JP4140452B2 - 半導体装置の放熱構造 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体装置にて発生した熱が冷却器により吸収されることで半導体装置の放熱が行われる半導体装置の放熱構造に関する。
【0002】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】
従来の半導体装置の放熱構造の一例が特許文献1,2に開示されている。特許文献1においては、半導体チップを挟んで放熱板が両面に配設されてなる半導体モジュールが冷却器上に載置されている。そして、付勢保持部材が半導体モジュールの冷却器と反対側の放熱板を付勢することにより、半導体モジュールの冷却器側の放熱板を冷却器の表面に押しつけている。これによって、放熱板から冷却器への放熱性能の向上を図っている。
【0003】
しかしながら、特許文献1においては、半導体モジュールを冷却器に押しつけるための付勢保持部材が半導体チップの実装側である冷却器と反対側に設けられている。したがって、半導体チップに接続する回路が複雑となり、構造が複雑になるという問題点がある。
【0004】
また、特許文献2においては、半導体チップが筐体内に収納された半導体パッケージの製造の際に、放熱板の熱膨張係数が筐体の熱膨張係数より小さくなるようにそれぞれの材質を決定し、高温環境下で筐体と放熱板との接合を行った後、常温まで冷却している。冷却の際に、熱膨張係数の違いによる収縮量の差により、放熱板が筐体外側に凸の反った状態となる。そして、筐体外側に凸に反った状態の放熱板を冷却器に固定することにより、放熱板から冷却器への放熱性能の向上を図っている。
【0005】
しかしながら、特許文献2においては、半導体パッケージの製造の際に、放熱板を筐体外側に凸に反らせる工程を必要とするため、生産性が低下してしまうという問題点がある。さらに、製造ばらつきによる放熱板の反り量のばらつきにより、放熱板から冷却器への放熱性能にばらつきが発生してしまうという問題点もある。
【0006】
本発明は、簡単な構成で放熱板から冷却器への放熱性能を向上させることができる半導体装置の放熱構造を提供することを目的とする。なお、その他にも特許文献3〜6に示す半導体装置の放熱構造が開示されている。
【0007】
【特許文献1】
特開2002−83915号公報
【特許文献2】
特開平11−177002号公報
【特許文献3】
特開平10−189842号公報
【特許文献4】
特開2003−23130号公報
【特許文献5】
特開2002−316597号公報
【特許文献6】
特開平4−284695号公報
【0008】
【課題を解決するための手段】
このような目的を達成するために、第1の本発明に係る半導体装置の放熱構造は、半導体装置と、該半導体装置が実装面に実装された放熱板と、該半導体装置が収納されるとともに該放熱板が固定された筐体と、を含む半導体パッケージが冷却器に固定されている半導体装置の放熱構造であって、前記筐体は、前記半導体パッケージの前記冷却器への固定前の状態において、前記放熱板を該冷却器側に凸に変形させるように、該放熱板の実装面を押圧する当接部を該実装面との対向面に有し、該当接部によって前記冷却器側に凸に変形された放熱板が該冷却器に押圧されるように、前記半導体パッケージが該冷却器に固定されており、前記放熱板は複数に分割して設けられ、前記当接部は、隣り合う放熱板の実装面を共通して押圧する位置決め部を含むことを特徴とする。
【0009】
第2の本発明に係る半導体装置の放熱構造は、第1の本発明に記載の放熱構造であって、前記当接部は、前記筐体における前記放熱板の実装面との対向面に形成された複数の突起部によって構成され、前記放熱板の実装面を押圧する位置が該放熱板の中心に近い突起部ほど、その高さが高いことを特徴とする。
【0011】
第3の本発明に係る半導体装置の放熱構造は、第1または第2の本発明に記載の放熱構造であって、前記当接部は、前記筐体における該当接部以外の部分とともに樹脂で一体成型されていることを特徴とする。
【0012】
第4の本発明に係る半導体装置の放熱構造は、第1〜3の本発明のいずれか1に記載の放熱構造であって、前記半導体パッケージと前記冷却器とが、該放熱板の周辺部にてボルトにより締結されていることを特徴とする。
【0013】
第5の本発明に係る半導体装置の放熱構造は、第1〜4の本発明のいずれか1に記載の放熱構造であって、前記筐体と前記放熱板とが接着剤により接着されていることを特徴とする。
【0014】
第6の本発明に係る半導体装置の放熱構造は、第1〜5の本発明のいずれか1に記載の放熱構造であって、該放熱構造は、車両に搭載されていることを特徴とする。
【0015】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態(以下実施形態という)を、図面に従って説明する。
【0016】
図1〜5は、本発明の実施形態に係る半導体装置の放熱構造の構成の概略を示す図である。図1は半導体パッケージ及び冷却器の斜視図を示し、図2は半導体パッケージの分解斜視図を示す。そして、図3は冷却器への固定前における半導体パッケージの図1におけるA−A断面図を示し、図4は冷却器への固定前における半導体パッケージの図1におけるB−B断面図を示す。さらに、図5は半導体パッケージが冷却器へ固定されるときの図1におけるA−A断面図に相当する断面図を示す。本実施形態の放熱構造においては、半導体装置10を含む半導体パッケージ12が冷却器14に固定されており、半導体装置10にて発生した熱が冷却器14により吸収されることで半導体装置10の放熱が行われる。そして、半導体パッケージ12は、絶縁基板16、放熱板18及び筐体20をさらに含んでいる。なお、本実施形態の放熱構造の適用例としては、ハイブリッド車両や電気自動車に搭載されている例が挙げられる。
【0017】
半導体装置10には、半導体素子(図示せず)が形成されている。半導体装置10は、はんだ付けされることにより、絶縁基板16上に実装されている。絶縁基板16は、はんだ付けされることにより、放熱板18の実装面18−1に実装されている。このようにして、半導体装置10が絶縁基板16を介して放熱板18の実装面18−1に実装されており、半導体装置10と放熱板18との間の絶縁が絶縁基板16により行われている。なお、本実施形態では、放熱板18は複数に分割して設けられている。
【0018】
筐体20には、放熱板18の実装面18−1に実装された半導体装置10を収納するための開口部が設けられている。そして、放熱板18の実装面18−1と筐体20における実装面18−1との対向面20−1とが接着剤により接着されることにより、半導体装置10が筐体20に収納されるとともに放熱板18が筐体20に固定される。ただし、放熱板18と筐体20とを固定する手段としては、接着剤以外の手段を用いることもできる。なお、図1〜5では図示は省略しているが、半導体装置10はワイヤボンディングにより筐体20内の回路または配線と接続される。また、筐体20の材質としては、例えば樹脂が用いられる。
【0019】
以上の構成の半導体パッケージ12は、放熱板18が冷却器14の上面である固定面14−1へ押圧されるように、冷却器14の固定面14−1にグリス層を介して固定されている。ここで、図1,2に示すように、冷却器14の固定面14−1の周辺部にはねじ穴14−2が設けられており、放熱板18全体及び筐体20の周辺部にはボルトを通すための貫通穴18−2,20−2がそれぞれ設けられている。そして、半導体パッケージ12と冷却器14とが、放熱板18全体の周辺部にてボルト(図示せず)により締結されている。ただし、半導体パッケージ12と冷却器14とを固定する手段としては、ボルト締結以外の手段を用いることもできる。なお、冷却器14の固定面14−1の形状は、略平面形状となっている。
【0020】
本実施形態においては、図3,4に示すように、筐体20は、放熱板18の実装面18−1との対向面20−1に、複数の突起部22−1,22−2を有している。突起部22−1,22−2は、放熱板18を筐体20に固定する際に、放熱板18の実装面18−1を筐体20外側へ押圧することにより、放熱板18を筐体20外側へ変形させる。そして、突起部22−1,22−2の各々は、放熱板18の実装面18−1を押圧する位置が放熱板18全体の中心に近いものほど高くなるように、その高さが予め調整されている。これによって、放熱板18が筐体20に固定された状態で、放熱板18全体を筐体20外側へ凸に変形させることができる。なお、突起部22−1,22−2と、筐体20のそれ以外の部分とを樹脂で一体成型することにより、突起部22−1,22−2の成型が容易となる。
【0021】
そして、本実施形態においては、図5に示すように、放熱板18全体が筐体20外側へ凸に変形されている状態、すなわち放熱板18全体が冷却器14の固定面14−1側に凸に変形されている状態で、半導体パッケージ12が冷却器14と放熱板18全体の周辺部にてボルトにより締結される。
【0022】
また、図4に示すように、突起部22−2の各々については、放熱板18の実装面18−1を押圧している面の形状が略平面形状であり、隣り合う放熱板18の実装面18−1を共通して押圧している。これによって、放熱板18を筐体20に固定する際に、突起部22−2によって隣り合う放熱板18の位置決めを行うことで、隣り合う放熱板18間に段差が発生するのを抑止している。
【0023】
以上説明したように、本実施形態によれば、半導体パッケージ12の冷却器14への固定前の状態において、放熱板18全体を冷却器14側に凸に変形させるように、放熱板18の実装面18−1を押圧する突起部22−1,22−2が放熱板18の実装面18−1との対向面20−1に複数形成されている。そして、この突起部22−1,22−2により冷却器14側に凸に変形されている状態の放熱板18が冷却器14の固定面14−1に押圧されるように、半導体パッケージ12が冷却器14に固定されている。これによって、放熱板18全体の中央部を冷却器14の固定面14−1へ確実に押圧させることができるので、十分な面圧の確保が難しい放熱板18全体の中央部に関して、簡単な構成で面圧を十分に得ることができる。したがって、簡単な構成で放熱板18から冷却器14への放熱性能を向上させることができる。
【0024】
そして、突起部22−1,22−2の各々の高さを調整するだけで、筐体20に固定された後の放熱板18全体の面形状の調整を行うことができるので、最適な放熱性能を得るための突起部22−1,22−2の設計も容易となる。さらに、製造ばらつきに起因する放熱性能のばらつきも小さくすることができる。また、突起部22−1,22−2と、筐体20のそれ以外の部分とを樹脂で一体成型することにより、突起部22−1,22−2を容易に成型することができる。
【0025】
さらに、本実施形態によれば、放熱板18全体の周辺部にてボルト締結することにより、半導体パッケージ12を冷却器14へ固定している。これによって、放熱板18全体の中央部に関しては、突起部22−1,22−2により放熱板18全体が冷却器14側に凸に変形されていることで十分な面圧を得ることができるとともに、放熱板18全体の周辺部に関しては、ボルト締結により十分な面圧を得ることができる。したがって、放熱板18全体に関して、十分な面圧を得ることができるとともに、面圧分布をより均一に近づけることができるので、放熱板18から冷却器14への放熱性能をさらに向上させることができる。
【0026】
また、本実施形態によれば、隣り合う放熱板18の実装面18−1を共通して押圧する突起部22−2が放熱板18の実装面18−1との対向面20−1に形成されている。これによって、放熱板18が分割して設けられている場合に、突起部22−2によって隣り合う放熱板18の位置決めを行うことができるので、隣り合う放熱板18間に段差が発生するのを抑止することができる。したがって、放熱板18から冷却器14への放熱性能をさらに向上させることができる。
【0027】
以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明はこうした実施の形態に何等限定されるものではなく、本発明の技術思想を逸脱しない範囲内において、種々なる形態で実施し得ることは勿論である。
【0028】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、筐体は、半導体パッケージの冷却器への固定前の状態において、放熱板を冷却器側に凸に変形させるように、放熱板の実装面を押圧する当接部を実装面との対向面に有し、当接部によって冷却器側に凸に変形された放熱板が冷却器に押圧されるように、半導体パッケージが冷却器に固定されていることにより、簡単な構成で放熱板から冷却器への放熱性能を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の実施形態に係る半導体装置の放熱構造の概略を示す斜視図である。
【図2】 本発明の実施形態に係る半導体装置の放熱構造の概略を示す分解斜視図である。
【図3】 本発明の実施形態に係る半導体装置の放熱構造の概略を示す断面図である。
【図4】 本発明の実施形態に係る半導体装置の放熱構造の概略を示す断面図である。
【図5】 本発明の実施形態に係る半導体装置の放熱構造の概略を示す断面図である。
【符号の説明】
10 半導体装置、12 半導体パッケージ、14 冷却器、16 絶縁基板、18 放熱板、20 筐体、22−1,22−2 突起部。
Claims (6)
- 半導体装置と、該半導体装置が実装面に実装された放熱板と、該半導体装置が収納されるとともに該放熱板が固定された筐体と、を含む半導体パッケージが冷却器に固定されている半導体装置の放熱構造であって、
前記筐体は、前記半導体パッケージの前記冷却器への固定前の状態において、前記放熱板を該冷却器側に凸に変形させるように、該放熱板の実装面を押圧する当接部を該実装面との対向面に有し、
該当接部によって前記冷却器側に凸に変形された放熱板が該冷却器に押圧されるように、前記半導体パッケージが該冷却器に固定されており、
前記放熱板は複数に分割して設けられ、
前記当接部は、隣り合う放熱板の実装面を共通して押圧する位置決め部を含むことを特徴とする半導体装置の放熱構造。 - 請求項1に記載の半導体装置の放熱構造であって、
前記当接部は、前記筐体における前記放熱板の実装面との対向面に形成された複数の突起部によって構成され、
前記放熱板の実装面を押圧する位置が該放熱板の中心に近い突起部ほど、その高さが高いことを特徴とする半導体装置の放熱構造。 - 請求項1または2に記載の半導体装置の放熱構造であって、
前記当接部は、前記筐体における該当接部以外の部分とともに樹脂で一体成型されていることを特徴とする半導体装置の放熱構造。 - 請求項1〜3のいずれか1に記載の半導体装置の放熱構造であって、
前記半導体パッケージと前記冷却器とが、該放熱板の周辺部にてボルトにより締結されていることを特徴とする半導体装置の放熱構造。 - 請求項1〜4のいずれか1に記載の半導体装置の放熱構造であって、
前記筐体と前記放熱板とが接着剤により接着されていることを特徴とする半導体装置の放熱構造。 - 請求項1〜5のいずれか1に記載の半導体装置の放熱構造であって、
該放熱構造は、車両に搭載されていることを特徴とする半導体装置の放熱構造。
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