CN102651354A - 半导体装置 - Google Patents

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Abstract

本申请涉及一种半导体装置，包括半导体模块(40)、冷却单元(30)、端子板(20)、弹簧构件(50)和弹簧支撑工具(60)。端子板(20)电连接到半导体模块(40)的模块端子(43～45)。半导体模块(40)和冷却单元(30)叠置在端子板(20)上。弹簧构件(50)设置在半导体模块(40)和冷却单元(30)上。弹簧支撑工具(60)设置在弹簧构件(50)上以向弹簧构件(50)施加将半导体模块(40)和冷却单元(30)压靠在端子板(20)上的迫压力。

Description

半导体装置
技术领域
本发明涉及一种半导体装置。
背景技术
在日本公开专利公报No.2007-329167中公开的加压板簧和加固梁以抵靠热沉或散热板加压的状态固定半导体模块。详细地，半导体模块设置在热沉或散热板上。加压板簧设置在半导体模块上。用于加固加压板簧的加固梁设置在加压板簧上。多个螺钉通孔形成在半导体模块上。穿过螺钉通孔的螺钉将加固梁固定至热沉或散热板。由于螺钉的紧固，加压板簧朝向热沉或散热板迫压半导体模块。
对于上述结构，需要专用的螺钉来将半导体模块固定至热沉或散热板。此外，有必要在半导体模块上设置螺钉通孔。
本发明的目的是提供这样的半导体装置：其能够容易地将半导体模块和冷却单元固定至该半导体装置。
发明内容
根据本公开的一个方面，提供了一种半导体装置，包括：半导体模块，半导体模块具有模块端子；冷却单元，冷却单元构造为对半导体模块进行冷却；端子板，端子板构造为与模块端子电连接。半导体模块和冷却单元叠置在端子板上。半导体装置还包括弹簧构件和弹簧支撑工具，弹簧构件设置在半导体模块和冷却单元上。弹簧构件构造为将半导体模块和冷却单元压靠在端子板上。弹簧支撑工具设置在弹簧构件上以支撑弹簧构件。弹簧支撑工具向弹簧构件施加用于将半导体模块和冷却单元压靠在端子板上的迫压力。
根据该结构，半导体模块和冷却单元叠置并设置在端子板上。弹簧构件设置在半导体模块和冷却单元上。半导体模块和冷却单元通过弹簧构件压靠于端子板。设置在弹簧构件上的弹簧支撑工具向弹簧构件施加用于将半导体模块和冷却单元压靠于端子板的迫压力。因此，半导体模块和冷却单元容易地固定至半导体装置。
根据一个方面，半导体装置还包括构造为用于控制半导体模块的控制板。控制板固定在弹簧支撑工具上。根据该结构，不需要用于固定控制板的专用构件。
根据一个方面，弹簧支撑工具构造为用作定位在半导体模块与控制板之间的电磁噪音屏蔽构件。
根据该结构，即使在半导体模块中产生电磁噪音，弹簧支撑工具也可以用作电磁噪音屏蔽构件。因此，控制板不容易受电磁噪音影响。
根据一个方面，冷却单元设置在端子板上，半导体模块设置在冷却单元上。半导体装置还包括嵌入端子板中的电容器。
根据该结构，冷却单元能够冷却埋设在端子板中的电容器。
根据一个方面，冷却单元是设置在半导体模块下方的下冷却单元。半导体装置还包括设置在半导体模块上的上冷却单元。
根据该结构，可进一步冷却半导体模块。
根据一个方面，模块端子构造为通过基于突起-凹槽关系的配合而定位在端子板上。
根据该结构，模块端子能够容易地定位在端子板上。
根据一个方面，端子板由塑料形成，端子板具有电连接到模块端子的端子部。
根据一个方面，模块端子具有多个电源端子，半导体模块还包括多个控制信号端子。在将半导体模块夹在其间的第一侧和第二侧中，电源端子集中地设置在第一侧，而控制信号端子集中地设置在第二侧。根据该结构，能够简化用于配线路径的构造。因此，可以使尺寸减小而不在半导体装置中产生浪费的空间。
根据一个方面，冷却单元具有冷却相对面，该冷却相对面面向半导体模块。弹簧支撑工具具有支撑相对面，该支撑相对面面向半导体模块。半导体模块限定用于将半导体模块安装在半导体装置上所必需的安装区域。冷却相对面的尺寸和支撑相对面的尺寸基于安装区域的尺寸设定。根据该结构，可使尺寸减小而不在半导体装置中产生浪费的空间。
根据一个方面，端子板具有安装部，用于将冷却单元安装在该安装部上。端子板还具有构造为固定弹簧支撑工具的固定部。根据该结构，端子板能够既实现用于在其上安装冷却单元的部件的功能，又实现用于固定弹簧支撑工具的部件的功能。与弹簧支撑工具的固定部单独地设置在另一部件中的情形相比，上述结构减小尺寸而不在半导体装置中产生浪费空间。
附图说明
图1是示出根据第一实施方式的半导体装置的俯视图；
图2是沿图1的线A-A剖切的截面图；
图3是示出用于混合动力车辆的行驶马达驱动系统的电气结构图，其构造为具有图2示出的半导体模块和电容器；
图4(a)是用于示出半导体装置中的部件配置的说明性俯视图；
图4(b)是沿图4(a)的线A-A剖切的纵向截面图；
图5(a)是用于示出半导体装置中的部件配置的说明性俯视图；
图5(b)是沿图5(a)的线A-A剖切的纵向截面图；
图6(a)是用于示出半导体装置中的部件配置的说明性俯视图；
图6(b)是沿图6(a)的线A-A剖切的纵向截面图；
图7(a)是用于示出半导体装置中的部件配置的说明性俯视图；
图7(b)是沿图7(a)的线A-A剖切的纵向截面图；
图8是示出根据第二实施方式的整个半导体装置的透视图；
图9是示出已经将盖从图8中的半导体装置的上壳体移除的状态的俯视图；
图10是示出冷却单元设置在具有电容器的端子板上的状态的俯视图；
图11是示出半导体模块设置在图10中的冷却单元上的状态的俯视图；
图12是示出板簧设置在图11中的半导体模块上的状态的俯视图；
图13是示出支架设置在图12中的板簧上的状态的俯视图；
图14是示出控制电路板设置在图13中的支架上的状态的俯视图，其中，上壳体被移除；
图15是示出背面即图13中的支架的下表面的仰视图；
图16是示出根据变型的半导体装置的纵向截面图；
图17(a)是示出根据另一变型的半导体装置中的部件结构的说明性俯视图；
图17(b)是沿图17(a)中的线A-A剖切的纵向截面图；以及
图18是示出与沿图1中的线A-A剖切的截面图相对应的、根据另一变型的半导体装置的截面图。
具体实施方式
图1到7示出了根据本发明的第一实施方式的半导体装置10。
如在图2中示出的，根据本实施方式的半导体装置10包括容置在壳体80中的端子板20、容置在端子板20中的冷却单元30、以及设置在冷却单元30上的多个例如三个半导体模块40(在图2中仅示出了其中的一个)。此外，半导体装置10包括：设置在半导体模块40上的用作弹簧构件的板簧50、设置在板簧50上的用作弹簧支撑工具的支架60、以及设置在支架60上的用作控制板的控制电路板70。
端子板20设置在铝制的壳体80中。端子板20通过板固定螺钉S1固定至壳体80。详细地，壳体80具有与具有开口上表面的箱子相对应的形状，并且端子板20安装到壳体80的内部的底面上。板固定螺钉S1贯穿从端子板20延伸的附接臂20a，并且板固定螺钉S1因此固定在壳体80的端子板附接部80a中。因此，端子板20附接到壳体80。
端子板20是具有电容器的端子板，端子板20包括塑料制绝缘基部21以及多个电容器22(在附图中仅示出了它们之中的一个)。电容器22通过模制埋设在绝缘基部21中。换言之，绝缘基部21和电容器22彼此成一体。电容器22在作为绝缘基部21的侧面的第一长侧面21a(图2中的右侧面)处暴露。第一长侧面21a和第二长侧面21c分别对应于具有在平面上所见为矩形形状的绝缘基部21的长边。换言之，第二长侧面21c设置在第一长侧面21a的相对侧，并且在图2中是左侧面。第一长侧面21a是例如将半导体模块40置于其间的第一侧和第二侧中的第一侧，而第二长侧面21c是第二侧。
如在图2中示出的，容置凹部27形成在绝缘基部21的上表面21b上，并且冷却单元30安装在容置凹部27的底部表面上。换言之，容置凹部27的底部表面用作安装部，在该安装部中，端子板20将冷却单元30安装在其上。电容22中生成的热经由端子板20的绝缘基部21散发到冷却单元30。
半导体模块40通过硅脂90安装在冷却单元30上。半导体模块40中生成的热经由硅脂90散发到冷却单元30。冷却单元30是设置在半导体模块40的下方的下冷却单元。
根据本实施方式的三个半导体模块40是形成图3中的逆变器130的三相上臂和下臂的功率半导体模块。换言之，半导体模块40中的一个形成三相逆变器的一相。
图3示出用于根据本实施方式的半导体装置的电气结构。
如图3所示，半导体装置10形成用于混合动力车辆的行驶马达驱动装置。混合动力车辆具有电池100、行驶马达110、用于驱动该行驶马达110的逆变器130以及设置在电池100与逆变器130之间的升压转换器120。升压转换器120包括低压电容器121、电抗器122、用于上臂的晶体管123、二极管D1、用于下臂的晶体管124、二极管D2以及高压电容器125。端子板20的电容器22形成图3中的高压电容器125。晶体管123和124是绝缘栅双极型晶体管(IGBT)，并且调节栅电压以实行开/关控制。
晶体管123和124串联在逆变器130的电源线和接地线之间。晶体管123的集电极连接到电源线，并且晶体管123的发射极连接到晶体管124的集电极。晶体管124的发射极连接到接地线和电池100的阴极。晶体管124的集电极和晶体管123的发射极的节点A连接到电抗器122的其中一个端子。电抗器122的另一个端子连接到电池100的阳极。二极管D1和D2分别连接在晶体管123和124中的发射极和集电极之间，以使电流从发射极侧流到集电极侧。
如在图3中示出的，低压电容器121连接到升压转换器120的输入端子，即，升压转换器120的与电池100连接的端子。高压电容器125连接到升压转换器120的输出端子，即，升压转换器120的与逆变器130连接的端子，详细地，连接在逆变器130的电源线与接地线之间。换言之，高压电容器125与彼此串联连接的用于上臂的晶体管123和用于下臂的晶体管124并联连接。
逆变器130将从升压转换器120供应的DC电(直流电)转换为AC电(交流电)，并且将AC电供应到用作负载的行驶马达110。因此，行驶马达110被旋转驱动。详细地，逆变器130通过具有U相、V相和W相的相应臂来配置，这些臂在电源线和接地线之间彼此并联地设置。各个臂通过两个晶体管(IGBT)131和132的串联连接来配置、通过晶体管133和134的串联连接来配置、或者通过晶体管135和136的串联连接来配置。用于使电流从发射极侧流到集电极侧的二极管D3、D4、D5、D6、D7和D8分别设置在形成各臂的晶体管131、132、133、134、135和136中的集电极和发射极之间。
图4(a)和图4(b)示出从图1和2中的半导体装置10拆除了控制电路板70的状态。图5(a)和5(b)示出从图4(a)和图4(b)拆除了支架60的状态。图6(a)和6(b)示出从图5(a)和5(b)拆除了板簧50的状态。图7(a)和7(b)示出从图6(a)和6(b)拆除了半导体模块40的状态。
如在图7(b)示出的，端子板20用于固定冷却单元30以及用于将半导体模块40紧固到电源端子上。多个支架附接部28直立在端子板20中的绝缘基部21的上表面21b上。支架附接部28是构造为将支架60固定至端子板20的固定部。在每个支架附接部28的上表面上设置有螺钉孔28a。
如在图7(a)中示出的，每个电容器22具有阳极端子23和阴极端子24。阳极端子23和阴极端子24各自具有对应于带状板的形状。阳极端子23和阴极端子24在向上的方向上沿着绝缘基部21的第一长侧面21a延伸并且弯曲90度，然后在水平方向上沿着绝缘基部21的上表面21b延伸。
如在图7(a)中示出的，用作连接端子的基部输出端子25设置在阳极端子23与阴极端子24之间的绝缘基部21的上表面21b上。基部输出端子25具有对应于带状板的形状。基部输出端子25朝向设置在壳体80上的连接器81(见图1)延伸。基部输出端子25用于将半导体模块40电连接到连接器81。阳极端子23、阴极端子24和基部输出端子25是集中到端子板20的第一长侧面21a中的端子部。
冷却单元30呈薄箱的形状并且是用于以使冷却水通过内部来实现冷却的水冷类型。冷却单元30的下表面设置成抵接在端子板20中的容置凹部27的底面上的状态。冷却单元30的上表面31a是作为与半导体模块40相对的表面的冷却相对面。
如在图6中示出的，多个半导体模块40(在附图中仅示出它们中的一个)通过硅脂90安装在冷却单元30上。形成三相的三个半导体模块40中的一个包括图3中的晶体管131和132以及二极管D3和D4。换言之，在半导体模块40中，用作半导体元件的晶体管131和132以及二极管D3和D4用树脂密封。
第二半导体模块40包括晶体管133和134以及二极管D5和D6，而第三半导体模块40包括晶体管135和136以及二极管D7和D8。这些半导体模块40彼此以相同的方式构造并且设置在冷却单元30上。
如在图6(a)中示出的，作为半导体模块40的体部的模块体41具有对应于薄箱的形状，并且多个半导体元件用树脂密封。模块体41具有面向第一较长侧面21a方向的第一表面41a和面向第二较长侧面21c方向的第二表面41b。模块输出端子43、电源线端子44和接地线端子45从模块体41的第一表面41a延伸。用作电源端子的端子43到45各自具有对应于板的形状并且水平地延伸。模块输出端子43、电源线端子44和接地线端子45叠置在从端子板20延伸出的电容器22的基部输出端子25、阳极端子23和阴极端子24上。各自由引脚形成的多个控制信号端子42从模块体41的第二表面41b延伸。控制信号端子42向上弯曲并延伸。模块输出端子43、电源线端子44和接地线端子45集中到端子板20的第一长侧面21a中。另一方面，所有的控制信号端子42集中到端子板20的第二长侧面21c中。
电容器22的阳极端子23以交迭的方式设置在半导体模块40的电源线端子44的下方。电容器22的阴极端子24以交迭的方式设置在半导体模块40的接地线端子45的下方。基部输出端子25以交迭的方式设置在模块输出端子43的下方。用于插入端子连接螺钉S2的螺钉通孔形成在端子23到25以及端子43到45上。当端子连接螺钉S2穿过端子23到25以及43到45的各个螺钉通孔并且固定至端子板20时，半导体模块40被紧固到端子板20。端子连接螺钉S2被紧固为使得半导体模块40的电源线端子44和电容器22的阳极端子23彼此电连接。类似地，半导体模块40的接地线端子45和电容22的阴极端子24彼此电连接。模块输出端子43和基部输出端子25彼此电连接。基部输出端子25通过连接器81连接到外部设备例如行驶马达110。因此，端子板20能够电连接到半导体模块40的端子43到45。
如在图5中示出的，板簧50安装在半导体模块40上。板簧50是由弹簧钢板形成的弹簧构件。板簧50具有沿着第一长侧面21a水平延伸的弹簧中央部51、从弹簧中央部51朝向第一长侧面21a延伸的弹簧弯曲部52、以及朝向第二长侧面21c延伸的弹簧弯曲部52。用作板簧50中的两侧部的弹簧弯曲部52倾斜向下弯曲。
如在图4中示出的，支架60设置在板簧50上。支架60由比如铝之类的金属板材制成。
用作支架60的体部的支架体61具有矩形板形状。用作附接控制电路板70用的柱部的多个板附接柱62形成在支架体61的上表面上。螺钉孔62a设置在每个板附接柱62的上表面上。支架体61的下表面61a是作为与半导体模块40相对的表面的支撑相对面。
支架60安装在端子板20的支架附接部28上。支架固定螺钉S3穿过支架60并且因此固定在端子板20的支架附接部28中，使得支架60固定至端子板20。换言之，支架固定螺钉S3将支架60固定至端子板20。
在紧固支架固定螺钉S3的过程中，板簧50由支架60从上方按压并因而变形。换言之，半导体模块40和冷却单元30通过板簧50中生成的向下迫压力向下按压。
因此，半导体模块40和冷却单元30插置在支架60或板簧50与端子板20之间。换言之，板簧50按压半导体模块40和冷却单元30并且将其固定至端子板20。因此，不需要用于将半导体模块40的模块体41固定至端子板20的专用固定螺钉。类似地，不需要用于将冷却单元30固定至端子板20的专用固定螺钉。
冷却单元30使半导体模块40和电容器22二者都冷却。电容器22、冷却单元30和半导体模块40以叠置状态彼此支撑。因此，电容器22和半导体模块40之间的配线缩短使得电感减小。
如在图1和2中示出的，具有矩形形状的控制电路板70安装在支架60的板附接柱62上。用于对板进行固定的板固定螺钉S4穿过控制电路板70并且因而固定至支架60的板附接柱62中，使得控制电路板70被固定。
控制电路板70利用半导体模块40的控制信号端子(引脚)42电连接到半导体模块40。用于驱动半导体模块40的晶体管131和132等的控制装置，即，IC(半导体元器件)安装在控制电路板70上。支架60设定成具有接地电动势，换言之，支架60被接地并因而用作半导体模块40与控制电路板70之间的电磁噪音屏蔽板。在半导体模块40中，即使晶体管131和132等的切换操作引起电磁噪音辐射，支架60也可以用作电磁噪音屏蔽构件。因此，可减少所辐射电磁噪音对控制电路板70的不利影响。
接下来，将描述用于组装具有这种结构的半导体装置10的方法。
首先，如在图7(a)和7(b)中示出的，在端子板20的容置凹部27的底部表面上安装冷却单元30。在冷却单元30的上表面施加硅脂90。代替冷却单元30的上表面，可以将硅脂90施加于各个半导体模块40的背面。
如在图6(a)和6(b)中示出的，通过硅脂90将半导体模块40安装在冷却单元30上。用端子连接螺钉S2将端子板20的端子23到25固定至半导体模块40的端子43到45。换言之，半导体模块40的电源线端子44和电容器22的阳极端子23彼此电连接。此外，半导体模块40的接地线端子45和电容器22的阴极端子24彼此电连接。此外，模块输出端子43和基部输出端子25彼此电连接。
如在图5(a)和5(b)中示出的，然后，将板簧50安装在半导体模块40上。
如在图4(a)和4(b)中示出的，将支架60从板簧50的上方安装在端子板20上，并且以支架固定螺钉S3紧固和固定。由对支架固定螺钉S3进行紧固所产生的板簧50的迫压力迫压半导体模块40和冷却单元30。因此，可控制半导体模块40和冷却单元30相对于端子板20的无意运动。
如在图1和2中示出的，控制电路板70安装在支架60上并且以固定螺钉S4紧固及固定。
可以在支架60固定后执行端子23到25和43到45的固定。
因此，支架60按压板簧50。板簧50同时朝向端子板20按压定位在板簧50下方的半导体模块40以及定位在半导体模块40下方的冷却单元30并因而将其固定。
根据本实施方式，可获得下列的优点。
(1)半导体装置10包括半导体模块40、用于冷却该半导体模块40的冷却单元30以及电连接到该半导体模块40的端子的端子板20。此外，半导体装置10包括用作弹簧构件的板簧50和用作弹簧构件支撑工具的支架60。板簧50设置于叠置在端子板20的半导体模块40和冷却单元30上。板簧50将半导体模块40和冷却单元30压靠于端子板20。支架60设置在板簧50上并且固定至端子板20。因此，支架60向板簧50施加将半导体模块40和冷却单元30压靠于端子板20的迫压力。
例如，在日本公开专利公告No.2007-329167中所公开的结构中，由于加压板簧和加固梁将半导体模块压靠于热沉或散热板并将其固定，因此需要用于固定热沉或散热板的专用螺钉。此外，存在形成如下结构的限制：在该结构中，螺钉通孔设置在半导体模块的中央部分上。另一方面，在本实施方式中，不需要用于固定冷却单元30的专用螺钉。此外，没有必要在半导体模块40的模块体41上形成螺钉通孔。由于这一原因，不容易限制半导体模块40。
因此，半导体模块40和冷却单元30能够容易地固定至半导体装置10。不需要用于半导体模块40和冷却单元30的专用固定构件例如螺钉或类似物。因此，能够减少部件的数量，使得能够降低成本和减小尺寸。
此外，日本公开专利公报No.2007-329167中描述的半导体装置需要加固梁以加固加压板簧。然而，在本实施方式中，可使加固梁成为不必要的。特别地，参照在日本公开专利公报No.2007-329167中描述的半导体装置，不可能期望整个半导体装置的尺寸减小等优点。然而，在根据本实施方式的半导体装置10中，尺寸能够减小。
(2)电容器22嵌入端子板20中。因此，冷却单元30能够冷却电容器22。更加详细地，冷却单元30设置成与半导体模块40和端子板20紧密接触。因此，可以冷却定位在端子板20中的电容器22和半导体模块40。
例如，日本公开专利公报No.2007-329167中描述的热沉或散热板不具有这样的结构：在该结构中，在与通过按压而固定半导体模块的表面相对的一侧上的表面能够在冷却功能方面被有效地利用。然而，在本实施方式中，冷却单元30的下表面31b——其为与通过按压固定半导体模块40的表面(即上表面31a)相对的一侧的表面——能够被有效地利用作为散热表面。
(3)半导体模块40和端子板20能够邻近彼此设置。因此，电气配线缩短使得配线的电感能够减小。
(4)用作对半导体模块40进行控制用的控制板的控制电路板70固定在支架60上。因此，用于固定控制电路板70的专用构件由于不必要而能够被消除。换言之，与现有技术不同，没有必要将控制电路板70附接到另外的构件上。
(5)支架60用作用于密封半导体模块40与控制电路板70之间的电磁噪音的电磁噪音屏蔽构件。因此，即使半导体模块40中产生电磁噪音，支架60也可以用作电磁噪音屏蔽构件。换言之，控制电路板70不容易受电磁噪音的影响。此外，支架60用作电磁噪音屏蔽构件。因此，没有必要单独地提供专用的电磁噪音屏蔽构件。
(6)端子板20由塑料制成。此外，端子板20具有阳极端子23、阴极端子24和基部输出端子25，它们用作要电连接到半导体模块40的端子上的端子部。因此，具有电容器的端子板20优选作为实用项。
图8到15示出本发明的第二实施方式。与描述壳体80的第一实施方式类似，壳体K将会在第二实施方式中详细地描述。
在第二实施方式中，与第一实施方式中的结构相同的结构具有相同的附图标记，并且相应的描述将会省略或简化。
如在图8中示出的，半导体装置10A的壳体K包括上壳体Ka和下壳体Kb。上壳体Ka和下壳体Kb二者都由铝形成。上壳体Ka和下壳体Kb在多个部分(在本发明中是七个部分)中以螺栓B1彼此紧固，使得通过在壳体K中进行划分而形成用于容置半导体装置10A的各种部件的壳体空间。以与在第一实施方式中描述的半导体装置10相同的方式，端子板20A(电容器22)、冷却单元30A、半导体模块40A、板簧50A、支架60A以及控制电路板70A从下方顺序地以叠置的状态容置在壳体K中。
半导体装置10A对应于根据第一实施方式的半导体装置10并且具有相同的功能。端子板20A对应于根据第一实施方式的端子板20，此外，冷却单元30A对应于根据第一实施方式的冷却单元30。半导体装置10A、端子板20A以及冷却单元30A具有与上述相应部件相同的功能。半导体模块40A对应于根据第一实施方式的半导体模块40，此外，板簧50A对应于根据第一实施方式的板簧50。半导体模块40A和板簧50A具有与上述相应部件相同的功能。支架60A对应于根据第一实施方式的支架60，此外，控制电路板70A对应于根据第一实施方式的控制电路板70。支架60A和控制电路板70A具有与上述相应部件相同的功能。
如在图8中示出的，电源附接孔H1和设置在电源附接孔H1左侧的电力供应附接孔H2形成在上壳体Ka上。为了方便起见，其上形成有电源附接孔H1和电力供应附接孔H2的上壳体Ka的壁将被称作为上壳体Ka的前壁。壳体K具有对应于长方体的形状，并且壳体K延伸的方向将被称作为横向方向。用于将电力从电池100输入到半导体装置10A的电源线(未示出)用的连接器插入到电源附接孔H1中。用于将电力从半导体装置10输出到行驶马达110的马达线(未示出)用的连接器插入到电力供应附接孔H2中。附接孔H1和H2二者从前方观察呈椭圆形状并且形成为贯穿上壳体Ka的前壁。如在图10中示出的，多个例如两个对应于电源附接孔H1的电源端子T1设置在壳体K中以连接用于电源线的连接器。此外，多个例如三个对应于电力供应附接孔H2的电力供应端子T2设置在壳体K中以连接用于马达线的连接器。
如在图9中示出的，具有在平面上所见为椭圆形状的紧固孔H3形成在上壳体Ka的上壁上。如在图8中示出的，用于覆盖紧固孔H3的盖F在多个位置(在本实施方式中是六个位置)由螺栓B2紧固到上壳体Ka的上壁上。紧固孔H3中的一个由长的延伸部形成，以便与沿横向方向设置的电源端子T1和马达电力供应端子T2二者对应。用于将插入到电源附接孔H1中的电源线用连接器紧固到电源端子T1的工作是经由紧固孔H3从壳体K的外侧执行的。用于将插入到电力供应附接孔H2中的马达线用连接器紧固到马达电力供应端子T2的工作也是经由紧固孔H3从壳体K的外侧执行的。
如在图8中示出的，用于信号线的连接器C1和C2竖向地设置在上壳体Ka的右壁上。用于输入至控制电路板70A/从控制电路板70A输出的信号的信号线连接到用于信号线的连接器C1和C2。
用于将半导体装置10A附接到行驶马达110的壳体的附接腿L1、L2、L3和L4形成在下壳体Kb上。
如在图9中示出的，用作使制冷剂进入容置在壳体K中的冷却单元30A的入口的进流管P1从壳体K的右壁暴露并且延伸到壳体K的外侧。用作热交换后的制冷剂用的出口的出流管P2从壳体K的左壁暴露并且延伸到壳体K的外侧。如在图8中示出的，进流管P1和出流管P2从上壳体Ka与下壳体Kb之间的边界部分暴露到壳体K的外部。换言之，用于将壳体K的内侧和外侧设置成相互连通的连通孔H4形成在壳体K的左壁和右壁中的每一个上。
图10到14示出壳体K容置各种部件的壳体结构。根据本实施方式的壳体结构与根据第一实施方式的壳体结构基本上相同。
如在图10中示出的，冷却单元30A设置在端子板20A的上部中，端子板20A设置于下壳体Kb的底部上。冷却单元30A具有这样的结构：在该结构中，进流管P1和出流管P2附接到具有从平面图所见的矩形形状的扁平型的冷却器体31的两侧上。至于冷却单元30A的尺寸，在进流管P1的基部与出流管P2的基部之间的长度X1为200mm到250mm。冷却单元30A的垂直于长度X1的宽度Y1为50mm到70mm。冷却器体31的厚度是6mm到15mm。未示出的翅片构件设置在冷却单元30A中，并且制冷剂通道由翅片构件形成。在图10中，用于将端子板20A固定至下壳体Kb的板固定螺钉S1被冷却单元30A遮蔽。
如在图10中示出的，端子板20A具有安装表面，其用作安装冷却单元30A用的安装部。端子板20A形成为类似于具有在平面上所见的矩形形状的板。端子板20A的长度几乎等于冷却单元30A的长度X1。端子板20A的宽度大于冷却单元30A的宽度Y1。端子板20A的厚度根据电容器22的输出而改变。更具体地，在输出是50kW的情形下，端子板20A的厚度为大约30mm。在输出是80kW的情形下，端子板20A的厚度为大约60mm。在根据本实施方式的半导体装置10A中，端子板20A的尺寸和电容器22的尺寸通过取决于输出的厚度来调节。在半导体装置10A的组件中，下壳体Kb被准备成具有取决于将要容置在壳体K中的电容器22的输出的高度。上壳体Ka与下壳体Kb结合。用作用于将支架60A固定至端子板20A的固定部的支架附接部28b形成在端子板20A的四个角上。
多组(在本实施方式中为三组)端子组设置在沿端子板20A的纵向方向的第一长侧面21a上，该第一长侧面21a是端子板20A的单侧边缘，每组端子组包括阳极端子23、阴极端子24和基部输出端子25。电源端子T1和马达电力供应端子T2沿着设置有端子组的端子板20A的侧边缘设置在下壳体Kb中。两组电流传感器SA设置在下壳体Kb中。在图10到12中，在图中的左端的端子组的阳极端子23和右端的端子组的阳极端子23与电流传感器SA的端子交迭。两个电源端子T1如图9到14所示设置。另一方面，设置有三个马达电力供应端子T2。在图9到14中，示出了处于中央的马达电力供应端子T2，并且左侧和右侧的马达电力供应端子T2各自与电流传感器SA的端子交迭。
如在图11中示出的，多个(在本实施方式中为三个)半导体模块40A在沿着冷却单元30A的长度X1的方向上设置在冷却单元30A的上部中。每个半导体模块40A通过硅脂(未示出)安装在冷却单元30A上。每个半导体模块40A的长度X2是40mm到60mm。半导体模块的与长度X2垂直的宽度Y2是50mm到70mm。具有用于安装半导体模块40A的安装表面的冷却单元30A的尺寸根据待安装的半导体模块40A的尺寸和数量来设定。换言之，冷却单元30A的尺寸基于所有半导体模块40A在冷却单元30A的上部中的平面安装的区域(安装区域)的尺寸来设定。冷却单元30A的尺寸由长度X1和宽度Y1来限定。冷却单元30的尺寸等于冷却单元30A的上表面31a的尺寸，冷却单元30A的上表面31a用作面向将要安装的半导体模块40A的冷却相对面。
两组晶体管(IGBT)TR和两组二极管D用树脂密封在每个半导体模块40A中。晶体管TR是具有在平面上所见的正方形形状并且具有大约15mm的宽度的元件，此外，二极管D是尺寸几乎是晶体管TR的尺寸的一半的元件。
每个半导体模块40A包括要连接到端子板20A的阳极端子23的电源线端子44、要连接到阴极端子24的接地线端子45以及要连接到基部输出端子25的模块输出端子43。每个半导体模块40A设置成用于端子板20A的一个端子组。每个半导体模块40A的相应端子43到45利用用作端子连接螺钉S2的螺栓B3紧固及固定至与其对应的端子板20A的端子组，并且因此电连接。图13示出螺栓B3将端子23到25紧固及固定至端子43到45的状态。换言之，在本实施方式中，在支架60A固定之后，用螺栓B3将端子43到45紧固及固定至端子23到25。
如在图11中示出的，每个半导体模块40A包括控制信号端子42。控制信号端子42设置在第二表面41b上，第二表面41b是设置有电源线端子44、接地线端子45和模块输出端子43的半导体模块40A的端部，即，处于与第一表面41a相对的一侧的端部。因此在本实施方式中，电源线侧的端子集中地设置在半导体装置10A的其中一侧面中，而控制信号线侧的端子42集中地设置在半导体装置10A的另一相对侧面中。电源线侧的端子包括端子板20A的端子组、半导体模块40A的端子43到45、电源端子T1以及马达电力供应端子T2。
如在图12中示出的，板簧50A设置在半导体模块40A上。板簧50A由弹簧钢板形成。根据本实施方式的板簧50A具有多个(例如三个)加压部53、以及用于将加压部53彼此耦接的两个水平耦接部54。每个加压部53具有水平弹簧中央部51及通过从弹簧中央部51倾斜地向下弯曲来构造的两个弹簧弯曲部52。加压部53彼此以预定的间隔设置，以在板簧50A设置在半导体模块40A上时向半导体模块40A的中央部分附近施加压力。
如在图13中示出的，支架60A设置在板簧50A上。支架60A由例如铝之类的金属板材形成。支架60A具有形成为类似具有在平面上所见的矩形形状的板的支架体61，并且倾斜向外突出的附接部63形成在支架体61的四个角中。支架60A的附接部63由用作支架固定螺钉S3的螺栓B4紧固及固定至端子板20A的支架附接部28b。在图10到12中示出了支架附接部28b。多个(例如总共八个)突起的板附接柱62形成在支架60A的一对长边上。定位在支架60A的四个角的板附接柱62形成在从支架60A的四个角延伸的附接部63中，以将支架60A附接到端子板20A上。
如在图15中示出的，用于保持板簧50A的保持部64形成在支架60A的背面即下表面61a上。保持部64具有多个(在本实施方式中是三个)凹部60c和水平接触部60d，凹部60c能够容置加压部53，水平接触部60d设置成与板簧50的耦接部54表面接触。在板簧50设置在半导体40A上的状态中，凹部60c各自形成在对应于加压部53中的一个的位置处。接触部60d各自形成在与板簧50的耦接部54中的一个相对应的位置处。接触部60d形成为具有比凹部60c的深度浅的凹入形状。
因此，形成在支架60A的下表面61a上的保持部64对安装在半导体模块40A上的板簧50A进行保持。支架60A由支架固定螺钉S3紧固及固定至端子板20A，使得板簧50A从上方受压并因而变形。因此，半导体模块40A和冷却单元30A被由板簧50A生成的向下迫压力向下压以及固定。板簧50A的加压部53中的每一个保持在支架60A的凹部60c中的一个中。并且，因此，在支架60A被紧固及固定至端子板20A的情形下，板簧50A以适当的迫压力朝向端子板20A按压半导体模块40A。
如在图14中示出的，控制电路板70A设置在支架60A上。控制电路板70A形成为类似具有从平面图所见的矩形形状的板。在控制电路板70A的一对长侧上对应于支架60A的板附接柱62形成多个(在本实施方式中为总共八个)螺纹连接部71。控制电路板70A的螺纹连接部71由用作板固定螺钉S4的螺钉B5紧固并固定至支架60A的板附接柱62。
支架60A通过板簧50A对半导体模块40A中的每一个施加压力。因此，支架60A的尺寸是以与冷却单元30A相同的方式根据半导体模块40A的尺寸和数量来设定的。因此，通过将控制电路板70A的尺寸设定成对应于支架60A的尺寸，支架60A的板附接柱62能够作为将控制电路板70A附接到支架60A的附接部。换言之，不必要在下壳体Kb或端子板20A中设置用于支撑控制电路板70的附接部。因此，可有助于减小半导体装置10A的尺寸。支架60A的尺寸由在图13中示出的长度X3和宽度Y3限定。支架60A的尺寸是支架60A的下表面60a的尺寸，支架60A的下表面60a在支架60A安装在半导体模块40A上时用作半导体模块40A的支撑相对面。
如在图14中示出的，用于附接半导体模块40A的控制信号端子42的多个信号端子附接部72形成在控制电路板70A的其中一个长边上。信号端子附接部72以与半导体模块40A的控制信号端子42相同的方式集中地设置在与电源线侧的端子相对的一侧上。
根据本实施方式的半导体装置10A使用与根据第一实施方式的半导体装置10相同的组装程序来组装。换言之，组装是通过将端子板20A、冷却单元30A、半导体模块40A、板簧50A、支架60A和控制电路板70A以这种顺序叠置来实现的。通过板簧50A和支架60A的迫压功能，冷却单元30A和半导体模块40A固定至端子板20A。在根据本实施方式的半导体装置10A中，半导体模块40A通过冷却单元30A的作用被冷却。
因此，根据本实施方式，除了与第一实施方式相同的优点(1)到(5)之外还能够产生下列优点。
(6)诸如冷却单元30A或支架60A之类的部件的尺寸是基于壳体K上要安装半导体模块40的安装区域的尺寸而设定的。因此，可实现整个半导体装置10A的尺寸减小，而不在壳体K内产生浪费空间。
(7)使用具有小厚度的扁平型的冷却单元30A。因此，能够缩短电容器22与半导体模块40A之间的距离，并且能够实现具有小的配线电感的设计。换言之，可形成具有小损耗的电路结构。
(8)例如端子板20A、冷却单元30A、半导体模块40A、板簧50A、支架60A和控制电路板70A这样的主要部件叠置和设置在壳体K中。为此，在制造中，这些部件按顺序堆叠即可。这便利了组装。此外，可减小制造成本。
(9)电源线侧的端子43到45和控制信号线侧的端子42集中地设置在半导体装置10A中的彼此相对的侧面。换言之，这些端子集中地定位成使得这些端子彼此相对的状态。因此，可以简化布线路径的构造。换言之，可以减小整个半导体装置10A的尺寸，而不在壳体K内产生浪费空间。
(10)冷却单元30A是与壳体K分离的部件。因此，可增加壳体K内布局的自由度。因此，可以使半导体装置10A的尺寸减小。
(11)半导体模块40A平面地设置在冷却单元30A上。因此，可减小半导体装置10A的高度。因此，可减小半导体装置10A的尺寸。
实施方式不局限于前面的实施方式，而是可以下列方式进行修改。
根据实施方式的部件的材料、形状等可以依据半导体装置的规格(用途)适当地改变。
根据实施方式的半导体装置的整体结构可依据半导体装置的规格(用途)适当地改变。
根据实施方式的端子板20和20A包括电容器22。然而，还可使用不包括电容器的端子板。换言之，尽管在上述实施方式中使用了使电容器22与端子板成一体的端子板20和20A，但是依据半导体装置的应用(用途)不一定使电容器与端子板成一体。
支架60和60A能够按压板簧50和50A是足够的，此外，控制电路板70和70A能够固定至支架60和60A。另外，足够的是，支架60和60A由金属形成，并且支架60和60A能够因此屏蔽半导体模块40和40A与控制电路板70和70A之间的电磁噪音。
尽管在上述实施方式中支架60和60A由金属(铝)形成，但是支架60和60A还可以由塑料形成。在要获得电磁噪音屏蔽效果的情形下，支架60和60A的至少一部分需要由金属形成。
除端子板(端子板20)之外，支架60和60A可以固定至壳体80和K或冷却单元30和30A。可以根据半导体装置的规格(用途)进行修改。在支架60和60A固定至冷却单元30和30A的情形下，在冷却单元30和30A上设置用作附接构件的附接凸台。足够的是，支架60和60A设置在附接凸台上并且因此通过螺钉等固定。
图18示出了将支架60固定至壳体80的改型。板固定螺钉S1将支架60和端子板20二者固定至壳体80。支架60具有倾斜向下延伸的多个支架腿60a，并且支架腿60a与端子板20的附接臂20a交迭。板固定螺钉S1穿过支架腿60a和端子板20的附接臂20a，由此被紧固及固定至壳体80的端子板附接部80a。换言之，端子板20、支架60和壳体80由板固定螺钉S1共同紧固。在图18的端子板20中，能够从图2中示出的端子板20略去支架附接部28，此外，可以略去用于将支架60紧固及固定至端子板20的支架固定螺钉S3。
在图18中示出的结构还能够应用到根据第二实施方式的半导体装置10A。例如，支架60A和端子板20A二者由用作支架固定螺钉S3的螺栓B4紧固及固定至壳体K中的下壳体Kb。从支架60A延伸的附接部63及从端子板20A延伸的支架附接部28b定位在下壳体Kb上。竖向交迭的附接部63和支架附接部28b由用作支架固定螺钉S3的螺栓B4紧固及固定至下壳体Kb。同样在该情形下，端子板20A、支架60A和壳体K由螺栓B4共同紧固。在该情形下，可以略去板固定螺钉S1。
在第一实施方式、第二实施方式以及在图18中示出的改型中的每一个中，端子板20和20A具有用于固定支架60和60A的固定部。换言之，根据第一和第二实施方式的端子板20和20A具有用作用于固定支架60和60A的固定部的支架附接部28和28b。另外，在根据所述改型的端子板20和20A中，支架附接部28和28b用作用于固定支架60和60A的固定部。
尽管板簧50和50A在上述实施方式中用作弹簧构件，但是还可以使用具有其他形状的弹簧，例如盘状弹簧。换言之，可以根据半导体装置的应用(用途)做出改型。
尽管在上述实施方式中使用水冷型的冷却单元30和30A，但是还可以使用风冷型的热沉或散热板(块)或类似物。换言之，可以根据半导体装置的规格(用途)做出改型。
尽管在上述实施方式中在半导体模块40和40A与冷却单元30和30A之间使用硅脂90，但是还可使用例如散热片之类的其他导热构件。换言之，可根据半导体装置的应用(用途)做出改型。
尽管在上述实施方式中在冷却单元30和30A与端子板20和20A之间没有设置任何部件，但是在必要的情况下可以设置例如硅脂或散热片这样的导热构件。
如在图16中示出的，冷却单元150可以设置在半导体模块40和板簧50之间。冷却单元150是设置在半导体模块40上的上冷却单元。硅脂151设置在冷却单元150与半导体模块40之间。换言之，另外设置了单个冷却单元以从上方以及下方通过一对冷却单元而将半导体模块40夹在中间。因此，在半导体模块40的上表面和下表面二者夹在冷却单元30与150之间的状态下，板簧50朝向端子板20压迫冷却单元30和150及半导体模块40。在该情形下，还能够从半导体模块40的上侧散热。因此，能够增强散热特性。
还可以去除冷却单元30而仅设置冷却单元150。
如在图17中示出的，可以在作为半导体模块40的电连接端子的板状电源线端子44的外侧面上形成杆状突起部160。在绝缘基部21的上表面21b即端子安装表面上设置凹入构件170，凹入构件170具有能够被配合在突起部160中的形状。凹入构件170是顶端分叉的一对突出部。类似地，在接地线端子45的外侧面上形成杆状突起部161，并且在绝缘基部21的上表面21b即端子安装表面上设置凹入构件171，凹入构件171具有能够被配合在突起部161中的形状。
通过将半导体模块40的突起部160和161配合在端子板20的凹入构件170和171中，可以定位半导体模块40。例如电源线端子44和接地线端子45之类的端子被定位。因此，可以在用端子连接螺钉S2实施紧固之前减小端子紧固部的位置移动。因此，便利了组装。除了定位功能之外，还能够获得用于防止半导体模块40转动的功能。换言之，可以定位半导体模块40进而防止转动。
足够的是，用于在电源线端子44和接地线端子45上设置突起部160和161的过程与用于处理电源线端子44和接地线端子45的外形的工作同时执行。因此，不必增加工艺过程，还可防止成本增加。
因此，在图17中，半导体模块40的端子44和45通过突起-凹槽接合而定位在端子板20上。因此，半导体模块40的端子44和45能够容易地通过突起-凹槽接合而定位在端子板20上。
尽管在图17中的单个半导体模块40上形成突起部160和161，但是突起部160和161可以以相同的方式形成在另一半导体模块上。要形成突起部160和161的位置不局限于电源线端子44和接地线端子45的相应的外侧面。突起部160和161的位置和数量可以适当地改变。没有必要总是具有以下结构：在该结构中，具有突出形状的杆状突起部160和161设置在半导体模块40中的电源线端子44和接地线端子45上，而具有凹入形状的凹入构件170和171设置在端子板20上，杆状突起部160和161与凹入构件170和171可颠倒设置。换言之，还可以使用以下结构：在该结构中，具有突出形状的杆状突起部形成在端子板20上、而具有凹入形状的凹入构件设置在半导体模块40中的电源线端子44和接地线端子45上。
尽管支架60和60A在上述实施方式中具有电磁噪音屏蔽构件的功能，但是支架60和60A没有必要总是具有电磁噪音屏蔽构件的功能。
尽管半导体装置在上述实施方式中应用于混合动力车辆用的行驶马达驱动装置，但是本发明不限于此而是可以应用于例如电动车(EV车)用的行驶马达驱动装置(逆变器)。
用于设置从图6中的半导体模块40和40A延伸的模块输出端子43、电源线端子44和接地线端子45等的顺序能够在某种程度上自由地改变。为了减小电感，理想的是电源线端子44和接地线端子45应当彼此临近地设置。

Claims (10)

1.一种半导体装置，其特征在于包括：
半导体模块(40)，所述半导体模块(40)具有模块端子(43～45)；
冷却单元(30)，所述冷却单元(30)构造为冷却所述半导体模块(40)；
端子板(20)，所述端子板(20)构造为与所述模块端子(43～45)电连接，所述半导体模块(40)和所述冷却单元(30)叠置在所述端子板(20)上；
弹簧构件(50)，所述弹簧构件(50)设置在所述半导体模块(40)和所述冷却单元(30)上，所述弹簧构件(50)构造为将所述半导体模块(40)和所述冷却单元(30)压靠在所述端子板(20)上；以及
弹簧支撑工具(60)，所述弹簧支撑工具(60)设置在所述弹簧构件(50)上以支撑所述弹簧构件(50)，所述弹簧支撑工具(60)向所述弹簧构件(50)施加用于将所述半导体模块(40)和所述冷却单元(30)压靠在所述端子板(20)上的迫压力。
2.根据权利要求1所述的半导体装置，还包括控制板(70)，所述控制板(70)构造为控制所述半导体模块(40)，
其特征在于，所述控制板(70)固定在所述弹簧支撑工具(60)上。
3.根据权利要求2所述的半导体装置，其特征在于，所述弹簧支撑工具(60)构造为用作定位在所述半导体模块(40)与所述控制板(70)之间的电磁噪音屏蔽构件。
4.根据权利要求1到3中任一项所述的半导体装置，其特征在于，
所述冷却单元(30)设置在所述端子板(20)上，以及
所述半导体模块(40)设置在所述冷却单元(30)上，
所述半导体装置还包括嵌入所述端子板(20)中的电容器(22)。
5.根据权利要求1到3中任一项所述的半导体装置，其特征在于，
所述冷却单元(30)是设置在所述半导体模块(40)下方的下冷却单元(30)，所述半导体装置还包括设置在所述半导体模块(40)上的上冷却单元(150)。
6.根据权利要求1到3中任一项所述的半导体装置，其特征在于，
所述模块端子(43～45)构造为通过基于突起-凹槽关系的配合而定位在所述端子板(20)上。
7.根据权利要求1到3中任一项所述的半导体装置，其特征在于，
所述端子板(20)由塑料形成，以及
所述端子板(20)具有将被电连接到所述模块端子(43～45)的端子部(23～25)。
8.根据权利要求1到3中任一项所述的半导体装置，其特征在于，
所述模块端子(43～45)具有多个电源端子(43～45)，
所述半导体模块(40)还包括多个控制信号端子(42)，以及
在将所述半导体模块(40)夹在其间的第一侧(21a)和第二侧(21c)中，
所述电源端子(43～45)集中地设置在所述第一侧(21a)，并且
所述控制信号端子(42)集中地设置在所述第二侧(21c)。
9.根据权利要求1到3中任一项所述的半导体装置，其特征在于，
所述冷却单元(30)具有冷却相对面(31a)，所述冷却相对面面向所述半导体模块(40)，
所述弹簧支撑工具(60)具有支撑相对面(61a)，所述支撑相对面面向所述半导体模块(40)，
所述半导体模块(40)限定用于将所述半导体模块(40)安装在所述半导体装置上所必需的安装区域，以及
所述冷却相对面(31a)的尺寸和所述支撑相对面(61a)的尺寸基于所述安装区域的尺寸设定。
10.根据权利要求1到3中任一项所述的半导体装置，其特征在于，
所述端子板(20)具有安装部(27)以将所述冷却单元(30)安装在所述安装部(27)上，以及
所述端子板(20)还具有构造为固定所述弹簧支撑工具(60)的固定部(28)。
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