CN113937080A - 半导体模块、电力转换装置以及半导体模块的制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种半导体模块(100)等。半导体模块(100)在载置有半导体芯片(1)的层叠基板(5)与冷却器(30)之间设置有导热部(20)。导热部(20)具备框体(21)和开口部(22)，开口部(22)具有润滑脂部(22a)和空间部(22b)，润滑脂部(22a)局部地设置在开口部(22)内且与层叠基板(5)和冷却器(30)接触；空间部(22b)局部地设置在润滑脂部(22a)与框体(21)之间且该空间部设置成带状。

Description

半导体模块、电力转换装置以及半导体模块的制造方法
技术领域
本发明涉及具有连接半导体的电路基板与该冷却器的导热层的半导体模块、包含该半导体模块的电力转换装置以及该半导体模块的制造方法。
背景技术
作为电力转换用的开关器件使用的功率半导体等有时会因来自半导体芯片产生的热而遭受不良影响。为了抑制该情况，在具有功率半导体的功率半导体模块中使用用于散热的导热层、冷却器等。
例如，在功率半导体元件的功率半导体工作时产生的热经由半导体模块与冷却器(散热片)之间的导热层而传递至冷却器，由此对发热的功率半导体元件进行冷却。
在不设置导热层的情况下，由于在半导体模块与冷却器的接触面上产生翘曲或凹凸，因而存在该接触面上形成导热性低的空气层而无法对芯片产生的热进行散热的情况。因此，通常使用半固体状等的润滑脂等导热层。但是，随着工作温度Tjmax上升，在ΔTjP/C、ΔTcP/C试验时产生润滑脂的流出等(泵出现象)，热阻有时会增大。
在下述的专利文献1中公开了如下润滑脂：通过使涂布润滑脂时和涂布后的粘度变化而使得在涂布时易于涂布，在可靠性试验时及实机使用时不易发生泵出现象。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本专利第5383599号
发明内容
发明要解决的课题
然而，在涂布时需要追加混合甲苯等的步骤、以及涂布后使其蒸发的步骤，因而工序增加，从而存在成本增加的课题。另外，通过将20℃下的润滑脂粘度的屈服值设定为40Pa以上且300Pa以下，能够抑制泵出现象。但是根据电路基板的尺寸大小、使用环境的不同，润滑脂所暴露的温度会发生变化。因此，需要实现对应了状况的润滑脂粘度的最佳化。
本发明鉴于上述问题而完成，其目的在于提供一种抑制润滑脂的流出等(泵出现象)、散热性能高的半导体模块及其制造方法。
用于解决课题的手段
为了实现上述目的，本发明第一方面的半导体模块的内容如下，该半导体模块由设置有半导体元件的层叠基板和对所述层叠基板进行冷却的冷却器构成，该半导体模块的特征在于，具备设置于所述层叠基板与所述冷却器之间的导热部，所述导热部具备框体和开口部，该开口部具有：润滑脂部，其局部地设置于所述开口部内并填充于所述层叠基板与所述冷却器之间；以及，空间部，其局部地设置于所述润滑脂部与所述框体之间且该空间部设置成带状。
在本发明的半导体模块中，导热部设置在层叠基板与冷却器之间，半导体元件产生的热经由导热部而被传导至冷却器。导热部具备框体和开口部，开口部具有部分地设置于开口部内的润滑脂部。润滑脂部填充于层叠基板与冷却器之间，从而促进散热。
半导体模块例如在被搭载到逆变器上时，大多相对于重力方向平行地设置。另外，由于润滑脂部的润滑脂为半固体状，因此会产生由重力引起的润滑脂流出或泵出现象。为了防止这种情况，在润滑脂部与框体之间设置带状的空间部，能够收纳移动后的润滑脂。由此，本发明的半导体模块能够在防止润滑脂流出或泵出现象的同时，高度保持散热性能。
在本发明第一方面的半导体模块中，优选的是，所述开口部具有对置的两边，所述空间部以与所述两边中的一边相接并横跨所述一边的一端和另一端的方式而设置。
框体的开口部例如为矩形，具有对置的两边。空间部以与上述两边中的一边相接且不间断地横跨该一边的一端和另一端(从端部到端部)的方式而设置。本发明的半导体模块由于形成能够接纳润滑脂的带状的规定空间，因此能够防止润滑脂的流出。
另外，在本发明第一方面的半导体模块中，优选的是，所述半导体元件在俯视观察时从所述润滑脂部的与所述空间部相邻的端部向所述润滑脂部的中心方向分开的方式配置。
半导体元件在俯视观察时从润滑脂部的端部向润滑脂部的中心方向分开地配置，因而半导体元件不与空间部重叠。即，半导体元件在俯视观察时与润滑脂部重叠，因此能够高效地进行半导体元件(层叠基板)的散热。
另外，在本发明第一方面的半导体模块中，优选的是，所述空间部占据所述开口部的5～10％的区域。
根据上述结构，导热部的空间部能够确保足够的空间来收纳移动后的润滑脂。
另外，在本发明第一方面的半导体模块中，优选的是，所述导热部具有框体，该框体具备从所述开口部的设置有所述空间部的一侧的周缘向所述润滑脂部突出的梳状部。
根据该结构，框体的梳状部从开口部的设有空间部的一侧的周缘向润滑脂部突出。由此，受压缩而被推压展开的润滑脂沿着梳状部移动，因此实现润滑脂均匀化，不易出现润滑脂的流出。
另外，在本发明第一方面的半导体模块中，优选的是，所述框体的杨氏模量Y1比所述润滑脂部的杨氏模量Y2高。
根据该构成，框体优选由碳片等杨氏模量Y1高、导热性良好的材料构成。另外，润滑脂部的杨氏模量Y2比框体的杨氏模量低，可以使用导热性、流动性高的润滑脂。
另外，在本发明第一方面的半导体模块中，优选的是，所述杨氏模量Y1优选满足条件5GPa≤Y1≤15GPa，所述杨氏模量Y2优选满足条件1Pa≤Y2≤200Pa。
导热部通过使用满足上述条件的材料，在该导热部被按压而变形的情况下或者电路基板产生了翘曲的情况下，该导热部能够追随该翘曲，可靠地将电路基板产生的热传导至冷却器。
另外，在本发明第一方面的半导体模块中，优选的是，所述润滑脂部的粘度G满足条件60Pa·s≤G≤500Pa·s。
通过使润滑脂部满足上述条件，在导热部被按压而变形的情况下或者电路基板产生了翘曲的情况下，该导热部能够追随该翘曲，可靠地将电路基板产生的热传导至冷却器。
另外，本发明第二方面是一种电力转换装置，其特征在于，将本发明第一方面的任意一个半导体模块以所述空间部成为上方的方式竖立设置。
根据该结构，在将半导体模块搭载于电力转换装置的内部时，以框体的空间部成为上方的方式竖立设置。由此，润滑脂虽然因重力而受到下垂的力，但由于润滑脂被空间部所接纳，因此能够防止润滑脂的流出。
另外，本发明第三方面是一种半导体模块的制造方法，所述半导体模块由设置有半导体元件的层叠基板和对所述层叠基板进行冷却的冷却器构成，所述半导体模块的制造方法的特征在于，至少具备：制作导热部的步骤，其中，所述导热部设置于所述层叠基板与所述冷却器之间；形成润滑脂部的步骤，其中，所述润滑脂部局部地设置于所述导热部所具有的框体的开口部内且填充于所述层叠基板与所述冷却器之间；以及，形成空间部的步骤，其中，所述空间部局部地设置于所述润滑脂部与所述框体之间且该空间部设置成带状。
在本发明的半导体模块的制造方法中，首先制作设置于层叠基板与冷却器之间的导热部。然后，在导热部的开口部内局部地形成润滑脂部。由于润滑脂部填充于层叠基板与冷却器之间，因此能够将半导体元件产生的热量传导至冷却器对其散热。
并且，在该制造方法中，在润滑脂部与框体之间局部地形成空间部且该空间部设置成带状。根据半导体模块的配置情况，润滑脂会因重力而流出或者发生泵出现象。为了防止这种情况，事先在开口部设置所述空间部，使润滑脂向该空间部移动。由此，所制造的半导体模块能够防止润滑脂的流出或泵出现象。
附图说明
图1是本发明的实施方式中的半导体模块的剖视图。
图2是图1的R区域的剖视图。
图3A是说明半导体模块的实际配置的图。
图3B是俯视观察半导体模块的导热部时的图。
图4是说明半导体模块的制造方法的流程图。
图5A是图3B的导热部的VA-VA剖视图。
图5B是图3B的导热部的VB-VB剖视图。
图6是说明半导体模块的导热部的变更方式的图。
附图标记说明
1，1a～1g半导体芯片；2布线基板；4引脚；5层叠基板；8壳体；9螺钉；10模块部；11树脂部；20，25导热部；21框体；22开口部；22a润滑脂部；22b空间部；23梳状部；24空气层；30冷却器；51第一导电性板；52绝缘基板；53第二导电性板；100半导体模块。
具体实施方式
以下，参照附图对本发明的半导体模块的实施方式进行说明。实施方式能够适当变更并组合来进行应用。另外，在以下的说明和附图中，对实质上相同或等同的结构标注相同的附图标记进行说明。需要说明的是，本发明并不限定于以下所说明的实施方式。
以下，对半导体模块100是安装有功率半导体元件作为半导体元件的功率半导体模块的情况进行说明。但是，本发明能够适用于安装有各种半导体元件的半导体模块。
图1示出了本发明的实施方式的半导体模块100的剖视图。半导体模块100由模块部10、冷却器30和导热部20构成，其中，在模块部10的内部配置有半导体芯片1、布线基板2、引脚(pin)4和层叠基板5并通过树脂部11密封；冷却器30对模块部10产生的热进行散热；导热部20配置在模块部10与冷却器30之间并将上述产生的热量传导到冷却器30。
半导体芯片1是IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor：绝缘栅双极晶体管)或者二极管芯片等功率芯片，可以使用各种Si器件、SiC器件、GaN器件等。另外，也可以将这些器件组合使用。例如，能够采用使用了Si-IGBT和SiC-SBD的混合模块等。半导体芯片1的搭载数量并不限定于图示的形态，也可以搭载多个。
布线基板2配设在半导体芯片1的上表面侧。布线基板2是在绝缘基板的两面侧形成有金属箔(金属布线板)的构造，下表面侧的金属箔形成为与半导体芯片1对置。布线基板2也可以是所谓的印刷基板。绝缘基板优选介电常数低、导热率高的材料，例如可以使用绝缘性树脂，可以使用Si3N4、AlN、Al2O3。另外，金属箔优选电阻低、导热率高的材料，例如可以使用Cu。
引脚4的一端通过焊料接合于半导体芯片1的上表面侧，另一端用于与布线基板2等连接。引脚4可以使用电阻低、导热率高的金属，例如Cu。引脚4有时与上表面侧的布线基板2连接或者有时与取出端子连接。需要说明的是，引脚4也可以与引线框连接。另外，从半导体芯片1的上表面伸出的布线除了引脚4之外，也可以使用引线框、由Al等构成的导线。
层叠基板5由位于中央的绝缘基板52、在其一方的表面上形成的第一导电性板51、在绝缘基板52的另一方的表面上形成的第二导电性板53构成。作为绝缘基板52，可以使用电绝缘性、导热性优异的材料，例如可举出Al2O3、AlN、SiN等。特别是，在高耐压用途中，优选兼顾电绝缘性和导热率的材料，例如可以使用AlN、SiN，但并不限定于这些材料。
作为第一导电性板51、第二导电性板53，可以使用导电性及加工性优异的Cu、Al等金属材料。在本说明书中，将与半导体芯片1对置的导电性板作为第一导电性板51，将与冷却器30对置的导电性板作为第二导电性板53。另外，有时将第二导电性板53称为背面铜箔。另外，出于防锈等目的，也可以是进行了镀Ni等处理的Cu、Al。作为在绝缘基板52上配设导电性板的方法，可举出直接接合法(Direct Copper Bonding法)或钎焊材料接合法(ActiveMetal Brazing法)。
如图所示，层叠基板5配设在半导体芯片1的下表面侧。在层叠基板5中，通过绝缘基板52的绝缘性而使第一导电性板51与第二导电性板53电分离。绝缘基板52的周缘优选比导电性板的周缘更向外侧突出。
半导体芯片1的下表面侧与层叠基板5的上表面侧的导电性板(第一导电性板51)通过焊料等进行电接合及热接合。层叠基板5的上表面侧的导电性板与下表面侧的导电性板电分离，但两导电板间的导热良好。另外，层叠基板5的下表面侧的背面铜箔与冷却器30的外壁处于经由导热部20而粘接、接触的状态。
在模块部10的壳体8的内部配置有多个半导体芯片1、布线基板2、引脚4、层叠基板5。这些部件通过灌封或模塑工艺用树脂(树脂部11)被密封在壳体8内。另外，模块部10从上表面侧通过螺钉9而被固定在冷却器30上。需要说明的是，也将与模块部10相对的冷却器30的面称为冷却面。
由树脂部11密封的模块部10经由导热部20与冷却器30连接。导热部20优选由导热性高的材料构成并具备框体21和开口部22。开口部22具有局部性地设置于开口部22内的润滑脂部22a和空间部22b。需要说明的是，在模块部10中，也将第二导电性板53露出的一侧称为模块部10的背面。
开口部22至少需要能够容纳第二导电性板53且进一步能够设置润滑脂部22a和空间部22b的大小。开口部22也可以小于层叠基板5的面积。
本实施方式的框体21优选具有规定的杨氏模量(详细后述)，并进一步优选具有高导热性。对碳片等进行加工而制成本实施方式的框体21。碳片是指硬质且导热性高的片材。碳片的厚度优选为200μm～1000μm左右，从热阻及刚性的观点出发，更优选为300μm～500μm。碳片的导热率是10～40W/mk，其特征在于，即使与润滑脂等软质的导热材料(导热率：1～4W/mk)相比，数值也较高。
碳片是对以碳为主体的材料进行压缩加工而成的片状的部件，也可以是石墨片等。这里，“主体”是指除了不可避免的杂质以外，碳含量是90wt％以上的意思，也可以是仅由碳构成。另外，也可以是PAN(Polyacylonitrile)系、沥青系等碳纤维、或者将碳纳米纤维固定成片状的材料。这时，从稠密性的观点出发，碳纤维的线径优选为5μm～10μm，碳纳米纤维的线径优选为1nm～50nm。
另外，上述碳片可以是仅由玻璃碳构成的片材，也可以使用除了含有碳以外还含有树脂的片材。在含有该树脂的情况下，碳的含有率优选为80wt％～99wt％，从导热性和弹性的观点出发，更优选为90wt％～95wt％。需要说明的是，在含有率比上述含有率小的情况下，形成性受损，而在含有率较多的情况下，导热性恶化，因此并不优选。另外，作为树脂，可以使用环氧树脂、酚醛树脂、马来酰亚胺树脂等。
本实施方式的框体21也可以是在树脂中配合了碳以外的导热性填料的材料。具体而言，是在环氧树脂、酚醛树脂、马来酰亚胺树脂、硅树脂等材料中配合作为填料而相对于树脂材料为50wt％～90Wt％的二氧化硅(SiO2)、氧化铝(Al2O3)、氮化硅(SiN)、氮化铝(AlN)等导热性的无机材料粒子、或者Cu、Al等金属粒子并使其固化而制成框状的材料。
润滑脂(热润滑脂)是以硅酮树脂、非硅酮树脂、丙烯酸树脂等为主成分，作为热导电性填料而混入绝缘性的氮化硅(SiN)、氧化铝(Al2O3)等粒子的半固体状(流动性)的材料。润滑脂部22a与半导体芯片1所存在的区域以及冷却器30分别接触，因此能够将半导体芯片1上产生的热量传导到冷却器30来散热。
含有热导电性填料的润滑脂优选是电绝缘性。这是为了防止润滑脂飞散而导致模块部10的端子等短路。因此，热导电性填料相比铜、铝等金属更优选是陶瓷。
也可以代替润滑脂而采用导热性凝胶这类膏状的TIM(Thermal InterfaceMaterial/导热界面)材料。
冷却器30例如是由Al、Cu等导热性良好的材料制成的散热片。作为冷却器30，既可以使用并行排列多个板状翅片而成的由多个流路构成的散热片，也可以使用金属板。
以上说明的半导体模块100设置于逆变器控制部。此时，半导体模块100大多被纵向配置(参照图3A)。纵向配置是指半导体模块100的背面即长边或短边顺着重力方向的配置，冷却器30的冷却面也顺着重力方向配置。
图2表示图1的区域R的放大图。
半导体模块100例如被应用于电力转换，此时半导体芯片1会发热。因此，需要将半导体芯片1及层叠基板5的温度保持在一定温度以下，在模块部10(树脂部11)的背面侧安装有冷却器30。
模块部10与冷却器30接触的面在宏观上有翘曲或起伏等、而在微观上具有由接触面的粗糙度引起的细小凹凸，因而并不平滑。另外，由半导体芯片1的发热引起的部件的热膨胀使得模块部10的与冷却器30对置的表面(模块部10的背面)的形状(翘曲或起伏、微小凹凸)发生变形。因此，在模块部10与冷却器30之间形成没有导热部20的导热率低的空气层24的情况下，则无法传导热，导致热阻上升。因此，导热部20具有能够填埋空气层24而良好地紧贴的由半固体状的润滑脂构成的润滑脂部22a。
图3A、图3B表示使用时的半导体模块100的配置的情形。
例如，在将半导体模块100配置于逆变器内时，如图3A所示，将半导体模块100纵向配置。由此，导热部20的润滑脂部22a受重力影响而受到下垂的力。半导体模块100在逆变器工作时受到温度负荷，温度上升后的模块部10发生变形，在与冷却器30对置的面上产生翘曲。于是，因润滑脂的热膨胀以及润滑脂因该翘曲而向外部被挤压，在润滑脂部22a上产生空隙(泵出现象)。
因此，在导热部20的开口部22预先设置有能够供润滑脂部22a的润滑脂移动的空间部22b。特别是，在开口部22的与重力方向相反的一侧(上方)的端部周缘带状地设置空间部22b时，由于开口部22的下方被密闭，因此能够防止润滑脂的流出。需要说明的是，“带状”包括长方形形状，当润滑脂部22a的空间部22b侧的外缘是圆弧状、波纹状等曲线形状时，则包括与该外缘形状对应的形状。
另外，图3B表示从半导体芯片1的上表面侧透视地观察导热部20的例子(在纸面上从左侧观察的例子)。如图所示，在润滑脂部22a的上表面侧具有2个层叠基板5，在其上表面侧分别配置有半导体芯片1a～1d、半导体芯片1e～1g。层叠基板5可以在模块部10内具有一个或多个，半导体芯片1也可以在层叠基板5上搭载一个或多个。
如图3B所示，导热部20的框体21是与模块部10的形状匹配的形状，形成具有短边方向的边L1、L2这种对置的两边的形状。框体21不限于长方形(矩形)，也可以是多边形。但是，框体21优选的是与模块部10的形状、更具体而言是与模块部10的背面的形状相同的形状。
开口部22除了空间部22b之外，其它由杨氏模量比框体21(杨氏模量Y1)低的(杨氏模量Y2)润滑脂(润滑脂部22a)填充。
另外，空间部22b形成于在将半导体模块100纵向配置的情况下的与框体21的重力方向相反的一侧(上方)的端部周缘。在图3B的例子中，空间部22b以与框体21的上边L1相接的方式且从短边方向的上边L1的一端到另一端不中断地设置成带状。在框体为多边形的情况下，空间部22b以至少与短边方向的一边相接的方式设置即可。
在图3A、图3B中，示出了半导体模块100的长度方向与重力方向平行的配置的情况，但在短边方向与重力方向平行的情况下也相同。具体而言，能够在开口部中的与重力方向相反的一侧设置空间部22b。
接着，对图3B中横跨半导体芯片1、润滑脂部22a及空间部22b的部分(剖面线VA-VA部分)进行说明。半导体芯片1a在俯视观察时(透视地观察时)从与空间部22b相邻的润滑脂部22a的端部向润滑脂部22a的中心方向离开而配置(详细后述)。通过设置成这种配置，以使润滑脂部22a以与半导体芯片1a重叠的方式存在，形成为半导体芯片1a与空间部22b分离的不重叠的位置关系。优选的是，在半导体芯片1a的下方具有润滑脂部22a而不存在空间部22b。由此，因模块部10侧被按压到冷却器30侧、或者冷却器30被按压到半导体芯片1a侧而使润滑脂受压缩而被推压展开时，能够将剩余的润滑脂收纳于空间部22b。
在图3A中，空间部22b的下端位于比半导体芯片1的上端靠上方的位置。另外，在半导体芯片1的下方不存在空间部22b(参照图1)，因而需要不间断地配置有润滑脂部22a。半导体芯片1上产生的热经过配置在半导体芯片1下方的层叠基板5，并经由润滑脂部22a被冷却器30散热。需要说明的是，图3A、图3B中的下方是重力方向，上方是与重力方向相反的方向。
在图3A中，优选的是，层叠基板5的上端、例如是绝缘基板52的上端配置于比空间部22b的下端靠下方的位置。另外，在俯视观察时(透视地观察时)，优选的是，层叠基板5的第二导电性板53以不与空间部22b重叠(不露出)的方式配置。
框体21的杨氏模量Y1优选满足条件5GPa≤Y1≤15GPa，润滑脂部22a的杨氏模量Y2优选满足条件1Pa≤Y2≤200Pa。润滑脂的粘度G只要在25℃的环境下满足条件60Pa·s≤G≤500Pa·s即可。通过使框体21和润滑脂部22a满足以上的条件，在导热部20(框体21)被按压而发生了变形的情况下、或者在半导体芯片1上产生了翘曲的情况下，能够追随该翘曲而将在半导体芯片1上产生的热可靠地传导到冷却器30上。
另外，根据上述导热部20的结构，能够防止润滑脂的下垂。润滑脂因模块部10的变形而暂时性地向空间部22b移动。然而，随后，由于重力(自重)的关系而逐渐返回到原来的位置，因此也不会出现因泵出现象而引发的问题。由此，能够提供一种抑制润滑脂的流出及泵出、从而能够抑制热阻上升的导热部20。
这里，参照图4，对本发明的半导体模块100的制造方法进行简单说明。
首先，将导热部20的材料加工成框状(步骤10/STEP10)。例如，将碳片加工成具有能够配置多个半导体芯片1的大小的开口部22的框状。另外，在该材料上形成用于螺钉等紧固部的孔部。碳片优选的是厚度为300μm～500μm左右的柔软性高且与Cu的导热率(400W/mk)相同程度的碳片(参照图3B)。
接着，在模块部10的下表面涂布润滑脂(步骤20/STEP20)。具体而言，使用专用的掩模(mask)在模块部10的规定位置上涂布润滑脂。
然后，将导热部20(框体21)配置于模块部10的下表面(步骤30/STEP30)。这里，进行调整，以使润滑脂配置于开口部22。并将空间部22b设置成占据开口部22的5～10％的区域。由此，空间部22b能够充分收纳移动后的润滑脂。
接着，将配置有导热部20(具有润滑脂)的模块部10配置于冷却器30的冷却面(步骤40/STEP40)。最后，利用螺钉9对模块部10、导热部20、冷却器30实施紧固(步骤50/STEP50)。此时，润滑脂、导热部20根据接合面而多少会发生变形。并且，导热部20的厚度为20μm～100μm左右。通过上述方式，完成如图1所示的本发明的半导体模块100。
以下，对半导体模块100的优选方式进行说明。图5A表示图3B的导热部20的VA-VA剖视图。
如图5A所示，将润滑脂部22a的与空间部22b相邻的一侧的端部设定为E。另外，将靠近端部E的半导体芯片1a的端部设定为F，将从端部F向润滑脂部22a垂下的垂线与润滑脂部22a的交点设定为点H。此时，将距离EH设定为d1(半导体芯片1a与空间部22b的分开距离)，将距离FH设定为d2。
为了将半导体芯片1a产生的热高效地传导至冷却器30，在俯视观察的情况下，至少需要将半导体芯片1a从润滑脂部22a的端部E向润滑脂部22a的中心方向(图中的右方)分离地配置(d1≠0)。这是因为在空间部22b中没有导热的效果。考虑到导热性质，优选的是，以∠EFH比45度大的方式来决定半导体芯片1a的端部F的位置。即，以距离d1成为距离d2以上的距离的方式决定润滑脂量,或者可以配置半导体芯片1a。并且，从散热性的观点出发，优选的是，进一步地，层叠基板5的第二导电性板53的背面整体与润滑脂部22a接触而不漏出于空间部22b。
图5B表示图3B的导热部20的VB-VB剖视图。如图5B所示，将润滑脂部22a的与框体21相邻的一侧的端部设定为I。另外，将靠近端部I的半导体芯片1g的端部设定为J，将从端部J向润滑脂部22a垂下的垂线与润滑脂部22a的交点设定为点K。此时，将距离IK设定为d3(半导体芯片1g与润滑脂部22a的端部(不设空间部22b的一侧)的分开距离)，将距离JK设定为d4。
与VA-VA剖面的情况相同，为了将半导体芯片1g上产生的热高效地传导至冷却器30，在俯视观察时，至少需要将半导体芯片1g从润滑脂部22a的端部I向润滑脂部22a的中心方向(图中的左方)分离地配置(d3≠0)。这是因为润滑脂部22a与框体21相比导热效果更高。优选的是，以∠IJH大于45度的方式来决定半导体芯片1g的端部J的位置。即，只要以距离d3成为距离d4以上的距离的方式来配置半导体芯片1g。
在图5A、图5B中是对开口部22的长边方向的端部示出剖视图来进行了说明。但是针对将模块部10以短边方向成为重力方向的方式配置于逆变器控制部的情况来讲，短边方向的端部也是同样。例如，在将从半导体芯片1g的短边方向的端部到空间部22b的短边方向的端部(近的一方)的距离设定为d5时，距离d5优选是距离d2、d4以上的距离。
最后，参照图6对半导体模块100的导热部的变更方式进行说明。
在俯视观察导热部25时，导热部25具有从开口部22的设置有空间部22b的一侧的周缘向润滑脂部22a突出的梳状部23。需要说明的是，用虚线表示梳状部23中位于层叠基板5下方的部分。
梳状部23以覆盖润滑脂部22a的一部分以及空间部22b的上方的方式设置狭缝部。因此，在润滑脂因冷却器30被按压向半导体芯片1a侧而被推压展开时，润滑脂会沿着梳状部23的间隙(狭缝部)移动。
优选的是，如图3A所示，在从剖面方向观察半导体模块100时，在半导体芯片1a的左侧不存在空间部22b而不间断地配置有润滑脂部22a。因此，优选的是，狭缝部的下端在图6中配置在半导体芯片1a的上方。
另外，优选的是，狭缝部的下端在图6中配置于第二导电性板53的上方。进一步优选的是，狭缝部的下端在图6中配置在层叠基板5的上端的上方。
因梳状部23存在而形成细狭缝，润滑脂会在该狭缝中顺畅地移动，因此，润滑脂的移动均匀。由此，润滑脂不易流出到外部，同时能够抑制泵出现象。包含梳状部23的狭缝部的空间部22b也优选占据开口部22的5～10％的区域。
以上，对用于实施本发明的实施方式进行了说明，但本发明并不限定于上述的实施方式，在不脱离本发明的主旨的范围内能够进行适当变更。
在上述实施方式中，导热部20的空间部22b存在于将半导体模块100纵向配置时的上方侧，但不限于这种方式。例如，在事先知道半导体芯片1的翘曲方向的情况下，只要在开口部22的周缘的该翘曲方向的一部分上带状地设置空间部即可。

Claims (11)

1.一种半导体模块，由设置有半导体元件的层叠基板和对所述层叠基板进行冷却的冷却器构成，该半导体模块的特征在于，
具备设置于所述层叠基板与所述冷却器之间的导热部，
所述导热部具备框体和开口部，
该开口部具有：润滑脂部，其局部地设置于所述开口部内并填充于所述层叠基板与所述冷却器之间；以及，空间部，其局部地设置于所述润滑脂部与所述框体之间且该空间部设置成带状。
2.根据权利要求1所述的半导体模块，其特征在于，
所述开口部具有对置的两边，
所述空间部以与所述两边中的一边相接并横跨所述一边的一端和另一端的方式而设置。
3.根据权利要求1或2所述的半导体模块，其特征在于，
在俯视观察时，所述半导体元件以从所述润滑脂部的与所述空间部相邻的端部向所述润滑脂部的中心方向分开的方式配置。
4.根据权利要求1或2所述的半导体模块，其特征在于，
所述空间部占据所述开口部的5～10％的区域。
5.根据权利要求1或2所述的半导体模块，其特征在于，
所述导热部具有框体，该框体具备从所述开口部的设置有所述空间部的一侧的周缘向所述润滑脂部突出的梳状部。
6.根据权利要求1或2所述的半导体模块，其特征在于，
所述框体的杨氏模量Y1比所述润滑脂部的杨氏模量Y2高。
7.根据权利要求6所述的半导体模块，其特征在于，
所述杨氏模量Y1满足条件5GPa≤Y1≤15Gpa。
8.根据权利要求6所述的半导体模块，其特征在于，
所述杨氏模量Y2满足条件1Pa≤Y2≤200Pa。
9.根据权利要求1或2所述的半导体模块，其特征在于，
所述润滑脂部的粘度G满足条件60Pa·s≤G≤500Pa·s。
10.一种电力转换装置，其特征在于，将权利要求1或2所述的半导体模块以所述空间部成为上方的方式竖立设置。
11.一种半导体模块的制造方法，所述半导体模块由设置有半导体元件的层叠基板和对所述层叠基板进行冷却的冷却器构成，
所述半导体模块的制造方法的特征在于，至少具备：
制作导热部的步骤，其中，所述导热部设置于所述层叠基板与所述冷却器之间；
形成润滑脂部的步骤，其中，所述润滑脂部局部地设置于所述导热部所具有的框体的开口部内且填充于所述层叠基板与所述冷却器之间；以及，
形成空间部的步骤，其中，所述空间部局部地设置于所述润滑脂部与所述框体之间且该空间部设置成带状。
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