导体装置的基础上，本发明的其它方式优选为，在IC芯片安装有多个，在多个IC芯片中的至少两个IC芯片分别设置有绝缘部，突出部包括朝向至少两个IC芯片各自的绝缘部突出的至少两个突出部。
根据上述结构，即使在因上述各种不一致而导致任一个IC芯片与散热片间相对置的面出现了接近的情况下，也能够抑制至少两个IC芯片与散热片短路，从而能够提高在基板安装有多个IC芯片的情况下的抑制效果。
在上述方式的半导体装置的基础上，本发明的进一步的其它方式优选为，在多个IC芯片中的全部IC芯片分别设置有绝缘部，突出部包括朝向多个IC芯片各自的绝缘部突出的与多个IC芯片数目相同的突出部。
根据上述结构，即使在因上述各种不一致而导致任一个IC芯片与散热片间相对置的面出现了接近的情况下，也能够通过分别与多个IC芯片对置设置的突出部与绝缘部接触，抑制任一个IC芯片与散热片之间短路。
在上述方式的半导体装置的基础上，本发明的进一步的其它方式优选为，在基板的与靠IC芯片侧的面相反一侧的面安装有与所述散热片不同的其它散热片，该其它散热片被经由基板而传递所述IC芯片的热。
根据上述结构，用来对从IC芯片产生的热进行散热而以与基板上的IC芯片和基板对置的方式设置的散热片，是以抑制半导体装置的大型化并且提高IC芯片的散热性为目的而设置的，且能够避免在这样的散热片处出现与IC芯片间的短路。
另外，本发明的进一步的其它方式也能够具体化为马达装置，该马达装置具备：被上述方式的半导体装置驱动控制而进行旋转动作的马达；和壳体，其收纳半导体装置和马达。
根据上述结构，即使在因为上述的各种不一致而导致IC芯片与散热片相对置的面出现了接近的情况下，也能够抑制IC芯片与散热片出现短路，因此能够构建对于上述各种不一致的抗性优异的马达装置。而且，在该马达装置中，能够使马达的驱动控制稳定化。
附图说明
根据以下参照附图对实施方式进行的详细说明，本发明的上述说明了的以及更多的特点和优点会变得更加清楚，其中对相同的元素标注相同的附图标记，其中，
图1是表示本发明的一实施方式的马达装置的简要结构的分解立体图。
图2是表示马达装置散热片的结构的主视图。
图3是表示图1的III-III线剖面构造特别是图1所示的范围R的放大剖面构造的剖视图。
图4是针对散热片示意性地示出突出部的结构的图。
具体实施方式
以下，对本发明的一实施方式的半导体装置和马达装置进行说明。如图1所示，本实施方式的马达装置10将具有马达轴、转子、定子等的马达20、和具有对马达20的旋转动作进行驱动控制的逆变器电路等半导体装置(以下，称为控制器)30一体化而形成为带驱动控制电路的马达的单元。此外，本实施方式的马达装置10例如搭载于车辆的电动动力转向装置。电动动力转向装置通过对马达装置10进行控制来辅助用户的转向操作。
马达装置10具备：具有长方形的开口部11a的由铝等金属材料构成的壳体11。在开口部11a处以封闭该开口部11a的方式安装有由合成树脂等树脂材料构成的罩12。通过在壳体11和罩12的内部收纳有马达20控制器30而实现单元化。
壳体11具有：收纳马达20的圆筒状的马达收纳部11b、和用于安装使控制器30与外部(例如，车辆的电源、控制装置)电连接的多个圆筒状的连接器部13的安装部11c。马达收纳部11b向与供罩12进行安装的一侧相反一侧延伸。安装部11c在壳体11的长边方向侧与马达收纳部11b邻接设置。
在壳体11的开口部11a，形成为跨马达收纳部11b和安装部11c的大小的长方形的基板14被螺钉等固定部件14a从罩12侧进行固定。
在基板14搭载有多个(在本实施方式中是九个)场效应晶体管(以下，称为MOSFET)15、和对MOSFET15的动作进行控制的多个(在本实施方式中是三个)CPU16，作为IC芯片。另外，在基板14上，除了各MOSFET15和各CPU16以外，还安装有例如电容器等多个电子部件。在本实施方式中，基板14、安装于该基板14的各MOSFET15、各CPU16、多个电子部件构成控制器30。
各MOSFET15固定于基板14上的靠近与安装部11c对置一侧的区域。各CPU16固定于基板14上的靠近与马达收纳部11b对置一侧的区域。
在基板14上的各MOSFET15与各CPU16之间的区域插入有将该基板14与马达20电连接的马达母线17。基板14上的相对于各MOSFET15而与设置有各CPU16的区域相反一侧的区域，插入有将该基板14与各连接器部13电连接的连接端子18、电源母线19。此外，各MOSFET15、各CPU16、马达母线17、连接端子18、电源母线19等通过设置在基板14上的铜板等布线电连接。
在基板14上的各MOSFET15侧(图1的上侧)，设置有使从各MOSFET15产生的热散热的散热片40。散热片40形成为由铝等金属材料构成的板状。另外，散热片40以跨设置有各MOSFET15的区域的方式在基板14的长边间桥架。由此，各MOSFET15被散热片40从罩12侧覆盖从而被形成保护。
如图1和图2所示，在散热片40上的与基板14、即与各MOSFET15对置的对置面40a，设置有多个(在本实施方式中是三个)圆筒状的支柱部41。各支柱部41设置于散热片40上的沿长边方向的两侧，从对置面40a朝向各MOSFET15延伸。各支柱部41上的位于轴向上的端面41a与基板14上的靠各MOSFET15侧的面抵接。各端面41a以与基板14上的未设置有布线、电子部件的部位绝缘的状态与该部位抵接。在各支柱部41中设置有从各自的端面41a处起沿轴向贯通的贯通孔41b。
特别是，如图2所示，在散热片40的对置面40a上，设置有从该对置面40a起沿各支柱部41延伸的方向突出的多个(在本实施方式中，是与各MOSFET15数目相同的九个)突出部42。各突出部42在散热片40的各支柱部41的端面41a与基板14形成了抵接的状态下，与各MOSFET15中的不同的MOSFET15(图2的双点划线)分别建立起对应关系地配置。
返回图1的说明，在基板14上的与各支柱部41形成抵接的部位，分别设置有与各支柱部41的贯通孔41b连通并且在厚度方向上贯通基板14的贯通孔14b。在各贯通孔14b的径向外侧设置有用于进行热传导的孔亦即散热孔、植入基板的铜销亦即镶铜等泄热部14c。泄热部14c在基板14上的与各MOSFET15侧相反一侧的面处与壳体11抵接。
通过向相互连通的一对贯通孔41b、14b分别插入螺钉等固定部件43，将散热片40与基板14一起从罩12侧固定于壳体11的开口部11a。该情况下，朝散热片40传递的从各MOSFET15产生的热，从各支柱部41处经由基板14的泻热部14c朝壳体11传递，其后从壳体11向外部空气释放。
此处，对将从各MOSFET15产生的热散热的结构详细地进行说明。如图3所示，各MOSFET15全都被由合成树脂等树脂材料构成的绝缘部15a覆盖。在各MOSFET15上的与散热片40对置的对置面15b上，为了进行散热而以暴露的状态设置有铜板15c。铜板15c以与散热片40的对置面40a分离的状态设置。在散热片40的对置面40a与设置于各MOSFET15的对置面15b的铜板15c之间的间隙、亦即第一间隙44，以填充它们之间的间隙的局部的方式设置有散热润滑脂50。该情况下，散热润滑脂50使散热片40与铜板15c两者之间绝缘，并且在它们两者之间传递热。由此，从各MOSFET15产生的热从铜板15c处经由散热润滑脂50朝散热片40传递。此外，散热润滑脂50是散热材料的一个例子。
另外，在各MOSFET15的靠基板14侧的面，为了进行散热而使铜板15d以与基板14抵接的状态设置。基板14上的与靠各MOSFET15侧的面相反一侧的面与壳体11分离。而且，在基板14上的与靠各MOSFET15侧的面相反一侧的面与壳体11之间，以填充存在有各MOSFET15的位置处的间隙的局部的方式，设置有散热润滑脂51。该情况下，散热润滑脂51使壳体11与基板14两者之间绝缘，并且在这两者之间传递热。由此，从各MOSFET15产生的热从铜板15d处经由基板14和散热润滑脂51朝壳体11传递。此外，散热润滑脂51与散热润滑脂50相同，是散热材料的一个例子。
在本实施方式中，设置于基板14上的与靠各MOSFET15侧的面相反一侧的面的壳体11，是与使从各MOSFET15产生的热散热的散热片40独立存在的其它散热片。而且，散热片40被设置为，以通过不仅从壳体11散热也从罩侧散热从而不会导致控制器30的大型化并提高散热性为目的。
为了提高各MOSFET15的散热性，优选通过使上述第一间隙44尽可能小，来提高从各MOSFET15经由散热润滑脂50向散热片40传递的热的传递效率。而且，第一间隙44的大小即各MOSFET15与散热片40相对置的面之间的距离应该是由各MOSFET15与散热片40在基板14的厚度方向上的相对位置决定的。但是，实际上，该相对位置会因各MOSFET15、散热片40的制造不一致、和散热片40的热膨胀的大小的各种不一致而发生改变。
如图4示意性所示，在本实施方式中，经由各支柱部41，向基板14固定散热片40，因此，作为制造不一致，只要考虑以下的(A)～(D)的制造不一致即可。
(A)散热片40的对置面40a的平面度的制造不一致。
(B)基板14的靠各MOSFET15侧的面的平面度的制造不一致。
(C)各MOSFET15的高度在基板14的厚度方向上的制造不一致。
(D)散热片40的各支柱部41的高度在基板14的厚度方向上的制造不一致。
将上述第一间隙44的大小决定为，即使是考虑了因上述的各种不一致导致各MOSFET15的对置面15b与散热片40的对置面40a间最大程度地接近，这些对置面彼此也不会出现接触。但是，若考虑了上述的各种不一致，如果上述第一间隙44过小，则在各MOSFET15与散热片40相对置的面最大程度接近，使相对置的面间的散热润滑脂50出现了流动的情况下，则存在各MOSFET15与散热片40接触而短路(短路)的可能性。
接下来，对用于避免这样的各MOSFET15与散热片40接触这个问题的构造进行说明。如图4示意性地示出，散热片40的各突出部42以与对应的MOSFET15中的绝缘部15a对置的方式配置。即，各突出部42以从散热片40的对置面40a朝向所对置的MOSFET15的绝缘部15a突出的方式设置。
在各突出部42的前端面42a与设置于各MOSFET15的对置面15b的绝缘部15a之间设置有比上述第一间隙44小的第二间隙45。即，在将第一间隙44处的在基板14的厚度方向(图4的上下方向)上的距离设为X1，将第二间隙45处的在基板14的厚度方向上的距离设为X2的情况下，以X2＜X1的关系成立的方式设定第二间隙45的大小。若兼顾了突出部42的设置来重新考虑的话，则第一间隙44是各MOSFET15的对置面15b与散热片40中的对置面40a上设有突出部42以外的部分之间的间隙。
根据以上说明的本实施方式，起到以下所示的作用以及效果。
(1)在各MOSFET15与散热片40之间的第一间隙44的大小，因各MOSFET15、散热片40的制造不一致和散热片40的热膨胀的大小的各种不一致而发生改变。而且，即使是因上述的各种不一致而导致各MOSFET15的对置面15b与散热片40的对置面40a出现了接近的情况下，能够通过散热片40的各突出部42与设置于各MOSFET15的绝缘部15a接触，来避免各MOSFET15与散热片40短路。
(2)根据本实施方式，在各MOSFET15的对置面15b与散热片40的对置面40a分别设置有各绝缘部15a和各突出部42。该情况下，与脱离从各MOSFET15的对置面15b与散热片40的对置面40a地设置突出部的情况相比，能够更适当地避免各MOSFET15与散热片40短路。
(3)在各MOSFET15分别设置有绝缘部15a，各突出部42设置为朝向各MOSFET15各自的绝缘部15a突出并且数目与各MOSFET15数目相同。
由此，即使在因为上述的各种不一致而使任一个MOSFET15的对置面15b与散热片40的对置面40a出现了接近的情况下，也能通过与各MOSFET150分别对置设置的突出部42与绝缘部15a形成接触，来避免在任一个MOSFET15处与散热片40之间产生短路。
(4)散热片40是以抑制控制器30的大型化并且提高各MOSFET15的散热性为目的而设置的，从而能够避免在这样的散热片40处与各MOSFET15形成短路。
(5)根据本实施方式，即使在因为上述的各种不一致而使各MOSFET15的对置面15b与散热片40的对置面40a出现了接近的情况下，也能够避免各MOSFET15与散热片40短路，因此，能够构建出对于上述各种不一致的抗性优异的马达装置10。而且，对于该马达装置10而言，能够使马达20的驱动控制稳定化。
此外，上述实施方式也能够以适当地做了变更的以下的方式实施。也可以不让壳体11作为散热片发挥功能，作为使从各MOSFET15产生的热散热的散热片，也可以仅为散热片40。该情况下，只要是以使散热片40的局部从壳体11、罩12暴露，并使从各MOSFET15产生的热从该暴露的部位向外部空气释放方式构成即可。
在上述实施方式中，只要是在因上述各种不一致而使各MOSFET15的对置面15b与散热片40的对置面40a出现了接近的情况下，通过在至少任两个MOSFET15处确保与散热片40之间的间隙，能够抑制各MOSFET15与散热片40短路即可。即，也可以是，突出部42只设置有比各MOSFET15的数量少的数量。例如，上述实施方式中，突出部42也可以是2～8个这样的多个。
在上述实施方式中，作为安装于基板14的IC芯片，例示了场效应晶体管(MOSFET)，但也可以是它以外的IC芯片。作为散热材料，例示了散热润滑脂50、51，但是，只要是具有散热性的材料即可。
上述实施方式的控制器30在以各连接器部13在马达20的马达轴的延出的方向上延伸的方式设置的直列型马达装置中也能够应用。
上述实施方式的半导体装置针对用于马达装置10的例子进行了说明，但不局限于此，安装有不足九个IC芯片或者九个以上IC芯片的马达装置、仅安装有一个IC芯片的传感器等、具有安装有IC芯片的基板的装置中也能够应用。
本申请主张于2016年5月18日提出的日本专利申请第2016-099463号的优先权，并在此引用包括说明书、附图以及说明书摘要的全部内容。

Claims (5)

1.一种半导体装置，包括：
基板，其安装有IC芯片；和
散热片，其以与所述基板上的所述IC芯片和所述基板对置的方式设置，使从所述IC芯片产生的热散热，其中，
在所述IC芯片的与所述散热片对置的面，设置有与所述散热片成为绝缘状态的绝缘部，
在所述散热片的与所述IC芯片对置的面，设置有从所述散热片朝向所述绝缘部突出的突出部，
在所述突出部与所述绝缘部之间，设置有比所述IC芯片的同所述散热片对置的面与所述散热片的同所述IC芯片对置的面的所述突出部以外的部分之间的间隙小的间隙。
2.根据权利要求1所述的半导体装置，其中，
所述IC芯片安装有多个，
在所述多个IC芯片中的至少两个IC芯片分别设置有所述绝缘部，
所述突出部包括朝向所述至少两个IC芯片各自的所述绝缘部突出的至少两个突出部。
3.根据权利要求2所述的半导体装置，其中，
在所述多个IC芯片中的全部IC芯片分别设置有所述绝缘部，
所述突出部包括朝向所述多个IC芯片各自的所述绝缘部突出的与所述多个IC芯片数目相同的突出部。
4.根据权利要求1～3中任一项所述的半导体装置，其中，
在所述基板的与靠所述IC芯片侧的面相反一侧的面安装有与所述散热片不同的其它散热片，该其它散热片被经由所述基板传递所述IC芯片的热。
5.一种马达装置，包括：
半导体装置，其为权利要求1～3中任一项所述的半导体装置；
马达，其通过被所述半导体装置驱动控制来进行旋转动作；以及
壳体，其收纳所述半导体装置和所述马达。
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