JP5292780B2 - 半導体装置 - Google Patents

Description

本発明は、半導体素子を収容したケースにカバーを取り付けた半導体装置に関する。

従来、例えば電力系統などに用いられるパワー半導体装置として、樹脂製枠に金属製ベース板をモールドしたケースを備え、ケース内の金属電極板上に半導体素子を搭載した回路基板を配置して、ゲル状シリコン樹脂で封止した箱型のものが、特開平７−０１４９４６号公報に開示されている。
この半導体装置では異物混入の防止のため、薄板状の樹脂カバーが取り付けられている。樹脂カバーはその周縁端面部を接着剤により樹脂製ケースの開口部の内壁に接着されている。
特開平７−０１４９４６号公報

ところで、半導体装置は使用環境によって外力を受けることが多く、例えば車両用制御装置などに使用される場合、外部から繰り返し振動を受けて、樹脂カバーと樹脂製ケースの間には相対的な反りや変位が発生する。
このため、従来の樹脂カバー周縁の接着による固定構造では、固化した接着剤が振動に耐えられず、樹脂カバーの固定強度の確保が困難であるという問題があった。そして接着剤が振動で剥がれると樹脂カバーが共振振動して騒音を発生することになる。

したがって本発明は、上記従来の問題点に鑑み、半導体素子を収容したケースにカバーを取り付けた半導体装置において、そのカバーの固定強度を確保して騒音の発生を防止するようにした半導体装置を提供することを目的とする。

このため本発明は、半導体素子を収納配置したケースに粘性絶縁物を充填して半導体素子を封止したうえ、ケース中央部に設けた連結部にカバーの中央部をボルトで固定するとともに、カバーの端部下面とケースの張り出し部上面との間隙に粘性絶縁物を介在させたものとした。

本発明によれば、カバーのケースに対する固定強度が確保されるとともに、カバーの振動が減衰され、共振による騒音を発生しない。

以下、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
図１は実施の形態の外観斜視図であり、図２はその内部構成を示す断面図、図３はカバーを取り外した状態を示す斜視図、そして図４はカバーの斜視図である。
半導体装置１は、半導体素子を内部に収納配置したケース１０にカバー２０を取り付けて構成される。
ケース１０は箱型を形成する平面形が直方形の樹脂製枠１１とこの樹脂製枠にモールドされた金属製のベース板１５とからなる。樹脂製枠１１は長手方向の中央部に両長辺間をつなぐ連結部１２を有して、これによりケース内を２室Ｒ、Ｒに区画している。樹脂製枠１１の材料としてはＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）やＰＢＴ（ポリブチレンテレフタレート）などが好適である。

ベース板１５はケース１０の底壁を形成しており、ケース１０内の各室Ｒにおいて、ベース板１５上には半導体素子３５が回路基板３６を介してあるいは直接に接合されている。
ケース１０の各室Ｒは樹脂製枠１１と同材料のカバー２０で一括して蓋される。
ケース１０を蓋した状態でカバー２０の周縁は樹脂製枠１１の内壁と整合しており、カバー２０が載置される連結部１２の上面１３は、カバー２０の板厚分だけ樹脂製枠１１の上面より低く設定されている。したがって、カバー２０の上面は樹脂製枠１１の上面と面一になっている。

連結部１２の上面１３の中央にはねじ孔１４が開口し、カバー２０の中央に設けられた穴２２を貫通してボルト３０をねじ孔１４にねじ込むことにより、カバー２０がボルト３０のヘッド３２と連結部１２の間に挟まれて、ケース１０に固定される。
ケース１０の各室Ｒにはそれぞれゲル状シリコン樹脂Ｇが充填されて半導体素子３５や回路基板３６を封止する。ゲル状シリコン樹脂Ｇは所定の高さまで充填され、充填状態での上表面とカバー２０の一般面２１の裏面（下面）との間には所定の間隙が残される。

カバー２０の長手方向両端の辺には、下方への段差部２４が形成され、段差部２４の下面２５はカバー２０の一般面２１と平行になっている。そして、段差部の下面２５がゲル状シリコン樹脂Ｇの上表面と接触するように設定されている。
樹脂製枠１１のカバー長手方向両端に対応する辺には、カバー２０の段差部２４に対向する室内側への張り出し部１６が形成され、張り出し部の上面１７はカバー２０の段差部の下面２５と平行で、両面１６、２５の間が所定の間隙となるように張り出し部１６の上面１７の高さが設定されている。これにより、カバーの段差部２４の下面２５と張り出し部１６の上面１７との間にはゲル状シリコン樹脂Ｇが上記所定の間隙分の厚さＳで介在することになる。

以上の構成になる半導体装置１では、カバー２０がボルト３０でケース１０の連結部１２に取り付けられるのでケース１０に対する固定強度が確保される。そして、カバー２０はケース１０の上部に嵌まり込んだ形となりその周縁がケース内壁と整合しているので、カバー２０の周縁から工具やねじ類などの異物がケース１０内に入ってゲル状シリコン樹脂Ｇを損傷し、半導体素子３５や回路基板３６上のワイヤなどの絶縁、保護機能を損なうおそれがない。
そして、カバー２０の長手方向の両端がケース１０内部でゲル状シリコン樹脂Ｇと接触しており、硬化後のゲル状シリコン樹脂Ｇは粘着性があるので、ケース１０に振動が加わってもカバー２０の共振が抑制され、騒音を発生しない。

ここで、カバー２０をＰＰＳ材として板厚を２ｍｍとして、カバー端部とゲル状シリコン樹脂Ｇの接触部におけるゲル状シリコン樹脂の厚さＳを変化させたときの共振周波数の変化を測定した結果を図５に示す。
これによれば、ゲル状シリコン樹脂Ｇの厚さＳが２ｍｍ以下であると、共振周波数が１２００Ｈｚ以上となる。一般車両に搭載される装置や部品としては、共振周波数が１０００Ｈｚ以上であれば振動による騒音は問題ないとされている。したがって、ゲル状シリコン樹脂Ｇの表面の高さの製作時における誤差を考慮して、カバー２０の段差部２４の下面２５と張り出し部１６の上面１７の間におけるゲル状シリコン樹脂Ｇの厚さＳを１ｍｍ程度に設定するのが好ましい。

本実施例は以上のように構成され、ケース１０内にゲル状シリコン樹脂Ｇを充填して半導体素子３５や回路基板３６等を封止し、カバー２０は中央部をボルト３０でケース１０に固定するとともに、端部をゲル状シリコン樹脂Ｇに接触させているものとしたので、カバー２０のケース１０に対する固定強度が確保される。
カバー固定のために従来カバーの全周にわたって接着剤を塗布していたものと比較して、コストも組み立て作業の手間も低減する。
さらに、カバー２０の長手方向の両端がゲル状シリコン樹脂Ｇと接触しているので、その粘性によって振動が減衰され、カバー２０の共振が抑制される。したがって、振動環境下に設置されても騒音を発生しない。

とくに、ケース１０が方形で、カバー２０もケース１０にそわせた方形の板状であり、カバー２０の長手方向の両端の辺をゲル状シリコン樹脂Ｇとの接触部分としているので、共振の抑制が有効に作用する。
また、カバー２０の長手方向両端の辺のゲル状シリコン樹脂Ｇとの接触部分はケース１０の内方へ突出する段差部２４となっており、ケース１０は段差部２４の下面２５と所定の間隙をもって対向する張り出し部１６を有して、ゲル状シリコン樹脂Ｇが張り出し部１６の上面１７上に上記所定の間隙分に相当する厚さＳを有するように充填されているので、段差部２４の下面２５がゲル状シリコン樹脂Ｇの表面と面で接触することになり、振動の減衰効果が大きい。

なお、実施の形態ではカバー２０両端の段差部２４の下面２５を平坦なものとしたが、ゲル状シリコン樹脂Ｇとの接触部の形状としては図６に示すような変形例が可能である。
図６の（ａ）は第１の変形例の斜視図、（ｂ）は段差部の断面図である。
段差部２４Ａの下面２５に四角断面の凸部２７を設けることにより、段差部２４Ａの一部がゲル状シリコン樹脂Ｇ内に浸るようにしている。
実施の形態ではとくにカバー２０の長手方向に対して垂直方向の振動に対して減衰効果が大きいが、この変形例では、カバー２０の長手方向と平行方向の振動成分に対しても減衰効果が大きい。
図６の（ｃ）は第２の変形例の斜視図、（ｄ）は段差部の断面図である。段差部２４Ｂはその下面２５に三角形断面の凸部２８を設けることにより、段差部２４Ｂの一部がゲル状シリコン樹脂Ｇ内に浸るようにしている。
これによればカバー２０の長手方向に対して斜め方向の振動に対しても大きな減衰効果が得られる。

実施の形態では、粘性絶縁物としてゲル状シリコン樹脂Ｇを用いたが、本発明はこれに限定されることなく、粘性を生じるものであれば任意の絶縁材を選択することができる。

実施の形態の外観斜視図である。 実施の形態の構成を示す断面図である。 カバーを取り外した状態を示す斜視図である。 カバーを示す斜視図である。 ゲル状シリコン樹脂の厚さを変化させたときの共振周波数の変化を示す図である カバー端部の変形例を示す図である。

符号の説明

１ 半導体装置
１０ ケース
１１ 樹脂製枠
１２ 連結部
１３ 上面
１４ ねじ孔
１５ ベース板
１６ 張り出し部
１７ 上面
２０ カバー
２１ 一般面
２２ 穴
２４、２４Ａ、２４Ｂ 段差部
２５ 下面
２７、２８ 凸部
３０ ボルト
３２ ヘッド
３５ 半導体素子
３６ 回路基板
Ｇ ゲル状シリコン樹脂
Ｒ 室

Claims (7)

1. ケース内に半導体素子を収納配置するとともに、カバーで蓋をした半導体装置において、
   前記ケース内には粘性絶縁物を充填して前記半導体素子を封止し、
   前記ケースは、中央部に設けた連結部と、張り出し部とを具備し、
   前記カバーは中央部をボルトで前記ケースの連結部に固定するとともに、前記カバーの端部下面と前記ケースの張り出し部上面との間隙に前記粘性絶縁物を介在させていることを特徴とする半導体装置。
2. 前記ケースは方形であり、前記カバーはケースにそわせた方形の板状であり、
   前記端部はカバーの長手方向の両端の辺であることを特徴とする請求項１に記載の半導体装置。
3. 前記カバーは長手方向の両端の辺に前記ケースの内方へ突出する段差部を有し、
   前記張り出し部上面は前記段差部の下面と所定の間隙をもって対向し、
   前記粘性絶縁物は、その表面が前記張り出し部より前記所定の間隙分だけ高い位置となるように充填されて、前記段差部の下面が前記粘性絶縁物の表面と接触することを特徴とする請求項２に記載の半導体装置。
4. 前記段差部の下面に凸部を備えていることを特徴とする請求項３に記載の半導体装置。
5. 前記凸部が四角断面を有していることを特徴とする請求項４に記載の半導体装置。
6. 前記凸部が三角形断面を有していることを特徴とする請求項４に記載の半導体装置。
7. 前記粘性絶縁物がゲル状シリコン樹脂であることを特徴とする請求項１から６のいずれか１に記載の半導体装置。

Images