特許 7555623 パワー半導体デバイス用ホルダー及び同ホルダーを用いたパワー半導体モジュール

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B1)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-09-13

(45)【発行日】2024-09-25

(54)【発明の名称】パワー半導体デバイス用ホルダー及び同ホルダーを用いたパワー半導体モジュール

(51)【国際特許分類】

   H01L 23/40 20060101AFI20240917BHJP

   H01L 25/07 20060101ALI20240917BHJP

   H01L 25/18 20230101ALI20240917BHJP

【ＦＩ】

H01L23/40 E

H01L25/04 C

【請求項の数】 4

(21)【出願番号】P 2023046324

(22)【出願日】2023-03-23

【審査請求日】2024-01-31

【早期審査対象出願】

(73)【特許権者】

【識別番号】513019863

【氏名又は名称】大分デバイステクノロジー株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100114661

【弁理士】

【氏名又は名称】内野 美洋

(72)【発明者】

【氏名】杉木 昭雄

(72)【発明者】

【氏名】▲崎▼山 寿人

【審査官】相澤 祐介

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１４－０１３８８０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１７－２１２２８６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１７－０９８３２９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１２－０２８４０１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１０－１１８６０６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００８－２８３０１９（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｌ ２３／４０

Ｈ０１Ｌ ２５／０７

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

パワー半導体素子をパッケージングしたパワー半導体デバイスをヒートシンクに着脱自在に装着するパワー半導体デバイス用ホルダーであって、
ホルダー本体とホルダー蓋体とからなり、
ヒートシンクに着脱自在に装着されるホルダー本体に、パワー半導体デバイスを着脱自在に収容するための収容部を形成するとともに、収容部にパワー半導体デバイスとヒートシンクとを当接させるための開口を形成し、収容部に収容されるパワー半導体デバイスを開口でヒートシンクに向けて押圧しながらホルダー本体にホルダー蓋体を着脱自在に装着可能とし、
ホルダー本体の端部にパワー半導体デバイスの各電力端子を載置するための載置台を間隔をあけて形成し、各載置台にパワー半導体デバイスの電力端子に接続される電極を締結するナットを収容するための凹部を形成するとともに、各載置台にパワー半導体デバイスの電力端子の短絡を防止するための凸部を形成したことを特徴とするパワー半導体デバイス用ホルダー。

【請求項2】

前記ホルダー本体に複数の収容部を形成するとともに、各収容部に開口を形成したことを特徴とする請求項１に記載のパワー半導体デバイス用ホルダー。

【請求項3】

前記請求項１又は請求項２に記載のパワー半導体デバイス用ホルダーをヒートシンクに装着するとともに、収容部にパワー半導体デバイスを収容したことを特徴とするパワー半導体モジュール。

【請求項4】

前記請求項２に記載のパワー半導体デバイス用ホルダーをヒートシンクに装着するとともに、複数の収容部を同一サイズで形成し、各収容部に同一の基本回路からなるパワー半導体デバイスを収容して、複数の基本回路からなる複合回路を形成したことを特徴とするパワー半導体モジュール。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、パワー半導体素子をパッケージングしたパワー半導体デバイスをヒートシンクに着脱自在に装着するためのパワー半導体デバイス用ホルダー及び同ホルダーを用いたパワー半導体モジュールに関するものである。

【背景技術】

【0002】

従来より、電子機器の電力制御を行うために大電流を流すことができる電子部品としてパワー半導体モジュールが広く利用されている。

【0003】

パワー半導体モジュールでは、稼働時に内部に大電流が流れることで多大な熱が発生するため、パワー半導体素子を実装した基板に放熱用のヒートシンクを一体的に装着した構造となっている（たとえば、特許文献１参照。）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】特開２０２３－１２９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

上記従来のパワー半導体モジュールでは、パワー半導体素子を実装した基板にヒートシンクを一体的に装着した構造となっているために、製造過程からヒートシンクの種類やサイズやパワー半導体素子による回路構成などが決まってしまい、汎用性のないパワー半導体モジュールとなっていた。

【0006】

また、上記従来のパワー半導体モジュールでは、パワー半導体素子の故障等の不具合が生じた時に、一体的に構成されたパワー半導体モジュール全体を交換する必要があった。

【課題を解決するための手段】

【0007】

そこで、請求項１に係る本発明では、パワー半導体素子をパッケージングしたパワー半導体デバイスをヒートシンクに着脱自在に装着するパワー半導体デバイス用ホルダーであって、ホルダー本体とホルダー蓋体とからなり、ヒートシンクに着脱自在に装着されるホルダー本体に、パワー半導体デバイスを着脱自在に収容するための収容部を形成するとともに、収容部にパワー半導体デバイスとヒートシンクとを当接させるための開口を形成し、収容部に収容されるパワー半導体デバイスを開口でヒートシンクに向けて押圧しながらホルダー本体にホルダー蓋体を着脱自在に装着可能とし、ホルダー本体の端部にパワー半導体デバイスの各電力端子を載置するための載置台を間隔をあけて形成し、各載置台にパワー半導体デバイスの電力端子に接続される電極を締結するナットを収容するための凹部を形成するとともに、各載置台にパワー半導体デバイスの電力端子の短絡を防止するための凸部を形成することにした。

【0008】

また、請求項２に係る本発明では、前記請求項１に係る本発明において、前記ホルダー本体に複数の収容部を形成するとともに、各収容部に開口を形成することにした。

【0009】

また、請求項３に係る本発明では、パワー半導体モジュールにおいて、前記請求項１又は請求項２に記載のパワー半導体デバイス用ホルダーをヒートシンクに装着するとともに、収容部にパワー半導体デバイスを収容することにした。

【0010】

また、請求項４に係る本発明では、パワー半導体モジュールにおいて、前記請求項２に記載のパワー半導体デバイス用ホルダーをヒートシンクに装着するとともに、複数の収容部を同一サイズで形成し、各収容部に同一の基本回路からなるパワー半導体デバイスを収容して、複数の基本回路からなる複合回路を形成することにした。

【発明の効果】

【0011】

そして、本発明では、以下に記載する効果を奏する。

【0012】

すなわち、本発明では、パワー半導体素子をパッケージングしたパワー半導体デバイスをヒートシンクに着脱自在に装着するパワー半導体デバイス用ホルダーであって、ホルダー本体とホルダー蓋体とからなり、ヒートシンクに着脱自在に装着されるホルダー本体に、パワー半導体デバイスを着脱自在に収容するための収容部を形成するとともに、収容部にパワー半導体デバイスとヒートシンクとを当接させるための開口を形成し、収容部に収容されるパワー半導体デバイスを開口でヒートシンクに向けて押圧しながらホルダー本体にホルダー蓋体を着脱自在に装着可能とすることにしているために、パワー半導体素子による回路構成に応じて空冷・水冷等の各種のヒートシンクを装着することができるので、パワー半導体モジュールの汎用性（カスタマイズ化）を向上させることができ、また、パワー半導体素子の故障等の不具合が生じても、パワー半導体デバイスを交換するだけでよく、パワー半導体モジュールのメンテナンス性を向上させることができる。

【0013】

特に、前記ホルダー本体に複数の収容部を形成するとともに、各収容部に開口を形成することにした場合には、回路構成に応じて各種の複数のパワー半導体デバイスを用いることができ、パワー半導体モジュールの汎用性（カスタマイズ化）をより一層向上させることができ、また、一部のパワー半導体素子の故障等の不具合が生じても、その一部のパワー半導体デバイスを交換するだけでよく、パワー半導体モジュールのメンテナンス性をより一層向上させることができる。

【0014】

また、本発明では、パワー半導体モジュールにおいて、上記パワー半導体デバイス用ホルダーをヒートシンクに装着するとともに、収容部にパワー半導体デバイスを収容することにしているために、パワー半導体素子による回路構成に応じて空冷・水冷等の各種のヒートシンクを装着することができるので、パワー半導体モジュールの汎用性（カスタマイズ化）を向上させることができ、また、パワー半導体素子の故障等の不具合が生じても、パワー半導体デバイスを交換するだけでよく、パワー半導体モジュールのメンテナンス性を向上させることができる。

【0015】

特に、パワー半導体モジュールにおいて、上記パワー半導体デバイス用ホルダーをヒートシンクに装着するとともに、複数の収容部を同一サイズで形成し、各収容部に同一の基本回路からなるパワー半導体デバイスを収容して、複数の基本回路からなる複合回路を形成することにした場合には、複合回路の回路構成に応じて各種の複数のパワー半導体デバイスを用いることができ、パワー半導体モジュールの汎用性（カスタマイズ化）をより一層向上させることができ、また、一部のパワー半導体素子の故障等の不具合が生じても、その一部のパワー半導体デバイスを交換するだけでよく、パワー半導体モジュールのメンテナンス性をより一層向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【0016】

【図1】パワー半導体モジュールを示す平面図。

【図2】同正面図。

【図3】同左側面図。

【図4】同正面断面図。

【図5】パワー半導体モジュールのホルダーからホルダー蓋体を外した状態を示す平面図。

【図6】ホルダー本体を示す平面図（ａ）、同正面図（ｂ）。

【図7】同Ａ－Ａ断面図（ａ）、Ｂ－Ｂ断面図（ｂ）。

【図8】ホルダー蓋体を示す平面図。

【発明を実施するための形態】

【0017】

以下に、本発明に係るパワー半導体デバイス用ホルダー及び同ホルダーを用いたパワー半導体モジュールの具体的な構成について図面を参照しながら説明する。

【0018】

図１～図８に示すように、パワー半導体モジュール１は、ヒートシンク２にパワー半導体デバイス用ホルダー（ホルダー３）を着脱自在に取付けるとともに、ホルダー３にパワー半導体素子をパッケージング（樹脂封止）したパワー半導体デバイス４を着脱自在に収容した構成となっている。

【0019】

ヒートシンク２は、パワー半導体モジュール１が使用（内蔵）される電子機器の構成やサイズなどやパワー半導体デバイス４の回路構成やサイズなどに応じて、空冷・水冷等の構成やサイズの異なる各種のヒートシンク２を用いることができる。このヒートシンク２は、パワー半導体素子を実装したセラミック基板等に直接装着するものではないため、ホルダー３やパワー半導体デバイス４の製造とは別個の製造工程で製造することができる。

【0020】

ホルダー３は、ヒートシンク２に着脱自在に装着される矩形板状のホルダー本体５と、ホルダー本体５に着脱自在に装着される矩形板状のホルダー蓋体６とで構成している。

【0021】

ホルダー本体５は、左右端部に舌片7,7を形成するとともに、各舌片７に上下に貫通する貫通孔８を形成している。ホルダー本体５は、左右の舌片7,7でヒートシンク２にボルト・ナット等の締結具９を用いて着脱自在に装着される。

【0022】

また、ホルダー本体５は、内部にパワー半導体デバイス４を収容するための１個又は複数個（ここでは、３個）の収容部10を形成している。各収容部10には、下部に上下に貫通する開口11が形成されている。各収容部10及び開口11の平面視のサイズは、収容されるパワー半導体デバイス４のパッケージ12のサイズと同一としている。そして、各収容部10には、パワー半導体デバイス４のパッケージ12が収容される。各パワー半導体デバイス４は、収容部10に収容された状態でパッケージ12が開口11で露出される。

【0023】

ホルダー本体５の収容部10の周囲には、収容部10に収容されるパワー半導体デバイス４の信号端子13の基端部分（折曲部分）を収容するための凹部14と、パワー半導体デバイス４の電力端子15の基端部分（折曲部分）を収容するための凹部16とが形成されている。

【0024】

また、ホルダー本体５は、上下端部にパワー半導体デバイス４の電力端子15の先端部分（平坦部分）を載置するための載置台17を形成している。載置台17の中央部には、パワー半導体デバイス４の電力端子15に接続される電極を締結するナットを収容するための凹部18が形成されている。また、載置台17の左右側部には、パワー半導体デバイス４の電力端子15の短絡を阻止するための凸部19,19が形成されている。

【0025】

さらに、ホルダー本体５は、各収容部10の周辺の上部にホルダー蓋体６を装着するネジ20を締結するためのネジ孔21を形成している。

【0026】

ホルダー蓋体６には、ホルダー本体５のネジ孔21に対応する位置に同様のネジ孔22が形成されている。

【0027】

また、ホルダー蓋体６には、パワー半導体デバイス４の信号端子13を上方へ向けて突出させるための切欠23が形成されている。

【0028】

ホルダー蓋体６は、ホルダー本体５の収容部10にパワー半導体デバイス４を収容した状態（図５に示す状態）でネジ20によってホルダー本体５の上面に着脱自在に装着される。

【0029】

パワー半導体モジュール１及びホルダー３は、以上に説明したように構成しており、ヒートシンク２とホルダー３とパワー半導体デバイス４をそれぞれ別個に独立して製造した後に、ヒートシンク２にホルダー３のホルダー本体５を装着し、ホルダー本体５の収容部10にパワー半導体デバイス４を収容して開口12でパワー半導体デバイス４のパッケージ12をヒートシンク２に当接（接触）させ、その後、ホルダー本体５にホルダー蓋体６を装着する。

【0030】

その際に、ホルダー本体５の収容部10に収容されるパワー半導体デバイス４を開口11でヒートシンク２に向けて押圧しながらホルダー本体５にホルダー蓋体６を装着させる。なお、ホルダー本体５や収容部10の厚み（高さ）をパワー半導体デバイス４のパッケージ12の厚さ（高さ）よりも低くしてもよく、ホルダー蓋体６にパワー半導体デバイス４のパッケージ12を押圧するための突起を形成してもよい。また、ホルダー本体５の開口11でヒートシンク２とパワー半導体素子４のパッケージ12とを直接的に当接させてもよく、ヒートシンク２とパワー半導体デバイス４のパッケージ12との間に良好な熱伝導性を有する接着剤やグリースやシールなどを介在させてホルダー本体５の開口11でヒートシンク２とパワー半導体素子４のパッケージ12とを間接的に当接させてもよい。

【0031】

上記パワー半導体モジュール１では、回路構成に応じて各種の様々なパワー半導体デバイス４を使用することができ、使用するパワー半導体デバイス４に応じてホルダー本体５の収容部10の個数やサイズを適宜変更することができる。たとえば、複数の収容部10を同一サイズで形成し、各収容部10にハーフブリッジ回路等の同一の基本回路からなる同一のパワー半導体デバイス４を収容して、複数の基本回路からなる多相ブリッジ回路等の複合回路を形成することができる。

【0032】

以上に説明したように、上記パワー半導体モジュール１のホルダー３は、パワー半導体素子をパッケージングしたパワー半導体デバイス４をヒートシンク２に着脱自在に装着するものであり、ホルダー本体５とホルダー蓋体６とからなり、ヒートシンク２に着脱自在に装着されるホルダー本体５に、パワー半導体デバイス４を着脱自在に収容するための収容部10を形成するとともに、収容部10にパワー半導体デバイス４とヒートシンク２とを当接させるための開口11を形成し、収容部10に収容されるパワー半導体デバイス４を開口11でヒートシンク２に向けて押圧しながらホルダー本体５にホルダー蓋体６を着脱自在に装着可能とする構成となっている。

【0033】

そのため、上記構成のホルダー３では、パワー半導体素子による回路構成に応じて空冷・水冷等の各種のヒートシンク２を装着することができるので、パワー半導体モジュール１の汎用性（カスタマイズ化）を向上させることができ、また、パワー半導体素子の故障等の不具合が生じても、パワー半導体デバイス４を交換するだけでよく、パワー半導体モジュール１のメンテナンス性を向上させることができる。

【0034】

また、上記ホルダー３は、ホルダー本体５に複数の収容部10を形成するとともに、各収容部10に開口11を形成した構成となっている。

【0035】

そのため、上記構成のホルダー２では、回路構成に応じて各種の複数のパワー半導体デバイス４を用いることができ、パワー半導体モジュール１の汎用性（カスタマイズ化）をより一層向上させることができ、また、一部のパワー半導体素子の故障等の不具合が生じても、その一部のパワー半導体デバイス４を交換するだけでよく、パワー半導体モジュール１のメンテナンス性をより一層向上させることができる。

【0036】

また、上記パワー半導体モジュール１は、ホルダー３をヒートシンク２に装着するとともに、収容部10にパワー半導体デバイス４を収容した構成となっている。

【0037】

そのため、上記構成のパワー半導体モジュール１では、パワー半導体素子による回路構成に応じて空冷・水冷等の各種のヒートシンク２を装着することができるので、パワー半導体モジュール１の汎用性（カスタマイズ化）を向上させることができ、また、パワー半導体素子の故障等の不具合が生じても、パワー半導体デバイス４を交換するだけでよく、パワー半導体モジュール１のメンテナンス性を向上させることができる。

【0038】

さらに、上記パワー半導体モジュール１は、上記ホルダー３をヒートシンク２に装着するとともに、複数の収容部10を同一サイズで形成し、各収容部10に同一の基本回路からなるパワー半導体デバイス４を収容して、複数の基本回路からなる複合回路を形成した構成となっている。

【0039】

そのため、上記構成のパワー半導体モジュール１では、複合回路の回路構成に応じて各種の複数のパワー半導体デバイス４を用いることができ、パワー半導体モジュール１の汎用性（カスタマイズ化）をより一層向上させることができ、また、一部のパワー半導体素子の故障等の不具合が生じても、その一部のパワー半導体デバイス４を交換するだけでよく、パワー半導体モジュール１のメンテナンス性をより一層向上させることができる。

【符号の説明】

【0040】

１ パワー半導体モジュール ２ ヒートシンク
３ ホルダー ４ パワー半導体デバイス
５ ホルダー本体 ６ ホルダー蓋体
７ 舌片 ８ 貫通孔
９ 締結具 10 収容部
11 開口 12 パッケージ
13 信号端子 14 凹部
15 電力端子 16 凹部
17 載置台 18 凹部
19 凸部 20 ネジ
21 ネジ孔 22 ネジ孔
23 切欠

【要約】

【課題】パワー半導体モジュールの汎用性（カスタマイズ化）やメンテナンス性を向上させること。
【解決手段】本発明では、パワー半導体素子をパッケージングしたパワー半導体デバイス（４）をヒートシンク（２）に着脱自在に装着するパワー半導体デバイス用ホルダー（３）であって、ホルダー本体（５）とホルダー蓋体（６）とからなり、ヒートシンク（２）に着脱自在に装着されるホルダー本体（５）に、パワー半導体デバイス（４）を着脱自在に収容するための収容部（１０）を形成するとともに、収容部（１０）にパワー半導体デバイス（４）とヒートシンク（２）とを当接させるための開口（１１）を形成し、収容部（１０）に収容されるパワー半導体デバイス（４）を開口（１１）でヒートシンク（２）に向けて押圧しながらホルダー本体（５）にホルダー蓋体（６）を着脱自在に装着可能とすることにした。
【選択図】図４

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】