JP2015056614A - 半導体装置部品および半導体装置 - Google Patents

半導体装置部品および半導体装置 Download PDF

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Abstract

【課題】ナット挿入穴として使用可能な穴に隣接する壁の破損を回避することが可能な半導体装置部品および半導体装置を提供する。【解決手段】一の実施形態によれば、半導体装置部品は、ナット挿入穴として使用可能な第１の穴を有する第１の部分と、前記第１の穴に壁を介して隣接する第２の穴を有する第２の部分とを備える。さらに、前記第１の穴は、前記壁に面する第１の面と、前記第１の面に接する第２の面と、前記第２の面に接する第３の面と、前記第３の面に接し、前記第１の面と対向する第４の面と、前記第４の面に接し、前記第２の面と対向する第５の面と、前記第５の面と前記第１の面とに接し、前記第３の面と対向する第６の面とを有する。さらに、前記第１の面と前記第４の面との距離は、前記第２の面と前記第５の面との距離、および、前記第３の面と前記第６の面との距離よりも長い。【選択図】図４

Description

本発明の実施形態は、半導体装置部品および半導体装置に関する。
電力用半導体装置のケース部品は、外部配線の端子部品のネジ締結用のナットを挿入するためのナット挿入穴と、外部配線の端子部品を挿入するための端子部品挿入穴とを備えている。ナット挿入穴と端子部品挿入穴との間に十分な距離を確保できない場合、これらの穴の間の中間壁が薄くなる。その結果、この中間壁が、ネジ締結時のナットの回転力に耐えられずに破損する可能性がある。また、ナット挿入穴の周囲に、沿面距離を増やすための溝を配置する場合にも、ナット挿入穴に薄い中間壁が隣接することになり、この中間壁が破損する可能性がある。
特許第３８６４１３０号公報
ナット挿入穴として使用可能な穴に隣接する壁の破損を回避することが可能な半導体装置部品および半導体装置を提供する。
一の実施形態によれば、半導体装置部品は、ナット挿入穴として使用可能な第１の穴を有する第１の部分と、前記第１の穴に壁を介して隣接する第２の穴を有する第２の部分とを備える。さらに、前記第１の穴は、前記壁に面する第１の面と、前記第１の面に接する第２の面と、前記第２の面に接する第３の面と、前記第３の面に接し、前記第１の面と対向する第４の面と、前記第４の面に接し、前記第２の面と対向する第５の面と、前記第５の面と前記第１の面とに接し、前記第３の面と対向する第６の面とを有する。さらに、前記第１の面と前記第４の面との距離は、前記第２の面と前記第５の面との距離、および、前記第３の面と前記第６の面との距離よりも長い。
第１実施形態の半導体装置の構造を概略的に示す断面図である。 第１実施形態のケース部品の構造を示す斜視図である。 第１実施形態のケース部品へのナットおよび端子部品の取り付けについて説明するための斜視図である。 第１実施形態のケース部品の構造を示す平面図である。
以下、本発明の実施形態を、図面を参照して説明する。
（第１実施形態）
図１は、第１実施形態の半導体装置の構造を概略的に示す断面図である。
図１の半導体装置は、放熱板１と、絶縁基板２と、導電膜３、４、５と、半導体チップ６と、ボンディングワイヤ７と、半導体装置部品の例であるケース部品１１と、外部配線１２と、端子部品１３と、ナット１４と、ネジ１５と、封止樹脂１６とを備えている。
放熱板１は、半導体チップ６から発生した熱を逃がすための板部材である。放熱板１は例えば、熱伝導率の高い金属で形成されている。図１は、放熱板１の表面に平行で、互いに垂直なＸ方向およびＹ方向と、放熱板１の表面に垂直なＺ方向とを示している。
本明細書においては、＋Ｚ方向を上方向として取り扱い、−Ｚ方向を下方向として取り扱う。例えば、放熱板１と絶縁基板２との位置関係は、放熱板１が絶縁基板２の下方に位置していると表現される。
絶縁基板２は、導電膜３、４等により回路パターンが形成された第１の主面と、導電膜５等により回路パターンが形成された第２の主面とを有している。絶縁基板２は、例えばセラミックス基板である。また、導電膜３、４、５は、例えば金属膜である。絶縁基板２は、第１の主面を上向き、第２の主面を下向きにして、放熱板１上に配置されている。
半導体チップ６は、絶縁基板２上に導電膜３を介して配置されている。半導体チップ６は例えば、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）などの電力用トランジスタを備える電力用半導体チップである。半導体チップ６は、ボンディングワイヤ７により導電膜４に電気的に接続されている。
ケース部品１１は、放熱板１の半導体チップ６側に取り付けられている。本実施形態のケース部品１１は、例えば樹脂で形成されている。ケース部品１１は、第１の穴の例であるナット挿入穴１１ａと、第２の穴の例である端子部品挿入穴１１ｂとを有している。なお、図１におけるナット挿入穴１１ａや端子部品挿入穴１１ｂの位置やサイズは模式的なものであり、これらの詳細な位置やサイズは、後述する図２〜図４において説明する。
外部配線１２は、半導体チップ６と外部端子とを電気的に接続するための配線である。外部配線１２の先端部１２ａは、導電膜４に電気的に接続されている。
端子部品１３は、ケース部品１１上に、端子部品挿入穴１１ｂに挿入された状態で配置されている。端子部品１３の先端部は、ケース部品１１の内部で外部配線１２に取り付けられている。また、端子部品１３は、ネジ挿入穴１３ａを有している。端子部品１３は、ネジ挿入穴１３ａとナット挿入穴１１ａとが重なるようにケース部品１１上に配置されている。
なお、端子部品１３の先端部は、プリント基板を介して外部配線１２に電気的に接続されていてもよい。この場合、各々の端子部品１３の先端部は、１枚のプリント基板を介して複数本の外部配線１２に電気的に接続されていてもよい。一般に、外部配線１２が電源配線の場合には、端子部品１３の先端部は外部配線１２に直接接続され、外部配線１２が信号配線の場合には、端子部品１３の先端部は外部配線１２にプリント基板を介して接続される。
ナット１４は、ケース部品１１のナット挿入穴１１ａに挿入されている。また、ネジ１５は、端子部品１３のネジ挿入穴１３ａを通してナット１４に取り付けられている。その結果、端子部品１３の位置は、ナット１４とネジ１５によりケース部品１１に対して固定されている。なお、ネジ１５は、端子部品１３のネジ挿入穴１３ａと、半導体装置の外部に位置するケーブルの先端部のネジ挿入穴（図示せず）とを通して、ナット１４に取り付けられていてもよい。
ケース部品１１の内部の空間は、封止樹脂１６により封止されている。封止樹脂１６は例えば、シリコーンゲルである。
図２は、第１実施形態のケース部品１１の構造を示す斜視図である。
図２に示すように、ケース部品１１は、複数組のナット挿入穴１１ａと端子部品挿入穴１１ｂとを備えている。これらの各組においては、端子部品挿入穴１１ｂが、中間壁１１ｃを介してナット挿入穴１１ａに隣接している。本実施形態の中間壁１１ｃは、ケース部品１１の他の部分と同じ樹脂で形成されている。また、本実施形態の中間壁１１ｃの厚さは薄く設定されており、例えば２．０ｍｍ以下に設定されている。中間壁１１ｃは、本開示の壁の例である。
符号Ｐ1は、ケース部品１１における、ナット挿入穴１１ａを取り囲んでいる部分を示す。また、符号Ｐ2は、ケース部品１１における、端子部品挿入穴１１ｂを取り囲んでいる部分を示す。部分Ｐ1は、ナット挿入穴として使用可能な第１の穴を有する第１の部分の例である。また、部分Ｐ2は、第２の穴を有する第２の部分の例である。
図３は、第１実施形態のケース部品１１へのナット１４および端子部品１３の取り付けについて説明するための斜視図である。
図３(ａ)は、ケース部品１１のナット挿入穴１１ａにナット１４が挿入された状態を示す。また、図３(ｂ)は、ナット１４が挿入されたナット挿入穴１１ａ上に端子部品１３が配置された状態を示す。その後、端子部品１３のネジ挿入穴１３ａを通してネジ１５をナット１４に取り付けることにより、端子部品１３の位置がケース部品１１に対して固定される。
図４は、第１実施形態のケース部品１１の構造を示す平面図である。図４は、一組のナット挿入穴１１ａと端子部品挿入穴１１ｂとを示している。
図４のナット挿入穴１１ａは、中間壁１１ｃに面する第１の面Ｓ1と、第１の面Ｓ1に接する第２の面Ｓ2と、第２の面Ｓ2に接する第３の面Ｓ3と、第３の面Ｓ3に接し、第１の面Ｓ1と対向する第４の面Ｓ4と、第４の面Ｓ4に接し、第２の面Ｓ2と対向する第５の面Ｓ5と、第５の面Ｓ5と第１の面Ｓ1とに接し、第３の面Ｓ3と対向する第６の面Ｓ6とを有しており、おおむね六角形の平面形状を有している。ナット挿入穴１１ａにナット１４が挿入された場合、第１から第６の面Ｓ1〜Ｓ6はそれぞれ、ナット１４の第１から第６の外壁面と対向することとなる。
符号Ｋ1は、第１の面Ｓ1と第２の面Ｓ2との間の角部を示し、符号Ｋ2は、第２の面Ｓ2と第３の面Ｓ3との間の角部を示す。また、符号Ｋ3は、第３の面Ｓ3と第４の面Ｓ4との間の角部を示し、符号Ｋ4は、第４の面Ｓ4と第５の面Ｓ5との間の角部を示す。また、符号Ｋ5は、第５の面Ｓ5と第６の面Ｓ6との間の角部を示し、符号Ｋ6は、第６の面Ｓ6と第１の面Ｓ1との間の角部を示す。
符号Ｔは、中間壁１１ｃの厚さを示す。本実施形態の中間壁１１ｃの厚さＴは、２．０ｍｍ以下であり、例えば０．９ｍｍである。また、符号Ａは、ナット挿入穴１１ａの中心軸を示す。また、符号Ｒは、ナット１４にネジ１５を取り付ける際のネジ１５の回転方向を示す。
［距離Ｗ1、Ｗ2、Ｗ3］
符号Ｗ1は、第１の面Ｓ1と第４の面Ｓ4との間の距離を示す。符号Ｗ2は、第２の面Ｓ2と第５の面Ｓ5との間の距離を示す。符号Ｗ3は、第３の面Ｓ3と第６の面Ｓ6との間の距離を示す。本実施形態においては、距離Ｗ2と距離Ｗ3が同じ値に設定されており、距離Ｗ1が距離Ｗ2や距離Ｗ3よりも長く設定されている（Ｗ1＞Ｗ2＝Ｗ3）。距離Ｗ2、Ｗ3は例えば１２．０ｍｍであり、距離Ｗ1は例えば１２．２ｍｍである。
本実施形態においては、距離Ｗ1を距離Ｗ2、Ｗ3よりも長く設定することで、ネジ１５を締める際や緩める際に、ナット１４が、第２、第３、第５、第６の面Ｓ2、Ｓ3、Ｓ5、Ｓ6のみに当たり、第１、第４の面Ｓ1、Ｓ4には当たらない構造が実現されている。
よって、本実施形態によれば、ネジ１５を締める際や緩める際に、ナット１４が中間壁１１ｃ（第１の面Ｓ1）に当たることを回避することができ、これにより、中間壁１１ｃの破損を回避することができる。
なお、ネジ１５を締める際や緩める際に、ナット１４は、第１の面Ｓ1だけでなく第４の面Ｓ4にも当たらないことが望ましい。理由は、ナット１４が第４の面Ｓ4に強く当たると、その反動でナット１４が第１の面Ｓ1の方向に移動して第１の面Ｓ1にぶつかり、中間壁１１ｃが破損する可能性があるからである。ナット１４が第１、第４の面Ｓ1、Ｓ4に当たらない構造は、例えば、距離Ｗ1を距離Ｗ2、Ｗ3よりも長く設定し、かつ、第１、第４の面Ｓ1、Ｓ4の形状をナット挿入穴１１ａの中心軸Ａに対し点対称に設定することで実現可能である。
［第２の面Ｓ2］
第２の面Ｓ2は、第１の部分面Ｓ2aと、第２の部分面Ｓ2bとを含んでいる。
第１の部分面Ｓ2aは、第２の面Ｓ2の面積の半分以上を占める平坦面である。第１の部分面Ｓ2aは、ナット挿入穴１１ａの平面形状である六角形の一辺を形成している。第１の部分面Ｓ2aは、角部Ｋ2と接している。
第２の部分面Ｓ2bは、第１の部分面Ｓ2aと第１の面Ｓ1とをつなぐ面である。第２の部分面Ｓ2bは、角部Ｋ1と接している。また、第２の部分面Ｓ2bは、第１の部分面Ｓ2aに対し、ナット挿入穴１１ａの外側方向に位置している。その結果、ナット挿入穴１１ａは、角部Ｋ1に切欠部２１を有している。第２の部分面Ｓ2bと第１の面Ｓ1との接続部分は、図４に示すように、曲面となっている。
角部Ｋ1に切欠部２１がない場合には、ネジ１５を締める際に、ナット１４が角部Ｋ1を押圧する。この場合、この押圧力により中間壁１１ｃが破損する可能性がある。
そのため、本実施形態においては、角部Ｋ1に切欠部２１を設けることで、ネジ１５を締める際にナット１４が角部Ｋ1に当たることを回避している。これは、中間壁１１ｃの厚さを増やしたのと実質的に同様の効果をもたらす。よって、本実施形態によれば、ネジ１５を締める際に、中間壁１１ｃが角部Ｋ1から破損することを回避することができる。
なお、本実施形態においては、第２の部分面Ｓ2bと第１の面Ｓ1との接続部分を曲面とすることで、角部Ｋ1をより破損しにくくしている。これは、後述する角部Ｋ3、Ｋ4、Ｋ6についても同様である。第２の部分面Ｓ2bは、その全体が曲面でもよいし、その一部のみが曲面でもよい。
符号Ｄは、切欠部２１のＹ方向の長さを示す。本実施形態の切欠部２１のＹ方向の長さＤは、２．０ｍｍ程度に設定されている。
符号Ｌは、第１の面Ｓ1に沿った平面を示す。本実施形態の第２の部分面Ｓ2bは、平面Ｌの中間壁１１ｃ側までは拡がっておらず、平面Ｌのナット挿入穴１１ａ側のみに拡がっている。本実施形態によれば、第２の部分面Ｓ2bをこのような形状に設定することで、第２の部分面Ｓ2bが中間壁１１ｃの厚さを薄くしてしまうことを回避することができる。これは、後述する第６の面Ｓ6の第２の部分面Ｓ6bについても同様である。
［第５の面Ｓ5］
第５の面Ｓ5は、第１の部分面Ｓ5aと第２の部分面Ｓ5bとを含んでおり、第５の面Ｓ5の第１、第２の部分面Ｓ5a、Ｓ5bはそれぞれ、ナット挿入穴１１ａの中心軸Ａに対し、第２の面Ｓ2の第１、第２の部分面Ｓ2a、Ｓ2bと点対称な形状を有している。その結果、ナット挿入穴１１ａは、角部Ｋ4に切欠部２１を有している。
角部Ｋ1に切欠部２１がない場合には、ネジ１５を締める際に、ナット１４が角部Ｋ4を押圧する。この場合、その押圧力の反動で、ナット１４が第１の面Ｓ1の方向に移動して第１の面Ｓ1にぶつかり、中間壁１１ｃが破損する可能性がある。
そのため、本実施形態においては、角部Ｋ4に切欠部２１を設けることで、ネジ１５を締める際にナット１４が角部Ｋ4に当たることを回避している。よって、本実施形態によれば、ネジ１５を締める際に、ナット１４が第１の面Ｓ1の方向に移動して中間壁１１ｃが破損することを回避することができる。
［第６の面Ｓ6］
第６の面Ｓ6は、第１の部分面Ｓ6aと第２の部分面Ｓ6bとを含んでおり、第６の面Ｓ6の第１、第２の部分面Ｓ6a、Ｓ6bはそれぞれ、第２の面Ｓ2の第１、第２の部分面Ｓ2a、Ｓ2bと線対称（鏡面対称）な形状を有している。その結果、ナット挿入穴１１ａは、角部Ｋ6に切欠部２１を有している。
角部Ｋ6に切欠部２１がない場合には、ネジ１５を緩める際に、ナット１４が角部Ｋ6を押圧する。この場合、この押圧力により中間壁１１ｃが破損する可能性がある。
そのため、本実施形態においては、角部Ｋ6に切欠部２１を設けることで、ネジ１５を緩める際にナット１４が角部Ｋ6に当たることを回避している。これは、中間壁１１ｃの厚さを増やしたのと実質的に同様の効果をもたらす。よって、本実施形態によれば、ネジ１５を緩める際に、中間壁１１ｃが角部Ｋ6から破損することを回避することができる。
［第３の面Ｓ3］
第３の面Ｓ3は、第１の部分面Ｓ3aと第２の部分面Ｓ3bとを含んでおり、第３の面Ｓ3の第１、第２の部分面Ｓ3a、Ｓ3bはそれぞれ、ナット挿入穴１１ａの中心軸Ａに対し、第６の面Ｓ6の第１、第２の部分面Ｓ6a、Ｓ6bと点対称な形状を有している。その結果、ナット挿入穴１１ａは、角部Ｋ3に切欠部２１を有している。
角部Ｋ3に切欠部２１がない場合には、ネジ１５を緩める際に、ナット１４が角部Ｋ3を押圧する。この場合、この押圧力の反動で、ナット１４が第１の面Ｓ1の方向に移動して第１の面Ｓ1にぶつかり、中間壁１１ｃが破損する可能性がある。
そのため、本実施形態においては、角部Ｋ3に切欠部２１を設けることで、ネジ１５を緩める際にナット１４が角部Ｋ3に当たることを回避している。よって、本実施形態によれば、ネジ１５を緩める際に、ナット１４が第１の面Ｓ1の方向に移動して中間壁１１ｃが破損することを回避することができる。
なお、本実施形態のナット挿入穴１１ａは、角部Ｋ1、Ｋ3、Ｋ4、Ｋ6に切欠部２１を備えているが、角部Ｋ1、Ｋ3、Ｋ4、Ｋ6のうちの１つ、２つ、または３つの角部のみに切欠部２１を備えていてもよい。
［角部Ｋ2、Ｋ5］
本実施形態のナット挿入穴１１ａは、角部Ｋ2、Ｋ5に切欠部２１を備えていない。そのため、角部Ｋ2においては、第２の面Ｓ2の第１の部分面Ｓ2aが、第３の面Ｓ3の第１の部分面Ｓ3aと接している。また、角部Ｋ5においては、第５の面Ｓ5の第１の部分面Ｓ5aが、第６の面Ｓ6の第１の部分面Ｓ6aと接している。
ネジ１５を締める際や緩める際に、ナット１４が角部Ｋ2、Ｋ5を押圧しても、この押圧力の中間壁１１ｃへの影響は小さい。よって、本実施形態においては、角部Ｋ2、Ｋ5に切欠部２１を設けていない。本実施形態によれば、角部Ｋ2、Ｋ5に切欠部２１を設けないことにより、角部Ｋ2、Ｋ5でナット１４の回転力を受け止めることが可能となる。
本実施形態においては、第１、第２、第３の面Ｓ1、Ｓ2、Ｓ3の形状がそれぞれ、ナット挿入穴１１ａの中心軸Ａに対し、第４、第５、第６の面Ｓ4、Ｓ5、Ｓ6の形状と点対称に設定されている。その結果、本実施形態のナット挿入穴１１ａは、ナット挿入穴１１ａの中心軸Ａに対し点対称な形状を有している。このようなナット挿入穴１１ａの形状には、例えば、第１から第６の面Ｓ1〜Ｓ6のうちの特定の箇所に過大な圧力が掛かることを回避できるという利点がある。
以上のように、本実施形態のナット挿入穴１１ａにおいては、第１の面Ｓ1と第４の面Ｓ4との距離Ｗ1が、第２の面Ｓ2と第５の面Ｓ5との距離Ｗ2、および、第３の面Ｓ3と第６の面Ｓ6との距離Ｗ3よりも長く設定されている。
よって、本実施形態によれば、ネジ１５を締める際や緩める際に、ナット１４が中間壁１１ｃに当たることを回避することが可能となり、これにより、中間壁１１ｃの破損を回避することが可能となる。
なお、本実施形態は、ナット挿入穴１１ａと端子部品挿入穴１１ｂとの間の中間壁１１ｃだけでなく、ナット挿入穴１１ａと端子部品挿入穴１１ｂ以外の穴との間の中間壁にも適用可能である。このような穴の例としては、ナット挿入穴１１ａの周囲に、沿面距離を増やすために配置される溝が挙げられる。ナット挿入穴１１ａと端子部品挿入穴１１ｂ以外の穴との間の中間壁も、本開示の壁の例である。
以上、いくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例としてのみ提示したものであり、発明の範囲を限定することを意図したものではない。本明細書で説明した新規な部品および装置は、その他の様々な形態で実施することができる。また、本明細書で説明した部品および装置の形態に対し、発明の要旨を逸脱しない範囲内で、種々の省略、置換、変更を行うことができる。添付の特許請求の範囲およびこれに均等な範囲は、発明の範囲や要旨に含まれるこのような形態や変形例を含むように意図されている。
１：放熱板、２：絶縁基板、３、４、５：導電膜、６：半導体チップ、
７：ボンディングワイヤ、１１：ケース部品、
１１ａ：ナット挿入穴、１１ｂ：端子部品挿入穴、１１ｃ：中間壁、
１２：外部配線、１２ａ、先端部、１３：端子部品、１３ａ：ネジ挿入穴、
１４：ナット、１５：ネジ、１６：封止樹脂、２１：切欠部

Claims (7)

  1. ナット挿入穴として使用可能な第１の穴を有する第１の部分と、
    前記第１の穴に壁を介して隣接する第２の穴を有する第２の部分とを備え、
    前記第１の穴は、
    前記壁に面する第１の面と、
    前記第１の面に接する第２の面と、
    前記第２の面に接する第３の面と、
    前記第３の面に接し、前記第１の面と対向する第４の面と、
    前記第４の面に接し、前記第２の面と対向する第５の面と、
    前記第５の面と前記第１の面とに接し、前記第３の面と対向する第６の面とを有し、
    前記第１の面と前記第４の面との距離は、前記第２の面と前記第５の面との距離、および、前記第３の面と前記第６の面との距離よりも長い、
    半導体装置部品。
  2. 前記第２、第３、第５、および第６の面のうちの少なくとも１つの面は、
    平坦面である第１の部分面と、
    前記第１の部分面と前記第１または第４の面とをつなぐ面であり、前記第１の部分面に対し前記第１の穴の外側方向に位置する第２の部分面と、
    を含む、請求項１に記載の半導体装置部品。
  3. 前記第２の部分面と前記第１または第４の面との接続部分は、曲面である、請求項２に記載の半導体装置部品。
  4. 前記第２、第３の面はそれぞれ、前記第２、第３の面の面積の半分以上を占める平坦面である第１の部分面を有し、
    前記第２の面の前記第１の部分面は、前記第３の面の前記第１の部分面と接している、請求項１から３のいずれか１項に記載の半導体装置部品。
  5. 前記第５、第６の面はそれぞれ、前記第５、第６の面の面積の半分以上を占める平坦面である第１の部分面を有し、
    前記第５の面の前記第１の部分面は、前記第６の面の前記第１の部分面と接している、請求項１から４のいずれか１項に記載の半導体装置部品。
  6. 前記第１の穴の形状は、前記第１の穴の中心軸に対し点対称である、請求項１から５のいずれか１項に記載の半導体装置部品。
  7. 放熱板と、
    前記放熱板上に絶縁基板を介して配置された半導体チップと、
    ナット挿入穴として使用可能な第１の穴と、前記第１の穴に壁を介して隣接する第２の穴とを備え、前記放熱板の前記半導体チップ側に取り付けられたケース部品とを備え、
    前記第１の穴は、
    前記壁に面する第１の面と、
    前記第１の面に接する第２の面と、
    前記第２の面に接する第３の面と、
    前記第３の面に接し、前記第１の面と対向する第４の面と、
    前記第４の面に接し、前記第２の面と対向する第５の面と、
    前記第５の面と前記第１の面とに接し、前記第３の面と対向する第６の面とを有し、
    前記第１の面と前記第４の面との距離は、前記第２の面と前記第５の面との距離、および、前記第３の面と前記第６の面との距離よりも長い、
    半導体装置。
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