CN104347602B - 附接至热辐射构件的半导体器件 - Google Patents

Abstract

一种半导体器件(10)包括：半导体模块(11至18)和将半导体模块按压至热辐射构件(7)的按压构件(26，27，28)。半导体模块包括：通过通电而发热的发热元件(56，57，61至66，71至73，161至164，171，172)；三个或更多个传导构件(31至41，501至506，508，509，601至608，701，801至808，901至906)，每个传导构件均安装有至少一个发热元件；以及成型部(20，21)，使发热元件和传导构件一体成型。半导体模块具有借助于按压构件的施加压力等于或大于预定压力的热辐射可能区域。安装有设置在热辐射可能区域外部的发热元件的传导构件具有使得传导构件的至少一部分包括在热辐射可能区域中的形状。

Description

附接至热辐射构件的半导体器件

技术领域

本公开涉及附接至热辐射构件的半导体器件。

背景技术

通常，将半导体器件例如通过螺钉(screw)附接至冷却散热器(cooling heatsink)是公知的。例如，在JP-A-2007-165426中，螺钉紧固部被设置在半导体器件的长边方向上的端部附近，并且通过螺钉将半导体器件固定至冷却散热器。

然而，在如JP-A-2007-165426中所描述的那样通过螺钉将半导体器件和冷却散热器固定在长边方向上的端部附近的情况下，在远离螺钉的半导体器件的中心部处的施加压力可能是不足的，半导体器件和冷却散热器可能彼此没有紧密接触，并且热辐射可能是不够的。

发明内容

本公开的目的是提供一种半导体器件，该半导体器件能够有效地对通过发热元件的通电而产生的热进行辐射并且尺寸能够被减小。

根据本公开的一方面的半导体器件包括半导体模块和将半导体模块按压至热辐射构件的按压构件。半导体模块包括：通过通电而发热的多个发热元件；三个或更多个传导构件，每个传导构件均安装有至少一个发热元件；以及成型部，使发热元件和传导构件一体成型。半导体模块具有借助于按压构件的施加压力等于或大于预定压力的热辐射可能区域。传导构件中的至少一个传导构件安装有设置在热辐射可能区域外部的发热元件。传导构件中的至少一个传导构件具有使得传导构件的至少一部分包括在热辐射可能区域中的形状。

由设置在热辐射可能区域外部的发热元件产生的热经由传导构件传递并且从热辐射可能区域辐射至热辐射构件。因此，由设置在热辐射可能区域外部的发热元件产生的热可以被有效地辐射，可以相对于一个按压构件设置多个发热元件，并且可以减小半导体模块的尺寸。另外，与所有发热元件被设置在热辐射可能区域中的情况相比，可以提高布局的灵活性。此外，可以减少按压构件的数量。

附图说明

根据结合附图进行的以下详细描述，本公开的另外的目的和优点将变得更加明显。在附图中：

图1是示出了根据本公开内容的第一实施例的电机驱动设备的电路配置的框图；

图2是示出了附接至散热器的根据第一实施例的半导体器件的侧视图；

图3是示出了根据第一实施例的半导体模块的内部配置的平面图；

图4是示出了根据第一实施例的半导体模块的电路配置的电路图；

图5是示出了根据本公开内容的第二实施例的半导体模块的内部配置的平面图；

图6是示出了根据本公开内容的第三实施例的半导体模块的内部配置的平面图；

图7是示出了根据第三实施例的半导体模块的电路配置的电路图；

图8是示出了根据本公开内容的第四实施例的半导体模块的内部配置的平面图；

图9是示出了根据第四实施例的半导体模块的电路配置的电路图；

图10是示出了根据本公开内容的第五实施例的半导体模块的内部配置的平面图；

图11是示出了根据第五实施例的半导体模块的电路配置的电路图；

图12是示出了根据本公开内容的第六实施例的半导体模块的内部配置的平面图；

图13是示出了根据第六实施例的半导体模块的电路配置的电路图；

图14是示出了根据本公开内容的第七实施例的半导体模块的内部配置的平面图；

图15是示出了根据第七实施例的半导体模块的电路配置的电路图；

图16是示出了根据本公开内容的第八实施例的半导体模块的内部配置的平面图；以及

图17是示出了根据第八实施例的半导体模块的电路配置的电路图。

具体实施方式

(第一实施例)

将参照图1至图4来描述根据本公开内容的第一实施例的半导体器件。根据本实施例的半导体器件可以应用于例如电机驱动设备。首先，将参照图1来描述应用了根据本实施例的半导体模块的电机驱动设备的电路配置。

电机驱动设备1包括半导体器件10(参见图2)、电容器78以及控制器100。电机驱动设备1将作为供电电源的电池50的直流电力转换成三相交流电力并且驱动作为负载的电机5。在本实施例中，电机5是三相无刷电机。

半导体器件10包括半导体模块11和按压构件26、27(参见图2)。半导体模块11包括电源继电器部分55、逆变器部分60以及电机继电器部分70。电源继电器部分55包括串联连接的两个电源继电器56、57。在本实施例中，电源继电器56、57中的每个电源继电器是为一种场效应晶体管的金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)。电源继电器56、57中的每个电源继电器的源极和漏级由于栅极电位而连接或断开。相应地，电源继电器部分55与电池50和逆变器部分60电连接或断开。

电源继电器56被设置成当发生断路故障或短路故障时中断流向电机5的电流。以使得与电源继电器57相关联的寄生二极管的方向和与电源继电器56相关联的寄生二极管的方向相反的方式连接电源继电器57。因此，即使当电池50或电容器78错误地以相反方向连接时，从逆变器部分60朝向电池50的反向电流的流动是受到限制的。

逆变器部分60包括构成桥式电路的六个开关元件61至66。与电源继电器56、57类似，开关元件61至66中的每个开关元件是为一种场效应晶体管的MOSFET，并且源极和漏级由于栅极电位而连接或断开。开关元件61、62、63被设置在桥式电路的高电位侧并且构成上臂。开关元件64、65、66设置在桥式电路的低电位侧并且构成下臂。

电机继电器部分70包括作为负载继电器的电机继电器71、72、73。电机继电器71、72、73连接在各相的开关元件64、65、66和开关元件61、62、63的连接点与电机5的各相绕组之间。电机继电器71、72、73被设置成当发生断路故障或短路故障时中断对于每相的电流的流动。与电源继电器56、57和开关元件61至66类似，电机继电器71、72、73中的每个电机继电器是为一种场效应晶体管的MOSFET，并且源极和漏级由于栅极电位而连接或断开。在本实施例中，电源继电器56、57、开关元件61至66以及电机继电器71至73是发热元件。在下述说明中，电源继电器56、57、开关元件61至66以及电机继电器71至73中的至少一部分有时被统称为发热元件。

在本实施例中，逆变器部分60和电机继电器部分70构成U相电路91、V相电路92以及W相电路93。U相电路91包括开关元件61、64以及电机继电器71。开关元件61的漏极连接到连接至电池50的高电位侧的高电位线，并且开关元件61的源极连接至开关元件64的漏极。开关元件64的源极经由分流电阻器74接地。开关元件61与开关元件64的连接点经由电机继电器71连接至电机5的U相绕组。

V相电路92包括开关元件62、65以及电机继电器72。开关元件62的漏极连接到连接至电池50的高电位侧的高电位线，并且开关元件62的源极连接至开关元件65的漏极。开关元件65的源极经由分流电阻器75接地。开关元件62与开关元件65的连接点经由电机继电器72连接至电机5的V相绕组。

W相电路93包括开关元件63、66以及电机继电器73。开关元件63的漏极连接到连接至电池50的高电位侧的高电位线，并且开关元件63的源极连接至开关元件66的漏极。开关元件66的源极经由分流电阻器76接地。开关元件63和开关元件66的连接点经由电机继电器73连接至电机5的W相绕组。

分流电阻器74至76对提供给电机5的各相的电流进行检测。具体地，分流电阻器74对提供给U相绕组的电流进行检测，分流电阻器75对提供给V相绕组的电流进行检测，以及分流电阻器76对提供给W相绕组的电流进行检测。

电容器78连接在电池50的高电位电极与逆变器部分60之间。电容器78降低了从共享电池50的其他装置传递的噪声。另外，电容器78降低了从电机驱动设备1传递到共享电池50的其他装置的噪声。在本实施例中，电容器78是铝电解电容器。电容器78安装在电源衬底3(参见图2)上。

控制器100包括前置驱动器101、定制IC 102以及微型计算机104。构成控制器100的诸如前置驱动器101、定制IC 102以及微型计算机104的电子部件安装在控制衬底4(参见图2)上。定制IC 102包括作为功能块的检测电压放大器107。检测电压放大器107检测分流电阻器74至76两端的电压，并且将经放大的电压输出至微型计算机104。

微型计算机104基于从检测电压放大器107输入的分流电阻器74至76两端的电压来检测提供给电机5的各相的电流。另外，微型计算机104接收诸如电机5的旋转角度信号的各种信号。微型计算机104基于输入信号经由前置驱动器101对逆变器部分60进行控制。具体地，微型计算机104通过改变开关元件61至66的栅电压来接通/关断开关元件61至66。类似地，微型计算机104通过改变栅电压来接通/关断电源继电器56、57以及电机继电器71、72、73。

在本实施例中，电源继电器部分55、逆变器部分60以及电机继电器部分70被模块化为一个半导体模块11。将参照图2至图4来描述半导体模块11。图2是示出了半导体模块11附接至散热器7的状态的侧视图。图3是示出了从图2中的箭头III所示的方向观察的半导体模块11的内部配置的平面图。图4是主要示出了半导体模块11中的电路与端子之间的关系的电路图。

半导体模块11包括引线框30和使引线框30成型的成型部20。引线框30是由具有高导电性和高导热性的材料(诸如铜板)制成的。半导体模块11整体上形成为板状。成型部20具有插入孔201、202。

用插入到插入孔201、202中的按压构件26、27将半导体模块11固定至作为热辐射构件的散热器7。例如，按压构件26、27是螺钉。以使得成型部20的一个长边205面向电源衬底3并且成型部20的另一长边206面向控制衬底4的方式将半导体模块11固定至散热器7。

尽管未被示出，但在面向散热器7的半导体模块11的表面上，引线框30的一部分从半导体模块11的成型部20暴露作为金属热辐射部。换句话说，根据本实施例的半导体模块11是半成型的。半导体模块11的金属热辐射部经由热辐射片8与散热器7接触。因此，半导体模块11可以有效地辐射热。

如图3所示，引线框30包括作为传导构件的焊盘(land)31至41。焊盘31至35设置在按压构件26周围，而焊盘36至41设置在按压构件27周围。

焊盘31包括基部311、突出部312以及电源端子313。在图3中，基部311与突出部312之间的边界和基部311与电源端子313之间的边界由虚线示出。其他焊盘中的边界也由虚线示出。基部311具有大致矩形的形状，并且电源继电器56安装在基部311上。电源继电器56的源极形成在与基部311相对的上表面上。电源继电器56的漏极形成在面向基部311的表面上并且与基部311连接。电源继电器56的栅极通过导线连接至栅极端子475。当栅极信号经由栅极端子475从控制衬底4传送至电源继电器56的栅极时，电源继电器56被接通/关断。电源继电器57的栅极、源极和漏极、开关元件61至66和电机继电器71至73的布置、以及栅极与栅极端子475之间的连接关系类似于电源继电器56。

突出部312从基部311的与按压构件26相邻的端部突出。电源端子313从基部311的与长边205相邻的端部突出。电源端子313经由电源衬底3连接至电池50的高电位侧。

焊盘32包括基部321、突出部322以及电源端子323。基部321具有大致矩形的形状，并且电源继电器57安装在基部321上。突出部322从基部321的与按压构件26相邻的端部突出。电源端子323从基部321的与长边205相邻的端部突出。电源端子323经由电源衬底3连接至逆变器部分60。

未安装的焊盘43包括基部431、突出部432以及控制端子434。突出部432从基部431的与按压构件26相邻的端部突出。控制端子434从基部431的与长边206相邻的端部突出并且连接至控制衬底4。在未安装的焊盘43上没有安装发热元件。因此，未安装的焊盘43不包括在本公开内容的传导构件的概念内。电源继电器56的源极、电源继电器57的源极以及未安装的焊盘43通过布线构件81连接。例如，布线构件81是铜夹。

焊盘33包括基部331、突出部332以及电源端子333。基部331具有大致矩形的形状，并且电机继电器71安装在基部331上。突出部332从基部331的与按压构件26相邻的端部突出。电源端子333从基部331的与长边205相邻的端部突出。电源端子333经由电源衬底3连接至电机5的U相绕组。

焊盘34包括基部341、突出部342以及电源端子343。基部341具有大致矩形的形状，并且开关元件61安装在基部341上。突出部342从基部341的与按压构件26相邻的端部突出。电源端子343经由电源衬底3连接至电源继电器部分55。

焊盘35包括基部351、突出部352以及控制端子354。基部351具有大致矩形的形状，并且开关元件64安装在基部351上。突出部352从基部351的与按压构件26相邻的端部突出。控制端子354从基部351的与长边206相邻的端部突出并且连接至控制衬底4。

电机继电器71的源极、开关元件61的源极以及连接至开关元件64的漏极的焊盘35通过布线构件82连接。开关元件64的源极经由分流电阻器74连接至接地端子441。接地端子441经由电源衬底3接地。

焊盘36包括基部361、突出部362以及电源端子363。基部361具有大致矩形的形状，并且电机继电器72安装在基部361上。突出部362从基部361的与按压构件27相邻的端部突出。电源端子363从基部361的与长边205相邻的端部突出。电源端子363经由电源衬底3连接至电机5的V相绕组。

焊盘37包括基部371、突出部372以及电源端子373。基部371具有大致矩形的形状，并且开关元件62安装在基部371上。突出部362从基部371的与按压构件27相邻的端部突出。电源端子373从基部371的与长边205相邻的端部突出。电源端子373经由电源衬底3连接至电源继电器部分55。

焊盘38包括基部381、突出部382以及控制端子384。基部381具有大致矩形的形状，并且开关元件65安装在基部381上。突出部382从基部381的与按压构件27相邻的端部突出。控制端子384从基部381的与长边206相邻的端部突出并且连接至控制衬底4。

电机继电器72的源极、开关元件62的源极以及连接至开关元件65的漏极的焊盘38通过布线构件83连接。开关元件65的源极经由分流电阻器75连接至接地端子442。接地端子442经由电源衬底3接地。

焊盘39包括基部391、突出部392以及电源端子393。基部391具有大致矩形的形状，并且电机继电器73安装在基部391上。突出部392从基部391的与按压构件27相邻的端部突出。电源端子393从基部391的与长边205相邻的端部突出。电源端子393经由电源衬底3连接至电机5的W相绕组。

焊盘40包括基部401、突出部402以及电源端子403。基部401具有大致矩形的形状，并且开关元件63安装在基部401上。突出部402从基部401的与按压构件27相邻的端部突出。电源端子403从基部401的与长边205相邻的端部突出。电源端子403经由电源衬底3连接至电源继电器部分55。

焊盘41包括基部411、突出部412以及控制端子414。基部411具有大致矩形的形状，并且开关元件66安装在基部411上。突出部412从基部411的与按压构件27相邻的端部突出。控制端子414从基部411的与长边206相邻的端部突出并且连接至控制衬底4。

电机继电器73的源极、开关元件63的源极以及连接至开关元件66的漏极的焊盘41通过布线构件84连接。开关元件66的源极经由分流电阻器76连接至接地端子443。接地端子443经由电源衬底3接地。

电源端子313、323、343、363、373、393、403、441至443从成型部20的长边205突出并且连接至电源衬底3。在本实施例中，电源端子313的顶端比电源端子313的底端窄。然而，电源端子313可以具有任意形状。其他电源端子323、333、343、363、373、393、403、441至443也可以具有任意形状。控制端子354、384、414、434从成型部20的长边206突出并且连接至控制衬底4。控制端子354、384、414、434比电源端子313、323、333、343、363、373、393、403、441至443窄。

在本实施例中，对应于发热元件的电源继电器56、57、开关元件61、64以及电机继电器71被设置在按压构件26周围。另外，开关元件62、63、65、66和电机继电器72、73被设置在按压构件27周围。

使用按压构件26、27将半导体模块11固定至散热器7。在越靠近按压构件26、27的位置处，半导体模块11与散热器7之间的施加压力越大，而在越远离按压构件26、27的位置处，施加压力越小。换句话说，在越靠近按压构件26、27的位置处，半导体模块11与散热器7之间的接触程度和热辐射特性越高，而在越远离按压构件26、27的位置处，接触程度和热辐射特性越低。

因此，从热辐射特性方面考虑，优选的是靠近按压构件26、27设置诸如电源继电器56、57、开关元件61至66以及电机继电器71至73的发热元件。具体地，优选的是将所有发热元件设置在图3中的点划线所示的热辐射可能区域R1中，在该热辐射可能区域R1中借助于按压构件26、27的施加压力等于或大于预定压力。

另一方面，在如本实施例中一样多个发热元件(例如，三个或更多个发热元件)相对于按压构件26、27中的一个按压构件设置的情况下，存在由于布局的限制而不能将所有发热元件设置在热辐射可能区域R1中的可能性。如图3所示，在本实施例中，除了开关元件61、62以外的发热元件被设置在热辐射可能区域R1外部。

按压构件可以被添加到下述位置：其中，接触程度不足以使得安装有电源继电器56、57、开关元件61至66以及电机继电器71至73的区域中的施加压力等于或大于预定压力。然而，如果添加按压构件，则由于还添加了按压构件所插入的插入孔，所以部件的数量增加并且半导体模块11的尺寸增加。

因此，本实施例关注下述方面：如果焊盘31的至少一部分的表面压力等于或大于预定压力，并且其上安装有作为设置在热辐射可能区域R1外部的发热元件的电源继电器56的焊盘31的至少一部分包括在热辐射可能区域R1中，则可以确保热辐射特性。具体地，突出部312从焊盘31的基部311的与按压构件26相邻的端部突出，并且突出部312的一部分包括在热辐射可能区域R1中。换句话说，由于形成突出部312，所以焊盘31的一部分包括在热辐射可能区域R1中。

焊盘31由具有高导电性和高导热性的材料制成。因此，当焊盘31的至少一部分包括在热辐射可能区域R1中时，即使在安装在焊盘31上的电源继电器56被设置在热辐射可能区域R1外部时，由电源继电器56产生的热经由焊盘31被传递，并且可以从借助于按压构件26的施加压力大的位置向散热器7有效地辐射热。在越靠近按压构件26的位置处，借助于按压构件26的施加压力越大，并且突出部312从基部311的与按压构件26相邻的端部突出。因此，突出部312被设置在借助于按压构件26的施加压力较大的位置处。因此，可以高效地辐射由电源继电器56产生的热。

另外，焊盘31中的突出部312的面积小于基部311的面积。由于热辐射可能区域R1中的突出部312的面积较小，所以多个发热元件可以被设置在按压构件26周围，并且可以减小半导体模块11的尺寸。这同样适用于其他焊盘32至41。

另外，对应于按压构件26设置的所有焊盘31、32、33、34、35分别具有突出部312、322、332、342、352。突出部312、322、332、342、352被形成为围绕按压构件26。类似地，对应于按压构件27设置的所有焊盘36、37、38、39、40、41分别具有突出部362、372、382、392、402、412。突出部362、372、382、392、402、412被形成为围绕按压构件27。因此，在与按压构件26、27中的每个按压构件对应的热辐射可能区域R1中，在很大程度上可以确保其上可以安装发热元件的焊盘31至41的面积。因此，可以相对于按压构件26、27中的每个按压构件设置多个发热元件。相应地，可以减小半导体器件10的尺寸。

在本实施例中，使用两个按压构件26、27将半导体模块11固定至散热器7。由于借助于两个按压构件26、27的施加压力作用于两个按压构件26、27之间的区域上，所以在两个按压构件26、27之间的区域处的施加压力相对大。设置在按压构件26、27之间的区域中的开关元件61、62完全包括在热辐射可能区域R1中。因此，并不总是需要在其上安装有开关元件61的焊盘34中的突出部342和在其上安装有开关元件62的焊盘37中的突出部372。即使在开关元件61、62完全包括在热辐射可能区域R1中的情况下，当突出部342、372形成在施加压力较大的位置处时，可以高效地辐射热。

发热元件的一部分可以包括在热辐射可能区域R1中。在这种情况下，其上安装有发热元件的焊盘的一部分包括在热辐射可能区域R1中。因此，并不总是需要突出部。然而，优选的是形成突出部以使得焊盘被设置在施加压力较大的位置处。

限定热辐射可能区域R1的预定压力是下述压力：其可以使半导体模块11经由热辐射片8与散热器7紧密接触以达到使得热辐射能够从电源继电器56、57、开关元件61至66以及电机继电器71至73到散热器7的程度。例如，当热辐射片8包括空气层时，预定压力可以是可以压缩空气层的压力。预定压力取决于半导体模块11的平坦度(flatness)、散热器7的平坦度、热辐射片8的配置等，并且可以适当地设定预定压力。

如上所述，根据本实施例的半导体器件10包括半导体模块11和按压构件26、27。半导体模块11包括：通过通电而发热的发热元件56、57、61至66、71至73；焊盘31至41，每个焊盘均安装有发热元件56、57、61至66、71至73中的至少一个发热元件；以及成型部20，使发热元件56、57、61至66、71至73和焊盘31至41一体成型。

按压构件26、27将半导体模块11按压至散热器7。在本实施例中，安装有设置在热辐射可能区域R1外部的发热元件56、57、63至66、71至73的焊盘31、32、33、35、36、38、39、40、41中的每个焊盘均具有下使得焊盘31、32、33、35、36、38、39、40、41中的每个焊盘的一部分包括在热辐射可能区域R1中的形状，在热辐射可能区域R1中借助于按压构件26、27的施加压力等于或大于预定压力。

由设置在热辐射可能区域R1外部的发热元件56、57、63至66、71至73产生的热经由其上安装有发热元件56、57、63至66、71至73的焊盘31、32、33、35、36、38、39、40、41被传递，并且从热辐射可能区域R1辐射至散热器7。由于可以有效地辐射由设置在热辐射可能区域R1外部的发热元件56、57、63至66、71至73产生的热，所以可以相对于按压构件26、27设置多个发热元件56、57、61至66、71至73，并且可以减小半导体模块11的尺寸。另外，与所有发热元件56、57、61至66、71至73设置在热辐射可能区域R1中的情况相比，可以增加布局的灵活性。此外，可以减少按压构件的数量，并且可以减少附接按压构件所需的工艺的数量。

焊盘31包括其上安装有发热元件56的基部311以及从基部311的与按压构件26相邻的端部突出的突出部312。由于突出部312从基部311的与按压构件26相邻的端部向按压构件26突出，所以突出部312的至少一部分包括在热辐射可能区域R1中。

在突出部312被形成为朝向按压构件26突出的情况下，突出部312可以被设置在借助于按压构件26的施加压力较大的位置处。因此，由发热元件56产生的热可以高效地经由焊盘31辐射至散热器7。这同样适用于其他焊盘32至41。

所有焊盘31至41分别包括突出部312、322、332、342、352、362、372、382、392、402、412。具体地，突出部312、322、332、342、352被设置成围绕按压构件26，而突出部362、372、382、392、402、412被设置成围绕按压构件27。因此，多个焊盘31至41可以被设置在热辐射可能区域R1中，并且多个发热元件56、57、61至66、71至73可以被设置成能够辐射热。

另外，焊盘31中的突出部312的面积小于基部311的面积。由于突出部312的面积在能够进行热辐射的范围内减小，所以可以相对于按压构件26、27设置多个焊盘31至41。因此，可以相对于按压构件26、27设置多个发热元件56、57、61至66、71至73，以使其能够辐射热，并且可以减小半导体模块11的尺寸。

在本实施例中，一个发热元件56被安装在基部311中。因此，可以高效地辐射由发热元件56产生的热。这同样适用于其他焊盘31至41。

(第二实施例)

将参照图5来描述根据本公开内容的第二实施例的半导体模块12。半导体模块12与根据第一实施例的半导体模块11的不同之处在于焊盘的形状。通常，对于构成逆变器部分60的电机继电器71至73和开关元件61至66的热值而言，电机继电器71至73的热值是最大的，其次是设置在高电位侧的开关元件61至63的热值，以及设置在低电位侧的开关元件64至66的热值是最小的。因此，在本实施例中，增大在安装有具有大热值的发热元件的焊盘中的突出部的面积以增大热辐射效率。

如图5所示，在其上安装有电机继电器71的焊盘33中的突出部335从基部331的与按压构件26相邻的端部突出。另外，在其上安装有开关元件61的焊盘34中的突出部345从基部341的与按压构件26相邻的端部突出。在其上安装有开关元件64的焊盘35中的突出部352类似于根据第一实施例的突出部352。由于电机继电器71的热值、开关元件61的热值以及开关元件64的热值依次减小，所以突出部335的面积、突出部345的面积、突出部352的面积依次减小。

类似地，在其上安装有电机继电器72的焊盘36中的突出部365从基部361的与按压构件27相邻的端部突出。另外，在其上安装有开关元件62的焊盘37中的突出部375从基部371的与按压构件27相邻的端部突出。在其上安装有开关元件65的焊盘38中的突出部382类似于根据第一实施例的突出部382。由于电机继电器72的热值、开关元件62的热值以及开关元件65的热值依次减小，所以突出部365的面积、突出部375的面积、突出部382的面积依次减小。

类似地，在其上安装有电机继电器73的焊盘39中的突出部395从基部391的与按压构件27相邻的端部突出。在其上安装有开关元件63的焊盘40中的突出部405从基部401的与按压构件27相邻的端部突出。在其上安装有开关元件66的焊盘41中的突出部412类似于根据第一实施例的突出部412。由于电机继电器73的热值、开关元件63的热值以及开关元件66的热值依次降低，所以突出部395的面积、突出部405的面积、突出部412的面积依次减小。在本实施例中，突出部335、345、365、375、395、405中的每个突出部都具有阶梯形状。

在本实施例中，根据安装在焊盘上的发热元件的热值来设定焊盘中的突出部的面积。因此，可以高效地辐射由发热元件产生的热。此外，可以获得与上述实施例相同的效果。

(第三实施例)

将参照图6和图7来描述根据本公开内容的第三实施例的半导体模块13。如图6所示，在半导体模块13中，逆变器部分60被模块化为一个模块。电源继电器部分和电机继电器部分可以被模块化为其他模块，或者可以被省略。

半导体模块13包括引线框500以及使引线框500成型的成型部21。引线框500是由具有高导电性和高导热性的材料(诸如铜板)制成的。半导体模块13整体上形成为板状。成型部21具有插入孔211。利用插入到插入孔211中的一个按压构件28将半导体模块13固定至散热器7。例如，按压构件28是类似于按压构件26、27的螺钉。

引线框500包括作为传导构件的焊盘501至506。在本实施例中，焊盘501至506设置在按压构件28周围。焊盘501包括基部511、突出部512、电源端子513以及控制端子514。开关元件61安装在基部511上。焊盘502包括基部521、突出部522以及电源端子523。开关元件62安装在基部521上。焊盘503包括基部531、突出部532以及电源端子533。开关元件63被安装成横跨基部531和突出部532。

焊盘504包括基部541、突出部542以及电源端子543。开关元件64安装在基部541上。焊盘505包括基部551、突出部552以及电源端子553。开关元件65安装在基部551上。焊盘506包括基部561、突出部562、电源端子563以及控制端子564。开关元件65安装在基部561上。

焊盘501中的基部511具有大致矩形的形状，并且突出部512从基部511的与按压构件26相邻的端部突出。突出部512的面积小于基部511的面积。这同样适用于其他焊盘502至506。

电源端子513、523、533经由电源衬底3连接至电池50的高电位侧。电源端子543经由电源衬底3连接至电机5的U相绕组。电源端子553经由电源衬底3连接至电机5的V相绕组。电源端子563经由电源衬底3连接至电机5的W相绕组。

开关元件61的源极通过布线构件181连接至焊盘504。开关元件62的源极经由布线构件182连接至焊盘505中的电源端子553。开关元件63的源极经由布线构件183连接至焊盘506中的电源端子563。

开关元件64的源极通过分流电阻器184连接至接地端子571。开关元件65的源极通过分流电阻器185连接至接地端子572。开关元件66的源极通过分流电阻器186连接至接地端子572。接地端子571至573经由电源衬底3接地。接地端子572、573与控制端子574、575一体成型。控制端子514、564、574、575连接至控制衬底4。

在本实施例中，构成逆变器部分60的开关元件61至66是发热元件。在其上安装有开关元件61至66的焊盘501至506中的每个焊盘的至少一部分包括在借助于按压构件28的施加压力等于或大于预定压力的热辐射可能区域R3中。在本实施例中，用于将半导体模块13固定至散热器7的按压构件28的数量为一个。因此，热辐射可能区域R3是大致圆形的区域。通过切换构成逆变器部分60的开关元件61至66而产生的热从与一个按压构件28对应的热辐射可能区域R3辐射。因此，可以有效地辐射由开关元件61至66产生的热。另外，可以减小构成逆变器部分60的半导体模块13的尺寸。此外，可以获得与上述实施例相同的效果。

(第四实施例)

将参照图8和图9来描述根据本公开内容的第四实施例的半导体模块14。本实施例是第三实施例的变型。设置焊盘508来替代焊盘501至503，并且设置焊盘509来替代焊盘504。其他焊盘505、506类似于根据第三实施例的焊盘505、焊盘506。如图8所示，半导体模块14中的引线框510包括焊盘505、506、508、509。焊盘505、506、508、509被设置在按压构件28周围。

焊盘508包括基部581、突出部582以及电源端子583。开关元件61至63安装在焊盘508上。具体地，开关元件61、62安装在基部581上，而开关元件63被安装成横跨基部581和突出部582。在本实施例中，开关元件61至63的漏极处于相同电位。因此，开关元件61至63安装在一个焊盘508上。突出部582是通过在焊盘508的与按压构件28相邻的端部设置弧形切口部584而形成的。焊盘509包括基部591、突出部592、电源端子593以及控制端子594。开关元件64安装在基部591上。

焊盘508中的基部581具有大致矩形的形状，并且突出部582从基部581的与按压构件28相邻的端部突出。突出部582的面积小于基部581的面积。这同样适用于焊盘509。

电源端子583经由电源衬底3连接至电池50的高电位侧。电源端子593经由电源衬底3连接至电机5的U相绕组。开关元件61的源极通过布线构件191连接至焊盘509中的电源端子593。开关元件62的源极通过布线构件192连接至焊盘505中的电源端子553。开关元件63的源极通过布线构件193连接至焊盘506中的电源端子563。

开关元件63的源极通过分流电阻器194连接至接地端子576。开关元件65的源极通过分流电阻器195连接至接地端子577。开关元件66的源极通过分流电阻器196连接至接地端子577。接地端子576、577经由电源衬底3接地。开关元件65、66共用接地端子577。接地端子577与控制端子578一体成型。控制端子578、594连接至控制衬底4。

在其上安装有开关元件61至66的焊盘505、506、508、509中的每个焊盘的至少一部分包括在借助于按压构件28的施加压力等于或大于预定压力的热辐射可能区域R4中。在本实施例中，多于一个的发热元件61至63被安装在焊盘508上。因此，可以减小半导体模块14的尺寸。另外，可以减少端子的数量。此外，可以获得与上述实施例相同的效果。

(第五实施例)

将参照图10和图11来描述根据本公开内容的第五实施例的半导体模块15。如图10所示，在半导体模块15中，电源继电器部分55和逆变器部分60被模块化为一个模块。电机继电器部分可以被模块化为其他模块或者可以被省略。半导体模块15中的引线框600包括焊盘601至608。

焊盘601包括基部611、突出部612以及电源端子613。电源继电器56安装在基部611上。焊盘602包括基部621、突出部622以及电源端子623。电源继电器57安装在基部621上。

焊盘603包括基部631、突出部632以及电源端子633。开关元件61安装在基部631上。焊盘604包括基部641、突出部642以及电源端子643。开关元件62安装在基部541上。焊盘605包括基部651、突出部652以及电源端子653。开关元件63安装在基部651上。

焊盘606包括基部661、突出部662、电源端子663以及控制端子664。开关元件64安装在基部661上。焊盘607包括基部671、突出部672以及电源端子673。开关元件65安装在基部671上。焊盘608包括基部681、突出部682、电源端子683以及控制端子684。开关元件66安装在基部681上。

焊盘601中的基部612具有大致矩形的形状，并且突出部612从基部611的与按压构件28相邻的端部突出。突出部612的面积小于基部611的面积。这同样适用于其他焊盘602至608。

电源继电器56的源极和电源继电器57的源极通过布线构件261连接。开关元件61的源极通过布线构件262连接至在其上安装有开关元件65的焊盘607中的电源端子673。开关元件62的源极通过布线构件263连接至在其上安装有开关元件64的焊盘606中的电源端子663。开关元件63的源极通过布线构件264连接至在其上安装有开关元件66的焊盘608中的电源端子683。

开关元件64的源极通过分流电阻器265连接至接地端子691。开关元件65的源极通过分流电阻器266连接至接地端子692。开关元件66的源极通过分流电阻器267连接至接地端子693。接地端子691至693经由电源衬底3接地。接地端子691至693分别与控制端子694至696一体成型。

电源端子613经由电源衬底3连接至电池50的高电位侧。电源端子623连接至逆变器部分60。电源端子633、643、653经由电源衬底3连接至电源继电器部分55。接地端子691至693经由电源衬底3接地。电源端子663经由电源衬底3连接至电机5的U相绕组。电源端子673经由电源衬底3连接至电机5的V相绕组。电源端子683经由电源衬底3连接至电机5的W相绕组。控制端子664、684、694至696连接至控制衬底4。

在本实施例中，构成逆变器部分60的开关元件61至66和连接在逆变器部分60与电池50之间的电源继电器56、57是发热元件。在其上安装有开关元件61至66和电源继电器56、57的焊盘601至608中的每个焊盘具有使得焊盘601至608中的每个焊盘的至少一部分包括在与一个按压构件28对应的热辐射可能区域R5中的形状。

在本实施例中，通过切换构成逆变器部分60的开关元件61至66和电源继电器56、57产生的热从与一个按压构件28对应的热辐射可能区域R5辐射。因此，可以有效地辐射由开关元件61至66和电源继电器56、57产生的热。另外，可以减小半导体模块15的尺寸。此外，可以获得与上述实施例相同的效果。

(第六实施例)

将参照图12和图13来描述根据本公开内容的第六实施例的半导体模块16。本实施例是第五实施例的变型，并且设置焊盘701来替代焊盘601、603、604、605。其他焊盘602、606至608类似于根据第五实施例的焊盘602、606至608。如图12所示，半导体模块16中的引线框610包括焊盘602、606、607、608、701。焊盘602、606、607、608、701被设置在按压构件28周围。

焊盘701包括基部711、突出部712以及电源端子713。电源继电器56和开关元件61至63安装在焊盘701上。具体地，开关元件61、63安装在基部711上，并且电源继电器56和开关元件62被设置成横跨基部711和突出部712。由于开关元件61至63和电源继电器56的漏极处于相同电位，所以电源继电器56和开关元件61至63安装在一个焊盘701上。突出部712是通过在焊盘701的与按压构件28相邻的端部设置弧形切口部714而形成的。

焊盘701中的基部711具有大致矩形的形状，并且突出部712从基部711的与按压构件28相邻的端部突出。电源端子713经由电源衬底3连接至电池50的高电位侧。在其上安装有电源继电器56、57和开关元件61至66的焊盘602、606、607、608、609、701中的每个焊盘的至少一部分包括在借助于按压构件28的施加压力等于或大于预定压力的热辐射可能区域R6中。在本实施例中，多于一个的发热元件56、61至63安装在焊盘701上。因此，可以减小半导体模块16的尺寸。另外，可以减少端子的数量。此外，可以获得与上述实施例相同的效果。

(第七实施例)

将参照图14和图15来描述根据本公开内容的第七实施例的半导体模块17。半导体模块17应用于作为负载的具有电刷的电机6。如图15所示，逆变器部分160包括构成H桥式电路的四个开关元件161至164。开关元件161、162被设置于H桥式电路的高电位侧。开关元件163、164被设置于H桥式电路的低电位侧。

电机继电器部分170包括作为负载继电器的电机继电器171、172。电机继电器171连接在开关元件161、163的连接点与电机6的绕组之间。电机继电器172连接在开关元件162、164的连接点与电机6的绕组之间。电源继电器部分55类似于根据第一实施例的电源继电器部分55并且被设置在电池50与逆变器部分160之间。

类似于电源继电器56、57，电机继电器171、172和开关元件161至164中的每一个均是MOSFET。在本实施例中，电源继电器56、57、开关元件161至164以及电机继电器171、172是发热元件。

如图14所示，半导体模块17中的引线框800包括焊盘801至808。焊盘801包括基部811、突出部812以及电源端子813。电源继电器56安装在基部811上。焊盘802包括基部821、突出部822以及电源端子823。电源继电器57安装在基部821上。

焊盘803包括基部831、突出部832以及电源端子833。开关元件161安装在基部831上。焊盘804包括基部841、突出部842以及电源端子843。开关元件162安装在基部841上。焊盘805包括基部851、突出部852以及控制端子854。开关元件163安装在基部851上。焊盘806包括基部861、突出部862以及控制端子864。开关元件164安装在基部861上。

焊盘807包括基部871、突出部872以及电源端子873。电机继电器171安装在基部871上。焊盘808包括基部881、突出部882以及电源端子883。电机继电器172安装在基部881上。

焊盘801中的基部811具有大致矩形的形状，并且突出部812从基部811的与按压构件28相邻的端部突出。突出部812的面积小于基部811的面积。这同样适用于其他焊盘802至808。

电源继电器56的源极和电源继电器57的源极通过布线构件281连接。电机继电器171的源极、开关元件161的源极以及焊盘805通过布线构件282连接。电机继电器172的源极、开关元件162的源极以及焊盘806通过布线构件283连接。开关元件163的源极通过布线构件284连接至接地端子891。开关元件164的源极通过布线构件285连接至接地端子892。

电源端子813连接至电池50的高电位侧。电源端子833、843连接至电源继电器部分55。电源端子873、883连接至电机6的绕组。接地端子891、892以及电源端子823接地。控制端子854、864连接至控制衬底4。

在本实施例中，构成逆变器部分160的开关元件161至164、连接在逆变器部分160与电池50之间的电源继电器56、57以及连接在逆变器部分160与电机6之间的电机继电器171、172是发热元件。在其上安装有开关元件161至164、电源继电器56、57以及电机继电器171、172的焊盘801至808中的每个焊盘具有使得焊盘801至808中的每个焊盘的至少一部分包括在与一个按压构件28对应的热辐射可能区域R7中的形状。

在本实施例中，通过切换构成逆变器部分160的开关元件161至166、电源继电器56、57以及电机继电器171、172产生的热从与一个按压构件28对应的热辐射可能区域R7辐射。因此，可以有效地辐射由开关元件161至166、电源继电器56、57以及电机继电器171、172产生的热。另外，可以减小半导体模块17的尺寸。因此，可以获得与上述实施例相同的效果。

(第八实施例)

将参照图16和图17来描述根据本公开内容的第八实施例的半导体模块18。类似于第七实施例，半导体模块18应用于具有电刷的电机6。如图17所示，本实施例与第七实施例的不同之处在于，省略了电机继电器部分。电机继电器部分可以被模块化为其他模块或者可以被省略。

如图16所示，半导体模块18中的引线框900包括焊盘901至906。焊盘901包括基部911、突出部912以及电源端子913。电源继电器56安装在基部911上。焊盘902包括基部921、突出部922以及电源端子923。电源继电器57安装在基部921上。

焊盘903包括基部931、突出部932以及电源端子933。开关元件161安装在基部931上。焊盘904包括基部941、突出部942以及电源端子943。开关元件162安装在基部941上。焊盘905包括基部951、突出部952、电源端子953以及控制端子954。开关元件163安装在基部951上。焊盘906包括基部961、突出部962、电源端子963以及控制端子964。开关元件164安装在基部961上。

焊盘901中的突出部912从基部911的与按压构件28相邻的端部突出。突出部912的面积小于基部911的面积。这同样适用于其他焊盘902至906。

电源继电器56的源极和电源继电器57的源极通过布线构件291连接。开关元件161的源极和焊盘905通过布线构件292连接。开关元件162的源极和焊盘906通过布线构件293连接。开关元件163的源极通过布线构件294连接至接地端子971。开关元件164的源极通过布线构件295连接至接地端子972。

电源端子913连接至电池50的高电位侧。电源端子933、943连接至电源继电器部分55。电源端子953、963连接至电机6的绕组。接地端子971、972以及电源端子923接地。控制端子954、964连接至控制衬底4。

在本实施例中，构成逆变器部分160的开关元件161至166和连接在逆变器部分160与电池50之间的电源继电器56、57是发热元件。在其上安装有开关元件161至164和电源继电器56、57的焊盘901至906中的每个焊盘具有使得焊盘901至906中的每个焊盘的至少一部分包括在与一个按压构件28对应的热辐射可能区域R8中的形状。

在本实施例中，通过切换构成逆变器部分160的开关元件161至166和电源继电器56、57产生的热从与一个按压构件28对应的热辐射可能区域R8辐射。因此，可以有效地辐射由开关元件161至164和电源继电器56、57产生的热。另外，可以减小半导体模块18的尺寸。此外，可以获得与上述实施例相同的效果。

(其他实施例)

构成逆变器部分中的每个相电路的开关元件、电源继电器部分以及电机继电器部分的布置、引线框的形状等不限于上述实施例的布置和形状。在上述实施例中，突出部主要形成为大致矩形的形状。第二实施例中的突出部被形成为阶梯形状，以及第四实施例和第六实施例中的突出部被形成为具有弧形部。然而，在另一实施例中的突出部可以具有任意形状。在上述实施例中，基部被形成为大致矩形的形状。然而，另一实施例中的基部可以具有任意形状。

在上述实施例中，按压构件是螺钉。在另一实施例中，按压构件可以具有其他配置，诸如弹簧。在本情况下，成型部不具有插入孔。在按压构件由弹簧形成的情况下，优选的是对在上述实施例中半导体模块的设置螺钉的一部分进行按压，而不是对半导体模块的整个区域进行按压。在这种情况下，与按压半导体模块的整个区域的情况相比，可以简化弹簧的设计。考虑到发热元件的可靠性，优选的是将发热元件设置在距借助于弹簧的施加压力直接作用的位置预定距离的位置处。

在上述实施例中，相对于一个按压构件设置五个、六个或八个焊盘。在另一实施例中，相对于一个按压构件设置的焊盘的数量可以是三以上的任意数量。

在上述实施例中，一个、三个或四个发热元件安装在作为传导构件的一个焊盘上。在另一实施例中，安装在一个焊盘上的发热元件的数量可以是任意数量。

例如，包括电源继电器、开关元件以及电机继电器的第一实施例中的十个发热元件可以相对于一个按压构件设置。

在上述实施例中，作为发热元件的电源继电器、开关元件以及电机继电器中的每一个都是MOSFET。在另一实施例中，电源继电器、开关元件以及电机继电器中的每一个可以具有其他配置，诸如IGBT。另外，在另一实施例中，发热元件可以是诸如电阻器、二极管或线圈的任何电子部件，只要发热元件可以安装在焊盘上即可。

根据上述实施例的半导体模块是半成型的，其中焊盘的一部分暴露于成型部外部作为金属热辐射部，并且经由热辐射片固定至散热器。在另一实施例中，可以使用热辐射凝胶来替代热辐射片。半导体模块可以是完全成型的，其中金属热辐射部没有被暴露。在这种情况下，可以省略热辐射片和热辐射凝胶。

在第一实施例至第六实施例中，在低电位侧的开关元件的源极经由分流电阻器接地。在另一实施例中，在低电位侧的开关元件的源极可以通过与布线构件类似的构件连接。在这种情况下，分流电阻器可以设置在半导体模块外部或者可以被省略。

根据上述实施例的电机驱动设备包括电源衬底和控制衬底。在另一实施例中，衬底的数量可以是一个。在上述实施例中，电源端子和接地端子经由电源衬底连接至电池的高电位侧、电机继电器、电机的绕组，或者接地。在另一实施例中，电源端子和接地端子可以不经由电源衬底而直接连接至电池的高电位侧、电机继电器、电机的绕组，或者接地。

在上述实施例中，半导体器件应用于电机驱动设备。在另一实施例中，半导体器件可以应用于除了电机驱动设备以外的设备。

虽然已参照本公开内容的实施例描述了本公开内容，但是应理解，公开内容并不限于这些实施例和结构。本公开内容旨在涵盖各种修改和等同布置。

Claims (7)

1.一种半导体器件(10)，包括：

半导体模块(11至18)，包括：通过通电而发热的多个发热元件(56，57，61至66，71至73，161至164，171，172)；三个或更多个传导构件(31至41，501至506，508，509，601至608，701，801至808，901至906)，每个传导构件均安装有至少一个所述发热元件；以及成型部(20，21)，使所述发热元件和所述传导构件一体成型，以及

按压构件(26，27，28)，将所述半导体模块按压至热辐射构件(7)，其中，

所述半导体模块具有借助于所述按压构件的施加压力等于或大于预定压力的热辐射可能区域，

所述传导构件中的至少一个传导构件包括其上安装有所述发热元件的基部和从所述基部的与所述按压构件相邻的端部突出的突出部，

每个所述传导构件均包括所述突出部，所述突出部设置在借助于所述按压构件的施加压力较大的位置处，并且所述突出部的一部分被包括在所述热辐射可能区域中。

2.根据权利要求1所述的半导体器件，其中，

所述突出部的面积小于所述基部的面积。

3.根据权利要求1或2所述的半导体器件，其中，

所述传导构件(31至41，501至506，509，601至608，801至808，901至906)中的至少一个传导构件安装有所述发热元件中的仅一个发热元件。

4.根据权利要求1或2所述的半导体器件，其中，

所述传导构件(508，701)中的至少一个传导构件安装有所述发热元件中的不止一个发热元件。

5.根据权利要求1或2所述的半导体器件，其中，

所述发热元件包括构成逆变器部分(60，160)的多个开关元件(61至66，161至164)，以及

安装有所述开关元件的所述传导构件(501至506，508，509)中的每个传导构件的所述突出部被设置在一个所述按压构件周围。

6.根据权利要求1或2所述的半导体器件，其中，

所述发热元件包括构成逆变器部分(60，160)的多个开关元件(61至66，161至164)和连接在所述逆变器部分与供电电源(50)之间的电源继电器(56，57)，以及

安装有所述开关元件和所述电源继电器的所述传导构件(601至608，701)中的每个传导构件的所述突出部被设置在一个所述按压构件周围。

7.根据权利要求1或2所述的半导体器件，其中，

所述发热元件包括构成逆变器部分(60)的多个开关元件(161至164)、连接在所述逆变器部分与供电电源(50)之间的电源继电器(56，57)以及连接在所述逆变器部分与负载(6)之间的负载继电器(171，172)，以及

安装有所述开关元件、所述电源继电器和所述负载继电器的所述传导构件中的每个传导构件的所述突出部被设置在一个所述按压构件周围。