JP2010067924A - 半導体装置及び充電装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】部品管理が容易で安価なスイッチング装置を提供すること。
【解決手段】絶縁型半導体の背面と放熱フィンの間に絶縁シートを挟み、該絶縁型半導体の前面と金属製ねじの間に絶縁ワッシャを挟み、該絶縁型半導体の幅と放熱フィンの幅と絶縁シートの幅に合った長さの絶縁チュ-ブを該絶縁ワッシャの穴と該絶縁型半導体のねじ挿入穴と該絶縁シートのねじ挿入穴と該放熱フィンのねじ挿入穴に挿入し、且つ該絶縁チューブの内側にねじを通して金属製ナットでねじ止め固定することにより達成される。
【選択図】図２

Description

本発明は、放熱部材を有する半導体装置等に関し、特に、半導体素子と放熱部材との絶縁構造に関するものである。
充電器に用いられるスイッチング半導体１００としては、充電主回路に配置されて充電開始/停止等の充電制御を行うものがある。このような用途では大電流を取り扱うことから発熱量が多く、放熱対策のためにアルミ板等の放熱フィン２００を用いている。スイッチング半導体１００には、放熱フィン２００にねじ締結するためのねじ穴が設けられており、スイッチング半導体１００の背面を放熱フィン２００に密着させた状態でねじ締結により一体化されるようになっている。
また、放熱フィン２００とスイッチング半導体１００との絶縁を確保するために断面Ｔ字形状の絶縁ブッシュ３００をねじ穴に通して、スイッチング半導体１００および放熱フィン２００とともにねじ止めされる構成となっている。これにより、スイッチング半導体１００と放熱フィン２００との絶縁、及びスイッチング半導体１００と締結用ねじ４００・ナット５００との絶縁を一つの部材で一括して行うことができる構成となっている（図３参照）。
実用新案第３００６９３９号
しかし、スイッチング半導体や放熱フィンの板厚は動作時の電流・電圧に起因する発熱量により異なる寸法とされている。従って、充電器の仕様に応じたスイッチング半導体や放熱フィンを用いると絶縁ブッシュもその板厚に対応した筒長とする必要があり、専用部品をいくつも用意しなければならず、部品の調達コストの上昇や部品管理が煩雑となるという問題がある。
本考案は上記問題をなくすため、低コストで部品管理が容易な半導体装置等を提供することである。
上記目的を達成するために請求項１の発明では、半導体素子と、半導体素子で発生した熱を放熱する放熱部材とを有する半導体装置であって、半導体素子に形成され、締結用ねじにより半導体素子を放熱部材へねじ締結するための第１のねじ穴と、放熱部材に形成され、第１のねじ穴に対応する第２のねじ穴と、第１及び第２のねじ穴に挿入されて半導体素子及び放熱部材と、締結用ねじとを絶縁する絶縁チューブと、締結用ねじと対をなすナットと、半導体素子又は放熱部材との間に介在されており、ナットと、半導体素子又は放熱部材とを絶縁する絶縁ワッシャとを備え、絶縁チューブと絶縁ワッシャとを別体で構成したことを特徴としている。
請求項２の発明では、半導体素子と放熱部材との間には、絶縁シートが介在されていることを特徴としている。
請求項３の発明では、半導体素子は絶縁タイプの半導体素子で構成されていることを特徴としている。
請求項４の発明では、請求項１ないし請求項３のいずれかの半導体装置を備え、電池パックの充電端子が接続される出力端子と、半導体装置と出力端子とが実装されており、半導体素子をスイッチング駆動することで出力端子から出力される充電電力を制御する回路基板とを有することを特徴としている。
本発明によれば、絶縁チューブにより半導体素子と締結用ねじとが絶縁され、絶縁ワッシャにより半導体素子または放熱部材と、ナットとが絶縁される。従って、各箇所の絶縁をそれぞれ異なる絶縁部材（絶縁チューブ、絶縁ワッシャ）に担当させるようにしたため、各箇所の絶縁範囲が異なったとしても変更された絶縁箇所を担当する絶縁部材を変更すればよい。このため、汎用品を使用することができ部品の調達コストを低コスト化することができるとともに管理すべき部品点数を削減して部品管理を容易にできる。
本発明の一実施形態について図１〜３を用いて説明する。充電器1は電池パックを充電する充電回路を搭載した充電基板２、充電基板２を収納する上下２つに分割した上外枠３と下外枠４から成る。充電基板２には、充電開始/停止等の充電制御を行う半導体が搭載され、主回路に使用する大電流・大電圧用のＦＥＴ、ダイオ-ド等(大きさがTO-220やTO-3P形等のもの)の半導体は信頼性の高い絶縁型半導体８に放熱フィン５を付けて使用している。放熱フィン５は雑音端子電圧等のノイズを抑えるため、充電回路のマイナス側に接続されている。また、充電基版２には、絶縁型半導体８のスイッチング動作を制御するための制御回路も実装されている。
絶縁型半導体８と放熱フィン5の絶縁は半導体８の背面９と該放熱フィン5の間にシリコン等の絶縁シート14を挟み、半導体の前面１７とねじ１２の間には絶縁ワッシャ１８を挟んである。また絶縁型半導体８の幅Ａと該放熱フィン５の幅Ｂと該絶縁シート１４の幅Ｃに合わせた長さより若干(1mm程度)長い絶縁チュ-ブ21を絶縁ワッシャ１８の穴と該半導体のねじ挿入穴１１と絶縁シート１４のねじ挿入穴１９と放熱フィン５のねじ挿入穴２０に挿入し、且つ該絶縁チューブ２１の内側に金属製ねじ１２を通して金属製ナット１３でねじ止め固定して絶縁している。尚、絶縁チューブ２１を若干長くしている理由は絶縁チューブ２１の端面と金属製ねじ１２及び金属製ナット１３の間に隙間が空いて絶縁不良を起こさないようにするためで、絶縁チューブ２１は若干潰された状態で挿入されている。
上記のように、絶縁ワッシャ１８と該絶縁チューブ２１の組み合わせを使用すれば、絶縁ワッシャ１８を共通にし、絶縁チューブ２１の長さを絶縁型半導体８の幅Ａと放熱フィン５の幅Ｂと絶縁シート１４の幅Ｃに合わせることにより、絶縁型半導体８の幅Ａ，放熱フィン５の幅Ｂ、該絶縁シート１４の幅Ｃが変わっても対応することができる。
尚、上記金属製ねじ１２と金属製ナット１３をセラミック等の非金属製にすれば、絶縁型半導体８の背面９と放熱フィン５の間の絶縁のみ(該絶縁シート１４を挟むだけ)で絶縁でき、絶縁ワッシャ１８と該絶縁チューブ２１は不要となる。
本発明によれば、絶縁型半導体８に使われる絶縁ブッシュの変わりに絶縁ワッシャ１８と絶縁チューブ２１の組み合わせを使用すればよい。従って、絶縁ワッシャ１８を共通にして絶縁チューブ２１の長さを絶縁型半導体８の幅と放熱フィン５の幅と絶縁シート１４の幅に合わせて変えれば、絶縁ブッシュのように多種類の専用品を起こす必要がなく、安価な構造で絶縁型半導体８と放熱フィン５の絶縁ができる。
換言すれば、本実施形態のように、絶縁チューブ２１により絶縁型半導体８と金属製ねじ１２とを絶縁し、絶縁ワッシャ１８により絶縁型半導体８とナットとを絶縁するというように、各箇所の絶縁をそれぞれ異なる絶縁部材（絶縁チューブ２１、絶縁ワッシャ１８）に担当させるようにしたため、各箇所の絶縁範囲が異なったとしても変更された絶縁箇所を担当する絶縁部材を変更すればよい。このため、汎用品を使用することができ部品の調達コストを低コスト化することができるとともに管理すべき部品点数を削減して部品管理を容易にできる。
本発明の絶縁型半導体と放熱フィンの絶縁構造を搭載した充電器の断面図である。 本発明の絶縁型半導体と放熱フィンの絶縁構造を示す断面図である。 従来の半導体と放熱フィンの絶縁構造を示した図である。
符号の説明
1…充電器
2…充電基板
3…上外枠
4…下外枠
5…放熱フィン
6…半導体の内部回路
7…半導体の絶縁樹脂
8…絶縁型半導体
9…半導体の背面
10…非絶縁型半導体
11…半導体のねじ挿入穴
12…金属製ねじ
13…金属製ナット
14…絶縁シ-ト
15…絶縁ブッシュ
16…筒長さ
17…半導体の前面
18…絶縁ワッシャ
19…絶縁シートのねじ挿入穴
20…放熱フィンのねじ挿入穴
21…絶縁チューブ

Claims (4)

  1. 半導体素子と、
    前記半導体素子で発生した熱を放熱する放熱部材とを有する半導体装置であって、
    前記半導体素子に形成され、締結用ねじにより前記半導体素子を前記放熱部材へねじ締結するための第１のねじ穴と、
    前記放熱部材に形成され、前記第１のねじ穴に対応する第２のねじ穴と、
    前記第１及び第２のねじ穴に挿入されて前記半導体素子及び前記放熱部材と、前記締結用ねじとを絶縁する絶縁チューブと、
    締結用ねじと対をなすナットと、前記半導体素子又は前記放熱部材との間に介在されており、前記ナットと、前記半導体素子又は前記放熱部材とを絶縁する絶縁ワッシャとを備え、
    前記絶縁チューブと前記絶縁ワッシャとを別体で構成したことを特徴とする半導体装置。
  2. 前記半導体素子と前記放熱部材との間には、絶縁シートが介在されていることを特徴とする請求項１に記載のスイッチング装置。
  3. 前記半導体素子は絶縁タイプの半導体素子で構成されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のスイッチング装置。
  4. 請求項１ないし請求項３のいずれかの半導体装置を備え、
    電池パックの充電端子が接続される出力端子と、
    前記半導体装置と前記出力端子とが実装されており、前記半導体素子をスイッチング駆動することで前記出力端子から出力される充電電力を制御する回路基板とを有することを特徴とする充電装置。
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