(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体素子の表面に形成されている電極パッドと、端子の一端側に備えられている爪部の先端と、を対向させる端子対向工程と、
前記電極パッドと前記爪部の先端とが対向する状態を維持したまま前記端子を加熱することにより、前記爪部の先端が前記電極パッドに向かって付勢されていない第１状態から前記爪部の先端が前記電極パッドに向かって付勢されている第２状態へと変化させる加熱工程と、
前記半導体素子と、前記電極パッドと、前記端子の前記一端側の周囲に封止材を供給する封止材供給工程を備えており、
前記加熱工程では、前記封止材供給工程で供給された封止材を加熱し、その封止材に加えられる熱によって前記端子を加熱することによって、前記端子が第１状態から第２状態に変化することで、前記爪部の先端が前記電極パッドの表面に押付けられて、前記端子が前記電極パッドに電気的に接続する、
半導体装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、表面に電極パッドが形成されている半導体素子を有する半導体装置と、その製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、半導体素子の表面に形成されている電極パッドにワイヤの一端をボンディングすることによって、電極パッドとワイヤとが電気的に接続されている半導体装置が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００８−４７３６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ワイヤを電極パッドの表面にボンディングするには、ボンディングマシンでワイヤの一端を電極パッドの表面に圧着させる。そのため、電極パッドには、ボンディングマシンによってワイヤの一端を圧着させるための十分な表面積が確保されている必要がある。その結果、特許文献１の半導体装置では、電極パッドが、ワイヤをボンディング可能な大きさに形成されている必要がある。
【０００５】
本明細書では、半導体素子の表面に形成されている電極パッドを従来の半導体装置よりも小型化し得る技術を開示する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本明細書で開示する半導体装置の製造方法は、半導体素子の表面に形成されている電極パッドと、端子の一端側に備えられる爪部の先端と、を対向させる端子対向工程と、電極パッドと爪部の先端とが対向する状態を維持したまま端子を加熱することにより、爪部の先端が電極パッドに向かって付勢されていない第１状態から爪部の先端が電極パッドに向かって付勢されている第２状態へと変化させる加熱工程と、半導体素子と、電極パッドと、端子の一端側の周囲に封止材を供給する封止材供給工程と、を備えている。加熱工程では、封止材供給工程で供給された封止材を加熱し、その封止材に加えられる熱によって端子を加熱することによって、端子が第１状態から第２状態に変化することで、爪部の先端が電極パッドの表面に押付けられて、端子が電極パッドに電気的に接続する。
【０００７】
上記の方法では、端子を加熱して第１状態から第２状態に変化させることにより、端子の爪部の先端が電極パッドの表面に押し付けられて、端子と電極パッドとが電気的に接続される。即ち、ボンディングによることなく、端子と電極パッドとを電気的に接続することができる。そのため、電極パッドは、端子の爪部の先端が接触できるだけの表面積を備えれば済む。従って、電極パッドがワイヤをボンディング可能な大きさに形成されている従来の半導体装置に比べて、電極パッドを小型化し得る。
【０００９】
上記の方法によると、封止材に加えられる熱によって端子が加熱され、端子が電極パッドに電気的に接続される。従って、半導体素子、電極パッド、及び端子の一端側の封止と、端子の加熱を同時に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】実施例の半導体装置を模式的に示す平面図。
【図２】図１のII−II断面図。
【図３】半導体装置の製造工程を示す図。
【図４】半導体装置の製造工程を示す図。
【図５】半導体装置の製造工程を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
（第１実施例）
図１、図２に示すように、本実施例の半導体装置２は、放熱板１０と、半導体素子２０と、メインパッド３０と、信号パッド４０と、リードフレーム６０と、ボンディングワイヤ７０と、モールド樹脂８０とを備えている。半導体素子２０と、メインパッド３０と、信号パッド４０と、リードフレーム６０の一端側と、ボンディングワイヤ７０の一端側は、モールド樹脂８０によって封止されている。リードフレーム６０の他端側と、ボンディングワイヤ７０の他端側は、モールド樹脂８０から突出している。リードフレーム６０の一端と信号パッド４０とは電気的に接続されており、ボンディングワイヤ７０の一端とメインパッド３０とは電気的に接続されている。
【００１４】
放熱板１０は、熱伝導率の高い材料によって形成されている。放熱板１０は、半導体素子２０が発生する熱を放熱する。図２に示すように、放熱板１０は、半導体素子２０の裏面（詳細には、裏面電極（図示省略））に、ハンダ１２を介して接合されている。
【００１５】
半導体素子２０は、電力用のスイッチング素子であり、本実施例では、縦型のＩＧＢＴ
（Insulated Gate Bipolar Transistor）が用いられている。半導体素子２０は、Ｓｉ、ＳｉＣ、ＧａＮ等により形成することができる。図１に示すように、半導体素子２０は、平面視すると略矩形状となるように形成されている。
【００１６】
半導体素子２０の表面には、メインパッド３０と信号パッド４０が形成されている。メインパッド３０及び信号パッド４０は、Ａｌ等の導電材料によって形成されている。
【００１７】
信号パッド４０は、半導体素子２０の非セル領域（ＩＧＢＴが形成されていない領域）の上方に配置されている。信号パッド４０は、外部の駆動回路から出力されるゲート信号（小電流の信号）の入力や、半導体素子２０に形成された温度検出素子（図示省略）からの検出信号を出力するため等に用いられる。図１に示すように、本実施例では、信号パッド４０は、半導体素子２０の上面の４箇所に並んで形成されている。各信号パッド４０は、リードフレーム６０の爪部６２（後述）が接触する分の表面積を備えている。
【００１８】
一方、メインパッド３０は、半導体素子２０のセル領域（ＩＧＢＴが形成されている領域）の上方に配置されている。メインパッド３０は、半導体素子２０の表面電極である。メインパッド３０は、複数本のボンディングワイヤ７０（図１の例では４本）の一端をボンディングできる表面積域を備えている。
【００１９】
半導体素子２０の上面のうち、メインパッド３０と信号パッド４０の周囲には絶縁層５０が形成されている。絶縁層５０によって、メインパッド３０と信号パッド４０とが絶縁されている。
【００２０】
上記の半導体素子２０に電流を流す場合は、メインパッド３０を接地線に接続し、半導体素子２０の裏面電極（図示省略）を電源線に接続する。この状態で半導体素子２０をオンすると半導体素子２０を電流が流れ、半導体素子２０をオフすると半導体素子２０を流れていた電流が遮断される。
【００２１】
リードフレーム６０は、板状の導電性部材である。図２に示すように、リードフレーム６０は、半導体素子２０の表面と略平行に伸びる直線部６４を備える。直線部６４は、半導体素子２０の表面に対して直交する方向に積層された第１層６６と第２層６８を備える。第１層６６は、半導体素子２０の表面と対向しない側に配置されている。第１層６６は、リードフレーム６６のベース材（母材）である。第１層６６は、Ｃｕによって形成されている。一方、第２層６８は、リードフレーム６０のうち、半導体素子２０の表面と対向する側の面に形成されている。本実施例では、第２層６８は、第１層（ベース材）６６のうち半導体素子２０と対向する側の面に形成されたメッキ層であり、Ｎｉによって形成されている。リードフレーム６０がモールド樹脂８０で封止された状態では、第２層（Ｎｉ層）６８は結晶構造を有している。リードフレーム６０がモールド樹脂８０で封止される前の状態では、第２層（Ｎｉ層）６８は非結晶構造（アモルファス構造）を有している。すなわち、第２層（Ｎｉ層）６８は、半導体装置２の製造過程で加熱されることで、非結晶構造から結晶構造に変化する。第２層６８が非結晶構造から結晶構造に変化すると、それに伴って第２層６８は収縮する。一方、第１層６６は、半導体装置２の製造過程で加熱されても収縮は生じない。このため、第２層６８の収縮に伴い、図１に示すように、リードフレーム６０は、その一端側が半導体素子２０に向かって湾曲する。
【００２２】
直線部６４の一端側には爪部６２が備えられている。爪部６２は、第１層６６と同じ素材（Ｃｕ）で形成されている。すなわち、爪部６２は、第１層６６の先端を下方（半導体素子２０に向かう方向）に折り曲げることによって形成されている。爪部６２は、その断面積が先端に向かって徐々に減少する先細り形状に形成されている。
【００２３】
上記の通り、リードフレーム６０は、加熱されることで直線部６４の一端側が半導体素子２０に向かって湾曲する。本実施例では、加熱によるリードフレーム６０（詳しくは、直線部６４）の変位量（爪部６２の下方への移動量）より、加熱前の爪部６２と信号パッド４０との距離が短くされているため、爪部６２は信号パッド４０に向かって付勢（押圧）される。このため、爪部６２の先端は信号パッド４０の表面に食い込み、リードフレーム６０と信号パッド４０とが電気的に接続される。即ち、リードフレーム６０と信号パッド４０とは、その間にハンダ等の接合層を介在することなく、電気的に接続される。以下、本明細書ではリードフレーム６０の直線部６４が図２に示すように湾曲した状態を「湾曲状態」と呼ぶ。
【００２４】
なお、図１に示すように、本実施例の半導体装置２は、４本のリードフレーム６０を備えている。４本のリードフレーム６０は、それぞれ、対応する４個の信号パッド４０と電気的に接続されている。各リードフレーム６０の他端は、図示しない外部配線に接続されている。リードフレーム６０は、外部の駆動回路から出力されるゲート信号を信号パッド４０に入力したり、信号パッド４０を介して、半導体素子２０に形成された温度検出素子（図示省略）からの検出信号を外部配線に出力したりするために用いられる。
【００２５】
ボンディングワイヤ７０は、線状の導電性部材である。ボンディングワイヤは、例えばＣｕによって形成することができる。図１に示すように、本実施例の半導体装置２は、４本のボンディングワイヤを備えている。４本のボンディングワイヤ７０は、それぞれ、一端がメインパッド３０の表面にボンディングされることにより、メインパッド３０と電気的に接続されている。各ボンディングワイヤ７０の他端は、図示しない外部配線に接続されている。ボンディングワイヤ７０は、半導体素子２０を流れる電流を外部配線に供給するために用いられる。
【００２６】
モールド樹脂８０は、半導体素子２０と、メインパッド３０と、信号パッド４０と、リードフレーム６０の一端側と、ボンディングワイヤ７０の一端側とを封止する絶縁樹脂により形成されている。モールド樹脂８０には、例えば、エポキシ、ポリイミド等の絶縁樹脂を用いることができる。リードフレーム６０の他端側及びボンディングワイヤ７０の他端側は、モールド樹脂８０の外側に突出している。
【００２７】
次いで、図３〜図５を参照して、本実施例に係る半導体装置２の製造方法について説明する。なお、図３〜図５では、信号パッド４０、リードフレーム６０及びボンディングワイヤ７０はそれぞれ１個（１本）のみ図示しているが、実際には信号パッド４０、リードフレーム６０及びボンディングワイヤ７０は４個（４本）ずつ備えられている。以下では、図３〜図５に示されている１個の信号パッド４０、１本のリードフレーム６０及び１本のボンディングワイヤ７０を例に各工程を説明するが、図示されていない各部材についても同様の工程が行われている。
【００２８】
まず、図３に示すように、裏面に放熱板１０が接合された半導体素子２０を用意する。半導体素子２０のメインパッド３０には、予めボンディングワイヤ７０の一端がボンディングされている。次いで、リードフレーム６０を用意する。この時点では、リードフレーム６０の第２層６８は非結晶構造（アモルファス構造）であり、リードフレーム６０の直線部６４は湾曲していない。また、リードフレーム６０の長手方向（図３の左右方向）において、第１層６６の長さと第２層６８の長さは同一となっている。以下、本明細書ではリードフレーム６０の直線部６４が湾曲していない状態を「直線状態」と呼ぶ。
【００２９】
次いで、半導体素子２０の信号パッド４０にリードフレーム６０の爪部６２の先端が対向し、信号パッド４０と爪部６２の距離が所定の距離となるように、放熱板１０とリードフレーム６０を位置決めする。放熱板１０とリードフレーム６０とは、図示しない保持装置によって保持される。
【００３０】
次いで、信号パッド４０と、爪部６２の先端とが対向する状態を維持したまま、リードフレーム６０を加熱する。リードフレーム６０を加熱する手段は任意であって、リードフレーム６０に直接熱を加える方法、リードフレーム６０の周囲を高温にする方法のどちらを用いてもよい。リードフレーム６０が加熱されると、第２層（Ｎｉ層）６８が非結晶構造から結晶構造に変化する。図４に示すように、第２層（Ｎｉ層）６８が結晶構造に変化することに伴って、第２層６８が収縮する（図中矢印２００参照）。一方、第１層６６は収縮しない。その結果、リードフレーム６０は、直線部６４が半導体素子２０に向かって湾曲し、爪部６２が信号パッド４０に向かって付勢される。即ち、リードフレーム６０が直線状態から湾曲状態に変化することにより、爪部６２の先端が信号パッド４０の表面に押し付けられ、信号パッド４０の表面に食い込む。これにより、リードフレーム６０と信号パッド４０とが電気的に接続される。
【００３１】
次いで、モールド樹脂による封止を行う。本実施例では、トランスファーモールド法による封止を行う。まず、図５に示すような型９０、１００を用意する。次に、型１００内に放熱板１０を配置し、型１００の開口を型９０により閉じる。これにより、型９０と型１００の間に形成される成形空間に、半導体素子２０と、メインパッド３０と、信号パッド４０と、リードフレーム６０の一端側と、ボンディングワイヤ７０の一端側とが収容される。この際、リードフレーム６０の他端側と、ボンディングワイヤ７０の他端側とは、型１００の外側に突出する。なお、本実施例では、型１００の外周壁には、リードフレーム６０とボンディングワイヤ７０が型１００の外周壁に干渉しないように逃げ部（図示省略）が設けられている。
【００３２】
その状態で、型９０の外周壁に形成された供給口９２から、成形空間内にモールド樹脂の液体１１０を供給する。成形空間内に液体１１０が充填されたら、成形空間内の液体１１０を加熱して硬化させる。なお、リードフレーム６０の第２層（Ｎｉ層）６８は既に結晶構造に変化しているため、液体１１０に加えられる熱によって、リードフレーム６０がこれ以上変形することはない。液体１１０が硬化することにより、成形空間内の半導体素子２０と、メインパッド３０と、信号パッド４０と、リードフレーム６０の一端側と、ボンディングワイヤ７０の一端側とが、硬化したモールド樹脂８０によって封止される。その後、成形品を型１００から抜くと、本実施例の半導体装置２が完成する。
【００３３】
以上、第１実施例の半導体装置２とその製造方法について説明した。上記の通り、本実施例の製造方法では、リードフレーム６０を加熱して、リードフレーム６０を直線状態から湾曲状態に変化させることにより、リードフレーム６０の爪部６２の先端を信号パッド４０の表面に押し付けて食い込ませ、リードフレーム６０と信号パッド４０とを電気的に接続する。即ち、ボンディングによることなく、リードフレーム６０と信号パッド４０とを電気的に接続することができる。そのため、信号パッド４０は、リードフレーム６０の爪部６２の先端が接触できるだけの表面積を備えれば済む。従って、信号パッドがワイヤをボンディング可能な大きさに形成されている従来の半導体装置に比べて、信号パッドを小型化することができる。
【００３４】
本実施例では、信号パッド４０、リードフレーム６０が、それぞれ、「電極パッド」、「端子」の一例である。また、直線状態、湾曲状態が、それぞれ、「第１状態」、「第２状態」の一例である。また、第１層６６と第２層６８とが「２つの層」の一例である。
【００３５】
（第２実施例）
第１実施例と異なる点を中心に説明する。本実施例では、半導体装置２の製造方法の一部の工程が第１実施例と異なる。本実施例では、信号パッド４０と、爪部６２の先端とを対向させた後、リードフレーム６０の加熱（図４参照）を行わず、信号パッド４０と、爪部６２の先端とを対向させた状態を維持したまま、モールド樹脂による封止（図５参照）を行う。以下詳しく説明する。
【００３６】
まず、本実施例でも、リードフレーム６０の爪部６２の先端を信号パッド４０に対向させる。この際、本実施例では、爪部６２の先端を信号パッド４０の表面に予め接触させた状態とする。
【００３７】
次いで、爪部６２と信号パッド４０が接触した状態のまま型１００内に半導体素子２０、メインパッド３０、信号パッド４０、リードフレーム６０の一端側及びボンディングワイヤ７０の一端側を配置し、型１００の開口を型９０により閉じる。この時点では、リードフレーム６０は直線状態である。
【００３８】
その状態で、供給口９２から、成形空間内に硬化前のモールド樹脂の液体１１０を供給する。成形空間内に液体１１０が充填されたら、成形空間内の液体１１０を硬化させるために加熱する。第２実施例では、この時点で液体１１０に加えられる熱によって、リードフレーム６０が加熱される。リードフレーム６０が加熱されると、第２層６８のＮｉのメッキ層の構造が、非結晶構造から結晶構造に変化する。その結果、リードフレーム６０は、直線状態から湾曲状態に移行する。リードフレーム６０が湾曲状態になることにより、爪部６２の先端が信号パッド４０の表面に押し付けられて食い込み、リードフレーム６０と信号パッド４０とが電気的に接続される。なお、上記の通り、本実施例では、爪部６２の先端を信号パッド４０に対向させる際、爪部６２の先端を信号パッド４０の表面に予め接触させている。そのため、爪部６２の先端が信号パッド４０の表面に食い込む際に、爪部６２と信号パッド４０の間に液体１１０が入り込み難く、爪部６２と信号パッド４０との電気的接続が確保される。
【００３９】
加熱によって液体１１０が硬化することにより、半導体素子２０と、メインパッド３０と、信号パッド４０と、リードフレーム６０の一端側と、ボンディングワイヤ７０の一端側とが、硬化したモールド樹脂８０によって封止される。その後、成形品を型１００から抜くと、本実施例の半導体装置２が完成する。
【００４０】
本実施例の製造方法によると、液体１１０に加えられる熱によってリードフレーム６０が加熱され、リードフレーム６０が信号パッド４０に電気的に接続される。従って、モールド樹脂８０による封止と、リードフレーム６０の加熱を同時に行うことができる。このため、リードフレーム６０を加熱する工程のみを行う必要は無い。なお、本実施例の液体１１０が「封止材」の一例である。
【００４１】
上記の各実施例の変形例を以下に列挙する。
（１）上記の各実施例では、直線状態のリードフレーム６０の第２層６８は、非結晶状態のＮｉのメッキ層で構成されている。これに代えて、第２層６８は、第１層６６の表面に、非結晶構造を有するＮｉをスパッタして形成したスパッタ層としてもよい。この場合も、リードフレーム６０を加熱すると、第２層６８の構造が非結晶構造から結晶構造に変化することにともない、リードフレーム６０が直線状態から湾曲状態に移行する。
（２）また、上記の各実施例では、リードフレーム６０は、直線状態では、第１層６６、第２層６８が、それぞれ、Ｃｕ、Ｎｉ（非結晶構造）で形成されており、加熱によって第２層６８のＮｉが結晶構造に変化するものを用いたが、リードフレーム６０は、これに限られない。加熱又は冷却によってリードフレームの直線部が湾曲して、その先端の爪部を信号パッドに付勢できるものであれば、どのような構造を採ってもよい。従って、例えば、リードフレーム６０は、第１層６６を加熱によって膨張する材料で形成するとともに、第２層６８を加熱によって変化しない材料で形成してもよい。この場合も、リードフレーム６０が湾曲状態となり、爪部６２の先端を信号パッド４０に向かって付勢することができる。
（３）上記の各実施例では、モールド樹脂による封止はトランスファーモールド法によって行っているが、これに限られず、モールド樹脂による封止をコンプレッションモールド法によって行ってもよい。
（４）上記の各実施例では、リードフレーム６０の爪部６２は、リードフレーム６０の一端側に１個設けられているが、これに限られず、爪部６２は、リードフレーム６０の一端側に２個以上設けられていてもよい。この場合、各爪部６２の先端がそれぞれ先細りに形成されていればよい。この場合、２個以上の爪部６２の先端がそれぞれ信号パッド４０に食い込むことにより、リードフレーム６０と信号パッド４０とが電気的に接続される。そのため、リードフレーム６０と信号パッド４０との電気的接続の信頼性が向上する。
（５）半導体素子２０には、ＩＧＢＴに限らず、ＭＯＳＦＥＴやダイオード等の他のパワー半導体素子が用いられていてもよい。
【００４２】
以上、本発明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。本明細書また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り、出願時請求項記載の組合せに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成し得るものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。
【符号の説明】
【００４３】
２：半導体装置
１０：放熱板
１２：ハンダ
２０：半導体素子
３０：メインパッド
４０：信号パッド
５０：絶縁層
６０：リードフレーム
６２：爪部
６４：直線部
６６：第１層
６８：第２層
７０：ボンディングワイヤ
８０：モールド樹脂
９０：型（上側）
９２：供給口
１００：型（下側）
１１０：液体
【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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