JP2019140315A - パワーモジュール、半導体装置 - Google Patents
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Abstract
Description
(1)端子を通すために基板に設けるスルーホールのサイズを、端子に設けられたストッパが通過できるように拡大し、パッケージを基板に接触させて、基板、パワーモジュールおよびヒートシンクをねじで共締めする。この場合、スルーホールを拡大したことではんだ付けが困難になったり、基板から飛び出す端子の長さが長くなることで端子間ではんだブリッジが発生したりする。また、パッケージを基板にベタ付けするため基板からの過大な応力がパッケージの端部にかかり、破損の恐れがある。
(2)端子にストッパがついていない専用品を開発する。この場合、ストッパがあるパワーモジュールとストッパがないパワーモジュールを提供することになるので、ラインナップが増加し、生産効率低下および管理コスト増加が懸念される。また、パッケージを基板にベタ付けするため基板からの過大な応力がパッケージの端部にかかり、破損の恐れがある。
(3)ストッパはそのまま使用するがパッケージと基板との間にスペーサを挿入することでパッケージを基板から浮かせて基板に固定する。スペーサとして、プラスチックなどの樹脂を使用する。この場合、スペーサの部材費用と、スペーサ挿入のための工数がかかりコストアップとなる。例えば特許文献1には基板とパッケージ本体との間にスペーサを挿入することが開示されている。しかしながら、スペーサの具体的構造についての提案はない。単にスペーサを設けただけでは、基板からの過大な応力がパッケージの端部にかかるという問題が残る。
このように、使用時の振動またはアセンブリ時の接触によってパワーモジュールの端子が折れないよう、基板、ヒートシンク、パワーモジュールを強固に固定する必要があるが、そうすると、基板反りなどの応力によりパッケージがダメージを受ける問題があった。
図1は、実施の形態1に係る半導体装置10の断面図である。半導体装置10は、パワーモジュール11を備えている。パワーモジュール11は、内部にIGBT及びダイオードなどの半導体素子を有する。半導体素子は樹脂筐体12に覆われている。樹脂筐体12は本体部12aと突出部12bを備えている。本体部12aは半導体素子を覆う部分である。突出部12bは本体部12aから突出した部分である。樹脂筐体12はパワーモジュール11のパッケージである。本体部12aから外部にリード端子14が伸びている。このリード端子14が本体部12aの内部の半導体素子に電気的に接続されている。
図6は、実施の形態2に係る半導体装置の側面図である。突出部12bは2つ設けられている。樹脂筐体12は、本体部12aから突出し、2つの突出部12bをつなぐつなぎ部12eを備えている。つなぎ部12eの本体部12aからの突出量は、突出部12bの本体部12aからの突出量と同程度とすることができる。図7は、図6のパワーモジュール11の底面図である。例えば、つなぎ部12eの幅を突出部12bの幅と同程度とすることで、つなぎ部12eの面積が過大にならないようになっている。
eの底面にグリース50が提供されている。グリース50は適当な粘性のある材料であれば特に限定されない。グリース50の材料は例えばシリコーングリースなどの粘着性あるいは弾性のあるものとすることができる。パワーモジュール11がプリント基板16から離れる方向に振動する場合、グリース50の粘性でパワーモジュール11の動きが制限される。その結果、振動の振幅が制限され、振動または共振による樹脂筐体12の破損を防止できる。なお、つなぎ部12eがない構成において、本体部12aとプリント基板16の間にグリース50を設けてもよい。
図11は、実施の形態3に係る半導体装置の断面図である。樹脂筐体12は、本体部12aから突出部12bと同じ方向に突出したフィン12gを備えている。フィン12gは薄い平板である。フィン12gは、2つの突出部12bの間に複数設けることができる。図12は、図11のB−B´線における断面図である。フィン12gの幅を本体部12aの幅と同程度とすることができる。実施の形態3に係る半導体装置によれば、ヒートシンク30側からだけでなく、樹脂筐体12の表面からも放熱することができる。
図14は、実施の形態4に係る半導体装置の断面図である。樹脂筐体12は、本体部12aから突出部12bと同じ方向に突出した複数のブロック12iを備えている。ブロック12iはたとえば剣山状に複数設けることができる。図15は、図14のB−B´線における断面図である。複数のブロック12iは図14の紙面手前及び奥行き方向に複数設けることができる。複数のブロック12iを設けることで、放熱面積が増加し、放熱効果を高めることができる。
Claims (22)
- 本体部と、前記本体部から突出した突出部とを有する樹脂筐体と、
前記本体部から外部に伸びるリード端子と、を備え、
前記本体部と前記突出部を貫く貫通孔が形成されたことを特徴とするパワーモジュール。 - 前記突出部の底面は平坦面であることを特徴とする請求項1に記載のパワーモジュール。
- 前記突出部の側面と前記平坦面は曲面で接続されたことを特徴とする請求項2に記載のパワーモジュール。
- 前記突出部は前記本体部に対して1.5〜2mm以上突出したことを特徴とする請求項1から3のいずれか1項に記載のパワーモジュール。
- 前記突出部を2つ有し、
前記樹脂筐体は、前記本体部から突出し、2つの前記突出部をつなぐつなぎ部を備えたことを特徴とする請求項1から4のいずれか1項に記載のパワーモジュール。 - 前記つなぎ部の幅は、平面視で、前記突出部から離れるほど小さくなることを特徴とする請求項5に記載のパワーモジュール。
- 前記つなぎ部の側面を曲面としたことを特徴とする請求項6に記載のパワーモジュール。
- 前記つなぎ部の側面と底面を曲面で接続したことを特徴とする請求項5から7のいずれか1項に記載のパワーモジュール。
- 前記突出部の前記本体部に対する突出量は、前記つなぎ部の前記本体部に対する突出量より大きいことを特徴とする請求項5から8のいずれか1項に記載のパワーモジュール。
- 前記つなぎ部の底面に塗布されたグリースを備えたことを特徴とする請求項9に記載のパワーモジュール。
- 前記樹脂筐体は、前記本体部から前記突出部と同じ方向に突出したフィンを備えたことを特徴とする請求項1から4のいずれか1項に記載のパワーモジュール。
- 前記フィンの底面は曲面であることを特徴とする請求項11に記載のパワーモジュール。
- 前記突出部を2つ有し、前記フィンは2つの前記突出部の間に設けられ、前記フィンの前記本体部からの突出量は2つの前記突出部を結ぶ線上で最大となることを特徴とする請求項12に記載のパワーモジュール。
- 前記樹脂筐体は、前記本体部から前記突出部と同じ方向に突出した複数のブロックを備えたことを特徴とする請求項1から4のいずれか1項に記載のパワーモジュール。
- 前記複数のブロックの底面は曲面であることを特徴とする請求項14に記載のパワーモジュール。
- 前記突出部を2つ有し、前記複数のブロックの前記本体部からの突出量は2つの前記突出部を結ぶ線上で最大となることを特徴とする請求項14に記載のパワーモジュール。
- 本体部と前記本体部から突出した突出部とを有する樹脂筐体と、前記本体部から外部に伸びるリード端子と、を有し、前記本体部と前記突出部を貫く貫通孔が形成されたパワーモジュールと、
前記リード端子が通る基板貫通孔が形成されたプリント基板と、を備え、
前記突出部は前記プリント基板に接触したことを特徴とする半導体装置。 - 前記貫通孔を通り、前記突出部と前記プリント基板を密着させるねじを備えたことを特徴とする請求項17に記載の半導体装置。
- 前記突出部の底面が前記プリント基板に接触し、
前記突出部の側面と前記底面は曲面で接続されたことを特徴とする請求項17又は18に記載の半導体装置。 - 前記樹脂筐体の前記突出部が形成された面とは反対の面である上面に取り付けられたヒートシンクを備え、
前記ねじを前記ヒートシンクにねじ締めすることで、前記上面と前記ヒートシンクを密着させ、前記突出部と前記プリント基板を密着させたことを特徴とする請求項18に記載の半導体装置。 - 前記パワーモジュールの直下の前記プリント基板に固定された表面実装部品を備えたことを特徴とする請求項17から20のいずれか1項に記載の半導体装置。
- 前記本体部と前記プリント基板の間に設けられたグリースを備えたことを特徴とする請求項17から21のいずれか1項に記載の半導体装置。
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