CN103066027B - 动力模块、制造动力模块的方法以及成型模具 - Google Patents

动力模块、制造动力模块的方法以及成型模具 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种动力模块、制造动力模块的方法以及成型模具，所述动力模块包括：半导体元件；第一冷却构件和第二冷却构件，所述第一冷却构件和所述第二冷却构件被配置为将所述半导体元件夹在它们之间；框架构件，其被配置为支撑在所述第一冷却构件与所述第二冷却构件之间的所述半导体元件；以及成型树脂件，其布置于所述第一冷却构件与所述第二冷却构件之间，其中，所述框架构件包括调节构件，所述调节构件调节所述第一冷却构件与所述第二冷却构件之间的距离。

Description

动力模块、制造动力模块的方法以及成型模具
技术领域
本发明涉及一种动力模块，所述动力模块包括半导体元件、分别布置于所述半导体元件的两个表面上的冷却构件以及将所述半导体元件密封在所述冷却构件之间的成型树脂件。本发明还涉及一种用于制造所述动力模块的方法以及用于成型出所述动力模块的成型模具。
背景技术
通常，已有由树脂成型的包括半导体元件的动力模块（例如，见专利文件1）。当半导体元件被驱动时，半导体元件产生热。动力模块由分别布置于半导体元件的两个表面上的冷却构件来冷却。通过在夹住半导体元件的两个冷却构件之间填充树脂来制造动力模块。
专利文件1：日本专利申请公开第No.2006-049542号
专利文件1中公开的动力模块的成型加工是通过将树脂填充进位于被指定的成型模具保持住的冷却构件之间的成型区域中来实现的。成型区域是其中叠放半导体元件、金属块、焊料等并且由树脂成型的区域。在成型加工中，成型区域需要具有符合成型模具的尺寸的尺寸公差。
因为成型树脂件不容易符合尺寸公差，所以树脂可能从成型模具中泄漏出来。另一方面，布置于成型区域中的半导体元件和焊料等不能被成型模具适当地保持住，并且可能被成型压力损坏。
发明内容
本发明的实施例的目的是提供一种动力模块、用于制造该动力模块的方法以及用于成型出该动力模块的成型模具，其能实现包括半导体元件和布置在所述半导体元件的相应侧上的冷却构件的动力模块的尺寸管理。
在接下来的描述中将阐述本发明的特征和优点，通过说明书和附图，部分特征和优点将变得显而易见，或者根据说明书中提供的教导通过本发明的实施可以获知本发明的特征和优点。通过说明书中以完整、清楚、简洁以及精确的术语特别指出以使本领域中具有普通技术的人员能够实施本发明的半导体元件，将实现和达到本发明的目的以及其他特征和优点。
为了获得这些优点以及其他优点，并且根据本发明的目的，如此处实施和宽泛描述的，本发明的一个实施例提供了一种动力模块，包括：半导体元件；第一冷却构件和第二冷却构件，所述第一冷却构件和所述第二冷却构件被配置为将所述半导体元件夹在它们之间；框架构件，其被配置为支撑在所述第一冷却构件与所述第二冷却构件之间的所述半导体元件；以及成型树脂件，其布置于所述第一冷却构件与所述第二冷却构件之间，其中，所述框架构件包括调节构件，所述调节构件调节所述第一冷却构件与所述第二冷却构件之间的距离。
本发明的另一个实施例提供了一种制造动力模块的方法，所述动力模块包括：半导体元件；第一冷却构件和第二冷却构件，所述第一冷却构件和所述第二冷却构件被配置为将所述半导体元件夹在它们之间；框架构件，其被配置为支撑在所述第一冷却构件与所述第二冷却构件之间的所述半导体元件，并且被配置为包括调节所述第一冷却构件与所述第二冷却构件之间的距离的调节构件；以及成型树脂件，其布置于所述第一冷却构件与所述第二冷却构件之间，所述方法包括：在通过成型模具使所述调节构件伸展或者收缩并且所述调节构件将所述距离调节至预期距离的状态下，通过将成型用树脂注射到所述成型模具中来制造所述动力模块。
本发明的又一个实施例提供了一种用于制造动力模块的成型模具，所述动力模块包括：半导体元件；第一冷却构件和第二冷却构件，所述第一冷却构件和所述第二冷却构件被配置为将所述半导体元件夹在它们之间；框架构件，其被配置为支撑在所述第一冷却构件与所述第二冷却构件之间的所述半导体元件，并且被配置为包括调节所述第一冷却构件与所述第二冷却构件之间的距离的调节构件；以及成型树脂件，其布置于所述第一冷却构件与所述第二冷却构件之间，所述成型模具包括：第一成型模具主体，其被配置为在所述成型树脂件的成型加工中保持所述第一冷却构件；第二成型模具主体，其被配置为在所述成型加工中保持所述第二冷却构件；第一挤压销，其被配置为从所述第一成型模具主体的一侧延伸出并且挤压布置于所述第二冷却构件的一侧上的第二金属块；以及第二挤压销，其被配置为从所述第二成型模具主体的一侧延伸出并且挤压布置于所述第一冷却构件的一侧上的第一金属块，并且其中，在所述成型加工中，通过正被所述第二挤压销挤压的所述第一金属块以及通过正被所述第一挤压销挤压的所述第二金属块使所述调节构件伸展。
通过参照附图阅读下列详细描述，本发明实施例的其他目的、特征和优点将变得更加显而易见。
附图说明
图1是根据本发明的第一个实施例的动力模块的剖视图；
图2是第一个实施例的动力模块和成型模具的剖视图；
图3A是动力模块和成型模具的沿图2中所示的线A-A截取的剖视图；
图3B是动力模块和成型模具的沿图2中所示的线B-B截取的剖视图；
图4是根据本发明的第一个实施例的示例性变型例的动力模块的剖视图；
图5是根据本发明的第一个实施例的另一个示例性变型例的动力模块的剖视图；
图6是根据本发明的第一个实施例的又一个示例性变型例的动力模块的剖视图；
图7是根据本发明的第二个实施例插入到成型模具之间的动力模块的剖视图；
图8图示出包括在第二个实施例的动力模块400的框架构件中的块构件；
图9是根据本发明的第二个实施例的示例性变型例的动力模块的剖视图；
图10是根据本发明的第二个实施例的另一个示例性变型例的动力模块的剖视图；以及
图11是根据本发明的第二个实施例的又一个示例性变型例的动力模块的剖视图。
具体实施方式
下面将参照附图描述本发明的动力模块的实施例、用于制造动力模块的方法以及用于成型出动力模块的成型模具。
第一个实施例
图1是根据本发明的第一个实施例的动力模块10的剖视图。图1图示出动力模块10的剖视图。根据本实施例的动力模块10是一种包括在逆变器或者升压/降压转换器中的模块，逆变器或者升压/降压转换器布置于例如混合动力车辆或者电动车辆的直流电源与电动机之间。
如图1所示，动力模块10包括例如，六个半导体元件12A和12B。半导体元件12A和12B是例如，诸如绝缘栅型双极晶体管（IGBT）等以及二极管的开关元件，并且半导体元件12A和12B构成逆变器或者升压/降压转换器的上臂单元和下臂单元。执行开关元件的开关操作以使开关元件输出流经电动机U相、V相和W相的电流并且执行升压和降压控制。半导体元件12A和12B经由接合线（未示出）连接至外部端子。信号通过接合线从外部控制装置供给半导体元件12，并且信号经由接合线从半导体元件12A和12B输出至外部控制装置。
动力模块10包括靠近半导体元件12A和12B布置的金属块14A、14B、14C、14D和14E。金属块14A、14B、14C、14D和14E由诸如铜的具有高传热性能的金属制成。金属块14A至14E用作提高半导体元件12A和12B的传热性能的散热器板（散热板）以及作为背面布线。金属块14A和14B具有相对较大的表面积，并且金属块14C、14D和14E具有相对较小的表面积。金属块14A至14E分别具有指定的形状。
具有相对较大的表面积的金属块14A和14B以指定距离布置并且彼此相对。具有相对较小的表面积的金属块14C、14D和14E在金属块14A与金属块14B之间彼此并联排列。金属块14C、14D和14E几乎布置在金属块14A与金属块14B的中间，并且以指定的距离与金属块14A和14B相对。三个半导体元件12A分别布置于金属块14A与金属块14C、14D和14E之间。另外三个半导体元件12B分别布置于金属块14B与金属块14C、14D和14E之间。
三对半导体元件12A和12B垂直叠放在金属块14A与金属块14B之间。各对半导体元件12A和12B布置于金属块14A与金属块14B之间并且串联在金属块14A与金属块14B之间。根据如上所述的配置，半导体元件12A和12B所布置于其中的安装面积变得比构成逆变器的上臂单元和下臂单元的六个半导体元件布置在相同水平上的安装面积小。于是，缩小了动力模块10的尺寸。三对半导体元件12A和12B彼此并联布置于金属块14A与金属块14B之间。各对半导体元件12A和12B串联布置于金属块14A与金属块14B之间。上方三个半导体元件12A分别布置于金属块14A与金属块14C、14D和14E之间。下方三个半导体元件12B分别布置于金属块14B与金属块14C、14D和14E之间。
动力模块10包括六个框架构件16。上方三个框架构件16分别支撑在金属块14A与金属块14C、14D和14E之间的半导体元件12A。下方三个框架构件16分别支撑在金属块14B与金属块14C、14D和14E之间的半导体元件12B。半导体元件12A分别被支撑在金属块14A与金属块14C、14D和14E之间。半导体元件12B分别被支撑在金属块14B与金属块14C、14D和14E之间。半导体元件12A由焊料18分别连接至金属块14C、14D和14E的上表面。半导体元件12B由焊料18分别连接至金属块14B的上表面。半导体元件12A经由焊料18连接至金属块14C、14D和14E的上表面。半导体元件12B连接至金属块14B的上表面。上方三个半导体元件12A的下表面经由焊料18连接至金属块14C、14D和14E的上表面。上方三个半导体元件12A的上表面经由焊料22、弹簧构件20A和焊料24连接至金属块14A的下表面。下方三个半导体元件12B的下表面经由焊料18连接至金属块14B的上表面。下方三个半导体元件12B的上表面经由焊料22、弹簧构件20B和焊料24连接至金属块14C、14D和14E的下表面。
三个弹簧构件20A中的每个弹簧构件构成三个上方框架构件16中的每个框架构件的一部分。三个弹簧构件20B中的每个弹簧构件构成三个下方框架构件16中的每个框架构件的一部分。因此，上方三个框架构件16包括弹簧构件20A。下方三个框架构件16包括弹簧构件20B。弹簧构件20A和20B具有弹性。弹簧构件20A和20B串联在金属块14A与金属块14B之间。弹簧构件20A和20B由例如，诸如铜等的具有传热性能和导电性的金属材料制成。
弹簧构件20A和20B是一种能够在金属块14A与金属块14B之间沿金属块14A与金属块14B彼此面对的方向伸展和/或收缩的弹性构件。即，弹簧构件20A和20B能够在冷却块26A与冷却块26B之间沿金属块14A、14B、14C、14D和14E、块26A和26B以及半导体元件12A和12B彼此叠放的方向伸展和/或收缩。弹簧构件20A和20B具有通过将板弯曲成U形而获得的配置或者板簧的配置。稍后将描述块26A和26B。为了提高弹簧构件20A和20B的传热性能和/或导电性，可以在U形弹簧中填充焊料等。
弹簧构件20A的下端经由焊料22连接至半导体元件12A。弹簧构件20B的下端经由焊料22连接至半导体元件12B。上方三个弹簧构件20A的上端经由焊料24连接至金属块14A。下方三个弹簧构件20B的上端经由焊料24分别连接至金属块14C、14D和14E。弹簧构件20A和20B能够调节半导体元件12A和12B与金属块14A、14B、14C、14D和14E之间的距离。金属块14A与金属块14C、14D和14E之间的距离能够由弹簧构件20A的伸展或者收缩来调节。金属块14B与金属块14C、14D和14E之间的距离能够由弹簧构件20B的伸展或者收缩来调节。
冷却块26A布置于金属块14A上，并且冷却块26B布置于金属块14B下面。冷却块26A和26B由诸如铝等的高导热率的金属制成。冷却块26A和26B具有通过执行热交换将从金属块14A和14B传导来的热传导至诸如空气的冷却介质的功能。弹簧构件20A布置于半导体元件12A与冷却块26A之间。弹簧构件20A热连接、机械连接及电连接至半导体元件12A和冷却块26A。弹簧构件20B布置于半导体元件12B与金属块14C、14D和14E之间。弹簧构件20B热连接、机械连接及电连接至半导体元件12B和冷却块26B。
动力模块10具有半导体元件12A和12B由金属块14A和14B与冷却块26A和26B夹住的配置。在这种配置中，由半导体元件12A和12B产生的热被传导至布置于动力模块10的两端上的冷却块26A和26B。于是，与具有仅布置于比较动力模块的一端上的一个冷却块的比较动力模块相比，变得有可能提高动力模块10的冷却性能。
散热片28布置于冷却块26A和26B的外表面上。散热片28从冷却块26A和26B的外表面向外伸出。各个散热片28是一种提高冷却块26A和26B与冷却介质之间的热交换的构件。
绝缘构件30分别插在金属块14A和14B与冷却块26A和26B之间。绝缘构件30可以例如是由树脂制成的绝缘片。绝缘构件30分别对金属块14A和14B与冷却块26A和26B进行绝缘。优选地，绝缘构件30比成型树脂件32具有更高的导热率，稍后将描述成型树脂件32。动力模块10具有半导体元件12A和12B、焊料18、22和24、金属块14A至14E、弹簧构件20A和20B以及绝缘构件30叠放在冷却块26A与冷却块26B之间的配置。
动力模块10包括填充在冷却块26A与冷却块26B之间的成型树脂件32。成型树脂件32将半导体元件12A和12B、焊料18、22和24、金属块14A至14E、弹簧构件20以及绝缘构件30密封在冷却块26A与冷却块26B之间。成型树脂件32由例如环氧树脂制成。冷却块26A和26B的外表面从成型树脂件32露出。因此，成型树脂件32不覆盖冷却构件26A和26B的外表面。当制造动力模块10时，半导体元件12A和12B、焊料18、22和24、金属块14A至14E、弹簧构件20、绝缘构件30以及冷却块26A和26B叠放并且保持在成型模具34中，稍后将描述成型模具34。接着，半导体元件12A和12B、焊料18、22和24、金属块14A至14E、弹簧构件20A和20B、绝缘构件30以及冷却块26A和26B由树脂成型，所述树脂变成了成型树脂件32。
下面将参照图2、图3A和图3B描述本实施例的动力模块10的制造过程。图2是本实施例的动力模块10和成型模具34的剖视图。图3A是动力模块10和成型模具34的沿图2中所示的线A-A截取的剖视图。图3B是动力模块10和成型模具34的沿图2中所示的线B-B截取的剖视图。
在本实施例中，动力模块10通过使用成型模具34来制造。成型模具34具有符合成为最终产品的动力模块10的外部形状的内部尺寸。在成型树脂件32形成之前，夹住半导体元件12A和12B、焊料18、22和24、金属块14A至14E、弹簧构件20以及绝缘构件30的冷却块26A和26B的外表面之间（即，冷却块26A的上表面与冷却块26B的下表面之间）的距离比动力模块10在由成型树脂件32成型之后的对应距离（预期长度）短。换句话说，冷却块26A和26B的外表面之间的距离在由成型树脂件32成型之前比当动力模块10完成为最终产品时动力模块10的对应距离（预期长度）短。当动力模块10完成时，该距离等于成型模具34的内部尺寸。在由成型树脂件32成型之前，弹簧构件20A和20B在叠放方向上的自然长度被设定为使得冷却构件26A和26B的外表面之间的距离比动力模块10在由成型树脂件32成型之后的对应距离短的长度。
在下文中，如下结构体被称为结构体40：在由成型树脂件32成型之前，在所述结构体中将半导体元件12A和12B、焊料18、22和24、金属块14A至14E、弹簧构件20A和20B以及绝缘构件30夹在冷却块26A与冷却块26B之间。
成型模具34被分为上方成型模具34A和下方成型模具34B。上方成型模具34A和下方成型模具34B沿分型线L放置在一起。上方成型模具34A包括上方主体34A-1和上方挤压销34A-2。上方主体34A-1与冷却块26A的外表面接触并且保持住冷却块26A。上方挤压销34A-2从上方主体34A-1的内表面朝向由下方成型模具34B保持住的冷却块26B或者金属块14B延伸。下方成型模具34B包括下方主体34B-1和下方挤压销34B-2。下方主体34B-1与冷却块26B的外表面接触并且保持住冷却块26B。下方挤压销34B-2从下方主体34B-1朝向由上方成型模具34A保持住的冷却块26A或者金属块14A延伸。
在弹簧构件20的长度为自然长度的状态下，上方挤压销34A-2具有比结构体40的冷却块26A的外表面与金属块14B的上表面之间的长度更长的长度。更具体地说，当动力模块10完成为最终产品时，上方挤压销34A-2具有与动力模块10的冷却块26A的外表面与金属块14B的上表面之间的距离几乎相等的长度。
在弹簧构件20的长度为自然长度的状态下，下方挤压销34B-2具有比结构体40的冷却块26B的外表面与金属块14A的下表面之间的长度更长的长度。更具体地说，当动力模块10完成为最终产品时，下方挤压销34B-2具有与动力模块10的冷却块26B的外表面与金属块14A的下表面之间的距离几乎相等的长度。
上方挤压销34A-2具有挤压布置于对侧的金属块14B的功能。下方挤压销34B-2具有挤压布置于对侧的金属块14A的功能。更具体地说，挤压销34A-2和34B-2具有通过分别挤压金属块14B和14A而使弹簧构件20向外伸展的功能。
如图3A和图3B所示，在动力模块10中，各个冷却块26A和26B具有相对面。冷却块26A和26B的相对面具有几乎相等的面积并且具有几乎相同的形状和尺寸。各个金属块14A和14B具有相对面。金属块14A和14B的相对面具有彼此不同的形状和尺寸。例如，如图3A所示，与如图3B所示金属块14B相比，金属块14A具有细长形状。在平面图中金属块14A在纵向上的长度比金属块14B在纵向上的长度长。在平面图中金属块14B在垂直于纵向的方向上的长度比金属块14A在垂直于纵向的方向上的长度长。
金属块14A和金属块14B的相对面比冷却块26A和冷却块26B的相对面小。在平面图中绝缘构件30比金属块14A和14B略大。因此，绝缘构件30的相对面比金属块14A和金属块14B的相对面大。
冷却块26A具有通孔36A。上方成型模具34A的上方挤压销34A-2分别插通通孔36A中。在平面图中，通孔36A形成在冷却块26A中位于与金属块14A相对的区域之外并且位于与金属块14B相对的区域之内的位置上。冷却块26B具有通孔36B。下方成型模具34B的下方挤压销34B-2分别插通通孔36B。在平面图中，通孔36B形成在冷却块26B中位于与金属块14B相对的区域之外并且位于与金属块14A相对的区域之内的位置上。
通孔36A位于通孔36A不重叠于与冷却块26A叠放在一起的金属块14A，但是重叠于与冷却块26B叠放在一起的金属块14B的位置上。通孔36B位于通孔36B不重叠于与冷却块26B叠放在一起的金属块14B，但是重叠于与冷却块26A叠放在一起的金属块14A的位置上。通孔36A和36B在垂直于冷却块26A和26B的表面以及金属块14A和14B的表面的方向，即图1所示的垂直方向上延伸。金属块14A和14B被设计为具有符合冷却块26A和26B以及通孔36A和36B的位置的尺寸。
在动力模块10的制造过程中，在成型树脂件32被成型之前，三个半导体元件12A由焊料18分别焊接在金属块14C至14E上，另外三个半导体12B由焊料18焊接在金属块14B上。三个弹簧构件20A由焊料24分别焊接在金属块14A上，另外三个弹簧构件20B由焊料24分别焊接在金属块14C至14E上。接着，半导体元件12A和12B以及弹簧构件20A和20B由焊料22连接。接下来，绝缘构件30暂时分别固定在金属块14A和14B与冷却块26A和26B之间。于是，结构体40完成了，在结构体40中，半导体元件12A和12B、焊料18、22和24、金属块14A至14E、弹簧构件20A和20B以及绝缘构件30夹在冷却块26A与冷却块26B之间的。接着，将结构体40插入到成型模具34中并且由成型模具34保持住，在结构体40中，半导体元件12A和12B、焊料18、22和24、金属块14A至14E、弹簧构件20A和20B以及绝缘构件30夹在冷却块26A与冷却块26B之间。
如上所述，在结构体40中，在弹簧构件20A和20B为自然长度的状态下，冷却块26A和26B的外表面之间的距离比成型模具的对应的内部长度短。在结构体40中，在弹簧构件20A和20B为自然长度的状态下，上方挤压销34A-2的长度比冷却块26A的外表面与金属块14B的上表面之间的距离长。并且，当动力模块10完成为最终产品时，上方挤压销34A-2的长度与冷却块26A的外表面与金属块14B的上表面之间的距离几乎相等。在结构体40中，在弹簧构件20A和20B为自然长度的状态下，下方挤压销34B-2的长度比冷却块26B的外表面与金属块14A的下表面之间的距离长。并且，当动力模块10完成为最终产品时，下方挤压销34B-2的长度与冷却块26B的外表面与金属块14A的下表面之间的距离几乎相等。
当在上方成型模具34A的上方主体34A-1与结构体40的冷却块26A的外表面接触的条件下，将上方成型模具34A的上方挤压销34A-2插入到结构体40的冷却块26A的通孔36A中时，上方挤压销34A-2与金属块14B的上表面接触。在这个条件下，上方挤压销34A-2向下，即在从金属块14B向经由绝缘构件30与金属块14B接触的冷却块26B的方向上，挤压金属块14B的上表面。
当在下方成型模具34B的下方主体34B-1与结构体40的冷却块26B的外表面接触的条件下，将下方成型模具34B的下方挤压销34B-2插入到结构体40的冷却块26B的通孔36B中时，下方挤压销34B-2与金属块14A的下表面接触。在这个条件下，下方挤压销34B-2向上，即在从金属块14A向经由绝缘构件30与金属块14A接触的冷却块26A的方向上，挤压金属块14A的下表面。
当上方成型模具34A和下方成型模具34B沿分型线L放置在一起时，上方挤压销34A-2向下挤压位于结构体40的下侧的金属块14B，并且同时，下方挤压销34B-2向上挤压位于结构体40的上侧的金属块14A。
包括在结构体40的框架构件16中的弹簧构件20A和20B能够在如图1所示的垂直方向上，即在金属块14A和14B彼此面对的方向上伸展以及收缩。当随着上方成型模具34A和下方成型模具34B沿分型线L放置在一起，上方挤压销34A-2挤压金属块14B并且下方挤压销34B-2挤压金属块14A时，与在冷却块26A和26B分别被上方成型模具34A的上方主体34A-1和下方成型模具34B的下方主体34B-1保持住的条件下的自然长度相比，弹簧构件20A和20B变形并且在垂直方向上伸展。
随着弹簧构件20A和20B如上所述变形，结构体40的冷却块26A和26B的外表面之间的距离对应于成型模具34的内部尺寸，即结构体40的冷却块26A和26B的外表面之间的距离变为等于最终所要求的动力模块10的冷却块26A和26B的外表面之间的距离（预期长度）。在这个条件下，结构体40的厚度变得比当弹簧构件20A和20B的长度为自然长度时结构体40的厚度大。
在如上所述结构体40被成型模具34保持住的条件下，将成型用树脂在指定的成型压力下注入到成型模具34中。通过将成型用树脂注入到成型模具34中，将成型用树脂填充在冷却块26A与冷却块26B之间，冷却块26A与冷却块26B通过上方挤压销34A-2和下方挤压销34B-2分别经由金属块14A和14B而伸展。成型用树脂成为形成在冷却块26A与冷却块26B之间的成型树脂件32。于是，动力模块10完成。最后，将成型模具34的上方挤压销34A-2和下方挤压销34B-2分别从冷却块26A和26B的通孔36A和36B中抽出，并且将动力模块10从成型模具34中取出。
因此，在包括在结构体40中在冷却块26A与冷却块26B之间的弹簧构件20A和20B被成型模具34伸展的状态下，通过将成型用树脂填充进成型模具34中，变得有可能制造具有预期长度的动力模块10。在将结构体40沿叠放方向，即金属块14A与金属块14B彼此面对的方向（如图1所示的垂直方向）插入到成型模具34中的状态下，弹簧构件20A和20B伸展。弹簧构件20A和20B包括在框架构件16中。
根据本实施例，通过利用包括在动力模块10的框架构件16中的弹簧构件20A和20B以及包括上方挤压销34A-2和下方挤压销34B-2的成型模具34，可以吸收动力模块10的尺寸公差。于是，可以实现将成型树脂件32填充在夹住半导体元件12A和12B的冷却块26A与冷却块26B之间的动力模块10的尺寸管理。因此，可以抑制在成型加工中由于成型压力使得成型用树脂从成型模具34中泄漏以及半导体元件12A和12B等损坏。此外，不需要在成型加工中将额外的成型用树脂注射到成型模具34中，并且不需要在调整预期长度后去除成型树脂件32的多余部分。
在如上所述的本实施例中，在成型加工中，上方成型模具34A的上方挤压销34A-2向下挤压位于结构体40下侧的金属块14B，并且下方成型模具34B的下方挤压销34B-2向上挤压位于结构体40上侧的金属块14A。换句话说，上方挤压销34A-2产生向下挤压金属块14B的力，并且下方挤压销34B-2产生向上挤压金属块14A的力。在这个条件下，因为金属块14B被挤压至冷却块26B的侧面，所以布置于金属块14B与冷却块26B之间的绝缘构件30与金属块14B和冷却块26B紧密接触并且被夹在金属块14B与冷却块26B之间。因为金属块14A被挤压至冷却块26A的侧面，所以布置于金属块14A与冷却块26A之间的绝缘构件30与金属块14A和冷却块26A紧密接触并且被夹在金属块14A与冷却块26A之间。
接着，在绝缘构件30分别被夹在金属块14A和14B与冷却块26A和26B之间的状态下，通过将成型用树脂注射到冷却块26A与冷却块26B之间，成型树脂件32形成在冷却块26A与冷却块26B之间。根据本实施例，可以通过成型压力将绝缘构件30的两个表面分别固定至金属块14A和14B以及冷却块26A和26B。
在如上所述的第一个实施例中，冷却块26A是第一冷却构件的一个示例，并且冷却块26B是第二冷却构件的一个示例。此处，第一冷却构件可以包括散热片28，第二冷却构件可以包括散热片28。各个弹簧构件20A和20B是弹簧构件和弹性构件的一个示例。上方主体34A-1是第一成型模具主体的一个示例，并且下方主体34B-1是第二成型模具主体的一个示例。各个上方挤压销34A-2是第一挤压销的一个示例，并且各个下方挤压销34B-2是第二挤压销的一个示例。成型模具34是用于制造动力模块的成型模具的一个示例。
尽管上方挤压销34A-2和下方挤压销34B-2分别连接至上方主体34A-1和下方主体34B-1，并且上方挤压销34A-2和下方挤压销34B-2分别朝向冷却块26B和26A延伸，但是本发明的范围不限于如上所述的配置。
如图4所示，成型模具102可以包括上方主体102A、下方主体102B、上方挤压销104A以及下方挤压销104B。上方挤压销104A和下方挤压销104B分别与上方主体102A和下方主体102B分离。上方挤压销104A从上方主体102A朝向冷却块26B（或者金属块14B）延伸，并且下方挤压销104B从下方主体102B朝向冷却块26A（或者金属块14A）延伸。在动力模块100的成型加工中，上方挤压销104A向下挤压金属块14B，并且下方挤压销104B向上挤压金属块14A。在这个示例性变型例中，可以分别通过在用于挤压金属块14A和14B的位置之间以及在用于释放金属块14A和14B的位置之间的移位机械来使上方挤压销104A和下方挤压销104B伸展或者收缩。
在这个示例性变型例中，因为上方挤压销104A和下方挤压销104B分别与上方主体102A和下方主体102B分离，所以在动力模块100完成时将上方主体102A和下方主体102B从动力模块100上去除之前能够将上方挤压销104A和下方挤压销104B抽出。因此，根据如上所述的示例性变型例，可以抑制当上方挤压销104A和下方挤压销104B从上方主体102A和下方主体102B上分别抽回时可能导致的成型树脂件32的损坏。这与将具有分别与上方主体34A-1和下方主体34B-2一体的上方挤压销34A-2和下方挤压销34B-2的成型模具34从动力模块10中去除的实施例不同。
在这个示例性变型例中，不必在冷却块26A和26B中形成用于将上方挤压销104A和下方挤压销104B插通的通孔。上方挤压销104A和下方挤压销104B可以插入倾斜地形成在成型模具34的侧壁上的通孔中。移位机械能够通过倾斜地形成在成型模具34的侧壁上的通孔使上方挤压销104A和下方挤压销104B伸展或者收缩。在这个配置中，上方挤压销104A和下方挤压销104B分别与金属块14B的上表面和金属块14A的下表面倾斜地接触。尽管由插入上方挤压销104A和下方挤压销104B而形成的孔保留在动力模块100的成型树脂件32的侧壁上，但是动力模块100的绝缘性能和冷却性能并不受形成在成型树脂件32的侧壁上的孔的影响。于是，在动力模块100完成后不必要覆盖这些孔。
根据如图1至图3所示的实施例，上方挤压销34A-2和下方挤压销34B-2分别垂直于金属块14B的上表面和金属块14A的下表面延伸。于是，金属块14A和14B的尺寸彼此不同。相反地，如上所述的示例性变型例与参照图1至图3所述的实施例不同之处在于：上方挤压销104A和下方挤压销104B朝向金属块14B的上表面和金属块14A的下表面倾斜地延伸。于是，根据如图4所示的示例性变型例，可以统一金属块14A和14B的尺寸。此外，可以提高动力模块100中的空间的利用并且抑制制造步骤的增加。
如上所述，在动力模块10完成之前，弹簧构件20A和20B在叠放方向上的自然长度被设定为使得冷却构件26A和26B的外表面之间的距离比当动力模块10完成为最终产品时动力模块10的对应距离短的长度。冷却构件26A和26B的外表面之间的距离在叠放方向上伸展至指定距离（预期长度）并且在制造过程中由成型模具34保持为指定距离。本发明不限于如上所述的实施例。
如图5所示，在动力模块200完成之前，弹簧构件202A和202B在叠放方向上的自然长度被设定为使得冷却构件26A和26B的外表面之间的距离比当动力模块200完成为最终产品时动力模块200的对应距离长的长度。通过成型模具204挤压，冷却构件26A和26B的外表面之间的距离在叠放方向上收缩至指定距离（预期长度）。
在如图5所示的示例性变型例中，可以在布置于冷却块26A和26B之间的弹簧构件202A和202B由于被成型模具204挤压而收缩的状态下，通过将成型用树脂填充进成型模具204中来制造具有预期长度的动力模块200。在将弹簧构件202A和202B插入到成型模具204中的状态下，弹簧构件202A和202B收缩。
于是，根据如图5所示的示例性变型例，能够获得与如图1至图3所示的实施例的有益效果类似的有益效果。在动力模块200的成型加工中当成型模具204的上方成型模具204A和下方成型模具204B沿分型线L放置在一起时，由于成型模具204产生的挤压力，绝缘构件30分别与金属块14A和14B以及冷却块26A和26B紧密接触并且被夹在金属块14A和14B与冷却块26A和26B之间。于是，可以将绝缘构件30的表面分别固定至金属块14A和14B以及冷却块26A和26B。在如图5所示的示例性变型例中，不必要布置如成型模具204中的上方挤压销34A-2和下方挤压销34B-2的挤压销。于是，动力模块200的成型树脂件32以及冷却块26A和26B中不再有孔。
如第一个实施例所述，能够在叠放方向上在金属块14A和14B之间伸展和收缩的弹簧构件20A和20B布置成作为布置在冷却块26A和26B之间的相应的框架构件16的一部分。然而，本实施例不限于如上所述的实施例。可以使用导电性树脂件306A和306B取代弹性构件20A和20B，如图6所示。在这种情况下，具有高传热性能的导电性树脂件306A和306B包括在布置在冷却块26A和26B之间的框架构件302中。在动力模块300的成型加工中，通过在成型模具304中被挤压或者牵拉，导电性树脂件306A和306B能够在半导体元件12A和12B以及冷却块26A和26B的叠放方向上伸展和收缩。
导电性树脂件306A布置在半导体元件12A与金属块14A之间。导电性树脂件306B布置在半导体元件12B与金属块14C、14D和14E之间。导电性树脂件306A布置在半导体元件12A与金属块14A之间（即，在半导体元件12A与冷却块26A之间）。导电性树脂件306B布置在半导体元件12B和金属块14C、14D和14E之间。例如，导电性树脂件306A和306B由包括导电性填料或者导电性聚合物的环氧树脂制成。导电性树脂件306A和306B形成为块状。导电性树脂件306A和306B具有弹性并且能够在叠放方向上伸展和收缩。导电性树脂件306A和306B具有比上述弹簧构件20A和20B更高的传热性能。
导电性树脂件306A的下端经由焊料22连接至半导体元件12A。导电性树脂件306B的下端经由焊料22连接至半导体元件12B。导电性树脂件306A的上端经由焊料24连接至金属块14A。导电性树脂件306B的上端经由焊料24分别连接至金属块14C、14D和14E。半导体元件12A和12B与金属块14A、14B、14C、14D和14E之间的距离能够由导电性树脂件306A和306B调节。金属块14A与金属块14C、14D和14E之间的距离能够由导电性树脂件306A的伸展或者收缩来调节。金属块14B与金属块14C、14D和14E之间的距离能够由导电性树脂件306B的伸展或者收缩来调节。
在由成型树脂件32成型之前，导电性树脂件306A和306B在叠放方向上的自然长度被设定为使得冷却块26A和26B的外表面之间的距离比在由成型树脂32件成型之后动力模块300的对应距离更长的长度。
在如图6所示的示例性变型例中，可以在布置于冷却块26A和26B之间的导电性树脂件306A和306B由于在成型模具304中被挤压而收缩的状态下，通过将成型用树脂32填充进成型模具304中来制造具有预期长度的动力模块300。在导电性树脂件306A和306B插入到成型模具304中的状态下，导电性树脂件306A和306B收缩。预期长度等于成型模具304的内部尺寸。于是，根据如图6所示的示例性变型例能够取得如图1至图5所示的那些实施例的类似的有益效果。如上所述，根据如图6所示的示例性变型例，导电性树脂件306A和306B具有比弹簧构件20A和20B更高的传热性能。因此，可以提高半导体元件12A与冷却块26A之间以及半导体元件12B与冷却块26B之间的传热性能。
在如图6所示的示例性变型型中，在由成型树脂件32成型之前，导电性树脂件306A和306B在叠放方向上的自然长度被设定成使得冷却块26A和26B的外表面之间的距离比在由成型树脂件32成型之后动力模块300的对应距离更长的长度。在由成型树脂件32成型之前，导电性树脂件306A和306B在叠放方向上的自然长度被设定成使得冷却块26A和26B的外表面之间的距离比在由成型树脂件32成型之后动力模块300的对应距离更短的长度。因此，在如图6所示的示例性变型例中，当动力模块300成型时，通过使成型模具304在叠放方向上牵拉或者挤压导电性树脂件306A和306B，冷却块26A和26B的外表面之间的距离被调节成预期长度。
第二个实施例
图7是根据本发明的第二个实施例插入在成型模具408的部分之间的动力模块400的剖视图。在图7中，与如图1至图6所示的动力模块10、100、200和300相同的元件或者类似的元件由相同的附图标记表示，并且将省略或者简化其描述。图8图示出包括在第二个实施例的动力模块400的框架构件402中的块构件404。如图7所示，动力模块400包括块构件404A和404B。块构件404A和404B具有与如图8所示的块构件404相同的配置。因此，在不区分块构件404A和404B的情况下，块构件404A和404B可以称为块构件404。图8（A）示出为了使动力模块400成型而使成型模具304在叠放方向上挤压块构件404之前的状态下的块构件404。图8（B）示出为了使动力模块400成型而使成型模具304在叠放方向上挤压块构件404之后的状态下的块构件404。
在动力模块400中，三个上方框架构件402将半导体元件12A支撑在金属块14A与金属块14C、14D和14E之间。三个下方框架构件402将半导体元件12B支撑在金属块14B与金属块14C、14D和14E之间。半导体元件12A的下表面经由焊料18连接至金属块14C、14D和14E的上表面。半导体元件12A的上表面经由包括块构件404A的框架构件402连接至金属块14A的下表面。半导体元件12B的下表面经由焊料18连接至金属块14B的上表面。半导体元件12B的上表面经由包括块构件404B的框架构件402连接至金属块14C、14D和14E的下表面。
三个块构件404A构成对应的三个上方框架构件402的部分。三个块构件404B构成对应的三个下方框架构件402的部分。三个上方框架构件402包括在金属块14A与金属块14C、14D和14E之间，即在冷却块26A与金属块14C、14D和14E之间的块构件404A。三个下方框架构件402包括在金属块14C、14D和14E与金属块14B之间，即在金属块14C、14D和14E与冷却块26B之间的块构件404B。块构件404A和404B能够调节其相应的高度。块构件404A和404B在金属块14A和14B之间串联。块构件404A和404B由例如诸如铜等具有传热性能和导电性的金属材料制成。块构件404A和404B的热容大于第一个实施例中的弹簧构件20A和20B的热容。
块构件404A和404B中的每个均包括在叠放方向上叠放块件406A、406B和406C的多层块配置。块件406A、406B和406C能够在正交于叠放方向的方向上相对彼此滑动。尽管图8示出三个块件406A、406B和406C，但是块件的数量不限于三个。多层块配置可以包括两个以上可滑动件。块件406A、406B和406C的厚度在正交于叠放方向的方向，即在块件406A、406B和406C的宽度方向上变化。此处，块件406A、406B和406C的厚度在叠放方向上对应于块件406A、406B和406C的长度。块件406A和406C的厚度如图8所示从左侧向右侧增加。块件406B的厚度如图8所示从左侧向右侧增加。块件406A具有与块件406B的倾斜的上表面接触的倾斜的下表面。块件406B具有与块件406A的倾斜的下表面接触的倾斜的上表面以及与块件406C的倾斜的上表面接触的倾斜的下表面。块件406A的倾斜的下表面、块件406B的倾斜的上表面和下表面以及块件406C的倾斜的上表面相对于宽度方向倾斜。
块件406A、406B和406C具有通过将具有平的上表面和平的下表面的柱形金属实体沿相对于该柱形金属实体的中央轴线倾斜的两个倾斜表面切成三片所得到的形状。块件406A的上表面的垂直线在叠放方向上延伸。块构件404的块件406A的上表面经由焊料24连接至金属块14A、14C、14D或者14E中的任一个金属块。块件406C的下表面的垂直线在叠放方向上延伸。块构件404的可滑动块406C的下表面经由焊料22连接至半导体元件12A或者12B的任一个半导体元件。块件406A的下表面的垂直线在相对于叠放方向倾斜的方向上延伸。块件406C的上表面的垂直线在相对于叠放方向倾斜的方向上延伸。
块件406B的上表面的垂直线在相对于叠放方向倾斜的方向上延伸。可滑动件406B的上表面与块件406A的下表面接触。块件406B的下表面的垂直线在相对于叠放方向倾斜的方向上延伸。可滑动件406A的下表面与块件406C的上表面接触。块件406B的上表面的垂直线与块件406B的下表面的垂直线不平行。块件406A的下表面的垂直线与块件406C的上表面的垂直线不平行。块件406A的下表面的垂直线与块件406B的上表面的垂直线几乎平行。块件406B的下表面的垂直线与块件406C的上表面的垂直线几乎平行。
块件406B能够相对于块件406A和406C沿宽度方向滑动。如图8（B）所示，块件406A和406C能够相对于块件406B相对滑动。如图8所示，块件406A和406C能够相对于块件406B在宽度方向上相对滑动。块件406B能够相对于块件406A和406C在宽度方向上滑动。在块件406A、406B和406C在叠放方向上被挤压的状态下，块件406A、406B和406C在宽度方向上相对于彼此滑动。当块件406A、406B和406C在叠放方向上被挤压时，随着块件406B在宽度方向上相对于块件406A和406C滑动，块构件404A的高度变化。这同样适用于块构件404B。
块构件404A的下端经由焊料22连接至半导体元件12A。块构件404B的下端经由焊料22连接至半导体元件12B。块构件404A的上端经由焊料24连接至金属块14A。块构件404B的上端经由焊料24分别连接至金属块14C、14D和14E。半导体元件12A和12B与金属块14A、14B、14C、14D和14E之间的距离能够通过块构件404A和404B来调节。金属块14A与金属块14C、14D和14E之间的距离能够通过块构件404A的高度的示例性变化来调节。金属块14B与金属块14C、14D和14E之间的距离能够通过块构件404B的高度的示例性变化来调节。
块构件404A布置在半导体元件12A与冷却块26A之间。块构件404A热连接、机械连接并且电连接至半导体元件12A与冷却块26A。块构件404B布置在半导体元件12B与金属块14C、14D和14E之间。
在本实施例中，通过使用成型模具408来制造动力模块400。成型模具408具有符合成为最终产品的动力模块400的外形的内部尺寸。在成型树脂件32形成之前，将半导体元件12A和12B、焊料18、22和24、金属块14A至14E、块构件404以及绝缘构件30夹住的冷却块26A和26B的外表面之间的距离比动力模块400在由成型树脂件32成型之后的对应距离（预期长度）更长。换句话说，在由成型树脂件32成型之前冷却块26A和26B的外表面之间的距离比当动力模块400完成为最终产品时动力模块400的对应距离（预期长度）更长。当动力模块400完成时，该距离等于成型模具408的内部尺寸。
在由成型树脂件32成型之前，块构件404A和404B在叠放方向上的自然长度被设定为使得冷却构件26A和26B的外表面之间的距离比在由成型树脂件32成型之后动力模块400的对应距离更长的长度。因此，块构件404A和404B的高度（即在叠放方向上的长度）相对较高。下文将如下结构体称为结构体410：在由成型树脂件32成型之前，在所述结构体中将半导体元件12A和12B、焊料18、22和24、金属块14A至14E、块构件404A和404B以及绝缘构件30夹在冷却块26A和26B之间。
成型模具408分离成上方成型模具408A和下方成型模具408B。上方成型模具408A和下方成型模具408B沿分型线L放置在一起。上方成型模具408A接触冷却块26A的外表面并且支撑冷却块26A。下方成型模具408B接触冷却块26B的外表面并且支撑冷却块26B。
在制造动力模块400的过程中，在成型树脂件32成型之前，三个半导体元件12A通过焊料18分别焊接在金属块14C至14E上，并且另外三个半导体元件12B通过焊料18焊接在金属块14B上。三个块构件404A通过焊料24分别焊接在金属块14A上，并且另外三个块构件404B通过焊料24分别焊接在金属块14C至14E上。接着，半导体元件12A和12B以及块构件404A和404B由焊料22连接。接下来，绝缘构件30暂时分别固定在金属块14A和14B与冷却块26A和26B之间。于是，将半导体元件12A和12B、焊料18、22和24、金属块14A至14E、块构件404A和404B以及绝缘构件30夹在冷却块26A和26B之间的结构体410完成。接着，将把半导体元件12A和12B、焊料18、22和24、金属块14A至14E、块构件404A和404B以及绝缘构件30夹在冷却块26A和26B之间的结构体410插入成型模具408中并且由成型模具408保持住。
当将结构体410插入到成型模具408中时，结构体410的上端部和下端部分别与上方成型模具408A和下方成型模具408B的内表面接触，并且结构体410的上端部和下端部被成型模具408在叠放方向上挤压。如上所述，半导体12A和金属块14A之间的距离能够由块构件404A的高度的示例性变化来调节。类似地，半导体12B与金属块14C、14D和14E之间的距离能够由块构件404B的高度的示例性变化来调节。当上方成型模具408A和下方成型模具408B沿分型线L放置在一起并且结构体410在叠放方向上被挤压时，可滑动的块构件406A、406B和406C相对彼此滑动。因此，块构件404的高度变低。
如上所述，随着块构件404的高度变低，结构体410的冷却块26A和26B的外表面之间的距离对应于成型模具408的内部尺寸，即结构体410的冷却块26A和26B的外表面之间的距离变得与在动力模块400的冷却块26A和26B的外表面之间最终要求的成型模具408的内部尺寸（预期长度）相等。
在如上所述结构体410由成型模具408保持住的条件下，将成型用树脂在指定成型压力下注射到成型模具408中。通过将成型用树脂注射到成型模具408中，将成型用树脂填充在由上方成型模具408A和下方成型模具408B挤压的冷却块26A和26B之间。成型用树脂成为形成在冷却块26A和26B之间的成型树脂件32。因此，动力模块400完成。接着，将动力模块400从成型模具408中取出。
因此，在包括在结构体410中的位于冷却块26A和26B之间的块构件404A和404B被成型模具408挤压的状态下，通过将成型用树脂填充进成型模具34中可以制造具有预期长度的动力模块400。块件406A至406C相对于彼此滑动，并且在将结构体40在叠放方向上插入到成型模具408中的状态下，块构件404A和404B收缩。块构件404A和404B包括在框架构件402中。
根据本实施例，通过利用包括在动力模块400的框架构件402中的块构件404A和404B，可以吸收动力模块400的尺寸公差。于是，可以实现将成型树脂件32填充在将半导体元件12A和12B夹在它们之间的冷却块26A和26B之间的动力模块400的尺寸管理。因此，可以抑制在成型加工中由于成型压力导致成型用树脂从成型模具408中泄漏以及半导体元件12A和12B等损坏。此外，在成型加工中不需要将多余的成型用树脂注入到成型模具408中，并且在调节预期长度之后不需要去除成型树脂件32的多余部分。
根据第二个实施例，为了将冷却块26A和26B的外表面之间的距离调节至在动力模块400的冷却块26A和26B的外表面之间所最终要求的预期长度，框架构件402包括具有块件406A至406C的块构件404A和404B。如上所述，块构件404A和404B的热容比第一个实施例的弹簧构件20A和20B的热容大。因此，可以提高半导体元件12A和12B与冷却块26A和26B之间的传热性能。
在如上所述的第二个实施例中，块构件404是块构件的一个示例，并且块件406A、406B和406C中的每个是块件的一个示例。
在动力模块400完成之前，块构件404A和404B在叠放方向上的自然长度被设定为使得冷却块26A和26B的外表面之间的距离比当动力模块400完成为最终产品时动力模块400的对应距离更长的长度。冷却块26A和26B的外表面之间的距离由于被成型模具408挤压而收缩至指定距离（预期长度）。在这种情况下，块构件404A和404B在叠放方向上收缩。第二个实施例不限于如上所述的配置。相反，在动力模块400完成之前，块构件404A和404B在叠放方向上的自然长度可以被设定为使得冷却块26A和26B的外表面之间的距离比当动力模块400完成为最终产品时动力模块400的对应距离更短的长度。冷却块26A和26B的外表面之间的距离通过被成型模具408牵拉而伸展至指定距离（预期长度）。在这种情况下，块构件404A和404B在叠放方向上伸展。
在第二个实施例中，块件406A至406C能够在宽度方向上相对于彼此滑动。此处，块件406A至406C可以连接至金属块14A至14E。在这种情况下，块件406B能够相对于块件406A和406C以及金属块14A至14E滑动。相反，块件406B可以固定至金属块14A至14E，并且块件406A和406C可以可滑动地连接至块件406B以及金属块14A至14E。
根据如上所述的第一个实施例和第二个实施例，弹簧构件20A和20B包括在框架构件16中，并且块构件404A和404B包括在框架构件402中。此外，弹簧构件20A和20B以及块构件404A和404B被布置为与金属块14A隔离。本实施例不限于如上所述的配置。弹簧构件20A和20B以及块构件404A和404B以一致的方式形成有金属块14A至14E。在这种情况下，金属块14A至14E可以具有金属块14A至14E能够在叠放方向上伸展或者收缩的配置。
在如上所述的第一个实施例和第二个实施例中，动力模块10和400具有多级结构，其中半导体元件12A和12B串联在金属块14A与14B之间，即在冷却块26A与26B之间。该多级结构包括分别具有弹簧构件20A和20B以及块构件404A和404B的框架构件16和402。在该多级结构中，分别为三个半导体元件12A设置三个弹簧构件20A，并且分别为三个半导体元件12B设置三个弹簧构件20B。此外，在该多级结构中，弹簧构件20A和20B或者块构件404A和404B串联在金属块14A与14B之间。
然而，本实施例不限于如上所述的配置。在多级结构中，至少一个弹簧构件20或者至少一个块构件404可以被在叠放方向上布置在冷却块26A与26B之间，即在叠放方向上布置在金属块14A与14B之间。因此，在半导体元件12A和12B串联在金属块14A与14B之间的情况下，不总是需要设置串联在金属块14A与14B之间的两个以上弹簧构件20或者设置串联在金属块14A与14B之间的两个以上块构件404。在这种情况下，可以在金属块14A与14B之间设置一个弹簧构件或者一个块构件404。这里，一个弹簧构件20或者一个块构件404可以与各对的两个半导体元件12A和12B串联在金属块14A与14B之间。
例如，在如图9所示的动力模块500中，三对的两个半导体元件12A和12B串联在金属块14A与14B之间。动力模块500进一步包括布置在半导体元件12A和金属块14A之间的框架构件502以及布置在半导体12B与金属块14C、14D和14E之间的框架构件503。框架构件502包括块构件506，并且框架构件503包括弹簧构件504。弹簧构件504与如上所述的弹簧构件20A和20B类似。一个弹簧构件504和一个块构件506连接至布置在金属块14A与14B之间的各对半导体元件12A和12B。
经由焊料18连接至金属块14B的上表面的半导体元件12B经由弹簧构件504连接至金属块14C、14D和14E。经由焊料18连接至金属块14C、14D和14E的上表面的半导体元件12A经由块构件506连接至金属块14A。
弹簧构件504具有与如上所述的弹簧构件20类似的配置。可以设置如上所述的块构件404来代替弹簧构件504。块构件506由诸如铜的具有高传热性能的金属制成。块构件506形成为块状。各个块构件506具有单层块配置并且不分开。块构件506与如上所述的分开的块构件404的区别在于，块构件506不分开。为每个半导体元件12A设置一个块构件506。块构件506具有比金属块14A至14E的表面积小的表面积。
弹簧构件504的下端经由焊料22连接至半导体元件12B。弹簧构件504的上端经由焊料24连接至金属块14C、14D和14E。半导体元件12B与金属块14C、14D和14E之间的距离能够由弹簧构件504的伸展或者收缩来调节。块构件506的下端经由焊料22连接至半导体元件12A。块构件506的上端经由焊料24连接至金属块14A。在由成型树脂件32成型之前，弹簧构件504在叠放方向上的自然长度被设定为使得冷却构件26A和26B的外表面之间的距离比在由成型树脂件32成型之后动力模块500的对应长度更短的长度。
因此，在由成型模具34使包括在结构体502的位于冷却块26A和26B之间的弹簧构件504伸展的状态下，通过将成型用树脂填充在成型模具34中，可以制造具有预期长度的动力模块500。在将结构体插入到成型模具34中的状态下，弹簧构件504伸展。于是，根据如图9所示的示例性变型例，能够获得如图1至图8所示的实施例的类似的有益效果。
根据如图9所示的示例性变型例，三个上方框架构件502包括在叠放方向上不分开的块构件506。块构件506的热容比如上所述的弹簧构件20A和20B的热容大。根据包括块构件506的三个上方框架构件502和包括弹簧构件504的三个下方框架构件503的配置，可以获得比包括串联的弹簧构件20A和20B的框架构件16的配置以及包括块件406A至406C的框架构件402的配置更高的传热性能。结果，根据如图9所示的示例性变型例，与第一个实施例和第二个实施例相比，可以提高传热性能，尤其是半导体元件12A和12B与冷却块26A和26B之间的传热性能。
根据如图9所示的示例性变型例，在由成型树脂件32成型之前，弹簧构件504在叠放方向上的自然长度被设定为使得冷却构件26A和26B的外表面之间的距离比在由成型树脂件32成型之后动力模块500的对应距离更短的长度。然而，可以在由成型树脂件32成型之前，弹簧构件504在叠放方向上的自然长度被设定为使得冷却构件26A和26B的外表面之间的距离比在由成型树脂件32成型之后动力模块500的对应距离更长的长度。
根据如图9所示的示例性变型例，在诸如弹簧构件20A或者20B的弹簧状构件布置在金属块14A和14B以及半导体元件12A和/或12B之间的情况下，由半导体元件12A和/或12B产生的热经由弹簧状构件传导至金属块14A和14B。如果如上所述的弹簧状构件布置在具有半导体元件12A和12B经由焊料18连接至金属块14A和14B的多级结构的动力模块中，则由半导体元件12A和12B产生的热将经由焊料18直接传导至金属块14A和14B。结果，获得了提高的传热性能。
如在图9所示的一个弹簧构件504和一个块构件506串联在金属块14A与14B之间的配置中，如果弹簧构件504布置在半导体元件12B与金属块14C、14D和14E之间，并且块构件506经由焊料18布置在半导体元件12A与金属块14C、14D和14E之间，则可以获得提高的传热性能。
根据第一个实施例和第二个实施例，弹簧构件20或者块构件404布置在半导体元件12A和12B的一侧。弹簧构件20A和20B或者块构件404可以布置在半导体元件12A和12B的两侧上。
尽管三对半导体元件12A和12B并联布置在如上所述的第一个实施例和第二个实施例中的动力模块10等的金属块14A与14B之间，但是布置在金属块14A与14B之间的半导体元件12A和12B的对数不限于三对。可以在金属块14A和14B之间并联布置多对半导体元件12A和12B。除此以外，可以在金属块14A和14B之间布置一个半导体元件12A或者12B。可以沿叠放方向在金属块14A与14B之间串联布置多于三个的半导体元件。除此以外，可以沿叠放方向在金属块14A和14B之间布置一个半导体元件12，或者可以在金属块14A和14B之间彼此并联布置多个半导体元件12。例如，在后者的情况下，三个半导体元件12彼此并联在金属块14A和14B之间。
例如，在如图10所示的动力模块600中，两个半导体元件12彼此并联在金属块14A与14B之间。在动力模块600中，半导体元件12经由焊料18连接至金属块14B。半导体元件12的其他侧经由包括弹簧构件604的框架构件602连接至金属块14A。弹簧构件604的下端经由焊料22连接至半导体元件12。弹簧构件604的上端经由焊料24连接至金属块14A。
在两个半导体元件12并联在金属块14A和14B之间的情况下，优选地将至少一个弹簧构件604布置在一个半导体元件12的上侧或者下侧，并且将至少一个弹簧构件604布置在另一个半导体元件12的上侧或者下侧。在两对以上的半导体元件12并联布置在金属块14A和14B之间的情况下，可以将单个弹簧构件20布置在两对以上半导体元件12中的位于两端的两对半导体元件12中的每对半导体元件12中的单个半导体元件12的任一侧。在这种情况下，除了两对以上半导体元件12中的位于两端的各对半导体元件12之外，弹簧构件604不可以布置在各对半导体元件12中的任何半导体元件12上。
根据如上所述的第一个实施例和第二个实施例，使用能够在叠放方向上弹性变形的弹簧构件20或者能够在叠放方向上弹性变形并且在宽度方向上相对滑动的可滑动件406A至406C作为调节冷却块26A和26B的外表面之间的距离的距离调节部并且包括在框架构件中。本实施例不限于如上所述的配置。可以使用具有塑性的并且能够在叠放方向上塑性变形的塑性构件作为距离调节部。
根据如上所述的示例性变型例，在成型加工中，塑性构件能够通过被成型模具牵拉或者挤压来塑性变形。半导体元件12A与金属块14A、14B、14C、14D和14E之间的距离能够由塑性构件来调节。金属块14A与金属块14C、14D和14E之间的距离和/或金属块14B与金属块14C、14D和14E之间的距离能够由塑性构件的塑性变形来调节。塑性构件能够在冷却构件26A和26B之间变形。因此，可以通过在包括在结构体中的位于冷却块26A和26B之间的塑性构件通过被成型模具34牵拉或者挤压而伸展或者收缩的状态下，将成型用树脂填充进成型模具34中来制造具有预期长度的动力模块。在将结构体插入到成型模具34中的状态下，塑性构件在叠放方向上伸展或者收缩。
在如上所述的第一个实施例和第二个实施例中，半导体元件12B的下表面经由焊料18连接至金属块14B的上表面，并且半导体元件12B的上表面经由弹簧构件20B或者块构件404B连接至金属块14C、14D和14E。此外，半导体元件12A的下表面经由焊料18连接至金属块14C、14D和14E的上表面，并且半导体元件12A的上表面经由弹簧构件20A或者块构件404A连接至金属块的下表面。本实施例不限于如上所述的配置。半导体元件12A的位置和弹簧构件20A的位置可以互换。类似地，半导体元件12B的位置和弹簧构件20B的位置可以互换。半导体元件12A和12B可以连接至金属块14C、14D和14E，并且可以经由弹簧构件或者导电性构件连接至金属块14A和14B。
如上所述，尽管动力模块100和400使用空气作为在冷却块26A和26B处执行热交换的冷却剂，但是热交换可以通过使用如图11所示的布置在一个动力模块10A的冷却块26B和另一个动力模块10B的冷却块26A之间的水流经的流路700来执行。
如上所述诸如“上方”和“下方”的方向仅用于图示并且仅用于描述如图1至图11所示的诸如半导体元件12、12A、12B、金属板14A和14B、弹簧构件20以及冷却块26A和26等的配置元件的相对位置。
以上提供了动力模块、用于制造动力模块的方法以及用于使示例性实施例的动力模块成型的成型模具的描述。本发明不限于这些实施例，而是可以有不偏离本发明的范围的各种变型例和改进。
本申请基于2011年8月25日向日本专利局提交的日本在先申请No.2011-184080和2012年6月8日向日本专利局提交的日本在先申请No.2012-130772，这些申请的全部内容通过引用合并于此。

Claims (8)

1.一种动力模块，包括：
半导体元件；
第一冷却构件和第二冷却构件，所述第一冷却构件和所述第二冷却构件被配置为将所述半导体元件夹在它们之间；
框架构件，其被配置为支撑在所述第一冷却构件与所述第二冷却构件之间的所述半导体元件；以及
成型树脂件，其布置于所述第一冷却构件与所述第二冷却构件之间，
其中，所述框架构件包括调节构件，所述调节构件调节所述第一冷却构件与所述第二冷却构件之间的距离，
其中所述动力模块还包括靠近半导体元件布置的金属块，并且
其中，所述调节构件包括沿所述半导体元件、所述第一冷却构件和所述第二冷却构件的叠放方向叠放在所述第一冷却构件与所述第二冷却构件之间的多个块件，并且其中，在成型加工中，在通过成型模具挤压所述多个块件的状态下，所述多个块件沿与所述叠放方向正交的所述方向彼此相对滑动。
2.根据权利要求1所述的动力模块，其中，所述调节构件布置于所述半导体元件与所述第一冷却构件之间，或者布置于所述半导体元件与所述第二冷却构件之间，并且其中，所述调节构件至少热连接以及机械连接至所述第一冷却构件或者所述第二冷却构件。
3.一种制造动力模块的方法，所述动力模块包括：半导体元件；第一冷却构件和第二冷却构件，所述第一冷却构件和所述第二冷却构件被配置为将所述半导体元件夹在它们之间；框架构件，其被配置为支撑在所述第一冷却构件与所述第二冷却构件之间的所述半导体元件，并且被配置为包括调节所述第一冷却构件与所述第二冷却构件之间的距离的调节构件；以及成型树脂件，其布置于所述第一冷却构件与所述第二冷却构件之间，其中所述动力模块还包括靠近半导体元件布置的金属块，其中所述调节构件包括沿所述半导体元件、所述第一冷却构件和所述第二冷却构件的叠放方向叠放在所述第一冷却构件与所述第二冷却构件之间的多个块件，并且其中，在成型加工中，在通过成型模具挤压所述多个块件的状态下，所述多个块件沿与所述叠放方向正交的所述方向彼此相对滑动，所述方法包括：
在通过成型模具使所述调节构件伸展或者收缩并且所述调节构件将所述距离调节至预期距离的状态下，通过将成型用树脂注射到所述成型模具中来制造所述动力模块。
4.根据权利要求3所述的制造动力模块的方法，其中，所述成型模具包括：
第一成型模具主体，其被配置为在所述成型树脂件的成型加工中保持所述第一冷却构件；
第二成型模具主体，其被配置为在所述成型加工中保持所述第二冷却构件；
第一挤压销，其被配置为从所述第一成型模具主体的一侧延伸出并且挤压布置于所述第二冷却构件的一侧上的第二金属块；以及
第二挤压销，其被配置为从所述第二成型模具主体的一侧延伸出并且挤压布置于所述第一冷却构件的一侧上的第一金属块。
5.根据权利要求4所述的制造动力模块的方法，其中，所述第一成型模具主体的尺寸与所述第二成型模具主体的尺寸彼此不同，以使所述第一挤压销与所述第二挤压销彼此不接触。
6.根据权利要求4所述的制造动力模块的方法，其中，所述第一挤压销布置为与所述第一成型模具主体分离，并且所述第二挤压销布置为与所述第二成型模具主体分离。
7.根据权利要求4所述的制造动力模块的方法，
其中，在所述多个块件沿与所述叠放方向正交的所述方向滑动并且将所述距离调节至所述预期距离的状态下，通过将所述成型用树脂注射到所述成型模具中来形成所述动力模块。
8.一种用于制造动力模块的成型模具，所述动力模块包括：半导体元件；第一冷却构件和第二冷却构件，所述第一冷却构件和所述第二冷却构件被配置为将所述半导体元件夹在它们之间；框架构件，其被配置为支撑在所述第一冷却构件与所述第二冷却构件之间的所述半导体元件，并且被配置为包括调节所述第一冷却构件与所述第二冷却构件之间的距离的调节构件；以及成型树脂件，其布置于所述第一冷却构件与所述第二冷却构件之间，其中所述动力模块还包括靠近半导体元件布置的金属块，其中所述调节构件包括沿所述半导体元件、所述第一冷却构件和所述第二冷却构件的叠放方向叠放在所述第一冷却构件与所述第二冷却构件之间的多个块件，并且其中，在成型加工中，在通过成型模具挤压所述多个块件的状态下，所述多个块件沿与所述叠放方向正交的所述方向彼此相对滑动所述成型模具包括：
第一成型模具主体，其被配置为在所述成型树脂件的成型加工中保持所述第一冷却构件；
第二成型模具主体，其被配置为在所述成型加工中保持所述第二冷却构件；
第一挤压销，其被配置为从所述第一成型模具主体的一侧延伸出并且挤压布置于所述第二冷却构件的一侧上的第二金属块；以及
第二挤压销，其被配置为从所述第二成型模具主体的一侧延伸出并且挤压布置于所述第一冷却构件的一侧上的第一金属块，并且
其中，在所述成型加工中，通过正被所述第二挤压销挤压的所述第一金属块以及通过正被所述第一挤压销挤压的所述第二金属块使所述调节构件伸展。
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