(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体チップに設けられるパッドとリードに形成されるパッド形状部分とを導電性リボンを介して電気的に接続する際に、
前記リードを備えて前記半導体チップが搭載されるリードフレームをステージ上に載置する工程と、
前記ステージ上に前記リードフレームを固定した状態で前記パッドあるいは前記パッド形状部分と前記導電性リボンとを超音波ボンディングにより接続する工程と
を有し、前記半導体チップの非搭載面に第１の突起部および第３の突起部を備え、前記パッド形状部分の前記非搭載面と同じ方向の面に第２の突起部を備え、前記ステージ上に窪み部または貫通孔を設け、前記窪み部または前記貫通孔に前記第３の突起部をはめ込んで保持することを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項２】
半導体チップに設けられるパッドとリードに形成されるパッド形状部分とを導電性リボンを介して電気的に接続する際に、
前記リードを備えて前記半導体チップが搭載されるリードフレームをステージ上に載置する工程と、
前記ステージ上に前記リードフレームを固定した状態で前記パッドあるいは前記パッド形状部分と前記導電性リボンとを超音波ボンディングにより接続する工程と
を有し、前記半導体チップの非搭載面に第１の突起部および第３の突起部を備え、前記パッド形状部分の前記非搭載面と同じ方向の面に第２の突起部を備え、前記ステージ上に窪み部または貫通孔を設け、前記窪み部または前記貫通孔に前記第３の突起部をはめ込んで保持し、前記第１の突起部および前記第２の突起部の少なくともいずれかが前記ステージの側面に当接することを特徴とする半導体装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、パワー半導体等の電極とリードフレームの電極リードとを導電性リボンを用いて接続する半導体装置とその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ＭＯＳ−ＦＥＴ、ＩＧＢＴなど電力用の半導体素子を実装したパワー半導体装置においては、高出力化、高耐圧化の要求の高まりから、それらに対応する半導体素子やそれを内蔵するパッケージが種々提案されている。
【０００３】
従来の半導体装置とその製造方法としては、大電流を低抵抗で流すために、半導体素子と外部端子とを帯状のＡｌ（アルミニウムリボン）を用いて接合し、接合部分の電気抵抗を低減しているものがあった。しかしながら、さらなる低抵抗化と接続の安定性を実現することを目的としてＡｌリボンの断面積を大きくするためにＡｌリボン複数層とし接続しているものがあった。
【０００４】
図６は従来の半導体装置の内部構造を示す平面図であり、アルミリボンを複数層にした従来の半導体装置としてパワー半導体デバイスを示すものである。
【０００５】
図６において、パワー半導体デバイス１０１は、リードフレーム１０２上に半導体素子１０３が搭載されている。半導体素子１０３の表面にはソース電極１０３ａが形成され、その上には比較的薄い導電性リボン１０５が設けられ、導電性リボン１０５は超音波ボンディングによりソース電極１０３ａに接合している。その上に、導電性リボン１０５に比べ厚い導電性リボン１０６が設けられ、ソース電極１０３ａとの間に導電性リボン１０５を挟み超音波ボンディングで接合されている。導電性リボン１０６のもう一方の側も導電性リボン１０７を介して同様にリードフレーム１０２と超音波ボンディングで接合している。これにより、接合部分の低抵抗化を図っていた（例えば、特許文献１参照）。
【０００６】
また、図７を用いて、従来のアルミリボンボンドの方法を説明する。
【０００７】
図７（ａ），（ｂ）は従来の半導体装置の製造方法におけるアルミリボンボンドの方法を説明する図である。
【０００８】
リードフレーム１０２のアウターリード部は折り曲げられてダイパッド部より低くなっているため、リードフレーム１０２を固定することが困難であった。そのため、ソース電極１０３ａまたはソースリード１０４と導電性リボン１０６との接合の際には、リードフレーム１０２の裏面を吸引機１１０により吸引することにより固定し（図７（ａ））、またはリードフレーム１０２の接合領域以外の領域を上下から固定機１１１で挟み込んで固定し、この状態で、ソース電極１０３ａまたはソースリード１０４上の導電性リボン１０６にボンディングツール１１２から超音波を印加してソース電極１０３ａまたはソースリード１０４と導電性リボン１０６とを接合していた（図７（ｂ））。さらに、ダイパッド上の外周縁部に押さえ部材により押さえ領域を設けたものがあった（特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００８−１１７８２５号公報
【特許文献２】特開平１０−３０３３５０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、前記従来の導電性リボンを電極等に超音波ボンディングする際のリードフレームの固定方法では、導電性リボンを超音波ボンディングにより接合する際に、リードフレームの固定を十分な強度で行うことが困難であったため、リードフレームが超音波の振動と共振して安定性を欠き、ボンディングに必要な超音波を接続部分に十分に加える事ができない場合があった。この場合、接合強度が不足し、接合信頼性を損なうため、低抵抗化を阻害するという問題点があった。更に、リードフレームの共振を抑えて接合信頼性を向上させるために、リードフレームを押さえ治具などを用いて強固に固定してボンディングをする場合も、リードフレームのダイパッドや端子部分に押さえ領域を設けてリードフレームを固定することになり、ダイパッド上に搭載する半導体チップの搭載サイズが制限されるという問題点があった。
【００１１】
本発明は、前記従来の問題点を解決するもので、導電性リボンを超音波ボンディングにより確実に接合させ、接合信頼性の向上を図ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
上記目的を達成するために、本発明の半導体装置の製造方法は、半導体チップに設けられるパッドとリードに形成されるパッド形状部分とを導電性リボンを介して電気的に接続する際に、前記リードを備えて前記半導体チップが搭載されるリードフレームをステージ上に載置する工程と、前記ステージ上に前記リードフレームを固定した状態で前記パッドあるいは前記パッド形状部分と前記導電性リボンとを超音波ボンディングにより接続する工程とを有し、前記半導体チップの非搭載面に第１の突起部および第３の突起部を備え、前記パッド形状部分の前記非搭載面と同じ方向の面に第２の突起部を備え、前記ステージ上に窪み部または貫通孔を設け、前記窪み部または前記貫通孔に前記第３の突起部をはめ込んで保持することを特徴とする。
【００２１】
また、前記半導体チップの非搭載面に第３の突起部をさらに備え、前記ステージ上に窪み部または貫通孔を設け、前記窪み部または前記貫通孔に前記第３の突起部をはめ込んで保持し、前記第１の突起部および前記第２の突起部の少なくともいずれかが前記ステージの側面に当接することが好ましい。
【００２３】
以上により、導電性リボンを超音波ボンディングにより確実に接合させ、接合信頼性の向上が可能となり、容易に接合部分の低抵抗化を図ることができる。
【発明の効果】
【００２４】
以上のように、リードフレームの裏面に突起部を設け、超音波ボンディングの際に、リードフレームをステージ上に載置し、突起部をステージに当接または挿入することにより、リードフレームをステージ上に強固に保持することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】実施の形態１における半導体装置の構造を示す図
【図２】実施の形態１における突起部の形状を示す斜視図
【図３】実施の形態２における半導体装置の製造方法を説明する図
【図４】実施の形態２におけるアルミリボンボンドの様子を説明する図
【図５】実施の形態３における半導体装置の構造を説明する図
【図６】従来の半導体装置の内部構造を示す平面図
【図７】従来の半導体装置の製造方法におけるアルミリボンボンドの方法を説明する図
【発明を実施するための形態】
【００２６】
以下本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
【００２７】
（実施の形態１）
図１は実施の形態１における半導体装置の構造を示す図であり、図１（ａ）は半導体装置としてＳＯ８Ｐと称されるパッケージにＭＯＳ−ＦＥＴからなる半導体チップが実装された半導体装置の外形平面図、図１（ｂ）は図１（ａ）の内部構造図であり、図１（ｃ）は図１（ｂ）のＸ−Ｘ’線に沿った断面図である。図２（ａ），（ｂ）は実施の形態１における突起部の形状を示す斜視図である。
【００２８】
図１（ａ）〜（ｃ）、図２（ａ），（ｂ）において、本発明の半導体装置２００は封止樹脂２０１からアウターリード端子２０２が突出しており、アウターリード端子２０２によって外部回路や配線基板と接続される。
【００２９】
リードフレーム３０１は、ダイパッド３０２とダイパッド３０２と対向して隔離配置されているソースリード３０３及びゲートリード３０４から形成されている。ダイパッド３０２からは、複数のリードが引き出されており、これらリードはドレインリード３０５としての役割を果たす。ソースリード３０３には、ダイパッド側に複数のリードが一体となったパッド形状部分３０３ａが存在している。
【００３０】
ダイパッド３０２部分及び、ソースリード３０３のパッド形状部分３０３ａ、ゲートリード３０４のダイパッド側の先端部３０４ａは、曲げ加工がなされておりアウターリード部分に比べて僅かに高い位置にある。ダイパッド３０２部分の高さとソースリード３０３のパッド形状部分３０３ａ、ゲートリード３０４におけるダイパッド側の先端部３０４ａの高さは、同じで良いが、ダイパッド３０２部分が僅かに低くなっていても良い。
【００３１】
リードフレーム３０１の材質は、主に銅（Ｃｕ）又は銅合金となっている。また、ダイパッド３０２部分には通常銀（Ａｇ）メッキがなされており、ソースリード３０３のパッド形状部分３０３ａはメッキをせず銅（Ｃｕ）無垢でも良いが、銀（Ａｇ）メッキまたはニッケル（Ｎｉ）メッキを施しても良い。ゲートリード３０４のダイパッド側の先端部３０４ａには、通常銀（Ａｇ）メッキが施されている。
【００３２】
ダイパッド３０２上には、例えば、パワー系ＭＯＳ−ＦＥＴの半導体チップ３０６が搭載されており、半田や銀（Ａｇ）ペーストなどのダイスボンド剤を用いてダイパッド３０２上に接合されている。接合に使用されるダイスボンド剤は、半田や銀（Ａｇ）ペースト以外でも、半導体チップ３０６裏面のドレイン電極とダイパッド３０２とが電気的に導通が取れる材料であれば、これらの材料に限定されることはない。
【００３３】
また、半導体チップ３０６上にはソース電極に接続されたソースパッド３０７とゲート電極に接続されたゲートパッド３０８とが形成されている。ソースパッド３０７とゲートパッド３０８はそれぞれ矩形の形状であり、ソースパッド３０７はゲートパッド３０８に比べ大きく形成されている。半導体チップ３０６上のゲートパッド３０８とゲートリード３０４のパッド形状部分３０４ａとは金（Ａｕ）ワイヤー３１１により接続されている。半導体チップ３０６上のソースパッド３０７と、ソースパッド３０７に対向して配置されているソースリード３０３とはアルミリボン３０９により接続されている。ソースパッド３０７及びパッド形状部分３０３ａへのアルミリボン３０９の接合は、リードフレーム３０１をステージ上に載置した状態で超音波ボンディングにより行われる。
【００３４】
超音波を用いた接合に際し、リードフレーム３０１の共振を抑制するため、実施の形態１における半導体装置では、ダイパッド３０２の半導体チップ３０６が搭載された面の背面に位置する非搭載面の周辺端の少なくとも一部、およびパッド形状部分３０３ａの周辺端の少なくとも一部に突起部３１０を形成することを特徴とし、ステージにリードフレーム３０１を載置し、ステージを突起部３１０およびアウターリード部に当接させて、ステージ上にリードフレーム３０１を安定して固定できる構造である。
【００３５】
ここで、突起部３１０の形状は、リードフレーム３０１の互いに対向するダイパッド３０２端部とソースリード３０３のパッド形状部分３０３ａ端部とを非搭載面側に折り曲げる形状とする（図２（ａ））。さらに、突起部３１０をエッチング等により切り欠いて、複数の突起を有する形状にしても良い（図２（ｂ））。また、リードフレーム３０１の互いに対向するダイパッド３０２端部とソースリード３０３のパッド形状部分３０３ａ端部とを非搭載面側に折り曲げる形状とダイパッドの両側面部分を折り曲げている形状であっても良い。また、突起部３１０はリードフレーム３０１端部を折り曲げて形成したが、ダイパッド３０２の接合領域よりソースリード３０３側の非搭載面やパッド形状部分の端部近傍の非搭載面と同一面に貼り付け等により形成しても良い。また、突起部３１０とアウターリードとをステージに２点保持させることによりリードフレーム３０１は安定するが、突起部３１０の高さとアウターリードの曲げ高さ、つまりダイパッド３０２の搭載面あるいはパッド形状部分３０３ａの接合面からアウターリードの非搭載面側である底面までの高さを同じ高さにすると、超音波ボンディング時に接合面が水平となり、接合がより容易になるため好ましい。
【００３６】
このように、リードフレーム３０１の非搭載面に突起部３１０を設けることにより、超音波ボンディングであるアルミリボンボンドの際に、リードフレーム３０１を強固に保持することが可能となり、強力な超音波をリードフレーム３０１及びアルミリボン３０９に有効に伝えることができるため、アルミリボン３０９の強固な固着を行うことができ、容易に接合部分の低抵抗化を図ることができる。
【００３７】
つまり、ダイパッド３０２下面部分からの吸引や、リードフレーム３０１の桟部分を固定することにより行われていた従来の超音波ボンディングでは、強力な超音波を有効に伝え、十分にリードフレーム３０１を固定する事ができなかった。そのため、アルミリボン３０９とソースパッド３０７及びソースリード３０３との界面の接合強度不足が発生したり、アルミリボン３０９の未着が発生したりするといった不具合が生じる可能性があった。
【００３８】
そこで、突起部３１０を設けたダイパッド３０２及びソースリード３０３のパッド形状部分３０３ａでステージとリードフレーム３０１を強固に当接固定した状態でアルミリボン３０９の超音波ボンディングを行うことによって、アルミリボン３０９を確実に接着して接合信頼性を向上することができ、容易に接合部分の低抵抗化を図ることができる。
【００３９】
さらに、突起部３１０を付加したことで、リードフレーム３０１と封止樹脂２０１の接着面積が増大し、アルミリボン３０９を積層しなくてもアルミリボン３０９を強固に固定することができるため、半導体チップの信頼性を維持しながら、容易に導電性リボンの接合部分の低抵抗化を図ることができる。もちろん、アルミリボン３０９を積層することにより、さらなる低抵抗化も可能である。
【００４０】
さらに、リードフレーム３０１の突起部３１０先端を封止樹脂から露出することで、半導体装置２００から外部へ熱を拡散する放熱部の役割を果たすことができる。
【００４１】
また、アルミリボン３０９はアルミを帯状に形成したもので大電流を低抵抗で伝える役割を果たすものであり、同様の役割を果たす導電性の帯状の素材であれば、これに限定される事はない。
（実施の形態２）
図３（ａ）〜（ｃ）は実施の形態２における半導体装置の製造方法を説明する図であり、図３（ａ）は本発明の半導体装置の製造方法を示す工程フロー図、図３（ｂ）は図３（ａ）の工程フロー図における導電性リボンボンディング工程を説明する平面図、図３（ｃ）は図３（ｂ）のＹ−Ｙ’線に沿った断面図である。図４は実施の形態２におけるアルミリボンボンドの様子を説明する図である。
【００４２】
図３（ａ）〜（ｃ），図４において、まず、シリコンウエハにパワー系ＭＯＳ−ＦＥＴを形成した後、ダイシング工程にて個片にカットされた半導体チップ３０６を作製する（ステップ１）。
【００４３】
次に、ダイパッド形状及び各リード形状を形成するとともに、突起部３１０が形成されたリードフレーム３０１のダイパッド３０２部分に、銀（Ａｇ）ペーストなどのダイスボンド剤を用いて、半導体チップ３０６を搭載する（ステップ２）。
【００４４】
この際、突起部３１０は図２（ａ），（ｂ）に示すような形状に形成し、エッチング加工またはプレス加工により形成された突出部分を精密プレス加工で折り曲げて突起を形成したり、突起部分をエッチング加工で形成したり、または、これらを組み合わせて形成されたりしている。この際、折り曲げ加工時には、突起部分の表面に微少な凹凸が形成されるように加工された金型を用いて曲げ加工を行うことで、突起部自体にも微少な凹凸が形成されるように精密プレスがなされることが好ましい。また、エッチング加工を行う際には、同時にリードフレーム３０１表面および突起部３１０にシランカップリング剤などの被膜を施すことが好ましい。
【００４５】
次に、ステージ３２０上に半導体チップ３０６が搭載されたリードフレーム３０１を載置する。この時、リードフレーム３０１は突起部３１０がステージ３２０と当接するように載置され、リードフレーム３０１は突起部３１０を介してステージ３２０上に強固に固定される。次に、この状態で、半導体チップ３０６上のソースパッド３０７上と、ソースリード３０３のリードが一体となったパッド形状部分３０３ａ上とのアルミリボン３０９に、ボンディングツール３２１から超音波を印加してアルミリボンボンドを行う（ステップ３）。
【００４６】
続いて、半導体チップ３０６上のゲートパッド３０８部分とゲートリード３０４とが金（Ａｕ）ワイヤー３１１により接続される（ステップ４）。アルミリボンボンディングと金ワイヤボンディングは、どちらの工程を先に行っても構わないが、アルミリボン３０９をボンディングする際により強力な超音波を用いるため、アルミリボンボンディングを先に行うのが望ましい。
【００４７】
次に、封止樹脂２０１により、ダイパッド３０２及び半導体チップ３０６、アルミリボン３０９、金ワイヤー３１１、インナーリード部分、突起部３１０が封止される（ステップ５）。その際、好ましくは突起部３１０の先端部はアウターリード端子２０２下面と略同一平面に位置し封止樹脂２０１から露出させることが望ましい。
【００４８】
その後、メッキ工程（ステップ６）、マーキング工程を経て（ステップ７）、良・不良の判別を行う検査工程を行い（ステップ８）、半導体装置が完成する。
【００４９】
以上のような製造方法で製造された半導体装置によれば、接合に超音波を用いるため、ダイパッド３０２の半導体チップ３０６が搭載された面の背面に位置する非搭載面の周辺端の少なくとも一部に形成された突起部３１０が、ステージと当接し固定できる構造となる。
【００５０】
リードフレーム３０１の非搭載面に突起部３１０を設けることにより、アルミリボンボンドの際にリードフレーム３０１をステージ上に強固に保持して強力な超音波をリードフレーム３０１及びアルミリボン３０９に有効に伝えて強固な固着を行うことを可能とし、半導体チップの信頼性を維持しながら、容易に導電性リボンの接合部分の低抵抗化を図ることができる。また、接合強度を強固にして低抵抗化を図ることができるため、必ずしもアルミリボンを複数層にする必要もなくなる。
【００５１】
さらに、リードフレーム３０１を曲げ加工などにより非搭載面に突起部を形成する際に、同時に曲げ部分と接触する部分の表面に微少な凹凸を形成させることにより封止樹脂２０１との接触面積を増大させることができるので、封止樹脂２０１とのアンカー効果で密着力が増す。また、リードフレーム３０１の非搭載面の突起部分の形状をエッチング加工により形成する際に、同時にリードフレーム３０１表面にシランカップリング剤などの被膜を施すことにより、封止樹脂２０１との化学結合を促進することができ密着力を増すことができる。
【００５２】
さらに、リードフレーム３０１の突起部３１０先端を封止樹脂２０１から露出することで、半導体装置２００から外部へ熱を拡散する放熱部の役割を果たすことができる。これにより、気密性・放熱性に優れた接合信頼性の高い半導体装置を得ることができる。
（実施の形態３）
図５（ａ）〜（ｄ）は実施の形態３における半導体装置の構造を説明する図であり、図５（ａ）はリードフレームに設けた突起部を説明する裏面平面図であり、図５（ｂ）は図５（ａ）のＺ−Ｚ’線に沿った断面とステージとの関係を示す図であり、図５（ｃ）は内部構造図であり、図５（ｄ）は図５（ｃ）のＹ−Ｙ’線に沿った断面図である。
【００５３】
図５（ａ）〜（ｄ）において、図３（ａ）〜（ｃ）と同じ構成要素については同じ符号を用い、説明を省略する。
【００５４】
図５（ａ）〜（ｄ）において、ダイパッド３０２の非搭載面およびパッド形状部分の裏面の少なくとも一方に突起部３３０を備え、ステージ４１０の搭載面に窪み部４１１を備えた構成をとる。突起部３３０の形状は円柱形や角柱等であり、窪み部４１１は突起部３３０を挿入可能でかつ保持できる形状とする。
【００５５】
このような形状により、突起部３３０は、窪み部４１１と嵌め合されて強固に当接固定することが可能となる。さらに、実施の形態１，２と同様の形状の突起部３１０を設け、ステージ４１０上にリードフレーム３０１を載置した際に、突起部３１０がステージ４１０の側端面に当接するようにステージ４１０を形成することにより、突起部３１０と突起部３３０とでステージ４１０を挟み込むことで、さらにリードフレーム３０１をステージ４１０に強固に固定することができる。また、実施の形態１，２と同様にステージ４１０上にアウターリード端子２０２（図１参照）と突起部３１０とを当接させながら、突起部３３０を窪み部４１１に挿入する構成にすることもできる。
【００５６】
このように、ダイパッド３０２の非搭載面およびパッド形状部分の裏面の少なくとも一方に突起部３３０を設け、突起部３３０をステージ４１０の搭載面の窪み部４１１に挿入して固定しながら超音波ボンディングを実施することで、強力な超音波を有効に伝え、リードフレーム３０１の共振を極力抑えることが可能となり、アルミリボン３０９を確実に接着する事ができ、接合部分の低抵抗化を図ることができる。
【００５７】
ここで、窪み部４１１に替わり貫通孔を設けることもできる。
【００５８】
以上の各実施の形態における説明では、半導体装置としてパワー系半導体装置を例に説明したが、パワー系半導体装置に限らず、アルミリボン等の導電性リボンにより端子パッド間を電気的に接続するリードやダイパッドの一部又は全部に突起部を設けることにより、様々な半導体装置に対して実現可能である。また、端子の数も任意であり、導電性リボン，金ワイヤー等の導電性ワイヤー，バンプ等の接続形式の組み合わせも任意である。また、上記説明では、半導体チップ裏面とダイパッド間で直接電気的接続を設けていたが、必ずしも裏面での接続を要するものではない。
【産業上の利用可能性】
【００５９】
本発明は、導電性リボンを超音波ボンディングにより確実に接合させ、接合信頼性を向上することができ、パワー半導体等の電極とリードフレームの電極リードとを導電性リボンを用いて接続する半導体装置とその製造方法等に有用である。
【符号の説明】
【００６０】
１０１    パワー半導体デバイス
１０２    リードフレーム
１０３    半導体素子
１０３ａ    ソース電極
１０４    ソースリード
１０５    導電性リボン
１０６    導電性リボン
１０７    導電性リボン
１１０    吸引機
１１１    固定器
１１２    ボンディングツール
２００    半導体装置
２０１    封止樹脂
２０２    アウターリード端子
３０１    リードフレーム
３０２    ダイパッド
３０３    ソースリード
３０３ａ    パッド形状部分
３０４    ゲートリード
３０４ａ    先端部
３０５    ドレインリード
３０６    半導体チップ
３０７    ソースパッド
３０８    ゲートパッド
３０９    アルミリボン
３１０    突起部
３１１    金ワイヤー
３２０    ステージ
３２１    ボンディングツール
３３０    突起部
４１０    ステージ
４１１    窪み部
【図１】
0005566296.tif 000002
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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