[发明专利]电力用半导体装置

说明书

本发明的目的在于提供能够提高散热性及紧密接合性的电力用半导体装置。根据本发明的电力用半导体装置(1)具备形成在半导体基板(2)上的供主电流流动的发射极(3)；形成在发射极(3)上的非烧结体的导电层(5)；以及形成在导电层(5)上的作为烧结体的烧结金属层(7)，烧结金属层(7)具有在俯视时将发射极(3)的整体覆盖的大小，并且导热性比导电层(5)高。

技术领域

本发明涉及电力用半导体装置。

背景技术

功率半导体模块由对大电流进行开关控制的IGBT(Insulated Gate BipolarTransistor：绝缘栅双极型晶体管)功率装置和将开关时产生的逆电流遮断的二极管构成，作为电力转换器的主要构成部件被使用在家电或是车辆用途等大范围领域。

近年来，使用功率半导体模块的环境越发苛刻，例如使用环境高温化，或是控制的电流增加。为了在这样苛刻的环境下进行使用，作为IGBT功率装置等功率半导体装置的性能，要求的是能够在温度变化大的使用环境下长期地确保正常动作的高可靠性、以及可耐受伴随大电流通电而由构成功率半导体装置的半导体芯片产生的发热量增大所导致的功率半导体装置的高温化的高耐热性。

尤其是为了确保耐热性，以往使用的是包含锡焊或金属颗粒的接合材料即模具粘合剂。例如公开有从背面侧经由引脚框架进行半导体基板散热的技术(例如参照专利文献1)。

另外，公开了以下技术，即，具备：形成在裸芯片表面的表面电极(Al电极)；利用无电解镀敷法在表面电极上成膜出来的由Ni镀层及Au镀层构成的层积金属层；以及形成在表面电极的侧面上的周边耐压构造，经由层积金属层进行自裸芯片表面的散热(例如参照专利文献2)。

另外，公开有设在电极上的由烧结金属和锡焊形成的凸块构造(例如参照专利文献3)。

在先技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2013-16580号公报

专利文献2：日本专利第5494559号公报

专利文献3：日本特开2015-126158号公报

发明内容

发明所要解决的课题

要求车载用途等小型化的功率半导体模块由于发热量大，所以寻求散热性能的进一步改善。另外，由于使用了SiC那样的宽带隙半导体的功率半导体模块的可使用的温度范围大，故而要求例如-40℃～250℃左右的范围内的可靠性。为了在这样的条件下使功率半导体模块动作，自功率半导体装置的背面的散热就变得不充分了。

在专利文献2中，虽能够通过增加Ni镀层以及Au镀层的厚度来增大热容量，但若增加Ni镀层以及Au镀层的厚度则应力也会增大，会产生翘曲，基板发生割裂等而导致可靠性降低，因而要较厚地层积是困难的。另外，在专利文献2中，设想的是无电解镀敷膜的形成，但镀膜的成膜速率低，若较厚地层积则会导致生产率降低。

Ni与例如锡焊等金属材料相比其导热性低。IGBT的短路耐量是10μs左右的短时间等级，故而因导热性低而无法获得充分的散热性，通过较厚地层积而得的散热效果受到限制。在此，所谓短路耐量，是指在短路状态下元件(例如IGBT)即便接通也不发生破坏的时间。另外，若出于降低IGBT的通电损失及断电损失的目的而减薄基板，则由于基板的热容量下降而会导致短路耐量降低。

在专利文献3中，公开的是设在电极上的由烧结金属和锡焊形成的凸块构造，但对于该构造来讲自表面电极的散热并不充分，因而短路耐量增加这样的效果小。另外，在专利文献3中，虽然在电极上形成锡焊，但有时电极与锡焊的接合会由于形成条件而导致紧密接合不够充分。

本发明是为了解决这样的问题而做出的，其目的在于提供能够提高散热性以及紧密接合性的电力用半导体装置。