JP6025966B2 - 熱伝導性絶縁シート、パワーモジュール及びその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、熱伝導性及び電気絶縁性に優れた熱伝導性絶縁シート、その熱伝導性絶縁シートを備えるパワーモジュール及びその製造方法に関する。

近年、パワー半導体チップは、従来のＳｉ（シリコン）チップから、高温動作が優れておりチップの電流密度を高めることができるＳｉＣチップへの置き換えが検討されている。しかし、パワー半導体チップに高電流密度の電流を流すと、チップでの発熱量が増大するためにパワー半導体チップの熱を効率よく放散しなければならない。そのため、熱伝導性絶縁シートにおいては、優れた電気絶縁性を確保しつつ熱伝導性を向上させることが求められている。
この要求を満たすものとして、熱伝導性及び電気絶縁性に優れた窒化ホウ素粉末を熱硬化性樹脂等のマトリックス樹脂中に含有する樹脂組成物を用いて製造された熱伝導性絶縁シートが用いられている。窒化ホウ素の分子構造は、黒鉛と同様の層状構造であり、一般に市販されている窒化ホウ素粒子の形状は鱗片状である。この鱗片状窒化ホウ素粒子は熱的異方性を有しており、結晶の面方向（ａ軸方向）の熱伝導率は、厚さ方向（ｃ軸方向）の熱伝導率の数倍から数十倍と言われている。そのため、シート中に含有される鱗片状窒化ホウ素粒子を、鱗片状窒化ホウ素粒子のａ軸方向がシートの厚み方向と一致するように配向させることにより、シートの厚み方向の熱伝導性を飛躍的に向上できることが期待されている。

そこで、鱗片状窒化ホウ素粒子を凝集させた二次凝集粒子をシートに配合することにより、シートの厚さ方向の熱伝導性を向上させることが提案されている（例えば、特許文献１及び２参照）。

特開２００３−０６０１３４号公報 国際公開第２００９／０４１３００号

トランスファーモールド法により、凝集させていない鱗片状窒化ホウ素粒子を熱硬化性樹脂中に充填した熱伝導性絶縁シートを電力半導体素子等と共に封止する場合、成形圧力が加えられている時間内に熱硬化性樹脂はあまり流動しなくても、パワーモジュールの電気絶縁性を確保することができていた。ところが、特許文献１及び２に記載されるような二次凝集粒子は多孔体であるために、二次凝集粒子を熱硬化性樹脂中に充填した熱伝導性絶縁シートをトランスファーモールド法により封止する場合、成形圧力が加えられている時間内に熱硬化性樹脂が流動しないと、シート中にボイドなどの欠陥が生じ易く、シートの熱伝導性及び電気絶縁性が大きく低下するという問題が発生した。

従って、本発明は、上記のような問題を解決するためになされたものであり、熱伝導性及び電気絶縁性に優れた熱伝導性絶縁シートを備えるパワーモジュールをトランスファーモールド法により製造する方法を提供することを目的とする。

本発明者らは、トランスファーモールド法によりパワーモジュールを製造する際に、シート中にボイドなどの欠陥を生じ難くさせるためには、トランスファーモールドの成形圧力が加えられている短い時間における熱伝導性絶縁シートの硬化の進行度合いが重要であると考えた。そこで、本発明者らは、トランスファーモールド前後における熱伝導性絶縁シートの硬化状態について鋭意研究した結果、鱗片状窒化ホウ素の一次粒子を凝集させた二次凝集粒子を含む無機充填材を熱硬化性樹脂中に充填した熱伝導性絶縁シートを備えるパワーモジュールをトランスファーモールド法により製造する際に、熱伝導性絶縁シートの硬化の進行を適切に制御することにより、熱伝導性絶縁シートの優れた熱伝導性と電気絶縁性を確保できることを見出し、本発明を完成するに至った。

即ち、本発明は、鱗片状窒化ホウ素の一次粒子を凝集させた二次凝集粒子を含む無機充填材を熱硬化性樹脂中に分散させた熱伝導性絶縁シートを備えるパワーモジュールをトランスファーモールド法により製造する方法であって、
トランスファーモールドする際に、未硬化又は半硬化状態の熱伝導性絶縁シートの硬化を、下記式（１）で表される熱伝導性絶縁シートの硬化度の変化率が３０％以上となるように進行させることを特徴とするパワーモジュールの製造方法である。
熱伝導性絶縁シートの硬化度の変化率（％）＝［（Ｂ−Ｃ）／Ｂ］×１００ （１）
（式中、Ｂは、トランスファーモールド前の未硬化又は半硬化状態の熱伝導性絶縁シートが完全硬化するまでに示差走査熱量計で測定される発熱量（ｃａｌ／ｇ）を表し、Ｃは、トランスファーモールド前の未硬化又は半硬化状態の熱伝導性絶縁シートを１８０℃で９０秒加熱処理した後に完全硬化するまでに示差走査熱量計で測定される発熱量（ｃａｌ／ｇ）を表す）

本発明によれば、熱伝導性及び電気絶縁性に優れた熱伝導性絶縁シートを備えるパワーモジュールの製造方法を提供することができる。

実施の形態１に係るパワーモジュールの断面模式図である。 実施例１〜１０及び比較例１〜３における熱伝導性絶縁シートの硬化度の変化率とパワーモジュールの絶縁破壊電圧の相対値との関係を示す図である。 実施の形態２に係る熱伝導性絶縁シートの断面模式図である。

実施の形態１．
以下、図面を参照して本実施の形態に係るパワーモジュールについて説明する。
図１は、本実施の形態に係るパワーモジュールの断面模式図である。図１において、パワーモジュール１は、一方の放熱部材であるリードフレーム２ａに搭載された電力半導体素子３と、他方の放熱部材であるヒートシンク４と、リードフレーム２ａとヒートシンク４との間に配置され、鱗片状窒化ホウ素の一次粒子を凝集させた二次凝集粒子を含む無機充填材を熱硬化性樹脂中に分散させた熱伝導性絶縁シート５と、リードフレーム２ｂに搭載された制御用半導体素子６とを備えている。さらに、電力半導体素子３と制御用半導体素子６との間、及び電力半導体素子３とリードフレーム２ａとの間は、金属線７によってワイアボンディングされている。また、リードフレーム２ａ，２ｂの端部及びヒートシンク４の外部放熱のための部分以外はモールド樹脂８で封止されている。

本実施の形態に係るパワーモジュール１を製造する方法は、トランスファーモールドする際に、未硬化又は半硬化状態の熱伝導性絶縁シートの硬化を、下記式（１）で表される熱伝導性絶縁シートの硬化度の変化率が３０％以上となるように進行させることに特徴がある。
熱伝導性絶縁シートの硬化度の変化率（％）＝［（Ｂ−Ｃ）／Ｂ］×１００ （１）
式中、Ｂは、トランスファーモールド前の未硬化又は半硬化状態の熱伝導性絶縁シートが完全硬化するまでに示差走査熱量計で測定される発熱量（ｃａｌ／ｇ）を表し、Ｃは、トランスファーモールド前の未硬化又は半硬化状態の熱伝導性絶縁シートを１８０℃で９０秒加熱処理した後に完全硬化するまでに示差走査熱量計で測定される発熱量（ｃａｌ／ｇ）を表す。この硬化度の変化率が３０％より低いと、トランスファーモールドする際に、熱伝導性絶縁シート５の硬化が適切に進行せず、熱伝導性絶縁シート５内にボイドなどの欠陥が生じて、熱伝導性や電気絶縁性が著しく低下する。なお、本発明における発熱量は、ＭＡＣ ＳＣＩＥＮＣＥ製の示差走査熱量計（ＤＳＣ３１００）を使用して測定された値である。特に、無機充填材が４５μｍ以上の粒径を有する無機充填材を４０体積％以上含むか、あるいはその４５μｍ以上の粒径を有する無機充填材が熱伝導性絶縁シートに対して２０体積％以上含まれる場合、未硬化又は半硬化状態の熱伝導性絶縁シートの硬化を、上記式（１）で表される熱伝導性絶縁シートの硬化度の変化率が４０％以上となるように進行させることが好ましく、５０％以上となるように進行させることがより好ましい。

熱伝導性絶縁シートの硬化度の変化率は、熱伝導性絶縁シートを構成する材料の組成を変更したり、トランスファーモールド前の熱伝導性絶縁シートの硬化状態を調整することにより、適宜増減させることができる。具体的には、硬化剤の配合量を一定とした場合、トランスファーモールド前の未硬化又は半硬化状態の熱伝導性絶縁シートを作製する際の加熱時間を長くしたり或いは加熱温度を高くすることにより、硬化度の変化率を増加させることができる。また、硬化剤や硬化促進剤の配合量を増やすことにより、硬化度の変化率を増加させることもできるが、この場合には、必要に応じて、トランスファーモールド前の未硬化又は半硬化状態の熱伝導性絶縁シートを作製する際の加熱時間や加熱温度を適宜調整することが望ましい。

本実施の形態において、トランスファーモールド前の熱伝導性絶縁シートは、未硬化又は半硬化状態である。ここで、未硬化又は半硬化状態とは、下記式（２）から求められる熱伝導性絶縁シートの硬化度（％）が４０％以下であると定義する。
熱伝導性絶縁シートの硬化度（％）＝［（Ａ−Ｂ）／Ａ］×１００ （２）
式中、Ａは、塗工・乾燥後の熱伝導性絶縁シートが完全硬化するまでに示差走査熱量計で測定される発熱量（ｃａｌ／ｇ）を表し、Ｂは、塗工・乾燥後の熱伝導性絶縁シートを加熱処理して未硬化又は半硬化状態とした熱伝導性絶縁シートが完全硬化するまでに示差走査熱量計で測定される発熱量（ｃａｌ／ｇ）を表す。熱伝導性絶縁シートの硬化度が４０％を超えると、トランスファーモールド前に熱伝導性絶縁シートの反応が進み過ぎて、トランスファーモールドする際に熱伝導性絶縁シートと放熱部材との密着性が確保できない。熱伝導性絶縁シートの硬化度は、硬化剤の配合量、加熱処理の時間又は温度を適宜変更することにより調整することができる。また、未硬化又は半硬化状態の熱伝導性絶縁シートの発熱ピークの温度が、ＭＡＣ ＳＣＩＥＮＣＥ製の示差走査熱量計（ＤＳＣ３１００）を使用して測定したときに２００℃以下であることが好ましい。未硬化又は半硬化状態の熱伝導性絶縁シートの発熱ピークの温度が２００℃超であると、トランスファーモールドする際に熱硬化性樹脂の硬化が十分に進まず、熱硬化性樹脂と二次凝集粒子との密着性が不十分となり、熱伝導性絶縁シート５の電気絶縁性が低下することがある。更に、発熱ピークの半値幅が小さいと、熱硬化性樹脂の硬化反応が速やかに進むので、熱硬化性樹脂組成物は速硬化性に優れていると言える。発熱ピークの半値幅が大きいと、熱硬化性樹脂の硬化反応が遅くなり好ましくない。よって、速硬化性の観点から、未硬化又は半硬化状態の熱伝導性絶縁シートの発熱ピーク温度は２００℃以下であり且つ発熱ピークの半値幅が小さいことが好ましい。

熱伝導性絶縁シート５における無機充填材の充填率（熱伝導性絶縁シート５中に占める無機充填材の割合）は、３０体積％以上８０体積％以下であることが好ましく、４０体積％以上７０体積％以下であることがさらに好ましい。充填率が３０体積％未満であると、熱伝導性絶縁シート５の熱伝導率が低くなり、パワーモジュール１としての所望の放熱性が得られないことがある。一方、充填率が８０体積％を超えると、熱硬化性樹脂中に無機充填材を分散させることが難しくなり、作業性や成形性に支障を生じることがある上に、所望の厚さを有する熱伝導性絶縁シート５が得られなかったり、電気絶縁性が低下することがある。

鱗片状窒化ホウ素の一次粒子を凝集させた二次凝集粒子（以下、単に二次凝集粒子と呼ぶことがある）が無機充填材に占める割合は、２０体積％以上であることが好ましい。この割合が２０体積％未満であると、熱伝導性絶縁シート５の熱伝導率が低くなり、パワーモジュール１としての所望の放熱性が得られないことがある。より高い放熱性が得られるという点で、二次凝集粒子が無機充填材に占める割合は、４０体積％以上であることがより好ましい。

二次凝集粒子の平均粒径は、２０μｍ以上１８０μｍ以下であることが好ましく、４０μｍ以上１３０μｍ以下であることがより好ましい。二次凝集粒子の平均粒径が２０μｍ未満であると、所望の熱伝導性を有する熱伝導性絶縁シート５が得られないことがある。一方、二次凝集粒子の平均粒径が１８０μｍを超えると、二次凝集粒子を熱硬化性樹脂中に分散させることが難しくなり、作業性や成形性に支障を生じることがある上に、所望の厚さを有する熱伝導性絶縁シート５が得られなかったり、電気絶縁性が低下することがある。本実施の形態において、二次凝集粒子の平均粒径は、レーザー回折・散乱式粒度分布測定による値である。
なお、二次凝集粒子の形状は、球状に限定されず、多角形状等の他の形状であってもよい。球状以外の形状である場合、平均粒径は、その形状における長辺の長さを意味する。ただし、熱硬化性絶縁シートを製造する際に、熱硬化性樹脂の流動性を確保しつつ二次凝集粒子の配合量を高めることができるという点で、二次凝集粒子の形状は球状であることが好ましい。

二次凝集粒子は、公知の鱗片状窒化ホウ素の一次粒子を用いて、公知の方法に従って製造することができる。具体的には、公知の鱗片状窒化ホウ素の一次粒子をスプレードライ等の公知の方法によって凝集させた後、焼成及び粒成長させればよい。ここで、焼成温度は特に限定されないが、一般的に２，０００℃である。

二次凝集粒子の凝集強度は、二次凝集粒子の形状保持率を指標に用いて表すことができる。二次凝集粒子の形状保持率とは、レーザー回折・散乱式粒度分布測定において、超音波を印加する前後の二次凝集粒子の平均粒径の変化率を意味し、下記式（３）によって表される。ここで、超音波の印加条件としては、周波数が１０ｋＨｚ以上４０ｋＨｚであり、好ましくは２２．５ｋＨｚであり、印加時間が３分以上２０分以下であり、好ましくは１０分である。
形状保持率＝（超音波印加後の二次凝集粒子の平均粒径／超音波印加前の二次凝集粒子の平均粒径）×１００ （３）

上記式（３）によって表される二次凝集粒子の形状保持率は、凝集強度と密接に関連している。すなわち、二次凝集粒子の凝集強度が小さい場合、超音波の印加によって二次凝集粒子が崩れ、超音波を印加する前の二次凝集粒子の平均粒径に比べて超音波を印加した後の二次凝集粒子の平均粒径が小さくなるため、形状保持率は低くなる。一方、二次凝集粒子の凝集強度が大きい場合、超音波の印加によっても二次凝集粒子が崩れることはないため、超音波の印加前後で二次凝集粒子の平均粒径に変化がなく、形状保持率は高くなる。本実施の形態では、二次凝集粒子の形状保持率は、４０％以上であることが好ましく、５０％以上であることがより好ましい。二次凝集粒子の形状保持率が、４０％未満であると、二次凝集粒子の凝集強度が小さすぎるため、熱伝導性絶縁シート５の製造工程（プレス工程）やトランスファーモールド時の成形圧力で二次凝集粒子が崩れてしまい、熱伝導性絶縁シート５の熱伝導性が低下し、パワーモジュール１としての所望の放熱性が得られないことがある。

無機充填材は、二次凝集粒子を必須成分として含有するが、本発明の効果を阻害しない範囲において、その他の一般的な無機粉末を含有することができる。そのような無機粉末としては、特に限定されないが、鱗片状窒化ホウ素（ＢＮ）の一次粒子、溶融シリカ（ＳｉＯ₂）、結晶シリカ（ＳｉＯ₂）、酸化アルミニウム（Ａｌ₂Ｏ₃）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、炭化ケイ素（ＳｉＣ）等を挙げることができる。また、これらの無機粉末は、単独で用いてもよいし、２種以上を組み合わせて用いてもよい。これらの中でも、熱伝導性をより向上させることができるという点で、鱗片状窒化ホウ素の一次粒子が好ましい。無機粉末の平均粒径は、０．５μｍ以上１００μｍ以下であることが好ましく、１μｍ以上３０μｍ以下であることがより好ましい。無機粉末の平均粒径が０．５μｍ未満であると、成形前の組成の粘度が高くなり熱伝導性絶縁シート５中にボイドが混入してパワーモジュール１の放熱性、絶縁性及び信頼性が低下することがある。一方、無機粉末の平均粒径が１００μｍを超えると、熱伝導性絶縁シート５への無機粉末の充填性が低下してボイド混入の原因になることがある。
また、熱伝導性絶縁シート５中に占める４５μｍ以上の粒径を有する無機充填材の割合（溶剤を除いた全成分の合計に対する４５μｍ以上の粒径を有する無機充填材の割合）は、２０体積％以上であることが好ましい。４５μｍ以上の粒径を有する無機充填材の割合が２０体積％未満であると、熱伝導性絶縁シート５の熱伝導率が低くなり、パワーモジュール１としての放熱性が低下することがある。なお、４５μｍ以上の粒径を有する無機充填材は、二次凝集粒子、無機粉末又はこれらの組み合わせであることができる。

熱伝導性絶縁シート５に用いられる熱硬化性樹脂としては、特に限定されることはなく、公知の熱硬化性樹脂を用いることができる。そのような熱硬化性樹脂としては、例えば、ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂、ビスフェノールＦ型エポキシ樹脂、クレゾールノボラック型エポキシ樹脂、フェノールノボラック型エポキシ樹脂、脂環脂肪族エポキシ樹脂、グリシジル−アミノフェノール系エポキシ樹脂、ジシクロペンタジエン型エポキシ樹脂、ナフタレン型エポキシ樹脂、ビフェニル型エポキシ樹脂、グリシジルアミン型エポキシ樹脂、トリフェノールメタン型エポキシ樹脂、アントラセン型エポキシ樹脂などが挙げられる。これらの熱硬化性樹脂は、単独で用いてもよいし、２種以上を組み合わせて用いてもよい。

熱伝導性絶縁シート５を製造するための熱硬化性樹脂組成物は、熱硬化性樹脂を硬化させるために、硬化剤を含有することができる。硬化剤としては、特に限定されることはなく、熱硬化性樹脂の種類にあわせて公知のものを適宜選択すればよい。そのような硬化剤としては、例えば、メチルテトラヒドロ無水フタル酸、メチルヘキサヒドロ無水フタル酸及び無水ハイミック酸等の脂環式酸無水物；ドデセニル無水コハク酸等の脂肪族酸無水物；無水フタル酸及び無水トリメリット酸等の芳香族酸無水物；ジシアンジアミド及びアジピン酸ジヒドラジド等の有機ジヒドラジド；トリス（ジメチルアミノメチル）フェノール；ジメチルベンジルアミン；１，８−ジアザビシクロ（５，４，０）ウンデセン及びその誘導体；２−メチルイミダゾール、２−エチル−４−メチルイミダゾール及び２−フェニルイミダゾール、１−シアノエチル−２−メチルイミダゾール等のイミダゾール類、ビスフェノールＡ、ビスフェノールＦ、ビスフェノールＳ、フェノールノボラック樹脂、クレゾールノボラック樹脂、ｐ−ヒドロキシスチレン樹脂などの多価フェノール化合物が挙げられる。これらの硬化剤は、単独で用いてもよいし、２種以上を組み合わせて用いてもよい。
硬化剤の配合量は、使用する熱硬化性樹脂や硬化剤の種類等にあわせて適宜調整すればよく、一般的に、熱硬化性樹脂１００質量部に対して、０．１質量部以上２００質量部以下であることが好ましい。

熱伝導性絶縁シート５を製造するための熱硬化性樹脂組成物は、熱硬化性樹脂と無機充填材との界面の接着力を向上させる観点から、カップリング剤を含有することができる。カップリング剤としては、特に限定されることはなく、熱硬化性樹脂や無機充填材の種類にあわせて公知のものを適宜選択すればよい。そのようなカップリング剤としては、例えば、γ−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン、Ｎ−β（アミノエチル）γ−アミノプロピルトリエトキシシラン、Ｎ−フェニル−γ−アミノプロピルトリメトキシシラン、γ−メルカプトプロピルトリメトキシシラン等が挙げられる。これらのカップリング剤は、単独で用いてもよいし、２種以上を組み合わせて用いてもよい。
カップリング剤の配合量は、使用する熱硬化性樹脂やカップリング剤の種類等にあわせて適宜設定すればよく、一般的に、熱硬化性樹脂１００質量部に対して、０．０１質量部以上５質量部以下であることが好ましい。

熱伝導性絶縁シート５を製造するための熱硬化性樹脂組成物は、組成物の粘度を調製する観点から、溶剤を含有することができる。溶剤としては、特に限定されることはなく、使用する熱硬化性樹脂や無機充填材の種類等にあわせて公知のものを適宜選択すればよい。そのような溶剤としては、例えば、トルエンやメチルケトンが挙げられる。これらの溶剤は、単独で用いてもよいし、２種類以上を組み合わせて用いてもよい。
溶剤の配合量は、混練が可能な組成物粘度となる量であれば特に限定されることはなく、一般的に、熱硬化性樹脂と無機充填材との合計１００質量部に対して２０質量部以上２００質量部以下であるのが好ましい。

本実施の形態に係るパワーモジュール１はトランスファーモールド法により製造されるが、成形条件は特に限定されず、一般に成形温度が８０℃以上２５０℃以下、好ましくは１５０℃以上２００℃以下、成形圧力が５ＭＰａ以上３０ＭＰａ以下、成形時間が３０秒以上１８０秒以下である。

本実施の形態におけるパワーモジュール１は、トランスファーモールドする際に、未硬化又は半硬化状態の熱伝導性絶縁シートの硬化を、上記式（１）で表される熱伝導性絶縁シートの硬化度の変化率が３０％以上となるように進行させること以外は、従来と同様の方法により製造することができる。具体的には、まず、熱硬化性樹脂と硬化剤とを溶剤に添加し、撹拌混合して樹脂溶液を調製する。この時、所望によりカップリング剤を添加することができる。次いで、この樹脂溶液に、鱗片状窒化ホウ素の一次粒子を凝集させた二次凝集粒子を含む無機充填材を添加して予備混合し、さらに混練して熱硬化性樹脂組成物を調製する。得られた熱硬化性樹脂組成物を放熱部材上に塗布し、加熱及び加圧して、未硬化又は半硬化状態の熱伝導性絶縁シートを作製する。このシートを、リードフレーム２、電力半導体素子３、ヒートシンク４、制御用半導体素子６及び金属線７と共に、トランスファーモールド法を用いてモールド樹脂８で封止すればよい。なお、得られたパワーモジュール１は、必要に応じてポストキュアを行ってもよい。

上記の製造方法で得られる本実施の形態に係るパワーモジュール１の熱伝導性絶縁シート５の比重率は、９２％以上となる。そのため、熱伝導性絶縁シート５中にはボイドなどの欠陥が非常に少なく、パワーモジュール１における所望の熱伝導性や電気絶縁性が確保される。なお、熱伝導性絶縁シート５の比重率は、アルキメデス法によって測定した熱伝導性絶縁シート５の比重を熱伝導性絶縁シート５の理論比重で割り、１００倍すること（（熱伝導性絶縁シート５の測定比重／熱伝導性絶縁シート５の理論比重）×１００）により算出される。アルキメデス法では、パワーモジュール１から熱伝導性絶縁シート５の一部分を切り取り、電子天秤にて乾燥後重量及び水中（純水）重量を測定し、測定時の水温より純水の密度を求めて、サンプルの比重（ρ_s）を算出する。また、熱伝導性絶縁シート５の理論比重は、熱伝導性絶縁シート５を構成する成分が有する密度及び配合割合から計算される。

本実施の形態に係るパワーモジュール１は、トランスファーモールド法により製造することができるので、生産性やコスト面において有利である。

実施の形態２．
以下、図面を参照して本実施の形態に係る熱伝導性絶縁シートについて説明する。
図３は、本実施の形態に係る熱伝導性絶縁シートの断面模式図である。図３において、熱伝導性絶縁シート５は、トランスファーモールド法により得られ、マトリックスとなる熱硬化性樹脂１１と、熱硬化性樹脂１１中に分散された無機充填材１２とから構成されている。無機充填材１２は、鱗片状窒化ホウ素の一次粒子を等方的に凝集させた二次凝集粒子１３及び鱗片状窒化ホウ素の一次粒子１４からなる。トランスファーモールド法の成形条件は特に限定されず、一般に成形温度が８０℃以上２５０℃以下、好ましくは１５０℃以上２００℃以下、成形圧力が５ＭＰａ以上３０ＭＰａ以下、成形時間が３０秒以上１８０秒以下である。

本実施の形態に係る熱伝導性絶縁シート５は、未硬化又は半硬化状態の熱伝導性絶縁シートの硬化を、下記式（１）で表される熱伝導性絶縁シートの硬化度の変化率が３０％以上となるように進行させて得られることに特徴がある。
熱伝導性絶縁シートの硬化度の変化率（％）＝［（Ｂ−Ｃ）／Ｂ］×１００ （１）
式中、Ｂは、トランスファーモールド前の未硬化又は半硬化状態の熱伝導性絶縁シートが完全硬化するまでに示差走査熱量計で測定される発熱量（ｃａｌ／ｇ）を表し、Ｃは、トランスファーモールド前の未硬化又は半硬化状態の熱伝導性絶縁シートを１８０℃で９０秒加熱処理した後に完全硬化するまでに示差走査熱量計で測定される発熱量（ｃａｌ／ｇ）を表す。この硬化度の変化率が３０％より低いと、トランスファーモールドする際に、熱伝導性絶縁シート５の硬化が適切に進行せず、ポストキュア時や製品稼働時に硬化が進み、熱伝導性絶縁シート５内にボイドなどの欠陥が生じて、熱伝導性や電気絶縁性が著しく低下する。なお、本発明における発熱量は、ＭＡＣ ＳＣＩＥＮＣＥ製の示差走査熱量計（ＤＳＣ３１００）を使用して測定された値である。特に、無機充填材１２が４５μｍ以上の粒径を有する無機充填材を４０体積％以上含むか、あるいはその４５μｍ以上の粒径を有する無機充填材が熱伝導性絶縁シート５に対して２０体積％以上含まれる場合、未硬化又は半硬化状態の熱伝導性絶縁シートの硬化を、上記式（１）で表される熱伝導性絶縁シートの硬化度の変化率が４０％以上となるように進行させることが好ましく、５０％以上となるように進行させることがより好ましい。

熱伝導性絶縁シートの硬化度の変化率は、熱伝導性絶縁シートを構成する材料の組成を変更したり、トランスファーモールド前の熱伝導性絶縁シートの硬化状態を調整することにより、適宜増減させることができる。具体的には、硬化剤の配合量を一定とした場合、トランスファーモールド前の未硬化又は半硬化状態の熱伝導性絶縁シートを作製する際の加熱時間を長くしたり或いは加熱温度を高くすることにより、硬化度の変化率を増加させることができる。また、硬化剤や硬化促進剤の配合量を増やすことにより、硬化度の変化率を増加させることもできるが、この場合には、必要に応じて、トランスファーモールド前の未硬化又は半硬化状態の熱伝導性絶縁シートを作製する際の加熱時間や加熱温度を適宜調整することが望ましい。

本実施の形態において、トランスファーモールド前の熱伝導性絶縁シートは、未硬化又は半硬化状態である。ここで、未硬化又は半硬化状態とは、下記式（２）から求められる熱伝導性絶縁シートの硬化度（％）が４０％以下であると定義する。
熱伝導性絶縁シートの硬化度（％）＝［（Ａ−Ｂ）／Ａ］×１００ （２）
式中、Ａは、塗工・乾燥後の熱伝導性絶縁シートが完全硬化するまでに示差走査熱量計で測定される発熱量（ｃａｌ／ｇ）を表し、Ｂは、塗工・乾燥後の熱伝導性絶縁シートを加熱処理して未硬化又は半硬化状態とした熱伝導性絶縁シートが完全硬化するまでに示差走査熱量計で測定される発熱量（ｃａｌ／ｇ）を表す。熱伝導性絶縁シートの硬化度が４０％を超えると、トランスファーモールド前に熱伝導性絶縁シートの反応が進み過ぎて、トランスファーモールドする際に放熱部材等との密着性が確保できない。熱伝導性絶縁シートの硬化度は、硬化剤の配合量、加熱処理の時間又は温度を適宜変更することにより調整することができる。また、未硬化又は半硬化状態の熱伝導性絶縁シートの発熱ピークの温度が、ＭＡＣ ＳＣＩＥＮＣＥ製の示差走査熱量計（ＤＳＣ３１００）を使用して測定したときに２００℃以下であることが好ましい。未硬化又は半硬化状態の熱伝導性絶縁シートの発熱ピークの温度が２００℃超であると、トランスファーモールドする際に熱硬化性樹脂１１の硬化が十分に進まず、熱硬化性樹脂１１と二次凝集粒子１３との密着性が不十分となり、熱伝導性絶縁シート５の電気絶縁性が低下することがある。更に、発熱ピークの半値幅が小さいと、熱硬化性樹脂の硬化反応が速やかに進むので、熱硬化性樹脂組成物は速硬化性に優れていると言える。発熱ピークの半値幅が大きいと、熱硬化性樹脂の硬化反応が遅くなり好ましくない。よって、速硬化性の観点から、未硬化又は半硬化状態の熱伝導性絶縁シートの発熱ピーク温度は２００℃以下であり且つ発熱ピークの半値幅が小さいことが好ましい。

熱伝導性絶縁シート５における無機充填材１２の充填率（熱伝導性絶縁シート５中に占める無機充填材１２の割合）は、３０体積％以上８０体積％以下であることが好ましく、４０体積％以上７０体積％以下であることがさらに好ましい。無機充填材１２の充填率が３０体積％未満であると、熱伝導性絶縁シート５の熱伝導率が低くなることがある。一方、無機充填材１２の充填率が８０体積％を超えると、熱硬化性樹脂１１中に無機充填材１２を分散させることが難しくなり、作業性や成形性に支障を生じることがある上に、所望の厚さを有する熱伝導性絶縁シート５が得られなかったり、電気絶縁性が低下することがある。

二次凝集粒子１３が無機充填材１２に占める割合は、２０体積％以上であることが好ましい。この割合が２０体積％未満であると、熱伝導性絶縁シート５の熱伝導率が低くなることがある。より高い放熱性が得られるという点で、二次凝集粒子１３が無機充填材１２に占める割合は、４０体積％以上であることがより好ましい。

二次凝集粒子１３の平均粒径は、２０μｍ以上１８０μｍ以下であることが好ましく、４０μｍ以上１３０μｍ以下であることがより好ましい。二次凝集粒子１３の平均粒径が２０μｍ未満であると、所望の熱伝導性を有する熱伝導性絶縁シート５が得られないことがある。一方、二次凝集粒子１３の平均粒径が１８０μｍを超えると、二次凝集粒子１３を熱硬化性樹脂１１中に分散させることが難しくなり、作業性や成形性に支障を生じることがある上に、所望の厚さを有する熱伝導性絶縁シート５が得られなかったり、電気絶縁性が低下することがある。本実施の形態において、二次凝集粒子の平均粒径は、レーザー回折・散乱式粒度分布測定による値である。
なお、二次凝集粒子１３の形状は、球状に限定されず、多角形状等の他の形状であってもよい。球状以外の形状である場合、平均粒径は、その形状における長辺の長さを意味する。ただし、熱硬化性絶縁シート５を製造する際に、熱硬化性樹脂１１の流動性を確保しつつ二次凝集粒子１３の配合量を高めることができるという点で、二次凝集粒子１３の形状は球状であることが好ましい。

二次凝集粒子１３は、公知の鱗片状窒化ホウ素の一次粒子を用いて、公知の方法に従って製造することができる。具体的には、公知の鱗片状窒化ホウ素の一次粒子をスプレードライ等の公知の方法によって凝集させた後、焼成及び粒成長させればよい。ここで、焼成温度は特に限定されないが、一般的に２，０００℃である。

二次凝集粒子１３の凝集強度は、二次凝集粒子の形状保持率を指標に用いて表すことができる。二次凝集粒子の形状保持率とは、レーザー回折・散乱式粒度分布測定において、超音波を印加する前後の二次凝集粒子の平均粒径の変化率を意味し、下記式（３）によって表される。ここで、超音波の印加条件としては、周波数が１０ｋＨｚ以上４０ｋＨｚであり、好ましくは２２．５ｋＨｚであり、印加時間が３分以上２０分以下であり、好ましくは１０分である。
形状保持率＝（超音波印加後の二次凝集粒子の平均粒径／超音波印加前の二次凝集粒子の平均粒径）×１００ （３）

上記式（３）によって表される二次凝集粒子の形状保持率は、凝集強度と密接に関連している。すなわち、二次凝集粒子の凝集強度が小さい場合、超音波の印加によって二次凝集粒子が崩れ、超音波を印加する前の二次凝集粒子の平均粒径に比べて超音波を印加した後の二次凝集粒子の平均粒径が小さくなるため、形状保持率は低くなる。一方、二次凝集粒子の凝集強度が大きい場合、超音波の印加によっても二次凝集粒子が崩れることはないため、超音波の印加前後で二次凝集粒子の平均粒径に変化がなく、形状保持率は高くなる。本実施の形態では、二次凝集粒子の形状保持率は、４０％以上であることが好ましく、５０％以上であることがより好ましい。二次凝集粒子の形状保持率が、４０％未満であると、二次凝集粒子の凝集強度が小さすぎるため、熱伝導性絶縁シート５の製造工程（プレス工程）やトランスファーモールド時の成形圧力で二次凝集粒子が崩れてしまい、熱伝導性絶縁シート５の熱伝導性が低下することがある。

鱗片状窒化ホウ素の一次粒子１４の平均粒径は、０．５μｍ以上１００μｍ以下であることが好ましく、１μｍ以上３０μｍ以下であることがより好ましい。鱗片状窒化ホウ素の一次粒子１４の平均粒径が０．５μｍ未満であると、成形前の組成の粘度が高くなり熱伝導性絶縁シート５中にボイドが混入することがある。一方、鱗片状窒化ホウ素の一次粒子１４の平均粒径が１００μｍを超えると、熱伝導性絶縁シート５への鱗片状窒化ホウ素の一次粒子１４の充填性が低下してボイド混入の原因になることがある。

無機充填材１２は、二次凝集粒子１３と鱗片状窒化ホウ素の一次粒子１４とを含有するが、本発明の効果を阻害しない範囲において、その他の一般的な無機粉末を含有することができる。そのような無機粉末としては、特に限定されないが、溶融シリカ（ＳｉＯ₂）、結晶シリカ（ＳｉＯ₂）、酸化アルミニウム（Ａｌ₂Ｏ₃）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、炭化ケイ素（ＳｉＣ）等を挙げることができる。また、これらの無機粉末は、単独で用いてもよいし、２種以上を組み合わせて用いてもよい。無機粉末の平均粒径は、０．５μｍ以上１００μｍ以下であることが好ましく、１μｍ以上３０μｍ以下であることがより好ましい。無機粉末の平均粒径が０．５μｍ未満であると、成形前の組成の粘度が高くなり熱伝導性絶縁シート５中にボイドが混入することがある。一方、無機粉末の平均粒径が１００μｍを超えると、熱伝導性絶縁シート５への無機粉末の充填性が低下してボイド混入の原因になることがある。
また、熱伝導性絶縁シート５中に占める４５μｍ以上の粒径を有する無機充填材の割合（溶剤を除いた全成分の合計に対する４５μｍ以上の粒径を有する無機充填材の割合）は、２０体積％以上であることが好ましい。４５μｍ以上の粒径を有する無機充填材の割合が２０体積％未満であると、熱伝導性絶縁シート５の熱伝導率が低くなることがある。なお、４５μｍ以上の粒径を有する無機充填材は、二次凝集粒子１３、鱗片状窒化ホウ素の一次粒子１４、無機粉末又はこれらの組み合わせであることができる。

熱伝導性絶縁シート５に用いられる熱硬化性樹脂１１としては、特に限定されることはなく、公知の熱硬化性樹脂を用いることができる。そのような熱硬化性樹脂としては、例えば、ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂、ビスフェノールＦ型エポキシ樹脂、クレゾールノボラック型エポキシ樹脂、フェノールノボラック型エポキシ樹脂、脂環脂肪族エポキシ樹脂、グリシジル−アミノフェノール系エポキシ樹脂、ジシクロペンタジエン型エポキシ樹脂、ナフタレン型エポキシ樹脂、ビフェニル型エポキシ樹脂、グリシジルアミン型エポキシ樹脂、トリフェノールメタン型エポキシ樹脂、アントラセン型エポキシ樹脂などが挙げられる。これらの熱硬化性樹脂は、単独で用いてもよいし、２種以上を組み合わせて用いてもよい。

熱伝導性絶縁シート５を製造するための熱硬化性樹脂組成物は、熱硬化性樹脂１１を硬化させるために、硬化剤を含有することができる。硬化剤としては、特に限定されることはなく、熱硬化性樹脂１１の種類にあわせて公知のものを適宜選択すればよい。そのような硬化剤としては、例えば、メチルテトラヒドロ無水フタル酸、メチルヘキサヒドロ無水フタル酸及び無水ハイミック酸等の脂環式酸無水物；ドデセニル無水コハク酸等の脂肪族酸無水物；無水フタル酸及び無水トリメリット酸等の芳香族酸無水物；ジシアンジアミド及びアジピン酸ジヒドラジド等の有機ジヒドラジド；トリス（ジメチルアミノメチル）フェノール；ジメチルベンジルアミン；１，８−ジアザビシクロ（５，４，０）ウンデセン及びその誘導体；２−メチルイミダゾール、２−エチル−４−メチルイミダゾール及び２−フェニルイミダゾール、１−シアノエチル−２−メチルイミダゾール等のイミダゾール類、ビスフェノールＡ、ビスフェノールＦ、ビスフェノールＳ、フェノールノボラック樹脂、クレゾールノボラック樹脂、ｐ−ヒドロキシスチレン樹脂などの多価フェノール化合物が挙げられる。これらの硬化剤は、単独で用いてもよいし、２種以上を組み合わせて用いてもよい。
硬化剤の配合量は、使用する熱硬化性樹脂１１や硬化剤の種類等にあわせて適宜調整すればよく、一般的に、熱硬化性樹脂１００質量部に対して、０．１質量部以上２００質量部以下であることが好ましい。

熱伝導性絶縁シート５を製造するための熱硬化性樹脂組成物は、熱硬化性樹脂１１と無機充填材１２との界面の接着力を向上させる観点から、カップリング剤を含有することができる。カップリング剤としては、特に限定されることはなく、熱硬化性樹脂１１や無機充填材１２の種類にあわせて公知のものを適宜選択すればよい。そのようなカップリング剤としては、例えば、γ−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン、Ｎ−β（アミノエチル）γ−アミノプロピルトリエトキシシラン、Ｎ−フェニル−γ−アミノプロピルトリメトキシシラン、γ−メルカプトプロピルトリメトキシシラン等が挙げられる。これらのカップリング剤は、単独で用いてもよいし、２種以上を組み合わせて用いてもよい。
カップリング剤の配合量は、使用する熱硬化性樹脂１１やカップリング剤の種類等にあわせて適宜設定すればよく、一般的に、熱硬化性樹脂１００質量部に対して、０．０１質量部以上５質量部以下であることが好ましい。

熱伝導性絶縁シート５を製造するための熱硬化性樹脂組成物は、組成物の粘度を調製する観点から、溶剤を含有することができる。溶剤としては、特に限定されることはなく、使用する熱硬化性樹脂１１や無機充填材１２の種類等にあわせて公知のものを適宜選択すればよい。そのような溶剤としては、例えば、トルエンやメチルケトンが挙げられる。これらの溶剤は、単独で用いてもよいし、２種類以上を組み合わせて用いてもよい。
溶剤の配合量は、混練が可能な組成物粘度となる量であれば特に限定されることはなく、一般的に、熱硬化性樹脂１１と無機充填材１２との合計１００質量部に対して２０質量部以上２００質量部以下であるのが好ましい。

本実施の形態における熱伝導性絶縁シート５は、トランスファーモールドする際に、未硬化又は半硬化状態の熱伝導性絶縁シートの硬化を、上記式（１）で表される熱伝導性絶縁シートの硬化度の変化率が３０％以上となるように進行させること以外は、従来と同様の方法により製造することができる。こうして得られる本実施の形態に係る熱伝導性絶縁シート５の比重率は、９２％以上となる。そのため、熱伝導性絶縁シート５中にはボイドなどの欠陥が非常に少ない。なお、熱伝導性絶縁シート５の比重率は、アルキメデス法によって測定した熱伝導性絶縁シート５の比重を熱伝導性絶縁シート５の理論比重で割り、１００倍すること（（熱伝導性絶縁シート５の測定比重／熱伝導性絶縁シート５の理論比重）×１００）により算出される。アルキメデス法では、熱伝導性絶縁シート５の一部分を切り取り、電子天秤にて乾燥後重量及び水中（純水）重量を測定し、測定時の水温より純水の密度を求めて、サンプルの比重（ρ_s）を算出する。また、熱伝導性絶縁シート５の理論比重は、熱伝導性絶縁シート５を構成する成分が有する密度及び配合割合から計算される。

以下、実施例及び比較例により本発明の詳細を説明するが、これらによって本発明が限定されるものではない。

［実施例１]
液状のビスフェノールＡ型エポキシ樹脂（ｊＥＲ８２８：三菱化学株式会社製）１００質量部と、硬化剤としての１−シアノエチル−２−メチルイミダゾール（キュアゾール２ＰＮ−ＣＮ：四国化成工業株式会社製）０．５質量部とを、メチルエチルケトン１２５質量部に添加して攪拌混合した。この樹脂溶液に、鱗片状窒化ホウ素の一次粒子を凝集させた二次凝集粒子Ｉ（平均粒径６０μｍ、４５μｍ以上の粒径を有する粒子の割合６７体積％：モメンティブ製）５０体積％と鱗片状窒化ホウ素の一次粒子（平均粒径８μｍ、４５μｍ以上の粒径を有する粒子の割合０体積％：電気化学工業株式会社製）５０体積％とからなる無機充填材を、溶剤を除いた全成分の合計体積に対して５０体積％となるように添加し、予備混合した。この予備混合物を三本ロールで混練し、無機充填材を均一に分散させた熱硬化性樹脂組成物を調製した。この熱硬化性樹脂組成物において、４５μｍ以上の粒径を有する無機充填材の割合は、全無機充填材に対して３３．５体積％であった。
次に、熱硬化性樹脂組成物を、厚さ１０５μｍの放熱部材上にドクターブレード法にて塗布し、溶剤除去後、１００℃で１０分間加圧し、厚さ２００μｍの半硬化熱伝導性絶縁シートを作製した。この半硬化熱伝導性絶縁シートを用いて、トランスファーモールド法（成形温度：１８０℃、成形時間：１８０秒、成形圧力：１０ＭＰａ）にてモールド樹脂で封止し、その後１７５℃で６時間後硬化してパワーモジュールを作製した。得られたパワーモジュールから熱伝導性絶縁シートを取り出し、その比重を測定し、比重率を算出したところ９４％であった。
なお、半硬化熱伝導性絶縁シートの硬化度は１０％であり、発熱ピーク温度は１９２℃であり、硬化度の変化率は３２％であった。

［実施例２］
溶剤除去後に１２０℃で１５分間加圧したこと以外は実施例１と同様にして、厚さ２００μｍの半硬化熱伝導性絶縁シートを作製し、それを用いてパワーモジュールを作製した。得られたパワーモジュールから熱伝導性絶縁シートを取り出し、その比重を測定し、比重率を算出したところ９６％であった。
なお、半硬化熱伝導性絶縁シートの硬化度は２１％であり、発熱ピーク温度は１８８℃であり、硬化度の変化率は４６％であった。

［実施例３］
溶剤除去後に１２０℃で２５分間加圧したこと以外は実施例１と同様にして、半硬化熱伝導性絶縁シートを作製し、それを用いてパワーモジュールを作製した。得られたパワーモジュールから熱伝導性絶縁シートを取り出し、その比重を測定し、比重率を算出したところ９６％であった。
なお、半硬化熱伝導性絶縁シートの硬化度は２５％であり、発熱ピーク温度は１８９℃であり、硬化度の変化率は５５％であった。

［実施例４］
１−シアノエチル−２−メチルイミダゾールの配合量を１質量部に変更し、溶剤除去後に１００℃で１５分間加圧したこと以外は実施例１と同様にして、半硬化熱伝導性絶縁シートを作製し、それを用いてパワーモジュールを作製した。得られたパワーモジュールから熱伝導性絶縁シートを取り出し、その比重を測定し、比重率を算出したところ９８％であった。
なお、半硬化熱伝導性絶縁シートの硬化度は１３％であり、発熱ピーク温度は１８１℃であり、硬化度の変化率は７３％であった。

［実施例５］
１−シアノエチル−２−メチルイミダゾールの配合量を２質量部に変更し、溶剤除去後に１１０℃で１５分間加圧したこと以外は実施例１と同様にして、半硬化熱伝導性絶縁シートを作製し、それを用いてパワーモジュールを作製した。得られたパワーモジュールから熱伝導性絶縁シートを取り出し、その比重を測定し、比重率を算出したところ９９％であった。
なお、半硬化熱伝導性絶縁シートの硬化度は１６％であり、発熱ピーク温度は１７６℃であり、硬化度の変化率は８９％であった。

［実施例６］
液状のビスフェノールＡ型エポキシ樹脂（ｊＥＲ８２８：三菱化学株式会社製）１００質量部と、硬化剤としての１−シアノエチル−２−メチルイミダゾール（キュアゾール２ＰＮ−ＣＮ：四国化成工業株式会社製）２質量部とを、メチルエチルケトン１２５質量部に添加して攪拌混合した。この樹脂溶液に、鱗片状窒化ホウ素の一次粒子を凝集させた二次凝集粒子ＩＩ（平均粒径６５μｍ、４５μｍ以上の粒径を有する粒子の割合７７．５体積％）５０体積％と鱗片状窒化ホウ素の一次粒子（平均粒径８μｍ、４５μｍ以上の粒径を有する粒子の割合０体積％：電気化学工業株式会社製）５０体積％とからなる無機充填材を、溶剤を除いた全成分の合計体積に対して５０体積％となるように添加し、予備混合した。この予備混合物を三本ロールで混練し、無機充填材を均一に分散させた熱硬化性樹脂組成物を調製した。この熱硬化性樹脂組成物において、４５μｍ以上の粒径を有する無機充填材の割合は、全無機充填材に対して３８．８体積％であった。
次に、熱硬化性樹脂組成物を、厚さ１０５μｍの放熱部材上にドクターブレード法にて塗布し、溶剤除去後、１１０℃で１５分間加圧し、厚さ２００μｍの半硬化熱伝導性絶縁シートを作製した。この半硬化熱伝導性絶縁シートを用いて、トランスファーモールド法（成形温度：１８０℃、成形時間：１８０秒、成形圧力：１０ＭＰａ）にてモールド樹脂で封止し、その後１７５℃で６時間後硬化してパワーモジュールを作製した。得られたパワーモジュールから熱伝導性絶縁シートを取り出し、その比重を測定し、比重率を算出したところ９８％であった。なお、半硬化熱伝導性絶縁シートの硬化度は１７％であり、発熱ピーク温度は１７４℃であり、硬化度の変化率は９０％であった。また、４５μｍ以上の粒径を有する無機充填材の割合は、熱伝導性絶縁シート（溶剤を除いた全成分の合計）に対して１９．４体積％であった。

［実施例７］
無機充填材を、鱗片状窒化ホウ素の一次粒子を凝集させた二次凝集粒子ＩＩ（平均粒径６５μｍ、４５μｍ以上の粒径を有する粒子の割合７７．５体積％）６０体積％と鱗片状窒化ホウ素の一次粒子（平均粒径８μｍ、４５μｍ以上の粒径を有する粒子の割合０体積％：電気化学工業株式会社製）４０体積％とからなる無機充填材に変更したこと以外は実施例６と同様にして、熱硬化性樹脂組成物を調製した。この熱硬化性樹脂組成物において、４５μｍ以上の粒径を有する無機充填材の割合は、全無機充填材に対して４６．５体積％であった。実施例６と同様にして、半硬化熱伝導性絶縁シートを作製し、それを用いてパワーモジュールを作製した。得られたパワーモジュールから熱伝導性絶縁シートを取り出し、その比重を測定し、比重率を算出したところ９７％であった。なお、半硬化熱伝導性絶縁シートの硬化度は１６％であり、発熱ピーク温度は１７４℃であり、硬化度の変化率は８１％であった。また、４５μｍ以上の粒径を有する無機充填材の割合は、熱伝導性絶縁シート（溶剤を除いた全成分の合計）に対して２０．９体積％であった。

［実施例８］
無機充填材を、鱗片状窒化ホウ素の一次粒子を凝集させた二次凝集粒子ＩＩ（平均粒径６５μｍ、４５μｍ以上の粒径を有する粒子の割合７７．５体積％）７０体積％と鱗片状窒化ホウ素の一次粒子（平均粒径８μｍ、４５μｍ以上の粒径を有する粒子の割合０体積％：電気化学工業株式会社製）３０体積％とからなる無機充填材に変更したこと以外は実施例６と同様にして、熱硬化性樹脂組成物を調製した。この熱硬化性樹脂組成物において、４５μｍ以上の粒径を有する無機充填材の割合は、全無機充填材に対して５４．３体積％であった。実施例６と同様にして、半硬化熱伝導性絶縁シートを作製し、それを用いてパワーモジュールを作製した。得られたパワーモジュールから熱伝導性絶縁シートを取り出し、その比重を測定し、比重率を算出したところ９４％であった。なお、半硬化熱伝導性絶縁シートの硬化度は１７％であり、発熱ピーク温度は１７５℃であり、硬化度の変化率は８６％であった。また、４５μｍ以上の粒径を有する無機充填材の割合は、熱伝導性絶縁シート（溶剤を除いた全成分の合計）に対して２７．１体積％であった。

［実施例９］
鱗片状窒化ホウ素の一次粒子を凝集させた二次凝集粒子ＩＩ（平均粒径６５μｍ、４５μｍ以上の粒径を有する粒子の割合７７．５体積％）８５体積％と鱗片状窒化ホウ素の一次粒子（平均粒径８μｍ、４５μｍ以上の粒径を有する粒子の割合０体積％：電気化学工業株式会社製）１５体積％とからなる無機充填材、溶剤を除いた全成分の合計体積に対して３０体積％となるように添加したこと以外は実施例６と同様にして、熱硬化性樹脂組成物を調製した。この熱硬化性樹脂組成物において、４５μｍ以上の粒径を有する無機充填材の割合は、全無機充填材に対して６５．９体積％であった。実施例６と同様にして、半硬化熱伝導性絶縁シートを作製し、それを用いてパワーモジュールを作製した。得られたパワーモジュールから熱伝導性絶縁シートを取り出し、その比重を測定し、比重率を算出したところ９８％であった。なお、半硬化熱伝導性絶縁シートの硬化度は１９％であり、発熱ピーク温度は１７９℃であり、硬化度の変化率は９１％であった。また、４５μｍ以上の粒径を有する無機充填材の割合は、熱伝導性絶縁シート（溶剤を除いた全成分の合計）に対して１９．７６体積％であった。

［実施例１０］
鱗片状窒化ホウ素の一次粒子を凝集させた二次凝集粒子ＩＩ（平均粒径６５μｍ、４５μｍ以上の粒径を有する粒子の割合７７．５体積％）２０体積％と鱗片状窒化ホウ素の一次粒子（平均粒径８μｍ、４５μｍ以上の粒径を有する粒子の割合０体積％：電気化学工業株式会社製）８０体積％とからなる無機充填材、溶剤を除いた全成分の合計体積に対して６０体積％となるように添加したこと以外は実施例６と同様にして、熱硬化性樹脂組成物を調製した。この熱硬化性樹脂組成物において、４５μｍ以上の粒径を有する無機充填材の割合は、全無機充填材に対して１５．５体積％であった。実施例６と同様にして、半硬化熱伝導性絶縁シートを作製し、それを用いてパワーモジュールを作製した。得られたパワーモジュールから熱伝導性絶縁シートを取り出し、その比重を測定し、比重率を算出したところ９３％であった。なお、半硬化熱伝導性絶縁シートの硬化度は１４％であり、発熱ピーク温度は１７２℃であり、硬化度の変化率は８０％であった。また、４５μｍ以上の粒径を有する無機充填材の割合は、熱伝導性絶縁シート（溶剤を除いた全成分の合計）に対して２０．９体積％であった。

［比較例１］
液状のビスフェノールＡ型エポキシ樹脂（ｊＥＲ８２８：三菱化学株式会社製）１００質量部と、硬化剤としての１−シアノエチル−２−メチルイミダゾール（キュアゾール２ＰＮ−ＣＮ：四国化成工業株式会社製）０．５質量部とを、メチルエチルケトン１２５質量部に添加して攪拌混合した。この樹脂溶液に、鱗片状窒化ホウ素の一次粒子（平均粒径８μｍ：電気化学工業株式会社製）からなる無機充填材を、溶剤を除いた全成分の合計体積に対して５０体積％となるように添加し、予備混合した。この予備混合物を三本ロールで混練し、無機充填材を均一に分散させた熱硬化性樹脂組成物を調製した。
次に、熱硬化性樹脂組成物を、厚さ１０５μｍの放熱部材上にドクターブレード法にて塗布し、溶剤除去後、１２０℃で２０分間加圧し、厚さ２００μｍの半硬化熱伝導性絶縁シートを作製した。この半硬化熱伝導性絶縁シートを用いて、トランスファーモールド法（成形温度：１８０℃、成形時間：１８０秒、成形圧力：１０ＭＰａ）にてモールド樹脂で封止し、その後１７５℃で６時間後硬化してパワーモジュールを作製した。得られたパワーモジュールから熱伝導性絶縁シートを取り出し、その比重を測定し、比重率を算出したところ９６％であった。
なお、半硬化熱伝導性絶縁シートの硬化度は２２％であり、発熱ピーク温度は１９１℃であり、硬化度の変化率は５０％であった。

［比較例２］
１−シアノエチル−２−メチルイミダゾールの配合量を０．２質量部に変更したこと以外は実施例１と同様にして、半硬化熱伝導性絶縁シートを作製し、それを用いてパワーモジュールを作製した。得られたパワーモジュールから熱伝導性絶縁シートを取り出し、その比重を測定し、比重率を算出したところ８９％であった。
なお、半硬化熱伝導性絶縁シートの硬化度は３％であり、発熱ピーク温度は２１２℃であり、硬化度の変化率は１８％であった。

［比較例３］
１−シアノエチル−２−メチルイミダゾールの配合量を０．３質量部に変更したこと以外は実施例１と同様にして、半硬化熱伝導性絶縁シートを作製し、それを用いてパワーモジュールを作製した。得られたパワーモジュールから熱伝導性絶縁シートを取り出し、その比重を測定し、比重率を算出したところ９１％であった。
なお、半硬化熱伝導性絶縁シートの硬化度は６％であり、発熱ピーク温度は２０６℃であり、硬化度の変化率は２７％であった。

［熱伝導率の評価］
上記実施例１〜１０及び比較例１〜３で得られたパワーモジュールの熱伝導性絶縁シートについて、シートの厚み方向の熱伝導率をレーザーフラッシュ法にて測定した。熱伝導率の結果は、比較例１の熱伝導性絶縁シートで得られた熱伝導率を基準とする各実施例又は比較例の熱伝導性絶縁シートで得られた熱伝導率の相対値（［各実施例又は比較例の熱伝導性絶縁シートの熱伝導率］／［比較例１の熱伝導性絶縁シートの熱伝導率］）として、表１に示した。

［電気絶縁性の評価］
上記実施例１〜１０及び比較例１〜３で得られたパワーモジュールの絶縁破壊電圧（ＢＤＶ）は、油中でパワーモジュールの熱伝導性絶縁シート間に１ｋＶ／秒の一定昇圧にて電圧を印加することにより測定した。パワーモジュールのＢＤＶの結果は、比較例１の熱伝導性絶縁シートで得られたＢＤＶを基準とする各実施例又は比較例の熱伝導性絶縁シートで得られたＢＤＶの相対値（［各実施例又は比較例の熱伝導性絶縁シートのＢＤＶ］／［比較例１の熱伝導性絶縁シートのＢＤＶ］）として、表１に示した。さらに、実施例１〜１０及び比較例１〜３における熱伝導性絶縁シートの硬化度の変化率とパワーモジュールの絶縁破壊電圧の相対値との関係を図２に示した。

表１から、窒化ホウ素の二次凝集粒子を含み、硬化度の変化率が３０％以上である熱伝導性絶縁シートを備えた実施例１〜１０のパワーモジュールは、優れた熱伝導性を示すことが分かる。また、実施例１〜１０のパワーモジュールは、窒化ホウ素の二次凝集粒子を含まない熱伝導性絶縁シートを備えた比較例１のパワーモジュールと同等のＢＤＶ相対値を示し、電気絶縁性に優れていることが分かる。これに対し、窒化ホウ素の二次凝集粒子を含まない熱伝導性絶縁シートを備えた比較例１のパワーモジュールは、電気絶縁性に優れるものの、熱伝導性が低いことが分かる。また、窒化ホウ素の二次凝集粒子を含むが、硬化度の変化率が３０％未満である熱伝導性絶縁シートを備えた比較例２及び３のパワーモジュールは、熱伝導性は比較的良好であるものの、ボイドなどの欠陥が多く（熱伝導性絶縁シートの比重率が小さい）、電気絶縁性が劣ることが分かる。
以上より、窒化ホウ素の二次凝集粒子を含む熱伝導性絶縁シートを備えるパワーモジュールをトランスファーモールド法により製造する場合、トランスファーモールドする際に、半硬化熱伝導性絶縁シートの硬化を、熱伝導性絶縁シートの硬化度の変化率が３０％以上となるように進行させることで、優れた電気絶縁性及び熱伝導性を確保することができることが分かった。

１ パワーモジュール、２ａ，２ｂ リードフレーム、３ 電力半導体素子、４ ヒートシンク、５ 熱伝導性絶縁シート、６ 制御用半導体素子、７ 金属線、８ モールド樹脂、１１ 熱硬化性樹脂、１２ 無機充填材、１３ 鱗片状窒化ホウ素の一次粒子を凝集させた二次凝集粒子、１４ 鱗片状窒化ホウ素の一次粒子。

Claims (9)

1. 鱗片状窒化ホウ素の一次粒子を凝集させた二次凝集粒子を含む無機充填材を熱硬化性樹脂中に分散させた熱伝導性絶縁シートを備えるパワーモジュールをトランスファーモールド法により製造する方法であって、
   トランスファーモールドする際に、未硬化又は半硬化状態の熱伝導性絶縁シートの硬化を、下記式（１）で表される熱伝導性絶縁シートの硬化度の変化率が３０％以上となるように進行させることと、
   未硬化又は半硬化状態の熱伝導性絶縁シートの発熱ピークの温度が、示差走査熱量計を使用して測定したときに２００℃以下であることと、
   熱伝導性絶縁シートの比重率が９２％以上であることと
   を特徴とするパワーモジュールの製造方法。
   熱伝導性絶縁シートの硬化度の変化率（％）＝［（Ｂ−Ｃ）／Ｂ］×１００ （１）
   （式中、Ｂは、トランスファーモールド前の未硬化又は半硬化状態の熱伝導性絶縁シートが完全硬化するまでに示差走査熱量計で測定される発熱量（ｃａｌ／ｇ）を表し、Ｃは、トランスファーモールド前の未硬化又は半硬化状態の熱伝導性絶縁シートを１８０℃で９０秒加熱処理した後に完全硬化するまでに示差走査熱量計で測定される発熱量（ｃａｌ／ｇ）を表す）
2. 前記無機充填材に占める前記二次凝集粒子の割合が、２０体積％以上であることを特徴とする請求項１に記載のパワーモジュールの製造方法。
3. 前記熱伝導性絶縁シートにおける前記無機充填材の充填率が、３０体積％以上８０体積％以下であることを特徴とする請求項１又は２に記載のパワーモジュールの製造方法。
4. 鱗片状窒化ホウ素の一次粒子を凝集させた二次凝集粒子を含む無機充填材を熱硬化性樹脂中に分散させた熱伝導性絶縁シートを備えるパワーモジュールであって、
   未硬化又は半硬化状態の熱伝導性絶縁シートは、下記式（１）で表される熱伝導性絶縁シートの硬化度の変化率が３０％以上であり、
   未硬化又は半硬化状態の熱伝導性絶縁シートの示差走査熱量計で測定される発熱ピークの温度が２００℃以下であり、且つ
   熱伝導性絶縁シートの比重率が９２％以上であることを特徴とするパワーモジュール。
   熱伝導性絶縁シートの硬化度の変化率（％）＝［（Ｂ−Ｃ）／Ｂ］×１００ （１）
   （式中、Ｂは、トランスファーモールド前の未硬化又は半硬化状態の熱伝導性絶縁シートが完全硬化するまでに示差走査熱量計で測定される発熱量（ｃａｌ／ｇ）を表し、Ｃは、トランスファーモールド前の未硬化又は半硬化状態の熱伝導性絶縁シートを１８０℃で９０秒加熱処理した後に完全硬化するまでに示差走査熱量計で測定される発熱量（ｃａｌ／ｇ）を表す）
5. 鱗片状窒化ホウ素の一次粒子を凝集させた二次凝集粒子を含む無機充填材を熱硬化性樹脂中に分散させた熱伝導性絶縁シートであって、
   未硬化又は半硬化状態の熱伝導性絶縁シートは、下記式（１）で表される熱伝導性絶縁シートの硬化度の変化率が３０％以上であり、
   未硬化又は半硬化状態の熱伝導性絶縁シートの示差走査熱量計で測定される発熱ピークの温度が２００℃以下であり、且つ
   熱伝導性絶縁シートの比重率が９２％以上であることを特徴とする熱伝導性絶縁シート。
   熱伝導性絶縁シートの硬化度の変化率（％）＝［（Ｂ−Ｃ）／Ｂ］×１００ （１）
   （式中、Ｂは、トランスファーモールド前の未硬化又は半硬化状態の熱伝導性絶縁シートが完全硬化するまでに示差走査熱量計で測定される発熱量（ｃａｌ／ｇ）を表し、Ｃは、トランスファーモールド前の未硬化又は半硬化状態の熱伝導性絶縁シートを１８０℃で９０秒加熱処理した後に完全硬化するまでに示差走査熱量計で測定される発熱量（ｃａｌ／ｇ）を表す）
6. 前記無機充填材に占める前記二次凝集粒子の割合が、２０体積％以上であることを特徴とする請求項５に記載の熱伝導性絶縁シート。
7. 前記熱伝導性絶縁シートにおける前記無機充填材の充填率が、３０体積％以上８０体積％以下であることを特徴とする請求項５又は６に記載の熱伝導性絶縁シート。
8. 前記無機充填材が、４５μｍ以上の粒径を有する無機充填材を４０体積％以上含むことを特徴とする請求項５〜７の何れか一項に記載の熱伝導性絶縁シート。
9. 前記熱伝導性絶縁シートにおける前記４５μｍ以上の粒径を有する無機充填材の充填率が２０体積％以上であることを特徴とする請求項８に記載の熱伝導性絶縁シート。

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