【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、１つ以上のパワー素子とそのパワー素子を制御する制御回路とを１つのパッケージ収納したデバイスに関し、特に、パワー素子から発生する熱を放熱するための冷却手段を取りつける場合の冷却手段とデバイスの端子間の絶縁距離を十分に確保する技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
パワー素子にはサイリスタ、トライアック、ダイオード、トランジスタ、ＩＧＢＴ等がある。これらのパワー素子と、それらのパワー素子を制御する制御ＩＣとを１つのパッケージに収納したパワーデバイスがある。そのパワーデバイスにおいては、ベース板上に熱伝導のよい絶縁体を挟んで薄い（０．１ｍｍから１ｍｍ）導電体で回路が構成され、その回路上にパワー素子、制御ＩＣ及びその他の必要な回路部品（抵抗器、コンデンサ等）が実装され、ベース板の外周に沿って装着したプラスチック製ケースで囲まれる。さらに、絶縁体上に構成された導電体から外部との電気接続を得るための外部端子がベース板と反対の方向に配置され、ケース内側には実装されたパワー素子等と導電体とを保護するために樹脂（エポキシ樹脂やシリコンゴム等）が注入され硬化されている。
【０００３】
近年、パワーデバイスの生産量の増加から、従来のベース板、ケース、注入樹脂で形成される形状から、リードフレーム上にパワー素子、制御ＩＣ、回路部品を搭載し、トランスファーモールドにより樹脂封止するＤＩＰ（Dual in line package）やＳＩＰ(Single in line package)によるパッケージに移行している。
【０００４】
なお、パワーデバイスの技術を開示したものとして特許文献１から特許文献５がある。
【０００５】
【特許文献１】
実開昭５９−１４６９４９号公報（図４〜図６、第３、４頁）
【特許文献２】
特開平６−１２５０２４号公報（図７ａ、図２，第５頁）
【特許文献３】
特開平７−２６３６００号公報（図１〜図４、第３頁）
【特許文献４】
特開２００２−１１０８６７号公報（図１、第３、４頁）
【特許文献５】
特開平９−１５３５７４号公報（図１〜図７、第７〜９頁）
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
以上のようなＤＩＰやＳＩＰのパッケージは主として低電圧（５０Ｖ以下）や低消費電力（１０Ｗ以下）の目的のために開発が進められてきたため、放熱手段である冷却フィンの装着に関して次のような問題がある。すなわち、このようなＤＩＰやＳＩＰのパッケージは、パッケージ側面の両側または片側において外部端子列を有しており、冷却フィンをパッケージ上面に配置した際に、冷却フィンと外部端子との間の絶縁距離を十分に確保することが求められる。
【０００７】
本発明は上記課題を解決すべくなされたものであり、その目的とするところは、パワー素子と制御回路を１つのパッケージ収納したパワーデバイスにおいて、パワー素子から発生する熱を放熱するための放熱手段を取りつける場合の放熱手段とデバイスの端子間の絶縁距離を十分に確保できるパワーデバイス及び放熱手段を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る電力用半導体装置は、樹脂パッケージ内に電力用半導体素子を封止し、一主面及び該一主面と接する対向する２つの側面を有し、一主面において前記電力用半導体素子が発生する熱を放熱するための放熱器が取りつけられ、側面において電力用半導体素子と外部の電気的接続を得るための外部端子列が設けられた電力用半導体装置において、一主面と側面の境界又はその近傍においてその境界に沿って突出部を設けた。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下添付の図面を参照して、本発明に係る電力用半導体装置及び冷却フィンの実施の形態を詳細に説明する。
【００１０】
実施の形態１．
図１は本発明の電力用半導体装置の一つの実施形態における斜視図である。電力用半導体装置１０ａは樹脂パッケージである本体部１１内にサイリスタ、トライアック、ダイオード、トランジスタ、ＩＧＢＴ等のパワー素子を少なくとも１つと、そのパワー素子を制御する制御ＩＣと、その他の必要な回路部品を含んでいる。
【００１１】
電力用半導体装置１０ａはＤＩＰ（Dual in line package）で構成され、その両側面において内部の回路が外部と電気接続を得るための外部端子１３をその長さ方向に配列している。特に、電力用半導体装置１０ａは、その上面において、上面と両側面のそれぞれの境界に沿って上側にせり出した突出部１１ａ、１１ｂが設けられている。
【００１２】
図２（ａ）は、そのような電力用半導体装置１０ａの上面に放熱手段である冷却フィン３０を取りつけたときの状態を横から見た図である。
【００１３】
本発明の冷却フィン３０は放熱機能を実現する複数のフィンを含む本体部３０ａと、電力用半導体装置１０ａの上面と接触する脚部３０ｂとを有する。冷却フィン３０の脚部３０ｂの幅ａは電力用半導体装置１０の突出部１１ａ、１１ｂ間の距離ｃよりも小さくなっている。このような形状の冷却フィンを用いることにより、放熱機能を保持しつつ外部端子１３と冷却フィン３０との間の沿面距離を十分に確保することができる。
【００１４】
なお、図２（ａ）では、突出部１１ａ、１１ｂは上面と側面の境界線上に、その境界に沿って上面側に設けているが、図２（ｂ）に示すように上面において境界から所定の距離だけ内側に入った位置に突出部１１ａ、１１ｂを設けても良い。
【００１５】
また、図２（ａ）では、冷却フィン３０の幅方向で切断したときの脚部３０ｂの断面形状は、本体部分３０ａと脚部３０ｂの接続部分において本体部分３０ａの両側が脚部３０ｂの幅よりせり出したＴ字形状となっているが、図２（ｃ）に示すような脚部を片側のみせり出したＬ字形状としてもよい。
【００１６】
以上のように、電力用半導体装置１０ａの上面に設けた突出部１１ａ、１１ｂによって、両側面間の距離すなわち電力用半導体装置１０ａの幅方向の長さを長くすることなく、外部端子１３から冷却フィン３０までの沿面距離ｄを突出部１１ａ、１１ｂを設けない場合よりも突出部１１ａ、１１ｂの表面に沿った距離だけ長くでき、絶縁距離を長くでき、絶縁性を向上できる。
【００１７】
実施の形態２．
図３は本発明の電力用半導体装置の別の実施形態における斜視図である。実施の形態１の電力用半導体装置１０ａは、その上面において突出部１１ａ、１１ｂが設けられていたが、本実施形態の電力用半導体装置１０ｂでは、その両側面において横側にせり出した突出部１１ｘ、１１ｙが設けられている。
【００１８】
図４は、その電力用半導体装置１０ｂの上面に冷却フィン３０を取りつけたときの状態を横から見た図である。電力用半導体装置１０ｂの側面に設けた突出部１１ｘ、１１ｙによって、外部端子１３から冷却フィン３０までの沿面距離が突出部１１ｘ、１１ｙを設けない場合よりも長くでき、これにより絶縁性を向上している。また、突出部を側面に設けることにより、電力半導体装置の上面全域に冷却フィンを取り付けることが可能となるため、十分な放熱容量を確保できる。また、放熱フィンの電力用半導体装置上面と対向して接する端面の形状を単純形状とすることができる。
【００１９】
実施の形態３．
図５は本発明に係る冷却フィンを一般的な電力用半導体装置に搭載した状態を示した図である。冷却フィン３０は電力用半導体装置１０の上面に取りつけられるが、図２に示す場合と同様に、冷却フィン３０における電力用半導体装置１０との接触面の幅ａを電力用半導体装置１０の幅ｂよりも小さくしている。
【００２０】
これにより、冷却フィン３０の幅を電力用半導体装置１０の幅と同一にした場合に比して、外部端子１３から冷却フィン３０までの沿面距離を大きくできるため、絶縁性を向上できる。特に、電力用半導体装置１０が内蔵ヒートシンク１５を有するときは、同図に示すように冷却フィンの３０の幅は内蔵ヒートシンク１５の幅と同一（ともに幅ａ）にすることが放熱効果の点から好ましい。しかしながら、同一幅にすることが困難な場合は、冷却フィン３０の電力用半導体装置１０との接触部（脚部３０ｂ）の幅を小さくすることが絶縁効果の点から好ましい。
【００２１】
実施の形態４．
図６は本発明に係る冷却フィンの別の実施形態を示した図である。本実施形態の冷却フィン３２は本体部３２ａと脚部３２ｂの幅を同一（ともに幅ａ）にしており、脚部３２ｂの幅ａを電力用半導体装置１０の幅ｂよりも小さくしている。なお、冷却フィン３２の幅が全体的に小さくなっていることから、前述の実施形態の冷却フィン３０、３１と同様の放熱効果を確保するために、その高さはより高くなる。
【００２２】
このように、冷却フィン３２の脚部３２ｂの幅を電力用半導体装置１０の幅よりも小さくしているため、外部端子１３から冷却フィン３２までの沿面距離を大きくできるため、絶縁性を向上できる。
【００２３】
なお、実施の形態３、４に示した冷却フィンは実施の形態１、２に示した形状を有する電力用半導体装置に適用することにより、より効果的に絶縁性を向上できる。
【００２４】
また、以上の実施形態では、ＤＩＰのパッケージに対して説明したが、本発明はＳＩＰのパッケージに対しても適用できることは明らかである。
【００２５】
【発明の効果】
本発明によれば、電力用半導体装置の外部端子と放熱手段との間の沿面距離（絶縁距離）が十分に確保できるため、絶縁性の向上が図れる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の電力用半導体装置の実施の形態１における斜視図
【図２】（ａ）実施の形態１の電力用半導体装置の上面に冷却フィンを取りつけたときの状態を横から見た図、（ｂ）上面と側面の境界からやや内側に設けられた突出部を示した図、（ｃ）脚部の形状がＬ字状形状をした冷却フィンを説明した図
【図３】本発明の電力用半導体装置の実施の形態２における斜視図
【図４】実施の形態２の電力用半導体装置の上面に冷却フィンを取りつけたときの状態を横から見た図
【図５】電力用半導体装置の上面に冷却フィンを取りつけたときの状態を横から見た図（実施の形態３）
【図６】冷却フィンの別の例を示した図（実施の形態４）
【符号の説明】
１０ａ，１０ｂ 電力用半導体装置、 １１ 電力用半導体装置の本体部、 １１ａ，１１ｂ，１１ｘ，１１ｙ 電力用半導体装置の突出部、 １３ 外部端子、 ３０，３１，３２ 冷却フィン。[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a device in which one or more power elements and a control circuit for controlling the power elements are housed in one package, and particularly to a cooling means in which a cooling means for radiating heat generated from the power element is attached. The present invention relates to a technique for sufficiently securing an insulation distance between a device and a terminal of a device.
[0002]
[Prior art]
Power devices include thyristors, triacs, diodes, transistors, IGBTs and the like. There is a power device in which these power elements and a control IC for controlling the power elements are housed in one package. In such a power device, a circuit is composed of a thin (0.1 mm to 1 mm) conductor with an insulator having good heat conductivity on a base plate, and a power element, a control IC, and other necessary circuits are formed on the circuit. Components (resistors, capacitors, etc.) are mounted and enclosed by a plastic case mounted along the outer periphery of the base plate. Furthermore, external terminals for obtaining electrical connection with the outside from the conductor formed on the insulator are arranged in the direction opposite to the base plate, and the inside of the case protects the mounted power element etc. and the conductor. (E.g., epoxy resin or silicon rubber) is injected and hardened.
[0003]
In recent years, power devices, control ICs, and circuit components have been mounted on leadframes from conventional base plates, cases, and shapes formed of injected resin, due to the increase in power device production. The use of DIP (Dual in line package) and SIP (Single in line package) has been shifted.
[0004]
Patent Documents 1 to 5 disclose power device technologies.
[0005]
[Patent Document 1]
JP-A-59-146949 (FIGS. 4 to 6, pages 3 and 4)
[Patent Document 2]
JP-A-6-125024 (FIG. 7a, FIG. 2, page 5)
[Patent Document 3]
JP-A-7-263600 (FIGS. 1 to 4, page 3)
[Patent Document 4]
JP 2002-110867 A (FIG. 1, pages 3 and 4)
[Patent Document 5]
JP-A-9-153574 (FIGS. 1 to 7, pages 7 to 9)
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
Since the above-mentioned DIP and SIP packages have been developed mainly for the purpose of low voltage (50 V or less) and low power consumption (10 W or less), mounting of cooling fins as heat radiating means is as follows. There's a problem. That is, such a DIP or SIP package has an external terminal array on both sides or one side of the package side surface, and when the cooling fins are arranged on the package upper surface, the insulation distance between the cooling fins and the external terminals is increased. It is necessary to secure enough.
[0007]
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above problems, and an object of the present invention is to dissipate heat generated from a power element in a power device containing a power element and a control circuit in one package. It is an object of the present invention to provide a power device and a heat radiating means capable of sufficiently securing an insulation distance between the heat radiating means and a terminal of the device when the device is mounted.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
The power semiconductor device according to the present invention has a power semiconductor element encapsulated in a resin package, has one main surface and two opposing side surfaces in contact with the one main surface, and the power semiconductor device is provided on one main surface. A main surface and a side surface of a power semiconductor device in which a radiator for radiating heat generated by the element is attached, and a power semiconductor device is provided on a side surface with an external terminal row for obtaining external electrical connection. At or near the boundary along the boundary.
[0009]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of a power semiconductor device and a cooling fin according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
[0010]
Embodiment 1 FIG.
FIG. 1 is a perspective view of one embodiment of a power semiconductor device of the present invention. The power semiconductor device 10a includes at least one power element such as a thyristor, a triac, a diode, a transistor, and an IGBT, a control IC that controls the power element, and other necessary circuit components in a main body 11 that is a resin package. Contains.
[0011]
The power semiconductor device 10a is constituted by a DIP (Dual in line package), and external terminals 13 for an internal circuit to obtain an electrical connection with the outside are arranged on both side surfaces in the length direction. In particular, the power semiconductor device 10a is provided with protrusions 11a and 11b protruding upward along respective boundaries between the upper surface and both side surfaces on the upper surface.
[0012]
FIG. 2A is a side view of a state in which a cooling fin 30 serving as a heat radiating unit is mounted on the upper surface of such a power semiconductor device 10a.
[0013]
The cooling fin 30 of the present invention has a main body 30a including a plurality of fins for realizing a heat radiation function, and a leg 30b that comes into contact with the upper surface of the power semiconductor device 10a. The width a of the leg 30b of the cooling fin 30 is smaller than the distance c between the protrusions 11a and 11b of the power semiconductor device 10. By using the cooling fins having such a shape, the creepage distance between the external terminals 13 and the cooling fins 30 can be sufficiently ensured while maintaining the heat radiation function.
[0014]
In FIG. 2A, the protruding portions 11a and 11b are provided on the boundary line between the upper surface and the side surface and on the upper surface side along the boundary. However, as shown in FIG. The protrusions 11a and 11b may be provided at positions inward by the distance of.
[0015]
In FIG. 2A, the cross-sectional shape of the leg 30b when cut in the width direction of the cooling fin 30 is such that both sides of the main body 30a at the connection portion between the main body 30a and the leg 30b have the width of the leg 30b. Although it has a T-shaped protruding shape, it may be an L-shaped shape as shown in FIG.
[0016]
As described above, the protrusions 11a and 11b provided on the upper surface of the power semiconductor device 10a allow cooling from the external terminal 13 without increasing the distance between both side surfaces, that is, the length in the width direction of the power semiconductor device 10a. The creepage distance d to the fin 30 can be made longer by the distance along the surface of the protrusions 11a and 11b than when the protrusions 11a and 11b are not provided, so that the insulation distance can be increased and the insulation properties can be improved.
[0017]
Embodiment 2 FIG.
FIG. 3 is a perspective view of another embodiment of the power semiconductor device of the present invention. The power semiconductor device 10a of the first embodiment is provided with the protruding portions 11a and 11b on the upper surface. However, in the power semiconductor device 10b of the present embodiment, the protruding portions 11x protruding laterally on both side surfaces. , 11y are provided.
[0018]
FIG. 4 is a side view of a state where the cooling fins 30 are mounted on the upper surface of the power semiconductor device 10b. With the protrusions 11x and 11y provided on the side surface of the power semiconductor device 10b, the creepage distance from the external terminal 13 to the cooling fin 30 can be made longer than when the protrusions 11x and 11y are not provided, thereby improving insulation. ing. Further, by providing the protruding portion on the side surface, the cooling fins can be attached to the entire upper surface of the power semiconductor device, so that a sufficient heat radiation capacity can be secured. Further, the shape of the end face of the heat radiation fin that is opposed to and contacts the upper surface of the power semiconductor device can be a simple shape.
[0019]
Embodiment 3 FIG.
FIG. 5 is a diagram showing a state in which the cooling fin according to the present invention is mounted on a general power semiconductor device. The cooling fins 30 are attached to the upper surface of the power semiconductor device 10, and the width a of the contact surface of the cooling fins 30 with the power semiconductor device 10 is set to the width b of the power semiconductor device 10 as in the case shown in FIG. 2. Smaller than.
[0020]
As a result, the creepage distance from the external terminals 13 to the cooling fins 30 can be increased as compared with the case where the width of the cooling fins 30 is made equal to the width of the power semiconductor device 10, so that the insulation properties can be improved. In particular, when the power semiconductor device 10 has the built-in heat sink 15, the width of the cooling fin 30 should be the same as the width of the built-in heat sink 15 (both width a) as shown in FIG. preferable. However, when it is difficult to make the same width, it is preferable to reduce the width of the contact portion (leg portion 30b) of the cooling fin 30 with the power semiconductor device 10 from the viewpoint of the insulating effect.
[0021]
Embodiment 4 FIG.
FIG. 6 is a view showing another embodiment of the cooling fin according to the present invention. In the cooling fin 32 of the present embodiment, the width of the main body 32a and the width of the leg 32b are the same (both width a), and the width a of the leg 32b is smaller than the width b of the power semiconductor device 10. In addition, since the width of the cooling fin 32 is reduced as a whole, the height thereof is further increased to secure the same heat radiation effect as the cooling fins 30 and 31 of the above-described embodiment.
[0022]
As described above, since the width of the leg 32b of the cooling fin 32 is smaller than the width of the power semiconductor device 10, the creepage distance from the external terminal 13 to the cooling fin 32 can be increased, thereby improving insulation. .
[0023]
The cooling fins described in Embodiments 3 and 4 can be more effectively improved in insulation by being applied to the power semiconductor device having the shape shown in Embodiments 1 and 2.
[0024]
Further, in the above embodiment, the description has been made with respect to the DIP package. However, it is obvious that the present invention can be applied to the SIP package.
[0025]
【The invention's effect】
According to the present invention, the creepage distance (insulation distance) between the external terminal of the power semiconductor device and the heat radiating means can be sufficiently ensured, so that the insulation can be improved.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a perspective view of a power semiconductor device according to a first embodiment of the present invention; FIG. 2 (a) is a side view of a state when cooling fins are mounted on an upper surface of the power semiconductor device according to the first embodiment; FIG. 3B is a diagram illustrating a protruding portion provided slightly inward from the boundary between the upper surface and the side surface, and FIG. 3C is a diagram illustrating a cooling fin having an L-shaped leg. FIG. 4 is a perspective view of a power semiconductor device according to a second embodiment of the present invention; FIG. 4 is a side view of a state where cooling fins are mounted on the upper surface of the power semiconductor device according to the second embodiment; FIG. 3 is a side view of a state in which cooling fins are mounted on an upper surface of a semiconductor device (third embodiment).
FIG. 6 is a diagram showing another example of the cooling fin (Embodiment 4)
[Explanation of symbols]
10a, 10b Power semiconductor device, 11 Body portion of power semiconductor device, 11a, 11b, 11x, 11y Projection portion of power semiconductor device, 13 External terminal, 30, 31, 32 Cooling fin.
