JPH07221125A

JPH07221125A - 半導体部品の実装構造及び絶縁性接着剤

Info

Publication number: JPH07221125A
Application number: JP786694A
Authority: JP
Inventors: Yasuharu Asai; 泰晴浅井
Original assignee: Toyoda Automatic Loom Works Ltd
Current assignee: Toyota Industries Corp
Priority date: 1994-01-27
Filing date: 1994-01-27
Publication date: 1995-08-18

Abstract

(57)【要約】【目的】絶縁性接着剤層を挟んで対向する半導体部品
と金属部材間の絶縁耐圧を予め設定した設定耐圧値以上
とする。【構成】パワー素子３と銅またはアルミニウムからな
る金属ベース４間に絶縁性接着剤層７が形成されてい
る。絶縁性接着剤層７はシリコン系樹脂またはエポシキ
系樹脂からなるマトリックス部８と、所定粒径Ｄを有す
るアルミナ（Ａｌ₂Ｏ₃）またはシリカ（ＳｉＯ₂）か
らなるフィラ６とから構成されている。パワー素子３の
下面と金属ベース４の上面は絶縁性接着剤層７中のフィ
ラ６をほぼ狭持し、フィラ６のほぼ粒径に相当する距離
を隔てて互いに対向している。フィラ６の粒径Ｄは、パ
ワー素子３と金属ベース４間に予め設定された必要絶縁
耐圧Ｖ１を絶縁性接着剤層７を形成する材料の絶縁破壊
耐圧Ｖ２（ｋＶ／ｍｍ）で割った値Ｖ１／Ｖ２（ｍｍ）
とほぼ等しく設定されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は例えばパワートランジス
タ等の半導体部品の発熱に対する放熱を助けるため、半
導体部品が金属ベース等の金属部品上に絶縁性接着剤に
より接着された半導体部品の実装構造及び絶縁性接着剤
に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】一般に、パワートランジスタ等のパワー
素子は比較的に大電流が流れるため、動作時における発
熱が問題となる。そのため、パワー素子は放熱性を考慮
して例えばアルミニウムや銅からなる放熱器やベース板
上に接着された状態で基板上に実装される。

【０００３】例えば特開昭５６−７９４５７号公報に
は、図７に示すようなパワー素子の実装構造が開示され
ている。図７に示すように、アルミ放熱板２１上には熱
導伝性絶縁接着剤２２により、表面に厚膜混成集積回路
が形成されるとともに貫通孔２３ａを有するセラミック
基板２３が接着され、パワー素子としてのパワートラン
ジスタ２４は貫通孔２３ａに嵌合された状態でアルミ放
熱板２１上に直接接着されている。そして、エポキシプ
リプレグ接着シート２５によりケース２６とセラミック
基板２３とを密封接着し、外部接続リード２７の補強の
ためエポキシ樹脂２８が注入硬化されている。

【０００４】このデバイスの実装構造によれば、パワー
トランジスタ２４はセラミック基板２３に形成された貫
通孔２３ａに嵌合される状態で接着剤２２を介するだけ
でアルミ放熱板２１上に直接接着されている。そのた
め、パワートランジスタ２４から発生した熱は比較的薄
い接着剤層２２を介してアルミ放熱板２１へ伝達され、
アルミ放熱板２１から効率良く放熱される。

【０００５】一方、パワー素子等の半導体部品を接着剤
にて接着する場合、接着剤層における捻じれ方向の機械
的強度を向上させたり、接着剤層の熱抵抗を低下させる
ことを目的として、接着剤中にフィラが添加される場合
がある。通常、フィラは無機材質のものが用いられ、機
械的強度の発現のため接着剤層の厚みより充分小さな数
ミクロン（μｍ）〜十数ミクロン程度の粒径のものが使
用されている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ところで、パワー素子
と放熱器やベース板等の金属部材との接着は、半導体−
導体間の接着となるので、接着層での絶縁性を確保する
必要があり、接着剤として絶縁性接着剤が使用される。
そして、接着剤層の厚みは半導体−導体間の絶縁耐圧を
考慮して所定厚み以上確保される。例えば必要となる絶
縁耐圧が比較的大きい場合には、接着剤層を厚く形成す
る必要があり、その場合には接着剤を厚目に塗布するな
どされていた。

【０００７】しかし、パワー素子を放熱器やベース板等
の金属部材に接着剤層の厚みを接着面全体に亘って均一
となるように接着することはかなり難しく、接着時の加
圧力の偏りなどによっては層に厚みの薄い部分ができて
しまう場合がある。その結果、層に薄い部分ができた場
合には必要な絶縁耐圧が確保されなくなり、その層の薄
い部分から絶縁破壊が起こるという問題があった。

【０００８】この問題の解決策として、例えば図８に示
すようにパワー素子２９と金属ベース３０間に必要耐圧
が確保されるように、セラミック等からなる絶縁板３１
を挟んだ状態でパワー素子２９と金属ベース３０とを接
着剤３２により接着する方法が採用される場合がある。
しかし、絶縁板３１を極端に薄くすることはできずその
作業性等を考慮して一定厚み以上を確保する必要があ
り、絶縁板３１を挟むことにより接着厚が必要以上に厚
くなってその接着部における熱抵抗が大きくなってしま
う。

【０００９】本発明は前記の問題点に鑑みてなされたも
のであって、その目的は半導体部品と金属部材とが絶縁
性接着剤により接着された半導体部品の実装構造におい
て、半導体部品と金属部材間に形成される絶縁性接着剤
層を所望する絶縁耐圧が確保され得るような厚みに形成
することができる半導体部品の実装構造及び絶縁性接着
剤を提供することにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記問題点を解決するた
め請求項１に記載の発明では、半導体部品が金属部材に
絶縁性接着剤層を介して接着された半導体部品の実装構
造において、前記絶縁性接着剤層を挟んで絶縁される前
記半導体部品と前記金属部材間の必要耐圧として設定さ
れた設定耐圧値を、前記絶縁性接着剤層を形成する絶縁
性接着剤材料の絶縁破壊耐圧値で割って得られた値を、
ほぼ粒径とする絶縁材料からなるフィラを前記絶縁性接
着剤層中に分散させた。

【００１１】請求項２に記載の発明では、前記金属部材
を放熱用金属部材とした。請求項３に記載の発明では、
半導体部品の実装のため該半導体部品と金属部材とを接
着させる絶縁性接着剤において、前記絶縁性接着剤によ
り形成される絶縁性接着剤層を介して絶縁される前記半
導体部品と前記金属部材間に必要耐圧として設定された
設定耐圧値を、当該絶縁性接着剤材料の硬化時の絶縁性
接着剤層の絶縁破壊耐圧値で割った値を、ほぼ粒径とす
る絶縁材料からなるフィラを絶縁性接着剤中に含有させ
た。

【００１２】

【作用】上記構成により請求項１に記載の発明によれ
ば、半導体部品と金属部材の両被接着面は、その接着時
に絶縁性接着剤を狭圧しながら互いに接近し、両被接着
面が絶縁性接着剤中のフィラの粒径に相当する距離近く
まで接近してフィラ両端に当接した時点でその接近は位
置規制される。そして、ほぼこの位置状態のまま絶縁性
接着剤は硬化される。その結果、絶縁性接着剤層の厚み
は、絶縁性接着剤中のフィラの粒径によりほぼ決まり、
フィラの粒径以下とはならないほぼ粒径程度の厚さとな
る。ここで、フィラの粒径は、絶縁性接着剤層を挟んで
絶縁される半導体部品と金属部材間で必要となる設定耐
圧値を、絶縁性接着剤層を形成する絶縁性接着剤材料の
絶縁破壊耐圧値で割って得られた値とほぼ等しく設定さ
れている。従って、絶縁性接着剤層は半導体部品と金属
部材間の耐圧をほぼ所望する設定耐圧値とし得る厚みに
形成される。

【００１３】また、絶縁性接着剤中に分散するフィラは
半導体部品と金属部材の両被接着面に対してその相当量
が平均的に当たるため、絶縁性接着剤層は均一な厚みに
形成される。また、絶縁性接着剤層の厚み設定はフィラ
粒径の変更により容易に行われる。さらに、半導体部品
と金属部材との接着時に異常な加圧が加えられても、両
被接着面間の距離はフィラにより規制されてそれ以下と
なることがないので、設定耐圧値は最低保証される。従
って、半導体部品と金属部材の両被接着面を絶縁性接着
剤中のフィラと当接しない状態で接着する方法を採った
場合にも、保証すべき最低耐圧値を設定耐圧値としてフ
ィラの粒径を設定すれば、最低耐圧値は常に保証され
る。

【００１４】請求項２に記載の発明によれば、半導体部
品は放熱用金属部材に直接的に接着されているので、半
導体部品の動作中に発生した熱は、半導体部品と放熱用
金属部材間に形成された比較的に薄い絶縁性接着剤層を
介して放熱用金属部材へ伝達され、放熱用金属部材から
効率よく放熱される。

【００１５】請求項３に記載の発明によれば、絶縁性接
着剤により半導体部品と金属部材とを接着させた場合、
半導体部品と金属部材間に形成される絶縁性接着剤層の
厚みは絶縁性接着剤中に分散されたフィラの存在によ
り、フィラの粒径以下に薄くなることはない。ここで、
フィラの粒径は半導体部品−金属部材間の設定耐圧値
を、絶縁性接着剤層の絶縁破壊耐圧値で割った値にほぼ
等しく設定されているので、形成された絶縁性接着剤層
は常に設定耐圧値を保証する。また、絶縁性接着剤中に
分散するフィラは、半導体部品と金属部材の両被接着面
に対してその相当量が平均的に当たるので、均一な厚み
に絶縁性接着剤層が形成される。

【００１６】

【実施例】以下、本発明を具体化した一実施例を図１〜
図３に従って説明する。図３に示すように、多数の電子
部品１が実装された基板２上には、半導体部品としての
パワー素子３を実装する金属部材としての金属ベース４
が固着されている。基板２はプリント基板またはセラミ
ック基板等からなる。

【００１７】図１及び図２に示すように、パワー素子３
は、銅またはアルミニウムからなる金属ベース４上に絶
縁性接着剤５を介して接着されている。絶縁性接着剤５
はシリコン系樹脂またはエポシキ系樹脂からなり、所定
粒径Ｄ（μｍ）を有するアルミナ（Ａｌ₂Ｏ₃）または
シリカ（ＳｉＯ₂）からなるほぼ球状のフィラ６が均一
に分散されている。絶縁性接着剤５により接着されたパ
ワー素子３と金属ベース４間には絶縁性接着剤層７が形
成されている。絶縁性接着剤層７はシリコン系樹脂また
はエポシキ系樹脂からなるマトリックス部８とフィラ６
とから構成されている。

【００１８】パワー素子３の下面と金属ベース４の上面
は絶縁性接着剤層７中のフィラ６をほぼ狭持する状態に
配置され、互いにフィラ６のほぼ粒径に相当する距離を
隔てて対向している。つまり、絶縁性接着剤５中に分散
するフィラ６の粒径Ｄ（μｍ）により絶縁性接着剤層７
の厚みが規制されている。パワー素子３と金属ベース４
間には予め必要絶縁耐圧Ｖ１（ｋＶ）が設定され、絶縁
性接着剤層７の厚みがこの必要絶縁耐圧Ｖ１を満足させ
るようにフィラ６の粒径Ｄ（μｍ）が設定されている。

【００１９】パワー素子３と金属ベース４間に設定され
る必要絶縁耐圧Ｖ１（ｋＶ）は、安全を見越して定格電
圧の２０倍以上、好ましくは８０〜１５０倍以上に設定
することが望ましい。本実施例ではパワー素子３と金属
ベース４間の定格電圧が「１５Ｖ」に設定されており、
必要絶縁耐圧Ｖ１は定格電圧「１５Ｖ」の約１００倍、
すなわち約１．５ｋＶに設定されている。

【００２０】フィラ６の粒径Ｄは、必要絶縁耐圧Ｖ１
（ｋＶ）を絶縁性接着剤層７における絶縁破壊耐圧Ｖ２
（ｋＶ／ｍｍ）で割った値Ｖ１／Ｖ２（ｍｍ）と等しく
なるように設定されている。本実施例では絶縁性接着剤
５中に分散するフィラ６の含有率が２〜３ｖｏｌ％と僅
かであり、絶縁性接着剤層７における絶縁破壊耐圧Ｖ２
（ｋＶ／ｍｍ）は、そのマトリックス部８を形成するシ
リコン系樹脂またはエポキシ系樹脂の絶縁破壊耐圧に等
しいとほぼ見なすことができる。ここで、シリコン系樹
脂の絶縁破壊耐圧は約２５〜３５ｋＶ／ｍｍ、エポキシ
系樹脂の絶縁破壊耐圧は約２０ｋＶ／ｍｍ程度である。
従って、フィラ６の粒径Ｄは、絶縁性接着剤層７のマト
リックス部８がシリコン系樹脂の場合で「約５０μ
ｍ」、エポキシ系樹脂の場合で「約７５μｍ」に設定さ
れている。

【００２１】絶縁性接着剤５中に分散するフィラ６の含
有量は、フィラ６同士が絶縁性接着剤層７の厚み方向に
重なり合わないように、フィラの粒径Ｄに対して１辺３
Ｄ（μｍ）の被接着面（正方形）当たりにフィラ６を１
個以下とすることが望ましい。例えばフィラ６を粒径Ｄ
（μｍ）の球状粒子とした場合、これはフィラ６の含有
率で約６ｖｏｌ％以下に相当する。また、単位接着面積
当たりのフィラ６の個数ｎ（個／ｍｍ²）は、以下のよ
うに表される。

【００２２】ｎ＝６×１０⁴Ａ／（πＤ²） …（１）ここで、Ａはフィラの含有率（ｖｏｌ％）、Ｄはフィラ
６の粒径（μｍ）である。フィラ６の粒径Ｄ（μｍ）
は、必要絶縁耐圧Ｖ１を定格電圧「１５Ｖ」の８０〜１
５０倍程度とすると、シリコン系樹脂の場合で３５〜９
０μｍ程度、エポキシ系樹脂の場合で６０〜１１０μｍ
程度となるので、おおよそ３５〜１１０μｍ程度の範囲
内にあるとすることができる。単位接着面積当たりのフ
ィラ６の個数ｎ（個／ｍｍ²）はパワー素子３のチップ
サイズが数ｍｍ角程度であることから、１ｍｍ²角程度
のものまで考慮すると１ｍｍ²当たりに４個以上は確保
する必要がある。よって、式（１）と、ｎ＝４（個／ｍ
ｍ²）、Ｄ＝３５〜１１０（μｍ）とから、フィラ６は
最低でもＤ＝３５（μｍ）の場合でＡ＝０．２４（ｖｏ
ｌ％）、Ｄ＝１１０（μｍ）の場合でＡ＝２．５（ｖｏ
ｌ％）は必要となる。よって、フィラ６の含有率を約
０．３〜６ｖｏｌ％程度の範囲内で選定することが適当
である。特に、絶縁性接着剤層７の厚み方向におけるフ
ィラ６同士の重なり合いを回避したり、単位接着面積当
たりにフィラ６が安定数（個／ｍｍ²）確保されること
を考慮すると、約１〜５ｖｏｌ％程度の範囲内で選定す
ることが好ましい。ちなみにフィラ６の粒径Ｄを５０μ
ｍとした場合、球状粒子の仮定のもとで単位接着面積当
たりのフィラ６の個数は、フィラ６の含有率１ｖｏｌ％
で約８個／ｍｍ²、３ｖｏｌ％で約２３個／ｍｍ²、５
ｖｏｌ％で約３８個／ｍｍ²となる。

【００２３】次に前記のように構成されたパワー素子３
の実装構造の作用を説明する。まず、パワー素子３と金
属ベース４との接着について説明する。パワー素子３の
被接着面（下面）３ａに絶縁性接着剤５が均一に塗布さ
れ、その塗布された状態から金属ベース４上の所定位置
にパワー素子３が被接着面３ａを下向きにして載置さ
れ、さらに下方へ軽く押圧されて接着される。その際、
絶縁性接着剤５中では分散するフィラ６が被接着面３ａ
と被接着面４ａとに狭持された状態となり、パワー素子
３の被接着面３ａと金属ベース４の被接着面４ａ間の距
離は、ほぼフィラ６の粒径Ｄ（μｍ）に相当する。

【００２４】その後、その状態を保持したまま絶縁性接
着剤５が硬化すると、パワー素子３と金属ベース４とが
完全に固着される。そして、パワー素子３と金属ベース
４間に形成された絶縁性接着剤層７の厚みは、フィラ６
の粒径Ｄ（μｍ）以下にならない範囲でほぼその粒径Ｄ
（μｍ）に等しくなる。例えば、接着時の加圧力のばら
つき等により絶縁性接着剤５が局部的に強く押圧されて
も、被接着面３ａ，４ａ間の距離は狭持されるフィラ６
の粒径Ｄ（μｍ）により規制されるので、絶縁性接着剤
層７の厚みはフィラ６の粒径Ｄ（μｍ）以下に薄くなる
ことはない。また、各被接着面３ａ，４ａには面全体に
亘って分散した多数のフィラ６が均等に当たるので、絶
縁性接着剤層７の厚みは均一となる。その結果、ほぼフ
ィラ６の粒径Ｄ（μｍ）に等しい均一な厚みに形成され
た絶縁性接着剤層７を挟んで対向するパワー素子３と金
属ベース４間に対して、必要絶縁耐圧Ｖ１（≒１５ｋ
Ｖ）にほぼ等しい絶縁耐圧が得られる。

【００２５】また、絶縁性接着剤層７の厚みは接着時の
加圧力に依らず、フィラ６の粒径Ｄ（μｍ）により決ま
るので、製品毎に絶縁性接着剤層７の厚みがほぼ等しく
なりそのばらつきが少なくて済む。また、接着時の加圧
力のばらつき等により絶縁性接着剤５が局部的に通常時
程度に押圧されず一部のフィラ６が被接着面３ａと被接
着面４ａとに狭持されなかったとしても、その部分にお
ける絶縁性接着剤層７の厚みはフィラ６の粒径Ｄ（μ
ｍ）を越えているので、必要絶縁耐圧Ｖ１は確実に保証
される。即ち、接着時の加圧力に依存することなく常に
所望する必要絶縁耐圧Ｖ１（≒１５ｋＶ）は保証され
る。

【００２６】また、フィラ６は絶縁接着剤５中に２〜３
ｖｏｌ％と僅かであるうえ均一に分散されているので、
接着時にフィラ６同士が絶縁性接着剤層７の厚み方向に
重なり合うようなことはまず起こらない。仮に接着過程
に非常に低い確率でフィラ６同士が絶縁性接着剤層７の
厚み方向に重なり合う状態となったとしても、ほぼ球状
のフィラ６は接着時の押圧力により互いの球面上を滑り
合って共に被接着面４ａ上に配置されるので、絶縁性接
着剤層７はフィラ６が被接着面４ａ上に一重に配置され
た状態で形成される。また、フィラ６が異方性のほとん
どないほぼ球状であることから、フィラ６の向きに依ら
ず絶縁性接着剤層７は所望する厚みに形成される。

【００２７】こうしてパワー素子３は接着により金属ベ
ース４上に実装され、パワー素子３を実装する金属ベー
ス４は接着剤などにより基板２上に固着される。その
後、パワー素子３と基板２上に形成された回路とが金や
アルミニウムからなるワイヤによりボンディングされ
る。

【００２８】以上詳述したように本実施例のパワー素子
３の実装構造によれば、必要絶縁耐圧Ｖ１を絶縁性接着
剤層７を形成する材料の絶縁破壊耐圧Ｖ２で割った値に
相当する粒径を有するフィラ６を分散した絶縁性接着剤
５によりパワー素子３と金属ベース４とを接着した。そ
の結果、パワー素子３と金属ベース４とがその両被接着
面３ａ，４ａにてフィラ６を狭持する状態に接着される
ことにより、その両被接着面３ａ，４ａ間に所望する必
要絶縁耐圧Ｖ１がほぼ得られるような厚みに絶縁性接着
剤層７を形成することができる。接着時に通常より強い
加圧がかかっても、両被接着面３ａ，４ａ間の距離は絶
縁性接着剤５中のフィラ６により規制されてその粒径Ｄ
より小さくなることがないので、絶縁性接着剤層７を介
して常に所望する必要絶縁耐圧Ｖ１を確保することがで
きる。また、均一な粒径Ｄを有するフィラ６は両被接着
面３ａ，４ａに対して均等に当たるので、絶縁性接着剤
層７の厚みを安定した均一な厚みに形成することができ
る。さらに、絶縁性接着剤層７の厚みは接着圧に依らず
フィラ６の粒径Ｄにより決まるので、製品毎の絶縁性接
着剤層７の厚みのばらつきを小さく抑えることができ
る。

【００２９】また、パワー素子３を金属ベース２に対し
て絶縁性接着剤５を介するのみで直接的に接着したの
で、パワー素子３の動作時に発生した熱は比較的に薄い
絶縁性接着剤層７を介して金属ベース４に効率良く伝達
されるので高い放熱性を確保することができる。また、
パワー素子３の金属ベース４への接着を従来技術で述べ
たようにセラミック基板を挟むことなく絶縁性接着剤５
のみにより行ったので、接着コストを安価とすることが
できるうえ、接着作業も簡単となる。

【００３０】また、絶縁性接着剤層７中のフィラ６の含
有量を２〜３ｖｏｌ％としたので、フィラ６同士が絶縁
性接着剤層７の厚み方向に重なり合って所望する厚みが
得られなくなることをほぼ防止することができる。さら
に単位接着面当たりのフィラ６の個数も適度に確保する
ことができ、絶縁性接着剤層７の厚みを安定して均一に
確保することができる。また、所望する必要絶縁耐圧Ｖ
１が変更されても、絶縁性接着剤５中に分散するフィラ
６の粒径Ｄを変更するだけで簡単に絶縁性接着剤層７の
厚み設定を行うことができる。

【００３１】さらに、フィラ６をほぼ球状としたので、
接着過程でフィラ６同士が絶縁性接着剤層７の厚み方向
に重なり合う状態となったとしても、互いの球面上を滑
り合って共に被接着面４ａ上に配置されるので、フィラ
６が絶縁性接着剤層７にその厚み方向に重なり合う状態
に配置されることを防止することができる。また、ほぼ
球状のフィラ６にはほとんど異方性がないことから、絶
縁性接着剤層７中におけるフィラの向きに依らず常に絶
縁性接着剤層７を所望する厚みに形成することができ
る。

【００３２】さらに、絶縁性接着剤層７のマトリックス
部８をシリコン系樹脂またはエポキシ系樹脂としたので
強力な接着力を得ることができる。また、フィラ６をア
ルミナまたはシリカからなる無機材料としたので、樹脂
と反応する心配がなく、しかも分散性が良い。

【００３３】さらに、パワー素子３を実装する金属ベー
ス４が基板２上に固着された状態において、従来技術の
ようにセラミック基板を挟んでない分だけ、ボンディン
グすべき回路が形成された基板２の上面と、ボンディン
グすべきパワー素子３の上面との段差が小さくて済む。
そのため、ボンディングされたワイヤは基板２上に沿う
ように比較的低い経路をとって形成されるので、ワイヤ
と他部品との接触を防止することができる。また、ボン
ディング装置側の動作ストロークも短くなりボンディン
グ時にワイヤにかかるストレス（引張り）を比較的小さ
くすることができる。また、段差が小さい分だけボンデ
ィングされる２点間の距離が短くなりワイヤ長を短くす
ることができる。その分だけワイヤの材料コストを削減
することができる。

【００３４】尚、本発明は上記実施例に限定されるもの
ではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲で例えば次のよ
うに変更することができる。（１）図４に示すように、フィラ６の他に絶縁性接着剤
層７の厚み、即ちフィラ６の粒径Ｄより充分に小さな粒
径を有するフィラ９を絶縁性接着剤層７のマトリックス
部８中に分散させてもよい。マトリックス部８中にフィ
ラ９を分散させることにより、マトリックス部８の機械
的強度が向上され、特に絶縁性接着剤層７における捻じ
れ方向の機械的強度を増強することができる。そのた
め、パワー素子３は金属ベース４上に強固に接着され、
例えばアセンブリ時に負荷がかかってもパワー素子３が
その接着部から剥がれることはない。尚、フィラ９の粒
径は、２μｍ〜１５μｍ程度の範囲が適当である。その
含有量は絶縁性接着剤層７の材質等により適宜な量とさ
れる。また、フィラ９の材質としてはアルミナやシリカ
等の無機材料が適当である。

【００３５】（２）上記実施例では、絶縁性接着剤層７
中に分散するフィラとして均一な粒径Ｄを有するフィラ
６を使用したが、例えば図５に実線で示すような粒度分
布をもつ粉末をフィラとして使用してもよい。通常、製
造されたばかりの無機粉末は図５中に破線で示すような
粒度分布を有している。このような粒度分布をもつ粉末
を所望する粒径Ｄが最大粒径となるように篩等により分
級し、粒径Ｄを最大粒径とする図５のような粒度分布を
もつ粉末とする。一般に均一な粒径となるように無機粉
末を製造することは容易ではないが、最大粒径Ｄの粉末
ならば前記の方法により容易に得ることができる。そし
て、図５のような粒度分布をもつ無機粉末をフィラとし
て使用すれば、絶縁性接着剤層７の厚みはその最大粒径
Ｄにより決まるので、絶縁性接着剤層７を必要絶縁耐圧
Ｖ１を満たす厚みに形成することができる。尚、粒度分
布のうち含有率の高い粒径が最大粒径Ｄとなるような粉
末を選定し、最大粒径Ｄの含有率が高くなるようにする
ことが好ましい。

【００３６】（３）上記実施例では、絶縁性接着剤層７
における耐圧が必要絶縁耐圧Ｖ１とほぼ一致するよう
に、フィラ６の粒径Ｄにより絶縁性接着剤層７の厚み調
整を行ったが、フィラ６の粒径設定は適宜変更してもよ
い。例えば絶縁性接着剤層７において最低限必要となる
下限耐圧に合わせてフィラ６の粒径Ｄを設定してもよ
い。この構成によると図６（ａ）に示すように、通常は
絶縁性接着剤層７の厚みはフィラ６の粒径Ｄより大きく
形成され，接着時に通常より強く加圧された異常時に、
図６（ｂ）に示すように両被接着面３ａ，４ａにフィラ
６が狭持される状態とされることにより絶縁性接着剤層
７の最低限の厚みを確保するようにしてもよい。

【００３７】（４）上記実施例では、金属部材を金属ベ
ース４としたが、アルミニウムまたは銅からなる放熱器
としてもよい。また、金属部材は放熱用部材に限定され
ず、その他の半導体部品−金属間の接着において使用す
ることができる。ここでいう金属部材とは、金属のみか
ら形成されたものに限定されず、金、銅、ニッケルメッ
キ等のようにセラミックやプラスチックからなる基材に
金属表面処理が施されたものも含んでいる。

【００３８】（５）上記実施例ではフィラ６をほぼ球状
としたが、フィラ６の形状は球状に限定されない。例え
ば、フィラ６を板状、柱状等の異方性を有する形状とし
てもよい。この場合、フィラ６の向きは一定とならない
が絶縁性接着剤層７の厚みはフィラ６の長径により決ま
るので、絶縁性接着剤層７を所定厚みとすることができ
る。

【００３９】（６）上記実施例では、フィラ６の含有率
を２〜３ｖｏｌ％とし、約０．３〜６ｖｏｌ％程度の範
囲内で選定することが適当で、好ましくは約１〜５ｖｏ
ｌ％程度の範囲内が良いとしたが、この範囲に必ずしも
限定されず、定格電圧や必要絶縁耐圧の設定条件等の変
更によりフィラ６の含有率の適宜な範囲を変更すること
もできる。

【００４０】（７）フィラ６の材質はアルミナやシリカ
に限定されない。例えばムライト等のＡｌ−Ｓｉ系酸化
物としてもよい。また、シリカガラス等のガラスとして
もよい。

【００４１】以上の実施例によって把握される技術的思
想について、その効果とともに以下に記載する。（１）フィラの他に該フィラの粒径より充分小さな粒径
を有する第２のフィラを絶縁性接着剤層中に分散させた
請求項１に記載の半導体部品の実装構造。

【００４２】この構成によれば、絶縁性接着剤層はフィ
ラの他にフィラの粒径より充分小さな粒径、即ち絶縁性
接着剤層の厚みより充分小さな粒径を有する第２のフィ
ラが分散された状態となる。そのため、第２のフィラに
より絶縁性接着剤層の機械的強度、特に捻じれ方向の機
械的強度を向上させることができる。また、第２のフィ
ラを熱伝導性の良好な材質とすれば、絶縁性接着剤層の
熱抵抗を小さくすることができ、半導体部品を一層効率
良く放熱することができる。

【００４３】（２）設定耐圧値を、絶縁性接着剤層を形
成する絶縁性接着剤材料の絶縁破壊耐圧値で割って得ら
れた値を、ほぼ最大粒径とする連続した粒度分布を有す
る絶縁材料からなる粉末をフィラとして絶縁性接着剤層
中に分散させた請求項１に記載の半導体部品の実装構
造。

【００４４】この構成によれば、絶縁性接着剤層中のフ
ィラは、設定耐圧値と絶縁性接着剤層を形成する材料の
絶縁破壊耐圧値とにより決まる値を、ほぼ最大粒径とす
る連続した粒度分布を有している。一般に、粉末を均一
な粒径を有するように製造することは困難であるが、最
大粒径以下の連続した粒度分布を有する粉末としたなら
ば、篩等による分級により容易に得ることができる。そ
して、絶縁性接着剤層の厚みは最大粒径を有するフィラ
により所望する絶縁耐圧以上となるように規制される。

【００４５】（３）フィラをほぼ球状とした請求項１〜
請求項３及び前記技術的思想（１），（２）に記載の半
導体部品の実装構造。この構成によれば、ほぼ球状であるフィラが半導体部品
と（放熱用）金属部材との接着過程で絶縁性接着剤層の
厚み方向に重なり合う状態となったとしても、互いの球
面上を滑り合って共に被接着面上に配置されるので、フ
ィラが絶縁性接着剤層にその厚み方向に重なり合う状態
に配置されることを防止することができる。

【００４６】（４）フィラを無機材料とした請求項１〜
請求項３及び前記技術的思想（１）〜（３）に記載の半
導体部品の実装構造。この構成によれば、フィラは比較的に化学安定性が高い
無機材料からなるので、フィラと絶縁性接着剤層を構成
する接着剤材料との反応を回避することができ、フィラ
の分散性を良好とすることができる。また、無機材料に
は高絶縁性のものが比較的多く、フィラを高絶縁性の無
機材料とすれば、絶縁性接着剤層を一層高絶縁に形成す
ることができる。

【００４７】（５）絶縁性接着剤層のマトリックス部を
樹脂材料とした請求項１〜３及び前記技術的思想（１）
〜（４）に記載の半導体部品の実装構造。この構成によれば、樹脂材料は接着性及び絶縁性が良好
であるので、樹脂材料を絶縁性接着剤層のマトリックス
部の材質として使用することにより半導体部材と（放熱
用）金属部材とを強固に接着できるとともに、半導体部
材−（放熱用）金属部材間に高い絶縁性を付与すること
ができる。

【００４８】

【発明の効果】以上詳述したように請求項１に記載の発
明によれば、半導体部品と金属部材間の絶縁性接着剤層
中に、設定耐圧値を絶縁性接着剤材料の絶縁破壊耐圧値
で割って得られた値を、ほぼ粒径とする絶縁材料からな
るフィラを分散させたので、必要となる設定耐圧値以上
の耐圧を常に保証することができるという優れた効果を
奏する。

【００４９】また、請求項２に記載の発明によれば、半
導体部品と放熱用金属部材は比較的に薄い絶縁性接着剤
層を介するのみで直接的に接着されるので、半導体部品
の動作中に発生する熱を放熱用金属部材から効率良く放
熱することができる。

【００５０】さらに請求項３に記載の発明によれば、絶
縁性接着剤中に分散するフィラの粒径が半導体部品−金
属部材間の設定耐圧値を、絶縁性接着剤層の絶縁破壊耐
圧値で割った値にほぼ等しく設定されているので、形成
された絶縁性接着剤層は常に設定耐圧値以上を保証する
ことができるという優れた効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明を具体化した一実施例においてパワー素
子と金属ベースとの接着状態における模式断面図であ
る。

【図２】絶縁性接着剤層の模式断面図である。

【図３】実装基板の斜視図である。

【図４】別例における絶縁性接着剤層の模式断面図であ
る。

【図５】図４と異なる別例におけるフィラの粒度分布図
である。

【図６】図４及び図５と異なる別例における絶縁性接着
剤層の模式断面図である。

【図７】従来技術の半導体部品の実装構造における断面
図である。

【図８】同じく断面図である。

【符号の説明】

３…半導体部品としてのパワー素子、４…金属部材及び
放熱用金属部材としての金属べース、６…フィラ、７…
絶縁性接着剤層、８…マトリックス部、９…第２のフィ
ラとしてフィラ。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】半導体部品が金属部材に絶縁性接着剤層
を介して接着された半導体部品の実装構造において、前記絶縁性接着剤層を挟んで絶縁される前記半導体部品
と前記金属部材間の必要耐圧として設定された設定耐圧
値を、前記絶縁性接着剤層を形成する絶縁性接着剤材料
の絶縁破壊耐圧値で割って得られた値を、ほぼ粒径とす
る絶縁材料からなるフィラを前記絶縁性接着剤層中に分
散させた半導体部品の実装構造。
【請求項２】前記金属部材は放熱用金属部材である請
求項１に記載の半導体部品の実装構造。
【請求項３】半導体部品の実装のため該半導体部品と
金属部材とを接着させる絶縁性接着剤において、前記絶縁性接着剤により形成される絶縁性接着剤層を介
して絶縁される前記半導体部品と前記金属部材間に必要
耐圧として設定された設定耐圧値を、当該絶縁性接着剤
材料の硬化時の絶縁性接着剤層の絶縁破壊耐圧値で割っ
た値を、ほぼ粒径とする絶縁材料からなるフィラを含有
する絶縁性接着剤。