JPH11274383A - 放熱部材取り付け構造 - Google Patents

放熱部材取り付け構造

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JPH11274383A
JPH11274383A JP7452898A JP7452898A JPH11274383A JP H11274383 A JPH11274383 A JP H11274383A JP 7452898 A JP7452898 A JP 7452898A JP 7452898 A JP7452898 A JP 7452898A JP H11274383 A JPH11274383 A JP H11274383A
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JP
Japan
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heat
semiconductor module
fin
radiating
plate
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Withdrawn
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JP7452898A
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English (en)
Inventor
Koichi Makinose
公一 牧野瀬
Kenichi Sofue
健一 祖父江
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Toyota Industries Corp
Original Assignee
Toyoda Automatic Loom Works Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 簡便な構成で高い放熱効果を長期的に維持可
能であり、さらに半導体モジュール等の発熱体の小型化
を可能とする放熱フィン取り付け構造の提供。 【解決手段】 半導体モジュール11の底面を成す放熱
板12外表面および放熱フィン取り付け表面の両表面は
それぞれ製作時において充分な平面度を持つものであ
り、単に密接に接触させた場合には放熱板12のほぼ全
面に渡って接触するものとなる。ここで長手方向両端位
置およびその中間位置でそれぞれ幅方向両端位置に、フ
ィン19側(放熱面側)から接触面を介して放熱板12
に向けて取り付けネジ15が螺着(図中破線部)してお
り、これにより従来の放熱フィン取り付け構造と比較し
て取り付けネジ用の支持部が不要となるため半導体モジ
ュール11全体の小型化が可能となり、さらに従来の接
触面間に発生していた隙間を閉ざして密接させるため高
い放熱効果を長期的に維持することが可能となる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、電力用半導体モジ
ュール等の発熱体に取り付ける放熱部材の取り付け構造
に関する。
【0002】
【従来の技術】従来、バッテリー・フォークリフト等の
電気モータ駆動の車両に使用されるモータ・コントロー
ル装置において、制御回路の最終段には走行用のメイン
・モータに直接電力を供給するバッテリーのスイッチン
グデバイスとして、特に電気容量の大きい半導体モジュ
ールが使用される。半導体モジュールは複数個のパワー
半導体チップを1つの樹脂パッケージに組み込んだもの
であり、同じチップを単に並列に組み込んで電流容量を
大きくしたもの、何種類かのチップで簡単な回路を構成
したもの、パワーチップのドライブ回路を内蔵したもの
など多様な内部構成のものがある。パッケージは普通プ
ラスチックでできており、内部の半導体チップはセラミ
ックなどで絶縁され、さらにパッケージ内部の空洞部分
には下からゲル、およびエポキシ樹脂がチップ周辺回路
の酸化防止用に充填されている。
【0003】また半導体モジュールは用途の性質上大電
流を扱うため発熱が非常に大きく、そのため熱容量が大
きく放熱効果の高い(熱伝導率の高い)基板上に設置さ
れ、パッケージ内の放熱板から放熱が行われる構成とな
っている。
【0004】そして上記のような構成にある半導体モジ
ュールの放熱板には、通常さらに効率のよい放熱が行え
るよう放熱部材を、例えば熱伝導率の高いアルミ材等で
形成された放熱フィンが半導体モジュール自身の固定も
兼ねて取り付けられる。
【0005】そして従来の該放熱フィンの取り付け構造
としては、図2の平面図(a)、正面図(b)が示すよ
うに、通常ほぼ直方体の形状にある半導体モジュール1
が底面に備える放熱板2の側部を長手方向に延長して放
熱フィン取り付けネジ用の支持部3、3’として設け、
放熱板2と放熱フィン4とを密接させた状態で該支持部
3、3’上面から該放熱フィン4内部まで穿孔したネジ
穴に取り付けネジ5を螺着させることで放熱フィン4を
半導体モジュール1に取り付けていた。
【0006】また該ネジ穴の穿孔箇所は 半導体モジュ
ール1本体の両端2ヶ所に、または上記従来例で示した
ように四隅4ヶ所 に設けるのが一般的であった。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】しかし上記従来の放熱
フィン取り付け構造では半導体モジュールの放熱板側の
接触面と放熱フィン側の接触面の両面共に通常製作時の
平面度を維持したまま両接触面全面に渡って密接に取り
付けることは難しく、組立時において放熱板と放熱フィ
ンとの両接触面の間に、特に半導体モジュール長手方向
両端のネジ取り付け部の間に渡って必然的に隙間(図2
(b)中のS)が生じる結果となっていた。そしてこの
隙間Sが放熱板から放熱フィンへの熱伝達、つまり半導
体モジュールの放熱効率を極端に低下させる結果とな
り、ひいては半導体モジュールの内部回路を熱損傷させ
る大きな原因となっていた。
【0008】そしてこの問題に対処すべく従来より 予
め放熱板側の接触面をプレス加工によって充分曲率の大
きい湾曲凸状に加工し、取り付け時には該凸部を押圧す
るように密接させて半導体モジュール側から両端または
四隅をネジ止めする方法や(図3参照)、放熱フィン取
り付け組立時において熱伝導率の高いシリコングリス等
を熱伝達媒体として発生した隙間Sに充填する方法が取
られていた。
【0009】しかし、以上の方法ではやはり組み立て時
に若干の歪みの発生は避けられず幾らかの隙間が生じた
り、シリコングリスにおいても長期的な使用により経年
劣化を起こすため安定した効果を持続して得ることがで
きなかった。
【0010】また一方半導体モジュール側の放熱板両端
部を放熱フィン取り付けネジ用の支持部として広く形成
する必要があるため半導体モジュール自身の大型化が避
けられず、実際の使用において複数個並設する場合には
該支持部分の占有面積だけを累積しても相当な設置面積
が必要となっていた。
【0011】なお、以上のような問題は電力用の半導体
モジュールに限らず、放熱フィンやヒートシンク等を必
要とする各種の発熱体において同様に生じていた。従っ
て以上の問題点に鑑み本発明は、簡便な構成で高い放熱
効果を長期的使用に渡って維持可能であり、かつ放熱板
の取り付けネジ用の支持部を不要とすることで半導体モ
ジュール等の発熱体の小型化が可能となる放熱フィン取
り付け構造の提供を課題とする。
【0012】
【課題を解決するための手段】本発明は上記課題を解決
するために以下のように構成される。また、以下は具体
的に電力用の半導体モジュールに適用する場合で説明す
るが、本発明の構成は他にも同じような放熱板を有する
発熱体に放熱部材を取り付ける場合にも適用可能であ
る。
【0013】まず本発明は、底部に放熱板を備える半導
体モジュールに放熱部材を該放熱板に密接固定させるよ
う取り付ける構造に適用され、接触面中での端部および
端部以外の略中央部分に複数本のネジを螺着させること
で該放熱部材を取り付けるよう構成される。
【0014】これにより、放熱板と放熱部材との間に生
じる隙間を最小限にできると同時に両接触面を最大限密
接させる構成となり、放熱板から放熱部材への高い熱伝
達効果を機構的に、またそれにより半永久的に(非経時
的に)維持可能となる。
【0015】また該放熱部材の放熱部側から反対側の接
触面を通過して該放熱板内部まで穿孔したネジ穴にネジ
を螺着させることで該放熱部材を取り付けるよう構成さ
れる。
【0016】これにより、従来半導体モジュールの放熱
板に設けていた取り付けネジ用の支持部が不要となるた
め、その分半導体モジュールの小型化、省設置面積化を
図ることが可能となる。さらに取り付けネジを放熱板と
放熱部材の接触面中の任意位置に螺着可能となるため、
両接触面を密接させる上での理想的な配置でネジを螺着
させることが可能となる。
【0017】そしてより具体的には、底部に放熱板を備
える半導体モジュールに放熱部材を該放熱板に密接固定
させる放熱部材取り付け構造において、接触面中での長
手方向の両端位置および両端間中央位置のそれぞれ幅方
向両端位置に、該放熱部材の放熱部側から反対側の接触
面を通過して該放熱板内部まで穿孔したネジ穴にネジを
螺着させることで該放熱部材を取り付けるよう構成され
る。
【0018】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
を参照しながら説明する。まず図1は本発明の実施の形
態を説明する平面図(図1(a))および正面図(図1
(b))である。この図において、半導体モジュール1
1は底面に銅等の高熱伝導性材料からなる放熱板12を
備えたほぼ直方体の形状にあり、その上面に主電流入力
電極であるドレイン電極16と、主電流出力電極である
ソース電極17と、制御電極であるゲート電極18が埋
設されている構成となる。
【0019】一方取り付ける放熱フィン14は、充分な
厚みを有する平板の一方の面を取り付け面、反対側の面
を放熱面とし、放熱面には放熱部として充分に薄い放熱
薄板(フィン)19を放熱面に対して垂直に何枚も並設
している構成となる。また一般的に放熱フィン14は熱
伝導率(放熱効果)の高いアルミ製のものが使用される
が、他に銅製や鋳鉄製等のものの使用も可能である。
【0020】そして半導体モジュール11の底面を成す
放熱板12外表面および取り付け時に該放熱板12外表
面と接触する放熱フィン取り付け表面の両表面はそれぞ
れ製作時において充分な平面度を持つものであり、単に
密接に接触させた場合には放熱板12のほぼ全面に渡っ
て接触するものとなる。
【0021】ここで従来例の放熱フィン取り付け構造と
比較して本発明の放熱フィン取り付け構造の具体的な差
違としては、本発明の取り付け構造を示す図1と従来の
取り付け構造を示す図3との比較において、放熱板12
がパッケージ外形よりも長手方向に延びた形状で形成さ
れる取り付けネジ用の支持部3、3’がなく、また長手
方向両端位置およびその中間位置でそれぞれ幅方向両端
位置に、フィン19側(放熱面側)から接触面を介して
放熱板12に向けて取り付けネジ15が螺着(図中破線
部)している構成にある。
【0022】また放熱板12のパッケージ内部側の表面
には半導体モジュール11のチップ回路が直接着設する
非絶縁型の構成となる場合があるためネジ穴の先端は放
熱板12の厚みの途中までとなる。なお、それによりネ
ジ15の螺着を確実にするよう、従来例における放熱板
2と比較して充分な厚さを有するものであってもよい。
【0023】上記従来例の半導体モジュール1における
取り付けネジ用の支持部3、3’自身は外気に対しての
放熱および放熱フィン4への熱伝達にはあまり効果を発
揮するものではないため本発明のようにそれを取り除い
た構成としても放熱効果を何ら低下させるものではな
く、それ以上に従来の接触面間において長手方向両端ネ
ジ間に発生していた隙間(図2(b)中のS)を閉ざし
て確実に密接させるよう取り付けネジ15を配置し、螺
着することによって放熱フィン14への熱伝達効率を飛
躍的に向上させた構成となる。
【0024】また上述したように通常放熱板12側と放
熱フィン14側の両接触面は充分な平面度で製作される
ことが前提であったところ、製作誤差等による若干の反
りをも許容して確実に密接させることが可能となる。
【0025】また上記放熱フィン14側から螺着する取
り付けネジ15の配置は本実施例にあるような2行3列
の6ヶ所に限定せず、放熱フィン14と放熱板12との
接触面中であれば任意の配置とすることが可能であるた
め例えば長手方向に均等に4つの位置でそれぞれの幅方
向の両端(2行4列)に計8ヶ所の配置とする構成も可
能である。そしてその場合においてネジ穴の配置位置は
半導体モジュール11の固着力(密接力)のバランスを
考慮して放熱板12と放熱フィン14との間の接触面中
において均等に配置することが望ましい。
【0026】また半導体モジュール11の内部回路およ
びパッケージの構成が可能である場合、半導体モジュー
ル11本体の上面中央位置から貫通させるように取り付
けネジを螺着することによっても上記効果が得られる構
成となる。
【0027】また従来例における取り付けネジ用の支持
部3、3’が不要となるため半導体モジュール1自体の
小型化、設置面積の省面積化が図れることになり、通常
2個以上(一般的に5、6個程度)の設置となる半導体
モジュール設置基板としての放熱フィン14全体の小型
化、ひいては設置基板全体の軽量化および設計自由度の
向上が図れることになる。
【0028】また前述したように本発明の放熱フィン1
4への取り付け構造は電力用の半導体モジュールに適用
された場合に最も有効と考えられるが、これのみに適用
限定されるものではなく、他にも同じような放熱板12
を有する発熱体に放熱フィン14を取り付ける場合にも
適用可能である。そして放熱部材として適用した放熱フ
ィン14の形状も実施例中に示したように放熱薄板19
を垂直並設した構成に限定されるものではない。
【0029】
【発明の効果】以上説明した通り本発明の構成によれ
ば、半導体モジュール等の発熱体の放熱フィンへの取り
付け組立時においてプレス加工による放熱板表面の凸形
状加工やシリコングリスの充填等、コストおよび手間の
係る処理を施すことなく簡便に高い放熱効率を長期的に
維持する放熱フィンへの取り付けが可能となり、また半
導体モジュールおよびそれを設置する基板装置全体の小
型化・軽量化をも可能とする。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の放熱フィン取り付け構造を説明する平
面図(a)および正面図(b)である。
【図2】従来の放熱フィン取り付け構造を説明する平面
図(a)および正面図(b)である。
【図3】従来の放熱フィン取り付け構造に生じていた隙
間を閉ざすための湾曲凸形状の放熱板の構成を説明する
正面図である。
【符号の説明】
3、3’ 放熱フィン取り付けネジ用支持部 11 半導体モジュール 12 放熱板 14 放熱フィン 15 取り付けネジ 16 ドレイン電極 17 ソース電極 18 ゲート電極 19 放熱薄板(フィン)

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 底部に放熱板を備える発熱体に放熱部材
    を該放熱板に密接固定させる放熱部材取り付け構造にお
    いて、 接触面中での端部および端部以外の略中央部分に複数本
    のネジを螺着させることで該放熱部材を取り付けること
    を特徴とする放熱部材取り付け構造。
  2. 【請求項2】 底部に放熱板を備える発熱体に放熱部材
    を該放熱板に密接固定させる放熱部材取り付け構造にお
    いて、 該放熱部材の放熱部側から反対側の接触面を通過して該
    放熱板内部まで穿孔したネジ穴にネジを螺着させること
    で該放熱部材を取り付けることを特徴とする放熱部材取
    り付け構造。
  3. 【請求項3】 底部に放熱板を備える発熱体に放熱部材
    を該放熱板に密接固定させる放熱部材取り付け構造にお
    いて、 接触面中での長手方向の両端位置および両端間中央位置
    のそれぞれ幅方向両端位置に、 該放熱部材の放熱部側から反対側の接触面を通過して該
    放熱板内部まで穿孔したネジ穴にネジを螺着させること
    で該放熱部材を取り付けることを特徴とする放熱部材取
    り付け構造。
  4. 【請求項4】 前記発熱体が電力用の半導体モジュール
    であることを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1つ
    に記載の放熱部材取り付け構造。
JP7452898A 1998-03-23 1998-03-23 放熱部材取り付け構造 Withdrawn JPH11274383A (ja)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2002067324A1 (fr) * 2001-02-22 2002-08-29 Ngk Insulators, Ltd. Element pour circuit electronique, procede de fabrication d'un tel element et portion electronique
US7329846B2 (en) * 2005-02-25 2008-02-12 Lg Electronics Inc. Electric range

Cited By (3)

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WO2002067324A1 (fr) * 2001-02-22 2002-08-29 Ngk Insulators, Ltd. Element pour circuit electronique, procede de fabrication d'un tel element et portion electronique
US6911728B2 (en) 2001-02-22 2005-06-28 Ngk Insulators, Ltd. Member for electronic circuit, method for manufacturing the member, and electronic part
US7329846B2 (en) * 2005-02-25 2008-02-12 Lg Electronics Inc. Electric range

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Effective date: 20050607