DE19932953A1 - Halbleitervorrichtung mit einer Wärmeabstrahlungsanordnung zum Entfernen von Wärme von dem Halbleiterelement - Google Patents

Abstract

Ein Halbleiterelement und ein Paar von Isolationssubstraten (2, 3), welche das Halbleiterelement dazwischen geschichtet aufnimmt, bilden eine Substrateinheit (4). Die Substrateinheit wird in einer Ausnehmung (72) mit Presspassung eingepaßt, welche zwischen dem ersten Abstrahlungsblock (5) und dem Kühlungsblock (7) vorgesehen ist. Die Presspassung der Substrateinheit wird von einem zweiten Abstrahlungsblock (6) durchgeführt, welcher geschraubt wird, um den ersten Abstrahlungsblock in Richtung des Kühlungsblocks zu drücken. Ein hochthermisches leitfähiges Abstrahlungsmaterial (9) ist an den Zwischenflächen zwischen jedem der Isolationssubstrate und jedem der Blocks angeordnet, um dazwischen die Haftbarkeit beizubehalten.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Halbleitervorrichtung, welche ein Halbleiterelement enthält, und insbesondere auf eine Kühlungsanordnung für das Halb­ leiterelement, beispielsweise für ein Leistungs-MOSFET oder ein -IGBT.

Ein Halbleiterelement (Halbleiterchip) beispielsweise ein Leistungs-MOSFET oder ein IGBT regelt große Ströme und produziert dementsprechend eine große Menge an Wärme. Deshalb wurden als eine Form der Kühlung des Halbleiterchips unterschied­ liche Aufbauten unter Verwendung einer luftkühlungsartigen Strahlungsrippe, eines wasserkühlungsartigen Kühlungsblocks und dgl. zum Entfernen der Wärme von dem Halbleiterchip durch die JP-A-62-92349, JP-A-63-96946, JP-A-62-141751, JP-A-61- 265849, JP-A-3-20065 und dgl. vorgeschlagen.

Allerdings haben die herkömmlichen Aufbauten bei der praktischen Verwendung folgende Probleme. So wird beispielsweise eine große Größe der Strahlungsrippe erfor­ derlich, um die Strahlungsmenge zu erhöhen. Falls ein wasserkühlungsartiges Küh­ lungselement verwendet wird, um eine Strahlungseffizienz zu verbessern, benötigt Was­ ser als Kühlmittel eine Leitung bzw. Durchgang dafür. Der Leitungsaufbau neigt dazu, kompliziert zu sein, und macht die Vorrichtung kompliziert und vergrößert die Größe der Vorrichtung als Ganzes.

Wenn ein Strahlungsteil an das Halbleiterelement befestigt wird, kann sich die Zusammenbauzeit entsprechend der Anordnung der beiden Teile verlängern. Wegen des Strahlungsteils, welches mit dem Halbleiterelement zusammengebaut wird, wird die Halbleitervorrichtung ferner komplizierter und baut größer, wodurch sich die Zusam­ menbaubarkeit der Halbleitervorrichtung verschlechtert, besonders wenn die Halbleiter­ vorrichtung in einem begrenzten Raum innerhalb eines Kraftfahrzeugmaschinenraums befestigt werden muß, falls es für einen Inverter eines elektrischen Kraftfahrzeugs ver­ wendet wird.

Falls die Halbleitervorrichtung mehrere Halbleiterelemente enthält, entstehen der­ artige Probleme, daß die Strahlungsteile mit den entsprechenden Halbleiterelementen zusammengebaut werden müssen, wodurch die Anordnung der Halbleiterelemente ent­ sprechend der Anordnungsverhältnisse mit den Strahlungsteilen und dgl. beschränkt bzw. eingegrenzt sein kann. Jedes Bestrahlungsteil und jedes Halbleiterelement sind im allgemeinen in Anlagekontakt miteinander über ein Isolierungssubstrat zum Halten des Halbleiterelements, wobei ein Strahlungsdurchgang bzw. eine Strahlungsleitung zur Übertragung von Wärme von dem Halbleiterelement zu dem Strahlungsteil vorgesehen ist, um die Abstrahlungs- bzw. Strahlungseigenschaften zu verbessern. In diesem Fall ist zwischen den beiden Teilen ein Strahlungsschmiermittel angeordnet, um die Lücke zu füllen, welche durch Oberflächenunregelmäßigkeiten bzw. -wellenbildungen verursacht wird, um die Haftbarkeit dazwischen zu verbessern. Weil jedoch das Strahlungs­ schmiermittel Öl als eine Hauptkomponente enthält, wird die Viskosität des Schmier­ mittels durch die Wärme, welche von dem Element, beispielsweise bei 150° Celsius oder mehr verursacht wird, vermindert. Das Schmiermittel mit der verminderten Visko­ sität neigt dazu, herauszufließen, und die oben beschriebene Haftbarkeit zu verschlech­ tern, was in einer Verminderung bzw. Verschlechterung der Abstrahlungseigenschaften resultiert.

Die vorliegende Erfindung wurde angesichts der oben genannten Probleme ge­ macht.

Eine erste Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine praktische, neuartige Struktur zur Abstrahlung von Wärme zu schaffen, welche von einem Halbleiterelement in einer Halbleitervorrichtung erzeugt wird. Eine zweite Aufgabe der vorliegenden Er­ findung ist es, eine Halbleitervorrichtung mit einer Abstrahlungsstruktur zu schaffen, welche einfach zusammengebaut werden kann. Eine dritte Aufgabe ist es, die Abstrah­ lungsstruktur zu vereinfachen. Ebenso ist es eine vierte Aufgabe, die Zusammenbaubar­ keit der Halbleitervorrichtung zu verbessern und eine fünfte Aufgabe ist es, die Haftbar­ keit zwischen dem Isolationssubstrat, welches ein Halbleiterelement hält, und einem Strahlungsteil zu verbessern.

Diese Aufgaben werden mit den Merkmalen des Anspruchs 1, 9, 11, 16, und 17 gelöst.

Kurzgesagt weist entsprechend einem ersten Gesichtspunkt der vorliegenden Er­ findung eine Halbleitervorrichtung eine Substrateinheit, welche aus einem Halblei­ terelement und einem Paar von Isolationssubstraten zusammengesetzt ist, welche das Halbleiterelement dazwischen halten, und zumindest ein erstes und ein zweites Strah­ lungselement auf, welches Wärme abstrahlt, die von der Halbleitereinheit erzeugt wird, und eine Ausnehmung dazwischen definieren, in die die Substrateinheit in eine Einfü­ gungsrichtung eingefügt wird. Die Halbleitervorrichtung weist ferner ein Befestigungs­ teil zum Befestigen der Substrateinheit innerhalb der Ausnehmung auf, indem es in ei­ nes der ersten oder zweiten Abstrahlungsteile in der Einfügungsrichtung eingefügt wird.

Weil die Halbleitereinheit und das Befestigungsteil relativ zu den Abstrahlungs­ teilen in der gleichen Richtung eingefügt werden können, wird der Zusammenbau ein­ fach. Weil die Substrateinheit zwischen dem ersten und zweiten Abstrahlungsteil einge­ keilt bzw. hineingezwängt wird, kann die Wärme, welche von der Substrateinheit er­ zeugt wird, auf beiden Seiten davon abgestrahlt werden, was in einer hohen Abstrah­ lungseigenschaft resultiert.

Gemäß einem zweiten Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung enthält eine Halbleitervorrichtung zumindest ein erstes und zweites Halbleitersubstrat, erste und zweite Paare von Abstrahlungsteilen, welche erste und zweite Ausnehmungen dazwi­ schen definieren und die jeweils die ersten und zweiten Substrateinheiten darin halten, und ein gemeinsames Schiebe- bzw. Vortriebsteil, welches zwischen den ersten und zweiten Paaren von Abstrahlungsteilen angeordnet sind, zum Schieben bzw. Pressen der ersten und zweiten Paare von Abstrahlungsteilen, um die ersten und zweiten Substra­ teinheiten in den ersten und zweiten Ausnehmungen zu fixieren bzw. festzumachen. Dies führt ebenso zu einem einfachen Zusammenbau.

Gemäß einem dritten Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung enthält die Halb­ leitervorrichtung eine Vielzahl von Substrateinheiten und ein Abstrahlungsteil, welche die Vielzahl der Substrateinheiten zum Abstrahlen von Wärme von den Substrateinhei­ ten hält und welches einen einzigen Kühlmitteldurchgang darin aufweist, in dem das Kühlmittel zum Absorbieren der Wärme fließt. In diesem Fall benötigt der einzige Kühlmitteldurchgang keine Verbindungsteile, was in einem einfachen Aufbau der was­ serkühlungsartigen Halbleitervorrichtung resultiert.

Gemäß einem vierten Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung enthält die Halbleitervorrichtung eine Substrateinheit und einen Abstrahlkörper bzw. Abstrah­ lungsteil mit einer ersten Wand, an der die Substrateinheit angeordnet wird, und einer zweiten Wand an der gegenüberliegenden Seitenwand. Die zweite Wand ist flach. Die flache zweite Wand vereinfacht die Befestigungsmöglichkeit bzw. die Zusammenbau­ barkeit der Halbleitervorrichtung.

Gemäß eines fünften Gesichtspunkts der vorliegenden Erfindung enthält eine Halbleitervorrichtung eine Substrateinheit, ein Abstrahlungsteil, welches in Anlage­ kontakt mit der Substrateinheit über ein Kontaktmaterial zum Abstrahlen von Wärme angeordnet ist, welche von der Substrateinheit erzeugt wird. Das Kontaktmaterial ist aus einem Kunststoffmaterial mit einem thermischen Widerstand und Flexibilität bzw. Ela­ stizität und einem thermisch leitfähigen bzw. leitenden Komponentenmaterial zusam­ mengesetzt, welches in dem Kunststoffmaterial enthalten ist. In diesem Fall füllt das Kontaktmaterial Spalten bzw. Lücken, welche in dem Zwischenraum, Zwischenfläche bzw. der Schnittstelle zwischen der Substrateinheit und dem Abstrahlungsteil aufgrund Oberflächenunregelmäßigkeiten und -wellenförmigkeit der Substrateinheit und des Ab­ strahlkörpers erzeugt werden, wodurch eine hohe Haftbarkeit bzw. Haltbarkeit an der Schnittstelle verwirklicht bzw. realisiert wird. Sofern der Abstrahlungskörper und die Substrateinheit relativ zueinander verschoben werden, kann ferner das Kontaktmaterial der Verschiebung folgen, um eine hohe Haftbarkeit beizubehalten. Dies ergibt eine Ver­ besserung der Abstrahlungseigenschaften.

Weitere vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der Unteransprüche.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Weitere Aufgaben und Merkmale der vorliegenden Erfindung werden aufgrund eines besseren Verständnisses der bevorzugten Ausführungsform, welche unten be­ schrieben wird, unter Bezugnahme der nachfolgenden Zeichnungen vollständig ersicht­ lich werden.

Fig. 1 ist eine perspektivische Ansicht, welche eine Halbleitervorrichtung in einer ersten bevorzugten Ausführungsform zeigt;

Fig. 2 ist eine Ansicht, welche die Halbleitervorrichtung von einer Seite zeigt, die durch einen Pfeil II in Fig. 1 gekennzeichnet ist;

Fig. 3 ist eine Querschnittsansicht, welche entlang der II bis III-Linie in Fig. 2 gemacht wurde;

Fig. 4 ist eine teilweise vergrößerte Ansicht von Fig. 3;

Fig. 5A und 5B sind Ansichten, welche eine detaillierte Ansicht einer Substratein­ heit, welche in Fig. 4 gezeigt ist, zeigt;

Fig. 6 ist eine schematische Ansicht, welche ein Kontaktmaterial zeigt;

Fig. 7A ist eine schematische Ansicht, welche ein erstes Beispiel des Kontaktma­ terials zeigt;

Fig. 7B und 7C sind schematische Ansichten, welche ein zweites Beispiel des Kontaktmaterials zeigen;

Fig. 8A und 8B sind schematische Ansichten, welche ein drittes Beispiel des Kontaktmaterials zeigen;

Fig. 8C, 8D und 9A bis 9D sind ein viertes Beispiel des Kontaktmaterials;

Fig. 10 ist eine Querschnittsansicht, welche teilweise eine Halbleitervorrichtung gemäß einer zweiten bevorzugten Ausgestaltung zeigt;

Fig. 11 ist eine Querschnittsansicht, welche teilweise eine Halbleitervorrichtung gemäß einer dritten bevorzugten Ausgestaltung zeigt;

Fig. 12 ist eine Querschnittsansicht, welche teilweise eine Halbleitervorrichtung gemäß einer vierten bevorzugten Ausgestaltung zeigt; und

Fig. 13 ist eine Querschnittsansicht, welche teilweise eine Halbleitervorrichtung gemäß einer fünften bevorzugten Ausgestaltung zeigt.

Detaillierte Beschreibung der bevorzugten Ausgestaltungen Erste Ausgestaltung

Bei einer ersten bevorzugten Ausgestaltung wird eine Halbleitervorrichtung ge­ mäß der vorliegenden Erfindung als ein IGBT-Modul verwendet, in dem ein IGBT (iso­ lierter gatter-bi-polarer Transistor; insulated gate bi-polar transistor) durch ein wasser­ kühlungsartige Abstrahlungsteil gekühlt wird und an einen Inverter bzw. Umwandler angelegt wird, um eine AC-Umwandlung zwischen der Versorgung bzw. Batterie und einem Motor eines hybridangetriebenen Kraftfahrzeuges und dgl. durchzuführen.

Unter Bezugnahme auf die Fig. 1 bis 4 wird/werden bei der Halbleitervorrichtung (IGBT-Modul) 100 gemäß der ersten Ausgestaltung ein (oder mehrere) Halbleiterele­ ment(e) 1 zwischen einem Paar von Hochtemperaturleitfähigen Isolationssubstraten 2, 3 angeordnet, uni eine Substrateinheit 4 zu bilden. Danach wird die Substrateinheit 4 ge­ gen einen Kühlungsblock 7 von den Abstrahlungsblöcken 5, 6 gepreßt, indem eine Schraube 8 angezogen bzw. befestigt wird. Wie in Fig. 3 gezeigt ist, werden bei dieser Ausgestaltung sechs Substrateinheiten 4 in Reihe angeordnet. Im übrigen ist in Fig. 1 ein Teil einer Kontur durch eine strichpunktierte Linie angedeutet.

Als nächstes wird ein detaillierter Aufbau von jedem Teil erläutert werden. Er­ stens wird ein detaillierter Aufbau der Substrateinheit 4 in den Fig. 5A und 5B gezeigt. Fig. 5a zeigt ein Halbleiterelement 1 und ein Isolationssubstrat 2 (die linke Seite in Fig. 4) und Fig. 5b zeigt das Isolationssubstrat 3 (die linke Seite in Fig. 4). Das Halblei­ terelement ist aus einem plattenartigen IGBT-Chip 1a und einer Schwungraddiode (FWD)-Chip 1b zusammengesetzt. Beide Chips 1a, 1b bilden ein Hauptelement in dem Inverter bzw. Umwandler zur Durchführung der AC-Umwandlung. Die Isolationssub­ strate 2, 3 sind aus hochtemperaturleitfähigen Substraten mit einer rechteckigen Form zusammengesetzt und beispielsweise mit nahezu 170W/mK hinsichtlich der thermi­ schen Leitfähigkeit und zwischen den Chips 1a, 1b des Halbleiterelements 1 geschichtet angeordnet; Die Substrate 2, 3 sind beispielsweise aus Aluminiumnitrid aufgebaut.

Wie in Fig. 5A gezeigt ist, weist das Isolationssubstrat 2 eine Innenoberfläche 2a zur Abstützung des Halbleiterelements 1 darauf auf. Ein Elektrodenmuster 21 ist auf der Innenoberfläche 2a angeordnet. Das Elektrodenmuster 21 ist aus einem Plattenkörper mit einer Dicke von ungefähr 0,5 mm zusammengesetzt und aus Kupfer, Aluminium oder dgl. hergestellt, und ist direkt auf die Innenoberfläche 2a durch Schmelzen oder Hartlöten oder dgl. befestigt.

Die Form des Elektrodenmusters wird detaillierter erläutert. Das Elektrodenmu­ ster 21 ist aus einem rechteckigen Basisabschnitt 21a und einem Anschlußabschnitts 21b zusammengesetzt, um mit einem externen Draht verbunden zu werden. Der An­ schlußabschnitt 21 steht von dem Basisabschnitt 21 in einer aufwärtsgerichteten Rich­ tung in Fig. 5A vor, um von dem Isolationssubstrat 2 hervorzuspringen. Der Basisab­ schnitt 21a und der Anschlußabschnitt 21b sind miteinander integriert. Der IGBT-Chip Ia und der FWD-Chip 1b sind mit dem Basisabschnitt 2a hartgelötet, beispielsweise gelötet. In diesem Fall ist der IGBT-Chip 1a mit dem Basisabschnitt 21a über das Löt­ metall (beispielsweise Weichlot) an der Sammelelektrode davon, welches nicht gezeigt ist, verbunden. Auf ähnliche Weise wird der FWD-Chip 1b mit dem Basisabschnitt 21a über das Lötmetall, beispielsweise Weichlot, auf einer Rückseitenelektrode davon, wel­ che nicht gezeigt ist, verbunden.

Wie in Fig. 5B gezeigt ist, weist das Isolationssubstrat 3 eine Innenoberfläche 3a zum Tragen bzw. Stützen des Halbleiterchips darauf auf, wobei die Elektrodenmuster 31, 32 auf der Innenoberfläche 31a vorgesehen sind. Die Elektrodenmuster 31, 32 wer­ den aus Plattenabschnitten mit beispielsweise 0,5 mm Dicke zusammengesetzt und aus Kupfer, Aluminium oder dgl. hergestellt und direkt auf die innere Oberfläche 3a durch Schmelzen bzw. Hartlöten oder dgl. befestigt.

Vorerst wird die Form des Elektrodenmusters 31 im speziellen erläutert. Das Elektrodenmuster 31 ist aus einem Basisabschnitt 31a und einem Anschlußabschnitt 31b, um mit einem externen Draht verbunden zu werden, zusammengesetzt. Der An­ schlußabschnitt 31b steht von dem Basisabschnitt 31a in einer aufwärts gerichteten Richtung in Figur SB hervor, um von dem Isolationssubstrat 3 vorzuspringen bzw. vorzu­ stehen. Der Basisabschnitt 31a und der Anschlußabschnitt 31b sind miteinander inte­ griert bzw. eingebaut. Der Basisabschnitt 31a weist einen rechteckigen Verbindungsab­ schnitt 33, 34 auf, welcher nach außen, d. h. in vertikaler Richtung relativ zu der Papier­ fläche von Figur SB, hervorsteht. Der Verbindungsabschnitt 33 weist eine Größe nahezu gleich oder ein wenig kleiner als diejenige einer Emitterelektrode 11a des IGBT-Chips Ia auf, und weist eine Vorsprungshöhe von ungefähr 0,5 mm auf. Der Verbindungsab­ schnitt 34 weist eine Größe nahezu gleich oder ein wenig kleiner als diejenige einer Stirnseiten- bzw. Vorderseitenelektrode 11b des FWD-Chips 1b auf, und weist eine Vorsprungshöhe von ungefähr 0,5 mm auf.

Andererseits weist das Elektrodenmuster 32 einen quadratischen Verbindungsab­ schnitt 35 auf, welcher nach außen, d. h. in vertikaler Richtung relativ zu der Papierflä­ che von Fig. 5B, vorsteht. Die Größe des Verbindungsabschnitts 35 ist nahezu gleich oder ein wenig kleiner als diejenige einer Gatterelektrode 12 des IGBT-Chips 1a, wobei die Projektionshöhe des Verbindungsabschnitts 35 nahezu 0,5 mm ist. Diese Verbin­ dungsabschnitte 33, 34, 35 sind aus Molybden, Wolfram, oder dgl. hergestellt und di­ rekt mit dem Elektrodenmuster 31, 32 jeweils durch Hartlöten oder dgl. befestigt.

Ferner ist das Lötmetall, beispielsweise das Weichlot, auf den Verbindungsab­ schnitten 33, 34, 35 durch Aufdrucken oder dgl. Angeordnet, und die Isolationssubstrate 2, 3 überlappen so miteinander, daß die Emitterelektrode 11a und die Gatterelektrode 12a des IGBT-Chips 1a und die Oberflächenseitenelektrode 11b des FED-Chips 1b mit den Verbindungsabschnitten 33, 34, 35 des Isolationssubstrates 3 jeweils über das Löt­ metall in Stoßkontakt kommen bzw. stirnseitig anstoßen. Danach werden die Stoßab­ schnitte in einem Wärmeofen oder dgl. erwärmt, um einer Rückflußbehandlung unter­ worfen zu werden. Dementsprechend werden die Stoßabschnitte hartgelötet bzw. weichgelötet, wodurch die Substrateinheit 4 gebildet wird.

Im übrigen weist das Elektrodenmuster 21, 31 Durchgangslöcher 21c, 31c an de­ ren Endabschnitten auf. Eines der Muster 21, 31 ist mit der Versorgung bzw. Batterie und das andere der Muster 21, 31 mit dem Motor verbunden, indem polähnliche Elek­ troden in die Durchgangslöcher 21c, 31c eingefügt werden und diese mit Schrauben oder dgl. jeweils befestigt werden. Das Elektrodenmuster 32 ist mit einer externen Steuerungsschaltung über Drahtkontaktierung oder dgl. verbunden.

Als nächstes werden die Blöcke 5, 6, 7, welche den Strahlungs- bzw. Abstrah­ lungsaufbau der Halbleitervorrichtung 100 enthalten, erläutert. Wie in Fig. 4 gezeigt ist, weist der erste Abstrahlungsblock 5 eine Querschnittsform auf, welche von flachen Oberflächen 5a, 5b, die einen nahezu rechten Winkel dazwischen definieren, und einer abgeschrägten flachen Oberfläche 5c umgeben. Das bedeutet, der erste Abstrahlungs­ block 5 weist eine im wesentlichen rechteckige Form auf, dessen einer Teil abgeschnit­ ten ist. Der zweite Abstrahlungsblock 6 weist eine trapezförmige Form querschnittsmä­ ßig bzw. im Querschnitt und ein Loch 6a auf, durch welches die Schraube 8 hindurchge­ führt wird. Die Abstrahlungsblöcke 5, 6 werden aus einem Material hergestellt, bei­ spielsweise Aluminium mit hoher thermischer Leitfähigkeit und ist mit Spanabhe­ bungsbearbeitung, Druckgußbearbeitung oder dgl. gebildet.

Der Kühlungsblock 7 ist aus einem Basisabschnitt 7a und vorstehenden Ab­ schnitten bzw. Vorsprungsabschnitten 7b aufgebaut, welche von einer flachen Oberflä­ che 70a des Basisabschnitts 7a vorstehen, um flache Oberflächen 70b auszuweisen, welche im wesentlichen einen rechten Winkel mit der flachen Oberfläche 70a definie­ ren. Der Basisabschnitt 7a erstreckt sich in einer Anordnungsrichtung der mehreren Ba­ siskörpern 4, d. h. der Halbleiterelemente 1. Ferner ist ein Kühlmitteldurchgang 7d für das Kühlmittel W, beispielsweise Wasser, innerhalb des Kühlungsblocks 7 vorgesehen, um sich in der Anordnungsrichtung der Halbleiterelemente 1 zu erstrecken. Der Kühl­ mitteldurchgang 7d ist ein einfacher Durchgang, welcher aus einem Hauptdurchgang 70d, welcher sich in der Anordnung der Halbleiterelemente 1 erstreckt, und Unter- Durchgängen 71d zusammensetzt, welche sich innerhalb der Vorsprungsabschnitte 7d erstrecken. Der Kühlmitteldurchgang 7d weist ferner ein Einlaß und ein Auslaß, welche nicht gezeigt sind, für das Kühlmittel W auf, und ist mit einem Kühlungsbehälter oder dgl. des Kraftfahrzeugs verbunden. Dementsprechend fließt beispielsweise Wasser in der Anordnungsrichtung der Halbleiterelemente 1.

Der Basisabschnitt 7a weist ein Gewindeloch 7c zum Eingriff mit der Schraube 8 auf. Ferner ist eine flache Oberfläche 71a, welche der flachen Oberfläche 70a des Ba­ sisabschnitts 7a gegenüberliegt als eine Installationsoberfläche vorgesehen. Die Halb­ leitervorrichtung 100 wird in einer gewünschten Stellung innerhalb eines Kraftfahr­ zeugmaschinenbereichs beispielsweise auf dem Motor über deren Installationsoberflä­ che installiert. Der Basisabschnitt 7a kann zusätzlich Installationslöcher aufweisen, in welche Schrauben zur Befestigung der Vorrichtung an einer gewünschten Stelle des Kraftfahrzeuges über die Gewindebefestigung eingefügt werden. Der Kühlungsblock 7 ist ebenso aus einem Material beispielsweise Aluminium mit einer hohen Wärmeleitfä­ higkeit hergestellt und ist durch Spanabhebungsbearbeitung bzw. Druckgußverfahren oder dgl. gebildet. Jeder Unter-Durchgang 71d kann, wie mit den unterbrochenen Linien K in Fig. 4 gezeigt ist, ausgeformt sein, um eine Dicke auf einer Seite der Substratein­ heit 4 aufzuweisen, welche nahezu gleich zu der des Hauptdurchgangs 70d ist. Dement­ sprechend wird die Kühlungseffizienz verbessert.

Die flache Oberfläche (Oberfläche, welche den Vorsprungsabschnitt gegenüber­ liegt) 5a des ersten Abstrahlungsblocks 5 und der flachen Oberfläche 70b des Vor­ sprungsabschnitt 7b definieren eine spezielle Lücke bzw. einen Spalt dazwischen, um eine Ausnehmung (Einfügungsabschnitt) 72 bereitzustellen, um jede Substrateinheit 4 aufzunehmen. Wie in Fig. 4 gezeigt ist, sind ferner der Abstrahlungsblock 5 und der Vorsprungsabschnitt 7b des Kühlungsblocks 7 symmetrisch sowohl zur rechten als auch zur linken Seite der Schraube als ein Zentrum bzw. eine Mitte angeordnet. Bei dieser Ausführungsform weist die Substrateinheit 4, welche sowohl zur rechten als auch zur linken Seite angeordnet ist, eine gleiche Anordnung zueinander auf; allerdings kann beispielsweise die Substrateinheit 4 auf der rechten Seite eine Anordnung der Isolati­ onssubstrat 2, 3 aufweisen, welche entgegengesetzt zu denjenigen der Substrateinheit 4 auf der linken Seite ist.

Auf der linken Seite der Schraube 8 in Fig. 4 kontaktiert der erste Abstrahlungs­ block 5 die Außenoberfläche des Isolationssubstrats 3 an dessen flachen Oberfläche 5a, kontaktiert die flache Oberfläche 70a des Basisabschnitts 7a des Kühlungsblocks 7 an dessen flachen Oberfläche (Oberfläche, welche den Basisabschnitt kontaktiert) 5b, und kontaktiert die trapezförmig abgeschrägte Oberfläche 6b des zweiten Abstrahlungs­ blocks 6 an dessen abgeschrägter Oberfläche 5c. Der Kühlungsblock 7 kontaktiert die Außenoberfläche des Isolationssubstrats 2 an dessen flacher Oberfläche 70b des Vor­ sprungsabschnitts 7b.

Auf der rechten Seite von der Schraube 8 in Fig. 4 kontaktiert der erste Abstrah­ lungsblock 5 die Außenoberfläche des Isolationssubstrats 2 an dessen flacher Oberflä­ che 5a, kontaktiert die flache Oberfläche 70a des Basisabschnitts 7a an dessen flachen Oberfläche 5b, und kontaktiert die trapezförmig abgeschrägte Oberfläche 6b des zweiten Abstrahlungsblocks 6 an dessen abgeschrägter Oberfläche 5c, weil die Substrateinheit 4 die identische Anordnung aufweist, wie die auf der linken Seite. Der Kühlungsblock 7 kontaktiert die Außenoberfläche des Isolationssubstrats 3 an dessen flachen Oberfläche 70b des Vorsprungsabschnitts 7b.

Hier sollte erwähnt werden, daß ein hochtemperaturleitfähiges Abstrahlungsmate­ rial 9, welches in Fig. 1 bis 4 nicht gezeigt ist, zwischen den Kontaktzwischenflächen zwischen dem ersten Abstrahlungsblock 5 und den Isolationssubstraten 2, 3, zwischen dem Kühlungsblock 7 und den Isolationssubstraten 2, 3 und zwischen den ersten Ab­ strahlungsblöcken 5 und dem Kühlungsblock 7 angeordnet ist, so daß diese Körper bzw. Elemente dadurch in Anlagekontakt sind. Das hochtemperaturleitfähige Abstrahlungs­ material 9 ist ein Kontaktmaterial, welches ein Kunststoffmaterial 9a mit Wärmewider­ stand und Flexibilität aufweist, und ein thermisch leitfähiges Verbindungsteil 9b enthält, welches in dem Kunststoffmaterial 9a beinhaltet ist. Das hochtemperaturleitfähige Ab­ strahlungsmaterial 9 erhöht die Abstrahlungseigenschaften an den Kontaktzwischenbe­ reichen, indem die Haftbarkeit und die thermische Leitfähigkeit sichergestellt sind.

Wie in Fig. 6 gezeigt ist, ist im speziellen das hochleitfähige Abstrahlungsmaterial 9 aus einem Kunststoffmaterial 9a hergestellt, welches ein Komponentenmaterial bzw. Verbindungsteil (Füllmaterial) 9b mit einer hohen Leitfähigkeit bei einer hohen Kon­ zentration, d. h. größer als 50 Volumenprozent, aufweist, um eine große thermische Leit­ fähigkeit zu haben. Das Kunststoffmaterial 9a ist ein wärmeaushärtendartiges Material mit extrem kleiner elastischer Materialkonstante und einer geringen Viskosität, und zwar ausreichend, um die Lücken zwischen den entsprechenden beiden Isolationssub­ straten 2, 3 und dem Abstrahlungsblock 5 und dem Kühlungsblock 7 zu füllen, ohne Fehlstellen auszubilden. Das Kunststoffmaterial 9a hat keine Möglichkeit, zu fließen und aufgrund der Wärme sich zu trennen.

Das wärmeaushärtendartige bzw. wärmehärtbare Material mit extrem kleiner ela­ stischen Materialkonstante, welche in der vorliegenden Ausführungsform verwendet wird, ist ein wärmeaushärtender bzw. wärmerhärtender Kunststoff mit geringer Visko­ sität, beispielsweise 2,5 P bis 5 P nach dem Härten bzw. Aushärten und einer elastischen Materialkonstante von gleich oder weniger als 10 MPa, insbesondere gleich oder weni­ ger als 0,1 MPa. Beispielsweise kann Silikongel (80 Pa bis 160 Pa) als Kunststoff ver­ wendet werden. Andererseits ist der Komponentenkörper 9b aus Metall, beispielsweise Silber oder Kupfer hergestellt, welches Partikel bzw. Teilchen mit großem Durchmes­ ser, d. h. Füllmaterial mit großem Durchmesser, A mit einer mittleren Teilchendurch­ messer in dem Bereich von 5 µm bis 50 µm insbesondere in einem Bereich von 20 µm bis 50 µm und Kleindurchmesserteilchen, d. h. Füllmaterial mit kleinem Durchmesser, B enthält. Ein Verhältnis des Kleindurchmesserfüllmaterials B relativ zum Großdurch­ messerfüllmaterial A in dem Teilchendurchmesser ist in einem Bereich von 0,2 bis 0,4 wobei das Mischungsverhältnis in einem Bereich von 1 : 1 bis 1 : 13 ist.

Das hochtemperaturleitfähige Abstrahlungsmaterial 9, in welchem das Verbin­ dungsteil 9b mit Silikongel, welches als Kunststoffmaterial 9a dient, gemischt wird, ist in einem flüssigen Zustand vor dem Wärmeaushärten bzw. Wärmehärten. Nachdem das Abstrahlungsmaterial 9 im flüssigen Zustand auf zumindest eine der Oberflächen der Kontaktzwischenflächen beschichtet wird, wird es durch das Wärmeaushärten in dem Zustand ausgehärtet, in dem die Oberflächen miteinander kontaktieren, d. h. in dem Zu­ sammenbauzustand, wobei die Oberfläche an den Kontaktzwischenflächen aneinander­ kleben. Dadurch können die Kontaktzwischenflächen mit dem Kunststoffmaterial 9a ohne Bildung von Fehlstellen gefüllt werden, und zur gleichen Zeit kann die thermische Leitfähigkeit durch das Verbindungsteil 9b sichergestellt werden. Konsequenterweise wird die Abstrahlungseigenschaft an den Kontaktzwischenflächen verbessert.

Die abgeschrägte Oberfläche 5c des ersten Abstrahlungsblocks 5 wird ferner von der Schraube 8, welche zu dem Kühlungsblock 7 angezogen wird, über den zweiten Abstrahlungsblock 6 gedrückt bzw. gepresst. Dementsprechend drückt die flache Ober­ fläche 5a des ersten Abstrahlungsblocks 5 die Außenoberfläche des Isolationssubstrats 3 in Richtung der flachen Oberfläche 70b des Vorsprungsabschnitts 7b. Die flache Ober­ fläche 5b, welche im wesentlichen senkrecht zu der flachen Oberfläche 5a ist, wird ge­ gen die flache Oberfläche 70a des Basisabschnitts 7a des Kühlungsblocks 7 gedrückt. Dementsprechend erfährt die Substrateinheit 4 eine Presspassung von den Blöcken 5, 7, wodurch es innerhalb der Ausnehmung 72 fixiert wird.

Wie oben beschrieben wird, werden die zwei Sätze der Substrateinheiten 4, die er­ sten Abstrahlungsblöcke 5, und die Vorsprungsabschnitte 7b des Kühlungsblocks 7 symmetrisch auf der rechten und linken Seite der Schraube 8 und dem zweiten Ab­ strahlungsblock 6 angeordnet. Das bedeutet, der zweite Abstrahlungsblock 6 drückt das Paar der Substrateinheiten 4 kräftemäßig bzw. unter Kraftbeaufschlagung über das Paar der ersten Abstrahlungsblöcke 5 auf der rechten und linken Seite als ein Vortriebteil.

Die Halbleitervorrichtung 100 mit dem oben beschriebenen Aufbau wird wie folgt zusammengebaut. Erstens wird das hochtemperaturleitfähige Abstrahlungsmaterial 9 im flüssigen Zustand auf zumindest eine der flachen Oberflächen 5b der Abstrahlungsblöc­ ke 5 und der flachen Oberfläche 7a des Basisabschnitts 7a des Kühlungsblocks 7 und auf zumindest eine der Außenoberflächen des Isolationssubstrats 2, 3 der zusammenge­ bauten Substrateinheiten 4 und der flachen Oberflächen 5a, 70b, welche die Ausneh­ mungen 72 definieren, beaufschlagt bzw. auferlegt.

Dann wird jeder der Abstrahlungsblöcke 5 auf die flache Oberfläche 70a des Ba­ sisabschnitts 7a des Kühlungsblocks 7 plaziert, um die Lücke zwischen den flachen Oberflächen 5a und 70b größer als die Dicke der Substrateinheit 4 zu definieren. Dann wird jede der Substrateinheiten 4 in die entsprechende Ausnehmung 72 von oben in Fig. 4 eingefügt, um zeitweise zwischen den Blöcken 5, 7 befestigt zu werden. Danach wird der zweite Abstrahlungsblock 6 auf dem Kühlungsblock 7 angeordnet.

Als nächstes wird die Schraube 8 in die Löcher 6a, 7c von der oberen Seite des zweiten Abstrahlungsblocks 6 in Fig. 4 eingefügt und darin befestigt. Zu diesem Zeit­ punkt bewegt sich der zweite Abstrahlungsblock 6 entlang der abgeschrägten Oberflä­ chen 5c der ersten Abstrahlungsblöcke 5 in einer Einfügungsrichtung, sobald die Schraube 8 eingefügt ist, und zwar aufgrund eines Abschrägungseffekts der abge­ schrägten Oberflächen 5c, 6b der Abstrahlungsblöcke 5, 6. Dementsprechend wird das Paar der ersten Abstrahlungsblöcke 5 auf der rechten und linken Seite nach außen ge­ drückt, um die Substrateinheiten 4 jeweils so zu drücken, so daß jede Substrateinheit 4 innerhalb der Ausnehmung 72 fixiert wird, während es von den Blöcken 5, 7 gedrückt wird. Als Ergebnis davon ist die Halbleitervorrichtung 100 vervollständigt.

In Fig. 3 und 4 stehen die Endabschnitte der Elektrodenmuster 21, 31 auf der Seite der Durchgangslöcher 21c, 31c, in der gleichen Richtung (obere Richtung in der Figur) vor; jedoch ist die Vorsprungsrichtung nicht darauf beschränkt. Beispielsweise können alle Endabschnitte in einer Richtung vorstehen, welche senkrecht zu der Papierfläche von Fig. 3 und 4 sind. Die Substrateinheiten 4 können entsprechende Endabschnitte aufweisen, welche in unterschiedlichen Richtungen voneinander vorstehen.

Als nächstes wird der Abstrahlungseffekt in der vorliegenden Erfindung erläutert werden, indem auf den linken Teil relativ zu der Schraube 8 in Fig. 4 eingegangen bzw. fokussiert wird.

Die Wärme, welche von dem IGBT-Chip 1a und dem FWD-Chip 1b erzeugt wird, wird gleichmäßig zu dem Kühlmittel 4 über die Rückseitenoberflächen, d. h. auf der Seite des Isolationssubstrats 2, des IGBT-Chips 1a und des FWD-Chips 1b, das Isolati­ onssubstrat 2, das hochwärmeleitfähige Abstrahlungsmaterial 9, und die Vorsprungsab­ schnitte 7b des Kühlungsblocks 7 übertragen und schnell darin abgestrahlt. Gleichzeitig wird die Wärme gleichmäßig zu dem Kühlmittel 4 über die Oberflächen, d. h. auf der Seite der Isolationssubstrate 3, des IGBT-Chips 1a und des FWD-Chips 1b des Isolati­ onssubstrats, der hochwärmeleitfähigen Abstrahlungsmaterial 9 von den Außenoberflä­ chen des Isolationssubstrats 3, des ersten Abstrahlungsblocks 5 und des Basisabschnitts 7a des Kühlungsblocks 7 über das hochtemperaturleitfähige Abstrahlungsmaterial 9 von der flachen Oberfläche 5b des ersten Abstrahlungsblocks 5 übertragen und schnell abge­ strahlt. Dementsprechend wird die Wärme von beiden Seiten der Halbleiterelemente 1 abgestrahlt.

Wenn der erste Abstrahlungsblock 5 und der Kühlungsblock 7, welche direkt die Substrateinheit 4 zum Entfernen der Wärme davon kontaktieren, in zusammenwirkender Weise als eine Abstrahlungseinheit betrachtet wird, kann entsprechend der vorliegenden Ausgestaltung der zweite Abstrahlungsblock 6 und die Schraube 8 zum Befestigen der Substrateinheit 4 als Befestigungskörper bzw. Befestigungsteil betrachtet werden. In dieser Ausgestaltung werden die Substrateinheit 4 und die Schraube 8 als ein Befesti­ gungsteil mit der Abstrahlungseinheit 5, 7 in der gleichen Richtung zusammengebaut. Dies vereinfacht den Zusammenbauschritt.

Die Schraube 8 fungiert ebenso als Stützteil zum Stützen des ersten Abstrahlungs­ blocks 5 relativ zu dem Kühlungsblock 7, indem der erste Abstrahlungsblock 5 gegen den Kühlungsblock 7 in dessen Einfügungsrichtung gedrückt wird, wenn er in den Kühlungsblock 7 eingefügt wird. Der zweite Abstrahlungsblock 6 fungiert ebenso als Vortriebsteil zum Schieben bzw. Drücken der mit dem Vorsprungsabschnitt kontaktie­ renden Oberfläche 5a in Richtung des Vorsprungsabschnitts 7b aufgrund dem Einfügen der Schraube 8, so daß die Substrateinheit 4 in der Ausnehmung 72 mit Preßpassung sitzt. Das Stützteil ist nicht auf die Schraube 8 als dem Befestigungskörper bzw. -teil beschränkt. Der zweite Abstrahlungsblock 6, welcher als Vortriebskörper fungiert, ist aus einem Material hergestellt, welches eine thermische Leitfähigkeit aufweist, um die Abstrahlungseigenschaften zu verbessern; allerdings muß der zweite Abstrahlungsblock 6 nicht aus einem Material gemacht sein, welches eine thermische Leitfähigkeit auf­ weist.

Ferner können in dieser Ausgestaltung die Teile in die Abstrahlungseinheit 5, 7 in der gleichen Richtung eingefügt werden. Deshalb können für die Abstrahlungseinheit 5, 7 mehrere Ausnehmungen 72 auf der Elementenanordnungsseite 70a mit zweidimensio­ naler Flexibilität vorgesehen sein, selbst wenn es mehrere Substrateinheiten 4 halten muß, d. h. mehrere Halbleiterelemente 1. Dies ermöglicht, die Halbleiterelemente 1 mit hoher Flexibilität anzuordnen. Beispielsweise können die Blöcke 5, 6 sich in der Rich­ tung erstrecken, welche senkrecht zu der Papierfläche von Fig. 4 ist, so daß mehrere Substrateinheiten 4 in der Richtung senkrecht zu der Papierfläche angeordnet werden können. Jede der Substrateinheiten 4 kann zeitweise zwischen den beiden Blöcken 5, 7 fixiert bzw. festgehalten werden, und zwar lediglich durch dessen Einfügen in die Aus­ nehmung 72, bevor sie von den Befestigungsteilen 6, 8 gedrückt werden. Es ist nicht notwendig, ein weiteres Gerät zu verwenden, was somit in einem einfachen Zusammen­ bau ergibt.

Gemäß der vorliegenden Erfindung kann das Paar der Substrateinheiten 4 von dem gemeinsamen Vortriebsteil fixiert werden, d. h. durch den zweiten Abstrahlungs­ block 6. Deshalb können sechs Substrateinheiten 4 von drei zweiten Abstrahlungsblöc­ ken 6 und drei Schrauben 8 fixiert werden, was in einer Abnahme der Zusammenbau­ mannsstunden und in einem einfachen Zusammenbau resultiert.

Gemäß der vorliegenden Erfindung ist ebenso der einzige Kühlmitteldurchgang 7d innerhalb des Kühlungsblocks 7 vorgesehen, um die näheren Substrateinheiten 4 zu kühlen. Es ist nicht notwendig, separate Kühlmitteldurchgänge für die entsprechenden Substrateinheiten 4 auszubilden und separate Verbindungsteile, beispielsweise Röhren und dgl. zum Verbinden der Kühlmitteldurchgänge einzusetzen. Deshalb können was­ serkühlungsartige Halbleitervorrichtungen mit einem einfachen Aufbau und einer ver­ kleinerten Größe vorgesehen sein.

Gemäß der vorliegenden Erfindung ist der Kühlmitteldurchgang 7d aus einem Hauptdurchgang 70d zusammengesetzt, welcher sich erstreckt, um jede der Substratein­ heiten 4 und der Unterdurchgänge 71d auszukleiden, wobei sich jeder in der Nähe der Oberfläche von jeder Substrateinheit 4 erstreckt. Bei dem Halbleiterelement 1 der vor­ liegenden Ausgestaltung ist der spezifische Heizwert, welcher auf dessen Oberfläche produziert wird, nicht übermäßig unterschiedlich von demjenigen, welcher auf der ande­ ren Oberfläche davon erzeugt wird bzw. entsteht. Allerdings kann in dem Fall, in dem der spezifische Heizwert, welcher auf der Oberfläche erzeugt wird, größer ist als derje­ nige auf der anderen Oberfläche in dem Halbleiterelement, jeder der Unterdurchgänge 71d in dichter Nachbarschaft zu der speziellen. Oberfläche vorgesehen sein. Dies macht eine effektive Abstrahlung möglich.

Gemäß der vorliegenden Ausgestaltung wird die Oberfläche der Substrateinheit 4 ebenso durch das Kühlmittel W gekühlt, welche in den Unterdurchgängen 71 fließt, während die andere Oberfläche der Substrateinheit von dem Kühlungsblock 7 über den Abstrahlungsblock 5 gekühlt wird. Dadurch weist die wasserkühlungsartige Halbleiter­ vorrichtung in der vorliegenden Ausgestaltung einen einfachen Durchgangsaufbau im Vergleich zu dem Fall auf, wo der Kühlungsmitteldurchgang in Nachbarschaft zu bei­ den Oberflächen von jedem Halbleiterelement 1 angeordnet ist.

Jede Substrateinheit 4 ist durch Schichtbauweise des Halbleiterelements 1 von dem Paar von Isolationssubstraten 2, 3 mit thermischer Leitfähigkeit aufgebaut, wobei das Paar der Isolationssubstrate 2, 3 in Anlagekontakt mit den entsprechenden Blöcken 5, 7 gebracht wird. Als ein Ergebnis davon, wird die Isolationseigenschaft des Halblei­ terelements 1 sichergestellt, weil die Oberfläche 70a des Kühlungsblocks 7 zum Halten der Halbleiterelemente 1 darauf und die sich gegenüberliegenden Oberflächen 71a da­ von als die Isolationsoberflächen der Vorrichtung dient, flach ausgebildet sind. Dies vereinfacht die Isolation. Weil ferner die Elektroden des IGBT-Chips 1a und der FWD- Chip 16 auf die Elektrodenmuster 21, 31 des Isolationssubstrates 2, 3 gelötet sind, ist der Bereich der Verbindungsabschnitte groß. Dementsprechend wird der elektrische Widerstand und der thermische Widerstand klein, was ermöglicht, daß ein großer Strom fließt.

Bei der oben beschriebenen Ausgestaltung wird das hochthermisch leitfähige Ab­ strahlungsmaterial 9 als das Kontaktmaterial verwendet. Hiernach werden die Wir­ kungsweise des hochleitfähigen Abstrahlungsmaterial 9 detaillierter erläutert.

Bei einer herkömmlichen Halbleitervorrichtung mit einer Wärmeabstrahlungs­ struktur, in der zwei Körper einer Abstrahlungseinheit und ein Isolationssubstrat, wel­ ches ein Halbleiterelement darauf hält, miteinander verbunden werden, wird ein Ab­ strahlungsschmiermittel verwendet. Das Schmiermittel ist aus Silikonöl hergestellt, welches mit einem Füllmaterial gemischt ist, welches aus Aluminium, Bornitrid oder dergleichen hergestellt ist, welches eine Isolationseigenschaft und hochthermische Leit­ fähigkeit aufweist. Beispielsweise ist die thermische Leitfähigkeit von Aluminium na­ hezu 20 W/mK-30 W/mK, wobei die thermische Leitfähigkeit von Bornitrid (Hexago­ nal) nahezu 40 W/mK beträgt. Ferner weist das Schmiermittel, welches diese Materialen enthält, nahezu 0,8 W/mK hinsichtlich der thermischen Leitfähigkeit auf.

Um die Abstrahlungseigenschaften zwischen den beiden obenbeschriebenen Tei­ len aufrecht zu erhalten, sollte die Lücke zwischen den beiden Teilen so dünn wie mög­ lich vermindert werden, ohne Fehlstellen, welche Luft oder dergleichen enthält, auszu­ bilden. Dies deshalb, weil Luft eine geringe thermische Leitfähigkeit von ungefähr 0,03 W/mK aufweist. Der thermische Widerstand, d. h. Schwierigkeit bei der Übertragung von Wärme, zwischen den beiden Teilen verändert sich umgekehrt proportional zu der thermischen Leitfähigkeit des Materials, welches zwischen den beiden Teilen einge­ bracht wird, und proportional zu der Dicke der Materialien.

Die Oberflächen der Teile weisen im allgemeinen Unregelmäßigkeiten und Wel­ lenförmigkeit von mehreren µm bzw. Mikrometern bis zu dem Zehnfachen von µm auf. Deshalb werden mehrere Lücken mit dem Zehnfachen von µm unvermeidlich, aufgrund der Unregelmäßigkeit und der Wellenförmigkeit erzeugt, wenn die beiden Teile mitein­ ander verbunden werden. Das herkömmliche Abstrahlungsschmiermittel wird verwen­ det, um die Lücken, welche von den Unregelmäßigkeiten und der Wellenförmigkeit erzeugt werden, zwischen den beiden Teilen zu füllen. In diesen Fall ist es wichtig, nicht die Dicke der Lücken zwischen den beiden Teilen von dem Schmiermittel zu er­ höhen.

Von diesem Standpunkt aus, ist es für das herkömmliche Schmiermittel erforder­ lich, eine geringe Viskosität aufzuweisen, welche ausreichend ist, um die Oberflächen­ unregelmäßigkeiten und die Wellenförmigkeit auszufüllen. Die Zunahme in dem Mi­ schungsverhältnis des Füllmaterials mit hoher thermischer Leitfähigkeit verstärkt bzw. erhöht im allgemeinen die Abstrahlungseigenschaften; allerdings wird gleichzeitig die Viskosität erhöht. Die erhöhte Viskosität macht es schwierig, die Unregelmäßigkeiten mit dem Schmiermittel auszufüllen und erhöht die Dicke des Schmiermittels. Um dieses Problem zu lösen, ist es durchaus denkbar, die Viskosität des Öls, welches in dem Schmiermittel als Basismaterial enthalten ist, zu vermindern. Allerdings wird die Visko­ sität des Öls ferner bei einer hohen Temperatur verkleinert, was ein derartiges Problem verursacht, daß die Ölkomponente herausfließt, wenn das Produkt hohen Temperaturen ausgesetzt wird. Insbesondere bei hoch exothermischen Leistungsgeräten, welche bei einer hohen Betriebstemperatur arbeiten, kann die Abstrahlung nicht in ausreichendem Maße aufgrund der verkleinerten Viskosität des Basisöls durchgeführt werden.

Im übrigen hat das Abstrahlungsschmiermittel, welche das Öl als das Basismate­ rial enthält, keine Haftbarkeit. Deshalb müssen die zwei Teile mechanisch miteinander fixiert bzw. befestigt werden, indem die Schraube angezogen wird und dazwischen zwei Blockteile zur Fixierung wie in der vorliegenden Ausgestaltung oder dergleichen einge­ fügt werden.

Andererseits ist eine leitfähige Paste oder ein leitfähiges Klebemittel als ein Ver­ bindungsmaterial mit hoher thermischer Leitfähigkeit bekannt. Diese Materialien wer­ den bevorzugt zur Sicherstellung einer elektrischen Leitfähigkeit verwendet. Im allge­ meinen werden Ag-Füllmittel mit wärmeaushärtenden Epoxyl-Kunststoffgemisch ge­ mischt, um die leitfähige Paste bereitzustellen. Ag weist nicht nur eine hohe elektrische Leitfähigkeit sondern ebenso eine hohe thermische Leitfähigkeit von ungefähr 400 W/mK. Deshalb weist die leitfähige Paste, welche das Ag-Füllmittel enthält, eine ther­ mische Leitfähigkeit von ungefähr 2 W/mK-3 W/mK auf, welche größer ist als dieje­ nige des Abstrahlungsschmiermittels.

Die Zunahme der Menge bzw. des Gehalts des Ag-Füllmittels erhöht die thermi­ sche Leitfähigkeit, jedoch, wird gleichzeitig die Viskosität in ähnlicher Weise zu dem Fall des Abstrahlungsschmiermittels erhöht. Ferner muß im allgemeinen das Ag- Füllmittel mit dem anderen in Kontakt sein, um die Leitfähigkeit sicherzustellen. Um mit dieser Notwendigkeit bzw. mit diesen Vorgaben zurecht zu kommen, werden die Ag-Füllmittel miteinander verbunden, um eine Kontaktstärke bzw. -größe durch das Epoxyl-Kunststoff (mehrere GPa hinsichtlich der elektrischen Materialkonstante) be­ reitzustellen, welches relativ hart durch das Wärmeaushärten gemacht wird.

Das Verhältnis des Epoxyl-Kunststoff wird in gleichem Maße vermindert, wie die Menge bzw. der Inhalt der Ag-Füllmittel relativ erhöht wird, so daß die Kontaktstärke reduziert wird, um die Leitfähigkeit zu reduzieren. Die Haftbarkeitsstärke wird gleich­ zeitig vermindert. Deshalb ist die Menge von Ag ungefähr 90 Gewichtsprozent bei vie­ len herkömmlichen leitfähigen Pasten. Weil das Abstrahlungsschmiermittel das Öl als eine Basis enthält, kann es darüber hinaus flexibel die entsprechenden Verschiebungen zwischen den beiden Teilen, welche aufgrund des thermischen Drucks verursacht wird, folgen. Im Gegensatz dazu erzeugt die leitfähige Paste, welche durch die Wärmeaus­ härtung ausgehärtet ist, Risse aufgrund der Verschiebung, wobei die Risse Lücken er­ zeugen, welche die Fähigkeit haben, die Abstrahlungseigenschaften zu verschlechtern.

Basierend auf den obenbeschriebenen Studien, welche die Kontaktmaterialien zum Kontaktieren der beiden Teile der hoch exothermischen Vorrichtung betreffen, wird daran gedacht, daß es für das Kontaktmaterial erforderlich ist, sowohl hohe Ab­ strahlungseigenschaften und Flexibilität aufzuweisen und ferner einen Wärmewider­ stand zu haben. Die herkömmlichen Abstrahlungsschmiermittel und leitfähigen Pasten sind nicht ausreichend, um diesen Erfordernissen gerecht zu werden.

Um diesen Erfordernissen gerecht zu werden, wird das hochthermisch leitfähige Abstrahlungsmaterial 9, welches aus dem Harz- bzw. Kunststoffmaterial 9a mit dem Wärmewiderstand und Flexibilität zusammengesetzt ist, wobei das thermisch leitfähige Verbindungsteil 9b, welches in dem Kunststoffmaterial 9a enthalten ist, als das Kon­ taktmaterial in der vorliegenden Ausgestaltung angepaßt wird. Als ein Ergebnis hiervon, wird die Haftbarkeit und die thermische Leitfähigkeit zwischen den beiden Teilen, wel­ che über das Kontaktmaterial mit einander in Kontakt stehen, sichergestellt, um die Ab­ strahlungseigenschaften zu erhöhen. Das Harz- bzw. Kunststoffmaterial 9a, welches sowohl den Wärmewiderstand und Flexibilität aufweist, ist vorzugsweise ein wär­ meaushärtender Kunststoff bzw. wärmehärtbares Harz mit einer elastischen Material­ konstante von allerhöchstens 0,1 MPa, beispielsweise das oben beschriebene Silikongel, Silikonsystemkunststoff, Polyestersystemkunststoffe oder wärmewiderstandsfähiger Gummi.

Als nächstes werden unterschiedliche Arten der Abstrahlungsmaterialien 9, wel­ che jeweils aus Kombinationen von unterschiedlichen Kunststoff- bzw. Harzmaterialien 9a und Verbindungsteilen 9b zusammengesetzt sind, unter Bezugnahme auf die Fig. 7 bis 9 erläutert. In den Figuren stellen a1 und a2 zwei Teile dar, welche miteinander zu verbinden sind, und den zwei der Isolationssubstraten 2, 3 und den Blöcken 5, 6, 7 ent­ sprechen.

Eine erste Art ist im wesentlichen die gleiche wie diejenige des hochthermisch leitfähigen Abstrahlungsmaterials 9, welche in Fig. 6 gezeigt ist, und ist aus einem Kunststoff- bzw. Harzmaterial 9a beispielsweise Silikongel, welches die Fähigkeit auf­ weist, eine kleine elastische Materialkonstante von allerhöchstens 0,1 MPa, selbst nach dem Wärmeaushärten bereitzustellen, und Hochabstrahlungsfüllmittel zusammenge­ setzt, welche als das Verbindungsteil 9b (siehe Fig. 7A) damit vermischt wird. Das Harz- bzw. Kunststoffmaterial 9a wird vollständig und dreidimensional durch das Wär­ meaushärten mit Brücken versehen bzw. dreidimensional verbrückt. Deshalb fließt das Abstrahlungsmaterial 9 nicht wie das herkömmliche Abstrahlungsschmiermittel, wel­ ches oben beschrieben worden ist, selbst wenn das Produkt einer hohen Temperatur beispielsweise von mehr als 150°C ausgesetzt wird. Weil die elastische Materialkon­ stante geringer ist, kann das Abstrahlungsmaterial 9 relativen Verschiebungen zwischen den beiden Teilen A1 und A2 folgen, und zwar ohne darin Risse zu erzeugen.

Weil die Isolationseigenschaften der Vorrichtung von den Isolationssubstraten 2, 3 bei der vorliegenden Ausgestaltung sichergestellt werden, kann insbesondere die Vor­ richtung ohne Isolationsfüllmittel, beispielweise wie das herkömmliche Abstrahlungs­ schmiermittel, auskommen, und kann metallische Füllmittel, d. h. Ag, Cu oder derglei­ chen, mit hoher thermischer Leitfähigkeit verwenden. Die thermische Leitfähigkeit er­ reicht 1,3 W/mK, wenn das sphärische Cu-Füllmittel mit nahezu 6 µm im Durch­ schnittspartikeldurchmesser, welches als das Verbindungsteil Teil 9b verwendet wird, mit dem Siliziumkunststoff vermischt wird, welcher nahezu 0,3 Pa hinsichtlich der Vis­ kosität aufweist, und zwar vor dem Wärmeaushärten, und als das Kunststoffmaterial 9a verwendet wird, bei einem Gehalt von 93 Gewichtsprozent.

Bei der ersten Kombination - wie in Fig. 7A gezeigt ist - hat sich herausgestellt, daß ein Füllfaktor durch Hineindrücken von Füllmittel B mit kleinem Durchmesser in Lücken, welche zwischen den Füllmittel A mit großem Durchmesser geschaffen wurde, sich erhöht hat, während die Zunahme hinsichtlich der Viskosität unterdrückt wurde. Wie oben beschrieben wurde, sind beispielsweise die sphärischen Partikel mit großem Durchmesser, d. h. Füllmittel mit großem Durchmesser, A, vorzugsweise in einem Be­ reich von 5 µm bis 50 µm im Durchschnittspartikeldurchmesser und insbesondere in einem Bereich von 20 µm bis 50 µm. Die kleinen kugeligen bzw. sphärischen Partikel, d. h. Füllmittel mit kleinem Durchmesser, B sind 0,2 µm bis 0,4 µm im mittleren Parti­ keldurchmesser bzw. Durchschnittspartikeldurchmesser und werden mit den Partikeln bzw. Teilchen A bei einem Mischungsverhältnis von 1 : 1 bis 1 : 14 relativ zu den Teil­ chen A gemischt.

Der Füllfaktor der Füllmittel A, B wird auf folgende Weise bestimmt. Das Ge­ wicht der Füllmittel A, B wird unter Verwendung eines Kapazitätsbehälters gemessen, und das gemessene Gewicht in ein Füllmittelvolumen unter Verwendung einer echten spezifischen Gravitation des Füllmittelmaterial umgewandelt. Dann wird das Volumen­ verhältnis des Füllmittels relativ zu der gesamten Kapazität des Behälters berechnet. Das Volumenverhältnis ist vorzugsweise gleich oder mehr als 0,2 zu der oben beschrie­ benen Messung.

Das Metall als das Verbindungsteil kann eine oder eine Kombination von mehr als zwei Arten des metallischen Materials beispielsweise Ag, Cu, Ne, Al und Sn sein. Zu­ sätzlich zu den metallischen Materialien sind verwendbare Materialien beispielsweise Verbindungsteile hochthermisch leitfähige Füllmaterialen, beispielsweise keramische Systemfüllmittel, welche aus Aluminiumnitrid, Siliziumkarbid, Siliziumnitrid, Bornitrid oder dergleichen hergestellt sind, Einfachkristallfüllmittel, welche aus Siliciumdiamant oder dergleichen hergestellt sind oder Graphitsystemfüllmittel beispielsweise Kohlen­ stoffaser oder Carbon-Black. Die Form eines jeden Teilchens der Verbindungsteile ist nicht auf eine Kugel beschränkt und kann ebenso eine flache Form haben. Wenn das Füllmittel flach ist, wird es zwischen den beiden Teilen ausgerichtet, um ferner die Ab­ strahlungseingenschaften zu erhöhen.

Wenn der Füllmittelfaktor des Füllmittels weiter erhöht wird, kontaktieren die Füllmittel miteinander. Dieser Kontakt erzeugt Reibung, welche als eine Zunahme hin­ sichtlich der Viskosität des hochthermisch leitfähigen Abstrahlungsmaterials erscheint. Deshalb sollte die Mischungsmenge bzw. der Mischungsgehalt des Füllmittels, d. h. die Mischungsmenge der Verbindungsteile, nicht mehr als eine spezifische Menge erhöht werden.

Als nächstes wird eine zweite Art erläutert werden. Bei der zweiten Art wird ein Lösungsmittel zur Unterdrückung der Zunahme hinsichtlich der Viskosität mit dem Kunststoffmaterial beim Bedeckungsschritt bzw. Beschichtungsschritt hinzugemischt, wobei nach Bedeckung auf eines der beiden Teile das Lösungsmittel verdunstet wird und der Kunststoff gehärtet. Danach wird der andere der Teile mit einem der Teile mit Presspassung zusammengefügt. Das Lösungsmittel ist erforderlich, um nicht einfach während der Bedeckungsbearbeitung zu verdunsten, sondern durch die sich erhöhenden Temperatur einfach zu verdunsten. Insbesondere sind Lösungsmittel mit einem Ver­ dampfungspunkt gleich oder höher als 125°C beispielsweise Buthylcarbitol bzw. Bu­ thylcarbinol oder Naphtha für das oben beschriebene Lösungsmittel geeignet; Die Men­ ge der Ag-Füllmittel kann bis 99 Gewichtsprozent durch Hinzufügen des Lösungsmit­ tels erhöht werden.

Wie in Fig. 7B gezeigt ist, ist bei der zweiten Art nach Beschichten und Verdun­ sten des Lösungsmittels und Aushärten des Kunststoffs das Verbindungsteil (Füllmittel) 9b nicht vollständig mit Kunststoff abgedeckt, wodurch Lücken zwischen den Verbin­ dungsteilen 9b erzeugt wurden. Dies ist unterschiedlich von der ersten Art. Weil diese Lücken mit dem Kunststoff, welcher durch Drücken der beiden Teile deformiert wird, ausgefüllt werden, so daß das Verbindungsteil 9b in Anlagekontakt mit dem anderen kommt, kann eine hohe Abstrahlungseigenschaft in der zweiten Art ebenso wie bei der ersten Art bereitgestellt werden. Um diesen Effekt zu erhalten, muß der Kunststoff, wel­ cher das Kunststoffmaterial 9a bildet, zum Deformieren ausreichend weich sein, um die Lücken durch die Vortriebskraft bzw. Druckkraft, wie bei der ersten Art angedeutet, zu füllen. Weil das Kunststoffmaterial 9a thermisch ausgehärtet wird, fließt bei dieser zweiten Art das Verbindungsteil 9b und das Kunststoffmaterial 9a nicht heraus, selbst bei hohen Temperaturen nicht.

Als nächstes wird eine dritte Art erläutert. Bei der ersten und zweiten Art, ist das Verbindungsteil (Füllmittel) 9a ein Partikel, wobei das Verbindungsfüllmittel mit dem Kunststoffmaterial mit einem relativ großen Gehalt gemischt wird, um einen Kontakt zueinander herzustellen. Im Gegensatz dazu werden bei der dritten Art die Verbindungs­ füllmittel miteinander in Anlagekontakt gebracht, bevor sie mit dem Harz- bzw. Kunst­ stoffmaterial gemischt werden. Diese verbundenen Füllmittel werden unter Verwendung von Ag-Füllmittel als ein Beispiel erläutert.

Sphärische Ag-Füllmittel (Partikel) werden durch Kristallwachstum in einer Lö­ sung erzeugt. Die Ag-Füllmittel, welche bis zu einem gewissen Maß gewachsen sind, flocken mit einem anderen während des Wachstums aus und wachsen ferner weiter, indem die Lösung so angepaßt wird, daß eine Kohäsion zwischen dem Ag-Füllmittel wirkt. Als Ergebnis davon werden wie in Fig. 8a gezeigt ist, mehrere sphärische Ag- Füllmittel, welche miteinander verbunden sind, ausgebildet. Diese Form der Ag- Füllmittel wird kommerziell beispielsweise unter dem Herstellernahme E-20, welche von der Tokuriki Chemical Institution erzeugt wird, hergestellt. Falls die verbundenen Ag-Füllmittel verwendet werden, erhöht sich die thermische Leitfähigkeit bis nahezu 2,0 W/mk bei einem relativ geringem Füllmittelgehalt von 79 Gewichtsprozent.

Als ein modifiziertes Beispiel von der dritten Art, wird - wie in Fig. 8B gezeigt ist - eine metallische Masche, welche durch Weben von metallischen Drähten ausgebildet wird, als das Verbindungsteil 9b verwendet. Die metallische Masche wird zwischen den beiden Teilen a1 und a2 angeordnet, wobei Kunststoff bzw. Harz zum Verbinden beauf­ schlagt wird. Weil die metallischen Drähte vorab gewebt sind, kontaktieren sie in die­ sem Fall miteinander, während die beiden Teile a1, a2 kontaktieren, was in einer hohen Leitfähigkeit resultiert.

Die Lücken zwischen den metallischen Drähten werden mit dem Kunststoffmate­ rial 9a ausgefüllt. Die Lücken können mit dem Kunststoff ausgefüllt werden, welche ein Füllmittel mit hoher Abstrahlungseigenschaft enthält, welches in der ersten und zweiten Art offenbart ist, um die Abstrahlungseigenschaft zu erhöhen. Falls die metallische Ma­ sche mit dem verbindenden Füllmittel bei der zweiten Art als das Verbindungsteil 9b kombiniert wird, wird der Abstrahlungseffekt weiter verbessert. Falls die Masche durch Weben von Cu-Drähten mit einem Durchmesser von 100 µm gebildet wird, um eine Hundertmasche bzw. 100 Masche mit einer Dicke von nahezu 200 µm zu sein, wobei Silikonkunststoff, welcher das oben beschriebene verbindende Ag-Füllmittel enthält, über die Masche abgedeckt wird, erreicht die thermische Leitfähigkeit 8 W/mk. Die Masche kann aus Kohlenstofffasern mit hoher Abstrahlungseigenschaft anstelle der metallischen Fasern sein.

Eine vierte Art weist einen Aufbau mit der Fähigkeit auf, einen sicheren Kontakt zwischen den Verbindungsteilen 9b, welche mit dem Kunststoffmaterial 9a gemischt wird, und den beiden Teilen a1, a2 herzustellen. Das bedeutet, wie in Fig. 8C gezeigt ist, die beiden Teile a1, a2 werden miteinander über das Verbindungsteil mit hoher Ab­ strahlungseigenschaft (eingefügtes bzw. zwischengefügtes Teil bzw. Einfügungsteil) 9b, welches dazwischen eingefügt ist, verbunden. Das Material, welches das Verbindungs­ teil 9b bildet, weist eine Flexibilität auf, um die Unregelmäßigkeiten und der Wellen­ förmigkeit der beiden Teile a1, a2 zu folgen. Die nachfolgenden vier Beispiele sind als das Einfügungsteil verwendbar.

Ein erstes Beispiel ist erstens eine flexible Faser. Die Faser hat einen dünnen Durchmesser, um hinsichtlich Verbiegungen flexibel zu sein. Diese Faser wird zwischen den beiden Teilen a1 und a2 angeordnet, um die Teile a1, a2 an beiden Enden davon zu kontaktieren. In der Praxis werden mehrere Fasern in einen Kunststoff oder Gummima­ terial 9a mit einer Flexibilität im Hinblick auf Parallelität zueinander eingebettet, wer­ den bei einer spezifischen Länge geschnitten, und zwischen den beiden Teilen a1 und a2 (siehe Fig. 8C) geschichtet angeordnet. Das Material 9a kann aus Siliziumgel, Silizium­ systemharz bzw. -kunststoff, Polyestersystemharz bzw. -kunststoff oder dgl. zusätzlich zu Gummi hergestellt sein.

Weil sowohl die Fasern und Gummi eine Flexibilität aufweisen, um entlang der Oberflächenunregelmäßigkeiten der beiden Teile a1, a2 deformiert zu werden, können die Fasern sowohl das Teil a1, a2 an den entsprechenden Enden davon kontaktieren. Ein Abstrahlungsdurchgang wird in einer Richtung bereitgestellt, in der die Fasern sich er­ strecken, was eine ausreichende Abstrahlung ergibt. Die Fasern können aus Glas, Ny­ lonsystemharz beispielsweise Angelschnur, Metall (Cu, Ni, Au, Ag oder dgl.) Kohlen­ stoff oder dgl. sein. Wenn insbesondere das Metall oder Kohlenstoff mit hoher thermi­ scher Leitfähigkeit als die Fasern verwendet werden, wird der Abstrahlungseffekt hoch.

Ferner können die Oberflächen-Kunststoff-(Gummi)-Abschnitte wie in Fig. 8D unter Verwendung einer Säure oder alkalischen Lösung so entfernt werden, daß die Fa­ sern von den Oberflächen als vorstehende Abschnitte 90b vorstehen. Dementsprechend wird die Flexibilität weiter erhöht und die Fasern einfach mit den beiden Teilen A1, A2 kontaktiert. Wenn die Flexibilität der Fasern nicht ausreichend ist, können die Kunst­ stoff-(Gummi)-Materialabschnitte geschmolzen werden, so daß die Fasern deformiert werden oder entlang der Oberflächenunregelmäßigkeiten der Teile A1, A2 bewegt wer­ den, während sie zwischen den beiden Teilen Al und A2 eingefügt werden.

Die Struktur wird beispielsweise unter Verwendung des wärmehärtenden bzw. wärmeaushärtenden Kunststoffs ausgebildet, welcher bei Raumtemperatur fest ist, und nachdem es zwischen den beiden Teilen a1 und a2 plaziert ist; erwärmt. Der Kunststoff bzw. das Harz wird einmal durch Erwärmen geschmolzen, und dementsprechend wer­ den die Fasern deformiert und entlang der Teile bewegt. Danach wird der Kunststoff durch Wärmeaushärtung verfestigt, um die Fasern darin zu fixieren. Die Struktur kann unter Verwendung von thermoplastischem Kunststoff bzw. Harz ausgebildet werden, und kann durch Erwärmen beim Zusammenbau geschmolzen werden, und wird durch Abkühlen verfestigt.

Ein zweites Beispiel, welches in Fig. 9A gezeigt ist, ist als nächstes ein Verbin­ dungsteil 9b, welches aus flexiblen Kernteile 91b mit einem Durchmesser zusammenge­ setzt ist, welcher größer als die Lücke ist, welche zwischen den beiden Teilen a1 und a2 bereitgestellt wird. Die Oberflächen der Kernteile 91b werden mit einer thermisch leit­ fähigen Abstrahlungsschicht 92b beschichtet. Die flexiblen Kernteile 91b sind bei­ spielsweise aus Polyester hergestellt und mit Metall als die Abstrahlungsschicht 92b platiert bzw. beschichtet. Diese Kernteile 91b werden deformiert, indem sie zwischen den Teilen a1 und a2 so geschichtet angeordnet werden, daß sie direkt mit den beiden Teilen a1 und a2 in Kontakt kommen.

Wenn der Durchmesser des Verbindungsteils 9b kleiner als die Lücke zwischen den Teilen a1 und a2 ist, kann das Verbindungsteil 9b gewebt oder zusammengebracht werden, um in zusammenwirkender Weise eine erhöhte Dicke aufzuweisen, während die Flexibilität beibehalten wird. Diese Art von Verbindungsteil ist unter dem Marken­ namen "DENGY CLOTH" (Kernteil: Polyester; Abstrahlungsschicht: Tuchartig ge­ webte Nickel-Faser) produziert bei Nisshinbo Co., Ltd., "TEXTO-GLASS" (Kernteil: Glasfaser; Abstrahlungsschicht: Nickel) bei Kanebo Co., Ltd. und dgl. kommerziell hergestellt. Spärische Harz- bzw. Kunststoffkügelchen, welche mit Metall platiert sind, sind ebenfalls anwendbar.

Wie in Fig. 9B gezeigt ist, ist ein drittes Beispiel ein Verbindungsteil 9b, welches aus einem metallischen nichtgewebten Gewebetuch zusammengesetzt ist. Das metal­ lisch nichtgewebte Fasergewebe-Tuch kann durch Pressen und Härten von kurzen me­ tallischen Fasern, welche zusammengefügt werden, um eine tuchartige Form aufzuwei­ sen, und durch Pressen von zufällig verhedderten, langen metallischen Fasern gebildet werden, um eine tuchartige Form zu sein, hergestellt werden. Die so hergestellten nicht gewebten Gewebetücher enthalten feine überlappende Fasern, wodurch eine hohe Flexi­ bilität bereitgestellt wird. Dementsprechend kann sich das Tuch an die Unregelmäßig­ keiten der Teile a1, a2 anpassen. Das nicht gewebte Gewebetuch kann aus Kohlenstof­ fasern anstelle von metallischen Fasern ausgebildet sein.

Ein viertes Beispiel ist ein Verbindungsteil 9b, welches ferner aus metallischem Füllmittel hergestellt ist, welche teilweise flexibel sind. Beispielsweise können Ni- Partikel mit einer Vielzahl von Vorsprüngen auf deren Oberflächen als das Füllmittel wie in Fig. 9C gezeigt ist, verwendet werden. Wenn die Ni-Partikel zwischen den Teilen a1 und a2 geschichtet angeordnet werden, werden die Vorsprünge, welche fein sind und eine geringe Starrheit aufweisen, einfach entlang der Teile a1, a2 deformiert, um direkt die Teile a1, a2 zu kontaktieren. Eine wellenartige metallischen Folie oder eine metalli­ sche Folie mit Oberflächenunregelmäßigkeiten können als das Verbindungsteil 9b, wie in Fig. 9D gezeigt ist, verwendet werden. In ähnlicher Weise können derartige Folien entlang der Unregelmäßigkeiten und Wellenförmigkeit der Teile a1, a2 verwendet wer­ den.

Das Verbindungsteil 9b kann lediglich aus einem oder eine Kombination der er­ sten der vier Beispiele wie oben beschrieben ist, zusammengestellt sein. Ferner kann das erste der vier Arten der Abstrahlungsmaterialien 9 in geeigneter Weise mit zumindest einer der ersten bis vierten Beispiele kombiniert werden. Die Anwendung des Hochtem­ peratur leitfähigen Abstrahlungsmaterials 9, welches oben beschrieben ist, ist nicht auf die Halbleitervorrichtung beschränkt, welche Wärme von beiden Oberflächen davon erzeugt. Das Abstrahlungsmaterial 9 kann wirksam beispielsweise auf eine Halbleiter­ vorrichtung angewandt werden, welches ein Halbleiterelement enthält, das eine Ab­ strahlungseinheit wie beispielsweise den Kühlungsblock, wie er oben beschrieben ist, oder eine herkömmliche Abstrahlungsrippe über ein Isolationssubstrat lediglich auf ei­ ner Seite davon kontaktieren, d. h. auf eine Halbleitervorrichtung, welche ein Halblei­ terelement enthält, welche Wärme lediglich von einer Seite davon erzeugt.

(Zweite Ausgestaltung)

Eine Halbleitervorrichtung 200 gemäß einer zweiten bevorzugten Ausgestaltung wird unter Bezugnahme auf Fig. 10 erläutert, in der Teile des Elektrodenmusters 21, 31, welche von dem Isolationssubstrat 2, 3 vorstehen, vermieden werden. In Fig. 10 sind gleiche Teile und Komponenten wie in der ersten Ausgestaltung mit den gleichen Be­ zugszeichen gekennzeichnet.

Wie in Fig. 10 gezeigt ist, weist ein Kühlungsblock 7 zwei Vorsprungsabschnitte 7b auf, welche von einer flachen Oberfläche 70a des Basisabschnitts 7a in der gleichen Richtung mit der gleichen Form vorsteht. Eine Substrateinheit 4 ist fest zwischen den beiden Vorsprungsabschnitten 7b mit Presspassung fixiert. Jedes der Vorsprungsab­ schnitte 7b weist eine flache Oberfläche 70b auf, welche nahezu senkrecht zu der Ober­ fläche 70a wie in der ersten Ausgestaltung ist, und hat eine Weite, welche allmählich mit Annäherung zu dem Basisabschnitt 7a zunimmt. Eine abgeschrägte Oberfläche 73 ist auf einer gegenüberliegenden Seite der flachen Oberfläche 70b vorgesehen. Ferner ist ein Unterdurchgang 71b innerhalb des Vorsprungsabschnitts 7b vorgesehen.

Eine Form eines ersten Abstrahlungsblocks 5 in der zweiten Ausgestaltung ist ebenso unterschiedlich von demjenigen in der ersten Ausgestaltung. Wie in Fig. 10 ge­ zeigt ist, definiert der erste Abstrahlungsblock 5 in der zweiten Ausgestaltung eine Aus­ nehmung 72 mit einem der Vorsprungsabschnitte 7b (auf der linken Seite in Fig. 10) mit einer flachen Oberfläche 5a davon, welche dem Vorsprungsabschnitt 7b - wie in der ersten Ausgestaltung - gegenüber liegt. Allerdings wird der Kontakt mit dem Kühlungs­ block 7 nicht an dem Basisabschnitt 7a des Kühlungsblocks 7 vorgesehen, sondern an der abgeschrägten Oberfläche 73 auf der anderen Seite des Vorsprungsabschnitts 7b.

Deshalb weist der erste Abstrahlungsblock 7 eine abgeschrägte Oberfläche 73 auf, wel­ che die abgeschrägte Oberfläche 73 auf der anderen Seite des Vorsprungsabschnitts 7d mit einer Form kontaktiert, welche derjenigen der abgeschrägten Oberfläche 73 ent­ spricht.

Die Halbleitervorrichtung 200 adaptiert zusätzlich ein elastisches Teil 14 als ein Vortriebsteil anstelle des zweiten Abstrahlungsblocks 16 in der ersten Ausgestaltung. Das elastische Teil 14 ist aus Gummi, Federkörper oder dergleichen hergestellt. Die andere Seite des Vorsprungsabschnitts 7b weist ein Gewindeloch 7c auf, wobei das ela­ stische Teil 14 mit der anderen Seite des Vorsprungsabschnitts 7b in einem einseitig eingespannten Zustand durch eine Schraube 8 befestigt ist, welche mit dem Gewinde­ loch 7c in Eingriff steht.

Wenn die Schraube 8 in das Gewindeloch 7c eingefügt wird, preßt das andere En­ de des elastischen Teils 14 die obere Oberfläche des ersten Abstrahlungsblocks 5. Dem­ entsprechend bewegt sich der erste Abstrahlungsblock 5 in Fig. 10 nach unten entlang der abgeschrägten Oberfläche 73 des Kühlungsblocks 7, während eine Vortriebskraft von der abgeschrägten Oberfläche 7 bei dem Vortriebsabschnittskontaktoberfläche 53 aufnimmt bzw. empfängt. Die flache Oberfläche 5a drückt die Außenoberfläche des Isolationssubstrats 3 in Richtung der flachen Oberfläche 70b des Vorsprungsabschnitts 7b auf der gegenüberliegenden Seite des Isolationssubstrats 3. Dementsprechend wird die Substrateinheit 4 an beiden äußeren Oberflächen des Isolationssubstrates 2, 3 ge­ preßt bzw. gedrückt, wodurch innerhalb der Ausnehmung 72 eine Presspassung entsteht.

Wie bei der ersten Ausgestaltung wird ein hochtermisch leitfähiges Abstrah­ lungsmaterial 9 zwischen den Kontaktzwischenflächen zwischen den Isolaitonssubstra­ ten 2, 3 und den entsprechenden Blöcken 5, 7 wie in der ersten Ausgestaltung angeord­ net, um die Abstrahlungseigenschaften zu erhöhen, indem die Haftbarkeit und die ther­ mische Leitfähigkeit an den Kontaktzwischenflächen bzw. Schnittstellen sichergestellt wird. Auf gleiche Weise ist die Einfügungsrichtung der Substrateinheit 4 die gleiche wie diejenige der Schraube 8, was zu einem einfachen Zusammenbau und einer Flexibilität hinsichtlich der Anordnung der Elemente führt. Die Substrateinheit 4 kann zeitweise durch den ersten Abstrahlungsblock 5 fixiert werden. Eine vereinfachte, kleinbauende Struktur kann ferner realisiert werden, indem ein einziger Kühlmitteldurchgang 7d wie in der ersten Ausgestaltung bereitgestellt wird.

(Dritte Ausgestaltung)

Eine Halbleitervorrichtung 300 in einer dritten bevorzugten Ausgestaltung wird unter Bezugnahme auf Fig. 11 erläutert. Die Substrateinheit 4 weist die gleiche Struktur auf, wie diejenige in der ersten und zweiten Ausführungsform und Teile des Elektro­ denmusters 21, 31 sind in Fig. 11 und ebenso wie in Fig. 10 unterlassen worden. Die gleichen Teile und Komponenten wie in der ersten Ausgestaltung werden durch die gleichen Bezugsziffern angezeigt und diejenigen Teile, welche unterschiedlich von denjenigen in der ersten Ausgestaltung sind, werden erläutert werden.

Ein erster Abstrahlungsblock 5 in der vorliegenden Ausgestaltung wird wie in Fig. 11 gezeigt ist, in einer rechteckigen Form im Querschnitt ausgebildet, ohne eine abge­ schrägte Oberfläche aufzuweisen. Die dritten Ausführungsform adaptiert ebenso ein aus Gummi hergestelltes elastisches Teil 14, Federkörper, oder dergleichen als ein Vor­ triebsteil anstelle des zweiten Abstrahlungsblocks 6. Das Vortriebsteil 16 ist aus einem ersten Vortriebsteil 14a, welches den ersten Abstrahlungsblock 5 von der oberen Seite in Fig. 11 druckt bzw. zwängt, und einem gekrümmten zweiten Vortriebsteil 14b zu­ sammengesetzt, welches den ersten Abstrahlungsblock 5 von der rechten Seite in Rich­ tung der linken Seite in Fig. 11 zwängt bzw. drückt. Die dritte Ausgestaltung kann die gleichen Effekte wie in der ersten Ausgestaltung bereitstellen, indem der gleiche Auf­ bau, wie er in Fig. 11 gezeigt ist, symmetrisch zur rechten und linken Seite der Schraube 8 vorgesehen ist.

(Vierte Ausgestaltung)

Ein Halbleitervorrichtung 400 in einer vierten bevorzugten Ausgestaltung wird unter Bezugnahme auf Fig. 12 erläutert. Die Halbleitervorrichtung 400 wird ähnlich zu der Halbleitervorrichtung 100, welche in Fig. 4 gezeigt ist, ausgebildet, indem eine Sub­ strateinheit 4 mit einem Halbleiterelement 1 ausgebildet wird, welches zwischen den Isolationssubstraten 2, 3 geschichtet angeordnet wird, und die Substrateinheit 4 zu ei­ nem Kühlungsblock 7 durch die Abstrahlungsblocks 5, 6 mit Preßpassung fixiert wird. Die Presspassung wird durch Anziehen einer Schraube 8 ausgeführt.

Der Hauptunterschied von der ersten Ausführungsform ist, daß die Substrateinheit 4 in der vierten Ausführungsform parallel zu der flachen Oberfläche 70a des Kühlungs­ blocks 7 angeordnet ist. In der ersten Ausgestaltung wird die Substrateinheit 4 senkrecht zu der flachen Oberfläche 70a des Kühlungsblocks 7 angeordnet. Dementsprechend stehen bei der vorliegenden Ausgestaltung die Endabschnitte der Elektrodenmuster 21, 31 auf der Seite der Durchgangslöcher 21c, 31c in einer Richtung vor, welche senkrecht zu der Papierfläche in der Figur ist. Der unterschiedliche Punkt aus Fig. 4 wird speziell erläutert. In Fig. 12 sind die gleichen Teile und Komponenten wie diejenigen in Fig. 4 durch die gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet.

Bei der vierten Ausgestaltung ist der Kühlungsblock 7 aus einem Basisabschnitt 7a und Vorsprungsabschnitten 7b zusammengesetzt, welche von dem Basisabschnitt 7a vorstehen. Die Vorsprungsabschnitte 7b enthalten erste Vorsprungsabschnitte 7b, in denen die Unterdurchgänge 71d definiert sind, und einen zweiten Vorsprungsabschnitt 7e, welcher in der gleichen Richtung wie die ersten Vorsprungsabschnitte 7b vorsteht und ein Gewindeloch 7c zur Aufnahme der Schraube 8 aufweist.

Ein Raum, welcher von dem Basisabschnitt 7a definiert wird, eine der ersten Vor­ sprungsabschnitte 7b und der zweite Vorsprungsabschnitt 7e des Kühlungsblocks 7 werden als eine Ausnehmung 72 verwendet, um die Substrateinheit 4 aufzunehmen bzw. zu beherbergen. Die Substrateinheit 4 wird in die Ausnehmung 72 von der oberen Seite der flachen Oberfläche 70a des Basisabschnitts 7a (von der oberen Seite in Fig. 12) eingefügt und mit der Außenoberfläche des Isolationssubstrats 2 welche die Ober­ fläche 70a des Kühlungsblocks 7 kontaktiert, angeordnet. Der erste Abstrahlungsblock 5 ist auf der Substrateinheit 4 mit der flachen Oberfläche 5a darauf angeordnet, welche die Oberfläche 70b des Vorsprungsabschnitts 7b kontaktiert und die flache Oberfläche 5b davon die Außenoberfläche des Isolationssubstrats 3 kontaktiert. Der erste Abstrah­ lungsblock 5 wird in die Ausnehmung 72 so eingefügt, daß die flache Oberfläche 5b davon zwischen der Substrateinheit 4 mit der flachen Oberfläche 70a des Kühlungs­ blocks 7 dazwischen geschichtet angeordnet wird.

Ferner wird - wie bei der zweiten Ausgestaltung - die abgeschrägte Oberfläche 5c des ersten Abstrahlungsblocks 5 durch einen zweiten Abstrahlungsblock (Vortriebsteil) 6 und einer Schraube (Stützteil) 8 gedrückt, welche als Befestigungsteile dienen. Dem­ entsprechend wird der erste Abstrahlungsblock 5 in Richtung des ersten Vorsprungsab­ schnitts 7b von dem zweiten Abstrahlungsblock 6 gedrückt, und in Anlagekontakt mit dem ersten Vorsprungsabschnitt 7b gehalten. Auf gleiche Weise wird der erste Ab­ strahlungsblock 5 in die Einfügungsrichtung der Befestigungsteile 6, 8 durch die Schraube 8 gedrückt, um die Substrateinheit 4 innerhalb der Ausnehmung 72 in Presspassung zu bringen. Obwohl es nicht gezeigt ist, ist das hochthermisch leitfähige Abstrahlungsmaterial 9 in der Zwischenoberfläche angeordnet, welche jeweils zwischen zwei des ersten Abstrahlungsblocks 5, des Kühlungsblocks 7 und des Isolationssubstrats 2, 3 vorgesehen ist.

Als nächstes wird der Abstrahlungseffekt bei der vorliegenden Ausgestaltung er­ läutert. Die Wärme, welche von der Substrateinheit 4 erzeugt wird, wird zu dem Ba­ sisabschnitt 7a des Kühlungsblocks 7 von den Außenoberflächen des Isolationssubstrats 2 übertragen und gleichzeitig zu dem Vorsprungsabschnitt 7b von der Außenoberfläche des Isolaitonssubstrats 3 über den ersten Abstrahlungsblock 5 übertragen, um zu dem Kühlmittel W abgestrahlt zu werden. Dadurch wird die Wärme von beiden Seiten des Halbleiterelements 1 abgestrahlt. Die Effekte, welche anders als ein Effekt einer zeit­ weisen Befestigung der Substrateinheit 4 durch die Blöcke 5, 7 ist, wenn sie in die Aus­ nehmung 72 eingefügt sind, sind die gleichen wie bei der ersten Ausgestaltung. Im übri­ gen können wie in den unterbrochenen Linien K1 in Fig. 12 gezeigt ist, die Unterdurch­ gänge 71d so geformt sein, daß die Wanddicke des Kühlungsblocks 7, welche die Un­ terdurchgänge 71d definieren, nahezu gleich zu denjenigen werden, welche von dem Hauptdurchgang 70d definiert werden, um die Abstrahlungseigenschaften zu erhöhen.

(Fünfte Ausgestaltung)

Bei der ersten Ausgestaltung sind mehrere Ausnehmungen 72 durch die Abstrah­ lungsblöcke 5, 7 bereitgestellt, um mehrere Substrateinheiten 4 aufzunehmen. Bei einer fünften bevorzugten Ausgestaltung ist ein Befestigungsteil in einer Halbleitervorrich­ tung 500 mit der Fähigkeit modifiziert, mehrere Substrateinheiten 4, welche in Fig. 13 gezeigt ist, zu halten.

In Fig. 13 werden sechs Ausnehmungen 72 durch die Abstrahlungsblöcke 5, 7 be­ reitgestellt und sechs Substrateinheiten werden in die entsprechenden Ausnehmungen 72 eingefügt. Das Befestigungsteil ist aus zweiten Abstrahlungsblöcken (Vortriebstei­ len) 6 zur Presspassung der Substrateinheiten 4 über die ersten Abstrahlungsblöcke 5, wobei eine Platte (batch pushing member) 20 mit der Fähigkeit des Pressens jeder der Substrateinheiten 4 zum gleichen Zeitpunkt in die gleiche Richtung über die zweiten Abstrahlblöcke 6, und eine Schraube (Stützteil) 8 zum Fixieren der Platte 20 an den Blöcken 5, 7 zusammengesetzt.

Die Platte 20 hat einen Plattenkörper und poleartige Vorsprungsabschnitte 20a, 20b, welche in der gleichen Richtung von dem Plattenkörper vorstehen. Zumindest einer (der mittlere in Fig. 13) der zweiten Abstrahlungsblöcke 6 weist ein Loch 6a zur Auf­ nahme der Schraube 8 auf, und einen Führungsabschnitt 6d, welcher auf der oberen Oberfläche davon eingebaut bzw. eingebeult ist. Der Kühlungsblock 7 weist ein Gewin­ deloch 7c an einem Abschnitt auf, welcher dem Loch 6a entspricht.

Die Platte 20 wird, wie in Fig. 13 gezeigt ist, mit dem Kühlungsblock 7 über die Schraube 8 geschraubt, welche mit dem Gewindeloch 7c in Eingriff steht, welches durch das Durchgangsloch der Platte 20 und dem Loch 6a hindurchtritt. Der Vor­ sprungsabschnitt 20b der Platte 20 ist fest mit den Führungsabschnitten 6d des zweiten Abstrahlungsblocks 6 an einem Endabschnitt davon angepaßt, um den Block 6 in Ein­ fügungsrichtung der Schraube 8 zu drücken. Andererseits sind die Vorsprungsabschnitte 20a fest in die Führungsabschnitte 6d der zweiten Abstrahlungsblocks 6 eingepaßt, wel­ che an beiden Enden des mittleren Blocks 6, und zwar an Endabschnitten davon, vorge­ sehen sind.

Dementsprechend drücken die Vorsprungsabschnitte 20a, 20b die drei zweiten Abstrahlungsblöcke 6 in Schraubeneinfügungsrichtung, indem die Schraube 8 befestigt wird. Die gedrückten zweiten Abstrahlungsblöcke 6 drücken ferner ein Paar der Sub­ strateinheiten 4 über die ersten Abstrahlungsblöcke 5, so daß die Substrateinheiten 4 innerhalb der Ausnehmungen 72 mit Presspassung aufgenommen werden. Weil die mehreren Substrateinheiten 4 somit entsprechend der vorliegenden Ausgestaltung durch lediglich der Schraube 8 fixiert werden können, ist die Fixierungsarbeit bzw. Befesti­ gungsarbeit einfach.

Wenn die Substrateinheit 4 zweidimensional angeordnet wird, wird eine Platte mit einem Bereich, der der Anordnungsbereich der Substrateinheiten 4 entspricht, und mit Vorsprüngen, welche der zweiten Abstrahlungsblöcke entspricht, verwendet. Entspre­ chend dem Aufbau, wie er in Fig. 13 gezeigt ist, wird in diesem Fall zumindest eine der zweiten Abstrahlungsblöcke 6 direkt von der Schraube 8 gedrückt; jedoch können alle der zweiten Abstrahlungsblöcke 6 in den Vorsprungsabschnitten der Platte gedrückt werden, wenn ein spezielles Gewindeloch in dem Kühlungsblock 7 ausgebildet wird. Ebenso muß die Platte 20 nicht immer mit den Blöcken 5, 7 durch die Schraube 8 fixiert werden, und sie kann mit dem Kühlungsblock 7 an dem Umfangsabschnitt des Küh­ lungsblocks 7 über ein Clip oder dergleichen fixiert werden.

Gemäß den oben beschriebenen Ausführungsformen kontaktiert die Substratein­ heit 4 den Kühlungsblock 7 bei einer Oberfläche davon und kontaktiert den Kühlungs­ block 7 über den ersten Abstrahlungsblock 5 bei der anderen Oberfläche davon, um wirksam Wärme davon abzustrahlen. Diese Kontaktflächen werden durch die Vor­ triebsteile 6, 8, 14 gepreßt, um die Kontakteigenschaften davon zu erhöhen. Das hochthermisch leitfähige Abstrahlungsmaterial 9 wird zwischen der Substrateinheit 4 und den entsprechenden Bl 00647 00070 552 001000280000000200012000285910053600040 0002019932953 00004 00528öcken 5, 7 angeordnet, um die Haftbarkeit dazwischen zu erhöhen, was in einer verbesserten Abstrahlungseigenschaft resultiert.

Während die vorliegende Erfindung gezeigt und unter Bezugnahme auf die voran­ gehend bevorzugte Ausführungsform beschrieben wurde, ist es für denjenigen im Stand der Techniken Tätigen ersichtlich, daß Änderungen in Form und Detail hierin gemacht werden können, ohne den Umfang der Erfindung, wie er in den anhängigen Ansprüchen definiert ist, zu verlassen.

Claims (27)

1. Halbleitervorrichtung, welche aufweist
eine Substrateinheit (4), welche ein Halbleiterelement (1) und ein Paar von Isola­ tionssubstraten (2, 3) enthält, welche eine thermische Leitfähigkeit aufweisen und das Halbleiterelement dazwischen halten;
erste und zweite Abstrahlungsteile (5, 7), welche Wärme abstrahlen, die von der Halbleitereinheit erzeugt wird, und eine Ausnehmung (72) dazwischen definieren, in der die Substrateinheit in einer Einführungsrichtung in Anlagekontakt mit dem ersten und zweiten Abstrahlungsteil eingefügt wird; und
ein Befestigungsteil (6, 8, 14, 22) zum Befestigen der Substrateinheit innerhalb der Ausnehmung, indem es in eines der ersten oder zweiten Abstrahlungsteile in Einführungsrichtung der Substrateinheit eingefügt wird.

2. Halbleitervorrichtung gemäß Anspruch 1, wobei
das erste und zweite Abstrahlungsteil eine Vielzahl von Ausnehmungen für ent­ sprechendes Aufnehmen einer Vielzahl von Substrateinheiten ausbildet; und
das Befestigungsteil aus einem einzigen Körper (20) zusammengesetzt ist, und zwar mit der Fähigkeit gleichzeitig die Vielzahl der Substrateinheiten zu befesti­ gen.

3. Halbleitervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 und 2, wobei
das erste Abstrahlungsteil (7) einen Basisabschnitt (7a), welcher einen Kühlmit­ teldurchgang (7d) darin definiert, in dem Kühlmittel fließt, und einen Vor­ sprungsabschnitt aufweist, welcher von dem Basisabschnitt vorsteht; und
das zweite Abstrahlungsteil (5) eine thermische Leitfähigkeit aufweist, auf dem Basisabschnitt in Anlagekontakt mit dem Basisabschnitt angeordnet ist, und die Ausnehmung mit dem Vorsprungsabschnitt des ersten Abstrahlungsteils definiert.

4. Halbleitervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei das Befestigungsteil ein Stützteil (8), welches in das erste Abstrahlungsteil in die Einfügungsrichtung der Substrateinheit eingefügt wird, und ein Vortriebsteil (6, 14) zum Pressen des zweiten Abstrahlungsteils enthält, um die Substrateinheit in­ nerhalb der Ausnehmung in Presspassung zu bringen, und zwar in Verbindungen mit dem Stützteil.

5. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 1, wobei
das erste Abstrahlungsteil (7) einen Basisabschnitt (7a), welcher darin einen Kühlmitteldurchgang (7d) definiert, in dem Kühlmittel fließt, und erste und zweite Vorsprungsabschnitte (7b, 7e) aufweist, welche beide von dem Basisabschnitt in einer identischen Richtung vorstehen, um dazwischen die Ausnehmung zu defi­ nieren;
die Substrateinheit auf dem Basisabschnitt innerhalb der Ausnehmung angeordnet ist; und
das zweite Abstrahlungsteil (5) eine thermische Leitfähigkeit aufweist und auf der Substrateinheit innerhalb der Ausnehmung in Anlagekontakt mit zumindest einem der ersten oder zweiten Vorsprungsabschnitte angeordnet ist.

6. Halbleitervorrichtung gemäß Anspruch 5, wobei das Befestigungsteil enthält ein Stützteil (8), welches in den ersten Vorsprungsabschnitt (7a) des ersten Abstrah­ lungsteils in die Einfügungsrichtung der Substrateinheit eingefügt wird, und ein Vortriebsteil (6) zum Pressen des zweiten Abstrahlungsteils in die Einfügungs­ richtung, um die Substrateinheit innerhalb der Ausnehmung in Presspassung zu bringen, und zwar in Verbindung mit dem Stützteil.

7. Halbleitervorrichtung gemäß einer der Ansprüche 4 und 6, wobei das Vortriebsteil eine thermische Leitfähigkeit aufweist.

8. Halbleitervorrichtung gemäß einer der Ansprüche 1 bis 7, wobei die Substratein­ heit das erste Abstrahlungsteil und das zweite Abstrahlungsteil mit einem Kon­ taktmaterial (9) kontaktiert, welches dazwischen eingefügt ist, und das Kontakt­ material ein Kunststoff- bzw. Harzmaterial (9a) mit einem thermischen Wider­ stand und einer Flexibilität und ein thermisch leitfähiges Verbindungsteil (9b) enthält.

9. Halbleitervorrichtung, welche aufweist:
erste und zweite Substrateinheiten (4), welche jeweils ein Halbleiterelement (1) und ein Paar von Isolationssubstraten (2, 3) enthält, welche eine thermische Leit­ fähigkeit aufweisen und das Halbleiterelement dazwischen halten;
erste und zweite Paare von Abstrahlungsteilen (5, 7), welche erste und zweite Ausnehmungen (72) dazwischen definieren, welche jeweils die ersten und zweiten Substrateinheiten darin halten, um Wärme abzustrahlen, welche von den ersten und zweiten Substrateinheiten erzeugt werden; und
ein gemeinsames Vortriebsteil (6), welches zwischen dem ersten und zweiten Paar der Abstrahlungsteile angeordnet ist, um die ersten und zweiten Paare des Ab­ strahlungsteils zu pressen, um die ersten und zweiten Substrateinheiten in den er­ sten und zweiten Ausnehmungen zu fixieren.

10. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 9, wobei das Vortriebsteil ein Loch auf­ weist, in welchem eine Schraube (8) in einer Richtung eingefügt wird, welche im wesentlichen parallel zu den ersten und zweiten Substrateinheiten ist; und das Vortriebteil das erste und zweite Paar der Abstrahlungsteile in Verbindung mit dem Einfügen der Schraube drückt.

11. Halbleitervorrichtung, welche aufweist:
eine Vielzahl von Substrateinheiten (4), welche jeweils ein Halbleiterelement (1) und ein Paar von Isolationssubstraten (2, 3) enthält, welche eine thermische Leit­ fähigkeit aufweisen und das Halbleiterelement dazwischen halten; und
ein Abstrahlungsteil (7), welches die Vielzahl der Substrateinheiten kontaktieren, um Wärme abzustrahlen, welche von der Vielzahl der Substrateinheiten erzeugt werden, wobei das Abstrahlungsteil einen einzigen Kühlmitteldurchgang (7d) darin aufweist, in welchem Kühlmittel zum Absorbieren der Wärme fließt.

12. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 11, wobei
das Abstrahlungsteil einen Kühlungsblock, welcher aus einem Basisabschnitt (7a), auf dem eine Vielzahl von Substrateinheiten parallel angeordnet sind, und eine Vielzahl von Vorsprungsabschnitten (7b) enthält, welche jeweils die entsprechen­ de Vielzahl der Substrateinheiten kontaktieren; wobei
der einzige Kühlungsmitteldurchgang einen Hauptdurchgang (70d), welcher in dem Basisabschnitt definiert ist, um all die Vielzahl der Substrateinheiten über ei­ ne Wand des Basisabschnittes gegenüberzuliegen und eine Vielzahl von Unter­ durchgängen (71d) aufweist, welche in der Vielzahl der Vorsprungsabschnitte de­ finiert sind, um der entsprechenden Vielzahl der Substrateinheiten über die Wände der Vielzahl der Vorsprungsabschnitte gegenüberzuliegen.

13. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 12, wobei die Wände der Vielzahl der Vor­ sprungsabschnitte eine Dicke aufweisen, welche nahezu gleich zueinander und nahezu gleich zu denjenigen der Wände der Basisabschnitte ist.

14. Halbleitervorrichtung gemäß einer der Ansprüche 12 und 13, wobei das Abstrah­ lungsteil eine Vielzahl von thermisch leitenden Abstrahlungsblöcken (5) enthält, welche jeweils den Kühlungsblock und die Vielzahl der Substrateinheiten auf ei­ ner gegenüberliegenden Seite der Vorsprungsabschnitte kontaktiert.

15. Halbleitervorrichtung gemäß einer der Ansprüche 9 bis 14, wobei das Abstrah­ lungsteil die Vielzahl der Substrateinheiten mit einem Kontaktmaterial (9), wel­ ches dazwischen angeordnet ist, das Kontaktmaterial ein Kunststoff- bzw. Harz­ material (9a) mit thermischen Widerstand und Flexibilität enthält, und ein ther­ misch leitfähiges Verbindungsteil (9b) kontaktiert.

16. Halbleitervorrichtung, welche aufweist
eine Substrateinheit (4), welche ein Halbleiterelement (1) und ein Paar von Isola­ tionssubstraten (2, 3) enthält, welche thermische Leitfähigkeit aufweisen und das Halbleiterelement dazwischen halten; wobei
ein Abstrahlungsteil (7) eine erste Wand (70a), auf der die Substrateinheit ange­ ordnet ist, zum Abstrahlen der Wärme, welche von der Substrateinheit erzeugt wird, und eine zweite flache Wand (71a) auf einer gegenüberliegenden Seite der ersten Wand aufweist.

17. Halbleitervorrichtung, welche aufweist
eine Substrateinheit (4), welche ein Halbleiterelement (1) und ein Paar von Isola­ tionssubstraten (2, 3) enthält, welche thermische Leitfähigkeit aufweisen und das Halbleiterelement dazwischen halten;
ein Abstrahlungsteil (5, 7), welches in Anlagekontakt mit der Substrateinheit über ein Kontaktmaterial (9) angeordnet ist, um Wärme abzustrahlen, welche von der Halbleitereinheit erzeugt wird, wobei das angeordnete Kontaktmaterial aus einem Kunststoff- bzw. Harzmaterial (9a), welches einen thermischen Widerstand und Flexibilität aufweist, und einem thermisch leitfähigen Verbindungsteil (9b) zu­ sammengestellt ist, welches in dem Kunststoff- bzw. Harzmaterial enthalten ist.

18. Halbleitervorrichtung nach einem der Ansprüche 8, 15 und 17, wobei das Kunst­ stoffmaterial ein wärmehärtender Kunststoff bzw. ein wärmehärtendes Harz ist, welcher eine elastische Materialkonstante von ungefähr gleich oder weniger 10 MPa aufweist.

19. Halbleitervorrichtung nach einem Ansprüche 8, 15 und 17, wobei das Verbin­ dungsteil aus zumindest einem hergestellt ist, welcher aus einer Gruppe ausgebil­ det ist, welche aus Ag, Cu, Ni, Al, Sn, Aluminiumnitird, Siliziumkarbid, Silizium­ nitrid, Bornitrid, Silikon, Diamant, Kohlenstofffaser und schwarzer Kohlenstoff ausgewählt ist.

20. Halbleitervorrichtung nach einem der Ansprüche 8,15 und 17, wobei das Verbin­ dungsteil zwei Arten von Partikel aufweist, welche mittlere Durchmesser aufwei­ sen, welche von einander unterschiedlich sind.

21. Halbleitervorrichtung nach einem der Ansprüche 8, 15 und 17, wobei das Verbin­ dungsteil eine Vielzahl von Teilen enthält, welche jeweils aus einer Vielzahl von Partikel zusammengestellt sind, welche miteinander verbunden sind.

22. Halbleitervorrichtung nach einem der Ansprüche 8, 15 und 17, wobei das Verbin­ dungsteil eines ist, welches aus der Gruppe ausgewählt ist, welche eine Vielzahl von Fasern, einem Tuch und einer Masche besteht, welche durch Weben der Viel­ zahl der Fasern ausgebildet ist.

23. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 22, wobei die Vielzahl der Fasern parallel zu einer Richtung angeordnet sind, in der die Wärme zwischen der Substrateinheit und des Abstrahlungsteils abgestrahlt wird.

24. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 23, wobei das Kontaktmaterial zwischen der Substrateinheit und dem Abstrahlungsteil mit der Vielzahl von Fasern angeordnet ist, welche von dem Kunststoff- bzw. Harzmaterial vorstehen, um direkt sowohl die Substrateinheit als auch das Abstrahlungsteil zu kontaktieren.

25. Halbleitervorrichtung nach einem der Ansprüche 8, 15 und 17, wobei das Verbin­ dungsteil aus einer Folie zusammengestellt ist, welche in einer wellenartigen Form oder einer unregelmäßigen Form deformiert ist.

26. Halbleitervorrichtung nach einem der Ansprüche 8, 15 und 17, wobei das Verbin­ dungsteil ein flexibles Kernteil (91b) und eine thermisch-leitende Abstrahlungs­ schicht (92b) enthält, welche das flexible Kernteil abdeckt.

27. Halbleitervorrichtung nach einem der Ansprüche 8,15 und 17, wobei das Verbin­ dungsteil eine Vielzahl von Vorsprüngen aufweist, welche nach außen von deren Oberfläche vorstehen.