JP2005322690A - 半導体装置及び半導体装置の組立方法 - Google Patents

半導体装置及び半導体装置の組立方法 Download PDF

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Abstract

【課題】 半導体装置及び半導体装置の組立方法に関し、ねじを用いないでヒートシンクを基板に固定することができるようにすることを目的とする。
【解決手段】 半導体装置は、半導体素子１２を搭載した基板１４と、ヒートシンク１６と、ヒートシンクの複数の穴及び基板の複数の穴に通され且つ一端部に膨大部を有する複数のピン１８と、ヒートシンクの穴及び基板の穴を通って基板から突出するピン１８の他端部と係合する係合部材２０と、ピンの膨大部とヒートシンクの間に配置されたばね２２とからなる構成とする。半導体装置の組立においてはピン１８は保持部材２６によって保持され、半導体装置の組立が完了したら保持部材２６はピン１８から取り外される。
【選択図】 図４

Description

本発明は半導体装置及び半導体装置の組立方法に関する。
ＣＰＵ等の発熱量の大きい半導体素子を含む半導体装置においては、半導体素子に接触するようにヒートシンクを配置し、半導体素子が発生する熱を半導体素子から逃がすようになっている。多くの場合、ヒートシンクは半導体素子が搭載された基板にねじにより固定される。
ねじを用いてヒートシンクを基板に固定する構造では、ねじを取り付けるための作業に手間がかかり、コストアップになる。そこで、ねじを用いないでヒートシンクを基板に固定する構造が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
この従来技術においては、複数のピンを一括して取り付けた保持部材と、ピンの先端部と係合する係合部材とが用いられる。複数のピンを有する保持部材は重ねて配置された基板及びヒートシンクの一方の側に配置され、係合部材は基板及びヒートシンクの他方の側に配置される。複数のピンは基板の穴及びヒートシンクの穴に通され、ピンの先端部がヒートシンクから突出する。突出するピンの先端部は係合部材に係合する。従って、基板とヒートシンクは保持部材と係合部材によって挟持される。係合部材はヒートシンクに平行な部分と、ヒートシンクから離れるように湾曲した係合部分を有する。ヒートシンクに平行な部分はピンが通る穴を有する。係合部材をヒートシンクに沿って横に移動させると、ピンの先端部は湾曲した係合部分に載り、係合部分が弾性変形する。よって、ヒートシンクは基板に対して弾性的に押圧され、密着、一体化される。
ねじを用いないでヒートシンクを基板に固定する従来の構造においては、複数のピンは保持部材に固定されていて、基板とヒートシンクとが組立られた半導体装置として一体化された後でも、保持部材は複数のピンに固定されたままで、半導体装置の一部となっている。そのため、複数のピンを有する保持部材を多数準備しなければならず、コストアップになり、また、半導体装置の重量が重くなる。保持部材の外形形状が大きい場合には、半導体装置の外形も大きくなる。また、移動可能な係合部材は振動や衝撃等の外力が加わると、ピンの位置がずれる可能性がある。
実用新案登録第３０６４４０２号公報
本発明の目的は、低コストで製造されることができ、ねじを用いないでヒートシンクを基板に固定することができるようにした半導体装置及び半導体装置の組立方法を提供することである。
本発明による半導体装置は、半導体素子を搭載した基板と、該半導体素子を冷却するために該半導体素子に接触するヒートシンクと、該ヒートシンクの複数の穴及び該基板の複数の穴に通され且つ一端部に膨大部を有する複数のピンと、該ヒートシンクの穴及び該基板の穴を通って基板から突出する該ピンの他端部と係合する係合部材と、該ピンの膨大部と該ヒートシンクの間に配置されたばねとからなることを特徴とするものである。
この構成によれば、ヒートシンクと基板はピンとばねによって密着して一体化される。複数のピンは互いに分離されており、最小の形状に形成されることができる。従って、外形形状のコンパクトな半導体装置を得ることができる。
本発明による半導体装置の組立方法は、一端部に膨大部を有し、該膨大部に当接してばねが配置された複数のピンを保持部材に配置し、ヒートシンクを基板に重ね、該保持部材と重ねられたヒートシンク及び基板の少なくとも一方を互いに近づくように動かして、該保持部材に保持された該複数のピンを該ヒートシンクの複数の穴及び該基板の複数の穴に通し、かつ、ヒートシンクと基板が互いに密着するように該ばねを圧縮し、該ヒートシンクの穴及び該基板の穴を通って基板から突出する該ピンの他端部を係合部材に係合させ、該保持部材を該ピンから取り外すことを特徴とするものである。
この構成によれば、ヒートシンクと基板はピンとばねによって密着して一体化される。複数のピンは互いに分離されており、最小の形状に形成されることができる。最初に複数のピンは保持部材に配置されているので、保持部材によりばねを圧縮しながら複数のピンを一括してヒートシンクの穴及び基板の穴に通すことができる。従って、半導体装置の組立作業を容易に行うことができ、そして、最終的に保持部材はピンから取り外されるので、半導体装置の形状及び重量を小さくできる。保持部材は繰り返して使用できるので、多数の保持部材を準備しておく必要がない。
本発明によれば、ねじを用いないで、複数のピンとばねによってヒートシンクと基板を密着して一体化することができる。半導体装置の組立の際には複数のピンは保持部材に配置された状態で操作され、半導体装置が組立られたときに保持部材を複数のピンから取り外すことができる。従って、外形形状のコンパクトな半導体装置を得ることができる。
以下本発明の実施例について図面を参照して説明する。図１は本発明の実施例の半導体装置を示す斜視図である。図２は図１の半導体装置を示す側面図である。図３は組立中の半導体装置を示す下側から見た斜視図である。図４は図３の半導体装置を示す斜視図である。
半導体装置１０は、半導体素子１２を搭載した基板１４と、半導体素子１２を冷却するために半導体素子１２に接触するヒートシンク１６と、ヒートシンク１６を基板１４に固定するための固定構造とからなる。この固定構造は、ヒートシンク１６の複数の穴３６及び基板１４の複数の穴３０に通され且つ一端部に膨大部を有する複数のピン１８と、ヒートシンク１６の穴３６及び基板１４の穴３０を通って基板１４から突出するピン１８の他端部と係合する係合部材２０と、ピン１８の膨大部とヒートシンク１６の間に配置されたばね２２とからなる。基板１４と係合部材２０との間に板部材２４が配置される。
さらに、半導体装置１０を組立てるために保持部材２６が使用される。保持部材２６は、半導体装置１０の組立の際にピン１８を保持するために使用され、半導体装置１０の組立が完了したら保持部材２６はピン１８から取り外される。
半導体素子１２は基板１４のほぼ中央部に搭載されている。基板１４はその他の電気／電子素子を含む。例えば、電源供給用コンバータ２８が基板１４に搭載されている。基板１４は半導体素子１２のまわりにピン１８を通す穴３０を有する。
ヒートシンク１６は、ヒートシンク板３２と、ヒートシンク板３２に設けられたフィン３４とからなる。ヒートシンク板３２は半導体素子１２に接触する部分であり、ピン１８を通す穴３６を有する。フィン３４はヒートシンク板３２上でピン１８を通す穴３６の存在する位置を除いて設けられ、フィン３４はピン１８を通す穴３６のまわりに空洞部３８を形成している。ピン１８は空洞部３８に位置し、ピン１８の一端部と基板１４との間の長さはフィン３４の高さよりも短い。
図５は保持部材２６を示す斜視図である。図６はばね２２が配置されたピン１８を示す斜視図である。ピン１８は、一端部に膨大部４０を有し、他端部に係止部４２を有する。ピン１８の本体部分と係止部４２との間にネック部４３が設けられる。ばね２２はピン１８のまわりに配置されたコイルばねからなり、その一端がピン１８の膨大部４０に当接可能になっている。ばね２２の他端はピン１８がヒートシンク１６の穴３６に挿入されたときにヒートシンク板３２の表面に当接するようになっている。
保持部材２６は、板状本体４４と、ピン１８を支持するための筒状支持部４６を有する。筒状支持部４６は穴３６，３０と整列する位置に配置され、ピン１８が筒状支持部４６に部分的に緩く嵌合されるようになっている。筒状支持部４６の中空部の端部壁はピン１８の一端部の膨大部４０と当接する。
図７は係合部材２０を示す斜視図である。係合部材２０は、板状部材として形成され、穴３６、３０に相当する位置にピン１８を通す穴４８を有する。係合部材２０は、穴４８に連続して形成されて係合部材２０が基板１４に沿って横に移動するときにピン１８のネック部４３が通るスリット５０と、スリット５０の端部に設けられてピン１８の他端部の係止部４２を保持する保持溝５２を有する。係合部材２０の穴４８はピン１８の他端部の係止部４２を通す大きさを有し、スリット５０はネック部４３を通す大きさを有し、保持溝５２は係止部４２が落ち込むのに適した大きさを有する。
係合部材２０は基板１４に沿って横に移動可能である。板部材２４は基板１４と係合部材２０との間に配置され、基板１４と係合部材２０とが直接に摺動するのを防止するために設けられる。板部材２４は省略されることもできる。
図８は組立中の半導体装置のピン１８と係合部材２０を示す図である。図８において、（Ａ）、（Ｃ）、（Ｅ）は断面図であり、（Ｂ）、（Ｄ）、（Ｆ）は（Ａ）、（Ｃ）、（Ｅ）の底面図である。図８（Ａ）、（Ｂ）においては、ピン１８の係止部４２は係合部材２０の穴４８を通り抜ける。図８（Ｃ）、（Ｄ）においては、係合部材２０がピン１８に対して横に移動し、ピン１８のネック部４３が係合部材２０のスリット５０に位置する。図８（Ｅ）、（Ｆ）においては、ピン１８の係止部４２が係合部材２０の保持溝５２に落ち込む。図８（Ｃ）、（Ｄ）の状態にあれば、ピン１８は係合部材２０のスリット５０から抜けないが、ピン１８又は係合部材２０に横方向の外力がかかると、ピン１８がずれる可能性がある。図８（Ｅ）、（Ｆ）の状態にあれば、ピン１８又は係合部材２０に横方向の外力がかかっても、ピン１８は係合部材２０の保持溝５２から容易に抜けず、ピン１８の位置がずれることがない。
半導体装置１０を組み立てる場合には、図３及び図４に示されるように、保持部材２６を使用する。一端部に膨大部４０を有し、膨大部４０に当接してばね２２が配置された複数のピン１８を保持部材２６に配置する。すなわち、ピン１８の一端部の膨大部４０を筒状支持部４６に挿入する。ヒートシンク１６を基板１４に重ね、さらに、板部材２４及び係合部材２０を基板１４に重ねる。
保持部材２６と、重ねられたヒートシンク１６及び基板１４との少なくとも一方を互いに近づくように動かし、保持部材２６に保持された複数のピン１８を、ヒートシンク１６の穴３６及び基板１４の穴３０、並びに係合部材２０の品４８に通す。ピン１８及び筒状支持部４６はフィン３４が形成する空洞部３８に沿ってヒートシンク１６の穴３６にガイドされる。このとき、ピン１８が筒状支持部４６から落ちない程度にピン１８と筒状支持部４６との間に摩擦があるようにしておくこともでき、あるいは手で軽くピン１８を支えておいてもよい。あるいは、筒状支持部４６にピン１８の仮止めピン等を設けてもよい。あるいは、ピン１８及び筒状支持部４６を上向きにして保持部材２６を固定的に配置し、重ねられたヒートシンク１６及び基板１４を保持部材２６に向かって下降させてもよい。
複数のピン１８は保持部材２６に一括して且つ所定の位置関係で保持されているので、保持部材２６と重ねられたヒートシンク１６及び基板１４とを互いに近接するように移動させるだけで、複数のピン１８をヒートシンク１６の複数の穴３６及び基板１４の複数の穴３０に一度に挿入することができる。
保持部材２６と、重ねられたヒートシンク１６及び基板１４とを互いに近づくように動かすと、ばね２２がピン１８の一端部の膨大部４０とヒートシンク１６との間で圧縮され、ヒートシンク１６を基板１４に密着させる。つまり、ばね２２のばね力はヒートシンク１６と基板１４の半導体素子１２とをより密着させるように作用する。このようにして、保持部材２６は、ピン１８の位置決めと、ピン１８の穴３６，３０，４８への挿入と、ばね２２の圧縮の作用を行う。
そこで、図８（Ａ）、（Ｂ）に示されているように、ピン１８の係止部４２は係合部材２０の穴４８を通り抜け、図８（Ｃ）、（Ｄ）に示されるように、ピン１８のネック部４３が係合部材２０のスリット５０を通り、図８（Ｅ）、（Ｆ）に示されるように、ピン１８の係止部４２が係合部材２０の保持溝５２に落ち込む。こうして、ヒートシンク１６の穴３６及び基板１４の穴３０を通って基板１４から突出するピン１８の他端部の係止部４２を係合部材２０に係合させ、半導体装置１０の組立体を固定する。
それから、保持部材２６をピン１８から取り外す。組立完了後の半導体装置１０には、保持部材２６は含まれなくなり、ピン１８のみが存在する。ピン１８はフィン３４の高さに比べて短いものでよく、半導体装置１０全体の形状及び重量は保持部材２６が半導体装置１０に含まれる場合と比べてかなり低減される。また、取り外された保持部材２６は繰り返して使用可能である。
上記した実施例は次の特徴を含む。
（付記１）半導体素子を搭載した基板と、該半導体素子を冷却するために該半導体素子に接触するヒートシンクと、該ヒートシンクの複数の穴及び該基板の複数の穴に通され且つ一端部に膨大部を有する複数のピンと、該ヒートシンクの穴及び該基板の穴を通って基板から突出する該ピンの他端部と係合する係合部材と、該ピンの膨大部と該ヒートシンクの間に配置されたばねとからなることを特徴とする半導体装置。（１）
（付記２）該ヒートシンクはヒートシンク板と、該ヒートシンク板に設けられたフィンとからなり、該ピンの一端部と該基板との間の長さは該フィンの高さよりも短いことを特徴とする付記１に記載の半導体装置。
（付記３）該フィンはヒートシンク板上で該ピンを通す穴の存在する位置を除いて設けられ、該フィンは該ピンを通す穴のまわりに空洞部を形成し、該ピンは該空洞部に位置することを特徴とする付記２に記載の半導体装置。
（付記４）該係合部材は、該ピンを通す穴と、該係合部材が該基板に沿って横に移動するときに該ピンが通るスリットと、該スリットの端部に設けられて該ピンの他端部を保持する溝とからなることを特徴とする付記１に記載の半導体装置。（２）
（付記５）該基板と該固定部材との間に板部材が配置されることを特徴とする付記４に記載の半導体装置。（３）
（付記６）一端部に膨大部を有し、該膨大部に当接してばねが配置された複数のピンを保持部材に配置し、ヒートシンクを基板に重ね、該保持部材と重ねられたヒートシンク及び基板の少なくとも一方を互いに近づくように動かして、該保持部材に保持された該複数のピンを該ヒートシンクの複数の穴及び該基板の複数の穴に通し、かつ、ヒートシンクと基板が互いに密着するように該ばねを圧縮し、該ヒートシンクの穴及び該基板の穴を通って基板から突出する該ピンの他端部を係合部材に係合させ、該保持部材を該ピンから取り外すことを特徴とする半導体装置の組立方法。（４）
（付記７）該保持部材は該ピンを支持するための筒状支持部を有することを特徴とする付記６に記載の半導体装置。
以上説明したように、本発明によれば、低コストで、放熱性に優れた半導体装置を得ることができる。
図１は本発明の実施例の半導体装置を示す斜視図である。 図２は図１の半導体装置を示す側面図である。 図３は組立中の半導体装置を示す斜視図である。 図４は図３の半導体装置を示す斜視図である。 図５は保持部材を示す斜視図である。 図６はばねが配置されたピンを示す斜視図である。 図７は係合部材を示す斜視図である。 図８は組立中の半導体装置のピンと係合部材を示す図である。
符号の説明
１０…半導体装置
１２…半導体素子
１４…基板
１６…ヒートシンク
１８…ピン
２０…係合部材
２２…ばね
２４…板部材
２６…保持部材
３０…穴
３２…ヒートシンク板穴
３４…フィン
３６…穴
３８…空洞部
４０…膨大部
４２…係止部
４３…ネック部
４４…板状本体
４６…筒状支持部
４８…穴
５０…スリット
５２…保持溝

Claims (4)

  1. 半導体素子を搭載した基板と、該半導体素子を冷却するために該半導体素子に接触するヒートシンクと、該ヒートシンクの複数の穴及び該基板の複数の穴に通され且つ一端部に膨大部を有する複数のピンと、該ヒートシンクの穴及び該基板の穴を通って基板から突出する該ピンの他端部と係合する係合部材と、該ピンの膨大部と該ヒートシンクの間に配置されたばねとからなることを特徴とする半導体装置。
  2. 該係合部材は、該ピンを通す穴と、該係合部材が該基板に沿って横に移動するときに該ピンが通るスリットと、該スリットの端部に設けられて該ピンの他端部を保持する溝とからなることを特徴とする請求項１に記載の半導体装置。
  3. 該基板と該係合部材との間に板部材が配置されることを特徴とする請求項２に記載の半導体装置。
  4. 一端部に膨大部を有し、該膨大部に当接してばねが配置された複数のピンを保持部材に配置し、ヒートシンクを基板に重ね、該保持部材と重ねられたヒートシンク及び基板の少なくとも一方を互いに近づくように動かして、該保持部材に保持された該複数のピンを該ヒートシンクの複数の穴及び該基板の複数の穴に通し、かつ、ヒートシンクと基板が互いに密着するように該ばねを圧縮し、該ヒートシンクの穴及び該基板の穴を通って基板から突出する該ピンの他端部を係合部材に係合させ、該保持部材を該ピンから取り外すことを特徴とする半導体装置の組立方法。
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