[發明專利]功率半導體裝置、模塊及制造方法

有效

• 申請號: 201880075381.6
• 申請日: 2018-11-19
• 公開（公告）號: CN111448668B
• 公開（公告）日: 2023-09-01
• 發明（設計）人: 櫻井直樹;池田靖
• 申請（專利權）人: 株式會社日立制作所
• 主分類號: H01L29/78
• 分類號: H01L29/78;H01L21/28;H01L21/336;H01L25/07;H01L25/18;H01L29/417;H01L29/423;H01L29/49;H02M7/48
• 代理公司: 上海華誠知識產權代理有限公司 31300
• 代理人: 肖華

本發明提供一種能夠與焊料無關地防止由熱應力引起的損壞的功率半導體裝置等。柵極布線AL電極(26)(控制電極)以及發射極AL電極(24)(第一鋁電極)設置在IGBT(功率半導體元件)的一個面上，AL電極層(20)(第二鋁電極)設置在另一個面上。Ni鍍層(25)(Ni層)覆蓋發射極AL電極(24)。保護膜(28)(第一保護膜)覆蓋柵極布線AL電極(26)(控制電極)。Ni鍍層(25)(Ni層)以及發射極AL電極(24)(第一鋁電極)與保護膜(28)(第一保護膜)分離。

技術領域

本發明涉及一種功率半導體裝置、模塊及制造方法。

背景技術

在電力電子的領域中，為了節能，在產業、鐵道、汽車、家電、電梯、家電、醫療等廣泛的領域中，引入了逆變器作為電力轉換器。通過反相化，例如，在泵中，相對于基于閥的控制，預計消耗電力減少了約25％。另外，在鐵道中，能夠通過再生在停止時使馬達的能量返回架線，能夠削減約50％的消耗電力。

在逆變器的普及中，作為關鍵的功率器件的發展起到了很大的作用。即，隨著晶閘管、柵極可關斷晶閘管、雙極晶體管、絕緣柵雙極晶體管(Insulated?Gate?BipolarTransistor，以下稱為IGBT)這樣的發展，功率器件在低損耗化的同時，能夠進行高頻下的開關，并且，在IGBT中，從到雙極晶體管為止的電流控制變為電壓控制，提高了CPU的控制性。變得更加難以損壞，初始的逆變器為數kW左右，與此相對，現在已經能夠實現數10MW的逆變器。

作為功率器件，有功率MOSFET(Metal?Oxide?Semiconductor?Field?EffectTransistor：金屬氧化物半導體場效應晶體管)。但是，由于硅的電阻高，特別是在600V以上時，已經使用通過電導率調制而降低導通時的電阻的晶閘管、柵極可關斷晶閘管、雙極晶體管以及IGBT。對此，近年來，使用了碳化硅(Silicon?Carbide，以下稱為SiC)的功率器件已經被產品化。SiC的絕緣擊穿電壓Ec高出1位數，能夠使用于確保耐壓的芯片的厚度變薄，并且能夠提高雜質濃度。因此，開發了在硅的導通電阻大且不實用的耐壓600V～6500V的范圍內使用SiC的功率MOSFET。

隨著功率器件的進步，為了小型化、低成本化，冷卻技術也在進步。特別是水冷在散熱能力高、必須小型化的電動汽車、混合動力汽車中廣泛使用。最初，是用散熱潤滑脂將浸入水中的冷卻片和安裝有功率器件的模塊之間粘接，并通過螺栓緊固來固定冷卻片與模塊。接著，開發出將模塊的底面作為冷卻片的直接冷卻方式。在直接冷卻方式中，由于沒有散熱潤滑脂，所以具有熱阻降低的優點。在模塊的上下實施該直接冷卻方式的是雙面冷卻模塊。雙面冷卻的模塊與單面冷卻相比，能夠將熱阻減半。

在此，已知有一種能夠防止因熱變化而產生的應力損壞半導體元件的模制型半導體裝置(例如，參照專利文獻1)。在專利文獻1中，記載有“通過在形成有IGBT的半導體芯片的表面上形成由Al合金構成的第一金屬層、由Ni構成的第二金屬層、以及由Au構成的第三金屬層，來形成發射極，并且在發射極上形成焊料而成的模制型功率器件中，使得焊料的屈服應力至少變得比第一金屬層的屈服應力小。”

現有技術文獻

專利文獻

專利文獻1：日本專利特開2005-19447號公報

發明內容

發明要解決的問題

然而，最近，特別是在汽車中，要求焊料中不含鉛(無鉛)。廣泛使用的無鉛焊料的屈服應力大于鋁電極的屈服應力。因此，普及的無鉛焊料不能直接應用專利文獻1所公開的技術，需要開發特殊的無鉛焊料。

本發明的目的在于提供一種功率半導體裝置等，其能夠與焊料無關地防止由熱應力引起的損壞。

用于解決問題的技術手段