CN1226758C - 电容器模块和使用电容器模块的半导体器件 - Google Patents

电容器模块和使用电容器模块的半导体器件 Download PDF

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Abstract

可以得到内置设有用于缓和热应力和陶瓷电容器本身的电致伸缩产生的应力的端子构件的陶瓷电容器，可以实现小型化、可靠性高的电容器模块和半导体器件。具有由开关元件和二极管构成的功率变换电路(31)、对电路(1)提供功率的正极导体(41)以及负极导体(43)、具有2个外部电极的陶瓷电容器(61)、连接到该外部电极的具有弹性的端子构件(68)、配置在外壳底部的放热板(71)、覆盖功率变换电路(31)的绝缘树脂(81)、与陶瓷电容器的一端子构件连接正极导体的正极连接导体(63)、与陶瓷电容器的另一端子构件连接负极导体的负极连接导体(64)和、支持陶瓷电容器的模布线板(62)。

Description

电容器模块和使用电容器模块的半导体器件
技术领域
本发明涉及电容器模块和使用电容器模块的半导体器件，特别是涉及在构成反相装置时使用的电容器模块和使用电容器模块的半导体器件。
背景技术
反相器广用于各种民生用或产业用的电气设备。例如，交流电动机推进的电动车和、发动机和交流电动机推进的混合车中，如图20所示，在电动机和直流电源之间放置反相器101(以下，作为现有例1)。如图18的平面图和图19的截面图所示，反相器101由半导体器件102和配置在其外部的平滑用电容器110构成。平滑用电容器110是用于抑制直流电源的脉动电压变动的。半导体器件102利用搭载在绝缘基板125的开关元件120和二极管121将直流变换成交流，或相反将交流变换成直流，在使用3相交流电动机的情况下，由3个相，即U相140、V相141和W相142构成。绝缘基板125搭载在放热板160，放热板160固定在合成树脂性的外壳150。在外壳150插入形成用于内部布线的多个导体，该导体的一部分露出在外壳150的表面，形成直流侧的P端子130(正极端子)和N端子131(负极端子)以及交流侧的U端子132和V端子133和W端子134，同时通过在绝缘基板125的表面形成的未图示的布线图形和铝线与开关元件120和二极管121连接，构成图20所示的电路。在P端子130和N端子131连接有直流电源，在交流侧的U端子132、V端子133和W端子134连接有三相交流电动机。
如上所述，现有例1的半导体器件在构成反相器时，由于在半导体器件102的外部配置平滑用电容器110，所以平滑用电容器110和半导体器件102内部的开关元件120之间的布线路径长，从而电感变大，脉冲电压变大，因此必需提高元件耐压性，所以成本变高。另外，由于电感变大，为了抑制直流电源的脉动电压需要增大平滑用电容器110的静电容量，从而导致平滑用电容器110的大型化、进而导致反相器101的大型化。
另外，由于作为静电容量大的电容器，一般使用圆筒形等电解电容器，所以难以有效利用空间，阻碍反相器101的小型化。
因此，通过对平滑用电容器采用陶瓷电容器来实现小型化，例如在特开平10-304680号公报公开了在半导体器件内部的开关元件附近设置的结构(以下，作为现有例2)。图21～图23示出在该公报记载的现有的功率变换装置的结构。
有关特开平10-304680号公报公开的功率变换装置的实施例中，对平滑用电容器采用陶瓷电容器C。如图21所示，(a)表示反相器210的电路结构，(b)表示其实施状态，其中212表示直流电源(例如电池)、210表示反相器、214表示交流负载(例如电动机)、216表示控制电路、222表示控制基板、220表示支持体(例如外壳基板)、226表示开关元件基板(该开关元件基板也搭载电容器C)、218表示冷却构件(例如空冷和水冷)。如图21所示，上述陶瓷电容器C搭载在搭载有IGBT等的开关元件基板226上，利用与上述IGBT等公共的冷却部件218冷却。更具体说来，如图22所示，236P表示直流电源布线(+)、230N表示开关元件(例如Q2)、230P表示开关元件(例如Q1)、240表示连接导体(例如连结线)、238表示电绝缘材料、236N表示直流电源布线(-)、234表示输出布线(例如U相)、228表示基板(冷却构件或与之热导通)。如图22所示，正侧和负侧的直流侧电源布线(以下，称为P极(正极)导体236P、N极(负极)导体236N)之间横向配置略长方体形状的陶瓷电容器C，或如图23所示，纵向配置陶瓷电容器C。另外，可以由并列连接的3个陶瓷电容器实现平滑电容器，对每个相设置1个。
作为平滑用电容器采用陶瓷电容器的优点之一是与电解电容器相比内部电阻低，可以将在现有中为了吸收脉动电压设定得较大的静电容量设定成平滑所需的静电容量。具体说来，现有中需要十几毫法拉的静电容量的平滑用电容器可以设为几百微法拉，其结果，可以小型化平滑用电容器。
上述结构中存在的问题是P极导体236P以及N极导体236N与陶瓷电容器C的连接方法，例如作为上述公报例举出的搭载在电动车的反相器装置中，考虑如上述公报记载那样，用3个并列连接的陶瓷电容器构成平滑用电容器的情况。
上述公报中，通过作为平滑用电容器采用陶瓷电容器，可以将平滑所需的静电容量设成几百微法拉，但为了如上述公报记载那样用3个并列连接的陶瓷电容器实现该静电容量，1个陶瓷电容器的外形尺寸至少为几十毫角。
另外，上述公报中没有具体说明P极导体236P以及N极导体236N与陶瓷电容器C的连接方法，但从图22和图23看出，P极导体236P以及N极导体236N与陶瓷电容器C是面和面对置连接。考虑到搭载在电动车，该连接面需要在有振动的情况下也可以维持可靠连接，不仅仅是接触，而是需要固定牢固。另外，为了通过接触可以可靠连接，需要对连接面施加相当大的接触压力，但从上述公报的记载看，没有对连接面施加接触压力，假设连接面牢固。
另外，为了最大限度灵活运用陶瓷电容器的静电容量，需要尽可能均匀陶瓷电容器内部的电流分布。为此，P极导体236P以及N极导体236N需要在陶瓷电容器的外部电极的几乎整个面连接，或将连接部几乎均匀分布到陶瓷电容器的整个外部电极。
另外，陶瓷电容器连接的P极导体236P以及N极导体236N的材料一般采用电传导率高、价廉的铜等金属。
从上述原因，为了实现上述公报的现有例，需要用几十毫角的面积连接如陶瓷和金属那样线彭胀系数不同的材料。此时，在该接合部一定产生相当大的热应力。例如，在上述公报中作为例子举出的搭载在电动车的反相器的情况下，使用温度范围一般是-40度至125度，而且由于该温度差重复作用，所以产生的热应力肯定会给接合部或陶瓷电容器本身带来较大损坏。
另外，将作为电介质使用如钛酸钡类陶瓷的层积陶瓷电容器在特别高电压和高频区域使用的情况下，通过电容器本身具有的电介质的压电现象容易产生电致伸缩，特别是在大容量的层积陶瓷电容器产生大的电致伸缩。在像这样产生电致伸缩的情况下，如上述公报的现有例，若对置面和面使连接部件与外部电极接合，则电容器本身的电致伸缩引起的变位受连接构件的较大拘束，电致伸缩引起的应力难以消失，从而破坏陶瓷电容器。
但是，特开平10-304680号公报公开的结构中完全没有考虑这些热和电致伸缩引起的应力。
在特开2000-223355号公报和特开2000-235931号公报记载了为了避免上述的热应力和电致伸缩，在陶瓷电容器的外部电极设置由金属板构成的端子构件，利用该端子构件的弹性带来的变形来缓和作用于接合部和陶瓷电容器本身的应力的结构(以下，作为现有例3和现有例4)。但是，在特开平10-304680号公报中没有记载适用具有这样的端子构件的陶瓷电容器，没有其适用方法。另外，特开2000-223355号公报和特开2000-235931号公报记载的陶瓷电容器假设连接到印刷基板等平面状构件，没有如特开平10-304680号公报的图22和图23所示的夹在对置的导体间，仍旧没有其适用方法。
另外，为了适用特开2000-223355号公报和特开2000-235931号公报记载的陶瓷电容器，在平面状配置了P极导体以及N极导体的情况下，陶瓷电容器成为横向配置状态。另外，横向配置指水平配置陶瓷电容器的面中的面积最大的面(以下，称为主平面)的状态。与此不同，也有纵向配置的方法，该纵向配置是指陶瓷电容器的主平面相对于设置面垂直配置的状态。在陶瓷电容器成为几十毫角的情况下，若横向配置，则大型化半导体器件。为了避免大型化，需要纵向配置陶瓷电容器或配置在功率变换电路的上部，但将特开2000-223355号公报和特开2000-235931号公报记载的陶瓷电容器横向配置以外的状态难以与平面状配置的P极导体以及N极导体连接，电容器的配置没有自由度。
另外，在特开平10-304680号公报中，如图23所示，即使竖立P极导体以及N极导体的一部分，要与陶瓷电容器的垂直面接合，可以用一些方法来连接和固定陶瓷电容器，但由于需要改变半导体器件的方向并水平保持陶瓷电容器连接的部分等，所以作业变得复杂，半导体器件的成本上升。
另外，陶瓷电容器和端子构件是焊接的，端子构件和P极导体以及N极导体连接时，若采用与陶瓷电容器和端子构件的连接部相同的焊锡，则陶瓷电容器和端子构件的连接部的焊锡熔化，接合位置偏移，会使陶瓷电容器和端子构件分解。
如上所述，现有例1中，由于平滑用电容器和开关元件间的布线路径长，所以电感变大，需要增大平滑用电容器的静电容量，从而大型化平滑用电容器。因此，现有例2中，通过使用陶瓷电容器来实现小型化，但由于P极导体以及N极导体与陶瓷电容器是面对面对置连接，所以在施加热应力和电致伸缩的应力的情况下，陶瓷电容器会因该应力而破坏。现有例3和现有例4中，暂时解决了应力问题，但在搭载到半导体器件等时电容器的配置没有自由度，势必导致装置的大型化。
发明内容
本发明是为了解决上述问题而提出的，其目的在于提供一种对作用于陶瓷电容器的热应力和陶瓷电容器本身的电致伸缩产生的应力抵抗力强，配置自由度高的电容器模块。
另外，通过使用该电容器模块，可以得到可靠生高、可小型化的半导体器件。
本发明是具有对置的主平面和对置的侧面，在上述对置的侧面设有外部电极的陶瓷电容器、与上述陶瓷电容器的各上述外部电极接合的具有导电性和弹性的端子构件、将上述陶瓷电容器的一侧的上述端子构件与设置在外部的正极导体连接的正极连接导体、将上述陶瓷电容器的另一侧的上述端子构件与设置在外部的负极导体连接的负极连接导体和、设有上述正极连接导体以及上述负极连接导体，同时支持上述陶瓷电容器的上述主平面的布线板的电容器模块。
在上述陶瓷电容器和上述布线板之间夹有具有柔软性的构件。
上述正极连接导体和上述负极连接导体分别与上述端子构件成为一体。
上述正极连接导体以及负极连接导体经绝缘层保持规定距离平行配置。
上述布线板由将上述正极连接导体以及负极连接导体模压作成一体的合成树脂构成。
与上述外部电极连接的上述端子构件与正极连接导体以及负极连接导体固相接合。
另外，本发明是具有由开关元件和二极管构成有多个相的功率变换电路、对上述功率变换电路的各相提供功率的正极导体以及负极导体、与上述正极导体以及上述负极导体连接的电容器模块、内置上述功率变换电路、上述正极导体、上述负极导体、以及上述电容器模块的外壳、配置在上述外壳的底部的放热板、至少覆盖上述功率变换电路的绝缘树脂的半导体器件，上述电容器模块具有对置的主平面和对置的侧面，在上述对置的侧面设有外部电极的陶瓷电容器、与上述陶瓷电容器的各上述外部电极接合的具有导电性和弹性的端子构件、将上述陶瓷电容器的一侧的上述端子构件与上述正极导体连接的正极连接导体、将上述陶瓷电容器的另一侧的上述端子构件与上述负极导体连接的负极连接导体和、设有上述正极连接导体和上述负极连接导体，同时支持上述陶瓷电容器的上述主平面的布线板的半导体器件。
在上述陶瓷电容器和上述布线板之间夹有具有柔软生的构件。
上述正极连接导体和上述负极连接导体与上述端子构件成为一体。
在上述外壳设有分离上述功率变换电路的区域和上述陶瓷电容器的区域的分割构件。
上述正极连接导体以及负极连接导体经绝缘层保持规定距离平行配置。
另外，上述布线板由将上述正极连接导体以及负极连接导体模压作成一体的合成树脂构成。
另外，与上述外部电极连接的上述端子构件与正极连接导体以及负极连接导体固相接合。
上述正极连接导体以及负极连接导体直接或经导电性连接构件用螺丝固定在上述正极导体以及负极导体。
上述正极连接导体以及负极连接导体直接或经导电性连接构件利用导电性黏合剂固定到上述正极导体以及负极导体。
上述正极连接导体以及负极连接导体直接或经导电性连接构件与上述正极导体以及负极导体熔接。
另外，在用上述分割构件分割的上述陶瓷电容器的区域至少在上述正极导体以及上述负极导体与上述放热板之间配置有热连接上述正极导体以及上述负极导体与上述放热板的绝缘构件。
上述绝缘构件是硅橡胶的薄片。
上述绝缘构件是环氧树脂。
附图说明
图1是表示本发明实施例1的半导体器件的结构的从上看的透视图。
图2是表示本发明实施例1的半导体器件的结构的从侧面看的截面图。
图3是本发明实施例1的半导体器件的电路结构图。
图4是表示本发明实施例1的电容器模块60的结构的正视图。
图5是表示本发明实施例1的电容器模块60的结构的从上面看的截面图。
图6是表示本发明实施例1的电容器模块60的结构的侧视图。
图7是表示本发明实施例2的电容器模块60的结构的正视图。
图8是表示本发明实施例2的电容器模块60的结构的从上面看的截面图。
图9是表示本发明实施例2的电容器模块60的结构的侧视图。
图10是表示本发明实施例3的半导体器件的结构的从侧面看的截面图。
图11是表示本发明实施例4的半导体器件的结构的从侧面看的截面图。
图12是表示本发明实施例5的电容器模块60的结构的正视图。
图13是表示本发明实施例5的电容器模块60的结构的从上面看的截面图。
图14是表示本发明实施例5的电容器模块60的结构的侧视图。
图15是表示本发明实施例6的半导体器件的结构的从侧面看的截面图。
图16是表示本发明实施例7的半导体器件的结构的从侧面看的截面图。
图17是表示本发明实施例8的半导体器件的结构的从侧面看的截面图。
图18是表示现有的反相器的结构的从上面看的透视图。
图19是表示现有的反相器的结构的从侧面看的侧视图。
图20是现有的反相器的电路结构图。
图21是表示另一现有的反相器的(a)电路结构和(b)安装状态的说明图。
图22是表示图21的现有的反相器的开关元件基板的一结构例的向视图。
图23是表示图21的现有的反相器的开关元件基板的结构的变形例的向视图。
具体实施方式
实施例1
图1示出表示本发明实施例1的电容器模块和半导体器件的结构的从上面看的透视图，图2示出从侧面看的截面图，图3示出电路结构。本实施例中，如图1所示，6个IGBT(开关元件)21和、6个二极管22焊接在由氮化铝等陶瓷构成的绝缘基板25的上面形成的铜布线图形26上。IGBT21和二极管22构成有多个相(图1的例中为3相)的功率变换电路。另外，IGBT21和二极管22错开配置，即，每隔1个其方向和配置相反。对功率变换电路的各相通过P极(正极)导体41以及N极(负极)导体43提供功率。如图2所示，绝缘基板25焊接在放热板71，IGBT21和二极管22发出的热经绝缘基板25传给放热板71，通过设置在放热板71下面的冷却单元(未图示)冷却。
外壳30是由PPS等合成树脂构成的成形品，P极导体41、N极导体43、U极导体45、V极导体47、W极导体49模压作成一体。上述各导体41、43、45、47、49的一部分露出外壳30表面，形成P极端子42、N极端子44、U极端子46、V极端子48、W极端子50。如图3所示，在P极端子42和N极端子44连接有直流电源92，在U极端子46、V极端子48、W极端子50连接有3相交流电动机91。
P极导体41、N极导体43的一部分露出外壳30，对该露出部分连接起平滑电容器作用的电容器模块60。本实施例中，如图2所示，纵向配置电容器模块。这样，由于可以减小电容器模块60部分的底面积(与横向配置时相比)，所以可以小型化相应的部分。以后详细说明该电容器模块60的结构、P极导体41以及N极导体43的连接方法。通过用铝线23连接这样各部件来实现图3所示的电路结构。
图4示出表示电容器模块60的结构的正视图，图5示出从上面看的截面图，图6示出侧视图。电容器模块60由具有对置的主平面和对置的侧面的略矩形的陶瓷电容器61和、支持陶瓷电容器61的主平面的模布线板62构成。模布线板62设有铜和铝等由电传导率和热传导率高的金属构成的P极连接导体63和N极连接导体64，由将这些模压作成一体的合成树脂65构成。该P极连接导体63和N极连接导体64露出-侧端和下端，由合成树脂65模压作成一体，在P极连接导体63和N极连接导体64之间形成由合成树脂65构成的绝缘层66。
在P极连接导体63和N极连接导体64的从模块露出的侧端连接有起平滑电容器作用的块状的陶瓷电容器61。在陶瓷电容器61对置的侧面形成外部电极67，在该外部电极67焊接有例如金属板等导电性高的端子构件68的一端部。端子构件68的另一端部通过超音波压接等固相接合在P极连接导体63和N极连接导体64的从模型露出的部分。端子构件68具有弹性，用于缓和应力，如例如在特开2000-235931号公报记载那样，具有向外部电极67、P极连接导体63和N极连接导体64突起的突起(未图示)，在外部电极67、P极连接导体63和N极连接导体64的一部分实质上线状延伸端子构件68的接合部分。另外，不限于此，只要具有弹性即可，也可以是图4～图6所示的结构。即，如从图4～图6可知，其形状是细长的长方形，如图5的上截面图所示，加工成其两端部分别以规定角度弯曲，接合的对方连接面至少接触该弯曲的角(该例中，成为浴缸形状)。该结构中，对外部电极67焊接的接合部分接合成在外部电极67、P极连接导体63和N极连接导体64的一部分实质上以线状延伸，或端子构件68由具有弹性的金属构成，或端子构件68具有弹簧结构，从而形成为可以发挥弹性等，可以缓和应力。合成树脂65和陶瓷电容器61之间由热传导率高、接合力强、具有柔软性的亏槽69接合。P极连接导体63和N极连接导体64的从模型露出的下端在连接部70(参考图2)与P极导体41和N极导体43熔接。
内置有IGBT212、二极管22、绝缘基板25的功率变换电路部31和，内置有电容器单元60的电容器部32由设置在外壳30的分割构件33分离。功率变换电路部31与一般的半导体器件同样，填充热传导率0.15W/mK左右的没有考虑热传导率的廉价、具有柔软性的硅凝胶等绝缘树脂81并覆盖功率变换电路，在电容器部32填充配合了热传导率高的填充剂的硅凝胶等绝缘树脂55。
在陶瓷电容器61产生的部分热经端子构件68，另一部分经亏槽69和合成树脂65传给P极连接导体63和N极连接导体64，进而经连接部70传给P极导体41和N极导体43，经填充到电容器部32的热传导率高的绝缘树脂55传给放热板71，通过配置在放热板71下面的冷却单元(未图示)冷却。
组装作业流程是将安装有IGBT21和二极管22的绝缘基板25安装到放热板71上之后，为了去除焊剂而进行清洗，将连接了电容器模块60的外壳30和放热板71用未图示的螺丝或黏合剂粘合固定，对功率变换电路部31填充绝缘树脂81，对电容器部32填充绝缘树脂55。
本实施例中，采用具有解决应力问题的端子构件68的陶瓷电容器68的陶瓷电容器，同时陶瓷电容器与P极连接导体以及N极连接导体的一方或双方直接或经绝缘构件(合成树脂65)在端子构件68以外的地方接触，所以不会因热和电致伸缩的应力破坏陶瓷电容器61，可靠性高。另外，将安装有IGBT21和二极管22的绝缘基板25安装到放热板71之后，为了去除焊剂而进行清洗之后在固定外壳30，所以不冲洗外壳30，从而与外壳30成一体的各导体不会因冲洗而污损，降低铝线23的连接不良，并且不会降低铝线23的连接可靠性。另外，由于没有将陶瓷电容器61直接焊接到半导体器件10内部的P极导体41和N极导体43，所以焊剂不会污损P极导体41和N极导体43，降低铝线23的连接不良，并且不会降低铝线23的连接可靠性。
另外，由于将陶瓷电容器61连接到形状简单、运用容易的模布线板62，所以连接作业时铝线几乎没有什么限制，提高连接方法的自由度，同时使用任何连接方法，连接作业都简单。
另外通过将端子构件68、P极连接导体63、N极连接导体64、P极导体41、N极连接导体43不只用于电流路径，而且用于传热路径，可以冷却陶瓷电容器61，可以小型化电容器，进而可以小型化半导体器件。因此，作为上述各构件的材料铜和铝比较合适，但只要是电传导率和热传导率高、可铝线粘接和熔接的构件即可，没有作特别限定。
另外，构成模布线板62的合成树脂65和陶瓷电容器61之间由硅橡胶等热传导率高、接合力强、具有柔软性的亏槽69接合，所以陶瓷电容器61由模布线板62支持，怎样配置，也不会给刚性低的端子构件68施加过大的荷重，提高陶瓷电容器61的配置自由度，不仅可以小型化半导体器件10，还可以提高抗震性。并且，合成树脂65和亏槽69不只用于模型材料和黏合剂，也用于冷却陶瓷电容器61的传热路径，所以提高冷却陶瓷电容器61的能力，可以小型化陶瓷电容器，进而小型化半导体器件。亏槽69从降低热阻的观点，最好尽可能是薄、接合面积大，但由于通过陶瓷电容器61和模布线板62的线膨胀系数的不同来缓和热应力，所以需要具有柔软性。作为这样的材料可以举出硅橡胶，但没有作特别限定，只要是接合性好、热传导率高、具有柔软性即可。另外，在只用端子构件68至P极连接导体63以及N极连接导体64的传热路径可以确保充分的冷却能力的情况下，合成树脂65和亏槽69不需要特别考虑热传导，可以用廉价材料构成。
另外，端子构件68、P极连接导体63以及N极连接导体64通过超音波压接固相接合。超音波压接是对接合部施加压力和超音波振动而接合的，一般用于铝线结合等。该接合方法不需要加热升温，不熔化接合构件，固相状态下进行接合，所以称为固相接合。通过采用该接合方法，不熔化接合陶瓷电容器61的外部电极67和端子构件68的焊锡就可以连接端子构件68、P极连接导体63以及N极连接导体64，所以可以防止端子构件68偏移和脱离，组装变得简单。
另外，P极连接导体63和N极连接导体64的、从模型露出的下端在连接部70通过熔接与P极导体41以及N极导体43连接，所以不需要为了连接采用特别的构件，可以减少部件个数和实现低成本。另外，由于连接所需的时间短，所以可以实现低成本。并且由于在连接部不存在阻碍热传导的界面，所以热传导好，可以将陶瓷电容器61发出的热以小的热阻传给P极导体41和N极导体43。这样，可以提高冷却陶瓷电容器61的能力，从而可以小型化陶瓷电容器、进而小型化半导体器件。另外，该熔接工艺在固定外壳30和放热板70之间进行。本实施例中，若是在固定放热板71之前，则可以将连接部70配置成可从外壳30的底面侧容易熔接。
另外，由于在电容器部32填充有热传导率高的绝缘树脂55，所以即使P极导体41、N极导体43和放热板71的绝缘距离小，也可以确保充分的绝缘耐压，不仅可以小型化半导体器件10，而且可以减小从P极导体41以及N极导体43至放热板71的传热路径的热阻。这样，可以提高冷却陶瓷电容器61的能力，可以小型化陶瓷电容器、进而可以小型化半导体器件。
另外，功率变换电路31和电容器部32由设置在外壳30的分割构件33分离，所以可以只对电容器部32填充热传导率高、昂贵的绝缘树脂55，对功率变换电路31与一般半导体器件同样可以使用不考虑热传导率的廉价的绝缘树脂81，可以实现低成本化。
本实施例中，在P极导体41以及N极导体43向水平方向扩散热而扩大传热面积，以更小的热阻将热传给放热板71。而且，在可以确保绝缘耐压的范围内尽可能缩小P极导体41、N极导体43和放热板71的间隔，以便降低热阻。
本实施例中，在模布线板62的两面连接6个陶瓷电容器61，但不特别限定陶瓷电容器61的个数，可以确保作为平滑电容器所需的静电容量即可。
像这样，根据本实施例，通过采用由用于缓和作用于陶瓷电容器的热应力和、因陶瓷电容器本身的电致伸缩产生的应力的金属板构成的端子构件，可以得到提高可靠性，提高配置自由度，可纵向配置的电容器模块。另外，通过内置该电容器模块，可以得到小型、高功能、组装简单、可靠性高、廉价的半导体器件。
实施例2
图7示出表示本发明实施例2的电容器模块60A的结构的正视图，图8示出从上面看的截面图，图9示出侧视图。本实施例中，如图7、图8、图9所示，通过压延，使从P极连接导体63和N极连接导体64的合成树脂露出的侧端部63a、64a变薄而降低刚性，与上述图5所示的端子构件68同样，加工弯曲成接触焊接对方的连接面，焊接到陶瓷电容器61的外部电极67。对于合成树脂65通过采用PPS等抗焊接温度的具有抗热性的树脂，防止模布线板62的热变形。根据本实施例，去除实施例1所示的端子构件68，延伸P极连接导体63和N极连接导体64的端部(即，一体成形)，所以接合部减少去除了端子构件68的部分，从而可以提高可靠性，同时可以减少部件个数和接合工艺，因此可以实现半导体器件10的低成本化。
实施例3
图10示出表示本发明实施例3的半导体器件的结构的从侧面看的截面图。本实施例中，将电容器模块60B如图10所示那样配置在功率变换电路31的上部，在连接部70与P极导体41和N极导体43熔接。这样，电容器模块60、P极导体41和N极导体43电、热连接。电容器61发出的热经端子构件68、合成树脂65、亏槽69传给P极连接导体63和N极连接导体64，进而经连接部70传给P极导体41、N极导体43，经绝缘树脂55传给放热板71，通过设置在放热板71的下部的未图示的冷却装置冷却。从而，作为绝缘树脂55最好采用热传导高的树脂。另外，以未图示的方法支持电容器模块60，怎样支持都可以。另外，电容器模块60可以兼有半导体器件10的盖子。
根据本实施例，由于利用由合成树脂65构成的模布线板支持陶瓷电容器61，所以怎样配置，都不会给刚性低的端子构件68施加过大的荷重，所以可以提高陶瓷电容器61的配置自由度，可以将陶瓷电容器61配置在功率变换电路31的上部，因此可以小型化半导体器件10。
实施例4
图11示出表示本发明实施例4的半导体器件的结构的从侧面看的截面图。本实施例中，将电容器模块60C如图11所示那样，将模布线板62设为L字形，将陶瓷电容器61配置在功率变换电路部31的上部。电容器模块60在连接部70与P极导体41以及N极导体43熔接。这样，电容器模块60、P极导体41以及N极导体43电、热连接。在外壳30下部分别配置放热板71和72。电容器61发出的热经端子构件68、合成树脂65、亏槽69传给P极连接导体63和N极连接导体64，进而经连接部70传给P极导体41、N极导体43，经绝缘树脂55传给放热板72，通过设置在放热板72的下部的未图示的冷却装置冷却。从而，作为绝缘树脂55最好采用热传导高的树脂。此时，为了支持模布线板62，作为绝缘树脂55采用环氧树脂，填充至外壳30上面的附近。对于环氧树脂以后再说明。另外，不限定模布线板62的支持方法，怎样支持都可以。另外，电容器模块60可以兼有半导体器件10的盖子。
根据本实施例，由于可以将陶瓷电容器61配置在功率变换电路部31的上部，所以可以实现半导体器件10的小型化。
实施例5
图12示出表示本发明实施例5的电容器模块60D的结构的正视图，图13示出从上面看的截面图，图14示出侧视图。本实施例中，如图12、图13、图14所示，相互重合地接近P极连接导体63和N极连接导体64(保持规定距离)并平行配置。
根据本实施例，在P极连接导体63和N极连接导体64流过对置的电流，不仅通过磁场消除而使电感降低，而且由于可以增大P极连接导体63和N极连接导体64的截面积，所以可以降低用于冷却电容器61的传热路径的热阻。从而，提高冷却陶瓷电容器61的能力，可以小型化电容器，进而可以小型化半导体器件。另外，在此说明了适用于实施例1时的例子，但适用于实施例2和实施例3，也可以得到同样效果。
实施例6
图15示出表示本发明实施例6的半导体器件的结构的截面图。本实施例中，如图15所示，将在电容器模块60E的下端露出的P极连接导体63以及N极连接导体64弯曲成L字形，该L字形的水平部分与P极导体14以及N极导体43面接触。在L字形的水平部分设有螺纹孔72，从外壳30的底面侧用螺丝73固定。L字形的水平部分和P极导体41以及N极导体43的接触面利用螺丝的轴力粘合，可以电和热导通。
如上所述，根据本实施例，由于电容器模块60和P极导体41以及N极导体43面接触，所以热传导面积变大，连接部分的热阻降低，提高冷却陶瓷电容器61的能力，可以小型化电容器，进而可以小型化半导体器件。另外，由于陶P极连接导体63以及N极连接导体64通过螺丝固定在P极导体41以及N极导体43，所以通过拆卸螺丝，可以交换或再利用电容器模块60。
实施例7
图16示出表示本发明实施例7的半导体器件的结构的从上面看的截面图。本实施例中，如图16所示，电容器模块60F和P极导体41以及N极导体43用具有高热传导性的导电性黏合剂74固定。此时，0也与上述的螺丝固定的情况同样，将在电容器模块60的下端露出的P极连接导体63以及N极连接导体64弯曲成L字形。将该L字形的水平部分和P极导体41以及N极导体43用焊锡等焊料、在环氧等树脂配合了银填充剂的银糊等具有高热传导性的导电性黏合剂74粘接。由于焊料的接合和、银糊的接合需要加热工艺，所以构成外壳30和模布线板62的合成树脂65采用PPS等具有抗热性的树脂。另外，若在焊料或银糊的粘合部产生过大的应力，则粘合部会破坏，所以对电容器32作为绝缘树脂55填充环氧树脂，确保绝缘，同时防止在接合部产生过大的应力，并且经分割构件33，功率变换电路部31使用通常所用的绝缘树脂81，确保绝缘。
如上所述，根据本实施例，电容器模块60和P极导体41以及N极导体43利用热传导高的导电性黏合剂74面接合，所以热传导面积变大，连接部分的热阻降低，提高冷却陶瓷电容器61的能力，可以小型化电容器，进而可以小型化半导体器件。
实施例8
图17示出表示本发明实施例8的半导体器件的结构的从侧面看的截面图。本实施例中，如图17所示，P极导体41以及N极导体43和放热板71之间夹有硅橡胶薄片56。硅凝胶为了高热传导而增加填充剂的配合量时，由于粘度变高而难以填充到电容器部32，所以高热传导有限。硅橡胶薄片是以固化的状态，在制造时可以不介意粘度而增加填充剂的配合量，所以可以实现高于硅凝胶的高热传导。使这样的热传导高的硅橡胶薄片56比P极导体41以及N极导体43和放热板71间的间隔更厚一些，夹入P极导体41以及N极导体43和放热板71之间，则通过外壳30和放热板71用螺丝或黏合剂粘合固定，硅橡胶薄片56与P极导体41以及N极导体43粘合在放热板71，可以得到良好的热传导。根据本实施例，提高冷却陶瓷电容器61的能力，可以小型化电容器，进而可以小型化半导体器件。另外，硅橡胶薄片56只是夹在P极导体41以及N极导体43和放热板71之间，若分离外壳30和放热板71，则可以取出硅橡胶薄片56。即，可以从在制造工艺中产生的不良产品、不可修理的故障产品或破损产品中取出硅橡胶薄片56并可以再利用。
实施例9
说明本发明实施例9的半导体器件。本实施例中，作为填充到电容器部32的绝缘树脂55使用环氧树脂。环氧树脂若硬化，与硅凝胶相比非常硬。通过该环氧树脂覆盖连接电容器模块60和P极导体41以及N极导体43的连接部70，即使在施加振动的情况下，也可以防止在连接部70产生过大的应力，提高半导体器件的抗震性。另外，通过将环氧树脂填充至外壳30上面的附近，可以抑制电容器模块60的振动，可以进一步提高抗震性。另外，环氧树脂比硅凝胶便宜，可以实现半导体器件的低成本化。另外，环氧树脂不用特别为了高热传导而进行加工，热传导率也比没有配合高热传导填充剂的一般硅凝胶高，通过配合高热传导填充剂可以实现高热传导。
根据本实施例，不仅可以提高冷却陶瓷电容器61的能力，小型化电容器，进而可以小型化半导体器件，还可以提高半导体器件的抗震性，而且可以实现半导体器件的低成本化。
本发明是具有对置的主平面和对置的侧面，在上述对置的侧面设有外部电极的陶瓷电容器、与上述陶瓷电容器的各上述外部电极接合的具有导电性和弹性的端子构件、将上述陶瓷电容器的-侧的上述端子构件与设置在外部的P极导体连接的P极连接导体、将上述陶瓷电容器的另一侧的上述端子构件与设置在外部的N极导体连接的N极连接导体和、设有上述P极连接导体和上述N极连接导体，同时支持上述陶瓷电容器的上述主平面的布线板的电容器模块，可以缓和应力，可以防止应力带来的陶瓷电容器的破损等，从而应力抵抗力强，可靠性提高，同时利用布线板支持陶瓷电容器的主平面，所以怎样配置，也不会对端子构件施加过大的荷重，可以提高电容器模块的配置自由度，内置在规定装置时可以实现小型化。
由于在上述陶瓷电容器和上述布线板之间夹有具有柔软性的构件，所以可以进一步缓和应力，可以进一步提高可靠性。
由于上述P极连接导体和上述N极连接导体分别与上述端子构件成为一体，所以通过一体成形减少接合部，提高可靠生，同时可以减少部件个数和接合工艺，所以可以实现低成本化。
另外，由于上述P极连接导体以及N极连接导体经绝缘层保持规定距离平行配置，所以在P极连接导体以及N极连接导体流过对置的电流，通过磁场消除而使电感降低，进而，可以增大P极连接导体以及N极连接导体的截面积，所以可以降低冷却电容器的传热路径的热阻。
由于上述布线板由将上述P极连接导体以及N极连接导体模压作成一体的合成树脂构成，所以提高对应力的强度，可以提高可靠性。
由于上述陶瓷电容器的上述部电极或与上述外部电极连接的上述端子构件与P极连接导体以及N极连接导体固相接合，所以不用熔接可以接合，可以防止端子构件偏移或脱离，组装变得简单。
另外，本发明是具有由开关元件和二极管构成有多个相的功率变换电路、对上述功率变换电路的各相提供功率的P极导体以及N极导体、与上述P极导体和上述N极导体连接的电容器模块、上述功率变换电路、上述P极导体、上述N极导体、内置上述电容器模块的外壳、配置在上述外壳的底部的放热板、至少覆盖上述功率变换电路的绝缘树脂的半导体器件，上述电容器模块具有对置的主平面和对置的侧面，在上述对置的侧面设有外部电极的陶瓷电容器、与上述陶瓷电容器的各上述外部电极接合的具有导电性和弹生的端子构件、将上述陶瓷电容器的一侧的上述端子构件与上述P极导体连接的P极连接导体、将上述陶瓷电容器的另-侧的上述端子构件与上述N极导体连接的N极连接导体和、设有上述P极连接导体和上述N极连接导体，同时支持上述陶瓷电容器的上述主平面的布线板的半导体器件，采用设有缓和作用于陶瓷电容器的热应力和、陶瓷电容器本身的电致伸缩产生的引力的由金属板构成的端子构件的陶瓷电容器，并且，利用布线板支持陶瓷电容器，所以怎样配置，也不会对端子构件施加过大的荷重，提高陶瓷电容器的配置自由度，因此可以得到小型、可靠性高的半导体器件。
由于在上述陶瓷电容器和上述布线板之间夹有具有柔软生的构件，所以可以进一步缓和应力，可以进一步提高可靠性。
由于上述P极连接导体和上述N极连接导体与上述端子构件成为一体，所以通过一体成形可以减少接合部，提高可靠性，同时可以减少部件个数和接合工艺，所以可以实现低成本化。
由于在上述外壳设有分离上述功率变换电路的区域和上述陶瓷电容器的区域的分割构件，所以可以按区域填充绝缘树脂，通过对可填充廉价的绝缘树脂的区域填充廉价树脂，可以降低成本。
由于上述P极连接导体以及N极连接导体经绝缘层保持规定距离平行配置，所以在P极连接导体以及N极连接导体流过对置的电流，通过磁场消除而使电感降低，进而，可以增大P极连接导体以及N极连接导体的截面积，因此可以降低冷却电容器的传热路径的热阻。
由于上述布线板由将上述P极连接导体以及N极连接导体模压作成一体的合成树脂构成，所以提高对应力的强度，可以提高可靠性。
由于上述陶瓷电容器的上述外部电极或与上述外部电极连接的上述端子构件与P极连接导体以及N极连接导体固相接合，所以不用熔接可以接合，可以防止端子构件偏移或脱离，组装变得简单。
由于上述P极连接导体以及N极连接导体直接或经导电性连接构件用螺丝固定在上述P极导体以及N极导体，所以通过拆卸螺丝，可以交换和再利用。
由于上述P极连接导体以及N极连接导体直接或经导电性连接构件利用具有热传导性的导电性黏合剂固定到上述P极导体以及N极导体，所以降低连接部的热阻，提高冷却能力。
由于上述P极连接导体以及N极连接导体直接或经导电性连接构件与上述P极导体以及N极导体熔接，所以不用为了连接采用特别构件，可以降低部件个数和实现低成本。
另外，由于在用上述分割构件分割的上述陶瓷电容器的区域至少在上述P极导体以及上述N极导体与上述放热板之间配置有热连接上述P极导体以及上述N极导体与上述放热板的绝缘构件，所以提高冷却能力，可以容易冷却电容器。
由于上述绝缘构件是硅橡胶薄片，所以可以得到良好的热传导，可以提高冷却电容器的能力。
由于上述绝缘构件是环氧树脂，所以若硬化则非常硬，因此在施加振动的情况下，也可以防止产生过大的应力。

Claims (15)

1.一种电容器模块，其特征在于具有：
具有对置的主平面和对置的侧面，在上述对置的侧面设有外部电极的陶瓷电容器；
与上述陶瓷电容器的各上述外部电极接合的具有导电性和弹性的端子构件；
将上述陶瓷电容器的一侧的上述端子构件与设置在外部的正极导体连接的正极连接导体；
将上述陶瓷电容器的另一侧的上述端子构件与设置在外部的负极导体连接的负极连接导体和；
设有上述正极连接导体以及上述负极连接导体，同时支持上述陶瓷电容器的上述主平面的布线板。
2.如权利要求1所述的电容器模块，其特征在于：
在上述陶瓷电容器和上述布线板之间夹有具有柔软性的构件。
3.如权利要求1或2所述的电容器模块，其特征在于：
上述正极连接导体和上述负极连接导体分别与上述端子构件成为一体。
4.如权利要求1所述的电容器模块，其特征在于：
上述正极连接导体以及负极连接导体经绝缘层保持规定距离平行配置。
5.如权利要求1所述的电容器模块，其特征在于：
上述布线板由将上述正极连接导体以及负极连接导体模压作成一体的合成树脂构成。
6.如权利要求1所述的电容器模块，其特征在于：
与上述外部电极连接的上述端子构件与正极连接导体以及负极连接导体固相接合。
7.一种半导体器件，其特征在于具有：
由开关元件和二极管构成有多个相的功率变换电路；
对上述功率变换电路的各相提供功率的正极导体以及负极导体；
与上述正极导体以及上述负极导体连接的电容器模块；
内置上述功率变换电路、上述正极导体、上述负极导体、以及上述电容器模块的外壳；
配置在上述外壳的底部的放热板；
至少覆盖上述功率变换电路的绝缘树脂，
上述电容器模块具有
具有对置的主平面和对置的侧面，在上述对置的侧面设有外部电极的陶瓷电容器；
与上述陶瓷电容器的各上述外部电极接合的具有导电性和弹性的端子构件；
将上述陶瓷电容器的一侧的上述端子构件与上述正极导体连接的正极连接导体；
将上述陶瓷电容器的另一侧的上述端子构件与上述负极导体连接的负极连接导体和；
设有上述正极连接导体和上述负极连接导体，同时支持上述陶瓷电容器的上述主平面的布线板。
8.如权利要求7所述的半导体器件，其特征在于：
在上述陶瓷电容器和上述布线板之间夹有具有柔软性的构件。
9.如权利要求7或8所述的半导体器件，其特征在于：
上述正极连接导体和上述负极连接导体与上述端子构件成为一体。
10.如权利要求7所述的半导体器件，其特征在于：
在上述外壳设有分离上述功率变换电路的区域和上述陶瓷电容器的区域的分割构件。
11.如权利要求7所述的半导体器件，其特征在于：
上述正极连接导体以及负极连接导体经绝缘层保持规定距离平行配置。
12.如权利要求7所述的半导体器件，其特征在于：
上述布线板由将上述正极连接导体以及负极连接导体模压作成一体的合成树脂构成。
13.如权利要求7所述的半导体器件，其特征在于：
与上述外部电极连接的上述端子构件与正极连接导体以及负极连接导体固相接合。
14.如权利要求7所述的半导体器件，其特征在于：
上述正极连接导体以及负极连接导体直接或经导电性连接构件熔接与上述正极导体以及负极导体熔接。
15.如权利要求10所述的半导体器件，其特征在于：
在用上述分割构件分割的上述陶瓷电容器的区域至少在上述正极导体以及上述负极导体与上述放热板之间配置有热连接上述正极导体以及上述负极导体与上述放热板的绝缘构件。
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