[发明专利]半导体装置及其制造方法

说明书

提供导热性高、且工作性优异的半导体装置。半导体装置(101)具备绝缘基板(13)、半导体元件(11)、管芯接合材料(22)、接合材料(23)以及冷却构件(12)。绝缘基板(13)具有绝缘陶瓷(6)、设置于绝缘陶瓷(6)的一个面的导板(5)以及设置于另一个面的导板(7)。半导体元件(11)经由管芯接合材料(22)设置在导板(5)上。在管芯接合材料(22)中采用烧结金属。半导体元件(11)的弯曲强度为700MPa以上，其厚度为0.05mm以上且0.1mm以下。冷却构件(12)经由接合材料(23)接合于导板(7)。

技术领域

本发明涉及一种半导体装置及其制造方法。

背景技术

在功率模块中采用的半导体装置中，使用例如以Si(硅)或SiC(碳化硅)为基材的半导体元件。根据将半导体元件的温度保持为规定温度以下的需要，期望将从半导体元件产生的热高效地散热。

从该散热的观点出发，以往以来提出了冷却器经由绝缘基板接合于半导体元件的功率模块。在绝缘基板中，高导热性的绝缘陶瓷板和设置于其两面的含有高导热性的金属的导板成为一体。在绝缘陶瓷板中例如使用氮化硅、氮化铝或氧化铝。在导板中例如使用铝(包括铝合金。下同)或铜(包括铜合金。下同)。

在绝缘基板的一个面，经由烧结Ag等烧结金属接合半导体元件。在绝缘基板的另一个面，经由焊剂等接合材料直接或间接地接合冷却器。

另一方面，从抑制将半导体装置进行密封的树脂的变形的观点出发，还提出了关于半导体元件的提案。所述变形例如起因于外部环境的温度变化。例如其弯曲强度为100MPa以上且1000MPa以下的半导体元件被配置为应力缓和构件。

专利文献1中的应力缓和构件包括配置于绝缘基板的主面的具有100MPa以上且1000MPa以下的弯曲强度的半导体元件。

专利文献1：日本特开2015-15412号公报

发明内容

发明要解决的问题

即使是从散热的观点出发如上所述那样提案的结构，也有时无法在对该结构要求的寿命期间维持充分的散热性能。这是因为：半导体元件和冷却器各自的热膨胀系数不同，根据使用条件而产生热应力；由于该热应力而在半导体元件或者半导体元件与冷却器之间的接合构件产生裂纹。

例如在专利文献1中公开的具备应力缓和构件的半导体装置中，在冷却器与绝缘基板通过焊剂被直接接合的直接冷却式模块中存在问题。在绝缘基板上存在与半导体元件(例如SiC芯片)接合的Ag烧结物部。一般来说，期待SiC耐得住高于Si的结温，反复高温/低温的热循环在该高温时成为175℃以上。而且，在所述热循环中进行动作时，有时在该Ag烧结物部产生裂纹。

本发明是为了解决如上所述的问题而完成的，其目的在于提供一种导热性高、且工作性优异的半导体装置及其制造方法。

用于解决问题的方案

本发明所涉及的半导体装置具备绝缘基板，该绝缘基板具有绝缘板、设置于所述绝缘板的一个面的第一导板以及设置于所述绝缘板的另一个面的第二导板。还具备：烧结金属；半导体元件，经由所述烧结金属设置于所述第一导板上，厚度为0.05mm以上且0.1mm以下；接合材料；以及冷却构件，经由所述接合材料接合于所述第二导板。所述半导体元件具有其芯片厚度的30％以下的裂纹进展深度率。

本发明所涉及的半导体装置的制造方法具备：(a)准备具有绝缘板、设置于所述绝缘板的一个面的第一导板、设置于所述绝缘板的另一个面的第二导板的绝缘基板的工序；(b)在所述第一导板经由烧结金属设置半导体元件的工序；以及(c)在所述第二导板经由第一接合材料接合冷却构件的工序。所述半导体元件的厚度为0.05mm以上且0.1mm以下，具有厚度的30％以下的裂纹进展深度率。

发明的效果