(57)【要約】【課題】粗面区間を有するリードとボンディングワイヤとの間の接合強度の低下を防止する。【解決手段】半導体装置は、信号パッドを有する半導体素子と、半導体素子を封止する封止体と、信号パッドに接続されたリードとを備える。リードは、封止体の外部に位置する第１端から、封止体の内部に位置する第２端まで延びており、封止体の内部でボンディングワイヤを介して信号パッドに接続されている。リードの第１端から第２端まで延びる上面は、ボンディングワイヤが接合された接合区間と、封止体の内部に位置するとともに接合区間よりも表面粗さの大きい粗面区間とを有する。そして、粗面区間の少なくとも一部は、接合区間よりも下方に位置している。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
信号パッドを有する半導体素子と、
前記半導体素子を封止する封止体と、
前記封止体の外部に位置する第１端から、前記封止体の内部に位置する第２端まで延びており、前記封止体の内部でボンディングワイヤを介して前記信号パッドに接続されたリードと、を備え、
前記リードの前記第１端から前記第２端まで延びる上面は、前記ボンディングワイヤが接合された接合区間と、前記封止体の内部に位置するとともに前記接合区間よりも表面粗さの大きい粗面区間とを有し、
前記粗面区間の少なくとも一部が、前記接合区間よりも下方に位置している、半導体装置。
【請求項２】
前記粗面区間の全体が、前記接合区間よりも下方に位置している、請求項１に記載の半導体装置。
【請求項３】
前記粗面区間は、前記接合区間に向かって上方に傾斜している、請求項１又は２に記載の半導体装置。
【請求項４】
前記リードの前記上面は、前記接合区間と前記粗面区間との間に位置する中間区間をさらに有し、
前記中間区間は、前記接合区間に向かって上方に傾斜している請求項１から３のいずれか一項に記載の半導体装置。
【請求項５】
前記リードの前記上面は、前記接合区間と前記粗面区間との間に位置する穴又は溝をさらに有する、請求項１から４のいずれか一項に記載の半導体装置。
【請求項６】
信号パッドを有する半導体素子と、
前記半導体素子を封止する封止体と、
前記封止体の外部に位置する第１端から、前記封止体の内部に位置する第２端まで延びており、前記封止体の内部でボンディングワイヤを介して前記信号パッドに接続されたリードと、を備え、
前記リードの前記第１端から前記第２端まで延びる上面は、前記ボンディングワイヤが接合された接合区間と、前記封止体の内部に位置するとともに前記接合区間よりも表面粗さの大きい粗面区間とを有し、
前記リードの前記上面は、前記粗面区間と前記接合区間との間に位置する穴又は溝を有する、半導体装置。
【請求項７】
前記粗面区間は、前記リードの前記第２端と前記接合区間との間に位置する、請求項１から６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】
本明細書が開示する技術は、半導体装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１に半導体装置が開示されている。この半導体装置は、信号パッドを有する半導体素子と、半導体素子を封止する封止体と、信号パッドに接続されたリードとを備える。リードは、封止体の外部に位置する第１端から、封止体の内部に位置する第２端まで延びており、封止体の内部でボンディングワイヤを介して信号パッドに接続されている。リードの第１端から第２端まで延びる上面は、ボンディングワイヤが接合された接合区間と、封止体の内部に位置するとともに接合区間よりも表面粗さの大きい粗面区間とを有する。このような構成によると、リードに設けられた粗面区間によって、リードと封止体との密着性が向上する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１７−５５０４４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記した半導体装置の製造工程では、レーザ照射によってリードに粗面区間が形成され、次いで、リードの接合区間にボンディングワイヤが接合される。この点に関して、リードに対してレーザ照射が実施されると、照射箇所から微小なデブリ（例えば酸化物）が飛散して、リードの表面が汚染されることがある。特に、このようなデブリが接合区間に付着していると、リードとボンディングワイヤとの間の接合強度が不足するおそれがある。本明細書は、このような問題を解決又は改善し得る技術を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本技術が開示する技術は、半導体装置に具現化される。この半導体装置は、信号パッドを有する半導体素子と、半導体素子を封止する封止体と、信号パッドに接続されたリードとを備える。リードは、封止体の外部に位置する第１端から、封止体の内部に位置する第２端まで延びており、封止体の内部でボンディングワイヤを介して信号パッドに接続されている。リードの第１端から第２端まで延びる上面は、ボンディングワイヤが接合された接合区間と、封止体の内部に位置するとともに接合区間よりも表面粗さの大きい粗面区間とを有する。そして、粗面区間の少なくとも一部は、接合区間よりも下方に位置している。詳しく言えば、接合区間における法線ベクトルが鉛直上方を向くように半導体装置を配置したときに、粗面区間は、接合区間を含む水平面よりも鉛直下方に位置する。
【０００６】
上記した半導体装置では、粗面区間の少なくとも一部が、接合区間よりも下方に位置するように、リードが構成されている。このような構成によると、半導体装置の製造工程において、リードの粗面区間をレーザ照射によって形成したときに、照射箇所（即ち、粗面区間）から飛散する微小なデブリが、接合区間に到達し難くなる。接合区間へのデブリの付着が低減されることから、リードとボンディングワイヤとの間の接合強度が不足するといった問題が解決又は改善される。
【０００７】
本技術が開示する技術は、次の半導体装置にも具現化される。この半導体装置は、信号パッドを有する半導体素子と、半導体素子を封止する封止体と、信号パッドに接続されたリードとを備える。リードは、封止体の外部に位置する第１端から、封止体の内部に位置する第２端まで延びており、封止体の内部でボンディングワイヤを介して信号パッドに接続されている。リードの第１端から第２端まで延びる上面は、ボンディングワイヤが接合された接合区間と、封止体の内部に位置するとともに接合区間よりも表面粗さの大きい粗面区間とを有する。リードの上面はさらに、粗面区間と接合区間との間に位置する穴又は溝を有する。
【０００８】
上記した半導体装置では、リードの上面において、粗面区間と接合区間との間に位置する穴又は溝が設けられている。リードの粗面区間をレーザ照射によって形成したときに、粗面区間から飛散するデブリの一部は、リードの上面を伝いながら、又はリードの上面で跳ね返されながら、接合区間に到達する。従って、粗面区間と接合区間との間に穴又は溝が設けられていると、そのようなデブリが接合区間に到達することを、少なくとも部分的に抑制することができる。接合区間へのデブリの付着が低減されることから、リードとボンディングワイヤとの間の接合強度が不足するといった問題が解決又は改善される。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】半導体装置２の構成を模式的に示す断面図である。
【図２】半導体装置２の一部の構成を模式的に示す平面図である。
【図３】信号リード３０を示す。
【図４】信号リード３０の粗面区間Ｓ２にレーザＬを照射する様子を示す。
【図５】一変形例の信号リード１３０を示す。
【図６】信号リード１３０の粗面区間Ｓ２にレーザＬを照射する様子を示す。
【図７】一変形例の信号リード２３０を示す。
【図８】信号リード２３０の粗面区間Ｓ２にレーザＬを照射する様子を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
本技術の一実施形態では、粗面区間の全体が、接合区間よりも下方に位置していてもよい。このような構成によると、粗面区間から飛散するデブリが、接合区間へさらに到達し難くなり、接合区間へのデブリの付着がより低減される。
【００１１】
本技術の一実施形態では、粗面区間が、接合区間に向かって上方に傾斜していてもよい。即ち、接合区間における法線ベクトルが鉛直上方を向くように半導体装置を配置したときに、粗面区間が、接合区間に向かって鉛直上方に傾斜していてもよい。このような構成によると、粗面区間で生じたデブリの多くが、接合区間から離れる方向へ飛散するので、接合区間へのデブリの付着がより低減される。
【００１２】
本技術の一実施形態では、リードの上面が、接合区間と粗面区間との間に位置する中間区間をさらに有してもよい。この場合、中間区間は、接合区間に向かって上方に傾斜していてもよい。このような構成によると、中間区間の傾斜角度や長さに応じて、接合区間と粗面区間との間に高低差を設けることができる。
【００１３】
本技術の一実施形態では、リードの上面が、接合区間と粗面区間との間に位置する穴又は溝をさらに有してもよい。このような構成によると、前述したように、リードの上面を伝いながら、又はリードの上面で跳ね返されながら、接合区間に到達するデブリを低減することができる。
【００１４】
本技術の一実施形態では、粗面区間Ｓ２が、リードの第２端と接合区間との間に位置してもよい。このような構成によると、リードと封止体との密着性が、自由度の高いリードの端部において高められるので、リードと封止体との間の剥離を効果的に防止することができる。
【実施例】
【００１５】
図面を参照して、実施例の半導体装置２について説明をする。本実施例の半導体装置２は、特に限定されないが、例えば電動型の自動車において、コンバータやインバータに採用することができる。ここでいう電動型の自動車には、例えば、ハイブリッド車、燃料電池車又は再充電式の電気自動車といった、車輪をモータによって駆動する各種の自動車が含まれる。
【００１６】
図１に示すように、半導体装置２は、半導体素子１０と、半導体素子１０を封止している封止体２０とを備える。封止体２０は、絶縁性を有する材料で構成されている。特に限定されないが、封止体２０を構成する材料は、エポキシ樹脂といった熱硬化性の樹脂材料であってよい。半導体素子１０は、特に限定されないが、例えばＭＯＳＦＥＴ（Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor）又はＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）といったパワー半導体素子であってよい。半導体装置２は、複数の半導体素子１０を備えてもよく、複数の半導体素子１０は並列に接続されてもよいし、直列に接続されてもよい。
【００１７】
半導体素子１０は、半導体基板１２と、第１主電極１４と、第２主電極１６と、複数の信号パッド１８とを有する。半導体基板１２は、例えばシリコン（Ｓｉ）、炭化ケイ素（ＳｉＣ）、又は窒化ガリウム（ＧａＮ）といった半導体材料で構成されており、半導体基板１２の内部には、ＭＯＳＦＥＴ又はＩＧＢＴといった素子構造が設けられている。第１主電極１４は、半導体基板１２の上面に設けられており、第２主電極１６は、半導体基板１２の下面に設けられている。第１主電極１４と第２主電極１６とは、半導体基板１２内の素子構造を介して互いに接続されている。第１主電極１４と第２主電極１６を構成する材料は、特に限定されないが、例えばアルミニウム（Ａｌ）、ニッケル（Ｎｉ）、金（Ａｕ）といった金属であってよい。
【００１８】
複数の信号パッド１８は、半導体基板１２の上面に設けられている。各々の信号パッド１８は、所定の信号を出力する小電極であり、導体で構成されている。複数の信号パッド１８には、一例ではあるが、半導体装置２への駆動信号が入力されるもの、半導体装置２の温度に応じた信号を出力するもの、半導体装置２に流れる電流に対応する信号を出力するもの、第１主電極１４の電圧に対応する信号を出力するもの、が含まれる。但し、信号パッド１８の数や具体的な機能については、様々に変更することができる。第１主電極１４と第２主電極１６を構成する材料は、特に限定されないが、例えばアルミニウム（Ａｌ）や銅（Ｃｕ）といった金属であってよい。
【００１９】
半導体装置２はさらに、上部導体板２２、導体スペーサ２４、下部導体板２６及び信号リード３０を備える。上部導体板２２は、導体スペーサ２４を介して、半導体素子１０の第１主電極１４に接合されている。上部導体板２２及び導体スペーサ２４は、例えば銅といった金属で構成されており、半導体素子１０の第１主電極１４は、上部導体板２２へ電気的に接続されている。上部導体板２２は、半導体装置２のなかで電気回路の一部を構成する。また、上部導体板２２は、封止体２０の上面に露出しており、半導体素子１０の熱を外部へ放出する放熱板としても機能する。
【００２０】
下部導体板２６は、半導体素子１０の第２主電極１６に接合されている。下部導体板２６は、例えば銅といった金属で構成されており、半導体素子１０の第２主電極１６は、下部導体板２６へ電気的に接続されている。下部導体板２６は、半導体装置２のなかで電気回路の一部を構成する。また、下部導体板２６は、封止体２０の下面に露出しており、半導体素子１０の熱を外部へ放出する放熱板としても機能する。即ち、本実施例の半導体装置２は、封止体２０の両面に放熱板が露出する両面冷却構造を有する。
【００２１】
図１、図２、図３に示すように、信号リード３０は、封止体２０の外部に位置する第１端３０ａから、封止体２０の内部に位置する第２端３０ｂまで延びており、封止体２０の内部でボンディングワイヤ２８を介して信号パッド１８に接続されている。信号リード３０は、導体で構成された部材であり、例えば銅といった金属で構成されることができる。複数の信号リード３０は、外部の制御装置（図示省略）に接続され、当該制御装置と半導体素子１０との間で各種の信号を伝送する。ボンディングワイヤ２８を構成する材料は、特に限定されないが、例えばアルミニウム（Ａｌ）や銅（Ｃｕ）といった金属であってよい。
【００２２】
ボンディングワイヤ２８は、信号リード３０の上面３２に接合されている。言い換えると、本実施例の説明では、ボンディングワイヤ２８が接合された信号リード３０の表面が、信号リード３０の上面となるときの半導体装置２の姿勢を基準として、「上方」や「下方」が定義されている。信号リード３０の第１端３０ａから第２端３０ｂまで延びる上面３２は、ボンディングワイヤ２８が接合された接合区間Ｓ１と、封止体２０の内部に位置するとともに接合区間Ｓ１よりも表面粗さの大きい粗面区間Ｓ２とを有する。本明細書において表面粗さが大きいとは、少なくとも算術平均粗さが大きいことを意図する。信号リード３０の粗面区間Ｓ２は、信号リード３０と封止体２０との密着性を向上させる。
【００２３】
半導体装置２の製造工程では、レーザ照射によって信号リード３０に粗面区間Ｓ２が形成され、次いで、信号リード３０の接合区間Ｓ１にボンディングワイヤ２８が接合される。この点に関して、図４に示すように、信号リード３０に対してレーザＬが照射されると、照射箇所（即ち、粗面区間Ｓ２）から微小なデブリＤ（例えば酸化物）が飛散して、信号リード３０の表面が汚染されることがある。特に、このようなデブリＤが接合区間Ｓ１に付着していると、接合区間Ｓ１へボンディングワイヤ２８を接合したときに、信号リード３０とボンディングワイヤ２８との間の接合強度が不足するおそれがある。
【００２４】
上記の問題に関して、図３に示すように、本実施例における信号リード３０は、接合区間Ｓ１と粗面区間Ｓ２との間で屈曲しており、粗面区間Ｓ２の全体が接合区間Ｓ１よりも下方に位置している。詳しく言えば、接合区間Ｓ１における法線ベクトルＮが鉛直上方を向くように半導体装置２を配置したときに、粗面区間Ｓ２は、接合区間Ｓ１を含む水平面Ｈよりも鉛直下方に位置する。このような構成によると、図４に示すように、信号リード３０の粗面区間Ｓ２にレーザＬを照射したときに、照射箇所（即ち、粗面区間Ｓ２）から飛散する微小なデブリＤが、接合区間Ｓ１に到達し難い。接合区間Ｓ１へのデブリＤの付着が低減されることから、信号リード３０とボンディングワイヤ２８との間の接合強度が不足するといった上述の問題が解決又は改善される。なお、レーザＬは、粗面区間Ｓ２に向けて鉛直上方から照射するとよい。
【００２５】
加えて、本実施例における信号リード３０では、粗面区間Ｓ２が、接合区間Ｓ１に向かって上方に傾斜している。即ち、図３に示すように、接合区間Ｓ１における法線ベクトルＮが鉛直上方（即ち、図３中の上方）を向くように半導体装置２を配置したときに、粗面区間Ｓ２が、接合区間Ｓ１に向かって鉛直上方に傾斜していてもよい。このような構成によると、粗面区間Ｓ２で生じたデブリＤの多くが、接合区間Ｓ１から離れる方向へ飛散するので、接合区間Ｓ１へのデブリＤの付着がより低減される。
【００２６】
前述したように、本実施例における信号リード３０では、粗面区間Ｓ２の全体が、接合区間Ｓ１よりも下方に位置している。しかしながら、他の実施例として、粗面区間Ｓ２の一部のみが、接合区間Ｓ１よりも下方に位置していてもよい。このような構成によっても、限定的ではあるが、接合区間Ｓ１へのデブリＤの付着を低減する効果は得られる。特に、粗面区間Ｓ２が、接合区間Ｓ１に向かって上方に傾斜している場合は、粗面区間Ｓ２の一部が接合区間Ｓ１より上方に位置していても、接合区間Ｓ１へのデブリＤの付着を十分に低減し得ることがある。
【００２７】
図５、図６を参照して、一変形例の信号リード１３０について説明する。但し、上述した信号リード３０と共通する構成については、同一の符号を付すことによって、ここでは重複する説明を省略する。図５に示すように、この信号リード１３０では、信号リード１３０の上面３２が、接合区間Ｓ１と粗面区間Ｓ２との間に位置する中間区間Ｓ３をさらに有する。中間区間Ｓ３は、接合区間Ｓ１に向かって上方に傾斜していている。このような構成によると、中間区間Ｓ３の傾斜角度や長さに応じて、接合区間Ｓ１と粗面区間Ｓ２との間に高低差を設けることができる。これにより、図６に示すように、信号リード１３０の粗面区間Ｓ２にレーザＬを照射したときに、照射箇所（即ち、粗面区間Ｓ２）から飛散する微小なデブリＤが、接合区間Ｓ１に到達し難い。なお、粗面区間Ｓ２については、図３、図４に示す信号リード３０と同様に傾斜していてもよいし、そのような傾斜を有さなくてもよい。
【００２８】
図７、図８を参照して、他の一変形例の信号リード２３０について説明する。但し、上述した信号リード３０と共通する構成については、同一の符号を付すことによって、ここでは重複する説明を省略する。図７に示すように、この信号リード２３０では、信号リード１３０の上面３２が、接合区間Ｓ１と粗面区間Ｓ２との間に位置する穴３４をさらに有する。このような構成によると、図８に示すように、信号リード２３０の粗面区間Ｓ２にレーザＬを照射したときに、粗面区間Ｓ２から飛散するデブリＤの一部が、信号リード２３０の上面３２を伝いながら、又は信号リード２３０の上面３２で跳ね返されながら、接合区間Ｓ１に到達することが抑制される。これにより、接合区間Ｓ１へのデブリＤの付着が低減される。なお、信号リード２３０の上面３２には、穴３４に代えて、溝が設けられてもよい。また、図７、図８に示す信号リード２３０の穴３４又は溝は、図１−図４に示す信号リード３０や、図５、図６に示す信号リード１３０にも設けることができる。
【００２９】
上述した信号リード３０、１３０、２３０では、粗面区間Ｓ２が、信号リード３０の第２端３０ｂと接合区間Ｓ１との間に位置してもよい。このような構成によると、信号リード３０、１３０、２３０と封止体２０との密着性が、自由度の高い信号リード３０、１３０、２３０の端部において高められるので、信号リード３０、１３０、２３０と封止体２０との間の剥離を効果的に防止することができる。
【００３０】
以上、いくつかの具体例を詳細に説明したが、これらは例示に過ぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。本明細書又は図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものである。
【符号の説明】
【００３１】
２：半導体装置
１０：半導体素子
１８：信号パッド
２０：封止体
２８：ボンディングワイヤ
３０、１３０、２３０：信号リード
３０ａ：信号リードの第１端
３０ｂ：信号リードの第２端
３２：信号リードの上面
３４：信号リードの穴
Ｄ：デブリ
Ｈ：接合区間を含む水平面
Ｌ：レーザ
Ｎ：接合区間の法線ベクトル
Ｓ１：接合区間
Ｓ２：粗面区間
Ｓ３：中間区間
【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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