JP5623463B2 - 半導体モジュール - Google Patents

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Description

本発明は半導体モジュールに関し、特に、ヒートシンクに取り付け可能な半導体モジュールに関する。
半導体モジュール、特に大電力を扱う半導体モジュールは、動作時に生じる熱を放熱するためにヒートシンクに取り付けて使用するのが一般的である。また、半導体モジュールの熱を効率的にヒートシンクに伝えるために、半導体モジュールとヒートシンクの間には熱伝導グリスが塗布される（例えば、特許文献１参照）。
従来、半導体モジュールの底面には弾性部材が接着され配置されており、この弾性部材とヒートシンクを接着剤により接着することで、半導体モジュールがヒートシンクに取り付けられていた。
また、この弾性部材は、半導体モジュールとヒートシンクの間に挟持される熱伝導グリスの周辺に配置されることで、熱伝導グリスの流出を防止する役割も果たしていた。
特開２００８−４７４５号公報
上述した従来技術では、弾性部材と、半導体モジュールの底面およびヒートシンクは、接着剤で接着されている。よって、半導体モジュールの発熱等の影響により接着部分が劣化すると、劣化箇所から熱伝導グリスが流出し、半導体モジュールの放熱が適切に行われなくなり、半導体モジュールの性能が低下する問題があった。
また、接着部分の劣化がさらに進んだ場合には、ヒートシンクから半導体モジュールが脱落する問題もあった。
以上の問題は特に、半導体モジュールの取り付け角度が地面に対して水平でない場合に生じ易い。
本発明は以上の課題を解決するためになされたものであり、半導体モジュールとヒートシンクの間に挟持された熱伝導グリスの流出を抑制することが可能な半導体モジュールの提供を目的とする。
本発明に係る半導体モジュールは、ヒートシンクに取り付け可能な半導体モジュールであって、半導体モジュールの構成要素を収納するケースと、一端がケースに嵌合し、他端がヒートシンクに当接する弾性部材とを備え、当該弾性部材によって、ケースとヒートシンクとの間に熱伝導グリスを挟持するための隙間が設けられることを特徴とする。
本発明によれば、弾性部材はケースに嵌合して固定されるため、ケースとヒートシンクの間の隙間に熱伝導グリスを挟持した場合、弾性部材がケースから外れることによる熱伝導グリスの流出を抑制することが可能である。また、弾性部材がケースから外れることによる半導体モジュール本体の脱落を抑制することが可能である。よって、半導体モジュールの長期使用が可能である。
実施の形態１に係る半導体モジュールの断面図と底面図である。 実施の形態２に係る半導体モジュールの断面図と底面図である。 実施の形態３に係る半導体モジュールの断面図と底面図である。 実施の形態４に係る半導体モジュールの底面図である。
＜実施の形態１＞
＜構成＞
図１（ａ），（ｂ）に、本実施の形態における半導体モジュール１０の断面図と底面図をそれぞれ示す。図１（ａ）に示すように、本実施の形態における半導体モジュール１０はヒートシンク５に取り付けられて使用される。なお、半導体モジュール１０とヒートシンク５の隙間６には、熱伝導グリスが挟持される。
本実施の形態において、半導体モジュール１０の取り付け角度が地面に対して水平でない場合、例えば、取り付け角度が地面に対して垂直な場合を考える。図１（ａ），（ｂ）においてｘ方向を下方向とする。
半導体モジュール１０は以下の様に構成される。金属基板４上には、絶縁基板（図示せず）を介して、例えばＩＧＢＴ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ Ｇａｔｅ Ｂｉｐｏｌａｒ Ｔｒａｎｓｉｓｔｅｒ）や還流ダイオード等の半導体素子３ａが配置される。各半導体素子３ａの電極および主電極３ｃ間には、例えばアルミワイヤ３ｂ等で配線が設けられる。以上で述べた半導体モジュール１０の構成要素は、ケース２に収納されている。また、ケース２上部には、ケース２を密閉するためにカバー３ｄが取り付けられる。
ケース２の底面には、弾性部材１が配置される。弾性部材１の一端は、ケース２の底面と嵌合しており、嵌合部分はＨ字形状になっている。また、弾性部材１の他端は、ヒートシンク５と当接する。
図１（ｂ）に示す様に、弾性部材１は、ケース２底面の下方向側の辺と、下方向側の辺と対向する辺に沿って配置される。特に、弾性部材１をケース２底面の下方向側の辺に沿って配置することで、熱伝導グリスが重力によって流出することを抑制することができる。
なお、弾性部材１は例えば、ゴム系樹脂である。また、ヒートシンク５の材質はアルミや銅などである。また、効率よく放熱を行うために、ヒートシンク５にはフィンが形成されていてもよい。
半導体モジュール１０をヒートシンク５に固定する場合は、弾性部材１の他端とヒートシンク５を接着剤により接着して固定する。又は、ケース２とヒートシンク５をネジ止めすることにより、弾性部材１をヒートシンク５に圧接して固定してもよい。この場合、弾性部材１がケース２に予め嵌合されているので、ネジ止めの作業が容易である。
弾性部材１を介してケース２をヒートシンク５に固定することで、半導体モジュール１０とヒートシンク５の間に隙間６が設けられる。この隙間６には、半導体モジュール１０で生じた熱をヒートシンク５へ効率的に伝えるために、熱伝導グリスが挟持される。ここで、熱伝導グリスは一般的なものであり、例えば、シリコンを主成分とするものである。
＜効果＞
本実施の形態における半導体モジュール１０は、ヒートシンク５に取り付け可能な半導体モジュール１０であって、半導体モジュール１０の構成要素を収納するケース２と、一端がケース２に嵌合し、他端がヒートシンク５に当接する弾性部材１とを備え、弾性部材１によって、ケース２とヒートシンク５との間にグリスを挟持するための隙間６が設けられることを特徴とする。
従って、弾性部材１はケース２に嵌合して固定されているため、ケース２とヒートシンク５の間の隙間６に熱伝導グリスを挟持した場合、弾性部材１がケース２から外れることによる熱伝導グリスの流出を抑制することが可能である。また、弾性部材１がケース２から外れることによる半導体モジュール１０本体の脱落を抑制することが可能である。よって、半導体モジュール１０の長期使用が可能である。
また、本実施の形態における半導体モジュール１０に備わる弾性部材１は、ケース２と嵌合する部分がＨ字形状になっていることを特徴とする。
従って、弾性部材の嵌合部分をＨ字形状とすることにより、ケース２に弾性部材１を、確実に固定することができる。さらに、嵌合部分をＨ字形状とすることにより、弾性部材１の、ヒートシンク５と当接する部分の面積を広くとることが可能であり、半導体モジュール１０をヒートシンク５に取り付ける際に、より確実に弾性部材１とヒートシンク５を接着もしくは圧接することが可能である。よって、ケース２とヒートシンク５の間の隙間６から熱伝導グリスが流出することを抑制することが可能である。
＜実施の形態２＞
図２（ａ），（ｂ）に、本実施の形態における半導体モジュール１０の断面図と底面図をそれぞれ示す。本実施の形態における半導体モジュール１０において、弾性部材１の嵌合部はＴ字形状である。その他の構成は実施の形態１（図１（ａ），（ｂ））と同じであるため、説明を省略する。なお、図２（ａ），（ｂ）においても、図１（ａ），（ｂ）と同様にｘ方向を下方向とする。
＜効果＞
本実施の形態における半導体モジュール１０に備わる弾性部材１において、ケース２と嵌合する部分がＴ字形状になっていることを特徴とする。
従って、実施の形態１と同様に、ケース２と弾性部材１の接続部分から熱伝導グリスが流出することを抑制することが可能である。また、ケース２から弾性部材１が外れることによる、半導体モジュール１０本体のヒートシンクからの脱落を抑制することが可能である。
さらに、弾性部材１の嵌合部をＴ字形状とすることで、実施の形態１と比較して、弾性部材１の小型化が可能である。よって、弾性部材１の材料使用量が削減できるため、製造コストの低減が可能である。
＜実施の形態３＞
図３（ａ），（ｂ）に、本実施の形態における半導体モジュール１０の断面図と底面図をそれぞれ示す。図３（ａ），（ｂ）において、ｘ方向を下方向とする。
図３（ｂ）に示すように、本実施の形態における半導体モジュール１０において、ケース２の底面の、ｘ方向側の一辺にのみ弾性部材１が配置される。その他の構成は実施の形態２（図２（ａ），（ｂ））と同じであるため、説明を省略する。
半導体モジュール１０とヒートシンク５の間の隙間６に挟持される熱伝導グリスが、重力によって下方向に流れた場合であっても、少なくとも、下方向側、即ちｘ方向側の一辺に弾性部材１を配置すれば、熱伝導グリスの流出防止に対して効果的である。また、弾性部材１により半導体モジュール１０をヒートシンク５に固定することが可能である。
＜効果＞
本実施の形態における半導体モジュール１０に備わる弾性部材１は、ケース２の１辺のみに配置されることを特徴とする。
従って、弾性部材１をケース２の下方向側の一辺のみに配置すれば、実施の形態２と同様の効果を得ながら、弾性部材１の使用量をさらに削減して、製造コストのさらなる削減が可能である。
＜実施の形態４＞
図４に、本実施の形態における半導体モジュール１０の底面図を示す。断面図は、実施の形態２（図２（ａ））と同じである。図４に示すように、本実施の形態における半導体モジュール１０に備わる弾性部材１は、ケース２の底面の周囲に沿って配置される。それ以外の構成は実施の形態２と同じであるため、説明を省略する。
＜効果＞
本実施の形態における半導体モジュール１０に備わる弾性部材１は、ケース２の周囲に沿って配置されることを特徴とする。
従って、半導体モジュール１０をヒートシンク５に取り付けた場合、半導体モジュール１０とヒートシンク５の間の隙間６に挟持される熱伝導グリスは、弾性部材１によって囲まれるため、本実施の形態の半導体モジュール１０は、熱伝導グリスの流出をより確実に防止することが可能である。
なお、本発明は、その発明の範囲内において、各実施の形態を自由に組み合わせたり、各実施の形態を適宜、変形、省略することが可能である。
１ 弾性部材、２ ケース、３ａ 半導体素子、３ｂ アルミワイヤ、３ｃ 主電極、３ｄ カバー、４ 金属基板、５ ヒートシンク、６ 隙間、１０ 半導体モジュール。

Claims (5)

  1. ヒートシンクに取り付け可能な半導体モジュールであって、
    前記半導体モジュールの構成要素を収納するケースと、
    一端が前記ケースに嵌合し、他端が前記ヒートシンクに当接する弾性部材と、
    を備え、
    前記弾性部材によって、前記ケースと前記ヒートシンクとの間に熱伝導グリスを挟持するための隙間が設けられることを特徴とする、
    半導体モジュール。
  2. 前記弾性部材において、前記ケースと嵌合する部分がＨ字形状になっ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。
  3. 前記弾性部材において、前記ケースと嵌合する部分がＴ字形状になっ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。
  4. 前記弾性部材は、前記ケースの１辺のみに配置されることを特徴とする、
    請求項１〜３のいずれかに記載の半導体モジュール。
  5. 前記弾性部材は、前記ケースの周囲に沿って配置されることを特徴とする、
    請求項１〜３のいずれかに記載の半導体モジュール。
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