JP2018006576A - 半導体装置 - Google Patents

Abstract

【課題】小型化を実現することが可能であり、かつ半導体素子と電極端子とを接続させる接合材の厚みのバラツキを小さくすることが可能な半導体装置を提供する。【解決手段】回路パターン３と、それに接合された少なくとも１つ以上のワイヤ４と、それに接合された電極端子５と、半導体素子とを備える。電極端子５は、主表面に沿うように拡がりワイヤ４と接続される水平延在部５Ａと、水平延在部５Ａに対して延在方向を変更するための屈曲部５Ｂとを含む。平面視において、回路パターン３とワイヤ４とが接合される接合部４Ａ，４Ｂは、ワイヤ４と電極端子５とが重なる部分よりも外側に配置されている。【選択図】図２

Description

本発明は半導体装置に関し、特に、発電および送電から、効率的なエネルギの利用および再生までの多様な場面で利用される半導体装置に関するものである。

従来、たとえば表裏両面に電極を有する半導体素子を回路基板の回路パターンに電気的に接続させた半導体装置が、たとえば特開２００６−１９６７６５号公報（特許文献１）に開示されている。特開２００６−１９６７６５号公報においては、半導体素子の電極と導電性部材とがバンプを介して電気的に接続されており、導電性部材が切欠き部を有している。したがって、平面視において切欠き部を横切るように配置されたバンプが、半導体素子と導電性部材とを接続する。このため、バンプと導電性部材との間の熱応力が、切欠き部の変形により吸収緩和され、バンプと導電性部材との接合部の信頼性を向上させている。

特開２００６−１９６７６５号公報

特開２００６−１９６７６５号公報の開示技術においては、導電性部材に切欠き部が設けられているため、切欠き部が設けられない場合に比べて導電性部材に流すことのできる電流量が小さくなる。これは導電性部材の導体を流す部分の断面積が、切欠き部により少なくなるためである。したがって必要な電流量を流すためには導電性部材を大きくする必要があるため、半導体装置を小型化することが困難である。

また特開２００６−１９６７６５号公報の開示技術においては、導電性部材と半導体素子とを接合するバンプの形状が不規則であれば両者の接合時に当該バンプの厚みがばらつく。そうすると、導電性部材と半導体素子との接合部の電気特性に影響したり、放熱性が低下する問題が生じる。

本発明は以上の問題に鑑みてなされたものであり、その目的は、小型化を実現することが可能であり、かつ半導体素子と電極端子とを接続させる接合材の厚みのバラツキを小さくすることが可能な半導体装置を提供することである。

本発明に係る半導体装置は、回路パターンと、ワイヤと、電極端子と、半導体素子とを備えている。ワイヤは回路パターンに接合されている。電極端子はワイヤに接合されている。半導体素子は回路パターンに接合されている。電極端子は、主表面に沿うように拡がりワイヤと接続される水平延在部と、水平延在部に対して延在方向を変更するための屈曲部とを含む。平面視において、回路パターンとワイヤとが接合される接合部は、ワイヤと電極端子とが重なる部分よりも外側に配置されている。

本発明によれば、電極端子と回路パターンとの間に挟まれたワイヤの厚みを均一にすることができ、当該領域における良好な電気伝導性および放熱性を確保することができる。したがって半導体装置を小型化させることもできる。

実施の形態１に係る半導体装置の内部構成を示す概略断面図である。 実施の形態１における、図１の点線で囲まれた領域Ａの概略拡大斜視図である。 図２に示す電極端子をＸ方向から見た正面図（Ａ）と、図２に示す電極端子をＹ方向から見た正面図（Ｂ）とである。 図１の回路パターンの変形例の構成を示す概略断面図である。 図１の電極端子の変形例の構成を示す概略断面図である。 実施の形態１において、回路パターン上にワイヤを介して電極端子を超音波接合する態様を示す概略断面図である。 比較例に係る半導体装置の、半導体素子への導電性部材の接合部分の概略平面図（Ａ）と、図７（Ａ）のＶＩＩＢ−ＶＩＩＢ線に沿う部分の概略断面図（Ｂ）とである。 比較例のワイヤの両端部が電極端子と重なる位置に存在する場合における、ワイヤが電極端子と回路パターンとを接合する態様を示す概略断面図である。 比較例のワイヤの両端部が電極端子と重なる位置に存在する場合における、ワイヤの接合部と電極端子および回路パターンとの位置関係を示す概略断面図である。 実施の形態２において、回路パターン上にワイヤを介して電極端子を超音波接合する態様を示す概略断面図である。 屈曲部の曲げサイズの１／２の範囲を説明する概略図（Ａ）と、曲げサイズの１／２の部分に配置されるワイヤの態様の第１例を示す概略図（Ｂ）と、曲げサイズの１／２の部分に配置されるワイヤの態様の第２例を示す概略図（Ｃ）とである。 実施の形態２におけるワイヤの接合部と電極端子との平面視における位置関係の第１例を示す概略平面図（Ａ）と、同位置関係の第２例を示す概略平面図（Ｂ）と、同位置関係の第３例を示す概略平面図（Ｃ）とである。 実施の形態３における、図１の点線で囲まれた領域Ａの概略拡大斜視図である。

以下、本発明の実施の形態について図に基づいて説明する。
実施の形態１．
まず本実施の形態の半導体装置の構成について図１〜図５を用いて説明する。なお、説明の便宜のため、Ｘ方向、Ｙ方向、Ｚ方向が導入されている。

図１を参照して、本実施の形態の半導体装置１００は、絶縁基板１と、ベース板２と、回路パターン３と、ワイヤ４と、電極端子５と、ケース６と、半導体素子７とを主に備えている。

絶縁基板１は、一般公知のセラミックスまたは樹脂などの絶縁材料により形成されており、たとえば平面視において矩形状を有する、平板形状の部材である。絶縁基板１は、図１の上側の一方の主表面１Ａと、一方の主表面１Ａと反対側すなわち図１の下側の他方の主表面１Ｂとを有している。ベース板２は矩形の平板形状であり、絶縁基板１の他方の主表面１Ｂに接合されており、一方の主表面２Ａと、その反対側の他方の主表面２Ｂとを有している。回路パターン３は矩形の平板形状であり、絶縁基板１の一方の主表面１Ａに接合されており、一方の主表面３Ａと、その反対側の他方の主表面３Ｂとを有している。すなわち回路パターン３は絶縁基板１の一方の主表面１Ａ上に形成され、少なくとも一部に導電性を有している。絶縁基板１と、ベース板２と、回路パターン３とが一体となることで、単一の土台基板１２３が形成されている。言い換えれば回路パターン３は土台基板１２３に内蔵されて土台基板１２３内の回路を構成しており、この回路パターン３はワイヤ４および電極端子５などと電気的に接続されている。

ワイヤ４は一般公知のワイヤボンディング工程により、回路パターン３の一方の主表面３Ａに接合された細線状の部材であり、導電性を有している。ワイヤ４は少なくとも１つ以上、回路パターン３に接合されている。図１においては、回路パターン３のＸ方向に関する左端部に１つ、中央部に３つ、右端部に２つの合計６つのワイヤ４が接合されている。

ワイヤ４は、銅、アルミニウムまたは銀のいずれかを含む不純物からなる素材であることが好ましい。すなわちワイヤ４は、銅、アルミニウムまたは銀のいずれかと、それ以外の材料との双方を含む素材である。またワイヤ４がたとえば銅を含む素材で構成される場合、銅を含む素材のみからワイヤ４が構成されてもよいし、銅を含む母材の表面上に銅を含む薄膜がコーティングされることによりワイヤ４が構成されてもよい。ワイヤ４がアルミニウムを含む素材または銀を含む素材からなる場合についても同様である。

電極端子５は、半導体装置１００内の回路パターン３およびワイヤ４と、半導体装置１００の外部とを電気的に接続するための部材である。図１においては３つの電極端子５が配置されている。それら３つの電極端子５のうち図１の最も左の電極端子５と最も右の電極端子５とは、ケース６の内壁面に接触するように延びるため、ケース６の内壁面の形状に追随するように屈曲されている。これに対し、上記３つの電極端子５のうち図１のＸ方向の中央の電極端子５は、図１の下端部においてそのＸ方向に沿って延びる部分を有するが、その大部分の領域は図１の上下方向すなわちＺ方向に沿って延びている。これにより、電極端子５は、ケース６の内部の領域からケース６の外部の領域まで延びている。

ケース６は、平面視において半導体装置１００全体の最も外側の領域に、その全体を囲むように配置されている。図に示すように、ケース６は、その内壁面が部分的に階段状を有するように形成されていてもよい。またケース６は、土台基板１２３と併せて、電極端子５などの各部材をその内部に収納可能な箱状の部材を構成している。図１においては土台基板１２３のうち回路パターン３はケース６内に完全に収納されており、絶縁基板１もその外縁部の一部を除き、ケース６に囲まれた領域と平面的に重なり、ケース６内に収納されたような態様となっている。しかしベース板２は、少なくとも他方の主表面２Ｂがケース６内から露出していることが好ましい。このようにすれば、ベース板２の他方の主表面２Ｂ上などにたとえばヒートシンクなどの放熱部材を設置することができる。

上記いずれの電極端子５もワイヤ４に接合されている。具体的には、いずれの電極端子５もワイヤ４の上に重畳するように接合されている。これにより電極端子５は回路パターン３と電気的に接続されている。上記のようにワイヤ４は回路パターン３に接合されているためである。

半導体素子７は、ケース６内における土台基板１２３の上、すなわちケース６内における回路パターン３の上に配置されている。具体的には、ケース６内の回路パターン３の一方の主表面３Ａ上に半導体素子７が、接合材８を介して接合されている。半導体素子７は、たとえばダイオードまたはＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）などの電力用半導体素子である。半導体素子７と回路パターン３とは、ワイヤ９により電気的に接続されている。ワイヤ９はワイヤ４と同様に、一般公知のワイヤボンディング工程により接合された細線状の部材である。

半導体素子７は平面視においてたとえば正方形状を有するチップ形状であり、当該チップは、シリコン、炭化珪素、窒化ガリウムからなる群より選択されるいずれかからなっていることが好ましい。

ケース６の内部はゲル１０で充填されている。これにより、ケース６内の電極端子５以外の各部材はゲル１０に埋められた態様となっている。しかし電極端子５はゲル１０の内部の領域からゲル１０の外部の領域まで延びるように配置されている。

次に、図１の点線で囲まれた領域Ａ、すなわち図１の中央部の電極端子５が回路パターン３に接合される態様について、図２〜図３を用いて説明する。図２を参照して、電極端子５は、絶縁基板１および回路パターン３の一方の主表面１Ａ，３Ａに沿うようにＸＹ平面に拡がる水平延在部５Ａと、水平延在部５Ａに対して延在方向を変更するための屈曲部５Ｂと、屈曲部５Ｂから見て水平延在部５Ａと反対側においてＺ方向に延びる鉛直延在部５Ｃとを有している。屈曲部５Ｂは水平延在部５ＡとＸ方向に関して並ぶように配置されており、水平延在部５ＡのＸ方向正側に配置されている。鉛直延在部５Ｃは概ねＺ方向に関して屈曲部５Ｂの真上に配置されている。つまり水平延在部５Ａが鉛直延在部５Ｃよりも下側すなわち回路パターン３側に配置されており、水平延在部５Ａがワイヤ４と接続されている。ただし図２に示す電極端子５の形状は一例であり、電極端子５は必ずしも水平延在部５Ａと屈曲部５Ｂと鉛直延在部５Ｃとを有する形状でなくてもよい。

図１および図２においては電極端子５と接続されるワイヤ４は３つである。このようにワイヤ４は複数配置されることが好ましいが、単一であってもよい。それぞれのワイヤ４は、たとえばＸ方向に関して互いに間隔をあけるように、Ｙ方向（水平延在部５Ａと屈曲部５Ｂとを結ぶ方向に交差する方向）に沿って延びている。ワイヤ４の延びるＹ方向に関する両端部の接合部４Ａ，４Ｂにおいて、ワイヤ４は回路パターン３の一方の主表面３Ａと接合されている。

電極端子５は、ワイヤ４の延びる方向に関する概ね中央部に重畳するように載置されており、電極端子５の最下面はワイヤ４と接合されている。平面視において、ワイヤ４が回路パターン３と接合される接合部４Ａ，４Ｂは、ワイヤ４と電極端子５とが重なる部分よりも外側に配置されている。

ワイヤ４の回路パターン３との接合部４Ａ，４Ｂは、互いに間隔をあけて２か所以上設けられている。つまり図２のようにワイヤ４は接合部４Ａ，４Ｂの２か所において回路パターン３と接合されてもよい。しかしたとえばワイヤ４と電極端子５とが重なる部分よりも外側の領域のうち接合部４Ａ，４Ｂよりも内側の領域に、さらにワイヤ４の回路パターン３との接合部を有していてもよい。この場合にはワイヤ４は３か所以上の接合部により回路パターン３と接合されることになる。

接合部４Ａ，４Ｂは、水平延在部５Ａと屈曲部５Ｂとを結ぶＸ方向に関して、屈曲部５Ｂよりも水平延在部５Ａ側すなわちＸ方向負側に配置されている。このため本実施の形態においては、ワイヤ４は、すべて電極端子５のうち水平延在部５Ａと重なるように延びている。

図３（Ａ）は図２の電極端子５をＸ方向負側から見た正面図であり、図３（Ｂ）は図２の電極端子５をＹ方向負側から見た正面図である。図３（Ａ），（Ｂ）を参照して、ワイヤ４とその真上の電極端子５とは、フィレット１１の形成により互いに接合されている。フィレット１１は、ワイヤ４の一部がその接合工程において回路パターン３と電極端子５との間に挟まれた状態からその外側に流出するように形成されている。フィレット１１は、電極端子５の最も下側の領域の側面を覆うように形成される。なおフィレット１１はワイヤ４と同じ材質により形成されているが、ワイヤ４の材質と電極端子５の材質とが混合した材質により形成される場合もある。また図示されないが、回路パターン３とワイヤ４との間においてもフィレット１１と同様に、回路パターン３とワイヤ４とを構成する金属材料同士が溶融結合されている。

なお図３（Ｂ）においては水平延在部５Ａ、屈曲部５Ｂおよび鉛直延在部５Ｃのそれぞれの境界を点線で示している。図３（Ｂ）に示すように、水平延在部５Ａとは、Ｘ方向に関しては屈曲部５Ｂを除く、最下面が水平に延びる領域と重なる領域であり、水平に延びる平面部の最上面よりも下方の領域をいうものとする。屈曲部５Ｂとは、Ｘ方向に関して水平方向に対してＺ方向上方に浮くように延びており、かつＺ方向に関して鉛直方向に対してＸ方向左方に曲がるように延びている領域をいうものとする。鉛直延在部５Ｃは水平延在部５Ａおよび屈曲部５Ｂ以外の領域をいい、基本的にＺ方向上方に延びる領域と重なる領域をいうものとする。

回路パターン３および電極端子５は、銅系またはアルミニウム系の母材により構成されることが好ましい。ここで回路パターン３および電極端子５が銅系の素材により構成されるとは、それが銅のみからなる場合と、銅と銅以外の部材の双方を含むように構成される場合との双方を含むことを意味する。同様に、回路パターン３および電極端子５がアルミニウム系の素材により構成されるとは、それがアルミニウムのみからなる場合と、アルミニウムとアルミニウム以外の部材の双方を含むように構成される場合との双方を含むことを意味する。

そして回路パターン３および電極端子５を構成する銅系またはアルミニウム系の母材においては、８０質量％以上１００質量％以下の銅、または９０質量％以上１００質量％以下のアルミニウムが含まれることが好ましい。たとえば回路パターン３および電極端子５が単一の部材（母材）のみにより構成される場合、その単一の部材の全体が、８０質量％以上１００質量％以下の銅、または９０質量％以上１００質量％以下のアルミニウムが含まれる素材により形成される。なお回路パターン３および電極端子５を構成する母材は銀系の材料からなってもよく、その場合、当該母材は８０質量％以上９０質量％以下の銀を含む。ここで電極端子５は、水平延在部５Ａ、屈曲部５Ｂおよび鉛直延在部５Ｃのいずれについても同様に上記の素材により構成されることが好ましい。

ワイヤ４に含まれる銅またはアルミニウムは、回路パターン３および電極端子５に含まれる銅またはアルミニウムよりも割合が少ない。このため、ワイヤ４を構成する素材の拡散温度は、回路パターン３および電極端子５を構成する母材の拡散温度よりも低くなっている。言い換えれば、拡散温度が高い回路パターン３および電極端子５の間に、回路パターン３よりも拡散温度が低い素材からなるワイヤ４を挟んでこれらが互いに接合される。なおここで拡散温度とは、上記母材または素材が溶融し始め当初の位置から拡がり始める時点での加熱温度を意味する。このようにすれば、より低エネルギーでこれらを接合することができる。

またワイヤ４が銅、アルミニウムまたは銀のいずれかを含む不純物からなる素材により形成されれば、ワイヤ４は純粋な銅よりも融点が低く、はんだよりも融点が高い材料から形成されることになる。これにより、たとえばワイヤ４の代わりにはんだが回路パターン３などと接合される場合に比べてより高温条件で半導体装置１００を動作させることができる。特に半導体素子７が炭化珪素により形成される場合は、半導体素子７に高温条件での動作が求められるため、ワイヤ４がはんだよりも融点が高い材料から構成されることはより有効となる。

上記においては回路パターン３および電極端子５は、単一の銅系またはアルミニウム系の母材のみによりその全体が形成される場合について示している。しかし以下の図４および図５のように、母材の表面上にさらに他の部材を備える場合も想定される。図４は回路パターン３の変形例を示しており、図５は電極端子５の変形例を示している。図４を参照して、たとえば回路パターン３は、母材としての回路パターン母材３Ｃと、回路パターン母材３Ｃの表面上に形成された第１の薄膜としての回路パターン薄膜３Ｄとにより構成される二層構造であってもよい。この場合、回路パターン母材３Ｃは上記のとおり、銅系すなわち８０質量％以上１００質量％以下の銅、またはアルミニウム系すなわち９０質量％以上１００質量％以下のアルミニウムが含まれることが好ましい。また回路パターン薄膜３Ｄは、銅系のめっき膜、ニッケル系のめっき膜およびアルミニウム系のコーティング膜からなる群から選択されるいずれかであることが好ましい。回路パターン薄膜３Ｄとしてのアルミニウム系のコーティング膜は、蒸着またはスパッタリングなどの一般公知の方法により形成される。

図５を参照して、たとえば電極端子５は、母材としての電極端子母材５Ｄと、電極端子母材５Ｄの表面上に形成された第２の薄膜としての電極端子薄膜５Ｅとにより構成される二層構造であってもよい。この場合、電極端子母材５Ｄは上記のとおり、銅系すなわち８０質量％以上１００質量％以下の銅、またはアルミニウム系すなわち９０質量％以上１００質量％以下のアルミニウムが含まれることが好ましい。また電極端子薄膜５Ｅは、銅系のめっき膜、ニッケル系のめっき膜およびアルミニウム系のコーティング膜からなる群から選択されるいずれかであることが好ましい。電極端子薄膜５Ｅとしてのアルミニウム系のコーティング膜は、蒸着またはスパッタリングなどの一般公知の方法により形成される。

図５に示すように、電極端子５は、水平延在部５Ａ、屈曲部５Ｂおよび鉛直延在部５Ｃのいずれについても同様に上記の二層構造により構成されることが好ましい。

上記の図４、図５のように回路パターン３および電極端子５が二層構造を有していれば、母材の上に形成された金属材料の第１または第２の薄膜により、絶縁基板１やケース６などの絶縁材料の上にも回路パターン３および電極端子５を接合することができる。ただしこの第１または第２の薄膜は、回路パターン３および電極端子５のワイヤ４との（後述するように超音波振動を用いた）接合時に破壊され、破壊された膜の当該薄膜が接合箇所の内部に存在するのみとなる。

図１〜図３のように、ワイヤ４を挟んで回路パターン３と電極端子５とが接合される構成は、以下のように形成される。図６を参照して、まず回路パターン３の一方の主表面３Ａ上に、たとえばＹ方向に沿って延びる少なくとも１つ以上のワイヤ４がボンディングにより接合される。接合部４Ａ，４Ｂは、その上に載置される電極端子５と重なる部分よりも外側に配置されるように、ワイヤ４がボンディングされる。その上に電極端子５が載置される。このとき特に、水平延在部５Ａがワイヤ４と平面的に重なり接触するように設置される。

この状態で、水平延在部５Ａの最上面に超音波接合機１２を接触させ、超音波接合機１２に超音波振動を印加する。これにより水平延在部５Ａとワイヤ４と回路パターン３との接触部分に振動を与え、これらを溶融させて図３に示すフィレット１１を形成することにより、これらが互いに金属接合される。

次に、本実施の形態の比較例について説明しながら、本実施の形態の作用効果について説明する。

図７は比較例の半導体装置における、本実施の形態の図２に相当する部分の平面図（Ａ）および断面図（Ｂ）である。図７（Ａ），（Ｂ）を参照して、本実施の形態の比較例においては、本実施の形態と同様の半導体素子７の表面上にたとえばリードフレームなどの導電性部材１３が、バンプ１４を介して接合されている。すなわち半導体素子７が図２の回路パターン３に、その上のバンプ１４が図２のワイヤ４に、その上の導電性部材１３が図２の電極端子５に、それぞれ相当する。この場合においても導電性部材１３は超音波接合機を用いて半導体素子７上に接合される。

特に図７（Ａ）に示すように、導電性部材１３は、熱応力を吸収緩和しやすくする観点から、バンプ１４と接合される部分において、複数の切欠き部を有する櫛歯形状に加工されている。この場合、特に図７（Ｂ）に示すように、櫛歯形状の導電性部材１３は、個々の細長い櫛歯状の部分を同じ形状および寸法となるように加工することが困難であり、Ｚ方向に関する位置および平面形状がばらつく。これに伴い、導電性部材１３と半導体素子７との間に配置されるたとえばアルミニウムからなるバンプ１４はその厚みがばらつき、導電性部材１３から半導体素子７への放熱性が設計値とは異なるものとなる可能性がある。また導電性部材１３の個々の櫛歯状の部分の間でその位置がＺ方向に大きく異なる場合、超音波接合が十分になされた櫛歯状の部分と、超音波接合がまったくされていない櫛歯状の部分とが生じる。この場合、超音波接合がまったくされていない櫛歯状の部分はバンプ１４を介した半導体素子７への導電性をまったく有さなくなり、不良品となる可能性がある。このようにバンプ１４の厚みにばらつきが生じることは、半導体装置全体の信頼性を著しく低下させるおそれがある。

このため櫛歯状の導電性部材１３を用いずに、本実施の形態のように外部接続用の電極端子５を形成し、これと土台基板１２３の回路パターン３とをワイヤ４により超音波接合することが考えられる。しかしこの場合においても、図８を参照して、（１）に示す初期状態のように、Ｘ方向に延びるワイヤ４の長さが十分でなく、その回路パターン３と接合される両端部（接合部４Ａ，４Ｂ）が、電極端子５と重なる領域内にある場合には、以下の問題が生じ得る。

すなわち図８の（２）に示すように、ボンディングされたワイヤ４上の電極端子５を超音波接合するに際し、電極端子５をＺ方向下方へ押し込みながらワイヤ４を押しつぶしていく過程が発生する。この過程において平面視における電極端子５の外側にワイヤ４がはみ出て来る。その後さらにこの過程を進めれば、図８の（３）に示すように、電極端子５からはみ出たワイヤ４の部分が溶融してフィレット１１が形成される。仮にワイヤ４の両端部が初期状態にて既に電極端子５の外側にあれば、フィレット１１はよりスムーズにかつ良好な形状となるように形成することが可能となる。ワイヤ４の両端部が電極端子５の内側にある場合に比べて外側にある場合にはフィレット１１を形成するためにワイヤ４を押しつぶすために必要な押圧力をより大きくする必要があるためである。またワイヤ４の両端部が電極端子５の内側にある場合に比べて外側にある場合の方が形成されるフィレット１１を大きくすることができ、接合力を高めることができる。この観点から、ワイヤ４の回路パターン３との接合部は電極端子５の外側にある方が好ましいといえる。

また異なる観点から考察すれば、図９を参照して、ワイヤ４の回路パターン３との接合部４Ａ，４Ｂが電極端子５と重なる部分にある場合、接合部４Ａ，４Ｂにおいてはワイヤ４はその上の電極端子５と接触しなくなる。ボンディングがなされた接合部４Ａ，４Ｂにおいてはワイヤ４のＺ方向の厚みは元の厚みより薄くなっているためである。このため図９のように接合部４Ａ，４Ｂにおいてワイヤ４が電極端子５と接合できなくなり、ワイヤ４と電極端子５との接合部分の面積が少なくなる。その結果、電極端子５からワイヤ４への電気伝導性および放熱性を低下させる可能性がある。また電極端子５の真下におけるワイヤ４の厚みが接合部４Ａ，４Ｂとそれ以外の部分との間でばらつきを生じていることとなり、このことも電極端子５からワイヤ４への電気伝導性および放熱性を低下させる原因となる。

以上の問題に鑑み、本実施の形態においては、図２に示すように、平面視において、回路パターン３とワイヤ４とが接合される接合部４Ａ，４Ｂは、ワイヤ４と電極端子５とが重なる部分よりも外側に配置される。これにより、電極端子５をワイヤ４上に超音波接合する際に、電極端子５の真下のワイヤ４の全体の厚みをばらつきのないほぼ一定の値にすることができる。ワイヤ４は電極端子５の真下とそれ以外の領域との間で厚みが異なるものとなるが、少なくとも電極端子５の真下では、ばらつきなくどの領域においてもほぼ均一の厚みとなる。これは水平延在部５Ａが水平方向に沿って拡がることと、電極端子５の真下には接合部４Ａ，４Ｂが存在しないことによる。

これにより、電極端子５とワイヤ４とを全体的に良好に接合させることができ、電極端子５とワイヤ４との間の良好な電気伝導性および放熱性を確保することができる。また電極端子５の側面にフィレット１１を容易に形成することができるため、電極端子５とワイヤ４とを構成する金属間接合が強固になり、このことからも電極端子５とワイヤ４との間の電気伝導の信頼性を高めることができる。

放熱性を高めることができるため、電極端子５とワイヤ４との間の熱応力を緩和させることができ、電極端子５と回路パターン３との接合部の強度などの信頼性を高めることができ、半導体装置１００の寿命を延ばすことができる。

また電極端子５の水平延在部５Ａは切欠き部を有さず、その平面視における端面は屈曲することなく直線状に延びている。このため、電極端子５とワイヤ４との接触面積が不必要に小さくなることはない。このため電極端子５とワイヤ４との間の電流量の低下を抑制することができる。したがって、半導体装置１００に含まれる電極端子５を小型化したとしても十分な電流量を確保することができるため、半導体装置１００を小型化させることもできる。

次に、仮にワイヤ４の１か所のみが回路パターン３に接合されれば、その後の電極端子５の接合時にそのワイヤ４が回路パターン３から浮いたり位置ずれしたり、あるいは回転したりすることにより、電極端子５とワイヤ４との接合位置の精度および強度などが劣化する可能性がある。その点、２か所においてあらかじめワイヤ４が回路パターン３に固定されていれば、その後の電極端子５の接合時におけるワイヤ４と電極端子５との接合位置および強度を高精度に制御することができる。またそもそもワイヤボンディング工程においては接合部４Ａにてワイヤ４を接合後そこでワイヤ４が切られ、そこから互いに離れた接合部４Ｂにてワイヤ４を接合後またワイヤ４が切られるという処理がなされる。このためワイヤボンディング工程がなされる場合には必然的にワイヤ４は２か所以上において回路パターン３と接合される。

また接合部４Ａ，４Ｂは、水平延在部５Ａと屈曲部５Ｂとを結ぶＸ方向に関して、屈曲部５Ｂよりも水平延在部５Ａ側すなわちＸ方向負側に配置されている。これにより、電極端子５とワイヤ４とが重なる領域の全体において、電極端子５の水平延在部５Ａとワイヤ４とが接触した状態となる。このため、水平延在部５Ａに超音波接合機１２の押圧力等を加えることにより、超音波接合振動を容易にワイヤ４の全体に伝えることができる。したがってワイヤ４は、電極端子５と重なる領域の全体において電極端子５と確実に接合され、両者間の良好な電気伝導性および放熱性を確保することができる。

その他、電極端子５の水平延在部５Ａに超音波接合機１２の超音波振動を加えるため、超音波振動が水平延在部５Ａから屈曲部５Ｂ側に伝わりやすくなる。このため本実施の形態では、図３に示すように屈曲部５Ｂとワイヤ４との間にもフィレット１１を形成させ、屈曲部５Ｂと回路パターン３とを良好に接合させることができる。

実施の形態２．
図１０を参照して、本実施の形態の半導体装置も、実施の形態１の半導体装置と同様に、超音波接合機１２を用いて電極端子５とワイヤ４と回路パターン３とが接合される。また本実施の形態の半導体装置においても複数のワイヤ４がすべて、たとえばＸ方向に関して互いに間隔をあけるように、Ｙ方向に沿って延びている。ただし図１０を図６と比較して、本実施の形態においては、複数のワイヤ４のうち少なくとも１つは、屈曲部５Ｂと平面視において重なる領域を通るように配置される。この点において本実施の形態は、複数のワイヤ４はすべて水平延在部５Ａと平面視において重なる領域を通るように配置される実施の形態１と異なっている。なお本実施の形態においても、図１０に示すように、複数のワイヤ４のうちのたとえば１つは屈曲部５Ｂと平面視において重なる領域を通るが、それ以外のワイヤ４は実施の形態１と同様に、水平延在部５Ａと平面視において重なる領域を通るように配置されていてもよい。

図１１は屈曲部を拡大して示している。上記のように屈曲部５Ｂは電極端子５のうち、Ｘ方向に関して水平方向に対してＺ方向上方に浮くように延びており、かつＺ方向に関して鉛直方向に対してＸ方向左方に曲がるように延びている領域である。すなわち図１１（Ａ）を参照して、屈曲部５ＢとはそのＺ方向最下部の最下点５ＦからＺ方向最上部の最上点５Ｇまでの曲面を描く領域に対応する、図中の点線で囲まれた領域である。最下点５Ｆから最上点５ＧまでのＸ方向に関する寸法を曲げサイズと定義し、ここではａと表す。また以下において、曲げサイズの１／２とは、ａ／２の寸法を意味し、図に示すように最下点５Ｆおよび最上点５ＧからのＸ方向の寸法がａ／２である、屈曲部の中点を意味する。また曲げサイズ１／２以下の領域とは、特に電極端子５における最上点５ＧからのＸ方向の距離がａ／２以下の領域を意味するものとする。

図１１（Ｂ）を参照して、水平延在部５Ａにおいては、容易にその真下のワイヤ４と接触した状態となるため、超音波接合振動がワイヤ４に伝わりやすく確実に電極端子５とワイヤ４との金属間接合がなされる。これに対し、屈曲部５Ｂにおいてはその最下面が、製造上の都合により曲面形状となっているため、その最下面の位置が水平延在部５Ａに比べてＺ方向上方に配置される。このため屈曲部５Ｂの真下のワイヤ４は屈曲部５Ｂと接触しなくなる。すると屈曲部５Ｂの真下のワイヤ４は、屈曲部５Ｂからの押圧力を受けないため、電極端子５の超音波接合の前段階すなわちたとえばワイヤボンディングがなされた直後の状態において、図中の矢印Ｍに示す方向に移動しやすくなる。この現象は、特に曲げサイズ１／２以下の領域において起こりやすくなる。

図１１（Ｃ）を参照して、ワイヤ４の断面積が比較的大きく、曲げサイズ１／２以下の領域のワイヤ４が屈曲部５Ｂに接する場合においても、電極端子５の下方への押圧力などにより、当該ワイヤ４は屈曲部５Ｂの最下面に沿って図の矢印Ｍの方向へ移動する場合がある。この移動により、屈曲部５Ｂの真下にはワイヤ４が配置されないことになり、ワイヤ４は上方からの押圧力により押しつぶされることがなく、溶融およびフィレットの形成がなされるに至らなくなる。

このようになれば、超音波振動を与えても、そもそもワイヤ４が電極端子５に接触していないため、ワイヤ４は電極端子５に接合されず、また回路パターン３とも接合されずに当該ワイヤ４が不良品となる懸念がある。

そこで屈曲部５Ｂと重なる領域のワイヤ４については、電極端子５と重なる領域の外側の領域における２か所の接合部の他に、屈曲部５Ｂと重なる領域にも接合部が設けられることが好ましい。図１２はワイヤ４が屈曲部５Ｂと重なる領域を通る場合における接合部の位置の例を示す平面図である。図１２（Ａ）を参照して、たとえばＸ方向に関して屈曲部５ＢよりもＸ方向正側にワイヤ４の両端部の接合部４Ａ，４Ｂを有し、それらの間であり屈曲部５Ｂと重なる領域に他の接合部４Ｃを有していてもよい。あるいは図１２（Ｂ）を参照して、たとえば屈曲部５ＢとＸ方向の位置が等しい、電極端子５の外側の領域にワイヤ４の両端部の接合部４Ａ，４Ｂを有し、それらの間であり屈曲部５ＢよりもＸ方向正側に他の接合部４Ｃを有していてもよい。さらに図１２（Ｃ）を参照して、ワイヤ４はその全体に直線状に延び、両端部の接合部４Ａ，４Ｂの間の接合部４Ｃが屈曲部５Ｂと重なる領域に存在する構成であってもよい。

図１２（Ａ）〜（Ｃ）のいずれの場合においても、ワイヤ４を回路パターン３にボンディングする際には、まず接合部４Ａ（４Ｂ）に接合され、次に接合部４Ｃに接合され、最後に接合部４Ｂ（４Ａ）に接合される。

次に、本実施の形態の作用効果について説明する。
通常は実施の形態１のように、屈曲部５Ｂにはワイヤ４を接合することができない。しかし本実施の形態のように屈曲部５Ｂと平面視において重なる領域を通るようにワイヤ４を配置すれば、少なくとも屈曲部５Ｂの真下にも、屈曲部５Ｂの最下面の曲面形状の如何によらずワイヤ４を間接材として配置させることができる。

この場合において、両端部の接合部４Ａ，４Ｂの間の接合部４Ｃを設けることにより、接合部４Ｃと隣接する領域においてワイヤ４が屈曲部５Ｂの特に曲げサイズ１／２以下の領域に重なる場合においても、ワイヤ４が屈曲部５Ｂの外側に向けて移動し電極端子５から外れ、電極端子５および回路パターン３と接続できなくなる不具合を抑制することができる。

なおこの場合においても、実施の形態１と同様に、接合部４Ｃにおいてワイヤ４が潰され薄くなることから、接合部４Ｃにおいてワイヤ４がその上の電極端子５と接触しなくなることはあり得る。しかし接合部４Ｃにてワイヤ４を回路パターン３に固定することにより、少なくとも接合部４Ｃ以外の屈曲部５Ｂと重なる領域においては、接合部４Ｃを設けない場合に比べて確実にワイヤ４と屈曲部５Ｂとを接合させることができる。

実施の形態３．
図１３を参照して、本実施の形態の半導体装置は、実施の形態１の半導体装置１００と比べて、ワイヤ４の延びる方向が異なっている。具体的には、図１３を図２と比較して、本実施の形態においては回路パターン３の一方の主表面３Ａ上に接合されるワイヤ４は、Ｘ方向、すなわち水平延在部５Ａと屈曲部５Ｂとを結ぶ方向に沿って延びている。この点においてワイヤ４がＹ方向、すなわち水平延在部５Ａと屈曲部５Ｂとを結ぶ方向に交差する方向に延びる実施の形態１の図２と異なっている。

本実施の形態の半導体装置は以上の点においてのみ実施の形態１と異なっており、他の点は実施の形態１と同様であるため、同一の構成要素については同一の符号を付しその説明を繰り返さない。

次に、本実施の形態の作用効果について説明する。
図１３のようにワイヤ４を配置すれば、水平延在部５Ａの真下に加えて、屈曲部５Ｂの真下にもワイヤ４が配置される。また実施の形態２と異なり水平延在部５Ａと屈曲部５Ｂとを結ぶ方向にワイヤ４が延びる。すなわち個々のワイヤ４は、水平延在部５Ａの真下と屈曲部５Ｂの真下との双方に配置されるように延びる。このためワイヤ４は少なくとも水平延在部５Ａの真下において水平延在部５Ａからの接触押圧力により十分に位置決めされ仮固定された状態で超音波接合される。したがって実施の形態２のように、屈曲部５Ｂの真下においてワイヤ４が外側に移動する可能性を低減することができ、高い位置精度でワイヤ４が回路パターン３上に接合される。

以上の各実施の形態に示すワイヤ４の本数および断面積は、必要な電流量によって決まるワイヤ４と電極端子５との接触面積、電極端子５の大きさおよび土台基板１２３の大きさに応じて適宜変更することができる。

以上の各実施の形態（に含まれる各例）に記載した特徴を、技術的に矛盾のない範囲で適宜組み合わせるように適用してもよい。

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。

１ 絶縁基板、１Ａ，２Ａ，３Ａ 一方の主表面、１Ｂ，２Ｂ，３Ｂ 他方の主表面、２ ベース板、３ 回路パターン、３Ｃ 回路パターン母材、３Ｄ 回路パターン薄膜、４，９ ワイヤ、４Ａ，４Ｂ，４Ｃ 接合部、５ 電極端子、５Ａ 水平延在部、５Ｂ 屈曲部、５Ｃ 鉛直延在部、５Ｄ 電極端子母材、５Ｅ 電極端子薄膜、６ ケース、７ 半導体素子、８ 接合材、９ ワイヤ、１０ ゲル、１１ フィレット、１２ 超音波接合機、１３ 導電性部材、１４ バンプ、１００ 半導体装置、１２３ 土台基板。

Claims (9)

1. 絶縁基板の一方の主表面上に形成された、少なくとも一部に導電性を有する回路パターンと、
   前記回路パターンに接合された導電性の少なくとも１つ以上のワイヤと、
   前記ワイヤに接合されることにより、前記回路パターンと電気的に接続された電極端子と、
   前記回路パターンに接合された半導体素子とを備え、
   前記電極端子は、前記主表面に沿うように拡がり前記ワイヤと接続される水平延在部と、前記水平延在部に対して延在方向を変更するための屈曲部とを含み、
   平面視において、前記回路パターンと前記ワイヤとが接合される接合部は、前記ワイヤと前記電極端子とが重なる部分よりも外側に配置されている、半導体装置。
2. 前記接合部は互いに間隔をあけて２か所以上設けられる、請求項１に記載の半導体装置。
3. 前記接合部は、前記水平延在部と前記屈曲部とを結ぶ方向に関して、前記屈曲部よりも前記水平延在部側の領域に配置されている、請求項１または２に記載の半導体装置。
4. 前記ワイヤは複数配置され、
   前記複数のワイヤのうち少なくとも１つは、前記屈曲部と平面視において重なる領域を通るように配置される、請求項１〜３のいずれか１項に記載の半導体装置。
5. 前記ワイヤは、銅、アルミニウムまたは銀のいずれかを含む不純物からなる素材であり、
   前記ワイヤを構成する前記素材の拡散温度は、前記回路パターンおよび前記電極端子を構成する母材の拡散温度よりも低い、請求項１〜４のいずれか１項に記載の半導体装置。
6. 前記回路パターンおよび前記電極端子は、銅系またはアルミニウム系の前記母材により構成され、
   前記母材においては、８０質量％以上１００質量％以下の銅、または９０質量％以上１００質量％以下のアルミニウムが含まれる、請求項５に記載の半導体装置。
7. 前記回路パターンは、前記母材と、前記母材の表面上に形成された第１の薄膜とを含み、
   前記第１の薄膜は、銅系のめっき膜、ニッケル系のめっき膜およびアルミニウム系のコーティング膜からなる群から選択されるいずれかである、請求項６に記載の半導体装置。
8. 前記電極端子は、前記母材と、前記母材の表面上に形成された第２の薄膜とを含み、
   前記第２の薄膜は、銅系のめっき膜、ニッケル系のめっき膜およびアルミニウム系のコーティング膜からなる群から選択されるいずれかである、請求項６または７に記載の半導体装置。
9. 前記半導体素子は、シリコン、炭化珪素、窒化ガリウムからなる群より選択されるいずれかからなる、請求項１〜８のいずれか１項に記載の半導体装置。