DE102014101034B4

DE102014101034B4 - Wärmeabstrahlungsstruktur einer elektrischen Vorrichtung und Verfahren zum Herstellen derselben

Info

Publication number: DE102014101034B4
Application number: DE102014101034.5A
Authority: DE
Inventors: Takahiro Yamanaka; Yoshimichi Hara; Toshihisa Yamamoto; Kouji Kameyama; Yuuji Kobayashi
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2013-02-05
Filing date: 2014-01-29
Publication date: 2019-06-19
Anticipated expiration: 2034-01-30
Also published as: DE102014101034A1; JP2014154583A; CN103974601A; US20140218869A1; CN103974601B; US9622383B2; JP5716972B2

Abstract

Wärmeabstrahlungsstruktur für eine elektrische Vorrichtung (Qa-Qd, 16), aufweisend:wenigstens ein mehrlagiges Substrat (12, 12A, 12B), das eine Mehrzahl von Basisteilen (121-125), die aus einem Isolationsmaterial bestehen, und ein Leitermuster (12c) aufweist, die in einer mehrlagigen Struktur gestapelt sind, sodass das Leitermuster (12c) mit einem Lagenverbindungsabschnitt (L1-L10) in den Basisteilen (121-125) elektrisch gekoppelt ist; wobeidie elektrische Vorrichtung (Qa-Qd, 16) wenigstens eines aus einem ersten elektrischen Element (Qa-Qd), das in wenigstens einem mehrlagigen Substrat (12, 12A, 12B) ausgebildet ist, und einem zweiten elektrischen Element (16), das nicht in dem mehrlagigen Substrat (12, 12A, 12B) ausgebildet ist, aufweist; undein Element (13) mit niedrigem Wärmewiderstand, das der elektrischen Vorrichtung (Qa-Qd, 16) gegenüberliegt,wobei das Element (13) mit niedrigem Wärmewiderstand einen Wärmewiderstand aufweist, der niedriger als derjenige des Isolationsmaterials ist;wobei die Wärmeabstrahlungsstruktur ferner eine Leiterplatte (11) aufweist, die auf dem wenigstens einen mehrlagigen Substrat (12, 12A, 12B) gegenüberliegend zu dem Element (13) mit niedrigem Wärmewiderstand angeordnet ist;wobei das wenigstens eine mehrlagige Substrat (12, 12A, 12B) eine Mehrzahl von mehrlagigen Substraten (12, 12A, 12B) aufweist, die auf der Leiterplatte (11) entlang einer Richtung, die sich von der Stapelrichtung von jedem mehrlagigen Substrat (12, 12A, 12B) unterscheidet, angeordnet sind, undwobei Wärme, die an dem ersten elektrischen Element (Qa-Qd) erzeugt wird, in dem wenigstens einen mehrlagigen Substrat (12, 12A, 12B) über das Element (13) mit niedrigem Wärmewiderstand zu einer Außenseite der Wärmeabstrahlungsstruktur abgestrahlt wird.

Description

Die vorliegende Offenbarung betrifft eine Wärmeabstrahlungsstruktur einer elektrischen Vorrichtung zum Abstrahlen von Wärme in dem elektrischen Element und ein Verfahren zum Herstellen der Wärmeabstrahlungsstruktur.
Eine herkömmliche Technik betrifft ein mehrlagiges Substrat, das hervorragende Wärmeabstrahlungseigenschaften eines Halbleiterelements aufweist und geringe Herstellungskosten mit sich bringt, wie sie beispielsweise in der JP 2004-158545 A offenbart ist. Das mehrlagige Substrat umfasst eine Wärmeabstrahlungsplatte, die auf beiden Seiten in einer Oben-Unten-Richtung angeordnet ist, und zu dem Halbleiterelement isoliert ist.
Allerdings ist bei einer Wärmeabstrahlungsstruktur des Halbleiterelements, wie einem MOS-FET (d.h. Metalloxidhalbleiterfeldeffekttransistor), der eine Motoransteuerschaltung bereitstellt, ein oberflächenmontiertes Element wie ein SMD (d.h. Surface Mount Device) und ein blanker Chip einschließlich eines Gehäuses auf einer Oberfläche eines Substrats angebracht, und eine hintere Oberfläche des Substrats steht mit dem Wärmeabstrahlungskörper in Kontakt, um Wärme abzustrahlen. Bei dieser Struktur ist kein Element auf der hinteren Oberfläche angebracht. Da die Wärme über das Substrat abgestrahlt wird, ist ferner die Effizienz der Wärmeabstrahlung nicht gut.
Alternativ wird eine derartige Struktur vorgeschlagen, dass ein oberflächenmontiertes Element mit einer Wärmeabstrahlungsoberfläche verwendet wird, die einer Substratanbringungsfläche gegenüberliegt, und die Wärmeabstrahlungsoberfläche des oberflächenmontierten Element steht mittels einem wärmeleitenden Element mit einer Wärmeabstrahlungsplatte in Kontakt. Wenn mehrere oberflächenmontierte Elemente auf dem Substrat montiert werden, und ein Wärmeabstrahlungskörper hinzugeführt wird, variiert die Dicke des Wärmeleitelements, falls die Dicke (d.h. eine Höhe) von jedem oberflächenmontierten Element variiert. Da der Wärmeabstrahlungskörper im Allgemeinen ein elektrischer Leiter ist, ist es ferner notwendig, die Isolationseigenschaft zwischen dem Wärmeabstrahlkörper und dem oberflächenmontierten Element zu dem wärmeleitenden Element sicherzustellen. Daher ist es notwendig, die Isolationseigenschaft zwischen dem oberflächenmontierten Element, das die kleinste Dicke aufweist, und dem Wärmeabstrahlkörper mit dem wärmeleitenden Element sicherzustellen und im Hinblick auf das oberflächenmontierte Element das wärmeleitende Element mit der größten Dicke thermisch auszugestalten. Demzufolge ist es notwendig, ein wärmeleitendes Element mit einer hohen Leistungsfähigkeit zu verwenden im Vergleich zu einem Fall, bei dem ein einzelner Gegenstand an den Wärmeabstrahlungskörper angefügt ist.
Die oben genannten Schwierigkeiten treten ebenso bei dem mehrlagigen Substrat auf, das in der JP 2004-158545 A beschrieben ist.
Darüber hinaus offenbart die US 6 201 701 B1 ein integriertes Substrat mit einer Wärmesenkenbasis und einer damit verbundenen mehrschichtigen Leiterplatte, wobei die mehrschichtige Leiterplatte die Fähigkeit besitzt, sowohl Leistungs- als auch Steuerhalbleiterelemente miteinander zu verbinden und Wärme effizient davon abzuführen. Ein wärmeleitendes und elektrisch isolierendes Verbindungsmaterial mit ausgezeichneten thermischen Eigenschaften verbindet die mehrschichtige Leiterplatte mit der Basis. Ein oder mehrere dicke elektrisch leitfähige Folienmuster sind zwischen der oberen Oberfläche der Leiterplatte und der Wärmesenkenbasis ausgebildet, wobei das oder die dicken Folienmuster geeignet sind, Hochleistungs-Halbleiterelemente zu verbinden. Zwischen der oberen Oberfläche der Leiterplatte und der Wärmesenkenbasis sind auch ein oder mehrere Verbindungsmuster enthalten, die Steuerhalbleiterelemente verdrahten.
Die DE 699 35 628 T2 beschreibt ein Hybridmodul, umfassend ein Substrat und eine Wärme erzeugende Schaltungskomponente, die auf dem Substrat angebracht ist, wobei das Hybridmodul auf einer Hauptschaltungsplatine derart angebracht ist, dass eine erste Oberfläche desselben der Hauptschaltungsplatine gegenüberliegt, wobei ein Hohlraum auf der ersten Oberfläche des Substrats ausgebildet ist, und die Schaltungskomponente nach unten gewandt in den Hohlraum eingebunden ist, welches Substrat ein Vielschichtsubstrat ist, das gebildet wird durch Laminieren einer Anzahl von Schichten vorbestimmter Dicke, wobei in dem Substrat Streifenleitungen ausgebildet sind, und zumindest eine der Streifenleitungen eine Triplate-Streifenleitung ist, mit zumindest einer Erdungsleitung, die in einer inneren Schicht des Substrats ausgebildet ist.
Gemäß der WO 02/058 152 A2 sind Höcker an Elektroden von Halbleiterelementen ausgebildet, und außerdem sind die Halbleiterelemente mit den Höckern elektrisch mit Metallelementen mit Installationselementen verbunden, wodurch Verdrahtungsleitungen entfallen.
Die US 6 335 669 B1 offenbart ein RF-Schaltungsmodul mit einer ersten RF-Halbleitervorrichtung, die in einem von einer Wand einer ersten dielektrischen Leiterplatte umgebenen Hohlraum angeordnet ist, und einer zweiten RF-Halbleitervorrichtung, die an einer an der Wand angeordneten zweiten dielektrischen Leiterplatte montiert ist. Eine Metallbasis ist auf der ersten Leiterplatte angeordnet und eine Anzahl eingebetteter Leiter, wie Durchgangslöcher, sind in der Wand eingebettet und so angeordnet, dass diese den Hohlraum umgeben, so dass jeweils ein Ende elektrisch mit der Metallbasis verbunden ist und das andere Ende liegt frei und so angeordnet ist, dass es den Hohlraum umgibt. Eine Metallabdeckung ist abdichtend an der ersten Leiterplatte angebracht, um die zweite Leiterplatte und die zweite RF-Halbleitervorrichtung abzudecken, und ist an der oberen Oberfläche der Wand elektrisch verbunden. Daher sind die ersten und zweiten RF-Halbleitervorrichtungen elektrisch abgeschirmt und hermetisch abgedichtet.
Ein Leistungsmodul gemäß der Druckschrift US 2004 /0 070 946 A1 umfasst eine Leiterplatte, auf der elektronische Komponenten montiert sind und zusammen mit den elektronischen Komponenten eine elektrische Leistungsumwandlungsschaltung bildet, eine Wärmesenke und ein Element mit Isolationseigenschaften und hoher Wärmeleitfähigkeit, das zwischen mehreren Vorrichtungen mit hohem Heizwert aus den elektronischen Komponenten und der Wärmesenke angeordnet ist, zumindest einen Teil von jeder der mehreren Vorrichtungen mit hohem Heizwert darin einbettet und Wärme von den mehreren Vorrichtungen mit hohem Heizwert zu der Wärmesenke überträgt.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Offenbarung eine Wärmeabstrahlungsstruktur einer elektrischen Vorrichtung zu schaffen, die eine hohe Wärmeabstrahlungsleistungsfähigkeit des elektrischen Elements aufweist. Demzufolge kann eine Lücke in dem mehrlagigen Substrat einfach reguliert werden, selbst wenn die Wärmeabstrahlungsstruktur mehrere Lagen umfasst, die verschiedene Dicken aufweisen, und mehrere elektrische Elemente, die verschiedene Höhen aufweisen.
Die vorstehende Aufgabe wird durch die Merkmale der Ansprüche 1 und 6 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Offenbarung umfasst eine Wärmeabstrahlungsstruktur für eine elektrische Vorrichtung: wenigstens ein mehrlagiges Substrat, das eine Mehrzahl von Basisteilen, die aus einem Isolationsmaterial bestehen, und ein Leitermuster umfasst, die in einer mehrlagigen Struktur gestapelt sind, sodass das Leitermuster mit einem Lagenverbindungsabschnitt in den Basisteilen elektrisch verbunden ist; wobei die elektrische Vorrichtung wenigstens eines aus einem ersten elektrischen Element, das in dem wenigstens einen mehrlagigen Substrat ausgebildet ist, und einem zweiten elektrischen Element, das nicht in dem mehrlagigen Substrat ausgebildet ist, aufweist; und ein Element mit niedrigem Wärmewiderstand, das der elektrischen Vorrichtung gegenüberliegt. Das Element mit niedrigem Wärmewiderstand weist einen Wärmewiderstand auf, die niedriger als derjenige des Isolationsmaterials ist.
Bei dem oben genannten Aufbau ist das Element mit niedrigem Wärmewiderstand derart angeordnet, dass es den mehreren elektrischen Elementen entgegensteht, selbst wenn die elektrischen Elemente in dem mehrlagigen Substrat aufgenommen sind. Selbst wenn sich die Anfangshöhe oder die Anfangsdicke des mehrlagigen Substrats und des elektrischen Elements voneinander unterscheiden, werden die Höhe oder die Dicke durch den Erwärmungs- und Pressvorgang ausgeglichen. Somit kann ein Spalt in der Struktur einfach reguliert werden. Da das Element mit niedrigem Wärmewiderstand den niedrigen Wärmewiderstand aufweist, wird ferner die Wärme an das elektrische Element übertragen. Somit wird die Wärmeabstrahlungsleistungsfähigkeit des elektrischen Elements verbessert.
Gemäß einem zweiten Aspekt der vorliegenden Offenbarung umfasst ein Verfahren zum Herstellen einer Wärmeabstrahlungsstruktur für eine elektrische Vorrichtung: Ausbilden eines Leitermusters auf einer oder beiden Oberflächen von jedem Basisteil, das aus Isolationsmaterial besteht; Ausbilden eines Übergangslochs an einer vorbestimmten Position von jedem Basisteil; Füllen des Übergangslochs mit einem Lagenverbindungselement; Aufnehmen eines ersten elektrischen Elements in einem Aufnahmeabschnitt von einem der Basisteile, wobei das erste elektrische Element in der elektrischen Vorrichtung umfasst ist; Stapeln einer Mehrzahl von Basisteilen, sodass ein Stapelkörper gebildet wird; Erwärmen und Pressen des gestapelten Körpers mit einer Pressform, wodurch die Basisteile aneinander haftend verbunden werden, sodass sie ein mehrlagiges Substrat bilden; und Erwärmen und Presshaftverbinden eines Elements mit niedrigem Wärmewiderstand mittels eines wärmeleitenden Elements auf einer Oberfläche von wenigstens einem mehrlagigen Substrat, oder Anordnen und Erwärmen des Elements mit niedrigem Wärmewiderstand direkt auf einer Oberfläche von wenigstens einem mehrlagigen Substrat.
Bei dem oben genannten Verfahren wird das Element mit niedrigem Wärmewiderstand derart angeordnet, dass es mehreren elektrischen Elementen entgegensteht, die das elektrische Element in dem mehrlagigen Substrat umfassen, da das Erwärmen und Pressverbinden des Elements mit niedrigem Wärmewiderstand oder die Anordnung und Erwärmung des Elements mit niedrigem Wärmewiderstand durchgeführt wird. Selbst wenn die Anfangshöhe oder die Anfangsdicke des mehrlagigen Substrats und des elektrischen Elements voneinander abweichen, werden die Höhe oder die Dicke durch das Erwärmen und den Pressvorgang ausgeglichen. Somit wird der Spalt in der Struktur einfach reguliert. Da das Element mit niedrigem Wärmewiderstand den niedrigen Wärmewiderstand aufweist, wird die Wärme, die an dem elektrischen Element erzeugt wird, übertragen. Somit wird die Wärmeabstrahlungsleistungsfähigkeit des elektrischen Elements verbessert.
Gemäß einem dritten Aspekt der vorliegenden Offenbarung umfasst ein Verfahren zum Herstellen einer Wärmeabstrahlungsstruktur für eine elektrische Vorrichtung: Anordnen einer Mehrzahl von elektrischen Elementen auf einer Leiterplatte entlang einer Stapelrichtung der elektrischen Elemente und der Leiterplatte; und Anordnen, Erwärmen und Haftverbinden eines Elements mit niedrigem Wärmewiderstand mittels eines wärmeleitenden Elements an der Mehrzahl der elektrischen Elemente, gegenüberliegend zu der Leiterplatte.
Bei dem oben genannten Verfahren kann die Höhe durch den Erwärmungs- und Pressvorgang leicht ausgeglichen werden, selbst wenn sich die Anfangshöhe der mehreren elektrischen Elemente unterscheidet, die entlang der Richtung angeordnet sind, die sich von der Stapelrichtung unterscheidet. Somit kann der Spalt in der Struktur einfach reguliert werden. Da das Element mit niedrigem Wärmewiderstand den niedrigen Wärmewiderstand aufweist, wird die Wärme, die in dem elektrischen Element erzeugt wird, übertragen. Somit wird die Wärmeabstrahlungsleistungsfähigkeit des elektrischen Elements verbessert.
Das Obenstehende sowie andere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Offenbarung werden in der nachfolgenden ausführlichen Beschreibung mit Bezug auf die begleitenden Zeichnungen besser verständlich. In den Zeichnungen zeigen:

1 ein Diagramm, das eine Schnittansicht einer Wärmeabstrahlungsstruktur eines elektrischen Elements gemäß einer ersten Ausführungsform zeigt;
2 ein Diagramm, das ein Steuersystem zum Steuern einer drehenden elektrischen Maschine zeigt;
3 ein Diagramm, das ein Beispiel eines Basisteil ausbildenden Vorgangs zeigt;
4 ein Diagramm, das ein Beispiel für einen Stapelvorgang zeigt;
5 ein Diagramm, das ein Beispiel für einen Heißpressvorgang zeigt;
6 ein Diagramm, das ein Beispiel für acht Differenzen von mehreren mehrlagigen Substraten zeigt;
7 ein Diagramm, das ein Beispiel eines Ausbildungsvorgangs oder eines Anordnungs- und Erwärmungsvorgangs zeigt;
8 ein Diagramm, das eine Schnittansicht der zweiten Wärmeabstrahlungsstruktur des elektrischen Elements zeigt;
9 ein Diagramm, das eine Schnittansicht der Wärmeabstrahlungsstruktur des elektrischen Elements zeigt;
10 ein Diagramm, das eine Schnittansicht einer Wärmeabstrahlungsstruktur eines elektrischen Elements gemäß einer zweiten Ausführungsform zeigt;
11 ein Diagramm, das ein Beispiel einer Höhendifferenz eines elektrischen Elements und eines mehrlagigen Substrats zeigt;
12 ein Diagramm, das ein Beispiel für einen Ausbildungsvorgang oder einen Anordnungs- und Erwärmungsvorgang zeigt;
13 ein Diagramm, das eine Schnittansicht der Wärmeabstrahlungsstruktur und des elektrischen Elements zeigt;
14 ein Diagramm, das eine Querschnittsansicht einer Wärmeabstrahlungsstruktur eines elektrischen Elements gemäß einer dritten Ausführungsform zeigt;
15 ein Diagramm, das ein Beispiel von acht Differenzen der mehreren elektrischen Element zeigt;
16 ein Diagramm, das ein Beispiel eines Anordnungs- und Erwärmungsvorgangs zeigt;
17 ein Diagramm, das eine Schnittansicht einer Wärmeabstrahlungsstruktur eines elektrischen Elements gemäß anderer Ausführungsformen zeigt;
18 ein Diagramm, das eine Schnittansicht einer Wärmeabstrahlungsstruktur eines elektrischen Elements gemäß den anderen Ausführungsformen zeigt; und
19 ein Diagramm, das eine Schnittansicht einer Wärmeabstrahlungsstruktur eines elektrischen Elements gemäß den anderen Ausführungsformen zeigt.

Es werden Ausführungsformen mit Bezug auf die Zeichnungen beschrieben. Hierbei bedeutet das Wort „verbindend“ eine elektrische Verbindung. Rechts-, Links-, Oben- und Unten-Richtungen sind in den Zeichnungen definiert. Das Zeichen „-“ stellt ein Fortlaufen von Zahlen oder Buchstaben dar. Beispielsweise stellen die Worte „Basisteile 121-125“ „Basisteile 121, 122, 123, 124, 125“ dar. In ähnlicher Weise stellen die Wörter „Halbleiterelemente Qa-Qd“ „Halbleiterelemente Qa, Qb, Qc, Qd“ dar. Die Wärmeabstrahlungsstruktur des elektrischen Elements wird einfach als die Wärmeabstrahlungsstruktur definiert.
(Erste Ausführungsform)
Eine Wärmeabstrahlungsstruktur nach einer ersten Ausführungsform umfasst mehrere mehrlagige Substrate zwischen einer Leiterplatte und einem Wärmeabstrahlungskörper. Die Struktur wird mit Bezug auf die 1 bis 8 beschrieben. Die Wärmeabstrahlungsstruktur 10, die in 1 gezeigt ist, umfasst die Leiterplatte 11, mehrere mehrlagige Substrate 12, ein Element 13 mit niedrigem Wärmewiderstand, ein wärmeleitendes Element 14 und einen Wärmeabstrahlungskörper 15. Bei der vorliegenden Ausführungsform umfassen mehrere mehrlagige Substrate 12 ein erstes mehrlagiges Substrat 12A und ein zweites mehrlagiges Substrat 12B.
Die Leiterplatte 11 ist eine Platte, auf der elektrische Elemente angebracht sind und ein Leitermuster ausgebildet ist. Bei der vorliegenden Ausführungsform ist die Leiterplatte 11 bereitgestellt, um die drehende elektrische Maschine 20 zu steuern, die die drei Phasen wie eine U-Phase, eine V-Phase und eine W-Phase aufweist. Insbesondere umfasst die Leiterplatte eine Steuerschaltung 30, Widerstände Ru, Rv, Rw, Kondensatoren Cu, Cv, Cw, Halbleiterelemente Q1 bis Q6, Q11 bis Q15 und dergleichen. Hierbei ist ein Teil der Halbleiterelemente Q1 bis Q16 in den mehrlagigen Substraten 12A, 12B ausgebildet.
Die drehende elektrische Maschine 20 kann eine beliebige Art von Maschine sein, solange die Maschine 20 ein drehendes Element, wie eine Welle oder eine Achse aufweist. Beispielsweise kann die Maschine 20 ein Generator, ein Elektromotor oder ein elektrischer Motor-Generator sein. Die Steuerschaltung 30 überträgt Signale wie ein PWM-Signal an die Halbleiterelemente Q1 bis Q6, sodass die Schaltung 30 die Elemente Q1 bis Q6 zum Ein- und Ausschalten steuert. Somit stellt diese Steuerfunktion eine Umwandlung von Elektrizität bereit, die von einer elektrischen Leistungsquelle E über eine Filterschaltung mit einer Spule Le und einem Kondensator Ce zugeführt wird, sodass die Elektrizität zu der drehenden Maschine 20 als Last zugeführt wird. Die elektrische Leistungsquelle E kann eine Batterie, wie eine Sekundärbatterie oder eine Brennstoffzelle sein. Wenn die Leistungsquelle E die Sekundärbatterie ist, wird die Regenerationselektrizität, die an der drehenden Maschine 20 erzeugt wird, über eine Diode in der elektrischen Leistungsquelle E gespeichert.
In den mehrlagigen Substraten 12A, 12B sind die Leitermuster auf mehreren Lagen angeordnet, und die Leitermuster sind über einen Lagenverbindungsabschnitt verbunden. Die Substrate 12A, 12B sind derart ausgebildet, dass mehrere Basisteile in einem Heißpressvorgang gestapelt werden. Das erste mehrlagige Substrat 12A und das zweite mehrlagige Substrat 12B können dieselbe Struktur oder eine unterschiedliche Struktur aufweisen. Hierbei stellt die Struktur und die Anzahl der gestapelten Lagen das Leitermuster, die Anzahl der Halbleiterelemente, die in den Substraten 12A, 12B ausgebildet sind, den Typ der Halbleiterelemente, eine Höhe eines gesamten Substrats 12A, 12B oder dergleichen dar. Jedes mehrlagige Substrat 12A, 12B wird durch Stapeln von fünf Basisteilen 121 bis 125 vorbereitet, sodass das Substrat 12A, 12B fünf Lagen aufweist. Da das erste mehrlagige Substrat 12A eine ähnliche Struktur wie das zweite mehrlagige Substrat 12B aufweist, wird nachstehend hauptsächlich die Struktur und die Funktion des ersten mehrlagigen Substrats 12A erklärt.
Jedes Basisteil 121 bis 125 besteht aus einem Isolationsmaterial wie einem thermoplastischen Kunstharz. Die Basisteile 121 bis 125 weisen Dicken auf, die gleich sind oder sich voneinander unterscheiden. Jedes Basisteil 121 bis 125 kann durch Stapeln mehrerer dünner Basisabschnitte gebildet werden. Eines der Basisteile 123, welches die Halbleiterelemente Qa, Qb aufnimmt, kann im Wesentlichen dieselbe Dicke wie die Halbleiterelemente Qa, Qb aufweisen. Die im Wesentlichen selbe Dicke bedeutet eine Dicke nach dem Heißpressvorgang. Die im Wesentlichen selbe Dicke umfasst eine Herstellungstoleranz beim Heißpressvorgang. Die Leitermuster 12c, die mit dem Lagenverbindungselement 12a verbunden sind, sind beim Heißpressvorgang auf den Basisteilen 121 bis 214 angeordnet, sodass die Leitermuster 12c und die Basisteile 121 bis 125 eine mehrlagige Struktur bereitstellen. Nachdem die Muster 12c mit dem Lagen verbindenden Elemente 12a verbunden sind, stellt das Lagenverbindungselement 12a einen Leiter L1 bis L5 als Lagenverbindungsteil bereit. In ähnlicher Weise stellt das Lagenverbindungselement 12a bei dem zweiten mehrlagigen Substrat 12B einen Leiter L6 bis L10 bereit. Das Basisteil 125 entspricht einem gemeinsamen Basisteil und umfasst kein Lagenverbindungselement. Somit ist das Basisteil 125 eine Isolationsschicht. Anderenfalls kann die Struktur 10 das Basisteil 125 nicht umfassen.
Das mehrlagige Substrat 12A, 12B, das in 12 gezeigt ist, entspricht einer Phase der Motoransteuerschaltung. Die eine Phase der Schaltung ist als ein Bereich gezeigt, der mit einer gestrichelten Linie in 2 umgeben ist. Die Halbleiterelemente Qa, Qb sowie ein MOS-FET sind in dem ersten mehrlagigen Substrat 12A ausgebildet. Die Halbleiterelemente Qc, Qd sowie ein MOS-FET sind dem zweiten mehrlagigen Substrat 12B ausgebildet. Die Halbleiterelemente Qa bis Qd entsprechen jeweils elektrischen Elementen. Die genaue Struktur von jedem Substrat 12A, 12B wird später mit Bezug auf die 3 bis 6 beschrieben. Bei der vorliegenden Ausführungsform entspricht das Halbleiterelement Qa in 1 dem Halbleiterelement Q1 in 2, und das Halbleiterelement Qb in 1 entspricht dem Halbleiterelement Q2 in 2. In ähnlicher Weise entspricht das Halbleiterelement Qc in 1 dem Halbleiterelement Q3 in 2, und das Halbleiterelement Qd in 1 entspricht dem Halbleiterelement Q4 in 2. In 2 ist eine Diodenfunktion als Freilaufdiode zwischen einem Eingangsanschluss, wie einem Drain-Anschluss, und einem Ausgangsanschluss, wie einem Source-Anschluss, von jedem Halbleiterelement Q1 bis Q4 in Parallelschaltung verbunden. Die Diode kann als elektrisches Bauteil umgesetzt sein, das mit dem Element Q1 bis Q4 verbunden ist. Anderenfalls kann die Diode als eine parasitäre Diode bereitgestellt sein, die von dem Halbleiterelement inhärent umfasst ist.
Das Element 13 mit niedrigem Wärmewiderstand besteht aus einem Material, das einen Wärmewiderstand aufweist, der niedriger als derjenige eines Isolationsmaterials der Basisteile 121 bis 125 ist, da über das Element 13 mit niedrigem Wärmewiderstand Wärme, die an den Halbleiterelementen Q1 bis Q4 erzeugt wird, zu dem Wärmeabstrahlungskörper 15 übertragen wird. Das Element 13 mit niedrigem Wärmewiderstand ist so angeordnet, dass es den Halbleiterelementen Q1 bis Q4 entgegensteht, die in dem mehrlagigen Substrat 12A, 12B ausgebildet sind. Bei der vorliegenden Ausführungsform ist das Element 13 mit niedrigem Wärmewiderstand eine Metallplatte mit einer flachen Form. Das Element 13 mit niedrigem Wärmewiderstand ist zwischen dem Basisteil 125 und dem wärmeleitenden Element 14 angeordnet.
Das wärmeleitende Element 14 ist zwischen dem Element 13 mit niedrigem Wärmewiderstand und dem Wärmeabstrahlkörper 15 angeordnet. Das wärmeleitende Element 14 füllt einen kleinen Spalt zwischen dem Element 13 mit niedrigem Wärmewiderstand und dem Wärmeabstrahlkörper 15 auf und weist einen niedrigen Wärmewiderstand auf. Bei der vorliegenden Ausführungsform besteht das wärmeleitende Element 14 aus einem Gel mit Wärmeleitfähigkeit. Anderenfalls kann das wärmeleitende Element 14 aus anderen wärmeleitenden Materialien wie einem Fett, einem Klebstoff oder einem Blatt bestehen. Wenn der Spalt klein wird, wird der Wärmewiderstand niedrig. Daher kann die Dicke des wärmeleitenden Elements 14 dünn sein. Anderenfalls können das Basisteil 125 und der Wärmeabstrahlkörper 15 ohne das wärmeleitende Element 14 direkt aneinander haftend verbunden werden. Beispielsweise können das Basisteil 125 und der Wärmeabstrahlkörper 15 durch ein Presshaftverfahren haftend verbunden werden. Der Wärmeabstrahlkörper 15 kann aus einem beliebigen Material bestehen, solange der Wärmeabstrahlkörper 15 Wärme zur Außenseite der Struktur 10 abstrahlt. Beispielsweise kann der Wärmeabstrahlkörper 15 eine Wärme abstrahlende Platte oder eine Wärme abstrahlende Rippe sein. Der Wärmeabstrahlkörper 15 kann als wärmeleitendes Element zum Leiten von Wärme mit einer Kühl- oder Heizeinrichtung verwendet werden.
Ein Verfahren zum Herstellen der Wärmeabstrahlungsstruktur 10 in 1 wird mit Bezug auf die 3 bis 8 erklärt. Das Verfahren umfasst einen Basisteilausbildungsvorgang, einen Stapelvorgang, einen Heißpressvorgang, einen Ausbildungsvorgang und/oder einen Anordnungs- und Erwärmungsvorgang. Jeder Vorgang kann ohne bestimmte Reihenfolge durchgeführt werden. Ferner kann das Verfahren den Ausbildungsvorgang und den Anordnungs- und Erwärmungsvorgang umfassen. Jeder Vorgang wird wie folgt beschrieben.
(Basisteilausbildungsvorgang)
Bei dem Basisteilausbildungsvorgang wird das Leitermuster 12c auf einer oder beiden Oberflächen von jedem Basisteil 121 bis 214 ausgebildet, wie in 3 gezeigt ist. Ein Übergangsloch 12b, in dem das Lagenverbindungsmaterial 12a wie eine leitfähige Paste eingefüllt werden soll, ist bei jedem Basisteil 121 bis 124 an einer bestimmten Position ausgebildet.
Beispielsweise ist das Übergangsloch 12b in dem Basisteil 121 ausgebildet und das Übergangsloch 12b ist mit dem Lagenverbindungsmaterial 12a ausgefüllt. Zusätzlich zu dem Lagenverbindungsmaterial 12a und dem Übergangsloch 12b ist auf der Basis 122, 124 ein Leitermuster 12c ausgebildet. Das Leitermuster 12c, das in dem Basisteil 124 ausgebildet ist, weist eine große Fläche auf, um die Wärmeabstrahlungsleistungsfähigkeit zu verbessern. Zusätzlich zu dem Lagenverbindungsmaterial 12a und dem Übergangsloch 12b ist in dem Basisteil 123 ein Aufnahmeteil 12d ausgebildet. Das Aufnahmeteil 12d kann ein Loch oder eine Vertiefung zum Aufnehmen des Halbleiterelements Qa, Qb sein. Eine Ausbildungsposition des Aufnahmeteils 12d in dem ersten mehrlagigen Substrat 12A kann dieselbe oder eine andere als bei dem zweiten mehrlagigen Substrat 12B sein. Die Ausbildungsposition des Leitermusters 12c in dem ersten mehrlagigen Substrat 12A kann dieselbe oder eine andere als bei dem zweiten mehrlagigen Substrat 12B sein. Das Basisteil 125 kann in dem mehrlagigen Substrat 12A, 12B umfasst sein, oder in dem mehrlagigen Substrat 12A, 12B nicht umfasst sein. Das Basisteil 125 ist eine Isolationsschicht ohne das Lagenverbindungsmaterial 12a.
(Stapelvorgang)
Wie in 4 gezeigt ist, sind die Basisteile 121 bis 124, die bei dem Basisteilausbildungsvorgang ausgebildet werden, und das Basisteil 125, das keinen Lagenverbindungsabschnitt aufweist, gestapelt. Vor dem Stapelvorgang oder während dem Stapelvorgang ist das Halbleiterelement Qa, Qb in dem Aufnahmeteil 12d des Basisteils 123 aufgenommen. Das Basisteil 125 ist zwischen dem Basisteil 123 und dem wärmeleitenden Element 14 angeordnet, wie in 1 gezeigt ist.
(Heißpressvorgang)
Bei dem Heißpressvorgang wird der gestapelte Körper, der bei dem Stapelvorgang gebildet wird, erwärmt und mit einer Einspannvorrichtung J1, J2 wie einer Pressform, die in 5 gezeigt ist, gepresst. In 5 wird die Einspannvorrichtung J1 in einer Richtung D1 versetzt, und die zweite Einspannvorrichtung J2 wird in einer Richtung D2 versetzt. Somit sind die Einspannvorrichtungen J1, J2 versetzt, um einen Abstand zwischen den Einspannvorrichtungen J1, J2 zu verengen. Durch Erwärmen und Pressen des gestapelten Körpers werden die Basisteile 121 bis 125, die aus einem thermoplastischen Kunstharz bestehen, aneinander haftend verbunden. Ferner wird das Lagenverbindungsmaterial 12a, das Leitermuster 12c und das Halbleiterelement Qa, Qb miteinander verbunden. Wenn das mehrlagige Substrat 12A, 12B einteilig integriert ist, wird auch der Leiter L1 bis L10 ausgebildet, der in den 1 und 2 gezeigt ist. Da sich der Aufbau des Substrats 12A von demjenigen des Substrats 12B unterscheidet, werden die Substrate 12A, 12B nach dem Heißpressvorgang, der in 6 gezeigt ist, vorbereitet. In 6 unterscheidet sich die Höhe H1 des ersten mehrlagigen Substrats 12A von der Höhe H2 des zweiten mehrlagigen Substrats 12B (d.h. H1 < H2 in 6). Anderenfalls kann die Höhe H1 des ersten mehrlagigen Substrats 12A innerhalb eines Fehlerbereichs einer Fertigungstoleranz gleich groß wie die Höhe H2 des zweiten mehrlagigen Substrats 12B sein (d.h. H1 = H2).
(Ausbildungsvorgang)
Bei dem Ausbildungsvorgang wird das Element 13 mit niedrigem Wärmewiderstand durch das Erwärmen und Pressen mit einer Oberfläche des Substrats 12A, 12B, das durch den Heißpressvorgang ausgebildet wird, mittels dem wärmeleitfähigen Element 14 haftend verbunden. Wie in 7 gezeigt ist, sind die Substrate 12A, 12B entlang der senkrechten Richtung, die nicht die Stapelrichtung ist, zwischen der Leiterplatte 11 und dem Element 13 mit niedrigem Wärmewiderstand angeordnet. Sie werden erwärmt und mit den Einspannvorrichtungen J3, J4 gepresst. In 7 wird die Einspannvorrichtung J3 in einer Richtung D3 versetzt, und die Einspannvorrichtung J4 wird in einer Richtung D4 versetzt. Somit sind die Einspannvorrichtungen J3, J4 versetzt, sodass ein Abstand zwischen den Einspannvorrichtungen J3, J4 relativ verengt wird. Die Einspannvorrichtungen J3, J4 können die gleichen wie die Einspannvorrichtungen J1, J2 sein, oder die Einspannvorrichtungen J3, J4 können sich von den Einspannvorrichtungen J1, J2 unterscheiden. Die Richtung D3 und die Richtung D4 können die gleichen sein wie die Richtung D1 und die Richtung D2, oder die Richtung D3 und die Richtung D4 können sich von der Richtung D1 und der Richtung D2 unterscheiden. Ein Schaltungsmuster (d.h. Verdrahtungsmuster) auf der Leiterplatte 11, der Leiter L1 bis L10 und das Leitermuster 12c in den mehrlagigen Substraten 12A, 12B wird bei dem Erwärmungs- und Pressvorgang miteinander verbunden. Die Dicke des wärmeleitfähigen Elements 14 kann dünn sein, um einen Wärmewiderstand zu verringern.
Wenn der Ausbildungsvorgang ausgeführt wird, wird die Wärmeabstrahlungsstruktur 10 in 1 hergestellt. Wenn der Ausbildungsvorgang ausgeführt wird, werden die Höhen H1, H2 der Substrate 12A, 12B gleich groß zueinander. Dieselbe Höhe umfasst einen Fehlerbereich einer Fertigungstoleranz. Insbesondere umfasst dieselbe Höhe einen Fehlerbereich, der durch die Dicke des wärmeleitenden Elements 14 angepasst werden kann. Wenn das Element 13 mit niedrigem Wärmewiderstand und das wärmeleitende Element 14 rückwärts angeordnet werden, wird die Wärmeabstrahlungsstruktur hergestellt, die in 8 gezeigt ist. Die Wärmeabstrahlungsstruktur 10 kann den Wärmeabstrahlungskörper 15 umfassen, der als eine doppelt gestrichelte Linie in 8 gezeigt ist. Anderenfalls kann die Struktur 10 den Wärmeabstrahlungskörper 15 nicht umfassen.
(Anordnungs- und Erwärmungsvorgang)
Bei dem Anordnungs- und Erwärmungsvorgang wird das Element mit niedrigem Wärmewiderstand ohne das Element 14 direkt auf eine gemeinsame Oberfläche der mehrlagigen Substrate 12A, 12B angeordnet, die bei dem Heißpressvorgang gebildet wird. Danach wird das Element 13 auf den Substraten 12A, 12B erwärmt. Wie insbesondere in 7 gezeigt ist, wird das Element 13 mit niedrigem Wärmewiderstand auf den Substraten 12A, 12B angeordnet, nachdem die Substrate 12A, 12B auf der Leiterplatte 11 entlang der senkrechten Richtung, die senkrecht zu der Stapelrichtung verläuft, angeordnet sind. Falls es notwendig ist, wird das Element 13 auf den Substraten 12A, 12B zusätzlich zu dem Erwärmen mit den Einspannvorrichtungen J3, J4 gepresst.
Nachdem der Anordnungs- und Erwärmungsvorgang durchgeführt ist, wird die Wärmeabstrahlungsstruktur 10 hergestellt, die in 9 gezeigt ist. Wenn der Anordnungs- und Erwärmungsvorgang durchgeführt wird, werden die Höhen H1, H2 der Substrate 12A, 12B gleich groß zueinander. In 9 werden die mehrlagigen Substrate 12A, 12B (insbesondere das Basisteil 125) und das Element 13 mit niedrigem Wärmewiderstand direkt miteinander haftend verbunden. Anderenfalls kann die Wärmeabstrahlungsstruktur 10 das Element 14 zwischen den mehrlagigen Substraten 12A, 12B und dem Element 13 mit niedrigem Wärmewiderstand umfassen.
Mit der oben genannten Ausführungsform werden die folgenden Wirkungen erlangt.
Die Wärmeabstrahlungsstruktur 10 umfasst das Element 13 mit niedrigem Wärmewiderstand, das den Wärmewiderstand aufweist, der niedriger als derjenige des Isolationsmaterials ist, und das Element 13 mit niedrigem Wärmewiderstand ist derart angeordnet, dass es den mehreren Halbleiterelementen Qa bis Qd, die in den mehrlagigen Substraten 12A, 12B ausgebildet sind, entgegensteht. In diesem Fall ist das Element 13 mit niedrigem Wärmewiderstand derart angeordnet, dass es den Halbleiterelementen Qa bis Qd entgegensteht, unabhängig von dem Ausbildungszustand der Halbleiterelemente Qa bis Qd in den Substraten 12A, 12B. Selbst wenn sich die Höhe H1 des Substrats 12A von der Höhe H2 des Substrats 12B unterscheidet, können die Höhen H1, H2 bei dem Erwärmungs- und Pressvorgang ausgeglichen werden. Somit wird ein Spalt in der Struktur 10 einfach reguliert. Da das Element 13 mit niedrigem Wärmewiderstand den niedrigen Wärmewiderstand aufweist, wird ferner die Wärme, die an den Halbleiterelementen Qa, Qd erzeugt wird, übertragen und zur Außenseite der Struktur 10 abgestrahlt. Somit wird die Wärmeabstrahlungsleistungsfähigkeit er Halbleiterelemente Qa bis Qd verbessert. Bei der vorliegenden Ausführungsform umfasst die Struktur 10 zwei mehrlagige Substrate 12A, 12B. Anderenfalls kann die Struktur 10 drei mehrlagige Substrate 12 umfassen.
Das System 10 umfasst das wärmeleitende Element 14, das zwischen dem Element 13 mit niedrigem Wärmewiderstand und dem Wärmeabstrahlungskörper 15 angeordnet ist, wie in 1 gezeigt ist. Anderenfalls umfasst das System 10 das wärmeleitende Element 14, das zwischen dem Element 13 mit niedrigem Wärmewiderstand und den Substraten 12A, 12B angeordnet ist, wie in 8 gezeigt ist. In jedem Fall wird die Wärme, die an den Halbleiterelementen Qa bis Qd erzeugt wird, mittels des wärmeleitenden Elements 14 an den Wärmeabstrahlungskörper 15 und das Element 13 mit niedrigem Wärmewiderstand übertragen. Somit wird die Wärmeabstrahlungseffizienz verbessert.
Die Basisteile 121 bis 124, die zu dem Basisteil 125 als Isolationsschicht benachbart sind, umfassen das Leitermuster 12c auf einer Oberfläche des Teils 121 bis 124, die dem Element 13 mit niedrigem Wärmewiderstand entgegensteht, wie in 1 gezeigt ist. In diesem Fall wird die Wärme, die an den Halbleiterelementen Qa bis Qd erzeugt wird, über das Basisteil 125 und das wärmeleitende Element 14 von dem Leitermuster 12c in dem Basisteil 124 zu dem Wärmeabstrahlungskörper 15 übertragen. Demzufolge wird die Wärmeabstrahlungseffizienz stark verbessert. Ferner wird die Wärmeabstrahlungseffizienz stark verbessert, wenn die Fläche des Leitermusters 12c des Basisteils 124 groß ist.
Entlang der senkrechten Richtung (d.h. nicht die Stapelrichtung) sind mehrere mehrlagige Substrate 12A, 12B auf einer Oberfläche der Leiterplatte 11 angeordnet, die dem Element 13 mit niedrigem Wärmewiderstand entgegensteht. Die Wärme, die an den Halbleiterelementen Qa bis Qd erzeugt wird, die in den Substraten 12A, 12B ausgebildet sind, wird über das Element mit niedrigem Wärmewiderstand abgestrahlt, wie in den 1, 8 und 9 gezeigt ist. In diesem Fall weist das Element 13 mit niedrigem Wärmewiderstand den Wärmewiderstand auf, der niedriger als derjenige des Isolationsmaterials der Basisteile 121 bis 125 ist. Somit wird die Wärme der Halbleiterelemente Qa bis Qd über das Element 13 mit niedrigem Wärmewiderstand übertragen. Dementsprechend wird die Wärmeabstrahlungsleistungsfähigkeit der Halbleiterelemente Qa bis Qd erhöht.
Die Halbleiterelemente Qa bis Qd sind in dem Aufnahmeabschnitt 12d in einem der Basisteile 121 bis 125 aufgenommen, wie in den 1, 8 und 9 gezeigt ist. In diesem Fall beeinträchtig der Heißpressvorgang die Halbleiterelemente Qa bis Qd nicht. Selbst wenn der Aufnahmeabschnitt 12d über mehrere Basisteile 121 bis 125 hinweg ausgebildet wird, sodass die Halbleiterelemente Qa bis Qd in dem Aufnahmeabschnitt 12d ausgebildet werden, kann eine ähnliche Wirkung erlangt werden. Selbst wenn zusätzlich zu den Halbleiterelementen Qa bis Qd die elektrischen Elemente wie ein Widerstand, ein Kondensator und eine Spule, die Wärme erzeugen, wenn die Elemente erregt werden, in dem Aufnahmeabschnitt 12d zusätzlich aufgenommen werden, kann die ähnliche Wirkung erlangt werden.
Die Halbleiterelemente Qa bis Qd und das Basisteil 123, in dem die Halbleiterelemente Qa bis Qd aufgenommen sind, haben im Wesentlichen dieselbe Dicke, wie in den 1, 8 und 9 gezeigt ist. In diesem Fall wird der Aufnahmeabschnitt 12d lediglich in dem Basisteil 123 ausgebildet. Somit werden die Ausbildungskosten des Aufnahmeabschnitts 12d begrenzt.
Das Herstellungsverfahren der Wärmeabstrahlungsstruktur 10 umfasst: einen Basisteilausbildungsvorgang zum Ausbilden des Leitermusters 12c auf beiden oder auf einer Oberfläche von jedem Basisteil 121 bis 125, das aus einem Isolationsmaterial besteht, und zum Ausbilden des Übergangslochs 12b, in dem das Lagenverbindungsmaterial 12a eingebettet wird, das sich an einer bestimmten Position von jedem Basisteil 121 bis 125 befindet, wie in 3 gezeigt ist; einen Stapelvorgang zum Aufnehmen von einem oder mehreren Halbleiterelementen Qa bis Qd in dem Aufnahmeabschnitt 12d des Basisteils 123 und zum Stapeln mehrerer Basisteile 121 bis 125, wie in 4 gezeigt ist; den Heißpressvorgang zum Erwärmen und Pressen des gestapelten Körpers, der in dem Stapelvorgang unter Verwendung der Einspannvorrichtungen J3, J4 als Pressformen ausgebildet wird, sodass die Basisteile 121 bis 125 aneinander haftend verbunden werden und die mehrlagigen Substrate 12A, 12B ausgebildet werden, wie in 5 gezeigt ist; und einen Anordnungs- und Erwärmungsvorgang zum Anordnen des Elements 13 mit niedrigem Wärmewiderstand ohne das wärmeleitende Element direkt auf einer Oberfläche von einem oder mehreren mehrlagigen Substraten 12A, 12B, die bei dem Heißpressvorgang ausgebildet werden. Der Anordnungs- und Erwärmungsvorgang kann durch den Ausbildungsvorgang zum Erwärmen und Presshaftverbinden des Elements 13 mit niedrigem Wärmewiderstand über das wärmeleitende Element 14 ersetzt werden, wie in 7 gezeigt ist. In jedem Fall wird zumindest das Element 13 mit niedrigem Wärmewiderstand derart angeordnet, dass es den Halbleiterelementen Qa bis Qd, die in den Substraten 12A, 12B ausgebildet sind, entgegensteht. Selbst wenn sich die Höhen H1, H2 der Halbleiterelemente Qa bis Qd und die Höhe der Substrate 12A, 12B voneinander unterscheiden, wird die Höhe bei dem Erwärmungsvorgang oder dem Erwärmungs- und Pressvorgang ausgeglichen. Daher wird der Spalt in der Struktur 10 einfach reguliert. Da der Wärmewiderstand des Elements 13 mit niedrigem Wärmewiderstand niedrig ist, wird ferner die Wärme, die an den Halbleiterelementen Qa bis Qd erzeugt wird, übertragen. Somit wird die Wärmeabstrahlungsleistungsfähigkeit des Halbleiterelements Qa bis Qd verbessert.
Bei dem Heißpressvorgang werden mehrere mehrlagige Substrate 12A, 12B entlang der nicht-Stapelrichtung auf der Leiterplatte 11 angeordnet. Danach werden die Substrate 12A, 12B erwärmt und mit den Einspannvorrichtungen J3, J4 gepresst, wie in 5 gezeigt ist. In diesem Fall werden die Leiterplatte 11 und die mehreren Substrate 12A, 12B sicher miteinander haftend verbunden. Da die Höhe von jedem Substrat 12A, 12B bei dem Heißpressvorgang ausgeglichen wird, kann der Spalt (d.h. die Lücke) in der Struktur 10 einfach reguliert werden.
Bei dem Ausbildungsvorgang werden ein oder mehrere Substrate 12A, 12B und/oder ein oder mehrere Halbleiterelemente Qa bis Qd entlang der nicht-Stapelrichtung zwischen der Leiterplatte 11 und dem Element 13 mit niedrigem Wärmewiderstand angeordnet. Danach werden die Substrate 12A, 12B und die Elemente Qa bis Qd mit der Leiterplatte 11 und das Element 13 erwärmt und mit den Einspannvorrichtungen J3, J4 gepresst, wie in 7 gezeigt ist. In diesem Fall werden die Leiterplatte 11, die Substrate 12A, 12B und die Halbleiterelemente Qa bis Qd sicher miteinander haftend verbunden.
Bei dem Anordnungs- und Erwärmungsvorgang werden die mehrlagigen Substrate 12A, 12B auf der Leiterplatte 11 angeordnet. Danach wird das Element 13 mit niedrigem Wärmewiderstand angeordnet, wie in 7 gezeigt ist. In diesem Fall werden die Leiterplatte 11 und die Substrate 12A, 12B sicher miteinander haftend verbunden.
(Zweite Ausführungsform)
Bei einer zweiten Ausführungsform weist die Wärmeabstrahlungsstruktur das mehrlagige Substrat und das elektrische Element zwischen der Leiterplatte und dem Wärmeabstrahlungskörper auf. Die Struktur wird nachstehend mit Bezug auf die 10 bis 13 beschrieben.
Die Wärmeabstrahlungsstruktur 10, die in 10 gezeigt ist, umfasst die Leiterplatte 11, das mehrlagige Substrat 12, das Element 13 mit niedrigem Wärmewiderstand, das wärmeleitende Element 14, den Wärmeabstrahlungskörper 15 und das elektrische Element 16. Bei der vorliegenden Ausführungsform umfasst die Struktur 10 ein mehrlagiges Substrat 12 und ein elektrisches Element 16.
Das mehrlagige Substrat 12 entspricht dem mehrlagigen Substrat 12A, 12B bei der ersten Ausführungsform. Anderenfalls entspricht das Substrat 12 gemäß der zweiten Ausführungsform einem mehrlagigen Substrat gemäß anderen Ausführungsformen. Das elektrische Element 16 kann eine Halbleitervorrichtung wie ein Schaltelement, eine Diode, ein Halbleiterrelais und eine integrierte Schaltung sein, die nicht in dem Substrat 12 ausgebildet ist, und/oder ein Widerstand, ein Kondensator, eine Spule, ein Reaktor oder dergleichen.
Nachstehend wird ein Herstellungsverfahren der Wärmeabstrahlungsstruktur 10 in 10 mit Bezug auf die 11 und 12 beschrieben. Das Herstellungsverfahren umfasst einen Basisteilausbildungsvorgang, einen Stapelvorgang, einen Heißpressvorgang, einen Ausbildungsvorgang und/oder einen Anordnungs- und Erwärmungsvorgang, ähnlich wie bei der ersten Ausführungsform. Der Ausbildungsvorgang oder ein Anordnungs- und Erwärmungsvorgang gemäß der zweiten Ausführungsform unterscheidet sich von der ersten Ausführungsform.
Nach dem Basisteilausbildungsvorgang wird der Stapelvorgang und der Heißpressvorgang ausgeführt, und das mehrlagige Substrat 12, das in 11 gezeigt ist, wird ausgebildet. In 11 unterscheidet sich die Höhe H3 des mehrlagigen Substrats 12 von der Höhe H4 des elektrischen Elements 16 (d.h. H3 > H4). Anderenfalls kann die Höhe H3 des mehrlagigen Substrats 12 innerhalb eines Fehlerbereichs der Herstellungstoleranz gleich groß wie die Höhe H4 des elektrischen Elements 16 sein (d.h. H3 = H4).
(Ausbildungsvorgang)
Bei dem Ausbildungsvorgang wird das Element 13 mit niedrigem Wärmewiderstand erwärmt und mittels des wärmeleitenden Elements 14 mit einer gemeinsamen Oberfläche des Substrats 12 und des elektrischen Elements 16 haftend verbunden. Wie in 12 gezeigt ist, werden das mehrlagige Substrat 12 und das elektrische Element 16 entlang der nicht-Stapelrichtung zwischen der Leiterplatte 11 und dem Element 13 mit niedrigem Wärmewiderstand angeordnet. Danach werden die Einspannvorrichtungen J3, J4 zueinander versetzt, sodass das Substrat 12 und das elektrische Element 16 mit der Leiterplatte 11 und dem Element 13 mit niedrigem Wärmewiderstand erwärmt und gepresst werden. Das Schaltungsmuster (d.h. Verdrahtungsmuster) auf der Leiterplatte 11 wird beim Erwärmungs- und Pressvorgang mit dem Leiter L1 bis L5 des Substrats 12, dem Leitermuster 12c und dem elektrischen Element 16 verbunden.
Wenn der oben genannte Vorgang durchgeführt wird, wird die Wärmeabstrahlungsstruktur 10 hergestellt, die in 10 gezeigt ist. Wenn der Ausbildungsvorgang ausgeführt wird, wird die Höhe H3 des Substrats 12 und die Höhe H4 des elektrischen Elements 16 ausgeglichen. Das Element 13 mit niedrigem Wärmewiderstand und das wärmeleitende Element 14 können umgekehrt angeordnet sein. In diesem Fall wird die Wärmeabstrahlungsstruktur 10 hergestellt, die in 13 dargestellt ist, wenn der Ausbildungsvorgang ausgeführt wird. Anderenfalls kann die Struktur 10 den Wärmeabstrahlungskörper 15 umfassen, der in 13 als doppelt gestrichelte Linien dargestellt sind. Anderenfalls kann die Struktur 10 keinen Wärmeabstrahlungskörper 15 umfassen.
(Anordnungs- und Erwärmungsvorgang)
Bei dem Anordnungs- und Erwärmungsvorgang wird das Element 13 mit niedrigem Wärmewiderstand ohne dem wärmeleitenden Element 14 direkt auf einer gemeinsamen Oberfläche des mehrlagigen Substrats 12 und des elektrischen Elements 16, die bei dem Heißpressvorgang ausgebildet werden, angeordnet. Danach wird das Element 13 mit niedrigem Wärmewiderstand mit den Substraten 12A, 12B erwärmt. Wie in 12 gezeigt ist, werden das mehrlagige Substrat 12 und das elektrische Element 16 entlang der nicht-Stapelrichtung auf der Leiterplatte 11 angeordnet, und danach wird das Element 13 mit niedrigem Wärmewiderstand angeordnet. Danach werden die Leiterplatte 11 mit dem Substrat 12, das elektrische Element 16 und das Element 13 mit niedrigem Wärmewiderstand erwärmt. Falls erforderlich, können zusätzlich zu dem Erwärmen die Einspannvorrichtungen J3, J4 zum Pressen verwendet werden.
Wenn der Anordnungs- und Erwärmungsvorgang durchgeführt wird, wird die Wärmeabstrahlungsstruktur 10, die in 10 gezeigt ist, anders als das wärmeleitende Element 14 und der Wärmeabstrahlungskörper 15 ausgebildet. Wenn der Anordnungs- und Erwärmungsvorgang ausgeführt wird, wird die Höhe H3 des Substrats 12 und die Höhe H4 des elektrischen Elements 16 ausgeglichen. Wie in 10 werden das mehrlagige Substrat 12 (insbesondere das Basisteil 125) und das Element 13 mit niedrigem Wärmewiderstand direkt miteinander haftend verbunden. Anderenfalls kann die Struktur 10 das wärmeleitende Element 14 zwischen dem Substrat 12 und dem Element 13 mit niedrigem Wärmewiderstand umfassen.
Bei der zweiten Ausführungsform wird das mehrlagige Substrat 12A gemäß der ersten Ausführungsform durch das Substrat 12 ersetzt. Ferner wird das mehrlagige Substrat 12B gemäß der ersten Ausführungsform durch das elektrische Element 16 ersetzt. Somit werden ähnliche Wirkungen wie bei der ersten Ausführungsform erlangt.
(Dritte Ausführungsform)
Bei einer dritten Ausführungsform umfasst die Wärmeabstrahlungsstruktur mehrere elektrische Elemente zwischen der Leiterplatte und dem Wärmeabstrahlungskörper. Die Struktur wird nachstehend mit Bezug auf die 14 bis 16 beschrieben.
Die Wärmeabstrahlungsstruktur 10, die in 14 gezeigt ist, umfasst die Leiterplatte 11, das Element 13 mit niedrigem Wärmewiderstand, das wärmeleitende Element 14, den Wärmeabstrahlungskörper 15 und mehrere elektrische Elemente 16. Bei der vorliegenden Ausführungsform umfassen mehrere elektrische Elemente 16 ein erstes elektrisches Element 16A und ein zweites elektrisches Element 16B.
Das elektrische Element 16A, 16B entspricht dem elektrischen Element 16 gemäß der zweiten Ausführungsform und/oder anderen elektrischen Vorrichtungen. Das elektrische Element 16A, 16B kann eine Halbleitervorrichtung wie ein Schaltelement, eine Diode, ein Halbleiterrelais und eine integrierte Schaltung IC, und/oder ein Widerstand, ein Kondensator, eine Spule, ein Reaktor oder dergleichen sein. Das elektrische Element 16A kann dieselbe Art von Vorrichtung wie das elektrische Element 16B sein. Anderenfalls kann das elektrische Element 16A eine andere Art von Vorrichtung wie das elektrische Element 16B sein.
Nachstehend wird ein Herstellungsverfahren der Wärmeabstrahlungsstruktur 10 mit Bezug auf die 15 und 16 beschrieben. Das Herstellungsverfahren umfasst einen Basisteilausbildungsvorgang, einen Stapelvorgang, einen Heißpressvorgang, einen Anordnungs- und Erwärmungsvorgang und dergleichen. Das Herstellungsverfahren umfasst im Unterschied zu der ersten Ausführungsform keinen Ausbildungsvorgang.
In 15 unterscheidet sich die Höhe H5 des ersten elektrischen Elements 16A von der Höhe H6 des zweiten elektrischen Elements 16B (d.h. H5 < H6 in 15). Anderenfalls kann die Höhe H5 innerhalb eines Fehlerbereichs einer Fertigungstoleranz gleich groß wie die Höhe H6 des zweiten elektrischen Elements 16B sein (d.h. H5 = H6).
(Anordnungs- und Erwärmungsvorgang)
Bei dem Anordnungs- und Erwärmungsvorgang wird das Element 13 mit niedrigem Wärmewiderstand mittels des wärmeleitenden Elements 14A, 14B jeweils auf einer gemeinsamen Oberfläche von jedem elektrischen Element 16A, 16B angeordnet. Danach werden das Element13 mit niedrigem Wärmewiderstand mit dem elektrischen Element 16A, 16B und das wärmeleitende Element 14A, 14B erwärmt und miteinander haftend verbunden. Wie in 16 gezeigt ist, werden insbesondere die elektrischen Elemente 16A, 16B auf der Leiterplatte 11 entlang der nicht-Stapelrichtung angeordnet, und danach wird das Element 13 mit niedrigem Wärmewiderstand angeordnet. Danach werden die elektrischen Elemente 16A, 16B mit der Leiterplatte 11 und das Element 13 mit niedrigem Wärmewiderstand erwärmt. Zusätzlich zu dem Erwärmen werden die Einspannvorrichtungen J3, J4 derart versetzt, dass sie aneinander haften. Das Haftverbindungsverfahren kann ein Presshaftverbindungsverfahren umfassen. Die Art der Versetzung der Einspannvorrichtungen J3, J4 ist ähnlich zu derjenigen der ersten Ausführungsform. Wenn der Erwärmungsvorgang und die Versetzung der Einspannvorrichtungen J3, J4 durchgeführt wird, werden die Leitermuster (d.h. das Verdrahtungsmuster) auf der Leiterplatte 11 und die elektrischen Elemente 16A, 16B miteinander verbunden. Nach einem Haftverbinden der elektrischen Elemente 16A, 16B mit der Leiterplatte 11 und dem Element 13 mit niedrigem Wärmewiderstand unterscheidet sich die Dicke des wärmeleitenden Elements 14A von derjenigen des wärmeleitenden Elements 14B. Die Dicke von jedem wärmeleitenden Element 14A, 14B kann dünn sein, um den Wärmewiderstand zu verringern.
Wenn der Anordnungs- und Erwärmungsvorgang durchgeführt wird, wird die Wärmeabstrahlungsstruktur 10 hergestellt, die in 14 gezeigt ist. Wenn der Anordnungs- und Erwärmungsvorgang durchgeführt wird, wird eine Summe der Höhe H5 des ersten elektrischen Elements 16A und der Dicke des ersten wärmeleitenden Elements 14A im Wesentlichen gleich groß wie eine Summe der Höhe H6 des zweiten elektrischen Elements 16A und der Dicke des zweiten wärmeleitenden Elements 14B. Das Element 13 mit niedrigem Wärmewiderstand in 14 kann mit dem Wärmeabstrahlungskörper 15 in 1 und 10 ersetzt werden. Wie in den 8 und 13 gezeigt ist, kann die Struktur 10 den Wärmeabstrahlungskörper umfassen, der in dem Element 13 mit niedrigem Wärmewiderstand integriert ist.
Bei der dritten Ausführungsform wird das mehrlagige Substrat 12A gemäß der ersten Ausführungsform durch das elektrische Element 16A ersetzt, und das mehrlagige Substrat 12B gemäß der ersten Ausführungsform durch das elektrische Element 16B. Demzufolge werden die ähnlichen Wirkungen der ersten Ausführungsform erlangt. Ferner werden die nachfolgenden Wirkungen erlangt.
Das Herstellungsverfahren der Wärmeabstrahlungsstruktur 10 umfasst: den Anordnungsvorgang des elektrischen Elements zum Anordnen mehrerer elektrischer Elemente 16A, 16B auf der Leiterplatte 11 entlang der nicht-Stapelrichtung; und den Anordnungs- und Erwärmungsvorgang zum Anordnen des Elements 13 mit niedrigem Wärmewiderstand mittels dem wärmeleitenden Element 14 auf einer Oberfläche der mehreren elektrischen Elemente 16A, 16B, die der Leiterplatte 11 gegenüberliegt, und zum Erwärmen und Haftverbinden des Elements 13 mit niedrigem Wärmewiderstand mittels dem wärmeleitenden Element 14 an den mehreren elektrischen Elementen 16A, 16B, wie in 16 gezeigt ist. In diesem Fall wird die Summe der Höhen der elektrischen Elemente 16A, 16B und der Dicken der wärmeleitenden Elemente 14A, 14B im Wesentlichen ausgeglichen, selbst wenn sich die Höhen H5, H6 der elektrischen Elemente 16A, 16B, die entlang der nicht-Stapelrichtung angeordnet sind, voneinander unterscheiden. Somit kann der Spalt in der Struktur 10 leicht reguliert werden. Da das Element 13 den niedrigen Wärmewiderstand aufweist, wird ferner die Wärme, die an den elektrischen Elementen 16A, 16B erzeugt wird, übertragen, d.h. geleitet. Somit wird die Wärmeabstrahlungsleistungsfähigkeit der elektrischen Elemente 16A, 16B verbessert.
(Andere Ausführungsformen)
Bei der ersten und zweiten Ausführungsform umfasst die Wärmeabstrahlungsstruktur 10 die Leiterplatte 11. Anderenfalls kann die Wärmeabstrahlungsstruktur 10 keine Leiterplatte 11 umfassen, wie in den 17 bis 19 gezeigt ist. Die Wärmeabstrahlungsstruktur 10 in 17 entspricht der Struktur 10 in 1. Die Wärmeabstrahlungsstruktur 10 in 18 entspricht der Struktur 10 in 9. Die Wärmeabstrahlungsstruktur 10 in 19 entspricht der Struktur 10 in 10. In diesen Fällen wird der Erwärmungs- und Pressvorgang unter Verwendung der Einspannvorrichtungen J3, J4 durchgeführt, da die Leiterplatte 11 nicht in jedem Vorgang in den 7 und 12 angeordnet ist. Da der Unterschied zwischen diesen Fällen und der ersten und zweiten Ausführungsform lediglich in dem einen Merkmal besteht, dass die Struktur 10 nicht die Leiterplatte 10 umfasst, werden ähnliche Wirkungen wie bei der ersten und zweiten Ausführungsform erlangt.
Bei der ersten und zweiten Ausführungsform umfasst das mehrlagige Substrat 12, 12A, 12B fünf Lagen der Basisteile 121 bis 125. Anderenfalls umfasst das mehrlagige Substrat 12, 12A, 12B mehr als fünf Lagen oder weniger als fünf Lagen der Basisteile gemäß dem erforderlichen Schaltungsaufbau. Beispielsweise kann das mehrlagige Substrat 12, 12A, 12B mehrere zehn Lagen wie zum Beispiel 50 Lagen umfassen. Da der Unterschied zwischen diesem Fall und der ersten und zweiten Ausführungsform in der Anzahl der gestapelten Lagen besteht, können ähnliche Wirkungen wie bei der ersten und zweiten Ausführungsform erlangt werden.
Bei der ersten und zweiten Ausführungsform sind die Halbleiterelemente Qa bis Qd wie Schaltungselemente, die dem elektrischen Element entsprechen, in dem mehrlagigen Substrat 12, 12A, 12B ausgebildet. Anderenfalls kann eine andere elektrische Vorrichtung als die Halbleiterelemente Qa bis Qd gemäß dem erforderlichen Schaltungsaufbau in dem mehrlagigen Substrat 12, 12A, 12B ausgebildet sein. Ferner kann die Anzahl der elektrischen Vorrichtungen, die in dem mehrlagigen Substrat 12, 12A, 12B ausgebildet sind, angemessen eingestellt sein. Die elektrische Vorrichtung kann ein Halbleiterelement wie eine Diode, ein Halbleiterrelais und eine integrierte Schaltung IC, und/oder ein Widerstand, ein Kondensator, eine Spule, ein Reaktor oder dergleichen zusätzlich zu dem Schaltungselement sein. Da der Unterschied zwischen diesem Fall und der ersten und zweiten Ausführungsform lediglich in dem elektrischen Element besteht, das in dem mehrlagigen Substrat 12, 12A, 12B ausgebildet ist, werden ähnliche Wirkungen wie bei der ersten und zweiten Ausführungsform erlangt.
Bei der ersten und zweiten Ausführungsform ist der Wärmeabstrahlungskörper 15 über das wärmeleitende Element 14 auf einer gemeinsamen Oberfläche der mehrlagigen Substrate 12A, 12B angeordnet, oder der Wärmeabstrahlungskörper 15 ist ohne das wärmeleitende Element 14 direkt auf der gemeinsamen Oberfläche der mehrlagigen Substrate 12A, 12B angeordnet. Anderenfalls kann die Struktur 10 eine andere Kühleinrichtung als den Wärmeabstrahlungskörper 15, wie zum Beispiel eine Vorrichtung mit einer Leitung, in der ein Kühlmittel wie beispielsweise Wasser und Öl zum Kühlen fließen, umfassen. Anderenfalls kann die Struktur 10 eine Heizeinrichtung oder eine Temperatursteuerung wie die Kühleinrichtung und die Heizeinrichtung mit einer Steuerung umfassen. Wenn die Struktur 10 die Kühleinrichtung umfasst, werden die Halbleiterelemente Qa bis Qd in dem mehrlagigen Substrat 12, 12A, 12B direkt durch die Kühleinrichtung gekühlt. Wenn die Struktur 10 die Heizeinrichtung umfasst, werden die Halbleiterelemente Qa bis Qd, die in dem mehrlagigen Substrat 12, 12A, 12B ausgebildet sind, direkt durch die Heizeinrichtung erwärmt. In jedem Fall entsprechen die Halbleiterelemente Qa bis Qd dem elektrischen Element 16 und die andere elektrische Vorrichtung, die sich von dem elektrischen Element 16 unterscheidet, funktioniert bei einer angemessenen Temperatur.
Bei der ersten bis dritten Ausführungsform stellt das mehrlagige Substrat 12, 12A, 12B und das elektrische Element 16, 16A, 16B einen Teil der Steuerschaltung zum Steuern der dreiphasigen drehenden elektrischen Maschine 20 bereit. Anderenfalls können das mehrlagige Substrat 12, 12A, 12B und das elektrische Element 16, 16A, 16B einen Teil der Steuerschaltung zum Steuern der drehenden elektrischen Maschine 20 bereitstellen, die mehr als drei Phasen oder weniger als drei Phasen aufweist, wie beispielsweise eine einzelphasige drehende elektrische Maschine oder eine sechsphasige drehende elektrische Maschine. Anderenfalls kann das mehrlagige Substrat 12, 12A, 12B und das elektrische Element 16, 16A, 16B einen Teil der Steuerschaltung zum Steuern einer anderen Last als der drehenden elektrischen Maschine 20 bereitstellen. Da der Unterschied zwischen diesem Fall und der ersten bis dritten Ausführungsform lediglich in dem Steuerobjekt der Steuerschaltung besteht, werden ähnliche Wirkungen wie bei der ersten bis dritten Ausführungsform erlangt.
Bei der ersten bis dritten Ausführungsform ist das Element 13 mit niedrigem Wärmewiderstand eine Metallplatte. Anderenfalls kann das Element 13 mit niedrigem Wärmewiderstand ein anderes Element als die Metallplatte sein, wobei das Element einen Wärmewiderstand, der niedriger als derjenige des Isolationsmaterials ist, und eine Wärmeleitfähigkeit aufweist. Beispielsweise kann das Element 13 mit niedriger Wärmeleitfähigkeit ein Blatt sein, das einen Kunstharzfilm, ein Gel, ein Fett, einen Klebstoff oder dergleichen umfasst. Selbst wenn das Element 13 mit niedrigem Wärmewiderstand ein anderes Element als die Metallplatte ist, ist der Wärmewiderstand des Elements 13 mit niedrigem Wärmewiderstand niedriger als derjenige des mehrlagigen Substrats 12 und des elektrischen Elements 16. Daher werden ähnliche Wirkungen wie bei der ersten bis dritten Ausführungsform erlangt.
Bei der oben genannten Offenbarung kann das Isolationsmaterial eine beliebige Art eines Kunstharzes mit einer Isolationseigenschaft sein. Das Isolationsmaterial kann beispielsweise ein thermoplastisches Kunstharz sein. Das Basisteil kann ein plattenförmiges Material sein, das aus Isolationsmaterial besteht. Beispielsweise kann das Basisteil ein schichtförmiges Element sein. Solange ein Leiter auf/in dem Basisteil ausgebildet ist, kann das Basisteil aus einer beliebigen Art von Material bestehen. Der Leiter kann ein Leitelement wie ein Leitermuster, ein Lagenverbindungselement oder ein leitendes Material in einem Übergangsloch sein. Die Anzahl der Basisteile zur Bereitstellung des mehrlagigen Substrats kann beliebig sein. Beispielsweise kann die Anzahl der Basisteile wenige zehn, wie z.B. fünfzig, betragen, was eine obere Grenze sein kann. Das mehrlagige Substrat kann ein PALAP (d.h. patterned prepreg lay up process sein, der als Handelsmarke registriert ist) oder eine mehrlagige gedruckte Leiterplatte. Das wärmeleitende Element kann ein Gel, ein Fett, ein Klebstoff oder ein Blatt mit Wärmeleitfähigkeit sein. Das wärmeleitende Element kann aus jeglicher Art von Material bestehen. Der Wärmeabstrahlungskörper strahlt Wärme ab. Der Wärmeabstrahlungskörper kann eine Wärmeabstrahlungsplatte oder eine Wärmesenke sein. Im Allgemeinen ist der Wärmeabstrahlungskörper leitfähig. Der Wärmeabstrahlungskörper kann als ein wärmeleitendes Element zum Übertragen von Wärme mit einer Kühleinrichtung oder einer Heizeinrichtung dienen. Wenn der Wärmeabstrahlungskörper als das wärmeleitende Element dient, kann die Wärmeabstrahlungseffizienz der Struktur Wärmeleitfähigkeit oder Wärmeleitungseffizienz bereitstellen. Das elektrische Element oder die elektrische Vorrichtung können auf dem mehrlagigen Substrat angebracht sein oder in dem mehrlagigen Substrat aufgenommen sein. Beispielsweise kann das elektrische Element oder die elektrische Vorrichtung eine Halbleitervorrichtung wie ein Schaltelement, eine Diode, ein Halbleiterrelais oder eine integrierte Schaltung IC sein. Anderenfalls kann das elektrische Element oder die elektrische Vorrichtung ein Widerstand, ein Kondensator, eine Spule, ein Reaktor oder dergleichen sein. Das Element mit niedrigem Wärmewiderstand besteht aus einem Material mit dem Wärmewiderstand, der niedriger als derjenige des Isolationsmaterials ist. Das Merkmal, das die Höhe des mehrlagigen Substrats und der elektrischen Vorrichtung bei dem Erwärmungs- und Pressvorgang ausgeglichen werden, bedeutet denjenigen Fall, dass die Höhe des mehrlagigen Substrats und der elektrischen Vorrichtung gleich groß zueinander sind, einen Fall, bei dem die Höhe des mehrlagigen Substrats und der elektrischen Vorrichtung im Wesentlichen innerhalb der Fertigungstoleranz gleich groß sind, oder einen Fall, bei dem die Differenz zwischen der Höhe des mehrlagigen Substrats und der elektrischen Vorrichtung durch die Dicke des wärmeleitenden Elements angepasst wird.

Claims

Wärmeabstrahlungsstruktur für eine elektrische Vorrichtung (Qa-Qd, 16), aufweisend: wenigstens ein mehrlagiges Substrat (12, 12A, 12B), das eine Mehrzahl von Basisteilen (121-125), die aus einem Isolationsmaterial bestehen, und ein Leitermuster (12c) aufweist, die in einer mehrlagigen Struktur gestapelt sind, sodass das Leitermuster (12c) mit einem Lagenverbindungsabschnitt (L1-L10) in den Basisteilen (121-125) elektrisch gekoppelt ist; wobei die elektrische Vorrichtung (Qa-Qd, 16) wenigstens eines aus einem ersten elektrischen Element (Qa-Qd), das in wenigstens einem mehrlagigen Substrat (12, 12A, 12B) ausgebildet ist, und einem zweiten elektrischen Element (16), das nicht in dem mehrlagigen Substrat (12, 12A, 12B) ausgebildet ist, aufweist; und ein Element (13) mit niedrigem Wärmewiderstand, das der elektrischen Vorrichtung (Qa-Qd, 16) gegenüberliegt, wobei das Element (13) mit niedrigem Wärmewiderstand einen Wärmewiderstand aufweist, der niedriger als derjenige des Isolationsmaterials ist; wobei die Wärmeabstrahlungsstruktur ferner eine Leiterplatte (11) aufweist, die auf dem wenigstens einen mehrlagigen Substrat (12, 12A, 12B) gegenüberliegend zu dem Element (13) mit niedrigem Wärmewiderstand angeordnet ist; wobei das wenigstens eine mehrlagige Substrat (12, 12A, 12B) eine Mehrzahl von mehrlagigen Substraten (12, 12A, 12B) aufweist, die auf der Leiterplatte (11) entlang einer Richtung, die sich von der Stapelrichtung von jedem mehrlagigen Substrat (12, 12A, 12B) unterscheidet, angeordnet sind, und wobei Wärme, die an dem ersten elektrischen Element (Qa-Qd) erzeugt wird, in dem wenigstens einen mehrlagigen Substrat (12, 12A, 12B) über das Element (13) mit niedrigem Wärmewiderstand zu einer Außenseite der Wärmeabstrahlungsstruktur abgestrahlt wird.
Wärmeabstrahlungsstruktur nach Anspruch 1, ferner aufweisend: ein wärmeleitendes Element (14), das zwischen dem Element (13) mit niedrigem Wärmewiderstand und einem Wärmeabstrahlungskörper (15), oder zwischen dem wenigstens einen mehrlagigen Substrat (12, 12A, 12B) oder dem zweiten elektrischen Element (16) und dem Element (13) mit niedrigem Wärmewiderstand angeordnet ist, wobei der Wärmeabstrahlungskörper (15) auf einer gegenüberliegenden Seite der elektrischen Vorrichtung (Qa-Qd, 16) angeordnet ist.
Wärmeabstrahlungsstruktur nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Basisteil (121-125) ein Isolationsbasisteil (125) aufweist, das dem Element 13 mit niedrigem Wärmewiderstand gegenüberliegt, wobei die Basisteile (121-125) ferner ein benachbartes Basisteil (124) aufweisen, das zu dem Isolationsbasisteil (125) benachbart ist, wobei das benachbarte Basisteil (124) eine Oberfläche aufweist, die dem Element (13) mit niedrigem Wärmewiderstand gegenüberliegt, und wobei das Leitermuster (12c) auf der Oberfläche des benachbarten Basisteils (124) angeordnet ist.
Wärmeabstrahlungsstruktur nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei das erste elektrische Element (Qa-Qd) in einem Aufnahmeabschnitt (12d) des wenigstens einen mehrlagigen Substrats (12, 12A, 12B) aufgenommen ist.
Wärmeabstrahlungsstruktur nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei das erste elektrische Element (Qa-Qd) eine Dicke aufweist, die gleich groß wie eine Dicke von jedem Basisteil (121-125) ist.
Verfahren zum Herstellen einer Wärmeabstrahlungsstruktur für eine elektrische Vorrichtung (Qa-Qd, 16) aufweisend: Ausbilden eines Leitermusters (12c) auf einer oder beiden Oberflächen von jedem Basisteil (121-125), das aus einem Isolationsmaterial besteht; Ausbilden eines Übergangslochs (12b) an einer vorbestimmten Position von jedem Basisteil (121-125); Füllen des Übergangslochs (12b) mit einem Lagenverbindungselement (12a); Aufnehmen eines ersten elektrischen Elements (Qa-Qd) in einem Aufnahmeabschnitt (12d) von einem der Basisteile (121-125), wobei das erste elektrische Element (Qa-Qd) in der elektrischen Vorrichtung (Qa-Qd, 16) umfasst ist; Stapeln einer Mehrzahl von Basisteilen (121-125), sodass ein Stapelkörper gebildet wird; Erwärmen und Pressen des gestapelten Körpers mit einer Pressform, wodurch die Basisteile (121-125) miteinander haftend verbunden werden, sodass sie ein mehrlagiges Substrat (12, 12A, 12B) bilden, umfassend Anordnen einer Mehrzahl von gestapelten Körpern auf einer Leiterplatte (11) entlang einer Richtung, die sich von einer Stapelrichtung von jedem gestapelten Körper unterscheidet; und Erwärmen und Pressen der Mehrzahl der gestapelten Körper mit der Leiterplatte (11) mit der Pressform; und Erwärmen und Presshaftverbinden eines Elements (13) mit niedrigem Wärmewiderstand mittels eines wärmeleitenden Elements (14) auf einer Oberfläche von wenigstens einem mehrlagigen Substrat (12, 12A, 12B), oder Anordnen und Erwärmen des Elements (13) mit niedrigem Wärmewiderstand direkt auf einer Oberfläche von wenigstens einem mehrlagigen Substrat (12, 12A, 12B).
Verfahren zum Herstellen der Wärmeabstrahlungsstruktur nach Anspruch 6, wobei das Erwärmen und Presshaftverbinden des Elements 13 mit niedrigem Wärmewiderstand umfasst: Anordnen von wenigstens einem aus einem oder mehreren mehrlagigen Substraten (12, 12A, 12B) und einem oder mehreren zweiten elektrischen Elementen (16) zwischen einer Leiterplatte (11) und dem Element (13) mit niedrigem Wärmewiderstand entlang einer Richtung, die sich von einer Stapelrichtung des gestapelten Körpers unterscheidet, wobei die zweiten elektrischen Elemente (16) in der elektrischen Vorrichtung (Qa-Qd, 16) umfasst sind; und Erwärmen und Presshaftverbinden des wenigstens einen von einem oder mehreren mehrlagigen Substraten (12, 12A, 12B) und einem oder mehreren zweiten elektrischen Elementen (16) zusammen mit der Leiterplatte (11) und dem Element (13) mit niedrigem Wärmewiderstand mit der Pressform.
Verfahren zum Herstellen der Wärmeabstrahlungsstruktur nach Anspruch 6 oder 7, wobei das Anordnen und Erwärmen des Elements (13) mit niedrigem Wärmewiderstand umfasst: Anordnen von wenigstens einem aus einem oder mehreren mehrlagigen Substraten (12, 12A, 12B) und einem oder mehreren zweiten elektrischen Elementen (16) auf einer Leiterplatte (11) entlang einer Richtung, die sich von einer Stapelrichtung des gestapelten Körpers unterscheidet, wobei die zweiten elektrischen Elemente (16) in der elektrischen Vorrichtung (Qa-Qd, 16) umfasst sind; und Anordnen des Elements 13 mit niedrigem Wärmewiderstand direkt auf einer Oberfläche des wenigstens einem von einem oder mehreren mehrlagigen Substraten (12, 12A, 12B) und einem oder mehreren zweiten elektrischen Elementen (16).