CN103367277A - 半导体单元 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种半导体单元，该半导体单元包括：冷却器，其具有流体流动空间；绝缘基底，其通过金属而被接合到所述冷却器；半导体装置，其被焊接到所述绝缘基底；中间构件，其介于所述绝缘基底与所述流体流动空间之间，并且具有安装有所述绝缘基底的第一表面；以及塑模树脂，其具有与所述中间构件相比较低的线性膨胀系数，其中，通过所述塑模树脂来对所述绝缘基底、所述半导体装置以及所述冷却器进行塑模。所述中间构件具有相对于所述第一表面向上或向下延伸的第二表面。所述第一表面被所述塑模树脂覆盖。所述第二表面被树脂封套覆盖。

Description

半导体单元
技术领域
本发明涉及一种半导体单元。
背景技术
已知一种半导体单元，在该半导体单元中，例如如在日本未审专利申请公布第2007-329163号中所公开地，采用塑模树脂（mold resin）将安装在管芯焊盘（die pad）的一侧上的功率半导体装置、安装在管芯焊盘另一侧上的绝缘板、以及安装在绝缘板的与管芯焊盘相反侧上的空心热交换构件塑模为一个模块。该种塑模功率半导体装置具有高的可靠性。
已知一种半导体单元，在该半导体单元中，空心热交换构件被铜焊（brazed）或焊接到绝缘板。
但是，在该种结构的半导体单元中，由于塑模树脂与空心热交换构件之间的线性膨胀系数的差异，塑模树脂可能从空心热交换构件脱离。
本发明旨在提供一种防止塑模树脂的这种脱离的半导体单元。
发明内容
依照本发明的方面，半导体单元包括：冷却器，其具有流体流动空间；绝缘基底，其通过金属而被接合到所述冷却器；半导体装置，其被焊接到所述绝缘基底；中间构件，其介于所述绝缘基底与所述流体流动空间之间，并且具有安装有所述绝缘基底的第一表面；以及塑模树脂，其具有与所述中间构件相比较低的线性膨胀系数，其中，通过所述塑模树脂来对所述绝缘基底、所述半导体装置以及所述冷却器进行塑模。所述中间构件具有相对于所述第一表面向上或向下延伸的第二表面。所述第一表面被所述塑模树脂覆盖。所述第二表面被树脂封套覆盖。
依照本发明的另一个方面，半导体单元包括：冷却器，其具有流体流动空间；绝缘基底，其通过金属而被接合到所述冷却器；半导体装置，其被焊接到绝缘基底；以及塑模树脂，其具有与所述冷却器相比较低的线性膨胀系数，其中，通过所述塑模树脂来对所述绝缘基底、所述半导体装置以及所述冷却器进行塑模。所述冷却器包括第一板和第二板，所述第一板具有安装有所述绝缘基底的第一表面，所述第二板具有基体、从所述基体的周围向上延伸并且被接合到所述第一板的垂直部分以及从所述垂直部分向上延伸超过所述第一表面的延伸部。塑模树脂覆盖第一表面和延伸部的整体。
结合以示例的方式示出本发明的原理的附图，根据下面的描述本发明的其它方面和优点将变得明显。
附图说明
图1是根据本发明的第一实施例的半导体单元的示意性剖面图；
图2A是根据本发明的半导体单元的第二实施例的示意性平面图；
图2B是沿图2A的线IIB-IIB所截取的横截面图；以及
图3至图10是根据本发明的半导体单元的替选实施例的示意性剖面图。
具体实施方式
下面将参照附图来描述根据本发明的半导体单元的实施例。注意的是，在附图中为简明起见，以夸大的尺寸示出了半导体单元的一些组件。
参照图1，由1总地标示的第一实施例的半导体单元包括安装在电路板10上的两个半导体装置20以及热耦接到电路板10的散热器30。通过塑模树脂70来对电路板10、半导体装置20以及散热器30进行塑模。半导体单元1适用于用在车辆中的逆变器，该逆变器将电池的DC功率转换为AC功率以驱动车辆的行走马达（travel motor）。
电路板10由绝缘基底11、接合到绝缘基底11的上表面的金属板12以及接合到绝缘基底11的下表面的金属板13组成。绝缘基底11是矩形薄板并且例如由陶瓷基底提供，该陶瓷基底由氮化铝、氧化铝或氮化硅构成。
金属板12用作布线层或电极，并且还用于释放由半导体装置20所生成的热量。金属板12由例如铝基金属或铜构成。术语“铝基金属”包括纯铝和铝合金。
通过焊接层21将半导体装置20中的每个安装到金属板12。即，半导体装置20被焊接到电路板10的金属板12。半导体装置20通过金属板12被热耦接到绝缘基底11。半导体装置20可以例如由绝缘栅双极型晶体管（IGBT）、金属氧化物半导体场效应晶体管（MOSFET）或二极管提供。
接合到绝缘基底11的下表面的金属板13用于将绝缘基底11连接至散热器30，并且还用于释放由半导体装置20所生成的热量。金属板13由例如铝基金属或铜构成。
矩形板形式的应力释放构件14被设置在电路板10的金属板13与散热器30之间。应力释放构件14由具有高热导率的材料（诸如铝基金属）构成。应力释放构件14通过其上表面被铜焊到金属板13，并且通过其下表面被铜焊到散热器30。即，由铜焊材料（未示出）构成的金属键合层形成在应力释放构件14与金属板13之间，并且形成在应力释放构件14与散热器30之间。散热器30、应力释放构件14以及电路板10通过金属而接合在一起。电路板10和散热器30通过应力释放构件14而被热耦接，以使得由半导体装置20所生成的热量通过电路板10和应力释放构件14而被传递到散热器30。
应力释放构件14具有穿过它而形成的并且在其厚度方向上延伸的多个孔14X。换言之，应力释放构件14的孔14X形成了应力释放构件14不与金属板13和散热器30接触的区域。这样的区域或孔14X允许应力释放构件14的变形并且因此减少了在应力释放构件14中出现的热应力。
散热器30（冷却器）由具有高热导率的材料（诸如，铝基金属）构成。散热器30具有上部板40（第一板）、下部板50（第二板）以及流体流动空间60。
上部板40和下部板50通过它们的外边缘部分而被铜焊在一起，以在其间形成用作流体流动空间60的空间。由此在散热器30内部形成的流体流动空间60具有在下部板50与上部板40之间延伸的多个散热片或隔断（partition wall）61。隔断61中的每个分别通过其上端和下端被铜焊到上部板40和下部板50。隔断61以规则的间距间隔开并且彼此平行地延伸。在流体流动空间60中，每个隔断61与邻近的隔断61或与邻近的下部板50的一部分配合以在其间形成通道62，冷却剂（诸如，水）流动通过该通道62。具有多个通道62的流体流动空间60被布置在要被冷却的半导体装置20的正下方的位置处。
尽管未在附图中示出，但是散热器30连接到供给管道并且还连接到排出（discharge）管道，其中，冷却剂通过供给管道而被供给到通道62并且已经通过通道62的冷却剂通过排出管道而流出。
下面将详细描述下部板50和上部板40的结构。上部板40通过其上表面40A铜被焊到应力释放构件14，在应力释放构件14上安装有金属板13和绝缘基底11。
下部板50具有基体51、垂直部分52以及水平接合部分53。基体51具有矩形平面形状并且水平地延伸以形成用于流体流动空间60的底部。垂直部分52从基体51的周围垂直地向上延伸以形成用于流体流动空间60的侧壁。接合部分53从垂直部分52的上端水平地向外延伸。接合部分53延伸到远离基体51或流体流动空间60。接合部分53具有侧表面53A，侧表面53A相对于上部板40的上表面40A垂直地向下延伸，或在与上部板40的上表面40A的方向不同的方向上延伸。
上部板40（中间构件）具有矩形平面形状并且包括基体41和接合部分42。基体41水平地延伸以形成用于流体流动空间60的顶部。基体41通过其上表面被铜焊到应力释放构件14。
接合部分42从基体41水平地向外延伸。接合部分42延伸到远离基体41或流体流动空间60。接合部分42通过其下表面被铜焊到下部板50的接合部分53的上表面。形成在由此而接合在一起的上部板40与下部板50之间的、由上部板40的基体41以及下部板50的基体51和垂直部分52所限定的内部空间相当于流体流动空间60。
接合部分42具有向外延伸超过下部板50的接合部分53的延伸部43。延伸部43具有不与下部板50的接合部分53接触的下表面43A。接合部分42或延伸部43具有从上部板40的上表面40A垂直地向下延伸的侧表面42A。
在散热器30中，远离具有隔断61的流体流动空间60向外延伸地形成上部板40的接合部分42和下部板50的接合部分53。换言之，散热器30的外部轮廓稍微大于流体流动空间60的外部轮廓。
在本实施例的半导体单元1中，以塑模树脂70覆盖上部板40的上表面40A（第一表面）、上部板40的接合部分42的侧表面42A（第二表面）、上部板40的延伸部43的下表面43A、下部板50的接合部分53的侧表面53A、应力释放构件14、电路板10以及半导体装置20的方式来通过塑模树脂70对散热器30的部件和安装在其上的组件进行塑模。下部板50的接合部分53的下表面、垂直部分52的外表面以及基体51的下表面暴露在塑模树脂70之外。因此，散热器30的下表面暴露在塑模树脂70之外。塑模树脂70由具有与散热器30相比较低的线性膨胀系数的绝缘树脂提供。在应力释放构件14和电路板10被铜焊到散热器30并且半导体装置20也被焊接到电路板10之后，在如下温度下执行这种通过塑模树脂70的塑模：该温度低于半导体装置20被焊接到金属板12的温度，并且该温度还低于金属板13被铜焊到散热器30和应力释放构件14的温度。在本实施例中，塑模树脂70用作用于覆盖上部板40的接合部分42的侧表面42A的树脂封套（resin cover）。
下面将描述本实施例的半导体单元1的操作。当半导体单元1通电时由半导体装置20所生成的热量通过金属板12、绝缘基底11、金属板13以及应力释放构件14而被传递并且最终被传递到散热器30。通过金属而接合在一起的散热器30、应力释放构件14以及金属板13提供了金属板13与散热器30之间或电路板10与散热器30之间的良好的热传递，由此允许由半导体装置20所生成的热量被有效地传递到散热器30。
被传递到散热器30的热量从散热器30释放至冷却剂，该冷却剂是从源（未示出）通过供给管道（未示出）而被供给到散热器30中的通道62的，并且其沿相同的方向流动通过通道62。因此，通过应力释放构件14而传递到散热器30的半导体装置20的热量被释放到在通道62中流动的冷却剂。已经通过通道62的冷却剂通过排出管道而被排出到散热器30之外。
随着接收由半导体装置20所生成的热量，散热器30和其邻近的塑模树脂70被加热并且热膨胀。散热器30与塑模树脂70之间的线性膨胀系数的差异导致了半导体单元1中的热应力。在塑模树脂70覆盖上部板40的接合部分42的侧表面42A和下部板50的接合部分53的侧表面53A的本实施例的半导体单元1中，当散热器30接收倾向于导致散热器30在上部板40与塑模树脂70之间的接合表面的延伸方向上水平膨胀的力时，上部板40的接合部分42的侧表面42A和下部板50的接合部分53的侧表面53A挤压塑模树脂70，同时接合部分42和接合部分53接收来自塑模树脂70的反作用力。这样的反作用力用于限制散热器30的膨胀。如果散热器30与塑模树脂70之间的线性膨胀系数存在大的差异，则散热器30与塑模树脂70之间的膨胀量的差异较小，这防止塑模树脂70从散热器30脱离。
第一实施例的半导体单元1提供了下面的优点。
（1）通过塑模树脂70来对电路板10、半导体装置20以及应力释放构件14与散热器30整体地进行塑模。不需要提供额外的构件（诸如用于将这样的组件固定到散热器30的支架），从而减小了半导体单元的尺寸。
（2）塑模树脂70覆盖从上部板40的上表面40A向下延伸的接合部分42的侧表面42A和接合部分53的侧表面53A，从而限制了散热器30的水平膨胀。如果散热器30与塑模树脂70之间的线性膨胀系数存在大的差异，则散热器30与塑模树脂70之间的膨胀量的差异较小，这防止塑模树脂70从散热器30脱离，并且因此增加了散热器30与塑模树脂70之间的连接的可靠性。
（3）接合部分42具有延伸超过下部板50的接合部分53的延伸部43，并且塑模树脂70覆盖延伸部43的下表面43A。当散热器30和塑模树脂70热膨胀时，覆盖延伸部43的下表面43A和上部板40的上表面40A的塑模树脂70用于限制上部板40在其厚度方向上的膨胀，这防止塑模树脂70从接合部分42的侧表面42A脱离。换言之，具有延伸部43的接合部分42的配置允许通过塑模树脂70对上部板40的整体进行密封，而使下部板50的垂直部分52暴露在塑模树脂70之外。这有助于减少用于密封的塑模树脂70的数量并且还防止上部板40的热变形，从而增加上部板40与塑模树脂70之间的连接的可靠性。
（4）散热器30的上部板40的接合部分42和下部板50的接合部分53向流体流动空间60的外部延伸，并且接合部分42通过其下表面被铜焊到接合部分53的上表面，以使得在上部板40与下部板50之间形成流体流动空间60。这使接合区域增加，其使得易于将上部板40铜焊到下部板50。
（5）电路板10、应力释放构件14以及散热器30通过金属而接合在一起。与电路板10通过硅脂而被接合到散热器30的情况相比，这样的结构提供了电路板10与散热器30之间的良好的热传递，从而允许由半导体装置20所生成的热量被有效地传递至散热器30。
（6）通过树脂来对电路板10、半导体装置20以及散热器30的一部分进行塑模增加了该种组件的连接可靠性，并且防止半导体单元1的劣化，因此允许长期维持半导体单元1的性能。
（7）散热器30的下表面暴露在塑模树脂70之外。这允许对接合到散热器30的下表面的发热元件进行冷却。
（8）具有多个孔14X的应力释放构件14介于散热器30与电路板10之间。孔14X用作分散并且减少由散热器30与电路板10的绝缘基底11之间的线性膨胀系数的差异所导致的热应力。这防止在绝缘基底11与金属板12之间的连接处出现开裂，并且还防止在绝缘基底11与金属板13之间的连接处出现开裂，从而防止塑模树脂70脱离。
（9）覆盖接合部分42的侧表面42A的塑模树脂70兼作树脂封套。因此，不需要提供额外的构件来覆盖接合部分42的侧表面42A，这减少了半导体单元的组件数目。
图2A和图2B示出了根据本发明的半导体单元的第二实施例。在附图中，对于在第一实施例和第二实施例中公同的元件或组件使用相同的附图标记，并且将省略或简化对第二实施例中的这种元件或组件的描述。
如图2A和图2B所示，通常由80所标示的半导体单元具有电路板10，在电路板10中，第一金属板81和第二金属板82被接合到绝缘基底11的上表面并且金属板13被接合到绝缘基底11的下表面。
半导体装置83、半导体装置84通过焊接层21而被分别安装到第一金属板81和第二金属板82。第一金属板81和第二金属板82中的每个用作布线层。汇流条（bus bar）85被设置以将第一金属板81的上表面电连接到半导体装置84的上表面。电极86连接到半导体装置83的上表面，并且电极87连接到第二金属板82的上表面。电极86、电极87连接到电源（未示出）。
树脂外壳（case）90（树脂封套）被用螺丝固定到上部板40的延伸部43。外壳90具有形成外壳90的盒状主体91的侧壁92和从每个侧壁92的下端向主体91的内部水平地延伸的紧固部分93。每一对相对的侧壁92之间的距离基本上等于其对应的成对的、上部板40的相对的侧表面42A之间的距离。
通过被设置为与上部板40的延伸部43的下表面43A接触的外壳90的紧固部分93的上表面，螺丝94穿过延伸部43而被旋紧到紧固部分93的螺纹孔中以固定外壳90。在因此而固定到上部板40的外壳90中，紧固部分93的内周表面与接合部分53的侧表面53A接触。每一对相对的侧壁92之间的距离基本上等于其对应的成对的、上部板40的相对的侧表面42A之间的距离，并且侧壁92的内表面与侧表面42A接触。外壳90的侧壁92覆盖上部板40的侧表面42A（第二表面）。
外壳90具有穿过一对相对的侧壁92中的每个的上部部分而形成的矩形孔92A。以电极86、电极87由侧壁92支撑的方式穿过各个孔92A***电极86、电极87。各个电极86、电极87暴露在外壳90之外的部分用作要被连接到电源的端子。外壳90的侧壁92还用作用于这种端子的支撑物。
外壳90的邻接紧固部分93的开口由上部板40封闭，上部板40通过其延伸部43被用螺丝固定到外壳90。上部板40用作外壳90的底部。以塑模树脂70覆盖上部板40的上表面40A的方式来采用塑模树脂70对外壳90进行填充。在第二实施例的半导体单元80中，塑模树脂70和外壳90配合以覆盖延伸部43的整体。具体地，塑模树脂70覆盖延伸部43的上表面或上部板40的上表面40A，并且外壳90覆盖延伸部43的侧表面或接合部分42的侧表面42A以及延伸部43的下表面43A。外壳90的紧固部分93覆盖接合部分53的侧表面53A。
当热应力发生在半导体单元80中并且散热器30接收倾向于导致散热器30在上部板40与塑模树脂70之间的接合表面的延伸方向上水平膨胀的力时，上部板40的接合部分42的侧表面42A和下部板50的接合部分53的侧表面53A挤压外壳90，同时接合部分42、接合部分53接收来自外壳90的反作用力。这样的反作用力用于限制散热器30的膨胀。外壳90还用于限制塑模树脂70在上部板40与塑模树脂70之间的接合表面的延伸方向上水平膨胀。如果散热器30与塑模树脂70之间的线性膨胀系数存在大的差异，则散热器30与塑模树脂70之间的膨胀数量的差异较小，这防止塑模树脂70从散热器30脱离。
第二实施例不但提供了第一实施例的优点（1）以及（4）至（8），而且还提供了下面的优点。
（10）外壳90覆盖接合部分42的侧表面42A和接合部分53的侧表面53A以及塑模树脂70，由此限制散热器30和塑模树脂70的水平膨胀。如果在散热器30与塑模树脂70之间的线性膨胀系数存在大的差异，则散热器30与塑模树脂70之间的膨胀数量的差异较小，这防止塑模树脂70从散热器30脱离，并且因此增加散热器30与塑模树脂70之间的连接可靠性。
（11）外壳90不仅被用作在其中倒入塑模树脂70的塑模，而且还被用作树脂封套，这使得组件数目减少。
（12）通过用螺丝固定到上部板40的延伸部43的紧固部分93来对外壳90进行固定。延伸部43可以用作用于将外壳90固定到散热器30的上部板40的凸缘（flange）。
（13）外壳90的紧固部分93覆盖上部板40的延伸部43的下表面43A。塑模树脂70和外壳90用于限制上部板40在厚度方向上的膨胀，这防止塑模树脂70从接合部分42的侧表面42A脱离。
（14）外壳90被用作用于端子的支撑物。当塑模树脂70被倒入外壳90中时，电极86、电极87由外壳90所支撑。当塑模树脂70被倒入外壳90时不需要提供用于支撑电极86、电极87的额外的构件。
可以按照以下例示的各种方式对以上的实施例进行修改。
塑模树脂70不必需如在第一实施例的情况那样覆盖下部板50的接合部分53的侧表面53A。还可以这样修改，以使得塑模树脂70覆盖上部板40的接合部分42的侧表面42A，但是延伸部43的下表面43A暴露在塑模树脂70之外。这可以减少塑模树脂70的数量并且因此降低半导体单元1的制造成本。这样的结构提供了类似于第一实施例的优点（1）、（2）、（4）至（6）以及（8）的优点。
如图3所示，可以以塑模树脂70覆盖接合部分53的下表面并且还覆盖垂直部分52的外表面的一部分的方式对第一实施例进行修改。这样的配置增加了塑模树脂70的、用于限制散热器30的水平膨胀的力，并且因此增加了散热器30与塑模树脂70之间的连接可靠性。散热器30被紧密地密封，从而改进了热辐射。
如图4所示，可以以塑模树脂70覆盖接合部分53的下表面并且还覆盖垂直部分52的外表面的整体的方式对第一实施例进行修改。与图3的情况相比，这样的配置增加了塑模树脂70的、用于限制散热器30的水平膨胀的力，由此进一步增加了散热器30与塑模树脂70之间的连接可靠性。散热器30被紧密地密封，从而改进了热辐射。
可以以塑模树脂70覆盖接合部分53的下表面、垂直部分52的外表面的整体以及基体51的下表面的整体从而覆盖散热器30的整体的方式对第一实施例进行修改。
如图5所示，可以以上部板40的接合部分42不具有延伸部（诸如延伸部43）的方式对第一实施例进行修改。这样的结构提供了类似于第一实施例的优点（1）、（2）、（4）至（6）以及（8）的优点。可以以塑模树脂70覆盖接合部分53的下表面、覆盖接合部分53的下表面和垂直部分52的外表面的整体、或覆盖散热器30的整体的方式对此修改例进一步地进行修改。以类似的方式，以上部板40的接合部分42不具有延伸部（诸如延伸部43）的方式对第二实施例进行修改。在此情况下，外壳90的紧固部分93可以被布置为覆盖下部板50的接合部分53的下表面并且通过螺丝固定到键和部分53。
在第一实施例中，散热器30可以被替换为如图6所示的包括上部板40和下部板50的散热器30A（冷却器）。具体地，上部板40的基体41A具有矩形平面形状并且水平地延伸以形成用于流体流动空间60的顶部。基体41A通过其侧表面被接合到下部板50。下部板50的基体51具有矩形平面形状并且水平地延伸以形成用于流体流动空间60的底部。下部板50的垂直部分52从基体51的周围垂直地向上延伸以形成用于流体流动空间60的侧壁。垂直部分52通过其内表面被接合到上部板40。上部板40的基体41A的侧表面被铜焊到下部板50的垂直部分52的内表面。由上部板40的基体41、下部板50的基体51以及垂直部分52所形成的内部空间相当于流体流动空间60。下部板50具有从垂直部分52向上延伸超过上部板40的上表面40A的延伸部54。延伸部54具有从上部板40的上表面40A垂直地向上延伸的侧表面54A。
在具有这样的结构的半导体单元1中，上部板40的上表面40A、下部板50中的延伸部54的侧表面54A和垂直部分52的外表面的一部分、应力释放构件14、电路板10以及半导体装置20被塑模树脂70覆盖。
这样的结构还防止塑模树脂70从散热器30A脱离。具体地，当散热器30A接收倾向于使散热器30A在上部板40与塑模树脂70之间的接合表面的延伸方向上水平膨胀的力时，垂直部分52的侧表面和延伸部54的侧表面54A挤压塑模树脂70，同时下部板50的垂直部分52和延伸部54接收来自塑模树脂70的反作用力。这样的反作用力用于限制下部板50的膨胀，并且因此限制接合到下部板50的上部板40的水平膨胀。如果在散热器30A与塑模树脂70之间的线性膨胀系数存在大的差异，则散热器30A与塑模树脂70之间的膨胀数量的差异较小，这防止塑模树脂70从散热器30A脱离。
散热器30A不具有向流体流动空间60的外部延伸的接合部分（诸如，图1的接合部分42、接合部分53），从而使散热器30A具有较小的轮廓。
如图7所示，可以这样地进行修改，以使得上部板40在其上表面40A上具有突起44并且突起44的整体由塑模树脂70进行塑模。突起44与上部板40整体地形成，并且具有从上部板40的上表面40A向上延伸的侧表面44A（第二表面）。突起44可以例如由螺丝或凸台提供。突起44由具有接近于散热器30的线性膨胀系数的材料（诸如铝基材料）构成。
这样的结构还防止塑模树脂70从散热器30脱离。具体地，当散热器30接收倾向于使散热器30水平膨胀的力时，突起44的侧表面44A挤压塑模树脂70，同时突起44接收来自塑模树脂70的反作用力。这样的反作用力用于限制突起44的膨胀，并且因此用于限制在其上形成有突起44的上部板40的水平膨胀。如果在散热器30与塑模树脂70之间的线性膨胀系数存在大的差异，则散热器30与塑模树脂70之间的膨胀数量的差异较小，这防止塑模树脂70从散热器30脱离。
另外，散热器30的侧表面暴露在塑模树脂70之外，这可以减少塑模树脂70的数量并且因此降低半导体单元1的制造成本。
在图1、图3、图4以及图5所示的实施例中，塑模树脂70覆盖都向流体流动空间60的外部延伸的接合部分42的侧表面42A和接合部分53的侧表面53A两者。替选地，如图8所示，可以这样地进行修改，以使得塑模树脂70覆盖介于电路板10的金属板13与散热器30之间并且向散热器30或流体流动空间60的外部延伸的应力释放构件15的整体。具体地，应力释放构件15（中间构件）包括：基体15A，其被铜焊到金属板13和上部板40两者；接合部分15B，其仅被铜焊到上部板40；以及延伸部15C，其向散热器30或流体流动空间60的外部延伸。延伸部15C具有从应力释放构件15的上表面（第一表面）向下延伸的侧表面15D（第二表面）。塑模树脂70覆盖应力释放构件15的上表面和延伸部15C的侧表面15D和下表面。覆盖延伸部15C的侧表面15D和下表面的塑模树脂70用于限制应力释放构件15的膨胀。如果在应力释放构件15与塑模树脂70之间的线性膨胀系数之间存在大的差异，则应力释放构件15与塑模树脂70之间的膨胀数量的差异较小，这防止塑模树脂70从应力释放构件15脱离。另外，与应力释放构件仅被布置在半导体装置20的正下方的位置处的情况相比，图8的结构使得应力释放构件15与散热器30之间的接合区域增加。
图8所示的半导体单元1不必需需要金属板13。在此情况下，应力释放构件15的基体15A被铜焊到绝缘基底11和上部板40。类似地，第二实施例的半导体单元80不必需需要金属板13。
替选地，如图9所示，还可以这样地进行修改，以使得塑模树脂70覆盖用于替换图8的金属板13和应力释放构件15并且向散热器30或流体流动空间的外部延伸的金属板16的整体。具体地，金属板16（中间构件）包括：基体16A，其接合到绝缘基底11和上部板40两者；接合部分16B，其仅接合到上部板40；以及延伸部16C，其向散热器30或流体流动空间60的外部延伸。延伸部16C具有从金属板16的上表面（第一表面）向下延伸的侧表面16D（第二表面）。塑模树脂70覆盖金属板16的上表面以及延伸部16C的侧表面16D和下表面。覆盖延伸部16C的侧表面16D和下表面的塑模树脂70用于限制金属板16的膨胀。如果在金属板16与塑模树脂70之间的线性膨胀系数存在大的差异，则金属板16与塑模树脂70之间的膨胀数量的差异较小，这防止塑模树脂70从金属板16脱离。另外，与金属仅被布置在半导体装置20的正下方的位置处的情况相比，图9的结构使得金属板16与散热器30之间的接合区域增加。
在图1、图3、图4以及图5所示的实施例中，被塑模树脂70覆盖的接合部分42的侧表面42A不必需需要与上部板40的上表面40A垂直地延伸。
在第二实施例中，外壳90不必需需要紧固部分93。例如，可以以外壳90的侧壁92的内表面通过粘合剂而接合到键和部分42的侧表面42A的方式将外壳90固定到上部板40。替选地，螺丝94可以穿过侧壁92而被旋紧到键和部分42的侧表面42A中的螺纹孔中以固定外壳90。可以通过任何其它合适的方式来固定外壳90。
在第二实施例中，螺丝94穿过紧固部分93而被旋紧到延伸部43中的螺纹孔中。
不但水，而且其它液体（诸如，乙醇）或气体（诸如，空气）也可以被用作流过散热器30的流体流动空间60的冷却剂。
散热器30的隔断61可以具有任何合适的形状。例如，波纹状的散热片可以被设置在上部板40与下部板50之间。
散热器30不必需需要隔断61。
应力释放构件14的孔14X的横截面可以具有任何合适的形状（诸如圆形、椭圆形或正方形），只要孔14X起到减少在应力释放构件14中出现的热应力的作用。
安装在散热器30上的组件的数目可以改变。例如，两个或更多个金属板（诸如，12个）可以安装在绝缘基底11上，并且一个或三个或更多个半导体装置20可以安装在每个金属板12上。
半导体单元1、半导体单元80不必需需要应力释放构件14。
半导体单元1、半导体单元80不必需需要金属板13。
半导体单元1、半导体单元80不限于在车辆中使用。
如图10所示，可以以外壳90被固定到延伸部43的上表面或上部板40的上表面40A并且外壳90的各个侧壁92的内表面位于上部板40的键和部分42的侧表面42A的内部的方式对第二实施例进行修改。图10的结构可以减少外壳90的容量，由此减少被倒入外壳90的塑模树脂70的数量，并且因此降低半导体单元80的制造成本。

Claims (12)

1.一种半导体单元，包括：
冷却器，其具有流体流动空间；
绝缘基底，其通过金属而被接合到所述冷却器；
半导体装置，其被焊接到所述绝缘基底；
中间构件，其介于所述绝缘基底与所述流体流动空间之间，并且具有安装有所述绝缘基底的第一表面；以及
塑模树脂，其具有与所述中间构件相比较低的线性膨胀系数，其中，通过所述塑模树脂来对所述绝缘基底、所述半导体装置以及所述冷却器进行塑模，
其特征在于，所述中间构件具有相对于所述第一表面向上或向下延伸的第二表面，所述第一表面被所述塑模树脂覆盖，并且所述第二表面被树脂封套覆盖。
2.根据权利要求1所述的半导体单元，其中，所述树脂封套对应于所述塑模树脂。
3.根据权利要求1所述的半导体单元，其中，所述树脂封套是固定到所述中间构件并且由所述塑模树脂填充的树脂外壳。
4.根据权利要求1至3中任意一项所述的半导体单元，其中，所述冷却器包括第一板和第二板，所述第一板具有第一基体和从所述第一基体向外延伸的第一接合部分，所述第二板具有第二基体和从所述第二基体向外延伸并且被接合到所述第一接合部分的第二接合部分，以使得所述流体流动空间形成在所述第一基体与所述第二基体之间，
其中，所述中间构件对应于所述第一板，并且所述第二表面对应于所述第一板的第一接合部分的侧表面。
5.根据权利要4所述的半导体单元，其中，所述第一接合部分延伸超过所述第二接合部分以形成延伸部，并且所述延伸部的整体被所述塑模树脂和所述树脂封套覆盖。
6.根据权利要求4所述的半导体单元，其中，所述第一接合部分和所述第二接合部分的整体被所述塑模树脂和所述树脂封套覆盖。
7.根据权利要求2所述的半导体单元，其中，所述冷却器包括接合在一起的第一板和第二板，所述第一板对应于所述中间构件，具有所述第二表面的突起形成在所述第一板的第一表面上，以及所述突起的整体被所述塑模树脂覆盖。
8.根据权利1至3中的任意一项所述的半导体单元，还包括接合在所述绝缘基底的、与所述半导体装置相反的一侧上的金属板，
其中，所述中间构件是介于所述冷却器与所述金属板之间的应力释放构件，所述应力释放构件包括被铜焊到所述冷却器和所述金属板的基体以及向所述冷却器的外部延伸并且具有所述第二表面的延伸部，并且所述延伸部的整体被所述塑模树脂和所述树脂封套覆盖。
9.根据权利要求1至3中的任意一项所述的半导体单元，其中，所述中间构件是介于所述冷却器与所述绝缘基底之间的应力释放构件，所述应力释放构件包括被铜焊到所述冷却器和所述绝缘基底的基体以及向所述冷却器的外部延伸并且具有所述第二表面的延伸部，并且所述延伸部的整体被所述塑模树脂和所述树脂封套覆盖。
10.根据权利要求1至3中的任意一项所述的半导体单元，其中，所述中间构件是介于所述冷却器与所述绝缘基底之间的金属板，所述金属板包括被铜焊到所述冷却器和所述绝缘基底的基体以及向所述冷却器的外部延伸且具有所述第二表面的延伸部，并且所述延伸部的整体被所述塑模树脂和所述树脂封套覆盖。
11.根据权利要求3所述的半导体单元，其中，所述冷却器包括：第一板和第二板，所述第一板具有第一基体和从所述第一基体向外延伸的第一接合部分，所述第二板具有第二基体和从所述第二基体向外延伸并且接合到所述第一接合部分的第二接合部分，以使得所述流体流动空间形成在所述第一基体与所述第二基体之间，
其中，所述中间构件对应于所述第一板，所述第二表面对应于所述第一板的第一接合部分的侧表面，
其中，所述第一接合部分延伸超过所述第二接合部分以形成延伸部，所述延伸部的整体被所述塑模树脂和所述树脂外壳覆盖，
其中，所述树脂外壳具有用螺丝固定到所述第一板的延伸部的紧固部分。
12.一种半导体单元，包括：
冷却器，其具有流体流动空间；
绝缘基底，其通过金属而被接合到所述冷却器；
半导体装置，其被焊接到所述绝缘基底；以及
塑模树脂，其具有与所述冷却器相比较低的线性膨胀系数，其中，通过所述塑模树脂来对所述绝缘基底、所述半导体装置以及所述冷却器进行塑模，
其特征在于，所述冷却器包括第一板和第二板，所述第一板具有安装有所述绝缘基底的第一表面，所述第二板具有基体、从所述基体的周围向上延伸并且被接合到所述第一板的垂直部分以及从所述垂直部分向上延伸超过所述第一表面的延伸部，
其中，所述塑模树脂覆盖所述第一表面和所述延伸部的整体。
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