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Isolierender Flächenkörper und Verfahren zu seiner Herstellung und den Isolierenden Flächenkörper aufweisendes Leistungsmodul - Dokument DE102006004015A1
 
PatentDe  


Dokumentenidentifikation DE102006004015A1 17.08.2006
Titel Isolierender Flächenkörper und Verfahren zu seiner Herstellung und den Isolierenden Flächenkörper aufweisendes Leistungsmodul
Anmelder Mitsubishi Denki K.K., Tokyo, JP
Erfinder Ito, Hiromi, Tokyo, JP;
Yamada, Naoshi, Tokyo, JP;
Yamamoto, Kei, Tokyo, JP;
Fujioka, Hirofumi, Tokyo, JP;
Kikuchi, Takumi, Tokyo, JP;
Yashiro, Osamu, Tokyo, JP
Vertreter Meissner, Bolte & Partner GbR, 80538 München
DE-Anmeldedatum 27.01.2006
DE-Aktenzeichen 102006004015
Offenlegungstag 17.08.2006
Veröffentlichungstag im Patentblatt 17.08.2006
IPC-Hauptklasse C08J 5/12(2006.01)A, F, I, 20060425, B, H, DE
IPC-Nebenklasse H01L 23/36(2006.01)A, L, I, 20060425, B, H, DE   H01L 25/07(2006.01)A, L, I, 20060425, B, H, DE   
Zusammenfassung Ein isolierender Flächenkörper weist eine haftende Komponente aus im Wesentlichen einem warmhärtbaren Harz und einem Füllstoffelement auf, das in die Komponente infiltriert ist. Eine Wärmeleitfähigkeit eines haftenden Flächenbereichs des isolierenden Flächenkörpers ist geringer als eine Wärmeleitfähigkeit eines Innenbereichs, mit Ausnahme des haftenden Flächenbereichs des isolierenden Flächenkörpers.

Beschreibung[de]
HINTERGRUND DER ERFINDUNG Gebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft einen isolierenden Flächenkörper, der gutes Haftvermögen und gute Wärmeleitfähigkeit hat, und ein Verfahren zu seiner Herstellung sowie ein Leistungsmodul, das den isolierenden Flächenkörper aufweist.

Bisher wird ein wärmeleitfähiger Flächenkörper als ein Wärmeleiter verwendet, der an einem Wärmeerzeuger von elektrischen und elektronischen Teilen angebracht ist, um Wärme von dem Wärmeerzeuger zu einem Wärmesenkeelement zu übertragen und abzustrahlen. Dazu ist beispielsweise ein Laminat aus einem metallischen Flächenkörper aus Kupfer, Aluminium oder dergleichen oder ein Graphitflächenkörper bekannt, der eine Wärmeleitfähigkeit von mindestens 10 W/mK hat, wobei eine haftende Schicht, die einen wärmeleitfähigen Füllstoff enthält und fähig ist, bei Raumtemperatur zu haften, auf mindestens eine Oberfläche des Flächenkörpers laminiert ist (siehe beispielsweise JP-A-2002-194306 (Seite 1)).

Da jedoch der oben genannte wärmeleitfähige Flächenkörper eine Vielzahl von Schichten aus einem Flächenkörpermaterial wie etwa einen Metallflächenkörper oder einen Graphitflächenkörper und eine haftende Schicht aufweist, gibt es eine Zwischenfläche aus einer Metall- oder Graphitoberfläche und einer organischen Komponente der haftenden Schicht zwischen dem Flächenkörpermaterial und der haftenden Schicht, und das Haftvermögen des wärmeleitfähigen Flächenkörper ist in und um den Zwischenflächenbereich herum gering. Deshalb ist der wärmeleitfähige Flächenkörper dieses Typs insofern problematisch, als sowohl seine Wärmeleitfähigkeit als auch seine isolierende Eigenschaft schlecht sind.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Die Erfindung stellt einen isolierenden Flächenkörper bereit, der gute Wärmeleitfähigkeit und gute Isolierfähigkeit hat, wobei eine Verringerung des Haftvermögens verhindert ist. Die Erfindung stellt ferner ein Verfahren zum Herstellen des isolierenden Flächenkörpers bereit und gibt ein Leistungsmodul an, das den isolierenden Flächenkörper aufweist.

Nach einem Aspekt der Erfindung weist ein isolierender Flächenkörper eine haftende Komponente aus im Wesentlichen einem warmhärtbaren Harz und einem Füllstoffelement auf, das in die Komponente infiltriert ist. Eine Wärmeleitfähigkeit eines haftenden Flächenbereichs des isolierenden Flächenkörpers ist geringer als eine Wärmeleitfähigkeit eines Innenbereichs, mit Ausnahme des haftenden Flächenbereichs des isolierenden Flächenkörpers.

Der erste isolierende Flächenkörper der Erfindung weist eine haftende Komponente aus im Wesentlichen einem warmhärtbaren Harz und einem Füllstoffelement auf, das in die Komponente infiltriert ist, wobei die Wärmeleitfähigkeit des haftenden Flächenbereichs des isolierenden Flächenkörpers geringer als die Wärmeleitfähigkeit des Innenbereichs ist, mit Ausnahme des haftenden Flächenbereichs des isolierenden Flächenkörpers. Bei dieser Ausbildung ist also der Vorteil des isolierenden Flächenkörpers, dass er frei von dem Problem einer Verringerung des Haftvermögens ist und gute Wärmeleitfähigkeit hat.

Die Erfindung wird nachstehend auch hinsichtlich weiterer Merkmale und Vorteile anhand der Beschreibung von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Diese zeigen in:

1 eine erläuternde Ansicht eines isolierenden Flächenkörpers gemäß Ausführungsbeispiel 1 der Erfindung;

2 ein Kennliniendiagramm, welches das spezielle Haftfestigkeitsprofil des isolierenden Flächenkörpers gemäß Ausführungsbeispiel 1 der Erfindung in Abhängigkeit von seiner Wärmeleitfähigkeit zeigt;

3 ein Kennliniendiagramm, welches das Profil der elektrischen Durchschlagfeldstärke des isolierenden Flächenkörpers gemäß Ausführungsbeispiel 1 der Erfindung in Abhängigkeit von seiner Wärmeleitfähigkeit zeigt;

4A und 4B erläuternde Ansichten, die einen isolierenden Flächenkörper gemäß Ausführungsbeispiel 2 der Erfindung zeigen;

5 eine erläuternde Ansicht, die einen anderen isolierenden Flächenkörper gemäß Ausführungsbeispiel 2 der Erfindung zeigt;

6A und 6B erläuternde Ansichten, die einen Zustand eines Füllstoffelements zeigen, mit dem ein isolierender Flächenkörper gemäß Ausführungsbeispiel 3 der Erfindung gefüllt ist;

7A und 7B erläuternde Ansichten, die einen isolierenden Flächenkörper gemäß Ausführungsbeispiel 4 der Erfindung zeigen;

8 eine erläuternde Ansicht, die einen isolierenden Flächenkörper gemäß Ausführungsbeispiel 5 der Erfindung zeigt;

9A bis 9C erläuternde Ansichten eines Laminierungsschritts in einem Verfahren zum Herstellen eines isolierenden Flächenkörpers gemäß Ausführungsbeispiel 6 der Erfindung;

10 eine erläuternde Ansicht eines Laminierungsschritts in einem Verfahren zum Herstellen eines isolierenden Flächenkörpers gemäß Ausführungsbeispiel 7 der Erfindung;

11 eine Ansicht des Aufbaus eines Leistungsmoduls gemäß Ausführungsbeispiel 8 der Erfindung;

12 eine Ansicht des Aufbaus eines Leistungsmoduls gemäß Ausführungsbeispiel 8 der Erfindung;

13 eine Ansicht des Aufbaus eines Leistungsmoduls gemäß Ausführungsbeispiel 8 der Erfindung; und

14 eine Ansicht des Aufbaus eines Leistungsmoduls gemäß Ausführungsbeispiel 9 der Erfindung.

GENAUE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG Ausführungsbeispiel 1:

1 ist eine erläuternde Ansicht eines isolierenden Flächenkörper gemäß Ausführungsbeispiel 1 der Erfindung, der zur haftenden Anbringung eines Leiterrahmens (leitfähigen Elements) 2 mit einem daran angebrachten Halbleiter-Leistungsbauelement 1 an einem Wärmesenkeelement 6 verwendet wird. Der isolierende Flächenkörper 7 dieses Ausführungsbeispiels weist eine haftende Komponente aus im Wesentlichen einem warmhärtbaren Harz wie etwa einem Epoxidharz und ein in der Komponente verteiltes Füllstoffelement auf, wobei das Füllstoffelement in der haftenden Komponente nicht gleichmäßig verteilt ist. Der isolierende Flächenkörper 7 ist in eine Vielzahl von Bereichen unterteilt; davon ist ein Bereich an der Haftung des isolierenden Flächenkörpers 7 im Wesentlichen an dem Leiterrahmen (leitfähigen Element) 2 und dem Wärmesenkeelement 6 beteiligt (dies ist ein Bereich von der haftenden Fläche 7a des isolierenden Flächenkörpers 7 bis zu der Innenseite des isolierenden Flächenkörpers; dieser Bereich wird als ein haftender Flächenbereich 7b bezeichnet; in einem Flächenkörper aus warmhärtbarem Harz bedeckt dieser Bereich die haftende Fläche bis zu einer Dicke von 0,1 bis 1000 &mgr;m des Flächenkörpers); und ein weiterer Bereich ist der andere Bereich, mit Ausnahme des haftenden Flächenbereichs (dieser Bereich wird als ein Innenbereich 7c bezeichnet). In dieser Ausführungsform ist der Füllstoffgehalt des haftenden Flächenbereichs 7b innerhalb eines Bereichs, in dem die Verringerung des Haftvermögens des Flächenkörpers verhindert werden kann, geringer als derjenige des Innenbereichs 7c, und der Füllstoffgehalt des Innenbereichs 7c wird innerhalb eines Bereichs gesteuert, in dem der Flächenkörper gute Wärmeleitfähigkeit zeigen kann. Angesichts dieser speziellen Ausbildung hat der isolierende Flächenkörper dieser Ausführungsform der Erfindung gutes Haftvermögen, gute Wärmeleitfähigkeit und gute Isolierfähigkeit.

Mit der Steigerung des Stromflusses und der Betriebsgeschwindigkeit von heutigen Leistungsmodulen nimmt die von einem Halbleiter-Leistungsbauelement in dem Modul zu erzeugende Wärmemenge immer mehr zu; andererseits sind jedoch eine Größenreduzierung bzw. ein Downsizing und hohe Produktivität hinsichtlich Leistungsmodulen erwünscht. Deshalb ist es zur Verbesserung des Wirkungsgrads der Wärmeabstrahlung des Moduls erwünscht, ein Metall hoher Wärmeleitfähigkeit für das Wärmesenkeelement in dem Modul zu verwenden, wobei das leitfähige Element mit einem daran angebrachten Halbleiter-Leistungsbauelement mit elektrischem Anschluss dazu gegenüber dem Wärmesenkeelement elektrisch isoliert sein muss. Das Leistungsmodul dieses Typs benötigt deshalb einen isolierenden Flächenkörper, der zwischen dem leitfähigen Element und dem Wärmesenkeelement anzuordnen ist und der gute Isolierfähigkeit und gute Wärmeleitfähigkeit und sowohl in Bezug auf das leitfähige Element als auch auf das Wärmesenkeelement gutes Haftvermögen hat.

2 ist ein Kennliniendiagramm, das ein relatives Haftfestigkeitsprofil des isolierenden Flächenkörpers dieses Ausführungsbeispiels in Abhängigkeit von seiner Wärmeleitfähigkeit zeigt.

Um die Wärmeleitfähigkeit des isolierenden Flächenkörpers zu ändern, wird der Füllstoffgehalt des isolierenden Flächenkörpers gesteuert. Ein isolierender Flächenkörper, der eine vorbestimmte Wärmeleitfähigkeit hat, wird beispielsweise auf einem Kupfersubstrat gebildet, und die Haftfestigkeit zwischen dem isolierenden Flächenkörper und dem Kupfersubstrat wird gemessen. Die Haftfestigkeit zwischen dem isolierenden Flächenkörper und dem Kupfersubstrat ist eine relative Haftfestigkeit auf der Basis der Haftfestigkeit (100 %) eines isolierenden Flächenkörpers aus nur einer haftenden Komponente ohne ein Füllstoffelement darin (seine Wärmeleitfähigkeit ist 0,2 W/mK).

Wie aus 2 ersichtlich ist, resultiert die Zunahme des Füllstoffgehalts in der Steigerung der Wärmeleitfähigkeit; wenn jedoch die Wärmeleitfähigkeit infolge der Zunahme des Füllstoffgehalts 8 W/mK überschreitet, beginnt die Haftfestigkeit abzunehmen, da die Zwischenfläche zwischen dem Füllstoffelement und der organischen Komponente in der Klebstoffkomponente größer wird und deshalb Fehler wie etwa Hohlräume zunehmen, und wenn die Wärmeleitfähigkeit größer als 10 W/mK wird, nimmt die Haftfestigkeit erheblich ab.

3 ist ein Kennliniendiagramm, das ein von der Wärmeleitfähigkeit abhängiges elektrisches Durchschlagprofil eines 1 mm dicken isolierenden Flächenkörpers zeigt, der wie oben eine veränderliche Wärmeleitfähigkeit hat. 3 bestätigt das Folgende: Die Zunahme des Füllstoffgehalts resultiert in der Steigerung der Wärmeleitfähigkeit des isolierenden Flächenkörpers; wenn jedoch der Füllstoffgehalt zunimmt und wenn die Wärmeleitfähigkeit 15 W/mK überschreitet, beginnt die elektrische Durchschlagfeldstärke abzunehmen, da die Zwischenfläche zwischen dem Füllstoffelement und der organischen Komponente in der Klebstoffkomponente größer wird und deshalb Fehler wie etwa Hohlräume zunehmen, und wenn die Wärmeleitfähigkeit größer als 16 W/mK wird, nimmt die elektrische Durchschlagfeldstärke erheblich ab.

Die 2 und 3 zeigen also Folgendes: Wenn es erwünscht ist, einen Flächenkörper, der eine hohe Wärmeleitfähigkeit von beispielsweise mindestens 10 W/mK hat, herzustellen, indem das oben genannte Füllstoffelement in die oben genannte Klebstoffkomponente gleichmäßig eingebracht wird, kann zwar die elektrische Durchschlagfeldstärke des Flächenkörpers ausreichend sein, seine Haftfestigkeit nimmt jedoch ab. Wenn es dagegen erwünscht ist, einen Flächenkörper herzustellen, in dem ein Füllstoffelement gleichmäßig verteilt ist und der hohe Haftfestigkeit und hohe elektrische Durchschlagfeldstärke hat, kann die Wärmeleitfähigkeit des hergestellten Flächenkörpers erheblich niedriger als 10 W/mK sein.

Aus dem Vorstehenden ergibt sich Folgendes: Wenn ein hochleitfähiger Flächenkörper, der gutes Haftvermögen und gute Isolierfähigkeit und eine Wärmeleitfähigkeit von mindestens 10 W/mK hat, welche höher als diejenige von gewöhnlichen Flächenkörpern ist, dann muss die Zusammensetzung des Flächenkörpers derart sein, dass der Flächenbereich (haftende Flächenbereich) des Flächenkörpers, der die Funktion hat, im Wesentlichen an einem leitfähigen Element oder einem Wärmesenkeelement zu haften, eine hohe Haftfestigkeit hat, wenn er eine geringe Wärmeleitfähigkeit von höchstens 10 W/mK, bevorzugt höchstens 8 W/mK, hat, dass der Innenbereich mit Ausnahme des haftenden Flächenbereichs eine hohe Wärmeleitfähigkeit von 10 bis 16 W/mK hat und dass die Wärmeleitfähigkeit des haftenden Flächenbereichs geringer als die Wärmeleitfähigkeit des Innenbereichs gemacht wird. Im Vergleich mit einem isolierenden Flächenkörper, der aus einer Zusammensetzung besteht, in der ein Füllstoffelement gleichmäßig verteilt ist, kann also der speziell wie oben gesagt ausgebildete isolierende Flächenkörper sämtliche Anforderungen in Bezug auf gutes Haftvermögen, gute Isolierfähigkeit und gute Wärmeleitfähigkeit erfüllen.

Das Füllstoffelement kann in dem isolierenden Flächenkörper dieses Ausführungsbeispiels beispielsweise wie folgt verteilt sein: Das Profil des Füllstoffgehalts in dem isolierenden Flächenkörper kann eine solche Neigung haben, dass der Füllstoffgehalt von der haftenden Fläche zu der Innenseite des Flächenkörpers hin sukzessive zunehmen kann, so dass die Wärmeleitfähigkeit des isolierenden Flächenkörpers von der haftenden Fläche zu seiner Innenseite hin sukzessive zunehmen kann; oder der Füllstoffgehalt des Flächenkörper kann in dem haftenden Flächenbereich 7b und dem Innenbereich 7c des Flächenkörpers schrittweise geändert werden, so dass die Wärmeleitfähigkeit des haftenden Flächenbereichs des isolierenden Flächenkörpers von der Wärmeleitfähigkeit des Innenbereichs, mit Ausnahme des haftenden Flächenbereichs des isolierenden Flächenkörpers, schrittweise verschieden gemacht wird.

Das Füllstoffelement in dem isolierenden Flächenkörper dieses Ausführungsbeispiels kann ein abgeflachter oder körniger Füllstoff sein, oder es kann ein Flächenkörper mit Durchgangslöchern sein.

Der abgeflachte Füllstoff ist ein Füllstoff, der eine abgeflachte Gestalt hat, die durch Zerkleinern einer dreidimensionalen Gestalt hergestellt ist. Er ist von geringer Dicke und ist nicht auf rechteckige Formen beschränkt, die große Seiten und kleine Seiten und einen vierseitigen Querschnitt haben, sondern kann alle anderen Polygone und Ovale mit geeignet gerundeten Ecken umfassen. Außerdem kann er eine regelmäßige quadratische oder regelmäßige polygonale Form, die die gleichen großen Seiten und kleinen Seiten hat, oder Kreisform haben. Der Füllstoff dieses Typs kann durch Zerkleinern des Material hergestellt sein oder ursprünglich eine dieser Formen haben. Beispielsweise weist er Aluminiumoxid, Bornitrid, Siliciumcarbid, Glimmer auf; und zwei oder mehr davon können hier in Kombination verwendet werden.

Der körnige Füllstoff ist bevorzugt nahezu sphärisch, kann jedoch eine vielflächige Form haben, die durch Vermahlen hergestellt ist. Sein Material weist beispielsweise Aluminiumoxid, Siliciumoxid, Aluminiumnitrid, Siliciumcarbid, Bornitrid auf.

Der körnige Füllstoff kann ferner durch Aggregation der oben genannten abgeflachten oder körnigen Füllstoffteilchen hergestellt sein.

Der Flächenkörper mit Durchgangslöchern ist beispielsweise ein leitfähiger Metallflächenkörper mit Durchgangslöchern, ein Keramikflächenkörper mit Durchgangslöchern, ein Keramikflächenkörper mit metallbeschichteten Durchgangslöchern oder ein Glaslaminat mit metallbeschichteten Durchgangslöchern. In dem isolierenden Flächenkörper dieses Typs setzt sich die haftende Komponente durch die in ihm befindlichen Durchgangslöcher fort, und der Flächenkörper ist deshalb frei von dem Problem einer Delaminierung, die durch eine ununterbrochene Zwischenfläche darin verursacht werden könnte. Das leitfähige Füllstoffelement wie etwa ein Metallflächenkörper mit Durchgangslöchern wird im Hinblick auf die Stabilität der Isoliereigenschaft des Flächenkörpers bevorzugt nicht in dem haftenden Flächenbereich, sondern in dem Innenbereich, insbesondere im mittleren Teil oder im Kernbereich in der Dickenrichtung des Innenbereichs, verwendet.

Das warmhärtbare Harz, das in dem isolierenden Flächenkörper dieses Ausführungsbeispiels der wesentliche Bestandteil der haftenden Komponente sein soll, kann beispielsweise ein Epoxidharz sein. Genauer gesagt, weist es auf ein flüssiges Bisphenol-Epoxidharz vom Typ A (Handelsname: Epikote 828 von Japan Epoxy), ein flüssiges Bisphenol-Epoxidharz vom Typ F (Handelsname: Epikote: 807 von Japan Epoxy); ein festes Bisphenol-Epoxidharz vom Typ A (Handelsname: Epikote 1001 von Japan Epoxy); ein Epoxidharz vom Orthoktesolnovolak-Typ (Handelsname: EOCN-102S von Nippon Kayaku); ein Epoxidharz vom Phenolnovolak-Typ (Handelsname: Epikote 152 von Japan Epoxyy); ein alicyclisch-aliphatisches Epoxidharz (Handelsname: CY179 von Vantico); ein Epoxidharz vom Glycidylaminophenol-Typ (Handelsname: ELM100 von Sumitomo Chemical); ein spezielles polyfunktionelles Epoxidharz (Handelsname: EPPN501 von Nippon Kayaku). Zwei oder mehr davon können in Kombination verwendet werden.

Als Härtungsmittel können hier verwendet werden: alycyclische Säureanhydride wie etwa Methyltetrahydrophthalsäureanhydrid, Methylhexahydrophthalsäureanhydrid, Huminsäure-Anhydrid; aliphatische Säureanhydride wie etwa Dodecenylbernsteinsäureanhydrid; aromatische Säureanhydride wie etwa Phthalsäureanhydrid, Trimellithsäureanyhdrid; organische Dihydrazide wie etwa Dicyandiamid, Adipinsäuredihydrazid; Tris(dimethylaminomethyl)phenol, Dimethylbenzylamin, 1,8-Diazabicyclo(5,4,0)undecen und ihre Derivate; Imidazole wie etwa 2-Methylimidazol, 2-Ethyl-4-methylimidazol, 2-Phenylimidazol. Unter Verwendung eines davon können feste Flächenkörper hergestellt werden. Zwei oder mehr davon können hier in Kombination verwendet werden.

Als Viskositätsverbesserer ist hier ein organisches Lösungsmittel wie etwa Aceton, Toluol geeignet verwendbar.

Ausführungsbeispiel 2:

Die 4A und 4B sind erläuternde Ansichten, die einen isolierenden Flächenkörper 7 gemäß Ausführungsbeispiel 2 der Erfindung zeigen, wobei ein Füllstoffelement, das einen abgeflachten Füllstoff 71 und einen körnigen Füllstoff 72 aufweist, in einer haftenden Komponente 70 verteilt ist. Da der isolierende Flächenkörper 7 eine haftende Fläche 7a an beiden Seiten davon hat, sind der obere und der untere Flächenbereich des isolierenden Flächenkörpers 7 haftende Flächenbereiche 7b. Der Füllstoffgehalt des Flächenkörpers 7 ist so gesteuert, dass der Füllstoffgehalt des haftenden Flächenbereichs 7b geringer als derjenige des Innenbereichs 7c ist und dass die Wärmeleitfähigkeit des haftenden Flächenbereichs 7b und des Innenbereichs 7c im gleichen Bereich wie bei Ausführungsbeispiel 1 liegt.

In 4A steigt der Füllstoffgehalt von der haftenden Fläche des isolierenden Flächenkörpers sukzessive und kontinuierlich nach innen (zu dem mittleren Teil).

In 4B ist der Füllstoffgehalt des Flächenkörpers relativ zu dem Gesamtvolumen des Füllstoffelements gesteuert, welches den abgeflachten Füllstoff 71 und den körnigen Füllstoff 72 aufweist, so dass bewirkt wird, dass sich die Wärmeleitfähigkeit des haftenden Flächenbereichs 7b und des Innenbereichs 7c schrittweise ändert. Dazu ist der Füllstoffgehalt des haftenden Flächenbereichs 7b geringer als derjenige des Innenbereichs 7c, und die Wärmeleitfähigkeit des haftenden Flächenbereichs 7b und des Innenbereichs 7c liegt im gleichen Bereich wie bei Ausführungsbeispiel 1.

Angesichts des oben angegebenen Aufbaus gewährleistet der isolierende Flächenkörper 7 dieses Ausführungsbeispiels gutes Haftungsvermögen, da der Gehalt an warmhärtbarer Harzkomponente in seinem haftenden Flächenbereich 7b ausreicht, und er gewährleistet gute Wärmeleitfähigkeit aufgrund seines Innenbereichs 7c. Im Vergleich mit einem Einmalgebrauch eines isolierenden Flächenkörpers, der eine große Menge eines Füllstoffelements enthält, um eine hohe Wärmeleitfähigkeit zu haben, und der deshalb ein außerordentlich verringertes Haftvermögen und eine außerordentlich verringerte Isolierfähigkeit hat, stellt die Erfindung einen isolierenden Flächenkörper bereit, der sowohl gutes Haftvermögen als auch gute Wärmeleitfähigkeit hat.

5 ist eine erläuternde Ansicht, die einen anderen isolierenden Flächenkörper 7 gemäß Ausführungsbeispiel 2 der Erfindung zeigt, wobei der isolierende Flächenkörper 7 nur an einer Seite davon eine haftende Fläche 7a hat. Der Flächenkörper 7 hat einen haftenden Flächenbereich 7b an der Seite seiner haftenden Fläche und einen Innenbereich 7c an seiner anderen Seite, und dies wird vorteilhaft als eine Flächenkörperkonstruktion verwendet, die nur an einer Seite davon Haftvermögen erfordert.

Ausführungsbeispiel 3:

6A und 6B sind erläuternde Ansichten, die einen Zustand eines Füllstoffelements zeigen, mit dem ein isolierender Flächenkörper gemäß Ausführungsbeispiel 3 der Erfindung gefüllt ist, wobei der Pfeil die Dickenrichtung des isolierenden Flächenkörper bezeichnet. 6A ist ein Fall, in dem das Füllstoffelement einen abgeflachten Füllstoff 71 und einen körnigen Füllstoff 72 miteinander vermischt aufweist; 6B ist ein Fall, in dem nur ein abgeflachter Füllstoff 71 verwendet wird.

Dabei ist der isolierende Flächenkörper dieses Ausführungsbeispiels der gleiche wie in Ausführungsbeispiel 1, mit der Ausnahme, dass in dem Ausführungsbeispiel 1 sowohl ein abgeflachter Füllstoff 71 als auch ein körniger Füllstoff 72 verwendet werden (6A); oder es wird nur ein abgeflachter Füllstoff 71 verwendet (6B). Wenn in dem isolierenden Flächenkörper sowohl ein abgeflachter Füllstoff 71 als auch ein körniger Füllstoff 72 verwendet werden, trägt der körnige Füllstoff den abgeflachten Füllstoff darin, und er orientiert den abgeflachten Füllstoff in der Richtung der großen Seite des Flächenkörpers. Der Wirkungsgrad der Wärmeabstrahlung des isolierenden Flächenkörpers dieses Typs in seiner Dickenrichtung kann also außerordentlich verbessert sein, und die Häufigkeit eines Überlappens der abgeflachten Füllstoffteilchen in dem Flächenkörper kann verringert sein, und die Füllstoffmenge, die in dem Flächenkörper vorliegen kann, kann erhöht sein.

Wenn in dem isolierenden Flächenkörper nur ein abgeflachter Füllstoff 71 verwendet wird, wie in 6B gezeigt ist, können die abgeflachten Füllstoffteilchen orientiert sein und einander gleichzeitig überlappen, und deshalb kann die Isolierfähigkeit wie etwa die elektrische Durchschlagfeldstärke des Flächenkörpers erhöht sein.

Ausführungsbeispiel 4:

Die 7A und 7B sind erläuternde Ansichten, die einen isolierenden Flächenkörper gemäß Ausführungsbeispiel 4 der Erfindung zeigen. 7A ist ein isolierender Flächenkörper, wobei Füllstoffe 71 und 72 in einer haftenden Komponente 70 auf eine solche Weise gleichmäßig verteilt sind, dass die Wärmeleitfähigkeit des Flächenkörpers in dem Bereich der Wärmeleitfähigkeit des haftenden Flächenbereichs nach Ausführungsbeispiel 1 liegen kann. Dabei ist ein Metallflächenkörper 73, der gute Wärmeleitfähigkeit hat und in dem sich Durchgangslöcher 74 befinden, als ein Füllstoffelement in dem Kernbereich angeordnet, welcher der mittlere Bereich in der Dickenrichtung des Innenbereichs 7c ist. 7B ist eine Modifikation des isolierenden Flächenkörpers gemäß Ausführungsbeispiel 2, wobei der oben genannte Metallflächenkörper 73 als ein Füllstoffelement in dem mittleren Teil (Kernbereich) des Innenbereichs 7c des Flächenkörpers angeordnet ist. Dabei ist es im Hinblick auf die Stabilität der Isolierfähigkeit des Flächenkörpers erwünscht, dass das leitfähige Füllstoffelement wie etwa der oben genannte Metallflächenkörper 73 in dem Innenbereich des Flächenkörpers, insbesondere in dem Kernbereich des Flächenkörpers, und nicht in seinem haftenden Flächenbereich verwendet wird. In jedem Fall setzt sich bei diesem Ausführungsbeispiel das Harz durch die Durchgangslöcher des Metallflächenkörpers 73 fort, und deshalb setzt sich die Zwischenfläche zwischen dem Metallflächenkörper und dem warmhärtbaren Harz in dem isolierenden Flächenkörper nicht fort, und der Flächenkörper dieses Typs ist frei von dem Problem der Zwischenflächen-Delaminierung.

Zur Haftung an dem isolierenden Flächenkörper 7 der Ausführungsbeispiele 1 bis 4 kann der haftenden Komponente ein Haftverbesserer zugefügt sein, um die Haftfestigkeit des Flächenkörpers weiter zu steigern.

Der Haftverbesserer weist beispielsweise auf &ggr;-Glycidoxypropyltrimethoxysilan, N-&bgr;-(Aminoethyl)-&ggr;-aminopropyltriethoxysilan, N-Phenyl-&ggr;-aminopropyltrimethoxysilan, &ggr;-Mercaptopropyltrimethoxysilan. Zwei oder mehr von diesen Haftverbesserern können hier in Kombination verwendet werden.

Ausführungsbeispiel 5:

8 ist eine erläuternde Ansicht, die einen isolierenden Flächenkörper 7 gemäß Ausführungsbeispiels 5 der Erfindung zeigt. Dieser ist eine Modifikation des isolierenden Flächenkörpers gemäß Ausführungsbeispiel 2, wobei eine isolierende Platte 76 wie etwa eine Glaslaminatplatte mit darin befindlichen Durchgangslöchern 74, die mit einer Metallschicht 75 wie etwa Kupfer an ihrer Oberfläche beschichtet sind, als ein Füllstoffelement in dem Kernbereich des mittleren Bereichs in der Dickenrichtung des Innenbereichs 7c des Flächenkörpers angeordnet ist. Das auf die Durchgangslöcher aufgebrachte Kupfer 75 verleiht dem Flächenkörper Wärmeleitfähigkeit, und das Harz setzt sich durch die Durchgangslöcher in dem Flächenkörper ohne eine Zwischenfläche darin fort. Der Flächenkörper ist deshalb frei von dem Problem einer Zwischenflächen-Delaminierung. Der isolierende Flächenkörper dieses Ausführungsbeispiels verwendet die oben genannte isolierende Platte, und die in dem Flächenkörper verwendete isolierende Platte kann den Flächenkörper davor schützen, den Härtungsdruck und die Harzschrumpfungsspannungen aufzunehmen, die während des nachstehend beschriebenen Verfahrens zur Herstellung des Flächenkörpers darauf aufgebracht werden können.

Ausführungsbeispiel 6:

Die 9A bis 9C sind erläuternde Ansichten eines Laminierungsschritts in einem Verfahren zur Herstellung eines isolierenden Flächenkörpers eines Ausführungsbeispiels der Erfindung, wobei der Pfeil die Laminierungsrichtung bezeichnet.

Genauer gesagt, werden auf einem Substrat 21 wie etwa Kupfer nacheinander gebildet: eine erste Schicht 17b aus einer ersten isolierenden Flächenkörperzusammensetzung als haftender Flächenbereich; eine zweite Schicht 17c aus einer zweiten isolierenden Flächenkörperzusammensetzung als Innenschicht; und eine erste Schicht 17b aus einer ersten isolierenden Flächenkörperzusammensetzung als haftender Flächenbereich, so dass sich ein Laminat 7e im A- oder B-Zustand ergibt (9A).

Auf dem Substrat 21 werden nacheinander gebildet: eine erste Schicht 17b aus einer ersten isolierenden Flächenkörperzusammensetzung als haftender Flächenbereich und eine zweite Schicht 17c aus einer zweiten isolierenden Flächenkörperzusammensetzung als Innenbereich; diese beiden Strukturen werden laminiert, um ein Laminat 7e im A- oder B-Zustand zu ergeben (9B).

Auf dem Substrat 21 wird eine erste Schicht 17b aus einer ersten isolierenden Flächenkörperzusammensetzung als haftender Flächenbereich gebildet; diese wird auf eine zweite Schicht 17c aus einer zweiten isolierenden Flächenkörperzusammensetzung, die einen Innenbereich bilden soll, geklebt, so dass sich ein Laminat 7e im A- oder B-Zustand ergibt (9C).

Der Füllstoffgehalt der ersten isolierenden Flächenkörperzusammensetzung, die den oben genannten haftenden Flächenbereich bilden soll, ist geringer als der Füllstoffgehalt der zweiten isolierenden Flächenkörperzusammensetzung, die den Innenbereich bilden soll; jede isolierende Flächenkörperzusammensetzung soll nach dem Warmhärten eine Wärmeleitfähigkeit haben, die in dem Bereich von Ausführungsbeispiel 1 liegt.

Wenn das auf die oben angegebene Weise erhaltene Laminat 7e, in dem die haftende Komponente in einem A- oder B-Zustand ist, mit Druck beaufschlagt wird, werden das Harz der ersten Schicht 17b aus der ersten isolierenden Flächenkörperzusammensetzung, die einen haftenden Flächenbereich bilden soll, und das Harz der zweiten Schicht 17c aus der zweiten isolierenden Flächenkörperzusammensetzung, die einen Innenbereich bilden soll, miteinander vermischt, wobei keine Zwischenfläche zwischen ihnen gebildet wird; es wird also ein isolierender Flächenkörper dieses Ausführungsbeispiels erhalten, so dass der isolierende Flächenkörper insgesamt kontinuierliche Schichten ohne Zwischenfläche dazwischen hat. Wenn der Flächenkörper auf die oben angegebene Weise hergestellt wird, kann während des Verfahrens Luft, die eine geringe Wärmeleitfähigkeit hat, ausgetrieben werden, und Defekte darstellende Poren können aus dem hergestellten Flächenkörper entfernt werden. Die Vorteile des Verfahrens sind also, dass Wärme wirkungsvoll auf den Flächenkörper übertragen werden kann und der hergestellte Flächenkörper hohe Wärmeleitfähigkeit haben kann; da Hohlräume und andere Defekte, die für die Isolierfähigkeit des Flächenkörpers ungünstig sind, verhindert werden können und Coronaerzeugung ebenfalls verhindert werden kann, kann der so erhaltene Flächenkörper zusätzlich verbesserte Isolierfähigkeit haben.

Ausführungsbeispiel 7:

10 ist eine erläuternde Ansicht eines Laminierungsschritts in einem Verfahren zur Herstellung eines isolierenden Flächenkörpers gemäß Ausführungsbeispiel 7 der Erfindung, wobei der Pfeil die Laminierungsrichtung bezeichnet.

Genauer gesagt, wird eine isolierende Flächenkörperzusammensetzung mit einem in einer haftenden Komponente verteilten Füllstoffelement auf eine Trennfolie aufgebracht; zwei Exemplare mit der gleichen Struktur werden hergestellt. In der so beschichteten Struktur wird die Füllstoffelementverteilung so gesteuert, dass dem Wärmeleitfähigkeitsbereich von Ausführungsbeispiel 1 genügt wird, oder aufgrund der Differenz der relativen Dichte zwischen dem Füllstoffelement und der haftenden Komponente und deshalb aufgrund der Differenz der Fällungsgeschwindigkeit zwischen ihnen können der gebildete haftende Flächenbereich 7b und der gebildete Innenbereich 7c diesem Wärmeleitfähigkeitsbereich genügen. Dann wird die Trennfolie entfernt, und die beiden werden auf eine solche Weise laminiert, dass die Füllstoffelementkonzentration zu der Mitte des resultierenden Laminats hin zunehmen kann. Es wird also ein Laminat 7e erhalten, und dieses wird auf die gleiche Weise wie in Ausführungsbeispiel 6 mit Druck beaufschlagt, so dass die Harze der isolierenden Flächenkörperzusammensetzungen ohne Zwischenflächenbildung miteinander vermischt werden; somit wird ein isolierender Flächenkörper dieses Ausführungsbeispiels erhalten, wobei der isolierende Flächenkörper insgesamt kontinuierliche Schichten ohne Zwischenfläche dazwischen hat.

Wenn der Flächenkörper auf die oben angegebene Weise hergestellt wird, kann Luft, die eine geringe Wärmeleitfähigkeit hat, während des Verfahrens ausgetrieben werden, und Defekte darstellende Poren können aus dem hergestellten Flächenkörper entfernt werden. Die Vorteile des Verfahrens sind also, dass Wärme wirkungsvoll auf den Flächenkörper übertragen werden kann und der hergestellte Flächenkörper hohe Wärmeleitfähigkeit haben kann; da Hohlräume und andere Defekte, die für die Isolierfähigkeit des Flächenkörpers ungünstig sind, verhindert werden können und Coronaerzeugung ebenfalls verhindert werden kann, kann der so erhaltene Flächenkörper zusätzlich verbesserte Isolierfähigkeit haben.

Ausführungsbeispiel 8:

11, 12 und 13 sind Ansichten des Aufbaus eines Leistungsmoduls gemäß Ausführungsbeispiel 8 der Erfindung, wobei ein Halbleiter-Leistungsbauelement 1 an einem Leiterrahmen (leitfähigen Element ) 2 angebracht ist; ein gehärteter isolierender Flächenkörper 77 nach den oben genannten Ausführungsbeispielen 1 bis 7 ist vorgesehen und mit dem leitfähigen Element 2 und einem Wärmesenkeelement 6 verklebt und ist mit einem Halbleiter-Steuerbauelement 4, das an dem Leiterrahmen 2 separat angebracht ist, über einen Metalldraht 5 verbunden; die Bauteile sind mit einem Formharz 10 umkapselt.

Der isolierende Flächenkörper der oben genannten Ausführungsbeispiele kann als ein halbgehärteter fester Flächenkörper im A- oder B-Zustand zwischen dem Leiterrahmen 2 und dem Wärmesenkeelement 6 angeordnet und dann warmgehärtet werden, so dass der Leiterrahmen 2 und das Wärmesenkeelement 6 mit hoher Produktivität miteinander verklebt werden können. Der Schritt des Verklebens des Leiterrahmens 2 mit dem Wärmesenkeelement 6 mittels Härtungsreaktion des isolierenden Flächenkörpers kann gleichzeitig mit dem Schritt des Umkapselns der Bauteile mit dem Formharz 10 ausgeführt werden.

Das Formharz 10 zum Umkapseln des Leistungsmoduls kann beispielsweise ein warmhärtbares Harz wie etwa Epoxidharz sein. Das Material des Leiterrahmens 2 kann ein Kupfer- oder Aluminiummetall sein. Für das Wärmesenkeelement 6 sind beispielsweise Metalle wie etwa Aluminium oder seine Legierungen und ferner Keramik wie etwa Aluminiumoxid verwendbar.

In dem Leistungsmodul dieses Ausführungsbeispiels hat der gehärtete isolierende Flächenkörper 77, der an dem Wärmesenkeelement 6 und dem leitfähigen Element 2 haftet, gute Wärmeleitfähigkeit, gutes Haftvermögen und gute Isolierfähigkeit, was ein herkömmlicher isolierender wärmeleitfähiger Harzflächenkörper nicht hat, so dass ein Downsizing und eine erhöhte Leistungsfähigkeit des Leistungsmoduls ermöglicht werden.

Wenn gemäß 12 ein gehärteter isolierender Flächenkörper 77 ein Wärmesenkeelement aus Metall oder eine isolierende Platte wie etwa Aluminiumoxid bedeckt, kann die Differenz des Wärmeausdehnungskoeffizienten zwischen dem Bauteil und dem Formharz 10 verringert werden, und eine Zwischenflächen-Delaminierung kann dadurch verhindert werden.

Da der isolierende Flächenkörper hohe Wärmeleitfähigkeit hat, kann er auch als ein Wärmesenkeelement 6 dienen, das eine gute Wärmeabstrahlungseigenschaft zeigt. Gemäß 13 kann die gehärtete Form 77 des isolierenden Flächenkörpers 7 nach 5 auch als ein Wärmesenkeelement dienen, das eine Einschichtstruktur hat, was die Differenz des Wärmeausdehnungskoeffizienten zwischen dem Flächenkörper und dem Formharz 10 verringern kann. Dies ist also zu Verhindern von Rissen usw. wirkungsvoller.

Ausführungsbeispiel 9:

14 ist eine Ansicht des Aufbaus eines Leistungsmoduls gemäß Ausführungsbeispiel 9 der Erfindung, das ein Leistungsmodul vom Gehäusetyp ist.

Kurz gesagt, dieses Leistungsmodul weist auf ein Wärmesenkeelement 6, eine Leiterplatte 8, die an der Oberfläche des Wärmesenkeelements 6 vorgesehen ist, ein Halbleiter-Leistungsbauelement 1, das an der Leiterplatte 8 angebracht ist, ein Gehäuse 9, das an dem Außenumfang um das Wärmesenkeelement 6 herum angebracht ist, ein Formharz 4, das in das Gehäuse zum Umkapseln der Leiterplatte 8 und des Halbleiter-Leistungsbauelements 1 darin eingespritzt ist, und einen gehärteten isolierenden Flächenkörper 77 nach den Ausführungsbeispiele 1 bis 7, der mit dem Wärmesenkeelement 6 an der Seite verklebt ist, die dessen Seite gegenüberliegt, an der die Leiterplatte 8 vorgesehen ist; das Wärmesenkeelement 6 ist durch den gehärteten isolierenden Flächenkörper 77 mit einem Wärmeverteiler 11 verklebt.

In dem Leistungsmodul dieses Ausführungsbeispiels hat der gehärtete isolierende Flächenkörper 77, der an dem Wärmesenkeelement 6 und dem Wärmeverteiler 11 haftet, gute Wärmeleitfähigkeit, gutes Haftvermögen und gute Isolierfähigkeit, was ein herkömmlicher isolierender wärmeleitfähiger Harzflächenkörper nicht hat, so dass ein Downsizing und eine erhöhte Leistungsfähigkeit des Leistungsmoduls ermöglicht sind.

Beispiel 1:

Gemäß Tabelle 1 wurden 200 Gew.-Teile Methylethylketon einer haftenden Komponente zugefügt, die 100 Gew.-Teile eines Bisphenol-Epoxidharzes vom Typ A (Handelsname: Epikote 828 von Japan Epoxy Resin) und 1 Gew.-Teil eines Härtungsbeschleunigers, 1-Cyanethyl-2-methylimidazol (Handelsname: Curesol 2PN-CN von Shikoku Kasei) enthielt; dann wurde ein Füllstoffelement, das ein Gemisch aus 143 Gew.-Teilen eines abgeflachten Füllstoffs, 7 &mgr;m Bornitrid (Handelsname: GP von Denki Kagaku), und 201 Gew.-Teile eines körnigen Füllstoffs, 5 &mgr;m Siliciumnitrid (Handelsname: SN-7 von Denki Kagaku) aufwies, zugegeben, vermischt und mit einem Dreirollenkneter geknetet und danach unter Vakuum entschäumt, um eine isolierende Flächenkörperzusammensetzung A herzustellen.

In der isolierenden Flächenkörperzusammensetzung A ist der Anteil des Füllstoffelements an dem Gesamtvolumen der haftenden Komponente, mit Ausnahme von Methylethylketon, und dem Füllstoffelement (Füllstoffelement/isolierender Flächenkörper) 60 Vol.-%. Das Volumenverhältnis von Boxnitrid zu Siliciumnitrid ist 1/1.

Tabelle 1

Die isolierende Flächenkörperzusammensetzung A wurde auf die schmierstoffbeschichtete Oberfläche eines Polyethylenterephthalat-Flächenkörpers, der eine Dicke von 100 &mgr;m hatte und an einer Oberfläche davon mit einem Rakelauftragvorgang schmierfähig gemacht worden war, aufgebracht, in diesem Zustand für 30 min statisch belassen, um dadurch das Füllstoffelement auszufällen, und dann bei 110 °C für 5 min erwärmt und getrocknet. Dann wurde an der Oberfläche des mit isolierendem Flächenkörpermaterial der Zusammensetzung A beschichteten Flächenkörpers ein weiterer Polyethylenterephthalat-Flächenkörper angebracht, um ein Laminat im B-Zustand mit einer Dicke von 55 &mgr;m herzustellen.

Danach wurden zwei Exemplare des Laminats im B-Zustand hergestellt, und der Polyethylenterephthalat-Flächenkörper wurde von der schmierfähig gemachten Oberfläche jedes Flächenkörpers abgelöst, und die beiden wurden wie in 10 miteinander verklebt, wobei die abgelösten Oberflächen der beiden einander zugewandt waren, und unter Vakuum bei 130 °C mit einem Druck von 80 kgf/cm2 zusammengepresst, um einen isolierenden Flächenkörper gemäß einem Beispiel der Erfindung mit einer Gesamtdicke von ungefähr 200 &mgr;m zu erhalten. Die Wärmeleitfähigkeit in der Dickenrichtung des isolierenden Flächenkörpers wurde gemessen; das Ergebnis ist in Tabelle 2 angegeben. Die Wärmeleitfähigkeit wurde gemäß einem Laserblitzverfahren gemessen.

Ein auf die gleiche Weise wie oben angegeben hergestellter isolierender Flächenkörper wurde zwischen Kupferplatten mit einer Dicke von 2 mm sandwichartig angeordnet, um einen Prüfling für das Haftvermögen herzustellen. Die Zugfestigkeit zwischen der Kupferplatte und dem isolierenden Flächenkörper wurde mit einer Zugrate von 50 mm/s gemessen. Außerdem wurde die elektrische Durchschlagfeldstärke des isolierenden Flächenkörpers gemessen; das Resultat ist in Tabelle 2 angegeben.

Tabelle 2
Beispiel 2:

Auf die gleiche Weise wie bei der isolierenden Flächenkörperzusammensetzung A gemäß Tabelle 1 wurde eine isolierende Flächenkörperzusammensetzung B gemäß Tabelle 1 hergestellt. Das Volumenverhältnis von Bornitrid zu Siliciumnitrid in der isolierenden Flächenkörperzusammensetzung B ist 1/1, wie bei der isolierenden Flächenkörperzusammensetzung A. In der isolierenden Flächenkörperzusammensetzung wird der Anteil des Füllstoffelements an dem Gesamtvolumen der haftenden Komponente, mit Ausnahme von Methylethylketon, und dem Füllstoffelement (Füllstoffelement/isolierender Flächenkörper) entsprechend Tabelle 1 gesteuert, so dass die Wärmeleitfähigkeit des isolierende Flächenkörpers dieses Beispiels, der auf die nachstehend genannte Weise erhalten wird, so gesteuert werden kann, dass sie in dem vorbestimmten Bereich liegt, der in den oben genannten Ausführungsbeispielen der Erfindung gezeigt ist.

Die isolierende Flächenkörperzusammensetzung B wurde auf die schmierstoffbeschichtete Oberfläche eines Polyethylenterephthalat-Flächenkörpers, der eine Dicke von 100 &mgr;m hatte und an einer Oberfläche davon mit einem Rakelaufttagvorgang schmierfähig gemacht worden war, aufgebracht und dann bei 110 °C für 5 min erwärmt und getrocknet, um eine Schicht aus isolierendem Flächenkörper B mit einer Dicke von 35 &mgr;m zu erhalten (die Schicht, die einen haftenden Flächenbereich bilden soll). Dann wurde die isolierende Flächenkörperzusammensetzung A weiter mit einem Rakelauftragvorgang darauf aufgebracht, so dass eine Schicht aus isolierendem Flächenkörper A mit einer Dicke von 90 &mgr;m (die Schicht, die einen Innenbereich bilden soll) darauf laminiert wurde, um ein Laminat im B-Zustand zu erhalten.

Danach wurden zwei Examplare des Laminats im B-Zustand hergestellt, und sie wurden laminiert, wobei die isolierenden Flächenkörper-A-Schichtoberflächen der beiden einander zugewandt waren, so dass ein Laminat wie in 9B erhalten wurde. Dieses wurde unter Vakuum bei 130 °C mit einem Druck von 80 kgf/cm2 zusammengepresst, um einen isolierenden Flächenkörper gemäß einem Beispiel der Erfindung mit einer Gesamtdicke von ungefähr 210 &mgr;m zu erhalten.

Die Wärmeleitfähigkeit des so erhaltenen isolierenden Flächenkörpers wurde auf die gleiche Weise wie in Beispiel 1 bestimmt. Ein auf die gleiche Weise wie oben angegeben hergestellter isolierender Flächenkörper wurde zwischen Kupferplatten mit einer Dicke von 2 mm sandwichartig angeordnet, um einen Prüfling für das Haftvermögen herzustellen. Seine Zugfestigkeit wurde mit einer Zugrate von 50 mm/s gemessen. Außerdem wurde die elektrische Durchschlagfeldstärke des isolierenden Flächenkörpers gemessen; das Ergebnis ist in Tabelle 2 angegeben.

Beispiel 3:

Eine isolierende Flächenkörperzusammensetzung A, eine isolierende Flächenkörperzusammensetzung B und eine isolierende Flächenkörperzusammensetzung C wurden entsprechend Tabelle 1 hergestellt. Das Volumenverhältnis von Bornitrid zu Siliciumnitrid in der isolierenden Flächenkörperzusammensetzung C ist 1/1, wie in der isolierenden Flächenkörperzusammensetzung A. In der isolierenden Flächenkörperzusammensetzung wird der Anteil des Füllstoffelements an dem Gesamtvolumen der haftenden Komponente, mit Ausnahme von Methylethylketon, und dem Füllstoffelement (Füllstoffelement/isolierender Flächenkörper) entsprechend Tabelle 1 gesteuert, so dass die Wärmeleitfähigkeit des isolierenden Flächenkörpers dieses Beispiels so gesteuert werden kann, dass sie in dem vorbestimmten Bereich liegt, der in den oben genannten Ausführungsbeispielen der Erfindung gezeigt ist.

Zunächst wurde die isolierende Flächenkörperzusammensetzung C auf die schmierstoffbeschichtete Oberfläche eines Polyethylenterephthalat-Flächenkörpers, der eine Dicke von 100 &mgr;m hatte und an einer Oberfläche davon mit einem Rakelauftragvorgang schmierfähig gemacht worden war, aufgebracht und dann bei 110 °C für 5 min erwärmt und getrocknet, um eine Schicht aus isolierendem Flächenkörper C mit einer Dicke von ungefähr 5 bis 7 &mgr;m zu erhalten. Dann wurde weiter die isolierende Flächenkörperzusammensetzung B mit einem Rakelauftragvorgang darauf aufgebracht und bei 110 °C für 5 min erwärmt und getrocknet, um eine Schicht aus isolierendem Flächenkörper B mit einer Dicke von 25 &mgr;m zu erhalten. Weiter wurde die isolierende Flächenkörperzusammensetzung B mit einem Rakelauftragvorgang darauf aufgebracht und erwärmt und getrocknet, um darauf eine Schicht aus isolierendem Flächenkörper A mit einer Dicke von 85 &mgr;m zu bilden, so dass ein Laminat im B-Zustand hergestellt wurde.

Danach wurden zwei Exemplare des Laminats im B-Zustand hergestellt, und sie wurden laminiert, wobei die Isolierflächenkörper-A-Schicht-Oberflächen der beiden einander zugewandt waren, und unter Vakuum bei 130 °C zusammengepresst, um einen isolierenden Flächenkörper gemäß einem Beispiel der Erfindung mit einer Gesamtdicke von 220 &mgr;m zu erhalten.

Die Wärmeleitfähigkeit des so erhaltenen isolierenden Flächenkörpers wurde auf die gleiche Weise wie in Beispiel 1 bestimmt. Ein auf die gleiche Weise wie oben angegeben hergestellter isolierender Flächenkörper wurde zwischen Kupferplatten, die eine Dicke von 2 mm hatten, sandwichartig angeordnet, um einen Prüfling für das Haftvermögen herzustellen. Seine Zugfestigkeit wurde mit einer Zugrate von 50 mm/s gemessen. Außerdem wurde die elektrische Durchschlagfeldstärke des isolierenden Flächenkörpers gemessen; das Resultat ist in Tabelle 2 angegeben.

Beispiel 4:

Eine isolierende Flächenkörperzusammensetzung A und eine isolierende Flächenkörperzusammensetzung B wurden entsprechend Tabelle 1 hergestellt.

Danach wurde die isolierende Flächenkörperzusammensetzung B auf die schmierstoffbeschichtete Oberfläche eines Polyethylenterephthalat-Flächenkörpers, der eine Dicke von 100 &mgr;m hatte und an einer Oberfläche davon mit einem Rakelauftragvorgang schmierfähig gemacht worden war, aufgebracht und bei 110 °C für 5 min erwärmt und getrocknet, und dann wurde weiter die isolierende Flächenkörperzusammesetzung A mit einem Rakelauftragvorgang darauf aufgebracht und erwärmt und getrocknet, um ein Laminat im B-Zustand mit der gleichen Dicke wie in Beispiel 2 zu erhalten.

Danach wurden zwei Exemplare des Laminats im B-Zustand hergestellt, und sie wurden derart laminiert, dass ein 50 &mgr;m dicker Flächenkörper aus Kupfer, in dem Durchgangslöcher mit einem Durchmesser von 0,5 mm in Abständen von 1 mm gebildet waren, zwischen den Laminaten sandwichartig angeordnet war, wobei die Isolierflächenkörper-A-Schicht-Flächen an der Innenseite und dem Kupferflächenkörper zugewandt waren, und zwar in einem Vakuumpressmodus bei 130 °C, so dass ein isolierender Flächenkörper gemäß einem Beispiel der Erfindung wie in 7B hergestellt wurde, der eine Gesamtdicke von 220 &mgr;m hatte.

Die Wärmeleitfähigkeit des so erhaltenen isolierenden Flächenkörpers wurde auf die gleiche Weise wie in Beispiel 1 bestimmt. Ein auf die gleiche Weise wie oben angegeben hergestellter isolierender Flächenkörper wurde zwischen Kupferplatten, die eine Dicke von 2 mm hatten, sandwichartig angeordnet, um einen Prüfling für das Haftvermögen herzustellen. Seine Zugfestigkeit wurde mit einer Zugrate von 50 mm/s gemessen. Außerdem wurde die elektrische Durchschlagfeldstärke des isolierenden Flächenkörpers gemessen; das Ergebnis ist in Tabelle 2 angegeben.

Beispiel 5:

Eine isolierende Flächenkörperzusammensetzung A und eine isolierende Flächenkörperzusammensetzung B wurden entsprechend Tabelle 1 hergestellt.

Danach wurde die isolierende Flächenkörperzusammensetzung B auf die schmierstoffbeschichtete Oberfläche eines Polyethylenterephthalat-Flächenkörpers, der eine Dicke von 100 &mgr;m hatte und an einer Oberfläche davon mit einem Rakelauftragvorgang schmierfähig gemacht worden war, aufgebracht und bei 110 °C für 5 min erwärmt und getrocknet, und dann wurde weiter die isolierende Flächenkörperzusammensetzung A mit einem Rakelauftragvorgang darauf aufgebracht und erwärmt und getrocknet, um ein Laminat im B-Zustand zu erhalten, das die gleiche Dicke wie in Beispiel 2 hatte.

Danach wurden zwei Exemplare des Laminats im B-Zustand hergestellt, und sie wurden derart laminiert, dass ein 100 &mgr;m dicker Aluminiumoxidflächenkörper, in dem Durchgangslöcher mit einem Durchmesser von 1 mm in Abständen von 2 mm gebildet waren, zwischen den Laminaten sandwichartig angeordnet war, wobei die Isolierflächenkörper-A-Schicht-Flächen an der Innenseite und dem Aluminiumoxidflächenkörper zugewandt war, und zwar in einem Vakuumpressmodus bei 130 °C, so dass ein isolierender Flächenkörper gemäß einem Beispiel der Erfindung wie in 7B hergestellt wurde, der eine Gesamtdicke von 300 &mgr;m hatte.

Die Wärmeleitfähigkeit des so erhaltenen isolierenden Flächenkörpers wurde auf die gleiche Weise wie in Beispiel 1 bestimmt. Ein auf die gleiche Weise wie oben angegeben hergestellter isolierender Flächenkörper wurde zwischen Kupferplatten, die eine Dicke von 2 mm hatten, sandwichartig angeordnet, um einen Prüfling für das Haftvermögen herzustellen. Seine Zugfestigkeit wurde mit einer Zugrate von 50 mm/s gemessen. Außerdem wurde die elektrische Durchschlagfeldstärke des isolierende Flächenkörpers gemessen; das Ergebnis ist in Tabelle 2 angegeben.

Beispiel 6:

Eine isolierende Flächenkörperzusammensetzung A und eine isolierende Flächenkörperzusammensetzung B wurden entsprechend Tabelle 1 hergestellt.

Danach wurde die isolierende Flächenkörperzusammensetzung B auf die schmierstoffbeschichtete Oberfläche eines Polyethylenterephthalat-Flächenkörpers, der eine Dicke von 100 &mgr;m hatte und an einer Oberfläche davon mit einem Rakelauftragvorgang schmierfähig gemacht worden war, aufgebracht und bei 110 °C für 5 min erwärmt und getrocknet, und dann wurde weiter die isolierende Flächenkörperzusammensetzung A mit einem Rakelauftragvorgang darauf aufgebracht und erwärmt und getrocknet, um ein Laminat im B-Zustand zu erhalten, das die gleiche Dicke wie in Beispiel 2 hatte.

Danach wurden zwei Exemplare des Laminats im B-Zustand hergestellt, und sie wurden derart laminiert, dass eine 0,8 mm dicke Glaslaminatplatte, in der kupferbeschichtete Durchgangslöcher mit einem Durchmesser von 0,5 mm in Abständen von 2 mm gebildet waren, zwischen den Laminaten sandwichartig angeordnet war, wobei die Isolierflächenkörper-A-Schicht-Flächen an der Innenseite und der Glaslaminatplatte zugewandt waren, und zwar in einem Vakuumpressmodus bei 130 °C, so dass ein isolierender Flächenkörper gemäß einem Beispiel der Erfindung wie in 8 hergestellt wurde, der eine Gesamtdicke von ungefähr 1 mm hatte.

Die Wärmeleitfähigkeit des so erhaltenen isolierenden Flächenkörpers wurde auf die gleiche Weise wie in Beispiel 1 bestimmt. Ein auf die gleiche Weise wie oben angegeben hergestellter isolierender Flächenkörper wurde zwischen Kupferplatten, die eine Dicke von 2 mm hatten, sandwichartig angeordnet, um einen Prüfling für das Haftvermögen herzustellen. Seine Zugfestigkeit wurde mit einer Zugrate von 50 mm/s gemessen. Außerdem wurde die elektrische Durchschlagfeldstärke des isolierenden Flächenkörpers gemessen; das Ergebnis ist in Tabelle 2 angegeben.

Vergleichsbeispiel 1:

Unter Verwendung einer isolierenden Flächenkörperzusammensetzung A entsprechend Tabelle 1 wurde eine 200 &mgr;m dicke wärmeleitfähige Haftfolie hergestellt.

Die Wärmeleitfähigkeit der so erhaltenen wärmeleitfähigen Haftfolie wurde auf die gleiche Weise wie in Beispiel 1 gemessen. Eine auf die gleiche Weise wie oben angegeben hergestellte wärmeleitfähige Haftfolie wurde zwischen Kupferplatten, die eine Dicke von 2 mm hatten, sandwichartig angeordnet, um einen Prüfling für das Haftvermögen herzustellen. Seine Zugfestigkeit wurde mit einer Zugrate von 50 mm/s auf die gleiche Weise wie in Beispiel 1 gemessen. Außerdem wurde die elektrische Durchschlagfeldstärke der wärmeleitfähigen Haftfolie gemessen; das Ergebnis ist in Tabelle 2 angegeben.

Vergleichsbeispiel 2:

Unter Verwendung einer isolierenden Flächenkörperzusammensetzung B entsprechend Tabelle 1 wurde eine 200 &mgr;m dicke wärmeleitfähige Haftfolie hergestellt.

Die Wärmeleitfähigkeit der so erhaltenen wärmeleitfähigen Haftfolie wurde auf die gleiche Weise wie in Beispiel 1 gemessen. Eine auf die gleiche Weise wie oben angegeben hergestellte wärmeleitfähige Haftfolie wurde zwischen Kupferplatten, die eine Dicke von 2 mm hatten, sandwichartig angeordnet, um einen Prüfling für das Haftvermögen herzustellen. Seine Zugfestigkeit wurde mit einer Zugrate von 50 mm/s auf die gleiche Weise wie in Beispiel 1 gemessen. Außerdem wurde die elektrische Durchschlagfeldstärke der wärmeleitfähigen Haftfolie gemessen; das Ergebnis ist in Tabelle 2 angegeben.

Tabelle 2 bestätigt, dass die isolierenden Flächenkörper der Beispiele der Erfindung gute Haftfestigkeit haben und das Erfordernis sowohl guter Wärmeleitfähigkeit als auch guter Isolierfähigkeit wirkungsvoll befriedigen.


Anspruch[de]
  1. Isolierender Flächenkörper, gekennzeichnet durch eine haftende Komponente aus im Wesentlichen einem warmhärtbaren Harz und einem Füllstoffelement, das in die Komponente infiltriert ist, wobei eine Wärmeleitfähigkeit eines haftenden Flächenbereichs (7b) des isolierenden Flächenkörpers (7) geringer als eine Wärmeleitfähigkeit eines Innenbereichs (7c) ist, mit Ausnahme des haftenden Flächenbereichs (7b) des isolierenden Flächenkörpers (7).
  2. Isolierender Flächenkörper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmeleitfähigkeit des haftenden Flächenbereichs (7b) des isolierenden Flächenkörpers (7) zwischen 0,2 und 10 W/mK liegt und die Wärmeleitfähigkeit des Innenbereichs (7c) des isolierenden Flächenkörpers (7) zwischen 10 und 16 W/mK liegt.
  3. Isolierender Flächenkörper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Füllstoffgehalt des haftenden Flächenbereichs (7b) geringer als ein Füllstoffgehalt des Innenbereichs (7c) ist, und dass die Wärmeleitfähigkeit des haftenden Flächenbereichs (7b) und des Innenbereichs (7c) durch den Füllstoffgehalt jedes Bereichs gesteuert wird.
  4. Isolierender Flächenkörper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmeleitfähigkeit in einer Richtung von der haftenden Fläche (7a) des isolierenden Flächenkörpers (7) zu einer Innenseite davon sequentiell zunimmt.
  5. Isolierender Flächenkörper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmeleitfähigkeit des haftenden Flächenbereichs (7b) des isolierenden Flächenkörpers (7) von der Wärmeleitfähigkeit des Innenbereichs (7c), mit Ausnahme des haftenden Flächenbereichs (7b) des isolierenden Flächenkörpers (7), schrittweise verschieden.
  6. Isolierender Flächenkörper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Füllstoffelement ein abgeflachter Füllstoff (71) oder ein körniger Füllstoff (72) ist und mindestens eines von Aluminiumoxid, Bornitrid und Siliciumcarbid ist.
  7. Isolierender Flächenkörper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Keramikflächenkörper mit einem Durchgangsloch, ein Keramikflächenkörper mit einem metallbeschichteten Durchgangsloch oder ein Glaslaminat mit einem metallbeschichteten Durchgangsloch in den Innenbereich (7c) des isolierenden Flächenkörpers (7) als das Füllstoffelement darin infiltriert ist.
  8. Isolierender Flächenkörper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Kernbereich eines Mittelteilbereichs in einer Dickenrichtung des Innenbereichs (7c) des isolierenden Flächenkörpers (7) mit einem leitfähigen Füllstoffelement gefüllt ist.
  9. Isolierender Flächenkörper nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das leitfähige Füllstoffelement ein leitfähiger Metallflächenkörper (73) mit einem Durchgangsloch (74) ist.
  10. Isolierender Flächenkörper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die haftende Komponente in einem A- oder B-Zustand ist.
  11. Verfahren zum Herstellen eines isolierenden Flächenkörpers, gekennzeichnet durch die folgenden Schritte:

    Erhalten eines Laminats im A- oder B-Zustand, das eine erste Schicht aus einer ersten isolierenden Flächenkörperzusammensetzung und eine zweite Schicht aus einer zweiten isolierenden Flächenkörperzusammensetzung aufweist, die auf der ersten Schicht gebildet ist; und

    Aufbringen von Druck auf das Laminat im A- oder B-Zustand, so dass sich die haftenden Komponenten in der ersten und der zweiten Schicht vermischen, wobei

    die erste isolierende Flächenkörperzusammensetzung eine haftende Komponente aus im Wesentlichen einem warmhärtbaren Harz und ein Füllstoffelement aufweist und warmhärtbar ist, um eine Wärmeleitfähigkeit von 0,2 bis 10 W/mK zu haben, und

    die zweite isolierende Flächenkörperzusammensetzung eine haftende Komponente aus im Wesentlichen einem warmhärtbaren Harz und ein Füllstoffelement aufweist und warmhärtbar ist, um eine Wärmeleitfähigkeit von 10 bis 16 W/mK zu haben.
  12. Verfahren zum Herstellen eines isolierenden Flächenkörpers nach Anspruch 11, ferner gekennzeichnet durch den folgenden Schritt:

    Laminieren eines ersten Laminats im A- oder B-Zustand und eines zweiten Laminats im A- oder B-Zustand, wobei ihre zweiten Schichten einander zugewandt sind.
  13. Leistungsmodul,

    gekennzeichnet durch

    ein Halbleiter-Leistungsbauelement (1);

    ein leitfähiges Element (2), an dem das Halbleiter-Leistungsbauelement (1) angebracht ist;

    einen gehärteten isolierenden Flächenkörper (77), der an einer Seite des leitfähigen Elements (2) angebracht ist, die einer Seite davon gegenüberliegt, an der das Halbleiter-Leistungsbauelement (1) angebracht ist; und

    ein Wärmesenkeelement (6), das an dem gehärteten isolierenden Flächenkörper (77) angebracht ist,

    wobei der isolierende Flächenkörper aufweist:

    eine haftende Komponente aus im Wesentlichen einem warmhärtbaren Harz und einem Füllstoffelement, das in die Komponente infiltriert ist, und

    eine Wärmeleitfähigkeit eines haftenden Flächenbereichs des isolierenden Flächenkörpers geringer als eine Wärmeleitfähigkeit eines Innenbereichs ist, mit Ausnahme des haftenden Flächenbereichs des isolierenden Flächenkörpers.
  14. Leistungsmodul,

    gekennzeichnet durch

    ein Halbleiter-Leistungsbauelement (1);

    eine Leiterplatte (8), an der das Halbleiter-Leistungsbauelement (1) angebracht ist;

    ein Wärmesenkeelement (6), an dem die Leiterplatte (8) vorgesehen ist;

    ein Gehäuse (9), das an einem Außenumfangsteil des Wärmesenkeelements (6) angebracht ist;

    ein Formharz (4), das in das Gehäuse (9) so eingespritzt ist, dass die Leiterplatte (8) und das Halbleiter-Leistungsbauelement (1) darin hermetisch abgedichtet sind;

    einen gehärteten isolierenden Flächenkörper (77), der an einer Seite des Wärmesenkeelements (6) angebracht ist, die einer Seite davon gegenüberliegt, an der die Leiterplatte (8) angebracht ist; und

    einen Wärmeverteiler (11), der an dem gehärteten isolierenden Flächenkörper (77) angebracht ist,

    wobei der isolierende Flächenkörper aufweist:

    eine haftende Komponente aus im Wesentlichen warmhärtbarem Harz und einem Füllstoffelement, das in die Komponente infiltriert ist, und

    eine Wärmeleitfähigkeit eines haftenden Flächenbereichs des isolierenden Flächenkörpers geringer als eine Wärmeleitfähigkeit eines Innenbereichs ist, mit Ausnahme des haftenden Flächenbereichs des isolierenden Flächenkörpers.
Es folgen 8 Blatt Zeichnungen






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