CN102867794B

CN102867794B - 半导体模块

Info

Publication number: CN102867794B
Application number: CN201210228489.9A
Authority: CN
Inventors: 土屋次郎; 佐佐木虎彦; 今井诚; 户嶋秀树; 原田直一; 满永智明
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2011-07-04
Filing date: 2012-07-02
Publication date: 2015-06-03
Anticipated expiration: 2032-07-02
Also published as: US20130009168A1; CN102867794A; JP5488540B2; JP2013016615A; US8604608B2

Abstract

在此公开了一种半导体模块，包括：半导体元件；电容器，其被配置为电连接到所述半导体元件；以及散热器，其中所述半导体元件和所述电容器经由所述散热器而彼此堆叠，并且其中所述半导体元件布置在从堆叠方向观察时与所述电容器重叠的位置。

Description

半导体模块

技术领域

本发明涉及一种包括半导体元件的半导体模块。

背景技术

通常，已知一种包括诸如切换元件的半导体元件和电容器的半导体模块。例如，这些半导体模块之一包括冷却管、正极端子、负极端子、正极侧散热器、负极侧散热器、半导体以及电容器。在此半导体模块中，直流电被供给到正极端子和负极端子，半导体元件连接到正极侧散热器和负极侧散热器，并且电容器与正极侧散热器和负极侧散热器之间的半导体元件并联地电连接。当半导体被导通时，正极侧散热器和负极侧散热器散发由半导体元件产生的热，并且冷却管对正极侧散热器、负极侧散热器和电容器进行冷却（例如见专利文献1）。

[专利文献1]公开号为2010-153527的日本专利申请

根据如上所述的半导体模块，由于电容器和半导体元件经由正极侧散热器和负极侧散热器连接，因此从半导体元件散发的热传导至电容器。因而，存在的问题是，难以使得半导体元件在高温下工作。

例如，在包括在半导体模块中的电容器是薄膜电容器的情况下，电容器的温度上限是大约105°C。相比之下，在半导体元件的主要成分是硅（Si）的情况下，包括在半导体模块中的半导体元件的温度上限是大约150°C。可选择地，在半导体元件的主要成分是碳化硅（SiC）的情况下，包括在半导体模块中的半导体元件的温度上限是大约250°C。因此，难以使得半导体元件在环境温度变得高于电容器的温度上限105°C的状况下工作。

发明内容

本发明的目的是提供一种包括电容器并且能够在高温下工作的半导体模块。

在下面的描述中陈述了本发明的特征和优点，并且部分特征和优点将通过描述和附图而变得显而易见，或者根据描述中提供的教导，通过本发明的实践可以理解本发明的特征和优点。通过在说明书中以这种能够使本领域技术人员实现本发明的全面、清楚、简明且准确的术语特别指出的半导体模块，将实现和获得本发明的目的以及其它特征和优点。

为了实现这些和其他优点以及根据本发明的目的，如这里所具体化和广泛描述的，本发明的实施例提供了一种半导体模块，包括：半导体元件；电容器，其被配置为电连接到所述半导体元件；以及散热器，其中所述半导体元件和所述电容器经由所述散热器而彼此堆叠，并且其中所述半导体元件布置在从堆叠方向观察时与所述电容器重叠的位置。

通过下面的结合附图阅读时的详细描述，本发明的实施例的其他目的、特征和优点将变得更加显而易见。

附图说明

图1为图示出根据第一实施例的半导体模块的示例的主视图；

图2为图示出根据第一实施例的半导体模块的示例的后视图；

图3为图示出根据第一实施例的半导体模块的一部分的示例的主视图；

图4为沿着图1中示出的线A1-A1所截取的半导体模块的截面图；

图5为图示出包括根据第一实施例的半导体模块的系统的示例性电路的图；

图6为比较示例的半导体模块的截面图；

图7为图示出根据第一实施例的第一变型例的半导体模块的示例的后视图；

图8为图示出根据第一实施例的第一变型例的半导体模块的一部分的示例的主视图；

图9为根据第一实施例的第一变型例的半导体模块的截面图；

图10为第一实施例的第二变型例的半导体模块的截面图；

图11为图示出根据第二实施例的半导体模块的示例的主视图；以及

图12为沿着图11中示出的线B-B所截取的电路板的截面图。

具体实施方式

参照附图给出了半导体模块的实施例的描述。

<第一实施例>

图1为图示出根据第一实施例的半导体模块的示例的主视图。图2为图示出根据第一实施例的半导体模块的示例的后视图。图3为图示出根据第一实施例的半导体模块的一部分的示例的主视图。图4为沿着图1中示出的线A1-A1所截取的半导体模块的截面图。这里，在图3中，省略了下面将描述的汇流条40和50、半导体元件44和54，以及固定构件63和64。由于沿着图1中示出的线A2-A2所截取的半导体模块的截面图与沿着图1中示出的线A1-A1所截取的半导体模块的截面图相类似，因此图4中圆括号中的附图标记表示沿着线A2-A2的截面图中的配置。

如图1至图4所示，半导体模块10包括作为主要构成元件的主体20、电容器30、汇流条40和50，以及半导体元件44和54。这里，汇流条40和50分别是用作供电线的金属构件。

电容器30形成在主体20上。虽然电容器30以简化的方式被图示出，但是电容器30可以是例如由模制树脂等密封的薄膜电容器或电解电容器。例如,主体20可以由诸如铝（Al）、铁（Fe）等的金属或树脂制成。电容器30可以形成在主体20的几乎整个部分中。主体20和电容器30彼此电绝缘。

电容器30包括由铜（Cu）、铝（Al）等制成的端子31至38。端子31至38分别与主体20电绝缘。端子31和32相对于电容器30布置在几乎相反的区域中。端子33和34相对于电容器30布置在几乎相反的区域中。端子35和36相对于电容器30布置在几乎相反的区域中。端子37和38相对于电容器30布置在几乎相反的区域中。

端子31和33经由汇流条40电连接。端子35和37经由汇流条50电连接。端子31和33连接到电容器30的一个电极（未图示出），而端子35和37电连接到电容器30的另一个电极（未图示出）。

端子31和32电连接。端子32可以用作外部接线端子。端子33和34电连接。端子34可以用作外部接线端子。这里，由于端子32和34具有相同的电位，因此端子32和34中的任何一个可以用作外部接线端子。可选择地，汇流条40的一部分可以用作外部接线端子。

端子35和36电连接。端子36可以用作外部接线端子。端子37和38电连接。端子38可以用作外部接线端子。这里，由于端子36和38具有相同的电位，因此端子36和38中的任何一个可以用作外部接线端子。可选择地，汇流条50的一部分可以用作外部接线端子。

凹部30x和30y设置在电容器30的一个表面上。凹部30x和30y是在平面图中具有几乎矩形形状的孔穴，并且分别布置在与汇流条40和50重叠的区域中。凹部30x和30y分别构成散热器65和66的一部分。散热器65和66将随后进行描述。

冷却片41形成在汇流条40的与电容器30相对的一侧上。此外，绝缘膜42形成在冷却片41和汇流条40上，使得绝缘膜42覆盖冷却片41的表面和汇流条40的表面的一部分。汇流条40和冷却片41可以一体形成或者彼此连接。例如，汇流条40和冷却片41可以由具有较高热传导性的诸如铜（Cu）、铝（Al）等的金属制成。例如，绝缘膜42可以由聚酰胺等制成。这里，冷却片41的截面形状不限于矩形波形状。例如，冷却片41的截面形状可以是正弦波形状、三角波形状等。

半导体元件44经由连接部43安装到汇流条40的与电容器30不相对的另一侧上。例如，焊料、导电性粘合剂等可以用作连接部43。例如半导体元件44的主要成分是硅（Si）、碳化硅（SiC）等。例如，半导体元件44可以实施为绝缘栅双极型晶体管（IGBT）、二极管、金属氧化物半导体场效应晶体管（MOSFET）等。半导体元件44的示例性具体电路配置将随后进行描述。

汇流条40与电容器30相对并且在被绝缘膜42涂覆的冷却片41布置在凹部30x中的状态下，汇流条40经由密封构件61通过固定构件63固定到电容器30。由于在汇流条40与端子31和33接触的状态下汇流条40固定到电容器30，因此汇流条40电连接到端子31和33。

密封构件61是一种具有抑制冷却液泄漏功能的构件。由三元乙丙橡胶（EPDM）树脂等制成的O型环可以用作密封构件61。例如，螺钉等可以用作固定构件63。在螺钉用作固定构件63的情况下，螺钉孔31x、33x、35x和37x可以分别预先形成到端子31、33、35和37中。螺钉孔可以分别形成到汇流条40和50的与螺钉孔31x、33x、35x和37x对应的部分中。

焊料、导电性粘合剂等可以用作固定构件63，并且固定构件63可以布置在端子31和33之间。由于螺钉可以比焊料或导电性粘合剂更紧地将汇流条40固定到端子31和33，因此优选将螺钉用作固定构件63。通过将螺钉用作固定构件63，可以有效地矫正由汇流条40和半导体元件44之间的热膨胀系数的差异引起的汇流条40的翘曲。在这种情况下，优选使用更硬的材料作为密封构件61，以使得半导体模块10能够容许汇流条40的翘曲。

这里，在汇流条40由铜（Cu）制成的情况下，汇流条40的热膨胀系数是大约17ppm/°C，而在汇流条40由铝（Al）制成的情况下，汇流条40的热膨胀系数是大约23ppm/°C。相比之下，在半导体元件44的主要成分是硅（Si）的情况下，半导体元件44的热膨胀系数是大约3ppm/°C，而在半导体元件44的主要成分是碳化硅（SiC）的情况下，半导体元件44的热膨胀系数是大约7ppm/°C。例如，在半导体元件44散发热的情况下，热膨胀系数的差异可能引起汇流条40的翘曲。

由被绝缘膜42涂覆的冷却片41围绕的空间、汇流条40的涂覆有绝缘膜42的一部分、凹部30x、凹部30x的外周部分、以及密封构件61形成散热器65。散热器65包括由冷却片41、汇流条40的所述一部分、凹部30x、凹部30x的外周部分、以及密封构件61围绕的液流通路。半导体元件44、散热器65、以及电容器30以此顺序堆叠。半导体元件44布置在从半导体元件44、散热器65、以及电容器30的堆叠方向（Y方向）观察时与电容器30重叠的区域中。

散热器65经由冷却液的液流通路（未图示出）与入口71和出口72连通。冷却液经由入口71流入散热器中并且从出口72流出。从堆叠方向（Y方向）观察时，冷却液在作为散热器65所在区域的一部分并且至少与半导体元件44重叠的区域中流动。这里，对于绝缘膜42来说，必须涂覆汇流条40的表面的一部分和冷却片41的表面，以使得散热器65中的冷却液不直接接触汇流条40和冷却片41。

汇流条50与汇流条40平行设置并且在横向上彼此间隔开。类似于冷却片41和汇流条40，冷却片51形成在汇流条50的与电容器30相对的一侧。此外，绝缘膜52形成在冷却片51和汇流条50上，以使得绝缘膜52覆盖冷却片51的表面和汇流条50的表面的一部分。该冷却片对应于冷却片41，而该绝缘膜对应于绝缘膜42。半导体元件54经由连接部53安装到汇流条50的不与电容器30相对的另一侧。连接部53对应于连接部43。

在此省略分别对与汇流条40的一部分、冷却片41、绝缘膜42、连接部43和半导体元件44相类似的汇流条50的一部分、冷却片51、绝缘膜52、连接部53和半导体元件54的描述。

汇流条50与电容器30相对并且在被绝缘膜52涂覆的冷却片51布置在凹部30y中的状态下，汇流条50经由密封构件62通过固定构件64固定到电容器30。由于在汇流条50与端子35和37接触的状态下汇流条50固定到电容器30，因此汇流条50电连接到端子35和37。由于密封构件62和固定构件64类似于密封构件61和固定构件63，因此省略了其描述。

由被绝缘膜52涂覆的冷却片51围绕的空间、汇流条50的涂覆有绝缘膜52的一部分、凹部30y、凹部30y的外周部分、以及密封构件62形成散热器66。散热器66包括由冷却片51、汇流条50的所述一部分、凹部30y、凹部30y的外周部分、以及密封构件62围绕的液流通路。半导体元件54、散热器66、以及电容器30以此顺序堆叠。半导体元件54布置在从半导体元件54、散热器66、以及电容器30的堆叠方向（Y方向）观察时与电容器30重叠的区域中。

与散热器65相类似，散热器66与入口71和出口72连通。从堆叠方向（Y方向）观察时，冷却液在散热器66中的至少与半导体元件44重叠的区域中流动。这里，对于绝缘膜52来说，必须涂覆汇流条50的表面的一部分和冷却片51的表面，以使得散热器66中的冷却液不直接接触汇流条50和冷却片51。

下面，将描述包括半导体模块10的系统。图5为图示出包括根据第一实施例的半导体模块的系统的示例性电路的图。如图5所示的系统包括电池100、升/降压变换器110、电容器120、逆变器130以及电机150。这里，系统可以包括另一个逆变器和/或由另一个逆变器驱动的另一个电机。

电池100是如下类型的蓄电装置：其可以为诸如镍氢电池或锂离子电池的二次电池、双电荷层电容器等。

升/降压变换器110包括切换元件111和112、二极管113和114以及电抗器115。在图5中，切换元件111和112为绝缘栅双极型晶体管（IGBT）。IGBT是如下类型的双极型晶体管：其将MOSFET并入栅极并且包括发射极、集电极和栅极三个端子。二极管113和114是续流二极管。续流二极管是一种在电流回流时使用的二极管。

切换元件111和112串联连接。切换元件111和二极管113并联连接，而切换元件112和二极管114并联连接。切换元件111和112的栅极连接到未图示出的电子控制单元（ECU）。切换元件111和112基于从ECU输出的驱动信号来执行切换操作。

切换元件111的发射极、二极管113的阳极、切换元件112的集电极、二极管114的阴极与电抗器115的一端彼此连接。电抗器115的另一端连接到电池100的正极端子。

切换元件111的集电极和二极管113的阴极连接到电容器120的一端和逆变器130的一端（P端子）。切换元件112的发射极和二极管114的阳极连接到电池100的负极端子、电容器120的另一端和逆变器130的另一端（N端子）。因此，电容器120并联连接到升/降压变换器110。电容器120使从电池110输出的直流电压平滑并且将平滑后的电压供给至逆变器130。

逆变器130包括切换元件131至136和二极管141至146。切换元件131至136是IGBT。二极管141至146是续流二极管。切换元件131和132、切换元件133和134、以及切换元件135和136分别串联连接。切换元件131至136和二极管141至146分别并联连接。切换元件131至136的栅极连接到ECU（未图示出）并且基于从ECU输出的驱动信号来执行切换操作。

切换元件131的集电极、二极管141的阴极、切换元件133的集电极、二极管143的阴极、切换元件135的集电极和二极管145的阴极在P端子处彼此连接。切换元件132的发射极、二极管142的阳极、切换元件134的发射极、二极管144的阳极、切换元件136的发射极和二极管146的阳极在N端子处彼此连接。

切换元件131的发射极、二极管141的阳极、切换元件132的集电极和二极管142的阴极连接到线圈151的一端。切换元件133的发射极、二极管143的阳极、切换元件134的集电极和二极管144的阴极连接到线圈152的一端。切换元件135的发射极、二极管145的阳极、切换元件136的集电极和二极管146的阴极连接到线圈153的一端。电机150的线圈151、152和153的另一端彼此连接。

电机150是如下类型的电机：其产生用于驱动从电能产生驱动力的诸如混合动力车辆、电动车辆、燃料电池车辆等车辆的驱动轮的扭矩。分别构成u相、v相和w相的线圈151、152和153的另一端连接到中性点。电机150可以被配置为具有电动机的功能和发电机的功能。

如图5所示的系统如下操作。升/降压变换器110根据从ECU（未图示出）输出的切换控制信号来执行切换操作。升/降压变换器110将电池100的正极端子和负极端子之间的电压V1升压至电压V2并且输出电容器120的两个端子之间的电压V2。更具体地，在切换元件111被切断并且切换元件112被接通时，在升/降压变换器110中，电流从电池100流至电抗器115并且电抗器115暂时累积电能。当切换元件111被接通并且切换元件112被切断时，在电抗器115中累积的电能经由二极管113从电抗器115输出。因此，电池100的两个端子之间的电压V1被升压至电压V2并且输出至电容器120。

升/降压变换器110根据从ECU（未图示出）输出的切换控制信号来执行切换操作。升/降压变换器110将电容器120的两个端子之间的电压V2降压至电压V1并且输出电压V2至电池100。更具体地，在升/降压变换器110中，电流从电容器120流至电抗器115，并且在切换元件111被接通且切换元件112被切断时电抗器115暂时累积电能。当切换元件111被切断并且切换元件112被接通时，在电抗器115中累积的电能引起电流经由二极管114流回。因此，电容器120的两个端子之间的电压V2被降压至电压V1，于是对电池100进行充电。

电容器120对从升/降压变换器110输出的直流电压进行平滑并且将平滑后的电压供给至逆变器130。逆变器130是如下类型的切换电路：其使交流电压和直流电压相互变换。当直流电压从电容器120被供给至逆变器130时，逆变器130根据切换控制信号来执行切换操作。逆变器130将直流电压变换为交流电压，并且驱动电机150。

当应用车辆的再生制动时，逆变器130根据从ECU（未图示出）输出的切换控制信号来执行切换操作，并且逆变器130将由电机150产生的交流电压变换为直流电压。逆变器130经由电容器120将直流电压供给至升/降压变换器110。这里，再生制动包括由车辆的驾驶员的制动操作引起的并且执行再生的制动以及释放加速器踏板时引起的车辆的减速或加速的中止。

例如，根据第一实施例的半导体模块10的半导体元件44可以具有如图5所示的包括切换元件111和二极管113的配置。例如，根据第一实施例的半导体模块10的半导体元件54可以具有如图5所示的包括切换元件112和二极管114的配置。

在这种情况下，端子32和34中的至少一个可以电连接到如图5所示的逆变器130的P端子。与切换元件111的集电极和二极管113的阴极相对应的接线端子可以布置在半导体元件44的面对连接部43的表面上，并且所述接线端子可以经由连接部43电连接到汇流条40。在这种情况下，端子32和34中的至少一个、端子31和33、电容器30的电极之一、汇流条40以及布置在半导体元件44的面对连接部43的表面上的接线端子分别电连接到如图5所示的Ｐ端子。与如图5所示的切换元件111的发射极和二极管113的阳极相对应的外部接线端子可以布置在半导体元件44的与连接部43相反的表面上。外部接线端子成为连接到如图5所示的电抗器115的一端的部分。

在这种情况下，端子36和38中的至少一个可以电连接到如图5所示的逆变器130的N端子。与切换元件112的发射极和二极管114的阳极相对应的接线端子可以布置在半导体元件54的面对连接部53的表面上，并且所述接线端子可以经由连接部53电连接到汇流条50。在这种情况下，端子36和38中的至少一个、端子35和37、电容器30的另一个电极、汇流条50以及布置在半导体元件54的面对连接部53的表面上的接线端子分别电连接到如图5所示的N端子。与如图5所示的切换元件112的集电极和二极管113的阴极相对应的外部接线端子可以布置在半导体元件54的与连接部53相反的表面上。所述外部接线端子成为连接到如图5所示的电抗器115的一端的部分。

如上所述，半导体元件44和54能够实现如图5所示的升/降压变换器110的除了电抗器115以外的部分的功能。电容器30能够实现如图5所示的电容器120的功能。

然而，切换元件111和二极管113可以分成单独的封装（package），例如，可以单独安装到半导体元件44的位置上。切换元件112和二极管114可以分成单独的封装，例如，可以单独安装到半导体元件54的位置上。

这里，在半导体模块10中，一个以上附加的汇流条可以与汇流条40和50平行设置，并且逆变器130可以通过安装在汇流条40和50以及附加汇流条上的半导体元件来实现。可选择地，包括在半导体模块10中的半导体元件可以构成升/降压变换器110和逆变器130的电路的一部分。

在下文中，通过将半导体模块10与比较示例的半导体模块进行比较，来描述根据第一实施例的半导体模块10的有益效果。

图6为比较示例的半导体模块500的截面图。如图6所示，在半导体模块500中，散热板520和外壳560安装在散热器510上。散热板520由金属等制成，而外壳560由树脂等制成。绝缘体525和由陶瓷等制成的基板530堆叠在散热板520上。半导体元件550经由由焊料等构成的连接部540而安装在基板530上。

由金属等制成的端子571和572设置在外壳560上。端子571和572经由联接构件573连接到半导体元件550。所述联接构件可以是金属丝等。汇流条581被夹持在端子571和端子575之间，并且与端子571和575电连接。汇流条582被夹持在端子572和端子576之间，并且与端子572和576电连接。端子575和576构成外部接线端子。

电容器590连接到汇流条581的一侧。在图6中，虽然图示出了电容器590所在的区域，但电容器590可以是例如由模制树脂等密封的薄膜电容器或电解电容器。

如上所述，在半导体模块500中，散热器510和电容器590不是一体的而是分开的。散热器510和电容器590分别布置在半导体元件550的一侧，并且彼此不连接。因此，由半导体元件550产生的热被导向电容器590，并且电容器590也产生热。因而，为了抑制电容器590的泄漏，必须使半导体元件550在低于电容器590的温度上限（通常是100°C）的温度下工作。因此，例如，在诸如200°C的高温下难以使其主要成分是碳化硅（SiC）的半导体元件550工作。

此外，由于必须要抑制电容器590发热，因此难以将电容器590靠近半导体元件550布置。因此，电容器590和半导体元件550之间的配线长度变长，并且配线的电感变大。因而，变得难以使半导体元件550以高速工作。

相比之下，根据第一实施例的半导体模块10，半导体元件44和电连接到半导体元件44的电容器30经由散热器65彼此堆叠。半导体元件44布置在从堆叠方向（Y方向）观察时与电容器30重叠的区域中。从堆叠方向（Y方向）观察时，冷却液在作为散热器65所在区域的一部分并且至少与半导体元件44重叠的区域中流动。在如上所述的半导体模块10中，由于被绝缘膜42涂覆的冷却片41浸入在散热器65中流动的冷却液中，因此从半导体元件44产生的热经由冷却片41被导向冷却液。于是，热量被从半导体模块10带走并且被散发。

类似地，半导体元件54和电连接到半导体元件54的电容器30经由散热器66彼此堆叠。半导体元件54布置在从堆叠方向（Y方向）观察时与电容器30重叠的区域中。从堆叠方向（Y方向）观察时，冷却液在作为散热器66所在区域的一部分并且至少与半导体元件54重叠的区域中流动。在如上所述的半导体模块10中，由于被绝缘膜52涂覆的冷却片51浸入在散热器66中流动的冷却液中，因此，以类似于冷却片41、绝缘膜42、半导体元件44和散热器65的方式，从半导体元件54产生的热经由冷却片51被导向冷却液。于是，热量被从半导体模块10带走并且被散发。因而，由半导体元件44和54产生的热被导向散热器65和66且被散热器65和66带走，而不是被导向电容器30。根据该半导体模块10，与比较示例的半导体模块相比，可以使半导体元件44和54在更高的温度下工作。例如，即使在电容器30的温度上限是100°C的情况下，如果电容器30被散热器65和66冷却并且电容器30的温度保持在100°C以下，则也可以使主要由碳化硅（SiC）制成的半导体元件44和54在诸如大约200°C的高温下工作。

在电容器30产生热的情况下，电容器30被散热器65和66冷却。

由于电容器30靠近半导体元件44和54布置，因此可以降低电容器30和半导体元件44之间的配线的电感和电容器30和半导体元件54之间的配线的电感。因此，降低了切换损耗和/或浪涌电压，并且可以执行半导体元件44和54的高速切换。

由于可以执行半导体元件44和54的高速切换，因此可以减小电容器30的电容和减小半导体模块10的尺寸和制造成本。

由于可以使用对于半导体元件44的尺寸来说足够大的冷却片41，因此可以提高半导体元件44的发散效率。这也应用于半导体元件54。因而，例如，具有不同工作温度范围的元件，诸如半导体元件44和54以及电容器30，可以一起存在。

<第一实施例的第一变型例>

在第一实施例的第一变型例中，改变了电容器30的电极和端子的连接关系。这里，相同的附图标记表示与第一实施例的半导体模块10的那些元件相同或类似的元件，并且其描述将被省略。

由于第一实施例的第一变型例的半导体模块10A的主视图类似于半导体模块10的主视图，因此省略了半导体模块10A的主视图。图7为图示出根据第一实施例的第一变型例的半导体模块10A的示例的后视图。图8为图示出根据第一实施例的第一变型例的半导体模块10A的一部分的示例的主视图。图9为半导体模块10A的截面图。如图9所示的截面图对应于如图4所示的截面图。

如图7至图9所示，半导体模块10A的电容器30的电极和端子的连接关系不同于半导体模块10的连接关系（见图2）。在半导体模块10（见图2）中，端子31和33电连接到电容器30的一个电极（未图示出），而端子35和37电连接到电容器30的另一个电极（未图示出）。相比之下，在半导体模块10A中，端子31电连接到电容器30的一个电极（未图示出），而端子37电连接到电容器30的另一个电极（未图示出）。

端子33和35仅是为了将汇流条40和50固定到电容器30的目的而分别布置。因而，在半导体模块10A中，相对于电容器30布置在与端子33所布置的区域几乎相反的区域中的端子34（见图2）未被布置。在半导体模块10A中，相对于电容器30布置在与端子35所布置的区域几乎相反的区域中的端子36（见图2）未被布置。

端子31和32电连接。端子32可以用作外部接线端子。可选择地，汇流条40的一部分可以用作外部接线端子。端子37和38电连接。端子38可以用作外部接线端子。可选择地，汇流条50的一部分可以用作外部接线端子。

如上所述，可以设置电容器30的电极和端子的连接关系，并且可以从电容器30的端子中选择外部接线端子。第一实施例的第一变型例的半导体模块10A具有的有益效果类似于半导体模块10的有益效果。

<第一实施例的第二变型例>

在第一实施例的第二变型例中，汇流条和冷却片分开并且通过绝缘片连接。这里，相同的附图标记表示与第一实施例的半导体模块10的那些元件相同或类似的元件，并且其描述将被省略。

图10为第一实施例的第二变型例的半导体模块的截面图。如图10所示的截面图对应于如图4所示的截面图。在图10圆括号中的附图标记表示与如图4所示的沿着线A2-A2的截面图相对应的截面图中的配置。由于第一实施例的第二变型例的半导体模块的主视图和后视图与第一实施例的半导体模块10的主视图和后视图相同，因此省略了与图1至图3相对应的图。

如图10所示，汇流条40和冷却片41分开并且通过具有粘着性的绝缘片49连接。类似地，汇流条50与对应于冷却片41的冷却片分开，并且汇流条50通过具有粘着性的绝缘片与冷却片连接。由于必须使冷却液与汇流条40和50绝缘，因此使布置有绝缘片49和59的区域延伸，使得绝缘片49和59与密封构件61和62接触。

在冷却液与汇流条40和50彼此绝缘的条件下，可以将绝缘膜或绝缘片布置到任意位置。第一实施例的第二变型例的半导体模块具有的有益效果类似于半导体模块10的有益效果。除此以外，第一实施例的第二变型例的半导体模块还具有如下的有益效果。由于冷却片41和51直接与冷却液接触，因此与第一实施例相比，可以进一步提高冷却性能。

<第二实施例>

在第二实施例中，电抗器90布置在汇流条40和50上。在下文中，相同的附图标记表示与第一实施例的半导体模块10的那些元件相同或类似的元件，并且其描述将被省略。

图11为图示出根据第二实施例的半导体模块80的示例的主视图。图12为沿着图11中示出的线B-B所截取的电路板的截面图。由于第二实施例的半导体模块80的主视图和后视图的部分与如图2和图3所示的第一实施例的半导体模块10的主视图和后视图的部分相同，因此省略了与图1至图3相对应的图。

如图11和图12所示，半导体模块80包括布置在半导体元件44和54上的电抗器90，半导体元件44和54堆叠在汇流条40和50上。电抗器90的一部分经由汇流条40和50接触冷却片41和51。虽然在图12中以简化的方式图示出了电抗器90，但是例如，电抗器90可以由通过模制树脂模制而成的线圈元件构成。

电抗器90包括由铜（Cu）、铝（Al）等制成的端子91和92以及端子93至96。然而，例如，端子93至96可以由绝缘材料制成。端子91电连接到电抗器90的线圈元件的一端，并且可以用作外部接线端子。端子92电连接到电抗器90的线圈元件的另一端。

端子92电连接到半导体元件44的如下的连接端子（未图示出）：其布置在相对于连接有连接部43的表面相反的表面上。端子92电连接到半导体元件54的如下的接线端子（未图示出）：其布置在相对于连接有连接部53的表面相反的表面上。端子93至96是如下类型的端子：其用于将电抗器90固定到汇流条40和50上，并且与电抗器90的线圈元件电绝缘。

凹部90x形成在电抗器90中。在半导体元件44和54布置在凹部90x中的状态下，将电抗器90安装到汇流条40和50上。端子93和94分别布置在与端子31和33相对应的位置，并且通过固定构件63固定到电容器30和汇流条40。端子95和96分别布置在与端子35和37相对应的位置，并且通过固定构件64固定到电容器30和汇流条50。

例如，根据第二实施例的半导体模块80的半导体元件44可以具有如图5所示的包括切换元件111和二极管113的配置。例如，根据第二实施例的半导体模块80的半导体元件54可以具有如图5所示的包括切换元件112和二极管114的配置。

在这种情况下，端子32和34中的至少一个可以电连接到如图5所示的逆变器130的P端子。与切换元件111的集电极和二极管113的阴极相对应的接线端子可以布置在半导体元件44的面对连接部43的表面上，并且所述接线端子可以经由连接部43电连接到汇流条40。在这种情况下，端子32和34中的至少一个、端子31和33、电容器30的电极之一、汇流条40以及布置在半导体元件44的面对连接部43的表面上的接线端子分别电连接到如图5所示的Ｐ端子。与如图5所示的切换元件111的发射极和二极管113的阳极相对应的接线端子可以布置在半导体元件44的与连接部43相反的表面上，并且所述接线端子可以电连接到端子92。

在这种情况下，端子36和38中的至少一个可以电连接到如图5所示的逆变器130的N端子。与切换元件112的发射极和二极管114的阳极相对应的接线端子可以布置在半导体元件54的面对连接部53的表面上，并且所述接线端子可以经由连接部53电连接到汇流条50。在这种情况下，端子36和38中的至少一个、端子35和37、电容器30的另一个电极、汇流条50以及布置在半导体元件54的面对连接部53的表面上的接线端子分别电连接到如图5所示的N端子。与如图5所示的切换元件112的发射极和二极管113的阳极相对应的接线端子可以布置在半导体元件54的与连接部53相反的表面上，并且所述接线端子可以电连接到端子92。端子91可以电连接到如图5所示的电池100的正极端子。

根据如上所述的配置，半导体元件44和54以及电抗器90能够实现如图5所示的升/降压变换器110的功能。电容器30能够实现如图5所示的电容器120的功能。

然而，切换元件111和二极管113可以分成单独的封装，并单独安装到例如半导体元件44的位置上。切换元件112和二极管114可以分成单独的封装，并单独安装到例如半导体元件54的位置上。

根据第二实施例的半导体模块80具有的有益效果类似于根据第一实施例的半导体模块10的有益效果。此外，半导体模块80还具有如下的有益效果。在第二实施例中，电容器30、半导体元件44和54、以及电抗器90是一体的（堆叠的）。固定构件63用于将电抗器90固定到汇流条40和50上，并且同时用于将汇流条40和50固定到电容器30上。因而，例如与电抗器90未布置（堆叠）在汇流条40和50上而是固定在半导体模块80的侧部或底部的配置相比，可以减小半导体模块80的尺寸。此外，可以降低半导体模块80的制造成本。

由于电抗器90经由汇流条40和50接触冷却片41和51，因此可以对电抗器90进行冷却。

此外，本发明不限于这些实施例，而是可以在不脱离本发明范围的条件下进行各种变型和改进。

例如，半导体模块10、10A和80的安装方向不限于如图4所示的如下安装方向：其中Z方向沿着重力的方向定向。如图4所示的Y方向可以沿着重力的方向定向。半导体模块10、10A和80的安装方向可以沿任意方向定向。

可以对第一实施例的配置、第一实施例的第一变型例的配置、第一实施例的第二变型例的配置以及第二实施例的配置进行组合。

至此已提供了示例性实施例的半导体模块的描述。本发明不限于这些实施例，而是可以在不脱离本发明范围的条件下进行各种变型和改进。

Claims

1.一种半导体模块，包括：

半导体元件；

电容器，其被配置为电连接到所述半导体元件，并且在所述电容器的一个表面上布置有凹部；以及

散热器，

其中所述半导体元件和所述电容器经由所述散热器而彼此堆叠，并且其中所述半导体元件布置在从堆叠方向观察时与所述电容器重叠的位置，并且

其中所述散热器由所述电容器的所述凹部和用于连接所述电容器的端子的汇流条形成。

2.根据权利要求1所述的半导体模块，其中所述半导体元件的主要成分是碳化硅。

3.根据权利要求1所述的半导体模块，其中，在从所述堆叠方向观察时，所述散热器的至少与所述半导体元件重叠的区域中包括冷却液的液流通路。

4.根据权利要求1所述的半导体模块，进一步包括电抗器，所述电抗器被配置为与所述半导体元件堆叠。

5.根据权利要求4所述的半导体模块，其中所述电抗器经由金属构件与所述散热器接触，所述半导体元件安装在所述金属构件上。