JP3813120B2 - 半導体装置の実装体 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、基板に簡単に実装できる半導体装置およびその実装体に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、ＤＩＰ（デュアルインラインパッケージ）型の半導体装置をプリント配線板（ＰＣＢ）に実装する際には、ＰＣＢに設けた貫通穴に半導体装置のリード線を挿入し、その挿入部分においてはんだ付けを行っていた。さらに、上記半導体装置に放熱用のフィンを取り付ける際には、半導体装置を挟んでＰＣＢと対向する位置に、半導体装置に接するように放熱フィンを配置し、ＰＣＢ、半導体装置および放熱フィンを１本のネジで固定していた。つまり、１本のネジを、ＰＣＢと半導体装置とを貫通して放熱フィンに達するように締めることによって、ＰＣＢ、半導体装置および放熱フィンを一体的に固定していた。
【０００３】
一方、従来技術においては、個々の半導体装置の構成には触れていないが、複数の半導体装置を半田付けを行わずに基板に実装した実装体が開示されている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００４】
【特許文献１】
特開平７−７９０５９号公報（第４頁、図１−図４）
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上述のように、ＤＩＰ型の半導体装置を放熱フィンとともに基板に実装する場合は、半導体装置のリード線を半田付けする工程と放熱フィンをネジで固定する工程とが別個に必要であり、組み立てが煩雑で、時間がかかるという問題があった。また、組み立てを誤った時や保守時の部品の取り替えが困難であるという問題があった。
【０００６】
また、リード線を半田付けする工程においては、半田付け時の熱によって半導体装置の特性が劣化するという問題があった。また、他の実装部品と半導体装置との間で熱容量が異なるため、同一温度でリフローすることが困難であり、その結果、上記リード線の半田付けを別工程で行わなければならなかった。
【０００７】
さらに、放熱フィンをネジで固定する工程においては、ネジ締めトルクによる応力で素子が割れるといった問題があった。
【０００８】
また、上記半導体装置が温度保護機能を内蔵せず、外部にサーミスタ等の温度検出素子を取り付ける場合には、その温度検出素子を放熱フィンに取り付ける必要があり、正確な温度検出が困難であるといった問題があった。さらに、その温度検出素子を取り付けるための新たなネジが必要であり、組み立てが煩雑で、時間がかかるという問題があった。
【０００９】
本発明の目的は、基板に簡単に実装できる半導体装置およびその実装体を提供することである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る半導体装置は、半導体素子を含むパッケージ本体とそのパッケージ本体から引き出された複数のリード線とを備える。前記のパッケージ本体は、１以上の貫通穴を有し、複数の前記のリード線は、前記のパッケージ本体の周囲のうち少なくとも対向する２辺から引き出され、かつ、その前記のパッケージ本体と離れた側の端部近傍が曲線状に折り曲げられる。
【００１１】
本発明に係る半導体装置の実装体は、半導体素子を含み、かつ、１以上の貫通穴を有するパッケージ本体と、そのパッケージ本体の周囲のうち少なくとも対向する２辺から引き出され、かつ、前記パッケージ本体と離れた側の端部近傍が曲線状に折り曲げられた複数のリード線とを備える半導体装置が基板に実装された実装体であって、
前記パッケージ本体および前記基板を対向させて配置し、前記パッケージ本体の前記貫通穴および前記基板に設けた貫通穴に１以上のネジを貫通して結合し、
前記パッケージ本体および前記基板を所定の間隔に維持することによって、前記リード線の曲線部分が、前記基板の表面上に設けた配線パターンに圧接され、
さらに、放熱体が、前記パッケージ本体を挟んで前記基板に対向するように位置され、
前記ネジが、前記放熱体の内部にも通され、
前記ネジにより、前記放熱体が、前記半導体装置に圧接するように結合され ,
さらに、前記パッケージ本体と前記放熱体との間に温度検出素子が位置され、
前記温度検出素子が貫通穴を有し、前記ネジがその貫通穴を貫通し、
前記ネジにより、前記温度検出素子が、前記パッケージ本体に圧接するように結合される、
ことを特徴とする。
【００１２】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
以下に、添付の図面を参照して、本発明の実施の形態について説明する。
図１の（１）は、実施の形態１による半導体装置の外観図、図１の（２）は、その半導体装置の側面図である。半導体装置２は、ＤＩＰ（デュアルインラインパッケージ）型インテリジェントパワーモジュール（以下、「ＤＩＰ−ＩＰＭ」という。）である。半導体装置２は、半導体素子を含むパッケージ本体４と、そのパッケージ本体４から引き出される複数のリード線６とを備える。パッケージ本体４は、方形であり、長方形の対向する２つの主面（上面および底面）と４つの側面とを有する。半導体装置２はＤＩＰ型であるので、リード線６は、パッケージ本体４の長辺側の対向する２つの側面から引き出される（２つの側面は、それぞれ、上記長方形の長辺を含む。）。半導体装置２のパッケージ本体４は、２つの貫通穴８を有する。図１の（１）に示されるように、それらの貫通穴８は、パッケージ本体４の長手方向における２つの端部付近に設けられる。図１の（２）において明らかなように、各々のリード線６は、パッケージ本体４の側面から上記長辺に垂直、かつ、主面に平行に引き出され、主面に垂直な方向に直角に折り曲げられる。そして、そのリード線６は、パッケージ本体４の底面に向かって内側に、曲線状に折り曲げられる。つまり、リード線６は、パッケージ本体４と離れた側の端部近傍が、パッケージ本体４の底面近くで、底面から底面に垂直な方向に離れた位置で、その底面に向かって曲線状に折り曲げられる。リード線６の先端は、パッケージ本体４の底面に近接して位置するが、リード線６の先端とその底面との間には隙間が存在する。リード線６が直角に折り曲げられた後、リード線６の形状は、好ましくは、Ｊ字型である。
【００１３】
図２は、図１に示された半導体装置２を基板に実装した実装体の側面図である。図２において、半導体装置２は、プリント配線板（以下、「ＰＣＢ」という。）１０に実装されている。ここで、半導体装置２の底面（ＰＣＢ１０に対向する主面）とＰＣＢ１０は平行に位置される。ネジ１２は、半導体装置２のパッケージ本体４（貫通穴８）およびＰＣＢ１０に設けた貫通穴（図示されない）を順に貫通し、ＰＣＢ１０の裏面に配置されたナット１６によって固定される。その際、ネジ１２を締めることによって、半導体装置２のパッケージ本体４が、ＰＣＢ１０の上方に位置される一方、半導体装置２のリード線６は、ＰＣＢ１０の表面に形成された配線パターン（電極）１４に圧接される。図２に示されるように、リード線６がＪ字型の形状を有するときは、そのＪ字型の曲線部分（配線パターン１４の方に凸に曲線状に折り曲げられた部分）が電極１４に圧接される。
【００１４】
上述の実装体においては、ネジ１２を締めて半導体装置２とＰＣＢ１０とを圧接する際に、リード線６がバネの役割を果たす。これは、リード線６の曲線部分が電極１４に接し、かつ、リード線６の先端と半導体装置２の底面との間に隙間が存在するので、リード線６が、ＰＣＢ１０に垂直な方向に可動となるからである。また、リード線６の曲線部分をＰＣＢ１０の電極１４に接触させてネジ１２を締めると、バネの弾性力により、リード線６が元の位置に戻ろうとするので、リード線６と電極１４とがより密着する。つまり、リード線６と電極１４との接続が、より安定となる。
【００１５】
本実施の形態による半導体装置およびその実装体によれば、半田付けを行うことなく、リード線とＰＣＢの配線パターンとの電気的接続を達成できる。従って、半田付け時の熱によって半導体装置の特性が劣化するといった課題を克服することができる。
【００１６】
次に、図１の半導体装置に放熱フィンを取り付けて基板に実装する場合について説明する。図３は、図１の半導体装置に放熱フィンを取り付けて基板に実装した実装体の側面図である。放熱フィン２０は、半導体装置２を挟んでＰＣＢ１０に対向するように位置される。つまり、放熱フィン２０は、半導体装置２の上面に接するように位置される。ネジ１２は、ＰＣＢ１０側から、ＰＣＢ１０および半導体装置２のパッケージ本体４を順に貫通し、放熱フィン２０のネジ穴に達する。放熱フィン２０は、ネジ１２を締めることにより、半導体装置２のパッケージ本体４に圧接される。半導体装置２のパッケージ本体４とＰＣＢ１０との間には、スペーサ２２が挿入される。このスペーサ２２は、ＰＣＢ１０のたわみを防止し、結果として、ＰＣＢ１０の損傷を防止する。
【００１７】
本実施の形態による半導体装置およびその放熱フィンが取り付けられた実装体によれば、半田付けを行うことなく、ネジを締める工程のみよって、ＰＣＢ、半導体装置および放熱フィンを固定できるので、組み立てが簡単になり、かつ、実装時間を削減できる。また、保守点検時等における部品交換が容易になり、交換部品のコスト低減も可能となる。さらに、実装にかかる全体のコストも低減できる。
【００１８】
本実施の形態による半導体装置およびその放熱フィンが取り付けられた実装体によれば、上述したように、リード線がＰＣＢに垂直な方向に可動であり、バネの役割を果たす。従って、バネの弾性力により、放熱フィンと半導体装置とをネジで締めつける際に半導体装置内部で発生する応力が弱まる。結果として、ネジの締め付けによる半導体装置の損傷を緩和できる。
【００１９】
なお、本実施の形態による半導体装置のリード線は、パッケージ本体の底面に向かって内側に、曲線状に折り曲げられる構成となっているが、半導体装置とＰＣＢ、および、半導体装置と放熱フィンの圧接に関して、リード線がバネの役割を果たすことができれば、他の任意の形状であってよい。例えば、リード線が、半導体装置の外側に曲線状に折り曲げられてもよい。その場合、リード線の先端が、半導体装置のパッケージ本体に接触することはないので、折り曲げられる形状の自由度が増す。
【００２０】
なお、本実施の形態による放熱フィンが取り付けられた実装体において、ネジは、ＰＣＢ側から、ＰＣＢおよび半導体装置のパッケージ本体を順に貫通し、放熱フィンのネジ穴に達して固定されるが、放熱フィン側から、半導体装置のパッケージ本体およびＰＣＢを順に貫通して、ＰＣＢの裏面に配置されたナットによって固定されてもよい。
【００２１】
なお、本実施の形態による放熱フィンが取り付けられた実装体において、半導体装置のパッケージ本体とＰＣＢとの間には、スペーサが挿入される。このスペーサは、半導体装置のパッケージ本体と一体化して形成されてもよい。
【００２２】
実施の形態２．
図４は、実施の形態２による半導体装置の外観図である。この半導体装置３２が、図１の（１）に示される半導体装置２と異なる点は、リード線が、パッケージ本体の４つの側面から４方向に引き出されること、および、貫通穴が、パッケージ本体の中央部に１つだけ設けられていることである。図４において、半導体装置３２は、パッケージ本体３４と、そのパッケージ本体３４から引き出された複数のリード線３６とを備える。パッケージ本体３４は、方形であり、長方形または正方形の対向する２つの主面（上面および底面）と４つの側面とを有する。リード線３６は、パッケージ本体３４の４つの側面から４方向に引き出される。リード線３６の形状は、実施の形態１で説明したリード線６の形状と同一である。この場合において、半導体装置３２のパッケージ本体３４は、パッケージ本体の３４の中央部に、１つの貫通穴３８を有する。
【００２３】
図５は、図４の半導体装置３２に放熱フィンを取り付けて基板に実装した実装体の側面図である。図５において、半導体装置３２は、ＰＣＢ１０に実装されている。ここで、ネジ１２は、ＰＣＢ１０側から、ＰＣＢ１０の貫通穴および半導体装置３２のパッケージ本体３４（貫通穴３８）を順に貫通し、放熱フィン２０のネジ穴に達して固定される。ネジ１２を締めることによって、半導体装置３２がＰＣＢ１０に圧接され、放熱フィン２０は半導体装置３２のパッケージ本体３４に圧接される。半導体装置３２のリード線３６は、ＰＣＢ１０の表面に形成された配線パターン（電極）１４に接続される。図４および図５に示されるように、リード線３６の形状がＪ字型であるときは、そのＪ字型の曲線部分が電極１４に圧接される。ネジ１２は、貫通穴３８を通って半導体装置３２のパッケージ本体３４を貫通する。
【００２４】
パワーモジュールのように高圧部のリード線と低圧部のリード線が存在する半導体装置においては、複数のリード線の間の絶縁距離を確保する必要がある。図４の半導体装置３２においては、リード線３６をパッケージ本体３４から４方向に引き出しているので、リード線の数を減らすことなく、リード線の間の距離を確保することができる。また、リード線の数を減らす必要がないので、パッケージの小型化が可能となり、半導体装置をＰＣＢに１本のネジで取り付けることが可能となる。
【００２５】
なお、本実施の形態による半導体装置およびその放熱フィンが取り付けられた実装体においても、実施の形態１による半導体装置およびその実装体と同様の効果が得られる。
【００２６】
また、本実施の形態による半導体装置のリード線は、パッケージ本体の底面に向かって内側に、曲線状に折り曲げられる構成となっているが、半導体装置とＰＣＢ、および、半導体装置と放熱フィンの圧接に関して、リード線がバネの役割を果たすことができれば、他の任意の形状であってよい。例えば、リード線が、半導体装置の外側に曲線状に折り曲げられてもよい。その場合、リード線の先端が、半導体装置のパッケージ本体に接触することはないので、折り曲げられる形状の自由度が増す。
【００２７】
なお、本実施の形態による放熱フィンが取り付けられた実装体において、ネジは、ＰＣＢ側から、ＰＣＢおよび半導体装置のパッケージ本体を順に貫通し、放熱フィンのネジ穴に達して固定されるが、放熱フィン側から、半導体装置のパッケージ本体およびＰＣＢを順に貫通して、ＰＣＢの裏面に配置されたナットによって固定されてもよい。
【００２８】
また、半導体装置のパッケージ本体とＰＣＢとの間に、実施の形態１において説明されたスペーサが挿入されてもよい。
【００２９】
実施の形態３．
図６は、実施の形態３による半導体装置の実装体の構成を示す分解図である。本実施の形態による実装体においては、半導体装置３２（図４）をＰＣＢ１０に実装する際に、同時に、半導体装置３２に放熱フィン２０およびサーミスタ４０を取り付ける。この構成は、半導体装置３２が、例えば、温度保護機能を内蔵しないパワーモジュールである場合に有効である。
【００３０】
図６において、ネジ１２は、放熱フィン２０側から、放熱フィン２０、サーミスタ４０、半導体装置３２のパッケージ本体３４、および、ＰＣＢ１０を順に貫通して、ＰＣＢ１０の裏面に配置されたナット１６によって固定される。従って、ネジ１２を締めることにより、半導体装置３２が、ＰＣＢ１０に圧接され、同時に、放熱フィン２０およびサーミスタ４０が、半導体装置３２に圧接される。つまり、半導体装置３２、サーミスタ４０および放熱フィン２０が一体となって、ＰＣＢ１０に実装される。このとき、サーミスタ４０は、半導体装置３２の貫通穴３８、および、放熱フィン２０の貫通穴４２に合わせて、貫通穴４４を有する。ネジ１２は、それらの貫通穴４２、貫通穴４４および貫通穴３８を貫通する。
【００３１】
また、半導体装置３２のパッケージ本体３４は、サーミスタ４０と接する表面にサーミスタ４０の形状に合わせた溝４６を備える。このような溝４６を用いれば、放熱フィン２０とパッケージ本体３４との間にサーミスタ４０を挿入して圧接を行っても、サーミスタ４０は、その溝４６によって半導体装置３２のパッケージ本体３４に埋め込まれ、放熱フィン２０と半導体装置３２との間に隙間が形成されない。
【００３２】
本実施の形態による半導体装置およびその実装体によれば、半導体装置のパッケージ本体に温度検出器の形状に合わせた溝を設けているので、温度検出器が半導体装置に接した状態で取り付けられ、半導体装置の正確な温度検出が可能である。また、温度検出器を挿入しても、半導体装置と放熱フィンとの間に隙間が形成されず、それらが密着するので、放熱フィンによる放熱の効果が維持される。
【００３３】
また、本実施の形態による実装体によれば、温度検出器を、放熱フィンと同時に同じネジで取り付けるので、組み立てが簡単になり、実装時間も短縮できる。
【００３４】
なお、本実施の形態による半導体装置およびその実装体においても、実施の形態１による半導体装置およびその実装体と同様の効果が得られる。
【００３５】
また、本実施の形態による半導体装置およびその実装体においても、実施の形態２による半導体装置およびその実装体と同様の効果が得られる。
【００３６】
また、本実施の形態による実装体において、図１に示された半導体装置を用いても同様の効果が得られる。
【００３７】
なお、本実施の形態による実装体において、ネジは、放熱フィン側から、放熱フィン、サーミスタ、半導体装置のパッケージ本体およびＰＣＢを貫通して、ＰＣＢの裏面に配置されたナットによって固定されるが、ＰＣＢ側から、ＰＣＢ、半導体装置のパッケージ本体およびサーミスタを貫通し、放熱フィンのネジ穴に達した状態で固定されてもよい。また、ＰＣＢ側から、ＰＣＢ、半導体装置のパッケージ本体、サーミスタおよび放熱フィンを貫通し、ナットによって固定されてもよい。
【００３８】
また、半導体装置のパッケージ本体とＰＣＢとの間に、実施の形態１において説明されたスペーサが挿入されてもよい。
【００３９】
実施の形態４．
図７は、実施の形態４による半導体装置の外観図である。実施の形態２の半導体装置３２と同一の構成要素には、図４と同一の符号を付している。図７の半導体装置５２が、図４の半導体装置３２と異なる点は、位置決め端子５４を備える点である。半導体装置５２において、位置決め端子５４は、パッケージ本体３４の１つの側面から引き出された２本のダミーのリード線である。
【００４０】
図８は、図７の半導体装置５２をＰＣＢに実装した実装体の側面図である。この場合、ＰＣＢ１０には、所定の位置に貫通穴が設けられており、２本の位置決め端子５４は、それらの貫通穴を貫通する。ここで、半導体装置５２の底面（ＰＣＢ１０に対向する主面）とＰＣＢ１０は平行に位置される。ネジ１２は、半導体装置５２のパッケージ本体３４（貫通穴３８）およびＰＣＢ１０に設けた貫通穴（図示されない）を順に貫通し、ＰＣＢ１０の裏面に配置されたナット１６によって固定される。その際、ネジ１２を締めることによって、半導体装置５２のパッケージ本体３４が、ＰＣＢ１０の上方に位置される一方、半導体装置５２のリード線３６は、ＰＣＢ１０の表面に形成された配線パターン（電極）１４に圧接される。図８に示されるように、リード線３６がＪ字型の形状を有するときは、そのＪ字型の曲線部分が電極１４に圧接される。
【００４１】
本実施の形態による半導体装置およびその実装体によれば、位置決め端子５４を、ＰＣＢ１０の所定の位置に設けられた貫通穴（図示されない）に挿入することにより、半導体装置５２をＰＣＢ１０に実装する場合に、半導体装置５２をＰＣＢ１０に容易に位置決めできる。また、この位置決め端子５４の挿入部分で半田付けを行うことができる。
【００４２】
半導体装置を固定するネジが１本の場合、半導体装置のリード線とＰＣＢ上の配線パターンとがずれる場合がある。本実施の形態による半導体装置およびその実装体によれば、位置決め端子を、ＰＣＢの所定の位置に設けられた貫通穴に挿入するので、ネジが１本の場合であっても、半導体装置をＰＣＢに容易に位置決めできる。
【００４３】
なお、本実施の形態による半導体装置においては、位置決め端子として、ダミーのリード線を用いているが、リード線に限らず、パッケージ本体に設けられた別の端子であってよい。また、半導体装置がＰＣＢに容易に位置決めできれば、半導体装置における位置決め端子の位置および本数は、それぞれ、任意の位置および本数であってよい。
【００４４】
なお、本実施の形態による半導体装置およびその実装体においても、実施の形態１による半導体装置およびその実装体と同様の効果が得られる。
【００４５】
なお、本実施の形態による半導体装置においても、実施の形態２による半導体装置と同様の効果が得られる。
【００４６】
なお、本実施の形態による実装体においても、半導体装置に放熱フィンを取り付けることが可能である。その場合には、実施の形態２による実装体と同様の効果が得られる。
【００４７】
また、本実施の形態による実装体において、図１に示された半導体装置を用いても同様の効果が得られる。
【００４８】
なお、本実施の形態による半導体装置およびその実装体においても、半導体装置のパッケージ本体に温度検出器の形状に合わせた溝を設け、半導体装置に放熱フィンと温度検出器とを同時に取り付けることができる。その場合には、実施の形態３による半導体装置およびその実装体と同様の効果が得られる。
【００４９】
また、半導体装置のパッケージ本体とＰＣＢとの間に、実施の形態１において説明されたスペーサが挿入されてもよい。
【００５０】
【発明の効果】
本発明による半導体装置によれば、半導体素子を含むパッケージ本体とそのパッケージ本体から引き出された複数のリード線とを備え、パッケージ本体は、１以上の貫通穴を有し、複数のリード線は、パッケージ本体の周囲のうち少なくとも対向する２辺から引き出され、かつ、そのパッケージ本体と離れた側の端部近傍が曲線状に折り曲げられるので、基板に簡単に実装できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 （１）は、実施の形態１による半導体装置の外観図、（２）は、（１）に示された半導体装置の側面図。
【図２】 図１に示された半導体装置を基板に実装した実装体の側面図。
【図３】 図２の半導体装置に放熱フィンを取り付けて基板に実装した実装体の側面図。
【図４】 実施の形態２による半導体装置の外観図。
【図５】 図４の半導体装置に放熱フィンを取り付けて基板に実装した実装体の側面図。
【図６】 実施の形態３による半導体装置の実装体の構成を示す分解図。
【図７】 実施の形態４による半導体装置の外観図。
【図８】 図７の半導体装置を基板に実装した実装体の側面図。
【符号の説明】
２ 半導体装置、 ４ パッケージ本体、 ６ リード線、 ８ 貫通穴、 １０ プリント配線板（ＰＣＢ）、 １２ ネジ、 １４ 電極、 １６ ナット。
【発明の属する技術分野】
本発明は、基板に簡単に実装できる半導体装置およびその実装体に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、ＤＩＰ（デュアルインラインパッケージ）型の半導体装置をプリント配線板（ＰＣＢ）に実装する際には、ＰＣＢに設けた貫通穴に半導体装置のリード線を挿入し、その挿入部分においてはんだ付けを行っていた。さらに、上記半導体装置に放熱用のフィンを取り付ける際には、半導体装置を挟んでＰＣＢと対向する位置に、半導体装置に接するように放熱フィンを配置し、ＰＣＢ、半導体装置および放熱フィンを１本のネジで固定していた。つまり、１本のネジを、ＰＣＢと半導体装置とを貫通して放熱フィンに達するように締めることによって、ＰＣＢ、半導体装置および放熱フィンを一体的に固定していた。
【０００３】
一方、従来技術においては、個々の半導体装置の構成には触れていないが、複数の半導体装置を半田付けを行わずに基板に実装した実装体が開示されている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００４】
【特許文献１】
特開平７−７９０５９号公報（第４頁、図１−図４）
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上述のように、ＤＩＰ型の半導体装置を放熱フィンとともに基板に実装する場合は、半導体装置のリード線を半田付けする工程と放熱フィンをネジで固定する工程とが別個に必要であり、組み立てが煩雑で、時間がかかるという問題があった。また、組み立てを誤った時や保守時の部品の取り替えが困難であるという問題があった。
【０００６】
また、リード線を半田付けする工程においては、半田付け時の熱によって半導体装置の特性が劣化するという問題があった。また、他の実装部品と半導体装置との間で熱容量が異なるため、同一温度でリフローすることが困難であり、その結果、上記リード線の半田付けを別工程で行わなければならなかった。
【０００７】
さらに、放熱フィンをネジで固定する工程においては、ネジ締めトルクによる応力で素子が割れるといった問題があった。
【０００８】
また、上記半導体装置が温度保護機能を内蔵せず、外部にサーミスタ等の温度検出素子を取り付ける場合には、その温度検出素子を放熱フィンに取り付ける必要があり、正確な温度検出が困難であるといった問題があった。さらに、その温度検出素子を取り付けるための新たなネジが必要であり、組み立てが煩雑で、時間がかかるという問題があった。
【０００９】
本発明の目的は、基板に簡単に実装できる半導体装置およびその実装体を提供することである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る半導体装置は、半導体素子を含むパッケージ本体とそのパッケージ本体から引き出された複数のリード線とを備える。前記のパッケージ本体は、１以上の貫通穴を有し、複数の前記のリード線は、前記のパッケージ本体の周囲のうち少なくとも対向する２辺から引き出され、かつ、その前記のパッケージ本体と離れた側の端部近傍が曲線状に折り曲げられる。
【００１１】
本発明に係る半導体装置の実装体は、半導体素子を含み、かつ、１以上の貫通穴を有するパッケージ本体と、そのパッケージ本体の周囲のうち少なくとも対向する２辺から引き出され、かつ、前記パッケージ本体と離れた側の端部近傍が曲線状に折り曲げられた複数のリード線とを備える半導体装置が基板に実装された実装体であって、
前記パッケージ本体および前記基板を対向させて配置し、前記パッケージ本体の前記貫通穴および前記基板に設けた貫通穴に１以上のネジを貫通して結合し、
前記パッケージ本体および前記基板を所定の間隔に維持することによって、前記リード線の曲線部分が、前記基板の表面上に設けた配線パターンに圧接され、
さらに、放熱体が、前記パッケージ本体を挟んで前記基板に対向するように位置され、
前記ネジが、前記放熱体の内部にも通され、
前記ネジにより、前記放熱体が、前記半導体装置に圧接するように結合され ,
さらに、前記パッケージ本体と前記放熱体との間に温度検出素子が位置され、
前記温度検出素子が貫通穴を有し、前記ネジがその貫通穴を貫通し、
前記ネジにより、前記温度検出素子が、前記パッケージ本体に圧接するように結合される、
ことを特徴とする。
【００１２】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
以下に、添付の図面を参照して、本発明の実施の形態について説明する。
図１の（１）は、実施の形態１による半導体装置の外観図、図１の（２）は、その半導体装置の側面図である。半導体装置２は、ＤＩＰ（デュアルインラインパッケージ）型インテリジェントパワーモジュール（以下、「ＤＩＰ−ＩＰＭ」という。）である。半導体装置２は、半導体素子を含むパッケージ本体４と、そのパッケージ本体４から引き出される複数のリード線６とを備える。パッケージ本体４は、方形であり、長方形の対向する２つの主面（上面および底面）と４つの側面とを有する。半導体装置２はＤＩＰ型であるので、リード線６は、パッケージ本体４の長辺側の対向する２つの側面から引き出される（２つの側面は、それぞれ、上記長方形の長辺を含む。）。半導体装置２のパッケージ本体４は、２つの貫通穴８を有する。図１の（１）に示されるように、それらの貫通穴８は、パッケージ本体４の長手方向における２つの端部付近に設けられる。図１の（２）において明らかなように、各々のリード線６は、パッケージ本体４の側面から上記長辺に垂直、かつ、主面に平行に引き出され、主面に垂直な方向に直角に折り曲げられる。そして、そのリード線６は、パッケージ本体４の底面に向かって内側に、曲線状に折り曲げられる。つまり、リード線６は、パッケージ本体４と離れた側の端部近傍が、パッケージ本体４の底面近くで、底面から底面に垂直な方向に離れた位置で、その底面に向かって曲線状に折り曲げられる。リード線６の先端は、パッケージ本体４の底面に近接して位置するが、リード線６の先端とその底面との間には隙間が存在する。リード線６が直角に折り曲げられた後、リード線６の形状は、好ましくは、Ｊ字型である。
【００１３】
図２は、図１に示された半導体装置２を基板に実装した実装体の側面図である。図２において、半導体装置２は、プリント配線板（以下、「ＰＣＢ」という。）１０に実装されている。ここで、半導体装置２の底面（ＰＣＢ１０に対向する主面）とＰＣＢ１０は平行に位置される。ネジ１２は、半導体装置２のパッケージ本体４（貫通穴８）およびＰＣＢ１０に設けた貫通穴（図示されない）を順に貫通し、ＰＣＢ１０の裏面に配置されたナット１６によって固定される。その際、ネジ１２を締めることによって、半導体装置２のパッケージ本体４が、ＰＣＢ１０の上方に位置される一方、半導体装置２のリード線６は、ＰＣＢ１０の表面に形成された配線パターン（電極）１４に圧接される。図２に示されるように、リード線６がＪ字型の形状を有するときは、そのＪ字型の曲線部分（配線パターン１４の方に凸に曲線状に折り曲げられた部分）が電極１４に圧接される。
【００１４】
上述の実装体においては、ネジ１２を締めて半導体装置２とＰＣＢ１０とを圧接する際に、リード線６がバネの役割を果たす。これは、リード線６の曲線部分が電極１４に接し、かつ、リード線６の先端と半導体装置２の底面との間に隙間が存在するので、リード線６が、ＰＣＢ１０に垂直な方向に可動となるからである。また、リード線６の曲線部分をＰＣＢ１０の電極１４に接触させてネジ１２を締めると、バネの弾性力により、リード線６が元の位置に戻ろうとするので、リード線６と電極１４とがより密着する。つまり、リード線６と電極１４との接続が、より安定となる。
【００１５】
本実施の形態による半導体装置およびその実装体によれば、半田付けを行うことなく、リード線とＰＣＢの配線パターンとの電気的接続を達成できる。従って、半田付け時の熱によって半導体装置の特性が劣化するといった課題を克服することができる。
【００１６】
次に、図１の半導体装置に放熱フィンを取り付けて基板に実装する場合について説明する。図３は、図１の半導体装置に放熱フィンを取り付けて基板に実装した実装体の側面図である。放熱フィン２０は、半導体装置２を挟んでＰＣＢ１０に対向するように位置される。つまり、放熱フィン２０は、半導体装置２の上面に接するように位置される。ネジ１２は、ＰＣＢ１０側から、ＰＣＢ１０および半導体装置２のパッケージ本体４を順に貫通し、放熱フィン２０のネジ穴に達する。放熱フィン２０は、ネジ１２を締めることにより、半導体装置２のパッケージ本体４に圧接される。半導体装置２のパッケージ本体４とＰＣＢ１０との間には、スペーサ２２が挿入される。このスペーサ２２は、ＰＣＢ１０のたわみを防止し、結果として、ＰＣＢ１０の損傷を防止する。
【００１７】
本実施の形態による半導体装置およびその放熱フィンが取り付けられた実装体によれば、半田付けを行うことなく、ネジを締める工程のみよって、ＰＣＢ、半導体装置および放熱フィンを固定できるので、組み立てが簡単になり、かつ、実装時間を削減できる。また、保守点検時等における部品交換が容易になり、交換部品のコスト低減も可能となる。さらに、実装にかかる全体のコストも低減できる。
【００１８】
本実施の形態による半導体装置およびその放熱フィンが取り付けられた実装体によれば、上述したように、リード線がＰＣＢに垂直な方向に可動であり、バネの役割を果たす。従って、バネの弾性力により、放熱フィンと半導体装置とをネジで締めつける際に半導体装置内部で発生する応力が弱まる。結果として、ネジの締め付けによる半導体装置の損傷を緩和できる。
【００１９】
なお、本実施の形態による半導体装置のリード線は、パッケージ本体の底面に向かって内側に、曲線状に折り曲げられる構成となっているが、半導体装置とＰＣＢ、および、半導体装置と放熱フィンの圧接に関して、リード線がバネの役割を果たすことができれば、他の任意の形状であってよい。例えば、リード線が、半導体装置の外側に曲線状に折り曲げられてもよい。その場合、リード線の先端が、半導体装置のパッケージ本体に接触することはないので、折り曲げられる形状の自由度が増す。
【００２０】
なお、本実施の形態による放熱フィンが取り付けられた実装体において、ネジは、ＰＣＢ側から、ＰＣＢおよび半導体装置のパッケージ本体を順に貫通し、放熱フィンのネジ穴に達して固定されるが、放熱フィン側から、半導体装置のパッケージ本体およびＰＣＢを順に貫通して、ＰＣＢの裏面に配置されたナットによって固定されてもよい。
【００２１】
なお、本実施の形態による放熱フィンが取り付けられた実装体において、半導体装置のパッケージ本体とＰＣＢとの間には、スペーサが挿入される。このスペーサは、半導体装置のパッケージ本体と一体化して形成されてもよい。
【００２２】
実施の形態２．
図４は、実施の形態２による半導体装置の外観図である。この半導体装置３２が、図１の（１）に示される半導体装置２と異なる点は、リード線が、パッケージ本体の４つの側面から４方向に引き出されること、および、貫通穴が、パッケージ本体の中央部に１つだけ設けられていることである。図４において、半導体装置３２は、パッケージ本体３４と、そのパッケージ本体３４から引き出された複数のリード線３６とを備える。パッケージ本体３４は、方形であり、長方形または正方形の対向する２つの主面（上面および底面）と４つの側面とを有する。リード線３６は、パッケージ本体３４の４つの側面から４方向に引き出される。リード線３６の形状は、実施の形態１で説明したリード線６の形状と同一である。この場合において、半導体装置３２のパッケージ本体３４は、パッケージ本体の３４の中央部に、１つの貫通穴３８を有する。
【００２３】
図５は、図４の半導体装置３２に放熱フィンを取り付けて基板に実装した実装体の側面図である。図５において、半導体装置３２は、ＰＣＢ１０に実装されている。ここで、ネジ１２は、ＰＣＢ１０側から、ＰＣＢ１０の貫通穴および半導体装置３２のパッケージ本体３４（貫通穴３８）を順に貫通し、放熱フィン２０のネジ穴に達して固定される。ネジ１２を締めることによって、半導体装置３２がＰＣＢ１０に圧接され、放熱フィン２０は半導体装置３２のパッケージ本体３４に圧接される。半導体装置３２のリード線３６は、ＰＣＢ１０の表面に形成された配線パターン（電極）１４に接続される。図４および図５に示されるように、リード線３６の形状がＪ字型であるときは、そのＪ字型の曲線部分が電極１４に圧接される。ネジ１２は、貫通穴３８を通って半導体装置３２のパッケージ本体３４を貫通する。
【００２４】
パワーモジュールのように高圧部のリード線と低圧部のリード線が存在する半導体装置においては、複数のリード線の間の絶縁距離を確保する必要がある。図４の半導体装置３２においては、リード線３６をパッケージ本体３４から４方向に引き出しているので、リード線の数を減らすことなく、リード線の間の距離を確保することができる。また、リード線の数を減らす必要がないので、パッケージの小型化が可能となり、半導体装置をＰＣＢに１本のネジで取り付けることが可能となる。
【００２５】
なお、本実施の形態による半導体装置およびその放熱フィンが取り付けられた実装体においても、実施の形態１による半導体装置およびその実装体と同様の効果が得られる。
【００２６】
また、本実施の形態による半導体装置のリード線は、パッケージ本体の底面に向かって内側に、曲線状に折り曲げられる構成となっているが、半導体装置とＰＣＢ、および、半導体装置と放熱フィンの圧接に関して、リード線がバネの役割を果たすことができれば、他の任意の形状であってよい。例えば、リード線が、半導体装置の外側に曲線状に折り曲げられてもよい。その場合、リード線の先端が、半導体装置のパッケージ本体に接触することはないので、折り曲げられる形状の自由度が増す。
【００２７】
なお、本実施の形態による放熱フィンが取り付けられた実装体において、ネジは、ＰＣＢ側から、ＰＣＢおよび半導体装置のパッケージ本体を順に貫通し、放熱フィンのネジ穴に達して固定されるが、放熱フィン側から、半導体装置のパッケージ本体およびＰＣＢを順に貫通して、ＰＣＢの裏面に配置されたナットによって固定されてもよい。
【００２８】
また、半導体装置のパッケージ本体とＰＣＢとの間に、実施の形態１において説明されたスペーサが挿入されてもよい。
【００２９】
実施の形態３．
図６は、実施の形態３による半導体装置の実装体の構成を示す分解図である。本実施の形態による実装体においては、半導体装置３２（図４）をＰＣＢ１０に実装する際に、同時に、半導体装置３２に放熱フィン２０およびサーミスタ４０を取り付ける。この構成は、半導体装置３２が、例えば、温度保護機能を内蔵しないパワーモジュールである場合に有効である。
【００３０】
図６において、ネジ１２は、放熱フィン２０側から、放熱フィン２０、サーミスタ４０、半導体装置３２のパッケージ本体３４、および、ＰＣＢ１０を順に貫通して、ＰＣＢ１０の裏面に配置されたナット１６によって固定される。従って、ネジ１２を締めることにより、半導体装置３２が、ＰＣＢ１０に圧接され、同時に、放熱フィン２０およびサーミスタ４０が、半導体装置３２に圧接される。つまり、半導体装置３２、サーミスタ４０および放熱フィン２０が一体となって、ＰＣＢ１０に実装される。このとき、サーミスタ４０は、半導体装置３２の貫通穴３８、および、放熱フィン２０の貫通穴４２に合わせて、貫通穴４４を有する。ネジ１２は、それらの貫通穴４２、貫通穴４４および貫通穴３８を貫通する。
【００３１】
また、半導体装置３２のパッケージ本体３４は、サーミスタ４０と接する表面にサーミスタ４０の形状に合わせた溝４６を備える。このような溝４６を用いれば、放熱フィン２０とパッケージ本体３４との間にサーミスタ４０を挿入して圧接を行っても、サーミスタ４０は、その溝４６によって半導体装置３２のパッケージ本体３４に埋め込まれ、放熱フィン２０と半導体装置３２との間に隙間が形成されない。
【００３２】
本実施の形態による半導体装置およびその実装体によれば、半導体装置のパッケージ本体に温度検出器の形状に合わせた溝を設けているので、温度検出器が半導体装置に接した状態で取り付けられ、半導体装置の正確な温度検出が可能である。また、温度検出器を挿入しても、半導体装置と放熱フィンとの間に隙間が形成されず、それらが密着するので、放熱フィンによる放熱の効果が維持される。
【００３３】
また、本実施の形態による実装体によれば、温度検出器を、放熱フィンと同時に同じネジで取り付けるので、組み立てが簡単になり、実装時間も短縮できる。
【００３４】
なお、本実施の形態による半導体装置およびその実装体においても、実施の形態１による半導体装置およびその実装体と同様の効果が得られる。
【００３５】
また、本実施の形態による半導体装置およびその実装体においても、実施の形態２による半導体装置およびその実装体と同様の効果が得られる。
【００３６】
また、本実施の形態による実装体において、図１に示された半導体装置を用いても同様の効果が得られる。
【００３７】
なお、本実施の形態による実装体において、ネジは、放熱フィン側から、放熱フィン、サーミスタ、半導体装置のパッケージ本体およびＰＣＢを貫通して、ＰＣＢの裏面に配置されたナットによって固定されるが、ＰＣＢ側から、ＰＣＢ、半導体装置のパッケージ本体およびサーミスタを貫通し、放熱フィンのネジ穴に達した状態で固定されてもよい。また、ＰＣＢ側から、ＰＣＢ、半導体装置のパッケージ本体、サーミスタおよび放熱フィンを貫通し、ナットによって固定されてもよい。
【００３８】
また、半導体装置のパッケージ本体とＰＣＢとの間に、実施の形態１において説明されたスペーサが挿入されてもよい。
【００３９】
実施の形態４．
図７は、実施の形態４による半導体装置の外観図である。実施の形態２の半導体装置３２と同一の構成要素には、図４と同一の符号を付している。図７の半導体装置５２が、図４の半導体装置３２と異なる点は、位置決め端子５４を備える点である。半導体装置５２において、位置決め端子５４は、パッケージ本体３４の１つの側面から引き出された２本のダミーのリード線である。
【００４０】
図８は、図７の半導体装置５２をＰＣＢに実装した実装体の側面図である。この場合、ＰＣＢ１０には、所定の位置に貫通穴が設けられており、２本の位置決め端子５４は、それらの貫通穴を貫通する。ここで、半導体装置５２の底面（ＰＣＢ１０に対向する主面）とＰＣＢ１０は平行に位置される。ネジ１２は、半導体装置５２のパッケージ本体３４（貫通穴３８）およびＰＣＢ１０に設けた貫通穴（図示されない）を順に貫通し、ＰＣＢ１０の裏面に配置されたナット１６によって固定される。その際、ネジ１２を締めることによって、半導体装置５２のパッケージ本体３４が、ＰＣＢ１０の上方に位置される一方、半導体装置５２のリード線３６は、ＰＣＢ１０の表面に形成された配線パターン（電極）１４に圧接される。図８に示されるように、リード線３６がＪ字型の形状を有するときは、そのＪ字型の曲線部分が電極１４に圧接される。
【００４１】
本実施の形態による半導体装置およびその実装体によれば、位置決め端子５４を、ＰＣＢ１０の所定の位置に設けられた貫通穴（図示されない）に挿入することにより、半導体装置５２をＰＣＢ１０に実装する場合に、半導体装置５２をＰＣＢ１０に容易に位置決めできる。また、この位置決め端子５４の挿入部分で半田付けを行うことができる。
【００４２】
半導体装置を固定するネジが１本の場合、半導体装置のリード線とＰＣＢ上の配線パターンとがずれる場合がある。本実施の形態による半導体装置およびその実装体によれば、位置決め端子を、ＰＣＢの所定の位置に設けられた貫通穴に挿入するので、ネジが１本の場合であっても、半導体装置をＰＣＢに容易に位置決めできる。
【００４３】
なお、本実施の形態による半導体装置においては、位置決め端子として、ダミーのリード線を用いているが、リード線に限らず、パッケージ本体に設けられた別の端子であってよい。また、半導体装置がＰＣＢに容易に位置決めできれば、半導体装置における位置決め端子の位置および本数は、それぞれ、任意の位置および本数であってよい。
【００４４】
なお、本実施の形態による半導体装置およびその実装体においても、実施の形態１による半導体装置およびその実装体と同様の効果が得られる。
【００４５】
なお、本実施の形態による半導体装置においても、実施の形態２による半導体装置と同様の効果が得られる。
【００４６】
なお、本実施の形態による実装体においても、半導体装置に放熱フィンを取り付けることが可能である。その場合には、実施の形態２による実装体と同様の効果が得られる。
【００４７】
また、本実施の形態による実装体において、図１に示された半導体装置を用いても同様の効果が得られる。
【００４８】
なお、本実施の形態による半導体装置およびその実装体においても、半導体装置のパッケージ本体に温度検出器の形状に合わせた溝を設け、半導体装置に放熱フィンと温度検出器とを同時に取り付けることができる。その場合には、実施の形態３による半導体装置およびその実装体と同様の効果が得られる。
【００４９】
また、半導体装置のパッケージ本体とＰＣＢとの間に、実施の形態１において説明されたスペーサが挿入されてもよい。
【００５０】
【発明の効果】
本発明による半導体装置によれば、半導体素子を含むパッケージ本体とそのパッケージ本体から引き出された複数のリード線とを備え、パッケージ本体は、１以上の貫通穴を有し、複数のリード線は、パッケージ本体の周囲のうち少なくとも対向する２辺から引き出され、かつ、そのパッケージ本体と離れた側の端部近傍が曲線状に折り曲げられるので、基板に簡単に実装できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 （１）は、実施の形態１による半導体装置の外観図、（２）は、（１）に示された半導体装置の側面図。
【図２】 図１に示された半導体装置を基板に実装した実装体の側面図。
【図３】 図２の半導体装置に放熱フィンを取り付けて基板に実装した実装体の側面図。
【図４】 実施の形態２による半導体装置の外観図。
【図５】 図４の半導体装置に放熱フィンを取り付けて基板に実装した実装体の側面図。
【図６】 実施の形態３による半導体装置の実装体の構成を示す分解図。
【図７】 実施の形態４による半導体装置の外観図。
【図８】 図７の半導体装置を基板に実装した実装体の側面図。
【符号の説明】
２ 半導体装置、 ４ パッケージ本体、 ６ リード線、 ８ 貫通穴、 １０ プリント配線板（ＰＣＢ）、 １２ ネジ、 １４ 電極、 １６ ナット。
Claims (5)
- 半導体素子を含み、かつ、１以上の貫通穴を有するパッケージ本体と、そのパッケージ本体の周囲のうち少なくとも対向する２辺から引き出され、かつ、前記パッケージ本体と離れた側の端部近傍が曲線状に折り曲げられた複数のリード線とを備える半導体装置が基板に実装された実装体であって、
前記パッケージ本体および前記基板を対向させて配置し、前記パッケージ本体の前記貫通穴および前記基板に設けた貫通穴に１以上のネジを貫通して結合し、
前記パッケージ本体および前記基板を所定の間隔に維持することによって、前記リード線の曲線部分が、前記基板の表面上に設けた配線パターンに圧接され、
さらに、放熱体が、前記パッケージ本体を挟んで前記基板に対向するように位置され、
前記ネジが、前記放熱体の内部にも通され、
前記ネジにより、前記放熱体が、前記半導体装置に圧接するように結合され ,
さらに、前記パッケージ本体と前記放熱体との間に温度検出素子が位置され、
前記温度検出素子が貫通穴を有し、前記ネジがその貫通穴を貫通し、
前記ネジにより、前記温度検出素子が、前記パッケージ本体に圧接するように結合される、
ことを特徴とする半導体装置の実装体。 - 前記リード線が、前記パッケージ本体側に曲線状に折り曲げられている、請求項１に記載の半導体装置の実装体。
- 前記パッケージ本体が、前記温度検出素子に接する表面に、前記温度検出素子の形状に合致する溝を備え、
前記温度検出素子が前記溝に埋め込まれている、請求項１又は２に記載の半導体装置の実装体。 - 前記基板と前記パッケージ本体との間にスペーサが挿入されている、請求項１から３のいずれかに記載の半導体装置の実装体。
- 前記パッケージ本体から１以上の位置決め端子が引き出され、
前記位置決め端子は、前記基板の所定の位置に設けた穴に挿入されている、請求項１から４のいずれかに記載の半導体装置の実装体。
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