JPH07216331A - ２部材間の接着化合物、該接着化合物の製法および該接着化合物を有する電力用半導体−冷却体組合せ物 - Google Patents

２部材間の接着化合物、該接着化合物の製法および該接着化合物を有する電力用半導体−冷却体組合せ物

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JPH07216331A
JPH07216331A JP7006620A JP662095A JPH07216331A JP H07216331 A JPH07216331 A JP H07216331A JP 7006620 A JP7006620 A JP 7006620A JP 662095 A JP662095 A JP 662095A JP H07216331 A JPH07216331 A JP H07216331A
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イーデラー カール−ハインツ
Dieter Dlugosch
ドルゴッシュ ディーター
Winfried Arz
アルツ ヴィンフリート
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 高い絶縁耐性ならびに高い機械的信頼性をよ
り高い使用温度の場合にも示す、２部材間の接着化合
物、該接着化合物の製法および該接着化合物を有する電
力用半導体−冷却体組合せ物。 【構成】 少なくとも１つの部材表面上に、未充填の接
着剤からなる電気絶縁性下地層が塗布されており、少な
くとも１つの部材表面上に、電気絶縁性であるが良好に
熱伝導する粉末で充填された接着剤が塗布されており、
かつ、粉末の最大粒子が下地層を突き破り、かつ接着化
合物の厚さは本質的に、該粒子の大きさに相応する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、熱伝導性、電気絶縁性
接着化合物ならびに該接着化合物の製法および該接着化
合物の使用に関する。
【０００２】この種の接着化合物は、例えばパワーエレ
クトロニクスに必要とされる。従って、電力用半導体と
冷却体との接着によって、製造技術的に大きな利点が得
られるが、しかしながら、この接着によって、各電力用
半導体の使用電圧および電力損失に応じて、接着化合物
の電気絶縁耐性および熱伝導性に対して高い要求が課せ
られる。さらに接着箇所は、より高い使用温度の場合に
も機械的信頼性を示さなければならない。
【０００３】
【従来の技術】電気部材の接着方法は、種々の印刷物か
ら公知である。従って、例えばドイツ連邦共和国特許出
願公開第３３１８７２９号明細書には、半導体部材を、
絶縁層を有する冷却体上に電気絶縁的に取り付けた装置
が記載されており、この場合、冷却体と、部材の電気接
続との間に、酸化アルミニウム繊維および電気絶縁接着
剤からなる積層物が配置されている。この場合には接着
剤として、Ａｌ2Ｏ3−セラミック粉末を含有する無機接
着剤は、使用することができる。
【０００４】米国特許第４３０７１４７号明細書に相応
するドイツ連邦共和国特許出願公開第３０３２７４４号
明細書には、特にエレクトロニクス部材のための高い熱
伝導性を有する電気絶縁ベースが記載されており、この
場合、金属板の上に、金属酸化物粒子が分散された絶縁
フィルムが施与されている。この装置は、僅かな絶縁耐
性しか示さない。
【０００５】米国特許第４６８９２５０号明細書に相応
する欧州特許出願公開第０１８２２８０号明細書には、
粉末材料を製造するための、プラスチックと架橋された
金属粉末を基礎とする充填材が記載されており、この場
合、できるだけ密に充填された状態で、架橋によって得
られたプラスチック被覆を有する金属粒子が存在してい
る。従って、熱導出を同時に伴う電気絶縁が可能になっ
ている。
【０００６】ドイツ連邦共和国特許第１２１３５００号
明細書から、トランジスタ又は他の部材のためのベース
としての、充填材を含有する、良好に熱伝導する絶縁フ
ィルムが公知であり、この場合、充填材粒子は、スペー
サとしても使用される。
【０００７】国際特許出願 ＷＯ ８９／１１７２３に
相応するドイツ連邦共和国特許出願公開第３８１７４０
０号明細書の場合には、部材の絶縁のために、基礎材料
に、少なくとも１種の良好に熱伝導する充填材の高い含
量および、多くの少なくとも近似値的に等しい大きさの
分量からなる固体添加剤の含量が混合されている、熱伝
導性かつ電気絶縁性である接着剤が提案されている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、これま
で公知の絶縁材料の中で、殊により高い電圧範囲内およ
び電力損失範囲内の、パワーエレクトロニクスの場合の
接着化合物に課されている要求を満足させるものはな
い。従って本発明の課題は、高い絶縁耐性ならびに高い
機械的信頼性をより高い使用温度の場合にも示す、接着
化合物および該接着化合物の製法を開発することであ
る。さらに接着化合物は、有利な方法で使用される。
【０００９】
【課題を解決するための手段】上記課題は、請求項１記
載の接着化合物ないしは請求項８記載のこの種の接着化
合物の製法および請求項１２記載の該接着化合物を有す
る電力用半導体−冷却体組合せ物によって解決される。
本発明の有利な形態は、サブクレームに記載されてい
る。
【００１０】次に、本発明の実施例を図１および２につ
き詳説する。この場合には、図１は、冷却管上に接着さ
れた半導体部材の装置を示しており、図２は、図１のＤ
の範囲内の接着化合物の著しく拡大した断面を示してい
る。
【００１１】
【実施例】図示された実施例の場合には、電力用半導体
３は、水冷却装置１によって冷却され、この水冷却装置
は、本質的に長方形の断面を有する管からなる。電力用
半導体３の損失熱は、小板２によって水冷却装置１に導
出される。この場合には、接着化合物が小板２と水冷却
装置１の間に記載されており、この接着化合物は、良好
に絶縁されていなければならず、それというのも小板２
に使用電圧がかかっているからである。
【００１２】冷却管１については、少なくともその接着
箇所の範囲内を前処理し、殊にその表面を平滑化し、そ
れというのも、表面の荒さが過大である場合に、尖端が
接着層中に突出せずかつ絶縁耐性が悪化しないためにで
ある。引き続き、少なくとも接着箇所にか又は、便宜
上、管の表面全体に下地層４を塗布する。この場合に
は、管の表面全体を該下地層で被覆することは、冷却管
１全体が、隣接する充電部から保護されるという利点を
有する。
【００１３】下地層４は、エポキシ樹脂によって得ら
れ、このエポキシ樹脂の粘度は正確に計量されたチキソ
トロープ剤の添加によって調整される。この場合には、
この混合物の粘稠度は、前処理された表面層から突出す
る最も高い尖端をも完全に包み込む程度の状態でなけれ
ばならない。この下地層の密閉性は、例えば破壊試験(U
eberschlagpruefung)で検査することができる。この種
の層ただ１層では、表面の尖端の全てを包み込むのに不
十分である場合には、低い粘度の２層を塗布することも
できる。この選択は、次の２つの利点を有する：即ち、
一つには、稀薄溶液状接着層中に比較的小さな気泡が僅
かに残留していること、かつさらに、２個の気泡が直接
重なり、ひいては該層の絶縁能が損なわれることはあり
えないことである。気泡を回避するために、処理行程中
に数回の排気過程を、例えばチキソトロープ剤の添加
後、エポキシ樹脂への硬化剤成分の添加後ならびに冷却
管への下地層の塗布後に実施することができる。
【００１４】下地層の塗布後に、該層を炉中でほぼ硬化
する。従って下地層は、引き続いての接着過程の際にな
おもたらされる可能性のある損傷および障害に対して鈍
感である。他方では下地層は、より硬い粒子が押しつけ
る力によって下地層４中に圧入することができる程度の
柔軟性を維持している。下地層４の未充填の接着物質が
不良な熱伝導性を示すため、該下地層は、できるだけ薄
く維持される。他方では下地層４は、該下地層がなお塗
布すべき付加的な接着剤層なしでもその装置に要求され
る十分な絶縁耐性を示す程度に寸法決定することができ
る。接着すべき材料表面の平均荒さＲｚ＝１５〜２５μ
ｍおよび所望される絶縁耐性２．５ＫＶの場合には、通
常、下地層４の膜厚４０〜５０μｍは十分である。
【００１５】引き続き、熱伝導層としての第２の接着層
５を塗布する。この層は同様に、基本成分（樹脂および
硬化剤）が下地層の場合と同じであるエポキシ樹脂から
なる。しかしながら、該層の場合にはセラミック粉末、
この場合には酸化アルミニウムの混入によって接着剤の
熱伝導率は、本質的に改善される。下地層の未充填の接
着剤が、典型的に熱伝導率０．３Ｗ／ｍＫを有する一方
で、充填された接着剤５は、熱伝導率１．３Ｗ／ｍＫを
有している。
【００１６】酸化アルミニウム粉末で充填された接着剤
５を直接第２の部材、即ち小板２に計量して塗布する。
引き続き、充填された接着剤５が塗布された小板２を冷
却管の予定された位置に押しつける。
【００１７】接着過程の特殊性は、接着化合物の膜厚が
本質的に酸化アルミニウム粉末の粒径によって決定され
ることにある。極度に硬質である酸化アルミニウムが極
めて高い圧力下でもほとんど変形しないため、この場合
には存在する薄い接着層の場合には常に、最も大きな粒
子が、接着すべき部材間の間隔を定義する。該酸化アル
ミニウム粉末中に存在する、より小さな粒子は、大きな
粒子間の空隙を埋める。例えば、１２０μｍまでの粒径
を有する酸化アルミニウム粉末は、使用することができ
る。
【００１８】高い押しつけ力のために、酸化アルミニウ
ム粒子６ａは、なお比較的軟らかい下地層４中に圧入さ
れ、かつ従って部材１の表面に十分に直接接触してい
る。従って、セラミック粒子によって、部材１と２の間
の良好な熱の流れが得られる。部材が押し合わされる際
に、酸化アルミニウム粉末の粒径によって予定された間
隔に、自然に調整される。
【００１９】接着化合物は、最後に炉中で硬化させても
よい。
【００２０】上記技術を用いて、高い絶縁耐性ならびに
良好な熱伝導性を達成することができる。仕上過程もま
た、比較的簡単でありかつ問題ない。耐熱性は、酸化ア
ルミニウム粉末の粒径の選択によって比較的正確に調整
することができ、この場合、粒径の増大に伴って当然の
ことながら絶縁耐性は弱まるが、しかし熱伝導率は、あ
る一定の粒径から増大する。しかしながら、充填された
接着剤は、不完全にしか排気することができず、かつ従
って、空気の包接が絶縁耐性を減少させる危険がある。
従って、有利に、完全な絶縁耐性は、未充填の接着剤か
らなる、より良好に排気可能な下地層４によって既に保
証されており、その一方では、充填された接着剤５によ
って良好な熱導出が得られる。上記の性質のために、こ
の接着は、使用電圧および電力損失が高い電力用半導体
の場合にも適当である。
【図面の簡単な説明】
【図１】冷却管上に接着された半導体部材の装置を示す
図である。
【図２】図１のＤの範囲内の接着化合物の断面の拡大図
である。
【符号の説明】
１ 冷却体、 ２ 小板、 １ａ，２ａ 部材表面、
３ 電力用半導体、４ 下地層、 ５ 接着剤、 ６
粉末、 ６ａ 粒子
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ヴィンフリート アルツ ドイツ連邦共和国 ブルクタン ブルクタ ンナーシュトラーセ 13

Claims (12)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 ２部材（１、２）間の接着化合物におい
    て、 ａ）少なくとも１つの部材表面（１ａ）上に、未充填の
    接着剤からなる電気絶縁性下地層（４）が塗布されてお
    り、 ｂ）少なくとも１つの部材表面（２ａ）又は下地層
    （４）上に、電気絶縁されているがしかし熱を良好に伝
    導する粉末が添加されている電気絶縁性接着剤（５）が
    塗布されており、 ｃ）粉末（６）の粒子（６ａ）が下地層（４）を突き破
    り、かつ接着化合物の厚さは、最も大きな粒子（６ａ）
    の大きさに本質的に相応することを特徴とする接着化合
    物。
  2. 【請求項２】 下地層（４）および接着剤（５）がエポ
    キシ樹脂である、請求項１記載の接着化合物。
  3. 【請求項３】 粉末（６）がセラミック粉末である、請
    求項１又は２記載の接着化合物。
  4. 【請求項４】 粉末（６）がＡｌ2Ｏ3粉末である、請求
    項３記載の接着化合物。
  5. 【請求項５】 粉末（６）の粒径が１２０μｍまでであ
    る、請求項１から４までのいずれか１項に記載の接着化
    合物。
  6. 【請求項６】 下地層の厚さが４０〜５０μｍである、
    請求項１から５までのいずれか１項に記載の接着化合
    物。
  7. 【請求項７】 専ら下地層（４）が、接着化合物に必要
    とされる絶縁耐性を有している、請求項１から６までの
    いずれか１項に記載の接着化合物。
  8. 【請求項８】 ２部材（１、２）間の接着化合物を製造
    する方法において、 ａ）少なくとも１つの部材表面（１ａ）上に、下地層
    （４）として、部材表面(１ａ）から突出している全て
    の尖端を包み込む未充填の接着剤を塗布し、 ｂ）未充填の接着剤（４）を、該接着剤を相応する圧力
    でなお粒子が突き破ることができる程度に予備硬化さ
    せ、 ｃ）該下地層（４）又は被覆されていない部材表面（２
    ａ）上に、電気絶縁されているがしかし熱を良好に伝導
    する粉末（６）が添加されている電気絶縁性接着剤
    （５）を塗布し、 ｄ）２部材（１、２）を、粉末（６）の粒子（６ａ）が
    下地層（４）中に入り込みかつ接着化合物の厚さが最も
    大きな粒子（６ａ）の直径に本質的に相応する程度に押
    しつけ、 ｅ）接着化合物全体を硬化させることを特徴とする接着
    化合物の製法。
  9. 【請求項９】 下地層（４）が２つの薄い層から構成さ
    れている、請求項８記載の方法。
  10. 【請求項１０】 段階ａ）の際に接着剤の粘度をチキソ
    トロープ剤の添加によって適度に調整する、請求項８記
    載の方法。
  11. 【請求項１１】 それぞれの接着剤塗布後に排気過程を
    実施する、請求項８から１０までのいずれか１項に記載
    の方法。
  12. 【請求項１２】 電力用半導体−冷却体組合せ物におい
    て、電力用半導体(３）と冷却体（１）との接着のため
    に、請求項１から８までのいずれか１項に記載の接着化
    合物を有していることを特徴とする、電力用半導体−冷
    却体組合せ物。
JP7006620A 1994-01-20 1995-01-19 ２部材間の接着化合物、該接着化合物の製法および該接着化合物を有する電力用半導体−冷却体組合せ物 Pending JPH07216331A (ja)

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