半导体装置以及半导体装置的制造方法制造方法及图纸

一种半导体装置，其具备：半导体元件；以及第一导体及第二导体，其隔着Sn系焊料分别与所述半导体元件的第一面和第二面接合，在该半导体装置中，在所述第一导体和所述第二导体的与所述Sn系焊料相对的面、以及所述半导体元件的所述第一面和所述第二面上形成Ni系镀层，在所述Ni系镀层与所述Sn系焊料的界面上形成由(Cu、Ni)6Sn5构成的具有1.2～4.0μm的层厚的界面反应抑制层。界面反应抑制层。界面反应抑制层。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】半导体装置以及半导体装置的制造方法


[0001]本专利技术涉及一种半导体装置以及半导体装置的制造方法。

技术介绍

[0002]在将交流电力和直流电力相互转换的逆变器中使用半导体装置。例如，在车载用的逆变器中，由于RoHS指令或ELV指令限制了铅的使用，因此到目前为止正在推进以Sn
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3Ag
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0.5Cu(mass％)为主的无铅焊料的使用。
[0003]在逆变器中使用的半导体装置中，用于小型化、轻量化的高功率密度成为潮流，要求将半导体元件的两面和导体焊料接合来提高从半导体元件的两面的散热性，或者使半导体元件与导体的接合部的保证温度为高温来使大量的电流流通等。
[0004]另一方面，车载用的半导体元件具有超过10mm
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10mm的面积，厚度薄至约100μm，因此，如果将两面焊料接合，则与仅将半导体元件的一面焊料接合的情况相比，不能进行应力的缓和，因此，半导体元件容易破裂。另外，如果半导体元件的接合部为150℃以下的温度，则Sn
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3Ag
‑
0.5Cu焊料也能够确保可靠性，但如果上升到175℃，则焊料与导体的界面反应变快，因此在接合部界面容易产生劣化。
[0005]图1的(A)～图1的(C)是高温下的Sn系焊料的劣化的示意图。如图1的(A)所示，作为一例，将Sn系焊料1配置在实施了Ni镀层3的导体(Cu)2上。在高温下，当Sn系焊料1与Ni镀层3之间的界面反应推进时，如图1的(B)所示，Ni镀层3的层变薄，在接合部界面上形成Ni
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Sn系化合物4那样的脆的金属间化合物。进一步地，如图1的(C)所示，Ni镀层3的层消失，在接合部界面上Ni
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Sn系化合物4、Cu
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Sn系化合物5这样的脆的金属间化合物进一步增厚，生成空隙6，发生体积变化。因此，引起与接合强度的降低或热阻的增加等相关的接合部界面的劣化。
[0006]作为耐热性200℃的连接方法，在专利文献1中记载了一种通过在室温至200℃下组合含有Cu 6
Sn 5
相的Sn系焊料和Ni系镀层来抑制界面反应、具有200℃以上的耐热性的半导体装置。现有技术文献专利文献
[0007]专利文献：日本国专利特开2014
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123745号公报

技术实现思路

专利技术要解决的问题
[0008]在专利文献1记载的装置中，在做成增大半导体元件的接合面积、且接合半导体元件的两面的结构的情况下，在半导体元件上产生的应力变大，在半导体元件与焊料的接合部界面上形成厚的金属间化合物，半导体元件容易破裂。解决问题的技术手段
[0009]本专利技术的第1方式的半导体装置具备：半导体元件；以及第一导体及第二导体，其
隔着Sn系焊料分别与所述半导体元件的第一面和第二面接合，该半导体装置优选在所述第一导体及所述第二导体的与所述Sn系焊料相对的面、以及所述半导体元件的所述第一面和所述第二面上形成Ni系镀层，在所述Ni系镀层与所述Sn系焊料的界面上形成由(Cu、Ni)6Sn5构成的具有1.2～4.0μm的层厚的界面反应抑制层。本专利技术的第2方式的半导体装置的制造方法优选在集电极侧的引线框上形成Ni镀层，在所述Ni镀层上供给配合了Cu构件的Cu含有率为1.5mass％以上的Sn
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Ag
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Cu系焊料来接合半导体元件，在所述半导体元件上供给Cu含有率为1.5mass％以上的Sn
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Cu系焊料，并接合在Ni镀层上实施了Cu镀层的发射极侧的引线框。本专利技术的第3方式的半导体装置的制造方法优选在集电极侧的引线框上形成Ni镀层，在所述Ni镀层上形成Cu镀层，在所述Cu镀层上供给Cu含有率为1.5mass％以上的Sn
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Ag
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Cu系焊料来接合半导体元件，在所述半导体元件上供给Cu含有率为1.5mass％以上的Sn
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Cu系焊料，并接合在Ni镀层上实施了Cu镀层的发射极侧的引线框。专利技术的效果
[0010]根据本专利技术，能够抑制与焊料的接合部界面的劣化，防止半导体元件的破裂。
附图说明
[0011]图1的(A)～(C)是高温下的Sn系焊料的劣化的示意图。图2是第1实施方式的半导体装置的截面图。图3是表示第1实施方式的半导体装置的设定值的表。图4的(A)、(B)是在半导体元件的Al电极上产生的裂纹的示意图。图5是说明界面反应抑制层的厚度的定义的截面图。图6是表示界面反应抑制层的厚度与消失的Ni镀层的厚度的关系的曲线图。图7是半导体装置的截面上的半导体元件的破裂的示意图。图8是第2实施方式的半导体装置的截面图。图9是表示第2实施方式的半导体装置的设定值的表。图10是表示比较例的半导体装置的试验的表。
具体实施方式
[0012]以下，参照附图说明本专利技术的实施方式。以下的记载和附图是用于说明本专利技术的示例，为了说明的明确化，适当进行省略和简化。本专利技术也可以以其他各种方式实施。只要没有特别限定，各构成要素可以是一个也可以是多个。
[0013]为了便于理解本专利技术，附图所示的各构成要素的位置、大小、形状、范围等有时不表示实际的位置、大小、形状、范围等。因此，本专利技术不限于附图中公开的位置、尺寸、形状、范围等。
[0014][第1实施方式]图2是本实施方式的半导体装置的截面图。如图2所示，在作为集电极侧的导体的引线框12上形成Ni镀层17。此外，Ni镀层17是对具有粗化Ni镀层16的Cu制的引线框12的焊料搭载面进行激光处理，从而做成平滑的Ni镀层面。向Ni镀层17的焊料搭载面供给Sn
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Ag
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Cu系焊料15，接合具有包含Ni
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P镀层18的电
极的半导体元件13的一面。向具有包含Ni
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P镀层18的电极的半导体元件13的另一面供给Sn
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Cu系焊料14，接合作为实施了Ni镀层17的发射极侧的导体的引线框11。
[0015]另外，发射极侧的引线框11事先进行氧化处理，仅对焊料接合面进行激光处理来除去氧化膜，并且对Ni镀层17的焊料搭载面进行平滑加工。由此，能够防止Sn
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Cu系焊料14的浸润。在接合到发射极侧的引线框11后，对半导体元件13的栅极电极实施引线接合，用模塑树脂19密封。以下，虽然省略了图示，但用模制树脂19密封后，在露出的引线框11及引线框12上分别隔着绝缘树脂接合冷却用的针翅式散热器。即，本实施方式是两面冷却型的半导体装置。
[0016]在图2所示的半导体装置中，如上所述，将被焊料接合的焊料搭载面的Ni镀层17设为容易确保焊料的浸润的平滑的Ni镀层，另一方面，将引线框11、12与模塑树脂19接触的部分的Ni系镀层设为粗化Ni镀层16，由此能够提高引线框11、12与模塑树脂19的密合强度，能够确保可靠性。另外，通过预先强制氧化发射极侧的引线本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种半导体装置，其具备：半导体元件；以及第一导体及第二导体，其隔着Sn系焊料分别与所述半导体元件的第一面及第二面接合，所述半导体装置的特征在于，在所述第一导体及所述第二导体的与所述Sn系焊料相对的面、以及所述半导体元件的所述第一面及所述第二面上形成Ni系镀层，在所述Ni系镀层与所述Sn系焊料的界面上形成由(Cu、Ni)6Sn5构成的具有1.2～4.0μm的层厚的界面反应抑制层。2.根据权利要求1所述的半导体装置，其特征在于，所述界面反应抑制层的层厚为1.4～3.2μm。3.根据权利要求1所述的半导体装置，其特征在于，在所述Sn系焊料中配合有Cu构件。4.根据权利要求1～3中任一项所述的半导体装置，其特征在于，所述第一导体是发射极侧的导体，所述第二导体是集电极侧的导体，由所述Sn系焊料和所述界面反应抑制层构成的焊料接合部中的发射极侧的焊料接合部比集电极侧的焊料接合部厚。5.根据权利要求4所述的半导体装置，其特征在于，所述发射极侧的焊料接合部的厚度为120～200μm，所述集电极侧的焊料接合部的厚度为70～100μm。6.根据权利要求4所述的半导体装置，其特征在于，所述发射极侧的Sn系...

【专利技术属性】
技术研发人员：池田靖，高木佑辅，金子裕二朗，船户祥太，
申请(专利权)人：日立安斯泰莫株式会社，
类型：发明
国别省市：