(57)【要約】      （修正有）【課題】限られた領域内において、半導体チップを電極端子に接続する配線の本数を増やすことができる半導体装置を提供する。【解決手段】半導体チップ１４と、半導体チップ１４が搭載されるチップ搭載面１２ａを有するチップ搭載基板１２と、第１の配線２２ａ及び第２の配線２２ｂを介して半導体チップ１４に電気的に接続される電極端子２０とを備える。半導体チップ１４及び電極端子２０の少なくとも一方の上では、第２の配線２２ｂが第１の配線２２ａ上に重ねて接続される。【選択図】図１
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【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チップ搭載基板と、
第１及び第２の配線を介して前記半導体チップに電気的に接続される電極端子と、
を備え、
前記半導体チップ及び前記電極端子の少なくとも一方の上では、前記第２の配線が前記第１の配線上に重ねて接続される、半導体装置。
【請求項２】
前記電極端子が、ソース電極端子、エミッタ電極端子、又はアノード電極端子である、請求項１に記載の半導体装置。
【請求項３】
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む、請求項１又は２に記載の半導体装置。
【請求項４】
前記第１の配線及び前記第２の配線の少なくとも一方がボンディングリボンである、請求項１〜３のいずれか一項に記載の半導体装置。
【請求項５】
前記第１の配線がボンディングリボンである、請求項４に記載の半導体装置。
【請求項６】
前記第１の配線及び前記第２の配線の材料が、アルミニウム又は銅を含む、請求項１〜５のいずれか一項に記載の半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体装置の例として、樹脂封止型の半導体装置が知られている（非特許文献１参照）。このような半導体装置では、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．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又は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】
上記半導体装置では、半導体チップ及びソース電極端子において、ワイヤを接続するための領域がワイヤ毎に必要であるので、限られた領域に接続されるワイヤの本数を増やすことは難しい。
【０００６】
本発明は、限られた領域内において、半導体チップを電極端子に接続する配線の本数を増やすことができる半導体装置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装置は、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チップ搭載基板と、第１及び第２の配線を介して前記半導体チップに電気的に接続される電極端子と、を備え、前記半導体チップ及び前記電極端子の少なくとも一方の上では、前記第２の配線が前記第１の配線上に重ねて接続される。
【０００８】
この半導体装置では、半導体チップ及び電極端子の少なくとも一方の上において、第２の配線が第１の配線上に重ねて接続されるので、第２の配線を接続するための領域が不要になる。そのため、限られた領域内において、半導体チップと電極端子との間の配線の本数を増やすことができる。
【０００９】
一実施形態において、前記電極端子が、ソース電極端子、エミッタ電極端子、又はアノード電極端子であってもよい。
【００１０】
この場合、半導体チップと電極端子との間に大電流が流れる。そのような場合であっても、半導体チップと電極端子との間の配線の本数を増やすことによって、配線に流れる電流を分散させることができる。
【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、配線の本数を増やすことが特に重要である。
【００１３】
一実施形態において、前記第１の配線及び前記第２の配線の少なくとも一方がボンディングリボンであってもよい。
【００１４】
これにより、第１の配線と第２の配線との間の接続安定性を向上させることができる。
【００１５】
一実施形態において、前記第１の配線がボンディングリボンであってもよい。
【００１６】
これにより、半導体チップ及び電極端子の少なくとも一方、第１の配線、及び第２の配線の間の接続安定性を向上させることができる。
【００１７】
一実施形態において、前記第１の配線及び前記第２の配線の材料が、アルミニウム又は銅を含んでもよい。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、限られた領域内において、半導体チップを電極端子に接続する配線の本数を増やすことができる半導体装置が提供され得る。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】第１実施形態に係る半導体装置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装置の一部を模式的に示す図である。
【図３】第２実施形態に係る半導体装置の一部を模式的に示す図である。
【図４】第３実施形態に係る半導体装置を模式的に示す図である。
【図５】第４実施形態に係る半導体装置を模式的に示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、添付図面を参照しながら本発明の実施形態が詳細に説明される。図面の説明において、同一又は同等の要素には同一符号が用いられ、重複する説明は省略される。
【００２１】
（第１実施形態）
図１は、第１実施形態に係る半導体装置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装置の一部を模式的に示す図である。図１及び図２に示される半導体装置１０は、樹脂封止型の半導体装置である。半導体装置１０は、チップ搭載基板としてのダイパッド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。
【００２２】
半導体装置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。半導体装置１０は、例えば電源等に使用される電力用半導体装置である。半導体装置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。
【００２３】
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装置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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
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に電気的に接続される。配線２２ａ〜２２ｄは、半導体チップ１４の電極パッドＳＰに電気的に接続される第１の端部Ｅ１ａ〜Ｅ１ｄと、リード２０の内側端部に電気的に接続される第２の端部Ｅ２ａ〜Ｅ２ｄとをそれぞれ有してもよい。リード２０上では、第２の配線２２ｂが第１の配線２２ａ上に重ねて接続され、第４の配線２２ｄが第３の配線２２ｃ上に重ねて接続される。
【００２８】
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。
【００２９】
配線２２ａの端部Ｅ２ａは、配線２２ｂの端部Ｅ２ｂとリード２０との間に配置される。配線２２ｃの端部Ｅ２ｃは、配線２２ｄの端部Ｅ２ｄとリード２０との間に配置される。配線２２ａの端部Ｅ２ａは、配線２２ｃの端部Ｅ２ｃ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及びＥ２ｃは、Ｘ方向においてこの順に配列される。
【００３０】
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。半導体チップ１４がＩＧＢＴを含む場合、リード１６はコレクタ電極端子に対応し、リード１８はゲート電極端子に対応し、リード２０はエミッタ電極端子に対応し、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はエミッタ電極パッドに対応する。半導体チップ１４がダイオードを含む場合、リード１６はカソード電極端子に対応し、リード２０はアノード電極端子に対応し、電極パッドＳＰはアノード電極パッドに対応する。この場合、半導体装置１０はリード１８及び電極パッドＧＰを備えていない。
【００３１】
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、ワイヤ又はボンディングリボンであってもよい。配線２２ａ〜２２ｄ，３０の断面形状は例えば円形である。配線２２ａ〜２２ｄ，３０の径は、例えば１００〜５００μｍである。配線２２ａの径は、配線２２ｂの径より大きくてもよい。これにより、配線２２ｂを配線２２ａ上にワイヤボンディングし易くなる。配線２２ａとリード２０との接触面積は、例えば５００００〜２５０００００μｍ２である。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、例えば超音波又は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に電気的に接続される。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
半導体装置１０では、リード２０上において、第２の配線２２ｂが第１の配線２２ａ上に重ねて接続されるので、第２の配線２２ｂを接続するための領域が不要になる。第４の配線２２ｄが第３の配線２２ｃ上に重ねて接続されるので、第４の配線２２ｄを接続するための領域が不要になる。そのため、リード２０の限られた領域内において、半導体チップ１４とリード２０との間の配線２２ａ〜２２ｄの本数を増やすことができる。その結果、リード２０から半導体チップ１４に大電流を流すことができる。さらに、リード２０を小型化できる。
【００３５】
リード２０が、ソース電極端子、エミッタ電極端子、又はアノード電極端子である場合、半導体チップ１４とリード２０との間に大電流が流れる。そのような場合であっても、半導体チップ１４とリード２０との間の配線２２ａ〜２２ｄの本数を増やすことによって、配線２２ａ〜２２ｄに流れる電流を分散させることができる。
【００３６】
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の本数を増やすことが特に重要である。
【００３７】
（第２実施形態）
図３は、第２実施形態に係る半導体装置の一部を模式的に示す図である。図３は、図２に対応する。第２実施形態に係る半導体装置は、配線２２ａ〜２２ｄの配置が異なること以外は半導体装置１０と同様の構成を備える。第２実施形態に係る半導体装置では、半導体チップ１４上において、第２の配線２２ｂが第１の配線２２ａ上に重ねて接続され、第４の配線２２ｄが第３の配線２２ｃ上に重ねて接続される。配線２２ａの端部Ｅ１ａは、配線２２ｂの端部Ｅ１ｂと半導体チップ１４との間に配置される。配線２２ｃの端部Ｅ１ｃは、配線２２ｄの端部Ｅ１ｄと半導体チップ１４との間に配置される。配線２２ａ〜２２ｄの端部Ｅ２ａ〜Ｅ２ｄは、Ｘ方向においてこの順に配列される。
【００３８】
第２実施形態に係る半導体装置では、半導体チップ１４上において、第２の配線２２ｂが第１の配線２２ａ上に重ねて接続されるので、第２の配線２２ｂを接続するための領域が不要になる。第４の配線２２ｄが第３の配線２２ｃ上に重ねて接続されるので、第４の配線２２ｄを接続するための領域が不要になる。そのため、半導体チップ１４の限られた領域内において、半導体チップ１４とリード２０との間の配線２２ａ〜２２ｄの本数を増やすことができる。その結果、リード２０から半導体チップ１４に大電流を流すことができる。さらに、半導体チップ１４を小型化できる。
【００３９】
（第３実施形態）
図４は、第３実施形態に係る半導体装置を模式的に示す図である。図４は、図１に対応する。第３実施形態に係る半導体装置は、第１の配線２２ａ及び第３の配線２２ｃに代えてボンディングリボン２２ｅを備えること以外は半導体装置１０と同様の構成を備える。ボンディングリボン２２ｅは、半導体チップ１４の電極パッドＳＰに電気的に接続される第１の端部Ｅ１ｅと、リード２０の内側端部に電気的に接続される第２の端部Ｅ２ｅとを有してもよい。リード２０上では、第２の配線２２ｂ及び第４の配線２２ｄは、ボンディングリボン２２ｅ上に重ねて接続される。ボンディングリボン２２ｅの端部Ｅ２ｅは、配線２２ｂの端部Ｅ２ｂ及び配線２２ｄの端部Ｅ２ｄとリード２０との間に配置される。
【００４０】
第３実施形態に係る半導体装置では、少なくとも半導体装置１０と同様の作用効果が得られる。さらに、リード２０とボンディングリボン２２ｅと配線２２ｂ及び２２ｄとの間の接続安定性を向上させることができる。配線２２ｂ及び２２ｄをボンディングリボン２２ｅ上にワイヤボンディングし易い。
【００４１】
（第４実施形態）
図５は、第４実施形態に係る半導体装置を模式的に示す図である。図５に示される半導体装置１１０は、ケース型の半導体装置である。半導体装置１１０は、チップ搭載基板としての配線基板４０と、半導体チップ１４と、電極端子４２０と、ケース５２とを備える。
【００４２】
配線基板４０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上では、図１及び図２に示される半導体装置１０のリード２０と同様に、第２の配線２２ｂが第１の配線２２ａ上に重ねて接続される。
【００４３】
配線基板４０は、絶縁性基板４２と、絶縁性基板４２の表面に設けられた配線層４６と、絶縁性基板４２の裏面に設けられた放熱層４４とを備える。配線層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。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。
【００４４】
半導体チップ１４及び配線基板４０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）又はポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）樹脂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。
【００４５】
半導体装置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。
【００４６】
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。ドレイン電極端子は図示されていない。半導体チップ１４がＩＧＢＴ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はエミッタ電極端子に対応する。コレクタ電極端子は図示されていない。半導体チップ１４がダイオードを含む場合、電極端子４２０はアノード電極端子に対応する。カソード電極端子は図示されていない。この場合、半導体装置１１０は電極端子４１８を備えていない。
【００４７】
第４実施形態に係る半導体装置では、少なくとも半導体装置１０と同様の作用効果が得られる。
【００４８】
以上、本発明の好適な実施形態について詳細に説明されたが、本発明は上記実施形態に限定されない。各実施形態の構成要素は任意に組み合わされ得る。
【００４９】
例えば、図１及び図２の半導体装置１０は、配線２２ｃ及び２２ｄを備えなくてもよいし、半導体チップ１４とリード２０との間に設けられた更なる配線を備えてもよい。リード２０上において、第２の配線２２ｂ及び第４の配線２２ｄ上に更なる配線が重ねて接続されてもよい。
【００５０】
電極パッドＧＰとリード１８との間に複数の配線３０が設けられてもよい。この場合、チップ１４上において、配線３０上に更なる配線３０が重ねて接続されてもよいし、リード１８上において、配線３０上に更なる配線３０が重ねて接続されてもよい。
【００５１】
図３に示される第２実施形態に係る半導体装置では、第１実施形態と同様に、リード２０上においても、第２の配線２２ｂが第１の配線２２ａ上に重ねて接続され、第４の配線２２ｄが第３の配線２２ｃ上に重ねて接続されてもよい。
【００５２】
図４に示される第３実施形態に係る半導体装置では、第２の配線２２ｂ及び第４の配線２２ｄがボンディングリボンに置き換えられてもよい。この場合、ボンディングリボン２２ｅが第１の配線２２ａ及び第３の配線２２ｃに置き換えられてもよい。その結果、リード２０上において、ボンディングリボンが第１の配線２２ａ及び第３の配線２２ｃ上に重ねて接続される。このような場合でも、ボンディングリボンと第１の配線２２ａ及び第３の配線２２ｃとの間の接続安定性を向上させることができる。第２実施形態と同様に、半導体チップ１４上において、配線２２ｂ及び２２ｄがボンディングリボン２２ｅ上に重ねて接続されてもよい。
【００５３】
図５に示される第４実施形態に係る半導体装置では、第２実施形態と同様に、半導体チップ１４上において、配線２２ｂが配線２２ａ上に重ねて接続されてもよい。第３実施形態と同様に、配線２２ａ及び２２ｂの少なくとも一方がボンディングリボンに置き換えられてもよい。
【符号の説明】
【００５４】
１０，１１０…半導体装置、１２…ダイパッド（チップ搭載基板）、１２ａ，４６ａ…チップ搭載面、１４…半導体チップ、２０…リード（電極端子）、２２ａ…第１の配線、２２ｂ…第２の配線、２２ｅ…ボンディングリボン、４０…配線基板（チップ搭載基板）、４２０…電極端子。
【図１】
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【図２】
2014170801.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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