JP5811718B2 - 半導体装置とその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、表面に電極パッドが形成されている半導体素子を有する半導体装置と、その製造方法に関する。

特許文献１には、半導体素子の表面に形成されている電極パッドにワイヤの一端をボンディングすることによって、電極パッドとワイヤとが電気的に接続されている半導体装置が開示されている。

特開２００８−４７３６号公報

ワイヤを電極パッドの表面にボンディングするには、ボンディングマシンでワイヤの一端を電極パッドの表面に圧着させる。そのため、電極パッドには、ボンディングマシンによってワイヤの一端を圧着させるための十分な表面積が確保されている必要がある。即ち、特許文献１の半導体装置では、電極パッドが、ワイヤをボンディング可能な大きさに形成されている必要がある。

本明細書では、半導体素子の表面に形成されている電極パッドを従来の半導体装置よりも小型化し得る技術を開示する。

本明細書で開示する半導体装置の製造方法は、半導体素子の表面に形成されている電極パッドと、端子の一端側に備えられる爪部の先端と、を対向させる端子対向工程と、電極パッドと爪部の先端とが対向する状態を維持したまま、コンプレッションモールド法によって、半導体素子と、電極パッドと、端子の一端側とを封止材で封止するコンプレッションモールド工程と、を備えている。コンプレッションモールド工程は、電極パッドと爪部を硬化前の封止材に浸漬させ、電極パッドと爪部とを、硬化前の封止材内で、電極パッドから爪部に向かう方向に動かすことによって、爪部と電極パッドとを電気的に接続させる工程を含む。

上記の方法では、コンプレッションモールド工程における封止材の成形圧力を利用して端子の爪部の先端を電極パッドの表面方向に付勢して、端子と電極パッドとを電気的に接続する。即ち、ボンディングによることなく、端子と電極パッドとを電気的に接続することができる。そのため、この方法による場合、電極パッドは、端子の爪部の先端と接触し得る表面積を備えれば済む。従って、電極パッドがワイヤをボンディング可能な大きさに形成されている従来の半導体装置に比べて、電極パッドを小型化し得る。また、コンプレッションモールド工程における封止材の成形圧力を利用するため、電極パッドと端子を接続するためだけの工程を特に設ける必要もない。

実施例の半導体装置を模式的に示す平面図。 図１のII−II断面図。 半導体装置の製造工程を示す図。 半導体装置の製造工程を示す図。 半導体装置の製造工程を示す図。

（実施例）
図１、図２に示すように、本実施例の半導体装置２は、放熱板１０と、半導体素子２０と、メインパッド３０と、信号パッド４０（請求項の電極パッドに相当）と、リードフレーム６０（請求項の端子に相当）と、ボンディングワイヤ７０と、モールド樹脂８０とを備えている。半導体素子２０と、メインパッド３０と、信号パッド４０と、リードフレーム６０の一端側と、ボンディングワイヤ７０の一端側とは、モールド樹脂８０によって封止されている。リードフレーム６０の他端側と、ボンディングワイヤ７０の他端側とは、モールド樹脂８０から突出している。リードフレーム６０の一端側と信号パッド４０とは電気的に接続されており、ボンディングワイヤ７０の一端側とメインパッド３０とは電気的に接続されている。

放熱板１０は、熱伝導率の高い材料によって形成されている。放熱板１０は、半導体素子２０が発生する熱を放熱する。図２に示すように、放熱板１０には、半導体素子２０の裏面（詳細には、裏面電極（図示省略））が、ハンダ１２を介して接合されている。

半導体素子２０は、電力用のスイッチング素子であり、本実施例では、縦型のＩＧＢＴ
（Insulated Gate Bipolar Transistor）が用いられている。半導体素子２０は、Ｓｉ、ＳｉＣ、ＧａＮ等により形成することができる。図１に示すように、半導体素子２０は、平面視すると略矩形状となるように形成されている。

半導体素子２０の表面には、メインパッド３０と信号パッド４０が形成されている。メインパッド３０及び信号パッド４０は、Ａｌ等の導電材料によって形成されている。

信号パッド４０は、半導体素子２０の非セル領域（ＩＧＢＴが形成されていない領域）の上方に配置されている。信号パッド４０は、外部の駆動回路から出力されるゲート信号（小電流の信号）の入力や、半導体素子２０に形成された温度検出素子（図示省略）からの検出信号を出力するため等に用いられる。図１に示すように、本実施例では、信号パッド４０は、半導体素子２０の上面の４箇所に並んで形成されている。各信号パッド４０は、リードフレーム６０の爪部６２（後述）が接触する分だけの表面積を備える。

一方、メインパッド３０は、半導体素子２０のセル領域（ＩＧＢＴが形成されている領域）の上方に配置されている。メインパッド３０は、半導体素子２０の表面に形成された表面電極である。メインパッド３０は、複数本のボンディングワイヤ７０（図１の例では４本）の一端をボンディングできるだけの表面積を備える。

半導体素子２０の上面のうち、メインパッド３０と信号パッド４０の周囲には絶縁層５０が形成されている。絶縁層５０によって、メインパッド３０と信号パッド４０とが絶縁されている。

上記の半導体素子２０に電流を流す場合は、メインパッド３０を接地線に接続し、半導体素子２０の裏面電極（図示省略）を電源線に接続する。この状態で半導体素子２０をオンすると半導体素子２０を電流（大電流）が流れ、半導体素子２０をオフすると半導体素子２０を流れていた電流が遮断される。

リードフレーム６０は、板状の導電性部材である。リードフレーム６０は、例えばＣｕによって形成することができる。図２に示すように、リードフレーム６０は、一端側に爪部６２を備える。爪部６２は、板状のリードフレーム６０の先端を下方に折り曲げて形成されており、半導体素子２０に向かって伸びている。爪部６２は、先端に向かうに従って断面積が小さくなるように（すなわち、先細りに）形成されている。本実施例では、リードフレーム６０は、モールド樹脂８０を成形する時の成形圧力によって一端側が半導体素子２０に向かって湾曲し、それによって爪部６２の先端が信号パッド４０の表面に食い込んでいる。爪部６２の先端が信号パッド４０の表面に食い込むことにより、リードフレーム６０と信号パッド４０とが電気的に接続されている。即ち、リードフレーム６０と信号パッド４０とは、その間にハンダ等の接合層が介在することなく、電気的に接続されている。図１に示すように、本実施例の半導体装置２は、４本のリードフレーム６０を備えている。４本のリードフレーム６０は、それぞれ、対応する４個の信号パッド４０と電気的に接続されている。各リードフレーム６０の他端は、図示しない外部配線に接続されている。リードフレーム６０は、外部の駆動回路から出力されるゲート信号を信号パッド４０に入力したり、信号パッド４０を介して、半導体素子２０に形成された温度検出素子（図示省略）からの検出信号を外部配線に出力したりするために用いられる。

ボンディングワイヤ７０は、線状の導電性部材である。ボンディングワイヤは、例えばＣｕによって形成することができる。図１に示すように、本実施例の半導体装置２は、４本のボンディングワイヤを備えている。４本のボンディングワイヤ７０は、それぞれ、一端がメインパッド３０の表面にボンディングされることにより、メインパッド３０と電気的に接続されている。各ボンディングワイヤ７０の他端は、図示しない外部配線に接続されている。ボンディングワイヤ７０は、半導体素子２０を流れる電流を外部配線に供給するために用いられる。

モールド樹脂８０は、半導体素子２０と、メインパッド３０と、信号パッド４０と、リードフレーム６０の一端側と、ボンディングワイヤ７０の一端側とを封止する絶縁樹脂により形成されている。モールド樹脂８０には、例えば、エポキシ、ポリイミド等の絶縁樹脂を用いることができる。リードフレーム６０の他端側及びボンディングワイヤ７０の他端側は、モールド樹脂８０の外側に突出している。本実施例では、モールド樹脂８０は、後で説明するコンプレッションモールド法によって成形される。

次いで、図３〜図５を参照して、本実施例に係る半導体装置２の製造方法について説明する。なお、図３〜図５では、信号パッド４０、リードフレーム６０及びボンディングワイヤ７０はそれぞれ１個（１本）のみ図示しているが、実際には信号パッド４０、リードフレーム６０及びボンディングワイヤ７０は４個（４本）ずつ備えられている。以下では、図３〜図５に示されている１個の信号パッド４０、１本のリードフレーム６０及び１本のボンディングワイヤ７０を例に各工程を説明するが、図示されていない各部材についても同様の工程が行われている。

まず、図３に示すように、裏面に放熱板１０を接合した半導体素子２０を用意する。半導体素子２０のメインパッド３０には、予めボンディングワイヤ７０の一端がボンディングされている。次いで、半導体素子２０の信号パッド４０に、リードフレーム６０の爪部６２の先端が対向するように、放熱板１０に対してリードフレーム６０を位置決めする。放熱板１０とリードフレーム６０とは、図示しない保持装置によって保持される。本実施例では、放熱板１０がリードフレーム６０よりも上方に位置するように、放熱板１０とリードフレーム６０とが保持される。放熱板１０に対してリードフレーム６０を位置決めした状態では、図３に示すように、爪部６２の先端と信号パッド４０の表面の間には間隔が空けられている。なお、他の例では、爪部６２の先端を信号パッド４０の表面に予め接触させて、爪部６２の先端を信号パッド４０の表面に対向させてもよい。

次いで、コンプレッションモールドを行う。まず、図３に示すように、硬化前のモールド樹脂の溶湯９０を入れた型１００を用意する。型１００の上面は開口している。次いで、放熱板１０とリードフレーム６０とを、爪部６２の先端が信号パッド４０の表面に対向する状態を維持したまま、型１００の上方から型１００内の溶湯９０に向けて降下させる。

放熱板１０とリードフレーム６０とを降下させると、図４に示すように、リードフレーム６０の型１００側の面（図４の下側の面）が、溶湯９０に接触する。リードフレーム６０の下面が溶湯９０に接触した状態で、さらに、放熱板１０とリードフレーム６０とを降下させると、リードフレーム６０が溶湯９０に押され、リードフレーム６０が半導体素子２０方向に湾曲するとともに、爪部６２の先端が信号パッド４０の表面に当接する。その状態で、放熱板１０とリードフレーム６０とをさらに降下させると、半導体素子２０と、メインパッド３０と、信号パッド４０と、リードフレーム６０の一端側と、ボンディングワイヤ７０の一端側とが、型１００に入れられている溶湯９０内に浸漬する（図５参照）。各部材を溶湯９０内に浸漬させた状態で、さらに、放熱板１０とリードフレーム６０とを下方向に付勢すると、放熱板１０とリードフレーム６０によって溶湯９０が圧縮され、リードフレーム６０を信号パッド４０方向に付勢する成形圧力が発生する。その成形圧力により、リードフレーム６０が半導体素子２０方向にさらに湾曲し、爪部６２の先端が信号パッド４０の表面に食い込む（図５参照）。爪部６２の先端が信号パッド４０の表面に食い込むことにより、リードフレーム６０と信号パッド４０とが電気的に接続される。なお、本実施例では、型１００の外周壁には、放熱板１０とリードフレーム６０とを降下させた際に、リードフレーム６０とボンディングワイヤ７０が型１００の外周壁に干渉しないように逃げ部（図示省略）が設けられている。

次いで、図５に示すように、型１００内の溶湯９０を加熱して硬化させる。溶湯９０が硬化することにより、半導体素子２０と、メインパッド３０と、信号パッド４０と、リードフレーム６０の一端側と、ボンディングワイヤ７０の一端側とが、硬化したモールド樹脂８０によって封止される。その後、成形品を型１００から抜くと、本実施例の半導体装置２が完成する。

以上、本実施例の半導体装置２とその製造方法について説明した。上記の通り、本実施例の製造方法では、コンプレッションモールド工程における成形圧力を利用してリードフレーム６０の爪部６２の先端を信号パッド４０の表面に食い込ませて、リードフレーム６０と信号パッド４０とを電気的に接続させる。即ち、ボンディングによることなく、リードフレーム６０と信号パッド４０とを電気的に接続する。そのため、この方法による場合、信号パッド４０は、リードフレーム６０の爪部６２の先端と接触する分だけの表面積を備えれば済む。従って、信号パッドがワイヤをボンディング可能な大きさに形成されている従来の半導体装置に比べて、信号パッドを小型化することができる。また、コンプレッションモールド工程においてリードフレーム６０と信号パッド４０を接続するため、リードフレーム６０と信号パッド４０を接続するためだけの工程を設ける必要もない。

上記の実施例の変形例を以下に列挙する。
（１）上記の実施例では、リードフレーム６０の爪部６２は、リードフレーム６０の一端側に１個設けられている。これに限らず、爪部６２は、リードフレーム６０の一端側に２個以上設けられていてもよい。この場合、各爪部６２の先端がそれぞれ先細りに形成されていればよい。この場合、２個以上の爪部６２の先端がそれぞれ信号パッド４０に食い込むことにより、リードフレーム６０と信号パッド４０とが電気的に接続される。そのため、リードフレーム６０と信号パッド４０との接続の信頼性が向上する。
（２）半導体素子２０には、ＩＧＢＴに限らず、ＭＯＳＦＥＴやダイオード等の他のパワー半導体素子が用いられていてもよい。

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。

２：半導体装置
１０：放熱板
１２：ハンダ
２０：半導体素子
３０：メインパッド
４０：信号パッド
５０：絶縁層
６０：リードフレーム
６２：爪部
７０：ボンディングワイヤ
８０：モールド樹脂
９０：溶湯
１００：型

Claims (1)

1. 半導体素子の表面に形成されている電極パッドと、端子の一端側に備えられる爪部の先端と、を対向させる端子対向工程と、
   前記電極パッドと前記爪部の先端とが対向する状態を維持したまま、コンプレッションモールド法によって、前記半導体素子と、前記電極パッドと、前記端子の前記一端側とを封止材で封止するコンプレッションモールド工程と、を備え、
   前記コンプレッションモールド工程は、前記電極パッドと前記爪部を硬化前の封止材に浸漬させ、前記電極パッドと前記爪部とを、前記硬化前の封止材内で、前記電極パッドから前記爪部に向かう方向に動かすことによって、前記爪部と前記電極パッドとを電気的に接続させる工程を含む、
   半導体装置の製造方法。

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