JP5685880B2 - ワイヤボンドの接合構造 - Google Patents

ワイヤボンドの接合構造 Download PDF

Info

Publication number
JP5685880B2
JP5685880B2 JP2010232351A JP2010232351A JP5685880B2 JP 5685880 B2 JP5685880 B2 JP 5685880B2 JP 2010232351 A JP2010232351 A JP 2010232351A JP 2010232351 A JP2010232351 A JP 2010232351A JP 5685880 B2 JP5685880 B2 JP 5685880B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
bus bar
wire
bar member
lower bus
bonding
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.)
Active
Application number
JP2010232351A
Other languages
English (en)
Other versions
JP2012089548A (ja
Inventor
裕孝 大野
裕孝 大野
成行 野澤
成行 野澤
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toyota Motor Corp
Original Assignee
Toyota Motor Corp
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Toyota Motor Corp filed Critical Toyota Motor Corp
Priority to JP2010232351A priority Critical patent/JP5685880B2/ja
Publication of JP2012089548A publication Critical patent/JP2012089548A/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP5685880B2 publication Critical patent/JP5685880B2/ja
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L24/00Arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies; Methods or apparatus related thereto
    • H01L24/74Apparatus for manufacturing arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies
    • H01L24/78Apparatus for connecting with wire connectors
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01Means 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
    • H01L2224/26Layer connectors, e.g. plate connectors, solder or adhesive layers; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/31Structure, shape, material or disposition of the layer connectors after the connecting process
    • H01L2224/32Structure, shape, material or disposition of the layer connectors after the connecting process of an individual layer connector
    • H01L2224/321Disposition
    • H01L2224/32151Disposition 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
    • H01L2224/32221Disposition 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
    • H01L2224/32225Disposition 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 non-metallic, e.g. insulating substrate with or without metallisation
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01Means 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
    • H01L2224/42Wire connectors; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/44Structure, shape, material or disposition of the wire connectors prior to the connecting process
    • H01L2224/45Structure, shape, material or disposition of the wire connectors prior to the connecting process of an individual wire connector
    • H01L2224/45001Core members of the connector
    • H01L2224/4501Shape
    • H01L2224/45012Cross-sectional shape
    • H01L2224/45014Ribbon connectors, e.g. rectangular cross-section
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01Means 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
    • H01L2224/42Wire connectors; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/44Structure, shape, material or disposition of the wire connectors prior to the connecting process
    • H01L2224/45Structure, shape, material or disposition of the wire connectors prior to the connecting process of an individual wire connector
    • H01L2224/45001Core members of the connector
    • H01L2224/45099Material
    • H01L2224/451Material with a principal constituent of the material being a metal or a metalloid, e.g. boron (B), silicon (Si), germanium (Ge), arsenic (As), antimony (Sb), tellurium (Te) and polonium (Po), and alloys thereof
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01Means 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
    • H01L2224/42Wire connectors; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/47Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process
    • H01L2224/48Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process of an individual wire connector
    • H01L2224/481Disposition
    • H01L2224/48151Connecting 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
    • H01L2224/48221Connecting 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
    • H01L2224/48225Connecting 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 non-metallic, e.g. insulating substrate with or without metallisation
    • H01L2224/48227Connecting 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 non-metallic, e.g. insulating substrate with or without metallisation connecting the wire to a bond pad of the item
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01Means 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
    • H01L2224/42Wire connectors; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/47Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process
    • H01L2224/48Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process of an individual wire connector
    • H01L2224/484Connecting portions
    • H01L2224/4847Connecting portions the connecting portion on the bonding area of the semiconductor or solid-state body being a wedge bond
    • H01L2224/48472Connecting portions the connecting portion on the bonding area of the semiconductor or solid-state body being a wedge bond the other connecting portion not on the bonding area also being a wedge bond, i.e. wedge-to-wedge
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/73Means 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
    • H01L2224/732Location after the connecting process
    • H01L2224/73251Location after the connecting process on different surfaces
    • H01L2224/73265Layer and wire connectors
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/74Apparatus for manufacturing arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and for methods related thereto
    • H01L2224/78Apparatus for connecting with wire connectors
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/74Apparatus for manufacturing arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and for methods related thereto
    • H01L2224/78Apparatus for connecting with wire connectors
    • H01L2224/7825Means for applying energy, e.g. heating means
    • H01L2224/783Means for applying energy, e.g. heating means by means of pressure
    • H01L2224/78313Wedge
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/74Apparatus for manufacturing arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and for methods related thereto
    • H01L2224/78Apparatus for connecting with wire connectors
    • H01L2224/7855Mechanical means, e.g. for severing, pressing, stamping
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/80Methods for connecting semiconductor or other solid state bodies using means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected
    • H01L2224/85Methods for connecting semiconductor or other solid state bodies using means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected using a wire connector
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/80Methods for connecting semiconductor or other solid state bodies using means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected
    • H01L2224/85Methods for connecting semiconductor or other solid state bodies using means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected using a wire connector
    • H01L2224/852Applying energy for connecting
    • H01L2224/85201Compression bonding
    • H01L2224/85205Ultrasonic bonding
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L24/00Arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies; Methods or apparatus related thereto
    • H01L24/73Means for bonding being of different types provided for in two or more of groups H01L24/10, H01L24/18, H01L24/26, H01L24/34, H01L24/42, H01L24/50, H01L24/63, H01L24/71
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/0001Technical content checked by a classifier
    • H01L2924/00014Technical content checked by a classifier the subject-matter covered by the group, the symbol of which is combined with the symbol of this group, being disclosed without further technical details
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/01Chemical elements
    • H01L2924/01013Aluminum [Al]
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/01Chemical elements
    • H01L2924/01029Copper [Cu]
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/01Chemical elements
    • H01L2924/01033Arsenic [As]
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/10Details of semiconductor or other solid state devices to be connected
    • H01L2924/1015Shape
    • H01L2924/1016Shape being a cuboid
    • H01L2924/10161Shape being a cuboid with a rectangular active surface
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/19Details of hybrid assemblies other than the semiconductor or other solid state devices to be connected
    • H01L2924/191Disposition
    • H01L2924/19101Disposition of discrete passive components
    • H01L2924/19107Disposition of discrete passive components off-chip wires
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/30Technical effects
    • H01L2924/301Electrical effects
    • H01L2924/30107Inductance

Description

この発明は、半導体モジュール用ハウジングにてワイヤを接合するワイヤボンドの接合構造に関する。
従来、この種の技術として、例えば、下記の特許文献1に記載の半導体モジュールが知られている。この半導体モジュールでは、小型化のために、バスバと絶縁層をラミネート構造としていた。すなわち、半導体モジュールは、金属ベースと、金属ベース上に配置された絶縁基板と、絶縁基板上に配置された金属パターンと、金属パターン上に配置された複数の半導体素子と、金属ベース上に配置されたケーシングと、ケーシングに固定された出力端子と、ケーシングに固定された正極端子として機能する正極バスバと、ケーシングに固定され負極端子として機能する負極バスバとを備える。ここで、半導体モジュールは、正極バスバと負極バスバが絶縁層を挟んだラミネート構造を有し、かつ、ラミネート構造は半導体素子の上側に配置される。また、正極バスバと金属半導体パターンは金属ワイヤによって接続される。更に、負極バスバと半導体素子は、金属ワイヤによって接続される。
特開2004−200306号公報 特開2008−177292号公報
ところが、特許文献1に記載の半導体モジュールでは、バスバや半導体素子と金属ワイヤとの接続部につき、特に小型化を図ることは考えられていなかった。
ここで、インバータを小型化するためには、中に組み込まれる半導体モジュールを小型化する必要がある。半導体モジュールを小型化するためには、例えば、図14に示す半導体モジュール51において、ハウジング52に設けられる隣接するバスバ53,54を高さを変えて多段に配置し、それらに対して下段ワイヤ56と上段ワイヤ57を上下に配置して接合することで、省スペース化を図ることが考えられる。下段バスバ53は下段支持部55aに支持され、上段バスバ54は上段支持部55bに支持される。下段支持部55aと上段支持部55bは、階段状に一体に形成される。しかし、上段バスバ54が、下段バスバ53と下段ワイヤ56との接合部56aに接近して配置されると、接合機を使用して下段ワイヤ56を下段バスバ53に接合するときに、接合機が上段支持部55bと干渉するおそれがある。このため、上段バスバ54を下段ワイヤ56の接合部56aに近付けることができない。この結果、図14に示すように、上段支持部55bの前端(紙面左側)を、下段ワイヤ56の接合部56aから充分な間隔D1だけ離さなければならない。
図15〜20には、接合機61を使用したワイヤボンドの接合プロセスを側面図により示す。先ず、図15に示すように、ワイヤ62をガイド63で斜めに保持しながらワイヤ62の先端の第1接合部62aをツール64により配線層65上に接合する。次に、図16に示すように、ガイド63をワイヤ62に沿わせながら、接合機61を第2接合部62b(図17参照)へ向けて斜め上方へ移動させる。このとき、第1接合部62aを起点にして第1接合部62aと第2接合部62b(図17参照)との中間くらいが最高点となるようにループを描く。その後、図17に示すように、ワイヤ62の一部をガイド63で斜めに保持しながらツール64により第2接合部62bを配線層65の上に接合する。次に、図18に示すように、接合機61を所定距離D2だけ後退させてカッタ66を切断点まで移動させる。すなわち、カッタ66の先端が第2接合部62bより後方になるまで後退させる。次に、図19に示すように、カッタ66によりワイヤ62を切断する。このとき、後方の障害物67がガイド63に干渉しないようにする必要がある。その後、図20に示すように、次の接合点へ向けて接合機61を移動させる。このとき、後方の障害物67が接合機61の軌跡を邪魔しないようにする必要がある。
ここで、上記した第2接合部62bが、上記した下段バスバ53と下段ワイヤ56との接合部56aに相当する。第2接合部62bに接合した後、図18に示すように、接合機61が後退し、カッタ66の当接点が第2接合部62bより手前になるように一旦後退する。そして、ワイヤ62を切断後、図20に示すように、接合機61は、次の接合点へ向けて斜め上方へ後退する。このとき、第2接合部62bの後方には、図18に示すように、ワイヤ62の切断のために接合機61が後退できるスペースと、図19に示すように、切断点で接合機61のガイド63に高さのある障害物67が干渉しないようにしなければならない。更に、図20に示すように、次の接合点に向かうために後退軌跡を確保できるように高さのある障害物67が接合機61と干渉しないようなクリアランスを確保しなければならない。
この発明は、上記事情に鑑みてなされたものであって、その目的は、半導体素子とバスバを多段構造に接合し、前記バスバにワイヤを接合するワイヤボンドにつき、接合機との干渉を防止することを可能としたワイヤボンドの接合構造を提供することにある。また、この発明の別の目的は、上記目的に加え、半導体モジュールの小型化を図ることを可能としたワイヤボンドの接合構造を提供することにある。
上記目的を達成するために、請求項1に記載の発明は、バスバを多段構造に構成し、前記バスバにワイヤを接合するワイヤボンドの接合構造において、上段バスバ及びそれを支持する上段支持部を含む上段バスバ部材が、下段バスバ及びそれを支持する下段支持部を含む下段バスバ部材と別体に構成され、前記下段バスバと下段ワイヤとが接合され、前記上段バスバ部材が前記下段バスバ部材に固定され、前記上段バスバと上段ワイヤとが接合されたこと、前記上段バスバの投影面が前記下段バスバの投影面に重なるよう、前記下段バスバ部材の上面と、前記上段バスバ部材の下面とが密着して配置されていること、前記下段バスバ部材の上面に前記上段バスバ部材が固定されると共に、前記上段支持部の一部であって、前記下段バスバ部材との密着面に、前記下段ワイヤとの干渉を避けるための凹部が形成されたこと、前記上段支持部の前記凹部の中に、少なくとも一つの脚部が設けられたこと、前記下段バスバ部材の上面に当接して前記上段支持部の前記凹部の上壁が、前記脚部により支持されていること、を趣旨とする。
上記発明の構成によれば、下段バスバと下段ワイヤとを接合した後に、上段バスバ部材を下段バスバ部材に固定し、その後に、上段バスバと上段ワイヤとを接合することにより、先に、下段ワイヤを下段バスバに接合するときに、上段バスバ部材が存在しなくなる。
また、下段バスバと下段ワイヤとの接合部に凹部を整合させて覆うように、別体の上段バスバ部材を下段バスバ部材に固定することが可能となる。
また、脚部が下段バスバ部材の上面に当接して上段支持部の凹部の上壁が支持される。
請求項1に記載の発明によれば、バスバを多段構造に構成し、バスバにワイヤを接合するワイヤボンドにつき、下段ワイヤを下段バスバに接合するときに、接合機の上段バスバ部材との干渉を防止することができる。
また、上段バスバ部材と下段バスバ部材をよりコンパクトに合体させることができ、これにより省スペース化を図ることができ、半導体モジュールを更に小型化することができる。
また、上段バスバ部材に上から荷重がかかったときに、凹部の上壁の強度を高めることができる。
第1参考形態に係り、ワイヤボンドの接合構造を、半導体モジュールを一部破断して示す斜視図。 第1参考形態に係り、ワイヤボンドの接合方法の一工程を、半導体モジュールを一部破断して示す分解斜視図。 第2参考形態に係り、ワイヤボンドの接合構造を、半導体モジュールを一部破断して示す斜視図。 第2参考形態に係り、ワイヤボンドの接合方法の一工程を、半導体モジュールを一部破断して示す分解斜視図。 実施形態に係り、ワイヤボンドの接合構造を、半導体モジュールを一部破断して示す斜視図。 第1実施形態に係り、ワイヤボンドの接合方法の一工程を、半導体モジュールを一部破断して示す分解斜視図。 第2参考形態に係り、ワイヤボンドの接合構造の一部を示す断面図。 実施形態に係り、ワイヤボンドの接合構造の一部を示す断面図。 実施形態に係り、ワイヤボンドの接合構造を、半導体モジュールを一部破断して示す斜視図。 第2実施形態に係り、ワイヤボンドの接合構造の一部を示す断面図。 第2実施形態に係り、ワイヤボンドの接合方法の一工程を、半導体モジュールを一部破断して示す分解斜視図。 第2実施形態に係り、ワイヤボンドの接合方法の一工程を、半導体モジュールを一部破断して示す分解斜視図。 第3実施形態に係り、ワイヤボンドの接合方法の一工程を、半導体モジュールを一部破断して示す分解斜視図。 従来例に係り、ワイヤボンドの接合構造を、半導体モジュールを一部破断して示す斜視図。 従来例に係り、接合機を使用したワイヤの接合のための一工程を示す側面図。 従来例に係り、接合機を使用したワイヤの接合のための一工程を示す側面図。 従来例に係り、接合機を使用したワイヤの接合のための一工程を示す側面図。 従来例に係り、接合機を使用したワイヤの接合のための一工程を示す側面図。 従来例に係り、接合機を使用したワイヤの接合のための一工程を示す側面図。 従来例に係り、接合機を使用したワイヤの接合のための一工程を示す側面図。
<第1参考形態>
以下、本発明におけるワイヤボンドの接合構造を具体化した第1参考形態につき図面を参照して詳細に説明する。
図1に、この第1参考形態のワイヤボンドの接合構造を、半導体モジュール1を一部破断して斜視図により示す。図2に、この第1参考形態のワイヤボンドの接合方法の一工程を、半導体モジュール1を一部破断して分解斜視図により示す。図1に示すように、この第1参考形態におけるワイヤボンドの接合構造は、放熱板2の上に絶縁材料よりなるハウジング3が固定される。ハウジング3と放熱板2は、シリコーン接着剤又はエポキシ接着剤により接合される。ハウジング3と放熱板2は、接着材の他に、ネジなどの締め付けにより接合することもできる。ハウジング3は、熱可塑性樹脂等の樹脂より形成され、絶縁性を有する。
図1に示すように、ハウジング3は、外枠部4と、その内側に外枠部4と直交する方向に伸びる下段バスバ部材5と、下段バスバ部材5とは別体に構成され、下段バスバ部材5の上に固定される上段バスバ部材6とを備える。下段バスバ部材5の高さは、外枠部4の高さの半分程度となっている。下段バスバ部材5は、下段バスバ11及びそれを支持する下段支持部12を含む。下段バスバ11は、下段支持部12の上面と面一になるようにインサート成形される。上段バスバ部材6は、上段バスバ13及びそれを支持する上段支持部14を含む。上段バスバ13は、上段支持部14の上面と面一になるようにインサート成形される。上段バスバ13の一端部は、階段形状に折り曲げられて接続端子13aとなっている。この接続端子13aは、外枠部4の上面に凹み形成された端子台4a(図2参照)に嵌め込まれ、固定される。この接続端子13aは、端子台4aに対し、ネジにより固定されるようになっている。この接続端子13aを、ネジの他に、嵌合により、又は接着により固定することもできる。この端子台4aに隣接して外枠部4には、別の端子台4bが設けられる。各端子台4a,4bには、ナット(図示略)が埋め込まれ、外部のバスバと孔を使ってネジで締結されるようになっている。下段バスバ11及び上段バスバ13は、導電性の良いアルミ又は銅、或いはアルミ及び銅の合金により形成される。腐食防止のために、各バスバ11,13に、ニッケル等のメッキを施すこともできる。
図1に示すように、下段バスバ部材5に隣接して、放熱板2の上には、積層体7が固定される。この積層体7は、下から順に積層された接合層21、金属接合層22、絶縁層23、配線層24、接合層25及び半導体素子26により構成される。半導体素子26は、配線層24の上面の前側(図1紙面左側)に接合層25を介して接合される。
配線層24の上面の後側(図1紙面右側)の部分と下段バスバ11には、一対の下段ワイヤ15の両端部がそれぞれ接合される。すなわち、2本の下段ワイヤ15の一端部が配線層24の上面に接合され、その他端部が下段バスバ11の上面に接合される。更に、半導体素子26の上面と上段バスバ13には、一対の下段ワイヤ15を覆うように、一対の上段ワイヤ16の両端部がそれぞれ接合される。すなわち、2本の上段ワイヤ16の一端部が半導体素子26の上面に接合され、その他端部が上段バスバ13の上面に接合される。各ワイヤ15,16の接合には、超音波接合を使ったワイヤボンド、リボンボンド、テープボンド、或いは、レーザ着が採用される。この第1参考形態では、下段バスバ11と下段ワイヤ15とが接合され、上段バスバ部材6が下段バスバ部材5に固定され、上段バスバ13と上段ワイヤ16とが接合される。
この第1参考形態では、下段バスバ部材6の上面であって、下段バスバ11と下段ワイヤ15との接合部15aの近傍を除く領域に、上段バスバ部材6が固定される。詳しくは、下段バスバ部材5の上面であって、下段バスバ11と下段ワイヤ15との接合部15aよりも後側(図1紙面右側)だけに、上段バスバ部材6が固定される。これにより、下段バスバ部材5と上段バスバ部材6とが、階段状に組み合わされる。この固定状態では、下段バスバ11の一部に上段バスバ部材6が重なり、その上段支持部14の上面に上段バスバ13が位置する。
ここで、図2により、ワイヤボンドの接合方法について説明する。この第1参考形態では、配置高さの異なる下段ワイヤ15と上段ワイヤ16との接合において、上段バスバ部材6を下段バスバ部材5と別体に構成し、下段バスバ11と下段ワイヤ15とを接合した後に、上段バスバ部材6を下段バスバ部材5の上面に固定し、その後に、上段バスバ13と上段ワイヤ16とを接合するようにしている。
従って、この第1参考形態によれば、先に、下段ワイヤ15を下段バスバ11に接合するときに、上段バスバ部材6が存在しなくなる。この結果、下段ワイヤ15を下段バスバ11に接合するときに、接合機(図示略)の上段バスバ部材6との干渉を防止することができる。また、先に下段バスバ11に接合した下段ワイヤ15の接合部15aに近寄らせて、上段バスバ部材6を下段バスバ部材5の上面に固定することが可能となる。この結果、上段バスバ部材6と下段バスバ部材5をコンパクトに合体させることができ、半導体モジュール1を小型化することができる。
また、この第1参考形態では、接合部15aに近寄らせて上段バスバ部材6を下段バスバ部材5に固定できるので、上段バスバ部材6を半導体素子26に近付けることができる。このため、上段ワイヤ16の両端の接合部16a,16bが互いに近くなり、上段ワイヤ16を比較的短くすることができる。この結果、上段ワイヤ16のコストを低減させることができる。また、半導体モジュール1を小型化できるので、ハウジング3の使用材料、放熱板2の材料、半導体素子26を封止する封止材等の使用量を減らすことができ、その意味で製品の低コスト化を図ることができる。更に、上段ワイヤ16を短くできる分だけ、その抵抗が低減し、上段ワイヤ16の発熱が減り、上段ワイヤ16の信頼性を向上させることができる。また、上段ワイヤ16が短くなるので、上段ワイヤ16からの電磁ノイズの発生を減少させることができる。更に、電流の通電方向が反対に流れる同士の2本の下段バスバ11と上段バスバ13との距離が近くなるので、相互インダクタンスを低減することができる。すなわち、半導体素子26のスイッチングによるサージ、電圧上昇を低減することができ、半導体素子26の破壊を防ぐことができる。
<第2参考形態>
次に、本発明におけるワイヤボンドの接合構造を具体化した第2参考形態につき図面を参照して詳細に説明する。
なお、以下の説明において第1参考形態と同等の構成については、同一の符号を付して説明を省略し、異なった点を中心に説明する。
図3に、この第2参考形態のワイヤボンドの接合構造を、半導体モジュール1を一部破断して斜視図により示す。図4に、この第2参考形態のワイヤボンドの接合方法の一工程を、半導体モジュール1を一部破断して分解斜視図により示す。
この第2参考形態では、上段バスバ部材6の点で第1参考形態と構成が異なる。すなわち、図3,4に示すように、下段バスバ部材5の上面をほぼ覆うように上段バスバ部材6が固定される。すなわち、上段バスバ部材6の投影面と、下段バスバ部材5の投影面とがほぼ重なるように両者5,6が積層される。また、上段支持部14の一部であって、下段バスバ部材5との密着面に、下段ワイヤ15との干渉を避けるための凹部17が形成される。そして、上段支持部14の、この凹部17以外の部分が、下段バスバ部材5の上面と密着して固定される。
ここで、図4により、ワイヤボンドの接合方法について説明する。この第2参考形態でも、上段バスバ部材6が下段バスバ部材5と別体に構成される。そして、図4に示すように、下段バスバ11と下段ワイヤ15とを接合した後に、上段バスバ部材6を下段バスバ部材5に固定し、その後、上段バスバ13と上段ワイヤ16とを接合するようにしている。
従って、この第2参考形態では、下段バスバ11と下段ワイヤ15との接合部15aに凹部17を整合させて覆うように、別体の上段バスバ部材6を下段バスバ部材5に固定することが可能となる。このため、第1参考形態に対し、上段バスバ部材6と下段バスバ部材5をよりコンパクトに合体させることができ、これにより省スペース化を図ることができ、半導体モジュール1を更に小型化することができる。
<第実施形態>
次に、本発明におけるワイヤボンドの接合構造を具体化した第実施形態につき図面を参照して詳細に説明する。
図5に、この実施形態のワイヤボンドの接合構造を、半導体モジュール1を一部破断して斜視図により示す。図6に、この実施形態のワイヤボンドの接合方法の一工程を、半導体モジュール1を一部破断して分解斜視図により示す。
この実施形態では、第2参考形態の構成に対し、凹部17と下段ワイヤ15を省略し、その代わりに下段バスバ11の一部を延長した舌片状の延長バスバ11aを設け、その延長バスバ11aを隣接する配線層24と超音波接合している。また、下段バスバ部材5の上面(下段バスバ11を含む、)と、上段バスバ部材6の下面をほぼ同じ形状とし、両者を完全に整合させて密着させている。また、上段バスバ13の投影面と下段バスバ11の投影面が重なるように配置される。
ここで、図6により、ワイヤボンドの接合方法について説明する。この実施形態でも、上段バスバ部材6が下段バスバ部材5と別体に構成される。そして、図6に示すように、下段バスバ11の延長バスバ11aと配線層24とを接合した後に、上段バスバ部材6を下段バスバ部材5に固定し、その後、上段バスバ13と上段ワイヤ16とを接合するようにしている。
従って、この実施形態によれば、ほぼ完全に下段バスバ11を覆うように、別体の上段バスバ部材6を下段バスバ部材5の上面に固定することが可能となる。このため、上段バスバ部材6と下段バスバ部材5をよりコンパクトに合体させることができ、これにより、第2参考形態に対し、より省スペース化を図ることができ、半導体モジュール1を更に小型化することができる。
また、図7に断面図により示すように、第2参考形態のように、下段バスバ11との配線が下段ワイヤ15を使用したワイヤボンドの場合は、上段バスバ部材6と下段ワイヤ15とが干渉するおそれがあった。これを回避するために、上段バスバ部材6の高さを大きくして、凹部17を高くするか、上段バスバ部材6の前面(図7紙面左側)を下段バスバ部材5の前面(図7紙面左側)まで前へ出さないようにする必要があった。これに対し、本実施形態では、図8に断面図により示すように、下段バスバ11の一部を延長して延長バスバ11aとすることで、上記問題を回避することができ、上段バスバ部材6の高さを低く抑えたまま上段バスバ部材6の前面(図8紙面左側)を下段バスバ部材5の前面(図8紙面左側)と一致させることができ、或いは、更に前方(紙面左側)に配置することができる。
<第実施形態>
次に、本発明におけるワイヤボンドの接合構造を具体化した第実施形態につき図面を参照して詳細に説明する。
図9に、この実施形態のワイヤボンドの接合構造を、半導体モジュール1を一部破断して斜視図により示す。図10に、同じく半導体モジュール1を断面図により示す。図11及び図12に、この実施形態のワイヤボンドの接合方法の一工程を、半導体モジュール1を一部破断して分解斜視図により示す。
図9,10に示すように、この実施形態では、2つの積層体7,8を、ハウジング3の外枠部4に沿って放熱板2上に配置し、それら積層体7,8の間に、各積層体7,8に対応した上段及び下段のバスバ部材5,6,9,10を設けた点で第実施形態と構成が異なる。図10において、鎖線四角S1,S2で囲む部分が、第実施形態と共通する構成を有する部分である。
図9,10において、前側(紙面左側)の第1の積層体7に対応して、第1の下段バスバ部材5と第1の上段バスバ部材6が設けられる。また、第1の下段バスバ部材5の下段バスバ11に延長バスバ11aが設けられる。この延長バスバ11aが、第1の積層体7の配線層24に超音波接合される。第1の上段バスバ部材6と第2の下段バスバ部材9は一体に構成される。すなわち、第1の上段支持部14と第2の下段支持部32とが一体に形成され、第1の上段バスバ13と第2の下段バスバ31が一体に形成される。図9,10において、後側(紙面右側)の第2の積層体7に対応して、第2の下段バスバ部材9と第2の上段バスバ部材10が設けられる。第2の下段バスバ部材9の第2の下段バスバ31には、延長バスバ31aが設けられる。この延長バスバ31aが、第2の積層体8の配線層24に超音波接合される。第2の下段バスバ部材9の上には、第2の上段バスバ部材10が固定される。そして、第1の上段バスバ部材6の第1の上段バスバ13と第1の積層体7の半導体素子26に、第1の上段ワイヤ16の両端部が接合される。同様に、第2の上段バスバ部材10の第2の上段バスバ33と第2の積層体8の半導体素子26に、第2の上段ワイヤ36の両端部が接合される。
ここで、図11,12により、ワイヤボンドの接合方法について説明する。この実施形態では、図11に示すように、第1の下段バスバ部材5と、第2の上段バスバ部材10と、第1の上段バスバ部材6及び第2の下段バスバ部材9とが互いに別体で構成される。そして、図11に示すように、第1の下段バスバ11の延長バスバ11aと第1の積層体7の配線層24とを接合した後に、第1の上段バスバ部材6及び第2の下段バスバ部材9を第1の下段バスバ部材5に組み付けて固定し、第2の下段バスバ31の延長バスバ31aを第2の積層体8の配線層24に接合する。その後、図12に示すように、第1の積層体7の半導体素子26と、第1の上段バスバ13に、第1の上段ワイヤ16の両端部を接合し、その後、第2の上段バスバ部材10を第2の下段バスバ部材9に組み付けて固定する。その後、第2の積層体8の半導体素子26と、第2の上段バスバ33に、第2の上段ワイヤ36の両端部を接合するようにしている。
この実施形態では、第1及び第2の下段バスバ11,31のそれぞに延長バスバ11a,31aを設けて、対応する積層体7,8の配線層24に接合するようにしている。このため、第実施形態と同等の作用効果を得ることができる。また、第1の上段バスバ部材6と第2の下段バスバ部材9を一体に構成している。このため、部品点数を減らすことができ、各バスバ部材5,6,9,10の組み付け工数を減らすことができる。
なお、この発明は前記各実施形態に限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱することのない範囲で構成の一部を適宜に変更して実施することができる。
<第3実施形態>
例えば、前記第実施形態では、図4に示すように、上段支持部14に凹部17を形成したが、図13に示すように、上段支持部14の凹部17の中に仕切壁等の脚部17aを設けることもできる。この場合、脚部17aが下段バスバ部材5の上面に当接して上段支持部14の凹部17の上壁14aが支持される。この結果、上段バスバ部材6に上から荷重がかかったときに、凹部17の上壁14aの強度を高めることができる。
この発明は、半導体モジュール用ハウジングにおけるワイヤボンドの接合に利用できる。
5 下段バスバ部材(第1の)
6 上段バスバ部材(第1の)
9 下段バスバ部材(第2の)
10 上段バスバ部材(第2の)
11 下段バスバ(第1の)
11a 延長バスバ
12 下段支持部(第1の)
13 上段バスバ(第1の)
13a 接続端子
14 上段支持部(第1の)
15 下段ワイヤ(第1の)
15a 接合部
16 上段ワイヤ(第1の)
16a 接合部
16b 接合部
17 凹部
17a 脚部
26 半導体素子
31 下段バスバ(第2の)
31a 延長バスバ
32 下段支持部(第2の)
33 上段バスバ(第2の)
34 上段支持部(第2の)
36 上段ワイヤ(第2の)

Claims (1)

  1. バスバを多段構造に構成し、前記バスバにワイヤを接合するワイヤボンドの接合構造において、
    上段バスバ及びそれを支持する上段支持部を含む上段バスバ部材が、下段バスバ及びそれを支持する下段支持部を含む下段バスバ部材と別体に構成され、
    前記下段バスバと下段ワイヤとが接合され、前記上段バスバ部材が前記下段バスバ部材に固定され、前記上段バスバと上段ワイヤとが接合されたこと、
    前記上段バスバの投影面が前記下段バスバの投影面に重なるよう、前記下段バスバ部材の上面と、前記上段バスバ部材の下面とが密着して配置されていること、
    前記下段バスバ部材の上面に前記上段バスバ部材が固定されると共に、前記上段支持部の一部であって、前記下段バスバ部材との密着面に、前記下段ワイヤとの干渉を避けるための凹部が形成されたこと、
    前記上段支持部の前記凹部の中に、少なくとも一つの脚部が設けられたこと、
    前記下段バスバ部材の上面に当接して前記上段支持部の前記凹部の上壁が、前記脚部により支持されていること、
    を特徴とするワイヤボンドの接合構造。
JP2010232351A 2010-10-15 2010-10-15 ワイヤボンドの接合構造 Active JP5685880B2 (ja)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2010232351A JP5685880B2 (ja) 2010-10-15 2010-10-15 ワイヤボンドの接合構造

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2010232351A JP5685880B2 (ja) 2010-10-15 2010-10-15 ワイヤボンドの接合構造

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2012089548A JP2012089548A (ja) 2012-05-10
JP5685880B2 true JP5685880B2 (ja) 2015-03-18

Family

ID=46260895

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2010232351A Active JP5685880B2 (ja) 2010-10-15 2010-10-15 ワイヤボンドの接合構造

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP5685880B2 (ja)

Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5893369B2 (ja) * 2011-12-05 2016-03-23 ローム株式会社 半導体装置
JP5921949B2 (ja) * 2012-05-12 2016-05-24 日本インター株式会社 パワー半導体モジュール
JP5880906B2 (ja) * 2012-09-26 2016-03-09 トヨタ自動車株式会社 電気部品
JP6136660B2 (ja) * 2013-07-02 2017-05-31 住友電気工業株式会社 半導体モジュール
JP6136658B2 (ja) * 2013-07-02 2017-05-31 住友電気工業株式会社 半導体モジュール
US11749578B2 (en) * 2019-02-22 2023-09-05 Panasonic Intellectual Property Management Co., Ltd. Semiconductor module, power semiconductor module, and power electronic equipment using the semiconductor module or the power semiconductor module

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001308265A (ja) * 2000-04-21 2001-11-02 Toyota Industries Corp 半導体装置
JP4277169B2 (ja) * 2003-01-06 2009-06-10 富士電機デバイステクノロジー株式会社 電力用半導体モジュール
JP2007042796A (ja) * 2005-08-02 2007-02-15 Toshiba Corp 電力用半導体素子及びインバータ装置
JP5136343B2 (ja) * 2008-10-02 2013-02-06 三菱電機株式会社 半導体装置

Also Published As

Publication number Publication date
JP2012089548A (ja) 2012-05-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5685880B2 (ja) ワイヤボンドの接合構造
US10685895B2 (en) Power module with lead component and manufacturing method thereof
JP5253455B2 (ja) パワー半導体装置
JP4829690B2 (ja) 半導体装置
JP4878520B2 (ja) 半導体装置
JP5821949B2 (ja) 半導体装置及びこれを備えたインバータ装置、並びにこれらを備えた車両用回転電機
WO2015068557A1 (ja) 電子部品パッケージ
JP4977407B2 (ja) 半導体装置
CN107004648A (zh) 电子部件搭载用散热基板
JP4167715B1 (ja) ツインチップ搭載型ダイオード
JP4820233B2 (ja) 半導体装置
JP2006245618A (ja) 受動素子内蔵半導体装置
JP5490276B2 (ja) パワー半導体装置
JP2019013079A (ja) パワー半導体装置及びそれを用いた電力変換装置
CN102376594B (zh) 电子封装结构及其封装方法
JP2016184757A (ja) 半導体装置
JP2007234696A (ja) 半導体モジュール
JP4695918B2 (ja) パワーモジュール
JP4580270B2 (ja) パワーモジュール
JP2014154770A (ja) 半導体装置、及び、半導体装置の製造方法
JP6365772B2 (ja) パワーモジュール
WO2015052880A1 (ja) 半導体装置及びその製造方法
JP4622646B2 (ja) 半導体装置
JP2008047615A (ja) 半導体装置及び電力変換装置
JP4129219B2 (ja) 半導体装置

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20130520

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20131129

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20131203

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20140127

A02 Decision of refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02

Effective date: 20140826

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20140929

A911 Transfer to examiner for re-examination before appeal (zenchi)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A911

Effective date: 20141028

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20141224

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20150106

R151 Written notification of patent or utility model registration

Ref document number: 5685880

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R151

S111 Request for change of ownership or part of ownership

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313113

R350 Written notification of registration of transfer

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250