JP3272922B2 - 半導体装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、たとえば半導体
素子をプラスチックケース内に収納してなる半導体装置
に関するもので、特に、ＩＧＢＴなどのパワーモジュー
ル型の半導体装置に用いられるものである。

【０００２】

【従来の技術】一般に、電力変換やモータ制御などを行
うパワーエレクトロニクスの分野においては、パワーモ
ジュール型の半導体装置として、たとえば、ＩＧＢＴモ
ジュールがよく知られている。

【０００３】図４は、従来のＩＧＢＴモジュールの概略
構成を示すものである。このＩＧＢＴモジュールは、た
とえば、パワーモジュールを構成する半導体パワー素子
を収納するケース本体１と、入出力端子が配設されてな
るターミナルホルダー２と、冷却のための放熱板３とか
ら構成されている。

【０００４】上記ケース本体１は、たとえば、ＰＢＴな
どのプラスチック材を略方形の枠状に形成してなり、そ
の四隅には、アルミ製放熱フィン（図示していない）上
に取り付け固定するためのネジ孔１ａがそれぞれ設けら
れている。

【０００５】各ネジ孔１ａには、取り付け固定の際のボ
ルト締めにより、ケース本体１に直に応力がかかるのを
防ぐためのリング４が装着されている。リング４は、た
とえば、シリコン系の熱硬化性樹脂からなるジョイニン
グ材を用いてケース本体１に固着されている。

【０００６】上記ターミナルホルダー２は、そのケース
本体１との間にエポキシ樹脂５が埋め込まれることによ
って固着されるようになっている。上記放熱板３は、た
とえば、上記ケース本体１の裏面に上記ジョイニング材
を用いて固着されている。

【０００７】図５は、図４のＶ−Ｖ線に沿う、上記ネジ
孔１ａの付近の断面構造を示すものである。この場合、
図に示すように、ネジ孔１ａおよびリング４にはそれぞ
れ段が設けられて、ネジ孔１ａの段とリング４の段との
接触面の相互間に上記ジョイニング材６が塗布されて、
両者が固着されるようになっている。

【０００８】しかしながら、上記した従来装置において
は、ネジ孔１ａの段の高さａとリング４の中段の高さｂ
とが略等しくなっており、リング４は放熱板３と非接触
な状態となって、リング４と放熱板３との間に若干の隙
間ｃが発生する。

【０００９】このため、この状態でボルト（図示してい
ない）の締め付けを行うと、ネジ孔１ａのリング４との
接触面に応力が加わり、その部分にクラックが生じると
いう問題があった。

【００１０】また、２．０Ｎ・ｍ前後の小さい締め付け
トルクではケース本体１にクラックは生じないものの、
締め付けを繰り返しているうちにリング４がネジ孔１ａ
から外れるという欠点があった。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】上記したように、従来
においては、ネジ孔およびリングにそれぞれ段を設け、
その段と段との接触面の相互間にジョイニング材を塗布
することによって両者を固着するようにしているため、
ボルトの締め付けトルクによる応力がリングを介してケ
ース本体に加わり、その部分にクラックが生じるという
問題があった。

【００１２】また、クラックが生じないまでも、リング
はネジ孔から容易に外れやすいという欠点があった。そ
こで、この発明は、取り付け固定時におけるネジ孔から
の金具の外れやボルトの締め付けによるケース本体での
クラックの発生を防止することが可能な半導体装置を提
供することを目的としている。

【００１３】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、この発明の半導体装置にあっては、半導体素子を
収納するケース本体と、このケース本体にインサート成
形により一体的に設けられ、前記ケース本体を取り付け
固定するためのリング状の金具を有してなるネジ孔部
と、前記リング状の金具に接触させて、前記ケース本体
の裏面側に固着された放熱板とを具備し、前記リング状
の金具は、前記ケース本体の表面側の端面が、前記ネジ
孔部の表面よりも突出されていることを特徴とする。

【００１４】この発明の半導体装置によれば、ジョイニ
ング材を用いることなしに金具をケース本体に固着でき
るとともに、いかなる締め付けトルクであってもケース
本体に応力が加わるのを阻止できるようになる。これに
より、繰り返しの締め付けや大きな締め付けトルクによ
る締め付けにも十分に対応することが可能となるもので
ある。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、この発明の実施の形態につ
いて図面を参照して説明する。図１は、本発明の実施の
一形態にかかる、パワーモジュール型半導体装置として
のＩＧＢＴモジュールの概略構成を示すものである。な
お、同図（ａ）はＩＧＢＴモジュールの上面図、同図
（ｂ）は一部を切り欠いて示すＩＧＢＴモジュールの正
面図、同図（ｃ）は一部を切り欠いて示すＩＧＢＴモジ
ュールの側面図、同図（ｄ）はＩＧＢＴモジュールの下
面図である。

【００１６】すなわち、ケース本体１１は、たとえば、
ＩＧＢＴ（半導体パワー素子）１２を収納するための枠
部１１ａが、ＰＢＴなどのプラスチック材により略方形
形状に形成されてなる構成とされている。

【００１７】また、枠部１１ａの外側の、上記ケース本
体１１の四隅には、実際の使用に際して、ケース本体１
１をアルミ製放熱フィン（図示していない）上に取り付
け固定するのに用いるネジ孔部１１ｂがそれぞれ設けら
れている。

【００１８】ネジ孔部１１ｂのそれぞれには、取り付け
固定する際のボルトの締め付けトルクによる応力がケー
ス本体１１に直にかかるのを防ぐなどの目的で、リング
状の金具１３が設けられている。

【００１９】各ネジ孔部１１ｂのリング状金具１３は、
上記ケース本体１１の形成時に、インサート成形により
一体成形されるようになっている。なお、リング状金具
１３の詳細については後述する。

【００２０】上記ケース本体１１の枠部１１ａ内の表面
側には、たとえば、ターミナルホルダー１４が配置さ
れ、そのターミナルホルダー１４と上記ケース本体１１
との間にはエポキシ樹脂１５が埋め込まれている。

【００２１】ターミナルホルダー１４には、主電流が流
れる主電力端子１４ａが配設されている。上記ケース本
体１１の裏面側には、たとえば、放熱板１６がジョイニ
ング材１７を用いて固着されている。ジョイニング材１
７としては、たとえば、熱硬化性樹脂が用いられる。

【００２２】図２は、上記リング状金具１３の概略構成
を示すものである。なお、同図（ａ）はリング状金具１
３の上面図であり、同図（ｂ）は同じく正面図である。
たとえば、リング状金具１３は、材質は黄銅であり、外
径の大きなリング下段部１３ａおよび外径の小さなリン
グ上段部１３ｂによって段が設けられてなる、略凸型形
状を有して形成されている。

【００２３】また、上記リング状金具１３のリング下段
部１３ａは、その高さＡが、少なくとも上記ケース本体
１１の厚さ（Ｂ）よりも大きく形成されている。なお、
リング状金具１３の内径は、たとえば、挿入されるネジ
止め固定用のボルト（図示していない）の径に応じたサ
イズを有して形成されている。

【００２４】図３は、上記ケース本体１１における、ネ
ジ孔部１１ｂの付近の断面構造（図１（ｂ）の要部）を
拡大して示すものである。たとえば、上記リング状金具
１３は、リング下段部１３ａを上に、リング上段部１３
ｂを下にした状態で、リング下段部１３ａの外周の少な
くとも一部分が上記ケース本体１１によって保持されて
いる。

【００２５】その際、上記リング状金具１３は、たとえ
ば、そのリング下段部１３ａの一部（リング状金具１３
の一端面）がケース本体１１の裏面よりも突出するよう
にして設けられて、上記放熱板１６と直に接触されるよ
うになっている。

【００２６】すなわち、ケース本体１１の裏面に対し
て、上記リング状金具１３の上記放熱板１６との接触面
を突出させるようにすることで、取り付け固定の際の、
ボルトの締め付けトルクによる応力をリング１３および
放熱板１６のみに作用させることが可能となり、その応
力がリング状金具１３を介してケース本体１１にかかる
のを防ぐことができる。

【００２７】この場合、上記ケース本体１１の裏面から
の上記リング状金具１３の突出の距離Ｃは０．２５ｍｍ
〜０．６ｍｍとするのが好ましく、上記ジョイニング材
１７の厚さ（たとえば、０．３ｍｍ）とほぼ同程度とす
ることで、過大なジョイニング材１７の使用を防ぐこと
ができる。

【００２８】また、上記リング状金具１３は、たとえ
ば、そのリング上段部１３ｂの一部（リング状金具１３
の他端面側）が、ケース本体１１の表面よりも突出する
ようにして設けられるようになっている。

【００２９】すなわち、ケース本体１１の表面に対し
て、距離Ｄだけ、上記リング状金具１３を突出させるよ
うにすることで、取り付け固定の際の、ボルトの締め付
けトルクによる応力が直にケース本体１１にかかるのを
防ぐことができる。

【００３０】この場合、製造上の精度の点から、距離Ｄ
は、０．２５ｍｍ程度とするのがよい。このような本発
明装置の構成によれば、ボルト締め付け時の応力がケー
ス本体１１に作用するのを阻止できるようになるため、
クラックの発生を防止することが可能となる。

【００３１】しかも、ケース本体１１とリング状金具１
３とをインサート成形により一体的に形成するようにし
ている。これにより、リング状金具１３の装着のための
ジョイニング材が不要になるばかりでなく、繰り返しの
締め付けを行っても、リング状金具１３が外れる危険性
はリングの装着にジョイニング材を用いた従来装置に比
べてはるかに小さくなる。

【００３２】表１は、クラックおよびリング外れの発生
率について、本発明装置と従来装置とを比較して示すも
のである。なお、ここでは、トルクを２．５Ｎ・ｍとし
て締め付けを行った場合と、トルクを１２．５Ｎ・ｍと
して締め付けを行った場合とを、それぞれ示している。

【００３３】

【表１】

【００３４】この表からも明らかなように、本発明装置
においては、いずれの締め付けトルクに対しても、ケー
ス本体１１でのクラックおよびリング状金具１３の外れ
は発生しなかった。

【００３５】特に、大きな締め付けトルクの場合におい
て、その差は顕著であり、大きな締め付けトルクによる
締め付けを十分に満足することがわかる。上記したよう
に、リング状金具とケース本体とを一体成形するととも
に、ケース本体の裏面において、リング状金具が放熱板
と接触するようにリング状金具をケース本体より突出さ
せて設けるようにしている。

【００３６】すなわち、ケース本体とリング状金具とを
インサート成形により一体的に形成し、かつ、リング状
金具を放熱板と直に接触するようにしている。これによ
り、いかなる締め付けトルクによるボルト締めを行って
も、締め付けによる応力がリング状金具を介してケース
本体に作用するのを阻止できるようになる。したがっ
て、繰り返しの締め付けや大きな締め付けトルクによる
締め付けにも十分に対応することが可能となり、ケース
本体にクラックが発生するのを防止できるようになるも
のである。

【００３７】しかも、リング状金具の装着のためのジョ
イニング材が不要になるばかりでなく、繰り返しの締め
付けを行ってもリング状金具が外れるのを防ぐことがで
きる。

【００３８】なお、上記した本発明の実施の一形態にお
いては、ＩＧＢＴモジュールを例に説明したが、これに
限らず、たとえば他のパワーモジュール型半導体装置
や、パワーモジュール型半導体装置以外の各種の半導体
装置にも適用可能である。その他、この発明の要旨を変
えない範囲において、種々変形実施可能なことは勿論で
ある。

【００３９】

【発明の効果】以上、詳述したようにこの発明によれ
ば、取り付け固定時におけるネジ孔からの金具の外れや
ボルトの締め付けによるケース本体でのクラックの発生
を防止することが可能な半導体装置を提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の実施の一形態にかかる、パワーモジ
ュール型半導体装置（ＩＧＢＴモジュール）を概略的に
示す構成図。

【図２】同じく、リング状金具の概略を示す構成図。

【図３】同じく、ケース本体における、ネジ孔部付近の
構造を示す概略断面図。

【図４】従来技術とその問題点を説明するために示す、
ＩＧＢＴモジュールの概略構成図。

【図５】同じく、ネジ孔付近の構造を示す概略断面図。

【符号の説明】

１１…ケース本体、１１ａ…枠部、１１ｂ…ネジ孔部、
１２…ＩＧＢＴ、１３…リング状金具、１３ａ…リング
下段部、１３ｂ…リング上段部、１４…ターミナルホル
ダー、１４ａ…主電力端子、１５…エポキシ樹脂、１６
…放熱板、１７…ジョイニング材。

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 半導体素子を収納するケース本体と、 このケース本体にインサート成形により一体的に設けら
   れ、前記ケース本体を取り付け固定するためのリング状
   の金具を有してなるネジ孔部と、 前記リング状の金具に接触させて、前記ケース本体の裏
   面側に固着された放熱板とを具備し、 前記リング状の金具は、前記ケース本体の表面側の端面
   が、前記ネジ孔部の表面よりも突出されていることを特
   徴とする半導体装置。
2. 【請求項２】 前記リング状の金具は、前記ケース本体
   の裏面側の端面が、前記ネジ孔部の裏面に対し、前記放
   熱板を接着するためのジョイニング材の厚さ分だけ突出
   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。