JPH06302732A - 半導体装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】基台とケースとの接合はがれを防止するととも
に、両者を接合したときに隙間が生じるのを防止し、更
には、基台等の厚さに関係なく、かつ安定した力で両者
を接合することを目的とする。 【構成】樹脂製のケース２の第１の挿入孔２ａに嵌合凹
部７を設け、基台としての金属製の放熱板４の第２の挿
入孔４ａに雌ねじ８を設けた。接合ピン３に嵌合突部５
ａと雄ねじ５ｃとを設けた。そして、接合ピン３の雄ね
じ５ｃを雌ねじ８に螺合させ、嵌合突部５ａを嵌合凹部
７に嵌合させて、ケース２と放熱板４とを互いに圧接し
た状態で接合するようにした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は半導体装置に係り、詳し
くは半導体素子を搭載する基台と、半導体素子を格納す
るケースとを接合するとともに、半導体装置をねじ止め
するためのねじを挿入することが可能な接合部材を備え
た半導体装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、この種の半導体装置においては例
えば図７に示すようなものがある。この半導体装置は図
示しない半導体素子を搭載した基板３０に、その半導体
素子から発生する熱を放熱するための基台としての金属
製の放熱板３１が固着されている。又、基板３０及び放
熱板３１上には半導体素子を保護するゲル状の保護樹脂
３２がシーリングされている。そして、放熱板３１には
半導体素子を格納する樹脂製のケース３３が接着剤３４
を介して接着されている。又、放熱板３１及びケース３
３には半導体装置を放熱フィン等にねじ止めするための
ねじ挿入孔３１ａ，３３ａがそれぞれ形成されている。
ねじ挿入孔３３ａにはねじの締め過ぎによるその周囲の
割れを防止するために、金属製のスリーブ３５が挿入固
定されている。

【０００３】上記のように構成された半導体装置は、ス
リーブ３５及びねじ挿入孔３１ａに図示しないねじを挿
通させて放熱フィン等にねじ止めすることにより取付け
られる。このとき、ねじの締付力は放熱板３１及びスリ
ーブ３５が受けることになるため、ねじを締め過ぎても
ねじ挿入孔３３ａ周囲の部分が割れるのを防止できる。

【０００４】又、別の半導体装置として特開平４−１１
１３４５号公報に示されるものが提案されている。この
半導体装置は図８に示すように、金属リング４１をケー
ス４２の取付けねじ挿入孔４２ａに嵌挿させた状態で、
その先端部を半径方向外側へ押し拡げる（いわゆる、カ
シメ加工する）ことにより突部４３を設けている。そし
て、この突部４３をケース４２の下側段部４２ｂに係止
固定させた構成となっている。この構成によれば、ねじ
の締め過ぎによるねじ挿入孔４２ａの周囲の割れを防止
することができるとともに、金属リング４１が搬送中に
ケース４２から脱落するのを防止することができる。

【０００５】更に、図９において別の半導体装置として
特開平１−２９３５４４号公報に示されるように、放熱
板５１とケース５２とを金属リング５３を介して接合す
るようにしたものが提案されている。すなわち、金属リ
ング５３の上部外周に第１の係合凹部５４が突部５３
ａ，５３ｂにより形成され、下部外周に第２の係合凹部
５５が突部５３ｂ，５３ｃにより形成されている。又、
第２の係合凹部５５及び突部５３ｃは４分割されるとと
もに、突部５３ｃはテーパ状に形成されている。そし
て、上記した金属リング５３はその第１の係合凹部５４
にケース５２がインサート成形により係合された状態
で、突部５３ｃが放熱板５１の取付用孔５１ａに圧入さ
れる。この圧入によって、突部５３ｃが取付用孔５１ａ
の周縁部に係止され、取付用孔５１ａと第２の係合凹部
５５とが係合されて、放熱板５１とケース５２とが接着
剤５６を介して接合される。

【０００６】上記したように金属リング５３を備えた半
導体装置においては、放熱板５１とケース５２との位置
ずれが生じることがないため、ねじの締付けが確実に行
われる。又、第２の係合凹部５５と放熱板５１とが係合
しているため、金属リング５３を介したねじの締付け力
の大半を放熱板５１で受けとめることができ、ケース５
２の割れを防止できる。

【０００７】又、別の半導体装置として、図１０におい
て実開昭６３−１６７７４３号公報に示されるように、
樹脂ケース６０と筒状のねじ挿入孔６１とを一体に形成
したものが提案されている。すなわち、筒状のねじ挿入
孔６１は金属板ベース６２の取付用孔６２ａに挿入さ
れ、ねじ挿入孔６１の下端が取付用孔６２ａにカシメ加
工されて挿入固定されている。そして、ねじ挿入孔６１
にねじを挿入することにより放熱フィン等に固定可能と
なっている。上記した構成では、ねじ挿入孔６１が取付
用孔６２ａにカシメ加工されることにより、金属板ベー
ス６２が締付けられてケース６０と金属板ベース６２と
が接合される。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】ところが、スリーブ３
５をねじ挿入孔３３ａに挿入固定したものや、金属リン
グ４１をねじ挿入孔４２ａにカシメにより固定した半導
体装置においては、スリーブ３５や金属リング４１が単
にねじの締付時におけるケースの割れ防止のために設け
られている。従って、装置の温度変動により保護樹脂３
２の膨張圧が増大したときに、ケースと放熱板との接合
はがれの発生を防止することができないという問題点が
ある。このため、接着剤によるケースと放熱板との接合
力を向上させるために、ケース及び放熱板の接合面積を
大きくして、接着剤の塗布面積を大きくする必要があっ
た。しかし、そのためにはケース及び放熱板に別途スペ
ースを設けなければならず、半導体素子の搭載スペース
が狭くなるという新たな問題が生じる。

【０００９】又、上記した金属リング５３によってケー
ス５２と放熱板５１とがそれぞれ接合された半導体装置
においては、第１及び第２の係合凹部５４，５５にケー
ス５２及び放熱板５１が係合した構成となっている。こ
のため、両者の接合はがれを防止することはできても、
ケース３３にソリが生じていたり、接着剤５６の塗布に
ムラがあった場合、ケース３３と放熱板３１とを接合し
たときに両者の間に隙間が生じてしまうという問題点が
ある。

【００１０】又、金属リング５３の第１の係合凹部５４
にはケース５２がインサート成形されて係合され、第２
の係合凹部５５には放熱板５１が圧入されることにより
係合される。従って、第２の係合凹部５５の幅と同じ厚
さに放熱板５１を加工する必要があり、その金属放熱板
５１の加工精度が要求されるという問題点がある。

【００１１】又、金属リング４１の先端部をカシメ加工
して突部４３を設けることによりねじ挿入孔４２ａに係
止させる半導体装置や、ねじ挿入孔６１の下端をカシメ
加工して取付用孔６２ａに挿入固定した半導体装置で
は、次のような問題点がある。すなわち、突部４３及び
ねじ挿入孔６１がカシメ加工されたときに、スプリング
バック現象によって、弾性変形して若干元の形に戻るこ
とがある。そして、この弾性変形によって、金属リング
４１がねじ挿入孔４２ａに確実に係止されずがたついた
り、ねじ挿入孔６１による金属板ベース６２の均一で安
定した締付力が得られないという問題点がある。

【００１２】本発明は上記問題点を解決するためになさ
れたものであって、その目的は基台とケースとの接合は
がれを防止するとともに、両者を接合したときに隙間が
生じるのを防止し、更には、基台等の厚さに関係なく、
かつ安定した力で両者を接合することができる半導体装
置を提供することにある。

【００１３】

【課題を解決するための手段】上記問題点を解決するた
めに請求項１に記載の発明は、半導体素子を搭載する基
台と、半導体素子を格納するケースとを接合する接合部
材を備えた半導体装置であって、前記接合部材を筒状に
形成し、その外周面に雄ねじ及び突部を設け、前記ケー
スに前記接合部材を挿入するための第１の挿入孔を形成
するとともに、前記基台に同じく接合部材を挿入するた
めの第２の挿入孔を形成し、前記第１の挿入孔又は第２
の挿入孔のいずれか一方の内周面に前記雄ねじと螺合す
る雌ねじを設けた。

【００１４】又、請求項２に記載の発明は、前記雌ねじ
が設けられていない前記第１の挿入孔又は第２の挿入孔
のいずれか一方の開口部には、接合部材の突部が収容さ
れ、かつ係合する凹部が設けられていることを要旨とす
る。

【００１５】又、請求項３に記載の発明は、前記雌ねじ
が設けられていない前記第１の挿入孔又は第２の挿入孔
のいずれか一方の内径は、他方の内径よりも大きくなっ
ており、前記接合部材には、第１の挿入孔又は第２の挿
入孔のいずれか一方と係合する第１の突部と、いずれか
一方の厚さよりも若干短い長さを有し、かつその内径よ
りも小さい突出幅を有する第２の突部とが設けられてい
ることを要旨とする。

【００１６】

【作用】このように構成された請求項１に記載の発明に
よれば、接合部材はその外周面に設けられた雄ねじが第
１の挿入孔又は第２の挿入孔のいずれか一方の内周面に
設けられた雌ねじと螺合しつつ、第１及び第２の挿入孔
に挿入される。このとき、螺合は接合部材の外周面に設
けられた突部が、第１の挿入孔又は第２の挿入孔のいず
れか一方の開口部と係合するまで行われる。そして、こ
の係合により、接合部材の締付力が突部とケース又は基
台のいずれか一方との間に他方を挟んだ状態で作用し
て、両者が互いに圧接接合される。

【００１７】従って、接着剤の接着面積を増大させるこ
となく、基台とケースとが隙間なく接合されるととも
に、両者の接合はがれが防止される。又、接合部材の雄
ねじと、第１の挿入孔又は第２の挿入孔のいずれか一方
の内周面に設けられた雌ねじとを螺合するようにしてい
るため、例えば、基台の厚さは螺合できる厚さであれば
よい。従って、その基台の厚さを接合部材の寸法に合わ
せる必要がなく、厚さに関係なく両者が接合される。
又、ねじの締付けにより基台とケースとを接合するよう
にしているため、均一で安定した締付力で両者が接合さ
れる。

【００１８】請求項２に記載の発明では、接合部材の螺
合はその外周面に設けられた突部が、第１の挿入孔又は
第２の挿入孔のいずれか一方の開口部に設けられた凹部
に収容され、かつ係合するまで行われる。従って、ケー
スと基台とを確実に接合することができるとともに、接
合部材の突部が第１の挿入孔又は第２の挿入孔のいずれ
か一方に形成された凹部に収容されているため、目立つ
ことがなく半導体装置としての外観が良くなる。

【００１９】請求項３に記載の発明では、接合部材の螺
合はその外周面に設けられた第２の突部が第１の挿入孔
又は第２の挿入孔のいずれか一方に収容されつつ、第１
の突部がそのいずれか一方と係合するまで行われる。係
合時における締付力は第１の突部とケース又は基台のい
ずれか一方との間に他方を挟んだ状態で作用する。この
とき、過剰な締付力が作用した場合には、第１の挿入孔
又は第２の挿入孔のいずれか一方の厚さと第２の突部の
長さとの差が縮まって、第２の突部は第１の挿入孔又は
第２の挿入孔のいずれか一方の開口部周縁と接触する。
そして、第２の突部は第１の突部とケース又は基台のい
ずれか一方との間に他方と同じように挟まれた状態で介
在することになる。この結果、その締付力は挟まれた位
置にあるケース又は基台に過剰に作用することがなく、
接合部材の締付け過ぎによるケースの割れが防止され
る。

【００２０】

【実施例】

（第１実施例）以下、本発明の半導体装置をモジュール
に具体化した第１実施例を図１〜図４に従って説明す
る。

【００２１】図２に示すように、モジュール１を構成す
る樹脂製のケース２は、その四箇所のコーナ部に凹部が
形成された箱状に形成され、各コーナ部には樹脂製のケ
ース２と後記する放熱板４とを接合する接合部材として
の接合ピン３がそれぞれ配設されている。

【００２２】図１に示すように、前記接合ピン３は前記
樹脂製ケース２に形成された第１の挿入孔２ａと、銅製
からなる放熱板４に形成された第２の挿入孔４ａに挿着
されている。この接合ピン３は金属製からなり筒状のコ
ア５を備えている。コア５の上部外周面には突部として
の嵌合突部５ａが周設されるとともに、下部外周面には
雄ねじ５ｃが形成されている。雄ねじ５ｃはコア５の外
周面から突出して形成されており、雄ねじ５ｃと嵌合突
部５ａとの間には、溝５ｂが形成されている。図３，図
４に示すように、嵌合突部５ａの上面には締付用溝６が
四箇所に亘って等間隔に形成されており、接合ピン３の
第１及び第２の挿入孔２ａ，４ａへのドライバ等による
締付が可能となっている。

【００２３】図１に示すように、第１の挿入孔２ａの上
部開口部側には嵌合突部５ａと嵌合する嵌合凹部７が形
成されている。又、放熱板４の第２の挿入孔４ａの内周
面には雄ねじ５ｃと螺合する雌ねじ８が形成されてい
る。そして、接合ピン３の雄ねじ５ｃと雌ねじ８とが螺
合するとともに、嵌合突部５ａと嵌合凹部７とが嵌合し
た状態でケース２と放熱板４とが接合されている。な
お、ケース２と放熱板４との間及び、ケース２の端部に
形成されたフランジ２ｂと放熱板４の端面との間には接
着剤９が介在されている。

【００２４】放熱板４上にはケース２内において図示し
ない半導体素子を搭載した基板１０が固着されるととも
に、基板１０及び放熱板４上には半導体素子を保護する
ゲル状の保護樹脂１１がシーリングされている。又、ケ
ース２内には保護樹脂１１とは別に内部全体を保護する
封止樹脂１２が注入されている。なお、１３は基板１０
上に半田付けされた電極（鎖線にて図示）であり、基板
１０と外部に設けられた制御部（図示せず）とのインタ
ーフェースの役割を有しており、封止樹脂１２により固
定される。

【００２５】上記のように構成されたモジュール１を組
立てる場合、ケース２の底面に接着剤９を塗布してケー
ス２と放熱板４とを仮接合する。このとき、ケース２の
フランジ２ｂの内面にも接着剤９を塗布する。次に、接
合ピン３を雄ねじ５ｃ側から第１の挿入孔２ａに挿入し
て、その雄ねじ５ｃと第２の挿入孔４ａの雌ねじ８とを
螺合させる。このとき、マイナスドライバ（図示せず）
の先端を締付用溝６に合わせて接合ピン３を回転させる
ことにより、雄ねじ５ｃと雌ねじ８とが螺合される。
又、この螺合はその外周面に設けられた嵌合突部５ａ
が、ケース２に設けられた嵌合凹部７に収容され、かつ
嵌合するまで行われる。そして、この嵌合により接合ピ
ン３の締付力が嵌合突部５ａと放熱板４との間にケース
２を挟んだ状態で作用して、放熱板４とケース２とが互
いに圧接接合されたモジュール１を得る。このとき、ケ
ース２と放熱板４とが互いに圧接されることにより接着
剤９が押し広げられて、その一部が接合ピン３の溝５ｂ
と第１の挿入孔２ａとの間に充填される。

【００２６】上記したように本実施例のモジュール１に
おいては、接合ピン３によりケース２と放熱板４とが互
いに圧接された状態で接合されるため、モジュール１の
温度変動によりゲル状の保護樹脂１１の膨張圧が増大し
ても、ケース２と放熱板４との接合はがれが発生するこ
とはない。従って、接着剤の塗布面積を得るために別途
スペースを設けて接合する必要がなくなり、半導体素子
の実装スペースを狭くすることなく両者を接合すること
ができる。又、接合ピン３の締付けによってケース２と
放熱板４とを接合するようにしているため、ケース２に
ソリが生じていたり、接着剤９の塗布にムラがあって
も、ケース２と放熱板４とを接合したときに両者の間に
隙間が生じるのを防止することができる。

【００２７】この結果、モジュール１の信頼性を高める
ことができ、保護樹脂１１の使用温度範囲を広げること
ができるとともに、保護樹脂１１が漏れることがないた
め周辺が汚れることがなくなり設置場所の自由度が高く
なる。

【００２８】又、接合ピン３と放熱板４とを螺合させて
接合するようにしたことにより、その雄ねじ５ｃがある
程度放熱板４の雌ねじ８と螺合していればよく、放熱板
４の厚さを雄ねじ５ｃの寸法に合わせて加工する必要が
なくなる。従って、その放熱板４の厚さの加工精度が要
求されることなく両者を接合させることができる。

【００２９】又、接合ピン３の締付けによりケース２と
放熱板４とを接合するようにしているため、カシメによ
る締付けとはことなり、均一で安定した締付力で両者を
接合することができる。又、接合ピン３が第１及び第２
の挿入孔２ａ，４ａに挿入された状態ではがたつくこと
はない。

【００３０】更に、ケース２と放熱板４とを接合ピン３
によって締付けた状態では、嵌合突部５ａが第１の挿入
孔２ａに形成された嵌合凹部７に収容されているため、
目立つことがなく半導体装置としての外観を良くするこ
とができる。

【００３１】又、モジュール１を図示しないねじ等によ
って取付ける場合、そのねじ等を接合ピン３に挿通させ
て締付固定するようにしている。このとき、ねじの締付
力はケース２や放熱板４でなく接合ピン３が受けること
になるため、締付け時におけるケース２の割れを防止す
ることができる。

【００３２】又、ケース２と放熱板４とが互いに圧接さ
れる際に、接着剤９が押し広げられて、その一部が接合
ピン３の溝５ｂと第１の挿入孔２ａとの間に充填される
ことにより、接合ピン３が接着剤９によって固定され
る。このため、その接合ピン３の雄ねじ５ｃがゆるむの
を防止することができる。

【００３３】（第２実施例）次に第２実施例について説
明する。この実施例では、第１の挿入孔２ａ及び接合ピ
ン３の構成が異なる。

【００３４】図５，図６に示すように、第１の挿入孔２
ａの内径Ｄ1 は、第２の挿入孔の内径Ｄ2 よりも大きく
なっている。接合ピン３には第１の挿入孔２ａに設けら
れた嵌合凹部７と嵌合する第１の突部としての嵌合突部
５ａが設けられている。又、接合ピン３には嵌合凹部７
の下部に位置し、突出した部分となっている第１の挿入
孔２ａの厚さＷよりも若干短い長さＬを有し、かつ第１
の挿入孔２ａの内径Ｄ1 よりも小さな突出幅Ｄ3 を有す
る第２の突部としてのストッパ１４が設けられている。

【００３５】上記構成において、接合ピン３を第１及び
第２の挿入孔２ａ，４ａに挿着する際の雄ねじ５ｃと雌
ねじ４ｃとの螺合は、ストッパ１４が第１の挿入孔２ａ
に収容されつつ、嵌合突部５ａが嵌合凹部７と嵌合する
まで行われる。この嵌合時における締付力は嵌合突部５
ａと放熱板４との間にケース２を挟んだ状態で作用す
る。このとき、過剰な締付力が作用した場合には、第１
の挿入孔２ａの厚さＷとストッパ１４の長さＬとの差が
縮まって、ストッパ１４は第２の挿入孔４ａの開口部周
縁と接触する。そして、ストッパ１４は嵌合突部５ａと
放熱板４との間にケース２と同じように挟まれた状態で
介在することになる。この結果、その締付力はストッパ
１４の介在によって、挟まれた位置にあるケース２に過
剰に作用することがなく、接合ピン３の締め過ぎによる
ケース２の割れを防止することができる。

【００３６】なお、本発明は以下のように具体化するこ
ともできる。 （１）上記第１及び第２実施例では、ケース２の第１の
挿入孔２ａの上部開口部側に嵌合凹部７を形成し、放熱
板４の第２の挿入孔４ａの内周面に雌ねじ８を形成した
が、逆に第１の挿入孔２ａに雌ねじ８を形成し、第２の
挿入孔４ａの下部開口部側に嵌合凹部７を形成して、接
合ピン３を挿着するようにしてもよい。又、嵌合凹部７
を形成せずに接合ピン３を挿着するようにしてもよい。

【００３７】（２）第１の挿入孔２ａの嵌合凹部７と嵌
合する嵌合突部５ａの突出長さを、嵌合凹部７と係合す
る範囲内で短くしてもよい。又、嵌合突部５ａをコア５
の全周に設けずに、締付用溝６を形成できるよう（例え
ば、９０度毎に４方向）に形成してもよい。

【００３８】（３）本発明でいう基台は半導体素子を搭
載する台であって、半導体素子の熱を放散するための熱
伝導性を有する銅、アルミニウム等の金属あるいはセラ
ミック等の放熱板のみならず、熱伝導性を有しない樹脂
製のものを含むものとする。

【００３９】上記実施例から把握できる請求項以外の技
術思想について、以下にその効果とともに記載する。請
求項１に記載の半導体装置において、接合部材の外周面
に設けられた雄ねじと突部との間には溝部が設けられて
いることを特徴とする半導体装置。このように構成すれ
ば、溝部に接着剤を充填することができ、接合部材がゆ
るむのを防止することができる。

【００４０】

【発明の効果】以上詳述したように請求項１に記載の発
明によれば、基台とケースとの接合はがれを防止すると
ともに、両者を接合したときに隙間が生じるのを防止
し、更には、基台等の厚さに関係なく、かつ安定した力
で両者を接合することができるという優れた効果を奏す
る。

【００４１】請求項２に記載の発明によれば、上記効果
に加えてケースと基台とを確実に接合することができる
とともに、接合部材の突部が第１の挿入孔又は第２の挿
入孔のいずれか一方に形成された凹部に収容されている
ため、目立つことがなく半導体装置としての外観を良く
することができる。

【００４２】請求項３に記載の発明によれば、上記効果
に加えてケースと基台とを確実に接合することができる
とともに、接合部材を挿着する際に過剰な締付力がケー
ス又は基台に作用しても、そのケース又は基台が割れる
のを防止することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例の半導体装置を示す要部断
面図である。

【図２】同じく、半導体装置を示す斜視図である。

【図３】同じく、接合ピンを示す斜視図である。

【図４】同じく、接合ピンを示す断面図である。

【図５】第２実施例の半導体装置を示す要部断面図であ
る。

【図６】同じく、接合ピンを示す断面図である。

【図７】従来例の半導体装置を示す要部断面図である。

【図８】別の従来例の半導体装置を示す要部断面図であ
る。

【図９】別の従来例の半導体装置を示す要部断面図であ
る。

【図１０】別の従来例の半導体装置を示す要部断面図で
ある。

【符号の説明】

１…半導体装置としてのモジュール、２…ケース、２ａ
…第１の挿入孔、３…接合部材としての接合ピン、４…
基台としての放熱板、４ａ…第２の挿入孔、５…接合ピ
ンを構成するコア、５ａ…突部及び第１の突部としての
嵌合突部、５ｃ…雄ねじ、７…嵌合凹部、８…雌ねじ、
１４…第２の突部としてのストッパ。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 半導体素子を搭載する基台と、半導体素
   子を格納するケースとを接合する接合部材を備えた半導
   体装置であって、 前記接合部材を筒状に形成し、その外周面に雄ねじ及び
   突部を設け、前記ケースに前記接合部材を挿入するため
   の第１の挿入孔を形成するとともに、前記基台に同じく
   接合部材を挿入するための第２の挿入孔を形成し、前記
   第１の挿入孔又は第２の挿入孔のいずれか一方の内周面
   に前記雄ねじと螺合する雌ねじを設けた半導体装置。
2. 【請求項２】 前記雌ねじが設けられていない前記第１
   の挿入孔又は第２の挿入孔のいずれか一方の開口部に
   は、接合部材の突部が収容され、かつ係合する凹部が設
   けられている請求項１に記載の半導体装置。
3. 【請求項３】 前記雌ねじが設けられていない前記第１
   の挿入孔又は第２の挿入孔のいずれか一方の内径は、他
   方の内径よりも大きくなっており、前記接合部材には、
   第１の挿入孔又は第２の挿入孔のいずれか一方と係合す
   る第１の突部と、いずれか一方の厚さよりも若干短い長
   さを有し、かつその内径よりも小さい突出幅を有する第
   ２の突部とが設けられている請求項１又は２に記載の半
   導体装置。