JP2003318344A - 半導体装置 - Google Patents

半導体装置

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 従来における半導体装置では、Ｃｕフレーム
上で発生した振動が導電板を介して半導体素子へと伝わ
ることで、振動により半導体素子が故障する問題があっ
た。 【解決手段】 本発明における半導体装置では、半導体
素子２１のソース電極２４と半田を介して接続する導電
板２５として、少なくとも２種類の厚みを有する導電板
２５を用いる。そして、ソース電極２４、ポスト３０と
も接続しない領域を薄く形成することで、この薄く形成
した領域を緩衝板として利用することに特徴がある。そ
のことで、ポスト３０側で発生した振動が導電板２５へ
伝わると、導電板２５のある程度の自在性を有する薄い
部分が変形することで、その振動が半導体素子２１へと
伝わるのを大幅に抑制することができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は半導体装置のワイヤ
レス構造において、半導体素子表面に形成された電極に
導電板を固着時等における振動から半導体素子を保護す
る構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来の電力用半導体チップの実装構造、
中でもチップの表面電極と外部電極との接続方法として
はワイヤボンディング法がある。しかし、ワイヤボンデ
ィング法による接続では、個々の金属細線の断面積が小
さい為に電流容量に制限があり、また、電気抵抗も大き
く、電流容量の確保、電気抵抗の低減が達成できないと
いう問題があった。
【０００３】そこで、最近での電力用半導体チップの実
装構造では、上述の問題に対処すべく、チップの表面電
極と外部電極との接続方法としては導電板を半田により
接続する方法が用いられている。そして、この方法によ
り形成される構造の一例として、図５に示した構造があ
る。以下に、図５を参照にして説明する。
【０００４】図示の如く、例えば、Ｃｕフレームのアイ
ランド１上に導電ペースト（図示せず）等を介して半導
体素子２が固着されている。この半導体素子２表面には
周端部を覆うシリコン窒化膜（ＳｉＮ）３より内側に、
例えば、ゲート電極４およびソース電極５が形成されて
いる。そして、このソース電極５には、例えば、銅板か
ら成る導電板６によりソース電極５とＣｕフレームのポ
スト７とを電気的に接続している。一方、ゲート電極４
には、例えば、金属細線８によりゲート電極４とＣｕフ
レームのポスト９とを電気的に接続している。
【０００５】そして、従来における構造では、図６に示
す如く導電板６を用いている。先ず、図６（Ａ）は導電
板６の側面図を示している。図示の如く、従来での導電
板６はソース電極５と固着する領域６１、ポスト７と固
着する領域６２およびその両者間の領域６３においても
全て均一な厚みで形成されている。また、図６（Ｂ）は
導電板６の上面図を示している。図示の如く、従来での
導電板６は、均一な厚み、かつ、長方形に形成された銅
板をプレス加工することで所望の形状に構成されてい
る。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】上述したように、従来
における電力用半導体チップの実装構造では、図６
（Ａ）、（Ｂ）に示す如く形状に加工された導電板６に
より、ソース電極５とＣｕフレームのポスト７とを電気
的に接続している。そのため、ソース電極５上では半田
により導電板６が固着されているので、金属細線をワイ
ヤボンディングする場合と比較して、ワイヤボンディン
グ法による半導体素子２への上述した悪影響を大幅に抑
制できるというメリットはある。
【０００７】しかしながら、上述した従来での電力用半
導体チップの実装構造では、導電板６が一定の厚みを有
して形成されており、また、銅板から形成されている。
そのことで、例えば、実装工程においてポスト７側で発
生した振動が導電板６を介して半導体素子２へと直接伝
わってしまう。つまり、導電板６は強固であり、緩衝板
としての機能を果たすことがないので、振動が直接半導
体素子へと伝わり故障の原因となるという問題があっ
た。
【０００８】また、上述したように、導電板６は半田を
介してソース電極５と固着されている。そして、図示の
如く、ソース電極５と固着する導電板の接続領域６１に
は、半田の固着時での半田内の空気を逃がすための構造
が形成されていない。そのため、半田の固着時での空気
が、また、半田ペーストの場合は気化したフラックスが
半田内に残存しボイドが発生するという問題があった。
更に、導電板６は銅板から形成されているので、半田が
導電板６周辺へとしみ出しが無い場合は、導電板６の実
装後における接続状態の目視による確認ができないとい
う問題があった。
【０００９】
【課題を解決するための手段】上述した各事情に鑑みて
成されたものであり、本発明の半導体装置は、少なくと
も１つの主表面を有し、前記主表面には絶縁層を有し前
記絶縁層に少なくとも２つ設けられた孔から一部を露出
する電流通過電極および制御電極とを有する半導体素子
と、前記半導体素子外部に設けられた前記電流通過電極
の取り出し導電領域と、前記電流通過電極と前記取り出
し導電領域とを電気的に接続する導電板とを具備し、前
記導電板は少なくとも前記主表面の電流通過電極と導電
材を介して接続する第１の接続領域と、前記取り出し導
電領域と導電材を介して接続する第２の接続領域とを有
し、前記主表面上に固着される前記第１の接続領域には
前記導電板を貫通する孔が少なくとも１つ形成されてい
ることを特徴とする。
【００１０】また、本発明の半導体装置は、少なくとも
１つの主表面を有し、前記主表面には絶縁層を有し前記
絶縁層に少なくとも２つ設けられた孔から一部を露出す
る電流通過電極および制御電極とを有する半導体素子
と、前記半導体素子外部に設けられた前記電流通過電極
の取り出し導電領域と、前記電流通過電極と前記取り出
し導電領域とを電気的に接続する導電板とを具備し、前
記導電板は少なくとも前記主表面の電流通過電極と導電
材を介して接続する第１の接続領域と、前記取り出し導
電領域と導電材を介して接続する第２の接続領域と、前
記第１の接続領域と前記第２の接続領域との間に前記導
電材と接触しない不実装領域とを有し、前記不実装領域
の板厚は前記第１および第２の接続領域の板厚よりも薄
いことを特徴とする。
【００１１】
【発明の実施の形態】以下に、本発明の半導体装置であ
る電力用半導体素子の実装構造について、図１〜図４を
参照にして詳細に説明する。
【００１２】先ず、図１は、本発明の１実施の形態であ
る半導体装置の斜視図である。図示の如く、本発明の半
導体装置では、例えば、半導体素子２１としてＭＯＳＦ
ＥＴ（Ｍｅｔａｌ Ｏｘｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃ
ｔｏｒ Ｆｉｌｅｄ Ｅｆｆｅｃｔ Ｔｒａｎｓｉｓｔ
ｅｒ）が用いられた場合について説明する。尚、図１で
は半導体素子２１等が実装されたＣｕフレームの一部の
みを図示しており、後工程において絶縁性樹脂により封
止され、個々の半導体装置に分割されるものとする。
【００１３】具体的には、例えば、Ｃｕフレームのアイ
ランド２７上に、例えば、半田等の導電ペースト（図示
せず）を介して半導体素子２１が固着されている。半導
体素子２１表面には絶縁層としてシリコン酸化膜層（図
示せず）、シリコン窒化膜（ＳｉＮ）層２３等が形成さ
れている。本実施の形態では、例えば、アルミニウム
（Ａｌ）から成るゲート電極２２、ソース電極２４の酸
化防止、耐湿性向上等が考慮され、電極２２、２４上に
はＳｉＮ層２３が形成されている。そして、このＳｉＮ
層２３には２つの孔２８、２９が形成され、孔２８を介
してソース電極２４が形成されており、孔２９を介して
ゲート電極２２が形成されている。
【００１４】そして、本実施の形態では、ゲート電極２
２では、例えば、金属細線２６によりゲート電極２２と
Ｃｕフレームのポスト３１とを電気的に接続している。
一方、ソース電極２４側は、例えば、銅板から成る導電
板２５によりソース電極２４とＣｕフレームのポスト３
０とを、例えば、半田により電気的に接続している。そ
のため、図示はしていないが、本実施の形態では、ソー
ス電極２４表面には、以下に説明する４層の表面層が形
成されている。第１層目はソース電極２４であるＡｌ層
との接着性等が考慮され、例えば、Ｔｉ層が５０〜１５
０Å程度堆積されている。次に、第２層目は、このＴｉ
層上に半田の侵食防止、半田との接合性等が考慮され、
例えば、Ｎｉ層が１５０〜２５０Å程度堆積されてい
る。第３層目は、第２層目と同様に、半田の侵食防止、
半田との接合性等が考慮され、例えば、Ｃｕ層が１００
０〜２０００Å程度堆積されている。最後に、第４層目
は、半田の濡れ性、Ｃｕ層の酸化防止等が考慮され、例
えば、Ａｕ層が５００〜１５００Å程度堆積されてい
る。また、第４の金属層としてはＰｄ層やＰｔ層でもよ
い。そして、第２層目と第３層目とが逆になった構造で
も良い。一方、Ｃｕフレームのポスト３０表面には、半
田との接着性を考慮して銀メッキや金メッキが施されて
いる場合もある。尚、このソース電極２４の表面構造は
その１例であり、この構造に限定するものではなく、そ
の他、半田との接着性等を考慮して種々の表面構造が可
能である。
【００１５】最後に、Ｃｕフレームのアイランド２７か
らはドレイン端子３２が形成され、Ｃｕフレームのポス
ト３０、３１からはそれぞれソース端子３３、ゲート端
子３４が形成されている。そして、上述したように、こ
れらのドレイン端子３２、ソース端子３３およびゲート
端子３４は絶縁性樹脂からなる樹脂封止体（図示せず）
から外部リード（図示せず）として導出する。
【００１６】そして、本発明の半導体装置の第１の特徴
は、図２に示す如く、導電板２５の厚みを変えて形成
し、導電板２５の厚みの薄い部分を緩衝板としても利用
することである。そして、図２（Ａ）は本発明の第１の
実施の形態である導電板２５の側面図であり、図２
（Ｂ）は本発明の第２の実施の形態である導電板２５の
側面図である。
【００１７】先ず、図２（Ａ）に示す如く、本発明の導
電板２５はソース電極２４と半田を介して固着する第１
の接続領域２５１、Ｃｕフレームのポスト３０と半田を
介して固着する第２の接続領域２５２およびその２者間
に位置する不実装領域２５３から成る。上述したよう
に、導電板２５は銅板から成るため金属細線等と比較し
て強固であるが、図示の如く、不実装領域２５３の厚み
ｔ２を薄く形成することで、強固であることに対処す
る。つまり、第１の接続領域２５１および第２の接続領
域２５２の厚みｔ１に対して不実装領域２５３の厚みｔ
２はｔ１＞ｔ２の関係で形成されている。本実施の形態
では、導電板２５は厚みｔ１、ｔ２の２つの厚みを有し
て形成されている。
【００１８】そして、第１の接続領域２５１、第２の接
続領域２５２は半田によりそれぞれソース電極２４、Ｃ
ｕフレームのポスト３０に固定されている。しかし、不
実装領域２５３は半田を介して任意の構成部材にも固定
されておらず、ある程度の自在性を有している。この構
造により、厚みｔ２で薄く形成した不実装領域２５３
は、例えば、ポスト３０が位置するＣｕフレーム側に振
動が掛かりその振動が導電板２５に伝わると、この不実
装領域２５３が変形する。そのことで、ポスト３０が位
置するＣｕフレーム側で発生した振動は、導電板２５を
介して半導体素子２１へ伝わることを大幅に抑制するこ
とができる。その結果、導電板２５の不実装領域２５３
は緩衝板としての役割を果たし、振動による半導体素子
２１の故障を大幅に抑制することができる。
【００１９】次に、図２（Ｂ）に示す如く、本発明にお
ける半導体装置では、図２（Ａ）の導電板２５の不実装
領域２５３に切り欠き３５を形成することで、緩衝板と
しての役割を果たすことに特徴がある。
【００２０】本発明の半導体装置では、上述したよう
に、導電板２５によりソース電極２４とＣｕフレームの
ポスト３０とを電気的に接続している。そして、導電板
２５の厚みは、使用される半導体素子２１の特性に応じ
てその厚みは決定される。そのため、本発明の半導体装
置に用いられる半導体素子２１が電流容量の小さい場合
では不実装領域２５３を薄く形成することができる。そ
の結果、上述の如く、不実装領域２５３のみで緩衝板の
働きを担うことができる。
【００２１】しかし、ＩＧＢＴ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ−
Ｇａｔｅ−Ｂｉｐｏｌａｒ−Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）チ
ップやパワーＭＯＳトランジスタチップのように半導体
素子２１の電流容量が大きい場合には、不実装領域２５
３を薄く形成することにも限界がある。この場合では、
上述したように、Ｃｕ板から成る導電板２５は強固な状
態となり緩衝板としての役割を果たすことが難しくな
る。そこで、本発明の半導体装置では、不実装領域２５
３に少なくとも１つの切り欠き部３５を設けている。そ
のことで、ポスト３０が位置するＣｕフレーム側で発生
した振動は、この切り欠き部３５を利用して不実装領域
２５３が伸縮することで緩衝されることが可能となる。
その結果、図２（Ａ）の構造と同様に、ポスト３０が位
置するＣｕフレーム側で発生した振動は、導電板２５を
介して半導体素子２１へ伝わることを大幅に抑制するこ
とができる。そして、導電板２５の不実装領域２５３は
緩衝板としての役割を果たし、振動による半導体素子２
１の故障を大幅に抑制することができる。
【００２２】尚、本実施の形態では、厚みｔ１、ｔ２の
２つの厚みを有する場合について説明したが特に限定す
る必要はなく、緩衝板としての役割を果たす範囲内で任
意の変更は可能である。また、薄く形成した不実装領域
２５３に切り欠き３５を形成することもでき、より緩衝
板としての効果を向上させることができる。
【００２３】次に、本発明の半導体装置の第２の特徴
は、図３に示す如く、ソース電極２４と接続する導電板
２５の領域に貫通する孔を設けることで、半田のボイド
の発生を抑制することである。そして、図３（Ａ）は、
図１に示した導電板の側面図である。図３（Ｂ）は、図
１に示した導電板での第１の実施の形態の上面図であ
る。図３（Ｃ）は、図１に示した導電板での第２の実施
の形態の上面図である。
【００２４】尚、図３に示す導電板２５も、図２に示し
た導電板２５と基本的構造は同様である。そのため、導
電板２５の構造は図２での説明を参照とし、ここではそ
の説明を割愛する。そして、図２と同様な構成部分の番
号は同じ番号を符すこととする。そして、図３（Ａ）に
示す如く、不実装領域２５３の厚みは厚い形状であるｔ
１であっても、薄い形状であるｔ２であっても、以下に
説明する本実施の形態を採用することができる。
【００２５】図３（Ｂ）に示す如く、ソース電極２４と
接続する第１の接続領域２５１には、例えば、この導電
板２５を貫通する孔３６が少なくとも１つ形成されてい
る。そして、第１の接続領域２５１は半田を介してソー
ス電極２４と固着するが、この際、半田内には空気が取
り込まれる。また、半田ペーストを用いて第１の接続領
域２５１とソース電極２４とを固着する際には、半田ペ
ースト内に含まれるフラックスが気化し、半田内に含ま
れる。そのため、従来の導電板６（図５参照）のように
導電板６を貫通する孔等が形成されていないと、上記し
た空気等が半田内に残存しボイドの発生要因となってい
た。
【００２６】しかし、本発明の導電板２５では、ソース
電極２４と接続する導電板２５の第１の接続領域２５１
に導電板２５を貫通する孔３６を設けることで、上述し
た半田内の空気等を固着の際に、同時に外部へ除去する
ことができる。つまり、第１の接続領域２５１とソース
電極２４とを固着する際、半田内の空気等は導電板２５
の端部から外部へ除去される他、孔３６を介しても外部
へ除去することができる。特に、孔３６を第１の接続領
域２５１の中央領域に形成することで、半田内に残存し
易い空気等を確実に除去することができる。そのこと
で、硬化後の半田内へのボイドの発生を大幅に抑制する
ことができ、半導体装置の破損の要因を無くすことがで
きる。例えば、このボイドが発生した状態で電圧が印加
されると、絶縁破壊現象を起こしたりする等の問題が発
生する。
【００２７】また、図３（Ｂ）に示す如く、第１の接続
領域２５１に形成された孔３６は、半田が硬化した後の
接続状態を目視で確認するための領域および半田量調整
領域としても用いることができる。
【００２８】図４（Ａ）に示す如く、第１の接続領域２
５１とソース電極２４とを固着する際に、半田量が適量
供給された状態で実装工程が行うことができれば、導電
板２５から適量な半田３８がはみ出した状態となる。そ
して、第１の接続領域２５１とソース電極２４とが、常
に、図示の如く状態で固着されていれば、導電板２５か
らはみ出した半田３８を目視で観察することができる。
そのことで、半田の接続状況を目視で確認することがで
きる。
【００２９】しかし、図４（Ｂ）に示す如く、実装工程
における半田の供給量が少なく二点鎖線で示した領域に
おいて、第１の接続領域２５１とソース電極２４とが固
着している場合がある。この場合、第１の接続領域２５
１とソース電極２４とが固着した後に、半田３８の接続
状況を目視で確認することができない。また、どの領域
で第１の接続領域２５１とソース電極２４とが固着して
いるかも目視で確認することができない。そこで、本発
明の導電板２５には、第１の接続領域２５１に貫通した
孔３６を有することで、実装後、孔３６内の半田３８を
観察することができる。そのことで、孔３６内に位置す
る半田３８を目視で確認することができ、少なくとも第
１の接続領域２５１の孔３６の周辺領域においては第１
の接続領域２５１とソース電極２４とが固着しているこ
とを確認することができる。
【００３０】更に、図示はしていないが、実装工程にお
ける半田の供給量が多すぎた場合は、半田は導電板２５
領域から過剰にはみ出してしまう。しかし、本発明の導
電板２５には、第１の接続領域２５１に貫通した孔３６
を有することで、この孔３６内に半田が吸い寄せられる
ことで、導電板２５からの半田の過剰なはみ出しを抑制
することができる。
【００３１】上述した効果を得るための構造は、図３
（Ｂ）に示した構造に限定されず、例えば、図３（Ｃ）
に示す如く、導電板２５の第１の接続領域２５１を横断
するように導電板を貫通した溝３７を形成した構造でも
良い。また、溝３７は第１の接続領域２５１を横断する
必要はなく、第１の接続領域２５１内にその端部を有し
ても良い。また、ポスト３０側の第２の接続領域２５２
でも同様な構造を形成することで、同等な効果を得るこ
とができる。その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲
で、種々の変更が可能である。
【００３２】また、本実施の形態では、半導体素子とし
てＭＯＳＦＥＴを用いた場合について説明したが、ダイ
オード素子、ＩＧＢＴ素子等の表面電極構造を有する素
子においても、同様な構造を形成することができる。
【００３３】
【発明の効果】第１に、本発明の半導体装置では、半導
体素子のソース電極とその外部に設けられたソース電極
用のポストとを半田を介して導電板で電気的に接続して
いる。そして、導電板は銅板から成るため金属細線等よ
りも強固であるが、導電板のソース電極、ポストと固着
しない領域を薄く形成していることに特徴を有する。そ
のことで、実装工程等でポスト側で発生した振動が導電
板に伝わると、任意の部材とも固着されず、ある程度の
自在性を有するこの薄い領域を変形させることができ
る。その結果、上記薄い領域が緩衝板としての役割を果
たし、半導体素子へ振動が伝わるのを大幅に抑制するこ
とができる。
【００３４】第２に、本発明の半導体装置では、上述し
た第１の効果での導電板の薄い領域に、少なくとも１つ
の切り欠き部を形成することに特徴を有する。そのこと
で、使用する半導体素子等により薄い部分を有する導電
板を用いることができない場合でも、この切り欠き部が
形成された領域で緩衝効果を果たすことができる。ま
た、薄く形成された導電板に切り欠き部を形成すること
で、より緩衝効果を向上させることができる。
【００３５】第３に、本発明の半導体装置では、半導体
素子上のソース電極と固着する導電板の接続領域に導電
板を貫通する孔を設けることに特徴を有する。そのこと
で、実装時の半田内の空気をこの孔介して外部に除去す
ることができ、半田内のボイドの発生を抑制することが
できる。また、この孔を介して硬化後の半田の接続状況
等を目視で確認することもできる。更に、実装時に、半
田が過剰に供給された場合は、孔内に半田が吸い込まれ
ることで半田量を調整することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の半導体装置を説明するための斜視図で
ある。
【図２】本発明の半導体装置に用いる導電板を説明する
ための（Ａ）側面図（Ｂ）側面図である。
【図３】本発明の半導体装置に用いる導電板を説明する
ための（Ａ）側面図（Ｂ）上面図（Ｃ）上面図である。
【図４】本発明の半導体装置に用いる導電板の接続状態
を説明する（Ａ）上面図（Ｂ）上面図である。
【図５】従来の半導体装置を説明するための斜視図であ
る。
【図６】従来の半導体装置の導電板を説明するための
（Ａ）側面図（Ｂ）上面図である。
【符号の説明】
２１ 半導体素子 ２４ ソース電極 ２５ 導電板 ２５１ 第１の接続領域 ２５２ 第２の接続領域 ２５３ 不実装領域 ３０、３１ ポスト ３６ 孔 ３７ 溝

Claims (10)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 少なくとも１つの主表面を有し、前記主
    表面には絶縁層を有し前記絶縁層に少なくとも２つ設け
    られた孔から一部を露出する電流通過電極および制御電
    極とを有する半導体素子と、 前記半導体素子外部に設けられた前記電流通過電極の取
    り出し導電領域と、 前記電流通過電極と前記取り出し導電領域とを電気的に
    接続する導電板とを具備し、 前記導電板は少なくとも前記主表面の電流通過電極と導
    電材を介して接続する第１の接続領域と、前記取り出し
    導電領域と導電材を介して接続する第２の接続領域とを
    有し、前記主表面上に固着される前記第１の接続領域に
    は前記導電板を貫通する孔が少なくとも１つ形成されて
    いることを特徴とする半導体装置。
  2. 【請求項２】 前記孔は前記第１の接続領域の端部から
    前記第１の接続領域を分割するように形成されているこ
    とを特徴とする請求項１記載の半導体装置。
  3. 【請求項３】 前記孔は前記導電材が充填されているこ
    とを特徴とする請求項１または請求項２記載の半導体装
    置。
  4. 【請求項４】 前記導電板には前記第１の接続領域と前
    記第２の接続領域との間には前記導電材と接触しない不
    実装領域を有し、前記不実装領域の板厚は前記第１およ
    び第２の接続領域の板厚よりも薄いことを特徴とする請
    求項１または請求項３記載の半導体装置。
  5. 【請求項５】 前記導電板の不実装領域には少なくとも
    １つ以上の切り欠き部が形成されていることを特徴とす
    る請求項４記載の半導体装置。
  6. 【請求項６】 前記導電材は半田であることを特徴とす
    る請求項１から請求項５のいずれかに記載の半導体装
    置。
  7. 【請求項７】 前記導電板は銅板であることを特徴とす
    る請求項６記載の半導体装置。
  8. 【請求項８】 少なくとも１つの主表面を有し、前記主
    表面には絶縁層を有し前記絶縁層に少なくとも２つ設け
    られた孔から一部を露出する電流通過電極および制御電
    極とを有する半導体素子と、 前記半導体素子外部に設けられた前記電流通過電極の取
    り出し導電領域と、 前記電流通過電極と前記取り出し導電領域とを電気的に
    接続する導電板とを具備し、 前記導電板は少なくとも前記主表面の電流通過電極と導
    電材を介して接続する第１の接続領域と、前記取り出し
    導電領域と導電材を介して接続する第２の接続領域と、
    前記第１の接続領域と前記第２の接続領域との間には前
    記導電材と接触しない不実装領域とを有し、前記不実装
    領域の板厚は前記第１および第２の接続領域の板厚より
    も薄いことを特徴とする半導体装置。
  9. 【請求項９】 前記導電板の不実装領域には少なくとも
    １つ以上の切り欠き部が形成されていることを特徴とす
    る請求項８記載の半導体装置。
  10. 【請求項１０】 前記導電板は銅板であることを特徴と
    する請求項９記載の半導体装置。
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