具体实施方式

可以理解，在本文使用的术语“车辆”或者“车辆的”或其它类似的术语通常包括机动车辆(例如包括运动型多用途车辆(SUV)、公共汽车、卡车、各种商用车辆的乘用车辆)、包括各种船艇和船舶的水运工具、飞机等，并且包括混合动力车辆、电动车辆、插电式混合动力电动车辆、氢动力车辆、以及其他可替代燃料的车辆(例如，从石油以外的资源导出燃料)。如本文所提及的，混合动力车辆是具有两种或更多种动力源的车辆，例如又是汽油动力又是电动动力车辆。

本文使用的术语仅用于描述具体实施例的目的并且并不旨在限制本公开。如本文所使用的，除非上下文另有明确指示，否则单数形式“一(a)”、“一个(an)”以及“该”也旨在包括复数形式。应当进一步理解的是，当在本说明书中使用时，术语“包含(comprises)”和/或“含有(comprising)”指定了存在所述特征、整数、步骤、操作、元件、和/或组件，但并不排除存在或者添加有一个或多个其他的特征、整数、步骤、操作、元件、组件和/或其组合。如本文所使用的，术语“和/或”包括一个或多个相关联的列出项的任何和所有组合。在整个说明书中，除非相反地明确描述，否则词语“包括(comprise)”和例如“包含”或“含有”的变体将被理解为暗示包括所述元件但不排除任何其他元件。另外，本说明书中描述的术语“单元(unit)”、“…器(-er)”、“…装置(-or)”和“模块(module)”是指表示用于处理至少一种功能和操作的单元，并且可以由硬件组件或软件组件及其组合来实现。

此外，本公开的控制逻辑可体现为包含由处理器、控制器等执行的可执行程序指令的计算机可读介质上的非暂时性计算机可读介质。计算机可读介质的示例包括但不限于ROM、RAM、光盘(CD)-ROM、磁带、软盘、闪存驱动器、智能卡和光学数据存储设备。计算机可读介质也可以分布在网络耦接的计算机系统中，使得计算机可读介质以分布式的方式例如由远程信息处理服务器或控制器局域网(CAN)来存储和执行。

下面将参考附图详细描述根据本公开的实施例的半导体器件内的缓冲电路的连接器件和使用这些半导体器件内的缓冲电路的连接器件的功率模块。

图1是示意性地示出根据本公开的实施例的半导体器件内的缓冲电路的连接器件的视图。根据本公开的半导体器件内的缓冲电路的连接器件是用于功率模块并且在减小噪声方面有效的小型电路结构。

功率模块(例如将直流电流转换为交流电流的逆变器电路)用于功率控制。对于功率控制，组装到功率模块中的开关元件执行开关。执行开关时，输出电流变化很大。因此，电源电压容易由于电路的电感系数、寄生电容等的影响而变化。因此，通常，为了抑制功率的这种变化，将大容量电容器串联安装在直流电源上。

然而，当高容量电容器到开关元件的距离较大时，在不抑制将高容量电容器与开关元件彼此连接的布线的电感系数等的影响的情况下，无法充分地实现抑制功率变化的效果。缓冲电路是一种能够降低并联地安装以连接至直流电源的高容量电容器中无法消除的所有噪声的效果的电路。缓冲电路的类型包括C缓冲电路、RC缓冲电路、RCD缓冲电路等。在C缓冲电路中，电容器相对于串联地连接至开关元件的电路而并联地安装。在RC缓冲电路中，串联地连接至电容器或电阻器的电路相对于开关元件并联地安装。在RCD缓冲电路中，并联地连接至二极管和电阻器且然后串联地连接至电容器的电路相对于开关元件或串联地连接至开关电路的电路并联地安装。在任何缓冲电路中，电容器都是不可或缺的组成元件。与通过通常的表面安装以平坦方式使用电容器的方法不同，在根据本公开的半导体器件内的缓冲电路的连接器件中，电容器相对于基板以竖直位置安装。根据本公开的连接器件的特征在于，电容器安装在开关元件附近(例如，与该开关元件相邻)的小的安装区域中。

参考图1，根据本公开的实施例的半导体器件内的缓冲电路的连接器件10包括第一基板13、第二基板14、以及堆叠陶瓷电容器11。在第一基板13的一个表面上设置有第一电极布线15。在第二基板14的面对第一电极布线15的表面上设置有第二电极布线16。堆叠陶瓷电容器11以与彼此面对的第一电极布线15和第二电极布线16电连接的方式，相对于第一基板13和第二基板14以竖直位置安装。

在堆叠陶瓷电容器11的纵向方向上的相对端上分别设置连接端子12。堆叠陶瓷电容器11以竖直位置安装。因此，一个连接端子(例如，第一连接端子)12的整个表面与另一(例如，第二)连接端子12的整个表面用于连接。即，堆叠陶瓷电容器11的第一端上的连接端子12的整个表面连接至第一电极布线15，并且该堆叠陶瓷电容器11的第二端上的连接端子的整个表面连接至第二电极布线16。连接端子分别接合于第一电极布线15和第二电极布线16，导电接合材料50介于连接端子与电极布线之间。

通常，焊接材料等用作导电接合材料50。然而，任何导电材料都可以用作导电接合材料50。此外，相同的导电接合材料50可以用于将连接端子12分别接合至第一电极布线15和第二电极布线16。导电接合材料50可以包括多种类型的导电接合材料50，其中导电接合材料50的类型可以根据导电接合材料50分别连接至的第一电极布线15和第二电极布线16的类型而改变。例如，例如RC缓冲电路的电路可以利用包括电阻器的导电接合材料50。

堆叠陶瓷电容器11安装在功率模块(安装在第一基板13上)的开关元件20附近。堆叠陶瓷电容器11与开关元件20共享第一电极布线15。即，开关元件20的下表面上的电极21与堆叠陶瓷电容器11的下端上的连接端子12利用介于其间的第一电极布线15而彼此电连接。堆叠陶瓷电容器11与开关元件20共享第一电极布线15使得堆叠陶瓷电容器11可以安装在开关元件20附近。

当开关元件20附接到第一基板13上时，导电接合材料50用于电连接开关元件20的下表面上的电极21与第一电极布线15。然而，接合堆叠陶瓷电容器11的下端部分的导电接合材料50与接合开关元件20的下表面上的电极21的导电接合材料50可以彼此接触，或者可以彼此部分地以整体的方式组合。

开关元件20的上表面上的电极22与第二基板14上的电极布线连接，导电性间隔物30介于其间。开关元件20的上表面上的电极22与导电性间隔物30彼此连接，导电接合材料50介于其间。导电性间隔物30与第二基板14上的电极布线彼此连接，导电接合材料50介于其间。

当用作C缓冲电路时，堆叠陶瓷电容器11相对于串联连接的开关元件20并联地连接。因此，与堆叠陶瓷电容器11的上端连接到的第二电极布线16不同，开关元件20的上表面上的电极22所连接到的第二基板14上的电极布线是用于与串联连接的另一开关元件连接的电极布线。下面将参照图4A至图4D描述如上配置的功率模块。

例如，在堆叠陶瓷电容器11如上所述连接至第二电极布线16，电阻器介于其间的情况下，开关元件20的上表面上的电极22连接到的第二基板14上的电极布线可以是第二电极布线16。

导电性间隔物30不仅将开关元件20的上表面上的电极22与第二基板14上的电极布线彼此电连接，而且还用作将在开关元件20中产生的热传递到第二基板14的导热体。因此，期望导电性间隔物30由电阻率低且导热性优异的铜、铜合金等制成。采用如图1所示的结构以将在开关元件20中产生的热量传递到第一基板13和第二基板14。具有半导体器件内的缓冲电路的连接器件10的功率模块可以用作双面散热功率模块，在该双面散热功率模块中，第一基板13的下表面和第二基板14的上表面用作散热表面。

根据本公开的半导体器件内的缓冲电路的连接器件10具有堆叠陶瓷电容器11必须以竖直位置安装的结构特征。因此，彼此面对的两个基板(即，第一基板13和第二基板14)之间的距离由堆叠陶瓷电容器11的长度确定。因此，导电性间隔物30形成以具有考虑导电性间隔物30与开关元件20的上表面上的电极22之间的距离而确定的长度。

期望以使堆叠陶瓷电容器11具有最有效的减小噪声的能力的方式，单独地调整堆叠陶瓷电容器11的电容，但是制造堆叠陶瓷电容器11以附接到电路上并不容易。如下面将参考图2和图3所描述的，在根据本公开的实施例的半导体器件内的缓冲电路的连接器件10中，多个堆叠陶瓷电容器11也可以容易地并联或处于竖直位置。因此，作为通常可获得的廉价芯片组件的芯片电容器可以用作堆叠陶瓷电容器11。

通常，为了连接，芯片组件上的两个端子分别焊接到两个电极上，该两个端子彼此相距一定距离地安装在一个安装基板上。安装基板由基材和布线材料构成。各种电子组件被安装在安装基板上。由于这些原因，安装基板由于电路工作时产生的热量而容易翘曲。当安装基板翘曲时，存在弯曲应力集中在芯片组件的两个端子的焊接接头部分上，从而引起破裂等。

然而，在根据本公开的半导体器件内的缓冲电路的连接器件10中，堆叠陶瓷电容器11仅一个端子连接至一个安装基板。因此，即使安装基板翘曲，也不大可能发生弯曲应力。尽管未在图1中示出，但是出于保护开关元件20的目的，将成型树脂放入第一基板13与第二基板14之间的空间中。由于成型树脂的固化和收缩，在室温下，与施加到第一基板13和第二基板14相同的压缩应力施加到堆叠陶瓷电容器11上的连接端子12的接合部分。另外，尽管半导体器件内的缓冲电路的连接器件10可以由于开关操作产生的高电流而达到高温，由于在堆叠陶瓷电容器11与成型树脂之间的热膨胀系数不同而产生的拉伸应力可能发生在接合部分上，但不会对接合部分施加较大的应力。因此，根据本公开的半导体器件内的缓冲电路的连接器件10确保了稳定的连接状态并且具有高的连接可靠性。

由于功率模块产生大量的热量，因此第一基板13和第二基板14需要高的耐热性。在大多数情况下，树脂基板通常被用作布线基板。然而，期望用于功率模块的树脂基板由高耐热性树脂制成。具体地，对于车辆组件的布线基板需要高可靠性。根据本实施例，陶瓷基板用作第一基板13和第二基板14。陶瓷的类型包括氧化铝陶瓷、氮化硅等。第一基板13和第二基板14的材料不限于具体类型的陶瓷。

期望分别形成在第一基板13和第二基板14上的第一电极布线15和第二电极布线16是具有优异导热性和小电阻率的铜布线。然而，第一电极布线15和第二电极布线16可以由满足所需电特性的任何材料制成。

图2是示意性地示出根据本公开的实施例的半导体器件内的缓冲电路的连接器件的视图，在连接器件中，堆叠陶瓷电容器被设置为并联地连接。

图2中的半导体器件内的缓冲电路的连接器件具有与图1中的半导体器件内的缓冲电路的连接器件10基本相同的基本配置。即，图2中的半导体器件内的缓冲电路的连接器件具有与图1中的半导体器件内的缓冲电路的连接器件10相同的第一电极布线15和第二电极布线16，以用于分别连接开关元件20与堆叠陶瓷电容器11。不同之处在于，在图2中，多个堆叠陶瓷电容器11并联地连接。省略与图1中相同的配置的描述，并且下面将描述与图1不同的并联连接。

在根据本公开的实施例的半导体器件内的缓冲电路的连接器件10中，作为便宜的芯片组件的芯片电容器用作堆叠陶瓷电容器11。通常，可获得的芯片组件的外径通常被标准化，并且将具有相同大小但具有不同电容的芯片组件串联化(serialized)。当具有期望电容的芯片电容器不是串联化芯片组件时，也可以通过组合通常可获得的串联化芯片电容器来确保具有近似期望电容的芯片电容器。

图2示出了两个堆叠陶瓷电容器11并联地连接的配置。两个堆叠陶瓷电容器11可以具有相同的电容或不同的电容。但是，使用至少具有相同长度的外径尺寸的两个堆叠陶瓷电容器11。

如上所述，根据堆叠陶瓷电容器11的长度确定彼此面对的两个基板(即，第一基板13与第二基板14)之间的距离。因此，如果具有不同长度的堆叠陶瓷电容器11并联连接，则彼此面对的两个基板(即，第一基板13与第二基板14)之间的距离被限制为堆叠陶瓷电容器11的长度中的较大者。因此，为了连接具有较小长度的堆叠陶瓷电容器11，需要用于调节长度的组件(例如间隔物)。

安装两个要并联地连接的堆叠陶瓷电容器11所需的面积小到至少是堆叠陶瓷电容器11的端部面积的两倍。这使得可以非常紧凑地安装，并防止功率模块增大到大于所需的大小。准备用于安装堆叠陶瓷电容器11的导电接合材料50可以在两个堆叠陶瓷电容器11之间共享。例如，在将两个堆叠陶瓷电容器11以竖直位置保持在焊膏或焊箔上的一个位置的状态下进行回流处理。以这种方式，两个堆叠陶瓷电容器11同时附接。

图2示出了两个堆叠陶瓷电容器11并联地连接的情况。然而，堆叠陶瓷电容器11的数量不限于2个。可以并联地连接三个或以上的堆叠陶瓷电容器11。另外，如图2所示，多个堆叠陶瓷电容器11可以以他们彼此面对的方式布置，并且当从上方观察时，可以沿着开关元件20的圆周边缘并排布置。在任一情况下，堆叠陶瓷电容器11上的连接端子12的整个表面以与图1相同的方式分别连接到电极布线。

图3是示意性地示出根据本公开的实施例的半导体器件内的缓冲电路的连接器件的视图，在该连接器件中，堆叠陶瓷电容器11被设置为串联地连接。

参考图3，在图2的半导体器件内的缓冲电路的连接器件10中，在该连接器件10中，堆叠陶瓷电容器11被设置为并联地连接，并联地连接的堆叠陶瓷电容器11被附加地串联地连接。

上面参考图1和图2描述了图3中的与开关元件20相邻地示出的开关元件20和并联地连接的堆叠陶瓷电容器11，并因此，省略其描述。

另外串联连接的两个堆叠陶瓷电容器11彼此并联地连接。堆叠陶瓷电容器11的上端的连接端子12连接至第二基板14上的第二电极布线16，且堆叠陶瓷电容器11的下端的连接端子12都连接至与第一基板13上的第一电极布线15不同的电极布线。这时，以与图1和图2相同的方式，将要串联连接的两个堆叠陶瓷电容器11中的每一个的上端和下端上的连接电极12都分别连接到第一基板13和第二基板14，并且导电接合材料50介于连接电极12与基板之间。此外，连接端子12的整个表面以与图1和图2相同的方式用于连接。

串联地连接至图3中的开关元件20的另一开关元件20(未示出)连接到与第一基板13上的第一电极布线15不同的电极布线，堆叠陶瓷电容器11的下端上的连接端子12连接到该电极布线。串联地连接的开关元件20和其中两个并联地连接的堆叠陶瓷电容器11串联地连接的缓冲电路被配置为并联地连接。

图4A至图4D是各自示意性地示出根据本公开的实施例的使用半导体器件内的缓冲电路的连接器件的功率模块的视图。

图4A是示出从堆叠陶瓷电容器11的方向观察时，使用根据本公开的实施例的半导体器件内的缓冲电路的连接器件10的功率模块1中的第二基板14的表面的视图。图4C是从堆叠陶瓷电容器11的方向观察时的功率模块1中的第一基板13的俯视图。图4B是从正面观察时在图4C中的功率模块1上沿着线X-X’截取的视图。图4D是示出功率模块1的外观的透视图。

参考图4A至图4C，根据使用本公开的实施例的在半导体器件内缓冲电路的连接器件10的功率模块1包括第一基板13、第二基板14、至少一个开关元件20A、导电性间隔物30和堆叠陶瓷电容器11。在第一基板13的表面上设置第一电极布线15。在第二基板14的面向第一电极布线15的表面上设置第二电极布线16。在第一基板13上安装有至少一个开关元件。导电性间隔物30插入在至少一个开关元件20A的上表面上的电极端子22与第二基板14之间，并且该导电性间隔物30将该开关元件20A上表面上的电极端子22与第二基板14上的另一电极布线18彼此连接。连接端子12分别设置在堆叠陶瓷电容器11的纵向方向的相对端上。堆叠陶瓷电容器11以将连接端子12的整个表面分别连接到第一电极布线15和第二电极布线16的方式安装在竖直位置。

图4A至图4D所示的功率模块1是用于逆变器电路的功率模块1。除了连接到第一基板13上的第一电极布线15的开关元件20A之外，功率模块1包括开关元件20B和两个导电通孔间隔物31。开关元件20B串联地连接到该开关元件20A。两个导电通孔间隔物31电连接到第一基板13上的电极布线和第二基板14上的电极布线。导电通孔间隔物31是柱状导体。例如，导电通孔间隔物31是圆形的金属材料。期望导电通孔间隔物31是具有在并联地连接的堆叠陶瓷电容器11的纵向方向上的近似热膨胀系数的导体。

图4A和图4C中的电极布线图案上的虚线矩形图案表示安装开关元件20A和20B的位置或安装堆叠陶瓷电容器11的位置。虚线圆形图案指示通孔间隔物31的安装位置。

开关元件20A和20B的连接顺序如下。开关元件20A的下表面上的电极端子21连接至第一基板13上的第一电极布线15。开关元件20A的上表面上的电极端子22与第二基板14上的第四电极布线18连接，导电性间隔物30介于其间。第四电极布线18与第一基板13上的第三电极布线17连接，第一通孔间隔物31介于其间。开关元件20B的下表面上的电极端子21安装在用于连接的第三电极布线17上。开关元件20B的上表面上的电极端子22与第二基板14上的第二电极布线16连接，导电性间隔物30介于其间，并且电极端子22还与第一基板13上的第五电极布线19连接，第二通孔间隔物31介于其间。

在第一电极布线15、第五电极布线19、第三电极布线17上分别安装作为用于与外部电路连接的引线框架40的外部端子P、N和AC。

以这种方式，两个开关元件(即，开关元件20A和20B)串联地连接在外部端子P与N之间，并且外部端子AC是连接到两个开关元件20A与20B之间的电极布线17的端子。来自外部的DC电压施加在外部端子P与N之间，并且两个开关元件(即，开关元件20A和20B)根据从外部输入的控制信号执行开关。控制信号从安装在第一基板13上的控制信号端子41输入。

开关元件20A和20B的类型包括IGBT、MOSFET等。在IGBT的情况下，对于单独的输入，控制信号端子41分别安装在开关元件20A和20B中的每个的栅极和发射极上。另外，控制信号端子41与开关元件20A和20B中的每个彼此连接。根据实施例，除了在开关元件20A和20B中的每个的上表面上的电极端子22之外，单独地安装在开关元件20A和20B中的每个的上表面上的栅极和发射极上的连接端子、以及分别与该连接端子相对应的控制信号端子41通过引线键合分别用所示的引线连接。

堆叠陶瓷电容器11安装在至少一个开关元件20A的附近，并且堆叠陶瓷电容器11的第一端上的连接端子12与开关元件20A的下表面上的电极端子21彼此连接，第一电极布线15介于其间。堆叠陶瓷电容器11的第二端上的连接端子12连接到第二基板14上的第二电极布线16。如上所述，第二电极布线16与第一基板13上的第五电极布线19连接，第二通孔间隔物31介于其间，并且第二电极布线16与外部端子N连接。以这种方式，堆叠陶瓷电容器11以相对于串联地连接在外部端子P与N之间的两个开关元件20A和20B平行地插入的方式安装，从而构成缓冲电路。

图4A至图4D示出了使用半导体器件内的缓冲电路的连接器件10的功率模块1，该连接器件10包括如图1所示的单堆叠陶瓷电容器11。但是，如图2或图3所示，功率模块1可以使用半导体器件内的缓冲电路的连接器件10，在连接器件10中多个堆叠陶瓷电容器11被配置为并联或串联地安装。

另外，如上所述，在如图4A至图4D所示，采用堆叠陶瓷电容器11与包括在接合材料中的电阻器串联地连接的配置的情况下，堆叠陶瓷电容器11和电阻器可以连接为RC缓冲电路。作为RC缓冲电路的两个堆叠陶瓷电容器11和两个电阻器可以分别相对于两个开关元件(即，开关元件20A和20B)连接。即，另外，堆叠陶瓷电容器11可以在开关元件20B的附近串联地连接，并且电阻器包括在接合材料中。在这种情况下，开关元件20A和20B共享第二基板14上的电极布线以及第一基板13上的电极布线。各个RC缓冲电路分别与开关元件20A和20B并联地连接。

如图4D所示，图4A至图4C所示的功率模块1最终形成为双面冷却型的功率模块1，在该双面冷却型的功率模块1中，第一基板13和第二基板14及其相邻的基板被保护用的成型树脂60覆盖，并且在该双面冷却型的功率模块1中，控制信号端子41从读取框架40突出。散热金属图案70分别形成在第一基板13的下表面和第二基板14的上表面上，并且与散热器或散热片(例如外部散热插针)接触以进行散热。散热金属图案70分别通过功率模块1的上表面和下表面暴露。

图5是示意性地示出与图4A至图4D中的功率模块相对应的电路的图。

参考图5，图4A至图4D中的功率模块1中的开关元件20A的第一端与开关元件20B的第一端串联地连接，并且开关元件20A的第二端连接到外部端子P，并且开关元件20A的第二端连接到外部端子N。另外，开关元件20A与开关元件20B之间的接触点连接到外部端子AC。

外部端子P连接到例如外部电池的直流电源的电源端子HV，并且外部端子N连接到直流电源的接地端子GND。另外，连接直流电源的电源端子HV和接地端子GND的平滑电容器CDC与功率模块1并联地连接。

来自外部的控制信号施加在两个开关元件(即，开关元件20A和20B)中的每个的栅极与发射极之间。因此，两个开关元件(即，开关元件20A和20B)执行控制来自外部端子AC的输出的开关操作。当输出电流由于开关操作而突然改变时，由于感应系数的影响，发生电源电压的改变。安装平滑电容器CDC以抑制这种变化。然而，如图5所示，平滑电容器安装在功率模块1的外部。这对功率模块1中的从平滑电容器CDC到开关元件20A和20B的布线路径的感应系数产生影响。因此，不能充分地实现平滑电容器CDC的效果。

相反，在根据本公开的实施例的半导体器件内的缓冲电路的连接器件10中，堆叠陶瓷电容器11安装在开关元件20A和20B的附近。因此，可以充地分降低从堆叠陶瓷电容器11到开关元件20A、20B的布线路径的感应系数。因此，可以容易地获得堆叠陶瓷电容器11的优点，并且可以充分地降低所引起的功率变化的噪声。

以这种方式，在根据本公开的实施例的半导体器件内的缓冲电路的连接器件10中，堆叠陶瓷电容器11以竖直位置安装，正好在开关元件20附近。利用连接器件10，可以提供能够大大降低噪声、以低成本确保高连接可靠性并且被小型化的双面冷却型功率模块1。

尽管已经出于说明性目的描述了本公开的特定实施例，但是本领域技术人员将理解，在不脱离如所附权利要求中公开的本公开的范围和精神的情况下，可以进行各种修改、添加和替换。