例如，在专利文献1记载的现有的半导体器件中，为了防止发生 结露，在除了压接着热传导性绝缘间隔件的半导体器件的部分之外的 元件侧的表面，形成有热阻抗高的绝缘片或者具有树脂制热阻抗体功 能的电绝缘用环氧树脂粉状体涂料的层。
另一方面，在包括发热电元件和外壳的半导体器件等的电装置 中，外壳要求耐热性，上述外壳具有支持该发热电元件并对发热电元 件发出的热量进行散热的散热基板、以及连接到散热基板并且包围发 热元件的外壳盖板。当发热比较小、能够通过散热基板和外壳的散热 维持比较低的温度的情况下，可以使用PPS等耐热性树脂作为外壳， 从而可以将外壳价格抑制得较低。
另外，在现有的电装置中，例如，如专利文献2所记载的那样， 在半导体器件和电连接电动机及电容器的铜板(汇流条)之间不插入 任何东西。
在该现有例子所记载的使用功率模块构成的逆变器中，1个模块 具有U相(或V相、W相)、P相、N相的输出端子和控制端子， 以3个模块构成逆变器。在此U、V、W相连接着电动机，P、N相 连接着平滑电容器、电源或转换器。控制端子连接着控制模块的动作 的栅极驱动器。
专利文献1：日本特开平9-219970号公报
专利文献2：日本特开平11-265969号公报
当半导体元件的温度大于等于树脂性热阻抗体的耐热温度的情 况下，就不能使用专利文献1所记载的树脂制热阻抗体。另外，当是 以外壳覆盖的半导体器件等的电装置的情况下，由于外壳温度大于等 于耐热温度，所以需要利用陶瓷等昂贵的耐热性材料来制造外壳，从 而存在半导体器件的制造成本提高的问题。
另外，从半导体器件输出的电流、电压通过电极连接到栅极驱动 器、电容器(电连接到半导体器件上的部件)。因此，半导体器件的 热量通过电极流入栅极驱动器、电容器。通常，电极温度接近半导体 器件的温度，当半导体器件的温度成为高温的情况下，还存在栅极驱 动器、电容器的温度超过耐热温度的问题。
目前硅元件的耐热温度一般为125℃，不过正在进行通过模块结 构(特别是焊接部分)的开发、采用硅元件来开发可在150℃、甚至 根据情况可在大于等于200℃的温度下使用的模块。在此情况下，元 件的热量通过铜板(汇流条)传导到周围装置上。由于电容器等耐热 性特别弱，所以还存在元件的工作温度受到电容器等周围装置的耐热 温度的限制的问题。

因此，本发明的目的在于实现廉价的金属制的热阻抗体结构，提 供一种具有耐热性、低造价并且可靠性高的半导体器件，另外还提供 一种热阻抗体，该热阻抗体适于包括半导体器件的发热电装置的一般 使用。
本发明的热阻抗体的特征在于，是以与接触面部分接触并且中间 形成空隙的方式构成的金属体。
另外，本发明的热阻抗体特征在于，是以相互部分接触并且中间 形成空隙的方式层叠的多个金属体的层叠体。
再有，本发明的半导体器件包括：半导体元件；和包围所述半导 体元件的外壳，该外壳具有支持该半导体元件并对发热的电元件发出 的热量进行散热的散热基板以及连接到该散热基板的外壳盖板，其特 征在于，具有插在所述半导体元件与所述外壳盖板之间或所述散热基 板与所述外壳盖板之间的热阻抗体，所述热阻抗体为以与接触面部分 接触并且中间形成有空隙的方式构成的金属体。
此外，本发明的半导体器件包括：半导体元件；和包围所述半导 体元件的外壳，该外壳具有支持该半导体元件并对发热的电元件发出 的热量进行散热的散热基板以及连接到该散热基板的外壳盖板，其特 征在于，具有插在所述半导体元件与所述外壳盖板之间或所述散热基 板与所述外壳盖板之间的热阻抗体，所述热阻抗体为以相互部分地接 触并且中间形成空隙的方式层叠的多个金属体的层叠体。
另外，本发明的电装置包括：半导体器件、电连接到该半导体器 件上的部件、以及电连接两者的具有导电性的导电性部件，其特征在 于，具有插在所述半导体器件与所述导电性部件之间或插在所述导电 性部件与电连接到所述半导体器件上的部件之间的热阻抗体，所述热 阻抗体为以与接触面部分接触并且中间形成空隙的方式构成的金属 体。
再有，本发明的电装置包括：半导体器件、电连接到该半导体器 件上的部件、以及电连接两者的具有导电性的导电性部件，其特征在 于，具有插在所述半导体器件与所述导电性部件之间或插在所述导电 性部件与电连接到所述半导体器件上的部件之间的热阻抗体，所述热 阻抗体为以相互部分地接触并且中间形成空隙的方式层叠的多个金 属体的层叠体。
此外，本发明的半导体器件具有与部件电连接的连接部，其特征 在于，在所述连接部上具有热阻抗体，该热阻抗体为以与部件的接触 面部分接触并且中间形成空隙的方式构成的金属体。
另外，本发明的半导体器件具有与部件电连接的连接部，其特征 在于，在所述连接部上具有热阻抗体，该热阻抗体为以相互部分地接 触并且中间形成空隙的方式层叠的多个金属体的层叠体。
根据本发明，可提供一种热阻抗体，该热阻抗体特征在于，是以 与接触面部分接触并且中间形成空隙的方式构成的金属体。
另外，本发明的热阻抗体的特征在于，是以相互部分地接触并且 中间形成空隙的方式层叠的多个金属体的层叠体，耐热性高且导电性 大。另外，在半导体器件中，通过插入多个以金属材料形成的热阻抗 体，可以抑制从半导体器件向外壳的热传导。其结果，可以获得半导 体器件的可靠性的提高，并且半导体元件即使在高温的情况下，也可 以使用以耐热性树脂形成的外壳，从而可以低成本化。
此外，根据本发明的热阻抗体，在发热元件为半导体元件的情况 下，能够抑制热量流向栅极驱动器、电容器(电连接到半导体器件上 的部件)，从而可以实现低成本、且可靠性提高了的系统。
附图说明
图1是表示本发明的热阻抗体和使用该热阻抗体的半导体器件 的概略剖面图。(实施例1)
图2是图1的内插板与半导体元件的接触部分的概略放大图。(实 施例1)
图3是表示构成图1的热阻抗体的金属板的分解立体图。(实施 例1)
图4是表示图3的金属板与其按压时的变形状态的概略剖面图。 (实施例1)
图5是在使折痕垂直地层叠推压金属板情况下的金属板间接触 部分的概略放大图。(实施例1)
图6是表示对图5的接触部模型化后的形状的模式图。(实施例 1)
图7是表示本发明的折叠了的热阻抗体的概略立体图。(实施例 2)
图8是表示本发明其他的半导体器件的概略剖面图。(实施例2)
图9是表示本发明另一其他半导体器件的概略剖面图。(实施例 3)
图10是图9的半导体器件中的电极部分周围的详细情况图。(实 施例3)
图11是本发明其他的半导体器件中的电机部分周围的详细情况 图。(实施例4)
图12是热阻抗体的热阻抗、电阻测量装置的概略图。(实施例 1)
图13是表示使用图12的装置获得的温度数据的一个例子的曲线 图。(实施例1)
图14是表示使用图12的装置获得的热阻抗体的电阻和热阻抗的 关系的曲线图。(实施例1)
图15是表示图10的装置的热阻抗体的电阻与热阻抗的关系的热 回路图。(实施例1)
图16是表示根据使用图10的装置而获得的热阻抗体的电阻与热 阻抗的关系所导出的铜板温度的结果的表格。(实施例1)
图17是表示本发明的镀敷的热阻抗体的概略侧面图。(实施例 5)
图18是表示通过焊接导线等接合到金属板表面上的热阻抗体的 概略侧面图。(实施例6)
图19是表示在金属板表面上实施了刻蚀等加工处理的热阻抗体 的概略侧面图。(实施例7)
图20是表示以2条铜线的接触部分为点的方式配置的热阻抗体 的概略立体图。(实施例8)

图1是表示本发明的实施方式1的半导体器件的概略剖面图。在 金属制的散热基板(散热片)1上，重叠有铜构图了的绝缘基板(DBC 基板：Direct Bond Copper基板；直接敷铜基板)2、半导体元件4、 内插板6、热阻抗体8-1、以及推抵部件7，并形成了层叠体，利用以 耐热树脂(PPS)制作的外壳盖板5覆盖上述层叠体，并利用螺丝9 将外壳盖板5紧固地固定在散热基板1上，压接包括半导体元件4的 整个层叠体。散热基板1和外壳盖板5一起构成外壳15，包围作为电 装置的发热元件的半导体元件4。推抵部件7为了低成本化而使用耐 热橡胶，耐热橡胶因为具有弹性还起到推压弹簧的功能。形成在绝缘 基板2以及内插板6上的铜图案(未图示)与贯通外壳15并延伸的 电极3-1、3-2接合或者压接，通过这些电极3-1、3-2对半导体元件4 进行电压的施加、通电。电极3-1通过绝缘基板2上的铜图案将温度 降低到小于等于外壳耐热温度。
图2中表示内插板6和半导体元件4的接触部分的放大图。内插 板6由绝缘体6-2(陶瓷基板)和铜图案6-1构成。铜图案6-1通过设 置在绝缘体6-2上的贯通孔被压接在半导体元件4的电极4-1上。
根据本发明，在外壳盖板5的顶板中间部分和半导体元件4之间 以隔着推抵部件7的状态插入热阻抗体8-1。另外，在外壳盖板5的 边缘部分与散热基板1之间也插入有热阻抗体8-2。当将热阻抗体8-2 插入散热基板1与外壳盖板5之间时，可以更好地防止向外壳盖板5 的热传导。
热阻抗体8-1、8-2至少插在作为发热元件的半导体元件4与外 壳盖板5-1之间，阻碍其间的热传导，在图示的例子中为以相互部分 接触并且中间形成空隙的方式层叠的多个金属板的层叠体。这样的热 阻抗体8-1、8-2，可以在各个金属板上设置凹凸，例如可以对金属板 分别施与很多折痕并以折痕交叉的方式层叠。金属板优选为铜，不过， 还可以是热传导率更低的不锈钢、或Fe、Mo、W以及包含它们的合 金形成的金属材料。
热阻抗体8-1和8-2具体结构的一个例子，如图3所示，对0.3mm 的薄金属板16分别施与相互平行的多个折痕17，将层叠的相邻的金 属板16在以折痕17相互交叉而不是平行的方式旋转后的状态下重 合。在图示的情况下，折痕17相互垂直，相邻的金属板16的折痕的 凸楞发生些许塑性变形，并且仅仅在该部分接触，称之为相互实质性 点接触。在相邻的金属板16之间未接触的部分形成空气层。因此， 从热传导的角度可知，金属板16与金属板16之间的热阻抗，如后面 详细具体阐述的那样，变得非常高。另外，由于目的是减小真正接触 部分的面积，所以旋转金属板16的角度不必设为90°。由于各个金属 板16具有导电性，所以由相互接触的金属板构成的层叠体作为整体 具有导电性。
图4中表示将折叠成和图3所示的相同蛇腹状的一个金属板16 (图4a)在两个平板(未图示)之间在上下方向上加压时的形状(图 4b)。当利用推抵部件对层叠的金属板16加压的情况下，折叠的金 属板16并不完全回到原来的平整状态，而是如图4b所示地在折叠部 位(折痕17地凸楞附近)发生塑性形变，从而变为形成有突起部18 的形状。
图5是为了减少金属板16之间的接触部分的面积，而将金属板 16在主面内交互旋转90°层叠并在层叠方向上施加压力的情况下的金 属板16之间的接触部分的放大图。金属板16的突起部18的接触仅 在折痕17的凸楞的交点部分发生，该部分发生些许塑性形变并接触， 而除此以外的部分分离并在中间形成空气层19。
根据这样的结构，由于能够通过插入热阻抗体8-1、8-2来抑制 从半导体元件4向外壳盖板5的热量传导，所以能够将有机材料的外 壳盖板5和推抵部件7的温度控制得小于等于耐热温度。因此，能够 降低外壳温度、可以提高半导体器件的可靠性，实现低成本化。另外， 还能够兼用热阻抗体作为对发热电装置施与弹性推压力的装置，从而 能够简化半导体器件结构，可以实现半导体器件的低成本化。另外， 能够抑制电极的温度上升，从而抑制了与电极连接的电容器、驱动器 等周围电路的温度上升，可以实现作为系统的低成本化、提高可靠性。
图6是将热分析简化并且将图5的接触部分模型化的示意图。将 金属板16之间模型化为接触部分10和空气层11。另外，金属板16 的厚度的热阻抗小，所以不作考虑。
利用以下条件计算热阻抗体所需的热透过率。
a.半导体器件温度为300℃、外部空气温度为50℃
b.推抵部件(耐热性橡胶：信越化学KE-1833)0.005m、热传 导率为0.20W/mK
c.外壳厚度(PPS树脂)为0.01m、热传导率为0.20W/mK
d.推抵部件的耐热温度为230℃、外壳的耐热温度为200℃(推 抵部件比外壳耐热温度高，还具有绝热部件的功能)
e.外壳～外部空气的热传导率为15W/m2K
f.为了简化讨论，设与半导体元件连接的内插板具有与半导体 元件相同的温度，即300℃，并且设耐热性橡胶、热阻抗体、内插板 的传热面积S相等。
半导体元件(内插板)到外部空气的热阻抗Rtot、热量ΔQ、耐 热橡胶最高温度230℃、热阻抗体(由多个金属板构成)的热阻抗R4 需要满足以下关系式。另外，外壳-推抵部件、推抵部件-热阻抗体 的接触热阻抗以宽的传热面积S接触，热阻抗很小所以不作考虑。
Rtot＝R1+R2+R3+R4
ΔQ×Rtot＝250K(＝300-50)
R4×ΔQ＝70K(＝300-230)
R1：外壳-外部空气之间的热阻抗为0.067(＝1/15)×1/S
R2：外壳厚度的热阻抗为0.050(＝0.01/0.20)×1/S
R3：推抵部件的热阻抗为0.025(＝0.005/0.20)×1/S
因此，热阻抗体的热透过率(＝1/(R4×S))小于等于18.2W/m2K， 从而可以满足小于等于耐热橡胶耐热温度230℃、外壳耐热温度200℃ (ΔQ＝1271W/m2×S)。
另外，在这里，当ΔQ[W]的热量透过热传导率为k[W/mK]、 长度为Δl[m]的物质时的温度上升值使用下述关系式：
ΔT＝ΔQ×Δl/(k×S)＝ΔQ×R；
具有热透过率为h的物质间界面的温度上升值使用下述关系式：
ΔT＝ΔQ/(h×S)＝ΔQ×R。
但是，一般来说，金属的耐热温度比有机物高，热传导率也高。 例如，即使是热传导率比较小的不锈钢(热传导率为16W/mK、厚度 为8mm)的情况下，热透过率也达2000W/m2K(＝16/0.008)，不足 以作为用于解决本发明的问题的热阻抗体。因此，不能将这种金属材 料直接作为热阻抗体使用。
接下来，作为用于说明本发明的效果的一个例子，利用以下条件 计算金属板间的热透过率。
a.折叠间隔：2mm间距
b.接触部分的区域：0.1×0.1mm2
c.空气层厚度(接触部分的高度)：0.1mm
d.金属板厚度：0.3mm
e.空气热传导率：0.023W/mK
f.金属板的热传导率(假设为铜)：400W/mK
g.金属板接触部分的热传导率：4000W/mK(参照Int.J.Heat Transfer 41(1998)3475)
设接触部分的平均热透过率为have，则可得到以下关系式。
have＝1/(Rave×0.002×0.002)
Rave＝1/(1/R5+1/R6)＝1044
R5＝0.0001/(0.023×(0.002×0.002-0.0001×0.0001))＝1090
R6＝1/(4000×0.0001×0.0001)＝25000
Rave：金属板间的平均接触热阻抗
R5：金属板间空气层热阻抗
T6：金属板间的接触部分热阻抗
因此，平均热传导率have为239W/m2K。在这里，可知由于空 气层厚度(＝接触部分高度)为0.1mm的热透过率为230W/m2K(＝ 0.023/0.0001)，所以可以通过减小接触面积而充分减小金属板间的接 触部分的热量的透过量。根据上述结果可知，为了将热传导率限定为 小于等于18.2W/m2K，可以通过重叠大于等于14个(＝239/18.2) 的金属板来实现。由于使用了0.3mm的金属板，所以可以以5.6mm ((0.3+0.1)×14)的厚度来构建所希望的热阻抗体，通过热传导率 换算能形成0.10W/mK(＝18.2×0.0056)的热阻抗体。
另外，当散热基板(散热片)1的温度大于等于外壳盖板5的耐 热温度的情况下，如图1所记载的那样，通过将由多个金属板构成的 热阻抗体8-2插在散热基板1与外壳盖板5之间，可以将外壳盖板5 的温度降低得小于等于耐热温度。
另外，本发明的热阻抗体在应用于半导体器件时具有效果，但是 一般来说可以应用于需要设置具有高耐热性和导电性的热阻抗体的 部位。特别是，因为具有导电性所以可应用于一般的电装置中。
根据本发明，能够抑制从半导体器件向外壳的传热。其结果，可 以提高半导体器件的可靠性。另外，即使在半导体器件工作在大于等 于树脂制外壳的耐热温度的情况下，也可以使用廉价的树脂制外壳。
实施例2
接下来，结合使用图7所示的热阻抗体的实施例，讨论在图1 所示的半导体器中对热阻抗体8-1和8-2附加了推抵部件的功能的结 构。在将金属板16的厚度增加到1mm、并同样地旋转并交互层叠时， 在厚度为1mm的情况下，即使加压，金属板16发生塑性形变而不会 变得如图4b那样平坦，热阻抗体8-1和8-2具有作为板簧的功能。即， 各个金属板16成为图7所示的状态，呈具有折痕并且厚度比较厚的 板簧状，所以重叠了金属板16的层叠体作为整体也在层叠方向上具 有弹性。
作为用于说明发明效果的一个例子，使用和图6相同的模型，以 以下条件计算如图7所示地在主面内将折叠了的厚度为1mm的金属 板16交互旋转90°并层叠的弹簧状的层叠体上的接触部的热透过率。
a.金属板厚度：1mm
b.间隔：5mm间隔
c.接触部分的面积：0.3×0.3mm2
d.空气层厚度：0.3mm
e.空气热传导率、实际的接触部分热传导率与金属板的计算相 同。
设金属板间的平均接触热传导率为hsp时，得到以下关系式。
hsp＝1/(Rsp×0.005×0.005)
Rsp＝1/(1/R7+1/R8)＝441
R8＝0.003/(0.023×(0.005×0.005-0.0003×0.0003))＝524
R9＝1/(4000×0.0003×0.0003)＝2778
Rsp：平均接触热阻抗
R8：接触部分的空气层热阻抗
R9：实际接触着的区域的接触热阻抗
金属板16间的平均热透过率hsp为91W/m2K，通过交替地将6 个弹簧状金属板16(＝91/18.2)的折痕改变90°并层叠，可以实现具 有所希望的热阻抗的热阻抗体。
另外，由于热阻抗体具有作为弹簧的功能，所以也可以在推抵部 件7和热阻抗体8-1之间插入金属制的板。在此情况下，推抵部件7 仅具有外壳盖板5和热阻抗体8-1之间的树脂制的热阻抗体和间隔的 功能。
另外，由于热阻抗体8-1具有作为弹簧的功能，所以，在图1中， 可以省略起弹簧的作用的推抵部件7。在这种情况下，从提高刚性的 角度出发，最好是插入SUS、Mo、Al、W、Fe、Ni、Zn等金属制的 板(0.1～1mm左右)。另外，在去除了起到热阻抗体作用的推抵部 件的情况下，需要增加金属板16的插入个数。
以下，计算在去除推抵部件7的情况下的热阻抗体8-1中所需要 的金属板16的个数。
R2tot＝R11+R12+R14
ΔQ2×R2tot＝250K(＝300-50)
R14×ΔQ2＝100K(＝300-200)
R11：外壳盖板-外部空气间热阻抗为0.067(＝1/15)×1/S
R12：外壳盖板厚度的热阻抗为0.050(＝0.01/0.20)×1/S
R14：热阻抗体的热阻抗
因此，通过将热阻抗体8-1的热透过率(＝1/(Rtot×S)设置得 小于等于12.9W/m2K，可以满足小于等于外壳耐热温度200℃。因为 金属板16间的热透过率hsp为91W/m2K，所以通过交替地旋转8个 弹簧(＝91/12.9)并层叠，可以实现所希望的热阻抗体8-1。
在该半导体器件中，和之前说明过的实施方式1相同，获得如下 有益效果：即能够抑制从半导体元件4向外壳盖板5的传热，能够提 高半导体器件的可靠性，即使在半导体元件温度大于等于树脂制外壳 盖板的耐热温度下工作，也可以使用廉价的树脂制外壳盖板。在该实 施方式中，由于热阻抗体8-1和8-2还具有弹性，所以可以作为施加 用于压接半导体元件4的推压力的装置来使用，能够使推抵部件为简 单的间隔件，或者使推抵部件减小，或者将其省略。
实施例3
在图8所示的本发明的实施方式中，热阻抗体为铜，所以，将热 阻抗体本身作为既是电的良导体又具有比金属单质高的热阻抗的电 极使用。在这里，依次在半导体元件4上重叠内插板6、热阻抗体8-1、 电极3-2以及推抵部件7构成层叠体，并利用外壳盖板5覆盖该层叠 体。此外，在绝缘基板2上的铜图案上依次层叠热阻抗体8-3、电极 3-1以及推抵部件7构成层叠体，并利用外壳盖板5覆盖该层叠体。 电极3-1和3-2在半导体器件的外部与电容器、栅极驱动器的电极端 子(未图示)接合。另外，在半导体元件4和散热基板1上的电极3-1 之间也插有相同的热阻抗体8-1。电极3-1和3-2在半导体器件的外部 与电容器、栅极驱动器的电极端子(未图示)接合。在这里，由于在 电极3-1和3-2与半导体元件4之间插入有热阻抗体8-1和8-2，所以， 半导体器件的电极温度比现有结构的电极温度低。其结果，能够抑制 从半导体元件4向电容器、栅极驱动器(未图示)流动热量。特别是， 由于栅极并不流过大量电流，所以即使金属板、金属弹簧之间的接触 电阻提高，也可以应用。
实施例4
当然，通过在电极、与电容器或栅极驱动器等电装置之间插入热 阻抗体，可以获得同样的效果，上述电极将具有上述导电性的热阻抗 体连接到半导体器件内的发热电元件上。在此情况下，将具有导电性 的热阻抗体安装在半导体器件的外部，可以提高作为电装置整体的可 靠性，可以实现低成本化。另外，热阻抗体既可以插在连接半导体器 件的电极和电装置的导体间，也可以插在导体与电装置间，又可以将 导体分成多个并插在其中间。
图9是将导体划分为多个并将本发明的热阻抗体8-4插在其中间 的情况的实施例。从半导体模块103的电极3-2通过铜板30-1、热阻 抗体8-4、铜板30-2而连接到电容器31。在使铜板30-1和30-2面接 触而不将热阻抗体8-4插入的情况下，铜板的温度基本接近电极的温 度。因此，当半导体元件4温度升高、电极的温度上升到200℃(模 块外壳的耐热温度)的情况下，由于热量从半导体器件4流入电容器 31，所以大幅度超过电容器31的耐热温度(例如100℃)。在本实施 例中，通过插入热阻抗体8-4来抑制该热量的流入。
图10中表示图9的半导体模块103的电极部分的详细情况。电 极端子1010从散热基板101上的半导体模块103突出，利用螺丝104 通过设置有开口部的热阻抗体105来安装作为连接导体的铜板102。 热阻抗体105由金属形成，具有导电性，并且，具有抑制从电极端子 1010向铜板102传导热量的功能。另外，在本实施例中，为了防止由 于螺丝104与热阻抗体105、铜板102、电极端子1010等接触而从电 极端子1010向铜板102传导热量，在螺丝104与铜板102之间插有 绝热部件1018。另外，绝热部件1018不需要导电性，所以使用陶瓷 部件即可，不过也可以使用本发明的热阻抗体。再有，为了均匀施重， 在螺丝104与绝热部件1018之间插入有垫圈1022。
实施例5
图11是在作为连接导体的铜板102中与电极1010的接触部分成 为热阻抗体结构(例如，表面具有多个凹凸等、与接触面部分接触并 在中间形成空隙的结构)的情况下的一个实施例。图中，只有铜板102 为热阻抗体8，不过在只有电极1010、或者铜板102和电极1010两 者都为热阻抗体结构的情况下，都有降低铜板102的温度的效果。另 外，图中在铜板102中只有与电极1010接触的部分为热阻抗体结构， 但是也可以将铜板102整体作为热阻抗体结构。
在热阻抗体105中，有时高温使用时的氧化成为问题。在此情况 下，通过对表面镀敷、蒸镀来镀敷、蒸镀其他金属来成膜，可以有效 防止氧化。当热阻抗体105为图7所示的层叠体并且在各个金属板上 成膜的情况下，作为成膜材料具有导电性很重要。作为这种材料例如 可以使用Ni、Au、Ti、Cr、Cu、Zn、Mo、Ta、W等。成膜材料根 据依存于使用环境、成本、系统构成的最佳的体积电阻率和热传导率 等而改变(因为热阻抗体本身是厚度薄的金属体，所以与接触部分相 比，其热阻抗、电阻较小。因此，热阻抗体使用时的电阻、热阻抗主 要由接触部分的材料、即成膜材料的热传导率和体积电阻率决定)。 另外，在层叠后，特别是在组装后(螺丝拧紧后)，为了确保导电性， 利用耐热性树脂等覆盖热阻抗体、或者热阻抗体、铜板、电极等的周 围，也可以防止氧化。由于确保了导电性，所以不需要在成膜材料中 使用具有导电性的金属材料。
在实施例1～4的讨论中，在接触部分的热阻抗值上使用了文献 值，但是为了验证热阻抗体的性能，利用图12所示的装置对具有图3 所示的结构的热阻抗体，实施接触部分的热阻抗、接触部分的电阻的 测量。在设置于水冷板1020上的铜棒1016(Φ10mm)之间夹着热阻 抗体105。
在铜棒1016的上部，设置有内置有加热器的铜块1017(周围以 绝热部件覆盖)、用于隔断来自加热器的热量的绝热部件1018、用于 测量加重量的负载单元1019，从负载单元1019的上部加压。在铜棒 1016中，在长度方向上隔着一定间隔嵌入热电偶1011，对加热加热 器时的各个位置的温度差进行测量。
在图13的曲线中横轴表示该温度的测量结果。在图13的曲线中， 设将加热侧铜棒的热电偶的温度进行了外插推定的热阻抗体加热侧 的温度为T1，设将冷却侧铜棒的热电偶的温度进行了外插推定的热 阻抗体冷却侧的温度为T2。在设图13的温度梯度为dT/dl、铜棒的 横截面积为S、铜的热传导率为k时，利用Q＝dT/dl×S×k来导出流 过的热量Q。因此，使用所得到的Q，热阻抗体的热阻抗RT为RT ＝(T1-T2)/Q。
另外，在图12的装置中，在铜棒1016上钎焊有电压测量用铜线 1012和电流端子(铜线)1014，可以利用四端子测量法来测量热阻抗 体的电阻。
利用该装置来测量以折叠铜箔、使折痕相互交叉而不是平行地旋 转的状态来重合的1个、2个、6个热阻抗体的电阻、热阻抗。图14 的曲线表示该测量结果。施加到Φ10mm的铜棒上的压力为1.8MPa、 热阻抗体平均温度(定义为(1+T2)/2)为120℃。另外，在接触部 分的温度为80℃、160℃、230℃的温度下对不插入热阻抗体的情况， 即，铜棒彼此面接触状态的接触电阻、热阻抗进行了实测。施加到铜 棒上的压力为1.8MPa。另外，在图14的曲线中，还记载有在面接触 状态下没有空隙部分的热传导而仅有接触部分的热、电传导的情况下 的理论值(电阻和热阻抗的折衷线)。
该理论值可以利用以下方法导出。在设图6所示的接触部分10 (前端)的表面积为S1、接触部分的长度为L时，热阻抗RT可以以 RT＝L/k/S1来表达。另外，同样地，在设体积电阻率为ρ时，电阻 RE可以以RE＝ρ×L/S来表现。
因此，在铜的情况下，Rt(K/W)/Rele(mΩ)＝1/(k×ρ×1000) ＝1/(392×2.55E-8×1000)＝100K/W/(mΩ)。
在图14的曲线中，热阻抗体的实测值的电阻和热阻抗的折衷关 系基本接近理想状态，可知本发明的热阻抗体的结构是加宽空隙区 域、抑制电阻并增大热阻抗的结构。另外，由图14的曲线可知，与 面接触状态相比，在同一电阻的情况下，可以将热阻抗提高大于等于 1个数量级。另外，通过层叠化，可以在电装置中进行选择、设计和 控制，以得到最佳的电阻和热阻抗。
另外，折衷线由接触部分的材料的热传导率k和体积电阻率ρ 的关系决定。通过使用本发明，实际可实现的热阻抗和电阻由实际的 接触面积决定，并且也根据加压量、温度而发生变化。另外，如本发 明那样，通过进行层叠化，可以实现热阻抗和电阻的控制，并且可以 在规格条件，即在通电量、铜板冷却状况以及铜板温度上限值等方面 构成最佳状态。
使用由实验结果得到的值，为了明确本发明的热阻抗体的效果， 利用图15所示的热回路网进行了概略研究。在该热回路网中，T3是 电极1010的温度、T4是铜板102的温度、T5是周围空气的温度、 Q1是接触部分的发热量、Q2是铜板102的发热量、R34是电极1010 与铜板102之间的热阻抗、R45是铜板102与周围空气之间(铜板温 度T4和周围空气温度T5之间)的热阻抗。另外，为了简化电路网， 设Q1和Q2都是在铜板102产生的。并且，在本研究例子中，虽然 还另外存在电阻和热阻抗的最佳值，但是在这里由于确认效果是目 的，所以采用实验值。
铜板102的温度计算分为以下几种情况，即：铜板102的冷却为 自然冷却，对不使用本发明的热阻抗体面接触的情况(条件1)、使 用1个热阻抗体的情况(条件2)、使用6个热阻抗体的情况下的温 度进行计算；铜板102的冷却是利用风扇的强制冷却，对不使用本发 明的热阻抗体面接触的情况(条件4)、使用1个热阻抗体的情况(条 件5)、使用6个热阻抗体的情况(条件6)下的铜板102的温度进 行计算。计算条件如以下所述。
铜板长度：0.30m
铜板宽度：0.020m
铜板厚度：0.001m
铜体积电阻率：2.55E-8Ωm
外部空气温度：50℃
电极温度：200℃
电流：100A
空气热传导率：10W/m2K(自然冷却)、30W/m2K(鼓风时)
铜板电阻：0.00038Ω＝2.55E-8Ωm×0.30m/(0.001m×0.020m)
面接触部分热阻抗：0.13K/W(图7、120℃——内插值)
1个热阻抗体的接触部分热阻抗：1.04K/W(图7、120℃)
面接触部分电阻：0.000049Ω(图7、120℃——内插值)
热阻抗体电阻：0.000016Ω(图7、120℃)
另外，在这里，关于接触部分为同一温度(120℃)的情况进行 了研究，在面接触中，根据80Ω℃、160℃、230℃的数据内插了在120℃ 处的数值。另外，当1个热阻抗体的情况下，电阻比面接触的情况减 小，并且发热量也小。通常认为这是因为实际的接触部分的区域扩大 的缘故。
图16的表中记载有关于铜板利用自然冷却方式冷却的情况(条 件1、2、3)和利用风扇冷却的情况(条件4、5、6)的计算条件、 计算结果的概要。例如，在条件1时，T3＝200℃、T5＝50℃、R34 ＝0.13K/W、R45＝1/(10W/m2K×0.30m×0.020m×2(正反两面)) ＝8.3K/W、Q1+Q2＝100A×100A×(0.000049Ω+0.00038Ω)＝4.3W。 此时，铜板102的温度T4为198.2℃。
图16的表中的条件2～6的铜板102的温度T4全部利用相同的 方法计算出来。在这里，例如，在自然冷却的情况下，在插入1个热 阻抗体或6个热阻抗体时，铜板102的温度T4从198.2℃分别下降到 187℃和147.8℃。另外，在利用风扇冷却铜板的情况下，铜板102的 温度T4从193.9℃分别下降到162.4℃、100.3℃。
像这样，即使仅插入1个本发明的热阻抗体也有效果。另外，随 着插入个数的增加，在该情况的条件下，铜板温度降低效果表现的更 好。另外，在利用风扇等冷却铜板的情况下，其效果表现得更显著。
另外，在这里，在实验的范围内对热阻抗体插入个数进行了验证， 不过随着个数的增加，热阻抗和电阻都可能增大。最佳的插入个数由 发热量(即，电流量和铜板的形状)、铜板的发热量(由冷却方法、 周围环境的状态决定)、铜板的目标温度等决定。像这样，根据本发 明，仅仅增加热阻抗体的插入个数，就能又廉价又容易地将接触部分 的热阻抗和电阻控制在使用条件下的最佳状态。
像这样，根据该实施方式，具有此前说明过的实施方式的效果， 并且还具有能够抑制从半导体元件向栅极驱动器、电容器流入热量的 效果，其结果是可以实现低成本、提高了可靠性的系统。
另外，在上述实施例中，热阻抗体的材料为铜，但是热传导率低 的Fe、Mo、W、Ni、Zn等金属材料、和以包含这些金属材料的例如 SUS等合金形成的金属材料，也当然具有作为目标的功能。
实施例6
另外，本发明中的热阻抗体的具体结构可以进行各种变形，例如， 可以如图17所示地在金属板21的表面部分地施与镀敷层22，形成凹 凸，从而做成热阻抗体20。该镀敷层22的形状既可以是如图示那样 地相互平行的长的线状，或者也可以呈点状，只要是在应该连接的部 件的接触面上部分接触并且中间形成空隙的形状即可。另外，镀敷层 22的材质既可以和金属板21相同材料也可以是和金属板21不同的材 料。并且，既可以如图17所示的仅在金属板21的单面上设置，也可 以在双面上设置。再有，既可以仅仅使用1个具有镀敷层22的金属 板21，也可以重叠多个这样的金属板21做成层叠体。
实施例7
图18所示的热阻抗体23，是利用钎焊25和焊锡等将导线24接 合在金属板21的表面上而形成的。另外，虽然未图示，但是可以想 到在金属板21上钎焊微小的铜球等、或者重叠多个线圈弹簧等各种 制作方法，另外还可以将它们进行组合。
实施例8
图19所示的热阻抗体26，是在金属板21的表面上进行加工处 理并形成凹凸27所形成的。加工处理可以采用刻蚀处理、利用具有 凹凸压印的冲压模具来使金属板发生塑性变形、利用金属板的冲压来 制作突起或凹凸、利用研磨在金属板上形成凹凸等各种加工方法。
实施例9
图20所示的热阻抗体28不具有此前说明的金属板21，而是简 单地使平行排列的大于等于2根的铜线29交互旋转重叠，并以相互 的接触部分为点的方式插在要连接的2个部件之间。
热阻抗体本身，从制造及价格的角度出发，可以从这些各种方法 中选择适当的方法来制作热阻抗体的金属板。另外，在以上说明的例 子中，通过留下折痕来制作平行的凹凸，并通过使相邻的金属板的凹 凸相互交叉的方式重叠，从而实现点接触并且中间形成空隙的结构， 不过在规定的位置通过蚀刻或镀敷等制作例如直径为0.1mm高度为 0.1mm的突起并重叠，能够达到同样的效果。此时，通过将突起推抵 之前的前端状态做成锐角，能够使推抵时前端的变形量为最小限。其 结果，可以抑制电阻的上升，并且可以起到更进一步的绝热效果。
另外，热阻抗体8-1既可以是例如仅使用1个具有图3或图7所 示的折痕17的金属板16、在接触面上部分接触并且中间形成空隙的 方式构成的金属体的热阻抗体，也可以是图11所示的金属体的、与 导体的电极的接触部分一体设置多个凹凸的热阻抗体。
另外，在上述例子中，假设热阻抗体为铜，另外热传导率低的 Fe、Mo、W、Ni、Zn等金属材料及以包含这些金属材料的例如SUS 等合金形成的金属材料，当然也具有作为目标的功能。
另外，本发明的热阻抗体应用在半导体器件时有效果，不过也可 以应用到具有发热电元件的普通电装置中需要具有高耐热性、导电性 的热阻抗体的部位。
如以上说明的那样，根据本发明，由于在半导体元件和外壳之间， 插入以相互实质上点接触并且中间形成空隙的方式层叠的多个金属 板的层叠体、即热阻抗体，所以能够降低外壳的温度，能够提高半导 体器件的可靠性，并能实现低成本化。
另外，在本实施例中，在半导体元器件和铜板之间插入有热阻抗 体，不过也可以插入铜板与连接到半导体器件上的其他部件之间。
再有，在控制半导体器件的驱动器与半导体器件之间插入热阻抗 体，也可以获得相同的效果。由于模块的控制端子中没有大电流流过， 所以由接触部分电阻抗引起的发热量小，容易实现多层化。
另外，在本实施例中，在半导体器件和铜板之间插入有热阻抗体， 不过半导体器件的电极本身、或者铜板、或者连接到半导体器件的部 件的端子的接触部分本身也可以是热阻抗体。
另外，在本实施例中，使用在半导体器件的温度高的情况下，不 过当然也可以在周围的温度高、想要防止从周围向半导体元件流入热 量的情况下使用。