(57)【要約】【課題】放熱性の低下を抑制して、信頼性の低下を防止することができる【解決手段】この半導体モジュール（１０）は、半導体素子（２４）と、半導体素子（２４）をおもて面に搭載された基板（２０）と、基板（２０）のおもて面と半導体素子（２４）とを内包し、底面から基板（２０）の裏面が延出するケース（１１）とを備え、ケース外周側における基板（２０）の前記ケース（１１）底面からの延出量が、ケース中心における基板（２０）のケース（１１）底面からの延出量より小さい。【選択図】図３
2020205337.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体素子と、
前記半導体素子がおもて面に搭載された基板と、
前記基板のおもて面と前記半導体素子とを内包し、底面から前記基板の裏面が延出するケースと、
を備え、
前記ケース外周側における前記基板の前記ケース底面からの延出量が、前記ケース中心における前記基板の前記ケース底面からの延出量より小さい、
半導体モジュール。
【請求項２】
前記基板は、前記ケース外周側における厚さが、前記ケース中心における厚さより薄い、
請求項１に記載の半導体モジュール。
【請求項３】
前記ケースは、平面視で前記基板と外周との間に締結部を有し、
前記締結部に近い第１端辺における前記基板の前記ケース底面からの延出量が、前記締結部から遠い第２端辺における延出量より小さい、
請求項１または２に記載の半導体モジュール。
【請求項４】
前記基板の延出量は、前記第２端辺から、前記第１端辺に向けて漸次減少している、
請求項３に記載の半導体モジュール。
【請求項５】
前記基板の裏面は、前記第１端辺を含む第１領域と、第１領域と境界を介して連続する、前記第２端辺）を含む第２領域とを備え、
前記第１領域の延出量は、前記境界から前記第１端辺向けて漸次減少し、
前記第２領域の延出量は、一定、または、前記境界から前記第２端辺向けて漸次減少している、
請求項３または４に記載の半導体モジュール。
【請求項６】
前記境界において、前記第１領域の延出量が前記第２領域より小さくなる段差を有する、
請請求項３乃至５のいずれかに記載の半導体モジュール。
【請求項７】
前記境界は、前記半導体素子が搭載される領域に対向した前記基板の裏面に位置する、
請求項５または６に記載の半導体モジュール。
【請求項８】
前記ケースは、平面視矩形状で、前記ケース長辺に沿って少なくとも２つの前記基板が並んで配置され、前記ケース短辺と前記基板との間に少なくとも１対の前記締結部を備え、
前記ケース短辺に相対する前記基板の端辺における前記延出量は、隣り合う基板に相対する前記基板の端辺における前記延出量より小さい、
請請求項１乃至７のいずれかに記載の半導体モジュール。
【請求項９】
前記ケースは、平面視矩形状で、前記ケースの長辺および短辺に沿ってそれぞれ少なくとも２つの前記基板が並んで配置され、前記ケースの四隅に前記締結部を備え、
前記外周に相対する前記基板の端辺における前記延出量は、隣り合う基板に相対する前記基板の端辺における前記延出量より小さい、
請請求項１乃至７のいずれかに記載の半導体モジュール。
【請求項１０】
請求項１に記載の半導体モジュールと、
前記半導体モジュールの底面に配置された放熱部材と、
前記半導体モジュールの底面に前記放熱部材を介して配置されるヒートシンクと、
前記半導体モジュールと前記ヒートシンクとを締結する締結部材と、
を備え、
前記半導体モジュールは、上面が凸に反った形状である半導体装置。
【請求項１１】
請求項３に記載の半導体モジュールと、
前記半導体モジュールの底面に配置された放熱部材と、
前記半導体モジュールの底面に前記放熱部材を介して配置され、締結部を備えるヒートシンクと、
前記半導体モジュールの前記締結部と前記ヒートシンクの前記締結部とに配置され、前記半導体モジュールと前記ヒートシンクとを締結する締結部材と、
を備える半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体モジュールおよび半導体装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体モジュールは、半導体素子と、半導体素子をおもて面に搭載した基板とを備える。基板の裏面は半導体モジュールから露出されている。例えば、特許文献１，２。半導体装置は、このような半導体モジュールに、ヒートシンク、放熱フィンや水冷ジャケット等の冷却器が取り付けられた構成をしている。冷却器は、半導体モジュールから露出した基板裏面に、熱伝導ペーストや熱伝導シートを介して取付けられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０００−２００８６５号公報
【特許文献２】特開２０１８−１７４２２８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
このような半導体モジュールは、冷却器への取り付け時に基板の裏面と冷却器との間に大きな間隔が生じ、放熱性が低下することがあった。このため、半導体モジュールの動作時に生じる発熱を冷却器に放熱することが阻害され、半導体モジュールは過熱により、破壊してしまう恐れがあった。
【０００５】
本発明は、このような点に鑑みてなされたものであり、基板の裏面と冷却器との間隔を抑制し、放熱性の低下を抑制する半導体モジュールを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の一観点によれば、半導体素子と、前記半導体素子がおもて面に搭載された基板と、前記基板のおもて面と前記半導体素子とを内包し、底面から前記基板の裏面が延出するケースとを備え、前記ケース外周側における前記基板の前記ケース底面からの延出量が、前記ケース中心における前記基板の前記ケース底面からの延出量より小さい半導体モジュールが提供される。
【発明の効果】
【０００７】
開示の技術によれば、放熱性の低下を抑制して、信頼性の低下を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の第１の実施の形態の半導体モジュールの斜め上方向から見た斜視図である。
【図２】本発明の第１の実施の形態の半導体モジュールの斜め下方向から見た斜視図である。
【図３】本発明の第１の実施の形態の半導体モジュールの断面図である。
【図４】本発明の第１の実施の形態の半導体モジュール内部の平面図である。
【図５】本発明の第１の実施の形態の半導体モジュールの底面図である。
【図６】本発明の第１の実施の形態の半導体モジュールの部分断面図である。
【図７】本発明の第１の実施の形態の半導体装置の断面図である。
【図８】本発明の第１の実施の形態の変形例の半導体モジュールの部分断面図である。
【図９】本発明の第１の実施の形態の変形例の半導体モジュールの部分断面図である。
【図１０】本発明の第１の実施の形態の変形例の半導体モジュールの部分断面図である。
【図１１】本発明の第１の実施の形態の変形例の半導体モジュールの部分断面図である。
【図１２】本発明の第２の実施の形態の半導体モジュールの断面図である。
【図１３】本発明の第２の実施の形態の半導体装置の断面図である。
【図１４】本発明の第３の実施の形態の半導体モジュールの底面図である。
【図１５】本発明の第３の実施の形態の半導体モジュールの断面図である。
【図１６】本発明の第４の実施の形態の半導体モジュールの底面図である。
【図１７】本発明の第４の実施の形態の半導体モジュールの断面図である。
【図１８】本発明の第５の実施の形態の半導体モジュールの底面図である。
【図１９】本発明の第５の実施の形態の半導体モジュールの断面図である。
【図２０】比較例の半導体モジュールの断面図である。
【図２１】比較例の半導体装置の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下に本発明の実施形態を説明する。以下の図面の記載において、同一又は類似の部分には同一又は類似の符号を付している。但し、図面は模式的なものであり、厚みと平面寸法との関係、各装置や各部材の厚みの比率等は現実のものとは異なることに留意すべきである。したがって、具体的な厚みや寸法は以下の説明を参酌して判定すべきものである。また、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることは勿論である。
【００１０】
以下の図面の記載では、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向及びＺ軸方向を用いて、方向を示す場合がある。例えば、Ｘ軸方向及びＹ軸方向は、後述する半導体モジュール１０の底面に平行な方向である。Ｚ軸方向は、後述する半導体モジュール１０の底面に垂直な方向である。Ｘ軸方向、Ｙ軸方向及びＺ軸方向は、互いに直交する。
【００１１】
以下の説明において、Ｚ軸の正方向を「上」と称し、Ｚ軸の負方向を「下」と称する場合がある。「上」及び「下」は、必ずしも地面に対する鉛直方向を意味しない。つまり、「上」及び「下」の方向は、重力方向に限定されない。「上」及び「下」は、相対的な位置関係を特定する便宜的な表現に過ぎず、本発明の技術的思想を限定するものではない。例えば、紙面を１８０度回転すれば「上」が「下」に、「下」が「上」になることは勿論である。
【００１２】
また、以下の説明において、おもて面、裏面、上面、底面という表現を用いて技術的事項を説明する場合がある。Ｚ軸の正方向にある面をおもて面や上面と称し、Ｚ軸の負方向にある面を裏面や底面と称することがある。また、以下の説明において、「側面」という用語は、おもて面と裏面を繋ぐ面を意味する。「平面視」とは、半導体モジュール１０の底面の法線方向（すなわち、Ｚ軸方向）から見ることを意味する。「断面視」とは、半導体モジュール１０の底面に平行方向（すなわち、Ｚ軸の垂直方向）から見ることを意味する。
【００１３】
（第１の実施の形態）
以下、図面を参照して、実施の形態について説明する。本実施の形態の半導体モジュールについて、図１〜７を用いて説明する。
【００１４】
図１、２は、半導体モジュール１０の外観であり、図１は、半導体モジュール１０を斜め上方向から見たものであり、半導体モジュール１０の上面と側面を示す。図２は、半導体モジュール１０を斜め下方向から見たものであり、半導体モジュール１０の底面と側面を示す。図１，２に示されるように、半導体モジュール１０は、概略直方体形状を有している。半導体モジュール１０の外形は、大方がケース１１によって形成されている。半導体モジュール１０の上面には、ケース１１から外部接続端子１３の先端が延出している。半導体モジュール１０の底面には、ケース１１から積層基板２０の裏面が延出している。半導体モジュール１０の底面の構造については、詳細を後述する。
【００１５】
半導体モジュール１０は、長手方向（Ｘ軸方向）の両端部近傍に、締結部１４を備える。締結部１４は、半導体モジュール１０を上下方向（Ｚ軸方向）に貫通する孔であってよい。締結部１４は、半導体モジュール１０の底面を後述する冷却器等と締結するためのねじ等からなる締結部材が配置される部分である。締結部１４は、半導体モジュール１０を構成するケース１１の長手方向の両端部近傍に合計２箇所備えられている。締結部１４の構造、位置及び数は、これに限らない。例えば、締結部１４は、締結部材としてクランプが取り付けられる凹みであってもよい。例えば、締結部１４は、半導体モジュール１０を上から見たときの矩形の四隅にそれぞれあり、合計４箇所であってもよい。締結部１４は、平面視で、後述する積層基板２０の外側であって、半導体モジュール１０の外縁に形成されることが好ましい。締結部１４は、半導体モジュール１０の外縁に形成されることで、冷却器等をしっかり固定することができ、積層基板２０の外側にあることで、積層基板２０への過剰な応力を抑えて、積層基板２０の破損を抑制できる。
【００１６】
図３は、図１の半導体モジュールのＡ−Ａ断面を示す。図４は、図１の半導体モジュール１０の内部を上方からみたものである。なお、図３，４では、主要部を模式的に示し、外部接続端子や内部の配線は示していない。
【００１７】
図３，４のように、半導体モジュール１０は、半導体素子２４、積層基板２０およびケース１１を備える。ケース１１は、半導体素子２４、積層基板２０のおもて面（Ｚ軸方向正側に位置する面）と積層基板２０の側面（ＸＺ面およびＹＺ面）の一部とを内包し、半導体モジュール１０の外形を構成する。ケース１１は、半導体素子２４と積層基板２０のおもて面の封止を兼ねたモールド構造であってよい。このようなケース１１は、例えば、熱硬化性樹脂を用いたモールド成形により形成されている。このような樹脂として、無機フィラーを混合したエポキシ樹脂等がある。
【００１８】
また、例えば、ケース１１は、内部に収納領域を備える枠状または箱状をなす筐体部と、収納領域に埋設された封止部とを有したものであってもよい。筐体部は、収納領域において、半導体素子２４と積層基板２０のおもて面を内包する。このようなケース１１の筐体部は、例えば、熱可塑性樹脂を用いた射出成形により形成されている。このような熱可塑性樹脂として、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）樹脂、ポリブチレンサクシネート（ＰＢＳ）樹脂、ポリアミド（ＰＡ）樹脂、または、アクリロニトリルブタジエンスチレン（ＡＢＳ）樹脂等がある。なお、このようなケース１１の封止部は、例えば、無機フィラーを混合したエポキシ樹脂やシリコーンゲル等がある。
【００１９】
半導体素子２４は、積層基板２０の導電板２１のおもて面にはんだなどの接合部材２５を介して、接合されている。半導体素子２４は、その裏面が導電板２１と電気的に接続され、そのおもて面が導電ワイヤなどの配線部材（図示せず）により別の導電板２１（図示せず）や外部接続端子１３に電気的に接続される。図３，４では、外部接続端子および半導体モジュール内部の導電ワイヤなどの配線部材を省略している。半導体素子２４は、例えば、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）、パワーＭＯＳＦＥＴ（Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor）等のスイッチング素子を含んでいる。また、半導体素子２４は、必要に応じて、ＳＢＤ（Schottky Barrier Diode）、ＦＷＤ（Free Wheeling Diode）等のダイオードを含んでいる。また、半導体素子２４は、ＩＧＢＴとＦＷＤとを組み合わせた単一素子である、ＲＣ（Reverse Conducting）−ＩＧＢＴを含んでもよい。半導体素子２４は、シリコン半導体でもよいし、シリコンカーバイド半導体であってもよい。なお、図３，４では、半導体素子２４が各積層基板に４つ含む場合を例に挙げて説明している。この場合に限らず、半導体素子２４は、各積層基板上に別の個数や位置配置されていてもよい。
【００２０】
積層基板２０は、平面視で、矩形状の半導体モジュール１０の長手方向（Ｘ軸方向）に２つ並んで配置されている。積層基板２０は、平面視で、ケース１１に取り囲まれている。ケース１１は、それぞれのケース１１短辺と積層基板２０との間に締結部１４を備え、一対の締結部１４に挟まれた位置に積層基板２０が設けられている。ケース１１の締結部１４と積層基板２０の配置は、長辺方向（Ｘ軸）に左右対称であってよい。
【００２１】
積層基板２０は、絶縁板２２と、絶縁板２２のおもて面（Ｚ軸正側の面）に形成された導電板２１と、絶縁板２２の裏面（Ｚ軸負側の面）に形成された放熱板２３とを有している。導電板２１、絶縁板２２と放熱板２３は、概略板形状であり、積層基板２０も板形状である。平面視で、絶縁板２２の外形は、放熱板２３の外形及び導電板２１の外形より大きい。そのため、絶縁板２２の縁部は、放熱板２３及び導電板２１より張り出している。放熱板２３のおもて面（Ｚ軸正側の面）は絶縁板２２に接合されている。導電板２１の裏面（Ｚ軸負側の面）は絶縁板２２に接合され、導電板２１のおもて面（Ｚ軸正側の面）ははんだ等の接合部材２５を介して半導体素子２４が配置される。絶縁板２２、導電板２１および半導体素子２４は、ケース１１に埋め込まれている。半導体モジュール１０の底面には、ケース１１から放熱板２３の裏面が延出している。放熱板２３は、厚さ方向に途中までケース１１に埋め込まれ、側面（ＸＺ面およびＹＺ面）の一部及び底面がケース１１から延出している。そのため、半導体モジュール１０の底面は、放熱板２３とケース１１との間で段差を有する。放熱板の裏面側の構造については、詳細を後述する。
【００２２】
絶縁板２２は、熱伝導性に優れた絶縁材である。絶縁板２２は、酸化アルミニウム、窒化アルミニウム、窒化珪素等の高熱伝導性のセラミックスにより構成されていることが好ましい。また、絶縁板２２は、高熱伝導性のセラミックスを混合したエポキシ樹脂等の絶縁樹脂により構成されていることが好ましい。絶縁板２２の厚さは、０．１ｍｍ以上、２ｍｍ以下が好ましい。放熱板２３と導電板２１とは、絶縁板２２により電気的に絶縁されている。
【００２３】
放熱板２３は、熱伝導性に優れた導電材である。放熱板２３は、銅、アルミニウム、または、少なくともこれらの一種を含む合金等により構成されていることが好ましい。また、放熱板２３は、表面にニッケルなどのめっき膜が形成されていてもよい。放熱板２３の厚さは、０．１ｍｍ以上、１０ｍｍ以下が好ましい。
【００２４】
導電板２１は、導電材である。導電板２１は、銅、アルミニウム、または、少なくともこれらの一種を含む合金等により構成されていることが好ましい。また、導電板２１は、表面にニッケルなどのめっき膜が形成されていてもよい。導電板２１の厚さは、０．１ｍｍ以上、１０ｍｍ以下が好ましい。
【００２５】
このような構成を有する積層基板２０として、例えば、ＤＣＢ（Direct Copper Bonding）基板、ＡＭＢ（Active Metal Brazed）基板、あるいは金属ベース基板を用いることができる。積層基板２０は、運転時に半導体素子２４で発生した熱を放熱板２３を介して、図示しない冷却器に伝導させることができる。
【００２６】
放熱板２３は、おもて面と裏面の間に側面を有する。放熱板２３の側面は、板形状の放熱板の対抗する２つの主面の間に形成された全ての面を称する。図３では、放熱板２３の側面は、放熱板２３のおもて面及び裏面の端辺同士を結び、放熱板２３のおもて面及び裏面（ＸＹ面）に対して垂直な面（ＹＺ面）である。しかし、放熱板２３の側面の方向は、これに限らない。放熱板２３の側面は、曲面であってもよい。また、放熱板２３の側面に窪みや突出があってもよい。この場合、側面に形成された窪みや突出における全ての面を側面と称する。
【００２７】
図５は、図１の半導体モジュール１０の底面を示す。図６は、放熱板２３の延出部２０ｂの形状を説明するための断面図である。図６のように、放熱板２３は、ケース１１に埋め込まれた埋込部２０ａと、ケース１１の底面から外方（Ｚ軸の負方向）に延出した延出部２０ｂとを有する。基板（２０）の延出部２０ｂのケース（１１）底面から下方（Ｚ軸の負方向）に延出した長さを、「延出量」と称する。
【００２８】
図５，６のように、２つの積層基板２０は、長手方向に並び、２つ締結部１４の間に位置し、より外側に締結部１４がある。この時、２枚の積層基板の外側の端辺が締結部１４に近い第１端辺２０ｃで、２枚の積層基板に挟まれた端辺が締結部１４から遠い第２端辺２０ｄである。締結部１４に近い側の第１端辺２０ｃにおける延出量Ｅ１は、締結部１４から遠い第２端辺２０ｄにおける延出量Ｅ２より小さい。好ましくは、Ｅ１／Ｅ２は、０．３以上、０．９以下である。より好ましくは、Ｅ１／Ｅ２は、０．５以上、０．８以下である。小さすぎると半導体モジュール１０を後述するヒートシンクに締結した時に、半導体モジュール１０の中心側で、放熱板２３とヒートシンクとの隙間が大きくなり、放熱性が阻害される。大きすぎると、半導体モジュール１０をヒートシンクに締結した時に、半導体モジュール１０の外周側で、放熱板２３とヒートシンクとの隙間が大きくなり、放熱性が阻害される。
【００２９】
放熱板２３の裏面は、締結部に近い第１端辺２０ｃを含む第１領域２０ｅと、締結部から遠い第２端辺２０ｄを含む第２領域２０ｆとを有する。第１領域２０ｅと第２領域２０ｆは、境界２０ｇを挟んで隣接していてよい。第１領域２０ｅにおける延出量は、第２領域２０ｆにおける延出量より小さい。第１端辺２０ｃにおける延出量Ｅ１は、境界２０ｇにおける延出量Ｅ３より小さい。第２端辺２０ｄにおける延出量Ｅ２は、境界２０ｇにおける延出量Ｅ３と同じである。好ましくは、Ｅ１／Ｅ３は、０．３以上、０．９以下である。より好ましくは、Ｅ１／Ｅ３は、０．５以上、０．８以下である。小さすぎると半導体モジュール１０を後述するヒートシンクに締結した時に、半導体モジュール１０の中心側で、放熱板２３とヒートシンクとの隙間が大きくなり、放熱性が阻害される。大きすぎると、半導体モジュール１０をヒートシンクに締結した時に、半導体モジュール１０の外周側で、放熱板２３とヒートシンクとの隙間が大きくなり、放熱性が阻害される。第１端辺２０ｃと第２端辺２０ｄの間の境界２０ｇの位置は、第１端辺２０ｃから第２端辺２０ｄまでの長さをｄ１、第１端辺から境界２０ｇまでの長さをｄ２とした時に、好ましくは、ｄ２／ｄ１は、０．１以上、１．０以下である。より好ましくは、ｄ２／ｄ１は、０．２以上、０．８以下である。小さすぎると半導体モジュール１０を後述するヒートシンクに締結した時に、第１端辺２０ｃに過剰な応力が加わり、半導体モジュール１０が破壊されやすくなる。
【００３０】
第１領域２０ｅの底面は、ケース底面に対して傾斜した面であってよく、第１領域２０ｅの延出量は、境界２０ｇから第１端辺２０ｃ向けて漸次減少していてよい。第２領域２０ｆの延出量は、境界２０ｇから第２端辺（２０ｄ）まで一定であってよい。基板（２０）の放熱板２３は、前記第１端辺（２０ｃ）における厚さが、前記第２端辺（２０ｄ）における厚さより薄くてよい。このように、複数の積層基板が並んで配置され、その外側に締結部が配置された場合、半導体モジュール１０の外形を構成するケース外周側に位置し、締結部１４に相対する第１端辺２０ｃの延出量が、ケース中心側に位置し、隣り合う積層基板２０に相対する第２端辺２０ｃにおける延出量より小さい。
【００３１】
本実施の形態の半導体モジュール１０の製造方法について説明する。まず、積層基板２０を準備する。次に、積層基板２０に、半導体素子２４、及びワイヤや外部接続端子等の配線部材（図示せず）を実装する。次に、実装された積層基板２０、及び接続部材３１を成形金型内にセットし、樹脂成形を行う。最後に、樹脂成形体を金型から取り出し、バリ取り等の表面処理を行うことで、半導体モジュール１０が製造される。
【００３２】
第１領域２０ｅの延出量が第２領域２０ｆの延出量より小さい半導体モジュール１０を製造するには、例えば、積層基板２０の準備工程において、あらかじめ第１領域２０ｅの厚さが薄い積層基板２０を用いることができる。また、樹脂成形工程において、実装された積層基板２０を金型にセットする時に、第１領域２０ｅの延出量を、第２領域２０ｆの延出量より小さく設定することができる。また、表面処理工程において、成形体の底面から延出した第１領域２０ｅを研磨することができる。または、放熱板２３裏面の研磨時に、第１領域２０ｅを、第２領域２０ｆよりも多く削ることができる。あらかじめ第１領域２０ｅの厚さが薄い積層基板２０を用いることや、放熱板２３裏面の研磨時に、第１領域２０ｅを、第２領域２０ｆよりも多く削ることで、前記第１端辺（２０ｃ）における基板の厚さが、前記第２端辺（２０ｄ）における基板の厚さより薄い半導体モジュール１０を製造することができる。
【００３３】
半導体装置３０について、図７を用いて説明する。図７は、半導体装置３０の断面図を示す。半導体装置３０は、半導体モジュール１０、放熱部材３１、ヒートシンク３２と締結部材３４を備える。放熱部材３１は、半導体モジュール１０の底面とヒートシンク３２の上面との間に配置される。放熱部材３１は、平面視で、少なくとも放熱板２３の裏面にあればよい。半導体モジュール１０の底面の全面に渡って配置されてもよい。放熱部材３１の厚さは、好ましくは、１０μｍ以上、４００μｍ以下であり、更に好ましくは、２０μｍ以上、１００μｍ以下である。放熱部材３１は、例えば、柔軟性を有するグリスや樹脂に、高熱伝導のフィラーを混合させたペースト状の熱伝導グリスであってもよい。また、熱伝導部材４１は、例えば、高熱伝導のフィラーを分散させたシート状の樹脂からなる熱伝導シートであってもよい。ヒートシンク３２は、放熱フィン、水冷ジャケット等でよい。また、ヒートシンク３２は、そのおもて面が平坦、または半導体モジュール１０側にやや凸に湾曲していてよい。ヒートシンク３２は、ねじ穴などの締結部３３を備えていてよい。締結部材３４は、ねじまたはクランプでよい。
【００３４】
半導体装置３０は、締結部材３４により半導体モジュール１０がヒートシンク３２に押さえ付けられた構造をしている。例えば、ねじからなる締結部材３４の頭部座面がケース１１の締結部１４のおもて面に当接し、締結部材３４の胴部がケース１１を貫通し、ヒートシンクのねじ穴から構成される締結部３３に締め込まれていてよい。そうして、半導体モジュール１０の放熱板２３の底面は、放熱部材３１を介して、ヒートシンク３２のおもて面に密着されている。締結部材３４により半導体モジュール１０をヒートシンク３２に押さえ付けることにより、半導体モジュール１０は、締結部材３４の近傍においてヒートシンク３２に近づき、締結部から離れた部分でヒートシンクから浮き上がろうとする。この時、半導体モジュール１０の締結部材３４に近い第１端辺の延出量が締結部材３４から遠い第２端辺の延出量より小さいことで、ヒートシンク３２からの浮き上がりが緩和される。そのため、半導体モジュール１０の放熱板２３とヒートシンク３２との間隔が大きくなるのを抑制し、放熱性の低下を抑制する半導体モジュールを提供することすることができる。また、締結部材３４により半導体モジュール１０をヒートシンク３２に押さえ付けた時に、半導体モジュール１０は、適度に上面が凸に反った形状になることで、第１端辺２０ｃに過剰な応力が加わることを抑制し、半導体モジュール１０が破壊されるのを防止する。
（第１の実施の形態の変形例）
【００３５】
図８〜１１は、放熱板２３の延出部２０ｂの変形例を説明するための断面図である。図８〜１１は、締結部１４に近い第１端辺２０ｃと、締結部１４から遠い第２端辺２０ｄとを備える。また、第１端辺２０ｃを含む第１領域２０ｅと、第２端辺２０ｄを含む第２領域２０ｆとがあり、第１領域２０ｅと第２領域２０ｆは、境界２０ｇを挟んで隣接している。第１端辺２０ｃにおける延出量は、境界２０ｇおよび第２端辺２０ｄの延出量より小さい。
【００３６】
図８のように、第１領域２０ｅにおける延出量は、境界２０ｇから第１端辺２０ｃに向けて下に凸の曲面を有して漸次減少していてよい。第２領域２０ｆにおける延出量は、一定であってよい。
【００３７】
図９のように、境界２０ｇにおいて、第１領域２０ｅ延出量が第２領域２０ｆより小さくなる段差を有してもよい。この時、第１領域２０ｅおよび第２領域２０ｆにおける延出量は、一定であってよい。また、図１０のように、第１端辺２０ｃに向けて延出量が小さくなる複数の段差を有していてもよい。第１領域２０ｅにおよび第２領域２０ｆにおける延出量は、一定であってよい。
【００３８】
図１１のように、第１領域２０ｅにおける延出量は、境界２０ｇから第１端辺２０ｃに向けて漸次減少し、第２領域２０ｆにおける延出量も、境界２０ｇから第２端辺２０ｄに向けて漸次減少していてよい。ただし、この時も、第１端辺２０ｃにおける延出量Ｅ１は、境界２０ｇにおける延出量Ｅ３および第２端辺２０ｄにおける延出量Ｅ２より小さい。好ましくは、Ｅ１／Ｅ３は、０．３以上、０．９以下である。より好ましくは、Ｅ１／Ｅ３は、０．５以上、０．８以下である。また、第２端辺２０ｄにおける延出量Ｅ２は、境界２０ｇにおける延出量Ｅ３より小さくてよい。好ましくは、Ｅ２／Ｅ３は、０．６以上、０．９以下である。より好ましくは、Ｅ２／Ｅ３は、０．７以上、０．８以下である。
【００３９】
変形例の半導体モジュールにおいても、ヒートシンク３２からの浮き上がりが緩和される。そのため、半導体モジュール１０の放熱板２３とヒートシンク３２との間隔が大きくなるのを抑制し、放熱性の低下を抑制する半導体モジュールを提供することすることができる。
（第１の実施の形態の比較例）
【００４０】
図２０、２１に第１の実施の形態に対する比較例を示す。図２０は、比較例の半導体モジュール１１０の断面図である。半導体モジュール１１０は、半導体モジュール１１０の底面の構造を除き、第１の実施の形態の半導体モジュール１０（図３参照）と同様の構成をしている。図２０のように、比較例の放熱板１２３は、ケース１１の底面から外方（Ｚ軸の負方向）に延出している。積層基板１２０および放熱板１２３の厚さは一定であり、ケース１１底面からの延出量は一定である。そのため締結部１４に近い端辺の延出量と、締結部１１４から遠い端辺の延出量は同じである。図２０では、長手方向に２枚の積層基板１２０が並び、２つの積層基板１２０より外側に締結部１４がある。この時、２枚の積層基板１２０の外側の端辺が締結部１４に近い端辺で、２枚の積層基板１２０に挟まれた端辺が締結部１４から遠い端辺である。２枚の積層基板の外側の端辺の延出量は、２枚の積層基板に挟まれた半導体モジュール１１０中心側の端辺の延出量と同じである。
【００４１】
図２１は、比較例の半導体装置１３０の断面図を示す。比較例の半導体装置１３０は、第１の実施の形態と異なる構造の半導体モジュール１１０と、第１の実施の形態と同様の放熱部材３１、ヒートシンク３２と締結部材３４を備える（図６参照）。比較例の半導体装置１３０は、ケース１１底面からの放熱板１２３の延出量が一定の半導体モジュール１１０を用いたものである。ケースの締結部の底面と放熱板１２３の締結部３４側の端辺とがヒートシンク３２のおもて面に近接するために、放熱板１２３底面とヒートシンクとの間隔はケース締結部から離れるほど大きくなっている。この例では、半導体モジュール１１０は、ヒートシンクのおもて面に対して逆Ｖ字形状になり、２つの締結部材３４の中心付近における放熱板１２３とヒートシンクとの間隔が大きくなっている。そのため、このような半導体装置１３０は、半導体モジュール１１０の放熱性の低下をまねく恐れがある。また、締結部材３４により半導体モジュール１０をヒートシンク３２に押さえ付けた時に、第１端辺２０ｃに過剰な応力が加わり、半導体モジュール１０が破壊される恐れがある。
【００４２】
本実施の形態の半導体モジュール１０は、締結部材３４に近い第１端辺の延出量が締結部材３４から遠い第２端辺の延出量より小さい。そのため、半導体モジュール１０の放熱板２３とヒートシンク３２との間隔が大きくなるのを抑制する。このような半導体装置１３０は、半導体モジュールの放熱性の低下を抑制することができる。
【００４３】
（第２の実施の形態）
図１２に本実施形態の半導体モジュール１０、図１３に半導体装置３０の模式的な断面図を示す。本実施形態の半導体モジュール１０は、底面の構造を除き、第１の実施の形態の半導体モジュール１０（図３参照）と同様の構成をしている。図１２のように、本実施形態の放熱板２３は、ケース１１の底面から外方（Ｚ軸の負方向）に延出している。放熱板２３は、ケース１１に埋め込まれた埋込部２０ａと、ケース１１の底面から外方（Ｚ軸の負方向）に延出した延出部２０ｂとを有する。ケースの外周側で締結部１４に近い端辺２０ｃの延出量は、ケースの中心側で締結部１４に遠い第２端辺２０ｄの延出量より小さい。本実施の形態の放熱板２３底面は、連続的な傾斜を有し、断続的に傾斜が変化する境界がない。延出量は、第２端辺２０ｄから第１端辺２０ｃまで漸次減少している。
【００４４】
図１３のように、半導体装置３０は、第１の実施の形態と異なる構造の半導体モジュール１０と、第１の実施の形態と同様の放熱部材３１、ヒートシンク３２と締結部材３４を備える（図６参照）。本実施の形態の半導体モジュール１０は、前記のようにその延出量が、第２端辺２０ｄから第１端辺２０ｃまで漸次減少している。半導体装置３０は、締結部材３４により半導体モジュール１０がヒートシンク３２に押さえ付けられた構造をしている。締結部材３４により半導体モジュール１０をヒートシンク３２に押さえ付けることにより、半導体モジュール１０は、締結部材３４の近傍においてヒートシンク３２に近づき、締結部から離れた部分でヒートシンクから浮き上がろうとする。この時、半導体モジュール１０の締結部材３４に近い第１端辺の延出量が締結部材３４から遠い第２端辺の延出量より小さいことで、ヒートシンク３２からの浮き上がりが緩和される。そのため、半導体モジュール１０の放熱板２３とヒートシンク３２との間隔が大きくなるのを抑制し、放熱性の低下を抑制する半導体モジュールを提供することすることができる。また、締結部材３４により半導体モジュール１０をヒートシンク３２に押さえ付けた時に、半導体モジュール１０は、適度に上面が凸に反った形状になることで、第１端辺２０ｃに過剰な応力が加わることを抑制し、半導体モジュール１０が破壊されるのを防止することができる。
【００４５】
（第３の実施の形態）
図１４に本実施形態の半導体モジュール１０の底面図を示す。図１５に、半導体モジュール１０のＡ−Ａ断面図を示す。図１４のように、本実施形態の半導体モジュール１０は、平面視矩形状のケースで、ケースの長辺および短辺に沿ってそれぞれ２つの平面視矩形状の積層基板２０が並んで配置され、ケース１１の底面から外方（Ｚ軸の負方向）に４つの積層基板２０が延出している。また、底面の四隅の各々に締結部１４を備える。ケース四隅に近い基板２０のケース１１底面からの延出量が、ケース１１中心側の基板２０のケース１１底面からの延出量より小さい。
【００４６】
積層基板の短辺（Ｙ軸に平行な辺）において、ケース１１の外周に相対する第１端辺２０ｃ１での延出量は、第１端辺２０ｃ１の対辺で、ケース１１の中心側で隣り合う基板に相対する第２端辺２０ｄ１での延出量より、小さい。積層基板の長辺（Ｘ軸に平行な辺）において、ケース１１の外周に相対する第１端辺２０ｃ２の延出量の平均値は、第１端辺２０ｃ１の対辺で、ケース１１の中心側で隣り合う基板に相対する第２端辺２０ｄ２の延出量の平均値より小さい。詳細には、積層基板の長辺において、延出量が一定な第２領域２０ｆがケース１１の中心側にあり、第２領域２０ｆより延出量が小さい第１領域２０ｅがケース１１の外周側にある。積層基板の長辺において、ケース１１の外周に相対する第１端辺２０ｃ２での第１領域２０ｅの割合は、ケースの中心側で隣り合う基板に相対する前記基板の第２端辺２０ｄ２での第１領域２０ｅの割合より、大きい。
【００４７】
第１領域２０ｅと第２領域２０ｆとの境界２０ｇは、平面視矩形状のケース１１の対角線と交差する。好ましくは、それぞれの境界２０ｇとケース１１の対角線は、６０°以上１２０°以下で交差する。境界２０ｇは、直線あるいはケース外周に向かって凸な湾曲形状であってもよい。境界２０ｇが、ケース外周に向かって凸な湾曲形状であることで、ヒートシンクからの浮き上がりがより緩和され易くなる。
【００４８】
このような半導体モジュール１０においても、ヒートシンクからの浮き上がりが緩和される。そのため、半導体モジュール１０の放熱板とヒートシンクとの間隔が大きくなるのを抑制することができる。
【００４９】
（第４の実施の形態）
図１７に本実施形態の半導体モジュール１０の底面図を示す。図１８に、半導体モジュール１０のＡ−Ａ断面図を示す。図１７に示すように、本実施形態の半導体モジュール１０は、ケース１１の底面から外方（Ｚ軸の負方向）に１つの積層基板２０が延出している。積層基板２０は、ケース１１の底面の中心から片側にずれた位置で延出している。底面の四隅の各々に締結部１４を備える。締結部１４に近い側に第１端辺２０ｃがあり、締結部１４から遠い側に第２端辺２０ｄがある。この時、第１端辺２０ｃにおける延出量が、第２端辺における延出量より小さい。また、放熱板２３の裏面は、締結部に近い第１端辺２０ｃを含む第１領域２０ｅと、締結部から遠い第２端辺２０ｄを含む第２領域２０ｆとがある。第１領域２０ｅと第２領域２０ｆは、境界２０ｇを挟んで隣接している。第１領域２０ｅにおける延出量は、第２領域２０ｆとの境界２０ｇを除いて、第２領域２０ｆにおける延出量より小さい。第１領域２０ｅの底面は、傾斜面であってよく、第１領域２０ｅの延出量は、第２領域２０ｆとの境界２０ｇから第１端辺２０ｃ向けて漸次減少していてよい。第２領域２０ｆの延出量は、一定であってよい。
【００５０】
このような半導体モジュール１０においても、ヒートシンクからの浮き上がりが緩和される。そのため、半導体モジュール１０の放熱板とヒートシンクとの間隔が大きくなるのを抑制することができる。
【００５１】
（第５の実施の形態）
図１８に本実施形態の半導体モジュール１０の底面図を示す。図１９に、半導体モジュール１０のＡ−Ａ断面図を示す。図１７に示すように、本実施形態の半導体モジュール１０は、平面矩形状のケース１１の底面から外方（Ｚ軸の負方向）に１つの積層基板２０が延出している。の積層基板２０は、ケース１１の底面の中心位置で延出している。半導体モジュール１０は、長手方向（Ｘ軸方向）の両端部近傍に、締結部１４を備える。締結部１４に近いケース１１外周側における積層基板２０のケース１１底面からの延出量が、ケース１１中心における積層基板２０のケース１１底面からの延出量より小さい。積層基板２０の底面は、下（Ｚ軸の負方向）に凸に湾曲していて良い。積層基板は平面矩形状であり、積層基板２０の放熱板２３の厚さは、基板長辺方向（Ｘ軸方向）において、中央が厚く、端部が薄い。
【００５２】
放熱板２３の裏面は、基板長辺方向（Ｘ軸方向）において、２つの端部側にそれぞれ第１領域２０ｅ、中央部に第２領域２０ｆがある。第１領域２０ｅにおける延出量は、第２領域２０ｆにおける延出量より小さい。第１領域２０ｅの底面は、傾斜面であってよく、第１領域２０ｅの延出量は、第２領域２０ｆとの境界２０ｇから第１端辺２０ｃ向けて漸次減少していてよい。第２領域２０ｆの延出量は、一定であってよい。
【００５３】
このような半導体モジュール１０においても、ヒートシンクからの浮き上がりが緩和される。そのため、半導体モジュール１０の放熱板とヒートシンクとの間隔が大きくなるのを抑制することができる。
【符号の説明】
【００５４】
１０  半導体モジュール
１１  ケース
１３  外部接続端子
１４  締結部
２０  積層基板
２０ａ  埋込部
２０ｂ  延出部
２０ｃ  第１端辺
２０ｄ  第２端辺
２０ｅ  第１領域
２０ｆ  第２領域
２０ｇ  境界
２１  導電性板
２２  絶縁板
２３  放熱板
２４  半導体素子
２５  接合部材
３０  半導体装置
３１  放熱部材
３２  ヒートシンク
３３  締結部
１１０  半導体モジュール
１２０  積層基板
１２３  放熱板
１３０  半導体装置
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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