JP6032914B2 - Semiconductor module fixing structure - Google Patents
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Description
本発明は、半導体モジュールの固定構造に関する。 The present invention relates to a fixed structure of the semiconductor module.
半導体を用いた半導体制御装置には、IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)や、ダイオード、GTO(Gate Turn Off Thirstier)トランジスタなどの半導体素子を絶縁樹脂によって封止した半導体モジュールが使用されている。半導体モジュールは、動作時の発熱を放出するために、ヒートシンクに熱的に密着させて使用される。 Semiconductor control devices using semiconductors use semiconductor modules in which semiconductor elements such as IGBTs (Insulated Gate Bipolar Transistors), diodes, and GTO (Gate Turn Off Thirstier) transistors are sealed with an insulating resin. A semiconductor module is used in thermal contact with a heat sink in order to release heat generated during operation.
ここで、従来の半導体制御装置では、半導体モジュールをヒートシンクに板バネを用いて押さえ付けた状態でネジ止めしている。半導体モジュールをヒートシンクに密着させることによって、両者の間の熱抵抗が減少するので、半導体モジュールの熱を放出し易くなる。板バネは、中央部分にヒートシンクに固定するときに使うネジ孔が等間隔に複数形成されている。板バネの周縁部は、スリットで複数に分割されることによって複数のアーム部が形成されている。 Here, in the conventional semiconductor control device, the semiconductor module is screwed in a state where the semiconductor module is pressed against the heat sink using a leaf spring. By bringing the semiconductor module into close contact with the heat sink, the thermal resistance between the two decreases, so that the heat of the semiconductor module is easily released. The leaf spring has a plurality of screw holes formed at equal intervals in the central portion for use in fixing to the heat sink. The peripheral portion of the leaf spring is divided into a plurality of portions by slits to form a plurality of arm portions.
板バネを用いて半導体モジュールをヒートシンクに固定するときは、板バネの中央部分に補強梁を添えて、板バネの捩れを防止する。補強梁には、貫通孔が設けられており、補強梁と板バネを重ねた状態でヒートシンクにネジ止めする。これによって、複数のアーム部によって、半導体モジュールがヒートシンクに向けて押さえ付けられる。 When the semiconductor module is fixed to the heat sink using a leaf spring, a reinforcing beam is attached to the central portion of the leaf spring to prevent twisting of the leaf spring. The reinforcing beam is provided with a through hole, and is screwed to the heat sink in a state where the reinforcing beam and the leaf spring are overlapped. Accordingly, the semiconductor module is pressed against the heat sink by the plurality of arm portions.
しかしながら、従来の板バネでは、半導体モジュールを固定するときに別体の補強梁を添える必要があるので、部品点数が多かった。また、半導体モジュールの取り付け時には板バネのネジ孔と補強梁の貫通孔を位置合わせする必要があるので、組み立て時の工数を少なくすることが困難であった。
本発明は、このような事情を鑑みてなされたものであり、半導体モジュールを簡単な構成で確実に固定することを目的とする。
However, the conventional leaf spring has a large number of parts because it is necessary to attach a separate reinforcing beam when fixing the semiconductor module. Further, since it is necessary to align the screw hole of the leaf spring and the through hole of the reinforcing beam when mounting the semiconductor module, it is difficult to reduce the number of man-hours during assembly.
The present invention has been made in view of such circumstances, and an object thereof is to reliably fix a semiconductor module with a simple configuration.
本発明によれば、半導体素子が絶縁樹脂で封入された半導体モジュールを載置する冷却部材の載置面に設けられた嵌合溝と、前記嵌合溝の側壁から延びる爪部が形成された第1の嵌合部と、記半導体モジュールを前記冷却部材に押さえ付けるアーム部を備えた押さえバネに弾性変形可能に設けられ、前記爪部によって係止される係止片を有する第2の嵌合部と、を含み、前記第1の嵌合部と前記第2の嵌合部は、前記アーム部と前記半導体モジュールの両側を挟むように複数設けられ、前記第1の嵌合部の高さは、前記押さえバネを組み付けたときの前記アーム部の高さより高く設けられており、前記アーム部及び前記係止片は、前記押さえバネのベース部から湾曲しつつ延びており、前記アーム部の屈曲形状は前記係止片の屈曲形状と一致することを特徴とする半導体モジュールの固定構造が提供される。
According to the present invention, the fitting groove provided on the mounting surface of the cooling member for mounting the semiconductor module in which the semiconductor element is sealed with the insulating resin, and the claw portion extending from the side wall of the fitting groove are formed. A second fitting having a first fitting part and a retaining spring provided with an arm part for pressing the semiconductor module against the cooling member so as to be elastically deformable and latched by the claw part. And a plurality of the first fitting portion and the second fitting portion are provided so as to sandwich both sides of the arm portion and the semiconductor module, and the height of the first fitting portion is high. The arm portion and the locking piece extend while curving from the base portion of the pressing spring, and are provided higher than the height of the arm portion when the pressing spring is assembled. The bent shape of this is the same as the bent shape of the locking piece Fixing structure of the semiconductor module is provided, characterized in that that.
また、本発明の別の観点によれば、前記爪部には、前記第1の嵌合部に前記第2の嵌合部を嵌合させる方向において、前記係止片の幅を減少させる傾斜面を有することを特徴と
する請求項1に記載の半導体モジュールの固定構造が提供される。
Further, according to another aspect of the present invention, the claw portion is inclined to reduce the width of the locking piece in the direction in which the second fitting portion is fitted to the first fitting portion. The semiconductor module fixing structure according to
本発明によれば、第1の嵌合部に第2の嵌合部を嵌合させるだけで半導体モジュールを冷却部材に固定できる。補強梁やネジが不要になるので、部品点数を低減できる。 According to the present invention, the semiconductor module can be fixed to the cooling member only by fitting the second fitting portion to the first fitting portion. Since no reinforcing beams or screws are required, the number of parts can be reduced.
本発明を実施するための形態について以下に詳細に説明する。
半導体制御装置1は、冷却部材であるヒートシンク2を有する。ヒートシンク2の下面には、放熱フィン2Aが多数配列されている。ヒートシンク2の上面は、3つの半導体モジュール5,6,7を載置する載置面2Bになっている。載置面2Bは、平面からなり、半導体モジュールの固定構造のヒートシンク2側の嵌合部となる複数の第1の嵌合部11A,11B,11C,11Dが所定の間隔で突設されている。さらに、3つの半導体モジュール5〜7は、押さえバネ10によってヒートシンク2に押し付けられ、固定されている。
The form for implementing this invention is demonstrated in detail below.
The
半導体モジュール5〜7は、不図示の半導体素子や半導体回路が絶縁樹脂でパッケージされている。各半導体モジュール5〜7には、電流を入出力するための端子5A,6A,7Aが複数設けられている。また、半導体モジュール5〜7に信号を入出力する不図示の端子が設けられている。不図示の端子は、制御基板に電気的に接続される。この実施の形態において、半導体モジュール5〜7は、3相モータのスイッチング素子として使用可能であり、モータの3相のそれぞれに対応して3つ設けられている。なお、半導体モジュール5〜7の形状や数は、図1に限定されない。
As for the semiconductor modules 5-7, the semiconductor element and semiconductor circuit which are not illustrated are packaged with the insulating resin. Each of the
図1と、図2の拡大図、図3の側面図に示すように、ヒートシンク2の載置面2Bには、4つの第1の嵌合部11A〜11Dが平行に形成されている。各第1の嵌合部11A〜11Dの上部の中央には、押さえバネ10を嵌合させる溝12が1つずつ形成されている
。溝12は、略U字形の底部12Aと、底部12Aから段差を形成しつつ幅を拡張させることによって形成された一対の側壁12Bとを有する。また、溝12の側壁12Bのそれぞれの上端部分には、爪部13が1つずつ設けられている。爪部13は、内側に向かって突出すると共に、上面が先端に向かって下方に傾斜するテーパ面13A(傾斜面)になっている。
As shown in FIG. 1, an enlarged view of FIG. 2, and a side view of FIG. 3, four first fitting portions 11 </ b> A to 11 </ b> D are formed in parallel on the
第1の嵌合部11A〜11Dの配置間隔は、半導体モジュール5〜7のサイズに一致させてあり、隣り合う2つの第1の嵌合部11A〜11Dによって半導体モジュール5〜7が1つずつ位置決めされる。
The arrangement interval of the
図1から図4に示すように、押さえバネ10は、細長の基部21を有する。基部21の長さは、ヒートシンク2に形成されている最も離れた2つの第1の嵌合部11A,11Dの間の距離以上である。基部21からは、半導体モジュールの固定構造のバネ部材10側の嵌合部となる4つの第2の嵌合部22A,22B,22C,22Dと、3対のアーム部23,24,25とが交互に延びている。具体的には、基部21の長手方向の一方の端部から順番に、第2の嵌合部22A、アーム部23、第2の嵌合部22B、アーム部24、バネ嵌合部22C、アーム部25、第2の嵌合部22Dが形成されている。基部21を挟んで延びる3対のアーム部23〜25は、基部21の中心線に対して対称に配置されている。なお、押さえバネ10は、弾性変形可能な材料を例えばプレス加工して製造される。
As shown in FIGS. 1 to 4, the
各第2の嵌合部22A〜22Dは、基部21の両側から一体に延びる一対の係止片31を有する。図2及び図3に示すように、係止片31は、基部21から上側にカーブを描きつつ曲げられることで曲部31Aが形成され、垂直上向きに延びた後、先端部31Bが外側に向けて折り返されており、全体として弾性変形可能に形成されている。基部21及び係止片31の曲部31Aの形状は、第1の嵌合部11A〜11Dの底部12Aの形状に略一致している。また、外力が作用していない状態における係止片31の先端部31Bの外端面間の距離W1は、第1の嵌合部11A〜11Dの一対の側壁12B間の距離に略等しい。さらに、係止片31の外端面間の距離W1は、第1の嵌合部11A〜11Dの爪部13の内端間の距離W2より長い。
Each of the second fitting portions 22 </ b> A to 22 </ b> D has a pair of
また、図4(a)及び図4(b)に示すように、各アーム部23〜25は、基部21の両側を滑らかなカーブを形成しつつ上方に曲げることによって曲部26,27,28を形成し、垂直上向きに延びた後、外側、かつ基部21と略平行に折り返されている。さらに、アーム部23の両端部は、下側に折り返されており、これによって半導体モジュール5,6,7に面接触する押圧部23A,24A,25Aが形成されている。ここで、各アーム部23〜25の形状は等しく、基部21の長手方向に平行な方向からみたときの各曲部26〜28の形状は、第2の嵌合部22A〜22Dの曲部31Aの形状と同一になっている。
Further, as shown in FIGS. 4A and 4B, the
次に、半導体制御装置1の製造工程の一部を構成する半導体モジュール5〜7をヒートシンク2に対して固定する工程について説明する。
まず、ヒートシンク2に3つの半導体モジュール5〜7を固定するときは、最初にヒートシンク2の載置面2Bの所定位置に半導体モジュール5〜7を1つずつ配置する。各半導体モジュール5〜7は、隣り合う2つの第1の嵌合部11A〜11Dの間に1つずつ配置される。続いて、図2に示すように、上方から押さえバネ10を半導体モジュール5〜7の上に重ねてから、押さえバネ10を矢印AR1に示す下方向に押し込んで、ヒートシンク2に設けられた第1の嵌合部11A〜11Dと、押さえバネ10に設けられた第2の嵌合部22A〜22Dとを嵌合させる。
Next, a process of fixing the
First, when fixing the three
具体的には、第1の嵌合部11A〜11Dに第2の嵌合部22A〜22Dを押し込んで
両者を嵌合させる。ここで、第2の嵌合部22A〜22Dの係止片31の外端面間の距離W1は、第1の嵌合部11A〜11Dの爪部13の先端間の距離W2より長い。しかしながら、爪部13の上面には、テーパ面13Aが係止片31を内側にガイドするように傾斜しているので、押さえバネ10を矢印AR1に示す嵌合方向に押し込むと、係止片31がテーパ面13Aにガイドされながら、一対の先端部31Bの外端面間の距離を減少させるように弾性変形する。係止片31の先端部31Bの外端面間の距離が爪部13の先端間の距離W2よりも近くなると、係止片31が爪部13を越えて下方に移動する。これによって、押さえバネ10の基部21が溝12の底部12Aに向かって移動する。
Specifically, the second
これに伴い、係止片31は、爪部13の間を通り抜けて、爪部13の下方に移動する。その結果、爪部13によって係止片31に与えられていた外力がなくなるので、係止片31が弾性力によって元の形状に戻る。その結果、嵌合部11A〜11D,22A〜22Dの嵌合を解消させる方向にバネ部材10を移動させるようとすると、第2の嵌合部22A〜22Dの係止片31Aの先端部31Bの上面が溝12の爪部13の下面に密着して係止される。従って、バネ部材10がヒートシンク2から簡単に外れることはない。また、一対の係止片31のそれぞれの先端部31Bの外端面間の距離W1は、溝12の一対の側壁12B間の距離に略等しいので、係止片31の先端部31Bがそれぞれ対向する側壁12に当接する。これによって、押さえバネ10の上下方向の移動と、左右方向の移動が規制される。
Accordingly, the locking
さらに、第1の嵌合部11A〜11Dの高さは、押さえバネ10を組み付けたときのアーム部23〜25の高さより高い。このために、押さえバネ10の基部21の長手方向の移動は、第1の嵌合部11A〜11Dによって規制される。これらのことから、押さえバネ10が全体として、位置決めしてヒートシンク2に固定される。
Furthermore, the height of the first
第1の嵌合部11A〜11Dに第2の嵌合部22A〜22Dを嵌合させたときの押さえバネ10の基部21の高さは、半導体モジュール5〜7の高さに略等しくなる。このために、半導体モジュール5〜7は、押さえバネ10の基部21によってヒートシンク2に押さえ付けられる。嵌合部11A〜11D,22A〜22Dは、各半導体モジュール5〜7を挟むように複数配置されているので、基部21は撓むことなく、各半導体モジュール5〜7をヒートシンク2に押さえ付ける。
The height of the
なお、バネ部材10をヒートシンク2に固定した状態では、バネ部材10の基部21は、第1の嵌合部11A〜11Dの溝12からわずかに浮いている。溝12は、バネ部材10の押し込み過ぎを防止するためのリミッターとして機能している。従って、溝12にバネ部材10の底部21を密着させても良いし、図1及び図3に示すように隙間41を形成しても良い。
In the state where the
さらに、押さえバネ10の基部21からは複数のアーム部23〜25が延びており、これらアーム部23〜25によっても各半導体モジュール5〜7がヒートシンク2に押さえ付けられる。例えば、一対のアーム部23は、基部21を介して2組の嵌合部11A,22A,11B,22Bによって支持され、それぞれの押圧部23Aによって半導体モジュール5をヒートシンク2に押さえ付ける。同様に、一対のアーム部24のそれぞれの押圧部24Aは、基部21を介して2組の嵌合部11B,22B,11C,22Cによって支持され、半導体モジュール6をヒートシンク2に押さえ付ける。さらに、一対のアーム部25のそれぞれの押圧部25Aは、基部21を介して2組の嵌合部11C,22C,11D,22Dによって支持され、半導体モジュール7をヒートシンク2に押さえ付ける。
Further, a plurality of
この実施の形態では、基部21を挟む一対のアーム部23〜25によって、1つの半導体モジュール5〜7をヒートシンク2に押し付けるので、押さえバネ10の押さ付け力を
各半導体モジュール5〜7に均等に作用させ易い。なお、アーム部23〜25の数や配置は、図1に限定されない
In this embodiment, since one semiconductor module 5-7 is pressed against the
また、一対のアーム部23〜25は、1つの半導体モジュール5〜7のみに当接している。このために、各半導体モジュール5〜7は、押さえバネ10によって、他の半導体モジュール5〜7の影響を受けずにヒートシンク2に押さえ付けられる。また、一対のアーム部23〜25で半導体モジュール5〜7を1つずつ押圧するので、半導体モジュール5〜7の製品ごとのばらつきを吸収できる。
Further, the pair of
さらに、アーム部23〜25は、半導体モジュール5〜7の両端部の近傍に一箇所ずつ当接する。従って、1つの半導体モジュール5〜7に対して押さえバネ10からの押し付け力が均等に作用する。このために、半導体モジュール5〜7で発生した熱をヒートシンク2に確実に伝達できる。従って、半導体モジュール4を効率良く冷却できる。
さらに、各アーム部23〜25の押圧部23A〜25Aは、半導体モジュール5〜7に面接触するので、半導体モジュール5〜7の表面を傷付けることはない。
Furthermore, the arm parts 23-25 contact | abut one place near the both ends of the semiconductor modules 5-7 one by one. Therefore, the pressing force from the holding
Furthermore, since the
以上、説明したように、この実施の形態ではヒートシンク2に第1の嵌合部11A〜11Dを複数設け、押さえバネ10に第2の嵌合部22A〜22Dを複数設け、これら嵌合部11A〜11D,22A〜22Dを用いて複数個所で押さえバネ10をヒートシンク2に固定するようにしたので、ねじを用いることなく、半導体モジュール5〜7をヒートシンク2に押さえ付けられる。嵌合部11A〜11D,22A〜22Dは、半導体モジュール5〜7を挟むように配置したので、半導体モジュール5〜7の移動を規制できる。これに伴って、基部21の浮き上がりや捩れを防止できるので、補強梁が不要になると共に、一対のアーム部23〜25ごとの押圧力を均一にできる。
As described above, in this embodiment, the
また、第1の嵌合部11A〜11Dに溝12と爪部13を設け、第2の嵌合部22A〜22Dに弾性変形可能な係止片31を設けたスナップフィット構造としたので、押さえバネ10を押し込むだけで、押さえバネ10で半導体モジュール5〜7をヒートシンク2に押し付けながら固定できる。爪部13にテーパ面13Aを形成することによって、押さえバネ10を押し付けるときに係止片31を変形させ易くなるので、組み付け作業が容易になる。
In addition, since the
第2の嵌合部22A〜22Dの係止片31の曲部31Aの形状と、アーム部23〜25の曲部26〜28の形状を同形状にしたので、一回の成型工程で曲部31A,26〜28を同時に形成することができ、作業効率が向上する。
Since the shape of the
なお、本発明は、実施の形態に限定されずに広く応用できる。
例えば、実施形態における上下方向を反対にしても良い。半導体制御装置1は、ヒートシンク2に押さえバネ10で固定した半導体モジュール5〜7を上下に対向して配置しても良い。
Note that the present invention can be widely applied without being limited to the embodiments.
For example, the vertical direction in the embodiment may be reversed. In the
2 ヒートシンク
2B 載置面
5,6,7 半導体モジュール
10 押さえバネ
11A,11B,11C,11D 第1の嵌合部
12 溝(嵌合溝)
12B 側壁
13 爪部
13A テーパ面(傾斜面)
22A,22B,22C,22D 第2の嵌合部
23,24,25 アーム部
26,27,28 曲部
31 係止片
31A 曲部
2
22A, 22B, 22C, 22D
Claims (2)
前記半導体モジュールを前記冷却部材に押さえ付けるアーム部を備えた押さえバネに弾性変形可能に設けられ、前記爪部によって係止される係止片を有する第2の嵌合部と、を含み、
前記第1の嵌合部と前記第2の嵌合部は、前記アーム部と前記半導体モジュールの両側を挟むように複数設けられ、前記第1の嵌合部の高さは、前記押さえバネを組み付けたときの前記アーム部の高さより高く設けられており、
前記アーム部及び前記係止片は、前記押さえバネのベース部から湾曲しつつ延びており、前記アーム部の屈曲形状は前記係止片の屈曲形状と一致することを特徴とする半導体モジュールの固定構造。 1st fitting part in which the fitting groove | channel provided in the mounting surface of the cooling member which mounts the semiconductor module with which the semiconductor element was enclosed with the insulating resin and the claw part extended from the side wall of the said fitting groove were formed When,
A second fitting portion having a locking piece that is elastically deformable to a holding spring having an arm portion that presses the semiconductor module against the cooling member, and has a locking piece locked by the claw portion,
A plurality of the first fitting portion and the second fitting portion are provided so as to sandwich both sides of the arm portion and the semiconductor module, and the height of the first fitting portion is determined by the holding spring. It is provided higher than the height of the arm when assembled ,
The arm portion and the locking piece extend while curving from the base portion of the holding spring, and the bent shape of the arm portion matches the bent shape of the locking piece. Construction.
The said claw part has the inclined surface which reduces the width | variety of the said locking piece in the direction which fits the said 2nd fitting part to the said 1st fitting part. The fixing structure of the semiconductor module as described.
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