JP7019809B2 - 電力用半導体装置 - Google Patents
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Description
半導体素子と、
前記半導体素子に固着される配線部材と、
流動性のある放熱体と、
絶縁材を介して、表面が前記配線部材に接着されるとともに、裏面から突出して当該裏面の外周部の外側部分に形成された凸部および当該凸部の内側部分に形成された窪み部を有し、前記凸部と前記窪み部とが対となって、前記放熱体を取り囲むように形成されたヒートシンクと、
前記半導体素子、前記配線部材および前記ヒートシンクを封止する封止体と、
を備え、
前記ヒートシンクは、前記放熱体を介して、発生する熱を放熱する放熱推進体に接続されるとともに、前記凸部で前記放熱推進体と接触している、
ことを特徴とするものである。
図1に、本実施の形態1にかかる電力用半導体装置の一例を示す。本実施の形態の電力用半導体装置1は、裏面からヒートシンク100を放熱面として露出するとともに、トランスファモールドにより形成された封止体10により略平板状にパッケージされる。
そして、内部リード13Piの他の部分は、パワーワイヤ11Pによって半導体素子5のゲート電極と電気的に接続されている。なお、制御用素子6は、ワイヤ12によって、封止体の内部に配置された内部リード13Ciと封止体の外部に配置された制御リード端子13Ctとで構成されている制御リード13Cと電気的に接続されている。また、制御用素子6と半導体素子5は、制御ワイヤ11Cを介して互いに信号の送受信を行う。
なお、上記において、凸部101は、ヒートシンク100の裏面の外周部の外側部分に形成し、窪み部102は、このヒートシンク100の裏面の外周部に形成した凸部の内側部分に形成するようにする。また、凸部101、窪み部102は、必ずしもヒートシンク裏面の全周に配置する必要が無く、放熱体110が外部に流出しなければ、前記放熱体が移動可能な前記凸部の周辺であって、前記外周部の内側部分の全周ではなく、前記内側部分の一部の位置のみに配置してもよい。例えば、図14に示すように、ねじ穴18への流入を防ぎたい場合は、ヒートシンク100のねじ穴18の周囲にのみ配置すればよい(図14中の凸部101a、窪み部102a参照)。
また、例えば、図18に示すように、パワーリード13Pと制御リード13Cのみ、放熱体110との接触を防ぎたい場合は、ヒートシンク100のパワーリード13P周囲、および制御リード13C周囲のみに配置すればよい。これにより、凸部101、窪み部102を設ける位置を少なくすることができ、材料費を安価にできる。
また、ヒートシンク100の平面形状は、図1に示したような四角形状に限らず、台形状、あるいは多角形状でもよく、放熱フィンと向き合う放熱面以外が例えば樹脂により封止され露出していなければよい。
すなわち、ヒートシンク100の側壁を覆い、段差104まで覆っている。さらに、図15に示すように、凸部101の一部まで覆う場合もある。この時、凸部101は、放熱体110のみならず、封止体10が放熱フィン20と向き合うヒートシンク100内に侵入することを防止する役目を担う。
なお、ヒートシンク100と放熱フィン20は必ずしもねじ19で締結する必要は無く、リードフレームがはんだ付けされた電子基板と放熱フィンの間に電力用半導体装置1が固定されていればよい。また放熱フィン20に限らず、鉄道車両、ハイブリッドカー、電気自動車等の車両、家電機器、産業用機械等を構成する一部でもよい。
この場合、電力用半導体装置1の要部を拡大して表した図5の電力用半導体装置2に示すように、ヒートシンク100の凹部と凸部を対として(セットで)設け、ヒートシンク100の凸部101を放熱フィン20の表面に接触させることで、放熱体110とねじ19の間に介在する凸部101が、放熱体110の外部への流出を防ぐ障壁となる。
このように構成することにより、余分に塗布した放熱体110、あるいは電力用半導体装置1の発熱により膨張した放熱体110が、ヒートシンク100と放熱フィン20の界面から外部へ流出しようとした際に、凸部101が放熱体110の流出を防ぐ状態を作ることができ、行き場を失った放熱体110は窪み102へ流れ、放熱体110が外部へ流出することを留めることができる。
さらに、例えば、ねじ19の締め付け圧力により凸部101を潰して変形させ、図17に示すように、放熱フィンと接する部分が平らな面を形成している凸部101Tdを形成することで、各材料の寸法公差を埋めることができ、この凸部101Tdと放熱フィン20とを隙間無く接触させることができる。言い換えると、凸部101Tdは、潰れた先端を有している。これにより放熱体110が外部に流出するのを防止するダムとなる。
また、ねじ19を締め付ける圧力を制御することにより、凸部101Tdを潰す量を任意に制御することが可能になる。これにより、ヒートシンク100と放熱フィン20の高さ関係を容易に制御することができる。
図9~図10を参照して、実施の形態2における電力用半導体装置1について説明する。
図9は、実施の形態2による凸部101Taを設置したヒートシンクと放熱フィンとの接合部を示す要部断面図である。
図10は、実施の形態2による凸部101Tbを設置したヒートシンクと放熱フィンとの接合部の他の例を示す断面図である。
図11を参照して、実施の形態3における電力用半導体装置1について説明する。
図11は、実施の形態3による凸部101Tcを設置したヒートシンクと放熱フィンとの接合部を示す要部断面図である。
この場合において、ねじ19の締め付け圧力により凸部101Tcを変形させ、図17で示すより幅広く、放熱フィンと接する部分が平らな面を形成している凸部101T1(図示せず)を形成することで、この凸部101T1と放熱フィン20との接触面積を増大させることができる。これにより、放熱体110が外部に流出するのを防止するダムとなることに加え、ヒートシンク100から放熱フィン20へ、より効率よく熱伝達できる。
図12~図13を参照して、実施の形態4における電力用半導体装置1について説明する。
図12は、実施の形態1による窪み部102を示す断面図であり、図13に示す実施の形態4による窪み部102Tとの比較のために使用するものである。なお、図13は、実施の形態4による窪み部102Tを示す断面図である。
このため以下ではこの相違点のみについて説明する。
従って、例示されていない無数の変形例が、本願明細書に開示される技術の範囲内において想定される。例えば、少なくとも1つの構成要素を変形する場合、追加する場合または省略する場合、さらには、少なくとも1つの構成要素を抽出し、他の実施の形態の構成要素と組み合わせる場合が含まれるものとする。
Claims (9)
- 半導体素子と、
前記半導体素子に固着される配線部材と、
流動性のある放熱体と、
絶縁材を介して、表面が前記配線部材に接着されるとともに、裏面から突出して当該裏面の外周部の外側部分に形成された凸部および当該凸部の内側部分に形成された窪み部を有し、前記凸部と前記窪み部とが対となって、前記放熱体を取り囲むように形成されたヒートシンクと、
前記半導体素子、前記配線部材および前記ヒートシンクを封止する封止体と、
を備え、
前記ヒートシンクは、前記放熱体を介して、発生する熱を放熱する放熱推進体に接続されるとともに、前記凸部で前記放熱推進体と接触している、
ことを特徴とする電力用半導体装置。 - 前記凸部は、前記放熱推進体と接する部分が平らな面に形成されていることを特徴とする請求項1に記載の電力用半導体装置。
- 前記窪み部は、前記ヒートシンクの裏面からの深さが不均一であることを特徴とする請求項1に記載の電力用半導体装置。
- 前記ヒートシンクは段差を有するとともに、前記封止体は、前記ヒートシンクの側壁、前記段差、および前記凸部の一部を覆っていることを特徴とする請求項1に記載の電力用半導体装置。
- 前記半導体素子は、ワイドバンドギャップ半導体材料により構成されていることを特徴とする請求項1から4のいずれか1項に記載の電力用半導体装置。
- 前記ワイドバンドギャップ半導体材料は、炭化珪素、窒化ガリウム系材料、またはダイヤモンドのうちのいずれかであることを特徴とする請求項5に記載の電力用半導体装置。
- 前記放熱体は、導電性を有すことを特徴とする請求項1から6のいずれか1項に記載の電力用半導体装置。
- 前記凸部は、潰れた先端を備えた請求項1から7のいずれか1項に記載の電力用半導体装置。
- 前記凸部は、前記半導体素子よりも外側かつ前記ヒートシンクの側壁より内側に配置された請求項1から8のいずれか1項に記載の電力用半導体装置。
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