| 【発明の名称】 |
半導体装置 |
| 【発明者】 |
【氏名】小池 智礼
【氏名】板橋 徹
【氏名】真田 一也
【氏名】瀧川 能史
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| 【要約】 |
【課題】マザーボードにおける配線パターン設計の自由度を損なうことなく、組立完了状態における歪みの発生をなくし電気的な接続の信頼性を向上すること。
【解決手段】放熱フィン４０を介してマザーボード６０とケース７０とをねじ止めする際、放熱フィン４０の傾斜面４１が対向するケース７０の傾斜面７６に接触状態となるまで相対的に移動させ、その位置にて最終的な組立完了とされる。このため、マザーボード６０とケース７０との距離間隔が、放熱フィン４０の傾斜面４１とケース７０の傾斜面７６とを介して適切に設定できる。これにより、放熱フィン４０やケース７０等の製造上の寸法公差を吸収して、マザーボード６０に過剰な応力が及ぶことが防止でき、マザーボード面上の配線パターン自身や実装されている電子部品等の電気的な接続の信頼性を向上することができる。 |
【特許請求の範囲】
【請求項１】 発熱性を有する電子部品を含む複数の電子部品を実装する基板と、前記基板を接合し、前記電子部品からの熱を吸収・発散する放熱部材と、前記基板を略垂直方向に電気的に接続すると共に、前記基板と一体的な前記放熱部材を固定するマザーボードと、前記マザーボードを収容する筐体とを具備し、前記放熱部材の前記マザーボードとの反対面に傾斜面を形成すると共に、前記放熱部材の傾斜面に対向する前記筐体の対向面に同じ傾きからなる傾斜面を形成し、前記両傾斜面を介して前記放熱部材と前記筐体とを接合することを特徴とする半導体装置。
【請求項２】 更に、前記放熱部材の傾斜面には前記筐体をねじ止めするねじ穴部と、前記筐体には前記放熱部材のねじ穴部に対応し前記筐体の傾斜面の傾き方向に穿設した長穴とを具備することを特徴とする請求項１に記載の半導体装置。
【請求項３】 更に、前記筐体には前記マザーボードをねじ止めするねじ穴部と、前記マザーボードには前記筐体のねじ穴部に対応し前記筐体の傾斜面の傾き方向に穿設した長穴とを具備することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の半導体装置。
【請求項４】 更に、前記マザーボードには前記筐体にねじ止めする近傍に前記マザーボードの板幅を狭くまたは板厚を薄く形成したくびれ部を具備することを特徴とする請求項１乃至請求項３の何れか１つに記載の半導体装置。
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【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、複数の電子部品を実装する基板をマザーボードに実装してなる半導体装置に関するもので、特に、パワー素子からの熱を効率良く放熱できる半導体装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来、図６に示すように、ケース１７０内に収容され、基板１６０に実装されたパワー素子即ち、発熱性を有する電子部品１２１が接合された放熱フィン（ヒートシンク）１４０をビス１４９によって固定し、電子部品１２１からの熱を吸収・発散するようにした半導体装置の構造が知られている。なお、１５０は半導体装置を外部配線と接続するためのコネクタである。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】ここで、前述の放熱フィン１４０を、更にアルミニウム材料等で形成された熱容量の大きなケース１７０の側壁面や上部壁面に接触または接合することで、電子部品１２１からの熱の吸収・発散を増大するような構造が考えられる。
【０００４】例えば、図７に示すように、基板１６０にビス１４９によって接合された放熱フィン１４０をケース１７０の周辺の側壁面１７１にビス１４８を用いたねじ止め等にて固定する構造では、その固定位置が側壁面１７１に限定されることで、基板１６０面上における配線パターン設計に支障をきたすという不具合が生じる。
【０００５】また、図８に示すように、放熱フィン１４０をケース１７０の上部壁面１７２にビス１７８を用いたねじ止め等にて固定する構造では、基板１６０とケース１７０とをビス１７９を用いたねじ止め等にて固定する組立完了状態において、放熱フィン１４０やケース１７０等の製造上の寸法公差によっては、電子部品１２１が実装された基板１６０に対して、上または下に凸となる歪みの発生が起こることとなる。このような歪みの発生により基板１６０面上の配線パターン自身やその配線パターンと電子部品１２１からのリード端子等との電気的な接続の信頼性を損なうという不具合があった。
【０００６】そこで、この発明はかかる不具合を解決するためになされたもので、マザーボードにおける配線パターン設計の自由度を損なうことなく、組立完了状態におけるマザーボードの歪みの発生をなくし電気的な接続の信頼性を向上することが可能な半導体装置の提供を課題としている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】請求項１の半導体装置によれば、放熱部材を介してマザーボードと筐体とを接合する際、放熱部材の傾斜面が対向する筐体の傾斜面に接触状態となるまで相対的に移動させ、その位置にて最終的な接合完了とされる。つまり、マザーボードと筐体との距離間隔が、放熱部材の傾斜面と筐体の傾斜面とを介して適切に設定できる。このため、放熱部材や筐体等の製造上の寸法公差が吸収でき、マザーボードに過剰な応力が及ぶことを防止できる。これにより、マザーボードの歪みの発生がなくなりマザーボード面上の配線パターン自身や実装されている電子部品等の電気的な接続の信頼性を向上することができる。また、放熱部材と接合された基板の配置やマザーボードの配線パターンに対する設計上の自由度を損なうことなく、放熱部材を介して複数の電子部品からの熱を効率良く吸収・発散させることができる。
【０００８】請求項２の半導体装置では、放熱部材の傾斜面に設けられたねじ穴部に対して筐体の傾斜面に穿設された長穴の範囲内で放熱部材と筐体とのねじ止めによる接合が自由にできることとなる。これにより、放熱部材と筐体とを一旦、仮止め状態とし両者を相対的に移動させ適切な位置にて接合完了状態とするような組立手順が設定可能となる。即ち、放熱部材を介してマザーボードと筐体との距離間隔を微調整できマザーボードに対する過剰な応力を取除くことができる。
【０００９】請求項３の半導体装置では、筐体に設けられたねじ穴部に対してマザーボードに穿設された長穴の範囲内で筐体とマザーボードとのねじ止めによる接合が自由にできることとなる。これにより、筐体とマザーボードとの相対的な接合位置を微調整できマザーボードに対する過剰な応力を取除くことができる。
【００１０】請求項４の半導体装置では、マザーボードと筐体とをねじ止め接合する際、何らかの要因でマザーボードに過剰な応力が及ぶことがあっても、ねじ止め近傍に形成されたくびれ部の変位によって吸収することができる。これにより、マザーボードの歪みの発生が除去され配線パターン自身や実装されている電子部品等の電気的な接続の信頼性を向上することができる。
【００１１】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を実施例に基づいて説明する。
【００１２】図１は本発明の実施の形態の一実施例にかかる半導体装置の全体構成を示す分解斜視図である。また、図２（ａ）は図１における放熱フィンの寸法が大きいときのケースとマザーボードとの組立完了状態を示す部分断面図であり、図３（ａ）は図１における放熱フィンの寸法が小さいときのケースとマザーボードとの組立完了状態を示す部分断面図である。ここで、図２（ｂ）、図３（ｂ）はそれぞれ図２（ａ）、図３（ａ）のマザーボードに穿設された長穴形状部分を示す底面図である。なお、以下の図中、同様の構成または相当部分からなるものについては同一符号及び同一記号を付し、その重複する説明を省略する。
【００１３】図１、図２及び図３において、本実施例の半導体装置１００では、厚膜用基板として放熱性が高い複数のセラミック基板１０が用いられている。これら複数のセラミック基板１０には、発熱性を有するパワー素子としての駆動トランジスタ（パワートランジスタ）２１やその他の電子部品２２が実装されている。また、複数のセラミック基板１０は、更に駆動トランジスタ２１で発生する熱を吸収・発散させるためアルミニウム材料等で形成された１つの放熱フィン４０の所望の位置に熱伝導性が良好な例えば、シリコン系の接合剤を介して接合されている。そして、放熱フィン４０はマザーボード６０にビス４９を用いて固定されていると共に、セラミック基板１０からのリード端子３１はマザーボード６０に穿設された所定の穴６０ａに挿入されはんだ付けされている。
【００１４】更に、マザーボード６０の１辺の周縁近傍には、外部配線と接続するためのコネクタ５０がビス５９を用いて固定されていると共に、コネクタ５０のリード端子５１がはんだ付けされ電気的に接続されている。また、マザーボード６０上で略垂直方向となるように電気的に接続されたセラミック基板１０が接合された放熱フィン４０には、マザーボード６０との反対面に傾斜面４１が形成され、この放熱フィン４０の傾斜面４１にはねじ穴部４２が設けられている。
【００１５】このように構成されたマザーボード６０は、図１に示すような、熱伝導性が高い例えば、アルミニウム材料等で形成されたケース７０内に収容されたのち、図示しないアルミニウム材料等で形成されたカバーが被せられ、ねじ止めされることで半導体装置１００が構成される。ここで、放熱フィン４０の傾斜面４１に対向するケース７０の対向面には、放熱フィン４０の傾斜面４１と同じ傾きからなる傾斜面７６が形成されている（図２及び図３参照）。また、ケース７０の傾斜面７６には放熱フィン４０のねじ穴部４２に対応してケース７０の傾斜面７６の傾き方向（最大傾斜線方向）にビス７８を用いてねじ止め固定するための長穴７７が穿設されている。更に、マザーボード６０には、ケース７０の傾斜面７６に穿設された長穴７７と同じ方向でケース７０側にビス７９を用いてケース７０の側壁７４等に設けられているねじ穴部７５にねじ止め固定するための長穴６５が穿設されている。
【００１６】次に、半導体装置１００におけるマザーボード６０とケース７０との組立において、放熱フィン４０の寸法公差にばらつきがあり寸法が異なる図２及び図３を参照して説明する。
【００１７】図２及び図３において、マザーボード６０とケース７０との組立に際し、まず、セラミック基板１０が接合された放熱フィン４０、コネクタ５０が固定されたマザーボード６０がケース７０内におおまかに収容される。つまり、放熱フィン４０の傾斜面４１とケース７０の傾斜面７６とが当接しない位置で組合わせられる。そして、放熱フィン４０の傾斜面４１に形成されたねじ穴部４２に対応しケース７０の傾斜面７６に穿設された長穴７７を利用しビス７８にてマザーボード６０に前工程で固定されている放熱フィン４０がケース７０側に仮止めされる。また、ケース７０の側壁７４等に形成されたねじ穴部７５に対応しマザーボード６０に穿設された長穴６５を利用しビス７９にてマザーボード６０がケース７０側に仮止めされる。
【００１８】次に、マザーボード６０に穿設された長穴６５とケース７０に穿設された長穴７７とを利用しマザーボード６０とケース７０とが仮止め状態で相対的に移動され、放熱フィン４０の傾斜面４１が対向するケース７０の傾斜面７６に寄せられ接触状態となった位置で移動が停止される。そして、ケース７０と放熱フィン４０とがビス７８により、また、マザーボード６０とケース７０とがビス７９によって組立完了状態とされる。なお、ビス７８、７９等の締付け順序は特に限定されるものではない。
【００１９】上述のように、マザーボード６０とケース７０とを相対的に移動させ、放熱フィン４０の傾斜面４１をケース７０の傾斜面７６に接触させることで放熱フィン４０やケース７０等に製造上における寸法公差にばらつきがあっても吸収させることができる。即ち、図２に示すように、放熱フィン４０の寸法が大きいときには放熱フィン４０の傾斜面４１を対向するケース７０の傾斜面７６に寄せていくと、相対的な移動が少なく早めに接触状態となる。これに対して、図３に示すように、放熱フィン４０の寸法が小さいときには放熱フィン４０の傾斜面４１を対向するケース７０の傾斜面７６に寄せていくと、相対的な移動がある程度あって接触状態となる。
【００２０】このため、図２及び図３に示すねじ止めによる組立完了状態において、マザーボード６０側が放熱フィン４０を介してケース７０側から応力を受けることがなく、駆動トランジスタ２１等からの熱がセラミック基板１０及び放熱フィン４０を介して熱容量の大きなケース７０側へ効率良く吸収・発散される。
【００２１】このように、本実施例の半導体装置１００は、発熱性を有する電子部品としての駆動トランジスタ２１を含む複数の電子部品２１，２２を実装するセラミック基板１０と、セラミック基板１０を接合し、電子部品２１，２２からの熱を吸収・発散する放熱部材としての放熱フィン４０と、セラミック基板１０を略垂直方向に電気的に接続すると共に、セラミック基板１０と一体的な放熱フィン４０を固定するマザーボード６０と、マザーボード６０を収容する筐体としてのケース７０とを具備し、放熱フィン４０のマザーボード６０との反対面に傾斜面４１を形成すると共に、放熱フィン４０の傾斜面４１に対向するケース７０の対向面に同じ傾きからなる傾斜面７６を形成し、両傾斜面４１，７６を介して放熱フィン４０とケース７０とを接合するものである。
【００２２】つまり、放熱フィン４０を介してマザーボード６０とケース７０とを接合する際、放熱フィン４０の傾斜面４１が対向するケース７０の傾斜面７６に接触状態となるまで相対的に移動させ、その位置にて最終的な接合完了とされる。このような接合によれば、マザーボード６０とケース７０との距離間隔が、放熱フィン４０の傾斜面４１とケース７０の傾斜面７６とを介して適切に設定できる。このため、放熱フィン４０やケース７０等の製造上の寸法公差が吸収でき、マザーボード６０に過剰な応力が及ぶことを防止できる。これにより、マザーボード６０の歪みの発生がなくなりマザーボード６０面上の配線パターン自身や実装されている電子部品等の電気的な接続の信頼性を向上することができる。また、放熱フィン４０と接合されたセラミック基板１０の配置やマザーボード６０の配線パターンに対する設計上の自由度を損なうことなく、放熱フィン４０を介して電子部品２１，２２からの熱を効率良く吸収・発散させることができる。
【００２３】また、本実施例の半導体装置１００は、更に、放熱部材としての放熱フィン４０の傾斜面４１に筐体としてのケース７０をねじ止めするねじ穴部４２と、ケース７０に放熱フィン４０のねじ穴部４２に対応しケース７０の傾斜面７６の傾き方向に穿設した長穴７７とを具備するものである。したがって、放熱フィン４０の傾斜面４１に設けられたねじ穴部４２に対してケース７０の傾斜面７６に穿設された長穴７７の範囲内で放熱フィン４０とケース７０とのねじ止めによる接合が自由にできることとなる。これにより、放熱フィン４０とケース７０とを一旦、仮止め状態とし両者を相対的に移動させ適切な位置にて接合完了状態とするような組立手順が設定可能となる。即ち、放熱フィン４０を介してマザーボード６０とケース７０との距離間隔を微調整できマザーボード６０に対する過剰な応力を取除くことができる。
【００２４】そして、本実施例の半導体装置１００は、更に、筐体としてのケース７０にマザーボード６０をねじ止めするねじ穴部７５と、マザーボード６０にケース７０のねじ穴部７５に対応しケース７０の傾斜面７６の傾き方向に穿設した長穴６５とを具備するものである。したがって、ケース７０に設けられたねじ穴部７５に対してマザーボード６０に穿設された長穴６５の範囲内でケース７０とマザーボード６０とのねじ止めによる接合が自由にできることとなる。これにより、ケース７０とマザーボード６０との相対的な接合位置を微調整できマザーボード６０に対する過剰な応力を取除くことができる。
【００２５】次に、本発明の実施の形態の一実施例にかかる半導体装置におけるマザーボードの変形例を示す図４及びこのマザーボードを用いた半導体装置の組立完了状態を示す図５を参照して説明する。ここで、図４（ａ）はマザーボードの変形例における要部構成を分かり易く示す斜視図、図４（ｂ）は図４（ａ）に示す矢印方向から見た部分平面図、図４（ｃ）は図４（ｂ）のＡ−Ａ線に沿う断面図である。なお、図４に示すマザーボードでは、例えば、電子部品を実装するための穴等については省略されている。
【００２６】図４（ａ），（ｂ），（ｃ）に示すように、本変形例のマザーボード６０′の４隅にはケース側にねじ止めするための長穴６５が穿設されている。これら長穴６５の近傍には、長穴６５を取囲むように切込６１ａ及びＵ溝６１ｂからなるくびれ部６１が形成されている。このくびれ部６１の形状としては、切込６１ａまたはＵ溝６１ｂのみで形成することもでき、更に、マザーボード６０′の板厚に対して両側からのＵ溝やＶ溝等にて形成することもできる。
【００２７】本変形例のマザーボード６０′を用いた半導体装置１００′においても、上述の実施例と同様、図５に示すように、放熱フィン４０を介しマザーボード６０′をケース７０にねじ止め固定する際、放熱フィン４０の傾斜面４１とケース７０の傾斜面７６とを利用することで、放熱フィン４０やケース７０等の製造上の寸法公差を吸収するものである。
【００２８】ところで、組立完了状態でマザーボード６０′に僅かな歪みが残っていることが考えられる。このような、僅かな歪みは組立時に取除くことが極めて難しいものであり、この僅かな歪みを完全に取除くことは、組立工数を増加させコストアップの要因となる。ここで、本変形例のマザーボード６０′を用いた半導体装置１００′においては、放熱フィン４０を介したマザーボード６０′とケース７０との組立完了状態でマザーボード６０′に残った僅かな歪みをくびれ部６１が変形することによって吸収することが可能となるのである。
【００２９】このように、本変形例の半導体装置１００′は、更に、マザーボード６０′にケース７０にねじ止めする近傍にマザーボード６０′の板幅を狭くまたは板厚を薄く形成したくびれ部６１を具備するものである。このため、マザーボード６０′とケース７０とをねじ止め接合する際、何らかの要因でマザーボード６０′に過剰な応力が及ぶことがあっても、ねじ止めの近傍に形成されたくびれ部６１の変位によって吸収することができる。これにより、マザーボード６０′の歪みの発生が除去されマザーボード６０′面上の配線パターン自身や実装されている電子部品等の電気的な接続の信頼性を向上することができる。
【００３０】ところで、上記実施例では、複数の電子部品を実装する基板として厚膜用基板の主流である放熱性に優れたセラミック基板１０を用いているが、本発明を実施する場合には、これに限定されるものではなく、金属基板やエポキシ系のプリント基板等を用いて構成することもできる。
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| 【出願人】 |
【識別番号】０００００４２６０
【氏名又は名称】株式会社デンソー
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| 【出願日】 |
平成１０年（１９９８）１月２０日 |
| 【代理人】 |
【弁理士】
【氏名又は名称】樋口 武尚
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| 【公開番号】 |
特開平１１−２０４９６７ |
| 【公開日】 |
平成１１年（１９９９）７月３０日 |
| 【出願番号】 |
特願平１０−８４２９ |
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