(57)【要約】【課題】ＩＧＢＴ等のパワー半導体装置においてチップ面内の発熱による温度分布を均一化し、パワーサイクル寿命の向上を企図した半導体装置およびその製造方法を提供する。【解決手段】この半導体装置１０は、半導体チップ（ＩＧＢＴ素子１１等）の表裏のチップ面に電極を備え、オン動作時に一方のチップ面の電極と他方のチップ面の電極の間で電流が流れる半導体装置であり、半導体チップの一方のチップ面の電極（エミッタ電極２２−１〜２２−６）には複数のワイヤ１５が不均一な配置分布で接続され、かつ、所定の基準に基づいて、一方のチップ面の周辺部に接続されるワイヤの本数は一方のチップ面の中央部に接続されるワイヤの本数よりも多くされるように構成される。【選択図】図６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体チップの表裏のチップ面に電極を備え、オン動作時に一方の前記チップ面の前記電極と他方の前記チップ面の前記電極の間で電流が流れる半導体装置において、
前記半導体チップの前記一方のチップ面の前記電極には複数のワイヤが不均一な配置分布で接続され、かつ、所定の基準に基づいて、前記一方のチップ面の周辺部に接続される前記ワイヤの本数は前記一方のチップ面の中央部に接続される前記ワイヤの本数よりも多くされることを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
半導体チップの表裏のチップ面に電極を備え、オン動作時に一方の前記チップ面の前記電極と他方の前記チップ面の前記電極の間で電流が流れる半導体装置において、
前記半導体チップの前記一方のチップ面の前記電極には複数のワイヤが均一な配置分布で接続され、かつ、所定の基準に基づいて、前記一方のチップ面の周辺部に接続される前記ワイヤの断面積は前記一方のチップ面の中央部に接続される前記ワイヤの断面積よりも大きくされることを特徴とする半導体装置。
【請求項３】
前記所定の基準は、前記半導体チップの前記チップ面における通電発熱に基づく温度分布が均一になる条件を満たすための基準であることを特徴とする請求項１または２記載の半導体装置。
【請求項４】
半導体チップの表裏のチップ面に電極を備え、オン動作時に一方の前記チップ面の前記電極と他方の前記チップ面の前記電極の間で電流が流れる半導体装置において、
前記半導体チップの前記一方のチップ面の前記電極には複数のワイヤが均一な配置分布で接続され、かつ、前記チップ面の熱抵抗分布および前記半導体チップの順方向特性に基づいて、前記半導体チップの前記チップ面の全面の温度分布が均一となるように、前記一方のチップ面の前記電極に接続される複数のワイヤの熱抵抗の分布を異ならせて配置することを特徴とする半導体装置。
【請求項５】
半導体チップの一方のチップ面の電極に均一な配置で接続された複数のワイヤと、前記半導体チップの他方のチップ面の電極との間に、所定の電力条件で通電を行ったときの前記半導体チップの前記チップ面の温度分布を計測するステップと、
前記半導体チップの前記チップ面を少なくとも２つの区画に分けるステップと、
前記温度分布と前記所定の電力条件の値に基づいて前記区画ごとの熱抵抗分布を求めるステップと、
前記熱抵抗分布と前記半導体チップの順方向特性に基づいて、前記半導体チップの温度分布が均一になるように前記区画単位のワイヤ抵抗値を求めるステップと、
前記ワイヤ抵抗値と一致するように前記区画に接続されるワイヤの実装条件を決定するステップと、
を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項６】
前記ワイヤの前記実装条件は前記ワイヤの本数または断面積であること特徴とする請求項５記載の半導体装置の製造方法。
【請求項７】
前記区画に接続されるワイヤの実装条件を決定する前記ステップの代わりに、前記ワイヤ抵抗値と一致するように電子線照射によって前記区画のいずれかに対応する前記半導体チップの順方向特性を変更するステップを設けたことを特徴とする請求項５記載の半導体装置の製造方法。
【請求項８】
前記少なくとも２つの区画は、前記チップ面の中央部と周辺部であることを特徴とする請求項５〜７のいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項９】
前記周辺部のワイヤ本数を前記中央部のワイヤ本数よりも多くしたことを特徴とする請求項８記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１０】
前記周辺部のワイヤの断面積を前記中央部のワイヤの断面積よりも大きくしたことを特徴とする請求項８記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１１】
電子線照射によって前記半導体チップにおける前記中央部の順方向特性を前記周辺部の順方向特性よりも高くしたことを特徴とする請求項８記載の半導体装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は半導体装置およびその製造方法に関し、特に、半導体チップの表裏のチップ面に備えられた電極の一方の電極に複数のワイヤを接続し両チップ面の電極間に電流を流すパワー半導体装置であってチップ面での温度分布を中央部と周辺部で均一化した半導体装置およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば自動車では、搭載された多数の電気機器に必要な電力を供給するために電力系電気回路が設けられている。この電力系電気回路では、多くのパワー半導体装置が使用されている。パワー半導体装置の一例としてＩＧＢＴがある。ＩＧＢＴはスイッチング素子として使用される半導体装置であり、その等価回路はバイポーラトランジスタとＭＯＳＦＥＴを並列接合した電気回路で表現される。ＩＧＢＴの半導体素子（以下「半導体チップ」または「チップ」とも記す）は表裏のチップ面を有し、ＩＧＢＴがオンしたとき表裏の方向（縦方向）に電流が流れる。ＩＧＢＴは、例えば表面から見ると、同一の構造を半導体構造を有する複数のチップ要素に分離されており、ＩＧＢＴはこれらの複数のチップ要素の集合体として構成されている。ＩＧＢＴでは、複数のチップ要素のそれぞれがスイッチング素子として機能し、全体としてオン・オフする。
【０００３】
上記のＩＧＢＴでは、複数のチップ要素のそれぞれに対応して、その表裏の両チップ面のいずれか一方のチップ面に複数本の通電用ワイヤが接続されている。
【０００４】
上記ＩＧＢＴ等のパワー半導体装置では、半導体装置がオン動作して半導体装置で通電状態が生じた時に、通電による発熱が偏在し、チップ面上での温度分布の不均一化の問題が提起される。
【０００５】
パワー半導体装置での温度分布の不均一を解決する従来技術として特許文献１に記載されたパワー半導体モジュールが存する。このパワー半導体モジュールでは、熱拡散部材を付設することにより、パワー半導体チップの温度分布を均一化している。また一般的な半導体装置に関してその放熱性を高めるための従来技術として特許文献２，３に記載された半導体装置が存する。
【特許文献１】特開２０００−３０７０５８号公報
【特許文献２】特開２００３−２２４２３４号公報
【特許文献３】特開２００３−１６３３１４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
従来のＩＧＢＴでの複数本のワイヤの配線およびチップ面への接続（ワイヤボンド）に関する実装レイアウトでは、当該チップ面上において均一な位置関係に基づく配置となるように設計されていた。そのため、ＩＧＢＴがオン動作し、ＩＧＢＴに電流が流れると、チップから熱を逃がす放熱性、ワイヤ配列のバランスから、ＩＧＢＴのチップ面の中央部での発熱が高熱化して温度が高くなり、周辺部で温度が低くなるという温度分布の不均一化が生じていた。この問題は、前述した特許文献１〜３のいずれの発明によって解決することはできない。このようなＩＧＢＴ等のパワー半導体装置でのチップ中央部での高熱化は、当該パワー半導体装置のパワーサイクル寿命を短くしていた。
【０００７】
本発明の目的は、上記の課題を解決することにあり、ＩＧＢＴ等のパワー半導体装置においてチップ面内の発熱による温度分布を均一化し、パワーサイクル寿命の向上を企図した半導体装置およびその製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明に係る半導体装置およびその製造方法は、上記目的を達成するために、次のように構成される。
【０００９】
第１の半導体装置（請求項１に対応）は、半導体チップの表裏のチップ面に電極を備え、オン動作時に一方のチップ面の電極と他方のチップ面の電極の間で電流が流れる半導体装置であり、半導体チップの一方のチップ面の電極には複数のワイヤが不均一な配置分布で接続され、かつ、所定の基準に基づいて、一方のチップ面の周辺部に接続されるワイヤの本数は一方のチップ面の中央部に接続されるワイヤの本数よりも多くされるように構成される。
【００１０】
上記の構成では、半導体装置に含まれる半導体チップのチップ面に接続される複数の通電用ワイヤの実装について、チップ面の中央部と周辺部の抵抗バランスを配慮して不均一な配置分布とし、かつ周辺部に接続されるワイヤの本数を中央部に接続されるワイヤの本数よりも多くする。これによって、半導体チップのチップ面の温度分布を均一化し、通電による発熱バランスを良好なものとする。
【００１１】
第２の半導体装置（請求項２に対応）は、半導体チップの表裏のチップ面に電極を備え、オン動作時に一方のチップ面の電極と他方のチップ面の電極の間で電流が流れる半導体装置であり、半導体チップの一方のチップ面の電極には複数のワイヤが均一な配置分布で接続され、かつ、所定の基準に基づいて、一方のチップ面の周辺部に接続されるワイヤの断面積は一方のチップ面の中央部に接続されるワイヤの断面積よりも大きくされるように構成される。
【００１２】
上記の構成では、半導体装置に含まれる半導体チップのチップ面に接続される複数の通電用ワイヤの実装について、チップ面の中央部と周辺部の抵抗バランスを配慮し、均一な配置分布を前提としつつ、周辺部に接続されるワイヤの断面積を中央部に接続されるワイヤの断面積よりも大きくする。これによって、半導体チップのチップ面の温度分布を均一化し、通電による発熱バランスを良好なものとしている。
【００１３】
第３の半導体装置（請求項３に対応）は、上記の第１および第２の構成において、上記の所定の基準は、半導体チップのチップ面における通電発熱に基づく温度分布が均一になる条件を満たすための基準であることを特徴とする。従って、周辺部におけるワイヤの本数の決定、あるいは、ワイヤの大きな断面積の決定は、当該所定の基準に基づき最適に決定される。
【００１４】
第４の半導体装置（請求項４に対応）は、半導体チップの表裏のチップ面に電極を備え、オン動作時に一方のチップ面の電極と他方のチップ面の電極の間で電流が流れる半導体装置であり、半導体チップの一方のチップ面の電極には複数のワイヤが均一な配置分布で接続され、かつ、チップ面の熱抵抗分布および半導体チップの順方向特性に基づいて、半導体チップのチップ面の全面の温度分布が均一となるように、一方のチップ面の電極に接続される複数のワイヤの熱抵抗の分布を異ならせて配置することを特徴とする。
【００１５】
第１の半導体装置の製造方法（請求項５に対応）は、半導体チップの一方のチップ面の電極に均一な配置で接続された複数のワイヤと、半導体チップの他方のチップ面の電極との間に、所定の電力条件で通電を行ったときの半導体チップのチップ面の温度分布を計測する第１のステップと、半導体チップのチップ面を少なくとも２つの区画に分ける第２のステップと、温度分布と所定の電力条件の値に基づいて区画ごとの熱抵抗分布を求める第３のステップと、熱抵抗分布と半導体チップの順方向特性に基づいて、半導体チップの温度分布が均一になるように区画単位のワイヤ抵抗値を求める第４のステップと、ワイヤ抵抗値と一致するように区画に接続されるワイヤの実装条件を決定する第５のステップと、を有する方法である。
【００１６】
第２の半導体装置の製造方法（請求項６に対応）は、上記の方法において、好ましくは、ワイヤの実装条件はワイヤの本数または断面積であること特徴づけられる。
【００１７】
第３の半導体装置の製造方法（請求項７に対応）は、上記の方法において、区画に接続されるワイヤの実装条件を決定する第５のステップの代わりに、ワイヤ抵抗値と一致するように電子線照射によって区画のいずれかに対応する半導体チップの順方向特性を変更するステップを設けたことで特徴づけられる。
【００１８】
第４の半導体装置の製造方法（請求項８に対応）は、上記の方法において、好ましくは、少なくとも２つの区画は、チップ面の中央部と周辺部であることで特徴づけられる。
【００１９】
第５の半導体装置の製造方法（請求項９に対応）は、上記の方法において、好ましくは、周辺部のワイヤ本数を中央部のワイヤ本数よりも多くしたことで特徴づけられる。
【００２０】
第６の半導体装置の製造方法（請求項１０に対応）は、上記の方法において、好ましくは、辺部のワイヤの断面積を中央部のワイヤの断面積よりも大きくしたことで特徴づけられる。
【００２１】
第７の半導体装置の製造方法（請求項１１に対応）は、上記の方法において、好ましくは、電子線照射によって前記半導体チップにおける前記中央部の順方向特性を前記周辺部の順方向特性よりも高くしたことで特徴づけられる。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、次の効果を奏する。
本発明に係る半導体装置によれば、半導体装置に含まれる半導体チップのチップに接続される複数のワイヤの実装を、事前に得た温度分布情報に基づいてチップ面での最適な抵抗バランスを求め、チップ面の中央部と周辺部とでワイヤの条件を変えてチップ面における最適な抵抗バランスを実現するようにしたため、半導体チップの温度分布をチップ面内で均一にすることができ、通常では高温となる傾向のあるチップ中央部でのワイヤの剥離や劣化を低減することができ、半導体装置の寿命を長くし、半導体装置の性能を向上することができる。
本発明に係る半導体装置の製造方法によれば、パワー半導体装置の半導体チップへの通電用ワイヤの実装でチップ面の温度分布を最適にすることができ、ワイヤの剥離・劣化が少なく、寿命の長いパワー半導体装置を製造することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下に、本発明の好適な実施形態（実施例）を添付図面に基づいて説明する。
【００２４】
図１〜図３を参照して本発明に係る半導体装置の実施形態について説明する。この半導体装置はパワー半導体装置である。図１は本実施形態に係る半導体装置の簡略的な斜視図を示し、図２はＩＧＢＴ素子の平面図を示し、図３はＩＧＢＴ素子の実装部分の縦断面図を示す。図３において、厚み方向の寸法は説明の便宜上誇張して拡大して描いており、実際のものとは異なっている。
【００２５】
例えば自動車に搭載されるパワー半導体装置はモジュール化されて構成されている。自動車に搭載されたモータを駆動するためのインバータ装置に用いられるブリッジ回路は、１つの例えばＩＧＢＴ素子と１つのダイオード素子から成る電気回路を単位回路として構成される。この単位回路は、ブリッジ回路のハイサイド（高圧側）とローサイド（低圧側）のそれぞれに設けられる。ハイサイドおよびローサイドの上記単位回路によってパワー半導体モジュールが形成される。
【００２６】
図１は、モジュール化された半導体装置１０を示している。半導体装置１０は２つの構成部分１０Ａ，１０Ｂを備えている。２つの構成部分１０Ａ，１０Ｂの各々は、単位回路として構成されており、ＩＧＢＴ素子１１とダイオード素子１２が基板部１３上に配置されている。２つの構成部分１０Ａ，１０Ｂの各々も実質的には１つの半導体装置として構成されている。半導体装置１０の全体のイメージは二点鎖線で示されている。半導体装置１０のケースや樹脂モールド部分の図示は省略している。基板部１３は、後述するようにさらに複数の各種の基板から形成されている。基板部１３上には少なくとも１つの電極１４が設けられ、これらの電極１４とＩＧＢＴ素子１１とダイオード素子１２とその他の図示しない電極との間は、多数のワイヤ１５により接続されている。図１に示されたワイヤ接続のレイアウトは図示のための便宜上の一例であり、簡素化して示されている。上記のＩＧＢＴ素子１１とダイオード素子１２はそれぞれ半導体チップを成している。
【００２７】
上記ＩＧＢＴ素子１１は、図１において上側（表側）と下側（裏側）と間でチップの厚み方向に通電が行われる構造となっている。本実施形態に係るＩＧＢＴ素子１１は縦型ＤＭＯＳ構造を有し、ＩＧＢＴ素子１１のチップ全体は横方向にて複数のチップ要素に分割されている。そのためＩＧＢＴ素子１１の表裏のチップ面では、複数のチップ要素に基づいて分割された面が形成されている。
【００２８】
ＩＧＢＴ素子１１は、エミッタ、コレクタ、ゲートの３つの電極を備えている。ＩＧＢＴ素子１１では、ゲートに印加される電圧に応じてエミッタ・コレクタの間に電流が流れる。図１に示されたＩＧＢＴ素子１１において、上側のチップ面（表面）にはエミッタ電極が設けられ、下側のチップ面（裏面）にはコレクタ電極が設けられている。また上側のチップ面には、上記のエミッタ電極と共に、ゲート電極も設けられている。
【００２９】
図２にＩＧＢＴ素子１１の平面図を示す。ＩＧＢＴ素子１１はほぼ正方形の矩形チップ面を有している。ＩＧＢＴ素子１１の上側のチップ面上には、例えば１つのゲート電極２１と、例えば６つのエミッタ電極２２−１〜２２−６とが、形成されている。ＩＧＢＴ素子におけるエミッタ電極は本来的に１つの概念であるが、この実施形態に係る半導体装置１０のＩＧＢＴ素子１１のエミッタ電極では、ＩＧＢＴ素子１１のエミッタ電極を設けるべき箇所を６つの箇所の区画し、６つの領域のそれぞれにエミッタ電極２２−１〜２２−６を設けている。
【００３０】
前述のごとく縦型ＤＭＯＳ構造を有しかつチップ全体が複数のチップ要素に分割されたＩＧＢＴ素子１１では、矩形のチップ面のほぼ全体にわたって均一に分布して形成されたチップ要素のうち適宜な数のチップ要素を、６つのエミッタ電極２２−１〜２２−６のそれぞれに対応させて接続するようにしている。
【００３１】
ＩＧＢＴ素子１１の上側のチップ面に接続される前述した複数のワイヤ１５は、ゲート電極２１に接続されるワイヤと、６つのエミッタ電極２２−１〜２２−６に接続されるワイヤを含む。これらのワイヤ１５はワイヤボンディングによって対応する各電極に接続されている。この中で６つのエミッタ電極２２−１〜２２−６のそれぞれに接続されるワイヤ１５は、ＩＧＢＴ素子１１に通電用の電流を流すための電流路を形成している。本実施形態に係る半導体装置１０によれば、６つのエミッタ電極２２−１〜２２−６のそれぞれに接続される複数のワイヤ１５の実装のレイアウトに関して、後述するごとき所定の不均一配置の配線の仕方を採用したり、あるいはワイヤの断面積を接続場所に応じて相違させる等している。すなわち、チップ面上のエミッタ電極が占める面積領域における複数のワイヤ１５の接続レイアウトに関して、後述する条件を満たす基準に基づいて、所要の不均一性を与える構造を採用するようにした。
【００３２】
図３に従って半導体装置１０のＩＧＢＴ素子１１の実装部分の縦断面構造を説明する。ＩＧＢＴ素子１１のチップは、ＡｌＮ（窒化アルミニウム）基板３１の上のＡｌ（アルミニウム）パターン３２上に実装されている。ＩＧＢＴ素子１１はダイボンディングによりＡｌパターン３２の上面に接合されている。符号３３で示された層は基板部１３上に形成された前述した電極１４の１つであり、この電極３３もＡｌパターンとして形成される。上記のＡｌＮ基板３１はハンダ３４によってベース部材３５に接合されている。ベース部材３５は銅で作られている。この銅ベース部材３５はサーマルコンパウンド３６を介してヒートシンク３７に接合されている。ヒートシンク３７はアルミニウムで作られており、その外側下面にはフィンが形成されている。サーマルコンパウンド３６は、ベース部材３５とヒートシンク３７との間の熱結合を均一化しかつ当該熱結合を高めるための熱伝導剤である。
【００３３】
上記の構造において、ＩＧＢＴ素子１１の上面（エミッタ電極等）と電極３３との間には複数のワイヤ１５が配線されている。ＩＧＢＴ素子１１のエミッタ電極２２−１〜２２−６には、通電時には電極３３およびワイヤ１５を経由して通電用の電流が供給されことになる。
【００３４】
次に、本実施形態に係る半導体装置１０の特徴的構成を説明する。半導体装置１０の特徴的構成は、ＩＧＢＴ素子１１のエミッタ電極２２−１〜２２−６に接続される複数のワイヤ１５の通電時の発熱に起因する温度分布をチップ面の全体にわたって均一にするため、反対に、エミッタ電極２２−１〜２２−６に接続される複数のワイヤ１５の接続の仕方に関して所要の不均一性を与えるようにした点にある。
【００３５】
まず、ワイヤ１５の上記不均一性を説明する前に、半導体装置１０のＩＧＢＴ素子１１における複数のワイヤ１５を実装するための手順を説明する。図４にワイヤ実装のための手順をフローチャート形式にて示す。
【００３６】
このワイヤ実装では、ＩＧＢＴ素子１１のチップ面におけるワイヤの接続レイアウトについて所要の不均一性を与える。そのために、最初のステップＳ１（温度分布の観察）で、ＩＧＢＴ素子１１においてそのエミッタ電極（２２−１〜２２−６）の全占有面積上で複数のワイヤを均一配置で接続して実装した場合の通電時の温度分布（発熱分布）の情報を計測によって取得する。「ワイヤの均一配置での実装」とは、同一のワイヤを均等な間隔でエミッタ電極２２−１〜２２−６の全体の占有面積上に配置することを意味している。ＩＧＢＴ素子１１のチップ面における温度分布情報を得るための計測では、計測装置としてサーモビュアが使用される。取得された温度分布の情報は、ＩＧＢＴ素子１１のチップ面における温度分布の状態である。ＩＧＢＴ素子１１のエミッタ電極２２−１〜２２−６におけるワイヤの均一配置実装においてワイヤへの通電条件は例えば２２５［Ａ］および２．２２［Ｖ］である。ＩＧＢＴ素子１１のチップ面における温度分布（発熱分布）は計測装置の表示画面に表示される。表示画面に示されたチップ面上の温度分布は色彩で表現される。
【００３７】
次のステップＳ２（熱抵抗の算出）では、ステップＳ１で得られたＩＧＢＴ素子１１のチップ面についての温度分布に基づいて、チップ面内のミクロな熱抵抗を例えば中央部と周辺部（または外周部）の各々で算出する。チップ面内のミクロな熱抵抗の計算は、チップ面の場所ごとのジャンクション温度（接合温度）に基づいて熱抵抗を算出するようにしている。チップ面における場所は適宜に選択することができる。この実施形態では、ＩＧＢＴ素子１１のチップ面の中央部の熱抵抗値と周辺部の熱抵抗値を算出する。
【００３８】
熱抵抗の値の一例を述べる。中央部の温度を１４５℃かつ室温を２５℃とすると、中央部の熱抵抗の値は（１４５−２５）［℃］／（２２５×２．２２）［Ｗ］＝０．２４［℃／Ｗ］となる。また同様にして、周辺部の熱抵抗の値は、周辺部の温度を１１５℃とするとき、（１１５−２５）［℃］／（２２５×２．２２）［Ｗ］＝０．１９［℃／Ｗ］となる。
【００３９】
なお、上記において、チップ面で設定される区画は中央部と周辺部に限定されず、２より多い複数の区画とすることもできる。
【００４０】
次のステップＳ３（ジャンクション温度の一致化条件の算出）では、ステップＳ２で得られた異なる中央部の熱抵抗値と周辺部の熱抵抗値とに基づいて、両者の熱抵抗値が実質的に一致するような中央部が負担すべき電力と周辺部が負担すべき電力とを算出する。中央部の電力と周辺部の電力は、それぞれ、ＩＧＢＴ素子１１のチップ実装状態を含めた当該ＩＧＢＴ素子１１の順方向特性から求められる。この計算を、図５のグラフを参照して説明する。
【００４１】
図５の座標系について、横軸はコレクタ・エミッタ電圧（Ｖｃｅ）を示し、縦軸はコレクタ・エミッタ電流（Ｉｃｅ）を示す。従って図５に示した特性グラフ４１は、ＩＧＢＴ素子１１のコレクタ・エミッタ間のＶ−Ｉ特性を示している。この特性グラフ４１は前述したＩＧＢＴ素子１１の順方向特性を表している。当該特性グラフ４１において、仮に中央部の状態を示す点がＰ１であるとき、その電力は１００［Ａ］×１．７［Ｖ］＝１７０［Ｗ］となる。そこで、次には、中央部と周辺部の熱抵抗値の比（０．２４／０．１９）を利用して、中央部の電力１７０［Ｗ］に対応する電力を、１７０×（０．２４／０．１９）の式に従って求めると、２１５［Ｗ］になる。この電力２１５［Ｗ］に対応する点を特性グラフ４１の上で探す。その結果、１２０［Ａ］×１．８［Ｖ］＝２１６［Ｗ］により、特性グラフ４１上で点Ｐ２が求められる。結果的に、ＩＧＢＴ素子１１のチップ面で温度分布（発熱分布）で均一性を生じさせるようにするためには、中央部での電流が１００Ａである場合には、周辺部の電流は１２０Ａであることが望ましいということが判明する。その結果、ＩＧＢＴ素子１１のエミッタ電極２２−１〜２２−６の面上に複数の通電用ワイヤ１５を実装する場合において、当該ワイヤに関する実装の抵抗バランスを、中央部の抵抗値をＲｃ、周辺部の抵抗値をＲｐとするとき、Ｒｃ：Ｒｐ＝１００：１２０という関係式による条件を満たすように設定する。これにより、ＩＧＢＴ素子１１のチップ面において中央部に流れる電流を少なくし、かつ周辺部に流れる電流を多くするように、複数のワイヤ１５の実装に関する抵抗バランスを設定する。この抵抗バランスによって、ワイヤ１５によるジャンクション温度が中央部と周辺部でほぼ同一となり、チップ面におけるワイヤ１５による温度分布を均一にすることが可能となる。
【００４２】
最後のステップＳ４（抵抗バランスに基づくワイヤの実装）では、半導体装置１０におけるＩＧＢＴ素子１１のエミッタ電極２２−１〜２２−６上に複数のワイヤ１５を実装するにあたり、前述した実装条件（ジャンクション温度が同一になる条件）を満たすように実装を行う。このワイヤ１５の実装は、好ましくは、エミッタ電極２２−１〜２２−６において中央部と周辺部の間で、接続するワイヤ本数を変えたり、ワイヤ断面積を変えたりする。またワイヤの実装の代わりに、抵抗バランスに従って、ＩＧＢＴ素子１１のエミッタ電極側のチップ面の順方向特性を電子線照射によって変更させることもできる。この場合、ＩＧＢＴ素子１１の順方向特性について、チップ面の中央部の順方向特性を周辺部の順方向特性に比較して高くするようにする。すなわち、同一の印加電圧に対して中央部の通電量が周辺部の通電量に比して少なくなるように順方向特性を適切に調整する。なお「電子線照射」は、電離作用で生じた放射線を処理・加工対象物に対して照射するもので、電離作用等に基づき対象物の物性的特質を改変することができる処理技術である。
【００４３】
図６と図７を参照して具体的なワイヤ実装等の例を示す。
【００４４】
図６はＩＧＢＴ素子に関して３つの平面図（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）を示している。図６の（Ａ）は従来方式のワイヤ実装の例を示し、（Ｂ）と（Ｃ）は本実施形態によるワイヤ実装の例を示している。図６の（Ａ）は、本実施形態に係る実装例である（Ｂ）および（Ｃ）と対比させるために図示されたものである。
【００４５】
図６の（Ａ）によれば、ＩＧＢＴ素子１１の上側のチップ面におけるエミッタ電極２２−１〜２２−６の全面積部分に対して均一のレイアウト（配置または配列）で同一の複数のワイヤ１５が接続されている。すなわち、６つのエミッタ電極２２−１〜２２−６から成るエミッタ電極のチップ面上の占有面積領域において均等な間隔で偏りのない状態で配置されている。
【００４６】
上記のワイヤ実装に対して、図６の（Ｂ）に示した本実施形態に係るワイヤ実装の第１の例によれば、同一の複数のワイヤ１５の接続で、中央部５１のワイヤ本数に対して周辺部５２のワイヤ本数を増した状態でワイヤが接続されている。すなわち、ＩＧＢＴ素子１１の周辺部５２に接続されるワイヤの本数が中央部５１に接続されるワイヤの本数よりも多くなるように実装されている。この図示例では、一例として、中央部５１のワイヤ１５の本数が１２であるのに対して、周辺部５２のワイヤ１５の本数は３２となっている。実際上、ワイヤ実装による不均一なレイアウトは、前述のごとく、ステップＳ３で得られた条件に基づいて決定される。このワイヤ実装に基づいて、ＩＧＢＴ素子１１のチップ面の温度分布を、中央部５１と周辺部５２とでほぼ等しくすることができ、チップ面全体で均一にすることができる。
【００４７】
また図６の（Ｃ）に示した実施形態に係るワイヤ実装の第２の例によれば、エミッタ電極の面全体でのワイヤ（１５，５３）の接続は均一に配置すると共に、周辺部５２に接続されたワイヤ５３の断面積（または径）を、中央部５１に接続されたワイヤ１５の断面積（または径）よりも大きくしている。中央部５１に接続されたワイヤ１５は、図６の（Ａ）に示した従来方式のワイヤと同じである。周辺部５２に接続されたワイヤ５３は、配置位置および本数は従来方式のワイヤの例と同じであり、断面積が例えばほぼ２倍程度になっている。このワイヤ実装の場合にも、実際上、ワイヤ実装による不均一なレイアウトは、前述のごとく、ステップＳ３で得られた条件に基づいて決定される。このワイヤ実装に基づいて、ＩＧＢＴ素子１１のチップ面の温度分布を、中央部５１と周辺部５２とでほぼ等しくすることができ、チップ面全体で均一にすることができる。
【００４８】
図７は、ＩＧＢＴ素子１１の平面図を示し、ＩＧＢＴ素子１１のエミッタ電極側のチップ面の順方向特性を電子線照射によって変更させる例を示している。この図示例では、ＩＧＢＴ素子１１の順方向特性について、チップ面の中央部５１の順方向特性を周辺部５２の順方向特性に比較して高くするようにしている。ワイヤ１５の配列は均一な配列となっており、従来方式のワイヤ実装と同じである。
【００４９】
なお上記では、半導体装置１０においてＩＧＢＴ素子１１のワイヤ実装の例のみを説明したが、パワー半導体素子としてのダイオード素子１２についても必要に応じて同様なワイヤ実装を行うことができる。さらに、その他のパワー半導体装置に含まれる半導体チップ一般に本実施形態に係るワイヤ実装を適用することができる。
【００５０】
前述した半導体装置１０の製造方法を概説する。この製造方法は、工程順の述べると、（１）ダイボンディング工程、（２）ケーシング工程、（３）ワイヤボンド工程、（４）シリコンゲル・ポッティング工程、（５）ゲートドライバ／絶縁フィルムコネクタ取付け工程、（６）検査工程、（７）ヒートシンク取付け工程、（８）エージング工程から構成されている。
【００５１】
ダイボンディング工程は、半導体チップ（ＩＧＢＴ素子１１およびダイオード素子１２）を、予め用意された基板部にハンダ付けする工程である。これにより単位装置の半導体装置１０が作られる。
【００５２】
ケーシング工程は、上記の半導体装置１０を例えば２つ用意し、さらに別途に適宜形状のケースを用意し、２つの半導体装置１０を所定の配置関係によってケースに収納し、接着剤で接着し、かつ接着剤を硬化させる工程である。
【００５３】
ワイヤボンド工程では、半導体装置１０に含まれるＩＧＢＴ素子のエミッタ電極およびゲート電極と、ダイオード素子の電極と、その他の電極部分との間を、複数のワイヤで接続する。このとき、ＩＧＢＴ素子等のエミッタ電極に複数のワイヤを接続するワイヤ実装では、前述した通りの特徴的な実装が行われる。
【００５４】
シリコンゲル・ポッティング工程では、ワイヤが配置される空間部に対してシリコンゲルが充填され、当該シリコンゲルは硬化される。
【００５５】
ゲートドライバ／絶縁フィルムコネクタ取付け工程では、硬化したシリコンゲル部分の露出面に対してゲートドライバが取り付けられ、さらにその上に絶縁フィルムコネクタが取り付けられる。
【００５６】
検査工程は、組み立てられた半導体装置の電気的特性を検査する工程である。
【００５７】
ヒートシンク取付け工程は、熱伝導剤を介在させて、半導体装置を含むケースの全体をヒートシンクに取り付ける工程である。
【００５８】
エージング工程は、製造された半導体装置の全体を高温または低温で連続して運転する工程である。
【００５９】
以上の実施形態で説明された構成、形状、大きさおよび配置関係については本発明が理解・実施できる程度に概略的に示したものにすぎず、また数値および各構成の組成（材質）については例示にすぎない。従って本発明は、説明された実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に示される技術的思想の範囲を逸脱しない限り様々な形態に変更することができる。
【産業上の利用可能性】
【００６０】
本発明は、各種の電気機器および電子機器に利用されるパワー半導体装置に含まれる半導体チップのワイヤ実装に利用される。
【図面の簡単な説明】
【００６１】
【図１】本発明の本実施形態に係る半導体装置の構成の外観例を簡略的に示す斜視図である。
【図２】本実施形態に係る半導体装置に搭載されたＩＧＢＴ素子の平面図である。
【図３】ＩＧＢＴ素子の実装構造を示す縦断面図である。
【図４】本実施形態に係る半導体装置のＩＧＢＴ素子における複数のワイヤを実装するための手順を説明するためのフローチャートである。
【図５】ＩＧＢＴ素子のコレクタ・エミッタ間のＶ−Ｉ特性（順方向特性）を示すグラフである。
【図６】ＩＧＢＴ素子に関して従来方式のワイヤ実装の例（Ａ）と本実施形態によるワイヤ実装の例（Ｂ），（Ｃ）とを示す平面図である。
【図７】ＩＧＢＴ素子のエミッタ電極側のチップ面の順方向特性を電子線照射によって変更させる例を示す平面図である。
【符号の説明】
【００６２】
１０      半導体装置
１１      ＩＧＢＴ素子
１２      ダイオード素子
１３      基板部
１４      電極
１５      ワイヤ
２１      ゲート電極
２２−１〜２２−６      エミッタ電極
３１      ＡｌＮ基板
３２      Ａｌパターン
３３      電極
３４      ベース部材
３５      サーマルコンパウンド
３６      ヒートシンク
５１      中央部
５２      周辺部
５３      ワイヤ
【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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