(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体チップと、
前記半導体チップに設けられる複数の電極パッドと、
前記半導体チップを搭載するダイパッドと、
パッド形状部分を備え、外部端子となる複数のリードと、
前記電極パッドと前記パッド形状部分とを電気的に接続する導電性リボンと、
前記ダイパッドの前記半導体チップが搭載される領域及び前記導電性リボンが接続される領域外の少なくとも一部に設けられる第１の押さえ領域と、
前記パッド形状部分の前記導電性リボンが接続される領域外の少なくとも一部に設けられる第２の押さえ領域と、
前記半導体チップ，前記導電性リボン，前記パッド形状部分，前記第１の押さえ領域及び前記第２の押さえ領域を封止する封止樹脂と
を有し、前記第１の押さえ領域及び前記第２の押さえ領域が表面に凹凸が形成される粗面領域であり、前記導電性リボンの超音波ボンディングの際に前記第１の押さえ領域及び前記第２の押さえ領域を押圧固定することを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
前記電極パッドと前記パッド形状部分との電気的接続の一部が、ワイヤーあるいはバンプを用いて行われることを特徴とする請求項１記載の半導体装置。
【請求項３】
前記第１の押さえ領域として前記ダイパッドに突出部を形成することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の半導体装置。
【請求項４】
前記凹凸の深さが０．２〜３μｍであることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の半導体装置。
【請求項５】
前記粗面領域が矩形であり、１辺の長さが少なくとも０．４ｍｍ以上であることを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載の半導体装置。
【請求項６】
請求項１記載の半導体装置を製造する際の前記導電性リボンの超音波ボンディングが、
前記電極パッドと前記パッド形状部分との間に導電性リボン配置する工程と、
前記第１の押さえ領域及び前記第２の押さえ領域を押圧固定する工程と、
前記超音波ボンディングにより前記導電性リボンを前記電極パッドと前記パッド形状部分とに接続する工程と
を有し、前記第１の押さえ領域及び前記第２の押さえ領域の前記表面に凹凸が形成される粗面領域が、前記押圧固定により形成されることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項７】
前記凹凸の深さが０．２〜３μｍであることを特徴とする請求項６記載の半導体装置の製造方法。
【請求項８】
前記粗面領域が矩形であり、１辺の長さが少なくとも０．４ｍｍ以上であることを特徴とする請求項６または請求項７に記載の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、導電性リボンを介して端子間の電気的接続を行う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チップ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チップやそれを搭載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、半導体装置に大電流を低抵抗で流すために、半導体チップ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る。近年では、さらなる低抵抗化と共に安定した接続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リボンを複数層化して接続しているものがあった。
【０００４】
図４は従来の半導体装置における素子電極と外部電極との接続構成を示す図である。
【０００５】
図４において、パワー半導体デバイス１０１は、リードフレーム１０２上に半導体チップ１０３が搭載されている。半導体チップ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、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のもう一方の側も同様にリードフレーム１０２の外部端子となるリード１０８との間に導電性リボン１０７を挟み超音波ボンディングで接合している（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００８−１１７８２５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、前記従来の構成では、Ａｌリボンの断面積を大きくして接合強度を向上させることができるが、接合部に比較的薄い導電性リボン１０５を先に超音波ボンディングで接合した後、導電性リボン１０５に比べ厚い導電性リボン１０６を超音波ボンディングするため、超音波ボンディングの際に半導体チップ１０３が受ける加熱や振動によるストレスを２回以上受けることになり、半導体チップ１０３自体の信頼性が低下するという問題点があった。又、種類の異なる導電性リボンを用いるため、超音波ボンディング工程が煩雑になるとともに、装置や設備が複雑になり、生産コストが上昇するという課題を有していた。
【０００８】
本発明は、前記従来の課題を解決するもので、半導体チップの信頼性を維持しながら、端子の電気的接続に導電性リボンを用いて容易に接合部分の低抵抗化を図ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
前記目的を達成するために、本発明の半導体装置は、半導体チップと、前記半導体チップに設けられる複数の電極パッドと、前記半導体チップを搭載するダイパッドと、パッド形状部分を備え、外部端子となる複数のリードと、前記電極パッドと前記パッド形状部分とを電気的に接続する導電性リボンと、前記ダイパッドの前記半導体チップが搭載される領域及び前記導電性リボンが接続される領域外の少なくとも一部に設けられる第１の押さえ領域と、前記パッド形状部分の前記導電性リボンが接続される領域外の少なくとも一部に設けられる第２の押さえ領域と、前記半導体チップ，前記導電性リボン，前記パッド形状部分，前記第１の押さえ領域及び前記第２の押さえ領域を封止する封止樹脂とを有し、前記第１の押さえ領域及び前記第２の押さえ領域が表面に凹凸が形成される粗面領域であり、前記導電性リボンの超音波ボンディングの際に前記第１の押さえ領域及び前記第２の押さえ領域を押圧固定することを特徴とする。
【００１０】
又、前記電極パッドと前記パッド形状部分との電気的接続の一部が、ワイヤーあるいはバンプを用いて行われても良い。
【００１１】
又、前記第１の押さえ領域として前記ダイパッドに突出部を形成しても良い。
【００１３】
又、前記凹凸の深さが０．２〜３μｍであることが好ましい。
【００１４】
又、前記粗面領域が矩形であり、１辺の長さが少なくとも０．４ｍｍ以上であることが好ましい。
【００１５】
更に、本発明の半導体装置の製造方法は、前記半導体装置を製造する際の前記導電性リボンの超音波ボンディングが、前記電極パッドと前記パッド形状部分との間に導電性リボン配置する工程と、前記第１の押さえ領域及び前記第２の押さえ領域を押圧固定する工程と、前記超音波ボンディングにより前記導電性リボンを前記電極パッドと前記パッド形状部分とに接続する工程とを有し、前記第１の押さえ領域及び前記第２の押さえ領域の前記表面に凹凸が形成される粗面領域が、前記押圧固定により形成されることを特徴とする。
【００１７】
又、前記凹凸の深さが０．２〜３μｍであることが好ましい。
【００１８】
又、前記粗面領域が矩形であり、１辺の長さが少なくとも０．４ｍｍ以上であることが好ましい。
【００１９】
以上により、半導体チップの信頼性を維持しながら、端子の電気的接続に導電性リボンを用いて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】
【００２０】
以上のように、導電性リボンを用いて電気的接続を行うリードのパッド形状部分やダイパッド等に押さえ領域を付加することにより、リボンボンドの際に押さえ領域を押さえて固定しながら強力な超音波を印加することができるため、導電性リボンを強固に接合しながら接合部分の低抵抗化を図ることができる。又、導電性リボンの接合強度が向上するため、導電性リボンを積層化する必要がなくなり、容易に超音波による半導体チップに対するストレスを低減することができる。又、押さえ領域を含めて樹脂封止するため、樹脂の密着性が向上し、樹脂により導電性リボンの接合強度を更に向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【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２における半導体装置の内部構造を示す平面図
【図３】実施の形態３における半導体装置の製造方法を説明する図
【図４】従来の半導体装置における素子電極と外部電極との接続構成を示す図
【発明を実施するための形態】
【００２２】
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。
【００２３】
（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。
【００２４】
図１において、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。
【００２５】
リードフレーム３０１は、ダイパッド３０２とダイパッド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。
【００２６】
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。
【００２７】
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。又、ダイパッド部分には通常銀（Ａｇ）メッキがなされており、ソースリードのパッド形状部分３０３ａはメッキをせず銅（Ｃｕ）無垢でも良いが、銀（Ａｇ）メッキ又はニッケル（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には、通常銀（Ａｇ）メッキが施されている。
【００２８】
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材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材は、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有れば、これらの材料に限定されることはない。
【００２９】
又、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３０３ａは金（Ａｕ）ワイヤー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により接続されており、ソースパッド３０７及びパッド形状部分３０３ａへの接合は、超音波ボンディングにより行われる。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が搭載された周辺端の少なくとも一部には、半導体チップ３０６やダイスボンド材がなく、アルミリボン３０９も配されない押さえ領域３１０ａが備えられ、超音波ボンディング時にダイパッド３０２を押さえ領域３１０ａで固定できる構造である。更に、ソースリード３０３のパッド形状部分３０３ａには、アルミリボン３０９の接続されていない押さえ領域３１０ｂが接続箇所の両端等に設けられている。
【００３０】
リードフレーム３０１に押さえ領域３１０ａ，３１０ｂ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ができると共に、押さえ領域３１０ａ，３１０ｂを新規に付加した場合には、押さえ領域３１０ａ，３１０ｂを含めて封止樹脂２０１を形成することにより、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を積層しなくても封止樹脂２０１によりアルミリボン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、端子の電気的接続に導電性リボンを用いて容易に接合部分の低抵抗化を図ることができる。更に、リードフレーム３０１を押圧固定して保持する際に、押さえ領域３１０ａ，３１０ｂに深さ０．２〜３μｍ程度の凹凸をもった粗面領域を形成することにより、封止樹脂２０１との接触面積を増大させることができ、封止樹脂２０１のリードフレーム３０１への密着力を大きくすることができるため、よりアルミリボン３０９を強固に固定でき、同時に外部からの湿気などの浸入を低減することができる。
【００３１】
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の桟部分を固定してボンディングがなされるが、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必要があるアルミリボン３０９のボンディングにおいて、従来一般的に用いられているリードフレーム３０１の固定方法では、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。
【００３２】
そこで、押さえ領域３１０ａ，３１０ｂ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でリードフレーム３０１を強固に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を確実に接着すると同時に、封止樹脂２０１の接触面積を増大させることにより、封止樹脂２０１の密着力を増し、アルミリボン３０９を安定して接続することができる。更に、粗面領域を形成することにより、より封止樹脂２０１の密着力を増し、アルミリボン３０９を安定して接続することが可能となる。
【００３３】
更に、ボンダーの押さえ治具で確実に固定するために、これらの押さえ領域は押さえ冶具の寸法及び、搬送などの精度、効果の期待できる粗面領域の形成寸法を考慮して、一般的なパワー半導体装置では、最低でも０．４ｍｍ×０．４ｍｍ平方の領域を必要とし、この領域には、ダイスボンド材のはみ出しなどがあってはならない。もし、ダイスボンド材のはみ出しがあった場合、押さえ治具にてはみ出したダイスボンド材ごと固定することになり、超音波の影響でチップ３０６とダイパッド３０２界面で剥離が生じる可能性があり、更に、粗面領域の形成を阻害する可能性がある。
【００３４】
又、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２は実施の形態２における半導体装置の内部構造を示す平面図である。図２において、図１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。
【００３５】
図２において、ダイパッド３０２に突起部６０１が備えられた構成をとる。突起部６０１は、超音波ボンディングの際の押さえ領域６０２の役割を果たしており、突起部６０１をアルミリボン３０９のボンダーの押さえ治具にて、強固に固定し、押圧による深さ０．２〜３μｍ程度の凹凸をもった粗面領域を形成することが可能となる。尚、突起部６０１においても、最低でも０．４ｍｍ×０．４ｍｍ平方の領域が必要となる。この構成をとることで、ダイパッド３０２上に押さえ領域を設ける必要がなくなり、代わりに突起部分６０１を押さえ治具により押さえる事ができる。これにより、ダイパッド３０２上に搭載される半導体チップ３０６のサイズが０．４ｍｍ×０．４ｍｍの押さえ領域の制約を受ける事がなく、設計の自由度を増す事が可能となる。
【００３６】
更に、ダイパッド３０２を中心として略同心円状に広がるダイスボンド材はダイパッド３０２から突出した突起部６０１には拡がり難くなる。また、突起部６０１へのダイパッド材の拡がりを阻止することをより効果的にするために、突起部６０１の表面に凹凸部を設けたり部分的に被膜を施したりするなどの処理をしてもよい。よって、ダイボンド材の突起部６０１へのはみ出しを考慮する必要がなくなる。そのため、ダイスボンド材のはみ出した部分を押さえ治具にて固定して超音波ボンディングすることによって発生する、半導体チップとダイパッド界面の剥離現象を懸念する必要が無くなる。
【００３７】
このように、ダイパッド３０２に突起部６０１を設け、突起部６０１を押さえ治具で固定して超音波ボンディングを実施することで、ＭＯＳ−ＦＥＴパワー系等の半導体装置において、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る。更に、押さえ治具の押圧により形成される粗面領域により、樹脂との密着性を高める事ができる。これにより、アルミリボン３０９の接合信頼性のより高い半導体装置を得ることができる。
（実施の形態３）
図３は実施の形態３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。
【００３８】
図３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）。次に、ダイパッド形状及び各リード形状が形成されたリードフレーム３０１を用いて、プリベンドにより、ダイパッド３０２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におけるダイパッド側の先端部の曲げ加工がなされる。その後、このダイパッド部分に、銀（Ａｇ）ペーストなどのダイスボンド材を用いて、半導体チップ３０６を搭載する（ステップ２）。次に、半導体チップ３０６上のソースパッド３０７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にアルミリボン３０９が超音波を用いてボンディングされる（ステップ３）。この際、ダイパッド３０２及びソースリード３０３に設けられた押さえ領域３１０ａ，３１０ｂは、ボンダーの押さえ治具５０１により強固に固定されてから、ボンディングがなされる。同時に、押さえ治具の押圧により、深さ０．２〜３μｍ程度の凹凸のある粗面領域を形成しても良い。続いて、半導体チップ３０６上ゲートパッド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ーボンディングは、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の押さえ方法や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。
【００３９】
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、インナーリード部分が封止され（ステップ５）、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。
【００４０】
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、ダイパッド３０２部分及び、パッド形状部分３０３ａにアルミリボン３０９の超音波ボンディング用の押さえ領域３１０ａ，３１０ｂを備えることにより、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る。又、アルミリボン３０９を積層して超音波ボンディングを複数回行う必要がなくなるので、半導体チップ３０６へのストレスを低減でき、半導体チップ３０６の信頼性を確保することができる。更に、押さえ治具５０１の押圧により形成される粗面領域により、リードフレームと樹脂との接触面積を大きく取る事が可能となり、樹脂との密着性を高める事ができる。これにより、接合信頼性の高い半導体装置を得ることができる。
【００４１】
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、導電性リボンにより端子−リー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押さえ領域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。又、端子の数も任意であり、導電性リボン，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。又、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】
【００４２】
本発明は、半導体チップの信頼性を維持しながら、端子の電気的接続に導電性リボンを用いて容易に接合部分の低抵抗化を図ることができ、導電性リボンを介して端子間の電気的接続を行う半導体装置とその製造方法等に有用である。
【符号の説明】
【００４３】
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
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
３１０ａ    押さえ領域
３１０ｂ    押さえ領域
５０１    押さえ治具
６０１    突起部
６０２    押さえ領域
１０１    パワー半導体デバイス
１０２    リードフレーム
１０３    半導体チップ
１０３ａ    ソース電極
１０５    導電性リボン
１０６    導電性リボン
１０７    導電性リボン
１０８    リード
【図１】
0005553766.tif 000002
【図２】
0005553766.tif 000003
【図３】
0005553766.tif 000004
【図４】
0005553766.tif 000005