JP7178184B2 - 半導体装置 - Google Patents

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Description

本開示は、半導体装置に関する。
特許文献1には、従来の半導体装置が開示されている。特許文献1に記載の半導体装置は、半導体基板、絶縁膜、複数の配線層およびボンディングワイヤを備えている。半導体基板は、たとえばシリコンからなり、デバイス素子の基礎である。デバイス素子は、たとえばMOSトランジスタ構造などの任意のトランジスタ構造が適用される。絶縁膜は、半導体基板上に形成されている。複数の配線層は、デバイス素子と接続されている。特許文献1に記載の半導体装置において、複数の配線層は、下層配線部、上層配線および銅配線を含んでいる。下層配線部および上層配線は、絶縁膜に覆われている。銅配線は、絶縁膜から露出する表層配線であって、ボンディングワイヤが接合されている。ボンディングワイヤは、表層配線(銅配線)の端縁部分に接合されている。
特開2007-67332号公報
上記のように構成された従来の半導体装置においては、デバイス素子の素子面積の増加に伴い、表層配線の面積も大きくなる傾向がある。表層配線の面積が大きくなると、当該表層配線を流れる電流の電流路が長くなるため、半導体装置の内部抵抗が増加する。当該内部抵抗の増加は、電気損失の要因となる。
本開示は、上記課題に鑑みて考え出されたものであり、その目的は、内部抵抗の低減を図った半導体装置を提供することにある。
本開示の第1の側面によって提供される半導体装置は、第1方向において互いに反対側を向く基板主面と基板裏面とを有する半導体基板、前記基板主面に形成された素子電極、および、前記基板主面の上に形成され、かつ、前記素子電極に導通する配線層を含む半導体素子と、前記半導体素子を前記基板裏面側から支持するリードフレームと、前記半導体素子と前記リードフレームとを導通させる第1導電性部材と、前記第1方向に見て前記半導体素子に重なる第2導電性部材と、前記半導体素子、前記リードフレームの一部、前記第1導電性部材および前記第2導電性部材を覆う封止樹脂と、を備えており、前記配線層は、互いに離間した第1パッド部および第2パッド部を含んでおり、前記第2導電性部材は、前記第1パッド部に接合された第1接合部および前記第2パッド部に接合された第2接合部を含んでいることを特徴とする。
前記半導体装置の好ましい実施の形態においては、前記第1導電性部材と前記第2導電性部材とは、前記第1方向に見て離間しており、前記第2導電性部材は、前記第1方向に見て前記半導体素子の外周に交差しない。
前記半導体装置の好ましい実施の形態においては、前記配線層は、前記第1パッド部および前記第2パッド部の両方から離間した第3パッド部を含んでおり、前記第1導電性部材は、前記第3パッド部に接合された第3接合部および前記リードフレームに接合された第4接合部を含んでいる。
前記半導体装置の好ましい実施の形態においては、前記半導体素子は、前記配線層の上に形成された保護層をさらに含んでおり、前記第1パッド部、前記第2パッド部および前記第3パッド部は、前記保護層から露出している。
前記半導体装置の好ましい実施の形態においては、前記配線層は、前記第1方向において互いに離間した複数の導電層を含んでおり、前記半導体素子は、前記複数の前記導電層の各々の間に介在し、各導電層を互いに絶縁する層間絶縁膜と、前記層間絶縁膜を貫通するように形成され、かつ、前記各導電層同士を導通する複数のビアとをさらに含んでいる。
前記半導体装置の好ましい実施の形態においては、前記複数の前記導電層は、前記保護層に覆われ、かつ、前記第1パッド部、前記第2パッド部および前記第3パッド部を含んだ第1導電層と、前記第1方向において前記第1導電層よりも前記基板主面に近い位置に配置された第2導電層とを含んでいる。
前記半導体装置の好ましい実施の形態においては、前記第1導電層は、各々が前記第1方向に見て矩形状の複数の第1板状部材を有しており、前記複数の前記第1板状部材はそれぞれ、前記第1パッド部および前記第2パッド部を含んでいる。
前記半導体装置の好ましい実施の形態においては、前記第2導電層は、各々が前記第1方向に見て矩形状の複数の第2板状部材を有しており、前記第1板状部材の数は、前記第2板状部材の数よりも少ない。
前記半導体装置の好ましい実施の形態においては、前記複数の前記第1板状部材の各々の長手方向と前記複数の前記第2板状部材の各々の長手方向とは、直交している。
前記半導体装置の好ましい実施の形態においては、前記複数の前記導電層は、前記第1方向において前記第2導電層よりも前記基板主面に近い位置に配置された第3導電層をさらに含んでいる。
前記半導体装置の好ましい実施の形態においては、前記第3導電層は、各々が前記第1方向に見て矩形状の複数の第3板状部材を有しており、前記第2板状部材の数は、前記第3板状部材の数よりも少ない。
前記半導体装置の好ましい実施の形態においては、前記複数の前記第3板状部材の各々の長手方向と前記複数の前記第2板状部材の各々の長手方向とは、直交している。
前記半導体装置の好ましい実施の形態においては、前記素子電極は、少なくとも第1電極および第2電極を含んでおり、前記複数の前記第1板状部材は、前記第1電極に導通する第1電極導通部材および前記第2電極に導通する第2電極導通部材を含んでいる。
前記半導体装置の好ましい実施の形態においては、前記第2導電性部材は、断面が円形状であるボンディングワイヤである。
前記半導体装置の好ましい実施の形態においては、前記第1導電性部材は、断面が円形状であるボンディングワイヤであり、前記第1導電性部材および前記第2導電性部材は、同じ太さである。
前記半導体装置の好ましい実施の形態においては、前記第1導電性部材および前記第2導電性部材は、主な成分がアルミニウムである。
前記半導体装置の好ましい実施の形態においては、前記半導体素子は、MOSFETである。
前記半導体装置の好ましい実施の形態においては、前記半導体素子の駆動を制御するための制御用ICと、前記制御用ICおよび前記リードフレームを接続する第3導電性部材と、をさらに備えている。
前記半導体装置の好ましい実施の形態においては、前記第3導電性部材は、前記第1導電性部材よりも細い。
本開示の第2の側面によって提供される半導体装置は、第1方向において互いに反対側を向く基板主面と基板裏面とを有する半導体基板、前記基板主面に形成された素子電極、および、前記基板主面の上に形成され、かつ、前記素子電極に導通する配線層を含む半導体素子と、前記半導体素子を前記基板裏面側から支持するリードフレームと、前記半導体素子と前記リードフレームとを導通させる導電性部材と、前記半導体素子、前記リードフレームの一部および前記導電性部材を覆う封止樹脂と、を備えており、前記配線層は、前記導電性部材が接合され、かつ、前記第1方向に見て、前記第1方向に直交する第2方向に長く延びた矩形状である板状部材を含んでおり、前記導電性部材は、前記板状部材に接合された接合部を含んでおり、前記接合部は、前記第1方向に見て前記板状部材の長手方向に延びており、かつ、前記第1方向に見て前記長手方向における前記板状部材の中央に重なる。
本開示の半導体装置によれば、当該半導体装置の内部抵抗の低減を図ることができる。
第1実施形態にかかる半導体装置を示す平面図である。 第1実施形態にかかる半導体装置を示す正面図である。 第1実施形態にかかる半導体装置を示す側面図である。 図1に示す平面図において、封止樹脂5を省略した図である。 図4の一部を拡大した要部拡大図である。 図4のVI-VI線に沿う断面図である。 図4のVII-VII線に沿う断面図である。 第1半導体素子を説明するための分解斜視図である。 図6の一部を拡大した要部拡大断面図である。 第2実施形態にかかる半導体装置を示す平面図(封止樹脂を省略)である。 第3実施形態にかかる半導体装置を示す平面図(封止樹脂を省略)である。 第4実施形態にかかる半導体装置を示す平面図(封止樹脂を省略)である。 第5実施形態にかかる半導体装置を示す平面図(封止樹脂を省略)である。 第6実施形態にかかる半導体装置を示す平面図(封止樹脂を省略)である。 第7実施形態にかかる半導体装置を示す平面図(封止樹脂を省略)である。 本開示の半導体装置における端子配置を説明するための平面図(その1)である。 本開示の半導体装置における端子配置を説明するための平面図(その2)である。 本開示の半導体装置における端子配置を説明するための平面図(その3)である。 本開示の半導体装置における端子配置を説明するための平面図(その4)である。 本開示の半導体装置における端子配置を説明するための平面図(その5)である。 本開示の半導体装置が構成する回路図の一例を示している。 本開示の変形例にかかる半導体装置を示す斜視図である。
本開示の半導体装置の好ましい実施の形態について、図面を参照して、以下に説明する。
〔第1実施形態〕
図1~図7は、第1実施形態にかかる半導体装置を示している。第1実施形態の半導体装置A1は、複数の第1半導体素子1、第2半導体素子2、複数の第1導電性部材31、複数の第2導電性部材32、複数の第3導電性部材33、リードフレーム4および封止樹脂5を備えている。
図1は、半導体装置A1を示す平面図である。図2は、半導体装置A1を示す正面図である。図3は、半導体装置A1を示す側面図である。図4は、図1に示す平面図において、封止樹脂5を省略した図である。なお、同図においては、封止樹脂5を想像線(二点鎖線)で示している。図5は、図4の一部を拡大した要部拡大図である。図6は、図4のVI-VI線に沿った断面図である。図7は、図4のVII-VII線に沿った断面図である。説明の便宜上、互いに直交する3つの方向を、x方向、y方向、z方向と定義する。z方向は、半導体装置A1の厚さ方向である。x方向は、半導体装置A1の平面図(図1参照)における左右方向である。y方向は、半導体装置A1の平面図(図1参照)における上下方向である。z方向、y方向が、特許請求の範囲に記載の「第1方向」、「第2方向」に相当する。
半導体装置A1は、様々な電子機器などの回路基板に表面実装する形のものである。本実施形態においては、半導体装置A1は、SOP(Small Outline Package)と呼ばれる半導体パッケージである。半導体装置A1は、本実施形態においてはたとえば電源ICであるが、これに限定されない。
複数の第1半導体素子1および第2半導体素子2は、半導体装置A1の機能の中枢となる素子である。複数の第1半導体素子1の各々は、パワー半導体素子である。本実施形態においては、各第1半導体素子1は、たとえば横型のMOSFETである。なお、各第1半導体素子1は、MOSFETに限定されない。本実施形態においては、半導体装置A1は、2つの第1半導体素子1を備えている。なお、理解の便宜上、これら2つの第1半導体素子1を区別して、第1半導体素子1A、第1半導体素子1Bとすることもある。2つの第1半導体素子1A,1Bは、x方向に並んでおり、第1半導体素子1Bは、第1半導体素子1Aと第2半導体素子2とに挟まれている。第2半導体素子2は、複数の第1半導体素子1の駆動を制御するための制御用ICである。第2半導体素子2は、各第1半導体素子1と導通しており、各第1半導体素子1を制御する。複数の第1半導体素子1および第2半導体素子2はすべて、z方向に見て(以下「平面視」ともいう。)矩形状である。また、複数の第1半導体素子1および第2半導体素子2の全体において、平面視矩形状である。よって、複数の第1半導体素子1のy方向寸法と第2半導体素子2のy方向寸法とが略同じである。また、複数の第1半導体素子1と第2半導体素子2とを合わせて、x方向寸法はおよそ3mmであり、y方向寸法はおよそ2mmである。
各第1半導体素子1は、半導体基板11、複数の素子電極12、配線層13、絶縁層17、複数のビア18および保護層19をそれぞれ含んでいる。なお、第1半導体素子1A,1Bにおいて、半導体基板11を共通していてもよい。図8および図9は、第1半導体素子1の詳細な構成を説明するための図である。図8は、複数の第1半導体素子1における配線層13、絶縁層17および複数のビア18を説明するための分解斜視図である。なお、同図においては、複数の素子電極12、絶縁層17の一部および保護層19を省略している。図9は、図6に示す断面図の一部を拡大した要部拡大断面図である。
半導体基板11は、半導体材料からなる。当該半導体材料としては、たとえばSi(シリコン)、SiC(シリコンカーバイド)、および、GaN(ガリウムナイトライド)などがある。本実施形態においては、2つの第1半導体素子1の一方(第1半導体素子1A)は、n型チャネルMOSFETであり、2つの第1半導体素子1の他方(第1半導体素子1B)は、p型チャネルMOSFETである。半導体基板11は、図9に示すように、z方向において、互いに反対側を向く基板主面111および基板裏面112を有している。
複数の素子電極12は、図9に示すように、半導体基板11の基板主面111から露出するように形成されている。本実施形態においては、各第1半導体素子1は、複数の素子電極12として、第1電極121、第2電極122および第3電極123を含んでいる。本実施形態においては、第1電極121はドレイン電極、第2電極122はソース電極、第3電極123はゲート電極である。平面視における、第1電極121、第2電極122および第3電極123の配置は、特に限定されず、矩形の各素子電極12が格子状に配列されていてもよいし、x方向あるいはy方向に一列に並べられていてもよい。
配線層13は、図9に示すように、半導体基板11の基板主面111上に形成されており、複数の素子電極12に導通する。配線層13は、各第1半導体素子1に対して、z方向において互いに離間した第1導電層14、第2導電層15および第3導電層16をそれぞれ含んでいる。なお、配線層13における上記導電層の数は、上記した3つに限定されない。第1導電層14、第2導電層15および第3導電層16は、絶縁層17によって互いに絶縁されている。
第1導電層14は、図9に示すように、配線層13における外層であり、第2導電層15および第3導電層16よりも基板主面111が向く方向に位置する。第1導電層14は、複数の第1板状部材141を含んでいる。
複数の第1板状部材141はそれぞれ、導電性材料からなる。当該導電性材料は、たとえばAl(アルミニウム)あるいはCu(銅)などである。本実施形態においては、各第1板状部材141の素材は、Alである。各第1板状部材141は、平面視において、長手方向がy方向に沿った矩形状である。各第1板状部材141の幅(短手方向の寸法)は、たとえば150μm程度である。また、各第1板状部材141の厚み(z方向寸法)は、たとえば3μm程度である。複数の第1板状部材141は、平面視において、x方向に並んでいる。なお、理解の便宜上、図4および図5においては、x方向に隣り合う第1板状部材141同士が接するように図示しているが、隣り合う第1板状部材141の間には、絶縁層17が介在している。よって、第1導電層14において、複数の第1板状部材141は、絶縁層17によって互いに絶縁されている。各第1板状部材141は、図5に示すように、各々が、保護層19から露出する第1パッド部142a、第2パッド部142bおよび第3パッド部142cを含んでいる。理解の便宜上、図8において、第1パッド部142a、第2パッド部142bおよび第3パッド部142cにハッチングを付している。
第1パッド部142a、第2パッド部142bおよび第3パッド部142cは、各第1板状部材141の同一面内に配置されている。第1パッド部142a、第2パッド部142bおよび第3パッド部142cは、各第1板状部材141において、互いに離間しており、かつ、y方向に並んでいる。本実施形態においては、第1パッド部142aと第3パッド部142cとの間に、第2パッド部142bが配置されている。第1パッド部142aは、第2導電性部材32の一端(後述する接合部321)が接合されている。第2パッド部142bは、第2導電性部材32の他端(後述する接合部322)が接合されている。第3パッド部142cは、第1導電性部材31の一端(後述する接合部311)が接合されている。
第2導電層15は、図9に示すように、配線層13における中間層であり、第1導電層14と第3導電層16との間に配置されている。第2導電層15は、複数の第2板状部材151を含んでいる。
複数の第2板状部材151はそれぞれ、導電性材料からなる。当該導電性材料は、たとえばAlあるいはCuなどである。本実施形態においては、各第2板状部材151の素材は、Alである。各第2板状部材151は、平面視において、長手方向がx方向に沿った矩形状である。各第2板状部材151の幅(短手方向の寸法)は、たとえば30μm程度である。また、各第2板状部材151の厚み(z方向寸法)は、たとえば0.5μm程度である。複数の第2板状部材151は、平面視において、y方向に並んでおり、y方向に隣り合う第2板状部材151の間には、絶縁層17が介在している。よって、第2導電層15において、複数の第2板状部材151は、絶縁層17によって互いに絶縁されている。
第3導電層16は、図9に示すように、配線層13における内層であり、第1導電層14および第2導電層15よりも基板裏面112が向く方向に位置しており、第1導電層14および第2導電層15よりも基板主面111に近い位置に配置されている。第3導電層16は、複数の第3板状部材161を含んでいる。
複数の第3板状部材161はそれぞれ、導電性材料からなる。当該導電性材料は、たとえばAlあるいはCuなどである。本実施形態においては、各第3板状部材161の素材は、Alである。各第3板状部材161は、平面視において、長手方向がy方向に沿った矩形状である。各第3板状部材161の幅(短手方向の寸法)は、たとえば1.0μm程度である。また、各第3板状部材161の厚み(z方向寸法)は、たとえば0.5μm程度である。複数の第3板状部材161は、平面視において、x方向に並んでおり、x方向に隣り合う第3板状部材161の間には、絶縁層17が介在している。よって、第3導電層16において、複数の第3板状部材161は、絶縁層17によって互いに絶縁されている。本実施形態においては、複数の第3板状部材161は、x方向に0.6μm程度のピッチで配列されている。
配線層13において、第1板状部材141の数は第2板状部材151の数よりも少なく、第2板状部材151の数は第3板状部材161の数よりも少ない。また、第3板状部材161の数は、素子電極12に数よりも少ない。配線層13において、第3導電層16および第2導電層15は、複数の素子電極12を集約しつつ、上層の第1導電層14に導通させている。
配線層13において、図8に示すように、各第1板状部材141の長手方向と各第2板状部材151の長手方向とがz方向に直交する平面(x-y平面)上で直交しており、各第2板状部材151の長手方向と各第3板状部材161の長手方向とがx-y平面上で直交している。
配線層13において、複数の第1板状部材141は、第1電極121に導通する第1電極導通部材141aおよび第2電極122に導通する第2電極導通部材141bを含んでいる。第1電極導通部材141aと第2電極導通部材141bとは、x方向において、交互に並んでいる。本実施形態においては、第1導電層14は、図5に示すように、第1半導体素子1Aの第1電極121に導通する3つの第1電極導通部材141aを含んでおり、第1半導体素子1Bの第1電極121に導通する4つの第1電極導通部材141aを含んでいる。また、第1導電層14は、第1半導体素子1Aの第2電極122に導通する4つの第2電極導通部材141bを含んでおり、第1半導体素子1Bの第2電極122に導通する4つの第2電極導通部材141bを含んでいる。本実施形態においては、各第1板状部材141における第1電極導通部材141aおよび第2電極導通部材141bが、特許請求の範囲に記載の「第1電極導通部材」および「第2電極導通部材」にそれぞれ相当する。
同様に、複数の第2板状部材151は、第1電極121に導通する第1電極導通部材151aおよび第2電極122に導通する第2電極導通部材151bを含んでいる。第1電極導通部材151aと第2電極導通部材151bとは、y方向において交互に並んでいる。また、複数の第3板状部材161は、第1電極121に導通する第1電極導通部材161aおよび第2電極122に導通する第2電極導通部材161bを含んでいる。さらに、複数の第3板状部材161は、第3電極123に導通する第3電極導通部材161cを含んでいる。第3電極導通部材161cは、隣り合う第1電極導通部材161aと第2電極導通部材161bとの間に、配置されている。
絶縁層17は、図9に示すように、第1導電層14および半導体基板11(基板主面111)の間に形成されている。絶縁層17の素材は、絶縁性を有していれば特に限定されないが、たとえばSiO2からなる。絶縁層17は、第1層間絶縁膜171、第2層間絶縁膜172および第3層間絶縁膜173を含んでいる。第1層間絶縁膜171は、第1導電層14と第2導電層15との間に介在し、これらを絶縁する。第2層間絶縁膜172は、第2導電層15と第3導電層16との間に介在し、これらを絶縁する。第3層間絶縁膜173は、第3導電層16と半導体基板11(基板主面111)との間に介在し、第3導電層16と各素子電極12とを絶縁する。また、絶縁層17は、第1導電層14においてx方向に隣り合う第1板状部材141の間、第2導電層15においてy方向に隣り合う第2板状部材151の間、第3導電層16においてx方向に隣り合う各第3板状部材161の間にもそれぞれ形成されている。なお、図8においては、これらの間に介在する絶縁層17を省略している。
複数のビア(via)18の各々は、絶縁層17を貫通する貫通孔と当該貫通孔に充填された導電材からなる。本実施形態における当該導電材は、たとえばW(タングステン)である。なお、各ビア18の素材は、これに限定されず、アルミ、銅などであってもよい。また、導電材は、上記貫通孔に充填されるのではなく、貫通孔の内面を覆うように形成されていてもよい。各ビア18は、z方向に沿って延びている。本実施形態においては、各ビア18の平面視形状は、図8に示すように円形である。なお、各ビア18の平面視形状は、これに限定されず、たとえば矩形状、多角形状などであってもよい。本実施形態においては、複数のビア18は、複数の第1ビア181、複数の第2ビア182および複数の第3ビア183を含んでいる。
複数の第1ビア181の各々は、図8および図9に示すように、第1層間絶縁膜171を貫通しており、かつ、第1導電層14と第2導電層15との間に介在する。各第1ビア181は、第1導電層14と第2導電層15とを導通させる。複数の第1ビア181の配列は、特に限定されず、第1導電層14の複数の第1板状部材141および第2導電層15の複数の第2板状部材151の配置に基づいて、適宜設計すればよい。
複数の第2ビア182の各々は、図8および図9に示すように、第2層間絶縁膜172を貫通しており、かつ、第2導電層15と第3導電層16との間に介在する。各第2ビア182は、第2導電層15と第3導電層16とを導通させる。複数の第2ビア182の配列は、特に限定されず、第2導電層15の複数の第2板状部材151および第3導電層16の複数の第3板状部材161の配置に基づいて、適宜設計すればよい。
複数の第3ビア183の各々は、図8および図9に示すように、第3層間絶縁膜173を貫通しており、かつ、第3導電層16と素子電極12との間に介在する。各第3ビア183は、第3導電層16と素子電極12とを導通させる。複数の第3ビア183の配列は、特に限定されず、第3導電層16の複数の第3板状部材161および複数の素子電極12の配置に基づいて、適宜設計すればよい。
保護層19は、図9に示すように、配線層13(第1導電層14)の上面を覆うように形成されている。保護層19は、たとえばプラズマCVD法により形成されたSi34層やSiO2層、または、塗布により形成されたポリイミド樹脂層である。または、これらの組み合わせによって形成されたものでもよい。本実施形態においては、保護層19の一部が開口しており、当該開口した部分から第1パッド部142a、第2パッド部142bおよび第3パッド部142cの各々が露出している。
第2半導体素子2は、z方向に互い反対側を向く素子主面21および素子裏面22を有している。素子主面21は、半導体基板11の基板主面111と同じ方向を向く。素子裏面22は、半導体基板11の基板裏面112と同じ方法を向く。第2半導体素子2は、図5に示すように、素子主面21に複数のパッド部211が形成されている。パッド部211は、第3導電性部材33を接合する部分である。
複数の第1導電性部材31の各々は、複数の第1半導体素子1のいずれかとリードフレーム4とを導通するものである。各第1導電性部材31は、平面視において、複数の第1半導体素子1のいずれかの外周に交差している。各第1導電性部材31は、複数の第1半導体素子1の第3パッド部142cに接合された接合部311、および、リードフレーム4の一部(後述するボンディングパッド部42)に接合された接合部312を含んでいる。各第1導電性部材31は、たとえばウェッジツールを用いて形成されており、接合部311,312は、当該ウェッジツールによるウェッジボンディングによって形成されている。なお、接合部311,312の長手方向寸法は、用いるウェッジツールに依存する。本実施形態においては、接合部311が、特許請求の範囲に記載の「第3接合部」に相当し、接合部312が、特許請求の範囲に記載の「第4接合部」に相当する。
複数の第2導電性部材32の各々は、平面視において、そのすべてが複数の第1半導体素子1のいずれかに重なっている。よって、各第2導電性部材32は、平面視において、複数の第1半導体素子1のいずれの外周にも交差していない。各第2導電性部材32は、第1板状部材141の長手方向に沿って直線状に形成されている。本実施形態においては、図4に示すように、平面視における各第2導電性部材32の長さは、第1板状部材141の長手方向寸法の半分程度である。なお、当該平面視における各第2導電性部材32の長さは、これに限定されず、第1板状部材141の長手方向寸法の半分よりも長くてもよい。各第2導電性部材32は、複数の第1半導体素子1の第1パッド部142aに接合された接合部321、および、複数の第1半導体素子1の第2パッド部142bに接合された接合部322を含んでいる。各第2導電性部材32は、たとえばウェッジツールを用いて形成されており、接合部321,322は、当該ウェッジツールによるウェッジボンディングによって形成されている。なお、接合部321,322の長手方向寸法は、用いるウェッジツールに依存する。本実施形態においては、接合部321が、特許請求の範囲に記載の「第1接合部」に相当し、接合部322が、特許請求の範囲に記載の「第2接合部」に相当する。
各第2導電性部材32は、図4および図7に示すように、2つの端部32aを有している。2つの端部32aは、各第2導電性部材32の軸線方向における各最端縁である。各端部32aは、第1パッド部142aあるいは第2パッド部142bに重なっている。本実施形態においては、各端部32aは、接合部321,322に包含されている。
複数の第3導電性部材33の各々は、第2半導体素子2とリードフレーム4とを導通するものである。各第3導電性部材33は、平面視において、第2半導体素子2の外周に交差している。各第3導電性部材33は、第2半導体素子2のパッド部211に接合された接合部331、および、リードフレーム4の一部(後述するボンディングパッド部42)に接合された332を含んでいる。各第3導電性部材33は、たとえばウェッジツールを用いて形成されており、接合部331,332は、当該ウェッジツールによるウェッジボンディングによって形成されている。なお、接合部331,332の長手方向寸法は、用いるウェッジツールに依存する。
本実施形態においては、各第1導電性部材31、各第2導電性部材32および各第3導電性部材33はすべて、いわゆるボンディングワイヤであって、断面が円形である線状部材である。なお、線状部材に限らず、リボンワイヤと呼ばれる帯状部材であってもよい。そして、当該線状部材の素材は、主な成分がAlである。すなわち、本実施形態においては、各第1導電性部材31、各第2導電性部材32および各第3導電性部材33はすべて、Alワイヤである。なお、各第1導電性部材31、各第2導電性部材32および各第3導電性部材33の素材は、これに限定されず、たとえば、CuあるいはAuなどであってもよい。また、本実施形態においては、第1導電性部材31、第2導電性部材32および第3導電性部材33はすべて、太さ(線径)がφ75μm程度である。
リードフレーム4は、複数の第1半導体素子1および第2半導体素子2と、半導体装置A1が実装される回路基板との、導電経路を構成する部分である。リードフレーム4は、複数の第1半導体素子1および第2半導体素子2を支持するとともに、複数の第1半導体素子1および第2半導体素子2に導通する。リードフレーム4は、平面視矩形状のCuなどの薄肉金属板から、打ち抜き加工、切り取り加工、曲げ加工などにより形成される。よって、リードフレーム4の素材は、主な成分がCuである。なお、リードフレーム4の素材は、これに限定されない。リードフレーム4は、ダイパッド部41、複数のボンディングパッド部42a,42b,42c,42d、複数のリード部43a,43b,43c,43dおよび複数の側方延出部44を含んでいる。なお、説明の便宜上、複数のボンディングパッド部42a~42dを特に区別しない場合は、ボンディングパッド部42として説明する。また、同様に、複数のリード部43a~43dを特に区別しない場合は、リード部43として説明する。
ダイパッド部41は、複数の第1半導体素子1および第2半導体素子2を搭載する部分である。複数の第1半導体素子1および第2半導体素子2は、接合材411によって、ダイパッド部41に接合されている。接合材411は、たとえばはんだペーストやAgペーストなどである。なお、接合材411の素材は、特に限定されない。
複数のボンディングパッド部42a~42dの各々は、第1導電性部材31、第2導電性部材32および第3導電性部材33のいずれかが接合される部分である。各ボンディングパッド部42a~42dは、互いに離間して配置されている。また、本実施形態においては、各ボンディングパッド部42a~42dは、ダイパッド部41から離間して配置されている。なお、複数のボンディングパッド部42a~42dのいずれか1つとダイパッド部41とが一体的に形成されていてもよい。この場合、リードフレーム4が複数の側方延出部44を含んでいなくてもよい。本実施形態においては、各ボンディングパッド部42a~42dは、平面視矩形状である。
ボンディングパッド部42aは、第1導電性部材31を介して、第1半導体素子1Aの第2電極122に導通する。ボンディングパッド部42aには、3つのリード部43aが繋がっている。
ボンディングパッド部42bは、第1導電性部材31を介して、第1半導体素子1Bの第2電極122に導通する。ボンディングパッド部42bには、3つのリード部43bが繋がっている。
ボンディングパッド部42cは、第1導電性部材31を介して、各第1半導体素子1A,1Bの各第1電極121に導通する。ボンディングパッド部42cには、5つのリード部43cが繋がっている。
複数のボンディングパッド部42dはそれぞれ、第3導電性部材33を介して、第2半導体素子2に導通する。各ボンディングパッド部42dには、1つのリード部43dがそれぞれ繋がっている。
複数のリード部43a~43dの各々は、図4に示すように、ボンディングパッド部42a~42dのいずれかに繋がり、かつ、当該ボンディングパッド部42a~42dから延び出た部分である。各リード部43において、その一部が封止樹脂5から露出しており、当該封止樹脂5から露出した部分は、半導体装置A1を回路基板に実装するための端子である。なお、各リード部43において、少なくとも封止樹脂5から露出した部分は、めっきで覆われている。また、各リード部43は、封止樹脂5から露出する部分において、屈曲している。本実施形態においては、平面視において、8つのリード部43が、封止樹脂5のy方向の各端縁のそれぞれから露出している。なお、複数のリード部43の配置および数は、図1および図4に示すものに限定されない。
複数のリード部43aの各々は、ボンディングパッド部42aに繋がる。上記するようにボンディングパッド部42aは、第1半導体素子1Aの第2電極122に導通しており、かつ、当該第2電極122はソース電極であるので、複数のリード部43aは、第1半導体素子1Aのソース端子である。
複数のリード部43bの各々は、ボンディングパッド部42bに繋がる。上記するように、ボンディングパッド部42bは、第1半導体素子1Bの第2電極122に導通しており、かつ、当該第2電極122はソース電極であるので、複数のリード部43bは、第1半導体素子1Bのソース端子である。
複数のリード部43cの各々は、ボンディングパッド部42cに繋がる。上記するように、ボンディングパッド部42cは、各第1半導体素子1A,1Bの各第1電極121に導通しており、各第1電極121はドレイン電極であるので、複数のリード部43cは、各第1半導体素子1のドレイン端子である。本実施形態においては、ボンディングパッド部42cおよび複数のリード部43cによって、第1半導体素子1A,1Bのドレイン端子を共通としているが、第1半導体素子1A,1Bのそれぞれのドレイン端子を別々にしておいてもよい。
複数のリード部43dの各々は、各ボンディングパッド部42dにそれぞれ繋がる。上記するように、各ボンディングパッド部42dは、第2半導体素子2に導通している。複数のリード部43dはそれぞれ、たとえばパワーグリッド端子、デバイスの制御用端子、アナログ用電源入力端子、フィードバック端子、ソフトスタート時間設定端子、スペクトラム拡散設定用端子、モード切替用端子、内部定電圧制御用端子、もしくは、ERRAMP出力用端子などとして機能するように、適宜第2半導体素子2に導通している。なお、これらは、一例であって、これ以外の端子として機能するように、第2半導体素子2に導通していてもよい。なお、図4および図5には表れていないが、本実施形態において、各第1半導体素子1の第3電極123は、第2半導体素子2に導通している。
複数の側方延出部44の各々は、ダイパッド部41のx方向の端縁から延び出た部分である。各側方延出部44は、x方向の一方の端縁がダイパッド部41に繋がり、x方向の他方の端縁が封止樹脂5から露出している。本実施形態においては、側方延出部44は、平面視において、ダイパッド部41のx方向の各端縁からそれぞれ2つの側方延出部44が延び出ており、当該2つの側方延出部44は、ダイパッド部41のy方向の各端縁側にそれぞれ配置されている。
封止樹脂5は、図1~図7に示すように、複数の第1半導体素子1、第2半導体素子2、複数の第1導電性部材31、複数の第2導電性部材32、複数の第3導電性部材33およびリードフレーム4の一部を覆っている。封止樹脂5は、絶縁性を有する素材からなる。本実施形態においては、封止樹脂5は、たとえば黒色のエポキシ樹脂からなる。封止樹脂5は、平面視において矩形状である。
次に、第1実施形態にかかる半導体装置A1の作用効果について説明する。
半導体装置A1によれば、複数の第1半導体素子1の各々の上に形成された配線層13は、第1パッド部142aおよび第2パッド部142bを含んでいる。また、第2導電性部材32は、第1パッド部142aに接合された接合部321および第2パッド部142bに接合された接合部322を含んでいる。この構成をとることで、第1パッド部142aと第2パッド部142bとの間において、第2導電性部材32を通る電流経路を確保できる。したがって、第2導電性部材32は、配線層13に流れる電流のバイパス経路となりうる。これにより、配線層13における配線抵抗を低減できるので、半導体装置A1の内部抵抗を低減することができる。
半導体装置A1によれば、配線層13は、第1導電層14を含んでおり、当該第1導電層14は、複数の第1板状部材141を含んでいる。そして、第1パッド部142aおよび第2パッド部142bは、各第1板状部材141に含まれている。この構成をとることで、第1パッド部142aと第2パッド部142bとの間において、各第1板状部材141の内部を通る電流経路と、第2導電性部材32を通る電流経路とを確保できる。特に、第2導電性部材32は、第1板状部材141よりも配線抵抗が小さいため、第2導電性部材32は、第1パッド部142aと第2パッド部142bとの間を流れる電流のバイパス経路となる。したがって、各第1板状部材141における配線抵抗を低減できるので、半導体装置A1の内部抵抗を低減することができる。たとえば、1つの第1板状部材141における配線抵抗が11mΩであって、第1導電層14が10個の第1板状部材141を含んでいるものとする。よって、第1導電層14の配線抵抗は110mΩ(=11[mΩ]×10[個])であるものとする。このとき、配線抵抗が2mΩである第2導電性部材32が、第1板状部材131の第1パッド部142aおよび第2パッド部142bの間をバイパスすることで、110mΩの配線抵抗と2mΩの配線抵抗とが並列となり、結果、第1導電層14の配線抵抗は1.96mΩとなる。よって、半導体装置A1の内部抵抗が低減されている。なお、平面視における第2導電性部材32の長さが長いほど、低抵抗のバイパス経路が確保されるので、より配線抵抗の低減を図ることができる。
半導体装置A1によれば、配線層13において、3つの導電層(第1導電層14、第2導電層15および第3導電層16)を含んでおり、これらの導電層によって、複数の素子電極12を集約している。たとえば、配線層13において、さらに多くの導電層を積層させることも可能であるが、この場合、複数の素子電極12から第1導電層14(表層)までの電流経路が長くなる。したがって、半導体装置A1のように、配線層13を、第1導電層14、第2導電層15および第3導電層16を積層した構成とすることで、複数の素子電極12から第1導電層14(表層)までの電流経路が比較的短くできる。これにより、配線層13における配線抵抗の低抵抗化を図ることができるので、半導体装置A1の内部抵抗の低減を図ることができる。
半導体装置A1によれば、第1導電性部材31、第2導電性部材32および第3導電性部材33はすべて、同じ太さのボンディングワイヤである。この構成によると、第1導電性部材31、第2導電性部材32および第3導電性部材33はすべて、同じボンディングツール(ウェッジツール)を用いたウェッジボンディングで接合することができる。したがって、異なる線径を接合するために複数のボンディングツールを用意する必要がない。これにより、半導体装置A1の製造の効率化を図ることができる。
半導体装置A1によれば、ボンディングパッド部42aには、複数のリード部43aが接続され、かつ、複数の第1導電性部材31が接合されている。また、ボンディングパッド部42bには、複数のリード部43bが接続され、かつ、複数の第1導電性部材31が接合されている。さらに、ボンディングパッド部42cには、複数のリード部43cが接続され、かつ、複数の第1導電性部材31が接合されている。本実施形態においては、複数のリード部43aは、第1半導体素子1Aのソース端子として機能し、複数のリード部43bは、第1半導体素子1Bのソース端子として機能し、複数のリード部43cは、第1半導体素子1A,1Bに共通のドレイン端子として機能している。よって、半導体装置A1において、各第1半導体素子1のドレイン-ソース間に、比較大きな電流を流すことができる。
図10~図21は、本開示の半導体装置の他の実施の形態を示している。なお、これらの図において、上記実施形態と同一または類似の要素には、上記実施形態と同一の符号を付している。
〔第2実施形態〕
図10は、第2実施形態にかかる半導体装置を示している。図10は、第2実施形態の半導体装置A2を示す平面図であり、第1実施形態の図4に対応する図である。半導体装置A2は、半導体装置A1と比較して、主に、各第1導電性部材31および各第2導電性部材32の太さが異なっている。
本実施形態の各第1導電性部材31および各第2導電性部材32はともに、太さがφ125μm程度である。よって、本実施形態の各第1導電性部材31および各第2導電性部材32は、半導体装置A1の各第1導電性部材31および各第2導電性部材32よりも太い。なお、本実施形態における各第3導電性部材33は、半導体装置A1の各第3導電性部材33と同じである。よって、各第3導電性部材33は、太さがφ75μm程度である。
本実施形態の第1導電層14において、各第1板状部材141の幅は、半導体装置A1の各第1板状部材141の幅よりも大きく、400μm程度である。また、本実施形態においては、第1導電層14は、図10に示すように、6つの第1板状部材141を有している。よって、本実施形態における第1板状部材141の数は、半導体装置A1の第1板状部材141の数よりも少ない。本実施形態においては、6つの第1板状部材141として、各第1半導体素子1に対して、それぞれ、1つの第1電極導通部材141aと2つの第2電極導通部材141bとを含んでいる。
半導体装置A2によれば、半導体装置A1と同様に、次のような構成をとっている。それは、複数の第1半導体素子1の各々の上に形成された配線層13は、第1パッド部142aおよび第2パッド部142bを含んでいる。また、第2導電性部材32は、第1パッド部142aに接合された接合部321および第2パッド部142bに接合された接合部322を含んでいる。この構成をとることで、第1パッド部142aと第2パッド部142bとの間において、第2導電性部材32を通る電流経路を確保できる。したがって、第2導電性部材32は、配線層13に流れる電流のバイパス経路となりうる。これにより、配線層13における配線抵抗を低減できるので、半導体装置A2の内部抵抗を低減することができる。
半導体装置A2によれば、半導体装置A1と同様に、配線層13は、第1導電層14を含んでおり、当該第1導電層14は、複数の第1板状部材141を含んでいる。そして、第1パッド部142aおよび第2パッド部142bは、各第1板状部材141に含まれている。したがって、半導体装置A1と同様に、各第1板状部材141における配線抵抗を低減できるので、半導体装置A2の内部抵抗を低減することができる。
半導体装置A2によれば、第1導電性部材31および第2導電性部材32の数が、半導体装置A1における第1導電性部材31および第2導電性部材32の数よりも少ない。したがって、半導体装置A1よりも、第1導電性部材31や第2導電性部材32の接合不良の確認が容易となる。
半導体装置A2によれば、各第1板状部材141の幅が、第1実施形態における各第1板状部材141の幅よりも大きい。この構成をとることで、各第1板状部材141のパッド部142の幅を大きくすることができる。したがって、半導体装置A2における各第1導電性部材31および各第2導電性部材32の線径を、第1実施形態における各第1導電性部材31および各第2導電性部材32の線径よりも大きくすることができる。よって、各第1導電性部材31および各第2導電性部材32の配線抵抗の低抵抗化を図ることができる。ただし、第1板状部材141の幅が大きいほど、第1半導体素子1の平面視寸法が大きくなるため、平面視寸法が比較的小さい第1半導体素子1を用いる場合には、半導体装置A1のように、比較的幅の小さい第1板状部材141で構成するほうが好ましい。
半導体装置A2によれば、第1導電性部材31および第2導電性部材32の線径が、半導体装置A1における第1導電性部材31および第2導電性部材32の線径よりも大きい。すなわち、半導体装置A2の第1導電性部材31および第2導電性部材32は、半導体装置A1の第1導電性部材31および第2導電性部材32よりも太い。したがって、半導体装置A2においては、第1導電性部材31および第2導電性部材32のネック部分におけるクラックの発生を、半導体装置A1よりも抑制することができる。
〔第3実施形態〕
図11は、第3実施形態にかかる半導体装置を示している。図12は、第3実施形態の半導体装置A3を示す平面図であり、第1実施形態の図4に対応する図である。半導体装置A3は、半導体装置A2と比較して、主に、リードフレーム4の形状が異なる。
本実施形態のリードフレーム4は、ダイパッド部41、複数のボンディングパッド部42a,42b,42c,42d,42e、複数のリード部43a,43b,43c,43d,43e,43fおよび複数の側方延出部44を含んでいる。したがって、本実施形態のリードフレーム4は、半導体装置A2のリードフレーム4と比較して、ボンディングパッド部42eおよびリード部43e,43fをさらに含んでいる点で異なる。
複数のボンディングパッド部42d,42eの各々は、x方向の各端縁が窪んでいる。本実施形態においては、図11に示すように、各ボンディングパッド部42d,42eのx方向の各端縁において、y方向中央部がy方向両端縁付近よりも窪んでいる場合を示している。各ボンディングパッド部42d,42eは、互いに同じ大きさである。各ボンディングパッド部42dは、第3導電性部材33を介して、第2半導体素子2に導通している。各ボンディングパッド部42eは、第3導電性部材33を介して、第1半導体素子1の第3電極123に導通している。
リード部43fは、ボンディングパッド部42a~42eのいずれにも接続されておらず、複数の第1半導体素子1および第2半導体素子2のいずれにも導通していない。リード部43fは、図11に示すように、x方向に隣り合ったリード部43aとリード部43bとの間に配置されている。本実施形態においては、2つのリード部43aと2つのリード部43bとは、x方向において、リード部43fを挟んで反対側に配置されている。また、図11に示すリード部43fは、封止樹脂5に覆われた部分の幅が、封止樹脂5から露出する部分の幅よりも大きいものとしているが、同じであってもよいし、小さくてもよい。ただし、図11に示すように大きくすることで、リード部43fが封止樹脂5から抜け落ちることを抑制することができる。
本実施形態のボンディングパッド部42a,42bはそれぞれ、第1実施形態に示すように矩形状ではなく、x方向の一方の端縁から突き出た突出部421a,421bを含んでいる。突出部421a,421bはそれぞれ、y方向に見て、リード部43fに重なっている。
本実施形態のリードフレーム4は、1つのボンディングパッド部42aを含んでおり、当該ボンディングパッド部42aには、2つのリード部43aが接続されている。また、リードフレーム4は、1つのボンディングパッド部42bを含んでおり、当該ボンディングパッド部42bには、2つのリード部43bが接続されている。また、リードフレーム4は、1つのボンディングパッド部42cを含んでおり、当該ボンディングパッド部42cには、3つのリード部43cが接続されている。また、リードフレーム4は、6つのボンディングパッド部42dを含んでおり、当該6つのボンディングパッド部42dの各々には、それぞれ1つずつリード部43dが接続されている。また、リードフレーム4は、2つのボンディングパッド部42eを含んでおり、当該2つのボンディングパッド部42eの各々には、それぞれ1つずつリード部43eが接続されている。そして、リードフレーム4は、1つのリード部43fを含んでいる。
本実施形態の第3導電性部材33は、たとえばAu(金)ワイヤあるいはCuワイヤから構成されている。各第3導電性部材33は、たとえばキャピラリを用いたボールボンディングおよびステッチボンディングによって形成されている。なお、第3導電性部材33の素材、形成方法および形状は上記したものに限定されない。たとえば、本実施形態の第3導電性部材33は、AuワイヤあるいはCuワイヤではなく、Alワイヤで構成されていてもよい。また、本実施形態の第3導電性部材33は、上記第1および第2実施形態と同様に、太さがφ75μm程度であってもよい。
半導体装置A3によれば、半導体装置A1と同様に、次のような構成をとっている。それは、複数の第1半導体素子1の各々の上に形成された配線層13は、第1パッド部142aおよび第2パッド部142bを含んでいる。また、第2導電性部材32は、第1パッド部142aに接合された接合部321および第2パッド部142bに接合された接合部322を含んでいる。この構成をとることで、第1パッド部142aと第2パッド部142bとの間において、第2導電性部材32を通る電流経路を確保できる。したがって、第2導電性部材32は、配線層13に流れる電流のバイパス経路となりうる。これにより、配線層13における配線抵抗を低減できるので、半導体装置A3の内部抵抗を低減することができる。
半導体装置A3によれば、半導体装置A1と同様に、配線層13は、第1導電層14を含んでおり、当該第1導電層14は、複数の第1板状部材141を含んでいる。そして、第1パッド部142aおよび第2パッド部142bは、各第1板状部材141に含まれている。したがって、半導体装置A1と同様に、各第1板状部材141における配線抵抗を低減できるので、半導体装置A3の内部抵抗を低減することができる。
半導体装置A3によれば、ボンディングパッド部42a~42eのいずれにも接続されていないリード部43fをさらに含んでいる。そして、x方向において、当該リード部43fを挟んで、第1半導体素子1Aの第2電極122に接続された2つのリード部43aと、第1半導体素子1Bの第2電極122に接続された2つのリード部43bとが配置されている。この構成をとることで、隣り合うリード部43aとリード部43bとの距離を大きくできるので、2つの第1半導体素子1の第2電極122同士の短絡を抑制することができる。
半導体装置A3によれば、ボンディングパッド部42a,42bはそれぞれ、突出部421a,421bを含んでいる。この構成をとることで、ボンディングパッド部42a,42bはそれぞれ、平面視における面積を拡大することができる。たとえば、複数の第1導電性部材31、複数の第2導電性部材32および複数の第3導電性部材33のワイヤボンディングを行う際、ボンディングパッド部42の一部をクリップなどのワイヤボンディング装置の固定具で押さえつけて、リードフレーム4を固定することがある。よって、上記面積が拡大されることで、上記固定具で押さえる領域を確保できるので、リードフレーム4を確実に固定することができる。また、上記面積が拡大されることで、上記固定具などで押さえたときでも、複数の第1導電性部材31をボンディングする領域が大きくなるので、図11に示すように、複数の第1導電性部材31をボンディングすることが容易になる。
〔第4実施形態〕
図12は、第4実施形態にかかる半導体装置を示している。図12は、第4実施形態の半導体装置A4を示す平面図であり、第1実施形態の図4に対応する図である。半導体装置A4は、半導体装置A1と比較して、主に第2導電性部材32の接合位置が異なる。
本実施形態の各第2導電性部材32は、平面視において屈曲している。そして、本実施形態においては、一部の第2導電性部材32は、各第1半導体素子1において、x方向に隣り合う2つの第1電極導通部材141aに跨って接合されている。具体的には、一部の第2導電性部材32は、接合部321が、上記2つの第1電極導通部材141aの一方の第1パッド部142aに接合されており、接合部322が他方の第2パッド部142bに接合されている。また、一部の第2導電性部材32は、各第1半導体素子1において、x方向に隣り合う2つの第2電極導通部材141bに跨って接合されている。具体的には、一部の第2導電性部材32は、接合部321が、上記2つの第2電極導通部材141bの一方の第1パッド部142aに接合されており、接合部322が他方の第2パッド部142bに接合されている。
半導体装置A4によれば、半導体装置A1と同様に、次のような構成をとっている。それは、複数の第1半導体素子1の各々の上に形成された配線層13は、第1パッド部142aおよび第2パッド部142bを含んでいる。また、第2導電性部材32は、第1パッド部142aに接合された接合部321および第2パッド部142bに接合された接合部322を含んでいる。この構成をとることで、第1パッド部142aと第2パッド部142bとの間において、第2導電性部材32を通る電流経路を確保できる。したがって、第2導電性部材32は、配線層13に流れる電流のバイパス経路となりうる。これにより、配線層13における配線抵抗を低減できるので、半導体装置A4の内部抵抗を低減することができる。
半導体装置A4においては、図12に示すように、各第1半導体素子1の第1導電層14が、第1実施形態の各第1半導体素子1の第1導電層14と同様に構成されている場合を示したが、これに限定されず、第2実施形態および第3実施形態の各第1半導体素子1の第1導電層14と同様に構成されている場合においても、本実施形態と同様に第2導電性部材32の接合位置を変更してもよい。たとえば、図10に示す半導体装置A2において、各第1半導体素子1のそれぞれで、x方向に隣り合う第2電極導通部材141bに跨って第2導電性部材32が接合されていてもよい。
半導体装置A4においては、図12に示すように、各第1半導体素子1(各第1板状部材141)は、第2導電性部材32が接合されていない第1パッド部142aおよび第2パッド部142bを含んでいるが、これらの第1パッド部142aおよび第2パッド部142bを含まないようにしてもよい。この場合、第2導電性部材32が接合されていないパッド部142同士の意図せぬ短絡を抑制することができる。
〔第5実施形態〕
図13は、第5実施形態にかかる半導体装置を示している。図13は、第5実施形態の半導体装置A5を示す平面図であり、第1実施形態の図4に対応する図である。半導体装置A5は、半導体装置A1と比較して、主に、第1導電性部材31の太さが異なり、かつ、第2導電性部材32を備えていない点で異なる。
本実施形態の第1導電層14は、第1半導体素子1Aの第2電極122に導通する1つの第2電極導通部材141b、第1半導体素子1Bの第2電極122に導通する1つの第2電極導通部材141b、および、各第1半導体素子1の第1電極121の両方に導通する1つの第1電極導通部材141aを含んでいる。第1電極導通部材141aは、各第1半導体素子1の第1電極121の両方に共通接続されている。
本実施形態の第1導電層14において、各第1板状部材141の幅は、第1実施形態ないし第4実施形態の各第1板状部材141の幅よりも大きく、650μm程度である。また、各第1板状部材141は、1つのパッド部142を含んでいる。
本実施形態の各第1導電性部材31は、太さ(線径)がφ300μm程度である。よって、本実施形態の各第1導電性部材31は、半導体装置A1~A4のいずれの第1導電性部材31よりも太い。なお、本実施形態の各第3導電性部材33は、第1実施形態の各第3導電性部材33と同じである。よって、各第3導電性部材33は、太さがφ75μm程度である。
本実施形態の各第1導電性部材31においては、図13に示すように、接合部311が、パッド部142に接合されている。そして、当該接合部311は、平面視において、複数の第1半導体素子1のy方向の中央に重なっている。さらに、第1電極121に導通する第1電極導通部材141aに接合された接合部311においては、平面視において、2つの第1半導体素子1の境界にも重なっている。なお、本実施形態においては、第1導電性部材31が特許請求の範囲に記載の「導電性部材」に相当する。また、本実施形態においては、各第1導電性部材31は、まず第1板状部材141のパッド部142にウェッジボンディングされ、次いで、各ボンディングパッド部42にウェッジボンディングされている。
半導体装置A5によれば、複数の第1半導体素子1の各々の上に形成された配線層13は、パッド部142を含んでいる。そして、第1導電性部材31は、パッド部142に接合された接合部311を含んでいる。この構成をとることで、パッド部142において、第1導電性部材31の接合部311を通る電流経路を確保できる。したがって、第1導電性部材31の接合部311は、配線層13に流れる電流のバイパス経路となりうる。これにより、配線層13における配線抵抗を低減できるので、半導体装置A5の内部抵抗を低減することができる。
半導体装置A5によれば、配線層13は、第1導電層14を含んでおり、当該第1導電層14は、複数の第1板状部材141を含んでいる。そして、パッド部142は、各第1板状部材141に含まれている。この構成をとることで、パッド部142において、各第1板状部材141の内部を通る電流経路と、第1導電性部材31の接合部311を通る電流経路とを確保できる。特に、第1導電性部材31は、第1板状部材141よりも配線抵抗が小さいため、第1導電性部材31の接合部311は、パッド部142を流れる電流のバイパス経路となる。したがって、各第1板状部材141における配線抵抗を低減できるので、半導体装置A5の内部抵抗を低減することができる。
半導体装置A5によれば、各第1導電性部材31の接合部311は、平面視において、各第1板状部材141のy方向の中央に重なっている。この構成をとることで、接合部311が各第1板状部材141のy方向の一方の端縁側に接合される場合よりも、平面視における各第1板状部材141の外周部から接合部311までの最大距離を短くできる。したがって、各第1板状部材141における電流経路を短くできるので、半導体装置A5の内部抵抗の低減を図ることができる。
〔第6実施形態〕
図14は、第6実施形態にかかる半導体装置を示している。図14は、第6実施形態の半導体装置A6を示す平面図であり、第1実施形態の図4に対応する図である。半導体装置A6は、半導体装置A5と比較して、主に、リードフレーム4の形状が異なる。
本実施形態のリードフレーム4は、図14に示すように、第3実施形態のリードフレーム4と同様に形成されている。ただし、本実施形態におけるリードフレーム4のうち、ボンディングパッド部42a,42b,42cのそれぞれにおいて、角の少なくとも一部が、面取りされている。
本実施形態の各第1導電性部材31は、まず各ボンディングパッド部42にウェッジボンディングされ、次いで第1板状部材141のパッド部142にウェッジボンディングされている。
本実施形態の各第3導電性部材33は、半導体装置A3と同様に、たとえばAuワイヤあるいはCuワイヤから構成されている。なお、半導体装置A5と同様に、太さがφ75μm程度のAlワイヤであってもよい。
半導体装置A6によれば、半導体装置A5と同様に、次のような構成をとっている。それは、複数の第1半導体素子1の各々の上に形成された配線層13は、パッド部142を含んでいる。そして、第1導電性部材31は、パッド部142に接合された接合部311を含んでいる。この構成をとることで、パッド部142において、第1導電性部材31の接合部311を通る電流経路を確保できる。したがって、第1導電性部材31の接合部311は、配線層13に流れる電流のバイパス経路となりうる。これにより、配線層13における配線抵抗を低減できるので、半導体装置A6の内部抵抗を低減することができる。
半導体装置A6によれば、半導体装置A5と同様に、配線層13は、第1導電層14を含んでおり、当該第1導電層14は、複数の第1板状部材141を含んでいる。そして、パッド部142は、各第1板状部材141に含まれている。したがって、半導体装置A5と同様に、各第1板状部材141における配線抵抗を低減できるので、半導体装置A6の内部抵抗を低減することができる。
半導体装置A6によれば、半導体装置A5と同様に、各第1導電性部材31の接合部311は、平面視において、各第1板状部材141のy方向の中央に重なっている。この構成をとることで、各第1導電性部材31の接合部311が各第1板状部材141のy方向の一方の端縁側に接合される場合と比較して、平面視において第1板状部材141の前記他方の端縁側から接合部311までの距離を短くできる。したがって、各第1板状部材141における電流経路を短くできるので、半導体装置A6の内部抵抗の低減を図ることができる。
〔第7実施形態〕
図15は、第7実施形態にかかる半導体装置を示している。図15は、第7実施形態の半導体装置A7を示す平面図であり、第1実施形態の図4に対応する図である。半導体装置A7は、半導体装置A5と比較して、主に、リードフレーム4の形状が異なる。
本実施形態のリードフレーム4は、側方延出部44の配置が、半導体装置A4の側方延出部44の配置と異なっている。本実施形態の側方延出部44は、ダイパッド部41のx方向の各端縁において、y方向中央部からそれぞれ1つずつ延び出ている。また、側方延出部44は、平面視において、封止樹脂5のx方向の端縁から突き出ている。
本実施形態においては、複数の第1導電性部材31のうちのいずれか1つは、接合部312がダイパッド部41に接合されている。図15においては、当該1つの第1導電性部材31は、第1半導体素子1Aの第2電極122に導通する第2電極導通部材141bに接合されている。
本実施形態においては、複数の第3導電性部材33は、第6実施形態と同様に、AuワイヤあるいはCuワイヤを用いている。なお、第5実施形態と同様に、Alワイヤを用いてもよい。
本実施形態においては、図15に示すように、第1導電層14は、3つの第1板状部材141を含んでおり、当該3つの第1板状部材141の幅が略等しい。なお、3つの第1板状部材141の幅は、異なっていてもよい。
半導体装置A7によれば、半導体装置A5と同様に、次のような構成をとっている。それは、複数の第1半導体素子1の各々の上に形成された配線層13は、パッド部142を含んでいる。そして、第1導電性部材31は、パッド部142に接合された接合部311を含んでいる。この構成をとることで、パッド部142において、第1導電性部材31の接合部311を通る電流経路を確保できる。したがって、第1導電性部材31の接合部311は、配線層13に流れる電流のバイパス経路となりうる。これにより、配線層13における配線抵抗を低減できるので、半導体装置A7の内部抵抗を低減することができる。
半導体装置A7によれば、半導体装置A5と同様に、配線層13は、第1導電層14を含んでおり、当該第1導電層14は、複数の第1板状部材141を含んでいる。そして、パッド部142は、各第1板状部材141に含まれている。したがって、半導体装置A5と同様に、各第1板状部材141における配線抵抗を低減できるので、半導体装置A7の内部抵抗を低減することができる。
半導体装置A7によれば、半導体装置A5と同様に、各第1導電性部材31の接合部311は、平面視において、各第1板状部材141のy方向の中央に重なっている。この構成をとることで、各第1導電性部材31の接合部311が各第1板状部材141のy方向の一方の端縁側に接合される場合と比較して、平面視において第1板状部材141の前記他方の端縁側から接合部311までの距離を短くできる。したがって、各第1板状部材141における電流経路を短くできるので、半導体装置A7の内部抵抗の低減を図ることができる。
半導体装置A7においては、2つの側方延出部44が、ダイパッド部41のx方向の各端縁において、y方向中央部からそれぞれ1つずつ延び出ている場合を示したが、これに限定されない。リードフレーム4における複数の側方延出部44は、たとえば、第1実施形態ないし第6実施形態と同様に構成してもよい。すなわち、複数の側方延出部44が、ダイパッド部41のx方向の各端縁において、y方向の各端縁側からそれぞれ1つずつ延びていてもよい。また、反対も同様である。すなわち、半導体装置A1~A6において、第7実施形態のように、側方延出部44を配置してもよい。
第1実施形態ないし第7実施形態において、半導体装置A1~A7の各リード部43の端子配置は、上記したものに限定されない。図16~図20は、他の実施形態にかかる各端子配置を示している。これらの図における各符号は、次に示す端子として機能する。それは、GNDは、グラウンド端子である。なお、図19におけるGNDは、底面側から露出している。VINは、電源入力端子である。SWは、スイッチング出力端子である。PGDは、パワーグッド端子である。ENは、デバイスの制御用端子である。AVINは、アナログ部電源入力端子である。AGNDは、アナログ部グラウンド端子である。FBは、出力電圧フィードバック端子である。SSは、ソフトスタート時間設定用端子である。SSCGは、スペクトラム拡散設定用端子である。MODEは、各種モード切替用端子である。VREGは、内部電源出力端子である。BSTは、内部昇圧電源出力端子である。COMPは、ERRAMP出力用端子である。VCC_EXは、内部回路用電源端子である。CTLは、各種機能コントロール端子である。NCは、未接続端子である。本開示の半導体装置は、図16~図20に示す端子として機能するように、各構成要素の配置や形状を適宜変更することも可能である。なお、図16~図20に示す端子配置は一例であって、これに限定されない。
第1実施形態ないし第7実施形態において、半導体装置A1~A7の回路構成は、特に限定されないが、当該回路構成の一例を図21に示す。図21は、半導体装置A1~A7をDC/DCコンバータとして構成したときの回路図である。図21において、sw1,sw2は、スイッチング素子を示している。Drは、スイッチング素子sw1,sw2のスイッチング動作および各種保護機能動作などを制御する制御回路を示している。また、R1~R3は抵抗器を、Vrefは内部基準電圧回路を、ssはソフトスタート回路を、ampはVref出力電圧およびFB端子電圧を入力とする誤差増幅器を、それぞれ示している。たとえば、スイッチング素子sw1,sw2は、いずれか一方が第1半導体素子1Aに対応し、他方が第1半導体素子1Bに対応する。また、内部基準電圧回路Vref、ソフトスタート回路ss、誤差増幅器ampおよび制御回路Drを含むものが、第2半導体素子2に対応する。また、PVINは、DC/DCコンバータの電源入力端子であり、PGNDは、DC/DCコンバータのグラウンド端子である。
第1実施形態ないし第7実施形態においては、半導体装置A1~A7が、SOP型の半導体パッケージである場合を示したが、これに限定されない。たとえば、QFP(Quad Flat Package)と呼ばれる半導体パッケージであってもよいし、SONパッケージ(Small Outline Non-leaded Package)あるいはQFN(Quad Flat Non-leaded Package)と呼ばれるリードレス型の半導体パッケージであってもよい。たとえば、図22は、QFN型の半導体パッケージで構成した場合の一例を示す斜視図である。なお、図22に示す斜視図は、底面側から見たときを示している。
第1実施形態ないし第7実施形態においては、半導体装置A1~A7が、複数の第1半導体素子1および第2半導体素子2を備える場合を示したが、これに限定されない。たとえば、第1半導体素子1が1つであってもよいし、第2半導体素子2を備えていなくてもよい。
本開示にかかる半導体装置は、上記した実施形態に限定されるものではない。本開示にかかる半導体装置の各部の具体的な構成は、種々に設計変更自在である。
A1~A7:半導体装置
1,1A,1B:第1半導体素子
11 :半導体基板
111 :基板主面
112 :基板裏面
12 :素子電極
121 :第1電極
122 :第2電極
123 :第3電極
13 :配線層
14 :第1導電層
141 :第1板状部材
141a :第1電極導通部材
141b :第2電極導通部材
142 :パッド部
142a :第1パッド部
142b :第2パッド部
142c :第3パッド部
15 :第2導電層
151 :第2板状部材
151a :第1電極導通部材
151b :第2電極導通部材
16 :第3導電層
161 :第3板状部材
161a :第1電極導通部材
161b :第2電極導通部材
161c :第3電極導通部材
17 :絶縁層
171 :第1層間絶縁膜
172 :第2層間絶縁膜
173 :第3層間絶縁膜
18 :ビア
181 :第1ビア
182 :第2ビア
183 :第3ビア
19 :保護層
2 :第2半導体素子
21 :素子主面
211 :パッド部
22 :素子裏面
3 :導電性部材
31 :第1導電性部材
311 :接合部(第3接合部)
312 :接合部(第4接合部)
32 :第2導電性部材
32a :端部
321 :接合部(第1接合部)
322 :接合部(第2接合部)
33 :第3導電性部材
331 :接合部
332 :接合部
4 :リードフレーム
41 :ダイパッド部
411 :接合材
42,42a~42e:ボンディングパッド部
421a :突出部
421b :突出部
43,43a~43f:リード部
44 :側方延出部
5 :封止樹脂

Claims (19)

  1. 第1方向において互いに反対側を向く基板主面と基板裏面とを有する半導体基板、前記基板主面に形成された素子電極、および、前記基板主面の上に形成され、かつ、前記素子電極に導通する配線層を含む半導体素子と、
    前記半導体素子を前記基板裏面側から支持するリードフレームと、
    前記半導体素子と前記リードフレームとを導通させる少なくとも1つの第1導電性部材と、
    前記第1方向に見て前記半導体素子に重なる少なくとも1つの第2導電性部材と、
    前記半導体素子、前記リードフレームの一部、前記少なくとも1つの第1導電性部材および前記少なくとも1つの第2導電性部材を覆う封止樹脂と、
    を備えており、
    前記配線層は、互いに離間した少なくとも1つの第1パッド部および少なくとも1つの第2パッド部を含んでおり、
    前記少なくとも1つの第2導電性部材の各々は、前記少なくとも1つの第1パッド部のうちの対応する1つに接合された第1接合部および前記少なくとも1つの第2パッド部のうちの対応する1つに接合された第2接合部を含んでおり、
    前記配線層は、前記第1方向において互いに離間した複数の導電層を含んでおり、
    前記複数の導電層は、各々が前記第1方向に見て矩形状の少なくとも1つの第1板状部材を含む第1導電層を含んでおり、
    前記少なくとも1つの第1板状部材の各々は、前記少なくとも1つの第1パッド部のうちの対応する1つと、前記少なくとも1つの第2パッド部の対応する1つとを含み、
    前記少なくとも1つの第2導電性部材は、前記第1方向に見て、前記少なくとも1つの第1板状部材のうちの対応する1つに完全に重なる、
    ことを特徴とする半導体装置。
  2. 前記少なくとも1つの第1導電性部材と前記少なくとも1つの第2導電性部材とは、前記第1方向に見て離間しており、
    前記少なくとも1つの第2導電性部材の各々は、前記第1方向に見て前記半導体素子の外周に交差しない、
    請求項1に記載の半導体装置。
  3. 前記配線層は、前記少なくとも1つの第1パッド部の各々および前記少なくとも1つの第2パッド部の各々から離間した少なくとも1つの第3パッド部を含んでおり、
    前記少なくとも1つの第1導電性部材の各々は、前記少なくとも1つの第3パッド部のうちの対応する1つに接合された第3接合部および前記リードフレームに接合された第4接合部を含んでいる、
    請求項1または請求項2に記載の半導体装置。
  4. 前記半導体素子は、前記配線層の上に形成された保護層をさらに含んでおり、
    前記少なくとも1つの第1パッド部の各々、前記少なくとも1つの第2パッド部の各々および前記少なくとも1つの第3パッド部の各々は、前記保護層から露出している、
    請求項3に記載の半導体装置。
  5. 記半導体素子は、前記複数の前記導電層の各々の間に介在し、各前記導電層を互いに絶縁する層間絶縁膜と、前記層間絶縁膜を貫通するように形成され、かつ、前記各導電層同士を導通する複数のビアとをさらに含んでいる、
    請求項4に記載の半導体装置。
  6. 前記複数の前記導電層は、前記第1方向において前記第1導電層よりも前記基板主面に近い位置に配置された第2導電層を含んでおり、
    前記少なくとも1つの第1板状部材の各々は、前記少なくとも1つの第3パッド部のうちの対応する1つを含む、
    請求項5に記載の半導体装置。
  7. 前記少なくとも1つの第1板状部材は、複数の第1板状部材を含む、
    請求項6に記載の半導体装置。
  8. 前記第2導電層は、各々が前記第1方向に見て矩形状の複数の第2板状部材を有しており、
    前記複数の第1板状部材の数は、前記複数の第2板状部材の数よりも少ない、
    請求項7に記載の半導体装置。
  9. 前記複数の前記第1板状部材の各々の長手方向と前記複数の前記第2板状部材の各々の長手方向とは、直交している、
    請求項8に記載の半導体装置。
  10. 前記複数の前記導電層は、前記第1方向において前記第2導電層よりも前記基板主面に近い位置に配置された第3導電層をさらに含んでいる、
    請求項9に記載の半導体装置。
  11. 前記第3導電層は、各々が前記第1方向に見て矩形状の複数の第3板状部材を有しており、
    前記複数の第2板状部材の数は、前記複数の第3板状部材の数よりも少ない、
    請求項10に記載の半導体装置。
  12. 前記複数の前記第3板状部材の各々の長手方向と前記複数の前記第2板状部材の各々の長手方向とは、直交している、
    請求項11に記載の半導体装置。
  13. 前記素子電極は、少なくとも第1電極および第2電極を含んでおり、
    前記複数の前記第1板状部材は、各々が前記第1電極に導通する少なくとも1つの第1電極導通部材および、各々が前記第2電極に導通する少なくとも1つの第2電極導通部材を含んでいる、
    請求項7ないし請求項12のいずれか一項に記載の半導体装置。
  14. 前記少なくとも1つの第2導電性部材の各々は、断面が円形状であるボンディングワイヤである、
    請求項1ないし請求項13のいずれか一項に記載の半導体装置。
  15. 前記少なくとも1つの第1導電性部材の各々は、断面が円形状であるボンディングワイヤであり、
    前記少なくとも1つの第1導電性部材の各々および前記少なくとも1つの第2導電性部材の各々は、同じ太さである、
    請求項14に記載の半導体装置。
  16. 前記少なくとも1つの第1導電性部材の各々および前記少なくとも1つの第2導電性部材の各々は、主な成分がアルミニウムである、
    請求項1ないし請求項15のいずれか一項に記載の半導体装置。
  17. 前記半導体素子は、MOSFETである、
    請求項1ないし請求項16のいずれか一項に記載の半導体装置。
  18. 前記半導体素子の駆動を制御するための制御用ICと、
    前記制御用ICおよび前記リードフレームを接続する少なくとも1つの第3導電性部材と、をさらに備えている、
    請求項1ないし請求項17のいずれか一項に記載の半導体装置。
  19. 前記少なくとも1つの第3導電性部材の各々は、前記少なくとも1つの第1導電性部材の各々よりも細い、
    請求項18に記載の半導体装置。
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