JP2017098430A - 半導体装置 - Google Patents

Abstract

【課題】共通の冷却フィンにより冷却され、且つ半導体素子群のリードが、基板の回路パターンに半田付けにより接続されているものにおいて、振動により半導体素子群のリードが破断されるのを防ぐことが可能な半導体装置を得る。【解決手段】共通の冷却フィン３により冷却され、且つ半導体素子２群のリード２１が、基板４の回路パターンに半田付けにより接続されているものにおいて、２１が接続されている面とは反対側の面と、素子取付台１の放熱面がある面とは反対側の面の間の所望の位置にそれぞれ配置され、その両端部が４と１に取付けられる複数の棒状の金属スペーサ５と、４の５の有する面とは反対側の面と装置筺体を構成している筺体底板６との間であって、各５が配設されている位置に対応してそれぞれ配置され、その両端部が４の底面と６の上面に取付けられる複数の絶縁スペーサ７とを備えた半導体装置。【選択図】図１

Description

本発明の実施形態は、半導体素子例えばＩＧＢＴを多数と、半導体素子群を冷却する大型の冷却フィンを備えたものを、基板に載置固定すると共に基板の回路パターンと各半導体素子のリードが半田付等により電気的に接続した半導体モジュールを筺体内に収納・取付ける半導体装置に関する。

発熱量の大きい基板実装タイプの半導体素子群を冷却するため、大型で重量のある共通の冷却フィンを使用しており、且つ半導体素子群のリードが、基板の回路パターンに半田付けされていて、これを自動車等で輸送する半導体装置がある。

特開２００６-３３２２４７号公報

前述の半導体装置は、輸送時に発生する振動で、重量が例えば２．２ｋｇの冷却フィンと、基板が別々に上下動することから、基板の回路パターンに半田付されている半導体素子群のリードが応力を受けることで破断することがあった。

本実施形態は、このような問題点を改善するためなされたもので、共通の冷却フィンにより冷却される半導体素子群のリードが、輸送時等に生ずる振動により半導体素子群のリードが、基板の回路パターンに半田付け等により接続されているリードが破断されるのを防ぐことが可能な半導体装置を提供することを目的とする。

本実施形態の代表例は、熱伝導性の良好な材料からなり断面台形状であって、その傾斜面に半導体素子取付面を有すると共にその上面に放熱面積の大きな放熱面を有する半導体素子取付台と、前記半導体素子取付台の半導体素子取付面に並べて載置取付され、各々に一方向に複数のリードを有する複数の半導体素子と、前記半導体素子取付台の放熱面に載置され、前記半導体素子取付台と連結され、前記各半導体素子を冷却する共通の冷却フィンと、前記各半導体素子のリードがそれぞれ電気回路を構成している回路パターンに半田付等により電気的に接続され、前記半導体素子取付台とは間隔を存し、前記冷却フィンと、前記半導体素子取付台と、前記各半導体素子からなる半導体装置本体を載置する基板と、前記基板の前記リードが接続されている面とは反対側の面と、前記半導体素子取付台の放熱面がある面とは反対側の面の間の所望の位置にそれぞれ配置され、その両端部が前記基板と前記半導体素子取付台に取付けられる複数の棒状の金属スペーサと、前記半導体装置本体と前記基板と前記各金属スペーサを同一空間内に収納する装置筺体と、前記基板の前記金属スペーサの有する面とは反対側の面と前記装置筺体を構成している筺体底板との間であって、前記各金属スペーサが配設されている位置に対応してそれぞれ配置され、その両端部が前記基板の底面と前記装置筺体の底板の上面に取付けられる複数の絶縁スペーサとを備えた半導体装置である。

本実施形態の代表例は、輸送時等に生ずる振動により半導体素子群のリードが、基板の回路パターンに半田付け等により接続されているリードが破断されるのを防ぐことが可能な半導体装置を提供できる。

本実施形態の概略構成を示す斜視図。 実施形態１を説明するための概略構成図。 実施形態２を説明するための概略構成図。 図３の要部を拡大して示す図。

以下、実施形態について説明するが、始めに図１を参照して本実施形態の概略構成について説明する。

熱伝導性の良好な材料からなり断面台形状であって、その傾斜面に半導体素子取付面１１を有する共にその上面に放熱面積の大きな放熱面１２を有する半導体素子取付台１と、半導体素子取付台１の半導体素子取付面１１に並べて載置され、ねじにより取付され、各々に一方向に複数（ここでは３個）のリード２１を有する複数の半導体素子２と、半導体素子取付台１の放熱面に載置され、半導体素子取付台１と連結され、各半導体素子２を冷却する共通の冷却フィン３と、各半導体素子２のリード２１がそれぞれ電気回路を構成している回路パターンに例えば半田付により電気的に接続され、半導体素子取付台１とは間隔を存し、冷却フィン３と、半導体素子取付台１と、各半導体素子２からなる半導体装置本体を載置する基板４と、基板４のリード２１が接続されている面とは反対側の面と、半導体素子取付台１の放熱面１２がある面とは反対側の面の間の所望の位置にそれぞれ配置され、その両端部が基板４と半導体素子取付台１に取付けられる複数の棒状の金属スペーサ５と、前記半導体装置本体と基板４と各金属スペーサ５を同一空間内に収納する装置筺体とを、備えた半導体装置である。

図１に示す半導体装置は、一例として無停電電源装置を示すもので、前述の基板４にはトランス１５と、ケーブル接続用コネクタ１６と、コンデンサ１７と、端子１８とが搭載されている。

以上のような構成において、実施形態１は、図２に示すように基板４の金属スペーサ５の有する面とは反対側の面と前記装置筺体を構成している筺体底板６との間であって、各金属スペーサ５が配設されている位置に対応してそれぞれ配置され、その両端部が基板４の底面と前記装置筺体の底板の上面に取付けられる複数の絶縁スペーサ７を備えている。

ここで、金属スペーサ５と、絶縁スペーサ７と、筺体底板６との関係の一例について説明する。金属スペーサ５は、一端部に雄ねじ部５ａが形成され、且つ他端部に雌ねじ部５bが形成されている。絶縁スペーサ７は、一端部に雄ねじ部７ａが形成され、且つ他端部に雌ねじ部７bが形成されている。

半導体素子取付台１の底面側に雌ねじ部１ａが形成されており、雌ねじ部１ａには金属スペーサ５の雄ねじ部５ａが螺合され、雌ねじ部５bは基板４に形成された貫通穴を通すようにして絶縁スペーサ７の雄ねじ部７aが螺合され、絶縁スペーサ７の雌ねじ部７bには筺体底板６を貫通させるように設けたねじ２０により絶縁スペーサ７を筺体底板６に固定している。

絶縁スペーサ７は、例えばポリアセタールコポリマー樹脂で作られている。

このように構成したことから、以下のような効果が得られる。前述の冷却フィン３が例えば２．２kgもあるという重量物のため、基板４と金属スペーサ５の固定に加え、この金属スペーサ５と同じ位置で基板４からその下部にある筺体底面６を、新たに絶縁スペーサ７で固定する構造となっている。

この結果、輸送時に半導体装置に振動が加わっても、冷却フィン３と基板４が別々に上下動することなく両者の上下動が同調することから、半導体素子２群のリード２１の破断を防ぐことが可能となる。このことは、輸送振動試験を行ったことでも、リード２１の破断が生じないことが確認できた。

絶縁スペーサ７は、基板４と筺体底板６の間に配設されているので、冷却フィン３と筐体との間の絶縁対策を考慮する必要がない。

特許文献１は、冷却フィンと基板に固定された半導体素子リード端子の振動による破断防止策であるが、この場合は振動を抑制しながら基板と冷却フィンの振動を同調させるのではなく、基板側とリード端子接続部にフレキシブル部材を設け振動を吸収する構造となっている。この場合、フレキシブル部材とそれにリードを接続する構成であるため、構成が複雑でコストが高くなるという問題点があるが、本実施形態によれば、この問題点を改善できる。

次に、実施形態２について、図３、図４を参照して説明する。実施形態２は、実施形態１に次のような構成を付け加えたものである。すわち、前記装置筺体を構成している筺体枠と、前記筺体枠に嵌められる前記筺体底板の対向する端部で且つその角部にそれぞれ配置し、前記筺体枠に前記筺体底板を押えるようにストッパ９を取付けたものである。この結果、前記半導体装置本体により大きな振動が加わっても、前述の実施形態にされ比べてさらに前記筺体底板の上下動を抑えることが可能である。

１…半導体素子取付台、１１…半導体素子取付面、１２…放熱面、２…半導体素子、３…冷却フィン、４…基板、５…金属スペーサ、６…筺体底板、７…絶縁スペーサ、８…筺体枠体、９…ストッパ、２０…ねじ。

Claims (3)

1. 熱伝導性の良好な材料からなり断面台形状であって、その傾斜面に半導体素子取付面を有すると共にその上面に放熱面積の大きな放熱面を有する半導体素子取付台と、
   前記半導体素子取付台の半導体素子取付面に並べて載置取付され、各々に一方向に複数のリードを有する複数の半導体素子と、
   前記半導体素子取付台の放熱面に載置され、前記半導体素子取付台と連結され、前記各半導体素子を冷却する共通の冷却フィンと、
   前記各半導体素子のリードがそれぞれ電気回路を構成している回路パターンに半田付等により電気的に接続され、前記半導体素子取付台とは間隔を存し、前記冷却フィンと、前記半導体素子取付台と、前記各半導体素子からなる半導体装置本体を載置する基板と、
   前記基板の前記リードが接続されている面とは反対側の面と、前記半導体素子取付台の放熱面がある面とは反対側の面の間の所望の位置にそれぞれ配置され、その両端部が前記基板と前記半導体素子取付台に取付けられる複数の棒状の金属スペーサと、
   前記半導体装置本体と前記基板と前記各金属スペーサを同一空間内に収納する装置筺体と、
   前記基板の前記金属スペーサの有する面とは反対側の面と前記装置筺体を構成している筺体底板との間であって、前記各金属スペーサが配設されている位置に対応してそれぞれ配置され、その両端部が前記基板の底面と前記装置筺体の底板の上面に取付けられる複数の絶縁スペーサと、
   を備えたことを特徴とする半導体装置。
2. 前記装置筺体を構成している筺体枠と、前記筺体枠に嵌められる前記筺体底板の対向する端部で且つその角部に配置し、前記筺体枠に前記筺体底板を押えるようにストッパを取付け、これにより前記半導体装置本体に振動が加わっても前記筺体底板の上下動を抑えることを特徴とする請求項１記載の半導体装置。
3. 前記絶縁スペーサは、ポリアセタールコポリマー樹脂で作られたことを特徴とする請求項１記載の半導体装置。

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