JP2014045087A - 半導体装置 - Google Patents

Abstract

【課題】半導体装置の構成と、製造工程とが簡素化された結果、製造コストが低減された半導体装置を提供する。
【解決手段】基板（１１）、及び、該基板に搭載された発熱素子（１２）を有する電子基板（１０）と、該電子基板にて生じた熱を放熱する放熱部（２０）と、電子基板を収納する収納部（３０）と、電子基板を放熱部に固定する固定部（４０）と、を有する半導体装置であって、収納部と固定部それぞれは、絶縁材料から成り、固定部は、収納部に一体的に設けられたバネであり、収納部が放熱部に固定されることで、固定部が電子基板に接触して撓み、その撓みによって生じた付勢力によって、電子基板が放熱部に押し付けられて、電子基板が放熱部に本固定されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、電子基板と、該電子基板にて生じた熱を放熱する放熱部と、電子基板を収納する収納部と、電子基板を放熱部に固定する固定部と、を有する半導体装置に関するものである。

従来、例えば特許文献１に示されるように、樹脂製ケース本体と、樹脂製ケース本体内に固定されるヒートシンクと、ヒートシンクにボルトによって取り付けられるパワートランジスタと、を備える電子制御ユニットのパワートランジスタの取り付け構造が提案されている。上記した樹脂製ケース本体から弾性体が延長されており、この弾性体によってパワートランジスタがヒートシンクに付勢された状態にて、パワートランジスタがボルトによってヒートシンクに取り付けられる。

弾性体は樹脂製であり、その樹脂製ケース本体付近の位置に切り欠き部が形成されている。これにより、パワートランジスタをヒートシンクにボルト止めした後、弾性体を除去する作業が容易となっている。

特開２００２−３１９７８０号公報

特許文献１に示される半導体装置では、弾性体にてパワートランジスタをヒートシンクに仮止めした状態で、パワートランジスタをヒートシンクにボルト止めしている。このように、パワートランジスタは、弾性体によってヒートシンクに本固定されてはおらず、パワートランジスタは、ボルトによってヒートシンクに本固定されている。このような固定構造を採用するには、ボルト止めするためのねじ穴をパワートランジスタに形成したり、そのねじ穴にボルトを通したり、という作業が必要となる。そのため、半導体装置の構成と、製造工程とが複雑化し、この結果、製造コストが嵩む、という問題があった。

そこで、本発明は上記問題点に鑑み、半導体装置の構成と、製造工程とが簡素化された結果、製造コストが低減された半導体装置を提供することを目的とする。

上記した目的を達成するために、本発明は、基板（１１）、及び、該基板に搭載された発熱素子（１２）を有する電子基板（１０）と、該電子基板にて生じた熱を放熱する放熱部（２０）と、電子基板を収納する収納部（３０）と、電子基板を放熱部に固定する固定部（４０）と、を有する半導体装置であって、収納部と固定部それぞれは、絶縁材料から成り、固定部は、収納部に一体的に設けられたバネであり、収納部が放熱部に固定されることで、固定部が電子基板に接触して撓み、その撓みによって生じた付勢力によって、電子基板が放熱部に押し付けられて、電子基板が放熱部に本固定されていることを特徴とする。

このように本発明では、バネであり、収納部（３０）の一部である固定部（４０）によって、電子基板（１０）が放熱部（２０）に本固定されている。したがって、電子基板（１０）が放熱部（２０）にねじ止めされる構成と比べて、半導体装置（１００）の構成と、製造工程とが簡素化される。この結果、製造コストが低減される。

また、固定部（４０）は、絶縁材料から成る。したがって、固定部が導電材料である構成、及び、電子基板が放熱部にねじ止めされる構成とは異なり、固定部やねじを電子基板に配置するための領域を電子基板に設けなくとも良くなる。これにより、半導体装置（１００）の体格の増大が抑制される。

なお、固定部（４０）にて生じた付勢力によって、電子基板（１０）が放熱部（２０）に本固定される構成としては、電子基板の重心とは異なる複数の位置に付勢力が印加される、若しくは、電子基板の重心に付勢力が印加されることで、電子基板が放熱部に固定された構成が採用される。

電子基板は、基板に搭載されたコネクタ（１４）を有し、固定部の少なくとも一つがコネクタに接触しており、固定部が電子基板に接触して撓むことで生じた付勢力によって、電子基板が放熱部に押し付けられた構成が良い。

これによれば、付勢力によって、コネクタ（１４）と基板（１１）との接続部位が固定される。したがって、コネクタ（１４）と外部コネクタとを挿抜する際に生じる応力（以下、挿抜力と示す）によって、コネクタ（１４）と基板（１１）との接続部位に接続不良が生じることが抑制される。

ちなみに、コネクタは、基板の主面（１１ｂ）に直交する方向にて、外部コネクタと挿抜される構造を有する構成が良い。

これによれば、付勢力の印加方向と挿抜力の印加方向とが平行となる。そのため、付勢力の印加方向と挿抜力の印加方向とが交叉する構成と比べて、挿抜力によって、コネクタ（１４）と基板（１１）との接続部位に接続不良が生じることが抑制される。

上記したコネクタは、コネクタピン（１５）と、該コネクタピンを固定するホルダー（１６）と、固定部が接触される接触部（１７）と、を有し、接触部に、複数のホルダーが連結されており、接触部に固定部が接触して撓むことで生じた付勢力が、接触部に連結された複数のホルダーを介して基板に印加され、電子基板が放熱部に押し付けられた構成が良い。

これによれば、１つの固定部（４０）にて生じた付勢力を、ホルダー（１４）と同数の付勢力に分けて、電子基板（１０）に印加することができる。これにより、電子基板（１０）と放熱部（２０）との固定状態が安定化される。

第１実施形態に係る半導体装置の概略構成を示す断面図である。 第１実施形態に係る半導体装置の変形例を示す断面図である。 第１実施形態に係る半導体装置の変形例を示す断面図である。 第２実施形態に係る半導体装置の概略構成を示す断面図である。 第２実施形態に係る半導体装置の変形例を示す断面図である。 第３実施形態に係る半導体装置の概略構成を示す断面図である。 第４実施形態に係る半導体装置の概略構成を示す断面図である。 第５実施形態に係る半導体装置の概略構成を示す断面図である。 第５実施形態に係る半導体装置の変形例を示す断面図である。 図９に示す半導体装置の上面図である。 収納部を取り払った半導体装置の上面図である。

以下、本発明の実施の形態を図に基づいて説明する。
（第１実施形態）
図１に基づいて、本実施形態に係る半導体装置を説明する。半導体装置１００は、要部として、電子基板１０と、放熱部２０と、収納部３０と、固定部４０と、を有する。電子基板１０は、放熱部２０と収納部３０とによって構成される密閉空間内に配置され、固定部４０によって、放熱部２０に固定されている。

電子基板１０は、基板１１及び基板１１に搭載された発熱素子１２を有する。本実施形態では、基板１１の第１面１１ａが放熱部２０と対向し、その裏面である第２面１１ｂに、発熱素子１２が搭載されている。基板１１には、第１面１１ａと第２面１１ｂとを貫通する貫通孔１３が形成されており、この貫通孔１３は、発熱素子１２の直下に位置している。

放熱部２０は、電子基板１０にて生じた熱を放熱するものである。放熱部２０の外面２０ａには、表面積を増大することで、放熱性を高めるための溝２１が複数形成され、その裏面である内面２０ｂには、複数の突起部２２が形成されている。内面２０ｂは、電子基板１０と対向しており、突起部２２は電子基板１０側に突起し、その先端が電子基板１０と接触している。これにより、電子基板１０と放熱部２０との間に、突起部２２の高さを有する空間が形成されている。図１に示すように、この空間には、電子基板１０（発熱素子１２）にて生じた熱を放熱部２０に伝熱する伝熱媒体２３が設けられている。伝熱媒体２３は、上記した貫通孔１３内に充填され、基板１１と放熱部２０だけではなく、発熱素子１２とも接触している。

収納部３０は、電子基板１０を収納するものであり、絶縁材料から成る。収納部３０は、環状の壁部３１と、該壁部３１によって構成される２つの開口面の内の一方を閉塞する蓋部３２と、を有し、もう一方の開口面は、放熱部２０によって閉塞される構成となっている。壁部３１の先端が、放熱部２０の側面に形成された嵌合部２４に嵌合されることで、収納部３０が放熱部２０に固定され、放熱部２０と収納部３０とによって構成される密閉空間内に電子基板１０が収納される。

固定部４０は、電子基板１０を放熱部２０に固定するものであり、絶縁材料から成る。固定部４０は、収納部３０に一体的に設けられたバネであり、収納部３０が放熱部２０に固定されることで、固定部４０が電子基板１０に接触して撓み、その撓みによって生じた付勢力によって、電子基板１０が放熱部２０に押し付けられる。これによって、電子基板１０が放熱部２０に本固定されている。

図１に示すように、本実施形態では、複数の固定部４０が、蓋部３２の内面から電子基板１０に向かって延び、その端部が基板１１と接触している。複数の固定部４０それぞれは、電子基板１０の重心とは異なる複数の位置に接触しており、この位置に、上記した付勢力が印加される。これにより、電子基板１０が放熱部２０に固定されている。なお、図１に示すように、基板１１と接触する固定部４０の端部と、突起部２２の先端とは、基板１１を介して対向している。これにより、付勢力の印加方向に、突起部２２が位置している。また、本実施形態では、付勢力が印加される位置は、電子基板１０の重心を通る直線上に位置している。更に、付勢力が印加される位置は、重心を中心として、点対称となっている。

本実施形態では、固定部４０の撓みが緩んだ際に、電子基板１０と放熱部２０との接触状態が解かれることを抑制するストッパー４１が収納部３０に形成されている。ストッパー４１は、蓋部３２の内面から電子基板１０に向かって延び、その端部が基板１１に触れている。なお、ストッパー４１は、固定部４０の撓みが緩んでいない場合、基板１１に触れているだけであって、撓んでいない。

次に、本実施形態に係る半導体装置１００の作用効果を説明する。上記したように、バネであり、収納部３０の一部である固定部４０によって、電子基板１０が放熱部２０に本固定されている。したがって、電子基板が放熱部にねじ止めされる構成と比べて、半導体装置１００の構成と、製造工程とが簡素化される。この結果、製造コストが低減される。

また、固定部４０は、絶縁材料から成る。したがって、固定部が導電材料である構成、及び、電子基板が放熱部にねじ止めされる構成とは異なり、固定部やねじを電子基板に配置するための領域を電子基板に設けなくとも良くなる。これにより、半導体装置１００の体格の増大が抑制される。

固定部４０の撓みが緩んだ際に、電子基板１０と放熱部２０との接触状態が解かれることを抑制するストッパー４１が収納部３０に形成されている。これによれば、ストッパーを有さない構成と比べて、電子基板１０と放熱部２０との接触状態が解かれることが抑制される。

放熱部２０の内面２０ｂには、複数の突起部２２が形成され、その先端が電子基板１０と接触している。これによれば、突起部２２によって電子基板１０が支えられるので、電子基板１０に反りが生じ、基板１１と発熱素子１２とに接続不良が生じることが抑制される。

付勢力の印加方向に、突起部２２が位置している。これによれば、付勢力を受けた際に突起部２２にて生じる反発力と、付勢力とが対向するので、これら２つの力によって、電子基板１０が挟持される。したがって、付勢力と反発力とが対向しない構成と比べて、電子基板１０に反りが生じることが抑制される。

電子基板１０にて生じた熱を放熱部２０に伝熱する伝熱媒体２３が、電子基板１０と放熱部２０に接触している。これによれば、伝熱媒体を有さない構成と比べて、電子基板１０にて生じた熱が、効率良く放熱部に伝熱される。

本実施形態では、基板１１の第２面１１ｂに発熱素子１２が搭載された例を示した。しかしながら、図２に示すように、基板１１の第１面１１ａに発熱素子１２が搭載され、発熱素子１２が放熱部２０に接触された構成を採用することもできる。

本実施形態では、壁部３１の先端が、放熱部２０の側面に形成された嵌合部２４に嵌合されることで、収納部３０が放熱部２０に固定される例を示した。しかしながら、図３に示すように、壁部３１の先端が鉤形状となり、その鉤形状の先端部が、放熱部２０の外面２０ａに引っ掛かることで、収納部３０が放熱部２０に固定される構成を採用することもできる。

（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態を、図４に基づいて説明する。第２実施形態に係る半導体装置１００は、第１実施形態によるものと共通するところが多いので、以下、共通部分については詳しい説明を省略し、異なる部分を重点的に説明する。なお、第１実施形態で示した要素と同一の要素には、同一の符号を付与している。

第１実施形態では、複数の固定部４０の端部が基板１１と接触した例を示した。これに対し、本実施形態では、１つの固定部４０の端部が発熱素子１２と接触した点を特徴とする。これによれば、電子基板１０における発熱素子１２直下の領域と放熱部２０との接触状態が強まるので、発熱素子１２にて生じた熱が、効率良く放熱部２０に伝熱される。

なお、第１実施形態では、付勢力が、電子基板１０の重心とは異なる複数の位置に印加される例を示したが、本実施形態では、付勢力が、電子基板１０の重心に印加される。これによって、電子基板１０が放熱部２０に本固定されている。

本実施形態では、図４に示すように、１つの固定部４０が、蓋部３２の内面から電子基板１０に向かって延び、その端部が発熱素子１２と接触する例を示した。しかしながら、図５に示すように、１つの固定部４０が、壁部３１の内面から発熱素子１２に向かって延び、その端部が発熱素子１２と接触し、且つ、他の固定部４０が、蓋部３２の内面から基板１１に向かって延び、その端部が基板１１と接触した構成を採用することもできる。

（第３実施形態）
次に、本発明の第３実施形態を、図６に基づいて説明する。第３実施形態に係る半導体装置は、上記した各実施形態によるものと共通するところが多いので、以下、共通部分については詳しい説明を省略し、異なる部分を重点的に説明する。なお、上記した各実施形態で示した要素と同一の要素には、同一の符号を付与している。

第１実施形態では、固定部４０は、蓋部３２の内面から電子基板１０に向かって延びた形状である例を示した。これに対し、本実施形態では、固定部４０は、図６に示すように、蓋部３２における局所的に厚さの薄くなった薄肉部４２と、該薄肉部４２の内面に連結され、電子基板１０に向かって延びる延設部４３と、を有する点を特徴とする。

収納部３０が放熱部２０に固定されると、延設部４３の端部が電子基板１０に接触する。すると、薄肉部４２が撓み、その撓みによって生じた付勢力によって、電子基板１０が放熱部２０に押し付けられる。これによって、電子基板１０が放熱部２０に本固定されている。

（第４実施形態）
次に、本発明の第４実施形態を、図７に基づいて説明する。第４実施形態に係る半導体装置は、上記した各実施形態によるものと共通するところが多いので、以下、共通部分については詳しい説明を省略し、異なる部分を重点的に説明する。なお、上記した各実施形態で示した要素と同一の要素には、同一の符号を付与している。

第１実施形態では、固定部４０は、蓋部３２の内面から電子基板１０に向かって延びた形状である例を示した。これに対し、本実施形態では、固定部４０は、壁部３１の先端に形成された撓み部４４と、蓋部３２の内面から電子基板１０に向かって延びる延設部４５と、を有する点を特徴とする。

図７に示すように、撓み部４４が放熱部２０の外面２０ａに接触する態様で、収納部３０が放熱部２０に固定されると、延設部４５の端部が電子基板１０に接触する。すると、撓み部４４が撓み、その撓みによって生じた付勢力によって、電子基板１０が放熱部２０に押し付けられる。これによって、電子基板１０が放熱部２０に本固定される。

（第５実施形態）
次に、本発明の第５実施形態を、図８に基づいて説明する。第５実施形態に係る半導体装置は、上記した各実施形態によるものと共通するところが多いので、以下、共通部分については詳しい説明を省略し、異なる部分を重点的に説明する。なお、上記した各実施形態で示した要素と同一の要素には、同一の符号を付与している。

第１実施形態では、電子基板１０は、基板１１及び発熱素子１２を有する例を示した。これに対し、本実施形態では、電子基板１０は、基板１１及び発熱素子１２の他に、基板１１に搭載されたコネクタ１４を有する点を特徴とする。

図８に示すように、固定部４０の少なくとも一つがコネクタ１４に接触しており、固定部４０が電子基板１０に接触して撓むことで生じた付勢力によって、電子基板１０が放熱部２０に押し付けられている。これによれば、付勢力によって、コネクタ１４と基板１１との接続部位が固定される。したがって、コネクタ１４と外部コネクタとを挿抜する際に生じる応力（以下、挿抜力と示す）によって、コネクタ１４と基板１１との接続部位に接続不良が生じることが抑制される。

本実施形態では、図８に示すように、コネクタ１４は、基板１１の第２面１１ｂに平行な方向にて外部コネクタと挿抜される構造である示した。しかしながら、図９〜図１１に示すように、コネクタ１４としては、基板１１の第２面１１ｂに直交する方向にて、外部コネクタと挿抜される構造のものを採用することもできる。これによれば、付勢力の印加方向と挿抜力の印加方向とが平行となる。そのため、付勢力の印加方向と挿抜力の印加方向とが交叉する構成と比べて、挿抜力によって、コネクタ１４と基板１１との接続部位に接続不良が生じることが抑制される。

図９〜図１１に示すように、コネクタ１４は、コネクタピン１５と、該コネクタピン１５を固定するホルダー１６と、固定部４０が接触される接触部１７と、を有する。接触部１７に、複数のホルダー１６が連結され、接触部１７に固定部４０が接触して撓むことで生じた付勢力が、接触部１７に連結された複数のホルダー１６を介して、基板１１に印加される構成となっている。これによれば、１つの固定部４０にて生じた付勢力を、ホルダー１６と同数の付勢力に分けて、基板１１に印加することができる。これにより、電子基板１０と放熱部２０との固定状態が安定化される。

以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は上記した実施形態になんら制限されることなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲において、種々変形して実施することが可能である。

１０・・・電子基板
１１・・・基板
１２・・・発熱素子
２０・・・放熱部
３０・・・収納部
４０・・・固定部
１００・・・半導体装置

Claims (10)

1. 基板（１１）、及び、該基板に搭載された発熱素子（１２）を有する電子基板（１０）と、
   該電子基板にて生じた熱を放熱する放熱部（２０）と、
   前記電子基板を収納する収納部（３０）と、
   前記電子基板を前記放熱部に固定する固定部（４０）と、を有する半導体装置であって、
   前記収納部と前記固定部それぞれは、絶縁材料から成り、
   前記固定部は、前記収納部に一体的に設けられたバネであり、
   前記収納部が前記放熱部に固定されることで、前記固定部が前記電子基板に接触して撓み、その撓みによって生じた付勢力によって、前記電子基板が前記放熱部に押し付けられて、前記電子基板が前記放熱部に本固定されていることを特徴とする半導体装置。
2. 前記電子基板の重心とは異なる複数の位置に前記付勢力が印加される、若しくは、前記電子基板の重心に前記付勢力が印加されることで、前記電子基板が前記放熱部に固定されていることを特徴とする請求項１に記載の半導体装置。
3. 前記電子基板は、前記基板に搭載されたコネクタ（１４）を有し、
   前記固定部の少なくとも一つが前記コネクタに接触しており、
   前記固定部が前記電子基板に接触して撓むことで生じた付勢力によって、前記電子基板が前記放熱部に押し付けられていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の半導体装置。
4. 前記コネクタは、前記基板の主面（１１ｂ）に直交する方向にて、外部コネクタと挿抜される構造を有することを特徴とする請求項３に記載の半導体装置。
5. 前記コネクタは、コネクタピン（１５）と、該コネクタピンを固定するホルダー（１６）と、前記固定部が接触される接触部（１７）と、を有し、
   前記接触部に、複数の前記ホルダーが連結されており、
   前記接触部に前記固定部が接触して撓むことで生じた付勢力が、前記接触部に連結された複数の前記ホルダーを介して前記基板に印加され、前記電子基板が前記放熱部に押し付けられていることを特徴とする請求項４に記載の半導体装置。
6. 前記固定部の少なくとも一つが、前記発熱素子に接触していることを特徴とする請求項１〜５いずれか１項に記載の半導体装置。
7. 前記固定部の撓みが緩んだ際に、前記電子基板と前記放熱部との接触状態が解かれることを抑制するストッパー（４１）を有することを特徴とする請求項１〜６いずれか１項に記載の半導体装置。
8. 前記放熱部における前記電子基板との対向面には、前記電子基板側に突起した突起部（２２）が複数形成されており、
   前記突起部と前記電子基板とが接触していることを特徴とする請求項１〜７いずれか１項に記載の半導体装置。
9. 前記付勢力の印加方向に、前記突起部が位置していることを特徴とする請求項８に記載の半導体装置。
10. 前記電子基板にて生じた熱を前記放熱部に伝熱する伝熱媒体（２３）を有し、
    該伝熱媒体は、複数の前記突起部の間に形成された空間に設けられ、前記電子基板と前記放熱部とに接触していることを特徴とする請求項７〜９いずれか１項に記載の半導体装置。

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