(57)【要約】【課題】半導体装置の製造品質を向上する。【解決手段】半導体装置は、パッドを有する半導体素子と、一方の端部がパッドに接合されているとともに、半導体素子から第１方向に沿って引き出されたリードとを備える。半導体素子のパッドに接合されたリードの端部は、第１方向に直交する第２方向に沿って延びている。このような構成によると、リードの長手方向（即ち、第１方向）を中心軸とする回転運動を、効果的に抑制することができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
パッドを有する半導体素子と、
一方の端部が前記パッドに接合されているとともに、前記半導体素子から第１方向に沿って引き出されたリードと、を備え、
前記パッドに接合された前記リードの前記端部は、前記第１方向に直交する第２方向に沿って延びている、
半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本明細書が開示する技術は、半導体装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１に、半導体装置が開示されている。この半導体装置は、半導体素子と配線基板とを備える。半導体素子は、電極であるパッド及びパッシベーション膜を有し、半導体素子のパッドは、配線基板に設けられた突起電極に接合されている。パッシベーション膜は、パッドの外周部分を覆わないように形成されている。このような構造によると、パッドの表面に段差が形成されることがなく、突起電極を有する配線基板との接合を、安定して実施することができると説明されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００５−１５８８３３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
半導体素子のパッドには、上記した配線基板に代えて、リードがはんだ付けされることも多い。この場合、パッドに対するリードのはんだ付けにおいて、リフロー時にリードの位置が意図せず変化することで、半導体装置の製造品質が低下することがある。特に、細長い部材であるリードは、その長手方向を中心軸として回転しやすく、そのような回転が生じると、例えばパッドとリードとの間の間隔が不均一となることで、はんだ付けの品質が低下するおそれがある。本明細書は、このような問題を解決又は低減し得る技術を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本明細書が開示する半導体装置は、パッドを有する半導体素子と、一方の端部がパッドに接合されているとともに、半導体素子から第１方向に沿って引き出されたリードとを備える。パッドに接合されたリードの端部は、第１方向に直交する第２方向に沿って延びている。このような構成によると、パッドに対するリードのはんだ付けにおいて、溶融したはんだからリードの端部に作用する力が、リードの長手方向（即ち、第１方向）を中心軸とする回転運動を、効果的に抑制することができる。これにより、半導体装置の製造品質を有意に向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
【図１】実施例の半導体装置１０の構造を模式的に示す平面図。
【図２】図１中のＩＩ−ＩＩ線における断面図。
【図３】半導体装置１０の回路図。
【図４】図５と共に、リフロー時における第１中継リード２３の挙動を説明する図。
【図５】図４中のＶ−Ｖ線における断面図。
【発明を実施するための形態】
【０００７】
図面を参照して、実施例の半導体装置１０について説明する。半導体装置１０は、例えば電気自動車の電力制御装置において、コンバータやインバータといった電力変換回路の少なくとも一部を構成することができる。ここでいう電気自動車は、車輪を駆動するモータを有する自動車を広く意味し、例えば、外部の電力によって充電される電気自動車、モータに加えてエンジンを有するハイブリッド車、及び燃料電池を電源とする燃料電池車等を含む。
【０００８】
図１−図３に示すように、半導体装置１０は、半導体素子１２と、半導体素子１２を封止する封止体１４と、半導体素子１２が実装された導体板１６とを備える。封止体１４は、絶縁性の材料で構成されている。特に限定されないが、本実施例における封止体１４は、例えばエポキシ樹脂といった、封止用材料で構成されている。封止体１４は、概して板形状を有しており、その表面に導体板１６が露出している。導体板１６は、半導体装置１０において電気回路の一部を構成するだけでなく、半導体素子１２の熱を外部へ放出する放熱板としても機能する。導体板１６は、例えば銅又はアルミニウムといった金属で構成されており、優れた導電性及び熱伝導性を有する。
【０００９】
半導体素子１２は、パワー半導体素子であって、複数のパッド１２ａ、１２ｂ、１２ｃを有する。複数のパッド１２ａ、１２ｂ、１２ｃには、電力用の上面電力パッド１２ａ及び下面電力パッド１２ｂと、信号用の信号パッド１２ｃとが含まれる。上面電力パッド１２ａ及び信号パッド１２ｃは、半導体素子１２の上面に位置している。下面電力パッド１２ｂは、半導体素子１２の下面に位置している。特に限定されないが、半導体素子１２はスイッチング素子であり、上面電力パッド１２ａと下面電力パッド１２ｂとの間を、電気的に導通及び遮断することができる。複数のパッド１２ａ、１２ｂ、１２ｃの各々は、例えばアルミニウム、ニッケル、金といった金属を用いて構成されている。
【００１０】
一例ではあるが、本実施例における半導体素子１２は、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）構造１２ｅを有している。そして、上面電力パッド１２ａは、ＩＧＢＴ構造１２ｅのエミッタに接続されており、下面電力パッド１２ｂは、ＩＧＢＴ構造１２ｅのコレクタに接続されており、信号パッド１２ｃは、ＩＧＢＴ構造１２ｅのゲートに接続されている。加えて、半導体素子１２は、ＩＧＢＴ構造１２ｅと並列に接続されたダイオード構造１２ｆを有している。上面電力パッド１２ａは、ダイオード構造１２ｆのアノードに接続されており、下面電力パッド１２ｂは、ダイオード構造１２ｆのカソードに接続されている。これにより、ダイオード構造１２ｆは、ＩＧＢＴ構造１２ｅに対して、還流ダイオードとして機能する。このような半導体素子１２は、ＲＣ（Reverse-Conducting）−ＩＧＢＴとも称される。
【００１１】
なお、他の実施形態として、半導体素子１２は、ＭＯＳＦＥＴ（Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor）構造を有してもよい。この場合、上面電力パッド１２ａは、ＭＯＳＦＥＴ構造のソースに接続され、下面電力パッド１２ｂは、ＭＯＳＦＥＴ構造のドレインに接続され、信号パッド１２ｃは、ＭＯＳＦＥＴ構造のゲートに接続される。
【００１２】
半導体装置１０は、複数のリード２２、２４、２６を備える。複数のリード２２、２４、２６の各々は、例えば銅又はアルミニウムといった金属で構成されており、優れた導電性を有する。複数のリード２２、２４、２６の各々は、封止体１４の内外に亘って延びており、封止体１４の内部において、半導体素子１２と電気的に接続されている。複数のリード２２、２４、２６には、外部の電力系回路に接続される第１電力リード２２及び第２電力リード２４と、外部の信号系回路に接続される信号リード２６とが含まれる。
【００１３】
第１電力リード２２は、第１中継リード２３を介して、半導体素子１２の上面電力パッド１２ａに接続されている。第１中継リード２３は、一方の端部２３ａにおいて、半導体素子１２の上面電力パッド１２ａに接合されており、他方の端部２３ｂにおいて、第１電力リード２２に接合されている。ここで、第１中継リード２３の一方の端部２３ａと、半導体素子１２の上面電力パッド１２ａとの間は、はんだ付けによって接合されており、両者の間にはんだ層３２が形成されている。同様に、第１中継リード２３の他方の端部２３ｂと、第１電力リード２２との間は、はんだ付けによって接合されており、両者の間にはんだ層３４が形成されている。
【００１４】
第１中継リード２３の中間部分２３ｃは、一方の端部２３ａと他方の端部２３ｂとの間の区間を、第１方向（図１における上下方向）に沿って延びている。これに対して、上面電力パッド１２ａに接合されている第１中継リード２３の一方の端部２３ａは、第１方向に対して直交する第２方向（図１における左右方向）に沿って延びている。同様に、第１電力リード２２に接合されている第１中継リード２３の他方の端部２３ｂも、第１方向に対して直交する第２方向に沿って延びている。但し、一方の端部２３ａが、中間部分２３ｃから一方側（図１における左側）に向かって延びているのに対して、他方の端部２３ｂは、中間部分２３ｃから他方側（図１における右側）に向かって延びている。第１中継リード２３に係るこれらの特徴的な構造の作用効果については、後段において詳細に説明する。
【００１５】
第２電力リード２４は、導体板１６を介して、半導体素子１２の下面電力パッド１２ｂに接続されている。詳しくは、半導体素子１２の下面電力パッド１２ｂが、はんだ層３６を介して導体板１６に接合されており、その導体板１６に、第２電力リード２４がはんだ層３８を介して接合されている。なお、第２電力リード２４及び導体板１６に係る構成については、特に限定されず、適宜変更することができる。例えば、導体板１６は、例えばＡＭＣ（Active Metal brazed Copper）基板、ＤＢＣ（Direct Bond Copper）基板、あるいはＤＢＡ（Direct Bond Aluminum）基板といった、セラミック基板の片面又は両面に金属板が接合された積層基板であってもよい。
【００１６】
信号リード２６は、第２中継リード２７を介して、半導体素子１２の信号パッド１２ｃに接続されている。第２中継リード２７は、一方の端部２７ａにおいて、半導体素子１２の信号パッド１２ｃに接合されており、他方の端部２７ｂにおいて、信号リード２６に接合されている。第２中継リード２７の一方の端部２７ａと、半導体素子１２の信号パッド１２ｃとの間は、はんだ付けによって接合されており、両者の間にはんだ層（図示省略）が形成されている。同様に、第２中継リード２７の他方の端部２７ｂと、信号リード２６との間は、はんだ付けによって接合されており、両者の間にはんだ層（図示省略）が形成されている。
【００１７】
第２中継リード２７は、第１中継リード２３と同様の構造を有する。即ち、第２中継リード２７の中間部分２７ｃは、一方の端部２７ａと他方の端部２７ｂとの間の区間を、第１方向（図１における上下方向）に沿って延びている。これに対して、信号パッド１２ｃに接合されている第２中継リード２７の一方の端部２７ａは、第１方向に対して直交する第２方向（図１における左右方向）に沿って延びている。同様に、信号リード２６に接合されている第２中継リード２７の他方の端部２７ｂも、第１方向に対して直交する第２方向に沿って延びている。なお、一方の端部２７ａは、中間部分２７ｃから一方側（図１における右側）に向かって延びているのに対して、他方の端部２７ｂは、中間部分２７ｃから他方側（図１における左側）に向かって延びている。第２中継リード２７に係るこれらの特徴的な構造の作用効果についても、後段において詳細に説明する。
【００１８】
上記したように、本実施例の半導体装置１０では、半導体素子１２の上面電力パッド１２ａに、第１中継リード２３がはんだ付けされている。このような構造では、上面電力パッド１２ａに対する第１中継リード２３のはんだ付けにおいて、リフロー時に第１中継リード２３の位置が意図せず変化することで、半導体装置１０の製造品質が低下することがある。特に、半導体素子１２から第１方向に引き出された第１中継リード２３は、その長手方向（即ち、第１方向）を中心軸として回転しやすく、そのような回転が生じると、上面電力パッド１２ａと第１中継リード２３との間の間隔が不均一となることで、はんだ付けの品質が低下するおそれがある。
【００１９】
この点に関して、本実施例の半導体装置１０では、上面電力パッド１２ａに接合された第１中継リード２３の端部２３ａが、第１方向に対して直交する第２方向に沿って延びている。即ち、第１中継リード２３の端部２３ａは、第１中継リード２３が引き出された第１方向に対して、直交するように延びている。このような構成によると、図４、図５に示すように、上面電力パッド１２ａに対して第１中継リード２３をはんだ付けするときに、溶融したはんだ層３２から第１中継リード２３の端部２３ａに作用する力Ｆが、第１中継リード２３の長手方向（即ち、第１方向）を中心軸Ｃとする回転運動を、効果的に抑制することができる。即ち、溶融したはんだ層３２からの力Ｆが、中心軸Ｃから離れた位置で第１中継リード２３に作用することで、第１中継リード２３に作用する他の外力（モーメント）を、相対的に小さくすることができる。これにより、第１中継リード２３の意図しない回転が抑制され、半導体装置１０の製造品質は有意に向上する。
【００２０】
加えて、本実施例の第１中継リード２３では、第１電力リード２２に接合された他方の端部２３ｂについても、第１方向に対して直交する第２方向に沿って延びている。これにより、第１中継リード２３の意図しない回転がさらに抑制され、半導体装置１０の製造品質は有意に向上する。特に、一方の端部２３ａが、中間部分２３ｃから一方側（図１、図４における左側）に向かって延びているのに対して、他方の端部２３ｂは、中間部分２３ｃから他方側（図１、図４における右側）に向かって延びている。このような構成によると、リフロー中における第１中継リード２３の姿勢がさらに安定して、半導体装置１０の製造品質をさらに向上することができる。
【００２１】
その他の利点として、上述した第１中継リード２３の屈曲した構造によると、第１電力リード２２に外部から引き抜き力（即ち、第１方向に沿った力）が作用したときに、封止体１４が第１電力リード２２や第１中継リード２３を強固に保持することができる。第２中継リード２７についても同様であり、第２中継リード２７の屈曲した構造によると、信号リード２６に作用する引き抜き力に対して、封止体１４は信号リード２６や第２中継リード２７を強固に保持することができる。
【００２２】
本実施例の半導体装置１０では、半導体素子１２の上面において、上面電力パッド１２ａと信号パッド１２ｃとの各々が、第２方向に沿って長く設けられている。これにより、同じく第２方向に延びる第１中継リード２３及び第２中継リード２７の各端部２３ａ、２７ａが、それぞれのパッド１２ａ、１２ｃに対して広い面積で接合されている。このような構成によると、リフロー中に溶融したはんだから半導体素子１２に作用する力が均衡することで、半導体素子１２の意図しない変位や回転が有意に抑制される。また、半導体素子１２の上面において、上面電力パッド１２ａと信号パッド１２ｃとが互いに近接していても、第１中継リード２３及び第２中継リード２７を互いに離れた位置から引き出すことができ、それらの間で絶縁性を高めることができる。
【００２３】
以上、本明細書が開示する技術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。例えば、実施例で説明した第１中継リード２３や第２中継リード２７は、本明細書が開示する技術における「リード」の一例であるが、それらの具体的な構成は様々に変更可能である。例えば、第１中継リード２３は、第１電力リード２２と一体化されてもよい。あるいは、第１中継リード２３及び／又は第１電力リード２２が、さらに二以上のリードへ分割されてもよい。また、第１電力リード２２の一部又は全部が、例えばＡＭＣ基板といった積層基板や、その他の回路基板で構成されてもよい。これらの変更は、第２中継リード２７や信号リード２６にも同様に採用することができる。
【００２４】
本明細書、又は、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、又は、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。
【符号の説明】
【００２５】
１０：半導体装置
１２：半導体素子
１４：封止体
１６：導体板
２２：第１電力リード
２３：第１中継リード
２４：第２電力リード
２６：信号リード
２７：第２中継リード
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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