(57)【要約】【目的】電極パッドに接続する接続導体により、電極パッドに加わる熱応力を小さくするとともに、接続導体の抵抗を低く維持し、製造コストを低減できる半導体装置を提供する。【解決手段】銅の第２接続リード８に熱膨張率が（１〜６）×１０-6／Ｋの鉄ニッケル合金の第１接続リード６を溶接７などで接続し、第１接続リード６の先端を電極パッド４にはんだ５で固着することで、電極パッド４に加わる熱応力を小さくできる。  電極パッド４と第１接続リード６の熱膨張差で発生する熱応力を小さくすることで、はんだ５や電極パッド４下のシリコンにクラックが生じることを防止できる。  また、第１接続リード６の長さを第１接続リード６と第２接続リード８を合わせた長さの４０％未満とすることで、電気抵抗を低く維持し接続導体の低コスト化を図ることができる。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体チップと、該半導体チップの表側に配置された電極パッドと、該電極パッドにはんだで固着する第１接続導体と、該第１接続導体に固着する第２接続導体とを有する半導体装置であって、前記第１接続導体が鉄ニッケル合金で形成され、前記第２接続導体が銅系で形成されることを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
前記鉄ニッケル合金が、ニッケルの比率が３１〜４４重量％の鉄ニッケル合金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】
前記第１接続導体の熱膨張係数が、（１〜６）×１０-6／Ｋであることを特徴とする請求項１または２に記載の半導体装置。
【請求項４】
半導体チップと、該半導体チップの表側に配置された電極パッドと、該電極パッドにはんだで固着する第１接続導体と、該第１接続導体に固着する第２接続導体とを有する半導体装置であって、前記第１接続導体が銅とインバーと銅を張り合わせたクラッド材で形成され、前記第２接続導体が銅系で形成されることを特徴とする半導体装置。
【請求項５】
前記クラッド材の熱膨張係数が、（１〜６）×１０-6／Ｋであることを特徴とする請求項４に記載の半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、例えば、ＭＯＳＦＥＴの主電極パッド（ソース電極パッド）に接続導体が固着した半導体装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
図３は、特許文献１に開示されている半導体装置の構成図であり、同図（ａ）は要部平面図、同図（ｂ）は同図（ａ）のＹ−Ｙ線で切断した要部断面図である。
図３において、ヒートシンクと支持架の役割を持つ金属ベース板１２０に電気絶縁特性を持つセラミック基板１１９が半田で接合されている。セラミック基板には銅の表面にニッケルめっきが施された配線導体１２１，１２２，１２９が形成されている。中央部の配線導体１２２上には、ＩＧＢＴチップ１１１とダイオードチップ１２４が半田によりペレット接合されている。両チップのアルミニウム電極パッド１１２，１２５には、銅リード１１３，１２６が超音波接合により接続され、銅リードの一方の端は配線導体１２１に半田接合されている。銅リードの中央部には、金属ベース板とセラミック基板からなるベース基板１１８と銅リードの熱膨張差や温度差に基づく歪を吸収するため、銅リードの板厚を薄くし９０°に折り曲げた変位吸収構造部１１７が設けられている。また、銅リードのチップ側の先端部には、モリブデンチップ１１４，１１５が接合され、アルミニウム電極パッドに対面するモリブデン１１４表面にはアルミニウム膜１１６が蒸着されている。
【０００３】
図３において、シリコンチップと金属リードの熱膨張差を５．０×１０-6／Ｋ以下にすることで、温度サイクルに伴う接合部の内部熱応力による接合界面に沿った疲労破壊を防止することができる。また、リードの中間部にベース基板と金属リードの熱膨張差に伴う歪を低応力で吸収できる変位吸収構造を設けているので、リードから接合部に加わる外部応力を小さくすることができる。以上の２つの効果によって、シリコンチップ／金属リード接合部の熱疲労寿命を大幅に改善することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平９−６４２５８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、前記の特許文献１で開示されている半導体装置では、電極パッドとリード間に多層構造の応力緩衝材を挿入しており、この応力緩衝材を形成するための製造コストが高い。また、リードの端部に低熱膨張材を接合する構造も開示されているがやはり製造コストが高くなる。
【０００６】
この発明の目的は、前記の課題を解決して、電極パッド下のシリコンに加わる熱応力を小さくし、製造コストを低減できる半導体装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
前記の目的を達成するために、特許請求の範囲の請求項１に記載の発明によれば、半導体チップと、該半導体チップの表側に配置された電極パッドと、該電極パッドにはんだで固着する第１接続導体と、該第１接続導体に固着する第２接続導体とを有する半導体装置であって、前記第１接続導体が鉄ニッケル合金で形成され、前記第２接続導体が銅系で形成される半導体装置とする。
【０００８】
また、特許請求の範囲の請求項２記載の発明によれば、請求項１に記載の発明において、前記鉄ニッケル合金が、ニッケルの比率が３１〜４４重量％の鉄ニッケル合金であるとよい。
【０００９】
また、特許請求の範囲の請求項３記載の発明によれば、請求項１または２に記載の発明において、前記第１接続導体の熱膨張係数が、（１〜６）×１０-6／Ｋであるとよい。
また、特許請求の範囲の請求項記載の発明によれば、半導体チップと、該半導体チップの表側に配置された電極パッドと、該電極パッドにはんだで固着する第１接続導体と、該第１接続導体に固着する第２接続導体とを有する半導体装置であって、前記第１接続導体が銅とインバーと銅を張り合わせたクラッド材で形成され、前記第２接続導体が銅系で形成される半導体装置とする。
【００１０】
また、特許請求の範囲の請求項５記載の発明によれば、請求項３に記載の発明において、前記クラッド材の熱膨張係数が、（１〜６）×１０-6／Ｋであるとよい。
【発明の効果】
【００１１】
この発明において、第１接続導体（第１接続リード）をニッケルが４２〜５０重量％の鉄ニッケル合金で形成し、その熱膨張率を（１〜６）×１０-6／Ｋにすることで、この第１接続導体がはんだで固着される電極パッド下のシリコンに加わる熱応力を小さくできる。
【００１２】
このように、電極パッドと第１接続導体の熱膨張差で発生する熱応力を小さくすることで、はんだや電極パッド下のシリコンにクラックが導入されるのを防止できる。
また、第１接続導体に銅＋インバー＋銅のクラッド材を用いても同様の効果が得られる。
【００１３】
前記第１接続導体にニッケルが３１〜４４重量％の鉄ニッケル合金やクラッド材を用いることで、特許文献１の構造より製造コストを低くできる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】この発明の一実施例の半導体装置の要部断面図である。
【図２】鉄ニッケル合金のニッケル含有量と熱膨張係数の関係を示す図である。
【図３】特許文献１に開示されている半導体装置の構成図であり、（ａ）は要部平面図、（ｂ）は（ａ）のＹ−Ｙ線で切断した要部断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
実施の形態を以下の実施例で説明する。
【実施例】
【００１６】
図１は、この発明の一実施例の半導体装置の要部断面図である。この半導体装置は、リードフレームから切り出された銅ベース１と、この銅ベース１にはんだ２で裏面が固着する半導体チップ３からなる。この半導体チップ３は、例えば、ＭＯＳＦＥＴチップなどである。
【００１７】
また、半導体チップ３の表側の電極パット４、この電極パッド４にはんだ５で固着する第１接続リード６と、この第１接続リード６に溶接７で固着される銅系からなる第２接続リード８からなる。この溶接７はアーク溶接の一種であるＴＩＧ溶接やスポット溶接およびレーザー溶接などがある。また、第２接続リード８の長手方向に穴を掘って、この穴に第１接続リード６を挿入し、かしめて固定しても構わない。尚、銅系としては純銅の他に、銅合金なども含まれる。
【００１８】
また、本実施例の半導体装置は、リードフレームから切り出される銅で形成されて第２接続リード８とはんだ９で固着される外部接続導体１０と、この外部接続導体１０の先端部１０ａと銅ベースの端部１ａおよび銅ベースの底面１ｂを露出させて、これらを封止するモールド樹脂１１とを有している。
【００１９】
前記の第２接続リード８は銅で形成され、第１接続リード６はニッケルの比率が３１〜４４重量％の鉄ニッケル合金で形成され、その熱膨張係数（線膨張率）は（１〜６）×１０-6／Ｋ（１×１０-6／Ｋ〜６×１０-6／Ｋ）になる。ニッケルの比率が３１〜４４重量％の鉄ニッケル合金にするのは、電極パッド４下のシリコン（半導体チップ３の材料）の熱膨張係数に合わせるためである。また、熱膨張係数を（１〜６）×１０-6／Ｋにすることでシリコンの熱膨張係数に近づく。なお、シリコンと銅の熱膨張係数（線膨張率）は、それぞれ２．６×１０-6／Ｋと１６．５×１０-6／Ｋである。この第１接続リード６を用いることで、電極パッド４との接合部であるはんだ５にクラックが生じることを防止できる。
【００２０】
図２は、鉄ニッケル合金でのニッケルの含有量と熱膨張係数の関係を示す図である。
ニッケル含有量を３１〜４４重量％とすることで、熱膨張係数を（１〜６）×１０-6／Ｋとすることができる。ニッケル含有量を３３重量％もしくは３８．５重量％近傍（３２〜３４重量％もしくは３７．５〜３９．５重量％）にしてシリコンの熱膨張係数である２．６×１０-6／Ｋに合せるとシリコンとの熱応力が極めて小さくなり好ましい。
【００２１】
また、第１接続リード６の長さを第１接続リード６の長さと第２接続リード８の長さを合わせた長さの４０％未満とすることで電気抵抗を低く維持し製造コストを低減できる。この第１接続リード６の長さは短い程、電気抵抗が小さくなるので好ましい。
【００２２】
また、第１接続リード６を銅とインバーと銅を張り合わせたクラッド材（複合素材）で形成し、その熱膨張係数を（１〜６）×１０-6／Ｋに合せることで同様な効果が期待できる。また、前記のインバーはＮｉを３６重量％含むＦｅ−３６％Ｎｉ合金材であり、張り合わせる銅材との厚みの比率を変えることで複合材の熱膨張係数を最適値にすることができる。
【００２３】
図１の半導体装置の製造方法について説明する。リードフレームの銅ベース１となる箇所にはんだ２を介して半導体チップ３の裏面を固着する。
つぎに、半導体チップ３の表側に形成された電極パッド４（例えば、ソースパッド）と第１接続リード６をはんだ５で固着する。この第１接続リード６は予め第２接続リード８に溶接７で固着されている。
【００２４】
つぎに、第１接続リード６が溶接７で固着されている第２接続リード８とリードフレームの外部接続導体１０となる箇所とをはんだ９で固着する。
つぎに、銅ベース１となるリードフレームの端部（１ａに相当する）と底面（１ｂに相当する）を露出させ、外部接続導体１０となとなるリードフレームの端部（１０ａに相当する）を露出させて、全体をモールド樹脂１１で封止する。
【００２５】
最後に、リードフレームの繋がっている箇所を切断して完成する。
【符号の説明】
【００２６】
１    銅ベース
１ａ  銅ベースの端部
１ｂ  銅ベースの底面
２    はんだ
３    半導体チップ
４    電極パッド
５    はんだ
６    第１接続リード
７    溶接
８    第２接続リード
９    はんだ
１０    外部接続導体
１０ａ  外部接続導体の先端部
１１    モールド樹脂
【図１】
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【図２】
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【図３】
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