JP2013239658A - 半導体デバイス - Google Patents
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Abstract
【課題】半導体チップ途リードとの間の配線が短い半導体デバイスを提供する。
【解決手段】半導体デバイスは、少なくとも1つの半導体チップ14と、リード18,16,20とを備える。リード18,16,20は、半導体チップ14に配線を介して接続されるリードの第1の部分18を有する。リードの第1の部分18は、第1の方向に沿って延びており、半導体チップ14に対向配置される。
【選択図】図1
【解決手段】半導体デバイスは、少なくとも1つの半導体チップ14と、リード18,16,20とを備える。リード18,16,20は、半導体チップ14に配線を介して接続されるリードの第1の部分18を有する。リードの第1の部分18は、第1の方向に沿って延びており、半導体チップ14に対向配置される。
【選択図】図1
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)。樹脂封止型の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、ワイヤを介してリードに接続される。
「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
しかし、上記半導体デバイスでは、半導体チップがリードから遠いので、ワイヤが長くなる。ワイヤが長くなると、ワイヤの放熱性が低下するため、溶断電流が小さくなる。そのため、ワイヤに大きな電流を流すことができない。
本発明は、半導体チップとリードとの間の配線が短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、少なくとも1つの半導体チップと、前記少なくとも1つの半導体チップに配線を介して接続される第1の部分を有するリードと、を備え、前記リードの前記第1の部分が、第1の方向に沿って延びており、前記少なくとも1つの半導体チップに対向配置される。
この半導体デバイスでは、半導体チップとリードの第1の部分とが対向配置されるので、半導体チップとリードとの間の配線が短くなる。
上記半導体デバイスは、前記少なくとも1つの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を更に備えてもよい。
前記少なくとも1つの半導体チップが複数の半導体チップであり、前記複数の半導体チップが、前記第1の方向に沿って配列されてもよい。この場合、半導体チップの個数が増えても、半導体チップとリードとの間の配線同士が交差しない。
前記リードの前記第1の部分の表面が、前記少なくとも1つの半導体チップの表面と同一平面上に配置されてもよい。この場合、半導体チップとリードとの間の配線が更に短くなる。
前記少なくとも1つの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。この場合、シリコンからなる半導体チップに比べて大きな電流を配線に流すことが可能になる。
前記リードが、前記第1の部分に接続されると共に前記第1の方向に沿って延びる第2の部分を有しており、前記第1の方向と交差する第2の方向において、前記第1の部分が、前記第2の部分よりも前記少なくとも1つの半導体チップに向かって突出してもよい。この場合、半導体チップとリードとの間の距離が短くなるので、配線が更に短くなる。
上記半導体デバイスは、前記少なくとも1つの半導体チップ及び前記リードの前記第1の部分を覆う樹脂部を更に備えてもよい。これにより、半導体チップとリードとが樹脂部に固定され得る。
本発明によれば、半導体チップとリードとの間の配線が短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。図1〜図9にはXYZ直交座標系が示されている。
(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2は、図1のII−II線に沿った半導体デバイスの断面図である。図3は、図1のIII−III線に沿った半導体デバイスの断面図である。図1〜図3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、複数の半導体チップ14と、第1のリード18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2は、図1のII−II線に沿った半導体デバイスの断面図である。図3は、図1のIII−III線に沿った半導体デバイスの断面図である。図1〜図3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、複数の半導体チップ14と、第1のリード18とを備える。
半導体デバイス10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を備え得る。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(例えばヒートシンク等)に固定する際に、螺子を通すための孔である。
半導体デバイス10は、第2のリード16及び第3のリード20を備えてもよい。リード16,18,20は、Y方向(第1の方向)に沿って延びており、X方向(第1の方向に交差する第2の方向)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パワー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。
リード18は、半導体チップ14に配線22aを介して接続される第1の部分18aを有する。第1の部分18aは、Y方向に沿って延びており、半導体チップ14に対向配置される。リード18は、第1の部分18aに接続される第2の部分18bを有してもよい。第2の部分18bはY方向に沿って延びている。第1の部分18aの幅は第2の部分18bの幅よりも広くなっていてもよい。第1の部分18aは、X方向において、第2の部分18bよりも半導体チップ14に向かって突出してもよい。
リード20は、半導体チップ14に複数の配線22bを介して接続される第1の部分20aを有する。半導体チップ14は、単一の配線22bを介して第1の部分20aに接続されてもよい。第1の部分20aは、Y方向に沿って延びており、半導体チップ14に対向配置される。リード20は、第1の部分20aに接続される第2の部分20bを有してもよい。第2の部分20bはY方向に沿って延びている。第1の部分20aの幅は第2の部分20bの幅よりも広くなっていてもよい。第1の部分20aは、X方向において、第2の部分20bよりも半導体チップ14に向かって突出してもよい。
リード18の第1の部分18aは、リード20の第1の部分20aに対向配置される。半導体チップ14は、リード18の第1の部分18aとリード20の第1の部分20aとの間に配置される。半導体チップ14は、Y方向に沿って配列され得る。リード18の第2の部分18bは、リード20の第2の部分20bに対向配置され得る。配線22a及び22bはX方向に沿って延びてもよい。
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、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、PN接合ダイオード、ショットキーバリアダイオード等のダイオードを含む。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40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。
半導体チップ14は、電極パッドGP及びSPを有し得る。電極パッドGPは、配線22aを介してリード18に接続される。電極パッドSPは、配線22bを介してリード20に接続される。半導体チップ14がMOS−FETを含む場合、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。半導体チップ14がIGBTを含む場合、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はエミッタ電極パッドに対応する。半導体チップ14の裏面全体には、例えばドレイン電極パッド又はコレクタ電極パッド等の更なる電極パッドが形成され得る。
半導体デバイス10は、ダイパッド12とリード18及び20との間に配置された絶縁部材38を備え得る。絶縁部材38は、Z方向(第1の方向及び第2の方向と交差する第2の方向)においてダイパッド12とリード18の第1の部分18a及びリード20の第1の部分20aとの間に介在する。絶縁部材38は、例えば絶縁基板又は絶縁層である。絶縁部材38の材料の例は、エポキシ樹脂等の樹脂又はセラミックスを含む。ダイパッド12と絶縁部材38とリード18及び20とは互いに接着剤により接続され得る。
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。
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する。半導体チップ14がIGBTを含む場合、リード16はコレクタ電極端子に対応し、リード18はゲート電極端子に対応し、リード20はエミッタ電極端子に対応する。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及び22bは、ワイヤ又はリボンであってもよい。配線22a及び22bの材料の例は、アルミニウム、金、銅等の金属を含む。配線22a及び22b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、半導体チップ14、リード18の第1の部分18a及びリード20の第1の部分20aは、樹脂部24によって覆われ得る。リード16,18,20の内側端部は、樹脂部24に挿入される。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。
半導体デバイス10では、半導体チップ14とリード18の第1の部分18aとが対向配置されるので、半導体チップ14とリード18との間の配線22aが短くなる。同様に、半導体チップ14とリード20の第1の部分20aとが対向配置されるので、半導体チップ14とリード20との間の配線22bが短くなる。配線22a及び22bの長さが短くなると、配線22a及び22bの放熱性が向上するため、溶断電流が大きくなる。よって、大きな電流が流れても配線22a及び22bが切れ難くなる。そのため、配線22a及び22bの本数が少なくても大きな電流を流すことが可能になるので、半導体デバイス10の製造コストが低減される。
表1は、実施例における配線の平面距離と溶断電流値との関係を示す。配線の平面距離は、配線を平面に投影した場合の配線の長さに対応する。ゲル有は配線がゲルで覆われている場合に対応する。ゲル無は配線がゲルで覆われていない場合に対応する。
表1に示されるように、配線の長さが長くなるに連れて溶断電流が徐々に小さくなる傾向があることが分かる。
さらに、リード18の第1の部分18aの長さを長くすると、配線22aの本数が多くなっても、リード18の第1の部分18aにおいて配線22aが密集し難い。リード20の第1の部分20aの長さを長くすると、配線22bの本数が多くなっても、リード20の第1の部分20aにおいて配線22bが密集し難い。このため、配線22a及び22b同士が接触する可能性が低減される。配線22a及び22bの本数を増やすことによって、より大きな電流を流すことが可能になる。さらに、ボンディング時のミス及び接着不良に起因する半導体デバイス10の製造歩留まりの低下が抑制され得る。
半導体チップ14の材料がワイドバンドギャップ半導体を含む場合、シリコンからなる半導体チップ14に比べて大きな電流を配線22a及び22bに流すことが可能になる。そのため、配線同士の接触の回避、配線を短くすること等の効果が顕著になる。
半導体デバイス10が絶縁部材38を備える場合、リード18,20が絶縁部材38によってダイパッド12から絶縁される。リード18,20は、絶縁部材38を介してダイパッド12により支持され得る。その結果、半導体デバイス10の構造が安定化される。
通常、複数の半導体チップは、ゲート用のリードとソース用のリードにワイヤを介して接続される。この場合、1つの半導体チップとソース用のリードとの間の配線が、もう1つの半導体チップとゲート用のリードとの間の配線と交差するおそれがある。一方、半導体デバイス10では、複数の半導体チップ14がY方向に沿って配列される場合、半導体チップ14の個数が増えても、半導体チップ14とリード18及び20との間の配線22a及び22b同士が交差しない。
配線22a及び22bがX方向に沿って延びると、配線22aと配線22bとが互いに最も離間する。その結果、配線22aと配線22bとが接触する可能性を更に低減できる。配線22a及び22bの長さは最小化され得る。
リード18の第1の部分18aが、X方向において、第2の部分18bよりも半導体チップ14に向かって突出する場合、半導体チップ14とリード18との間の距離が短くなるので、配線22aが更に短くなる。同様に、リード20の第1の部分20aが、X方向において、第2の部分20bよりも半導体チップ14に向かって突出する場合、半導体チップ14とリード20との間の距離が短くなるので、配線22bが更に短くなる。
半導体チップ14、リード18の第1の部分18a及びリード20の第1の部分20aが樹脂部によって覆われると、半導体チップ14とリード18,20とが樹脂部24に固定され得る。
(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を模式的に示す平面図である。図5は、図4のV−V線に沿った半導体デバイスの断面図である。図6は、図4のVI−VI線に沿った半導体デバイスの断面図である。図4〜図6に示される半導体デバイス10aは、ダイパッド12に代えてダイパッド112を備え、絶縁部材38を備えないこと以外は半導体デバイス10と同様の構成を備える。
図4は、第2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5は、図4のV−V線に沿った半導体デバイスの断面図である。図6は、図4のVI−VI線に沿った半導体デバイスの断面図である。図4〜図6に示される半導体デバイス10aは、ダイパッド12に代えてダイパッド112を備え、絶縁部材38を備えないこと以外は半導体デバイス10と同様の構成を備える。
ダイパッド112は半導体チップ14が搭載されるチップ搭載面112aを有する。ダイパッド112は、リード18の第1の部分18a及びリード20の第1の部分20aの形状に対応する切欠き部112bを有する。切欠き部112bとリード18の第1の部分18a及びリード20の第1の部分20aとの間には、隙間が形成される。リード18の第1の部分18a及びリード20の第1の部分20aの表面は、半導体チップ14の表面と同一平面S上に配置される。
半導体デバイス10aでは半導体デバイス10と同様の作用効果が得られる。さらに、半導体デバイス10aでは、リード18の第1の部分18a及びリード20の第1の部分20aの表面が、半導体チップ14の表面と同一平面S上に配置される。その結果、リード18,20の表面が半導体チップ14の表面と異なる平面上に配置される場合に比べて、半導体チップ14とリード18との間の配線22a、半導体チップ14とリード20との間の配線22bが短くなる。
(第3実施形態)
図7は、第3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7に示される半導体デバイス10bは、半導体チップ14の個数が多いこと以外は半導体デバイス10と同様の構成を備える。複数の半導体チップ14は、リード18の第1の部分18a及びリード20の第1の部分20aの延在方向に沿って配列される。半導体デバイス10bでは半導体デバイス10と同様の作用効果が得られる。さらに、リード18の第1の部分18a及びリード20の第1の部分20aの長さを長くすることによって、半導体チップ14の個数を増やすことが可能になる。
図7は、第3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7に示される半導体デバイス10bは、半導体チップ14の個数が多いこと以外は半導体デバイス10と同様の構成を備える。複数の半導体チップ14は、リード18の第1の部分18a及びリード20の第1の部分20aの延在方向に沿って配列される。半導体デバイス10bでは半導体デバイス10と同様の作用効果が得られる。さらに、リード18の第1の部分18a及びリード20の第1の部分20aの長さを長くすることによって、半導体チップ14の個数を増やすことが可能になる。
(第4実施形態)
図8は、第4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8に示される半導体デバイス10cは、配線22bに代えて配線122bを備えること以外は半導体デバイス10bと同様の構成を備える。配線122bはリボンである。半導体デバイス10cでは半導体デバイス10bと同様の作用効果が得られる。
図8は、第4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8に示される半導体デバイス10cは、配線22bに代えて配線122bを備えること以外は半導体デバイス10bと同様の構成を備える。配線122bはリボンである。半導体デバイス10cでは半導体デバイス10bと同様の作用効果が得られる。
(第5実施形態)
図9は、第5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9に示される半導体デバイス10dは、半導体チップ14に代えて半導体チップ114を備え、リード20及び配線22bを備えないこと以外は半導体デバイス10と同様の構成を備える。半導体チップ114はダイオードである。半導体チップ114は、表面電極及び裏面電極を有する。半導体チップ114の表面電極は、配線22aを介してリード18に接続される。半導体チップ114の裏面電極は、ダイパッド12を介してリード16に接続される。半導体デバイス10dでは半導体デバイス10と同様の作用効果が得られる。
図9は、第5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9に示される半導体デバイス10dは、半導体チップ14に代えて半導体チップ114を備え、リード20及び配線22bを備えないこと以外は半導体デバイス10と同様の構成を備える。半導体チップ114はダイオードである。半導体チップ114は、表面電極及び裏面電極を有する。半導体チップ114の表面電極は、配線22aを介してリード18に接続される。半導体チップ114の裏面電極は、ダイパッド12を介してリード16に接続される。半導体デバイス10dでは半導体デバイス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10,10a〜10dは、1つ又は複数の半導体チップ14、1つ又は複数の半導体チップ114、1つ又は複数の配線22a、1つ又は複数の配線22b、1つ又は複数の配線122bを含んでもよい。
半導体チップ14は、縦型トランジスタに代えて横型トランジスタを含んでもよい。この場合、半導体チップ14の裏面には電極パッドが形成されず、半導体チップ14の表面に例えばドレイン電極パッド又はコレクタ電極パッド等の更なる電極パッドが形成される。そのため、半導体デバイス10,10a〜10cは、ダイパッド12を備えなくてもよい。半導体チップ14は、配線を介してリード16に接続される。
10,10a,10b,10c,10d…半導体デバイス、12,112…ダイパッド、12a,112a…チップ搭載面、14,114…半導体チップ、18…リード、18a…リードの第1の部分、18b…リードの第2の部分、22a…配線、24…樹脂部。
Claims (7)
- 少なくとも1つの半導体チップと、
前記少なくとも1つの半導体チップに配線を介して接続される第1の部分を有するリードと、
を備え、
前記リードの前記第1の部分が、第1の方向に沿って延びており、前記少なくとも1つの半導体チップに対向配置される、半導体デバイス。 - 前記少なくとも1つの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を更に備える、請求項1に記載の半導体デバイス。
- 前記少なくとも1つの半導体チップが複数の半導体チップであり、
前記複数の半導体チップが、前記第1の方向に沿って配列される、請求項1又は2に記載の半導体デバイス。 - 前記リードの前記第1の部分の表面が、前記少なくとも1つの半導体チップの表面と同一平面上に配置される、請求項1〜3のいずれか一項に記載の半導体デバイス。
- 前記少なくとも1つの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1〜4のいずれか一項に記載の半導体デバイス。
- 前記リードが、前記第1の部分に接続されると共に前記第1の方向に沿って延びる第2の部分を有しており、
前記第1の方向と交差する第2の方向において、前記第1の部分が、前記第2の部分よりも前記少なくとも1つの半導体チップに向かって突出している、請求項1〜5のいずれか一項に記載の半導体デバイス。 - 前記少なくとも1つの半導体チップ及び前記リードの前記第1の部分を覆う樹脂部を更に備える、請求項1〜6のいずれか一項に記載の半導体デバイス。
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