CN103283139B - 半导体装置 - Google Patents

Abstract

提供了一种半导体装置，其中，实现了元件单元的有效冷却和装置的尺寸减小。该半导体装置设置有支撑构件(50)，支撑构件(50)具有：电容器容置腔(51a)，电容器(20)容置在电容器容置腔(51a)中；和基板固定部(52)，其设置在关于电容器容置腔(51a)与冷却器(40)侧相反的一侧，并且控制板(30)固定于基板固定部(52)。电容器(20)具有彼此平行的两个平行平坦表面(23)，并且电容器容置腔(51a)设置有平行面对表面(51c)，平行面对表面(51c)与元件单元布置表面(41)平行地布置并且面对元件单元布置表面(41)。另外，在两个平行平坦表面(23)平行于平行面对表面(51c)设置的状态下，电容器容置腔容置电容器(20)，并且在元件单元(10)通过平行面对表面(51c)被压向冷却器(40)侧的状态下，支撑构件(50)固定到冷却器(40)。

Description

半导体装置

技术领域

本发明涉及一种半导体装置，该半导体装置包括：具有半导体元件的元件单元；与元件单元电连接的电容器；控制半导体元件的控制板；以及具有元件单元布置表面的冷却器，元件单元布置表面布置成使得元件单元安装在元件单元布置表面上，并且冷却器对布置在元件单元布置表面上的元件单元进行冷却。

背景技术

作为上述半导体装置，例如在专利文献1中描述的装置是已知的。在以下对背景技术的描述中，在适当的情况下，在专利文献1中使用的附图标记或名称在括号中说明并引用。在专利文献1中描述的装置中，元件单元（开关元件功率模块Ug和Um）所固定到的第一基底（壳体框架20）、电容器（平滑电容器C）所固定到的第二基底（托架23）、以及控制板（Uc）所固定到的第三基底（托架24）布置成在文献的图1所示的高度方向上顺序地堆叠，从而减小装置的尺寸。

如专利文献1的第0042段中所述，该文献中所描述的装置具有以下构型：通过将元件单元布置成使得元件单元抵接第一基底的底壁（散热片H）来冷却元件单元。为了有效地冷却元件单元，如该文献中的第0034段中所述，采用了将元件单元直接固定到底壁的构型，使得元件单元与第一基底的底壁紧密接触。

但是，在专利文献1中，没有关于如何将元件单元固定到第一基底的具体描述。因此，对于专利文献1的构型，根据元件单元的固定结构，能够有效地冷却元件单元，但是装置的尺寸很可能增大。

相关技术文献

专利文献

[专利文献1]日本专利申请公告No.2003-199363(JP2003-199363A)(第0034、0042段、图1等)

发明内容

因此，需要实现一种半导体装置，该半导体装置既能够有效地冷却元件单元，又能够减小装置的尺寸。

根据本发明的半导体装置具有：具有半导体元件的元件单元、与元件单元电连接的电容器、控制半导体元件的控制板、以及具有元件单元布置表面的冷却器，元件单元布置表面布置成使得元件单元安装在元件单元布置表面上，并且冷却器对布置在元件单元布置表面上的元件单元进行冷却，所述半导体装置的特征构型包括：支撑构件，支撑构件具有电容器容置腔和板固定部分，电容器容置腔容置电容器，板固定部分关于电容器容置腔位于与冷却器相反的一侧并且将控制板固定到板固定部分。电容器具有彼此平行的两个平行平面表面，电容器容置腔具有与元件单元布置表面平行地布置并且面向元件单元布置表面的平行对置表面，并且在所述两个平行平面表面与平行对置表面平行地布置的状态下，电容器容置腔容置电容器，以及在平行对置表面朝向冷却器挤压元件单元的状态下，支撑构件固定到冷却器。

在本申请中，关于两个表面的“对置”，其意指所述两个表面布置在使得所述两个表面面向彼此的方向上，其中仅关注于所述两个表面（的法线方向上）的布置，而不管所述两个表面之间是否具有任何构件。

根据以上特征构型，由于在平行对置表面朝向冷却器挤压元件单元的状态下支撑构件固定到冷却器，因此能够简化用于将元件单元布置在设置于冷却器中的元件单元布置表面上的构型。这使得能够减少部件的数量，并且简化组装过程。此外，平行对置表面与元件单元之间的距离能够减小至较小，并且该装置在与元件单元布置表面正交的高度方向上的尺寸能够减小至较小。

此时，由于元件单元被朝向冷却器挤压，因此当元件单元布置成与元件单元布置表面接触时，在元件单元与元件单元布置表面之间的接触位置处实现了良好的表面接触。并且，在诸如导热构件之类的另一构件布置在元件单元与元件单元布置表面之间的情况下，在元件单元与所述另一构件之间的接触位置处以及在所述另一构件与元件单元布置表面之间的接触位置处也实现了良好的表面接触。

因此，当元件单元被经由上述接触位置的热传导冷却时，元件单元与冷却器之间的热传导被良好地确保，并且因此元件单元被有效地冷却。并且，在冷却剂在元件单元与冷却器之间流动的情况下，良好地确保了设置在元件单元与冷却器之间的冷却剂流动通路的密封性，从而有效地冷却了元件单元。

如上所述，根据以上特征构型，该装置在高度方向上的尺寸减小至较小，并且因此实现了该装置的尺寸减小，同时有效地冷却了元件单元。

此外，根据以上特征构型，由于支撑电容器和控制板二者的支撑构件固定到冷却器，因此能够通过使用借助于支撑构件的热传导，积极地冷却电容器和控制板。

此处，优选的是：元件单元的与电容器连接的连接端子布置成从元件单元的主体部分在与元件单元布置表面平行的预定突出方向上突出，电容器容置腔具有朝向突出方向开口的开口部分，并且电容器与填充树脂一起容置在电容器容置腔中。

在本申请中，“朝向某个方向开口”用作以下概念：该方向用作基准方向，开口部分的形状不限于使开口部分的开口方向与基准方向平行的形状，并且包括以下形状：即便开口方向是与基准方向相交的方向，开口方向与基准方向之间的交角也在预定的范围内（例如小于45°）。此处，开口方向限定为开口表面中的相应位置的法线方向的平均值（相应位置的平均方向），换言之，开口表面中的相应位置处的法线向量的总和。例如，当开口表面为单个平面表面时，该平面表面的法线方向为开口方向。当开口表面通过具有不同法线方向的两个平面表面的组合而形成时，两个法线方向的平均值（两个法线向量的总和）为开口方向。当开口表面为弧状表面时，弧状表面的中心点的法线方向为开口方向。

根据该构型，由于元件单元的与电容器连接的连接端子、以及朝向电容器的开口方向突出的电极端子能够在相同的方向上突出，因此能够减小二者之间的距离，并且将电容器与元件单元电连接的连接构件的长度能够减小至较小。因此，当元件单元具有作为半导体元件的开关元件时，可以使由开关元件的开关而产生的浪涌电压降低至较小，并且即便在未使用具有较高耐压性能的元件的情况下，或是在未设置保护电路（缓冲电路等）的情况下，仍然能够容易地确保半导体装置的稳定性。此外，由于容易地简化了连接构件的形状，因此能够通过去掉使连接构件弯曲这一步骤来简化制造过程。

另外，根据上述构型，由于电容器与填充树脂一起容置在电容器容置腔中，因此防止了由于从外部进入的湿气而导致的电容器劣化。此时，由于电容器容置腔的开口部分形成为朝向突出方向—与元件单元布置表面平行的方向—开口，因此能够将与高度方向正交的方向用作需要确保填充树脂具有预定厚度或更大厚度的方向，从而防止湿气从外部进入。因此，能够防止电容器的劣化，同时将该装置在高度方向上的尺寸减小至较小。

如上所述，在电容器容置腔具有朝向突出方向开口的开口部分的构型中，优选的是：半导体装置包括多个元件单元，电容器容置腔形成为当在与平行对置表面正交的方向上观察时在平面视图中呈长方形形状，并且电容器容置腔布置成使得电容器容置腔的长边在平面视图中与开口部分的开口方向正交，并且所述多个元件单元中的每一个布置成当在与元件单元布置表面正交的方向上观察时，具有与平行对置表面交叠的部分。

在本申请中，关于两个构件的布置，“当在某个方向上观察时具有交叠部分”的意思是：当该方向被表示成视线方向且视角移动到与视线方向正交的相应方向时，在两个构件看上去彼此交叠的区域的至少一部分中具有视角。

根据该构型，由于单个平行对置表面能够朝向冷却器挤压多个元件单元，因此即便在设置有多个元件单元时，在多个元件单元中的每一个中都获得了上述效果。

此时，由于电容器容置腔形成为在平面视图中呈长方形形状，因此用于元件单元的布置区域—元件单元在该区域中布置成具有与平行对置表面交叠的部分—制造成在平面视图中呈长方形形状的区域。因此，即便在元件单元形成为在平面视图中呈矩形形状的情况下，仍然能够有效地布置元件单元。

如上所述，在电容器容置腔形成为在平面视图中呈长方形形状、并且多个元件单元布置成具有当在与元件单元布置表面正交的方向上观察时与平行对置表面交叠的部分的构型中，优选的是：当在与元件单元布置表面正交的方向上观察时，所述多个元件单元具有相同的突出方向，并且在与突出方向正交的方向上并排地布置，并且开口部分的开口方向是与突出方向相同的方向。

根据该构型，所述多个元件单元布置在在平面视图中具有长方形形状的布置区域中，其中该长方形形状在与突出方向正交的方向上较长。在此情况下，在对应于形成为在平面视图中呈长方形形状的电容器容置腔中的开口部分的侧部与具有长方形形状的元件单元布置区域的突出方向侧的侧部设置在同一侧上的状态下，能够使电容器容置腔与元件单元布置区域在相对于这些侧部的同一侧交叠。因此，能够容易地增加所述多个元件单元与电容器容置腔之间在平面视图中的交叠率，并且能够减小该装置在与高度方向正交的方向上的尺寸。

此外，由于所述多个元件单元共有相同的突出方向，因此能够从相同的方向上实施元件单元与电容器之间的连接工作，从而简化制造过程。

在具有任一上述构型的半导体装置中，优选的是：元件单元的面向元件单元布置表面的表面为热传递表面，来自半导体元件的热量通过该热传递表面传递，并且在热传递表面与元件单元布置表面之间形成有对元件单元进行冷却的制冷剂的流动通路。

根据该构型，由于流动经过流动通路的制冷剂，元件单元能够被有效地冷却。此时，由于元件单元被朝向冷却器挤压，因此良好地确保了流动通路的密封性，从而防止了冷却剂从流动通路向外泄漏。

附图说明

[图1]图1是根据本发明的一种实施方式的逆变器装置的截面图。

[图2]图2是根据本发明的该实施方式的逆变器装置在另一方向上的截面图。

[图3]图3是根据本发明的该实施方式的逆变器装置的分解立体图。

[图4]图4是示出了根据本发明的该实施方式的驱动电路的配置的示意图。

具体实施方式

将参照附图来描述根据本发明的半导体装置的实施方式。预定使用以下示例的情形进行描述：根据本发明的半导体装置应用到控制旋转电气机器的逆变器装置。如图1所示，根据本实施方式的逆变器装置100包括冷却器40、作为元件单元的开关单元10、电容器20、以及控制板30。在这种构型中，根据本实施方式的逆变器装置100具有以下特性：逆变器装置100包括支撑托架50，支撑托架50容置电容器20并作为支撑控制板30的支撑构件，并且在支撑托架50朝向冷却器40挤压开关单元10的状态下，支撑托架50固定到冷却器40。因此，既能够有效地冷却开关单元10，又能够减小逆变器装置100在高度方向H上的尺寸。以下将以“逆变器装置的整体构型”、“开关单元的构型”、“冷却器的构型”、以及“支撑托架50的构型”的顺序来描述根据本实施方式的逆变器装置100的构型。

在以下说明中，与设置在冷却器40中的元件单元布置表面（以下简称为“布置表面”）41正交的方向将被限定为高度方向H。当布置表面41与水平面平行时，高度方向H为竖直方向。此外，“上”指的是沿着高度方向H从布置表面41朝向开关单元10的方向（图1中的上侧），“下”指的是沿着高度方向H从布置表面41朝向开关单元10的相反侧（朝向基底构件3）的方向（图1中的下侧）。并且在以下说明中，除非另有说明，否则形成逆变器装置100的构件的方向表示的是这些构件在构件组装到逆变器装置100的状态下的方向。

在本申请中，“平行”与“正交”不仅用于包括完全平行和正交的情况，并且还包括根据制造误差产生的变化。制造误差由于例如公差极限内的尺寸变化和附连位置的变化而发生。此外，在本申请中，“旋转电气机器”用于包括马达（电动机）、发电机（发电装置）、以及具有马达和发电机双重功能的电动发电机中的任一种。

1.逆变器装置的整体构型

将参照图1至图4来描述逆变器装置100的整体构型。如图1至图3所示，逆变器装置100的外形通过附连在基底构件3的上侧的第一盖构件1和附连在基底构件3的下侧的第二盖构件2形成为大致长方体。下文中，沿着正方体的最长边的方向将称为“纵向方向L”。在本实施方式中，纵向方向L是与高度方向H正交的方向。在本实施方式中，逆变器装置100对应于本发明中的“半导体装置”。

如图1至图3所示，在被基底构件3和第一盖构件1包围的上部空间中，其上表面布置有开关单元10的冷却器40、容置电容器20的支撑托架50、以及控制板30布置成以该顺序向上堆叠。在图3中，为了简化起见，省略了设置在控制板30中的每个元件。在图3中明显的是，在本实施例中，当在高度方向H上观察时，基底构件3、冷却器40、支撑托架50、控制板30、以及第一盖构件1均形成为长方形的形状，并且布置成使得其长边彼此平行。

此外，如图1和图2所示，在被基底构件3和第二盖构件2包围的下部空间中，电抗器80和DC-DC逆变器85在纵向方向L上彼此相邻地布置。如稍后详细描述的，电容器20与开关单元10电连接。控制板30控制设置在开关单元10中的开关元件E（见图4）。

在本实施方式中，如图2和图3所示，逆变器装置100包括多个开关单元10。具体而言，在该实施例中，逆变器装置100包括三个开关单元10，即第一开关单元11、第二开关单元12、以及第三开关单元13。因而，由三个开关单元10、电容器20（第一电容器21和第二电容器22）、以及电抗器80形成驱动电路，用于通过将蓄电池B的直流电压转换成交流电压以执行旋转电气机器MG的驱动控制，如图4所示。在该实施例中，驱动电路配置成执行两个旋转电气机器MG—即第一旋转电气机器MG1和第二旋转电气机器MG2—的驱动控制。此外，蓄电池B为蓄电装置的示例，且可以使用例如诸如电容器之类的蓄电装置，或者多种类型的蓄电装置可以组合使用。

如图4所示，根据本实施方式的驱动电路包括由设置在第一开关单元11中的开关元件E构造的第一逆变器电路91、由设置在第二开关单元12中的开关元件E构造的第二逆变器电路92、以及由设置在第三开关单元13中的开关元件E构造的升压电路93。第一逆变器电路91是用于执行第一旋转电气机器MG1的驱动控制的电路，而第二逆变器电路92是用于执行第二旋转电气机器MG2的驱动控制的电路。升压电路93是用于将蓄电池B的直流电压升压的电路。作为自由轮二极管（FWD）的二极管元件D与形成驱动电路的每个开关元件E并联地连接。

升压电路93由电抗器80和设置在第三开关单元13中的一对开关元件E和一端二极管元件D形成。所述一对开关元件E根据控制板30中生成的开关信号（本实施例中的栅极驱动信号）而实施开-关操作（开关操作）。因此，相对于蓄电池B的直流电压而升压的直流电压被供给到系统电压线Lh与负极线Lg之间，或者，相对于系统电压线Lh与负极线Lg之间的直流电压降低了的直流电压被供给到蓄电池B。

作为用于使直流电压平稳的平滑电容器的第二电容器22布置在蓄电池B的正极端子和负极端子这两侧。另外，用于使从升压电路93或从逆变器电路91和92供给的直流电压平稳的第一电容器21布置在系统电压线Lh和负极线Lg这两侧。

第一逆变器电路91和第二逆变器电路92中的每一个均由桥电路构造。具体地，第一逆变器电路91和第二逆变器电路92中的每一个由三对开关元件E和三对二极管元件D形成。形成逆变器电路91和92的开关元件E根据控制板30中产生的开关信号而实施开-关操作。因此，系统电压线Lh与负极线Lg之间的直流电压转换成交流电压并被供给到旋转电气机器MG，或者，由旋转电气机器MG产生的交流电压转换成直流电压并被供给到蓄电池B侧。在该实施例中，上述DC-DC转换器85降低了通过旋转电气机器MG的发电获得的直流电压，并且将降低的电压供应到控制板30或者供给到具有比蓄电池B的电压低的电压的低压蓄电池（未示出）。在逆变器装置100设置在车辆中的情况下，低压蓄电池可以用作用于辅助机器的蓄电池，用于驱动辅助机器（例如空调压缩机和油泵）。

在本实施方式中，形成第一逆变器电路91、第二逆变器电路92、以及升压电路93的每个开关元件E为IGBT（绝缘栅双极晶体管）。但是，开关元件E不限于IGBT，并且可以优选地使用诸如MOSFET（金属氧化物半导体场效应晶体管）之类的其它开关元件。

另外，在本实施方式中，第一旋转电气机器MG1和第二旋转电气机器MG2二者为由三相（U相、V相、以及W相）交流电驱动的交流电机，并且二者还能够用作接收电力并产生动力的马达（电动机）和接收动力并产生电力的发电机（发电装置）。这种旋转电气机器MG作为驱动力源设置在电动车辆和混合动力车辆中。

2.开关单元的构型

接下来将描述开关单元10的构型。如上所述，在本实施方式中，三个开关单元—即第一开关单元11、第二开关单元12、以及第三开关单元13—设置成开关单元10。每个开关单元10包括开关元件E和二极管元件D，并且还包括开关元件E和二极管元件D布置于其上的基板14、以及散热片15，如图1和图2所示。在本实施方式中，开关单元10和开关元件E分别对应于本发明中的“元件单元”和“半导体元件”。

在本实施例中，基板14由既具有导电性又具有导热性的材料（例如铜和铝）形成。由于开关元件E和二极管元件D通过焊接固定到基板14的上表面，因此形成在开关元件E和二极管元件D的下表面上的电极构造成与基板14电气地连续。在图1和图2中，没有示出布置在基板14的上表面上的开关元件E和二极管元件D。

在基板14布置在散热片15的上表面的状态下，开关元件E和二极管元件D布置于其上表面上的基板14由诸如环氧树脂和聚氨酯树脂之类的硬树脂模制（转移模制），并且因此使开关元件E、二极管元件D、基板14、以及散热片14成一体（一体地形成）。散热片15的至少下表面从树脂处露出，并且散热片15的下表面成为开关单元10的下表面。在该实施例中，当在与基板14正交的方向上观察时，开关单元10的由树脂模制的部分（树脂模制部分、封装部分）形成为矩形形状。在开关单元10布置在冷却器40上的状态下，与基板14正交的方向平行于高度方向H。

散热片15由具有导热性的材料（例如金属和树脂）形成，并且在散热片15的下表面中形成有散热翅片。如上所述，由于在该实施例中基板14由导电材料形成，因此当散热片15由导电材料制成时，在基板14与散热片15之间布置有既具有电绝缘性又具有导热性的片状构件。

由于开关单元10具有上述构型，因此因开-关操作而由开关元件E产生的热经由基板14有效地传递到散热片15。也就是说，散热片15构造成使得来自开关元件E的热传递到散热片15，并且传递到开关单元10的面向布置表面41侧的表面（下表面），换言之，散热片15的下表面用作来自开关元件E的热所传递到的热传递表面15a。在该实施例中，散热翅片形成在热传递表面15a中。

在本实施方式中，如图2所示，散热片15是用于三个开关单元10的公共构件，并且形成为在与基板14正交的方向上观察时呈矩形形状（具体地，长方形形状）。散热翅片形成在散热片15的与开关单元10相对应的部分的下表面中，而其余的部分形成为平坦的表面。

如图3和图4所示，每个开关单元10具有三种类型的端子。也就是说，第一开关单元11具有连接到系统电压线Lh（即第一电容器21的正极端子，下同）的第一正极连接端子11p、连接到负极线Lg（即第二电容器22的负极端子，下同）的第一负极连接端子11n、以及连接到第一旋转电气机器MG1的第一旋转电气机器连接端子11m。第一旋转电气机器连接端子11m由与三相（U相、V相、以及W相）相对应的三个连接端子形成。

类似地，开关单元12具有连接到系统电压线Lh的第二正极连接端子12p、连接到负极线Lg的第二负极连接端子12n、以及连接到第二旋转电气机器MG2的第二旋转电气机器连接端子12m。第二旋转电气机器连接端子12m由与三相（U相、V相、以及W相）相对应的三个连接端子形成。第三开关单元13具有连接到系统电压线Lh的第三正极连接端子13p、连接到负极线Lg的第三负极连接端子13n、以及连接到电抗器80的电抗器连接端子13r。

如图3所示，这些连接端子由从开关单元10的主体部分延伸的导电金属材料（例如为铜）形成。此处“主体部分”意指形成开关单元10的芯部的部分，且在该实施例中指的是形成为当在与基板14正交的方向上观察时呈矩形形状的树脂模制部分。在本实施方式中，每个连接端子由平板形状的构件形成，并且还形成为在与布置表面41平行的方向上从开关单元10的主体部分突出，然后向下弯曲并向下延伸。之后，诸如通过使用导电金属材料（例如为铜）形成的回流条之类的连接构件87（见图1）连接到这些连接端子，从而形成如图4所示的控制电路。

在图1中简化了对设置在开关单元10中的连接端子和连接到电容器20的连接构件87的图示。图2和图3中示出的接线板86用于将设置在开关单元10中的连接端子与连接到电容器20的正极和负极或连接到旋转电气机器MG的线圈的连接构件87相连接，并且通过紧固螺栓将连接端子与连接构件87在接线板86处紧固并固定。连接端子和连接构件87可以构造成通过焊接而固定。在本实施方式中，第一正极连接端子11p、第一负极连接端子11n、第二正极连接端子12p、第二负极连接端子12n、第三正极连接端子13p、以及第三负极连接端子13n对应于本发明的“连接端子”。

如图3所示，第一正极连接端子11p和第一负极连接端子11n布置成在与布置表面41平行的预定突出方向P上从第一开关单元11的主体部分突出。此处，“预定突出方向P”可以是与布置表面41平行的任何方向，并且在该实施例中，“预定突出方向P”是与图3中示出的沿与基板14正交的方向（高度方向H）观察到的矩形树脂模制部分的一侧平行的方向。如下文描述的，容置被第一正极连接端子11p和第一负极连接端子11n连接的电容器20的电容器容置腔51a形成为使得其开口部分51b朝向突出方向P开口。

这允许了第一开关单元11的连接到电容器20的连接端子11p和11n与电容器20的朝向开口方向O突出的电极端子在相同的方向上突出，并且因此能够使第一开关单元11与电容器20之间的电通路的长度（第一正极连接端子11p的长度、第一负极连接端子11n的长度、连接构件87的长度）减小为较短，并且能够使通过开关元件E的开关而产生的浪涌电压减小为较低。还能够简化第一正极连接端子11p、第一负极连接端子11n、以及连接构件87的形状。

类似地，第二正极连接端子12p和第二负极连接端子12n布置成在突出方向P上从第二开关单元12的主体部分突出，且第三正极连接端子13p和第三负极连接端子13n布置成在突出方向P上从第三开关单元13的主体部分突出，并且也获得了上述效果。

同时，第一旋转电气机器连接端子11m、第二旋转电气机器连接端子12m、以及电抗器连接端子13r布置成在与突出方向P相反的方向上从开关单元10的主体部分处突出。简言之，用于与控制板30传送开关信号等的信号线88连接到开关单元10的在突出方向P侧的端部以及在另一方向侧的端部。

3.冷却器的构型

接下来将描述冷却器40的构型。冷却器40具有开关单元10布置于其上的布置表面41，并且冷却器40对布置在布置表面41上的开关单元10进行冷却。冷却器40由具有导热性的材料（例如包括铝的金属、具有较高导热率的树脂、等等）形成。

在本实施方式中，冷却器40构造成使用供应到逆变器装置100的冷却液体、通过借助于散热片15的导热而将开关单元10冷却。如图1和图2所示，为了使得供应到逆变器装置100的冷却液体能够循环，上凹的基底侧流动通路71形成在冷却器40的下表面中。在本实施方式中，冷却液体对应于本发明中的“冷却剂”。

如图1至图3所示，在本实施方式中，冷却器40包括当在高度方向H上观察时形成为长方形形状的主体部分、以及设置在主体部分的外边缘部分中从而从主体部分突出（柱状地突出）的多个（在本实施例中为八个）附连部分43，并且主体部分与附连部分43一体地形成。

由于从下侧插入到设置于基底构件3中的通孔的第一紧固螺栓61固定到形成于附连部分43中的紧固孔，因此冷却器40在竖直方向上紧固并固定到基底构件3。如图1所示，由于第二密封构件82布置在冷却器40的下表面与基底构件3的上表面之间，并且冷却器40与基底构件3通过第一紧固螺栓61在竖直方向上彼此紧固并固定，因此阻止了流动通过基底侧通路71循环的冷却液体从基底侧流动通路71向外泄漏。

至少一些设置在冷却器40中的附连部分43在上侧具有托架固定部分42，并且支撑托架50固定到托架固定部分42。在本实施方式中，如图3所示，附连部分43中的六个附连部分43作为组合部分，在这些组合部分中，托架固定部分42设置在附连部分43的上侧，并且这六个附连部分43具有相对于其余的两个附连部分43向上突出的形状。主体部分、附连部分43、以及托架固定部分42通过一体成形、配合等方式而全部成为一体。

如图1和图2所示，用于布置开关单元10的布置表面41形成在冷却器40的主体部分的上表面上。此处，在本实施方式中，逆变器装置100包括三个开关单元10，并且每个开关单元10构造成使得散热片15在下侧露出。因此，设置在冷却器40中的布置表面41形成为使得散热片15在下侧露出的开关单元10安装在布置表面41上。

在本实施方式中，开关单元10布置成与布置表面41接触。如图2所示，布置表面41包括从下侧抵接散热片15的没有形成散热翅片的平坦部分的平面部分、以及凹部，凹部位于散热片15的形成有散热翅片的翅片形成部分的下侧并且相对于平坦部分下凹。在该实施例中，布置表面41的凹部是具有与散热翅片的形状相对应的凹槽和突出的表面。

作为用于对开关单元10进行冷却的冷却液体的流动通路的单元侧流动通路70形成在散热片15的下表面（即上述热传递表面15a）与布置表面41之间。具体地，由布置表面41与包括散热片15的散热翅片的表面的散热表面15a二者所限定的空间为单元侧流动通路70。在本实施方式中，单元侧流动通路70对应于本发明中的“流动通路”。

单元侧流动通路70经由连通部分（未示出）与基底侧流动通路71相连通，并且供应到逆变器装置100的冷却液体经由基底侧流动通路71供应到单元侧流动通路70。这使得冷却器40能够将布置在单元侧流动通路70上方的开关单元10有效地冷却，同时通过与所供应的冷却液体进行热交换而使其自身的温度下降至较低。

如图1和图2所示，第一密封构件81布置于散热片15与布置表面41之间，并且因此阻止了经由单元侧流动通路70循环的冷却液体穿过布置表面41与散热片15的下表面之间从单元侧流动通路70向外泄漏。

在本实施方式中，如图3所示，多个（在本实施例中为三个）开关单元10布置成使得其突出方向P相互为同一方向，并且还布置成当在与布置表面41正交的高度方向H上观察时是并排的。根据这种构型，冷却器40形成为使得其主体部分具有长方形形状，当在高度方向H上观察时，该长方形形状的长边与突出方向P正交，并且冷却器40固定到基底构件3，使得该长边沿着纵向方向L延伸。简言之，在本实施方式中，多个开关单元10的布置方向与纵向方向L平行。

4.支撑托架的构型

接下来将描述支撑托架50的构型。支撑托架50包括电容器容置腔51a和板固定部分52，其中控制板30固定到电容器容置腔51a并且电容器容置腔51a容置有电容器20，板固定部分52在冷却器40的与电容器容置腔51a相反的一侧上。在本实施方式中，电容器20（第一电容器21和第二电容器22）形成为具有彼此平行的两个平行的平面表面23（见图1和图2），并且第一电容器21和第二电容器22二者均容置在电容器容置腔51a中。在本实施方式中，支撑托架50对应于本发明中的“支撑构件”。

如图1和图2所示，电容器容置腔51a形成在设置于支撑托架50中的腔形成部分51的内侧。腔形成部分51是其中一个表面开口的长方体构件，并且由诸如树脂之类的绝缘材料形成。在本实施方式中，腔形成部分51形成为使得其内部空间具有统一的高度，并且如图1和图2所示，其上表面壁和下表面壁是彼此平行的平坦表面。因此，形成在腔形成部分51的内侧的电容器容置腔51a也形成为具有彼此平行的上表面部分和下表面部分的空间。具体地，如图3所示，电容器容置腔51a形成为长方体空间，并且腔形成部分51的开口为电容器容置腔51a的开口部分51b。在本实施方式中，腔形成部分51的仅一个表面开口，而其余表面密闭。因此，在本实施方式中，电容器壳体构件51a是仅在开口部分51b中开口而在其余部分密闭的空间。简言之，在该实施例中，电容器壳体构件51a由上表面壁、下表面壁、以及覆盖除开口部分51b外的周围侧表面的侧壁所限定并形成。

同时，板固定部分52形成在设置于支撑托架50中的板状部分55中，并且在该实施例中，板固定部分52与板状部分55一体地形成。板状部分55是平坦形状的构件，其中心部分相对于外周部分升高。板状部分55布置在腔形成部分51的上表面上，并且通过一体成形、配合或类似方式与腔形成部分51成一体。板状部分55由具有导热性的材料（例如，诸如铝的金属、树脂、等等）形成。例如，在腔形成部分51由树脂制成而板状部分55由金属（例如铝）制成的情况下，能够制造这样的支撑托架50：通过对金属（例如铝）和树脂使用一体成形技术，使腔形成部分51与板状部分55成为一体。

在本实施方式中，板固定部分52形成为从板状部分55向上突出的圆筒形形状。板状部分55形成为当在与腔形成部分51的上表面部分正交的方向（在该实施例中与高度方向H平行）上观察时呈矩形形状。如图3所示，板固定部分52形成在板状部分55的外周部分中，并且板固定部分52还形成在外周部分的中心侧上。由于从上侧插入到形成于控制板30中的通孔中的第三紧固螺栓63固定到板控制部分52，因此控制板30在竖直方向上紧固并固定到支撑托架50。

此外，用于将支撑托架50固定到冷却器40的附连部分53形成在板状部分55的边缘部分中的六个位置处。附连部分53形成在与形成于冷却器40中的托架固定部分42相对应的位置处，并且从上侧插入到附连部分53的通孔中的第二紧固螺栓62固定到托架固定部分42，使得支撑托架50在竖直方向上紧固并固定到冷却器40。因此，冷却器40能够通过借助于支撑托架50的热传导来冷却电容器20和控制板30。

此外，如图3中所示，支撑托架50以电容器容置腔51a的开口部分51b朝向突出方向P开口的定向固定到冷却器40。换言之，设置在电容器容置腔51a中的开口部分51b是朝向突出方向P开口的开口部分。在本实施例中，开口部分51b的开口方向O是与突出方向P相同的方向，或更精确地，是与突出方向P平行的方向。在该实施例中，由开口部分51b所限定的开口表面为平面表面，且该平面表面的法线方向为开口部分51b的开口方向O。

此处将更详细地描述电容器容置腔51a的构型。如上所述，腔形成部分51的上表面部分和下表面部分—电容器容置腔51a形成在上表面部分和下表面部分内—均为彼此平行的平坦表面。因此，电容器容置腔51a也形成为具有作为彼此平行的两个表面的上表面部分和下表面部分的空间，并且整体上形成为长方体空间。

电容器容置腔51a的下表面部分—换言之，腔形成部分51的下表面部分的下表面—是在支撑托架50固定到冷却器40的状态下与布置表面41平行地布置并面向布置表面41的平行对置表面51c。简言之，平行对置表面51c设置在电容器容置腔51a的下侧。在两个平行平面表面23布置成与平行对置表面51c平行的状态下，电容器容置腔51a将电容器20容置。因此，由容置第一电容器21和第二电容器22并且形成为具有彼此平行的两个平行平面表面23的电容器容置腔51a所占据的空间在竖直方向上减小至较小。

在本实施方式中，如图3所示，电容器容置腔51a形成为在与平行对置表面51c正交的方向上的平面视图（以下简称为“平面视图”）中呈长方形形状，并且布置成使得其长边在该平面视图中与开口方向O正交。在该实施例中，由于开口方向O与突出方向P平行，因此电容器容置腔51a布置成使得长边54与突出方向P正交。因此，平行对置表面51c也形成为长方形形状，并且布置成使得其长边在平面视图中与开口方向O（突出方向P）正交。

此外，在本实施方式中，多个（在本实施例中为五个）电容器单元20a容置在电容器容置腔51a中，并且第一电容器21和第二电容器22由单个电容器单元20a形成，或者由彼此并联地连接的多个电容器单元20a形成。上述电容器20（第一电容器21和第二电容器22）的平行平面表面23由设置在电容器单元20a中且彼此平行的两个平行平面表面形成。

在该实施例中，电容器单元20a为通过将介电薄膜—金属薄膜通过例如沉积而设置在介电薄膜上—缠绕或堆叠而形成的薄膜电容器，并且形成为大致呈长方体的形状。电容器单元20a布置成使得长方体的最长边沿着开口部分51b的开口方向O延伸，并且多个电容器单元20a（见图2）沿着纵向方向L并排布置。

电容器单元20a与通过电容器容置腔51a的开口部分51b注入的填充树脂一起容置在电容器容置腔51a中。换言之，在本实施方式中，第一电容器21和第二电容器22与填充树脂60一起均容置在电容器容置腔51a中。这使得能够将电容器20固定到支撑托架50，同时抑制电容器20由于来自外部的湿气而导致的劣化。填充树脂60为例如聚氨酯树脂或环氧树脂。在本实施方式中，电容器容置腔51a仅在开口部分51b中开口，而其余部分是封闭的。开口部分51b形成在长方体电容器容置腔51a中的面积小于底表面部分的面积的侧表面部分中。因此，用于抑制湿气从外部进入所需的树脂60的体积能够减小至较小，从而降低制造成本并使重量较小。

如上所述，由于从上侧插入到形成于支撑托架50中的附连部分53的通孔中的第二紧固螺栓62固定到托架固定部分42，因此支撑托架50在竖直方向上紧固并固定到冷却器40。此时，如图1和图2所示，平行对置表面51c与开关单元10的上表面接触（抵接在开关单元10的上表面上），并且朝向冷却器40挤压开关单元10。换言之，在开关单元10被平行对置表面51c朝向冷却器40挤压的状态下，支撑托架50固定到冷却器40。这使得能够简化用于将开关单元10固定到冷却器40的固定结构，从而实现较少的部件数量和组装过程的简化。

在此情况下，由于挤压开关单元10的平行对置表面51c形成在设置于支撑托架50中的腔形成部分51的底表面部分中，因此材料的选择相对灵活，并且能够在相对容易确保强度的部分中挤压开关单元10。因此，防止了因朝向冷却器40挤压开关单元10而导致的支撑托架50的变形，并且能够更牢固地朝向冷却器40挤压开关单元10。

此外，在本实施方式中，多个（在本实施例中为三个）开关单元10中的每一个均布置成具有在高度方向H上观察时与平行对置表面51c交叠的部分。具体地，在本实施方式中，如图1所示，平行对置表面51c的在突出方向P侧的端部相对于开关单元10的主体部分（树脂模制部分）的在突出方向P侧的端部设置在突出方向P侧，并且平行对置表面51c的位于与突出方向P相反的方向那一侧的端部相对于开关单元10的主体部分的位于突出方向P的方向那一侧的端部设置在突出方向P侧。此外，如图2所示，平行对置表面51c布置成在纵向方向L上覆盖三个开关单元10的主体部分的大部分。

因此，在本实施方式中，多个开关单元10中的每一个均布置成使得其在突出方向P和纵向方向L上的全体区域—除了与突出方向P相反的一侧上的部分区域—均与平行对置表面51c交叠。这使得单个平行对置表面51c能够朝向冷却器40挤压全部三个开关单元10。

5.其它实施方式

最后将描述根据本发明的其它实施方式。在以下各个实施方式中描述的特征并非唯一地用于特定实施方式，而是也能够应用到其它实施方式，只要不会导致前后矛盾即可。

（1）在以上实施方式中，在平行对置表面51c抵接在开关单元10的上表面上的状态下，平行对置表面51c可以朝向冷却器40挤压开关单元10。但是，本发明的实施方式不限于此，并且可以具有以下构型：另一构件（例如橡胶材料或类似材料）布置在平行对置表面51c与开关单元10的上表面之间，并且平行对置表面51c通过所述另一构件朝向冷却器40挤压开关单元10。在这种构型中，所述另一构件可以由具有较低导热率的材料制成，从而更可靠地实现了开关单元10与支撑托架50之间的绝热。

（2）在以上实施方式中，散热翅片可以形成在构成开关单元10的面向布置表面41的表面的热传递表面15a中。但是，本发明的实施方式不限于此，并且散热翅片可以不设置在热传递表面15a中。该构型可以为以下构型：热传递表面16a的全部区域与布置表面41接触，并且用于冷却液体的流动通路不是形成在热传递表面15a与布置表面41之间。即便在此构型中，通过将开关单元10布置成使得热传递表面15a与布置表面41良好地接触，来自开关元件E的热也能够通过布置表面41朝向冷却器40良好地散发，从而将开关元件E合适地冷却。

（3）在以上实施方式中，开关单元10布置成与布置表面41接触。但是，本发明的实施方式不限于此，并且可以具有以下构型：开关单元10布置成不与布置表面41接触，而是通过布置在开关单元10与布置表面41之间的另一构件安装在布置表面41上。

（4）在以上实施方式中，电容器容置腔51a具有朝向突出方向P开口的开口部分51b，并且电容器容置腔51a仅在开口部分51b中开口。但是，本发明的实施方式不限于此，并且可以具有以下构型：电容器容置腔51a包括朝向与布置表面41平行且与突出方向P正交的方向开口，并且电容器容置腔51a仅在开口部分中开口。还可以采用以下另一种构型：电容器容置腔51a包括朝向与突出方向P相反的方向开口的开口部分，并且电容器容置腔51a仅在开口部分中开口。

（5）在以上实施方式中，电容器容置腔51a仅在一个表面（开口部分51b）中开口，并且开口表面为平面表面。但是，本发明的实施方式不限于此，并且可以具有以下构型：电容器容置腔51a形成为在多个表面中开口。此外，开口表面的形状不限于平面表面，并且可以采用开口表面形成为弧状表面的构型。在此情况下，弧状表面的中心点的法线方向为开口部分的开口方向O。还可以采用开口表面形成为组合表面的构型，在该组合表面中，具有彼此不同的法线方向的多个（例如两个或三个）平面表面布置成包含在相同的表面中，并且在此情况下，各个平面表面的法线方向的平均值（法线向量的总和）为开口部分的开口方向O。

（6）在以上实施方式中，电容器20与填充树脂60一起容置于电容器容置腔51a中。但是本发明的实施方式不限于此，并且可以具有以下构型：填充树脂60不是设置在电容器容置腔51a中，并且电容器20在电容器容置腔51a中由紧固螺栓、接头或类似装置支撑。

（7）在以上实施方式中，逆变器装置100具有多个（具体为三个）开关单元10，并且所述多个开关单元10布置成使得突出方向P为彼此相同的方向。但是，本发明的实施方式不限于此，并且可以采用以下构型：多个开关单元10中的至少一些开关单元10布置成具有与其它开关单元10不同的突出方向P。在此构型中，多个开关单元10的布置方向为与纵向方向L平行的方向也是优选的。

（8）在以上实施方式中，当在高度方向H上观察时，多个开关单元10的布置方向为与突出方向P正交的方向。但是本发明的实施方式不限于此，并且多个开关单元10可以布置成使得在高度方向H上观察时，所述多个开关单元10的布置方向为以小于90度的角度与突出方向P相交的方向，或是与突出方向P平行的方向。

（9）在以上实施方式中，电容器容置腔51a形成为在平面视图中呈长方形形状，并且其长边54在平面视图中与开口部分51b的开口方向O正交。但是本发明的实施方式不限于此，并且可以采用以下构型：长边54布置成在平面视图中与开口方向O平行。此外，电容器容置腔651a的形状在平面视图中不限于长方形形状，并且可以采用诸如除四边形之外的多边形形状、以及圆形形状（包括椭圆形）之类的各种形状。

（10）在以上实施方式中，逆变器装置100具有多个开关单元100，并且所述多个开关单元100中的每一个均布置成具有在高度方向H上观察时与平行对置表面51c交叠的部分。但是，本发明的实施方式不限于此，并且可以采用以下构型：仅有一些开关单元10布置成具有在高度方向H上观察时与平行对置表面51c交叠的部分，并且其余的开关单元10运动到并且布置在以下位置处：在这些位置处，当在高度方向H上观察时，其余的开关单元10与平行对置表面51c之间没有交叠。

（11）在以上实施方式中，第一电容器21和第二电容器22二者形成为具有彼此平行的两个平行平面表面23，并且容置在电容器容置腔51a中。但是本发明的实施方式不限于此，并且可以采用以下构型：仅有第一电容器21容置在电容器容置腔51a中，而第二电容器22布置在电容器容置腔51a外，例如布置在制冷器40下方的空间中。在此构型中，第一电容器21对应于本发明中的“电容器”，并且可以采用任意形状（例如不包括彼此平行的两个平面表面的圆筒形形状）来作为第二电容器22的形状。

（12）在以上实施方式中，逆变器装置100执行两个旋转电气机器MG的驱动控制。但是，本发明的实施方式不限于此，并且可以具有以下构型：由逆变器装置100所驱动地控制的旋转电气机器MG的数量不是两个（例如一个、三个、或是四个）。此外，本发明应用到用于执行旋转电气机器MG的驱动控制的逆变器装置100。本发明的实施方式不限于此，并且本发明能够应用到各种半导体装置。

（13）另外，关于其他构型，本文中所公开的实施方式在所有方面都是说明性的，并且本发明并不限于此。也就是说，理所当然的是，通过适当地改变未在本发明的权利要求中描述的构型的一部分而获得的构型，只要所得出的构型包括在权利要求中所公开的构型或与权利要求中所公开的构型等同的构型，也落入在本发明的技术范围内。

工业应用性

本发明可适于应用到半导体装置，该半导体装置包括：具有半导体元件的元件单元、与元件单元电连接的电容器、控制半导体元件的控制板、以及具有元件单元布置表面的冷却器，元件单元布置表面布置成使得元件单元安装在元件单元布置表面上，并且冷却器对布置在元件单元布置表面上的元件单元进行冷却。

附图标记的说明

10：开关单元（元件单元）

11p：第一正极连接端子（连接端子）

11n:第一负极连接端子（连接端子）

12p:第二正极连接端子（连接端子）

12n:第二负极连接端子（连接端子）

13p:第三正极连接端子（连接端子）

13n:第三负极连接端子（连接端子）

15a:热传递表面

20：电容器

23：平行平面表面

30：控制板

40：冷却器

41：布置表面（元件单元布置表面）

50：支撑托架（支撑构件）

51a：电容器容置腔

51b：开口部分

51c：平行对置表面

52：板固定部分

54：长边

60：填充树脂

70：单元侧流动通路（流动通路）

100：逆变器装置（半导体装置）

E：开关元件（半导体元件）

O:开口方向

P:突出方向

Claims (5)

1.一种半导体装置，包括：具有半导体元件的元件单元、与所述元件单元电连接的电容器、控制所述半导体元件的控制板、以及具有元件单元布置表面的冷却器，所述元件单元布置表面布置成使得所述元件单元安装在所述元件单元布置表面上，并且所述冷却器对布置在所述元件单元布置表面上的所述元件单元进行冷却，所述半导体装置包括：

支撑构件，所述支撑构件具有电容器容置腔和板固定部分，所述电容器容置腔容置所述电容器，所述板固定部分相对于所述电容器容置腔位于与所述冷却器相反的一侧并且将所述控制板固定到所述板固定部分，其中

所述电容器具有彼此平行的两个平行平面表面，

所述电容器容置腔具有与所述元件单元布置表面平行地布置并且面向所述元件单元布置表面的平行对置表面，并且在所述两个平行平面表面与所述平行对置表面平行地布置的状态下，所述电容器容置腔容置所述电容器，以及

在所述平行对置表面朝向所述冷却器挤压所述元件单元的状态下，所述支撑构件固定到所述冷却器。

2.根据权利要求1所述的半导体装置，其中

所述元件单元的与所述电容器连接的连接端子布置成在与所述元件单元布置表面平行的预定突出方向上从所述元件单元的主体部分突出，

所述电容器壳体腔具有朝向所述突出方向开口的开口部分，以及

所述电容器与填充树脂一起容置在所述电容器容置腔中。

3.根据权利要求2所述的半导体装置，包括

多个元件单元，其中

所述电容器容置腔形成为当在与所述平行对置表面正交的方向上观察时在平面视图中呈长方形，并且所述电容器容置腔布置成使得在平面视图中，所述电容器容置腔的长边与所述开口部分的开口方向正交，以及

所述多个元件单元中的每一个布置成具有当在与所述元件单元布置表面正交的方向上观察时与所述平行对置表面交叠的部分。

4.根据权利要求3所述的半导体装置，其中

所述多个元件单元具有相同的突出方向，并且当在与所述元件单元布置表面正交的方向上观察时，所述多个元件单元在与所述突出方向正交的方向上并排地布置，以及

所述开口部分的所述开口方向是与所述突出方向相同的方向。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的半导体装置，其中

所述元件单元的面向所述元件单元布置表面的表面是热传递表面，来自所述半导体元件的热量通过所述热传递表面传递，以及

在所述热传递表面与所述元件单元布置表面之间形成有对所述元件单元进行冷却的制冷剂的流动通路。