[发明专利]功率半导体装置、模块及制造方法

说明书

本发明提供一种能够与焊料无关地防止由热应力引起的损坏的功率半导体装置等。栅极布线AL电极(26)(控制电极)以及发射极AL电极(24)(第一铝电极)设置在IGBT(功率半导体元件)的一个面上，AL电极层(20)(第二铝电极)设置在另一个面上。Ni镀层(25)(Ni层)覆盖发射极AL电极(24)。保护膜(28)(第一保护膜)覆盖栅极布线AL电极(26)(控制电极)。Ni镀层(25)(Ni层)以及发射极AL电极(24)(第一铝电极)与保护膜(28)(第一保护膜)分离。

技术领域

本发明涉及一种功率半导体装置、模块及制造方法。

背景技术

在电力电子的领域中，为了节能，在产业、铁道、汽车、家电、电梯、家电、医疗等广泛的领域中，引入了逆变器作为电力转换器。通过反相化，例如，在泵中，相对于基于阀的控制，预计消耗电力减少了约25％。另外，在铁道中，能够通过再生在停止时使马达的能量返回架线，能够削减约50％的消耗电力。

在逆变器的普及中，作为关键的功率器件的发展起到了很大的作用。即，随着晶闸管、栅极可关断晶闸管、双极晶体管、绝缘栅双极晶体管(Insulated Gate BipolarTransistor，以下称为IGBT)这样的发展，功率器件在低损耗化的同时，能够进行高频下的开关，并且，在IGBT中，从到双极晶体管为止的电流控制变为电压控制，提高了CPU的控制性。变得更加难以损坏，初始的逆变器为数kW左右，与此相对，现在已经能够实现数10MW的逆变器。

作为功率器件，有功率MOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field EffectTransistor：金属氧化物半导体场效应晶体管)。但是，由于硅的电阻高，特别是在600V以上时，已经使用通过电导率调制而降低导通时的电阻的晶闸管、栅极可关断晶闸管、双极晶体管以及IGBT。对此，近年来，使用了碳化硅(Silicon Carbide，以下称为SiC)的功率器件已经被产品化。SiC的绝缘击穿电压Ec高出1位数，能够使用于确保耐压的芯片的厚度变薄，并且能够提高杂质浓度。因此，开发了在硅的导通电阻大且不实用的耐压600V～6500V的范围内使用SiC的功率MOSFET。

随着功率器件的进步，为了小型化、低成本化，冷却技术也在进步。特别是水冷在散热能力高、必须小型化的电动汽车、混合动力汽车中广泛使用。最初，是用散热润滑脂将浸入水中的冷却片和安装有功率器件的模块之间粘接，并通过螺栓紧固来固定冷却片与模块。接着，开发出将模块的底面作为冷却片的直接冷却方式。在直接冷却方式中，由于没有散热润滑脂，所以具有热阻降低的优点。在模块的上下实施该直接冷却方式的是双面冷却模块。双面冷却的模块与单面冷却相比，能够将热阻减半。

在此，已知有一种能够防止因热变化而产生的应力损坏半导体元件的模制型半导体装置(例如，参照专利文献1)。在专利文献1中，记载有“通过在形成有IGBT的半导体芯片的表面上形成由Al合金构成的第一金属层、由Ni构成的第二金属层、以及由Au构成的第三金属层，来形成发射极，并且在发射极上形成焊料而成的模制型功率器件中，使得焊料的屈服应力至少变得比第一金属层的屈服应力小。”

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本专利特开2005-19447号公报

发明内容

发明要解决的问题

然而，最近，特别是在汽车中，要求焊料中不含铅(无铅)。广泛使用的无铅焊料的屈服应力大于铝电极的屈服应力。因此，普及的无铅焊料不能直接应用专利文献1所公开的技术，需要开发特殊的无铅焊料。

本发明的目的在于提供一种功率半导体装置等，其能够与焊料无关地防止由热应力引起的损坏。

用于解决问题的技术手段