JP2008147306A - ヒートシンク付き半導体デバイス - Google Patents

Abstract

【課題】ヒートシンクに密着した半導体デバイスを損傷させることなく容易にヒートシンクから分離することができる構造のヒートシンク付き半導体デバイスを提供する。
【解決手段】ヒートシンク２の固定面２Ｂにねじ込まれているビス５Ｄをねじ込み方向と反対方向に廻して緩めると、クランプ５Ａとヒートシンク２の固定面２Ｂとの間で圧縮変形していた皿ばね５Ｂがその弾性復元力によりクランプ５Ａをヒートシンク２の固定面２Ｂから離間させるように上方に押圧する。そして、この押圧力がクランプ５Ａの係合溝５Ａ２の下壁部５Ａ４から半導体デバイス１の係合突部１Ｄの下面に作用することで、半導体デバイス１の放熱面１Ｂが無理なくヒートシンク２の受熱面２Ａから浮き上がり、こうして半導体デバイス１は損傷することなく容易にヒートシンク２から分離される。
【選択図】図２

Description

本発明は、半導体デバイスの放熱面とヒートシンクの受熱面とが密着する構造のヒートシンク付き半導体デバイスに関するものである。

一般に、大電力を扱うＤＩＰ−ＩＰＭ(Dual Inline Package Intelligent Power Module）などのように、その作動に伴い発熱する半導体デバイスには、放熱用のヒートシンクが付設される。

この種のヒートシンク付き半導体デバイス（例えば特許文献１参照）において、半導体デバイスの放熱面とヒートシンクの受熱面との間の熱抵抗は、可能な限り小さくする必要があり、そのため、半導体デバイスの放熱面およびヒートシンクの受熱面は、平面度が高く、面粗さが極力小さい状態に仕上げられる。そして、半導体デバイスの放熱面とヒートシンクの受熱面とが密着するように、両者の間には、通常、熱伝導性の高いシリコングリースが極力薄く塗布される。
特開平１０−５０９０８号公報（要約書、図１）

ところで、前述のように半導体デバイスの放熱面とヒートシンクの受熱面とが密着する構造のヒートシンク付き半導体デバイスにおいては、一旦密着した半導体デバイスとヒートシンクとを修理や手直しの必要に応じて分離することが極めて困難であり、無理に分離すると半導体デバイスが損傷する虞がある。このような虞は、半導体デバイスが高密度実装化のために薄型化されている場合に顕著である。

そこで、本発明は、ヒートシンクに密着した半導体デバイスを損傷させることなく容易にヒートシンクから分離することができる構造のヒートシンク付き半導体デバイスを提供することを課題とする。

本発明に係るヒートシンク付き半導体デバイスは、ヒートシンクの受熱面に半導体デバイスの放熱面を密着させる締結手段を備えたヒートシンク付き半導体デバイスであって、締結手段は、半導体デバイスの放熱面をヒートシンクの受熱面に押圧可能に半導体デバイスに係合する係合部材と、この係合部材とヒートシンクとの間に圧縮変形可能な状態で設置される弾性部材と、係合部材および弾性部材を貫通してヒートシンクにねじ込まれる締結ねじ部材とを有し、締結ねじ部材は、ヒートシンクにねじ込まれることで係合部材をヒートシンク側に押圧して弾性部材を圧縮変形させることを特徴とする。

本発明に係るヒートシンク付き半導体デバイスでは、締結手段の締結ねじ部材をヒートシンクにねじ込むと、係合部材がヒートシンク側に押圧されることで弾性部材が圧縮変形する。そして、この状態で係合部材に係合する半導体デバイスの放熱面がヒートシンクの受熱面に密着する。

一方、ヒートシンクにねじ込まれている締結ねじ部材をねじ込み方向と反対方向に廻して緩めると、圧縮変形した弾性部材がその弾性復元力により係合部材をヒートシンクから離間する方向に押圧する。そして、この押圧力が係合部材から半導体デバイスに作用することで、半導体デバイスの放熱面が無理なくヒートシンクの受熱面から浮き上がり、こうして半導体デバイスは損傷することなく容易にヒートシンクから分離される。

本発明のヒートシンク付き半導体デバイスにおいて、係合部材は、締結ねじ部材を中心とした回動により半導体デバイスに係脱できる構造とされているのが好ましい。この場合、締結ねじ部材を緩めて半導体デバイスの放熱面をヒートシンクの受熱面から浮き上がらせ、締結ねじ部材を中心に係合部材を回動させて半導体デバイスとの係合を外すという簡単な作業により半導体デバイスをヒートシンクから分離することができる。

本発明に係るヒートシンク付き半導体デバイスでは、ヒートシンクにねじ込まれている締結ねじ部材をねじ込み方向と反対方向に廻して緩めると、圧縮変形した弾性部材がその弾性復元力により係合部材をヒートシンクから離間する方向に押圧し、その押圧力が係合部材から半導体デバイスに作用することで、半導体デバイスの放熱面がヒートシンクの受熱面から浮き上がる。従って、本発明のヒートシンク付き半導体デバイスによれば、ヒートシンクに密着した半導体デバイスを損傷させることなく容易にヒートシンクから分離することができる。

以下、図面を参照して本発明に係るヒートシンク付き半導体デバイスの最良の実施形態を説明する。この説明において、同一または同様の構成要素については、同一の符号を付して重複した説明を省略することがある。ここで、参照する図面において、図１は一実施形態に係るヒートシンク付き半導体デバイスの正面図、図２は図１に示したヒートシンク付き半導体デバイスの側面図、図３は図２に示した締結手段の拡大断面図、図４は図２に示した締結手段を構成するクランプの拡大平面図である。

図１および図２に示すように、一実施形態に係るヒートシンク付き半導体デバイスは、半導体デバイス１を構成する樹脂パッケージ１Ａの平坦な放熱面１Ｂと、この放熱面１Ｂに対面するヒートシンク２の受熱面２Ａとが熱抵抗の小さい薄いシリコングリース層３を介して密着している。

半導体デバイス１は、例えばＤＩＰ−ＩＰＭなどの大電力を扱う半導体デバイスであって、その作動に伴い発熱する。この半導体デバイス１は、樹脂パッケージ１Ａの両側面から突出する複数のリード１Ｃ，１Ｃを有し、各リード１Ｃ，１Ｃは、それぞれハンダ４Ａによりプリント基板４の導電層４Ｂに接続されている（図１参照）。

ヒートシンク２は、熱伝導率の高いアルミニウム合金や銅合金により、半導体デバイス１の樹脂パッケージ１Ａの放熱面１Ｂより広い受熱面２Ａを有するブロック状に形成されている。なお、ヒートシンク２の図示しない部分には、例えば複数の放熱フィンが形成されている。

ここで、一実施形態のヒートシンク付き半導体デバイスは、半導体デバイス１の樹脂パッケージの放熱面１Ｂをヒートシンク２の受熱面２Ａに押圧して密着させるための締結手段５を樹脂パッケージ１Ａの両端面側に備えている。この締結手段５は、図３および図４に拡大して示すように、クランプ（係合部材）５Ａと、皿ばね（弾性部材）５Ｂと、ホルダ５Ｃと、ビス５Ｄ（締結ねじ部材）とを有する。

クランプ（係合部材）５Ａは、ビス５Ｄの貫通孔５Ａ１が中心部に形成された短円柱状の本体の周面にＶ字形の係合溝５Ａ２が形成され、この係合溝５Ａ２の上側（プリント基板４に向く側）の上壁部５Ａ３のみが半周にわたって切り欠かれた形状を有する。このクランプ５Ａは、半導体デバイス１の樹脂パッケージ１Ａの両端面に突設されたＶ字形の係合突部１ＤにＶ字形の係合溝５Ａ２が係合することで、樹脂パッケージ１Ａの放熱面１Ｂをヒートシンク２の受熱面２Ａに押圧可能となっている。

皿ばね（弾性部材）５Ｂは、クランプ５Ａの下面とヒートシンク２の固定面２Ｂとの間に圧縮変形した状態で設置されている。この皿ばね５Ｂは、その弾性復元力によりクランプ５Ａをヒートシンク２から離間させるように上方に押圧可能となっている。

ホルダ５Ｃは、クランプ５Ａの上面に接触する長い上部押圧片５Ｃ１と、クランプ５Ａの係合溝５Ａ２の下壁部５Ａ４にのみ接触する短い下部押圧片５Ｃ２とが薄肉の弾性壁部５Ｃ３を介して一体に連結された形状を有する。このホルダ５Ｃの上部押圧片５Ｃ１には、ビス５Ｄの貫通孔５Ｃ４が形成されている。

ビス５Ｄ（締結ねじ部材）は、プリント基板４に形成された作業孔４Ｃから挿入されるドライバ（図示省略）により操作可能となっている。このビス５Ｄは、ホルダ５Ｃの上部押圧片５Ｃ１に形成された貫通孔５Ｃ４からクランプ５Ａに形成された貫通孔５Ａ１および皿ばね５Ｂの中心孔を貫通してヒートシンク２の固定面２Ｂにねじ込まれている。そして、この締結状態では、ビス５Ｄの頭部がホルダ５Ｃの上部押圧片５Ｃ１を介してクランプ５Ａをヒートシンク２の固定面２Ｂ側に押圧することで、皿ばね５Ｂが圧縮変形されている。

また、この締結状態では、クランプ５Ａの上壁部５Ａ３が半導体デバイス１の樹脂パッケージ１Ａに突設された係合突部１Ｄをヒートシンク２の固定面２Ｂ側に押圧することで、樹脂パッケージ１Ａの放熱面１Ｂがヒートシンク２の受熱面２Ａにシリコングリース層３を介して密着している。

以上のように構成された本実施形態のヒートシンク付き半導体デバイスにおいて、半導体デバイス１を修理や手直し、故障解析などの必要に応じてヒートシンク２から分離する際には、ヒートシンク２の固定面２Ｂにねじ込まれているビス５Ｄをねじ込み方向と反対方向に廻して緩める。

すると、クランプ５Ａとヒートシンク２の固定面２Ｂとの間で圧縮変形していた皿ばね５Ｂがその弾性復元力によりクランプ５Ａをヒートシンク２から離間させるように上方に押圧する。その際、クランプ５Ａにより上方に押圧されるホルダ５Ｃの下部押圧片５Ｃ２がクランプ５Ａの下壁部５Ａ４を上方に押圧する。

そして、クランプ５Ａに作用する上方への押圧力がクランプ５Ａの係合溝５Ａ２の下壁部５Ａ４から半導体デバイス１の樹脂パッケージ１Ａに突設された係合突部１Ｄの下面に作用することで、半導体デバイス１の放熱面１Ｂが無理なくヒートシンク２の受熱面２Ａから浮き上がる。

そこで、図５に示すように、クランプ５Ａをビス５Ｄ廻りに半回転させ、その上壁部５Ａ３を係合突部１Ｄの上面から退避させる。そして、この状態でプリント基板４と共に半導体デバイス１をヒートシンク２から分離する。

このように、本実施形態のヒートシンク付き半導体デバイスによれば、半導体デバイス１の修理や手直し、故障解析などが必要となった場合、ヒートシンク２に密着した半導体デバイス１を損傷させることなく容易にヒートシンク２から分離することができる。

本発明に係るヒートシンク付き半導体デバイスは、前述した一実施形態に限定されるものではない。例えば、図３に示した半導体デバイス１の樹脂パッケージ１Ａとクランプ５Ａとの係合態様は、図６に示すように、樹脂パッケージ１Ａ側の係合溝１Ｅとクランプ５Ａ側の係合突部５Ａ５との係合態様に変更することができる。

また、図３に示した締結手段５のホルダ５Ｃは、ビス５Ｄの頭部を受けるワッシャに変更してもよいし、省略してもよい。

本発明の一実施形態に係るヒートシンク付き半導体デバイスの正面図である。 図１に示したヒートシンク付き半導体デバイスの側面図である。 図２に示した締結手段の拡大断面図である。 図２に示した締結手段を構成するクランプの拡大平面図である。 図４に示したクランプの作用を示す拡大平面図である。 図３に示した半導体デバイスのの樹脂パッケージとクランプとの係合態様を変更した例を示す拡大断面図である。

符号の説明

１…半導体デバイス、１Ａ…樹脂パッケージ、１Ｂ…放熱面、１Ｃ…リード、１Ｄ…係合突部、２…ヒートシンク、２Ａ…受熱面、２Ｂ…固定面、３…シリコングリース層、４…プリント基板、４Ａ…ハンダ、４Ｂ…導電層、４Ｃ…作業孔、５…締結手段、５Ａ…クランプ(係合部材)、５Ａ１…貫通孔、５Ａ２…係合溝、５Ａ３…上壁部、５Ａ４…下壁部、５Ｂ…皿ばね（弾性部材）、５Ｃ…ホルダ、５Ｃ１…上部押圧片、５Ｃ２…下部押圧片、５Ｃ３…弾性壁部、５Ｃ４…貫通孔、５Ｄ…ビス（締結ねじ部材）。

Claims (2)

1. ヒートシンクの受熱面に半導体デバイスの放熱面を密着させる締結手段を備えたヒートシンク付き半導体デバイスであって、
   前記締結手段は、前記半導体デバイスの放熱面を前記ヒートシンクの受熱面に押圧可能に半導体デバイスに係合する係合部材と、この係合部材と前記ヒートシンクとの間に圧縮変形可能な状態で設置される弾性部材と、前記係合部材および弾性部材を貫通して前記ヒートシンクにねじ込まれる締結ねじ部材とを有し、
   前記締結ねじ部材は、前記ヒートシンクにねじ込まれることで前記係合部材を前記ヒートシンク側に押圧して前記弾性部材を圧縮変形させることを特徴とするヒートシンク付き半導体デバイス。
2. 前記係合部材は、前記締結ねじ部材を中心とした回動により前記半導体デバイスに係脱できる構造とされていることを特徴とする請求項１に記載のヒートシンク付き半導体デバイス。

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