JP2003051573A5

JP2003051573A5 -

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Publication number: JP2003051573A5
Application number: JP2002153027A
Authority: JP
Filing date: 2002-05-27
Publication date: 2006-07-13
Anticipated expiration: 2022-05-27

Description

【特許請求の範囲】
【請求項１】
配線基板に電気的に接続された発熱部品とヒートシンクとが熱伝導性電気絶縁部材を介して接続されたパワーモジュールであって、
前記熱伝導性電気絶縁部材が、熱硬化性樹脂（Ａ）と、熱可塑性樹脂（Ｂ）と、潜在性硬化剤（Ｃ）及び無機フィラー（Ｄ）を含む硬化組成物であり、
前記熱硬化性樹脂は室温で液状であり、かつ前記熱可塑性樹脂は前記熱硬化性樹脂が未硬化のときに粉末状であり、
前記熱伝導性電気絶縁部材は、前記発熱部品の形状および部品高さの不揃いに対して相補的な状態で前記発熱部品に接着しており、前記ヒートシンクにより前記発熱部品から発生する熱を放熱することを特徴とするパワーモジュール。
【請求項２】
前記熱硬化性樹脂（Ａ）を５０質量部以上９５質量部以下と、前記潜在性硬化剤（Ｃ）が５質量部以上５０質量部以下の合計量１００質量部に対して、前記熱可塑性樹脂（Ｂ）が１０質量部以上１００質量部以下の範囲であって、
かつ、熱硬化性樹脂（Ａ）と熱可塑性樹脂（Ｂ）と潜在性硬化剤（Ｃ）の合計量５質量部以上３０質量部以下に対して、前記無機フィラー（Ｄ）が７０質量部以上９５質量部以下の範囲である請求項１に記載のパワーモジュール。
【請求項３】
前記室温で液状の熱硬化性樹脂が、液状エポキシ樹脂である請求項２に記載のパワーモジュール。
【請求項４】
前記熱硬化性樹脂（Ａ）と、熱可塑性樹脂（Ｂ）と、潜在性硬化剤（Ｃ）及び無機フィラー（Ｄ）を含む硬化性組成物が、７０℃以上１３０℃未満で急峻な第１次粘度上昇カーブと、１３０℃以上で急峻な第２次粘度上昇カーブの特性を有する請求項１に記載のパワーモジュール。
【請求項５】
前記熱伝導性電気絶縁部材が、複数個の前記発熱部品に接着している請求項１に記載のパワーモジュール。
【請求項６】
前記配線基板に、さらに非発熱部品が実装されている請求項１又は２に記載のパワーモジュール。
【請求項７】
前記発熱部品が、前記配線基板の一主要面に実装され、前記非発熱部品がその反対面に実装されている請求項５に記載のパワーモジュール。
【請求項８】
前記無機フィラーが、Ａｌ₂Ｏ₃、ＭｇＯ、ＢＮ、ＳｉＯ₂、ＳｉＣ、Ｓｉ₃Ｎ₄及びＡｌＮから選ばれた少なくとも１種のフィラーである請求項１に記載のパワーモジュール。
【請求項９】
前記熱伝導性電気絶縁部材の熱伝導率が、１〜１０Ｗ／ｍＫの範囲である請求項１に記載のパワーモジュール。
【請求項１０】
前記発熱部品が、少なくとも一つの半導体素子である請求項１に記載のパワーモジュール。
【請求項１１】
少なくとも一つの前記半導体素子が、前記配線基板と電気的に接続された面の反対面にヒートスプレッダを備え、前記半導体素子は樹脂封止されており、かつ前記ヒートスプレッダは少なくとも一部を露出した状態で樹脂封止されており、少なくとも前記ヒートスプレッダの露出面が前記熱伝導性電気絶縁部材と接着している請求項１０に記載のパワーモジュール。
【請求項１２】
前記半導体素子が半導体チップであり、前記配線基板に前記半導体チップがフェースダウンで実装され、その背面が前記熱伝導性電気絶縁部材と接着している請求項１０に記載のパワーモジュール。
【請求項１３】
前記半導体素子が半導体チップであり、前記配線基板に前記半導体チップがフェースダウンで実装され、かつ、前記半導体チップの背面電極が金属導体を介して前記配線基板に電気的に接続されている請求項１０に記載のパワーモジュール。
【請求項１４】
フェースダウンで実装された前記半導体チップと前記配線基板の間が樹脂封止されている請求項１３に記載のパワーモジュール。
【請求項１５】
前記半導体チップが、厚み方向に電流を流す構成のシリコン半導体及びシリコンカーバイド半導体から選ばれる少なくとも一つの半導体である請求項１０に記載のパワーモジュール。
【請求項１６】
前記ヒートシンクが、アルミニウムまたは銅である請求項１に記載のパワーモジュール。
【請求項１７】
前記ヒートシンクが、前記配線基板に固定具により固定されている請求項１に記載のパワーモジュール。
【請求項１８】
前記ヒートシンクが凹部を備え、前記凹部に少なくとも前記発熱部品が前記熱伝導性電気絶縁部材を介して収納されている請求項１に記載のパワーモジュール。
【請求項１９】
前記ヒートシンクが、放熱フィンを備えている請求項１に記載のパワーモジュール。
【請求項２０】
前記発熱部材が高さの異なる複数の発熱部品である請求項１に記載のパワーモジュール。
【請求項２１】
前記熱伝導性電気絶縁部材の相補的な状態が、加圧により成形されている請求項１に記載のパワーモジュール。
【請求項２２】
配線基板上に少なくとも発熱部品を含む電子部品を実装する工程と、
熱硬化性樹脂（Ａ）と、熱可塑性樹脂（Ｂ）と、潜在性硬化剤（Ｃ）及び無機フィラー（Ｄ）を含む硬化性組成物層を、ヒートシンク及び前記配線基板の発熱部品側との間に形成し、前記ヒートシンク及び前記配線基板から選ばれる少なくとも一方を他方に押しつけ、前記発熱部品の形状および部品高さの不揃いに対して熱伝導性電気絶縁部材を相補的に変形させて密着させる工程と、
加熱して硬化性組成物層硬化させて熱伝導性電気絶縁部材を形成する工程とを含み、
前記熱硬化性樹脂は室温で液状であり、かつ前記熱可塑性樹脂は前記熱硬化性樹脂が未硬化のときに粉末状であることを特徴とするパワーモジュールの製造方法。
【請求項２３】
前記熱硬化性樹脂（Ａ）を５０質量部以上９５質量部以下と、前記潜在性硬化剤（Ｃ）が５質量部以上５０質量部以下の合計量１００質量部に対して、前記熱可塑性樹脂（Ｂ）が１０質量部以上１００質量部以下の範囲であって、
かつ、熱硬化性樹脂（Ａ）と熱可塑性樹脂（Ｂ）と潜在性硬化剤（Ｃ）の合計量５質量部以上３０質量部以下に対して、前記無機フィラー（Ｄ）が７０質量部以上９５質量部以下の範囲である請求項２２に記載のパワーモジュールの製造方法。
【請求項２４】
前記室温で液状の熱硬化性樹脂が、液状エポキシ樹脂である請求項２２に記載のパワーモジュールの製造方法。
【請求項２５】
前記熱硬化性樹脂（Ａ）と、熱可塑性樹脂（Ｂ）と、潜在性硬化剤（Ｃ）及び無機フィラー（Ｄ）を含む硬化性組成物が、７０℃以上１３０℃未満で急峻な第１次粘度上昇カーブと、１３０℃以上で急峻な第２次粘度上昇カーブの特性を有する請求項２２に記載のパワーモジュールの製造方法。
【請求項２６】
前記第１次粘度上昇カーブが、加熱により前記熱可塑性樹脂粉末に前記液状成分が吸収され膨潤することによる粘度上昇である請求項２５に記載のパワーモジュールの製造方法。
【請求項２７】
７０℃以上１３０℃未満の温度で固形化を行い、１３０℃以上２６０℃以下の温度で硬化させる請求項２２に記載のパワーモジュールの製造方法。
【請求項２８】
前記配線基板上に発熱部品を実装する工程が、半導体チップをフェースダウンで実装した後、前記配線基板上の配線パターンと前記半導体チップ間に封止樹脂を注入し、硬化する工程である請求項２２に記載のパワーモジュールの製造方法。
【請求項２９】
硬化性組成物が、ペースト状物及びシート状物から選ばれる少なくとも一つである請求項２２に記載のパワーモジュールの製造方法。
【請求項３０】
前記ヒートシンク及び前記配線基板を密着させる圧力が０．１ＭＰａ以上２００ＭＰａ以下である請求項２２に記載のパワーモジュールの製造方法。
【請求項３１】
加熱硬化させる際の圧力が、０．１ＭＰａ以上２００ＭＰａ以下である請求項２２に記載のパワーモジュールの製造方法。
【請求項３２】
前記ヒートシンク及び前記配線基板を密着させた後、減圧雰囲気に置く請求項２２に記載のパワーモジュールの製造方法。
【請求項３３】
半導体チップの表面に金属ボールを備え、その表面に配線基板を備え、
前記半導体チップの裏面全面にヒートスプレッダを密接して備え、前記ヒートスプレッダ側から放熱させ、
半導体チップは厚さ方向に電流が流れ、
前記ヒートスプレッダと前記配線基板とを電気的に接続する取り出し電極を備え、
前記配線基板と前記ヒートスプレッダとの間の前記半導体チップとその表面の金属ボールと前記取り出し電極とは樹脂封止されており、
前記ヒートスプレッダの外側には、さらに熱伝導性電気絶縁部材を介してヒートシンクが接続されており、
前記熱伝導性電気絶縁部材が、熱硬化性樹脂（Ａ）と、熱可塑性樹脂（Ｂ）と、潜在性硬化剤（Ｃ）及び無機フィラー（Ｄ）を含む硬化組成物であり、前記ヒートシンクにより前記半導体チップから発生する熱を放熱するパワーモジュール。
【請求項３４】
前記熱硬化性樹脂（Ａ）を５０質量部以上９５質量部以下と、前記潜在性硬化剤（Ｃ）が５質量部以上５０質量部以下の合計量１００質量部に対して、前記熱可塑性樹脂（Ｂ）が１０質量部以上１００質量部以下の範囲であって、
かつ、熱硬化性樹脂（Ａ）と熱可塑性樹脂（Ｂ）と潜在性硬化剤（Ｃ）の合計量５質量部以上３０質量部以下に対して、前記無機フィラー（Ｄ）が７０質量部以上９５質量部以下の範囲である請求項３３に記載のパワーモジュール。

【００１２】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するために本発明の第１番目のパワーモジュールは、配線基板に電気的に接続された発熱部品とヒートシンクとが熱伝導性電気絶縁部材を介して接続されたパワーモジュールであって、前記熱伝導性電気絶縁部材が、熱硬化性樹脂（Ａ）と、熱可塑性樹脂（Ｂ）と、潜在性硬化剤（Ｃ）及び無機フィラー（Ｄ）を含む硬化組成物であり、前記熱硬化性樹脂は室温で液状であり、かつ前記熱可塑性樹脂は前記熱硬化性樹脂が未硬化のときに粉末状であり、前記熱伝導性電気絶縁部材は、前記発熱部品の形状および部品高さの不揃いに対して相補的な状態で前記発熱部品に接着しており、前記ヒートシンクにより前記発熱部品から発生する熱を放熱することを特徴とする。

次に本発明の第２番目のパワーモジュールは、半導体チップの表面に金属ボールを備え、その表面に配線基板を備え、前記半導体チップの裏面全面にヒートスプレッダを密接して備え、前記ヒートスプレッダ側から放熱させ、半導体チップは厚さ方向に電流が流れ、前記ヒートスプレッダと前記配線基板とを電気的に接続する取り出し電極を備え、前記配線基板と前記ヒートスプレッダとの間の前記半導体チップとその表面の金属ボールと前記取り出し電極とは樹脂封止されており、前記ヒートスプレッダの外側には、さらに熱伝導性電気絶縁部材を介してヒートシンクが接続されており、前記熱伝導性電気絶縁部材が、熱硬化性樹脂（Ａ）と、熱可塑性樹脂（Ｂ）と、潜在性硬化剤（Ｃ）及び無機フィラー（Ｄ）を含む硬化組成物であり、前記ヒートシンクにより前記半導体チップから発生する熱を放熱する。

次に本発明のパワーモジュールの製造方法は、配線基板上に少なくとも発熱部品を含む電子部品を実装する工程と、熱硬化性樹脂（Ａ）と、熱可塑性樹脂（Ｂ）と、潜在性硬化剤（Ｃ）及び無機フィラー（Ｄ）を含む硬化性組成物層を、ヒートシンク及び前記配線基板の発熱部品側との間に形成し、前記ヒートシンク及び前記配線基板から選ばれる少なくとも一方を他方に押しつけ、前記発熱部品の形状および部品高さの不揃いに対して熱伝導性電気絶縁部材を相補的に変形させて密着させる工程と、加熱して硬化性組成物層硬化させて熱伝導性電気絶縁部材を形成する工程とを含み、前記熱硬化性樹脂は室温で液状であり、かつ前記熱可塑性樹脂は前記熱硬化性樹脂が未硬化のときに粉末状であることを特徴とする。