功率半导体装置及其制造方法制造方法及图纸

一种功率半导体装置(1)，具备平板状的第1厚铜层(14)、配置于第1厚铜层(14)上的绝缘片层(16)、配置于绝缘片层(16)上且形成了图案的第2厚铜层(18A)、配置于第2厚铜层(18A)上的导电性的接合层(20)、以及配置于接合层(20)上的半导体功率器件(22)，半导体功率器件(22)与接合层(20)接合，同时，第2厚铜层(18A)的维氏硬度比第1厚铜层(14)的维氏硬度小，为50以下。提供一种功率半导体装置，能够不增加热阻而提高接合的可靠性。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】功率半导体装置及其制造方法
本实施方式涉及功率半导体装置及其制造方法。
技术介绍
目前，很多研究机构在进行碳化硅(SiC：SiliconCarbide)器件的研究开发。SiC功率器件具有比Si功率器件更优异的低导通电阻、高速开关和高温工作特性。SiC半导体功率模块中，SiC器件的电力相对较小，因此能够导通大电流，且容易进行高温工作，但必须进行用于允许上述操作的半导体功率模块的设计。作为半导体功率模块的1种，以往已知的是，包含绝缘栅极双极晶体管(IGBT：InsulatedGateBipolarTransistor)那样的功率元件(芯片)的半导体功率器件的外周用树脂成型的半导体功率模块。工作状态下，半导体功率器件会产热，因此一般在基板的背面侧配置散热片、翅片等散热器进行散热，使半导体功率器件冷却。尤其是近年来，为了实现低热阻化，正在推进基板部的厚铜化。在半导体功率模块的结温Tj上升的同时，功率循环耐量在以往的技术(铝线)中变得严格。因此，最近，为了延长寿命，有时会使用铜线，而不是铝线。此外，有时还使用引线材、电极柱等上部布线来代替线。以往的半导体功率模块中，还公开了下述例子：在散热器与金属板的连接结构、电极布线的连接结构中，在应力缓冲层/引线框间的接合中不使用接合材，而是应用激光焊接技术。现有技术文献专利文献专利文献1：日本特开2003-168769号公报专利文献2：日本特开2014-053406号公报专利文献3：日本特开2015-23183号公报专利文献4：日本特开2009-4544号公报专利文献5：日本特开2000-100849号公报专利文献6：日本特开2016-4796号公报专利文献7：日本特开2015-149326号公报专利文献8：日本特开2008-210942号公报专利文献9：日本特开2009-105266号公报非专利文献非专利文献1：小藤甫、渡边晴夫、加藤通友著“关于无氧铜的研究(第3报告)关于无氧铜的重结晶图和晶粒生长(無酸素銅に関する研究(第3報)無酸素銅の再結晶図と粒成長について)”,日本金属学会志,第22卷,第10期,1958年10月,第493-497页。
技术实现思路
专利技术所要解决的课题为了降低半导体功率模块的热阻，作为目前半导体功率模块的趋势，可列举芯片下的基板的厚铜化。厚铜化适合于降低热阻，但另一方面，对接合材的银烧成材、铜烧成材的接合部产生大的应力，因此由于基板的厚铜化而发生接合部的劣化，接合的可靠性令人担忧。此外，将铜线接合在半导体功率器件上的情况下，相较于铝线，超声波的功率变得非常大，因此有时会使器件破坏。此外，使用引线材、电极柱等上部布线的情况下，使用无铅系焊锡作为其接合材。可是，使用无铅系焊锡的情况下，在碳化硅(SiC)等具有200℃以上的耐热性的器件中，熔点接近结温Tj＝200℃，进一步ΔTj功率循环变大，因此功率循环耐量(功率循环寿命)会变小。在半导体功率模块的结温Tj上升的同时，功率循环耐量在以往的技术(铝线)中变得严格。因此，最近，为了延长寿命，有时会使用铜线，而不是铝线。此外，有时还使用引线材、电极柱等上部布线来代替线。可是，将铜线接合在半导体芯片上的情况下，相较于铝线，超声波的功率变得非常大，因此有时会使器件破坏。使用引线材、电极柱等上部布线的情况下，使用无铅系焊锡作为其接合材。可是，使用无铅系焊锡的情况下，在碳化硅(SiC)等具有200℃以上的耐热性的器件中，熔点接近结温Tj＝200℃，进一步ΔTj功率循环变大，因此功率循环耐量(功率循环寿命)会变小。本实施方式提供一种功率半导体装置及其制造方法，能够不会使热阻增加而提高接合的可靠性。本实施方式提供一种功率半导体装置，使得对于半导体功率器件与位于其上表面的金属引线之间的接合层的热应力降低，且使金属引线的电阻降低，可靠性提高。本实施方式提供一种功率半导体装置，对于反复冷热环境导致的应力，半导体功率器件与位于其上表面的金属引线之间的接合可靠性提高，激光产生的熔融深度容易控制。用于解决课题的方法根据本实施方式的一个方式，提供一种功率半导体装置，具备平板状的厚铜基板、部分地配置在前述厚铜基板上的导电性的接合层、配置于前述接合层上的半导体功率器件、以及与前述半导体功率器件的电极电连接的外部连接用端子，前述厚铜基板的维氏硬度为50以下。根据本实施方式的另一方式，提供一种功率半导体装置，具备平板状的第1厚铜层、配置于前述第1厚铜层上的绝缘片层或第1热复合物层、配置于前述绝缘片层上且形成了图案的第2厚铜层、配置于前述第2厚铜层上的导电性的接合层、配置于前述接合层上的半导体功率器件、以及与前述半导体功率器件的各电极电连接的多个外部连接用端子，前述第2厚铜层的维氏硬度比前述第1厚铜层或前述外部连接用端子的维氏硬度小，为50以下。根据本实施方式的另一方式，提供一种功率半导体装置的制造方法，具有形成经400℃以上热处理的第2厚铜层的工序、在第2厚铜层上形成导电性的接合层的工序、隔着绝缘片层或第1热复合物层在第1厚铜层上配置前述第2厚铜层的工序、在前述接合层上配置半导体功率器件且通过一边加热一边加压的加热-加压加工使前述半导体功率器件与前述接合层接合的工序、以及使前述半导体功率器件的电极与外部连接用端子连接的工序，经热处理的前述第2厚铜层的维氏硬度比前述第1厚铜层和/或前述外部连接用端子的维氏硬度小，为50以下。根据本实施方式的一个方式，提供一种功率半导体装置，具备半导体功率器件、配置于前述半导体功率器件的上表面的芯片上接合层、以及配置于前述半导体功率器件的上表面且与前述芯片上接合层接合的金属引线，前述金属引线具有金属的层叠结构。根据本实施方式的另一方式，提供一种功率半导体装置，具备基板、配置于前述基板上的第1电极图案、第2电极图案、第1信号电极图案和第2信号电极图案、配置于前述第1电极图案上的芯片下接合层、配置于前述芯片下接合层上且在表面侧具有第1衬垫电极和第2衬垫电极的半导体功率器件、配置于前述第1衬垫电极上的芯片上接合层、配置于前述第2电极图案上的源极电极上接合层、以及与前述源极电极上接合层和前述芯片上接合层接合的第1金属引线，前述第1金属引线具有金属的层叠结构。根据本实施方式的一个方式，提供一种功率半导体装置，具备在表面形成有衬垫电极的半导体功率器件、配置于前述衬垫电极上且与前述衬垫电极接合的比前述衬垫电极厚的导电性的芯片上接合层、以及配置于前述芯片上接合层的上表面且与前述芯片上接合层接合的金属引线，前述金属引线与前述芯片上接合层间具有通过激光焊接形成的熔融再凝固部。根据本实施方式的另一方式，提供一种功率半导体装置，具备基板、配置于前述基板上的第1电极图案、第2电极图案、第1信号电极图案和第2信号电极图案、配置于前述第1电极图案上的芯片下接合层、配置于前述芯片本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种功率半导体装置，其特征在于，/n具备平板状的厚铜基板、部分地配置在所述厚铜基板上的导电性的接合层、配置于所述接合层上的半导体功率器件、以及与所述半导体功率器件的电极电连接的外部连接用端子，所述厚铜基板的维氏硬度为50以下。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20170510 JP 2017-093941;20170530 JP 2017-106445;201.一种功率半导体装置，其特征在于，
具备平板状的厚铜基板、部分地配置在所述厚铜基板上的导电性的接合层、配置于所述接合层上的半导体功率器件、以及与所述半导体功率器件的电极电连接的外部连接用端子，所述厚铜基板的维氏硬度为50以下。


2.根据权利要求1所述的功率半导体装置，其特征在于，所述接合层为Ag烧成层、Cu烧成层、Au烧成层或Ni烧成层，且与所述半导体功率器件接合。


3.根据权利要求1或2所述的功率半导体装置，其特征在于，
所述厚铜基板具备第1厚铜层和配置于所述第1厚铜层上的第2厚铜层，
所述接合层部分地配置在所述第2厚铜层上，同时，所述第2厚铜层的维氏硬度比所述第1厚铜层的维氏硬度小，为50以下。


4.根据权利要求3所述的功率半导体装置，其特征在于，
具备配置于所述第1厚铜层上且具有所述第2厚铜层以上的尺寸的绝缘片层，
所述第2厚铜层配置于所述绝缘片层上。


5.根据权利要求3或4所述的功率半导体装置，其特征在于，具备配置于与安装在所述厚铜基板的另一面侧的冷却器之间的第1热复合物层或焊锡层。


6.根据权利要求1或2所述的功率半导体装置，其特征在于，具备配置于与安装在所述厚铜基板的另一面侧的冷却器之间的绝缘片、以及与所述半导体功率器件的各电极电连接的多个外部连接用端子，
所述厚铜基板的维氏硬度比构成所述半导体功率器件的所述外部连接用端子的铜的维氏硬度小，为50以下。


7.根据权利要求1或2所述的功率半导体装置，其特征在于，具备绝缘基板、以及配置于所述绝缘基板上且具有所述厚铜基板以上的尺寸的第2热复合物层，
所述厚铜基板配置于所述第2热复合物层上。


8.根据权利要求7所述的功率半导体装置，其特征在于，
具备配置于与安装在所述厚铜基板的另一面侧的冷却器之间的第1热复合物层或焊锡层、以及覆盖所述半导体功率器件及所述厚铜基板和所述外部连接用端子的至少一部分的树脂层，
所述树脂层不覆盖所述第1热复合物层或所述焊锡层。


9.根据权利要求7或8所述的功率半导体装置，其特征在于，所述绝缘基板为DBC基板、DBA基板或AMB基板中的任一种。


10.根据权利要求5～9中任一项所述的功率半导体装置，其特征在于，安装在所述厚铜基板的另一面侧的冷却器为水冷式或气冷式，用于车载的驱动装置、电源装置。


11.一种功率半导体装置，其特征在于，
具备平板状的第1厚铜层、配置于所述第1厚铜层上的绝缘片层或第1热复合物层、配置于所述绝缘片层上且形成了图案的第2厚铜层、配置于所述第2厚铜层上的导电性的接合层、配置于所述接合层上的半导体功率器件、以及与所述半导体功率器件的各电极电连接的多个外部连接用端子，
所述第2厚铜层的维氏硬度比所述第1厚铜层或所述外部连接用端子的维氏硬度小，为50以下。


12.根据权利要求11所述的功率半导体装置，其特征在于，
所述接合层具备Ag烧成层、Cu烧成层、Au烧成层或Ni烧成层，与所述半导体功率器件接合。
...

【专利技术属性】
技术研发人员：大塚拓一，岩桥清太，畑野舞子，渡边龙太，吉原克彦，
申请(专利权)人：罗姆股份有限公司，
类型：发明
国别省市：日本;JP