功率半导体装置及其制造方法制造方法及图纸

在功率半导体装置(1)处，IGBT(11a)的集电极电极通过接合材料(9)而与金属板(5)接合。二极管(11b)的阴极电极通过接合材料(9)而与金属板(5)接合。配线部件(15a)通过接合材料(13)而与IGBT(11a)的发射极电极接合。接合材料(13)由接合材料(13a)和接合材料(13b)构成。接合材料(13a)介于IGBT(11a)与配线部件(15a)之间。接合材料(13b)填充于在配线部件(15a)形成的通孔(16a)。接合材料(13b)到达接合材料(13a)，与接合材料(13a)连接。

【技术实现步骤摘要】
功率半导体装置及其制造方法
本专利技术涉及一种功率半导体装置及其制造方法，特别涉及一种电力的控制所使用的功率半导体装置和该功率半导体装置的制造方法。
技术介绍
功率半导体装置被用于工业设备、具有电动机的家电的驱动控制设备、面向电动汽车、混合动力汽车的车载控制设备、铁路控制设备以及太阳能发电的控制设备等。因此，要求功率半导体装置适用于大电力。作为公开了功率半导体装置的专利文献的例子，有专利文献1(日本特开2015-024443号公报)、专利文献2(日本特开2012-178513号公报)以及专利文献3(日本特开2013-220476号公报)。近年，随着环境管制变严，进一步地要求功率半导体装置实现顾及到环境问题的高效率和节能化。特别是对于车载控制设备或者铁路控制设备，从节能化的观点以及对与电能的变换相伴的损失进行抑制的观点出发，功率半导体装置是在高负载的环境下(高温的环境下)进行使用的(高Tj化)。因此，要求功率半导体装置在高温的环境下，也对损失进行抑制，并且高效率地进行动作。具体地说，现有的功率半导体装置的通常的工作温度为Tj小于或等于125℃、或者Tj小于或等于150℃，与此相对地，预想今后是在Tj大于或等于175℃、或者Tj大于或等于200℃的高温的环境下使功率半导体装置进行动作。为了使功率半导体装置(半导体模块)在高温的环境下进行动作，对功率半导体装置的材料和构造重新进行了探讨。特别是在高温的环境下，要求功率半导体装置的半导体元件与配线部件等的接合强度。在利用以Sn为基础的焊料而将半导体元件与配线部件等进行了接合的功率半导体装置的情况下，在高温的环境下，半导体元件与配线部件等的接合部分的耐久性存在问题。
技术实现思路
本专利技术就是作为上述开发的一个环节而提出的，其目的在于提供一种半导体元件与配线部件等的接合强度得到改善的功率半导体装置，另一个目的在于提供上述功率半导体装置的制造方法。本专利技术涉及的功率半导体装置具有半导体元件、导体部、散热板、接合材料以及封装材料。半导体元件包含第1功率元件，该第1功率元件具有相对的第1表面及第2表面。散热板包含第1导体板，该第1导体板与第1功率元件的第1表面接合。导体部包含第1配线部件，该第1配线部件与第1功率元件的第2表面接合而与第1功率元件电连接。接合材料包含第1接合材料及第2接合材料，该第1接合材料将第1功率元件的第1表面与第1导体板进行接合，该第2接合材料将第1功率元件的第2表面与第1配线部件进行接合。封装材料将半导体元件、导体部以及散热板进行封装。接合材料包含金属间化合物。第2接合材料具有第1部分和第2部分。第1部分介于第1功率元件的第2表面与第1配线部件之间。第2部分贯穿第1配线部件而与第1部分连接。本专利技术涉及的功率半导体装置的制造方法具有下面的工序。准备包含第1导体板的散热板。在第1导体板涂敷第1接合材料。在第1接合材料之上载置半导体元件。在半导体元件涂敷第2接合材料第1部分。准备形成有通孔的第1配线部件。以在通孔露出第2接合材料第1部分的方式，将第1配线部件载置于第2接合材料第1部分之上，对第1配线部件进行保持。以到达第2接合材料第1部分的方式，在通孔填充涂敷第2接合材料第2部分。对第1接合材料、第2接合材料第1部分以及第2接合材料第2部分实施热处理。将半导体元件、散热板以及第1配线部件配置于模具。通过在模具内填充封装材料，将半导体元件、散热板以及第1配线部件进行封装。将由封装材料封装的半导体元件、散热板以及第1配线部件从模具取出。在对第1接合材料、第2接合材料第1部分以及第2接合材料第2部分各自进行涂敷的工序中，使用包含锡(Sn)的颗粒和从铜(Cu)、镍(Ni)以及银(Ag)中选择的至少任意金属的颗粒的材料。在实施热处理的工序中，形成任意金属与所述锡(Sn)的金属间化合物。根据本专利技术涉及的功率半导体装置，接合材料包含金属间化合物，该接合材料包含第1接合材料及第2接合材料，该第1接合材料将第1功率元件与第1导体板进行接合，该第2接合材料将第1功率元件与第1配线部件进行接合。另外，第2接合材料具有第1部分和第2部分，该第1部分介于第1功率元件的第2表面与第1配线部件之间，该第2部分贯穿第1配线部件而与第1部分连接。由此，能够提高第1功率元件与散热板的接合强度，并且能够提高第1功率元件与第1配线部件的接合强度。根据本专利技术涉及的功率半导体装置的制造方法，通过对将第1功率元件与第1导体板进行接合的第1接合材料、以及将第1功率元件与第1配线部件进行接合的第2接合材料第1部分及第2接合材料第2部分实施热处理，形成金属间化合物。由此，能够制造一种提高了第1功率元件与散热板的接合强度、第1功率元件与第1配线部件的接合强度的功率半导体装置。通过与附图相关联地进行理解的、与本专利技术相关的下面的详细说明，本专利技术的上述及其他目的、特征、方案以及优点会变得明了。附图说明图1是实施方式1涉及的功率半导体装置的局部俯视图。图2是同一实施方式中图1所示的剖面线II-II处的剖视图。图3是表示同一实施方式中功率半导体装置的制造方法的一个工序的剖视图。图4是表示同一实施方式中在图3所示的工序之后进行的工序的剖视图。图5是表示同一实施方式中在图4所示的工序之后进行的工序的剖视图。图6是表示同一实施方式中在图5所示的工序之后进行的工序的剖视图。图7是表示同一实施方式中在图6所示的工序之后进行的工序的剖视图。图8是表示同一实施方式中在图7所示的工序之后进行的工序的剖视图。图9是表示同一实施方式中在图8所示的工序之后进行的工序的剖视图。图10是实施方式2涉及的功率半导体装置的局部俯视图。图11是同一实施方式中图10所示的剖面线XI-XI处的剖视图。图12是表示同一实施方式中功率半导体装置的制造方法的一个工序的剖视图。图13是表示同一实施方式中在图12所示的工序之后进行的工序的剖视图。图14是表示同一实施方式中在图13所示的工序之后进行的工序的剖视图。图15是表示同一实施方式中在图14所示的工序之后进行的工序的剖视图。图16是表示同一实施方式中在图15所示的工序之后进行的工序的剖视图。图17是表示同一实施方式中在图16所示的工序之后进行的工序的剖视图。具体实施方式实施方式1对实施方式1涉及的功率半导体装置进行说明。如图1及图2所示，在功率半导体装置1处，半导体元件11搭载于散热板3。与半导体元件11连接有配线部件15a及配线部件15b。半导体元件11、散热板3以及配线部件15a、15b由模塑树脂17进行封装。对功率半导体装置1的构造更详细地进行说明。在这里，作为半导体元件11的例子而示出IGBT(InsulatedGateBipolarTransistor)11a及二极管11b。IGBT11a及二极管11b是由例如一边的长度约为7mm～15mm左右的矩形的硅(Si)或者碳化硅(SiC)形成的。在IGBT11a及二极管11b各自的表面和背面形成有电极。电极是由铝(Al)或者铝硅(AlSi)形成的。在电极的表面，作为包覆层而形成有钛镍金(Ti-Ni-Au)膜。在IGBT11a的背面形成有集电极电极(未图示)。在IGBT11a的表面形成有栅极电极及发射极电极(均未图示)。在二极管11b的背面形成有阳极本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种功率半导体装置，其具有：半导体元件，其包含第1功率元件，该第1功率元件具有相对的第1表面及第2表面；散热板，其包含第1导体板，该第1导体板与所述第1功率元件的所述第1表面接合；导体部，其包含第1配线部件，该第1配线部件与所述第1功率元件的所述第2表面接合而与所述第1功率元件电连接；接合材料，其包含第1接合材料及第2接合材料，该第1接合材料将所述第1功率元件的所述第1表面与所述第1导体板进行接合，该第2接合材料将所述第1功率元件的所述第2表面与所述第1配线部件进行接合；以及封装材料，其将所述半导体元件、所述导体部以及所述散热板进行封装，所述接合材料包含金属间化合物，所述第2接合材料具有：第1部分，其介于所述第1功率元件的所述第2表面与所述第1配线部件之间；以及第2部分，其贯穿所述第1配线部件而与所述第1部分连接。

【技术特征摘要】
2015.12.21 JP 2015-2489171.一种功率半导体装置，其具有：半导体元件，其包含第1功率元件，该第1功率元件具有相对的第1表面及第2表面；散热板，其包含第1导体板，该第1导体板与所述第1功率元件的所述第1表面接合；导体部，其包含第1配线部件，该第1配线部件与所述第1功率元件的所述第2表面接合而与所述第1功率元件电连接；接合材料，其包含第1接合材料及第2接合材料，该第1接合材料将所述第1功率元件的所述第1表面与所述第1导体板进行接合，该第2接合材料将所述第1功率元件的所述第2表面与所述第1配线部件进行接合；以及封装材料，其将所述半导体元件、所述导体部以及所述散热板进行封装，所述接合材料包含金属间化合物，所述第2接合材料具有：第1部分，其介于所述第1功率元件的所述第2表面与所述第1配线部件之间；以及第2部分，其贯穿所述第1配线部件而与所述第1部分连接。2.根据权利要求1所述的功率半导体装置，其中，所述导体部包含第2配线部件，所述接合材料包含第3接合材料，该第3接合材料将所述第1导体板与所述第2配线部件进行接合，所述第3接合材料包含：第3部分，其介于所述第1导体板与所述第2配线部件之间；以及第4部分，其贯穿所述第2配线部件而与所述第3部分连接。3.根据权利要求2所述的功率半导体装置，其中，所述半导体元件包含第2功率元件，该第2功率元件具有相对的第3表面及第4表面，所述散热板包含第2导体板，该第2导体板与所述第1导体板隔开距离地，该第2导体板与所述第2功率元件的所述第4表面接合，所述接合材料包含：第4接合材料，其将所述第2功率元件的所述第3表面与所述第2导体板进行接合；以及第5接合材料，其将所述第2功率元件的所述第4表面与所述第2配线部件进行接合，所述第5接合材料包含：第5部分，其介于所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：日野泰成，新井规由，
申请(专利权)人：三菱电机株式会社，
类型：发明
国别省市：日本,JP