JP2022039562A - パワーモジュールの製造方法、及びパワーモジュール - Google Patents

パワーモジュールの製造方法、及びパワーモジュール Download PDF

Info

Publication number
JP2022039562A
JP2022039562A JP2020144661A JP2020144661A JP2022039562A JP 2022039562 A JP2022039562 A JP 2022039562A JP 2020144661 A JP2020144661 A JP 2020144661A JP 2020144661 A JP2020144661 A JP 2020144661A JP 2022039562 A JP2022039562 A JP 2022039562A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
thermosetting resin
resin composition
power module
manufacturing
pressurizing
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
JP2020144661A
Other languages
English (en)
Other versions
JP7390995B2 (ja
Inventor
直行 串原
Naoyuki Kushihara
和昌 隅田
Kazumasa Sumida
雅浩 金田
Masahiro Kaneda
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Shin Etsu Chemical Co Ltd
Original Assignee
Shin Etsu Chemical Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Shin Etsu Chemical Co Ltd filed Critical Shin Etsu Chemical Co Ltd
Priority to JP2020144661A priority Critical patent/JP7390995B2/ja
Priority to TW110129250A priority patent/TW202228217A/zh
Priority to US17/400,193 priority patent/US11984327B2/en
Priority to EP21190996.5A priority patent/EP3961681A1/en
Priority to KR1020210109856A priority patent/KR20220029406A/ko
Priority to CN202110973813.9A priority patent/CN114106511A/zh
Publication of JP2022039562A publication Critical patent/JP2022039562A/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP7390995B2 publication Critical patent/JP7390995B2/ja
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
    • H01L21/50—Assembly of semiconductor devices using processes or apparatus not provided for in a single one of the subgroups H01L21/06 - H01L21/326, e.g. sealing of a cap to a base of a container
    • H01L21/56—Encapsulations, e.g. encapsulation layers, coatings
    • H01L21/565—Moulds
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08L—COMPOSITIONS OF MACROMOLECULAR COMPOUNDS
    • C08L63/00—Compositions of epoxy resins; Compositions of derivatives of epoxy resins
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
    • H01L21/50—Assembly of semiconductor devices using processes or apparatus not provided for in a single one of the subgroups H01L21/06 - H01L21/326, e.g. sealing of a cap to a base of a container
    • H01L21/56—Encapsulations, e.g. encapsulation layers, coatings
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08G—MACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED OTHERWISE THAN BY REACTIONS ONLY INVOLVING UNSATURATED CARBON-TO-CARBON BONDS
    • C08G59/00—Polycondensates containing more than one epoxy group per molecule; Macromolecules obtained by polymerising compounds containing more than one epoxy group per molecule using curing agents or catalysts which react with the epoxy groups
    • C08G59/18—Macromolecules obtained by polymerising compounds containing more than one epoxy group per molecule using curing agents or catalysts which react with the epoxy groups ; e.g. general methods of curing
    • C08G59/20—Macromolecules obtained by polymerising compounds containing more than one epoxy group per molecule using curing agents or catalysts which react with the epoxy groups ; e.g. general methods of curing characterised by the epoxy compounds used
    • C08G59/32—Epoxy compounds containing three or more epoxy groups
    • C08G59/38—Epoxy compounds containing three or more epoxy groups together with di-epoxy compounds
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08G—MACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED OTHERWISE THAN BY REACTIONS ONLY INVOLVING UNSATURATED CARBON-TO-CARBON BONDS
    • C08G59/00—Polycondensates containing more than one epoxy group per molecule; Macromolecules obtained by polymerising compounds containing more than one epoxy group per molecule using curing agents or catalysts which react with the epoxy groups
    • C08G59/18—Macromolecules obtained by polymerising compounds containing more than one epoxy group per molecule using curing agents or catalysts which react with the epoxy groups ; e.g. general methods of curing
    • C08G59/40—Macromolecules obtained by polymerising compounds containing more than one epoxy group per molecule using curing agents or catalysts which react with the epoxy groups ; e.g. general methods of curing characterised by the curing agents used
    • C08G59/62—Alcohols or phenols
    • C08G59/621—Phenols
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08G—MACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED OTHERWISE THAN BY REACTIONS ONLY INVOLVING UNSATURATED CARBON-TO-CARBON BONDS
    • C08G59/00—Polycondensates containing more than one epoxy group per molecule; Macromolecules obtained by polymerising compounds containing more than one epoxy group per molecule using curing agents or catalysts which react with the epoxy groups
    • C08G59/18—Macromolecules obtained by polymerising compounds containing more than one epoxy group per molecule using curing agents or catalysts which react with the epoxy groups ; e.g. general methods of curing
    • C08G59/68—Macromolecules obtained by polymerising compounds containing more than one epoxy group per molecule using curing agents or catalysts which react with the epoxy groups ; e.g. general methods of curing characterised by the catalysts used
    • C08G59/686—Macromolecules obtained by polymerising compounds containing more than one epoxy group per molecule using curing agents or catalysts which react with the epoxy groups ; e.g. general methods of curing characterised by the catalysts used containing nitrogen
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L23/00—Details of semiconductor or other solid state devices
    • H01L23/28—Encapsulations, e.g. encapsulating layers, coatings, e.g. for protection
    • H01L23/29—Encapsulations, e.g. encapsulating layers, coatings, e.g. for protection characterised by the material, e.g. carbon
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L23/00—Details of semiconductor or other solid state devices
    • H01L23/28—Encapsulations, e.g. encapsulating layers, coatings, e.g. for protection
    • H01L23/29—Encapsulations, e.g. encapsulating layers, coatings, e.g. for protection characterised by the material, e.g. carbon
    • H01L23/293—Organic, e.g. plastic
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L23/00—Details of semiconductor or other solid state devices
    • H01L23/28—Encapsulations, e.g. encapsulating layers, coatings, e.g. for protection
    • H01L23/31—Encapsulations, e.g. encapsulating layers, coatings, e.g. for protection characterised by the arrangement or shape
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L23/00—Details of semiconductor or other solid state devices
    • H01L23/28—Encapsulations, e.g. encapsulating layers, coatings, e.g. for protection
    • H01L23/31—Encapsulations, e.g. encapsulating layers, coatings, e.g. for protection characterised by the arrangement or shape
    • H01L23/3107—Encapsulations, e.g. encapsulating layers, coatings, e.g. for protection characterised by the arrangement or shape the device being completely enclosed
    • H01L23/3121—Encapsulations, e.g. encapsulating layers, coatings, e.g. for protection characterised by the arrangement or shape the device being completely enclosed a substrate forming part of the encapsulation
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L25/00—Assemblies consisting of a plurality of individual semiconductor or other solid state devices ; Multistep manufacturing processes thereof
    • H01L25/03—Assemblies consisting of a plurality of individual semiconductor or other solid state devices ; Multistep manufacturing processes thereof all the devices being of a type provided for in the same subgroup of groups H01L27/00 - H01L33/00, or in a single subclass of H10K, H10N, e.g. assemblies of rectifier diodes
    • H01L25/04—Assemblies consisting of a plurality of individual semiconductor or other solid state devices ; Multistep manufacturing processes thereof all the devices being of a type provided for in the same subgroup of groups H01L27/00 - H01L33/00, or in a single subclass of H10K, H10N, e.g. assemblies of rectifier diodes the devices not having separate containers
    • H01L25/07—Assemblies consisting of a plurality of individual semiconductor or other solid state devices ; Multistep manufacturing processes thereof all the devices being of a type provided for in the same subgroup of groups H01L27/00 - H01L33/00, or in a single subclass of H10K, H10N, e.g. assemblies of rectifier diodes the devices not having separate containers the devices being of a type provided for in group H01L29/00
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/26—Layer connectors, e.g. plate connectors, solder or adhesive layers; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/28—Structure, shape, material or disposition of the layer connectors prior to the connecting process
    • H01L2224/29—Structure, shape, material or disposition of the layer connectors prior to the connecting process of an individual layer connector
    • H01L2224/29001—Core members of the layer connector
    • H01L2224/29099—Material
    • H01L2224/291—Material with a principal constituent of the material being a metal or a metalloid, e.g. boron [B], silicon [Si], germanium [Ge], arsenic [As], antimony [Sb], tellurium [Te] and polonium [Po], and alloys thereof
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/26—Layer connectors, e.g. plate connectors, solder or adhesive layers; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/31—Structure, shape, material or disposition of the layer connectors after the connecting process
    • H01L2224/32—Structure, shape, material or disposition of the layer connectors after the connecting process of an individual layer connector
    • H01L2224/321—Disposition
    • H01L2224/32151—Disposition the layer connector connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive
    • H01L2224/32221—Disposition the layer connector connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked
    • H01L2224/32225—Disposition the layer connector connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked the item being non-metallic, e.g. insulating substrate with or without metallisation
    • H01L2224/32227—Disposition the layer connector connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked the item being non-metallic, e.g. insulating substrate with or without metallisation the layer connector connecting to a bond pad of the item
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/42—Wire connectors; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/44—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors prior to the connecting process
    • H01L2224/45—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors prior to the connecting process of an individual wire connector
    • H01L2224/45001—Core members of the connector
    • H01L2224/45099—Material
    • H01L2224/451—Material with a principal constituent of the material being a metal or a metalloid, e.g. boron (B), silicon (Si), germanium (Ge), arsenic (As), antimony (Sb), tellurium (Te) and polonium (Po), and alloys thereof
    • H01L2224/45117—Material with a principal constituent of the material being a metal or a metalloid, e.g. boron (B), silicon (Si), germanium (Ge), arsenic (As), antimony (Sb), tellurium (Te) and polonium (Po), and alloys thereof the principal constituent melting at a temperature of greater than or equal to 400°C and less than 950°C
    • H01L2224/45124—Aluminium (Al) as principal constituent
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/42—Wire connectors; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/47—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process
    • H01L2224/48—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process of an individual wire connector
    • H01L2224/481—Disposition
    • H01L2224/48135—Connecting between different semiconductor or solid-state bodies, i.e. chip-to-chip
    • H01L2224/48137—Connecting between different semiconductor or solid-state bodies, i.e. chip-to-chip the bodies being arranged next to each other, e.g. on a common substrate
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/42—Wire connectors; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/47—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process
    • H01L2224/48—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process of an individual wire connector
    • H01L2224/481—Disposition
    • H01L2224/48151—Connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive
    • H01L2224/48221—Connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked
    • H01L2224/48225—Connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked the item being non-metallic, e.g. insulating substrate with or without metallisation
    • H01L2224/48227—Connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked the item being non-metallic, e.g. insulating substrate with or without metallisation connecting the wire to a bond pad of the item
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/42—Wire connectors; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/47—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process
    • H01L2224/49—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process of a plurality of wire connectors
    • H01L2224/491—Disposition
    • H01L2224/4912—Layout
    • H01L2224/49175—Parallel arrangements
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/73—Means for bonding being of different types provided for in two or more of groups H01L2224/10, H01L2224/18, H01L2224/26, H01L2224/34, H01L2224/42, H01L2224/50, H01L2224/63, H01L2224/71
    • H01L2224/732—Location after the connecting process
    • H01L2224/73251—Location after the connecting process on different surfaces
    • H01L2224/73265—Layer and wire connectors
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L23/00—Details of semiconductor or other solid state devices
    • H01L23/16—Fillings or auxiliary members in containers or encapsulations, e.g. centering rings
    • H01L23/18—Fillings characterised by the material, its physical or chemical properties, or its arrangement within the complete device
    • H01L23/24—Fillings characterised by the material, its physical or chemical properties, or its arrangement within the complete device solid or gel at the normal operating temperature of the device
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L24/00—Arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies; Methods or apparatus related thereto
    • H01L24/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L24/26—Layer connectors, e.g. plate connectors, solder or adhesive layers; Manufacturing methods related thereto
    • H01L24/28—Structure, shape, material or disposition of the layer connectors prior to the connecting process
    • H01L24/29—Structure, shape, material or disposition of the layer connectors prior to the connecting process of an individual layer connector
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L24/00—Arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies; Methods or apparatus related thereto
    • H01L24/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L24/26—Layer connectors, e.g. plate connectors, solder or adhesive layers; Manufacturing methods related thereto
    • H01L24/31—Structure, shape, material or disposition of the layer connectors after the connecting process
    • H01L24/32—Structure, shape, material or disposition of the layer connectors after the connecting process of an individual layer connector
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L24/00—Arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies; Methods or apparatus related thereto
    • H01L24/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L24/42—Wire connectors; Manufacturing methods related thereto
    • H01L24/44—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors prior to the connecting process
    • H01L24/45—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors prior to the connecting process of an individual wire connector
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L24/00—Arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies; Methods or apparatus related thereto
    • H01L24/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L24/42—Wire connectors; Manufacturing methods related thereto
    • H01L24/47—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process
    • H01L24/48—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process of an individual wire connector
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L24/00—Arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies; Methods or apparatus related thereto
    • H01L24/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L24/42—Wire connectors; Manufacturing methods related thereto
    • H01L24/47—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process
    • H01L24/49—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process of a plurality of wire connectors
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/15—Details of package parts other than the semiconductor or other solid state devices to be connected
    • H01L2924/181—Encapsulation
    • H01L2924/186—Material

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Polymers & Plastics (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Medicinal Chemistry (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Dispersion Chemistry (AREA)
  • Structures Or Materials For Encapsulating Or Coating Semiconductor Devices Or Solid State Devices (AREA)
  • Encapsulation Of And Coatings For Semiconductor Or Solid State Devices (AREA)
  • Compositions Of Macromolecular Compounds (AREA)

Abstract

【課題】成型時にボイドの発生が少なく、信頼性に優れたパワーモジュールの製造方法を提供する。【解決手段】パワーモジュールの製造方法は、複数の半導体素子が搭載された絶縁基板を収納した容器に、２５℃で固体の熱硬化性樹脂組成物を配置する配置工程と、熱硬化性樹脂組成物が配置された前記容器を、加熱、加圧、減圧できる成型装置内に配置して加熱し、熱硬化性樹脂組成物を溶融する溶融工程と、その後、成型装置内を１回以上減圧及び１回以上加圧する加減圧工程と、成型装置内を加熱して前記熱硬化性樹脂組成物を硬化させる硬化工程と、を含む。【選択図】なし

Description

本発明は、パワーモジュールの製造方法及びパワーモジュールに関する。
近年、ハイブリット自動車、電気自動車、鉄道、発電機など幅広い分野で、パワーモジュールが用いられている。最近では、パワーモジュールに対し、定格電圧及び定格電流の増加、稼働温度域の拡大といった高性能化の要求が増えている。
パワーモジュールのパッケージ構造は、放熱用ベース板上に絶縁基板を介して、パワー半導体素子が実装され、ベース板に対してケースが接着された構造である。パワーモジュールの封止部材としては、シリコーンゲルが一般的に用いられる（特許文献１）。
しかしながら、近年高温環境下での使用において、シリコーンゲルの耐熱性不足によりゲルが硬くなりクラックが発生し、またシリコーンゲルが分解することで低揮発成分が生成し気泡を形成することで、シリコーンゲルと絶縁基板との間に剥離が発生する。これによりパワーモジュールの絶縁信頼性が低下するといった問題が発生している。
この問題を解決する目的で、シリコーンゲルに代わる封止材として液状エポキシ樹脂が検討されている（特許文献２）。一般的にパワーモジュールの封止材として用いられる液状エポキシ樹脂は、封止後の反りを抑制するため絶縁基板の線膨張係数に近づけるため多量の無機充填材を配合する。
結果として液状エポキシ樹脂の粘度が高くなり、封止後にボイドが抜けずクラックや剥離が発生するといった問題が生じる。
また、液状エポキシ樹脂に使用されるレジンは、一般的にＣＭＲ物質（発ガン性、変異原性、生殖毒性があるとされる物質）を含んでおり環境意識が高いＥＵでの使用が制限されるといった可能性がある。
特開２０１２－７９９１４号公報 特開２０２０－３５９６５号公報
従って、本発明は、成型時にボイドの発生が少なく、信頼性に優れたパワーモジュールの製造方法を提供することを目的とする。
上記課題を解決するため、本発明では、
パワーモジュールの製造方法であって、下記（１）～（４）
（１）複数の半導体素子が搭載された絶縁基板を収納した容器に、２５℃で固体の熱硬化性樹脂組成物を配置する配置工程、
（２）次いで、前記熱硬化性樹脂組成物が配置された前記容器を、加熱、加圧、減圧できる成型装置内に配置して加熱し、前記熱硬化性樹脂組成物を溶融する溶融工程、
（３）その後、前記成型装置内を１回以上減圧及び１回以上加圧する加減圧工程、
（４）更に、前記成型装置内を加熱して前記熱硬化性樹脂組成物を硬化させる硬化工程
の工程を含むパワーモジュールの製造方法を提供する。
このような製造方法であれば、成型時にボイドやクラックなどがなく、信頼性に優れ、ＣＭＲ物質を含まないパワーモジュールを提供することができる。
このとき、前記溶融工程（２）において、加熱温度を前記熱硬化性樹脂組成物の融点もしくは軟化点以上とし、かつ２００℃以下とすることが好ましい。
このような温度であれば、粘度が低く抑えられボイドや未充填を防ぐことができ、かつ熱硬化性樹脂組成物が硬化せず内部ボイドや表面ボイドの除去ができる。
またこのとき、前記溶融工程（２）において、加熱時の昇温速度を０．５℃／分～５０℃／分とすることが好ましい。
このような昇温速度であれば樹脂が増粘せず、かつ樹脂を完全に溶融させることができる。
更に、前記加減圧工程（３）において、減圧及び／又は加圧を２回以上繰り返すことが好ましい。
加減圧を複数回繰り返すことで、内部ボイドや表面ボイドを効果的に取り除くことができる。
また、前記加減圧工程（３）の加圧工程において、０．１ＭＰａ～１０ＭＰａに加圧することが好ましい。
このような範囲内であれば、表面のボイドが残らず狭小部分に樹脂が十分に侵入し、かつ樹脂が溢れることがない。
加えて、前記加減圧工程（３）の減圧工程において、６７０Ｐａ～９０，０００Ｐａに減圧することが好ましい。
このような範囲内であれば、熱硬化性樹脂組成物が溢れることがなく、減圧による脱泡効果が十分になる。
更に、前記加減圧工程（３）の減圧工程において、大気圧から設定された減圧度までの減圧速度を１００～６０，０００Ｐａ／秒とすることが好ましい。
このような範囲内であれば、熱硬化性樹脂組成物が増粘したり、溢れたりする恐れがない。
また、前記配置工程（１）において、前記熱硬化性樹脂組成物を封止面積の３０％～９５％の面積となるように配置することが好ましい。
このような面積であれば、未充填や樹脂漏れが発生する恐れがない。
また、本発明では、熱硬化性樹脂組成物の硬化物で封止されたパワーモジュールであって、前記硬化物中の直径１００μｍ以上の内部ボイドの数が１０個／ｃｍ３以下であるパワーモジュールを提供する。
このようなパワーモジュールは、ボイドやクラックがなく、信頼性に優れる。
以上のように、本発明の製造方法であれば、成型時にボイドやクラックなどがなく、信頼性に優れ、ＣＭＲ物質を含まないパワーモジュールを得ることができる。
２５℃から３００℃までの間で試験片の寸法変化を測定した結果についての寸法と温度との関係をプロットしたグラフの一例であり、ガラス転移温度の決定方法を示すものである。 複数の半導体素子が搭載された絶縁基板を収納した容器に、２５℃で固体の熱硬化性樹脂組成物を配置する配置工程を示す。 熱硬化性樹脂組成物が配置された容器を、加熱、加圧、減圧できる成型装置内に配置する工程を示す。
上述のように、成型時にボイドやクラックなどがなく、信頼性に優れ、ＣＭＲ物質を含まないパワーモジュールの製造方法が求められていた。
本発明者らは、上記課題を解決するため、鋭意研究を重ねた結果、複数の半導体素子が搭載された絶縁基板を収納した容器に、２５℃で固体の熱硬化性樹脂組成物を配置し、樹脂組成物が配置された該容器を加熱、加圧、減圧できる成型容器内に配置して加熱し、樹脂組成物を溶融する工程を経て、樹脂が溶融後、成型容器内を減圧及び加圧し、更に成型容器内を加熱して樹脂を硬化させる工程により製造したパワーモジュールは、樹脂の表面や内部にボイドやクラックがなく、信頼性に優れるパワーモジュールを提供することを見出し、本発明を完成した。
即ち、本発明は、
パワーモジュールの製造方法であって、下記（１）～（４）
（１）複数の半導体素子が搭載された絶縁基板を収納した容器に、２５℃で固体の熱硬化性樹脂組成物を配置する配置工程、
（２）次いで、前記熱硬化性樹脂組成物が配置された前記容器を、加熱、加圧、減圧できる成型装置内に配置して加熱し、前記熱硬化性樹脂組成物を溶融する溶融工程、
（３）その後、前記成型装置内を１回以上減圧及び１回以上加圧する加減圧工程、
（４）更に、前記成型装置内を加熱して前記熱硬化性樹脂組成物を硬化させる硬化工程
の工程を含むパワーモジュールの製造方法である。
以下、本発明について詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
［パワーモジュールの製造方法］
（１）配置工程
本発明の製造方法における（１）配置工程では、２５℃で固体の熱硬化性樹脂組成物を複数のパワー半導体素子が搭載された絶縁基板を収納した容器に配置する。配置する容器は、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）樹脂やポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）樹脂、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）樹脂などの熱可塑性樹脂のケースや型などを備えていてもよい。具体的には図２に示す。
図２において複数の半導体素子が搭載された絶縁基板を収納した容器１は、容器５とその中の絶縁基板４からなり、絶縁基板４上にはパワー半導体素子３とボンディングワイヤ２が設けられている。（１）配置工程では、熱硬化性樹脂組成物６をケース内の絶縁基板４上のパワー半導体素子３の上に配置する。
上記熱硬化性樹脂組成物は封止を行う個所に対して、適宜配置することができる。
また、上記熱硬化性樹脂組成物は、樹脂の充填性、ボイド低減や樹脂漏れ防止の観点から封止面積の３０％～９５％の面積となるように配置することが好ましく、４０％～９０％がより好ましく、４５％～８５％がさらに好ましい。封止面積の３０％以上の面積になるよう配置すれば、未充填が発生する恐れがほとんどなく、９５％以下の面積になるよう配置すれば、樹脂漏れが発生する恐れがない。
なお、ケースや枠などがある場合は、その内部に配置することが好ましい。
（２）溶融工程
本工程では、熱硬化性樹脂組成物が配置された容器を、加熱、加圧、減圧できる成型容器（成型装置）内に配置して加熱し、熱硬化性樹脂組成物を溶融する。熱硬化性樹脂組成物を溶融するときの熱硬化性樹脂組成物の温度は、使用する熱硬化性樹脂の軟化点や融点により適宜変更することができるが、熱硬化性樹脂組成物の粘度を低下させる観点から、上記熱硬化性樹脂組成物の軟化点または融点以上かつ２００℃以下の範囲が好ましい。温度の範囲のうち低い側は軟化点または融点から２０℃以上高い温度がより好ましく、軟化点または融点から３０℃以上高い温度が更に好ましい。温度の範囲のうち高い側は１８０℃以下がより好ましく、１５０℃以下がさらに好ましい。熱硬化性樹脂組成物の融点又は軟化点以上であれば、粘度が低く抑えられるためボイドや未充填の原因とはならず、２００℃以下であれば、熱硬化性樹脂組成物が硬化して、内部ボイドや表面ボイドが十分に除去できないという恐れがない。
成型容器に配置する工程としては図３で示され、熱硬化性樹脂組成物６を載せた複数の半導体素子が搭載された絶縁基板を収納した容器１を成型容器７内に入れる。
溶融工程は、大気圧または加圧された雰囲気のまま行われることが好ましい。溶融工程において大気圧または加圧された状態で行うことにより、複数の半導体素子が搭載された絶縁基板と熱硬化性樹脂組成物の濡れ性が向上し、内部ボイドや表面ボイドの低減効果が期待される。
溶融工程における加熱の昇温速度は特に制限されないが、成型時間の短縮及び熱硬化性樹脂組成物の粘度上昇を抑制する観点から、０．５℃／分～５０℃／分が好ましく、２．０℃／分～３０℃／分であることがより好ましく、５．０℃／分～２０℃／分であることがさらに好ましい。０．５℃／分以上の速度であれば、設定の温度に到達するまでの時間が必要十分であるため、樹脂が増粘してしまう恐れがなく、５０℃／分以下の速度であれば、樹脂に十分熱が伝わるので、樹脂が完全に溶融しないまま次工程である加減圧工程に移ってしまう恐れがない。
また、溶融工程において昇温速度は、昇温させる過程において一定でもよく変動してもよい。また、設定された温度に到達後、温度を一定時間保って熱硬化性樹脂を溶融させてもよい。
溶融工程の時間は、熱硬化性樹脂組成物の加熱を開始してから１分～６０分であることが好ましく、２分～４５分であることがより好ましく、４分～３０分であることが更に好ましい。
（３）加減圧工程
本工程では、熱硬化性樹脂組成物が配置された容器を成型容器内において減圧及び加圧する。本発明において減圧工程とは、大気圧から所望する減圧度まで減圧するまでの工程を指し、加圧工程とは、大気圧から所望する加圧度まで加圧するまでの工程を指すものとする。なお、加圧または減圧状態から大気圧に戻るまでの過程は、本発明の製造方法において製造されるパワーモジュールの品質には影響ないため、考慮しないものとする。
また、本発明において「大気圧」とは前記成型容器内の圧力が成型容器外の空間の圧力と平衡状態にある圧力を指し、具体的には１気圧＝１０１３ｈＰａ付近の圧力を指すものとする。
［減圧工程］
減圧時の減圧度は、６７０Ｐａ～９０，０００Ｐａに設定してもよい。ボイドの発生を抑制する観点から、２，０００Ｐａ～５０，０００Ｐａであることが好ましく、４，０００～４０，０００Ｐａであることがより好ましい。６７０Ｐａ以上であれば、熱硬化性樹脂組成物がケースから溢れる恐れがなく、９０，０００Ｐａ以下であれば減圧による脱泡効果が十分になる。
大気圧から設定された減圧度までの減圧速度は、１００～６０，０００Ｐａ／秒に設定してもよい。減圧速度は内部ボイド低減のため、３００～３０，０００Ｐａ／秒であることが好ましく、５００～１０，０００Ｐａ／秒がより好ましい。機器の性能等に応じて設定することができる。１００Ｐａ／秒以上の場合は、減圧度に到達するまでの時間がかからず、熱硬化性樹脂組成物が増粘しないため脱泡が十分に行える。また、６０，０００Ｐａ／秒以下の場合は、熱硬化性樹脂組成物がケースから溢れる恐れがない。
ここで言う減圧速度とは下記式で表される。
減圧速度＝（初期圧力－減圧限界圧力）／（減圧限界圧力到達時間）
（圧力の単位はＰａ、到達時間の単位は秒である。）
減圧工程における雰囲気の温度は特に制限されないが、熱硬化性樹脂組成物の種類に応じて適宜設定することができる。減圧工程を通して熱硬化性樹脂組成物の温度が溶融工程時の温度と同じが好ましい。
減圧工程は、１回だけでなく複数回行うことができる。この場合は、設定された減圧度に到達後、大気圧付近まで大気開放を行い、再び設定された減圧度に到達させてもよい。この場合、１回目の減圧工程における減圧度と２回目以降の減圧度は同じであっても異なっていてもよい。減圧工程は１回以上であり、２回以上が好ましい。減圧工程を複数回行うことで、熱硬化性樹脂組成物に含まれる内部ボイドや表面ボイドを効果的に取り除くことが可能となる。
減圧工程は、設定された減圧度に到達後その状態を一定の時間、維持してもよい。減圧度を維持する時間としては、２秒間～１０分間であることが好ましく、５秒間～５分間であることがさらに好ましい。
［加圧工程］
加圧工程における加圧度は、ボイドの発生を抑制する観点から、０．１ＭＰａ～１０ＭＰａの範囲が好ましく、０．２ＭＰａ～５ＭＰａであることがより好ましく、０．２ＭＰａ～３ＭＰａであることがさらに好ましい。０．１ＭＰａ以上であれば、表面のボイドが残りにくく、狭小部分への樹脂の侵入性が良好になる。１０ＭＰａ以下であれば、樹脂が流れ過ぎず、ケースから溢れる恐れがない。
加圧速度は特に制限されないが、０．１ＭＰａ／分～１．０ＭＰａ／分であることが好ましく、０．２ＭＰａ／分～１．０ＭＰａ／分であることがさらに好ましい。
ここで言う加圧速度とは下記式で表される。
加圧速度＝（加圧限界圧力－初期圧力）／（加圧限界圧力到達時間）
（圧力の単位はＰａ、到達時間の単位は秒である。）
加圧工程における雰囲気の温度は特に制限されないが、熱硬化性樹脂組成物の種類に応じて適宜設定することができる。加圧工程を通して熱硬化性樹脂組成物の温度が溶融工程時の温度と同じが好ましい。
加圧工程は、１回だけでなく複数回行うことができる。この場合は、設定された加圧度に到達後、大気圧付近まで大気開放を行い、再び設定された加圧度に到達させてもよい。この場合、１回目の加圧工程における加圧度と２回目以降の加圧度は同じであっても異なっていてもよい。加圧工程は１回以上であり、２回以上が好ましい。加圧工程を複数回行うことで、熱硬化性樹脂組成物に含まれる内部ボイドや表面ボイドを効果的に取り除くことが可能となる。
加圧工程は、設定された加圧度に到達後その状態を一定の時間、維持してもよい。加圧度を維持する時間としては、５分間～４時間であることが好ましく、１０分間～２時間であることがさらに好ましい。
減圧工程と加圧工程の順番は特に制限されないが、減圧工程後に加圧工程を行うことで表面状態が優れ、内部ボイドが少ないパワーモジュールを得ることが可能となる。
（４）硬化工程
本工程では、加減圧工程の後に、成型容器内において熱硬化性樹脂組成物をさらに加熱して硬化させる。
このときの硬化条件は特に制限されない。例えば、エポキシ樹脂を含む熱硬化性樹脂組成物を用いる場合には、１５０℃～２５０℃の温度に昇温後、１時間～１２時間の時間で硬化してもよい。また硬化時は、０．１ＭＰａ～１０ＭＰａの加圧状態で硬化してもよい。また成型容器内から取り出して別途オーブン等を用いて追加で硬化を行ってもよい。また、必要に応じて成型容器内の空気を窒素ガスなどの不活性ガスで置換して硬化を行ってもよい。
［熱硬化性樹脂組成物］
本発明のパワーモジュールの製造方法に用いられる熱硬化性樹脂組成物は２５℃で固体の樹脂組成物を用いる。固体の熱硬化性樹脂組成物の形状はどのような形状でもよく、粉末状、顆粒状、シート状、ペレット状のいずれであってもよい。シート状、ペレット状の形態であれば、樹脂が溶融する際にボイドが発生しにくくなる。また、シート状やペレット状であれば加熱溶融時に樹脂に均一に熱が伝わりやすくなるため、減圧の工程の際に泡抜け性が良く、表面や内部にボイドが残りにくくなる。
上記熱硬化性樹脂組成物に使用する熱硬化性樹脂は、一般的に公知のものを使用することができる。例えば、エポキシ樹脂、マレイミド樹脂、フェノール樹脂、シアネート樹脂、ポリアミド樹脂、ポリイミド樹脂等が挙げられる。封止材としての成型性や信頼性などの観点からは、エポキシ樹脂、マレイミド樹脂、シアネート樹脂を含むことが好ましく、更に好ましくはエポキシ樹脂を含むことである。
エポキシ樹脂の種類は特に制限されず、一般的に公知のものを使用することができる。エポキシ樹脂としては、例えば、ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂、ビスフェノールＦ型エポキシ樹脂、ビスフェノールＳ型エポキシ樹脂、フェノールノボラック型エポキシ樹脂、クレゾールノボラック型エポキシ樹脂、ビスフェノールＡノボラック型エポキシ樹脂、ビスフェノールＦノボラック型エポキシ樹脂、スチルベン型エポキシ樹脂、トリアジン骨格含有エポキシ樹脂、フルオレン骨格含有エポキシ樹脂、トリフェノールアルカン型エポキシ樹脂、ビフェニル型エポキシ樹脂、キシリレン型エポキシ樹脂、ビフェニルアラルキル型エポキシ樹脂、ナフタレン型エポキシ樹脂、ジシクロペンタジエン型エポキシ樹脂、脂環式エポキシ樹脂、シリコーン変性エポキシ樹脂、ブタジエン変性エポキシ樹脂、多官能フェノール類及びアントラセン等の多環芳香族類のジグリシジルエーテル化合物並びにこれらにリン化合物を導入したリン含有エポキシ樹脂等が挙げられる。これらは１種単独で又は２種以上を併用して用いることができる。
マレイミド樹脂としては、１分子中に１個以上のマレイミド基を有するものであれば、特に限定されず、一般的に公知のものを使用することができる。マレイミド樹脂としては例えば、４，４－ジフェニルメタンビスマレイミド、フェニルメタンマレイミド、ｍ－フェニレンビスマレイミド、２，２－ビス（４－（４－マレイミドフェノキシ）－フェニル）プロパン、３，３－ジメチル－５，５－ジエチル－４，４－ジフェニルメタンビスマレイミド、４－メチル－１，３－フェニレンビスマレイミド、１，６－ビスマレイミド－（２，２，４－トリメチル）ヘキサン、４，４－ジフェニルエーテルビスマレイミド、４，４－ジフェニルスルフォンビスマレイミド、１，３－ビス（３－マレイミドフェノキシ）ベンゼン、１，３－ビス（４－マレイミドフェノキシ）ベンゼン、ノボラック型マレイミド化合物、ビフェニルアラルキル型マレイミド、ダイマー酸ジアミン型マレイミド、上記マレイミド樹脂のプレポリマー、もしくはマレイミド樹脂とアミン化合物のプレポリマー等が挙げられる。これらのマレイミド化合物は１種又は２種以上混合して用いることができる。
このなかでも、ノボラック型マレイミド化合物、及びビフェニルアラルキル型ビスマレイミド化合物が好ましい。このようなマレイミド化合物を用いることにより、耐熱性がより向上する傾向にある。
シアネート樹脂としては、１分子中に１個以上のシアナト基を有するものであれば、特に限定されず、一般的に公知のものを使用することができる。シアネート樹脂としては例えば、１，１－ビス（４－シアナトフェニル）エタン、ビス（３－メチル－４－シアナトフェニル）メタン、ビス（３－エチル－４－シアナトフェニル）メタン、ビス（３，５－ジメチル－４－シアナトフェニル）メタン、２，２－ビス（４－シアナトフェニル）プロパン、２，２－ビス（４－シアナトフェニル）－１，１，１，３，３，３－ヘキサフルオロプロパン、ジアリルビスフェノールＡ型シアネートエステル、ジアリルビスフェノールＦ型シアネートエステルなどのビスフェノール型シアネートエステル；２，２’－ジシアナトビフェニル、４，４’－ジシアナトビフェニル、３，３’，５，５’－テトラメチル－４，４’－ジシアナトビフェニルなどのビフェニル型シアネートエステル；１，３－ジシアナトベンゼン、１，４－ジシアナトベンゼン、２－ｔｅｒｔ－ブチル－１，４－ジシアナトベンゼン、２，４－ジメチル－１，３－ジシアナトベンゼン、２，５－ジ－ｔｅｒｔ－ブチル－１，４－ジシアナトベンゼン、テトラメチル－１，４－ジシアナトベンゼン、１，３，５－トリシアナトベンゼンなどのシアナトベンゼン；１，３－ジシアナトナフタレン、１，４－ジシアナトナフタレン、１，５－ジシアナトナフタレン、１，６－ジシアナトナフタレン、１，８－ジシアナトナフタレン、２，６－ジシアナトナフタレン、２，７－ジシアナトナフタレン、１，３，６－トリシアナトナフタレンなどのシアナトナフタレン；ビス（４－シアナトフェニル）エーテル、４，４’－（１，３－フェニレンジイソプロピリデン）ジフェニルシアネート、ビス（４－シアナトフェニル）チオエーテル、ビス（４－シアナトフェニル）スルホンが挙げられる。これらのシアネートエステル化合物は１種または２種以上混合して用いることができる。中でも好ましいシアネートエステル化合物は、１，１－ビス（４－シアナトフェニル）エタン、ジアリルビスフェノールＡ型シアネートエステル、ジアリルビスフェノールＦ型シアネートエステルである。更に好ましくは、１，１－ビス（４－シアナトフェニル）エタン、ジアリルビスフェノールＦ型シアネートエステルである。
上記熱硬化性樹脂組成物は硬化剤を含有してもよい。硬化剤の種類は特に制限されず、一般的に公知のものを使用できる。熱硬化性樹脂がエポキシ樹脂である場合の硬化剤としては、アミン系硬化剤、フェノール系硬化剤、酸無水物系硬化剤、チオール系硬化剤等が挙げられる。成型性及び耐熱性の観点から、硬化剤として、フェノール系硬化剤が好ましい。
フェノール系硬化剤として例えば、フェノールノボラック樹脂、ナフタレン環含有フェノール樹脂、アラルキル型フェノール樹脂、トリフェノールアルカン型フェノール樹脂、ビフェニル骨格含有アラルキル型フェノール樹脂、ビフェニル型フェノール樹脂、脂環式フェノール樹脂、複素環型フェノール樹脂、ナフタレン環含有フェノール樹脂、レゾルシノール型フェノール樹脂、アリル基含有フェノール樹脂、ビスフェノールＡ型樹脂、ビスフェノールＦ型樹脂等のビスフェノール型フェノール樹脂等が挙げられ、これらを１種単独で又は２種以上を併用して用いることができる。
硬化剤としてフェノール系硬化剤が用いられる場合、エポキシ樹脂中に含まれるエポキシ基１モルに対して、硬化剤中に含まれるフェノール性水酸基のモル比は、０．５～１．５が好ましく、０．８～１．２がより好ましい。
上記熱硬化性樹脂組成物は充填材を含有してもよい。充填材の種類は特に制限されず、一般的に公知のものを使用できる。充填材として、例えば、球状シリカ、溶融シリカ及び結晶性シリカ等のシリカ類、窒化珪素、窒化アルミニウム、ボロンナイトライド等の無機窒化物類、アルミナ、ガラス繊維及びガラス粒子等が挙げられるが、補強効果に優れている、得られる硬化物の反りを抑えられるなどの点から、シリカを含有するものであることが好ましい。これらは１種単独で又は２種以上を併用して用いることができる。
上記充填材の平均粒径及び形状は特に限定されないが、平均粒径は０．１～４０μｍが好ましく、より好ましくは０．５～４０μｍである。なお、本発明において平均粒径は、レーザー光回折法による粒度分布測定における質量平均値Ｄ５０（またはメジアン径）として求めた値である。
また、本発明で用いる熱硬化性樹脂組成物の高流動化の観点から、上記充填材として複数の粒径範囲の無機充填材を組み合わせたものを使用してもよく、このような場合では、０．１～３μｍの微細領域、３～７μｍの中粒径領域、及び１０～４０μｍの粗領域の球状シリカを組み合わせて使用することが好ましく、これらを組み合わせた結果、充填材の平均粒径が０．５～４０μｍの範囲にあることがより好ましい。さらなる高流動化のためには、平均粒径がさらに大きい球状シリカを用いることが好ましい。
また、上記充填材としては、上記熱硬化性樹脂との結合強度を強くするため、カップリング剤で予め表面処理したものを配合してもよい。
充填材の含有量は、熱硬化性樹脂とその硬化剤の合計１００質量部に対して１０～１９００質量部であることが好ましく、１００～９００質量部であることがより好ましく、２００質量部～８５０質量部であることが特に好ましい。
上記熱硬化性樹脂組成物は硬化促進剤を含有してもよい。硬化促進剤の種類は特に制限されず、一般的に公知のものを使用できる。
この硬化促進剤としては、例えば、トリフェニルホスフィン、トリブチルホスフィン、トリ（ｐ－メチルフェニル）ホスフィン、トリ（ノニルフェニル）ホスフィン、トリフェニルホスフィン・トリフェニルボラン、テトラフェニルホスフィン・テトラフェニルボレートなどのリン系化合物、トリエチルアミン、ベンジルジメチルアミン、α－メチルベンジルジメチルアミン、１，８－ジアザビシクロ［５．４．０］ウンデセン－７などの第３級アミン化合物、２－メチルイミダゾール、２－フェニルイミダゾール、２－フェニル－４－メチルイミダゾールなどのイミダゾール化合物、過酸化物、尿素化合物、サリチル酸等を使用することができる。
硬化促進剤の含有量は、熱硬化性樹脂１００質量部に対して、０．２質量部～１０質量部であることが好ましく、０．５質量部～５質量部であることがより好ましい。
上記熱硬化性樹脂組成物は、難燃性を高めるために難燃剤を配合することができる。
難燃剤としては、特に制限されず公知のものを使用することができる。例えばホスファゼン化合物、シリコーン化合物、モリブデン酸亜鉛担持タルク、モリブデン酸亜鉛担持酸化亜鉛、水酸化アルミニウム、水酸化マグネシウム、酸化モリブデン、三酸化アンチモンなどが挙げられ、これら１種単独でも２種以上を組み合わせて使用してもよい。難燃剤の配合量は熱硬化性樹脂１００質量部に対して２～１００質量部であることが好ましく、より好ましくは３～５０質量部である。
上記熱硬化性樹脂組成物は、イオン不純物による信頼性の低下を防ぐためにイオントラップ材を配合することができる。
このようなイオントラップ材としては、特に制限されず公知のものを使用することができる。例えばハイドロタルサイト類、水酸化ビスマス化合物、希土類酸化物等が使用できる。これらを１種単独で使用しても２種以上を組み合わせて使用してもよい。イオントラップ材の配合量は熱硬化性樹脂１００質量部に対して０．５～２５質量部であることが好ましく、より好ましくは１．５～１５質量部である。
上記熱硬化性樹脂組成物は、熱硬化性樹脂やその硬化剤と充填材との密着性を高める目的や、絶縁基板との接着性を高くしたりするため、シランカップリング剤、チタネートカップリング剤などのカップリング剤を配合することができ、中でもシランカップリング剤が好ましい。
このようなカップリング剤としては、例えば、γ－グリシドキシプロピルトリメトキシシラン、γ－グリシドキシプロピルメチルジエトキシシラン、β－（３，４－エポキシシクロヘキシル）エチルトリメトキシシラン等のエポキシ官能性アルコキシシラン、Ｎ－β－（アミノエチル）－γ－アミノプロピルトリメトキシシラン、γ－アミノプロピルトリエトキシシラン、Ｎ－フェニル－γ－アミノプロピルトリメトキシシラン等のアミノ官能性アルコキシシラン、γ－メルカプトプロピルトリメトキシシラン等のメルカプト官能性アルコキシシラン、γ－アミノプロピルトリメトキシシラン、Ｎ－２－（アミノエチル）－３－アミノプロピルトリメトキシシラン等のアミン官能性アルコキシシランなどが挙げられる。
表面処理に用いるカップリング剤の配合量及び表面処理方法については特に制限されるものではなく、常法に従って行えばよい。また、前述したように予めカップリング剤で無機充填材を処理してもよいし、熱硬化性樹脂やその硬化剤などの樹脂成分と充填材とを混練する際に、カップリング剤を添加して表面処理しながら組成物を混練してもよい。
カップリング材の配合量は、熱硬化性樹脂１００質量部に対して、０．１～２５質量部であることが好ましく、特に０．５～２０質量部とすることが好ましい。０．１質量部以上であれば、基材への接着効果が十分に得られ、また２５質量部以下であれば、粘度が極端に低下して、ボイドの原因になるおそれがない。
上記熱硬化性樹脂組成物は離型剤を含有してもよい。離型剤は特に制限されず、一般的に公知のものを使用することができる。離型剤は、成形時の離型性を高めるために配合するものである。このような離型剤としては、カルナバワックス、ライスワックスをはじめとする天然ワックス、酸ワックス、ポリエチレンワックス、脂肪酸エステルをはじめとする合成ワックスがあるが、離型性の観点からカルナバワックスが好ましい。
離型剤の配合量は、熱硬化性樹脂１００質量部に対して、０．０５～１５質量部であることが好ましく、０．１～１０質量部がより好ましい。配合量が０．０５質量部以上であれば、十分な離型性が得られなかったり、製造時の溶融混練時に過負荷が生じてしまったりするおそれがなく、１５質量部以下であれば、沁み出し不良や接着性不良等が起こるおそれがない。
熱硬化性樹脂組成物は、着色剤を含有してもよい。着色剤としてはカーボンブラック、有機染料、有機顔料、酸化チタン、ベンガラ等の公知の着色剤を挙げることができる。熱硬化性樹脂への分散性の観点からカーボンブラックが望ましい。
着色剤の配合量は、熱硬化性樹脂１００質量部に対して、０．０１質量部～１０質量部であることが好ましく、０．１質量部～５質量部であることがより好ましい。
熱硬化性樹脂組成物は、溶融工程や加減圧工程時において樹脂の発泡を抑制する目的で消泡剤を配合することができる。
このような消泡剤としては、ポリエーテル、ポリエステル、高級アルコール、高級アルコール誘導体、脂肪酸誘導体、金属石鹸、シリコーンオイル、ポリシロキサン、ワックス、鉱物油等の公知の消泡剤を挙げることができる。
消泡剤の配合量は、熱硬化性樹脂１００質量部に対して０．０１質量部～１０質量部であることが好ましく、０．０１質量部～５質量部であることがより好ましい。
［熱硬化性樹脂組成物の調製方法］
本発明で用いる熱硬化性樹脂組成物の調製方法としては、従来公知の方法を適宜用いることができる。調製方法としては、例えば、熱ロール、ニーダー、エクストルーダー等が挙げられる。得られた熱硬化性樹脂組成物を粉砕することにより粉末状にしてもよく、粉末にしてから打錠することでタブレット状若しくは顆粒状にしてもよく、又はプレス装置やＴダイを用いてシート状にしてもよい。成型時のボイド低減の観点からペレット状またはシート状が好ましい。
このようにして得られる熱硬化性樹脂組成物は、シート状であれば、厚さが１～２０ｍｍであることが好ましく、２～１０ｍｍであることがより好ましい。また、ペレット状であれば、直径は１０～１００ｍｍであることが好ましく、２０～８０ｍｍであることがより好ましく、長さは０．５～５０ｍｍであることが好ましく、１～４０ｍｍであることがより好ましい。
［熱硬化性樹脂組成物の物性］
熱硬化性樹脂組成物の１２０℃における粘度としては、０．０１Ｐａ・ｓ～５００Ｐａ・ｓが好ましく、０．１Ｐａ・ｓ～３００Ｐａ・ｓがさらに好ましく、０．１Ｐａ・ｓ～１００Ｐａ・ｓが特に好ましい。本発明において、熱硬化性樹脂組成物の１２０℃における粘度とは、ＪＩＳ Ｋ ７２４４－１０：２００５記載のレオメーターを用いて測定した値を指す。レオメーターとしては、例えば、ＨＲ－２（ＴＡ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ社製）が用いられる。
熱硬化性樹脂組成物の１２０℃における粘度が初期の１０倍となる時間は、５～６０分であることが好ましく、１０～６０分であることがさらに好ましい。５分以上であれば、充填性が悪くならず、内部ボイドや表面ボイドが発生する恐れがない。
熱硬化性樹脂組成物は、硬化物としたときのガラス転移温度は、１２０～２５０℃であることが好ましく、１５０～２５０℃であることが更に好ましい。ガラス転移温度が上記範囲にあることで、パワーモジュールの耐熱信頼性が向上する。
本発明において、ガラス転移温度（Ｔｇ）はＴＭＡ法により求めた値を指す。ＴＭＡ法の測定としては、熱硬化性樹脂組成物を硬化させて得た硬化物を、５×５×１５ｍｍの試験片にそれぞれを加工した後、それらの試験片を熱膨張計ＴＭＡ８１４０Ｃ（株式会社リガク社製）にセットする。そして、昇温プログラムを昇温速度５℃／分に設定し、１９．６ｍＮの一定荷重が加わるように設定した後、２５℃から３００℃までの間で試験片の寸法変化を測定する。この寸法変化と温度との関係をグラフにプロットする（グラフの一例を図１に示す）。このようにして得られた寸法変化と温度とのグラフから、下記に説明するガラス転移温度の決定方法により、ガラス転移温度を求めることができる。
図１に示すように、変曲点の温度以下で寸法変化－温度曲線の接線が得られる任意の温度２点をＴ１及びＴ２とし、変曲点の温度以上で同様の接線が得られる任意の温度２点をＴ１’及びＴ２’とする。Ｔ１及びＴ２における寸法変化をそれぞれＤ１及びＤ２として、点（Ｔ１、Ｄ１）と点（Ｔ２、Ｄ２）とを結ぶ直線と、Ｔ１’及びＴ２’における寸法変化をそれぞれＤ１’及びＤ２’として、点（Ｔ１’、Ｄ１’）と点（Ｔ２’、Ｄ２’）とを結ぶ直線との交点をガラス転移温度（Ｔｇ）とする。
熱硬化性樹脂組成物を硬化したときの４０℃～８０℃での平均熱膨張係数が、３ｐｐｍ／℃～３０ｐｐｍ／℃であることが好ましく、５ｐｐｍ／℃～２５ｐｐｍ／℃であることがより好ましい。平均熱膨張係数が、上記範囲内であると、半導体素子や絶縁基板との熱膨張係数の差が小さくなり、封止後の反りの発生を抑えることが可能となる。本発明における平均熱膨張係数は、上記ガラス転移温度測定と同じ条件で硬化物の熱機械分析を行い、４０℃から８０℃までの温度範囲の測定結果から算出した線膨張係数の平均値である。
熱硬化性樹脂組成物は、その硬化物の２５℃での曲げ弾性率が、５ＧＰａ～３５ＧＰａであることが好ましく、１０ＧＰａ～３０ＧＰａであることがより好ましい。２５℃での曲げ弾性率が５ＧＰａ以上であると、ヒートサイクル試験や高温放置試験などの信頼性試験において、絶縁基板と熱硬化性樹脂組成物との剥離を抑制することができ、パワーモジュールの不良を抑制することが可能となる。２５℃での弾性率が３５ＧＰａ以下であると、熱硬化性樹脂組成物の硬化物自身に起因して発生する応力を効果的に抑制できる傾向にある。
なお２５℃での曲げ弾性率は、ＪＩＳ Ｋ ６９１１：２００６に準じ、硬化物を作製し測定することができる。
［パワーモジュール］
本発明のパワーモジュールは、パワー半導体デバイスが接合された絶縁基板と、この絶縁基板を封止する熱硬化性樹脂組成物の硬化物を備えたものとすることができる。
パワー半導体デバイスの具体例としては、ＩＧＢＴ（絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ）、ダイオード、Ｓｉ系ＭＯＳＦＥＴ（金属酸化物半導体電界効果トランジスタ）、ＳｉＣ系ＭＯＳＦＥＴ、ＧａＮ系ＦＥＴ（窒化ガリウム電界効果トランジスタ）等の半導体デバイス（パワー半導体チップ）が挙げられる。
本発明における絶縁基板とは、絶縁性材料の片面または両面に、放熱性を高めることを目的に銅板や銅板に金メッキ、銀メッキ、ニッケルメッキなどのメッキが施された金属パターンが貼り付けられている基板を指し、基板の厚さ方向に絶縁性を有する。前記絶縁性材料の具体例としては、アルミナや窒化ケイ素などのセラミックが挙げられる。また、熱硬化性樹脂組成物の硬化物としては、上述したものと同様のものを用いることができる。
本発明の製造方法によって製造されたパワーモジュールは、ボイドやクラックなどがなく、信頼性に優れるパワーモジュールである。具体的には、前記パワーモジュールが封止されている熱硬化性樹脂組成物の硬化物において、前記硬化物中の直径１００μｍ以上の内部ボイドの数が１０個／ｃｍ３以下であることが特徴であり、好ましくは５個／ｃｍ３以下、より好ましくは２個／ｃｍ３以下である。
以下実施例及び比較例をあげて、本発明をより具体的に説明する。本発明は下記の実施例に限定されるものではない。
＜実施例１～１９および比較例１～４＞
［熱硬化性樹脂組成物の調製］
表１に記載の配合量（質量部）にて混合して、熱硬化性樹脂組成物を得た。各成分の詳細は下記のとおりである。
エポキシ樹脂１：ビフェニル型エポキシ樹脂（ＹＸ－４０００Ｋ：三菱ケミカル社製）
エポキシ樹脂２：トリフェノールメタン型エポキシ樹脂（ＥＰＰＮ－５０１Ｈ：日本化薬社製）
硬化剤：フェノールノボラック樹脂（ＢＲＧ－５５５：アイカ工業社製）
硬化促進剤：尿素型触媒（Ｕ－ＣＡＴ３５１３Ｎ：サンアプロ社製）
カップリング剤：γ－グリシドキシプロピルトリメトキシシラン（商品名：ＫＢＭ４０３、信越化学工業社製）
溶融シリカ：平均粒径１４μｍの溶融球状シリカ（龍森社製）
着色剤：カーボンブラック（三菱ケミカル社製）
［軟化点の測定］
調製した組成物の軟化点をＪＩＳ Ｋ ７２３４（１９８６）に従い測定し、その結果を表１に記載した。
［粘度の測定］
調製した熱硬化性樹脂組成物を１２０℃に設定したレオメーター（プレート直径２５ｍｍ、測定周波数１Ｈｚ）を用いて測定を行い、数値を表１に記載した。また、初期の粘度の１０倍に到達する時間を表１に記載した。
［硬化物サンプルの作製］
表１に示す熱硬化性樹脂組成物を１２０℃×３０分、さらに１８０℃×１時間で加熱硬化して成型し、硬化物を得た。
［ガラス転移温度の測定］
熱硬化性樹脂組成物を硬化させて得た硬化物を、５×５×１５ｍｍの試験片にそれぞれを加工した後、それらの試験片を熱膨張計ＴＭＡ８１４０Ｃ（株式会社リガク社製）にセットした。そして、昇温プログラムを昇温速度５℃／分に設定し、１９．６ｍＮの一定荷重が加わるように設定した後、２５℃から３００℃までの間で試験片の寸法変化を測定した。この寸法変化と温度との関係をグラフにプロットした（グラフの一例を図１に示す）。このようにして得られた寸法変化と温度とのグラフから、下記に説明するガラス転移温度の決定方法により、実施例及び比較例におけるガラス転移温度を求めた。
図１に示すように、変曲点の温度以下で寸法変化－温度曲線の接線が得られる任意の温度２点をＴ１及びＴ２とし、変曲点の温度以上で同様の接線が得られる任意の温度２点をＴ１’及びＴ２’とした。Ｔ１及びＴ２における寸法変化をそれぞれＤ１及びＤ２として、点（Ｔ１、Ｄ１）と点（Ｔ２、Ｄ２）とを結ぶ直線と、Ｔ１’及びＴ２’における寸法変化をそれぞれＤ１’及びＤ２’として、点（Ｔ１’、Ｄ１’）と点（Ｔ２’、Ｄ２’）とを結ぶ直線との交点をガラス転移温度（Ｔｇ）とした。
［線膨張係数（ＣＴＥ１）の決定方法］
上記ガラス転移温度測定と同じ条件で硬化物の熱機械分析を行い、４０℃から８０℃までの温度範囲の測定結果から、線膨張係数を算出し、ＣＴＥ１とした。
［曲げ弾性率の測定］
曲げ弾性率は、ＪＩＳ Ｋ ６９１１：２００６に準じ、上記の硬化物を用いて測定を行った。
Figure 2022039562000001
（実施例１）
ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）樹脂製の枠がついた、１１０ｍｍ×９０ｍｍのニッケルメッキされた銅と絶縁性のセラミックからなるＤＢＣ（ダイレクトボンド銅）絶縁基板上に、はんだを介してＳｉチップをダイボンドし、アルミワイヤでワイヤーボンディングを行った容器を用意した。表１記載の熱硬化性樹脂組成物を封止面積に対し９５％の面積になるよう、容器内に配置した。加圧オーブン内に、熱硬化性樹脂組成物が配置された容器を配置した。その後、加圧オーブン内を１０℃／分の速度で、１００℃まで昇温して組成物を溶融した。１００℃到達後、加圧オーブン内を５０，０００Ｐａまで３００Ｐａ／秒の減圧速度で減圧を行い、５０，０００Ｐａ到達後、１分間保持した。その後、加圧オーブン内を大気圧にし、１００℃で１．０ＭＰａまで０．１ＭＰａ／分の速度で加圧した。１．０ＭＰａ到達後、１０分間保持した。その後、加圧オーブン内を１．０ＭＰａに加圧した状態で、１０℃／分の速度で、１５０℃まで昇温した。１５０℃到達後、２時間保持し熱硬化性樹脂組成物を加熱硬化し、パワーモジュールを得た。
（実施例２）
熱硬化性樹脂組成物を封止面積に対し３０％の面積になるよう、容器内に配置した以外は実施例１と同様にしてパワーモジュールを得た。
（実施例３）
加圧オーブン内を１００℃に昇温する際の昇温速度を０．５℃／分とし、熱硬化性樹脂組成物を溶融した以外は実施例１と同様にしてパワーモジュールを得た。
（実施例４）
加圧オーブン内を１００℃に昇温する際の昇温速度を３０℃／分とし、熱硬化性樹脂組成物を溶融した以外は実施例１と同様にしてパワーモジュールを得た。
（実施例５）
加圧オーブン内を１８０℃に昇温し、熱硬化性樹脂組成物を溶融した以外は実施例１と同様にしてパワーモジュールを得た。
（実施例６）
加圧オーブン内を２，０００Ｐａまで減圧した以外は実施例１と同様にしてパワーモジュールを得た。
（実施例７）
加圧オーブン内を１００Ｐａ／秒で減圧した以外は実施例１と同様にしてパワーモジュールを得た。
（実施例８）
加圧オーブン内を６０，０００Ｐａ／秒で減圧した以外は実施例１と同様にしてパワーモジュールを得た。
（実施例９）
加圧オーブン内を０．２ＭＰａに加圧した以外は実施例１と同様にしてパワーモジュールを得た。
（実施例１０）
加圧オーブン内を５ＭＰａに加圧した以外は実施例１と同様にしてパワーモジュールを得た。
（実施例１１）
熱硬化性樹脂組成物を封止面積に対し２０％の面積になるよう、容器内に配置した以外は実施例１と同様にしてパワーモジュールを得た。
（実施例１２）
加圧オーブン内を１００℃に昇温する際の昇温速度を０．３℃／分とし、熱硬化性樹脂組成物を溶融した以外は実施例１と同様にしてパワーモジュールを得た。
（実施例１３）
加圧オーブン内を１００℃に昇温する際の昇温速度を６０℃／分とし、熱硬化性樹脂組成物を溶融した以外は実施例１と同様にしてパワーモジュールを得た。
（実施例１４）
加圧オーブン内を６０℃に昇温し、熱硬化性樹脂組成物を溶融した以外は実施例１と同様にしてパワーモジュールを得た。
（実施例１５）
加圧オーブン内を２２０℃に昇温し、熱硬化性樹脂組成物を溶融した以外は実施例１と同様にしてパワーモジュールを得た。
（実施例１６）
加圧オーブン内を３００Ｐａまで減圧した以外は実施例１と同様にしてパワーモジュールを得た。
（実施例１７）
加圧オーブン内を５０Ｐａ／秒で減圧した以外は実施例１と同様にしてパワーモジュールを得た。
（実施例１８）
加圧オーブン内を７５，０００Ｐａ／秒で減圧した以外は実施例１と同様にしてパワーモジュールを得た。
（実施例１９）
加圧オーブン内を０．０６ＭＰａに加圧した以外は実施例１と同様にしてパワーモジュールを得た。
（比較例１）
加圧オーブン内を加熱せず、熱硬化性樹脂組成物を溶融する工程を含まない以外は実施例１と同様にしてパワーモジュールを得た。
（比較例２）
加圧オーブン内を減圧する工程を含まない以外は実施例１と同様にしてパワーモジュールを得た。
（比較例３）
加圧オーブン内を加圧する工程を含まない以外は実施例１と同様にしてパワーモジュールを得た。
（比較例４）
加圧オーブン内を加熱し、熱硬化性樹脂組成物を硬化する工程を含まない以外は実施例１と同様にしてパワーモジュールを得た。
［表面ボイドの評価］
実施例１～１９及び比較例１～４にて得られたパワーモジュールについて、光学顕微鏡を用いて、表面のボイドの有無を確認した。表面の直径１００μｍ以上のボイドの数が２個／ｃｍ３以下を◎、表面のボイドの数が３～５個／ｃｍ３を〇、表面のボイドの数が６～１０個／ｃｍ３を△、表面のボイドの数が１０個／ｃｍ３を超えるものを×とし表２に記載した。
［内部ボイドの評価］
実施例１～１９及び比較例１～４にて得られたパワーモジュールについて、超音波探査装置を用いて内部のボイドの有無を確認した。内部の直径１００μｍ以上のボイドの数が２個／ｃｍ３以下を◎、内部のボイドの数が３～５個／ｃｍ３を〇、内部のボイドの数が６～１０個／ｃｍ３を△、内部のボイドの数が１０個／ｃｍ３を超えるものを×とし表２に記載した。
［ヒートサイクル試験（耐熱性）］
実施例１～１９及び比較例１～４にて得られたパワーモジュールについて、ヒートサイクル試験（－６５℃で３０分間保持、１５０℃で３０分間保持を１，０００サイクル繰り返す）に供し、ヒートサイクル試験後の熱硬化性樹脂組成物とＤＢＣ絶縁基板上との剥離状態を、超音波探査装置を用いて確認した。合計５つの成型品の、剥離が認められた成型品を数えた。
［耐湿信頼性試験］
実施例１～１９及び比較例１～４にて得られたパワーモジュールについて、耐湿信頼性試験（プレッシャークッカーにて１２１℃、２．０３×１０５Ｐａの飽和水蒸気下で４８時間曝露）に供し、耐湿信頼性試験後の熱硬化性樹脂組成物とＤＢＣ絶縁基板上との剥離状態を、超音波探査装置を用いて確認した。合計５つの成型品の、剥離が認められた成型品を数えた。
Figure 2022039562000002
これらの結果から、実施例と比較例を比べると溶融、減圧、加圧、硬化のいずれの工程も欠くとボイドや絶縁基板からの剥離が見られ、信頼性の優れるパワーモジュールを得られないことが分かる。また、封止面積、昇温速度、加熱溶融温度、減圧時の圧力、減圧速度、加圧時の圧力を好ましい範囲内に設定した実施例１～１０と、これらのパラメータのうちのいずれかを好ましい範囲外に設定した実施例１１～１９では、いずれも本発明のパワーモジュールを得ることができたが、各パラメータを好ましい範囲内に設定した実施例１～１０の方がより良い結果を得ることができることが分かる。
なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。上記実施形態は例示であり、本発明の特許請求の範囲に記載された技術的思想と実質的に同一な構成を有し、同様な作用効果を奏するものは、いかなるものであっても本発明の技術的範囲に包含される。
１…複数の半導体素子が搭載された絶縁基板を収納した容器、
２…ボンディングワイヤ、 ３…パワー半導体素子、 ４…絶縁基板、 ５…容器、
６…熱硬化性樹脂組成物、 ７…成型容器

Claims (9)

  1. パワーモジュールの製造方法であって、下記（１）～（４）
    （１）複数の半導体素子が搭載された絶縁基板を収納した容器に、２５℃で固体の熱硬化性樹脂組成物を配置する配置工程、
    （２）次いで、前記熱硬化性樹脂組成物が配置された前記容器を、加熱、加圧、減圧できる成型装置内に配置して加熱し、前記熱硬化性樹脂組成物を溶融する溶融工程、
    （３）その後、前記成型装置内を１回以上減圧及び１回以上加圧する加減圧工程、
    （４）更に、前記成型装置内を加熱して前記熱硬化性樹脂組成物を硬化させる硬化工程
    の工程を含むことを特徴とするパワーモジュールの製造方法。
  2. 前記溶融工程（２）において、加熱温度を前記熱硬化性樹脂組成物の融点もしくは軟化点以上とし、かつ２００℃以下とすることを特徴とする請求項１に記載のパワーモジュールの製造方法。
  3. 前記溶融工程（２）において、加熱時の昇温速度を０．５℃／分～５０℃／分とすることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のパワーモジュールの製造方法。
  4. 前記加減圧工程（３）において、減圧及び／又は加圧を２回以上繰り返すことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載のパワーモジュールの製造方法。
  5. 前記加減圧工程（３）の加圧工程において、０．１ＭＰａ～１０ＭＰａに加圧することを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか一項に記載のパワーモジュールの製造方法。
  6. 前記加減圧工程（３）の減圧工程において、６７０Ｐａ～９０，０００Ｐａに減圧することを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか一項に記載のパワーモジュールの製造方法。
  7. 前記加減圧工程（３）の減圧工程において、大気圧から設定された減圧度までの減圧速度を１００～６０，０００Ｐａ／秒とすることを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか一項に記載のパワーモジュールの製造方法。
  8. 前記配置工程（１）において、前記熱硬化性樹脂組成物を封止面積の３０％～９５％の面積となるように配置することを特徴とする請求項１から請求項７のいずれか一項に記載のパワーモジュールの製造方法。
  9. 熱硬化性樹脂組成物の硬化物で封止されたパワーモジュールであって、前記硬化物中の直径１００μｍ以上の内部ボイドの数が１０個／ｃｍ３以下であることを特徴とするパワーモジュール。
JP2020144661A 2020-08-28 2020-08-28 パワーモジュールの製造方法 Active JP7390995B2 (ja)

Priority Applications (6)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2020144661A JP7390995B2 (ja) 2020-08-28 2020-08-28 パワーモジュールの製造方法
TW110129250A TW202228217A (zh) 2020-08-28 2021-08-09 電力模組的製造方法、及電力模組
US17/400,193 US11984327B2 (en) 2020-08-28 2021-08-12 Method for producing power module, and power module
EP21190996.5A EP3961681A1 (en) 2020-08-28 2021-08-12 Method for producing power module
KR1020210109856A KR20220029406A (ko) 2020-08-28 2021-08-20 파워모듈의 제조방법, 및 파워모듈
CN202110973813.9A CN114106511A (zh) 2020-08-28 2021-08-24 电源模块的制造方法及电源模块

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2020144661A JP7390995B2 (ja) 2020-08-28 2020-08-28 パワーモジュールの製造方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2022039562A true JP2022039562A (ja) 2022-03-10
JP7390995B2 JP7390995B2 (ja) 2023-12-04

Family

ID=77626917

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2020144661A Active JP7390995B2 (ja) 2020-08-28 2020-08-28 パワーモジュールの製造方法

Country Status (6)

Country Link
US (1) US11984327B2 (ja)
EP (1) EP3961681A1 (ja)
JP (1) JP7390995B2 (ja)
KR (1) KR20220029406A (ja)
CN (1) CN114106511A (ja)
TW (1) TW202228217A (ja)

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2015216229A (ja) * 2014-05-09 2015-12-03 日東電工株式会社 半導体装置の製造方法及び熱硬化性樹脂シート
WO2019189464A1 (ja) * 2018-03-29 2019-10-03 日立化成株式会社 成形体の製造方法、及び電子部品装置の製造方法

Family Cites Families (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3853979B2 (ja) * 1998-06-16 2006-12-06 日東電工株式会社 半導体装置の製法
TW434850B (en) 1998-12-31 2001-05-16 World Wiser Electronics Inc Packaging equipment and method for integrated circuit
WO2000077851A1 (en) * 1999-06-15 2000-12-21 Sumitomo Bakelite Company Limited Method of producing epoxy for molding semiconductor device, molding material, and semiconductor device
TW574739B (en) * 2001-02-14 2004-02-01 Nitto Denko Corp Thermosetting resin composition and semiconductor device using the same
JP3788760B2 (ja) 2001-11-09 2006-06-21 三菱電機株式会社 半導体装置
JP2004179345A (ja) * 2002-11-26 2004-06-24 Fujitsu Ltd 半導体用基板シート材及びその製造方法、及び基板シート材を用いたモールド方法及び半導体装置の製造方法
JP4452071B2 (ja) * 2003-12-04 2010-04-21 日東電工株式会社 半導体封止用エポキシ樹脂組成物の製法
JP2006124478A (ja) * 2004-10-27 2006-05-18 Nitto Denko Corp 半導体封止用エポキシ樹脂組成物およびそれを用いた半導体装置
JP5133598B2 (ja) * 2007-05-17 2013-01-30 日東電工株式会社 封止用熱硬化型接着シート
JP5148175B2 (ja) 2007-06-06 2013-02-20 住友重機械工業株式会社 樹脂封止装置および樹脂封止方法
JP2012079914A (ja) 2010-10-01 2012-04-19 Mitsubishi Electric Corp パワーモジュールおよびその製造方法
JP2020035965A (ja) 2018-08-31 2020-03-05 日立化成株式会社 パワーモジュール
JP6886602B2 (ja) * 2018-09-21 2021-06-16 Dic株式会社 樹脂組成物、硬化物及び積層体

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2015216229A (ja) * 2014-05-09 2015-12-03 日東電工株式会社 半導体装置の製造方法及び熱硬化性樹脂シート
WO2019189464A1 (ja) * 2018-03-29 2019-10-03 日立化成株式会社 成形体の製造方法、及び電子部品装置の製造方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN114106511A (zh) 2022-03-01
TW202228217A (zh) 2022-07-16
KR20220029406A (ko) 2022-03-08
EP3961681A1 (en) 2022-03-02
US11984327B2 (en) 2024-05-14
US20220068667A1 (en) 2022-03-03
JP7390995B2 (ja) 2023-12-04

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101904509B1 (ko) 반도체 밀봉용 액상 에폭시 수지 조성물 및 수지 밀봉 반도체 장치
JP2009097014A (ja) 封止用液状樹脂組成物、電子部品装置及びウエハーレベルチップサイズパッケージ
JP2009097013A (ja) 封止用液状樹脂組成物、電子部品装置及びウエハーレベルチップサイズパッケージ
JP2008127577A (ja) マルチチップパッケージ封止用エポキシ樹脂組成物、及びこれを用いたマルチチップパッケージ
KR102486893B1 (ko) 수지 조성물, 경화물, 봉지용 필름 및 봉지 구조체
JP2013191690A (ja) 半導体装置及びその製造方法
JP7060011B2 (ja) 封止用エポキシ樹脂組成物及び電子部品装置
JP2006188622A (ja) エポキシ樹脂組成物及び半導体装置
KR102570038B1 (ko) 반도체 봉지용 열경화성 에폭시 수지 시트, 반도체 장치, 및 그 제조방법
JPWO2019098078A1 (ja) 樹脂シート
WO2018150779A1 (ja) 樹脂組成物、樹脂シート及び半導体装置並びに半導体装置の製造方法
WO1999040626A1 (fr) Dispositif a semi-conducteur et son procede de production, et composition de resine d'etancheite de semi-conducteur
JP7142233B2 (ja) 封止用エポキシ樹脂組成物、硬化物、及び半導体装置
KR102518301B1 (ko) 섬유함유 수지기판, 봉지후 반도체소자 탑재기판, 봉지후 반도체소자 형성 웨이퍼, 봉지후 반도체소자 탑재시트, 반도체장치, 및 반도체장치의 제조방법
CN113227192A (zh) 密封用树脂组合物、半导体装置和半导体装置的制造方法
JP7390995B2 (ja) パワーモジュールの製造方法
KR20180025816A (ko) 반도체 밀봉용 열경화성 수지 조성물
JP4759994B2 (ja) エポキシ樹脂組成物及び半導体装置
JPWO2019189464A1 (ja) 成形体の製造方法、及び電子部品装置の製造方法
JP7434794B2 (ja) 半導体装置の製造方法及び封止用エポキシ樹脂組成物
JP7371792B2 (ja) 導電性ペーストおよび半導体装置
JPH06157754A (ja) 樹脂組成物
JP6839114B2 (ja) 半導体封止用熱硬化性エポキシ樹脂シート、半導体装置、及びその製造方法
KR20240034802A (ko) 반도체 봉지용 수지 조성물 및 반도체 장치
JP2021147498A (ja) 封止用樹脂組成物および電子装置

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20220824

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20230619

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20230704

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20230829

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20231031

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20231121

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 7390995

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150