(57)【要約】【課題】ワイヤボンディングの高信頼性とローコストの半導体装置を提供する。【解決手段】本発明の半導体装置は、リードフレームに半導体素子を搭載し、ワイヤ配線をおこない、モールド樹脂で樹脂封止し、リードフレームはダイパッドと端子を有し、ダイパッドの上面に接合材を介して半導体素子が固着され、半導体素子は上面に電極を有し、電極の上面にバンプを形成し、ワイヤはバンプ上にボールボンディングし、端子上にステッチボンディングされている。また、半導体素子の電極はアルミであり、バンプは金であり、ワイヤは銅であることを特徴とする。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
リードフレームに半導体素子を搭載し、ワイヤ配線をおこない、モールド樹脂で樹脂封止する半導体装置であって、
前記リードフレームはダイパッドと端子を有し、前記ダイパッドの上面に接合材を介して前記半導体素子が固着され、前記半導体素子は上面に電極を有し、前記電極の上面にバンプを形成し、前記ワイヤは前記バンプ上にボールボンディングし、前記端子上にステッチボンディングすることを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
前記半導体素子の前記電極はアルミであり、前記バンプは金であり、前記ワイヤは銅であ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】
前記バンプの大きさは、前記ボールボンディングの大きさより大きい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】
前記モールド樹脂はノンハロゲン樹脂であることを特徴とする請求項１から請求項３までのいずれか１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、半導体装置に関し、特に半導体素子がワイヤ配線された半導体装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般的に、半導体素子上の電極パッドとリードフレームとをワイヤボンディングで接続し、モールド樹脂で封止する半導体装置がある。ワイヤボンディングは金細線を使用している。ワイヤボンディング技術に関しては、多種の検討がおこなわれている。
【０００３】
半導体素子の電極パッド上面に金ボールを形成し、その上に銅線のワイヤボンディングすることが従来技術として知られている。（例えば、特許文献１参照、図１、図３）これにより、材料コストが低減され、隣り合う電極パッド間のショートを防止することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１０−２５８２８６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
一般に、コスト低減のために金細線を銅細線に変更することで材料コストを低減しているものである。また、銅細線は金細線に比べ、硬度が高く、半導体素子に衝撃が加わる。
【０００６】
しかしながら、従来技術は、やわらかな金属ボールに銅ワイヤボンディングすることによって衝撃を吸収するは可能であるが、電極パッドの金属ボール上面にステッチボンドするため、下地がやわらかくワイヤカットがうまくできない懸念があるという課題がある。
また、電極パッドの下面に緩衝材層を配置することによって衝撃を吸収しているが、半導体素子構造が複雑になるため、製造コストが増加するという課題がある。
【０００７】
従って、本発明は、上述した課題を解決するためになされたものであり、半導体素子と銅ワイヤの接続信頼性を高め、ローコストの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】
【０００８】
上述の課題を解決するために、本発明は、以下に掲げる構成とした。
本発明の半導体装置は、リードフレームに半導体素子を搭載し、ワイヤ配線をおこない、モールド樹脂で樹脂封止し、リードフレームはダイパッドと端子を有し、ダイパッドの上面に接合材を介して半導体素子が固着され、半導体素子は上面に電極を有し、電極の上面にバンプを形成し、ワイヤはバンプ上にボールボンディングし、端子上にステッチボンディングするものである。
また、半導体素子の電極はアルミであり、バンプは金であり、ワイヤは銅であることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【０００９】
本発明は、バンプ上にボールボンドするので、ワイヤボンディングの高信頼性の半導体装置を提供することができる効果を奏する。
また、一般的なアルミ電極構造の半導体素子と銅ワイヤ接続するので、ローコストの半導体装置を提供することができる効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の実施例１に係る半導体装置の平面透視図である。
【図２】本発明の実施例１に係る半導体装置の断面側面図である。
【図３】本発明の実施例１に係る半導体装置の製造工程図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明を実施するための形態について、図を参照して詳細に説明する。ただし、本発明は以下の記載に何ら限定されるものではない。
【実施例１】
【００１２】
以下、図面を参照して本発明の実施例１に係る半導体装置１を説明する。図１は、本発明の実施例１に係る半導体装置１の平面透視図である。図２は、その断面側面図である。
【００１３】
図１に示すように、半導体装置１は、リードフレーム２と半導体素子３とワイヤ４とモールド樹脂５によって形成されている。
【００１４】
リードフレーム２は、ダイパッド２１、インナーリード２２、アウターリード２３を有している。ダイパッド２１の上面には接合材を介して半導体素子２が搭載される。インナーリード２２は半導体素子３から配線されたワイヤ４の一端が接続される内部端子である。さらにアウターリード２３に繋がっている。アウターリード２３はモールド樹脂６から外部へ導出され、半導体装置１の外部端子となる。また、リードフレーム２は、熱伝導率の高い銅又は銅合金で構成され、例えばその厚さは０．５ｍｍ程度である。
【００１５】
半導体素子３は、上面に電極６を有している。電極６は一般的なアルミ電極で構成されている。電極６の上面にはバンプ７が形成されている。半導体素子３は、トランジスタであり、例えば高温動作可能な化合物半導体素子の炭化珪素（ＳｉＣ）である。
【００１６】
バンプ７は、金または金合金からなる細線で、ワイヤボンディングにおけるボールのみを形成したものである。例えば細線の直径は３８ミクロンの金線であり、バンプ７の直径は１２５ミクロンである。
【００１７】
ワイヤ４は、銅または銅合金からなる細線で、半導体素子３とリードフレーム２に接続される。詳しくは、半導体素子３の電極６の上部形成されたバンプ７にワイヤ４の一方の端部にボール８を形成しボールボンディングする（１ｓｔボンド）。さらに、リードフレーム２のインナーリード２２の上面にワイヤ４のもう一方の端部をステッチボンディングする（２ｎｄボンド）。例えば細線の直径は２８ミクロンの銅線であり、ボール８の直径は１００ミクロンである。
【００１８】
モールド樹脂５は、リードフレーム２のダイパッド２１、インナーリード２２、半導体素子３、ワイヤ４を覆い、半導体装置１の外形形状を構成する。例えば半導体素子の動作温度に対する充分な耐熱性や絶縁性をもつ樹脂材料であるエポキシ樹脂をトランスファーモールド金型により樹脂成形される。
【００１９】
図３に示すように、半導体装置１の製造方法は、リードフレーム２のダイパッド２１に接合材であるはんだ等（図示せず）を介して、半導体素子３を搭載し固着する。（ａ：マウント工程）
【００２０】
金線ワイヤボンディング装置を用いて、半導体素子３の電極６の上面にバンプ７を形成する。（ｂ：バンプ工程）
【００２１】
銅線ワイヤボンディング装置を用いて、半導体素子３の電極６の上面のバンプ７とリードフレーム２のインナーリード（端子）２２間をワイヤ４にて電気的機械的に接続する。（ｃ：ワイヤ工程）
【００２２】
次に、トランスファー金型を用いて、モールド樹脂５でリードフレーム２のダイパッド２１、インナーリード２２、半導体素子３、ワイヤ４を覆い、樹脂封止する。（ｄ：モールド工程）
【００２３】
以上により、半導体装置１が完成する。
【００２４】
次に、上述の実施例１に係る半導体装置１の効果を説明する。
【００２５】
本発明の実施例１に係る半導体装置１は、半導体素子の電極上にバンプを設け、ボールボンドしている。これにより、半導体素子の電極上において、容易にボンディングすることが可能である。
【００２６】
また、ボンディングダメージを対処するためバリアメタルを電極下面に設ける必要があるが、金のやわらかいバンプがあるので、半導体素子の電極はアルミのみの電極構造とすることが可能である。これにより、バリアメタルを備える半導体素子より低コストで製造することができる。また、特殊な製造工程を必要としない低コストの半導体装置とすることができる。
【００２７】
バンプの直径を銅ワイヤのボール直径より大きくするするので、ボールボンド（１ｓｔ）時のワイヤボンディング装置の認識ズレを吸収することができる。
【００２８】
また、半導体素子側をボールボンドするので、素子端面、特に高耐圧素子の端面とワイヤのクリアランスの確保が充分に取ることができる。
【００２９】
また、半導体素子側をボールボンドするため、ワイヤボンディングツール（キャピラリ）がバンプと接触することがないので、銅線のワイヤボンディングツールに金のカスが付着せず、ツールの寿命を向上させることができる。
【００３０】
また、半導体素子側をボールボンドするので、半導体素子の電極を認識して、または、半導体素子基準を認識して電極位置を算出するので、ボンディング位置精度が保てる。通常２ｎｄは１ｓｔからの計算によって算出される。
【００３１】
また、ステッチボンドはカット難度が高いがインナーリード側なので、カットスペースが確保でき、カット動作が容易におこなえる。
【００３２】
また、硬い銅ワイヤを用いるので、モールド樹脂の応力はワイヤに伝わり半導体素子の電極にも応力がかかるが、やわらかい金のバンプを備えるので、半導体素子の電極の応力を緩和することができる。
【００３３】
また、銅ワイヤを用いるので、溶断電流は金線よりも大きく、電気抵抗が低いので、銅の細線化が可能である。これにより、大電流の対応した半導体装置とすることができる。さらに溶断はワイヤーループの中央部で発生するので、金バンプがあっても、影響は無い。
【００３４】
上述のように、本発明を実施するための形態を記載したが、この開示から当業者には様々な代替実施の形態、実施例が可能であることが明らかになるはずである。
【００３５】
上述の例では、モールド樹脂をエポキシ樹脂としたが、ブロム（Ｂｒ）非含有のハロゲンフリー樹脂としてもよい。これにより、接合界面のＡｕ−Ａｌ金属間化合物からＡｌのみを選択的に電極が腐食していくことを防止できる。
【００３６】
また、金と銅のワイヤボンディング装置を個々に２台としたたが、1台で２ヘッド方式し、１ヘッド目が金パンプを形成し、２ヘッド目が銅ワイヤを形成するとしてもよい。これにより、ワイヤボンディングの設備効率や生産性を向上させることができる。
【００３７】
また、リードフレームを銅又は銅合金としたが、アルミニウム又はアルミニウム合金であってもよい。これにより、材料費を低減することができる。ただし、その表面には、接合材料やワイヤが接合可能なように、各種めっき処理が施されていることが好ましい。また、リードフレームに絶縁シート等を介して放熱板を接合することも可能である。これらにより、さらに放熱性を向上させることができる。
【００３８】
また、半導体素子をＳｉＣで構成されたものとしたが、例えば窒化ガリウム（ＧａＮ）、シリコン（Ｓｉ）等で構成することもできる。これにより、上述の構成や効果が変わることはない。
【００３９】
また、半導体パケージも任意の形状を選択することができる。ＤＩＰ型、ＳＩＰ型、ＱＦＮ型であってもよい。
【００４０】
また、上述の例では、単一の半導体素子としたが、リードフレームの上に複数の半導体素子が搭載されていてもよい。ＳｉＣとＧａＮ等との組み合わせでもよい。また、独立した複数のリードフレームが用いられていてもよく、この際、リードフレームの構成が各々で異なっていてもよいことは明らかであり、例えば搭載する半導体素子の発熱量等に応じてリードフレームの構成を異ならせることもできる。すなわち、半導体装置内におけるリードフレームや半導体素子やパッケージの構成は、上述の効果を奏する限りにおいて適宜設定することができる。
【符号の説明】
【００４１】
１、半導体装置
２、リードフレーム
３、半導体素子
４、ワイヤ
５、モールド樹脂
６、電極
７、バンプ
８、ボール
２１、ダイパッド
２２、インナーリード（端子）
２３、アウターリード
【図１】
2015037151.tif 000003
【図２】
2015037151.tif 000004
【図３】
2015037151.tif 000005