JP5454438B2 - 半導体モジュール - Google Patents
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Description
また、特許文献1〜3の半導体モジュールは、いずれも挿入実装部品(THD:Through Hole Device)のため、表面実装部品(SMD:Surface Mount Device)と比べ、基板への取付作業性および量産性等の点で劣る。
また、本発明による半導体モジュールは、基板に表面実装される部品、すなわち、SMDタイプの電子部品である。そのため、本発明による半導体モジュールは、THDタイプの部品と比べ、基板への取り付けが容易であり、作業性および量産性が高い。
また、本発明による半導体モジュールは、樹脂体の一方の面または他方の面が基板に当接するよう実装される。
本発明では、第1金属板と半導体チップとは電気的に接続されている。よって、締結部材として例えば金属等により形成したものを用いれば、第1金属板をグランド用電極、すなわち、半導体チップのドレイン用端子として利用することもできる。
(第1実施形態)
本発明の第1実施形態による半導体モジュールを図1に示す。
半導体チップ10は、例えばMOSFET等の電界効果トランジスタである。半導体チップ10は、ゲートに制御信号が入力されることで、ソースとドレインとの間の電流の流れを許容または遮断する。このように、半導体チップ10はスイッチング機能を有する。
端子31は、一方の端部が半導体チップ10のソースに電気的に接続し、他方の端部が樹脂体20の面24から突出するよう設けられている。端子31は、樹脂体20の面24から突出した後、面21側へ折れ曲がり、さらに、先端部が樹脂体20とは反対側へ折れ曲がるようにして形成されている。
端子33は、一方の端部が半導体チップ10のゲートに電気的に接続し、他方の端部が樹脂体20の面24から突出するよう設けられている。端子33は、端子31と同様、樹脂体20の面24から突出した後、面21側へ折れ曲がり、さらに、先端部が樹脂体20とは反対側へ折れ曲がるようにして形成されている。
また、第1金属板40(本体部41)は、他方の面44が半導体チップ10のドレインに電気的に接続している。
図3に示すように、電子制御ユニット110は、例えば車両の電動式パワーステアリングシステム100に用いられ、操舵トルク信号および車速信号等に基づき、操舵のアシスト力を発生するモータ101を駆動制御する。
板部材120は、例えばアルミ等の金属により、略矩形の板状に形成されている。
基板130は、例えばガラス繊維とエポキシ樹脂からなるFR−4等のプリント配線板である。基板130は、板部材120と同様略矩形に形成され、外形は板部材120より小さい。基板130は、その板面が板部材120の板面と略平行になるよう、ねじ191によって板部材120に固定されている。
コンデンサ150は、基板130の板部材120とは反対側の面に実装されている。本実施形態による半導体モジュール1が実装される電子制御ユニット110では、コンデンサ150は3つ設けられている。3つのコンデンサ150は、所定の間隔を空けて直線状に配置されている。
第1金属板40の延出部42の長さ、すなわち、第1金属板40のうち樹脂体20の面23から延出する部分の長さをLm、樹脂体20の面24から面23までの長さをLrとすると(図1(C)参照)、本実施形態では、第1金属板40および樹脂体20は、Lm/Lr≒0.75の関係を満たすよう形成されている。よって、第1金属板40の一方の面43のうち延出部42の面積をSm(図1(D)に斜線の格子で示す領域の面積)、樹脂体20の面21の面積をSr(図1(D)に縦横線の格子で示す領域の面積)とすると、樹脂体20の幅(面25から面26までの長さ)と延出部42の幅とは略同じのため、第1金属板40および樹脂体20は、Sm/Sr≒0.75の関係を満たすよう形成されている。具体的には、本実施形態では、Lm=6.4(mm)、Lr=8.5(mm)となるよう形成されている。この場合、Lm/Lr≒0.75、Sm/Sr≒0.75である。なお、本実施形態では、第1金属板40の一方の面43のうち本体部41の面積は、樹脂体20の面21の面積Srよりも小さい(図1(D)参照)。
比較例による半導体モジュール200の第1金属板40の延出部42の長さをLm1とすると(図4(C)参照)、Lm1は、1.5(mm)に設定されている。この場合、Lm1/Lr≒0.18である。よって、比較例による半導体モジュール200の延出部42の面積をSm1(図4(D)に斜線の格子で示す領域の面積)とすると、Sm1/Sr≒0.18である。
このように、本実施形態では、第1金属板40および樹脂体20をSm/Sr≒0.75の関係を満たすよう形成することによって、第1金属板40による放熱の効果と重量および部材コスト増大の抑制等の効果とを両立できるとともに、それぞれの効果を最大限近くまで高めることができる。
本発明の第2実施形態による半導体モジュールを図5に示す。第2実施形態の半導体モジュール2は、端子31および33の形状、および、電子制御ユニット110の基板130への実装の仕方が第1実施形態と異なる。
第2実施形態による半導体モジュール2は、上述した構成以外の点(構成)は第1実施形態と同様である。
本発明の第3実施形態による半導体モジュールを図6に示す。第3実施形態の半導体モジュール3は、構成要素が1つ多い点で第2実施形態と異なる。
第3実施形態による半導体モジュール3は、上述した構成以外の点(構成)は第2実施形態と同様である。
また、本実施形態の半導体モジュール3は、第2金属板50の面51が配線パターン180に当接するよう基板130に実装される。そして、第2金属板50は配線パターン180に半田付けされる。これにより、半導体チップ10からの発熱を、第2金属板50および配線パターン180を経由して基板130側に効果的に伝達し放熱することができる。また、この構成では、半導体モジュール3は、端子31、33および第2金属板50が配線パターン180に半田付けされることにより、基板130上に固定される。そのため、半導体モジュール3の基板130上における位置がより安定する。
本発明の第4実施形態による半導体モジュールを図7に示す。第4実施形態の半導体モジュール4は、第1金属板40の形状が第2実施形態と異なる。
また、本実施形態では、脚部421を半導体チップ10のドレイン用端子として利用することができる。
本発明の第5実施形態による半導体モジュールを図8に示す。第5実施形態の半導体モジュール5は、構成要素が1つ多い点で第1実施形態と異なる。
本発明の第6実施形態による半導体モジュールを図9に示す。第6実施形態の半導体モジュール6は、第1金属板40の構成、および、電子制御ユニット110の基板130への実装の仕方が第1実施形態と異なる。
半導体モジュール6は、電子制御ユニット110に実装されるとき、締結部材としてのねじ195が穴422に通される。そして、当該ねじ195は、板部材120の突出部121にねじ込まれる(図9(C)参照)。これにより、半導体モジュール6は、安定した状態で基板130に固定される。
また、本実施形態では、第1金属板40と半導体チップ10のドレインとは電気的に接続されている。よって、例えば金属等により形成したねじ195で半導体モジュール6を基板130に固定すれば、半導体モジュール6のグランド(ドレイン)電流を、ねじ195を経由して板部材120の突出部121に流すことができる。
本発明の第7実施形態による半導体モジュールを図10に示す。第7実施形態の半導体モジュール7は、第1金属板40の板厚が第1実施形態と異なる。
第7実施形態の半導体モジュール7は、上述した構成以外の点(構成)は、第1実施形態と同様である。
このように、本実施形態では、第1金属板40および樹脂体20をTm/Tr≒0.4の関係を満たすよう形成することによって、第1金属板40による放熱の効果と重量および部材コスト増大の抑制等の効果とを両立できるとともに、それぞれの効果を最大限近くまで高めることができる。
本発明の他の実施形態では、第1金属板および樹脂体は、0.5≦Sm/Sr≦1.0の関係を満たすよう形成されているのであれば、どのような大きさ、比率および形状で形成されていてもよい。つまり、第1金属板の延出部および樹脂体は、矩形以外の板状に形成されていてもよいし、どのような板厚であってもよい。ただし、第1金属板および樹脂体は、Sm/Sr=0.75の関係を満たすよう形成されることが好ましい。また、第1金属板および樹脂体は、0.5≦Sm/Sr≦1.0の関係を満たし、かつ、0.3≦Tm/Tr≦0.5の関係を満たすよう形成されることが好ましい。さらには、第1金属板および樹脂体は、Tm/Tr=0.4の関係を満たすよう形成されることが好ましい。この場合、第1金属板による放熱の効果と重量および部材コスト増大の抑制等の効果とを両立できるとともに、それぞれの効果を最大限まで高めることができる。
本発明による半導体モジュールを実装する電子制御ユニットは、電動式パワーステアリングシステムに限らず、他のシステムのモータの回転駆動を制御するのに用いてもよい。
このように、本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々の形態で実施可能である。
10 ・・・・半導体チップ
20 ・・・・樹脂体
30、31、32、33 ・・・端子
40 ・・・・第1金属板
42 ・・・・延出部
130 ・・・基板
Claims (10)
- 基板に表面実装される半導体モジュールであって、
スイッチング機能を有する半導体チップと、
前記半導体チップを覆うように成形される板状の樹脂体と、
前記半導体チップに電気的に接続するとともに前記樹脂体から突出し、前記基板上の配線パターンに半田付けされる複数の端子と、
板状に形成され、一方の面が前記樹脂体の一方の面から露出するとともに他方の面が前記半導体チップに電気的に接続し、前記樹脂体から板面方向に延出する延出部を有する第1金属板と、を備え、
前記第1金属板の一方の面のうち前記延出部の面積をSm、前記樹脂体の一方の面の面積をSrとすると、
前記第1金属板および前記樹脂体は、0.5≦Sm/Sr≦1.0の関係を満たすよう形成され、
前記樹脂体の一方の面または他方の面が前記基板に当接するよう実装されることを特徴とする半導体モジュール。 - 前記第1金属板および前記樹脂体は、Sm/Sr=0.75の関係を満たすよう形成されていることを特徴とする請求項1に記載の半導体モジュール。
- 前記第1金属板の前記延出部の板厚をTm、前記樹脂体の板厚をTrとすると、
前記第1金属板および前記樹脂体は、0.3≦Tm/Tr≦0.5の関係を満たすよう形成されていることを特徴とする請求項1または2に記載の半導体モジュール。 - 前記第1金属板および前記樹脂体は、Tm/Tr=0.4の関係を満たすよう形成されていることを特徴とする請求項3に記載の半導体モジュール。
- 前記延出部は、前記延出部を板厚方向に貫くよう形成される穴を有することを特徴とする請求項1〜4のいずれか一項に記載の半導体モジュール。
- 板状に形成され、一方の面が前記樹脂体の他方の面から露出するよう設けられる第2金属板をさらに備えることを特徴とする請求項1〜5のいずれか一項に記載の半導体モジュール。
- 前記第2金属板は、他方の面が前記半導体チップに電気的に接続されていることを特徴とする請求項6に記載の半導体モジュール。
- 前記樹脂体は、他方の面が前記基板に当接するよう設置され、
前記第2金属板は、前記基板上の配線パターンに半田付けされることを特徴とする請求項6または7に記載の半導体モジュール。 - 前記樹脂体は、他方の面が前記基板に当接するよう設置され、
前記延出部は、前記基板まで延びるよう形成され前記基板上の配線パターンに半田付けされる脚部を有していることを特徴とする請求項1〜8のいずれか一項に記載の半導体モジュール。 - 前記樹脂体は、一方の面が前記基板に当接するよう設置され、
前記第1金属板は、前記延出部が前記基板上の配線パターンに半田付けされることを特徴とする請求項1〜7のいずれか一項に記載の半導体モジュール。
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