(57)【要約】【課題】接着強度を維持しつつ、接着時における塗布工程が不要な接着剤、その製造方法、およびこの接着剤を用いた接続構造体を提供する。【解決手段】接着剤Ｅの製造工程では、エポキシ樹脂の固形の主剤Ｅ１（第１剤）に、レーザ加工などによって、間隙部である貫通孔Ｈを形成し、貫通孔Ｈに硬化剤Ｅ２を含浸させる。レーザ加工などによって間隙部を形成する代わりに、間隙部となる壁部や柱状部材を有する抜き型に主剤を注入した後、抜き型を剥離する方法や、主剤に繊維状部材を混練して繊維状部材をエッチングなどで除去する方法を採ることもできる。硬化剤Ｅ２は、常温で液状であってもよいし、固体状であってもよい。主剤Ｅ１の間隙部の断面形状は、任意の形状が可能であり、接着剤Ｅの形状も、異形など任意の形状が可能である。【選択図】図１
2009046528.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
空隙部を有する固形の第１剤からなる基体を形成する工程（ａ）と、
前記基体の前記空隙部に、前記第１剤との反応による樹脂の形成が可能な第２剤を含浸させる工程（ｂ）と、
を含む接着剤の製造方法。
【請求項２】
請求項１記載の接着剤の製造方法において、
前記工程（ｂ）では、液状の第２剤を用いる、接着剤の製造方法。
【請求項３】
請求項１記載の接着剤の製造方法において、
前記工程（ｂ）では、固体状の第２剤を融解して前記空隙部に含浸させる、接着剤の製造方法。
【請求項４】
請求項１〜３のうちいずれか１つに記載の接着剤の製造方法において、
前記工程（ａ）では、第１剤にフィラーを混入させる、接着剤の製造方法。
【請求項５】
請求項１〜４のうちいずれか１つに記載の接着剤の製造方法において、
前記工程（ａ）の後、前記工程（ｂ）の前に、前記基体の空隙部の壁面に、前記第１剤と第２剤との接触防止用薄膜を形成する工程（ｃ）をさらに含む、接着剤の製造方法。
【請求項６】
空隙部を有する固形の第１剤からなる基体と、
前記基体の空隙部に含浸され、前記第１剤との反応による樹脂の形成可能な第２剤と、
を備えている、接着剤。
【請求項７】
請求項６記載の接着剤において、
前記第２剤は、液体である、接着剤。
【請求項８】
請求項６記載の接着剤において、
前記第２剤は、固体である、接着剤。
【請求項９】
請求項６〜８のうちいずれか１つに記載の接着剤層において、
前記第１剤には、フィラーが混入されている、接着剤。
【請求項１０】
請求項１〜３のうちいずれか１つに記載の接着剤の製造を行なった後、第１の被接着部材と第２の被接着部材との間に前記接着剤を介在させる工程（ｄ）と、
前記接着剤中の第１剤と第２剤とを反応させて、前記第１の部材と第２の部材とを接続する工程（ｅ）と、
を含む接続構造体の製造方法。
【請求項１１】
請求項１０記載の接続構造体の製造方法において、
前記工程（ｅ）では、前記第１の被接着部材と第２の被接着部材とに振動を印加する、接続構造体の製造方法。
【請求項１２】
請求項１０または１１記載の接続構造体の製造方法において、
前記第１の被接着部材は、パワーモジュールのヒートシンクであり、
前記第２の被接着部材は、パワーモジュールの配線部材である、接続構造体の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、２剤混合型の接着剤、その製造方法および接続構造体の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、エポキシ樹脂等の２剤混合型接着剤は、主剤と硬化剤とを混合した状態で、一方の被接着面に塗布した後、他方の被接着面を貼り合わせることにより、形成される。電子部品等の組立持には、液状の主剤と硬化剤とを混合した液をスクリーン印刷などによって塗布した後、加熱等によって硬化させている。
【０００３】
一方、電子部品等の組立時における塗布工程を省略するために、主剤と硬化剤とを混合し、半硬化させた状態で熱可塑状態のシートを予め準備しておいて、電子部品等の組立の際の接着時では、シートを２つの被接着面間に介在させた状態で、加熱等により硬化させることも行われている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
エポキシシートを用いる方法では、接着時における塗布工程が不要になることで、工程の簡素化が図られる。しかしながら、エポキシシートを用いる場合、主剤と硬化剤との反応を進行させずに、半硬化状態を長期間維持させるためには、管理コストが多大となる。また、エポキシシートを用いた場合、液状の主剤と硬化剤とを混合した液を塗布する方法に比べて、接着強度が低下することもわかっている。
【０００５】
本発明の目的は、接着強度を維持しつつ、接着時における塗布工程が不要な接着剤、その製造方法、およびこの接着剤を用いた接続構造体を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の接着剤の製造方法は、空隙部を有する固形の基体を形成した後、空隙部に、第１剤と反応による樹脂の形成が可能な第２剤を含浸させる方法である。
【０００７】
空隙部とは、多孔質材料中の空孔、孔開け加工によって形成される孔（長孔を含む）、スリット、溝など、基体中における第１剤が存在していない部分をいう。空隙部の形成は、基体を成形した後にレーザ加工などの孔開け加工による方法、繊維質の材料を第１剤に混ぜて固化した後、繊維質の材料のみを融解、エッチング等により除去する方法、剥離可能な材料からなる芯部材の周囲に第１剤を固化させておいて、芯部材を剥離させる方法等がある。
【０００８】
この方法により、エポキシ樹脂等の２剤混合型樹脂を形成するための接着剤を任意の形状で形成することができる。この接着剤中では、第１剤と第２剤とが混合しているわけではないので、反応を抑制しつつ保管することは容易である。また、半硬化しているエポキシシートなどに比べて、接着時に加熱等によって混ざり合って完全硬化することにより、接着強度も向上する。
【０００９】
第２剤は、室温で液状であってもよいし、固体状であってもよい。
【００１０】
第１剤にフィラーを混入させておくことにより、接着剤に高熱伝導性や導電性などの所望の特性を付与することができる。
【００１１】
本発明の接着剤は、空隙部を有する固形の第１剤からなる基体の空隙部に、第１剤との反応による樹脂の形成可能な第２剤を含浸させたものである。
【００１２】
これにより、エポキシ樹脂等の２剤混合型樹脂を形成するための接着剤を任意の形状で得ることができる。この接着剤中では、第１剤と第２剤とが混合しているわけではないので、反応を抑制しつつ保管することは容易である。また、半硬化しているエポキシシートなどに比べて、接着時に加熱等によって混ざり合って完全硬化するので、接着強度も向上する。
【００１３】
第２剤は、液状であってもよいし、固体状であってもよい。特に、第１剤にフィラーを混入させておくことにより、接着剤に高熱伝導性などの所望の特性を付与することができる。
【００１４】
第２剤を含浸させる前に、基体の空隙部の壁面に、第１剤と第２剤との接触防止用薄膜を形成しておくことにより、加熱等の硬化処理をする前における第１剤と第２剤との反応を確実に抑制することができる。
【００１５】
本発明の接続構造体の製造方法は、上記接着剤を製造した後、第１の被接着部材と第２の被接着部材との間に接着剤を介在させ、接着剤を硬化させることにより、第１の被接着部材と第２の被接着部材とを接続する方法である。
【００１６】
第１剤と第２剤とを反応させて硬化させる方法としては、加熱する方法、紫外線を照射する方法、などがある。
【００１７】
この方法により、第１の被接着部材と第２の被接着部材との形状にかかわらず、本発明の接着剤を多種多様の製品に応用することが可能になる。たとえば、円柱同士を接着する場合には、２つの円柱の接触部の型を作製しておいて、その型にあった形状の基体を形成しておけばよい。よって、従来、非常に手間を要していた接続構造体の形成を迅速、確実に行うことが可能になる。
【００１８】
第１剤と第２剤とを反応させる際には、超音波振動などの振動を印加することにより、第１剤と第２剤とが迅速に混ざり合うので、均一な組成を有する熱硬化樹脂を形成することができる。
【００１９】
被接着部材が、パワーモジュールのヒートシンクと配線部材とである場合、塗布によって接着剤層を形成する方法に比べて、接着剤層の厚みの制御が容易となり、熱抵抗の均一な接着剤層が得られる。また、エポキシシートなどを用いる方法に比べて、接着強度が向上し、接続の信頼性も高い。
【発明の効果】
【００２０】
本発明の接着剤、その製造方法または接続構造体によると、接着強度を維持しつつ、接着時における塗布工程を不要とすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
（実施の形態１）
図１（ａ）〜（ｃ）は、実施の形態１に係る接着剤Ｅの製造工程を示す断面図である。
まず、図１（ａ）に示す工程で、平板状の固形の主剤Ｅ１（第１剤）を形成する。この状態では、主剤Ｅ１は熱可塑性である。代表的なエポキシ樹脂として、ビスフェノールＡ型、ビフェニル型、ビスフェノールＳ型、ナフタレン型、ビスフェノールＡＦ型などがある。本実施形態においては、主剤Ｅ１として、融点１０５℃程度のビフェニルや、融点７５℃程度のビスフェノールＳを用いる。
なお、エポキシ樹脂を変性させた、ナイロン・エポキシ樹脂、ニトリルゴム・エポキシ樹脂、アクリル・エポキシ樹脂、エポキシ・フェノール樹脂などを用いることもできる。
【００２２】
次に、図１（ｂ）に示す工程で、平板状の主剤Ｅ１に貫通孔Ｈ（間隙部）を形成する。間隙部の断面形状は、図１（ｂ）に示す貫通孔Ｈのごとき円形の他、八角形、六角形、四角形、三角形、長円、スリット状、など任意である。ただし、主剤Ｅ１の体積と間隙部の体積とはエポキシ樹脂における主剤と硬化剤との混合割合に対応している。間隙部の断面寸法（径、幅など）は、１μｍ〜１ｍｍ程度まで任意であり、硬化剤を含浸させる際の粘度との関係で適宜決定することができる。なお、間隙部として、貫通孔Ｈではなく、底付き穴を形成してもよいが、後述する硬化剤の含浸が、硬化剤の粘度によっては、困難になることがあるので、貫通孔であることが好ましい。
【００２３】
一般に、合成樹脂の特定位置の膜厚方向に孔を形成する方法としては、例えば、化学エッチング法、熱分解法、レーザ光，シンクロトロン放射光，軟Ｘ線などの照射による方法、超音波法，ドリルを用いた機械加工法などが挙げられるが、これらに限定されるものではない。たとえば、回折格子を利用してレーザ光を多数のビームに分け、多数の孔を一度に開口させる方法を用いることができる。また、繊維質の材料を主剤に混ぜて固化した後、繊維質の材料のみを融解、エッチング等により除去する方法も採ることができる。さらに、粒子状の主剤（たとえばフィラー表面に主剤を被覆したもの）を固めて、多孔質の構造を設けてもよい。
【００２４】
次に、図１（ｃ）に示す工程で、貫通孔Ｈに硬化剤Ｅ２（第２剤）を含浸させて、接着剤Ｅを形成する。図２は、接着剤Ｅの平面図である。貫通孔Ｈに硬化剤Ｅ２を含浸させる方法として、最も簡素な方法は、硬化剤Ｅ２の液に主剤Ｅ１を浸漬させる方法であるが、これに限定されるものではない。
【００２５】
エポキシ樹脂の硬化剤には、常温硬化型として、脂肪族アミン、ポリアミド系、ポリサルファイドなどがあり、高温硬化型として、芳香族アミン、酸無水物、潜在性硬化剤、尿素樹脂、フェノール樹脂、メラミン樹脂、アニリン樹脂、トルエンスルホン酸アミド、イソシアネート、アルキド樹脂、などがある。
【００２６】
上記硬化剤には、液状のものと固体状のものとがあるが、いずれを用いてもよい。液状のものを用いる場合、粘度を調整するために、無機材料からなるフィラーを添加することができる。主剤Ｅ１の貫通孔Ｈに含浸させる際には、反応温度に達しない程度に加熱して粘度を下げることもできる。その後、低温に保持することにより、硬化剤Ｅ２を主剤Ｅ１の貫通孔Ｈ中に安定して保持することができる。
【００２７】
熱可塑性の固体状の硬化剤Ｅ２を用いる場合にも、反応温度に達しない程度に加熱して、硬化剤Ｅ２を液状にした状態で、硬化剤Ｅ２を主剤Ｅ１の貫通孔Ｈ中に浸入させる。その場合、主剤Ｅ１の融点よりも低い融点を有する硬化剤Ｅ２を選択する。一例を挙げると、主剤Ｅ１として、融点が約１０５℃のビフェニル型を用いる場合には、硬化剤Ｅ２として、酸無水物中のエチレングリコールビストリメリチート（融点６４〜７２℃）、ポリアゼライン酸無水物（融点５２〜６５℃）などを用いることができる。
なお、必要に応じて、第３級アミン、ホウ素錯塩、無機酸、ジヒドラジット、などの硬化促進剤を添加してもよい。
【００２８】
図３は、主剤Ｅ１に無機材料などからなるフィラーＦを混入した場合における接着剤Ｅの構造を示す断面図である。この場合、レーザ光などによって、主剤Ｅ１とフィラーＦとが開口される。そして、フィラーＦを除く主剤Ｅ１の量と、硬化剤Ｅ２の量との比が、エポキシ樹脂の種類によって定まる所定の混合割合となっている。なお、硬化剤Ｅ２中に粘度調整等の目的でフィラーが混入されている場合には、フィラーＦを除く主剤Ｅ１の量と、フィラーを除く硬化剤Ｅ２の量との比が、上記所定の混合割合となっている。
【００２９】
本実施の形態によると、エポキシ樹脂等の２剤混合型樹脂を形成するための接着剤Ｅを任意の形状で得ることができる。この接着剤Ｅ中では、第１剤と第２剤とが混合しているわけではないので、反応を抑制しつつ保管することは容易である。また、半硬化しているエポキシシートなどに比べて、接着時に加熱等によって混ざり合って完全硬化するので、接着強度も向上する。
【００３０】
また、実施の形態１における図１（ｂ）で貫通孔Ｈを形成した後、主剤Ｅ１と硬化剤Ｅ２との接触を防止するために、接触防止用薄膜（高分子膜など）を貫通孔Ｈの壁面に形成しておいてもよい。接触防止用薄膜の材料としては、主剤Ｅ１よりも融点が低く、硬化剤Ｅ２よりも融点が高い樹脂などが適している。これにより、主剤と硬化剤との接触を妨げることにより、接着剤Ｅの長期の保存が容易になる。
【００３１】
上記実施の形態１では、主剤Ｅ１を第１剤として、主剤Ｅ１の間隙部に第２剤である硬化剤を含浸させたが、エポキシ樹脂の場合、硬化剤を第１剤、主剤を第２剤として、硬化剤の間隙部に主剤（第２剤）を含浸させてもよい。一例として、融点が１３０．８℃の無水フタル酸、融点が６４−７２℃のエチレングリコールビストリメリチート、融点が５２−６５℃ポリアゼライン酸無水物などを第１剤として選択することで、液状または硬化剤よりも低融点の固体状の主剤を硬化剤の孔に含浸させることができる。
【００３２】
（実施の形態２）
図４（ａ）〜（ｃ）は、実施の形態２に係る接着剤Ｅの製造方法を示す断面図である。
まず、図４（ａ）に示す工程で、ポリテトラフルオロエチレン樹脂などのフッ素樹脂からなる抜き型７０を準備する。抜き型７０は、間隙部であるスリットＳとなる壁部７１と、主剤Ｅ１となる空間部７２とを有している。
【００３３】
次に、図４（ｂ）に示す工程で、抜き型７０の空間部７２に主剤Ｅ１を注入する。主剤Ｅ１には、フィラーが混入されていてもよい。そして、抜き型７０の上に、蓋部材７３を載置して、主剤Ｅ１の厚みを規定の値に制御する。なお、蓋部材７３を抜き型７０の上に載置してから、主剤Ｅ１を注入してもよい。
【００３４】
次に、図４（ｃ）に示す工程で、抜き型７０および蓋部材７３を主剤Ｅ１から剥離する。図５は、このときの主剤Ｅ１の平面形状を示す上面図である。主剤Ｅ１には、間隙部である多数のスリットＳが形成されている。この例では、スリットＳの両端は塞がっているが、一方の端部が開放されていてもよい（図５に示す破線参照）。
【００３５】
その後、実施の形態１における図１（ｃ）に示す工程と同じ処理を行なって、間隙部であるスリットＳに硬化剤Ｅ２を含浸させる。本実施の形態においても、実施の形態１と同様の主剤Ｅ１、硬化剤Ｅ２を用いることができる。
【００３６】
本実施の形態によっても、実施の形態１と同様に、エポキシ樹脂等の２剤混合型樹脂を形成するための接着剤Ｅを任意の形状で得ることができ、主剤と硬化剤との反応を抑制しつつ保管することも容易である。また、半硬化しているエポキシシートなどに比べて、接着時に加熱等によって混ざり合って完全硬化するので、接着強度も向上する。
【００３７】
なお、本実施の形態においても、スリットＳに代えて、実施の形態１と同じ円形や毛矩形の貫通孔を形成することができる。その場合には、壁部７１に代えて、円柱や角柱を有する抜き型を用いればよい。
【００３８】
（実施の形態３）
図６は、実施の形態３に係る接着剤Ｅの断面図である。本実施の形態においては、製造工程の図示は省略するが、上記実施の形態１（図１（ａ）〜（ｃ）参照）または実施の形態２（図４（ａ）〜（ｃ）および図５参照）の方法を利用することができる。
【００３９】
図６に示すように、本実施の形態では、実施の形態１と同様に、主剤Ｅ１と、主剤Ｅ１中の間隙部に含浸された硬化剤Ｅ２とを有している。そして、接着剤Ｅの両側面は、円筒面Ｃ１，Ｃ２となっている。円筒面Ｃ１，Ｃ２の曲率半径は、必ずしも同じでなくてもよい。本実施の形態においても、主剤Ｅ１、硬化剤Ｅ２は、実施の形態１と同様の材料を用いることができる。
【００４０】
本実施の形態では、接着剤Ｅによって接着される被接着部材は、それぞれ円筒面Ｃ１，Ｃ２と同じ径を有する１対の柱状部材である。このような接着剤Ｅは、たとえば、予め円筒面Ｃ１，Ｃ２を有する剥離可能な抜き型を作製しておいて、その間に主剤を注入することにより可能となる。その後、レーザ加工などによって貫通孔（間隙部）を形成してもよいし（実施の形態１の方法）、抜き型に間隙部となる壁部、円柱、角柱などを設けておけばよい。
【００４１】
なお、本実施の形態では、円筒面Ｃ１，Ｃ２を有する接着剤Ｅを例示したが、本発明の接着剤の形状は、円筒面以外の各種形状（球，多面体，異形など）に適用することができる。すなわち、本発明の接着剤は、任意形状の被接着面を有する部材同士の接着に適用することができる。
【００４２】
（実施の形態４）
本実施の形態では、本発明の接着剤Ｅを用いた接続構造体の例として、パワーモジュールについて説明する。
−パワーモジュールの構造−
図７は、実施の形態におけるパワーモジュールセットの構造を示す斜視図である。同図に示すように、本実施形態のパワーモジュールセットは、放熱器５０の上に、複数のパワーモジュール１０を取り付けて構成されている。放熱器５０は、天板５０ａと天板５０ａに接合された容器５０ｂとからなり、天板５０ａには、パワーモジュール１０を組み込むための多数の矩形状貫通穴が設けられている。本実施形態においては、矩形状貫通穴が多数設けられているが、１つだけでもよい。放熱器５０を構成する天板５０ａと容器５０ｂとは、アルミニウムまたはアルミニウム合金からなり、ダイキャスト，押し出し，鍛造，鋳造，機械加工等によって組み立てることができる。
【００４３】
本実施の形態では、放熱器５０は天板５０ａと容器５０ｂとを個別に形成してから両者を接合しているが、天板と容器とを一体に形成してもよい。その場合、たとえば一体型を用いたダイキャストにより放熱器を形成することができる。
【００４４】
図８は、実施の形態４に係るパワーモジュールセットのVIII-VIII線における断面図である。ただし、図８において配線構造の図示は省略されている。図９は、図８の一部を拡大して示す断面図である。本実施の形態のパワーモジュールセットにおいて、放熱器５０の天板５０ａと容器５０ｂとの間の空間５１には、熱交換媒体としての冷却水が図８の紙面に直交する方向に流れている。パワーモジュール１０は、Ｏリング２５により気密を保持しつつボルト５４により天板５０ａにネジ止めされている。また、パワーモジュール１０は、主要部材として、ＩＧＢＴなどの半導体素子が形成された半導体チップ１１と、半導体チップ１１内の半導体素子と外部部材とを電気的に接続するための金属配線２３と、金属配線２３と半導体チップ１１とを接合する，Ｐｂフリー半田を含む半田層１４と、半導体チップ１１で発生した熱を外方に放出するためのヒートシンク２１と、金属配線２３をヒートシンク２１に固着する絶縁樹脂層２６とを備えている。図９に示すように、半導体チップ１１の上面および下面には、それぞれ、ＩＧＢＴなどの半導体素子の活性領域に接続される上面電極１２および裏面電極１３が設けられている。そして、半導体チップ１１の裏面電極１３が、半田層１４によって、金属配線２３に導通状態で接合されている。
【００４５】
ヒートシンク２１は、平板部２１ａと、平板部２１ａの裏面側から突出するフィン部２１ｂとからなり、平板部２１ａは、金属配線２３を支持する支持部材として機能している。そして、フィン部２１ｂは、熱交換媒体である冷却水にさらされて、熱交換効率を高めるように構成されている。ただし、フィン部２１ｂは必ずしも必要ではなく、また、フィン部２１ｂに代えて、他の放熱構造体を備えていてもよい。
【００４６】
また、放熱器５０の天板５０ａ上に、半導体チップ１１等を囲むモジュール樹脂枠５３が設けられていて、モジュール樹脂枠５３がボルト５４によって天板５０ａに固定されている。モジュール樹脂枠５３の内部および外表面には電極端子層５６が形成されている。この電極端子層５６と金属配線２３とは、大電流用配線１８によって接続されており、電極端子層５６と半導体チップ１１の上面電極１２の一部とは、信号配線１７によって接続されている。これによって、パワーモジュール１０と外部機器との電気的な接続が可能になっている。また、モジュール樹脂枠５３の内方には、シリコンゲルからなるゲル層４０が設けられていて、ヒートシンク２１の上面側で半導体チップ１１，信号配線１７，大電流用配線１８，金属配線２３，半田層１４，絶縁樹脂層２６などの部材がゲル層４０内に埋設されている。
【００４７】
図９の拡大部分に示すように、絶縁樹脂層２６は、無機絶縁性材料からなるフィラーＦを混入して構成されている。樹脂絶縁層２６は、図３に示す構造を有する接着剤Ｅの主剤Ｅ１と硬化剤Ｅ２とを反応させることによって形成されている。主剤Ｅ１と硬化剤Ｅ２とを反応させる方法については、後述する。
【００４８】
フィラーＦの材質は、高硬度の無機絶縁性材料であって、たとえばＡｌＮ，ＳｉＣ，Ａｌ２Ｏ３，ＢＮ，窒化珪素，ダイヤモンドなどが好ましい。高硬度の無機絶縁性材料は、熱伝導率が高いので、絶縁樹脂層２６全体の熱抵抗を小さくすることができる。
【００４９】
絶縁樹脂層２６の厚みは、０．４ｍｍ以下であることが好ましく、０．１ｍｍ〜０．２ｍｍ以下であることがより好ましい。絶縁樹脂層２６の熱抵抗は、熱伝導率と厚みに依存して定まるが、厚みが薄いほど熱抵抗が小さくなる。したがって、厚みが０．４ｍｍ以下であることにより、放熱性能が高くなることになる。
【００５０】
本実施の形態では、半田層１４は、Ｐｂフリー半田を用いて形成されている。一般に、Ｐｂフリー半田には、以下のものがある。たとえば、Ｓｎ（液相点２３２℃），Ｓｎ−3.5%Ａｇ（液相点２２１℃），Ｓｎ−3.0%Ａｇ（液相点２２２℃），Ｓｎ−3.5%Ａｇ−0.55%Ｃｕ（液相点２２０℃），Ｓｎ−3.0%Ａｇ−0.5%Ｃｕ（液相点２２０℃），Ｓｎ−1.5%Ａｇ−0.85%Ｃｕ−2.0Ｂｉ（液相点２２３℃），Ｓｎ−2.5%Ａｇ−0.5%Ｃｕ−1.0Ｂｉ（液相点２１９℃），Ｓｎ−5.8Ｂｉ（液相点１３８℃），Ｓｎ−0.55%Ｃｕ（液相点２２６℃），Ｓｎ−0.55%Ｃｕ−その他（液相点２２６℃），Ｓｎ−0.55%Ｃｕ−0.3%Ａｇ（液相点２２６℃），Ｓｎ−5.0%Ｃｕ（液相点３５８℃），Ｓｎ−3.0%Ｃｕ−0.3%Ａｇ（液相点３１２℃），Ｓｎ−3.5%Ａｇ−0.5%Ｂｉ−3.0Ｉｎ（液相点２１６℃），Ｓｎ−3.5%Ａｇ−0.5%Ｂｉ−4.0Ｉｎ（液相点２１１℃），Ｓｎ−3.5%Ａｇ−0.5%Ｂｉ−8.0Ｉｎ（液相点２０８℃），Ｓｎ−8.0%Ｚｎ−3.0%Ｂｉ（液相点１９７℃）等がある。本実施の形態では、液相点が２５０℃以下の低融点のＰｂフリー半田、たとえば、Ｓｎ−3.0%Ａｇ−0.5%Ｃｕ（液相点２２０℃）を用いているが、これに限定されるものではない。
【００５１】
本実施の形態では、絶縁樹脂層２６中の接着剤Ｅとして、エポキシ樹脂を用い、Ｐｂフリー半田の液相点よりも高いものを用いている。したがって、後述するパワーモジュールの組み立て工程において、絶縁樹脂層２６を形成した後で、Ｐｂフリー半田のリフロー工程を行うことが可能になる。本実施の形態によると、従来用いられていた２つの半田層に代えて、１つの半田層１４と、本発明の接着剤Ｅを利用した絶縁樹脂層２６とを用いているので、工程の先後に応じて低融点のＰｂフリー半田と高融点のＰｂフリー半田とを用いる必要はなく、低融点のＰｂフリー半田だけで済むことになる。したがって、本実施の形態により、半田層１４をＰｂフリー化して、接続信頼性を確保しつつ、Ｐｂフリー化を図ることができる利点もある。
【００５２】
本実施の形態では、ヒートシンク２１の材料として、焼結アルミニウム（焼結Ａｌ）を用いているが、これに限定されるものではない。たとえば、Ａｌ，Ａｌ合金，Ｃｕ，Ｃｕ合金などの他の金属、ＡｌＮ，ＳｉＮ，ＢＮ，ＳｉＣ，ＷＣなどのセラミックス、或いは、Ａｌ−ＳｉＣ，Ｃｕ−Ｗ，Ｃｕ−Ｍｏなどの複合材料を用いてもよい。
【００５３】
本実施の形態では、金属配線２３の材料として、ＣｕまたはＣｕ合金を用いているが、これに限定されるものではない。たとえば、Ａｌ，Ａｌ合金，ＤＢＡ基板，ＤＢＣ基板や、Ａｌ−ＳｉＣ，Ｃｕ−Ｗ，Ｃｕ−Ｍｏなどの複合材料を用いてもよい。ただし、ＤＢＡ基板やＤＢＣ基板を用いると、製造コストが高くつく。本発明では、ＤＢＡ基板やＤＢＣ基板を用いなくても接合の信頼性を維持することができるので、金属配線２３をＣｕやＣｕ合金などの金属板単体構造とすることにより、製造コストの削減を図ることができる。
【００５４】
−パワーモジュールの製造工程−
次に、図１０（ａ）〜（ｄ），図１２（ａ）〜（ｄ）および図７（ａ）〜（ｃ）を参照しながら、本実施の形態のパワーモジュールの製造方法について説明する。図１０（ａ）〜（ｄ）は、本実施の形態の製造工程における，樹脂接着剤の塗布からモジュール樹脂枠の取付までの工程を示す断面図である。図１１（ａ）〜（ｄ）は、本実施の形態の製造工程における，チップマウントからポッティングまでの工程を示す断面図である。図１２（ａ）〜（ｃ）は、本実施の形態の製造工程における，Ｏリングの設置からボルトの締結までの工程を示す断面図である。
【００５５】
まず、図１０（ａ）に示す工程で、焼結Ａｌからなり、平板部２１ａとフィン部２１ｂとを有するヒートシンク２１を準備する。そして、ヒートシンク２１の平板部２１ａの上面上に、図３に示す主剤Ｅ１と硬化剤Ｅ２とを有する接着剤Ｅを載置する。接着剤Ｅの厚みは、たとえば１００〜２００μｍである。
【００５６】
接着剤Ｅは、予めシート状に形成されているので、目視によって絶縁樹脂層２６となる接着剤Ｅに気泡がないことを確認することができる。気泡が存在すると、絶縁樹脂層２６の熱抵抗が増大するおそれがあるが、本発明の接着剤Ｅにより、絶縁樹脂層２６の熱抵抗が気泡によって増大するのを未然に防止することができる。
なお、固体シート状の硬化剤を載置した後、多数の孔を有する主剤を硬化剤の上に載置して、硬化剤の融点以上かつ主剤の融点以下の温度に加熱することにより、硬化剤を主剤中の孔に含浸させることにより、接着剤Ｅを形成してもよい。この場合、熱硬化させる直前まで、主剤と硬化剤とが接触しないので、反応が進行するおそれが全くないという利点がある。
【００５７】
次に、図１０（ｂ）に示す工程で、所定形状にパターニングされた金属配線２３を絶縁樹脂層２６の上にマウントする。そして、図１０（ｃ）に示す工程で、ヒートシンク２１，接着剤Ｅおよび金属配線２３に超音波振動を印加しつつ加熱し、接着剤Ｅ中の主剤Ｅ１と硬化剤Ｅ２とを反応させて、エポキシ樹脂からなる樹脂絶縁層２６を形成する。
【００５８】
これにより、図１０（ｃ）に示すように、本発明の接着剤Ｅを硬化させて、第１の部材であるヒートシンク２１と、第２の部材である金属配線２３とを接続してなる接続構造体ＣＳが得られる。特に、本実施の形態においては、主剤Ｅ１と硬化剤Ｅ２とを反応させる際に、超音波振動を印加しているので、主剤Ｅ１の間隙部に含浸された硬化剤Ｅ２と主剤Ｅ１とが迅速かつ均一に混ざり合う。
【００５９】
次に、図１０（ｄ）に示す工程で、ヒートシンク２１の平板部２１ａの上に、モジュール樹脂枠５３を取り付ける。モジュール樹脂枠５３の内部および外表面には、電極端子層５６が一体成形により形成されている。そして、モジュール樹脂枠５３の内側には、電極端子層５６の一部が露出している。
【００６０】
次に、図１１（ａ）に示す工程で、金属配線２３の上に、Ｐｂフリー半田を設置，吐出または印刷し、Ｐｂフリー半田の上に、半導体チップ１１をマウントする。半導体チップ１１には、パワーデバイスとして機能するＩＧＢＴ、あるいはダイオードが形成されている。さらに、図１１（ｂ）に示す工程で、パワーモジュールをリフロー炉に投入し、半導体チップ１１と金属配線２３とを接合する半田層１４を形成する。このときのリフロー炉の雰囲気は不活性ガス雰囲気または還元性雰囲気で、炉内の最高温度は２６０℃である。その後、接合の際にフラックスを使用した場合は、必要に応じてフラックス洗浄を行なって、フラックス残渣を除去する。
【００６１】
次に、図１１（ｃ）に示す工程で、比較的大径（たとえば４００μｍ径）のＡｌワイヤを用いたワイヤボンディングを行う。そして、半導体チップ１１の上面電極１２（図９参照）同士や、上面電極１２と金属配線２３との間、金属配線２３と電極端子層５６との間を接続する大電流用配線１８を形成する。その後、小径（たとえば１２５μｍ径）のＡｌワイヤを用いたワイヤボンディングを行なって、半導体チップ１１の上面電極１２と電極端子層５６との間を接続する信号配線１７を形成する。
【００６２】
次に、図１１（ｄ）に示す工程で、シリコンゲルを用いたポッティングにより、モジュール樹脂枠５３の内方を埋めるゲル層４０を形成する。これにより、ヒートシンク２１の上面に設けられている、半導体チップ１１，信号配線１７，大電流用配線１８，金属配線２３，半田層１４，絶縁樹脂層２６などの部材が、ゲル層４０内に埋め込まれる。
【００６３】
次に、図１２（ａ）に示す工程で、準備されている天板５０ａの矩形状貫通穴の周縁部に設けられた環状溝にＯリング２５を設置する。
【００６４】
次に、図１２（ｂ）に示す工程で、天板５０ａの矩形状貫通穴にヒートシンク２１のフィン部２１ｂを挿通させて、パワーモジュール１０を放熱器５０にマウントし、図７（ｃ）に示す工程で、ボルト５４により、パワーモジュール１０を天板５０ａに固定する。同様にして、複数のパワーモジュールを、放熱器５０の複数の矩形状貫通穴に、それぞれ取り付ける。
【００６５】
上述の工程により、放熱器５０の天板５０ａにパワーモジュール１０が実装された後、天板５０ａが容器５０ｂに接合される（図７および図８参照）。この接合は、機械かしめ等によって行なってもよい。これより、パワーモジュールセットが形成される。なお、先に天板５０ａと容器５０ｂとを接合してから、天板５０ａに各パワーモジュール１０を取り付けてもよい。
【００６６】
本実施の形態の接続構造体の製造方法によると、本発明の接着剤Ｅを利用して、パワーモジュールの第１の部材であるヒートシンク２１と、第２の部材である金属配線２３とを接続してなる接続構造体ＣＳを形成している。パワーモジュールの場合、半導体チップ１１の発熱をヒートシンク２１から熱交換媒体に放出する機能が重要であるが、本実施の形態では、エポキシ樹脂を塗布する方法に比べると、接着剤Ｅの厚さを確実に制御することができる。したがって、金属配線２３やヒートシンク２１に比べて熱抵抗が高い樹脂絶縁層２６の熱抵抗のばらつきをできるだけ小さく抑えることができる。また、エポキシ樹脂を半硬化させたエポキシシートを用いる方法にくらべると、主剤Ｅ１と硬化剤Ｅ２とを反応させて、完全硬化させるので、接着強度が向上する。
【００６７】
（他の実施の形態）
本発明の接着剤は、上記実施の形態で説明したエポキシ樹脂（熱硬化性樹脂）を用いたものに限定されるものではなく、２液混合型樹脂を用いた接着剤一般に適用することができる。熱硬化性樹脂だけでなく、熱可塑性樹脂の接着剤であってもよい。
【００６８】
また、本発明の接続構造体の製造方法は、上記実施の形態４におけるパワーモジュールの一部に限定されるものではなく、各種電子部品や機械部品中の２つの部材（第１の部材および第２の部材）同士を接着するために利用することができる。
【００６９】
上記開示された本発明の実施の形態の構造は、あくまで例示であって、本発明の範囲はこれらの記載の範囲に限定されるものではない。本発明の範囲は、特許請求の範囲の記載によって示され、さらに特許請求の範囲の記載と均等の意味及び範囲内でのすべての変更を含むものである。
【産業上の利用可能性】
【００７０】
本発明の接着剤、その製造方法または接続構造体の製造方法は、各種電子部品や機械部品の製造に利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００７１】
【図１】（ａ）〜（ｃ）は、実施の形態１に係る接着剤Ｅの製造工程を示す断面図である。
【図２】実施の形態１に係る接着剤Ｅの平面図である。
【図３】主剤に無機材料などからなるフィラーを混入した場合における接着剤の構造を示す断面図である。
【図４】（ａ）〜（ｃ）は、実施の形態２に係る接着剤の製造方法を示す断面図である。
【図５】実施の形態２に係る主剤の平面形状を示す上面図である。
【図６】実施の形態３に係る接着剤の断面図である。
【図７】実施の形態４に係るパワーモジュールセットの構造を示す斜視図である。
【図８】実施の形態４に係るパワーモジュールセットのVIII-VIII線における断面図である。
【図９】図８の一部を拡大して示す断面図である。
【図１０】（ａ）〜（ｄ）は、実施の形態４の製造工程における，樹脂接着剤の塗布からモジュール樹脂枠の取付までの工程を示す断面図である。
【図１１】（ａ）〜（ｄ）は、実施の形態４の製造工程における，チップマウントからポッティングまでの工程を示す断面図である。
【図１２】（ａ）〜（ｃ）は、実施の形態４の製造工程における，Ｏリングの設置からボルトの締結までの工程を示す断面図である。
【符号の説明】
【００７２】
Ｃ１，Ｃ２    円筒面
ＣＳ    接続構造体
Ｅ      接着剤
Ｅ１    主剤
Ｅ２    硬化剤
Ｈ      貫通孔
Ｓ      スリット
１０    パワーモジュール
１１    半導体チップ
１２    上面電極
１３    裏面電極
１４    半田層
１７    信号配線
１８    大電流用配線
２１    ヒートシンク
２１ａ  平板部
２１ｂ  フィン部
２３    金属配線
２５    Ｏリング
２６    絶縁樹脂層
４０    ゲル層
５０    放熱器
５０ａ  天板
５０ｂ  容器
５３    モジュール樹脂枠
５６    電極端子層
【図１】
2009046528.tif 000003
【図２】
2009046528.tif 000004
【図３】
2009046528.tif 000005
【図４】
2009046528.tif 000006
【図５】
2009046528.tif 000007
【図６】
2009046528.tif 000008
【図７】
2009046528.tif 000009
【図８】
2009046528.tif 000010
【図９】
2009046528.tif 000011
【図１０】
2009046528.tif 000012
【図１１】
2009046528.tif 000013
【図１２】
2009046528.tif 000014