專利名稱：絕緣片及其制造方法和使用了上述絕緣片的功率模塊的制作方法
技術領域：
本發明涉及在粘接性和熱傳導性方面優良的絕緣片及其制造方法和使用了上述絕緣片的功率模塊。
背景技術：
迄今為止，關于熱傳導性片，有作為粘接到電氣、電子部件等的發熱體上將來自上述發熱體的熱傳遞給熱沉構件使其散熱的熱傳導材料被使用的、熱傳導率大于等于10W/mK的、例如在銅或鋁等的金屬片或石墨片的至少單面上層疊了含有熱傳導充填劑并能在室溫下粘接的粘接層的熱傳導性片(例如，參照專利文獻1)。
專利文獻1特開2002-194306號公報(第1頁)但是，由于上述熱傳導性片由金屬片或石墨片等的片狀物和粘接層的多層構成，故在上述片狀物與粘接層之間存在金屬或石墨表面與粘接層的有機成分的界面，存在該界面中熱傳導性片的粘接力下降、熱傳導性、絕緣性能下降這樣的課題。
發明內容
本發明是為了解決這樣的課題而進行的，其目的在于得到防止粘接力的下降并在熱傳導性、絕緣性方面優良的絕緣片。此外，其目的在于得到上述絕緣片的制造方法和使用了上述絕緣片的功率模塊。
與本發明有關的第1絕緣片是在以熱硬化性樹脂為主要成分的粘接劑成分中充填充填構件而構成的絕緣片，上述絕緣片的粘接面區域的熱傳導率比上述絕緣片的上述粘接面區域以外的內部區域的熱傳導率小。
本發明的第1絕緣片是在以熱硬化性樹脂為主要成分的粘接劑成分中充填充填構件而構成的絕緣片，由于上述絕緣片的粘接面區域的熱傳導率比上述絕緣片的上述粘接面區域以外的內部區域的熱傳導率小，故具有防止粘接力的下降并在熱傳導性方面優良這樣的效果。
圖1是本發明的實施形態1的絕緣片的說明圖。
圖2是示出與本發明的實施形態1有關的、因熱傳導率引起的相對粘接強度的變化的特性圖。
圖3是示出與本發明的實施形態1有關的、因熱傳導率引起的絕緣破壞電場的變化的特性圖。
圖4是示意性地示出了本發明的實施形態2的絕緣片的說明圖。
圖5是示意性地示出了本發明的實施形態2的另一絕緣片的說明圖。
圖6是示意性地示出了與本發明的實施形態3的絕緣片有關的充填材料的充填狀態的說明圖。
圖7是示意性地示出本發明的實施形態4的絕緣片的說明圖。
圖8是示意性地示出本發明的實施形態5的絕緣片的說明圖。
圖9是本發明的實施形態6的絕緣片的制造方法中的層疊工序的說明圖。
圖10是本發明的實施形態7的絕緣片的制造方法中的層疊工序的說明圖。
圖11是本發明的實施形態8的功率模塊的結構圖。
圖12是本發明的實施形態8的功率模塊的結構圖。
圖13是本發明的實施形態8的功率模塊的結構圖。
圖14是本發明的實施形態9的功率模塊的結構圖。
具體實施例方式
實施形態1.
圖1是本發明的實施形態1的絕緣片的說明圖，是用于安裝了功率半導體元件1的引線框(導電構件)2與熱沉構件6的粘接的情況。本實施形態的絕緣片7用在以環氧樹脂等的熱硬化性樹脂為主要成分的粘接劑成分中分散了充填構件的材料來構成，但上述充填構件在粘接劑成分中不是一樣地被分散了，在將絕緣片7定為主要有助于引線框(導電構件)2與熱沉構件6的粘接的區域(在從絕緣片7的粘接面7a到絕緣片的內部的區域中，將該區域稱為粘接面區域7b，在由熱硬化性樹脂構成的片中，從粘接面起0.1～1000μm的厚度相當于該區域)和上述粘接面區域以外的區域(將該區域稱為內部區域7c)的情況下，通過將粘接面區域7b中的充填材料的充填率定為比內部區域7c中的充填率小以防止粘接力的下降的范圍、將內部區域7c中的充填材料的充填率定為呈現優良的熱傳導率的范圍，可得到在熱傳導性和絕緣性方面優良的絕緣片。
伴隨功率模塊的大電流化、高速化，功率半導體元件的發熱量越來越增大，另一方面，要求功率模塊的小型化、高生產性，為了提高散熱效率，希望使用熱傳導率高的金屬作為熱沉構件，但安裝功率半導體元件并取得電連接的導電構件與熱沉構件的絕緣是必要的，介入導電構件與熱沉構件之間被使用的、在絕緣性和熱傳導性方面優良的同時在導電構件與熱沉構件的粘接性方面也優良的絕緣片是必要的。
圖2是示出與本實施形態有關的、因熱傳導率引起的相對粘接強度的變化的特性圖。
為了使絕緣片的熱傳導率變化而調整絕緣片中的充填構件的充填量。例如在銅基體材料上形成既定熱傳導率的絕緣片，測定上述絕緣片與銅基體材料的粘接強度，但上述絕緣片的與銅基體材料的粘接強度作為將只使用了不含有充填構件的粘接劑成分的絕緣片(熱傳導率為0.2W/mK)的粘接強度定為100％的相對粘接強度來示出。
從圖2可明白，如果充填構件的充填量增加，則熱傳導率增加，但如果充填量增加、熱傳導率超過8W/mK，則充填構件與粘接劑成分的有機成分的界面就增加，由于空洞等的缺陷增加，故粘接力開始下降，如果熱傳導率大于等于10W/mK，則粘接力急劇地下降。
此外，圖3是示出使熱傳導率如上述那樣變化了的1mm厚的絕緣片的絕緣破壞電場的因熱傳導率引起的變化的特性圖，但如圖3中所示，如果充填構件的添加量增加，則熱傳導率增加，但如果充填量增加、熱傳導率超過15W/mK，則充填構件與粘接劑成分的有機成分的界面就增加，由于空洞等的缺陷增加，故絕緣破壞電場開始下降，如果熱傳導率大于等于16W/mK，則可知絕緣破壞電場急劇地下降。
因此，從圖2、3可知，如果打算在上述粘接劑成分中一樣地充填了上述充填構件來得到例如大于等于10W/mK的高熱傳導性的絕緣片，則破壞電場是足夠的，但粘接強度下降了。此外，如果打算用一樣地充填了充填構件的材料來得到充分的粘接強度和破壞電場，則熱傳導率大幅度地低于10W/mK。
根據以上所述，為了作成粘接性高、絕緣性能優良、而且與以前的材料相比約大于等于10W/mK的高熱傳導性的片，通過將主要具有與導電構件或熱沉構件粘接的功能的面區域(粘接面區域)作成小于等于10W/mK的熱傳導率、最好小于等于8W/mK的熱傳導率且粘接力高那樣的組成、將粘接面區域以外的內部區域作成10～16W/mK的熱傳導率高的組成，使粘接面區域的熱傳導率比內部區域的熱傳導率小，與用均勻的充填率的組成的材料制作絕緣片的情況相比，可一同滿足粘接性、絕緣性和熱傳導性的特性。
再有，關于與本實施形態的絕緣片有關的充填構件，例如在絕緣片中以下述的方式來充填，即，隨著從粘接面朝向上述片內部，充填率依次增加，使充填構件的充填率傾斜，隨著從絕緣片的粘接面朝向內部方向離開，熱傳導率依次變大，或在上述粘接面區域7b和內部區域7c中，以使充填構件的充填率階梯狀地變化的方式來充填，使絕緣片的粘接面區域中的熱傳導率與絕緣片的粘接面區域以外的內部區域的熱傳導率呈階梯狀地不同。
作為與本實施形態的絕緣片有關的充填構件，可使用扁平狀或粒子狀的充填材料或具有貫通孔的片。
所謂扁平狀充填材料，是具有將立體物壓塌那樣的扁平形狀的充填材料，是厚度薄、具有長邊和短邊的長方體的形狀的充填材料，剖面不限于四角形，可以是其它的多角形，也可以角多少被倒圓的橢圓形。此外，也可以是長邊與短邊相等的正四角形、正多角形、圓形。可以在制造工序中將其壓塌來制作，也可以是原來的形狀，有氧化鋁、氮化硼、碳化硅、云母等，也可使用2種或2種以上這些材料。
作為粒子狀充填材料，大致球形的材料是較為理想的，但也可以是被粉碎了的那樣的形狀、多面形狀。作為材質，可以使用氧化鋁、氧化硅、氮化硅、氮化鋁、碳化硅、氮化硼等。
再者，作為粒子狀充填材料，也可以是使上述扁平狀充填材料或粒子狀充填材料凝集了的材料。
作為具有貫通孔的片，可使用具有貫通孔的導電性的金屬片、具有貫通孔的陶瓷片、具有貫通孔且利用金屬涂覆了上述貫通孔的陶瓷片或具有貫通孔且利用金屬涂覆了上述貫通孔的玻璃層疊板，因貫通孔的緣故，粘接劑成分在絕緣片內是連續的，可防止因界面不連續導致的剝離等。再有，具有貫通孔的金屬片等的導電性的充填構件，最好不用于粘接面區域，而最好用于內部區域，特別是作為內部區域厚度方向的中央部區域的核心區域，在絕緣性的穩定方面是較為理想的。
作為成為與本實施形態的絕緣片有關的粘接劑成分的主要成分的熱硬化性樹脂，例如可使用環氧樹脂，具體地說，可舉出液狀雙酚A型環氧樹脂{商品名Epikote 828，Japan Epoxy(株)制}、液狀雙酚F型環氧樹脂{商品名Epikote 807，Japan Epoxy(株)制}、固形雙酚A型環氧樹脂{商品名Epikote 1001，Japan Epoxy(株)制}、正甲酚酚醛型環氧樹脂{商品名EOCN-102S，日本化藥(株)制}、苯酚酚醛型環氧樹脂{商品名Epikote 152，Japan Epoxy(株)制}、脂環脂肪族環氧樹脂{商品名CY179，Vantico(株)制}、縮水甘油基氨基苯酚系列環氧樹脂{商品名ELM100，住友化學工業(株)制}、特殊多官能環氧樹脂{商品名EPPN501，日本化藥(株)制}，也可合并使用2種或2種以上上述的環氧樹脂。
此外，作為硬化劑，可使用甲基四氫化鄰苯二甲酸酐、甲基六氫化鄰苯二甲酸酐、HIMIC酸酐(5-降冰片烯-2，3-二元羧酸酐)等的脂環式酸酐、十二碳烯基琥珀酸酐等的脂肪族酸酐、鄰苯二甲酸酐、偏苯三酸酐等的芳香族酸酐、雙氰胺、己二酸二酰肼等的有機二酰肼、三(二甲基氨基甲基)苯酚、二甲基芐基胺、1，8-三氮雜二環(5，4，0)十一碳烯及其衍生物、2-甲基咪唑、2-乙基-4-甲基咪唑、2-苯基咪唑等的咪唑類，作成固形的片，也可合并使用2種或2種以上上述的硬化劑。
此外，作為粘度調整材料，可適當地使用丙酮、甲苯等的有機溶媒。
實施形態2.
圖4是示意性地示出了本發明的實施形態2的絕緣片7的說明圖，將由扁平狀充填材料71和粒子狀充填材料72構成的充填構件分散在粘接劑成分70中構成，由于是絕緣片7在兩面具有粘接面7a的情況，故絕緣片7的上下面區域成為粘接面區域7b，粘接面區域7b中的充填構件的充填率比內部區域7c中的充填構件的充填率小，調整了充填構件的充填率，使得粘接面區域7b和內部區域7c的熱傳導率成為實施形態1中示出的范圍。
再有，在圖4(a)中以下述的方式進行了充填從絕緣片的粘接面朝向內部方向(中央部)，上述充填構件的充填率依次連續地增加。
此外，圖4(b)是調整由充填構件的扁平狀充填材料71和粒子狀充填材料72構成的充填構件的對于總體積的充填率使粘接面區域7b和內部區域7c的熱傳導率呈階梯狀地變化了的結構，粘接面區域7b中的充填構件的充填率比內部區域7c小，將粘接面區域7b和內部區域7c的熱傳導率定為實施形態1中示出的熱傳導率的范圍。
利用上述的結構，本實施形態的絕緣片7利用熱硬化性樹脂成分充分的粘接面區域7b來維持粘接性，在內部區域7c中可確保熱傳導性。因此，與單獨地使用為了得到高的熱傳導率通過提高充填構件的充填率使粘接性或絕緣性能顯著地下降了的絕緣片相比，可得到兼顧了粘接性和高熱傳導性的絕緣片。
圖5是示意性地示出了本發明的實施形態2的另一絕緣片7的說明圖，在只在絕緣片7的一個面上具有粘接面7a的情況下，粘接面一側是粘接面區域7b，另一面一側是內部區域7c，作為只在單面上需要粘接性的片結構，可合適地使用。
實施形態3.
圖6是示意性地示出了與本發明的實施形態3的絕緣片有關的充填材料的充填狀態的說明圖，圖中箭頭是絕緣片的厚度方向，(a)是混合地存在扁平狀充填材料71和粒子狀充填材料72作為充填構件的情況，(b)是只使用了扁平狀充填材料71的情況。
即，本實施形態的絕緣片，除了在實施形態1中共同使用扁平狀充填材料71和粒子狀充填材料72{圖6(a)}或只使用扁平狀充填材料71{圖6(b)}外，與實施形態1是同樣的，如果共同使用扁平狀充填材料71和粒子狀充填材料72，則在絕緣片中，粒子狀充填材料支撐扁平狀充填材料，在絕緣片的厚度方向上，在長邊方向上使扁平狀充填材料取向。因而，由于厚度方向的散熱特性顯著地提高，同時扁平狀充填材料的重疊減少了，故可增大充填量。
此外，在如(b)那樣只使用了扁平狀充填材料71的情況下，在絕緣片中，由于扁平狀充填材料重合地取向，故可提高絕緣破壞電場等的絕緣性能。
實施形態4.
圖7是示意性地示出本發明的實施形態4的絕緣片7的說明圖，圖7(a)是在粘接劑成分70中一樣地充填了充填材料71、72使得熱傳導率成為實施形態1中的粘接面區域中的范圍的絕緣片中，在內部區域7c中在作為厚度方向的中央部區域的核心區域中配置了具有貫通孔74的在熱傳導性方面優良的金屬片73作為充填構件的結構，圖7(b)是在實施形態2的絕緣片的內部區域7c的中央部(核心區域)中設置了上述金屬片73作為充填構件的結構，上述金屬片73等的導電性的充填構件，與用于粘接面區域相比，用于內部區域、其中特別是用于核心區域的做法，在絕緣性的穩定方面是較為理想的。此外，在本實施形態中，由于在金屬片73的貫通孔中樹脂都是連續的，故可防止在絕緣片內的金屬片與熱硬化性樹脂的界面不連續，防止界面中的剝離。
再有，在使用了上述實施形態1-4的絕緣片7的粘接中，為了進一步提高粘接強度，也可使粘接劑成分含有偶合劑。
作為偶合劑，例如有γ-環氧丙氧基丙基三甲氧基硅烷、N-β-(氨乙基)-γ-氨基丙基三乙氧基硅烷、N-苯基-γ-氨基丙基三甲氧基硅烷、γ-巰丙基三甲氧基硅烷等。也可合并使用2種或2種以上上述的偶合劑。
實施形態5.
圖8是示意性地示出本發明的實施形態5的絕緣片7的說明圖，由于在實施形態2的絕緣片的內部區域7c中的厚度方向的中央部區域的核心區域中配置了具有貫通孔74并在上述貫通孔的表面上涂覆了銅等金屬層75的例如玻璃層疊板等的絕緣板76作為充填構件，故利用涂覆了的銅75對上述貫通孔賦予熱傳導，在上述貫通孔中樹脂是連續的，可防止界面不連續、界面中的剝離。再有，通過使用上述絕緣板，如下述那樣，可防止在絕緣片的制作工序中的硬化時受到了的壓力或因樹脂的收縮引起的應力。
實施形態6.
圖9是本發明的實施形態的絕緣片的制造方法中的層疊工序的說明圖，圖中，箭頭表示層疊方向。
即，在銅等的基體材料21上依次形成由成為粘接面區域的第1絕緣片組成物構成的第1層17b、由成為內部區域的第2絕緣片組成物構成的第2層17c和由成為粘接面區域的第1絕緣片組成物構成的第1層17b，得到A或B級狀態的層疊體7e{圖9(a)}。
此外，將2片在上述基體材料21上依次形成了由成為粘接面區域的第1絕緣片組成物構成的第1層17b和由成為內部區域的第2絕緣片組成物構成的第2層17c的層疊體貼合，得到A或B級狀態的層疊體7e{圖9(b)}。
此外，將上述基體材料21上形成了由成為粘接面區域的第1絕緣片組成物構成的第1層17b的層疊體粘貼到由成為內部區域的第2絕緣片組成物構成的第2層17c上，得到A或B級狀態的層疊體7e{圖9(c)}。
再有，成為上述粘接面區域的第1絕緣片組成物中的充填構件的充填率比成為內部區域的第2絕緣片組成物中的充填構件的充填率小，利用熱硬化，各絕緣片組成物的熱傳導率成為實施形態1中示出的熱傳導率的范圍。
如果對如上述那樣得到了的粘接劑成分為A或B級狀態的層疊體7e進行加壓，則由成為粘接面區域的第1絕緣片組成物構成的第1層17b與由成為內部區域的第2絕緣片組成物構成的第2層17c的樹脂互相被混合，消除了界面，得到絕緣片整體成為連續的層的本實施形態的絕緣片，但通過如上述那樣進行片化，由于熱傳導率低的空氣被壓出，多孔的缺陷被消除，故不僅可高效地傳遞熱，熱傳導率提高了，而且具有作為絕緣特性中的缺陷的空洞等的空隙也被改善、抑制了電暈的發生、可提高絕緣性能的效果。
實施形態7.
圖10是本發明的實施形態7的絕緣片的制造方法中的層疊工序的說明圖，圖示箭頭是層疊方向。
即，準備2片在脫模膜上涂敷了在粘接劑成分中分散了充填構件的絕緣片組成物的材料，在上述涂敷狀態下，根據充填構件的比重的差別，利用充填構件的沉降速度的差別調整了充填構件的分布，使得粘接面區域7b和內部區域7c成為實施形態1中示出的熱傳導率的范圍，在此之后，除去上述脫模膜，將上述材料進行貼合，使得充填構件濃度朝向中心而變高，得到了層疊體7e，與實施形態6同樣地進行加壓，絕緣片組成物的樹脂互相被混合，消除了界面，可得到絕緣片整體成為連續的層的本實施形態的絕緣片。
通過這樣進行片化，由于熱傳導率低的空氣被壓出，多孔的缺陷被消除，故不僅可高效地傳遞熱，熱傳導率提高了，而且具有作為絕緣特性中的缺陷的空洞等的空隙也被改善、抑制了電暈的發生、可提高絕緣性能的優點。
實施形態8.
圖11、圖12和圖13是本發明的實施形態8的功率模塊的結構圖，功率半導體元件1被安裝在引線框(導電構件)2上，上述實施形態1-7的絕緣片的硬化體77被粘接到導電構件2和熱沉構件6上來設置，用金屬線5與另外被安裝在引線框2上的控制用半導體元件4連接，上述結構構件成為用模塑樹脂10密封了的結構。
再有，將上述實施形態的絕緣片作成A或B級狀態的半硬化狀態的固形片，配置在引線框2與熱沉構件6之間，如果使其加熱硬化，則能以良好的生產性粘接引線框2與熱沉構件6。也可在由模塑樹脂10進行的密封工序中同時進行由絕緣片的硬化反應進行的引線框2與熱沉構件6的粘接工序。
作為密封功率模塊的模塑樹脂10，例如使用環氧樹脂等的熱硬化性樹脂即可。作為引線框2的材料，可使用銅或鋁金屬。此外，作為熱沉構件6，可使用銅、鋁等的金屬或其合金，或可使用氧化鋁等的陶瓷。
本實施形態的功率模塊的粘接熱沉構件6與導電構件2的絕緣片的硬化體77具有在以前的絕緣性熱傳導性樹脂片中沒有的優良的熱傳導性、粘接性和絕緣性，可實現功率模塊的小型化和高容量化。
此外，如圖12中所示，如果絕緣片的硬化體77覆蓋金屬制熱沉構件或氧化鋁等的絕緣板，則由于可減小與模塑樹脂10的熱膨脹率差，故可防止剝離。
此外，由于上述絕緣片可達到高熱傳導率，故可兼作熱沉構件6，顯示出良好的散熱特性，如圖13中所示，圖5中示出的絕緣片7的硬化體77也可作成兼作熱沉構件的一層結構，可減小與模塑樹脂10的熱膨脹率差。因此，也可進一步抑制裂紋的發生等。
實施形態9.
圖14是本發明的實施形態9的功率模塊的結構圖，是管殼類型的功率模塊。
即，設置熱沉構件6、在熱沉構件6的表面上被設置了的電路基板8、在該電路基板8上被安裝了的功率半導體元件1、在熱沉構件6的周圍邊緣部上被粘接了的管殼9、被注入到管殼內以密封電路基板8和功率半導體元件1等的注模樹脂4以及粘接到與設置了熱沉構件6的電路基板8的面相對的相反一側的面上的實施形態1～7的絕緣片的硬化體77，利用該硬化體77粘接了熱沉構件6與散熱器11。
本實施形態的功率模塊的粘接熱沉構件6與散熱器11的絕緣片的硬化體77具有在以前的絕緣性熱傳導性樹脂片中沒有的優良的熱傳導性、粘接性和絕緣性，可實現功率模塊的小型化和高容量化。
實施例實施例1.
如表1中所示，在由100重量份的雙酚A型環氧樹脂{商品名Epikote 828，Japan Epoxy Resin(株)制}和1重量份的硬化促進劑的1-氰乙基-2-甲基咪唑{商品名Curesol 2PN-CN，四國化成工業(株)制}構成的粘接劑成分中添加200重量份的丁酮，其次，添加并混合由作為扁平狀充填材料的143重量份的7μm氮化硼{商品名GP，電氣化學工業(株)制}和作為粒子狀充填材料的201重量份的5μm氮化硅{商品名SN-7，電氣化學工業(株)制}構成的充填構件，用三滾筒捏合機進行捏制后，進行真空脫泡，得到絕緣片組成物A。
再有，絕緣片組成物A中的除丁酮外的粘接劑成分和充填構件的對于全部體積的充填構件的比例(充填構件/絕緣片)是60體積％。此外，氮化硼與氮化硅的體積比率是1∶1。
表1
在厚度100μm的進行了單面脫模處理的聚對苯二甲酸乙二酯片的脫模處理面上用刮漿法涂敷上述絕緣片組成物A，在30分靜置使充填構件沉降了后，在110℃下進行5分鐘加熱干燥，在上述絕緣片組成物A涂膜面上設置另外的聚對苯二甲酸乙二酯片將其夾住，制作厚度為55μm的B級狀態的層疊體。
接著，準備2片上述B級狀態的層疊體，剝下各自的聚對苯二甲酸乙二酯片的脫模處理面，如圖10中所示，使剝離的面重合，在130℃下用80kgf/cm2的壓力進行真空加壓，得到全部厚度約200μm的本發明的實施例的絕緣片，測定上述絕緣片的厚度方向的熱傳導率，在表2中示出結果。再有，用激光閃光法測定了熱傳導率。
此外，將與上述同樣地制作了的絕緣片夾在2mm厚的銅板中，制作了粘接性試驗片，在50mm/秒下測定了銅板與絕緣片的拉伸強度。此外，也測定上述絕緣片的破壞電場，在表2中示出結果。
表2
實施例2.
調整表1中示出的絕緣片組成物A和與實施例1同樣地調整表1中示出的絕緣片組成物B。再有，絕緣片組成物B中的氮化硼與氮化硅的體積比率與上述絕緣片組成物A同樣，是1∶1，通過如表1中所示那樣調整絕緣片組成物中的除丁酮外的粘接劑成分和充填構件的對于全部體積的充填構件的比例(充填構件/絕緣片)，可將如下述那樣得到的本實施例的絕緣片內的熱傳導率調整為上述實施形態中示出的既定范圍內。
在厚度100μm的進行了單面脫模處理的聚對苯二甲酸乙二酯片的脫模處理面上用刮漿法涂敷絕緣片組成物B，在110℃下進行5分鐘加熱干燥，得到35μm厚的絕緣片B層(成為粘接面區域的層)，再在其上用刮漿法涂敷絕緣片組成物A，層疊90μm厚的絕緣片A層(成為內部區域的層)，制作了B級狀態的層疊體。
接著，準備2片上述B級狀態的層疊體，使各自的絕緣片A層面重合，得到圖9(b)中示出的層疊體，在130℃下用80kgf/cm2的壓力進行真空加壓，得到全部厚度約210μm的本發明的實施例的絕緣片。
與實施例1同樣地評價所得到的絕緣片的熱傳導率，將與上述同樣地制作了的絕緣片夾在2mm厚的銅板中，制作了粘接性試驗片，在50mm/秒下測定了銅板與絕緣片的拉伸強度。此外，也測定上述絕緣片的破壞電場，在表2中示出結果。
實施例3.
調整了表1中示出的絕緣片組成物A、絕緣片組成物B和絕緣片組成物C。再有，絕緣片組成物C中的氮化硼與氮化硅的體積比率與上述絕緣片組成物A同樣，是1∶1，通過如表1中所示那樣調整絕緣片組成物中的除丁酮外的粘接劑成分和充填構件的對于全部體積的充填構件的比例(充填構件/絕緣片)，可將本實施例的絕緣片內的熱傳導率調整為上述實施形態中示出的既定范圍內。
首先，在厚度100μm的進行了單面脫模處理的聚對苯二甲酸乙二酯片的脫模處理面上用刮漿法涂敷絕緣片組成物C，在110℃下進行5分鐘加熱干燥，得到了5～7μm厚的絕緣片C層。進而，在其上層用刮漿法涂敷絕緣片組成物B，在110℃下進行5分鐘加熱干燥，得到了25μm厚的絕緣片B層。進而，在其上層用刮漿法涂敷絕緣片組成物A，進行加熱干燥，層疊了85μm厚的絕緣片A層，制作了B級的層疊體。
接著，準備2片上述B級狀態的層疊體，使各自的絕緣片A層面重合，在130℃下進行真空加壓，得到全部厚度約220μm的本發明的實施例的絕緣片。
與實施例1同樣地評價所得到的絕緣片的熱傳導率，將與上述同樣地制作了的絕緣片夾在2mm厚的銅板中，制作了粘接性試驗片，在50mm/秒下測定了拉伸強度。此外，也測定絕緣片的破壞電場，在表2中示出結果。
實施例4.
調整了表1中示出的絕緣片組成物A、絕緣片組成物B。
接著，在厚度100μm的進行了單面脫模處理的聚對苯二甲酸乙二酯片的脫模處理面上用刮漿法涂敷所得到的絕緣片組成物B，在110℃下進行5分鐘加熱干燥，進而，在其上層用刮漿法涂敷絕緣片組成物A，進行加熱干燥，得到了與實施例2相同厚度的B級的層疊體。
接著，準備2片上述B級狀態的層疊體，在各自的絕緣片A層面之間夾入以1mm間隔形成有直徑0.5mm的貫通孔的50μm厚的銅片，在130℃下進行真空加壓，制作了在圖7(b)的形態中示出的全部厚度為220μm的本發明的實施例的絕緣片。
與實施例1同樣地評價所得到的絕緣片的熱傳導率，此外，將與上述同樣地制作了的絕緣片夾在2mm厚的銅板中，制作了粘接性試驗片，在50mm/秒下測定了拉伸強度。此外，也測定絕緣片的破壞電場，在表2中示出結果。
實施例5.
調整了表1中示出的絕緣片組成物A、絕緣片組成物B。
接著，在厚度100μm的進行了單面脫模處理的聚對苯二甲酸乙二酯片的脫模處理面上用刮漿法涂敷所得到的絕緣片組成物B，在110℃下進行5分鐘加熱干燥，進而，在其上層用刮漿法涂敷絕緣片組成物A，進行加熱干燥，得到了與實施例2相同厚度的B級的層疊體。
接著，準備2片上述B級狀態的層疊體，在各自的絕緣片A層面之間夾入以2mm間隔形成有直徑1mm的貫通孔的100μm厚的氧化鋁片，在130℃下進行真空加壓，制作了全部厚度為300μm的本發明的實施例的絕緣片。
與實施例1同樣地評價所得到的絕緣片的熱傳導率，此外，將與上述同樣地制作了的絕緣片夾在2mm厚的銅板中，制作了粘接性試驗片，在50mm/秒下測定了拉伸強度。此外，也測定絕緣片的破壞電場，在表2中記述了結果。
實施例6.
調整了表1中示出的絕緣片組成物A、絕緣片組成物B。
接著，在厚度100μm的進行了單面脫模處理的聚對苯二甲酸乙二酯片的脫模處理面上用刮漿法涂敷所得到的絕緣片組成物B，在110℃下進行5分鐘加熱干燥，進而，在其上層用刮漿法涂敷絕緣片組成物A，進行加熱干燥，得到了與實施例2相同厚度的B級的層疊體。
接著，準備2片上述B級狀態的層疊體，在各自的絕緣片A層面之間夾入以2mm間隔形成有直徑0.5mm的貫通孔并在上述貫通孔的表面上涂覆了銅的0.8mm厚的玻璃層疊板，在130℃下進行真空加壓，制作了全部厚度約為1mm的本發明的實施例的絕緣片。
與實施例1同樣地評價所得到的絕緣片的熱傳導率，將與上述同樣地制作了的絕緣片夾在2mm厚的銅板中，制作了粘接性試驗片，在50mm/秒下測定了拉伸強度。此外，也測定絕緣片的破壞電場，在表2中記述了結果。
比較例1.
使用表1中示出的絕緣片組成物A，制作了200μm厚的熱傳導性粘接膜。
與實施例1同樣地評價所得到的熱傳導性粘接膜。此外，將與上述同樣地制作了的熱傳導性粘接膜夾在2mm厚的銅板上，制作了粘接性試驗片，與實施例1同樣地在50mm/秒下測定了拉伸強度。此外，也測定熱傳導性粘接膜的破壞電場，在表2中記述了結果。
比較例2.
使用表1中示出的絕緣片組成物B，制作了200μm厚的熱傳導性粘接膜。
使用所得到的熱傳導性粘接膜與實施例1同樣地評價了熱傳導率。此外，將與上述同樣地制作了的熱傳導性粘接膜夾在2mm厚的銅板上，制作了粘接性試驗片，與實施例1同樣地在50mm/秒下測定了拉伸強度。此外，也測定熱傳導性粘接膜的破壞電場，在表2中記述了結果。
從表2示出了，本發明的實施例的絕緣片在粘接強度方面優良，同時可有效地兼顧熱傳導性和絕緣性。
權利要求
1.一種在以熱硬化性樹脂為主要成分的粘接劑成分中充填充填構件而構成的絕緣片，其特征在于上述絕緣片的粘接面區域的熱傳導率比上述絕緣片的上述粘接面區域以外的內部區域的熱傳導率小。
2.如權利要求1中所述的絕緣片，其特征在于絕緣片的粘接面區域的熱傳導率是0.2～10W/mK，絕緣片的內部區域的熱傳導率是10～16W/mK。
3.如權利要求1中所述的絕緣片，其特征在于粘接面區域中的充填構件的充填率比內部區域中的充填構件的充填率小，利用各區域的充填構件的充填率來調整粘接面區域和內部區域的熱傳導率。
4.如權利要求1中所述的絕緣片，其特征在于隨著從絕緣片的粘接面朝向內部方向離開，熱傳導率依次變大。
5.如權利要求1中所述的絕緣片，其特征在于絕緣片的粘接面區域中的熱傳導率與絕緣片的粘接面區域以外的內部區域的熱傳導率呈階梯狀地不同。
6.如權利要求1中所述的絕緣片，其特征在于充填構件是扁平狀或粒子狀的充填構件，是氧化鋁、氮化硼和碳化硅的至少1種。
7.如權利要求1中所述的絕緣片，其特征在于在絕緣片的內部區域中充填了具有貫通孔的陶瓷片、具有貫通孔并利用金屬涂覆了上述貫通孔的陶瓷片或具有貫通孔并利用金屬涂覆了上述貫通孔的玻璃層疊板作為充填構件。
8.如權利要求1中所述的絕緣片，其特征在于在絕緣片的內部區域中，在作為厚度方向的中央部區域的核心區域中充填導電性的充填構件。
9.如權利要求8中所述的絕緣片，其特征在于導電性的充填構件是具有貫通孔的導電性金屬片。
10.如權利要求1中所述的絕緣片，其特征在于粘接劑成分是A或B級狀態。
11.一種絕緣片的制造方法，其特征在于，具備下述工序使用含有以熱硬化性樹脂為主要成分的粘接劑成分和充填構件并通過熱硬化使熱傳導率為0.2～10W/mK的第1絕緣片組成物、和含有以熱硬化性樹脂為主要成分的粘接劑成分和充填構件并通過熱硬化使熱傳導率為10～16W/mK的第2絕緣片組成物，得到在由上述第1絕緣片組成物構成的第1層上設置了由上述第2絕緣片組成物構成的第2層的A或B級狀態的層疊體的工序；以及對上述A或B級狀態的層疊體進行加壓處理以使上述第1、第2層的粘接劑成分互相混合的工序。
12.如權利要求11中所述的絕緣片的制造方法，其特征在于在加壓處理的工序之前，具有把第1、第2A級或B級狀態的層疊體的第2層相互貼合的工序。
13.一種功率模塊，其特征在于，具備功率半導體元件；安裝了該功率半導體元件的導電構件；在該導電構件的與安裝了上述功率半導體元件的面相反一側的面上粘接設置了的權利要求1中所述的絕緣片的硬化體；以及在該絕緣片的硬化體上粘接設置了的熱沉構件。
14.一種功率模塊，其特征在于，具備功率半導體元件；安裝了該功率半導體元件的電路基板；設置了該電路基板的熱沉構件；粘接于該熱沉構件的周圍邊緣部上的管殼；注入到該管殼內部以密封上述電路基板和上述功率半導體元件的注模樹脂；在上述熱沉構件的與設置了上述電路基板的面相反一側的面上粘接設置了的權利要求1中所述的絕緣片的硬化體；以及在該絕緣片的硬化體上粘接設置了的散熱器。
全文摘要
本課題的目的在于得到防止粘接力的下降并在熱傳導性、絕緣性方面優良的絕緣片。絕緣片7用于安裝了功率半導體元件1的引線框2與熱沉構件6的粘接，是在以環氧樹脂等的熱硬化性樹脂為主要成分的粘接劑成分中分散了充填材料的絕緣片，在將絕緣片7定為主要有助于引線框2與熱沉構件6的粘接的區域(粘接面區域7b在由熱硬化性樹脂構成的片中，從粘接面起0.1～1000μm的厚度相當于該區域)和上述粘接面區域以外的區域(內部區域7c)的情況下，通過將粘接面區域7b中的充填材料的充填率定為比內部區域7c中的充填率小以防止粘接力的下降的范圍、將內部區域7c中的充填材料的充填率定為呈現優良的熱傳導率的范圍，使粘接面區域的熱傳導率比內部區域的熱傳導率小。
文檔編號H01L25/07GK1819163SQ20061000241
公開日2006年8月16日 申請日期2006年1月27日 優先權日2005年1月27日
發明者伊藤浩美, 山田直志, 山本圭, 藤岡弘文, 菊池巧, 八代長生 申請人:三菱電機株式會社