JP2020107654A - 半導体装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ワイヤの破断を防止することができる。【解決手段】半導体装置１は、緩和板６が電極３ａから延伸するワイヤ４の側部に設けられている。この緩和板６により、半導体チップ３の発熱に応じた封止部材７の膨張及び収縮による導電パターン２ｂの主面に対して水平方向のワイヤ４への影響を抑制することができる。このため、半導体装置１は、半導体チップ３が発熱しても半導体チップ３並びに導電パターン２ｃからのワイヤ４の破断が防止されて、信頼性の低下を抑制することができる。【選択図】図１

Description

本発明は、半導体装置に関する。

半導体装置は、例えば、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）、パワーＭＯＳＦＥＴ（Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor）等の半導体素子を含んでいる。このような半導体装置は、例えば、電力変換装置として利用されている。

半導体装置は上記の半導体素子を含む半導体チップを備えている。半導体装置は、このような半導体チップが導電パターン上に配置されて、半導体チップ間、また、半導体チップと導電パターンとの間がワイヤにより電気的に接続されている。また、導電パターンに電気的に配線板の一端が接続されており、当該配線板の他端がケースの蓋部から露出されている。このような他端には外部から入出力電流や制御信号等が入力される。さらに、半導体チップとワイヤと配線板とはシリコーンゲル等の封止部材により封止される。

特開２０１５−１９８２２７号公報

上記の半導体装置では外部からの制御信号等の入力に応じて半導体チップは駆動するに伴い発熱してしまう。この発熱に起因して半導体チップを封止する封止部材は膨張及び収縮を繰り返す。この際、配線板がワイヤの上部に配置されている場合、ワイヤ周囲の封止部材の膨張及び収縮が導電パターンに対して垂直方向ではなく、水平方向に生じ易くなってしまう。このような封止部材の膨張及び収縮に伴って、ワイヤが水平方向に揺動してしまい、ワイヤの導電パターンに対するボンディング箇所が破断してしまう恐れがある。

本発明は、このような点に鑑みてなされたものであり、ワイヤの破断を防止することができる半導体装置を提供することを目的とする。

本発明の一観点によれば、電極を主面に備える半導体チップと、前記電極に一端が接合され、前記一端から所定方向に他端が延伸するワイヤと、前記半導体チップの主面に対向し、前記ワイヤを挟んで設けられた配線板と、前記電極から延伸する前記ワイヤの側部に設けられた緩和板と、前記半導体チップの主面及び前記ワイヤを封止し、前記配線板及び前記緩和板のそれぞれの少なくとも一部を封止する封止部材と、を有する半導体装置が提供される。

開示の技術によれば、ワイヤの導電パターンからの破断を防止でき、半導体装置の信頼性の低下を抑制することができる。

第１の実施の形態の半導体装置を説明するための図である。 参考例の半導体装置を説明するための図である。 第２の実施の形態の半導体装置の側断面図である。 第２の実施の形態の半導体装置に含まれる絶縁基板の平面図である。 第２の実施の形態の半導体装置に含まれる配線板及び配線保持部の図である。 第２の実施の形態の半導体装置に含まれる配線板が接続された絶縁基板の平面図である。 第２の実施の形態の半導体装置で実現される回路構成を示す図である。 第２の実施の形態の半導体装置に含まれる配線板に設置された緩和板を説明するための図である。

以下、図面を参照して、実施の形態について説明する。
［第１の実施の形態］
第１の実施の形態の半導体装置について、図１を用いて説明する。図１は、第１の実施の形態の半導体装置を説明するための図である。なお、図１（Ａ）は、半導体装置１に含まれるワイヤ４の近傍の平面図、図１（Ｂ）は、図１（Ａ）の一点鎖線Ｘ−Ｘにおける断面図をそれぞれ表している。

なお、以下の説明において、「おもて面」及び「上面」とは、図１（Ｂ）の半導体装置１において上側を向いた面を表す。「裏面」及び「底面」とは、図１（Ｂ）の半導体装置１において、下側を向いた面を表す。「側面」及び「側部」とは、図１（Ａ）の紙面に垂直な面及び垂直な場所を表す。図１（Ａ），（Ｂ）以外の図面でも「おもて面」、「裏面」、「側面」、「側部」は同様の方向性を意味する。「おもて面」、「裏面」、「側面」、「側部」は、相対的な位置関係を特定する便宜的な表現に過ぎず、本発明の技術的思想を限定するものではない。

また、以下の説明において、「上」とは、図１（Ｂ）の半導体装置１における上側を表す。「下」とは、図１（Ｂ）の半導体装置１における下側を表す。図１（Ｂ）以外の図面でも「上」及び「下」は同様の方向性を意味する。「上」及び「下」は、必ずしも地面に対する鉛直方向を意味しない。つまり、「上」及び「下」の方向は、重力方向に限定されない。「上」及び「下」は、相対的な位置関係を特定する便宜的な表現に過ぎず、本発明の技術的思想を限定するものではない。また、以下の説明において、「平行」及び「垂直」を用いて、２つの相対的な角度関係を表現する場合がある。「平行」とは、必ずしも２つの角度が０°の時だけに限定するものではない。「平行」とは、２つの角度が、−１５°以上、＋１５°以下であればよい。また、「垂直」とは、必ずしも２つの角度が９０°の時だけに限定するものではない。「垂直」とは、２つの角度が、７５°以上、１０５°以下であればよい。

半導体装置１は、基板２と、半導体チップ３と、半導体チップ３及び基板２を電気的に接続するワイヤ４と、配線板５と、緩和板６と、を有しており、これらが封止部材７により封止されている。

基板２は、例えば、板状を成している。基板２は、絶縁板２ａと、絶縁板２ａ上に形成された所定の回路を構成する導電パターン２ｂ，２ｃと、を有している。また、基板２は、絶縁板２ａと、絶縁板２ａのおもて面に形成された導電パターン２ｂ，２ｃと、絶縁板２ａの裏面に形成された金属板（図示せず）と、を有している。

半導体チップ３は、一方の主面であるおもて面に電極３ａを備えている。半導体チップ３は、スイッチング素子であってよく、電極３ａは、制御電極であってよい。半導体チップ３は、他方の主面である裏面が導電パターン２ｂのおもて面に設けられている。

ワイヤ４は、半導体チップ３の電極３ａに一端が接合され、その一端から所定方向に他端が延伸している。ワイヤ４は、線状の導電体であり、半導体チップ３の電極３ａと導電パターン２ｃ、外部接続端子または他の半導体チップの電極等とを電気的に配線する。図１の場合では、ワイヤ４の他端は導電パターン２ｃに接合されている。ワイヤ４は、導電パターン２ｂの主面及び半導体チップ３の主面に対して垂直方向に凸を有するアーチ状を成している。

配線板５は、導電パターン２ｂ，２ｃの主面及び半導体チップ３の主面に対向して、ワイヤ４を挟んで設けられている。このような配線板５は、図示を省略するものの、一端が基板２の導電パターン２ｂに電気的に接続され、他端が外部に導出され、当該他端に主電流が入出力される。また、図１では、配線板５は、半導体チップ３の電極３ａ及びワイヤ４を含んだ第１領域３ｂ１の上方を覆っている。図１では、配線板５は、半導体チップ３の電極３ａを含まない第２領域３ｂ２の上方を覆っていない。半導体装置１は、配線板５で覆われた領域と、配線板５で覆われていない領域とを有する。配線板５で覆われた領域は、基板２と封止部材７の大気露出面との間に配線板５を有する。一方、配線板５で覆われていない領域は、基板２と封止部材７の大気露出面との間に配線板５がなく、封止部材７から見て基板２の上方が開放されている。図１では、配線板５で覆われていない領域は、配線板５で覆われた領域に対向する２辺の側部にあってよい。

緩和板６は、配線板５の下方で、基板２の上方に設けられている。また、緩和板６は、電極３ａから延伸するワイヤ４の側部に設けられている。このような緩和板６は、例えば、板状を成している。緩和板６の主面は、導電パターン２ｂ及び半導体チップ３の主面に垂直であって、ワイヤ４の延伸方向に沿って設けられている。さらに、緩和板６は、ワイヤ４の延伸方向と平行に設けられていてもよい。緩和板６の上部は、配線板５の下面と結合していてよい。緩和板６の下部は、基板２及び半導体チップ３と接触せず、緩和板６と、基板２及び半導体チップ３との間には間隙を有する。

そして、封止部材７は、基板２のおもて面、半導体チップ３及びワイヤ４を封止し、配線板５及び緩和板６のそれぞれの少なくとも一部を封止する。配線板５の一部とは、半導体チップ３の電極３ａ及びワイヤ４に対向する領域を含む。なお、図１（Ｂ）では、基板２と配線板５との間、及び配線板５の上方が封止部材７で封止されている場合が示されている。この場合に限られず、導電パターン２ｂ，２ｃと配線板５との間が封止部材７で封止されていればよい。封止部材７は、絶縁性、密着性に優れ、低い弾性率を有し、耐熱耐寒性に優れた材料が好ましい。好ましくは、シリコーンゲルからなる。

ここで、参考例として、半導体装置１において緩和板６を備えていない場合について、図２を用いて説明する。図２は、参考例の半導体装置を説明するための図である。なお、図２（Ａ）は、半導体装置１ａのワイヤ４の近傍の平面図、図２（Ｂ）は、図２（Ａ）の一点鎖線Ｘ−Ｘにおける断面図をそれぞれ表している。なお、図２の半導体装置１ａが有する、半導体装置１と同様の構成については、同様の符号を付して、その詳細な説明は省略する。

半導体装置１ａもまた、半導体装置１と同様に、基板２と、半導体チップ３と、半導体チップ３及び基板２を電気的に接続するワイヤ４と、配線板５と、を有しており、これらが封止部材７により封止されている。但し、半導体装置１ａは、緩和板６を有していない。

このような半導体装置１ａにおいて、半導体チップ３は駆動するに伴って発熱して、半導体チップ３の周囲の封止部材７の温度が変化する。この温度変化に伴って、封止部材７は膨張及び収縮を繰り返す。一般的に、封止部材７の膨張及び収縮は、半導体チップ３の主面、及びその周囲の導電パターン２ｂを起点として全方位に生じる。但し、半導体装置１ａでは、導電パターン２ｂ，２ｃの主面及び半導体チップ３の主面に対向して、ワイヤ４を挟んで配線板５が配置されている。このため、半導体装置１ａのワイヤ４の近傍の封止部材７は、導電パターン２ｂの主面に対して垂直方向への膨張及び収縮が抑制されて、導電パターン２ｂの主面に対して水平方向への膨張及び収縮が助長される。これに伴って、ワイヤ４は封止部材７の膨張及び収縮により導電パターン２ｂの主面に対して水平方向に揺動する。ワイヤ４は、導電パターン２ｂ，２ｃに対するワイヤ４の一端及び他端の接合箇所を支点として、封止部材７の膨張及び収縮により、例えば、図２（Ａ）の実線の両矢印方向のようにワイヤ４の延伸方向に対して垂直に揺動する。なお、図２（Ａ）の両矢印方向の揺動は一例であって、ワイヤ４は導電パターン２ｂ，２ｃに対するワイヤ４の一端及び他端の接合箇所を支点として、当該両矢印方向以外の水平方向にも揺動する。すると、ワイヤ４は、導電パターン２ｂ，２ｃに対するワイヤ４の一端及び他端の接合箇所が破断してしまう可能性が高まる。特に、図２（Ａ）の実線の両矢印方向のようにワイヤ４の延伸方向に対して垂直に揺動すると、さらに一端及び他端の接合箇所が破断してしまう可能性が高まる。さらに、ワイヤ４はその曲率が大きく、細く、長いほど、封止部材７の膨張及び収縮による揺動が起きやすくなる。また、封止部材７として、高い弾性率を有するシリコーンゲルを用いた場合は、封止部材７の変位が顕著で、ワイヤ４の揺動により一端及び他端の接合箇所が破断してしまう可能性がより高くなる。

一方、図１に示す半導体装置１は、半導体装置１ａにおいて、緩和板６が電極３ａから延伸するワイヤ４の側部に設けられている。この緩和板６により、半導体チップ３の発熱に応じた封止部材７の膨張及び収縮が引き起こすワイヤ４の揺動を緩和させる。導電パターン２ｂの主面に対して水平方向のワイヤ４の揺動への影響を抑制することができる。また、緩和板６は、ワイヤ４の側部において、ワイヤ４に沿って設けられていてよい。さらに、ワイヤ４の延伸方向と平行に設けられていてもよい。そうすることで、ワイヤ４に及ぼす封止部材７の膨張及び収縮方向が限定され、図２（Ａ）の実線の両矢印方向のようにワイヤの延伸方向に対して垂直な封止部材７の膨張及び収縮が、さらに抑制される。このため、半導体装置１は、半導体チップ３が発熱しても半導体チップ３並びに導電パターン２ｃからのワイヤ４の破断が防止されて、信頼性の低下を抑制することができる。

なお、第１の実施の形態では、導電パターン２ｂ，２ｃと配線板５との間の空間に設けられたワイヤ４は、半導体チップ３の電極３ａと導電パターン２ｃとを接続する場合を例に挙げて説明している。

［第２の実施の形態］
第２の実施の形態では、第１の実施の形態の場合についてより具体的に説明する。このような半導体装置について、図３〜図６を用いて説明する。図３は、第２の実施の形態の半導体装置の側断面図である。なお、図３は、図４の一点鎖線Ｘ−Ｘに対応する箇所の側断面図である。また、図４は、第２の実施の形態の半導体装置に含まれる絶縁基板の平面図であり、図５は、第２の実施の形態の半導体装置に含まれる配線板及び配線保持部の図である。なお、図５（Ａ）は、配線保持部６２に一体成形された配線板７２，７３の側面図、図５（Ｂ）は、配線保持部６２に一体成形された配線板７２，７３の裏面図、図５（Ｃ）は、図５（Ａ），（Ｂ）の一点鎖線Ｙ−Ｙにおける断面図をそれぞれ表している。さらに、図６は、第２の実施の形態の半導体装置に含まれる配線板が接続された絶縁基板の平面図である。

半導体装置１０は、図３に示されるように、絶縁基板２０ａ，２０ｂと、絶縁基板２０ａ，２０ｂが設けられた放熱板３０と、を有している。絶縁基板２０ａ，２０ｂには、図４に示されるように、半導体チップ４１ａ〜４４ａ，４１ｂ〜４４ｂが配置されている。なお、図３では、半導体チップ４２ａ，４４ａ，４２ｂ，４４ｂは図示を省略している。このような絶縁基板２０ａ，２０ｂ及び半導体チップ４１ａ〜４４ａ，４１ｂ〜４４ｂに対して、ワイヤ５１ａ〜５４ａ，５１ｂ〜５４ｂ，５５，５６が配線されている。また、半導体装置１０は、放熱板３０の周縁部に設けられて、絶縁基板２０ａ，２０ｂを取り囲むケース部６０と、ケース部６０の開口上部に設けられた蓋部６１と、を有している。また、ケース部６０及び蓋部６１には、配線板７１，７２，７３が取り付けられている。配線板７１の一端は絶縁基板２０ａに電気的に接続されて、他端はケース部６０に端子７１ａ（コレクタ兼エミッタ端子）として露出されている。配線板７２の一端は絶縁基板２０ａに電気的に接続されて、他端は蓋部６１に端子７２ａ（エミッタ端子）として露出されている。配線板７３の一端は絶縁基板２０ｂに電気的に接続されて、他端はケース部６０に端子７３ａ（コレクタ端子）として露出されている。なお、配線板７２，７３は配線保持部６２に一体成形されている。また、この際、配線板７２，７３は配線保持部６２により絶縁性が保たれている。この配線保持部６２には、緩和板６３が結合されている。なお、図３では、緩和板６３はその配置位置のみを破線で示している。そして、ケース部６０内の半導体チップ４１ａ〜４４ａ，４１ｂ〜４４ｂ、ワイヤ５１ａ〜５４ａ，５１ｂ〜５４ｂ，５５，５６、緩和板６３、配線板７１，７２，７３、及び、絶縁基板２０ａ，２０ｂは、封止部材８０により封止されている。

封止部材８０は、絶縁性、密着性に優れ、低い弾性率を有し、耐熱耐寒性に優れた材料が好ましい。好ましくは、シリコーンゲルからなる。封止部材８０は、図３に示されるように、ケース部６０の開口上部に設けられた蓋部６１との間に、空隙を有する。空隙を有することで、封止部材８０が膨張及び収縮した時のケースの変形、破損を抑制することができる。また、封止部材８０は、少なくとも、図３に示されている配線板７３の上面まで充填されることが好ましい。そうすることで配線板７３と配線板７２との短絡を抑制することができる。

放熱板３０は、熱伝導性に優れた、例えば、アルミニウム、銅、少なくともこれらの一種を含む合金、または、金属セラミック複合材により構成されている。また、耐食性を向上させるために、例えば、ニッケル等の材料をめっき処理等により放熱板３０の表面に形成してもよい。具体的には、ニッケルの他に、ニッケル−リン合金、ニッケル−ボロン合金等がある。なお、この放熱板３０の裏面側に冷却器（図示を省略）を取りつけて放熱性を向上させることも可能である。この場合の冷却器は、例えば、熱伝導性に優れたアルミニウム、銅、少なくともこれらの一種を含む合金、または、金属セラミック複合材により構成されている。また、冷却器として、フィン、または、複数のフィンから構成されるヒートシンク並びに水冷による冷却装置等を適用することができる。また、放熱板３０は、このような冷却器と一体的に構成されてもよい。その場合は、熱伝導性に優れたアルミニウム、銅、少なくともこれらの一種を含む合金、または、金属セラミック複合材により構成される。そして、耐食性を向上させるために、例えば、ニッケル等の材料をめっき処理等により冷却器と一体化された放熱板３０の表面に形成してもよい。具体的には、ニッケルの他に、ニッケル−リン合金、ニッケル−ボロン合金等がある。

ケース部６０及び蓋部６１は、それぞれ、例えば、箱状及び平板状を成しており、熱可塑性樹脂により構成されている。このような樹脂として、ＰＰＳ、ＰＢＴ樹脂、ＰＢＳ樹脂、ＰＡ樹脂、または、ＡＢＳ樹脂等がある。また、ケース部６０及び蓋部６１は配線板７１〜７３の端子７１ａ〜７３ａが挿入する開口孔（図示を省略）が形成されている。

絶縁基板２０ａ，２０ｂは、図３及び図４に示されるように、絶縁板２１ａ，２１ｂと、絶縁板２１ａ，２１ｂの裏面に形成された金属板２２ａ，２２ｂと、絶縁板２１ａ，２１ｂのおもて面に形成された導電パターン２３ａ１〜２３ａ３，２３ｂ１〜２３ｂ４と、を有している。なお、導電パターン２３ａ１〜２３ａ３，２３ｂ１〜２３ｂ４の形状、個数は一例である。絶縁板２１ａ，２１ｂは、絶縁性、熱伝導性を有する、酸化アルミニウム、窒化アルミニウム、窒化珪素等のセラミックスにより構成されている。または、絶縁性樹脂材で構成されてもよい。金属板２２ａ，２２ｂは、熱伝導性に優れたアルミニウム、銅により構成されている。導電パターン２３ａ１〜２３ａ３，２３ｂ１〜２３ｂ４は、導電性に優れたアルミニウム、銅により構成されている。このような構成を有する絶縁基板２０ａ，２０ｂとして、例えば、ＤＣＢ（Direct Copper Bonding）基板、ＡＭＢ（Active Metal Brazed）基板、ＭＣＢ（Metal Casting Directly Bonding）基板等を用いることができる。絶縁基板２０ａ，２０ｂは、半導体チップ４１ａ〜４４ａ，４１ｂ〜４４ｂで発生した熱を導電パターン２３ａ２，２３ｂ３、絶縁板２１ａ，２１ｂ及び金属板２２ａ，２２ｂを介して、図３中下側の放熱板３０に伝導させて放熱することができる。なお、導電パターン２３ａ１〜２３ａ３，２３ｂ１〜２３ｂ４の厚さは、好ましくは、０．１０ｍｍ以上、１．００ｍｍ以下であり、より好ましくは、０．２０ｍｍ以上、０．５０ｍｍ以下である。また、このような絶縁基板２０ａの導電パターン２３ａ２には、配線板７１がはんだ（図示を省略）を介して接続されている。あるいは、絶縁基板２０ａの導電パターン２３ａ２には、配線板７１が超音波接合やレーザ接合によって接続されていてもよい。導電パターン２３ａ３には、配線板７２がはんだ（図示を省略）を介して接続されている。あるいは、絶縁基板２０ａの導電パターン２３ａ２には、配線板７１が超音波接合やレーザ接合によって接続されていてもよい。絶縁基板２０ｂの導電パターン２３ｂ３には、配線板７３がはんだ（図示を省略）を介して接続されている。あるいは、絶縁基板２０ａの導電パターン２３ａ２には、配線板７１が超音波接合やレーザ接合によって接続されていてもよい。なお、導電パターン２３ａ２，２３ａ３，２３ｂ３に示されている四角は、配線板７１，７２，７３の接合領域を表している。

半導体チップ４１ａ，４２ａ，４１ｂ，４２ｂは、例えば、ＩＧＢＴ、パワーＭＯＳＦＥＴ等のスイッチング素子を含んでいる。このような半導体チップ４１ａ，４２ａ，４１ｂ，４２ｂは、例えば、裏面に主電極として入力電極（ドレイン電極またはコレクタ電極）を、おもて面に、制御電極（ゲート電極）４１ａ１，４２ａ１，４１ｂ１，４２ｂ１及び主電極として出力電極（ソース電極またはエミッタ電極）をそれぞれ備えている。上記の半導体チップ４１ａ，４２ａ，４１ｂ，４２ｂは、その裏面側が導電パターン２３ａ２，２３ｂ３上にはんだや焼結型接合材（図示を省略）により接合されている。

半導体チップ４３ａ，４４ａ，４３ｂ，４４ｂは、例えば、ＳＢＤ（Schottky Barrier Diode）、ＰＮ接合等のダイオードを含んでいる。このような半導体チップ４３ａ，４４ａ，４３ｂ，４４ｂは、裏面に主電極として出力電極（カソード電極）を、おもて面に主電極として入力電極（アノード電極）をそれぞれ備えている。上記の半導体チップ４３ａ，４４ａ，４３ｂ，４４ｂは、その裏面側が導電パターン２３ａ２，２３ｂ３上にはんだや焼結型接合材（図示を省略）により接合されている。

ワイヤ５１ａ〜５４ａ，５１ｂ〜５４ｂ，５５，５６のうち、ワイヤ５１ａ，５２ａ，５１ｂ，５２ｂは制御用配線であり、ワイヤ５３ａ，５４ａ，５３ｂ，５４ｂ，５５，５６は主電流配線である。制御用配線であるワイヤ５１ａ，５２ａは、導電パターン２３ａ１と半導体チップ４１ａ，４２ａの制御電極４１ａ１，４２ａ１とにそれぞれ電気的に接続している。制御用配線であるワイヤ５１ｂ，５２ｂは、導電パターン２３ｂ４と半導体チップ４１ｂ，４２ｂの制御電極４１ｂ１，４２ｂ１にそれぞれ電気的に接続している。なお、ワイヤ５１ａ，５２ａ，５１ｂ，５２ｂは、半導体チップ４１ａ，４２ａ，４１ｂ，４２ｂの制御電極４１ａ１，４２ａ１，４１ｂ１，４２ｂ１を有する主面に対して垂直方向側にアーチ状を成している。主電流配線であるワイヤ５３ａ，５４ａは、導電パターン２３ａ３と半導体チップ４１ａ，４２ａの主電極と半導体チップ４３ａ，４４ａの主電極とをそれぞれ電気的に接続している。主電流配線であるワイヤ５３ｂ，５４ｂは、導電パターン２３ｂ２，２３ｂ１と半導体チップ４１ｂ，４２ｂの主電極と半導体チップ４３ｂ，４４ｂの主電極をそれぞれ電気的に接続している。そして、主電流配線であるワイヤ５５，５６は、絶縁基板２０ａの導電パターン２３ａ２と絶縁基板２０ｂの導電パターン２３ｂ２，２３ｂ１とをそれぞれ電気的に接続している。なお、ワイヤ５１ａ〜５４ａ，５１ｂ〜５４ｂ，５５，５６は、導電性に優れたアルミニウムや銅等の金属、または、少なくともこれらの一種を含む合金等により構成されている。また、これらの直径は、８０μｍ以上、５００μｍ以下であることが好ましい。また、制御用配線であるワイヤ５１ａ，５２ａ，５１ｂ，５２ｂの直径は、主電流配線であるワイヤ５３ａ，５４ａ，５３ｂ，５４ｂ，５５，５６の直径と同じか、小さいことが好ましい。こうすることで、半導体チップの電極からはみ出すことなく、安定したアーチ形状で接合でき、短絡を防ぐことができる。制御用配線であるワイヤ５１ａ，５２ａ，５１ｂ，５２ｂの長さは、好ましくは、１ｍｍ以上、１００ｍｍ以下であり、さらに好ましくは、１０ｍｍ以上、５０ｍｍ以下である。こうすることで、安定したアーチ形状で接合でき、短絡や破断を防ぐことができる。

配線板７１〜７３は、導電性に優れたアルミニウム、銅、または、少なくともこれらの一種を含む合金により構成されている。より好ましくは、配線板７１〜７３は、銅、または、銅合金により構成されている。また、耐食性を向上させるために、例えば、ニッケル等をめっき処理等により配線板７１，７２，７３の表面に形成してもよい。具体的には、ニッケルの他に、ニッケル−リン合金や、ニッケル−ボロン合金等がある。さらに、ニッケル−リン合金上に金を積層してもよい。

配線保持部６２は、図５（並びに図３）に示されるように、板状の配線板７２，７３を内包した直方体状である。配線保持部６２において、配線板７２，７３は、間隔をもってお互いの主面を向かい合わせて配置される。配線保持部６２において、配線板７２，７３のお互いの主面の間には絶縁材が形成されており、配線板７２，７３同士は絶縁されている。さらに、配線保持部６２において、配線板７２，７３の別の主面は、絶縁材で覆われている。配線保持部６２は、金型内に配線板７２，７３を挿入した上で樹脂を注入するインサート成形で形成することができる。

緩和板６３は、配線保持部６２に結合されている。緩和板６３は、配線保持部６２と一体成形されていてもよい。図５（Ａ），（Ｂ）のように、緩和板６３は、配線板７２，７３の延伸方向に沿って板状に構成されている。また、図５（Ｃ）のように、緩和板６３は、配線保持部６２の裏面から配線板７２，７３の主面と垂直の方向に主面を有する。さらに、緩和板６３は、配線保持部６２の裏面の中央に結合されている。そのため、配線保持部６２と緩和板６３との断面は、Ｔ字形状であってよい。なお、緩和板６３の寸法は適宜設定されるものであり、詳細については後述する（図８）。このような配線保持部６２及び緩和板６３は、例えば、熱可塑性樹脂により構成されている。このような樹脂として、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）樹脂、ポリブチレンサクシネート（ＰＢＳ）樹脂、ポリアミド（ＰＡ）樹脂、エポキシ樹脂、または、アクリロニトリルブタジエンスチレン（ＡＢＳ）樹脂等がある。

図６に、このようにして配線保持部６２が形成された配線板７２，７３を絶縁基板２０ａ，２０ｂに配置した構成を示す。図６に示されるように、導電パターン２３ａ３，２３ｂ３にそれぞれ電気的に接続される。なお、図６では、配線保持部６２、緩和板６３、配線板７２，７３を破線で示している。また、このように配線板７２，７３を配置すると、半導体チップ４１ｂ，４２ｂの制御電極４１ｂ１，４２ｂ１（図４参照）を含む領域は、配線保持部６２が形成された配線板７２，７３で覆われる。また、配線保持部６２が形成された配線板７２，７３により、制御配線用のワイヤ５１ｂ，５２ｂの少なくとも一部が覆われる。配線板７２，７３で覆われた領域の外側には、配線板７２，７３に覆われていない領域がある。半導体チップ４１ｂ，４２ｂの主電極を含む領域は、配線板７２，７３に覆われていない部分を有する。緩和板６３は、制御配線用のワイヤ５１ｂ，５２ｂのアーチ形状の側部に位置する。さらに、緩和板６３は、ワイヤ５１ｂ，５２ｂの間に位置する。緩和板６３が側部に形成された制御用配線であるワイヤ５１ｂ，５２ｂは、直径８０μｍ以上、５００μｍ以下であり、長さ１０ｍｍ以上、５０ｍｍ以下である。このようなワイヤ５１ｂ，５２ｂに対して、配線板７２，７３が上方を覆い、緩和板６３が側部に設けられることで、ワイヤ５１ｂ，５２ｂの水平方向の揺動を抑え、ワイヤ５１ｂ，５２ｂの破断を抑制することができる。

なお、このような半導体装置１０で実現される回路構成について、図７（並びに図４）を用いて説明する。図７は、第２の実施の形態の半導体装置で実現される回路構成を示す図である。半導体装置１０では、半導体チップ４１ｂ，４２ｂにより構成されるトランジスタＴ１のコレクタ電極と半導体チップ４３ｂ，４４ｂにより構成されるダイオードＤ１のカソード電極とは、導電パターン２３ｂ３を介して配線板７３の端子７３ａ（コレクタ端子Ｃ１）に接続されている。トランジスタＴ１のゲート電極Ｇ１（半導体チップ４１ｂ，４２ｂの制御電極４１ｂ１，４２ｂ１）は、（ワイヤ５１ｂ，５２ｂ及び導電パターン２３ｂ４を経由して）図示を省略する端子に接続されている。トランジスタＴ１のエミッタ電極とダイオードＤ１のアノード電極とはワイヤ５３ｂ，５４ｂを介して電気的に接続されている。トランジスタＴ１のエミッタ電極は、さらに、ワイヤ５３ｂ，５４ｂ、導電パターン２３ａ２，２３ｂ１、ワイヤ５５，５６及び導電パターン２３ａ２を介して配線板７１の端子７１ａ（コレクタ兼エミッタ端子Ｃ２Ｅ１）に接続されている。

また、半導体チップ４１ａ，４２ａにより構成されるトランジスタＴ２のコレクタ電極と半導体チップ４３ａ，４４ａにより構成されるダイオードＤ２のカソード電極とは、導電パターン２３ａ２を介して配線板７１の端子７１ａ（コレクタ兼エミッタ端子Ｃ２Ｅ１）に接続されている。トランジスタＴ２のゲート電極Ｇ２（半導体チップ４１ａ，４２ａの制御電極４１ａ１，４２ａ１）は、（ワイヤ５１ａ，５２ａ及び導電パターン２３ａ１を経由して）図示を省略する端子に接続されている。トランジスタＴ２のエミッタ電極とダイオードＤ２のアノード電極とはワイヤ５３ａ，５４ａを介して電気的に接続されている。トランジスタＴ２のエミッタ電極は、さらに、ワイヤ５３ａ，５４ａ及び導電パターン２３ａ３を介して配線板７２の端子７２ａ（エミッタ端子Ｅ２）に接続されている。なお、このような半導体装置１０では、トランジスタＴ１，Ｔ２のコレクタ−エミッタ間に流れる電流をセンシングするセンス信号を出力する検査端子Ｅ１，Ｅ２Ａｕｘを構成してもよい。

したがって、上記の半導体装置１０は、少なくとも、導電パターン２３ｂ１〜２３ｂ４と、導電パターン２３ｂ３上に設けられ、制御電極４１ｂ１，４２ｂ１を主面に備える半導体チップ４１ｂ，４２ｂと、を有している。そして、制御電極４１ｂ１，４２ｂ１に一端が接合され、一端から所定方向に他端が延伸するワイヤ５１ｂ，５２ｂと、ワイヤ５１ｂ，５２ｂの上方に設けられた配線板７３と、制御電極４１ｂ１，４２ｂ１から延伸するワイヤ５１ｂ，５２ｂの側部に設けられた緩和板６３と、を有している。さらに、封止部材８０が、半導体チップ４１ｂ，４２ｂ及びワイヤ５１ｂ，５２ｂを封止し、配線板７３及び緩和板６３のそれぞれの一部を封止する。また、この際、配線保持部６２に一体成形された配線板７２，７３により、半導体チップ４１ｂ，４２ｂの制御電極４１ｂ１，４２ｂ１を含む領域が覆われている。また、半導体チップ４１ｂ，４２ｂの配線板７２，７３に覆われている領域以外の領域上には、ワイヤ５３ｂ，５４ｂのみが設けられている。

このような半導体装置１０では、緩和板６３により、半導体チップ４１ｂ，４２ｂの発熱に応じた封止部材８０の膨張及び収縮による導電パターン２３ｂ１〜２３ｂ４の主面に対して水平方向のワイヤ５１ｂ，５２ｂへの影響を抑制することができる。このため、半導体装置１０は、半導体チップ４１ｂ，４２ｂが発熱しても半導体チップ４１ｂ，４２ｂ並びに導電パターン２３ｂ４からのワイヤ５１ｂ，５２ｂの破断が防止されて、信頼性の低下を抑制することができる。

次に、半導体装置１０に備えられた緩和板６３の詳細について、図８を用いて説明する。図８は、第２の実施の形態の半導体装置に含まれる配線板に設置された緩和板を説明するための図である。なお、図８は、いずれも、半導体装置１０の緩和板６３の近傍の拡大側面図である。図８（Ａ）は、緩和板６３の高さを、図８（Ｂ）は、緩和板６３の幅をそれぞれ説明するための図である。

緩和板６３は、既述の通り、半導体チップ４１ｂ，４２ｂの発熱に応じた封止部材８０の膨張及び収縮による導電パターン２３ｂ１〜２３ｂ４の主面に対して水平方向のワイヤ５１ｂ，５２ｂへの影響を抑制するものである。このため、緩和板６３の高さは、図８（Ａ）に示されるように、緩和板６３の底面がワイヤ５１ｂの頂点（Ｈ１）から、半導体チップ４１ｂ，４３ｂのおもて面（Ｈ２）までの間にあればよい。さらには、緩和板６３の高さは、できる限り、半導体チップ４１ｂ，４３ｂのおもて面（Ｈ２）に近いことが好ましい。

同様に、緩和板６３の幅は、図８（Ｂ）に示されるように、緩和板６３の側面がワイヤ５１ｂの一端（Ｌ１）から、他端（Ｌ２）までの間にあればよく、できる限り、ワイヤ５１ｂの一端（Ｌ１）と他端（Ｌ２）に近いことが好ましい。また、ワイヤ５１ｂの半導体チップ４１ｂ及び導電パターン２３ｂ４の接合箇所を覆うことが好ましい。または、封止部材８０の膨張及び収縮によって、ワイヤ５１ｂ，５２ｂの頂点近傍が最も影響を受けやすい。したがって、緩和板６３の幅は、少なくとも、ワイヤ５１ｂ，５２ｂの頂点近傍の側部に対応することが好ましい。

このような条件の緩和板６３であれば、半導体チップ４１ｂ，４２ｂの発熱に応じた封止部材８０の膨張及び収縮による導電パターン２３ｂ１〜２３ｂ４の主面に対して水平方向のワイヤ５１ｂ，５２ｂへの影響をより確実に抑制することができる。

１，１０ 半導体装置
２ 基板
２ａ 絶縁板
２ｂ，２ｃ，２３ａ１〜２３ａ３，２３ｂ１〜２３ｂ４ 導電パターン
３，４１ａ〜４４ａ，４１ｂ〜４４ｂ 半導体チップ
３ａ 電極
３ｂ１ 第１領域
３ｂ２ 第２領域
４，５１ａ〜５４ａ，５１ｂ〜５４ｂ，５５，５６ ワイヤ
５，７１〜７３ 配線板
６，６３ 緩和板
７ 封止部材
２０ａ，２０ｂ 絶縁基板
２１ａ，２１ｂ 絶縁板
２２ａ，２２ｂ 金属板
３０ 放熱板
４１ａ１，４２ａ１，４１ｂ１，４２ｂ１ 制御電極
６０ ケース部
６１ 蓋部
６２ 配線保持部
７１ａ〜７３ａ 端子
８０ 封止部材

Claims (13)

1. 電極を主面に備える半導体チップと、
   前記電極に一端が接合され、前記一端から所定方向に他端が延伸するワイヤと、
   前記半導体チップの主面に対向し、前記ワイヤを挟んで設けられた配線板と、
   前記電極から延伸する前記ワイヤの側部に設けられた緩和板と、
   前記半導体チップの主面及び前記ワイヤを封止し、前記配線板及び前記緩和板のそれぞれの少なくとも一部を封止する封止部材と、
   を有する半導体装置。
2. 前記配線板は、さらに、前記半導体チップの前記電極を含んだ第１領域を覆って設けられている、
   請求項１に記載の半導体装置。
3. 前記ワイヤは、前記半導体チップの主面に対して垂直方向にアーチ状を成して延伸しており、
   前記緩和板の前記半導体チップの主面に対向する端部は、前記ワイヤの頂点から前記半導体チップの主面までの間に位置する、
   請求項１または２に記載の半導体装置。
4. 前記緩和板は、前記ワイヤの前記頂点の側部に位置する、
   請求項３に記載の半導体装置。
5. 前記緩和板の幅は、前記ワイヤの前記一端から前記端部までである、
   請求項４に記載の半導体装置。
6. 前記緩和板は、前記配線板に結合されている、
   請求項１乃至５のいずれかに記載の半導体装置。
7. 前記配線板は、主電流配線である、
   請求項１乃至６のいずれかに記載の半導体装置。
8. 前記電極は、制御電極であり、前記ワイヤは、制御用配線である、
   請求項１乃至７のいずれかに記載の半導体装置。
9. 前記封止部材は、シリコーンゲルである、
   請求項１乃至８のいずれかに記載の半導体装置。
10. さらに、前記半導体チップが配置される導電パターンを備える、
    請求項１乃至９のいずれかに記載の半導体装置。
11. 前記ワイヤの直径は、８０μｍ以上、５００μｍ以下である、
    請求項１乃至１０のいずれかに記載の半導体装置。
12. 前記ワイヤの長さは、１ｍｍ以上、１００ｍｍ以下である、
    請求項１１に記載の半導体装置。
13. 前記ワイヤの長さは、１０ｍｍ以上、５０ｍｍ以下である、
    請求項１２に記載の半導体装置。

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