JP2004140072A - パワー半導体装置のワイヤボンディング方法 - Google Patents

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山田  克己
Mitsuo Yamashita
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Kunio Shiokawa
塩川 国夫
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Abstract

【課題】ワイヤの接合面積を必要以上に増加させることなく、パワーサイクルに対する高い寿命耐量を効率よく確保して信頼性の向上を図る。
【解決手段】ウエッジツールのウエッジ断面形状をU字状とし、ボンディングワイヤ9を線径300μm〜500μmのアルミワイヤとして、そのワイヤ接合部9aの接合長Lと接合幅Wの比率L/Wを1.3〜2.4の範囲に規定してパワー半導体素子10のチップ電極10aに超音波ボンディングする。あるいは、ウエッジツールのウエッジ断面をV字状とし、ボンディングワイヤを線径300μm〜500μmのアルミワイヤとして、その接合長Lと接合幅Wの比率L/Wを1.7〜2.4の範囲に規定して超音波ボンディングする。
【選択図】   図1

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、インバータ装置などに適用するインテリジェントパワーモジュール(IPM:Intelligent Power Module)などのモジュールを対象に、そのモジュールに搭載したパワー半導体素子の電極部と主回路との間をワイヤで接続するパワー半導体装置のワイヤボンディング方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
まず、頭記したIPMを例としたパワー半導体モジュールの組立構造を図10,図11に示す。
各図において、1は放熱用の金属ベース(銅ベース)、2は樹脂成形品になる端子一体形の外囲ケース、3は外囲ケース2の上面に被着した上蓋、4は外囲ケース2と一体にインサート成形したパワー回路の入,出力端子(銅フレーム端子)、5は制御回路に対応する外部端子ブロック、6はセラミック基板などの絶縁回路基板6aにIGBT,フリーホイーリングダイオードのパワー半導体素子6bを組にしてはんだマウントした上で、金属ベース1に搭載したパワー回路、7は二階建て方式でパワー回路部6の上方に配置した制御回路、8はパワー回路6と制御回路7の間を接続するよう外囲ケース2の内周側に成形した中継端子ブロック、9はボンディングワイヤである。
【0003】
ここで、ボンディングワイヤ9は一般に線径300〜500μmのアルミワイヤを用い、前記パワー半導体素子6b, 絶縁回路基板6aの導体パターン, 主回路端子4および中継端子8の相互間に配線し、超音波ボンディング法により接続するようにしている。
一方、制御回路7はプリント基板に前記パワー素子6bの駆動用ICを含む各種回路部品を実装した構成になり、図4に示した外部端子ブロック5からケース内方に突き出たリードと中継端子ブロック8から上方に起立するリードとの間に跨がって架設されている。なお、図11に表示した端子記号について、P,Nは直流の入力端子、U,V,Wは三相交流の出力端子、Bはブレーキ端子を表している。
【0004】
前記構成のIPMは次記のような手順で組み立てられる。まず、パワー半導体素子6bをダイボンディングした絶縁回路基板6aを金属ベース板1にはんだマウントし、次に金属ベース板1の上に端子一体形の外囲ケース2を接着剤で接合する。この状態でパワー半導体素子6bのチップ電極 (Al−Si合金膜) ,絶縁回路基板6aの導体パターン,外囲ケース2から内方に突き出した主回路端子4のインナーリード4a,および中継端子ブロック8のリードとの間にボンディングワイヤ(Alワイヤ)9を超音波ボンディングして接続する。この場合に、ボンディングワイヤ9は、パワー半導体素子の通電容量に応じて接続するワイヤの線径,本数を選定し、各ワイヤを個別にチップ電極にボンディングして並列接続するようにしている。
【0005】
なお、この超音波ボンディング工程では、周知のように金属ベース1を下にしてモジュール組立体を超音波ボンダーのワークホルダに載せ、この状態でボンダーよりパワー半導体素子6bの電極接合面に供給したボンディングワイヤ(Alワイヤ)をボンダーのホーンに取付けたウエッジツールにより押さえつけ、超音波振動を加えながらボンディング荷重(ウエッジ圧力)を掛ける。これにより、超音波振動の摩擦によって接合面の不純物(酸化物)が除去され、同時に生じる接合面の発熱によりワイヤの抗張力が急減して塑性変形して電極部とワイヤとが固相接合される。
【0006】
次に、外囲ケース2の上面中央寄りに制御回路の外部端子ブロック5を組付けたうえで、該端子ブロック5からケース内方に突き出した端子リードの先端部と中継端子ブロック8から上向きに突き出したリードの間に跨がって制御回路7のプリント基板を二階建て式に架け渡してはんだ付けする。そして、この組立状態でパッケージ内にゲル状充填材(例えばシリコーンゲル)を注入してパワー回路6,制御回路7を封止し、最後に外囲ケース2に被着した上蓋3を接着剤で固着して組立が完了する。
前記したパワー半導体モジュールの製品には高い寿命耐量,信頼性が求められる。ところで、パワー半導体モジュールには、実使用時の断続通電に伴う温度サイクル(パワーサイクル)により、パワー半導体素子のチップとボンディングワイヤとの接合部(ボンディング部) にはAlワイヤとSiチップとの熱膨張係数差に起因するせん断応力が繰り返し加わり、これが基でワイヤとチップ電極面との接合界面に金属疲労によるクラック(亀裂)が発生し、このクラックがワイヤ接合部の外周から中心に向け進展し、遂にはワイヤ接合部が破断してチップから剥がれるといった問題がある。しかもこのようなアルミワイヤの剥がれが生じると、残りのワイヤに電流が集中するために、温度が急激に上昇して他のワイヤが溶断したり、チップダメージに至ることがある。
【0007】
そこで、ワイヤ接合部の強化策として、ボンディングワイヤとして通常使用されるワイヤ(線径300μm,400μm,500μm)よりも線径の太いワイヤ(線径550μm)を使用し、その線径に対応するワイヤの潰れ幅を大きくしてボンディング部の接合面積を増大させることにより、ワイヤ接合部のせん断強度を高めるようにしたものが知られている。(例えば、特許文献1参照)。
【0008】
【特許文献1】
特許第3097383号公報
【0009】
【発明が解決しようとする課題】
ボンディング部の接合面積増大を図ろうとすると、次記のような問題が新たに発生する。すなわち、
(1) ウエッジツールにより線径の太いワイヤを押し潰してワイヤ接合部の面積を増加させるには、ウエッジツールに大きな加圧力を加えてワイヤを押し潰す必要があるが、一方では半導体チップに過大なウエッジ圧力を加えるとチップダメージを引き起こすおれがあることから、線径の太いワイヤを採用してもその接合面積の増大化には限界がある。
【0010】
(2) また、ボンディングワイヤの線径を太くするとワイヤ自身の剛性が大となる。このために、ワイヤの接合部はその長手方向でワイヤループから拘束力を受け、パワーサイクルに伴うワイヤの熱膨張,収縮によりワイヤ接合部に加わるせん断応力が大きくなってワイヤ接合部に生じたクラックの成長が早まり、その結果、ワイヤ接合部が早期に剥離して期待通りの寿命耐量が確保できなくなる。
この点について発明者等が究明したところ、その理由は次の点にあると推定される。すなわち、先記のように断続通電(パワーサイクル)に伴う熱応力によってワイヤ接合部の周縁に初期クラックが発生すると、クラックは引き続いて繰り返し加わる熱応力によりワイヤ接合部の外周全方位から接合部の中心に向け成長し、クラックがワイヤ接合部の中心まで達するとワイヤ接合部が破断(ワイヤがチップ電極面から剥がれる)してダメージ(寿命)に至る。この場合に、クラックが進展する状況をワイヤ接合部の接合長方向(ワイヤの長手方向)と接合幅方向(ワイヤの潰し幅方向)とに分けて考察すると、接合長方向ではボンディングワイヤの線径が大であるほどそのワイヤループの剛性の影響を大きく受け、接合長方向のクラック進展速度が接合幅方向よりも早くなる。このために、太線ワイヤを採用して接合面積を拡大しても、接合面積の拡大が寿命耐量の向上に十分に生かされずにワイヤ接合部が早期に破断してしまうようになる。
【0011】
本発明は上記の点に鑑みなされたものであり、前記したボンディングワイヤの太線化によるワイヤ接合部の強化策を見直し、従来より一般に使われている線径300μm,400μm,500μmのボンディングワイヤについて、そのワイヤ接合部の形状を適切に規定することにより、接合面積を必要以上に増加させることなしに、パワーサイクルに対する高い寿命耐量を効率よく確保して信頼性の向上が図れるようにしたパワー半導体装置のワイヤボンディング方法を提供することを目的する。
【0012】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明によれば、パワー半導体素子のチップ電極と主回路(パッケージ側の導体部)との間にワイヤをボンディングして内部配線したパワー半導体装置において、
ワイヤボンディングに使用するウエッジツールのウエッジ断面形状,ボンディングワイヤの線径,およびその接合部の接合長Lと接合幅Wの比率L/Wを次記のように規定して超音波ボンディングするものとする。
(1) ウエッジツールのウエッジ断面をU字状とし、ボンディングワイヤを線径300μm〜500μmのアルミワイヤとして、その接合長Lと接合幅Wの比率L/Wを1.3〜2.4の範囲に規定する(請求項1)。
【0013】
(2) ウエッジツールのウエッジ断面をU字状とし、ボンディングワイヤを線径300μmのアルミワイヤとして、その接合長Lと接合幅Wの比率L/Wを1.3〜2.1の範囲に規定する(請求項2)。
(3) ウエッジツールのウエッジ断面をU字状とし、ボンディングワイヤを線径400μmのアルミワイヤとして、その接合長Lと接合幅Wの比率L/Wを1.4〜2.3の範囲に規定する(請求項3)。
(4) ウエッジツールのウエッジ断面をU字状とし、ボンディングワイヤを線径500μmのアルミワイヤとして、その接合長Lと接合幅Wの比率L/Wを1.5〜2.4の範囲に規定する(請求項4)。
【0014】
(5) ウエッジツールのウエッジ断面をV字状とし、ボンディングワイヤを線径300μm〜500μmのアルミワイヤとして、その接合長Lと接合幅Wの比率L/Wを1.7〜2.4の範囲に規定する(請求項5)。
(6) ウエッジツールのウエッジ断面をV字状とし、ボンディングワイヤを線径300μmのアルミワイヤとして、その接合長Lと接合幅Wの比率L/Wを1.7〜2.1の範囲に規定する(請求項6)。
(7) ウエッジツールのウエッジ断面をV字状とし、ボンディングワイヤを線径400μmのアルミワイヤとして、その接合長Lと接合幅Wの比率L/Wを1.7〜2.3の範囲に規定する(請求項7)。
【0015】
(8) ウエッジツールのウエッジ断面をV字状とし、ボンディングワイヤを線径500μmのアルミワイヤとして、その接合長Lと接合幅Wの比率L/Wを1.7〜2.4の範囲に規定する(請求項8)。
先述のように、パワーサイクルによってボンディングワイヤの接合部に生じた初期クラックは、引き続き繰り返し熱応力を受けてワイヤ接合部の外周全方位から中心に向けて次第に進展し、クラックがワイヤ接合部の中心まで達するとワイヤの接合界面がチップ電極面から剥がれてダメージに至る。この場合に、パワーサイクル試験で得た知見によれば、ワイヤ接合部における接合長方向,接合幅方向へのクラック進展速度は、ボンディングワイヤの線径によって異なることが確認されている。
【0016】
そこで、パワーサイクル試験で得たデータから、ボンディングワイヤの線径別にワイヤ接合部における接合長方向,および接合幅方向に進展するクラックの進展速度を予測し、これを基にワイヤ接合部の外周全方位から中心に向けて接合長方向,接合幅方向に進展するクラックが同時に接合部の中心に到達するようにワイヤの線径別にそのワイヤ接合部の形状(接合部の接合長L/接合幅Wの比)を規定することにより、通電電流密度を同一とした条件の下ではパワーサイクルによりワイヤ接合部の外周全方位に発生したクラックは略同時に接合部の中心に達するようになる。
【0017】
一方、ワイヤボンディング条件を決めるに当たっては、前記のパワーサイクル耐量の他に半導体チップに与えるダメージについても配慮する必要がある。チップダメージはボンディングワイヤの線径のほか、超音波ボンディングに使用するウエッジツールの断面形状によっても異なることが確認されている。先ず、断面U字状のウエッジツールを用いて超音波ボンディングした場合に、線径300μmのAl ワイヤではL/W比率1.3以上でチップダメージが発生しなくなり、また線径400μmのAlワイヤの場合はL/W比率l.4以上、線径500μmのAlワイヤではL/W比率1.5以上でチップダメージが発生しなくなる。次に、断面V字状のウエッジツールを用いて超音波ボンディングした場合は、線径300,400,500μmのAlワイヤともL/W比率1.5以上でチップダメージが発生しなくなることが確認されている。
【0018】
このことから、前項(1)〜(8)のようにワイヤ接合部の形状を規定することにより、ワイヤ接合部の接合面積を必要以上に増大させることなしに、ワイヤ接合部の破断に対して最も効率よく寿命耐量を高めて製品の信頼性向上を図ることができる。
【0019】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図1〜図9に基づいて説明する。まず、図10,図11のパワー半導体装置に搭載したパワー半導体素子とボンディングワイヤとの接合部についてその模式図を図1に示す。図1において、9はボンディングワイヤ(Alワイヤ)、10はパワー半導体素子のチップ、10aはチップ電極、9aはチップ電極10aにボンディングしたワイヤ9の接合部を表しており、ボンディングワイヤ9は詳細を後記するウエッジツール11,12を使ってチップ電極10aの電極面上に超音波ボンディングされる。ここで、チップ電極9aに超音波ボンディングされたワイヤ9の接合部9aの界面形状はウエッジツールからワイヤ9に加わる押圧力,および超音波振動により図示のように楕円状に押し潰された形状になる。なお、ワイヤ接合部9の“接合長方向”,“接合幅方向”はそれぞれ楕円の長軸,短軸方向に対応し、また図中に表示した寸法Lはワイヤ接合部9の接合長,Wは接合幅を表し、さらに接合長L×接合幅Wを接合面積と定義する。
【0020】
次に、超音波ワイヤボンディングに使用するボンダーのウエッジツールの形状を図2に、また超音波ボンディング後にワイヤの表面に生じたウエッジツールとの接触による圧痕の形状を図3に示す。
すなわち、ウエッジツール11は大別して断面V字状,U字状に分けられ、図2(a),(b) はそれぞれV字状ウエッジツール11,U字状ウエッジツール12の模式図で、11a,12aはツール11,12の先端に形成したV字溝,U字溝を表している。なお、図2(c) はウエッジツールで超音波ボンディングする際の状態を表した側面図で、図中の矢印Pは(a),(b) に示したウエッジツールの視野方向を表している。
【0021】
また、図3(a),(b) は(c) の矢印P方向から見たワイヤ9の表面のウエッジツール圧痕を表した図で、図中の9b,9cがそれぞれ図2(a),(b) のV字状ウエッジツール11,U字状ウエッジツール12との接触により生じた圧痕の形状を示している。
一方、発明者等は図1に示したワイヤ接合部をモデルにパワーサイクル試験を行い、線径300μm,400μm,500μmのAlワイヤについて、そのワイヤ接合部の形状(接合長/接合幅の比率)とパワーサイクルによりワイヤ接合部に発生したクラックの進展状況との関係を調べた。
【0022】
図4はV字状ウエッジツール(図2(a)参照)およびU字状ウエッジツール(図2(b) 参照)を用いて超音波ボンディングしたワイヤ接合部について、パワーサイクル試験のデータを基に得た特性図であり、図中の横軸はワイヤ接合部の形状(接合長と接合幅の比率L/W)を、縦軸は接合長方向のクラックと接合幅方向のクラックとが接合部の中央に到達する時間比率を表している。ここで、縦軸の時間比率1.0は、ワイヤ接合部(図2参照)の周囲全方位から中心に向けて進展するクラックの接合長方向クラックと接合幅方向クラックとが同時に接合部の中心に到達することを示している。これに対して、時間比率が1.0以上の領域では接合幅方向のクラックが接合長方向のクラックよりも早く接合部中心に到達し、時間比率1.0以下の領域では前記と逆に接合長方向のクラックが接合幅方向のクラックよりも早く接合部中心に到達することを表している。
【0023】
この図から判るように、直径300μmのボンディングワイヤについては、そのワイヤ接合部の最適形状、つまり前記した時間比率が1.0になるL/W比率(A点)は1.6であり、実用的には前記L/W比率1.6を中心にL/W比率を1,3〜2.1の範囲に規定することにより、多少のバラツキを補償してパワーサイクルに対する高い寿命耐量を効率よく確保できる。
同様に、直径400μmのボンディングワイヤについては、L/W比率1.8(B点)を中心にL/W比率を1,4〜2.3の範囲に規定し、また直径500μmのボンディングワイヤについてはL/W比率1.9(C点)を中点にL/W比率を1,5〜2.4の範囲に規定することにより、ワイヤ接合部のパワーサイクルに対する高い寿命耐量を効率よく確保できる。
【0024】
また、図5は線径300μm,400μm,500μmのAlワイヤについて、L/W比率を前記範囲に規定して超音波ボンディングしたワイヤ接合部の実寸法とパワーサイクル(ワイヤの通電電流密度は同一)による寿命耐量との関係を表す特性図であり、横軸はワイヤ接合部の実寸法(L/2,W/2)、縦軸はパワーサイクル試験でワイヤ接合部が破断に到るまでのサイクル数を表している。なお、図中の各特性線はシミュレーションで得た予測値を表し、これにパワーサイクル試験の実測値を併記している。
図5の特性図から判るように、シミュレーションで求めた予測値と実測値とは略一致しており、一例としてワイヤ接合部が破断に到るまでに150000cyのパワーサイクル耐量を得るのに最適なワイヤ接合部の形状(L/W比率),および接合面積(L×W)は次のようになる。
【0025】
(1) 直径300μmのワイヤでは、そのL/W比率=1.6として、
接合面積=560μm (接合長) ×340μm(接合幅)=0.19mm
(2) 直径400μmのワイヤでは、そのL/W比率=1.8として、
接合面積=720μm (接合長) ×400μm(接合幅)=0.29mm
(3) 直径500μmのワイヤでは、そのL/W比率=1.9として、
接合面積=980μm (接合長) ×500μm(接合幅)=0.50mm
次に、本発明による寿命耐量の向上を評価,確認するために、ボンディングワイヤに用いる線径300μm,400μm,500μmのAlワイヤについて、ウエッジツールの形状(図2参照),ワイヤ接合部のL/W比率を変えて半導体チップに超音波ボンディングしたものを供試試料(図1参照)として、パワーサイクル試験により検証したワイヤ接合部のL/W比率とパワーサイクル耐量,チップダメージ発生率との関係を図6〜図9に示す。
【0026】
すなわち、図6は線径300μm,400μm,500μmのAlワイヤについて、V字状ウエッジツール(図2(b) 参照),U字状ウエッジツール(図2(b) 参照)を用いて超音波ボンディングした場合のL/W比率とパワーサイクル耐量との関係を表す特性図であり、横軸はワイヤ接合部のL/W比率,縦軸はパワーサイクル試験でワイヤ接合部が破断に至るまでのサイクル数を表している。
この図から判るように、Alワイヤの線径300μm,400μm,500μmごとに適正なL/W比率の範囲が異なり、線径300μmではL/W比率が2.2以上、400μmではL/W比率が2.4以上、線径500μmではL/W比率が2.5以上になるとパワー耐量が低下している。
【0027】
一方、ワイヤのボンディング条件(ワイヤ接合部のL/W比率)を決めるに当たっては、前記のパワーサイクル耐量の他に半導体チップに与えるダメージについても配慮する必要がある。そこで、発明者等は線径300μm,400μm,500μmのAlワイヤについて、そのワイヤ接合部のL/W比率とチップダメージ発生率との関係を検証し、次記の図7〜図9で表す特性を得た。
まず、図7は線径300μmのAlワイヤについて、図2(a),(b) に示したV字状ウエッジツールおよびU字状ウエッジツールを用いて超音波ボンディングした場合に、そのワイヤ接合部のL/W比率とチップダメージ発生率との関係を表した特性図である。この図から判るように、U字状ウエッジツールを用いてボンディングした場合はL/W比率を1.3以上の範囲に規定することでチップダメージが発生しなくなる。また、V字状ウエッジツールの場合はL/W比率を1.7以上に規定することでチップダメージが発生しなくなることが確認できた。
【0028】
図8は、線径400μmのAlワイヤについて、図8と同様にV字状ウエッジツールおよびU字状ウエッジツールを用いて超音波ボンディングした場合に、そのワイヤ接合部のL/W比率とチップダメージ発生率との関係を表した特性図である。この図から判るように、U字状ウエッジツールを用いてボンディングした場合はL/W比率を1.4以上の範囲に規定することでチップダメージが発生しなくなる。また、V字状ウエッジツールの場合はL/W比率を1.7以上に規定することでチップダメージが発生しなくなることが確認できた。
図9は、線径500μmのAlワイヤについて、図8と同様にV字状ウエッジツールおよびU字状ウエッジツールを用いて超音波ボンディングした場合に、そのワイヤ接合部のL/W比率とチップダメージ発生率との関係を表した特性図である。この図から判るように、U字状ウエッジツールを用いてボンディングした場合はL/W比率を1.5以上の範囲に規定することでチップダメージが発生しなくなる。また、V字状ウエッジツールの場合はL/W比率を1.7以上に規定することでチップダメージが発生しなくなることが確認できた。
【0029】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば、パワー半導体素子のチップ電極と主回路との間にワイヤをボンディングして内部配線したパワー半導体装置において、
(1) ウエッジツールのウエッジ断面をU字状とし、ボンディングワイヤを線径300μm〜500μmのアルミワイヤとして、その接合長Lと接合幅Wの比率L/Wを1.3〜2.4の範囲に規定する。
(2) ウエッジツールのウエッジ断面をU字状とし、ボンディングワイヤを線径300μmのアルミワイヤとして、その接合長Lと接合幅Wの比率L/Wを1.3〜2.1の範囲に規定する。
【0030】
(3) ウエッジツールのウエッジ断面をU字状とし、ボンディングワイヤを線径400μmのアルミワイヤとして、その接合長Lと接合幅Wの比率L/Wを1.4〜2.3の範囲に規定する。
(4) ウエッジツールのウエッジ断面をU字状とし、ボンディングワイヤを線径500μmのアルミワイヤとして、その接合長Lと接合幅Wの比率L/Wを1.5〜2.4の範囲に規定する。
(5) ウエッジツールのウエッジ断面をV字状とし、ボンディングワイヤを線径300μm〜500μmのアルミワイヤとして、その接合長Lと接合幅Wの比率L/Wを1.7〜2.4の範囲に規定する。
【0031】
(6) ウエッジツールのウエッジ断面をV字状とし、ボンディングワイヤを線径300μmのアルミワイヤとして、その接合長Lと接合幅Wの比率L/Wを1.7〜2.1の範囲に規定する。
(7) ウエッジツールのウエッジ断面をV字状とし、ボンディングワイヤを線径400μmのアルミワイヤとして、その接合長Lと接合幅Wの比率L/Wを1.7〜2.3の範囲に規定する。
(8) ウエッジツールのウエッジ断面をV字状とし、ボンディングワイヤを線径500μmのアルミワイヤとして、その接合長Lと接合幅Wの比率L/Wを1.7〜2.4の範囲に規定する。
【0032】
このように、ワイヤ接合部の形状(接合長/接合幅)を規定して超音波ボンディングすることにより、接合面積を必要以上に増大させることで発生する半導体チップへのダメージを回避し、パワーサイクルに対する高い寿命耐量を効率よく確保して信頼性の向上が図れる。
【図面の簡単な説明】
【図1】パワー半導体素子に超音波ボンディングしたワイヤの接合部分を模式的に表した図
【図2】超音波ボンディングに用いるウエッジツールの形状を模式的に表した図で、(a),(b) はそれぞれV字状,U字状ツールの断面図、(c) はワイヤを超音波ボンディングする状態の側面図
【図3】超音波ボンディングによりワイヤ表面に生じたウエッジツールの圧痕形状を現す図で、(a),(b) はそれぞれ図2(a),(b) のウエッジツールに対応する圧痕、(c) はワイヤ接合部の側面図
【図4】直径300μm,400μm,500μmのAlワイヤについて、そのワイヤ接合部の形状(接合長/接合幅の比率)とパワーサイクルに伴いワイヤ接合部に発生したクラックの進展状況との関係を表す図
【図5】本発明により形状を規定したワイヤ接合部の寸法とパワーサイクル試験の寿命耐量との関係を表す特性図
【図6】線径300μm,400μm,500μmのAlワイヤについて、そのワイヤ接合部のL/W比率とパワーサイクル耐量との関係を表す特性図
【図7】線径300μmのAlワイヤについて、そのワイヤ接合部のL/W比率とチップダメージ発生率との関係を表す特性図
【図8】線径400μmのAlワイヤについて、そのワイヤ接合部のL/W比率とチップダメージ発生率との関係を表す特性図
【図9】線径500μmのAlワイヤについて、そのワイヤ接合部のL/W比率とチップダメージ発生率との関係を表す特性図
【図10】本発明の対象となるパワー半導体モジュールの組立構造を表す断面側視図
【図11】図10におけるパワー回路部の平面図
【符号の説明】
9  ボンディングワイヤ
9a ワイヤ接合部
10  パワー半導体チップ
10a チップ電極
11  V字状ウエッジツール
12  U字状ウエッジツール
L  ワイヤ接合部の接合長
W  ワイヤ接合部の接合幅

Claims (8)

  1. パワー半導体素子のチップ電極と主回路との間にワイヤをボンディングして内部配線したパワー半導体装置において、
    ウエッジツールのウエッジ断面をU字状とし、ボンディングワイヤを線径300μm〜500μmのアルミワイヤとして、その接合長Lと接合幅Wの比率L/Wを1.3〜2.4の範囲に規定して超音波ボンディングしたことを特徴とするパワー半導体装置のワイヤボンディング方法。
  2. パワー半導体素子のチップ電極と主回路との間にワイヤをボンディングして内部配線したパワー半導体装置において、
    ウエッジツールのウエッジ断面をU字状とし、ボンディングワイヤを線径300μmのアルミワイヤとして、その接合長Lと接合幅Wの比率L/Wを1.3〜2.1の範囲に規定して超音波ボンディングしたことを特徴とするパワー半導体装置のワイヤボンディング方法。
  3. パワー半導体素子のチップ電極と主回路との間にワイヤをボンディングして内部配線したパワー半導体装置において、
    ウエッジツールのウエッジ断面をU字状とし、ボンディングワイヤを線径400μmのアルミワイヤとして、その接合長Lと接合幅Wの比率L/Wを1.4〜2.3の範囲に規定して超音波ボンディングしたことを特徴とするパワー半導体装置のワイヤボンディング方法。
  4. パワー半導体素子のチップ電極と主回路との間にワイヤをボンディングして内部配線したパワー半導体装置において、
    ウエッジツールのウエッジ断面をU字状とし、ボンディングワイヤを線径500μmのアルミワイヤとして、その接合長Lと接合幅Wの比率L/Wを1.5〜2.4の範囲に規定して超音波ボンディングしたことを特徴とするパワー半導体装置のワイヤボンディング方法。
  5. パワー半導体素子のチップ電極と主回路との間にワイヤをボンディングして内部配線したパワー半導体装置において、
    ウエッジツールのウエッジ断面をV字状とし、ボンディングワイヤを線径300μm〜500μmのアルミワイヤとして、その接合長Lと接合幅Wの比率L/Wを1.7〜2.4の範囲に規定して超音波ボンディングしたことを特徴とするパワー半導体装置のワイヤボンディング方法。
  6. パワー半導体素子のチップ電極と主回路との間にワイヤをボンディングして内部配線したパワー半導体装置において、
    ウエッジツールのウエッジ断面をV字状とし、ボンディングワイヤを線径300μmのアルミワイヤとして、その接合長Lと接合幅Wの比率L/Wを1.7〜2.1の範囲に規定して超音波ボンディングしたことを特徴とするパワー半導体装置のワイヤボンディング方法。
  7. パワー半導体素子のチップ電極と主回路との間にワイヤをボンディングして内部配線したパワー半導体装置において、
    ウエッジツールのウエッジ断面をV字状とし、ボンディングワイヤを線径400μmのアルミワイヤとして、その接合長Lと接合幅Wの比率L/Wを1.7〜2.3の範囲に規定して超音波ボンディングしたことを特徴とするパワー半導体装置のワイヤボンディング方法。
  8. パワー半導体素子のチップ電極と主回路との間にワイヤをボンディングして内部配線したパワー半導体装置において、
    ウエッジツールのウエッジ断面をV字状とし、ボンディングワイヤを線径500μmのアルミワイヤとして、その接合長Lと接合幅Wの比率L/Wを1.7〜2.4の範囲に規定して超音波ボンディングしたことを特徴とするパワー半導体装置のワイヤボンディング方法。
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