DE102015109361A1

DE102015109361A1 - Halbleiterbauteil

Info

Publication number: DE102015109361A1
Application number: DE102015109361.8A
Authority: DE
Inventors: Norimune ORIMOTO
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2014-07-03
Filing date: 2015-06-12
Publication date: 2016-01-07
Anticipated expiration: 2035-06-13
Also published as: DE102015109361B4; US9287193B2; JP6112077B2; CN105280582A; US20160005676A1; CN105280582B; JP2016015441A

Abstract

Ein Halbleiterbauteil (1) weist ein Wärmeabstrahlelement (4), einen mit dem Wärmeabstrahlelement (4) verbundenen ersten Halbleiterchip (21), einen mit dem Wärmeabstrahlelement (4) verbundenen zweiten Halbleiterchip (22) und ein den ersten Halbleiterchip (21) und den zweiten Halbleiterchip (22) abdichtendes Dichtharz (93) auf. Das Halbleiterbauteil (1) umfasst ein mit dem Wärmeabstrahlelement (4) verbundenes erstes Thermodiffusionselement (31), ein mit dem Wärmeabstrahlelement (4) verbundenes zweites Thermodiffusionselement (32) und einen Kühler (5), der so gestaltet ist, dass er das erste Thermodiffusionselement (31) und das zweite Thermodiffusionselement (32) kühlt. Ein Zwischenraum (35) zwischen dem ersten Thermodiffusionselement (31) und dem zweiten Thermodiffusionselement (32) ist so positioniert, dass er über das Wärmeabstrahlelement (4) einem Zwischenraum (25) zwischen dem ersten Halbleiterchip (21) und dem zweiten Halbleiterchip (22) gegenüberliegt.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die Erfindung bezieht sich auf ein Halbleiterbauteil.
BESCHREIBUNG DES STANDS DER TECHNIK
Die JP 2012-028520 A offenbart ein Halbleiterbauteil. Das Halbleiterbauteil der JP 2012-028520 A ist mit einer Vielzahl von Halbleiterchips, die voneinander beabstandet sind, einer an den Halbleiterchips befestigten Graphit-Thermodiffusionsplatte und einem an der Graphit-Thermodiffusionsplatte befestigten Metallsubstrat versehen. Die Vielzahl von Halbleiterchips ist mit Dichtharz abgedichtet.
In dem Halbleiterbauteil der JP 2012-028520 A erzeugen die Halbleiterchips Wärme, wenn sie mit Energie beaufschlagt werden. Wenn die Halbleiterchips wiederholt Wärme erzeugen, indem das Halbleiterbauteil ein- und ausgeschaltet wird, dehnt sich das Dichtharz, das die Halbleiterchips abdichtet, aus und schrumpft, und das Dichtharz kann sich von den Halbleiterchips ablösen. Zudem kann das Dichtharz im Fall einer Wärmebehandlung während der Anfertigung des Halbleiterbauteils schrumpfen und sich von den Halbleiterchips ablösen.
KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG
Die Erfindung zielt darauf ab, ein Halbleiterbauteil vorzustellen, das dazu imstande ist, ein Ablösen des Dichtharzes zu verringern. Eine Ausgestaltung der Erfindung sieht ein Halbleiterbauteil vor. Das Halbleiterbauteil umfasst ein Wärmeabstrahlelement, das aus Metall besteht und eine erste Oberfläche und eine auf einer entgegengesetzten Seite der ersten Oberfläche liegende zweite Oberfläche aufweist; einen ersten Halbleiterchip, der mit der ersten Oberfläche des Wärmeabstrahlelements verbunden ist; einen zweiten Halbleiterchip, der von dem ersten Halbleiterchip beabstandet ist und mit der ersten Oberfläche des Wärmeabstrahlelements verbunden ist; und Dichtharz, das den ersten Halbleiterchip, den zweiten Halbleiterchip und die erste Oberfläche des Wärmeabstrahlelements zwischen dem ersten Halbleiterchip und dem zweiten Halbleiterchip abdichtet. Das Halbleiterbauteil umfasst zudem ein erstes Thermodiffusionselement, das aus Material auf Kohlenstoffbasis besteht und mit der zweiten Oberfläche des Wärmeabstrahlelements an einer dem ersten Halbleiterchip gegenüberliegenden Stelle verbunden ist; ein zweites Thermodiffusionselement, das aus Material auf Kohlenstoffbasis besteht und mit der zweiten Oberfläche des Wärmeabstrahlelements an einer dem zweiten Halbleiterchip gegenüberliegenden Stelle verbunden ist; und einen Kühler, der so gestaltet ist, dass er das erste Thermodiffusionselement und das zweite Thermodiffusionselement kühlt, und so angeordnet ist, dass er der zweiten Oberfläche des Wärmeabstrahlelements zugewandt ist. Das erste Thermodiffusionselement und das zweite Thermodiffusionselement sind voneinander beabstandet und derart angeordnet, dass ein Zwischenraum zwischen dem ersten Thermodiffusionselement und dem zweiten Thermodiffusionselement so positioniert ist, dass er über das Wärmeabstrahlelement einem Zwischenraum zwischen dem ersten Halbleiterchip und dem zweiten Halbleiterchip gegenüberliegt.
Wenn gemäß dem Halbleiterbauteil Wärme, die von den Halbleiterchips erzeugt wird, zu den Thermodiffusionselementen übertragen wird, tritt in den Thermodiffusionselementen eine Wärmespannung auf. Da das erste Thermodiffusionselement und das zweite Thermodiffusionselement voneinander beabstandet sind, können sich das erste Thermodiffusionselement und das zweite Thermodiffusionselement zu diesem Zeitpunkt zu ihrer Zwischenraumseite hin verformen, und dadurch wird die Wärmespannung, die in dem ersten Thermodiffusionselement und dem zweiten Thermodiffusionselement erzeugt wird, verringert. Folglich wird Spannung, die von dem ersten Thermodiffusionselement und dem zweiten Thermodiffusionselement auf das Dichtharz aufgebracht wird, verringert und dadurch wird die Ablösung des Dichtharzes unterdrückt.
Aufgrund des Dichtharzes zwischen zwei Halbleiterchips tritt zwar im Allgemeinen leicht eine hohe Spannung auf, doch sind das erste Thermodiffusionsbauteil und das zweite Thermodiffusionsbauteil in dem oben beschriebenen Halbleiterbauteil ansonsten derart angeordnet, das der Zwischenraum zwischen dem ersten Thermodiffusionselement und dem zweiten Thermodiffusionselement so positioniert ist, dass er dem Zwischenraum zwischen dem ersten Halbleiterchip und dem zweiten Halbleiterchip gegenüberliegt. Daher folgen die zwischen dem ersten Halbleiterchip und dem zweiten Halbleiterchip angeordneten Wärmeabstrahlelemente leicht der Ausdehnung und Schrumpfung des Dichtharzes. Folglich ist es möglich, die Wärmespannung des Dichtharzes sogar zwischen dem ersten Halbleiterchip und dem zweiten Halbleiterchip zu verringern, und die Ablösung des Dichtharzes kann verringert werden.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine Schnittansicht eines Halbleiterbauteils;
2 ist eine Schnittansicht von II-II von 1;
3 ist eine Perspektivansicht eines Thermodiffusionselements;
4 ist eine Schnittansicht von IV-IV von 3;
5 ist eine Figur, um ein Fertigungsverfahren des Thermodiffusionselements zu beschreiben (1);
6 ist eine Figur, um das Fertigungsverfahren des Thermodiffusionselements zu beschreiben (2);
7 ist eine Figur, um das Fertigungsverfahren des Thermodiffusionselements zu beschreiben (3);
8 ist eine Figur, um das Fertigungsverfahren des Thermodiffusionselements zu beschreiben (4);
9 ist eine Schnittansicht von IX-IX von 1;
10 ist eine Figur, um schematisch den Zusammenhang zwischen anderen Endflächen des Thermodiffusionselements und der Strömungsrichtung des Kühlmittels zu zeigen;
11 ist eine Schnittansicht eines Halbleiterbauteils gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel;
12 ist eine Schnittansicht eines Halbleiterbauteils gemäß noch einem anderen Ausführungsbeispiel;
13 ist eine Schnittansicht eines Halbleiterbauteils gemäß noch einem anderen Ausführungsbeispiel;
14 ist eine Schnittansicht eines Halbleiterbauteils gemäß noch einem anderen Ausführungsbeispiel; und
15 ist eine 9 entsprechende Schnittansicht eines Halbleiterbauteils gemäß noch einem anderen Ausführungsbeispiel.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren werden unten Ausführungsbeispiele beschrieben. In der Beschreibung unten werden Komponenten, die die gleichen in jedem Komponentenelement sind, gemeinsam beschrieben, und eine doppelte Beschreibung von ihnen kann weggelassen werden.
Wie in 1 gezeigt ist, umfasst ein Halbleiterbauteil 1 dieses Ausführungsbeispiels eine Vielzahl von Halbleiterchips (einen ersten Halbleiterchip 21 und einen zweiten Halbleiterchip 22) und eine Vielzahl von Wärmeabstrahlelementen 4 (ein erstes Wärmeabstrahlelement 41 und ein zweites Wärmeabstrahlelement 42). Zudem umfasst das Halbleiterbauteil 1 eine Vielzahl von Thermodiffusionselementen 3 (erste Thermodiffusionselemente 31 und zweite Thermodiffusionselemente 32) und eine Vielzahl von Kühlern 5 (einen ersten Kühler 51 und einen zweiten Kühler 52).
Als die Halbleiterchips 2 (der erste Halbleiterchip 21 und der zweite Halbleiterchip 22) kann zum Beispiel ein IGBT (Bipolartransistor mit isolierter Gate-Elektrode) oder eine FWD (Freilaufdiode) usw. verwendet werden. Falls ein IGBT und eine FWD verwendet werden, ist der erste Halbleiterchip 21 zum Beispiel der IGBT, der zweite Halbleiterchip 22 ist die FWD, und der erste Halbleiterchip 21 und der zweite Halbleiterchip 22 können in einem Rückstromzustand angeordnet sein. Falls die Halbleiterchips 2 IGBTs sind, sind innerhalb jedes Halbleiterchips 2 ein Gate-Bereich, ein Emitter-Bereich, ein Kollektor-Bereich usw. (nicht gezeigt) ausgebildet. Falls die Halbleiterchips 2 ansonsten FWDs sind, sind innerhalb jedes Halbleiterchips 2 ein Anodengebiet, ein Kathodengebiet usw. (nicht gezeigt) ausgebildet.
Die Vielzahl der Halbleiterchips 2 (der erste Halbleiterchip 21 und der zweite Halbleiterchip 22) ist zwischen der Vielzahl von Wärmeabstrahlelementen 4 (dem ersten Wärmeabstrahlelement 41 und dem zweiten Wärmeabstrahlelement 42) angeordnet. Der erste Halbleiterchip 21 und der zweite Halbleiterchip 22 sind Seite an Seite angeordnet. Der erste Halbleiterchip 21 und der zweite Halbleiterchip 22 sind voneinander getrennt und in einer von links nach rechts gehenden Richtung nebeneinander angeordnet. Der erste Halbleiterchip 21 ist vom zweiten Halbleiterchip 22 beabstandet. Der zweite Halbleiterchip 22 ist vom ersten Halbleiterchip 21 beabstandet. In dem in 1 gezeigten Beispiel ist der erste Halbleiterchip 21 auf der linken Seite angeordnet, und der zweite Halbleiterchip 22 ist auf der rechten Seite angeordnet. Zwischen dem ersten Halbleiterchip 21 und dem zweiten Halbleiterchip 22 ist ein Zwischenraumabschnitt 25 ausgebildet. Der erste Halbleiterchip 21 und der zweite Halbleiterchip 22 sind jeweils mit Oberflächen 40 der Wärmeabstrahlelemente 4 (des ersten Wärmeabstrahlelements 41 und des zweiten Wärmeabstrahlelements 42) verbunden.
Als die Wärmeabstrahlelemente 4 (das erste Wärmeabstrahlelement 41 und das zweite Wärmeabstrahlelement 42) kann eine Metallplatte oder Metallfolie wie zum Beispiel Kupfer (Cu), Aluminium (Al), usw. verwendet werden. Die Wärmeabstrahlelemente 4 haben Wärmeleitfähigkeit und elektrische Leitfähigkeit. Das erste Wärmeabstrahlelement 41 und das zweite Wärmeabstrahlelement 42 sind Seite an Seite mit einem Zwischenraum dazwischen angeordnet. Das erste Wärmeabstrahlelement 41 und das zweite Wärmeabstrahlelement 42 sind voneinander getrennt und in der von oben nach unten gehenden Richtung nebeneinander angeordnet. In dem in 1 gezeigten Beispiel ist das erste Wärmeabstrahlelement 41 auf der Unterseite angeordnet, und das zweite Wärmeabstrahlelement 42 ist auf der Oberseite angeordnet. Das erste Wärmeabstrahlelement 41 ist unterhalb der Vielzahl von Halbleiterchips 2 angeordnet, und das zweite Wärmeabstrahlelement 42 ist oberhalb der Vielzahl von Halbleiterchips 2 angeordnet. Das erste Wärmeabstrahlelement 41 ist an einer Unterseite des ersten Halbleiterchips 21 und einer Unterseite des zweiten Halbleiterchips 22 befestigt. Das zweite Wärmeabstrahlelement 42 ist an einer Oberseite des ersten Halbleiterchips 21 und einer Oberseite des zweiten Halbleiterchips 22 befestigt.
Das untere erste Wärmeabstrahlelement 41 und jeder Halbleiterchip 2 (der erste Halbleiterchip 21 und der zweite Halbleiterchip 22) sind jeweils durch Lot 91 verbunden. Zwischen dem oberen zweiten Wärmeabstrahlelement 42 und jedem Halbleiterchip 2 (dem ersten Halbleiterchip 21 und dem zweiten Halbleiterchip 22) ist ein Abstandshalter 92 positioniert. Als die Abstandshalter 92 kann ein Blockkörper aus Metall, etwa aus zum Beispiel Kupfer (Cu), Aluminium (Al) usw., verwendet werden. Die Abstandshalter 92 und die Halbleiterchips 2 (der erste Halbleiterchip 21 und der zweite Halbleiterchip 22) sind jeweils durch das Lot 91 verbunden. Das obere zweite Wärmeabstrahlelement 42 und die Abstandshalter 92 sind jeweils durch das Lot 91 verbunden.
Zwischen dem ersten Wärmeabstrahlelement 41 und dem zweiten Wärmeabstrahlelement 42 ist Dichtharz 93 eingefüllt. Das Dichtharz 93 hat Isoliervermögen. Als das Material des Dichtharzes 93 kann zum Beispiel Epoxidharz verwendet werden. Das Dichtharz 93 dichtet die Halbleiterchips 2 (den ersten Halbleiterchip 21 und den zweiten Halbleiterchip 22) ab. Zudem dichtet das Dichtharz 93 eine Oberseite des ersten Wärmeabstrahlelements 41 und eine Unterseite des zweiten Wärmeabstrahlelements 42 ab. Das heißt, das Dichtharz 93 dichtet die Oberflächen 40 der Wärmeabstrahlelemente 4 zwischen dem ersten Halbleiterchip 21 und dem zweiten Halbleiterchip 22 ab. Das Dichtharz 93 ist in dem Zwischenraumabschnitt 25 zwischen dem ersten Halbleiterchip 21 und dem zweiten Halbleiterchip 22 eingefüllt. Die in dem Zwischenraumabschnitt 25 positionierten Oberflächen des ersten Wärmeabstrahlelements 41 und des zweiten Wärmeabstrahlelements 42 werden ebenfalls vom Dichtharz 93 abgedichtet.
Das erste Wärmeabstrahlelement 41 ist über die Thermodiffusionselemente 3 und ein Isolierelement 56 mit dem ersten Kühler 51 verbunden. Das zweite Wärmeabstrahlelement 42 ist über die Thermodiffusionselemente 3 und das Isolierelement 56 mit dem zweiten Kühler 52 verbunden. Die Thermodiffusionselemente 3 werden später ausführlich beschrieben.
Das Isolierelement 56 ist auf einer Oberfläche eines Gehäuses 53 jedes Kühlers 5 angeordnet. Jedes Isolierelement 56 ist zwischen dem entsprechenden Kühler 5 und Thermodiffusionselementen 3 (dem entsprechenden ersten Thermodiffusionselement 31 und zweiten Thermodiffusionselement 32) angeordnet. Die Isolierelemente 56 sind aus einem Harz ausgebildet, das Isoliervermögen hat. Die Isolierelemente 56 isolieren die Kühler 5 und die Thermodiffusionselemente 3.
Jeder Kühler 5 ist an einer Oberfläche des entsprechenden Isolierelements 56 befestigt, die auf einer zu den Thermodiffusionselementen 3 entgegengesetzten Seite positioniert ist. Der Kühler 5 ist über das Isolierelement 56 an den Thermodiffusionselementen 3 befestigt. Der Kühler 5 kühlt das erste Thermodiffusionselement 31 und das zweite Thermodiffusionselement 32 unter Verwendung strömenden Kühlmittels.
Wie in 2 gezeigt ist, umfasst jeder Kühler 5 das Gehäuse 53 und eine Vielzahl von innerhalb des Gehäuses 53 angeordneten Trennwänden 54. Der zweite Kühler 52 hat die gleiche Konfiguration wie der erste Kühler 51. Das Gehäuse 53 umgibt die Vielzahl von Trennwänden 54. Die Vielzahl von Trennwänden 54 sind Seite an Seite voneinander beabstandet angeordnet. Die Vielzahl von Trennwänden 54 verläuft parallel. Zwischen der Trennwand 54 und der Trennwand 54 ist ein Durchgang 55 ausgebildet. Die Vielzahl von Durchgängen 55 ist Seite an Seite voneinander beabstandet ausgebildet. Die Vielzahl von Durchgängen 55 verläuft parallel. Die Durchgänge 55 verlaufen entlang der Richtung, in der der erste Halbleiterchip 21 und der zweite Halbleiterchip 22 angeordnet sind. Durch das Innere des Gehäuses 53 strömt ein flüssiges Kühlmittel wie zum Beispiel Wasser. Das Kühlmittel strömt entlang der Trennwände 54 durch die Durchgänge 55. Wie durch den Pfeil L in 2 angegeben ist, strömt das Kühlmittel von der Seite, auf der der Halbleiterchip 21 positioniert ist, zu der Seite, auf der der zweite Halbleiterchip 22 positioniert ist. Der erste Halbleiterchip 21 ist in der Strömungsrichtung L des Kühlmittels innerhalb des Kühlers 5 auf einer stromaufwärtigen Seite positioniert, und der zweite Halbleiterchip 22 ist auf einer stromabwärtigen Seite positioniert.
Die Thermodiffusionselemente 3 (die ersten Thermodiffusionselemente 31 und die zweiten Thermodiffusionselemente 32) sind an den Wärmeabstrahlelementen 4 auf jeweils zu den Halbleiterchips 2 entgegengesetzten Seiten befestigt. Die ersten Thermodiffusionselemente 31 sind mit den Wärmeabstrahlelementen 4 an Stellen verbunden, die dem ersten Halbleiterchip 21 gegenüberliegen. Die zweiten Thermodiffusionselemente 32 sind mit den Wärmeabstrahlelementen 4 an Stellen verbunden, die dem zweiten Halbleiterchip 22 gegenüberliegen. Die ersten Thermodiffusionselemente 31 und die zweiten Thermodiffusionselemente 32 umfassen jeweils Schrägenelemente 10 (ein erstes Schrägenelement 101 und ein zweites Schrägenelement 102 oder ein drittes Schrägenelement 103 und ein viertes Schrägenelement 104). Jedes erste Thermodiffusionselement 31 umfasst das erste Schrägenelement 101 und das zweite Schrägenelement 102. Jedes zweite Thermodiffusionselement 32 umfasst das dritte Schrägenelement 103 und das vierte Schrägenelement 104. Jedes erste Thermodiffusionselement 31 ist durch Kombinieren des ersten Schrägenelements 101 und des zweiten Schrägenelements 102 ausgebildet. Zudem ist jedes zweite Thermodiffusionselement 32 durch Kombinieren des dritten Schrägenelements 103 und des vierten Schrägenelements 104 ausgebildet. Das erste Schrägenelement 101, das zweite Schrägenelement 102, das dritte Schrägenelement 103 und das vierte Schrägenelement 104 sind in unterschiedlicher Orientierung angeordnet, haben aber die gleiche Konfiguration.
Wie in 3 und 4 gezeigt ist, umfassen die Schrägenelemente 10 (das erste Schrägenelement 101, das zweite Schrägenelement 102, das dritte Schrägenelement 103, das vierte Schrägenelement 104) eine Vielzahl von Lagenelementen 71. Die Vielzahl von Lagenelementen 71 ist gestapelt. Jedes Schrägenelement 10 ist durch Stapeln der Vielzahl von Lagenelementen 71 ausgebildet. Die Lagenelemente 71 sind aus Material auf Kohlenstoffbasis ausgebildet. Somit weisen die Schrägenelemente 10 und die Thermodiffusionselemente 3 Material auf Kohlenstoffbasis auf. Zum Beispiel können als das Material auf Kohlenstoffbasis Graphit, Graphen, Fullerene, Kohlenstoffnanoröhrchen usw. verwendet werden. In diesem Ausführungsbeispiel wird als das Material auf Kohlenstoffbasis Graphit verwendet. Eine Oberfläche jedes Schrägenelements 10 ist von einer dünnen Schicht 73 bedeckt. Die dünne Schicht 73 bedeckt die gesamte Oberfläche des Schrägenelements 10. Die dünne Schicht 73 ist aus Metall ausgebildet. In diesem Ausführungsbeispiel ist die dünne Schicht 73 aus Nickel ausgebildet.
Jedes Schrägenelement 10 umfasst eine Endfläche 61, eine andere Endfläche 62, Seitenflächen 63, eine Rückseite 64 und einen vorderen Endabschnitt 65. Wie in 4 gezeigt ist, beträgt ein Winkel θ1 zwischen der einen Endfläche 61 und der Rückseite 64 des Thermodiffusionselements 3 vorzugsweise 30° bis 60° und besser noch 45°. Zudem beträgt ein Winkel θ2 zwischen der anderen Endfläche 62 und der Rückseite 64 des Thermodiffusionselements 3 vorzugsweise 120° bis 150° und besser noch 135°. Die eine Endfläche 61 und die andere Endfläche 62 sind in einer Dreieckform ausgebildet.
Jedes Schrägenelement 10 wird zum Beispiel wie folgt angefertigt. Wie in 5 und 6 gezeigt ist, wird bei der Anfertigung der Thermodiffusionselemente 3 zunächst eine Vielzahl von Lagenelementen 71 gestapelt, um einen Stapelkörper 72 auszubilden. In Draufsicht sind die Lagenelemente 71 allgemein rechteckig. Nachdem der Stapelkörper 72 ausgebildet worden ist, wird, wie in 7 gezeigt ist, ein Endabschnitt des Stapelkörpers 72 bezogen auf die Oberfläche der Lagenelemente 71 schräg abgeschnitten. Das Schrägenelement 10 wird ausgebildet, wenn der Stapelkörper 72 wie in 8 geschnitten wird. Somit können die Thermodiffusionselemente 3 angefertigt werden, die aus Material auf Kohlenstoffbasis bestehen.
Die Lagenelemente 71 haben eine anisotrope Wärmeleitfähigkeit. Die Wärmeleitfähigkeit der Lagenelemente 71 hängt von der Orientierung der Kristalle des Materials auf Kohlenstoffbasis ab. Die Wärmeleitfähigkeit der Lagenelemente 71 ist in der Stapelrichtung der Vielzahl von Lagenelementen 71 (Richtung w in 4 bis 8) gering. In den zur Stapelrichtung der Vielzahl von Lagenelementen 71 senkrechten Richtungen (Richtung u und Richtung v in 4 bis 8) ist die Wärmeleitfähigkeit der Lagenelemente 71 höher als die Wärmeleitfähigkeit der Lagenelemente 71 in der Stapelrichtung (Richtung w). Das heißt, die Wärmeleitfähigkeit der Lagenelemente 71 ist in einer Dickenrichtung der Lagenelemente 71 gering, und die Wärmeleitfähigkeit der Lagenelemente 71 ist in einer Oberflächenrichtung (Richtung entlang der Oberfläche) der Lagenelemente 71 höher als die Wärmeleitfähigkeit in der Dickenrichtung. Die Richtung w in 4 bis 8 entspricht einer Richtung geringer Wärmeleitfähigkeit, die Richtung u entspricht einer ersten Richtung hoher Wärmeleitfähigkeit und die Richtung v entspricht einer zweiten Richtung hoher Wärmeleitfähigkeit. Die Richtung geringer Wärmeleitfähigkeit (Richtung w), die erste Richtung hoher Wärmeleitfähigkeit (Richtung u) und die zweite Richtung hoher Wärmeleitfähigkeit (Richtung v) sind zueinander senkrecht. Falls als das Material auf Kohlenstoffbasis Graphit verwendet wird, beträgt die Wärmeleitfähigkeit in der Richtung geringer Wärmeleitfähigkeit (Richtung w) in 4 bis 8 ungefähr 7 W/mK, die Wärmeleitfähigkeit in der ersten Richtung hoher Wärmeleitfähigkeit (Richtung u) beträgt ungefähr 1700 W/mK und die Wärmeleitfähigkeit in der zweiten Richtung hoher Wärmeleitfähigkeit (Richtung v) beträgt ungefähr 1700 W/mK. Somit haben die Lagenelemente 71 in drei Richtungen eine unterschiedliche Wärmeleitfähigkeit. Die Wärmeleitfähigkeit des Materials auf Kohlenstoffbasis in der Richtung hoher Wärmeleitfähigkeit ist höher als die Wärmeleitfähigkeit von Metall. Zum Beispiel beträgt die Wärmeleitfähigkeit von sauerstofffreiem Kupfer, das ein Metall ist, ungefähr 385 W/mK.
Da die Lagenelemente 71 eine anisotrope Wärmeleitfähigkeit haben, hat auch jedes Schrägenelement 10 eine anisotrope Wärmeleitfähigkeit. Die Richtung vom vorderen Endabschnitt 65 zur Rückseite 64 des Schrägenelements 10 (Richtung w in 4) entspricht der Richtung geringer Wärmeleitfähigkeit und die Wärmeleitfähigkeit in dieser Richtung ist gering. Die Richtung von der einen Endfläche 61 zur anderen Endfläche 62 des Schrägenelements 10 (Richtung u in 4) entspricht der ersten Richtung hoher Wärmeleitfähigkeit und die Wärmeleitfähigkeit in dieser Richtung ist höher als die Wärmeleitfähigkeit der Richtung geringer Wärmeleitfähigkeit (Richtung w). Die Richtung von der einen Seitenfläche 63 zur anderen Seitenfläche 63 des Schrägenelements 10 (Richtung v in 4) entspricht der zweiten Richtung hoher Wärmeleitfähigkeit und die Wärmeleitfähigkeit in dieser Richtung ist höher als die Wärmeleitfähigkeit der Richtung geringer Wärmeleitfähigkeit (Richtung w).
Wie in 9 gezeigt ist, ist die Vielzahl von Schrägenelementen 10 Seite an Seite angeordnet. Die Vielzahl von Schrägenelementen 10 ist in einem Zustand angeordnet, indem sie unterschiedlichen Richtungen zugewandt sind. Die Vielzahl von Schrägenelementen 10 ist einander gegenüberliegend angeordnet. Die Vielzahl von Schrägenelementen 10 ist in einem Zustand angeordnet, in dem die jeweiligen vorderen Endabschnitte 65 einander gegenüberliegen. Jedes erste Thermodiffusionselement 31 wird ausgebildet, indem das erste Schrägenelement 101 und das zweite Schrägenelement 102 Seite an Seite und einander gegenüberliegend in einem Zustand angeordnet werden, in dem sie unterschiedlichen Richtungen zugewandt. Zudem wird jedes zweite Thermodiffusionselement 32 ausgebildet, indem das dritte Schrägenelement 103 und das vierte Schrägenelement 104 Seite an Seite und einander gegenüberliegend in einem Zustand angeordnet werden, in dem sie unterschiedlichen Richtung zugewandt sind.
Wie in 1 und 9 gezeigt ist, sind die ersten Thermodiffusionselemente 31 und die zweiten Thermodiffusionselemente 32 Seite an Seite voneinander beabstandet angeordnet. Die ersten Thermodiffusionselemente 31 und die zweiten Thermodiffusionselemente 32 sind entlang der von links nach rechts gehenden Richtung nebeneinander angeordnet. In dem in 1 gezeigten Beispiel ist die Vielzahl von ersten Thermodiffusionselementen 31 auf der linken Seite angeordnet und die Vielzahl von zweiten Thermodiffusionselementen 32 ist auf der rechten Seite angeordnet.
Die ersten Thermodiffusionselemente 31 sind so angeordnet, dass sie dem ersten Halbleiterchip 21 entsprechen. Die ersten Thermodiffusionselemente 31 sind jeweils oberhalb und unterhalb des ersten Halbleiterchips 21 angeordnet. Die ersten Thermodiffusionselemente 31 sind an einer Stelle angeordnet, die dem ersten Halbleiterchip 21 über die Wärmeabstrahlelemente 4 gegenüberliegt. Die ersten Thermodiffusionselemente 31 sind an einer Stelle angeordnet, die sich in der Dickenrichtung des ersten Halbleiterchips 21 (Richtung z in 1) mit dem Halbleiterchip 21 überlappt. Die ersten Thermodiffusionselemente 31 sind zwischen den Wärmeabstrahlelementen 4 und den Kühlern 5 angeordnet. Die ersten Thermodiffusionselemente 31 sind mit einer Rückenfläche 49 der entsprechenden Wärmeabstrahlelemente 4 (des ersten Wärmeabstrahlelements 41 und des zweiten Wärmeabstrahlelements 42) verbunden. Ein Ende der ersten Thermodiffusionselemente 31 ist mit dem entsprechenden Wärmeabstrahlelement 4 an einer Stelle verbunden, die dem ersten Halbleiterchip 21 gegenüberliegt. Ein anderes Ende der ersten Thermodiffusionselemente 31 ist mit dem Isolierelement 56 verbunden. Entsprechend sind die zweiten Thermodiffusionselemente 32 so angeordnet, dass sie dem zweiten Halbleiterchip 22 entsprechen. Die zweiten Thermodiffusionselemente 32 sind jeweils oberhalb und unterhalb des zweiten Halbleiterchips 22 angeordnet. Die zweiten Thermodiffusionselemente 32 sind an einer Stelle angeordnet, die dem zweiten Halbleiterchip 22 über die Wärmeabstrahlelemente 4 gegenüberliegt. Die zweiten Thermodiffusionselemente 32 sind an einer Stelle angeordnet, die sich in der Dickenrichtung des zweiten Halbleiterchips 22 (Richtung z in 1) mit dem zweiten Halbleiterchip 22 überlappt. Die zweiten Thermodiffusionselemente 32 sind mit der Rückenfläche 49 der entsprechenden Wärmeabstrahlelemente 4 (des ersten Wärmeabstrahlelements 41 und des zweiten Wärmeabstrahlelements 42) verbunden. Ein Ende jedes zweiten Thermodiffusionselements 32 ist mit dem entsprechenden Wärmeabstrahlelement 4 an einer Stelle verbunden, die dem zweiten Halbleiterchip 22 gegenüberliegt. Ein anderes Ende jedes zweiten Thermodiffusionselements 32 ist mit dem Isolierelement 56 verbunden.
Die Vielzahl von Schrägenelementen 10, die die Thermodiffusionselemente 3 konfigurieren, ist so angeordnet, dass sie sich von den Wärmeabstrahlelementen 4 aus schief zu den entsprechenden Kühlern 5 hin erstreckt. Die Vielzahl von Schrägenelementen 10 (die ersten Schrägenelemente 101, die zweiten Schrägenelemente 102, die dritten Schrägenelemente 103, die vierten Schrägenelemente 104) erstrecken sich jeweils bezogen auf das Wärmeabstrahlelement 4 vom Wärmeabstrahlelement 4 aus in einem schrägen Zustand zum Kühler 5. In diesem Ausführungsbeispiel ist jedes Schrägenelement 10 bezogen auf das Wärmeabstrahlelement 4 und den Kühler 5 um 45° geneigt. Zudem ist die erste Richtung hoher Wärmeleitfähigkeit jedes Schrägenelements 10 (Richtung u in 4) bezogen auf das Wärmeabstrahlelement 4 und den Kühler 5 um 45° geneigt. Die erste Richtung hoher Wärmeleitfähigkeit erstreckt sich in einer Richtung vom Wärmeabstrahlelement 4 zum Kühler 5 hin. Das heißt, die erste Richtung hoher Wärmeleitfähigkeit entspricht der Längsrichtung jedes Schrägenelements 10, und die Wärme wird mit hoher Wärmeleitfähigkeit vom Wärmeabstrahlelement 4 zum Isolierelement 56 übertragen. Andererseits erstreckt sich die zweite Richtung hoher Wärmeleitfähigkeit jedes Schrägenelements 10 (Richtung v in 4) parallel zu dem Wärmeabstrahlelement 4 und dem Kühler 5.
Die ersten Schrägenelemente 101 und die zweiten Schrägenelemente 102, die die ersten Thermodiffusionselemente 31 konfigurieren, sind in wechselseitig unterschiedlichen Richtungen geneigt. In dem in 1 und 9 gezeigten Beispiel erstrecken sich die ersten Schrägenelemente 101 von den Wärmeabstrahlelementen 4 aus schief nach links zu den Kühlern 5 hin. Andererseits erstrecken sich die zweiten Schrägenelemente 102 von den Wärmeabstrahlelementen 4 aus schief nach rechts zu den Kühlern 5 hin. Jedes erste Schrägenelement 101 ist so geneigt, dass es von der Seite des Wärmeabstrahlelements 4 zur Seite des Kühlers 5 hin mit größerem Abstand in der Richtung x zwischen ihnen vom zweiten Schrägenelement 102 getrennt ist. Jedes zweite Schrägenelement 102 ist so geneigt, dass es von der Seite des Wärmeabstrahlelements 4 zur Seite der Kühler 5 hin mit größerem Abstand in der Richtung x zwischen ihnen vom ersten Schrägenelement 101 getrennt ist. Das heißt, der Zwischenraum zwischen dem ersten Schrägenelement 101 und dem zweiten Schrägenelement 102 ist auf der Seite des Kühlers 5 breiter als auf der Seite des Wärmeabstrahlelements 4.
Die dritten Schrägenelemente 103 und die vierten Schrägenelemente 104, die die zweiten Thermodiffusionselemente 32 konfigurieren, sind in wechselseitig unterschiedlichen Richtungen geneigt. In dem in 1 und 9 gezeigten Beispiel erstrecken sich die dritten Schrägenelemente 103 von den Wärmeabstrahlelementen 4 aus schief nach links zu den Kühlern 5 hin. Andererseits erstrecken sich die vierten Schrägenelemente 104 von den Wärmeabstrahlelementen 4 aus schief nach rechts zu den Kühlern 5 hin. Jedes dritte Schrägenelement 103 ist so geneigt, dass es von der Seite des Wärmeabstrahlelements 4 zur Seite des Kühlers 5 hin vom vierten Schrägenelement 104 getrennt ist. Jedes vierte Schrägenelement 104 ist so geneigt, dass es von der Seite des Wärmeabstrahlelements 4 zur Seite des Kühlers 5 hin vom dritten Schrägenelement 103 getrennt ist. Das heißt, der Zwischenraum zwischen dem dritten Schrägenelement 103 und dem vierten Schrägenelement 104 ist auf der Seite des Kühlers 5 breiter als auf der Seite des Wärmeabstrahlelements 4.
Zwischen den nebeneinander liegenden ersten Thermodiffusionselementen 31 und zweiten Thermodiffusionselementen 32 ist ein Zwischenraumabschnitt 35 ausgebildet. Die Zwischenräume (die Zwischenraumabschnitte 35) zwischen den ersten Thermodiffusionselementen 31 und den zweiten Thermodiffusionselementen 32 sind so ausgebildet, dass sie dem Zwischenraum (dem Zwischenraumabschnitt 25) zwischen dem ersten Halbleiterchip 21 und dem zweiten Halbleiterchip 22 entsprechen. Die Zwischenräume (die Zwischenraumabschnitte 35) zwischen den ersten Thermodiffusionselementen 31 und den zweiten Thermodiffusionselementen 32 sind über die Wärmeabstrahlelemente 4 an einer Stelle angeordnet, die dem Zwischenraum (dem Zwischenraumabschnitt 25) zwischen dem ersten Halbleiterchip 21 und dem zweiten Halbleiterchip 22 gegenüberliegt. Die Zwischenraumabschnitte 35 der Thermodiffusionselemente 3 sind oberhalb und unterhalb des Zwischenraumabschnitts 25 der Halbleiterchips 2 ausgebildet. Die Zwischenraumabschnitte 35 der Thermodiffusionselemente 3 sind an einer Stelle ausgebildet, die sich in der Vertikalrichtung (Richtung z in 1) mit dem Zwischenraumabschnitt 25 der Halbleiterchips 2 überlappt.
Wie in 1 gezeigt ist, gehen die Thermodiffusionselemente 3 mit den Wärmeabstrahlelementen 4 Kontakt ein. Zudem gehen die Thermodiffusionselemente 3 mit den Kühlern 5 Kontakt ein. Jedes Schrägenelement 10, das die Thermodiffusionselemente 3 konfigurieret, hat eine Endfläche auf der Seite des Wärmeabstrahlelements 4 und eine Endfläche auf der Seite des Kühlers 5. Die eine Endfläche 61 jedes Schrägenelements 10 entspricht der Endfläche auf der Seite des Wärmeabstrahlelements 4, und die andere Endfläche 62 entspricht der Endfläche auf der Seite des Kühlers 5. Eine Endfläche jedes Thermodiffusionselements 3, d. h. die eine Endfläche 61 des Schrägenelements 10, geht mit dem Wärmeabstrahlelement 4 Kontakt ein. Eine Endfläche jedes Thermodiffusionselements 3, d. h. die eine Endfläche 61 des Schrägenelements 10, ist der Seite des Wärmeabstrahlelements 4 zugewandt. Die Thermodiffusionselemente 3 sind an den Wärmeabstrahlelementen 4 durch Hartlöten oder Weichlöten befestigt. Eine andere Endfläche jedes Thermodiffusionselements 3, d. h. die andere Endfläche 62 des Schrägenelements 10, ist über das Isolierelement 56 mit dem Kühler 5 verbunden. Die andere Endfläche jedes Thermodiffusionselements 3, d. h. die andere Endfläche 62 des Schrägenelements 10, ist der Seite des Kühlers 5 zugewandt.
Wie in 9 und 10 gezeigt ist, überlappen sich die Positionen der anderen Endflächen 62 der ersten Schrägenelemente 101 und der anderen Endflächen 62 der zweiten Schrägenelemente 102, die das erste Thermodiffusionselement 31 konfigurieren, und die Positionen der anderen Endflächen 62 der dritten Schrägenelemente 103 und der anderen Endflächen 62 der vierten Schrägenelemente 104, die das zweite Thermodiffusionselement 32 konfigurieren, in der Strömungsrichtung L des Kühlmittels nicht miteinander. Das heißt, die Position der Endflächen des ersten Thermodiffusionselements 31 auf der Seite des Kühlers 5 und die Position der Endflächen des zweiten Thermodiffusionselements 32 auf der Seite des Kühlers 5 sind voneinander in einer Richtung beabstandet, die die Strömungsrichtung L des Kühlmittels innerhalb des Kühlers 5 schneidet. Die Position der Endflächen des ersten Thermodiffusionselements 31 auf der Seite des Kühlers 5 und die Position der Endflächen des zweiten Thermodiffusionselements 32 auf der Seite des Kühlers 5 überlappen sich in der Strömungsrichtung L des Kühlmittels innerhalb des Kühlers 5 nicht miteinander.
Wenn die Halbleiterchips 2 (der erste Halbleiterchip 21 und der zweite Halbleiterchip 22) durch Energiebeaufschlagung Wärme erzeugen, wird die Wärme der Halbleiterchips 2 gemäß dem oben beschriebenen Halbleiterbauteil 1 über das Lot 91 und die Abstandshalter 92 zu den Wärmeabstrahlelementen 4 (dem ersten Wärmeabstrahlelement 41 und dem zweiten Wärmeabstrahlelement 42) übertragen. Die zu den Wärmeabstrahlelementen 4 übertragene Wärme wird zu den Thermodiffusionselementen 3 (den ersten Thermodiffusionselementen 31 und den zweiten Thermodiffusionselementen 32) übertragen, die mit den Wärmeabstrahlelementen 4 verbunden sind. Andererseits werden die Thermodiffusionselemente 3 (die ersten Thermodiffusionselemente 31 und die zweiten Thermodiffusionselemente 32) von den Kühlern 5 (dem ersten Kühler 51 und dem zweiten Kühler 52) gekühlt, die sich mit den Thermodiffusionselementen 3 in Kontakt befinden. Somit wird die von den Halbleiterchips 2 erzeugte Wärme zu den Thermodiffusionselementen 3 übertragen und die Thermodiffusionselemente 3 werden von den Kühlern 5 gekühlt. Dadurch können die Halbleiterchips 2 gekühlt werden.
Wenn sich die Wärmeerzeugung der Halbleiterchips 2 wiederholt, wiederholt sich die Ausdehnung und Schrumpfung des Dichtharzes 93, das die Halbleiterchips 2 und die Wärmeabstrahlelemente 4 abdichtet, und dadurch unterliegt das Dichtharz 93 einer Spannung in Richtung einer Ablösung von den Halbleiterchips 2 oder den Wärmeabstrahlelementen 4. Die Ausdehnung und Schrumpfung des Dichtharzes 93 ist wahrscheinlich insbesondere in einem Abschnitt zwischen dem ersten Halbleiterchip 21 und dem zweiten Halbleiterchip 22 größer, und die Spannung, der das Dichtharz 93 unterliegt, nimmt zu.
Das oben genannte Halbleiterbauteil 1 umfasst die Thermodiffusionselemente 3 aus Material auf Kohlenstoffbasis (die ersten Thermodiffusionselemente 31 und die zweiten Thermodiffusionselemente 32), die mit den Wärmeabstrahlelementen 4 aus Metall verbunden sind. In diesem Halbleiterbauteil 1 wird die Wärme, die von den Halbleiterchips 2 zu den Wärmeabstrahlelementen 4 aus Metall übertragen wird, von den Wärmeabstrahlelementen 4 zu den Thermodiffusionselementen 3 aus Material auf Kohlenstoffbasis übertragen. Die Thermodiffusionselemente 3 werden dann von den Kühlern 5 gekühlt. Da die Wärmeleitfähigkeit von Material auf Kohlenstoffbasis höher als die Wärmeleitfähigkeit von Metall ist, kann zu diesem Zeitpunkt die Kühlwirkung beim Kühlen der Thermodiffusionselemente 3 aus Material auf Kohlenstoffbasis gesteigert werden. Zudem erlaubt das Anordnen der Thermodiffusionselemente 3, die aus Material auf Kohlenstoffbasis statt aus Metall bestehen, die Dicke der Wärmeabstrahlelemente 4, die aus Metall bestehen, und die Steifheit der Wärmeabstrahlelemente 4 zu verringern. Folglich können sich die Wärmeabstrahlelemente 4 somit selbst dann, wenn das Dichtharz 93, das die Halbleiterchips 2 und die Wärmeabstrahlelemente 4 abdichtet, einer wiederholten Ausdehnung und Schrumpfung unterliegt, aufgrund dessen, dass die Steifheit der Wärmeabstrahlelemente 4 verringert worden ist, dem Dichtharz 93 folgend biegen. Dadurch kann die auf das Dichtharz 93 aufgebrachte Spannung verringert werden und die Ablösung des Dichtharzes 93 kann unterdrückt werden.
Wenn die von den Halbleiterchips 2 erzeugte Wärme zu den Thermodiffusionselementen 3 (den ersten Thermodiffusionselementen 31 und den zweiten Thermodiffusionselementen 32) übertragen wird, tritt in den Thermodiffusionselementen 3 zudem Wärmespannung auf. Zu diesem Zeitpunkt sind die ersten Thermodiffusionselemente 31 und die zweiten Thermodiffusionselemente 32 gemäß dem Halbleiterbauteil 1 so angeordnet, dass sie voneinander beabstandet sind, und da die Zwischenraumabschnitte 35 ausgebildet sind, kann der Einfluss der in den Thermodiffusionselementen 3 auftretenden Wärmespannung durch diese Zwischenraumabschnitte 35 verringert werden. Und zwar kann die in den Thermodiffusionselementen 3 auftretende Spannung verringert werden, weil sich die Thermodiffusionselemente 3 zur Seite des Zwischenraumabschnitts 35 biegen können, wenn Spannung auftritt. Dadurch ist es möglich, den Einfluss der Wärmespannung der Thermodiffusionselemente 3 zu verringern, der durch die Thermodiffusionselemente 3 auf die Wärmeabstrahlelemente 4 ausgeübt wird, mit denen sie verbunden sind, und es fällt den Wärmeabstrahlelementen 4 leicht, sich der Ausdehnung und Schrumpfung des Dichtharzes 93 folgend zu biegen. Somit kann die Ablösung des Dichtharzes 93 weiter verringert werden.
Zudem sind die ersten Thermodiffusionselemente 31 und die zweiten Thermodiffusionselemente 32 derart positioniert, dass die Zwischenraumabschnitte 35 zwischen den ersten Thermodiffusionselementen 31 und den zweiten Thermodiffusionselementen 32 dem Zwischenraumabschnitt 25 zwischen dem ersten Halbleiterchip 21 und dem zweiten Halbleiterchip 22 gegenüberliegend positioniert sind, und folglich werden die Wärmeabstrahlelemente 4 zwischen dem ersten Halbleiterchip 21 und dem zweiten Halbleiterchip 22 nicht durch die Thermodiffusionselemente 3 eingeschränkt. Somit können sich die Wärmeabstrahlelemente 4 zwischen dem ersten Halbleiterchip 21 und dem zweiten Halbleiterchip 22 leicht der Ausdehnung und Schrumpfung des Dichtharzes 93 folgend biegen. Wenn sich die Wärmeabstrahlelemente 4 in dem Bereich zwischen dem ersten Halbleiterchip 21 und dem zweiten Halbleiterchip 22, in dem gerne hohe Spannung auftritt, leicht biegen können, kann die Spannung sogar in diesem Bereich verringert werden. Somit kann die Ablösung des Dichtharzes 93 unterdrückt werden.
Zudem ist es bei dem Halbleiterbauteil 1 möglich, die Dicke der Wärmeabstrahlelemente 4 zu verringern, und da die Dicke im Wesentlichen konstant gehalten werden kann, können die Fertigungskosten des Halbleiterbauteils 1 verringert werden.
Da die Vielzahl von Schrägenelementen 10, die die Thermodiffusionselemente 3 konfigurieren, bezüglich der Wärmeabstrahlelemente 4 in dem schrägen Zustand angeordnet ist, kann zudem die von den Wärmeabstrahlelementen 4 zu den Thermodiffusionselementen 3 übertragene Wärme durch die Neigung der Schrägenelemente 10 verteilt werden. Dadurch kann die Kühlwirkung gesteigert werden. Das heißt, die ersten Schrägenelemente 101 und die zweiten Schrägenelemente 102, die die ersten Thermodiffusionselemente 31 konfigurieren, erstrecken sich derart im schrägen Zustand von den Wärmeabstrahlelementen 4 zu den Kühlern 5 hin, dass die ersten Schrägenelemente 101 und die zweiten Schrägenelemente 102 weiter voneinander getrennt sind, wenn sie von der Seite des Wärmeabstrahlelements 4 zur gegenüberliegenden Seite des Kühlers 5 hin weglaufen. Somit wird die von den Wärmeabstrahlelementen 4 zu den ersten Thermodiffusionselementen 31 (den ersten Schrägenelementen 101 und den zweiten Schrägenelementen 102) übertragene Wärme verteilt und die verteilte Wärme wird zu den Kühlern 5 übertragen. Da die Wärme bei Verteilung abnimmt, kann die Kühlwirkung folglich gesteigert werden. Entsprechend erstrecken sich ansonsten die dritten Schrägenelemente 103 und die vierten Schrägenelemente 104, die die zweiten Thermodiffusionselemente 32 konfigurieren, in einem schrägen Zustand derart von den Wärmeabstrahlelementen 4 zu den Kühlern 5 hin, dass die dritten Schrägenelemente 103 und die vierten Schrägenelemente 104 weiter voneinander beabstandet sind, wenn sie von der Seite des Wärmeabstrahlelements 4 zur gegenüberliegenden Seite des Kühlers 5 hin weglaufen. Dadurch kann die Kühlwirkung gesteigert werden.
Zudem sind in dem Halbleiterbauteil 1 die Position der Endflächen der ersten Thermodiffusionselemente 31 auf der Seite des Kühlers 5 und die Position der Endflächen der zweiten Thermodiffusionselemente 32 auf der Seite des Kühlers 5 in der Richtung, die sich mit der Strömungsrichtung L des Kühlmittels innerhalb des Kühlers 5 schneidet, versetzt. Da sich die Position der mit den Kühlern 5 Kontakt eingehenden Endflächen in der Strömungsrichtung L des Kühlmittels bei den ersten Thermodiffusionselementen 31 und den zweiten Thermodiffusionselementen 32 nicht miteinander überlappt, kann die Kühlwirkung gesteigert werden. Wenn sich die Position der Endflächen der ersten Thermodiffusionselemente 31 auf der Seite des Kühlers 5 und die Position der Endflächen der zweiten Thermodiffusionselemente 32 auf der Seite des Kühlers 5 miteinander in der Strömungsrichtung L des Kühlmittels überlappen würden, würden die zweiten Thermodiffusionselemente 32 nämlich von dem Kühlmittel gekühlt werden, das die ersten Thermodiffusionselemente 31 gekühlt hat, und folglich wäre es schwierig, die Kühlwirkung zu steigern. Wenn sich die Position der Endflächen der ersten Thermodiffusionselemente 31 auf der Seite des Kühlers 5 und die Position der Endflächen der zweiten Thermodiffusionselemente 32 auf der Seite des Kühlers 5 jedoch in der Strömungsrichtung L des Kühlmittels nicht miteinander überlappen, können die ersten Thermodiffusionselemente 31 und die zweiten Thermodiffusionselemente 32 jeweils von frischem Kühlmittel gekühlt werden, und folglich kann die Kühlwirkung gesteigert werden.
Oben erfolgte die Beschreibung eines Ausführungsbeispiels. Allerdings sind die spezifischen Ausführungsbeispiele nicht auf das obige Ausführungsbeispiel beschränkt. In der folgenden Beschreibung sind ähnliche Konfigurationen wie die Konfiguration in der obigen Beschreibung mit den gleichen Bezugszahlen versehen, und eine Beschreibung davon wird weggelassen.
In dem obigen Ausführungsbeispiel war die Konfiguration die, dass Endflächen der Thermodiffusionselemente 3 auf der Seite des Kühlers 5 über die dünnen Schichten 93 und die Isolierelemente 56 mit den Kühlern 5 Kontakt eingingen, doch ist die Konfiguration nicht darauf beschränkt. Wie in 11 gezeigt ist, kann ein Halbleiterbauteil 1 eines anderen Ausführungsbeispiels Metallelemente 81 umfassen, die zwischen den Thermodiffusionselementen 3 und den Kühlern 5 angeordnet sind. Als die Metallelemente 81 können Metallblockkörper aus zum Beispiel Kupfer (Cu), Aluminium (Al) usw. verwendet werden. Die Metallelemente 81 sind jeweils oberhalb des oberen Thermodiffusionselements 3 und unterhalb des unteren Thermodiffusionselements 3 angeordnet. Die Metallelemente 81 gehen mit den Thermodiffusionselementen 3 und den Kühlern 5 Kontakt ein. Die Endflächen der Thermodiffusionselemente 3 (der ersten Thermodiffusionselemente 31 und der zweiten Thermodiffusionselemente 32) auf der Seite des Kühlers 5 (die anderen Endflächen 62 der Schrägenelemente 10) gehen mit den Metallelementen 81 Kontakt ein. Die Kühler 5 (der erste Kühler 51 und der zweite Kühler 52) gehen über die Isolierelemente 56 mit den Metallelementen 81 Kontakt ein. Die Metallelemente 81 fungieren als eine thermische Masse. Indem die Metallelemente 81 vorgesehen werden, kann die Wärme gemäß dieser Konfiguration von den Thermodiffusionselementen 3 zu den Metallelementen 81 entkommen. Die Wärme wird in den Metallelementen 81 gespeichert, und die Kühler 5 kühlen diese Metallelemente 81.
In dem obigen Ausführungsbeispiel war die Konfiguration die, dass zwischen den Thermodiffusionselementen 3 und den Kühlern 5 die Metallelemente 81 angeordnet waren, doch ist die Konfiguration nicht darauf beschränkt. In einem anderen Ausführungsbeispiel kann, wie in 12 gezeigt ist, an Querseiten der Wärmeabstrahlelemente 4 eine Vielzahl der Metallelemente 81 positioniert sein. Die Metallelemente 81 sind neben den Wärmeabstrahlelementen 4 angeordnet. Die Metallelemente 81 sind jeweils links und rechts der Wärmeabstrahlelemente 4 angeordnet. Die Metallelemente 81 werden von dem Dichtharz 93 abgedichtet. Die Metallelemente 81 sind fern von den Wärmeabstrahlelementen 4 angeordnet. Zwischen den Metallelementen 81 und den Wärmeabstrahlelementen 4 sind Verbindungselemente 82 positioniert. Die Verbindungselemente 82 gehen mit den Metallelementen 81 und den Wärmeabstrahlelementen 4 Kontakt ein. Die Metallelemente 81 und die Wärmeabstrahlelemente 4 gehen über die Verbindungselemente 82 Kontakt ein. Die Verbindungselemente 82 haben Wärmeleitfähigkeit. Als Material der Verbindungselemente 82 kann Metall oder Material auf Kohlenstoffbasis verwendet werden. Indem die Metallelemente 81 und die Verbindungselementen 82 vorgesehen werden, kann die Wärme gemäß dieser Konfiguration von den Wärmeabstrahlelementen 4 über die Verbindungselemente 82 zu den Metallelementen 81 entkommen. Die Wärme wird in den Metallelementen 81 gespeichert, die als eine thermische Masse fungieren.
In dem obigen Ausführungsbeispiel waren zwischen den Wärmeabstrahlelementen 4 und den Metallelementen 81 die Verbindungselemente 82 positioniert. Allerdings ist die Konfiguration nicht darauf beschränkt und die Verbindungselemente 82 können, wie in 13 gezeigt ist, weggelassen werden. In dem in 13 gezeigten Ausführungsbeispiel sind an beiden Endabschnitten der Wärmeabstrahlelemente 4 die Metallelemente 81 befestigt. Die Wärmeabstrahlelemente 4 und die Metallelemente 81 sind als eine Einheit ausgebildet. Ein Endabschnitt 181 jedes Metallelements 81 wird von dem Dichtharz 93 abgedichtet. Ein anderer Endabschnitt 182 jedes Metallelements 81 geht über das Isolierelement 56 mit dem Kühler 5 Kontakt ein.
In noch einem anderen Ausführungsbeispiel können die Metallelemente 81, wie in 14 gezeigt ist, zwischen den Thermodiffusionselementen 3 und den Kühlern 5 und neben den Wärmeabstrahlelementen 4 angeordnet sein. Die Wärmeabstrahlelemente 4 und die Metallelemente 81 sind als Einheit ausgebildet. Die Metallelemente 81 umgeben die Thermodiffusionselemente 3 (die ersten Thermodiffusionselemente 31 und die zweiten Thermodiffusionselemente 32). Zudem können Zwischenräume 183, die von den Wärmeabstrahlelementen 4 und den Metallelementen 81 umgeben sind, mit Flüssigkeit oder Metallpulver gefüllt sein. Zum Beispiel können die Zwischenräume 183 mit Wasser oder flüssigem Metall gefüllt sein. Alternativ können die Zwischenräume 183 mit Pulver aus Kupfer (Cu) oder Aluminium (Al) gefüllt sein.
Zudem ist die Anzahl oder Anordnung der Schrägenelemente 10, die die Thermodiffusionselemente 3 gestalten, nicht auf die obigen Ausführungsbeispiele beschränkt. Zum Beispiel können der erste Halbleiterchip 21 und der zweite Halbleiterchip 22, wie in 15 gezeigt ist, näher aneinander gebracht werden, indem die Anzahl an Schrägenelementen 10, die die Thermodiffusionselemente 3 gestalten, verringert wird. In dem in 15 gezeigten Beispiel, sind für den ersten Halbleiterchip 21 zwei Schrägenelemente 10 vorgesehen. Die zwei Schrägenelemente 10 für den ersten Halbleiterchip 21 sind jeweils oberhalb und unterhalb des ersten Halbleiterchips 21 positioniert. In 15 sind nur die Schrägenelemente 10 unterhalb des ersten Halbleiterchips 21 gezeigt.
Entsprechend sind für den zweiten Halbleiterchip 22 zwei Schrägenelemente 10 vorgesehen. Die zwei Schrägenelemente 10 für den zweiten Halbleiterchip 22 sind jeweils oberhalb und unterhalb des zweiten Halbleiterchips 22 positioniert. In 15 sind die zwei unterhalb des zweiten Halbleiterchips 22 angeordneten Schrägenelemente 10 gezeigt. Zudem sind in dem in 15 gezeigten Beispiel die Schrägenelemente 10, die das erste Thermodiffusionselement 31 konfigurieren, und die Schrägenelemente 10, die das zweite Thermodiffusionselement 32 konfigurieren, so angeordnet, dass sie sich in einer Richtung senkrecht zur Strömungsrichtung L des Kühlmittels erstrecken. Gemäß dieser Konfiguration kann der Abstand zwischen dem ersten Halbleiterchip 21 und dem zweiten Halbleiterchip 22 verringert werden, und die Vielzahl von Halbleiterchips 2 kann mit hoher Dichte angeordnet werden.
Zudem gibt es keine besondere Beschränkung hinsichtlich der Form der Schrägenelemente 10, die die Thermodiffusionselemente 3 gestalten. In dem in 15 gezeigten Beispiel sind die einen Endflächen 61 und die anderen Endflächen 62 der Schrägenelemente 10 in einer Quadratform ausgebildet.
Die Kühler 5 der obigen Ausführungsbeispiele verwendeten strömendes Kühlmittel, doch sind sie nicht auf diese Konfiguration beschränkt. In den Kühlern 5 eines anderen Ausführungsbeispiels muss kein strömendes Kühlmittel verwendet werden. Die Kühler 5 können eine Wärmesenke oder dergleichen sein, die kein Kühlmittel verwendet.
In den obigen Ausführungsbeispielen sind die Endflächen der Thermodiffusionselemente 3 (der Vielzahl von ersten Thermodiffusionselementen 31 und der Vielzahl von zweiten Thermodiffusionselementen 32) auf der Seite des Kühlers 5 über die Isolierelemente 56 an den Kühlern 5 befestigt, doch sind sie nicht auf diese Konfiguration beschränkt. In einem anderen Ausführungsbeispiel können sich die anderen Endflächen 62 der Thermodiffusionselemente 3 mit den Kühlern 5 in direktem Kontakt befinden.
Unten werden einige Offenbarungsmerkmale angegeben. Es sollte beachtet werden, dass jedes unten angegebene Merkmal unabhängig nützlich ist.

1. Der Kühler kann so gestaltet sein, dass er das erste Thermodiffusionselement und das zweite Thermodiffusionselement unter Verwendung eines strömenden Kühlmittels kühlt. Eine Position einer Endfläche des ersten Thermodiffusionselements auf einer Kühlerseite und eine Position einer Endfläche des zweiten Thermodiffusionselements auf der Kühlerseite überlappen einander in einer Strömungsrichtung des Kühlmittels nicht.

Gemäß dieser Konfiguration ist es möglich zu unterdrücken, dass von einem Thermodiffusionselement erwärmtes Kühlmittel zu einer Position an einer Endfläche eines anderen Thermodiffusionselements strömt. Folglich können die Thermodiffusionselemente wirksam von dem Kühlmittel gekühlt werden.

2. Das erste Thermodiffusionselement und das zweite Thermodiffusionselement können jeweils ein Schrägenelement umfassen, das sich bezogen auf das Wärmeabstrahlelement vom Wärmeabstrahlelement aus in einem schrägen Zustand zum Kühler erstreckt.
3. Das erste Thermodiffusionselement kann ein erstes Schrägenelement, das sich bezogen auf das Wärmeabstrahlelement vom Wärmeabstrahlelement aus in einem schrägen Zustand zum Kühler erstreckt, und ein zweites Schrägenelement, das sich bezogen auf das Wärmeabstrahlelement vom Wärmeabstrahlelement aus in einem schrägen Zustand zum Kühler erstreckt, umfassen, wobei das zweite Schrägenelement auf einer Seite näher am Kühler weiter vom ersten Schrägenelement weg positioniert ist.
4. Das Halbleiterbauteil kann zudem ein Metallelement umfassen, das zwischen den ersten und zweiten Thermodiffusionselementen und dem Kühler angeordnet ist.
5. Das Halbleiterbauteil kann zudem ein Metallelement umfassen, das auf einer Querseite des Wärmeabstrahlelements angeordnet ist.
6. Das Halbleiterbauteil kann zudem ein Verbindungselement umfassen, das zwischen dem Wärmeabstrahlelement und dem Metallelement angeordnet ist und das Wärmeabstrahlelement und das Metallelement verbindet.
7. Das Halbleiterbauteil kann zudem ein Metallelement umfassen, das das erste Thermodiffusionselement und das zweite Thermodiffusionselement umgibt. In einem von dem Metallelement umgebenen Zwischenraum kann Flüssigkeit, Pulver oder eine Kombination davon eingefüllt sein.
8. Die Schrägenelemente können sich in einer Richtung senkrecht zu einer Strömungsrichtung des Kühlmittels im Kühler erstrecken.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 2012-028520 A [0002, 0002, 0003]

Claims

Halbleiterbauteil (1) mit: einem Wärmeabstrahlelement (4), das aus Metall besteht und eine erste Oberfläche (40) und eine auf einer entgegengesetzten Seite der ersten Oberfläche (40) liegende zweite Oberfläche (49) aufweist; einem ersten Halbleiterchip (21), der mit der ersten Oberfläche (40) des Wärmeabstrahlelements (4) verbunden ist; einem zweiten Halbleiterchip (22), der vom ersten Halbleiterchip (21) beabstandet ist und mit der ersten Oberfläche (40) des Wärmeabstrahlelements (4) verbunden ist; einem Dichtharz (93), das den ersten Halbleiterchip (21), den zweiten Halbleiterchip (22) und die erste Oberfläche (40) des Wärmeabstrahlelements (4) zwischen dem ersten Halbleiterchip (21) und dem zweiten Halbleiterchip (22) abdichtet; einem ersten Thermodiffusionselement (31), das aus Material auf Kohlenstoffbasis besteht und an einer dem ersten Halbleiterchip (21) gegenüberliegenden Position mit der zweiten Oberfläche (49) des Wärmeabstrahlelements (4) verbunden ist; einem zweiten Thermodiffusionselement (32), das aus Material auf Kohlenstoffbasis besteht und an einer dem zweiten Halbleiterchip (22) gegenüberliegenden Position mit der zweiten Oberfläche (49) des Wärmeabstrahlelements (4) verbunden ist; und einem Kühler (5), der so gestaltet ist, dass er das erste Thermodiffusionselement (31) und das zweite Thermodiffusionselement (32) kühlt, und der so angeordnet ist, dass er der zweiten Oberfläche (49) des Wärmeabstrahlelements (4) zugewandt ist, wobei das erste Thermodiffusionselement (31) und das zweite Thermodiffusionselement (32) voneinander beabstandet sind und derart angeordnet sind, dass ein Zwischenraum (35) zwischen dem ersten Thermodiffusionselement (31) und dem zweiten Thermodiffusionselement (32) so positioniert ist, dass er einem Zwischenraum (25) zwischen dem ersten Halbleiterchip (21) und dem zweiten Halbleiterchip (22) über das Wärmeabstrahlelement (4) gegenüberliegt.
Halbleiterbauteil (1) nach Anspruch 1, wobei der Kühler (5) so gestaltet ist, dass er das erste Thermodiffusionselement (31) und das zweite Thermodiffusionselement (32) unter Verwendung strömenden Kühlmittels kühlt, und eine Position einer Endfläche (62) des ersten Thermodiffusionselements (31) auf einer Kühlerseite und eine Position einer Endfläche (62) des zweiten Thermodiffusionselements (32) auf der Kühlerseite einander in einer Strömungsrichtung (L) des Kühlmittels nicht überlappen.
Halbleiterbauteil (1) nach Anspruch 1 oder 2, wobei das erste Thermodiffusionselement (31) und das zweite Thermodiffusionselement (32) jeweils ein Schrägenelement (10) umfassen, das sich bezogen auf das Wärmeabstrahlelement (4) vom Wärmeabstrahlelement (4) aus in einem schrägen Zustand zum Kühler (5) hin erstreckt.
Halbleiterbauteil (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei das erste Thermodiffusionselement (31) Folgendes umfasst: ein erstes Schrägenelement (101), das sich bezogen auf das Wärmeabstrahlelement (4) vom Wärmeabstrahlelement (4) aus in einem schrägen Zustand zum Kühler (5) hin erstreckt; und ein zweites Schrägenelement (102), dass sich bezogen auf das Wärmeabstrahlelement (4) vom Wärmeabstrahlelement (4) aus in einem schrägen Zustand zum Kühler (5) hin erstreckt, und ein Abstand zwischen dem ersten Schrägenelement (101) und dem zweiten Schrägenelement (102) parallel zur ersten und zweiten Oberfläche (40, 49) des Wärmeabstrahlelements (4) auf einer Seite näher am Kühler (5) größer wird.
Halbleiterbauteil (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, mit zudem: einem Metallelement (81), das zwischen den ersten und zweiten Thermodiffusionselementen (31, 32) und dem Kühler (5) angeordnet ist.
Halbleiterbauteil (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, mit zudem: einem Metallelement (41), das auf einer Querseite des Wärmabstrahlelements (4) angeordnet ist.
Halbleiterbauteil (1) nach Anspruch 6, mit zudem: einem Verbindungselement (82), das zwischen dem Wärmeabstrahlelement (4) und dem Metallelement (81) angeordnet ist und das Wärmeabstrahlelement (4) und das Metallelement (81) verbindet.
Halbleiterbauteil (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, mit zudem: einem Metallelement (81), das das erste Thermodiffusionselement (31) und das zweite Thermodiffusionselement (32) umgibt, wobei in einem von dem Metallelement (81) umgebenen Zwischenraum (183) Flüssigkeit, Pulver oder eine Kombination davon eingefüllt ist.
Halbleiterbauteil (1) nach Anspruch 3 oder 4, wobei sich die Schrägenelemente (10) in einer Richtung senkrecht zu einer Strömungsrichtung (L) des Kühlmittels im Kühler (5) erstrecken.