(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体チップと、
前記半導体チップが搭載されるチップ搭載面を有するダイパッドと、
第１及び第２の配線を介して前記半導体チップに接続される電極端子と、
を備え、
前記半導体チップの材料が、ワイドバンドギャップ半導体を含み、
前記電極端子が、前記第１の配線との接続点を含む第１の表面と、前記第２の配線との接続点を含む第２の表面と、を有し、
前記第１の配線との接続点が、前記チップ搭載面を延長した基準面から第１の高さに位置し、
前記第２の配線との接続点が、前記基準面から前記第１の高さよりも高い第２の高さに位置し、
前記第１の配線が、前記半導体チップに接続される端部を有し、前記第２の配線が、前記半導体チップに接続される端部を有し、前記第１の配線の前記端部が、前記第２の配線の前記端部よりも前記電極端子に近い位置に配置される、半導体デバイス。
【請求項２】
前記電極端子が、前記第１の表面と前記第２の表面との間に設けられた段差部を有する、請求項１に記載の半導体デバイス。
【請求項３】
前記半導体チップ及び前記ダイパッドを収容するケースを更に備え、
前記電極端子が、前記ケースに取り付けられる、請求項１又は２に記載の半導体デバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体デバイスに関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体デバイスの例として、ケース型の半導体デバイス及び樹脂封止型の半導体デバイスが知られている（非特許文献１参照）。このような半導体デバイスでは、ダイパッドに搭載された半導体チップが、ワイヤを介して電極端子に接続される。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００３】
【非特許文献１】「Ｃｕワイヤを中心としたワイヤボンディングの不良原因と信頼性向上・評価技術」株式会社技術情報協会出版、２０１１年７月２９日、ｐ．１６３、ｐ．２６３
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
半導体チップは、１本の太いワイヤの代わりに複数の細いワイヤを介してソース電極端子に接続されることがある。この場合、複数のワイヤの端部が半導体チップの表面に設けられたソース電極パッドおいて分散配置され得るので、半導体チップの表面において局所的に電流が集中することを抑制できる。また、ワイヤボンディングの際に超音波や加圧等により半導体チップが受ける荷重を半導体チップの表面において分散させることができる。
【０００５】
しかし、複数のワイヤを用いる場合、ワイヤの本数を増やすとワイヤ同士が接触する可能性が高まる。ワイヤ同士が接触すると、接触箇所において電流が集中し、発熱するおそれがある。
【０００６】
本発明は、半導体チップを電極端子に接続する配線同士が接触し難い半導体デバイスを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一側面に係る半導体デバイスは、半導体チップと、前記半導体チップが搭載されるチップ搭載面を有するダイパッドと、第１及び第２の配線を介して前記半導体チップに接続される電極端子と、を備え、前記電極端子が、前記第１の配線との接続点を含む第１の表面と、前記第２の配線との接続点を含む第２の表面と、を有し、前記第１の配線との接続点が、前記チップ搭載面を延長した基準面から第１の高さに位置し、前記第２の配線との接続点が、前記基準面から前記第１の高さとは異なる第２の高さに位置する。
【０００８】
この半導体デバイスでは、第１の配線との接続点の高さが、第２の配線との接続点の高さと異なっている。このため、接続点の高さが同じ場合に比べて、高さ方向における第１及び第２の配線間距離を大きくすることができる。よって、第１の配線と第２の配線とが接触し難い半導体デバイスが得られる。
【０００９】
一実施形態において、前記電極端子が、前記第１の表面と前記第２の表面との間に設けられた段差部を有してもよい。
【００１０】
この場合、第１及び第２の表面の両方を基準面と平行に配置することができる。その結果、第１及び第２の配線をそれぞれ第１及び第２の表面に接続し易くなる。
【００１１】
一実施形態において、前記半導体チップの材料が、ワイドバンドギャップ半導体を含んでもよい。
【００１２】
シリコン（Ｓｉ）では、半導体チップに小さい電流しか流れないので、多数の配線を使用する必要性は低い。しかし、ワイドバンドギャップ半導体では、半導体チップに流れる電流がシリコンよりも大きいので、電流の集中を抑制するために配線の本数を増やす必要性が高い。また、ワイドバンドギャップ半導体では、シリコンよりも低い製造歩留まりに起因して半導体チップの大型化が難しい。このため、ワイドバンドギャップ半導体では、小型の半導体チップに多数の配線が接続される。よって、ワイドバンドギャップ半導体では、配線同士の接触を回避することが特に重要である。
【００１３】
一実施形態において、半導体デバイスは、前記半導体チップ及び前記ダイパッドを収容するケースを更に備え、前記電極端子が、前記ケースに取り付けられてもよい。
【００１４】
この場合、ケース型の半導体デバイスが得られる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、半導体チップを電極端子に接続する配線同士が接触し難い半導体デバイスが提供され得る。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】第１実施形態に係る半導体デバイスを模式的に示す平面図である。
【図２】図１のＸ方向から見た半導体デバイスの一部を模式的に示す図である。
【図３】参照用の半導体デバイスの一部を模式的に示す図である。
【図４】第２実施形態に係る半導体デバイスの一部を模式的に示す図である。
【図５】第３実施形態に係る半導体デバイスの一部を模式的に示す図である。
【図６】第４実施形態に係る半導体デバイスの一部を模式的に示す図である。
【図７】第５実施形態に係る半導体デバイスを模式的に示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、添付図面を参照しながら本発明の実施形態を詳細に説明する。なお、図面の説明において、同一又は同等の要素には同一符号を用い、重複する説明を省略する。
【００１８】
（第１実施形態）
図１は、第１実施形態に係る半導体デバイスを模式的に示す平面図である。図１には、ＸＹＺ直交座標系が示されている。図２は、図１のＸ方向から見た半導体デバイスの一部を模式的に示す図である。図１及び図２に示される半導体デバイス１０は、樹脂封止型の半導体デバイスである。半導体デバイス１０は、ダイパッド１２と、半導体チップ（又は半導体素子）１４と、電極端子としてのリード２０とを備える。
【００１９】
半導体デバイス１０は、別の電極端子としてのリード１６及び１８を備えてもよい。リード１６，１８，２０はＸ方向に沿って配列される。リード１６は、リード１８，２０の間に位置する。リード１６，１８、２０及びダイパッド１２は、リードフレームを構成し得る。半導体デバイス１０は、例えば電源等に使用される電力用半導体デバイスである。半導体デバイス１０のパッケージ形態の例は一般的なＴＯシリーズである。ＴＯシリーズの例はＴＯ−２４７、ＴＯ−２２０、ＴＯ−２６３（Ｄ２―ＰＡＫ）、ＴＯ−２５２（Ｄ−ＰＡＫ）を含む。
【００２０】
ダイパッド１２は、半導体チップ１４が搭載されるチップ搭載面１２ａを有する。ダイパッド１２は、半導体チップ１４と電気的に接続され得る。ダイパッド１２は例えば板状を呈している。チップ搭載面１２ａは、例えば長方形である。ダイパッド１２の材料の例は、銅（Ｃｕ）及び銅合金等の金属を含む。ダイパッド１２には、板厚方向にダイパッド１２を貫通する貫通孔２６が形成され得る。貫通孔２６は、例えば螺子によって半導体デバイス１０を他の部材に固定する際に、螺子を通すための孔である。
【００２１】
半導体チップ１４は、チップ搭載面１２ａの所定位置に搭載される。半導体チップ１４の例は、バイポーラトランジスタ、ＭＯＳ−ＦＥＴ、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）等のトランジスタ、ダイオードを含む。半導体チップ１４は、鉛入り金属半田、鉛を含まない金属半田又は導電性樹脂等を含む材料から構成される接着層３２を介してチップ搭載面１２ａに実装され得る。半導体チップ１４の材料の例は、ワイドバンドギャップ半導体、シリコンその他の半導体を含む。ワイドバンドギャップ半導体は、シリコンのバンドギャップよりも大きいバンドギャップを有する。ワイドバンドギャップ半導体の例は、シリコンカーバイド（ＳｉＣ）、窒化ガリウム（ＧａＮ）、ダイヤモンドを含む。
【００２２】
リード１６の内側端部は、ダイパッド１２に機械的に一体的に連結されている。ダイパッド１２は導電性を有するので、リード１６とダイパッド１２とは電気的に接続されている。リード１６の材料の例はダイパッド１２の材料と同じ材料を含む。
【００２３】
リード１８は、配線３０を介して半導体チップ１４に接続される。配線３０の一端は半導体チップ１４の電極パッドＧＰに接続される。配線３０の他端はリード１８の内側端部に接続される。
【００２４】
リード２０は、第１〜第４の配線２２ａ〜２２ｄを介して半導体チップ１４に接続される。配線２２ａ〜２２ｄは、半導体チップ１４の電極パッドＳＰに接続される第１の端部Ｅ１ａ〜Ｅ１ｄと、リード２０の内側端部に接続される第２の端部Ｅ２ａ〜Ｅ２ｄとをそれぞれ有してもよい。
【００２５】
配線２２ａ〜２２ｄの端部Ｅ１ａ〜Ｅ１ｄは、電極パッドＳＰの表面において分散配置される。配線２２ａの端部Ｅ１ａは、配線２２ｂの端部Ｅ１ｂよりもリード２０に近い位置に配置され得る。配線２２ｃの端部Ｅ１ｃは、配線２２ｄの端部Ｅ１ｄよりもリード２０に近い位置に配置され得る。端部Ｅ１ａ及びＥ１ｃは、Ｘ方向においてこの順に配列される。端部Ｅ１ｂ及びＥ１ｄは、Ｘ方向においてこの順に配列される。配線２２ａの端部Ｅ２ａは、配線２２ｂの端部Ｅ２ｂよりも半導体チップ１４に近い位置に配置され得る。配線２２ｃの端部Ｅ２ｃは、配線２２ｄの端部Ｅ２ｄよりも半導体チップ１４に近い位置に配置され得る。端部Ｅ２ａ〜Ｅ２ｄは、Ｘ方向においてこの順に配列される。
【００２６】
リード２０は、図２に示されるように、配線２２ａとの接続点Ｐ１を含む第１の表面Ｓ１と、配線２２ｂとの接続点Ｐ２を含む第２の表面Ｓ２とを有する。表面Ｓ１には、配線２２ｃの端部Ｅ２ｃが接続される。表面Ｓ２には、配線２２ｄの端部Ｅ２ｄが接続される。表面Ｓ１は表面Ｓ２よりも半導体チップ１４に近い位置に配置され得る。接続点Ｐ１は、チップ搭載面１２ａを延長した基準面Ｒから第１の高さＨ１に位置する。基準面ＲはＸＹ平面に平行な平面であり得る。接続点Ｐ２は、基準面Ｒから第２の高さＨ２に位置する。高さＨ２は高さＨ１とは異なる。本実施形態において、高さＨ２は高さＨ１よりも高い。
【００２７】
チップ搭載面１２ａ及び基準面Ｒは同一平面であり得る。半導体チップ１４及びリード２０は、基準面Ｒに沿って配置され得る。表面Ｓ１及び表面Ｓ２は、チップ搭載面１２ａ及び基準面Ｒと平行であり得る。リード２０は、表面Ｓ１と表面Ｓ２との間に設けられた段差部２０ａを有してもよい。段差部２０ａは、プレス加工等により板状部材を折り曲げることによって作製され得る。
【００２８】
半導体チップ１４がＭＯＳ−ＦＥＴを含む場合、リード１６はドレイン電極端子に対応し、リード１８はゲート電極端子に対応し、リード２０はソース電極端子に対応し、電極パッドＧＰはゲート電極パッドに対応し、電極パッドＳＰはソース電極パッドに対応する。リード１８，２０の材料の例は、銅及び銅合金等の金属を含む。配線２２ａ〜２２ｄ，３０は、ワイヤ又はリボンであってもよい。配線２２ａ〜２２ｄ，３０の材料の例は、アルミニウム、金、銅等の金属を含む。配線２２ａ〜２２ｄ，３０は、例えば超音波や加圧等を用いたワイヤボンディングによりリード１８，２０及び半導体チップ１４に接続される。
【００２９】
ダイパッド１２及び半導体チップ１４は、樹脂部２４によって封止され得る。リード１６，１８，２０の内側端部は、樹脂部２４に固定される。リード１６，１８，２０のうち樹脂部２４の内側の部分は、いわゆるインナーリード部である。リード１６，１８，２０のうち樹脂部２４の外側の部分は、アウターリード部である。樹脂部２４の外形形状の一例は、略直方体である。樹脂部２４の材料の例は、ポリフェニレンサルファイド樹脂（ＰＰＳ樹脂）、液晶ポリマー等の熱可塑性樹脂を含む。樹脂部２４は、ダイパッド１２及び半導体チップ１４を熱可塑性樹脂でモールドすることによって形成され得る。樹脂部２４には、ダイパッド１２の貫通孔２６の中心軸線を中心軸線とする貫通孔２８が形成されている。貫通孔２８は、貫通孔２６と同様に螺子止めなどの際などに螺子が通される孔である。貫通孔２８の直径は、貫通孔２６の直径より小さい。
【００３０】
一実施形態において、ダイパッド１２のチップ搭載面１２ａと反対側の面である底面１２ｆは開放され得る。換言すれば、底面１２ｆは樹脂部２４によって覆われていない面であり得る。この場合、底面１２ｆは放熱面として機能し得る。
【００３１】
半導体デバイス１０では、配線２２ａとの接続点Ｐ１の高さＨ１が、配線２２ｂとの接続点Ｐ２の高さＨ２と異なっている。一方、図３に示される半導体デバイスでは、リード５００と配線５２２ａ，５２２ｂとの接続点Ｐ１１，Ｐ１２は、基準面Ｒから同じ高さＨである。この場合、高さ方向における配線５２２ａ，５２２ｂ間が相対的に狭くなり、配線５２２ａ，５２２ｂ同士が接触する可能性が高くなる。よって、半導体デバイス１０では、図３に示される半導体デバイスに比べて、高さ方向における配線２２ａ，２２ｂ間距離を大きくすることができる。したがって、配線２２ａと配線２２ｂとが接触し難い半導体デバイス１０が得られる。
【００３２】
リード２０が表面Ｓ１と表面Ｓ２との間に設けられた段差部２０ａを有する場合、表面Ｓ１，Ｓ２の両方を基準面Ｒと平行に配置することができる。その結果、配線２２ａ，２２ｂをそれぞれ表面Ｓ１，Ｓ２に接続し易くなる。
【００３３】
シリコンでは、半導体チップ１４に小さい電流しか流れないので、多数の配線２２ａ〜２２ｄを使用する必要性は低い。しかし、ワイドバンドギャップ半導体では、半導体チップ１４に流れる電流がシリコンよりも大きいので、電流の集中を抑制するために配線２２ａ〜２２ｄの本数を増やす必要性が高い。また、ワイドバンドギャップ半導体では、シリコンよりも低い製造歩留まりに起因して半導体チップ１４の大型化が難しい。このため、ワイドバンドギャップ半導体では、小型の半導体チップ１４に多数の配線２２ａ〜２２ｄが接続される。よって、ワイドバンドギャップ半導体では、配線２２ａ〜２２ｄ同士の接触を回避することが特に重要である。
【００３４】
（第２実施形態）
図４は、第２実施形態に係る半導体デバイスの一部を模式的に示す図である。図４は、図２に対応する。第２実施形態に係る半導体デバイスは、リード２０に代えてリード１２０を備えること以外は半導体デバイス１０と同様の構成を備える。リード１２０は、基準面Ｒに対して傾斜した表面Ｓ１及びＳ２を有する。表面Ｓ１は表面Ｓ２に隣接する。表面Ｓ１及びＳ２は同一平面である。リード１２０の内側端部は、基準面Ｒに対して傾斜する方向に延びる。リード１２０は、プレス加工等により作製され得る。第２実施形態に係る半導体デバイスでは、少なくとも半導体デバイス１０と同様の作用効果が得られる。
【００３５】
（第３実施形態）
図５は、第３実施形態に係る半導体デバイスの一部を模式的に示す図である。図５は、図２に対応する。第３実施形態に係る半導体デバイスは、リード２０に代えてリード２２０を備えること以外は半導体デバイス１０と同様の構成を備える。リード２２０の内側端部は、表面Ｓ１を有する部分と表面Ｓ２を有する部分とに分岐されている。表面Ｓ１及び表面Ｓ２は、チップ搭載面１２ａ及び基準面Ｒと平行である。リード２２０は、プレス加工、溶接等により作製され得る。第３実施形態に係る半導体デバイスでは、少なくとも半導体デバイス１０と同様の作用効果が得られる。
【００３６】
（第４実施形態）
図６は、第４実施形態に係る半導体デバイスの一部を模式的に示す図である。図６は、図２に対応する。第４実施形態に係る半導体デバイスは、リード２０に代えてリード３２０を備え、配線２２ｅ〜２２ｇを更に備えること以外は半導体デバイス１０と同様の構成を備える。リード３２０の内側端部は多数の段差部３２０ａ〜３２０ｄを有する。配線２２ｅ〜２２ｇは、配線２２ａ〜２２ｄと同様に、半導体チップ１４とリード３２０とを電気的に接続する。
【００３７】
リード３２０は、表面Ｓ１〜Ｓ５を有する。表面Ｓ３〜Ｓ５は、配線２２ｅ〜２２ｇとの接続点Ｐ３〜Ｐ５をそれぞれ含む。接続点Ｐ３〜Ｐ５は、基準面Ｒから高さＨ３〜Ｈ５にそれぞれ位置する。高さＨ３〜Ｈ５は互いに異なる。高さＨ１〜Ｈ５はこの順に高くなる。表面Ｓ１〜Ｓ５は、チップ搭載面１２ａ及び基準面Ｒと平行である。表面Ｓ１と表面Ｓ２との間には段差部３２０ａが設けられている。表面Ｓ２と表面Ｓ３との間には段差部３２０ｂが設けられている。表面Ｓ３と表面Ｓ４との間には段差部３２０ｃが設けられている。表面Ｓ４と表面Ｓ５との間には段差部３２０ｄが設けられている。リード３２０は、プレス加工等により作製され得る。第４実施形態に係る半導体デバイスでは、少なくとも半導体デバイス１０と同様の作用効果が得られる。
【００３８】
（第５実施形態）
図７は、第５実施形態に係る半導体デバイスを模式的に示す図である。図７に示される半導体デバイス１１０は、ケース型の半導体デバイスである。半導体デバイス１１０は、ダイパッド４６と、半導体チップ１４と、電極端子４２０と、ケース５２とを備える。
【００３９】
ダイパッド４６は、半導体チップ１４が搭載されるチップ搭載面４６ａを有する。半導体チップ１４は、接着層３２を介してチップ搭載面４６ａに搭載される。電極端子４２０は、第１及び第２の配線２２ａ，２２ｂを介して半導体チップ１４に接続される。電極端子４２０は、図１及び図２に示される半導体デバイス１０のリード２０と同様に、表面Ｓ１及びＳ２を有する。表面Ｓ１と表面Ｓ２との間には、段差部４２０ａが設けられる。
【００４０】
ダイパッド４６は、絶縁性基板４２の表面に設けられた配線層である。ダイパッド４６の材料の例は、銅及び銅合金等の金属を含む。絶縁性基板４２の材料の例は、アルミナ等のセラミックを含む。絶縁性基板４２の裏面には、放熱層４４が設けられてもよい。放熱層４４の材料の例は、銅及び銅合金等の金属を含む。放熱層４４は、例えば半田等からなる接着層４８を介してヒートシンク５０に接着される。ヒートシンク５０の材料の例は、金属を含む。
【００４１】
半導体チップ１４、ダイパッド４６、絶縁性基板４２及び放熱層４４は、ケース５２に収容される。ケース５２は、例えば筒状である。ケース５２の一方の開口はヒートシンク５０によって封止され得る。ケース５２の他方の開口は蓋５４によって封止され得る。ケース５２の材料の例は、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）やポリフェニレンサルファイド樹脂（ＰＰＳ）といったエンジニヤリングプラスチック等の樹脂を含む。蓋５４の材料の例は熱可塑性樹脂を含む。ケース５２の内側には、応力緩和のため、例えばシリコーンゲル等のゲル５６が注入され得る。
【００４２】
半導体デバイス１１０は、電極端子４１８を備え得る。電極端子４１８は、配線３０を介して半導体チップ１４に接続される。電極端子４１８及び電極端子４２０はケース５２の内壁に取り付けられる。電極端子４１８及び電極端子４２０は、ケース５２の内壁に沿って延びており、蓋５４に形成された開口を通って外部に突出する。電極端子４１８及び電極端子４２０は、プレス加工等により作製され得る。ケース５２は、電極端子４２０の段差部４２０ａに沿った段差部を有する。ケース５２の段差部は、成型等により作製され得る。半導体チップ１４がＭＯＳ−ＦＥＴを含む場合、電極端子４１８はゲート電極端子に対応し、電極端子４２０はソース電極端子に対応する。なお、ドレイン電極端子は図示されていない。第５実施形態に係る半導体デバイスでは、少なくとも半導体デバイス１０と同様の作用効果が得られる。
【００４３】
以上、本発明の好適な実施形態について詳細に説明したが、本発明は上記実施形態に限定されない。
【００４４】
例えば、半導体デバイス１０は、第３〜第４の配線２２ｃ〜２２ｄを備えなくてもよいし、５本以上の配線を備えてもよい。また、リード２０の表面Ｓ１及びＳ２はＹ方向に沿って配列されているが、Ｘ方向に沿って配列されてもよい。また、ダイパッド１２のチップ搭載面１２ａ上に複数の半導体チップ１４が搭載されてもよい。この場合、半導体デバイス中の配線数が増えるので、配線同士の接触を回避することが特に重要である。
【符号の説明】
【００４５】
１０，１１０…半導体デバイス、１２，４６…ダイパッド、１２ａ，４６ａ…チップ搭載面、１４…半導体チップ、２０，１２０，２２０，３２０…リード（電極端子）、２０ａ，３２０ａ，４２０ａ…段差部、２２ａ…第１の配線、２２ｂ…第２の配線、５２…ケース、４２０…電極端子、Ｐ１…第１の配線との接続点、Ｐ２…第２の配線との接続点、Ｒ…基準面、Ｓ１…第１の表面、Ｓ２…第２の表面。
【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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【図６】
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【図７】
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