DE69023188T2

DE69023188T2 - Kühlsystem für ein Halbleiterelement, Halbleitermodul bestehend aus einem solchen System und ein thermisch leitender Kühlkörper dafür.

Info

Publication number: DE69023188T2
Application number: DE1990623188
Authority: DE
Inventors: Yutaka Ito; Shigeki Komatsuzaki; Atsushi Morihara; Yoshio Naganuma; Yusaku Nakagawa; Takayuki Nakakawaji; Mitsuyoshi Shoji; Hiroshi Yokoyama
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1989-08-18
Filing date: 1990-08-14
Publication date: 1997-11-27
Anticipated expiration: 2010-08-15
Also published as: EP0413565A1; JPH0612794B2; JPH0376147A; EP0413565B1; CA2023359A1; DE69023188D1; AU6101690A

Description

Hintergrund der Erfindung

1. Gebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft ein Kühlsystem fur ein Halbleiterelement, z.B. ein Halbleiterplättchen. Ferner betrifft die Erfindung ein Halbleitermodul mit einer Mehrzahl von mit derartigen Kühlsystemen gekühlten Halbleiterelementen und ein wärmeleitendes Element zur Verwendung in einem derartigen Kühlsystem Die Erfindung eignet sich insbesondere zur Kühlung von integrierten Schaltelementen von hoher Dichte.

2. Beschreibung des Stands der Technik

In den in neuerer Zeit entwickelten Großrechnern, bei denen eine hohe Verarbeitungsgeschwindigkeit erforderlich ist, hat sich die Integrationsdichte der Bauelemente stark erhöht, wobei die von einer integrierten Schaltung entwickelte Wärme rasch zugenommen hat. Somit ist der Temperaturanstieg von integrierten Schaltungen, der bisher keine Schwierigkeiten bereitete, zu einem Problem geworden. Die Kühlung von integrierten Schaltungen stellt somit ein wichtiges Problem bei der praktischen Anwendung von Großrechnern dar.
Eine Kühlvorrichtung zur Verwendung in einem Großrechnersystem ist in JP-A-63-250 848 (1988) beschrieben. Ein wärmeleitender Zwischenblock ist verschiebbar an einem integrierten Schaltungschip, der einen Wärmegenerator darstellt, befestigt, so daß die Bewegung des Chips, wie eine thermische Expansion und Kontraktion aufgrund der erzeugten Wärme, durch die transversale oder vertikale Bewegung des wärmeleitenden Zwischenblocks absorbiert wird, so daß der Kontakt des Kühlbereichs und des Wärmeerzeugungsbereichs konstant aufrechterhalten wird, wodurch der thermische Widerstand verringert wird. Ein Schmierfett von hoher Leitfähigkeit wird im Kontaktbereich zur Verbesserung der Leitung verwendet.
EP-A-288 183 erläutert eine ähnliche Bauweise mit einem wärmeleitenden Element, das verschiebbar zwischen von im Abstand voneinander angeordneten Oberflächen angebracht ist. Es wird vorgeschlagen, daß zwischen dem Element und einer der Oberflächen ein Harz angeordnet wird.
JP-A-58-91 665 (1983) (US-A-4 462 462) beschreibt eine weitere Kühlstruktur, in der ein Kühlkolben verschiebbar an einem integrierteri Schaltungschip, der einen Wärmegenerator darstellt, befestigt ist. Der Kolben steht unter der Druckwirkung einer Feder, so daß er engen Kontakt hält. Diese Vorrichtung ist strukturell unvollständig, wenn nicht ein Wärmeübertragungsfett zwischen dem Kühlkolben und einem Wärmeübertragungszylinder, in dem sich der Kolben befindet und der durch einen Kältemittelträger gekühlt wird, sowie zwischen dem Kühlkolben und dem integrierten Schaltungschip verwendet wird, wobei ein geeigneter Kontaktdruck durch eine Feder ausgeübt wird und dadurch gute Wärmeübertragungseigenschaften erreicht werden.
Da integrierte Schaltungschips während ihres Betriebs eine erhebliche Wärmemenge erzeugen, kommt es zu thermischen Expansionen und Kontraktionen, so daß auf den Wärmeübertragungsflächen geringfügige Verschiebungen stattfinden. Wird nicht für eine Schmierung gesorgt, so entstehen am Gleitbereich Verschleißbruchstücke, mit anderen Worten es kommt zur Staubentwicklung. Da die Verschleißbruchstücke den Abstand des gleitenden Bereichs vergrößern und den Kontaktwärmewiderstand erhöhen, wird die Wärmeübertragung erheblich vermindert. Außerdem kann es zu verschiedenen Problemen kommen, wenn Halbleiter-Verschleißbruchstücke auf das Halbleiterelement gelangen.
Um diese Schwierigkeiten zu vermeiden, wird in den in JP- A-55-6888 (1980) und JP-A-58-91 665 (1983) beschriebenen Kühlvorrichtungen ein spezielles Wärmeübertragungsfett verwendet, um die Schmiereigenschaften zu verbessern, jedoch sind diese Vorrichtungen insofern nachteilig, als das Fett nicht stabil ist, so daß aus dem Fett verdampftes öl das Innere des montierten Moduls verunreinigt, und als es schwierig ist, die Schmiereigenschaften für eine lange Zeitspanne aufrechtzuerhalten, da dann, wenn das Fett über lange Zeit hinweg hohen Temperaturen ausgesetzt wird, der darin enthal tene ölgehalt verringert wird und es sömit zu einer Verhärtung des Fetts kommt.

Zusammenfassende Darstellung der Erfindung

Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein Kühlsystem für ein Halbleiterelement bereitzustellen, das sich insbesondere für Großrechner eignet. Insbesondere ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Verbesserung der Gleiteigenschaften eines Wärmeübertragungsblocks, der einer geringfügigen Gleitbewegung unterliegt, zu verbessern, wobei vorzugsweise dessen Wärmeübertragungseigenschaften nicht beeinträchtigt werden.
Erfindungsgemäß wird ein Kühlsystem zur Kühlung eines Halbleiterelements gemäß Anspruch 1 bereitgestellt, das einen Kühlkörper und einen Wärmeströmungsweg zur Abführung von Wärme aus dem Element zum Kühlkörper umfaßt. Der Wärmeströmungsweg umfaßt zwei im Abstand voneinander angeordnete Oberflächen, von denen eine in thermischer Verbindung mit dem Kühlkörper und die andere in thermischer Verbindung mit dem Halbleiterelement steht, und ein thermisch leitendes Element, das zwischen den beiden Oberflächen zur Wärmeleitung zwischen den beiden Oberflächen angeordnet ist und verschiebbar in bezug zu mindestens einer der Oberflächen in einem Gleitkontaktbereich angeordnet ist. Im Gleitkontaktbereich weisen eines der thermisch leitenden Elemente oder beide Elemente und die damit in Kontakt stehende Oberfläche eine fixierte dünne Schicht mit einem Gehalt an einem fluorhaltigen Gleitmittel auf.
Erfindungsgemäß wird ferner ein wärmeleitendes Element nach Anspruch 20 bereitgestellt.
Die vorliegende Erfindung kann eine Verbesserung der Gleiteigenschaften des Kühlsystems ohne Beeinträchtigung der Wärmeübertragungseigenschaften gewährleisten.
Die das fluorhaltige Gleitmittel enthaltende dünne Schicht weist vorzugsweise eine Dicke von nicht mehr als 5 µm und insbesondere von 2 nm bis 100 nm auf.
Vorzugsweise weist das dazwischen angeordnete thermisch leitende Element an mindestens einer ihrer Oberflächen eine derartige dünne Schicht mit einem fluorhaltigen Gleitmittel auf. Die dünne Schicht kann zusätzlich oder alternativ auf einer Oberfläche, die mit dem Zwischenelement in Eingriff steht, beispielsweise einer Oberfläche eines durch ein Kühlmittel gekühlten Blocks, vorgesehen sein.
In der das fluorhaltige Gleitmittel enthaltenden dünnen Schicht kann das Gleitmittel chemisch an der Oberfläche, die die dünne Schicht trägt, gebunden sein. Somit kann das Gleitmittel die Schicht darstellen. Alternativ kann die dünne Schicht eine Trägerschicht, z.B. ein in situ gebildetes organisches Polymeres, und ein in der Trägerschicht molekular verankertes fluorhaltiges Gleitmittel umfassen.
Im erstgenannten Fall kann die chemische Bindung an der Oberfläche durch eine Bindung vom Silanoltyp gewährleistet werden. Die bevorzugte Dicke der Schicht beträgt in diesem Fall 2 bis 10 nm. Als ein Beispiel für eine Fluorverbindung mit einer endständigen Silanolgruppe wird eine Verbindung der folgenden allgemeinen Formel bevorzugt:
Rf - R - R' - S
worin Rf eine Perfluorpolyoxyalkylgruppe bedeutet, R einen zweiwertigen chemischen Rest aus der Gruppe Amidorest, Esterrest und Methylolrest bedeutet, R' einen Alkylenrest, einen aminosubstituierten Alkylenrest oder einen mit einer aromatischen Gruppe substituierten Alkylenrest bedeutet und S einen Silanolrest bedeutet. Wird eine derartige Fluorverbindung mit einer Silanolgruppe beispielsweise auf etwa 120ºC erwärmt, so reagiert die endständige Silanolgruppe und wird an der Wärmeübertragungsfläche fixiert, wodurch eine schmierende Beschaffenheit gewährleistet wird.
Beim Silanolrest S kann es sich typischerweise um Si-OR oder Si(OR)&sub2; und dergl. handeln, wobei dieser Rest typischerweise mit -OH-Gruppen an der Oberfläche des Metall- oder Keramikelements, an das das Gleitmittel gebunden ist, unter Bildung einer Silanolbindung (Si-O-X, wobei X das Substrat bedeutet) reagiert. Auf diese Weise erhält man eine fixierte Gleitmitteldünnschicht, die eine hervorragende Schmierung und eine hohe Wärmeleitfähigkeit gewährleistet.
Spezielle Beispiele für bevorzugte Fluorverbindungen mit einem endständigen Silanolrest sind Fluorverbindungen der folgenden Formeln:
Rf - CONH - C&sub3;H&sub6; - Si(OC&sub2;H&sub5;)&sub3;,
Rf - CONH - C&sub2;H&sub4;NHC&sub3;H&sub6; - Si(OCH&sub3;)&sub2;(CH&sub3;),
Rf - CONH - C&sub2;H&sub4;NHC&sub3;H&sub6; - Si(OCH&sub3;)&sub3;,
Rf - CH&sub2;O - C&sub3;H&sub6; - Si(OCH&sub3;)&sub3;,
Rf - COO - C&sub3;H&sub6; - OC&sub3;H&sub6; - Si(OCH&sub3;)&sub3;.
Im letztgenannten Fall der Bildung einer Trägerschicht, z.B. einer organischen überzugsschicht, auf der Wärmeübertragungsfläche weist das fluorhaltige Gleitmittel vorzugsweise eine Molekülstruktur auf, die einen ersten Bereich mit einer Fluorpolyetherkette und einen zweiten Bereich, der im Vergleich zum ersten Bereich eine größere Affinität zu der Schicht besitzt, auf, wobei der zweite Bereich in der Schicht verankert ist.
Bevorzugte fluorhaltige Verbindungen zur Verankerung an der Oberfläche der Trägerschicht sind Verbindungen der folgenden Formel
oder der allgemeinen Formel
worin 1 eine einwertige oder zweiwertige Beschaffenheit bedeutet, m eine ganze Zahl entsprechend dem Wert von 1 bedeutet, z den Wert 0 oder 1 hat, n eine ganze Zahl, die nicht kleiner als 1 ist, bedeutet, Rf einen Perfluorpolyoxyalkylrest bedeutet, R&sub1; einen chemischen Rest aus der Gruppe Amidorest, Esterrest und Methylolrest bedeutet, R&sub2; einen Oxyalkylenrest mit 2 oder 3 Kohlenstoffatomen bedeutet und R&sub3; eine direkte Bindung oder einen zweiwertigen Rest aus der Gruppe Etherrest, Carbonylrest, Esterrest, Amidorest, Oxyalkylenrest und Alkylenrest bedeutet und bei jedem Auftreten eine unterschiedliche Bedeutung haben kann. Eine derartige fluorhaltige Verbindung kann auf die entsprechende Wärmeübertragungsoberfläche in Form eines mit einem Mittel zur Bildung der Trägerschicht gemischten Überzugs aufgebracht werden. Beim Mittel zur Bildung der Trägerschicht kann es sich um ein beliebiges geeignetes Mittel handeln, wobei schichtbildende Mittel auf Polyester-, Epoxy-, Phenol-, Urethan-, Polyamid-, Polyimid-, Vinylchlorid- und Polyvinylbutyral-Basis oder Gemische davon geeignet sind.
Nachstehend sind Beispiele für bevorzugte fluorhaltige Verbindungen zur Verankerung in der Trägerschicht aufgeführt:
worin Rf einen Perfluorpolyoxyalkylrest bedeutet. Insbesondere leitet sich eine Gruppe von bevorzugten Materialien von Krytox 157FS der Fa. Du Pont oder von Fomblin Z-DIAC der Fa. Montefluos ab. Bei Krytox 157FS handelt es sich um F(CF(CF&sub3;)- CF&sub2;-O)n-C&sub2;F&sub4;COOH (worin n = 5-100) und bei Fomblin Z-DIAC um HOOC- (C&sub3;F&sub6;O)10-(CF&sub2;O)&sub6;-COOH.
Für die vorliegende Erfindung geeignete fluorhaltige Gleitmittelverbindungen der vorstehenden Typen und Verfahren zu ihrer Herstellung sind in den folgenden Japanischen Patentanmeldungen beschrieben: JP-A-63-239167 (1988), JP-A-64- 56688 (1989), JP-A-1-004950 (1989) und JP-A-1-088918 (1989). Die Einsatzgebiete der beschriebenen Gleitmittel beziehen sich auf magnetische Aufzeichnungsmaterialien und lichtempfindliche Körper.
Durch Bereitstellung der erfindungsgemäßen fluorhaltigen Gleitmitteldünnschicht auf einem wärmeleitenden Block, beispielsweise durch Beschichten der Oberfläche des wärmeleitenden Zwischenblocks, der in der vorerwähnten JP-A-63-250848 erwähnt und in deren Fig. 1 dargestellt ist, mit der Gleitmitteldünnschicht werden selbst bei einer Verschiebung zwischen dem Block und dem integrierten Schaltungschip keine Verschleißbruchstücke gebildet, wodurch die Gleiteigenschaften für eine lange Zeitspanne aufrechterhalten werden können.
Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird im Bereich des Gleitkontaktes eine dünne Schicht eines thermisch leitenden Schmierfettes bereitgestellt. Das Schmierfett verbessert die Wärmeübertragung zwischen den im Kontakt miteinander stehenden Oberflächen, insbesondere wenn eine der Oberflächen gekrümmt ist. Vorzugsweise weist das Schmierfett eine Wärmeleitfähigkeit von mindestens 0,4 W/mK auf. Diese Ausführungsform mit einem fluorhaltigen Gleitmittel und einem Wärmeübertragungs-Schmierfett ist besonders bevorzugt, wenn das Substrat mit dem Gleitmittel aus Metall ist. Dadurch wird ein Problem des Stands der Technik gelöst. Insbesondere unterliegt zwar die Metalloberfläche im allgemeinen einer Korrosion, wenn das enthaltene Wasser und das Additiv im Wärmeübertragungs-Schmierfett in Kontakt mit der Metalloberfläche kommen, jedoch wird aufgrund der Tatsache, daß erfindungsgemäß die Oberfläche mit dem fluorhaltigen Gleitmittel beschichtet ist, die Korrosion der Metalloberfläche verringert oder vermieden. Infolgedessen bleibt eine hohe Wärmeleitung erhalten. Dieser Vorteil gilt insbesondere dann, wenn die vorstehend beschriebene Dünnschicht mit einer Trägerschicht eingesetzt wird, und auch für den Fall, daß ein keramisches Material, wie AlN, das gegenüber einem Angriff durch Wasser im Schmierfett empfindlich ist, als Substrat vorliegt. Obgleich die vorstehend beschriebenen Schmierfette mit hoher thermischer Leitfähigkeit bevorzugt werden, können alternativ auch herkömmliche Schmierfette eingesetzt werden.
Die Oberfläche, an der die das fluorhaltige Gleitmittel enthaltende Dünnschicht gebunden wird, kann aus Metall oder Keramik bestehen. Elektrisch isolierende keramische Materialien sind bevorzugt, da aufgrund ihrer isolierenden Beschaffenheit ein daraus stammender Splitter mit geringerer Wahrscheinlichkeit das Halbleiterelement beeinträchtigt. Bevorzugte keramische Materialien sind AlN, SiC und Si&sub3;N&sub4;. Bevorzugte Metalle sind Kupfer und Kupferlegierungen.
Die erfindungsgemäß erzielbaren Vorteile bestehen in einer Verringerung des Verschleißes an den Gleitflächen in Kombination mit einer guten Wärmeübertragung. Jnsbesondere wird die Wärmeleitung durch Verschleiß nicht verringert. Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß bei Verwendung eines Schmierfettes eine Korrosion durch das Schmierfett vermieden wird. Die erzielte Verringerung der Reibung führt zu einer besseren Paßgenauigkeit der Oberflächen zueinander, so daß sich ein besserer Wärmefluß ergibt und eine geringere Kraft zur Aufrechterhaltung des Kontakts der Gleitflächen erforderlich ist. Die Anwendung einer geringeren Kraft ist an sich schon vorteilhaft, da sie den Verschleiß noch weiter vermindert und die Gefahr einer Schädigung eines empfindlichen Halbleiterelements verringert.

Kurze Beschreibung der Zeichnung

Nachstehend wird die Erfindung anhand von nicht-beschränkenden Beispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 eine partielle Querschnittansicht eines erfindungsgemäßen Halbleitermoduls;
Fig. 2 eine allgemeine Schnittansicht eines Halbleitermoduls mit einer großen Anzahl an Halbleiterelementen, die durch erfindungsgemäße Kühlsysteme gekühlt sind;
Fig. 3 ein Diagramm zur Erläuterung der Beziehung zwischen der Veränderung der Dicke eines Halbleiterelements und des Wärmewiderstands in einer erfindungsgemäßen Kühlstruktur;
Fig. 4 ein Diagramm zur Erläuterung der Beziehung zwischen der Neigung eines Halbleiterelements und dem Wärmewiderstand in einer erfindungsgemäßen Kühlstruktur;
Fig. 5 in schematischer Darstellung eine Testvorrichtung, die zum Messen der Gleiteigenschaften zwischen den Wärmeübertragungselementen in einem erfindungsgemäßen Kühlsystem verwendet wird; und
Figg. 6 und 7 die Ergebnisse von Gleittests von erfindungsgemäßen Kühlsystemen zur Erläuterung der Beziehung zwischen der Anzahl an Hin- und Herbewegungen und der gebildeten Staubmenge.

Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen

Zunächst wird die Struktur des in Fig. 1 dargestellten Kühlsystems beschrieben. Fig. 1 zeigt einen Teil eines Halbleitermoduls, das zusammengesetzt ist aus einem Leitersubstrat 1, einer Mehrzahl von Halbleiterelementen 2, die auf dem Substrat 1 befestigt sind, wobei nur ein Element 2 in Fig. 1 gezeigt ist, und einem wärmeleitenden Zwischenblock 3 aus Aluminiumnitrid, das eine hohe Wärmeleitfähigkeit aufweist. Das Element 2 ist mit dem Substrat 1 durch eine Mehrzahl von Lötverbindungselementen 4 verbunden. Der Block 3 ist beweglich und bildet einen Gleitkontakt mit der rückwärtigen Oberfläche des Elements 2. Der Block 3 ist beweglich mittels eines Federelements 5 mit einem fixierten Wärmeübertragungsblock 6 verbunden. Der Block 3 steht ebenfalls im Gleitkontakt mit dem Wärmeübertragungsblock 6, der sich seinerseits in thermischem Kontakt mit einem Kühlkörper 7, der einen Durchgang für Kühlwasser enthält, angeordnet ist.
Die Blöcke 3 und 6 können aus Metall oder Keramik sein. Geeignete Materialien sind vorstehend sowie in den Beispielen aufgeführt.
Elektrische Signale und Strom, die dem Substrat 1 durch Stifte 8 eingegeben werden, werden dem Halbleiterelement 2 über die Verbindungselemente 4 zugeführt. Das Halbleiterelement 2 ist hochintegriert, um dessen Rechengeschwindigkeit zu erhöhen. Da eine hohe Strommenge einer sehr geringen Fläche zugeführt wird, wird durch das Halbleiterelement eine erhebliche Wärmemenge erzeugt.
Da der Wärmewiderstand der Verbindungselemente 4, des Substrats 1 und der Stifte 8 zu hoch ist, als daß die erzeugte erhebliche Wärmemenge auf diese Weise durch die Verbindungselemente 4 gelangen könnte, ist es erforderlich, die Wärme von der Rückseite des Elements 2 abzuführen.
Beim wärmeleitenden Zwischenblock 3 handelt es sich um ein trigonales Prisma mit einer flachen Bodenfläche 9 und einer zylindrisch gekrümmten oberen Oberfläche 10. Es können auch von einer zylindrischen Form abweichende Krümmungen eingesetzt werden. Vorzugsweise verluft die Krümmung in einer Richtung, was der Angabe, daß die Krümmung in einer Ebene liegt, entspricht, d.h. die gekrümmte Oberfläche läßt sich definieren, indem man eine Kurve, die in einer einzigen Ebene liegt, senkrecht zu dieser Ebene bewegt. Eine Ausnehmung 11 ist an der anderen geneigten Oberfläche vorgesehen. Die Feder 5 befindet sich in dieser Ausnehmung 11. Am gegenüberliegenden Ende dieser Feder 5 weist der Wärmeübertragungsblock 6 eine ähnliche Ausnehmung 12 auf.
Die durch die Halbleiterelemente 2 erzeugte erhebliche Wärmemenge wird von der unteren Oberfläche 9 des Blocks 3, der in Kontakt mit der rückwärtigen Seite des Halbleiterelements 2 steht, übertragen. Der Block 3 kann von einem Gas mit einer hohen Wärmeleitfähigkeit, z.B. Heliumgas, umgeben sein, um eine gute Wärmeübertragung zu gewährleisten.
Der Block 6 ist mit einer V-förmigen Nut versehen, die eine ähnliche Form wie der Block 3 aufweist. Bei einer Oberfläche der V-förmigen Nut handelt es sich um eine flache Oberfläche 6a, mit der die gekrümmte obere Oberfläche 10 des Blocks 3 in Gleitkontakt gelangt.
Die vom Zwischenblock 3 übertragene Wärme wird von der oberen Oberfläche 10 auf die flache Oberfläche 6a der V-förmigen Nut übertragen. Das Gas mit hoher Wärmeleitfähigkeit trägt außerdem zur guten Wärmeübertragung in diesem Bereich bei.
Der Kühlkörper 7 ist an der oberen Oberfläche des Wärmeübertragungsblocks 6 angeordnet. Ein Kühlmittel, das den Zweck erfüllt, die von den Elementen 2 erzeugte Wärme aus dem System nach außen abzuführen, fließt in der Kühleinheit 7. Die Wärmeübertragung erfolgt über den Kontakt der unteren Oberfläche der Kühleinheit 7 und der oberen Oberfläche des Wärmeübertragungsblocks 6.
Fig. 2 zeigt das Kühlsystem von Fig. 1 bei Anwendung an ein Halbleitermodul mit einer großen Anzahl an Elementen 2, bei denen es sich typischerweise um Halbleiterchips handelt. Die Elemente 2 sind gemeinsam am Leitersubstrat 1 befestigt.
Die Stifte 8 stecken in herkömmlicher Weise in Löchern 14 einer Trägerplatte 15. Auf dem Substrat 1 ist ferner der Körper 7 befestigt, der ein Gehäuse bildet, das zusammen mit dem Substrat 1 die Elemente 2 und die Wärmeübertragungsblöcke 3 hermetisch einschließt. Die Kühlwasserdurchgänge im Gehäusekörper 7 sind mit dem Bezugszeichen 16 bezeichnet. In der Praxis kann das Gehäuse 7 aus mehreren, miteinander verbundenen Teilen unter Gewährleistung eines entsprechenden thermischen Kontakts bestehen. Ein Kühlwassereinlaß und ein Kühlwasserauslaß ist mit dem Bezugszeichen 17 bezeichnet. Um eine Kondensation zu vermeiden, kann warmes Wasser verwendet werden.
In der Modulstruktur können die Höhen und die Neigungen der Elemente 2 unter den verschiedenen Elementen 2 aufgrund von Ungleichmäßigkeiten bei der Herstellung des Substrats 1 bei der Befestigung der Verbindungselemente 4 und dergl. variieren. Bei der erfindungsgemäßen Kühlstruktur bewegt sich jedoch der wärmeleitende Zwischenblock 3 in flexibler Weise, so daß in jedem Fall ein Flächenkontakt zwischen der oberen Oberfläche des Elements 2 und dem Zwischenblock 3 und der Leitungskontakt zwischen der unteren Oberfläche 6a des Wärmeübertragungsblocks 6 und der gekrümmten Oberfläche 10 des Zwischenblocks 3 gewährleistet werden, so daß eine gute Wärmeübertragung erreicht wird, selbst wenn bezüglich der Höhe und der Neigung des Halbleiterelements 2 Ungleichmäßigkeiten bestehen.
Um die Ungleichmäßigkeiten in der Höhe des Elements 2 auszugleichen, kann der Zwischenblock 3 sich unter Einwirkung der Feder 5 parallel zur oberen rückwärtigen Fläche des Elements 2 und senkrecht zur Achse der Krümmung der gekrümmten Oberfläche 10 des Zwischenblocks 3 bewegen. Mit anderen Worten, wenn die Lücke zwischen dem Element 2 und dem Wärmeübertragungsblock 6 groß wird, bewegt sich der Zwischenblock 3 entlang des Elements 2, wodurch die Ungleichmäßigkeit in der Höhe ausgeglichen wird.
Um die Ungleichmäßigkeit in der Neigung des Elements 2 auszugleichen, dreht sich der Zwischenblock 3. Er kann sich um die Krümmungsachse der gekrümmten Oberfläche 10 und um eine zur rückwärtigen Fläche 9 des Elements 2 senkrechte Achse drehen. Wenn das Element 2 geneigt ist, wird der Leitungskontakt der gekrümmten Oberfläche 10 des Zwischenblocks 3 und der Bodenfläche des Blocks 6 aufrechterhalten.
Diese Anordnung des beweglichen Wärmeübertragungsblocks 3 ist in EP-A-354 722, auf die Bezug genommen wird, ausführlich beschrieben.
Zur Verbesserung des Gleitvorgangs des Zwischenblocks 3 am Element 2 und am Block 6 weist der Block 3 an seinen gegenüberliegenden Oberflächen 9, 10 fixierte dünne Schichten 13 mit einem Gehalt an einem fluorhaltigen Gleitmittel auf. Diese Schichten 13 sind vorstehend allgemein beschrieben und werden nachstehend näher erläutert. Die Oberfläche 6a des Blocks 6 kann eine ähnliche Oberfläche aufweisen.
Die gegenüberliegenden Oberflächen des Zwischenblocks 3, die in Kontakt mit dem Halbleiterelement 2 und dem Block 6 stehen, schließen einen Winkel e ein, da in der Praxis die Krümmung der Oberfläche 40 gering ist. Der Winkel e stellt einen wichtigen Faktor bei der Ermittlung der Wärmeübertragungseigenschaften und der Bewegungseigenschaften des Zwischenblocks 3 dar. Je größer der Winkel e ist, desto mehr steigt die Wärmeübertragungsfläche (Kontaktfläche) zwischen dem Zwischenblock 3 und dem Wärmeübertragungsblock 6 an, wobei aber die Lücke zwischen dem Wärmeübertragungsblock 6 und dem Halbleiterelement 2 sich in nachteiliger Weise um so mehr vergrößert. Unter der Annahme, daß der Zwischenblock 3 die Tiefe H und die Breite L aufweist, wird der gesamte Wärmewiderstand RT des geneigten Bereichs durch die folgende Gleichung wiedergegeben:
RT = tan (θ)/kbH + 1/hHL(1 + tan(θ)²)1/2
worin kb die Wärmeleitfähigkeit des Zwischenblocks 3 und h einen Wärmeübertragungskoeffizienten bedeutet. Der erste Ausdruck auf der rechten Seite der Gleichung stellt einen Wärmewiderstand an der Kontaktoberfläche dar. Der zweite Ausdruck bedeutet den Wärmewiderstand des Zwischenblocks 3. Der optimale Winkel wird auf der Basis der Wärmeleitfähigkeit des Zwischenblocks 3, des Wärmeübertragungskoeffizienten an der Kontaktfläche und dergl., wie sie aus der vorstehenden Gleichung erhalten werden, ausgewählt.
Die Berechnung des Leistungsvermögens der Kühlstruktur dieser Ausführungsform und die Ergebnisse bei Verwendung dieser Kühlstruktur werden unter Bezugnahme auf Figg. 2 und 3 erläutert. Fig. 3 zeigt den Einfluß der Veränderung der Höhe des Substrats 1 aufgrund von Wärmeeinwirkung oder dergl. auf den Wärmewiderstand. Die durchgezogene Linie gibt den berechneten Wert an, während die aufgetragenen Punkte die Meßwerte darstellen. Fig. 4 zeigt die Veränderung des Wärmewiderstands mit der Neigung des Halbleiterelements 2 aufgrund einer durch Warmeeinwirkung hervorgerufenen Verformung oder dergl. Fig. 3 zeigt, daß der Leitungskontakt in angemessener Weise aufrechterhalten wird, selbst wenn die Höhe des Substrats der Elemente 2 sich um etwa 1 mm ändert, und daß der Wärmewiderstand konstant bleibt. Wenn der Neigungswinkel des Halbleiterelements 2 etwa 1º beträgt, wird der Leitungskontakt in angemessener Weise aufrechterhalten und der Wärmewiderstand bleibt gleich, so daß beim praktischen Einsatz keine Schwierigkeiten entstehen.
Die erfindungsgemäße Kühlstruktur zeichnet sich durch hohe Zuverlässigkeit aus.
Nachstehend wird die Erfindung durch nicht-beschränkende Beispiele erläutert.

Beispiel 1

Wärmeleitende Zwischenblöcke 3 aus Aluminiumnitrid des Kühlsystems von Fig. 1 wurden mit einem Ultraschall-Reinigungsgerät, das mit einer Trifluortrichlorethanlösung gefüllt war, gewaschen und nach dem Waschen gründlich getrocknet. Die so vorbereiteten Zwischenblöcke 3 wurden in Trifluortrichlorethanlösungen getaucht, in denen gemäß den Angaben in Tabelle 1 jeweils 0,2 Gew.-% der verschiedenen Fluor-Gleitmittel mit einer Silanolgruppe an einem Molekülende gelöst waren. Dadurch wurde die Oberfläche des Zwischenblocks 3 jeweils mit dem entsprechenden Fluor-Gleitmittel beschichtet. Anschließend wurde 5 Minuten eine Wärmetrocknung bei 120ºC durchgeführt. Der Zwischenblock 3 wurde sodann mit einem Ultraschall-Reinigungsgerät, das mit einer Trifluortrichlorethanlösung gefüllt war, gewaschen, um überschüssiges Fluor- Gleitmittel zu entfernen. Tabelle 1
Die Dicke der fertigen Schicht betrug etwa 5 nm. Die Gleiteigenschaften der auf diese Weise erhaltenen Zwischenblöcke 3 wurden mit einem Staubbildungstest bewertet, bei dem die bei einem geringfügigen Gleitvorgang gebildete Staubmenge gemessen wurde. Die Staubtestvorrichtung ist schematisch in Fig. 5 dargestellt. Auf einer sich hin- und herbewegenden Scheibe 21 wurde eine Aluminiumnitrid-Platte 22 mit einer Oberflächenrauhigkeit (Ra) von 0,1 µm befestigt. Der wärmeleitende Zwischenblock 31 der der Gleitmittelbehandlung unterzogen worden war, wurde mit einer gegebenen Belastung gegen die Platte 22 gepreßt. Die dabei gebildeten Verschleißbruchstücke 24 wurden auf einem Silicium-Wafer 23, der unter der sich leicht hin- und herbewegenden Scheibe 21 angeordnet war, gesammelt. Die Menge an Verschleißbruchstücken auf dem Silicium-Wafer, d. h. die gebildete Staubmenge, wurde durch eine Laser-Oberflächeninspektionsvorrichtung (Produkt der Fa. Hitachi, Ltd.; Typ: HLD-300b) zusammen mit dem Teilchendurchmesser des Staubs bestimmt.
Der Wärmewiderstand der einzelnen Blöcke 3 wurde gemessen, indem man den Block 3 nach Oberflächenbehandlung mit einem Gleitmittel in eine Kühistruktur einsetzte.
Um eine vergleichende Bewertung der Gleiteigenschaften und des Wärmewiderstands vorzunehmen, wurde der gleiche wärmeleitende Zwischenblock 3 ohne Gleitmittelbehandlung ebenfalls getestet. Dessen Wärmewiderstand bei Einsetzen in die Kühlstruktur wurde ebenfalls gemessen.
Die Ergebnisse des Staubbildungstests sind in Fig. 6 wiedergegeben. Aus Fig. 6 läßt sich feststellen, daß die Staubmenge, die von Zwischenblöcken 3 entwickelt wurde, die einer Oberflächenbehandlung mit dem Fluor-Gleitmittel mit einer endständigen Silanolgruppe unterzogen worden war, im Anfangsstadium im Vergleich zu dem Material ohne Gleitmittelbehandlung sehr gering ist und daß die Gleiteigenschaften erheblich verbessert sind. Aus den Ergebnissen der Messungen des Wärmewiderstands, die in Tabelle 2 aufgeführt sind, läßt sich feststellen, daß der Wärmewiderstand durch die Gleitmittelbehandlung kaum erhöht war, was für eine hervorragende Oberflächenbehandlung spricht. Tabelle 2

Beispiel 2

Wärmeleitende Zwischenblöcke 3 aus AlN für das Kühlsystem von Fig. 1 wurden mit einem Ultraschall-Reinigungsgerät, das mit einer Trifluortrichlorethanlösung gefüllt war, gewaschen und nach dem Waschen gründlich getrocknet. Die einzelhen Blöcke wurden sodann auffolgende Weise mit unterschiedlichen Gleitmittelschichten versehen.
Eine Lösung 1 wurde durch Lösen von 4,8 g des Epoxyharzes EP1004 (Handelsbezeichnung; Produkt der Fa. Du Pont), 0,88 g des Phenolharzes Hitanol 1501 (Handelsbezeichnung; Produkt der Fa. Hitachi Chemical Company, Ltd.) und 0,06 g des Härtungsbeschleunigers Triethylammoniumcarbonat TEA-KI (Handelsbezeichnung; Produkt der Fa. Hokko Chemical Industrial Co., Ltd.) in 200 g Methylethylketon hergestellt. Eine Lösung 2 wurde hergestellt, indem man jeweils eine Lösung von 0,56 g einer in Tabelle 3 aufgeführten Fluorverbindung in 10 g Methylethylketon in Lösung 1 löste. Tabelle 3
Der auf die beschriebene Weise gewaschene Zwischenblock 3 wurde in die so vorbereitete Lösung 2 getaucht, aus der Lösung entnommen und 60 Minuten einer Wärmebehandlung bei 230ºC unterzogen. Anschließend wurde der Block 3 mit einer Ultraschall-Reinigungsvorrichtung, die mit einer Trifluortrichlorethanlösung gefüllt war, gewaschen. Die erhaltene Gleitschicht bestand aus einer Bindemittel- oder Trgerschicht von 20 nm Dicke und einer dünnen oberen Schicht von 4 nm Dicke aus dem fluorhaltigen Gleitmittel, das in der Bindemittelschicht verankert war. Die Gleiteigenschaften des auf diese Weise erhaltenen Blocks 3 wurden auf die gleiche Weise wie in Beispiel 1 dem Staubbildungstest unterzogen. Ferner wurde der Wärmewiderstand bei Einbau in die Kühlstruktur gemessen.
Zum Vergleich wurde der gleiche wärmeleitende Zwischenblock 3 ohne Gleitmittelbehandlung wie in Beispiel 1 eingesetzt.
Die Ergebnisse des Staubbildungstests sind in Fig. 7 aufgeführt. Aus Fig. 7 geht hervor, daß die von den Blöcken 3 mit der behandelten Oberfläche gebildete Staubmenge im Anfangsstadium im Vergleich zu dem Material ohne Gleitmittelbehandlung sehr gering war und daß die Gleiteigenschaften erheblich verbessert waren. Aus den in Tabelle 4 aufgeführten Meßergebnissen für den Wärmewiderstand läßt sich feststellen, daß der Wärmewiderstand durch die Gleitmittelbehandlung kaum erhöht war, was für eine hervorragende Oberflächenbehandlung spricht. Tabelle 4

Beispiel 3

Wärmeleitende Zwischenblöcke 3 eines Kühlsystems von Fig. 1 wurden aus reinem Kupfer hergestellt, mit einer mit Trifluortrichlorethanlösung gefüllten Ultraschall-Reinigungsvorrichtung gewaschen und nach dem Waschen gründlich getrocknet. Für die einzelnen Blöcke wurde auf die gleiche Weise wie in Beispiel 2 eine Lösung 2 mit einem Gehalt an einer in Tabelle 3 angegebenen Fluorverbindung hergestellt. Die gewaschenen und getrockneten Blöcke 3 aus reinem Kupfer wurden jeweils in die Lösung 2 getaucht, aus der Lösung entnommen und 60 Minuten einer Wärmebehandlung bei 230ºC unterzogen. Sodann wurden die Blöcke 3 mit einer mit Trifluortrichlorethanlösung gefüllten Ultraschall-Reinigungsvorrichtung gewaschen
Die Dicke der fertigen Gleitmittelschicht betrug etwa 25 nm. Die Gleiteigenschaften der erhaltenen Blöcke 3 aus reinem Kupfer wurden durch Einsetzen in die Kühlstruktur gemessen. Wärmeübertragungsfett YG624OS (Handelsbezeichnung; Produkt der Fa. Toshiba Silicon, Ltd.; Wärmeleitfähigkeit 0,84 W/mK) wurde am Kontaktbereich zwischen dem Block 3 und dem Element 2 (LSI-Vorrichtung) und am Kontaktbereich zwischen Block 3 und dem Wärmeübertragungsblock 6 bereitgestellt.
Der Wärmewiderstand der erhaltenen Kühlstruktur und der Korrosionszustand der Blöcke 3 aus reinem Kupfer wurden festgestellt. Der Korrosionszustand wurde aufgrund der Tatsache beurteilt, ob auf der Oberfläche der Blöcke 3 aus reinem Kupfer eine Farbänderung stattgefunden hatte.
Als Vergleich in bezug auf die Bewertung des Korrosionszustands wurde der gleiche Block 3 ohne Oberflächenbehandlung eingesetzt. Als Vergleich in bezug auf den Wärmewiderstand wurde der gleiche wärmeleitende Zwischenblock 3 ohne Oberflächenbehandlung eingesetzt.
Die Ergebnisse bezüglich des Korrosionszustands sind in Tabelle 5 aufgeführt. Die Ergebnisse der Messungen des Wärmewiderstands sind in Tabelle 6 aufgeführt. Aus Tabelle 5 ist ersichtlich, daß in den Blöcken 3 aus reinem Kupfer keine Farbänderung aufgrund von Korrosion auftrat und daß die erfindungsgemäße Oberflächen-Gleitmittelbehandlung einen hervorragenden korrosionsbeständigen Überzug ergab. In bezug auf den Wärmewiderstand läßt sich aus Tabelle 6 ersehen, daß eine hervorragende Kühlstruktur unter Verwendung des wärmeleitenden Zwischenblocks 3 aus reinem Kupfer und Wärmeübertragungsfett gebildet wird. Im Fall eines Vergleichsbeispiels ist der Wärmewiderstand aufgrund von Korrosion erhöht. Tabelle 5 Tabelle 6
Weitere Beispiele für Schmierfette mit einer Wärmeleitfähigkeit von mehr als 0,4 W/mK sind nachstehend aufgeführt:

Beispiel 4

Wärmeleitende Zwischenblöcke 3 aus AlN für das Kühlsystem von Fig. 1 wurden mit einer mit Trifluortrichlorethanlösung gefüllten Ultraschall-Reinigungsvorrichtung gewaschen und nach dem Waschen gründlich getrocknet. Sodann wurden die Blöcke 3 in Trifluortrichlorethanlösungen, in denen jeweils 0,2 Gew.-% der in Tabelle 1 aufgeführten Fluor-Gleitmittel mit einer endständigen Silanolgruppe gelöst waren, getaucht, um die Oberfläche zu beschichten. Anschließend wurde eine 5minütige Wärmebehandlung bei 120ºC durchgeführt. Die Blöcke 3 wurden sodann durch eine mit Trifluortrichlorethanlösung gefüllte Ultraschall-Reinigungsvorrichtung gewaschen, um überschüssiges Fluor-Gleitmittel zu entfernen. Die Dicke der fertigen Schicht betrug etwa 5 nm. Die auf diese Weise erhaltenen Zwischenblöcke 3 wurden in die Kühlstruktur eingesetzt. Wärrneübertragungsfett (Handelsbezeichnung YG624OS; Produkt der Fa. Toshiba Silicon, Ltd.) wurde im Kontaktbereich zwischen dem wärmeleitenden Zwischenblock 3 und dem Element 2 (LSI-Chip) und im Kontaktbereich mit dem Wärmeübertragungsblock 6 bereitgestellt. Der Warmewiderstand des auf diese Weise in die Kühlstruktur eingesetzten wärmeleitenden Zwischenblocks wurde gemessen.
Zum Vergleich wurde der gleiche wärmeleitende Zwischenblock ohne Gleitmittelbehandlung wie in Beispiel 1 eingesetzt. Die Ergebnisse der Messung des Wärmewiderstands zeigen, daß der Wärmewiderstand gering ist und die Oberflächenbehandlung hervorragend ist, wie aus Tabelle 7 hervorgeht. Tabelle 7

Beispiel 5

Wärmeleitende Zwischenblöcke 3 aus reinem Kupfer wurden verwendet. Wie in Beispiel 4 wurde auf den einzelnen Blöcken 3 eine Gleitmittelschicht aus einer Fluorverbindung mit einer endständigen Silanolgruppe gebildet. Die einzelnen Blöcke 3 wurden sodann in die Kühistruktur von Fig. 1 eingesetzt. Ein Wärmeübertragungsfett (Handelsbezeichnung YG624OS: Produkt der Fa. Toshiba Silicon, Ltd.) wurde im Kontaktbereich zwischen dem wärmeleitenden Zwischenblock 3 und dem Element 2 (LSI-Chip) und im Kontaktbereich mit dem Wärmeübertragungsblock 6 bereitgestellt. Der Wärmewiderstand der Kühlstruktur und der Korrosionszustand der Oberfläche der wärmeleitenden Zwischenblöcke 3 aus reinem Kupfer wurde beobachtet. Der Korrosionszustand wurde aufgrund der Tatsache beurteilt, ob auf der Oberfläche der Blöcke 3 aus reinem Kupfer eine Farbänderung eingetreten war.
Als Vergleich im Hinblick auf die Bewertung des Korrosionszustands wurde der gleiche wärmeleitende Zwischenblock 3 ohne Oberflächenbehandlung eingesetzt.
Die Ergebnisse der Beurteilung des Korrosionszustands sind in Tabelle 8 aufgeführt. Die Ergebnisse der Messungen des Wärmewiderstands sind in Tabelle 9 aufgeführt. Aus Tabelle 8 geht hervor, daß in den erfindungsgemäßen Blöcken 3 aus reinem Kupfer keine Farbänderung aufgrund von Korrosion entstand und daß die erfindungsgemäße Oberflächen-Gleitmittelbehandlung einen hervorragenden korrosionsbeständigen Überzug ergab. In bezug auf den Wärmewiderstand geht atis Tabelle 9 hervor, daß eine hervorragende Kühlstruktur entsteht, wenn man den wärmeleitenden Zwischenblock 3 aus reinem Kupfer ünd Wärmeübertragungsfett verwendet. Tabelle 8 Tabelle 9

Beispiel 6

Auf die gleiche Weise wie in Beispiel 2 wurde auf wärmeleitenden Zwischenblöcken 3 aus AlN ein fixierter Gleitmittelfilm aus einer Bindemittelschicht mit einer Dicke von 20 nm und einer Gleitmittelschicht mit einer Dicke von etwa 4 nm gebildet. Die einzelnen Blöcke 3 wurden sodann in die Kühlstruktur von Fig. 1 eingesetzt. Wärmeübertragungsfett (Handelsbezeichnung YG624OS: Produkt der Fa. Toshiba Silicon, Ltd.) wurde auf der Kontaktfläche zwischen dem Block 3 und dem Element 2 (LSI-Chip) und an den Kontaktflächen mit dem Wärmeübertragungsblock 6 bereitgestellt. Der Wärmewiderstand der in die Kühlstruktur eingesetzten Blöcke 3 wurde gemessen.
Zum Vergleich wurde der gleiche wärmeleitende Zwischenblock ohne Gleitmittelbehandlung eingesetzt. Die Ergebnisse der Messung des Wärrnewiderstands zeigen, daß der Wärmewiderstand auch bei Gleitmittelbehandlung kaum zunimmt, wie aus Tabelle 10 hervorgeht. Tabelle 10
Übersetzung der Beschriftungstexte der Zeichnungen
Fig. 1 : Wasser
Fig. 3 Abszisse : Höhe(mm)
Ordinate : Wämewiderstand (K/W)
Fig. 4 Aszisse : Neigungswinkel von Element 2 (Grad)
Ordinate : Wämiewiderstand (K/W)
Fig. 5 : Belastung 100g
Fig. 6 Abszisse : Anzahl der Hin- und Herbewegungen (10 µm)
Ordinate : Staubmenge (Anzahl der Teilchen)
oberste : Kurve AlN (kein Gleitmittel)
Fig. 7 Abszisse : Anzahl der Hin- und Herbewegungen (10 µm)
Ordinate : Staubmenge (Anzahl der Teilchen)
oberste : Kurve AlN (kein Gleitmittel)

Claims

1. Kühlsystem zur Kühlung eines Halbleiterelements (2), umfassend einen Kühikörper (6, 7) und einen Wärmeströmungsweg zur Abführung von Wärme aus dem Element zum Kühlkörper, wobei der Wärmeströmungsweg zwei gegenüberliegende, im Abstand voneinander angeordnete Oberflächen, von denen eine in thermischer Verbindung mit dem Kühlkörper und die andere in thermischer Verbindung mit dem Halbleiterelement steht, und ein thermisch leitendes Element (3) aufweist, das zwischen den beiden im Abstand voneinander angeordneten Oberflächen (6a) zur Wärmeleitung zwischen den beiden Oberflächen angeordnet ist und verschiebbar in bezug zu mindestens einer der im Abstand voneinander angeordneten Oberflächen in einem Gleitkontaktbereich angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß im Gleitkontaktbereich mindestens einer der Bestandteile thermisch leitendes Element (3) und damit in Kontakt stehende Oberfläche (6a) eine daran fixierte dünne Schicht (13) mit einem Gehalt an einem fluorhaltigen Gleitmittel aufweist.

2. Kühlsystem nach Anspruch 1, wobei die dünne Schicht (13) eine Dicke von nicht mehr als 5 µm aufweist.

3. Kühlsystem nach Anspruch 2, wobei die dünne Schicht (13) eine Dicke im Bereich von 2 nm bis 100 nm aufweist.

4. Kühlsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei das fluorhaltige Gleitmittel chemisch an die Oberfläche, auf der es sich befindet, gebunden ist.

5. Kühlsystem nach Anspruch 4, wobei die chemische Bindung durch eine Bindung vom Silanoltyp gewährleistet wird.

6. Kühlsystem nach Anspruch 4 oder 51 wobei die Dicke der Schicht (13) im Bereich von 2-10 nm liegt.

7. Kühlsystem nach Anspruch 41 wobei die fluorhaltige Verbindung durch die nachstehende allgemeine Formel wiedergegeben wird:

Rf - R - R' - S

worin Rf eine Perfluorpolyoxyalkylgruppe bedeutet, R einen zweiwertigen chemischen Rest aus der Gruppe Amidorest, Esterrest und Methylolrest bedeutet, R' einen chemischen Rest aus der Gruppe Alkylenrest, aminosubstituierter Alkylenrest und mit einer aromatischen Gruppe substituierter Alkylenrest bedeutet und 5 einen Silanolrest bedeutet.

8. Kühlsystem nach einem der Ansprüche 1-3, wobei die dünne Schicht (13) das,fluorhaltige Gleitmittel und eine Trägerschicht dafür, die an der die dünne Schicht tragenden Oberfläche fixiert ist, aufweist, wobei die Moleküle des Gleitmittels in der Trägerschicht verankert sind.

9. Kühlsystem nach Anspruch 8, wobei es sich bei der Schicht um eine gehärteteharzschicht handelt.

10. Kühlsystem nach Anspruch 8 oder 9, wobei die fluorhaltige Verbindung durch die nachstehende allgemeine Formel wiedergegeben wird:

wörin 1 eine einwertige oder zweiwertige Beschaffenheit von Rf bedeutet, m eine ganze Zahl entsprechend dem Wert von 1 bedeutet, z den Wert 0 oder 1 hat, n eine ganze Zahl, die nicht kleiner als 1 ist, bedeutet, Rf einen Perfluorpolyoxyalkylrest bedeutet, R&sub1; einen zweiwertigen chemischen Rest aus der Gruppe Amidorest, Esterrest und Methybirest bedeutet, R&sub2; einen Oxyalkylenrest mit 2 oder 3 Kohlenstoffatomen bedeutet und R&sub3; eine direkte Bindung oder einen zweiwertigen chemischen Rest aus der Gruppe Etherrest, Carbonylrest, Esterrest, Amidorest, Oxyalkylenrest und Alkylenrest bedeutet und bei jedem Auftreten eine unterschiedliche Bedeutung haben kann.

11. Kühlsystem nach Anspruch 8 oder 9, wobei die fluorhaltige Verbindung durch die folgende allgemeine Formel wiedergegeben wird:

wobei n eine ganze Zahl, die nicht unter 1 liegt, bedeutet, Rf einen Perfluorpolyoxyalkylrest bedeutet, R&sub1; einen zweiwertigen chemischen Rest aus der Gruppe Amidogruppe, Estergruppe und Methylolgruppe bedeutet und R&sub3; eine direkte Bindung oder einen zweiwertigen chemischen Rest aus der Gruppe Etherrest, Carbonylrest, Esterrest, Amidorest, Oxyalkylenrest und Alkylenrest bedeutet und bei jedem Auftreten eine unterschiedliche Bedeutung haben kann.

12. Kühlsystem nach einem der Ansprüche 8-11, wobei das fluorhaltige Gleitmittel eine Molekülstruktur aufweist, die einen ersten Teil mit einer Fluorpolyetherkette und einen zweiten Teil aufweist, dessen Affinität zur Trägerschicht größer als die des ersten Teils ist, wobei der zweite Teil in der Trägerschicht verankert ist.

13. Kühlsystem nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobebsich die dünne Schicht (13) auf dem thermisch leitenden Element (3) befindet.

14. Kühlsystem nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei eine Schicht eines thermisch leitenden Schmierfettes zwischen dem thermisch leitenden Element und der mit dieser in Kontakt stehenden Oberfläche vorgesehen ist.

15. Kühlsystem nach Anspruch 14, wobei das Schmiermittel eine Wärmeleitfähigkeit von mindestens 0,4 W/mK aufweist.

16. Kühlsystem nach einem der Ansprüche 1-15, wobei das thermisch leitende Element (3) und die damit in Kontakt stehende, einen Abstand aufweisende Oberfläche (6a) miteinander einen Leitungskontakt herstellen und wobei das System ferner eine Feder (5) aufweist, die das wärmeleitende Element in Kontakt mit der damit kontaktierten, im Abstand angeordneten Oberfläche drückt.

17. Kühlsystem nach einem der Ansprüche 1-16, wobei mindestens einer der Bestandteile wärmeleitendes Element (3) und damit kontaktierte, im Abstand angeordnete Oberfläche (6a) aus Metall sind.

18. Vorrichtung, umfassend mindestens eine Halbleitervorrichtung (2), einen Kühlmitteldurchgang (16) für ein Kühlmittel zur Abkühlung der Halbleitervorrichtung und eine Kühlstruktur nach einem der Ansprüche 1-17, die einen Wärmeströmungsweg von der Halbleitervorrichtung zum Kühlmitteldurchgang gewährleistet.

19. Halbleitermodul mit einer Mehrzahl von auf einer gemeinsamen Grundplatte (1) befestigten Halbleitervorrichtungen (2) und einem Kühlkörper (7) für diese Vorrichtungen, umfassend mindestens einen Strömungsdurchgang (16) für Kühlmittel und für jedes einzelne Halbleiterelement ein Kühlsystem nach Anspruch 1, das einen Wärmeströmungsweg von der Halbleitervorrichtung zum Kühlmitteldurchgang bereitstellt.

20. Wärmeleitendes Element zur Verwendung in einem Kühlsystem für eine Halbleitervorrichtung nach Anspruch 1, umfassend einen Körper (3), der auf gegenüberliegenden Seiten eine erste planare Oberfläche und eine zweite gekrümmte Oberfläche mit einer Krümmung in einer einzigen Richtung aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß auf mindestens einer der Oberflächen eine dünne Schicht (13), die ein fluorhaltiges Gleitmittel, das an diesem Element fixiert ist, umfaßt, vorhanden ist.

21. Wärmeleitendes Element nach Anspruch 20, wobei sich die dünne Schicht (13) auf der gekrümmten Oberfläche befindet.