[发明专利]功率半导体装置及其制造方法

说明书

技术领域

本发明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。

背景技术

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。

发明内容

本发明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。

本发明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。

本发明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。

根据本发明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。