CN101484990B - 半导体模块及半导体模块的制造方法 - Google Patents

半导体模块及半导体模块的制造方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种半导体模块及半导体模块的制造方法。半导体模块(10)包括冷却介质(1)、电子部件(2)、半导体元件(3)及热导性薄片部件(4)。热导性薄片部件(4)覆盖半导体元件(3)的一部分，具有下部(4b)和侧部(4c)。下部(4b)与冷却介质(1)的安装面(11a)接触。侧部(4c)从下部(4b)延伸，覆盖半导体元件(3)的第1侧面(3c)。电子部件(2)配置在从热导性薄片部件(4)的侧部(4c)来看与半导体元件(3)相反的一侧。

Description

半导体模块及半导体模块的制造方法
技术领域
本发明涉及一种包含半导体元件和电子部件的半导体模块及其制造方法。
背景技术
迄今为止，人们对半导体功率模块(半导体模块)进行使半导体功率元件(由于半导体功率模块的工作而发热，结果成为高温状态的半导体元件)与封装基体材料(冷却介质)接触等热设计，以冷却半导体功率元件，来将该半导体功率元件的温度保持在半导体功率模块的安全工作温度以下的值。因此，在用多个半导体功率元件构成半导体功率模块时，有必要使各个半导体功率元件分别与封装基体材料接触。
此外，在半导体功率模块中有下述模块，即：半导体功率元件、以及控制半导体功率元件的控制电路或电容器等无源元件安装在同一个封装基体材料中而成的模块。比如说，如图24(a)和图24(b)所示，专利文献1公开了主电路(半导体元件)83和控制电路82被收纳于同一封装体(壳体)81内而成的功率转换器(半导体模块)80。在图24(a)所示的功率转换器80中，在主电路83与控制电路82之间插入有板状遮蔽部件88，由此，主电路83所发出的热和电磁噪声被遮蔽。
此外，在图24(b)所示的功率转换器180中被公开了下述结构，即：形成为“コ”字形状的遮蔽部件188配置于壳体81内，使得该遮蔽部件188将该壳体81内分成两个部分。在该结构中，遮蔽部件188完全覆盖发热的主电路83。此外，在遮蔽部件188中形成有贯通孔，用来使存在于遮蔽部件188的外部的控制电路82或无源元件与半导体功率元件电连接的信号线189、或者用来从存在于遮蔽部件188的外部的控制电路82或无源元件向半导体功率元件提供控制信号的信号线189等通过该贯通孔。专利文献1：日本公开专利公报特开2005-235929号公报
在用多个半导体功率元件构成半导体功率模块时，需要使各个半导体功率元件充分地放热，并将各个半导体功率元件设置在互相隔着充分的距离且互相之间有间隙的位置上，来防止温度上升。因此，该半导体功率模块的封装基体材料的安装面需要有半导体功率元件的各个下表面的面积相加而得到的面积以上的大小，以致封装体具有非常大的尺寸，难以谋求半导体功率模块的小型化。
此外，为了应对已安装的部件的温度由于半导体功率模块的工作而上升了的情况，在半导体功率元件以及控制电路或无源元件安装在同一个封装基体材料中而成的半导体功率模块中，所有安装部件最好能够在半导体功率元件的保证温度范围的上限值时进行工作。该上限值例如为120℃左右，连在这样高的温度下也能够工作的控制电路或无源元件的类型是有限的。因此，可供选择的安装部件的范围很小，不能自由地设计半导体功率模块。此外，也会有连在高温下也能够工作的控制电路或无源元件的价格昂贵的情况，在这种情况下，半导体功率模块的成本很高。
此外，图24(a)所示的功率转换器80难以高效地冷却遮蔽部件88本身。就是说，遮蔽部件88能够遮蔽辐射热，但是遮蔽部件88本身不被冷却。因此，难以将配置于遮蔽部件88的上侧的控制电路82等保持为低温状态。因此，图24(a)所示的功率转换器80难以完全遮蔽主电路83发了很长时间的热，难以完全进行热分离(heat isolation)。
再说，在图24(b)所示的功率变换器180中，当安装主电路83等时需要设计出能够经过设置于遮蔽部件188中的通孔传输控制信号的布线，使得制造工序复杂，难以抑制功率变换器的生产成本。
发明内容
本发明，正是为解决所述问题而研究开发出来的。其目的在于：提供一种连在半导体元件发热而成为高温状态的情况下也能够将电容器或控制电路等保持为低温状态的半导体模块。
为了解决所述课题，本发明的半导体模块包括具有安装面的冷却介质，安装在安装面上并在工作时发出相对较多的热的半导体元件，以及安装在安装面上并在工作时发出相对较少的热的电子部件。所述半导体模块还包括覆盖对象部件的一部分的热导性薄片(sheet)部件，该对象部件是半导体元件及电子部件中之任一方。热导性薄片部件具有与安装面接触的下部、和从下部延伸并覆盖对象部件的第一侧面的侧部。下部的表面面积在热导性薄片部件的表面面积的五分之一以上。此外，不是对象部件的另一个部件被配置在从热导性薄片部件的侧部来看与对象部件相反的一侧。
在所述结构下，冷却介质的热(冷却热)通过下部传给整个热导性薄片部件。这样，就能够高效地进行热分离。此外，若对象部件是半导体元件，就能够抑制热导性薄片部件的温度由于半导体元件的发热而上升。
而且，因为热导性薄片部件的下部的表面面积在热导性薄片部件的表面面积的五分之一以上，所以能将冷却介质的热(冷却热)高效地传给整个热导性薄片部件。
在本说明书中，例如“覆盖对象部件的一部分”不仅仅是指热导性薄片部件被配置为与对象部件的一部分接触的情况，也指热导性薄片部件被配置在从对象部件的表面上离开的位置上的情况。
此外，在本说明书中，“热分离”指半导体元件与电子部件之间的热交换受到抑制而被遮蔽，具体而言，“热分离”指半导体元件所发出的热传给电子部件的程度很小。
此外，当对象部件是半导体元件时，“不是对象部件的另一个部件”是电子部件；当对象部件是电子部件时，“不是对象部件的另一个部件”是半导体元件。
在本发明的半导体模块中，热导性薄片部件的热导率最好在400W/(m·K)以上。更好的是，热导性薄片部件是石墨薄片。
在本发明的半导体模块中，热导性薄片部件也可以还具有从侧部延伸并覆盖对象部件的上表面的至少一部分的上部。
在后面所述的适当的实施方式中，热导性薄片部件的下部被夹在安装面与对象部件的下表面之间。在这种情况下，半导体模块也可以还包括电极端子和导电性细线；导电性细线从对象部件开始经过热导性薄片部件的上部与下部之间向该热导性薄片部件的外部延伸，被连接在电极端子上。
在后面所述的另一个适当的实施方式中，热导性薄片部件的下部在安装面上被配置于对象部件与另一个部件之间。在这种情况下，半导体模块也可以还包括电极端子和导电性细线；导电性细线从对象部件开始经过热导性薄片部件的上部与安装面之间向该热导性薄片部件的外部延伸，被连接在电极端子上。
本发明的半导体模块最好还包括介于对象部件与热导性薄片部件之间的绝缘部件。这样，能够防止对象部件和热导性薄片部件造成短路。
在本发明的半导体模块中，电子部件也可以被配置在比半导体元件的上表面还靠上方的位置上。
本发明的半导体模块最好还包括被配置在安装面与半导体元件的下表面之间的散热片。这样，就能够放出半导体元件所发出的热。
本发明的第一半导体模块的制造方法包括：以让面积在表面面积的五分之一以上的第一部分与冷却介质的安装面接触的方式将热导性薄片部件配置在该安装面上的工序(a)，将对象部件安装在热导性薄片部件的第一部分上，该对象部件是半导体元件及电子部件中的任一方的工序(b)，使热导性薄片部件弯曲，来使热导性薄片部件的第二部分覆盖对象部件的第一侧面的工序(c)，以及将不是对象部件的另一个部件安装在从热导性薄片部件的第二部分来看与对象部件相反的一侧的工序(d)。
本发明的第二半导体模块的制造方法包括：将对象部件安装在冷却介质的安装面上，该对象部件是半导体元件及电子部件中之任一方的工序(a)，使热导性薄片部件弯曲，来使面积在表面面积的五分之一以上的第一部分与冷却介质的安装面接触，并使第二部分覆盖对象部件的第一侧面，将该热导性薄片部件配置在冷却部件的安装面上的工序(b)，以及将不是对象部件的另一个部件安装在从热导性薄片部件的第二部分来看与对象部件相反的一侧的工序(c)。
若利用本发明的第一或第二半导体模块的制造方法制造半导体模块，就能够将热导性薄片部件配置成与冷却介质的一部分接触的状态，并能够覆盖对象部件的一部分。因此，能够提供高效地进行热分离的半导体模块。
本发明的第三半导体模块的制造方法包括：以让面积在表面面积的五分之一以上的第一部分与冷却介质的安装面接触的方式将热导性薄片部件配置在该安装面上，将半导体元件安装在热导性薄片部件的第一部分上的工序(a)，将电子部件配置在半导体元件的上表面的上方的工序(b)，以及使热导性薄片部件弯曲，来使第二部分覆盖半导体元件的上表面的至少一部分的工序(c)。
本发明的第四半导体模块的制造方法包括：将半导体元件安装在冷却介质的安装面上，将电子部件配置在比半导体元件的上表面还靠上方的位置上的工序(a)，和使热导性薄片部件弯曲，来使面积在表面面积的五分之一以上的第一部分与冷却介质的安装面接触，并使第二部分覆盖半导体元件的上表面的至少一部分，将该热导性薄片部件配置在冷却介质上的工序(b)。
若利用本发明的第三或第四半导体模块的制造方法制造半导体模块，就能够将热导性薄片部件配置成与冷却介质的一部分接触的状态，并能够覆盖半导体元件的一部分。因此，能够提供高效地进行热分离的半导体模块。
在本发明的第一到第四半导体模块的制造方法中，在哪种方法中都最好用由热导率在400W/(m·K)以上的材料制成的薄片部件作为热导性薄片部件。
-发明的效果-
根据本发明，即使在将控制电路或无源元件等发热量比较小的电子部件及半导体元件安装在同一个冷却介质上，并且该半导体元件发热而成为高温状态的情况下，也能够将电子部件的温度保持为比较低的值。
附图说明
图1(a)是显示本发明的第一实施方式所涉及的半导体模块的结构的平面图；图1(b)是该半导体模块的侧面图。图2是本发明的第一实施方式所涉及的热导性薄片部件的立体图。图3(a)到图3(d)是显示本发明的第一实施方式所涉及的半导体模块的制造方法的平面图。图4是显示本发明的第一实施方式的第一变形例所涉及的半导体模块的结构的侧面图。图5是显示本发明的第一实施方式的第二变形例所涉及的半导体模块的结构的侧面图。图6是显示本发明的第二实施方式所涉及的半导体模块的结构的侧面图。图7(a)是显示本发明的第三实施方式所涉及的半导体模块的结构的平面图；图7(b)是该半导体模块的侧面图。图8是本发明的第三实施方式所涉及的热导性薄片部件的立体图。图9(a)到图9(c)是显示本发明的第三实施方式所涉及的半导体模块的制造方法的侧面图。图10是显示本发明的第三实施方式的第一变形例所涉及的半导体模块的结构的侧面图。图11是显示本发明的第三实施方式的第二变形例所涉及的半导体模块的结构的侧面图。图12是显示本发明的第三实施方式的第三变形例所涉及的半导体模块的结构的侧面图。图13是显示本发明的第三实施方式的第四变形例所涉及的半导体模块的结构的侧面图。图14是显示本发明的第四实施方式所涉及的半导体模块的结构的侧面图。图15是显示本发明的第五实施方式所涉及的半导体模块的结构的侧面图。图16是显示本发明的第五实施方式的第一变形例所涉及的半导体模块的结构的侧面图。图17是用来说明热导性薄片部件的形状的图。图18(a)和图18(b)是显示本发明的第五实施方式的第一变形例所涉及的半导体模块的制造方法的侧面图。图19是显示本发明的第五实施方式的第二变形例所涉及的半导体模块的结构的侧面图。图20(a)和图20(b)是显示本发明的第五实施方式的第二变形例所涉及的半导体模块的制造方法的侧面图。图21是显示本发明的第五实施方式的第三变形例所涉及的半导体模块的结构的侧面图。图22(a)和图22(b)是显示本发明的第五实施方式的第三变形例所涉及的半导体模块的制造方法的侧面图。图23是显示参考例的半导体模块的结构的侧面图。图24(a)是显示现有半导体模块的结构的剖面图；图24(b)是显示现有的其他半导体模块的结构的剖面图。
符号说明
1、81-冷却介质；2、82-电子部件；3、83-半导体元件；4、84-热导性薄片部件；4a-上部；4b-下部；4c-侧部；5-导电性细线；6-绝缘部件；7-散热片；10、20、30、40、50、60、70、80、180-半导体模块；11a-安装面；13-电极端子；161-第一区域；162-第二区域；163-第三区域。
具体实施方式
下面，参照附图说明本发明的半导体模块的实施方式。在以下的附图中，用同一符号表示功能基本上相同的结构因素，以简化说明。补充说明一下，本发明不被限于下述实施方式。
<发明的第一实施方式>图1(a)和图1(b)是第一实施方式所涉及的半导体模块10的结构图，图1(a)是该半导体模块10的平面图；图1(b)是该半导体模块10的侧面图。补充说明一下，在图1(b)中省略了导电性细线5、5、······的图示。此外，图2是本实施方式中的热导性薄片部件4的立体图。
本实施方式所涉及的半导体模块10包括：冷却介质1，半导体元件3，电子部件2、22，热导性薄片部件4以及导电性细线5、5、······。半导体元件3和电子部件2、22，分别安装在冷却介质1的安装面11a上，通过导电性细线5、5、······例如电连接在设置于冷却介质1中的电极端子13上。热导性薄片部件4覆盖半导体元件3的一部分。补充说明一下，省略了设置于电极端子13中的、细小的电极(小电极(bus bar))的图示。
详细说明本实施方式所涉及的半导体模块10。冷却介质1具有衬底11。电极端子13例如隔着具有绝缘性的部件(未示)设置在衬底11的安装面11a上。另一方面，在与安装面11a相反的那一侧面上互相隔着间隔设置有多个冷却用鳍片(fin)12、12、······。
半导体元件3是一使半导体模块10工作就发出很大的热而成为高温状态的部件。半导体元件3的选择并不受到特别的限制，可以用已知的半导体元件作为半导体元件3，例如可以使用肖特基二极管、pn结二极管、MOSFET(metal oxide semiconductor field-effect transistor：金属氧化物半导体场效应晶体管)、MESFET(metal semiconductorfield-effect transistor：金属半导体场效应晶体管)、J-FET(junctionField Effect Transistor：结型场效应晶体管)或晶闸管(thyristor)等等。此外，如下面所述，半导体元件3最好是宽带隙半导体元件。在本说明书中，“宽带隙半导体”指导带的下端与价带的上端之间的能量差(带隙)在2.0eV以上的半导体。作为所述宽带隙半导体的具体例，可以举出碳化硅(SiC)、GaN或AlN等III族氮化物、以及钻石等等。在本实施方式中，采用碳化硅是很适当的。
此外，半导体元件3具有四个侧面。第1侧面(第一侧面)3c是在图1中位于右侧的侧面。第2侧面3d存在于与第1侧面3c相邻的位置上，是在图1中位于最近一侧的侧面。第3侧面3e存在于与第1侧面3c相反的一侧，是在图1中位于左侧的侧面。第4侧面(未示)存在于与第2侧面3d相反的一侧，是在图1中位于最远一侧的侧面。
在半导体元件3与热导性薄片部件(后面进行详细的说明)4之间最好配置有例如由硅树脂制成的绝缘部件6。一般来讲，在很多情况下，在半导体元件的上表面上设置有电极。若热导性薄片部件4由不仅具有热导性，也具有导电性的材料制成，就会通过热导性薄片部件4与该电极的接触而在接触部位上造成短路。但是，若使绝缘部件6介于半导体元件3与热导性薄片部件4之间，就能够避免热导性薄片部件4与该电极接触，于是能够防止造成短路。
电子部件2、22，分别是下述部件，就是说：即使让半导体模块10工作，所述电子部件2、22的发热量也很小，因而电子部件2、22的温度上升得不太高。电子部件2、22例如是具有用来控制半导体元件3的控制电路的控制元件、或者电阻器、线圈或电容器等无源元件。电子部件2、22分别不被限于为了高温下的使用而设计的电子部件，而能够用在市场销售的各种电子部件作为电子部件2、22。例如能够采用在市场销售的各种电容器作为电容器，如片式电容器(chip capacitor)、电容很大的电解电容器以及薄膜电容器(film capacitor)等等。
电子部件2安装在从热导性薄片部件4的侧部4c(后面说明)来看与半导体元件3相反的一侧。电子部件22安装在从电子部件2来看与半导体元件3相反的一侧。
对热导性薄片部件4进行详细的说明。首先，表示热导性薄片部件4的结构。
本实施方式所涉及的热导性薄片部件4被弯曲，使得长边方向上的一端(以下，简明地称之为“热导性薄片部件的一端”。)41靠近长边方向上的另一端(以下，简明地称之为“热导性薄片部件的另一端”。)42而与该另一端42不接触。该热导性薄片部件4具有上部4a、下部4b及侧部4c。上部4a存在于另一端42一侧，下部4b存在于一端41一侧，因此上部4a在该上部4a与下部4b不接触的状态下存在。此外，侧部4c，存在于上部4a与下部4b之间，是通过热导性薄片部件4被弯曲成上述状态而形成的部分，沿着离开半导体元件3的第1侧面3c的方向突出。
上部4a覆盖半导体元件3的上表面3a，下部4b介于半导体元件3的下表面3b与安装面11a之间，侧部4c覆盖半导体元件3的第1侧面3c。这样，冷却介质1的热(冷却热)就通过下部4b充分地传给整个热导性薄片部件4。因此，即使在半导体元件3由于半导体模块10的工作而发热，以至成为高温状态，也能够将热导性薄片部件4的温度保持为比较低的温度(例如，冷却介质1的温度)。因此，能够防止半导体元件3所发出的热传给热导性薄片部件4的侧部4c所隔开的两侧中与该半导体元件3相反的那一侧，能够防止电子部件2、22的温度上升。就是说，能够高效地进行热分离。此外，因为冷却介质1的热的一部分通过下部4b传给半导体元件3，所以能够抑制半导体元件3的温度上升。再加上，因为下部4b的表面面积如后面所述在热导性薄片部件4的表面面积的五分之一以上，所以能够使冷却介质的热(冷却热)高效地传给整个热导性薄片部件4。
如上所述，热导性薄片部件4已被弯曲，使得另一端42靠近一端41而与该一端41不接触，因此从上部4a与下部4b之间的间隙4d看得到半导体元件3的第2侧面3d、第3侧面3e及第4侧面。该区域4d，是在使热导性薄片部件4弯曲成热导性薄片部件4的一端41靠近该热导性薄片部件4的另一端42而与该另一端42不接触的状态时存在于上部4a与下部4b之间的区域，该区域4d不是对热导性薄片部件4钻孔而形成的区域。由此，即使在用导电性细线5、5、······使半导体元件3及冷却介质1等电连接的情况下，也不需要在热导性薄片部件4中特意形成用来使导电性细线5、5、······经过的贯通孔，而能够以经过上部4a与下部4b之间的间隙4d的方式设置导电性细线5、5、······。
再加上，因为热导性薄片部件4的一端41与另一端42不接触，所以能够抑制以环状在热导性薄片部件4中流动的电流(感应电流)的产生。其结果是，能够抑制由于感应电流的产生而造成发热。
补充说明一下，如图2所示，热导性薄片部件4的上部4a在图1(b)中的最近一侧、最远一侧及左侧这三个部分都不与下部4b接触。不过，例如在将导电性细线5、5、······仅设置在所述三个部分之任意两个部分中的情况下，热导性薄片部件4的上部4a也可以在未设置导电性细线5、5、······的部分与下部4b接触。热导性薄片部件4只要被弯曲成与导电性细线5、5、······不接触的状态就可以。
接着，表示热导性薄片部件4的物理性质(热导率和热扩散率等)。
热导性薄片部件4在该薄片的平面方向上的热导率最好在400W/(m·K)以上，更好的是该热导率在800W/(m·K)以上，最佳的是该热导率为1600W/(m·K)左右；该热导性薄片部件4在该薄片的厚度方向上的热导率最好在8W/(m·K)以上且15W/(m·K)以下。如上所述，热导性薄片部件4的热导率的各向异性最好比较强。具体而言，薄片厚度方向上的热导率最好在薄片平面方向上的热导率的二十分之一以下。
此外，热导性薄片部件4的厚度最好在0.025mm以上且0.3mm以下。该热导性薄片部件4的热扩散率设在3×10-4m2/s以上，最好为10×10-4m2/s。附带说明一下，铜的热导率为390W/(m·K)左右，铜的热扩散率在1.4×10-4m2/s左右。此外，铝的热导率为230W/(m·K)左右，铝的热扩散率为0.9×10-4m2/s左右。如上所述，热导性薄片部件4在平面方向上的热导率高于铜及铝的热导率，热导性薄片部件4的热扩散率高于铜及铝的热扩散率。
以往，上述热导性薄片部件是为了提高放热特性进行放热而用作均热片(heat spreader)或散热片的。但是，在本发明中，利用热导性薄片部件4作为隔开温度区域的隔断部件，不是为了让发热元件(半导体元件3)放热而使用热导性薄片部件4，而是将该热导性薄片部件4用作传导冷却介质1的温度的、比较凉的热分离薄片部件。因此，本发明中的热导性薄片部件4的用途与现有用途完全不同。通过用这种热导性薄片部件4覆盖发热元件的一部分，就即使发热元件(半导体元件3)附近的温度上升，也能够抑制从热导性薄片部件4来看与发热元件相反的一侧(电子部件2、22)的温度上升。
例如，在采用薄片在平面方向上的热导率为400W/(m·K)，薄片在厚度方向上的热导率为20W/(m·K)，并且薄片厚度在0.1mm以下的薄片部件作为热导性薄片部件4的情况下，当将半导体元件的底面面积假设为1×lcm2时，若将薄片部件的热导度假设为TS(W/mK)，将薄片部件在与热导方向垂直的方向上的剖面面积假设为S(m2)，将温度差假设为K(°K)，并且将长度假设为LL(m)，就能够以下述算式表示在热导性薄片部件内传导的热量W，该算式是：W＝(TS×S)/(LL×K)······(1)。
在薄片部件的平面方向上，TS＝400，并且S＝(1×10-2)×(1×10-4)＝1×10-6。因此，在薄片部件的平面方向上传导的热量W1就呈下述算式的样子，即：W1＝(4×10-4)/(LL×K)······(2)。
在薄片部件的厚度方向(从安装面11a朝向半导体元件3的方向)上，TS＝20，并且S＝(1×10-2)×(1×10-2)＝1×10-4。因此，在薄片部件的厚度方向上传导的热量W2就呈下述算式的样子，即：W2＝(2×10-3)/(LL×K)······(3)。W2为W1的五倍。由此可见，热导性薄片部件4能够在薄片的厚度方向上传导在薄片的平面方向上传导的热量的五倍的热量。换句话说，若要将所述算式的W1及W2设为大致相等的值，只要薄片厚度方向上的面积(热导性薄片部件4中与安装面11a接触的部分的面积)为薄片平面方向上的面积的五分之一就可以。
在本实施方式所涉及的热导性薄片部件4中，如上所述，冷却介质1的热(冷却热)首先被传给下部4b，然后从下部4b依次传给侧部4c和上部4a。就是说，冷却介质1的热首先在热导性薄片部件4的厚度方向上被传导(传给下部4b)，然后在热导性薄片部件4的平面方向上被传导(从下部4b传给侧部4c及上部4a)。根据所述计算结果，若要传达相等的热量，只要薄片厚度方向上的面积为薄片平面方向上的面积的五分之一就可以。因此，若下部4b的表面面积为热导性薄片部件4的表面面积的五分之一左右，就能够将冷却介质1的热传给整个热导性薄片部件4。
下部4b的表面面积最好为热导性薄片部件4的表面面积的五分之一，不过，若考虑到热接触(thermal contact)，下部4b的表面面积就最好在热导性薄片部件4的表面面积的四分之一以上，更好的是下部4b的表面面积在热导性薄片部件4的表面面积的三分之一以上。另一方面，若要谋求半导体模块10的小型化，下部4b的表面面积就最好比较小。综上所述，最好是考虑着冷却介质1的热导效率(冷却介质1的冷却效率)方面的要求、半导体模块10的小型化要求以及使用状况，以五分之一作为基准值决定下部4b的表面面积的百分比。
补充说明一下，在本实施方式中，下部4b被夹在冷却介质1与半导体元件3的下表面3b之间，因而可以认为，下部4b的表面面积必然在热导性薄片部件4的总表面面积的五分之一以上。
热导性薄片部件4最好由具有所述热导率的材料制成，最佳的是该热导性薄片部件4由石墨薄片制成。因为石墨薄片的热导性和导电性很优良，所以若用石墨薄片作为热导性薄片部件4，就不仅能够遮断半导体元件3所发出的热，也能够吸收由于半导体元件3的开关而产生的电磁波的噪声，其结果是能够减低半导体元件3所发出的噪声。
例如将下述石墨薄片用作上述石墨薄片，即：由松下电器产业株式会社(Matsushita Electric Industrial Co.，Ltd.)以“PGS GlaphiteSheet(PGS石墨薄片)”的名称在市场销售的石墨薄片、或由株式会社GELTEC(GELTEC Co.，Ltd.)公司以“superλGS(超λGS)”的名称在市场销售的石墨薄片等等。所述石墨薄片在薄片平面方向上的热导率及在薄片厚度方向上的热导率在所述范围内。就是说，薄片平面方向上的热导率在400W/(m·K)以上，通常为800W/(m·K)左右，最佳的石墨薄片在薄片平面方向上的热导率为1600W/(m·K)左右。薄片厚度方向上的热导率在8W/(m·K)以上且15W/(m·K)以下。如上所述，石墨薄片的热导率的各向异性很强。
此外，在用石墨薄片作为热导性薄片部件4时，最好采用薄片的厚度及热扩散率在所述范围内的石墨薄片。
接着，表示本实施方式所涉及的半导体模块10的制造方法。图3(a)到图3(d)是显示半导体模块10的制造方法的平面图。
首先，如图3(a)所示，将热导性薄片部件4配置在冷却介质1的安装面11a上(工序(a))。之后，将热导性薄片部件4的一端41一侧的部分(正确地说，一端41一侧的部分中的面积在热导性薄片部件4的表面面积的五分之一以上的部分(第一部分))贴在冷却介质1的安装面11a上。
用石墨薄片作为热导性薄片部件时，最好采用下述接合方法，即：将石墨薄片通过已碳化的金属接合在安装面上。具体而言，首先通过气相淀积使钛、钼或钨等金属淀积在石墨薄片的下表面上，再通过加热等使已淀积的金属与石墨薄片之间的界面碳化。这样，在石墨薄片的下表面上隔着碳化层形成有了所述金属层。接着，以让所述金属层与安装面11a接触的方式配置石墨薄片，然后施加压力贴在安装面11a上。这样，就能够将石墨薄片确实地接合在安装面上。
此外，也可以不施加压力进行接合，而通过焊料进行接合。具体而言，也可以是这样的，即：首先通过气相淀积使与焊料接合的接合性很好的金属(例如，铝或铜等)所构成的金属层、和能够形成碳化层的金属(例如，钛或钴等)淀积在石墨薄片的下表面上，然后使已淀积的金属与石墨薄片之间的界面碳化，来形成碳化层。之后，将焊料层设置在所述金属层的上表面上，再配置石墨薄片，来使该焊料层与安装面11a接触。
接着，如图3(b)所示，将半导体元件3安装在热导性薄片部件4的所述第一部分上(工序(b))。这时，以将第3侧面3e配置于比第1侧面3c靠近热导性薄片部件4的一端41一侧的位置上的方式安装半导体元件3。
接着，用导电性细线5、5、······使半导体元件3及设置在冷却介质1中的电极端子13电连接起来。这时，以分别跨过热导性薄片部件4中的第2及第4侧面的周围的部分4i、4i配置导电性细线5、5、······。
之后，如图3(c)所示，将绝缘部件6注入到半导体元件3的上表面3a上，来覆盖该上表面3a。这时，最好注入绝缘部件6，使得该绝缘部件6不仅覆盖半导体元件3的上表面3a，也覆盖导电性细线5、5、······。
之后，如图3(d)所示，举起热导性薄片部件4的另一端42，使热导性薄片部件4弯曲，使得该另一端42配置于一端41的上方(工序(c))。这时，最好使热导性薄片部件4的另一端42与一端41不接触。这样，热导性薄片部件4的第二部分(在本实施方式中，为侧部4c)覆盖半导体元件3的第1侧面3c。之后，将电子部件2安装在从热导性薄片部件4的侧部4c来看与半导体元件3相反的一侧(工序(d))。此外，将电子部件22安装在从电子部件2来看与半导体元件3相反的一侧。之后，用导电性细线5、5、······使电子部件2、22及设置在冷却介质1中的电极端子13分别电连接起来。这样，就能够制造出图1所示的半导体模块10。
下面，一边对不包括热导性薄片部件的现有半导体模块及图23所示的半导体模块(以下，将该图23所示的半导体模块称为“参考例的半导体模块”)70、和本实施方式所涉及的半导体模块10进行比较，一边对本实施方式所涉及的半导体模块10进行说明。此外，对用硅元件作为半导体元件的情况与用宽带隙半导体元件作为半导体元件的情况之间的差异进行说明。首先，说明本实施方式所涉及的半导体模块10的优点。
在现有半导体模块中，半导体元件所发出的热扩散并传达到半导体元件的周围。因此，若将电子部件安装在半导体元件的周围，就会导致该电子部件的温度上升。若要防止电子部件的温度上升，就可以想到下述办法，即：将该电子部件配置在距半导体元件具有充分的距离的位置上，使得半导体元件所发出的热不传给该电子部件。但是，若这样配置电子部件，就会导致半导体模块的大型化。此外，在用导电性细线使半导体元件及电子部件电连接时，若电子部件已配置在距半导体元件具有充分的距离的位置上，导电性细线的长度就要长一点，大得不容忽视的电阻会产生在导电性细线中。其结果是，在导电性细线中造成损失。
此外，也可以想到下述办法，即：想到半导体元件发热的情况，安装能够耐住高温的电子部件。但是，若安装为了高温下的使用而设计的电子部件，就不能够谋求半导体模块的成本的低廉化。
在参考例的半导体模块70中，热导性薄片部件74仅设置在冷却介质1的安装面11a与半导体元件3的下表面3b之间。在这种情况下，因为来自冷却介质1的热(冷却热)传给半导体元件3，所以在与半导体元件3的下表面3b的面积相比热导性薄片部件74的表面面积足够大时，能够谋求降低由于半导体元件3的发热而上升的温度。但是，与所述现有半导体模块一样，半导体元件3所发出的热进行扩散或传达。
综上所述，在所述现有半导体模块和参考例的半导体模块70中，会导致配置于半导体元件的周围的电子部件的温度上升，若要回避该温度上升，就会导致半导体模块的大型化和高成本化，并且会导致在设置得很长距离的导电性细线中产生损失。
而在本实施方式所涉及的半导体模块10中，热导性薄片部件4如上所述高效地进行热分离，因而能够抑制半导体元件3的周围的温度上升。因此，不需要将电子部件2、22安装在距半导体元件3具有充分的距离的位置上，因而能够谋求半导体模块10的小型化，进而能够谋求导电性细线5、5、······的尺寸缩短化，结果能够防止在导电性细线5、5、······中产生损失。
此外，因为不需要采用为了高温下的使用而设计的电子部件，所以能够谋求半导体模块10的低成本化。
接着，说明用宽带隙半导体元件作为半导体元件的优点。
因为硅的热导率不太高，所以在用硅元件作为半导体元件时，最好对半导体模块进行热设计，来使硅元件所发出的热(当工作时使电流在硅元件中流动而该硅元件所发出的热)高效地散去。再说，因为当硅元件的温度在150℃以上时，硅元件的作为半导体的特性减弱，变得不起到作为电流控制元件的作用，很危险，所以最好对半导体模块进行热设计，来使硅元件中的电流密度最高的部分的温度不超过150℃。具体而言，当工作时的硅元件内部的电流密度在10×104A/m2以上时需要考虑硅元件内的发热问题，特别是在硅元件内部的电流密度在50×104A/m2以上时，硅元件所发出的热很显著，必须进行所述热设计。
就是说，在用硅元件作为半导体元件时，必须在热设计方面考虑热的放出路径，需要使硅元件与成为放热路径的冷却介质确实地接触。具体而言，硅元件是利用被称为“芯片焊接法(die bonding)”的方法用焊料等直接接合在封装基体材料上的。因此，在包括多个硅元件的半导体模块中，多个硅元件不层叠而以互不重叠的方式二维性地配置于封装基体材料的安装面11a上。因此，封装基体材料的安装面11a的面积很大，导致半导体模块的大型化。
综上所述，若用硅元件作为半导体元件，就当电流密度在50×104A/m2以上的工作时，别说硅-MOSFET，连硅-IGBT(InsulatedGate Bipolar Transistor：绝缘栅双极型晶体管)也增大由于损失而发出的热，因而难以在将温度保持为硅元件可供工作的温度150℃左右的状态下持续让半导体模块工作。在此，硅-MOSFET是用硅作为半导体材料而形成的MOSFET；硅-IGBT是用硅作为半导体材料而形成的IGBT。
补充说明一下，硅-IGBT能够将电阻减低到硅-MOSFET的电阻的十分之一左右的值。但是，IGBT的电阻由于温度的上升而减低。因此，若在固定的电压下让IGBT工作，流过半导体元件的电流量就会增加，导致IGBT所发出的热量进一步增大，造成热失控，在有些情况下会导致IGBT的损坏。能以下述形态观测到上述损坏，即：电流集中于一个硅-IGBT内部中而导致损坏，或者，电流集中于多个并联的硅-IGBT中之一个硅一IGBT中而导致损坏。
另一方面，当用宽带隙半导体元件作为半导体元件时，若为了将半导体模块小型化而将宽带隙半导体元件小型化，宽带隙半导体元件内的电流密度增高，其结果是宽带隙半导体元件的发热量增大。即使是在这种情况下，若用本实施方式中的热导性薄片部件4覆盖宽带隙半导体元件的一部分，就也能够高效地进行热分离。就是说，在将宽带隙半导体元件小型化的情况下，本发明特别有效。
详细说明一下，在将宽带隙半导体元件小型化后，宽带隙半导体元件所发出的热量增大。在不包括热导性薄片部件的现有半导体模块中，当将宽带隙半导体元件小型化时，若将电子部件不配置于进一步远离该宽带隙半导体元件的位置上，宽带隙半导体元件所发出的热就会传给电子部件。综上所述，在现有半导体模块中，尽管为了谋求半导体模块的小型化而将宽带隙半导体元件小型化，但却会导致模块的大型化。
而在本实施方式中的半导体模块中，当将宽带隙半导体元件小型化时，即使将电子部件安装在距该宽带隙半导体元件很近的位置上，宽带隙半导体元件所发出的热也不传给电子部件。如上所述，在本实施方式中的半导体模块中，即使在将宽带隙半导体元件小型化时也能够将电子部件安装在距半导体元件很近的位置上。因此，能够谋求半导体模块的小型化。
此外，在用宽带隙半导体元件作为半导体元件时，该宽带隙半导体元件的热导率为硅的热导率的几倍以上。比如说，碳化硅(SiC)的热导率为490W/(m·K)左右，钻石的热导率为2000W/(m·K)左右。如上所述，半导体元件的热导率很高，因而半导体元件放出热的效率很高。其结果是，能够在半导体元件内抑制电流密度很高的部分的温度上升。
此外，若以1kV左右的耐压使用将宽带隙半导体元件用作半导体元件而形成的MOSFET，就能够实现以相等的耐压使用将硅元件用作半导体元件而形成的MOSFET的情况的损失的大约十分之一以下的损失，能够实现以相等的耐压使用将硅元件用作半导体元件而形成的IGBT的情况的损失的一半以下的损失。由于所述低损失性，可以期待得到减低半导体元件所发出的热量的效果。
再加上，若将由宽带隙半导体元件构成的MOSFET用作半导体元件，就能够实现能凌驾使用由硅元件构成的IGBT的情况的高耐压及低损失程度，因而也能够将MOSFET的高速性应用于高电压及大电流的控制。就是说，若将由宽带隙半导体元件构成的MOSFET用作半导体元件，就也能够减低在半导体元件的响应速度相对半导体元件中的开关时间比较慢时造成的开关损失。
此外，若用宽带隙半导体元件作为半导体元件而构成MOSFET，就即使电流密度在50×104A/m2以上的电流流动，也能够抑制半导体元件的发热。其结果是，能使半导体模块良好地进行工作。因此，在半导体模块中，最好是多个半导体元件的至少一个活性区域由宽带隙半导体元件构成，最好在电流密度在50×104A/m2以上的电流流动的情况下采用这种半导体模块。
其实，本案发明者确认到了下述事情。就是说，在用宽带隙半导体元件作为半导体元件而构成了MOSFET时，与将宽带隙半导体元件的温度保持为低温状态的情况相比，在让宽带隙半导体元件以50×104A/m2以上的电流密度工作，来将该宽带隙半导体元件保持为高温状态的情况下，宽带隙半导体元件的电阻更高。一般来讲，在很多情况下让MOSFET以固定的电压工作，因而若宽带隙半导体元件成为高温状态，使得该宽带隙半导体元件的电阻增高，流过宽带隙半导体元件的电流量就减小。因此，MOSFET内的发热量减低。因此，不引致在所述硅-IGBT中成为课题的、由于热失控而导致的损坏。即使宽带隙半导体元件的温度由于发热而达200℃以上(甚至于400℃以上)，也能使MOSFET稳定且良好地进行工作。
再加上，本案发明者确认到了下述事情，即：半导体元件如果是由碳化硅(尤其是4H-SiC)构成的半导体元件，就与其他宽带隙半导体元件相比在低损失性、稳定性及可靠性等方面更为优良。本案发明者认为，该倾向对应于下述事情：因为被提供的晶片的层错(defect)密度很低，所以不易出现由于结晶中的层错而造成的介电击穿(dielectricbreakdown)等问题。
以下，总结地记载本实施方式所涉及的半导体模块10所带来的效果。
因为本实施方式所涉及的半导体模块10能够高效地进行热分离，所以能够将电子部件2安装在与现有模块相比距半导体元件3更近的位置上。因此，能够谋求模块的小型化，进而能够谋求模块的低成本化及性能的提高。
具体而言，因为热导性薄片部件4具有下部4b，所以即使半导体元件3由于半导体模块10的工作而成为高温状态，也能够将热导性薄片部件4的温度保持为与冷却介质1的温度大致相等的值。因为热导性薄片部件4具有侧部4c，所以能够抑制热传给电子部件2、22。因为热导性薄片部件4具有上部4a，所以除了进行热分离以外，还能够吸收电磁波的噪声。就是说，即使热导性薄片部件4没有上部4a，也能够进行热分离，不过热导性薄片部件4如果具有上部4a，就能更为高效地进行热分离，并能够吸收电磁波的噪声。因此，热导性薄片部件4也可以具有后述的第一或第二变形例所示的形状。
此外，因为能使导电性细线5、5、······通过热导性薄片部件4的上部4a与下部4b之间的间隙4d进行设置，所以能够以时间短且简单的方式布置导电性细线5、5、······。其结果是，能够谋求半导体模块10的制造时间的缩短和制造成本的低廉化。
补充说明一下，在本实施方式中，只要热导性薄片部件中的某一部分(第一部分)弯曲而接近除该一部分以外的一部分(第二部分)就可以。例如也可以是这样的，即：向短边方向上的一端使短边方向上的另一端弯曲，来使该另一端接近该一端，或者，向长边方向上的中间附近使长边方向上的一端弯曲，来使该一端接近该中间附近。
(第一变形例)图4是显示第一实施方式的第一变形例所涉及的半导体模块110的结构的侧面图。补充说明一下，在该图4中省略了导电性细线的图示。
在本变形例中，热导性薄片部件114具有下部114b和侧部114c，而没有上部。即使热导性薄片部件114这样没有上部，因为该热导性薄片部件114具有侧部114c，所以也能够抑制热传给电子部件2、22，能够进行热分离。
本变形例所涉及的半导体模块110的制造方法与第一实施方式所述的制造方法大致相同，而在使热导性薄片部件114弯曲的工序中使热导性薄片部件114弯曲，来使一端41一侧的部分成为下部114b，并使另一端42一侧的部分成为侧部114c。
(第二变形例)图5是显示第一实施方式的第二变形例所涉及的半导体模块210的结构的侧面图。补充说明一下，在该图5中省略了导电性细线的图示。
在本变形例中，如第一实施方式所述的那样，热导性薄片部件214具有上部214a、下部214b及侧部214c，而该上部214a不覆盖半导体元件3的整个上表面3a。即使热导性薄片部件214这样不覆盖半导体元件3的整个上表面3a，也能够进行热分离。
本变形例所涉及的半导体模块210的制造方法与第一实施方式所述的制造方法大致相同，而在使热导性薄片部件214弯曲的工序中使热导性薄片部件214弯曲，来使一端一侧的部分成为下部214b，并使另一端一侧的部分成为上部214a。
<发明的第二实施方式>图6是显示第二实施方式所涉及的半导体模块20的结构的侧面图。补充说明一下，在该图6中省略了导电性细线的图示。
与所述第一实施方式不一样，在本实施方式中，对象部件是电子部件2，而不是对象部件的另一个部件就是半导体元件3。也就是说，热导性薄片部件4不覆盖半导体元件3而覆盖电子部件2的一部分。以下，具体地进行说明。
如所述第一实施方式所示，热导性薄片部件4具有上部4a、下部4b及侧部4c。上部4a覆盖电子部件2的上表面2a。下部4b被夹在电子部件2的下表面2b与安装面11a之间，该下部4b的表面面积在热导性薄片部件4的表面面积的五分之一以上，与所述第一实施方式一样。侧部4c覆盖电子部件2的第1侧面(第一侧面)2c。半导体元件3安装在从热导性薄片部件4的侧部4c来看与电子部件2相反的一侧，电子部件22安装在从电子部件2来看与半导体元件3相反的一侧。
因为与所述第一实施方式一样，上部4a与下部4b不接触，所以不需要将用来使导电性细线通过的孔形成在热导性薄片部件4中。
在本实施方式所涉及的半导体模块20中，因为半导体元件3不被热导性薄片部件4覆盖，所以半导体元件3所发出的热扩散并传达到该半导体元件3的周围。但是，因为电子部件2的一部分已被热导性薄片部件4覆盖，下部4b的表面面积与所述第一实施方式一样地在热导性薄片部件4的表面面积的五分之一以上，所以能使冷却介质的热(冷却热)高效地传给整个热导性薄片部件4。因此，能够防止半导体元件3所发出的热传给电子部件2。再说，因为电子部件22安装在从电子部件2来看与半导体元件3相反的一侧，所以还能够防止半导体元件3发出的热传给电子部件22。就是说，本实施方式所涉及的半导体模块20也能够高效地进行热分离。
本实施方式所涉及的半导体模块20的制造方法与所述第一实施方式所述的半导体模块10的制造方法大致相同，而在所述第一实施方式的、图3(b)所示的工序中，将不是半导体元件3而是电子部件2配置于热导性薄片部件4的一端41一侧；在图3(c)所示的工序中不设置绝缘部件。此外，在图3(d)所示的工序中，使热导性薄片部件4弯曲，来使另一端42配置于一端41的上方，之后将半导体元件3安装在从热导性薄片部件4的侧部4c来看与电子部件2相反的一侧。
如上所述，本实施方式所涉及的半导体模块20带来与所述第一实施方式的半导体模块10大致相同的效果。
补充说明一下，本实施方式也可以具有下面所示的结构。
在如本实施方式那样以电子部件2作为对象部件时，冷却介质1也可以没有很优良的冷却能力。另一方面，在如所述第一实施方式那样以发热的半导体元件3作为对象部件时，冷却介质1最好具有优良的冷却能力，在采用金属制冷却介质时，该金属制冷却介质的热导率最好比较高。
此外，本实施方式所涉及的半导体模块也可以不包括绝缘部件，如图6所示。这是因为在很多情况下，在电子部件的上表面上未设置电极，因而即使热导性薄片部件的一部分与电子部件的上表面接触，在该接触部位造成短路的可能性也极低。当然，也可以如所述第一实施方式那样设置介在的绝缘部件。
再说，如所述第一实施方式中的图4所示，热导性薄片部件也可以没有上部；如该第一实施方式中的图5所示，热导性薄片部件也可以覆盖电子部件的上表面的一部分。
<发明的第三实施方式>图7(a)和图7(b)是第三实施方式所涉及的半导体模块30的结构图，图7(a)是该半导体模块30的平面图；图7(b)是该半导体模块30的侧面图。补充说明一下，在该图7(a)和图7(b)中省略了导电性细线的图示。图8是本实施方式中的热导性薄片部件4的立体图。
与第一实施方式一样，在本实施方式中，热导性薄片部件4覆盖半导体元件3的一部分，而不仅覆盖半导体元件3的第1侧面3c，也覆盖第3侧面3e。下面，具体地说明本实施方式中的热导性薄片部件4。
本实施方式中的热导性薄片部件4，从半导体元件3的上方盖上该半导体元件3，使得该热导性薄片部件4的一端41一侧的部分及另一端42一侧的部分与安装面11a接触。该热导性薄片部件4具有上部4a、下部4b及下部4b、侧部4c、以及第二侧部4e。上部4a存在于热导性薄片部件4的在长边方向上的中央，与所述第一实施方式一样地覆盖半导体元件3的上表面3a。下部4b及下部4b分别配置于安装面中的半导体元件3的外侧，存在于热导性薄片部件4的一端41一侧及另一端42一侧。侧部4c及第二侧部4e分别与所述第一实施方式一样地存在于上部4a的一部分与下部4b及下部4b之间，侧部4c覆盖半导体元件3的第1侧面3c，第二侧部4e覆盖半导体元件3的第3侧面3e。这样，冷却介质1的热(冷却热)就首先分别传给下部4b及下部4b，接着分别传给侧部4c及第二侧部4e，然后传给上部4a，这样传给整个热导性薄片部件4。就是说，冷却介质1的热从热导性薄片部件4的一端41及另一端42向长边方向上的中央传导。
如所述第一实施方式所述，在本实施方式所涉及的热导性薄片部件4中，两个下部4b、4b的表面面积最好共计在热导性薄片部件4的总表面面积的五分之一以上。
此外，上部4a存在于离开安装面11的位置上，导电性细线5、5、······通过上部4a与安装面11之间的间隙4d被设置。因此，与所述第一实施方式一样，即使对热导性薄片部件4不钻孔，也能够设置导电性细线5、5、······。
补充说明一下，热导性薄片部件4的上部4a在图7(b)中的最近一侧及最远一侧与安装面11a不接触。但是，例如在将导电性细线5、5、······仅设置在图7(b)中的最近一侧的情况下，热导性薄片部件4的上部4a也可以在该图7(b)中的最远一侧与安装面11a接触。热导性薄片部件4只要以与导电性细线5、5、······不接触的方式弯曲就可以。
图9(a)到图9(c)是显示本实施方式所涉及的半导体模块30的制造方法的侧面图。
首先，如图9(a)所示，用焊料等导电性粘合剂(未示)将半导体元件3固定在冷却介质1的安装面11a上(工序(a))。之后，用导电性细线(未示)使设置于冷却介质1中的电极端子(未示)和半导体元件3电连接起来。
接着，如图9(b)所示，将绝缘部件6注入到半导体元件3的上表面3a上，来覆盖该上表面3a和所述导电性细线。之后，使薄片部件4沿着该图9(b)所示的箭形符号的方向接近，将热导性薄片部件4盖在绝缘部件6上(工序(b))。
这时，设为这样的，即：使热导性薄片部件4的一端41一侧的部分及另一端42一侧的部分与安装面11a接触，并将整个热导性薄片部件4与导电性细线(未示)不接触。补充说明一下，最好是利用所述第一实施方式所述的接合方法使热导性薄片部件4的一端41一侧的部分及另一端42一侧的部分与安装面11a接触。
此外，如所述第一实施方式等所述，以热导性薄片部件4中与安装面11a接触的部分(第一部分)的面积在热导性薄片部件4的表面面积的五分之一以上的方式将热导性薄片部件4盖在绝缘部件6上。
之后，如图9(c)所示，将电子部件2安装在从热导性薄片部件4的侧部4c来看与半导体元件3相反的一侧(工序(c))。之后，还将电子部件22安装在从电子部件2来看与半导体元件3相反的一侧。之后，用导电性细线(未示)分别使电子部件2、22及设置于冷却介质1中的电极端子(未示)电连接起来。这样，就能够制造出图7(a)及图7(b)所示的半导体模块30。
在所述半导体模块30中，能够与所述第一实施方式的半导体模块10一样地防止热导性薄片部件4的温度由于半导体元件3的发热而上升，因而能够高效地进行热分离。
补充说明一下，如所述第一实施方式所述，即使热导性薄片部件没有上部，半导体模块也能够高效地进行热分离。因此，热导性薄片部件也可以具有下述变形例所示的结构。
(第一变形例)图10是显示第三实施方式的第一变形例所涉及的半导体模块130的结构的侧面图。补充说明一下，在该图10中省略了导电性细线的图示。
在本变形例中，热导性薄片部件134具有下部134b和侧部134c。侧部134c覆盖半导体元件3的第1侧面3c，下部134b从侧部134c延伸。此外，电子部件2安装在从侧部134c来看与半导体元件3相反的一侧。即使热导性薄片部件134这样没有上部，因为该热导性薄片部件134具有侧部134c，所以也能够高效地进行热分离。
本变形例所涉及的半导体模块130的制造方法，与第三实施方式所述的制造方法大致相同，而在使热导性薄片部件134弯曲的工序中使热导性薄片部件134弯曲，来使一端成为134b，并使另一端成为侧部134c。
(第二变形例)图11是显示第三实施方式的第二变形例所涉及的半导体模块230的结构的侧面图。补充说明一下，在该图11中省略了导电性细线的图示。
在本变形例中，热导性薄片部件234具有上部234a、一个下部234b及侧部234c。上部234a覆盖半导体元件3的整个上表面3a。侧部234c从上部234a延伸，覆盖半导体元件3的第1侧面3c。下部234b从侧部234c延伸，与安装面11a接触。即使半导体元件3的第3侧面3e这样不被热导性薄片部件234覆盖，只要半导体元件3的第1侧面3c被热导性薄片部件234覆盖，就也能够抑制热传给电子部件2、22。
本变形例所涉及的半导体模块230的制造方法，与第三实施方式所述的制造方法大致相同，而在使热导性薄片部件234弯曲的工序中使热导性薄片部件234弯曲，来使一端成为下部234b，并使另一端成为上部234a。
(第三变形例)图12是显示第三实施方式的第三变形例所涉及的半导体模块330的结构的侧面图。补充说明一下，在该图12中，省略了导电性细线的图示。
在本变形例中，热导性薄片部件334具有上部334a、一个下部334b、侧部334c及第二侧部334e。上部334a覆盖半导体元件3的整个上表面3a。侧部334c以覆盖半导体元件3的第1侧面3c的方式从上部334a延伸，第二侧部334e以覆盖半导体元件3的第3侧面3e的方式从上部334a延伸。下部334b以与安装面11a接触的方式从第二侧部334e延伸。换句话说，热导性薄片部件334与第三实施方式的热导性薄片部件4不同，没有从侧部334c延伸的下部。即使是在这种情况下，只要下部334b的表面面积在热导性薄片部件334的表面面积的五分之一以上，就也能够将冷却介质1的冷却热传给热导性薄片部件334。因此，能够高效地进行热分离。
本变形例所涉及的半导体模块330的制造方法与第三实施方式所述的制造方法大致相同，而在使热导性薄片部件334弯曲的工序中使热导性薄片部件334弯曲，来使一端成为侧部334c，并使另一端成为下部334b。
(第四变形例)图13是显示第三实施方式的第四变形例所涉及的半导体模块40的结构的侧面图。
在本变形例中，对象部件是电子部件2。半导体模块40是根据与第三实施方式的制造方法大致相同的制造方法制造的，与第三实施方式一样，能够高效地进行热分离。
补充说明一下，在如本变形例那样用热导性薄片部件4覆盖电子部件2的情况下，该热导性薄片部件4的形状也可以具有第三实施方式的第一到第三变形例中的任一变形例所示的形状。
<发明的第四实施方式>图14是第四实施方式所涉及的半导体模块50的结构图。补充说明一下，在该图14中，省略了导电性细线的图示。
本实施方式所涉及的半导体模块50与所述第一实施方式不同，包括散热片7。下面，具体地进行说明。
本实施方式中的散热片7，例如是由GaN或Al2O3形成的板，配置于被夹在半导体元件3的下表面3b与热导性薄片部件4的下部4b之间的位置上，让半导体元件3所发出的热扩散。这样，就能够通过散热片7使半导体元件3所发出的热扩散，因而能够与所述第一到第三实施方式的情况相比进一步防止半导体元件3的温度上升。此外，热导性薄片部件4与冷却介质1的安装面11a及散热片7的下表面7b接触，而不直接与半导体元件3接触。因此，与如所述第一或第三实施方式那样热导性薄片部件4直接与半导体元件3接触的情况相比，即使冷却介质1的冷却能力比较小，也能够防止热导性薄片部件4的温度上升。
此外，散热片7由绝缘材料(例如GaN或Al2O3)形成时，能够使已设置于半导体元件3的下表面3b上的电极与热导性薄片部件4之间绝缘，结果能够使半导体元件3及冷却介质1分开接地。这样，本实施方式所涉及的半导体模块50不仅能够带来热遮蔽效果，也能够带来噪声遮蔽效果。
本实施方式所涉及的半导体模块50的制造方法与所述第一实施方式的半导体模块10的制造方法大致相同，而在图3(b)所示的工序中，将散热片7配置于热导性薄片部件4中的一端41一侧的部分上，通过焊料等导电性粘合剂将半导体元件3固定在散热片7上。
补充说明一下，本实施方式也可以具有下述结构。
散热片7也可以设置在所述第三实施方式所涉及的半导体模块30上。在这种情况下，该散热片7最好介于半导体元件3的下表面3b与安装面11a之间。这样，就如上所述能够通过散热片7使半导体元件3所发出的热扩散，能够抑制半导体元件3的温度上升。
此外，即使是在如所述第二实施方式及所述第三实施方式的第四变形例那样对象部件是电子部件2的情况下，散热片7也可以介于半导体元件3的下表面3b与安装面11a之间。这样，就能够通过散热片7使半导体元件3所发出的热扩散，因而与如所述第二实施方式及所述第三实施方式的第四变形例那样未设置散热片7的情况相比能够进一步防止半导体元件3的温度上升。
再说，热导性薄片部件也可以如所述第一实施方式的第一变形例(图4)所示的那样没有上部；热导性薄片部件也可以如该第一实施方式的第二变形例(图5)所示的那样，该热导性薄片部件的上部覆盖半导体元件的上表面的一部分。此外，热导性薄片部件也可以具有所述第三实施方式以及该第三实施方式的变形例所示的形状。
<发明的第五实施方式>图15是第五实施方式所涉及的半导体模块60的结构图。补充说明一下，在该图15中，省略了导电性细线的图示。
本实施方式所涉及的半导体模块60与所述第四实施方式所涉及的半导体模块50大致相同，而电子部件2及半导体元件3的相对位置关系不同。下面，具体地进行说明。
在本实施方式所涉及的半导体模块60中，在冷却介质1的安装面11a上竖立着支柱61，第二衬底62固定在支柱61上，使得第二衬底62和冷却介质1的衬底11大致平行。电子部件2安装在第二衬底62上。
补充说明一下，支柱61及第二衬底62也可以由与冷却介质1的材料大致相同的材料(金属)形成，也可以由与冷却介质1的材料不同的材料(例如，树脂)形成。这是因为设置在第二衬底62上的是电子部件2，因而支柱61及第二衬底62也可以没有冷却功能。
本实施方式中的热导性薄片部件4，如所述第一及第四实施方式所述的那样覆盖半导体元件3的一部分。因此，能够高效地进行热分离，因而即使如图15所示将电子部件2配置于半导体元件3的上方，也能够抑制热传给电子部件2。
能够利用所述第一实施方式所述的制造方法制造本实施方式所涉及的半导体模块60。
补充说明一下，半导体模块也可以如所述第一到第三实施方式所述的那样不包括散热片7。此外，半导体模块也可以具有下述变形例所示的结构。
(第一变形例)图16是显示第五实施方式的第一变形例所涉及的半导体模块160的结构的侧面图。图17是用来对热导性薄片部件164的上部164a的形状进行说明的图。补充说明一下，在该图16中，省略了导电性细线的图示。此外，在图17中，省略了绝缘部件、放热部件以及冷却介质1的冷却用鳍片的图示，以便使该图17简明。
在本变形例中，热导性薄片部件164的上部164a与第五实施方式不同，不覆盖半导体元件3的整个上表面3a。下面，具体地进行说明。
上部164a存在于被夹在第一区域161与第二区域162之间的第三区域163(图17中所示的斜影线(hatching)区域)内。第一区域161是使半导体元件3的第1侧面(第一侧面)3c和电子部件2的第1侧面(第一侧面)2c连接而形成的区域；第二区域162是使半导体元件3的第3侧面(第二侧面)3e和电子部件2的第3侧面(第二侧面)2e连接而形成的区域。
在此，如所述第一实施方式等所述的那样，半导体元件3的第1侧面3c是被热导性薄片部件164的侧部164c覆盖的侧面；半导体元件3的第3侧面3e是位于与该第1侧面3c相反的一侧的侧面。此外，如图17所示，电子部件2的第1侧面2c是电子部件2的侧面中的当从正面看半导体元件3的第1侧面3c时配置于正面的侧面；电子部件2的第3侧面2e是位于与该第1侧面2c相反的一侧的侧面。
因为热导性薄片部件164的上部164a的一部分存在于第三区域163内，所以与热导性薄片部件不覆盖半导体元件的上表面的情况相比能够进一步阻止半导体元件3所发出的热传给电子部件2，能够进行热分离。
图18(a)和图18(b)是显示本变形例所涉及的半导体模块160的制造方法的侧面图。
首先，如图18(a)所示，准备在冷却介质1的安装面11a上安装有支柱61及第二衬底62的主体。之后，以另一端42一侧比一端41一侧靠近支柱61的方式将热导性薄片部件164配置于安装面11a上。之后，以第1侧面3c比第3侧面3e靠近支柱61的方式将半导体元件3安装在热导性薄片部件164的一端41一侧的部分(正确地说，一端41一侧的部分中面积在热导性薄片部件4的表面面积的五分之一以上的部分(第一部分))上。之后，用导电性细线(未示)使半导体元件3及设置于冷却介质1中的电极端子(未示)电连接，再将绝缘部件6注入到半导体元件3的上表面3a上，来覆盖上表面3a及所述导电性细线。
接着，以第1侧面2c比第3侧面2e靠近支柱61的方式将电子部件2安装在第二衬底62上(工序(b))，再用导电性细线(未示)使电子部件2及设置于第二衬底62中的电极端子(未示)电连接起来。
接着，如图18(b)所示，使热导性薄片部件164弯曲，来使热导性薄片部件164的另一端42存在于第三区域163内(工序(c))。这样，热导性薄片部件164的第二部分(在本变形例中，为热导性薄片部件164的侧部164c)就配置为覆盖半导体元件3的第1侧面3c，能够制造出本变形例所涉及的半导体模块160。
补充说明一下，在本变形例中，电子部件也可以配置于半导体元件的正上方。在这种情况下，热导性薄片部件也可以弯曲成本变形例所述的状态，也可以弯曲为第五实施方式所述的状态。
(第二变形例)图19是显示第五实施方式的第二变形例所涉及的半导体模块260的结构的侧面图。
与第五实施方式的第一变形例一样，在本变形例中，热导性薄片部件164具有上部164a、下部164b及侧部164c。但是，侧部164c与该变形例不同，存在于从半导体元件3来看与支柱61相反的一侧。这样，就不需要在半导体元件3与支柱61之间确保用来设置侧部164c的空间，因而能够将半导体元件3安装在与第五实施方式的第一变形例相比更靠近支柱61的位置上。因此，在本变形例中，与第五实施方式的第一变形例相比能够进一步谋求半导体模块的小型化。
补充说明一下，比较图16和图19而言，半导体元件3在图16中安装为第1侧面3c比第3侧面3e靠近支柱61，而在图19中安装为第3侧面3e比第1侧面3c靠近支柱61。这是因为在本说明书中对半导体元件的第1侧面下了下述定义，即：该第1侧面是被热导性薄片部件的侧部覆盖的侧面。此外，电子部件2在图16中安装为第1侧面2c比第3侧面2e靠近支柱61，而在图19中安装为第3侧面2e比第1侧面2c靠近支柱61。这是因为在本说明书中对电子部件的第1侧面下了下述定义，即：该第1侧面是当从正面看半导体元件的第1侧面时配置于正面的、电子部件的侧面。
图20(a)和图20(b)是显示本变形例所涉及的半导体模块260的制造方法的侧面图。补充说明一下，以下主要表示本变形例的制造方法与第五实施方式的第一变形例中的制造方法之间的不同之处。
在图20(a)所示的工序中，与图18(a)所示的工序不同，将热导性薄片部件164配置于安装面11a上，来使一端41一侧的部分比另一端42一侧的部分靠近支柱61。
在图20(b)所示的工序中，与图18(b)所示的工序一样，使热导性薄片部件164弯曲，来使热导性薄片部件164的另一端42存在于第三区域163内(工序(c))。这样，就能够制造出本变形例所涉及的半导体模块260。
补充说明一下，若要防止支柱61的温度由于半导体元件3的发热而上升，就最好采用第五实施方式的第一变形例所示的结构，而若要谋求半导体模块的小型化及制造的简便化，就最好采用本变形例所示的结构。
(第三变形例)图21是显示第五实施方式的第三变形例所涉及的半导体模块360的结构的侧面图。补充说明一下，在该图21中省略了导电性细线的图示。
在本变形例中，热导性薄片部件364具有上部364a、下部364b及侧部364c。与第五实施方式的第一变形例所述的上部164a一样，上部364a存在于第三区域163内。此外，与所述第三实施方式一样，下部364b在安装面11a上存在于半导体元件3的外侧。即使是在这种情况下，也能够进行热分离。
图22(a)和图22(b)是显示本变形例所涉及的半导体模块的制造方法的图。
首先，如图22(a)所示，准备在冷却介质1的安装面11a上安装有支柱61及第二衬底62的主体。之后，将半导体元件3安装在安装面11a上，将电子部件2安装在第二衬底62上(工序(a))。之后，用导电性细线(未示)使半导体元件3及设置于冷却介质1中的电极端子(未示)电连接起来，再将绝缘部件6注入到半导体元件3的上表面3a上，来覆盖上表面3a和所述导电性细线(未示)。此外，用导电性细线使电子部件2及设置于第二衬底62中的电极端子(未示)电连接起来。
接着，如图22(b)所示，用热导性薄片部件364覆盖半导体元件3的第1侧面3c。这时，使热导性薄片部件364弯曲，使得热导性薄片部件364的一端41一侧的部分与冷却介质1的安装面11a接触，并且热导性薄片部件364的另一端42存在于第三区域163内(工序(b))。在本变形例中，还是最好以热导性薄片部件364中与安装面11a接触的部分的面积在热导性薄片部件364的表面面积的五分之一以上的方式设置热导性薄片部件364。这样，就能够制造出本变形例所涉及的半导体模块360。
补充说明一下，热导性薄片部件的形状也可以是所述第三实施方式(图7)、或者所述第三实施方式的第二或第三变形例(图11、图12)所示的形状。此外，热导性薄片部件也可以弯曲成侧部存在于从半导体元件来看与支柱相反的一侧的状态。
<其他实施方式>所述第一到第五实施方式也可以具有下述结构。
冷却介质也可以具有用来冷却衬底的冷却路径，来代替具有冷却用鳍片。在该冷却路径中，也可以使用水或油等液体，也可以使用空气。此外，冷却介质也可以具有所述冷却路径埋在衬底内的结构。
半导体模块也可以由封装体密封。可以使用已知的封装体，封装体的选择不受到特别的限制。作为封装体，例如可以举出树脂密封封装体、陶瓷封装体、金属封装体或玻璃封装体等等。
在如所述第一、第二、第四及第五实施方式所示将对象部件安装在热导性薄片部件的下部上的情况下，也可以在该下部中有孔。若在下部中形成有孔，就能够将焊料等导电性粘合剂填充于孔内，通过该导电性粘合剂将对象部件固定在冷却介质上。补充说明一下，如所述第一实施方式所述，形成有孔的下部的表面面积最好在所述热导性薄片部件的总表面面积的五分之一以上。
半导体模块中的半导体元件及电子部件的数量不被限于上面所述的数量。在任何情况下，只要这样就可以，即：用热导性薄片部件覆盖半导体元件或电子部件的一部分，以能够在半导体元件与电子部件之间进行热分离。
在所述实施方式及变形例中，设为一张薄片被弯曲而形成热导性薄片部件。不过，热导性薄片部件也可以具有多张薄片部件。在该情况下，最好是这样的，即：上部、下部及侧部由互不相同的薄片部件构成，这些薄片部件互相连接起来。
在所述第一实施方式和第三到第五实施方式中，安装电子部件的时期不被限于所述时期。
-实施例-
在本实施例中，调查了半导体元件及电子部件的温度在使所述第一到第四实施方式的半导体模块工作时怎样变化。(第一实施例)在第一实施例中，使用了基本上与所述第一实施方式所涉及的半导体模块相同的半导体模块(以下，称之为“本实施例的半导体模块”)。此外，使用了图23所示的参考例的半导体模块。
按照所述第一实施方式所述的方法制造了本实施例的半导体模块。这时，在图3(a)所示的工序中准备的热导性薄片部件中有孔；在图3(b)所示的工序中将焊料填充于孔内，再以盖上孔的方式设置了半导体元件。
另一方面，在参考例的半导体模块中，将半导体元件与电子部件之间的距离设定为与本实施例的半导体模块中的半导体元件与电子部件之间的距离大致相等的值。就是说，在本实施例中使用的参考例的半导体模块中，所述距离短于图23所示的该部位的距离。
之后，将冷却介质的温度设定为85℃，使本实施例的半导体模块及参考例的半导体模块进行了工作。工作结束后，对各个模块中的半导体元件及电子部件的温度进行了测量。其结果是，在本实施例的半导体模块中，半导体元件的温度为120℃左右，而电子部件的温度被保持在90℃以下。另一方面，在参考例的半导体模块中，电子部件的温度为110℃左右。
此外，准备未配置热导性薄片部件的半导体模块和本实施例的半导体模块，以100kHz使各个模块的半导体元件进行开关，在距半导体模块具有5cm的位置上测量了电子噪声。其结果是，通过配置热导性薄片部件，就能够将电子噪声大约减低到十分之一以下。(第二实施例)在第二实施例中，使用了所述第二实施方式所涉及的半导体模块。就是说，使用了图6所示的半导体模块。
首先，在制造所述第二实施方式所涉及的半导体模块后，将冷却介质的温度设定为85℃，使半导体模块进行了工作。工作结束后，对半导体元件及电子部件的温度进行了测量。其结果是，半导体元件的温度为120℃左右，而电子部件的温度被保持在90℃以下。(第三实施例)在第三实施例中，使用了所述第三实施方式所涉及的两种半导体模块。就是说，使用了图7所示的半导体模块和图13所示的半导体模块。
首先，按照所述第三实施方式所述的方法制造了图7所示的半导体模块和图13所示的半导体模块。之后，将冷却介质的温度设定为85℃，使半导体模块分别进行了工作。工作结束后，对半导体元件及电子部件的温度进行了测量。其结果是，在图7所示的半导体模块中，半导体元件的温度为120℃左右，而电子部件的温度被保持在90℃以下。在图13所示的半导体模块中，半导体元件的温度为120℃左右，而电子部件的温度被保持在90℃以下。(第四实施例)在第四实施例中，使用了基本上与所述第四实施方式所涉及的半导体模块相同的半导体模块。就是说，使用了图14所示的半导体模块。
首先，制造了所述第四实施方式所涉及的半导体模块。这时，如所述第一实施例所述，在热导性薄片部件中有孔，将焊料填充于孔内，再以盖上该孔的方式设置了半导体元件。之后，将冷却介质的温度设定为85℃，使半导体模块进行了工作。工作结束后，对半导体元件及电子部件的温度进行了测量。其结果是，半导体元件的温度为120℃左右，而电子部件的温度被保持在90℃以下。
如上面的第一到第四实施例所示，能够阻止电子部件的温度上升，能将半导体元件的温度上升抑制到很小的幅度。
-工业实用性-
综上所述，本发明能够将半导体元件和电子部件等一体化，能够提供低损失、小型且低成本的半导体模块。将本发明的半导体模块例如用于包括由碳化硅、GaN或钻石等的宽带隙半导体元件构成的半导体元件的半导体模块，是很合适的。

Claims (15)

1.一种半导体模块，所述半导体模块包括具有安装面的冷却介质，安装在所述安装面上并在工作时发出相对较多的热的半导体元件，以及安装在所述安装面上并在工作时发出相对较少的热的电子部件，其特征在于：
所述半导体模块还包括覆盖对象部件的一部分的热导性薄片部件，该对象部件是所述半导体元件及所述电子部件中之任一个部件；
所述热导性薄片部件具有与所述安装面接触的下部、和从所述下部延伸并覆盖所述对象部件的第一侧面的侧部，所述下部的表面面积在该热导性薄片部件的表面面积的五分之一以上；
不是所述对象部件的另一个部件被配置在从所述热导性薄片部件的所述侧部来看与所述对象部件相反的一侧。
2.根据权利要求1所述的半导体模块，其特征在于：
所述热导性薄片部件的热导率在400W/(m·K)以上。
3.根据权利要求2所述的半导体模块，其特征在于：
所述热导性薄片部件是石墨薄片。
4.根据权利要求1所述的半导体模块，其特征在于：
所述热导性薄片部件还具有从所述侧部延伸并覆盖所述对象部件的上表面的至少一部分的上部。
5.根据权利要求1所述的半导体模块，其特征在于：
所述热导性薄片部件的所述下部被夹在所述安装面与所述对象部件的下表面之间。
6.根据权利要求5所述的半导体模块，其特征在于：
所述半导体模块还包括电极端子和导电性细线；
所述导电性细线从所述对象部件开始经过所述热导性薄片部件的所述上部与所述下部之间向该热导性薄片部件的外部延伸，被连接在所述电极端子上。
7.根据权利要求1所述的半导体模块，其特征在于：
所述热导性薄片部件的所述下部在所述安装面上被配置于所述对象部件与所述另一个部件之间。
8.根据权利要求7所述的半导体模块，其特征在于：
所述半导体模块还包括电极端子和导电性细线；
所述导电性细线从所述对象部件开始经过所述热导性薄片部件的所述上部与所述安装面之间向该热导性薄片部件的外部延伸，被连接在所述电极端子上。
9.根据权利要求1所述的半导体模块，其特征在于：
所述半导体模块还包括介于所述对象部件与所述热导性薄片部件之间的绝缘部件。
10.根据权利要求1所述的半导体模块，其特征在于：
所述电子部件被配置在比所述半导体元件的上表面还靠上方的位置上。
11.根据权利要求1所述的半导体模块，其特征在于：
所述半导体模块还包括被配置在所述安装面与所述半导体元件的下表面之间的散热片。
12.一种半导体模块的制造方法，其特征在于：
所述半导体模块的制造方法包括：
工序a，以让面积在热导性薄片部件的表面面积的五分之一以上的第一部分与冷却介质的安装面接触的方式将热导性薄片部件配置在所述安装面上，
工序b，将对象部件安装在所述热导性薄片部件的第一部分上，该对象部件是半导体元件及电子部件中之任一个部件，
工序c，使所述热导性薄片部件弯曲，来使所述热导性薄片部件的第二部分覆盖所述对象部件的第一侧面，以及
工序d，将不是所述对象部件的另一个部件安装在从所述热导性薄片部件的所述第二部分来看与所述对象部件相反的一侧。
13.一种半导体模块的制造方法，其特征在于：
所述半导体模块的制造方法包括：
工序a，将对象部件安装在冷却介质的安装面上，该对象部件是半导体元件及电子部件中之任一方，
工序b，使热导性薄片部件弯曲，来使面积在热导性薄片部件的表面面积的五分之一以上的第一部分与所述冷却介质的安装面接触，并使第二部分覆盖所述对象部件的第一侧面，将该热导性薄片部件配置在所述冷却部件的安装面上，以及
工序c，将不是所述对象部件的另一个部件安装在从所述热导性薄片部件的所述第二部分来看与所述对象部件相反的一侧。
14.一种半导体模块的制造方法，其特征在于：
所述半导体模块的制造方法包括：
工序a，以让面积在热导性薄片部件的表面面积的五分之一以上的第一部分与冷却介质的安装面接触的方式将热导性薄片部件配置在所述安装面上，将半导体元件安装在所述热导性薄片部件的所述第一部分上，
工序b，将电子部件配置在所述半导体元件的上表面的上方，以及
工序c，使所述热导性薄片部件弯曲，来使第二部分覆盖所述半导体元件的上表面的至少一部分。
15.一种半导体模块的制造方法，其特征在于：
所述半导体模块的制造方法包括：
工序a，将半导体元件安装在冷却介质的安装面上，将电子部件配置在比所述半导体元件的上表面还靠上方的位置上，和
工序b，使所述热导性薄片部件弯曲，来使面积在热导性薄片部件的表面面积的五分之一以上的第一部分与所述冷却介质的安装面接触，并使第二部分覆盖所述半导体元件的上表面的至少一部分，将该热导性薄片部件配置在所述冷却介质上。
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Families Citing this family (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPWO2012070289A1 (ja) * 2010-11-26 2014-05-19 三菱電機株式会社 熱伝導性シート及びパワーモジュール
KR101292643B1 (ko) * 2011-10-26 2013-08-02 성균관대학교산학협력단 그래핀을 포함하는 전자파 감쇄 및 방열용 필름 및 이를 포함하는 전자기 소자
US8811015B2 (en) * 2012-02-16 2014-08-19 Mission Motor Company Motor control device
US9390998B2 (en) * 2012-02-17 2016-07-12 Invensas Corporation Heat spreading substrate
US9521738B1 (en) * 2013-12-23 2016-12-13 Flextronics Ap, Llc Graphite sheet to protect SMT components from thermal exposure
US9789572B1 (en) 2014-01-09 2017-10-17 Flextronics Ap, Llc Universal automation line
DE102015113873B3 (de) * 2015-08-21 2016-07-14 Semikron Elektronik Gmbh & Co. Kg Leistungselektronische Baugruppe mit Kondensatoreinrichtung

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000077580A (ja) * 1998-08-28 2000-03-14 Nissan Motor Co Ltd 温度制御型半導体装置
JP2005251994A (ja) * 2004-03-04 2005-09-15 Hitachi Cable Ltd 光モジュールの放熱構造

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4103737A (en) * 1976-12-16 1978-08-01 Marantz Company, Inc. Heat exchanger structure for electronic apparatus
US4508163A (en) * 1983-01-18 1985-04-02 Aavid Engineering, Inc. Heat sinks for integrated circuit modules
JP2656416B2 (ja) * 1991-12-16 1997-09-24 三菱電機株式会社 半導体装置および半導体装置の製造方法、並びに半導体装置に用いられる複合基板および複合基板の製造方法
US6538892B2 (en) * 2001-05-02 2003-03-25 Graftech Inc. Radial finned heat sink
JP4113442B2 (ja) * 2002-05-09 2008-07-09 ローム株式会社 半導体レーザ、その製法および光ピックアップ装置
JP2005235929A (ja) 2004-02-18 2005-09-02 Mitsubishi Electric Corp 電力変換器
US7291869B2 (en) * 2006-02-06 2007-11-06 Infieon Technologies A.G. Electronic module with stacked semiconductors

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000077580A (ja) * 1998-08-28 2000-03-14 Nissan Motor Co Ltd 温度制御型半導体装置
JP2005251994A (ja) * 2004-03-04 2005-09-15 Hitachi Cable Ltd 光モジュールの放熱構造

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