(57)【要約】【課題】  温度の変動により発生するバンプとの接合部の熱応力の緩和が可能となり、電気的接続の信頼性に優れる半導体装置を得ることを目的とする。【解決手段】  第１の半導体素子（ＩＧＢＴ等の電力半導体素子）１および第２の半導体素子（ダイオード等の電力半導体素子）２が、表裏に電極を有する半導体素子であり、半導体素子１、２の一方の電極はバンプ４により導電性部材であるリードフレーム３と、他方の電極は導電性接合材６により導電性部材である金属板５と電気的に接続され、特に、上記リードフレーム３には切り欠き部３１が設けられ、上記バンプ４が切り欠き部３１を横切りリードフレーム３と接合されている。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体素子の電極と導電性部材とが、バンプを介して電気的に接続した半導体装置において、上記導電性部材が切り欠き部を有し、上記バンプが上記導電性部材の切り欠き部を横切り上記導電性部材と接合していることを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
切り欠き部により導電性部材に櫛歯状部を設け、上記バンプが上記導電性部材の櫛歯状部の切り欠き部を横切り上記導電性部材と接合していることを特徴とする請求項１に記載の半導体装置。
【請求項３】
半導体素子が表裏に電極を有する電力半導体素子であり、この電力半導体素子の一方の電極が、導電性部材であるリードフレームの切り欠き部を横切るバンプを介して、上記リードフレームと電気的に接続され、他方の電極が接合材により導電性部材に接合されてい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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、特に電力用の半導体素子を用いた半導体装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、表裏両面に電極を有する半導体素子の回路基板への実装工程において、半導体素子の一方の電極に、回路基板に接合するためのバンプを形成し、他方の電極面を上記回路基板に向けて延びかつ上記回路基板に電気的に接続可能な接続端子を有する金属片に接合材により接合し、上記バンプと上記金属片の接続端子を同時に上記回路基板に電気的に接続する（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】特開２００２−２６０６７号公報（第１頁）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、ワイヤ等を用いた間接接合ではなく半導体素子を回路基板にバンプを介して直接接合しているため、温度の変動による熱応力により接合部の信頼性が低下するという課題があった。
【０００５】
本発明は、かかる課題を解決するためになされたものであり、温度の変動により発生するバンプとの接合部における熱応力の緩和が可能となり、電気的接続の信頼性に優れた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】
【０００６】
本発明に係る第１の半導体装置は、半導体素子の電極と導電性部材とが、バンプを介して電気的に接続した半導体装置において、上記導電性部材が切り欠き部を有し、上記バンプが上記導電性部材の切り欠き部を横切り上記導電性部材と接合しているものである。
【発明の効果】
【０００７】
本発明の第１の半導体装置は、半導体素子の電極と導電性部材とが、バンプを介して電気的に接続した半導体装置において、上記導電性部材が切り欠き部を有し、上記バンプが上記導電性部材の切り欠き部を横切り上記導電性部材と接合しているもので、温度の変動により発生するバンプとの接合部の熱応力の緩和が可能となり、電気的接続の信頼性に優れる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１の半導体装置に係わる、半導体素子とこれと電気的に接続された導電性部材との接合体の接合状態を説明する説明図であり、（ａ）が平面図、（ｂ）が（ａ）におけるＡ−Ａ線における断面図である。
本実施の形態の半導体装置は、第１の半導体素子１および第２の半導体素子２が、表裏に電極を有する半導体素子であり、図は例えば第１の半導体素子１がＩＧＢＴ等の電力半導体素子、第２の半導体素子２がダイオード等の電力半導体素子である場合を示す。
また、上記半導体素子１、２の一方の電極はバンプ４により導電性部材であるリードフレーム３と、他方の電極は導電性接合材６により導電性部材である金属板５と接合され、特に、上記リードフレーム３には切り欠き部３１が設けられ、上記バンプ４が切り欠き部３１を横切りリードフレーム３と接合されている。
【０００９】
本実施の形態に係わるバンプとしては、例えばアルミワイヤ、金ワイヤなどが使用される。
本実施の形態に係わる導電性部材としてはリードフレームがあり、例えば電気伝導率や熱伝導率が高い銅材や、熱伝導率が比較的高く熱膨張係数が小さい銅モリブデン合金または銅タングステン合金などが使用される。また、例えば電気伝導率や熱伝導率が高い銅板や、熱伝導率が比較的高く熱膨張係数が小さい銅モリブデン合金、銅タングステン合金板や、表層に金属パターンを形成したセラミック基板が用いられる。
また、本実施の形態において、半導体素子の電極が導電性接合材６により導電性部材である金属板５に接合しているが、上記接合材としては、半田や導電性接着剤などが使用され、上記接合材で半導体素子を金属板に接合する場合、半導体素子のアルミ電極表層の酸化物による電気接合性の低下を防止するために、アルミ電極上に例えばニッケルおよび金めっき層が形成されている。
【００１０】
上記のように、半導体素子１、２と導電性部材３とのバンプ４による接合部を構成する材料の熱膨張係数は、半導体チップ（シリコン）３ｐｐｍ、銅リードフレーム１７ｐｐｍ、バンプ（例えばアルミ２４ｐｐｐｍ、金１２ｐｐｍ）と互に異なり、いずれも弾性率が高いため、温度の変動により上記接合部に大きな熱応力が発生する。特に、半導体素子の能動面側の電極がバンプで接合される場合、半導体素子の能動面側の表層部分には微細加工が施されているため、上記応力によるダメージが防止できれば信頼性が増す。
そこで、本実施の形態においては、導電性部材３に切り欠き部３１を設け、バンプ４が上記切り欠き部３１を横切り導電性部材３と接合しているので、上記接合部に大きな熱応力が発生した場合、上記切り欠き部３１により上記導電性接合材３が変形し易く上記応力を吸収することにより上記熱応力を緩和することができ、熱応力により発生する接合部の剥離や破断が防止でき接合信頼性が確保できる。
なお、上記切り欠き部３１は、リードフレーム３に例えば幅が５０〜２０００μｍの間隙を、エッチングや金型による打ち抜き等により設けることにより得る。上記間隙３１の幅が５０μｍ未満では熱応力の緩和効果が不十分となり、２０００μｍを越えると通電のための接触面積が不十分となるため望ましくない。
また、図１における第１の半導体素子１上のバンプ４と導電性部材３との接合に示すように、導電性部材３に切り欠き部３１により櫛歯状部を設け、上記櫛歯の切り欠き部３１を横切るようにバンプが接合されていると、温度変動により上記櫛歯の開放端が容易に変形するため、さらに熱応力を緩和することによる効果が顕著となる。
【００１１】
また、ダイオードやＩＧＢＴ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ  Ｇａｔｅ  Ｂｉｐｏｌａｒ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）などの電力用半導体素子では半導体素子のサイズが大きいため熱応力により上記接合部に剥離や破断が発生して接合信頼性が低下しやすいため、本実施の形態の半導体装置として上記電力用半導体素子を用いた場合に上記効果が顕著となる。
図１において、第１の半導体素子１がＩＧＢＴ、第２の半導体素子２がダイオードとして具体的に導電性部材との接合状態を説明する。
ＩＧＢＴ１は一方の主面にコレクタ電極１１を有し、もう一方の主面にゲート電極１２とエミッタ電極１３を有し、コレクタ電極１１が金属板５と接合材６で接合される。
一方、ダイオード２は一方の主面にカソード電極２１を有し、もう一方の主面にアノード電極２２を有し、カソード電極２１が金属板５と接合材６で接合される。
上記リードフレーム３には切り欠き部３１が設けられ、リードフレーム３のＩＧＢＴ１との接合部は櫛歯状であり、バンプ４が上記切り欠き部３１を横切って接合され、ＩＧＢＴ１のエミッタ電極１３およびダイオード２のアノード電極２２とも接合されている。
なお、本実施の形態においては、ＩＧＢＴ１とダイオード２を同じリードフレーム３に接合したが、それぞれを別のリードフレームに接合後、両者のリードフレーム間を電気的に接合することも可能である。また、ＩＧＢＴ１とダイオード２の表裏の電極を、それぞれリードフレームと金属板に接合したが、金属板の代わりにリードフレームを用いても良い。
【００１２】
図２は、本実施の形態の半導体装置の製造工程における、バンプの形成工程を説明する説明図であり、（ａ）が平面図、（ｂ）が（ａ）におけるＡ−Ａ線での断面図である。
図２に示すように、バンプ４は、所定の長さのワイヤをリードフレーム３の櫛歯状部の切り欠き部を横切るように配置して、少なくともワイヤの両端がウエッジボンディング方式でリードフレームに接合されている（図２では両端）。リードフレームに接合されている部分以外のワイヤ部分はリードフレームとほぼ接する様にリードフレームとほぼ平行に配置されている。リードフレームの櫛歯部分にこの様な形状のバンプを形成するにはウエッジボンディング方式でバンプを形成することが好ましい。バンプ径に関しては、チップとリードフレームとの平行度、バンプの接合面積を増やし通電量を確保するため、１００〜５００μｍが好ましい。
【００１３】
上記のようにリードフレーム３上に形成されたバンプ４と半導体素子の電極との接合に、超音波印加機能を備えたフリップチップボンダーを用いた超音波接合方法を適用すると、アルミ電極表面に直接バンプを接合することができるため好ましい。つまり、半導体素子をフリップチップボンダーの接合ツールに吸着し、接合ツールを移動させ半導体素子をリードフレーム上のバンプと位置あわせ後、所定の荷重で半導体素子をバンプに押し当て、バンプの大部分が、リードフレームと半導体素子の電極に接触後、超音波を印加して接合し、接合により半導体素子のアルミ電極とバンプ、リードフレームとバンプが金属結合により接合する。
なお、バンプはリードフレームに形成したが、半導体素子の電極側に形成しても同様の接合が可能となる。
【００１４】
実施の形態２．
本発明の実施の形態２の半導体装置は、実施の形態１において、バンプの形成工程におけるバンプ４の形成状態が図３である他は実施の形態１と同様のもので、実施の形態１と同様の効果がある。
図３は、本発明の実施の形態２の半導体装置に係わる、バンプを形成したリードフレームの説明図で、バンプ４の本数は、通電量や半導体素子からリードフレーム３への必要な放熱量により決められるが、接合時や接合後の半導体素子とリードフレーム３との平行度を保持するためには、本実施の形態に示すように、２本以上のバンプを形成することが好ましい。
【００１５】
実施の形態３．
本発明の実施の形態３の半導体装置は、実施の形態１において、リードフレーム３が図４である他は実施の形態１と同様のもので、実施の形態１と同様の効果がある。
図４は、本発明の実施の形態３の半導体装置に係わる、バンプが形成されるリードフレームの説明図で、切り欠き部３１により図４（ａ）〜（ｄ）に示す形状のリードフレーム３とし、バンプは上記実施の形態に示すように、上記リードフレーム３の切り欠き部３１を横切って形成される。
【００１６】
実施の形態４．
図５は、本発明の実施の形態４の半導体装置を示す構成図である。
上記実施の形態１に係わる、半導体素子とこれと電気的に接続された導電性部材との接合体を絶縁体９に載置し、これをトランスファー成形機にセットした金型内の所定の位置に設置し、モールド樹脂１０を加熱加圧して上記金型内に注入し、上記モールド樹脂１０を硬化して後、所定の温度にて後硬化を行い本実施の形態の半導体装置を作製する。
なお、例えば金属板５と金属フレーム７は溶接で接合され、ＩＧＢＴ１のゲート電極１２と金属フレーム７は通電量が少ないのでアルミワイヤのワイヤボンド８で接合されている。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の実施の形態１の半導体装置に係わる、半導体素子とこれと電気的に接続された導電性部材との接合体の接合状態を説明する説明図である。
【図２】本発明の実施の形態１の半導体装置に係わるバンプの形成工程を説明する説明図である。
【図３】本発明の実施の形態２の半導体装置に係わる、バンプを形成したリードフレームの説明図である。
【図４】本発明の実施の形態３の半導体装置に係わる、バンプを形成するリードフレームの説明図である。
【図５】本発明の実施の形態４の半導体装置を示す構成図である。
【符号の説明】
【００１８】
１  半導体素子、１１，１２，１３  電極、２  半導体素子、２１，２２  電極、３  導電性部材（リードフレーム）、３１  切り欠き部、４  バンプ、５  導電性部材（金属板）、６  接合材。
【図１】
2006196765.tif 000003
【図２】
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【図３】
2006196765.tif 000005
【図４】
2006196765.tif 000006
【図５】
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