(57)【要約】【課題】より簡単な構造で過熱状態になる前または過熱状態になってすぐに電流を遮断でき、電流が遮断されていることを容易に把握することのできる半導体モジュールを得ること。【解決手段】半導体モジュール１０は、配線パターン５が表面に形成された基板１と、基板１の表面１ａに搭載され、基板１の表面１ａと同じ方向を向く主面２ａに電極パッド６が形成された半導体チップ２とを備える。また、半導体モジュール１０は、配線パターン５と電極パッド６とに接続されたボンディングワイヤ３と、主面２ａに搭載された素子４と、を備える。ボンディングワイヤ３は、素子４が熱膨張する前には素子４が存在しないが素子４が熱膨張することで素子４が存在することになる領域を通過している。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
配線パターンが表面に形成された基板と、
前記基板の表面に搭載され、前記基板の表面と同じ方向を向く主面に電極パッドが形成された半導体チップと、
前記配線パターンと前記電極パッドとに接続されたボンディングワイヤと、
前記主面に搭載された素子と、を備え、
前記ボンディングワイヤは、前記素子が熱膨張する前には前記素子が存在しないが前記素子が熱膨張することで前記素子が存在することになる領域を通過していることを特徴とする半導体モジュール。
【請求項２】
前記素子は、前記ボンディングワイヤと前記主面との間に配置されることを特徴とする請求項１に記載の半導体モジュール。
【請求項３】
前記素子は、前記ボンディングワイヤの側方に配置されることを特徴とする請求項１に記載の半導体モジュール。
【請求項４】
前記主面のうち前記素子が搭載される領域には凹みが形成されており、
前記凹みの壁面が前記素子に接触することを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１つに記載の半導体モジュール。
【請求項５】
前記素子の外周面には、前記ボンディングワイヤが延びる方向に沿って延びる溝が形成されており、
前記ボンディングワイヤは、前記溝を通過することを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１つに記載の半導体モジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体チップが基板に搭載された半導体モジュールに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、配線パターンが形成された基板の上に半導体チップが設けられ、基板の配線パターンと半導体チップとがボンディングワイヤによって電気的に接続された半導体モジュールが用いられている。
【０００３】
大電流を扱う半導体モジュールでは、異常動作時に半導体チップが過熱状態になりやすい。一般的に、半導体チップは温度が上昇することで抵抗値が低下する性質がある。そのため、半導体モジュールの異常動作時に温度が上昇することで、半導体チップの抵抗値が低下してさらなる大電流が半導体チップに流れてしまい、半導体モジュールの過熱を招く場合がある。
【０００４】
半導体モジュールの過熱は、周辺機器の故障を招くおそれがあるため、半導体モジュールの過熱状態を早急に解消することが必要となる。特許文献１では、熱膨張係数の異なる樹脂材料でボンディングワイヤを封止することで、温度上昇時に熱膨張係数の異なる樹脂材料の境界面でボンディングワイヤにせん断力を発生させる技術が開示されている。特許文献１に開示された技術では、ボンディングワイヤにせん断力を発生させてボンディングワイヤの断面積を縮小させ、ボンディングワイヤの抵抗値を上昇させることでボンディングワイヤを溶断させている。ボンディングワイヤが溶断することで、過熱状態になる前または過熱状態になってすぐに電流が遮断される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平８−７８６１１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記従来の技術では、２種類の樹脂材料でボンディングワイヤを封止しているため構造が複雑化するという問題があった。また、樹脂の内部でボンディングワイヤが溶断するため、ボンディングワイヤが溶断しているか否かを把握しにくく、電流が遮断されているか否かの判断が難しいという問題があった。
【０００７】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、より簡単な構造で過熱状態になる前または過熱状態になってすぐに電流を遮断でき、電流が遮断されていることを容易に把握することのできる半導体モジュールを得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明にかかる半導体モジュールは、配線パターンが表面に形成された基板と、基板の表面に搭載され、基板の表面と同じ方向を向く主面に電極パッドが形成された半導体チップとを備える。また、半導体モジュールは、配線パターンと電極パッドとに接続されたボンディングワイヤと、主面に搭載された素子と、を備える。ボンディングワイヤは、素子が熱膨張する前には素子が存在しないが素子が熱膨張することで素子が存在することになる領域を通過している。
【発明の効果】
【０００９】
本発明にかかる半導体モジュールによれば、より簡単な構造で過熱状態になる前または過熱状態になってすぐに電流を遮断でき、電流が遮断されていることを容易に把握することができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の実施の形態１にかかる半導体モジュールの平面図
【図２】図１に示すＩＩ−ＩＩ線を切断線とする断面図
【図３】図１に示すＩＩ−ＩＩ線を切断線とする断面図であって、素子が熱膨張した状態を示す図
【図４】実施の形態１の変形例１にかかる半導体モジュールの断面図
【図５】実施の形態１の変形例２にかかる半導体モジュールの断面図
【図６】実施の形態１の変形例３にかかる半導体モジュールの平面図
【図７】実施の形態１の変形例３にかかる半導体モジュールの断面図
【図８】実施の形態１の変形例３にかかる半導体モジュールの平面図
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下に、本発明の実施の形態にかかる半導体モジュールを図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。
【００１２】
実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１にかかる半導体モジュールの平面図である。図２は、図１に示すＩＩ−ＩＩ線を切断線とする断面図である。実施の形態１にかかる半導体モジュール１０は、表面１ａに配線パターン５が形成された基板１と、基板１の表面１ａに搭載された半導体チップ２とを備える。
【００１３】
基板１は、樹脂に例示される絶縁材料で形成された板状部材の表層または内層に、銅に例示される金属で形成された配線パターン５が設けられている。半導体チップ２は、基板１の表面１ａと同じ方向を向く主面２ａに電極パッド６が形成されている。半導体チップ２に形成された電極パッド６は、銅に例示される金属で形成される。
【００１４】
半導体モジュール１０は、基板１に形成された配線パターン５と半導体チップ２に形成された電極パッド６とに接続されたボンディングワイヤ３を備える。ボンディングワイヤ３は、銅に例示される金属で形成されており、配線パターン５と半導体チップ２とがボンディングワイヤ３を介して電気的に接続される。半導体チップ２には、配線パターン５およびボンディングワイヤ３を介して電流が供給される。なお、図１および図２では、理解の容易化のために１つの基板１に対して１つの半導体チップ２と１本のボンディングワイヤ３とが設けられた例を示しているが、１つの基板１に対して複数の半導体チップ２と複数本のボンディングワイヤ３が設けられていてももちろん構わない。また、１つの半導体チップ２に対して複数本のボンディングワイヤ３が設けられていても構わない。
【００１５】
ボンディングワイヤ３は、図２に示すように基板１の表面１ａおよび半導体チップ２の主面２ａから離れる方向に凸となる山形形状に折り曲げられている。ボンディングワイヤ３と半導体チップ２の主面２ａとの間には隙間が形成される。
【００１６】
半導体モジュール１０は、半導体チップ２の主面２ａに搭載された素子４を備える。素子４は、半導体チップ２の主面２ａのうち、ボンディングワイヤ３と主面２ａとの間となる領域に搭載される。素子４は、主面２ａからの高さＨ１が、ボンディングワイヤ３に接触しない高さで形成されている。
【００１７】
素子４は、熱膨張によって主面２ａからの高さＨ１が増す材料で形成されている。素子４は、単一の材料で形成されることが好ましい。図３は、図１に示すＩＩ−ＩＩ線を切断線とする断面図であって、素子４が熱膨張した状態を示す図である。素子４は、熱膨張によって増した主面２ａからの高さＨ２が、図２に示すボンディングワイヤ３と主面２ａとの最大間隔Ｗ１よりも大きな高さとなる。これは、素子４が熱膨張する前には素子４が存在しないが素子４が熱膨張することで素子４が存在することになる領域Ａをボンディングワイヤ３が通過していると換言できる。
【００１８】
したがって、素子４が熱膨張した場合には、図３に示すように、領域Ａまで拡大した素子４によってボンディングワイヤ３は主面２ａから離れる方向に押し上げられて電極パッド６から剥離される。これにより、配線パターン５と半導体チップ２との間の電流が流れる経路が遮断される。
【００１９】
素子４は、熱によって不可逆的に膨張可能な樹脂で形成される。熱によって不可逆的に膨張可能な樹脂には、例えば、住友スリーエム社製のＡＦ−３０２４が用いられる。熱によって不可逆的に膨張可能な樹脂の素子４は、温度が上昇すると、内部に複数の気孔が形成されて発泡状態となり膨張して、外形の寸法が増大する。素子４は、内部に一旦複数の気孔が形成されると、冷却後も体積が減少しない。このように、素子４は、不可逆的に膨張する。すなわち、素子４は、一旦膨張すると、膨張した状態を維持する。したがって、ボンディングワイヤ３が電極パッド６から剥離されると、その状態が維持される。なお、熱膨張後に温度が低下することで収縮する材料で素子４を形成した場合には、素子４に押し上げられた際のボンディングワイヤ３の変形量が、素子４が収縮した後も電極パッド６に再度接触することのない変形量、すなわち塑性変形となる変形量となるようにすればよい。この場合にも、ボンディングワイヤ３が電極パッド６から剥離された状態を維持することができる。なお、本実施の形態１では、ボンディングワイヤ３が持ち上げられた際に、電極パッド６から剥離する例を挙げているが、配線パターン５との接続部部分で剥離してもよいし、ボンディングワイヤ３自体が途中で破断してもよい。なお、本実施の形態１において図示する素子４の熱膨張後の形状については、一例を示したものであり、配線パターン５と半導体チップ２との間の電流が流れる経路の遮断に作用する膨張部分を強調して示している。したがって、図３では、素子４が上方にのみ膨張しているように示されているが、実際には横方向にも膨張する場合がある。
【００２０】
以上説明した半導体モジュール１０によれば、異常動作時に半導体チップ２の温度が上昇すると、主面２ａに搭載された素子４の温度が上昇する。素子４は、温度が上昇することで熱膨張し、ボンディングワイヤ３を持ち上げて、図３に示すように半導体チップ２と配線パターン５との電気的接続を遮断する。これにより、半導体チップ２への電流が遮断される。
【００２１】
したがって、半導体チップ２が過熱状態になる前、または過熱状態になってすぐに半導体チップ２への電流を遮断できる。これにより、過熱状態となった半導体チップ２が原因で周辺機器が故障することを防ぐことができる。
【００２２】
また、ボンディングワイヤ３と主面２ａとの間に素子４を設けるという簡単な構成であり、ボンディングワイヤ３も樹脂等に覆われず露出しているため、電極パッド６からの剥離、配線パターン５からの剥離、またはボンディングワイヤ３自体の破断によって電流が遮断されていることを容易に把握することができる。
【００２３】
また、電流が遮断されて素子４の温度が低下して、素子４が収縮した後もボンディングワイヤ３が電極パッド６に接触しないので、そのボンディングワイヤ３を介して電流が供給されて再度温度が上昇することが防がれる。
【００２４】
なお、本実施の形態１では、素子４が熱膨張する前には、素子４とボンディングワイヤ３とが接触していない例を挙げて説明したが、ボンディングワイヤ３と電極パッド６および配線パターン５との接続が確保されるのであれば、素子４とボンディングワイヤ３とが接触していても構わない。
【００２５】
図４は、実施の形態１の変形例１にかかる半導体モジュール１０の断面図である。図４に示す断面図は、図１に示すＩＩ−ＩＩ線を切断線とする断面図に相当する。本変形例１にかかる半導体モジュール１０では、半導体チップ２の主面２ａのうち素子４が搭載される領域に凹み２ｂが形成されている。凹み２ｂ部分に搭載された素子４には、凹み２ｂの底面だけでなく壁面２ｃが接触する。これにより、半導体チップ２と素子４との接触面積の拡大が図られ、半導体チップ２の温度上昇に対する素子４の温度上昇の応答性を向上させることができる。これにより、半導体チップ２の温度が上昇した際に、より素早く半導体チップ２への電流を遮断することができ、周辺機器の故障をより確実に防ぐことができる。
【００２６】
図５は、実施の形態１の変形例２にかかる半導体モジュール１０の断面図である。図５に示す断面図は、図１に示すＶ−Ｖ線を切断線とする断面図に相当する。本変形例２では、素子４の外周面である天面に、ボンディングワイヤ３が延びる方向に沿って延びる溝４ａが形成されている。また、ボンディングワイヤ３は、溝４ａを通過する。溝４ａは領域Ａとなる。
【００２７】
このように、溝４ａにボンディングワイヤ３を通過させることで、ボンディングワイヤ３の移動が溝４ａの壁面によって規制されるようになる。これにより、ボンディングワイヤ３が、素子４の上方からずれにくくなり、素子４が熱膨張した際に、より確実に素子４によってボンディングワイヤ３が持ち上げられて、半導体チップ２と配線パターン５との電気的接続が遮断される。
【００２８】
なお、素子４の形状は、図５に示すような溝４ａを有するコ字形状に限られず、例えばＵ字形状、Ｖ字形状、Ｙ字形状のようにボンディングワイヤ３が通過可能な溝が形成される形状であればよい。
【００２９】
図６は、実施の形態１の変形例３にかかる半導体モジュール１０の平面図である。図７は、図６に示すＶＩＩ−ＶＩＩ線を切断線とする断面図である。図６および図７に示すように、本変形例３では、ボンディングワイヤ３の側方に素子４が配置されている。図４に示すように、熱膨張することで素子４は側方にも拡大する。ボンディングワイヤ３は領域Ａを通過している。
【００３０】
図８は、実施の形態１の変形例３にかかる半導体モジュール１０の平面図である。図８は、素子４が熱膨張した状態を示す図である。図８に示すように、素子４が熱膨張した際に、領域Ａまで拡大した素子４によってボンディングワイヤ３が押し退けられて、半導体チップ２と配線パターン５との電気的接続が遮断される。このように、ボンディングワイヤ３を領域Ａに通過させることができれば、半導体チップ２と配線パターン５との電気的接続が遮断させることができる。
【００３１】
なお、本実施の形態１にかかる半導体モジュールの構成および各変形例にかかる半導体モジュールの構成を組み合わせても構わない。例えば、変形例２，３に示した半導体チップに、変形例２に示した凹みを形成してよい。
【００３２】
以上の実施の形態に示した構成は、本発明の内容の一例を示すものであり、別の公知の技術と組み合わせることも可能であるし、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、構成の一部を省略、変更することも可能である。
【符号の説明】
【００３３】
１  基板、１ａ  表面、２  半導体チップ、２ａ  主面、２ｂ  凹み、２ｃ  壁面、３  ボンディングワイヤ、４  素子、４ａ  溝、５  配線パターン、６  電極パッド、１０  半導体モジュール。
【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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【図８】
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