JPH05102344A

JPH05102344A - パワーモジユール装置

Info

Publication number: JPH05102344A
Application number: JP3256348A
Authority: JP
Inventors: Hiromi Ito; 浩美伊藤; Masakazu Murayama; 雅一村山; Yuzo Kanegae; 裕三鐘ケ江; Tetsuji Yamaguchi; 哲司山口
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1991-10-03
Filing date: 1991-10-03
Publication date: 1993-04-23

Abstract

(57)【要約】【目的】耐熱性、耐湿性を有し、耐熱衝撃性にすぐれ
たパワーモジュール装置をうる。【構成】特定構造のヒドロキシフェニル基を有する変
性シリコーンオイル、特定構造のエポキシ基を有する変
性シリコーンオイルまたは両者の共重合体を可撓化剤の
一部として含有した液状エポキシ樹脂組成物を用いて封
止されたパワーモジュール装置。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は低応力化した硬化体をう
ることのできる液状エポキシ樹脂組成物が用いられたパ
ワーモジュール装置に関する。さらに詳しくは、可撓化
剤として特定構造のヒドロキシフェニル基を有する変性
シリコーンオイル、特定構造のエポキシ基を有する変性
シリコーンオイルまたは両者の共重合体を用いた液状エ
ポキシ樹脂組成物であり、エポキシ樹脂の耐湿性と耐熱
性とを有し、かつ低弾性率で低膨張率、高ガラス転移温
度、高接着性の硬化物を提供する前記液状エポキシ樹脂
組成物が用いられたパワーモジュール装置に関する。

【０００２】

【従来の技術・発明が解決しようとする課題】従来の一
般的なパワーモジュール装置の一例につき、その構成を
図１および図２を用いて以下に説明する。

【０００３】図１は、前記パワーモジュール装置の構造
を示す一部切り欠き見取図であり、図２は前記パワーモ
ジュール装置の断面図である。金属基板１の上にガラス
エポキシ積層基板２が置かれ、その上にさらにパワー部
と制御部からなる半導体素子３が搭載され、その回りを
高耐熱性の熱可塑樹脂からなるＰＰＳケース４が囲んで
いる。したがって、このままの状態でエポキシ樹脂組成
物によりパワーモジュール装置を成形すると、これら構
成材料の熱膨張率の違いにより応力が発生する。この応
力から素子を保護するためにシリコーンゲル５がコーテ
ィング材として用いられており、その上をエポキシ樹脂
組成物６で成形する。ここで、７は端子、８はアルミ配
線である。

【０００４】したがって、前記のような構成では水の透
過を制御するのが非常に困難であり、シリコーンゲル５
の除去が望まれている。さらに、近年、パワーモジュー
ル素子は、仕様環境の厳化にともなって、耐熱性に加え
て高接着性、低応力化が必要であるが、シリコーンゲル
をコーティング材として用いず、従来の液状エポキシ樹
脂組成物で素子を封止してパワーモジュール装置を製造
したものをヒートショック試験に供すると、チップにク
ラックが生じたり、ボンディング線の切断、封止樹脂の
クラック、ケースクラックなどが生じたりしやすいとい
う問題があった。これらはパワーモジュール装置には致
命的な故障である。これは、従来のパワーモジュール用
液状エポキシ樹脂が、単に素子を外部から保護するとい
う目的で、おもに耐熱性、耐湿性を良好にするという観
点から開発されており、その硬化物が可撓性に乏しく、
モジュールに加わる応力が大きいためである。

【０００５】一般にエポキシ樹脂硬化物の応力を低減さ
せる方法として、樹脂の熱膨張率を小さくして熱歪を小
さくする方法と、弾性率を小さくして熱歪による応力を
小さくする方法とが知られている。また、耐熱性、耐湿
性を保持しながら、熱歪の小さい温度領域を広げるため
には、ガラス転移温度を高くする必要がある。

【０００６】発生する応力の低下方法の一つとして、可
撓化剤を添加する方法がある。しかし従来から使用され
ている可撓化剤（たとえば長鎖アルキレンポリアミン、
ポリオキシアルキレングリコール、長鎖状アルキレンオ
キサイドを有するビスフェノールＡ型ジグリシジルエー
テル）を配合して弾性率を低下させる方法は、硬化物の
ガラス転移温度が大きく低下し、耐熱性が低下するとい
う欠点がある（特公昭59-8718号公報、特公昭59-30820
号公報、特公昭59-226066号公報など参照）。

【０００７】一方、耐湿性およびガラス転移温度の低下
が小さい可撓化剤としては、両末端にエポキシ樹脂と反
応しうる官能基を有するポリブタジエンや、ブタジエン
とアクリロニトリルとの共重合体などからえられるエラ
ストマ変性可撓化剤も考案されている（特公昭58-17441
6号公報、特公昭58-108220号公報、特公昭５８−１８４
２０４号公報、特公昭６２−９２４８号公報、特公昭59
-113021号公報、特公昭59-58024号公報など参照）。し
かしながら、前記エラストマ変性可撓化剤には、高温時
においてエラストマ中の不飽和結合が酸化され劣化する
ために、可撓化効果が消失するという問題がある。

【０００８】また、高温度下での電気特性、熱安定性に
おいて優れた可撓化剤である低弾性率のシリコーン樹脂
やシリコーンゴムを分散させるという方法も知られてい
る（特公昭62-84147号公報、特公昭56-4647号公報など
参照）。しかし、シリコーン樹脂は金属との接着性が乏
しく、シリコーンゴムはエポキシマトリクスとの界面強
度が弱いため硬化物の透湿性が大きくなり、耐湿性がわ
るく、機械強度も弱いという点で信頼性にかけるという
問題点がある。

【０００９】本発明者らは、可撓化剤としてエポキシ基
を有する変性シリコーンオイルとフェノールノボラック
樹脂との予備反応を用いたエポキシ樹脂組成物が、耐熱
性および耐湿性を有し、かつ低弾性率の硬化物を与えう
ることを既に見いだしている（特公昭62-83158号公報参
照）。また、ヒドロキシフェニル基を有する変性シリコ
ーンオイルとエポキシ樹脂との予備反応物が、耐熱性、
耐湿性を有し、かつ低弾性率、低膨張率、高ガラス転移
温度の硬化物を与えることも既に見いだしている（特公
昭63-115269号公報参照）。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明は、従来発明のエ
ポキシ樹脂硬化物の持つ特性、すなわち耐熱性、耐湿性
に加えて、低弾性率、低熱膨張率、高ガラス転移温度、
高接着性を有する液状エポキシ樹脂組成物の硬化物が用
いられたパワーモジュール装置をうることを目的とす
る。

【００１１】すなわち本発明は、一般式(I)：

【００１２】

【化３】（式中、Ｒ¹〜Ｒ³はそれぞれ２価の有機基、Ｒ⁴〜Ｒ¹⁰
はそれぞれ炭素数１〜５のアルキル基、フェニル基、ポ
リエーテルまたは炭素数１〜５のフッ素置換アルキル
基、ａは０〜10の整数、ｂは５〜300の整数、ただし０
≦ａ／（ａ＋ｂ）≦0.32）で示されるヒドロキシフェニ
ル基を有する変性シリコーンオイル（以下、変性シリコ
ーンオイルＡという）、一般式(II)：

【００１３】

【化４】（式中、Ｒ¹¹〜Ｒ¹³はそれぞれ２価の有機基、Ｒ¹⁴〜Ｒ
²⁰はそれぞれ炭素数１〜５のアルキル基、フェニル基、
ポリエーテルまたは炭素数１〜５のフッ素置換アルキル
基、ｃは０〜10の整数、ｄは５〜300の整数、ただし０
≦ｃ／（ｃ＋ｄ）≦0.32）で示されるエポキシ基を有す
る変性シリコーンオイル（以下、変性シリコーンオイル
Ｂという）または両者の共重合体と、エポキシ樹脂、硬
化剤、硬化促進剤、充填剤、離型剤および表面処理剤を
含有してなる液状エポキシ樹脂組成物が用いられたこと
を特徴とするパワーモジュール装置および半導体素子上
に用いられるシリコーンゲルが除去されたパワーモジュ
ール構造体に前記液状エポキシ樹脂組成物が用いられた
ことを特徴とするパワーモジュール装置に関する。

【００１４】

【作用】本発明で用いられる液状エポキシ樹脂組成物
は、エポキシ樹脂と反応可能な一般式(I)で表わされる
フェノール性水酸基を有する変性シリコーンオイル、酸
無水物と反応可能な一般式(II)で表わされるエポキシ基
を有する別の変性シリコーンオイルまたは両者の共重合
体を可撓成分として用いて予備反応を行ない可撓化剤と
することにより、液状エポキシ樹脂あるいは酸無水物と
の相溶性をあげることができ、これを用いた硬化物の低
弾性率化、高ガラス転移温度化、高接着化が可能にな
る。したがって、前記液状エポキシ樹脂組成物を用いて
封止したパワーモジュール装置の信頼性が向上する。

【００１５】

【実施例】本発明の組成物の主剤として用いられるエポ
キシ樹脂の具体例としては、たとえばクレゾールノボラ
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、アルキルベンゼン変性フェノールノボラック型エ
ポキシ樹脂、ハロゲン化フェノ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、
トリス（グリシドキシフェニル）メタンなどの多官能型
エポキシ樹脂およびその誘導体、ビスフェノールＡ型エ
ポキシ樹脂、ビスフェノールＳ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ＡＤ型エポ
キシ樹脂などのエピビス型エポキシ樹脂、ビフェニル型
エポキシ樹脂、ナフタレン骨格を有するエポキシ樹脂、
環状脂肪族エポキシ樹脂、グリシジルエステル系エポキ
シ樹脂、複素環式エポキシ樹脂または前記エポキシ樹脂
の一部がたとえば臭素置換基などの種々の置換基で置換
された構造を有するエポキシ樹脂などがあげられるが、
これらに限定されない。これらのエポキシ樹脂は室温で
液状であれば単独でも２種類以上を併用してもよく、室
温で固形状であれば他の液状エポキシ樹脂と適宜混合す
ることにより２種類以上を併用し、半固形状または液状
で用いることができる。

【００１６】本発明に用いられる硬化剤の具体例として
は、フェノールノボラック樹脂のような固形樹脂、たと
えばメチルナジック酸無水物、メチルヘキサヒドロフタ
ル酸無水物、ヘキサヒドロフタル酸無水物、メチルテト
ラヒドロフタル酸無水物、テトラヒドロフタル酸無水
物、メチルシクロヘキセンジカルボン酸無水物などの酸
無水物、多官能型アミノ化合物などがあげられるが、こ
れらに限定されない。またこれらは単独で用いもよく、
２種類以上を併用してもよい。

【００１７】本発明で用いられる変性シリコーンオイル
Ａは、一般式(I)：

【００１８】

【化５】で示されるヒドロキシフェニル基を有する変性シリコー
ンオイルである。なお、一般式(I)中の繰返し単位の並
び方に限定はなく、ランダム共重合であってもよく、ブ
ロック共重合であってもよい。この点については、下記
する一般式(II)のばあいも同様である。

【００１９】前記一般式(I)中のＲ¹〜Ｒ³は、それぞれ
２価の有機基であり、Ｒ¹〜Ｒ³の具体例としては、たと
えば-ＣＨ₂ＣＨ₂-、-ＣＨ₂ＣＨ₂ＣＨ₂-、-ＣＨ₂-ＣＨ
（ＣＨ₃）-ＣＨ₂-、-ＣＨ₂-ＣＨ（ＣＨ₃）-ＣＨ₂-ＣＨ₂
-があげられる。なお、Ｒ¹、Ｒ²およびａ個のＲ³は、そ
れぞれ同種でもよく、異種でもよい。Ｒ⁴〜Ｒ¹⁰はそれ
ぞれ、たとえば-Ｃ_nＨ_2n+1からなる有機基でｎ＝１〜５
のアルキル基、フェニル基、たとえばポリエチレンオキ
シドを含む基、ポリエチレンオキシドとポリプロピレン
オキシドとを含む基などのポリエーテルまたはたとえば
-ＣＨ₂ＣＨ₂ＣＦ₃、-ＣＨ₂ＣＨ₂（ＣＦ₂）₂ＣＦ₃などの
フッ素置換アルキル基である。なお、Ｒ⁴、Ｒ⁷、Ｒ⁸、
Ｒ¹⁰、ａ個のＲ⁵、ｂ個のＲ⁶およびＲ⁹はそれぞれ同種
でもよく、異種でもよい。

【００２０】ａは０〜10の整数である。ａが10をこえる
とエポキシ樹脂との予備反応中にゲル化物を生成するた
め好ましくない。ｂは５〜300、好ましくは５〜250の整
数である。ｂが５未満ではシリコーンオイルとして持っ
ているゴム弾性の効果が乏しくなり、300をこえるとエ
ポキシ樹脂との予備反応の際、反応性が低下して充分に
反応が進まず、成形硬化時にしみ出してしまうか、分離
してしまうため好ましくない。

【００２１】さらにａ／（ａ＋ｂ）は０〜0.32である。
ａ／（ａ＋ｂ）が0.32をこえるとエポキシ樹脂との予備
反応中にゲル化物を生成してしまい好ましくない。

【００２２】変性シリコーンオイルＡのヒドロキシフェ
ニル基の水酸基当量は100〜13000が好ましく、250〜800
0がさらに好ましい。また、１分子当たりのヒドロキシ
フェニル基は12個以下が好ましい。ヒドロキシフェニル
基の水酸基当量や１分子当りのヒドロキシフェニル基の
数が前記の範囲を外れると、ヒドロキシフェニル基が少
ないばあいはエポキシ樹脂との予備反応時に反応が充分
に進行しなくなる傾向が生じ、またヒドロキシフェニル
基が多いばあいは組成物の粘度が上昇したり、予備反応
時にゲル化したりする傾向が生じる。

【００２３】前記変性シリコーンオイルＡの好ましい例
としては、たとえば、

【００２４】

【化６】

【００２５】

【化７】

【００２６】

【化８】

【００２７】

【化９】

【００２８】

【化１０】

【００２９】

【化１１】本発明に用いられる変性シリコーンオイルＢは、一般式
(II)：

【００３０】

【化１２】で示されるエポキシ基を有する変性シリコーンオイルで
ある。

【００３１】前記一般式(II)中のＲ¹¹〜Ｒ¹³は、それぞ
れ２価の有機基であり、Ｒ¹¹〜Ｒ¹³の具体例としては、
たとえば-ＣＨ₂ＣＨ₂-、-ＣＨ₂ＣＨ₂ＣＨ₂-、-ＣＨ₂-Ｃ
Ｈ（ＣＨ₃）-ＣＨ₂-、-ＣＨ₂-ＣＨ（ＣＨ₃）-ＣＨ₂-Ｃ
Ｈ₂-があげられる。なおＲ¹¹、R¹²およびｃ個のＲ¹³は、
それぞれ同種でもよく、異種でもよい。Ｒ¹⁴〜Ｒ²⁰は、
それぞれ、たとえば-Ｃ_nＨ_2n+1からなる有機基でｎ＝１
〜５のアルキル基、フェニル基、たとえばポリエチレン
オキシドを含む基、ポリエチレンオキシドとポリプロピ
レンオキシドとを含む基などのポリエーテルまたはたと
えば-ＣＨ₂ＣＨ₂ＣＦ₃、-ＣＨ₂ＣＨ₂（ＣＦ₂）₂ＣＦ₃な
どのフッ素置換アルキル基である。なおＲ¹⁴、Ｒ¹⁷、Ｒ
¹⁸、Ｒ²⁰、ｃ個のＲ¹⁵、ｄ個のＲ¹⁶およびＲ¹⁹は、それ
ぞれ同種でもよく、異種でもよい。

【００３２】ｃは０〜１０の整数である。ｃが10をこえ
ると、酸無水物などとの予備反応中にゲル化物を生成す
るため好ましくない。ｄは５〜300、好ましくは５〜250
の整数である。ｃが５未満では、シリコーンオイルとし
て持っているゴム弾性の効果が乏しくなり、300をこえ
ると酸無水物との予備反応の際、反応性が低下して充分
に反応が進まず、成形硬化時にしみ出してしまうか、分
離してしまうため好ましくない。さらにｃ／（ｃ＋ｄ）
は０〜0.32である。ｃ／（ｃ＋ｄ）が0.32をこえると酸
無水物との予備反応時にゲル化物を生成してしまい好ま
しくない。

【００３３】変性シリコーンオイルＢのエポキシ基のエ
ポキシ基当量は100〜13000が好ましく、250〜8000がさ
らに好ましい。また、１分子当りのエポキシ基は12個以
下が好ましい。エポキシ基当量や１分子当りのエポキシ
基の数が前記の範囲を外れると、エポキシ基が少ないば
あいは酸無水物との予備反応時に反応が充分に進行しな
くなる傾向が生じ、またエポキシ基が多いばあいには、
反応時にゲル化したりする傾向が生じる。

【００３４】前記変性シリコーンオイルＢの好ましい例
としては、たとえば

【００３５】

【化１３】

【００３６】

【化１４】

【００３７】

【化１５】

【００３８】

【化１６】本発明おいては、変性シリコーンオイルＡとエポキシ樹
脂、変性シリコーンオイルＢと酸無水物、または変性シ
リコーンオイルＡと変性シリコーンオイルＢとの共重合
体およびエポキシ樹脂もしくは酸無水物との反応により
えられたものが可撓化剤となる。

【００３９】変性シリコーンオイルＡとエポキシ樹脂と
の反応により可撓化剤をうるばあい、両者の配合割合
は、変性シリコーンオイルＡのヒドロキシフェニル基
（フェノール性水酸基ともいう）の水酸基とエポキシ樹
脂のエポキシ基との当量比（フェノール性水酸基／エポ
キシ基）が１〜30となるような割合が好ましく、とくに
分子の内部にヒドロキシフェニル基を有する変性シリコ
ーンオイルＡを用いるばあいは、前記当量比が５〜30と
なるような割合が好ましい。

【００４０】変性シリコーンオイルＢと酸無水物との反
応により可撓化剤をうるばあい、両者の配合割合は、変
性シリコーンオイルＢのエポキシ基と酸無水物の酸無水
基との当量比（エポキシ基／酸無水基）が１〜30となる
ような割合が好ましく、とくに分子の内部にエポキシ基
を有する変性シリコーンオイルＢを用いるばあいは、５
〜30となるような割合が好ましい。

【００４１】変性シリコーンオイルＡと変性シリコーン
オイルＢとの共重合体およびエポキシ樹脂もしくは酸無
水物との反応により可撓化剤をうるばあい、変性シリコ
ーンオイルＡと変性シリコーンオイルＢの共重合体の合
成における配合割合は、変性シリコーンオイルＡのフェ
ノール性水酸基と変性シリコーンオイルＢのエポキシ基
との当量比（（フェノール性水酸基／エポキシ基）また
は（エポキシ基／フェノール性水酸基））が１〜30とな
るような割合が好ましく、とくに分子の内部にヒドロキ
シフェニル基またはエポキシ基を有する変性シリコーン
オイルＡまたはＢを用いるばあいは、５〜30となるよう
な割合が好ましい。フェノール性水酸基あるいはエポキ
シ基のうち過剰に存在する官能基によりつぎに反応する
樹脂が決定される。たとえば過剰にフェノール性水酸基
が存在する配合のばあいは、さらに１〜30倍当量に相当
するエポキシ樹脂を配合して予備反応させ、過剰にエポ
キシ基が存在する配合のばあいは、さらに１〜30倍当量
に相当する酸無水物を配合して予備反応させる。

【００４２】前記可撓化剤は、変性シリコーンオイルＡ
とエポキシ樹脂、変性シリコーンオイルＢと酸無水物、
または変性シリコーンオイルＡと変性シリコーンオイル
Ｂとの共重合体およびエポキシ樹脂もしくは酸無水物
を、触媒としてアミン系化合物、イミダゾール系化合
物、リン系化合物などの存在下、窒素雰囲気下で反応
（予備反応）させることによってえられる。

【００４３】触媒として用いられるアミン系化合物の具
体例としては、たとえばトリメチルアミン、テトラメチ
ルアンモニウムヒドロキサイドなど、イミダゾール系化
合物の具体例としては、たとえば2-エチル-4-メチルイ
ミダゾール、2-メチルイミダゾールなど、リン系化合物
の具体例としては、たとえばトリフェニルホスフィン、
トリｔ−ブチルホスフィンまたはその有機塩類などがあ
げられるが、これらに限定されない。

【００４４】このようにして製造される可撓化剤は、予
備反応において変性シリコーンオイルＡのフェノール性
水酸基、変性シリコーンオイルＢのエポキシ基、または
共重合体のフェノール性水酸基もしくはエポキシ基の70
％以上、さらには90％以上がエポキシ樹脂または酸無水
物と反応しているのが望ましい。

【００４５】前記予備反応によりえられた可撓化剤は、
単純に他の成分に添加して用いることができる。

【００４６】本発明の組成物中の可撓化剤の使用割合
は、変性シリコーンオイルＡおよび（または）変性シリ
コーンオイルＢの添加量の合計重量をＸとし、エポキシ
樹脂、硬化剤などの有機成分量の合計重量をＹとする
と、（Ｘ／Ｘ＋Ｙ）が0.03〜0.4、さらには0.05〜0.2と
なるような割合であるのが好ましい。

【００４７】前記配合割合が0.03未満では、えられる成
形物の弾性率の低下効果およびガラス転移温度の上昇が
小さいばかりでなく、膨張率の低下も小さくなりがちに
なる。一方、配合割合が0.4をこえると機械的強度が著
しく低下する。

【００４８】本発明の組成物では、主剤として用いられ
るエポキシ樹脂のエポキシ基および可撓化剤中のエポキ
シ基の当量の合計と、硬化剤および可撓化剤中のフェノ
ール性水酸基および酸無水物の当量の合計との比（エポ
キシ基／（フェノール性水酸基＋酸無水物当量））が0.
7〜2.6の範囲にあるのが本発明の目的にとって好まし
い。前記範囲が0.7未満であっても2.6をこえたばあい
も、どちらもガラス転移温度、熱膨張率や強度などの物
性が充分な硬化物がえられない。

【００４９】本発明に用いられる硬化促進剤は、通常の
触媒である限りとくに限定されず、その具体例として
は、たとえばトリフェニルホスフィンなどのホスフィン
類で代表されるリン系化合物、2-メチルイミダゾール、
2-エチル-4-メチルイミダゾールなどのイミダゾール
類、３級アミン類、1,8-ジアザビシクロ(5,4,0)ウンデ
セン-7、その有機塩類、オクチル酸亜鉛などがあげられ
る。これらは単独で用いてもよく、２種類以上を併用し
てもよい。

【００５０】硬化促進剤の添加量は本発明の組成物中、
0.03％（重量％、以下同様）〜２％が好ましく、0.05〜
１％がさらに好ましい。

【００５１】前記添加量が２％をこえるとゲル化が早す
ぎて硬化物の成形が困難になる傾向が生じ、0.03％未満
では硬化が遅いため機械強度が不充分になる傾向が生じ
る。

【００５２】本発明に用いられる充填剤はとくに限定さ
れず、その具体例としては、たとえば天然シリカや合成
シリカからの破砕シリカ、球状シリカなどの石英粉砕物
や、タルク、マイカ、チッ化ケイ素、アルミナなどがあ
げられる。これらは単独で使用してもよく２種類以上を
併用してもよい。充填剤の使用量は、本発明の組成物に
使用されるエポキシ樹脂の合計量100部（重量部、以下
同様）に対して250〜1700部が好ましく、400〜1600部が
さらに好ましい。前記使用量が、250部未満ではえられ
る硬化物の強度、耐熱性、耐衝撃性が低下し、1700部を
こえると組成物の流動性が低下して成形しにくくなる傾
向が生じる。

【００５３】本発明に用いられる表面処理剤はとくに限
定されず、その具体例としては、たとえばビニルトリメ
トキシシラン、グリシジルトリメトキシシラン、アミノ
トリメトキシシランなどがあげられ、これらは単独で用
いもよく、２種類以上を併用してもよい。表面処理剤の
使用量は、エポキシ樹脂の合計量100部に対して0.5〜20
部が好ましく、1.2〜1.6部がさらに好ましい。

【００５４】本発明に用いられる離型剤はとくに限定さ
れず、その具体例としては、たとえば脂肪酸やその金属
塩、天然ワックス、合成ワックスなどがあげられる。前
記離型剤の使用量は、エポキシ樹脂の合計量100部に対
して0.5〜３部が好ましく、1.5〜2.2部がさらに好まし
い。

【００５５】さらに、本発明で用いる組成物には、カー
ボンブラックなどの顔料、三酸化アンチモンなどの難燃
剤、酸化防止剤などが適宜配合されていてもよい。

【００５６】本発明に用いる液状エポキシ樹脂組成物
は、前記エポキシ樹脂、硬化剤、可撓化剤、硬化促進
剤、充填剤、離型剤、表面処理剤および要すれば使用さ
れる成分を通常の方法（加熱ロールやライカイ機など）
を用いて混練することにより調製することができる。

【００５７】本発明に用いられる前記液状エポキシ樹脂
によって封止されるパワーモジュール装置は、とくに限
定されず、通常使用されるパワーモジュール装置が用い
られる。その構成は、図１および図２に示したものとほ
ぼ同様であり、たとえば金属板上の基板にさらにパワー
部と制御部からなる素子が搭載され、その回りを高耐熱
性の熱可塑樹脂のケースが囲んだ構成となっている。

【００５８】通常、前記半導体素子はシリコーンゲルに
よってコーティングされており、そのうえをエポキシ樹
脂によって封止するが、前記液状エポキシ樹脂組成物を
用いたばあいは、シリコーンゲルによってコーティング
されていないパワーモジュール構造体も封止することが
できる。

【００５９】前記液状樹脂組成物による封止を行なうば
あいは、たとえばディスペンサによるポッテングなど通
常の方法により成型、注型することができ130℃以上
で、１〜６時間、オーブン中で硬化することにより、本
発明のパワーモジュール装置をうる。

【００６０】本発明の液状エポキシ樹脂組成物が用いら
れたパワーモジュール装置は、ヒドロキシフェニル基を
有する変性シリコーンオイルＡとエポキシ樹脂の予備反
応物、エポキシ基を有する変性シリコーンオイルＢと酸
無水物との予備反応物または変性シリコーンオイルＡと
変性シリコーンオイルＢの共重合体およびエポキシ樹脂
もしくは酸無水物との予備反応物を可撓化剤に用いるこ
とにより、マトリクス中におけるシリコーン成分の分散
性が改良された液状エポキシ樹脂組成物が用いられ、前
記組成物により封止された本発明のパワーモジュールは
さらに耐熱性、耐湿性が向上しているためパワーモジュ
ール装置の熱衝撃に対する信頼性が向上する。

【００６１】つぎに、本発明を実施例に基づきさらに具
体的に説明するが、本発明はかかる実施例に限定される
ものではない。

【００６２】［実施例１］式：

【００６３】

【化１７】で示される平均分子量2080でフェノール性水酸基当量10
20の変性シリコーンオイル（Ａ¹）100部と

【００６４】

【化１８】で示されるエポキシ当量106のエポキシ樹脂（油化シェ
ルエポキシ（株）製のYX-4）100部とトリフェニルホス
フィン0.2部とを、窒素をふきこみながら、150℃で20時
間反応させ、予備反応物（可撓化剤Ａ）をえた（エポキ
シ基反応率97％）。

【００６５】主剤であるエポキシ樹脂（油化シェルエポ
キシ（株）製のYX-4、エポキシ当量106）、臭素化フェ
ノールノボラック樹脂（日本化薬（株）製のBREN-S、エ
ポキシ当量280）、硬化剤としてメチルヘキサヒドロキ
シフタル酸無水物（日立化成（株）製のm-HHPA、分子量
168）、硬化促進剤として2-エチル-4-メチルイミダゾー
ル（四国化成工業（株）製の2E4MZ）、無機充填剤とし
て破砕シリカ（龍森社製のRD-8）、三酸化アンチモンお
よびその他の材料（シランカップリング剤、着色剤）を
表１に示す割合で混合したのち、ライカイ機により混練
して、パワーモジュール封止用液状エポキシ樹脂組成物
をえた。えられた組成物を４ｍｍのスペーサーを２板の
フッ素樹脂板ではさんだ構造の型の中に注入し150℃で
１時間加熱処理後、さらに180℃で２時間加熱処理して
硬化させ、硬化試験片を作製した。

【００６６】えられた試験片を用いて、機械特性(JIS K
6911)、熱機械分析（TMA測定）によりガラス転移温度、
熱膨張率を測定した。さらに前記方法によりえられた液
状エポキシ樹脂組成物を用いＰＰＳ（ポリフェニレンサ
ルファイド）ケースからなるモデルモジュールであっ
て、従来と同様にシリコーンゲル材でモジュールを保護
コーティングしたものおよびシリコーンゲル材のないモ
ジュールを室温にて注入し、170℃で３時間の条件で封
止し、熱サイクル（-196℃、５分〜260℃、５分）10回
後の樹脂クラック特性およびＰＰＳケースとの剥離性を
測定した。結果を表２に示す。

【００６７】［実施例２〜６］下記のようにして製造し
た可撓化剤Ｂ、可撓化剤Ｃ、可撓化剤Ｄ、可撓化剤Ａと
可撓化剤Ｂの混合物、可撓化剤Ｂと可撓化剤Ｃの混合物
をそれぞれ表１に示すように使用し、その他の成分を同
様に表１に示す割合で配合したほかは実施例１と同様に
して、パワーモジュール装置封止用液状エポキシ樹脂組
成物をえた。

【００６８】ついでえられた前記組成物を用い、実施例
１と同様にして硬化試験片を作製し、実施例１と同様に
モデルモジュールを封止し、その特性を調べた。結果を
表２に示す。

【００６９】（可撓化剤Ｂ）式：

【００７０】

【化１９】の構造で、分子鎖の両末端にエポキシ基を有し、平均分
子量4050でエポキシ基当量2000の変性シリコーンオイル
（Ｂ¹）100部と、実施例１で用いたものと同じ硬化剤m-
HHPA 50部および硬化促進剤2E4MZ 0.5部とを、窒素をふ
きこみながら、150℃で20時間反応させ、予備反応物
（可撓化剤Ｂ）をえた（エポキシ基反応率95％）。

【００７１】（可撓化剤Ｃ）式：

【００７２】

【化２０】で示される平均分子量7500でフェノール性水酸基当量15
00の変性シリコーンオイル（Ａ²）100部と実施例１で使
用したエポキシ樹脂200部とトリフェニルホスフィン0.5
部とを、窒素をふきこみながら、150℃で20時間反応さ
せ、予備反応物（可撓化剤Ｃ）をえた（フェノール性水
酸基反応率87％）。

【００７３】（可撓化剤Ｄ）実施例１で用いた変性シリ
コーンオイル（Ａ¹）50部と、可撓化剤Ｂに用いた変性
シリコーンオイル（Ｂ¹）50部とトリフェニルホスフィ
ン0.4部とを、窒素をふきこみながら150℃で20時間反応
させ（エポキシ基反応率93％）、さらに実施例１で用い
たエポキシ樹脂100部と反応させ予備反応物（可撓化剤
Ｄ）をえた（フェノール性水酸基反応率83％）。

【００７４】［比較例１〜２］可撓化剤として、比較例
１ではチバガイギー社製のアラルダイトGY298、比較例
２ではダウケミカル社製のDER736を用い、比較例３では
可撓化剤を用いなかった他は実施例１と同様の成分を使
用し、表１に示す配合量で実施例１と同様に混練しエポ
キシ樹脂組成物をえた。

【００７５】ついで、えられた前記組成物を用い、実施
例１と同様にして試験片を作製し、実施例１と同様にモ
デルモジュールを封止し、特性を調べた。結果を表２に
示す。

【００７６】

【表１】

【００７７】

【表２】表２の結果から明らかなように、本発明のパワモジュー
ル封止用に適した液状エポキシ樹脂組成物の硬化物は、
耐熱性が高く、低熱膨張率であり、さらに従来の組成物
と同程度かまたはそれ以上の高ガラス転移温度を達成
し、パワーモジュール装置封止用として好適に使用しう
ることがわかる。また表２の結果から明らかなように基
板上の半導体素子を前記液状エポキシ樹脂組成物で成形
すると熱衝撃に対する信頼性にすぐれたパワーモジュー
ル装置をうることができる。

【００７８】

【発明の効果】以上説明したとおり、本発明のパワーモ
ジュール装置は、一般式(I)で示されるシリコーンオイ
ルＡ、一般式(II)で示されるシリコーンオイルＢまたは
両者の共重合体を可撓化剤の成分として用いた、マトリ
クス中におけるシリコーン成分の分散性が改良された液
状エポキシ樹脂組成物により封止されたパワーモジュー
ル装置である。そして前記液状エポキシ樹脂組成物の硬
化体は、耐熱性、耐湿性を保持し、低熱膨張で低弾性率
であり、従来と同程度かそれ以上の高ガラス転移温度、
高接着性を有するため、前記組成物で封止された本発明
のパワーモジュール装置は耐熱衝撃性にすぐれる。

【図面の簡単な説明】

【図１】パワーモジュール装置の構造を示す一部切り欠
き見取図である。

【図２】パワーモジュール装置の構造を示す断面図であ
る。

【符号の説明】５シリコーンゲル６エポキシ樹脂

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者山口哲司福岡市西区今宿東一丁目１番１号三菱電機株式会社福岡製作所内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】一般式(I)：【化１】（式中、Ｒ¹〜Ｒ³はそれぞれ２価の有機基、Ｒ⁴〜Ｒ¹⁰
はそれぞれ炭素数１〜５のアルキル基、フェニル基、ポ
リエーテルまたは炭素数１〜５のフッ素置換アルキル
基、ａは０〜10の整数、ｂは５〜300の整数、ただし０
≦ａ／（ａ＋ｂ）≦0.32）で示されるヒドロキシフェニ
ル基を有する変性シリコーンオイル、一般式(II)：【化２】（式中、Ｒ¹¹〜Ｒ¹³はそれぞれ２価の有機基、Ｒ¹⁴〜Ｒ
²⁰はそれぞれ炭素数１〜５のアルキル基、フェニル基、
ポリエーテルまたは炭素数１〜５のフッ素置換アルキル
基、ｃは０〜10の整数、ｄは５〜300の整数、ただし０
≦ｃ／（ｃ＋ｄ）≦0.32）で示されるエポキシ基を有す
る変性シリコーンオイルまたは両者の共重合体と、エポ
キシ樹脂、硬化剤、硬化促進剤、充填剤、離型剤および
表面処理剤を含有してなる液状エポキシ樹脂組成物が用
いられたことを特徴とするパワーモジュール装置。
【請求項２】半導体素子上に用いられるシリコーンゲ
ルが除去されたパワーモジュール構造体に前記液状エポ
キシ樹脂組成物が用いられたことを特徴とするパワーモ
ジュール装置。