半导体装置及其制造方法与流程

本发明涉及与电力转换相关的半导体装置及其制造方法，涉及在将交流发电机的交流输出转换为直流输出的车载用交流发电机(alternator)、逆变器中使用的半导体装置及其制造方法。

背景技术：

1、车载用交流发电机中使用的半导体装置具有降低因半导体元件与电极的热膨胀率之差而产生的热应力的结构，以耐受严酷的温度循环。另外，由于设置在发动机附近，因此对半导体装置要求175℃的耐热温度。因此，在半导体元件的接合中，例如在接合中使用固相线为300℃附近的高pb焊料(例如，包含95重量％的pb和5重量％的sn的固相线为300℃、液相线为314℃的pb-sn合金)。然而，从环境保护的观点出发，要求开发使用排除了环境负荷大的pb的接合材料的半导体装置。

2、在日本特开2011-77225号公报和日本特开2016-25194号公报中公开了代替pb焊料的接合材料的一例。

3、现有技术文献

4、专利文献

5、专利文献1：日本特开2011-77225号公报

6、专利文献2：日本特开2016-25194号公报

技术实现思路

1、发明所要解决的课题

2、作为代替pb焊料的接合材料，期待熔点约为380℃的zn-al系焊料。zn-al系焊料的润湿性差是缺点，但近年来，如专利文献1所记载的那样，开发了不是合金系焊料而是利用包层轧制来层叠zn和al的结构的接合材料，该接合材料的接合性得到改善。但是，在专利文献1所记载的接合材料的情况下，若在半导体元件的上下均利用zn-al系焊料进行接合，则因为zn-al系焊料的热膨胀率(约30ppm/k)比半导体元件的热膨胀率(约3ppm/k)大，所以在接合后的冷却时，会对半导体元件施加由于热膨胀率之差而产生的应力，存在半导体元件破裂的情况。因此，在专利文献2所记载的接合技术中，仅在半导体元件的下表面应用zn-al系焊料，在上表面应用热膨胀率比zn-al系焊料小的接合材料，由此降低施加于半导体元件的应力，抑制组装半导体装置时半导体元件的破裂。

3、然而，在专利文献2所记载的接合技术中，虽然能够抑制组装半导体装置时半导体元件的破裂，但由于zn-al系焊料的热膨胀率高，因此无法充分抑制在用户的二次安装时、可靠性试验时引起的半导体元件的破裂。即，本申请发明人注意到，在采用了专利文献2所记载的接合技术的情况下，若在将半导体元件的两面接合的半导体装置中将zn-al系焊料用于半导体元件下表面侧的接合，则在由用户进行的二次安装以及可靠性评价等中，半导体元件无法承受施加于该半导体元件的应力。

4、本发明的目的在于，提供一种能够抑制半导体装置中二次安装时产生的半导体元件的破裂的技术。

5、根据本说明书的描述和附图，本发明的上述目的和新颖特征将变得清楚。

6、用于解决课题的方法

7、如果简单地说明本申请公开的实施方式中的代表性实施方式的概要，则如下所述。

8、一个实施方式中的半导体装置具有半导体元件、第一部件、第二部件、第一接合材料以及第二接合材料；上述半导体元件具备具有连接用电极的主面和该主面相反侧的背面；上述第一部件与上述半导体元件的上述背面对置地配置；上述第二部件与上述半导体元件的上述主面对置地配置；上述第一接合材料将上述半导体元件的上述背面与上述第一部件接合；上述第二接合材料将上述半导体元件的上述主面与上述第二部件接合。进而，上述第一接合材料是熔点高于260℃且热膨胀率比zn-al系焊料小的无铅焊料，上述第二接合材料由熔点高于260℃的高熔点金属和sn与上述高熔点金属的化合物构成。

9、另外，一个实施方式中的半导体装置的制造方法是具有半导体元件的半导体装置的制造方法，该半导体元件具备设置有连接用电极的主面和位于与该主面相反侧的背面。上述半导体装置的制造方法包括：(a)向第一部件上供给第一接合材料，进一步在上述第一接合材料上配置半导体元件，从而使上述第一部件与上述半导体元件的上述背面隔着上述第一接合材料而对置的工序；以及(b)在上述(a)工序之后，在高于260℃的温度使上述第一接合材料熔融，从而利用上述第一接合材料而对上述半导体元件的上述背面与上述第一部件进行接合的工序。进一步，上述半导体装置的制造方法包括：(c)在上述(b)工序之后，向上述半导体元件的上述主面上供给第二接合材料的工序；以及(d)在上述(c)工序之后，在上述第二接合材料上配置第二部件，并以预定的温度对上述第二接合材料进行加热，从而利用上述第二接合材料对上述半导体元件的上述主面和上述第二部件进行接合的工序。而且，上述第一接合材料为熔点高于260℃且热膨胀率比zn-al系焊料小的无铅焊料，上述第二接合材料由熔点高于260℃的高熔点金属和sn与上述高熔点金属的化合物构成。

10、发明效果

11、在本申请公开的发明中，如果简单地说明通过代表性的发明得到的效果，则如下所述。

12、能够抑制在半导体装置二次安装时产生的半导体元件的破裂。

技术特征：

1.一种半导体装置，具有：

2.根据权利要求1所述的半导体装置，其中，所述第一部件具备面积比所述第二部件所具备的最大的平面部大的平面部。

3.根据权利要求2所述的半导体装置，其中，所述无铅焊料是该无铅焊料的固相线温度为270℃至400℃的sn-sb-ag-cu系无铅焊料，并且，所述无铅焊料中sb的比例为25～40质量％。

4.根据权利要求1所述的半导体装置，其中，所述第二接合材料是能够在低于300℃的温度进行接合的接合材料。

5.根据权利要求1所述的半导体装置，其中，所述高熔点金属是cu、ni、au和ag中的任一种金属，或者是以所述cu、ni、au和ag中的任一种为主的合金。

6.根据权利要求5所述的半导体装置，其中，由所述第一接合材料形成的接合部的厚度为30～100μm。

7.根据权利要求5所述的半导体装置，其中，所述第二接合材料遍及所述连接用电极的整个面而配置。

8.根据权利要求5所述的半导体装置，其中，所述半导体元件是在所述背面形成有连接用电极的二极管元件。

9.一种半导体装置的制造方法，

10.根据权利要求9所述的半导体装置的制造方法，其中，所述第二接合材料是将cu、ni、au和ag中的任一种金属或者以所述cu、ni、au和ag中的任一种为主的合金的粉末与sn系合金的粉末混合而形成的糊状的接合材料。

11.根据权利要求10所述的半导体装置的制造方法，其中，所述第二接合材料中，该第二接合材料所包含的所述高熔点金属的重量比例为10～40％。

12.根据权利要求10所述的半导体装置的制造方法，其中，在所述(c)工序中，通过印刷向所述半导体元件的所述主面上供给所述第二接合材料。

13.根据权利要求9所述的半导体装置的制造方法，其中，在所述(d)工序中，以低于300℃的温度对所述第二接合材料进行加热，利用所述第二接合材料将所述半导体元件的所述主面与所述第二部件接合。

技术总结
一种半导体装置(20)，具有：二极管元件(1)，其具备具有电极(1c)的主面(1a)和具有电极(1d)的背面(1b)；散热基座(12)，其与二极管元件(1)对置配置；Cu引线(11)，其与二极管元件(1)对置配置；接合材料(6)，其将二极管元件(1)的背面(1b)与散热基座(12)接合；以及接合材料(5)，其将二极管元件(1)的主面(1a)与铜引线(11)接合。设置于二极管元件1的背面(1b)侧的接合材料(6)是熔点高于260℃且热膨胀率比Zn‑Al系焊料小的无铅焊料，设置于二极管元件(1)的主面(1a)侧的接合材料(5)由熔点高于260℃的高熔点金属和Sn与上述高熔点金属的化合物构成。

技术研发人员：池田靖,中村真人
受保护的技术使用者：株式会社日立功率半导体
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13