JPWO2018096656A1 - 半導体装置 - Google Patents

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Abstract

ケース（６）が半導体チップ（５）を取り囲んでいる。ケース電極（７）がケース（６）の上面に取り付けられている。ワイヤ（８）が半導体チップ（５）とケース電極（７）に接続されている。第１の押さえ部（１０）が、ワイヤ（８）が接合されたケース電極（７）の接合部分よりも外側でケース電極（７）をケース（６）の上面に押さえつける。第２の押さえ部（１１）が、接合部分よりも内側でケース電極（７）をケース（６）の上面に押さえつける。ケース（６）の上面に凹部（１２）が設けられている。ケース電極（７）は凹部（１２）に入り込むように曲げ加工されている。第２の押さえ部（１１）は凹部（１２）内に配置されている。

Description

本発明は、ケース電極にワイヤが接合された半導体装置に関し、特にワイヤ接合性を向上させつつ、ワイヤの高さを低減することができる半導体装置に関する。
電力変換用半導体装置において、ケース電極にはワイヤが超音波接合などにより接合される。ワイヤ接合性を向上させるため、ケース電極はケースに対して強固に固定する必要がある。従来技術として、ケース電極をインサート成形した形態がある（例えば、特許文献１（実施形態３、図２５〜２８）又は特許文献２（実施形態１、図５）参照）。
日本特開２００９−２１２８６号公報 日本特開２００９−１３０００７号公報
ケース電極をインサート成形しただけでは固定が不十分である。そこで、ワイヤ接合部分を挟んで内側と外側でケース電極を保持していた。しかし、接合部分の内側でケース電極を押さえる押さえ部にワイヤが接触しないようにワイヤ高さを高くする必要があった。従って、ケース内の構造物の中でワイヤが最も高い場合は、ワイヤ高さに合わせて封止材を注入する必要がある。このため、半導体装置の厚み、重量及びコストが増加するという問題があった。
本発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、その目的はワイヤ接合性を向上させつつ、ワイヤの高さを低減することができる半導体装置を得るものである。
本発明に係る半導体装置は、半導体チップと、前記半導体チップを取り囲むケースと、前記ケースの上面に取り付けられたケース電極と、前記半導体チップと前記ケース電極に接続されたワイヤと、前記ワイヤが接合された前記ケース電極の接合部分よりも外側で前記ケース電極を前記ケースの前記上面に押さえつける第１の押さえ部と、前記接合部分よりも内側で前記ケース電極を前記ケースの前記上面に押さえつける第２の押さえ部とを備え、前記ケースの前記上面に凹部が設けられ、前記ケース電極は前記凹部に入り込むように曲げ加工され、前記第２の押さえ部は前記凹部内に配置され、前記第２の押さえ部の上面の高さは、前記凹部以外における前記ケース電極の上面以下であることを特徴とする。
本発明では、第１の押さえ部と第２の押さえ部でケース電極の両端を押さえつけることでケース電極をケースに対して強固に固定できるため、ワイヤ接合性を向上させることができる。また、ケースの上面の凹部内に第２の押さえ部を配置することで、第２の押さえ部の上面の高さを凹部以外におけるケース電極の上面以下にすることができるため、ワイヤの高さを低減することができる。
本発明の実施の形態１に係る半導体装置を示す断面図である。 本発明の実施の形態１に係るケース電極を示す上面図である。 本発明の実施の形態２に係る半導体装置を示す断面図である。 本発明の実施の形態３に係る半導体装置を示す断面図である。 本発明の実施の形態４に係る半導体装置を示す断面図である。 本発明の実施の形態５に係る半導体装置を示す断面図である。 本発明の実施の形態５に係るケース電極を示す上面図である。 本発明の実施の形態６に係る半導体装置を示す断面図である。 本発明の実施の形態６に係るケース電極を示す上面図である。 本発明の実施の形態７に係る半導体装置を示す断面図である。 本発明の実施の形態７に係るケース電極を示す上面図及び断面図である。 本発明の実施の形態８に係る半導体装置を示す断面図である。 本発明の実施の形態８に係る第２の押さえ部を拡大した断面図である。 本発明の実施の形態９に係る半導体装置を示す断面図である。 本発明の実施の形態９に係るケース電極を示す上面図である。
本発明の実施の形態に係る半導体装置について図面を参照して説明する。同じ又は対応する構成要素には同じ符号を付し、説明の繰り返しを省略する場合がある。
実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１に係る半導体装置を示す断面図である。図２は、本発明の実施の形態１に係るケース電極を示す上面図である。絶縁基板１の下面に下面電極２が設けられ、上面にベース板３が設けられている。ベース板３上にはんだ４を介して半導体チップ５が設けられている。
ベース板３上においてケース６が半導体チップ５を取り囲んでいる。ケース電極７がケース６の上面に取り付けられている。ワイヤ８が半導体チップ５とケース電極７に接続されている。ケース６内において、半導体チップ５とワイヤ８は封止材９により封止されている。
第１の押さえ部１０が、ワイヤ８が接合されたケース電極７の接合部分よりも外側でケース電極７をケース６の上面に押さえつける。第２の押さえ部１１が、接合部分よりも内側でケース電極７をケース６の上面に押さえつける。第１の押さえ部１０と第２の押さえ部１１は、ケース６と同じ材料であるケース樹脂により形成されている。
ケース６の上面の内側角部に凹部１２が設けられている。ケース電極７は凹部１２に入り込むように曲げ加工されている。第２の押さえ部１１は凹部１２内に配置されている。第２の押さえ部１１の上面の高さは、ケース電極７の接合部分の上面以下である。
第１の押さえ部１０と第２の押さえ部１１でケース電極７の両端を押さえつけることでケース電極７をケース６に対して強固に固定できるため、ワイヤ接合性を向上させることができる。また、ケース６の上面の凹部１２内に第２の押さえ部１１を配置することで第２の押さえ部１１の上面の高さを低くすることができるため、ワイヤ８の高さを低減することができる。この結果、半導体装置の厚み方向の制約を緩め、サイズを小さくするとともに、重量とコストを低減することができる。
実施の形態２．
図３は、本発明の実施の形態２に係る半導体装置を示す断面図である。凹部１２はケース６の内端面から外側に離間している。これにより、半導体チップ５とケース電極７との沿面距離を確保することができる。その他の構成及び効果は実施の形態１と同様である。
実施の形態３．
図４は、本発明の実施の形態３に係る半導体装置を示す断面図である。ケース電極７の曲げ加工された部分に貫通孔１３が設けられている。第２の押さえ部１１をケース樹脂により形成する際に、貫通孔１３を介して第２の押さえ部１１にケース樹脂が回り込み易くなる。その他の構成及び効果は実施の形態２と同様である。なお、実施の形態２の構成に貫通孔１３を追加しているが、実施の形態１の構成に貫通孔１３を追加してもよい。
実施の形態４．
図５は、本発明の実施の形態４に係る半導体装置を示す断面図である。本実施の形態では、ケース電極７を研削することで、ケース電極７の上面に凹部１４を設けている。第２の押さえ部１１は凹部１４内に配置されている。これにより、実施の形態１と同様の効果を得ることができる。また、実施の形態１の曲げ加工よりもケース電極７の加工精度を向上することができる。
実施の形態５．
図６は、本発明の実施の形態５に係る半導体装置を示す断面図である。図７は、本発明の実施の形態５に係るケース電極を示す上面図である。凹部１４は下方に向かって階段状に幅が狭くなる貫通孔である。これにより、第２の押さえ部１１は、各ケース電極７の凹部１４内のみに配置すればよく、隣接するケース電極７間に配置する必要は無い。従って、第２の押さえ部１１に用いる樹脂量を削減することができる。その他の構成及び効果は実施の形態２と同様である。
実施の形態６．
図８は、本発明の実施の形態６に係る半導体装置を示す断面図である。図９は、本発明の実施の形態６に係るケース電極を示す上面図である。凹部１４は断面形状が台形の貫通孔である。このため、加工が容易である。その他の構成及び効果は実施の形態５と同様である。
実施の形態７．
図１０は、本発明の実施の形態７に係る半導体装置を示す断面図である。図１１は、本発明の実施の形態７に係るケース電極を示す上面図及び断面図である。ケース電極７は、断面がエの字型であり、側面に凹部１５が設けられている。この凹部１５内にケース樹脂が充填されることでケース電極７がケース６に固定されている。これにより、ケース電極７をケース６に対して強固に固定できるため、ワイヤ接合性を向上させることができる。また、ケース電極７上に第２の押さえ部１１を設ける必要が無いため、ワイヤ８の高さを低減することができる。
実施の形態８．
図１２は、本発明の実施の形態８に係る半導体装置を示す断面図である。図１３は、本発明の実施の形態８に係る第２の押さえ部を拡大した断面図である。実施の形態１と同様に、第１の押さえ部１０と第２の押さえ部１１でケース電極７の両端を押さえつけることでケース電極７をケース６に対して強固に固定できるため、ワイヤ接合性を向上させることができる。
本実施の形態では、第２の押さえ部１１はワイヤ８に沿ったテーパー形状である。ワイヤ８を避けるように第２の押さえ部１１をテーパー形状に削った分、第２の押さえ部１１とワイヤ８との距離を確保できる。このため、ケース電極７の構造を変更することなく、ワイヤ８の高さを低減することができる。
実施の形態９．
図１４は、本発明の実施の形態９に係る半導体装置を示す断面図である。図１５は、本発明の実施の形態９に係るケース電極を示す上面図である。実施の形態１と同様に、第１の押さえ部１０と第２の押さえ部１１でケース電極７の両端を押さえつけることでケース電極７をケース６に対して強固に固定できるため、ワイヤ接合性を向上させることができる。
ここで、ケース６と同じ材料であるケース樹脂を回り込ませて第２の押さえ部１１を形成すると、第２の押さえ部１１の高さが高くなってしまう。そこで、本実施の形態では、第２の押さえ部１１を接着材の塗布により形成する。これにより、ケース電極７の構造を変更することなく、第２の押さえ部１１の高さを低くすることができる。
なお、半導体チップ５は、ＭＯＳＦＥＴ、ＳＢＤ、ＩＧＢＴ又はＰＮダイオードなどである。また、半導体チップ５は、珪素によって形成されたものに限らず、珪素に比べてバンドギャップが大きいワイドバンドギャップ半導体によって形成されたものでもよい。ワイドバンドギャップ半導体は、例えば、炭化珪素、窒化ガリウム系材料、又はダイヤモンドである。このようなワイドバンドギャップ半導体によって形成された半導体チップ５は、耐電圧性や許容電流密度が高いため、小型化できる。この小型化された半導体チップ５を用いることで、この半導体チップ５を組み込んだ半導体装置も小型化できる。また、半導体チップ５の耐熱性が高いため、ヒートシンクの放熱フィンを小型化でき、水冷部を空冷化できるので、半導体装置を更に小型化できる。また、半導体チップ５の電力損失が低く高効率であるため、半導体装置を高効率化できる。
５ 半導体チップ、６ ケース、７ ケース電極、８ ワイヤ、１０ 第１の押さえ部、１１ 第２の押さえ部、１２，１４，１５ 凹部、１３ 貫通孔

Claims (11)

  1. 半導体チップと、
    前記半導体チップを取り囲むケースと、
    前記ケースの上面に取り付けられたケース電極と、
    前記半導体チップと前記ケース電極に接続されたワイヤと、
    前記ワイヤが接合された前記ケース電極の接合部分よりも外側で前記ケース電極を前記ケースの前記上面に押さえつける第１の押さえ部と、
    前記接合部分よりも内側で前記ケース電極を前記ケースの前記上面に押さえつける第２の押さえ部とを備え、
    前記ケースの前記上面に凹部が設けられ、
    前記ケース電極は前記凹部に入り込むように曲げ加工され、
    前記第２の押さえ部は前記凹部内に配置されていることを特徴とする半導体装置。
  2. 前記凹部は前記ケースの内端面から離間していることを特徴とする請求項１に記載の半導体装置。
  3. 前記ケース電極の曲げ加工された部分に貫通孔が設けられていることを特徴とする請求項１又は２に記載の半導体装置。
  4. 半導体チップと、
    前記半導体チップを取り囲むケースと、
    前記ケースの上面に取り付けられたケース電極と、
    前記半導体チップと前記ケース電極に接続されたワイヤと、
    前記ワイヤが接合された前記ケース電極の接合部分よりも外側で前記ケース電極を前記ケースの前記上面に押さえつける第１の押さえ部と、
    前記接合部分よりも内側で前記ケース電極を前記ケースの前記上面に押さえつける第２の押さえ部とを備え、
    前記ケース電極の上面に凹部が設けられ、
    前記第２の押さえ部は前記凹部内に配置されていることを特徴とする半導体装置。
  5. 前記凹部は下方に向かって幅が狭くなる貫通孔であることを特徴とする請求項４に記載の半導体装置。
  6. 前記凹部は断面形状が台形の貫通孔であることを特徴とする請求項５に記載の半導体装置。
  7. 前記第２の押さえ部の上面の高さは、前記ケース電極の前記接合部分の上面以下であることを特徴とする請求項１〜６の何れか１項に記載の半導体装置。
  8. 半導体チップと、
    前記半導体チップを取り囲むケースと、
    前記ケースの上面に取り付けられたケース電極と、
    前記半導体チップと前記ケース電極に接続されたワイヤとを備え、
    前記ケース電極の側面に凹部が設けられ、
    前記凹部内にケース樹脂が充填されることで前記ケース電極が前記ケースに固定されていることを特徴とする半導体装置。
  9. 半導体チップと、
    前記半導体チップを取り囲むケースと、
    前記ケースの上面に取り付けられたケース電極と、
    前記半導体チップと前記ケース電極に接続されたワイヤと、
    前記ワイヤが接合された前記ケース電極の接合部分よりも外側で前記ケース電極を前記ケースの前記上面に押さえつける第１の押さえ部と、
    前記接合部分よりも内側で前記ケース電極を前記ケースの前記上面に押さえつける第２の押さえ部とを備え、
    前記第２の押さえ部は前記ワイヤに沿ったテーパー形状であることを特徴とする半導体装置。
  10. 半導体チップと、
    前記半導体チップを取り囲むケースと、
    前記ケースの上面に取り付けられたケース電極と、
    前記半導体チップと前記ケース電極に接続されたワイヤと、
    前記ワイヤが接合された前記ケース電極の接合部分よりも外側で前記ケース電極を前記ケースの前記上面に押さえつける第１の押さえ部と、
    前記接合部分よりも内側で前記ケース電極を前記ケースの前記上面に押さえつける第２の押さえ部とを備え、
    前記第２の押さえ部は接着材であることを特徴とする半導体装置。
  11. 前記半導体チップはワイドバンドギャップ半導体によって形成されていることを特徴とする請求項１〜１０の何れか１項に記載の半導体装置。
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