JP2015097237A - Semiconductor device - Google Patents
Semiconductor device Download PDFInfo
- Publication number
- JP2015097237A JP2015097237A JP2013236973A JP2013236973A JP2015097237A JP 2015097237 A JP2015097237 A JP 2015097237A JP 2013236973 A JP2013236973 A JP 2013236973A JP 2013236973 A JP2013236973 A JP 2013236973A JP 2015097237 A JP2015097237 A JP 2015097237A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- pad
- semiconductor device
- semiconductor chip
- gate electrode
- electrode pad
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
- H01L2224/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
- H01L2224/02—Bonding areas; Manufacturing methods related thereto
- H01L2224/04—Structure, shape, material or disposition of the bonding areas prior to the connecting process
- H01L2224/05—Structure, shape, material or disposition of the bonding areas prior to the connecting process of an individual bonding area
- H01L2224/0554—External layer
- H01L2224/0555—Shape
- H01L2224/05552—Shape in top view
- H01L2224/05553—Shape in top view being rectangular
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
- H01L2224/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
- H01L2224/26—Layer connectors, e.g. plate connectors, solder or adhesive layers; Manufacturing methods related thereto
- H01L2224/31—Structure, shape, material or disposition of the layer connectors after the connecting process
- H01L2224/32—Structure, shape, material or disposition of the layer connectors after the connecting process of an individual layer connector
- H01L2224/321—Disposition
- H01L2224/32151—Disposition the layer connector connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive
- H01L2224/32221—Disposition the layer connector connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked
- H01L2224/32245—Disposition the layer connector connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked the item being metallic
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
- H01L2224/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
- H01L2224/42—Wire connectors; Manufacturing methods related thereto
- H01L2224/47—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process
- H01L2224/48—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process of an individual wire connector
- H01L2224/481—Disposition
- H01L2224/48135—Connecting between different semiconductor or solid-state bodies, i.e. chip-to-chip
- H01L2224/48137—Connecting between different semiconductor or solid-state bodies, i.e. chip-to-chip the bodies being arranged next to each other, e.g. on a common substrate
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
- H01L2224/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
- H01L2224/42—Wire connectors; Manufacturing methods related thereto
- H01L2224/47—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process
- H01L2224/48—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process of an individual wire connector
- H01L2224/484—Connecting portions
- H01L2224/48463—Connecting portions the connecting portion on the bonding area of the semiconductor or solid-state body being a ball bond
- H01L2224/48465—Connecting portions the connecting portion on the bonding area of the semiconductor or solid-state body being a ball bond the other connecting portion not on the bonding area being a wedge bond, i.e. ball-to-wedge, regular stitch
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
- H01L2224/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
- H01L2224/42—Wire connectors; Manufacturing methods related thereto
- H01L2224/47—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process
- H01L2224/49—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process of a plurality of wire connectors
- H01L2224/491—Disposition
- H01L2224/4911—Disposition the connectors being bonded to at least one common bonding area, e.g. daisy chain
- H01L2224/49113—Disposition the connectors being bonded to at least one common bonding area, e.g. daisy chain the connectors connecting different bonding areas on the semiconductor or solid-state body to a common bonding area outside the body, e.g. converging wires
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
- H01L2224/73—Means for bonding being of different types provided for in two or more of groups H01L2224/10, H01L2224/18, H01L2224/26, H01L2224/34, H01L2224/42, H01L2224/50, H01L2224/63, H01L2224/71
- H01L2224/732—Location after the connecting process
- H01L2224/73251—Location after the connecting process on different surfaces
- H01L2224/73265—Layer and wire connectors
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
- H01L2924/10—Details of semiconductor or other solid state devices to be connected
- H01L2924/11—Device type
- H01L2924/13—Discrete devices, e.g. 3 terminal devices
- H01L2924/1304—Transistor
- H01L2924/1306—Field-effect transistor [FET]
- H01L2924/13091—Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor [MOSFET]
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
- H01L2924/15—Details of package parts other than the semiconductor or other solid state devices to be connected
- H01L2924/181—Encapsulation
Landscapes
- Wire Bonding (AREA)
- Lead Frames For Integrated Circuits (AREA)
Abstract
Description
この発明は、半導体装置に関し、より特定的には、半導体装置において、半導体チップのスイッチング動作時に発生する高周波ノイズを減衰するための技術に関する。 The present invention relates to a semiconductor device, and more particularly to a technique for attenuating high-frequency noise generated during a switching operation of a semiconductor chip in a semiconductor device.
従来より、パワー半導体チップを用いたパワーモジュールにおいては、電子部品の信頼性向上およびモジュールの生産性向上を目的として、樹脂による封止構造が広く採用されている。 2. Description of the Related Art Conventionally, in a power module using a power semiconductor chip, a resin sealing structure has been widely adopted for the purpose of improving the reliability of electronic components and improving the productivity of the module.
たとえば特許第3675603号公報(特許文献1)には、3端子ラジアルリード形樹脂封止パッケージを備えているパワートランジスタが開示される。このパワートランジスタは、電子回路要素が作り込まれソース電極パッドとゲート電極パッドを有する半導体ペレットと、当該半導体ペレットの電子回路要素が作り込まれた面とは反対の面に接続されたタブと、タブとは別体で形成され、半導体ペレットのソース電極パッドおよびゲート電極パッドとワイヤによって電気的に接続された複数のインナリードと、複数のインナリードのそれぞれに連結された複数のアウタリードと、半導体ペレット、タブ、複数のインナリードおよび複数のアウタリードを樹脂封止した樹脂封止体とを備えている。 For example, Japanese Patent No. 3675603 (Patent Document 1) discloses a power transistor including a three-terminal radial lead type resin-sealed package. The power transistor includes a semiconductor pellet in which an electronic circuit element is formed and a source electrode pad and a gate electrode pad, a tab connected to a surface opposite to the surface in which the electronic circuit element of the semiconductor pellet is formed, A plurality of inner leads formed separately from the tab and electrically connected to the source electrode pad and gate electrode pad of the semiconductor pellet by wires, a plurality of outer leads coupled to each of the plurality of inner leads, and a semiconductor And a resin sealing body in which a pellet, a tab, a plurality of inner leads, and a plurality of outer leads are sealed with a resin.
パワー半導体チップにおけるスイッチング素子としては、比較的高速でスイッチング動作が可能なゲート絶縁型トランジスタ(Insulated Gate Bipolar Transistor)や電力用MOS(Metal Oxide Semiconductor)トランジスタ等が主に適用されている。この種の半導体チップでは、従来より、シリコン(Si)基板が広く用いられている。 As a switching element in a power semiconductor chip, a gate insulating transistor (Insulated Gate Bipolar Transistor), a power MOS (Metal Oxide Semiconductor) transistor, and the like that can be switched at a relatively high speed are mainly applied. Conventionally, in this type of semiconductor chip, a silicon (Si) substrate has been widely used.
さらに近年では、シリコンに比べてバンドギャップが大きいワイドバンドギャップ半導体の利用が進められつつある。ワイドバンドギャップ半導体は、代表的には、炭化珪素(SiC)結晶、窒化ガリウム(GaN)およびダイヤモンドなどがある。ワイドバンドギャップ半導体素子は、シリコン半導体素子と比べて電子飽和速度が大きいため、より高速のスイッチング動作が可能である。また、ワイドバンドギャップ半導体素子は、シリコンに比べて高耐圧、低オン抵抗および高温環境での安定動作を特徴とするため、たとえば同じ電流駆動能力を有するシリコン半導体素子と比べて、半導体チップの実装面積を縮小することができる。これにより、パワーモジュールの小型化を実現できる。 Furthermore, in recent years, the use of wide band gap semiconductors having a larger band gap than silicon is being promoted. Typical examples of the wide band gap semiconductor include silicon carbide (SiC) crystal, gallium nitride (GaN), and diamond. Since the wide band gap semiconductor element has a higher electron saturation speed than the silicon semiconductor element, a higher speed switching operation is possible. In addition, wide bandgap semiconductor elements are characterized by high breakdown voltage, low on-resistance, and stable operation in high temperature environments as compared to silicon, so, for example, mounting of a semiconductor chip compared to silicon semiconductor elements having the same current drive capability The area can be reduced. Thereby, size reduction of a power module is realizable.
その一方で、上述した樹脂による封止構造を採用したパワーモジュールにおいては、パワー半導体チップのゲートにゲート信号を供給する配線の寄生インダクタンスの影響を受けて、ゲート信号にリンギングが発生する。このため、パワー半導体チップが高速でスイッチング動作を行なうと、オン/オフの切換わりの過渡状態で大きなスパイク電圧が発生することになり、高周波の電圧変動が生じてしまう。この高周波の電圧変動がもたらす高周波ノイズが、パワー半導体チップの故障の要因となり得る。したがって、ワイドバンドギャップ半導体をパワー半導体チップに適用するには、このような高周波ノイズへの対策が重要な課題となる。 On the other hand, in the power module employing the above-described resin sealing structure, ringing occurs in the gate signal due to the influence of the parasitic inductance of the wiring that supplies the gate signal to the gate of the power semiconductor chip. For this reason, when the power semiconductor chip performs a switching operation at a high speed, a large spike voltage is generated in a transient state of on / off switching, resulting in a high-frequency voltage fluctuation. The high frequency noise caused by the high frequency voltage fluctuation can cause a failure of the power semiconductor chip. Therefore, in order to apply a wide band gap semiconductor to a power semiconductor chip, it is important to take measures against such high frequency noise.
この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、この発明の目的は、高周波ノイズを低減させることが可能な半導体装置を提供することである。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to provide a semiconductor device capable of reducing high-frequency noise.
この発明に従った半導体装置は、半導体チップと、半導体チップが搭載されるダイパッドと、半導体チップに形成されたゲート電極パッドと電気的に接続されるリードと、半導体チップに並設され、一方の主表面が配線部材によってゲート電極パッドと電気的に接続され、他方の主表面がリードに接合される導電性のパッドとを備える。 A semiconductor device according to the present invention includes a semiconductor chip, a die pad on which the semiconductor chip is mounted, a lead electrically connected to a gate electrode pad formed on the semiconductor chip, and one side of the semiconductor chip. The main surface is electrically connected to the gate electrode pad by a wiring member, and the other main surface is provided with a conductive pad joined to the lead.
この発明によれば、半導体チップにゲート信号を供給する配線の寄生インダクタンスを低減できるため、ゲート信号のリンギングを低減することができる。この結果、高周波ノイズを低減させることが可能な半導体装置を実現できる。 According to the present invention, since the parasitic inductance of the wiring for supplying the gate signal to the semiconductor chip can be reduced, the ringing of the gate signal can be reduced. As a result, a semiconductor device capable of reducing high frequency noise can be realized.
[本願発明の実施形態の説明]
最初に本発明の実施形態を列記して説明する。
[Description of Embodiment of Present Invention]
First, embodiments of the present invention will be listed and described.
(1) この発明に従った半導体装置は、半導体チップと、半導体チップが搭載されるダイパッドと、半導体チップに形成されたゲート電極パッドと電気的に接続されるリードと、半導体チップに並設され、一方の主表面が配線部材によってゲート電極パッドと電気的に接続され、他方の主表面がリードに接合される導電性のパッドとを備える。 (1) A semiconductor device according to the present invention is provided in parallel with a semiconductor chip, a die pad on which the semiconductor chip is mounted, a lead electrically connected to a gate electrode pad formed on the semiconductor chip, and the semiconductor chip. One main surface is electrically connected to the gate electrode pad by a wiring member, and the other main surface is provided with a conductive pad joined to the lead.
この構成によれば、ゲート電極パッドおよびパッドの間を電気的に接続する配線部材の長さを短くすることができるため、半導体チップに供給されるゲート信号の配線の寄生インダクタンスを低減できる。これにより、ゲート信号のリンギングが抑制されるため、半導体チップのスイッチング動作時に発生する高周波ノイズを低減することが可能となる。 According to this configuration, the length of the gate electrode pad and the wiring member that electrically connects the pads can be shortened, so that the parasitic inductance of the gate signal wiring supplied to the semiconductor chip can be reduced. Thereby, ringing of the gate signal is suppressed, so that high frequency noise generated during the switching operation of the semiconductor chip can be reduced.
(2) 上記半導体装置において、パッドは、ゲート電極パッドに隣接して配置される。 (2) In the semiconductor device, the pad is disposed adjacent to the gate electrode pad.
この構成によれば、ゲート電極パッドとパッドとの間を、より短い配線部材で電気的に接続することができるため、ゲート信号の配線の寄生インダクタンスを効果的に低減できる。 According to this configuration, since the gate electrode pad can be electrically connected to the pad with a shorter wiring member, the parasitic inductance of the gate signal wiring can be effectively reduced.
(3) 上記半導体装置において、リードは、ゲート電極パッドに隣接して延設される。パッドは、リードのゲート電極パッドに隣接する位置に接合される。 (3) In the semiconductor device, the lead extends adjacent to the gate electrode pad. The pad is bonded to a position adjacent to the gate electrode pad of the lead.
この構成によれば、リードをゲート電極パッドに隣接するように引き延ばすことにより、パッドをゲート電極パッドに隣接して配置することができる。これにより、ゲート電極パッドとパッドとの間を、より短い配線部材で電気的に接続することができる。 According to this configuration, by extending the lead so as to be adjacent to the gate electrode pad, the pad can be disposed adjacent to the gate electrode pad. As a result, the gate electrode pad and the pad can be electrically connected with a shorter wiring member.
(4) 上記半導体装置において、パッドは、一方の主表面に形成される第1の導電部分と、他方の主表面の一部分に形成され、第1の導電部分と電気的に接続される第2の導電部分とを含む。第1の導電部分は、ゲート電極パッドに隣接して配置される。第2の導電部分は、リードに接合される。パッドの他方の主表面の残りの部分は、ダイパッドに接合される。 (4) In the semiconductor device described above, the pad is formed on one main surface of the first conductive portion, and on a part of the other main surface, and the second electrically connected to the first conductive portion. Conductive parts. The first conductive portion is disposed adjacent to the gate electrode pad. The second conductive portion is bonded to the lead. The remaining portion of the other major surface of the pad is bonded to the die pad.
この構成によれば、パッドを、ダイパッドと電気的に絶縁した状態で、ゲート電極パッドに隣接して配置することができる。これにより、ダイパッドおよびリードの形状を変更することなく、ゲート電極パッドとパッドとの間を、より短い配線部材で電気的に接続することができる。 According to this configuration, the pad can be disposed adjacent to the gate electrode pad while being electrically insulated from the die pad. Accordingly, the gate electrode pad and the pad can be electrically connected with a shorter wiring member without changing the shapes of the die pad and the lead.
(5) 上記半導体装置において、パッドの表面高さは、ゲート電極パッドの表面高さと等しい。 (5) In the semiconductor device, the surface height of the pad is equal to the surface height of the gate electrode pad.
この構成によれば、ゲート電極パッドとパッドとの間を、最も短い配線部材で電気的に接続することができる。 According to this configuration, the gate electrode pad and the pad can be electrically connected with the shortest wiring member.
(6) 上記半導体装置において、配線部材は、ワイヤボンディングまたはリボンボンディングを含む。 (6) In the semiconductor device, the wiring member includes wire bonding or ribbon bonding.
この構成によれば、ワイヤまたはリボンの長さを短くすることができるため、ワイヤおよびリボンが有する寄生インダクタンスを低減できる。 According to this structure, since the length of a wire or a ribbon can be shortened, the parasitic inductance which a wire and a ribbon have can be reduced.
(7) 上記半導体装置において、半導体チップは、ワイドバンドギャップ半導体を含む。 (7) In the semiconductor device, the semiconductor chip includes a wide band gap semiconductor.
この構成によれば、半導体チップを、高速のスイッチング動作が可能なワイドギャップ半導体で作製した場合においても、半導体チップのスイッチング動作時に発生する高周波ノイズを低減することができる。 According to this configuration, even when the semiconductor chip is made of a wide gap semiconductor capable of high-speed switching operation, high-frequency noise generated during the semiconductor chip switching operation can be reduced.
(8) 上記半導体装置において、パッドの一方の主表面には、ゲート抵抗が形成される。 (8) In the semiconductor device, a gate resistance is formed on one main surface of the pad.
この構成によれば、従来、半導体装置の外部に設けられていたゲート抵抗を半導体装置に実装したことにより、ゲート信号の配線の長さを短縮できるため、配線の寄生インダクタンスを低減することができる。また、外付けのゲート抵抗が不要となるため、半導体装置が搭載される外部基板を小型化できる。 According to this configuration, since the gate resistance conventionally provided outside the semiconductor device is mounted on the semiconductor device, the length of the wiring of the gate signal can be shortened, so that the parasitic inductance of the wiring can be reduced. . Further, since an external gate resistor is not required, the external substrate on which the semiconductor device is mounted can be reduced in size.
[本願発明の実施形態の詳細]
以下、図面を参照しつつ、本発明の実施形態について説明する。以下の説明では、同一または対応する要素には同一の符号を付して、それらについての詳細な説明は繰り返さない。
[Details of the embodiment of the present invention]
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the following description, the same or corresponding elements are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof will not be repeated.
<実施の形態1>
最初に、従来よりパワーモジュール等に適用される一般的な半導体装置1000の構成について図1および図2を用いて説明する。
<
First, a configuration of a
図1は、一般的な半導体装置1000を概略的に示す平面図である。図2は、図1のII−II線に沿った、半導体装置1000の断面図である。
FIG. 1 is a plan view schematically showing a
図1および図2を参照して、半導体装置1000は、たとえば3端子ラジアルリード形樹脂封止構造を有している。半導体装置1000は、半導体チップ1と、ダイパッド3と、樹脂封止体4と、3本のリード5,6,7と、ワイヤ配線15,16とを備える。
Referring to FIGS. 1 and 2,
半導体チップ1は、パワー半導体チップであり、たとえばパワーMOSFETである。MOSFETは、ドレインと、ソースと、ゲートとを有する。ドレインは半導体チップ1の裏面に形成される。ゲートおよびソースはゲート電極パッド11およびソース電極パッド12にそれぞれ電気的に接続されている。ゲート電極パッド11およびソース電極パッド12は、たとえばアルミニウムまたはアルミニウム合金により形成される。
The
ダイパッド3の一方の主表面には、すなわち表側の主表面には半導体チップ1が、はんだ等の導電材2を介在して配置されている。ダイパッド3は、半導体チップ1を支持固定するとともに、半導体チップ1の駆動により発生する熱を、ダイパッド3の、半導体チップ1と接する側と反対側の主表面、すなわち裏側の主表面に放熱する役割を有している。なお、ダイパッド3の裏側の主表面には、ダイパッド3に伝えられた熱を半導体装置1000の外部に放出するための放熱部材(図示せず)が設けられていてもよい。
A
半導体チップ1にはリード6,7が、ワイヤ配線15,16をそれぞれ介在して電気的に接続されている。具体的には、図2に示すように、いわゆるボンディングワイヤ技術により、半導体チップ1の表面に形成されたゲート電極パッド11と、リード7の表面の一部とが、ワイヤ配線15により電気的に接続されている。
同様にして半導体チップ1の表面に形成されたソース電極パッド12と、リード6の表面の一部とが、ワイヤ配線16により電気的に接続されている。なお、図1に示すように、大電流が流れるソース電極パッド12とリード6との間を複数本(たとえば3本)のワイヤ配線16で結ぶことにより、ワイヤ配線における電気抵抗を大幅に低減することができる。
Similarly, the
リード5の一方の先端にはダイパッド3が一体的に連結されている。リード5,6,7は、半導体チップ1と半導体装置1000の外部との間の電気信号の入出力を媒介する導電性部材である。ダイパッド3およびリード5,6,7は、熱伝導率の高い導電性材料である、たとえば銅または銅合金により形成される。ワイヤ配線15,16は、たとえばアルミニウム、金または銅からなる。
The
半導体チップ1、ダイパッド3、ワイヤ配線15,16および、リード5,6,7の少なくとも一部は、樹脂封止体4により封止されている。樹脂封止体4は、電気絶縁性を有しており、たとえばエポキシ樹脂等で構成される。樹脂封止体4により、半導体装置1000は、光、熱および湿気などの環境ならびにパーティクルなどの汚染源から保護される。なお、樹脂封止体4の下端面からはリード5,6,7の他方の先端が平行に突き出された状態となっている。
At least a part of the
半導体チップ1は、半導体装置1000の外部に配置されたゲート駆動回路(図示せず)から供給されるゲート信号に応答してオン・オフされる。ゲート駆動回路は、図示しない制御装置からの信号に応答してゲート信号を生成し、生成したゲート信号を半導体チップ1へ出力する。具体的には、ゲート駆動回路はリード7に電気的に接続されており、生成したゲート信号を、リード7およびワイヤ配線15を介してゲート電極パッド11に供給する。
The
ゲート駆動回路からゲート電極パッド11までの間のゲート信号の配線には、寄生インダクタンスが存在する。この寄生インダクタンスは、配線長が長くなるほど大きくなる。寄生インダクタンスの影響を受けて、ゲート信号にリンギングが発生すると、そのリンギングが半導体チップ1のゲート電極パッド11に伝達される。この結果、半導体チップ1のスイッチングの際にスパイク電圧が発生する。このスパイク電圧は、特に半導体チップがターンオフした時に大きくなる。スパイク電圧が増大すると、半導体チップ1の出力電圧に大きなオーバーシュートと、それに続く電圧振動とを生じさせる。このような出力電圧の振動は高周波ノイズとなって半導体装置1000の誤動作や故障を引き起こす可能性がある。また、高周波ノイズが制御ICなどその他の部品の動作に影響を及ぼす可能性がある。
Parasitic inductance exists in the wiring of the gate signal between the gate drive circuit and the
特に、半導体チップ1をワイドバンドギャップ半導体によって作製した場合、同じ電流駆動能力を有するシリコン半導体と比べて、半導体チップ1の実装面積を縮小できる。その反面、ワイドバンドギャップ半導体は、シリコン半導体を比べてスイッチング動作が高速であるため、上述した高周波ノイズの問題が顕著となり得る。
In particular, when the
上述したゲート信号のリンギングを抑制するためには、ゲート信号が供給される配線の長さを短くすることによって配線の寄生インダクタンスを低減する必要がある。しかしながら、従来の半導体装置1000では、図2に示すように、ゲート電極パッド11とリード7との位置関係によってワイヤ配線15の長さが決まるため、ワイヤ配線15の長さにより生じる寄生インダクタンスを小さくすることが難しいという問題があった。
In order to suppress the ringing of the gate signal described above, it is necessary to reduce the parasitic inductance of the wiring by shortening the length of the wiring to which the gate signal is supplied. However, in the
また、ゲート信号の配線に介挿されて半導体チップ1のスイッチング速度を制御するためのゲート抵抗は、通常、ゲート駆動回路とともに半導体装置1000の外部に設けられている。このため、短縮できるゲート信号の配線の長さに限界があった。
In addition, a gate resistor that is inserted in the gate signal wiring and controls the switching speed of the
以下、図3から図5を参照して、この発明の第1の実施の形態に係る半導体装置100を説明する。図3は、第1の実施の形態に係る半導体装置100を概略的に示す平面図である。図4は、図3のIV−IV線に沿った、半導体装置100の断面図である。図5は、図3のV−V線に沿った、半導体装置100の断面図である。
The
図3を参照して、第1の実施の形態に係る半導体装置100は、従来の半導体装置1000と比較して、リード7からゲート電極パッド11までのゲート信号の配線が異なっている。半導体装置100の概略構成は、ゲート信号の配線を除いて、従来の半導体装置1000と同じであるため、詳細な説明は繰り返さない。
Referring to FIG. 3, the
この実施の形態において、半導体チップ1は、ワイドバンドギャップ半導体を含む。ワイドバンドギャップ半導体は、SiC、GaNあるいはダイヤモンドであり得る。半導体チップ1は、たとえばSiCによって形成されたパワー半導体チップである。1つの実施の形態において、パワー半導体チップは、パワーMOSFETである。SiCによって形成されたMOSFETは、ダイパッド3の一方の主表面に搭載され、はんだ等の導電材2によってダイパッド3と接合されている。ダイパッド3は、平面略矩形状を有しており、ゲート電極パッド11が延設される方向に平行な一辺が、ゲート電極パッド11に近接するように形成されている。
In this embodiment, the
リード7は、その一部がダイパッド3の上記一辺に沿って延設される。このようにしてゲート電極パッド11とリード7の一部とは隣接して配置される。
A part of the
図4および図5を参照して、リード7の一方の主表面、すなわち表側の主表面には導電性のパッド20が搭載され、導電性の接合材によってリード7と接合されている。パッド20は、たとえばアルミナまたはセラミックを材料として形成されたブロック24であり得る。ブロック24の表面および裏面にはそれぞれ、たとえば金または銀を材料とする導電膜23,24がメタライズ処理によって形成されている。
Referring to FIGS. 4 and 5,
ブロック24の表面に形成された導電膜23と、ブロック24の裏面に形成された導電膜25とは、ビア22によって電気的に接続されている。ビア22は、ワイヤ配線15と比べて径を十分に大きくすることで、低い抵抗値を実現している。なお、導電膜23と導電膜25との間に小径のビアを複数並列に設けるようにしてもよい。あるいは、ビア22に代えて、ブロック24の側面をメタライズ処理することによって、導電膜23と導電膜25とを電気的に接続するようにしてもよい。このようにして、リード7の表側の主表面とパッド20の表側の主表面とは電気的に接続される。
The
半導体チップ1に形成されたゲート電極パッド11と、パッド20の表側の主表面の一部とは、ワイヤ配線15により電気的に接続される。このとき、ワイヤ配線15は、隣接して配置されるゲート電極パッド11およびパッド20の間を最短距離で結ぶようにボンディングすることが好ましい。たとえば図3に示すように、ゲート電極パッド11およびパッド20の延設方向に対して略垂直となるようにワイヤ配線15をボンディングする。
The
なお、ワイヤ配線15に代えて、ゲート電極パッド11およびパッド20を幅広のリボンでボンディング(リボンボンディング)してもよい。
Instead of the
このようにゲート電極パッド11にパッド20を並設させ、パッド20の主表面にワイヤ配線15をボンディングすることにより、ゲート電極パッド11とリード7の表側の主表面とをワイヤ配線15により電気的に接続する従来の半導体装置1000(図2参照)と比較して、ワイヤ配線15の長さを短くすることができる。さらにパッド20をゲート電極パッド11に隣接して配置することで、ワイヤ配線15の長さを大幅に短縮できる。この結果、ゲート信号の配線の寄生インダクタンスを低減することができる。
In this way, the
この実施の形態では、図5に示すように、半導体チップ1の表面高さ(ゲート電極パッド11の表面高さ)とパッド20の表面高さとを等しくする。これにより、ワイヤ配線15の長さを最も短くすることができる。なお、半導体チップ1の表面高さとパッド20の表面高さとを等しくするとは、パッド20の表面高さが、半導体チップ1の表面高さに必ずしも一致している必要はなく、半導体チップ1の表面高さよりも幾分高くてもよく、あるいは幾分低くてもよい。なお、パッド20の表面高さは、半導体チップ1の厚みに応じてパッド20の厚みを設定することで容易に調整可能である。
In this embodiment, as shown in FIG. 5, the surface height of the semiconductor chip 1 (surface height of the gate electrode pad 11) and the surface height of the
さらにパッド20の表面の導電膜23には抵抗パターン21が形成される。この抵抗パターン21は、たとえばタンタル窒化物などから構成され、蒸着などによって導電膜23の一部を被覆するように形成される。蒸着の際には、導電膜23上に所定形状(抵抗パターン21に対応する形状)が露出するようにマスクを用いるとよい。なお、抵抗パターン21は、蒸着に限られず、タンタル窒化物などからなるシート部材を導電膜23に貼り付けることで形成されてもよい。
Further, a
抵抗パターン21は、半導体チップ1のスイッチング速度を制御するためのゲート抵抗を構成する。このようにゲート抵抗を半導体装置100に実装することで、ゲート抵抗を外部に設ける従来の半導体装置1000と比較して、ゲート抵抗を半導体チップ1により近接して配置することができる。また、ゲート信号の配線の長さも短くできるため、ゲート信号のリンギングを効果的に抑制することができる。さらに、外付けのゲート抵抗が不要となるため、半導体装置100が搭載される外部基板の小型化を実現できる。
The
以上のように、この発明の第1の実施の形態によれば、ゲート信号の配線の長さを短くすることができるため、配線の寄生インダクタンスを低減できる。これにより、高速でスイッチング動作するパワー半導体チップ(ワイドギャップ半導体)においても、ゲート信号のリンギングが抑制されるため、スイッチング動作時に発生する高周波ノイズを低減することが可能となる。 As described above, according to the first embodiment of the present invention, since the length of the gate signal wiring can be shortened, the parasitic inductance of the wiring can be reduced. Accordingly, even in a power semiconductor chip (wide gap semiconductor) that performs switching operation at high speed, ringing of the gate signal is suppressed, and thus high-frequency noise generated during the switching operation can be reduced.
<実施の形態2>
図6から図8を参照して、本発明の第2の実施の形態に係る半導体装置110を説明する。図6は、第2の実施の形態に係る半導体装置110を概略的に示す平面図である。図7は、図6のVII−VII線に沿った、半導体装置110の断面図である。図8は、図6のVIII−VIII線に沿った、半導体装置110の断面図である。
<
A
第2の実施の形態に係る半導体装置110は、上述した第1の実施の形態に係る半導体装置100と比較して、リード7からゲート電極パッド11までのゲート信号の配線が異なっている。半導体装置110の概略構成は、ゲート信号の配線を除いて、半導体装置100と同じであるため、詳細な説明は繰り返さない。
The
図6を参照して、半導体装置110において、半導体チップ1は、ダイパッド3の一方の主表面に搭載され、はんだ等の導電材2によってダイパッド3と接合されている。なお、ダイパッド3は、従来の半導体装置1000のダイパッド3と略同じ形状を有している。
Referring to FIG. 6, in
ダイパッド3の表側の主表面およびリード7の表側の主表面にはパッド20が搭載されている。パッド20は、半導体チップ1のゲート電極パッド11に隣接して配置されている。パッド20は、図7に示すように、たとえばアルミナまたはセラミックを材料として形成されたブロック24であり得る。ブロック24の表面には導電膜23がメタライズ処理によって形成されている。ブロック24の裏面の一部分には導電膜25がメタライズ処理によって形成されている。パッド20の裏面のうち導電膜25が配された部分は、リード7の表側の主表面に接合される。パッド20の裏面のうち導電膜25が配されていない部分は、ダイパッド3の表側の主表面に接合される。すなわち、パッド20の裏面は、リード7に電気的に接続される一方で、ダイパッド3とは絶縁されている。
ブロック24の表面に形成された導電膜23と、ブロック24の裏面の一部分に形成された導電膜25とは、ビア22によって電気的に接続されている。ビア22は、ワイヤ配線15と比べて、径が十分に大きく、低い抵抗値を実現している。なお、導電膜23と導電膜25との間に小径のビアを複数並列に設けるようにしてもよい。または、ビア22に代えて、ブロック24の側面をメタライズ処理することによって、導電膜23と導電膜25とを電気的に接続するようにしてもよい。このようにして、リード7の表側の主表面とパッド20の表側の主表面とが電気的に接続される。
The
半導体チップ1に形成されたゲート電極パッド11と、パッド20の表側の主表面の一部とは、ワイヤ配線15により電気的に接続される。ワイヤ配線15は、隣接して配置されるゲート電極パッド11およびパッド20の間を最短距離で結ぶようにボンディングすることが好ましい。たとえば図6に示すように、ゲート電極パッド11およびパッド20の延設方向に対して略垂直となるようにワイヤ配線15をボンディングする。
The
第2の実施の形態においても、上述した第1の実施の形態と同様に、ゲート電極パッド11にパッド20を並設させ、パッド20の主表面にワイヤ配線15をボンディングすることにより、従来の半導体装置1000(図2参照)と比較して、ワイヤ配線15の長さを短くすることができる。これにより、ゲート信号の配線の寄生インダクタンスを低減できる。
Also in the second embodiment, similarly to the first embodiment described above, the
さらに、図7に示すように、半導体チップ1の表面高さ(ゲート電極パッド11の表面高さ)とダイパッド20の表面高さとを等しくすることにより、ワイヤ配線15の長さを最も短くすることができる。
Further, as shown in FIG. 7, the length of the
なお、第2の実施の形態においては、従来の半導体装置1000のダイパッド3の形状を変更することなく、パッド20をゲート電極パッド11に並設することができる。
In the second embodiment, the
この実施の形態においても、パッド20の導電膜23には、ゲート抵抗を構成する抵抗パターン21が形成される。このようにゲート抵抗を半導体装置100に実装することで、ゲート抵抗を外部に設ける従来の半導体装置1000と比較して、ゲート抵抗を半導体チップ1により近接して配置できるとともに、ゲート信号の配線の長さも短くできるため、ゲート信号のリンギングを効果的に抑制することができる。さらに、外付けのゲート抵抗が不要となるため、半導体装置110が搭載される外部基板の小型化を実現できる。
Also in this embodiment, the
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。 The embodiment disclosed this time should be considered as illustrative in all points and not restrictive. The scope of the present invention is defined by the terms of the claims, rather than the description above, and is intended to include any modifications within the scope and meaning equivalent to the terms of the claims.
この発明は、パワー半導体チップを搭載したパワーモジュールに有利に適用される。 The present invention is advantageously applied to a power module on which a power semiconductor chip is mounted.
1 半導体チップ
2 導電材
3 ダイパッド
4 樹脂封止体
5,6,7 リード
11 ゲート電極パッド
12 ソース電極パッド
15,16 ワイヤ配線
20 パッド
21 抵抗パターン
22 ビア
23,25 導電膜
24 ブロック
100,110 半導体装置
DESCRIPTION OF
Claims (8)
前記半導体チップが搭載されるダイパッドと、
前記半導体チップに形成されたゲート電極パッドと電気的に接続されるリードと、
前記半導体チップに並設され、一方の主表面が配線部材によって前記ゲート電極パッドと電気的に接続され、他方の主表面が前記リードに接合される、導電性のパッドとを備える、半導体装置。 A semiconductor chip;
A die pad on which the semiconductor chip is mounted;
A lead electrically connected to a gate electrode pad formed on the semiconductor chip;
A semiconductor device comprising: a conductive pad arranged in parallel to the semiconductor chip, wherein one main surface is electrically connected to the gate electrode pad by a wiring member, and the other main surface is bonded to the lead.
前記パッドは、前記リードの前記ゲート電極パッドに隣接する位置に接合される、請求項2に記載の半導体装置。 The lead extends adjacent to the gate electrode pad,
The semiconductor device according to claim 2, wherein the pad is bonded to a position of the lead adjacent to the gate electrode pad.
前記一方の主表面に形成される第1の導電部分と、
前記他方の主表面の一部分に形成され、前記第1の導電部分と電気的に接続される第2の導電部分とを含み、
前記第1の導電部分は、前記ゲート電極パッドに隣接して配置され、
前記第2の導電部分は、前記リードに接合され、
前記他方の主表面の残りの部分は、前記ダイパッドに接合される、請求項2に記載の半導体装置。 The pad
A first conductive portion formed on the one main surface;
A second conductive portion formed on a portion of the other main surface and electrically connected to the first conductive portion;
The first conductive portion is disposed adjacent to the gate electrode pad;
The second conductive portion is bonded to the lead;
The semiconductor device according to claim 2, wherein a remaining portion of the other main surface is bonded to the die pad.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2013236973A JP2015097237A (en) | 2013-11-15 | 2013-11-15 | Semiconductor device |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2013236973A JP2015097237A (en) | 2013-11-15 | 2013-11-15 | Semiconductor device |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2015097237A true JP2015097237A (en) | 2015-05-21 |
Family
ID=53374403
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2013236973A Pending JP2015097237A (en) | 2013-11-15 | 2013-11-15 | Semiconductor device |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2015097237A (en) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPWO2018159018A1 (en) * | 2017-03-01 | 2019-12-26 | 住友電気工業株式会社 | Semiconductor device |
JP2021077661A (en) * | 2019-11-05 | 2021-05-20 | 三菱電機株式会社 | Semiconductor power module |
WO2023157604A1 (en) * | 2022-02-15 | 2023-08-24 | ローム株式会社 | Semiconductor device and package structure of semiconductor device |
-
2013
- 2013-11-15 JP JP2013236973A patent/JP2015097237A/en active Pending
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPWO2018159018A1 (en) * | 2017-03-01 | 2019-12-26 | 住友電気工業株式会社 | Semiconductor device |
JP2021077661A (en) * | 2019-11-05 | 2021-05-20 | 三菱電機株式会社 | Semiconductor power module |
WO2023157604A1 (en) * | 2022-02-15 | 2023-08-24 | ローム株式会社 | Semiconductor device and package structure of semiconductor device |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US9520369B2 (en) | Power module and method of packaging the same | |
US11011445B2 (en) | Semiconductor package device | |
JP2007234690A (en) | Power semiconductor module | |
WO2014103133A1 (en) | Semiconductor device | |
EP2889902B1 (en) | Electric power semiconductor device | |
US20120241934A1 (en) | Semiconductor apparatus and method for manufacturing the same | |
US20230207440A1 (en) | Semiconductor device | |
US20230163078A1 (en) | Semiconductor device | |
JP2015076562A (en) | Power module | |
US20230121777A1 (en) | Electronic device | |
TW202129866A (en) | Semiconductor device | |
JP5257096B2 (en) | Semiconductor device | |
JP2015097237A (en) | Semiconductor device | |
CN107611111B (en) | Semiconductor module and power conversion device | |
US8519546B2 (en) | Stacked multi-die electronic device with interposed electrically conductive strap | |
WO2021187018A1 (en) | Semiconductor device | |
US9123710B2 (en) | Semiconductor device having a semiconductor chip and wiring | |
CN111354709B (en) | Semiconductor device and method for manufacturing the same | |
WO2014065124A1 (en) | Semiconductor device, and electronic device | |
CN109564918B (en) | Semiconductor device with a semiconductor device having a plurality of semiconductor chips | |
CN112750800B (en) | Semiconductor power module | |
JP6906583B2 (en) | Semiconductor power module | |
WO2021182016A1 (en) | Semiconductor device | |
US20220238426A1 (en) | Packaged electronic devices having dielectric substrates with thermally conductive adhesive layers | |
US20230107764A1 (en) | Semiconductor device and semiconductor device manufacturing method |