半導體模塊的制作方法
半導體模塊的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種改良了的冷卻器一體型的半導體模塊。半導體模塊(100)具備多個平板型的冷卻板(12)、多個平板型的半導體封裝體(5)、平板型器件封裝體(2)。半導體封裝體(5)在其內(nèi)部收納有半導體元件。器件封裝體(2)在其內(nèi)部收納有與收納于半導體封裝體的半導體元件不同種類的電子元件。冷卻板(12)與半導體封裝體(5)或器件封裝體(2)交替層疊。在相鄰的冷卻板(12)之間設有在內(nèi)部流通冷媒的連接管(13a、13b)。
【專利說明】半導體模塊
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及收納有半導體元件的多個平板型的半導體封裝體與冷卻器成為一體的半導體模塊。
【背景技術】
[0002]在逆變器、電壓轉(zhuǎn)換器中使用的IGBT、回流二極管等半導體元件的發(fā)熱量大。這些元件有時被稱為功率半導體元件或簡稱為功率元件等。發(fā)熱量取決于流動的電流的大小。因此，向要求大輸出的車輪驅(qū)動用的電動機(包括混合動力車的電動車用的行駛用電動機)供給電力的逆變器、電壓轉(zhuǎn)換器多使用發(fā)熱量大的功率元件。逆變器、電壓轉(zhuǎn)換器除了使用功率元件以外，還使用發(fā)熱量大的電子元件。這樣的電子元件典型的是用于對在功率元件的源極/漏極間(發(fā)射極/集電極間)流動的電流進行平滑化的電容器(平滑化電容器)。由于在功率元件的源極/漏極間流動的電流大，因此平滑化電容器的容量也增大，發(fā)熱量也增大。因此，在電動車用中，提出了將多個功率元件、其他電路元件、冷卻器進行一體化而成的半導體模塊。
[0003]例如，在專利文獻I中公開了將平板型的冷卻管(冷卻板)、平板型半導體封裝體、扁平的平滑化電容器層疊而成的半導體模塊。該半導體模塊中，向由相鄰的冷卻板夾持的一層夾持半導體封裝體，向另一層夾持扁平的平滑化電容器。平滑化電容器的扁平率不增大，平滑化電容器的厚度比半導體封裝體厚。因此，層疊的冷卻板的間隔不是等間隔。
[0004]另外，在專利文獻2中公開了一種將電容器和半導體元件利用模型而收納于一個封裝體并將多個封裝體與多個冷卻板交替層疊而成的半導體模塊。而且，在專利文獻3中公開了一種將成形為板狀的多個電子元件與多個冷卻板交替層疊而成的半導體模塊。
[0005]收納有半導體元件的封裝體或成形為板狀的電子元件與冷卻板層疊而成的器件對于封裝體或電子元件能夠從其兩側(cè)進行冷卻，因此緊湊性也優(yōu)異。
[0006]專利文獻1:日本特開2001-320005號公報
[0007]專利文獻2:日本特開2010-153527號公報
[0008]專利文獻3:日本特開2007-053307號公報
【發(fā)明內(nèi)容】
[0009]本說明書涉及一種將多個半導體封裝體及其他電子元件與冷卻板交替層疊而成的半導體模塊。本說明書提供一種對這樣的冷卻器一體型的半導體模塊進行改善的技術。
[0010]本說明書公開的技術的一形態(tài)的半導體模塊具備:多個平板型的冷卻板；收納有半導體元件的多個平板型的半導體封裝體；及平板型的器件封裝體。器件封裝體收納有與收納于半導體封裝體的半導體元件不同種類的電子元件。器件封裝體可以由樹脂模制成形。冷卻板與半導體封裝體或器件封裝體交替層疊。換言之，在相鄰的冷卻板之間夾持有半導體封裝體和器件封裝體。在該半導體模塊中，半導體封裝體與器件封裝體的寬度大致相等，因而多個冷卻板大致等間隔地配置。冷卻管將相鄰的兩個冷卻板連接。冷媒在冷卻管的內(nèi)部從一方冷卻向另一方冷卻板流動。
[0011 ] 器件封裝體通過樹脂模制出電子元件，能夠以高精度成形其厚度方向的尺寸。因此，優(yōu)選通過冷卻板與半導體封裝體一起層疊。而且，樹脂模的耐濕性、耐電壓性優(yōu)異。尤其是由于耐電壓性優(yōu)異，因此優(yōu)選配置于半導體封裝體的附近。大電流流過的半導體元件、電子元件由被稱為匯流條的導電部件連接。匯流條是指高耐電壓的金屬長板部件。耐電壓性優(yōu)異的器件封裝體也優(yōu)選與這樣的匯流條接近配置。
[0012]冷卻板、半導體封裝體、器件封裝體的層疊體在其層疊方向上從兩側(cè)被施加載荷，能提高冷卻板與半導體封裝體(或器件封裝體)的密接性。通過提高密接性，半導體封裝體(或器件封裝體)與冷卻板之間的導熱性提高。半導體封裝體的厚度與器件封裝體的厚度大致相等，冷卻板優(yōu)選具備厚度相對于層疊方向的載荷而發(fā)生變化的結(jié)構(gòu)。在此，“厚度發(fā)生變化的結(jié)構(gòu)”的一例是冷卻板的側(cè)壁或冷卻管的一部分由折疊結(jié)構(gòu)或波紋結(jié)構(gòu)構(gòu)成，折疊結(jié)構(gòu)或波紋結(jié)構(gòu)的厚度根據(jù)載荷而縮小。如前述那樣，半導體模塊在其層疊方向上從兩側(cè)被施加載荷。在此，由于半導體封裝體與器件封裝體的厚度相等，因此冷卻板的厚度根據(jù)載荷而均勻地縮小，能夠防止冷卻板的破損。
[0013]收納于器件封裝體的電子元件典型的是電容器。該電容器可以是扁平的卷繞式電容器，也可以是層疊式的電容器。扁平的卷繞式電容器比層疊式電容器廉價。層疊式的電容器與卷繞式電容器相比能夠容易制作得較薄。
[0014]器件封裝體的樹脂模優(yōu)選通過灌封或噴涂而成形。灌封或噴涂與關于半導體元件經(jīng)常使用的傳遞模型不同，不需要將電子元件形成為高溫高壓，適合于耐熱性不高的電子元件的模型。
[0015]半導體封裝體與器件封裝體可以在兩張冷卻板間的一層上相鄰配置，也可以在不同的層上配置。在前者的情況下，能夠縮短半導體模塊的層疊方向的長度。在后者的情況下，能夠減小半導體模塊的寬度。而且，在后者的情況的一例中，至少一個半導體封裝體與至少一個器件封裝體優(yōu)選以從層疊方向觀察重疊的方式配置?；蛘?，至少一個半導體封裝體與至少一個器件封裝體優(yōu)選在相鄰的兩個冷卻板之間沿橫向并排地配置。換言之，至少一個半導體封裝體與至少一個器件封裝體優(yōu)選在與層疊方向交叉的方向上并排地配置。
[0016]半導體封裝體內(nèi)的半導體元件與器件封裝體內(nèi)的電子元件優(yōu)選通過直線的匯流條而電連接。換言之，半導體封裝體內(nèi)的半導體元件與器件封裝體內(nèi)的電子元件優(yōu)選通過匯流條以最短距離連接。通過利用最短的匯流條將半導體元件與電子元件連接，能夠降低匯流條的電感。因而，能夠降低半導體元件的開關中的浪涌電流。這有助于半導體元件的開關損失的減少。
[0017]本說明書公開的半導體模塊的詳情及進一步的改良通過發(fā)明的實施方式進行說明。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0018]圖1是一實施方式的半導體模塊的立體圖。
[0019]圖2是半導體模塊的局部剖視圖。
[0020]圖3是使用半導體模塊的電動機控制器單元的框圖。
[0021]圖4是一實施方式的半導體模塊的俯視圖。[0022]圖5是另一實施方式的半導體模塊的俯視圖。
[0023]圖6是表示半導體封裝體與器件封裝體的連接的一例的圖。
[0024]圖7是表示半導體封裝體與器件封裝體的連接的另一例的圖。
[0025]圖8是說明扁平的卷繞式電容器的制造工序的一例的圖(I)。
[0026]圖9是說明扁平的卷繞式電容器的制造工序的一例的圖(2)。
[0027]圖10是說明收納有扁平的卷繞式電容器的器件封裝體的制造工序的一例的圖⑴。
[0028]圖11是說明收納有扁平的卷繞式電容器的器件封裝體的制造工序的一例的圖⑵。
[0029]圖12是說明收納有扁平的卷繞式電容器的器件封裝體的制造工序的一例的圖⑶。
[0030]圖13是說明層疊式電容器的制造工序的一例的圖(I)。
[0031]圖14是說明層疊式電容器的制造工序的一例的圖(2)。
[0032]圖15是說明層疊式電容器的另一制造工序的一例的圖。
[0033]圖16是又一實施方式的半導體模塊的剖視圖。
[0034]圖17表示冷卻板的分解圖。
[0035]圖18表不一實施方式的冷卻板的剖視圖。
【具體實施方式】
[0036]參照附圖，說明實施例的半導體模塊。圖1是半導體模塊100的立體圖。另外，圖1對于一部分元件從主體分離而表示。半導體模塊100是向電動車的電動機控制器單元裝入的模塊，將構(gòu)成逆變器的開關元件的晶體管、二極管及平滑化電容器匯總而成的結(jié)構(gòu)。半導體模塊100主要由多個平板型的冷卻板12、多個平板型的半導體封裝體5及內(nèi)置有電容器3的多個器件封裝體2構(gòu)成。冷媒在冷卻板12的內(nèi)部流動，冷媒吸收半導體封裝體5和器件封裝體2的熱量，對這些封裝體進行冷卻。
[0037]多個冷卻板12平行配置，在相鄰的兩個冷卻板12之間夾持半導體封裝體5或器件封裝體2。換言之，半導體模塊100構(gòu)成將平行配置的冷卻板12與半導體封裝體5或器件封裝體2交替層疊而成的層疊體。層疊體的整體由托架16夾緊。向?qū)盈B體的端部與托架16的肋16a之間裝入彈簧17，該彈簧17向?qū)盈B體施加層疊方向的壓力。通過彈簧17的壓力，使冷卻板12與半導體封裝體5或器件封裝體2較強地密接。通過較強地密接，冷卻板12與半導體封裝體5或器件封裝體2之間的熱傳遞效率提高。
[0038]相鄰的冷卻板12通過兩個連接管13a、13b而相互連接。而且，在位于層疊體的端部的冷卻板12上連接有供給冷媒的供給管15和排出冷媒的排出管14。從供給管15供給的冷媒通過連接管13a而向下游的冷卻板12流動。而且，通過了冷卻板12的內(nèi)部的冷媒通過連接管13b而向排出管14流動。連接管13a、13b相當于冷卻管的一例。
[0039]半導體模塊100對收納有半導體元件的半導體封裝體5和收納有電容器3的器件封裝體2交替夾持。半導體封裝體5與器件封裝體2為大致相同的厚度dl。因此，多個冷卻板12以寬度d2的大致等間隔進行配置。相鄰的冷卻板12之間的寬度d2比封裝體的厚度dl稍寬。另外，在向冷卻板12之間插入時，在半導體封裝體5的兩側(cè)安裝陶瓷制的絕緣板8。向相鄰的冷卻板12之間的寬度d2與封裝體的厚度dl之間的微小的間隙插入絕緣板8，并填充潤滑脂。
[0040]對半導體封裝體5進行說明。半導體封裝體5是在內(nèi)部通過樹脂模制出兩個晶體管6a、6b和兩個二極管7a、7b的結(jié)構(gòu)。雖然圖示省略，但晶體管6a與二極管7a在樹脂模的內(nèi)部反并聯(lián)地連接，晶體管6b與二極管7b也反并聯(lián)地連接。晶體管6a與二極管7a的組和晶體管6b與二極管7b的組串聯(lián)地連接。眾所周知，晶體管與二極管的反并聯(lián)電路被使用作為逆變器、電壓轉(zhuǎn)換器的開關電路。一個半導體封裝體5相當于兩個開關電路的串聯(lián)連接。
[0041]如圖1所不,三個電極5a、5b及5c從半導體封裝體5的一側(cè)面(圖1中的底面)延伸，多個控制端子5d從另一側(cè)面(圖1中的上表面)延伸。電極5a與兩個開關電路的串聯(lián)連接的正極連接，電極5b與兩個開關電路的串聯(lián)連接的負極(接地)連接。電極5c與兩個開關電路的串聯(lián)連接的中點連接。控制端子5d與晶體管的柵極電極連接。
[0042]器件封裝體2通過樹脂模對電容器3進行加固。電容器3的兩電極2a、2b從器件封裝體2的一側(cè)面(圖1中的底面)延伸。
[0043]圖2表不半導體模塊100的局部剖面。圖2表不三張冷卻板12和由它們夾持的半導體封裝體5及器件封裝體2的剖面。另外，圖2的下側(cè)表示冷卻板的側(cè)端的放大圖。冷卻板12由構(gòu)成框體的兩張框板27、將內(nèi)部的空間分隔成兩部分的隔板26及相當于冷卻片的波板25構(gòu)成。
[0044]半導體封裝體5是通過樹脂模制出晶體管22 (半導體元件)和二極管(未圖示)的結(jié)構(gòu)。在半導體封裝體5的兩面具備散熱板21。散熱板21使晶體管22和二極管的熱量高效地向封裝體的表面擴散。向半導體封裝體5與冷卻板12之間插入絕緣板24，并向絕緣板24的兩側(cè)填充潤滑脂23。散熱板21的熱量通過潤滑脂23和絕緣板24而向冷卻板12移動。
[0045]器件封裝體2通過樹脂模制出電容器3。向器件封裝體2與冷卻板12之間填充潤滑脂23。電容器3的熱量通過樹脂模和潤滑脂23而向冷卻板12移動。
[0046]從器件封裝體2伸出的電容器3的一方電極2a和從半導體封裝體5伸出的電極5a由直線性的匯流條29a連接。從器件封裝體2伸出的電容器3的另一方電極2b和從半導體封裝體5伸出的電極5b由直線性的匯流條29b連接。
[0047]圖3是應用半導體模塊100的器件的電路框圖。圖3是具備發(fā)動機87和兩個電動機85、86的混合動力車80的電動機控制單兀的電路圖。半導體模塊100是將向第一電動機85供給交流電力的第一逆變器83的開關電路、向第二電動機86供給交流電力的第二逆變器84的開關電路及附隨于這些開關電路的電容器集成所得的結(jié)構(gòu)。在半導體模塊100中，還包括將蓄電池81的輸出電壓轉(zhuǎn)換成適合于電動機驅(qū)動的高電壓的升壓轉(zhuǎn)換器82的開關電路。以下，將兩個開關電路的組稱為“功率模塊”。
[0048]對電動機控制單元的電路進行說明。蓄電池81與升壓轉(zhuǎn)換器82連接。升壓轉(zhuǎn)換器82由兩個開關電路的串聯(lián)連接和電抗器L構(gòu)成。兩個開關電路的串聯(lián)連接相當于功率模塊PM7。升壓轉(zhuǎn)換器82的輸出端與第一逆變器83和第二逆變器84連接。眾所周知，三相輸出的逆變器具備三組兩個開關電路的串聯(lián)連接(即功率模塊)。第一逆變器83具備功率模塊PM1、PM2、PM3。將電容器(Cl、C2、C3)相對于各個功率模塊并聯(lián)連接。第二逆變器84具備功率模塊PM4、PM5、PM6。將電容器(C4、C5、C6)相對于各個功率模塊并聯(lián)連接。電容器C對在功率模塊PM流動的電流進行平滑化。
[0049]對混合動力車80的驅(qū)動機理進行說明。發(fā)動機87的輸出軸、第一電動機85的輸出軸、第二電動機86的輸出軸通過動力分配機構(gòu)88而相互卡合。動力分配機構(gòu)88是行星齒輪。發(fā)動機87的輸出軸與行星架連接,第一電動機85的輸出軸與太陽輪連接,第二電動機86的輸出軸與齒圈連接。齒圈還與車軸89連接。車軸89經(jīng)由差速器90而與車輪連接。混合動力車80通過適當調(diào)整發(fā)動機87和兩個電動機85、86的輸出而獲得車輪驅(qū)動力。而且，第一電動機85也作為使發(fā)動機87起動的起動器發(fā)揮功能。此外，動力分配機構(gòu)88將發(fā)動機87的驅(qū)動轉(zhuǎn)矩的一部分向第一電動機85分配，由此能夠通過第一電動機85進行發(fā)電，而對蓄電池81進行充電。而且，混合動力車80也能夠利用車輛的動能而通過第一及第二電動機85、86進行發(fā)電。
[0050]半導體模塊100是將七個功率模塊PM1-PM7和六個電容器C1-C6集成所得的結(jié)構(gòu)。一個功率模塊PM相當于一個半導體封裝體5。而且，一個電容器C相當于一個器件封裝體2。半導體封裝體5和器件封裝體2的布局的變化如圖4和圖5所示。圖4表示將埋入有電容器的器件封裝體2和半導體封裝體5交替層疊而成的半導體模塊100a。半導體模塊IOOa向相鄰的冷卻板12之間的一層收容一個半導體封裝體5或器件封裝體2。因此，半導體模塊IOOa雖然層疊方向的長度變長，但橫向的寬度能夠減小。在層疊方向上相鄰的半導體封裝體5與器件封裝體2由匯流條29a、29b電結(jié)合。圖5表示向相鄰的冷卻板12之間的一層收容有一個半導體封裝體5和一個器件封裝體2的半導體模塊100b。一個半導體封裝體5和一個器件封裝體2沿橫向并排地配置。半導體模塊IOOb雖然橫向的寬度變大，但層疊方向的長度縮短。在橫向上相鄰的半導體封裝體5和器件封裝體2由匯流條29a、29b電結(jié)合。
[0051]圖6和圖7表示在一層上并排的半導體封裝體5和器件封裝體2的配線的變化。圖6和圖7表示打開模型的狀態(tài)。在圖6的半導體模塊IOOc中，器件封裝體2的電極2a、2b和半導體封裝體5的電極5a、5b及5c向冷卻板12的側(cè)方平行地延伸。并且，電極2a和電極5a由直線狀的匯流條29a連接，電極2b和電極5b由直線狀的匯流條29b連接。
[0052]在圖7的半導體模塊IOOd中，電容器3和晶體管6a、6b由直線狀的匯流條302a、302b連接。匯流條302a、302b如圖6的匯流條29a、29b那樣不經(jīng)由電極2、5而將電容器和晶體管連接，且比匯流條29a、29b短。
[0053]接下來，介紹將電容器內(nèi)包的器件封裝體的制造方法的一例。首先，介紹將扁平的卷繞型電容器內(nèi)包的器件封裝體。如圖8所示，向平坦的板的芯52卷繞膜51，使用一對壓板53對該結(jié)構(gòu)從兩側(cè)施加壓力，進行扁平化。這樣一來，如圖9所示，獲得扁平的卷繞電容器55。接下來，向扁平的卷繞電容器55安裝電極2a、2b，將該結(jié)構(gòu)放入模具56 (圖10)。接下來，使樹脂57向模具56流入(圖11)。該方法是被稱為灌封的制法的一例。在樹脂固化之后將模具56拆除，獲得模制出扁平的卷繞電容器55的器件封裝體2(圖12)。
[0054]如上述那樣，器件封裝體2通過樹脂的灌封來制作。灌封由于可以不將樹脂形成為高溫高壓，因此適合于耐熱性不高的電容器的模制。也優(yōu)選取代灌封而通過樹脂噴涂來制造器件封裝體2。
[0055]接下來，介紹層疊型電容器的制造方法的例子。一個方法是將膜151層疊的方法(圖13)。通過將多個膜151層疊，而獲得層疊型電容器155(圖14)。另一方法是準備大型的多邊形的線軸252，向該線軸252纏繞膜251。當切出平坦的部分時，能獲得層疊型電容器255。另外，電容器的長寬比優(yōu)選為10以上。在此，長寬比是長邊與短邊之比。當使用圖14所示的附圖標記時，長寬比相當于寬度W/厚度T、或進深L/厚度T。
[0056]對又一形態(tài)的半導體模塊IOOe進行說明。圖16表示半導體模塊IOOe的剖視圖。另外，在圖16中，僅表不半導體模塊IOOe的冷卻器的局部,而省略了相鄰的冷卻板所夾持的半導體封裝體和器件封裝體的圖示。由相鄰的冷卻板夾持的半導體封裝體和器件封裝體可以與第一實施例的半導體模塊100的情況相同。半導體模塊IOOe的冷卻器由冷卻板12a?12g構(gòu)成。以下，在將冷卻板12a?12g進行總稱時，稱為“冷卻板12”。另外，在圖16中，僅對上側(cè)的兩張冷卻板12a、12b的各個元件標注了附圖標記，在其他冷卻板中，各個元件的附圖標記省略了圖示。
[0057]圖17表示冷卻板單體的分解立體圖。圖17是將供給管15與排出管147連接的最外側(cè)的冷卻板12a的分解立體圖。但是，所有冷卻板除了有無過濾器129之外為相同的結(jié)構(gòu)。最外側(cè)的冷卻板12a的框體由兩張相向的外板121、125構(gòu)成。外板121、125具有帶凸緣的淺容器狀的形狀，隔著中板123而將凸緣相向接合，由此形成在內(nèi)部具有冷媒流路131、132(也參照圖16)的冷卻板12a。另外，外板的凸緣彼此通過釬焊而接合。
[0058]在一方外板121上形成有兩個開口部121a、121b。開口部從外板的表面突出。以下，有時將這樣的開口部稱為突出開口部。也在另一方外板125上在長度方向(圖的X方向)上的兩側(cè)形成有突出開口部125a和125b。在中板123上的與外板的開口部相向的位置形成有開口部123a、123b。開口部121a、123a及125a以從冷卻板的層疊方向(圖中的Y方向)觀察重疊的方式設置，上述開口部構(gòu)成將冷卻板12a貫通的貫通孔。同樣地，開口部121b、123b及125b也構(gòu)成貫通孔。最外側(cè)的冷卻板12a的兩個貫通孔設于半導體封裝體抵接的區(qū)域118的兩側(cè)。
[0059]中板123將冷卻板12a內(nèi)部空間分隔成兩個。在圖17中，在下側(cè)的外板125的開口部125a連接冷媒的供給管15，因此在圖17中，下側(cè)相當于冷媒上游。中板123將冷卻板12a的內(nèi)部的流路劃分成上游側(cè)流路131和下游側(cè)流路132。
[0060]在中板123的上游側(cè)的開口部123a安裝有除去雜質(zhì)的過濾器129。從冷媒的供給管15流入的冷媒中含有的雜質(zhì)在過濾器129的作用下不向比最外側(cè)的冷卻板12a靠下游側(cè)的冷卻板流動，而通過最外側(cè)的冷卻板12a的上游側(cè)流路131向排出管14排出。
[0061]在上游側(cè)的流路131配置有沿著流路的流動方向延伸的散熱片124(寬間距散熱片124)，在下游側(cè)的流路132配置有沿著流路的流動方向延伸的散熱片122 (窄間距散熱片122)。散熱片124、122為了將外板121、125的熱量易于向冷媒傳導而設置，能提高冷卻板12a的冷卻能力。上游側(cè)的寬間距散熱片124的間距比下游側(cè)的窄間距散熱片122寬。散熱片122、124為波板，一個個波相當于“片”。而且，“片的間距”是指波板的間距。在上游側(cè)的流路131，為了使雜質(zhì)容易流動而配置間距寬的寬間距散熱片124，在下游側(cè)的流路132，由于在過濾器129的作用下雜質(zhì)不流動，因此配置能提高冷卻效率的窄間距散熱片122。
[0062]返回到圖16繼續(xù)進行說明。在相鄰的兩張冷卻板中，一方冷卻板的突出開口部121a(121b)和與之相向的另一方冷卻板的突出開口部125a(125b)嵌合，從而形成連接管113。突出開口部121a(121b)和突出開口部125a(125b)也通過釬焊等來接合。[0063]如圖16所示那樣，冷卻板的結(jié)構(gòu)全部相同。但是，僅在上游側(cè)的冷卻板12a的中板123的靠近供給管15的貫通孔處具備過濾器129。而且，在圖16中雖然省略圖示，但是在最外側(cè)的冷卻板12a的上游側(cè)流路131配置有寬間距散熱片124(參照圖17)，在除此以外的流路配置有窄間距散熱片122。
[0064]圖16所示的流路內(nèi)的箭頭表示冷媒的流動。如箭頭所示，從供給管15向冷卻器供給的冷媒在各冷卻板上平行地流動，從排出管14排出?；烊氲嚼涿絻?nèi)的雜質(zhì)在過濾器129的作用下不流入下游側(cè)流路132及其他冷卻板，而通過最外側(cè)的冷卻板12a的上游側(cè)流路131向排出管14流動。此時，在上游側(cè)流路131未配置窄間距散熱片122而配置寬間距散熱片124，因此雜質(zhì)通過片間的寬間隙而順暢地流動。
[0065]半導體封裝體和器件封裝體(未圖示)配置于最外側(cè)的冷卻板12a和與之相鄰的冷卻板12b之間的空間134a內(nèi)。同樣地，在相鄰的冷卻板間的空間134b?134f內(nèi)配置有半導體封裝體或器件封裝體。如前述那樣，多個冷卻板12與多個半導體封裝體(或器件封裝體)的層疊體在其層疊方向上承受壓縮載荷，相互緊貼。半導體封裝體的熱量經(jīng)由冷卻板12的外板121、125及窄間距散熱片122而由冷媒吸收，將半導體封裝體冷卻。
[0066]如圖16所示那樣，在最外側(cè)的冷卻板2a的上游側(cè)未配置半導體封裝體。因此，在最外冷卻板12a的上游側(cè)流路131配置寬間距散熱片124(參照圖17)，與其他冷卻板相比雖然冷卻性能下降，但是不會影響到作為半導體模塊IOOe整體的冷卻能力。
[0067]參照圖18，說明圖16、圖17所示的冷卻板12的變形例。圖18是相互連接的兩個冷卻板212的剖視圖。冷卻板212具有相互連接且構(gòu)成連接管213的開口部221a(221b)和225a(225b)。開口部221a(221b)的根部構(gòu)成波紋230。同樣地，開口部225a(225b)的根部也構(gòu)成波紋230。即，在連接管213的根部設有波紋230。當層疊的冷卻板組在層疊方向上受到載荷時，波紋230縮小，相鄰的板間的距離d2收縮。即冷卻板212具備板間距離d2相對于層疊方向的載荷而發(fā)生變化的結(jié)構(gòu)。另外，在圖18中，省略了圖16、圖17所示的中板123的圖示。
[0068]敘述與實施例的技術相關的注意點。在實施例的半導體模塊100中，半導體封裝體與器件封裝體的寬度大致相等，因而多個冷卻板大致等間隔地配置。冷卻管將相鄰的兩個冷卻板連接。根據(jù)實施例的結(jié)構(gòu)，能夠在冷卻板間的距離相等的半導體模塊夾持半導體和其他電子元件。由于冷卻板間的距離相等，因此能夠?qū)⒃O于相鄰的冷卻板之間的冷卻管的兀件統(tǒng)一，能夠削減制造成本。
[0069]實施例的半導體封裝體可以包括設于半導體元件與冷卻板之間的絕緣板。而且，器件封裝體可以包括設于電子元件與冷卻板之間的絕緣板。
[0070]以上，詳細地說明了本發(fā)明的具體例，但這些只不過是例示，并未限定專利申請的范圍。專利申請的范圍所記載的技術包括對以上例示的具體例進行各種變形、變更的結(jié)構(gòu)。本說明書或【專利附圖】
【附圖說明】的技術要素單獨或通過各種組合而發(fā)揮技術有用性，并未限定為申請時權利要求書記載的組合。而且，本說明書或附圖例示的技術能同時實現(xiàn)多個目的，實現(xiàn)其中一個目的其自身就具有技術有用性。
【權利要求】
1.一種半導體模塊，其特征在于，具備: 多個平板型的冷卻板； 收納有半導體元件的多個平板型的半導體封裝體； 收納有與收納于所述半導體封裝體的半導體元件不同種類的電子元件的平板型的器件封裝體 '及 設于相鄰的冷卻板之間且在內(nèi)部流通冷媒的冷卻管， 多個冷卻板大致等間隔地配置，在相鄰的冷卻板之間夾持有半導體封裝體和器件封裝體， 平板型的冷卻板與半導體封裝體或器件封裝體交替層疊。
2.根據(jù)權利要求1所述的半導體模塊，其特征在于， 半導體封裝體的厚度與器件封裝體的厚度大致相等。
3.根據(jù)權利要求1或2所述的半導體模塊，其特征在于， 器件封裝體由樹脂模制而成。
4.根據(jù)權利要求1?3中任一項所述的半導體模塊，其特征在于， 收納于器件封裝體的電子元件是電容器。
5.根據(jù)權利要求4所述的半導體模塊，其特征在于， 所述電容器是扁平的卷繞式電容器。
6.根據(jù)權利要求4所述的半導體模塊，其特征在于， 所述電容器是層疊式的電容器。
7.根據(jù)權利要求1?6中任一項所述的半導體模塊,其特征在于， 器件封裝體的樹脂模通過灌封或噴涂而成形。
8.根據(jù)權利要求1?7中任一項所述的半導體模塊，其特征在于， 至少一個半導體封裝體與至少一個器件封裝體以從層疊方向觀察重疊的方式配置。
9.根據(jù)權利要求1?8中任一項所述的半導體模塊，其特征在于， 至少一個半導體封裝體和至少一個器件封裝體在相鄰的兩個冷卻板之間沿橫向并排地配置。
10.根據(jù)權利要求1?9中任一項所述的半導體模塊，其特征在于， 半導體封裝體內(nèi)的半導體元件與器件封裝體內(nèi)的電子元件通過直線狀的匯流條而電連接。
【文檔編號】H01L25/18GK103999213SQ201180075794
【公開日】2014年8月20日 申請日期:2011年12月20日 優(yōu)先權日:2011年12月20日
【發(fā)明者】堀田幸司 申請人:豐田自動車株式會社
【專利摘要】本發(fā)明提供一種改良了的冷卻器一體型的半導體模塊。半導體模塊(100)具備多個平板型的冷卻板(12)、多個平板型的半導體封裝體(5)、平板型器件封裝體(2)。半導體封裝體(5)在其內(nèi)部收納有半導體元件。器件封裝體(2)在其內(nèi)部收納有與收納于半導體封裝體的半導體元件不同種類的電子元件。冷卻板(12)與半導體封裝體(5)或器件封裝體(2)交替層疊。在相鄰的冷卻板(12)之間設有在內(nèi)部流通冷媒的連接管(13a、13b)。
【專利說明】半導體模塊
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及收納有半導體元件的多個平板型的半導體封裝體與冷卻器成為一體的半導體模塊。
【背景技術】
[0002]在逆變器、電壓轉(zhuǎn)換器中使用的IGBT、回流二極管等半導體元件的發(fā)熱量大。這些元件有時被稱為功率半導體元件或簡稱為功率元件等。發(fā)熱量取決于流動的電流的大小。因此，向要求大輸出的車輪驅(qū)動用的電動機(包括混合動力車的電動車用的行駛用電動機)供給電力的逆變器、電壓轉(zhuǎn)換器多使用發(fā)熱量大的功率元件。逆變器、電壓轉(zhuǎn)換器除了使用功率元件以外，還使用發(fā)熱量大的電子元件。這樣的電子元件典型的是用于對在功率元件的源極/漏極間(發(fā)射極/集電極間)流動的電流進行平滑化的電容器(平滑化電容器)。由于在功率元件的源極/漏極間流動的電流大，因此平滑化電容器的容量也增大，發(fā)熱量也增大。因此，在電動車用中，提出了將多個功率元件、其他電路元件、冷卻器進行一體化而成的半導體模塊。
[0003]例如，在專利文獻I中公開了將平板型的冷卻管(冷卻板)、平板型半導體封裝體、扁平的平滑化電容器層疊而成的半導體模塊。該半導體模塊中，向由相鄰的冷卻板夾持的一層夾持半導體封裝體，向另一層夾持扁平的平滑化電容器。平滑化電容器的扁平率不增大，平滑化電容器的厚度比半導體封裝體厚。因此，層疊的冷卻板的間隔不是等間隔。
[0004]另外，在專利文獻2中公開了一種將電容器和半導體元件利用模型而收納于一個封裝體并將多個封裝體與多個冷卻板交替層疊而成的半導體模塊。而且，在專利文獻3中公開了一種將成形為板狀的多個電子元件與多個冷卻板交替層疊而成的半導體模塊。
[0005]收納有半導體元件的封裝體或成形為板狀的電子元件與冷卻板層疊而成的器件對于封裝體或電子元件能夠從其兩側(cè)進行冷卻，因此緊湊性也優(yōu)異。
[0006]專利文獻1:日本特開2001-320005號公報
[0007]專利文獻2:日本特開2010-153527號公報
[0008]專利文獻3:日本特開2007-053307號公報
【發(fā)明內(nèi)容】
[0009]本說明書涉及一種將多個半導體封裝體及其他電子元件與冷卻板交替層疊而成的半導體模塊。本說明書提供一種對這樣的冷卻器一體型的半導體模塊進行改善的技術。
[0010]本說明書公開的技術的一形態(tài)的半導體模塊具備:多個平板型的冷卻板；收納有半導體元件的多個平板型的半導體封裝體；及平板型的器件封裝體。器件封裝體收納有與收納于半導體封裝體的半導體元件不同種類的電子元件。器件封裝體可以由樹脂模制成形。冷卻板與半導體封裝體或器件封裝體交替層疊。換言之，在相鄰的冷卻板之間夾持有半導體封裝體和器件封裝體。在該半導體模塊中，半導體封裝體與器件封裝體的寬度大致相等，因而多個冷卻板大致等間隔地配置。冷卻管將相鄰的兩個冷卻板連接。冷媒在冷卻管的內(nèi)部從一方冷卻向另一方冷卻板流動。
[0011 ] 器件封裝體通過樹脂模制出電子元件，能夠以高精度成形其厚度方向的尺寸。因此，優(yōu)選通過冷卻板與半導體封裝體一起層疊。而且，樹脂模的耐濕性、耐電壓性優(yōu)異。尤其是由于耐電壓性優(yōu)異，因此優(yōu)選配置于半導體封裝體的附近。大電流流過的半導體元件、電子元件由被稱為匯流條的導電部件連接。匯流條是指高耐電壓的金屬長板部件。耐電壓性優(yōu)異的器件封裝體也優(yōu)選與這樣的匯流條接近配置。
[0012]冷卻板、半導體封裝體、器件封裝體的層疊體在其層疊方向上從兩側(cè)被施加載荷，能提高冷卻板與半導體封裝體(或器件封裝體)的密接性。通過提高密接性，半導體封裝體(或器件封裝體)與冷卻板之間的導熱性提高。半導體封裝體的厚度與器件封裝體的厚度大致相等，冷卻板優(yōu)選具備厚度相對于層疊方向的載荷而發(fā)生變化的結(jié)構(gòu)。在此，“厚度發(fā)生變化的結(jié)構(gòu)”的一例是冷卻板的側(cè)壁或冷卻管的一部分由折疊結(jié)構(gòu)或波紋結(jié)構(gòu)構(gòu)成，折疊結(jié)構(gòu)或波紋結(jié)構(gòu)的厚度根據(jù)載荷而縮小。如前述那樣，半導體模塊在其層疊方向上從兩側(cè)被施加載荷。在此，由于半導體封裝體與器件封裝體的厚度相等，因此冷卻板的厚度根據(jù)載荷而均勻地縮小，能夠防止冷卻板的破損。
[0013]收納于器件封裝體的電子元件典型的是電容器。該電容器可以是扁平的卷繞式電容器，也可以是層疊式的電容器。扁平的卷繞式電容器比層疊式電容器廉價。層疊式的電容器與卷繞式電容器相比能夠容易制作得較薄。
[0014]器件封裝體的樹脂模優(yōu)選通過灌封或噴涂而成形。灌封或噴涂與關于半導體元件經(jīng)常使用的傳遞模型不同，不需要將電子元件形成為高溫高壓，適合于耐熱性不高的電子元件的模型。
[0015]半導體封裝體與器件封裝體可以在兩張冷卻板間的一層上相鄰配置，也可以在不同的層上配置。在前者的情況下，能夠縮短半導體模塊的層疊方向的長度。在后者的情況下，能夠減小半導體模塊的寬度。而且，在后者的情況的一例中，至少一個半導體封裝體與至少一個器件封裝體優(yōu)選以從層疊方向觀察重疊的方式配置?；蛘?，至少一個半導體封裝體與至少一個器件封裝體優(yōu)選在相鄰的兩個冷卻板之間沿橫向并排地配置。換言之，至少一個半導體封裝體與至少一個器件封裝體優(yōu)選在與層疊方向交叉的方向上并排地配置。
[0016]半導體封裝體內(nèi)的半導體元件與器件封裝體內(nèi)的電子元件優(yōu)選通過直線的匯流條而電連接。換言之，半導體封裝體內(nèi)的半導體元件與器件封裝體內(nèi)的電子元件優(yōu)選通過匯流條以最短距離連接。通過利用最短的匯流條將半導體元件與電子元件連接，能夠降低匯流條的電感。因而，能夠降低半導體元件的開關中的浪涌電流。這有助于半導體元件的開關損失的減少。
[0017]本說明書公開的半導體模塊的詳情及進一步的改良通過發(fā)明的實施方式進行說明。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0018]圖1是一實施方式的半導體模塊的立體圖。
[0019]圖2是半導體模塊的局部剖視圖。
[0020]圖3是使用半導體模塊的電動機控制器單元的框圖。
[0021]圖4是一實施方式的半導體模塊的俯視圖。[0022]圖5是另一實施方式的半導體模塊的俯視圖。
[0023]圖6是表示半導體封裝體與器件封裝體的連接的一例的圖。
[0024]圖7是表示半導體封裝體與器件封裝體的連接的另一例的圖。
[0025]圖8是說明扁平的卷繞式電容器的制造工序的一例的圖(I)。
[0026]圖9是說明扁平的卷繞式電容器的制造工序的一例的圖(2)。
[0027]圖10是說明收納有扁平的卷繞式電容器的器件封裝體的制造工序的一例的圖⑴。
[0028]圖11是說明收納有扁平的卷繞式電容器的器件封裝體的制造工序的一例的圖⑵。
[0029]圖12是說明收納有扁平的卷繞式電容器的器件封裝體的制造工序的一例的圖⑶。
[0030]圖13是說明層疊式電容器的制造工序的一例的圖(I)。
[0031]圖14是說明層疊式電容器的制造工序的一例的圖(2)。
[0032]圖15是說明層疊式電容器的另一制造工序的一例的圖。
[0033]圖16是又一實施方式的半導體模塊的剖視圖。
[0034]圖17表示冷卻板的分解圖。
[0035]圖18表不一實施方式的冷卻板的剖視圖。
【具體實施方式】
[0036]參照附圖，說明實施例的半導體模塊。圖1是半導體模塊100的立體圖。另外，圖1對于一部分元件從主體分離而表示。半導體模塊100是向電動車的電動機控制器單元裝入的模塊，將構(gòu)成逆變器的開關元件的晶體管、二極管及平滑化電容器匯總而成的結(jié)構(gòu)。半導體模塊100主要由多個平板型的冷卻板12、多個平板型的半導體封裝體5及內(nèi)置有電容器3的多個器件封裝體2構(gòu)成。冷媒在冷卻板12的內(nèi)部流動，冷媒吸收半導體封裝體5和器件封裝體2的熱量，對這些封裝體進行冷卻。
[0037]多個冷卻板12平行配置，在相鄰的兩個冷卻板12之間夾持半導體封裝體5或器件封裝體2。換言之，半導體模塊100構(gòu)成將平行配置的冷卻板12與半導體封裝體5或器件封裝體2交替層疊而成的層疊體。層疊體的整體由托架16夾緊。向?qū)盈B體的端部與托架16的肋16a之間裝入彈簧17，該彈簧17向?qū)盈B體施加層疊方向的壓力。通過彈簧17的壓力，使冷卻板12與半導體封裝體5或器件封裝體2較強地密接。通過較強地密接，冷卻板12與半導體封裝體5或器件封裝體2之間的熱傳遞效率提高。
[0038]相鄰的冷卻板12通過兩個連接管13a、13b而相互連接。而且，在位于層疊體的端部的冷卻板12上連接有供給冷媒的供給管15和排出冷媒的排出管14。從供給管15供給的冷媒通過連接管13a而向下游的冷卻板12流動。而且，通過了冷卻板12的內(nèi)部的冷媒通過連接管13b而向排出管14流動。連接管13a、13b相當于冷卻管的一例。
[0039]半導體模塊100對收納有半導體元件的半導體封裝體5和收納有電容器3的器件封裝體2交替夾持。半導體封裝體5與器件封裝體2為大致相同的厚度dl。因此，多個冷卻板12以寬度d2的大致等間隔進行配置。相鄰的冷卻板12之間的寬度d2比封裝體的厚度dl稍寬。另外，在向冷卻板12之間插入時，在半導體封裝體5的兩側(cè)安裝陶瓷制的絕緣板8。向相鄰的冷卻板12之間的寬度d2與封裝體的厚度dl之間的微小的間隙插入絕緣板8，并填充潤滑脂。
[0040]對半導體封裝體5進行說明。半導體封裝體5是在內(nèi)部通過樹脂模制出兩個晶體管6a、6b和兩個二極管7a、7b的結(jié)構(gòu)。雖然圖示省略，但晶體管6a與二極管7a在樹脂模的內(nèi)部反并聯(lián)地連接，晶體管6b與二極管7b也反并聯(lián)地連接。晶體管6a與二極管7a的組和晶體管6b與二極管7b的組串聯(lián)地連接。眾所周知，晶體管與二極管的反并聯(lián)電路被使用作為逆變器、電壓轉(zhuǎn)換器的開關電路。一個半導體封裝體5相當于兩個開關電路的串聯(lián)連接。
[0041]如圖1所不,三個電極5a、5b及5c從半導體封裝體5的一側(cè)面(圖1中的底面)延伸，多個控制端子5d從另一側(cè)面(圖1中的上表面)延伸。電極5a與兩個開關電路的串聯(lián)連接的正極連接，電極5b與兩個開關電路的串聯(lián)連接的負極(接地)連接。電極5c與兩個開關電路的串聯(lián)連接的中點連接。控制端子5d與晶體管的柵極電極連接。
[0042]器件封裝體2通過樹脂模對電容器3進行加固。電容器3的兩電極2a、2b從器件封裝體2的一側(cè)面(圖1中的底面)延伸。
[0043]圖2表不半導體模塊100的局部剖面。圖2表不三張冷卻板12和由它們夾持的半導體封裝體5及器件封裝體2的剖面。另外，圖2的下側(cè)表示冷卻板的側(cè)端的放大圖。冷卻板12由構(gòu)成框體的兩張框板27、將內(nèi)部的空間分隔成兩部分的隔板26及相當于冷卻片的波板25構(gòu)成。
[0044]半導體封裝體5是通過樹脂模制出晶體管22 (半導體元件)和二極管(未圖示)的結(jié)構(gòu)。在半導體封裝體5的兩面具備散熱板21。散熱板21使晶體管22和二極管的熱量高效地向封裝體的表面擴散。向半導體封裝體5與冷卻板12之間插入絕緣板24，并向絕緣板24的兩側(cè)填充潤滑脂23。散熱板21的熱量通過潤滑脂23和絕緣板24而向冷卻板12移動。
[0045]器件封裝體2通過樹脂模制出電容器3。向器件封裝體2與冷卻板12之間填充潤滑脂23。電容器3的熱量通過樹脂模和潤滑脂23而向冷卻板12移動。
[0046]從器件封裝體2伸出的電容器3的一方電極2a和從半導體封裝體5伸出的電極5a由直線性的匯流條29a連接。從器件封裝體2伸出的電容器3的另一方電極2b和從半導體封裝體5伸出的電極5b由直線性的匯流條29b連接。
[0047]圖3是應用半導體模塊100的器件的電路框圖。圖3是具備發(fā)動機87和兩個電動機85、86的混合動力車80的電動機控制單兀的電路圖。半導體模塊100是將向第一電動機85供給交流電力的第一逆變器83的開關電路、向第二電動機86供給交流電力的第二逆變器84的開關電路及附隨于這些開關電路的電容器集成所得的結(jié)構(gòu)。在半導體模塊100中，還包括將蓄電池81的輸出電壓轉(zhuǎn)換成適合于電動機驅(qū)動的高電壓的升壓轉(zhuǎn)換器82的開關電路。以下，將兩個開關電路的組稱為“功率模塊”。
[0048]對電動機控制單元的電路進行說明。蓄電池81與升壓轉(zhuǎn)換器82連接。升壓轉(zhuǎn)換器82由兩個開關電路的串聯(lián)連接和電抗器L構(gòu)成。兩個開關電路的串聯(lián)連接相當于功率模塊PM7。升壓轉(zhuǎn)換器82的輸出端與第一逆變器83和第二逆變器84連接。眾所周知，三相輸出的逆變器具備三組兩個開關電路的串聯(lián)連接(即功率模塊)。第一逆變器83具備功率模塊PM1、PM2、PM3。將電容器(Cl、C2、C3)相對于各個功率模塊并聯(lián)連接。第二逆變器84具備功率模塊PM4、PM5、PM6。將電容器(C4、C5、C6)相對于各個功率模塊并聯(lián)連接。電容器C對在功率模塊PM流動的電流進行平滑化。
[0049]對混合動力車80的驅(qū)動機理進行說明。發(fā)動機87的輸出軸、第一電動機85的輸出軸、第二電動機86的輸出軸通過動力分配機構(gòu)88而相互卡合。動力分配機構(gòu)88是行星齒輪。發(fā)動機87的輸出軸與行星架連接,第一電動機85的輸出軸與太陽輪連接,第二電動機86的輸出軸與齒圈連接。齒圈還與車軸89連接。車軸89經(jīng)由差速器90而與車輪連接。混合動力車80通過適當調(diào)整發(fā)動機87和兩個電動機85、86的輸出而獲得車輪驅(qū)動力。而且，第一電動機85也作為使發(fā)動機87起動的起動器發(fā)揮功能。此外，動力分配機構(gòu)88將發(fā)動機87的驅(qū)動轉(zhuǎn)矩的一部分向第一電動機85分配，由此能夠通過第一電動機85進行發(fā)電，而對蓄電池81進行充電。而且，混合動力車80也能夠利用車輛的動能而通過第一及第二電動機85、86進行發(fā)電。
[0050]半導體模塊100是將七個功率模塊PM1-PM7和六個電容器C1-C6集成所得的結(jié)構(gòu)。一個功率模塊PM相當于一個半導體封裝體5。而且，一個電容器C相當于一個器件封裝體2。半導體封裝體5和器件封裝體2的布局的變化如圖4和圖5所示。圖4表示將埋入有電容器的器件封裝體2和半導體封裝體5交替層疊而成的半導體模塊100a。半導體模塊IOOa向相鄰的冷卻板12之間的一層收容一個半導體封裝體5或器件封裝體2。因此，半導體模塊IOOa雖然層疊方向的長度變長，但橫向的寬度能夠減小。在層疊方向上相鄰的半導體封裝體5與器件封裝體2由匯流條29a、29b電結(jié)合。圖5表示向相鄰的冷卻板12之間的一層收容有一個半導體封裝體5和一個器件封裝體2的半導體模塊100b。一個半導體封裝體5和一個器件封裝體2沿橫向并排地配置。半導體模塊IOOb雖然橫向的寬度變大，但層疊方向的長度縮短。在橫向上相鄰的半導體封裝體5和器件封裝體2由匯流條29a、29b電結(jié)合。
[0051]圖6和圖7表示在一層上并排的半導體封裝體5和器件封裝體2的配線的變化。圖6和圖7表示打開模型的狀態(tài)。在圖6的半導體模塊IOOc中，器件封裝體2的電極2a、2b和半導體封裝體5的電極5a、5b及5c向冷卻板12的側(cè)方平行地延伸。并且，電極2a和電極5a由直線狀的匯流條29a連接，電極2b和電極5b由直線狀的匯流條29b連接。
[0052]在圖7的半導體模塊IOOd中，電容器3和晶體管6a、6b由直線狀的匯流條302a、302b連接。匯流條302a、302b如圖6的匯流條29a、29b那樣不經(jīng)由電極2、5而將電容器和晶體管連接，且比匯流條29a、29b短。
[0053]接下來，介紹將電容器內(nèi)包的器件封裝體的制造方法的一例。首先，介紹將扁平的卷繞型電容器內(nèi)包的器件封裝體。如圖8所示，向平坦的板的芯52卷繞膜51，使用一對壓板53對該結(jié)構(gòu)從兩側(cè)施加壓力，進行扁平化。這樣一來，如圖9所示，獲得扁平的卷繞電容器55。接下來，向扁平的卷繞電容器55安裝電極2a、2b，將該結(jié)構(gòu)放入模具56 (圖10)。接下來，使樹脂57向模具56流入(圖11)。該方法是被稱為灌封的制法的一例。在樹脂固化之后將模具56拆除，獲得模制出扁平的卷繞電容器55的器件封裝體2(圖12)。
[0054]如上述那樣，器件封裝體2通過樹脂的灌封來制作。灌封由于可以不將樹脂形成為高溫高壓，因此適合于耐熱性不高的電容器的模制。也優(yōu)選取代灌封而通過樹脂噴涂來制造器件封裝體2。
[0055]接下來，介紹層疊型電容器的制造方法的例子。一個方法是將膜151層疊的方法(圖13)。通過將多個膜151層疊，而獲得層疊型電容器155(圖14)。另一方法是準備大型的多邊形的線軸252，向該線軸252纏繞膜251。當切出平坦的部分時，能獲得層疊型電容器255。另外，電容器的長寬比優(yōu)選為10以上。在此，長寬比是長邊與短邊之比。當使用圖14所示的附圖標記時，長寬比相當于寬度W/厚度T、或進深L/厚度T。
[0056]對又一形態(tài)的半導體模塊IOOe進行說明。圖16表示半導體模塊IOOe的剖視圖。另外，在圖16中，僅表不半導體模塊IOOe的冷卻器的局部,而省略了相鄰的冷卻板所夾持的半導體封裝體和器件封裝體的圖示。由相鄰的冷卻板夾持的半導體封裝體和器件封裝體可以與第一實施例的半導體模塊100的情況相同。半導體模塊IOOe的冷卻器由冷卻板12a?12g構(gòu)成。以下，在將冷卻板12a?12g進行總稱時，稱為“冷卻板12”。另外，在圖16中，僅對上側(cè)的兩張冷卻板12a、12b的各個元件標注了附圖標記，在其他冷卻板中，各個元件的附圖標記省略了圖示。
[0057]圖17表示冷卻板單體的分解立體圖。圖17是將供給管15與排出管147連接的最外側(cè)的冷卻板12a的分解立體圖。但是，所有冷卻板除了有無過濾器129之外為相同的結(jié)構(gòu)。最外側(cè)的冷卻板12a的框體由兩張相向的外板121、125構(gòu)成。外板121、125具有帶凸緣的淺容器狀的形狀，隔著中板123而將凸緣相向接合，由此形成在內(nèi)部具有冷媒流路131、132(也參照圖16)的冷卻板12a。另外，外板的凸緣彼此通過釬焊而接合。
[0058]在一方外板121上形成有兩個開口部121a、121b。開口部從外板的表面突出。以下，有時將這樣的開口部稱為突出開口部。也在另一方外板125上在長度方向(圖的X方向)上的兩側(cè)形成有突出開口部125a和125b。在中板123上的與外板的開口部相向的位置形成有開口部123a、123b。開口部121a、123a及125a以從冷卻板的層疊方向(圖中的Y方向)觀察重疊的方式設置，上述開口部構(gòu)成將冷卻板12a貫通的貫通孔。同樣地，開口部121b、123b及125b也構(gòu)成貫通孔。最外側(cè)的冷卻板12a的兩個貫通孔設于半導體封裝體抵接的區(qū)域118的兩側(cè)。
[0059]中板123將冷卻板12a內(nèi)部空間分隔成兩個。在圖17中，在下側(cè)的外板125的開口部125a連接冷媒的供給管15，因此在圖17中，下側(cè)相當于冷媒上游。中板123將冷卻板12a的內(nèi)部的流路劃分成上游側(cè)流路131和下游側(cè)流路132。
[0060]在中板123的上游側(cè)的開口部123a安裝有除去雜質(zhì)的過濾器129。從冷媒的供給管15流入的冷媒中含有的雜質(zhì)在過濾器129的作用下不向比最外側(cè)的冷卻板12a靠下游側(cè)的冷卻板流動，而通過最外側(cè)的冷卻板12a的上游側(cè)流路131向排出管14排出。
[0061]在上游側(cè)的流路131配置有沿著流路的流動方向延伸的散熱片124(寬間距散熱片124)，在下游側(cè)的流路132配置有沿著流路的流動方向延伸的散熱片122 (窄間距散熱片122)。散熱片124、122為了將外板121、125的熱量易于向冷媒傳導而設置，能提高冷卻板12a的冷卻能力。上游側(cè)的寬間距散熱片124的間距比下游側(cè)的窄間距散熱片122寬。散熱片122、124為波板，一個個波相當于“片”。而且，“片的間距”是指波板的間距。在上游側(cè)的流路131，為了使雜質(zhì)容易流動而配置間距寬的寬間距散熱片124，在下游側(cè)的流路132，由于在過濾器129的作用下雜質(zhì)不流動，因此配置能提高冷卻效率的窄間距散熱片122。
[0062]返回到圖16繼續(xù)進行說明。在相鄰的兩張冷卻板中，一方冷卻板的突出開口部121a(121b)和與之相向的另一方冷卻板的突出開口部125a(125b)嵌合，從而形成連接管113。突出開口部121a(121b)和突出開口部125a(125b)也通過釬焊等來接合。[0063]如圖16所示那樣，冷卻板的結(jié)構(gòu)全部相同。但是，僅在上游側(cè)的冷卻板12a的中板123的靠近供給管15的貫通孔處具備過濾器129。而且，在圖16中雖然省略圖示，但是在最外側(cè)的冷卻板12a的上游側(cè)流路131配置有寬間距散熱片124(參照圖17)，在除此以外的流路配置有窄間距散熱片122。
[0064]圖16所示的流路內(nèi)的箭頭表示冷媒的流動。如箭頭所示，從供給管15向冷卻器供給的冷媒在各冷卻板上平行地流動，從排出管14排出?；烊氲嚼涿絻?nèi)的雜質(zhì)在過濾器129的作用下不流入下游側(cè)流路132及其他冷卻板，而通過最外側(cè)的冷卻板12a的上游側(cè)流路131向排出管14流動。此時，在上游側(cè)流路131未配置窄間距散熱片122而配置寬間距散熱片124，因此雜質(zhì)通過片間的寬間隙而順暢地流動。
[0065]半導體封裝體和器件封裝體(未圖示)配置于最外側(cè)的冷卻板12a和與之相鄰的冷卻板12b之間的空間134a內(nèi)。同樣地，在相鄰的冷卻板間的空間134b?134f內(nèi)配置有半導體封裝體或器件封裝體。如前述那樣，多個冷卻板12與多個半導體封裝體(或器件封裝體)的層疊體在其層疊方向上承受壓縮載荷，相互緊貼。半導體封裝體的熱量經(jīng)由冷卻板12的外板121、125及窄間距散熱片122而由冷媒吸收，將半導體封裝體冷卻。
[0066]如圖16所示那樣，在最外側(cè)的冷卻板2a的上游側(cè)未配置半導體封裝體。因此，在最外冷卻板12a的上游側(cè)流路131配置寬間距散熱片124(參照圖17)，與其他冷卻板相比雖然冷卻性能下降，但是不會影響到作為半導體模塊IOOe整體的冷卻能力。
[0067]參照圖18，說明圖16、圖17所示的冷卻板12的變形例。圖18是相互連接的兩個冷卻板212的剖視圖。冷卻板212具有相互連接且構(gòu)成連接管213的開口部221a(221b)和225a(225b)。開口部221a(221b)的根部構(gòu)成波紋230。同樣地，開口部225a(225b)的根部也構(gòu)成波紋230。即，在連接管213的根部設有波紋230。當層疊的冷卻板組在層疊方向上受到載荷時，波紋230縮小，相鄰的板間的距離d2收縮。即冷卻板212具備板間距離d2相對于層疊方向的載荷而發(fā)生變化的結(jié)構(gòu)。另外，在圖18中，省略了圖16、圖17所示的中板123的圖示。
[0068]敘述與實施例的技術相關的注意點。在實施例的半導體模塊100中，半導體封裝體與器件封裝體的寬度大致相等，因而多個冷卻板大致等間隔地配置。冷卻管將相鄰的兩個冷卻板連接。根據(jù)實施例的結(jié)構(gòu)，能夠在冷卻板間的距離相等的半導體模塊夾持半導體和其他電子元件。由于冷卻板間的距離相等，因此能夠?qū)⒃O于相鄰的冷卻板之間的冷卻管的兀件統(tǒng)一，能夠削減制造成本。
[0069]實施例的半導體封裝體可以包括設于半導體元件與冷卻板之間的絕緣板。而且，器件封裝體可以包括設于電子元件與冷卻板之間的絕緣板。
[0070]以上，詳細地說明了本發(fā)明的具體例，但這些只不過是例示，并未限定專利申請的范圍。專利申請的范圍所記載的技術包括對以上例示的具體例進行各種變形、變更的結(jié)構(gòu)。本說明書或【專利附圖】
【附圖說明】的技術要素單獨或通過各種組合而發(fā)揮技術有用性，并未限定為申請時權利要求書記載的組合。而且，本說明書或附圖例示的技術能同時實現(xiàn)多個目的，實現(xiàn)其中一個目的其自身就具有技術有用性。
【權利要求】
1.一種半導體模塊，其特征在于，具備: 多個平板型的冷卻板； 收納有半導體元件的多個平板型的半導體封裝體； 收納有與收納于所述半導體封裝體的半導體元件不同種類的電子元件的平板型的器件封裝體 '及 設于相鄰的冷卻板之間且在內(nèi)部流通冷媒的冷卻管， 多個冷卻板大致等間隔地配置，在相鄰的冷卻板之間夾持有半導體封裝體和器件封裝體， 平板型的冷卻板與半導體封裝體或器件封裝體交替層疊。
2.根據(jù)權利要求1所述的半導體模塊，其特征在于， 半導體封裝體的厚度與器件封裝體的厚度大致相等。
3.根據(jù)權利要求1或2所述的半導體模塊，其特征在于， 器件封裝體由樹脂模制而成。
4.根據(jù)權利要求1?3中任一項所述的半導體模塊，其特征在于， 收納于器件封裝體的電子元件是電容器。
5.根據(jù)權利要求4所述的半導體模塊，其特征在于， 所述電容器是扁平的卷繞式電容器。
6.根據(jù)權利要求4所述的半導體模塊，其特征在于， 所述電容器是層疊式的電容器。
7.根據(jù)權利要求1?6中任一項所述的半導體模塊,其特征在于， 器件封裝體的樹脂模通過灌封或噴涂而成形。
8.根據(jù)權利要求1?7中任一項所述的半導體模塊，其特征在于， 至少一個半導體封裝體與至少一個器件封裝體以從層疊方向觀察重疊的方式配置。
9.根據(jù)權利要求1?8中任一項所述的半導體模塊，其特征在于， 至少一個半導體封裝體和至少一個器件封裝體在相鄰的兩個冷卻板之間沿橫向并排地配置。
10.根據(jù)權利要求1?9中任一項所述的半導體模塊，其特征在于， 半導體封裝體內(nèi)的半導體元件與器件封裝體內(nèi)的電子元件通過直線狀的匯流條而電連接。
【文檔編號】H01L25/18GK103999213SQ201180075794
【公開日】2014年8月20日 申請日期:2011年12月20日 優(yōu)先權日:2011年12月20日
【發(fā)明者】堀田幸司 申請人:豐田自動車株式會社
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