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JP5065202B2 - 半導体装置 - Google Patents

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Description

本発明は、冷却器上に半導体素子を含む半導体モジュールが複数個搭載された半導体装置に関する。
従来から、半導体素子が搭載された半導体装置において、例えば、絶縁基板に接合材を介して放熱板や冷却器等を設けた構造の、放熱性を考慮した様々な半導体装置が提案されている。一例を示すと、内部に冷却媒体を流通させる冷媒流路が形成された冷却器と、冷却器の反りを拘束する拘束部材とを備えた半導体装置や、冷却器の主面側に半導体素子を収納する凹部を設け、冷却器の凹部に半導体素子と冷却器との間に介在する絶縁性熱伝導膜を設けた半導体装置等である（例えば、特許文献１、２参照）。
特開２００６−２９４９７１号公報 特開２００７−１２９１５０号公報
しかしながら、従来の半導体装置では、冷却器と放熱板等との線膨張係数の差等により、冷却器自身に反りが生じる。その結果、半導体素子や接合材に応力がかかり、半導体素子や接合材等にクラックが発生するという問題があった。
本発明は上記の点に鑑みてなされたもので、半導体素子や接合材等にクラックが発生し難い半導体装置を提供することを目的とする。
上記目的を達成するため、第１の発明は、冷却器上に半導体素子を含む半導体モジュールが複数個搭載された半導体装置であって、前記冷却器は、第１主面及び前記第１主面と対向する第２主面を備え、前記第１主面及び前記第２主面には、複数の半導体モジュール搭載面が断面視ちどり状に設けられ、前記半導体モジュールは、前記半導体モジュール搭載面の一部又は全部に搭載されていることを特徴とする。
第２の発明は、第１の発明に係る半導体装置において、前記半導体モジュールは、前記第１主面の断面視凹部の底面に位置する前記半導体モジュール搭載面のみに、又は、前記第２主面の断面視凹部の底面に位置する前記半導体モジュール搭載面のみに搭載されていることを特徴とする。
第３の発明は、第１の発明に係る半導体装置において、前記半導体モジュールは、前記第１主面の断面視凹部の底面に位置する前記半導体モジュール搭載面及び断面視凸部の頂面に位置する前記半導体モジュール搭載面に、又は、前記第２主面の断面視凹部の底面に位置する前記半導体モジュール搭載面及び断面視凸部の頂面に位置する前記半導体モジュール搭載面に搭載されていることを特徴とする。
第４の発明は、第１の発明に係る半導体装置において、前記半導体モジュールは、前記第１主面の断面視凹部の底面に位置する前記半導体モジュール搭載面及び前記第２主面の断面視凹部の底面に位置する前記半導体モジュール搭載面に搭載されていることを特徴とする。
第５の発明は、第１乃至第４の何れか一の発明に係る半導体装置において、前記冷却器の断面形状は、略点対称な形状であることを特徴とする。
第６の発明は、第１乃至第５の何れか一の発明に係る半導体装置において、前記冷却器の応力中立面の一方側の体積は、前記冷却器の前記応力中立面の他方側の体積と略等しいことを特徴とする。
第７の発明は、第１乃至第６の何れか一の発明に係る半導体装置において、前記半導体モジュール搭載面は、周期的に形成されていることを特徴とする。
第８の発明は、第１乃至第７の何れか一の発明に係る半導体装置において、前記第１主面及び前記第２主面の断面視凹部と、前記断面視凹部に隣接する前記断面視凸部との境界部の形状は、階段形状であることを特徴とする。
第９の発明は、第１乃至第８の何れか一の発明に係る半導体装置において、前記半導体モジュールは、前記半導体素子、絶縁基板、放熱板及びそれらを接合する接合材を含むことを特徴とする。
第１０の発明は、第９の発明に係る半導体装置において、前記接合材は、はんだ又は鑞であることを特徴とする。
本発明によれば、半導体素子や接合材等にクラックが発生し難い半導体装置を提供することができる。
以下、図面を参照して、本発明を実施するための最良の形態の説明を行う。
〈第１の実施の形態〉
図１は、本発明の第１の実施の形態に係る半導体装置１０の概略の構成を簡略化して例示する断面図である。図１を参照するに、半導体装置１０は、複数の半導体モジュール２０と、冷却器３０とを有する。半導体モジュール２０は、半導体素子２１と、第１の接合材２２と、絶縁基板２３と、第２の接合材２４と、放熱板２５と、第３の接合材２６とを有する。
冷却器３０は、複数の冷媒流路３０Ａを有する。３０Ｂは冷却器３０の第１主面を、３０Ｂ１及び３０Ｂ２は第１主面３０Ｂに設けられた半導体モジュール搭載面を示している。３０Ｃは冷却器３０の第１主面と対向する第２主面を、３０Ｃ１及び３０Ｃ２は第２主面３０Ｃに設けられた半導体モジュール搭載面を示している。
図１に示すように、半導体装置１０は、冷却器３０上に半導体素子２１を含む半導体モジュール２０が複数個搭載された半導体装置であって、冷却器３０は、第１主面３０Ｂ及び第１主面３０Ｂと対向する第２主面３０Ｃを備えている。冷却器３０の第１主面３０Ｂには、半導体モジュール２０を搭載するための、複数の半導体モジュール搭載面３０Ｂ１及び３０Ｂ２が断面視ちどり状に設けられている。
冷却器３０の第２主面３０Ｃには、半導体モジュール２０を搭載するための、複数の半導体モジュール搭載面３０Ｃ１及び３０Ｃ２が断面視ちどり状に設けられている。ここで、半導体モジュール搭載面とは、半導体素子２１を含む半導体モジュール２０を搭載することができる面を意味するが、必ずしも全ての半導体モジュール搭載面に半導体モジュール２０が搭載されるとは限らない。
半導体モジュール搭載面３０Ｂ１は、第１主面３０Ｂの断面視凹部の底面に位置し、半導体モジュール搭載面３０Ｂ２は、第１主面３０Ｂの断面視凸部の頂面に位置している。半導体モジュール搭載面３０Ｃ１は、第２主面３０Ｃの断面視凹部の底面に位置し、半導体モジュール搭載面３０Ｃ２は、第２主面３０Ｃの断面視凸部の頂面に位置している。
なお、半導体モジュール搭載面３０Ｂ１及び３０Ｂ２は周期的に形成されており、半導体モジュール搭載面３０Ｃ１及び３０Ｃ２は、周期的に形成されている。本発明の第１の実施の形態に係る半導体装置１０において、複数の半導体モジュール２０は、半導体モジュール搭載面３０Ｂ１、３０Ｂ２、３０Ｃ１、３０Ｃ２のうちの、半導体モジュール搭載面３０Ｂ１のみに搭載されている。
半導体モジュール２０を構成する半導体素子２１は、例えば、シリコンやＳｉＣ等の半導体からなる素子である。半導体素子２１としては、例えば、ＩＧＢＴ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ Ｇａｔｅ Ｂｉｐｏｌａｒ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）、ＢＴ（Ｂｉｐｏｌａｒ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）、ＦＥＴ（Ｆｉｅｌｄ Ｅｆｆｅｃｔ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）等を挙げることができるが、これらには限定されない。
半導体モジュール２０を構成する第１の接合材２２は、半導体素子２１と絶縁基板２３とを接合する機能を有する。第１の接合材２２としては、例えば、はんだや鑞等を用いることができる。半導体モジュール２０を構成する絶縁基板２３は、絶縁性材料からなる板状の部材であり、その上面側に第１の接合材２２を介して接合される半導体素子２１と後述する放熱板２５とを絶縁するとともに、半導体素子２１にて発生する熱を放熱板２５に伝達する機能を有する。絶縁基板２３の材料としては、例えば、ＡｌＮ等のセラミックス、或いは、紙フェノールやガラスエポキシ等の樹脂系の材料等を用いることができる。
絶縁基板２３の上面及び／又は下面には、図示しないＣｕやＡｌ等の導電性材料からなるプリント配線が形成されている。プリント配線は、絶縁基板２３の上面に第１の接合材２２を介して接合される半導体素子２１及びその他の電子部品、並びに、半導体装置１０の外部とを電気的に接続する機能を有する。
半導体モジュール２０を構成する第２の接合材２４は、絶縁基板２３と放熱板２５とを接合する機能を有する。第２の接合材２４としては、例えば、はんだや鑞等を用いることができる。半導体モジュール２０を構成する放熱板２５は、金属材料等からなる板状の部材であり、半導体素子２１で発生し、絶縁基板２３を介して伝達された熱を冷却器３０に伝達する機能を有する。放熱板２５の材料としては、例えば、Ａｌ、Ｃｕ、Ｍｏ、又は、これらの合金等の熱伝導率が高い金属材料を用いることができる。第３の接合材２６は、放熱板２５と冷却器３０とを接合する機能を有する。第３の接合材２６としては、例えば、はんだや鑞等を用いることができる。
冷却器３０は、半導体素子２１で発生し、絶縁基板２３及び放熱板２５を介して伝達された熱を半導体装置１０の外部に放熱する機能を有する。冷却器３０の材料としては、例えば、Ａｌ等の熱伝導率が高い金属材料を用いることができるが、Ｃｕ等を用いても構わない。冷却器３０には、複数の冷媒流路３０Ａが設けられている。隣接する冷媒流路３０Ａの間にはＺ方向に突出するフィン（図示せず）が設けられている。複数の冷媒流路３０Ａは、例えば、半導体素子２１で発生した熱を、フィン（図示せず）を介して冷却水や空気に伝熱することにより半導体装置１０の外部に放熱する機能を有する。
冷却器３０の断面形状は、略点対称な形状であり、前述のように、冷却器３０の第１主面３０Ｂ、第２主面３０Ｃには、半導体モジュール２０を搭載するための、複数の半導体モジュール搭載面３０Ｂ１及び３０Ｂ２、３０Ｃ１及び３０Ｃ２が断面視ちどり状に設けられている。又、第１主面３０Ｂ及び第２主面３０Ｃの断面視凹部と、断面視凹部に隣接する断面視凸部との境界部は、傾斜を有する形状となっている。
図２は、冷却器の形状と応力との関係を例示する断面図である。図２において、図１と同一部分については同一符号を付し、その説明は省略する場合がある。図２（ａ）は従来の半導体装置１００の一部分を、図２（ｂ）は本発明の第１の実施の形態に係る半導体装置１０の一部分を示している。
図２（ａ）において、３００は冷却器を、３００Ａは冷却器３００に設けられている複数の冷媒流路を、３００Ｂは冷却器３００の第１主面を、３００Ｃは冷却器３００の第１主面と対向する第２主面を示している。図２（ａ）では冷却器３００の一部を示しているが、冷却器３００の第１主面３００Ｂ及び第２主面３００Ｃには、冷却器３０のような断面視凹部及び断面視凸部は設けられていない。
図２（ａ）及び図２（ｂ）において、矢印は、冷却器３０及び３００が反る様子を模式的に示している。矢印の曲がりが大きいほど、冷却器３０及び３００が大きな力で反ろうとしている事を示している。
ここで、冷却器３０及び３００が凸状に反ろうとする理由について説明する。半導体装置１０及び１００は、はんだを溶融する等の理由により、例えば、２３０℃程度の温度雰囲気中で製造される。すなわち、半導体素子２１、第１の接合材２２、絶縁基板２３、第２の接合材２４、放熱板２５、第３の接合材２６及び冷却器３０（又は、冷却器３００）は２３０℃程度の温度雰囲気中で接合され、半導体装置１０及び１００が完成する。接合時点では、半導体素子２１、第１の接合材２２、絶縁基板２３、第２の接合材２４、放熱板２５、第３の接合材２６、冷却器３０（又は、冷却器３００）は反っていない。
その後、半導体装置１０及び１００は常温に戻るが、接合時との温度差により全体的には縮む方向に変形しようとする。ところで、半導体モジュール２０の線膨張係数と、冷却器３０（又は、冷却器３００）の線膨張係数とを比較すると、通常は冷却器３０（又は、冷却器３００）の線膨張係数の方が、半導体モジュール２０の線膨張係数よりも十分に大きい。半導体モジュール２０及び冷却器３０（又は、冷却器３００）の材料の構成等により異なるが、冷却器３０（又は、冷却器３００）の線膨張係数は、半導体モジュール２０の線膨張係数の２〜３倍程度の値である。
このような線膨張係数の違いにより、線膨張係数の小さい半導体モジュール２０は大きく縮むことなく、冷却器３０（又は、冷却器３００）は大きく縮もうとする。ところが、半導体モジュール２０は第１主面３０Ｂの半導体モジュール搭載面３０Ｂ１、第１主面３００Ｂで冷却器３０、冷却器３００と接合されているため、冷却器３０、冷却器３００が縮もうとするのを、線膨張係数の小さい半導体モジュール２０が妨げる。
そのため、冷却器３０、冷却器３００における半導体モジュール搭載面３０Ｂ１、第１主面３００Ｂに近い部分は大きく縮むことはない。一方、冷却器３０、冷却器３００における第２主面３０Ｃの半導体モジュール搭載面３０Ｃ２、第２主面３００Ｃに近い部分ほど、半導体モジュール２０の影響を受けにくいため大きく縮む。よって、冷却器３０、冷却器３００は凸状に反ろうとする。
ここで、冷却器３０、冷却器３００が凸状に反ろうとする力は、第１主面３００Ｂと第２主面３００Ｃとに挟まれた領域の体積、及び、第１主面３０Ｂの半導体モジュール搭載面３０Ｂ１と第２主面３０Ｃの半導体モジュール搭載面３０Ｃ２とに挟まれた領域の体積の大小により決まり、体積が小さいほど凸状に反ろうとする力は小さくなる。
図２（ａ）及び図２（ｂ）から明らかなように、冷却器３０における第１主面３０Ｂの半導体モジュール搭載面３０Ｂ１と第２主面３０Ｃの半導体モジュール搭載面３０Ｃ２とに挟まれた領域の体積は、冷却器３００における第１主面３００Ｂと第２主面３００Ｃとに挟まれた領域の体積よりも小さいため、冷却器３０が凸状に反ろうとする力は、冷却器３００が凸状に反ろうとする力よりも小さい。
その結果、図２（ｂ）では、図２（ａ）と比べて、半導体素子２１、第１の接合材２２、絶縁基板２３、第２の接合材２４、放熱板２５、第３の接合材２６に加わる応力が減少し、半導体素子２１、第１の接合材２２、絶縁基板２３、第２の接合材２４、放熱板２５、第３の接合材２６にクラックが発生し難くなる。
なお、第１の接合材２２、第２の接合材２４、第３の接合材２６として、柔軟性を有さない、はんだや鑞ではなく、柔軟性を有するグリースを用いることも考えられる。グリースは柔軟性を有するため、冷却器３０、冷却器３００が凸状に反ろうしても、半導体素子２１、絶縁基板２３、放熱板２５に加わる応力を緩和することができる。しかしながら、グリースは熱伝導率が低く、グリースの部分で発熱するため、放熱の観点からは、第１の接合材２２、第２の接合材２４、第３の接合材２６としては、グリースではなく、はんだや鑞のような熱伝導率が高い材料を用いることが好ましい。
本発明に係る冷却器３０の構造によれば、上述のように従来の冷却器３００に比べて、熱に起因して冷却器３０が反ろうとする力を低減することが可能になるため、半導体素子２１、第１の接合材２２、絶縁基板２３、第２の接合材２４、放熱板２５、第３の接合材２６に加わる応力が減少する。従って、接合材として、はんだや鑞等の柔軟性を有さない材料を用いた場合でも、半導体素子２１、第１の接合材２２、絶縁基板２３、第２の接合材２４、放熱板２５、第３の接合材２６にクラックが発生し難くすることができる。
図３は、応力中立面の位置を例示する断面図である。図３において、図１と同一部分については同一符号を付し、その説明は省略する場合がある。図３（ａ）は従来の半導体装置１１０における応力中立面の位置を、図３（ｂ）は本発明の第１の実施の形態に係る半導体装置１０における応力中立面の位置を示している。
図３（ａ）において、３１０は冷却器を、４００は半導体モジュール２０が搭載されていない場合の冷却器３１０単体における応力中立面を、４１０は半導体装置１１０（冷却器３１０に複数の半導体モジュール２０が搭載されている状態）における応力中立面を示している。図３（ｂ）において、４０は半導体モジュール２０が搭載されていない場合の冷却器３０単体における応力中立面を、４１は半導体装置１０（冷却器３０に複数の半導体モジュール２０が搭載されている状態）における応力中立面を示している。
ここで、応力中立面とは、引張応力と圧縮応力との境となる面であり、応力中立面の近傍では、応力がゼロに（伸び縮みがない）、又は、応力が小さく（伸び縮みが小さく）なる。一般に、所定の構造体において、応力中立面がその構造体の中心部近傍に位置していれば、応力中立面の上側の反りと下側の反りとは、大きさが略同一で方向が反対になるため、お互いに打ち消し合い、応力中立面が中心部近傍から離れた位置にある場合に比べて、反り量は大幅に低減される。なお、図３（ａ）及び図３（ｂ）において、応力中立面４０、４１、４００、４１０はＸ軸に平行な線分で示しているが、その線上の位置においてＺ軸方向に形成された仮想的な面を意味している。
図３（ａ）に示す従来の半導体装置１１０における冷却器３１０は、点対称な形状ではないため、冷却器３１０単体における応力中立面４００は、冷却器３１０の厚さ方向（Ｙ軸に平行な方向）の中心部よりも上側（Ｙ＋側）に位置している。冷却器３１０に複数の半導体モジュール２０が搭載されると（半導体装置１１０の完成した状態）、応力中立面４００は更に上側（Ｙ＋側）に移動し、応力中立面４１０の位置となる。すなわち、応力中立面４１０は、冷却器３１０の厚さ方向（Ｙ軸に平行な方向）の中心部から大きく離れた位置にある。
一方、図３（ｂ）に示す本発明の第１の実施の形態に係る半導体装置１０における冷却器３０は、略点対称な形状であるため、冷却器３０単体における応力中立面４０は、冷却器３０の厚さ方向（Ｙ軸に平行な方向）の略中心部に位置している。すなわち、冷却器３０の応力中立面４０の一方側（例えばＹ＋側）の体積は、冷却器３０の応力中立面４０の他方側（例えばＹ−側）の体積と略等しくなる。冷却器３０に複数の半導体モジュール２０が搭載されると（半導体装置１０の完成した状態）、応力中立面４０は上側（Ｙ＋側）に移動し、応力中立面４１の位置となる。
しかしながら、冷却器３０単体における応力中立面４０は、冷却器３０の厚さ方向（Ｙ軸に平行な方向）の略中心部に位置していること、及び、冷却器３０の体積が半導体モジュール２０の体積よりも十分に大きいため応力中立面４０が応力中立面４１に移動する量が小さいことから、半導体モジュール２０が搭載された後の応力中立面４１は、冷却器３０の厚さ方向（Ｙ軸に平行な方向）の中心部近傍に位置している。
このように、本発明の第１の実施の形態に係る半導体装置１０の応力中立面４１は、半導体装置１１０の応力中立面４１０に比較して、冷却器３０の厚さ方向（Ｙ軸に平行な方向）の中心部近傍に位置しているため、半導体装置１０における冷却器３０の全体的な反りが緩和される。なお、半導体装置１０の応力中立面４１は、冷却器３０の厚さ方向（Ｙ軸に平行な方向）の中心部近傍に位置していることが重要であり、冷却器３０において略点対称な形状であることは、必須の要件ではない。
本発明の第１の実施の形態に係る半導体装置１０によれば、冷却器３０の第１主面３０Ｂに、半導体モジュール搭載面３０Ｂ１及び３０Ｂ２を断面視ちどり状に設け、第２主面３０Ｃに、半導体モジュール搭載面３０Ｃ１及び３０Ｃ２を断面視ちどり状に設けている。そして、複数の半導体モジュール２０を、複数の半導体モジュール搭載面３０Ｂ１に搭載している。その結果、半導体モジュール搭載面下部の体積が小さくなるため、熱に起因して冷却器３０が反ろうとする力を低減することが可能となり、半導体素子２１、第１の接合材２２、絶縁基板２３、第２の接合材２４、放熱板２５、第３の接合材２６に加わる応力が減少する。従って、接合材として、はんだや鑞等の柔軟性を有さない材料を用いた場合でも、半導体素子２１、第１の接合材２２、絶縁基板２３、第２の接合材２４、放熱板２５、第３の接合材２６にクラックが発生し難くすることができる。
又、本発明の第１の実施の形態に係る半導体装置１０によれば、半導体装置１０の応力中立面４１は、冷却器３０の厚さ方向（Ｙ軸に平行な方向）の中心部近傍に位置している。その結果、半導体装置１０における冷却器３０の全体的な反りが緩和されるため、熱に起因して冷却器３０が反ろうとする力を低減することが可能となり、半導体素子２１、第１の接合材２２、絶縁基板２３、第２の接合材２４、放熱板２５、第３の接合材２６に加わる応力が減少する。従って、接合材として、はんだや鑞等の柔軟性を有さない材料を用いた場合でも、半導体素子２１、第１の接合材２２、絶縁基板２３、第２の接合材２４、放熱板２５、第３の接合材２６にクラックが発生し難くすることができる。
〈第１の実施の形態の第１の変形例〉
図４は、本発明の第１の実施の形態の第１の変形例に係る半導体装置１１の概略の構成を簡略化して例示する断面図である。図４において、図１と同一部分については同一符号を付し、その説明は省略する場合がある。以下、本発明の第１の実施の形態の第１の変形例に係る半導体装置１１について、本発明の第１の実施の形態に係る半導体装置１０と異なる部分についてのみ説明をする。
図４を参照するに、半導体装置１１は、複数の半導体モジュール２０と、冷却器３１とを有する。冷却器３１は、複数の冷媒流路３１Ａを有する。３１Ｂは冷却器３１の第１主面を、３１Ｂ１及び３１Ｂ２は第１主面３１Ｂに設けられた半導体モジュール搭載面を示している。３１Ｃは冷却器３１の第１主面と対向する第２主面を、３１Ｃ１及び３１Ｃ２は第２主面３１Ｃに設けられた半導体モジュール搭載面を示している。
図４に示すように、半導体装置１１は、冷却器３１上に半導体素子２１を含む半導体モジュール２０が複数個搭載された半導体装置であって、冷却器３１は、第１主面３１Ｂ及び第１主面３１Ｂと対向する第２主面３１Ｃを備えている。冷却器３１の第１主面３１Ｂには、半導体モジュール２０を搭載するための、複数の半導体モジュール搭載面３１Ｂ１及び３１Ｂ２が断面視ちどり状に設けられている。冷却器３１の第２主面３１Ｃには、半導体モジュール２０を搭載するための、複数の半導体モジュール搭載面３１Ｃ１及び３１Ｃ２が断面視ちどり状に設けられている。
半導体モジュール搭載面３１Ｂ１は、第１主面３１Ｂの断面視凹部の底面に位置し、半導体モジュール搭載面３１Ｂ２は、第１主面３１Ｂの断面視凸部の頂面に位置している。半導体モジュール搭載面３１Ｃ１は、第２主面３１Ｃの断面視凹部の底面に位置し、半導体モジュール搭載面３１Ｃ２は、第２主面３１Ｃの断面視凸部の頂面に位置している。なお、半導体モジュール搭載面３１Ｂ１及び３１Ｂ２は周期的に形成されており、半導体モジュール搭載面３１Ｃ１及び３１Ｃ２は、周期的に形成されている。複数の半導体モジュール２０は、複数の半導体モジュール搭載面３１Ｂ１に搭載されている。
図４に示す半導体装置１１において、図１に示す半導体装置１０と異なる部分は、冷却器の形状のみである。より詳しくは、半導体装置１１の冷却器３１において、第１主面３１Ｂ及び第２主面３１Ｃの断面視凹部と、断面視凹部に隣接する断面視凸部との境界部は、図１に示す半導体装置１０の冷却器３０のような傾斜を有する形状ではなく、垂直な部分を有する形状となっている。
境界部を図４に示すような垂直な部分を有する形状にしても、図４に示す半導体装置１１の冷却器３１における第１主面３１Ｂの半導体モジュール搭載面３１Ｂ１と第２主面３１Ｃの半導体モジュール搭載面３１Ｃ２とに挟まれた領域の体積は、図２（ａ）に示す従来の半導体装置１００の冷却器３００における第１主面３００Ｂと第２主面３００Ｃとに挟まれた領域の体積よりも小さいため、冷却器３１が凸状に反ろうとする力は、冷却器３００が凸状に反ろうとする力よりも小さい。
又、境界部を図４に示すような垂直な部分を有する形状にしても、冷却器３１単体における応力中立面は、冷却器３１の厚さ方向（Ｙ軸に平行な方向）の略中心部に位置していること、及び、冷却器３１の体積が半導体モジュール２０の体積よりも十分に大きいため冷却器３１に半導体モジュール２０が搭載されても応力中立面が移動する量が小さいことから、半導体モジュール２０が搭載された後の応力中立面は、冷却器３１の厚さ方向（Ｙ軸に平行な方向）の中心部近傍に位置している。よって、本発明の第１の実施の形態の第１の変形例に係る半導体装置１１は、本発明の第１の実施の形態に係る半導体装置１０と同様な効果を奏する。
本発明の第１の実施の形態の第１の変形例に係る半導体装置１１によれば、冷却器３１の第１主面３１Ｂに、半導体モジュール搭載面３１Ｂ１及び３１Ｂ２を断面視ちどり状に設け、第２主面３１Ｃに、半導体モジュール搭載面３１Ｃ１及び３１Ｃ２を断面視ちどり状に設けている。そして、複数の半導体モジュール２０を、複数の半導体モジュール搭載面３１Ｂ１に搭載している。その結果、半導体モジュール搭載面下部の体積が小さくなるため、熱に起因して冷却器３１が反ろうとする力を低減することが可能となり、半導体素子２１、第１の接合材２２、絶縁基板２３、第２の接合材２４、放熱板２５、第３の接合材２６に加わる応力が減少する。従って、接合材として、はんだや鑞等の柔軟性を有さない材料を用いた場合でも、半導体素子２１、第１の接合材２２、絶縁基板２３、第２の接合材２４、放熱板２５、第３の接合材２６にクラックが発生し難くすることができる。
又、本発明の第１の実施の形態の第１の変形例に係る半導体装置１１によれば、半導体装置１１の応力中立面は、冷却器３１の厚さ方向（Ｙ軸に平行な方向）の中心部近傍に位置している。その結果、半導体装置１１における冷却器３１の全体的な反りが緩和されるため、熱に起因して冷却器３１が反ろうとする力を低減することが可能となり、半導体素子２１、第１の接合材２２、絶縁基板２３、第２の接合材２４、放熱板２５、第３の接合材２６に加わる応力が減少する。従って、接合材として、はんだや鑞等の柔軟性を有さない材料を用いた場合でも、半導体素子２１、第１の接合材２２、絶縁基板２３、第２の接合材２４、放熱板２５、第３の接合材２６にクラックが発生し難くすることができる。
〈第１の実施の形態の第２の変形例〉
図５は、本発明の第１の実施の形態の第２の変形例に係る半導体装置１２の概略の構成を簡略化して例示する断面図である。図５において、図１と同一部分については同一符号を付し、その説明は省略する場合がある。以下、本発明の第１の実施の形態の第２の変形例に係る半導体装置１２について、本発明の第１の実施の形態に係る半導体装置１０と異なる部分についてのみ説明をする。
図５を参照するに、半導体装置１２は、複数の半導体モジュール２０と、冷却器３２とを有する。冷却器３２は、複数の冷媒流路３２Ａを有する。３２Ｂは冷却器３２の第１主面を、３２Ｂ１及び３２Ｂ２は第１主面３２Ｂに設けられた半導体モジュール搭載面を示している。３２Ｃは冷却器３２の第１主面と対向する第２主面を、３２Ｃ１及び３２Ｃ２は第２主面３２Ｃに設けられた半導体モジュール搭載面を示している。
図５に示すように、半導体装置１２は、冷却器３２上に半導体素子２１を含む半導体モジュール２０が複数個搭載された半導体装置であって、冷却器３２は、第１主面３２Ｂ及び第１主面３２Ｂと対向する第２主面３２Ｃを備えている。冷却器３２の第１主面３２Ｂには、半導体モジュール２０を搭載するための、複数の半導体モジュール搭載面３２Ｂ１及び３２Ｂ２が断面視ちどり状に設けられている。冷却器３２の第２主面３２Ｃには、半導体モジュール２０を搭載するための、複数の半導体モジュール搭載面３２Ｃ１及び３２Ｃ２が断面視ちどり状に設けられている。
半導体モジュール搭載面３２Ｂ１は、第１主面３２Ｂの断面視凹部の底面に位置し、半導体モジュール搭載面３２Ｂ２は、第１主面３２Ｂの断面視凸部の頂面に位置している。半導体モジュール搭載面３２Ｃ１は、第２主面３２Ｃの断面視凹部の底面に位置し、半導体モジュール搭載面３２Ｃ２は、第２主面３２Ｃの断面視凸部の頂面に位置している。なお、半導体モジュール搭載面３２Ｂ１及び３２Ｂ２は周期的に形成されており、半導体モジュール搭載面３２Ｃ１及び３２Ｃ２は、周期的に形成されている。複数の半導体モジュール２０は、複数の半導体モジュール搭載面３２Ｂ１に搭載されている。
図５に示す半導体装置１２において、図１に示す半導体装置１０と異なる部分は、冷却器の形状のみである。より詳しくは、半導体装置１２の冷却器３２において、第１主面３２Ｂ及び第２主面３２Ｃの断面視凹部と、断面視凹部に隣接する断面視凸部との境界部は、図１に示す半導体装置１０の冷却器３０のような傾斜を有する形状ではなく、垂直な部分を有する形状となっており、更に、境界部のコーナーには全てＲが付されている。
境界部を図５に示すような垂直な部分を有する形状にし、更に、境界部のコーナーに全てＲを付しても、図５に示す半導体装置１２の冷却器３２における第１主面３２Ｂの半導体モジュール搭載面３２Ｂ１と第２主面３２Ｃの半導体モジュール搭載面３２Ｃ２とに挟まれた領域の体積は、図２（ａ）に示す従来の半導体装置１００の冷却器３００における第１主面３００Ｂと第２主面３００Ｃとに挟まれた領域の体積よりも小さいため、冷却器３２が凸状に反ろうとする力は、冷却器３００及が凸状に反ろうとする力よりも小さい。
又、境界部を図５に示すような垂直な部分を有する形状にし、更に、境界部のコーナーに全てＲを付しても、冷却器３２単体における応力中立面は、冷却器３２の厚さ方向（Ｙ軸に平行な方向）の略中心部に位置していること、及び、冷却器３２の体積が半導体モジュール２０の体積よりも十分に大きいため冷却器３２に半導体モジュール２０が搭載されても応力中立面が移動する量が小さいことから、半導体モジュール２０が搭載された後の応力中立面は、冷却器３２の厚さ方向（Ｙ軸に平行な方向）の中心部近傍に位置している。よって、本発明の第１の実施の形態の第２の変形例に係る半導体装置１２は、本発明の第１の実施の形態に係る半導体装置１０と同様な効果を奏する。
本発明の第１の実施の形態の第２の変形例に係る半導体装置１２によれば、冷却器３２の第１主面３２Ｂに、半導体モジュール搭載面３２Ｂ１及び３２Ｂ２を断面視ちどり状に設け、第２主面３２Ｃに、半導体モジュール搭載面３２Ｃ１及び３２Ｃ２を断面視ちどり状に設けている。そして、複数の半導体モジュール２０を、複数の半導体モジュール搭載面３２Ｂ１に搭載している。その結果、半導体モジュール搭載面下部の体積が小さくなるため、熱に起因して冷却器３２が反ろうとする力を低減することが可能となり、半導体素子２１、第１の接合材２２、絶縁基板２３、第２の接合材２４、放熱板２５、第３の接合材２６に加わる応力が減少する。従って、接合材として、はんだや鑞等の柔軟性を有さない材料を用いた場合でも、半導体素子２１、第１の接合材２２、絶縁基板２３、第２の接合材２４、放熱板２５、第３の接合材２６にクラックが発生し難くすることができる。
又、本発明の第１の実施の形態の第２の変形例に係る半導体装置１２によれば、半導体装置１２の応力中立面は、冷却器３２の厚さ方向（Ｙ軸に平行な方向）の中心部近傍に位置している。その結果、半導体装置１２における冷却器３２の全体的な反りが緩和されるため、熱に起因して冷却器３２が反ろうとする力を低減することが可能となり、半導体素子２１、第１の接合材２２、絶縁基板２３、第２の接合材２４、放熱板２５、第３の接合材２６に加わる応力が減少する。従って、接合材として、はんだや鑞等の柔軟性を有さない材料を用いた場合でも、半導体素子２１、第１の接合材２２、絶縁基板２３、第２の接合材２４、放熱板２５、第３の接合材２６にクラックが発生し難くすることができる。
〈第１の実施の形態の第３の変形例〉
図６は、本発明の第１の実施の形態の第３の変形例に係る半導体装置１３の概略の構成を簡略化して例示する断面図である。図６において、図１と同一部分については同一符号を付し、その説明は省略する場合がある。以下、本発明の第１の実施の形態の第３の変形例に係る半導体装置１３について、本発明の第１の実施の形態に係る半導体装置１０と異なる部分についてのみ説明をする。
図６を参照するに、半導体装置１３は、複数の半導体モジュール２０と、冷却器３３とを有する。冷却器３３は、複数の冷媒流路３３Ａを有する。３３Ｂは冷却器３３の第１主面を、３３Ｂ１及び３３Ｂ２は第１主面３３Ｂに設けられた半導体モジュール搭載面を示している。３３Ｃは冷却器３３の第１主面と対向する第２主面を、３３Ｃ１及び３３Ｃ２は第２主面３３Ｃに設けられた半導体モジュール搭載面を示している。
図６に示すように、半導体装置１３は、冷却器３３上に半導体素子２１を含む半導体モジュール２０が複数個搭載された半導体装置であって、冷却器３３は、第１主面３３Ｂ及び第１主面３３Ｂと対向する第２主面３３Ｃを備えている。冷却器３３の第１主面３３Ｂには、半導体モジュール２０を搭載するための、複数の半導体モジュール搭載面３３Ｂ１及び３３Ｂ２が断面視ちどり状に設けられている。冷却器３３の第２主面３３Ｃには、半導体モジュール２０を搭載するための、複数の半導体モジュール搭載面３３Ｃ１及び３３Ｃ２が断面視ちどり状に設けられている。
半導体モジュール搭載面３３Ｂ１は、第１主面３３Ｂの断面視凹部の底面に位置し、半導体モジュール搭載面３３Ｂ２は、第１主面３３Ｂの断面視凸部の頂面に位置している。半導体モジュール搭載面３３Ｃ１は、第２主面３３Ｃの断面視凹部の底面に位置し、半導体モジュール搭載面３３Ｃ２は、第２主面３３Ｃの断面視凸部の頂面に位置している。なお、半導体モジュール搭載面３３Ｂ１及び３３Ｂ２は周期的に形成されており、半導体モジュール搭載面３３Ｃ１及び３３Ｃ２は、周期的に形成されている。複数の半導体モジュール２０は、複数の半導体モジュール搭載面３３Ｂ１に搭載されている。
図６に示す半導体装置１３において、図１に示す半導体装置１０と異なる部分は、冷却器の形状のみである。より詳しくは、半導体装置１３の冷却器３３において、第１主面３３Ｂ及び第２主面３３Ｃの断面視凹部と、断面視凹部に隣接する断面視凸部との境界部は、図１に示す半導体装置１０の冷却器３０と同様に傾斜を有する形状であるが、傾斜部の形状が異なり、半導体モジュール搭載面３３Ｂ２は、半導体素子２１の上面よりも高い位置にある。
境界部を図６に示すような傾斜を有する形状にし、半導体モジュール搭載面３３Ｂ２を、半導体素子２１の上面よりも高い位置にしても、図６に示す半導体装置１３の冷却器３３における第１主面３３Ｂの半導体モジュール搭載面３３Ｂ１と第２主面３３Ｃの半導体モジュール搭載面３３Ｃ２とに挟まれた領域の体積は、図２（ａ）に示す従来の半導体装置１００の冷却器３００における第１主面３００Ｂと第２主面３００Ｃとに挟まれた領域の体積よりも小さいため、冷却器３３が凸状に反ろうとする力は、冷却器３００及が凸状に反ろうとする力よりも小さい。
又、境界部を図６に示すような傾斜を有する形状にし、半導体モジュール搭載面３３Ｂ２を、半導体素子２１の上面よりも高い位置にしても、冷却器３３単体における応力中立面は、冷却器３３の厚さ方向（Ｙ軸に平行な方向）の略中心部に位置していること、及び、冷却器３３の体積が半導体モジュール２０の体積よりも十分に大きいため冷却器３３に半導体モジュール２０が搭載されても応力中立面が移動する量が小さいことから、半導体モジュール２０が搭載された後の応力中立面は、冷却器３３の厚さ方向（Ｙ軸に平行な方向）の中心部近傍に位置している。よって、本発明の第１の実施の形態の第３の変形例に係る半導体装置１３は、本発明の第１の実施の形態に係る半導体装置１０と同様な効果を奏する。
本発明の第１の実施の形態の第３の変形例に係る半導体装置１３によれば、冷却器３３の第１主面３３Ｂに、半導体モジュール搭載面３３Ｂ１及び３３Ｂ２を断面視ちどり状に設け、第２主面３３Ｃに、半導体モジュール搭載面３３Ｃ１及び３３Ｃ２を断面視ちどり状に設けている。そして、複数の半導体モジュール２０を、複数の半導体モジュール搭載面３３Ｂ１に搭載している。その結果、半導体モジュール搭載面下部の体積が小さくなるため、熱に起因して冷却器３３が反ろうとする力を低減することが可能となり、半導体素子２１、第１の接合材２２、絶縁基板２３、第２の接合材２４、放熱板２５、第３の接合材２６に加わる応力が減少する。従って、接合材として、はんだや鑞等の柔軟性を有さない材料を用いた場合でも、半導体素子２１、第１の接合材２２、絶縁基板２３、第２の接合材２４、放熱板２５、第３の接合材２６にクラックが発生し難くすることができる。
又、本発明の第１の実施の形態の第３の変形例に係る半導体装置１３によれば、半導体装置１３の応力中立面は、冷却器３３の厚さ方向（Ｙ軸に平行な方向）の中心部近傍に位置している。その結果、半導体装置１３における冷却器３３の全体的な反りが緩和されるため、熱に起因して冷却器３３が反ろうとする力を低減することが可能となり、半導体素子２１、第１の接合材２２、絶縁基板２３、第２の接合材２４、放熱板２５、第３の接合材２６に加わる応力が減少する。従って、接合材として、はんだや鑞等の柔軟性を有さない材料を用いた場合でも、半導体素子２１、第１の接合材２２、絶縁基板２３、第２の接合材２４、放熱板２５、第３の接合材２６にクラックが発生し難くすることができる。
〈第１の実施の形態の第４の変形例〉
図７は、本発明の第１の実施の形態の第４の変形例に係る半導体装置１４の概略の構成を簡略化して例示する断面図である。図７において、図１と同一部分については同一符号を付し、その説明は省略する場合がある。以下、本発明の第１の実施の形態の第４の変形例に係る半導体装置１４について、本発明の第１の実施の形態に係る半導体装置１０と異なる部分についてのみ説明をする。
図７を参照するに、半導体装置１４は、複数の半導体モジュール２０と、冷却器３４とを有する。冷却器３４は、複数の冷媒流路３４Ａを有する。３４Ｂは冷却器３４の第１主面を、３４Ｂ１及び３４Ｂ２は第１主面３４Ｂに設けられた半導体モジュール搭載面を示している。３４Ｃは冷却器３４の第１主面と対向する第２主面を、３４Ｃ１及び３４Ｃ２は第２主面３４Ｃに設けられた半導体モジュール搭載面を示している。
図７に示すように、半導体装置１４は、冷却器３４上に半導体素子２１を含む半導体モジュール２０が複数個搭載された半導体装置であって、冷却器３４は、第１主面３４Ｂ及び第１主面３４Ｂと対向する第２主面３４Ｃを備えている。冷却器３４の第１主面３４Ｂには、半導体モジュール２０を搭載するための、複数の半導体モジュール搭載面３４Ｂ１及び３４Ｂ２が断面視ちどり状に設けられている。冷却器３４の第２主面３４Ｃには、半導体モジュール２０を搭載するための、複数の半導体モジュール搭載面３４Ｃ１及び３４Ｃ２が断面視ちどり状に設けられている。
半導体モジュール搭載面３４Ｂ１は、第１主面３４Ｂの断面視凹部の底面に位置し、半導体モジュール搭載面３４Ｂ２は、第１主面３４Ｂの断面視凸部の頂面に位置している。半導体モジュール搭載面３４Ｃ１は、第２主面３４Ｃの断面視凹部の底面に位置し、半導体モジュール搭載面３４Ｃ２は、第２主面３４Ｃの断面視凸部の頂面に位置している。なお、半導体モジュール搭載面３４Ｂ１及び３４Ｂ２は周期的に形成されており、半導体モジュール搭載面３４Ｃ１及び３４Ｃ２は、周期的に形成されている。複数の半導体モジュール２０は、複数の半導体モジュール搭載面３４Ｂ１に搭載されている。
図７に示す半導体装置１４において、図１に示す半導体装置１０と異なる部分は、冷却器の形状のみである。より詳しくは、半導体装置１４の冷却器３４において、第１主面３４Ｂ及び第２主面３４Ｃの断面視凹部と、断面視凹部に隣接する断面視凸部との境界部は、図１に示す半導体装置１０の冷却器３０のような傾斜を有する形状ではなく、階段形状を有する。
境界部を図７に示すような階段形状にしても、図７に示す半導体装置１４の冷却器３４における第１主面３４Ｂの半導体モジュール搭載面３４Ｂ１と第２主面３４Ｃの半導体モジュール搭載面３４Ｃ２とに挟まれた領域の体積は、図２（ａ）に示す従来の半導体装置１００の冷却器３００における第１主面３００Ｂと第２主面３００Ｃとに挟まれた領域の体積よりも小さいため、冷却器３４が凸状に反ろうとする力は、冷却器３００及が凸状に反ろうとする力よりも小さい。
又、境界部を図７に示すような階段形状にしても、冷却器３４単体における応力中立面は、冷却器３４の厚さ方向（Ｙ軸に平行な方向）の略中心部に位置していること、及び、冷却器３４の体積が半導体モジュール２０の体積よりも十分に大きいため冷却器３４に半導体モジュール２０が搭載されても応力中立面が移動する量が小さいことから、半導体モジュール２０が搭載された後の応力中立面は、冷却器３４の厚さ方向（Ｙ軸に平行な方向）の中心部近傍に位置している。よって、本発明の第１の実施の形態の第４の変形例に係る半導体装置１４は、本発明の第１の実施の形態に係る半導体装置１０と同様な効果を奏する。
本発明の第１の実施の形態の第４の変形例に係る半導体装置１４によれば、冷却器３４の第１主面３４Ｂに、半導体モジュール搭載面３４Ｂ１及び３４Ｂ２を断面視ちどり状に設け、第２主面３４Ｃに、半導体モジュール搭載面３４Ｃ１及び３４Ｃ２を断面視ちどり状に設けている。そして、複数の半導体モジュール２０を、複数の半導体モジュール搭載面３４Ｂ１に搭載している。その結果、半導体モジュール搭載面下部の体積が小さくなるため、熱に起因して冷却器３４が反ろうとする力を低減することが可能となり、半導体素子２１、第１の接合材２２、絶縁基板２３、第２の接合材２４、放熱板２５、第３の接合材２６に加わる応力が減少する。従って、接合材として、はんだや鑞等の柔軟性を有さない材料を用いた場合でも、半導体素子２１、第１の接合材２２、絶縁基板２３、第２の接合材２４、放熱板２５、第３の接合材２６にクラックが発生し難くすることができる。
又、本発明の第１の実施の形態の第４の変形例に係る半導体装置１４によれば、半導体装置１４の応力中立面は、冷却器３４の厚さ方向（Ｙ軸に平行な方向）の中心部近傍に位置している。その結果、半導体装置１４における冷却器３４の全体的な反りが緩和されるため、熱に起因して冷却器３４が反ろうとする力を低減することが可能となり、半導体素子２１、第１の接合材２２、絶縁基板２３、第２の接合材２４、放熱板２５、第３の接合材２６に加わる応力が減少する。従って、接合材として、はんだや鑞等の柔軟性を有さない材料を用いた場合でも、半導体素子２１、第１の接合材２２、絶縁基板２３、第２の接合材２４、放熱板２５、第３の接合材２６にクラックが発生し難くすることができる。
又、本発明の第１の実施の形態の第４の変形例に係る半導体装置１４によれば、半導体装置１４の冷却器３４において、第１主面３４Ｂ及び第２主面３４Ｃの断面視凹部と、断面視凹部に隣接する断面視凸部との境界部を階段形状にしたことにより、冷却器３４に反りが生じても、階段形状の部分が変形しバネのような効果を発揮して反りを吸収するため、熱に起因して冷却器３４が反ろうとする力を更に低減することが可能となり、半導体素子２１、第１の接合材２２、絶縁基板２３、第２の接合材２４、放熱板２５、第３の接合材２６に加わる応力が減少する。従って、接合材として、はんだや鑞等の柔軟性を有さない材料を用いた場合でも、半導体素子２１、第１の接合材２２、絶縁基板２３、第２の接合材２４、放熱板２５、第３の接合材２６にクラックが発生し難くすることができる。
〈第２の実施の形態〉
図８は、本発明の第２の実施の形態に係る半導体装置５０の概略の構成を簡略化して例示する断面図である。図８において、図１と同一部分については同一符号を付し、その説明は省略する場合がある。以下、本発明の第２の実施の形態に係る半導体装置５０について、本発明の第１の実施の形態に係る半導体装置１０と異なる部分についてのみ説明をする。
図８に示す半導体装置５０において、複数の半導体モジュール２０が、複数の半導体モジュール搭載面３０Ｂ１及び３０Ｂ２に搭載されている点のみが、図１に示す半導体装置１０とは異なる。複数の半導体モジュール２０を、複数の半導体モジュール搭載面３０Ｂ１のみでなく複数の半導体モジュール搭載面３０Ｂ２にも搭載すると、半導体装置５０の応力中立面は、図３（ｂ）に示す応力中立面４１よりも更に上側（Ｙ＋側）に移動する。
しかしながら、冷却器３０単体における応力中立面は、冷却器３０の厚さ方向（Ｙ軸に平行な方向）の略中心部に位置していること、及び、冷却器３０の体積が半導体モジュール２０の体積よりも十分に大きいため冷却器３０に半導体モジュール２０が搭載されても応力中立面が移動する量が小さいことから、半導体モジュール２０が搭載された後の応力中立面は、今なお冷却器３０の厚さ方向（Ｙ軸に平行な方向）の中心部近傍に位置している。
又、図８に示す半導体装置５０の冷却器３０における第１主面３０Ｂの半導体モジュール搭載面３０Ｂ１と第２主面３０Ｃの半導体モジュール搭載面３０Ｃ２とに挟まれた領域の体積、及び、第１主面３０Ｂの半導体モジュール搭載面３０Ｂ２と第２主面３０Ｃの半導体モジュール搭載面３０Ｃ１とに挟まれた領域の体積は、図２（ａ）に示す従来の半導体装置１００の冷却器３００における第１主面３００Ｂと第２主面３００Ｃとに挟まれた領域の体積よりも小さいため、冷却器３０が凸状に反ろうとする力は、冷却器３００及が凸状に反ろうとする力よりも小さい。よって、本発明の第２の実施の形態に係る半導体装置５０は、本発明の第１の実施の形態に係る半導体装置１０と同様な効果を奏する。
本発明の第２の実施の形態に係る半導体装置５０によれば、冷却器３０の第１主面３０Ｂに、半導体モジュール搭載面３０Ｂ１及び３０Ｂ２を断面視ちどり状に設け、第２主面３０Ｃに、半導体モジュール搭載面３０Ｃ１及び３０Ｃ２を断面視ちどり状に設けている。そして、複数の半導体モジュール２０を、複数の半導体モジュール搭載面３０Ｂ１及び複数の半導体モジュール搭載面３０Ｂ２に搭載している。その結果、半導体モジュール搭載面下部の体積が小さくなるため、熱に起因して冷却器３０が反ろうとする力を低減することが可能となり、半導体素子２１、第１の接合材２２、絶縁基板２３、第２の接合材２４、放熱板２５、第３の接合材２６に加わる応力が減少する。従って、接合材として、はんだや鑞等の柔軟性を有さない材料を用いた場合でも、半導体素子２１、第１の接合材２２、絶縁基板２３、第２の接合材２４、放熱板２５、第３の接合材２６にクラックが発生し難くすることができる。
又、本発明の第２の実施の形態に係る半導体装置５０によれば、半導体装置５０の応力中立面は、冷却器３０の厚さ方向（Ｙ軸に平行な方向）の中心部近傍に位置している。その結果、半導体装置５０における冷却器３０の全体的な反りが緩和されるため、熱に起因して冷却器３０が反ろうとする力を低減することが可能となり、半導体素子２１、第１の接合材２２、絶縁基板２３、第２の接合材２４、放熱板２５、第３の接合材２６に加わる応力が減少する。従って、接合材として、はんだや鑞等の柔軟性を有さない材料を用いた場合でも、半導体素子２１、第１の接合材２２、絶縁基板２３、第２の接合材２４、放熱板２５、第３の接合材２６にクラックが発生し難くすることができる。
なお、本発明の第２の実施の形態に係る半導体装置５０に対して、本発明の第１の実施の形態に係る半導体装置１０に対する第１の変形例〜第４の変形例と同様な変形を施すことが可能であり、本発明の第１の実施の形態に係る半導体装置１０に対して第１の変形例〜第４の変形例を施した場合と同様な効果を奏する。
〈第３の実施の形態〉
図９は、本発明の第３の実施の形態に係る半導体装置６０の概略の構成を簡略化して例示する断面図である。図９において、図１と同一部分については同一符号を付し、その説明は省略する場合がある。以下、本発明の第３の実施の形態に係る半導体装置６０について、本発明の第１の実施の形態に係る半導体装置１０と異なる部分についてのみ説明をする。
図９に示す半導体装置６０において、複数の半導体モジュール２０が、第１主面３０Ｂの複数の半導体モジュール搭載面３０Ｂ１及び第２主面３０Ｃの複数の半導体モジュール搭載面３０Ｃ１に搭載されている点のみが、図１に示す半導体装置１０とは異なる。複数の半導体モジュール２０を、第１主面３０Ｂの複数の半導体モジュール搭載面３０Ｂ１及び第２主面３０Ｃの複数の半導体モジュール搭載面３０Ｃ１に搭載すると、半導体装置６０の応力中立面は、図３（ｂ）に示す応力中立面４０と略同一な位置になる。
なぜなら、本発明の第１の実施の形態に係る半導体装置６０における冷却器３０は、略点対称な形状であるため、冷却器３０単体における応力中立面４０は、冷却器３０の厚さ方向（Ｙ軸に平行な方向）の略中心部に位置している。半導体装置６０には、複数の半導体モジュール２０が、第１主面３０Ｂの複数の半導体モジュール搭載面３０Ｂ１及び第２主面３０Ｃの複数の半導体モジュール搭載面３０Ｃ１に搭載されているが、半導体装置６０は、冷却器３０単体と同様に略点対称な形状であるため、冷却器３０単体における応力中立面４０は、ほとんど移動しないからである。
又、図９に示す半導体装置６０の冷却器３０における第１主面３０Ｂの半導体モジュール搭載面３０Ｂ１と第２主面３０Ｃの半導体モジュール搭載面３０Ｃ２とに挟まれた領域の体積、及び、第１主面３０Ｂの半導体モジュール搭載面３０Ｂ２と第２主面３０Ｃの半導体モジュール搭載面３０Ｃ１とに挟まれた領域の体積は、図２（ａ）に示す従来の半導体装置１００の冷却器３００における第１主面３００Ｂと第２主面３００Ｃとに挟まれた領域の体積よりも小さいため、冷却器３０が凸状に反ろうとする力は、冷却器３００及が凸状に反ろうとする力よりも小さい。よって、本発明の第３の実施の形態に係る半導体装置６０は、本発明の第１の実施の形態に係る半導体装置１０と同様な効果を奏する。
本発明の第３の実施の形態に係る半導体装置６０によれば、冷却器３０の第１主面３０Ｂに、半導体モジュール搭載面３０Ｂ１及び３０Ｂ２を断面視ちどり状に設け、第２主面３０Ｃに、半導体モジュール搭載面３０Ｃ１及び３０Ｃ２を断面視ちどり状に設けている。そして、複数の半導体モジュール２０を、第１主面３０Ｂの複数の半導体モジュール搭載面３０Ｂ１及び第２主面３０Ｃの複数の半導体モジュール搭載面３０Ｃ１に搭載している。その結果、半導体モジュール搭載面下部の体積が小さくなるため、熱に起因して冷却器３０が反ろうとする力を低減することが可能となり、半導体素子２１、第１の接合材２２、絶縁基板２３、第２の接合材２４、放熱板２５、第３の接合材２６に加わる応力が減少する。従って、接合材として、はんだや鑞等の柔軟性を有さない材料を用いた場合でも、半導体素子２１、第１の接合材２２、絶縁基板２３、第２の接合材２４、放熱板２５、第３の接合材２６にクラックが発生し難くすることができる。
又、本発明の第３の実施の形態に係る半導体装置６０によれば、半導体装置６０の応力中立面は、半導体装置６０（冷却器３０）の厚さ方向（Ｙ軸に平行な方向）の略中心部に位置している。その結果、半導体装置６０における応力中立面の上下方向（Ｙ軸に平行な方向）の反りが相互に打ち消し合い全体的な反りがほとんど生じないため、熱に起因して冷却器３０が反ろうとする力を大幅に低減することが可能となり、半導体素子２１、第１の接合材２２、絶縁基板２３、第２の接合材２４、放熱板２５、第３の接合材２６に加わる応力が減少する。従って、接合材として、はんだや鑞等の柔軟性を有さない材料を用いた場合でも、半導体素子２１、第１の接合材２２、絶縁基板２３、第２の接合材２４、放熱板２５、第３の接合材２６にクラックが発生し難くすることができる。
又、本発明の第３の実施の形態に係る半導体装置６０によれば、複数の半導体モジュール２０を、冷却器３０の第１主面３０Ｂの複数の半導体モジュール搭載面３０Ｂ１及び第２主面３０Ｃの複数の半導体モジュール搭載面３０Ｃ１に搭載しているため、本発明の第２の実施の形態に係る半導体装置５０と同数の半導体モジュール２０を搭載しているにもかかわらず、本発明の第２の実施の形態に係る半導体装置５０よりも（Ｙ軸に平行な方向に）薄型化することができる。
なお、本発明の第３の実施の形態に係る半導体装置６０に対して、本発明の第１の実施の形態に係る半導体装置１０に対する第１の変形例〜第４の変形例と同様な変形を施すことが可能であり、本発明の第１の実施の形態に係る半導体装置１０に対して第１の変形例〜第４の変形例を施した場合と同様な効果を奏する。
以上、本発明の好ましい実施の形態及びその変形例について詳説したが、本発明は、上述した実施の形態及びその変形例に制限されることはなく、本発明の範囲を逸脱することなく、上述した実施の形態及びその変形例に対して種々の変形及び置換を加えることができる。
例えば、本発明の各実施の形態及びその変形例において、本発明に係る半導体装置を構成する冷却器の第１主面及び第２主面に半導体モジュール搭載面を4個ずつ設ける例を示したが、本発明に係る半導体装置を構成する冷却器の第１主面及び第２主面に設ける半導体モジュール搭載面は4個には限定されず、ｎ個（ｎ≧２）とすることができる。
又、本発明の各実施の形態及びその変形例において、半導体モジュールは、半導体素子と、第１の接合材と、絶縁基板と、第２の接合材と、放熱板と、第３の接合材とから構成されるとして説明をしたが、本発明は、冷却器の形状に特徴を有するものであるから、半導体モジュールの構成には影響されずに、本発明の各実施の形態及びその変形例において説明した所定の効果を奏する。従って、半導体モジュールの構成は、本発明の各実施の形態及びその変形例において例示した構成には限定されない。
又、半導体モジュールは、本発明の各実施の形態及びその変形例において例示した以外の態様で、本発明に係る半導体装置を構成する冷却器の第１主面及び第２主面における半導体モジュール搭載面に搭載しても構わない。例えば、半導体モジュールを第１主面の全ての半導体モジュール搭載面及び第２主面の一部の半導体モジュール搭載面に搭載する、又は、半導体モジュールを第１主面及び第２主面の全ての半導体モジュール搭載面に搭載するが如くである。
又、本発明の各実施の形態及びその変形例において、本発明に係る半導体装置を構成する冷却器上に同一の半導体モジュールを複数個搭載する例を示したが、異なる半導体モジュールを搭載しても構わない。
又、本発明に係る半導体装置を構成する冷却器の対称性を保つためには、第１主面の断面視凹部の底面のＸ軸方向の長さと断面視凸部の頂面のＸ軸方向の長さ、及び、第２主面の断面視凹部の底面のＸ軸方向の長さと断面視凸部の頂面のＸ軸方向の長さが等しいことが好ましいが、第１主面の断面視凹部の底面のＸ軸方向の長さと断面視凸部の頂面のＸ軸方向の長さ、及び、第２主面の断面視凹部の底面のＸ軸方向の長さと断面視凸部の頂面のＸ軸方向の長さは等しくなくても構わない。このような場合でも、本発明に係る半導体装置を構成する冷却器における応力中立面の位置が、従来の半導体装置を構成する冷却器における応力中立面の位置と比較して、冷却器の中心部近傍に位置していれば、本発明の各実施の形態及びその変形例において説明した所定の効果を奏する。
又、本発明に係る半導体装置を構成する冷却器の第１主面及び第２主面の断面視凹部と、断面視凹部に隣接する断面視凸部との境界部の形状は、本発明の各実施の形態及びその変形例において例示した形状には限定されない。
又、本発明に係る半導体装置を構成する冷却器は、隣接する冷媒流路間に所定の形状のフィンを有するが、本発明は、冷却器の有するフィンの形状には関係なく、本発明の各実施の形態及びその変形例において説明した所定の効果を奏する。従って、フィンの形状は、どのようなものでも構わない。
本発明の第１の実施の形態に係る半導体装置１０の概略の構成を簡略化して例示する断面図である。 冷却器の形状と応力との関係を例示する断面図である。 応力中立面の位置を例示する断面図である。 本発明の第１の実施の形態の第１の変形例に係る半導体装置１１の概略の構成を簡略化して例示する断面図である。 本発明の第１の実施の形態の第２の変形例に係る半導体装置１２の概略の構成を簡略化して例示する断面図である。 本発明の第１の実施の形態の第３の変形例に係る半導体装置１３の概略の構成を簡略化して例示する断面図である。 本発明の第１の実施の形態の第４の変形例に係る半導体装置１４の概略の構成を簡略化して例示する断面図である。 本発明の第２の実施の形態に係る半導体装置５０の概略の構成を簡略化して例示する断面図である。 本発明の第３の実施の形態に係る半導体装置６０の概略の構成を簡略化して例示する断面図である。
符号の説明
１０，１１，１２，１３，１４，５０，６０，１００，１１０ 半導体装置
２０ 半導体モジュール
２１ 半導体素子
２２ 第１の接合材
２３ 絶縁基板
２４ 第２の接合材
２５ 放熱板
２６ 第３の接合材
３０，３１，３２，３３，３４，３００，３１０ 冷却器
３０Ａ，３１Ａ，３２Ａ，３３Ａ，３４Ａ，３１０Ａ 冷媒流路
３０Ｂ 冷却器３０の第１主面
３０Ｂ１、３０Ｂ２ 第１主面３０Ｂに設けられた半導体モジュール搭載面
３０Ｃ 冷却器３０の第２主面
３０Ｃ１、３０Ｃ２ 第２主面３０Ｃに設けられた半導体モジュール搭載面
３１Ｂ 冷却器３１の第１主面
３１Ｂ１、３１Ｂ２ 第１主面３１Ｂに設けられた半導体モジュール搭載面
３１Ｃ 冷却器３１の第２主面
３１Ｃ１、３１Ｃ２ 第２主面３２Ｃに設けられた半導体モジュール搭載面
３２Ｂ 冷却器３２の第１主面
３２Ｂ１、３２Ｂ２ 第１主面３２Ｂに設けられた半導体モジュール搭載面
３２Ｃ 冷却器３２の第２主面
３２Ｃ１、３２Ｃ２ 第２主面３２Ｃに設けられた半導体モジュール搭載面
３３Ｂ 冷却器３３の第１主面
３３Ｂ１、３３Ｂ２ 第１主面３３Ｂに設けられた半導体モジュール搭載面
３３Ｃ 冷却器３３の第２主面
３３Ｃ１、３３Ｃ２ 第２主面３３Ｃに設けられた半導体モジュール搭載面
３４Ｂ 冷却器３４の第１主面
３４Ｂ１、３４Ｂ２ 第１主面３４Ｂに設けられた半導体モジュール搭載面
３４Ｃ 冷却器３４の第２主面
３４Ｃ１、３４Ｃ２ 第２主面３４Ｃに設けられた半導体モジュール搭載面
４０ 冷却器３０の応力中立面
４１ 半導体装置１０の応力中立面
３００Ｂ 冷却器３００の第１主面
３００Ｃ 冷却器３００の第２主面
４００ 冷却器３００の応力中立面
４１０ 半導体装置１００の応力中立面

Claims (10)

  1. 冷却器上に半導体素子を含む半導体モジュールが複数個搭載された半導体装置であって、
    前記冷却器は、第１主面及び前記第１主面と対向する第２主面を備え、前記第１主面及び前記第２主面には、複数の半導体モジュール搭載面が断面視ちどり状に設けられ、
    前記半導体モジュールは、前記半導体モジュール搭載面の一部又は全部に搭載されていることを特徴とする半導体装置。
  2. 前記半導体モジュールは、前記第１主面の断面視凹部の底面に位置する前記半導体モジュール搭載面のみに、又は、前記第２主面の断面視凹部の底面に位置する前記半導体モジュール搭載面のみに搭載されていることを特徴とする請求項１記載の半導体装置。
  3. 前記半導体モジュールは、前記第１主面の断面視凹部の底面に位置する前記半導体モジュール搭載面及び断面視凸部の頂面に位置する前記半導体モジュール搭載面に、又は、前記第２主面の断面視凹部の底面に位置する前記半導体モジュール搭載面及び断面視凸部の頂面に位置する前記半導体モジュール搭載面に搭載されていることを特徴とする請求項１記載の半導体装置。
  4. 前記半導体モジュールは、前記第１主面の断面視凹部の底面に位置する前記半導体モジュール搭載面及び前記第２主面の断面視凹部の底面に位置する前記半導体モジュール搭載面に搭載されていることを特徴とする請求項１記載の半導体装置。
  5. 前記冷却器の断面形状は、略点対称な形状であることを特徴とする請求項１乃至４の何れか一項記載の半導体装置。
  6. 前記冷却器の応力中立面の一方側の体積は、前記冷却器の前記応力中立面の他方側の体積と略等しいことを特徴とする請求項１乃至５の何れか一項記載の半導体装置。
  7. 前記半導体モジュール搭載面は、周期的に形成されていることを特徴とする請求項１乃至６の何れか一項記載の半導体装置。
  8. 前記第１主面及び前記第２主面の断面視凹部と、前記断面視凹部に隣接する前記断面視凸部との境界部の形状は、階段形状であることを特徴とする請求項１乃至７の何れか一項記載の半導体装置。
  9. 前記半導体モジュールは、前記半導体素子、絶縁基板、放熱板及びそれらを接合する接合材を含むことを特徴とする請求項１乃至８の何れか一項記載の半導体装置。
  10. 前記接合材は、はんだ又は鑞であることを特徴とする請求項９記載の半導体装置。
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