功率半导体器件的制造方法技术

本发明专利技术提供能够实现高温环境下绝缘耐压和可靠性的提高的功率半导体器件的制造方法。通过组合氧等离子体表面处理工序（工序5）和硅胶注入前的预备加热工序（工序6），能够提高硅胶（9）（保护材料）与带导电图案的绝缘基板（1）及半导体芯片（2）的密合性，实现高温环境下功率半导体器件的绝缘耐压和可靠性的提高。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及，特别涉及封入有硅胶等的。
技术介绍
在功率半导体模块等功率半导体器件中，为了保护配置于树脂壳体内的带导电图案的绝缘基板的导电图案和通过焊锡等接合在该导电图案上的功率半导体芯片，在树脂壳体内填充密封硅胶。利用该硅胶确保树脂壳体内的绝缘性能(绝缘耐压)图11是现有的功率半导体器件的概略制造工序图。该工序图表示注入硅胶之前的概略工序。该各工序的详细说明由以下的图12 图16表示。图12 图16是按工序顺序表示现有的的主要部分制造工序截面图。这里，功率半导体器件是指IGBT( Insulated Gate Bipolar Transistor)、功率 MOSFET (Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor)等收纳有功率半导体芯片的功率半导体模块等。首先，在图12(工序I)中，将功率半导体芯片2接合于带导电图案的绝缘基板I上，将功率半导体芯片2与带导电图案的绝缘基板I的未图示的导电图案用接合线(bondingwire) 3连接。带导电图案的绝缘基板I是将作为电路配线图案的导电图案接合于未图示的陶瓷等绝缘基板上，将背面导电层与背面接合而构成的。该导电图案通常由铜箔等形成。接着，在图13 (工序2)中，通过焊接等将带导电图案的绝缘基板I的未图示的背面导电层与散热底座4接合。接着，在图14 (工序3)中，用粘接剂将树脂壳体5的底部固定于散热底座4的侧面。粘接剂是环氧树脂类的粘接剂，作为粘接条件，温度是150°C左右，处理时间是3分钟左右。接着，在图15 (工序4)中，用接合线3等将功率半导体芯片2及导电图案与固定于树脂壳体5的外部导出端子6连接。接着，在图16 (工序5)中，向树脂壳体5内注入硅胶9。此外，在专利文献I中公开了在半导体元件和引线的外表面的至少一部分被聚(酰)亚胺覆盖的状态下对该半导体元件和引线进行电连接，然后用密封树脂密封上述带引线半导体元件的半导体器件的制造方法，在上述带引线半导体元件的树脂密封之前，至少对聚(酰)亚胺部分进行等离子体处理。通过该等离子体处理，与密封树脂相接的聚(酰)亚胺表面改性，与树脂的融合性提高。因此，根据该方法，能够得到聚(酰)亚胺与密封树脂的边界面上的两者的耐湿密合性优异、并且在回流焊接工序中难以产生封装体裂缝的半导体器件。此外，在专利文献2中记载有一种电子部件的制造方法，在基板31上搭载半导体元件，通过引线接合来连接该半导体元件和基板的电极，在这样的电子部件的制造方法中，在铜电极上的镍膜上形成的金膜的表面，通过利用氩气的第一等离子体处理将通过半导体元件粘接时的热处理而生成的接合妨碍物除去，提高引线接合性。然后，通过使用氧气等离子体的第二等离子体处理，将通过第一等离子体处理降低了与树脂模型的密合性的抗蚀剂的表面改性，从而提高与密封树脂的树脂模型的密合性。现有技术文献专利文献专利文献1:日本特开平5-152362号公报专利文献2:日本特开平11-145120号公报
技术实现思路
专利技术要解决的课题在上述的图11的现有技术的工序和图12 图16的现有技术的制造方法中:(1)作为功率半导体器件的耐绝缘特性，与常温环境相比在高温环境下(例如150°C气氛)，如图17所示，绝缘破坏电压(绝缘耐压)降低。(2)通常，功率半导体器件因功率半导体芯片2的发热而在高温状态下使用，因此高温下的绝缘耐压的降低导致可靠性降低。上述是因带导电图案的绝缘基板I以及功率半导体芯片2与硅胶9的密合性降低而引起的现象。为了防止这种情况，有如上述专利文献1、2所述那样的利用02等离子体实施表面处理的方法。但是，专利文献1、2所示的等离子体表面处理，对高温环境下使用的功率半导体模块等功率半导体器件而言是不充分的，可能产生由绝缘破坏电压的降低和绝缘强度的降低引起的可靠性降低。图17是表示现有技术的IGBT模块温度与绝缘破坏耐压的关系的图。在常温下的绝缘破坏电压是7.0kV 8.0kV的情况下，当达到150°C的高温时会降低至5.0kV 6.0kV。此外，在上述专利文献1、2中，IC是作为对象的半导体器件，施加的电压都是较低的数十V左右。与此相对，功率半导体器件中高达数1000V (数千V)，与IC相比容易引起绝缘破坏。此外，在上述专利文献1、2中，实施等离子体表面处理的对象是环氧树脂，而没有将硅胶作为对象的记述。此外，没有记载在等离子体表面处理后、在用保护材料覆盖表面前进行预备加热。在功率半导体器件中，特别是在使用较大的树脂壳体5的情况下，当使用环氧树脂代替硅胶时，由于环氧树脂缺乏柔软性且热应力较大，所以在树脂壳体、带导电图案的绝缘基板产生裂缝或分裂，因此不能使用。此外，在上述专利文献2中，记载了提高基板的抗蚀剂与树脂模型的密合性，但是没有关于带导电图案的绝缘基板(陶瓷基板与电路配线图案)与硅胶的密合性的记载。此外，在上述专利文献中，记载了为了防止因外力造成的损坏和异物入侵而提高密合性，但是没有关于如本专利技术这样提高半导体器件的绝缘耐压的记载。本专利技术的目的是解决上述课题，提供能够实现高温环境下绝缘耐压和可靠性的提高的。用于解决课题的方法为了实现上述目的，根据本专利技术的第一方面，一种，该功率半导体器件包括:接合在散热底座上的带导电图案的绝缘基板；接合在该带导电图案的绝缘基板上的半导体芯片；收纳上述带导电图案的绝缘基板和上述半导体芯片并粘接在上述散热底座的树脂壳体；和填充于该树脂壳体内的保护材料，上述的特征在于，包括:将半导体芯片接合在带导电图案的绝缘基板上的工序；将上述带导电图案的绝缘基板接合在散热底座的工序；将树脂壳体粘接在上述散热底座的工序；对上述带散热图案绝缘基板的表面和上述半导体芯片的表面实施氧等离子体表面处理的工序；对上述带散热图案绝缘基板和上述半导体芯片进行高温加热并除去湿气的工序；和将保护材料填充到树脂壳体内的工序。此外，根据本专利技术的第二方面，在本专利技术的第一方面的中，作为上述氧等离子体表面处理条件，等离子体的功率是200W 600W，等离子体处理时间是30秒 700秒，氧(O2)的流量是30ml/分 IOOml/分。此外，根据本专利技术的第三方面，在本专利技术的第一方面的中，作为上述高温加热的条件，温度是100°C以上200°C以下，加热时间是30分以上2小时以下。此外，根据本专利技术的第四方面，在本专利技术的第一方面的中，上述保护材料是硅胶或环氧树脂。此外，根据本专利技术的第五方面，在本专利技术的第一方面的中，构成上述带导电图案的绝缘基板的绝缘基板的材质是Al203、Si3N4或A1N，导电图案的材质是铜。此外，本专利技术的氧等离子体表面处理是指通过使用氧等氧化性气体产生的等离子体中的离子或活性粒子，对处理对象的表面进行清洁或亲水化处理。专利技术效果在本专利技术中，通过组合氧等离子体表面处理工序和硅胶注入前的预备加热工序，能够提高硅胶(保护材料)与带导电图案的绝缘基板及半导体芯片的密合性，实现高温环境下功率半导体器件的绝缘耐压和可靠性的提高。附图说明图1是本专利技术的第一实施例的功率半导体器件的制造工序图。图2是本专利技术的第一实施例的功率半导体器件的主要部分制造工序截面图。图3是接着图2的本专利技术的第一实施例的功率半导体器件的主要部分制造工序截面图。图4是接着图3的本本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种功率半导体器件的制造方法，该功率半导体器件包括：接合在散热底座上的带导电图案的绝缘基板；接合在所述带导电图案的绝缘基板上的半导体芯片；收纳所述带导电图案的绝缘基板和所述半导体芯片并粘接在所述散热底座的树脂壳体；和填充于所述树脂壳体内的保护材料，所述功率半导体器件的制造方法的特征在于，包括：将半导体芯片接合在带导电图案的绝缘基板上的工序；将所述带导电图案的绝缘基板接合在散热底座的工序；将树脂壳体粘接在所述散热底座的工序；对所述带散热图案绝缘基板的表面和所述半导体芯片的表面实施氧等离子体表面处理的工序；对所述带散热图案绝缘基板和所述半导体芯片进行高温加热并除去湿气的工序；和将保护材料填充到树脂壳体内的工序。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：百瀬文彦，西村芳孝，
申请(专利权)人：富士电机株式会社，
类型：发明
国别省市：日本;JP