JP2020013833A - Semiconductor device - Google Patents

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Abstract

To provide a thin semiconductor device, while preventing a bonding wire from short-circuiting with other conductor.SOLUTION: A semiconductor device disclosed herein includes a semiconductor element, a bonding wire, and an insulating substrate. The bonding wire is connected with a first electrode on the principal surface of the semiconductor element. The insulating substrate is facing the principal surface and the bonding wire. On the face of the insulating substrate opposing the principal surface of the semiconductor element, a conductor pattern of a prescribed thickness is formed and connected with a second electrode on the principal surface of the semiconductor element. In the region of the insulating substrate facing the bonding wire, the insulating substrate is exposed, and a wire guide part for regulating the position of the bonding wire is provided. By this regulation, the bonding wire does not short-circuit with other conductor, even if the distance between the insulating substrate and the semiconductor element is shortened. In other words, the semiconductor element can be made thinner, while preventing the bonding wire from short-circuiting with other conductor.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本明細書が開示する技術は、半導体装置に関する。   The technology disclosed in this specification relates to a semiconductor device.

特許文献1に、半導体素子が配線基板に取り付けられている半導体装置が開示されている。半導体素子は、その主面に第1電極と第2電極を備えている。ここで、半導体素子の主面とは、扁平な半導体素子の幅広面を意味する。第1電極は、ゲート電極や、センスエミッタ電極などの小電流用の電極である。第2電極は、コレクタ電極あるいはエミッタ電極などの主電極である。第1電極にはボンディングワイヤが接続されている。第2電極には銅ブロックを介して配線基板が接続されている。配線基板はボンディングワイヤにも対向している。銅ブロックは、半導体素子と配線基板の間にボンディングワイヤが他の導体と短絡しないための空間を確保するために備えられている。   Patent Literature 1 discloses a semiconductor device in which a semiconductor element is mounted on a wiring board. The semiconductor element has a first electrode and a second electrode on its main surface. Here, the main surface of the semiconductor element means a wide surface of the flat semiconductor element. The first electrode is a small current electrode such as a gate electrode or a sense emitter electrode. The second electrode is a main electrode such as a collector electrode or an emitter electrode. A bonding wire is connected to the first electrode. A wiring board is connected to the second electrode via a copper block. The wiring board also faces the bonding wires. The copper block is provided to secure a space between the semiconductor element and the wiring board so that the bonding wire does not short-circuit with another conductor.

特開2004−311905号公報JP-A-2004-311905

近年、半導体装置が搭載される電子機器において小型化、特に薄型化が進んでいる。そのため、半導体装置についても、薄型化が要求される。特許文献1の半導体装置では、半導体素子と配線基板の間の空間を狭めることができれば薄型化が図れる。しかしながら、半導体基板と配線基板の間の空間を狭めると、ボンディングワイヤが他の導体と短絡し易くなってしまう。本明細書は、ボンディングワイヤが他の導体と短絡することを防止しつつ、薄型化した半導体装置を提供する。   2. Description of the Related Art In recent years, electronic devices on which semiconductor devices are mounted have been reduced in size, particularly thinned. Therefore, semiconductor devices are also required to be thin. In the semiconductor device of Patent Document 1, if the space between the semiconductor element and the wiring substrate can be reduced, the thickness can be reduced. However, when the space between the semiconductor substrate and the wiring substrate is reduced, the bonding wire is likely to short-circuit with another conductor. The present specification provides a thinned semiconductor device while preventing a bonding wire from being short-circuited with another conductor.

本明細書が開示する半導体装置は、半導体素子と、ボンディングワイヤと、絶縁基板を備えている。半導体素子の主面には、第1電極と第2電極が設けられている。第1電極は典型的には、ゲート電極など、小電流の制御電極である。第2電極は、コレクタ電極など、大電流が流れる主電極である。ボンディングワイヤは、第1電極に接続されている。絶縁基板は主面及びボンディングワイヤと対向している。半導体素子の主面と対向する絶縁基板の面に所定の厚みの導体パターンが形成されているとともに導体パターンが第2電極と接続されている。絶縁基板のボンディングワイヤと対向する領域は絶縁基板が露出しており、その領域に、ボンディングワイヤの位置を規制するワイヤガイド部が設けられている。   The semiconductor device disclosed in this specification includes a semiconductor element, a bonding wire, and an insulating substrate. A first electrode and a second electrode are provided on a main surface of the semiconductor element. The first electrode is typically a small current control electrode, such as a gate electrode. The second electrode is a main electrode through which a large current flows, such as a collector electrode. The bonding wire is connected to the first electrode. The insulating substrate faces the main surface and the bonding wires. A conductor pattern having a predetermined thickness is formed on a surface of the insulating substrate facing the main surface of the semiconductor element, and the conductor pattern is connected to the second electrode. The insulating substrate is exposed in a region of the insulating substrate facing the bonding wires, and a wire guide portion for regulating the position of the bonding wire is provided in the region.

本明細書が開示する半導体装置では、半導体素子と絶縁基板の間の距離が、最も小さい場合で導体パターンの厚み程度しかない。従って半導体装置を薄型化できる。一方、そのような狭い空間では、ボンディングワイヤが絶縁基板と接触する可能性がある。絶縁基板に接触したボンディングワイヤは、絶縁基板に押されて位置が変わり、他の導体と接触するおそれがある。しかし、本明細書が開示する半導体装置では、ワイヤガイド部がボンディングワイヤの位置を規制するので、絶縁基板と半導体素子の間の距離を短くしても、ボンディングワイヤが他の導体と短絡してしまうことが防げる。即ち、本明細書が開示する半導体装置は、ボンディングワイヤが他の導体と短絡することを防止しつつ、薄型化を図れる。他の導体の一例は、隣り合う別のボンディングワイヤであり、ワイヤガイド部の一例は、隣り合うボンディングワイヤを隔てる壁、あるいは、夫々のボンディングワイヤが係止される溝である。   In the semiconductor device disclosed in this specification, the distance between the semiconductor element and the insulating substrate is the smallest when the distance is only about the thickness of the conductor pattern. Accordingly, the thickness of the semiconductor device can be reduced. On the other hand, in such a narrow space, the bonding wires may come into contact with the insulating substrate. The bonding wire that has come into contact with the insulating substrate may be pushed by the insulating substrate, change its position, and come into contact with another conductor. However, in the semiconductor device disclosed in this specification, since the wire guide regulates the position of the bonding wire, even if the distance between the insulating substrate and the semiconductor element is shortened, the bonding wire is short-circuited with another conductor. Can be prevented. That is, the semiconductor device disclosed in this specification can achieve a reduction in thickness while preventing a bonding wire from being short-circuited to another conductor. An example of another conductor is another adjacent bonding wire, and an example of a wire guide is a wall separating adjacent bonding wires or a groove in which each bonding wire is locked.

本明細書が開示する技術の詳細とさらなる改良は以下の「発明を実施するための形態」にて説明する。   The details and further improvements of the technology disclosed in this specification will be described in the following “Detailed description of the invention”.

実施例の半導体装置の平面図である。It is a top view of the semiconductor device of an example. 図1におけるII−II線に沿った断面図である。FIG. 2 is a sectional view taken along the line II-II in FIG. 1. 図2におけるIII−III線に沿った断面図である。FIG. 3 is a cross-sectional view along the line III-III in FIG. 2. ワイヤガイド部の変更例における図1のII−II線に沿った断面図である。FIG. 2 is a cross-sectional view taken along line II-II of FIG. 1 in a modified example of a wire guide unit. 図4におけるV−V線に沿った断面図である。FIG. 5 is a sectional view taken along line VV in FIG. 4.

図面を参照して、実施例の半導体装置10について説明する。以下に説明するように、本実施例の半導体装置10は、両面冷却構造を有する半導体装置である。本実施例の半導体装置10は、例えば電気自動車、ハイブリッド車、燃料電池車といった電動自動車において、コンバータやインバータといった電力変換回路に用いることができる。但し、半導体装置10の用途は特に限定されない。半導体装置10は、様々な装置や回路に広く採用することができる。   A semiconductor device 10 according to an embodiment will be described with reference to the drawings. As described below, the semiconductor device 10 of the present embodiment is a semiconductor device having a double-sided cooling structure. The semiconductor device 10 of the present embodiment can be used for a power conversion circuit such as a converter and an inverter in an electric vehicle such as an electric vehicle, a hybrid vehicle, and a fuel cell vehicle. However, the use of the semiconductor device 10 is not particularly limited. The semiconductor device 10 can be widely used for various devices and circuits.

図1、図2、図3を用いて、半導体装置10を構成する部品について説明する。半導体装置10は、前側半導体素子20aと後側半導体素子20bと、上側絶縁基板12と、下側絶縁基板32と、樹脂パッケージ11と、銅スペーサ17と、を備えている。前側半導体素子20aと後側半導体素子20bは、上側絶縁基板12と下側絶縁基板32により上下方向から挟み込まれており、その全体が樹脂パッケージ11の内部に封止されている。前側半導体素子20a及び後側半導体素子20bは、電力回路用のいわゆるパワー半導体素子である。前側半導体素子20aは、制御パッド(以下、第1電極21aとする。)と、コレクタ電極(以下、第2電極23aとする。)と、エミッタ電極(以下、第3電極24aとする。)と、を有している。第1電極21a及び第2電極23aは前側半導体素子20aの一方の主面(第1主面)に位置しており、第3電極24aは前側半導体素子20aの他方の主面(第2主面)に位置している。また、後側半導体素子20bも、前側半導体素子20a同様に、第1電極21bと第2電極23b及び第3電極24bを有している。第1電極21b及び第2電極23bは後側半導体素子20bの一方の主面(第1主面)に位置しており、第3電極24bは後側半導体素子20bの他方の主面(第2主面)に位置する。なお、図1は、図中の座標系の+Z方向から半導体装置10を平面視した図であるが、理解を助けるため、半導体素子20a、20b等を封止しているパッケージ11は仮想線で示してある。また、図1では、半導体素子20a、20bよりも手前に位置する絶縁基板12も仮想線で示し、絶縁基板12の一方の面に設けられている上側主面導体パターン25a、25b(詳しくは後述)をグレーで示している。絶縁基板12の他方の面に設けられている上側裏面導体パターン35a、35b(詳しくは後述)は図示を省略してある。   The components constituting the semiconductor device 10 will be described with reference to FIGS. The semiconductor device 10 includes a front semiconductor element 20a and a rear semiconductor element 20b, an upper insulating substrate 12, a lower insulating substrate 32, a resin package 11, and a copper spacer 17. The front semiconductor element 20a and the rear semiconductor element 20b are sandwiched between the upper insulating substrate 12 and the lower insulating substrate 32 from above and below, and the whole is sealed inside the resin package 11. The front semiconductor element 20a and the rear semiconductor element 20b are so-called power semiconductor elements for a power circuit. The front semiconductor element 20a includes a control pad (hereinafter, referred to as a first electrode 21a), a collector electrode (hereinafter, referred to as a second electrode 23a), and an emitter electrode (hereinafter, referred to as a third electrode 24a). ,have. The first electrode 21a and the second electrode 23a are located on one principal surface (first principal surface) of the front semiconductor element 20a, and the third electrode 24a is located on the other principal surface (second principal surface) of the front semiconductor element 20a. ) Is located. The rear semiconductor element 20b also has a first electrode 21b, a second electrode 23b, and a third electrode 24b, like the front semiconductor element 20a. The first electrode 21b and the second electrode 23b are located on one main surface (first main surface) of the rear semiconductor element 20b, and the third electrode 24b is located on the other main surface (second main surface) of the rear semiconductor element 20b. Main surface). Note that FIG. 1 is a plan view of the semiconductor device 10 viewed from the + Z direction of the coordinate system in the figure. However, in order to facilitate understanding, the package 11 that seals the semiconductor elements 20a and 20b is indicated by a virtual line. Is shown. In FIG. 1, the insulating substrate 12 located in front of the semiconductor elements 20 a and 20 b is also indicated by phantom lines, and upper main surface conductive patterns 25 a and 25 b provided on one surface of the insulating substrate 12 (details will be described later). ) Are shown in gray. Upper backside conductor patterns 35a and 35b (details described later) provided on the other surface of the insulating substrate 12 are not shown.

上側絶縁基板12及び下側絶縁基板32は、いわゆるDBC(Direct Bonding Copper)基板である。上側絶縁基板12は、前側半導体素子20aと後側半導体素子20bの主面及びボンディングワイヤ26a、26b(後述)に対向する面(以下、下面とする。)に上側主面導体パターン25a、25bが形成されている。上側主面導体パターン25a、25bは、上側絶縁基板12の下面にて離間しており、互いに絶縁されている。図3に示すように、上側絶縁基板12は、上側主面導体パターン25a、25bの反対側の面にも上側裏面パターン35a、35bが形成されている。上側主面導体パターン35a、35bは、上側絶縁基板12の上面にて離間しており、互いに絶縁されている。上側主面導体パターン25a、25bと、上側裏面パターン35a、35bは上側絶縁基板12によって互いに絶縁されている。   The upper insulating substrate 12 and the lower insulating substrate 32 are so-called DBC (Direct Bonding Copper) substrates. The upper insulating substrate 12 has upper main surface conductor patterns 25a and 25b on the main surfaces of the front semiconductor element 20a and the rear semiconductor element 20b and on a surface (hereinafter, referred to as a lower surface) opposed to bonding wires 26a and 26b (described below). Is formed. The upper main surface conductor patterns 25a and 25b are separated from each other on the lower surface of the upper insulating substrate 12, and are insulated from each other. As shown in FIG. 3, the upper insulating substrate 12 also has upper back side patterns 35a and 35b formed on the surface opposite to the upper main surface conductive patterns 25a and 25b. The upper main surface conductive patterns 35a and 35b are separated from each other on the upper surface of the upper insulating substrate 12, and are insulated from each other. The upper main surface conductor patterns 25a and 25b and the upper back surface patterns 35a and 35b are insulated from each other by the upper insulating substrate 12.

また、下側絶縁基板32は、前側半導体素子20aと後側半導体素子20bの第2主面に対向する面に下側主面導体パターン45a、45bが形成されている。図3に示すように、下側絶縁基板32は、さらに下側主面導体パターン45a、45bの反対側の面にも下側裏面導体パターン55a、55bが形成されている。下側主面導体パターン45a、45bは互いに絶縁されており、下側裏面導体パターン55a、55bも互いに絶縁されている。下側主面導体パターン45a、45bと、下側裏面導体パターン55a、55bは、下側絶縁基板12によって互いに絶縁されている。   In the lower insulating substrate 32, lower main surface conductor patterns 45a and 45b are formed on a surface facing the second main surface of the front semiconductor element 20a and the rear semiconductor element 20b. As shown in FIG. 3, the lower insulating substrate 32 is further formed with lower back surface conductor patterns 55a and 55b on the surface opposite to the lower main surface conductor patterns 45a and 45b. The lower main surface conductor patterns 45a and 45b are insulated from each other, and the lower back surface conductor patterns 55a and 55b are also insulated from each other. The lower main surface conductor patterns 45a and 45b and the lower back surface conductor patterns 55a and 55b are insulated from each other by the lower insulating substrate 12.

半導体装置10は、さらに外部接続端子として複数の電力用端子14、15、16と、複数の制御端子18、19を備えている。複数の電力用端子14、15、16と、複数の制御端子18、19は、いずれも、半導体素子20a、20bを別のデバイスと電気的に接続する外部接続端子である。それらの外部接続端子は、樹脂パッケージ11の内部から外部にわたって延びている。   The semiconductor device 10 further includes a plurality of power terminals 14, 15, 16 and a plurality of control terminals 18, 19 as external connection terminals. The plurality of power terminals 14, 15, 16 and the plurality of control terminals 18, 19 are external connection terminals for electrically connecting the semiconductor elements 20a, 20b to another device. These external connection terminals extend from the inside of the resin package 11 to the outside.

半導体装置10を構成する部品の接続構造について説明する。半導体装置10は、4本のボンディングワイヤ26aを用いて、前側半導体素子20aの4個の第1電極21aと、4本の制御端子18とを接続している。また、前側半導体素子20aの第2電極23aに接続されている上側主面導体パターン25aが、電力用端子14に接続している。さらに、下側絶縁基板32の下側主面導体パターン45aが、前側半導体素子20aの第3電極23aに接続されている。下側主面導体パターン45aは、半導体装置10の中央部まで延長されている。この下側主面導体パターン45aが銅スペーサ17に接続し、さらに銅スペーサ17が上側絶縁基板12の上側主面導体パターン25bと接続している。即ち、前側半導体素子20aと後側半導体素子20bは、銅スペーサ17を介して直列に接続されている。また、前側半導体素子20aと同様に、後側半導体素子20bの第2電極23bと上側主面導体パターン25bが接続されており、上側主面導体パターン25bと電力用端子16が接続されている。さらに、半導体装置10は、4本のボンディングワイヤ26bを用いて、前側半導体素子20bの4個の第1電極21bと4本の制御端子19とを接続している。後側半導体素子20bの第3電極23bに接続されている下側主面導体パターン45bが電力用端子15と接続している。   The connection structure of the components constituting the semiconductor device 10 will be described. In the semiconductor device 10, the four first electrodes 21a of the front semiconductor element 20a and the four control terminals 18 are connected using four bonding wires 26a. Further, an upper main surface conductor pattern 25 a connected to the second electrode 23 a of the front semiconductor element 20 a is connected to the power terminal 14. Further, the lower main surface conductor pattern 45a of the lower insulating substrate 32 is connected to the third electrode 23a of the front semiconductor element 20a. The lower main surface conductor pattern 45a extends to the center of the semiconductor device 10. The lower main surface conductor pattern 45a is connected to the copper spacer 17, and the copper spacer 17 is connected to the upper main surface conductor pattern 25b of the upper insulating substrate 12. That is, the front semiconductor element 20 a and the rear semiconductor element 20 b are connected in series via the copper spacer 17. Similarly to the front semiconductor element 20a, the second electrode 23b of the rear semiconductor element 20b is connected to the upper main conductor pattern 25b, and the upper main conductor pattern 25b is connected to the power terminal 16. Further, in the semiconductor device 10, the four first electrodes 21b of the front semiconductor element 20b and the four control terminals 19 are connected by using four bonding wires 26b. The lower main surface conductor pattern 45b connected to the third electrode 23b of the rear semiconductor element 20b is connected to the power terminal 15.

図2を用いて、半導体装置10を構成する部品の接合構造を説明する。図2は、図1におけるII−II線に沿った断面である。先に述べたように、前側半導体素子20aが上側絶縁基板12と下側絶縁基板32によって挟み込まれている。上側絶縁基板12の上側主面導体パターン25aが前側半導体素子20aの第2電極23aと接合されている。この接合には、はんだ付けが採用されており、前側半導体素子20aと上側主面導体パターン25aとの間に、はんだ層27が形成されている。また、下側絶縁基板32の下側主面導体パターン45aが、前側半導体素子20aの第3電極24aと接合されている。この接合もはんだ付けが採用されており、前側半導体素子20aと下側主面導体パターン45aとの間に、はんだ層28が形成されている。上側絶縁基板12の上側主面導体パターン25aと電力用端子14が接合されている。この接合にもはんだ付けが採用されており、上側主面導体パターン25aと電力用端子14との間に、はんだ層29が形成されている。そして、全体を樹脂パッケージ11により封止している。なお、後側半導体素子20bについても、同様の接合方法が採用されている。   With reference to FIG. 2, a joining structure of components constituting the semiconductor device 10 will be described. FIG. 2 is a cross section taken along line II-II in FIG. As described above, the front semiconductor element 20a is sandwiched between the upper insulating substrate 12 and the lower insulating substrate 32. The upper main surface conductor pattern 25a of the upper insulating substrate 12 is joined to the second electrode 23a of the front semiconductor element 20a. For this joining, soldering is employed, and a solder layer 27 is formed between the front semiconductor element 20a and the upper main surface conductor pattern 25a. The lower main surface conductor pattern 45a of the lower insulating substrate 32 is joined to the third electrode 24a of the front semiconductor element 20a. This bonding also employs soldering, and a solder layer 28 is formed between the front semiconductor element 20a and the lower main surface conductor pattern 45a. The upper main surface conductive pattern 25a of the upper insulating substrate 12 and the power terminal 14 are joined. Soldering is also used for this bonding, and a solder layer 29 is formed between the upper main surface conductive pattern 25a and the power terminal 14. The whole is sealed with a resin package 11. Note that a similar bonding method is adopted for the rear semiconductor element 20b.

上側絶縁基板12の上側裏面導体パターン35aは、樹脂パッケージ11の上面11aに露出している。これにより、上側絶縁基板12の上側裏面導体パターン35aは、半導体装置10の電気回路の一部を構成するだけでなく、前側半導体素子20a等の熱を外部に放出する放熱板としても機能している。同様に、下側絶縁基板32の下側裏面導体パターン55aは、樹脂パッケージ11の下面11bに露出している。これにより、下側絶縁基板32の下側裏面導体パターン55aについても、半導体装置10の電気回路の一部を構成するだけでなく、前側半導体素子20a等の熱を外部に放出する放熱板としても機能している。また、図3に示す通り、樹脂パッケージ11の上下の両面11a、11bに上側絶縁基板12の上側裏面導体パターン35b、下側絶縁基板32の下側裏面導体パターン55bが露出している。これにより、上側絶縁基板12の上側裏面導体パターン35b、下側絶縁基板32の下側裏面導体パターン55bについても、半導体装置10の電気回路の一部を構成するだけでなく、後側半導体素子20b等の熱を外部に放出する放熱板としても機能している。このような構造をとることにより、本実施例の半導体装置10は、樹脂パッケージ11の上面11aと下面11bに、例えば冷却器を当接させることで、発熱体である前側半導体素子20a、後側半導体素子20bを樹脂パッケージ11の上下面両側から冷却することができる。即ち、半導体装置10は、両面冷却構造を有している。   The upper back surface conductive pattern 35 a of the upper insulating substrate 12 is exposed on the upper surface 11 a of the resin package 11. Thus, the upper back surface conductive pattern 35a of the upper insulating substrate 12 not only constitutes a part of the electric circuit of the semiconductor device 10, but also functions as a heat radiating plate for releasing heat of the front semiconductor element 20a and the like to the outside. I have. Similarly, the lower back surface conductive pattern 55 a of the lower insulating substrate 32 is exposed on the lower surface 11 b of the resin package 11. Thus, the lower back surface conductive pattern 55a of the lower insulating substrate 32 not only constitutes a part of the electric circuit of the semiconductor device 10, but also serves as a heat radiating plate for releasing heat of the front semiconductor element 20a and the like to the outside. It is functioning. As shown in FIG. 3, the upper back surface conductive pattern 35 b of the upper insulating substrate 12 and the lower back surface conductive pattern 55 b of the lower insulating substrate 32 are exposed on both upper and lower surfaces 11 a and 11 b of the resin package 11. Accordingly, the upper back surface conductor pattern 35b of the upper insulation substrate 12 and the lower back surface conductor pattern 55b of the lower insulation substrate 32 not only constitute a part of the electric circuit of the semiconductor device 10, but also form the rear side semiconductor element 20b. It also functions as a heat radiating plate for releasing the heat of the outside. By adopting such a structure, the semiconductor device 10 of the present embodiment is configured such that, for example, a cooler is brought into contact with the upper surface 11a and the lower surface 11b of the resin package 11 so that the front semiconductor element 20a as a heating element and the rear side The semiconductor element 20b can be cooled from both upper and lower surfaces of the resin package 11. That is, the semiconductor device 10 has a double-sided cooling structure.

本実施例における前側半導体素子20aと後側半導体素子20bは、縦型の半導体素子である。また、互いに同種の半導体素子であり、詳しくはIGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)とダイオードとを内蔵するRC−IGBT(Reverse Conducting IGBT)素子である。   The front semiconductor element 20a and the rear semiconductor element 20b in this embodiment are vertical semiconductor elements. Further, they are the same kind of semiconductor elements, specifically, an RC-IGBT (Reverse Conducting IGBT) element incorporating an IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor) and a diode.

先に述べたように、本実施例における上側絶縁基板12は、DBC基板である。上側絶縁基板12は、例えば酸化アルミニウム、窒化シリコン、窒化アルミニウム等といったセラミックで構成されており、上側主面導体パターン25a、25bと、上側裏面導体パターン35a、35bのそれぞれは、銅で構成されている。但し、上側絶縁基板12はDBC基板に限定されない。上側絶縁基板12については、セラミックに限定されず、他の絶縁体で構成されてもよい。上側主面導体パターン25a、25bと上側裏面導体パターン35a、35bについては、銅に限定されず、他の導電体で構成されてもよい。そして、上側絶縁基板12における上側主面導体パターン25a、25bと上側裏面導体パターン35a、35bの接合構造についても、特に限定されない。   As described above, the upper insulating substrate 12 in this embodiment is a DBC substrate. The upper insulating substrate 12 is made of, for example, a ceramic such as aluminum oxide, silicon nitride, aluminum nitride, or the like. The upper main surface conductor patterns 25a and 25b and the upper back surface conductor patterns 35a and 35b are each made of copper. I have. However, the upper insulating substrate 12 is not limited to a DBC substrate. The upper insulating substrate 12 is not limited to ceramic and may be made of another insulator. The upper main surface conductor patterns 25a and 25b and the upper rear surface conductor patterns 35a and 35b are not limited to copper, but may be formed of another conductor. Also, the bonding structure between the upper main surface conductor patterns 25a and 25b and the upper rear surface conductor patterns 35a and 35b in the upper insulating substrate 12 is not particularly limited.

上側絶縁基板12同様、本実施例における下側絶縁基板32も、DBC基板である。下側絶縁基板32は、例えば酸化アルミニウム、窒化シリコン、窒化アルミニウム等といったセラミックで構成されており、下側主面導体パターン45a、45bと下側裏面導体パターン55a、55bのそれぞれは、銅で構成されている。但し、下側絶縁基板32はDBC基板に限定されない。下側絶縁基板32については、セラミックに限定されず、他の絶縁体で構成されてもよい。下側主面導体パターン45a、45bと下側裏面導体パターン55a、55bについては、銅に限定されず、他の導電体で構成されてもよい。そして、下側絶縁基板32における下側主面導体パターン45a、45bと、下側裏面導体パターン55a、55bの接合構造についても、特に限定されない。   Like the upper insulating substrate 12, the lower insulating substrate 32 in this embodiment is also a DBC substrate. The lower insulating substrate 32 is made of, for example, a ceramic such as aluminum oxide, silicon nitride, or aluminum nitride, and each of the lower main conductor patterns 45a and 45b and the lower back conductor patterns 55a and 55b is made of copper. Have been. However, the lower insulating substrate 32 is not limited to a DBC substrate. The lower insulating substrate 32 is not limited to ceramic, and may be made of another insulator. The lower main surface conductor patterns 45a and 45b and the lower back surface conductor patterns 55a and 55b are not limited to copper, and may be formed of another conductor. The bonding structure between the lower main surface conductor patterns 45a and 45b and the lower back surface conductor patterns 55a and 55b in the lower insulating substrate 32 is not particularly limited.

また、実施例における樹脂パッケージ11は、エポキシ樹脂で構成されているが、特に限定されず、他の熱硬化性樹脂を用いてもよい。さらに、複数の電力用端子14、15、16及び複数の制御端子18、19は、銅で構成されているが、その他の金属材料を用いることができる。また、本実施例における銅スペーサ17は、銅−モリブデン合金によって構成されている。但し、銅スペーサ17についても、銅−モリブデン合金に限定されず、例えば純銅又はその他の銅合金といった他の導体で構成されてもよい。ボンディングワイヤ26a、26bは、実施例においては金のワイヤにて構成されているが、特に限定されず、他の金属(アルミニウム、銅など)を用いてもよい。   Further, the resin package 11 in the embodiment is made of an epoxy resin, but is not particularly limited, and another thermosetting resin may be used. Further, the plurality of power terminals 14, 15, 16 and the plurality of control terminals 18, 19 are made of copper, but other metal materials can be used. Further, the copper spacer 17 in this embodiment is made of a copper-molybdenum alloy. However, the copper spacer 17 is not limited to the copper-molybdenum alloy, and may be formed of another conductor such as pure copper or another copper alloy. Although the bonding wires 26a and 26b are configured by gold wires in the embodiment, the bonding wires 26a and 26b are not particularly limited, and other metals (such as aluminum and copper) may be used.

本実施例の半導体装置10は、ボンディングワイヤ26a、26bの位置を規制するワイヤガイド部12a、12bを備えている。ワイヤガイド部12a、12bは、複数のボンディングワイヤ26a、26bの夫々が他の導体と短絡することを防止する。以下、ワイヤガイド部12a、12bについて説明する。   The semiconductor device 10 of the present embodiment includes wire guides 12a and 12b that regulate the positions of the bonding wires 26a and 26b. The wire guides 12a and 12b prevent each of the plurality of bonding wires 26a and 26b from being short-circuited with another conductor. Hereinafter, the wire guide portions 12a and 12b will be described.

図2、図3に示す通り、ワイヤガイド部12aは、上側絶縁基板12の下面に設けられている複数の凸条である。上側絶縁基板12の下面のボンディングワイヤ26aと対向する領域は導体パターンが設けられておらず絶縁基板が露出しており、ワイヤガイド部12aはその領域に設けられている。夫々の凸条は夫々のボンディングワイヤ26aに対して概ね平行に延びている。さらに、ワイヤガイド部12aの高さは、ボンディングワイヤ26aの直径と概ね同じである。隣接する凸条の間に、1本のボンディングワイヤ26aが通っている。従って、ワイヤガイド部12aは、ボンディングワイヤ26aの位置を規制することができる。   As shown in FIGS. 2 and 3, the wire guide portion 12 a is a plurality of ridges provided on the lower surface of the upper insulating substrate 12. A conductive pattern is not provided in a region on the lower surface of the upper insulating substrate 12 facing the bonding wires 26a, and the insulating substrate is exposed, and the wire guide portion 12a is provided in that region. Each ridge extends substantially parallel to each bonding wire 26a. Further, the height of the wire guide portion 12a is substantially the same as the diameter of the bonding wire 26a. One bonding wire 26a passes between adjacent ridges. Therefore, the wire guide portion 12a can regulate the position of the bonding wire 26a.

ここで、ボンディングワイヤ26aの湾曲形状について説明する。ボンディングワイヤ26aは、ワイヤボンディングにより前側半導体素子20aの第1電極21aと制御端子18に接合されている。ここで、ワイヤボンディングとは、半導体装置で一般的に用いられているワイヤ接合方法である。ワイヤボンディング工程においてワイヤが切断しないように、ボンディングワイヤ26aの長さは、第1電極21aと制御端子18の間の距離よりも少し長くなっている。それゆえ、ボンディングワイヤ16aは、第1電極21aと制御端子18の間でループを描く。隣接したボンディングワイヤと接触しないように、それぞれのボンディングワイヤ26aは、ワイヤボンディング工程において上側絶縁基板12に近づく方向に湾曲させられる。   Here, the curved shape of the bonding wire 26a will be described. The bonding wire 26a is joined to the first electrode 21a of the front semiconductor element 20a and the control terminal 18 by wire bonding. Here, the wire bonding is a wire bonding method generally used in a semiconductor device. The length of the bonding wire 26a is slightly longer than the distance between the first electrode 21a and the control terminal 18 so that the wire is not cut in the wire bonding step. Therefore, the bonding wire 16a draws a loop between the first electrode 21a and the control terminal 18. Each bonding wire 26a is bent in a direction approaching the upper insulating substrate 12 in a wire bonding step so as not to contact an adjacent bonding wire.

半導体装置10の小型化薄型化を図ろうとすると、ボンディングワイヤ26aが上側絶縁基板12に近づくとともに、隣接するボンディングワイヤ26aの間隔が狭くなる。そうすると、ボンディングワイヤ26aが上側絶縁基板12に設けられた導体パターンや隣のボンディングワイヤと接触する短絡するおそれが生じる。そこで、実施例の半導体装置10では、上側絶縁基板12の露出領域にワイヤガイド部12aを設けてボンディングワイヤ26aの位置を規制することでその短絡を防いでいる。   In an attempt to reduce the size and thickness of the semiconductor device 10, the bonding wires 26a approach the upper insulating substrate 12, and the distance between adjacent bonding wires 26a is reduced. Then, there is a possibility that the bonding wire 26a is short-circuited by contact with the conductor pattern provided on the upper insulating substrate 12 or the adjacent bonding wire. Therefore, in the semiconductor device 10 of the embodiment, the short circuit is prevented by providing the wire guide portion 12a in the exposed region of the upper insulating substrate 12 to regulate the position of the bonding wire 26a.

図2に示す通り、前側半導体素子20aと上側絶縁基板12の間の距離は、上側主面導体パターン25aの厚みに等しい。上側主面導体パターン25aの厚みはそれほど大きくなく、例えば、0.3mmである。それゆえ、組立工程においてボンディングワイヤ26aが接合された前側半導体素子20aに上側絶縁基板12を取り付ける際、上側絶縁基板12がボンディングワイヤ26aに接触することがある。上側絶縁基板12に押されたボンディングワイヤ26aは、隣接するボンディングワイヤ26aに近づく方向に動こうとするが、凸条(ワイヤガイド部12a)がボンディングワイヤ26aの位置を規制するので、ボンディングワイヤ26aの位置は初期位置から大きくずれることがない。即ち、ワイヤガイド部12aによって、ボンディングワイヤ26aが隣のボンディングワイヤと短絡することが防止される。   As shown in FIG. 2, the distance between the front semiconductor element 20a and the upper insulating substrate 12 is equal to the thickness of the upper main surface conductive pattern 25a. The thickness of the upper main surface conductive pattern 25a is not so large, for example, 0.3 mm. Therefore, when attaching the upper insulating substrate 12 to the front semiconductor element 20a to which the bonding wires 26a are joined in the assembling process, the upper insulating substrate 12 may come into contact with the bonding wires 26a. The bonding wire 26a pressed by the upper insulating substrate 12 tends to move in a direction approaching the adjacent bonding wire 26a, but since the ridge (wire guide portion 12a) regulates the position of the bonding wire 26a, the bonding wire 26a is pressed. Does not significantly deviate from the initial position. That is, the wire guide portion 12a prevents the bonding wire 26a from being short-circuited to an adjacent bonding wire.

また、ボンディングワイヤ26aの周辺には樹脂(樹脂パッケージ11)が充填される。製造工程の途中で充填される樹脂の圧力によりボンディングワイヤ26aが変形し、他の導体と短絡したまま樹脂パッケージ11が形成されてしまうと、短絡を解消することができなくなる。そのような半導体装置は不良品として廃棄扱いとなる。ワイヤガイド部12aによってボンディングワイヤ26aの位置を規制することで、ボンディングワイヤ26aの変形を防ぎ、短絡することを防止する。その結果、半導体装置10の製造の歩留りが向上する。   The resin (resin package 11) is filled around the bonding wire 26a. If the bonding wire 26a is deformed by the pressure of the resin filled during the manufacturing process and the resin package 11 is formed while being short-circuited with other conductors, the short-circuit cannot be eliminated. Such a semiconductor device is discarded as a defective product. By regulating the position of the bonding wire 26a by the wire guide portion 12a, deformation of the bonding wire 26a is prevented, and short-circuit is prevented. As a result, the production yield of the semiconductor device 10 is improved.

このように、本明細書が開示する半導体装置10では、ワイヤガイド部12aがボンディングワイヤ26aの位置を規制する。従って上側絶縁基板12と前側半導体素子20aの間の距離を短くしても、ボンディングワイヤ26aが他の導体と短絡してしまうことが防げる。即ち、本明細書が開示する半導体装置10は、ボンディングワイヤ26aが他の導体と短絡することを防止しつつ、薄型化を図ることができる。なお、ワイヤガイド部12bも、後側半導体素子20bの第1電極21bに接続されているボンディングワイヤ26bの位置を同様に規制する。   As described above, in the semiconductor device 10 disclosed in this specification, the wire guide portion 12a regulates the position of the bonding wire 26a. Therefore, even if the distance between the upper insulating substrate 12 and the front semiconductor element 20a is reduced, it is possible to prevent the bonding wire 26a from being short-circuited with another conductor. That is, the semiconductor device 10 disclosed in this specification can achieve a reduction in thickness while preventing the bonding wire 26a from being short-circuited to another conductor. Note that the wire guide portion 12b also regulates the position of the bonding wire 26b connected to the first electrode 21b of the rear semiconductor element 20b.

図4、図5を用いて、ワイヤガイド部の変形例を説明する。ワイヤガイド部は、先に述べたような凸条ではなく、図4、図5に示すような溝とすることもできる。以下、ワイヤガイド部の変形例であるワイヤガイド部12c、12dについて説明する。図4に示す通り、ワイヤガイド部12cは、複数の溝であり、夫々の溝は対応する夫々のボンディングワイヤ26aに沿って延びている。溝の深さは、ボンディングワイヤ26aの直径と概ね同じである。夫々の溝に、1本のボンディングワイヤ26aが通っている。別言すれば、ワイヤガイド部12cは、ボンディングワイヤ26aを係止している。溝形状のワイヤガイド部12cも、先に述べたワイヤガイド部12aと同様に、ボンディングワイヤ26aの位置を規制することができる。従って上側絶縁基板12と前側半導体素子20aの間の距離を短くしても、ボンディングワイヤ26aが他の導体と短絡してしまうことが防げる。ワイヤガイド部12dも、後側半導体素子20bの第1電極21bに接続されているボンディングワイヤ26bの位置を同様に規制する。   A modification of the wire guide will be described with reference to FIGS. The wire guide portion may be a groove as shown in FIGS. 4 and 5 instead of the ridge as described above. Hereinafter, the wire guide portions 12c and 12d which are modified examples of the wire guide portion will be described. As shown in FIG. 4, the wire guide portion 12c is a plurality of grooves, and each groove extends along a corresponding bonding wire 26a. The depth of the groove is substantially the same as the diameter of the bonding wire 26a. One bonding wire 26a passes through each groove. In other words, the wire guide portion 12c holds the bonding wire 26a. The groove-shaped wire guide portion 12c can also regulate the position of the bonding wire 26a similarly to the wire guide portion 12a described above. Therefore, even if the distance between the upper insulating substrate 12 and the front semiconductor element 20a is reduced, it is possible to prevent the bonding wire 26a from being short-circuited with another conductor. The wire guide portion 12d similarly regulates the position of the bonding wire 26b connected to the first electrode 21b of the rear semiconductor element 20b.

実施例で説明した技術に関する留意点を述べる。図3及び図5は、ボンディングワイヤ26aの位置を規制するワイヤガイド部の断面形状を示しているが、ワイヤガイド部の断面形状は、図3及び図5に開示する形状に限定されない。ワイヤガイド部は、例えば半円形状の断面を有する凸条あるいは溝であってもよい。また、ワイヤガイド部12aの凸条又は溝における角部は、面取りされていてもよい。   Points to keep in mind regarding the technology described in the embodiment will be described. 3 and 5 show the cross-sectional shape of the wire guide that regulates the position of the bonding wire 26a. However, the cross-sectional shape of the wire guide is not limited to the shapes disclosed in FIGS. The wire guide may be a ridge or a groove having a semicircular cross section, for example. The corners of the ridges or grooves of the wire guide portion 12a may be chamfered.

また、本実施例における半導体装置10においては、ワイヤガイド部は上側絶縁基板により構成される。しかし、上述したようなボンディングワイヤ26aの位置を規制するワイヤガイド部の形状を別部品で成形し、上側絶縁基板に取り付けることにより、ワイヤガイド部とすることもできる。   Further, in the semiconductor device 10 according to the present embodiment, the wire guide portion is configured by the upper insulating substrate. However, the shape of the wire guide portion for regulating the position of the bonding wire 26a as described above may be formed as a separate component and attached to the upper insulating substrate to form the wire guide portion.

本実施例における半導体装置10において、前側半導体素子20a、後側半導体素子20bと2つの半導体素子が設けられている。また、ボンディングワイヤ26a、26bは夫々4本設けてあり、制御端子18及び19も夫々4本の設定があるが、これらの数や具体的な構成は特に限定されない。また、本実施例における半導体装置10は、上述した通り、両面冷却構造を有しているが、本明細書に開示する技術は、両面冷却構造を有する半導体装置に限定されない。さらに、本明細書に開示する技術は、実施例における半導体素子、即ち、RC−IGBT素子に限定されない。   In the semiconductor device 10 of the present embodiment, a front semiconductor element 20a and a rear semiconductor element 20b are provided. In addition, four bonding wires 26a and 26b are provided, and four control terminals 18 and 19 are also set. However, the number and specific configuration are not particularly limited. Further, although the semiconductor device 10 in the present embodiment has the double-sided cooling structure as described above, the technology disclosed in this specification is not limited to the semiconductor device having the double-sided cooling structure. Further, the technology disclosed in this specification is not limited to the semiconductor device in the embodiment, that is, the RC-IGBT device.

以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示に過ぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組合せに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成し得るものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。   As described above, specific examples of the present invention have been described in detail, but these are merely examples, and do not limit the scope of the claims. The technology described in the claims includes various modifications and alterations of the specific examples illustrated above. The technical elements described in the present specification or the drawings exhibit technical usefulness alone or in various combinations, and are not limited to the combinations described in the claims at the time of filing. In addition, the technology illustrated in the present specification or the drawings can simultaneously achieve a plurality of objects, and has technical utility by achieving one of the objects.

10:半導体装置
11:樹脂パッケージ
11a:樹脂パッケージ上面
11b:樹脂パッケージ下面
12:上側絶縁基板
12a、12b、12c、12d:ワイヤガイド部
14、15、16:電力用端子
17:銅スペーサ
18、19:制御端子
20a、20b:半導体素子
21a、21b:制御パッド(第1電極)
23a、23b:コレクタ電極(第2電極)
24a、24b:エミッタ電極(第3電極)
25a、25b:上側主面導体パターン
26a、26b:ボンディングワイヤ
27、28、29:はんだ層
32:下側絶縁基板
35a、35b:上側裏面導体パターン
45a、45b:下側主面導体パターン
55a、55b:下側裏面導体パターン
10: Semiconductor device 11: Resin package 11a: Resin package upper surface 11b: Resin package lower surface 12: Upper insulating substrates 12a, 12b, 12c, 12d: Wire guide portions 14, 15, 16: Power terminals 17: Copper spacers 18, 19 : Control terminals 20a, 20b: semiconductor elements 21a, 21b: control pad (first electrode)
23a, 23b: collector electrode (second electrode)
24a, 24b: emitter electrode (third electrode)
25a, 25b: Upper main surface conductor patterns 26a, 26b: Bonding wires 27, 28, 29: Solder layer 32: Lower insulating substrate 35a, 35b: Upper rear surface conductor patterns 45a, 45b: Lower main surface conductor patterns 55a, 55b. : Lower backside conductor pattern

Claims (2)

主面に第1電極と第2電極を備えている半導体素子と、
前記第1電極に接続されているボンディングワイヤと、
前記主面及び前記ボンディングワイヤと対向しており、前記主面と対向する面に所定の厚みの導体パターンが形成されているとともに前記導体パターンが前記第2電極と接続されている絶縁基板と、
を備えており、
前記絶縁基板の前記ボンディングワイヤと対向する領域は絶縁基板が露出しており、
前記領域に、前記ボンディングワイヤの位置を規制するワイヤガイド部が設けられている、半導体装置。
A semiconductor element having a first electrode and a second electrode on a main surface;
A bonding wire connected to the first electrode;
An insulating substrate facing the main surface and the bonding wires, a conductive pattern having a predetermined thickness is formed on a surface facing the main surface, and the conductive pattern is connected to the second electrode;
With
The insulating substrate is exposed in a region of the insulating substrate facing the bonding wires,
A semiconductor device, wherein a wire guide for regulating a position of the bonding wire is provided in the region.
複数の前記ボンディングワイヤの夫々が複数の前記第1電極の夫々に接続されており、
前記ワイヤガイド部は、隣り合う前記ボンディングワイヤを隔てる壁、あるいは、夫々のボンディングワイヤが係止される溝である、請求項1に記載の半導体装置。
Each of the plurality of bonding wires is connected to each of the plurality of first electrodes,
2. The semiconductor device according to claim 1, wherein the wire guide portion is a wall separating the adjacent bonding wires or a groove in which each bonding wire is locked. 3.
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