CN101120446A - 半导体模组及半导体装置 - Google Patents

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Abstract

充当散热器的电极板(52、54)被布置成夹着功率管(Q1)和二极管(D1)。电极板(52、54)在它们与冷却部件(62、64)相对的表面与功率管(Q1)和二极管(D1)相对的部分被形成为：大致邻近于功率管(Q1)和二极管(D1)中心的部分的厚度比大致邻近于功率管(Q1)和二极管(D1)周边的部分的厚度小。冷却部件(62、64)被布置成在几何形状方面沿电极板(52、54)夹着电极板(52、54)。

Description

半导体模组及半导体装置
技术领域
本发明一般地涉及半导体模组及半导体装置，更具体地说，本发明涉及用于使半导体模组中的功率器件冷却的技术。
背景技术
目前，已经提出用于有效地冷却半导体模组中半导体元件的大量结构。例如，日本发明创新研究所在其出版的技术报告NO.2003-504490中公开这样的结构，其具有浸到冷却剂液体或类似流体中的散热器，以冷却功率器件。此功率器件包括功率器件和布置在该功率器件的相反表面上并浸到冷却剂流体中的散热器。
此功率器件具有这样的散热器，该散热器在凹陷、弯曲表面上形成有多个凸起，以增大表面积来冷却功率器件，并且还有冷却剂流通，以更有效地冷却功率器件。
日本专利公开No.7-189684公开了一种热交换器件，其具有散热片，该散热片的布置密度根据风扇吹动的、用于冷却的空气的流动速率分布情况而变化。对于散热器的高速空气流动区域，该热交换器件的散热片间隔较近，而对于散热器的低速空气流动区域，散热片间隔较远。这允许经过散热器流通的空气量在整个散热器上基本均匀，以提高热交换率。
但是，如技术报告No.2003-504490中所公开，该结构的目的是更有效地冷却整个功率器件。其目的不是使功率器件能够具有均匀的温度分布。
一般而言，功率器件在其中心的温度比其周边高。因此，认为器件中心的温度升高情况限制了流过功率器件的电流量。这样，中心比周边温度高的功率器件就不能够充分发挥其能力。
换言之，为了使功率器件能够更充分地发挥其性能，重要的是能够更有效并且尽可能均匀地冷却功率器件。
此外，如果功率器件没有均匀的温度分布，则功率器件的内部、将功率器件和电极接合在一起的材料等会具有由此引起的应力并促进它们的劣化。日本专利公开No.7-189684和技术报告No.2003-504490没有考虑到这样的不足。
发明内容
针对于克服上述缺点而做出本发明，本发明提供了半导体模组和半导体装置，以允许功率器件均匀冷却。
本半导体模组包括：半导体元件；以及散热器，布置于所述半导体元件和冷却所述半导体元件的冷却部件之间，其邻近于所述半导体元件的大致中心的部分的厚度比其邻近于所述半导体元件的周边的部分的厚度小。
本半导体模组具有这样的散热器，该散热器邻近于所述半导体元件的大致中心的部分的厚度比其邻近于所述半导体元件的周边的部分的厚度小。因此，散热器邻近于所述半导体元件的大致中心的部分的热阻小于邻近于所述半导体元件的周边的部分的热阻。
因此，本发明的半导体元件的大致中心比周边可以更有效地冷却，因此具有均匀的温度分布。由此，半导体元件可以充分发挥其能力。此外，因为半导体元件可以具有均匀的温度分布，所以可以防止半导体元件的内部、将半导体元件和电极接合在一起的材料等中引起应力，并且防止促进它们的劣化。
优选地，所述散热器由导体形成，并且还连接到所述半导体元件的电极。
在本半导体模组中，散热器可以充当半导体模组的电极。因此，半导体模组的尺寸可以减小。
此外，本半导体装置包括：半导体元件；以及冷却部件，包括多个散热片，所述多个散热片被构造成与所述半导体元件的中心附近相对的部分比与所述半导体元件的周边相对的部分通过更大的面积散热。
本半导体装置包括具有多个散热片的冷却部件，所述多个散热片被构造成与所述半导体元件的中心附近相对的部分比与所述半导体元件的周边相对的部分通过更大的面积散热。所述散热片在半导体元件的中心附近比在其周边提供更强的散热能力。
因此，在本发明中，半导体元件的大致中心可以比周边更有效地冷却，因此，具有均匀的温度分布。由此，半导体元件的内部可以具有均匀的电流密度，并充分发挥其能力。此外，因为半导体元件可以具有均匀的温度分布，所以可以防止半导体元件的内部、将半导体元件和电极接合在一起的材料等中引起应力，并防止促进它们的劣化。
优选地，多个散热片与半导体元件的中心附近相对的部分比与半导体元件的周边相对的部分布置得更密集。
本半导体装置可以具有这样的散热片，其与半导体元件的中心附近相对的部分比与半导体元件的周边相对的部分布置得更密集。这样，散热片在半导体元件的中心附近比周边提供更强的散热能力。因此，本半导体装置可以用简单的构造使半导体元件具有均匀的温度分布。
更优选地，多个散热片的每个散热片为板状形式；并且与半导体元件的中心附近相对的多个散热片比与半导体元件的周边相对的散热片间隔得更近。
因此，半导体装置可以用相当简单的构造使半导体元件具有均匀的温度分布。
此外，优选地，与半导体元件的周边相对的散热片是每个散热片为板状形式的多个散热片；并且与半导体元件的中心附近相对的散热片是多个柱状散热片。
本半导体装置可以具有多个柱状散热器，该多个柱状散热器可以比多个板状散热片以更大面积接触冷却剂。因此，本半导体装置允许用简单的构造使半导体元件具有均匀的温度分布。
此外，优选地，多个散热片的每个散热片为板状形式；并且与半导体元件的中心附近相对的板状形式的散热片包括具有凸起和凹陷的表面。
具有凸起和凹陷表面的多个板状散热片比没有这种凸起和凹陷的散热片可以以更大面积接触冷却剂。这样，散热片在半导体元件的中心附近比周边提供了更强的散热能力。因此，本半导体装置允许用简单的构造使半导体元件具有均匀的温度分布。
此外，本半导体装置包括：半导体元件；冷却部件，冷却所述半导体元件；以及散热器，布置于半导体元件和冷却部件之间，并且其邻近于半导体元件的大致中心的部分的厚度比其邻近于半导体元件的周边的部分的厚度小。散热器与冷却部件相对的表面具有平面。散热器与冷却部件相对的表面在与半导体元件的大致中心相对的部分被凹陷，以使背对半导体元件中心的部分厚度最小化。冷却部件与散热器相对的表面被形成为与散热器的表面几何匹配。
在本半导体装置中，冷却部件与散热器相对的表面被形成为与散热器的表面几何匹配。这可以帮助定位冷却器和散热器，并且因此可以更好地组装半导体装置。
优选地，冷却部件包括用于冷却剂的通路；通路被形成为与散热器的表面几何匹配。
本半导体装置可以具有带有冷却剂通路的冷却部件，所述通路被形成为与具有凹陷几何形状的散热器表面几何匹配。因此，冷却剂不均匀流动或以湍流方式流动，以提高冷却剂通路表面处冷却剂的表面效应，以更有效地冷却部件。
优选地，散热器被凹陷成沿冷却剂通道为流线型。
在本半导体装置中，沿散热器的表面几何形状布置的冷却剂通路沿散热器的表面几何形状为流线型。这可以有助于减少流经该通路的冷却剂的压力损失。此外，冷却剂在对应于散热器的凹陷几何形状的位置的流动速率增大。因此，本半导体装置可以使半导体元件更有效地冷却。
优选地，冷却部件包括多个散热片，多个散热片被构造成与半导体元件的中心附近相对的部分比与半导体元件的周边相对的部分使用更大面积散热。
本半导体装置可以具有这样的效果：由于散热器邻近于半导体元件的中心附近的部分厚度比其邻近于半导体元件的周边的部分的厚度小，以及由于冷却部件在半导体元件的中心附近比在半导体元件的周边的散热面积更大，这些效果可以协同作用，以使半导体元件的中心附近比周边更有效地冷却。
因此，本半导体装置还可以使在中心附近和周边之间具有相当大温度差的半导体装置具有均匀温度分布。
因此，在本发明中，半导体装置的大致中心附近比周边可以有效地冷却。所述半导体元件具有均匀温度分布，由此不会由于在半导体元件中造成局部受热部分而对其造成电流方面的限制，并因此可以充分发挥其能力。
此外，在本发明中，因为半导体元件可以具有均匀的温度分布，所以可以防止半导体元件内部、将半导体元件和电极接合在一起的材料等中引起应力，并可以防止它们劣化。
附图说明
图1是示意性示出包括变换器的负载驱动电路的框图，该变换器使用了本发明第一实施例的半导体模组。
图2是形成图1中所示变换器的U相上臂的半导体模组的结构剖面图。
图3示出图2的半导体模组沿III-III的剖面图。
图4是图2中所示的电极板的接合到功率管的部分附近的放大图。
图5是本发明第二实施例的半导体模组的结构的剖面图。
图6是本半导体模组的另一种结构的剖面图。
图7是本半导体模组的又一种结构的剖面图。
图8是本发明第三实施例的半导体装置的结构剖面图。
图9是本发明第四实施例的半导体装置的冷却部件结构剖面图。
图10-12分别是本发明第五、六和七实施例的半导体装置的结构剖面图。
具体实施方式
下面将参考附图更具体地描述本发明的实施例。在附图中，相同或相似元件使用相同标号。
图1是示意性示出包括变换器(inverter)的负载驱动电路的框图，该变换器使用了本发明第一实施例的半导体模组。参考附图，负载驱动电路100包括电池B、电容C、变换器10、控制器20、电源线PL和接地线SL，以及U相线UL、V相线VL和W相线WL。变换器10经由电源线PL和接地线SL连接到电池B。此外，变换器10经由U相线UL、V相线VL和W相线WL连接到电动发电机MG。
负载驱动电路100驱动电动发电机MG，该电动发电机MG例如由三相交流(AC)同步电动机实现。电动发电机MG在供应动力的运行状态时，在从变换器10经由U相线UL、V相线VL和W相线WL接收的三相AC电压下产生驱动转矩；在再生运行状态时，产生并经由U相线UL、V相线VL和W相线WL向变换器10输出三相AC电压。
电池B是直流(DC)电源，并由例如镍金属氢化物、锂离子等的蓄电池实现。电池B产生DC电压，该DC电压接着从电源线PL输出到变换器10。此外，电池B从电源线PL接收由电动发电机MG产生并由变换器10整流的DC电压，并由接收的DC电压充电。
变换器10包括并联连接在电源线PL和接地线SL之间的U相臂12、V相臂14和W相臂16。U相臂12由串联连接的功率管Q1和Q2形成。V相臂14由串联连接的功率管Q3和Q4形成。W相臂16由串联连接的功率管Q5和Q6形成。每个功率管Q1-Q6例如由绝缘栅极双极型晶体管(IGBT)形成。功率管Q1-Q6在其各个集电极和发射极之间分别连接有二极管D1-D6，以从其各个发射极向其各个集电极通过电流。U相臂12、V相臂14和W相臂16分别连接到电动发电机MG的U、V、W相线圈与中性点相对那些端。
变换器10响应于从控制器20接收的信号PWM而运行，以将电源线PL上接收的DC电压转换成三相AC电压，以驱动电动发电机MG。因此，电动发电机MG被驱动，以产生由转矩控制值确定的转矩。此外，在电动发电机MG处于再生运行状态下，变换器10响应于从控制器20接收的信号PWM而将电动发电机MG产生的三相AC电压转换成DC电压，并将DC电压从电源线PL输出。
电容C连接在电源线PL和接地线SL之间，以使电源线PL和接地线SL之间的电压变化平稳。控制器20根据电源线PL和接地线SL之间的电压以及电动发电机MG的电机电流和转矩控制值来运行，以产生用于驱动电动发电机MG的信号PWM并将信号PWM输出到变换器10。
图2和图3示出了半导体模组的结构，所述半导体模组形成图1中所示变换器10每个U相臂、V相臂和W相臂的各个上、下臂。图2是形成图1中所示的变换器10的U相上臂的半导体模组的结构的剖面图，图3是图2的半导体模组沿III-III截面的剖面图。注意，变换器10每个U相臂、V相臂和W相臂的各个上、下臂的结构相同，图2和图3以代表性的方式示出变换器10的U相上臂。
参考图2和图3，半导体模组50包括功率管Q1、二极管D1、电极52和54、绝缘板56和58以及树脂模60。此外，冷却部件62和64被布置成夹着半导体模组50。
功率管Q1和二极管D1是扁平功率器件(flat power device)。当它们导通时，它们在中心产生的热量比周边多。
电极板52和54夹着功率管Q1和二极管D1。电极板52经由端子53连接到图1中所示的电源线PL，电极板54经由端子55连接到图1中所示的U相线UL。电极板52、54由例如铜形成，铜具有较高的导电性和导热性，电极板52、54充当电极以及将热量分别从功率管Q1和二极管D1传输到冷却部件62、64的散热器。
这里，电极板52邻近功率管Q1的部分具有与冷却部件62相对的、大致为球形的表面，使得电极板52邻近于功率管Q1的大致中心的部分的厚度小于邻近于功率管Q1周边的部分的厚度。此外，电极板52邻近于二极管D部分处具有与冷却部件62相对的、大致为球形的表面，使得电极板52邻近于二极管D的大致中心的部分的厚度比邻近于二极管D周边的部分的厚度小。换言之，电极板52被形成为使邻近于功率管Q1和二极管D1的大致中心的部分比周边的部分热阻小。
此外，电极板54邻近于功率管Q1的部分也具有与冷却部件64相对的、大致为球形的表面，使得电极板54邻近于功率管Q1的大致中心的部分的厚度比邻近于功率管Q1周边的部分的厚度小。此外，电极板54邻近于二极管D的部分也具有与冷却部件64相对的、大致为球形的表面，使得电极板54邻近于二极管D中心的部分的厚度比邻近于二极管D周边的部分的厚度小。换言之，电极板54被形成为使邻近于功率管Q1和二极管D1的大致中心的部分比周边的部分热阻小。
绝缘板56布置于电极板52和冷却部件62之间，以将电极板52和冷却部件62彼此绝缘。绝缘板58布置于电极板54和冷却部件64之间，以将电极板54和冷却部件64彼此绝缘。绝缘板56、58包含铝或类似的高导热性填充材料，并克服小热阻而将热量从电极板52、54分别传输到冷却部件62和64。
树脂模60例如由环氧树脂形成。其将功率管Q1、二极管D1、电极板52和54、以及绝缘板56和58固定并密封为一体。
冷却部件62和64例如由铝形成，铝具有高导热性，并在相反侧冷却半导体模组50，半导体模组50由功率管Q1、二极管D1、以及电极板52和54、绝缘板56和58和树脂模60形成。冷却部件62沿电极板52的几何形状被布置成与绝缘板56紧密接触，并且其内部具有冷却剂通路66。冷却部件64沿电极板54的几何形状被布置成与绝缘板58紧密接触，并且其内部具有冷却剂通路68。冷却剂通路66和68还被形成为分别与电极板52和54几何匹配。
图4是图2中所示的电极板54的接合到功率管Q1的部分附近的放大图。注意，电极板54上接合到二极管D1的部分以及电极板52上接合到功率管Q1和二极管D1的部分与图4所示电极板54上接合到功率管Q1的部分结构相同。因此，图4代表性地示出电极板54上接合到功率管Q1的部分。
参考图4，充当散热器的电极板54的邻近于功率管Q1的周边的部分具有厚度al，在邻近于功率管Q1的大致中心的部分具有厚度a2，厚度a2小于厚度al。
邻近于功率管Q1的大致中心的部分的厚度小于邻近功率管Q1周边的部分的厚度，以允许功率管Q1在大致中心和周边之间具有均匀的温度分布。更具体而言，功率管Q1在中心比周边产生更大量的热量。将邻近于功率管Q1的大致中心的部分的厚度减小成比邻近功率管Q1周边的部分的厚度更小，可以允许功率管Q1的大致中心到冷却部件具有更小距离。由此，邻近于功率管Q1的大致中心的部分的热阻可以比邻近功率管Q1的周边的部分小，以使邻近于功率管Q1大致中心的部分可以更有效地冷却功率管Q1。因此，功率管Q1在大致中心和周边之间的温度可以均匀。
为了更有效地冷却功率管Q1的大致中心，电极板54的厚度可以均匀减小。然而，来自功率管Q1的热量沿径向扩散到电极板54，如图4中所示，并且如果电极板54在功率管Q1周边的厚度也减小，那么电极板54的热要沿着更小的厚度扩散，引起电极板54的热阻增大。因此，在功率管Q1的周边，确保电极板54厚度增大。
此外，如果电极板54的厚度不均匀减小，而是邻近于功率管Q1的大致中心的部分的厚度比邻近于功率管Q1的周边的部分厚度小，则这样的电极板54由于以下原因而允许冷却部件64更有效地冷却功率管Q1：如图3中所示，冷却部件64的与功率管Q1相对的部分被形成为沿电极板54具有大致球形表面的几何形状，冷却剂沿其流动。因此，在与功率管Q1相对的部分，冷却剂流动速率增大。此外，冷却剂不是均匀流动。因此，冷却剂以湍流方式(turbulently)地流动，可以提高冷却剂通路和冷却剂的表面效应。由此冷却部件64可以更有效地冷却功率管Q1。
虽然在上述说明书中，电极板52、54的邻近于功率管Q1和二极管D1的部分被形成具有大致球形表面，但是电极板52、54的这些部分也可以形成为具有大致双曲线形表面、大致抛物线形表面或类似表面，使邻近于功率管Q1和二极管D1的大致中心的部分具有最小厚度。这样的大致球形、双曲线形、抛物线形和类似的流线型表面可以最小化冷却剂的压力损失，并防止削弱冷却器件的效率。
因此，在第一实施例中，充当散热器的电极板52、54在邻近于功率管Q1和二极管D1的大致中心的部分的厚度比邻近于功率管Q1和二极管D1的周边的部分小，以使前一部分的热阻减小到小于后一部分。功率管Q1和二极管D1的中心比周边可以更有效地冷却，因此具有均匀温度分布。因此，可以有效地利用功率管Q1的能力和二极管D1的能力。
此外，冷却部件62、64被形成为与电极板52的表面几何匹配，其可以容易地定位于半导体模组50中。由半导体模组50和冷却部件62、64形成的半导体装置可以更好地组装。
此外，冷却部件62、64内部可以具有冷却剂通路66、68，冷却剂通路66、68也形成为与电极板52的表面几何匹配。这允许冷却剂在与功率管Q1和二极管D1大致中心相对的部分的流动速率提高，并且提高了冷却剂和冷却剂通路之间的表面效应。由此，功率管Q1和二极管D1可以被更有效地冷却。
此外，电极板52、54上邻近于功率管Q1和二极管D1的部分沿冷却部件62、64流通冷却剂的方向被形成为流线型，这有助于减少冷却剂在冷却部件62、64中的压力损失，并由此减少器件冷却效率的削弱。
第二实施例
图5是本发明第二实施例的半导体模组的结构剖面图。注意，负载驱动器件包括使用第二实施的半导体模组的变换器，该负载驱动器件与图1的负载驱动电路100具有相同的电路构造。此外，在第二实施例中，变换器的每个U相臂、V相臂和W相臂的各个上、下臂构造相同，因此，图5代表性地示出变换器的U相上臂的结构。此外，图5对应于第一实施例中描述的图2。
参考图5，半导体模组50A的构造对应于第一实施例中参考图2描述的半导体模组50，将电极板52、54和绝缘板56、58用电极板52A、54A和绝缘板56A、58A取代。
电极板52A的几何形状与第一实施例参考图2描述的电极板52不同之处在于：前者的与冷却部件62A相对并背对功率管Q1和二极管D1的表面被形成具有大致圆柱形曲线表面。更具体而言，沿剖面A-A观察的半导体模组50A与图3所示一样，并且半导体模组50A在背对功率管Q1和二极管D1的部分具有这样的表面：其沿冷却部件62A内部流通冷却剂的方向大致呈圆柱状弯曲。
此外，电极板54A具有类似于电极板52A的几何形状，并且电极板54A在背对功率管Q1和二极管D1的部分具有这样的表面：其沿冷却部件64A内部流通冷却剂的方向大致呈圆柱状弯曲。
绝缘板56A沿电极板52A与冷却部件62A相对的表面布置于电极板52A和冷却部件62A之间。绝缘板58A沿电极板54A与冷却部件64A相对的表面布置于电极板54A和冷却部件64A之间。
应当注意，如图5中所示，电极板52A、54A优选地具有这样的凹陷，该凹陷宽度小于器件(即功率管Q1和二极管D1)的宽度，以更有效地冷却功率管Q1和二极管D1的大致中心处，同时允许从功率管Q1和D1产生的热量在电极板52A、54A中沿更大面积扩散，以减小电极板52A、54A的热阻。
冷却部件62A被设置成几何形状沿电极板52A与绝缘板56A紧密接触，并且，冷却部件64A被设置成几何形状沿电极板54A与绝缘板58A紧密接触。
半导体模组60A还具有充当散热器的电极板52A、54A，电极板52A、54A邻近于功率管Q1和二极管D1的大致中心的部分的厚度小于邻近于功率管Q1和二极管D1的周边的部分的厚度。功率管Q1和二极管D1各自的大致器件中心可以比器件周边更有效地冷却。器件的大致中心和周边之间可以具有均匀的温度分布。
此外，冷却部件62A、64A与功率管Q1和二极管D1相对的部分的儿何形状被形成为具有沿电极板52A、54A的大致圆柱曲线表面，冷却剂沿其流动。因此，在与功率管Q1和二极管D1相对的部分处，冷却剂的流动速率提高。此外，冷却剂有效地以湍流形式流动，并且可以改善冷却剂通路和冷却剂的表面效应。因此，冷却部件62A、64A可以更有效地冷却功率管Q1和二极管D1。
因此，第二实施例也可以提供与第一实施例类似的效果。
注意，本半导体模组的电极板(或散热器)的几何形状并不限于第一和第二实施例的那些形状。例如，电极板(或散热器)与冷却部件相对的表面和背对功率管(或二极管)的表面可以形成为具有图6中所示的大致锥形几何形状或图7中所示的大致矩形几何形状。
第三实施例
图8是本发明第三实施例的半导体装置的结构的剖面图。参考附图，半导体装置51包括功率管Q1、二极管D1、电极板52D、54D、绝缘板56D、58D、树脂模60、以及冷却部件62D、64D。
电极板52D、54D被布置成夹着功率管Q1和二极管D1。在第三实施例中，电极板52D、54D不具有第一实施例中参考图2所述的电极板52、54的几何形状。相反，其为通常的平板。同电极板52、54一样，电极板52D、54D由高导电性和导热性的材料(诸如铜)形成。电极板52D、54D充当电极以及将热量从功率管Q1和二极管D1分别传输到冷却部件62D、64D的散热器。
绝缘板56D布置于电极板52D和冷却部件62D之间，以将电极板52D和冷却部件62D彼此绝缘。绝缘板58D布置于电极板54D和冷却部件64D之间，以将电极板54D和冷却部件64D彼此绝缘。
冷却部件62D由微通道冷却器实现，该微通道冷却器具有多个冷却剂通路66D和多个散热片67，每个散热片67为板状。冷却部件62D布置成与绝缘板56D紧密接触。更具体而言，冷却部件62D与绝缘板56D接触的表面具有沿电极板52D表面的平的几何形状。冷却部件64D由微通道冷却器实现，该微通道冷却器具有多个冷却剂通路68D和多个散热片69，每个散热片69为板状。冷却部件64D布置成与绝缘板58D紧密接触。更具体而言，冷却部件64D与绝缘板58D接触的表面具有沿电极板54D表面的平的几何形状。
冷却部件62D(或64D)具有多个散热片67(或69)，该多个散热片67(69)在与各个功率管Q1和二极管D1(下文中也简称为“功率器件”)的中心附近相对的位置比在与周边位置间隔更近。更具体而言，散热片在与功率器件的中心附近相对的位置比在周边位置布置得更密集。
冷却部件62D、64D的散热片在与功率器件的中心附近相对的位置比在周边位置具有更大的散热面积，这允许功率器件的中心附近比周边具有更强的散热能力。换言之，功率器件的中心附近比周边可以更有效地冷却。由此，功率器件的大致中心与周边之间的温度可以更均匀。
因此，在第三实施例中，功率器件的中心附近比周边可以更有效地冷却。因此，功率器件可以具有均匀的温度分布。由此，功率器件在内部可以具有均匀的电流密度，并因此充分发挥其能力。
此外，功率器件可以具有均匀温度分布，这可以减小功率器件、焊料或将功率器件和电极接合在一起的类似材料(未示出)等中引起的应力，因此可以减轻它们的劣化。
此外，冷却器件62D、64D在与功率器件的周边相对、并与功率器件偏离的部分处可以具有较少数量的散热片，因此有助于降低部件成本。此外，较小数量的散热片可以有助于降低冷却剂流经冷却剂通路66D、68D的压力损失，并且可以更有效地冷却功率器件。
第四实施例
图9是本发明第四实施例的半导体装置的冷却部件的结构的剖面图。为了表现本实施例的半导体装置的特征，该图示出了冷却部件中平行于和功率器件相对的平面的剖面图。虽然图9代表性示出与功率管Q1相对的部分附近的结构，但是与二极管D1相对部分的结构也相同。
参考图9，本实施例提供了这样的半导体装置51A，其具有采用微通道冷却器实现的冷却部件62E，该冷却部件62E包括多个冷却通路66E、多个散热片67A且每个散热片67A为板状、以及多个柱状散热片70。
多个柱状散热片70位于与功率管Q1的中心附近相对的位置。每个柱状散热片70是柱状(或棒状)形式的散热体，其布置成使延伸方向基本垂直于与功率器件相对的冷却部件平面(在图9中，垂直于图面的方向)。在与功率管Q1周边相对的位置，布置有板状的散热片67A。
将布置在一定面积内的多个柱状散热片70与布置在相同面积内的板状散热片67A相比，前者可以在更大的面积上与冷却剂接触。因此，冷却部件62A允许在与多个柱状散热片70相对的功率管Q1的中心附近处比周边提供更强的散热能力。换言之，功率管Q1的中心附近可以比周边更有效地冷却，因此中心附近和周边之间具有均匀温度分布。
注意，同功率管Q1一样，二极管D1的中心附近与周边之间也可以具有均匀温度分布。
因此，第四实施例也允许功率器件具有均匀温度分布。由此，功率器件在内部可以具有均匀电流密度，并且因此充分发挥其能力。
第五实施例
图10是本发明第五实施例的半导体装置的结构的剖视图。参考附图，半导体模组51B的构造对应于第三实施例中参考图8所述的半导体装置51，其中冷却部件62D和64D分别用冷却部件62F和64F代替。
冷却部件62F由微通道冷却器实现，该微通道冷却器具有多个冷却剂通路66F和多个散热片67B、67C，每个散热片67B、67C为板状形式。冷却部件62F布置成与绝缘板56D紧密接触。更具体而言，冷却部件62F在与绝缘板56D接触的表面处具有沿电极板52D表面的平的几何形状。
散热片67B布置在与功率器件的中心附近相对的位置。散热片67C布置在不同位置，包括与功率器件的周边相对的位置。散热片67B具有这样的表面，该表面具有凹槽和凸起，并且例如设置有更小的散热片，以提供比散热片67C更强的散热能力。
冷却部件64F由微通道冷却器实现，该微通道冷却器具有多个冷却剂通路68F和多个散热片69B、69C，每个散热片69B、69C为板状形式。冷却部件64F的构造与冷却部件62F相似。更具体而言，散热片69B布置在与功率器件的中心附近相对的位置，与布置在包括与功率器件的周边相对位置的不同位置的散热片69C相比，其提供了更强的散热能力。
因此，冷却部件62F、64F也可以使功率器件的中心附近比周边更有效地冷却，功率器件在中心附近与周边之间可以具有均匀的温度分布。
因此，第五实施例也允许功率器件具有均匀的温度分布。由此，功率器件可以在内部具有均匀的电流密度，并由此充分发挥其能力。
第六实施例
图11是本发明第六实施例的半导体装置结构的剖面图。该图示出半导体装置51C，该半导体装置51C包括在第一实施例中参考图2所述的半导体模组50、以及冷却部件62G、64G。
冷却部件62G由微通道冷却器实现，该微通道冷却器具有多个冷却剂通路66G和多个散热片67D，每个散热片67D为板状形式。冷却部件62G被布置成几何形状沿电极板52与绝缘板56紧密接触。冷却部件64G由微通道冷却器实现，该微通道冷却器具有多个冷却剂通路68G和多个散热片69D，每个散热片69D为板状形式。冷却部件64G被布置成几何形状沿电极板54与绝缘板58紧密接触。
注意，多个散热片67(或69)在与功率器件的中心附近相对的位置比周边位置间隔得更近。更具体而言，散热片在与功率器件的中心附近相对的位置布置得比周边位置更密集。
半导体装置51C可以具有这样的效果，即由于电极板52、54的厚度在邻近于功率器件的中心附近的部分比邻近于功率器件周边的部分更薄，并且由于冷却部件62G、64G在功率器件的中心附近比周边用更大的面积散热，并且这些效果可以协同作用，以使功率器件中心附近比周边更有效地冷却。
因此，在第六实施例中，电极板52、54可以被如上所述形成并且冷却部件62D、64D可以具有如上所述构造的散热片，以更有效地冷却功率器件的中心附近。这使得中心附近和周边的温度具有显著差别的功率器件也能够具有均匀的温度分布。
第七实施例
图12是本发明第七实施例的半导体装置结构的剖面图。该图示出半导体装置51D，该半导体装置51D包括第一实施例中参考图2所述的半导体模组50、以及冷却部件62H、64H。
冷却部件62H由微通道冷却器实现，该微通道冷却器具有多个冷却剂通路66H和多个散热片67E、67F，每个散热片67E、67F为板状形式。冷却部件62H被布置成几何形状沿电极板52与绝缘板56紧密接触。散热片67E布置在与功率器件的中心附近相对的位置。散热片67F布置在不同位置，包括与功率器件的周边相对的位置。散热片67E具有这样的表面，其具有凹槽和凸起并且例如设置有更小的散热片，以提供比散热片67F更强的散热能力。
冷却部件64H由微通道冷却器实现，该微通道冷却器具有多个冷却剂通路68H和多个散热片69E、69F，每个散热片69E、69F为板状形式。冷却部件64H被布置成几何形状沿电极板54与绝缘板58紧密接触。冷却部件64H的构造类似于冷却部件62H。更具体而言，散热片69E布置在与功率器件的中心附近相对的位置，与布置在包括与功率器件周边相对的位置的不同位置的散热片69F相比，其提供更强的散热能力。
因此，同第六实施例的半导体装置51C一样，半导体装置52D可以具有这样的效果：即由于各自具有不同厚度的电极板52、54以及各自具有通过不同面积散热的散热片的冷却部件62H、64H，使半导体装置的中心附近比周边更有效地冷却。
因此，第七实施也使功率器件的中心附近能够比周边更有效地冷却。这使得中心附近和周边之间的温度具有显著差别的半导体装置也具有均匀的温度分布。
虽然上述说明是结合相对侧受到冷却的半导体模组和由电极夹着的功率器件(功率管和二极管)进行的，但是本发明并不限于这样的半导体模组，其还可以应用到在一侧受到冷却的半导体模组。
此外，本发明还可以应用到在相对侧受到冷却的半导体模组，其只有一个电极在邻近于功率器件的大致中心的部分处的厚度减小。
此外，虽然上述说明是结合由使用液体冷却剂的冷却部件来冷却的半导体模组进行的，但是本发明并不局限于此，其还可以应用到通过使用气体冷却的冷却部件来冷却的半导体模组。
虽然已然详细描述和解释本发明，但是应当清楚地理解，其仅是一种解释和示例，而不应该作为限制，本发明的精神和范围仅由权利要求限定。

Claims (11)

1.一种半导体模组，包括：
半导体元件；以及
散热器，布置于所述半导体元件和冷却所述半导体元件的冷却部件之间，所述散热器邻近于所述半导体元件的大致中心的部分的厚度比其邻近于所述半导体元件的周边的部分的厚度小。
2.根据权利要求1所述的半导体模组，其中所述散热器由导体形成，并且还连接到所述半导体元件的电极。
3.一种半导体装置，包括：
半导体元件；以及
冷却部件，包括多个散热片，所述多个散热片被构造成与所述半导体元件的中心附近相对的部分比与所述半导体元件的周边相对的部分通过更大的面积散热。
4.根据权利要求3所述的半导体装置，其中所述多个散热片与所述半导体元件的所述中心附近相对的所述部分比与所述半导体元件的所述周边相对的所述部分布置得更密集。
5.根据权利要求4所述的半导体装置，其中：
所述多个散热片的每个散热片为板状形式；并且
与所述半导体元件的所述中心附近相对的所述多个散热片比与所述半导体元件的所述周边相对的所述散热片间隔得更近。
6.根据权利要求3所述的半导体装置，其中：
与所述半导体元件的所述周边相对的所述散热片是每个散热片为板状形式的多个散热片；并且
与所述半导体元件的所述中心附近相对的所述散热片是多个柱状散热片。
7.根据权利要求3所述的半导体装置，其中：
所述多个散热片的每个散热片为板状形式；并且
与所述半导体元件的所述中心附近相对的所述板状形式的所述散热片包括具有凸起和凹陷的表面。
8.一种半导体装置，包括：
半导体元件；
冷却部件，冷却所述半导体元件；以及
散热器，布置于所述半导体元件和所述冷却部件之间，并且其邻近于所述半导体元件的大致中心的部分的厚度比其邻近于所述半导体元件的周边的部分的厚度小；其中
所述散热器与所述半导体元件相对的表面具有平面；
所述散热器与所述冷却部件相对的表面、在与所述半导体元件的所述大致中心相对的部分、面向远离所述半导体元件的所述大致中心的部分被凹陷，以最小化厚度；并且
所述冷却部件与所述散热器相对的表面被形成为与所述散热器的表面几何匹配。
9.根据权利要求8所述的半导体装置，其中：
所述冷却部件包括用于冷却剂的通路；以及
所述通路被形成为与所述散热器的表面几何匹配。
10.根据权利要求9所述的半导体装置，其中所述散热器被凹陷成沿所述冷却剂的通路为流线型。
11.根据权利要求8所述的半导体装置，其中所述冷却部件包括多个散热片，所述多个散热片被构造成与所述半导体元件的所述中心附近相对的部分比与所述半导体元件的所述周边相对的部分使用更大面积散热。
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