CN107195604A - 半导体模块以及半导体模块的制造方法 - Google Patents

半导体模块以及半导体模块的制造方法 Download PDF

Info

Publication number
CN107195604A
CN107195604A CN201710057386.3A CN201710057386A CN107195604A CN 107195604 A CN107195604 A CN 107195604A CN 201710057386 A CN201710057386 A CN 201710057386A CN 107195604 A CN107195604 A CN 107195604A
Authority
CN
China
Prior art keywords
cooling end
plate portion
semiconductor module
cooled
stream
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN201710057386.3A
Other languages
English (en)
Other versions
CN107195604B (zh
Inventor
两角朗
乡原广道
西村芳孝
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Fuji Electric Co Ltd
Original Assignee
Fuji Electric Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Fuji Electric Co Ltd filed Critical Fuji Electric Co Ltd
Publication of CN107195604A publication Critical patent/CN107195604A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN107195604B publication Critical patent/CN107195604B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L23/00—Details of semiconductor or other solid state devices
    • H01L23/34—Arrangements for cooling, heating, ventilating or temperature compensation ; Temperature sensing arrangements
    • H01L23/46—Arrangements for cooling, heating, ventilating or temperature compensation ; Temperature sensing arrangements involving the transfer of heat by flowing fluids
    • H01L23/473—Arrangements for cooling, heating, ventilating or temperature compensation ; Temperature sensing arrangements involving the transfer of heat by flowing fluids by flowing liquids
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
    • H01L21/50—Assembly of semiconductor devices using processes or apparatus not provided for in a single one of the subgroups H01L21/06 - H01L21/326, e.g. sealing of a cap to a base of a container
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L23/00—Details of semiconductor or other solid state devices
    • H01L23/02—Containers; Seals
    • H01L23/04—Containers; Seals characterised by the shape of the container or parts, e.g. caps, walls
    • H01L23/053—Containers; Seals characterised by the shape of the container or parts, e.g. caps, walls the container being a hollow construction and having an insulating or insulated base as a mounting for the semiconductor body
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L23/00—Details of semiconductor or other solid state devices
    • H01L23/34—Arrangements for cooling, heating, ventilating or temperature compensation ; Temperature sensing arrangements
    • H01L23/40—Mountings or securing means for detachable cooling or heating arrangements ; fixed by friction, plugs or springs
    • H01L23/4006—Mountings or securing means for detachable cooling or heating arrangements ; fixed by friction, plugs or springs with bolts or screws
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L23/00—Details of semiconductor or other solid state devices
    • H01L23/34—Arrangements for cooling, heating, ventilating or temperature compensation ; Temperature sensing arrangements
    • H01L23/42—Fillings or auxiliary members in containers or encapsulations selected or arranged to facilitate heating or cooling
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L25/00—Assemblies consisting of a plurality of individual semiconductor or other solid state devices ; Multistep manufacturing processes thereof
    • H01L25/03—Assemblies consisting of a plurality of individual semiconductor or other solid state devices ; Multistep manufacturing processes thereof all the devices being of a type provided for in the same subgroup of groups H01L27/00 - H01L33/00, or in a single subclass of H10K, H10N, e.g. assemblies of rectifier diodes
    • H01L25/10—Assemblies consisting of a plurality of individual semiconductor or other solid state devices ; Multistep manufacturing processes thereof all the devices being of a type provided for in the same subgroup of groups H01L27/00 - H01L33/00, or in a single subclass of H10K, H10N, e.g. assemblies of rectifier diodes the devices having separate containers
    • H01L25/11—Assemblies consisting of a plurality of individual semiconductor or other solid state devices ; Multistep manufacturing processes thereof all the devices being of a type provided for in the same subgroup of groups H01L27/00 - H01L33/00, or in a single subclass of H10K, H10N, e.g. assemblies of rectifier diodes the devices having separate containers the devices being of a type provided for in group H01L29/00
    • H01L25/115—Assemblies consisting of a plurality of individual semiconductor or other solid state devices ; Multistep manufacturing processes thereof all the devices being of a type provided for in the same subgroup of groups H01L27/00 - H01L33/00, or in a single subclass of H10K, H10N, e.g. assemblies of rectifier diodes the devices having separate containers the devices being of a type provided for in group H01L29/00 the devices being arranged next to each other
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L23/00—Details of semiconductor or other solid state devices
    • H01L23/34—Arrangements for cooling, heating, ventilating or temperature compensation ; Temperature sensing arrangements
    • H01L23/40—Mountings or securing means for detachable cooling or heating arrangements ; fixed by friction, plugs or springs
    • H01L23/4006—Mountings or securing means for detachable cooling or heating arrangements ; fixed by friction, plugs or springs with bolts or screws
    • H01L2023/4018—Mountings or securing means for detachable cooling or heating arrangements ; fixed by friction, plugs or springs with bolts or screws characterised by the type of device to be heated or cooled
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L23/00—Details of semiconductor or other solid state devices
    • H01L23/34—Arrangements for cooling, heating, ventilating or temperature compensation ; Temperature sensing arrangements
    • H01L23/40—Mountings or securing means for detachable cooling or heating arrangements ; fixed by friction, plugs or springs
    • H01L23/4006—Mountings or securing means for detachable cooling or heating arrangements ; fixed by friction, plugs or springs with bolts or screws
    • H01L2023/4018—Mountings or securing means for detachable cooling or heating arrangements ; fixed by friction, plugs or springs with bolts or screws characterised by the type of device to be heated or cooled
    • H01L2023/4031—Packaged discrete devices, e.g. to-3 housings, diodes
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L23/00—Details of semiconductor or other solid state devices
    • H01L23/34—Arrangements for cooling, heating, ventilating or temperature compensation ; Temperature sensing arrangements
    • H01L23/40—Mountings or securing means for detachable cooling or heating arrangements ; fixed by friction, plugs or springs
    • H01L23/4006—Mountings or securing means for detachable cooling or heating arrangements ; fixed by friction, plugs or springs with bolts or screws
    • H01L2023/4075—Mechanical elements
    • H01L2023/4087—Mounting accessories, interposers, clamping or screwing parts
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/34—Strap connectors, e.g. copper straps for grounding power devices; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/36—Structure, shape, material or disposition of the strap connectors prior to the connecting process
    • H01L2224/37—Structure, shape, material or disposition of the strap connectors prior to the connecting process of an individual strap connector
    • H01L2224/37001—Core members of the connector
    • H01L2224/37099—Material
    • H01L2224/371—Material with a principal constituent of the material being a metal or a metalloid, e.g. boron [B], silicon [Si], germanium [Ge], arsenic [As], antimony [Sb], tellurium [Te] and polonium [Po], and alloys thereof
    • H01L2224/37138—Material with a principal constituent of the material being a metal or a metalloid, e.g. boron [B], silicon [Si], germanium [Ge], arsenic [As], antimony [Sb], tellurium [Te] and polonium [Po], and alloys thereof the principal constituent melting at a temperature of greater than or equal to 950°C and less than 1550°C
    • H01L2224/37147—Copper [Cu] as principal constituent
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/34—Strap connectors, e.g. copper straps for grounding power devices; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/39—Structure, shape, material or disposition of the strap connectors after the connecting process
    • H01L2224/40—Structure, shape, material or disposition of the strap connectors after the connecting process of an individual strap connector
    • H01L2224/401—Disposition
    • H01L2224/40151—Connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive
    • H01L2224/40221—Connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked
    • H01L2224/40225—Connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked the item being non-metallic, e.g. insulating substrate with or without metallisation
    • H01L2224/40227—Connecting the strap to a bond pad of the item
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/42—Wire connectors; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/47—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process
    • H01L2224/48—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process of an individual wire connector
    • H01L2224/4805—Shape
    • H01L2224/4809—Loop shape
    • H01L2224/48091—Arched
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/42—Wire connectors; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/47—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process
    • H01L2224/48—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process of an individual wire connector
    • H01L2224/481—Disposition
    • H01L2224/48151—Connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive
    • H01L2224/48221—Connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked
    • H01L2224/48225—Connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked the item being non-metallic, e.g. insulating substrate with or without metallisation
    • H01L2224/48227—Connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked the item being non-metallic, e.g. insulating substrate with or without metallisation connecting the wire to a bond pad of the item
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/73—Means for bonding being of different types provided for in two or more of groups H01L2224/10, H01L2224/18, H01L2224/26, H01L2224/34, H01L2224/42, H01L2224/50, H01L2224/63, H01L2224/71
    • H01L2224/732—Location after the connecting process
    • H01L2224/73251—Location after the connecting process on different surfaces
    • H01L2224/73263—Layer and strap connectors
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/73—Means for bonding being of different types provided for in two or more of groups H01L2224/10, H01L2224/18, H01L2224/26, H01L2224/34, H01L2224/42, H01L2224/50, H01L2224/63, H01L2224/71
    • H01L2224/732—Location after the connecting process
    • H01L2224/73251—Location after the connecting process on different surfaces
    • H01L2224/73265—Layer and wire connectors
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L23/00—Details of semiconductor or other solid state devices
    • H01L23/28—Encapsulations, e.g. encapsulating layers, coatings, e.g. for protection
    • H01L23/31—Encapsulations, e.g. encapsulating layers, coatings, e.g. for protection characterised by the arrangement or shape
    • H01L23/3107—Encapsulations, e.g. encapsulating layers, coatings, e.g. for protection characterised by the arrangement or shape the device being completely enclosed
    • H01L23/3121—Encapsulations, e.g. encapsulating layers, coatings, e.g. for protection characterised by the arrangement or shape the device being completely enclosed a substrate forming part of the encapsulation
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L25/00—Assemblies consisting of a plurality of individual semiconductor or other solid state devices ; Multistep manufacturing processes thereof
    • H01L25/03—Assemblies consisting of a plurality of individual semiconductor or other solid state devices ; Multistep manufacturing processes thereof all the devices being of a type provided for in the same subgroup of groups H01L27/00 - H01L33/00, or in a single subclass of H10K, H10N, e.g. assemblies of rectifier diodes
    • H01L25/04—Assemblies consisting of a plurality of individual semiconductor or other solid state devices ; Multistep manufacturing processes thereof all the devices being of a type provided for in the same subgroup of groups H01L27/00 - H01L33/00, or in a single subclass of H10K, H10N, e.g. assemblies of rectifier diodes the devices not having separate containers
    • H01L25/07—Assemblies consisting of a plurality of individual semiconductor or other solid state devices ; Multistep manufacturing processes thereof all the devices being of a type provided for in the same subgroup of groups H01L27/00 - H01L33/00, or in a single subclass of H10K, H10N, e.g. assemblies of rectifier diodes the devices not having separate containers the devices being of a type provided for in group H01L29/00
    • H01L25/072—Assemblies consisting of a plurality of individual semiconductor or other solid state devices ; Multistep manufacturing processes thereof all the devices being of a type provided for in the same subgroup of groups H01L27/00 - H01L33/00, or in a single subclass of H10K, H10N, e.g. assemblies of rectifier diodes the devices not having separate containers the devices being of a type provided for in group H01L29/00 the devices being arranged next to each other

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Cooling Or The Like Of Semiconductors Or Solid State Devices (AREA)

Abstract

本发明提供与冷却部一体化而成的半导体模块。提供半导体模块，其具备：被冷却装置、安装有被冷却装置且具有供用于冷却被冷却装置的制冷剂流动的流路的第1冷却部、固定有第1冷却部且具有与第1冷却部的流路连结的流路的第2冷却部。另外，提供半导体模块的制造方法，其包括将被冷却装置安装到具有供用于冷却被冷却装置的制冷剂流动的流路的第1冷却部的阶段、将第1冷却部固定到具有与第1冷却部的流路连结的流路的第2冷却部。

Description

半导体模块以及半导体模块的制造方法
技术领域
本发明涉及半导体模块以及半导体模块的制造方法。
背景技术
以往，关于半导体模块，已知有通过在半导体装置设置冷却器，对半导体装置进行冷却的结构(例如，参照专利文献1-6)。
现有技术
专利文献
专利文献1：日本特开2014-096910号公报
专利文献2：日本特开2006-324647号公报
专利文献3：日本特开2011-210746号公报
专利文献4：日本特开2011-109000号公报
专利文献5：日本特开2012-178513号公报
专利文献6：日本特开2008-218940号公报
发明内容
技术问题
然而，在以往的半导体模块中，使用混合物、油脂等来将半导体装置与冷却器之间连接，因此半导体装置与冷却器之间的热阻变大。另外，在将半导体装置进行树脂密封后，焊接到热容量大的冷却器，因此树脂的熔点限制焊料的接合温度，半导体装置与冷却器之间的接合的可靠性降低。
技术方案
在本发明的第1形态中，提供一种半导体模块，其具备：被冷却装置；第1冷却部，其装载被冷却装置，并且具有供用于冷却被冷却装置的制冷剂流动的流路；第2冷却部，与第1冷却部固定，并且具有与第1冷却部的流路连结的流路。
半导体模块还可以具备绝缘层，该绝缘层覆盖被冷却装置并且该绝缘层的至少一部分与第1冷却部接触。
第1冷却部的壳体的体积可以小于第2冷却部的壳体的体积。
半导体模块还可以具备：多个被冷却装置；多个第1冷却部，每个第1冷却部装载多个被冷却装置中的至少一个。多个第1冷却部可以分别固定在第2冷却部。
第2冷却部可以具有比第1冷却部低的热传导率。
第2冷却部可以具有：第1板部，其固定在第1冷却部，并具有与第1冷却部的流路连结的流路；第2板部，其固定在第1板部，并具有与第1板部的流路连结的流路。
第2板部的流路的至少一部分可以由形成于第2板部的槽以及第1板部的在第2板部一侧的面形成。
第1冷却部可以具有第1冷却部的流路向第2冷却部一侧突出地设置的突出部。
突出部可以从第1冷却部一侧突出到第1板部。
突出部可以贯通第1板部，并且与第1板部相比向第2板部一侧突出。
突出部可以包括连结部，该连结部在第2冷却部的流路的内侧且具有比突出部的直径大的直径。
第1板部可以具有与第2板部不同的材料。
第2板部可以由与第1冷却部相同的材料形成。
第1板部可以具有比第1冷却部小的热膨胀系数。
半导体模块还可以具备螺钉，该螺钉贯通第2冷却部，并且与第1冷却部连结，由此使第2冷却部与第1冷却部固定。
还可以具备第3板部，该第3板部配置在第1冷却部与第2冷却部之间，与第1冷却部固定并且与第2冷却部以螺纹方式固定。
在本发明的第2形态中，提供一种半导体模块的制造方法，其具备：将被冷却装置装载到第1冷却部的阶段，该第1冷却部具有供用于冷却被冷却装置的制冷剂流动的流路；以及将第1冷却部固定在第2冷却部的阶段，该第2冷却部具有与第1冷却部的流路连结的流路。
半导体模块的制造方法还可以具备在将被冷却装置装载到第1冷却部的阶段之后，利用绝缘层覆盖被冷却装置的阶段。
应予说明，所述的发明内容并未列举出本发明的全部特征。另外，这些的特征组的替代组合也可成为本发明。
附图说明
图1表示实施例1的半导体模块100的构成的一个例子。
图2表示实施例1的半导体模块100的剖视图的一个例子。
图3表示比较例1的半导体模块500的构成的一个例子。
图4表示比较例1的半导体模块500的剖视图的一个例子。
图5表示比较例1的半导体模块500的剖视图的一个例子。
图6表示实施例2的半导体模块100的构成的一个例子。
图7表示实施例2的半导体模块100的剖视图的一个例子。
图8表示实施例3的半导体模块100的构成的一个例子。
图9表示实施例3的半导体模块100的剖视图的一个例子。
图10表示实施例4的被冷却单元110的构成的一个例子。
图11表示实施例5的被冷却单元110的构成的一个例子。
图12表示实施例6的被冷却单元110的构成的一个例子。
图13A表示经连结的进水突出部22以及进水管32的一个例子。
图13B表示连结部25的构成的一个例子。
图14表示第2冷却部30的剖视图的一个例子。
图15A表示在图14的A区域的附近的制冷剂流路的制造方法的一个例子。
图15B表示在图14的A区域的附近的制冷剂流路的制造方法的一个例子。
图15C表示在图14的A区域的附近的制冷剂流路的制造方法的一个例子。
图16A表示在图14的B区域的附近的制冷剂流路的制造方法的一个例子。
图16B表示在图14的B区域的附近的制冷剂流路的制造方法的一个例子。
图16C表示在图14的B区域的附近的制冷剂流路的制造方法的一个例子。
图17表示半导体模块100的连结方法的一个例子。
图18表示半导体模块100的制造方法的一个例子。
图19表示由半导体模块100构成的电路300的一个例子。
符号说明
10：被冷却模块，11：被冷却装置，20：第1冷却部，21：散热板部，22：进水突出部，23：出水突出部，25：连结部，30：第2冷却部，31：冷却器壳体，32：进水管，33：出水管，34：第1板部，35：第2板部，36：第3板部，40：基板，42：正面电路板，43：O形环，44：背面电路板，46：销端子，48：引线框，49：引线，50：绝缘层，52：凝胶层，54：树脂外壳，56：盖，58：螺钉部，60：治具，70：外部端子，100：半导体模块，110：被冷却单元，152：上侧臂，154：下侧臂，202：晶体管，204：二极管，208：感测部，210：电源，220：负载，300：电路，500：半导体模块，510：被冷却模块，511：被冷却装置，520：正面铜电路板，522：背面铜电路板，530：陶瓷基板，540：冷却器，541：制冷剂流路，550：树脂部，560：铜销端子，570：外部端子
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，但以下的实施方式不限定权利要求书所涉及的发明。另外，在实施方式中说明的特征的全部组合并不是发明的技术方案所必须的。
(实施例1)
图1表示实施例1的半导体模块100的构成的一个例子。图2表示实施例1的半导体模块100的剖视图的一个例子。其中，在半导体模块100的剖视图中，为了使附图简洁，省略了外部端子等的构成。半导体模块100具备被冷却模块10、第1冷却部20和第2冷却部30。被冷却模块10和第1冷却部20构成被冷却单元110。
在本说明书中，X方向与Y方向是相互垂直的方向，Z方向是与X‐Y平面垂直的方向。X方向、Y方向以及Z方向构成所谓的右手系。本例的半导体基板在+Z方向具有正面，在－Z方向具有背面。应予说明，“上”以及“上方”意味着+Z方向。与此相对地，“下”以及“下方”意味着－Z方向。
被冷却模块10具有一个或者多个被冷却装置11。本例的半导体模块100具备三个被冷却模块10a、10b、10c来作为被冷却模块10。被冷却模块10a、10b、10c分别具有2组被冷却装置11。
被冷却装置11是半导体芯片的一个例子。在一个例子中，被冷却装置11为逆导通IGBT(RC-IGBT:Reverse-Conducting IGBT)。例如，半导体模块100由于具有3单元2组RC-IGBT，因此由6组RC-IGBT构成三相逆变器。
第1冷却部20装载被冷却模块10。第1冷却部20具有散热板部21、进水突出部22和出水突出部23。在散热板部21、进水突出部22和出水突出部23的内部具有供用于冷却被冷却模块10的制冷剂流动的制冷剂流路。在一个例子中，第1冷却部20的材料至少具有铜、铜合金、铝、铝合金、铁、铁合金、钛以及钛合金中的一种。
例如，第1冷却部20可以通过以下方式进行制造：制造20个通过在厚度为0.2mm的铜板进行蚀刻来形成多个用于水路的贯通孔而成的部件，将这些部件通过固相扩散接合进行多层化。固相扩散接合是指在固相状态下通过使原子扩散而进行接合。应予说明，第1冷却部20的表面可以被实施镍等的表面处理。
散热板部21具有在内部供制冷剂流动的制冷剂流路。本例的散热板部21具有供制冷剂从X轴的负侧向正侧流动的制冷剂流路。散热板部21以与被冷却模块10的尺寸和个数对应的大小形成。本例的散热板部21以能够装载3个被冷却模块10a、10b、10c的大小形成。散热板部21设置为与被冷却模块10接触，通过制冷剂冷却发热的被冷却模块10。例如，散热板部21由不锈钢形成。
进水突出部22具有与散热板部21的制冷剂流路连结的制冷剂流路。本例的进水突出部22在散热板部21的X轴的负侧与制冷剂流路连结。制冷剂从第2冷却部30进入到进水突出部22。进水突出部22设置为从散热板部21突出。本例的进水突出部22设置为从散热板部21向第2冷却部30侧突出。其中，设置进水突出部22的位置不限于本例。
出水突出部23具有与散热板部21的制冷剂流路连结的制冷剂流路。本例的出水突出部23在散热板部21的X轴的正侧与制冷剂流路连结。在出水突出部23，制冷剂流向第2冷却部30。出水突出部23设置为从散热板部21突出。本例的出水突出部23设置为从第1冷却部20向第2冷却部30侧突出。其中，设置出水突出部23的位置不限于本例。
例如，在第1冷却部20固定于第2冷却部30的情况下，进水突出部22和出水突出部23用于第1冷却部20与第2冷却部30的定位。另外，进水突出部22和出水突出部23与第1冷却部20的制冷剂流路和第2冷却部30的制冷剂流路连结，防止制冷剂的泄漏。
第2冷却部30固定有一个或者多个第1冷却部20。第2冷却部30具备冷却器壳体31、进水管32和出水管33。第2冷却部30具有供用于冷却被冷却模块10的制冷剂流动的制冷剂流路。第2冷却部30经由进水突出部22以及出水突出部23的制冷剂流路而与散热板部21的制冷剂流路连结。在一个例子中，第2冷却部30的材料至少具有铝、铝合金、铜、铜合金、铁、铁合金、钛、钛合金以及铝与碳化硅的复合材料中的一种。
另外，第2冷却部30可以具有比第1冷却部20低的热传导率。由此，能够抑制第2冷却部30的里侧的热源对于被冷却模块10的影响。例如，第2冷却部30由树脂形成。
冷却器壳体31具有与第1冷却部20的形状对应的凹部，以使第1冷却部20被固定地装载。冷却器壳体31中可以固定地装载有多个第1冷却部20。在一个例子中，冷却器壳体31具有与散热板部21、进水突出部22以及出水突出部23的各个形状配合的凹部。由此，冷却器壳体31将散热板部21、进水突出部22以及出水突出部23固定，并且使彼此的制冷剂流路连结。冷却器壳体31为水套的一个例子。
进水管32与设置在第2冷却部30的外部的制冷剂流路连结。进水管32与进水突出部22对应设置。本例的进水管32在冷却器壳体31的X轴的负侧与进水突出部22连结。制冷剂从外部进入到进水管32。
出水管33与设置在第2冷却部30的外部的制冷剂流路连结。出水管33与出水突出部23对应设置。本例的出水管33在冷却器壳体31的X轴的正侧与出水突出部23连结。从第1冷却部20进入到第2冷却部30的制冷剂由出水管33流出。应予说明，进水管32以及出水管33可以与散热泵连接。
如上所述，本例的半导体模块100通过在制冷剂流路中使制冷剂流动，对三个被冷却模块10a、10b、10c进行冷却。应予说明，本例的半导体模块100在第1冷却部20以及第2冷却部30的上方设置被冷却模块10，但也可以在第1冷却部20以及第2冷却部30的下方设置被冷却模块10。
(比较例1)
图3表示比较例1的半导体模块500的构成的一个例子。图4表示比较例1的半导体模块500的剖视图的一个例子。
半导体模块500具备被冷却模块510、背面铜电路板522以及冷却器540。半导体模块500具备3个被冷却模块510a、510b、510c作为被冷却模块510。
被冷却模块510a、510b、510c各具备2组被冷却装置511。本例的被冷却装置511为RC-IGBT芯片。在被冷却模块510下方安装有背面铜电路板522。被冷却模块510a、510b、510c分别经由背面铜电路板522a、522b、522c焊接到冷却器540上。
图5表示比较例1的半导体模块500的剖视图的一个例子。该图表示半导体模块500的更具体的构成。
被冷却装置511隔着正面铜电路板520安装在陶瓷基板530上。被冷却装置511通过铜销端子560与正面铜电路板520电连接。半导体模块500通过使制冷剂在形成在冷却器540的制冷剂流路541中流动，对形成在陶瓷基板530上的被冷却装置511进行冷却。被冷却装置511被树脂部550覆盖，并通过外部端子570与外部电连接。
在半导体模块500的制造工序中，如图4所示，将背面铜电路板522安装在被冷却模块510，之后将背面铜电路板522焊接到冷却器540上。然而，在焊料接合背面铜电路板522时，需要将热容量大的冷却器540加热到焊接时的熔融温度以上(例如，250～350℃程度)，因此存在焊接的时间变长且生产效率降低的情况。应予说明，虽然也可以考虑在背面铜电路板522与冷却器540的接合中使用散热油脂等的情况，但在此情况下，散热油脂等的热传导率比金属的热传导率低，因此热阻变大。
另外，在半导体模块500的制造工序中，以覆盖被冷却装置511的方式形成树脂部550，之后将背面铜电路板522焊接到冷却器540上。因此，焊接到冷却器540的焊接温度受到树脂部550的耐热温度、玻璃化转变温度限制。若焊接温度受到树脂部550的熔点限制，则无法得到焊接所需的足够的温度。另外，对于焊接材料产生很强的制约，若使用低熔点的焊接材料则可靠性降低。若树脂部550与冷却器540的粘合不充分，则存在接触面剥离和/或焊接部的劣化变得显著，因此半导体模块500的可靠性降低的情况。
进而，在使用焊剂进行焊接的情况下，产生了清洗接合有体积大的冷却器540的半导体模块500的需要，制造效率降低。这样，存在半导体模块500的制造工序引起合格率的降低和组装成本的增大的情况。
(实施例2)
图6表示实施例2的半导体模块100的构成的一个例子。图7表示实施例2的半导体模块100的剖视图的一个例子。其中，在半导体模块100的剖视图中，为了使附图简洁，省略了外部端子等的构成。本例的半导体模块100与实施例1的半导体模块100的第1冷却部20以及第2冷却部30的结构不同。在本例中特别说明与实施例1的不同点。
第1冷却部20具备供制冷剂向X轴的正侧方向流动的制冷剂流路和供制冷剂向X轴的负侧方向流动的制冷剂流路。本例的第1冷却部20在散热板部21的X轴的负侧具备进水突出部22以及出水突出部23。在第1冷却部20，将供制冷剂向X轴的正侧方向流动的制冷剂流路设置在与被冷却模块10接触的一侧，对第1冷却部20进行冷却。在第1冷却部20的上方安装有3个被冷却模块10a、10b、10c。
第2冷却部30在冷却器壳体31的X轴的负侧的端部具备进水管32以及出水管33。进水管32经由冷却器壳体31的制冷剂流路而与进水突出部22连结。另外，出水管33经由冷却器壳体31的制冷剂流路而与出水突出部23连结。
(实施例3)
图8表示实施例3的半导体模块100的构成的一个例子。图9表示实施例3的半导体模块100的剖视图的一个例子。其中，在半导体模块100的剖视图中，为了使附图简洁，省略了外部端子等的构成。半导体模块100具备3个被冷却模块10a、10b、10c。
第1冷却部20具有第1冷却部20a、第1冷却部20b以及第1冷却部20c。第1冷却部20的个数可以根据被冷却模块10的个数而适当改变。第1冷却部20a、20b、20c各自的体积小于第2冷却部30的体积。也就是说，第1冷却部20a、20b、20c与第2冷却部30相比热容量小，因此与第2冷却部30相比加热所需时间缩短。另外，第1冷却部20a、20b、20c的各个体积小，因此使用焊料时的清洗容易。这样，第1冷却部20a、20b、20c对应于被冷却模块10而被个体化，因此处理变得容易。
在第1冷却部20a安装有被冷却模块10a。第1冷却部20a具备散热板部21a、进水突出部22a以及出水突出部23a。第1冷却部20a以及被冷却模块10a在被安装到第2冷却部30之前被粘结。
在第1冷却部20b安装有被冷却模块10b。第1冷却部20b具备散热板部21b、进水突出部22b以及出水突出部23b。第1冷却部20b以及被冷却模块10b在被安装到第2冷却部30之前被粘结。
在第1冷却部20c安装有被冷却模块10c。第1冷却部20c具备散热板部21c、进水突出部22c以及出水突出部23c。第1冷却部20c以及被冷却模块10c在被安装到第2冷却部30之前被粘结。
如上所述，本例的第1冷却部20在安装到第2冷却部30前被粘结在被冷却模块10上。另外，第1冷却部20的体积小于第2冷却部30的体积。因此，被冷却模块10在短时间内被粘结在第1冷却部20上。另外，本例的第1冷却部20具有与被冷却模块10a、10b、10c对应的3个第1冷却部20a、20b、20c，使得焊接变得更容易。
应予说明，在本例的半导体模块100中，通过了被冷却模块10a的附近的制冷剂返回到第2冷却部30而被冷却，被冷却后的制冷剂通过被冷却模块10b的附近。另外，通过了被冷却模块10b的附近的制冷剂返回到第2冷却部30而被冷却，被冷却后的制冷剂通过被冷却模块10c的附近。由此，本例的半导体模块100能够将被冷却模块10a、10b、10c均等地冷却。
(实施例4)
图10表示实施例4的被冷却单元110的构成的一个例子。被冷却单元110由被冷却模块10以及第1冷却部20构成。本例的被冷却模块10具备被冷却装置11、基板40、正面电路板42、背面电路板44、销端子46、绝缘层50以及外部端子70。
被冷却单元110是散热片一体式的半导体装置的一个例子。被冷却单元110被固定在第2冷却部30的冷却器壳体31上。例如，被冷却单元110通过多个螺钉被固定在冷却器壳体31上。
基板40在Z轴的正侧的面形成正面电路板42。本例的基板40在Z轴的负侧的面形成背面电路板44。在一个例子中，基板40的材料为包括氧化铝、氮化铝以及氮化硅中的至少一种在内的陶瓷。本例的基板40由氮化硅陶瓷形成。例如，基板40的厚度为0.32mm。
正面电路板42为具有预先被确定的图案的铜电路。例如，正面电路板42的厚度为0.4mm。正面电路板42与被冷却装置11以及外部端子70电连接。在一个例子中，正面电路板42由铜、铝以及这些金属的包层形成。另外，正面电路板42的表面可以被实施镍等的表面处理。
背面电路板44为具有预先被确定的图案的铜电路。例如，背面电路板44的厚度为0.4mm。背面电路板44被粘结在第1冷却部20的散热板部21上。在一个例子中，背面电路板44通过固相扩散接合而被粘结在散热板部21上。另外，除了固相扩散接合以外，背面电路板44也可以利用钎焊、有机类粘合剂等被粘结。在一个例子中，背面电路板44由铜、铝以及这些金属的包层形成。
被冷却装置11可以被焊接、钎焊或者固相扩散接合到正面电路板42上。另外，被冷却装置11的正面电极通过销端子46而与正面电路板42电连接。
绝缘层50对安装在散热板部21上的被冷却装置11进行密封。绝缘层50可以为树脂。本例的绝缘层50在背面电路板44被粘结到散热板部21上之后进行密封。绝缘层50的至少一部分与散热板部21连接。
这里，对半导体模块100而言，为了获得优异的散热性，优选为以使背面电路板44与散热板部21之间的热阻变小的方式，利用固相扩散接合、焊接等进行粘结。对本例的被冷却单元110而言，在安装到第2冷却部30之前，使背面电路板44与散热板部21粘结。也就是说，在本例的半导体模块100的制造工序中，在形成绝缘层50之后，不需要固相扩散接合、焊接等工序。因此，这些工序温度不会受到绝缘层50的熔点的限制。
例如，在使用绝缘层50的树脂密封时，为了使绝缘层50与散热板部21的粘合稳固，使散热板部21的与绝缘层50接触的面粗糙化。作为粗糙化的方法，存在喷砂、利用冲压进行的凹凸加工等。
本例的被冷却单元110的散热板部21与背面电路板44通过固相扩散接合而被粘结。因此，被冷却单元110的高散热性能优异，可以进一步小型化。另外，对本例的被冷却单元110而言，在使散热板部21与背面电路板44粘结之后，使散热板部21与背面电路板44由绝缘层50密封，因此在密封后，不需要散热板部21与背面电路板44之间的焊料接合等粘结工序。另外，被冷却单元110能够使绝缘层50与散热板部21稳固地粘合，因此散热性以及可靠性优异。
另外，本例的被冷却单元110包括焊料接合部。例如，在被冷却单元110，被冷却装置11与基板40、被冷却装置11与销端子46、以及外部端子70与正面电路板42通过焊料接合进行电连接。换句话说，这些焊料接合在形成绝缘层50之前进行。由此，焊料的接合温度不受绝缘层50的熔点的限制。
(实施例5)
图11表示实施例5的被冷却单元110的构成的一个例子。本例的被冷却单元110仅在基板40的形成有被冷却装置11的一侧具有电路板。也就是说，本例的被冷却单元110具有正面电路板42，但不具有背面电路板44。
基板40通过固相扩散接合而与散热板部21粘结。基板40以及散热板部21的粘结方法除固相扩散接合以外还可以使用钎焊、有机类粘合剂等。本例的基板40的厚度为0.635mm，但不限于此。
这里，在基板40使用氮化铝陶瓷的情况下，热传导率高至180W/m·K，散热性优异。然而，在基板40使用氮化铝陶瓷的情况下，机械强度低，因此在粘结于铜制的散热板部21的情况下，存在由于因铜与氮化铝的热膨胀率差异产生的热应力导致陶瓷被破坏的情况。本例的被冷却单元110通过固相扩散接合使热膨胀率小的不锈钢粘结于陶瓷，因此热应力变小，陶瓷变得难以被破坏。
正面电路板42为具有预先确定的图案的铜电路。例如，正面电路板42的厚度为0.4mm。正面电路板42与被冷却装置11和外部端子70电连接。在一个例子中，正面电路板42由铜、铝以及这些金属的包层形成。另外，正面电路板42的表面可以被实施镍等的表面处理。在正面电路板42上焊接被冷却装置11。
引线框48将被冷却装置11的表面电极与正面电路板42电连接。引线框48可以由铜形成。
绝缘层50以覆盖被冷却装置11、基板40、正面电路板42以及引线框48的周围的方式形成。绝缘层50的形成有被冷却装置11的一侧的至少一部分与散热板部21连接。
在一个例子中，散热板部21的与绝缘层50的粘合面被粗糙化。由此，散热板部21可以使绝缘层50与散热板部21的粘合稳固。在一个例子中，通过喷砂、由冲压进行的凹凸加工等使散热板部21的与绝缘层50的粘合面粗糙化。
外部端子70与正面电路板42电连接。外部端子70与被冷却单元110的外部电连接，为此至少外部端子70的一部分露出到绝缘层50的外部。
本例的被冷却单元110的散热板部21与基板40通过固相扩散接合被粘结。因此，被冷却单元110的高散热性能优异，可以进一步小型化。另外，对本例的被冷却单元110而言，在使散热板部21与基板40被粘结之后，使散热板部21与基板44由绝缘层50密封，因此在密封后，不需要散热板部21与基板40之间的焊料接合等粘结工序。另外，被冷却单元110能够使绝缘层50与散热板部21稳固地粘合，因此散热性以及可靠性优异。
另外，本例的被冷却单元110包括焊料接合部。例如，在被冷却单元110，被冷却装置11与基板40、被冷却装置11与引线框48、以及外部端子70与正面电路板42通过焊料接合进行电连接。换句话说，这些焊料接合在形成绝缘层50之前进行。由此，焊料的接合温度不受绝缘层50的熔点限制。
(实施例6)
图12表示实施例6的被冷却单元110的构成的一个例子。在本例中特别针对与实施例4的不同点进行说明。本例的被冷却单元110具有引线49以及树脂外壳54。
引线49将被冷却装置11与正面电路板42电连接。本例的引线49为由铝形成的铝线。
树脂外壳54设置在散热板部21上。树脂外壳54以使外部端子70露出到外部的方式被嵌入成型。在树脂外壳54的内部，凝胶层52被密封。在凝胶层52的密封后，树脂外壳54的上方的开口部被盖56封闭，树脂外壳54的内部被密封。
本例的被冷却单元110的散热板部21与背面电路板44通过固相扩散接合而被粘结。因此，被冷却单元110的高散热性能优异，可以进一步小型化。另外，对本例的被冷却单元110而言，在使散热板部21与背面电路板44被粘结之后，使散热板部21与背面电路板44由绝缘层50密封，因此在密封后，不需要散热板部21与背面电路板44之间的焊料接合等粘结工序。另外，被冷却单元110能够使绝缘层50与散热板部21稳固地粘合，因此散热性以及可靠性优异。
另外，本例的被冷却单元110包括焊料接合部。例如，在被冷却单元110，使被冷却装置11与基板40、以及外部端子70与正面电路板42通过焊接进行电连接。换句话说，这些的焊料接合在形成绝缘层50之前进行。由此，焊料的接合温度不受绝缘层50的熔点限制。
图13A表示经连结的进水突出部22以及进水管32的一个例子。第1冷却部20通过铆接工序、焊接工序以及摩擦压缩工序中的至少一个工序被固定在第2冷却部30的进水管32。另外，第1冷却部20可以通过铆接工序、焊接工序以及摩擦压缩工序中的2个以上的组合被固定到进水管32。应予说明，在本例中，对进水突出部22被连结到进水管32的情况进行了说明，但在出水突出部23的情况中也可以以相同的工序与出水管33连结。
进水突出部22被插入到进水管32的制冷剂流路。第1冷却部20的制冷剂流路具有比进水管32的制冷剂流路的直径小的直径。
在铆接工序中，进水突出部22在进水管32的任意的区域被铆接。本例的进水突出部22在突出的进水管32的中央附近被铆接。本例的进水突出部22以及进水管32是通过铆接工序形成的铆接部的一个例子。
在焊接工序中，进水突出部22通过焊接部W与进水管32焊接。本例的焊接部W设置在进水突出部22的端部和进水管32的端部。由此，进水突出部22与进水管32气密性粘结。
图13B表示连结部25的构成的一个例子。通过摩擦压缩工序，第1冷却部20固定到第2冷却部30的进水管32。应予说明，在本例中，对进水突出部22与进水管32连结的情况进行说明，在出水突出部23的情况中也可以以相同的工序与出水管33连结。
在摩擦压缩工序中，在进水突出部22以及进水管32形成连结部25。连结部25是指在进水管32的流路的内侧且与进水突出部22的直径相比具有更大的直径的区域。在进水突出部22的制冷剂流路使用治具60来使进水突出部22以及进水管32被摩擦压缩。由此，进水突出部22以及进水管32对应于治具60的形状而被压缩，并被气密性粘结。本例的治具60具有剖面为近似三角形的近似圆锥形的前端部。由此，在本例的进水突出部22形成有锥形的区域。治具60可以以穿过第2冷却部30的制冷剂流路的方式被插入。应予说明，进水突出部22可以在进水管32的两端被铆接。另外，进水突出部22的端部可以在与进水管32的端部的焊接部W被焊接。
图14表示第2冷却部30的剖视图的一个例子。本例的第2冷却部30具有与实施例3的第2冷却部30相同的形状。第2冷却部30具有A区域以及B区域。在A区域形成有沿Z轴向贯通的制冷剂流路。另外，在B区域形成有在Z轴向上不贯通的U字形的制冷剂流路。
图15A、图15B、图15C表示图14的在A区域的附近的制冷剂流路的制造方法的一个例子。
图15A表示被冷却单元110、第1板部34以及第2板部35的连结前的状态。被冷却单元110的进水突出部22与第1板部34以及第2板部35的制冷剂流路对应地设置。
第1板部34固定在第1冷却部20上，具有与第1冷却部20的流路连结的流路。在一个例子中，第1板部34具有比第1冷却部20的热膨胀系数小的热膨胀系数。例如，第1板部34由铝等容易加工的材料形成。
第2板部35具有供第1板部34固定且与第1板部34的流路连结的流路。第2板部35可以由与第1板部34不同的材料形成。另外，第2板部35可以由与第1冷却部20相同的材料形成。例如，第2板部35至少具有铜、铜合金、铝、铝合金、铁以及铁合金中的一种材料。
进水突出部22在第2冷却部30中以与第1板部34的下方的端部对齐的方式形成。但是，进水突出部22在第2冷却部30中，可以与第1板部34相比向第2板部35侧突出地形成。
在图15B中，被冷却单元110与第1板部34连结。本例的进水突出部22的端部的长度与第1板部34的厚度相等。因此，进水突出部22的端部与第1板部34的端部一致。另外，作为进水突出部22与第1板部34接触的区域，在进水突出部22的端部设有焊接部W。作为第1板部34与第2板部35的接触面，在第2板部35的制冷剂流路的周围设有O形环43。
在图15C中，被冷却单元110、第1板部34以及第2板部35相互连结。本例的第2板部35使用螺钉部58固定在第1板部34。在第1板部34与第2板部35之间设置O形环43。O形环43以包围第2板部35的制冷剂流路的周围的方式配置。由此，O形环43在第1板部34与第2板部35的连结部分防止制冷剂泄漏。
螺钉部58贯通第2板部35，并与第1板部34连结，由此将第1板部34与第2板部35固定。另外，本例的螺钉部58以将第2板部35的制冷剂流路的两端夹在中间的方式配置。由此，螺钉部58可以以均等的力连结第1板部34的制冷剂流路和第2板部35的制冷剂流路。
图16A、图16B、图16C表示图14的B区域的附近的制冷剂流路的制造方法的一个例子。
图16A表示第1冷却部20、第1板部34以及第2板部35的连结前的状态。进水突出部22以及出水突出部23与第1板部34以及第2板部35的制冷剂流路对应设置。由此，第1冷却部20和第2冷却部30的定位变得容易。
在图16B中，第1冷却部20与第1板部34连结。进水突出部22以及出水突出部23在第2冷却部30中从散热板部21向第1板部34侧突出。本例的进水突出部22的端部的长度与第1板部34的厚度相等。因此，进水突出部22的端部与第1板部34的端部一致。另外，作为进水突出部22与第1板部34接触的区域，在进水突出部22的端部设有焊接部W。
在图16C中，进水突出部22、第1板部34以及第2板部35相互连结。第2板部35可以使用螺钉部58来固定在第1板部34上。第1板部34和第2板部35之间设置有O形环43。O形环43配置为包围第2板部35的制冷剂流路的周围。由此，O形环43在第1板部34与第2板部35的连结部分防止制冷剂泄漏。
本例的第2板部35的制冷剂流路由形成在第2板部35的槽和第1板部34的在第2板部35侧的面形成。由此，形成U字形的制冷剂流路。
图17表示半导体模块100的连结方法的一个例子。在本例中表示在半导体模块100的A区域附近的放大图。本例的半导体模块100除了图15A～图15C所示的构成，还具备第3板部36。
第3板部36通过与第1冷却部20粘结并且与第2冷却部30以螺纹方式固定从而配置在第1冷却部20与第2冷却部30之间。第3板部36为螺纹固定板的一个例子。第3板部36设置在第1板部34与第2板部35之间。螺钉部58从第2板部35的与形成有第3板部36的一侧的相反一侧的面贯通到第2板部35的内部。本例的半导体模块100具有第3板部36，由此可以使用机械强度相对于螺钉部58不足够的材料作为第1板部34。
图18表示半导体模块100的制造方法的一个例子。首先，被冷却装置11和第1冷却部20与第2冷却部30分开进行准备。在步骤S10中，将被冷却装置11安装到第1冷却部20。在步骤S20中，由绝缘层50覆盖被冷却装置11。也就是说，利用步骤S20，制造被冷却单元110。在步骤S30中，将被冷却单元110固定到第2冷却部30。第1冷却部20的制冷剂流路与第2冷却部30的制冷剂流路连结，成为半导体模块100。
对本例的半导体模块100而言，制造使被冷却模块10与第1冷却部20一体化而成的被冷却单元110，并且将其固定配置在第2冷却部30上。也就是说，本例的半导体模块100可以使绝缘层50与第1冷却部20稳固地粘合，因此能够提高模块接合部的可靠性。
另外，被冷却单元110使部件以及制造工序的共用化成为可能，增大额定容量设计自由度，散热性能优异且能够降低制造成本。并且，半导体模块100的组装后的电气特性试验可以针对每个被冷却单元110来进行，能够只筛选合格的被冷却单元110来固定到第2冷却部30，能够提高合格率。
图19表示由半导体模块100构成的电路300的一个例子。本例的电路300为设置在电源210和负载220之间的三相逆变器电路。负载220为例如三相马达。在电路300，将从电源210供给的电力转换为三相的信号(交流电压)而向负载220供给。
电路300具有与三相信号对应的3个电桥。各个电桥在正侧布线与负侧布线之间具有以串联的方式设置的上侧臂152以及下侧臂154。各个臂设有IGBT等晶体管202、FED等二极管204。作为晶体管202以及二极管204，可以使用独立的半导体芯片，也可以使用形成有兼具两者的功能的RC-IGBT的半导体芯片。各相的信号从上侧臂152和下侧臂154的连接点输出。
另外，电路300具有2个感测部208。一个感测部208检测上侧臂152和下侧臂154的连接点处的电流。另一个感测部208检测下侧臂154与基准电位的连接点处的电流。
在本例中，半导体模块100包括3对上侧臂152和下侧臂154。也就是说，被冷却模块10a、10b、10c分别包括一对上侧臂152和下侧臂154。上侧臂152以及下侧臂154是被冷却装置11的一个例子。应予说明，半导体模块100也可以具有感测部208。
如上所述，本说明书的半导体模块100用于电动汽车、电气铁路、机床等的电力转换。本说明书的半导体模块100在对安装散热片的功率半导体装置进行组装结束后固定配置在冷却器壳体，因此散热性、可靠性与成本竞争力优异。
另外，在本说明书的半导体模块100的制造方法中，能够只将结束了电气特性检查的被冷却单元110安装在第2冷却部30上，因此能够实现高合格率并且低成本的半导体模块100的制造方法。并且，本说明书的半导体模块100实现小型、高散热、大电流容量的冷却器一体型功率半导体装置，也可以用在风力发电、电动汽车等中。
以上，使用实施方式说明了本发明，但本发明的技术的范围不限于在所述实施方式记载的范围。对于本领域技术人员显而易见的是，可以对所述实施方式进行各种变更或者改进。根据权利要求书的记载可知进行了这种变更或者改进的形态也能包含在本发明的技术的范围内。
需要注意的是，只要在权利要求书、说明书和附图中所示的装置和方法中的动作、顺序、步骤和阶段等各处理的执行顺序并未特别明确“在……之前”，“事先”等，另外，只要不是后续处理中使用之前处理的结果，就可以按任意顺序实现。即使方便起见，对权利要求书、说明书和附图中的动作流程使用“首先”，“接下来”等进行说明，也不表示一定要按照该顺序实施。

Claims (18)

1.一种半导体模块，其特征在于，具备：
被冷却装置；
第1冷却部，其装载所述被冷却装置，并且具有供用于冷却所述被冷却装置的制冷剂流动的流路；以及
第2冷却部，其与所述第1冷却部固定，并且具有与所述第1冷却部的流路连结的流路。
2.根据权利要求1所述的半导体模块，其特征在于，还具备绝缘层，所述绝缘层覆盖所述被冷却装置并且所述绝缘层的至少一部分与所述第1冷却部接触。
3.根据权利要求1或2所述的半导体模块，其特征在于，所述第1冷却部的壳体的体积小于所述第2冷却部的壳体的体积。
4.根据权利要求1～3中任意一项所述的半导体模块，其特征在于，具备：
多个所述被冷却装置；以及
多个所述第1冷却部，每个所述第1冷却部装载多个所述被冷却装置中的至少一个，
多个所述第1冷却部分别固定在所述第2冷却部。
5.根据权利要求1～4中任意一项所述的半导体模块，其特征在于，所述第2冷却部具有比所述第1冷却部低的热传导率。
6.根据权利要求1～5中任意一项所述的半导体模块，其特征在于，所述第2冷却部具有：
第1板部，其固定在所述第1冷却部，并具有与所述第1冷却部的流路连结的流路；以及
第2板部，其固定在所述第1板部，并具有与所述第1板部的流路连结的流路。
7.根据权利要求6所述的半导体模块，其特征在于，所述第2板部的流路的至少一部分由形成于所述第2板部的槽和所述第1板部的在所述第2板部一侧的面形成。
8.根据权利要求6或7所述的半导体模块，其特征在于，所述第1冷却部具有所述第1冷却部的流路向所述第2冷却部一侧突出地设置的突出部。
9.根据权利要求8所述的半导体模块，其特征在于，所述突出部从所述第1冷却部一侧突出到所述第1板部。
10.根据权利要求8或9所述的半导体模块，其特征在于，所述突出部贯通所述第1板部，并且与所述第1板部相比向所述第2板部一侧突出。
11.根据权利要求8～10中任意一项所述的半导体模块，其特征在于，所述突出部包括连结部，所述连结部在所述第2冷却部的流路的内侧且具有比所述突出部的直径大的直径。
12.根据权利要求6所述的半导体模块，其特征在于，所述第1板部具有与所述第2板部不同的材料。
13.根据权利要求6～12中任意一项所述的半导体模块，其特征在于，所述第2板部由与所述第1冷却部相同的材料形成。
14.根据权利要求6～13中任意一项所述的半导体模块，其特征在于，所述第1板部具有比所述第1冷却部小的热膨胀系数。
15.根据权利要求1～14中任意一项所述的半导体模块，其特征在于，所述半导体模块还具备螺钉，所述螺钉贯通所述第2冷却部，并且与所述第1冷却部连结，由此使所述第2冷却部与所述第1冷却部固定。
16.根据权利要求1～15中任意一项所述的半导体模块，其特征在于，所述半导体模块还具备第3板部，所述第3板部配置在所述第1冷却部与所述第2冷却部之间，与所述第1冷却部固定并且与所述第2冷却部以螺纹方式固定。
17.一种半导体模块的制造方法，其特征在于，具备：
将被冷却装置装载到第1冷却部的阶段，所述第1冷却部具有供用于冷却所述被冷却装置的制冷剂流动的流路；以及
将所述第1冷却部固定在第2冷却部的阶段，所述第2冷却部具有与所述第1冷却部的流路连结的流路。
18.根据权利要求17所述的半导体模块的制造方法，其特征在于，在将所述被冷却装置装载到所述第1冷却部的阶段之后，还具备利用绝缘层覆盖所述被冷却装置的阶段。
CN201710057386.3A 2016-03-15 2017-01-26 半导体模块以及半导体模块的制造方法 Active CN107195604B (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2016-051070 2016-03-15
JP2016051070A JP6665604B2 (ja) 2016-03-15 2016-03-15 半導体モジュールおよび半導体モジュールの製造方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN107195604A true CN107195604A (zh) 2017-09-22
CN107195604B CN107195604B (zh) 2022-05-06

Family

ID=59751598

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201710057386.3A Active CN107195604B (zh) 2016-03-15 2017-01-26 半导体模块以及半导体模块的制造方法

Country Status (4)

Country Link
US (1) US10128167B2 (zh)
JP (1) JP6665604B2 (zh)
CN (1) CN107195604B (zh)
DE (1) DE102017201545A1 (zh)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109904130A (zh) * 2019-02-13 2019-06-18 浙江天毅半导体科技有限公司 一种一体化电力模块散热器
CN110854091A (zh) * 2019-12-10 2020-02-28 中国船舶重工集团公司第七一九研究所 一种基于液冷板均热的防凝露装置
US20220124943A1 (en) * 2019-05-28 2022-04-21 Mitsui Chemicals, Inc. Cooling device and method for manufacturing cooling device

Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP7124425B2 (ja) * 2018-05-02 2022-08-24 富士電機株式会社 冷却装置、半導体モジュールおよび車両
US20190357386A1 (en) * 2018-05-16 2019-11-21 GM Global Technology Operations LLC Vascular polymeric assembly
US10900412B2 (en) 2018-05-31 2021-01-26 Borg Warner Inc. Electronics assembly having a heat sink and an electrical insulator directly bonded to the heat sink
US11729945B2 (en) * 2018-10-25 2023-08-15 Mikros Technologies Llc Active device with heat sink and low mechanical stress
JP2020072094A (ja) * 2018-10-29 2020-05-07 京セラ株式会社 パワーユニット、パワーユニットの製造方法及びパワーユニットを有する電気装置
EP3852138B1 (en) * 2020-01-20 2023-11-08 Infineon Technologies Austria AG An electronic module comprising a semiconductor package connected to a fluid heatsink

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1841866A (zh) * 2005-03-28 2006-10-04 株式会社泰克尼思科 半导体用冷却器及半导体用冷却器层叠体
US20080224303A1 (en) * 2006-10-18 2008-09-18 Sunao Funakoshi Power Semiconductor Module
JP2010212412A (ja) * 2009-03-10 2010-09-24 Nissan Motor Co Ltd 半導体装置の冷却構造
CN102237322A (zh) * 2010-04-29 2011-11-09 Abb公司 安装基座
KR20130115811A (ko) * 2012-04-13 2013-10-22 삼성전기주식회사 양면 냉각 전력 반도체 모듈 및 이를 이용한 멀티-스택 전력 반도체 모듈 패키지
CN104183561A (zh) * 2013-05-24 2014-12-03 英飞凌科技股份有限公司 具有液体冷却的功率半导体模块

Family Cites Families (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH01111361A (ja) * 1987-10-26 1989-04-28 Hitachi Ltd 半導体チップキャリア
JPH066063A (ja) * 1992-06-18 1994-01-14 Fujitsu Ltd コンバーターモジュールの冷却構造
JP4687541B2 (ja) 2005-04-21 2011-05-25 日本軽金属株式会社 液冷ジャケット
JP2008218940A (ja) 2007-03-08 2008-09-18 Sumitomo Electric Ind Ltd パワーモジュールおよびその製造方法
JP5493762B2 (ja) 2009-11-20 2014-05-14 三菱マテリアル株式会社 ヒートシンク付パワーモジュール用基板の製造方法
JP2011210746A (ja) 2010-03-26 2011-10-20 Mitsubishi Materials Corp パワーモジュール用基板及びその製造方法
JP2012178513A (ja) * 2011-02-28 2012-09-13 Mitsubishi Materials Corp パワーモジュールユニット及びパワーモジュールユニットの製造方法
JP2013138118A (ja) * 2011-12-28 2013-07-11 Toyota Motor Corp 積層型パワーモジュール
JP6012990B2 (ja) 2012-03-19 2016-10-25 日本軽金属株式会社 放熱器一体型基板の製造方法
JP2014096910A (ja) 2012-11-08 2014-05-22 Honda Motor Co Ltd 電力変換装置
EP3043380B1 (en) * 2015-01-09 2021-09-22 ABB Schweiz AG Cooling apparatus

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1841866A (zh) * 2005-03-28 2006-10-04 株式会社泰克尼思科 半导体用冷却器及半导体用冷却器层叠体
US20080224303A1 (en) * 2006-10-18 2008-09-18 Sunao Funakoshi Power Semiconductor Module
JP2010212412A (ja) * 2009-03-10 2010-09-24 Nissan Motor Co Ltd 半導体装置の冷却構造
CN102237322A (zh) * 2010-04-29 2011-11-09 Abb公司 安装基座
KR20130115811A (ko) * 2012-04-13 2013-10-22 삼성전기주식회사 양면 냉각 전력 반도체 모듈 및 이를 이용한 멀티-스택 전력 반도체 모듈 패키지
CN104183561A (zh) * 2013-05-24 2014-12-03 英飞凌科技股份有限公司 具有液体冷却的功率半导体模块

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109904130A (zh) * 2019-02-13 2019-06-18 浙江天毅半导体科技有限公司 一种一体化电力模块散热器
US20220124943A1 (en) * 2019-05-28 2022-04-21 Mitsui Chemicals, Inc. Cooling device and method for manufacturing cooling device
CN110854091A (zh) * 2019-12-10 2020-02-28 中国船舶重工集团公司第七一九研究所 一种基于液冷板均热的防凝露装置

Also Published As

Publication number Publication date
US10128167B2 (en) 2018-11-13
CN107195604B (zh) 2022-05-06
JP6665604B2 (ja) 2020-03-13
US20170271239A1 (en) 2017-09-21
JP2017168570A (ja) 2017-09-21
DE102017201545A1 (de) 2017-09-21

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN107195604A (zh) 半导体模块以及半导体模块的制造方法
JP6764807B2 (ja) 半導体モジュール
CN205752150U (zh) 半导体装置
CN107004653B (zh) 半导体装置以及半导体装置的制造方法
JP6234630B2 (ja) パワーモジュール
US9379083B2 (en) Semiconductor device and method for manufacturing semiconductor device
JP3773268B2 (ja) サンドイッチ構造のマイクロエレクトロニクス構成部材
US7605456B2 (en) Inverter unit
US20090116197A1 (en) Method for power semiconductor module fabrication, its apparatus, power semiconductor module and its junction method
WO2013088864A1 (ja) 半導体装置
CN102683301A (zh) 包括底座的半导体器件
JP3641232B2 (ja) インバータ装置及びその製造方法
CN111418049B (zh) 半导体装置
JP2019079905A (ja) 半導体装置および半導体装置の製造方法
US9287192B2 (en) Semiconductor device and method for manufacturing semiconductor device
CN114586151A (zh) 半导体装置、功率转换装置以及半导体装置的制造方法
JP4935783B2 (ja) 半導体装置および複合半導体装置
JP6218856B2 (ja) 電力変換装置
KR20180087330A (ko) 파워 모듈의 양면 냉각을 위한 금속 슬러그
JP2011060914A (ja) 電力用半導体装置
JP4555187B2 (ja) パワーモジュールおよびその製造方法
US20240006271A1 (en) Heating element cooling structure and power conversion device
US20240030101A1 (en) Power Module and Method for Producing a Power Module
US20220254653A1 (en) Arrangement of a Power Semiconductor Module and a Cooler
KR100705354B1 (ko) 열전모듈 냉각부 가이드

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant