[发明专利]压接型半导体装置及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种压接型半导体装置及其制造方法。

背景技术

使用功率半导体元件来控制主电路电流的电力电子技术被应用于生活家电、铁路、电动汽车等广泛的领域中。

作为功率半导体元件，近些年，在以往所使用的ＩＧＢＴ（绝缘栅双极型晶体管）或ＭＯＳＦＥＴ（ＭＯＳ型场效应晶体管）的基础上，使用效率较好的ＳｉＣ（碳化硅）或ＧａＮ（氮化镓）等材料的功率半导体元件备受注目。

这些功率半导体元件中，主要在上表面上形成有栅极以及发射极电极，并在下表面上形成有集电极电极。

作为安装有这种功率半导体元件的功率半导体装置的结构，一般已知有使用焊料直接将功率半导体元件与引线框（电极）相接合的方法。

然而，在具有这种结构的功率半导体装置中，引线框（电极）的线膨胀系数与功率半导体元件的线膨胀系数有较大的差异，因此，由于驱动功率半导体装置时的动力循环，使得较大的热应力被反复地施加到焊料接合部，最终发生产生焊料裂缝、导致连接不良的问题。

最近，为了解决这一问题，并满足在高温的动力循环下保证可靠性的需求，通过如下方式得到电气接点的压接型功率半导体装置受到注目：即，在不使用焊料的情况下，使在功率半导体元件的上表面形成的栅极、发射极电极、以及在下表面形成的集电极电极和引线框（电极）直接进行面接触，并不间断地对其施加压力。

如果使用这种压接型功率半导体装置，则动力循环下的热应力产生于功率半导体元件的电极与引线框（电极）的连接界面上，但是连接部并非像焊料接合那样利用金属来进行固定连接，而是接触连接，因而，通过使连接界面滑动，能够使热应力得以缓和，并避免连接部受到损坏，由此实现可靠性较高的连接。

然而，在这种压接型功率半导体装置中，由于构成装置的引线框（电极）、散热板等各种构件的加工尺寸偏差、弯曲、波动等，使得半导体元件的电极与引线框（电极）很难以均匀的压力进行面接触，其结果是导致连接电阻值不稳定，装置的特性不稳定的问题。

图9是表示这种压接型功率半导体装置的问题点的示意剖视图。

图9中示出了如下示例，例如，由于引线框（电极）102的厚度在功率半导体元件101的电极平面内有所不同，为Ｇ＞Ｈ，并且，引线框（电极）104的厚度在功率半导体元件101的电极平面内也有所不同，为Ｊ＞Ｉ，由此，在形成于功率半导体元件101的上表面的上表面电极105与引线框（电极）104之间产生缝隙K，在形成于功率半导体元件101的下表面的下表面电极106与引线框（电极）102之间产生缝隙L。其结果是，即使不间断地向功率半导体元件101的厚度方向施加垂直地例如施加压力A，功率半导体元件101的下表面电极106及上表面电极105与引线框（电极）102及引线框104之间也无法实现均匀的面接触，致使难以得到稳定的连接电阻值。

在使用一般公差的构件来构成功率半导体装置的情况下，出现缝隙K、L在10μｍ以上的事例。

考虑通过严格地使各种结构构件的加工处理尺寸相一致来应对，但这将成为构件成本上升的原因，在现实中，难以利用这种方法来进行应对。

对于上述问题，作为抵消各种结构构件的加工尺寸偏差的方法，提出有在功率半导体元件的电极与引线框（电极）之间夹持Ag等软金属片以作为偏差修正板的方法（例如，参照专利文献1）。

图10示出了将软金属片夹持在功率半导体元件的电极与引线框（电极）之间的功率半导体装置的接合部剖面构造。

在功率半导体元件101中，至少在上表面形成有上表面电极105，且在下表面形成有下表面电极106，在功率半导体元件101的下表面电极106和与下表面电极106相对的引线框（电极）102之间配置有软金属片103，并且通过施加压力A而不间断地对其加压，经由软金属片103与引线框（电极）102进行电连接。

此外，在图10所示的结构中，形成于功率半导体元件101上表面的上表面电极105与引线框104采用直接接触的结构，但也可采用经由软金属片103相接触的结构。

图10的软金属片103在受到压力时，在厚度方向上发生形变，由此起到对由于构件偏差而在功率半导体元件101的下表面电极106与引线框（电极）102之间所产生的缝隙进行修正的效果。

现有技术文献

专利文献