半導(dǎo)體裝置及其制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種半導(dǎo)體裝置及其制造方法，特別是涉及一種半導(dǎo)體元件的接合方法。
【背景技術(shù)】
[0002]近些年，隨著環(huán)境限制的增多，考慮到環(huán)境問題的電子儀器(即，實(shí)現(xiàn)了高品質(zhì)、高效率、節(jié)能的電子儀器)的需求高漲。特別地，諸如工業(yè)設(shè)備、具備電動機(jī)的家電的驅(qū)動控制儀器、面向電動汽車以及混合動力汽車的車載控制儀器、鐵道車輛控制儀器、太陽能發(fā)電的控制儀器等，要求與高功率相對應(yīng)的電子儀器。并且，要求電子儀器在高負(fù)載環(huán)境下(高溫度環(huán)境下)的動作的高效率化、低損耗化。所謂高溫環(huán)境下，是指大于或等于150?175°C (例如200°C)的溫度環(huán)境下。在高溫環(huán)境下動作的半導(dǎo)體元件的開發(fā)不斷進(jìn)展。另夕卜，作為封裝特性，高密度電流化也正在發(fā)展。
[0003]特別地，對于作為車載、鐵道車輛控制儀器而使用的電子儀器，要求在高溫度環(huán)境下的節(jié)能性能。至今為止，通常工作溫度例如為小于或等于150°C，但今后，可以認(rèn)為對于在大于或等于200°C的高溫環(huán)境下使用的需求會增高。在大于或等于200°C的高溫環(huán)境下，作為半導(dǎo)體元件，替代Si，SiC或GaN可以充分地應(yīng)對。
[0004]因此，在高溫環(huán)境下的工作中，為了抑制開關(guān)損失并實(shí)現(xiàn)低損耗化以及高效率化，需要重新研究電子儀器的材料、構(gòu)造。特別地，電子儀器所應(yīng)用的半導(dǎo)體裝置內(nèi)部的接合部最容易劣化，因此，接合部的高品質(zhì)、高可靠性、高壽命化的實(shí)現(xiàn)是較大的課題。
[0005]因此，為了提高接合部的高溫耐久性，取代焊料而使用燒結(jié)性的接合材料(例如，參照專利文獻(xiàn)I)。在利用燒結(jié)性的接合材料使半導(dǎo)體元件與基板接合的情況下，通過在半導(dǎo)體元件背面和基板表面之間對接合材料一邊加壓一邊加熱,從而對接合材料進(jìn)行燒結(jié)并接合。
[0006]專利文獻(xiàn)1:日本特開2004-107728號公報(bào)
[0007]如上所述，在利用燒結(jié)性的接合材料進(jìn)行接合時(shí)，在進(jìn)行加熱的基礎(chǔ)上，例如在半導(dǎo)體元件背面和基板表面之間,對接合材料進(jìn)行加壓。由此,有時(shí)由于加壓而使接合材料在溢出至半導(dǎo)體元件周圍的狀態(tài)下被燒結(jié)。溢出的接合材料在未被充分加壓的情況下被燒結(jié)。在溢出狀態(tài)下被燒結(jié)的接合材料，由于未如焊料那樣形成倒角(fillet)形狀而容易脫落。因此，在將半導(dǎo)體元件接合的工序之后的制造工序中，存在下述問題，即，溢出的接合材料因振動等脫落而成為短路等問題的原因。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明就是為了解決如上所述的課題而提出的，其目的在于提供一種半導(dǎo)體裝置及其制造方法，其利用燒結(jié)性的接合材料而將半導(dǎo)體元件和基板接合，使該接合部的高溫耐久性、品質(zhì)以及可罪性提聞。
[0009]本發(fā)明所涉及的半導(dǎo)體裝置的制造方法的特征在于，具備以下工序:(a)準(zhǔn)備絕緣性或者導(dǎo)電性的基板；(b)在基板的主面的接合區(qū)域中配置燒結(jié)性的接合材料；以及(C)通過一邊使半導(dǎo)體元件的用于接合的面即接合面與接合材料加壓接觸，一邊對接合材料進(jìn)行燒結(jié)，從而經(jīng)由接合材料將基板和半導(dǎo)體元件接合，工序(b)中的接合區(qū)域，在俯視觀察時(shí)處于半導(dǎo)體元件的接合面內(nèi)側(cè)，在工序(C)之后，接合材料在俯視觀察時(shí)也沒有向半導(dǎo)體元件的接合面外側(cè)溢出。
[0010]另外，本發(fā)明所涉及的半導(dǎo)體裝置的特征在于，具備:絕緣性或者導(dǎo)電性的基板；半導(dǎo)體元件，其與基板的表面接合；以及燒結(jié)性的接合材料，其將半導(dǎo)體元件的用于接合的面即接合面與基板接合，接合材料是一邊使半導(dǎo)體元件的接合面與接合材料加壓接觸一邊進(jìn)行燒結(jié)而得到的，接合材料在俯視觀察時(shí)沒有向半導(dǎo)體元件的接合面外側(cè)溢出。
[0011]發(fā)明的效果
[0012]根據(jù)本發(fā)明所涉及的半導(dǎo)體裝置的制造方法，在將接合材料配置到基板上的工序中，通過將接合材料配置為在俯視觀察時(shí)位于半導(dǎo)體元件的接合面內(nèi)側(cè)，從而能夠?qū)雍喜牧弦贿吺┘幼銐虻膲毫σ贿呥M(jìn)行加熱。另外，在接合后，接合材料也沒有向半導(dǎo)體元件的周圍溢出，因此，在接合工序之后的工序或者半導(dǎo)體裝置完成之后，不存在溢出的接合材料脫落的問題。因此，能夠得到高品質(zhì)、高可靠性的半導(dǎo)體裝置。
[0013]另外，根據(jù)本發(fā)明所涉及的半導(dǎo)體裝置，由于燒結(jié)后的接合材料沒有向半導(dǎo)體元件的周圍溢出，因此不會因溢出的接合材料脫落而引起配線短路等。因此，能夠提高半導(dǎo)體裝置的品質(zhì)以及可靠性。
【附圖說明】
[0014]圖1是包含實(shí)施方式I所涉及的半導(dǎo)體裝置而成的半導(dǎo)體模塊的剖面圖。
[0015]圖2是用于說明實(shí)施方式I所涉及的半導(dǎo)體模塊的制造方法的絕緣基板俯視圖。
[0016]圖3是包含實(shí)施方式2所涉及的半導(dǎo)體裝置而成的半導(dǎo)體模塊的剖面圖。
[0017]圖4是用于說明實(shí)施方式2所涉及的半導(dǎo)體模塊的制造方法的絕緣基板俯視圖。
[0018]標(biāo)號的說明
[0019]I半導(dǎo)體元件，2接合材料，3絕緣基板，3a、5a接合區(qū)域，3b、5b區(qū)域，4散熱板，5導(dǎo)電性基板，6絕緣金屬層，7導(dǎo)線，8殼體，9電極，10封裝材料，11控制基板，12粘接劑，13焊料。
【具體實(shí)施方式】
[0020]<實(shí)施方式I >
[0021]< 結(jié)構(gòu) >
[0022]圖1示出應(yīng)用于在高溫環(huán)境下使用的電子儀器中的半導(dǎo)體模塊的剖面圖，該半導(dǎo)體模塊包含本實(shí)施方式的半導(dǎo)體裝置。本實(shí)施方式的半導(dǎo)體裝置具備:作為絕緣性基板的絕緣基板3 ;半導(dǎo)體元件1，其與絕緣基板3接合；以及燒結(jié)性的接合材料2，其將絕緣基板3和半導(dǎo)體元件I接合。
[0023]絕緣基板3經(jīng)由焊料13或者燒結(jié)性的接合材料而被接合在散熱板4上。絕緣基板3在表面具備電路圖案。絕緣基板3表面的電路圖案和半導(dǎo)體元件I的背面電極利用燒結(jié)性的接合材料2而接合。
[0024]散熱板4利用例如粘接劑12而固定至成為半導(dǎo)體模塊的外輪廓的殼體8。殼體8將絕緣基板3、半導(dǎo)體元件1、導(dǎo)線7以及后述的控制基板11的周圍包圍。由樹脂構(gòu)成的殼體8與電極9 一體成型。半導(dǎo)體元件I的頂面電極和電極9通過導(dǎo)線7而連接。另外，用于搭載驅(qū)動電路及保護(hù)電路的控制基板11經(jīng)由電極9而與半導(dǎo)體元件I連接。
[0025]并且，通過在殼體8內(nèi)部注入封裝材料10，從而將絕緣基板3、半導(dǎo)體元件1、導(dǎo)線7、控制基板11封裝。
[0026]以下，詳述各結(jié)構(gòu)要素。此外，以下所述的各結(jié)構(gòu)要素的尺寸是一個(gè)例子，并不限定于所記載的尺寸。散熱板4例如是一條邊的長度為50?300mm、厚度為3?5mm、由Cu或Al或Al-SiC復(fù)合體構(gòu)成的熱容量較大的散熱板。散熱板4經(jīng)由厚度為大約20?150 μ m的燒結(jié)性的接合材料、或者厚度為大約100?200 μ m的焊料13而與絕緣基板3接合。
[0027]絕緣基板3由具有0.2?3mm的固定厚度的A1203、AIN、Si3N4、或者ZrAl2O3等形成。在絕緣基板3背面和散熱板4被焊料13接合的情況下，在絕緣基板3背面形成厚度為2?ΙΟμπι的Ni鍍層。另外，在絕緣基板3的與散熱板4相反側(cè)的面(即，圖1的上側(cè)的面)形成有電路圖案。在電路圖案形成面形成了抗蝕劑。半導(dǎo)體元件I經(jīng)由燒結(jié)性的接合材料2而與形成在絕緣基板3頂面的電路圖案接合。
[0028]半導(dǎo)體元件I例如是功率用半導(dǎo)體元件，是IGBT、M0SFET、二極管等處理大功率的半導(dǎo)體元件。半導(dǎo)體元件I例如為了與AC輸出對應(yīng)而形成了 3相電路。此外，半導(dǎo)體元件I不限于Si制的IGBT、M0SFET、二極管，也可以是SiC或者GaN制。例如，在半導(dǎo)體元件I為IGBT的情況下，設(shè)置在半導(dǎo)體元件I的底面的背面電極是集電極電極，設(shè)置在半導(dǎo)體元件I的表面的頂