半导体装置的制作方法

本发明涉及一种搭载功率半导体元件的半导体装置(功率半导体模块)。

背景技术：

1、近年来，由于世界性的碳减排的动向，电动汽车、电动轨道车辆等电动车辆受到关注。电动车辆被要求利用逆变器、转换器等电力变换装置进行高效的马达控制，在该电力变换装置中一般使用功率半导体模块。功率半导体模块用于将直流电力变换为交流电力或进行相反的变换。在功率半导体模块搭载有多个绝缘栅型双极晶体管(igbt)、金属氧化物半导体场效应晶体管(mosfet)以及二极管等功率半导体元件，通过使这些功率半导体元件进行接通、断开的开关动作来进行电力变换。

2、功率半导体元件在开关动作时伴随发热从而使可靠性降低，因此散热很重要。作为散热的构造，一般使用陶瓷绝缘基板。陶瓷绝缘基板是在氧化铝、氮化铝、氮化硅等陶瓷基材的两面接合铝、铜等导体箔而构成的。在陶瓷绝缘基板的导体箔上，使用焊料、金属烧结材料来接合功率半导体元件。在接合了功率半导体元件的相反面的导体箔上，使用焊料、金属烧结材料接合铝、铜等的散热基底板，来对来自功率半导体元件的热进行散热。使用了该陶瓷绝缘基板的构造存在由于因构件间的热膨胀系数差引起的热应力而无法使陶瓷绝缘基材减薄、接合部的可靠性降低等问题，从而使用了树脂绝缘基板的构造受到关注。

3、使用了树脂绝缘基板的构造是以下构造：将在以环氧树脂等为基材的树脂中混合氧化铝、氮化铝、氮化硼等热传导填料而成的树脂绝缘层与铝、铜等导体箔层叠地贴合在散热基底板上，并在通过蚀刻将导体箔形成为了任意图案的面上使用焊料、烧结材料接合功率半导体元件。使用了树脂绝缘基板的构造能够减小构件间的膨胀系数差，因此能够降低热应力，能够将树脂绝缘层减薄，也能够减少接合层，因此能够实现可靠性高且热阻低的散热构造。

4、在使用了树脂绝缘基板的构造的功率半导体模块中，需要在尽量地将树脂绝缘层减薄的同时确保耐压。作为应对这些要求的构造，在专利文献1和2中公开有以下结构：将树脂绝缘层双层化，通过改变弹性模量、填料含有量来同时满足耐压和散热性。在专利文献3中公开有以下结构：使聚酰亚胺系树脂中含有填料，并与环氧系树脂双层化，由此在聚酰亚胺系树脂的由于含有填料而产生的空洞(void)中填充环氧系树脂，使绝缘层的密度提高，来形成散热性高的树脂绝缘层。

5、在专利文献4中公开有以下结构：在半导体装置中，在第一保护膜的上表面呈带状且直线状地设置有第二保护膜，第一保护膜由聚酰亚胺系树脂等构成，第二保护膜由聚酰亚胺系树脂等构成且该聚酰亚胺系树脂是吸水率比作为密封膜的材料的环氧系树脂的吸水率小的材料。

6、在专利文献5中公开有以下结构：将使半导体元件与芯片焊盘粘合的第一芯片粘合材料仅限定地使用在半导体元件上的金属细线粘合用焊盘的下侧附近，在除此以外的部分涂布第二芯片粘合材料，作为第一芯片粘合材料，使用吸水率高的环氧系材料，作为第二芯片粘合材料，使用吸水率低的有机硅系材料。

7、在专利文献6中公开有以下结构：半导体芯片具备电极焊盘金属、第一钝化膜、第二钝化膜、两个金属膜以及凸块，由氮化膜、聚酰亚胺等构成的第一钝化膜使用吸水率比由聚酰亚胺、环氧树脂等构成的第二钝化膜的吸水率低的材料。

8、在专利文献7中公开有以下结构：半导体装置具有绝缘电路基板，绝缘电路基板包括绝缘板和以空开间隙的方式分别设置于绝缘板的表面的多个电路图案，在多个电路图案的包括角部的角部附近的间隙设置有由树脂构成的缓冲构件。

9、现有技术文献

10、专利文献

11、专利文献1：日本特开平11-8450号公报

12、专利文献2：日本特开2003-303940

13、专利文献3：日本特开平11-67994号公报

14、专利文献4：日本特开2011-035349号公报

15、专利文献5：日本实开平5-090946号公报

16、专利文献6：日本特开2008-047652号公报

17、专利文献7：日本特开2021-158304号公报

技术实现思路

1、发明要解决的问题

2、然而，在专利文献1和2中，还包括使弹性模量降低的情况，与有助于热传导率的填料含有量降低相应地，散热性会降低。另外，在专利文献3中，在环氧系树脂中不含有有助于热传导率的填料，即使极薄，如果存在不含有填料的层，则会导致散热性降低。

3、另外，在专利文献1～3中，关于密封材料没有详细的记载，或者设为利用有机硅凝胶和环氧系树脂的密封材料，但是，虽然一般地说有机硅凝胶、环氧系树脂的耐热性高，但吸水率高，树脂绝缘基板的树脂绝缘层也大多是在环氧系树脂中含有热传导填料而成的。在该情况下，当向树脂绝缘层施加直流电压时，由于所吸的水分的oh基而容易从铝、铜的散热基底板或导体箔产生迁移，耐压降低。关于树脂绝缘基板的树脂绝缘层的环氧系树脂，虽然也有吸水率低的环氧系树脂，但为了提高热传导率而含有很多热传导填料，虽然看起来吸水率低，但环氧基材本身是吸水的，会影响迁移。

4、鉴于上述问题，本发明的目的在于提供一种能够对功率半导体元件的发热高效地进行散热、并且能够抑制从树脂绝缘基板的散热基底板或导体箔产生的迁移的半导体装置。

5、用于解决问题的方案

6、本发明的一个方式的主旨为一种半导体装置，具备：(a)树脂绝缘基板，其具有第一树脂绝缘层、设置于第一树脂绝缘层的一个主面的导体基底以及设置于第一树脂绝缘层的另一个主面的导体箔；(b)功率半导体元件，其与导体箔接合；(c)壳体，其包围树脂绝缘基板的外周；(d)密封树脂，其设置于壳体的内侧，用于密封功率半导体元件；以及(e)第二树脂绝缘层，其设置于第一树脂绝缘层与密封树脂之间，吸水率比密封树脂的吸水率低。

7、发明的效果

8、根据本发明，能够提供一种能够对功率半导体元件的发热高效地进行散热、并且能够抑制从树脂绝缘基板的散热基底板或导体箔产生的迁移的半导体装置。

技术特征：

1.一种半导体装置，其特征在于，具备：

2.根据权利要求1所述的半导体装置，其特征在于，

3.根据权利要求1或2所述的半导体装置，其特征在于，

4.根据权利要求1或2所述的半导体装置，其特征在于，

5.根据权利要求1或2所述的半导体装置，其特征在于，

6.根据权利要求1或2所述的半导体装置，其特征在于，

7.根据权利要求1或2所述的半导体装置，其特征在于，

8.根据权利要求1或2所述的半导体装置，其特征在于，

9.根据权利要求1或2所述的半导体装置，其特征在于，

10.根据权利要求1或2所述的半导体装置，其特征在于，

11.根据权利要求1或2所述的半导体装置，其特征在于，

技术总结
本发明提供一种半导体装置，能够对功率半导体元件的发热高效地进行散热，并且能够抑制从树脂绝缘基板的散热基底板或导体箔产生迁移。具备：树脂绝缘基板(1)，其具有第一树脂绝缘层(10)、设置于第一树脂绝缘层(10)的一个主面的导体基底(12)以及设置于第一树脂绝缘层(10)的另一个主面的导体箔(11a～11c)；功率半导体元件(3)，其与导体箔(11b)接合；壳体(8)，其包围树脂绝缘基板(1)的外周；密封树脂(7)，其设置于壳体(8)的内侧，用于密封功率半导体元件(3)；以及第二树脂绝缘层(6)，其设置于第一树脂绝缘层(10)与密封树脂(7)之间，吸水率比密封树脂(7)的吸水率低。

技术研发人员：谷口克己
受保护的技术使用者：富士电机株式会社
技术研发日：
技术公布日：2024/3/4