半导体装置 本申请是申请日为 2005 年 11 月 11 日， 申请号为 200510119472.X， 发明名称为 “半 导体装置” 的申请的分案申请
技术领域 本发明涉及包括通过密封与热辐射金属板连接的半导体元件而制作的半导体模 块的半导体装置， 所述热辐射金属板的表面通过致冷剂冷却， 并且还涉及包括半导体模块 堆叠的半导体装置。
背景技术
这种类型的半导体装置通常包括半导体模块， 所述半导体模块包含至少一个半导 体元件、 至少一个金属板以及一个密封部件， 所述至少一个金属板与所述半导体元件热连 接以传导来自所述半导体元件的热， 所述密封部件用于以这样方式包含和密封所述半导体 元件以及金属板， 以便暴露金属板的热辐射表面。 所述金属板的辐射表面通过致冷剂冷却。
该半导体装置这样配置， 以便容易辐射在半导体元件中所产生的热。 因此， 例如所 述半导体装置用于功率转换器。在最近几年， 对于低成本和小尺寸的这种装置的需求正在 增加。
已经提出了具有用于热辐射的简单冷却结构的常规半导体装置， 其中用密封部件 密封的半导体模块被固定在机壳中的上壁和底板上， 以在半导体模块和所述机壳之间形成 致冷剂通路 ( 参见日本未审查的专利申请， 公开号 No.2004-119667)。
然而， 常规技术的致冷剂通路形成在所述半导体模块和所述机壳之间， 因此需要 用于布置机壳所需的空间， 从而与半导体模块相比相应增加了所述装置的尺寸。 发明内容 考虑到上面的问题， 本发明的目的在于， 在包括至少一个半导体模块的半导体装 置中实现一种紧凑、 简单的冷却结构， 所述半导体模块包含与热辐射金属板连接的半导体 元件， 所述半导体元件使用密封部件密封， 其中所述金属板的热辐射表面通过致冷剂冷却。
根据本发明， 为了实现该目标， 提供了一种包括至少一个半导体模块 (1) 的半导 体装置， 所述半导体模块 (1) 包含 ： 半导体元件 (11， 12) ； 与半导体元件 (11， 12) 热连接的 金属板 (20， 30)， 用于传导来自半导体元件 (11， 12) 的热 ； 以及密封部件 (50)， 用于以这样 的方式覆盖和密封半导体元件 (11， 12) 和金属板 (20， 30)， 以便暴露金属板 (20， 30) 的热辐 射表面 (21， 31)， 其中金属板 (20， 30) 的热辐射表面 (21， 31) 使用致冷剂冷却， 并且其中一 部分密封部件形成为其中流经致冷剂的致冷剂通路 (53)。
考虑到半导体模块 (1) 的一部分密封部件 (50) 形成为致冷剂通路 (53)， 因此省略 了现有技术中所需的诸如冷却管和机壳的附加部分， 因此可以减小半导体装置的尺寸。
根据本发明， 在包括半导体模块 (1) 的半导体装置中可以实现一种紧凑、 简单的 冷却结构， 所述半导体模块 (1) 包含与金属板 (20， 30) 连接的半导体元件 (11， 12)， 所述半
导体元件 (11， 12) 使用密封部件 (50) 密封， 其中所述金属板 (20， 30) 的辐射表面 (21， 31) 通过致冷剂冷却。
密封部件 (50) 包含用于密封半导体元件 (11， 12) 和金属板 (20， 30) 的密封部分 (51)， 以及布置在密封部分 (51) 周围并且具有一个开口端的壁部分 (52)， 所述开口端定位 在远离金属板 (20， 30) 的热辐射表面 (21， 31) 的位置。所述密封部分 (51) 的开口 (53) 形 成为金属板 (20， 30) 和壁部分 (52) 之间的致冷剂通路。
可以布置所述壁部分 (52) 以使其围绕金属板 (20， 30) 的侧面。
所述密封部件 (50) 包含用于密封半导体元件 (11， 12) 和金属板 (20， 30) 的密封 部分 (51)， 以及布置在密封部分 (51) 周围并且具有一个开口端的壁部分 (52)， 所述开口端 定位在远离金属板 (20， 30) 的热辐射表面 (21， 31) 的位置。壁部分 (52) 的开口形成为致 冷剂通路。
所述密封部件 (50) 可以由树脂形成。
所述金属板 (20， 30) 的辐射表面 (21， 31) 可以是粗糙的。所述金属板 (20， 30) 的 辐射表面 (21， 31) 可以具有至少一个从同一表面伸出的鳍状物 (83)。通过这样做， 可以提 高所述半导体模块 (1) 的热辐射性能。 金属板 (20， 30) 的热辐射表面 (21， 31) 可以与半导体元件 (11， 12) 电绝缘。通过 这样做， 如果致冷剂是水或者类似的导电材料， 则半导体元件 (11， 12) 的电路可以被适当 地绝缘。在这样的情况下， 所述金属板 (20， 30) 的热辐射表面 (21， 31) 可以是形成在金属 板 (20， 30) 表面上的绝缘层 (21a， 31a) 的表面。
金属板 (20， 30) 的热辐射表面 (21， 31) 可以不被电绝缘。在致冷剂是诸如空气或 者油的电绝缘材料的情况下， 不需要将金属板 (20， 30) 的热辐射表面 (21， 31) 绝缘。
致冷剂通路的内壁表面可以使用具有抗致冷剂腐蚀性的薄膜 (84) 覆盖。通过这 样做， 有利地提高了抗致冷剂腐蚀性。
用于主电流 (60) 的电极端子可以从半导体模块 (1) 的一侧伸出， 控制端子 (70) 可以布置在半导体模块 (1) 的相对侧上。 根据本发明， 由于没有机壳的存在， 电极端子 (60) 和控制端子 (70) 可以从半导体模块 (1) 的两个相对侧沿着两个方向伸出。
在常规半导体装置中， 端子沿着两个相对方向伸出将增加机壳底板的密封点， 并 且使得结构和组装工作复杂化。因此， 所述端子常常是从半导体模块的仅仅一个方向中引 出。这样， 端子导线必须以一种间隔布置， 并且端子导线之间的绝缘距离不能大。因此， 为 了防止这种不方便的情况， 就不可避免地增加了装置尺寸。相反， 根据本发明的一个方面， 端子可以以两个方向布置， 因此可以有利地获得更加紧凑的装置。
多个半导体模块 (1) 可以被堆叠并且连接， 同时各个致冷剂通路 (53) 可以互相连 通。另外， 堆叠的半导体模块 (1) 可以互相连接， 同时各个致冷剂通路 (53) 可以互相连通， 并且同时， 每个半导体模块 (1) 可以在壁部分 (52) 的侧面或者端面连接。
在由堆叠的半导体模块配置的常规半导体装置中， 产生了下面的问题。 特别是， 鉴 于用于冷却半导体模块的诸如冷却管的冷却部件与半导体模块一起堆叠的事实， 所述堆叠 结构由不同类型的部件配置。 因此， 需要连接多个冷却管并且需要许多液体密封点， 从而使 得组装工作变得复杂化。此外， 为了通过向金属板的辐射表面挤压冷却部件从而保持所述 冷却部件和金属板的辐射表面互相接触， 需要挤压机构。 例如， 在多个冷却部件之间必须布
置诸如风箱的收缩部件。这使得装置变大并且使得结构复杂化。此外， 考虑到包括半导体 模块和冷却部件的不同类型的部件堆叠的事实， 它们之间的累积误差增加， 同样沿着堆叠 方向的厚度变化增加。这还产生了半导体模块的端子位置的变化， 从而使得很难把用于将 半导体装置安装在电路板上的端子放置在适当的位置中。
为了克服这样的问题， 根据本发明多个方面包括堆叠的半导体模块的半导体装置 产生下面所述的唯一效果。特别是， 由于半导体模块 (1) 的一部分密封部件 (50) 形成为致 冷剂通路， 通过连接单个的半导体模块 (1) 可以简单配置全部致冷剂通路。最终， 省略了现 有技术中使用的挤压机构和附加的冷却部件， 这样可以容易地实现冷却结构。 此外， 通过模 制密封部件 (50) 制作了半导体模块 (1)， 因此与现有技术相比， 可以容易实现非常高的外 部尺寸精度， 或者例如达到 ±0.1mm 或者更小的外部尺寸精度。因此， 即使在许多半导体模 块 (1) 连接的情况下， 相对于现有技术来讲端子的定位精度仍得到提高。
另外， 壁部分 (53) 的连接表面具有定位凹形或者凸形， 因此壁部分 (52) 容易互相 连接。
壁部分 (53) 可以通过粘附剂互相连接。
以这样的方式布置堆叠的半导体模块 (1)， 以使金属板 (20， 30) 的辐射表面 (21， 31) 互相相对放置并且每个都具有至少一个从中伸出的鳍状物 (83)。可以保持这样的关系 使得 hf ＜ D， 其中 hf 是鳍状物 (83) 的高度， D 是从金属板 (20， 30) 的热辐射表面 (21， 31) 至壁部分 (52) 的高度。 可替换的方案是， 所述关系可以是 hf ≥ D， 并且热辐射表面其中之一 和其它相对的热辐射表面之间的热辐射表面 (21， 31) 上的鳍状物位置不同。在这样的情况 下， 所述鳍状物 (83) 是从金属板 (20， 30) 的辐射表面 (21， 31) 中伸出的梳钉 (comb teeth) 形状， 位于辐射表面之一上的鳍状物 (83) 放置在其它相对辐射表面上的鳍状物 (83) 之间。 通过这样做， 堆叠的半导体模块 (1) 的形成在金属板 (20， 30) 的辐射表面 (21， 31) 上互相 成相对关系的鳍状物 (83) 有利防止了所述鳍状物之间互相干扰。
密封部件的壁部分的侧面形状可以是反向梯形。 通过结合壁部分的开口端以使其 连通所有致冷剂通路， 可以形成堆叠的半导体模块。 根据本发明的这个方面， 在半导体装置 用作电机逆变器 (inverter) 等的情况下， 半导体装置与诸如电机的旋转装置的相似性可 以减小接线距离， 简化连接并且有效地降低噪音。
另外， 堆叠的半导体模块 (1) 可以配置成电源电路。形成电源电路的输入连接导 线的第一母线 (91) 和第二母线 (92) 优选互相平行和相邻地布置。
绝缘部件 (94) 可以插入在第一母线 (91) 和第二母线 (92) 之间。可替换的方案 是， 通过绝缘部件 (95) 覆盖和密封第一母线 (91) 和第二母线 (92)。根据本发明的这些方 面， 具有使用绝缘部件 (94， 95) 的半导体装置结构， 在第一母线 (91) 和第二母线 (92) 之间 保证了电绝缘， 因此， 可以减小第一母线 (91) 和第二母线 (92) 之间的间隔， 从而使得有可 能有利地减小装置尺寸和寄生电感。
根据本发明的半导体装置还可至少包括使用密封部件密封并具有致冷部分的另 一组件模块。(85， 86， 87) 可以同组件模块半导体模块 (1) 堆叠在一起， 并一起通过致冷剂 冷却。
半导体模块 (1) 的金属板 (20， 30) 布置在半导体元件 (11， 12) 的至少一侧上， 只 有形成在半导体元件 (11， 12) 那一侧上的金属板 (20， 30) 的表面从密封部件 (50) 暴露。 金属板 (20， 30) 的这些暴露表面可以形成为热辐射表面 (21， 31)。
堆叠的半导体模块 (1) 的可见表面可以形成半导体模块 (1) 的印刷表面。通过这 样做， 即使在堆叠的半导体模块 (1) 中， 印刷表面也可被可视地检查， 并可以有利地确认序 列号等。
根据本发明的另一方面， 堆叠的半导体模块 (1) 通过布置在其端部的覆盖板 (80) 在挤压的情况下保持互相连接。每个相邻半导体模块 (1) 保持同 O 环 (82a) 接触以密封半 导体模块 (1) 之间的接触部分。最终， 通过经 O 环 (82a) 的接触挤压形成致冷剂通路， 因此 如果在多个堆叠的半导体模块 (1) 中包含有缺陷模块时， 所述缺陷模块可以被容易地替换 或修复。
上述括号内指明组件元件的附图标记指示了包括在随后将要描述实施例中的特 定装置相对应的实例。 附图说明 参考附图， 从所给出的优选实施例的下面描述中， 本发明的这些方面和其它方面 以及本发明的特征都会更加清楚， 其中 ：
图 1A 示意性地示出了根据本发明第一实施例的半导体装置的透视图 ； 图 1B 示出了沿着图 1A 中的线 A-A 截取的剖面图 ； 图 2 示意性地示出了根据第一实施例变型的热辐射表面附近的剖面放大图 ； 图 3A 示出了根据第一实施例包括多个相互连接半导体模块的半导体装置的结 图 3B 示出了沿着图 3A 中的线 B-B 截取的剖面图 ； 图 4 示意性地示出了根据本发明第二实施例的半导体装置的透视图 ； 图 5A 示出了沿着图 4 中的线 C-C 截取的剖面结构实例图 ； 图 5B 示出了沿着图 4 中的线 C-C 截取的剖面结构的另一实例图 ； 图 6A 示出了根据本发明第三实施例的半导体装置通常结构的透视图 ； 图 6B 示出了沿着图 6A 中箭头 A’ 截取的侧视图 ； 图 7A 示出了根据第三实施例包括多个相互连接半导体模块的半导体装置的结构；
构； 图 7B 示出了沿着图 7A 中的线 D-D 截取的剖面图 ；
图 8 示出了根据第三实施例变型的半导体装置的透视图 ；
图 9 示出了根据本发明第四实施例的半导体装置的剖面结构图 ；
图 10A 示出了根据本发明第五实施例的半导体装置通常结构的透视图 ；
图 10B 示出了沿着图 10A 中的线 E-E 截取的剖面图 ；
图 11 示出了根据第五实施例包括多个相互连接半导体模块的半导体装置通常结 构的剖视图 ；
图 12 示出了根据本发明第六实施例作为半导体装置的功率转换器通常结构的剖 视图 ；
图 13 示出了图 12 的功率转换器的等效电路图 ；
图 14A 示出了图 13 所示功率转换器的半导体模块详细布线结构的正视图 ；
图 14B 示出了图 14A 所示结构的顶视图 ； 图 14C 示出了等效电路图 ； 图 15A 示出了图 13 所示功率转换器的半导体模块配线结构另一实例的正视图 ； 图 15B 示出了图 15A 所示结构的顶视图 ； 图 15C 示出了等效电路图 ； 图 16 示出了第六实施例的第一变型图 ； 图 17 示出了第六实施例的第二变型图 ；具体实施方式
下面将结合附图描述本发明的实施例。在下面描述的每个实施例中， 为了简化说 明， 相同或等同组件部分分别使用相同的附图标记表示。
( 第一实施例 )
图 1A 示出了根据本发明第一实施例的半导体装置 100 通常结构的透视图。图 1B 示出了沿着图 1A 中的单点点画线 A-A 的剖面结构图。
如图 1A、 1B 所示， 根据本实施例的半导体装置 100 主要由半导体模块 1a 配置。
图 1A、 1B 示出的半导体模块 1 包括 ： 作为半导体元件的第一半导体芯片 11 和第二 半导体芯片 12 ； 作为第一金属板的下热沉 20 ； 作为第二金属板的上热沉 30 ； 插入在半导体 元件和下热沉 20 或上热沉 30 之间作为导电结点的焊料 41、 42 ； 以及作为密封部件的模制 树脂 50。
在根据本实施例的半导体模块 1a 中， 如图 1A 和 1B 所示， 第一半导体芯片 11 和第 二半导体芯片 12 相互平行地布置在平面上。尽管图 1B 中示出了两个半导体元件， 可替换 地， 也可包括仅一个半导体元件或者三个或更多个半导体元件。
在这种结构半导体模块 1a 中， 半导体芯片 11、 12 的背面 ( 图 1B 中的下表面 ) 和 下热沉 20 的上表面通过第一焊料 41 相互连接。
此外， 如图 1B 所示， 半导体芯片 11、 12 的正面 ( 图 1B 中的上表面 ) 和上热沉 30 的下表面通过第二焊料 42 相互连接。
上热沉 30 的底部伸向半导体芯片 11、 12， 伸出部分的表面与半导体芯片 11、 12 的 上表面通过第二焊料 42 分别相互连接。
在该上热沉 30 中， 尽管图 1A、 1B 中未示出， 上述伸出部分的功能是保证从半导体 芯片 11、 12 抽出的接合线的高度。伸出部分还起到保证半导体芯片 11、 12 与上热沉 30 之 间高度的作用。
用于半导体芯片 11、 12 的独立热沉块可以插在半导体芯片 11、 12 的上表面与上热 沉 30 之间， 替代伸出部分。
可以通过焊料等布置热沉块， 在这种情况下， 热沉块起到保证半导体芯片 11、 12 与上热沉 30 之间高度的作用。
根据本实施例， 任何广泛应用的无铅焊料， 诸如 Sn-Pb 或 Sn-Ag 焊料都可用作焊料 41、 42。
最终， 在上述结构中， 通过位于第一和第二半导体芯片 11、 12 正面上的上热沉 30 和第二焊料 42 辐射热， 同时， 热通过位于第一和第二半导体芯片 11、 12 背面上的下热沉 20和第一焊料 41 辐射。
如上所述， 使用金属板形成下热沉 20 和上热沉 30， 所述金属板热连接至作为半导 体元件的第一和第二半导体芯片 11、 12， 并传导来自半导体芯片 11、 12 的热。
在下热沉 20 中， 图 1B 中它的下表面为热辐射表面 21。另一方面， 在上热沉 30 中， 图 1B 中它的上表面为热辐射表面 31。如图 1A 和 1B 所示， 热辐射表面 21、 31 从模制树脂 50a 中暴露。
尽管没有特别限制， 第一半导体芯片 11 可以是诸如像 IGBT( 绝缘栅双极晶体管 ) 或晶闸管的功率半导体元件。
同样， 第二半导体芯片 12 可以是诸如 FWD( 自由旋转二极管 )。特别地， 第一和第 二半导体芯片 11、 12 可以具有诸如矩形薄板的形状。
在第一和第二半导体芯片 11、 12 的正面上形成诸如晶体管的电路元件， 而在其背 面上没有形成元件。
根据本实施例， 电极 ( 未示出 ) 形成在第一和第二半导体芯片 11， 12 的正面和背 面上。电极电连接至焊料 41 和 42。
第一和第二半导体芯片 11、 12 背面上的电极通过第一焊料 41 电连接至下热沉 20 或第一金属板， 而第一和第二半导体芯片 11、 12 正面上的电极通过第二焊料 42 电连接至上 热沉 30 或第二金属板。 下热沉 20 以及上热沉 30 由具有高热传导性和高导电性的金属制成， 诸如铜合金 或铝合金。此外， 例如， 可以使用矩形板形成下热沉 2 和上热沉 30。
用于主电流 60 的电极端子与下热沉 20 以及上热沉 30 集成在一起， 所述用于主电 流 60 的电极端子从模制树脂 50a 伸出。
电极端子 60 起到半导体芯片 11、 12 的引线电极的作用， 藉此半导体装置 100 可以 与外部导线诸如母线连接。
因此， 下热沉 20 和上热沉 30 形成为用作电极以及热辐射器的第一和第二金属板。 即， 下热沉 20 和上热沉 30 具有辐射来自半导体芯片 11、 12 的热和向半导体装置 100 的半 导体芯片 11、 12 导电的双重功能。
很明显的是， 通过使用导电粘附剂等等代替焊料 41， 42， 有可能实现半导体芯片 11、 12 和热沉 20、 30 之间的热连接和电连接。
半导体模块 1a 还具有控制端子 70， 所述控制端子 70 由半导体芯片 11、 12 周围的 引线框等形成。控制端子 70 通过模制树脂 50a 密封地固定， 并且所述端子 70 的每端都伸 出模制树脂 50。
每个控制端子 70 的端可以电连接至诸如外部控制电路板。从而， 半导体装置 100 电连接至控制电路板。
控制端子 70 包括参考端子或者与形成在半导体芯片 11、 12 表面上的信号电极 ( 诸如栅电极 ) 相连的端子。控制端子 70 通过结合线等 ( 未示出 ) 电连接至半导体芯片 11、 12。
用于主电流 60 的电极端子从半导体模块 1a 的一侧伸出， 控制端子 70 布置在半导 体模块 1a 的相对侧。换句话讲， 主电流电极端子 60 和控制端子 70 以两个相对方向布置在 半导体模块 1a 的两侧。
此外， 根据本实施例的半导体模块 1a 通过模制树脂 50a( 是密封部件 ) 以这样的 方式被密封或模制， 以便暴露热沉 20、 30 的热辐射表面 21、 31。特别地， 如图 1B 所示， 在热 沉对 20、 30 之间的间隙以及半导体芯片 11、 12 周围填充模制树脂 50。
普通模制材料诸如环氧树脂可以用于模制树脂 50。 热沉 20、 30 可以使用模制树脂 50a 通过诸如铸封 (potting) 或使用模压的转移模制的方法容易模制。
如上所述， 根据本实施例的半导体装置 100 基本包括半导体模块 1a， 所述半导体 模块 1a 包括 ： 作为半导体元件的半导体芯片 11、 12 ； 作为金属板的热沉 20、 30， 同半导体芯 片 11、 12 热连接以传导来自半导体芯片 11、 12 的热 ； 以及作为密封部件的模制树脂 50， 以 这样的方式封闭地密封半导体芯片 11、 12 和热沉 20、 30， 以便暴露热沉 20、 30 的热辐射表面 21、 31。
此外， 在根据本实施例的半导体装置 100 中， 半导体模块 1a 的热沉 20、 30 的热辐 射表面 21、 31 通过致冷剂冷却。致冷剂为诸如空气、 水或油的流体。特别地， 致冷剂为用于 其上安装了半导体装置 100 的汽车的冷却水或油。
上述的冷却结构对于本实施例是唯一的， 其中如图 1A、 1B 所示， 半导体模块 1a 的 一部分模制树脂 50a( 是密封部件 ) 用作致冷剂通路 53。 特别地， 如图 1A 和 1B 所示， 模制树脂 50a 包括用于密封半导体芯片 11、 12 和热沉 20、 30 的密封部分 51a， 和布置在密封部分 51a 周围并具有开口端 55a 的壁部分 52a， 所述开 口端 55a 的伸出超出了热沉 20、 30 的热辐射表面 21、 31。在本实施例中， 壁部分 52a 以环形 形状布置在热辐射表面 21、 31 周围。
在根据本实施例的半导体装置 100 中， 开口 53a 形成在壁部分 52 和密封部分 51 的热沉 20、 30 之间， 并且开口 53a 用作致冷剂通路。
模制树脂 50a 的结构可使用对模成型 (die molding) 等过程容易地实现。此外， 在模制树脂 50a 中， 密封部分 51a 和壁部分 52a 可以分开。例如， 在形成密封部分 51 后， 壁 部分 52a 可以通过结合等与密封部分 51a 集成形成。
接着， 将参考图 1A 和 1B 简要说明具有上述结构的半导体装置 100 的制作方法。
首先， 第一和第二半导体芯片 11、 12 被焊接在下热沉 20 的上表面上。在这种情况 下， 第一和第二半导体芯片 11、 12 每个通过诸如 Sn 的焊料箔片堆叠在下热沉 20 的上表面 上。
此后， 通过加热器加热该组件至高于焊料的熔点 ( 回流焊接 )。 这样， 在熔化之后， 焊料箔片冷却并且硬化。然后， 根据需要通过导线结合将控制端子 70 与半导体芯片 11、 12 连接。
然后， 将上热沉 30 焊接在第一和第二半导体芯片 11、 12 上。在这个过程中， 通过 焊料箔片将上热沉 30 放置在半导体芯片 11、 12 上， 并且通过加热器使焊料箔片熔化、 硬化。
每个熔化的焊料箔片， 在使用这种方式硬化之后， 变成上述的第一焊料 41 和第二 焊料 42。通过焊料 41 和 42， 下热沉 20、 第一和第二半导体芯片 11、 12 以及上热沉 30 可以 相互机械连接、 电连接和热连接。
如上所述， 可以使用导电粘附剂代替焊料 41、 42。在这种情况下， 使用导电粘附剂 代替焊料执行接合过程。
此后， 通过转移模制或铸封的方法在热沉 20、 30 的外围和间隙中填充模制树脂
50a。同时， 开口 53a 形成为致冷剂通路。
最终， 如图 1A 和 1B 所示， 在热沉 20、 30 的外围和间隙中填充模制树脂 50a， 从而密 封半导体芯片 11、 12 和热沉 20、 30， 而与此同时形成作为致冷剂通路的开口 53a。这样， 包 括半导体模块 1a 的半导体装置 100 就完成了。
根据本实施例， 提供了包括半导体模块 1a 的半导体装置 100， 所述半导体模块 1a 包含 ： 作为半导体元件的半导体芯片 11、 12 ； 作为同半导体芯片 11、 12 热连接的金属板的热 沉 20、 30， 用于传导来自半导体芯片 11、 12 的热 ； 以及作为密封部件的模制树脂 50a， 用于以 这样的方式覆盖和密封半导体芯片 11、 12 和热沉 20、 30 从而暴露热沉 20、 30 的热辐射表面 21、 31， 其中热辐射表面 21、 31 通过致冷剂冷却， 并且其中一部分模制树脂 50a 形成为致冷 剂通路 53。
半导体模块 1 的一部分模制树脂 50a 被配置成其中流经致冷剂的致冷剂通路 53， 因此同现有技术不同， 不再需要诸如冷却管和机壳的独立部件， 从而减小了装置的尺寸。
因此， 根据本实施例， 提供了包括半导体模块 1 的半导体装置 100 的一种紧凑、 简 单的冷却结构， 所述半导体模块 1 包括与热辐射热沉 20、 30 连接并使用模制树脂 50 密封的 半导体芯片 11、 12， 其中热沉 20、 30 的热辐射表面 21、 31 通过致冷剂冷却。 特别地， 根据现有技术， 用于形成致冷剂通路的冷却管、 散热片或者机壳布置在半 导体模块的外部， 所述半导体模块具有一个包装以通过树脂等的密封部件密封半导体， 因 此增加了装置的尺寸。另一方面， 根据本实施例的半导体装置 100 的尺寸可以基本保持在 密封部件的轮廓 ( 即半导体包装尺寸 ) 内部。
此外， 根据本实施例， 模制树脂 50a 包括用于密封半导体芯片 11、 12 和热沉 20、 30 的密封部分 51a， 以及布置在密封部分 51a 周围并具有开口端的壁部分 52a， 所述开口端的 伸出超出了热沉 20、 30 的热辐射表面 21、 31， 其中密封部分 51a 的开口 53a 形成为金属板 20、 30 和壁部分 52a 之间的致冷剂通路。
此外， 本实施例的一个特征在于， 壁部分 52a 以环形形状布置以围绕热沉 20 的侧 面。根据本实施例， 具有壁部分 52a 的模制树脂 50a 可以合适地实现作为致冷剂通路的开 口 53。
根据本实施例， 模制树脂 50a 用作密封部件。然而， 除了树脂之外， 还可以采用诸 如陶瓷的任何电绝缘材料来密封元件。
此外， 作为本发明的另一特征， 如图 1A 所示， 用于主电流 60 的电极端子从半导体 模块 1a 的一侧伸出， 控制端子 70 布置在半导体模块 1a 的相对侧。
如上所述， 使用根据本实施例的半导体装置 100， 由于机壳等不存在使得从半导体 模块 1a 的相对侧伸出电极端子 60 和控制端子 70 成为可能。
常规半导体装置不可避免地增加了尺寸， 这是由于端子必须仅从半导体模块的一 个方向引出， 并必须保证与端子相连的导线的绝缘距离间隔相同。
相反， 根据本实施例， 两种类型的端子 60、 70 以两个相对的方向布置， 因此可以有 利地减小半导体装置 100 的尺寸。
图 2 示出了根据第一实施例变型的半导体装置 100 的热沉 20、 30 的热辐射表面 21、 31 附近的剖面放大图。
如图 2 所示， 电绝缘层 21a、 31a 形成在从模制化合物 50 暴露的热沉 20、 30 的表面
上。表面 21a、 31a 用作热辐射表面 21、 31。
在图 2 中， 以相同部分示出了绝缘层 21a、 31a。 然而， 事实上， 绝缘层 21a 当然布置 在下热沉 20 的表面上， 绝缘层 31a 当然布置在上热沉 30 的表面上。
这种结构将热沉 20、 30 的热辐射表面 21、 31 与致冷剂电绝缘。最终， 即使致冷剂 是诸如水的导电材料， 也不会对半导体芯片 11、 12 的电路造成不利影响。
绝缘层 21a、 31a 可以由诸如混合有氧化铝或玻璃填充物的聚酰胺的高热传导性 树脂制成， 或者由金属化处理过的陶瓷衬底或与金属箔片铜焊在一起并焊接在热沉 20、 30 上的陶瓷衬底制成。
如果致冷剂为诸如空气或油的电绝缘材料， 热沉 20、 30 的热辐射表面 21、 31 可以 不与半导体芯片 11、 12 电绝缘。在这种情况下， 没有形成绝缘层 21a、 31a， 热沉 20、 30 的表 面用作热辐射表面 21、 31。
图 1A 和 1B 仅示出了一个半导体模块 1a。 然而， 根据本实施例， 半导体装置可以包 括多个连接的半导体模块。
图 3A、 3B 示出了根据本实施例包括有多个连接着的半导体模块 1 的半导体装置的 实例图， 所述半导体模块 1 具有相互连通的各个致冷剂通路 53a。图 3A 为半导体装置的分 解透视图， 图 3B 为沿着图 3A 中的单点点画线 B-B 截取的半导体装置的剖面图。
在图 3A 和 3B 中示出的半导体装置中， 多个半导体模块 1( 在所示情况下为三个 ) 堆叠并依次连接， 它们的致冷剂通路作为开口 53a 相互连通。
在堆叠结构中第一个半导体模块 1a 包括具有致冷剂进口 81a 和致冷剂出口 81b 的覆盖板 80a。进口 81a 和出口 81b 与开口 53 连通。
另一方面， 堆叠的最后一个半导体模块包括不具有致冷剂进口和出口的覆盖板 80b， 藉此封闭最后一个半导体模块 1a 的开口端。这样， 进口 81a、 出口 81b 以及开口 53 相 互连接， 使得进入进口 81a 的致冷剂经过开口 53 流出出口 81b 从而与金属板 20、 30 接触。
通过成型或挤压诸如树脂、 金属或者陶瓷的材料， 可以制造具有致冷剂进口 81a 和致冷剂出口 81b 的覆盖板 80a 和没有致冷剂进口或出口的覆盖板 80b。
在多个堆叠的半导体模块 1 中， 其热辐射表面 21、 31 以相互相对关系布置， 致冷剂 流经相对热辐射表面 21、 31 之间的致冷剂通路。
半导体模块 1a 在每个壁部分 52a 的端部处连接相邻的半导体模块 1a， 第一个和最 后一个半导体模块 1a 在壁部分 52a 的另一端部处分别连接至覆盖板 80a、 80b。壁部分 52a 的端部通过使用粘附剂 82 结合。
此外， 如图 3B 中所示， 用于连接模块或者覆盖板的每个壁部分 52a 的端面优选具 有用于定位目的的凸面或者凹面部分。在图 3B 中， 每个壁部分 52a 的端面分别具有凸面部 分 54a 或者相应的凹面部分。壁部分 52a 的凸面部分用于啮合相邻壁部分 52 的凹面部分。
在图 3A、 3B 所示的半导体装置中， 多个半导体模块 1 堆叠在一起， 在每个半导体模 块 1a 的模制树脂 50a 中形成的开口 53a 用作致冷剂通路的一部分。因此， 简单地通过将单 独的半导体模块 1a 连接起来， 可以配置致冷剂通路。
在形成致冷剂通路中， 与现有技术不同， 不需要挤压机构和附加冷却部件， 因此可 以容易地实现根据本实施例的冷却结构。 最终， 装置尺寸减小并且简化， 因此有可能简化组 装工作。通过模制树脂形成每个半导体模块 1a， 同现有技术相比， 可以容易地实现非常高 的外部尺寸精度 ( 例如 ±0.1mm 或者更小 )。
因此， 即使在连接了许多半导体模块 1 的情况下， 端子的定位精度， 即堆叠的半导 体模块 1 的控制端子 70 和主电流电极端子 60 的定位精度相对于现有技术来讲可以得到提 高， 有利地方便了安装在外部电路板上时半导体装置端子的定位。
在图 3A、 3B 示出的半导体装置中， 将被连接的壁部分 52 的端面具有用于定位目的 的凸面部分或对应于凸面部分的凹面部分， 因此方便了壁部分 52 的互连。
( 第二实施例 )
根据本发明的第二实施例， 热沉 20、 30 的热辐射表面 21、 31 使用鳍状物等形成以 提高热辐射性能。
图 4 示意性地示出了根据本发明第二实施例的半导体装置 200 的结构透视图。图 5A 示出了沿着图 4 中的单点点画线 C-C 的剖面结构的一个实例图， 图 5B 示出了沿着图 4 中 的单点点画线 C-C 的剖面结构的另一实例图。
在根据第一实施例的半导体装置中， 从由金属制成的热沉 20、 30 的热辐射表面 21、 31 辐射热。为提高热辐射性能， 因此优选热辐射表面 21、 31 具有粗糙表面。
粗糙热辐射表面 21、 31 通过刻蚀或者加工使其粗糙或者形成沟槽而制成。
此外， 为提高从热沉 20、 30 的热辐射表面 21、 31 的热辐射， 如图 4 所示， 优选形成 从热沉 20、 30 的热辐射表面 21、 31 伸出的鳍状物 83。
鳍状物 83 例如由铜或者铝制成。鳍状物 83 可以使用在挤压工作中通过整体模制 的热沉 20、 30 制成。可替换的方案是， 鳍状物 83 可以独立地制作和连接至热沉 20、 30。
图 4、 5A、 5B 中示出的半导体装置 200 也可由多个相互连接的半导体模块 1 配置。 连接结构和操作效果与图 3A、 3B 示出的半导体装置的情况基本相似。
特别地， 在根据本实施如图 4、 5A、 5B 中示出的具有多个堆叠的半导体模块 1 的半 导体装置 200 中， 通过将单独的半导体模块 1a 连接在一起也可以简单地配置致冷剂通路。 因此可以容易地实现冷却结构， 其结果是减小并简化了装置， 从而有可能简化组装工作。
虽然事实上许多半导体模块 1 连接在一起， 但在半导体装置 200 中， 端子定位精度 相对于现有技术来讲仍然得到提高。因此， 方便了半导体装置安装在电路板上时端子的定 位。
此外， 在根据本实施例的半导体装置 200 中， 如图 4、 5A、 5B 所示， 多个堆叠的半导 体模块 1 的热辐射表面 21、 31 以相互相对关系布置， 鳍状物 83， 83a、 83b 布置在热辐射表面 21、 31 的表面上。
在这种情况下， 如图 4 所示， hf 为每个鳍状物 83 的高度， D 为从热辐射表面 21、 31 至每个壁部分 52 的高度。
在图 5A 示出的实例中， 壁部分 52 伸出超出了鳍状物 83a。特别地， 鳍状物高度 hf 和壁部分高度 D 具有关系 hf ＜ D， 因此以相互相对关系布置在热辐射表面 21、 31 上的鳍状 物 83a 没有相互干扰。
另一方面， 在图 5B 示出的实例中， 鳍状物 83b 伸出超出了壁部分 52a 并高于壁部 分 52a。换句话讲， 鳍状物高度 hf 和壁部分高度 D 具有关系 hf ＞ D。
在相互成相对关系的热辐射表面 21、 31 上， 位于热辐射表面之一上的鳍状物 83b被从另一热辐射表面上的鳍状物 83b 中移出。因此， 形成在相互成相对关系的热辐射表面 21、 31 上的鳍状物 83b 没有相互干扰。
在相互成相对关系的热辐射表面 21、 31 上， 热辐射表面之一上的鳍状物 83 和另一 热辐射表面上的鳍状物 83 在鳍状物高度 hf 和壁部分高度 D 具有关系 hf ＝ D 的情况下， 也 优选地互相移出。通过这样做， 可以有利地防止鳍状物 83 相互干扰。
在图 4、 5A、 5B 示出的实例中， 鳍状物 83、 83a、 83b 具有与从热沉 20、 30 的热辐射表 面 21、 31 的表面伸出的梳钉相似的形式。
在鳍状物高度 hf 和壁部分高度 D 具有关系 hf ≥ D 的情况下， 以这样的方式布置 相互成相对关系的热辐射表面 21、 31 上的鳍状物 83b 使得它们相互啮合。
在仅具有一个半导体模块 1 的半导体装置中， 当然也可在热沉 20、 30 的热辐射表 面上 21、 31 以及从热辐射表面 21、 31 伸出的鳍状物 83 上形成粗糙表面， 以提高热辐射性 能。
图 5A、 5B 表明， 与上热沉 30 整体形成的每个主电流电极端子 60 的一端伸出了模 制树脂 50a。
此外， 图 5A、 5B 还表明， 用于半导体芯片 11、 12 的控制端子 70 伸出了模制树脂 50a， 并通过接合线 71 电连接至半导体芯片 11。 此外在本实施例中， 在前面实施例中描述的多种变型也是尽可能适用的。
( 第三实施例 )
根据本发明的第三实施例， 模制树脂中形成为致冷剂通路的开口位置不同于第一 和第二实施例中开口的位置。图 6A、 6B 示出了根据本发明第三实施例的半导体装置 300 的 示意图。图 6A 是透视图， 图 6B 是以箭头 A’ 的方向截取的侧视图。
在第一和第二实施例中， 致冷剂通路 53 形成为模制树脂 50 的壁部分 52 和密封部 分 51 之间的开口 53。
相反， 在根据本实施例的半导体装置 300 中， 如图 6A、 6B 所示， 模制树脂 50b 包括 密封部分 51b 和壁部分 52b， 致冷剂通路形成为壁部分 52b 上的开口 53b。为方便起见， 该 开口 53b 表示为图 6B 中的阴影区域。
此外根据本实施例， 半导体装置 300 包括半导体模块 1b， 所述半导体模块 1b 包括 作为半导体元件的半导体芯片 11、 12、 作为金属板的热沉 20、 30 以及作为密封部分的模制 树脂 50， 其中半导体模块 1b 的热沉 20、 30 的热辐射表面 21、 31 通过致冷剂冷却， 并且其中 一部分模制树脂 50b 形成其中流动致冷剂的致冷剂通路 53。
此外， 在根据本实施例的半导体装置 300 中， 不需要使用现有技术中使用的冷却 管和附加部件， 因此没有增加装置尺寸， 这样制作了紧凑、 简单的冷却结构。
另外， 根据本实施例的半导体装置可以包括单个半导体模块 1b 或多个顺序连接 的半导体模块 1b。
图 7A、 7B 示出了根据本实施例的半导体装置的实例， 其中多个半导体模块 1 堆叠 并顺序连接， 各个致冷剂通路 53 相互连通。图 7A 为半导体装置的透视图， 图 7B 为沿着图 7A 中的单点点画线 D-D 截取的剖面图。
在图 7A、 7B 所示的半导体装置中， 多个 ( 所示情况为 2×3) 半导体模块 1b 堆叠并 顺序连接， 形成为各个致冷剂通路的开口 53b 相互连通。
此外， 该堆叠结构连接至具有致冷剂进口 81c 的覆盖板 80c、 具有致冷剂出口 81e 的覆盖板 80e 以及没有进口和出口的覆盖板 80d、 80f， 其中进口 81c、 出口 81e 以及开口 53 相互连通。采用这样的方式， 进口 81c、 出口 81e 以及开口 53b 相互连接， 使得进入进口 81c 的致冷剂经过开口 53b 从出口 81e 流出。
图 7A 和 7B 中示出的具有六个半导体模块 1 的半导体装置的组装实例如下。 首先， 通过结合两个半导体模块 1 的壁部分 52b 的端面 55b 来形成两个半导体模块 1b 对。接着， 通过结合所述两个半导体模块 1b 对的壁部分 52b 的侧面 55b， 顺序连接两个半导体模块 1 对中的三块。最后， 通过使用覆盖板 80c-80f 覆盖被连接的半导体模块没有端子的四个侧 面来形成半导体装置。如果半导体装置仅具有三个半导体模块， 则通过结合三个半导体模 块的壁部分 52b 的侧面 55b 顺序连接三个半导体模块。 注意， 可以替代地通过在壁部分 52b 的端面 55b 处结合三个半导体模块中的一对半导体模块来形成图 7A、 7B 中的半导体装置。
另外， 根据本实施例， 壁部分 52 的表面使得模块和覆盖板连接， 即壁部分 52 的侧 面和端面可以具有如图 3A、 3B 所示用于定位的凸形或凹形部分。
如上所述， 同样在本实施例中， 半导体装置由堆叠并相互连接的多个半导体模块 配置， 同时各个致冷剂通路 53 相互连通。使用这种半导体装置， 减小了尺寸， 并且简化了结 构和组装工作， 从而使得即使在许多半导体模块 1 连接在一起的情况下， 相对于现有技术 来讲仍然改善了端子定位精度。 图 8 示出了作为第三实施例变型的半导体装置的透视图。
如图 8 所示， 将热沉 20、 30 变型成壁部分 52b 的形状， 增加了热沉 20、 30 的暴露区 域。这样， 为提高热辐射性能， 与致冷剂接触的热沉 20、 30 的面积增加了。
根据本实施例的半导体装置也可包括单个半导体模块 1b 或者多个连接的半导体 模块 1b。
根据本实施例的半导体装置也可尽可能与上述任何实施例或者其变型相结合。
此外在本实施例中， 例如绝缘层 21A， 31A( 图 2) 可以形成为热沉 20、 30 的热辐射 表面 21、 31， 可以使热辐射表面 21、 31 粗糙， 或者可将鳍状物 83 布置在热辐射表面 21、 31 上。
( 第四实施例 )
本发明的第四实施例意图在于提高对于致冷剂通路中所流动的致冷剂的抗腐蚀 性。图 9 示出了根据本发明第四实施例的半导体装置 400 的剖面结构示意图。
如图 9 所示， 在根据本实施例的半导体装置 400 中， 对于致冷剂具有抗腐蚀性的膜 84 形成在作为致冷剂通路的开口 53 的内壁表面上。膜 84 由例如陶瓷、 玻璃或聚对苯二甲 撑形成。
根据本实施例的半导体装置 400 包括半导体模块 1a， 所述半导体模块 1a 包括半导 体芯片 11、 12、 作为金属板的热沉 20、 30 以及作为密封部件的模制树脂 50， 其中半导体模块 1a 的热沉 20、 30 的热辐射表面 21、 31 通过致冷剂冷却， 并且其中对于致冷剂具有抗腐蚀性 的膜 84 形成在致冷剂通路 53 的内壁表面上。
与现有技术不同， 使用根据本实施例的半导体装置 400， 不需要诸如冷却管和机壳 的附加部件， 因此没有增加尺寸。 最终， 实现了紧凑、 简单的冷却结构， 提高了对于致冷剂的 抗腐蚀性。
使热辐射表面粗糙、 在热辐射表面形成鳍状物以及堆叠半导体模块 1a 可以任意 应用于根据本实施例的半导体装置 400。 这样， 本实施例可以尽可能地与前述任何实施例或 者其变型适合地结合。
( 第五实施例 )
通过使用不同的堆叠半导体模块 1c 的方法， 实现了本发明的第五实施例。换句话 讲， 半导体模块 1c 以一定的角度堆叠， 即倾斜堆叠。根据本实施例的半导体装置 500 具有 至少一个半导体模块 1c。
图 10A、 10B 示出了根据本发明第五实施例具有半导体模块 1c 的半导体装置 500 的示意图。图 10A 为透视图， 图 10B 为沿着图 10A 中的单点点画线 E-E 截取的剖面图。
如图 10A、 10B 所示， 在根据本实施例的半导体装置 500 中， 形成模制树脂 50c 的一 部分壁部分 52c 使其短于壁部分 52c 的相对部分。
如图 10A、 10B 中所示的半导体装置 500 通过对图 6A、 6B 中示出的半导体装置 300 变型而形成。根据半导体装置 500， 形成下壁部分 52c-2 使其短于上壁部分 52c-1。最终， 如图 10B 所示， 半导体装置 500 的横截面具有扇形形状。
此外在根据本实施例的半导体装置 500 中， 一部分模制树脂 50c 被配置成其中流 动致冷剂的致冷剂通路 53， 因此实现了紧凑、 简单的冷却结构。
此外， 根据本实施例， 在多个半导体模块 1c 连接在一起的情况下， 半导体装置 500 的扇形部分的优势是很显著的。图 11 示意性地示出了根据本实施例的半导体装置结构的 剖面图， 其中多个半导体模块 1 与相互连通的各个致冷剂通路 53 连接在一起。
如图 11 所示， 根据本实施例， 提供了包括堆叠和连接的半导体模块 1c 的半导体装 置， 所述半导体模块 1c 以扇形形式连接。
多个半导体模块 1c 的扇形连接包括机壳， 在该机壳中， 附加半导体模块 1c 连接成 环形或者多边形形式。
在根据本实施例的半导体装置用作用于电机等的逆变器的情况下， 半导体装置与 诸如电机的旋转装置的形状相似性可以缩短接线距离并简化连接， 因此有效地降低了噪 声。
图 10A、 10B 示出的半导体装置 500 具有致冷剂通路， 即壁部分 52c 的开口 53。然 而， 根据本实施例的致冷剂通路可以配置成热沉 20、 30 和壁部分 52 之间的密封部分 51 的 开口 53。
特别地， 通过使如图 10A、 10B 所示的壁部分 52 的上、 下部分的高度不同， 也可以形 成图 1 所示的半导体装置使其具有对于本实施例是唯一的扇形部分。
根据本实施例的半导体装置也可同前述任何实施例或者其变型适当地组合。
( 第六实施例 )
根据本发明的第六实施例， 提供了这样一种半导体装置， 其中多个半导体模块 1 堆叠在一起制成了电源电路。
图 12 示意性地示出了根据本发明第六实施例作为半导体装置的功率转换器 600 通常结构的剖面图。图 12 中示出的功率转换器 600 代表使用了根据上述第一实施例的半 导体模块 1 的实例。
功率转换器 600 是通过堆叠多个半导体模块 1a、 热产生元件的电抗线圈 87、 电容器 85、 86 形成的电源电路。最终的组件同第一母线 91、 第二母线 92 和第三母线 93 电连接。
第一母线 91、 第二母线 92 是用于电源电路输入连接的输入母线， 第三母线 93 为用 于输出连接的输出母线。
作为热产生部分的电抗线圈 87、 第一电容器 85 和第二电容器 86， 同半导体模块 1a 一样使用作为密封部件的模制树脂 50d 密封， 所述模制树脂 50d 具有作为致冷剂通路的开 口 53d。
半导体模块 1a、 电容器 85、 86 以及电抗线圈 87 如图 12 所示堆叠在一起。在堆叠 结构的端部， 布置了具有进口 81a 和出口 81b 的覆盖板 80a 以及没有进口和出口的覆盖板 80b， 每个覆盖板通过使用粘附剂 82 结合。
在功率转换器 600 中， 通过相互连通的开口 53 形成致冷剂通路， 致冷剂从进口 81a 经致冷剂通路流出出口 81b， 从而冷却了电容器 85、 86、 电抗线圈 87 以及半导体模块 1。
图 13 中示出了功率转换器 600 的电路结构。多个半导体模块 1 和第二电容器 86 构成了转换器 102， 而半导体模块 1、 第一电容器 85 以及电抗线圈 87 构成了逆变器 101。
如上所述， 本实施例提供了作为包括多个半导体模块 1a 的半导体装置的功率转 换器 600， 所述多个半导体模块 1a 堆叠并连接， 各个致冷剂通路 53 相互连通， 其中堆叠的半 导体模块 1 被配置成电源电路。
最终， 根据本实施例的功率转换器 600 显示出与上述具有多个相连的半导体模块 1a 的半导体装置相同的有利效果。
另外， 作为本实施例的特征， 热产生元件 85、 86、 87 同半导体模块 1 堆叠在一起， 并 通过致冷剂冷却。
此外， 如图 12 所示， 根据本实施例的功率转换电路 600 的特征还在于第一母线 91 和第二母线 92 相邻和相互平行地布置， 所述第一母线 91 和第二母线 92 是电源电路的输入 导线。通过使用该母线布置可减小装置尺寸。
图 14A、 14B、 14C 示出了功率转换器 600 中半导体模块 1 的母线的详细布线结构 图。 图 14A 为正视图， 图 14B 为半导体模块的顶视图， 图 14C 示出了配线结构的等效电路图。 在图 14B 中， 示出了半导体模块 1a 的模制树脂 50 结构的剖面图。
如图 14A 所示， 作为输入母线的第一母线 91 和第二母线 92 通过螺钉或者熔接连 接至半导体模块 1a 的电极端子 60， 所述半导体模块 1a 的电极端子 60 形成为功率转换器 600 输入端子， 作为输出母线的第三母线 93 通过螺钉或者熔接连接至半导体模块 1 的电极 端子 60， 所述半导体模块 1 的电极端子 60 形成为输出端子。
半导体模块 1 的控制端子 70 电连接至控制电路板 110。控制端子 70 插入到形成 在控制电路板 110 中的开口中， 并通过焊接结合至电路板 110。
在这种情况下， 如图 14C 所示， 在每个半导体模块 1 中包括了两个电源电路。作为 可替换的实施方案， 如图 15A、 15B、 15C 中所示， 使用两个半导体模块 1 可以实现等效于图 14A、 14B、 14C 中所示电路的电路结构。
图 15A、 15B、 15C 示出了功率转换器 600 中半导体模块 1 的母线布线结构的另一实 例图。图 15A 为正视图， 图 15B 为半导体模块的顶视图， 图 15C 示出了布线结构的等效电路 图。图 15B 还示出了半导体模块 1a 的模制树脂 50a 的剖面结构。
在图 15A 示出的实例中， 输入母线 91、 92 通过螺钉或者焊接连接至形成为输入端子的主电流电极端子 60， 输出母线 93 通过螺钉或者焊接连接至形成为输出端子的主电流 电极端子 60。此外， 控制端子 70 电连接至控制电路板 110。
因此， 图 15A、 15B、 15C 示出的结构是两个堆叠的半导体模块 1 通过母线 91 至 93 相互电连接的一个实例， 因此实现了与图 14A、 14B、 14C 中所示电路等效的电路结构。该结 构可以应用于图 12 中的功率转换器 600。
图 16、 17 示出了本实施例的第一和第二变型图。
在图 16 示出的第一变型中， 诸如树脂或陶瓷材料的电绝缘部件 94 被插入在相邻 和相互平行布置的第一母线 91 和第二母线 92 之间。
另一方面， 在图 17 示出的第二变型中， 通过诸如树脂或陶瓷材料的电绝缘部件 95 包含和密封了相邻和相互平行布置的第一母线 91 和第二母线 92。
使用绝缘部件 94、 95 的结构保证了相邻和相互平行布置的第一母线 91 和第二母 线 92 之间的电绝缘， 因此可以减小作为输入母线的第一母线 91 和第二母线 92 之间的间 隔， 从而有利地使得减小尺寸、 减小导线的寄生电感成为可能。
此外， 使用根据本实施例的半导体装置， 可以尽可能地将上述任何实施例及其变 型适当地组合起来。
( 其它实施例 )
根据上述每一个实施例， 堆叠的半导体模块 1 使用粘附剂 82 连接以形成半导体装 置。然而， 半导体模块 1 并不必须通过结合连接， 还可通过其它方法来连接。
例如， 在图 3A 和 3B 示出的半导体装置中， 可以使用 O 环 82a 以代替粘附剂 82( 参 见图 3B)。
当使用 O 环 82a 时， 通过使用布置在堆叠模块端部的覆盖板 80a、 80b 来挤压堆叠 的模块， 使覆盖板 80a、 80b 所固定的堆叠的半导体模块 1 相互连接。覆盖板 80 可以使用诸 如螺钉的固定装置 ( 未示出 ) 相互固定。
在这种情况下， 使用图 3A、 3B 中示出的半导体装置， 每个相邻半导体模块 1a 通过 O 环 82a 保持相互接触， 使得通过 O 环 82a 密封了半导体模块 1 的接触部分。
通过这样做， 通过 O 环 82a 在挤压下形成致冷剂通路 ( 即开口 53)， 因此如果堆叠 的半导体模块 1 包括缺陷元件， 则方便了替换或修复工作。使用 O 环的连接结构可以尽可 能地应用在上述实施例中。
在半导体装置由上述实施例中的多个相互连接的半导体模块 1 配置的情况下， 多 个半导体模块 1 的堆叠结构的可视表面希望用作半导体模块 1 的印刷表面。
例如， 在图 3A 和 3B 示出的半导体装置中， 包括在堆叠结构中的每个半导体模块 1a 的模制树脂 50a 的壁部分 52a 的外侧面形成可视表面， 即印刷表面。
当字符或数字印刷在堆叠的半导体模块 1a 的印刷表面上时， 可以可视地检查印 刷表面， 因此， 例如从维护的观点看， 可以有利地确认半导体模块 1a 的序列号等。
根据上述实施例， 作为金属板的热沉 20、 30 分别布置在半导体元件 11、 12 的两侧， 热沉 20、 30 的热辐射表面 21、 31 都从模制树脂 50a 暴露。作为可替换的实施方案， 仅仅热 沉 20、 30 之一的热辐射表面可以从模制树脂 50a 暴露。
此外， 热沉可以替代地仅布置在半导体元件 11、 12 的一侧， 特定热沉的热辐射表 面可从模制树脂 50a 暴露。例如， 在图 1A、 1B 示出的半导体装置 100 中， 可以省略下热沉20， 仅使用上热沉 30。可替代的方案是， 仅使用下热沉 20 而不要上热沉 30。
特别地， 作为半导体模块 1 的金属板的热沉 20、 30 至少布置在作为半导体元件的 半导体芯片 11、 12 的一个表面上， 只有形成在半导体芯片 11、 12 的一个表面上的热沉 20、 30 表面可以从作为密封部件的模制树脂 50a 中暴露。
此外， 在图 1A 和 1B 中， 两个大开口 53 形成为金属板 20、 30 与壁部分 52a 之间密 封部分 51a 的致冷剂通路。然而， 至少一个开口可以使用多个开口或者通过孔来代替。
图 6A 和 6B 的半导体模块 1b 具有使用壁部分 52 中的开口 53( 作为从壁部分 52 的一部分中切出的凹口 ) 形成的致冷剂通路。然而， 形成在壁部分 52 中的开口当然可以使 得外框形成一个开口或多个开口。
简而言之， 本发明提供了一种半导体装置， 作为基本部分包括 ： 半导体元件、 金属 板和密封部件， 所述金属板与半导体元件热连接以传导来自半导体元件的热， 所述密封部 件用于以这种方式包含和密封半导体元件和金属板， 以暴露金属板的热辐射表面， 其中热 辐射表面通过致冷剂冷却， 并且其中一部分密封部件形成为其中流动致冷剂的致冷剂通 路。其它组件部分可以合适地设计。