JP5274007B2 - 熱伝導性樹脂シートおよびこれを用いたパワーモジュール - Google Patents
熱伝導性樹脂シートおよびこれを用いたパワーモジュール Download PDFInfo
- Publication number
- JP5274007B2 JP5274007B2 JP2007336768A JP2007336768A JP5274007B2 JP 5274007 B2 JP5274007 B2 JP 5274007B2 JP 2007336768 A JP2007336768 A JP 2007336768A JP 2007336768 A JP2007336768 A JP 2007336768A JP 5274007 B2 JP5274007 B2 JP 5274007B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- resin sheet
- conductive resin
- heat
- filler
- inorganic filler
- 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.)
- Expired - Lifetime
Links
- 229920005989 resin Polymers 0.000 title claims abstract description 187
- 239000011347 resin Substances 0.000 title claims abstract description 187
- 239000011256 inorganic filler Substances 0.000 claims abstract description 34
- 229910003475 inorganic filler Inorganic materials 0.000 claims abstract description 34
- 229920001187 thermosetting polymer Polymers 0.000 claims abstract description 33
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims abstract description 12
- 239000002245 particle Substances 0.000 claims abstract description 5
- 239000000945 filler Substances 0.000 claims description 130
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 claims description 29
- 229920000647 polyepoxide Polymers 0.000 claims description 16
- 239000003822 epoxy resin Substances 0.000 claims description 15
- 238000005266 casting Methods 0.000 claims description 2
- 239000004850 liquid epoxy resins (LERs) Substances 0.000 claims description 2
- 230000002093 peripheral effect Effects 0.000 claims description 2
- 239000002075 main ingredient Substances 0.000 claims 1
- 230000005855 radiation Effects 0.000 claims 1
- 239000011342 resin composition Substances 0.000 description 17
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 14
- 238000000034 method Methods 0.000 description 12
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 9
- 229910052582 BN Inorganic materials 0.000 description 8
- PZNSFCLAULLKQX-UHFFFAOYSA-N Boron nitride Chemical compound N#B PZNSFCLAULLKQX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 description 8
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 7
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 7
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 7
- HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N silicon carbide Chemical compound [Si+]#[C-] HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 229910010271 silicon carbide Inorganic materials 0.000 description 6
- 239000007822 coupling agent Substances 0.000 description 5
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 5
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 5
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 5
- -1 alicyclic acid anhydrides Chemical class 0.000 description 4
- IISBACLAFKSPIT-UHFFFAOYSA-N bisphenol A Chemical compound C=1C=C(O)C=CC=1C(C)(C)C1=CC=C(O)C=C1 IISBACLAFKSPIT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 4
- 230000017525 heat dissipation Effects 0.000 description 4
- 239000000463 material Substances 0.000 description 4
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 4
- 239000002904 solvent Substances 0.000 description 4
- ZWEHNKRNPOVVGH-UHFFFAOYSA-N 2-Butanone Chemical compound CCC(C)=O ZWEHNKRNPOVVGH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 229910052581 Si3N4 Inorganic materials 0.000 description 3
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 3
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 3
- 238000007789 sealing Methods 0.000 description 3
- HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N silicon nitride Chemical compound N12[Si]34N5[Si]62N3[Si]51N64 HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N aluminium oxide Inorganic materials [O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3] PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- PXKLMJQFEQBVLD-UHFFFAOYSA-N bisphenol F Chemical compound C1=CC(O)=CC=C1CC1=CC=C(O)C=C1 PXKLMJQFEQBVLD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 2
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 2
- 238000007606 doctor blade method Methods 0.000 description 2
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 2
- 238000009413 insulation Methods 0.000 description 2
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 2
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 2
- 229920003986 novolac Polymers 0.000 description 2
- QWVGKYWNOKOFNN-UHFFFAOYSA-N o-cresol Chemical compound CC1=CC=CC=C1O QWVGKYWNOKOFNN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N oxo(oxoalumanyloxy)alumane Chemical compound O=[Al]O[Al]=O TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- XNGIFLGASWRNHJ-UHFFFAOYSA-N phthalic acid Chemical compound OC(=O)C1=CC=CC=C1C(O)=O XNGIFLGASWRNHJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000008569 process Effects 0.000 description 2
- 238000001721 transfer moulding Methods 0.000 description 2
- WYTZZXDRDKSJID-UHFFFAOYSA-N (3-aminopropyl)triethoxysilane Chemical compound CCO[Si](OCC)(OCC)CCCN WYTZZXDRDKSJID-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- SSUJUUNLZQVZMO-UHFFFAOYSA-N 1,2,3,4,8,9,10,10a-octahydropyrimido[1,2-a]azepine Chemical compound C1CCC=CN2CCCNC21 SSUJUUNLZQVZMO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- AHDSRXYHVZECER-UHFFFAOYSA-N 2,4,6-tris[(dimethylamino)methyl]phenol Chemical compound CN(C)CC1=CC(CN(C)C)=C(O)C(CN(C)C)=C1 AHDSRXYHVZECER-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- CUTKEBIQTVETLY-UHFFFAOYSA-N 2-amino-3-(oxiran-2-ylmethyl)phenol Chemical compound NC1=C(O)C=CC=C1CC1OC1 CUTKEBIQTVETLY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 125000000022 2-aminoethyl group Chemical group [H]C([*])([H])C([H])([H])N([H])[H] 0.000 description 1
- LXBGSDVWAMZHDD-UHFFFAOYSA-N 2-methyl-1h-imidazole Chemical compound CC1=NC=CN1 LXBGSDVWAMZHDD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- ZCUJYXPAKHMBAZ-UHFFFAOYSA-N 2-phenyl-1h-imidazole Chemical compound C1=CNC(C=2C=CC=CC=2)=N1 ZCUJYXPAKHMBAZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- SESYNEDUKZDRJL-UHFFFAOYSA-N 3-(2-methylimidazol-1-yl)propanenitrile Chemical compound CC1=NC=CN1CCC#N SESYNEDUKZDRJL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- WVRNUXJQQFPNMN-VAWYXSNFSA-N 3-[(e)-dodec-1-enyl]oxolane-2,5-dione Chemical compound CCCCCCCCCC\C=C\C1CC(=O)OC1=O WVRNUXJQQFPNMN-VAWYXSNFSA-N 0.000 description 1
- ULKLGIFJWFIQFF-UHFFFAOYSA-N 5K8XI641G3 Chemical compound CCC1=NC=C(C)N1 ULKLGIFJWFIQFF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- MWSKJDNQKGCKPA-UHFFFAOYSA-N 6-methyl-3a,4,5,7a-tetrahydro-2-benzofuran-1,3-dione Chemical compound C1CC(C)=CC2C(=O)OC(=O)C12 MWSKJDNQKGCKPA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000004640 Melamine resin Substances 0.000 description 1
- 229920000877 Melamine resin Polymers 0.000 description 1
- ISWSIDIOOBJBQZ-UHFFFAOYSA-N Phenol Chemical compound OC1=CC=CC=C1 ISWSIDIOOBJBQZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000000654 additive Substances 0.000 description 1
- 239000000853 adhesive Substances 0.000 description 1
- 230000001070 adhesive effect Effects 0.000 description 1
- IBVAQQYNSHJXBV-UHFFFAOYSA-N adipic acid dihydrazide Chemical compound NNC(=O)CCCCC(=O)NN IBVAQQYNSHJXBV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 125000002723 alicyclic group Chemical group 0.000 description 1
- 239000004844 aliphatic epoxy resin Substances 0.000 description 1
- 150000008064 anhydrides Chemical class 0.000 description 1
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 1
- WPYMKLBDIGXBTP-UHFFFAOYSA-N benzoic acid Chemical compound OC(=O)C1=CC=CC=C1 WPYMKLBDIGXBTP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 238000013329 compounding Methods 0.000 description 1
- PMHQVHHXPFUNSP-UHFFFAOYSA-M copper(1+);methylsulfanylmethane;bromide Chemical compound Br[Cu].CSC PMHQVHHXPFUNSP-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- QGBSISYHAICWAH-UHFFFAOYSA-N dicyandiamide Chemical compound NC(N)=NC#N QGBSISYHAICWAH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- XXBDWLFCJWSEKW-UHFFFAOYSA-N dimethylbenzylamine Chemical compound CN(C)CC1=CC=CC=C1 XXBDWLFCJWSEKW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000001035 drying Methods 0.000 description 1
- 238000010292 electrical insulation Methods 0.000 description 1
- LNEPOXFFQSENCJ-UHFFFAOYSA-N haloperidol Chemical compound C1CC(O)(C=2C=CC(Cl)=CC=2)CCN1CCCC(=O)C1=CC=C(F)C=C1 LNEPOXFFQSENCJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000020169 heat generation Effects 0.000 description 1
- 150000002460 imidazoles Chemical class 0.000 description 1
- 229910010272 inorganic material Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011147 inorganic material Substances 0.000 description 1
- 238000004898 kneading Methods 0.000 description 1
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 1
- VYKXQOYUCMREIS-UHFFFAOYSA-N methylhexahydrophthalic anhydride Chemical compound C1CCCC2C(=O)OC(=O)C21C VYKXQOYUCMREIS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- KBJFYLLAMSZSOG-UHFFFAOYSA-N n-(3-trimethoxysilylpropyl)aniline Chemical compound CO[Si](OC)(OC)CCCNC1=CC=CC=C1 KBJFYLLAMSZSOG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000005011 phenolic resin Substances 0.000 description 1
- 229920000139 polyethylene terephthalate Polymers 0.000 description 1
- 239000005020 polyethylene terephthalate Substances 0.000 description 1
- 229920001721 polyimide Polymers 0.000 description 1
- 239000009719 polyimide resin Substances 0.000 description 1
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 1
- 238000003825 pressing Methods 0.000 description 1
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 description 1
- 229910052814 silicon oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 229920002050 silicone resin Polymers 0.000 description 1
- 238000005476 soldering Methods 0.000 description 1
- 230000009974 thixotropic effect Effects 0.000 description 1
- SRPWOOOHEPICQU-UHFFFAOYSA-N trimellitic anhydride Chemical compound OC(=O)C1=CC=C2C(=O)OC(=O)C2=C1 SRPWOOOHEPICQU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- BPSIOYPQMFLKFR-UHFFFAOYSA-N trimethoxy-[3-(oxiran-2-ylmethoxy)propyl]silane Chemical compound CO[Si](OC)(OC)CCCOCC1CO1 BPSIOYPQMFLKFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- YUYCVXFAYWRXLS-UHFFFAOYSA-N trimethoxysilane Chemical compound CO[SiH](OC)OC YUYCVXFAYWRXLS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229920006337 unsaturated polyester resin Polymers 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- 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
- H01L2224/4805—Shape
- H01L2224/4809—Loop shape
- H01L2224/48091—Arched
-
- 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
- H01L2224/48245—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 metallic
- H01L2224/48247—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 metallic connecting the wire to a bond pad of the item
-
- 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
Landscapes
- Cooling Or The Like Of Semiconductors Or Solid State Devices (AREA)
- Reinforced Plastic Materials (AREA)
Description
例えば、パワーモジュールにおいては,電力半導体素子を搭載したリードフレームの裏面と放熱部となる金属板との間に設ける熱伝導性の絶縁層として、無機粉体を含有した熱硬化性樹脂のシートや塗布膜がある。(例えば、特許文献1参照)。
また、例えば、CPU等の発熱性電子部品と放熱フィンとの間に介在させる熱伝導性樹脂組成物として、高熱伝導性の無機充填剤を配合した熱硬化性樹脂組成物のシートがある。(例えば、特許文献2参照)。
従来の熱硬化性樹脂に高熱伝導性の無機充填剤を添加する絶縁性を有する熱伝導性樹脂シートでは、添加する無機充填剤の含有率を増やすことにより熱伝導性を向上させている。しかし、無機充填剤の含有率の増加は熱伝導性樹脂シートの製造上の点から限界があり、さらに大きい熱伝導率を有する絶縁性の熱伝導性樹脂シートを得ることができないとの問題があった。
また、上記従来の絶縁性の熱伝導性樹脂シートを電力半導体素子を搭載した発熱部と放熱部であるヒートシンクとの間に設けたパワーモジュールでは、小形化と高容量化とが制限されるとの問題があった。
図1は、本発明の実施の形態1における熱伝導性樹脂シートの断面模式図である。
図1にあるように、熱伝導性樹脂シート1はマトリックスとなる熱硬化性樹脂2と、この熱硬化性樹脂2中に分散した無機の扁平状充填剤(扁平状充填剤と略記する)3と無機の粒子状充填剤(粒子状充填剤と略記する)4とから構成されている。
すなわち、発明者らは、熱伝導性樹脂シート中に含有される充填剤が、所定の割合の扁平状充填剤3と粒子状充填剤4との混合充填剤であると、扁平状充填剤または粒子状充填剤の単独の充填剤である場合に比べ、熱伝導性樹脂シートの熱伝導性が大幅に向上することを見出して本発明を完成するにいたった。
図2(a)に示すように、扁平状充填剤13を単独に含有する熱伝導性樹脂シート10では、多くの扁平状充填剤13が熱伝導性樹脂シート10の面内に水平に配向し、熱伝導性樹脂シート10の厚さ方向では、扁平状充填剤13間に樹脂層が多く介在し、熱伝導性樹脂シート10の厚さ方向の熱伝導率は大きくない。
また、図2(b)に示すように、粒子状充填剤14を単独に含有する熱伝導性樹脂シート11では、粒子状充填剤14が熱伝導性シート15中に均一に分散し、やはり、粒子状充填剤14間に樹脂層が多く介在し、熱伝導性樹脂シート11の厚さ方向の熱伝導率は大きくない。
まず、粒子状充填剤が扁平状充填剤より多い混合充填剤を含有する熱伝導性樹脂シートでは、粒子状充填剤間に扁平状充填剤が存在することになる。この扁平状充填剤が、熱伝導性樹脂シートの厚さ方向に分布する異なる粒子状充填剤と接触し、熱伝導性樹脂シートの厚さ方向に充填剤が連なった熱が伝達する経路を形成して、熱伝導性樹脂シートの厚さ方向の熱伝導性が向上する。
本実施の形態で用いる扁平状充填材3の平均の長径(DLと略記する)は0.5μm〜100μmが好ましく、特に1〜50μmであれば熱伝導性樹脂シートを形成するために調製する熱伝導性樹脂組成物のチクソトロピック性が抑制できるので、さらに好ましい。
本実施の形態における扁平状充填材3の長径Lとは、図3に示すように扁平状充填剤3の平面部における最長の長さである。
本実施の形態で用いる粒子状充填剤4の平均粒径(DRと略記する)は、DLの0.4〜3.6倍である。DRがDLが0.4倍未満であると、熱伝導性樹脂シート1中で、熱伝導性樹脂シート1の面内方向に対し角度をもって分散する扁平状充填剤3が少なく、熱伝導性樹脂シート1の厚さ方向の熱伝導性の向上が小さい。また、DRがDLの3.6倍より大きいと、扁平状充填材3が粒子状充填剤4間をつなぐ効果が減少し、熱伝導性樹脂シート1の厚さ方向の熱伝導性の向上が小さい。
エポキシ樹脂組成物の主剤としては、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、オルソクレゾールノボラック型エポキシ樹脂、フェノールノボラック型エポキシ樹脂、脂環脂肪族エポキシ樹脂、グリシジルーアミノフェノール系エポキシ樹脂が挙げられる。これらのエポキシ樹脂は2種以上を併用しても良い。
熱伝導性樹脂シート1に上記のようなカップリング剤を含有させると、電気・電子機器の発熱部や放熱部に対する接着力が向上する。
まず、所定量の熱硬化性樹脂の主剤とこの主剤を硬化させるのに必要な量の硬化剤とからなる熱硬化性樹脂組成物と、例えばこの熱硬化性樹脂組成物と同重量の溶剤とを混合し、上記熱硬化性樹脂組成物の溶液とする。次に、上記熱硬化性樹脂組成物の溶液に、扁平状充填剤と粒子状充填剤との混合充填剤を添加して予備混合する。この予備混合物を例えば3本ロールやニーダなどで混練し、熱伝導性樹脂シート用コンパウンドする。次に、得られたコンパウンドを、離型処理された樹脂シートや金属板上に、ドクターブレード法により塗布する。次に、この塗布物を乾燥し、塗布物中の溶剤を揮発させ、熱伝導性樹脂シート1を得る。この時、必要に応じて加熱をして、溶剤の揮発を促進させても良く、熱硬化性樹脂組成物の反応を進め、Bステージ化しても良い。
また、粘度が低い熱硬化性樹脂組成物の場合は、溶剤を添加することなしに、熱硬化性樹脂組成物そのものに、混合充填剤を添加しても良い。
また、カップリング剤などの添加剤は、熱硬化性樹脂組成物と混合充填剤との混練工程までに添加すれば良い。
上記方法で得られた熱伝導性樹脂シート1は、マトリックスの熱硬化性樹脂がBステージ状態であるので、電気・電子機器の発熱部と放熱部材とで挟んで加熱硬化して、発熱部と放熱部材とを接着するとともに電気絶縁する。この熱伝導性樹脂シートの硬化物は高熱伝導性を有するので、発熱部からの熱を放熱部材へ効率よく伝達する。
また、熱伝導性樹脂シート1を、電気・電子機器の発熱部と放熱部材の、いずれか一方に接着し、他方をこの硬化した熱伝導性樹脂シート面に圧接し、発熱部からの熱を放熱部材へ伝達させる。
また、熱伝導性樹脂シート1を硬化させ、硬化した熱伝導性樹脂シート硬化体を、電気・電子機器の発熱部と放熱部材とで挟んで、発熱部からの熱を放熱部材へ伝達させる。
また、本実施の形態に示す熱伝導性樹脂シート1は、充填剤の含有率を極限までに増やさなくても、高い熱伝導率を有するので、上記熱伝導性樹脂シート用コンパウンドの粘度を下げることができ、厚さが薄く、表面が平坦な熱伝導性樹脂シート1を得ることができる。
すなわち、厚さが薄くできるので、熱伝導性樹脂シート1の厚さ方向の熱抵抗が小さいという効果がある。また、得られる熱伝導性樹脂シート1の表面が平坦であるので、発熱部や放熱部材への密着性が優れており、接触熱抵抗が小さく、熱伝達性が優れている。
図4は、本発明の実施の形態2におけるパワーモジュールの断面模式図である。
図4に示すように、本実施の形態のパワ−モジュール20は、リードフレーム22の第1の面に電力半導体素子23が載置されており、リードフレーム22の電力半導体素子23が載置された面に対向する反対側の第2の面に、実施の形態1の熱伝導性樹脂シート1の硬化体21を介してヒートシンク部材24が設けられている。電力半導体素子23は、やはりリードフレームに載置された制御用半導体素子25と金属線26で接続されている。そして、熱伝導性樹脂シート21、リードフレーム22、ヒートシンク部材24、電力半導体素子23、制御用半導体素子25、金属線26などのパワーモジュール構成部材はモールド樹脂27により封止されている。しかし、リードフレーム22の外部回路と接続する部分とヒートシンク部材24の熱伝導性樹脂シート21が接着された面と対向する面とはモールド樹脂27で覆われていない構造である。
このような構造とすると、上記の効果に加え、ヒートシンク部材24の熱伝導性樹脂シートの硬化体21に対する固着が強固となり、パワーモジュール運転時のヒートサイクルにより発生する応力による、ヒートシンク部材24の剥離の耐性が向上する。
また、ヒートシンク部材の表面に40〜100μmの凹凸を設けてもよく、これにより、熱伝導性樹脂シートへの接着性が向上する。
図6は、本発明の実施の形態3におけるパワーモジュールの断面模式図である。
図6に示すように、本実施の形態のパワ−モジュール30は、リードフレーム22の電力半導体素子23が載置された第1の面に対向する反対側の第2の面に、Bステージ状の熱伝導性樹脂シート1のみを積層し加熱硬化させ熱伝導性樹脂シート1の硬化体31を設け、金属板や無機板のヒートシンク部材を設けなかった以外は、実施の形態2のパワ−モジュール20と同様なものである。
本実施の形態のパワ−モジュール30は、実施の形態2のパワ−モジュール20の有する上記効果に加え、部品点数を少なくできコストを低減できる。それと、熱伝導性樹脂シート1の硬化体31は、金属板や無機板のヒートシンク部材より、封止用のモールド樹脂との熱膨張率差が小さく、パワーモジュール運転時のヒートサイクルにより封止用モールド樹脂に発生する応力を低減でき、パワーモジュールの耐クラック性が向上する。
図7は、本発明の実施の形態4におけるパワーモジュールの断面模式図である。
図7に示すように、本実施の形態のパワーモジュール40はケースタイプのパワーモジュールであり、無機の絶縁板からなるヒートシンク部材44と、ヒートシンク部材44の表面に形成された回路基板42と、この回路基板42に載置された電力半導体素子43と、ヒートシンク部材44の周縁部に接着されたケース45と、ケース内に注入され回路基板42および電力半導体素子43などを封止する注型樹脂46と、ヒートシンク部材44の回路基板42が設けられた面に対向する反対側の面に積層された実施の形態1の熱伝導性樹脂シートの硬化体41と、熱伝導性樹脂シートの硬化体41を介してヒートシンク部材44に接合されたヒートスプレッダー46とからなる。
本実施の形態のパワーモジュール40は、ヒートシンク部材44とヒートスプレッダー46とを接合する熱伝導性樹脂シートの硬化体41が、従来の絶縁性熱伝導性樹脂シートにはない優れた熱伝導性を有しており、パワーモジュールの小形化と高容量化を可能にする。
比較例1として、粒子状充填剤を用いた熱伝導性樹脂シートを調製した。
主剤である液状のビスフェノールA型エポキシ樹脂{エピコート828:ジャパンエポキシレジン(株)社}100重量部と、硬化剤である1−シアノエチル−2−メチルイミダゾール{キュアゾール2PN−CN:四国化成工業(株)社}1重量部とからなる熱硬化性樹脂組成物に、メチルエチルケトンの101重量部を添加、撹拌して、熱硬化性樹脂組成物の溶液を調製する。
次に、上記コンパウンドを厚さ100μmの片面離型処理したポリエチレンテレフタレートシートの離型処理面上にドクターブレード法で塗布し、110℃で15分間の加熱乾燥処理をし、厚さが80μmでBステージ状態の熱伝導性樹脂シートを作製する。
次に、上記熱伝導性樹脂シートを120℃で1時間と160℃で3時間の加熱を行い熱伝導性樹脂シートの硬化体とし、この硬化体の厚さ方向の熱伝導率KRをレーザーフラッシュ法で測定した。
比較例2として、扁平状充填剤を用いた熱伝導性樹脂シートを調製した。充填剤として、DLが7μmで扁平状の窒化硼素充填材{GP:電気化学工業(株)}を用いた以外は、比較例1と同様にして熱伝導性樹脂シートを作製し、比較例1と同様にして、上記熱伝導性樹脂シートの硬化体の厚さ方向の熱伝導率KLをレーザーフラッシュ法で測定した。
充填剤として、DLが7μmで扁平状の窒化硼素充填材{GP:電気化学工業(株)}とDRが5μmで粒子状の窒化珪素充填剤{SN−7:電気化学工業(株)}とを、表1に示す各体積含有率の比率(VL/VR)で混合した混合充填剤を用いた以外は、比較例1と同様にして各熱伝導性樹脂シートのサンプル1〜サンプル6を作製した。各サンプルを比較例1と同様して硬化し、上記各熱伝導性樹脂シートサンプルの硬化体を得て、比較例1と同様の方法により各硬化体の厚さ方向の熱伝導率KMをレーザーフラッシュ法で測定した。
上記各サンプルの硬化体の熱伝導率KMと比較例1の粒子状充填剤を用いた熱伝導性樹脂シートの硬化体の熱伝導率KRとの比率(KM/KR)、上記各サンプルの硬化体の熱伝導率KMと比較例2の扁平状充填剤を用いた熱伝導性樹脂シートの硬化体の熱伝導率KLとの比率(KM/KL)、各熱伝導性樹脂シートサンプルに用いた混合充填剤における扁平状充填剤と粒子状充填剤との体積含有率の割合(VL/VR)、扁平状充填剤のDLと粒子状充填剤のDRとの比率(DR/DL)を表1に示した。
DLが7μmで扁平状の窒化硼素充填材{GP:電気化学工業(株)}とDRが0.8μmで粒子状の炭化珪素充填剤{GC#9000:フジミインコーポレーテッド(株)}とを体積含有率の比率(VL/VR)=(50/50)で混合した(DR/DL)が0.11の混合充填剤を用いた以外は、実施例1と同様にして熱伝導性樹脂シートを作製し、実施例1と同様にして、上記熱伝導性樹脂シートの硬化体の厚さ方向の熱伝導率KNをレーザーフラッシュ法で測定した。
熱伝導性樹脂シートに用いた扁平状窒化硼素充填剤のグレードとDL、粒子状炭化珪素充填剤の種類とDR、(DR/DL)とを表2に示した。
DLが7μmで扁平状の窒化硼素充填材{GP:電気化学工業(株)}と、表2に示す各DRとグレードの粒子状の炭化珪素充填剤とを(VL/VR)=(50/50)の体積含有率の比率で混合した混合充填剤を用いた以外は、比較例1と同様にして各熱伝導性樹脂シートのサンプル7〜サンプル11を作製し、比較例1と同様にして、上記各サンプルの硬化体の厚さ方向の熱伝導率KMをレーザーフラッシュ法で測定した。
上記サンプルの硬化体の熱伝導率KMと比較例3の熱伝導性樹脂シートの硬化体の熱伝導率KNとの比率(KM/KN)、各サンプルに用いた扁平状窒化硼素充填剤のグレードとDL、粒子状炭化珪素充填剤のグレードとDR、(DR/DL)とを、表2に示した。
実施例1のサンプル2ないしサンプル5のいづれかの熱伝導性樹脂シート1を介して、実施の形態2のパワーモジュール20のリードフレーム22の第2の面と銅のヒートシンク部材24とを接着した。さらに、トランスファーモールド法により、モールド樹脂27で封止して、パワーモジュール20を完成した。
本実施例では、パワーモジュール20のリードフレーム22の第1の面と、銅のヒートシック部材24の中央部に熱電対を取り付け、パワーモジュール20をフルパワーで稼動させ、リードフレーム22とヒートシンク部材24との温度を測定した。サンプル2ないしサンプル5のいづれかの熱伝導性樹脂シート1を用いたパワーモジュール20とも、定常となった時のリードフレーム22とヒートシンク部材24との温度差は5℃と小さく、放熱性が優れており、本実施例のパワーモジュールは、小形・高容量化が可能である。
Claims (6)
- 熱硬化性樹脂と、熱伝導性で且つ絶縁性の無機充填剤とを備え、上記無機充填剤は扁平状無機充填剤と粒子状無機充填剤との混合充填剤である熱伝導性樹脂シートであって、上記熱硬化性樹脂の体積含有率と上記無機充填剤の体積含有率との比率が50/50で、上記混合充填剤中における上記扁平状無機充填剤の体積含有率VLと上記粒子状無機充填剤の体積含有率VRとの比率(VL/VR)が(30/70)〜(80/20)で、かつ上記粒子状無機充填剤の平均粒径DRは上記扁平状無機充填剤の平均長径DLの1〜6.1倍であり、上記扁平状無機充填剤は上記熱伝導性樹脂シートの面方向に対して角度を持って分散されることを特徴とする熱伝導性樹脂シート。
- 熱硬化性樹脂が、液状のエポキシ樹脂と数平均分子量3000以上のエポキシ樹脂との混合物を主剤に用いたエポキシ樹脂組成物であることを特徴とする請求項1に記載の熱伝導性樹脂シート。
- リードフレームと、このリードフレームの第1の面に載置された電力半導体素子と、上記リードフレームの上記電力半導体素子が載置された面に対向する反対側の第2の面に設けられた熱伝導性樹脂シートの硬化体と、この熱伝導性樹脂シートの硬化体に密着するヒートシンク部材とを具備するパワーモジュールであって、上記熱伝導性樹脂シートが、請求項1あるいは請求項2に記載の熱伝導性樹脂シートあることを特徴とするパワーモジュール。
- ヒートシンク部材が、熱伝導性樹脂シートの硬化体内に埋没され、放熱面のみを露出した構造であることを特徴とする請求項3に記載のパワーモジュール。
- リードフレームと、このリードフレームの第1の面に載置された電力半導体素子と、上記リードフレームの上記電力半導体素子が載置された面に対向する反対側の第2の面にヒートシンク部材として熱伝導性樹脂シートの硬化体を設けたパワーモジュールであって、上記熱伝導性樹脂シートが、請求項1あるいは請求項2に記載の熱伝導性樹脂シートであることを特徴とするパワーモジュール。
- ヒートシンク部材と、このヒートシンク部材の表面に形成された回路基板と、この回路基板に載置された電力半導体素子と、上記ヒートシンク部材の周縁部に接着されたケースと、このケース内に注入され上記回路基板および上記電力半導体素子を封止する注型樹脂と、上記ヒートシンク部材の上記回路基板が設けられた面に対向する反対側の面に積層された熱伝導性樹脂シートの硬化体と、この熱伝導性樹脂シートの硬化体を介して上記ヒートシンク部材に接合されたヒートスプレッダーとを具備するパワーモジュールであって、上記熱伝導性樹脂シートが、請求項1あるいは請求項2に記載の熱伝導性樹脂シートであることを特徴とするパワーモジュール。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2007336768A JP5274007B2 (ja) | 2007-12-27 | 2007-12-27 | 熱伝導性樹脂シートおよびこれを用いたパワーモジュール |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2007336768A JP5274007B2 (ja) | 2007-12-27 | 2007-12-27 | 熱伝導性樹脂シートおよびこれを用いたパワーモジュール |
Related Parent Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2004043250A Division JP4089636B2 (ja) | 2004-02-19 | 2004-02-19 | 熱伝導性樹脂シートの製造方法およびパワーモジュールの製造方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2008101227A JP2008101227A (ja) | 2008-05-01 |
JP5274007B2 true JP5274007B2 (ja) | 2013-08-28 |
Family
ID=39435780
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2007336768A Expired - Lifetime JP5274007B2 (ja) | 2007-12-27 | 2007-12-27 | 熱伝導性樹脂シートおよびこれを用いたパワーモジュール |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP5274007B2 (ja) |
Families Citing this family (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP5063710B2 (ja) * | 2010-01-05 | 2012-10-31 | 三菱電機株式会社 | パワーモジュール |
JPWO2012011210A1 (ja) * | 2010-07-22 | 2013-09-09 | パナソニック株式会社 | 半導体装置及びその製造方法 |
JP5523299B2 (ja) | 2010-12-20 | 2014-06-18 | 株式会社日立製作所 | パワーモジュール |
JP2013070026A (ja) | 2011-09-08 | 2013-04-18 | Rohm Co Ltd | 半導体装置、半導体装置の製造方法、半導体装置の実装構造、およびパワー用半導体装置 |
JP6161875B2 (ja) * | 2011-09-14 | 2017-07-12 | 株式会社日本触媒 | 熱伝導性材料 |
JP6879690B2 (ja) | 2016-08-05 | 2021-06-02 | スリーエム イノベイティブ プロパティズ カンパニー | 放熱用樹脂組成物、その硬化物、及びこれらの使用方法 |
Family Cites Families (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH03200397A (ja) * | 1989-12-27 | 1991-09-02 | Tokai Rubber Ind Ltd | 放熱シート |
JP2000068426A (ja) * | 1998-08-25 | 2000-03-03 | Mitsubishi Electric Corp | 半導体装置 |
JP2002030223A (ja) * | 2000-07-18 | 2002-01-31 | Sekisui Chem Co Ltd | 熱伝導性樹脂組成物 |
JP2002121393A (ja) * | 2000-10-12 | 2002-04-23 | Sekisui Chem Co Ltd | 熱伝導性樹脂組成物及び熱伝導性シート |
JP2002155110A (ja) * | 2000-11-22 | 2002-05-28 | Sekisui Chem Co Ltd | 重合性組成物及び熱伝導性シート |
JP3855726B2 (ja) * | 2001-10-23 | 2006-12-13 | 松下電器産業株式会社 | パワーモジュール |
JP2003238657A (ja) * | 2002-02-14 | 2003-08-27 | Toray Ind Inc | エポキシ樹脂組成物、樹脂硬化物、プリプレグおよび繊維強化複合材料 |
JP4089636B2 (ja) * | 2004-02-19 | 2008-05-28 | 三菱電機株式会社 | 熱伝導性樹脂シートの製造方法およびパワーモジュールの製造方法 |
-
2007
- 2007-12-27 JP JP2007336768A patent/JP5274007B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2008101227A (ja) | 2008-05-01 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP4089636B2 (ja) | 熱伝導性樹脂シートの製造方法およびパワーモジュールの製造方法 | |
JP2008153430A (ja) | 放熱基板並びに熱伝導性シートおよびこれらを用いたパワーモジュール | |
JP5184543B2 (ja) | 熱伝導性シート及びパワーモジュール | |
JP5036696B2 (ja) | 熱伝導性シート及びパワーモジュール | |
JP4046120B2 (ja) | 絶縁シートの製造方法およびパワーモジュールの製造方法 | |
JP5208060B2 (ja) | 熱硬化性樹脂組成物、熱伝導性樹脂シート及びその製造方法、並びにパワーモジュール | |
JP5047024B2 (ja) | 熱伝導性樹脂組成物、熱伝導性樹脂シート及びパワーモジュール | |
JP2008255186A (ja) | 熱伝導性樹脂シート及びパワーモジュール | |
JP5274007B2 (ja) | 熱伝導性樹脂シートおよびこれを用いたパワーモジュール | |
KR20080014654A (ko) | 열 전도성 재료 | |
JP2011178894A (ja) | 熱硬化性樹脂組成物、熱伝導性シート及びパワーモジュール | |
JP5063710B2 (ja) | パワーモジュール | |
JP2014152299A (ja) | 熱硬化性樹脂組成物、熱伝導性樹脂シート、その製造方法及びそれを備えるパワーモジュール | |
JP2012004352A (ja) | 絶縁材、金属ベース基板および半導体モジュール並びにこれらの製造方法 | |
JP5791488B2 (ja) | 熱伝導性シート用樹脂組成物、熱伝導性シート及びパワーモジュール | |
JP5854062B2 (ja) | 熱伝導性シートおよび半導体装置 | |
JP5391530B2 (ja) | 熱伝導性樹脂シートの製造方法およびパワーモジュールの製造方法 | |
JP5653280B2 (ja) | 熱伝導性シート用樹脂組成物、熱伝導性シート及びパワーモジュール | |
WO2019112048A1 (ja) | 積層体及び電子装置 | |
JP2008010897A (ja) | 絶縁シートおよびこれを用いたパワーモジュール | |
JP6413249B2 (ja) | 熱伝導性シートおよび半導体装置 | |
JP2018129526A (ja) | 熱伝導性シートおよび半導体装置 | |
KR101749459B1 (ko) | 알루미늄 분말과 흑연을 포함하는 열전도성 복합수지 조성물의 제조 및 이를 사용한 방열구조물. | |
WO2015159720A1 (ja) | 熱伝導性シート用コンパウンドの製造方法、熱伝導性シートの製造方法、熱伝導性シート用コンパウンド、熱伝導性シート及びパワーモジュール | |
KR101447258B1 (ko) | 열전도성 에폭시 복합수지 조성물 및 이를 이용한 led 등기구 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20110105 |
|
A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20110405 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20110630 |
|
A911 | Transfer to examiner for re-examination before appeal (zenchi) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A911 Effective date: 20110713 |
|
A912 | Re-examination (zenchi) completed and case transferred to appeal board |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A912 Effective date: 20110909 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20130416 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20130514 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 Ref document number: 5274007 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
EXPY | Cancellation because of completion of term |