DE102004027960B4 - Elektrische Leistungs-Halbleitervorrichtung - Google Patents

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Abstract

Elektrische Leistungs-Halbleitervorrichtung, die folgendes aufweist:
ein Halbleiterelement (1), das auf einer Chipfläche (DP) angebracht ist;
eine Hauptanschluß-Leitung (2), die mit dem Halbleiterelement (1) durch eine Vielzahl von Bonddrähten (3) elektrisch verbunden ist; und
ein Formharzmaterial (4), das zumindest das Halbleiterelement (1), die Bonddrähte (3) und die Drahtbondbereiche (3b) der Bonddrähte auf der Hauptanschluß-Leitung einkapselt, so daß daraus ein Gehäuse gebildet ist,
wobei es sich bei der Hauptanschluß-Leitung (2) um einen einzigen Körper handelt, der eine innere Leitung (2a) und eine äußere Leitung (2b) aufweist, die in integraler Weise mit der inneren Leitung ausgebildet ist, wobei die Bonddrähte parallel zueinander angeordnet und auf der inneren Leitung (2a) durch die Drahtbondbereiche (3b) fixiert sind und die äußere Leitung von dem Formharzmaterial zur Schaffung einer elektrischen Verbindung nach außen freiliegt,
wobei eine Vielzahl von die Hauptanschluß-Leitung durchsetzenden Durchgangsöffnungen (8) außenseitig von den Drahtbondbereichen (3b) innerhalb der inneren Leitung...

Description

  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich allgemein auf eine elektrische Leistungs-Halbleitervorrichtung zum Steuern einer großen Strommenge und betrifft im spezielleren eine elektrische Leistungs-Halbleitervorrichtung, bei der ein elektrisches Leistungs-Halbleiterelement und eine innere Leitung paarweise mit einer Vielzahl von Bonddrähten verbunden sind.
  • Herkömmlicherweise ist bei einer elektrischen Leistungs-Halbleitervorrichtung, die in ein Formharz eingekapselt ist, ein Hauptanschluß (der im folgenden auch als "Leitung" oder "Leiterrahmen" bezeichnet wird) vorgesehen, um einen Hauptstrom von einem Halbleiterelement, wie z. B. einem IC-Chip, zu entnehmen. Der Hauptanschluß ist in integraler Weise aus einer inneren Leitung und einer äußeren Leitung gebildet, und der Hauptanschluß ist mit einem externen Substrat oder einem Verdrahtungsteil, wie z. B. einer Bus-Schiene an der externen Leitung verschraubt. Auf diese Weise wird der Hauptstrom auf der Basis einer Gatespannung gesteuert, die von einer externen Steuerschaltung an einen Gateanschluß angelegt wird.
  • Bei dieser herkömmlichen Konstruktion sind die Bonddrähte für den elektrischen Anschluß des elektrischen Leistungs-Halbleiterelements aus einer Vielzahl von Aluminiumdrähten gebildet, von denen jeder einen Durchmesser von 100 bis 500 μm aufweist, und die Vielzahl der Bonddrähte sind zur Verbindung mit der gleichen Leitung ausgebildet, um eine gewisse Strommenge sicherzustellen.
  • Bei einer allgemeinen Ausbildung einer Halbleitervorrichtung, wie z. B. einem Baustein, der in ein Formharz eingekapselt ist, sind die physikalischen Eigenschaften, wie z. B. der lineare Ausdehnungskoeffizient und der Elastizitätsmodul des Formharzes, von denen des Leiterrahmens aus einem Metallmaterial verschieden. Aus diesem Grund wirkt durch zyklische thermische Belastungen eine Scherkraft auf die Grenzfläche zwischen dem Formharz und dem Leiterrahmen.
  • In einem Fall, in dem eine Halbleitervorrichtung ein großes Formharzteil aufweist und über einen langen Zeitraum zuverlässig sein muß, kann es bei Einwirken der Scherkraft auf die Grenzfläche zwischen dem Formharz und dem Hauptleitungsanschluß zu einer Separation bzw. Trennung oder Abrieb zwischen diesen Elementen kommen. Insbesondere beim Auftreten einer Separation in der Nähe des Drahtbondbereichs kommt es zur Rißbildung im Drahtbondbereich. Folglich kann es zu einem Brechen des Drahtes an sich kommen.
  • Als eine wirksame Ausbildung zum Verhindern einer Separation an der Grenzfläche ist bei einer Halbleitervorrichtung z. B. gemäß der JP 11-238 843 A zur Gewährleistung der Bondverbindungsfähigkeit des Bonddrahtes eine Plattierungsschicht an einem Stiftteil ausgebildet, das als Fixierbereich für einen Bonddraht dient, und eine Durchgangsöffnung ist derart ausgebildet, daß sie die Plattierungsschicht an dem Stiftteil einer inneren Leitung durchsetzt, an dem der Bonddraht fixiert ist.
  • Bei dieser Halbleitervorrichtung kann aufgrund der Ausbildung der Durchgangsöffnung in der Plattierungsschicht die Oberfläche der Grenzfläche zwischen der Plattierungsschicht, die primär eine geringe Haftfähigkeit gegenüber einem Harz zeigt, und dem Formharz reduziert werden, so daß eine Separation in der Grenzfläche vermindert wird.
  • Die Separation verhindernde Konstruktion, wie sie in dem vorstehend genannten Dokument offenbart ist, ist z. B. für eine Halbleitervorrichtung des LOC-Typs (wobei LOC für "Lead an Chip" bzw. für Leitung auf dem Chip steht) geeignet, bei der ein Treiberstrom niedrig ist und ein Bonddraht mit einem Durchmesser von ca. 50 μm oder weniger für das eine sehr kleine Oberfläche aufweisende Stiftteil verwendet wird.
  • Bei einer elektrischen Leistungs-Halbleitervorrichtung wird jedoch notwendigerweise ein hoher Treiberstrom verwendet, und im allgemeinen werden Metalldrähte mit einem Durchmesser von jeweils 100 bis 500 μm als Bonddrähte verwendet, wobei es ferner notwendig ist, die große Anzahl von Bonddrähten an einer einzigen inneren Leitung zu fixieren.
  • Bei Verwendung der vorstehend beschriebenen herkömmlichen Konstruktion entsteht somit ein Problem dahingehend, daß die Kapazität für die Stromdichte der Leitung aufgrund der Ausbildung der Durchgangsöffnung begrenzt ist. Es besteht somit ein zunehmender Bedarf für weitere Verbesserungen hinsichtlich der Konfiguration und der Anordnung der Durchgangsöffnung.
  • Um ferner die Verwendung eines hohen Stroms bei der elektrischen Leistungs-Halbleitervorrichtung zu ermöglichen, wird ein Verfahren zum Fixieren eines Bonddrahts mit großem Durchmesser für die Halbleitervorrichtung verwendet, bei dem diese mit hoher Ultraschall-Energie beaufschlagt wird.
  • Aus diesem Grund sind hohe Steifigkeit und vorzugsweise eine Rückhaltung für ein Element erforderlich, das den Bonddraht an der inneren Leitung fixiert. Wenn die Steifigkeit gering ist und die Verbindungskraft in dem Fixierbereich nicht ausreichend ist, schwingt der Fixierbereich mit der Ultraschall-Schwingung zum Zeitpunkt der Fixierung, und aus diesem Grund ergab sich das Problem, das die Ultraschall-Energie nicht in effektiver Weise auf den Fixierbereich aufgebracht werden konnte.
  • Insbesondere hinsichtlich der inneren Leitung ist es notwendig, die Dicke der Leitungsplatte im Hinblich auf ein Verfahren zur Bildung ihrer Konfiguration sowie in Anbetracht der Notwendigkeit zur Miniaturisierung zu vermindern. Wenn die innere Leitung fixiert wird, indem nur eine nach oben und nach unten gehende Kraft aufgebracht wird, dann wird ferner die Bondverbindungskraft in Richtung der Oberfläche unzulänglich, so daß sich ein Problem hinsichtlich der Herstellung und Stabilität ergibt.
  • Die vorliegende Erfindung dient zur Lösung der vorstehend genannten Probleme, wobei die Erfinder der vorliegenden Erfindung festgestellt haben, daß bei einer Anordnung von in einem Hauptanschluß ausgebildeten Durchgangsöffnungen in einer bevorzugten Weise ein Formharz durch die Durchgangsöffnungen zurückgehalten wird, so daß die an der Grenzfläche verursachte Separation nicht von der Durchgangsöffnung in Richtung auf den zentralen Bereich der Halbleitervorrichtung fortschreitet.
  • Ferner ist die vorliegende Erfindung auf der Basis des Wissens vollendet worden, daß bei sicherer Begrenzung des Bereichs in der Nähe des Fixierbereichs des Bonddrahts in der Richtung der Ultraschall-Schwingung durch die Ausbildung der Durchgangsöffnungen in dem Hauptanschluß die Stabilität zum Zeitpunkt der Bondverbindung beträchtlich verbessert wird.
  • Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht daher in der Angabe einer elektrischen Leistungs-Halbleitervorrichtung, bei der selbst bei der Entstehung einer Separation ausgehend von einer äußeren peripheren Endfläche eines Formharzes in Richtung auf das Innere eines Hauptanschlusses ein Fortschreiten der Separation bzw. Trennung in Richtung auf das Innere verhindert werden kann sowie Separation und Rißbildung der Bonddrähte in einem Bereich, in dem der Drahtbondbereich gebildet ist, sowie in dessen Nähe sicher verhindert werden können, so daß sich ein hohes Maß an Zuverlässigkeit bei gleichzeitiger Größenreduzierung erzielen läßt.
  • Gelöst wird die vorstehend genannte Aufgabe durch eine elektrische Leistungs-Halbleitervorrichtung, die folgendes aufweist: ein Halbleiterelement, das auf einer Chipfläche angebracht ist; eine Hauptanschluß-Leitung, die mit dem Halbleiterelement durch eine Vielzahl von Bonddrähten elektrisch verbunden ist; und ein Formharzmaterial das Halbleiterelement, die Bonddrähte und die Drahtbondbereiche der Bonddrähte auf der Hauptanschluß-Leitung einkapselt, so daß daraus ein Baustein bzw. ein Gehäuse gebildet ist.
  • Bei der Hauptanschluß-Leitung handelt es sich um einen einzigen Körper, der aus einer inneren Leitung und einer äußeren Leitung besteht, die in integraler Weise miteinander ausgebildet sind. Die Bonddrähte sind parallel zueinander angeordnet und auf der inneren Leitung durch die Drahtbondbereiche fixiert, und die äußere Leitung liegt von dem Formharzmaterial zur Schaffung einer elektrischen Verbindung nach außen hin frei.
  • Erfindungsgemäß sind eine Vielzahl von die Hauptanschluß-Leitung durchsetzenden Durchgangsöffnungen außenseitig von den Drahtbondbereichen innerhalb der inneren Leitung in deren Nähe ausgebildet, und die Durchgangsöffnungen sind im wesentlichen parallel zu der Anordnungsrichtung der Drahtbondbereiche derart angeordnet, daß sie in den durch die Gesamtheit der Drahtbondbereiche gebildeten Kontaktierbereichen entsprechend angeordnet sind, wobei die breitenmäßige Erstreckung der Durchgangsöffnungen entsprechend der breitenmäßigen Erstreckung der Drahtbondbereiche, in Richtung der Leitungen gesehen, angeordnet ist. Folglich wird eine Harzmaterial-Separation verhindert, und die Drahtbond-Verbindungsfähigkeit läßt sich verbessern.
  • Bevorzugte Weiterbildung der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
  • Die Erfindung und Weiterbildungen der Erfindung werden im folgenden anhand der zeichnerischen Darstellungen bevorzugter Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die Zeichnung noch näher erläutert. In der Zeichnung zeigen:
  • 1 eine teilweise perspektivische Draufsicht zur Erläuterung einer elektrischen Leistungs-Halbleitervorrichtung, gesehen durch ein Formharzteil, gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
  • 2 eine vergrößerte Draufsicht zur Erläuterung eines Hauptanschluß-Leitungsteils der 1;
  • 3 eine Schnittdarstellung eines wesentlichen Teils der Halbleitervorrichtung zur Erläuterung einer Ausbildung, bei der ein Bonddraht an einem Hauptanschluß fixiert wird, gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
  • 4A und 4B erläuternde Ansichten, in denen das Auftreten von Separation in einem Test mit zyklischer thermischer Belastung verglichen wird, wobei 4A einen Fall mit einer herkömmlichen Ausbildung veranschaulicht und 4B einen Fall gemäß dem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung veranschaulicht;
  • 5 eine vergrößerte Draufsicht zur Erläuterung eines wesentlichen Teils eines modifizierten Beispiels des ersten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung;
  • 6 eine vergrößerte Draufsicht zur Erläuterung eines inneren Leitungsteils einer elektrischen Leistungs-Halbleitervorrichtung gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
  • 7A eine Draufsicht zur Erläuterung eines inneren Leitungsteils einer elektrischen Leistungs-Halbleitervorrichtung gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
  • 7B eine Schnittdarstellung entlang einer Linie A-A' in 7A;
  • 8A eine vergrößerte Schnittdarstellung zur Erläuterung eines Bereichs in der Nähe einer Durchgangsöffnung gemäß der vorliegenden Erfindung ; und
  • 8B eine vergrößerte Schnittdarstellung zur Erläuterung eines modifizierten Ausführungsbeispiels der in 8A gezeigten Durchgangsöffnungs-Konstruktion.
  • Vor der ausführlichen Beschreibung der vorliegenden Erfindung sei darauf hingewiesen, daß aufgrund der Ausbildung der bevorzugten Ausführungsbeispiele mit der gleichen, gemeinsamen Grundkonstruktion, in allen der Begleitzeichnungen gleiche Teile mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet sind.
  • Bei einer grundlegenden Konfiguration einer elektrischen Leistungs-Halbleitervorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung handelt es sich bei einer Hauptanschluß-Leitung um einen einzigen Körper, bestehend aus einem inneren Leitungsbereich und einen äußeren Leitungsbereich, die in integraler Weise gebildet sind.
  • Der innere Leitungsbereich ist zusammen mit den Bonddrähten durch die Drahtbondbereiche fixiert, und der äußere Leitungsbereich ist für die externe Verbindung vorgesehen und erstreckt sich in freiliegender Weise von einem Formharz nach außen. Die Vielzahl der Bonddrähte sind parallel zueinander auf dem inneren Leitungsbereich fixiert, und eine Vielzahl von Durchgangsöffnungen, die den Hauptanschluß durchsetzen, sind außenseitig von den Drahtbondbereichen in deren Nähe ausgebildet.
  • Die Durchgangsöffnungen entsprechen somit den gesamten Drahtbondbereichen der Bonddrähte innerhalb der inneren Leitung in einer derartigen Weise, daß sie nahezu parallel zu der Anordnungsrichtung der Drahtbondbereiche verlaufen.
  • Erstes Ausführungsbeispiel
  • 1 zeigt eine Draufsicht zur Erläuterung einer elektrischen Leistungs-Halbleitervorrichtung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, die durch die Betrachtung durch ein Formharzteil hindurch teilweise perspektivisch ist. In 1 bezeichnet das Bezugszeichen 1 ein elektrisches Leistungs-Halbleiterelement, wie z. B. einen IC-Chip, das bzw. der auf einer Chip-Anschlußfläche (DP) angebracht ist. Das Bezugszeichen 2 bezeichnet einen Hauptanschluß (Leitung) zum Entnehmen eines Hauptstroms von dem elektrischen Leistungs-Halbleiterelement 1, der eine innere Leitung 2a und eine äußere Leitung 2b aufweist, die in integraler Weise miteinander ausgebildet sind.
  • Das Bezugszeichen 3 bezeichnet einen Bonddraht zur Herstellung einer elektrischen Verbindung zwischen dem elektrischen Leistungs-Halbleiterelement 1 und der inneren Leitung 2a des Hauptanschlusses 2. Das Bezugszeichen 4 bezeichnet ein Formharzmaterial zum dichten Einschließen bzw. Einkapseln des elektrischen Leistungs-Halbleiterelements 1 und der inneren Leitung 2a, die durch die Bonddrähte 3 miteinander verbunden sind, und dergleichen.
  • In dem Hauptanschluß 2 ist eine Öffnung 5 im wesentlichen in dem zentralen Bereich der äußeren Leitung 2b gebildet, die zum Festschrauben des Hauptanschlusses an einem externen Substrat (nicht gezeigt) oder einem Verdrahtungsteil, wie z. B. einer Bus-Schiene, dient. Es ist an dieser Stelle darauf hinzuweisen, daß der äußere Leitungsbereich des Hauptanschlusses anstatt der Verwendung z. B. einer Schraube auch durch ein Lötverfahren mit einem externen Substrat verbunden werden kann.
  • Das Bezugszeichen 6 bezeichnet einen Gateanschluß, und das elektrische Leistungs-Halbleiterelement 1 steuert den Hauptstrom auf der Basis einer Steuerspannung (Gatespannung), die von einer externen Steuerschaltung durch den Gateanschluß 6 an ein Gate angelegt wird. Das Bezugszeichen 7 bezeichnet einen Sensoranschluß oder Erfassungsanschluß, der für eine Schutzfunktion vorgesehen ist, die einen Überstrom oder dergleichen der Halbleitervorrichtung verhindert.
  • Eine Vielzahl von Bonddrähten 3 ist auf der gleichen Anschlußleitung angeordnet, um das elektrische Leistungs-Halbleiterelement 1 damit zu verbinden, und jeder der Bonddrähte hat einen Durchmesser von 100 bis 500 μm und ist aus einem Metallmaterial, wie z. B. Aluminium, Kupfer oder Gold gebildet, so daß eine große Strommenge zur Verwendung bei der Leistungs-Halbleitervorrichtung sichergestellt ist.
  • Das eine Ende jedes Bondrahts 3 weist einen auf der Seite des Halbleiterelements 1 befindlichen Bondbereich 3a auf, der auf der Seite des elektrischen Leistungs-Halbleiterelements 1 fixiert ist, und das andere Ende jedes Bonddrahts 3 weist einen auf der Seite der Leitung befindlichen Bondbereich 3b auf, der auf der inneren Leitung 2a fixiert ist.
  • Außerdem sind eine oder mehrere rechteckige, längliche Durchgangsöffnungen 8a, die die Hauptanschluß-Leitung 2 durchsetzen, in der Nähe der leitungsseitigen Bondbereiche 3 innerhalb der inneren Leitung 2a gebildet, wobei die Durchgangsöffnungen 8a zwischen den leitungsseitigen Bondbereichen 3b und einer äußeren peripheren Endfläche 4a des Formharzmaterials 4 angeordnet sind.
  • Die Durchgangsöffnungen 8a sind in einer Richtung angeordnet, die im wesentlichen parallel zu der Anordnungsrichtung der leitungsseitigen Bondbereiche 3b ist. D. h. die Längsrichtung der Durchgangsöffnungen 8a ist im wesentlichen rechtwinklig zu der Erstreckungsrichtung der Bonddrähte 3. Auf diese Weise sind die Durchgangsöffnungen 8a auf einen Abdicht- bzw. Einkapselungsbereich des Formharzmaterials 4 begrenzt, so daß eine gute Stabilität in der Ausbildung des Hauptanschlusses erzielt werden kann.
  • 2 zeigt eine vergrößerte Draufsicht zur Erläuterung des inneren Leitungsbereichs 2a des Hauptanschlusses 2. Wie unter Bezugnahme auf 2 erkennbar ist, besteht eine anordnungsmäßige Relation zwischen den leitungsseitigen Bondbereichen 3b der Bonddrähte 3, die auf der inneren Leitung 2a angeordnet sind, und den Durchgangsöffnungen 8a, die in dem Hauptanschluß-Leitungsbereich vorgesehen sind.
  • Eine Durchgangsöffnung 8a ist jeweils derart ausgebildet, daß sie einer vorbestimmten Anzahl von Bonddrähten 3 in der Nähe der mehreren leitungsseitigen Bondbereiche 3b innerhalb von der äußeren peripheren Endfläche 4a des Formharzmaterials 4 entspricht.
  • Ein Satz aus einer Durchgangsöffnung 8a und einer vorbestimmten Anzahl von leitungsseitigen Bondbereichen 3b ist in der Figur durch einen in unterbrochener Linie umschlossenen Bereich 9 veranschaulicht, und es sind ein oder mehrere Sätze 9 davon in der inneren Leitung 2a entsprechend der Gesamtanzahl von Bonddrähten 3 gebildet.
  • Gemäß dem in 2 dargestellten Beispiel sind drei Sätze von Durchgangsöffnungen 8a und entsprechenden Bondbereichen 3b gebildet. Bei diesem Beispiel ist eine Längserstreckungslänge L1 der Durchgangsöffnung 8a gleich oder geringfügig größer als eine breitenmäßige Länge L2 in der Anordnungsrichtung der vorbestimmten Anzahl von Bondbereichen 3b in jedem Satz 9.
  • 3 zeigt eine Schnittdarstellung eines wesentlichen Teils der Leistungs-Halbleitervorrichtung zur Erläuterung eines Verfahrens zum Fixieren eines Bonddrahts 3 auf der inneren Leitung des Hauptanschlusses gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Zum Zeitpunkt des Drahtbondvorgangs wird der Hauptanschluß 2 durch Druckbeaufschlagung fixiert, indem nach oben und nach unten gehende Druckkräfte auf diesen ausgeübt werden.
  • Im spezielleren erfolgt das Drahtbonden mittels eines Metall-Bondverfahrens, bei dem Ultraschall-Schwingungen auf den Bonddraht 3 aufgebracht werden, so daß dieser gegen eine Oberfläche der zu bondenden Hauptanschluß-Leitung reibt und durch induzierte mechanische Energie und Wärmeenergie ein plastisches Fließen hervorgerufen wird, um dadurch das Entfernen von Oberflächenoxid und die Freilegung einer neu hervortretenden Oberfläche zu unterstützen. Die Ultraschall-Schwingung wird in der zu der Oberfläche des Hauptanschlusses 2 parallelen Richtung aufgebracht.
  • Wenn der Hauptanschluß 2 durch die nach oben und unten gehenden Kräfte nicht ausreichend mit Druck beaufschlagt wird, schwingt der Hauptanschluß 2 somit mit der Ultraschall-Schwingung. Daher erfolgt die Bondverbindung der Drähte in unzulänglicher Weise, und die Drähte können übermäßig verlagert und beschädigt werden.
  • Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel, wie es in 3 gezeigt ist, ist daher die Durchgangsöffnung 8a in einem Fortsetzungsbereich des Bondrahts 3 in der Nähe des leitungsseitigen Bondbereichs 3b in dem Hauptanschluß 2 ausgebildet, und der Hauptanschluß 2 wird durch Aufbringung der nach oben und unten gehenden Kräfte auf diesen unter Verwendung einer Vorrichtung 10 mit Druck beaufschlagt und fixiert, die ein oberes Vorrichtungsteil 10a und ein unteres Vorrichtungsteil 10b aufweist.
  • Bei dieser Konstruktion wird der Hauptanschluß 2 auch in Richtung der Oberfläche durch Einsetzen eines Fixiervorsprungs 11 in die Durchgangsöffnung 8a fixiert, wobei der Fixiervorsprung 11 derart ausgebildet ist, daß er von einem vorbestimmten Bereich der oberen Oberfläche des unteren Vorrichtungsteils 10b wegragt.
  • Somit kann eine Verlagerung in Richtung der Ultraschall-Schwingungen durch ein Druckkontaktierungsteil 12 unterbunden werden, das zwischen einer peripheren Seitenwand des Fixiervorsprungs 11 und einer Seitenwand der Durchgangsöffnung 8a ausgebildet ist. Auf diese Weise werden der Bonddraht 3 und der Hauptanschluß 2 in effizienter Weise relativ verlagert, so daß eine bevorzugte Bondverbindungsfähigkeit erzielt werden kann.
  • Wie vorstehend beschrieben worden ist, kann durch den Verschraubungsbereich in dem Hauptanschluß und den Fixierbereich eines Signalanschlusses an einem Substratteil als Regulierungsbereiche zum Unterbinden von Verzerrungen, die bei Aufbringung von zyklischen thermischen Belastungen in Scherrichtung zwischen dem Formharz und der Hauptanschluß-Oberfläche in der Nähe der Drahtbondbereiche entstehen, eine Grenzflächen-Separation des Formharzes in dem Grenzflächenbereich verhindert werden.
  • Die 4A und 4B zeigen Ansichten eines Vergleichsergebnisses des Auftretens von Separation in einem Test mit zyklischer thermischer Belastung, der bei einem Temperaturwechsel von –40°C bis 125°C in 1000 Zyklen ausgeführt wurde, und zwar mit der Ausbildung gemäß der vorliegenden Erfindung und der herkömmlichen Ausbildung, wobei 4A den herkömmlichen Fall zeigt, in dem keine Durchgangsöffnung vorhanden ist, und 4B den Fall des vorliegenden Ausführungsbeispiels veranschaulicht, in dem Durchgangsöffnungen vorhanden sind.
  • Bei der herkömmlichen Ausbildung ohne Durchgangsöffnung, wie dies in 4A gezeigt ist, breitet sich ein Formharz-Separationsbereich 13a auf der Oberfläche des Hauptanschlusses nahezu über die gesamte Oberfläche der inneren Leitung 2a einschließlich der Region aus, in der die Drahtbondbereiche 3b gebildet sind, und es kam zur Rißbildung an dem Bondbereich.
  • Dagegen wird bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel, bei dem die Durchgangsöffnungen 8a in der in 4B gezeigten Weise ausgebildet sind, zwar ein Separationsbereich 13b von der äußeren peripheren Endfläche 4a des Formharzmaterials in Richtung auf das Innere des Hauptanschlusses gebildet, jedoch wird ein Fortschreiten der Separation nach innerhalb von der jeweiligen Durchgangsöffnung 8a hinein verhindert.
  • Somit kann in sicherer Weise verhindert werden, daß eine Trennung in der Region und dem Bereich in deren Nähe auftritt, in der die Bondbereiche 3b gebildet sind, so daß es zu keiner Rißbildung in den Bonddrähten kam.
  • Da die Länge L1 der Durchgangsöffnung in Längsrichtung gleich der oder länger als die Breite L2 jedes Satzes von Drahtbondbereichen 3b ausgebildet ist, wie dies in 2 gezeigt ist, kann insbesondere ein Fortschreiten der Separation zu den Bondbereichen hin verhindert werden.
  • Bei der vorstehend beschriebenen Ausbildung können die Teile des Hauptanschlußbereichs zwischen den Durchgangsöffnungen durch notwendige Mindestflächen gebildet werden, ohne daß das Gleichgewicht eines Stromfließweges von jedem Bonddraht zu einem Bondbereich sowie das Erreichen der äußeren Leitung nach Durchlaufen der inneren Leitung beeinträchtigt werden. Folglich kann die Halbleitervorrichtung in ihrer Größe reduziert werden.
  • 5 zeigt eine Ansicht zur Erläuterung eines modifizierten Beispiels des in 1 gezeigten ersten Ausführungsbeispiels, wobei eine Konfiguration einer in der inneren Leitung 2a des Hauptanschlusses 2 ausgebildeten Durchgangsöffnung 8b von der Konfiguration der in 2 gezeigten Durchgangsöffnung 8a verschieden ist. Insbesondere sind trapezförmige Durchgangsöffnungen 8b derart angeordnet, daß sie zueinander symmetrisch sind.
  • Unter Bezugnahme auf 5 sind die mehreren Durchgangsöffnungen 8b außenseitig von den Bondbereichen 3b in deren Nähe ausgebildet, und zwar längs einer Phantomlinie 14, die die Bondbereiche 3b in deren Anordnungsrichtung verbindet, wobei die Durchgangsöffnungen 8b derart ausgebildet sind, daß die zu der Phantomlinie 14 ragenden Bereiche der Durchgangsöffnungen 8b einander derart eng benachbart angeordnet sind, daß in der zu der Phantomlinie 14 rechtwinkligen Richtung kein Zwischenraum zwischen den einander benachbarten Durchgangsöffnungen verbleibt.
  • Die Bondbereiche 3b sind unabhängig von den Positionen hinsichtlich der Durchgangsöffnungen 8b im wesentlichen in gleichen Intervallen angeordnet. Da die Durchgangsöffnungen zwischen den Bondbereichen 3b und der äußeren peripheren Endfläche 4a des Formharzmaterials sicher gebildet sind, können somit die Bondbereiche einander eng benachbart angeordnet werden, so daß eine weitere Reduzierung der Größe der Halbleitervorrichtung ermöglicht wird.
  • Zweites Ausführungsbeispiel
  • 6 zeigt eine vergrößerte Draufsicht zur Erläuterung eines inneren Leitungsbereichs einer elektrischen Leistungs-Halbleitervorrichtung gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Wie in 6 gezeigt, sind eine Vielzahl von Durchgangsöffnungen 8c in zwei Reihen entlang der Phantomlinie 14 gebildet, die die Bondbereiche 3b in Anordnungsrichtung verbindet. Die Durchgangsöffnungen 8c sind in Form eines Zickzack-Musters mit vorbestimmten Abständen sowie im wesentlichen mit den gleichen Abständen voneinander versetzt angeordnet.
  • Da bei den in diesem Zickzack-Muster angeordneten Durchgangsöffnungen 8c die in Richtung zu der Phantomlinie 14 weisenden Bereiche der Durchgangsöffnungen 8c in einer Weise eng nebeneinander angeordnet sind, daß in der zu der Phantomlinie 14 rechtwinkligen Richtung kein Zwischenraum zwischen aufeinander folgenden Durchgangsöffnungen verbleibt, können die Bondbereiche 3b unabhängig von den Positionen hinsichtlich der Durchgangsöffnungen 8c im wesentlichen mit gleicher Beabstandung angeordnet werden.
  • Auf diese Weise läßt sich ein gegebene, hohe Strommenge durch die Hauptanschlußbereiche zwischen den in einem Zickzack-Muster angeordneten Durchgangsöffnungen sicherstellen, und die Bondbereiche 3b lassen sich ferner eng benachbart anordnen. Folglich kann die Größe der Halbleitervorrichtung weiter reduziert werden, während die Separation bzw. Trennung des Formharzmaterials in der Nähe der Bondbereiche verhindert werden kann.
  • Es ist darauf hinzuweisen, daß die Konfiguration einer jeden der Durchgangsöffnungen 8c bei diesem Ausführungsbeispiel zwar rechteckig ist, jedoch können diese auch trapezförmige Durchgangsöffnungen sein, die symmetrisch zueinander angeordnet sind, wie dies in 5 gezeigt ist. Da die Durchgangsöffnungen zwischen dem Bondbereich 3b und der äußeren peripheren Endfläche 4a des Formharzmaterials sicher vorhanden sind, können die Bondbereiche in einander eng benachbarter Weise angeordnet werden, so daß eine weitere Reduzierung der Größe der Halbleitervorrichtung ermöglicht ist.
  • Drittes Ausführungsbeispiel
  • Im folgenden wird eine elektrische Leistungs-Halbleitervorrichtung gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die 7A und 7B erläutert. 7A zeigt eine teilweise perspektivische Draufsicht zur Erläuterung der inneren Leitung der elektrischen Leistungs-Halbleitervorrichtung, gesehen durch einen Bereich des Formharzes 4 hindurch. 7B zeigt eine Schnittdarstellung entlang einer Linie A-A' der 7A.
  • Bei diesem Ausführungsbeispiel erstreckt sich ein Teil von jeder in dem Hauptanschluß 2 vorgesehenen Durchgangsöffnung 8d zur Außenseite der äußeren peripheren Endfläche 4a des Formharzmaterials 4. Ein Teil der Durchgangsöffnung ist somit derart ausgebildet, daß er von der Seitenfläche des Formharzmaterials nach außen freiliegt, und somit kann eine Fläche eines Feuchtigkeits-Absorptionsweges von der Außenseite her reduziert werden, so daß sich die Zuverlässigkeit hinsichtlich Feuchtigkeit verbessern läßt.
  • Wie in 7A gezeigt, ist vorzugsweise ein stufiger, abgewinkelter Bereich 15 als Leitungs-Kröpfungsbereich bzw. Winkelbereich in dem Hauptanschluß 2 parallel zu der äußeren peripheren Endfläche 4a des Formharzmaterials 4 derart ausgebildet, daß er jeden Durchgangsöffnungsbereich quert, der von der Seitenfläche des Formharzmaterials zur Außenseite freiliegt. Wie in 7B gezeigt ist, beinhaltet jede der Durchgangsöffnungen 8d auch den stufigen Winkelbereich 15 in ihrem freiliegenden Bereich, der sich außerhalb von der Endfläche des Formharzmaterials befindet.
  • Da der stufige Winkelbereich 15 außerhalb von der äußeren peripheren Endfläche 4a des Formharzmaterials 4 in deren Nähe ausgebildet ist, dient der stufige Winkelbereich 15 der Anschlußleitung als Pufferbereich gegen die auf den Hauptanschluß aufgebrachten externen Kräfte, wenn der Schraubenfixierbereich 5 als Verbindungsbereich zum Aufbringen einer externen Kraft auf den Hauptanschluß wirkt. Auf diese Weise lassen sich die Wärmebeständigkeits-Ermüdungseigenschaften bei zyklischer Belastung sowie die Stoßfestigkeitseigenschaften des Hauptanschlusses verbessern.
  • Da die Durchgangsöffnung in erweiterter Weise derart ausgebildet ist, daß sie zur Außenseite des Formharzmaterials freiliegt, kann eine Oberfläche eines feuchtigkeitsdurchlässigen Weges, der den Bondbereich 3b von der Außenseite her erreicht, reduziert werden, und die Zuverlässigkeit gegenüber Feuchtigkeit eines in das Formharzmaterial eingekapselten Bausteins 4' kann verbessert werden.
  • Da der Leitungs-Winkelbereich 15 derart ausgebildet sein kann, daß er eine im wesentlichen geringere Breite als die Breite des Hauptanschlusses aufweist, läßt sich ein Leitungs-Biegevorgang in einfacher Weise ausführen, und das Auftreten einer Grenzflächen-Separation zwischen dem Formharzmaterial und dem Hauptanschluß aufgrund des Leitungs-Biegevorgangs kann unterdrückt werden, und ferner kann auch das Fortschreiten von Metallformverschleiß reduziert werden.
  • Wie vorstehend beschrieben worden ist, kann bei den Ausführungsbeispielen 1 bis 3 der vorliegenden Erfindung aufgrund der Ausbildung der Durchgangsöffnungen 8a bis 8d (die insgesamt mit dem Bezugszeichen 8 bezeichnet werden) der Effekt einer Begrenzung einer Scher-Verzerrung erzielt werden, die an der Oberfläche des Hauptanschlusses aufgrund einer Fehlanpassung des Expansions- und Kontraktionsbetrages zwischen dem Formharz 4 und dem verschraubten Hauptanschluß 2 zum Zeitpunkt zyklischer thermischer Beanspruchung entsteht.
  • Die 8A und 8B zeigen Beispiele der im Schnitt dargestellten Ausbildungen in der Nähe der Durchgangsöffnung 8. Bei dem in 8 gezeigten Beispiel konzentriert sich Spannung 17 auf einen oberen Randbereich der Durchgangsöffnung 8 in dem Hauptan schluß 2, der mit dem Formharz 4 in Berührung steht. In dem Fall, in dem die Halbleitervorrichtung zyklischen thermischen Belastungen über eine lange Zeitdauer ausgesetzt wird, kann somit ein Riß 18 ausgehend von dem äußeren Randbereich der Durchgangsöffnung 8 in Oberflächenrichtung des Hauptanschlusses entstehen.
  • Wie in 8A gezeigt ist, kommt es dann, wenn der Riß 18 durch die Durchgangsöffnung 8 hindurch verläuft und sich von dort fortsetzt, zu einem Verlust der Hemmung der Separation aufgrund der Durchgangsöffnung. Ähnlich zu der herkömmlichen Ausbildung, bei der keine Durchgangsöffnung vorhanden ist, kann folglich die Grenzflächen-Separation in zunehmender Weise in der Grenzfläche zwischen dem Formharzmaterial 4 und dem Hauptanschluß 2 fortschreiten.
  • Bei einem verbesserten Beispiel gemäß 8B, bei dem die Ausbildung der in 8A dargestellten Durchgangsöffnung 8 verbessert ist, ist ein abgeschrägter Bereich 19 an der oberen Fläche des äußeren Randbereichs der Durchgangsöffnung 8 gebildet, und zwar in der gleichen Richtung wie die Verdrahtungslinien der Bonddrähte 3 auf der Seite der Hauptfläche des Hauptanschlusses 2.
  • Es kann somit verhindert werden, daß die in der in 8A gezeigten Durchgangsöffnungs-Konstruktion erzeugten Spannungen 17 sich auf den Randbereich der oberen Fläche der Durchgangsöffnung 8 konzentrieren, und die Entstehung eines Risses 18 kann in effektiver Weise verhindert werden, wobei dies für eine elektrische Leistungs-Halbleitervorrichtung mit einem noch höheren Bedarf an Zuverlässigkeit äußerst effektiv ist.
  • Wie vorstehend beschrieben worden ist, sind bei der vorliegenden Erfindung die mehreren Durchgangsöffnungen, die den Hauptanschluß durchsetzen, in einem Bereich in der Nähe der Drahtbondbereiche außenseitig von diesen vorgesehen, wobei die Drahtbondbereiche auf der Hauptfläche des Hauptanschlusses innerhalb der äußeren peripheren Endfläche des den Hauptanschluß bedeckenden Formharzmaterials vorgesehen sind und die Durchgangsöffnungen längs der Anordnungsrichtung der Drahtbondbereiche ausgefluchtet sind.
  • Selbst wenn eine Separation des Formharzes in dem Separationsbereich 13b ausgehend von der äußeren peripheren Endfläche des Formharzmaterials in Richtung auf die Innenseite des Hauptanschlusses entsteht, wird somit ein Fortschreiten der Separation aufgrund der Durchgangsöffnung 8a verhindert.
  • Folglich kann die Entstehung von Separation und Rißbildung der Bonddrähte in den Regionen und deren Umgebung sicher verhindert werden, in denen die Drahtbondbereiche 3b gebildet sind. Da ferner die erforderlichen Flächen der Hauptanschlußbereiche zwischen den jeweiligen Durchgangsöffnungen auf das Minimum begrenzt werden können, ist eine Miniaturisierung der elektrischen Halbleitervorrichtung ermöglicht.

Claims (7)

  1. Elektrische Leistungs-Halbleitervorrichtung, die folgendes aufweist: ein Halbleiterelement (1), das auf einer Chipfläche (DP) angebracht ist; eine Hauptanschluß-Leitung (2), die mit dem Halbleiterelement (1) durch eine Vielzahl von Bonddrähten (3) elektrisch verbunden ist; und ein Formharzmaterial (4), das zumindest das Halbleiterelement (1), die Bonddrähte (3) und die Drahtbondbereiche (3b) der Bonddrähte auf der Hauptanschluß-Leitung einkapselt, so daß daraus ein Gehäuse gebildet ist, wobei es sich bei der Hauptanschluß-Leitung (2) um einen einzigen Körper handelt, der eine innere Leitung (2a) und eine äußere Leitung (2b) aufweist, die in integraler Weise mit der inneren Leitung ausgebildet ist, wobei die Bonddrähte parallel zueinander angeordnet und auf der inneren Leitung (2a) durch die Drahtbondbereiche (3b) fixiert sind und die äußere Leitung von dem Formharzmaterial zur Schaffung einer elektrischen Verbindung nach außen freiliegt, wobei eine Vielzahl von die Hauptanschluß-Leitung durchsetzenden Durchgangsöffnungen (8) außenseitig von den Drahtbondbereichen (3b) innerhalb der inneren Leitung (2a) in deren Nähe ausgebildet sind, und wobei die Durchgangsöffnungen (8) im wesentlichen parallel zu der Anordnungsrichtung der Drahtbondbereiche (3b) angeordnet sind und sie in den durch die Gesamtheit der Drahtbondbereiche (3b) gebildeten Kontaktierbereichen entsprechend angeordnet sind, wobei die breitenmäßige Erstreckung der Durchgangsöffnungen (8) entsprechend der breitenmäßigen Erstreckung der Drahtbondbereiche (3b), in Richtung der Leitungen gesehen, angeordnet ist.
  2. Elektrische Leistungs-Halbleitervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Vielzahl von Durchgangsöffnungen (8c) in mehreren Reihen und in Zickzack-Anordnung in der zu der Anordnungsrichtung (14) der Drahtbondbereiche (3b) parallelen Richtung gebildet sind.
  3. Elektrische Leistungs-Halbleitervorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Durchgangsöffnungen in einem mittleren Bereich zwischen den Drahtbondbereichen (3b) und einer äußeren peripheren Endfläche (4a) des Formharzmaterials gebildet sind.
  4. Elektrische Leistungs-Halbleitervorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein Teil von jeder der Durchgangsöffnungen (8d) von der äußeren peripheren Endfläche (4a) des Formharzmaterials nach außen hin freiliegt.
  5. Elektrische Leistungs-Halbleitervorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Hauptanschluß-Leitung einen stufigen Winkelbereich (15) über die freiliegenden Durchgangsöffnungsbereiche hinweg aufweist.
  6. Elektrische Leistungs-Halbleitervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß ein Öffnungsende von jeder der Durchgangsöffnungen in der Oberfläche der Hauptanschluß-Leitung (2) in Erstreckungsrichtung der Hauptanschluß-Leitung abgeschrägt ist.
  7. Elektrische Leistungs-Halbleitervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß jede der Durchgangsöffnungen (8b) eine trapezförmige Konfiguration aufweist und die Durchgangsöffnungen zueinander symmetrisch derart angeordnet sind, daß sie den Kontaktierbereichen der Gesamtheit von Drahtbondbereichen (3b) entsprechen, die unabhängig von den Positionen hinsichtlich der Durchgangsöffnungen im wesentlichen in gleichen Intervallen angeordnet sind.
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