阅读说明：本技术 半导体模块以及使用该半导体模块的半导体装置 (Semiconductor module and the semiconductor device for using the semiconductor module ) 是由 宫坂利幸 于 2019-04-01 设计创作，主要内容包括：提供一种具有高破坏耐受量以防止螺纹紧固时的翘曲矫正所引起的树脂裂纹的半导体模块以及使用该半导体模块的半导体装置。半导体模块具备：绝缘电路基板,其在下表面具有第二金属层；密封树脂,其具有背面,以使第二金属层在背面暴露的方式密封绝缘电路基板,背面向下侧呈凸状地翘曲；以及筒状构件,其具有上部包埋于密封树脂的具有凹凸的中央外周面(第一外周面),在比中央外周面靠下部的位置具有比中外周面光滑的下部外周面(第二外周面),并且,下部外周面的下端的底面从密封树脂的背面暴露,下部外周面(第二外周面)的比下部外周面的下端靠上侧的至少一部分被密封树脂所密封,该筒状构件配置于比绝缘电路基板靠密封树脂的端部侧的位置。(A kind of semiconductor device preventing the semiconductor module and use of resin crackle caused by the warpage house of correction when screw threads for fastening semiconductor module with high destruction dosis tolerata is provided.Semiconductor module has: insulate electrical substrate, has second metal layer in lower surface；Sealing resin, with the back side, the sealed insulation circuit substrate in a manner of exposing second metal layer overleaf, the back side is to downside convex ground warpage；And cylindrical member, it is with the indent and convex central outer peripheral surface (the first outer peripheral surface) of tool that top is embedded in sealing resin, there is the lower, outer perimeter face (second outer peripheral surface) more smooth than middle outer peripheral surface by the position of lower part than central outer peripheral surface, and, the bottom surface of the lower end in lower, outer perimeter face is exposed from the back side of sealing resin, the at least part more upper than the lower end in lower, outer perimeter face in lower, outer perimeter face (the second outer peripheral surface) is sealed by sealing resin, which is configured at than insulate electrical substrate by the position of the end side of sealing resin.)

半导体模块以及使用该半导体模块的半导体装置

技术领域

本发明涉及一种搭载有功率半导体芯片的半导体模块以及使用该半导体模块的半导体装置。

背景技术

在将在内部配置有搭载有半导体芯片的绝缘电路基板、印刷电路板等的半导体模块安装到冷却器等外部装置时，有时在作为外部封装的树脂的端部设置固定孔，将螺钉***到该固定孔来进行安装。例如在将在内部树脂密封有绝缘电路基板等的半导体模块螺纹紧固到外部装置时，能够在固定孔与螺钉之间***有金属制的筒状构件，从而能够以较大的载荷拧紧螺钉。筒状构件具有以下功能：接受在螺钉周边局部地产生的过大的应力，防止密封树脂的裂纹。

作为筒状构件的例子，在专利文献1中公开了一种位于电抗器的外侧树脂部且由外周面未被加工的光滑的金属管构成的筒状的螺栓孔。另外，在专利文献2中公开了一种安装于半导体装置的塑料外壳的螺钉孔部的、外周面未被加工的光滑的环状金属配件。

另外，有时对筒状构件的整个外周面实施滚花加工等来设置凹凸构造，由此使筒状构件的表面的凹凸与周围的密封树脂进行机械啮合。例如，在专利文献3中公开了以下技术：对在半导体装置的树脂外壳的安装孔的内侧配置的金属圆筒的外周面实施滚花加工。另外，在专利文献4中公开了以下技术：对进气歧管等树脂成形品的筒状的嵌入金属配件的外表面实施滚花加工。另外，在专利文献5中公开了以下技术：对个人计算机等树脂制的合成树脂制的构件中埋入的筒状的固定金属配件的外周面实施滚花加工。

通过使用这种凹凸构造进行的啮合来增加接触面积，一体性提高，由此防止筒状构件从密封树脂脱落。作为凹凸构造的例子，例如在专利文献6中公开了一种使用于合成树脂、油灰等的筒状的嵌入金属配件，该嵌入金属配件的外周面被实施滚花加工，并且在筒的下端形成有环状凹部。

通常，由于半导体模块的每个结构部件的线膨胀系数或材料固有的线膨胀系数的不同、或者组装工序中的热历程，而导致半导体模块的密封树脂发生翘曲。当伴有翘曲的状态的半导体模块被螺纹紧固到外部装置时，能够通过螺钉的紧固力来矫正翘曲，但是同时在密封树脂的内部、特别是筒状构件的凹凸构造的周围承受局部地非常大的应力，由此产生树脂裂纹。

在专利文献7中公开了以下技术：在内燃机用的合成树脂材料制的燃料分配管体中一体地形成具有安装螺栓用的安装孔的安装部。在专利文献7的情况下，在外周面形成有凹凸面的金属制嵌入构件被嵌入成形到安装部，由此能够防止合成树脂材料制的安装部的裂纹等。但是，完全没有研究用于防止在半导体模块的螺纹紧固时对树脂的翘曲进行矫正所引起的树脂裂纹的具体解决方案。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2010-206104号公报

专利文献2：日本特开平09-139463号公报

专利文献3：日本特开平09-129823号公报

专利文献4：日本特开2001-300503号公报

专利文献5：实用新型登记3075051号公报

专利文献6：日本实开平05-058267号公报

专利文献7：日本实开平05-010776号公报

发明内容

发明要解决的问题

根据本发明人的进一步研究证实，特别是在将在具有凹凸构造的筒状构件的两端设置的密封树脂用螺钉拧紧的情况下，与筒状构件相邻的下部的区域承受的应力显著变大，容易产生树脂裂纹。

本发明是着眼于上述问题而完成的，其目的在于提供一种具有高破坏耐受量以防止螺纹紧固时的翘曲矫正所引起的树脂裂纹的半导体模块以及半导体装置。

用于解决问题的方案

为了解决上述问题，本发明所涉及的半导体模块的某个方式的宗旨在于，具备：绝缘电路基板，其在下表面具有金属层；密封树脂，其具有背面，以使金属层在背面暴露的方式密封绝缘电路基板，背面向下侧呈凸状地翘曲；以及筒状构件，其具有包埋于密封树脂的具有凹凸的第一外周面，在比第一外周面靠下部的位置具有比第一外周面光滑的第二外周面，并且，第二外周面的下端的底面从密封树脂的背面暴露，第二外周面的、比第二外周面的下端靠上侧的至少一部分被密封树脂所密封，该筒状构件配置于比绝缘电路基板靠密封树脂的端部侧的位置。

另外，本发明所涉及的半导体装置的某个方式的宗旨在于，具备：半导体模块，其具备绝缘电路基板、密封树脂以及筒状构件，其中，绝缘电路基板在下表面具有金属层，密封树脂具有背面，以使金属层在背面暴露的方式密封绝缘电路基板，该密封树脂以背面的端比背面的中央向上侧翘曲的方式被施力，筒状构件具有包埋于密封树脂的具有凹凸的第一外周面，在比第一外周面靠下部的位置具有比第一外周面光滑的第二外周面，并且，第二外周面的下端的底面从密封树脂的背面暴露，第二外周面的、比第二外周面的下端靠上侧的至少一部分被密封树脂所密封，该筒状构件配置于比绝缘电路基板靠密封树脂的端部侧的位置；导热材料，其被设置成与半导体模块的金属层的下表面接触；外部装置，其与导热材料接触；以及固定构件，其贯穿筒状构件，且固定于外部装置。

发明的效果

根据本发明，能够提供具有高破坏耐受量以防止螺纹紧固时的翘曲矫正所引起的树脂裂纹的半导体模块以及半导体装置。

附图说明

图1是示意性地说明本发明的实施方式所涉及的半导体模块的结构的概要的截面图。

图2的(a)是示意性地说明筒状构件的结构的概要的截面图。图2的(b)是从图2的(a)的A-A方向观察的截面图。图2的(c)是从图2的(a)的B-B方向观察的截面图。

图3是示意性地说明即将组装本发明的实施方式所涉及的半导体装置时的、具有翘曲的半导体模块和冷却器的概要的截面图。

图4是示意性地说明本发明的实施方式所涉及的半导体装置的结构的概要的截面图。

图5是从正面观察的本发明的实施方式所涉及的半导体装置的密封树脂的背面的底面图。

图6是示意性地说明第一比较例所涉及的半导体模块的结构的概要的截面图。

图7是示意性地说明第二比较例所涉及的半导体模块的结构的概要的截面图。

图8是表示测定对实施例、第一比较例及第二比较例所涉及的半导体模块进行螺纹紧固时的施加于应力集中部的应力的大小、树脂裂纹的有无以及筒状构件的脱落的有无所得到的结果的图。

图9是表示由于第一比较例所涉及的半导体模块的螺纹紧固而产生的树脂裂纹的状态的图像。

图10是表示由于第一比较例所涉及的半导体模块的螺纹紧固而产生的树脂裂纹的状态的图像。

图11是表示实施例、第一比较例及第二比较例所涉及的半导体模块的总模块变形量和累积故障率的图。

图12是示意性地说明第一变形例所涉及的半导体模块的结构的概要的截面图。

图13的(a)～图13的(c)是示意性地说明筒状构件的外周面的其它构造的概要的截面图。

附图标记说明

1、1a、1x、1y：半导体模块；2a、2b：绝缘电路基板；3：外部端子；4：印刷电路板；5：密封树脂；5a、5ax、5ay：固定孔；5b、5bx、5by：固定孔；6a、6ax、6ay：筒状构件；6b、6bx、6by：筒状构件；6c、6d、6e：筒状构件；7：导热材料；8：冷却器(外部装置)；8a：安装板；8a1、8a2：安装孔；8b：散热板；9a、9b：螺钉(固定构件)；10：半导体装置；12a、12b：树脂裂纹；15a、15b：应力集中部；21：绝缘板；22：第一金属层；23：第二金属层；61、61c、61d、61e：上部外周面；62：中央外周面；62a：突起部；62e：凹部；63：下部外周面；63a：凹凸面；63d、63e：下部外周面；hb1：半导体模块的翘曲量；hb2：冷却器的翘曲量；r：筒状构件的内径；R1：筒状构件的外径；R2：筒状构件的最大外径；w：突起部的突出宽度。

具体实施方式

下面说明本发明的实施方式。在下面的附图的记载中，对相同或类似的部分标注相同或类似的标记。但是，应该注意的是，附图是示意性的，厚度与平面尺寸的关系、各装置和各构件的厚度的比率等与实际不同。因而，应该参酌下面的说明来判定具体的厚度、尺寸。另外，在附图相互之间也包括彼此的尺寸的关系、比率不同的部分，这是理所当然的。另外，下面的说明中的“左右”、“上下”的方向只是便于说明的定义，并不对本发明的技术思想进行限定。因此，例如，如果将纸面旋转90度则“左右”与“上下”的叫法互换，如果将纸面旋转180度则“左”变为“右”、“右”变为“左”，这是理所当然的。

-半导体模块-

如图1所示，本发明的实施方式所涉及的半导体模块1具备一对绝缘电路基板2a、2b、将绝缘电路基板2a、2b密封于内部的长方体状的密封树脂5以及分别设置于密封树脂5的左右的两端的一对筒状构件6a、6b。半导体模块1例如是各种产业用或车载用半导体模块，是如下的功率半导体模块：分别配置在一对绝缘电路基板2a、2b上的未图示的半导体芯片被印刷电路板和未图示的布线所电连接，由此成为逆变器电路等的一部分。通过密封树脂5来使一对绝缘电路基板2a、2b与周围电绝缘。在图1中，示出了使用2个绝缘电路基板的事例，但是也可以将绝缘电路基板2a、2b构成为一个绝缘电路基板。

密封树脂5例如是使用热固性树脂来传递模塑成形的。关于在密封树脂5的内部并排设置的一对绝缘电路基板2a、2b，下面以图1的左侧的绝缘电路基板2a为代表来例示地进行说明。

绝缘电路基板2a具有由绝缘性大的陶瓷板等构成的绝缘板21、设置于绝缘板21的上表面的第一金属层22以及设置于绝缘板21的下表面的第二金属层23。第二金属层23的下表面形成绝缘电路基板2a的下表面，在密封树脂5的背面暴露。暴露的第二金属层23的下表面作为无散热用底座构造的半导体模块1中的散热面来发挥功能。

第一金属层22和第二金属层23能够由铜(Cu)、铝(Al)等制作而成。作为绝缘电路基板2a、2b，能够采用通过直接铜键合(Direct Copper Bonding，DCB)法制作的DCB基板、通过活性金属钎焊(Active Metal Brazing，AMB)工艺制作的AMB基板等。在本发明的实施方式所涉及的半导体模块1中，例示地使用AMB基板。

在第一金属层22的上部设置有多个凹部，在各个凹部的内侧，棒状的外部端子3借助焊料等接合构件竖立地设置成向上侧延伸，与外部之间输入输出的电流流过该外部端子3。多个外部端子3均是棒的中央部穿过设置于印刷电路板4的贯通孔，各个外部端子3的上端局部地暴露于密封树脂5的外部，向上方突出地延伸。半导体模块1与同半导体模块1连接的外部设备之间的输出电流、测定电流等流过外部端子3。

另外，虽然省略了图示，但是在密封树脂5的内部，在第一金属层22的上表面上，连接用的多个引脚端子借助焊料等竖立地设置成向上侧延伸。引脚端子也在各自的上部位置被压迫到印刷电路板4从而被一体地支承。并且，在第一金属层22的上表面上，借助焊料等搭载有半导体芯片，并且，在半导体芯片的上表面上也是，引脚端子借助焊料等竖立地设置成向上侧延伸。

作为形成半导体芯片的功率半导体元件，有绝缘栅极型双极晶体管(InsulatedGate Bipolar Transistor，IGBT)、金属氧化物半导体场效应晶体管(Metal OxideSemiconductor Field Effect Transistor，MOSFET)、二极管等。省略接合构件和半导体芯片等的图示。

一对筒状构件6a、6b以与设置于密封树脂5的两端的一对固定孔5a、5b的内侧面接触的方式安装，筒状构件6a、6b的内侧的贯通孔沿上下方向贯通图1的密封树脂5。向筒状构件6a、6b的贯通孔的内侧***用于将半导体模块1螺纹紧固到冷却器等外部装置来进行固定的螺钉。一对筒状构件6a、6b是彼此等效的构造，因此，下面以图1的左侧的筒状构件6a为代表来例示地说明。筒状构件6a是金属制的，筒状构件6a的上端面从密封树脂5的上表面暴露，与密封树脂5的上表面平齐。同样地。筒状构件6a的下端的底面也从密封树脂5的下表面暴露，与密封树脂5的下表面平齐。螺钉9a、9b相当于本发明的“固定构件”。

在图1沿上下方向延伸的筒状构件6a的外周面从上侧去向下侧主要由上部外周面61、中央外周面62以及下部外周面63这3个部分构成。

如图2的(a)所示，例如，筒状构件6a的内径r能够被设定为5.0mm左右，厚度t能够被设定为0.5mm左右，上部外周面61或下部外周面63的位置处的外径R1能够被设定为6.0mm左右。

上部外周面61位于中央外周面62的上侧，以与密封树脂5紧密接触的状态被包埋。上部外周面61的表面构成为比中央外周面62光滑，表面的截面形状平坦的区域连续地形成为固定的高度h₆₁。筒状构件6a的设置上部外周面61的部分的高度处的厚度t大致均匀。

下部外周面63位于中央外周面62的下侧，以与密封树脂5紧密接触的状态被包埋。下部外周面63也与上部外周面61同样地，表面构成为比中央外周面62光滑，表面的截面形状平坦的区域连续地形成为固定的高度h₆₃。如图2的(b)所示，筒状构件6a的设置下部外周面63的部分的高度处的厚度t与设置上部外周面61的部分的高度处的厚度t相同，大致均匀。下部外周面63相当于本发明的“第二外周面”。

中央外周面62位于筒状构件6a的上下方向的中央区域，在表面上紧密地配置有多个方锥状的突起部62a，由此设置有凹凸。多个突起部62a的根部位于上部外周面61和下部外周面63的表面的附近，顶部从上部外周面61和下部外周面63向外侧突出。

在图2的(a)中例示的中央外周面62的情况下，由多个突起部62a构成的凹凸区在上下方向上连续地形成为固定的高度h₆₂。具备凹凸的中央外周面62以与密封树脂5紧密接触的状态被包埋，由此筒状构件6a与密封树脂5牢固地贴合。筒状构件6a的中央外周面62相当于本发明的“第一外周面”。另外，如图2的(c)所示，例如，在中央外周面62的高度上穿过突起部62a的顶部的位置的最大外径R2能够被设定为7.0mm左右，突起部62a的突出宽度w能够被设定为0.25mm左右。

在此，能够通过以下的传递模塑成形等来制造出本发明的实施方式所涉及的半导体模块1：一对绝缘电路基板2a、2b和一对筒状构件6a、6b作为嵌入构件被配置于模具的内侧，向模具内流入熔融树脂到来进行一体成形。

如图3所示，在绝缘板21是陶瓷制的情况下，绝缘板21和绝缘板21周围的密封树脂5各自的材料的线膨胀系数大不相同。因此，当在下部包括绝缘板21的密封树脂5在传递模塑成形时被冷却后、两者一体地固化的情况下，固化后的半导体模块1向配置有绝缘板21的下侧呈凸状地翘曲。

图3中例示了密封树脂5的下表面(背面)伴有固定的翘曲量hb1地向下侧的冷却器8侧呈凸状地翘曲的状态的、即将被安装到冷却器8等时的半导体模块1。半导体模块1的翘曲量hb1如图3中以水平的虚线所例示的那样，是穿过筒状构件6a、6b各自的中央下端的直线L1与平行于直线L1的穿过密封树脂5的背面最低的位置的直线L2之间的高度方向上的差。在图3中，密封树脂5的背面的下端在左右方向上的中央位置处最低。

图3中例示的冷却器8是冷却片，其具备在上表面上安装半导体模块1的安装板8a以及在安装板8a之下彼此空出间隙地并排设置的多个散热板8b。冷却器8由铝等导热性优异的材料制作而成，与本发明的“外部装置”对应。

在图3的安装板8a的左右的两端附近分别设置有供螺钉***的安装孔8a1、8a2，在俯视时，安装孔8a1、8a2在与半导体模块1的密封树脂5的固定孔5a、5b的孔一致的位置开口。由于安装板8a的下表面侧的散热板8b的安装处理等而导致冷却器8的上表面(表面)也伴有固定的翘曲量hb2地向上侧的半导体模块1侧呈凸状地翘曲。此外，也有时冷却器8的上表面(表面)向上侧的半导体模块1侧呈凹状地翘曲。

冷却器8的翘曲量hb2是穿过安装板8a的安装孔8a1、8a2的上端的中心点的直线L4与平行于直线L4的穿过安装板8a的表面最高的位置的直线L3之间的高度方向上的差。在图3中，安装板8a的表面的上端在左右方向上的中央位置处最高。翘曲量hb2在直线L3位于比直线L4靠半导体模块1侧的位置的情况下为正值，在直线L3位于比直线L4远离半导体模块1的位置的情况下为负值。

在将半导体模块1与冷却器8借助筒状构件6a、6b螺纹紧固为一体时，首先，密封树脂5的背面的最低的下端的位置与安装板8a的表面的最高的上端的位置相重合。然后，螺纹紧固的紧固力被施加到密封树脂5的两端，使得密封树脂5的背面和安装板8a的表面的彼此相向的区域从重合的位置的周围去向半导体模块1的两端地被缚在一起。如图4所示，半导体模块1和冷却器8被一体化，由此组装出提高了散热性能的半导体装置。

在组装时，设置成在半导体模块1与冷却器8之间***散热膏、散热片或焊料之类的用于促进热向冷却器8侧传递的导热材料7。导热材料7只要至少配置于第二金属层23的背面即可。也可以是，导热材料7与半导体模块1的密封树脂5的整个背面(下表面)贴合，并且与冷却器8的安装板8a的表面(上表面)贴合。如果这样，则密封树脂5的整个背面隔着导热材料7来与冷却器8的安装板8a贴合，因此能够扩大导热面积。

将图3与图4进行比较则可知，在组装后的半导体装置10中，外观上半导体模块1和冷却器8的安装面贴合，组装前的翘曲被矫正成接近零(zero)值。另一方面，在内部，由于矫正，密封树脂5的背面的左右的两端的区域以比中央向上侧翘曲的方式被施力。

将半导体模块1安装到外部装置(冷却器8)后的状态的翘曲量hb3是穿过将半导体模块1安装到外部装置(冷却器8)后的筒状构件6a、6b各自的中央下端的直线L1与平行于直线L1的穿过密封树脂5的背面上的离直线L1最远的位置的直线L2之间的高度方向上的差。翘曲量hb1及hb3在直线L1位于比直线L2接近半导体模块1的侧的位置的情况下为正的值，在直线L1位于比直线L2远离半导体模块1的位置的情况下为负的值。

在本发明的实施方式中，关于通过半导体模块1的螺纹紧固来矫正的量，将从将半导体模块1安装到外部装置(冷却器8)前的状态的翘曲量hb1减去将半导体模块1安装到外部装置(冷却器8)后的状态的翘曲量hb3(省略图示)所得到的值定义为“总模块变形量”。

本发明所涉及的半导体模块的安装到外部装置(冷却器8)后的密封树脂5的背面可能为以下两种情况：如图3所例示的那样向下侧呈凸状地翘曲；如图1所例示的那样平坦，不伴有翘曲。冷却器8可能为以下情况：冷却器8的表面向上侧呈凸状地翘曲；不伴有翘曲；冷却器8的表面向下侧呈凸状地翘曲。

例如，在密封树脂5的长方体的长边为5cm左右的情况下，总模块变形量如100μm左右～350μm左右那样为微小的水平，但是伴随翘曲的矫正而施加于密封树脂5的内部的应力的影响非常大。特别是，当在用于拧紧螺钉的固定孔5a、5b的内侧使用具有包含突起部62a的凹凸构造的筒状构件6a、6b时，密封树脂5内部的与两端的筒状构件6a、6b相邻的下部的区域承受的应力显著变大。下面，将该密封树脂5的两端的下部的比固定孔5a、5b靠外侧的、容易产生树脂裂纹的区域定义为“应力集中部”。在图4中，利用在密封树脂5的两端用虚线围起来的区域来例示了应力集中部15a、15b。

如图5所示，在应力集中部15a、15b的厚度即沿筒状构件6a、6b的径向测出的密封树脂5的厚度比其它区域薄，因此在拧紧螺钉时应力易于集中。除此以外，如图5的虚线箭头所例示的那样，在拧紧螺钉时，应力以如下方式作用：使密封树脂5的比筒状构件6a、6b靠外侧的薄的部分的应力集中部15a、15b绕到筒状构件6a、6b的圆筒的左右，密封树脂5被向内侧牵拉。

由于像这样树脂部分的厚度薄且拧紧螺钉，应力集中部15a、15b大幅地承受应力。因此，容易以与固定孔5a的内壁面之间形成界面的、筒状构件6a的中央外周面62的凹凸构造的突起部62a的突端为起点来产生树脂裂纹，半导体装置10的质量由于树脂裂纹而大幅劣化。

为了防止该树脂裂纹，在本发明的实施方式所涉及的半导体模块1中，有意地将筒状构件6a、6b的下部外周面63构成为光滑，并且将该下部外周面63与密封树脂5的成为应力集中部15a、15b的两端的下部相向地配置。在通过拧紧螺钉来矫正半导体模块1和冷却器8之间的翘曲时，下部外周面63缓解集中于应力集中部15a、15b的应力。

同时，在筒状构件6a、6b中具有凹凸构造的中央外周面62被设置有固定的高度h₆₂，因此防止由于在拧紧螺钉时沿着贯通孔的轴向施加的力而筒状构件6a、6b从固定孔5a、5b脱落。这样，在1个筒状构件6a的外周面中，组合地配置具有凹凸构造的中央外周面62和光滑的下部外周面63，由此平衡良好地实现防止密封树脂5的树脂裂纹以及防止筒状构件6a从密封树脂5脱落。

并且，在本发明的实施方式所涉及的半导体模块1中，以进一步提高该防止树脂裂纹与防止脱落之间的平衡为目的，下部外周面63的高度h₆₃被设定成处于相对于整体高度(h₆₁+h₆₂+h₆₃)而言的适当比例。

[实施例1]

接着，针对集中于被螺纹紧固的半导体模块1的应力集中部15a、15b的应力的大小进行仿真分析。具体地说，设定以下的情况：以固定的载荷将包括具有约65μm的翘曲量hb1的密封树脂5的半导体模块1以用螺钉拧紧的方式紧固到平板。

另外，将固化状态下的密封树脂5的弯曲强度设定为95.8MPa。而且，将如下的半导体模块设定为实施例所涉及的半导体模块1：在具有所设定的条件的密封树脂5的两端设置有筒状构件6a、6b，该筒状构件6a、6b具有组合地配置有具有凹凸构造的中央外周面62以及光滑的下部外周面63的外周面。

另外，如图6所示，第一比较例所涉及的半导体模块1x在以下方面与实施例所涉及的半导体模块1相同：筒状构件6ax、6bx分别固着地设置于在密封树脂5的两端设置的固定孔5ax、5bx的内壁面。但是，在以下方面与实施例所涉及的半导体模块1不同：一对筒状构件6ax、6bx的外周面并不如实施例那样在上下方向上由3个部分构成，而是在上下方向上的整个外周面紧密地设置有突起部62a，完全没有设置用于缓解向应力集中部15a、15b的应力集中的光滑的外周面。第一比较例所涉及的半导体模块1x的其它结构与使用图1～图5说明的半导体模块1中的同名的构件等效。

另外，如图7所示，第二比较例所涉及的半导体模块1y在以下方面与实施例所涉及的半导体模块1相同：筒状构件6ay、6by分别固着地设置于在密封树脂5的两端设置的固定孔5ay、5by的内壁面。但是，在以下方面与实施例所涉及的半导体模块1不同：一对筒状构件6ay、6by的外周面并不如实施例那样在上下方向上由3个部分构成，而是整个外周面构成为光滑，完全没有设置用于防止筒状构件6ay、6by的脱落的凹凸构造。第二比较例所涉及的半导体模块1y的其它结构也与使用图1～图5说明的半导体模块1中的同名的构件等效。

将用于安装实施例、第一比较例以及第二比较例所涉及各个半导体模块的平板设定为被加工成安装面向半导体模块侧呈凸状弯曲地翘曲的、所谓的R平板。而且，将R平板的翘曲量看作冷却器8的翘曲量hb2，设定为约100μm。从安装到R平板前的半导体模块1的翘曲量hb1约65μm减去安装到R平板后的半导体模块1的翘曲量hb3所得到的值为总模块变形量。在此，R平板比半导体模块1牢固而不变形，因此将安装到R平板前的半导体模块1的翘曲量hb1即约65μm与R平板的翘曲量hb2即约100μm之和即约165μm的翘曲量看作实际的半导体装置的安装面之间的总模块变形量。另外，将矫正翘曲的螺纹紧固中的螺钉拧紧载荷设定为1.75kN。图8中示出了在以上的条件下针对在实施例、第一比较例以及第二比较例各自所涉及的半导体模块的应力集中部15a、15b处集中的应力的大小进行分析所得到的结果。

如图8所示，在实施例所涉及的半导体模块1的情况下，应力集中部15a所承受的应力为66.8MPa，应力集中部15b所承受的应力为69.5MPa。另一方面，在第一比较例所涉及的半导体模块1x的情况下，应力集中部15a所承受的应力为119.3MPa，应力集中部15b所承受的应力为124.9MPa，非常大。另外，在第二比较例所涉及的半导体模块1y的情况下，应力集中部15a所承受的应力为64.9MPa，应力集中部15b所承受的应力为69.3MPa。

另一方面，除了仿真分析以外，还进行设想了螺钉拧紧载荷的筒状构件压入强度试验。实际准备实施例所涉及的半导体模块1，对使螺钉拧紧载荷为小于1.75kN的值且互不相同的值来进行了螺纹紧固的多个模式中的树脂裂纹和筒状构件6a、6b的脱落的有无进行了评价。在图8中将评价结果与进行仿真分析所得到应力的数值并排表示。在实施例的情况下，实际上几乎不产生树脂裂纹，并且也不发生筒状构件6a、6b的脱落。

另外，针对第一比较例所涉及的半导体模块1x，也对在与实施例的情况相同的条件下进行了螺纹紧固时的树脂裂纹和筒状构件6ax、6bx的脱落进行了评价。如图8所示，在完全没有设置用于缓解应力集中的光滑的外周面的第一比较例的情况下，完全不发生筒状构件6ax、6bx的脱落，但是在螺钉拧紧载荷为约1.19kN的情况下以及为约1.15kN的情况下，实际产生了树脂裂纹。

图9中例示了密封树脂5的应力集中部15a中产生了以突起部62a为起点的树脂裂纹12a的状态。另外，图10中例示了在应力集中部15a与供螺钉9a***的筒状构件6ax之间的密封树脂5的侧壁面产生了树脂裂纹12b的状态。此外，对于图9的树脂裂纹12a的线和图10的树脂裂纹12b的线，标注了黑色来进行强调，以便于明确裂纹的位置。

另外，针对第二比较例所涉及的半导体模块1y，也对在与实施例及第一比较例的情况相同的条件下进行了螺纹紧固时的树脂裂纹和筒状构件6ay、6by的脱落进行了评价。

如图8所示，在完全没有设置用于防止筒状构件6ay、6by的脱落的凹凸构造的第二比较例的情况下，在螺钉拧紧载荷为约0.09kN的情况下以及为约0.04kN的情况下，实际发生了筒状构件6ay、6by的脱落。像这样在螺钉拧紧载荷为非常小的值时发生筒状构件6ay、6by的脱落是源于完全未设置凹凸构造，这是由于与密封树脂5之间的贴合力非常小。

接着，测定出使实施例、第一比较例以及第二比较例所涉及的半导体模块各自的总模块变形量增减地变化来实施螺纹紧固时的累积故障率F(t)[％]。累积故障率F(t)是密封树脂5产生树脂裂纹从而被破坏的半导体模块的个数相对于测定对象的半导体模块的总数的比例。

如图11所示，与完全没有设置光滑的外周面的第一比较例的情况相比，在实施例所涉及的半导体模块1的情况下，即使对相同的总模块变形量进行矫正，也能够将累积故障率F(t)抑制得非常低。例如，在总模块变形量为约165μm的情况下，第一比较例所涉及的半导体模块1x的累积故障率F(t)为约10％，以10个产品中有1个的概率产生树脂裂纹。

但是，在实施例所涉及的半导体模块1的情况下，即使总模块变形量为约165μm，累积故障率F(t)也是0.01％，其概率是10,000个产品中有1个产生树脂裂纹，能够防止9,999个产品的树脂裂纹。换言之，在完全不设置光滑的外周面而在整面设置突起部62a的第一比较例的情况下，如图11所示，为了将累积故障率F(t)抑制为0.01％以下，只能将总模块变形量为约127μm以下的半导体装置作为螺纹紧固对象。

在本发明的实施方式所涉及的半导体装置10的情况下，总模块变形量被抑制为165μm以下。因此，能够将半导体装置10的累积故障率F(t)抑制得非常低，低至0.01％以下。

根据本发明的实施方式所涉及的半导体模块1，在密封树脂5的两端设置筒状构件6a、6b，该筒状构件6a、6b在内侧被***螺钉9a、9b，具有组合地配置有具有凹凸构造的中央外周面62以及光滑的下部外周面63的外周面。下部外周面63缓解与通过将半导体模块1与冷却器8之间连结的螺纹紧固来进行的半导体模块1的翘曲矫正相伴地集中于密封树脂5的应力集中部15a、15b的大的应力。

因此，能够可靠地防止在通过拧紧螺钉来矫正半导体模块1向下侧呈凸状地翘曲的形状时易于从筒状构件6a、6b的凹凸构造的突起部62a延伸的树脂裂纹的产生。因此，能够实现充分确保半导体模块1与冷却器8之间的结合力、同时具备高破坏耐受量以防止螺钉拧紧时的翘曲矫正所引起的树脂裂纹的半导体装置10。

在此，例如，还考虑了对比两端的固定孔5a、5b靠外侧的区域加宽宽度来增加厚度以提高密封树脂5的强度的方法，但是产品尺寸变大，在小型化的方面产生不利。但是，根据本发明的实施方式所涉及的半导体模块1，在提高破坏耐受量时，仅变更与密封树脂5的应力集中部15a、15b相向的筒状构件6a、6b的下部的区域的结构即可，无需进行大规模的尺寸变更，因此在半导体模块的小型化的方面非常有利。因此，即使是使用与以往同等的尺寸水平的半导体模块1的情况，也能够抑制成本地实现对于螺纹紧固时的树脂裂纹具有高破坏耐受量的半导体装置10。

另外，在本发明的实施方式所涉及的半导体模块1中，筒状构件6a、6b的光滑的下部外周面63被配置成与密封树脂5的端部的应力集中部15a、15b相向。因此，能够缓解易于产生树脂裂纹的密封树脂5的应力集中部15a、15b处的内部应力的集中。

另外，在本发明的实施方式所涉及的半导体模块1中，相对于整个筒状构件6a、6b的高度(h₆₁+h₆₂+h₆₃)适当调整下部外周面63的高度h₆₃、使得能够平衡良好地兼顾缓解应力集中部15a、15b处的应力集中以及防止筒状构件6a、6b脱落即可。

另外，在本发明的实施方式的一例所涉及的半导体装置10中，半导体模块1的总模块变形量被控制为165μm以下。而且，关于半导体装置10，通过分别调整安装到冷却器8前的半导体模块1的翘曲量和冷却器8的翘曲量、使得安装到冷却器后的半导体模块1的总模块变形量为规定的值以下，能够使累积故障率F(t)为0.01％以下。期望的是，使被安装到冷却器8后的半导体模块1的总模块变形量为165μm以下。

<第一变形例>

在图1所示的半导体模块1的情况下，筒状构件6a、6b的下部外周面63整体光滑。但是，虽然光滑的下部外周面63的区域是整体包埋于密封树脂5的，但是只要达到固定的贴合性则不限定于此，并未排除至少一部分包埋于密封树脂5的方式。

如图12所示，在第一变形例所涉及的半导体模块1a中，也可以是，下部外周面63(第二外周面)的与绝缘电路基板2a相向的部分的侧面设置有比下部外周面63(第二外周面)的与密封树脂的端部相向的部分的侧面粗糙的凹凸面。即，在密封树脂5的两端的下部，仅在筒状构件6a的外侧的与应力集中部15a相向的部分的侧面设置光滑的应力缓解构造，在内侧的与绝缘电路基板2a相向的部分的侧面63a将凹凸构造设置到筒状构件6a、6b的下端为止。第一变形例所涉及的半导体模块1a的除筒状构件6a、6b以外的其它结构与使用图1～图11说明的半导体模块1中的同名的构件分别等效，因此省略重复说明。

根据第一变形例，仅在与应力集中部15a相向的部分的侧面设置光滑的应力缓解构造，在与绝缘电路基板2a相向的部分的侧面设置凹凸构造，因此能够在维持树脂裂纹的防止效果的同时提高筒状构件6a、6b的脱落防止效果。第一变形例所涉及的半导体模块1a的其它效果与使用图1～图11说明的半导体模块1的情况相同。

-其它实施方式-

利用上述的公开的实施方式对本发明进行了说明，但是不应理解为构成该公开的一部分的论述和附图对本发明进行限定。应该认为，本领域技术人员根据该公开会明确各种代替实施方式、实施例以及应用技术。例如，作为外部装置，只要是供半导体模块1进行螺纹紧固的对象物即可，不限定于冷却器8。另外，冷却器8只要能够对半导体模块1进行散热即可，也可以是冷却片以外的构造，空冷或水冷等冷却方式的种类也没有限定。

另外，作为筒状构件，只要如下即可：在外周面的上部设置有包埋于密封树脂5且具有凹凸的第一外周面，在外周面的下部设置有比上部光滑的下部外周面63，第二外周面的下端从密封树脂5的背面暴露。上下方向上的被分割为3个的各个区域的形状能够在不脱离本发明的宗旨的范围内适当变更。如图13的(a)所示，也可以是上部外周面61c不光滑而是具有凹凸的筒状构件6c。通过上部外周面61c具有凹凸，能够进一步提高筒状构件6c与密封树脂5之间的贴合性。

另外，也可以如图13的(b)所例示的筒状构件6d那样，上部外周面61d具有凹凸，并且，下部外周面63d光滑且处于与上侧的中央外周面62的突起部62a的顶部相同的位置或者从顶部向外侧突出。另外，也可以如图13的(c)所例示的筒状构件6e那样，上部外周面61e和下部外周面63e光滑，在上部外周面61e与下部外周面63e之间设置比上部外周面61e和下部外周面63e凹陷的凹部62e。在筒状构件6e中，外周面的截面形状整体呈U字状来实现凹凸构造，由此提高与密封树脂5之间的贴合性。此外，凹部62e的截面形状不限定于U字状，也可以是V字状等其它形状。另外，也可以设置多个凹部62e来进一步提高贴合性。

另外，密封树脂5的形状不需要严格地为长方体状，能够适当变更。例如，也可以将配置筒状构件的两端的区域的上下方向的厚度构成为比中央薄，由此在中央与两端之间形成台阶。

另外，本发明不限定于应用于绝缘电路基板2a、2b等通过一体成形来树脂密封于内部的情况，即使是在将绝缘电路基板2a、2b等收纳于树脂制的外壳的内侧的基础上进行树脂密封的情况，也能够应用。例如，即使是借助在外壳的树脂的端部设置的筒状构件来***螺钉从而将半导体模块安装到外部装置的情况，也能够通过将筒状构件的外周面的下部构成为光滑来防止外壳的树脂裂纹。

另外，部分地将图1～图13所示的半导体模块和半导体装置的构造进行组合也能够实现本发明所涉及的半导体模块和半导体装置。如以上那样，本发明包括上述没有记载的各种实施方式等，并且本发明的技术范围由基于上述的说明而适当的权利要求书所涉及的发明技术特征来决定。