CN103811476A - 半导体器件 - Google Patents

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Abstract

根据一个实施例，提供一种半导体器件，其包括：第一电导体；第二电导体；布置在第一电导体与第二电导体之间的第一半导体元件和第二半导体元件；第一功率端子（46a）；第二功率端子（46a）；信号端子（50）；和块状绝缘体（52），所述块状绝缘体覆盖这些部件。绝缘体包括：平坦的底面，在所述平坦的底面中暴露出第一电导体和第二电导体；平坦的第一侧面（52a）；第二侧面（52b）；顶面（52d）；第一端面（52e）；和第二端面。第一功率端子、第二功率端子和信号端子分别从第一端面、第二端面和顶面向外延伸。绝缘体的第一端面、顶面和第二端面形成有分型线（54）。

Description

半导体器件
相关申请的交叉参考
本申请基于并且要求享有2012年11月2日提交的日本专利申请No.2012-242865的优先权，其整个内容在此通过应用而并入。
技术领域
本文所述的实施例总体上涉及在半导体功率转换器中使用的半导体器件。
背景技术
近年来，结合地使用发动机和电动机的混合动力车辆已经迅速变得广泛用于实现更高的燃料效率。另一方面，市场中正在销售可以单独地通过电动机运行的电动车辆。为了可行性，这些车辆需要使用用于电池与电动机之间的AC/DC转换的功率转换器。
在混合动力车辆和电动车辆中，期望具有较小的和高度可靠的半导体功率转换器。为此，功率转换器需要较高的冷却效率。作为一种实现该目的的措施，已经提出了双面冷却类型的功率转换器结构，在所述功率转换器结构中电导体单独地连接到半导体元件的正面和反面，并且热从电导体释放到冷却器。
在半导体功率转换器中必须布置有多个半导体器件（半导体模块）。在使用电力驱动汽车的车轴的情况下，施加较高的电压和较高的电流，使得半导体器件产生大量的热，从而需要考虑到端子之间的电绝缘。因此，难以增大半导体器件的封装密度。
发明内容
根据本发明的一方面，提供一种半导体器件，其特征在于，所述半导体器件包括：第一电导体，所述第一电导体包括第一连结面和第一底面，所述第一底面与第一连结面垂直；第二电导体，所述第二电导体包括第二连结面和第二底面，所述第二连结面与第一连结面相对，所述第二底面与第二连结面垂直并且与第一底面齐平；板状的第一半导体元件，所述第一半导体元件布置在第一电导体与第二电导体之间，所述第一半导体元件的一个电极连结到第一电导体的第一连结面，并且所述第一半导体元件的另一个电极连接到第二电导体的第二连结面；板状的第二半导体元件，所述第二半导体元件布置在第一电导体与第二电导体之间，所述第二半导体元件的一个电极连结到第一电导体的第一连结面，并且所述第二半导体元件的另一个电极连接到第二电导体的第二连结面；第一功率端子，所述第一功率端子包括近侧端部部分，所述近侧端部部分连结到第一连结面，并且从第一电导体向外延伸；第二功率端子，所述第二功率端子相对于第二电导体从第二连结面向外延伸；信号端子，所述信号端子连接到第一半导体元件；和块状绝缘体，所述块状绝缘体覆盖第一功率端子的近侧端部部分、第二功率端子的近侧端部部分、信号端子的近侧端部部分以及第一电导体和第二电导体。绝缘体包括：平坦的底面，所述平坦的底面与第一半导体元件和第二半导体元件垂直地延伸，并且在所述平坦的底面中暴露出第一电导体的第一底面和第二电导体的第二底面；平坦的第一侧面，所述平坦的第一侧面与底面垂直地延伸；第二侧面，所述第二侧面与底面垂直地延伸并且与第一侧面平行地相对；顶面，所述顶面位于第一侧面与第二侧面之间并且与底面相对；第一端面，所述第一端面横过第一侧面的相应的一个端部和第二侧面的相应的一个端部以及底面延伸；和第二端面，所述第二端面横过第一侧面的相应的另一个端部和第二侧面的相应的另一个端部以及底面延伸。第一功率端子、第二功率端子和信号端子分别从第一端面、第二端面和顶面向外延伸。绝缘体的第一端面、顶面和第二端面形成有分型线。
附图说明
图1是示出根据第一实施例的半导体功率转换器在去除了其电路板的情况下的透视图；
图2是示出半导体功率转换器的支撑框架和冷却器的透视图；
图3是示出包含控制电路板的整个半导体功率转换器的透视图；
图4是示出半导体功率转换器的半导体模块（半导体器件）的透视图；
图5是从底侧得到的半导体模块的透视图；
图6是示出透过模制的树脂本体看到的半导体模块的内部结构的透视图；
图7是示出透过模制的树脂本体看到的半导体模块的内部结构的透视图；
图8是示出透过模制的树脂本体看到的半导体模块的内部结构的平面图；
图9是示出半导体模块的组成部件的分解的透视图；
图10是示出半导体模块的侧视图；
图11是示出半导体模块的平面图；
图12是示出半导体模块的前视图；
图13是示出在半导体模块的底面接地时如何通过钳位器夹持和保持半导体模块的侧视图；
图14A和14B是分别示出在半导体模块的温度测量中所使用的模型的侧视图和剖视图；
图15A是示出在第一半导体元件的温度与从第一电导体的纵向中心至第一半导体元件的中心位置的距离之间的关系的图解；
图15B是示出第一半导体元件和第二半导体元件相对于第一电导体的布置的侧视图；
图15C是示出在第一半导体元件的温度与从第一电导体的纵向中心至第一半导体元件的中心位置的距离之间的关系的图解；
图15D是示出第一半导体元件和第二半导体元件相对于第一电导体的布置的侧视图；
图15E是示出在第一半导体元件的温度与从第一电导体的纵向中心至第一半导体元件的中心位置的距离之间的关系的图解；
图15F是示出第一半导体元件和第二半导体元件相对于第一电导体的布置的侧视图；
图16是示出在第一半导体元件的最佳布置位置与第二半导体元件（二极管）的放热量对第一半导体元件（IGBT）的放热量的比之间的关系的图解；
图17是示出根据第二实施例的半导体功率转换器的半导体器件的透视图；
图18是根据第二实施例的半导体器件的侧视图；
图19是根据第二实施例的半导体器件的平面图；
图20是根据第一修改方案的半导体器件的透视图；和
图21是根据第一修改方案的半导体器件的平面图
具体实施方式
以下将参照附图说明各种实施例。
附图是用于更好地理解实施例的示意图，并且附图中所示的形状、尺寸和比例等可以与实际的规格不同。然而，附图中所示的形状、尺寸和比例等可以在考虑以下说明书和已知技术时被适当地设计和修改。
（第一实施例）
图1是示出根据第一实施例的半导体功率转换器在去除了其电路板的情况下的透视图。图2是示出半导体功率转换器的支撑框架和冷却器的透视图。图3是示出包含控制电路板的整个半导体功率转换器的透视图。
如图1至3中所示，半导体功率转换器10包括冷却器12、支撑框架14和多个半导体模块（半导体器件）16。支撑框架14固定在冷却器12上。半导体模块16设定在冷却器12上并且由支撑框架支撑。冷却器12包括扁平的长方体冷却块18，所述扁平的长方体冷却块18具有平坦的矩形受热面18a。冷却块18例如由铝制成。另外，在冷却块18中形成有供诸如水的冷却介质穿过的制冷剂通路20。
支撑框架14成一体地包括：矩形外部框架，其具有与受热面18a相对应的尺寸；和多个联接梁，其在外部框架的内部彼此平行地延伸。外部框架和联接梁限定矩形安装空间部分22，所述矩形安装空间部分22例如布置成四排。另外，支撑框架14包括母线26、输入端子28和两组三相输出端子30。每条母线26都包括多个连接端子24，所述多个连接端子24电连接到半导体模块16，以下将说明半导体模块16。母线26的连接端子24沿着每个安装空间部分22的每个侧边缘间隔地布置。支撑框架14通过例如对树脂嵌件模塑而与端子成一体地形成。另外，支撑框架14通过例如螺钉固定在冷却块18的受热面18a上。
如图1中所示，在支撑框架14上设置有例如四排半导体模块16，每排半导体模块16都包括六个模块。在每排半导体模块16中，六个半导体模块16布置在与其相对应的支撑框架14的安装空间部分22中，并且每个半导体模块的底面都位于冷却器12的受热面18a上，在所述底面与所述受热面18a之间有隔热片（未示出）。半导体模块16的相应的功率端子接触母线26的相对应的连接端子24，并且电连接到母线26。另外，每个半导体模块16的多个信号端子50向上突出。
如图3中所示，半导体功率转换器10包括控制电路板32，所述控制电路板32控制半导体模块16和整个器件的输入/输出和其它操作。控制电路板32具有基本与支撑框架14一样大的矩形结构。控制电路板32叠置在半导体模块16上并且通过固定螺钉（未示出）等附装到支撑框架14。半导体模块16的信号端子50电连接到控制电路板32。
以下详细地说明构成半导体功率转换器的半导体模块（半导体器件）16中的一个。
图4和5是示出半导体模块的透视图，图6、7和8是示出透过模制的树脂本体看到的半导体模块的内部结构的透视图和平面图，并且图9是示出半导体模块的组成部件的分解的透视图。图10、11和12分别是半导体模块的侧视图、平面图和前视图。
如图4至9中所示，半导体模块16构造为所谓的双面冷却和竖直安装类型的功率转换器。具体地，半导体模块16包括：例如铜的块状的第一电导体和第二电导体（集电极和发射极）34和36；和第一半导体元件和第二半导体元件38和40，其插置于第一电导体与第二电导体之间且连结到第一电导体和第二电导体。
第一电导体34的一个主面（侧面）构成矩形连结面（第一连结面）34a，并且与该连结面34a垂直的底面（第一底面）34b构成辐射面。第二电导体36与第一电导体34基本一样长，并且第二电导体36的厚度（宽度）小于第一电导体34的厚度（例如，第二电导体36的厚度是第一电导体34的厚度的约三分之一）。另外，第二电导体36的高度小于第一电导体34的高度。第二电导体36的一个主面（侧面）构成矩形连结面（第二连结面）36a，并且与该连结面36a垂直的底面（第二底面）36b构成辐射面。第二电导体36的连结面36a与第一电导体34的连结面34a平行地相对。底面36b设置成与第一电导体34的底面34b齐平。第一电导体34和第二电导体36构造成使得它们的连结面与底面彼此形成直角或彼此垂直地形成。然而，可替代地，连结面和底面可以形成为使得它们以除了90°以外的角度交叉。
第一半导体元件38是功率半导体元件，例如，绝缘栅双极晶体管（IGBT），而第二半导体元件40是二极管。第一半导体元件38是矩形板，所述矩形板在其正面和反面上形成有不同的电极。另外，在第一半导体元件38的一个表面上形成有多个（例如，四个）连接端子38a。第一半导体元件38的除了用于电极和连接端子的区域以外的全部表面由例如聚酰亚胺的绝缘膜覆盖。
第二半导体元件40是矩形板，所述矩形板在其正面和反面上形成有不同的电极。第二半导体元件40的除了用于电极的矩形区域以外的全部表面由例如聚酰亚胺的绝缘膜覆盖。
第一半导体元件38布置成与第一电导体34的连结面34a平行，并且第一半导体元件38的一个电极借助在该电极与第一电导体34的连结面34a之间的第一连接本体而连结到该连结面34a，所述第一连接本体例如是矩形焊片42a。第二半导体元件40布置成与第一电导体34的连结面34a平行并且沿着第一电导体34的纵向方向与第一半导体元件38并排，在第二半导体元件40与第一半导体元件38之间有空隙。第二半导体元件40的一个电极借助在该电极与第一电导体34的连结面34a之间的第二连接本体而连结到该连结面34a，所述第二连接本体例如是矩形焊片42b。
因而，第一半导体元件38和第二半导体元件40布置成与第一电导体34的连结面34a平行且与第一电导体的底面34b垂直。另外，在第一电导体34的连结面34a上设置有诸如矩形焊片42e的第五连接本体，并且所述第五连接本体位于第一半导体元件38的旁边。
第一半导体元件38的另一个电极借助在该电极与用于定位的第一凸电导体44a之间的第三连接本体而连结该第一凸电导体44a，所述第三连接本体例如是矩形焊片42c。第一凸电导体44a例如由铜制成，并且第一凸电导体44a成一体地包括扁平的立方体主体和扁平的立方体突起45a，所述立方体突起45a的尺寸小于主体的尺寸并且从主体的一个主面突出。第一凸电导体44a的主体的平坦的主面侧通过焊片42c电力地和机械地连结到第一半导体元件38的电极。
第二半导体元件40的另一个电极借助在该电极与用于定位的第二凸电导体44b之间的第四连接本体而连结该第二凸电导体44b，所述第四连接本体例如是矩形焊片42d。第二凸电导体44b例如由铜制成，并且第二凸电导体44b成一体地包括扁平的立方体主体和扁平的立方体突起45b，所述长方体突起45b的尺寸小于主体的尺寸并且从主体的一个主面突出。第二凸电导体44b的主体的平坦的主面侧通过焊片42d电力地和机械地连结到第二半导体元件40的电极。
第一凸电导体44a和第二凸电导体44b不必总是单独的部件，并且它们的主体可以成一体地形成，以便使两个突起可以设置在共用的主体上。
如图4至9中所示，每个半导体模块16都包括第一功率端子46a和第二功率端子46b，所述第一功率端子46a和第二功率端子46b均由引线框或导电金属板（未示出）、与第二功率端子连续的结合部48和多个（例如，五个）信号端子50形成。
第一功率端子46a是独立结构，所述独立结构的近侧端部部分通过焊片42e连结到第一电导体34的连结面34a。第一功率端子46a相对于模块从第一电导体34的一个纵向端部向外突出，并且其触头部分47a以直角朝向第一电导体34弯曲并且与模块的一个端面基本平行地相对。
第二功率端子46b的近侧端部部分连接到结合部48。另外，第二功率端子46b相对于模块从第一电导体34的另一个纵向端部向外突出，并且其触头部分47b以直角朝向第一电导体34弯曲并且与模块的另一个端面基本平行地相对。
结合部48是长形的矩形板。在结合部48中并排地形成有用于定位的第一开口51a和第二开口51b。第一开口51a具有使得第一凸电导体44a的突起45a可以配合在该第一开口51a中的尺寸，并且第一开口51a小于电导体44a的主体。同样地，第二开口51b具有使得第二凸电导体44b的突起45b可以配合在该第二开口51b中的尺寸，并且第二开口51b小于电导体44b的主体。结合部48在第二电导体36的一侧上的表面形成有浅矩形凹槽56，所述浅矩形凹槽56覆盖包括第一开口51a和第二开口51b在内的区域。另外，结合部48成一体地包括从其上边缘向上突出的三个支撑突起。信号端子50中的一个从中心支撑突起向上延伸。
结合部48和第二功率端子46b在第一凸电导体44a的突起45a和第二凸电导体44b的突起45b分别与第一开口51a和第二开口51b接合的情况下连结到第一凸电导体44a和第二凸电导体44b。
另外，结合部48和第一凸电导体44a的突起45a和第二凸电导体44b的突起45b通过在结合部48的凹槽56中的例如矩形焊片42f的第六连接本体而电力地和机械地连结到第二电导体36的连结面36a。因而，结合部48、第一凸电导体44a和第二凸电导体44b以及第一电导体34通过焊片42f彼此连结。
这样，第一半导体元件38的电极和第二半导体元件40的电极通过第一凸电导体44a和第二凸电导体44b电力地连结到第二电导体36的连结面36a。第一半导体元件38和第二半导体元件40插置于第一电导体34与第二电导体36之间并且布置成平行于第一电导体34的连结面34a和第二电导体36的连结面36a且垂直于第一电导体34的底面34b和第二电导体36的底面36b。
信号端子50从模块向上突出并且与第一电导体34的连结面34a平行地延伸。其余的四个信号端子50的相应的近侧端部分别通过接合线53连接到第一半导体元件38的连接端子38a。
如图4至8和图10至12中所示，每个半导体模块16都包括绝缘材料，所述绝缘材料例如是模制的树脂本体（绝缘体）52，其覆盖上述组成构件。模制的树脂本体52是基本矩形的块状结构，其包括平坦的底面52c、平坦的第一侧面52a、第二侧面52b、顶面52d以及第一端面和第二端面52e。底面52c与第一半导体元件38和第二半导体元件40垂直地延伸。第一电导体34和第二电导体36的相应的底面34b和36b在底面52c中暴露出。第一侧面52a与底面52c垂直地延伸。第二侧面52b与底面52c垂直地延伸并且与第一侧面52a平行地相对。顶面52d位于第一侧面与第二侧面之间并且与底面52c相对。第一端面52e横过第一侧面的相应的一个端部和第二侧面的相应的一个端部以及底面52c延伸。第二端面52e横过第一侧面的相应的另一个端部和第二侧面的相应的另一个端部以及底面52c延伸。在本实施例中，第一侧面52a和第二侧面52b设置成分别与第一电导体34的连结面34a和第二电导体36的连结面36a平行。
模制的树脂本体52具有在成型模切割期间所形成的分型线54。该分型线54形成为覆盖模制的树脂本体52的第一端面54e、顶面52d和第二端面54e，并且该分型线54与第一侧面52a和第二侧面52b平行地延伸。另外，分型线54从模制的树脂本体52的中心沿着厚度方向w朝向第二侧面52b（图10和11）偏离，并且该分型线54位于包含引线框的结合部48以及第一功率端子46a和第二功率端子46b的近侧端部部分（主体）的平面内。
位于分型线54与第一侧面52a之间的模制的树脂本体52的顶面52d的部分随着该部分从分型线54朝向第一侧面52a延伸而朝向底面52c略微倾斜。在分型线54与第二侧面52b之间的模制的树脂本体52的部分随着该部分从分型线54朝向第二侧面52b延伸而朝向底面52c略微倾斜。
位于分型线54与第一侧面52a之间的模制的树脂本体52的每个端面52e的部分随着该部分从分型线54朝向第一侧面52a延伸而略微朝向另一个端面倾斜。在分型线54与第二侧面52b之间的模制的树脂本体52的每个端面52e的部分随着该部分从分型线54朝向第二侧面52b延伸而略微朝向另一个端面倾斜。
如图4至8和图10至12中所示，第一功率端子46a成一体地包括主体和从主体延伸的平坦的矩形触头部分47a。主体在分型线54的位置中相对于模制的树脂本体52从其第一端面52e纵向向外地突出并且设置成与第一侧面52a平行。触头部分47a朝向第一侧面52a以与主体成预定的角度θ（例如，直角）弯曲，并且与模制的树脂本体52的第一端面52e间隔地相对。此外，随着触头部分47a弯曲，触头部分47a位于模制的树脂本体52的沿着其厚度方向w的中心中，即，位于分别包含第一侧面52a的第一平面P1和包含第二侧面52b的第二平面P2之间的范围内，或在该情况下位于第一平面P1与第二平面P2之间的中心部分中。
第二功率端子46b成一体地包括主体和从主体延伸的平坦的矩形触头部分47b。主体在分型线54的位置中相对于模制的树脂本体52从其第二端面52e纵向向外地突出并且设置成与第一侧面52a平行。触头部分47b朝向第一侧面52a以与主体成预定的角度θ（例如，直角）弯曲，并且与模制的树脂本体52的第一端面52e间隔地相对。此外，随着触头部分47b弯曲，触头部分47b位于模制的树脂本体52的沿着其厚度方向w的中心中，即，位于分别包含第一侧面52a的第一平面P1和包含第二侧面52b的第二平面P2之间的范围内，或在该情况下位于第一平面P1与第二平面P2之间的中心部分中。
五个信号端子50中的每个都具有在分型线54的位置中从模制的树脂本体52的顶面52d向上突出的长形杆的形式。五个信号端子50彼此平行地延伸。每个信号端子50都包括近侧端部部分、弯曲部分和从弯曲部分延伸的连接端部部分50a。近侧端部部分在顶面52d上从分型线54的位置与第一侧面52a平行地延伸。弯曲部分相对于近侧端部部分在两个纵向间隔的点处弯曲。连接端部部分50a位于模制的树脂本体52的沿着厚度方向w的中心中。具体地，连接端部部分50a位于第一平面P1与第二平面P2之间的中心中并且在与第一平面和第二平面平行的中心平面中延伸。
此外，如图11中所示，五个信号端子50以及第一功率端子46a和第二功率端子46b相对于中心线C左右对称地布置，所述中心线C位于模制的树脂本体52的纵向中心中。在每个信号端子50的连接端部部分50a的至少外表面上形成有导电膜（未示出）。
如图1、10和12中所示，以这种方式构造的半导体模块16布置在支撑框架14的安装空间部分22中，以便使半导体模块16的相应的底面52c在该底面52c与冷却器12的受热面18a之间有隔热片55的情况下设定在冷却器12的受热面18a上。因而，第一电导体34和第二电导体36热连接到冷却器12，以便使第一半导体元件38和第二半导体元件40中所产生的热可以通过第一电导体34和第二电导体36释放到冷却器12。每个半导体模块16的第一功率端子46a的触点部分47a和第二功率端子46b的触点部分47b接触其相对应的母线26的连接端子24并且电连接到母线26。另外，每个半导体模块16的信号端子50向上突出。
布置成一排的多个半导体模块16中的每两个相邻的半导体模块16布置成使得所述每两个相邻的半导体模块16的相应的模制的树脂本体52的侧面彼此相邻地面对或接触。每两个相邻的半导体模块16中的一个可以相对于另一个相反地取向或以180°取向。半导体模块的第一功率端子46a和第二功率端子46b构造成在不考虑取向的情况下可靠地接合母线26的连接端子24。而且在该情况下，不管取向如何，每个半导体模块16的信号端子50都位于模制的树脂本体52的沿着厚度方向的中心部分中，并且相对于控制电路板32布置在预定的位置中。
如图3中所示，随着控制电路板32设定在半导体模块16上，每个半导体模块16的信号端子50的端部部分穿过控制电路板32中的通孔并且通过焊锡（未示出）等电连接到控制电路板。
如图1和图10至12中所示，以这种方式构造的半导体模块16在半导体模块16与冷却块18的受热面18a之间有隔热片55的情况下设定在冷却块18的受热面18a上。每个半导体模块16都放置在受热面18a上，使得模制的树脂本体52的底面52c与受热面18a紧密地接触。因而，第一电导体34的底面34b和第二电导体36的底面36b在所述底面34b和36b与受热面18a之间有隔热片55的情况下紧密地接触受热面18a。另外，第一功率端子46a的触点部分47a和第二功率端子46b的触点部分47b分别加压在母线26的连接端子24上并且电连接到母线26的连接端子24。半导体模块16设定成使得每两个相邻的模制的树脂本体52的相应的第一侧面和第二侧面在其之间有较小空隙的情况下彼此基本平行地相对。由于每个模制的树脂本体52的第一侧面和第二侧面形成为彼此平行的平坦的侧面，如上所述，多个半导体模块16可以在半导体模块16之间有较小的空隙的情况下布置。因而，可以增大半导体模块16的封装密度以减小功率转换器的尺寸，并且可以相对于尺寸增大功率转换器的输出。
此外，所有半导体模块16可以设定在相同的取向上或所有半导体模块16中的某些可以相对于其它半导体模块16相反地取向或以180°取向。如上所述，每个半导体模块16的触头部分47a和47b以及每个信号端子50的连接端部部分50a设置在模制的树脂本体52的沿着厚度方向w的中心部分中。因此，不管半导体模块16的取向如何，触头部分47a和47b布置在相对于连接端子24的相同的位置中，并且信号端子50也布置在相对于控制电路板32的相同的位置中。因而，半导体模块16可以在不考虑它们的取向的情况下可靠地连接到连接端子24和控制电路板32。
此外，如图13中所示，在用于半导体模块16的制造处理中，模制的树脂本体52的底面被研磨成平坦的底面。由于模制的树脂本体52的第一侧面52a和第二侧面52b形成为彼此平行的平坦的侧面，这样做后，半导体模块16可以通过借助钳位器60a和60b夹持和加压侧面52a和52b而被稳固地保持。底面相对于稳固保持的半导体模块16的平面度可以通过被如此研磨而增大。通过增大模制的树脂本体52的底面52c的平面度，半导体模块16的底面可以与冷却器的受热面紧密地接触，由此可以减小热阻。因而，可以提高半导体模块的冷却效率，并且可以相对应地减小第一电导体和第二电导体的尺寸。
此外，如上所述，相对于稳固保持的半导体模块16从模制的树脂本体的第一侧面和第二侧面的两侧研磨模制的树脂本体的底面。这样，可以防止模制的树脂本体和第一电导体和第二电导体由于研磨而分离。因而，可以提高所得到的半导体模块的可靠性。
在第一实施例中，第一半导体元件38和第二半导体元件40布置在具有最佳的第一电导体34的冷却效率的位置中。因而，为了减少半导体器件的成本，有效的是将半导体元件（半导体芯片）的尺寸减到最小。如果半导体元件的尺寸减小，则电流密度增大，使得芯片温度易于升高。由于半导体元件具有大约150℃的工作温度上限值，需要封装结构以将半导体元件的温度的升高减到最小。第一电导体上的半导体元件的温度受到第一电导体上的元件位置的影响。因此，在该实施例中优化第一半导体元件38和第二半导体元件40的布置。
图14A和14B是分别示出在半导体模块的温度测量中所使用的模型的侧视图和剖视图。图15A至15F是示出在第一半导体元件的温度与从第一电导体的纵向中心至第一半导体元件的中心位置的距离之间的关系以及第一半导体元件和第二半导体元件相对于第一电导体的布置的图解。图16是示出在第一半导体元件的最佳布置位置与第二半导体元件（二极管）的放热量对第一半导体元件（IGBT）的放热量的比之间的关系的图解。
使用如图14A和14B中所示的模型，测量半导体元件的加热温度，并且获得半导体元件的布置位置与加热温度之间的关系。该模型包括第一电导体34和第二电导体36以及连结在电导体之间的第一半导体元件（IGBT）38和第二半导体元件（二极管）40，并且该模型不设定在冷却块18的受热面上。
第一电导体34的长度L和厚度T1分别设定成例如35mm和10mm，并且第二电导体36的长度和厚度T2分别设定成35mm和4.5mm。分别地，第一半导体元件（IGBT）38的芯片尺寸设定成10.3mm×10.3mm，并且第二半导体元件（二极管）40的芯片尺寸设定成9.8mm×9.8mm。另外，冷却块18由铝制成，并且其热导率是3,000W/m2k。
使用上述模型测量与第一半导体元件38的布置位置相对应的加热温度。在图15A和15B中所示的测量示例中，第一半导体元件38和第二半导体元件40的放热量分别是100W和0W。第一半导体元件38布置成使得第一半导体元件38的中心位于第一电导体34的纵向中心轴线C上，而第二半导体元件40从中心轴线C朝向第一电导体的一个端部偏离。基于上述布置位置作为参考，对于第一半导体元件38布置在从第一电导体34的中心轴线C朝向第一电导体34的另一端纵向地偏离了Δ（半导体元件的中心与中心轴线C之间的距离）的多个位置中的多种情况中的每种情况，测量第一半导体元件38的加热温度。如从图15A看到，如果半导体元件38布置成使得半导体元件38的中心位于第一电导体34的中心轴线C上，则第一半导体元件38的加热温度是最低的。另外，可以看到，随着第一半导体元件38远离中心轴线C，即，随着第一半导体元件38的中心与中心轴线C之间的距离Δ增大，第一半导体元件38的加热温度升高。因而，显而易见的是，如果第二半导体元件40不发热，则第一半导体元件38的最佳布置位置处于第一电导体34的纵向中心中（Δ/L=0）。
在图15C和15D中所示的测量示例中，第一半导体元件38和第二半导体元件40的放热量分别是100W和25W。如在上述示例中，对于第一半导体元件38的多个变化的布置位置中的每个而言，即，在第一半导体元件38的中心与中心轴线C之间的距离Δ顺序地变化的情况下，测量第一半导体元件38的加热温度。如从图15C看到，与距离Δ是零的情况相反，如果半导体元件38从中心轴线C朝向第一电导体34的另一个端部略微偏离了设定为约2.4mm的距离Δ（Δ/L=0.068），则第一半导体元件38的加热温度是最低的。此外，可以看到，如果第一半导体元件38的中心与中心轴线C之间的距离Δ进一步增大，则第一半导体元件38的加热温度升高。
在图15E和15F中所示的测量示例中，第一半导体元件38和第二半导体元件40的放热量分别是100W和50W。如在上述示例中，对于第一半导体元件38的多个变化的布置位置中的每个而言，即，在第一半导体元件38的中心与中心轴线C之间的距离Δ顺序地变化的情况下，测量第一半导体元件38的加热温度。如从图15E看到，随着距离Δ从零增大，第一半导体元件38的加热温度逐渐地降低，并且当距离Δ是约4.2mm（Δ/L=0.12）时，第一半导体元件38的加热温度是最低的。此外，可以看到，如果距离Δ进一步增大，则第一半导体元件38的加热温度升高。
如上所述，第一半导体元件38的最佳布置位置，即，在第一半导体元件38的加热温度为最低的情况下的布置位置，依据第二半导体元件40的放热量而变化，即，依据第一半导体元件与第二半导体元件的相应的放热量之间的比而变化。在该实施例中，如图16中所示，第二半导体元件的放热量与所使用的第一半导体元件的放热量的比设定在例如0.2至0.7的范围内，并且在该范围内的第一半导体元件的最佳布置位置（Δ/L）被设定到0.15或更少，优选地设定到0.05至0.15（Δ=0.05L至0.15L）。
通过将第一半导体元件38布置在上述最佳布置位置中，可以有效地冷却第一半导体元件，以便可以将第一半导体元件的加热温度抑制到较低的水平。因而，即使第一半导体元件被微型化，第一半导体元件在施加最大电流期间的加热温度也可以被调节到150℃或更低，以便可以将第一半导体元件制成得更小。因而，可以通过减小第一半导体元件的尺寸而将整个半导体模块16微型化。
此外，由于第一半导体元件的加热温度降低，即使将第一电导体制成得更薄，也可以冷却第一半导体元件，使得可以减小第一电导体和整个半导体模块的尺寸。
根据该实施例，如上所述，可以获得能够被微型化的半导体器件并且可以改进密集安装的可靠性。
以下说明根据可替代的实施例的半导体器件。在以下该可替代的实施例的说明中，相同的附图标记用于指示与上述第一实施例的那些相同的部件，并且省略了其详细的说明。以下是专注于不同的部件的详细的说明。
（第二实施例）
图17、18和19分别是示出根据第二实施例的半导体模块（半导体器件）的透视图、侧视图和平面图。
根据如图17至19中所示的第二实施例，半导体模块16的模制的树脂本体52包括：第一台阶部分（第一凹槽）71，其形成在第一侧面52a与顶面52d彼此交叉的拐角部分处；和第二台阶部分（第二凹槽）70，其形成在第二侧面52b与顶面52d彼此交叉的拐角部分处。在该实施例中，第一台阶部分71以及第二台阶部分70沿着模制的树脂本体52的全部纵向长度形成。
第一台阶部分71包括：第一加压面71a，其与模制的树脂本体52的底面52c基本平行地延伸；和第二加压面71b，其与第一侧面52a基本平行地延伸。例如，在第一台阶部分71的第二加压面71b的部分中，例如在第二加压面71b的纵向中心部分中，形成定位凹口部分72。
第二台阶部分70包括：第一加压面70a，其与模制的树脂本体52的底面52c基本平行地延伸；和第二加压面70b，其与第二侧面52b基本平行地延伸。
半导体模块16的其它构造与根据上述第一实施例的半导体模块的那些相同。
在将这样构造的第二实施例的半导体模块16设定在预定的位置中时，如图18中所示，半导体模块可以借助例如提升器或钳位器80a和80b随着所述提升器或钳位器提升或运动而被保持在第一台阶部分71和第二台阶部分70的位置中。当这样做时，半导体模块16可以被保持成使得钳位器80a和80b从两侧加压第一台阶部分71的第一加压面71a和第二台阶部分70的第二加压面70a。而且，半导体模块可以通过加压第一台阶部分71的第二加压面71b和第二台阶部分70的第二加压面70b而在压力下被设定在预定的位置中。另外，可以通过将钳位器与第一台阶部分71的定位凹口部分72接合而设置钳位器80a保持半导体模块16的位置。
此外，钳位器80a和80b可以通过将半导体模块保持在第一台阶部分71和第二台阶部分70之间的位置中而布置在半导体模块的第一侧面与第二侧面之间。因而，半导体模块可以保持成如同设定在较窄空间中，即，半导体模块可以设置成靠近其它半导体模块。
第一台阶部分71和第二台阶部分70不必总是构造成沿着模制的树脂本体52的全部长度延伸，并且或者可以设置在拐角部分的一部分处或多个点处。
图20和21示出根据第一修改方案的半导体模块。根据第一修改方案，第一台阶部分71在模制的树脂本体52的一个拐角部分处形成在模制的树脂本体52的纵向中心部分中，而两个台阶部分70形成在模制的树脂本体52的另一个拐角部分处。
虽然已经说明了某些实施例，但是这些实施例已经仅以示例的方式存在，并且意欲不限制本发明的范围。确实，本文所述的新颖实施例可以以各种其它形式实施；此外，可以在不脱离本发明的精神的情况下对本文所述的实施例的形式进行各种省略、替代和改变。所附权利要求书及其等效物意欲覆盖将落在本发明的范围和精神内的这样的形式或修改。
例如，半导体器件的组成构件的尺寸、形状等不限制上述实施例的组成构件的尺寸、形状等，并且可以依据设计而改变。

Claims (12)

1.一种半导体器件，其特征在于，所述半导体器件包括：
第一电导体，所述第一电导体包括第一连结面和第一底面，所述第一底面与所述第一连结面相垂直；
第二电导体，所述第二电导体包括第二连结面和第二底面，所述第二连结面与所述第一连结面相对，所述第二底面与所述第二连结面垂直并且与所述第一底面齐平；
板状的第一半导体元件，所述第一半导体元件布置在所述第一电导体与所述第二电导体之间，所述第一半导体元件的一个电极连结到所述第一电导体的第一连结面，并且所述第一半导体元件的另一个电极连接到所述第二电导体的第二连结面；
板状的第二半导体元件，所述第二半导体元件布置在所述第一电导体与所述第二电导体之间，所述第二半导体元件的一个电极连结到所述第一电导体的第一连结面，并且所述第二半导体元件的另一个电极连接到所述第二电导体的第二连结面；
第一功率端子，所述第一功率端子包括近侧端部部分，所述近侧端部部分连结到所述第一连结面并且从所述第一电导体向外延伸；
第二功率端子，所述第二功率端子相对于所述第二电导体从所述第二连结面向外延伸；
信号端子，所述信号端子连接到所述第一半导体元件；和
绝缘体，所述绝缘体覆盖所述第一功率端子的近侧端部部分、所述第二功率端子的近侧端部部分、所述信号端子的近侧端部部分以及所述第一电导体和所述第二电导体，
所述绝缘体包括：平坦的底面，所述平坦的底面与所述第一半导体元件和所述第二半导体元件垂直地延伸，并且在所述平坦的底面中暴露出所述第一电导体的第一底面和所述第二电导体的第二底面；平坦的第一侧面，所述平坦的第一侧面与所述底面垂直地延伸；第二侧面，所述第二侧面与所述底面垂直地延伸并且与所述第一侧面平行地相对；顶面，所述顶面位于所述第一侧面与所述第二侧面之间并且与所述底面相对；第一端面，所述第一端面横过所述第一侧面的相应的一个端部和所述第二侧面的相应的一个端部以及所述底面延伸；和第二端面，所述第二端面横过所述第一侧面的相应的另一个端部和所述第二侧面的相应的另一个端部以及所述底面延伸，
所述第一功率端子、所述第二功率端子和所述信号端子分别从所述第一端面、所述第二端面和所述顶面向外延伸，
所述绝缘体的所述第一端面、所述顶面和所述第二端面形成有分型线。
2.根据权利要求1所述的半导体器件，其特征在于，所述第一功率端子包括主体和平坦的第一触头部分，所述主体从所述第一端面与所述第一侧面平行地延伸，所述第一触头部分相对于所述第一功率端子的主体弯曲并且与所述第一端面间隔地相对，所述第二功率端子包括主体和平坦的第二触头部分，所述第二功率端子的主体从所述第二端面与所述第一侧面平行地延伸，所述第二触头部分相对于所述第二功率端子的主体弯曲并且与所述第二端面间隔地相对，并且所述第一触头部分和所述第二触头部分位于包含所述第一侧面的第一平面与包含所述第二侧面的第二平面之间的范围内。
3.根据权利要求2所述的半导体器件，其特征在于，所述第一触头部分与所述第一功率端子的主体成直角地弯曲，并且所述第二触头部分沿着与所述第一触头部分相同的方向与所述第二功率端子的主体成直角地弯曲。
4.根据权利要求2所述的半导体器件，其特征在于，所述第一功率端子的主体从所述第一端面上的所述分型线的位置向外延伸，并且所述第二功率端子的主体从所述第二端面上的所述分型线的位置向外延伸。
5.根据权利要求4所述的半导体器件，其特征在于，所述分型线从所述第一侧面与所述第二侧面之间的中心朝向所述第二侧面偏离，并且所述第一功率端子的第一触头部分与所述第二功率端子的第二触头部分朝向所述第一侧面弯曲并且位于所述第一平面与所述第二平面之间的中心部分中。
6.根据权利要求2至5中任一项所述的半导体器件，其特征在于，所述分型线从所述第一侧面与所述第二侧面之间的中心朝向所述第二侧面偏离，并且所述信号端子包括：近侧端部部分，所述近侧端部部分从所述顶面上的所述分型线的位置与所述第一侧面平行地延伸；弯曲部分，所述弯曲部分相对于所述近侧端部部分弯曲；和连接端部部分，所述连接端部部分从所述弯曲部分延伸并且在与所述第一平面和所述第二平面平行的中心平面内位于所述第一平面与所述第二平面之间的中心中。
7.根据权利要求1至5中任一项所述的半导体器件，其特征在于，所述绝缘体包括：第一台阶部分，所述第一台阶部分形成在所述第一侧面与所述顶面彼此交叉的拐角部分处；和第二台阶部分，所述第二台阶部分形成在所述第二侧面与所述顶面彼此交叉的拐角部分处。
8.根据权利要求7所述的半导体器件，其特征在于，所述绝缘体包括定位凹口部分，所述定位凹口部分形成在所述第一台阶部分和所述第二台阶部分中的至少一个中。
9.根据权利要求1至5中任一项所述的半导体器件，其特征在于，所述第一半导体元件和所述第二半导体元件布置成与所述第一电导体的第一连结面平行。
10.根据权利要求1至5中任一项所述的半导体器件，其特征在于，还包括第一凸电导体和第二凸电导体，所述第一凸电导体连结在所述第一半导体元件的另一个电极与所述第二电导体的第二连结面之间，所述第二凸电导体连结在所述第二半导体元件的另一个电极与所述第二电导体的第二连结面之间。
11.根据权利要求1至5中任一项所述的半导体器件，其特征在于，所述第一半导体元件是功率半导体元件，所述第二半导体元件从所述第一电导体的第一连结面的纵向中心朝向所述第一连结面的一个纵向端部偏离，并且所述第一半导体元件布置成使得所述第一半导体元件的中心在所述第一电导体的第一连结面的另一个纵向端部侧上距离所述第一连结面的纵向中心位置0.05L的范围内，其中，所述L是所述第一连结面的纵向长度。
12.根据权利要求11所述的半导体器件，其特征在于，所述第一半导体元件布置成使得所述第一半导体元件的中心在所述第一连结面的另一个纵向端部侧上位于距离所述第一连结面的纵向中心位置0.05L至0.15L的范围内。
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