CN101197361B - 功率模块及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

一种中间存在着导热性电绝缘构件(104)地把已电连到布线基板(103)上的发热部件(101)和散热器(105)连接起来的功率模块，其特征在于：上述导热性电绝缘构件(104)是含有热固化性树脂(A)、热可塑性树脂(B)、潜在性固化剂(C)和无机填充物(D)的固化组成物，上述导热性电绝缘构件在对于上述发热部件的形状和部件高度的不整齐划一相补性地变形后的状态下粘接到上述发热部件上，并借助于上述散热器(105)使由上述发热部件(101)发生的热散热。借助于此，提供使从电子部件发生的热均一地效率良好地进行散热，可以高密度装配的功率模块及其制造方法。

Description

功率模块及其制造方法
本申请是下述申请的分案申请：
发明名称：功率模块及其制造方法
申请日：2002年5月31日
申请号：02121630.4
技术领域
本发明涉及装配功率半导体器件等发热大的电子部件，在功率变换等用途中使用的功率模块及其制造方法。
背景技术
近些年来，随着电子设备的高性能化和小型化的要求，在电子设备中使用的功率电子领域的电源电路也希望小型化、节能化。为此，功率模块的散热构造就成了重要的问题。
作为改善功率模块的散热性的方法，可以使用把半导体芯片等的发热量大的电子部件安装到散热器上，用散热器实现散热的方法。发热部件与散热器，可以用具备绝缘性和导热性的构件保持热接触。作为这样的构件，可以举出导热性润滑脂。但是导热性润滑脂操作性不好，而且由于取决于涂敷方法热接触程度而不同，故最近人们采用在把导热性的弹性体薄板夹在中间地推压到发热部件与散热器之间的状态下进行固定以使之接触的方法。
另一方面，作为改善功率模块的散热性的另外的方法，还可以使用这样的方法：使用导热性良好的基板，把发热部件装配到该基板上，实现用基板进行的散热。作为这样的散热用基板，虽然有例如使铜板接合到氧化铝、氮化铝等的陶瓷基板表面上的基板，但是，具有成本高的问题，在功率比较小的那些用途中，一般地说，可以利用中间存在着绝缘体层地在铝等的散热器的单面上形成布线图形的金属基底基板。但是，金属基底基板为了改善热传导，绝缘物就必须形成得薄，因而在金属基底间会受噪声的影响以及在绝缘耐压方面存在着问题。
由于陶瓷基板和金属基底基板在性能和成本方面像这样地难于两立，故人们提出了这样的方案：使无机填充物分散到热可塑性树脂内的基板表面上，形成引线框架的基板。但是，该基板由于采用使热可塑性树脂与无机填充物进行熔融混合研磨后，使之射出成型的办法制作，故要高浓度地填充无机填充物是困难的，导热性的改善存在着界限。此外，人们还提出了这样的方案：使用在已使无机填充物分散到热固化性树脂组成物内的基板表面上形成了引线框架的基板的方法(特开平10-173097号公报)。该基板，可以采用在使含有热固化性树脂和无机填充物的在未固化的状态下具有可挠性的薄板状物和引线框架进行叠层之后，使薄板状物固化的办法制作，高浓度地填充无机填充物是可能的，因而实现了良好的导热性。
这些散热用基板，单面布线而且其布线层是单层的，因而微细的布线的引绕是极其困难的。在换流器等的功率模块中，把含有发热部件的功率电路部分装配到这些散热用基板上，驱动电路、保护电路等由发热比较少的部件构成，需要微细布线的控制电路部分，则可设置在由印制布线板构成的控制基板上。该控制基板与形成了功率电路部分的散热用基板个别地组装，然后再与散热用基板进行电连。例如，在已装配上部件的散热用基板的装配面上，隔以恒定的空间相向地配置、固定、封装控制基板。
在这样的导热性的弹性体薄片或使用散热用基板的功率模块中，具有以下的问题。
导热性的弹性体薄片较薄，所以具有绝缘耐压低的问题。此外，在通过弹性体薄片使多个发热部件与一个散热器进行热接触的情况下，就必须借助于因进行推压而产生的弹性体薄片的变形来吸收装载到基板上的发热部件的高度的不均一或基于尺寸公差、对基板的装配姿势的参差不一等的部件的高度的不均一。因此，若使用薄的弹性体薄片，则能够吸收的部件高度的不均一存在着界限，在不均一大的情况下，具有不能保持弹性体薄片与发热部件的均一的接触程度的问题。并且，还存在着因弹性体薄片对于发热部件的过剩的推压而产生的应力会招致发热部件的损伤或弹性体薄片的龟裂的问题。
另一方面，在使用发热部件的功率模块中，具有以下的问题。就是说，即便是必须散热的发热部件，在连接端子个数增加，而且电极间间距狭窄的情况下，就必须进行微细的布线的引绕，高密度地向本身为单面且单层布线的散热用基板上装配是困难的。但是，如果把该发热部件装配到虽然可进行微细布线但导热性不好的控制基板上，则难于散热。因此，具有对于需要微细布线和散热这二者的发热部件来说不合用的问题。
此外，作为半导体芯片的装配方法，一般地说，虽然有引线接合法和倒装法，但是倒装装配，是一种使得基板表面和半导体芯片表面(电极形成面)对置，面朝下地把半导体芯片装配到基板上边的方法，比起引线接合法来可以进行高密度的装配。但是，在使用散热用基板的功率模块中，必须作成为从基板散热的那种构造，在采用倒装法的情况下，由于不可能期待散热性的改善，故作为发热部件的半导体芯片，可以采用使其背面(与电极形成面相反的面)基板表面进行接触地装配到散热用基板上边的办法实现用基板进行的散热。因此，采用金属细丝把半导体芯片的电极与散热用基板上边的电极之间连接起来的引线接合法。但是，在引线接合法中，由于金属细丝的导体电阻比起半导体器件的导通电阻来大到不能忽略的那种程度，故要是用引线接合法装配半导体芯片，则功耗将增加，发热量增大。因此，在使用上述散热用基板的功率模块中，由发热大的半导体芯片的装配采用引线接合法，故对基板来说具有要更好的散热性的问题。
发明内容
为了改善上述那样的问题，本发明的目的在于提供需要连接端子个数多的发热部件的微细布线和优良的散热可以两立，且适合于高密度小型化的功率模块及其制造方法。
为了实现上述目的，本发明的第1个功率模块，是中间存在着导热性电绝缘构件地把已电连到布线基板上的发热部件和散热器连接起来的功率模块，其特征在于：上述导热性电绝缘构件是含有热固化性树脂(A)、热可塑性树脂(B)、潜在性固化剂(C)和无机填充物(D)的固化组成物，上述导热性电绝缘构件对于上述发热部件的形状和部件高度的不整齐划一在互补性状态下粘接到上述发热部件上，并借助于上述散热器使由上述发热部件发生的热散热。
其次，本发明的第2个功率模块，在半导体芯片的表面上具有金属孔，在其表面上具备布线基板，在上述半导体芯片的整个背面上紧密粘接地具备热分流器，从上述热分流器一侧散热，半导体芯片在厚度方向上流动电流，具备把上述热分流器和上述布线基板电连起来的取出电极，上述布线基板与上述热分流器之间的上述半导体芯片及其表面的金属孔和上述取出电极用树脂密封起来。
其次，本发明的功率模块的制造方法，其特征在于具备下述工序：向布线基板上边装配至少含有发热部件的电子部件的工序；在散热器与上述布线基板的发热部件一侧之间形成含有热固化性树脂(A)、热可塑性树脂(B)、潜在性固化剂(C)和有机填充物(D)的固化性组成物层，把从上述散热器和上述布线基板中选出的至少一方推压到另一方上，使导热性电绝缘构件对于上述发热部件的形状和部件高度的不整齐划一产生互补性的变形以进行紧密粘贴的工序；通过加热使固化性组成物层固化形成导热性电绝缘构件的工序。
本发明还包括：
一种功率模块，通过导热性电绝缘构件把已电连到布线基板上的发热部件和散热器连接起来，其特征在于，
上述导热性电绝缘构件是含有热固化性树脂A、热可塑性树脂B、潜在性固化剂C和无机填充物D的固化组成物，
使上述导热性电绝缘构件对于上述发热部件的形状和部件高度不一致的进行互补性的变形，并且使上述导热性电绝缘构件粘接到上述散热器及上述发热部件上，
上述发热部件被安装在上述布线基板的一个主要面上，非发热部件被安装到其相反面上，借助于上述散热器使由上述发热部件产生的热散去。
一种功率模块的制造方法，其特征在于，具备下述工序：
在布线基板上边装配至少含有发热部件的电子部件的工序；
在散热器与上述布线基板的发热部件一侧之间形成含有热固化性树脂A、热可塑性树脂B、潜在性固化剂C和无机填充物D的固化性组成物层，把从上述散热器和上述布线基板中选出的至少一方推压到另一方上，使导热性电绝缘构件对于上述发热部件的形状和部件高度不一致产生互补性的变形，以至紧贴的工序；
将上述导热性电绝缘构件粘结在上述散热器及上述发热部件上的工序；
通过加热使固化性组成物层固化，形成导热性电绝缘构件的工序；
上述发热部件被安装在上述布线基板的一个主要面上，非发热部件被安装到其相反的面上，借助于上述散热器使由上述发热部件产生的热散去。
附图说明
图1的剖面图示出了本发明的实施形态1的功率模块。
图2的剖面图示出了本发明的实施形态1的功率模块。
图3的剖面图示出了本发明的实施形态1的功率模块。
图4的剖面图示出了本发明的实施形态1的功率模块。
图5A-B的剖面图示出了本发明的实施形态2的功率模块。
图6A-D的剖面图示出了本发明的实施形态3的功率模块的制造方法。
图7A-B的剖面图示出了本发明的实施形态4的功率模块。
图8A-D的剖面图示出了本发明的实施形态5的功率模块的制造方法。
图9A-D的剖面图示出了本发明的实施形态6的功率模块的制造方法。
图10的曲线示出了本发明的一个实施例的固化性树脂组成物的黏度特性。
具体实施方式
倘采用本发明，由于可以在已形成了微细的布线的布线基板上边高密度地装配发热部件，而且由发热部件产生的热可以通过已粘接到发热部件和散热器上的导热性电绝缘构件瞬时地由散热器散热。此外，使导热性电绝缘构件互补性地进行变形以吸收已装配到布线基板上的发热部件的高度的不整齐划一或尺寸公差以及对布线基板的装配姿势的参差不一，故可以使由各个发热部件发生的热均一地效率良好地进行散热而不会受部件高度的不整齐划一左右。此外，由于导热性电绝缘构件已粘接到发热部件和散热器上，故接触热阻低，发热效率高。再有，由于上述导热性电绝缘构件用其自身进行粘接，故不需要用来使之紧密粘接到发热部件的外力，变成为不会产生对发热部件的应力的构造。
理想的是，对于上述热固化性树脂(A)50质量份以上95质量份以下，和上述潜在性固化剂(C)5质量份以上50质量份以下的合计量100质量份，上述热可塑性树脂(B)为10质量份以上100质量份以下的范围，而且，对于热固化性树脂(A)、热可塑性树脂(B)和潜在性固化剂(C)的合计量5质量份以上30质量份以下，上述无机填充物(D)为70质量份以上95质量份以下的范围。
理想的是上述热固化性树脂在室温下为液态，而且，上述热可塑性树脂在上述热固化性树脂未固化时为粉末状。
构成导热性树脂组成物的绝缘性树脂，在室温下以液态的热固化性树脂为主要成分，至少含有热可塑性树脂、潜在性固化剂，而且，在未固化状态下，理想的是上述热可塑性树脂是热可塑性粉末。这样的组成物借助于热可塑性树脂粉末因吸收液态成分而膨胀，可以在保持未固化的状态不变的状态下使黏度上升而非可逆地进行固体化。此外，还可以采用进行加热以变成为潜在性固化剂的活性化温度以上的办法使之固化。
作为在室温下液态的热固化性树脂，虽然可以使用液态的环氧树脂或液态的苯酚树脂等各种树脂，但在本发明中，特别是液态的环氧树脂在耐热性、电绝缘性等点上来看是理想的。作为这样的液态环氧树脂，可以使用双酚A型树脂、双酚F型树脂、双酚AD型树脂和苯酚酚醛型环氧树脂。
作为潜在性固化剂，没什么特别限制，可以根据要使用的热固化性树脂的种类进行选择，使用公知的潜在性固化剂。对于液态环氧树脂来说，例如可以使用二氰基二酰胺(ジシンジアミド)系固化剂、尿素系固化剂、有机酸酰肼系固化剂、聚酰胺盐系固化剂、胺加合物系固化剂等。
热可塑性粉末，只要是具有吸收含于以液态的热固化性树脂为主要成分的绝缘性树脂中的液态成分后进行膨胀的性质的粉末即可，没有什么特别限制，可以根据要使用的热固化性树脂的种类选择进行膨胀的粉末。作为液态环氧树脂，理想的是聚氯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚乙烯、聚酰胺。热可塑性树脂粉末的平均粒径为1到100微米是理想的。热可塑性树脂粉末向绝缘性树脂中的混入量以热可塑性树脂吸收自由地流动的液态成分、实质上使混合物固化所足够的量即可，通常，对于液态的热固化性树脂100质量份为10到100质量份，理想的是20到60质量份。热可塑性树脂粉末对液态成分的膨胀可借助于热处理予以促进。该热处理在热可塑性树脂粉末的软化点以上、小于熔融点的温度下进行。在该情况下，要在含于热可塑性树脂中的热固化性树脂的固化温度以下进行，理想的是至少要在假固化反应阶段中使得保持热固化性树脂的状态那样地进行，理想的是热处理温度在70到110℃的温度范围内进行。加热时间只要对于绝缘性树脂实质上固化来说是充分的即可。
构成导热性树脂组成物的无机填充物，理想的是从导热性优良的Al2O3、MgO、BN、SiO2、SiC、Si3N4和AlN中选择的至少一种填充物。无机填充物的平均粒径为0.1到100微米的范围是恰当的，更为理想的是7到12微米。
导热性树脂组成物中的各个成分的含有量，在把导热性树脂组成物全体当作100质量份时，把上述的绝缘性树脂定为5到30质量份，理想的是定为7到15质量份，更为理想的是定为9到12质量份，把无机填充物定为70到90质量份，理想的是定为86到93质量份，更为理想的是定为89到93质量份是合适的。借助于此，就可以使本身为导热性树脂组成物的固化体的导热性电绝缘构件的导热性变成为良好的导热性。
此外，导热性树脂组成物，理想的是根据需要含有耦合剂、分散剂、着色剂、脱模剂等的添加剂。这是因为通过含有各种添加剂，就可以谋求改善绝缘体层的特性的缘故。例如，耦合剂，由于会改善无机填充物和绝缘性树脂之间的粘接性，故对于提高绝缘耐压是有效的。此外，分散剂对于改善无机填充物的分散性，降低导热性电绝缘构件内的组成不均匀是有效的。此外，着色剂，例如如果是碳粉末等的黑色的着色剂，则对于热放散性是有效的。
上述含有热固化性树脂(A)、热可塑性树脂(B)、潜在性固化剂(C)和无机填充物(D)的固化性组成物，理想的是具有如下特性：在70℃以上、小于130℃时具有陡峭的第1黏度上升弯曲，在130℃以上具有陡峭的第2弯曲。用图10对之进行说明。在图10中，曲线X示出了现有的热固化性树脂和固化剂的组成的温度与黏度特性。在大约100℃以上，随着温度的上升黏度也单纯地渐渐增加。
对此，在本发明的组成的情况下，则变成为Y那样，在70℃以上、小于130℃发现陡峭的第1次黏度上升弯曲Y1，在130℃以上、220℃以下发现陡峭的第2次黏度上升弯曲Y2。发现第1次黏度上升弯曲Y1，起因于加入了热可塑性树脂，在70℃以上、小于130℃时热可塑性树脂吸收液态成分引起急剧的黏度上升。其次，第2次黏度上升弯曲Y2的发现起因于加入了潜在性固化剂，在130℃以上、220℃以下时，因固化反应急剧地进行而使黏度上升。
在上述功率模块中，理想的是上述导热性电绝缘构件粘接到多个上述发热部件上，多个上述发热部件通过共同的导热性电绝缘构件热连接到散热器上。借助于此，就没有必要分别对于每一个发热部件都配置导热性电绝缘构件，因而可以更为容易地进行制作。
此外，在上述功率模块中，理想的是在已装配上上述发热部件的布线基板上还装配有非发热部件。借助于此，就可以在使含有发热部件的功率电路部分和含有非发热部件的控制电路部分整体化，可高密度地装配到同一个布线基板上边，可以谋求功率模块的更进一步的小型化。
在该情况下，理想的是上述发热部件被装配到上述布线基板的一个主要面上，上述非发热部件被装配到其相反的面上。借助于此，即便是在控制电路的非发热部件极端地怕热的情况下，不会因来自功率电路部分的发热部件的热而使其功能受损，可以使控制电路部分和功率电路部分整体化。
此外，在上述功率模块中，上述导热性电绝缘构件，理想的是由上述绝缘性树脂5到30质量份％、上述无机填充物70到90质量份％构成的导热性树脂组成物的固化体。借助于此，就可以使导热性电绝缘构件的导热性变成为良好，就可以更为确实地提高散热性。
此外，在上述功率模块中，理想的是上述绝缘性树脂在未固化状态下，至少含有在室温下为液态的热固化性树脂、热可塑性树脂和潜在性固化剂，而且在未固化状态下，上述热可塑性树脂是热可塑性树脂粉末。借助于此，由于导热性电绝缘构件作为热固化性树脂的固化物已连接到发热部件和散热器上，故可以降低接触热电阻。此外，还可以把散热器固定到发热部件上而无须复杂的固定工具。这样的组成物，借助于通过热处理使热可塑性树脂粉末吸收液态成分而膨胀，就可以在保持未固化状态不变地使黏度上升而非可逆地固体化。此外，还可以采用加热的办法进行固化。另外，所谓室温，通常指的是20℃。
在该情况下，在上述室温下，液态的热固化性树脂理想的是液态环氧树脂。因为其耐热性、电绝缘性都很好。
此外，在上述功率模块中，上述无机填充物，理想的是从Al2O3、MgO、BN、SiO2、SiC、Si3N4和AlN中选择的至少一种填充物。因为这些无机填充物导热性优良、对于导热性电绝缘构件的导热率的提高特别有效。
此外，在上述功率模块中，上述导热性电绝缘构件的导热率理想的是1到10W/mK的范围。借助于此，就可以更为确实地提高功率模块散热性。
此外，在上述功率模块中，作为上述发热部件可以使用至少一个半导体元件。
此外，在上述功率模块中，上述发热构件可以是高度不同的多个发热部件。
此外，在上述功率模块中，上述导热性电绝缘构件的互补性状态最好通过加压而形成。
此外，至少一个的上述半导体元件，理想的是在已与上述布线基板电连的面和相反的面上具备热分流器，而且热分流器在至少使一部分露出来的状态下对上述热分流器进行树脂密封，至少上述热分流器的露出面与上述导热性电绝缘构件进行粘接。借助于此，半导体元件的发热就可以瞬时地传达给热分流器，因而可以以良好的效率进行向上述导热性电绝缘构件的方向的散热。在本发明中，所谓热分流器指的是热扩散板。
此外，理想的是上述半导体元件是半导体芯片，上述半导体芯片面朝下地装配到上述布线基板上，其背面则与上述导热性电绝缘构件粘接。借助于此，就可以在完成来自半导体芯片的背面的散热的同时，由于面朝下地进行装配故还可以进行高密度装配，与用引线接合法进行的装配比较，功耗降低，因而发热量也得以降低。
此外，理想的是上述半导体元件是半导体芯片，上述半导体芯片面朝下地装配到上述布线基板上，而且，半导体芯片的背面电极通过金属导体被电连到上述布线基板上。借助于此，即便是在背面上具有电极的半导体芯片，也可以在完成来自半导体芯片的背面的散热的同时，由于面朝下地进行装配故还可以进行高密度装配，与用引线接合法进行的装配比较，功耗降低，因而发热量也得以降低。
此外，在使用上述半导体芯片的功率模块中，面朝下地装配的上述半导体芯片和上述布线基板间，理想的是进行树脂密封。借助于此，就可以提高半导体芯片与布线基板之间的电连的可靠性。此外，还起到增强半导体芯片向布线基板上的固定的作用。
另外，作为上述半导体芯片，可以使用本身是使电流在芯片的厚度方向上流动的硅半导体的绝缘栅极双极晶体管(IGBT：isolate gatebipolar transistor)、金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET：metal oxide semconductor filed-effects transistor)或本身为碳化硅半导体的单晶SiC半导体等。
此外，在上述功率模块中，上述散热器理想的是铝或铜。因为这些导热性优良。特别是铜，由于导热性很好，故可以得到良好的散热性。此外，铝除了重量轻且可以低价得到之外，加工性也很出色，故可以把散热器作成为复杂的形状以增大表面面积，因而可以得到良好的散热性。
此外，在上述功率模块中，上述散热器理想的是用固定工具固定到上述布线基板上。借助于此，就可以更为牢固地固定用导热性电绝缘构件至少粘接到发热部件上的散热器。
此外，在上述功率模块中，理想的是上述散热器具备凹部，中间存在着导热性电绝缘构件地至少把上述发热部件收纳于上述凹部内。借助于此，就可以把导热性电绝缘构件的配置限制于散热器的凹部的内部，得以容易地进行制造。
此外，在上述功率模块中，上述散热器理想的是具备散热片。借助于此，就可以更为确实地改善散热效率。
其次，在本发明的制造方法中，进行热处理以使上述热可塑性树脂粉末吸收液态成分进行膨胀，由此，就可以使未固化状态的上述导热性电绝缘构件的黏度上升以进行非可逆地固体化，变成为使上述散热器对于上述发热部件进行固定的状态，其次，进行加热使上述导热性电绝缘构件固化。借助于此，就可以在本身是使导热性电绝缘构件固化之前的未固化状态但却已固体化的状态下，检查发热部件与散热器之间的贴紧性。
此外，也可以采用在使之紧密粘接到发热部件上之前对已配置在散热器上边的未固化状态的导热性电绝缘构件进行热处理的办法，使上述热可塑性树脂粉末吸收液态成分使之膨胀，使黏度上升，使导热性电绝缘构件互补性地变形以进行紧密粘接。进行加热以使上述导热性电绝缘构件固化。借助于此，即便是在未固化状态的导热性电绝缘构件的流动性高的情况下，归因于热可塑性树脂粉末的膨胀而使黏度上升，也可以防止使发热部件紧密粘接的工序中的流动性的导热性电绝缘构件的过剩的流出。
使用由至少含有无机填充物、在室温下液态的热固化性树脂、热可塑性树脂粉末和潜在性固化剂的绝缘性树脂构成的导热性树脂组成物作为未固化状态的导热性电绝缘构件，配置在每一个发热部件上边，使之紧密粘接到散热器上之后，进行热处理以使上述热可塑性树脂粉末吸收液态成分使之膨胀的办法，由此，就可以使未固化状态的上述导热性电绝缘构件的黏度上升进行非可逆地固体化，变成使上述散热器对于上述发热部件进行固定的状态，其次，进行加热使上述导热性电绝缘构件固化。借助于此，就可以在虽然本身是使导热性电绝缘构件固化之前的未固化状态但却已固体化的状态下，检查发热部件与散热器之间的贴紧性。
在上述功率模块的制造方法中，把发热部件装配到上述布线基板上边的工序，理想的是在把半导体芯片面朝下地装配好之后，向上述布线基板上边的布线图形与半导体芯片之间注入密封树脂使之固化的工序。借助于此，由于面朝下地装配好的半导体芯片向布线基板上边的固定借助于密封树脂而得以增强，故可以容易地进行使未固化状态的导热性电绝缘构件紧密粘接到发热部件或散热器上的工序。
此外，在上述功率模块的制造方法中，把由上述导热性树脂组成物构成的未固化状态的导热性电绝缘构件配置在散热器上边的工序，理想的是涂敷上述导热性树脂组成物的膏状物的工序。借助于此，可以作成为高浓度地填充上无机填充物的导热性电绝缘构件，可以作成为散热性优良的功率模块。此外，还可以用简易的设备形成功率模块。
此外，在上述功率模块的制造方法中，把由上述导热性树脂组成物构成的未固化状态的导热性电绝缘构件配置到散热器上边的工序，理想的是把在未固化状态下具有可挠性的上述导热性树脂组成物的薄片状物叠层到上述散热器上边的工序。借助于此，就可以制作成高浓度地填充上无机填充物的导热性电绝缘构件，可以制作成散热性优良的功率模块。此外，可以容易地配置在散热器上边。
此外，在上述功率模块的制造方法中，上述进行热处理使热可塑性树脂粉末膨胀以固体化的工序，理想的是在70到130℃，更为理想的是在70到110℃的范围内进行。借助于此，导热性电绝缘构件就可以保持未固化状态不变地促进热可塑性树脂粉末的膨胀。
此外，在上述功率模块的制造方法中，使上述发热部件和导热性电绝缘构件紧密粘接的工序和/或加热上述导热性电绝缘构件使之固化的工序，理想的是在加上0.1MPa以上、200MPa以下的压力的状态下进行。借助于此，就可以确实地进行导热性电绝缘构件向发热部件或散热器上的紧密粘接，再有，还可以降低会成为绝缘耐压降低的根由的导热性电绝缘构件中的空隙。
此外，在上述功率模块的制造方法中，加热上述导热性电绝缘构件以使之固化的工序，理想的是在130到260℃的范围内进行。借助于此，就可以在短时间内使构成导热性电绝缘构件的热固化性树脂固化。
此外，在上述功率模块的制造方法中，理想的是在加热上述导热性电绝缘构件以使之固化的工序之前或之后，借助于固定工具把上述散热器固定到上述布线基板上。借助于此，就可以更为牢固地固定已用导热性电绝缘构件至少粘接到发热部件上的散热器。
在该情况下，使上述发热部件与导热性电绝缘构件进行紧密粘接的工序与用固定工具把上述散热器固定到上述布线基板上的工序同时进行，也是有效的。借助于此，就可以确实地进行散热器对发热部件的配置，而且可以容易地制造。
此外，在上述功率模块的制造方法中，取代上述加热导热性电绝缘构件以使之固化的工序，实施对上述已固体化的未固化状态的导热性电绝缘构件与上述发热部件或上述散热器之间的紧密粘接性进行检查的工序，和除去上述导热性电绝缘构件的工序，再次实施从配置上述未固化状态的导热性电绝缘构件的工序到使上述导热性电绝缘构件加热固化的工序，也是有效的。借助于该矫正工序，就可以以良好的成品率制造本发明的功率模块。
其次，本发明的第2个功率模块，作为制作第1个功率模块的部件是有用的。
本发明的功率模块的基本构成是：在已与布线基板电连发热部件的背面，高浓度地填充进来的无机填充物的导热性电绝缘构件，不为部件高度的不均一所影响、均一地进行粘接，与已接连到相反面上的上述散热器进行热连接。
以下，边参看附图边对本发明的实施形态进行说明。
(实施形态1)
图1的剖面图示出了本发明的实施形态1的功率模块的构成。如图1所示，功率模块具备电连接发热部件101的布线基板103、中间存在着导热性电绝缘构件104地电连到发热部件上的散热器105，导热性电绝缘构件在对于发热部件的形状和部件的高度的不整齐划一互补性地进行了变形的状态下粘接到发热部件上。
导热性电绝缘构件104是使无机填充物分散于绝缘性树脂中构成的层，虽然可以借助于绝缘性树脂和无机填充物的选择调整导热性电绝缘构件的导热率、线热膨胀系数、介电系数等，但理想的是使导热率为1到10W/mK的范围，由此，变成具有良好的散热性的功率模块。在图1中，虽然作成中间存在着共同的导热性电绝缘构件地热连接到散热器上的理想的构成，但是，如图2所示，也可以使导热性电绝缘构件连接到单个的发热部件上。在图2中，把发热部件201和206以及非发热部件202装配到布线基板203上边，发热部件201的群和发热部件206，中间存在着不同的导热性电绝缘构件204与一个散热器205进行热连。此外，在图1中，不仅发热部件，非发热部件102也装配到布线基板上边，形成为理想的构成，但是，也可以是这样的构成：仅仅把图3所示的那种发热部件301装配到布线基板302上，并中间存在着导热性电绝缘构件303地热连接到散热器304上。更为理想的构成是把发热部件401装配到图4所示的布线基板403的一个主要面上后，粘接到散热器405和导热性电绝缘构件404上，非发热部件402仅仅装配在其相反的面上。因为借助于此，即便是在非发热部件极端地怕热的情况下，也不会因来自发热部件的热而损伤其功能。
这样的构成的功率模块，可以把发热部件高密度地装配在已形成了微细的布线的布线基板上边，而且，由发热部件产生的热，可以通过已粘接到发热部件和散热器上的导热性电绝缘构件瞬时地从散热器散热。再有，由于使导热性电绝缘构件互补性地进行变形，吸收装载到基板上的发热部件的高度的不均一或基于尺寸公差、对基板的装配姿势的参差不一等，不会受部件高度的不整齐划一所影响，故可以使由各个发热部件发生的热均一地效率良好地进行散热。此外，由于导热性电绝缘构件连接到发热部件和散热器上，故将变成为接触热阻低、散热效率高的构成。因此，就可以使含有发热部件的功率电路部分和含有非发热部件的控制电路部分整体化地高密度地装配到同一个布线基板上边，可以实现功率模块的更进一步的小型化。再有，由于上述导热性电绝缘构件用其自身进行粘接，故不需要用来使之紧密粘接到发热部件的外力，没有针对发热部件的应力。因此，成为可靠性更高的功率模块。
(实施形态2)
图5的剖面图示出了本发明的实施形态2的功率模块的构成。在本实施形态2中，说明本发明的功率模块的另外一个实施形态。可以使用的材料只要没有特别说明，就是在实施形态1中所述的材料，至于同一名称的构成构件也具有同样的功能。
图5A-B，是作为发热部件使用半导体元件的情况下的本发明的功率模块的理想的构成例。作为半导体元件没有什么特别限定，例如可以使用IGBT、MOS-FET、晶体管、二极管、IC(integrate circuit：集成电路)、LSI(large scale integration：大规模集成电路)等。图5A中的半导体芯片(发热部件)501是裸片，面朝下地装配到布线基板503上，其背面与上述导热性电绝缘构件504进行粘接。借助于此，在完成从半导体芯片的背面向散热器散热，并且，由于面朝下地进行装配，故可以进行高密度地装配，与用引线接合法进行的装配比较，功耗降低，发热量也得以降低。面朝下的装配方式，没什么特别限定，可以使用公知的种种的方法。例如，中间存在着焊锡或导电性粘接剂地把在半导体芯片的表面上形成的金属突点506和布线基板上边的电极粘接起来的方法，或在面朝下地装载上已形成了金属突点的半导体芯片的状态下，加热加压或施加超声波，使金属突点和布线基板上边的电极之间进行直接接合的方法等，是有效的。这时，理想的是用树脂507把半导体芯片和布线图形的连接部分密封起来。密封并比一定非要不可，但是，由于起到机械地增强的作用以使得在以后的工序之间不会产生电连的不良，故从作业性方面来看还是进行密封为好。
此外，图5A中的面朝下地装配上的半导体芯片(发热部件)502，在背面上还连接上金属导体508，与布线基板进行电连。使用硅半导体或单晶SiC半导体的IGBT或MOS-FET等的功率半导体，一般地说为了应对大电流化，虽然常常作成为电流在芯片的厚度方向上流动的构成，但是，根据图5A的半导体芯片502所示的构成，理想的是通过金属导体取出来自背面的电流。作为金属导体，理想的是从铜、铝、镍和铁等中选出来的至少一种金属。因为这些金属电导率高，即便是流过大电流，电阻损耗也小。特别是铜，由于不仅导电性优良，还具有良好的导热性，故对散热性的改善是有效的。
此外，图5B中的半导体元件(发热部件)509，使得至少一部分露出来的方式进行树脂密封的状态下把热分流器512设置在背面上，至少使热分流器的露出面与导热性电绝缘构件504粘接起来。借助于此，由于半导体元件的发热可以瞬时地传达给热分流器，可以效率良好地进行向上述导热性电绝缘构件的方向进行的散热，故是理想的构成。虽然半导体元件(发热部件)510也同样地在背面上设置有热分流器512，但是，也可以使用在厚度方向上流动电流的构成的半导体芯片，在该热分流器的布线基板一侧形成取出电极513，作为取出来自半导体芯片的背面的电流的导体使用。封装半导体元件509和510作为表面装配部件，从内置的半导体芯片的电极形成面向着封装的外部地设置取出电极。作为取出电极，没有什么特别限定，例如，理想的是由从铜、铝、镍、铁和金中选择的至少一种金属构成的引线框架514或金属球515等的金属突点。来自在热分流器上形成的半导体芯片背面的取出电极513，既可以用与来自电极形成面的取出电极同样材料形成，也可以采用对热分流器施行减径加工的办法朝向布线基板一侧形成突起。
另一方面，半导体元件509和510作为表面装配部件被封装起来后进行装配，但是，理想的是这样的构成：在把在背面上设置有热分流器512的半导体芯片(发热部件)511装载到布线基板上之后，至少使热分流器512一部分露的方式含有半导体芯片地用树脂516把热分流器512和布线基板503之间密封起来。由于把半导体芯片与布线图形的连接部分以及半导体芯片本身也进行密封，故变成为可靠性高的构成。
作为热分流器，理想的是从铜、铝、镍和铁中选出来的至少一种金属，理想地说是导电性、导热性都优良的铜。热分流器与导热性电绝缘构件的粘接面，理想的是预先进行粗糙化处理。因为这样粘接会变的更牢固。作为粗糙化处理方法，可以采用化学处理方法以及物理式处理方法中的任何一种方法。作为化学处理方法，例如可以举出把热分流器浸泡到氯化铁、氯化铜等的水溶液内进行刻蚀的方法。此外，作为物理处理方法，例如可以举出与压缩空气一起向表面上吹氧化铝等的粉末的方法。
(实施形态3)
图6A-D的按工序分类的剖面图示出了本发明的实施形态3的功率模块。在本实施形态3中，说明图4所示的半导体器件的制造方法的一个例子。可以使用的材料只要没有特别说明就是在上述各个实施形态中所述的材料，至于同一名称的构成构件也具有同样的功能。
在图6A中，把发热部件601装配在布线基板603上边。装配方式没有特别限定，可以使用公知的种种的方法。例如对于表面装配部件使用焊锡或导电性粘接剂的方法，对于半导体芯片来说使用在实施形态2中所述的那样的面朝下的装配方法等。另外，在图6A-D中，半导体芯片与布线图形的连接部分上的密封树脂虽然被省略，但更为理想地说是进行了密封的构成。在该情况下，在面朝下地装配好半导体芯片后，向所希望的部位注入树脂并使之固化。
布线基板并不限定于图6A所示的那种两面布线基板，也可以是层数更多的布线基板。另外，在图中，在布线基板的表面上形成的布线图形已被省略。其次，在散热器605的一个主要面上配置未固化状态的导热性电绝缘构件604。导热性电绝缘构件是至少含有无机填充物和绝缘性树脂的导热性树脂组成物。
在图6B中，作为未固化状态的导热性电绝缘构件604把使上述的无机填充物和绝缘性树脂进行混合研磨而构成的导热性树脂组成物配置在散热器605的一个主要面上。配置方法简便而理想的是涂敷具有适度的黏度的导热性树脂组成物的膏状物。作为涂敷方法，例如，可以采用金属丝网印刷法。此外，把将导热性树脂组成物配置到脱模薄膜上边后变成为薄片状态的组成物叠层到散热器上边的方法，操作性优良，也是理想的。作为变成为薄片的方法，也可以利用挤压成型法。
作为散热器605，理想的是使用导热性优良的铝板、铜板，更为理想的是使用具备散热片的散热器。特别是铝，由于加工性优良，故可以把散热器作成为复杂的形状以增大表面面积，因而可以得到良好的散热状态。此外，对于散热器的表面，与在实施形态2中讲述的热分流器表面的粗糙化处理同样地预先施行表面粗糙化处理，这在与导热性电绝缘构件之间的粘接性方面来看是理想的。
其次，在图6C中，把已配置到散热器605上的未固化状态的导热性电绝缘构件604推押到与已装配到布线基板603上的发热部件601的布线基板电连的面的相反面上，对于发热部件的形状和部件高度的不整齐划一使导热性电绝缘构件进行互补性的变形，以使之进行紧密粘接。为了确实地进行导热性电绝缘构件向发热部件或散热器进行的紧密粘接，理想的是在加上0.1MPa以上、20MPa以下的压力的状态下进行。
接着，在上边所说的70到110℃的理想的温度范围内对形成物进行热处理，使热可塑性树脂粉末吸收含于绝缘性树脂中的液态成分使之膨胀，由此，使未固化状态的导热性电绝缘构件的黏度上升以进行非可逆地固体化，变成为对于发热部件固定散热器的状态。由于导热性电绝缘构件虽然已固体化但是却未固化，故在该阶段中，检查导热性电绝缘构件和发热部件或散热器之间的贴紧性，假如在发生了贴紧不良的情况下，也可以简单地除去导热性电绝缘构件。借助于此，就可以以良好的成品率制造本发明的功率模块。
此外，对之进行加热使导热性电绝缘构件固化。加热温度，只要是在含于导热性电绝缘构件中的热固化性树脂的固化温度以上即可，通常为130℃到260℃，理想地说为170℃到230℃。另外，该加热理想的是也要在0.1MPa以上20MPa以下的压力的状态下进行。因为可以减少将成为绝缘耐压降低的根由的导热性电绝缘构件中的空隙。对于减少空隙，在配置导热性电绝缘构件，实施使之固化的工序期间，或者在刚刚使上述发热部件与导热性电绝缘构件紧密粘接之后，使形成物暴露在减压下，也是有效的。
另外，在本实施形态中，进行热处理使热可塑性树脂粉末吸收液态成分使之膨胀，由此，借助于使未固化的导热性电绝缘构件经过固体化阶段，变成为使上边所说的导热性电绝缘构件的矫正工序变成为可能的理想的实施形态。但是，即便是从使未固化的导热性电绝缘构件紧密粘接到发热部件和散热器上的状态一气呵成地加热以使之固化，也可以得到同样的形成物。在这时，构成导热性树脂组成物的绝缘性树脂，可以不含有热可塑性树脂粉末，也可以使用至少含有在室温下为液态的热固化性树脂和潜在性固化剂的组成物。
以上，在图6C中，使导热性电绝缘构件固化并粘接到发热部件和散热器上，完成仅仅装载在实施形态1中说明的图3所示的发热部件的功率模块。
其次，在图6D中，在布线基板603的发热部件的装配面的相反面上，用公知的种种的方法装配非发热部件602。由此，来制作实施方式1中所说明的图4所示的功率模块。另外，不把非发热部件的装配区域限制于布线基板的发热部件的装配面的相反面，可以制作在实施形态1中说明的图1所示的功率模块。另外，在上述实施形态中，即便是使用与发热部件一起也预先装配上非发热部件的布线基板实施各个工序，也可以制作同样的功率模块。
(实施形态4)
图7A-B的剖面图示出了本发明的实施形态4的功率模块的构成。在本实施形态4中，说明本发明的功率模块的另外一个实施形态。可以使用的材料只要没有特别说明，就是在上述各个在实施形态中所述的材料，至于同一名称的构成构件以及制造方法也具有同样的功能。
图7A-B，是本发明的功率模块中的散热器的可以得到的理想的构成例。图7A与图4几乎是同样的构成。把发热部件701和非发热部件702装配到布线基板703上边，发热部件701隔着导热性电绝缘构件704与散热器705进行热连接。但是，散热器具备凹部，中间存在着导热性电绝缘构件地把发热部件收纳于上述凹部内。借助于该构成，由于可以把未固化的导热性电绝缘构件的配置限制于散热器的凹部的内部，故可以防止过剩的树脂流，由于也可以充分得到紧密粘接时的加压，故本发明的功率模块的制造容易。另外，非发热部件也可以收纳于散热器的凹部内。此外，在图7A中，虽然散热器705和布线基板703进行接触，但是本发明并不限定于此，也可以考虑别的构成。例如，也可以不进行接触，此外，还可以举出用螺钉等的固定工具固定散热器和布线基板进行接触的区域的构成等。
另外，如图7B所示，也可以用导热性电绝缘构件704把发热部件701和非发热部件702密封起来。
(实施形态5)
图8A-D的步骤剖面图示出了本发明的实施形态5的功率模块的制造方法。在本实施形态5中，对本发明的功率模块及其制造方法的另外一个实施形态。可以使用的材料只要没有特别说明，就是在上述各个在实施形态中所述的材料，至于同一名称的构成构件以及制造方法也具有同样的功能。
在图8A中，把发热部件801装配到布线基板803上边。
其次，在图8B中，把未固化状态的导热性电绝缘构件804配置在散热器805的一个主要面上。导热性电绝缘构件与在实施形态3中说明的构成是同样的，是至少含有无机填充物和绝缘性树脂的导热性树脂组成物。构成导热性树脂组成物的绝缘性树脂，以在室温下液态的热固化性树脂为主要成分，至少含有热可塑性树脂和潜在性固化剂，而且，在未固化状态下，上述热可塑性树脂是本身为热可塑性树脂粉末的组成物。
再有，在本实施形态中，在该阶段中在70到110℃的理想的温度范围内对导热性电绝缘构件进行热处理，使热可塑性树脂粉末吸收含于绝缘性树脂中的液态成分而使之膨胀，由此，使未固化状态的导热性电绝缘构件的黏度上升进行非可逆性地固体化。
其次，在图8C中，把配置在散热器805上的虽然本身为未固化状态但却已固体化了的导热性电绝缘构件804推压到已配置到布线基板803上的发热部件801电连起来的面的相反面上，对于发热部件的形状和部件高度的不整齐划一使导热性电绝缘构件进行互补性的变形，以使之进行紧密粘接。为了确实地进行导热性电绝缘构件向发热部件或散热器进行的紧密粘接，理想的是在加上0.1MPa以上20MPa以下的压力的状态下进行。在本实施形态中，用固定工具806把散热器固定到布线基板上，由此，实施该紧密粘接所需要的加压。固定工具没什么特别限定，例如，可以使用螺钉等。借助于该固定，在可以得到所需要的加压的同时，还可以确实地进行散热器对发热部件的配置，在之后的作业中也不会产生偏离地得到增强，因而可以更容易地制造。
借助于热可塑性树脂粉末的膨胀使黏度上升实现固体化的导热性电绝缘构件是未固化状态，具有对于被推压上的发热部件产生变形那种程度的可挠性。在紧密粘接到发热部件上之前对导热性电绝缘构件进行热处理，以使黏度上升进行固体化，由此，即便是在流动性高的情况下，也可以防止在进行紧密粘接的工序中的过剩的树脂流，也可以充分得到紧密粘接时的加压。再有，由于导热性电绝缘构件虽然已固体化但却未固化，故在该阶段中，检查导热性电绝缘构件与发热部件或散热器之间的紧密粘接性，在假定产生了紧密粘接不良的情况下，也可以简单地除去导热性电绝缘构件。借助于此，就可以以良好的成品率制造本发明的功率模块。
其次，对之加热使导热性电绝缘构件固化。然后，在图8D中，装配非发热部件802。
由此，完成使导热性电绝缘构件固化并粘接到发热部件或散热器上、并用固定工具把散热器固定到布线基板上的功率模块。另外，由固定工具进行的散热器对布线基板的固定，也可以在使导热性电绝缘构件固化之后进行。在该情况下，借助于导热性电绝缘构件至少已粘接到发热部件上的散热器，用固定工具牢固地进行固定，成为抗冲击性优良的构成。
(实施形态6)
图9A-D的步骤剖面图示出了本发明的实施形态6的功率模块的制造方法。在本实施形态6中，对本发明的功率模块及其制造方法的一个实施形态进行说明。可以使用的材料只要没有特别说明，就是在上述各个在实施形态中所述的材料，至于同一名称的构成构件以及制造方法也具有同样的功能。
在图9A中，把发热部件901装配到布线基板903上边。
其次，在图9B中，把未固化状态的导热性电绝缘构件904配置在每一个发热部件上边。导热性电绝缘构件与在实施形态3中说明的构成是同样的，是至少含有无机填充物和绝缘性树脂的导热性树脂组成物。构成导热性树脂组成物的绝缘性树脂，以在室温下液态的热固化性树脂为主要成分，至少含有热可塑性树脂和潜在性固化剂，而且，在未固化状态下，上述热可塑性树脂是本身为热可塑性树脂粉末的组成物。
其次，在图9C中，把散热器905的一个主要面推压到已配置在每一个发热部件901上边的未固化状态的导热性电绝缘构件904上，对于发热部件的形状和部件高度的不整齐划一使导热性电绝缘构件进行互补性的变形以使之进行紧密粘接。为了确实地进行导热性电绝缘构件向发热部件或散热器进行的紧密粘接，理想的是在加上0.1MPa以上20MPa以下的压力的状态下进行。接着，在70到110℃的理想的温度范围内对形成物进行热处理，使热可塑性树脂粉末吸收含于绝缘性树脂内的液态成分，使之膨胀，由此，使未固化状态的导热性电绝缘构件的黏度上升以非可逆性地固体化，成为对于发热部件固定散热器的状态。由于导热性电绝缘构件虽然已固体化但却未固化，故在该阶段中，检查导热性电绝缘构件与发热部件或散热器之间的紧密粘接性，在假定产生了紧密粘接不良的情况下，也可以简单地除去导热性电绝缘构件。借助于此，就可以以良好的成品率制造本发明的功率模块。
其次，对之加热使导热性电绝缘构件固化。另外，在本实施形态中，通过进行热处理使热可塑性树脂粉末吸收液态成分使之膨胀，使未固化的导热性电绝缘构件经过固体化阶段，由此，成为使上边所说的导热性电绝缘构件的矫正工序变成为可能的理想的实施形态。但是，即便是从使未固化的导热性电绝缘构件紧密粘接到发热部件和散热器上的状态一气呵成地加热以使之固化，也可以得到同样的形成物。在这时，构成导热性树脂组成物的绝缘性树脂，可以不含有热可塑性树脂，也可以使用至少含有在室温下为液态的热固化性树脂和潜在性固化剂的组成物。
其次，在图9D中，装配非发热部件902。
如上所述，完成使导热性电绝缘构件粘接到各个发热部件、并与1个散热器热连接的结构的功率模块。
倘采用本实施形态的功率模块的构成和制造方法，则可以减少导热性电绝缘构件的需要量，可以低成本制造本发明的功率模块。
上述的各个实施形态，并不是对本发明进行限定，根据本专利的申请技术方案的范围还可以采用别的实施形态。
实施例
以下，用实施例进一步具体说明本发明。
(实施例1)
作为具有与图4同样的构造的功率模块，按照以下的要领制作使驱动电路一体化的换流器模块。但是，所装载的电子部件并不限于图4，可以根据电路构成进行适宜选择。首先，准备已形成有布线图形的4层的FR-5型(松下电子部品社制造，商品名，使环氧树脂含浸到玻璃纤维物内的布线基板)。其次，在布线基板的一个面上装配含有发热部件的电子部件，形成功率电路部分。作为部件装配的一个例子，例如面朝下地把半导体芯片装配到布线图形上。作为半导体芯片，使用电流50A规格的IGBT(松下电器产业社生产)。用电镀金法在半导体芯片的电极上形成直径100微米、高度40微米的突点，然后向突点上印刷共晶焊料。把半导体芯片配置到布线图形上边，在已固定好半导体产品的状态下，用焊料回流装置使共晶焊料熔融，把半导体芯片的电极和布线图形电连起来。然后用液态的树脂把半导体芯片和布线图形密封起来。
其次，作为散热器，准备厚度2.0mm的铝板，用喷砂法(研磨粉：Al2O3，铝氧粉A-40(商品名)，昭和电工社生产)进行粗糙化处理。在该粗糙化处理面上印刷导热性树脂组成物，配置未固化状态的导热性电绝缘构件。作为导热性树脂组成物，用3根辊子对具有以下的组成的树脂组成物进行混合研磨，制作成黏度300Pa·s的黏性液体(膏)。
(1)无机填充物：球状Al2O3(‘AS-40’，昭和电工社生产，平均粒子直径12微米)88质量份
(2)热固化性树脂：双酚A型环氧树脂(’エプコ-ト828’，油化シエルエポキシ社生产)7.5质量份
(3)潜在性固化剂：第3胺盐系潜在性固化剂(‘アミキユアPN-23’，味之素社生产)1.0质量份
(4)热可塑性树脂粉末：聚甲基丙烯酸甲酯粉末3.0质量份
(5)添加剂：碳黑(东洋カ-ボン社生产)0.3质量份
(6)无机填充物分散剂(‘プライサ-フF-208’，第一工业制药社生产)0.2质量份
导热性树脂组成物向散热器上的印刷，把散热器放置到印刷工作台上边，一直到与散热器接触的位置为止，使在所希望印刷部分上形成开口的厚度2.5mm的不锈钢(SUS)金属掩模进行重叠，向金属掩模上边滴下导热性树脂组成物，之后用不锈钢SUS板印刷刮板(スキ-ジ)，印刷到掩模开口内来实施。然后，在除去了金属掩模后，暴露于减压内，除去绝缘体层中的空隙。在压力0.5MPa的条件下把已装配在布线基板上的发热部件的群的背面推压到已配置未固化状态的导热性电绝缘构件上，对于发热部件的形状和部件高度的不整齐划一使导热性电绝缘构件互补性地变形使之紧密粘接起来。使之在100℃下保持5分钟，使热可塑性树脂粉末吸收含于绝缘性树脂中的液态成分使之膨胀，由此，使未固化状态的导热性电绝缘构件固体化，成为对于发热部件固定上散热器的状态。在该状态下，目视检查在导热性电绝缘构件和发热部件或散热器之间有无紧密粘接不良部位。在已产生了紧密粘接不良的情况下，就剥离除去导热性电绝缘构件，用同样的制造方法再次进行制作。接着，在不加压、175℃的条件下加热该形成物60分钟，使导热性电绝缘构件中的热固化性树脂固化，使之粘接到发热部件和散热器上。最后，把电子部件装配到布线基板的功率电路部的形成面的相反面上，形成驱动电路。
从所得到的功率模块的导热性电绝缘构件的发热部件的正下边算起的厚度，最大2mm、最小0.7mm。根据超声波探伤装置的观察，确认导热性电绝缘构件与发热部件或散热器之间的界面上没有空隙。
此外，测定导热性电绝缘构件的绝缘耐压，得知得到10KV/mm以上的绝缘耐压。对功率模块的导热性进行评价，得知得到0.84℃/W的热阻值。另外，热阻值这样计算：向半导体芯片供给电流，使之发热，测定散热器背面的温度，根据该测定值，进行计算。
此外，作为可靠性的评价，进行了10次在最高温度260℃下、10秒的回流试验。这时，功率模块未发生外观上的裂纹等，即便是用超声波探伤装置进行观察，在导热性电绝缘构件与发热部件或散热器之间的界面处也未特别发现剥离等的异常。
(实施例2)
按照以下的要领制造具有与图7同样的构造的功率模块。但是，作为所装载的功率电路部分的发热部件，选择了在图5(b)的从背面取出电流的构成的半导体芯片511上设置有热分流器(纵10mm×横10mm见方，厚度2mm)的半导体元件。首先，对由铜构成的热分流器施行镀镍，用焊料使其单面和半导体芯片的背面焊接起来。半导体芯片使用电流50A规格的IGBT(松下电器产业社生产)。然后，用超声波接合装置，把对平均直径2mm的球状的铜实施厚度1微米的镀金的球状电极连接到半导体芯片的电极上，形成金属突点。同时，在半导体芯片的周围的热分流器上边，超声波连接尺寸大的同样的球状电极并使之突出出来，成为取出电极。其次，准备已形成了布线图形的4层的FR-5型的玻璃环氧树脂布线基板，在布线图形上边使半导体芯片和热分流器的取出电极位置对准，用超声波接合装置把它们接合起来。然后，用液态密封树脂把热分流器与布线基板之间密封起来，仅使热分流器的单面露出来。
其次，作为散热器，准备在厚度5.0mm的铝板上设置有深度3.0mm、壁厚2.0mm的凹部的散热器，对凹部的底面用喷砂进行粗糙化处理。在该粗糙化处理面上印刷导热性树脂组成物，配置未固化状态的导热性电绝缘构件。作为导热性树脂组成物，用3根辊子对具有以下的组成的树脂组成物进行混合研磨后使用。
(1)无机填充物：球状Al2O3(‘AS-40’，昭和电工社生产，平均粒子直径12微米)85质量份
(2)热固化性树脂：双酚F型环氧树脂(’エプコ-ト806’，油化シエルエポキシ社生产)8.5质量份
(3)潜在性固化剂：第3胺盐系潜在性固化剂(‘アミキユアPN-23’，味之素社生产)1.5质量份
(4)热可塑性树脂粉末：聚乙烯粉末4.5质量份
(5)添加剂：碳黑(东洋カ-ボン社生产)0.3质量份
(6)无机填充物分散剂(‘プライサ-フF-208’，第一工业制药社生产)0.2质量份
用挤压成型法，使混合研磨后的导热性树脂组成物，在已对表面实施脱模处理的聚对苯二甲酸乙二酯(PET)的脱模薄膜上边形成厚度1.0mm的薄片。把该薄片状物切割成散热器的凹部的开口部分形状，以使薄片表面接连到散热器的凹部上的形式进行叠层，仅仅剥去脱模薄膜，把导热性树脂组成物配置到散热器凹部的底面上。在100℃下保持5分钟，使热可塑性树脂粉末吸收含于绝缘性树脂内的液态成分使之膨胀，由此，使未固化状态的导热性电绝缘构件固体化。把已装配到布线基板上的发热部件的群的背面推压到所配置的虽然本身为未固化状态但却已固体化的导热性电绝缘构件上，形成用布线基板把散热器的凹部盖起来的构成，对于发热部件的形状和部件高度的不整齐划一使导热性电绝缘构件进行互补性地变形以使之进行紧密粘接。借助于此，即便是在导热性电绝缘构件的流动性高的情况下，也可以位置限制在散热器的凹部，此外，在与发热部件进行紧密粘接之前对导热性电绝缘构件进行热处理以使黏度上升，由此，可以防止使之紧密粘接到发热部件上的工序中的过剩的树脂流，也可以充分得到紧密粘接时的加压。接着，在不加压、175℃的条件下加热该形成物60分钟，使导热性电绝缘构件中的热固化性树脂固化，使之粘接到发热部件和散热器上。最后，把电子部件装配到布线基板的功率电路部的形成面的相反面上，形成驱动电路。
所得到的功率模块，根据超声波探伤装置的观察，确认在导热性电绝缘构件与发热部件或散热器之间的界面上没有空隙。
此外，测定导热性电绝缘构件的绝缘耐压，得知得到10KV/mm以上的绝缘耐压。对功率模块的导热性进行评价，得知得到0.80℃/W的热阻值。
此外，作为可靠性的评价，在进行了热循环试验之后，测定绝缘耐压，得到10KV/mm以上的绝缘耐压，没有在试验前后的劣化。如下来实施热循环试验：反复进行1000次在-55℃的低温条件下保持功率模块30分钟之后，在125℃的高温条件下保持30分钟的操作。
在本实施例中得到的功率模块，在已电连到布线的布线基板上的发热部件的背面，一样地粘接高密度地填充上无机填充物的导热性电绝缘构件而不为部件的高度的不整齐划一所左右，可以使来自发热部件的发热以良好的效率向散热器进行热移动。此外，可以高密度地把发热部件装配到已形成了微细的布线的布线基板上边，而且，由发热部件发生的热，可以通过已连接到发热部件以及散热器上的导热性电绝缘构件瞬时地从散热器进行散热。此外，由于导热性电绝缘构件互补性地进行变形，吸收了装载到布线基板上的发热部件的高度的不整齐划一或尺寸公差、针对布线基板的装配姿势的参差不一，故可以使由各个发热部件发生的热均一地效率良好地进行散热，而不会受部件高度的不整齐划一左右。此外，由于导热性电绝缘构件粘接到发热部件和散热器上，故成为接触热阻低、发热效率高的构成。因此，可以使含有发热部件的功率电路部分和含有非发热部件的控制电路部分一体化，高密度地装配到同一布线基板上边，可以谋求功率模块的进一步的小型化。再有，由于上述导热性电绝缘构件用其自身进行粘接，故不需要用来使之紧密粘接到发热部件的外力，不存在对发热部件的应力。因此，变成为可靠性更高的功率模块。

Claims (19)

1.一种功率模块，电连接于布线基板上的半导体元件和散热器经由导热性电绝缘构件连接起来，其中，
上述导热性电绝缘构件是导热树脂组成物，
上述导热性电绝缘构件相对于上述半导体元件的形状和上述半导体元件的高度的不一致以互补性的状态粘接到上述半导体上，利用上述散热器对从上述半导体元件产生的热进行散热，
在上述布线基板上还安装有电子部件，
至少上述电子部件安装在与上述布线基板电连接的上述半导体元件安装面的相反面的上述布线基板上。
2.根据权利要求1所述的功率模块，其中，上述导热性电绝缘构件粘接于多个上述半导体元件上。
3.根据权利要求1所述的功率模块，其中，上述导热性电绝缘构件的导热率在1～10W/mK的范围内。
4.根据权利要求1所述的功率模块，其中，至少一个上述半导体元件在与上述布线基板电连接的面的相反面上具备热分流器，而且，上述热分流器在至少使一部分露出的状态下进行树脂密封，至少上述热分流器的露出面与上述导热性电绝缘构件粘接。
5.根据权利要求1所述的功率模块，其中，上述半导体元件是半导体芯片，上述半导体芯片面朝下地安装于上述布线基板上，其背面与上述导热性电绝缘构件粘接。
6.根据权利要求1所述的功率模块，其中，上述半导体元件是半导体芯片，上述半导体芯片面朝下地安装于上述布线基板上，而且，上述半导体芯片的背面电极经由金属导体电连接于上述布线基板上。
7.根据权利要求6所述的功率模块，其中，上述面朝下地安装的上述半导体芯片和上述布线基板之间进行树脂密封。
8.根据权利要求1所述的功率模块，其中，上述半导体元件是从电流在厚度方向上流动的结构的硅半导体和碳化硅半导体中选出来的至少一种半导体元件。
9.根据权利要求1所述的功率模块，其中，上述散热器是铝或铜。
10.根据权利要求1所述的功率模块，其中，上述散热器利用固定件固定于上述布线基板上。
11.根据权利要求1所述的功率模块，其中，上述散热器具备凹部，至少上述半导体元件经由上述导热性电绝缘构件容纳于上述凹部中。
12.根据权利要求1所述的功率模块，其中，上述散热器具备散热片。
13.根据权利要求1所述的功率模块，其中，上述半导体元件是高度不同的多个半导体元件。
14.根据权利要求1所述的功率模块，其中，上述导热性电绝缘构件的互补性的状态通过加压而成形。
15.一种功率模块的制造方法，其中，包括下述工序：
在布线基板上安装半导体元件；以及
在散热器与上述布线基板的安装了上述半导体元件一侧之间，形成由导热树脂组成物构成的导热性电绝缘构件层，将从上述散热器和上述布线基板中选出的至少一方推压到另一方上，加热使导热树脂组成物层相对于上述半导体元件的形状和上述半导体元件的高度的不一致互补性地变形以实现紧密粘接。
16.根据权利要求15所述的功率模块的制造方法，其中，将半导体元件安装于上述布线基板上的工序是，在面朝下地安装了半导体芯片之后，在上述布线基板上的布线图形和上述半导体芯片之间注入密封树脂并进行固化的工序。
17.根据权利要求15所述的功率模块的制造方法，其中，导热树脂组成物是从膏状物和薄片状物中选出的至少一种。
18.根据权利要求15所述的功率模块的制造方法，其中，推压并使上述散热器和上述布线基板紧密粘接的压力为0.1MPa以上200MPa以下。
19.根据权利要求15所述的功率模块的制造方法，其中，在使上述散热器和上述布线基板紧密粘接后，放置在减压气氛中。
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