導(dǎo)熱性絕緣片、功率模塊及其制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及導(dǎo)熱性及電絕緣性優(yōu)異的導(dǎo)熱性絕緣片、具備該導(dǎo)熱性絕緣片的功率 模塊及其制造方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 近年來(lái)，就功率半導(dǎo)體芯片而言，正在研究由以往的Si(硅）芯片向高溫工作優(yōu) 異、可以提高芯片的電流密度的SiC芯片的置換。但是，在功率半導(dǎo)體芯片中使高電流密度 的電流流動(dòng)時(shí)，芯片中的放熱量增大，因此必須將功率半導(dǎo)體芯片的熱高效率地放散。因 此，在導(dǎo)熱性絕緣片中，要求確保優(yōu)異的電絕緣性、且使導(dǎo)熱性提高。
[0003] 作為滿足該要求的導(dǎo)熱性絕緣片，可使用：使用在熱固化性樹(shù)脂等的基體樹(shù)脂中 含有導(dǎo)熱性及電絕緣性優(yōu)異的氮化硼粉末的樹(shù)脂組合物而制造了的導(dǎo)熱性絕緣片。氮化硼 的分子結(jié)構(gòu)為與石墨同樣的層狀結(jié)構(gòu)，一般所市售的氮化硼粒子的形狀為鱗片狀。該鱗片 狀氮化硼粒子具有熱各向異性，結(jié)晶的面方向（a軸方向）的導(dǎo)熱率據(jù)說(shuō)為厚度方向（c軸 方向）的導(dǎo)熱率的數(shù)倍至數(shù)十倍。因此，期待通過(guò)使片中所含有的鱗片狀氮化硼粒子以鱗 片狀氮化硼粒子的a軸方向與片材的厚度方向一致的方式取向，可以迅速地提高片材的厚 度方向的導(dǎo)熱性。
[0004] 因此，提案有通過(guò)在片材中配合使鱗片狀氮化硼粒子凝聚了的二次凝聚粒子來(lái)使 片材的厚度方向的導(dǎo)熱性提高（例如參照專(zhuān)利文獻(xiàn)1及2)。
[0005] 現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)
[0006] 專(zhuān)利文獻(xiàn)
[0007] 專(zhuān)利文獻(xiàn)1:日本特開(kāi)2003-060134號(hào)公報(bào)
[0008] 專(zhuān)利文獻(xiàn)2:國(guó)際公開(kāi)第2009/041300號(hào)

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009] 發(fā)明要解決的課題
[0010] 在通過(guò)傳遞模塑法、將使沒(méi)有被凝聚的鱗片狀氮化硼粒子填充于熱固化性樹(shù)脂中 的導(dǎo)熱性絕緣片與電力半導(dǎo)體元件等一起進(jìn)行密封的情況下，在施加成形壓力的時(shí)間內(nèi)， 即使熱固化性樹(shù)脂不怎么流動(dòng)，也可以確保功率模塊的電絕緣性。但是，由于專(zhuān)利文獻(xiàn)1及 2中所記載的二次凝聚粒子為多孔體，因此在通過(guò)傳遞模塑法將使二次凝聚粒子填充于熱 固化性樹(shù)脂中的導(dǎo)熱性絕緣片進(jìn)行密封的情況下，如果在施加成形壓力的時(shí)間內(nèi)熱固化性 樹(shù)脂不流動(dòng)，則產(chǎn)生在片中容易產(chǎn)生空隙等的缺陷、片的導(dǎo)熱性及電絕緣性大大降低的問(wèn) 題。
[0011] 因此，本發(fā)明是為了解決如上所述的問(wèn)題而完成的發(fā)明，其目的在于，提供通過(guò)傳 遞模塑法而制造具備導(dǎo)熱性及電絕緣性優(yōu)異的導(dǎo)熱性絕緣片的功率模塊的方法。
[0012] 用于解決課題的手段
[0013] 本發(fā)明人等認(rèn)為：在通過(guò)傳遞模塑法制造功率模塊時(shí)，為了在片中使空隙等的缺 陷難以產(chǎn)生，施加傳遞模塑的成形壓力的短時(shí)間中的導(dǎo)熱性絕緣片的固化的進(jìn)行程度是重 要的。因此，本發(fā)明人等對(duì)傳遞模塑前后的導(dǎo)熱性絕緣片的固化狀態(tài)進(jìn)行了潛心研究，結(jié)果 發(fā)現(xiàn)：在通過(guò)傳遞模塑法制造具備將含有使鱗片狀氮化硼的一次粒子凝聚了的二次凝聚粒 子的無(wú)機(jī)填充材料填充于熱固化性樹(shù)脂中的導(dǎo)熱性絕緣片的功率模塊時(shí)，通過(guò)適當(dāng)?shù)乜刂?導(dǎo)熱性絕緣片的固化的進(jìn)行，可以確保導(dǎo)熱性絕緣片的優(yōu)異的導(dǎo)熱性和電絕緣性，直至完 成本發(fā)明。
[0014] g卩，本發(fā)明的特征在于，其為通過(guò)傳遞模塑法制造功率模塊的方法，所述功率模塊 具備將含有使鱗片狀氮化硼的一次粒子凝聚了的二次凝聚粒子的無(wú)機(jī)填充材料分散于熱 固化性樹(shù)脂中的導(dǎo)熱性絕緣片，在進(jìn)行傳遞模塑時(shí)，進(jìn)行未固化或半固化狀態(tài)的導(dǎo)熱性絕 緣片的固化以使得由下述式（1)表示的導(dǎo)熱性絕緣片的固化度的變化率成為30%以上。
[0015] 導(dǎo)熱性絕緣片的固化度的變化率（％ ) =[(B-C)/B] X100(l)
[0016] (式中，B表示在傳遞模塑前的未固化或半固化狀態(tài)的導(dǎo)熱性絕緣片在完全固化 前用差示掃描熱量計(jì)測(cè)定的放熱量（cal/g)，C表示在將傳遞模塑前的未固化或半固化狀 態(tài)的導(dǎo)熱性絕緣片在180°C下加熱處理90秒之后在完全固化前用差示掃描熱量計(jì)測(cè)定的 放熱量（cal/g))
[0017] 發(fā)明的效果
[0018] 根據(jù)本發(fā)明，可以提供具備導(dǎo)熱性及電絕緣性優(yōu)異的導(dǎo)熱性絕緣片的功率模塊的 制造方法。
【附圖說(shuō)明】
[0019] 圖1是實(shí)施方式1涉及的功率模塊的剖面示意圖。
[0020] 圖2是表示實(shí)施例1~10及比較例1~3中的導(dǎo)熱性絕緣片的固化度的變化率 和功率模塊的絕緣擊穿電壓的相對(duì)值的關(guān)系的圖。
[0021] 圖3是實(shí)施方式2涉及的導(dǎo)熱性絕緣片的剖面示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0022] 實(shí)施方式1.
[0023] 以下，參照附圖，對(duì)本實(shí)施方式的功率模塊進(jìn)行說(shuō)明。
[0024] 圖1是本實(shí)施方式涉及的功率模塊的剖面示意圖。在圖1中，功率模塊1具備：搭 載于作為一個(gè)放熱部件的引線框架2a的電力半導(dǎo)體元件3 ;作為另一個(gè)放熱部件的散熱器 4;配置于引線框架2a和散熱器4之間、且使含有使鱗片狀氮化硼的一次粒子凝聚了的二次 凝聚粒子的無(wú)機(jī)填充材料分散于熱固化性樹(shù)脂中的導(dǎo)熱性絕緣片5 ;搭載于引線框架2b的 控制用半導(dǎo)體元件6。進(jìn)而，在電力半導(dǎo)體元件3和控制用半導(dǎo)體元件6之間、及電力半導(dǎo) 體元件3和引線框架2a之間，利用金屬線7進(jìn)行引線鍵合。另外，用于引線框架2a、2b的 端部及散熱器4的外部放熱的部分以外用模塑樹(shù)脂8密封。
[0025] 制造本實(shí)施方式涉及的功率模塊1的方法在以下方面具有特征：在進(jìn)行傳遞模塑 時(shí)，進(jìn)行未固化或半固化狀態(tài)的導(dǎo)熱性絕緣片的固化以使得由下述式（1)表示的導(dǎo)熱性絕 緣片的固化度的變化率成為30%以上。
[0026] 導(dǎo)熱性絕緣片的固化度的變化率（％ ) = [ (B-C) /B] X 100 (1)
[0027] 式中，B表示在傳遞模塑前的未固化或半固化狀態(tài)的導(dǎo)熱性絕緣片在完全固化前 用差示掃描熱量計(jì)測(cè)定的放熱量（cal/g)，C表示在將傳遞模塑前的未固化或半固化狀態(tài) 的導(dǎo)熱性絕緣片在180°C下加熱處理90秒之后在完全固化前用差示掃描熱量計(jì)測(cè)定的放 熱量（cal/g)。該固化度的變化率低于30%時(shí)，在進(jìn)行傳遞模塑時(shí)，導(dǎo)熱性絕緣片5的固化 不適當(dāng)?shù)剡M(jìn)行，在導(dǎo)熱性絕緣片5內(nèi)產(chǎn)生空隙等缺陷，導(dǎo)熱性、電絕緣性顯著地降低。予以 說(shuō)明，本發(fā)明中的放熱量為使用MAC SCIENCE制的差示掃描熱量計(jì)（DSC3100)所測(cè)定的值。 特別是無(wú)機(jī)填充材料含有40體積％以上的具有45 ym以上的粒徑的無(wú)機(jī)填充材料、或相對(duì) 于導(dǎo)熱性絕緣片含有20體積％以上的該具有45 y m以上的粒徑的無(wú)機(jī)填充材料時(shí)，優(yōu)選進(jìn) 行未固化或半固化狀態(tài)的導(dǎo)熱性絕緣片的固化以使得由上述式（1)表示的導(dǎo)熱性絕緣片 的固化度的變化率成為40 %以上，更優(yōu)選進(jìn)行以使得成為50 %以上。
[0028] 導(dǎo)熱性絕緣片的固化度的變化率可以通過(guò)變更構(gòu)成導(dǎo)熱性絕緣片材料的組成、或 調(diào)整傳遞模塑前的導(dǎo)熱性絕緣片的固化狀態(tài)而適當(dāng)增減。具體而言，將固化劑的配合量設(shè) 為一定的情況下，通過(guò)延長(zhǎng)制作傳遞模塑前的未固化或半固化狀態(tài)的導(dǎo)熱性絕緣片時(shí)的加 熱時(shí)間、或提高加熱溫度，可以使固化度的變化率增加。另外，通過(guò)增加固化劑、固化促進(jìn)劑 的配合量，也可以使固化度的變化率增加，但在該情況下，優(yōu)選根據(jù)需要適當(dāng)調(diào)整制作傳遞 模塑前的未固化或半固化狀態(tài)的導(dǎo)熱性絕緣片時(shí)的加熱時(shí)間、加熱溫度。
[0029] 在本實(shí)施方式中，傳遞模塑前的導(dǎo)熱性絕緣片為未固化或半固化狀態(tài)。在此，未固 化或半固化狀態(tài)定義為：由下述式（2)求出的導(dǎo)熱性絕緣片的固化度（％ )為40%以下。
[0030] 導(dǎo)熱性絕緣片的固化度（％ ) = [(A_B)/A] X100(2)
[0031] 式中，A表示在涂敷?干燥后的導(dǎo)熱性絕緣片在完全固化前用差示掃描熱量計(jì)測(cè) 定的放熱量（cal/g)，B表示在將涂敷?干燥后的導(dǎo)熱性絕緣片進(jìn)行加熱處理而形成未固化 或半固化狀態(tài)的導(dǎo)熱性絕緣片在完全固化前用差示掃描熱量計(jì)測(cè)定的放熱量（cal/g)。導(dǎo) 熱性絕緣片的固化度超過(guò)40 %時(shí)，在傳遞模塑前，導(dǎo)熱性絕緣片的反應(yīng)過(guò)于進(jìn)行，在進(jìn)行傳 遞模塑時(shí)，不能確保導(dǎo)熱性絕緣片和放熱部件的密合性。導(dǎo)熱性絕緣片的固化度可以通過(guò) 適當(dāng)變更固化劑的配合量、加熱處理的時(shí)間或溫度而進(jìn)行調(diào)整。另外，未固化或半固化狀態(tài) 的導(dǎo)熱性絕緣片的放熱峰的溫度優(yōu)選在使用MAC SCIENCE制的差示掃描熱量計(jì)（DSC3100) 測(cè)定時(shí)為200°C以下。未固化或半固化狀態(tài)的導(dǎo)熱性絕緣片的放熱峰的溫度超過(guò)200°C時(shí)， 有時(shí)在進(jìn)行傳遞模塑時(shí)熱固化性樹(shù)脂的固化不充分地進(jìn)行，熱固化性樹(shù)脂和二次凝聚粒子 的密合性變得不充分，導(dǎo)熱性絕緣片5的電絕緣性降低。進(jìn)而，放熱峰的半值寬度小時(shí)，熱 固化性樹(shù)脂的固化反應(yīng)迅速地進(jìn)行，因此可以說(shuō)熱固化性樹(shù)脂組合物的速固化性優(yōu)異。放 熱峰的半值寬度大時(shí)，熱固化性樹(shù)脂的固化反應(yīng)變慢，不優(yōu)選。因此，從速固化性的觀點(diǎn)出 發(fā)，優(yōu)選未固化或半固化狀態(tài)的導(dǎo)熱性絕緣片的放熱峰溫度為200°C以下、且放熱峰的半值 寬度小。
[0032] 導(dǎo)熱性絕緣片5中的無(wú)機(jī)填充材料的填充率（無(wú)機(jī)填充材料在導(dǎo)熱性絕緣片5中 所占的比例）優(yōu)選為30體積％以上80體積％以下，進(jìn)一步優(yōu)選為40體積％以上70體積％ 以下。填充率低于30體積％時(shí)，有時(shí)導(dǎo)熱性絕緣片5的導(dǎo)熱率變低，不能得到作為功率模 塊1的所期望的放熱性。另一方面，填充率超過(guò)80體積％時(shí)，有時(shí)難以使無(wú)機(jī)填充材料分 散于熱固化性樹(shù)脂中，在操作性、成形性產(chǎn)生障礙，而且，有時(shí)不能得到具有所期望的厚度 的導(dǎo)熱性絕緣片5、或電絕緣性降低。
[0033] 使鱗片狀氮化硼的一次粒子凝聚了的二次凝聚粒子（以下，有時(shí)簡(jiǎn)稱(chēng)為二次凝聚 粒子）在無(wú)機(jī)填充材料中所占的比例優(yōu)選為20體積％以上。該比例低于20體積％時(shí)，有時(shí) 導(dǎo)熱性絕緣片5的導(dǎo)熱率變低、不能得到作為功率模塊1的所期望的放熱性。在可得到更 高的放熱性這樣的方面，更優(yōu)選二次凝聚粒子在無(wú)機(jī)填充材料中所占的比例為40體積％ 以上。
[0034] 二次凝聚粒子的平均粒徑優(yōu)選為20 ym以上180 ym以下，更優(yōu)選為40 ym以上 130 y m以下。二次凝聚粒子的平均粒徑低于20 y m時(shí)，有時(shí)不能得到具有所期望的導(dǎo)熱性 的導(dǎo)熱性絕緣片5。另一方面，二次凝聚粒子的平均粒徑超過(guò)180 y m時(shí)，有時(shí)難以使二次凝 聚粒子分散于熱固化性樹(shù)脂中，在操作性、成形性產(chǎn)生障礙，而且，有時(shí)不能得到具有所期 望