[發明專利]半導體裝置以及電力轉換裝置及半導體裝置的制造方法

在審

• 申請號: 201880021844.0
• 申請日: 2018-04-26
• 公開（公告）號: CN110520974A
• 公開（公告）日: 2019-11-29
• 發明（設計）人: 巽裕章
• 申請（專利權）人: 三菱電機株式會社
• 主分類號: H01L21/52
• 分類號: H01L21/52;B23K1/00
• 代理公司: 11038 中國國際貿易促進委員會專利商標事務所
• 代理人: 許海蘭<國際申請>=PCT/JP2018

向半導體元件或導體部件中的任意一方之上供給包括包含第一金屬的第一粒子、包含熔點比所述第一金屬低的第二金屬的第二粒子和填充樹脂的接合材料，在供給的所述接合材料的表面形成空隙。在形成有所述空隙的所述接合材料之上載置并按壓所述導體部件或者所述半導體元件中的任意另一方，使偏分布于所述接合材料的表面的所述填充樹脂移動至所述空隙，在接合溫度下進行加熱。據此，能夠抑制填充樹脂的偏分布，并通過利用包含第一金屬和第二金屬的金屬間化合物使第一粒子彼此結合的連接構造將半導體元件和導體部件可靠地接合，能夠得到接合可靠性高的半導體裝置。

技術領域

本發明涉及將半導體元件與導體部件伴隨著電導通而連接的半導體裝置。

背景技術

在用于馬達的逆變器控制等的電力轉換用半導體裝置搭載有IGBT、二極管、MOSFET等縱型半導體元件。在所述半導體元件的表面及背面形成有通過金屬化形成的電極，在一般的半導體裝置的情況下，所述半導體元件的背面電極與電路基板經由焊料接合部而連接的情況較多。

用于這樣的功率模塊的接合材料由于存在半導體元件的發熱量增大的傾向而期望具有高耐熱性能。即，需要高熔點的接合部。然而，目前還未發現無鉛且具有高耐熱性能的焊料材料。另外，作為替代手段將銀等的超微粒子燒結以完成接合的燒結接合技術的開發正在推進，但是由于在接合工序中需要以將半導體元件向基板按壓的方式施加壓力，因此存在對元件造成損傷、污染這樣的問題，由此在生產率方面存在大的課題就是現狀。

在這種情況下，代替上述的焊料接合技術、燒結接合技術，正在研究液相擴散接合(Transient Liquid Phase Bonding，TLP接合)。在該接合技術中，使用了包括在接合溫度下熔融的低熔點金屬粒子和在所述接合溫度下不熔融的高熔點金屬粒子的接合材料。當在接合溫度下加熱上述的接合材料時，低熔點金屬粒子熔融而在高熔點金屬粒子的表面浸濕展開并接觸高熔點金屬粒子的表面，從而兩者相互進行反應。其結果，形成了具有比接合溫度高的熔點的金屬間化合物，得到了利用該金屬間化合物而高熔點金屬粒子彼此結合的構造的接合部。據此，能夠得到即使再次暴露于接合溫度下也不會再熔融的高熔點的接合部。

在專利文獻1中記載有作為低熔點金屬粒子以及高熔點金屬粒子，分別使用了Sn粒子和Cu粒子的材料。通過在接合溫度下進行加熱，Sn粒子熔融而在Cu粒子的表面浸濕展開并接觸，從而相互反應，形成通過包含Cu₆Sn₅的金屬間化合物而Cu粒子彼此結合的構造。據此，得到了包括高熔點的Cu粒子和包含高熔點的Cu₆Sn₅的金屬間化合物的耐熱性高的接合部。然而，在形成通過包含Cu₆Sn₅的金屬間化合物而Cu粒子彼此結合的狀態的過程中，以使熔融的Sn在接合層內均勻地流動并完全填埋Cu粒子的間隙的方式進行控制是極為困難的。換言之，在形成通過包含Cu₆Sn₅的金屬間化合物而Cu粒子彼此結合的狀態的過程中，在接合層內殘留空間(空洞)是無法避免的。該空洞成為起點，可能會因產品的動作時所產生的應力而產生裂紋。

另一方面，在專利文獻2記載有包含含有Cu以及Sn的合金粒子和有機粘合劑樹脂的接合材料。一般認為使用該接合材料形成的接合部具有合金粒子彼此結合的構造，并且成為在合金粒子間的空洞填充有有機粘合劑樹脂的構造。

現有技術文獻

專利文獻

專利文獻1：日本特許第3558063號

專利文獻2：WO2002-028574

發明內容