專利名稱：半導(dǎo)體器件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種半導(dǎo)體器件，其由一堆半導(dǎo)體模塊構(gòu)成，每個模塊均具有如下結(jié)構(gòu)形成有半導(dǎo)體功率元件的至少一個半導(dǎo)體芯片與用于使半導(dǎo)體芯片所產(chǎn)生的熱消散的散熱器(散熱板)一起被樹脂模制。
背景技術(shù)：
例如，在日本專利申請早期公開第2006-165534號中描述了這樣的一種半導(dǎo)體器件。在該專利文獻(xiàn)中所描述的半導(dǎo)體器件中，形成有半導(dǎo)體功率元件的半導(dǎo)體芯片以及用于使半導(dǎo)體芯片所產(chǎn)生的熱消散的散熱器被樹脂模制為集成的樹脂模制部(resin mold section)，該樹脂模制部形成有冷卻水流過的水槽(water channel)。更具體地，半導(dǎo)體芯片和散熱器以板狀單元的形式被樹脂模制，并且多個板狀單元堆疊成使得各個單元的水槽彼此連結(jié)。在上述半導(dǎo)體器件中，每個單元均設(shè)置有其電源端子(正極端子)連接至的母線 (bus bar)，并且各個單元的母線通過熔接(welding)或焊接(soldering)而彼此電連接。上述傳統(tǒng)的半導(dǎo)體器件具有如下問題由于必須執(zhí)行熔接或焊接處理以通過總線連接將各個單元的電源端子彼此連接，因此，制造成本由于其制造工藝復(fù)雜以及部件總數(shù)大而較高。

發(fā)明內(nèi)容
一個實(shí)施例提供了一種半導(dǎo)體器件，其包括單元堆疊體，其包括彼此堆疊的多個單元，每個單元均包括半導(dǎo)體芯片，其具有彼此相對的第一表面和第二表面，并且形成有半導(dǎo)體功率元件；第一散熱器，其連接至半導(dǎo)體芯片的第一表面；第二散熱器，其連接至半導(dǎo)體芯片的第二表面；端子部，其電連接至半導(dǎo)體功率元件；板形的樹脂模制部，其覆蓋半導(dǎo)體芯片、第一散熱器和第二散熱器以及端子部，以使得端子部的一部分暴露，第一散熱器和第二散熱器在與半導(dǎo)體芯片相對的側(cè)上的表面暴露，樹脂模制部形成冷卻劑流過的冷卻劑通道的一部分，以及第一蓋部和第二蓋部，其將單元堆疊體保持在其之間，其中，每個單元的端子部均包括用于向半導(dǎo)體功率元件提供電流的電源端子，該電源端子包括連接至第一散熱器的引線部分以及連接至引線部分并穿過第一表面和第二表面的連接部分，彼此堆疊的單元中每相鄰的兩個單元的連接部分在其第一表面和第二表面處彼此電連接。
根據(jù)本發(fā)明，提供了一種具有包括彼此堆疊的多個單元的單元堆疊體的半導(dǎo)體器件，可以在無需執(zhí)行熔接或焊接處理以將單元中每相鄰的兩個單元的電源端子彼此連接的情況下制造該多個單元。根據(jù)包括附圖和權(quán)利要求的以下描述，本發(fā)明的其它優(yōu)點(diǎn)和特征將變得明顯。


在附圖中圖1是根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例的半導(dǎo)體器件1的截面圖；圖2A是構(gòu)成圖1所示的半導(dǎo)體器件1的單元10之一的正視圖；圖2B是沿線A-A，得到的、圖1所示的單元10的截面圖；圖3是根據(jù)本發(fā)明的第二實(shí)施例的半導(dǎo)體器件1的截面圖；圖4A是構(gòu)成圖3所示的半導(dǎo)體器件1的單元10之一的正視圖；圖4B是沿線B-B’得到的、圖3所示的單元10的截面圖；圖5是根據(jù)本發(fā)明的第三實(shí)施例的半導(dǎo)體器件1的截面圖；圖6A是構(gòu)成圖5所示的半導(dǎo)體器件1的單元10之一的正視圖；圖6B是沿線C-C’得到的、圖5所示的單元10的截面圖；圖7是根據(jù)本發(fā)明的第三實(shí)施例的半導(dǎo)體器件的變型的截面圖；圖8是根據(jù)本發(fā)明的第四實(shí)施例的半導(dǎo)體器件1的截面圖；圖9A是構(gòu)成圖8所示的半導(dǎo)體器件1的單元10之一的正視圖；圖9B是沿線D-D，得到的、圖8所示的單元10的截面圖；圖10是根據(jù)本發(fā)明的第五實(shí)施例的半導(dǎo)體器件1的截面圖；圖IlA是構(gòu)成圖10所示的半導(dǎo)體器件1的單元10之一的正視圖；圖IlB是沿線E-E’得到的、圖10所示的單元10的截面圖；圖12是根據(jù)本發(fā)明的第六實(shí)施例的半導(dǎo)體器件的截面圖；圖13A是構(gòu)成圖12所示的半導(dǎo)體器件1的單元10之一的正視圖；以及圖1 是沿線F-F，得到的、圖12所示的單元10的截面圖。
具體實(shí)施例方式在下述實(shí)施例中，相同的附圖標(biāo)記和字母表示相同的或等效的元件或部分。第一實(shí)施例圖1是根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例的半導(dǎo)體器件1的截面圖。如圖1所示，半導(dǎo)體器件1包括彼此堆疊的多個半導(dǎo)體模塊10 (在下文中稱為單元10)，每個單元10均包括被樹脂模制在其中的、構(gòu)成逆變器(inverter)的各種部件。圖2A是單元10的正視圖。圖2B是沿線A_A’得到的、圖1所示的單元10的截面圖。如圖2A和圖2B所示，單元10包括半導(dǎo)體芯片11和12、散熱器13和14、至少一個電源端子15、負(fù)極端子16和控制端子17。這些部件被一體地樹脂模制為樹脂模制部20。在該實(shí)施例中，每個單元10均具有其中逆變器的每相的上臂和下臂之一被模制的1合1 (Iin 1)結(jié)構(gòu)。然而，單元10可具有其中逆變器的兩個臂被模制的2合1結(jié)構(gòu)、或者其中逆變器的三個臂被模制的3合1結(jié)構(gòu)。半導(dǎo)體芯片11形成有諸如IGBT (絕緣柵雙極晶體管)或功率MOSFET (金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管)的半導(dǎo)體功率元件(在該實(shí)施例中為IGBT)。半導(dǎo)體芯片12形成有續(xù)流二極管(下文中，稱為“FWD”)。當(dāng)半導(dǎo)體器件1用于逆變器以驅(qū)動三相電動機(jī)時， 半導(dǎo)體芯片11形成有構(gòu)成上臂和下臂之一的半導(dǎo)體功率元件，并且半導(dǎo)體芯片12形成有 FWD。在該實(shí)施例中，半導(dǎo)體功率元件和FWD中的每一個均為電流在其襯底的厚度方向上流動的垂直半導(dǎo)體元件，并且各種焊盤(pad)形成在半導(dǎo)體芯片11和12中的每一個的兩個表面上。更具體地，半導(dǎo)體芯片11在其下表面(附圖中下側(cè)上的表面)處形成有分別連接至半導(dǎo)體功率元件的柵極和發(fā)射極的焊盤。整個上表面(附圖中上側(cè)上的表面)用作連接至半導(dǎo)體功率元件的集電極的焊盤。半導(dǎo)體芯片12在其下表面(附圖中下側(cè)上的表面) 處形成有連接至FWD的陽極的焊盤，并且在其上表面(附圖中上側(cè)上的表面)處形成有連接至FWD的陰極的焊盤。盡管在該實(shí)施例中，IGBT和FWD分別形成在分離的半導(dǎo)體芯片11和12中，但是它們可以形成在同一芯片中。另外，半導(dǎo)體芯片11中所形成的半導(dǎo)體功率元件可以是電流在其襯底的表面方向上流動的水平半導(dǎo)體元件。散熱器13和14用作使半導(dǎo)體芯片11和12所產(chǎn)生的熱消散的散熱板。散熱器13 不僅物理地連接至半導(dǎo)體芯片11和12，而且電連接至半導(dǎo)體芯片11和12，從而該散熱器不僅用作散熱板，而且用作連接至IGBT的集電極和FWD的陰極的導(dǎo)線。同樣地，散熱器14 不僅用作散熱板，而且用作連接至IGBT的發(fā)射極和FWD的陽極的導(dǎo)線。散熱器13和14由具有高導(dǎo)熱率的金屬(諸如，銅)制成，并且成形為矩形。散熱器13和14中的每一個均從樹脂模制部20暴露，以在其與半導(dǎo)體芯片11或12相對的一個表面處暴露于冷卻水。盡管附圖中未示出，但是金屬塊(metal block)布置在散熱器14與半導(dǎo)體芯片11 和12中的每一個之間，以便在半導(dǎo)體芯片11中所形成的IGBT的發(fā)射極與散熱器14之間進(jìn)行連接、以及在半導(dǎo)體芯片12中所形成的FWD的陰極與散熱器14之間進(jìn)行連接。通過設(shè)置這樣的金屬塊，可以在散熱器14與半導(dǎo)體芯片11和12的表面之間提供空間，該空間大到足以利于控制端子17與連接至半導(dǎo)體芯片11的柵極的焊盤之間的接合(bonding)。暴露于冷卻水的、散熱器13和14中的每一個的表面由絕緣構(gòu)件(未示出)覆蓋， 以向冷卻水提供絕緣，從而防止冷卻水與散熱器13和14之間的泄露。電源端子15由導(dǎo)電材料制成，其中，該電源端子用作將工作電壓施加至半導(dǎo)體芯片11和12的正極端子。電源端子15包括一體地或者通過熔接或焊接連結(jié)至散熱器13的引線部分15a、以及在各個單元10的電源端子15當(dāng)中進(jìn)行連接的連接部分15b。電源端子 15在除了連接部分15的預(yù)定部分外的其它部分處被樹脂模制部20覆蓋，以與冷卻水絕緣并隔離。引線部分1 通過散熱器13電連接至焊盤，其中，該焊盤連接至形成在半導(dǎo)體芯片11的上表面中的IGBT的集電極。引線部分15a與散熱器13相對的一端通過熔接或焊接連接至連接部分15b。如圖2B所示，連接部分1 被布置成穿過樹脂模制部20的表面。連接部分1 形成有樹脂模制部20的上表面的側(cè)上的突起15c和樹脂模制部20的下表面的側(cè)上的凹口 15d，其中，突起15c突出到樹脂模制部20的上表面之外，凹口 15d具有與突起15c的形狀互補(bǔ)的形狀。更具體地，連接部分1 在樹脂模制部20所覆蓋的部分具有外徑恒定的管狀形狀，在該連接部分的一端處形成有直徑比其管狀部分的直徑更小的突起15c，而在該連接部分另一端處形成有直徑與突起15c的直徑相同或比突起15c的直徑稍大的凹口 15d。相應(yīng)地，由于突起15c適配于相鄰單元10的凹口 15d，因此，當(dāng)單元10彼此堆疊時，各個單元 10的電源端子15可以彼此連接。負(fù)極端子16連接至半導(dǎo)體芯片11和12的負(fù)電極。負(fù)極端子16 —體地或者通過熔接或焊接被連結(jié)至散熱器14，并且通過散熱器14電連接至與半導(dǎo)體芯片11的下表面中所設(shè)置的半導(dǎo)體功率元件的發(fā)射極連接的焊盤以及與半導(dǎo)體芯片11的下表面中所設(shè)置的 FffD的陽極連接的焊盤。負(fù)極端子16與散熱器14相對的一個端部分從樹脂模制部20暴露，從而負(fù)極端子16可以通過該暴露部分連接至外部器件。電源端子15在其整個外圍被樹脂模制部20覆蓋，從而電源端子15通過樹脂模制部20和稍后描述的0形環(huán)42與水槽 30隔離?？刂贫俗?7用于感測流過半導(dǎo)體功率元件的柵極導(dǎo)線(gate wire)或流過半導(dǎo)體元件的電流、以及半導(dǎo)體芯片11的溫度?？刂贫俗硬?7通過接合線(未示出)連接至與半導(dǎo)體芯片11的上表面中所形成的半導(dǎo)體功率元件的柵極等連接的焊盤。控制端子17 與半導(dǎo)體芯片11相對的一個端部分從樹脂模制部20暴露，從而控制端子17可以通過該暴露部分連接至外部器件。由于通過金屬塊在半導(dǎo)體芯片11的表面與散熱器14之間形成了某一空間，因此，半導(dǎo)體芯片11和控制端子17可以彼此電連接，而不會在接合線與散熱器 14之間引起干擾。樹脂模制部20是通過將樹脂注入成型模(forming die)中來形成的，其中，在成型模中設(shè)置并布置了各種部件(半導(dǎo)體芯片11和12、散熱器13和14、電源端子15、負(fù)極端子16和控制端子17)。樹脂模制部20成形為使電源端子15的突起15c和凹口 15d與負(fù)極端子16的一個端部分和控制端子17的一個端部分一起從樹脂模制部20的表面暴露，并且使散熱器13 的一個表面和散熱器14的一個表面分別從樹脂模制部20的窗口部分20a和20b暴露。樹脂模制部20確保了各個部件的電連接部分的防水性。樹脂模制部20具有矩形板的形狀。 負(fù)極端子16從樹脂模制部20的一個長邊畫出?？刂贫俗?7從樹脂模制部20的另一長邊畫出。電源端子15的連接部分1 布置在樹脂模制部20的四個角中的至少一個(在該實(shí)施例中為兩個)處。樹脂模制部20形成水槽30的一部分，該水槽30構(gòu)成半導(dǎo)體器件1的冷卻機(jī)構(gòu)。 更具體地，樹脂模制部20在單元10的各個部件位于其間的兩端處形成有用作主水通道的通道孔20c，并且在其上表面和下表面處形成有凹進(jìn)部分20d。通道孔20c和凹進(jìn)部分20d 形成水槽30的一部分。通過堆疊多個單元10，完成包括各個單元10的通道孔20c和凹進(jìn)部分20d的水槽30。另外，樹脂模制部20形成有圍繞凹進(jìn)部分20d的槽20e，其中，0形環(huán)42適配作為密封構(gòu)件。彼此堆疊的各個單元10的0形環(huán)42確保單元10中每相鄰的兩個單元之間的密封，以防止流過水槽30的作為冷卻劑的冷卻水泄露到樹脂模制部20外。由于電源端子 15比0形環(huán)42更向外布置，因此，可以防止冷卻水從水槽30泄漏到電源端子15。如圖1所示，半導(dǎo)體器件1設(shè)置有蓋部40、蓋與管(lid with pipe)部41、0形環(huán)42和作為扣緊構(gòu)件的螺栓43。蓋部40和蓋與管部41分別布置在一堆單元10 (下文中，稱為“單元堆疊體”)的兩端處。蓋部40是形狀與樹脂模制部20的形狀相對應(yīng)的板狀構(gòu)件，從而凹進(jìn)部分20d在蓋部40與布置在蓋部40的側(cè)上的單元堆疊體的一端處的單元10之間形成間隙。在面向單元10的側(cè)上的蓋部40的表面形成有裝配了密封構(gòu)件的槽40a。蓋與管部41包括形狀與樹脂模制部20的形狀相對應(yīng)的板狀構(gòu)件、以及兩個管41a 和41b。管41a和41b中的一個用作冷卻水的入口，而另一個用作冷卻水的出口。管41a和 41b布置在與通道孔20c的位置相對應(yīng)的位置處。蓋與管部41在分別面向連接部分1 的部分處設(shè)置有分別連接至連接部分15b的端子連接部分41c，從而可以通過端子連接部分 41c向半導(dǎo)體器件1提供來自外部電源的電力。端子連接部分41在與單元10相對的側(cè)上形成有從蓋與管部41突出的突起41d，而在面向單元10的側(cè)上形成有適配于連接部分1 的突起15c的凹口 41e。 0形環(huán)42 (其為環(huán)狀密封構(gòu)件)被裝配在單元10的槽20e和蓋40的槽40a中的每一個中，以便在單元10中每相鄰的兩個單元之間、在單元10與蓋部40之間、以及在單元 10和蓋與管部41之間進(jìn)行密封。對螺栓43進(jìn)行緊固，以利用槽20e和槽40a中所裝配的0形環(huán)42使蓋部40和蓋與管部41彼此扣緊，蓋部40布置在單元堆疊體的一端處，而蓋與管部41布置在單元堆疊體的另一端處。通過對螺栓43進(jìn)行緊固，完成具有由管41a和41b、通道孔20c以及凹進(jìn)部分20d形成的水槽30的半導(dǎo)體器件1。在該半導(dǎo)體器件1中，0形環(huán)42通過螺栓43的壓力擠壓，以提供必要的密封。螺栓43是可拆卸的螺栓。通過對螺栓43進(jìn)行拆卸，可以將單元10、蓋部40和蓋與管部41彼此移開。蓋部40和蓋與管部41中的每一個均形成有螺栓孔。螺栓43被插入到螺栓孔中并被緊固，以完成半導(dǎo)體器件1。由于該實(shí)施例的半導(dǎo)體器件1具有如下結(jié)構(gòu)0形環(huán)42在單元10中每相鄰的兩個單元之間、在蓋部40與單元10之間、以及在蓋與管部41和單元10之間進(jìn)行密封，因此可以在防止冷卻水從水槽30泄露時有效地冷卻包括在各個單元10中的半導(dǎo)體芯片11。更具體地，如圖1所示，一條主水通道31由管41a和形成在各個單元10中的兩組通道孔20c 中的一組形成，而另一主水通道32由管41b和形成在各個單元10中的另一組通道孔20c 形成。分支水通道33由各個單元10的凹進(jìn)部分20d形成。相應(yīng)地，如圖1中的箭頭所示， 從管41a進(jìn)入的冷卻水經(jīng)過主水通道31流向各個單元10，流向主水通道32，并且從管41b 排出。由于每個單元10中與冷卻水接觸的散熱器13和14被冷卻，因此，可以有效地去除半導(dǎo)體芯片11所產(chǎn)生的熱。通過在0形環(huán)42裝配在槽20e和40a中、并且單元堆疊體保持在蓋部40和蓋與管部41之間的狀態(tài)下對螺栓43進(jìn)行緊固，來制造該實(shí)施例的半導(dǎo)體器件1。此時，通過將各個單元10的電源端子15的連接部分15b的突起15c適配于對應(yīng)的相鄰單元10的電源端子15的連接部分15b的凹口 15d、或者蓋與管部41的端子連接部分41c的凹口 41e中， 確保蓋與管部41的端子連接部分41c與各個單元10的電源端子15之間的連接。在該實(shí)施例的上述半導(dǎo)體器件1中，在將單元10彼此堆疊時，各個單元10的電源端子15的連接部分1 分別電連接至對應(yīng)的相鄰單元10的電源端子15的連接部分15b。
更具體地，每個單元10均具有如下結(jié)構(gòu)電源端子15的連接部分1 包括突起 15c和凹口 15d，并且各個單元10的電源端子15位于單元10中的相同位置處。相應(yīng)地，當(dāng)單元10彼此堆疊時，單元10的電源端子15的連接部分1 分別適配于對應(yīng)的相鄰單元10 中的那些電源端子的連接部分中并且與其電連接。相應(yīng)地，可以在無需通過熔接或焊接將單元10的電源端子15彼此連接的情況下制造半導(dǎo)體器件1。因此，由于制作工藝簡單并且部件總數(shù)小，因此，可以降低制造成本。第二實(shí)施例接下來，描述本發(fā)明的第二實(shí)施例。由于第二實(shí)施例與第一實(shí)施例不同之處僅在于電源端子15的結(jié)構(gòu)，因此，第二實(shí)施例的以下描述關(guān)注與第一實(shí)施例的差別。圖3是根據(jù)本發(fā)明的第二實(shí)施例的半導(dǎo)體器件1的截面圖。圖4A是構(gòu)成圖3所示的半導(dǎo)體器件1的單元10之一的正視圖。圖4B是沿線B-B’得到的、圖3所示的單元10 的截面圖。如圖3以及圖4A和圖4B所示，類似于第一實(shí)施例的半導(dǎo)體器件1，該實(shí)施例的半導(dǎo)體器件ι被配置成如下結(jié)構(gòu)當(dāng)單元10彼此堆疊時，各個單元10的電源端子15連接至對應(yīng)的相鄰單元10的電源端子。然而，該實(shí)施例的電源端子15的結(jié)構(gòu)是根據(jù)第一實(shí)施例的電源端子的結(jié)構(gòu)修改的。在該實(shí)施例中，電源端子15是具有在散熱器13的表面方向上延伸的部分的扁平狀端子，并且相對應(yīng)散熱器13的表面以直角朝中間彎曲，以使得其端部分朝向散熱器13的表面延伸。在散熱器13的表面方向上延伸的該部分形成引線部分15a， 而彎曲以垂直地延伸至散熱器13的表面的端部分形成連接部分15b。連接部分15b的端從模制部20突出。模制部20在其背面(下表面)處形成有到達(dá)連接部分15f的端子插入孔20f。端子插入孔20f被形成為垂直地延伸至散熱器13的表面并與連接部分1 對齊。同樣地，蓋與管部41的端子連接部分41c被形成為使得其凹口 41e具有與扁平狀電源端子15的連接部分15b的端部分的形狀互補(bǔ)的形狀。在該實(shí)施例中，如圖3所示，當(dāng)單元10彼此堆疊時，各個單元10的電源端子15的連接部分1 的端適配于形成在對應(yīng)的相鄰單元10的樹脂模制部20中的端子插入孔20f。 在除了與蓋與管部41接觸的單元之外的單元20中的每一個中，適配于端子插入孔20f的連接部分1 接觸樹脂模制部20的電源端子15，以與該電源端子15電連接。在與蓋與管部41接觸的單元10中，電源端子15的連接部分1 適配于蓋與管部41的端子連接部分 41c的凹口 41e。這樣，各個單元10的電源端子15和蓋與管部41的端子連接部分41c彼此電連接。如以上所述，當(dāng)電源端子15是扁平狀端子時，可以提供第一實(shí)施例所提供的相同優(yōu)點(diǎn)。第三實(shí)施例接下來，描述本發(fā)明的第三實(shí)施例。由于第三實(shí)施例與第一實(shí)施例不同之處僅在于電源端子15的結(jié)構(gòu)和使用螺栓43的固定結(jié)構(gòu)，因此，第三實(shí)施例的以下描述關(guān)注于與第一實(shí)施例的差別。圖5是根據(jù)本發(fā)明的第三實(shí)施例的半導(dǎo)體器件1的截面圖。圖6A是構(gòu)成圖5所示的半導(dǎo)體器件1的單元10之一的正視圖。圖6B是沿線C-C’得到的、圖5所示的單元10的截面圖。如圖5以及圖6A和圖6B所示，在該實(shí)施例中，螺栓43適配于電源端子15的連接部分15b。更具體地，如圖6B所示，電源端子15的連接部分15b的形狀為具有中空部分的管，從而當(dāng)單元10彼此堆疊時，容納螺栓43的腔體由各個單元10的一連串中空部分形成。同樣地，蓋與管部41的端子連接部分41c具有包括中空部分的管的形狀以將螺栓 43容納在其中。相應(yīng)地，當(dāng)單元10如圖5所示彼此堆疊時，各個單元10的電源端子15的連接部分 15b彼此電接觸。此外，通過對螺栓43進(jìn)行緊固來將蓋部40和蓋與管部41彼此扣緊(其中，單元10保持在蓋部40和蓋與管部41之間)，使螺栓43與端子連接部分41c或電源端子15的連接部分15b的中空部分的內(nèi)表面電接觸。相應(yīng)地，在該實(shí)施例中，可以通過螺栓 43向半導(dǎo)體器件1提供電力。如以上所述，當(dāng)電源端子15的連接部分1 形成有作為適配螺栓43的螺栓孔的中空部分時，可以提供第一實(shí)施例所提供的相同優(yōu)點(diǎn)。第三實(shí)施例的變型如第三實(shí)施例的情況一樣，當(dāng)電源端子15的連接部分1 形成有作為適配螺栓43 的螺栓孔的中空部分時，可能未充分建立螺栓43與端子連接部分41c之間、或者螺栓43與電源端子15的連接部分1 之間的電連接。在這種情況下，可采用圖7所示的結(jié)構(gòu)。圖7是第三實(shí)施例的半導(dǎo)體器件1的變型的截面圖。如圖7所示，在該變型中，管狀網(wǎng)孔金屬構(gòu)件43a布置在螺栓43周圍。管狀網(wǎng)孔金屬構(gòu)件43a通過在螺栓43被緊固時被螺栓43的兩端擠壓而擴(kuò)大直徑。結(jié)果，使得管狀網(wǎng)孔金屬構(gòu)件43a與螺栓43和電源端子15的連接部分1 的內(nèi)表面接觸，以在電源端子15與螺栓43之間進(jìn)行扣緊的電連接。另外，根據(jù)該變型，由于螺栓43通過管狀網(wǎng)孔金屬構(gòu)件43電連接至電源端子15， 因此，可以從蓋與管部41除去端子連接部分41c。第四實(shí)施例接下來，描述本發(fā)明的第四實(shí)施例。第四實(shí)施例涉及每個均包括兩個半導(dǎo)體功率元件的單元10彼此堆疊的2合1結(jié)構(gòu)。圖8是根據(jù)本發(fā)明的第四實(shí)施例的半導(dǎo)體器件1的截面圖。圖9A是構(gòu)成圖8所示的半導(dǎo)體器件1的單元10之一的正視圖。圖9B是沿D-D’得到的、圖8所示的單元10 的截面圖。在該實(shí)施例中，半導(dǎo)體芯片11和12中的每一個均包括FWD和作為半導(dǎo)體功率元件的IGBT。更具體地，半導(dǎo)體芯片12包括構(gòu)成上臂的IGBT和FWD，而半導(dǎo)體芯片11包括構(gòu)成下臂的IGBT和FWD。半導(dǎo)體芯片11和12布置在相對的方位。更具體地，在半導(dǎo)體芯片12中，IGBT的集電極和FWD的陰極位于附圖中的上側(cè)，而IGBT的柵極和發(fā)射極以及FWD的陽極位于附圖中的下側(cè)。相反，在半導(dǎo)體芯片11中，IGBT的柵極和發(fā)射極以及FWD的陽極位于附圖中的上側(cè)，而IGBT的集電極和FWD的陰極位于附圖中的下側(cè)。散熱器13被劃分成第一散熱器13a和第二散熱器13b。第一散熱器13a連接至半導(dǎo)體芯片12的上表面，而第二散熱器1 連接至半導(dǎo)體芯片11的上表面。另一方面，散熱器14通常用于上臂和下臂。散熱器14連接至半導(dǎo)體芯片11和12的下表面。
第一散熱器13a與結(jié)構(gòu)與第一實(shí)施例的電源端子15的結(jié)構(gòu)相同的電源端子15連接。如上所述，具有2合1結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體器件1可以設(shè)置有結(jié)構(gòu)與第一實(shí)施例的電源端子15的結(jié)構(gòu)相同的電源端子15。相應(yīng)地，根據(jù)第四實(shí)施例，可以提供與第一實(shí)施例所提供的優(yōu)點(diǎn)相同的優(yōu)點(diǎn)。第五實(shí)施例接下來，描述本發(fā)明的第五實(shí)施例。由于第五實(shí)施例與第一實(shí)施例不同之處僅在于電源端子15的結(jié)構(gòu)，因此，第五實(shí)施例的以下描述關(guān)注與第一實(shí)施例的差別。在以上實(shí)施例中，電源端子15的連接部分1 布置在密封構(gòu)件(0形環(huán))外部。然而，如果連接部分1 例如通過在除了用于在各個單元10當(dāng)中進(jìn)行電連接的部分外的部分處被絕緣膜覆蓋而絕緣，則連接部分1 可布置在密封構(gòu)件內(nèi)部。即，如果連接部分1 與外部基本上絕緣，則連接部分15b可以布置在水槽30內(nèi)。圖10是根據(jù)本發(fā)明的第五實(shí)施例的半導(dǎo)體器件1的截面圖。圖IlA是構(gòu)成圖10 所示的半導(dǎo)體器件1的單元10之一的正視圖。圖IlB是沿線E-E’得到的、圖10所示的單元10的截面圖。如圖10以及圖IlA和圖IlB所示，如在第一實(shí)施例的情況下一樣，在該實(shí)施例中， 電源端子15的連接部分1 形成為穿過樹脂模制部20的上表面和下表面。然而，穿過的位置不同于第一實(shí)施例中的位置。更具體地，在該實(shí)施例中，電源端子15的連接部分1 布置在0形環(huán)42內(nèi)部，以在構(gòu)成冷卻劑通道的水槽30內(nèi)延伸。電源端子15的連接部分1 的外圍被絕緣膜15e覆蓋。作為密封構(gòu)件的0形環(huán)15f布置在突起15c和凹口 15d面向彼此的位置、以及突起15c和蓋與管部41的端子連接部分41c的凹口 41e面向彼此的位置。 在上述結(jié)構(gòu)中，0形環(huán)15f保持在單元10中每相鄰的兩個單元的連接部分1 之間，以將位于0形環(huán)15f內(nèi)部的突起15c和凹口 15d與水槽30隔離并密封突起15c和凹口 15d。另外，在該實(shí)施例中，為了在水槽30內(nèi)使各個單元10的連接部分1 彼此連接， 連接部分15b的凹口 15d布置在比樹脂模制部20的凹進(jìn)部分20的底部更加凹入的位置處，以使得0形環(huán)15f進(jìn)入樹脂模制部20。相應(yīng)地，連接部分15b的凹口 15d在蓋部40的側(cè)處暴露于水槽30。因此，蓋部40還在與連接部分15b的凹口 15d相對應(yīng)的位置處設(shè)置有突起40b，并且0形環(huán)40c設(shè)置在突起40b周圍，以使得連接部分15b的凹口 15d在蓋部40 的側(cè)處不暴露于水槽30。如上所述，電源端子15的連接部分1 可以布置成在水槽30內(nèi)延伸。在上述結(jié)構(gòu)中，通過利用絕緣膜1 覆蓋連接部分15b以使連接部分1 與水槽30中的冷卻水(冷卻劑)絕緣，可以防止從電源端子15漏電。根據(jù)第五實(shí)施例，可以提供與第一實(shí)施例提供的優(yōu)點(diǎn)相同的優(yōu)點(diǎn)。第六實(shí)施例接下來，描述本發(fā)明的第六實(shí)施例。由于第六實(shí)施例與第一實(shí)施例不同之處僅在于電源端子15的結(jié)構(gòu)，因此，第五實(shí)施例的以下描述關(guān)注與第一實(shí)施例的差別。圖12是根據(jù)本發(fā)明的第六實(shí)施例的半導(dǎo)體器件1的截面圖。圖13A是構(gòu)成圖12 所示的半導(dǎo)體器件1的單元10之一的正視圖。圖1 是沿線F-F’得到的、圖12所示的單元10的截面圖。
如圖12以及圖13A和圖1 所示，與第五實(shí)施例的情況一樣，在該實(shí)施例中，電源端子15的連接部分1 布置在0形環(huán)42內(nèi)部，以在構(gòu)成冷卻劑通道的水槽30內(nèi)延伸。然而，在該實(shí)施例中，連接部分1 被布置成使得其位于水槽30內(nèi)的部分被絕緣管15g圍繞， 并且0形環(huán)14f布置在絕緣管15g的兩端處。根據(jù)上述結(jié)構(gòu)，連接部分1 的未被樹脂模制部20覆蓋的部分可以與水槽30隔離，并且通過絕緣管15和0形環(huán)14f確保連接部分1 與水槽30之間的密封。如上所述，當(dāng)電源端子15被布置成連接部分1 在水槽30內(nèi)延伸時，連接部分 15b可僅在其從樹脂模制部20暴露的部分處被絕緣管14g圍繞，并且0形環(huán)14f可布置在絕緣管14g的兩端處。根據(jù)第六實(shí)施例，可以提供與第一實(shí)施例所提供的優(yōu)點(diǎn)相同的優(yōu)點(diǎn)。其它實(shí)施例(1)在第一實(shí)施例中，通過螺栓43將單元堆疊體扣緊于蓋部40和蓋與管部41。 然而，可通過與螺栓不同的其它適當(dāng)裝置來將單元堆疊體扣緊于蓋部40和蓋與管部41。 例如，替代螺栓，可使用在其兩端處設(shè)置有鉤的固定裝置，鉤之間的距離小于半導(dǎo)體器件 1 (包括蓋部40、蓋與管部41和彼此堆疊的單元10)的寬度，以使得通過鉤的彈力將單元10 牢固地保持在蓋部40和蓋與管部41之間。單元10、蓋部40和蓋與管部41可彼此附著。在這種情況下，如果該附著提供了所需的密封，則可除去0形環(huán)42。此外，在這種情況下，通過比單元20的附著部分、蓋部40 和蓋與管部41更加向外地布置電源端子15的連接部分15b，可以防止冷卻水接觸連接部分 15b。(2)在上述實(shí)施例中，每個單元10均在兩個位置處設(shè)置有電源端子15。然而，每個單元10可在單個位置或三個以上的位置處設(shè)置有電源端子15。(3)在上述實(shí)施例中，蓋部40和蓋與管部41中的每一個均由絕緣材料制成。然而，它們可以由導(dǎo)電材料制成。在這種情況下，端子連接部分41c被絕緣膜覆蓋，以使得其與蓋與管部41絕緣。在上述實(shí)施例中，蓋與管部41設(shè)置有端子連接部分41c，以與各個單元20的電源端子15電連接。然而，端子連接部分41c可設(shè)置在用作冷卻水的入口和出口的管41a和 41b的相對側(cè)處所布置的蓋部40中，以使得從與管41a和41b相對的側(cè)向半導(dǎo)體器件1供 H1^ ο(4)第四實(shí)施例是半導(dǎo)體芯片11和12布置在相反方位的2合1結(jié)構(gòu)的示例。然而，半導(dǎo)體芯片11和12可布置在相同方位。在這種情況下，散熱器13和14中的每一個均被劃分成兩個部分，散熱器13和14中的每一個的兩個部分分別連接至半導(dǎo)體芯片11或12 的上表面和下表面，并且上臂的IGBT的發(fā)射極和FWD的陽極通過連接構(gòu)件連接至下臂的 IGBT的集電極和FWD的陰極。(5)第四實(shí)施例是電源端子15具有與第一實(shí)施例中所使用的電源端子15的結(jié)構(gòu)相同的結(jié)構(gòu)的2合1結(jié)構(gòu)的示例。然而，第四實(shí)施例可使用結(jié)構(gòu)與第二、第三、第五或第六實(shí)施例、或者第三實(shí)施例的變型中所使用的電源端子15的結(jié)構(gòu)相同的電源端子15。(6)在上述實(shí)施例中，散熱器13和14中的每一個均具有矩形。然而，它們可以具有與矩形不同的形狀，以使得它們具有更大的表面，從而具有更高的散熱效率。例如，不連接至電源端子15的散熱器13和14可以形成有允許電源端子15穿過同時不與電源端子15接觸的槽口(notch)。(7)在上述實(shí)施例中，樹脂模制部20具有矩形板的形狀。然而，其可以是任何板狀的形狀，諸如橢圓板形狀。(8)在使用絕緣管14g的第六實(shí)施例中，電源端子15的連接部分1 具有與第一實(shí)施例中的電源端子15的連接部分的形狀相同的形狀。然而，在半導(dǎo)體器件1使用絕緣管 14g的情況下，電源端子15可以是具有如第二實(shí)施例中所示的扁平形狀的電源端子。(9)上述實(shí)施例的半導(dǎo)體器件具有各個單元的電源端子在單元彼此堆疊時彼此電連接的結(jié)構(gòu)。然而，還可以在除了電源端子外的用于向半導(dǎo)體功率元件提供工作電流的端子(例如，逆變器的下臂的負(fù)極端子)彼此連接時使用本發(fā)明。另外，本發(fā)明可應(yīng)用于具有不僅電源端子而且負(fù)極端子都彼此連接的2合1結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體器件。上述優(yōu)選實(shí)施例僅是由以下所附權(quán)利要求描述的本申請的發(fā)明的示例。應(yīng)該理解，本領(lǐng)域的技術(shù)人員會想到，可進(jìn)行優(yōu)選實(shí)施例的變型。
權(quán)利要求
1.一種半導(dǎo)體器件，包括單元堆疊體，其包括彼此堆疊的多個單元，每個單元均包括半導(dǎo)體芯片，其具有彼此相對的第一表面和第二表面，并且形成有半導(dǎo)體功率元件；第一散熱器，其連接至所述半導(dǎo)體芯片的所述第一表面；第二散熱器，其連接至所述半導(dǎo)體芯片的所述第二表面；端子部，其電連接至所述半導(dǎo)體功率元件；板形的樹脂模制部，其覆蓋所述半導(dǎo)體芯片、所述第一散熱器和所述第二散熱器以及所述端子部，以使得所述端子部的一部分暴露，所述第一散熱器和所述第二散熱器在與所述半導(dǎo)體芯片相對的側(cè)上的表面暴露，所述樹脂模制部形成冷卻劑流過的冷卻劑通道的一部分，以及第一蓋部和第二蓋部，其將所述單元堆疊體保持在其之間，其中，每個單元的所述端子部包括用于向所述半導(dǎo)體功率元件提供電流的電源端子，所述電源端子包括連接至所述第一散熱器的引線部分以及連接至所述引線部分并穿過第一表面和第二表面的連接部分，彼此堆疊的單元中每相鄰的兩個單元的所述連接部分在其第一表面和第二表面處彼此電連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體器件，其中，所述連接部分由穿過所述樹脂模制部的第一表面和第二表面的構(gòu)件制成，所述構(gòu)件的一端形成有從所述樹脂模制部突出的突起， 所述構(gòu)件的另一端形成有具有與所述突起的形狀相對應(yīng)的形狀的凹口，各個單元中每相鄰的兩個單元的所述連接部分通過所述凹口與適配于所述凹口的所述突起之間的接觸而彼此電連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體器件，其中，所述電源端子具有扁平形狀，所述連接部分在其一端從所述樹脂模制部的所述第一表面突出，并且在所述樹脂模制部的所述第二表面的位置處形成有端子插入孔，各個單元中每相鄰的兩個單元的所述連接部分通過所述端子插入孔與適配于所述插入孔的所述連接部分的所述一端之間的接觸而彼此電連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體器件，還包括密封部，所述密封部被形成為圍繞所述冷卻劑通道，以在單元中每相鄰的兩個單元之間進(jìn)行密封，所述連接部分位于所述密封部外。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體器件，其中，所述連接部分被布置成在所述冷卻劑通道內(nèi)延伸，并且在從所述樹脂模制部暴露的至少一部分處被絕緣構(gòu)件覆蓋，以使得所述連接部分與流過所述冷卻劑通道的冷卻劑絕緣。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的半導(dǎo)體器件，其中，所述絕緣構(gòu)件被形成為絕緣管，從所述樹脂模制部暴露的所述連接部分的一部分由所述絕緣管圍繞，并且所述絕緣管在其兩端處設(shè)置有密封構(gòu)件，以使得從所述樹脂模制部暴露的所述連接部分的一部分與所述冷卻劑通道隔離，所述連接部分與所述冷卻劑通道之間的密封通過所述絕緣管和所述密封構(gòu)件來確保。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的半導(dǎo)體器件，其中，所述密封部是密封環(huán)，并且所述單元堆疊體由將所述單元堆疊體保持在所述第一蓋部與所述第二蓋部之間的固定構(gòu)件扣緊于所述第一蓋部和所述第二蓋部。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體器件，其中，所述單元堆疊體由被緊固以將所述單元堆疊體保持在所述第一蓋部與所述第二蓋部之間的至少一個螺栓扣緊于所述第一蓋部和所述第二蓋部，所述連接部分是管狀構(gòu)件，所述管狀構(gòu)件具有中空部分并且穿過所述樹脂模制部的所述第一表面和所述第二表面，所述螺栓適配于所述各個單元的所述連接部分的所述中空部分，以使得所述單元堆疊體固定于所述第一蓋部和所述第二蓋部，并且所述各個單元的所述電源端子電連接至所述螺栓。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的半導(dǎo)體器件，還包括圍繞所述螺栓的外圍的管狀網(wǎng)孔金屬構(gòu)件，所述管狀網(wǎng)孔金屬構(gòu)件在所述螺栓被緊固時直徑擴(kuò)大，以使得所述各個單元的所述電源端子的所述連接部分的內(nèi)表面電連接至所述螺栓。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種半導(dǎo)體器件，其具有包括彼此堆疊的多個單元的單元堆疊體。每個單元均包括具有引線部分和連接部分的電源端子。連接部分形成有突起和凹口。當(dāng)單元彼此堆疊時，一個單元的突起適配于相鄰單元的凹口，使得各個單元的電源端子彼此連接。
文檔編號H01L25/11GK102315184SQ201110189350
公開日2012年1月11日 申請日期2011年6月30日 優(yōu)先權(quán)日2010年6月30日
發(fā)明者井手茂生, 新美彰浩 申請人:株式會社電裝