DE112022000812T5 - Semiconductor device, power supply and method for producing a semiconductor device - Google Patents

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Tsuyoshi Uraji
Tatsunori YANAGIMOTO
Dai Nakajima
Shuichi Mitoma
Tsukasa ICHIKAWA
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Tanaka Denshi Kogyo KK
Mitsubishi Electric Corp
Original Assignee
Tanaka Denshi Kogyo KK
Mitsubishi Electric Corp
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Abstract

Ein Halbleitergerät (100) beinhaltet ein Halbleiterbauteil (1) einen Metallfilm (2) und einen Draht (3). Das Halbleiterbauteil (1) beinhaltet eine Elektrode (11). Der Metallfilm (2) bedeckt die Elektrode (11) des Halbleiterbauteils (1). Der Draht (3) ist an den Metallfilm (2) gebondet. Der Metallfilm (2) weist eine höhere Härte auf als der Draht (3). Eine durchschnittliche Kristallkorngröße in einem kreisförmigen Querschnitt des Drahts (3) ist im ganzen Bereich des Drahts (3) kleiner als oder gleich 5 µm-A semiconductor device (100) contains a semiconductor component (1), a metal film (2) and a wire (3). The semiconductor component (1) contains an electrode (11). The metal film (2) covers the electrode (11) of the semiconductor component (1). The wire (3) is bonded to the metal film (2). The metal film (2) has a higher hardness than the wire (3). An average crystal grain size in a circular cross section of the wire (3) is less than or equal to 5 µm throughout the entire area of the wire (3).

Description

Technisches GebietTechnical area

Die vorliegende Offenbarung betrifft ein Halbleitergerät, ein Netzgerät und ein Verfahren zum Herstellen eines HalbleitergerätsThe present disclosure relates to a semiconductor device, a power supply and a method for manufacturing a semiconductor device

Stand der TechnikState of the art

Herkömmlicherweise ist ein Halbleitermodul, auf welchem ein Halbleiterbauteil wie ein Leistungs-Halbleiterbauteil montiert ist, bekannt. Das Leistungs-Halbleiterbauteil ist ein Halbleiterbauteil zum Leistungsbetrieb. Eine Elektrode ist auf dem Halbleiterbauteil angeordnet. Die Elektrode besteht zum Beispiel aus Aluminium (Al). Ein Verdrahtungsbauteil, wie ein Draht, ist an die Elektrode gebondet. Die Verdrahtungsbauteile verbinden mehrere Halbleiterbauteile elektrisch miteinander. Die Verdrahtungsbauteile verbinden die Halbleiterbauteile elektrisch mit einem Schaltkreis. Beispielsweise beinhaltet das im japanischen Patent Nr. 6132014 (PTL 1) beschriebene Halbleitergerät ein Halbleiterbauteil, eine Metallfolie und einen Draht. Die Metallfolie bedeckt eine Elektrode des Halbleiterbauteils. Die Metallfolie weist eine höhere Härte auf als der Draht. Der Draht ist an die Metallfolie gebondet. Eine Bonding-Zwischenschicht des Drahts weist eine Kristallkorngröße von nur gleich oder weniger als 15 µm auf. Ein Teil des Drahts abseits der Bonding-Zwischenschicht enthält Kristalle mit Korngrößen von größer als 15 µm.Conventionally, a semiconductor module on which a semiconductor device such as a power semiconductor device is mounted is known. The power semiconductor component is a semiconductor component for power operation. An electrode is arranged on the semiconductor component. The electrode is made of aluminum (Al), for example. A wiring component, such as a wire, is bonded to the electrode. The wiring components electrically connect several semiconductor components to one another. The wiring components electrically connect the semiconductor components to a circuit. For example, this includes in Japanese Patent No. 6132014 (PTL 1) described semiconductor device a semiconductor component, a metal foil and a wire. The metal foil covers an electrode of the semiconductor component. The metal foil has a higher hardness than the wire. The wire is bonded to the metal foil. A bonding intermediate layer of the wire has a crystal grain size of only equal to or less than 15 μm. A part of the wire away from the bonding interlayer contains crystals with grain sizes larger than 15 µm.

ZitierungslisteCitation list

PatentliteraturPatent literature

PTL 1: Japanisches Patent Nr. 6132014 PTL 1: Japanese Patent No. 6132014

Kurzdarstellung der ErfindungBrief description of the invention

Technische AufgabeTechnical task

Indem Halbleitergeräte wie Halbleitermodule immer kleiner und dichter werden, steigt eine Stromdichte eines durch einen Draht fließenden Stroms. Daher besteht das Problem, dass eine sichergestellte Garantie-Lebensdauer eines miteinander gebondeten Halbleiterbauteils und Drahts im Vergleich zum Stand der Technik begrenzt ist. Die Lebensdauer eines gebondeten Bereichs eines miteinander gebondeten Halbleiterbauteils und Drahts wird beispielsweise durch einen Betriebszyklen-Test beurteilt.As semiconductor devices such as semiconductor modules become smaller and denser, the current density of a current flowing through a wire increases. Therefore, there is a problem that an assured guarantee lifespan of a semiconductor component and wire bonded together is limited compared to the prior art. The life of a bonded area of a semiconductor component and wire bonded together is assessed, for example, by a duty cycle test.

Die vorliegende Offenbarung wurde in Anbetracht des obigen Problems gemacht, und es ist Aufgabe der vorliegenden Offenbarung, ein Halbleitergerät und ein Netzteil bereitzustellen, die eine längere Lebensdauer als herkömmlich haben, und ein Verfahren zum Herstellen des Halbleitergeräts bereitzustellen.The present disclosure has been made in view of the above problem, and it is an object of the present disclosure to provide a semiconductor device and a power supply having a longer life than conventional ones and to provide a method of manufacturing the semiconductor device.

Lösung der AufgabeSolution to the task

Ein Halbleitergerät der vorliegenden Offenbarung beinhaltet ein Halbleiterbauteil, einen Metallfilm und einen Draht. Das Halbleiterbauteil beinhaltet eine Elektrode. Der Metallfilm bedeckt die Elektrode des Halbleiterbauteils. Der Draht ist an den Metallfilm gebondet. Der Metallfilm weist eine höhere Härte auf als der Draht. Eine durchschnittliche Kristallkorngröße in einem kreisförmigen Querschnitt des Drahts beträgt im ganzen Teil des Drahts weniger als oder gleich 5 µm.A semiconductor device of the present disclosure includes a semiconductor device, a metal film, and a wire. The semiconductor component contains an electrode. The metal film covers the electrode of the semiconductor component. The wire is bonded to the metal film. The metal film has a higher hardness than the wire. An average crystal grain size in a circular cross section of the wire is less than or equal to 5 µm throughout the entire part of the wire.

Vorteilhafte Wirkungen der ErfindungAdvantageous effects of the invention

Gemäß dem Halbleitergerät der vorliegenden Offenbarung beträgt die durchschnittliche Kristallkorngröße im kreisförmigen Querschnitt des Drahts weniger als oder gleich 5 µm in ganzen Teil des Drahts. Daher kann die Betriebszyklen-Haltbarkeit des Halbleitergeräts verbessert werden, und es ist ermöglicht, eine Wirkung der längeren Lebensdauer als jene herkömmlicher Halbleitergeräte zu erzielen.According to the semiconductor device of the present disclosure, the average crystal grain size in the circular cross section of the wire is less than or equal to 5 μm in a whole part of the wire. Therefore, the duty cycle durability of the semiconductor device can be improved, and it is possible to achieve an effect of longer life than that of conventional semiconductor devices.

Kurze Beschreibung der ZeichnungenBrief description of the drawings

  • 1 ist eine Querschnittsansicht, die schematisch eine Konfiguration eines Halbleitergeräts gemäß einer ersten Ausführungsform zeigt. 1 is a cross-sectional view schematically showing a configuration of a semiconductor device according to a first embodiment.
  • 2 ist eine Querschnittsansicht, die schematisch eine Konfiguration eines Halbleitergeräts gemäß einer ersten Variante der ersten Ausführungsform zeigt. 2 is a cross-sectional view schematically showing a configuration of a semiconductor device according to a first variant of the first embodiment.
  • 3 ist eine Querschnittsansicht, die schematisch eine Konfiguration eines Halbleitergeräts gemäß einer zweiten Variante der ersten Ausführungsform zeigt. 3 is a cross-sectional view schematically showing a configuration of a semiconductor device according to a second variant of the first embodiment.
  • 4 ist eine vergrößerte Ansicht der Region IV in 1. 4 is an enlarged view of Region IV in 1 .
  • 5 ist eine vergrößerte Ansicht entsprechend der Region IV in 1 und zeigt schematisch Kristalle des Drahts des Halbleitergeräts gemäß der ersten Ausführungsform. 5 is an enlarged view corresponding to Region IV in 1 and schematically shows crystals of the wire of the semiconductor device according to the first embodiment.
  • 6 ist ein Flussdiagramm, das schematisch ein Verfahren zum Herstellen des Halbleitergeräts gemäß der ersten Ausführungsform zeigt. 6 is a flowchart schematically showing a method of manufacturing the semiconductor device according to the first embodiment.
  • 7 ist eine Querschnittsansicht entsprechend 4 und zeigt schematisch einen in dem Halbleitergerät gemäß der ersten Ausführungsform erzeugten Riss. 7 is a cross-sectional view accordingly 4 and schematically shows a crack generated in the semiconductor device according to the first embodiment.
  • 8 ist eine Querschnittsansicht entsprechend 5 und zeigt schematisch den in dem Halbleitergerät gemäß der ersten Ausführungsform erzeugten Riss. 8th is a cross-sectional view accordingly 5 and shows schematically the in crack generated in the semiconductor device according to the first embodiment.
  • 9 ist eine Querschnittsansicht, die schematisch ein Halbleitergerät gemäß einem ersten Vergleichsbeispiel und einen Riss zeigt. 9 Fig. 10 is a cross-sectional view schematically showing a semiconductor device according to a first comparative example and a crack.
  • 10 ist ein Graph, der eine Beziehung zwischen der durchschnittlichen Kristallkorngröße und der Lebensdauer zeigt. 10 is a graph showing a relationship between average crystal grain size and lifespan.
  • 11 ist eine Querschnittsansicht, die schematisch ein Halbleitergerät gemäß einem zweiten Vergleichsbeispiel und einen Riss zeigt. 11 Fig. 10 is a cross-sectional view schematically showing a semiconductor device according to a second comparative example and a crack.
  • 12 ist eine Querschnittsansicht, die schematisch ein Halbleitergerät gemäß einem dritten Vergleichsbeispiel und einen Riss zeigt. 12 Fig. 10 is a cross-sectional view schematically showing a semiconductor device according to a third comparative example and a crack.
  • 13 ist eine Querschnittsansicht, die schematisch ein Halbleitergerät gemäß einem vierten Vergleichsbeispiel und einen Riss zeigt. 13 Fig. 10 is a cross-sectional view schematically showing a semiconductor device according to a fourth comparative example and a crack.
  • 14 ist eine Querschnittsansicht, die schematisch Kristalle eines Halbleitergeräts gemäß der zweiten Ausführungsform zeigt. 14 Fig. 10 is a cross-sectional view schematically showing crystals of a semiconductor device according to the second embodiment.
  • 15 ist eine Kristall-Ausrichtungs-Karte, die schematisch Kristalle eines Drahts einer ersten Struktur eines Halbleitergeräts gemäß einer Ausführungsform vor einem Leistungs-Dauertest zeigt. 15 is a crystal alignment map schematically showing crystals of a wire of a first structure of a semiconductor device before a performance endurance test according to an embodiment.
  • 16 ist eine Kristall-Ausrichtungs-Karte, die schematisch Kristalle eines Drahts einer zweiten Struktur eines Halbleitergeräts gemäß einer Ausführungsform vor einem Leistungs-Dauertest zeigt. 16 is a crystal alignment map schematically showing crystals of a wire of a second structure of a semiconductor device before a performance endurance test according to an embodiment.
  • 17 ist eine Kristall-Ausrichtungs-Karte, die schematisch Kristalle eines Drahts eines Halbleitergeräts gemäß einem ersten Vergleichsbeispiel vor einem Leistungs-Dauertest zeigt. 17 is a crystal alignment map schematically showing crystals of a wire of a semiconductor device according to a first comparative example before a performance endurance test.
  • 18 ist eine Kristall-Ausrichtungs-Karte, die schematisch die Kristalle des Drahts der ersten Struktur des Halbleitergeräts gemäß der Ausführungsform nach dem Leistungs-Dauertest zeigt. 18 Fig. 10 is a crystal alignment map schematically showing the crystals of the wire of the first structure of the semiconductor device according to the embodiment after the performance endurance test.
  • 19 ist eine erste Ausschnitts-Fotografie, die schematisch die Kristalle und den Riss des Drahts der ersten Struktur des Halbleitergeräts gemäß der Ausführungsform nach dem Leistungs-Dauertest zeigt. 19 Fig. 10 is a first cropped photograph schematically showing the crystals and the crack of the wire of the first structure of the semiconductor device according to the embodiment after the performance endurance test.
  • 20 ist eine zweite Ausschnitts-Fotografie, die schematisch die Kristalle und den Riss des Drahts der ersten Struktur des Halbleitergeräts gemäß der Ausführungsform nach dem Leistungs-Dauertest zeigt. 20 Fig. 10 is a second cropped photograph schematically showing the crystals and the crack of the wire of the first structure of the semiconductor device according to the embodiment after the performance endurance test.
  • 21 ist eine dritte Ausschnitts-Fotografie, die schematisch die Kristalle und den Riss des Drahts der ersten Struktur des Halbleitergeräts gemäß der Ausführungsform nach dem Leistungs-Dauertest zeigt. 21 Fig. 10 is a third cropped photograph schematically showing the crystals and the crack of the wire of the first structure of the semiconductor device according to the embodiment after the performance endurance test.
  • 22 ist eine Kristall-Ausrichtungs-Karte, die schematisch die Kristalle des Drahts der zweiten Struktur des Halbleitergeräts gemäß der Ausführungsform nach dem Leistungs-Dauertest zeigt. 22 Fig. 10 is a crystal alignment map schematically showing the crystals of the wire of the second structure of the semiconductor device according to the embodiment after the performance endurance test.
  • 23 ist eine Kristall-Ausrichtungs-Karte, die schematisch die Kristalle des Drahts des Halbleitergeräts gemäß des ersten Vergleichsbeispiels nach dem Leistungs-Dauertest zeigt. 23 Fig. 10 is a crystal alignment map schematically showing the crystals of the wire of the semiconductor device according to the first comparative example after the performance endurance test.
  • 24 ist eine Ausschnitts-Fotografie, die schematisch die Kristalle und den Riss des Drahts des Halbleitergeräts gemäß des ersten Vergleichsbeispiels nach dem Leistungs-Dauertest zeigt. 24 Fig. 10 is a cropped photograph schematically showing the crystals and the crack of the wire of the semiconductor device according to the first comparative example after the power endurance test.
  • 25 ist eine vergrößerte Ansicht der Region XXV in 24. 25 is an enlarged view of region XXV in 24 .
  • 26 ist ein Blockdiagram, das schematisch eine Konfiguration eines Netzteils gemäß der dritten Ausführungsform zeigt. 26 is a block diagram schematically showing a configuration of a power supply according to the third embodiment.

Beschreibung der AusführungsformenDescription of the embodiments

Nachfolgend werden Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben. In der folgenden Beschreibung sind gleiche oder entsprechende Teile mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet, und redundante Beschreibungen werden nicht wiederholt.Embodiments are described below with reference to the drawings. In the following description, the same or corresponding parts are designated by the same reference numerals, and redundant descriptions are not repeated.

Erste AusführungsformFirst embodiment

Unter Bezugnahme auf die 1 und 2 wird eine Konfiguration eines Halbleitergeräts 100 gemäß einer ersten Ausführungsform beschrieben.With reference to the 1 and 2 A configuration of a semiconductor device 100 according to a first embodiment will be described.

Wie in 1 gezeigt, beinhaltet ein Halbleitergerät 100 Halbleiterbauteile 1, Metallfilme 2 und einen Draht 3. Das Halbleitergerät 100 kann ferner eine einen Schaltkreis 41, eine Leiterbahn 42, ein Isolierbauteil 43, ein Wärmeableitungs-Bauteil, erste Bonding-Materialien 61, ein zweites Bonding-Material, ein Gehäuse 7, Anschlüsse 8 und ein Dichtmaterial 9 beinhalten.As in 1 shown, a semiconductor device 100 includes semiconductor components 1, metal films 2 and a wire 3. The semiconductor device 100 may further include a circuit 41, a conductor track 42, an insulating component 43, a heat dissipation component, first bonding materials 61, a second bonding material , a housing 7, connections 8 and a sealing material 9 include.

In der vorliegenden Ausführungsform sind die Halbleiterbauteile 1 Halbleiterbauteile für Leistungszwecke. Das Leistungs-Halbleiterbauteil kann als Halbleiterbauteil für Leistungszwecke bezeichnet werden. Halbleiterbauteile 1 sind jeweils zum Beispiel ein Metalloxid-Halbleiter-Feldeffekt-Transistor (MOSFET), ein Bipolar-Transistor mit isolierter Gate-Elektrode (IGBT) oder dergleichen.In the present embodiment, the semiconductor devices 1 are semiconductor devices for power purposes. The power semiconductor device may be referred to as a semiconductor device for power purposes. Semiconductor components 1 are each, for example, a metal oxide semiconductor field effect transistor (MOSFET), an insulated gate bipolar transistor (IGBT) or the like.

Jedes Halbleiterbauteil 1 weist eine Elektrode 11 auf. Die Elektrode 11 ist beispielsweise eine Aluminium(Al)-Silicium(Si)-Elektrode. In der vorliegenden Ausführungsform weist die Elektrode 11 eine geringere Härte auf als der Draht 3 und der Metallfilm 2. In der vorliegenden Ausführungsform kann die Härte beispielsweise die in JIS B 7725 definierte Vickers-Härte oder die in JIS G 0202 definierte Rockwell-Härte sein. Die Halbleiterbauteile 1 gemäß der vorliegenden Ausführungsform beinhalten ferner eine Rückseiten-Elektrode 12 und einen Substratbereich 13 auf. Die Rückseiten-Elektrode 12 und umgreift den Substratbereich 13 zusammen mit der Elektrode 11 nach Art eines Sandwichs. Der Substratbereich 13 ist beispielsweise ein Silicium (Si)-Substrat, ein Siliciumcarbid (SiC)-Substrat, ein Galliumnitrid (GaN)-Substrat oder dergleichen.Each semiconductor component 1 has an electrode 11. The electrode 11 is, for example, an aluminum (Al)-silicon (Si) electrode. In the foregoing In this embodiment, the electrode 11 has a lower hardness than the wire 3 and the metal film 2. In the present embodiment, the hardness may be, for example, the Vickers hardness defined in JIS B 7725 or the Rockwell hardness defined in JIS G 0202. The semiconductor devices 1 according to the present embodiment further include a back electrode 12 and a substrate region 13. The back electrode 12 surrounds the substrate area 13 together with the electrode 11 in the manner of a sandwich. The substrate region 13 is, for example, a silicon (Si) substrate, a silicon carbide (SiC) substrate, a gallium nitride (GaN) substrate, or the like.

In der vorliegenden Ausführungsform weisen die Halbleiterbauteile 1 einen ersten Bauteilbereich 1a und einen zweiten Bauteilbereich 1b auf. Der erste Bauteilbereich 1a und der zweite Bauteilbereich 1b sind mit einem Abstand angeordnet. In der vorliegenden Ausführungsform ist die Richtung, in der der erste Bauteilbereich 1a und der zweite Bauteilbereich 1b angeordnet sind, die erste Richtung DR1. Die Richtung, in welcher die Elektroden auf dem Substratbereich 13 liegen, ist die zweite Richtung DR2. Die erste Richtung DR1 und die zweite Richtung DR2 schneiden einander. In der Ausführungsform sind die erste Richtung DR1 und die zweite Richtung DR2 senkrecht zueinander.In the present embodiment, the semiconductor components 1 have a first component region 1a and a second component region 1b. The first component area 1a and the second component area 1b are arranged at a distance. In the present embodiment, the direction in which the first component region 1a and the second component region 1b are arranged is the first direction DR1. The direction in which the electrodes lie on the substrate region 13 is the second direction DR2. The first direction DR1 and the second direction DR2 intersect each other. In the embodiment, the first direction DR1 and the second direction DR2 are perpendicular to each other.

Jeder Metallfilm 2 bedeckt die Elektrode 11 des entsprechenden Halbleiterbauteils 1. Der Metallfilm 2 ist in Bezug auf die entsprechende Elektrode 11 auf der dem Substratbereich 13 gegenüberliegenden Seite angeordnet. Die Metallfilme 2 weisen eine höhere Härte auf, als der Draht 3. Die detaillierte Konfiguration der Materials und dergleichen der Metallfolien 2 wird nachfolgend beschrieben werden.Each metal film 2 covers the electrode 11 of the corresponding semiconductor component 1. The metal film 2 is arranged on the side opposite the substrate region 13 with respect to the corresponding electrode 11. The metal films 2 have a higher hardness than the wire 3. The detailed configuration of the materials and the like of the metal foils 2 will be described below.

In der vorliegenden Ausführungsform weisen die Metallfilme 2 einen ersten Metallfilmbereich 2a und einen zweiten Metallfilmbereich 2b auf. Der erste Metallfilmbereich 2a bedeckt die Elektrode 11 des ersten Bauteilbereichs 1a. Der zweite Metallfilmbereich 2b bedeckt die Elektrode 11 des zweiten Bauteilbereichs 1b.In the present embodiment, the metal films 2 have a first metal film region 2a and a second metal film region 2b. The first metal film region 2a covers the electrode 11 of the first component region 1a. The second metal film region 2b covers the electrode 11 of the second component region 1b.

Der Draht 3 ist beispielsweise ein Draht aus Aluminium (Al). Der Draht 3 ist an die Metallfilme 2 gebondet. Der Draht 3 ist an die Anschlüsse 8 und den Schaltkreis 41 gebondet. Der Draht 3 weist erste Enden E1, zweite Enden E2 und gebogene Bereiche B auf. Die ersten Enden E1 des Drahts 3 sind an Metallfilme 2 gebondet. Die zweiten Enden E2 des Drahts 3 sind an den Anschluss 8 gebondet. Gebogene Bereiche B sind jeweils zwischen ersten Enden E1 und zweiten Enden E2 bereitgestellt. Gebogene Bereiche B sind gebogen. Die gebogenen Bereiche B sind entweder an den Metallfilm 2 oder den Schaltkreis 41 gebondet.The wire 3 is, for example, a wire made of aluminum (Al). The wire 3 is bonded to the metal films 2. The wire 3 is bonded to the terminals 8 and the circuit 41. The wire 3 has first ends E1, second ends E2 and curved areas B. The first ends E1 of the wire 3 are bonded to metal films 2. The second ends E2 of the wire 3 are bonded to the terminal 8. Curved areas B are each provided between first ends E1 and second ends E2. Curved areas B are curved. The curved portions B are bonded to either the metal film 2 or the circuit 41.

In der vorliegenden Ausführungsform weist der Draht 3 einen ersten Drahtbereich 3a und einen zweiten Drahtbereich 3b auf. Das erste Ende E1, das zweite Ende E2, ein erster gebogener Bereich B1 und ein zweiter gebogener Bereich B2 des ersten Drahtbereichs 3a sind an den Anschluss 8, den zweiten Metallfilmbereich 2b, den Schaltkreis 41 bzw. den ersten Metallfilmbereich 2a gebondet. Das erste Ende E1, das zweite Ende E2 und ein dritter gebogener Bereich B3 des zweiten Drahtbereichs 3b sind an den zweiten Metallfilmbereich 2b, den Anschluss 8 bzw. den Schaltkreis 41 gebondet.In the present embodiment, the wire 3 has a first wire portion 3a and a second wire portion 3b. The first end E1, the second end E2, a first bent portion B1, and a second bent portion B2 of the first wire portion 3a are bonded to the terminal 8, the second metal film portion 2b, the circuit 41, and the first metal film portion 2a, respectively. The first end E1, the second end E2 and a third bent portion B3 of the second wire portion 3b are bonded to the second metal film portion 2b, the terminal 8 and the circuit 41, respectively.

Der Drahtdurchmesser des Drahts 3 ist zum Beispiel größer als oder gleich 100 µm und kleiner als oder gleich 500 µm. Wenn ein Strom durch den Draht 3 fließt, ist die Wärmeerzeugung im Draht 3 umso kleiner, je größer der Drahtdurchmesser des Drahts 3 ist. Aus diesem Grund ist der Drahtdurchmesser des Drahts 3 vorzugsweise zum Beispiel größer als oder gleich 400 µm und kleiner als oder gleich 500 µm. Wenn der Drahtdurchmesser des Drahts 3 groß ist, ist die Wärmeerzeugung im Draht 3 verringert, so dass der Draht 3 stärker integriert werden kann. Wenn der Drahtdurchmesser des Drahts 3 groß ist, ist die Anzahl der Drähte 3 verringert, so dass die für das Verdrahten des Drahts 3 benötigte Zeit verringert werden kann.The wire diameter of the wire 3 is, for example, greater than or equal to 100 μm and less than or equal to 500 μm. When a current flows through the wire 3, the larger the wire diameter of the wire 3, the smaller the heat generation in the wire 3. For this reason, the wire diameter of the wire 3 is preferably greater than or equal to 400 μm and less than or equal to 500 μm, for example. When the wire diameter of the wire 3 is large, heat generation in the wire 3 is reduced, so that the wire 3 can be more integrated. When the wire diameter of the wire 3 is large, the number of the wires 3 is reduced, so that the time required for wiring the wire 3 can be reduced.

Im ganzen Teil des Drahts 3 beträgt die durchschnittliche Kristallkorngröße in einem kreisförmigen Querschnitt des Drahts 3 weniger als oder gleich 5 µm. In der vorliegenden Ausführungsform wird die Kristallkorngröße des Drahts 3 durch ein Rückstreu-Elektronen-Beugungs (EBSD, electron backscatter diffraction)-Verfahren ermittelt. Die Kristallkorngröße des Drahts 3 wird auf der Grundlage von Korngrenzen benachbarter Kristalle ermittelt. Die Korngrenze zwischen benachbarten Kristallen ist als Grenze definiert, an der sich die Kristall-Ausrichtung zwischen benachbarten Kristallen um mehr als oder gleich 5° verschiebt. Die durchschnittliche Kristallkorngröße des ganzen Teils des Drahts 3 wird auf der Grundlage einer Kristall-Ausrichtungs-Karte in einem kreisförmigen Querschnitt eines Drahts mit dem gleichen Drahtdurchmesser wie dem des Drahts 3 ermittelt. Man beachte, dass eine genaue durchschnittliche Kristallkorngröße durch Mittelwertbildung von Kristallkorngrößen mehrerer Kristalle berechnet wird, gemessen mit einem Analyseverfahren, dass es gestattet, Kristallkörner zu betrachten, wie einer Querschnitts-Scanning-Ionenmikrosop (SIM)-Betrachtung. Eine detaillierte Konfiguration der Kristalle des Drahts 3 wird nachfolgend beschrieben.In the whole part of the wire 3, the average crystal grain size in a circular cross section of the wire 3 is less than or equal to 5 μm. In the present embodiment, the crystal grain size of the wire 3 is determined by an electron backscatter diffraction (EBSD) method. The crystal grain size of the wire 3 is determined based on grain boundaries of adjacent crystals. The grain boundary between adjacent crystals is defined as a boundary at which the crystal orientation between adjacent crystals shifts by more than or equal to 5°. The average crystal grain size of the whole part of the wire 3 is determined based on a crystal alignment map in a circular cross section of a wire having the same wire diameter as that of the wire 3. Note that an accurate average crystal grain size is calculated by averaging crystal grain sizes of multiple crystals measured with an analytical method that allows viewing crystal grains, such as cross-sectional scanning ion microscopy (SIM) observation. A detailed configuration of the crystals of the wire 3 will be described below.

Nach der bekannten Hall-Petch-Beziehung liegt die Streckgrenze eines Metalls umso höher, je kleiner die Kristallkorngröße ist. Daher gilt, je kleiner die durchschnittliche Kristallkorngröße des Drahts 3 ist, desto größer ist die Festigkeit und Härte des Drahts 3. Hierbei gibt es die folgenden Probleme: Wenn die Härte des Drahts 3 größer ist als jene des Metallfilms 2, wird sich, wenn ein Riss im Draht 3 auftritt, der Riss in den Metallfilm 2 fortsetzen und dadurch in kurzer Zeit zum (später zu beschreibenden) Lift-off führen. Der Riss, der sich in den Metallfilm 2 hinein fortgesetzt hat, kann sich weiter in die Elektrode 11 hinein fortsetzen, und dies kann die Lebensdauer mehr als erwartet verkürzen. Andererseits ist in der vorliegenden Offenbarung die Härte des Drahts 3 kleiner eingestellt als die Härte des Metallfilms 2; daher tritt die Wirkung ein, dass in einem Fall, in dem ein Riss im Draht 3 auftritt, sich der Riss nur im Draht 3 fortsetzt. Der Draht 3 hat, wie oben beschrieben, eine kleine Kristallkorngröße, und daher wird die Wirkung bereitgestellt, dass eine Riss-Ausbreitungsgeschwindigkeit verringert und eine Betriebs-Lebensdauer verbessert ist. Dieser Effekt wird im Detail in den Absätzen [0094] bis [0097] beschrieben.According to the well-known Hall-Petch relationship, the smaller the crystal grain size, the higher the yield strength of a metal. Therefore, the smaller the average crystal grain size of the wire 3 is, the greater the strength and hardness of the wire 3. There are the following problems: If the hardness of the wire 3 is greater than that of the metal film 2, if a crack occurs in the wire 3, the crack will spread into the metal film 2 and thus lead to the lift-off (to be described later) in a short time. The crack that has propagated into the metal film 2 may propagate further into the electrode 11, and this may shorten the service life more than expected. On the other hand, in the present disclosure, the hardness of the wire 3 is set smaller than the hardness of the metal film 2; therefore, the effect occurs that in a case where a crack occurs in the wire 3, the crack propagates only in the wire 3. The wire 3 has a small crystal grain size as described above, and therefore the effect of reducing crack propagation speed and improving service life is provided. This effect is described in detail in paragraphs [0094] to [0097].

Die Halbleiterbauteile 1 sind an den Schaltkreis 41 gebondet. Insbesondere sind die Rückseiten-Elektroden 12 der Halbleiterbauteile 1 mit ersten Bondingmaterialien 61 an den Schaltkreis 41 gebondet. Die ersten Bondingmaterialien 61 sind beispielsweise Lot, Silber (Ag) oder dergleichen. Der Schaltkreis 41 und die Leiterbahn 42 umgreifen das Isolierbauteil 43 nach Art eines Sandwichs. Sowohl der Schaltkreis 41 als auch die Leiterbahn 42 sind auf dem Isolierbauteil 43 bereitgestellt. Die Leiterbahn 42 ist mit dem zweiten Bondingmaterial 62 an das Wärme-Ableitungs-Bauteil 5 gebondet. Das Isolierbauteil 43 ist als isolierendes Substrat konfiguriert.The semiconductor components 1 are bonded to the circuit 41. In particular, the backside electrodes 12 of the semiconductor components 1 are bonded to the circuit 41 with first bonding materials 61. The first bonding materials 61 are, for example, solder, silver (Ag) or the like. The circuit 41 and the conductor track 42 encompass the insulating component 43 in the manner of a sandwich. Both the circuit 41 and the conductor track 42 are provided on the insulating component 43. The conductor track 42 is bonded to the heat dissipation component 5 with the second bonding material 62. The insulating member 43 is configured as an insulating substrate.

Das Gehäuse 7 umgreift die Halbleiterbauteile 1, Metallfilme 2, Draht 3, Schaltkreis 41, Leiterbahn 42, Isolierbauteil 43, erste Bondingmaterialien 61, das zweite Bonding-material 62 und das Isoliermaterial 9. Das Gehäuse 7 ist mit einem Innenraum ausgestattet. In dem Innenraum sind die Halbleiterbauteile 1, Metallfilme 2, Draht 3, Schaltkreis 41, Leiterbahn 42, Isolierbauteil 43, erste Bondingmaterialien 61, das zweite Bonding-material 62 und das Isoliermaterial 9 beherbergt. Das Gehäuse 7 ist an den Seitenflächen und der Oberseite des Wärme-Ableitungs-Bauteils 5 gebondet. Die Unterseite des Wärme-Ableitungs-Bauteils 5 liegt von dem Gehäuse 7 frei. Obgleich nicht dargestellt, weist das Gehäuse 7 in der Bodenansicht eine ringförmige Gestalt auf, die das Wärme-Ableitungs-Bauteil 5 umgreift.The housing 7 surrounds the semiconductor components 1, metal films 2, wire 3, circuit 41, conductor track 42, insulating component 43, first bonding materials 61, the second bonding material 62 and the insulating material 9. The housing 7 is equipped with an interior. The interior contains the semiconductor components 1, metal films 2, wire 3, circuit 41, conductor track 42, insulating component 43, first bonding materials 61, the second bonding material 62 and the insulating material 9. The housing 7 is bonded to the side surfaces and the top of the heat dissipation member 5. The underside of the heat dissipation component 5 is exposed to the housing 7. Although not shown, the housing 7 has an annular shape in the bottom view, which surrounds the heat dissipation component 5.

Am Gehäuse 7 sind die Anschlüsse 8 angeordnet. Erste Enden der Anschlüsse 8 sind im Innenraum des Gehäuses 7 angeordnet. Die ersten Enden der Anschlüsse 8 liegen im Innenraum des Gehäuses 7 vom Gehäuse 7 frei. Zweite Enden der Anschlüsse 8 sind in einem Bereich außerhalb des Gehäuses 7 angeordnet. Die zweiten Enden der Anschlüsse 8 stehen vom Gehäuse 7 vor.The connections 8 are arranged on the housing 7. First ends of the connections 8 are arranged in the interior of the housing 7. The first ends of the connections 8 are exposed from the housing 7 in the interior of the housing 7. Second ends of the connections 8 are arranged in an area outside the housing 7. The second ends of the connections 8 protrude from the housing 7.

Die Anschlüsse 8 beinhalten einen ersten Anschlussbereich 81 und einen zweiten Anschlussbereich 82. Der erste Anschlussbereich 81 ist an den ersten Drahtbereich 3a angeschlossen. Der zweite Anschlussbereich 82 ist an den zweiten Drahtbereich 3b angeschlossen. Sowohl der erste Anschlussbereich 81 als auch der zweite Anschlussbereich 82 können als Hauptanschluss oder Stromzufuhranschluss konfiguriert sein.The connections 8 include a first connection area 81 and a second connection area 82. The first connection area 81 is connected to the first wire area 3a. The second connection area 82 is connected to the second wire area 3b. Both the first connection area 81 and the second connection area 82 can be configured as a main connection or a power supply connection.

Der Innenraum des Gehäuses 7 ist mit dem Dichtmaterial 9 gefüllt. Das Dichtmaterial 9 schließt im Innenraum die Halbleiterbauteile 1, Metallfilme 2, Draht 3, Schaltkreis 41, Leiterbahn 42, Isolierbauteil 43, erste Bondingmaterialien 61 und das zweite Bonding-material 62 ein. Das Dichtmaterial 9 kann ein Dichtharz im Gelzustand oder ein Formharz sein.The interior of the housing 7 is filled with the sealing material 9. The sealing material 9 includes the semiconductor components 1, metal films 2, wire 3, circuit 41, conductor track 42, insulating component 43, first bonding materials 61 and the second bonding material 62 in the interior. The sealing material 9 may be a gel-state sealing resin or a molding resin.

Wie in 2 gezeigt, kann das Halbleitergerät 100 ferner einen Zuleitungsrahmen LF aufweisen. In dem Falle, dass das Halbleitergerät 100 einen Zuleitungsrahmen LF aufweist, braucht Halbleitergerät 100 kein Gehäuse 7 aufzuweisen. Der Zuleitungsrahmen LF ist an das Isolierbauteil 43 gebondet. Obgleich der Zuleitungsrahmen LF und das Isolierbauteil 43 in 2 miteinander in Kontakt stehen, kann eine „nicht dargestellte) Metallplatte zwischen dem Zuleitungsrahmen LF und dem Isolierbauteil 43 angeordnet sein.As in 2 shown, the semiconductor device 100 may further have a lead frame LF. In the case that the semiconductor device 100 has a lead frame LF, the semiconductor device 100 does not need to have a housing 7. The lead frame LF is bonded to the insulating component 43. Although the lead frame LF and the insulating component 43 in 2 are in contact with each other, a metal plate (not shown) can be arranged between the lead frame LF and the insulating component 43.

Der Zuleitungsrahmen LF ist teilweise durch das Dichtmaterial 9 umhüllt. Endteile des Zuleitungsrahmens LF stehen nach außerhalb des Dichtmaterial 9 hervor. Endteile des Zuleitungsrahmens LF sind als Anschlüsse 8 zum Verbinden mit einem Gerät außerhalb des Halbleitergeräts 100 ausgebildet.The supply frame LF is partially covered by the sealing material 9. End parts of the supply frame LF protrude outside of the sealing material 9. End parts of the lead frame LF are designed as terminals 8 for connecting to a device outside the semiconductor device 100.

Der Zuleitungsrahmen LF stellt einen elektrischen Stromkreis dar. Das erste Ende E1 des Drahts 3 ist an das Halbleiterbauteil 1 gebondet. Das zweite Ende E2 des Drahts 3 ist an den Zuleitungsrahmen LF gebondet. Das an den Draht 3 gebondete Halbleiterbauteil 1 kann über den Draht 3 und den Zuleitungsrahmen LF mit einem Gerät außerhalb des Halbleitergeräts 100 verbunden werden.The lead frame LF represents an electrical circuit. The first end E1 of the wire 3 is bonded to the semiconductor component 1. The second end E2 of the wire 3 is bonded to the lead frame LF. The semiconductor component 1 bonded to the wire 3 can be connected to a device outside the semiconductor device 100 via the wire 3 and the lead frame LF.

Wenn das Halbleitergerät 100 den Zuleitungsrahmen LF aufweist, kann das Wärme-Ableitungs-Bauteil eine Metallschicht sein, und das Isolierbauteil 43 kann eine Isolierfolie sein. Die Isolierfolie ist auf die Metallschicht laminiert. Die Isolierfolie ist an der Metallschicht befestigt. Die Isolierfolie kann eine ungehärtete Isolierharz-Schicht aufweisen.When the semiconductor device 100 has the lead frame LF, the heat dissipation member may be a metal film, and the insulating member 43 may be an insulating film. The insulating film is laminated to the metal layer. The insulating film is attached to the metal layer. The insulating film can have an uncured insulating resin layer.

Wie in 3 gezeigt, können die auf den Elektroden 11 angeordneten Metallfilme 2 nur auf Teilen gebildet sein, wo der Draht 3 an die Metallfilme 2 angeschlossen ist. Das heißt, die Metallfilme 2 bedecken die Elektrode 11 teilweise.As in 3 shown, the metal films 2 arranged on the electrodes 11 can only be on Parts may be formed where the wire 3 is connected to the metal films 2. That is, the metal films 2 partially cover the electrode 11.

Mit Bezug auf die 4 und 5 wird als Nächstes eine detaillierte Beschreibung der Konfiguration des Halbleiterbauteils 1, der Metallfolien 2 und des Drahts 3 des Halbleitergeräts 100 der ersten Ausführungsform gegeben. 4 ist eine vergrößerte Ansicht der Region IV in 1. Zur Vereinfachung der Beschreibung ist das Dichtmaterial 9 (siehe 1) in den vergrößerten Ansichten von 4 und 5 nicht dargestellt. Auch in den unten zu beschreibenden 7 bis 9 sowie 11 bis 14 ist, ähnlich wie in 4 und 5, das Dichtmaterial (siehe 1) nicht gezeigt.With reference to the 4 and 5 Next, a detailed description will be given of the configuration of the semiconductor device 1, the metal foils 2 and the wire 3 of the semiconductor device 100 of the first embodiment. 4 is an enlarged view of Region IV in 1 . To simplify the description, the sealing material is 9 (see 1 ) in the enlarged views of 4 and 5 not shown. Also in those to be described below 7 until 9 as well as 11 to 14 is similar to 4 and 5 , the sealing material (see 1 ) Not shown.

Wie in 4 und 5 gezeigt, ist der Draht 3 durch direktes Bonding an den Metallfilm 2 gebondet. Der Draht 3 wird beispielsweise mittels Ultraschall-Bonding an den Metallfilm 2 gebondet. Daher wird der Draht 3 mit einem Bondingbereich 31 mit dem Metallfilm 3 ausgestattet. In der vorliegenden Ausführungsform ist der Bondingbereich 31 des Drahts 3 ein Bereich von der Bonding-Zwischenschicht BI des Drahts 3 mit dem Metallfilm 2 bis zu einer Stelle innerhalb des Drahts 3, bei einer Tiefe der durchschnittlichen Kristallkorngröße des Drahts 3. Der Bondingbereich 31 ist entlang der ersten Richtung DR1 bereitgestellt. In der vorliegenden Ausführungsform ist, weil die durchschnittliche Kristallkorngröße des Drahts 3 kleiner als oder gleich 5 µm beträgt, der Bondingbereich 31 des Drahts 3 der Bereich von der Bonding-Zwischenschicht BI des Drahts 3 mit dem Metallfilm 2 bis zu einer Stelle innerhalb des Drahts 3 bei einer Tiefe von beispielsweise weniger als oder gleich 5 µm.-Wenn beispielsweise die durchschnittliche Kristallkorngröße des Drahts 3 10 µm beträgt, ist der Bondingbereich 31 des Drahts 3 der Bereich von der Bonding-Zwischenschicht BI des Drahts 3 mit dem Metallfilm 2 bis zu einer Stelle innerhalb des Drahts 3 bei einer Tiefe von beispielsweise 10 µm.-Obgleich nicht dargestellt, kann der Metallfilm 2 mehrere Filmbereiche und mehrere Basisfilme beinhalten. Die mehreren Filmbereiche und mehreren Basisfilme sind abwechselnd laminiert. Diese verbessert die Adhäsion des Metallfilms 2, In diesem Fall ist der Filmbereich an den Draht 3 gebondet.As in 4 and 5 shown, the wire 3 is bonded to the metal film 2 by direct bonding. The wire 3 is bonded to the metal film 2, for example by means of ultrasonic bonding. Therefore, the wire 3 is provided with a bonding region 31 with the metal film 3. In the present embodiment, the bonding region 31 of the wire 3 is a region from the bonding interface BI of the wire 3 with the metal film 2 to a location inside the wire 3 at a depth of the average crystal grain size of the wire 3. The bonding region 31 is along provided in the first direction DR1. In the present embodiment, because the average crystal grain size of the wire 3 is less than or equal to 5 μm, the bonding area 31 of the wire 3 is the area from the bonding interface BI of the wire 3 with the metal film 2 to a location inside the wire 3 at a depth of, for example, less than or equal to 5 µm.-For example, if the average crystal grain size of the wire 3 is 10 µm, the bonding region 31 of the wire 3 is the region from the bonding intermediate layer BI of the wire 3 with the metal film 2 to one Location within the wire 3 at a depth of, for example, 10 µm. Although not shown, the metal film 2 may include multiple film areas and multiple base films. The multiple film areas and multiple base films are alternately laminated. This improves the adhesion of the metal film 2. In this case, the film area is bonded to the wire 3.

Wie in 5 gezeigt, beinhaltet der Draht 3 mehrere Kristalle 30. In der vorliegenden Ausführungsform sind die Kristalle 30 des Drahts 3 mikronisiert.As in 5 shown, the wire 3 includes a plurality of crystals 30. In the present embodiment, the crystals 30 of the wire 3 are micronized.

Vorzugsweise kann der Metallfilm 2 entweder ein Nickel(Ni)film oder ein Kupfer(Cu)film sein. Wenn der Metallfilm 2 ein Nickel(Ni)plattierfilm ist, welches ein Nickel(Ni)film ist, beträgt die Dicke des Metallfilms 2 vorzugsweise mehr als oder gleich 3 µm und weniger als oder gleich 5 µm. In dem Fall, dass die Dicke des Nickel(Ni)plattierfilms 2 kleiner ist als 3 µm, kann der Nickel(Ni)plattierfilm 2 beschädigt werden, wenn der Draht 3 an den Nickel(Ni)plattierfilm 2 gebondet wird. In dem Fall, dass die Dicke des Nickel(Ni)plattierfilms 2 größer ist als 5 µm, benötigt es Zeit, um den Nickel(Ni)plattierfilm 2 zu bilden, und eine solche Konfiguration ist ökonomisch nachteilig.Preferably, the metal film 2 may be either a nickel (Ni) film or a copper (Cu) film. When the metal film 2 is a nickel (Ni) plating film, which is a nickel (Ni) film, the thickness of the metal film 2 is preferably more than or equal to 3 μm and less than or equal to 5 μm. In the case that the thickness of the nickel (Ni) plating film 2 is smaller than 3 μm, the nickel (Ni) plating film 2 may be damaged when the wire 3 is bonded to the nickel (Ni) plating film 2. In the case that the thickness of the nickel (Ni) plating film 2 is larger than 5 μm, it takes time to form the nickel (Ni) plating film 2, and such a configuration is economically disadvantageous.

Vorzugsweise kann der Metallfilm 2 ein Chemisch-Nickel(Ni)-Phosphor(P)-Plattierfilm sein, der keinen Schwefel (S) enthält. In diesem Fall beträgt der Gehalt an Phosphor (P) im Metallfilm 2 weniger als oder gleich 8 Massen%.Preferably, the metal film 2 may be an electroless nickel (Ni)-phosphorus (P) plating film that does not contain sulfur (S). In this case, the content of phosphorus (P) in the metal film 2 is less than or equal to 8 mass%.

Vorzugsweise kann der Metallfilm 2 ein Chemisch-Nickel(Ni)-Bor(B)-Plattierfilm sein.Preferably, the metal film 2 may be an electroless nickel (Ni)-boron (B) plating film.

Vorzugsweise kann der Metallfilm 2 entweder ein Nickel(Ni)film oder ein Kupfer(Cu)film sein, der jeweils durch Elektroplattieren gebildet ist.Preferably, the metal film 2 may be either a nickel (Ni) film or a copper (Cu) film, each formed by electroplating.

Vorzugsweise kann der Metallfilm 2 ein Nickel(Ni)film, ein Kupfer(Cu)film, ein Titan(Ti)film oder ein Wolfram(W)film sein, der jeweils durch ein Dampfabscheidungs(vapor deposition)verfahren oder ein Sputterverfahren gebildet ist.Preferably, the metal film 2 may be a nickel (Ni) film, a copper (Cu) film, a titanium (Ti) film or a tungsten (W) film, each formed by a vapor deposition method or a sputtering method.

Wenn, wie in 1 gezeigt, das Halbleiterbauteil 1 mehrere Bauteilbereiche wie einen ersten Bauteilbereich 1a und einen zweiten Bauteilbereich 1b aufweist, ist auf jedem der mehreren Bauteilbereiche ein gesonderter Metallfilmbereich gebildet. In diesem Fall sind vorzugsweise Metallfilme 2 durch ein Plattierverfahren wie ein außenstromloses (electroless) Plattierverfahren oder ein Elektroplattierverfahren gebildet.If, as in 1 shown, the semiconductor component 1 has a plurality of component regions such as a first component region 1a and a second component region 1b, a separate metal film region is formed on each of the plurality of component regions. In this case, preferably metal films 2 are formed by a plating method such as an electroless plating method or an electroplating method.

Unter Bezugnahme auf die 1, 2 und 6 wird als Nächstes ein Verfahren zum Herstellen des Halbleitergeräts 100 gemäß der ersten Ausführungsform beschrieben.With reference to the 1 , 2 and 6 Next, a method of manufacturing the semiconductor device 100 according to the first embodiment will be described.

Wie in 6 gezeigt, beinhaltet das Verfahren zum Herstellen des Halbleitergeräts 100 den Schritt S101 des Bereitstellens und den Schritt S102 des Bondens.As in 6 As shown, the method of manufacturing the semiconductor device 100 includes the step S101 of providing and the step S102 of bonding.

Wie in 1 gezeigt, werden im Schritt S101 des Bereitstellens (siehe 6) die Halbleiterbauteile 1, die Metallfilme 2 und der Draht 3 bereitgestellt. In der vorliegenden Ausführungsform werden des Weiteren die Folgenden bereitgestellt: Schaltkreis 41, Leiterbahn 42, Isolierbauteil 43, Wärme-Ableitungs-Bauteil 5, Bondingmaterialien (erste Bondingmaterialien 61), zweites Bondingmaterial 62, Gehäuse 7, Anschlüsse 8 und Dichtmaterial 9.As in 1 shown are in step S101 of providing (see 6 ) the semiconductor components 1, the metal films 2 and the wire 3 are provided. In the present embodiment, the following are further provided: circuit 41, conductor track 42, insulating member 43, heat dissipation member 5, bonding materials (first bonding materials 61), second bonding material 62, housing 7, terminals 8 and sealing material 9.

Die Elektroden 11 werden mit den Metallfilmen 2 bedeckt. Die Elektroden 11 können durch Elektroplattieren mit den Metallfilmen 2 bedeckt werden. Die Elektroden 11 können durch außenstromloses Plattieren mit den Metallfilmen 2 bedeckt werden.The electrodes 11 are covered with the metal films 2. The electrodes 11 can pass through Electroplating can be covered with the metal films 2. The electrodes 11 can be covered with the metal films 2 by electroless plating.

Danach wird, im Schritt S102 des Bondens (siehe 6), der Draht 3 an die die Elektroden 11 bedeckenden Metallfilme 2 gebondet. In der vorliegenden Ausführungsform wird der Draht 3 durch Ultraschallbonden an die Metallfilme 2 gebondet. Das Verfahren zum Bonden des Drahts 3 an die Metallfilme 2 kann in geeigneter Weise bestimmt werden.Thereafter, in step S102 of bonding (see 6 ), the wire 3 is bonded to the metal films 2 covering the electrodes 11. In the present embodiment, the wire 3 is bonded to the metal films 2 by ultrasonic bonding. The method for bonding the wire 3 to the metal films 2 can be appropriately determined.

Wenn die ersten Bondingmaterialien 61 erhitzt werden, werden die Halbleiterbauteile 1 und der Schaltkreis 41 mit den ersten Bondingmaterialien 61 gebondet. In der vorliegenden Ausführungsform werden die Halbleiterbauteile 1 1 über Bondingmaterialien (erste Bondingmaterialien 61) an den Schaltkreis 41 gebondet, die auf eine Temperatur von Höher als oder gleich 270 °C erhitzt werden. Da das zweite Bondingmaterial 62 erhitzt wird, werden die Leiterbahn 42 und das Wärme-Ableitungs-Bauteil 5 gebondet. Zudem dichtet das Dichtmaterial 9 den vom Gehäuse 7 gebildeten Innenraum, wobei das Gehäuse die Halbleiterbauteile 1, Metallfilme 2, Draht 3 und dergleichen umgreift, und der Innenraum von der Oberseite des Wärme-Ableitungs-Bauteils 5 gebildet wird.When the first bonding materials 61 are heated, the semiconductor devices 1 and the circuit 41 are bonded with the first bonding materials 61. In the present embodiment, the semiconductor devices 11 are bonded to the circuit 41 via bonding materials (first bonding materials 61) that are heated to a temperature higher than or equal to 270°C. Since the second bonding material 62 is heated, the conductor track 42 and the heat dissipation member 5 are bonded. In addition, the sealing material 9 seals the interior space formed by the housing 7, the housing encompassing the semiconductor components 1, metal films 2, wire 3 and the like, and the interior space being formed by the top of the heat dissipation component 5.

Wenn, wie in 2 gezeigt, das Halbleitergerät 100 einen Zuleitungs-Rahmen LF aufweist, wird im Schritt S102 des Bondens (siehe 6) ein Isolierbauteil 43, das eine ungehärtete Isolierfolie ist, in einer (nicht dargestellten) Form angeordnet. Außerdem wird eine Unterseite der Leiterbahn 42, die eine Metallschicht ist, unter Oberflächen-Kontakt an einer Hohlraum-Bodenoberfläche der Form angeordnet. Danach wird der Zuleitungs-Rahmen LF unter Oberflächen-Kontakt auf der ungehärteten Isolierfolie angeordnet. Danach wird über den Zuleitungs-Rahmen LF Druck auf die Isolierfolie ausgeübt. Ferner wird in dem Zustand, in dem Druck ausgeübt wird, ein Formharz als Dichtmaterial 9 in den Hohlraum der Form eingespritzt. Danach ist der gesamte Hohlraum mit dem Formharz angefüllt, und die Beaufschlagung mit dem Druck wird beendet. Danach härten das Formharz und die ungehärtete Isolierfolie aus.If, as in 2 shown, the semiconductor device 100 has a lead frame LF, in step S102 of bonding (see 6 ) an insulating component 43, which is an uncured insulating film, arranged in a shape (not shown). In addition, a bottom of the conductor track 42, which is a metal layer, is placed in surface contact with a cavity bottom surface of the mold. The supply line frame LF is then arranged on the unhardened insulating film with surface contact. Pressure is then exerted on the insulating film via the supply line frame LF. Further, in the state where pressure is applied, a molding resin as a sealing material 9 is injected into the cavity of the mold. The entire cavity is then filled with the molding resin and the application of pressure is stopped. The molding resin and the uncured insulating film then harden.

Mit Bezugnahme auf 7 und 8 wird als Nächstes ein Betriebs-Zyklen-Test zum Beurteilen der Lebensdauer des Halbleitergeräts 100 der ersten Ausführungsform beschrieben. Bei der ersten Ausführungsform ist die Lebensdauer des Halbleitergeräts 100 die mit dem Betriebs-Zyklen-Test beurteilte Lebensdauer.With reference to 7 and 8th Next, an operation cycle test for evaluating the life of the semiconductor device 100 of the first embodiment will be described. In the first embodiment, the life of the semiconductor device 100 is the life evaluated by the operation cycle test.

Beim Betriebs-Zyklen-Test wird der Zustand wiederholt zwischen einem AN-Zustand, in dem ein Strom durch das Halbleiterbauteil 1 fließt, und einem AUS-Zustand, in dem kein Strom durch das Halbleiterbauteil 1 fließt, geschaltet. Infolge dessen wird das Halbleiterbauteil 1 wiederholt zwischen einem Zustand, in dem es vom Strom erwärmt wird, und einem Zustand des natürlichen Abkühlens geschaltet. Aus diesem Grund wird wiederholt eine mechanische Spannung entsprechend einem Unterschied der linearen Ausdehnungskoeffizienten zwischen den Komponenten in den Bondingbereichen 31 zwischen den Komponenten des Halbleitergeräts 100 erzeugt. Mit andere Worten, der Betriebs-Zyklen-Test ist ein Ermüdungstest bei dem eine kleine Verformung aufgrund der Spannung wiederholt auf das Beurteilungs-Zielobjekt ausübt wird. Infolgedessen kann im Halbleitergerät 100, welches das Beurteilungs-Zielobjekt ist, ein Riss CR auftreten, wie in den 7 und 8 gezeigt.In the operation cycle test, the state is repeatedly switched between an ON state in which a current flows through the semiconductor device 1 and an OFF state in which no current flows through the semiconductor device 1. As a result, the semiconductor device 1 is repeatedly switched between a state of being heated by current and a state of natural cooling. For this reason, a mechanical stress corresponding to a difference in linear expansion coefficients between the components is repeatedly generated in the bonding regions 31 between the components of the semiconductor device 100. In other words, the operational cycle test is a fatigue test in which a small deformation due to stress is repeatedly applied to the evaluation target object. As a result, a crack CR may occur in the semiconductor device 100, which is the evaluation target object, as shown in Figs 7 and 8th shown.

Wenn das Dichtmaterial 9 (siehe 1) ein Dichtharz im Gel-Zustand ist, setzt sich der beim Durchführen des Betriebs-Zyklen-Tests verursachte Riss CR entlang des Bondingbereichs 31 des Drahts 3 mit dem Metallfilm 2 fort. Das heißt, der Riss CR setzt sich hauptsächlich entlang der ersten Richtung DR1 fort. Man beachte, dass, wenn sich der Draht 3 aufgrund des fortschreitenden Risses CR von der Elektrode 11 trennt (abhebt), das Halbleitergerät 100 ausfällt. Der Riss CR neigt dazu, sich leicht in einem Bereich fortzusetzen, der geringe Festigkeit und Härte aufweist. Zudem setzt sich der Riss CR leicht im Bondingbereich 31 fort. Insbesondere neigt der Riss CR dazu, sich zu einem Kristall mit großer Korngröße hin fortzusetzen.If the sealing material 9 (see 1 ) is a sealing resin in a gel state, the crack CR caused when performing the operation cycle test propagates along the bonding portion 31 of the wire 3 with the metal film 2. That is, the crack CR mainly propagates along the first direction DR1. Note that if the wire 3 separates (lifts off) from the electrode 11 due to the progressive crack CR, the semiconductor device 100 fails. The crack CR tends to propagate easily in an area having low strength and hardness. In addition, the crack CR continues slightly in the bonding area 31. In particular, the crack CR tends to propagate toward a crystal with a large grain size.

Als Nächstes werden Effekte und Wirkungen der vorliegenden Ausführungsform beschrieben.
Im Fall des Halbleitergeräts gemäß der ersten Ausführungsform beträgt, wie in 5 gezeigt, die durchschnittliche Kristallkorngröße in einem kreisförmigen Querschnitt des Drahts 3 weniger als oder gleich 5 µm im ganzen Teil des Drahts 3. Demgemäß ist die Lebensdauer des Drahts 3 länger. Daher weist das Halbleitergerät 100 eine lange Lebensdauer auf.Next, effects and effects of the present embodiment will be described.
In the case of the semiconductor device according to the first embodiment, as shown in 5 shown, the average crystal grain size in a circular cross section of the wire 3 is less than or equal to 5 μm in the whole part of the wire 3. Accordingly, the life of the wire 3 is longer. Therefore, the semiconductor device 100 has a long service life.

Die Effekte und Wirkungen des Halbleitergeräts 100 gemäß der vorliegenden Ausführungsform werden im Detail durch Vergleich des Halbleitergeräts 100 gemäß der vorliegenden Ausführungsform mit einem Halbleitergerät 101 (siehe 9) gemäß einem ersten Vergleichsbeispiel beschrieben.The effects and effects of the semiconductor device 100 according to the present embodiment will be explained in detail by comparing the semiconductor device 100 according to the present embodiment with a semiconductor device 101 (see 9 ) described according to a first comparative example.

Wie in 5 gezeigt beträgt die durchschnittliche Kristallkorngröße des Drahts 3 weniger als oder gleich 5 µm. Andererseits beträgt, wie in 9 gezeigt, die durchschnittliche Kristallkorngröße des Drahts 3 des Halbleitergeräts 101 gemäß dem ersten Vergleichsbeispiel mehr als 7 µm.As in 5 shown, the average crystal grain size of the wire 3 is less than or equal to 5 μm. On the other hand, as in 9 shown, the average crystal grain size of the wire 3 of the semiconductor device 101 according to the first comparative example is more than 7 μm.

Die Lebensdauer des Halbleitergeräts 100 gemäß der vorliegenden Ausführungsform und des Halbleitergeräts 101 gemäß dem ersten Vergleichsbeispiel wurden durch einen Betriebs-Zyklen-Test beurteilt. Die Testbedingungen des Betriebs-Zyklen-Tests gemäß der vorliegenden Ausführungsform sind wie folgt: Ein Stromwert eines Stroms und die Dauer des Stromflusses wurden so bestimmt, dass eine Verbindungs-Temperatur des Halbleiterbauteils 1 in AN-Zustand 100 °C höher war als im AUS-Zustand. Wenn die Spannung zwischen einem Emitter und einem Kollektor des Halbleiterbauteils 1 mehr als 5% höher wurde als ein Wert vor dem Test, wurde bestimmt, dass das Halbleitergerät 100 ausgefallen ist.The life of the semiconductor device 100 according to the present embodiment and the semiconductor device 101 according to the first comparative example were evaluated by an operation cycle test. The test conditions of the operation cycle test according to the present embodiment are as follows: A current value of a current and the duration of current flow were determined so that a connection temperature of the semiconductor device 1 in the ON state was 100 ° C higher than in the OFF state. Condition. When the voltage between an emitter and a collector of the semiconductor device 1 became more than 5% higher than a value before the test, it was determined that the semiconductor device 100 has failed.

8 zeigt einen Zustand, in dem sich Risse CR, die durch den Betriebs-Zyklen-Test erzeugt wurden, in dem Draht 3 des Halbleitergeräts 100 gemäß der vorliegenden Ausführungsform fortgesetzt haben. Wenn der Draht 3 durch Ultraschall-Bonden an das Halbleiterbauteil 1 gebondet wird, wird der Draht 3 plastisch verformt. Infolge dessen werden die Kristalle des Bonding-Bereichs 31 des Drahts 3 mikronisiert. 8th shows a state in which cracks CR generated by the operation cycle test have continued in the wire 3 of the semiconductor device 100 according to the present embodiment. When the wire 3 is bonded to the semiconductor device 1 by ultrasonic bonding, the wire 3 is plastically deformed. As a result, the crystals of the bonding area 31 of the wire 3 are micronized.

Risse CR setzen sich im Draht 3 fort. In der vorliegenden Ausführungsform sind die Kristalle des Bonding-Bereichs 31 und die Kristalle an vom Bonding-Bereich 31 entfernten Stellen mikronisiert. Daher werden Risse CR daran gehindert, sich von den Kristallen des Bonding-Bereichs 31 zu den Kristallen an Stellen fortzusetzen, die vom Bonding-Bereich 31 entfernt sind. Infolge dessen setzen sich Risse CR entlang des Bonding-Bereichs 31 zwischen dem Draht 3 und dem Metallfilm 2 fort. Zudem ist die Ausbreitungsgeschwindigkeit von Rissen CR klein, selbst wenn sich Risse CR zu den Kristallen an Stellen fortzusetzen, die vom Bonding-Bereich 31 entfernt sind, weil die Kristallen an Stellen, die vom Bonding-Bereich 31 entfernt sind, mikronisiert sind. Daher ist die Lebensdauer in Betriebszyklen länger. Demgemäß ist die Lebensdauer des Halbleitergeräts 100 länger.Cracks CR continue in wire 3. In the present embodiment, the crystals of the bonding region 31 and the crystals at locations remote from the bonding region 31 are micronized. Therefore, cracks CR are prevented from propagating from the crystals of the bonding region 31 to the crystals at locations distant from the bonding region 31. As a result, cracks CR continue along the bonding region 31 between the wire 3 and the metal film 2. In addition, even if cracks CR propagate to the crystals at locations remote from the bonding region 31, the propagation speed of cracks CR is small because the crystals at locations remote from the bonding region 31 are micronized. Therefore, the lifespan in operating cycles is longer. Accordingly, the life of the semiconductor device 100 is longer.

9 zeigt einen Zustand, in dem sich Risse CR, die durch den Betriebs-Zyklen-Test erzeugt wurden, in dem Draht 3 des Halbleitergeräts 101 gemäß der vorliegenden Ausführungsform fortgesetzt haben. Risse CR setzen sich im Draht 3 fort. Die Kristalle an Stellen, die vom Bonding-Bereich 31 entfernt sind, weisen eine geringere Festigkeit und Härte auf, als die mikronisierten Kristalle des Bonding-Bereichs 31. Daher setzen sich erzeugte Risse CR innerhalb des Drahts 3 von den Kristallen des Bonding-Bereichs 31 zu den Kristallen an Stellen fort, die vom Bonding-Bereich 31 entfernt sind. Aus diesem Grund ist im ersten Vergleichsbeispiel die Lebensdauer in Betriebszyklen nicht ausreichend verbessert, selbst wenn die Kristalle im Bonding-Bereich 31 mikronisiert sind. Zudem ist der Verformungsgrad des plastisch verformten Drahts 3 im ersten Vergleichsbeispiel größer als der Verformungsgrad des plastisch verformten Drahts 3 in der ersten Ausführungsform. Dies ist deshalb so, weil der Draht 3 gemäß der vorliegenden Ausführungsform in einem Zustand an den Metallfilm 2 gebondet wurde, in dem die Kristalle mikronisiert waren, wohingegen der Draht 3 gemäß dem ersten Vergleichsbeispiel in einem Zustand an den Metallfilm 2 gebondet wurde, in dem die Kristalle nicht mikronisiert waren. 9 shows a state in which cracks CR generated by the operation cycle test have continued in the wire 3 of the semiconductor device 101 according to the present embodiment. Cracks CR continue in wire 3. The crystals at locations distant from the bonding region 31 have lower strength and hardness than the micronized crystals of the bonding region 31. Therefore, generated cracks CR within the wire 3 are caused by the crystals of the bonding region 31 to the crystals at locations distant from the bonding area 31. For this reason, in the first comparative example, the service life in operating cycles is not sufficiently improved even if the crystals in the bonding region 31 are micronized. In addition, the degree of deformation of the plastically deformed wire 3 in the first comparative example is larger than the degree of deformation of the plastically deformed wire 3 in the first embodiment. This is because the wire 3 according to the present embodiment was bonded to the metal film 2 in a state in which the crystals were micronized, whereas the wire 3 according to the first comparative example was bonded to the metal film 2 in a state in which the crystals were not micronized.

10 ist ein Graph, der die Beziehung zwischen der durchschnittlichen Kristallkorngröße des Drahts 3 und der Lebensdauer in Betriebszyklen zeigt, wenn der Betriebs-Zyklen-Test an dem Halbleitergerät 100 gemäß der vorliegenden Ausführungsform und dem Halbleitergerät 101 gemäß dem ersten Vergleichsbeispiel durchgeführt wird. Die vertikale Achse stellt die Lebensdauer in Betriebszyklen dar. Die horizontale Achse stellt die durchschnittliche Kristallkorngröße des Drahts 3 dar. 10 is a graph showing the relationship between the average crystal grain size of the wire 3 and the life in operation cycles when the operation cycle test is performed on the semiconductor device 100 according to the present embodiment and the semiconductor device 101 according to the first comparative example. The vertical axis represents the service life in operating cycles. The horizontal axis represents the average crystal grain size of the wire 3.

Wenn die durchschnittliche Kristallkorngröße des Drahts 3 des Halbleitergeräts 100 gemäß der vorliegenden Ausführungsform 2,7 µm betrug, war die Betriebs-Lebensdauer 278.400 Zyklen. Wenn die durchschnittliche Kristallkorngröße des Drahts 3 des Halbleitergeräts 100 gemäß der vorliegenden Ausführungsform 5 µm betrug, war die Betriebs-Lebensdauer 104.900 Zyklen.When the average crystal grain size of the wire 3 of the semiconductor device 100 according to the present embodiment was 2.7 μm, the service life was 278,400 cycles. When the average crystal grain size of the wire 3 of the semiconductor device 100 according to the present embodiment was 5 μm, the service life was 104,900 cycles.

Wenn die durchschnittliche Kristallkorngröße des Drahts 3 des Halbleitergeräts 101 gemäß dem ersten Vergleichsbeispiel 7,1 µm betrug, war die Betriebs-Lebensdauer 40.100 Zyklen. Wenn die durchschnittliche Kristallkorngröße des Drahts 3 des Halbleitergeräts 101 gemäß dem ersten Vergleichsbeispiel 9,3 µm betrug, war die Betriebs-Lebensdauer 60.500 Zyklen. Wenn die durchschnittliche Kristallkorngröße des Drahts 3 des Halbleitergeräts 101 gemäß dem ersten Vergleichsbeispiel 10,6 µm betrug, war die Betriebs-Lebensdauer 59.600 Zyklen. Wenn die durchschnittliche Kristallkorngröße des Drahts 3 des Halbleitergeräts 101 gemäß dem ersten Vergleichsbeispiel 13,9 µm betrug, war die Betriebs-Lebensdauer 77.300 Zyklen. Wenn die durchschnittliche Kristallkorngröße des Drahts 3 des Halbleitergeräts 101 gemäß dem ersten Vergleichsbeispiel 14,9 µm betrug, war die Betriebs-Lebensdauer 77.600 Zyklen. Wenn die durchschnittliche Kristallkorngröße des Drahts 3 des Halbleitergeräts 101 gemäß dem ersten Vergleichsbeispiel 35,8 µm betrug, war die Betriebs-Lebensdauer 33.900 Zyklen.When the average crystal grain size of the wire 3 of the semiconductor device 101 according to the first comparative example was 7.1 μm, the service life was 40,100 cycles. When the average crystal grain size of the wire 3 of the semiconductor device 101 according to the first comparative example was 9.3 μm, the service life was 60,500 cycles. When the average crystal grain size of the wire 3 of the semiconductor device 101 according to the first comparative example was 10.6 μm, the service life was 59,600 cycles. When the average crystal grain size of the wire 3 of the semiconductor device 101 according to the first comparative example was 13.9 μm, the service life was 77,300 cycles. When the average crystal grain size of the wire 3 of the semiconductor device 101 according to the first comparative example was 14.9 μm, the service life was 77,600 cycles. When the average crystal grain size of the wire 3 of the semiconductor device 101 according to the first comparative example was 35.8 μm, the service life was 33,900 cycles.

Das heißt, die Lebensdauer in Betriebszyklen des Halbleitergeräts 100 gemäß der vorliegenden Ausführungsform war etwa 8mal länger als die Lebensdauer in Betriebszyklen des Halbleitergeräts 101 gemäß dem ersten Vergleichsbeispiel.That is, the operating cycle life of the semiconductor device 100 according to the present embodiment was about 8 times longer than that Life in operating cycles of the semiconductor device 101 according to the first comparative example.

Im Vergleich zum Halbleitergerät 101 gemäß dem ersten Vergleichsbeispiel mit einem Draht 3 mit einer durchschnittlichen Kristallkorngröße von mehr als 7 µm wies das Halbleitergerät 100 gemäß der vorliegenden Ausführungsform mit einem Draht 3 mit einer durchschnittlichen Kristallkorngröße von weniger als oder gleich 5 µm wie oben beschrieben eine klar abweichende Tendenz und eine signifikant erhöhte Lebensdauer in Betriebszyklen auf.Compared to the semiconductor device 101 according to the first comparative example with a wire 3 with an average crystal grain size of more than 7 μm, the semiconductor device 100 according to the present embodiment with a wire 3 with an average crystal grain size of less than or equal to 5 μm as described above had a clear deviating tendency and a significantly increased service life in operating cycles.

Man beachte, dass hierbei die experimentellen Ergebnisse gezeigt wurden, wenn die Bedingungen so eingestellt waren, dass die Verbindungs-Temperatur des Halbleiterbauteils 1 in AN-Zustand 100 °C höher war als im AUS-Zustand. Allerdings wurde in ähnlicher Weise bestätigt, dass die Lebensdauer in Betriebszyklen in dem Bereich, in dem die durchschnittliche Kristallkorngröße weniger als oder gleich 5 µm betrug, auch dann erheblich erhöht wurde, wenn die Beurteilung unter solchen Bedingungen erfolgte, dass der Unterschied in der Verbindungs-Temperatur des Halbleiterbauteils 1 in AN-Zustand und im AUS-Zustand weniger als 100 °C betrug, beispielsweise die Beurteilung erfolgte, wenn die Bedingungen so eingestellt waren, dass die Verbindungs-Temperatur des Halbleiterbauteils 1 in AN-Zustand um 80 °C höher war als die Verbindungs-Temperatur im AUS-Zustand.Note that here, the experimental results were shown when the conditions were set so that the bonding temperature of the semiconductor device 1 in the ON state was 100° C. higher than that in the OFF state. However, it was similarly confirmed that the service life in operating cycles in the range where the average crystal grain size was less than or equal to 5 µm was significantly increased even when the evaluation was made under such conditions that the difference in connection Temperature of the semiconductor component 1 in the ON state and in the OFF state was less than 100 ° C, for example, the judgment was made when the conditions were set so that the connection temperature of the semiconductor component 1 in the ON state was 80 ° C higher than the connection temperature in the OFF state.

Als Nächstes werden die Effekte und Wirkungen des Halbleitergeräts 100 gemäß der vorliegenden Ausführungsform im Detail durch Vergleich des Halbleitergeräts 100 gemäß der vorliegenden Ausführungsform mit einem Halbleitergerät 102 gemäß einem zweiten Vergleichsbeispiel (siehe 11) und einem Halbleitergerät 103 gemäß einem dritten Vergleichsbeispiel (siehe 12) beschrieben.Next, the effects and effects of the semiconductor device 100 according to the present embodiment will be explained in detail by comparing the semiconductor device 100 according to the present embodiment with a semiconductor device 102 according to a second comparative example (see 11 ) and a semiconductor device 103 according to a third comparative example (see 12 ).

Wie in 5 gezeigt, weist das Halbleitergerät 100 gemäß der vorliegenden Ausführungsform den Metallfilm 2 auf. Im ganzen Teil des Drahts 3 beträgt die durchschnittliche Kristallkorngröße des Drahts 3 weniger als oder gleich 5 µm.As in 5 As shown, the semiconductor device 100 according to the present embodiment includes the metal film 2. In the whole part of the wire 3, the average crystal grain size of the wire 3 is less than or equal to 5 μm.

Andererseits weist das Halbleitergerät 102 gemäß dem zweiten Vergleichsbeispiel, wie in 11 gezeigt, keinen Metallfilm 2 auf. Zudem beträgt die durchschnittliche Kristallkorngröße des Drahts 3 des Halbleitergeräts 102 gemäß dem zweiten Vergleichsbeispiel mehr als 7 µm. Der Draht 3 gemäß dem zweiten Vergleichsbeispiel enthält zum Beispiel hochreines Aluminium (Al). Der Gehalt an Aluminium (Al) im Draht 3 gemäß dem zweiten Vergleichsbeispiel ist beispielsweise größer als oder gleich 99,99%. Der Draht 3 des Halbleitergeräts 102 gemäß dem zweiten Vergleichsbeispiel weist eine geringere Härte auf, als die Elektrode 11. Daher setzen sich im Halbleitergerät 102 gemäß dem zweiten Vergleichsbeispiel erzeugte Risse CR im Draht 3 fort. Insbesondere setzen sich Risse CR entlang dem Bonding-Bereich 31 im Draht 3 fort. Ferner ist die Fortschritts-Geschwindigkeit der Risse CR groß, weil die durchschnittliche Kristallkorngröße des Drahts 3 groß ist. Daher ist die Lebensdauer in Betriebszyklen des Halbleitergeräts 102 gemäß dem zweiten Vergleichsbeispiel kurz.On the other hand, the semiconductor device 102 according to the second comparative example, as shown in 11 shown, no metal film 2 on. In addition, the average crystal grain size of the wire 3 of the semiconductor device 102 according to the second comparative example is more than 7 μm. The wire 3 according to the second comparative example contains, for example, high-purity aluminum (Al). The aluminum (Al) content in the wire 3 according to the second comparative example is, for example, greater than or equal to 99.99%. The wire 3 of the semiconductor device 102 according to the second comparative example has a lower hardness than the electrode 11. Therefore, cracks CR generated in the semiconductor device 102 according to the second comparative example propagate in the wire 3. In particular, cracks CR continue along the bonding area 31 in the wire 3. Further, because the average crystal grain size of the wire 3 is large, the propagation speed of the cracks CR is large. Therefore, the life in operating cycles of the semiconductor device 102 according to the second comparative example is short.

Außerdem weist das Halbleitergerät 103 gemäß dem dritten Vergleichsbeispiel, wie in 12 gezeigt, im Vergleich zum Halbleitergerät 100 gemäß der vorliegenden Ausführungsform keinen Metallfilm 2 auf. Zudem beträgt die durchschnittliche Kristallkorngröße des Drahts 3 des Halbleitergeräts 103 gemäß dem dritten Vergleichsbeispiel weniger als oder gleich 5 µm. Der Draht 3 des Halbleitergeräts 103 gemäß dem dritten Vergleichsbeispiel weist eine höhere Härte auf, als die Elektrode 11. Daher setzen sich im Halbleitergerät 103 gemäß dem dritten Vergleichsbeispiel erzeugte Risse CR in die Elektrode 11 fort. Wenn sich Risse CR in die Elektrode 11 fortsetzen, kann die Chip-Struktur des Halbleiterbauteils 1 durch die Risse CR zerstört werden. Daher ist die Lebensdauer in Betriebszyklen des Halbleitergeräts 103 gemäß dem dritten Vergleichsbeispiel kurz.In addition, the semiconductor device 103 according to the third comparative example, as shown in 12 shown does not have a metal film 2 compared to the semiconductor device 100 according to the present embodiment. In addition, the average crystal grain size of the wire 3 of the semiconductor device 103 according to the third comparative example is less than or equal to 5 μm. The wire 3 of the semiconductor device 103 according to the third comparative example has a higher hardness than the electrode 11. Therefore, cracks CR generated in the semiconductor device 103 according to the third comparative example propagate into the electrode 11. If cracks CR continue into the electrode 11, the chip structure of the semiconductor component 1 can be destroyed by the cracks CR. Therefore, the life in operating cycles of the semiconductor device 103 according to the third comparative example is short.

Wie oben beschrieben hat das Halbleitergerät 100 gemäß der vorliegenden Ausführungsform mit dem Metallfilm 2 und dem Draht 3 mit einer durchschnittlichen Kristallkorngröße von weniger als oder gleich 5 µm eine längere Lebensdauer in Betriebszyklen, als das Halbleitergerät 102 gemäß dem zweiten Vergleichsbeispiel und das Halbleitergerät 103 gemäß dem dritten Vergleichsbeispiel, die keinen Metallfilm 2 aufweisen.As described above, the semiconductor device 100 according to the present embodiment having the metal film 2 and the wire 3 having an average crystal grain size of less than or equal to 5 μm has a longer service life in operating cycles than the semiconductor device 102 according to the second comparative example and the semiconductor device 103 according to that third comparative example, which do not have a metal film 2.

Als Nächstes wird die Wirkung des Metallfilms 2 beschrieben. Wie in 4 und 5 gezeigt ist es, in einem Fall in dem die Lebensdauer des Bonding-Bereichs 31 des Drahts 3 mit dem Metallfim 2 lang ist, wünschenswert, dass die Lebensdauern der anderen Komponenten des Halbleitergeräts 100 lang sind. Insbesondere ist es, wie in 1 gezeigt, wünschenswert, dass die Lebensdauer des ersten Bonding-Materials 61 lang ist. Die Lebensdauer des ersten Bonding-Materials 61 wird verbessert, wenn die Wärmebeständigkeit des ersten Bonding-Materials 61 verbessert wird. Wenn die Wärmebeständigkeit des ersten Bonding-Materials 61 verbessert wird, wird die Wärmebeständigkeit des Bonding-Bereichs 31 zwischen dem Halbleiterbauteil 1 und dem Schaltkreis 41 (siehe 5) verbessert. Insbesondere ist das erste Bonding-Material 61 vorzugsweise ein Hochtemperatur-Lot. Beispiele für ein Hochtemperatur-Lot beinhalten Blei(Pb)-Lot, Zinn(Sn)-Antimon(Sb)-Lot, Gold(Au)-Lot, Bismuth(Bi)-Lot, Kupfer(Cu)-Lot und Zink(Zn)-Lot. Wenn das Hochtemperatur-Lot schmilzt, ist eine Liquidus-Temperatur des Hochtemperatur-Lots hoch. Die Liquidus-Temperatur des Hochtemperatur-Lots beträgt beispielsweise 270 °C. Wenn daher der Metallfilm 2 ein durch außenstromloses Plattieren gebildeter Nickel(Ni)film ist und eine amorphe Phase enthält, wie in einem Halbleitergerät 104 gemäß einem in 13 gezeigten vierten Vergleichsbeispiel, verringert sich das Volumen des Metallfilms 2, wenn der Metallfilm 2 kristallisiert (erstarrt). Diese Volumenverringerung zerbricht in manchen Fällen den Metallfilm 2. Wenn, wie in 13 gezeigt, der Metallfilm 2 reißt, können sich Risse CR entlang der Risse im Metallfilm 2 in die Elektrode 11 fortsetzen. Wenn der Metallfilm 2 beispielsweise Phosphor (P) enthält, weist der Metallfilm 2 eine amorphe Phase auf. Wenn der Gehalt an Phosphor (P) groß ist, weist der Metallfilm 2 eine einzige amorphe Phase auf. Im Gegensatz dazu weist die Metallphase dann, wenn der Gehalt an Phosphor (P) klein ist, eine Kristallstruktur mit Mikrokristallen auf.Next, the effect of the metal film 2 will be described. As in 4 and 5 As shown, in a case where the life of the bonding region 31 of the wire 3 with the metal film 2 is long, it is desirable that the lives of the other components of the semiconductor device 100 are long. In particular, it is as in 1 shown, it is desirable that the life of the first bonding material 61 is long. The service life of the first bonding material 61 is improved when the heat resistance of the first bonding material 61 is improved. When the heat resistance of the first bonding material 61 is improved, the heat resistance of the bonding region 31 between the semiconductor device 1 and the circuit 41 (see 5 ) improved. In particular, the first bonding material 61 is preferably a high-temperature solder. Examples of a high temperature solder include lead (Pb) solder, tin (Sn)-antimony (Sb) solder, gold (Au) solder, bismuth (Bi) solder, copper (Cu) solder and zinc (Zn). )-Lot. If that High temperature solder melts, a liquidus temperature of the high temperature solder is high. For example, the liquidus temperature of the high-temperature solder is 270 °C. Therefore, when the metal film 2 is a nickel (Ni) film formed by electroless plating and contains an amorphous phase, as in a semiconductor device 104 according to FIG 13 In the fourth comparative example shown, the volume of the metal film 2 decreases when the metal film 2 crystallizes (solidifies). This reduction in volume in some cases breaks the metal film 2. If, as in 13 shown, the metal film 2 tears, cracks CR can continue along the cracks in the metal film 2 into the electrode 11. For example, when the metal film 2 contains phosphorus (P), the metal film 2 has an amorphous phase. When the phosphorus (P) content is large, the metal film 2 has a single amorphous phase. In contrast, when the content of phosphorus (P) is small, the metal phase has a crystal structure with microcrystals.

Im Halbleitergerät 100 gemäß der vorliegenden Ausführungsform kann der Metallfilm 2 ein Chemisch-Nickel(Ni)-Phosphor(P)-Plattierfilm sein, der keinen Schwefel (S) enthält. In diesem Fall beträgt der Phosphor(P)-Gehalt im Metallfilm 2 weniger als oder gleich 5 Massen%. Wenn der Phosphor(P)-Gehalt weniger als oder gleich 5 Massen% beträgt, weist die Metallphase eine Kristallstruktur auf. Aus diesem Grund ist es ermöglicht, das durch eine amorphe Phase Reißen des Metallfilms 2 zu unterbinden. Weil zudem kein Schwefel (S) enthalten ist, ist es ermöglicht, die Segregation von Schwefel (S) an Korngrenzen bei einer Wärmebehandlung zu unterbinden. Dies ermöglicht es, das Verspröden der Korngrenzen zu unterbinden, so dass das Reißen des Metallfilms 2 bei der Wärmebehandlung unterbunden werden kann. Wie oben beschrieben, ist die Wärmebeständigkeit des Metallfilms 2 verbessert. Daher kann unterbunden werden, dass der Metallfilm 2 reißt, selbst wenn die Temperatur bei der Herstellung des Halbleitergeräts 100 beispielsweise 270 °C übersteigt.In the semiconductor device 100 according to the present embodiment, the metal film 2 may be an electroless nickel (Ni)-phosphorus (P) plating film that does not contain sulfur (S). In this case, the phosphorus (P) content in the metal film 2 is less than or equal to 5 mass%. When the phosphorus (P) content is less than or equal to 5% by mass, the metal phase has a crystal structure. For this reason, it is possible to prevent the metal film 2 from cracking due to an amorphous phase. Because it does not contain sulfur (S), it is possible to prevent the segregation of sulfur (S) at grain boundaries during heat treatment. This makes it possible to prevent the grain boundaries from becoming brittle, so that the metal film 2 can be prevented from tearing during the heat treatment. As described above, the heat resistance of the metal film 2 is improved. Therefore, the metal film 2 can be prevented from cracking even if the temperature in manufacturing the semiconductor device 100 exceeds 270°C, for example.

Der Metallfilm 2 kann ein Chemisch-Nickel(Ni)-Bor(B)-Plattierfilm sein. In diesem Fall weist der Metallfilm 2 eine Kristallstruktur auf. Zudem ist die Reinheit des im Metallfilm 2 enthaltenen Nickels (Ni) hoch. Daher kann das Reißen des Metallfilms 2 bei der Wärmebehandlung unterbunden werden.The metal film 2 may be an electroless nickel (Ni)-boron (B) plating film. In this case, the metal film 2 has a crystal structure. In addition, the purity of the nickel (Ni) contained in the metal film 2 is high. Therefore, cracking of the metal film 2 during heat treatment can be suppressed.

Der Metallfilm 2 kann entweder ein Nickel(Ni)film oder ein Kupfer(Cu)film sein, der durch Elektroplattieren gebildet wird. In diesem Fall weist der Metallfilm 2 eine Kristallstruktur auf. Zudem ist die Reinheit des im Metallfilm 2 enthaltenen Nickels (Ni) hoch. Daher kann das Reißen des Metallfilms 2 bei der Wärmebehandlung unterbunden werden.The metal film 2 may be either a nickel (Ni) film or a copper (Cu) film formed by electroplating. In this case, the metal film 2 has a crystal structure. In addition, the purity of the nickel (Ni) contained in the metal film 2 is high. Therefore, cracking of the metal film 2 during heat treatment can be suppressed.

Der Metallfilm 2 kann ein Nickel(Ni)film, ein Kupfer(Cu)film oder ein Wolfram(W)film sein, der durch ein Dampfabscheidungs-verfahren oder ein Sputter-Verfahren gebildet wird. In diesem Fall weist der Metallfilm 2 eine Kristallstruktur auf. Zudem ist die Reinheit des im Metallfilm 2 enthaltenen Nickels (Ni) hoch. Daher kann das Reißen des Metallfilms 2 bei der Wärmebehandlung unterbunden werden.The metal film 2 may be a nickel (Ni) film, a copper (Cu) film, or a tungsten (W) film formed by a vapor deposition method or a sputtering method. In this case, the metal film 2 has a crystal structure. In addition, the purity of the nickel (Ni) contained in the metal film 2 is high. Therefore, cracking of the metal film 2 during heat treatment can be suppressed.

Gemäß dem Verfahren zum Herstellen des Halbleitergeräts gemäß der ersten Ausführungsform wird der Draht 3 im Schritt S102 den Bondens (siehe 6) wie in 5 gezeigt an den Metallfilm 2 gebondet. Im ganzen Bereich des Drahts 3 beträgt die durchschnittliche Kristallkorngröße in einem kreisförmigen Querschnitt des Drahts 3 weniger als oder gleich 5 µm. Daher ist die Lebensdauer des Halbleitergeräts 100 länger.According to the method of manufacturing the semiconductor device according to the first embodiment, the wire 3 is subjected to bonding in step S102 (see 6 ) as in 5 shown bonded to the metal film 2. In the entire area of the wire 3, the average crystal grain size in a circular cross section of the wire 3 is less than or equal to 5 μm. Therefore, the life of the semiconductor device 100 is longer.

Die Halbleiterbauteile 1 sind über Bonding-Materialien (erste Bonding-Materialien 61) an den Schaltkreis 41 gebondet, die auf eine Temperatur höher als oder gleich 270 °C erwärmt werden. Daher kann ein Bonding-Material (erstes Bonding-Material 61) mit hoher Wärmebeständigkeit als Bonding-Material zum Bonden der Halbleiterbauteile 1 an den Schaltkreis 41 eingesetzt werden. Insbesondere können die Halbleiterbauteile 1 mit einem Bonding-Material an den Schaltkreis 41 gebondet werden, dessen Schmelzpunkt höher als oder bei 270 °C liegt. Wenn beispielsweise der Gehalt an Blei(Pb) in den ersten Bonding-Materialien 61 hoch ist, liegt der Schmelzpunkt der ersten Bonding-Materialien 61 höher als oder bei 270 °C. Daher ist die Wärmebeständigkeit des Halbleitergeräts 100 verbessert. Beispielsweise wird von einem Halbleitergerät 100 mit hoher Betriebstemperatur aufgrund hoher Integration der Halbleiterbauteile 1 eine hohe Wärmebeständigkeit verlangt.The semiconductor components 1 are bonded to the circuit 41 via bonding materials (first bonding materials 61), which are heated to a temperature higher than or equal to 270 ° C. Therefore, a bonding material (first bonding material 61) having high heat resistance can be used as a bonding material for bonding the semiconductor components 1 to the circuit 41. In particular, the semiconductor components 1 can be bonded to the circuit 41 with a bonding material whose melting point is higher than or at 270 ° C. For example, when the content of lead (Pb) in the first bonding materials 61 is high, the melting point of the first bonding materials 61 is higher than or at 270 ° C. Therefore, the heat resistance of the semiconductor device 100 is improved. For example, a semiconductor device 100 with a high operating temperature is required to have high heat resistance due to high integration of the semiconductor components 1.

Zweite AusführungsformSecond embodiment

Unter Bezugnahme auf 14 wird als Nächstes eine Konfiguration des Halbleitergeräts 100 gemäß einer zweiten Ausführungsform beschrieben. Die zweie Ausführungsform weist dieselbe Konfiguration, Herstellungsweise, und Effekte und Wirkungen wie die erste Ausführungsform auf wenn nichts anderes angegeben ist. Daher werden gleiche Komponenten wie jene in der ersten Ausführungsform mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet, und deren Beschreibung wird nicht wiederholt.With reference to 14 Next, a configuration of the semiconductor device 100 according to a second embodiment will be described. The second embodiment has the same configuration, manufacturing manner, and effects as the first embodiment unless otherwise specified. Therefore, the same components as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and the description thereof will not be repeated.

Wie in 14 gezeigt, enthält ein Draht 3 gemäß der vorliegenden Ausführungsform Eisen (Fe) und Aluminium (Al). Der Gehalt an Eisen im Draht 3 ist größer als oder gleich 0,2 Massen% und kleiner als oder gleich 2,0 Massen%. Der Gehalt an Aluminium in einem verbleibenden Teil des Drahts 3 ohne das Eisen ist größer als oder gleich 99,99 Massen%.As in 14 shown, a wire 3 according to the present embodiment contains iron (Fe) and aluminum (Al). The iron content in the wire 3 is greater than or equal to 0.2 mass% and less than or equal to 2.0 mass%. The aluminum content in a remaining part of the wire 3 without the iron is greater than or equal to 99.99% by mass.

Andere Elemente als Aluminium (Al, die in dem Draht 3 enthalten sind, liegen entweder im Zustand der festen Lösung im Aluminium (Al) vor, oder ausgeschieden. Daher liegt in der vorliegenden Ausführungsform das Eisen (Fe) entweder im Zustand der festen Lösung im Aluminium (Al) vor, oder im ausgeschiedenen Zustand. In einem Zustand, in dem ein anderes Element als Aluminium (Al) in dem Aluminium (Al) fest gelöst ist, ist die Leitfähigkeit des Drahts 3 erheblich erniedrigt. In dem Zustand, in dem ein anderes Element als Aluminium (Al) aus dem Aluminium (Al) ausgeschieden ist, ist die Abnahme der Leitfähigkeit des Drahts 3 unterbunden. Die Grenze der maximalen Fest-Löslichkeit in Aluminium (Al) hängt vom Element ab. Die Rate der Abnahme der Leitfähigkeit des Drahts 3 pro fest-gelöster Menge des Elements hängt von dem Element ab.Elements other than aluminum (Al) contained in the wire 3 are either in the solid solution state in the aluminum (Al) or precipitated. Therefore, in the present embodiment, the iron (Fe) is either in the solid solution state in the Aluminum (Al) before or in the precipitated state. In a state in which an element other than aluminum (Al) is solidly dissolved in the aluminum (Al), the conductivity of the wire 3 is significantly lowered. In the state in which If an element other than aluminum (Al) is precipitated from the aluminum (Al), the decrease in the conductivity of the wire 3 is prevented. The limit of the maximum solid solubility in aluminum (Al) depends on the element. The rate of decrease in conductivity of 3 wire per solid-dissolved amount of element depends on the element.

Die Grenze der maximalen Fest-Löslichkeit von Eisen (Fe) in Aluminium (Al) beträgt beispielsweise 0,05 Massen%. Selbst wenn daher der Gehalt an Eisen (Fe) im Draht 3 größer als oder gleich 0,2 Massen% ist und weniger als oder gleich 2,0 Massen% ist, ist das meiste Eisen (Fe) ausgeschieden. Daher wird unterbunden, dass Eisen (Fe) die Leitfähigkeit des Drahts 3 verringert.The limit of the maximum solid solubility of iron (Fe) in aluminum (Al) is, for example, 0.05% by mass. Therefore, even if the content of iron (Fe) in the wire 3 is greater than or equal to 0.2 mass% and less than or equal to 2.0 mass%, most of the iron (Fe) is precipitated. Therefore, iron (Fe) is prevented from reducing the conductivity of the wire 3.

Vorzugsweise beträgt die Leitfähigkeit des Drahts 3 gemäß der vorliegenden Ausführungsform mehr als oder gleich 29×105 S/m (50% IACS). Mehr bevorzugt beträgt die Leitfähigkeit des Drahts 3 mehr als oder gleich 32×105 S/m (55% IACS).Preferably, the conductivity of the wire 3 according to the present embodiment is more than or equal to 29×10 5 S/m (50% IACS). More preferably, the conductivity of the wire 3 is greater than or equal to 32x10 5 S/m (55% IACS).

Der Draht 3 gemäß einer Variante der zweiten Ausführungsform enthält Eisen (Fe), ein Zusatz-Element und Aluminium. Der Gehalt an Eisen und dem Zusatz-Element im Draht 3 ist größer als oder gleich 0,2 Massen%, und weniger als oder gleich 2,0 Massen%. Der Gehalt an Aluminium in einem verbleibenden Teil des Drahts 3 ohne das Eisen und das Zusatz-Element ist größer als oder gleich 99,99 Massen%.The wire 3 according to a variant of the second embodiment contains iron (Fe), an additional element and aluminum. The content of iron and the additional element in the wire 3 is greater than or equal to 0.2 mass%, and less than or equal to 2.0 mass%. The content of aluminum in a remaining part of the wire 3 without the iron and the additional element is greater than or equal to 99.99 mass%.

Beispiele für das Zusatz-Element beinhalten Magnesium (Mg), Silicium (Si), Kupfer (Cu), Nickel (Ni), Zink (Zn), Chrom (Cr), Mangan (Mn), Titan (Ti), Zirkonium (Zr) und Wolfram (W). Das Zusatz-Element ist ein von Eisen (Fe) verschiedenes Element.Examples of the additional element include magnesium (Mg), silicon (Si), copper (Cu), nickel (Ni), zinc (Zn), chromium (Cr), manganese (Mn), titanium (Ti), zirconium (Zr ) and tungsten (W). The additional element is an element other than iron (Fe).

Als Nächstes werden die Effekte und Wirkungen der zweiten Ausführungsform beschrieben.
Gemäß einem Halbleitergerät gemäß der zweiten Ausführungsform enthält der Draht 3 Eisen (Fe) und Aluminium (al), wie in 14 gezeigt. Daher vermag Eisen (Fe) die durchschnittliche Kristallkorngröße des Aluminiums (Al) zu verringern. Das heißt, die durchschnittliche Kristallkorngröße des Drahts 3 kann verringert werden. Zudem kann die Rekristallisationstemperatur des Drahts 3 erhöht werden. Insbesondere beträgt die Rekristallisationstemperatur des Drahts 3 mehr als oder gleich 175 °C. Infolge dessen kann, selbst wenn der Draht 3 aufgrund des beim Betriebs-Zyklen-Test durch den Draht 3 fließenden Stroms Wärme erzeugt, die Rekristallisation der miniaturisierten Kristalle unterbunden werden. Daher kann die Vergröberung der mikronisierten Kristalle unterbunden werden. Daher ist es ermöglicht, die Miniaturisierung der Kristalle zu beschleunigen, und gleichzeitig die miniaturisieren Kristalle daran zu hindern, zu vergröbern.Next, the effects and effects of the second embodiment will be described.
According to a semiconductor device according to the second embodiment, the wire 3 contains iron (Fe) and aluminum (al) as in 14 shown. Therefore, iron (Fe) can reduce the average crystal grain size of aluminum (Al). That is, the average crystal grain size of the wire 3 can be reduced. In addition, the recrystallization temperature of the wire 3 can be increased. In particular, the recrystallization temperature of the wire 3 is more than or equal to 175 ° C. As a result, even if the wire 3 generates heat due to the current flowing through the wire 3 in the operation cycle test, the recrystallization of the miniaturized crystals can be suppressed. Therefore, the coarsening of the micronized crystals can be prevented. Therefore, it is possible to accelerate the miniaturization of the crystals while preventing the miniaturized crystals from coarsening.

Der Gehalt an Eisen im Draht 3 ist größer als oder gleich 0,2 Massen% und weniger als oder gleich 2,0 Massen%. Der Gehalt an Aluminium im verbleibenden Teil des Drahts 3 ohne das Eisen ist größer als oder gleich 99,99 Massen%. Daher ist die Grenze der Fest-Löslichkeit des Eisens (Fe) im Aluminium (Al) gering. Aus diesem Grund kann die Leitfähigkeit des Drahts 3 daran gehindert werden, niedriger zu werden. Infolge dessen kann der Draht gemäß der vorliegenden Ausführungsform selbst dann eingesetzt werden, wenn ein großer Strom durch das Halbleitergerät 100 fließt.The content of iron in the wire 3 is greater than or equal to 0.2 mass% and less than or equal to 2.0 mass%. The aluminum content in the remaining part of the wire 3 without the iron is greater than or equal to 99.99% by mass. Therefore, the solid solubility limit of iron (Fe) in aluminum (Al) is low. For this reason, the conductivity of the wire 3 can be prevented from becoming lower. As a result, the wire according to the present embodiment can be used even when a large current flows through the semiconductor device 100.

Unter Bezugnahme auf 15 bis 25 werden als Nächstes Wirkungen des Halbleitergeräts 100 gemäß der vorliegenden Ausführungsform genauer beschrieben. 15 ist eine Kristallausrichtungs-Karte, die die Beurteilung eines Drahts 3 nach dem Rückstreuelektronen-Beugungsverfahren (EBSD, electron backscatter diffraction) vor und nach dem Betriebs-Zyklen-Test zeigt. Man beachte, dass die Kristallausrichtungs-Karte in 15 und anderen Zeichnungen jeweils eine Kristallausrichtungs-Karte eins Teils des Halbleitergeräts 100 sind, aber zur Vereinfachung alle vier Seiten als gerade Linien gezeigt sind, anstelle von Weglassungs-Linien.With reference to 15 until 25 Next, effects of the semiconductor device 100 according to the present embodiment will be described in more detail. 15 is a crystal alignment map showing the evaluation of a wire 3 by the electron backscatter diffraction (EBSD) method before and after the operational cycling test. Note that the crystal alignment map in 15 and other drawings are each a crystal alignment map of a part of the semiconductor device 100, but for convenience all four sides are shown as straight lines instead of omission lines.

Die Wirkungen des Halbleitergeräts 100 gemäß der vorliegenden Ausführungsform werden durch Vergleich des Drahts 3 (siehe 15) einer ersten Konfiguration des Halbleitergeräts 100 gemäß der vorliegenden Ausführungsform, des Drahts 3 (siehe 16) einer zweiten Konfiguration des Halbleitergeräts 100 gemäß der vorliegenden Ausführungsform, und des Drahts 3 (siehe 17) gemäß dem ersten Vergleichsbeispiel beschrieben.The effects of the semiconductor device 100 according to the present embodiment are shown by comparing the wire 3 (see 15 ) a first configuration of the semiconductor device 100 according to the present embodiment, the wire 3 (see 16 ) a second configuration of the semiconductor device 100 according to the present embodiment, and the wire 3 (see 17 ) described according to the first comparative example.

Wie in 15 gezeigt, beträgt die durchschnittliche Kristallkorngröße des Drahts 3 der ersten Struktur des Halbleitergeräts 100 gemäß der vorliegenden Ausführungsform 2,7 µm. Der Gehalt an einem anderen Element als Aluminium (Al) im Draht 3 der ersten Struktur beträgt 0,4 Massen%. Wie in 16 gezeigt, beträgt die durchschnittliche Kristallkorngröße des Drahts 3 der zweiten Struktur des Halbleitergeräts 100 gemäß der vorliegenden Ausführungsform 5 µm. Der Gehalt an einem anderen Element als Aluminium (Al) im Draht 3 der zweiten Struktur beträgt 1,5 Massen%. Zudem beträgt, wie in 17 gezeigt, die durchschnittliche Kristallkorngröße des Drahts 3 des Halbleitergeräts 101 gemäß dem ersten Vergleichsbeispiel 35 µm.As in 15 As shown, the average crystal grain size of the wire 3 of the first structure of the semiconductor device 100 according to the present embodiment is 2.7 μm. The content of an element other than aluminum (Al) in the wire 3 of the first structure is 0.4% by mass. As in 16 shown is the average crystal grain size of the wire 3 of the second structure of the semiconductor device 100 according to the present embodiment is 5 μm. The content of an element other than aluminum (Al) in the wire 3 of the second structure is 1.5% by mass. In addition, as in 17 shown, the average crystal grain size of the wire 3 of the semiconductor device 101 according to the first comparative example is 35 μm.

Der oben beschriebene Betriebs-Zyklen-Test wurde am Draht 3 der ersten Konfiguration, am Draht 3 der zweiten Konfiguration und am Draht 3 gemäß der ersten Vergleichsbeispiel des Halbleitergeräts 100 der vorliegenden Ausführungsform ausgeführt.The operation cycle test described above was carried out on the wire 3 of the first configuration, the wire 3 of the second configuration and the wire 3 according to the first comparative example of the semiconductor device 100 of the present embodiment.

Die Lebensdauer von Draht 3 der ersten Struktur des Halbleitergeräts 100 gemäß der vorliegenden Ausführungsform betrug 277.000 Betriebszyklen. Wie in 15 gezeigt, war, hinsichtlich des Drahts 3 der ersten Struktur des Halbleitergeräts 100 gemäß der vorliegenden Ausführungsform, ein Unterschied zwischen der Kristallkorngröße an der Bonding-Zwischenschicht BI und der Kristallkorngröße im Bonding-Bereich 31 an der Innenseite in Bezug auf die Bonding-Zwischenschicht BI vor dem Betriebs-Zyklen-Test klein. Insbesondere betrug, hinsichtlich des Drahts 3 der ersten Struktur des Halbleitergeräts 100 gemäß der zweiten Ausführungsform, die Kristallkorngröße an der Bonding-Zwischenschicht BI und die Kristallkorngröße im Bonding-Bereich 31 an der Innenseite in Bezug auf die Bonding-Zwischenschicht BI vor dem Betriebs-Zyklen-Test jeweils etwa 1 µm. Ferner betrug, wie in 18 gezeigt, hinsichtlich des Drahts 3 der ersten Struktur des Halbleitergeräts 100 gemäß der vorliegenden Ausführungsform, die Kristallkorngröße an der Bonding-Zwischenschicht BI und die Kristallkorngröße im Bonding-Bereich 31 an der Innenseite in Bezug auf die Bonding-Zwischenschicht BI nach dem Betriebs-Zyklen-Test jeweils etwa 3 µm. Wie in 19 bis 21 gezeigt, hatte sich ein Riss CR im Draht 3 entlang des Bonding-Bereichs 31 des Drahts 3 mit dem Metallfilm 2 fortgesetzt.The life of wire 3 of the first structure of the semiconductor device 100 according to the present embodiment was 277,000 operation cycles. As in 15 As shown, with respect to the wire 3 of the first structure of the semiconductor device 100 according to the present embodiment, there was a difference between the crystal grain size at the bonding interlayer BI and the crystal grain size in the bonding region 31 on the inside with respect to the bonding interlayer BI the operating cycle test is small. Specifically, with respect to the wire 3 of the first structure of the semiconductor device 100 according to the second embodiment, the crystal grain size at the bonding interlayer BI and the crystal grain size in the bonding region 31 on the inside with respect to the bonding interlayer BI before the operation cycles -Test about 1 µm each. Furthermore, as in 18 shown, with respect to the wire 3 of the first structure of the semiconductor device 100 according to the present embodiment, the crystal grain size at the bonding interlayer BI and the crystal grain size in the bonding region 31 on the inside with respect to the bonding interlayer BI after the operation cycle Test about 3 µm each. As in 19 until 21 shown, a crack CR in the wire 3 had continued along the bonding area 31 of the wire 3 with the metal film 2.

Die Lebensdauer von Draht 3 der zweiten Struktur des Halbleitergeräts 100 gemäß der vorliegenden Ausführungsform betrug 353.000 Betriebszyklen. Wie in 16 gezeigt, war, hinsichtlich des Drahts 3 der zweiten Struktur des Halbleitergeräts 100 gemäß der vorliegenden Ausführungsform, ein Unterschied zwischen der Kristallkorngröße an der Bonding-Zwischenschicht BI und der Kristallkorngröße im Bonding-Bereich 31 an der Innenseite in Bezug auf die Bonding-Zwischenschicht BI vor dem Betriebs-Zyklen-Test klein. Insbesondere betrug, hinsichtlich des Drahts 3 der zweiten Struktur des Halbleitergeräts 100 gemäß der zweiten Ausführungsform, die Kristallkorngröße an der Bonding-Zwischenschicht BI und die Kristallkorngröße im Bonding-Bereich 31 an der Innenseite in Bezug auf die Bonding-Zwischenschicht BI vor dem Betriebs-Zyklen-Test jeweils etwa 2 µm. Ferner betrug, wie in 22 gezeigt, hinsichtlich des Drahts 3 der zweiten Struktur des Halbleitergeräts 100 gemäß der zweiten Ausführungsform, die Kristallkorngröße an der Bonding-Zwischenschicht BI und die Kristallkorngröße im Bonding-Bereich 31 an der Innenseite in Bezug auf die Bonding-Zwischenschicht BI nach dem Betriebs-Zyklen-Test jeweils etwa 3 µm.The life of wire 3 of the second structure of the semiconductor device 100 according to the present embodiment was 353,000 operation cycles. As in 16 As shown, with respect to the wire 3 of the second structure of the semiconductor device 100 according to the present embodiment, there was a difference between the crystal grain size at the bonding interlayer BI and the crystal grain size in the bonding region 31 on the inside with respect to the bonding interlayer BI the operating cycle test is small. Specifically, with respect to the wire 3 of the second structure of the semiconductor device 100 according to the second embodiment, the crystal grain size at the bonding interlayer BI and the crystal grain size in the bonding region 31 on the inside with respect to the bonding interlayer BI before the operation cycles -Test about 2 µm each. Furthermore, as in 22 shown, with respect to the wire 3 of the second structure of the semiconductor device 100 according to the second embodiment, the crystal grain size at the bonding interlayer BI and the crystal grain size in the bonding region 31 on the inside with respect to the bonding interlayer BI after the operation cycle Test about 3 µm each.

Wie in 17 gezeigt, weist der Draht 3 des Halbleitergeräts 101 gemäß dem ersten Vergleichsbeispiel einen Bonding-Bereich 31 mit einer durchschnittlichen Kristallkorngröße von vor dem Betriebs-Zyklen-Test etwa 1 µm auf, der eine innere Region beinhaltet, die sich im Draht 3 und auf der inneren Seite in Bezug auf den Bonding-Bereich befindet. Die innere Region weist eine Kristallkorngröße von größer als oder gleich 2 µm und weniger als oder gleich 5 µm auf. Wie in 20 gezeigt, war eine Fläche des Bonding-Bereichs 31 nach dem Betriebs-Zyklen-Test kleiner als die Fläche des Bonding-Bereichs 31 nach dem Betriebs-Zyklen-Test. Die Korngröße von vielen Kristallen in der inneren Region war größer als 5 µm. Daher hatte sich der Draht 3 des Halbleitergeräts 101 gemäß dem ersten Vergleichsbeispiel vergröbert. Wie in 23 gezeigt, trat ein Riss CR auf. Zudem hatte sich der Riss CR, wie in 24 und 25 gezeigt, in den Draht hinein fortgesetzt, so dass sich der Riss CR vom Metallfilm 2 entfernte.As in 17 As shown, the wire 3 of the semiconductor device 101 according to the first comparative example has a bonding region 31 with an average crystal grain size of about 1 μm before the operation cycle test, which includes an inner region located in the wire 3 and on the inner side in relation to the bonding area. The inner region has a crystal grain size greater than or equal to 2 μm and less than or equal to 5 μm. As in 20 shown, an area of the bonding area 31 after the operation cycle test was smaller than the area of the bonding area 31 after the operation cycle test. The grain size of many crystals in the inner region was larger than 5 μm. Therefore, the wire 3 of the semiconductor device 101 according to the first comparative example had become coarser. As in 23 shown, a crack CR occurred. In addition, the crack had CR, as in 24 and 25 shown continued into the wire so that the crack CR moved away from the metal film 2.

Wie oben beschrieben wurde der Draht 3, dessen Kristallkorngröße durch Zugabe eine Legierungselements auf weniger als oder gleich 5 µm eingestellt wurde, auf einen Metallfilm 2 gebondet, der härter war als der Draht 3; daher setzte sich ein Riss beim Betriebs-Zyklen-Test selektiv nur im Draht 3 fort, und weil die Vergröberung der Kristallkorngröße beim Test unterbunden war, wurde eine besonders lange Lebensdauer erreicht.As described above, the wire 3, whose crystal grain size was adjusted to less than or equal to 5 µm by adding an alloying element, was bonded to a metal film 2 which was harder than the wire 3; Therefore, a crack in the operating cycle test selectively propagated only in the wire 3, and because the coarsening of the crystal grain size was prevented during the test, a particularly long service life was achieved.

Der Draht 3 enthält Eisen (Fe). Daher ist die Wärmebeständigkeit des Drahts 3 verbessert. Infolge dessen ist die Wärmebeständigkeit des Halbleitergeräts 100 verbessert.The wire 3 contains iron (Fe). Therefore, the heat resistance of the wire 3 is improved. As a result, the heat resistance of the semiconductor device 100 is improved.

Der Draht 3 enthält ein zusätzliches Element. Die Festigkeit, Rekristallisationstemperatur, Korrosionsbeständigkeit und dergleichen des Drahts 3 werden durch das zusätzliche Element verbessert. Beispielsweise wird, wenn das zusätzliche Element Magnesium (Mg) oder Silicium (Si) ist, die Zugfestigkeit des Drahts 3 verbessert. Wenn das zusätzliche Element Zirkonium (Zr) ist, wird die Rekristallisationstemperatur des Drahts 3 verbessert. Wenn das zusätzliche Element Mangan (Mn) ist, wird die Korrosionsbeständigkeit des Drahts 3 verbessert. Daher werden die Festigkeit, Rekristallisationstemperatur, Korrosionsbeständigkeit und dergleichen des Halbleitergeräts 1001 verbessert.The wire 3 contains an additional element. The strength, recrystallization temperature, corrosion resistance and the like of the wire 3 are improved by the additional element. For example, when the additional element is magnesium (Mg) or silicon (Si), the tensile strength of the wire 3 is improved. When the additional element is zirconium (Zr), the recrystallization temperature of the wire 3 is improved. When the additional element is manganese (Mn), the corrosion resistance of the wire 3 is improved. Therefore, the strength, recrystallization temperature, Corrosion resistance and the like of the semiconductor device 1001 are improved.

In der obigen Beschreibung wurde ein Fall beschrieben, in dem ein Gehalt an Eisen oder der Gehalt an Eisen und dem zusätzlichen Element im Draht 3 größer als oder gleich 0,2 Massen% und weniger als oder gleich 2,0 Massen% beträgt, und der Gehalt an Aluminium im verbleibenden Teil des Drahts ohne Eisen bzw. Eisen und zusätzliches Element größer als oder gleich 99,99 Massen% ist. Wenn jedoch der Gehalt an Eisen oder der Gehalt an Eisen und dem zusätzlichen Element im Draht 3 größer als oder gleich 0,01 Massen% und weniger als oder gleich 2,0 Massen% beträgt, und der Gehalt an Aluminium im verbleibenden Teil des Drahts ohne Eisen bzw. Eisen und zusätzliches Element gleichzeitig größer als oder gleich 99 Massen% ist, werden ähnliche Wirkungen bereitgestellt.In the above description, a case has been described in which a content of iron or the content of iron and the additional element in the wire 3 is greater than or equal to 0.2 mass% and less than or equal to 2.0 mass%, and the Content of aluminum in the remaining part of the wire without iron or iron and additional element is greater than or equal to 99.99% by mass. However, if the content of iron or the content of iron and the additional element in the wire 3 is greater than or equal to 0.01 mass% and less than or equal to 2.0 mass%, and the content of aluminum in the remaining part of the wire is without Iron or iron and additional element at the same time is greater than or equal to 99% by mass, similar effects are provided.

Dritte AusführungsformThird embodiment

In der vorliegenden Ausführungsform werden Halbleitergeräte 100 gemäß der oben beschriebenen ersten und zweiten Ausführungsform auf ein Netzgerät angewendet. Obgleich die vorliegende Offenbarung nicht auf ein besonderes Netzgerät beschränkt ist, wird nachfolgend ein Fall beschrieben, in dem die vorliegende Offenbarung auf einen Drei-Phasen-Inverter angewendet wird.In the present embodiment, semiconductor devices 100 according to the first and second embodiments described above are applied to a power supply. Although the present disclosure is not limited to a particular power supply, a case in which the present disclosure is applied to a three-phase inverter will be described below.

26 ist ein Blockdiagramm, das die Konfiguration eines Leistungs-Wandlersystems zeigt, auf das das Netzgerät gemäß der vorliegenden Ausführungsform angewendet wird. 26 is a block diagram showing the configuration of a power conversion system to which the power supply according to the present embodiment is applied.

Das in 26 gezeigte Leistungs-Wandlersystem beinhaltet eine Stromzufuhr PW, ein Netzteil 200 und einen Verbraucher L. Die Stromzufuhr PW ist eine DC-Stromzufuhr und führt dem Leistungs-Wandlersystem 200 Gleichstrom zu. Die Stromzufuhr PW kann mit diversen Geräten konfiguriert sein, und kann beispielsweise mit einem DC-System, einer Solarzelle oder einer Sekundärbatterie konfiguriert sein, oder kann mit einem Gleichrichter-Schaltkreis oder einem an ein AC-System angeschlossenen AC/DC-Wandler konfiguriert sein. Ferner kann die Stromzufuhr PW mit einem DC7DC-Wandler konfiguriert sein, der die Gleichstromausgabe eines DC-Systems in einen vorbestimmten Strom wandelt.This in 26 Power converter system shown includes a power supply PW, a power supply 200 and a consumer L. The power supply PW is a DC power supply and supplies direct current to the power converter system 200. The power supply PW may be configured with various devices, and may be configured with, for example, a DC system, a solar cell or a secondary battery, or may be configured with a rectifier circuit or an AC/DC converter connected to an AC system. Further, the power supply PW may be configured with a DC7DC converter that converts the DC output of a DC system into a predetermined current.

Das Netzteil 200 ist ein zwischen der Stromzufuhr PW und dem Verbraucher L angeschlossener Drei-Phasen-Inverter, wandelt von der Stromzufuhr PW zugeführten Gleichstrom in Wechselstrom, und führt den Wechselstrom dem Verbraucher L zu. Wie in 26 gezeigt, beinhaltet das Netzteil 200 eine Haupt-Wandler-Schaltung 201, die Gleichstrom in Wechselstrom wandelt und den Wechselstrom ausgibt, und eine Steuerschaltung 202, die ein Steuersignal zum Steuern der Haupt-Wandler-Schaltung 201 an die Haupt-Wandler-Schaltung 201 ausgibt.The power supply 200 is a three-phase inverter connected between the power supply PW and the consumer L, converts direct current supplied from the power supply PW into alternating current, and supplies the alternating current to the consumer L. As in 26 As shown, the power supply 200 includes a main converter circuit 201 that converts direct current into alternating current and outputs the alternating current, and a control circuit 202 that outputs a control signal for controlling the main converter circuit 201 to the main converter circuit 201 .

Der Verbraucher L ist ein mit dem vom Netzteil 200 zugeführten Wechselstrom betriebener Drei-Phasen-Motor. Der Verbraucher L braucht nicht für eine bestimmte Anwendung verwendet zu werden, ist aber ein Elektromotor für diverse Elektrogeräte, und wird als Elektromotor für beispielsweise ein Hybridfahrzeug, ein Elektrofahrzeug, ein Eisenbahnfahrzeug, einen Fahrstuhl oder eine Klimaanlage verwendet.The consumer L is a three-phase motor operated with the alternating current supplied by the power supply 200. The load L does not need to be used for a specific application, but is an electric motor for various electrical devices, and is used as an electric motor for, for example, a hybrid vehicle, an electric vehicle, a railway vehicle, an elevator or an air conditioner.

Nachfolgend wird das Netzteil 200 im Detail beschrieben. Die Haupt-Wandler-Schaltung 201 beinhaltet Schaltbauteile und (nicht dargestellte) Freilaufdioden [freewheeling diodes], wandelt von der Stromzufuhr PW zugeführten Gleichstrom durch Schalten der Schaltbauteile in Wechselstrom, und führt den Wechselstrom dem Verbraucher L zu. Obgleich es diverse Schaltungskonfigurationen für die Haupt-Wandler-Schaltung 201 gibt, ist die Haupt-Wandler-Schaltung 201 gemäß der vorliegenden Ausführungsform eine Zwei-Level-Drei-Phasen-Vollbrückenschaltung [two-level three-phase full bridge circuit], und kann sechs Schaltbauteile und sechs Freilaufdioden beinhalten, die antiparallel zu den entsprechenden Schaltbauteilen angeschlossen sind. Wenigstens eines der Schaltbauteile und Freilaufdioden der Haupt-Wandler-Schaltung 201 ist ein Schaltbauteil bzw. eine Freilaufdiode, die in einem Halbleitergerät 100 gemäß dem Halbleitergerät 100 gemäß entweder der ersten oder der zweiten oben beschriebenen Ausführungsform beinhaltet ist. Jeweils zwei der sechs Schaltbauteile sind in Reihe zu einem vertikalen Arm geschaltet, und die vertikalen Arme stellen jeweilige Phasen (U-Phase, V-Phase, W-Phase) der Vollbrückenschaltung dar. Die Ausgabeanschlüsse der vertikalen Arme, das heißt, drei Ausgabeanschlüsse der Haupt-Wandler-Schaltung 201 sind mit dem Verbraucher L verbunden.The power supply 200 is described in detail below. The main converter circuit 201 includes switching components and freewheeling diodes (not shown), converts direct current supplied from the power supply PW into alternating current by switching the switching components, and supplies the alternating current to the consumer L. Although there are various circuit configurations for the main converter circuit 201, the main converter circuit 201 according to the present embodiment is a two-level three-phase full bridge circuit, and can contain six switching components and six freewheeling diodes, which are connected in anti-parallel to the corresponding switching components. At least one of the switching components and freewheeling diodes of the main converter circuit 201 is a switching component or a freewheeling diode included in a semiconductor device 100 according to the semiconductor device 100 according to either the first or second embodiment described above. Two of the six switching components are connected in series to form a vertical arm, and the vertical arms represent respective phases (U-phase, V-phase, W-phase) of the full bridge circuit. The output terminals of the vertical arms, that is, three output terminals of the Main converter circuit 201 is connected to consumer L.

Ferner beinhaltet die Haupt-Wandler-Schaltung 201 eine (nicht gezeigte) Treiberschaltung, die die Schaltbauteile ansteuert, aber die Treiberschaltung kann im Halbleitergerät 100 eingebaut sein oder kann getrennt vom Halbleitergerät 100 beinhaltet sein. Die Treiberschaltung erzeugt Treibersignale zum Betreiben der Schaltbauteile der Haupt-Wandler-Schaltung 201 und führt die Treibersignale den Steuerelektroden der Schaltbauteile der Haupt-Wandler-Schaltung 201 zu. Insbesondere werden, gemäß einen später beschriebenen Steuersignal von der Steuer-Schaltung 202, ein Treibersignal zum Anschalten des Schaltbauteils und ein Treibersignal zum Ausschalten des Schaltbauteils an die Elektrode 11 jedes Schaltbauteils ausgegeben. Wenn das Schaltbauteil im AN-Zustand verbleibt, ist das Treibersignal ein Spannungssignal höher als oder gleich einer Schwellenspannung des Schaltbauteils (das Spannungssignal ist ein AN-Signal), und wenn das Schaltbauteil im AUS-Zustand verbleibt, ist das Treibersignal ein Spannungssignal niedriger als die oder gleich der Schwellenspannung des Schaltbauteils (das Spannungssignal ist ein AUS-Signal).Further, the main converter circuit 201 includes a driver circuit (not shown) that drives the switching components, but the driver circuit may be incorporated in the semiconductor device 100 or may be included separately from the semiconductor device 100. The driver circuit generates drive signals for operating the switching components of the main converter circuit 201 and supplies the drive signals to the control electrodes of the switching components of the main converter circuit 201. Specifically, according to a later-described control signal from the control circuit 202, a drive signal for turning on the switching component and a driving signal for turning off the switching component are output to the electrode 11 of each switching component. When the switching device remains in the ON state, the driving signal is a voltage signal higher than or equal to a threshold voltage of the switching component (the voltage signal is an ON signal), and when the switching component remains in the OFF state, the driving signal is a voltage signal lower than or equal to the threshold voltage of the switching component (the voltage signal is an OFF signal).

Die Steuerschaltung 202 steuert die Schaltbauteile der Haupt-Wandler-Schaltung 201 derart, dass der gewünschte Strom dem Verbraucher L zugeführt wird. Insbesondere wird die Zeitspanne, während welcher jedes Schaltbauteil der Haupt-Wandler-Schaltung 201 angeschaltet werden soll (AN-Dauer), auf der Grundlage des dem Verbraucher L zuzuführenden Stroms berechnet. Beispielsweise kann die Haupt-Wandler-Schaltung 201 durch PWM-Steuerung gesteuert werden, die die AN-Dauer der Schaltbauteile gemäß der auszugebenden Spannung steuert. Dann wird ein Steuerbefehl (Steuersignal) an die in der Haupt-Wandler-Schaltung 201 enthaltene Treiberschaltung ausgegeben, derart, dass zu jedem Zeitpunkt das AN-Signal an die anzuschaltenden Schaltbauteile, und das AUS-Signal an die auszuschaltenden Schaltbauteile ausgegeben wird. Gemäß dem Steuersignal gibt die Treiberschaltung das AN-Signal oder das AUS-Signal als das Treibersignal an die Elektrode 11 jedes Schaltbauteils aus.The control circuit 202 controls the switching components of the main converter circuit 201 in such a way that the desired current is supplied to the consumer L. Specifically, the period of time during which each switching component of the main converter circuit 201 is to be turned on (ON duration) is calculated based on the current to be supplied to the load L. For example, the main converter circuit 201 may be controlled by PWM control, which controls the ON duration of the switching components according to the voltage to be output. Then, a control command (control signal) is output to the driver circuit included in the main converter circuit 201 such that the ON signal is output to the switching components to be turned on and the OFF signal is output to the switching components to be turned off at any time. According to the control signal, the driving circuit outputs the ON signal or the OFF signal as the driving signal to the electrode 11 of each switching component.

Bei dem Netzteil gemäß der vorliegenden Ausführungsform ist es, weil das Halbleitergerät 100 gemäß der ersten oder zweiten Ausführungsform als das die Haupt-Wandler-Schaltung 201 darstellende Halbleitergerät 100 eingesetzt wird, ermöglicht, zu erreichen, dass das Netzteil 200 eine lange Lebensdauer hat.In the power supply according to the present embodiment, because the semiconductor device 100 according to the first or second embodiment is employed as the semiconductor device 100 constituting the main converter circuit 201, it is possible to make the power supply 200 have a long life.

In der vorliegenden Ausführungsform wurde ein Beispiel beschrieben, bei welchem die vorliegende Offenbarung auf einen Zwei-Level-Drei-Phasen-Inverter angewendet wurde, aber die vorliegende Offenbarung ist nicht darauf beschränkt, und kann auf diverse Netzteile angewendet werden. Die vorliegende Offenbarung beschrieb ein Zwei-Level-Netzteil, aber die vorliegende Offenbarung kann auf ein Drei-Level- oder ein Multi-Level-Netzteil angewendet werden, und kann auf einen Einzel-Phasen-Inverter angewendet werden, wenn einem Einzel-Phasen-Verbraucher Strom zugeführt wird. Ferner kann die vorliegende Offenbarung in einem Fall, in dem der Strom einem DC-Verbraucher oder dergleichen zugeführt wird, auch bei einem DC/DC-Wandler oder einem AC/DC-Wandler eingesetzt werden.In the present embodiment, an example in which the present disclosure was applied to a two-level three-phase inverter has been described, but the present disclosure is not limited to this and can be applied to various power supplies. The present disclosure described a two-level power supply, but the present disclosure may be applied to a three-level or a multi-level power supply, and may be applied to a single-phase inverter when a single-phase Consumer electricity is supplied. Further, in a case where the power is supplied to a DC load or the like, the present disclosure can also be applied to a DC/DC converter or an AC/DC converter.

Zudem wird das Netzteil, auf das die vorliegende Offenbarung angewendet wird, nicht nur für den Fall eingesetzt, bei dem der oben beschriebene Verbraucher ein Elektromotor ist, und das Netzteil kann beispielsweise als Netzteil für eine Elektro-Entladungs-Maschine, eine Laserstrahl-Maschine, einen Induktionsherd oder ein kontaktloses Stromzufuhr-System eingesetzt werden, und kann ferner für einen Leistungs-Anpasser für ein Sonnenenergie-Erzeugungssystem, ein Stromspeicher-System oder dergleichen eingesetzt werden.In addition, the power supply to which the present disclosure is applied is not only used for the case where the above-described load is an electric motor, and the power supply can be used, for example, as a power supply for an electric discharge machine, a laser beam machine, an induction cooker or a non-contact power supply system, and can also be used for a power adjuster for a solar power generation system, a power storage system or the like.

Es sollte beachtet werden, dass die hierin beschriebenen Ausführungsformen als in jeglicher Hinsicht beschreibend, und nicht als beschränkend zu verstehen sind. Der Umfang der vorliegenden Offenbarung ist nicht durch die obige Beschreibung, sondern durch die Ansprüche bestimmt, und soll Bedeutungen umfassen, die äquivalent zu den Ansprüchen und alle ihrer Modifikationen innerhalb des Umfangs sind.It should be noted that the embodiments described herein are to be considered in all respects as illustrative, and not as restrictive. The scope of the present disclosure is determined not by the above description but by the claims, and is intended to include meanings equivalent to the claims and all modifications thereof within the scope.

BezugszeichenlisteReference symbol list

11
HalbleiterbauteilSemiconductor component
22
Metallfoliemetal foil
33
Drahtwire
100100
HalbleitergerätSemiconductor device
2020
Netzteilpower adapter
201201
Haupt-Wandler-SchaltungMain converter circuit
202202
SteuerschaltungControl circuit
LL
Verbraucherconsumer
PWPW
StromversorgungPower supply

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • JP 6132014 [0002, 0003]JP 6132014 [0002, 0003]

Claims (12)

Halbleitergerät, umfassend: ein Halbleiterelement mit einer Elektrode; einen die Elektrode des Halbleiterelements bedeckenden Metallfilm; und einen an den Metallfilm gebondeten Draht, wobei der Metallfilm eine höhere Härte als der Draht aufweist, und eine durchschnittliche Kristallkorngröße in einem kreisförmigen Querschnitt des Drahts weniger als oder gleich 5 µm im ganzen Teil des Drahts beträgt.Semiconductor device comprising: a semiconductor element having an electrode; a metal film covering the electrode of the semiconductor element; and a wire bonded to the metal film, wherein the metal film has a higher hardness than the wire, and an average crystal grain size in a circular cross section of the wire is less than or equal to 5 µm throughout the whole part of the wire. Halbleitergerät gemäß Anspruch 1, wobei der Draht Eisen und Aluminium enthält, ein Gehalt an dem Eisen im Draht größer oder gleich 0,01 Massen% und weniger als oder gleich 2,0 Massen% ist, und ein Gehalt an dem Aluminium in einem restlichen Teil des Drahtes außer dem Eisen größer oder gleich 99 Massen% ist.Semiconductor device according to Claim 1 , wherein the wire contains iron and aluminum, a content of the iron in the wire is greater than or equal to 0.01 mass% and less than or equal to 2.0 mass%, and a content of the aluminum in a remaining part of the wire other than that Iron is greater than or equal to 99% by mass. Halbleitergerät gemäß Anspruch 1, wobei der Draht Eisen, ein additives Element und Aluminium enthält, ein Gehalt an dem Eisen und dem additiven Element im Draht größer oder gleich 0,01 Massen% und weniger als oder gleich 2,0 Massen% ist, und ein Gehalt an dem Aluminium in einem restlichen Teil des Drahtes außer dem Eisen und dem additiven Element größer oder gleich 99 Massen% ist.Semiconductor device according to Claim 1 , wherein the wire contains iron, an additive element and aluminum, a content of the iron and the additive element in the wire is greater than or equal to 0.01 mass% and less than or equal to 2.0 mass%, and a content of the aluminum in a remaining part of the wire other than the iron and the additive element is greater than or equal to 99% by mass. Halbleitergerät gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der Metallfilm entweder ein Nickelfilm oder ein Kupferfilm ist.Semiconductor device according to one of Claims 1 until 3 , where the metal film is either a nickel film or a copper film. Halbleitergerät gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der Metallfilm ein keinen Schwefel enthaltender Chemisch-Nickel-Phosphor-Film ist, und ein Gehalt an Phosphor in dem Metallfilm kleiner als oder gleich 5 Massen% ist.Semiconductor device according to one of Claims 1 until 3 , wherein the metal film is a chemical nickel-phosphorus film containing no sulfur, and a content of phosphorus in the metal film is less than or equal to 5 mass%. Halbleitergerät gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der Metallfilm ein Chemisch-Nickel-Bor-Plattierfilm ist.Semiconductor device according to one of Claims 1 until 3 , where the metal film is an electroless nickel-boron plating film. Halbleitergerät gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der Metallfilm entweder ein Nickelfilm oder ein Kupferfilm ist, jeweils durch Elektroplattieren gebildet.Semiconductor device according to one of Claims 1 until 3 , wherein the metal film is either a nickel film or a copper film, each formed by electroplating. Halbleitergerät gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der Metallfilm einer von einem Nickelfilm, einem Kupferfilm, einem Titanfilm und einem Wolframfilm ist, die jeweils entweder durch ein Dampfabscheidungs (Vapor Deposition)-Verfahren oder durch ein Sputter-Verfahren gebildet sind.Semiconductor device according to one of Claims 1 until 3 , wherein the metal film is one of a nickel film, a copper film, a titanium film and a tungsten film each formed by either a vapor deposition method or a sputtering method. Halbleitergerät gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8, ferner umfassend: eine Leiterbahn; und ein zwischen der Leiterbahn und dem Halbleiterelement angeordnetes Bonding-Material, wobei eine Liquidus-Temperatur des Bonding-Materials höher als oder gleich 270 °C ist.Semiconductor device according to one of Claims 1 until 8th , further comprising: a conductor track; and a bonding material arranged between the conductor track and the semiconductor element, wherein a liquidus temperature of the bonding material is higher than or equal to 270 ° C. Netzteil, umfassend: eine Haupt-Wandler-Schaltung mit dem Halbleitergerät gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9, zum Wandeln von beaufschlagtem Strom, der eingegeben wird, und zum Ausgeben von gewandeltem Strom; und eine Steuerschaltung zum Ausgeben eines Steuersignals zum Steuern der Haupt-Wandler-Schaltung, an die Haupt-Wandler-Schaltung.Power supply comprising: a main converter circuit with the semiconductor device according to one of Claims 1 until 9 , for converting applied current that is input and outputting converted current; and a control circuit for outputting a control signal for controlling the main converter circuit to the main converter circuit. Verfahren zum Herstellen eines Halbleitergeräts, das Verfahren beinhaltend: Herstellen eines Halbleiterelements mit einer Elektrode, einem die Elektrode bedeckenden Metallfilm und einem Draht; und Bonden des Drahts an den Metallfilm, wobei der Metallfilm eine höhere Härte als der Draht aufweist, und eine durchschnittliche Kristallkorngröße in einem kreisförmigen Querschnitt des Drahts weniger als oder gleich 5 µm im ganzen Teil des Drahts beträgt, nachdem der Draht an den Metallfilm gebondet wurde.Method for producing a semiconductor device, the method comprising: producing a semiconductor element having an electrode, a metal film covering the electrode, and a wire; and Bonding the wire to the metal film, wherein the metal film has a higher hardness than the wire, and an average crystal grain size in a circular cross section of the wire is less than or equal to 5 µm in the whole part of the wire after the wire is bonded to the metal film. Verfahren zum Herstellen eines Halbleitergeräts gemäß Anspruch 11, ferner beinhaltend: Herstellen einer Leiterbahn und eines Bonding-Materials, und Bonden des Halbleiterelements an die Leiterbahn, während das auf eine Temperatur höher als oder gleich 270 °C erwärmte Bonding-Material zwischen dem Halbleiterelement und der Leiterbahn angeordnet ist.Method for producing a semiconductor device according to Claim 11 , further including: producing a conductor track and a bonding material, and bonding the semiconductor element to the conductor track while the bonding material heated to a temperature higher than or equal to 270 ° C is arranged between the semiconductor element and the conductor track.
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