JP2021048185A - Semiconductor device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、弾性部材を半導体モジュールに向けて押圧する押圧部材を備える半導体装置に関する。 The present invention relates to a semiconductor device including a pressing member that presses an elastic member toward a semiconductor module.
半導体装置として、弾性部材の一例である板バネによって半導体モジュールを放熱板に押し付ける構造が知られている(例えば、特許文献1)。特許文献1に開示の半導体装置は、放熱板と、放熱板の上に設けられる半導体モジュールと、半導体モジュールの上に設けられる板バネと、板バネの上に設けられる補強梁と、放熱板の上に設けられ、かつ半導体モジュールの外周を覆うフレーム部と、を備える。 As a semiconductor device, a structure is known in which a semiconductor module is pressed against a heat radiating plate by a leaf spring, which is an example of an elastic member (for example, Patent Document 1). The semiconductor device disclosed in Patent Document 1 includes a heat radiating plate, a semiconductor module provided on the heat radiating plate, a leaf spring provided on the semiconductor module, a reinforcing beam provided on the leaf spring, and a heat radiating plate. A frame portion provided on the top and covering the outer periphery of the semiconductor module is provided.
板バネは半導体モジュールを放熱板に押し付ける。フレーム部は、放熱板を補強する。補強梁は、板バネを補強する。板バネは、当該板バネを貫通する締結部材の一例であるネジを、板バネの反力より大きな軸力でフレーム部を介して放熱板に螺合することで放熱板に締結されている。 The leaf spring presses the semiconductor module against the heat dissipation plate. The frame portion reinforces the heat radiating plate. Reinforcing beams reinforce leaf springs. The leaf spring is fastened to the heat radiating plate by screwing a screw, which is an example of a fastening member penetrating the leaf spring, into the heat radiating plate via a frame portion with an axial force larger than the reaction force of the leaf spring.
ところが、特許文献1の半導体装置においては、フレーム部の振動や、半導体モジュールから生じた熱によるフレーム部の膨張により、ネジが弛むなどして締結が維持できなくなる虞がある。 However, in the semiconductor device of Patent Document 1, there is a risk that the screws may loosen and the fastening cannot be maintained due to the vibration of the frame portion or the expansion of the frame portion due to the heat generated from the semiconductor module.
本発明の目的は、締結部による締結を維持できる半導体装置を提供することにある。 An object of the present invention is to provide a semiconductor device capable of maintaining fastening by a fastening portion.
上記問題点を解決するための半導体装置は、金属製の放熱板と、前記放熱板の上に設けられる半導体モジュールと、前記放熱板の上に設けられ前記半導体モジュールに固定される樹脂枠と、前記半導体モジュールの上に設けられる弾性部材と、前記放熱板と締結するための締結部を有し、当該締結部と前記放熱板とが締結されることによって前記弾性部材を前記半導体モジュールに向けて押圧する押圧部材と、を備え、前記押圧部材は、前記樹脂枠を前記放熱板に対して位置決めするとともに、前記締結部と前記放熱板とは、前記樹脂枠を介さずに締結されていることを要旨とする。 Semiconductor devices for solving the above problems include a metal heat radiating plate, a semiconductor module provided on the heat radiating plate, and a resin frame provided on the heat radiating plate and fixed to the semiconductor module. It has an elastic member provided on the semiconductor module and a fastening portion for fastening to the heat radiating plate, and by fastening the fastening portion and the heat radiating plate, the elastic member is directed toward the semiconductor module. A pressing member for pressing is provided, and the pressing member positions the resin frame with respect to the heat radiating plate, and the fastening portion and the heat radiating plate are fastened without the resin frame. Is the gist.
これによれば、押圧部材の締結部と放熱板とを締結した構造において、半導体モジュールから生じる熱による樹脂枠の膨張や、半導体装置の振動に伴う樹脂枠のがたつきが生じても、締結部には樹脂枠の膨張や振動による影響は及ばず、締結部による締結を維持できる。 According to this, in the structure in which the fastening portion of the pressing member and the heat radiating plate are fastened, even if the resin frame expands due to the heat generated from the semiconductor module or the resin frame rattles due to the vibration of the semiconductor device, the fastening is performed. The portion is not affected by the expansion or vibration of the resin frame, and the fastening by the fastening portion can be maintained.
また、半導体装置について、前記締結部は、前記樹脂枠の外周よりも外側に位置していてもよい。
これによれば、例えば、樹脂枠の内周面に沿って突片を設け、この突片を押圧部材の締結部と放熱板で挟み込んだ状態でそれら締結部と放熱板を締結し、樹脂枠を締結部と放熱板で共締めする場合を比較例とする。この比較例と比べると、締結部を樹脂枠の外周よりも外側に離すことができ、締結の際に樹脂枠に作用する押圧力を小さくできる。
Further, with respect to the semiconductor device, the fastening portion may be located outside the outer circumference of the resin frame.
According to this, for example, a projecting piece is provided along the inner peripheral surface of the resin frame, and the projecting piece is sandwiched between the fastening portion of the pressing member and the heat radiating plate, and the fastening portion and the heat radiating plate are fastened to fasten the resin frame. As a comparative example, the case where is fastened together with the fastening portion and the heat radiating plate. Compared with this comparative example, the fastening portion can be separated from the outer circumference of the resin frame, and the pressing force acting on the resin frame at the time of fastening can be reduced.
本発明によれば、締結部による締結を維持できる。 According to the present invention, the fastening by the fastening portion can be maintained.
以下、半導体装置明を具体化した一実施形態を図1〜図6にしたがって説明する。
図1、図2又は図3に示すように、半導体装置10は、放熱板20と、放熱板20の上に設けられる複数の半導体モジュール30,31と、放熱板20の上に設けられ、半導体モジュール30,31に固定される樹脂枠としての樹脂ケース60と、を備える。また、半導体装置10は、半導体モジュール30,31の上に設けられる弾性部材の一例である板バネ40と、板バネ40を半導体モジュール30,31に向けて押圧する押圧部材50と、を備える。
Hereinafter, an embodiment embodying the semiconductor device description will be described with reference to FIGS. 1 to 6.
As shown in FIGS. 1, 2 or 3, the
半導体装置10において、半導体モジュール30,31は、樹脂ケース60に収容された状態で放熱板20の上に設けられる。押圧部材50は、板バネ40の上に設けられる。押圧部材50は、締結部52を有し、締結部52と放熱板20とは、締結部材としてのネジ70によって締結される。押圧部材50は、締結部52と放熱板20とが締結されることによって板バネ40を半導体モジュール30,31に向けて押圧する。
In the
放熱板20は、平面視において矩形状である。放熱板20は、例えば銅やアルミニウムで形成される。放熱板20の平面視において、放熱板20の長手方向を半導体装置10の第1方向Xとし、放熱板20の短手方向を、半導体装置10の第2方向Yとする。放熱板20は、樹脂ケース60及び半導体モジュール30,31と対向する上面20aから凹む接着用溝21を備える。接着用溝21は、平面視において四角枠状である。
The
放熱板20は、6つの押圧部材用締結部22を備える。6つの押圧部材用締結部22は、放熱板20における一対の長手部それぞれに、第1方向Xに間隔を空けて3つずつ設けられている。また、6つの押圧部材用締結部22は、第2方向Yに2つの押圧部材用締結部22が対向するように配置されている。押圧部材用締結部22は、放熱板20の上面20aから円筒状に突出する。各押圧部材用締結部22は、内周面に雌ネジ23を備える。
The
樹脂ケース60は、平面視において矩形状の底壁61と、底壁61の周縁部から一方向へ突出する四角枠状の周壁62と、底壁61の周縁部から一方向とは反対方向へ突出する四角枠状の接着用枠63とを有する。樹脂ケース60は、底壁61の長手方向が半導体装置10の第1方向Xに一致し、底壁61の短手方向が半導体装置10の第2方向Yに一致するように放熱板20の上に設けられる。樹脂ケース60は、底壁61の長手方向の両端側に位置決め突起65を備える。2つの位置決め突起65は、底壁61の上面61bから円柱状に突出する。
The
周壁62は、底壁61の一対の長辺部各々から一方向へ突出する一対の長側壁62aと、底壁61の一対の短辺部各々から一方向へ突出する一対の短側壁62bとを備える。一方の位置決め突起65は、一方の短側壁62bと半導体モジュール30との間に位置し、他方の位置決め突起65は、他方の短側壁62bと半導体モジュール31との間に位置する。
The
図5(a)又は図6に示すように、樹脂ケース60は、第2方向Yにおいて放熱板20の押圧部材用締結部22に挟まれるように放熱板20上に設けられるとともに、接着用枠63が、放熱板20の接着用溝21に挿入される。そして、接着用溝21に充填された接着剤24によって接着用枠63と放熱板20とが接着されている。
As shown in FIG. 5A or FIG. 6, the
図5(b)に示すように、半導体装置10は、接着用枠63の内周面に沿って設けられた樹脂層25を備える。樹脂層25は、熱硬化性樹脂を熱硬化させて形成されている。半導体装置10は、放熱板20の上面20aのうち樹脂層25に囲まれた部分に塗布された冷却グリース27を備える。冷却グリース27の濡れ広がりが、樹脂層25によって規制されている。
As shown in FIG. 5B, the
樹脂ケース60の底壁61の下面61a(放熱板20の上面20aと対向する面)と、放熱板20の上面20aとの間には冷却グリース27が介在する。図5(a)に示すように、半導体モジュール30,31は、底壁61の上面61b(底壁61の下面61aとは反対側の面)に載置されている。半導体モジュール30,31に生じた熱は、樹脂ケース60の底壁61及び冷却グリース27を介して放熱板20に伝わり、半導体モジュール30,31が放熱される。また、樹脂ケース60は、半導体モジュール30,31を放熱板20から絶縁している。
図2又は図3に示すように、板バネ40は、バネ鋼板よりなり、全体形状として、平面視において第1方向Xに長手が延びる形状である。板バネ40は、半導体モジュール30,31を底壁61に押圧しつつ、底壁61を冷却グリース27に押し付ける。板バネ40は、長手方向に間隔を空けて設けられる一対の本体部41と、第1方向Xに延設し、一対の本体部41を繋ぐ連結部42と、各本体部41から連結部42の突出方向と反対方向に突出する一対の突出部43と、を有する。各本体部41は、矩形状の被押圧部41aと、被押圧部41aの一対の長辺部各々から斜めに延びる2つの押圧部41bとを備える。各突出部43における被押圧部41aと反対側の端部には取付溝孔43aが形成されている。各取付溝孔43aには、位置決め突起65が挿通される。
As shown in FIG. 2 or 3, the
押圧部材50は、アルミ等の金属製板材よりなる。押圧部材50は、平面視において矩形状の本体51と、本体51の両長手部から3つずつ突出する締結部52とを有する。本体51の長手方向の長さL1は、樹脂ケース60における底壁61の長手方向の長さM1より長い。また、本体51の短手方向の長さL2は、樹脂ケース60における底壁61の短手方向の長さM2より短い。
The pressing
詳述すると、6つの締結部52は、本体51の一対の長手部それぞれに、第1方向Xに間隔を空けて3つずつ設けられている。また、6つの締結部52は、第2方向Yに2つの締結部52が対向するように配置されている。締結部52には貫通孔52aが形成されている。本体51の短手方向に対向する1組の貫通孔52aの中心点を結ぶ直線Nの長さは、樹脂ケース60における底壁61の短手方向の長さM2より長い。押圧部材50は、本体51の長手方向の両端側に貫通孔51aを備える。各貫通孔51aには、板バネ40の取付溝孔43aを貫通した位置決め突起65が挿通される。
More specifically, three
半導体装置10において、押圧部材50は、貫通孔52aを貫通した締結部材としてのネジ70を、放熱板20の押圧部材用締結部22の雌ネジ23に螺合することにより放熱板20に締結されている。ネジ70は、板バネ40の反力に抗して押圧部材50を放熱板20に締結している。半導体装置10において、押圧部材50の締結部52と、放熱板20の押圧部材用締結部22とは、樹脂ケース60を間に介さずに締結されており、締結部52と押圧部材用締結部22とが接触している。
In the
図5(a)又は図6に示すように、樹脂ケース60は、押圧部材50と放熱板20との間に挟み込まれ、押圧部材50によって放熱板20に対して位置決めされる。具体的には、図2又は図4に示すように、本体51の長手方向一端側の下面(本体51の長手方向一端側における樹脂ケース60と対向する面)は、樹脂ケース60の一方の短側壁62bの上面(短側壁62bの突出方向と交わる方向に延設する面)に接触している。本体51の長手方向他端側の下面(本体51の長手方向他端側における樹脂ケース60と対向する面)は、樹脂ケース60の他方の短側壁62bの上面(短側壁62bの突出方向と交わる方向に延設する面)に接触している。
As shown in FIG. 5A or FIG. 6, the
また、本体51の一方の長手部から外方に突出する3つの締結部52の下面(締結部52の長側壁62aと対向する面)は、周壁62の一方の長側壁62aの上面(長側壁62aの突出方向と交わる方向に延設する面)に接触している。本体51の他方の長手部から外方に突出する3つの締結部52の下面(締結部52の長側壁62aと対向する面)は、周壁62の他方の長側壁62aの上面(長側壁62aの突出方向と交わる方向に延設する面)に接触している。その結果、押圧部材50は、樹脂ケース60を放熱板20に対して位置決めする。
Further, the lower surface of the three fastening portions 52 (the surface of the
図5(a)又は図6に示すように、板バネ40は、押圧部材50によって半導体モジュール30,31に向けて押し付けられている。各本体部41の被押圧部41aは本体51によって半導体モジュール30,31に向けて押圧される。被押圧部41aが押圧部材50によって半導体モジュール30,31に向けて押圧されることにより、本体部41から半導体モジュール30,31に向けて延びる押圧部41bは半導体モジュール30,31に押し付けられるように弾性変形する。弾性変形した押圧部41bの原形状へ復帰しようとする反力により、半導体モジュール30,31が底壁61に向けて付勢される。この付勢力によって、半導体モジュール30,31が底壁61に向けて押圧されるとともに、底壁61が冷却グリース27に押し付けられる。
As shown in FIG. 5A or FIG. 6, the
次に、半導体装置10の作用を説明する。
半導体モジュール30,31から生じる熱が、底壁61及び周壁62に伝わり、樹脂ケース60の周壁62が膨張するときがある。また、半導体装置10の振動に伴い樹脂ケース60ががたつくときがある。周壁62の膨張及びがたつきは本体51に受け止められる。
Next, the operation of the
The heat generated from the
次に、半導体装置10の製造方法を説明する。
放熱板20の接着用溝21に接着剤24を注入し、接着用溝21に樹脂ケース60の接着用枠63を挿入する。なお、樹脂ケース60の底壁61の上面61bには半導体モジュール30,31が既に載置されている。また、接着用枠63の内周面に沿って、熱硬化性樹脂が塗布されているとともに、放熱板20の上面20aにおける熱硬化性樹脂の内側には冷却グリース27が塗布されている。樹脂ケース60に収容された半導体モジュール30,31の上に板バネ40を載置するとともに、板バネ40の上に押圧部材50を載置する。
Next, a method of manufacturing the
The adhesive 24 is injected into the
このとき、樹脂ケース60の各位置決め突起65を押圧部材50の各貫通孔51aに挿入し、樹脂ケース60に対し、押圧部材50を位置決めする。すると、押圧部材50の各締結部52の貫通孔52aが、押圧部材用締結部22の雌ネジ23に合致する。そして、各貫通孔52aを貫通させたネジ70を雌ネジ23に螺合することで、押圧部材50を放熱板20に締結する。すると、樹脂ケース60の周壁62の上面に押圧部材50の下面が接触し、樹脂ケース60が放熱板20から離れる方向へ移動することが規制されるとともに、樹脂ケース60が放熱板20に固定される。また、板バネ40により、半導体モジュール30,31が底壁61に向けて押圧されるとともに、底壁61が冷却グリース27に押し付けられる。
At this time, each positioning
その後、熱硬化性樹脂を熱硬化させ、樹脂層25を形成する。また、接着剤24が硬化し、樹脂ケース60が放熱板20に接着されると、半導体装置10が製造される。
上記実施形態によれば、以下のような効果を得ることができる。
Then, the thermosetting resin is heat-cured to form the
According to the above embodiment, the following effects can be obtained.
(1)半導体装置10における押圧部材50の締結部52には、樹脂ケース60の膨張や振動が及ぶことがないため、ネジ70が弛むことを抑制して、押圧部材50の締結部52による締結を維持できる。その結果として、半導体モジュール30,31に生じた熱を、樹脂ケース60の底壁61及び冷却グリース27を介して放熱板20に効率良く伝えることができる。
(1) Since the
(2)板バネ40の反力に抗して押圧部材50の締結部52を放熱板20に締結するため、ネジ70は所要の軸力が必要とされるが、所要の軸力でネジ70を締結しても、押圧部材用締結部22と締結部52との間に樹脂ケース60が介在しないため、樹脂ケース60が損傷したり変形したりすることがない。
(2) Since the
(3)板バネ40を半導体モジュール30,31に押し付けるための押圧部材50を用いて、樹脂ケース60を放熱板20に接着するときの位置決めを行うことができる。このため、樹脂ケース60を放熱板20に位置決めするための部品を、押圧部材50の締結部52を放熱板20に締結するためのネジ70で兼用できる。よって、ネジ70とは別の部品で樹脂ケース60を放熱板20に位置決めする工程を削除できるとともに、ネジ70とは別の位置決めのための部品を削除でき、半導体装置10の製造コストの低減を図ることができる。
(3) Using the pressing
(4)周壁62の内周面に沿って突片を設け、この突片を、押圧部材50の締結部52と放熱板20の押圧部材用締結部22で挟み込んだ状態で締結し、樹脂ケース60を押圧部材50と放熱板20で共締めする場合を比較例とする。本実施形態では、締結部52は樹脂ケース60の周壁62の外周よりも外側に突出して放熱板20の押圧部材用締結部22に締結される。よって、比較例と比べると、締結部52を周壁62の外周から外側へ遠くに離すことができ、締結の際に周壁62に作用する押圧力を小さくでき、周壁62の損傷や変形を抑制できる。
(4) A projecting piece is provided along the inner peripheral surface of the
また、締結部52が、半導体モジュール30,31の外周側を覆う樹脂ケース60の周壁62よりも外側にあるため、締結部52と半導体モジュール30,31との絶縁が確保しやすい。
Further, since the
本実施形態は、以下のように変更して実施することができる。本実施形態及び以下の変更例は、技術的に矛盾しない範囲で互いに組み合わせて実施することができる。
○ 実施形態では、半導体モジュールは2個用いたが、その数量については限定されず半導体装置10の仕様に応じて適宜変更してもよい。板バネ40についても同様であり、半導体モジュールの数に応じた数の本体部41が形成されていればよい。
This embodiment can be modified and implemented as follows. The present embodiment and the following modified examples can be implemented in combination with each other within a technically consistent range.
○ In the embodiment, two semiconductor modules are used, but the number thereof is not limited and may be appropriately changed according to the specifications of the
○ 実施形態では、半導体モジュール30,31と放熱板20との間に冷却グリース27を用いたが、放熱シート等の他の熱伝導部材でもよい。
○ 冷却グリース27及び樹脂層25は無くてもよい。
○ In the embodiment, the cooling
○ The cooling
○ 樹脂ケース60の接着用枠63は無くてもよく、この場合、放熱板20の接着用溝21及び接着剤24も無くなる。
○ 押圧部材50の締結部52は、樹脂ケース60の長側壁62aよりも内側に位置し、放熱板20の押圧部材用締結部22は、長側壁62aより内側に位置するように、底壁61を貫通して設けられていてもよい。この場合、締結部52は、樹脂ケース60の内周より内側に位置する。なお、本体51の長手方向の両端部の下面が、周壁62の両方の短側壁62bの上面に接触して、押圧部材50と放熱板20の間に樹脂ケース60が挟み込まれる。
○ The
○ The
○ 押圧部材50の締結部52は、本体51の一対の短手部から突出するように設けられていてもよい。要は、締結部52は、本体51のいずれの位置から突出していてもよい。
○ The
○ 押圧部材50を放熱板20に締結する方法をネジ止めとしたが、カシメとしてもよい。
○ 放熱板20の押圧部材用締結部22と、押圧部材50の締結部52との間にワッシャが介在していてもよい。
○ The method of fastening the pressing
A washer may be interposed between the pressing
○ 上記実施形態では、樹脂枠として樹脂ケース60を用いたが、樹脂枠はケース状に限られず、少なくとも半導体モジュールを囲う枠状であり、半導体モジュールに固定されるものであればよい。樹脂枠が枠状の場合、例えば、樹脂枠は半導体モジュールの周囲を樹脂で固める際に樹脂枠の外に樹脂が流れ出ないように堰き止めるものとして機能する。また、この場合、押圧部材50による板バネ40の押圧により、半導体モジュール30,31は冷却グリース27に直接押し付けられる。
○ In the above embodiment, the
○ 弾性部材は、板バネ40以外でもよく、コイルバネや板ゴムなどでもよい。
次に、上記実施形態及び別例から把握できる技術的思想について以下に追記する。
(1)前記弾性部材は板バネである。
○ The elastic member may be other than the
Next, the technical idea that can be grasped from the above embodiment and another example will be added below.
(1) The elastic member is a leaf spring.
(2)前記樹脂枠は前記放熱板に接着され、前記押圧部材は、前記樹脂枠を接着剤によって前記放熱板に接着するときに前記樹脂枠を前記放熱板に位置決めする。
(3)前記放熱板と前記押圧部材の前記締結部とはネジによって締結されている。
(2) The resin frame is adhered to the heat radiating plate, and the pressing member positions the resin frame on the heat radiating plate when the resin frame is adhered to the heat radiating plate with an adhesive.
(3) The heat radiating plate and the fastening portion of the pressing member are fastened with screws.
10…半導体装置、20…放熱板、30,31…半導体モジュール、40…弾性部材としての板バネ、50…押圧部材、52…締結部、60…樹脂枠としての樹脂ケース。 10 ... Semiconductor device, 20 ... Heat dissipation plate, 30, 31 ... Semiconductor module, 40 ... Leaf spring as an elastic member, 50 ... Pressing member, 52 ... Fastening part, 60 ... Resin case as a resin frame.
Claims (2)
前記放熱板の上に設けられる半導体モジュールと、
前記放熱板の上に設けられ前記半導体モジュールに固定される樹脂枠と、
前記半導体モジュールの上に設けられる弾性部材と、
前記放熱板と締結するための締結部を有し、当該締結部と前記放熱板とが締結されることによって前記弾性部材を前記半導体モジュールに向けて押圧する押圧部材と、を備え、
前記押圧部材は、前記樹脂枠を前記放熱板に対して位置決めするとともに、前記締結部と前記放熱板とは、前記樹脂枠を介さずに締結されていることを特徴とする半導体装置。 With a metal heat dissipation plate
A semiconductor module provided on the heat radiating plate and
A resin frame provided on the heat radiating plate and fixed to the semiconductor module,
An elastic member provided on the semiconductor module and
It has a fastening portion for fastening to the heat radiating plate, and includes a pressing member that presses the elastic member toward the semiconductor module by fastening the fastening portion and the heat radiating plate.
The pressing member is a semiconductor device characterized in that the resin frame is positioned with respect to the heat radiating plate, and the fastening portion and the heat radiating plate are fastened without the resin frame.
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