JP2005109385A

JP2005109385A - 電力半導体素子の固定装置

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Publication number: JP2005109385A
Application number: JP2003344137A
Authority: JP
Inventors: Shigeru Yamaguchi; 繁山口; Takahiro Fukunishi; 孝浩福西; Masafumi Nishinomiya; 理文西宮; Hiroshi Okui; 博司奥井
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2003-10-02
Filing date: 2003-10-02
Publication date: 2005-04-21

Abstract

【課題】絶縁スペーサ等を使用することなく必要な絶縁耐量を確保し、サージなどにより素子が破壊することが無い電力半導体素子の固定装置を提供する。
【解決手段】放熱フィン２と、電力半導体素子１と放熱フイン２との間に配置される絶縁シート４と、絶縁材料からなり放熱フイン２にねじ５で固定されると共に電力半導体素子１を放熱フィン２に固定する固定具３を設け、固定具３にねじ５と電力半導体素子１との間に位置する壁部３ｂを一体的に設けたもので、固定具３が絶縁材料で形成されているので、固定具３と電力半導体素子１との絶縁距離等を考慮する必要が無く、また万一雷サージがねじ５に印加されても壁部３ｂで遮断され、電力半導体素子１が破壊することがない。
【選択図】図１

Description

本発明は、電気機器などに使用される電力半導体素子の固定装置に関するものである。

一般に電力半導体素子の固定装置は、電力半導体素子を放熱フィンに固定するために用いられる。以下に、従来の電力半導体素子の固定装置について、図８、９を用いて説明する。従来の電力半導体素子の固定装置は、放熱フイン２と、放熱フイン２に金属性のねじ５で固定されるとともに金属材料からなる固定具１０５と、電力半導体素子１０６と固定具１０５との間の絶縁距離を確保するための絶縁スペーサ１１０と、電力半導体素子１と放熱フィン２との間に介在される熱伝導性の絶縁シート４から構成されていた。

放熱フィン２は、電力半導体素子１の取り付け位置を決める位置決め用穴１０１と、ねじ５を固定するための固定用タップ６を備えている。固定具１０５は、Ｌ字形で、上記位置決め用穴１０１と嵌合する突起１０２と、ねじ５が貫通する第１の穴１０３と、第２の穴１０４とを備えている。絶縁スペーサ１１０は、電力半導体素子１に設けた穴１０６に挿入される第１の突起１０７を備え、他端に固定具１０５の第２の穴１０４に挿入される第２の突起１０８を備え、上記第１の突起１０７と上記第２の突起１０８よりも太い胴部１０９とを備えていた。

そして放熱フィン２に電力半導体素子１を取りつける時は、まず電力半導体素子１と放熱フイン２との間に絶縁シート４を介在させる。次に、絶縁スペーサ１１０の第１の突起１０７を電力半導体素子１に設けた穴１０６に挿入し、絶縁スペーサ１１０の第２の突起１０８を固定具１０５の第２の穴１０４に挿入し、固定具１０５の突起１０２を放熱フィン２の位置決め用穴１０１に挿入し、ねじ５を固定具５の第１の穴１０３に貫通させ、放熱フィン２の固定用タップ６にねじ止めすることで、取り付けが完了する（例えば、特許文献１参照）。
特開平１１−３１７５８６号公報

しかしながら、上記従来の電力半導体素子の固定装置では、ねじ５によって電力半導体素子１を固定するとき、放熱フィン２が外郭と絶縁されておらず、図９に示すような電力半導体素子１の背面の金属部１ａ、あるいは電力半導体素子１とねじ５との間に充分な絶縁距離が確保されないことがあった。

その場合、雷サージが印加されると、電力半導体素子１の背面の金属部１ａあるいは電力半導体素子１とねじ５との間に電力半導体素子１の許容電圧を超える電圧が印加され、電力半導体素子１の破壊を引き起こすという課題を有していた。

また、上記従来の固定装置は、固定具１０５と電力半導体素子１間の絶縁を保つために絶縁スペーサ１１０が必要であるため、部品点数が多くまた組立工数が増加するという課題があった。

また、電力半導体素子１の上方にプリント基板（図示せず）が設置される場合は、絶縁スペーサ１１０の高さが制約を受け、場合によっては絶縁スペーサ１１０が設置困難となるという課題を有していた。

本発明は、前記従来の課題を解決するもので、絶縁構造が簡単で、雷サージなどによる電力半導体素子の破壊を防止することができる電力半導体素子の固定装置を提供することを目的とする。

前記従来の課題を解決するために、本発明の電力半導体素子の固定装置は、電力半導体素子で生じた熱を放熱する放熱フィンと、前記電力半導体素子と前記放熱フインとの間に配置される絶縁シートと、樹脂等の絶縁材料からなり前記放熱フインにねじで固定されると共に前記電力半導体素子を前記放熱フィンに固定する固定具を設け、前記固定具に、前記ねじと前記電力半導体素子との間に位置する壁部と、前記電力半導体素子の外周面と係合する抑え部とを一体的に設けたもので、固定具が絶縁材料で形成されていることにより、それと電力半導体素子との絶縁距離等は考慮する必要が無く、絶縁スペーサ等余分な部品が不用で、しかも万一雷サージがねじに印加されても壁部でそれが遮断されるので、電力半導体素子が破壊する事が無い。

本発明の電力半導体素子の固定装置は、絶縁スペーサ等を使用することなく電力半導体素子を放熱フィンに確実に固定するとともに必要な絶縁耐量を確保し、サージなどによる電力半導体素子の破壊を防ぐことができる。

第１の発明は、電力半導体素子で生じた熱を放熱する放熱フィンと、前記電力半導体素子と前記放熱フインとの間に配置される絶縁シートと、樹脂等の絶縁材料からなり前記放熱フインにねじで固定されると共に前記電力半導体素子を前記放熱フィンに固定する固定具を設け、前記固定具に、前記ねじと前記電力半導体素子との間に位置する壁部と、前記電力半導体素子の外周面と係合する抑え部とを一体的に設けたもので、固定具が絶縁材料で形成されていることにより、電力半導体素子との絶縁距離等を考慮する必要が無く、絶縁スペーサ等余分な部品が不用で、しかも万一雷サージがねじに印加されても壁部でそれが遮断されるので、電力半導体素子が破壊する事が無い。

第２の発明は、特に、第１の発明の固定具の形状を略階段状とし、その階段の一部を壁部としたもので、雷サージがねじに印加されても壁部でそれが遮断されるので、電力半導体素子が破壊する事が無い。

第３の発明は、特に、第１又は第２の発明の固定具の抑え部が、電力半導体素子に設けられた穴と嵌合する突起で形成されたもので、突起が電力半導体素子の穴に嵌合することにより、組み立てが容易で、振動等で電力半導体素子が固定具との間で横ズレしたり、外れたりする事が無い。

第４の発明は、特に、第２又は第３の発明の略階段状に形成した固定具の少なくとも２つの祈点のうち１つを、放熱フィンと電力半導体素子とが接する点に接触させるもので、電力半導体素子を正確に位置決めすることができ、電力半導体素子をより確実に固定することができ、また作業性を向上させることができる。

第５の発明は、特に、第１〜４のいずれか１つの発明の固定具を一方に突出した略凸形状とし、前記固定具の山部と放熱フィンとで電力半導体素子を挟持するように、前記固定具の両側を前記放熱フインにねじ止めするもので、固定具が放熱フィンに確実に固定されるので、密着性が向上し、放熱効果も向上するものである。

第６の発明は、特に、第１〜４のいずれか１つの発明の固定具を一方に突出した略凸形
状とし、前記固定具の山部と放熱フィンとで電力半導体素子を挟持するように、前記固定具の両側に設けたつめを前記放熱フインに設けた固定用穴に引っ掛けるもので、ねじなど用いることなく、つめを放熱フィンの固定用穴に引っ掛けるだけで固定具を固定することができるため作業が容易である。

第７の発明は、特に、第１〜６のいずれか１つの発明の固定具に、複数の壁部と複数の抑え部とを設けるとともに、前記固定具で複数の電力半導体素子を同一放熱フィンに固定するもので、複数の電力半導体素子を使用する場合の組み立て性が著しく向上する。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、この実施の形態によって本発明が限定されるものではない。

（実施の形態１）
図１は、本発明の第１の実施の形態の電力半導体素子の固定具を示す斜視組立図である。図２は同固定装置の正面図と側面図である。なお従来例と同一部分に付いては同一符号を付してその説明を省略する。

３は、電力半導体素子１を放熱フイン２に固定するための固定具で、樹脂等の絶縁材料から形成され、途中に壁部３ｂを有する略階段状に形成され、一方にねじ５が貫通するねじ穴７が形成され、他方に電力半導体素子１の横方向の移動を防ぐための抑え部３ａが形成されている。

放熱フィン２には、ねじ５を固定するための固定用タップ６が設けられている。また、電力半導体素子１と放熱フィン２との間には、電力半導体素子１と放熱フィン２の間の絶縁性を確保しつつ、電力半導体素子１で生じた熱を放熱フィン２へ伝える熱伝導性の絶縁シート４が取りつけられている。

なお、抑え部３ａは、ねじ５と電力半導体素子１および半導体素子１の金属部１ａとの間の距離が絶縁に必要な距離Ｌとなる位置に設けることができる。

以下、放熱フィン２に電力半導体素子１を固定する方法について説明する。

放熱フィン２と電力半導体素子１との間に絶縁シート４を挟み、固定具３のねじ穴７にねじ５を挿入し、固定用タップ６にねじ５を螺合する。それにより、固定具３が放熱フイン２に固定されるとともに、電力半導体素子１が絶縁シート４とともに放熱フイン２と抑え部３ａにて挟持・固定される。

上記実施の形態によれば、ねじ５と電力半導体素子１および電力半導体素子１の背面の金属部１ａとの間の絶縁距離Ｌが確保されるとともに、万一雷サージ等の高電圧がねじ５に印加されても間に位置する壁部３ｂでそれが遮断されるので、電力半導体素子１の破壊を確実に防ぐことができる。

さらに上記実施の形態によれば、固定具３は絶縁材料で形成され抑え部３ａで電力半導体素子１を直接押えつけるようにしているので、固定具３と電力半導体素子１との絶縁距離を考慮する必要が無く、絶縁スペーサも不要となり、部品点数および組立工数を削減することができる。

なお、上記説明の電力半導体素子としては、バイポーラトランジスタ、ＭＯＳ―ＦＥＴ、ＩＧＢＴなどが一般的に用いられている。

なお、上記実施の形態では、固定具３に絶縁材料を用いたが、十分な絶縁厚みの絶縁材料でコーティングされた金属材料であっても同様の効果を奏することは言うまでも無い。

（実施の形態２）
図３は、本発明の第２の実施の形態における電力半導体素子の固定装置を示す斜視組立図である。なお、上記実施の形態と同一部分については、同一符号を付してその説明を省略する。

本実施の形態では、図３に示すように、固定具１０は、第１の実施の形態と同様に階段状に形成され上方にねじ５の貫通用のねじ穴７を備え、抑え部３ａを電力半導体素子１の穴８に嵌合する突起９におきかえたものである。

まず、放熱フィン２と電力半導体素子１との間に絶縁シート４を挟み、固定具１０に設けた突起９を電力半導体素子１の穴８に挿入し、固定具１０のねじ穴７にねじ５を通して、固定用タップ６に螺合して、放熱フィン４に固定具１０を固定する。

上記実施の形態によれば、電力半導体素子１の穴８を固定具１０の突起９に引っ掛けると組み立て時に電力半導体素子１が仮保持され、組み立てが容易になるとともに、電力半導体素子１の穴８と突起９とで電力半導体素子１をより確実に固定することができるとともに、使用中に振動等でずれたり外れたりする事が無い。

なお、図４に示すように、固定具１０の祈点１０ａ、１０ｂを電力半導体素子１と接触させて固定するようにすれば、ねじ５と電力半導体素子１および素子背面の金属部１ａとの間の絶縁距離Ｌが確保され、しかも壁部３ｂにより雷サージなどによる素子の破壊を防ぐことができる。

また、固定具１０の祈点１０ａ、１０ｂで電力半導体素子１を抑えることにより、正確に位置決めすることができるため、電力半導体素子１をより確実に固定することができ、作業性を向上することができる。

（実施の形態３）
図５は、本発明の第３の実施の形態における電力半導体素子の固定装置を示す斜視組立図である。なお、上記実施の形態と同一部分については、同一符号を付してその説明を省略する。

本実施の形態における電力半導体素子１を放熱フイン２に固定する固定具１１は、形状を略凸形（山形状）とし、その両側にねじ５が貫通するねじ穴７を設けると共に、放熱フイン２に上記二つのねじ穴７に対応して２つの固定用タップ６が設けられている。なお、ねじ穴７を、それと電力半導体素子１との絶縁距離Ｌが確保できる位置に設けても良い。

まず、放熱フィン２と電力半導体素子１との間に絶縁シート４を挟み、固定具１１の両端のねじ穴７にねじ５をそれぞれ挿入し、固定具１１の山部１１ａと放熱フィン２とで電力半導体素子１を挟持するように、固定用タップ６に螺合する。

上記実施の形態によれば、ねじ５と電力半導体素子１および素子背面の金属部１ａとの間の絶縁距離Ｌが確保され、壁部３ｂにより雷サージなどによる素子の破壊を防ぐことが
できる。さらに電力半導体素子１は、固定具１１の両端のねじ５によって、放熱フィン２に確実に固定されるので、密着性が向上し、放熱効果も向上するものである。

上記実施の形態では、略凸形（山形状）状の固定具１１の両端に放熱フイン４に固定するためのねじ穴を設けたが、図６に示すように、両側に固定用の爪１２を設けた固定具１３とし、放熱フィン４側に、その爪１２が引っ掛けられる固定用穴１４を設けるようにしても良い。

上記構成によれば、ねじなど用いることなく、固定具１３のつめ１２を放熱フィン４の固定用穴１４に引っ掛けるだけで固定することができるため作業が容易であり、勿論壁部３ｂにより雷サージなどによる電力半導体素子１の破壊を防ぐことができる。

（実施の形態４）
図７は、本発明の第４の実施の形態における電力半導体素子の固定装置を示す斜視組立図である。なお、上記実施の形態と同一部分については、同一符号を付してその説明を省略する。

本実施の形態における電力半導体素子１を放熱フイン２に固定する固定具１５は、略中央に配したねじ穴７と、１対の互いに対向する壁部３ｂと、１つの電力半導体素子１を固定する第１の突起１６と、もう１つの電力半導体素子１を固定する第２の突起１７とを具備している。なお、第１の突起１６と第２の突起１７との間隔は、二つの電力半導体素子１間の距離が、必要な絶縁距離Ｌの２倍以上になるように設定すると良い。

以下、固定具１５によって、放熱フィン２に２つの電力半導体素子１を固定する方法について説明する。

まず、放熱フィン２と二つの電力半導体素子１との間に絶縁シート４を挟み、固定具１５の第１の突起１６を一方の電力半導体素子１の穴８に、第２の突起１７をもう一方の電力半導体素子１の穴８に挿入する。そして、固定具１５のねじ穴７にねじ５を挿入し、放熱フイン２に設けた固定用タップ６にねじ止めする。

上記実施の形態によれば、１つの固定具１５で２つの電力半導体素子１を確実に固定でき、また電力半導体素子１が１つのときと同様に、ねじ５と電力半導体素子１および素子背面の金属部１ａとの間の絶縁距離Ｌが確保され、１対の壁部３ｂにより雷サージなどによる素子の破壊を防ぐことができる。

以上のように、本発明にかかる電力半導体素子の固定装置は、十分な絶縁耐量を確保し、雷サージなどにより電力半導体素子が破壊する事が無いので、電力半導体素子を用いた各種電気機器や電源装置に適用できる。

本発明の実施の形態１における電力半導体素子の固定装置の斜視組立図（ａ）同固定装置の正面図（ｂ）同固定装置の側面図本発明の実施の形態２における電力半導体素子の固定装置の斜視組立図同固定装置の他の例を示す斜視組立図本発明の実施の形態３における電力半導体素子の固定装置の斜視組立図同固定装置の他の例を示す斜視組立図本発明の実施の形態４における電力半導体素子の固定装置の斜視組立図従来の電力半導体素子の固定装置の斜視組立図同電力半導体素子の背面図

符号の説明

１電力半導体素子
１ａ金属部
２放熱フィン
３、１０、１１、１３固定具
３ｂ壁部
３ａ抑え部
４絶縁シート
５ねじ
６固定用タップ
７ねじ穴
８穴
９突起
１０ａ祈点ａ
１０ｂ祈点ｂ
１２つめ
１４固定用穴

Claims

電力半導体素子で生じた熱を放熱する放熱フィンと、前記電力半導体素子と前記放熱フインとの間に配置される絶縁シートと、樹脂等の絶縁材料からなり前記放熱フインにねじで固定されると共に前記電力半導体素子を前記放熱フィンに固定する固定具を設け、前記固定具に、前記ねじと前記電力半導体素子との間に位置する壁部と、前記電力半導体素子の外周面と係合する抑え部とを一体的に設けたことを特徴とする電力半導体素子の固定装置。
固定具の形状を略階段状とし、その階段の一部を壁部としたことを特徴とする請求項１記載の電力半導体素子の固定装置。
固定具の抑え部が、電力半導体素子に設けられた穴と嵌合する突起であることを特徴とする請求項１又は２記載の電力半導体素子の固定装置。
略階段状に形成した固定具の少なくとも２つの祈点のうち１つを、放熱フィンと電力半導体素子とが接する点に接触させることを特徴とする請求項２又３記載の電力半導体素子の固定装置。
固定具を一方に突出した略凸形状とし、前記固定具の山部と放熱フィンとで電力半導体素子を挟持するように、前記固定具の両側を前記放熱フインにねじ止めしたことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項記載の電力半導体素子の固定装置。
固定具を一方に突出した略凸形状とし、前記固定具の山部と放熱フィンとで電力半導体素子を挟持するように、前記固定具の両側に設けたつめを前記放熱フインに設けた固定用穴に引っ掛けることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項記載の電力半導体素子の固定装置。
固定具に、複数の壁部と複数の抑え部とを設けるとともに、前記固定具で複数の電力半導体素子を同一放熱フィンに固定することを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項記載の電力半導体素子の固定装置。