DE3835767A1

DE3835767A1 - Kuehlvorrichtung fuer halbleitermodul

Info

Publication number: DE3835767A1
Application number: DE3835767A
Authority: DE
Inventors: Ryoichi Kajiwara; Takao Funamoto; Mituo Kato; Hiroshi Wachi; Tomohiko Shida
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1987-10-21
Filing date: 1988-10-20
Publication date: 1989-05-03
Also published as: KR890007419A; DE3835767C2; US4996589A

Description

Die Erfindung betrifft ein Halbleitermodul, das auf einer Anzahl von Halbleiterelementen auf einer Leiterplatte ange ordnet ist und als Kühlvorrichtung zum Kühlen der Halblei terelemente dient. Das Modul ist insbesondere als Kühlvor richtung für Großcomputer geeignet.

Bei Geräten für Hochgeschwindigkeits-Datenverarbeitung sind die Halbleiterelemente hochintegriert und haben zur Erhöhung der Verarbeitungsgeschwindigkeit ein großes Leistungsvermö gen. Die in den Halbleiterelementen erzeugte Wärmemenge kann dabei den Grenzwert übersteigen, der mittels Zwangsluftküh lung abgeführt werden kann. Entsprechend müssen die Halblei terelemente bei Großcomputern und dergleichen mit Wasser, einer anderen Flüssigkeit oder einem verdampfenden Kühl medium gekühlt werden.

Zum Kühlen einer Anzahl von Halbleiterelementen auf einer Leiterplatte mit einer Kühlflüssigkeit wie Wasser ist ein individuelles Kühlverfahren bekannt, bei dem jeweils die einzelnen Halbleiterelemente gekühlt werden. Solch ein Kühl verfahren ist in der Fig. 2 der JP-OS 60-1 60 151 mit dem Titel "Kühlverfahren für integrierte Schaltungen", veröf fentlicht am 21. August 1985, und in der Fig. 10 der JP-OS 61-2 20 359 mit dem Titel "Kühleraufbau eines Halbleitermo dules", veröffentlicht am 30. September 1986, dargestellt.

Diese individuellen Kühlverfahren für die Halbleiterelemente beinhalten, daß eine Kühlplatte an einem Halbleiterelement angebracht wird, wobei ein Faltenbalg ein Gehäuse, das einen Kanal für die Kühlflüssigkeit aufweist, und die Kühlplatte verbindet und die durch das Gehäuse fließende Kühlflüssig keit in Kontakt mit der Kühlplatte steht, so daß das Halb leiterelement gekühlt wird, wie es mit Bezug zu den Fig. 1 und 2 der Zeichnung weiter unten noch erläutert wird.

Mit diesen individuellen Kühlverfahren kann die Kühlung der Halbleiterelemente verbessert und der thermische Widerstand der Halbleiterelemente verringert werden, da die Kühlflüs sigkeit in die Nähe der Halbleiterelemente gebracht wird.

Die Fig. 1 der Zeichnung entspricht der Fig. 2 der JP-OS 60-1 60 151. In der Fig. 1 bezeichnet das Bezugszeichen 49 ein thermisch leitendes Fett, 51 Zuleitungen, 52 Bonddrähte, 53 ein Chipgehäuse, 54 Lötverbindungen, 6 eine Kühlplatte, 30 einen O-Ring, 31 einen Flansch und 44 eine Düse. Bei dem in der Fig. 1 gezeigten Aufbau sind die wärmeübertragenden Wege kurz, da das Kühlwasser nahe am LSI-Chip 9 vorbeigelei tet wird, und im Vergleich mit der herkömmlichen Kühlmetho de, bei der der LSI-Chip über die thermische Ableitung einer Kühlrippe gekühlt wird, kann das Kühlvermögen erheblich ge steigert werden, da die in der Fig. 1 gezeigte Vorrichtung keine Zwischenräume im Weg der thermischen Leitung aufweist. Da Verschiebungen längs der senkrechten und der horizontalen Achse aufgrund einer thermischen Spannung, die durch einen Temperaturunterschied oder verschiedene thermische Ausdeh nungskoeffizienten zwischen der Leiterplatte 12 und dem Ge häuse 1 entstehen kann, vom Balg 2 und dem wärmeleitenden Fett 49 aufgenommen werden, ist die Lebensdauer gegen ther mische Ermüdung an den Lötverbindungen, die sich zwischen dem Chipgehäuse und der Leiterplatte befinden, wesentlich erhöht.

Andererseits wird bei der in der Fig. 1 gezeigten Vorrich tung Fett verwendet, dessen thermische Leitfähigkeit im Vergleich zu Metall um mehr als eine Größenordnung schlech ter ist. Das Fett wird verwendet, um ohne Spannungen einen thermisch leitenden Weg von dem LSI-Chip zu dem Kühlwasser auszubilden. Auch ist es schwierig, die Dicke des Fettes wegen seiner Oberflächenspannung kleiner als einige zehn Mikrometer zu machen. Es ist daher schwierig, den thermi schen Widerstand unter 1°C/Watt zu drücken. Wenn daher ein LSI-Chip verwendet werden soll, dessen Verlustleistung 40 Watt pro Chip übersteigt, hat der bekannte Aufbau nicht mehr das geforderte Kühlvermögen.

Die Fig. 2 der Zeichnung entspricht der Fig. 10 der JP-OS 61-2 20 359. In der Fig. 2 bezeichnen 61 und 62 Lötverbindun gen mit einem niedrigen Schmelzpunkt. Bei dem gezeigten Auf bau ist, da der Abstand zwischen dem Kühlwasser und dem LSI- Chip kleiner ist als bei dem Aufbau der Fig. 1 und da der thermisch leitende Weg durch ein Metall oder durch Keramik mit einer geeigneten thermischen Leitfähigkeit führt, die Kühlleistung wesentlich verbessert. Der thermische Wider stand des Aufbaues der Fig. 2 ist kleiner als 0,5°C/Watt. Da jedoch bei dem Aufbau der Fig. 2 alle Elemente von der Kühl platte einschließlich einer Kappe 3 und einer Kühlrippe 4 bis zu der Leiterplatte 12, die mit dem LSI-Chip 9 über Löt stellen 10 verbunden ist, durch Lot befestigt sind, hat der Balg 2 alle thermischen Spannungen zwischen dem Gehäuse 1 und der Leiterplatte 12 aufzunehmen. Obwohl eine Verschie bung durch die Deformation des Balges absorbiert wird, wenn eine thermische Spannung zwischen der Leiterplatte und dem Gehäuse auftritt, wird die Spannung direkt auf die Lötver bindungen zwischen der Leiterplatte und den Halbleiterele menten übertragen.

Der Balg läßt sich im allgemeinen leicht in axialer Richtung deformieren, setzt jedoch einer Deformation in vertikaler Richtung einen größeren Widerstand entgegen. Entsprechend treten große Spannungen bei Verschiebungen längs der hori zontalen Richtung der Leiterplatte und des Gehäuses auf. Die Lebensdauer der Lötverbindungen zwischen der Leiterplatte und den Halbleiterelementen ist unter einer Druckspannung bereits klein und wird bei Scherspannungen, insbesondere der erwähnten Spannung in horizontaler Richtung, noch weiter wesentlich verringert.

Wenn die Leiterplatte Ausmaße von mehr als einigen 10 mm hat, ist daher die Lebensdauer der Lötverbindungen zwischen der Leiterplatte und den Halbleiterelementen aufgrund der thermischen Spannungen in seitlicher Richtung, die durch thermische Anderungen in der Anordnung oder Verwendung des Halbleitermodules entstehen, herabgesetzt, wodurch die Zuverlässigkeit der Vorrichtung stark eingeschränkt ist.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Halbleitermodul zu schaf fen, bei dem die auf die Lötverbindungen übertragenen Span nungen zwischen der Leiterplatte und den Halbleiterelementen verringert sind, so daß keine Verkürzung der Lebensdauer der Lötverbindungen erfolgt.

Die vorliegende Erfindung beinhaltet folgendes: Ein Halblei termodul umfaßt eine Anzahl von auf einer Leiterplatte ange ordneten Halbleiterelementen, eine mit den Halbleiterele menten verbundene Kühlplatte, die durch den Kontakt mit einem Kühlmedium gekühlt ist, ein Gehäuse mit einem Kanal für den Durchfluß des Kühlmediums, das in Kontakt mit der Kühlplatte ist, und einen Balg zur Verbindung des Gehäuses und der Kühlplatte, der das Kühlmedium vom Gehäuse zur Kühl platte führt. Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlplatte direkt mit der Leiterplatte verbunden ist.

Durch die direkte Verbindung der Kühlplatte und der Leiter platte wird die durch eine Deformation des Balges verursach te Spannung nicht mehr auf die Lötverbindungen zwischen der Leiterplatte und den Halbleiterelementen übertragen, sondern wird von dem Befestigungsabschnitt der Leiterplatte und der Halbleiterelemente aufgenommen. Entsprechend tritt keine Verringerung der Lebensdauer der Lötverbindungen zwischen den Halbleiterelementen und der Leiterplatte mehr auf.

Die Kühlplatte kann dabei für jedes einzelne Halbleiterele ment vorgesehen sein (Fig. 3 bis 5 der Zeichnung), oder es kann jeweils eine Kühlplatte für zwei und mehr Halbleiter elemente angebracht werden.

Die Kühlplatte und die Halbleiterelemente können durch Lot miteinander verbunden werden. Da Lot bezüglich der thermi schen Leitfähigkeit hervorragend ist, kann die Dicke des Lotes gering gehalten werden, wodurch die Kühlwirkung an den Halbleiterelementen verbessert wird.

Die auf der Leiterplatte angeordneten Halbleiterelemente können direkt durch Löten mit dieser Leiterplatte verbunden werden oder können so angeschlossen werden, daß die Halb leiterelemente in Chipgehäusen eingeschlossen sind und Zu leitungen, die mit den Halbleiterelementen verbunden sind, zur Außenseite der Chipgehäuse geführt werden, wobei die Zuleitungen und die Leiterplatte durch Löten miteinander verbunden werden. Ein Beispiel für das Einschließen der Halbleiterelemente in Chipgehäusen ist in der Fig. 1 der JP-OS 58-43 553 mit dem Titel "Multichip-LSI-Gehäuse", ver öffentlicht am 14. März 1983, gezeigt. Bei der erfindungsge mäßen Vorrichtung kann beispielsweise eine entsprechende Anordnung vorgesehen sein.

Bezüglich der Herstellung des Balges kann bei der erfin dungsgemäßen Vorrichtung das in den Fig. 9 und 10 der JP-OS 61-2 20 359 gezeigte Verfahren angewendet werden.

Die Befestigung der Kühlplatte an der Leiterplatte kann auf die Weise erfolgen, daß die Kühlplatte mit einer Einfassung versehen wird und die Einfassung mit Lot an der Leiterplatte befestigt wird (Fig. 3 und 4 der Zeichnung); es können je doch auch Befestigungselemente für die Kühlplatte an der Leiterplatte angebracht werden und die Kühlplatten mit den Befestigungselementen verbunden werden (Fig. 5 der Zeich nung).

Die Bälge können so angebracht werden, daß jeweils zwei Bäl ge mit einer Kühlplatte verbunden sind, wobei ein Balg dem Fluß des Kühlmediums vom Gehäuse zu der Kühlplatte und der andere Balg dem Fluß des Kühlmediums von der Kühlplatte zum Gehäuse dient (Fig. 3 und 4 der Zeichnung). Die Bälge können auch wie in der Fig. 5 der Zeichnung gezeigt mit jeder Kühl platte verbunden sein, das heißt ein Balg kann wie gezeigt für den kontinuierlichen Durchfluß des Kühlmediums durch Aufteilen des Balges in zwei Flußkanäle dienen.

Die Halbleiterelemente bestehen beispielsweise aus LSI-Chips (hochintegrierte Bauteile). Die beschriebenen Ausführungs formen enthalten LSI-Chips.

Als Kühlmedium kann eine Flüssigkeit wie Wasser oder ein Gas verwendet werden. Vorzugsweise ist das Kühlmedium eine Flüs sigkeit.

Erfindungsgemäß ist die Kühlplatte mechanisch oder durch Löten entsprechend den LSI-Chips an der Leiterplatte befe stigt. Es gibt keine relative Verschiebung oder einen Ab stand zwischen der Leiterplatte und der Kühlplatte, auch wenn auf die Kühlplatte eine äußere Kraft einwirkt, solange die Verbindung nicht aufgebrochen wird. Auch wenn somit eine thermische Spannung aufgrund von Wärmeunterschieden oder von Unterschieden in den thermischen Expansionskoeffizienten der Leiterplatte und des Gehäuses auftritt und die Rückseite des LSI-Chips, das heißt eine Oberfläche des LSI-Chips, die nicht mit der Leiterplatte verbunden ist, an der Kühlplatte durch Löten befestigt ist, wird die Spannung über eine Ver formung des Balges und durch den Befestigungsabschnitt der Kühlplatte und der Leiterplatte aufgenommen. Erfindungsgemäß wird somit keine äußere Kraft auf die Lötverbindungen zwi schen dem LSI-Chip und der Leiterplatte übertragen, so daß eine Beschädigung davon oder eine Verringerung der Lebens dauer aufgrund thermischer Ermüdung nicht auftritt. Da die Kühlplatte und der LSI-Chip mechanisch miteinander verbunden sind, wird gleichzeitig der thermische Widerstand kleiner als 0,5°C/Watt, und es ist eine wirksame Kühlung mit hoher Kühlleistung möglich.

Erfindungsgemäß wird ein Aufbau vorgeschlagen, bei dem zur Bildung einer haubenförmigen Konfiguration eine Einfassung oder Umrandung am unteren Abschnitt der Kühlplatte ange bracht ist, so daß der LSI-Chip durch die Leiterplatte und die Kühlplatte luftdicht abgeschlossen ist. Auch wenn durch Korrosion oder Bruch der dünnen Bälge Wasser austritt, kommt das Kühlwasser somit nicht in direkten Kontakt mit dem LSI- Chip und der Chip kann dadurch nicht beschädigt werden. Durch Ersetzen der eingeschlossenen Luft durch ein Inertgas wie He etc. kann eine Korrosion oder ein Bruch der Verdrah tung oder der Lötverbindungen vermieden werden, wodurch die Zuverlässigkeit des Halbleitermodules wesentlich erhöht wird.

Ausführungsbeispiele des erfindungsgemäßen Halbleitermodules bzw. der Kühlvorrichtung werden anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 den Schnitt durch ein erstes Beispiel eines be kannten Halbleitermodules;

Fig. 2 den Schnitt durch ein zweites Beispiel eines bekann ten Halbleitermodules;

Fig. 3 den Schnitt durch eine erste Ausführungsform der Er findung;

Fig. 4 den Schnitt durch eine zweite Ausführungsform;

Fig. 5 den Schnitt durch eine dritte Ausführungsform;

Fig. 6 eine Aufsicht auf ein Befestigungselement für die Kühlplatte der Fig. 5;

Fig. 7 die Beziehung zwischen einer Verschiebung des Balges und der Last bei den bekannten Beispielen;

Fig. 8 die Beziehung zwischen einer Verschiebung des Balges und der Last bei den erfindungsgemäßen Ausführungs formen;

Fig. 9(a), 9(b) und 9(c) den Vorgang des Zusammensetzens des erfindungsgemäßen Halbleitermodules;

Fig. 10 den Schnitt durch eine vierte Ausführungsform der Erfindung;

Fig. 11 den Schnitt durch eine fünfte Ausführungsform;

Fig. 12 die Anordnung von O-Ringen an einem in der Fig. 11 gezeigten Flansch;

Fig. 13 den Schnitt durch eine sechste Ausführungsform des Halbleitermodules; und

Fig. 14 die Anordnung von O-Ringen an einem Flansch des Halbleitermodules der Fig. 13.

Bei der in der Fig. 3 gezeigten ersten Ausführungsform ist jeder LSI-Chip 9 mit einer Kühlplatte 6 versehen. An der Kühlplatte 6 ist eine Schürze oder Einfassung 5 befestigt, und die Kühlplatte 6 und die Leiterplatte 12 sind über die Schürze 5 miteinander verbunden. In einem Gehäuse 1 befinden sich Kanäle für den Kreislauf von Kühlwasser 13, und ein Kühlelement 68 ist entsprechend jedem LSI-Chip 9 vorgesehen. Das Kühlelement 68 umfaßt die Kühlplatte 6 und zwei Metall bälge 2 zum Zuführen und Ableiten des Kühlmediums. Die Kühl platte 6 umfaßt eine Kühlrippe 4 zum wirksamen Übertragen der Wärme vom LSI-Chip 9 in das Kühlmedium und eine Kappe 3 zum Einleiten des Kühlmediums.

Das eine Ende der Einfassung 5 ist mit der Kühlplatte 6 und das andere Ende mit der Leiterplatte 12 durch Lot 11 verbun den. Vorzugsweise bestehen das Gehäuse 1, die Bälge 2 und die Kappe 3 aus einem Metall hoher Korrosionsfestigkeit, beispielsweise SUS, Ti, Ti-Legierungen, Ni oder Ni-Legierun gen. Die Kühlrippe 4 besteht vorzugsweise aus einem Metall mit großer thermischer Leitfähigkeit, beispielsweise Cu, Ni, Ag, keramisches AlN, SiC, AL₂O₃ etc. Die Einfassung 5 be steht wiederum vorzugsweise aus einer Fe-Ni-Legierung oder einem keramischen Material entsprechend der Leiterplatte, damit die thermischen Ausdehnungskoeffizienten gleich sind. Die Verbindung zwischen dem Gehäuse 1 und den Bälgen 2, den Bälgen 2 und der Kappe 3, der Kappe 3 und der Kühlrippe 4 sowie der Kühlrippe 4 und der Einfassung 5 werden durch eine Diffusionsverbindung oder ein Lot mit hohem Schmelzpunkt wie Ag-Lot, Ni-Lot oder Au-Lot geschaffen. Die Rückseite des LSI-Chips 9 weist eine Isolationsschicht mit bei hoher Tem peratur oxidiertem SiO₂ auf, die mit Cr-Ni-Au metallisiert und durch ein Lot 7 mit niedrigem Schmelzpunkt über die Metallisierungsschicht 8 mit der Kühlrippe 4 verbunden ist. Die Leiterplatte 12 und die Einfassung 5 sind luftdicht mit einander verbunden. Als niedrigschmelzendes Lot wird Pb-Sn- In verwendet. Der Raum 67, in dem sich der LSI-Chip 9 befin det, ist mit He gefüllt.

Gemäß der in der Fig. 3 gezeigten Ausführungsform ist die thermische Leitfähigkeit des LSI-Chips 9 hoch und die Kühl leistung hervorragend, da der LSI-Chip 9 und die Kühlrippe 4 mechanisch durch das Lot 7 mit niedrigem Schmelzpunkt ver bunden sind. Auch wenn zwischen der Leiterplatte und dem Ge häuse durch Wärme usw. eine Lücke entsteht, wird keine Span nung aufgrund einer Verformung der Bälge zu den Lötstellen 10 zwischen dem LSI-Chip 9 und der Leiterplatte 12 übertra gen, da die Kühlplatte durch Lot mit der Leiterplatte ver bunden ist; die Lebensdauer der Lötstellen ist daher nicht durch thermische Ermüdung verringert. Da der LSI-Chip 9 luftdicht in einer He-Atmosphäre eingeschlossen ist, kann er nicht beschädigt werden, wenn an den Verbindungsstellen des Kühlelementes oder der Bälge Wasser austritt, und die Chip- Verdrahtung und die Lötstellen können nicht durch Feuchtig keit korrodieren. Die Zuverlässigkeit der Halbleitervor richtung ist daher bei der Ausführungsform der Fig. 3 we sentlich erhöht.

Bei der Ausführungsform der Fig. 4 ist der Aufbau vom Ge häuse 1 bis zu der Kühlplatte 6 der gleiche wie bei der Ausführungsform der Fig. 3. Die Einfassung 5 weist wie die Leiterplatte 12 Mullit-Keramik auf und ist mit einem Ag-Lot an die Kühlrippe 4 angelötet. Die Kühlrippe 4 aus Ni und der LSI-Chip 9 sind durch ein Lot 7 des Pb-Sn-In-Systems mit einem Schmelzpunkt von 90-150°C über die Metallisierungs schicht 8 auf der oxidierten SiO₂-Schicht verbunden. Die Leiterplatte 12 ist an der Stelle der Anbringung des Chips passend zu den Abmessungen der Kühlplatte 6 mit einer Aus nehmung versehen. Die Seitenflächen der Ausnehmung der Lei terplatte und die Seitenflächen der Einfassung 5 sind durch das Lot 11 über an diesen Seitenflächen jeweils ausgebildete Metallisierungsschichten 23 und 25 verbunden. Das Lot 11 hat eine Zusammensetzung, dessen Schmelzpunkt geringfügig unter dem des Lotes 7 liegt. Das Lot 10 besteht aus 95Pb-5Sn mit einem Schmelzpunkt von 280°C.

Die in der Fig. 4 gezeigte Ausführungsform hat wie die Aus führungsform der Fig. 3 ein hohes Kühlvermögen, eine nicht durch thermische Ermüdung verkürzte Lebensdauer der Löt stellen 10 und eine hohe Zuverlässigkeit.

Bei der in den Fig. 5 und 6 gezeigten Ausführungsform ist ein Befestigungselement 38 für die Kühlplatten an der Lei terplatte angebracht, wobei das Befestigungselement 38 und die Leiterplatten 6 durch Lot 34 miteinander verbunden sind. Die Metallbälge 2 sind über Flansche 31 mit dem Gehäuse 1 verbunden, wobei zwischen den Flanschen 31 und dem Gehäuse 1 O-Ringe 30 angeordnet sind. Die Metallbälge werden durch ihre Federwirkung zwischen dem Gehäuse 1 und den Kühlplatten 6 gehalten.

Das Befestigungselement 38 für die Kühlplatten kann durch Stanzen einer Keramikplatte hergestellt werden, deren Mate rial das gleiche wie für die Leiterplatte 12 ist.

Bei der in den Fig. 5 und 6 gezeigten Ausführungsform ist der Aufbau der Kühlplatte vereinfacht. Das Befestigungsele ment 38 ist leicht herzustellen und das Zusammensetzen des Halbleitermodules ist im Vergleich zu der Ausführungsform der Fig. 4 einfacher.

Ein Merkmal des erfindungsgemäßen Halbleitmodules ist es, daß die durch plastische Deformation oder durch Bearbeiten und Zusammensetzen einer zusammengedrückten Platte herge stellten Bälge bei einer vorbestimmten Temperatur ausgeglüht werden.

Wenn die Kühlvorrichtung des erfindungsgemäßen Halbleiter modules zu einer Halbleitervorrichtung zusammengesetzt wird, werden die Bälge zuerst gedehnt, dann die an der Kühlplatte befestigten Bälge gedehnt und anschließend die Bälge auf die Oberfläche der Halbleiterelemente wie der Chips, der Chip fassungen oder das die Chips umgebende Gehäuse gedrückt, die zu der Oberfläche der Kühlplatte gerichtet ist, um die Bälge alle zusammenzudrücken und eine plastische Deformation davon derart zu erreichen, daß die Höhe und die Neigung eines je den Balges der eines jeden Halbleiterelementes entspricht.

Gemäß Fig. 7 ist die Streckgrenze der Bälge 2 durch Kaltbe arbeitung zum Zwecke des Erweiterns des Bereiches der plas tischen Deformation hinausgeschoben, so daß die Kennlinie für die Abhängigkeit der Auslenkung von der Last nach dem Fließpunkt eine große Steigung hat. Wenn die Länge der Bälge auf herkömmliche Weise so eingestellt wird, daß der LSI-Chip 9 oder die Chipfassung auf herkömmliche Weise auf die Lei terplatte gedrückt und durch eine kontrollierte Kollapsver bindung (CCB) zur Einstellung der Länge der Bälge durch plastische Verformung verbunden wird, kann der Chip 9 oder die CCB-Lötstelle 10 brechen, da eine große Kraft am LSI- Chip 9 angreift. Wenn der Chip B um w höher liegt als der Chip A und beide Chips A, B mit der Kühlplatte 6 ohne pla stische Verformung in Kontakt gebracht werden, wird auf den Chip B die Last σ aufgebracht. Andererseits kann, wenn beide Bälge entsprechend der Chips A, B unter plastischer Verformung zusammengedrückt werden, das heißt wenn beide Bälge bis zu den Punkten A′, B′ der Fig. 7 verformt werden und danach die an die Bälge gelegte Last zur Herstellung des Kontakts zwischen Chip und Kühlplatten 6 entfernt wird, die Länge der Bälge 2 nicht genügend durch die plastische Ver formung eingestellt werden, da die Neigung der Kennlinie zwischen den Punkten A′ und B′ nach dem Fließpunkt in der Fig. 7 groß ist, so daß eine große Belastung σ′ am Chip B verbleibt.

Die Fig. 8 zeigt die Federkennlinie der Bälge, wenn das Ma terial durch Ausheizen weicher gemacht und die Streckgrenze herabgesetzt ist. Obwohl durch das Ausheizen bzw. Ausglühen der Elastizitätsmodul (Steigung der Linie für die Last ent sprechend der Verschiebung) nicht so sehr beeinflußt ist, wird die Streckgrenze herabgesetzt und die Steigung der Linie, die sich auf eine Verschiebung gegenüber der Last be zieht, wird nach der Streckgrenze klein. Wenn die Last ent fernt wird und die Chips A, B mit der Kühlplatte 6 in Kon takt stehen, nachdem die Bälge entsprechend den Chips A, B und der Punkte A′, B′ der Fig. 8 verformt wurden, verbleibt nur eine kleine Last σ′ am Chip B.

Wenn bei dem Halbleitermodul somit erfindungsgemäß ausge glühte Bälge verwendet werden, kann die Länge der Bälge leicht entsprechend der Höhe der Chips eingestellt werden. Die Kontakte zwischen den Chips und den entsprechenden Kühl platten sind dabei gut, auch wenn die verbleibenden Kräfte an den Chips klein sind. Dies trägt dazu bei, daß die Le bensdauer des Halbleitermodules nicht verkürzt ist und daß dessen Kühleigenschaften hervorragend sind.

Gemäß Fig. 9(a) sind das Gehäuse 1, die Flansche 31, die ausgeglühten Bälge 2 und die Kühlplatten 6 mittels Schwei ßen, Löten oder einer Diffusionsverbindung zusammengebaut worden, wonach die ausgeglühten Bälge 2 gedehnt wurden. Bei dem Vorgang der Fig. 9(b) werden das Halbleitersubstrat mit den Chips 9, der Leiterplatte 12 und den Lötstellen 10, die in einem anderen Vorgang zusammengesetzt wurden, mit der durch den Vorgang nach Fig. 9(a) hergestellten Kühlvorrich tung zusammengesetzt. Danach werden die Bälge deformiert, um den Bereich der plastischen Verformung zu erreichen. An schließend wird die Kühlvorrichtung angehoben, um sie von der Leiterplatte 12 zu trennen. Bei dem in der Fig. 9(c) gezeigten letzten Vorgang werden die Chips 9 und die Kühl platten 6 durch das Lot 7 mit niedrigem Schmelzpunkt und hoher thermischer Leitfähigkeit miteinander verbunden. Ent sprechend ist die Höhe zwischen dem Gehäuse 1 und der Lei terplatte 12 derart eingestellt, daß alle Chips 9 und die entsprechenden Kühlplatten perfekt miteinander verbunden sind und die an den Chips 9 liegenden Kräfte jeweils kleinstmöglich sind. Die Leiterplatte 12 und Seitenwände 18 der Vorrichtung werden durch das niedrigschmelzende Lot 16 und 17 luftdicht verbunden. Die Seitenwand 18 kann durch die in den Fig. 3 und 5 gezeigte Einfassung 5 ersetzt werden.

Mit der in der Fig. 9 gezeigten Ausführungsform kann somit die Länge der Bälge leicht entsprechend der Höhe und der Neigung der Chips eingestellt werden. Entsprechend ist es möglich, ein Halbleitermodul mit vielen Chips zu schaffen, wobei das Kühlvermögen für die Chips verbessert und die Le bensdauer der Lötverbindungen nicht verschlechtert ist und wobei das Modul aufgrund seiner Luftdichtigkeit und geringen Anfälligkeit für Korrosion zuverlässig ist. Bei der in den Fig. 9(a) bis 9(c) dargestellten Ausführungsform kann die Produktivität erhöht und es können die Herstellungskosten verringert werden, da die Kühlvorrichtung und die bestückte Leiterplatte in getrennten Vorgängen hergestellt werden und das Zusammensetzen dieser Teile einfach ist.

Bei der Ausführungsform der Fig. 10 sind ein Gehäuse 45 für einen Speicher und ein Gehäuse 46 für einen logischen Schaltkreis, deren Größen unterschiedlich sind, mittels der Lötstellen 10 auf der Leiterplatte 12 angeordnet. Jeweils ein Kühlblock 42 mit einem Einlaß und einem Auslaß für Kühl wasser ist mit dem Gehäuse 1 durch zwei Bälge 2 verbunden. Im Weg des fließenden Wassers im Kühlblock 42 ist eine Kühl rippe 43 in der Richtung des Flusses des Wassers vorgesehen. Das in den Einlaß 110 der Vorrichtung eingegebene Kühlwasser fließt durch jeden Kühlblock und wird aus dem Auslaß 100 ab gegeben. Der ausgeglühte Balg 2 ist durch eine Diffusions verbindung hergestellt. Das Zusammensetzen des Gehäuses 1 und des Kühlblockes 2 wird gleichzeitig mit der Herstellung der Bälge durch Diffusionsverbindungen ausgeführt. Das Be zugszeichen 7 bezeichnet wieder ein niedrigschmelzendes Lot und 13 die Fließrichtung des Wassers. Die Anzahl der Zulei tungen und die Dicke der Bälge entsprechen einander. Das Zusammensetzen der Kühlvorrichtung und der Leiterplatte wird mit den in den Fig. 9(a) bis 9(c) gezeigten Vorgängen ausge führt. Wie bei der Ausführungsform der Fig. 9 kann auch bei der der Fig. 10 eine Einfassung 5 vorgesehen werden.

Die in der Fig. 10 gezeigte Ausführungsform der Kühlvorrich tung ist bezüglich der Stärke der Verbindungsabschnitte, der Haltbarkeit und der Luftdichtigkeit sehr zuverlässig, da jede Verbindung der Kühlvorrichtung durch einen Diffusions verbindungsvorgang hergestellt ist. Da die Höhe des Kühl blockes leicht durch einen einfachen Vorgang auf die Ober fläche der zu kühlenden Gehäuse eingestellt werden kann, auch wenn die Höhen der Gehäuse in der Größenordnung von mehreren Millimetern sehr unterschiedlich sind, ist es mög lich, den Zusammenbau und die Produktivität zu verbessern und die Herstellungskosten für das Halbleitermodul zu ver ringern. Darüberhinaus hat das Halbleitermodul hervorragende Eigenschaften bezüglich der Kühlleistung und der Lebensdauer der Lötverbindungen.

Da die Korrosionsneigung gegenüber Wasser, insbesondere die Rißkorrosion in Fe-Ni-Legierungen oder Fe-Ni-Co-Legierungen, die für das Gehäuse 1 verwendet werden können, groß ist, können Undichtigkeiten gegenüber dem Wasser aus dem Gehäuse auftreten. Auch kann der O-Ring 30 im Laufe der Zeit oder durch Hitze aufgrund des Lötens beim Zusammenbau oder wegen Reparaturen während einer Gebrauchsdauer von etwa zehn Jah ren schlechter werden. Es kann dann eine Undichtigkeit durch Brechen des O-Ringes 30 auftreten. Wenn eine solche Undich tigkeit während des Betriebs der Vorrichtung auftritt und die Halbleiterelemente oder die Verdrahtungen mit Wasser in Berührung kommen, kann die Vorrichtung fehlerhaft arbeiten und es können die Halbleiterelemente zerstört werden, so daß dem Benutzer ernsthafter Schaden entsteht.

Mit der erfindungsgemäßen Kühlvorrichtung ist es demgegen über möglich, zu verhindern, daß die elektrische Verdrahtung oder die Halbleiterelemente direkt mit Wasser in Kontakt kommen. Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist es somit möglich, eine Beschädigung der Halbleiterelemente, eine Fehlfunktion der Vorrichtung und den Zusammenbruch des Halb leitermodules zu vermeiden.

Das Zusammensetzen und eine Reparatur der erfindungsgemäßen Kühlvorrichtung ist einfach, und die Häufigkeit des Auftre tens einer Undichtigkeit für das Kühlwasser kann wesentlich verringert werden, wie es aus der folgenden Erläuterung her vorgeht.

Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind zwischen das Ge häuse und die Balg-Kühlelemente doppelte O-Ringe eingesetzt und für ein luftdichtes Abdichten mechanisch befestigt. In dem von den beiden O-Ringen eingeschlossenen Raum ist ein Sensor zur Feststellung einer Undichtigkeit für das Kühl wasser vorgesehen.

Die erfindungsgemäße Kühlvorrichtung weist somit eine O- Ring-Doppelstruktur auf, das heißt, daß ein äußerer O-Ring außerhalb einer Anzahl von inneren O-Ringen angeordnet ist, und das Gehäuse und die Oberfläche des Kühlelementes sind mit einem korrosionsfesten Material beschichtet.

Diese O-Ring-Doppelstruktur beinhaltet einen ersten O-Ring für einen luftdichten Abschluß zum Abdichten gegen das Kühl wasser und einen zweiten O-Ring für einen luftdichten Ab schluß, um einen Raum zu schaffen, in dem die Halbleiterele mente außerhalb des ersten O-Ringes eingeschlossen sind. In dem Raum, der von den beiden O-Ringen gebildet wird, ist der Sensor zur Feststellung von Wasser bzw. einer Undichtigkeit angeordnet. Mit diesem Aufbau kann der zweite O-Ring verhin dern, daß das Kühlwasser die Halbleiterelemente oder Ver drahtungsabschnitte erreicht, auch wenn der Dichtabschnitt am ersten O-Ring aufgrund von Korrosion des Kühlelementes oder Bruch des O-Ringes Wasser durchläßt. Der Undichtig keitssensor zwischen dem ersten O-Ring und dem zweiten O-Ring erlaubt es, eine Undichtigkeit am ersten O-Ring fest zustellen, den Betrieb der Halbleitervorrichtung in der Fol ge einzustellen und eine Reparatur der Kühlvorrichtung vor zunehmen. Entsprechend wird eine Zerstörung der Halbleiter elemente oder ein Zusammenbruch oder eine Fehlfunktion der Vorrichtung durch Kurzschlüsse in der Verdrahtung verhin dert, die durch ein Austreten von Wasser an der Verbindungs stelle des Gehäuses und des Kühlelementes entstehen können. Da die erfindungsgemäße Vorrichtung durch mechanisches Be festigen des Gehäuses und der Kühlelemente über die O-Ringe zusammengebaut werden kann, ist das Zusammensetzen davon einfach, und auch eine Reparatur ist leicht durchzuführen, wenn das Kühlelement einen Schaden aufweist.

Da das Gehäuse am Umfang des Dichtabschnittes des ersten O-Ringes und die Oberfläche des Kühlelementes mit einem Material geringer Korrosionsneigung beschichtet ist, ist bereits das Auftreten von Undichtigkeiten durch eine Korro sion des Gehäuses, das zum luftdichten Abschließen durch Kontaktieren der O-Ringe und des Kühlelementes dient, weit gehend verringert. Reparaturzeiten für die Kühlvorrichtung während der Benutzungsdauer (normalerweise mehr als zehn Jahre) der Halbleitervorrichtung sind damit stark verrin gert, so daß die Zuverlässigkeit der Vorrichtung erhöht und der Unterhaltsaufwand davon verringert ist.

Die Fig. 11 zeigt einen Schnitt durch die Kühlvorrichtung, bei der ein Kühlelement über einen Flansch 31 mit dem Ge häuse verbunden ist. Die Fig. 12 zeigt die Anordnung der O-Ringe am Flansch. Gemäß Fig. 11 ist im Gehäuse 1 eine Öffnung vorgesehen, die zu der Anordnung des LSI-Chips 9 ausgerichtet ist. Um die Öffnung ist das Gehäuse 1 mit dem Flansch 31 des Kühlelementes 6 über die beiden O-Ringe 70, 80 verbunden. Der eine O-Ring 70 ist am Flansch 31 innerhalb des anderen O-Ringes 80 angeordnet. Wenn die Kühlvorrichtung an der Leiterplatte 12 angebracht ist, ist die Kühlplatte 4 der Kühlvorrichtung 6 mechanisch mit dem Chip 9 durch das niedrigschmelzende Lot verbunden. Ein Feuchtigkeitssensor 90 ist in dem Raum, der von den beiden O-Ringen 70 und 80, dem Gehäuse 1 und dem Flansch 31 gebildet wird, angeordnet. Das Ausgangssignal 15 des Sensors 90 wird nach außen geführt. Der Flansch 31 und der Balg 2 sind zusammengeschweißt oder -gelötet. Das Löten wird unter Verwendung eines wenig korro siven Materiales, beispielsweise einem Ag-Lot, einem Au-Lot, einem Pb-Lot oder einem Ni-Lot ausgeführt. In der Fig. 11 bezeichnet 13 die Leitung für das Kühlwasser, 120 die Me tallisierungsschicht auf dem Chip 9 und 10 die Lötstellen zwischen Chip 9 und Leiterplatte 12.

Bei der in den Fig. 11 und 12 gezeigten Ausführungsform ist der Zusammenbau der Kühlvorrichtung einfach, da das Kühlele ment und das Gehäuse über die beiden O-Ringe mechanisch mit einander verbunden sind. Auch wenn ein Kühlelement durch Korrosion etc. Schaden genommen hat, kann die Vorrichtung leicht repariert werden, da der Austausch der Kühlelemente sehr einfach ist. Der LSI-Chip kann durch Wasser kaum be schädigt werden, da eine zweifache Abdichtung zwischen dem Kühlwasser und dem Raum, in dem sich der LSI-Chip befindet, vorhanden ist. Eine Undichtigkeit am ersten, inneren Dicht abschnitt wird durch den Feuchtigkeitssensor festgestellt, so daß die Kühlvorrichtung repariert werden kann, bevor Was ser aus dem Kühlelement und dem Gehäuse austritt. Es kann somit eine Undichtigkeit zwischen dem Kühlelement und dem Gehäuse nahezu sicher ausgeschlossen werden. Auch bei der in der Fig. 11 gezeigten Ausführungsform kann die in den Fig. 3 und 4 gezeigte Einfassung 5 zwischen der Kühlplatte 4 und der Leiterplatte 12 vorgesehen werden, wie im Falle der Aus führungsform der Fig. 10.

Die Fig. 13 zeigt einen Schnitt durch eine Kühlvorrichtung, bei der ein Kühlelement mit zwei Bälgen unter Verwendung eines Flansches an dem Gehäuse befestigt ist. Die Fig. 14 zeigt die Anordnung von O-Ringes am Flansch 31. In dem Ge häuse 1 sind eine Kühlwasserzuführung 17 und eine Kühl wasserableitung 18 vorgesehen. Der Flansch 31 dient zur Befestigung von vier Kühlelementen 68 entsprechend vier Chips 9 auf der Leiterplatte 12, das heißt am Flansch 31 sind 8 Bälge befestigt. Jedes Kühlelement 68 weist zwei elliptische Bälge 2, die Kühlrippe 4 zum Übertragen der Wärme an das Kühlwasser und die Kappe 3 zur Zuführung des Wassers zu der Kühlrippe und zu einem luftdichten Abschluß des Raumes, in der sich der LSI-Chip 9 befindet, auf. Der Flansch 31 ist am Gehäuse 1 mechanisch über acht innere O-Ringe 80 und einen äußeren O-Ring 70 befestigt. Der Feuchtigkeitssensor 90 ist in dem Raum zwischen den inneren O-Ringen, dem äußeren O-Ring, dem Flansch und dem Gehäuse untergebracht. Die Kühlrippe 4 und der Chip 9 auf der Lei terplatte 12 sind wieder durch das niedrigschmelzende Lot 7 miteinander verbunden. Der Zusammenbau der einzelnen Teile des Kühlelementes und des Flansches wird durch Schweißen, durch eine Diffusionsverbindung, Löten etc. ausgeführt. In dem Bereich, in dem die O-Ringe am Flansch 31 angeordnet werden, befindet sich eine Ausnehmung, die zu den Abmessun gen der O-Ringe paßt. Der Teil des Gehäuses, der mit den inneren O-Ringen verbunden wird, und die metallische Ober fläche des Flansches sind mit Ti oder einer Ti-Legierung beschichtet. Bei der in der Fig. 13 gezeigten Ausführungs form kann eine (nicht gezeigte) Einfassung 5 zwischen der Kühlrippe 4 und der Leiterplatte 12 angeordnet werden, wie es in den Fig. 3 und 5 gezeigt ist.

Der Zusammenbau, eine Reparatur und Zuverlässigkeit der Kühlvorrichtung nach Fig. 13 sind ebenso günstig wie bei der Ausführungsform der Fig. 10. Da innerhalb des äußeren O-Rin ges zum Aufbau der O-Ring-Doppelstruktur eine Anzahl von inneren O-Ringen angeordnet ist, kann die Chipdichte hoch sein, und die Anzahl der erforderlichen Feuchtigkeitssen soren ist klein. Auch wenn für das Gehäuse zum Anpassen an den thermischen Ausdehnungskoeffizienten der Leiterplatte ein leicht korrodierendes Material zu verwenden ist, kann das Auftreten von Undichtigkeiten aufgrund von Korrosion durch eine Beschichtung der Oberflächen mit Ti oder einer Ti-Legierung vermindert werden, da Ti bzw. Ti-Legierungen korrosionsbeständig ist bzw. sind.

Claims

1. Halbleitermodul mit einer Anzahl von Halbleiterelementen (9), die auf einer Leiterplatte (12) angeordnet sind, einer Kühlplatte (6), die mit den Halbleiterelementen verbunden ist und die durch Kontakt mit einem Kühlmedium (13) gekühlt ist, einem Gehäuse (1) mit Kanälen für den Durchfluß des Kühlmediums, das in Kontakt mit der Kühlplatte kommt, und mit einem Faltenbalg (2) zum Verbinden des Gehäuses mit der Kühlplatte und zum Zuführen des Kühlmediums zu der Kühlplat te, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühl platte (6) durch Lot (11) mit einem niedrigen Schmelzpunkt direkt mit der Leiterplatte (12) verbunden ist.

2. Luftdicht abgeschlossenes Halbleitermodul mit einer An zahl von Halbleiterelementen (9) auf einer Leiterplatte (12), mit einem Gehäuse (1) und einer mit den Halbleiter elementen verbundenen Kühlplatte (6), wobei ein Kühlmedium durch Kanäle in dem Gehäuse strömt, mit einem Balg (2), der das Gehäuse und die Kühlplatte miteinander verbindet und in dem das Kühlmedium zwischen Gehäuse und Kühlplatte strömt, um mit letzterer in Kontakt zu kommen, dadurch ge kennzeichnet, daß die Kühlplatte (6) mit einem Lot (11) mit niedrigem Schmelzpunkt direkt mit der Leiterplatte (12) verbunden ist.

3. Halbleitermodul nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Halbleiterelemente LSI-Chips umfassen.

4. Halbleitermodul nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils eine Anzahl von LSI-Chips in Chipträgern ange ordnet ist und daß die mit den LSI-Chips verbundenen Zufüh rungen aus den Chipträgern herausgeführt und an der Leiter platte (12) angelötet sind.

5. Halbleitermodul nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Raum, der die Halbleiterelemente (9) umgibt und der innerhalb des Gehäuses (1) luftdicht abgeschlossen ist, ein Inertgas eingefüllt ist.

6. Halbleitermodul nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Inertgas Helium ist.

7. Luftdicht abgeschlossenes Halbleitermodul mit einer An zahl von Halbleiterelementen (9) auf einer Leiterplatte (12), mit einem Gehäuse (1) mit einer Kühlplatte (6), die mit den Halbleiterelementen verbunden ist, mit einem Kanal für ein Kühlmedium (13) im Gehäuse und einem Balg (2), der das Gehäuse mit der Kühlplatte verbindet, wobei ein erster Kanal für das Kühlmedium vom Gehäuse durch den Balg zu der Kühlplatte und ein zweiter Kanal für das Kühlmedium von der Kühlplatte zum Gehäuse führt und das das Gehäuse durchströ mende Kühlmedium in Kontakt mit der Kühlplatte steht, da durch gekennzeichnet, daß die Kühlplatte (6) durch Lot (11) mit einem niedrigen Schmelzpunkt direkt mit der Leiterplatte (12) verbunden ist.

8. Halbleitermodul mit einer Anzahl von Halbleiterelementen (9) auf einer Leiterplatte (12), einer Kühlplatte (6), die mit den Halbleiterelementen verbunden und durch den Kontakt mit einem Kühlmedium (13) gekühlt ist, einem Gehäuse (1) mit einem Kanal für das Kühlmedium, und mit einem Balg (2) zum Verbinden des Gehäuses und der Kühlplatte und zum Zuführen des Kühlmediums zu der Kühlplatte, dadurch gekenn zeichnet, daß jeweils eine Anzahl von Halbleiter elementen (9) mit einer Kühlplatte (6) verbunden ist, und daß die Kühlplatte (6) durch Lot (11) mit niedrigem Schmelz punkt direkt mit der Leiterplatte (12) verbunden ist.

9. Halbleitermodul mit einer Anzahl von Halbleiterelementen (9) auf einer Leiterplatte (12), einer Kühlplatte (6), die mit den Halbleiterelementen verbunden und durch den Kontakt mit einem Kühlmedium (13) gekühlt ist, einem Gehäuse (1) mit einem Kanal für das Kühlmedium, und mit einem Balg (2) zum Verbinden des Gehäuses und der Kühlplatte und zum Zuführen des Kühlmediums zu der Kühlplatte, dadurch gekenn zeichnet, daß die Kühlplatte (6) eine Einfassung (5) aufweist, und daß die Einfassung (5) durch Lot (11) mit niedrigem Schmelzpunkt mit der Leiterplatte (12) verbunden ist.

10. Halbleitermodul nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Einfassung (5) um den ganzen Umfang der Kühlplatte (6) vorgesehen und die Halbleiterelemente (9) durch die Ein fassung luftdicht eingeschlossen sind.

11. Halbleitermodul nach Anspruch 10, dadurch gekennzeich net, daß in dem Raum um die Halbleiterelemente (9), der durch die Kühlplatte (6) und die Einfassung (5) luftdicht abgeschlossen ist, ein Inertgas eingefüllt ist.

12. Halbleitermodul nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Leiterplatte (12) eine Ausnehmung aufweist, daß ein Endabschnitt der Einfassung (5) in die Ausnehmung eingesetzt ist, und daß die Leiterplatte und die Einfassung zusammenge lötet sind.

13. Halbleitermodul mit einer Anzahl von Halbleiterelementen (9) auf einer Leiterplatte (12), einer Kühlplatte (6), die mit den Halbleiterelementen verbunden und durch den Kontakt mit einem Kühlmedium (13) gekühlt ist, einem Gehäuse (1) mit einem Kanal für das Kühlmedium, und mit einem Balg (2) zum Verbinden des Gehäuses und der Kühlplatte und zum Zuführen des Kühlmediums zu der Kühlplatte, dadurch gekenn zeichnet, daß auf der Leiterplatte (12) ein Befes tigungselement (38) für die Kühlplatte (6) vorgesehen ist, und daß das Befestigungselement und die Kühlplatte direkt miteinander verbunden sind.

14. Halbleitermodul nach Anspruch 13, dadurch gekennzeich net, daß das Befestigungselement (38) zwischen einer Anzahl von Halbleiterelementen (9) vorgesehen ist.

15. Kühlvorrichtung für ein Halbleitermodul mit einer Anzahl von Halbleiterelementen (9) auf einer Leiterplatte (12), mit einer Kühlplatte (6), die zum Kühlen der Halbleiterelemente auf diese gelötet ist, und mit einem Balg (2) mit einem Ka nal für ein Kühlmedium, dessen eines Ende mit der Kühlplatte und dessen anderes Ende mit dem Gehäuse, das einen Kanal für das Kühlmedium aufweist, verbunden ist, dadurch ge kennzeichnet, daß die Kühlplatte (6) direkt mit der Leiterplatte (12) verbunden ist.

16. Kühlvorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeich net, daß durch die Verbindung des Gehäuses (1) und der Lei terplatte (12) eine Anzahl von Halbleiterelementen (9) luft dicht eingeschlossen ist.

17. Kühlvorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeich net, daß für jedes Halbleiterelement eine Kühlplatte vorge sehen ist, wobei ein Umfangsabschnitt der Kühlplatte mit einem Lot mit niedrigem Schmelzpunkt direkt mit der Leiter platte verbunden ist, so daß jedes Halbleiterelement luft dicht eingeschlossen ist.

18. Kühlvorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeich net, daß der Balg (2) vorab ausgeglüht ist.

19. Kühlvorrichtung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeich net, daß der Balg (2) derart vorbereitet wird, daß der mit der Kühlplatte (6) verbundene Balg gedehnt und danach in Richtung zu den Halbleiterelementen auf der Leiterplatte zusammengedrückt wird, damit alle Bälge den Bereich der plastischen Deformation erreichen, wodurch die Höhe und die Neigung der Bälge entsprechend der Höhe und der Neigung der Halbleiterelemente eingestellt wird.

20. Kühlvorrichtung für ein Halbleitermodul mit einer Anzahl von Halbleiterelementen (9) auf einer Leiterplatte (12), mit einer Kühlplatte (6), die zum Kühlen der Halbleiterelemente an diese angelötet ist, und mit Bälgen (2) zum Zuführen ei nes Kühlmediums, deren eines Ende jeweils mit der Kühlplatte und deren anderes Ende mit dem Gehäuse, das einen Kanal für das Kühlmedium aufweist, verbunden ist, dadurch ge kennzeichnet, daß die Bälge vorab ausgeglüht sind.

21. Kühlvorrichtung nach Anspruch 20, dadurch gekennzeich net, daß die Bälge derart vorbereitet werden, daß die an der Kühlplatte befestigten Bälge gedehnt und danach zu den Halb leiterelementen auf der Leiterplatte hin zusammengedrückt werden, so daß alle Bälge den Bereich plastischer Deforma tion erreichen, wodurch jeweils die Höhe und die Neigung der Bälge entsprechend der Höhe und der Neigung der Halbleiter elemente eingestellt wird.

22. Kühlvorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeich net, daß das eine Ende der Bälge (2) mit dem Gehäuse (1) über einen Flansch (31), der mechanisch an diesem Ende be festigt ist, verbunden ist, und daß zwei O-Ringe (70, 80) zwischen den Flansch und das Gehäuse eingesetzt sind, die verschiedene Durchmesser haben.

23. Kühlvorrichtung nach Anspruch 22, dadurch gekennzeich net, daß die O-Ringe einen ersten O-Ring (70) zum luftdich ten Verschließen jedes Kanals für das Kühlmedium und einen zweiten O-Ring (80) aufweisen, innerhalb dessen eine Anzahl von ersten O-Ringen in der gleichen Ebene angeordnet ist.

24. Kühlvorrichtung nach Anspruch 23, dadurch gekennzeich net, daß ein Feuchtigkeitssensor (90) in dem Raum zwischen dem ersten O-Ring und dem zweiten O-Ring angeordnet ist.

25. Kühlvorrichtung für ein Halbleitermodul mit einer Anzahl von Halbleiterelementen (9) auf einer Leiterplatte (12), mit einer Kühlplatte (6), die zum Kühlen der Halbleiterelemente an diese angelötet ist, und mit einem Balg (2) für ein Kühl medium, dessen eines Ende an der Kühlplatte und dessen ande res Ende an dem Gehäuse (1), das einen Kanal für das Kühl medium aufweist, befestigt ist, dadurch gekenn zeichnet, daß das eine Ende des Balgs mit dem Ge häuse (1) über einen Flansch (31) verbunden ist, der me chanisch an diesem Ende befestigt ist, und daß zwei O-Ringe (70, 80) mit unterschiedlichem Durchmesser zwischen dem Flansch und dem Gehäuse angeordnet sind.

26. Kühlvorrichtung nach Anspruch 25, dadurch gekennzeich net, daß die O-Ringe einen ersten O-Ring (70) zum luftdich ten Verschließen jedes Kanals für das Kühlmedium und einen zweiten O-Ring (80) aufweisen, innerhalb dessen eine Anzahl der ersten O-Ringe in der gleichen Ebene angeordnet ist.

27. Kühlvorrichtung nach Anspruch 26, dadurch gekennzeich net, daß ein Feuchtigkeitssensor (90) in dem Raum zwischen dem ersten O-Ring und dem zweiten O-Ring angeordnet ist.