JP2013089711A - Semiconductor device - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To obtain a semiconductor device which prevents the increase of heat resistance between a semiconductor module and a cooling device.SOLUTION: In a semiconductor device fixing a semiconductor module 10 to a cooling device 30 while pressurizing the semiconductor module 10 with a flat spring 20, at least more than half of areas of upper surfaces of semiconductor elements 12 is disposed in an outer periphery 24a of a pressurizing part 24 of the flat spring 20, and the semiconductor elements 12, which have a significant impact on heat resistance change, is intensively pressurized from the upper surface 10a of the semiconductor module 10. This structure inhibits the displacement of the semiconductor module 10 located immediately below the semiconductor elements 12 and allows the semiconductor module 10 to stably adhere to the cooling device 30. As a result, the increase of heat resistance between the semiconductor module 10 and the cooling device 30 is prevented.

Description

本発明は、半導体装置に関し、特に、半導体モジュールを板バネで加圧しながら冷却装置にネジ締め固定する半導体装置に関する。   The present invention relates to a semiconductor device, and more particularly to a semiconductor device in which a semiconductor module is screwed and fixed to a cooling device while being pressed by a leaf spring.

電気自動車やハイブリッド自動車等の移動体には、パワー半導体素子を複合化した半導体モジュールを冷却装置に固定した半導体装置が搭載されている。このような半導体装置において、半導体モジュールのブロック状の筐体を冷却装置に固定する際には、通常、半導体モジュールと冷却装置の間に熱伝導グリスを介在させている。   A mobile device such as an electric vehicle or a hybrid vehicle is equipped with a semiconductor device in which a semiconductor module in which power semiconductor elements are combined is fixed to a cooling device. In such a semiconductor device, when the block-shaped housing of the semiconductor module is fixed to the cooling device, heat conduction grease is usually interposed between the semiconductor module and the cooling device.

しかし、熱伝導グリスの熱伝導率は、通常1W/mK〜5W/mK程度であり、銅(Cu)やアルミニウム(Al)の熱伝導率(各々400W/mK、200W/mK)に比べて非常に小さい。このため、熱伝導グリスが半導体モジュールと冷却装置の間に部分的に厚い状態で残っていると、半導体モジュールと冷却装置の間の熱抵抗が増加し好ましくない。   However, the thermal conductivity of the thermal conductive grease is usually about 1 W / mK to 5 W / mK, which is much higher than that of copper (Cu) or aluminum (Al) (400 W / mK and 200 W / mK, respectively). Small. For this reason, if the heat conductive grease remains in a partially thick state between the semiconductor module and the cooling device, the thermal resistance between the semiconductor module and the cooling device increases, which is not preferable.

半導体モジュールは、その中央部に設けられた貫通穴にネジを挿入することにより冷却装置に固定されるが、熱伝導グリスが部分的に厚くなるのを防ぐためには、半導体モジュールを冷却装置の搭載面に対して均一に押し付ける必要がある。しかし、半導体モジュールの底面は完全に平坦ではない上、樹脂封止型の筐体は剛性が不均一であるため、搭載面に対して均一に押し付けることが難しい。その結果、ネジ周辺にのみ押し付け力がかかり、ネジから遠くなるに従って半導体モジュールが浮き上がり、半導体モジュール全体が冷却装置の搭載面に密着しないという問題があった。   The semiconductor module is fixed to the cooling device by inserting a screw into a through hole provided in the center of the semiconductor module. To prevent the heat conduction grease from partially thickening, the semiconductor module is mounted on the cooling device. It is necessary to press evenly against the surface. However, since the bottom surface of the semiconductor module is not completely flat, and the resin-sealed casing has nonuniform rigidity, it is difficult to press it uniformly against the mounting surface. As a result, a pressing force is applied only to the periphery of the screw, and as the distance from the screw increases, there is a problem that the entire semiconductor module does not adhere to the mounting surface of the cooling device.

例えば特許文献1に提示された半導体装置では、半導体モジュールをほぼ被うように配置されたペントルーフ型の板バネを介してネジを挿入することにより、ネジの加圧力を半導体モジュールの周辺に伝達するようにしている。しかし、ペントルーフ型の板バネでは、半導体モジュールにバネ加圧力を均一に印加することはできない。   For example, in the semiconductor device presented in Patent Document 1, the screw pressure is transmitted to the periphery of the semiconductor module by inserting the screw through a pent roof type leaf spring arranged so as to substantially cover the semiconductor module. I am doing so. However, with a pent roof type leaf spring, it is not possible to uniformly apply a spring pressure to the semiconductor module.

そこで近年、回転対称体である円錐台型の加圧部を有する板バネ(皿バネ)を用い、半導体モジュールにバネ加圧力を均一に印加する技術が提案されている。例えば特許文献2では、円錐台型の加圧部を有する板バネと、半導体モジュールの上面に対して一定の間隔を保つバネ接触部を有するバネ押さえを備え、このバネ押さえにより板バネの反転を抑制し、バネ加圧力の制御性を向上した半導体装置が提示されている。   Therefore, in recent years, a technique has been proposed in which a spring force is uniformly applied to a semiconductor module using a leaf spring (disc spring) having a truncated cone-shaped pressurizing portion that is a rotationally symmetric body. For example, Patent Document 2 includes a leaf spring having a truncated cone-shaped pressurizing portion and a spring retainer having a spring contact portion that keeps a constant interval with respect to the upper surface of the semiconductor module. A semiconductor device that suppresses and improves the controllability of the spring pressure has been proposed.

特許第3725103号公報Japanese Patent No. 3725103 特開2011−35265号公報JP 2011-35265 A

しかしながら、加圧部が円錐台型の板バネを用いた場合、ブロック状である半導体モジュールの四隅にはバネ加圧力を印加できず、半導体モジュールの四隅を冷却装置の搭載面に密着させることが難しい。そのため、高温環境下において、半導体モジュールの四隅は、バネで加圧されている部分に比べて熱による変形が大きくなる。特に、四隅付近に半導体素子が配置されている場合、その直下において半導体モジュールの変位が大きくなり、半導体モジュールと冷却装置との密着性が低下し、熱抵抗が増加するという問題があった。さらに、半導体モジュールの変位が繰り返し発生することで、熱伝導グリスのポンピングアウト現象が顕著になり、温度サイクルに対する耐久性が低下するという問題があった。   However, when the pressurizing part uses a truncated cone-shaped leaf spring, the spring pressure cannot be applied to the four corners of the block-shaped semiconductor module, and the four corners of the semiconductor module can be brought into close contact with the mounting surface of the cooling device. difficult. Therefore, in a high temperature environment, the four corners of the semiconductor module are greatly deformed by heat compared to the portion pressed by the spring. In particular, when semiconductor elements are arranged in the vicinity of the four corners, there is a problem in that the displacement of the semiconductor module increases immediately below it, the adhesion between the semiconductor module and the cooling device decreases, and the thermal resistance increases. Further, the semiconductor module is repeatedly displaced, so that the pumping out phenomenon of the heat conduction grease becomes remarkable, and there is a problem that durability against a temperature cycle is lowered.

本発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、半導体モジュールを板バネで加圧しながら冷却装置に固定する半導体装置において、熱抵抗変化への影響が大きい半導体素子上を重点的に加圧することができ、半導体モジュールと冷却装置の間の熱抵抗の増加を防止することが可能な半導体装置を得ることを目的とする。   The present invention has been made to solve the above-described problems. In a semiconductor device in which a semiconductor module is fixed to a cooling device while being pressed by a leaf spring, a semiconductor element having a large influence on a change in thermal resistance is provided. An object of the present invention is to obtain a semiconductor device that can be intensively pressurized and can prevent an increase in thermal resistance between the semiconductor module and the cooling device.

本発明の請求項1に係る半導体装置は、半導体素子が樹脂封止され、中央部に第1貫通穴を有する半導体モジュールと、半導体モジュールの上面側に配置され、中央部に第2貫通穴を有する円錐台型の板バネと、半導体モジュールの下面側に配置され、中央部にネジ穴を有する冷却装置と、第1貫通穴及び第2貫通穴を通ってネジ穴に螺合され、半導体モジュール及び板バネを冷却装置に固定するネジを備えている。板バネは、第2貫通穴を有する底部と、底部の外周から立ち上がる直立部と、直立部の上端から外側に円錐台型に延びて半導体モジュール上面を押す加圧部を有し、半導体素子の上面の面積の半分以上が加圧部の外周内に入るように配置され、半導体モジュール上面から加圧されるものである。   According to a first aspect of the present invention, there is provided a semiconductor device in which a semiconductor element is sealed with a resin, a semiconductor module having a first through hole in a central portion, and a second through hole in the central portion that is disposed on an upper surface side of the semiconductor module. A frustoconical plate spring, a cooling device that is disposed on the lower surface side of the semiconductor module and has a screw hole in the center, and is screwed into the screw hole through the first through hole and the second through hole. And a screw for fixing the leaf spring to the cooling device. The leaf spring has a bottom portion having a second through hole, an upright portion that rises from the outer periphery of the bottom portion, and a pressing portion that extends from the upper end of the upright portion to the outside in a truncated cone shape and presses the upper surface of the semiconductor module. It is arranged so that more than half of the area of the upper surface falls within the outer periphery of the pressing part, and is pressed from the upper surface of the semiconductor module.

また、本発明の請求項3に係る半導体装置は、ヒートスプレッダ上に載置された半導体素子が樹脂封止され、中央部に第1貫通穴を有する半導体モジュールと、半導体モジュールの上面側に配置され、中央部に第2貫通穴を有する円錐台型の板バネと、半導体モジュールの下面側に配置され、中央部にネジ穴を有する冷却装置と、第1貫通穴及び第2貫通穴を通ってネジ穴に螺合され、半導体モジュール及び板バネを冷却装置に固定するネジを備えている。板バネは、第2貫通穴を有する底部と、底部の外周から立ち上がる直立部と、直立部の上端から外側に円錐台型に延びて半導体モジュール上面を押す加圧部を有し、ヒートスプレッダの上面の面積の半分以上が加圧部の外周内に入るように配置され、半導体モジュール上面から加圧されるものである。   According to a third aspect of the present invention, there is provided a semiconductor device in which a semiconductor element mounted on a heat spreader is resin-sealed and has a first through hole in the center, and is disposed on the upper surface side of the semiconductor module. A frustoconical leaf spring having a second through hole in the central portion, a cooling device disposed on the lower surface side of the semiconductor module and having a screw hole in the central portion, and the first and second through holes. A screw that is screwed into the screw hole and fixes the semiconductor module and the leaf spring to the cooling device is provided. The leaf spring has a bottom portion having a second through hole, an upright portion that rises from the outer periphery of the bottom portion, and a pressure portion that extends from the upper end of the upright portion to the outside in a truncated cone shape and pushes the upper surface of the semiconductor module. It is arranged so that more than half of the area is within the outer periphery of the pressurizing part, and is pressed from the upper surface of the semiconductor module.

本発明の請求項1に係る半導体装置によれば、半導体素子の上面の面積の半分以上が板バネの加圧部の外周内に入るように配置されているので、熱抵抗変化への影響が大きい半導体素子上を重点的に加圧することができ、半導体素子直下における半導体モジュールの変位を抑制することができる。これにより、半導体モジュールを冷却装置に安定して密着させることができ、半導体モジュールと冷却装置の間の熱抵抗の増加を防止することが可能である。   According to the semiconductor device of the first aspect of the present invention, since the semiconductor element is disposed so that more than half of the area of the upper surface of the semiconductor element falls within the outer periphery of the pressing portion of the leaf spring, the influence on the change in thermal resistance is affected. Pressure on a large semiconductor element can be intensively applied, and displacement of the semiconductor module immediately below the semiconductor element can be suppressed. As a result, the semiconductor module can be stably adhered to the cooling device, and an increase in thermal resistance between the semiconductor module and the cooling device can be prevented.

本発明の請求項3に係る半導体装置によれば、半導体素子が載置されたヒートスプレッダの上面の面積の半分以上が板バネの加圧部の外周内に入るように配置されているので、加圧位置を半導体素子上に限定できない場合でも、複数個の半導体素子を一括して加圧することができ、半導体素子直下における半導体モジュールの変位を抑制することができる。これにより、半導体モジュールを冷却装置に安定して密着させることができ、半導体モジュールと冷却装置の間の熱抵抗の増加を防止することが可能である。   According to the semiconductor device of the third aspect of the present invention, since it is arranged so that more than half of the area of the upper surface of the heat spreader on which the semiconductor element is placed falls within the outer periphery of the pressing portion of the leaf spring, Even when the pressure position cannot be limited to the semiconductor element, a plurality of semiconductor elements can be pressed together, and the displacement of the semiconductor module immediately below the semiconductor element can be suppressed. As a result, the semiconductor module can be stably adhered to the cooling device, and an increase in thermal resistance between the semiconductor module and the cooling device can be prevented.

本発明の実施の形態1に係る半導体装置を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the semiconductor device which concerns on Embodiment 1 of this invention. 本発明の実施の形態1に係る半導体モジュールの内部構造の一例を示す断面図である。It is sectional drawing which shows an example of the internal structure of the semiconductor module which concerns on Embodiment 1 of this invention. 本発明の実施の形態1に係る半導体装置における半導体素子と板バネの加圧部の位置関係を示す上面図である。It is a top view which shows the positional relationship of the pressurization part of the semiconductor element and leaf | plate spring in the semiconductor device which concerns on Embodiment 1 of this invention. 本発明の実施の形態1に係る半導体装置における半導体素子と板バネの加圧部の位置関係を示す上面図である。It is a top view which shows the positional relationship of the pressurization part of the semiconductor element and leaf | plate spring in the semiconductor device which concerns on Embodiment 1 of this invention. 本発明の比較例である半導体装置における半導体素子と板バネの加圧部の位置関係を示す上面図である。It is a top view which shows the positional relationship of the pressurization part of the semiconductor element and leaf | plate spring in the semiconductor device which is a comparative example of this invention. 本発明の実施の形態2に係る半導体装置を示す上面図である。It is a top view which shows the semiconductor device which concerns on Embodiment 2 of this invention.

実施の形態1.
以下に、本発明の実施の形態1に係る半導体装置について、図面に基づいて説明する。図1は、本実施の形態1に係る半導体装置を示す断面図、図2は、本実施の形態1に係る半導体モジュールの内部構造の一例を示す断面図である。なお、図中、同一部分には同一符号を付している。本実施の形態1に係る半導体装置100は、電気自動車やハイブリッド自動車等の移動体に用いられる半導体装置であり、図1に示すように、半導体モジュール10、板バネ20、冷却装置30、及びネジ40を備えている。
Embodiment 1 FIG.
The semiconductor device according to the first embodiment of the present invention will be described below based on the drawings. FIG. 1 is a cross-sectional view showing the semiconductor device according to the first embodiment, and FIG. 2 is a cross-sectional view showing an example of the internal structure of the semiconductor module according to the first embodiment. In addition, in the figure, the same code | symbol is attached | subjected to the same part. The semiconductor device 100 according to the first embodiment is a semiconductor device used for a moving body such as an electric vehicle or a hybrid vehicle. As shown in FIG. 1, the semiconductor module 10, the leaf spring 20, the cooling device 30, and the screw 40.

半導体モジュール10は、図2に示すように、その中央部に第1貫通穴11を有している。半導体モジュール10に搭載された複数の半導体素子12は、ヒートスプレッダ13上に載置され、はんだ付けされている。ヒートスプレッダ13は、複数の半導体素子12の熱抵抗変化を分散させる。半導体素子12の表面電極(図示せず)は、電源接続用端子14と出力端子16に、直接またはワイヤ15を介して接続される。これらの半導体素子12、ヒートスプレッダ13及びワイヤ15等は、樹脂(例えばエポキシ樹脂)17で封止される。   As shown in FIG. 2, the semiconductor module 10 has a first through hole 11 at the center thereof. A plurality of semiconductor elements 12 mounted on the semiconductor module 10 are placed on a heat spreader 13 and soldered. The heat spreader 13 disperses changes in thermal resistance of the plurality of semiconductor elements 12. A surface electrode (not shown) of the semiconductor element 12 is connected to the power connection terminal 14 and the output terminal 16 directly or via a wire 15. These semiconductor element 12, heat spreader 13, wire 15 and the like are sealed with a resin (for example, epoxy resin) 17.

円錐台型の板バネ20は、半導体モジュール10の上面10a側に配置され、その底部22の中央部に第2貫通穴21を有している。また、板バネ20は、底部22の外周から立ち上がる直立部23と、直立部23の上端から外側に円錐台型に延びて半導体モジュール10の上面10aを押す加圧部24を有している。加圧部24の加圧力は、直立部23の長さやバネ定数により所定量に設計される。また、加圧部24の外周24aは、半導体モジュール10の上面10aの各辺よりも小さい直径を有するように設計される。   The truncated conical plate spring 20 is disposed on the upper surface 10 a side of the semiconductor module 10, and has a second through hole 21 at the center of the bottom 22 thereof. The leaf spring 20 has an upright portion 23 that rises from the outer periphery of the bottom portion 22, and a pressing portion 24 that extends in a truncated cone shape from the upper end of the upright portion 23 and pushes the upper surface 10 a of the semiconductor module 10. The pressurizing force of the pressurizing unit 24 is designed to be a predetermined amount depending on the length of the upright unit 23 and the spring constant. Further, the outer periphery 24 a of the pressurizing unit 24 is designed to have a smaller diameter than each side of the upper surface 10 a of the semiconductor module 10.

半導体モジュール10の下面側に配置される冷却装置30は、その上面中央部にネジ穴31を有する。ネジ40は、板バネ20の第2貫通穴21及び半導体モジュール10の第1貫通穴11を通って冷却装置30のネジ穴31に螺合され、半導体モジュール10及び板バネ20を冷却装置30に固定する。なお、半導体モジュール10と冷却装置30の間には、熱伝導グリス(図示せず)が配置されている。   The cooling device 30 disposed on the lower surface side of the semiconductor module 10 has a screw hole 31 at the center of the upper surface. The screw 40 is screwed into the screw hole 31 of the cooling device 30 through the second through hole 21 of the plate spring 20 and the first through hole 11 of the semiconductor module 10, and the semiconductor module 10 and the plate spring 20 are connected to the cooling device 30. Fix it. In addition, between the semiconductor module 10 and the cooling device 30, heat conduction grease (not shown) is disposed.

以上のように構成された半導体装置100において、板バネ20の加圧部24は、半導体モジュール10の上面10aを、実験的に求められた最低必要荷重で加圧する。荷重の強さは板バネ20のたわみ量で調整され、所定のたわみ量が得られるようにネジ締めが行われる。これにより、ネジ40の加圧力を周辺に伝達し、半導体モジュール10の上面10aに均一で適正な加圧力を印加するものである。   In the semiconductor device 100 configured as described above, the pressurizing unit 24 of the leaf spring 20 pressurizes the upper surface 10a of the semiconductor module 10 with the minimum required load obtained experimentally. The strength of the load is adjusted by the amount of deflection of the leaf spring 20, and screws are tightened so that a predetermined amount of deflection is obtained. Thereby, the pressing force of the screw 40 is transmitted to the periphery, and a uniform and appropriate pressing force is applied to the upper surface 10a of the semiconductor module 10.

次に、本実施の形態1に係る半導体装置における半導体素子と板バネの加圧部の位置関係について、図3及び図4を用いて説明する。図3に示す半導体装置100の例では、複数の半導体素子12はいずれも、その上面の面積の半分以上が板バネ20の加圧部24の外周24a内に入るように配置されている。   Next, the positional relationship between the semiconductor element and the pressing portion of the leaf spring in the semiconductor device according to the first embodiment will be described with reference to FIGS. In the example of the semiconductor device 100 shown in FIG. 3, all of the plurality of semiconductor elements 12 are arranged so that half or more of the area of the upper surface thereof falls within the outer periphery 24 a of the pressing portion 24 of the leaf spring 20.

また、図4(a)に示す半導体装置100aの例では、上面の面積の半分以上が加圧部24の外周24a内に入っている半導体素子12aと、上面の面積全部が加圧部24の外
周24a内に入っている半導体素子12bが混在している。また、図4(b)に示す半導体装置100bの例では、4つの半導体素子12cの上面の面積全部が加圧部24の外周24a内に入るように配置されている。
In the example of the semiconductor device 100 a shown in FIG. 4A, the semiconductor element 12 a in which more than half of the area of the upper surface is within the outer periphery 24 a of the pressurizing unit 24 and the entire area of the upper surface of the pressurizing unit 24. The semiconductor elements 12b contained in the outer periphery 24a are mixed. Further, in the example of the semiconductor device 100 b shown in FIG. 4B, the entire upper surface area of the four semiconductor elements 12 c is arranged so as to enter the outer periphery 24 a of the pressurizing unit 24.

次に、比較例として、従来の半導体装置における半導体素子と板バネの加圧部の位置関係について、図5を用いて説明する。比較例の半導体装置100cでは、板バネ20による加圧力が印加されない半導体モジュール10の四隅付近に、半導体素子12dが配置されている。このため、半導体素子12dの上面の面積の半分以上が、加圧部24の外周24aの外側に配置されている。このような位置関係では、熱抵抗変化への影響が大きい半導体素子12d上を十分に加圧することができない。   Next, as a comparative example, the positional relationship between a semiconductor element and a pressing portion of a leaf spring in a conventional semiconductor device will be described with reference to FIG. In the semiconductor device 100c of the comparative example, the semiconductor element 12d is disposed in the vicinity of the four corners of the semiconductor module 10 to which the pressure applied by the leaf spring 20 is not applied. For this reason, more than half of the area of the upper surface of the semiconductor element 12 d is disposed outside the outer periphery 24 a of the pressurizing unit 24. In such a positional relationship, it is not possible to sufficiently pressurize the semiconductor element 12d that has a large influence on the thermal resistance change.

その結果、高温環境化において、四隅付近に配置された半導体素子12d直下における半導体モジュール10の変位が大きくなり、半導体モジュール10と冷却装置30との密着性が低下し、熱抵抗が増加するという問題が発生する。さらに、半導体モジュール10の変位が繰り返し発生することで、熱伝導グリスのポンピングアウト現象が顕著になり、温度サイクルに対する耐久性が低下する。   As a result, in a high temperature environment, the displacement of the semiconductor module 10 immediately below the semiconductor element 12d disposed in the vicinity of the four corners increases, the adhesion between the semiconductor module 10 and the cooling device 30 decreases, and the thermal resistance increases. Will occur. Furthermore, repeated displacement of the semiconductor module 10 causes the pumping-out phenomenon of the heat conduction grease to become remarkable, and the durability against the temperature cycle decreases.

この比較例に対し、本実施の形態1では、図3及び図4に示すように、半導体素子12(12a、12b、12c)を、その上面の面積の少なくとも半分以上が板バネ20の加圧部24の外周24a内に入るように配置し、半導体モジュール10の上面10aから、熱抵抗変化への影響が大きい半導体素子12上を重点的に加圧するようにしたものである。   In contrast to this comparative example, in the first embodiment, as shown in FIGS. 3 and 4, the semiconductor element 12 (12 a, 12 b, 12 c) is pressed against the leaf spring 20 by at least half of the area of the upper surface thereof. It arrange | positions so that it may enter in the outer periphery 24a of the part 24, and it is made to pressurize mainly on the semiconductor element 12 with the large influence on a thermal resistance change from the upper surface 10a of the semiconductor module 10. FIG.

従って、本実施の形態1によれば、半導体素子12直下における半導体モジュール10の変位を抑制することができ、半導体モジュール10を冷却装置30に安定して密着させることができる。その結果、半導体モジュール10と冷却装置30の間の熱抵抗の増加を防止することができ、熱抵抗が低い状態で安定させることができる。   Therefore, according to the first embodiment, the displacement of the semiconductor module 10 immediately below the semiconductor element 12 can be suppressed, and the semiconductor module 10 can be stably adhered to the cooling device 30. As a result, an increase in the thermal resistance between the semiconductor module 10 and the cooling device 30 can be prevented, and the thermal resistance can be stabilized in a low state.

また、半導体素子12直下における半導体モジュール10の変位を小さくすることができるため、その部分に塗布された熱伝導グリスのポンピングアウト現象を抑制することができる。その結果、長期に亘り安定した熱伝導性能を確保することができ、温度サイクルに対する耐久性の低下を防ぐことができる。   Moreover, since the displacement of the semiconductor module 10 immediately below the semiconductor element 12 can be reduced, the pumping-out phenomenon of the heat conduction grease applied to that portion can be suppressed. As a result, stable heat conduction performance can be ensured over a long period of time, and a decrease in durability against temperature cycles can be prevented.

実施の形態2.
図6は、本発明の実施の形態2に係る半導体装置を示す上面図である。なお、図6中、図3と同一部分には同一符号を付し、説明を省略する。また、図6において、半導体素子の図示を省略しているが、本実施の形態2に係る半導体装置100dは、ヒートスプレッダ13上に半導体素子を搭載している。
Embodiment 2. FIG.
FIG. 6 is a top view showing a semiconductor device according to the second embodiment of the present invention. In FIG. 6, the same parts as those in FIG. In FIG. 6, the semiconductor element is not shown, but the semiconductor device 100 d according to the second embodiment has the semiconductor element mounted on the heat spreader 13.

上記実施の形態1では、半導体素子12の上面の面積の半分以上が板バネ20の加圧部24の外周24a内に入るように配置することにより、半導体モジュール10の上面10aから半導体素子12上を重点的に加圧するようにした。しかし、半導体モジュール10には、複数個の半導体素子を複合化したものが存在するため、加圧部24による加圧位置を半導体素子上に限定することが難しい場合がある。   In the first embodiment, the semiconductor element 10 is disposed on the semiconductor element 12 from the upper surface 10a of the semiconductor module 10 by arranging so that more than half of the area of the upper surface of the semiconductor element 12 falls within the outer periphery 24a of the pressing portion 24 of the leaf spring 20. The pressure was intensively applied. However, since the semiconductor module 10 includes a composite of a plurality of semiconductor elements, it may be difficult to limit the pressing position by the pressing unit 24 on the semiconductor elements.

そこで、本実施の形態2では、半導体素子が載置されたヒートスプレッダ13上面の面積の半分以上(望ましくは全部)が、板バネ20の加圧部24の外周24a内に入るように配置し、半導体モジュール10の上面から加圧するようにしたものである。以上のように構成された半導体装置100dにおいて、板バネ20の加圧部24は、半導体モジュール10の上面を、実験的に求められた最低必要荷重で加圧する。これにより、ネジ40の
加圧力を周辺に伝達し、半導体モジュール10の上面に均一で適正な加圧力を印加するものである。
Therefore, in the second embodiment, the heat spreader 13 on which the semiconductor element is placed is arranged so that half or more (preferably all) of the area of the upper surface of the heat spreader 13 falls within the outer periphery 24a of the pressing portion 24 of the leaf spring 20, The pressure is applied from the upper surface of the semiconductor module 10. In the semiconductor device 100d configured as described above, the pressurizing unit 24 of the leaf spring 20 pressurizes the upper surface of the semiconductor module 10 with the minimum required load obtained experimentally. Thereby, the applied pressure of the screw 40 is transmitted to the periphery, and a uniform and appropriate applied pressure is applied to the upper surface of the semiconductor module 10.

本実施の形態2によれば、複数個の半導体素子が載置されたヒートスプレッダ13の面積の半分以上を加圧することにより、加圧位置を半導体素子上に限定できないような場合でも、複数個の半導体素子を一括して加圧することができる。これにより、半導体モジュール10の変位を抑制することができ、半導体モジュール10を冷却装置30に安定して密着させることができるため、上記実施の形態1と同様の効果が得られる。   According to the second embodiment, even when the pressing position cannot be limited to the semiconductor element by pressing more than half of the area of the heat spreader 13 on which the plurality of semiconductor elements are mounted, The semiconductor elements can be pressurized together. Thereby, the displacement of the semiconductor module 10 can be suppressed, and the semiconductor module 10 can be stably adhered to the cooling device 30. Therefore, the same effect as in the first embodiment can be obtained.

なお、本発明は、その発明の範囲内において、各実施の形態を自由に組み合わせたり、各実施の形態を適宜、変形、省略したりすることが可能である。例えば上記実施の形態1と本実施の形態2を組み合わせて、半導体素子12の上面の面積の半分以上、且つヒートスプレッダ13の面積の半分以上が、板バネ20の加圧部24の外周24a内に入るように配置してもよい。   It should be noted that the present invention can be freely combined with each other within the scope of the invention, and each embodiment can be appropriately modified or omitted. For example, by combining the first embodiment and the second embodiment, more than half of the area of the upper surface of the semiconductor element 12 and more than half of the area of the heat spreader 13 are in the outer periphery 24a of the pressing portion 24 of the leaf spring 20. It may be arranged to enter.

本発明は、電気自動車やハイブリッド自動車等の移動体に用いられる半導体装置として利用することができる。   The present invention can be used as a semiconductor device used for a moving body such as an electric vehicle or a hybrid vehicle.

10 半導体モジュール、10a 上面、11 第1貫通穴、
12、12a、12b、12c、12d 半導体素子、13 ヒートスプレッダ、
14 電源接続用端子、15 ワイヤ、16 出力端子、17 樹脂、20 板バネ、
21 第2貫通穴、22 底部、23 直立部、24 加圧部、24a 外周、
30 冷却装置、31 ネジ穴、40 ネジ、
100、100a、100b、100c、100d 半導体装置。
10 semiconductor module, 10a top surface, 11 first through hole,
12, 12a, 12b, 12c, 12d semiconductor element, 13 heat spreader,
14 power connection terminals, 15 wires, 16 output terminals, 17 resin, 20 leaf springs,
21 2nd through-hole, 22 bottom part, 23 upright part, 24 pressurization part, 24a outer periphery,
30 cooling device, 31 screw hole, 40 screw,
100, 100a, 100b, 100c, 100d Semiconductor device.

Claims (3)

半導体素子が樹脂封止され、中央部に第1貫通穴を有する半導体モジュールと、前記半導体モジュールの上面側に配置され、中央部に第2貫通穴を有する円錐台型の板バネと、前記半導体モジュールの下面側に配置され、中央部にネジ穴を有する冷却装置と、前記第1貫通穴及び前記第2貫通穴を通って前記ネジ穴に螺合され、前記半導体モジュール及び前記板バネを前記冷却装置に固定するネジを備え、
前記板バネは、前記第2貫通穴を有する底部と、前記底部の外周から立ち上がる直立部と、前記直立部の上端から外側に円錐台型に延びて前記半導体モジュール上面を押す加圧部を有し、前記半導体素子の上面の面積の半分以上が前記加圧部の外周内に入るように配置され、前記半導体モジュール上面から加圧されることを特徴とする半導体装置。
A semiconductor module in which a semiconductor element is sealed with a resin and having a first through hole in a central portion; a truncated conical leaf spring disposed on an upper surface side of the semiconductor module and having a second through hole in the central portion; and the semiconductor A cooling device disposed on the lower surface side of the module and having a screw hole in the center, and screwed into the screw hole through the first through hole and the second through hole, and the semiconductor module and the leaf spring are With screws to secure the cooling device,
The leaf spring has a bottom portion having the second through hole, an upright portion rising from an outer periphery of the bottom portion, and a pressure portion that extends in a truncated cone shape outward from the upper end of the upright portion and presses the upper surface of the semiconductor module. The semiconductor device is arranged so that more than half of the area of the upper surface of the semiconductor element falls within the outer periphery of the pressurizing portion and is pressurized from the upper surface of the semiconductor module.
前記半導体モジュールにおいて、前記半導体素子はヒートスプレッダ上に載置され、前記ヒートスプレッダの上面の面積の半分以上が前記加圧部の前記外周内に入るように配置されていることを特徴とする請求項1記載の半導体装置。   2. The semiconductor module according to claim 1, wherein the semiconductor element is placed on a heat spreader, and is arranged such that more than half of the area of the upper surface of the heat spreader falls within the outer periphery of the pressurizing unit. The semiconductor device described. ヒートスプレッダ上に載置された半導体素子が樹脂封止され、中央部に第1貫通穴を有する半導体モジュールと、前記半導体モジュールの上面側に配置され、中央部に第2貫通穴を有する円錐台型の板バネと、前記半導体モジュールの下面側に配置され、中央部にネジ穴を有する冷却装置と、前記第1貫通穴及び前記第2貫通穴を通って前記ネジ穴に螺合され、前記半導体モジュール及び前記板バネを前記冷却装置に固定するネジを備え、
前記板バネは、前記第2貫通穴を有する底部と、前記底部の外周から立ち上がる直立部と、前記直立部の上端から外側に円錐台型に延びて前記半導体モジュール上面を押す加圧部を有し、前記ヒートスプレッダの上面の面積の半分以上が前記加圧部の外周内に入るように配置され、前記半導体モジュール上面から加圧されることを特徴とする半導体装置。
A semiconductor element mounted on the heat spreader is resin-sealed, a semiconductor module having a first through hole in the center, and a truncated cone type having a second through hole in the center disposed on the upper surface side of the semiconductor module A plate spring, a cooling device disposed on the lower surface side of the semiconductor module and having a screw hole at the center, and screwed into the screw hole through the first through hole and the second through hole. A screw for fixing the module and the leaf spring to the cooling device;
The leaf spring has a bottom portion having the second through hole, an upright portion rising from an outer periphery of the bottom portion, and a pressure portion that extends in a truncated cone shape outward from the upper end of the upright portion and presses the upper surface of the semiconductor module. The semiconductor device is characterized in that more than half of the area of the upper surface of the heat spreader is disposed within the outer periphery of the pressurizing portion and is pressurized from the upper surface of the semiconductor module.
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