WO2017134799A1 - 半導体装置 - Google Patents

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佑貴 秦
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Definitions

  • the present invention relates to a semiconductor device, and more particularly to a power semiconductor device for power conversion.
  • the power semiconductor device includes an electrode provided so as to protrude outward from the casing of the power semiconductor device.
  • the electrode is joined to the bus bar and the screw at the protruding portion.
  • the power semiconductor device includes a metal heat radiating plate in order to radiate heat generated in the housing to the outside.
  • the heat radiating plate may be provided to protrude outward from the housing so as to be parallel to the electrodes. In this case, since it is necessary to ensure electrical insulation between the screw and the heat sink, there is a problem that the power semiconductor device is restricted in the thickness direction and hinders miniaturization.
  • Patent Document 1 Patent Document 1
  • Patent Document 2 Patent Document 1
  • Patent Documents 1 and 2 since an insulating sheet is provided to ensure insulation between the screw and the heat radiating plate, there is a problem that costs are increased.
  • the present invention has been made to solve such a problem, and provides a semiconductor device that can ensure insulation between a screw and a heat sink and can be reduced in size and cost. Objective.
  • a semiconductor device is provided on a housing containing a semiconductor element and a bottom surface of the housing, and a part of the semiconductor device extends outside the housing.
  • a heat sink, an electrode electrically connected to the semiconductor element, a part of the electrode protruding from the housing in parallel with the heat sink, and an exposed portion of the electrode protruding from the housing and the external terminal The heat sink has a thickness defect portion at least on the screw side of the portion facing the screw.
  • a semiconductor device includes a housing enclosing a semiconductor element, a heat dissipating plate disposed on the bottom surface of the housing and extending partly beyond the housing, and an electrical connection to the semiconductor element.
  • a part of the electrode is provided outside and protrudes in parallel with the heat dissipation plate, and an exposed portion of the electrode protruding from the case and a screw that joins the external terminal. , And is not provided in a portion facing the screw.
  • a semiconductor device includes a housing enclosing a semiconductor element, a heat dissipating plate disposed on the bottom surface of the housing and partially extending beyond the housing, and the semiconductor element.
  • a part of the electrode that is electrically connected to the outside and projecting in parallel with the heat dissipation plate from the housing, and a screw that joins the exposed portion of the electrode projecting from the housing and the external terminal. Since the plate has a thickness defect portion at least on the screw side of the portion facing the screw, insulation between the screw and the heat radiating plate can be ensured, and the size and cost can be reduced.
  • the semiconductor device includes a housing enclosing the semiconductor element, a heat dissipating plate disposed on the bottom surface of the housing and extending to the outside beyond the housing, and the semiconductor element A part of the electrode protruding from the housing in parallel with the heat dissipation plate, and a screw that joins the exposed portion of the electrode protruding from the housing and the external terminal. Since it is not provided in the portion facing the screw, insulation between the screw and the heat radiating plate can be secured, and the size and cost can be reduced.
  • FIG. 5 is a diagram showing an example of the configuration of the semiconductor device 23 according to the base technology, and shows a cross section of the semiconductor device 23.
  • the semiconductor device 23 includes a semiconductor element 2, a metal pattern 3, a wire 5, an electrode 6, a wire 7, and an insulating substrate 11 in a housing 15, and a heat radiating plate 24 on the bottom surface (the lower surface of the paper). It is arranged. A resin 16 is sealed in the housing 15.
  • the semiconductor element 2 has one surface electrically connected to the metal pattern 3 via the solder 4 and the other surface electrically connected to the wire 5.
  • the metal pattern 3 and the electrode 6 are provided on the insulating substrate 11 and are electrically connected via the wire 5.
  • the heat dissipation plate 24 is provided on one surface of the insulating substrate 11 opposite to the surface on which the metal pattern 3 is provided via the solder 14, and the other surface is exposed.
  • the heat radiating plate 24 is disposed on the bottom surface of the housing 15 and is provided so that a part thereof extends outside the housing 15.
  • the electrode 6 is provided so that one end is exposed in the housing 15, and the other end is provided to protrude from the housing 15 to the outside in parallel with the heat dissipation plate 24. At the other end of the electrode 6, the upper surface (the upper surface of the paper surface) is exposed.
  • the bus bar 8 is joined to the exposed portion by a screw 9 and a nut 10.
  • the bus bar 8 is an external terminal provided for applying a voltage to the semiconductor element 2 from the outside and transmitting the output of the semiconductor element 2 to the outside.
  • the heat radiating plate 24 can efficiently radiate the heat generated in the housing 15 to the outside. Further, the semiconductor device 23 can be provided with a longer life by including the heat radiating plate 24 and the resin 16.
  • Patent Documents 1 and 2 an insulating sheet is provided on the surface of the heat radiating plate facing the screw in order to ensure insulation between the screw and the heat radiating plate. There was a problem that it took.
  • the present invention has been made to solve such problems, and will be described in detail below.
  • FIG. 1 is a diagram showing an example of the configuration of the semiconductor device 1 according to the first embodiment of the present invention, and shows a cross section of the semiconductor device 1.
  • the semiconductor device 1 according to the first embodiment is characterized by including a heat radiating plate 12. Since other configurations are the same as those of the base technology (see FIG. 5), detailed description thereof is omitted here.
  • the heat radiating plate 12 is disposed on the bottom surface of the housing 15 and is provided so that a part thereof extends outside the housing 15. Moreover, the heat sink 12 has the thickness defect
  • the present embodiment is more effective than the semiconductor device 23 according to the premise technology.
  • the semiconductor device 1 according to the form 1 can be downsized in the thickness direction. Moreover, since the insulation between the screw 9 and the heat sink 12 can be ensured without providing a new member, the cost of the semiconductor device 1 can be reduced.
  • FIG. 2 is a view showing an example of the configuration of the semiconductor device 17 according to the second embodiment of the present invention, and is a view of the semiconductor device 17 as seen from the heat radiating plate 18 side.
  • the semiconductor device 17 according to the second embodiment is characterized by including a heat sink 18. Since other configurations are the same as those of the base technology (see FIG. 5), detailed description thereof is omitted here.
  • the heat radiating plate 18 is disposed on the bottom surface of the casing 15 and is provided so that a part thereof extends outside the casing 15. Further, the heat sink 18 has a thickness defect portion 13 (a hatched portion of the heat sink 18 in the figure) only in a portion facing the screw 9 in a portion extending beyond the housing 15 to the outside. have.
  • FIG. 3 is a view showing an example of the configuration of the semiconductor device 19 according to the third embodiment of the present invention, and is a view of the semiconductor device 19 as viewed from the heat sink 20 side.
  • the semiconductor device 19 according to the third embodiment is characterized by including a heat sink 20. Since other configurations are the same as those of the base technology (see FIG. 5), detailed description thereof is omitted here.
  • the heat sink 20 is disposed on the bottom surface of the housing 15 and is provided so that a part thereof extends outside the housing 15. Further, the heat radiating plate 20 is not provided in a portion facing the screw 9 in a portion extending beyond the housing 15 to the outside. In the example of FIG. 3, the heat radiating plate 20 has a notch in a portion facing the screw 9.
  • the semiconductor device 19 according to the third embodiment can be made smaller in the thickness direction than the semiconductor device 23 according to the base technology. Moreover, since the insulation between the screw 9 and the heat sink 12 can be ensured without providing a new member, the cost of the semiconductor device 1 can be reduced.
  • FIG. 4 is a diagram showing an example of the configuration of the semiconductor device 21 according to the fourth embodiment of the present invention, and is a view of the semiconductor device 21 as viewed from the heat radiating plate 22 side.
  • the semiconductor device 21 according to the fourth embodiment is characterized by including a heat radiating plate 22. Since other configurations are the same as those of the base technology (see FIG. 5), detailed description thereof is omitted here.
  • the heat radiating plate 22 is disposed on the bottom surface of the housing 15 and is provided so that a part thereof extends outside the housing 15. Further, the heat radiating plate 22 has an opening that surrounds a portion of the portion that extends outside the housing 15 and that faces the screw 9.
  • the fourth embodiment in addition to the effects of the third embodiment, it is possible to suppress the heat sink 22 from being deformed due to a shape change factor (for example, temperature change).
  • a shape change factor for example, temperature change

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Abstract

　本発明は、ネジと放熱板との間における絶縁性を確保し、かつ小型化および低コスト化が可能な半導体装置を提供することを目的とする。本発明による半導体装置１は、半導体素子２を内包する筐体１５と、筐体１５の底面に配置され、一部が筐体１５を超えて外部に延在するように設けられた放熱板１２と、半導体素子２に電気的に接続され、一部が筐体１５から外部に放熱板１２と平行に突出して設けられた電極６と、筐体１５から突出した電極６の露出部分とバスバー８とを接合するネジ９とを備え、放熱板１２は、少なくともネジ９に対向する部分のネジ９側に肉厚欠損部１３を有する。

Description

半導体装置
　本発明は、半導体装置に関し、特に電力変換用のパワー半導体装置に関する。
　パワー半導体装置は、当該パワー半導体装置の筐体から外部に突出して設けられた電極を備えている。電極は、突出部分においてバスバーとネジによって接合されている。また、パワー半導体装置は、筐体内で生じた熱を外部に放熱するために、金属製の放熱板を備えている。放熱板は、電極と平行となるように筐体から外部に突出して設けられている場合がある。この場合、ネジと放熱板との間において電気的な絶縁性を確保する必要があるため、パワー半導体装置が厚さ方向に制約されて小型化の妨げになるという問題があった。
　上記の対策として、従来、ネジと放熱板との間における絶縁性を確保するために、放熱板のネジに対向する側の面上に絶縁シートを設ける技術が開示されている（特許文献１，２参照）。
特開２００３－７９６６号公報 特開平９－１５３５７４号公報
　特許文献１，２では、ネジと放熱板との間における絶縁性を確保するために絶縁シートを設けているため、コストがかかるという問題があった。
　本発明は、このような問題を解決するためになされたものであり、ネジと放熱板との間における絶縁性を確保し、かつ小型化および低コスト化が可能な半導体装置を提供することを目的とする。
　上記の課題を解決するために、本発明による半導体装置は、半導体素子を内包する筐体と、筐体の底面に配置され、一部が筐体を超えて外部に延在するように設けられた放熱板と、半導体素子に電気的に接続され、一部が筐体から外部に放熱板と平行に突出して設けられた電極と、筐体から突出した電極の露出部分と外部端子とを接合するネジとを備え、放熱板は、少なくともネジに対向する部分のネジ側に肉厚欠損部を有することを特徴とする。
　本発明による半導体装置は、半導体素子を内包する筐体と、筐体の底面に配置され、一部が筐体を超えて外部に延在するように設けられた放熱板と、半導体素子に電気的に接続され、一部が筐体から外部に放熱板と平行に突出して設けられた電極と、筐体から突出した電極の露出部分と外部端子とを接合するネジとを備え、放熱板は、ネジに対向する部分には設けられないことを特徴とする。
　本発明によると、半導体装置は、半導体素子を内包する筐体と、筐体の底面に配置され、一部が筐体を超えて外部に延在するように設けられた放熱板と、半導体素子に電気的に接続され、一部が筐体から外部に放熱板と平行に突出して設けられた電極と、筐体から突出した電極の露出部分と外部端子とを接合するネジとを備え、放熱板は、少なくともネジに対向する部分のネジ側に肉厚欠損部を有するため、ネジと放熱板との間における絶縁性を確保し、かつ小型化および低コスト化が可能となる。
　また、半導体装置は、半導体素子を内包する筐体と、筐体の底面に配置され、一部が筐体を超えて外部に延在するように設けられた放熱板と、半導体素子に電気的に接続され、一部が筐体から外部に放熱板と平行に突出して設けられた電極と、筐体から突出した電極の露出部分と外部端子とを接合するネジとを備え、放熱板は、ネジに対向する部分には設けられないため、ネジと放熱板との間における絶縁性を確保し、かつ小型化および低コスト化が可能となる。
　本発明の目的、特徴、態様、および利点は、以下の詳細な説明と添付図面とによって、より明白となる。
本発明の実施の形態１による半導体装置の構成の一例を示す図である。 本発明の実施の形態２による半導体装置の構成の一例を示す図である。 本発明の実施の形態３による半導体装置の構成の一例を示す図である。 本発明の実施の形態４による半導体装置の構成の一例を示す図である。 前提技術による半導体装置の構成の一例を示す図である。
　本発明の実施の形態について、図面に基づいて以下に説明する。
　＜前提技術＞
　まず、本発明の前提となる技術（前提技術）について説明する。
　図５は、前提技術による半導体装置２３の構成の一例を示す図であり、半導体装置２３の断面を示している。
　半導体装置２３は、筐体１５内に半導体素子２、金属パターン３、ワイヤ５、電極６、ワイヤ７、および絶縁基板１１を備えており、底面（紙面の下側の面）に放熱板２４を配置している。また、筐体１５内には、樹脂１６が封止されている。
　半導体素子２は、一方の面がはんだ４を介して金属パターン３上に電気的に接続されており、他方の面にはワイヤ５が電気的に接続されている。金属パターン３および電極６は、絶縁基板１１上に設けられており、ワイヤ５を介して電気的に接続されている。
　放熱板２４は、一方の面が絶縁基板１１の金属パターン３が設けられている側の面とは反対側の面にはんだ１４を介して設けられており、他方の面が露出している。また、放熱板２４は、筐体１５の底面に配置され、一部が筐体１５を超えて外部に延在するように設けられている。
　電極６は、一端が筐体１５内で露出するように設けられており、他端は筐体１５から外部に放熱板２４と平行に突出して設けられている。電極６の他端は、上面（紙面の上側の面）が露出している。当該露出部分には、ネジ９およびナット１０によってバスバー８が接合されている。バスバー８は、外部から半導体素子２に対する電圧の印加、および半導体素子２の出力を外部に伝達するために設けられた外部端子である。
　上記の構成とすることによって、放熱板２４は、筐体１５内で生じた熱を効率良く外部に放熱することができる。また、半導体装置２３は、放熱板２４および樹脂１６を備えることによって、寿命の向上を図ることができる。
　図５に示す前提技術による半導体装置２３では、ネジ９と放熱板２４との間において電気的な絶縁性を確保する必要があるため、ネジ９と放熱板２４との間の距離（図中の両矢印で示す距離）を単純に狭めることができない。すなわち、半導体装置２３が厚さ方向に制約されて小型化の妨げになるという問題があった。
　上記の対策として、特許文献１，２では、ネジと放熱板との間における絶縁性を確保するために、放熱板のネジに対向する側の面上に絶縁シートを設けているが、コストがかかるという問題があった。
　本発明は、このような問題を解決するためになされたものであり、以下に詳細に説明する。
　＜実施の形態１＞
　図１は、本発明の実施の形態１による半導体装置１の構成の一例を示す図であり、半導体装置１の断面を示している。
　図１に示すように、本実施の形態１による半導体装置１は、放熱板１２を備えることを特徴としている。その他の構成は、前提技術（図５参照）と同様であるため、ここでは詳細な説明を省略する。
　放熱板１２は、筐体１５の底面に配置され、一部が筐体１５を超えて外部に延在するように設けられている。また、放熱板１２は、筐体１５を超えて外部に延在している部分に肉厚欠損部１３を有している。すなわち、放熱板１２は、ネジ９に対向する部分を含む外部に延在した全ての部分に肉厚欠損部１３を有している。放熱板１２において、肉厚欠損部１３は他の部分よりも厚さが薄い。
　以上のことから、本実施の形態１によれば、前提技術による半導体装置２３よりもネジ９と放熱板１２との距離を長くすることができるため、前提技術による半導体装置２３よりも本実施の形態１による半導体装置１の方が厚さ方向の小型化が可能となる。また、新たな部材を設けることなく、ネジ９と放熱板１２との間における絶縁性を確保することができるため、半導体装置１の低コスト化を実現することが可能となる。
　＜実施の形態２＞
　図２は、本発明の実施の形態２による半導体装置１７の構成の一例を示す図であり、半導体装置１７を放熱板１８側から見た図である。
　図２に示すように、本実施の形態２による半導体装置１７は、放熱板１８を備えることを特徴としている。その他の構成は、前提技術（図５参照）と同様であるため、ここでは詳細な説明を省略する。
　放熱板１８は、筐体１５の底面に配置され、一部が筐体１５を超えて外部に延在するように設けられている。また、放熱板１８は、筐体１５を超えて外部に延在している部分のうちのネジ９に対向する部分のみに肉厚欠損部１３（図中、放熱板１８のうちのハッチング部分）を有している。
　以上のことから、本実施の形態２によれば、実施の形態１による効果に加えて、放熱板１８が形状変化の要因（例えば、温度変化など）によって変形することを抑制することができる。
　＜実施の形態３＞
　図３は、本発明の実施の形態３による半導体装置１９の構成の一例を示す図であり、半導体装置１９を放熱板２０側から見た図である。
　図３に示すように、本実施の形態３による半導体装置１９は、放熱板２０を備えることを特徴としている。その他の構成は、前提技術（図５参照）と同様であるため、ここでは詳細な説明を省略する。
　放熱板２０は、筐体１５の底面に配置され、一部が筐体１５を超えて外部に延在するように設けられている。また、放熱板２０は、筐体１５を超えて外部に延在している部分のうちのネジ９に対向する部分には設けられていない。図３の例では、放熱板２０は、ネジ９に対向する部分に切り欠き部を有している。
　以上のことから、本実施の形態３によれば、前提技術による半導体装置２３よりも本実施の形態３による半導体装置１９の方が厚さ方向の小型化が可能となる。また、新たな部材を設けることなく、ネジ９と放熱板１２との間における絶縁性を確保することができるため、半導体装置１の低コスト化を実現することが可能となる。
　＜実施の形態４＞
　図４は、本発明の実施の形態４による半導体装置２１の構成の一例を示す図であり、半導体装置２１を放熱板２２側から見た図である。
　図４に示すように、本実施の形態４による半導体装置２１は、放熱板２２を備えることを特徴としている。その他の構成は、前提技術（図５参照）と同様であるため、ここでは詳細な説明を省略する。
　放熱板２２は、筐体１５の底面に配置され、一部が筐体１５を超えて外部に延在するように設けられている。また、放熱板２２は、筐体１５を超えて外部に延在している部分のうちのネジ９に対向する部分を囲む開口部を有している。
　以上のことから、本実施の形態４によれば、実施の形態３による効果に加えて、放熱板２２が形状変化の要因（例えば、温度変化など）によって変形することを抑制することができる。
　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。
　本発明は詳細に説明されたが、上記した説明は、すべての態様において、例示であって、この発明がそれに限定されるものではない。例示されていない無数の変形例が、この発明の範囲から外れることなく想定され得るものと解される。
　１　半導体装置、２　半導体素子、３　金属パターン、４　はんだ、５　ワイヤ、６　電極、７　ワイヤ、８　バスバー、９　ネジ、１０　ナット、１１　絶縁基板、１２　放熱板、１３　肉厚欠損部、１４　はんだ、１５　筐体、１６　樹脂、１７　半導体装置、１８　放熱板、１９　半導体装置、２０　放熱板、２１　半導体装置、２２　放熱板、２３　半導体装置、２４　放熱板。

Claims (6)

  1. 　半導体素子を内包する筐体と、
    　前記筐体の底面に配置され、一部が前記筐体を超えて外部に延在するように設けられた放熱板と、
    　前記半導体素子に電気的に接続され、一部が前記筐体から外部に前記放熱板と平行に突出して設けられた電極と、
    　前記筐体から突出した前記電極の露出部分と外部端子とを接合するネジと、
    を備え、
    　前記放熱板は、少なくとも前記ネジに対向する部分の前記ネジ側に肉厚欠損部を有することを特徴とする、半導体装置。
  2. 　前記放熱板は、前記ネジに対向する部分を含む前記外部に延在した全ての部分に前記肉厚欠損部を有することを特徴とする、請求項１に記載の半導体装置。
  3. 　前記放熱板は、前記ネジに対向する部分のみに前記肉厚欠損部を有することを特徴とする、請求項１に記載の半導体装置。
  4. 　半導体素子を内包する筐体と、
    　前記筐体の底面に配置され、一部が前記筐体を超えて外部に延在するように設けられた放熱板と、
    　前記半導体素子に電気的に接続され、一部が前記筐体から外部に前記放熱板と平行に突出して設けられた電極と、
    　前記筐体から突出した前記電極の露出部分と外部端子とを接合するネジと、
    を備え、
    　前記放熱板は、前記ネジに対向する部分には設けられないことを特徴とする、半導体装置。
  5. 　前記放熱板は、前記ネジに対向する部分に切り欠き部を有することを特徴とする、請求項４に記載の半導体装置。
  6. 　前記放熱板は、前記ネジに対向する部分を囲む開口部を有することを特徴とする、請求項４に記載の半導体装置。
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