JP3244023U - パワー半導体デバイスおよびパワーモジュール - Google Patents
パワー半導体デバイスおよびパワーモジュール Download PDFInfo
- Publication number
- JP3244023U JP3244023U JP2023600063U JP2023600063U JP3244023U JP 3244023 U JP3244023 U JP 3244023U JP 2023600063 U JP2023600063 U JP 2023600063U JP 2023600063 U JP2023600063 U JP 2023600063U JP 3244023 U JP3244023 U JP 3244023U
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- protective layer
- power semiconductor
- semiconductor device
- layer
- power
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 title claims abstract description 128
- 239000011241 protective layer Substances 0.000 claims abstract description 102
- 239000010410 layer Substances 0.000 claims description 84
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 24
- 238000002161 passivation Methods 0.000 claims description 21
- 125000006850 spacer group Chemical group 0.000 claims description 20
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 16
- 238000005538 encapsulation Methods 0.000 claims description 10
- 229910010272 inorganic material Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 239000011147 inorganic material Substances 0.000 claims description 3
- 239000011368 organic material Substances 0.000 claims description 3
- 230000001788 irregular Effects 0.000 claims description 2
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 27
- 238000000034 method Methods 0.000 description 20
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 16
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 14
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 14
- 230000003075 superhydrophobic effect Effects 0.000 description 14
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 13
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 description 12
- 239000004642 Polyimide Substances 0.000 description 11
- 229920001721 polyimide Polymers 0.000 description 11
- 238000005530 etching Methods 0.000 description 9
- 238000005476 soldering Methods 0.000 description 7
- ZMXDDKWLCZADIW-UHFFFAOYSA-N N,N-Dimethylformamide Chemical compound CN(C)C=O ZMXDDKWLCZADIW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 229920001343 polytetrafluoroethylene Polymers 0.000 description 6
- 239000004810 polytetrafluoroethylene Substances 0.000 description 6
- 235000012239 silicon dioxide Nutrition 0.000 description 6
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 5
- 238000009429 electrical wiring Methods 0.000 description 5
- 229910010271 silicon carbide Inorganic materials 0.000 description 5
- SECXISVLQFMRJM-UHFFFAOYSA-N N-Methylpyrrolidone Chemical compound CN1CCCC1=O SECXISVLQFMRJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 description 4
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 description 4
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 description 4
- 230000005669 field effect Effects 0.000 description 4
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 4
- -1 polytetrafluoroethylene Polymers 0.000 description 4
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 4
- HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N silicon carbide Chemical compound [Si+]#[C-] HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 240000002853 Nelumbo nucifera Species 0.000 description 3
- 235000006508 Nelumbo nucifera Nutrition 0.000 description 3
- 235000006510 Nelumbo pentapetala Nutrition 0.000 description 3
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 229910052681 coesite Inorganic materials 0.000 description 3
- 229910052906 cristobalite Inorganic materials 0.000 description 3
- 238000013461 design Methods 0.000 description 3
- 229910044991 metal oxide Inorganic materials 0.000 description 3
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 3
- 239000007921 spray Substances 0.000 description 3
- 229910052682 stishovite Inorganic materials 0.000 description 3
- 229910052905 tridymite Inorganic materials 0.000 description 3
- VTYYLEPIZMXCLO-UHFFFAOYSA-L Calcium carbonate Chemical compound [Ca+2].[O-]C([O-])=O VTYYLEPIZMXCLO-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 2
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000004593 Epoxy Substances 0.000 description 2
- NTIZESTWPVYFNL-UHFFFAOYSA-N Methyl isobutyl ketone Chemical compound CC(C)CC(C)=O NTIZESTWPVYFNL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- UIHCLUNTQKBZGK-UHFFFAOYSA-N Methyl isobutyl ketone Natural products CCC(C)C(C)=O UIHCLUNTQKBZGK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- FXHOOIRPVKKKFG-UHFFFAOYSA-N N,N-Dimethylacetamide Chemical compound CN(C)C(C)=O FXHOOIRPVKKKFG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000005234 chemical deposition Methods 0.000 description 2
- PMHQVHHXPFUNSP-UHFFFAOYSA-M copper(1+);methylsulfanylmethane;bromide Chemical compound Br[Cu].CSC PMHQVHHXPFUNSP-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 2
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 2
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 2
- 238000001459 lithography Methods 0.000 description 2
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 2
- 150000004706 metal oxides Chemical class 0.000 description 2
- 238000001465 metallisation Methods 0.000 description 2
- 150000004767 nitrides Chemical class 0.000 description 2
- 229920003209 poly(hydridosilsesquioxane) Polymers 0.000 description 2
- 229920001296 polysiloxane Polymers 0.000 description 2
- 150000004756 silanes Chemical class 0.000 description 2
- 239000002356 single layer Substances 0.000 description 2
- 238000003980 solgel method Methods 0.000 description 2
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 2
- 238000009736 wetting Methods 0.000 description 2
- 229910004298 SiO 2 Inorganic materials 0.000 description 1
- BLRPTPMANUNPDV-UHFFFAOYSA-N Silane Chemical class [SiH4] BLRPTPMANUNPDV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000001133 acceleration Effects 0.000 description 1
- 238000009825 accumulation Methods 0.000 description 1
- 150000001336 alkenes Chemical class 0.000 description 1
- 125000000217 alkyl group Chemical class 0.000 description 1
- 150000001356 alkyl thiols Chemical class 0.000 description 1
- 239000002194 amorphous carbon material Substances 0.000 description 1
- 239000011324 bead Substances 0.000 description 1
- 230000000903 blocking effect Effects 0.000 description 1
- 229910000019 calcium carbonate Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000005266 casting Methods 0.000 description 1
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 1
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 description 1
- 238000003486 chemical etching Methods 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 238000005229 chemical vapour deposition Methods 0.000 description 1
- 239000008119 colloidal silica Substances 0.000 description 1
- 238000009833 condensation Methods 0.000 description 1
- 230000005494 condensation Effects 0.000 description 1
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 1
- 238000005520 cutting process Methods 0.000 description 1
- 238000006731 degradation reaction Methods 0.000 description 1
- 239000008367 deionised water Substances 0.000 description 1
- 230000001419 dependent effect Effects 0.000 description 1
- 230000006866 deterioration Effects 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 230000018109 developmental process Effects 0.000 description 1
- 229910003460 diamond Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010432 diamond Substances 0.000 description 1
- KPUWHANPEXNPJT-UHFFFAOYSA-N disiloxane Chemical class [SiH3]O[SiH3] KPUWHANPEXNPJT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000012153 distilled water Substances 0.000 description 1
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 1
- 230000005684 electric field Effects 0.000 description 1
- 239000012777 electrically insulating material Substances 0.000 description 1
- 238000003487 electrochemical reaction Methods 0.000 description 1
- 238000004070 electrodeposition Methods 0.000 description 1
- 239000003792 electrolyte Substances 0.000 description 1
- 238000001523 electrospinning Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 1
- 238000011049 filling Methods 0.000 description 1
- 238000013100 final test Methods 0.000 description 1
- PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N gold Chemical compound [Au] PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000010931 gold Substances 0.000 description 1
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 description 1
- 210000004209 hair Anatomy 0.000 description 1
- 230000002209 hydrophobic effect Effects 0.000 description 1
- 229920001600 hydrophobic polymer Polymers 0.000 description 1
- 239000012212 insulator Substances 0.000 description 1
- 238000003698 laser cutting Methods 0.000 description 1
- 239000002346 layers by function Substances 0.000 description 1
- 239000012528 membrane Substances 0.000 description 1
- 239000002077 nanosphere Substances 0.000 description 1
- 230000006911 nucleation Effects 0.000 description 1
- 238000010899 nucleation Methods 0.000 description 1
- 239000011148 porous material Substances 0.000 description 1
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 1
- 238000007789 sealing Methods 0.000 description 1
- 229910000077 silane Chemical class 0.000 description 1
- 229920002050 silicone resin Polymers 0.000 description 1
- 229910000679 solder Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002904 solvent Substances 0.000 description 1
- 150000003457 sulfones Chemical class 0.000 description 1
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 1
- 239000003981 vehicle Substances 0.000 description 1
- 238000003466 welding Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L23/00—Details of semiconductor or other solid state devices
- H01L23/564—Details not otherwise provided for, e.g. protection against moisture
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
- H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
- H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
- H01L21/50—Assembly of semiconductor devices using processes or apparatus not provided for in a single one of the subgroups H01L21/06 - H01L21/326, e.g. sealing of a cap to a base of a container
- H01L21/56—Encapsulations, e.g. encapsulation layers, coatings
- H01L21/561—Batch processing
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L23/00—Details of semiconductor or other solid state devices
- H01L23/28—Encapsulations, e.g. encapsulating layers, coatings, e.g. for protection
- H01L23/31—Encapsulations, e.g. encapsulating layers, coatings, e.g. for protection characterised by the arrangement or shape
- H01L23/3157—Partial encapsulation or coating
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L23/00—Details of semiconductor or other solid state devices
- H01L23/28—Encapsulations, e.g. encapsulating layers, coatings, e.g. for protection
- H01L23/31—Encapsulations, e.g. encapsulating layers, coatings, e.g. for protection characterised by the arrangement or shape
- H01L23/3157—Partial encapsulation or coating
- H01L23/3171—Partial encapsulation or coating the coating being directly applied to the semiconductor body, e.g. passivation layer
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L23/00—Details of semiconductor or other solid state devices
- H01L23/28—Encapsulations, e.g. encapsulating layers, coatings, e.g. for protection
- H01L23/31—Encapsulations, e.g. encapsulating layers, coatings, e.g. for protection characterised by the arrangement or shape
- H01L23/3157—Partial encapsulation or coating
- H01L23/3185—Partial encapsulation or coating the coating covering also the sidewalls of the semiconductor body
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L23/00—Details of semiconductor or other solid state devices
- H01L23/28—Encapsulations, e.g. encapsulating layers, coatings, e.g. for protection
- H01L23/31—Encapsulations, e.g. encapsulating layers, coatings, e.g. for protection characterised by the arrangement or shape
- H01L23/3157—Partial encapsulation or coating
- H01L23/3192—Multilayer coating
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
- H01L2224/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
- H01L2224/02—Bonding areas; Manufacturing methods related thereto
- H01L2224/04—Structure, shape, material or disposition of the bonding areas prior to the connecting process
- H01L2224/04042—Bonding areas specifically adapted for wire connectors, e.g. wirebond pads
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
- H01L2924/10—Details of semiconductor or other solid state devices to be connected
- H01L2924/102—Material of the semiconductor or solid state bodies
- H01L2924/1025—Semiconducting materials
- H01L2924/10251—Elemental semiconductors, i.e. Group IV
- H01L2924/10253—Silicon [Si]
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
- H01L2924/10—Details of semiconductor or other solid state devices to be connected
- H01L2924/102—Material of the semiconductor or solid state bodies
- H01L2924/1025—Semiconducting materials
- H01L2924/1026—Compound semiconductors
- H01L2924/1027—IV
- H01L2924/10272—Silicon Carbide [SiC]
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
- H01L2924/10—Details of semiconductor or other solid state devices to be connected
- H01L2924/11—Device type
- H01L2924/13—Discrete devices, e.g. 3 terminal devices
- H01L2924/1304—Transistor
- H01L2924/1305—Bipolar Junction Transistor [BJT]
- H01L2924/13055—Insulated gate bipolar transistor [IGBT]
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
- H01L2924/10—Details of semiconductor or other solid state devices to be connected
- H01L2924/11—Device type
- H01L2924/13—Discrete devices, e.g. 3 terminal devices
- H01L2924/1304—Transistor
- H01L2924/1306—Field-effect transistor [FET]
- H01L2924/13091—Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor [MOSFET]
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
- H01L2924/15—Details of package parts other than the semiconductor or other solid state devices to be connected
- H01L2924/181—Encapsulation
- H01L2924/1815—Shape
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
- H01L2924/30—Technical effects
- H01L2924/35—Mechanical effects
- H01L2924/351—Thermal stress
- H01L2924/3512—Cracking
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Formation Of Insulating Films (AREA)
- Structures Or Materials For Encapsulating Or Coating Semiconductor Devices Or Solid State Devices (AREA)
- Bipolar Transistors (AREA)
- Internal Circuitry In Semiconductor Integrated Circuit Devices (AREA)
Abstract
少なくとも1つの実施形態において、パワー半導体デバイス(1)は、半導体本体(2)と、半導体本体(2)にある保護層(3)と、を備え、保護層(3)は、最大0.1mJ/m2の表面エネルギーを有する材料を含み、保護層(3)は、保護層(3)の上から見て、少なくとも0.04μmおよび最大0.1mmの特徴サイズ(F)を有する幾何学的構造(33)を備える。
Description
パワー半導体デバイスが提供される。このようなパワー半導体デバイスを備えるパワーモジュールも提供される。
文献WO2003/001612A1は、半導体チップが収容される凹部と、凹部内に設置された封止部材とを有するパッケージについて言及している。
文献EP1018158A1は、疎水性ポリマーコーティングについて言及している。
文献C.Zorn and N.Kaminski、「Acceleration of temperature humidity bias(THB)testing on IGBT modules by high bias levels」、2015 IEEE 27th International Symposium on Power Semiconductor Devices&IC’s(ISPSD)、香港、2015、385~388ページ、DOI:10.1109/ISPSD.2015.7123470、は、IGBTモジュールに対する湿度の影響について言及している。
文献C.Zorn and N.Kaminski、「Acceleration of temperature humidity bias(THB)testing on IGBT modules by high bias levels」、2015 IEEE 27th International Symposium on Power Semiconductor Devices&IC’s(ISPSD)、香港、2015、385~388ページ、DOI:10.1109/ISPSD.2015.7123470、は、IGBTモジュールに対する湿度の影響について言及している。
解決されるべき課題は、比較的高湿度環境下で動作可能なパワー半導体デバイスを提供することである。
この目的は、とりわけ、独立請求項に規定されるパワー半導体デバイスおよびパワーモジュールによって達成される。例示的なさらなる発展形態は、従属請求項の主題を構成する。
例えば、パワー半導体デバイスは、保護層が超疎水性であるように幾何学的構造を有する保護層を備える。したがって、電極間のパワー半導体デバイスの表面に沿った連続した水膜を回避することができ、その結果、パワー半導体デバイスの電気化学的劣化および損傷を低減または回避することができる。
少なくとも1つの実施形態では、パワー半導体デバイスは、半導体本体と、半導体本体にある保護層とを備える。保護層は、最大0.1mJ/m2の表面エネルギーを有する材料を含み、保護層は、保護層の上から見て、少なくとも0.04μmおよび最大0.1mmの特徴サイズを有する幾何学的構造を備える。
例えば、表面エネルギーは、接触角計を使用することができる接触角実験によって決定される。表面エネルギーおよび/または接触角は、室温、すなわち300Kおよび標準圧力、すなわち1013hPaで測定することができる。例えば、表面エネルギーおよび/または接触角は、空気中で測定される。例えば、ポリテトラフルオロエチレン、略してPTFEは、19mJ/m2の表面エネルギーを有し、ガラスは、特定のガラスに応じて約0.08J/m2の表面エネルギーを有し、炭酸カルシウムは、23mJ/m2の表面エネルギーを有する。半導体本体に用いられ得る表面エネルギーの高い材料は、例えば、表面エネルギーが1.2J/m2のシリコンである。
パワー半導体デバイスを製造する場合、いくつかの製造ステップおよび動作環境は、パワー半導体デバイスの性能に問題を引き起こす可能性がある。例えば、ダイシングおよびはんだ付けは、ダイヤモンドライクカーボン層、略してDLC層、またはポリイミド層、略してPIであり得るパッシベーション層に付着することができる多数の粒子を生成する。そのような粒子は、例えば、高温はんだ付け粒子の場合のように除去するのが非常に困難であり得る。
そのような粒子は、パワー半導体デバイスの阻止電圧を低下させる可能性があり、電気的終端の正確な機能を変える可能性があり、製造の歩留まりに影響を及ぼす可能性がある。例えば、バイポーラ金属酸化物半導体(BiMOS)デバイスの場合、電気的終端に対する粒子の影響を低減するために、厚く高価なポリイミド層を使用することができる。
湿度もまた、パワー半導体デバイスおよびパワーモジュールにおいて問題である。例えば、単層電解液などの閉じた水膜の形成によって、カソードを意味する負極である活性領域のチップメタライゼーションと、アノードである正極であるチャネルストッパメタライゼーションとを連結し、腐食セルが構築され得る。相対湿度、略してRH、を増加させると、水の追加の単層の蓄積を引き起こす可能性があり、したがって、吸着した水分膜の導電率を増加させる可能性がある。
半導体パッケージでは、水蒸気凝縮が腐食につながるため、湿度も懸念される。
幾何学的構造を有する保護層を有する本明細書に記載のパワー半導体デバイスによって、パワー半導体デバイスの製造および動作中の表面保護を達成することができる。保護層の低表面エネルギー材料とともに幾何学的構造は、超疎水性の表面を提供することができる。
幾何学的構造を有する保護層を有する本明細書に記載のパワー半導体デバイスによって、パワー半導体デバイスの製造および動作中の表面保護を達成することができる。保護層の低表面エネルギー材料とともに幾何学的構造は、超疎水性の表面を提供することができる。
超疎水性表面では、水滴は、その球形を保持しながらわずかな傾斜で前後に転がり、残留物を残すことなく汚れ粒子を収集および除去する。この効果は一般にロータスの葉から知られており、したがってロータス効果とも呼ばれる。ロータスの葉の超疎水性は、ナノスコープのワックス毛を有する微細なこぶの特別な階層的表面プロファイルに起因する。
さらに、パワー半導体デバイスのための保護層を製造するための方法が提供される。本方法は、幾何学的構造を有する保護層を適用することを含む。パターン化保護層は超疎水性であってもよい。さらに、本方法は、以下に記載される実施形態のいずれかの特徴による方法ステップを含むことができる。
したがって、本明細書に記載のパワー半導体デバイスの一態様は、パワー半導体デバイスおよびモジュールのコーティングまたはパッシベーション層の中、上、またはそこに特別にパターン化された表面を提供することである。表面は、例えば、周期的に構造化されてもランダムに構造化されてもよい微細パターン化構造を含むか、または微細パターン化構造からなり、例えば、0.04μm~100μmの範囲の特徴サイズを有し、その結果、保護層によって超疎水性表面が生じる。
パワー半導体デバイスは、例えば、以下の群、すなわち、金属酸化物半導体電界効果トランジスタ(MOSFET)、金属絶縁体半導体電界効果トランジスタ(MISFET)、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ(IGBT)、バイポーラ接合トランジスタ(BJT)、接合ゲート電界効果トランジスタ(JFET)、ゲートターンオフサイリスタ(GTO)またはゲート転流サイリスタ(GCT)のようなサイリスタ、ダイオードの群から選択されるデバイスである。例えば、半導体本体は、SiC、Si、GaN、または他のワイドバンドギャップ材料に基づくことができる。
例えば、パワー半導体デバイスは、シリコン絶縁ゲートバイポーラトランジスタ(Si IGBT)または炭化ケイ素金属酸化物半導体電界効果トランジスタ(SiC MOSFET)などのトランジスタである。炭化ケイ素は、ケイ素と比較して、いくつかの利点を提供し、それらは、例えば、より高い効率、より高いスイッチング周波数およびより高い動作温度である。
MOSFETまたはMISFETは、ゲート、ソースおよびドレインである電極を意味する少なくとも3つの電気端子を備えることができる能動電子部品である。いくつかの設計では、バルクまたは基板である追加の端子は、パワー半導体デバイスの外部に導かれてもよく、パワー半導体デバイスを含む、またはパワー半導体デバイスである、チップの裏面に接続されてもよい。チップの裏面の電圧は、トランジスタ構造のチャネルに作用する追加の電界を生成するので、裏面端子の電圧を変化させると、MOSFETの閾値電圧がシフトする可能性がある。しかしながら、ほとんどの場合、基板はソースに内部接続される。
保護層から得られる超疎水性表面は、例えば、水噴霧ガンによる半導体本体の簡単で効果的な洗浄および粒子除去を可能にする。さらに、保護層は、例えば、太陽電池用途およびアンテナコーティングで実証されているように、湿度および腐食などの環境の影響からパワー半導体デバイスおよびパワーモジュールを保護する。超疎水性保護層は、水が表面を濡らさず、ダイシングおよびはんだ付けステップで生成された汚染粒子をすべて容易に除去するので、水スプレーで容易に洗浄することができる。これにより、製造プロセスにおける歩留まりを向上させることができる。したがって、本明細書に記載のパワー半導体デバイスは、製造コストを大幅に低減することができる。
さらに、いくつかの場合、保護層の表面は、強力な歩留まり悪化要因であるダイシングおよびはんだ付けステップによる、例えばパッシベーション層の自己洗浄および粒子の除去を可能にする。自己洗浄表面では、水滴は10°未満の傾斜角で傾斜面上を移動することができる。水滴は、必ずしも滑らないが、転がることができ、転がるときに汚れを拾い上げることができる。
加えて、保護層は、パワー半導体デバイスに適用されるポリイミド層の厚さを低減することができ、またはそのような層の省略も可能であり、それによって製造コストを低減することができる。
少なくとも1つの実施形態によれば、パワー半導体デバイスは、少なくとも10Aまたは少なくとも50Aの電流に対して構成される。オプションとして、前記電流は最大500Aである。代替的または追加的に、パワー半導体デバイスは、少なくとも0.6kVまたは少なくとも1.2kVの電圧に対して構成される。オプションとして、前記電圧は最大6.5kVであってもよい。
少なくとも1つの実施形態によれば、保護層は、半導体本体の上面を部分的にまたは完全に覆う。上面は、半導体本体の主面、すなわち、最大の面であってもよい。オプションとして、上面には、1つの電気接触領域または複数の電気接触領域が設けられる。少なくとも1つの電気接触領域は、例えば溶接またははんだ付けによって電気的に接続されるように構成される。上面は、少なくとも1つの電気接触領域とともに保護層によって完全に覆われることが可能であり、少なくとも1つの電気接触領域は、部分的に保護層によって覆われてもよい。
上面の上から見て、半導体本体のエッジ長さは、少なくとも1mmおよび/または最大2cmであってもよい。したがって、電気接触領域間の距離は、少なくとも0.5mmおよび/または最大1.5cmであってもよい。
少なくとも1つの実施形態によれば、保護層と清浄水との接触角は、空気中300Kおよび1013hPaで、少なくとも150°または少なくとも160°または少なくとも170°である。したがって、少なくとも通常の室温および圧力などの通常の圧力条件および温度の環境では、保護層は超疎水性の表面を提供することができる。例えば、清浄水は、脱イオン水または蒸留水を指す。
少なくとも1つの実施形態によれば、幾何学的構造は複数のピラーを備える。例えば、ピラーの高さは、ピラーの直径を少なくとも30倍、または少なくとも50倍、および/または最大300倍、または最大200倍超える。
少なくとも1つの実施形態によれば、ピラーの直径は、少なくとも50nmおよび/または最大200nmである。ピラーの断面が円形でない場合、直径は、4倍の断面積をπで割ったものの平方根として計算することができる。例えば、断面積は、円形または長方形または六角形または正方形である。ピラーは、角錐、角錐台、角柱または円錐形状であってもよい。
少なくとも1つの実施形態によれば、幾何学的構造は、1つの格子または複数の格子を備える。例えば、少なくとも1つの格子は壁によって形成される。上から見て、格子はハニカム形または長方形であってもよい。
少なくとも1つの実施形態によれば、少なくとも1つの格子の高さは、壁の幅を少なくとも5倍、または少なくとも10倍、および/または最大200倍、または最大100倍、または最大50倍超える。断面で見て、例えば、壁は、長方形、三角形、台形、または両凸形状であってもよい。
少なくとも1つの実施形態によれば、保護層はベース層を備える。例えば、ベース層は、空隙または孔のない連続した一体の層である。これは、例えば、ピラーおよび/または少なくとも1つの格子の領域に適用される。
ベース層およびピラーおよび/または少なくとも1つの格子が存在する場合、ベース層およびピラーおよび/または少なくとも1つの格子は、同じ材料であってもよいし、異なる材料であってもよい。例えば、ピラーおよび/または少なくとも1つの格子は、ベース層をエッチングすることによって生成され、ベース層は、保護層全体にわたって延びる連続層として残ることができる。
そうでなければ、ピラーおよび/または少なくとも1つの格子は、第1の層の真下の第2の層がエッチング停止層として機能することができるように、第1の層を完全にエッチングすることによって生成することができる。
少なくとも1つの実施形態によれば、保護層は、複数のスペーサ本体を備える。スペーサ本体は、ベース層上に適用することができる。例えば、スペーサ本体は、シリカのような材料の小球である。スペーサ本体の直径は、例えば、少なくとも50nmまたは0.5μm、および/または最大0.1mmまたは最大10μmであってもよい。
少なくとも1つの実施形態によれば、保護層は、半導体本体上に直接適用される。この場合、保護層は電気的に絶縁性であり得る。すなわち、保護層は、半導体本体のためのパッシベーション層とすることができる。
少なくとも1つの実施形態によれば、保護層は、半導体本体から離れている。このため、保護層と半導体本体とは接触しない。例えば、少なくとも1つの電気的に絶縁性のパッシベーション層が、半導体本体と保護層との間に位置する。この場合、保護層は、別個のパッシベーション層と同様に電気的に絶縁性であってもよく、または保護層は導電性または半導電性であってもよい。
少なくとも1つの実施形態によれば、保護層は、少なくとも1つの有機材料を含むか、または少なくとも1つの有機材料からなる。例えば、保護層はPTFEまたはPIである。
少なくとも1つの実施形態によれば、保護層は、少なくとも1つの無機材料を含むか、または少なくとも1つの無機材料からなる。例えば、保護層はSiO2またはガラスである。
少なくとも1つの実施形態によれば、保護層は、フィールド酸化物(FOX)層のパッシベーション層上に追加の層として設けられるように適合され、または保護層は、例えばポリイミド層上に追加の層として設けられるように適合される。FOXとして商業的に知られているメチルイソブチルケトン(MIBK)中のポリマー水素シルセスキオキサン(HSQ)溶液は、化学堆積によって得られる二酸化ケイ素の代替材料である。これにより、追加の保護層を有するにもかかわらず、部品を製造するための他のプロセスステップを変更する必要がない。したがって、追加の処理ステップのみが必要である。
少なくとも1つの実施形態によれば、パッシベーション層はパッシベーション酸化物層であり、保護層はエッチングまたはコーティングを使用することによって提供される。エッチングまたはコーティングは、プロセス条件を再現可能に設定することができる確立されたプロセスである。さらに、保護層をコーティングすることにより、追加の層として適用することができる。ベース層のような半導体デバイスの既存の機能層をエッチングすることにより、前記層に疎水性を提供することができる。
少なくとも1つの実施形態によれば、保護層は、スペーサ本体としてシリカスフィアなどのマイクロ要素を用いたエッチングまたはコーティングを使用することによってポリイミド層上に設けられる。シリカミクロスフィアおよびナノスフィアは、密な粒径分布を有するセラミック球状ビーズであり得る。これらは乾燥粉末として使用することができる。そのようなスペーサ本体は、化学的に安定であり、不活性であり、安全な材料である。
未処理シリカスフィアは、通常、親水性であり、負に帯電している。そのようなシリカスフィアを使用することのさらなる利点は、それらのパラメータが固定されておらず、スフィアが組み込まれるシステムの特性に応じて変化し得ることである。例えば、シリカスフィアは、制御された球形および均一な粒径を同時に達成しながら、非晶質シリカの本質的な特性を維持することを可能にする独自の技術を使用して製造することができる。
保護層にスペーサ本体を用いる場合、裸のスペーサ本体を用いることができる。そうでなければ、スペーサ本体は、スペーサ粒子の表面特性を調整するために少なくとも1つのコーティングを備えることができる。そのようなコーティングは、有機分子またはシランなどのSi含有分子であり得る。
少なくとも1つの実施形態によれば、保護層は、ポリイミド層またはダイヤモンドライクカーボン(DLC)層に設けられる。保護層は、パワー半導体デバイスに適用されるポリイミド層の厚さを低減し、またはそのような層の省略も提供し、それによって製造コストを低減する。
したがって、保護層は、PIまたはDLCからなることができ、またはPIまたはDLCからなる層に適用することができる。PIは、ポリスクシンイミド(PSI)、ポリビスマレイミド(PBMI)、ポリイミドスルホン(PISO)およびポリメタクリルイミド(PMI)を含む。ジメチルホルムアミド(DMF)、ジメチルアセトアミド(DMAc)またはN-メチル-2-ピロリドン(NMP)溶媒に溶解したポリイミドは、コーティング剤としての使用に適し得る。DLCは、ダイヤモンドの特性を提供する非晶質炭素材料である。
少なくとも1つの実施形態によれば、幾何学的構造は規則的な様態である。例えば、幾何学的構造は、正六角形、三角形、正方形または長方形のパターンで適用される。例えば、幾何学的構造の周期性は、保護層全体にわたって最大10%または最大20%の公差で一定である。
少なくとも1つの実施形態によれば、幾何学的構造は不規則な様態である。したがって、幾何学的構造は、例えば、スペーサ本体をベース層上に散布することによってランダムに適用することができる。
少なくとも1つの実施形態によれば、特徴サイズは、少なくとも0.5μmおよび最大3μm、または少なくとも0.5μmおよび最大2μmである。このような特徴サイズにより、保護層の構造は、通常の条件下での水滴よりも小さい。したがって、このような構造は超疎水性表面に寄与する。
パワーモジュールがさらに提供される。パワーモジュールは、上述の実施形態の少なくとも1つに関連して示されるようなパワー半導体デバイスを備えてもよい。したがって、パワー半導体デバイスの特徴は、パワーモジュールについても開示され、逆もまた同様である。
少なくとも1つの実施形態では、パワーモジュールは、1つまたは複数のパワー半導体デバイスと、少なくとも1つのパワー半導体デバイスが搭載されるベースプレートと、少なくとも1つのパワー半導体デバイスの保護層と直接接触するカプセル化層とを備える。
例えば、ベースプレートは、リードフレーム、回路基板またはヒートシンクである。ベースプレートは、少なくとも1つのパワー半導体デバイスを電気的に接続するための電気配線を備えることができる。
例えば、カプセル化層は、少なくとも1つのパワー半導体デバイスを湿度などの環境の影響から保護するために、少なくとも1つのパワー半導体デバイスの周りに外殻を形成する。カプセル化層は疎水性であってもよい。例えば、カプセル化層はエポキシまたはポリシロキサンである。
少なくとも1つの実施形態によれば、カプセル化層は、少なくとも1つの亀裂によって遮断される。亀裂(単数または複数)のために、保護層はカプセル化層のない場所にある。したがって、少なくとも1つの亀裂では、湿度が保護層に達する可能性がある。したがって、保護層がなければ、パワー半導体デバイスの金属部品の腐食の増加をもたらし得る水膜が生じる可能性がある。
パワー半導体デバイスは、例えば、ハイブリッド自動車やプラグイン電気自動車等において、バッテリからの直流電流を電動機の交流電流に変換する車両のパワーモジュール用である。
製造方法がさらに提供される。本方法は、上述の実施形態の少なくとも1つに関連して示されるようなパワー半導体デバイスを製造するために使用されてもよい。したがって、パワー半導体デバイスおよびパワーモジュールの特徴は、本方法についても開示され、逆もまた同様である。
少なくとも1つの実施形態では、本方法は、ダイシングおよびはんだ付けの少なくとも一方を含む。ダイシングは、ウェハの処理後にダイが半導体材料のウェハから分離されるプロセスである。ダイシングプロセスは、スクライビングおよび切断、機械的ソーイングまたはレーザ切断を含むことができる。本方法によるプロセスステップは、パワー半導体デバイスの性能に対する損害を著しく低減し、またはなくして実行することができる。最終試験で選別しなければならないピースが少ないため、製造コストを大幅に削減することができる。また、保護層の効果により、パワー半導体デバイスの非常に容易な洗浄が可能である。
少なくとも1つの実施形態によれば、保護層は、ダイシング前、はんだ付け前、またはウェハ上で実行されるすべてのプロセスステップの完了後のうちの少なくとも1つに適用される。「ウェハ上で実行されるすべてのプロセスステップの完了後」とは、例えば、パワー半導体デバイスを製造するためにウェハ上で実行されている任意のプロセスステップが完了していることを意味する。保護層を設けた後、ウェハを切り出すなどのさらなるステップを実行してもよい。
以下、図面を参照しながら、例示的な実施形態を用いて、パワー半導体デバイスおよびパワーについてより詳細に説明する。個々の図において同じ要素は、同じ参照番号で示される。しかしながら、要素間の関係は縮尺通りには示されておらず、むしろ個々の要素は、理解を助けるために誇張して示される場合がある。
図1は、パワー半導体デバイス1の例示的な実施形態を示す。パワー半導体デバイス1は、例えばSiCに基づく半導体本体2を備える。半導体本体2の上面21には、2つの電気接触領域22が存在するが、上面21に1つの電気接触領域22のみが存在することも可能である。
さらに、オプションとして、半導体本体2の裏面23に電気接触領域24を設けることができ、裏面23は、半導体本体2の上面21から遠い側にある。例えば、電気接触領域24は、裏面23を完全に覆ってもよい。
さらに、パワー半導体デバイス1は、保護層3を備える。保護層3は、低表面エネルギーを有する材料であり、図1には示されていない構造化表面を有するので、保護層3は超疎水性を有することができる。電気接触領域22とともに、保護層3は上面21を完全に覆うことができ、保護層3は電気接触領域22を部分的に覆うことができ、または電気接触領域22と同一平面上で終端することができる。オプションとして、保護層3はまた、半導体本体2の側面を覆い、裏面23は保護層3を含まなくてもよい。
図2~図11には、保護層3の例示的な実施形態が示される。保護層3のこれらの例示的な実施形態はすべて、個別にまたは任意の組合せで、本明細書に記載のパワー半導体デバイス1に使用することができる。
図2および図3によれば、保護層3は、ピラー34およびベース層31を備える。すべてのピラー34は、ベース層31から始まり、半導体本体2から離れる方向を向いている。ピラー34によって、幾何学的構造33が実現される。
例えば、上面21の上から見て、幾何学的構造33の特徴サイズFは、少なくとも0.04μmから最大0.1mm、例えば0.5μm~3μm(両端を含む)である。また、保護層3は、表面エネルギーの低い材料からなる。したがって、保護層3は、超疎水性であるパターン化表面を提供することができる。
例えば、保護層3は、PI、PTFE、DLCまたはSiO2である。したがって、超疎水性表面は、例えばPTFE膜を延伸することによって、低表面エネルギー材料から粗い表面を作ることによって実現することができる。
例えば、ピラー34の直径Dは、少なくとも50nmかつ最大200nmである。追加的または代替的に、幾何学的構造33の高さHは、3μm~15μm(両端を含む)であり、高さHと直径Dとの比を、例えば50~200(両端を含む)の範囲に保持する。
したがって、表面の濡れは、キャシーバクスター状態での液滴核形成および半導体本体2から離れたピラー34の頂部での成長から始まり得るので、超疎水性が維持される。例示的な特徴サイズF、すなわち幾何学的構造33の周期は、高湿度環境における典型的な水滴よりも小さい。代替的または追加的に、ピラー34間の間隔またはピラー34間のトレンチの幅は、最大3μmまたは最大5μmであってもよい。例えば、前記間隔は、0.04μm~100μm(両端を含む)の範囲である。例えば、前記間隔は、0.5μm~2μm(両端を含む)である。
ピラー34は、六角形のパターンで配置されてもよい。代替的または追加的に、ピラー34は、上から見て円形の断面を有することができる。
図4を参照すると、ピラー34が正方形の底面領域を有する直方体形状であることも可能である。この場合、ピラー34は、正方形のパターンで配置されてもよい。
図3および図4では、幾何学的構造33は規則的に設けられている。あるいは、幾何学的構造33は、不規則でランダムに適用することもできる。
それ以外は、図1と同じことが図2~図4にも当てはまる。
図5によれば、幾何学的構造33はまた、ピラー34によって形成される。この場合、ピラー34は円筒状であり、ピラー34が点状の先端を有するように上部に向かって先細になっている。
図5によれば、幾何学的構造33はまた、ピラー34によって形成される。この場合、ピラー34は円筒状であり、ピラー34が点状の先端を有するように上部に向かって先細になっている。
それ以外は、図1~図4と同じことが図5にも当てはまる。
図6および図7では、幾何学的構造33はピラー34によって形成されず、格子35によって形成される。したがって、格子35は、壁によって形成され、例えば、六角形のパターンが形成される。あるいは、格子35の壁は、三角または正方形のパターンを形成してもよく、図4も比較されたい。換言すれば、格子35は、図2~図4に示すピラー34のパターンのネガ型とみなすことができる。
図6および図7では、幾何学的構造33はピラー34によって形成されず、格子35によって形成される。したがって、格子35は、壁によって形成され、例えば、六角形のパターンが形成される。あるいは、格子35の壁は、三角または正方形のパターンを形成してもよく、図4も比較されたい。換言すれば、格子35は、図2~図4に示すピラー34のパターンのネガ型とみなすことができる。
図7から分かるように、壁は、上面21に垂直な断面で見て、両凸形状であるように、半導体本体2から離れる方向に先細になっていてもよい。代替的に、壁は、例えば、断面で見て、長方形、ドーム状、台形または三角形の形状を有してもよい。
例えば、格子35の壁は、上面21に適用された共通のベース層31から始まる。
オプションとして、幾何学的構造33上に薄いコーティング39があってもよい。例えば、コーティング39の厚さは、少なくとも1つの単分子層または少なくとも3つの単分子層であり、および/または最大20nmまたは最大10nmである。コーティング39は、例えば、フッ素化アルケンもしくはアルキル、またはシランもしくはシロキサンであってもよい。そのようなコーティング39によって、幾何学的構造33の表面特性を調整することができる。そのようなコーティングは、他のすべての例示的な実施形態にも存在し得る。
オプションとして、幾何学的構造33上に薄いコーティング39があってもよい。例えば、コーティング39の厚さは、少なくとも1つの単分子層または少なくとも3つの単分子層であり、および/または最大20nmまたは最大10nmである。コーティング39は、例えば、フッ素化アルケンもしくはアルキル、またはシランもしくはシロキサンであってもよい。そのようなコーティング39によって、幾何学的構造33の表面特性を調整することができる。そのようなコーティングは、他のすべての例示的な実施形態にも存在し得る。
図1~図7の保護層3は、半導体本体2上に直接適用される。このような保護層3は、塗布やエッチングによって形成されてもよい。このような保護層3は、例えば、二酸化ケイ素のような酸化物または窒化アルミニウムのような窒化物からなる。しかしながら、これらの例示的な実施形態のすべてにおいて、オプションとして、半導体本体2と保護層3との間に少なくとも1つのパッシベーション層4が存在することができる(図8を参照)。このようなパッシベーション層4は、例えば、二酸化ケイ素のような酸化物または窒化アルミニウムのような窒化物からなる。2つ以上のパッシベーション層4が存在し得る。例えば、パッシベーション層4の厚さは、少なくとも20nmおよび/または最大0.2μmである。
少なくとも1つのパッシベーション層4が存在する場合、保護層3は、PIまたはPTFEのような有機材料であってもよい。
図8に示すように、オプションとして、保護層3は、幾何学的構造33が始まる連続したベース層31を備えることができる。そうでなければ、図9を参照すると、幾何学的構造33がパッシベーション層4で直接開始し得るように、ベース層31が存在する必要はない。図8および図9に示すベース層31に関するこれらの2つの可能性は、他のすべての例示的な実施形態において実現することができる。
図8では、ピラー34、または格子35は、断面で見たときに台形形状であり得ることも示されている。したがって、ピラー34および/または格子35は、半導体本体2から離れる方向に狭くなってもよい。そのようなピラー34および/またはそのような格子35は、他のすべての例示的な実施形態にも存在することができる。
さらに、図9を参照すると、幾何学的構造33よりも低い高さを有するさらなる構造37が存在する可能性がある。そのようなさらなる構造37は、保護層3の材料内の異なる結晶面と組み合わせたエッチングプロセスから生じ得る。そのようなさらなる構造37は、他のすべての例示的な実施形態にも存在することができるが、いずれの場合も、幾何学的構造33のみが存在してもよい。
それ以外は、図1~図8と同じことが図8および図9にも当てはまる。
図10によれば、幾何学的構造33は、共通のベース層31上またはパッシベーション層4上に配置されたスペーサ本体36によって実現される。この場合、ベース層31が電気絶縁材料である場合、ベース層31とパッシベーション層4とは実際には同じ層であってもよい。
図10によれば、幾何学的構造33は、共通のベース層31上またはパッシベーション層4上に配置されたスペーサ本体36によって実現される。この場合、ベース層31が電気絶縁材料である場合、ベース層31とパッシベーション層4とは実際には同じ層であってもよい。
例えば、スペーサ本体36の直径は、少なくとも50nmおよび/または最大1μmである。スペーサ本体36は球形であってもよいが、ピラーのような他の形状も可能である。スペーサ本体36は、不規則でランダムに分布してもよいが、例えば、ベース層31および/またはパッシベーション層4を構造化することによって、または自己整合によって規則的に分布してもよい。
例えば、スペーサ本体36は、シリカのような無機材料からなる。
そのようなスペーサ本体36は、他のすべての例示的な実施形態の幾何学的構造33にも使用することができる。したがって、それ以外は、図1~図9と同じことが図10にも当てはまる。これに関連して、ピラー34、少なくとも1つの格子35および/またはスペーサ本体36は、1つの保護層3に組み合わされてもよいことに留意されたい。
そのようなスペーサ本体36は、他のすべての例示的な実施形態の幾何学的構造33にも使用することができる。したがって、それ以外は、図1~図9と同じことが図10にも当てはまる。これに関連して、ピラー34、少なくとも1つの格子35および/またはスペーサ本体36は、1つの保護層3に組み合わされてもよいことに留意されたい。
図11には、幾何学的構造33の効果が示されている。そのため、水滴9は保護層3との接触角が大きい。
幾何学的構造33は、階層設計のものとすることができることに留意されたい(図11の右側を参照)。すなわち、より大きな幾何学的構造33に適用されるより小さな幾何学的構造33が存在し得る。他のすべての例示的な実施形態においても同様である。
図12には、パワーモジュール10が示されている。パワーモジュール10は、例えば、図1~図11のうちの少なくとも1つのパワー半導体デバイス1を2つ備える。よりよく理解するために、幾何学的構造は誇張して大きく描かれている。
パワー半導体デバイス1は、パワー半導体デバイス1に電気的に接触する第1の電気配線71を備えることができるベースプレート5上に配置することができる。さらに、パワー半導体デバイス1に接触する第2の電気配線72、例えばボンドワイヤが存在することができる。
さらに、シリコーン樹脂またはエポキシのようなカプセル化層6がある。意図的には、カプセル化層6は、パワー半導体デバイス1をカプセル化する。しかしながら、パワーモジュール10の動作中に亀裂8が発生し、水がパワー半導体デバイス1に到達する可能性がある。次いで解放された保護層3によって、例えば、連続した水膜が電気接触領域22、24を接続し得ることを回避することができ、パワーモジュール10の劣化または故障のリスクを低減することができる。
したがって、超疎水性保護層3は、任意選択のパッシベーション層4の上に直接、例えばSiO2を含むフィールド酸化物(FOX)層において、またはポリイミドもしくはDLC層において、パターン化されてもよい。この場合、比較的薄いポリイミド層をダイシングからの粒子として使用することができ、はんだ付けを水噴霧ガンで容易に除去することができる。
次いで、モジュール組立て後、カプセル化層6は、例えばシリコーンがSiO2によく付着するので、超疎水性の幾何学的構造33を濡らし、完全にまたは部分的に充填することによって、改善された接着および機械的固定を有する。
保護層3を形成するさらなる可能性は、低表面エネルギーの材料で粗い表面を改質することである。機械的延伸、レーザ処理、プラズマ処理、または化学エッチング、リソグラフィ、ゾルゲル処理および溶液流延、層ごとおよびコロイド集合、電気/化学反応および堆積、エレクトロスピニングおよび化学気相堆積などの上述のものを含む、粗面を作製する多くの方法がある。保護層3を製造するために表面の化学的性質を改質するために使用することができるいくつかの方法もある。例えば、金とアルキルチオールとの間に共有結合を形成することができる。シランは、表面エネルギーを減少させるために使用することができる。
粗面を作製し、その後に表面化学を改質するための可能な技術は、エッチングおよびリソグラフィならびにゾルゲル処理、例えばコロイド状シリカ粒子、ならびに電気化学反応および堆積である。
なお、ここで説明する考案は、例示的な実施形態を用いて説明した内容に限定されるものではない。むしろ、本考案は、この特徴またはこの組合せ自体が請求項または例示的な実施形態において明示的に示されていなくても、特に請求項における特徴の任意の組合せを含む、任意の新規な特徴および特徴の任意の組合せを包含する。
参照符号のリスト
1 パワー半導体デバイス
2 半導体本体
21 上面
22 上面の電気接触領域
23 裏面
24 裏面の電気接触領域
3 保護層
31 ベース層
33 幾何学的構造
34 ピラー
35 格子
36 スペーサ本体
37 さらなる構造
38 空きスペース
39 コーティング
4 パッシベーション層
5 ベースプレート
6 カプセル化層
71 第1の電気配線
72 第2の電気配線
8 亀裂
9 水
10 パワーモジュール
D 直径
F 特徴サイズ
H 高さ
W 幅
1 パワー半導体デバイス
2 半導体本体
21 上面
22 上面の電気接触領域
23 裏面
24 裏面の電気接触領域
3 保護層
31 ベース層
33 幾何学的構造
34 ピラー
35 格子
36 スペーサ本体
37 さらなる構造
38 空きスペース
39 コーティング
4 パッシベーション層
5 ベースプレート
6 カプセル化層
71 第1の電気配線
72 第2の電気配線
8 亀裂
9 水
10 パワーモジュール
D 直径
F 特徴サイズ
H 高さ
W 幅
Claims (15)
- パワー半導体デバイス(1)であって、
-半導体本体(2)と、
-前記半導体本体(2)にある保護層(3)と、
を備え、
-前記保護層(3)は、最大0.1mJ/m2の表面エネルギーを有する材料を含み、
-前記保護層(3)は、前記保護層(3)の上から見て、少なくとも0.04μmおよび最大0.1mmの特徴サイズ(F)を有する幾何学的構造(33)を備える、パワー半導体デバイス(1)。 - -前記保護層(3)は、前記半導体本体(2)の主面である前記半導体本体(2)の上面(21)を覆い、前記上面(21)には、少なくとも1つの電気接触領域(22)が設けられ、および、
-前記保護層(3)と清浄水との接触角は、空気中300Kおよび1013hPaで、少なくとも150°である、
の少なくとも一方である、先行する請求項に記載のパワー半導体デバイス(1)。 - 前記幾何学的構造(33)は複数のピラー(34)を備え、前記ピラー(34)の高さ(H)は、前記ピラー(34)の直径(D)を少なくとも30倍および最大300倍超える、先行する請求項のいずれか1項に記載のパワー半導体デバイス(1)。
- 前記幾何学的構造(33)は、壁によって形成された少なくとも1つの格子(35)を備え、前記少なくとも1つの格子(35)の高さ(H)は、前記壁の幅(W)を少なくとも5倍および最大200倍超える、先行する請求項のいずれか1項に記載のパワー半導体デバイス(1)。
- 前記保護層(3)はベース層(31)を備え、複数のスペーサ本体(36)が、前記ベース層(31)上に適用される、先行する請求項のいずれか1項に記載のパワー半導体デバイス(1)。
- -前記保護層(3)は、前記半導体本体(2)上に直接適用され、および、
-前記保護層(3)は、電気的に絶縁性である、
の少なくとも一方である、先行する請求項のいずれか1項に記載のパワー半導体デバイス(1)。 - 前記保護層(3)は、前記半導体本体(2)から離れ、
少なくとも1つの電気的に絶縁性の連続するパッシベーション層(4)が、前記半導体本体(2)と前記保護層(3)との間に位置する、請求項1~5のいずれか1項に記載のパワー半導体デバイス(1)。 - 前記保護層(3)は、少なくとも1つの有機材料を含むか、または少なくとも1つの有機材料からなる、先行する請求項のいずれか1項に記載のパワー半導体デバイス(1)。
- 前記保護層(3)は、少なくとも1つの無機材料を含むか、または少なくとも1つの無機材料からなる、先行する請求項のいずれか1項に記載のパワー半導体デバイス(1)。
- 前記幾何学的構造(33)は規則的な様態である、先行する請求項のいずれか1項に記載のパワー半導体デバイス(1)。
- 前記幾何学的構造(33)は不規則な様態である、請求項1~9のいずれか1項に記載のパワー半導体デバイス(1)。
- 前記特徴サイズ(F)は、少なくとも0.5μmおよび最大3μmである、先行する請求項のいずれか1項に記載のパワー半導体デバイス(1)。
- 前記パワー半導体デバイス(1)は、少なくとも10Aの電流および少なくとも0.6kVの電圧に対して構成されるトランジスタである、先行する請求項のいずれか1項に記載のパワー半導体デバイス(1)。
- -先行する請求項のいずれか1項に記載の少なくとも1つのパワー半導体デバイス(1)と、
-前記少なくとも1つのパワー半導体デバイス(1)が搭載されるベースプレート(5)と、
-前記保護層(3)と直接接触するカプセル化層(6)と、
を備えるパワーモジュール(10)。 - 前記保護層(3)が前記カプセル化層(6)のない場所にあるように、前記カプセル化層(6)は、少なくとも1つの亀裂(8)によって遮断される、先行する請求項に記載のパワーモジュール(10)。
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
PCT/EP2020/081141 WO2022096102A1 (en) | 2020-11-05 | 2020-11-05 | Power semiconductor device with super-hydrophobic protective layer and power module |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP3244023U true JP3244023U (ja) | 2023-10-04 |
Family
ID=73172706
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2023600063U Active JP3244023U (ja) | 2020-11-05 | 2020-11-05 | パワー半導体デバイスおよびパワーモジュール |
Country Status (6)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US20240021542A1 (ja) |
EP (1) | EP4241304A1 (ja) |
JP (1) | JP3244023U (ja) |
CN (1) | CN220651999U (ja) |
DE (1) | DE212020000839U1 (ja) |
WO (1) | WO2022096102A1 (ja) |
Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2024095714A1 (ja) * | 2022-11-04 | 2024-05-10 | 富士電機株式会社 | 半導体モジュール |
Family Cites Families (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US3684592A (en) * | 1969-09-30 | 1972-08-15 | Westinghouse Electric Corp | Passivated surfaces and protective coatings for semiconductor devices and processes for producing the same |
WO1999012201A1 (de) | 1997-09-03 | 1999-03-11 | Eupec Europäische Gesellschaft Für Leistungshalbleiter Mbh + Co. Kg | Feuchtigkeitsschutz für boratglashalbleiterpassivierungsschichten |
JP4130527B2 (ja) * | 2000-12-13 | 2008-08-06 | 三菱電機株式会社 | 半導体装置 |
JP4010299B2 (ja) | 2001-06-20 | 2007-11-21 | 日亜化学工業株式会社 | 半導体発光装置とその形成方法 |
KR100845744B1 (ko) * | 2007-07-12 | 2008-07-11 | 한국과학기술연구원 | 초소수성 표면의 제조방법 및 이에 의하여 제조된 초소수성표면체 |
JP5782947B2 (ja) * | 2011-09-15 | 2015-09-24 | 富士通株式会社 | 半導体装置及びその製造方法、電源装置、高周波増幅器 |
KR101316734B1 (ko) * | 2012-02-06 | 2013-10-10 | 한국과학기술연구원 | 소수성 반사방지 기판 및 그 제조방법, 그를 포함하는 태양전지 모듈 |
WO2013163137A1 (en) * | 2012-04-23 | 2013-10-31 | Massachusetts Institute Of Technology | Passivation technique for wide bandgap semiconductor devices |
-
2020
- 2020-11-05 CN CN202090001221.XU patent/CN220651999U/zh active Active
- 2020-11-05 JP JP2023600063U patent/JP3244023U/ja active Active
- 2020-11-05 WO PCT/EP2020/081141 patent/WO2022096102A1/en active Application Filing
- 2020-11-05 US US18/035,496 patent/US20240021542A1/en active Pending
- 2020-11-05 EP EP20803513.9A patent/EP4241304A1/en active Pending
- 2020-11-05 DE DE212020000839.6U patent/DE212020000839U1/de active Active
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
US20240021542A1 (en) | 2024-01-18 |
WO2022096102A1 (en) | 2022-05-12 |
EP4241304A1 (en) | 2023-09-13 |
CN220651999U (zh) | 2024-03-22 |
DE212020000839U1 (de) | 2023-07-21 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US10749094B2 (en) | Thermoelectric devices, systems and methods | |
KR20240132032A (ko) | 직접 접합된 프레임 웨이퍼 | |
US8049338B2 (en) | Power semiconductor module and fabrication method | |
JP5621334B2 (ja) | 半導体装置および半導体装置の製造方法 | |
CN105609410A (zh) | 用于处理半导体衬底的方法和用于处理半导体晶片的方法 | |
JP3244023U (ja) | パワー半導体デバイスおよびパワーモジュール | |
US20070216024A1 (en) | Heat sink, electronic device, method of manufacturing heat sink, and method of manufacturing electronic device | |
US9899586B2 (en) | Optoelectronic device | |
US20190139844A1 (en) | Method for processing an electrically insulating material providing same with self-adjusting electrical field grading properties for electrical components | |
US9331151B2 (en) | Method for coupling a graphene layer and a substrate and device comprising the graphene/substrate structure obtained | |
CN108475665B (zh) | 功率半导体器件 | |
US9589926B2 (en) | Method of manufacturing semiconductor device | |
US9577032B2 (en) | Semiconductor device | |
US10361313B2 (en) | Electronic device and methods of fabricating the same | |
CN104916596A (zh) | 功率半导体器件、用于处理其的方法以及功率电子模块 | |
JP2009224783A (ja) | 半導体構成素子を備える装置、および半導体構成素子を備える装置の製造方法 | |
JP6491267B2 (ja) | パワー半導体素子における超接合構造 | |
JP2003234447A (ja) | 半導体素子実装回路および半導体素子実装方法 | |
JP5732035B2 (ja) | 垂直接触電子部品及びその製造方法 | |
JP2014116333A (ja) | 半導体装置 | |
JP2012521082A5 (ja) | ||
GB2582044A (en) | Applications for diamond coated boron nitride | |
US20240339361A1 (en) | Method for separating dies from a semiconductor substrate | |
US20210335686A1 (en) | Interlayer of Sub-structure Having Elevations and Further Sub-structure with Filler Particles in Recesses Between the Elevations | |
US9013027B2 (en) | Semiconductor device, a semiconductor wafer structure, and a method for forming a semiconductor wafer structure |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20230712 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 3244023 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
S111 | Request for change of ownership or part of ownership |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R323111 |
|
R350 | Written notification of registration of transfer |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350 |