JP2013135108A - 半導体装置 - Google Patents

Abstract

【課題】アースに接続されている放熱ケースに密着して半導体素子を取付けた場合、半導体素子と放熱ケースの間に外乱ノイズが印加されると、半導体素子が誤動作する。
【解決手段】半導体素子４と放熱ケース８の間に放熱ケース８と絶縁される構造で、金属製の放熱プレート１２を取付けることにより、放熱ケース８と半導体素子４の間隔を確保し、半導体素子４の充電部と放熱ケース８間に雷サージ等の外乱ノイズが印加されても、半導体素子４に印加するノイズ量が軽減されるようにし、半導体素子４の誤動作を防止する。
【選択図】図１

Description

本発明は、モータ等の負荷を駆動する半導体素子を用いた半導体装置に関するものである。

従来、モータ等の駆動装置には半導体素子が用いられているが、半導体素子は通電時には発熱をするため、放熱板を取り付ける必要があった。

これらの半導体素子を用いた半導体装置においては、その取付けケースを金属で構成するとともに、この取付けケースを半導体素子の放熱板とし、取付けケースに半導体素子を取り付ける方法が提案されている（例えば特許文献１参照）。

以下、図面を参照しながら上記従来の半導体装置について説明する。

図４は特許文献１に記載された従来の半導体装置の側断面図、図５は半導体素子の正面図である。

図４および図５において、プリント基板１００は、モータ等を駆動する半導体素子１０４が実装されている。

半導体素子１０４は本体部に放熱板固定部１０４ａと放熱面１０４ｂがモールド成型にて形成されている。

プリント基板１００には半導体素子１０４のほか、半導体素子１０４を駆動するための回路が組み込まれている。

収納ケース１０８と金属製の放熱ケース１１２はで囲まれた空間は、内部にプリント基板１００を収納する構造になっているとともに、放熱ケース１１２は電気的にアースに接続されている。

半導体素子１０４は放熱板固定部１０４ａが取付けネジ１１６にて放熱ケース１１２に取付けられており、放熱面１０４ｂが放熱ケース１１２に密着している。
また、半導体素子１０４と放熱ケース１１２の間には絶縁シート１２０が挟み込まれている。

放熱ケース１１２と収納ケース１０８は結合ネジ１２４に結合され、一体の収納ケースを形成している。

以上のように構成された半導体装置について、以下その動作を説明する。

半導体素子１０４が動作すると半導体素子１０４は発熱するが、放熱面１０４ｂと放熱ケース１１２が密着しているため、その熱は放熱ケース１１２に熱伝導し、ケースの外に放熱されるため、半導体素子１０４が必要以上に温度上昇することはなく、熱による破壊を防止することができる。

また、半導体素子１０４と放熱ケース１１２の間には絶縁シート１２０が挟み込まれているため、半導体素子１０４の充電部と放熱ケース１１２の不用意な接触を確実に防止す
ることができ、使用者の感電の危険性を排除することができる。

特開平１０−２０５８６１号公報

しかしながら、上記従来の構成では、放熱ケース１１２が安全のためアースに接続される場合、半導体素子１０４とアースに接続されている放熱ケース１１２の距離が非常に近いため、充電部とアースの間に雷サージ等の外乱ノイズが印加されると、半導体素子１０４が誤動作するという課題を有していた。

近年、半導体素子と小型化が進んでおり、それに伴い放熱性の向上を目的とし、半導体素子の放熱面部の絶縁樹脂が薄肉化になってきているため、半導体素子に放熱板を取付けたとき、半導体素子内部の回路と放熱板との距離が益々接近する方向になってきており、誤動作に対する対策が必要となってきている。

本発明は、上記従来の課題を解決するもので、半導体素子の放熱性は確保ながらも、半導体素子が誤動作しない、信頼性の高い半導体装置を提供することを目的としている。

上記従来の課題を解決するために、本発明の半導体装置は、半導体素子を金属製の放熱プレートと樹脂整形したプレートホルダーでサンドイッチにするとともに、放熱プレートは半導体素子と密着し、絶縁シートを挟んで半導体素子を放熱ケースに取付けられたとき、放熱プレートは取付けネジおよび放熱ケースと電気的に絶縁される構造とすることにより、アースに接続された放熱ケースと半導体素子が放熱プレートの厚み寸法だけ隔離され、半導体素子の充電部とアースの間に雷サージ等の外乱ノイズが印加されても、半導体素子に印加するノイズ量が軽減されるようにしたものである。

本発明の半導体装置は、半導体素子の充電部とアースの間に雷サージ等の外乱ノイズが印加されても、半導体素子に印加するノイズ量が軽減されるため、半導体素子がノイズにより誤動作することがなく、信頼性の高い半導体装置を提供することができる。

本発明の実施の形態１における半導体装置の分解斜視図 同実施の形態におけるプレートホルダーの三方向図 同実施の形態における放熱プレートの三方向図 従来の半導体装置の側断面図 同従来の半導体装置の半導体素子の正面図

第１の発明は、本体部に放熱面および放熱板固定部を持つ半導体素子と、掛かり部を持つ金属製の放熱プレートと、フック部を持つ樹脂整形されたプレートホルダーとを備え、前記半導体素子は前記放熱プレートと前記プレートホルダーにより挟持されるとともに前記放熱プレートの前記掛かり部と前記プレートホルダーの前記フック部とが係合し、前記半導体素子の放熱板固定部を前記放熱ケースに取付けネジにて固定した場合には、前記放熱プレートと前記取付けネジは接触せず、かつ前記半導体素子を絶縁シートを介して前記放熱ケースに取付けられた場合には、前記放熱プレートは取付けネジおよび前記放熱ケー
スとは絶縁されるものである。

これにより、放熱プレートは電気的にアースと絶縁されるとともに、アースに接続された放熱ケースと半導体素子が放熱プレートの厚み寸法だけ隔離され、半導体素子の充電部とアースの間に雷サージ等の外乱ノイズが印加されても半導体素子に印加するノイズ量が軽減され半導体素子が誤動作することはない。

またプレートホルダーにより、放熱プレートと半導体素子の相互位置が規制され、ずれないため放熱プレートと半導体素子の接続端子との絶縁距離が不用意に接近することはない。

また放熱プレートは熱伝導性の良い金属製であるため、半導体素子の発熱を効率よく放熱ケースに熱伝導し放熱することができ、信頼性の高い半導体装置を提供することができる。

第２の発明は、放熱プレートと半導体素子の放熱面の間に熱伝導性のコンパウンドを塗布したものであるから、放熱プレート表面の平面度が粗い場合においても、半導体素子と放熱プレートの熱伝導を良好にし、半導体素子の温度上昇を確実に抑えることが出来、信頼性の高い半導体装置を提供することができる。

第３の発明は、プレートホルダーは位置決め突起部を持ち、半導体装置を実装するプリント基板の位置決め部と勘合して、プリント基板に対するプレートホルダーの位置決めを行うようにしたものであるから、プレートホルダーだけを先にプリント基板に実装する場合に、プレートホルダーの実装位置が規制され、組立て作業性が良い半導体装置を提供することができる。

第４の発明は、前記プレートホルダーの底部に抜き穴を持つようにしたものであるから、半導体素子の裏側部のプリント基板にも表面実装部品等の電子部品を実装することができ、より使い勝手の良い半導体装置を提供することができる。

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この発明が限定されるものではない。

（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１における半導体装置の分解斜視図、図２は、同実施の形態におけるプレートホルダーの三方向図、図３は同実施の形態における放熱プレートの三方向図である。

図１から図３において、プリント基板１は、モータ等を駆動する半導体素子４がその複数の接続端子４ａをはんだ付けされることにより実装される。

半導体素子４は本体部に一対の放熱板固定部４ｂと放熱面４ｃがモールド成型にて形成されている。

プリント基板１には半導体素子４のほか、半導体素子４を駆動するための回路が組み込まれている。

金属製の放熱ケース８は、電気的にアースに接続されている。

１２は金属板を折り曲げ加工して成型された、放熱プレートであり、複数の掛かり部１
２ａを持っている。

樹脂で成型されたプレートホルダー１６は、複数のフック部１６ａを持つ他、一対の位置決め突起部１６ｂを持ち、中央部は樹脂成型部のない抜き穴１６ｃがある。

半導体素子４は放熱プレート１２とプレートホルダー１６に挟まれており、この状態で放熱プレート１２の掛かり部１２ａとプレートホルダー１６のフック部１６ａが掛合して、半導体素子４と放熱プレート１２の相互位置がずれない状態で、半導体素子４の放熱面４ｃと放熱プレート１２が密着している。

尚、半導体素子４と放熱プレート１２の間には熱伝導性の良いコンパウンド２０が塗布されている。

プリント基板１には半導体素子４の放熱板固定部４ｂを放熱ケース８に固定する際に取付けネジ２４が貫通する貫通穴１ａの一部を切り欠いて位置決め部１ｂが形成されており、プレートホルダー１６の突起部１６ｂが位置決め部１ｂ勘合して、プレートホルダー１６の位置決めがされるようになっている。

半導体素子４は取付けネジ２４にて放熱ケース８のネジ穴８ａに固定されているが、放熱プレート１２と放熱ケース８の間には絶縁シート２８が配置されており、また放熱プレート１２は取付けネジ２４と接しない形状になっているため、放熱プレート１２と放熱ケース８は電気的に絶縁状態になっている。

プリント基板１上の半導体素子４の下部には表面実装された絶縁シート２８が実装されているが、絶縁シート２８の実装位置はプレートホルダー１６の抜き穴１６ｃの中に入る位置であり、半導体素子４がプリント基板１の表面よりもプレートホルダー１６の厚み分だけ浮いて実装されていることと合わせて、絶縁シート２８と半導体素子４は接触しない構造になっている。

以上のように構成された半導体装置について、以下その動作、作用を説明する。

半導体素子４が動作すると半導体素子４は発熱するが、その発熱は放熱面４ｃから放熱プレート１２および放熱ケース８に熱伝導し、収納ケースの外に放熱されるため、半導体素子４が必要以上に温度上昇することはなく、熱による破壊を防止することができる。
また、放熱プレート１２は絶縁シート２８により電気的にアースと絶縁されるとともに、アースに接続された放熱ケース８と半導体素子４が放熱プレート１２の厚み寸法だけ隔離され、半導体素子４の充電部とアースの間に雷サージ等の外乱ノイズが印加されても、半導体素子４に印加するノイズ量が軽減され半導体素子４が誤動作することはなく、信頼性の高い半導体装置を提供することができる。

尚、放熱プレート１２の厚みが厚くなれば、放熱ケース８と半導体素子４との間隔も広がり、それに伴い半導体素子４に印加されるノイズの強度も弱くなるため、実験により、必要な厚みを選定することが必要である。

また、コンパウンド２０の塗布により、放熱プレート１２の表面の平面度が粗い場合においても、半導体素子４と放熱プレート１２の熱伝導を良好にし、半導体素子４の温度上昇を確実に抑えることができ、信頼性の高い半導体装置を提供することができる。

また、プリント基板１の位置決め部１ｂとプレートホルダー１６の突起部１６ｂが勘合して、プレートホルダー１６の位置決めがされるため、プレートホルダー１６だけを先に
プリント基板１に実装する組立て工程とした場合においても、プレートホルダー１６の位置きめができ、組立て性の良い半導体装置を提供することができる。

また、プレートホルダー１６に抜き穴１６ｃが設けられているため、プリント基板１における半導体素子４の裏側にも部品を実装することができるため、使い勝手の良い半導体装置を提供することができる。

以上のように、本発明にかかる半導体装置は、放熱プレートにより、半導体素子の放熱性も確保しながらも、充電部とアース間に印加する外乱ノイズに対する耐量を向上するものであるから、半導体素子を用いた他の装置にも適用することができる。

１ プリント基板
１ｂ 位置決め部
４ 半導体素子
４ｂ 放熱板固定部
４ｃ 放熱面
８ 放熱ケース
１２ 放熱プレート
１２ａ 掛かり部
１６ プレートホルダー
１６ａ フック部
１６ｂ 突起部
１６ｃ 抜き穴
２０ コンパウンド
２４ 取付けネジ
２８ 絶縁シート

Claims (4)

1. 本体部に放熱面および放熱板固定部を持つ半導体素子と、掛かり部を持つ金属製の放熱プレートと、フック部を持つ樹脂整形されたプレートホルダーとを備え、前記半導体素子は前記放熱プレートと前記プレートホルダーにより挟持されるとともに前記放熱プレートの前記掛かり部と前記プレートホルダーの前記フック部とが係合し、前記半導体素子の放熱板固定部を金属性の放熱ケースに取付けネジにて固定した場合には、前記放熱プレートと前記取付けネジは接触せず、かつ前記半導体素子を絶縁シートを介して前記放熱ケースに取付けられた場合には、前記放熱プレートは前記取付けネジおよび前記放熱ケースとは絶縁されていることを特徴とする半導体装置。
2. 前記放熱プレートと前記半導体素子の放熱面の間に熱伝導性のコンパウンドを塗布した請求項１に記載の半導体装置。
3. 前記プレートホルダーは位置決め用の突起部を持ち、前記半導体装置を実装するプリント基板の位置決め部と勘合して、プリント基板に対するプレートホルダーの位置決めを行う請求項１または２に記載の半導体装置。
4. 前記プレートホルダーの底部に抜き穴を持つ請求項１から３のいずれか一項に記載の半導体装置。