JP2013219132A - 半導体デバイス - Google Patents
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Abstract
【課題】半導体チップを電極端子に接続する配線同士が接触し難い半導体デバイスを提供する。
【解決手段】半導体チップ14と、半導体チップが搭載されるチップ搭載面を有するダイパッド12と、第1及び第2の配線22を介して半導体チップに接続される電極端子20とを備える。電極端子は、第1の配線22aとの接続点P1を含む第1の表面S1と、第2の配線22bとの接続点P2を含む第2の表面S2とを有する。第1の配線との接続点は、チップ搭載面を延長した基準面Rから第1の高さH1に位置する。第2の配線との接続点は、基準面から第1の高さとは異なる第2の高さH2に位置する。
【選択図】図2
【解決手段】半導体チップ14と、半導体チップが搭載されるチップ搭載面を有するダイパッド12と、第1及び第2の配線22を介して半導体チップに接続される電極端子20とを備える。電極端子は、第1の配線22aとの接続点P1を含む第1の表面S1と、第2の配線22bとの接続点P2を含む第2の表面S2とを有する。第1の配線との接続点は、チップ搭載面を延長した基準面Rから第1の高さH1に位置する。第2の配線との接続点は、基準面から第1の高さとは異なる第2の高さH2に位置する。
【選択図】図2
Description
本発明は、半導体デバイスに関する。
半導体デバイスの例として、ケース型の半導体デバイス及び樹脂封止型の半導体デバイスが知られている(非特許文献1参照)。このような半導体デバイスでは、ダイパッドに搭載された半導体チップが、ワイヤを介して電極端子に接続される。
「Cuワイヤを中心としたワイヤボンディングの不良原因と信頼性向上・評価技術」株式会社技術情報協会出版、2011年7月29日、p.163、p.263
半導体チップは、1本の太いワイヤの代わりに複数の細いワイヤを介してソース電極端子に接続されることがある。この場合、複数のワイヤの端部が半導体チップの表面に設けられたソース電極パッドおいて分散配置され得るので、半導体チップの表面において局所的に電流が集中することを抑制できる。また、ワイヤボンディングの際に超音波や加圧等により半導体チップが受ける荷重を半導体チップの表面において分散させることができる。
しかし、複数のワイヤを用いる場合、ワイヤの本数を増やすとワイヤ同士が接触する可能性が高まる。ワイヤ同士が接触すると、接触箇所において電流が集中し、発熱するおそれがある。
本発明は、半導体チップを電極端子に接続する配線同士が接触し難い半導体デバイスを提供することを目的とする。
本発明の一側面に係る半導体デバイスは、半導体チップと、前記半導体チップが搭載されるチップ搭載面を有するダイパッドと、第1及び第2の配線を介して前記半導体チップに接続される電極端子と、を備え、前記電極端子が、前記第1の配線との接続点を含む第1の表面と、前記第2の配線との接続点を含む第2の表面と、を有し、前記第1の配線との接続点が、前記チップ搭載面を延長した基準面から第1の高さに位置し、前記第2の配線との接続点が、前記基準面から前記第1の高さとは異なる第2の高さに位置する。
この半導体デバイスでは、第1の配線との接続点の高さが、第2の配線との接続点の高さと異なっている。このため、接続点の高さが同じ場合に比べて、高さ方向における第1及び第2の配線間距離を大きくすることができる。よって、第1の配線と第2の配線とが接触し難い半導体デバイスが得られる。
一実施形態において、前記電極端子が、前記第1の表面と前記第2の表面との間に設けられた段差部を有してもよい。
この場合、第1及び第2の表面の両方を基準面と平行に配置することができる。その結果、第1及び第2の配線をそれぞれ第1及び第2の表面に接続し易くなる。
一実施形態において、前記半導体チップの材料が、ワイドバンドギャップ半導体を含んでもよい。
シリコン(Si)では、半導体チップに小さい電流しか流れないので、多数の配線を使用する必要性は低い。しかし、ワイドバンドギャップ半導体では、半導体チップに流れる電流がシリコンよりも大きいので、電流の集中を抑制するために配線の本数を増やす必要性が高い。また、ワイドバンドギャップ半導体では、シリコンよりも低い製造歩留まりに起因して半導体チップの大型化が難しい。このため、ワイドバンドギャップ半導体では、小型の半導体チップに多数の配線が接続される。よって、ワイドバンドギャップ半導体では、配線同士の接触を回避することが特に重要である。
一実施形態において、半導体デバイスは、前記半導体チップ及び前記ダイパッドを収容するケースを更に備え、前記電極端子が、前記ケースに取り付けられてもよい。
この場合、ケース型の半導体デバイスが得られる。
本発明によれば、半導体チップを電極端子に接続する配線同士が接触し難い半導体デバイスが提供され得る。
以下、添付図面を参照しながら本発明の実施形態を詳細に説明する。なお、図面の説明において、同一又は同等の要素には同一符号を用い、重複する説明を省略する。
(第1実施形態)
図1は、第1実施形態に係る半導体デバイスを模式的に示す平面図である。図1には、XYZ直交座標系が示されている。図2は、図1のX方向から見た半導体デバイスの一部を模式的に示す図である。図1及び図2に示される半導体デバイス10は、樹脂封止型の半導体デバイスである。半導体デバイス10は、ダイパッド12と、半導体チップ(又は半導体素子)14と、電極端子としてのリード20とを備える。
図1は、第1実施形態に係る半導体デバイスを模式的に示す平面図である。図1には、XYZ直交座標系が示されている。図2は、図1のX方向から見た半導体デバイスの一部を模式的に示す図である。図1及び図2に示される半導体デバイス10は、樹脂封止型の半導体デバイスである。半導体デバイス10は、ダイパッド12と、半導体チップ(又は半導体素子)14と、電極端子としてのリード20とを備える。
半導体デバイス10は、別の電極端子としてのリード16及び18を備えてもよい。リード16,18,20はX方向に沿って配列される。リード16は、リード18,20の間に位置する。リード16,18、20及びダイパッド12は、リードフレームを構成し得る。半導体デバイス10は、例えば電源等に使用される電力用半導体デバイスである。半導体デバイス10のパッケージ形態の例は一般的なTOシリーズである。TOシリーズの例はTO−247、TO−220、TO−263(D2―PAK)、TO−252(D−PAK)を含む。
ダイパッド12は、半導体チップ14が搭載されるチップ搭載面12aを有する。ダイパッド12は、半導体チップ14と電気的に接続され得る。ダイパッド12は例えば板状を呈している。チップ搭載面12aは、例えば長方形である。ダイパッド12の材料の例は、銅(Cu)及び銅合金等の金属を含む。ダイパッド12には、板厚方向にダイパッド12を貫通する貫通孔26が形成され得る。貫通孔26は、例えば螺子によって半導体デバイス10を他の部材に固定する際に、螺子を通すための孔である。
半導体チップ14は、チップ搭載面12aの所定位置に搭載される。半導体チップ14の例は、バイポーラトランジスタ、MOS−FET、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ(IGBT)等のトランジスタ、ダイオードを含む。半導体チップ14は、鉛入り金属半田、鉛を含まない金属半田又は導電性樹脂等を含む材料から構成される接着層32を介してチップ搭載面12aに実装され得る。半導体チップ14の材料の例は、ワイドバンドギャップ半導体、シリコンその他の半導体を含む。ワイドバンドギャップ半導体は、シリコンのバンドギャップよりも大きいバンドギャップを有する。ワイドバンドギャップ半導体の例は、シリコンカーバイド(SiC)、窒化ガリウム(GaN)、ダイヤモンドを含む。
リード16の内側端部は、ダイパッド12に機械的に一体的に連結されている。ダイパッド12は導電性を有するので、リード16とダイパッド12とは電気的に接続されている。リード16の材料の例はダイパッド12の材料と同じ材料を含む。
リード18は、配線30を介して半導体チップ14に接続される。配線30の一端は半導体チップ14の電極パッドGPに接続される。配線30の他端はリード18の内側端部に接続される。
リード20は、第1〜第4の配線22a〜22dを介して半導体チップ14に接続される。配線22a〜22dは、半導体チップ14の電極パッドSPに接続される第1の端部E1a〜E1dと、リード20の内側端部に接続される第2の端部E2a〜E2dとをそれぞれ有してもよい。
配線22a〜22dの端部E1a〜E1dは、電極パッドSPの表面において分散配置される。配線22aの端部E1aは、配線22bの端部E1bよりもリード20に近い位置に配置され得る。配線22cの端部E1cは、配線22dの端部E1dよりもリード20に近い位置に配置され得る。端部E1a及びE1cは、X方向においてこの順に配列される。端部E1b及びE1dは、X方向においてこの順に配列される。配線22aの端部E2aは、配線22bの端部E2bよりも半導体チップ14に近い位置に配置され得る。配線22cの端部E2cは、配線22dの端部E2dよりも半導体チップ14に近い位置に配置され得る。端部E2a〜E2dは、X方向においてこの順に配列される。
リード20は、図2に示されるように、配線22aとの接続点P1を含む第1の表面S1と、配線22bとの接続点P2を含む第2の表面S2とを有する。表面S1には、配線22cの端部E2cが接続される。表面S2には、配線22dの端部E2dが接続される。表面S1は表面S2よりも半導体チップ14に近い位置に配置され得る。接続点P1は、チップ搭載面12aを延長した基準面Rから第1の高さH1に位置する。基準面RはXY平面に平行な平面であり得る。接続点P2は、基準面Rから第2の高さH2に位置する。高さH2は高さH1とは異なる。本実施形態において、高さH2は高さH1よりも高い。
チップ搭載面12a及び基準面Rは同一平面であり得る。半導体チップ14及びリード20は、基準面Rに沿って配置され得る。表面S1及び表面S2は、チップ搭載面12a及び基準面Rと平行であり得る。リード20は、表面S1と表面S2との間に設けられた段差部20aを有してもよい。段差部20aは、プレス加工等により板状部材を折り曲げることによって作製され得る。
半導体チップ14がMOS−FETを含む場合、リード16はドレイン電極端子に対応し、リード18はゲート電極端子に対応し、リード20はソース電極端子に対応し、電極パッドGPはゲート電極パッドに対応し、電極パッドSPはソース電極パッドに対応する。リード18,20の材料の例は、銅及び銅合金等の金属を含む。配線22a〜22d,30は、ワイヤ又はリボンであってもよい。配線22a〜22d,30の材料の例は、アルミニウム、金、銅等の金属を含む。配線22a〜22d,30は、例えば超音波や加圧等を用いたワイヤボンディングによりリード18,20及び半導体チップ14に接続される。
ダイパッド12及び半導体チップ14は、樹脂部24によって封止され得る。リード16,18,20の内側端部は、樹脂部24に固定される。リード16,18,20のうち樹脂部24の内側の部分は、いわゆるインナーリード部である。リード16,18,20のうち樹脂部24の外側の部分は、アウターリード部である。樹脂部24の外形形状の一例は、略直方体である。樹脂部24の材料の例は、ポリフェニレンサルファイド樹脂(PPS樹脂)、液晶ポリマー等の熱可塑性樹脂を含む。樹脂部24は、ダイパッド12及び半導体チップ14を熱可塑性樹脂でモールドすることによって形成され得る。樹脂部24には、ダイパッド12の貫通孔26の中心軸線を中心軸線とする貫通孔28が形成されている。貫通孔28は、貫通孔26と同様に螺子止めなどの際などに螺子が通される孔である。貫通孔28の直径は、貫通孔26の直径より小さい。
一実施形態において、ダイパッド12のチップ搭載面12aと反対側の面である底面12fは開放され得る。換言すれば、底面12fは樹脂部24によって覆われていない面であり得る。この場合、底面12fは放熱面として機能し得る。
半導体デバイス10では、配線22aとの接続点P1の高さH1が、配線22bとの接続点P2の高さH2と異なっている。一方、図3に示される半導体デバイスでは、リード500と配線522a,522bとの接続点P11,P12は、基準面Rから同じ高さHである。この場合、高さ方向における配線522a,522b間が相対的に狭くなり、配線522a,522b同士が接触する可能性が高くなる。よって、半導体デバイス10では、図3に示される半導体デバイスに比べて、高さ方向における配線22a,22b間距離を大きくすることができる。したがって、配線22aと配線22bとが接触し難い半導体デバイス10が得られる。
リード20が表面S1と表面S2との間に設けられた段差部20aを有する場合、表面S1,S2の両方を基準面Rと平行に配置することができる。その結果、配線22a,22bをそれぞれ表面S1,S2に接続し易くなる。
シリコンでは、半導体チップ14に小さい電流しか流れないので、多数の配線22a〜22dを使用する必要性は低い。しかし、ワイドバンドギャップ半導体では、半導体チップ14に流れる電流がシリコンよりも大きいので、電流の集中を抑制するために配線22a〜22dの本数を増やす必要性が高い。また、ワイドバンドギャップ半導体では、シリコンよりも低い製造歩留まりに起因して半導体チップ14の大型化が難しい。このため、ワイドバンドギャップ半導体では、小型の半導体チップ14に多数の配線22a〜22dが接続される。よって、ワイドバンドギャップ半導体では、配線22a〜22d同士の接触を回避することが特に重要である。
(第2実施形態)
図4は、第2実施形態に係る半導体デバイスの一部を模式的に示す図である。図4は、図2に対応する。第2実施形態に係る半導体デバイスは、リード20に代えてリード120を備えること以外は半導体デバイス10と同様の構成を備える。リード120は、基準面Rに対して傾斜した表面S1及びS2を有する。表面S1は表面S2に隣接する。表面S1及びS2は同一平面である。リード120の内側端部は、基準面Rに対して傾斜する方向に延びる。リード120は、プレス加工等により作製され得る。第2実施形態に係る半導体デバイスでは、少なくとも半導体デバイス10と同様の作用効果が得られる。
図4は、第2実施形態に係る半導体デバイスの一部を模式的に示す図である。図4は、図2に対応する。第2実施形態に係る半導体デバイスは、リード20に代えてリード120を備えること以外は半導体デバイス10と同様の構成を備える。リード120は、基準面Rに対して傾斜した表面S1及びS2を有する。表面S1は表面S2に隣接する。表面S1及びS2は同一平面である。リード120の内側端部は、基準面Rに対して傾斜する方向に延びる。リード120は、プレス加工等により作製され得る。第2実施形態に係る半導体デバイスでは、少なくとも半導体デバイス10と同様の作用効果が得られる。
(第3実施形態)
図5は、第3実施形態に係る半導体デバイスの一部を模式的に示す図である。図5は、図2に対応する。第3実施形態に係る半導体デバイスは、リード20に代えてリード220を備えること以外は半導体デバイス10と同様の構成を備える。リード220の内側端部は、表面S1を有する部分と表面S2を有する部分とに分岐されている。表面S1及び表面S2は、チップ搭載面12a及び基準面Rと平行である。リード220は、プレス加工、溶接等により作製され得る。第3実施形態に係る半導体デバイスでは、少なくとも半導体デバイス10と同様の作用効果が得られる。
図5は、第3実施形態に係る半導体デバイスの一部を模式的に示す図である。図5は、図2に対応する。第3実施形態に係る半導体デバイスは、リード20に代えてリード220を備えること以外は半導体デバイス10と同様の構成を備える。リード220の内側端部は、表面S1を有する部分と表面S2を有する部分とに分岐されている。表面S1及び表面S2は、チップ搭載面12a及び基準面Rと平行である。リード220は、プレス加工、溶接等により作製され得る。第3実施形態に係る半導体デバイスでは、少なくとも半導体デバイス10と同様の作用効果が得られる。
(第4実施形態)
図6は、第4実施形態に係る半導体デバイスの一部を模式的に示す図である。図6は、図2に対応する。第4実施形態に係る半導体デバイスは、リード20に代えてリード320を備え、配線22e〜22gを更に備えること以外は半導体デバイス10と同様の構成を備える。リード320の内側端部は多数の段差部320a〜320dを有する。配線22e〜22gは、配線22a〜22dと同様に、半導体チップ14とリード320とを電気的に接続する。
図6は、第4実施形態に係る半導体デバイスの一部を模式的に示す図である。図6は、図2に対応する。第4実施形態に係る半導体デバイスは、リード20に代えてリード320を備え、配線22e〜22gを更に備えること以外は半導体デバイス10と同様の構成を備える。リード320の内側端部は多数の段差部320a〜320dを有する。配線22e〜22gは、配線22a〜22dと同様に、半導体チップ14とリード320とを電気的に接続する。
リード320は、表面S1〜S5を有する。表面S3〜S5は、配線22e〜22gとの接続点P3〜P5をそれぞれ含む。接続点P3〜P5は、基準面Rから高さH3〜H5にそれぞれ位置する。高さH3〜H5は互いに異なる。高さH1〜H5はこの順に高くなる。表面S1〜S5は、チップ搭載面12a及び基準面Rと平行である。表面S1と表面S2との間には段差部320aが設けられている。表面S2と表面S3との間には段差部320bが設けられている。表面S3と表面S4との間には段差部320cが設けられている。表面S4と表面S5との間には段差部320dが設けられている。リード320は、プレス加工等により作製され得る。第4実施形態に係る半導体デバイスでは、少なくとも半導体デバイス10と同様の作用効果が得られる。
(第5実施形態)
図7は、第5実施形態に係る半導体デバイスを模式的に示す図である。図7に示される半導体デバイス110は、ケース型の半導体デバイスである。半導体デバイス110は、ダイパッド46と、半導体チップ14と、電極端子420と、ケース52とを備える。
図7は、第5実施形態に係る半導体デバイスを模式的に示す図である。図7に示される半導体デバイス110は、ケース型の半導体デバイスである。半導体デバイス110は、ダイパッド46と、半導体チップ14と、電極端子420と、ケース52とを備える。
ダイパッド46は、半導体チップ14が搭載されるチップ搭載面46aを有する。半導体チップ14は、接着層32を介してチップ搭載面46aに搭載される。電極端子420は、第1及び第2の配線22a,22bを介して半導体チップ14に接続される。電極端子420は、図1及び図2に示される半導体デバイス10のリード20と同様に、表面S1及びS2を有する。表面S1と表面S2との間には、段差部420aが設けられる。
ダイパッド46は、絶縁性基板42の表面に設けられた配線層である。ダイパッド46の材料の例は、銅及び銅合金等の金属を含む。絶縁性基板42の材料の例は、アルミナ等のセラミックを含む。絶縁性基板42の裏面には、放熱層44が設けられてもよい。放熱層44の材料の例は、銅及び銅合金等の金属を含む。放熱層44は、例えば半田等からなる接着層48を介してヒートシンク50に接着される。ヒートシンク50の材料の例は、金属を含む。
半導体チップ14、ダイパッド46、絶縁性基板42及び放熱層44は、ケース52に収容される。ケース52は、例えば筒状である。ケース52の一方の開口はヒートシンク50によって封止され得る。ケース52の他方の開口は蓋54によって封止され得る。ケース52の材料の例は、ポリブチレンテレフタレート(PBT)やポリフェニレンサルファイド樹脂(PPS)といったエンジニヤリングプラスチック等の樹脂を含む。蓋54の材料の例は熱可塑性樹脂を含む。ケース52の内側には、応力緩和のため、例えばシリコーンゲル等のゲル56が注入され得る。
半導体デバイス110は、電極端子418を備え得る。電極端子418は、配線30を介して半導体チップ14に接続される。電極端子418及び電極端子420はケース52の内壁に取り付けられる。電極端子418及び電極端子420は、ケース52の内壁に沿って延びており、蓋54に形成された開口を通って外部に突出する。電極端子418及び電極端子420は、プレス加工等により作製され得る。ケース52は、電極端子420の段差部420aに沿った段差部を有する。ケース52の段差部は、成型等により作製され得る。半導体チップ14がMOS−FETを含む場合、電極端子418はゲート電極端子に対応し、電極端子420はソース電極端子に対応する。なお、ドレイン電極端子は図示されていない。第5実施形態に係る半導体デバイスでは、少なくとも半導体デバイス10と同様の作用効果が得られる。
以上、本発明の好適な実施形態について詳細に説明したが、本発明は上記実施形態に限定されない。
例えば、半導体デバイス10は、第3〜第4の配線22c〜22dを備えなくてもよいし、5本以上の配線を備えてもよい。また、リード20の表面S1及びS2はY方向に沿って配列されているが、X方向に沿って配列されてもよい。また、ダイパッド12のチップ搭載面12a上に複数の半導体チップ14が搭載されてもよい。この場合、半導体デバイス中の配線数が増えるので、配線同士の接触を回避することが特に重要である。
10,110…半導体デバイス、12,46…ダイパッド、12a,46a…チップ搭載面、14…半導体チップ、20,120,220,320…リード(電極端子)、20a,320a,420a…段差部、22a…第1の配線、22b…第2の配線、52…ケース、420…電極端子、P1…第1の配線との接続点、P2…第2の配線との接続点、R…基準面、S1…第1の表面、S2…第2の表面。
Claims (4)
- 半導体チップと、
前記半導体チップが搭載されるチップ搭載面を有するダイパッドと、
第1及び第2の配線を介して前記半導体チップに接続される電極端子と、
を備え、
前記電極端子が、前記第1の配線との接続点を含む第1の表面と、前記第2の配線との接続点を含む第2の表面と、を有し、
前記第1の配線との接続点が、前記チップ搭載面を延長した基準面から第1の高さに位置し、
前記第2の配線との接続点が、前記基準面から前記第1の高さとは異なる第2の高さに位置する、半導体デバイス。 - 前記電極端子が、前記第1の表面と前記第2の表面との間に設けられた段差部を有する、請求項1に記載の半導体デバイス。
- 前記半導体チップの材料が、ワイドバンドギャップ半導体を含む、請求項1又は2に記載の半導体デバイス。
- 前記半導体チップ及び前記ダイパッドを収容するケースを更に備え、
前記電極端子が、前記ケースに取り付けられる、請求項1〜3のいずれか一項に記載の半導体デバイス。
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