JP2518408B2 - 半導体装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は放熱部材等の外部構造物にねじ締めされる半
導体装置に関し、特にそのねじ締め部分の構造に関する
ものである。

〔従来の技術〕

従来のこの種の半導体装置のねじ締め部分は第５図に
示すように構成されていた。

第５図は従来のパワーモジュールの取付け穴部を拡大
して示す断面図で、同図において１は半導体素子（図示
せず）を支持するための金属ベース板で、この金属ベー
ス板１は半導体素子搭載用基板（図示せず）が上面に結
合されており、側縁部には取付けボルト２が挿通される
ボルト孔1aが穿設されている。３は前記金属ベース１と
共にパワーモジュールのパッケージを形成するケース
で、このケース３は全体が合成樹脂によって一体成形さ
れており、前記金属ベース板１上にシリコン系接着剤４
を介して接着されている。前記ケース３における金属ベ
ース板１との接着部には、前記金属ベース板１のボルト
孔1aと対応する位置にボルト孔3aが穿設されると共に、
金属ベース板１の側縁部を囲む折り返し片3bが形成され
ている。また、前記ボルト孔3a内には、ボルト２が嵌挿
される中空部を有する金属リング５が嵌入されている。
６は半導体素子（図示せず）の熱を放散させるための放
熱フィンで、この放熱フィン６には前記取付けボルト２
が螺着されるねじ孔6aが設けられている。なお、７はば
ね座金、８は平座金である。

このように構成されたパワーモジュールを組立てるに
は、予め半導体素子等が搭載された金属ベース板上にケ
ース３をシリコン系接着剤４によって接着し、しかる
後、半導体素子を樹脂封止して行われる。そして、上述
したように組立てられたパワーモジュールを放熱フィン
６に取付けるには、ケース３の金属リング５内および金
属ベース板１のボルト孔1a内に取付けボルト２を貫通さ
せ、金属ベース板１の裏面を放熱フィン６に当接させた
状態で取付けボルト２の先端を放熱フィン６に螺着させ
ることによって行われる。この際、取付けボルト２をあ
る締付けトルクにて締付けると、平座金８からケース３
の上面に第５図中矢印で示す力Ｐが加わり、この力Ｐに
よって金属ベース板１が放熱フィン６に圧接されること
になる。すなわち、従来のパワーモジュールにおいて
は、平座金８と対接される金属リング５およびケース３
との二つの部材によって上述した締付け力Ｐを受けるこ
とになる。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかるに、このように構成された従来のパワーモジュ
ールは、取付けボルト２の締付け力の大部分をケース３
が受ける構造になっているので、締結後にケース３がク
リープ現象によって変形すると締付け力が低下してしま
う。このような不具合を解消するには、金属リング５を
大径に形成してこれに平座金８を全面にわたって当接さ
せ、締付け力がケース３に加わらないように構成すれば
よい。

しかし、このように金属リング５を大径に形成する
と、ケース３と金属ベース板１との間の接着部分の接着
面積がその分だけ減少してしまうことから、接着面積を
確保するためにケース３および金属ベース板１を大型に
形成しなければならなくなる。すなわち、半導体装置が
大型になってしまう。

〔課題を解決するための手段〕

本発明に係る半導体装置は、樹脂によって形成された
外囲ケースが半導体素子支持用金属ベース板上に接着剤
で接着され、この接着部分を貫通するボルトを介して、
前記金属ベース板が放熱部材にねじ締めされる半導体装
置において、前記ボルト貫通部分に、ボルト貫通用中空
部が形成された金属リングを外囲ケースのボルト孔に嵌
合させかつ先端部を金属ベース板に当接させた状態で装
着してなり、この金属リングの金属ベース板側端部を外
囲ケース側端部より段差をもって小径に形成するととも
に、前記外囲ケースのボルト孔における前記金属リング
の外囲ケース側端部が嵌合する大径部分を金属リングの
外囲ケース側端部の軸方向の長さより深く形成し、この
ボルト孔の大径部分の底面と金属リングの外囲ケース側
端部の軸端面との間に隙間が形成される構造としたもの
である。

〔作用〕

金属リングの金属ベース板側端部を外囲ケース側端部
より小径に形成することにより、外囲ケースと金属ベー
ス板との接着部分が金属リングによって狭められること
がない。また、金属ベース板に放熱部材を取付けるため
の締付け力を、金属リングから外囲ケースに伝達される
ことなく金属ベース板に直接加えることができる。

〔実施例〕

以下、本発明の一実施例を第１図ないし第４図によっ
て詳細に説明する。

第１図は本発明に係る半導体装置の取付け穴部を拡大
して示す断面図、第２図ないし第４図は本発明に係る金
属リングが得られるまでの経過を示す取付け穴部の断面
図で、第２図は金属リングを肉厚に形成した場合を示
し、第３図は金属リングの金属ベース板側端部を細く形
成した場合を示し、第４図は金属リングの金属ベース板
側端部に位置決め用突条を設けた状態を示す。これらの
図において前記第５図で説明したものと同一もしくは同
等部材については同一符号を付し、ここにおいて詳細な
説明は省略する。第１図において、11は本発明に係る金
属リングで、この金属リング11は取付けボルト２が貫通
される中空部12が半径方向中央部に穿設され、取付けボ
ルト２の接圧部たる平座金８より大きな径をもって形成
されかつケース３のボルト孔3aに嵌合される大径部13
と、この大径部13より段差をもって細く形成され、金属
ベース板１の上面に当接される押圧部14と、この押圧部
14に金属ベース板１側へ向けて穿設され、金属ベース板
１のボルト孔1a内に挿入される細径部15とから構成され
ている。前記大径部13が本発明に係る金属リング11の外
囲ケース側端部を構成し、前記押圧部14が本発明に係る
金属リング11の金属ベース板側端部を構成している。前
記金属リング11が嵌合されるケース３のボルト孔3aは、
前記金属リング11の大径部13および押圧部14とが嵌合さ
れるように開口寸法をケース３の厚み方向略中央部分で
変えて形成されており、その大径部分の深さ寸法は、金
属リング11の大径部13における軸方向の長さ寸法よりも
大きな寸法をもって形成されている。この金属リング11
を、金属ベース板１上にケース３を装着する際にケース
３のボルト孔3a内に装着すると、金属リング11の押圧部
14の先端面が金属ベース板１に当接され、この金属リン
グ11の大径部13における金属ベース板１側端部とケース
３のボルト孔3aにおける大径部分の底部との間に僅かな
（約0.5mm程度）間隙ｇが設けられることになる。すな
わち、この金属リング11が装着された状態で取付けボル
ト２によって金属ベース板１を放熱フィン６にねじ締め
すると、取付けボルト２からの締付け力は平座金８から
金属リング11に伝達され、この金属リング11を介して金
属ベース板１に加えられることになる。この際、ケース
３と金属リング11とは嵌合状態であるが、前記間隙ｇが
設けられているために取付けボルト２からの締付け力が
ケース３に伝えられるようなことはない。したがって、
取付けボルト２の締付け力は金属リング11からケース３
を介すことなく金属ベース板１に直接的に加わることに
なる。

上述したように構成された金属リング11を使用して本
発明に係る半導体装置を組立てるには、金属ベース板１
とケース３とをシリコン系接着剤４によって接着する際
に、金属リング11をケース３のボルト孔3a内に嵌合させ
ると共に、金属リング11の細径部15を金属ベース板１の
ボルト孔1a内に挿入させて行われる。この際、金属リン
グ11の押圧部14が金属ベース板１に当接されることと、
細径部15がボルト孔1a内に挿入されることとによって、
シリコン系接着剤４が金属ベース板１のボルト孔1a内に
入り込むのを阻止することができる。また、金属リング
11の細径部15を金属ベース板１のボルト孔1a内に挿入さ
せることによって、ケース３と金属ベース板１との位置
決めを行なうことができる。

次に、本発明に係る半導体装置に使用する金属リング
11を第２図ないし第４図によってさらに詳しく説明す
る。

ケース３に生じるクリープ現象によって取付けボルト
２の締付け力が低下する不具合は、ケース３で締付け力
を伝達させないようにすることで解決することができ
る。このようにするには、先ず、第２図に示すように金
属リング11の外径を平座金８の外径より大きく形成する
ことが考えられる。ところが、この金属リング11を使用
すると、金属リング11によって金属ベース板１とケース
３との接着部分（第２図中ａ部等ボルト孔1a,3aの周辺
部）の面積が狭められるため、この接着部分の面積を確
保するためにケース３および金属ベース板１を大きく設
定しなければならず半導体装置が大型化されてしまい望
ましくない。上述した接着面積を確保するためには、第
３図に示すように金属リング11の下側の径を小さく設定
すればよいが、このようにすると金属リング11の外周部
に形成された段部から締付け力Ｐがケース３に伝達され
てしまう。この締付け力Ｐを受ける部分を第３図中ｂで
示す。このようにケース３で締付け力が伝達される構造
ではｂ部の樹脂がクリープを起こし、やがて締付け力が
低下されてしまう。そこで、第１図に示すように、金属
リング11の大径部13における金属ベース板１側端部とケ
ース３のボルト孔3aにおける大径部分の底部との間に僅
かな間隙ｇを設けることにより、締付け力を金属リング
11のみを介して金属ベース板１に伝達することができる
ようにした。これにより締付け力が低下するのを確実に
防止することができる。

次に、ケース３の金属ベース板１に対する位置決め精
度が低いという問題点を解決する手段に関して説明す
る。パワーモジュールは設計上および使用上、位置精度
は金属ベース板１のボルト孔1aが重要視されており、こ
の部分の位置精度が高いものであるため、このボルト孔
1aを使用することにより接着後のケース３の位置精度を
高く保つことができる。本発明では、第４図に示すよう
に、金属リング11の下部と金属ベース板１とがインロー
ｃになるように金属リング11の金属ベース板１側端部に
金属ベース板１のボルト孔1a内へ挿入される細径部15を
設けることによって、金属ベース板１のボルト孔1aを使
用してケース３を位置決めすることができる。なお、シ
リコン系接着剤４がボルト孔1a,3a内にはみ出すという
問題点は、上述したように金属リング11の細径部15をボ
ルト孔1a内に挿入させた状態で、金属ベース板１側端部
を金属ベース板１に当接させることによって、金属ベー
ス板１のボルト孔1aが金属リング11でシールされること
になり解決することができる。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明に係る半導体装置は、樹脂
によって形成された外囲ケースが半導体素子支持用金属
ベース板上に接着剤で接着され、この接着部分を貫通す
るボルトを介して前記金属ベース板が放熱部材にねじ締
めされる半導体装置において、前記ボルト貫通部分に、
ボルト貫通用中空部が形成された金属リングを外囲ケー
スのボルト孔に嵌合させかつ先端部を金属ベース板に当
接させた状態で装着してなり、この金属リングの金属ベ
ース板側端部を外囲ケース側端部より段差をもって小径
に形成するとともに、前記外囲ケースのボルト孔におけ
る前記金属リングの外囲ケース側端部が嵌合する大径部
分を金属リングの外囲ケース側端部の軸方向の長さより
深く形成し、このボルト孔の大径部分の底面と金属リン
グの外囲ケース側端部の軸端面との間に隙間が形成され
る構造としたため、金属リングの金属ベース板側端部を
外囲ケース側端部より小径に形成することにより、外囲
ケースと金属ベース板との接着部分が金属リングによっ
て狭められることがなく、しかも、金属ベース板に放熱
部材を取付けるための締付け力を、金属リングから外囲
ケースに伝達されることなく金属ベース板に直接加える
ことができるから、締付け力を長期にわたって一定に保
つことができる。

したがって、前記締付け力が時間経過に伴って低下す
ることがなく、しかも小型な半導体装置を得ることがで
きる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る半導体装置の取付け穴部を拡大し
て示す断面図、第２図ないし第４図は本発明に係る金属
リングが得られるまでの経過を示す取付け穴部の断面図
で、第２図は金属リングを肉厚に形成した場合を示し、
第３図は金属リングの金属ベース板側端部を細く形成し
た場合を示し、第４図は金属リングの金属ベース板側端
部に位置決め用突条を設けた状態を示す。第５図は従来
のパワーモジュールの取付け穴部を拡大して示す断面図
である。 １……金属ベース板、1a……ボルト孔、２……取付けボ
ルト、３……ケース、４……シリコン系接着剤、６……
放熱フィン、11……金属リング、13……大径部、14……
押圧部、15……細径部。

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】樹脂によって形成された外囲ケースが半導
   体素子支持用金属ベース板上に接着剤で接着され、この
   接着部分を貫通するボルトを介して前記金属ベース板が
   放熱部材にねじ締めされる半導体装置において、前記ボ
   ルト貫通部分に、ボルト貫通用中空部が形成された金属
   リングを外囲ケースのボルト孔に嵌合させかつ先端部を
   金属ベース板に当接させた状態で装着してなり、この金
   属リングの金属ベース板側端部を外囲ケース側端部より
   段差をもって小径に形成するとともに、前記外囲ケース
   のボルト孔における前記金属リングの外囲ケース側端部
   が嵌合する大径部分を金属リングの外囲ケース側端部の
   軸方向の長さより深く形成し、このボルト孔の大径部分
   の底面と金属リングの外囲ケース側端部の軸端面との間
   に隙間が形成される構造としたことを特徴とする半導体
   装置。