CN110828405A - 功率半导体模块以及车辆 - Google Patents

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山田教文
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Abstract

一种功率半导体模块，包括冷却装置以及装设于冷却装置的功率半导体装置，冷却装置具有：顶板，所述顶板具有下表面；壳体部，所述壳体部包括制冷剂流通部以及将制冷剂流通部包围的外缘部，制冷剂流通部配置于顶板的下表面侧，所述壳体部配置成在外缘部处与顶板的下表面直接或间接紧贴；以及冷却翅片，所述冷却翅片配置于制冷剂流通部，顶板和壳体部配置成顶板与外缘部重叠，且具有紧固部，所述紧固部用于将顶板以及壳体部紧固于外部装置，功率半导体装置具有电路基板和端子壳体，紧固部比顶板的外周更朝外侧突出,端子壳体具有：壳体主体，所述壳体主体配置于电路基板的周围；以及加强部，所述加强部在紧固部的上表面侧延伸。

Description

功率半导体模块以及车辆
技术领域
本发明涉及功率半导体模块以及车辆。
背景技术
以往，已知一种在包括功率半导芯片等半导体元件的半导体模块中设置冷却装置的结构(例如，参照专利文献1-5)。
专利文献1：日本专利特开2017-17195号公报
专利文献2：日本专利特开2014-179563号公报
专利文献3：日本专利特开平7-176642号公报
专利文献4：WO2013/157467
专利文献5：日本专利特开2017-183421号公报
当因环境温度变化或半导体装置的发热等导致冷却装置的温度变化时，应力将会作用于将冷却装置紧固于外部装置等的紧固部分。
发明内容
为了解决上述技术问题，在本发明的第一方面中，提供一种功率半导体模块，包括冷却装置和装设于冷却装置的功率半导体装置。冷却装置也可以具有：顶板，所述顶板具有下表面；壳体部，所述壳体部包括制冷剂流通部以及将制冷剂流通部包围的外缘部，制冷剂流通部配置于顶板的下表面侧，且配置成在外缘部处与顶板的下表面直接或间接紧贴；以及冷却翅片，所述冷却翅片配置于制冷剂流通部。顶板以及壳体部也可以配置成顶板与外缘部重叠，且具有紧固部，所述紧固部用于将顶板以及壳体部紧固于外部装置。功率半导体装置也可以具有电路基板和端子壳体。紧固部也可以比顶板的外周更朝外侧突出。端子壳体也可以具有：壳体主体，所述壳体主体配置于电路基板的周围；以及加强部，所述加强部在紧固部的上表面侧延伸。
顶板也可以具有俯视观察时相对的两组边和四个角部。紧固部也可以设置成在至少一个角部处比顶板的外周更朝外侧突出。在壳体部也可以设有开口部，所述开口部将制冷剂流通部和外部连接。开口部也可以以与顶板的设有紧固部的角部相对的方式配置。
加强部的高度也可以处于壳体主体的高度以下。加强部和紧固部也可以通过粘接剂固定在一起。加强部也可以比壳体主体的外周更朝外侧突出。
加强部也可以具有：平面部，所述平面部配置于上下贯穿的通孔的周围；以及筒状部，所述筒状部将平面部包围，并在上下方向上比平面部厚。加强部也可以通过从壳体主体起高度逐渐变低的平滑的曲面与壳体主体连接。加强部还可以通过从壳体主体起宽度逐渐变窄的平滑的曲面与壳体主体连接。
也可以是壳体部在与顶板的下表面的中心相对的位置处的厚度与其在紧固部处的厚度相同。也可以是在紧固部处，顶板和壳体部为相同的厚度。也可以是在紧固部处还设有加强件，所述加强件设于顶板与外缘部之间。
在本发明的第二方式中提供一种车辆，包括所述功率半导体模块。
另外，上述发明内容并未列举出本发明的全部必要特征。此外，上述特征组的再组合也能成为发明。
附图说明
图1是表示本发明的一个实施方式的功率半导体模块100的一例的示意性的剖视图。
图2A是表示俯视观察时(xy平面)的顶板20的形状的一例的图。
图2B是对紧固部81的突出方向进行说明的图。
图3是表示俯视观察时(xy平面)的壳体部40的形状的一例的图。
图4是表示俯视观察时(xy平面)的功率半导体装置70的形状的一例的图。
图5是功率半导体模块100的分解立体图。
图6是加强部171-1的一例的局部放大立体图。
图7是比较例的局部放大立体图。
图8是另一个加强部181的示例的局部放大立体图。
图9是表示另一个功率半导体模块102的示例的示意性的剖视图。
图10是表示俯视观察时(xy平面)的加强件30的形状的一例的图。
图11是表示本发明的一个实施方式的车辆200的概要的图。
图12是本发明的一个实施方式的功率半导体模块100的主电路图。
(符号说明)
10冷却装置；11外侧面；13内侧面；16上表面；19角部；20顶板；22上表面；24下表面；26短边；28长边；29角部；30加强件；34内侧面；36外侧面；40壳体部；42开口部；62框部；63侧壁；64底板；70功率半导体装置；72端子壳体；74密封部；76电路基板；78半导体芯片；79通孔；80紧固部；81紧固部；82通孔；83紧固部；84通孔；85紧固部；86通孔；88外周；90管；92空洞(制冷剂流通部)；94冷却翅片；95顶点；96位置；100功率半导体模块；102功率半导体模块；170壳体主体；171加强部；173通孔；175三棱柱部；176圆筒部；177平面部；178筒状部；179角部；180连接部；181加强部；185六棱柱部；200车辆；210控制装置。
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，但是以下的实施方式并不旨在对权利要求书所涉及的发明进行限定。此外，在实施方式中说明的特征的组合并非全部是发明的解决手段所必须的。
图1是表示本发明的一个实施方式的功率半导体模块100的一例的示意性的剖视图。功率半导体模块100包括功率半导体装置70和冷却装置10。本例的功率半导体装置70载置于冷却装置10。在本说明书中，将载置有功率半导体装置70的冷却装置10的面设为xy平面，将与xy平面垂直的面设为z轴。在本说明书中，在z轴方向上，从冷却装置10朝向功率半导体装置70的方向称为上，相反的方向称为下，但上和下的方向并不限于重力方向。此外，在本说明书中，将各构件的表面中的上侧的表面称为上表面，下侧的表面称为下表面，上表面与下表面之间的表面称为侧面。
功率半导体装置70包括一个以上的功率半导体芯片等的半导体芯片78。作为一例，半导体芯片78在硅、碳化硅等的半导体基板上设有开关元件。开关元件是例如MOSFET、绝缘栅型双极晶体管(IGBT)。
功率半导体装置70具有电路基板76和端子壳体72。电路基板76作为一例是具有上表面和下表面的绝缘基板，其是在上表面设有电路图案，在下表面设有金属层的基板。电路图案也可以由金属层形成。在电路基板76上经由焊锡等固定有半导体芯片78。端子壳体72由树脂等绝缘材料形成。端子壳体72具有对半导体芯片78、电路基板76和配线等进行收容的内部空间。在端子壳体72的内部空间中填充有密封部74，该密封部74对半导体芯片78、电路基板76和配线等进行密封。密封部74是例如硅胶或环氧树脂等的绝缘构件。
端子壳体72具有壳体主体170、多个加强部171和侧面部172。壳体主体170配置于电路基板76的周围。多个加强部171中的至少一个从与上述壳体主体170的连接部180向外侧延伸。后文对多个加强部171分别进行详细叙述。加强部171、侧面部172以及壳体主体170由聚苯硫醚(PPS)等树脂等绝缘材料一体成型。端子壳体72用的树脂除了PPS之外，还能从聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)、聚丙烯酸丁酯(PBA)、聚酰胺(PA)、丙烯腈(ABS)、液晶聚合物(LCP)、聚醚醚铜(PEEK)、聚丁二烯-苯乙烯(PBS)、聚氨酯、硅等绝缘性树脂中选择。树脂也可以是两种以上树脂的混合物。在树脂中也可以包含用于提高强度以及/或功能性的填充物(例如玻璃填充物)。
冷却装置10具有顶板20以及壳体部40。顶板20可以是具有与xy面平行的上表面22和下表面24的板状的金属板。作为一例，顶板20由包含铝的金属形成。在顶板20的上表面22载置有功率半导体装置70。在顶板20上，半导体芯片78所产生的热主要经由电路基板76传递。例如，在顶板20与半导体芯片78之间配置有电路基板76和焊锡等导热性的构件。电路基板76可以通过焊锡等直接固定于顶板20的上表面22。此时，端子壳体72设置成包围顶板20的上表面22中的配置有电路基板76等的区域。在其它的示例中，功率半导体装置70也可以具有露出于端子壳体72的下表面的金属板，在上述金属板的上表面固定有电路基板76，上述金属板固定于顶板20的上表面22。
壳体部40配置成在与顶板20的下表面24之间具有空洞92。空洞92作为供水等制冷剂流通的制冷剂流通部发挥作用。此外，壳体部40配置成在xy面中在作为将空洞92包围的外缘部的框部62的上表面16与顶板20的下表面24直接或间接紧贴。由此，将空洞92封闭。另外，间接地紧贴是指，隔着设于顶板20的下表面24与壳体部40之间的钎焊件、密封件、粘接剂或其它构件将顶板20的下表面24与壳体部40紧贴的状态。紧贴是指空洞92的内部的制冷剂不会从上述紧贴部分漏出的状态。在空洞92的内部配置有冷却翅片94。冷却翅片94也可以与顶板20的下表面24连接。通过使制冷剂在冷却翅片94附近通过，从而使半导体芯片78所产生的热传至制冷剂。由此，能对功率半导体装置70进行冷却。本例的壳体部40具有框部62、底板64以及侧壁63。
框部62配置成在xy面中包围空洞92。框部62的上表面16配置成与顶板20的下表面24直接或间接地紧贴。也就是说，框部62的上表面16和顶板20的下表面24设置成将空洞92封闭。也可以在框部62的上表面16与顶板20的下表面24之间设有密封件或其他构件。
在本例中，顶板20与壳体部40之间被钎焊。作为一例，顶板20和壳体部40由相同组成的金属形成，钎焊材料由比顶板20等熔点更低的金属形成。也可以使用包含铝的金属作为金属。作为包含铝的金属，也可以使用Al－Mn类合金(3000系铝合金)、Al－Mg－Si类合金(6000系铝合金)等铝合金。作为钎焊材料，也可以使用Al-Si类合金(4000系铝合金)等铝合金。本例所使用的铝合金在室温时的耐力优选处于35～65MPa的范围内。耐力是在卸载时产生0.2％的永久性形变的应力。
底板64配置成在与顶板20的下表面24之间具有空洞92。在本例的底板64设有两个以上的开口部42，上述两个以上的开口部42将制冷剂导入到空洞92，或者从空洞92导出。在开口部42连接有对制冷剂进行搬运的管90。管90以底板64为基准朝与冷却翅片94相反的一侧(在本例中为z轴负侧)突出。管90也可以为用于对外部的冷却系统与冷却装置10进行连接的管接头(螺纹接管)。
侧壁63通过将框部62和底板64连接从而划分出空洞92。本例的侧壁63对框部62的内侧面13和底板64的周缘进行连接。框部62的内侧面13是面向空洞92的侧面。底板64的周缘是底板64在xy面上的外周部分。
顶板20和壳体部40具有彼此紧固的紧固部80。紧固部80和加强部171一起将顶板20、壳体部40以及功率半导体装置70紧固在一起。紧固部80以及加强部171也可以用于将功率半导体模块100固定于外部装置的情况。
作为一例，紧固部80是顶板20以及壳体部40直接或间接紧贴并在z轴方向上重叠配置而成的区域，其是形成有将顶板20以及壳体部40贯穿的通孔79的区域。在图1中，用虚线表示顶板20以及壳体部40的形成有通孔79的区域。本例的紧固部80设于框部62。
图2A是表示俯视观察时(xy面)的顶板20的形状的一例的图。顶板20具有在俯视观察时相对的两组边26、28。本例的顶板20是具有短边26和长边28的大致矩形。顶板20具有四个角部29。在本说明书中，将短边26延伸的方向设为y轴，将长边28延伸的方向设为x轴。
此外，将由长边28和短边26规定的矩形的外周88设为顶板20的外周。也就是说，外周88的形状是用长边28以及短边26的延长线替换顶板20相对于长边28以及短边26的凹凸而成的形状。在图2A中，用虚线表示外周88。
角部29是指顶板20的外周88的各顶点附近的区域。作为一例，如图2A中的点划线所示那样，将分别在x轴和y轴上将顶板20的外周88四等分而成的16个区域中的、配置于外周88的角处的四个区域设为角部29。在本例中，将与壳体部40的开口部42相对配置的角部29设为第一角部29-1，将其它角部29设为第二角部29-2。第一角部29-1既可以包括与开口部42相对的整个区域，还可以仅包括局部。在图2A中，用虚线表示与开口部42相对的区域。
在顶板20设有图1所示的作为紧固部80的一部分的一个以上的紧固部81。也可以是至少一个紧固部81设于角部29。在本例中，在所有角部29设有紧固部81。此外，既可以在各个长边28设有紧固部81，也可以不设置紧固部81。既可以在各个短边26设有紧固部81，也可以不设置紧固部81。
各个紧固部81以朝外周88的外侧突出的方式设于顶板20的外周88。本例的外侧是指xy面中的远离顶板20的中心的方向。各个紧固部81具有图1所示的通孔79的一部分即通孔82。通孔82既可以配置于外周88的外侧，也可以配置于外周88的内侧，还可以配置成与外周88重叠。
在本例中，在第一角部29-1的第一紧固部81-1处，通孔82整体配置于比外周88更靠外侧的位置处。在第二角部29-2的第二紧固部81-2和各边的第三紧固部81-3处，通孔79也可以配置于外周88的内侧，或是配置成与外周88重叠。在开口部42连接有管90。通过将第一紧固部81-1的通孔82配置于外周88的外侧，能使对管90进行连接的作业和将螺钉等紧固于第一紧固部81-1的通孔82的作业等变得容易。
此外，第一紧固部81-1朝外周88的外侧突出的长度优选比其他紧固部81朝外周88的外侧突出的长度大。由此，能将第一紧固部81-1的通孔82配置成远离开口部42。此外，如图1中说明的那样，以与紧固部81重叠的方式设置加强部171，因此，即使增加第一紧固部81-1的突出长度，也能维持强度。
第一紧固部81-1也可以设置成在xy面中沿与长边28平行的方向(即x轴方向)从外周88突出。在此，平行方向也可以包含规定的误差。例如，长边28与第一紧固部81-8的突出方向也可以具有20度以内的倾斜。紧固部81突出的方向也可以是以最短距离将紧固部81的顶点(离外周88最远的点)与外周88连接的方向。在图2A中，用箭头表示一部分紧固部81突出的方向。由此，即使增加第一紧固部81-1的突出长度，也能抑制顶板20在y轴方向上变大。
另外，第二紧固部81-2也可以设置成朝与第一紧固部81-1不同的方向突出。在图2A的示例中，第二紧固部81-2朝与y轴成45度的方向突出。第二紧固部81-2的突出长度相对较小，因此，即使朝上述方向突出，顶板20也不会同等程度地变大。此外，第三紧固部81-3从外周88朝y轴方向突出。第二紧固部81-2从外周88朝y轴方向突出的长度也可以与第三紧固部81-3从外周88朝y轴方向突出的长度相同。在图2A中，两个第一紧固部81-1也可以配置成相对于xy面的顶板20的中心对称。同样，两个第二紧固部81-2也可以配置成相对于xy面的顶板20的中心对称。
图2B是对紧固部81的突出方向进行说明的图。在图2B中，对紧固部81-1以及紧固部81-2的附近进行放大表示。在图2B中，省略各个紧固部81的通孔82。在本例中，将各个紧固部81中的、在xy面上离外周88最远的点设为顶点95。如上所述，紧固部81的突出方向是以最短距离将顶点95、外周88连接的方向。但是，在如紧固部81-2那样存在多个顶点95的情况下，也可以将以最短距离连接xy坐标空间中的多个顶点95的平均位置96与外周88的方向设为紧固部81的突出方向。多个顶点95的平均位置96是表示多个顶点95在x坐标以及y坐标上的坐标值的平均的位置。
图3是表示俯视观察时(xy面)的壳体部40的形状的一例的图。本例的壳体部40在xy面上的外形与顶板20的外形相同。在本例中，框部62的外形相当于壳体部40的外形。框部62具有空洞92一侧的内侧面13和与内侧面13相反一侧的外侧面11。本例的各侧面是与xy面大致垂直的面。在图3中，以使顶板20的外周88与壳体部40的形状重叠的方式进行图示。？此外，壳体部40也与顶板20相同具有xy面的角部29。
在壳体部40的各个角部29也与顶板20相同，设有形成紧固部80的一部分的紧固部85。此外，在壳体部40的任一边均可以设有紧固部85。紧固部85设置成从框部62向外周88的更外侧突出。另外，外侧是指xy面中的远离空洞92的中心的方向。
在本例中，各个紧固部85在xy面上的形状与相对的紧固部81的形状相同。在各个紧固部85设有通孔86。通孔86设于与图2A所示的通孔82重叠的位置处。
在xy面上，在框部62的内侧配置有底板64。底板64具有四个角部19。角部19也可以与角部29相同，为能分别在x轴和y轴上将底板64的外周四等分而成的16个区域中的、配置于角处的四个区域。紧固部85设置成在顶板20的外周88处朝与开口部42以及底板64的角部19相反一侧的外侧突出。
也可以在底板64的任一个角部19设有使空洞92与外部连接的开口部42。在本例的底板64上，在相对于xy面的底板64的中心点对称配置的两个角部19处分别设有开口部42。如图2A以及图3所示，设有紧固部81-1的顶板20的角部29-1和设有开口部42的底板64的角部19-1配置于相对的位置处。
在本例中，使用x轴和y轴上的相对位置将各个角部19设为x轴正侧且y轴正侧的角部19(在图3的示例中为角部19-1)、x轴正侧且y轴负侧的角部(在图3的示例中为19-2)、x轴负侧且y轴正侧的角部(在图3的示例中为角部19-2)、x轴负侧且y轴负侧的角部19(在图3的示例中为角部19-1)。同样，使用x轴和y轴上的相对位置将各个角部29设为x轴正侧且y轴正侧的角部29(在图2A的示例中为角部29-1)、x轴正侧且y轴负侧的角部(在图2A的示例中为角部29-2)、x轴负侧且y轴正侧的角部(在图2A的示例中为角部29-2)、x轴负侧且y轴负侧的角部29(在图3的示例中为角部29-1)。底板64以及顶板20中相对的两个角部是指x轴以及y轴的相对位置对应的角部19以及角部29。更为具体而言，x轴正侧且y轴正侧的角部19与x轴正侧且y轴正侧的角部29相对，x轴正侧且y轴负侧的角部19与x轴正侧且y轴负侧的角部29相对，x轴负侧且y轴正侧的角部19与x轴负侧且y轴正侧的角部29相对，x轴负侧且y轴负侧的角部19与x轴负侧且y轴负侧的角部29相对。
图4是表示俯视观察时(xy面)的功率半导体装置70的形状的一例的图，图5是功率半导体模块100的分解立体图。另外，在图5中为了简化说明，绘出了功率半导体装置70、顶板20以及壳体部40相互分解后的状态，并省略了冷却翅片94等构件。
本例的功率半导体装置70的壳体主体170具有与顶板20的四个角部29对应的四个角部179，在xy面上呈大致矩形的框状。由此，也可以说壳体主体170的外周呈大致矩形。在壳体主体170的角部179分别设有从上述角部179向外侧延伸的加强部171-1、171-2。即，这些加强部171-1、171-2从壳体主体170的外周向外侧突出。另外，外侧是指xy面中的远离功率半导体装置70的中心的方向。
更为具体而言，与角部29-1相对的角部179-1的加强部171-1整体比壳体主体170的外周更朝外侧突出。另一方面，与角部29-2相对的角部179-2的加强部171-2的一部分比壳体主体170的外周更朝外侧突出，其他部分配置于壳体主体170的外周的更内侧。而且，在壳体主体170的大致矩形的一对长边部分，在各边各设有两个配置于壳体主体170的内部的加强部171-3。
贯穿加强部171-1的通孔173在俯视观察时与顶板20的紧固部81-1的通孔82重叠。同样，贯穿加强部171-2的通孔173在俯视观察时与顶板20的紧固部81-2的通孔82重叠，贯穿加强部171-3的通孔173在俯视观察时与顶板20的紧固部81-3的通孔82重叠。
本例的功率半导体装置70在xy面上的外形为与顶板20的外形大致相似的形状，且稍大。更为详细而言，功率半导体装置70的壳体主体170在xy面上的外周为与顶板20的外周88大致相似的形状，且稍大。而且，本例的功率半导体装置70的加强部171各自以与顶板20的紧固部81相对的方式配置于功率半导体模块100。各个加强部171以及紧固部81在俯视观察时重叠，加强部171以与紧固部81的整个上表面相接的方式将上述上表面覆盖。即，在俯视观察时顶板20的紧固部81不露出。互为相对的加强部171和紧固部81也可以通过粘接剂固定在一起。
顺便说一下，功率半导体装置70的两个加强部171-1在顶板20的两个紧固部81-1的上表面侧延伸。同样，功率半导体装置70的两个加强部171-2在顶板20的两个紧固部81-2的上表面侧延伸，功率半导体装置70的四个加强部171-3在顶板20的四个紧固部81-3的上表面侧延伸。此外，与顶板20的紧固部81-1比紧固部81-2更朝外侧延伸的情况对应，加强部171-1比加强部171-2相对于壳体主体170更朝外侧延伸。
在此，如上所述，包括顶板20的紧固部81以及壳体部40的紧固部85的紧固部80设置成比壳体部40的侧壁63更朝外侧突出。而且，紧固部81中的紧固部81-1、81-2设置成在俯视观察时比壳体主体170更朝外侧突出。也就是说，紧固部81-1、81-2在xy面上的前端为未支承于功率半导体模块100的其他构件的悬臂梁的结构。因此，紧固部81-1、81-2相对容易变形，但通过设置加强部171-1、171-2，能增加紧固部80的强度。
另一方面，紧固部81中的紧固部81-3在俯视观察时其整体位于比壳体主体170靠内侧的位置处。由此，与紧固部81-3相对的加强部171-3并没有比壳体主体170更朝外侧突出。这也可以说壳体主体170自身在紧固部81-3的上表面侧延伸，以对紧固部81-3进行加强。
如上所述，通过在紧固部80的上表面设置加强部171，能提高应力容易集中的紧固部80的强度。此外，通过设置加强部171，能在不增大侧壁63以及底板64的厚度的情况下提高紧固部80的强度。由于未增大侧壁63以及底板64的厚度，因此，侧壁63以及底板64相对于应力较容易变形。因此，即使例如空洞92的内部的制冷剂、冷却翅片94等根据温度变化膨胀或收缩，也能通过侧壁63以及底板64变形，容易吸收体积变化。此外，在功率半导体模块100通过管90以及紧固构件连接于外部装置的情况下，即使力施加于壳体部40、甚至振动施加于壳体部40，力也会被侧壁63以及底板64吸收，并通过加强部171支承紧固部80的悬臂梁的结构。因此，能保护紧固部80。
图6是加强部171-1的一例的局部放大立体图。本例的加强部171-1通过朝壳体主体170的外侧延伸的一对三棱柱部175和朝这些三棱柱部175的更外侧延伸的一个圆筒部176的组合构成。一对三棱柱部175以在俯视观察时其顶点相互面对的方式配置于壳体主体170一侧。三棱柱部175也可以分别为中空且具有底面。此外，也可以是实心的。三棱柱部175以及圆筒部176也可以配置成各自的侧面与z轴平行。也可以代替三棱柱部175而使多棱柱、圆柱等其他的柱状体与圆筒部176组合。
圆筒部176具有配置于上述通孔173的周围的平面部177和将上述平面部177包围的筒状部178。筒状部178在上下方向上比平面部177厚。而且，如图1的剖视图所示那样，筒状部178的除了侧面部172之外的上下方向的厚度即高度H2为作为壳体主体170的除了侧面部172之外的高度的全高H1以下。另外，也可以说上述圆筒部176也为中空且局部具有底面。而且，也可以将壳体主体170整体即端子壳体72中除了加强部171之外的部分的高度一律对齐为H1，以提高壳体主体170的强度。通孔173和筒状部178也可以同轴配置。
利用这些三棱柱部175以及圆筒部176能通过轻且简便的成型提高加强部171自身的强度，甚至提高紧固部80的强度。此外，提高将平面部177设置得比筒状部175低，能将紧固所用的螺钉的头收容于筒状部178的内部，使紧固部分小型化。
(实施例1)
将图1至图6所示的功率半导体模块100的加强部171-1以及紧固部80-1的部分设为实施例1。另外，在实施例1中，加强部171-1和紧固部80-1上下接触，但并非粘接剂的固定。
(实施例2)
将与实施例1的功率半导体模块100的加强部171-1以及紧固部80-1的部分相同的结构且通过粘接剂将加强部171-1和紧固部80-1固定而成的实施例设为实施例2。粘接剂采用Si类粘接剂。
(比较例)
如图7所示，将图1至图6所示的功率半导体模块100中的未设置加强部171-1的例子设为比较例。即，在比较例中，顶板20的紧固部80-1的上表面露出。
使用实施例1、2以及比较例模拟仿真热应力。具体而言，在设想全相同时发热时的最大负荷的TcP/C评价中，通过热应力模拟仿真对△T﹦100℃的冷却器最大应力发生部分的应力振幅进行计算。此外，设想A3003作为材料。由此，能得到以下的结果。
实施例1：4.5N/mm2
实施例2：3.7N/mm2
比较例：5.8N/mm2
而且还对寿命进行预测，并得出实施例2相对于比较例能获得约四倍的寿命这样的结果。
图8是另一个加强部181的示例的局部放大立体图。本例的加强部181具有三个六棱柱部185连结而成的所谓的蜂窝结构。在朝最外侧延伸的六棱柱部185的平面部177设有通孔173。其余两个六棱柱部185可以有底面亦可没有。
加强部181也与加强部171-1相同，以与顶板20的紧固部81-1的上表面相接的方式对上述上表面整体进行覆盖。加强部181也可以通过粘接剂与紧固部81-1固定在一起。顺便说一下，在俯视观察时，加强部181并非呈与紧固部81-1相似的形状。
而且，并不局限于图6及图8的示例，加强部也可以由四棱柱等其他多棱柱、圆柱、或他们的组合来构成。加强部中的各自的柱状体既可以是中空的，也可以是实心的，在中空的情况下可以有底面亦可没有。柱状体也可以配置成其侧面与z轴平行。
图6的加强部171-1以及图8的加强部181以与顶板20的紧固部81-1的上表面相接的方式对上述上表面整体进行覆盖。而且，如图1所示，在加强部171-1等的外侧配置有朝下方延伸的侧面部172，上述侧面部172对紧固部81-1的整个侧面进行覆盖。取而代之，侧面部172也可以仅对紧固部81-1的侧面的局部进行覆盖。而且，侧面部172也可以对冷却装置10的侧面的局部或全部进行覆盖。更为详细而言，侧面部172也可以对顶板20的侧端面以及框部62的侧端面的局部或全部进行覆盖。由此，能提高功率半导体模块使用时连接的母线、冷却装置10、配置于冷却装置10的下表面的电容器的端子之间的电绝缘性。另外，不设置侧面部172亦可。
而且，加强部171-1等也可以对紧固部81-1的上表面的局部进行覆盖以取代对紧固部81-1的整个上表面进行覆盖。即，在俯视观察时紧固部81-1的局部也可以露出。在这种情况下，优选加强部171-1等以在俯视观察时至少覆盖通孔82的周围的方式延伸。
另外，加强部171与壳体主体170的连接部180在图1的剖视图中呈大致直角，但连接的方式并不局限于此。例如，连接部180也可以具有平滑的曲面。具体而言，加强部171也可以通过从壳体主体170起高度逐渐变低的平滑的曲面与壳体主体170连接。而且，加强部171也可以通过从壳体主体170起宽度逐渐变窄的平滑的曲面与壳体主体170连接。加强部171和壳体主体170以平滑的曲线连接，能避免应力集中于连接部180。
另外，在紧固部80，顶板20以及壳体部40也可以具有相同的厚度。顶板20以及壳体部40在除了紧固部80之外的区域中也可以具有相同的厚度。
此外，壳体部40也可以是框部62以及侧壁63设置成一体。框部62以及侧壁63也可以通过对一块板状的金属进行锻造加工而形成。此外，底板64既可以与侧壁63设置成一体，也可以钎焊于侧壁63。底板64、框部62以及侧壁63可以具有相同的厚度。作为一例，与顶板20的下表面24的中心相对的位置处的底板64的厚度也可以与紧固部80处的框部62的厚度相同。由于各个构件具有相同的厚度，能使用相同的金属轧卷件制造冷却装置10。
图9是表示另一个功率半导体模块102的示例的示意性的剖视图。在图9中，对于与图1至图8相同的结构标注相同的参照编号并省略说明。功率半导体模块102在壳体部40的框部62的上表面16与顶板20的下表面24之间设有加强件30，这一点与图1的功率半导体模块100不同。
加强件30配置于紧固部80的顶板20以及壳体部40之间。顶板20和加强件30以及加强件30和壳体部40相互紧贴配置。在本例中，这些部件之间被钎焊在一起。另外，通孔79设置成还贯穿加强件30。
加强件30也可以在xy面上从设有通孔79的区域设置至与壳体部40的侧壁63相对的位置。由此，能防止框部62在与侧壁63相对的位置处变形，能防止应力集中于侧壁63与框部62的连接部分。由此，能保护侧壁63。侧壁63与加强件30的内侧面13也可以配置成共面。
图10是表示俯视观察时(xy面)的加强件30的形状的一例的图。本例的加强件30设置成将图9所示的空洞92包围。本例的加强件30在xy面上的外形与顶板20的外形相同。在图10中，以使顶板20的外周88与加强件30的形状重叠的方式进行图示。
加强件30也可以在xy面上具有与壳体部40的框部62相同的形状。加强件30配置于框部62的上表面16与顶板20的下表面24之间。加强件30具有空洞92一侧的内侧面34和与内侧面34相反一侧的外侧面36。加强件30的内侧面34也可以配置成与壳体部40的框部62的内侧面13共面。加强件30的外侧面36也可以配置成与壳体部40的框部62的外侧面11共面。
此外，加强件30也与顶板20相同具有xy面上的角部29。在加强件30的各个角部29，也与顶板20相同设有紧固部83。此外，也可以在加强件30的任一边均设有紧固部83。在本例中，各个紧固部83在xy面上的形状与相对的紧固部81的形状相同。在各个紧固部83设有通孔84。通孔84设于与图2A所示的通孔82重叠的位置处。
通过在加强部171的基础上还设置加强件30，能进一步提高紧固部80的强度。加强件30也可以由耐力比顶板20以及壳体部40更高的材料形成。作为这种材料的一例，可以列举具有50Mpa以上的耐力的铝合金、优选具有50～65MPa的耐力的铝合金。由此，能进一步提高紧固部80的强度。
图11是表示本发明的一个实施方式的车辆200的概要的图。车辆200是使用电力产生至少一部分推进力的车辆。作为一例，车辆200是通过电动机等电力驱动设备产生所有的推进力的电动汽车，或是同时使用电动机等电力驱动设备和利用汽油等燃料进行驱动的内燃机的混合动力车。
车辆200包括对电动机等电力驱动设备进行控制的控制装置210(外部装置)。在控制装置210设有功率半导体模块100。功率半导体模块100也可以对供给至电力驱动设备的电力进行控制。功率半导体模块100也可以通过插入到紧固部80等的紧固构件固定于控制装置210。功率半导体模块100的冷却装置10也可以从经由管90连接于开口部42的控制装置210的冷却系统供给制冷剂。也可以使用功率半导体模块102取代功率半导体模块100。
图12是本发明的一个实施方式的功率半导体模块100的主电路图。功率半导体模块100也可以是驱动车辆的电动机的车载用单元的一部分。功率半导体模块100也可以作为具有输出端子U、V、W的三相交流逆变器电路发挥作用。
也可以是半导体芯片78-1、78-2和78-3构成功率半导体模块100的下桥臂，多个半导体芯片78-4、78-5、78-6构成功率半导体模块100的上桥臂。一组半导体芯片78-1、78-4可以构成电桥支路。一组半导体芯片78-2、78-5、一组半导体芯片78-3、78-6也同样可以构成电桥支路。在半导体芯片78-1中，可以是发射极电连接于输入端子N1，集电极电连接于输出端子U。在半导体芯片78-4中，可以是发射极电连接于输出端子U，集电极电连接于输入端子P1。同样，在半导体芯片78-2、78-3中，可以是发射极分别电连接于输入端子N2、N3，集电极分别电连接于输出端子V、W。此外，在半导体芯片78-5、78-6中，可以是发射极分别电连接于输出端子V、W，集电极分别电连接于输入端子P2、P3。
各半导体芯片78-1至78-6可以通过输入至半导体芯片78的控制电极盘的信号而被交替开关。在本例中，各半导体芯片78可以在开关时发热。可以是输入端子P1、P2以及P3与外部电源的正极连接，输入端子N1、N2和N3与负极连接，输出端子U、V和W与负载连接。输入端子P1、P2和P3可以彼此电连接，此外，其它输入端子N1、N2和N3也可以彼此电连接。
在功率半导体模块100中，多个半导体芯片78-1至78-6可以分别为RC-IGBT(反向导通IGBT)半导体芯片。在RC－IGBT半导体芯片中，可以是IGBT和回流二极管(FWD：FreeWheel ing Diode自振荡二极管)形成为一体，且IGBT和FWD以反相并联的方式连接。多个半导体芯片78-1至78-6可以分别包括MOSFET(金属-氧化物半导体场效应晶体管)、IGBT等晶体管与二极管的组合。晶体管和二极管的芯片基板可以是硅基板、碳化硅基板或氮化镓基板。另外，功率半导体模块102的主电路也可以与功率半导体模块100的主电路相同。
以上，虽然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局限于上述实施方式记载的范围。对于本领域技术人员来说，能在上述实施方式中加入各种变更或改进，这点是显而易见的。加入了这样的变更或改进的方式也能包含在本发明的技术范围内，这点能从权利要求书的记载中得到明确。
应当留意，权利要求书、说明书和附图中示出的装置、系统、程序及方法中的动作、顺序、步骤和阶段等各处理的执行顺序并没有特别地明确表示为“之前”“在前”等，此外，只要不是将前面处理的输出在后续处理中使用，就能以任意的顺序实现。关于权利要求书、说明书及附图中的动作流程，即便为了便于说明而使用了“首先”、“接着”等进行说明，也并不意味着必须以该顺序实施。

Claims (12)

1.一种功率半导体模块，包括冷却装置以及装设于所述冷却装置的功率半导体装置，其特征在于，
所述冷却装置具有：顶板，所述顶板具有下表面；壳体部，所述壳体部包括制冷剂流通部以及将所述制冷剂流通部包围的外缘部，所述制冷剂流通部配置于所述顶板的下表面侧，所述壳体部配置成在所述外缘部处与所述顶板的下表面直接或间接紧贴；以及冷却翅片，所述冷却翅片配置于所述制冷剂流通部，
所述顶板以及所述壳体部配置成所述顶板与所述外缘部重叠，且具有紧固部，所述紧固部用于将所述顶板以及所述壳体部紧固于外部装置，
所述功率半导体装置具有电路基板和端子壳体，
所述紧固部比所述顶板的外周更朝外侧突出，
所述端子壳体具有：壳体主体，所述壳体主体配置于所述电路基板的周围；以及加强部，所述加强部在所述紧固部的上表面侧延伸。
2.如权利要求1所述的功率半导体模块，其特征在于，
所述顶板具有俯视观察时相对的两组边和四个角部，
所述紧固部设置成在至少一个所述角部比所述顶板的外周更朝外侧突出，
在所述壳体部设有开口部，所述开口部将所述制冷剂流通部和外部连接，
所述开口部以与所述顶板的设有所述紧固部的所述角部相对的方式配置。
3.如权利要求1所述的功率半导体模块，其特征在于，
所述加强部的高度为所述壳体主体的高度以下。
4.如权利要求1所述的功率半导体模块，其特征在于，
所述加强部和所述紧固部通过粘接剂固定。
5.如权利要求1所述的功率半导体模块，其特征在于，
所述加强部比所述壳体主体的外周更朝外侧突出。
6.如权利要求1所述的功率半导体模块，其特征在于，
所述加强部具有：平面部，所述平面部配置于上下贯穿的通孔的周围；以及筒状部，所述筒状部将所述平面部包围，并在上下方向上比所述平面部厚。
7.如权利要求1所述的功率半导体模块，其特征在于，
所述加强部通过从所述壳体主体起高度逐渐变低的平滑的曲面与所述壳体主体连接。
8.如权利要求1所述的功率半导体模块，其特征在于，
所述加强部通过从所述壳体主体起宽度逐渐变窄的平滑的曲面与所述壳体主体连接。
9.如权利要求1所述的功率半导体模块，其特征在于，
所述壳体部在与所述顶板的下表面的中心相对的位置处的厚度与其在所述紧固部处的厚度相同。
10.如权利要求1所述的功率半导体模块，其特征在于，
在所述紧固部处，所述顶板和所述壳体部为相同的厚度。
11.如权利要求1所述的功率半导体模块，其特征在于，
在所述紧固部处还设有加强件，所述加强件设于所述顶板与所述外缘部之间。
12.一种车辆，其特征在于，包括权利要求1所述的功率半导体模块。
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