JP2004349338A

JP2004349338A - 電力用半導体装置

Info

Publication number: JP2004349338A
Application number: JP2003142262A
Authority: JP
Inventors: Eiji Kitano; 英司北野; Hitoshi Imura; 仁史井村
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2003-05-20
Filing date: 2003-05-20
Publication date: 2004-12-09

Abstract

【課題】半導体モジュールとヒートシンクの熱伝導性を向上し、かつ、半導体モジュールのヒートシンクへの取り付けを容易にする構造を提供する。
【解決手段】電力用半導体装置１は電力用半導体素子を実装した半導体モジュール２と半導体モジュールで生じた熱を放熱するヒートシンク５とから構成される。ヒートシンク５には、半導体モジュール２の側面形状の少なくとも一部と同形状に形成された側面を有する実装凹部が設けられ、半導体モジュール２の底面１２はヒートシンク５の実装凹部の底面に当接し、半導体モジュール２の２つの側面１０と１１はヒートシンク５の実装凹部の側面に当接して固定されていることを特徴とする。
【選択図】図２

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は電力用半導体装置、特に半導体モジュールで生じた熱を放熱するヒートシンクを備えた電力用半導体装置に関する。
【０００２】
【従来技術】
電力用半導体素子は大電流を制御するため発熱が大きい。そのため、電力用半導体素子を実装した半導体モジュールは熱を放熱するヒートシンクに取り付けられて使用される。半導体モジュールとヒートシンクの取り付け方法として、ヒートシンクの実装凹部であって、底面が半導体モジュールの取付面と同じ形状で、側面が前記底面に向かって狭くなるようにテーパが設けられた実装凹部に、半導体モジュールが取り付けられる方法があった（例えば特許文献１および２参照）。この方法によれば、半導体モジュールとヒートシンクの相対位置を自動的に位置決めすることができ、半導体モジュールのヒートシンクへの容易な取り付けが可能である。
【０００３】
【特許文献１】
実開平３−７３４６１号公報
【特許文献２】
特開２０００−８３９１５号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
半導体モジュールは底面の一面のみに熱を放出するのではなく、側面からも熱を放出している。半導体モジュールを効率よく冷却するため、底面以外の面にもヒートシンクと面接触すると共に、半導体モジュールをヒートシンクに実装する際に自動的に位置が決まる構造が求められていた。
【０００５】
【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、電力用半導体素子を実装した半導体モジュールと前記半導体モジュールで生じた熱を放熱するヒートシンクとを備えた電力用半導体装置であって、前記ヒートシンクには、前記半導体モジュールの側面形状の少なくとも一部と同形状に形成された側面を有する実装凹部が設けられ、前記半導体モジュールは前記実装凹部の底面と前記側面とに当接して固定されていることを特徴とする。
【０００６】
上記の構造によれば、半導体モジュールの側面からもヒートシンクに熱伝導ができるので、放熱性に優れる。また、側面でヒートシンク上の半導体モジュールの位置が決まるため、実装が容易になる。
【０００７】
ここで、前記ヒートシンクは前記半導体モジュールを囲むハウジングと一体であることが好ましい。
【０００８】
この構成によれば、半導体モジュールを含む回路部品を囲み保護する、箱型形状を容易に構成することができる。
【０００９】
また、前記半導体モジュールと前記ヒートシンクの間に熱伝導性樹脂が挟まれていることが好ましい。
【００１０】
この構成によれば、半導体モジュールとヒートシンクの密着性が増し、熱伝導をよくすることができる。
【００１１】
また、本発明に係る電力用半導体装置は、電力用半導体素子を実装し、放熱部を露出する半導体モジュールと、前記半導体モジュールで生じた熱を放熱するヒートシンクとを備えた電力用半導体装置であって、前記ヒートシンクには、前記半導体モジュールの側面形状の少なくとも一部と同形状に形成された側面を有する実装凹部が設けられ、前記半導体モジュールは前記放熱部が前記実装凹部の底面と前記側面とに当接して固定されていることを特徴とする。
【００１２】
ここで、前記ヒートシンクは前記半導体モジュールを囲むハウジングと一体であることが好ましい。
【００１３】
また、前記放熱部と前記ヒートシンクの間に熱伝導性樹脂が挟まれていることも好ましい。
【００１４】
また、前記ヒートシンクの実装凹部の二つの側面はそれぞれ分断されたリブ状であることも好ましい。
【００１５】
【発明の実施の形態】
実施形態１．
図１は実施形態１の電力用半導体装置の上面視図であり、図２は図１におけるＡ−Ａ断面図である。
【００１６】
実施形態１の電力用半導体装置は、電力用の大電流を制御する電力用半導体素子を実装した半導体モジュール２と、半導体モジュール２からの発熱を外部環境に放出するヒートシンク５と、から構成される。
【００１７】
半導体モジュール２は樹脂ケース部３とベース部４とを含む。電力用半導体素子、例えばＩＧＢＴ（絶縁ゲート型バイポーラ・トランジスタ）とその駆動回路や保護回路等の周辺回路はベース部４上に集積され、樹脂ケース部３で囲まれている。半導体モジュール２は小型で取り扱いが容易、信頼性が高いなどの特徴がある。電力用半導体素子で生じた熱は、銅、銅合金等の熱伝導性の良い金属で形成された、ベース部４に伝導される。
【００１８】
ヒートシンク５は熱伝導性が良くかつ加工の容易なアルミニウムで形成され、実装面の裏面には放熱のためのフィンが設けられている。本発明において特徴的なことは、ヒートシンク５の実装面に、前記半導体モジュールの側面形状の少なくとも一部と同形状に形成された側面を有する実装凹部が設けられていることである。
【００１９】
半導体モジュール２のベース部４の底面１２はヒートシンク５の実装凹部の底面と当接し、さらに、本発明において特徴的なことは、ベース部の側面１０と側面１１は実装凹部の側面とに当接して固定されていることである。固定にはねじ６が用いられる。ねじ６は、樹脂製ワッシャ７を介して、半導体モジュール２の樹脂ケース部３とベース部４に備えられた貫通穴を通り、ヒートシンク５に設けられたねじ穴に咬合する。
【００２０】
上記の構成の実施形態１の電力用半導体によれば、電力用半導体素子で発生し、半導体モジュール２のベース部４に伝導した熱は、ベース部４から、底面１２に加えて、側面１０および側面１１の３面からヒートシンク５に伝導され、ヒートシンク５に伝導された熱はフィンを通して外部環境に放出される。ベース部４とヒートシンク５は底面１２のみで当接していた従来の電力用半導体装置に比べると、半導体モジュール２とヒートシンク５との接触面積が増えるため、熱伝導が良くなり、効率的な放熱が可能となる。
【００２１】
実装凹部の側面の形状は、半導体モジュールの側面形状に応じて、半導体モジュール２の側面と接触面積を増すように適宜変更する。
【００２２】
また、上記の構成の実施形態１の電力用半導体によれば、ヒートシンク５に半導体モジュール２を実装する際、本発明の特徴であるヒートシンク５に設けられた、実装凹部のほぼ直交する２つの側面により、位置が決まるため、容易にねじ止めすることができる。
【００２３】
半導体モジュールのベース部４とヒートシンク５の当接面には放熱効果を上げるため、シリコングリス等の熱伝導性樹脂を挟むことが好ましい。実施形態１の構成によれば、ヒートシンク５に半導体モジュール２を実装する際、上記のように容易に位置が決まるため、ねじ穴を探す作業が要らない。したがって、ねじ穴を探す作業により、半導体モジュール２とヒートシンク５の間に挟んだ熱伝導性樹脂がねじ穴に入り込んでしまうことが無く、ねじとねじ穴の間に熱伝導樹脂が入ってしまったことによる締結不良を防ぐことができる。
【００２４】
実施形態１の半導体モジュール２は、樹脂ケース部３より、ベース部４が大きい構造としたが、樹脂ケース部３とベース部４の側面は面一であってもよいし、ベース部４の方が小さくてもよい。
【００２５】
また、実施形態１ではヒートシンク５上に、半導体モジュール２が１台配置されるものとしたが、複数の半導体モジュール２が配置される構成とすることもできる。
【００２６】
実施形態２．
実施形態２の電力用半導体装置は、実施形態１におけるヒートシンク５が、半導体モジュール２を囲むハウジングと一体となったものである。図３は実施形態２の電力用半導体装置の上面視図であり、図４は図３におけるＡ−Ａ断面図である。
【００２７】
ヒートシンク５は半導体モジュール搭載面に四方に壁を備え、上面に開口を有する箱型を形成している。
【００２８】
この構成によれば、半導体モジュール、端子板、その他のインバータ等の電力制御回路を構成する電気部品をハウジング内部に囲み、水等から回路を守る箱型構造を容易に構成することできる。
【００２９】
実施形態３．
実施形態３の電力用半導体装置は、実施形態２の電力用半導体装置のヒートシンクにおける実装凹部の底面と前記側面とが連続した面では無く、切り欠きを入れリブ状に分断された構造である。図５は実施形態３の電力用半導体装置の上面視図であり、図５におけるＡ−Ａ断面は実施形態２と同様であり、図４となる。
【００３０】
リブ形状の側面で、半導体モジュール２のベース部４の側面１０および側面１１に当接している。
【００３１】
この構造によれば、半導体モジュールの２とベース部４の接触面積は実施形態２の構造より小さいため、実施形態２の構造より放熱特性は落ちるが、底面１２だけで接する従来構造よりは、高い放熱特性が得られる。
【００３２】
このリブ形状は、半導体モジュールの側面形状に応じて、半導体モジュール２の側面と接触面積を増すように適宜変更する。
【００３３】
また、この構造によってもヒートシンク５と半導体モジュール２の位置が決まるため、容易にねじ止めすることができる。
【００３４】
実施形態３の構造によれば、リブの切り欠きの部分は空間であるので、ヒートシンク重量を実施形態２の構造より軽量化することができる。リブの形状は、電力用半導体装置に要求される放熱特性と重量とに合わせて最適に決めることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態１に係る電力用半導体装置の上面視図である。
【図２】本発明の実施形態１に係る電力用半導体装置の図１におけるＡ−Ａ断面図である。
【図３】本発明の実施形態２に係る電力用半導体装置の上面視図である。
【図４】本発明の実施形態２に係る電力用半導体装置の図３におけるＡ−Ａ断面図である。
【図５】本発明の実施形態３に係る電力用半導体装置の上面視図である。
【符号の説明】
１電力用半導体装置、２半導体モジュール、３半導体モジュールの樹脂ケース部、４半導体モジュールのベース部、５ヒートシンク、６ねじ、７樹脂製ワッシャ、１０半導体モジュールのベース部の第一の側面、１１半導体モジュールのベース部の第二の側面、１２半導体モジュールのベース部の底面。

Claims

電力用半導体素子を実装した半導体モジュールと前記半導体モジュールで生じた熱を放熱するヒートシンクとを備えた電力用半導体装置であって、
前記ヒートシンクには、前記半導体モジュールの側面形状の少なくとも一部と同形状に形成された側面を有する実装凹部が設けられ、
前記半導体モジュールは前記実装凹部の底面と前記側面とに当接して固定されていることを特徴とする電力用半導体装置。
請求項１の電力用半導体装置であって、
前記ヒートシンクは前記半導体モジュールを囲むハウジングと一体であることを特徴とする電力用半導体装置。
請求項１または２に記載の電力用半導体装置であって、
前記半導体モジュールと前記ヒートシンクの間に熱伝導性樹脂が挟まれていることを特徴とする電力用半導体装置。
電力用半導体素子を実装し、放熱部を露出する半導体モジュールと、前記半導体モジュールで生じた熱を放熱するヒートシンクとを備えた電力用半導体装置であって、
前記ヒートシンクには、前記半導体モジュールの側面形状の少なくとも一部と同形状に形成された側面を有する実装凹部が設けられ、
前記半導体モジュールは前記放熱部が前記実装凹部の底面と前記側面とに当接して固定されていることを特徴とする電力用半導体装置。
請求項４の電力用半導体装置であって、
前記ヒートシンクは前記半導体モジュールを囲むハウジングと一体であることを特徴とする電力用半導体装置。
請求項４または５に記載の電力用半導体装置であって、
前記放熱部と前記ヒートシンクの間に熱伝導性樹脂が挟まれていることを特徴とする電力用半導体装置。
請求項１から６のいずれか１項に記載の電力用半導体装置において、
前記ヒートシンクの実装凹部の二つの側面はそれぞれ分断されたリブ状であることを特徴とする電力用半導体装置。