半导体模块及车辆的制作方法

本发明涉及半导体模块及车辆。

背景技术：

以往，已知有安装了包含冷却翅片的冷却装置的、包含功率半导体芯片等多个半导体元件在内的半导体模块(例如，参照专利文献1-4)。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本专利特开2016-018904号公报

专利文献2：日本专利特开2012-064609号公报

专利文献3：日本专利特开2019-080016号公报

专利文献4：wo2015/079643

技术实现要素：

发明所要解决的技术问题

上述半导体模块中，由于安装半导体元件的电路基板的线膨胀系数与冷却器的线膨胀系数之间的差异较大，因此在外部环境及自身发热所产生的温度反复变化的状况下，在将电路基板固定于冷却器的固定剂处产生了较大的应力及塑性应变。

解决技术问题所采用的技术方案

为了解决上述问题，本发明第1方式中，提供一种包括半导体装置及冷却装置的半导体模块。半导体装置可以具有半导体芯片及安装半导体芯片的电路基板。冷却装置可以包含安装有半导体装置的顶板。冷却装置可以包含与顶板连接的侧壁。冷却装置可以包含与侧壁连接并与顶板相对的底板。冷却装置可以包含由顶板、侧壁及底板进行划定、且为与顶板的主面平行的截面具有长边及短边的大致矩形的、用于使制冷剂流通的制冷剂流通部。电路基板可以是大致矩形的层叠基板，依次包含具有上表面和下表面的绝缘板、设置于上表面的电路层、及设置于下表面的金属层，在俯视下，侧壁可以在至少一个角部包含倾斜部，该倾斜部以分别相对于长边方向及短边方向具有角度的方式朝向内侧倾斜。在俯视下，金属层的至少一个角部可以与倾斜部至少部分重叠。

在俯视下，金属层的至少一个角部的轮廓可以位于倾斜部的内侧与外侧之间。

在俯视下，金属层的角部以外的部分可以与侧壁不重叠。

侧壁可以在至少两个角部包含两个倾斜部。在俯视下，金属层的两个角部可以与两个倾斜部至少部分重叠。

在短边的方向上，侧壁内侧的一条边的长度可以比电路基板的金属层的一条边的长度要短。

绝缘板可以包含陶瓷。金属层可以用焊料固定于顶板。

顶板及侧壁可以构成为一体。

顶板及侧壁可以形成为一体。

顶板和侧壁可以用固定剂固定。

与俯视的方向正交的平面内的、顶板的截面的厚度在侧壁的外壁可以比内侧要厚。

本发明第2方式中，提供一种包括半导体装置及冷却装置的半导体模块。半导体装置可以具有半导体芯片。半导体装置可以具有电路基板。电路基板可以包含具有上表面和下表面的绝缘板、设置于上表面的电路层、及设置于下表面的金属层，在电路层安装半导体芯片。冷却装置可以包含安装有半导体装置的顶板。冷却装置可以包含与顶板连接的侧壁。冷却装置可以包含与侧壁连接并与顶板相对的底板。冷却装置可以包含由顶板、侧壁及底板进行划定的、用于使制冷剂流通的制冷剂流通部。侧壁可以包含向一个方向延伸且相对的一组第1侧壁要素。侧壁也可以包含向另一个方向延伸且相对的一组第1侧壁要素。侧壁可以包含将第1侧壁要素的端部及第2侧壁要素的端部之间进行连接的倾斜部。在俯视下，金属层可以为大致矩形，金属层的角部与倾斜部部分重叠。

俯视下，一个方向与另一个方向可以大致正交，倾斜部的延伸方向与一个方向以30度以上60度以下的角度交叉。

侧壁可以包含四个倾斜部。在俯视下，第2侧壁要素的长度可以比第1侧壁要素的长度要短，并且第2侧壁要素的长度比金属层的一条边的长度要短。

侧壁可以包含两个倾斜部。

本发明第3方式中，提供包括第1方式所涉及的半导体模块及第2方式所涉及的半导体模块的某一个的车辆。

另外，上述发明的概要并不是对本发明的所有必要特征进行列举。此外，这些特征组的子组合也可以构成发明。

附图说明

图1是示出本发明一个实施方式所涉及的半导体模块100的一个示例的示意立体图。

图2是示出本发明一个实施方式所涉及的半导体模块100的冷却装置10的一个示例的示意立体图。

图3是示出本发明一个实施方式所涉及的半导体模块100的一个示例的示意剖视图。

图4是图3中用虚线示出的区域[a]的局部放大图。

图5是示出本发明一个实施方式所涉及的半导体模块100中的、冷却装置10的翅片区域95的配置、半导体装置70的金属层85的配置、冷却针状翅片94的形状、及制冷剂的流动方向的一个示例的图。

图6是说明本发明一个实施例所涉及的半导体模块100中的、半导体装置70的金属层85的尺寸、冷却装置10的侧壁36的尺寸、及金属层85相对于侧壁36的配置关系的图。

图7是说明本发明一个实施方式所涉及的半导体模块100中的、金属层85的变形例即金属层86的图。

图8是说明第1比较例的图。

图9是说明第2比较例的图。

图10是说明本发明一个实施方式所涉及的半导体模块100中的、侧壁36的变形例即侧壁38的图。

图11是说明本发明一个实施方式所涉及的半导体模块100中的、作为侧壁36的变形例的侧壁39、与作为金属层85的变形例的金属层86的图。

图12是示出本发明一个实施方式所涉及的半导体模块100中的、作为半导体装置70的金属层85的变形例的金属层87的图。

图13是示出本发明一个实施方式所涉及的半导体模块100中的、作为半导体装置70的金属层85的变形例的金属层88的图。

图14是示出本发明一个实施方式所涉及的半导体模块100中的、作为半导体装置70的金属层85的变形例的金属层89的图。

图15是示出本发明一个实施方式所涉及的半导体模块100中的、作为半导体装置70的金属层85的变形例的金属层90的图。

图16是示出本发明一个实施方式所涉及的车辆200的概要的图。

图17是本发明一个实施方式所涉及的半导体模块100的主电路图。

具体实施方式

以下，通过发明的实施方式对本发明进行说明，但以下的实施方式并不限定专利权利要求书所涉及的发明。另外，实施方式中所说明的特征的组合并不全是解决本发明的技术问题的技术手段所必需的。

图1是示出本发明一个实施方式所涉及的半导体模块100的一个示例的示意立体图，图2是示出半导体模块100的冷却装置10的一个示例的示意立体图。另外，图3是示出本发明一个实施方式所涉及的半导体模块100的一个示例的示意剖视图，图4是图3中的区域a的局部放大图。另外，图5是示出本发明一个实施方式所涉及的半导体模块100中的、冷却装置10的翅片区域95的配置、半导体装置70的金属层85的配置、冷却针状翅片94的形状、及制冷剂的流动方向的一个示例的图。

图3中，示出假想在xz平面切断了图1所示的半导体模块100中的u相单元70u的半导体芯片78、与图2所示的冷却装置10的出口42这两者的状态。另外，图4中，用t1示出了顶板20的紧固部21的z轴方向的厚度，用t2示出了顶板20在翅片区域95中的z轴方向的厚度，用t3示出了侧壁36的x轴方向的厚度，用t4示出了底板64的z轴方向的厚度。另外，图5中，用虚线示出了图1所示的u相单元70u、v相单元70v及w相单元70w各自的金属层85。

半导体模块100包括半导体装置70及冷却装置10。本示例的半导体装置70载置于冷却装置10。本实施方式说明中，将载置有半导体装置70的冷却装置10的面设为xy面，将与xy面垂直的轴设为z轴。xyz轴形成右手系。本实施方式说明中，将在z轴方向上从冷却装置10朝向半导体装置70的方向称为上，相反方向称为下，但上及下的方向并不限定于重力方向。另外本实施方式的说明中，在各构件的面中，将上侧的面称为上表面，将下侧的面称为下表面，将上表面与下表面之间的面称为侧面。本实施方式说明中，俯视意味着从z轴正方向观察半导体模块100的情况。

半导体装置70具有半导体芯片78、及安装半导体芯片78的电路基板76。本示例的半导体装置70可以包含三块电路基板76，各电路基板76可以搭载两个半导体芯片78。如图1所示，本示例的半导体装置70是一种功率半导体装置，可以具有包含电路基板76、半导体芯片78-1及半导体芯片78-4的u相单元70u、包含电路基板76、半导体芯片78-2及半导体芯片78-5的v相单元70v、以及包含电路基板76、半导体芯片78-3及半导体芯片78-6的w相单元70w。本示例的半导体模块100可以作为构成三相交流逆变器的装置来起作用。另外，u相单元70u、v相单元70v及w相单元70w的各半导体芯片78在半导体模块100动作的情况下成为产生热量的发热源。

半导体芯片78是纵向型半导体元件，具有上表面电极及下表面电极。作为一个示例，半导体芯片78包含形成于硅等半导体基板的绝缘栅双极型晶体管(igbt)、mos场效应晶体管(mosfet)及回流二极管(fwd)等元件。半导体芯片78中，igbt及fwd可以是形成于一块半导体基板的反向导通igbt(rc-igbt)。rc-igbt中igbt与fwd可以反向并联连接。

半导体芯片78的下表面电极与电路基板76的上表面连接。本示例的半导体芯片78可以通过焊料79固定于电路基板76的上表面。半导体芯片78的上表面电极可以为发射极、源极或阳极电极，下表面电极可以为集电极、漏极或阴极电极。半导体芯片78中的半导体基板可以为碳化硅(sic)、氮化镓(gan)。

包含igbt、mosfet等开关元件的半导体芯片78具有控制电极。半导体芯片100可以具有与半导体芯片78的控制电极连接的控制端子。开关元件能经由控制端子，通过外部控制电路进行控制。

如图3及图4所示，电路基板76是大致矩形的层叠基板，依次包含具有上表面和下表面的绝缘板81、设置于绝缘板81的上表面的电路层83、设置于绝缘板81的下表面的金属层85。电路基板76具有上表面及下表面，下表面配置于冷却装置10的上表面。电路基板76经由金属层85通过焊料79固定于冷却装置10的上表面。另外，作为一个示例，电路基板76的上表面侧经由电路层83固定有两个半导体芯片78。另外，本申请说明书中，所谓大致矩形可以意味着大致4边形或大致长方形，另外，至少一个角部可以是进行倒角后得到的形状、平滑的形状。例如，大致矩形可以包含四个角部分别进行倒角后得到的8边形、12边形、16边形等。

电路基板76例如可以是dcb(directcopperbonding：陶瓷覆铜板)基板、amb(activemetalbrazing：活性金属钎焊)基板。绝缘板81可以使用氧化铝(ai2o3)、氮化铝(ain)、氮化硅(si3n4)等陶瓷材料来形成。电路层83及金属层85可以是包含铜或铜合金等导电材料的板材。电路层83通过焊料、钎料等固定于绝缘板81的上表面侧。电路层83的上表面与半导体芯片78通过焊料等电连接或机械连接，即电路性地直接连接。另外，电路层83可以通过导线等与其它导电构件电连接。

冷却装置10具有底盘40和底板64。底盘40包含安装有半导体装置70的顶板20、与顶板20连接的侧壁36、以及与顶板20连接的多个冷却针状翅片94。

顶板20是具有向xy平面扩展的主面的板状的构件。本示例的顶板20在俯视下，为具有长边及短边的大致长方形。另外，本示例的顶板20中，其短边与x轴平行，其长边与y轴平行。顶板20包含用于与安装有半导体模块100的外部装置紧固的紧固部21。紧固部21在俯视下，位于比与顶板20连接的侧壁36更靠近外侧的位置，具有可插入外部装置的螺钉等的贯通孔80。本示例的紧固部21分别在大致长方形的顶板20的四个角逐个具有贯通孔80，合计具有4个贯通孔80。

如图3所示，顶板20具有与xy面平行的上表面(表面)22及下表面(背面)24。作为一个示例，顶板20由金属形成，作为更具体的一个示例，顶板20由包含铝合金的金属形成。可以在顶板20的表面形成镍等的镀层。在顶板20的上表面22载置半导体装置70。该情况下，半导体装置70的电路基板76可以通过焊料79直接固定于顶板20的上表面22。顶板20传递在各半导体芯片78中产生出的热量。顶板20、电路基板76及半导体芯片78朝向z轴正方向依次配置。在顶板20与电路基板76之间、即电路基板76与半导体芯片78之间可以进行热连接。本示例中，各自的构件之间通过焊料79固定，各构件经由该焊料79而热连接。

这里，如图3所示，上述的半导体装置70可以追加性地具有收纳部72。收纳部72例如是由热固化型树脂、紫外线固化型树脂等绝缘材料形成的框体，可以设置为在顶板20的上表面22包围配置了电路基板76等的区域。收纳部72可以与顶板20的上表面22粘接。收纳部72具有能收纳半导体芯片78、电路基板76及其它电路要素的内部空间。在收纳部72的内部空间中，可以收纳包含半导体装置70的电路基板76及半导体芯片78在内的各结构要素。在收纳部72的内部空间中，可以填充有对半导体芯片78、电路基板76及其它电路要素进行密封的密封部74。密封部74例如是包含硅凝胶或环氧树脂等树脂的绝缘构件。另外，图1中以简化说明为目的，省略了收纳部72及密封部74的图示。

侧壁36具有大致固定的厚度，构成冷却装置10的侧面。本示例的侧壁36在xy平面呈具有长边及短边的大致矩形的轮廓。侧壁36构成冷却装置10的侧面，从而在俯视下侧壁36的轮廓的短边与x轴平行，长边与y轴平行。另外，本示例的侧壁36在俯视下，位于比顶板20的紧固部21更靠近内侧的位置，并从顶板20沿z轴负方向延伸。另外，所谓轮廓可以指形成物体外形的线。

侧壁36可以包含分别沿y轴方向延伸且彼此相对的一组侧壁要素36l、以及分别沿x轴方向延伸且彼此相对的一组侧壁要素36s。侧壁36的厚度例如可以是1mm以上3mm以下。侧壁要素36l的延伸方向与侧壁要素36s的延伸方向在俯视下，在85～95度的范围内彼此大致正交，优选以90度彼此交叉。侧壁要素36s的长度可以比侧壁要素36l的长度要短。侧壁要素36l在俯视下，可以是直线，还可以包含曲线。

在俯视下，侧壁36在至少一个角部包含倾斜部37，该倾斜部37以分别相对于y轴方向及x轴方向具有角度的方式朝向内侧倾斜。例如，侧壁36可以包含将侧壁要素36s的端部与侧壁要素36l的端部之间进行连接的倾斜部37。图5中，将倾斜部37示出为网眼状的区域。在之后的附图中也相同。

倾斜部37可以设置成将侧壁要素36l的端部与侧壁要素36s的端部之间进行连接。在俯视下，倾斜部37的延伸方向和y轴方向如后述的图6中用角度θ所示那样，例如可以以30度以上60度以下的角度(夹角)交叉。图6所示的角度θ可以优选为40度以上50度以下。侧壁36的形状在俯视下，可以为多边形，例如n边形(n为5以上的整数)，优选为6边形、8边形。

俯视下，侧壁36可以在至少两个角部包含两个倾斜部37。如图5所示，本示例的侧壁36在四个角部分别包含倾斜部37。另外，在俯视下，所谓侧壁36的角部可以指沿侧壁36的x轴方向延伸的短边、与沿y轴方向延伸的长边相交的区域。另外，在俯视下，所谓侧壁36的内侧可以指由具有大致矩形的轮廓的侧壁36包围的区域的一侧。

图5中，示出将侧壁36的x轴方向的中心沿y轴方向延伸的中心线cl。如图5所示，在俯视下，各电路基板76的金属层85、即各电路基板76可以相对于中心线cl沿x轴方向偏移来配置。该情况下，在x轴方向上，侧壁36的内侧的一条边的长度可以与电路基板76的金属层85的一条边的长度为相同程度，也可以比金属层85的一条边的长度要长。如图5所示，本示例的侧壁36沿x轴方向延伸的两条边的内侧的长度，可以与各电路基板76的金属层85沿x轴方向延伸的两条边的长度相同。例如，侧壁要素36s的长度可以与金属层85的x轴方向的一条边的长度相同。

取而代之地，例如在将各电路基板76的x轴方向的中心配置成位于中心线cl上的情况下，在x轴方向上，侧壁36的内侧的一条边的长度可以比电路基板76的金属层85的一条边的长度要短。例如，如说明本发明一个实施方式所涉及的半导体模块100中的、金属层85的变形例即金属层86的图7所示那样，侧壁要素36s的长度可以比金属层86的x轴方向的一条边的长度要短。图7所示的金属层86的纵横比与金属层85的纵横比不同，其x轴方向的边的长度相对较长。另外，图7中仅示出了半导体模块100中的侧壁36、u相单元70u、v相单元70v及w相单元70w各自的金属层85。之后说明的图6、图8～图11中也同样。

在俯视下，电路基板76的金属层85的至少一个角部与侧壁36的倾斜部37至少部分重叠。例如，在俯视下，金属层85为大致矩形，金属层85的角部可以与倾斜部37部分重叠。如图5所示，本示例中，在u相单元70u、v相单元70v及w相单元70w中，可以仅位于y轴方向两端的u相单元70u及w相单元70w各自的电路基板76的金属层85与侧壁36的倾斜部37部分重叠。

本示例中，可以仅u相单元70u及w相单元70w各自的电路基板76的金属层85的、四个角部中的一个角部与侧壁36的倾斜部37部分重叠。更具体而言，三个单元中位于最y轴负方向侧的u相单元70u的金属层85的、位于y轴负方向侧且位于x轴正方向侧的一个角部可以与位于侧壁36的y轴负方向侧且位于x轴正方向侧的一个倾斜部37部分重叠。另外同样地，三个单元中位于最y轴正方向侧的w相单元70w的金属层85的、位于y轴正方向侧且位于x轴正方向侧的一个角部可以与位于侧壁36的y轴正方向侧且位于x轴正方向侧的一个倾斜部37部分重叠。

取而代之地，优选为在俯视下，电路基板76的金属层85的两个角部可以与侧壁36的两个倾斜部37至少部分重叠。更具体而言，三个单元中位于最y轴负方向侧的u相单元70u的金属层85的、位于y轴负方向侧的两个角部分别可以与位于侧壁36的y轴负方向侧的两个倾斜部37分别部分重叠。另外同样地，三个单元中位于最y轴正方向侧的w相单元70w的金属层85的、位于y轴正方向侧的两个角部分别可以与位于侧壁36的y轴正方向侧的两个倾斜部37分别部分重叠。

金属层85在俯视下为上述的大致矩形，可以具有沿x轴方向延伸的一组边及沿y轴方向延伸的一组边。金属层85可以在角部包含通过倒角而设置的多个角。

在俯视下，电路基板76的金属层85的至少一个角部的轮廓可以位于侧壁36的倾斜部37的内侧与外侧之间。如图5所示，本示例中，在俯视下，u相单元70u的金属层85的、位于y轴负方向侧的两个角部可以分别位于在侧壁36的y轴负方向侧的位置处的两个倾斜部37各自的内侧与外侧之间。另外同样地，w相单元70w的金属层85的、位于y轴正方向侧的两个角部可以分别位于在侧壁36的y轴正方向侧的位置处的两个倾斜部37各自的内侧与外侧之间。

另外，在俯视下，电路基板76的金属层85的角部以外的部分与侧壁36可以不重叠。如图5所示，本示例中，在俯视下，u相单元70u的金属层85的、位于y轴负方向侧的两个角部以外的部分与侧壁36可以不重叠。另外同样地，w相单元70w的金属层85的、位于y轴正方向侧的两个角部以外的部分与侧壁36可以不重叠。

多个冷却针状翅片94中的至少一个在xy平面中的截面形状为大致菱形。之后的说明中，有时将1个或多个冷却针状翅片94简称为冷却针状翅片94。冷却针状翅片94从顶板20向z轴负方向延伸。冷却针状翅片94在俯视下，位于比侧壁36更靠近内侧的位置，由侧壁36包围。

图2的冷却装置10中，为了进行简化，用点示出了设置了冷却针状翅片94的区域即翅片区域95，以代替图示出冷却针状翅片94。翅片区域95在俯视下可以为矩形，其短边可以与x轴平行，其长边可以与y轴平行。

底盘40中，顶板20、侧壁36及冷却针状翅片94可以构成为一体。本示例中，顶板20、侧壁36及冷却针状翅片94可以形成为一体。例如，顶板20、侧壁36及冷却针状翅片94可以由连续的一块板材形成为一体。例如，相对于连续的一块板材，可以通过使用与顶板20、侧壁36及冷却针状翅片94的形状对应的金属模具来进行冲孔加工，从而将顶板20、侧壁36及冷却针状翅片94形成为一体。作为其它示例，通过使用利用冲击冲压等在常温环境下的冷锻、在高温环境下的温锻、热锻、熔锻等任意锻造法来进行成型，或通过铸造进行成型，从而可以将顶板20、侧壁36及冷却针状翅片94形成为一体。本实施方式的半导体模块100通过将顶板20、侧壁36及冷却针状翅片94形成为一体，从而与将单独形成的部件彼此固定的方式相比能削减部件个数。

底板64为板状构件。本示例的底板64在俯视下，为具有长边及短边的大致长方形。另外，本示例的底板64中，其短边与x轴平行，其长边与y轴平行。底板64构成制冷剂流通部92的底面。底板64与侧壁36连接，与顶板20相对。

用于使制冷剂流通的制冷剂流通部92由顶板20、侧壁36及底板64进行划定。换言之，侧壁36在xy面上配置成包围制冷剂流通部92，顶板20及底板64在z轴方向上将制冷剂流通部92夹在中间而彼此相对配置。由此，xy平面上的制冷剂流通部92的轮廓由侧壁36的内周进行划定。因此，如图5所示，制冷剂流通部92为与顶板20的主面平行的截面具有长边96及短边93的大致矩形。另外，本示例中，长边96的方向为y轴方向，短边93的方向为x轴方向。

另外，本示例的底板64上形成有用于向制冷剂流通部92导入制冷剂的贯通孔即入口41、以及用于从制冷剂流通部92导出制冷剂的贯通孔即出口42。

入口41及出口42能分别连接与外部制冷剂提供源连通的管道，换言之，冷却装置10能通过2根管道与外部的制冷剂提供源连接。因此，冷却装置10能经由入口41从一个管道搬入制冷剂，制冷剂在制冷剂流通部92内部循环之后能经由出口42向另一个管道搬出。

入口41及出口42在x轴方向上分别位于冷却装置10的一侧、及与该一侧相反的另一侧，且在y轴方向上分别位于冷却装置10的一侧、及与该一侧相反的另一侧。即，入口41及出口42在xy平面上具有大致矩形的制冷剂流通部92的对角线方向上，位于制冷剂流通部92相对的两端。

本实施方式的半导体模块100使从在冷却装置10的上表面沿z轴方向排列的各半导体芯片78中产生出的热量经由冷却装置10的入口41流入制冷剂流通部92，在制冷剂流通部92内整体扩散，通过经由出口42而流出的制冷剂高效地进行冷却。

在上述制冷流通部92中流通llc、水等制冷剂。制冷剂流通部92中，制冷剂从与短边93的方向的一侧连通的入口41导入，并从与短边93的方向的另一侧连通的出口42导出。制冷剂与配置电路基板76的顶板20的下表面24及冷却针状翅片94接触，来冷却半导体装置70。

制冷剂流通部92可以是与顶板20、侧壁36及底板64分别相接的密闭空间。底板64与侧壁36的z轴负方向的下端直接或间接地紧密接触地进行配置，通过顶板20、侧壁36及底板64来密闭制冷剂流通部92。另外，所谓间接地紧密接触指经由在侧壁36的下端与底板64之间设置的密封材料、粘接剂、钎料或其它构件即固定剂98来使侧壁36的下端与底板64紧密接触的状态。紧密接触指制冷剂流通部92的内部的制冷剂不从该紧密接触部分漏出的状态。优选对侧壁36的下端与底板64进行钎焊。另外，底盘40及底板64由相同组分的金属形成，钎料可以由熔点比底盘40等要低的金属、例如包含铝合金的金属形成。

冷却针状翅片94配置于制冷剂流通部92，在顶板20与底板64之间延伸。本示例的冷却针状翅片94以与顶板20及底板64各自的主面大致正交的方式沿z轴方向延伸。如图4所示，本示例的冷却针状翅片94在xy面上以规定的图案进行配置，以与顶板20及底板64各自的主面大致正交的方式沿z轴方向延伸。另外，本示例的冷却针状翅片94具有在xy平面的截面上制冷剂流通部92的短边93的方向比长边96的方向要长的大致菱形。大致菱形的一对对角线中，与长边96平行的对角线比与短边93平行的对角线要短。

冷却针状翅片94具有在z轴方向相对的上端和下端，上端与顶板20的下表面24热接触并机械接触，从顶板20的下表面24朝向制冷剂流通部92延伸。在冷却针状翅片94与顶板20形成为一体的情况下，冷却针状翅片94的上端从顶板20的下表面24一体突出，并从顶板20的下表面24朝向制冷剂流通部92延伸。本示例的冷却针状翅片94的下端由固定剂98固定于底板64。冷却针状翅片94的下端可以远离底板64。冷却针状翅片94与底板64之间若存在间隙，则即使在底板64产生翘曲等，也难以在冷却针状翅片94与底板64之间产生应力。各半导体芯片78发出的热量移动至通过冷却针状翅片94的附近的制冷剂。由此，对各半导体芯片78进行冷却。

如图5中用虚线示出那样，制冷剂流通部92的翅片区域95中，冷却针状翅片94在制冷剂流通部92的长边96的方向配置得比在短边93的方向要多，具有在长边96的方向比短边93的方向要长的大致长方形。冷却针状翅片94可以以单位长度在制冷剂流通部92的长边96的方向配置得比在短边93的方向要多。作为一个示例，在翅片区域95中，沿制冷剂流通部92的长边96的方向配置的冷却针状翅片94的根数、与在制冷剂流通部92的短边93的方向配置的冷却针状翅片94的根数之比可以在规定范围内。翅片区域95包含设置了冷却针状翅片94的区域、及冷却针状翅片94间的流路。另外，如图示那样，本示例的翅片区域95中，冷却针状翅片94交错排列，但也可以取而代之地进行正方形排列。另外，相邻的冷却针状翅片94彼此的间隔可以比冷却针状翅片94自身的宽度要窄。另外，如图5所示那样，本示例的u相单元70u、v相单元70v及w相单元70w的金属层85在俯视下均有一部分配置在翅片区域95的外侧。

另外，制冷剂流通部92在俯视下，包含将翅片区域95夹在中间而配置的第1制冷剂流路30-1及第2制冷剂流路30-2。制冷剂流路30指在制冷剂流通部92中具有规定高度(z轴方向的长度)以上的高度的空间。所谓规定高度以上的高度可以为顶板20与底板64之间的距离。

第1制冷剂流路30-1位于比翅片区域95更靠短边93的方向的一侧并与入口41连通，沿长边96的方向延伸。第2制冷剂流路30-2位于比翅片区域95更靠短边93的方向的另一侧并与出口42连通，沿长边96的方向延伸。第1制冷剂流路30-1及第2制冷剂流路30-2延伸的方向也可以称为翅片区域95的长边96的方向。另外，第1制冷剂流路30-1是一连通区域的一个示例，第2制冷剂流路30-2是另一连通区域的一个示例。

如上所述，在半导体模块100的半导体装置70沿y轴方向存在多个半导体芯片78等热源的情况下，若将流向冷却装置10的制冷剂的主要的流动方向设为与热源的排列方向(y轴方向)平行，则不能对各热源同样地进行冷却。因此，如本实施方式的半导体模块100那样，可以考虑设为使流向冷却装置10的制冷剂的主要的流动方向(x轴正方向)与多个热源的排列方向(y轴方向)正交的配置结构。更具体而言，根据本实施方式的半导体模块100，制冷剂流通部92中，与顶板20的主面平行的(xy平面中的)截面是具有长边96及短边93的大致矩形，制冷剂从与短边93的方向(x轴方向)的一侧连通的入口41导入并从与短边93的方向(x轴方向)的另一侧连通的出口42导出。

冷却装置10内配置有冷却针状翅片94，该冷却针状翅片94应将从多个热源传递的热量高效率地散热至在制冷剂流通部92内流动的制冷剂。冷却装置10中，在使用与顶板20的主面平行的(xy平面的)截面的形状为圆形的针状翅片的情况下，由于与制冷剂接触的针状翅片的表面积较小，因此散热效率比使用了与顶板20的主面平行的(xy平面中的)截面的形状为多边形的针状翅片的情况要低。并且，即使是使用了与顶板20的主面平行的(xy平面的)截面的形状为多边形的针状翅片的情况下，在具有正方形、正六边形等制冷剂在xy平面的主要的流动方向的宽度和与该流动方向正交的方向的宽度相等的截面形状、比起该流动方向的宽度该正交的方向的宽度较长的长方形等截面形状的情况下，与该流动方向正交的面内的面积变大，制冷剂的流动速度损耗变大，散热效率变低。与此相对，根据本实施方式所涉及的半导体模块100，配置于制冷剂流通部92的冷却针状翅片94在xy平面的截面上具有在制冷剂流通部92的短边93的方向比长边96的方向要长的大致菱形，因此与使用了上述多边形的针状翅片的情况相比，与制冷剂的主要的流动方向正交的表面内的面积较小，制冷剂的流动速度损耗较小。另外，冷却针状翅片94可以为上述的与顶板20的主面平行的截面的形状为圆形、多边形的针状翅片。

这里，如图4所示，可以使与俯视下的方向正交的平面(xz平面及yz平面)内的、顶板20的截面的厚度在侧壁36的外侧比侧壁36内侧要厚。本示例的冷却装置10中，可以使紧固部21的厚度t1比顶板20中的翅片区域95的厚度t2要厚。通过使顶板20中的翅片区域95的厚度变薄，从而能够使来自配置在顶板20的上表面22的半导体装置70的热量高效地移动至在制冷剂流通部92内流动的制冷剂，另一方面，通过提高紧固部21的强度，从而能抑制在将半导体模块100用外部装置和螺栓等牢固地进行紧固的情况下因所能施加的较强的紧固力而导致紧固部21的破损。

另外，可以使侧壁36的厚度t3比顶板20中的翅片区域95的厚度t2要厚。通过使顶板20中的翅片区域95的厚度变薄，从而与上述同样地能够提高冷却效率，另一方面，通过提高与顶板20连接的侧壁36的强度，从而能抑制顶板20中的翅片区域95因机械性的或发热的影响而引起弯曲等变形。由此，半导体模块100能抑制在将半导体装置70固定于顶板20的焊料79处产生较大的应力及塑性应变。

另外，底板64的厚度t4可以至少比顶板20的翅片区域95中的厚度t2及侧壁36的厚度t3的某个厚度要厚，甚至还可以比顶板20的紧固部21的厚度t1要厚。如上所述，入口41及出口42分别形成于底板64。通过将作为贯通孔的入口41及出口42形成于厚度最大的底板64，从而能提高冷却装置10的强度，且能使冷却装置10的加工变得容易。紧固部21可以通过锻造加工与顶板20及侧壁36一体成形，也可以通过由冲压加工而成型得到的侧壁36的凸缘部和顶板20的紧固来形成。

进行使半导体模块的外部环境及自身发热所产生的温度反复变化的实验后，对于介于设置于绝缘板的下表面的金属层与冷却装置的顶板之间的焊料，在俯视下判明了在接近侧壁的角部的内侧的部位产生最大的应力及塑性应变。可考虑为冷却装置的顶板容易变形的影响。另一方面，冷却装置的顶板的变形能在下表面与侧壁连接且刚性相对较高的部位局部地得到抑制。

根据本实施方式的半导体模块100，包括冷却装置10、及安装于冷却装置10的顶板20的具有电路基板76的半导体装置70，电路基板76是大致矩形的层叠基板，依次包含具有上表面和下表面的绝缘板81、设置于绝缘板81的上表面的电路层83、及设置于绝缘板81的下表面的金属层85。该金属层85例如通过焊料79固定于顶板20的上表面22。另外，根据本实施方式的半导体模块100的冷却装置10，在俯视下，侧壁36在至少一个角部包含倾斜部37，电路基板76的金属层85的至少一个角部与侧壁36的倾斜部37至少部分重叠。

半导体模块100中，半导体装置70在使用过程中，最大发热到170℃左右，另一方面，在冷却装置10的制冷剂流通部92流动的制冷剂保持室温～70℃左右，由此，有时会在半导体装置70与冷却装置10之间产生100℃以上的温度差。另外，该温度差有时会根据半导体模块100所处的环境温度而产生较大变化。根据包括上述结构的本实施方式的半导体模块100，即使是例如包含陶瓷的绝缘板81的线膨胀系数、与例如包含铝合金的冷却装置10的线膨胀系数之间的差异较大的情况，在外部环境及自身发热所产生的温度反复变化的状况下，也能抑制在介于设置于绝缘板81的下表面的金属层85与冷却装置10的顶板20之间的焊料79处产生较大应力及塑性应变，能提高热循环可靠性。另外，根据本实施方式的半导体模块100，在俯视下，虽然具有与本实施方式相同的尺寸的半导体装置，但与电路基板的金属层与侧壁不重叠的方式下的半导体模块相比，冷却装置10的侧壁36向内侧偏移从而有时能使冷却装置10小型化。

图6是说明本发明一个实施例所涉及的半导体模块100中的、半导体装置70的金属层85的尺寸、冷却装置10的侧壁36的尺寸、及金属层85相对于侧壁36的配置关系的图。

如图6所示，该实施例的金属层85在俯视下具有x轴方向的长度为30mm、y轴方向的长度为35mm、角部的内角为135°的8边形。另一方面，该实施例的侧壁36在俯视下具有x轴方向上的侧壁36的内侧的一条边的长度为30mm、侧壁36的x轴方向的长度为60mm、y轴方向的长度为114mm、倾斜部37的外角相对于x轴为49°且相对于y轴为41°的8边形。

图8是说明第1比较例的图，图9是说明第2比较例的图。如图8所示，作为针对该实施例所涉及的半导体模块100的第1比较例，虽然具有与该实施例所涉及的半导体模块100的侧壁36及金属层85分别相同的尺寸形状，但在俯视下，准备了具有彼此不重叠的侧壁及金属层的半导体模块。另外，如图9所示，作为针对该实施例所涉及的半导体模块100的第2比较例，虽然具有与该实施例所涉及的半导体模块100的侧壁36及金属层85分别相同的尺寸形状，但在俯视下，准备了具有彼此角部不重叠、仅彼此的一条边重叠的侧壁及金属层的半导体模块。

进行将实施例、第1比较例及第2比较例各自的半导体模块置于使环境温度在-40℃～125℃之间反复变化的温度循环下的仿真后，对其各自的塑性应变振幅，确认了相对于第1比较例为0.21％、第2比较例为0.22％，根据实施例能抑制到0.14％为止。

如该实施例所涉及的半导体模块100那样，在俯视下，优选金属层85的至少一个角部的轮廓位于侧壁36的倾斜部37的内侧与外侧之间，且金属层85的角部以外的部分与侧壁36不重叠。然而，作为该半导体模块100的变形例，在俯视下，即使利用金属层85的至少一个角部的轮廓位于侧壁36的倾斜部37的外侧且金属层85的角部以外的部分与侧壁36不重叠的结构，通过上述仿真也能确认塑性应变振幅能抑制到0.16％为止。

图10是说明本发明一个实施方式所涉及的半导体模块100中的、侧壁36的变形例即侧壁38的图。作为与使用图1至图9说明的实施方式所涉及的半导体模块100的不同点，如图10所示，侧壁38具有一对倾斜部37l、37l和一对倾斜部37s、37s，仅u相单元70u、v相单元70v及w相单元70w中位于最靠y轴正方向侧的位置的w相单元70w的电路基板76的金属层85与侧壁38的位于最靠x轴正方向侧且y轴正方向侧的位置的倾斜部37l部分重叠。

如图10所示，本示例中，倾斜部37l、37l及倾斜部37s、37s在俯视下，分别设置于位于制冷剂流通部92的对角线方向上的两组角部。倾斜部37l和倾斜部37s的长度可以相同或不同。另外，倾斜部37l的延伸方向与y轴方向以角度θl交叉。另外，倾斜部37s的延伸方向与y轴方向以角度θs交叉。θl和θs可以相同或不同。另外，本示例中，侧壁要素38s的长度也可以比金属层85的x方向的一条边的长度要长。即使根据该变形例所涉及的半导体模块100，也起到与上述同样的效果。

图11是说明本发明一个实施方式所涉及的半导体模块100中的、侧壁36的变形例即侧壁39、与金属层85的变形例即金属层86的图。作为与使用图1至图9说明的实施方式所涉及的半导体模块100的不同点，在俯视下，侧壁39仅在位于制冷剂流通部92的对角线方向的两个角部具有倾斜部37，如上所述，金属层86的纵横比与金属层85的纵横比不同，x轴方向的边的长度相对较长，并且将各电路基板76的x轴方向的中心配置成位于中心线cl上。即使利用该变形例所涉及的半导体模块100，也起到与上述同样的效果。

图12～15所示的侧壁36、38、39在分别包含沿y轴方向延伸且相对的一组侧壁要素36l、38l、39l、沿x轴方向延伸且相对的一组侧壁要素36s、38s、39s、以及将侧壁要素36l、38l、39l的端部及侧壁要素36s、38s、39s的端部之间进行连接的倾斜部37、37s、37l这一点上共通。倾斜部37、37s、37l可以朝向侧壁36、38、39的内侧倾斜，并进行延伸而以例如相对于y轴方向为30度以上60度以下的角度交叉。

图12、图13、图14、图15分别示出本发明一个实施方式所涉及的半导体模块100中的、半导体装置70的金属层85的变形例即金属层87、88、89、90的图。金属层87、88、89、90在俯视下为大致矩形，具有沿x轴方向延伸的一组边及沿y轴方向延伸的一组边，在角部包含通过倒角而设置的多个角或圆弧。

作为与使用图1至图11说明的实施方式所涉及的半导体模块100的不同点，图12所示的金属层87在俯视下具有角部的内角为150°的12边形，图13所示的金属层88在俯视下具有角部的内角为157.5°的16边形。另外，图14所示的金属层89在俯视下具有角部包含120°及150°的不同的两个角在内的8边形，图15所示的金属层90在俯视下具有包含连接与角部相邻的两条边的圆弧在内的、没有角部的形状。即使根据这些变形例所涉及的半导体模块100，也起到与上述同样的效果。

图16是示出本发明一个实施方式所涉及的车辆200的概要的图。车辆200是一种使用功率从而至少产生一部分推进力的车辆。作为一个示例，车辆200是一种利用电动机等功率驱动设备来产生所有的推进力的电动车，或是一种对电动机等功率驱动设备、与由汽油等燃料驱动的内燃机进行并用的混合动力车。

车辆200包括控制电动机等功率驱动设备的控制装置210(外部装置)。控制装置210中设置有半导体模块100。半导体模块100可以对提供给功率驱动设备的功率进行控制。

图17是本发明多个实施方式所涉及的半导体模块100的主电路图。半导体模块100作为具有输出端子u、v及w的三相交流逆变器电路来其作用，可以是对车辆的电动机进行驱动的车载用单元的一部分。

半导体模块100中，半导体芯片78-1、78-2及78-3可以构成上桥臂，半导体芯片78-4、78-5及78-6可以构成下桥臂。一组半导体芯片78-1、78-4可以构成支路(u相)。一组半导体芯片78-2、78-5、及一组半导体芯片78-3、78-6也同样可以构成支路(v相、w相)。半导体芯片78-4中，发射极电极可以与输入端子n1电连接，集电极电极可以与输出端子u电连接。半导体芯片78-1中，发射极电极可以与输出端子u电连接，集电极电极可以与输入端子p1电连接。同样地，半导体芯片78-5、78-6中，发射极电极可以分别与输入端子n2、n3电连接，集电极电极可以分别与输出端子v、w电连接。并且，半导体芯片78-2、78-3中，发射极电极可以分别与输出端子v、w电连接，集电极电极可以分别与输入端子p2、p3电连接。

各半导体芯片78-1至78-6可以根据输入到对应的控制端子的信号交替地进行开关。本示例中，各半导体芯片78可以在开关时发热。输入端子p1、p2、p3可以与外部电源的正极相连接，输入端子n1、n2、n3可以与外部电源的负极相连接，输出端子u、v、w可以与负载相连接。输入端子p1、p2、p3可以彼此电连接，也可以还与其它输入端子n1、n2、n3彼此电连接。

半导体模块100中，多个半导体芯片78-1至78-6可以分别是rc-igbt(逆导通igbt)半导体芯片。另外，半导体芯片78-1至78-6可以分别包含mosfet、igbt等晶体管和二极管的组合。

以上多个实施方式的说明中，例如如“大致相同”、“大致一致”、“大致恒定”、“大致对称”、“大致菱形”、“大致矩形”等那样，有时会与“大致”一起使用的用语来表现特定状态，但这些用语的意图均不仅包含严格为该特定状态，还包含大约为该特定状态。

以上，使用实施方式对本发明进行了说明，但本发明的技术范围并不限于上述实施方式所记载的范围。能够在上述实施方式的基础上进行各种变更或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。根据权利要求书的记载可知，施加了这样的变更或改良的方式也包含在本发明的技术范围内。

例如，上述实施方式中，对半导体模块100包括三个半导体装置70的结构进行了说明，但取而代之地，可以包括一个、两个或四个以上的半导体装置70。

例如，由侧壁36、38、39进行划定的制冷剂流通部92中，可以在翅片区域95的短边方向的一侧并置第1制冷剂流路30-1，在另一侧并置第2制冷剂流路30-2，在第1制冷剂流路30-1与第2制冷剂流路30-2之间配置冷却针状翅片94。另外，例如，冷却针状翅片94可以配置成格子状，优选配置成斜格子状或菱形格子状。另外，例如入口41及出口42在制冷剂流通部92中，与翅片区域95相邻，可以设置在对角线上。另外，例如入口41及出口42的开口在俯视下，长边96的方向的长度可以比短边93的方向的长度要大。

例如，上述实施方式中，对在底盘40中顶板20、侧壁36、38、39及冷却针状翅片94形成为一体的结构进行了说明，但取而代之地，顶板20、侧壁36等及冷却针状翅片94也可以分别单独形成后用固定剂98等彼此固定。另外，可以将顶板20及侧壁36等形成为一体，将单独形成的冷却针状翅片94固定于顶板20。另外，可以将顶板20及冷却针状翅片94形成为一体，将单独形成的侧壁36等用固定剂98等固定于顶板20。此外，侧壁36等及底板64例如通过拉伸加工而形成为一体，单独形成的顶板20可以用固定剂98等例如通过钎焊固定于侧壁36等。该情况下，侧壁36等沿xy平面延伸到顶板20的紧固部21所位于的区域为止，可以连接侧壁36等的该延伸面与顶板20的下表面24。

另外，例如，在上述实施方式中，对冷却针状翅片94与顶板20一体成形且朝向底板64延伸的结构进行了说明，但取而代之地，冷却针状翅片94也可以与底板64形成为一体，从底板64朝向顶板20延伸。另外，该情况下，冷却针状翅片94的前端与顶板20之间可以用固定剂98等固定。

另外，例如，上述实施方式中，对冷却针状翅片94在顶板20与底板64之间沿顶板20的主面的法线方向延伸的、即相对于顶板20及底板64沿垂直延伸的结构进行了说明，但取而代之地，冷却针状翅片94也可以在顶板20与底板64之间相对于顶板20的主面的法线方向具有角度地延伸。另外，冷却针状翅片94的xy平面中的截面的尺寸在z轴方向可以为恒定，也可以变化，作为更具体的一个示例，可以以朝向前端变成前端较细的方式，从顶板20及底板64的任意一方向另一方延伸。

另外，例如，上述实施方式中，对用于向制冷剂流通部92导入制冷剂的入口41、用于从制冷剂流通部92导出制冷剂的出口42形成于底板64的结构进行了说明，但取而代之地，入口41及出口42也可以形成于侧壁36、38、39。该情况下，入口41及出口42可以形成于侧壁36等的沿x轴方向相对的两个侧面。

另外，例如，上述实施方式中，对在俯视下将侧壁36、38、39的内侧设为直线进行了说明，但不限于直线，也可以是折线或曲线。例如，在俯视下，侧壁36等的内侧可以是在制冷剂流通部92的一侧膨胀成弓状的曲线，并可以是在与之相反的一侧凹陷成弓状的曲线。

应注意，权利要求书、说明书及附图中所示的装置、系统、程序以及方法中的动作、顺序、步骤以及阶段等各处理的执行顺序只要没有特别明示“此前”、“之前”等，并且只要不是将前面的处理的输出用于后面的处理，则能够以任意的顺序实现。关于权利要求书、说明书以及附图中的动作流程，为了方便而使用“首先”、“接下来”等进行了说明，但并不意味着必须以该顺序实施。

标号说明

10冷却装置，

20顶板，

21紧固部，

22上表面，

24下表面，

30制冷剂流路，

30-1第1制冷剂流路，

30-2第2制冷剂流路，

36、38、39侧壁，

36s、36l、38s、38l、39s、39l侧壁要素，

37、37s、37l倾斜部，

40底盘，

41入口，

42出口，

64底板，

70半导体装置，

70uu相单元，

70vv相单元，

70ww相单元，

72收纳部，

74密封部，

76电路基板，

78半导体芯片，

79焊料，

80贯通孔，

81绝缘板，

83电路层，

85、86、87、88、89、90金属层，

92制冷剂流通部，

93短边，

96长边，

94冷却针状翅片，

95翅片区域，

98固定剂，

100半导体模块，

200车辆，

210控制装置。