密封材料用有机硅树脂组合物及使用该组合物的功率半导体模块制造技术

本发明专利技术提供一种能够提高与绝缘电路基板的粘接性，且即使吸湿也能够防止气泡的产生、耐热性优异、也没有龟裂等问题的有机硅树脂组合物。将固化后的针入度为35～70、且与表面配置有Cu层的绝缘电路基板的粘接强度为50kPa～180kPa的有机硅树脂组合物作为功率半导体模块的密封材料来使用。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种作为功率半导体模块的密封材料来使用的密封材料用有机硅树脂组合物以及使用该组合物的功率半导体模块。
技术介绍
功率半导体元件被封装入散热性优异的封装体中，成为功率半导体模块，从而作为工业机械或运输机械等的功率转换器使用。通过图5，对通常的功率半导体模块的构造进行说明。功率半导体模块10具备半导体元件1、在绝缘基板2a的一方主面上具有第1金属层2b以及在另一方主面上具有第2金属层2c的绝缘电路基板2、金属板3、连接线4、外部端子5、壳体7和密封材料8。半导体元件1的背面通过粘接部件6a与绝缘电路基板2的第1金属层2b相粘接，绝缘电路基板2的第2金属层2c通过粘接部件6b与金属板3相粘接。半导体元件1所释放的热量按照粘接部件6a、第1金属层2b、绝缘基板2a、第2金属层2c、粘接部件6b、金属板3的顺序传递，进而从金属板3向未图示的冷却器传递来放热。第1金属层2b被分隔成多个岛状区域，通过连接线4相互连接，从而形成电路。进而，第1金属层2b以能够与外部电路进行电连接的方式通过粘接部件6a与外部连接端子5相粘接。为了保护半导体元件1和绝缘电路基板2免受外部环境的影响，将它们收纳于壳体7中，并且通过填充于壳体7内的硅胶等密封材料8来进行密封。在下述的专利文献1中，披露了通过改变构成有机硅氧烷的双官能硅氧烷单元与三官能硅氧烷单元的比例来得到分枝较多的有机聚硅氧烷与分枝较少的有机聚硅氧烷混合存在的、即使加热也不易发生剥离或龟裂的半导体模块密封材料。并且记载了拉伸剪切试验的结果和温度循环试验后的耐受电压的结果。另一方面，在专利文献2中，披露了通过脱醇缩合、脱酮缩合或脱氢缩合
交联而固化的封装用硅胶组合物。并且记载了即使将其暴露于通过火花放电生成的O3、NOX下300小时，表示硅胶硬度的针入度也几乎不发生变化。在专利文献3中，披露了在使用硅胶对半导体元件和绝缘电路基板进行密封后，进一步利用热塑性树脂(例如环氧树脂)对硅胶进行被覆的半导体模块的结构体。并且记载了在高温高湿试验(85℃、85％RH)后，使用超声成像装置进行观察，没有发现空隙、裂纹、剥离等缺陷。现有技术文献专利文献专利文献1：日本专利特开2012-36274号公报专利文献2：日本专利特开平8-269331号专利文献3：日本专利特开2008-270469号
技术实现思路
[本专利技术所要解决的技术问题]硅胶的透湿性较高，功率半导体模块的硅胶含有较多的水分。在高温高湿试验中经过加速的场合下，吸水率的增大更加明显。如图6所示，水分在硅胶(密封材料8)与绝缘电路基板2的界面9上粘接力较弱的部位汇集成气泡11，且随着硅胶从绝缘电路基板2上的剥离，气泡向箭头所指方向进一步增大。因此，硅胶中形成有气泡11的功率半导体模块10的耐受电压降低。然而，上述专利文献1和2中没有考虑有关硅胶吸湿时产生气泡的问题。另外，专利文献3中虽然表明能够耐受高温高湿试验，但是由于不是对硅胶进行改良，而是基于利用热塑性树脂来被覆的方法，因此具有工序数增加、生产性降低等其它问题。因此，本专利技术的目的在于提供一种能够提高与绝缘电路基板的粘接性且即使吸湿也能够防止气泡的产生、耐热性优异、也没有龟裂等问题的密封材料用有机硅树脂组合物及使用该组合物的功率半导体模块。[解决技术问题所采用的技术方案]为了到达上述目的，本专利技术的第1形态的密封材料用有机硅树脂组合物是用于作为功率半导体模块的密封材料的有机硅树脂组合物，其固化后的针入度
为35～70，且与表面配置有Cu层的绝缘电路基板的粘接强度为50kPa～180kPa。本专利技术的第1形态的密封材料用有机硅树脂组合物中，该有机硅树脂组合物含有相对于100质量份的下述主剂(A)为5质量份～20质量份的下述交联剂(B)和0.2质量份～3质量份的下述粘接改进剂(C)。(A)有机聚硅氧烷，所述有机聚硅氧烷由选自(CH2＝CH)SiO1.5单元、RSiO1.5单元、R(CH2＝CH)SiO单元、R2SiO单元、R3SiO0.5单元、R2(CH2＝CH)SiO0.5单元、以及RH(CH2＝CH)SiO0.5单元(R在这里表示与Si键合的烃基)的结构单元所构成，且分子中平均含有1.5个以上与Si原子相键合的乙烯基。(B)有机聚硅氧烷，所述有机聚硅氧烷由选自HSiO1.5单元、RSiO1.5单元、RHSiO单元、R2SiO单元、RH2SiO0.5单元、R2HSiO0.5单元、以及R3SiO0.5单元(R在这里表示与Si键合的烃基)的结构单元所构成，且分子中平均含有1.5个以上与Si原子相键合的H基。(C)有机聚硅氧烷，所述有机聚硅氧烷具有作为必要单元的H3SiO0.5单元，且由选自HSiO1.5单元、RSiO1.5单元、RHSiO单元、R2SiO单元、RH2SiO0.5单元、R2HSiO0.5单元、R3SiO0.5单元(R在这里表示与Si键合的烃基)的结构单元所构成，且分子中平均含有0.1个以上H3SiO0.5单元。本专利技术的第1形态的有机硅树脂组合物中，与上述(A)、上述(B)和上述(C)的Si相键合的烃基R优选既可以全部是甲基、也可以是甲基与苯基混合存在，但不全部是苯基。本专利技术的第2形态的功率半导体模块优选通过使上述有机硅树脂组合物固化来密封。专利技术的效果通过本专利技术的实施形态，能够抑制硅胶固化时的气泡成长，通过提高硅胶与绝缘电路基板的粘接性来防止因界面剥离而导致的气泡成长。结果，取得了提高功率半导体模块的耐受电压的作用效果。附图说明[图1]表示本专利技术实施形态所涉及的有机硅树脂组合物的针入度与粘接
强度的优选范围的图。[图2]表示本专利技术实施形态所涉及的交联剂的掺合量与针入度的关系的图。[图3]表示本专利技术实施形态所涉及的粘接改进剂的掺合量与粘接强度的关系的图。[图4]对本专利技术实施形态所涉及的粘接力测定方法进行说明的图。[图5]对常规功率半导体模块的构造进行说明的图。[图6]表示气泡产生的图。具体实施方式下面，通过专利技术的实施方式，对本专利技术的密封材料用有机硅树脂组合物进行具体说明。本专利技术的权利要求的范围不受以下的实施方式所限。本专利技术的密封材料用有机硅树脂组合物的特征在于，其固化后的针入度为35～70，且与表面配置有Cu层的绝缘电路基板的粘接强度为50kPa～180kPa。作为这样的有机硅树脂组合物，含有主剂(A)、交联剂(B)和粘接改进剂(C)，且优选使用还含有其它催化剂和有机溶剂的有机硅树脂组合物。主剂(A)是由选自(CH2＝CH)SiO1.5单元、RSiO1.5单元、R(CH2＝CH)SiO单元、R2SiO单元、R3SiO0.5单元、R2(CH2＝CH)SiO0.5单元、以及RH(CH2＝CH)SiO0.5单元(R在这里表示与Si键合的烃基)的结构单元所构成的有机聚硅氧烷，且分子中平均含有1.5个以上、优选为2～5个与Si原子相键合的乙烯基。聚硅氧烷的分子结构可以是直链状、分枝状、环状中的任一种，但是为了使加成聚合反应能够顺利地进行，优选为直链状。另外，与Si相键合的烃基R不作特别地限定，可以例举甲基、乙基等脂肪族饱和烃基；苯基等芳族烃基等，特别优选为甲基和苯基，但是如果使所有的R都为苯基，则会导致由有机聚硅氧烷固化而得到的硅胶的耐受电本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种密封材料用有机硅树脂组合物，该有机硅树脂组合物是用于作为功率半导体模块的密封材料的有机硅树脂组合物，其固化后的针入度为35～70，且与表面配置有Cu层的绝缘电路基板的粘接强度为50kPa～180kPa。

【技术特征摘要】
2015.05.11 JP 2015-0961971.一种密封材料用有机硅树脂组合物，该有机硅树脂组合物是用于作为功率半导体模块的密封材料的有机硅树脂组合物，其固化后的针入度为35～70，且与表面配置有Cu层的绝缘电路基板的粘接强度为50kPa～180kPa。2.如权利要求1所述的密封材料用有机硅树脂组合物，其特征在于，所述有机硅树脂组合物含有相对于100质量份的下述主剂(A)为5质量份～20质量份的下述交联剂(B)和0.2质量份～3质量份的下述粘接改进剂(C)，(A)有机聚硅氧烷，所述有机聚硅氧烷由选自(CH2＝CH)SiO1.5单元、RSiO1.5单元、R(CH2＝CH)SiO单元、R2SiO单元、R3SiO0.5单元、R2(CH2＝CH)SiO0.5单元、以及RH(CH2＝CH)SiO0.5单元的结构单元所构成，且分子中平均含有1.5个以上与Si原子相键合的乙烯基，上式中R表示与Si键合的烃基；(B)有机聚硅氧...

【专利技术属性】
技术研发人员：东馆诚，市村裕司，
申请(专利权)人：富士电机株式会社，
类型：发明
国别省市：日本;JP