(57)【要約】【課題】接続信頼性が向上した、又は容易に製造可能なパワー半導体装置を提供する。【解決手段】  パワー半導体チップ１と、パワー半導体チップ１に形成された電極１１と、パワー半導体チップ１の近傍に形成された電極端子４と、電極１１と電極端子４とを電気的に接続するボンディングリボン６と、電極１１及び電極端子４に接続された接続部６１、６３以外のボンディングリボン６の本体部分において、他の部分よりも厚みが薄く形成された部分６２が１箇所以上設けられている、パワー半導体装置である。【選択図】図２
2012204525.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
パワー半導体チップと、
前記パワー半導体チップに形成された電極と、
前記パワー半導体チップの近傍に形成された電極端子と、
前記電極と前記電極端子とを電気的に接続するボンディングリボンと、
前記電極及び前記電極端子に接続された接続部以外の前記ボンディングリボンの本体部分において、他の部分よりも厚みが薄く形成された部分が１箇所以上設けられている、パワー半導体装置。
【請求項２】
前記厚みが薄く形成された部分は、溝状であり、前記ボンディングリボンの、前記電極との接続部と前記電極端子との接続部の間に形成されている、請求項１記載のパワー半導体装置。
【請求項３】
前記電極は、複数形成されており、
前記ボンディングリボンは、前記電極同士及び前記電極端子を電気的に接続し、
前記厚みが薄く形成された部分は、溝状であり、前記ボンディングリボンの、それぞれの前記電極との複数の接続部の間に形成されている、請求項１記載のパワー半導体装置。
【請求項４】
前記厚みが薄く形成された部分の前記ボンディングリボンの幅は、前記他の部分の前記ボンディングリボンの幅より広い、請求項１記載のパワー半導体装置。
【請求項５】
パワー半導体チップの電極上にボンディングリボンを配置する電極配置工程と、
前記ボンディングリボンに対して、ボンディングツールを介して前記パワー半導体チップの方向に荷重を加えながら、超音波振動を印加し、前記ボンディングリボンと前記電極とを電気的に接続する電極接続工程と、
前記ボンディングリボンに荷重を加えながら超音波振動を印加し、圧延することにより、その前後の場所よりも厚みが薄い部分を形成する圧延工程と、
前記パワー半導体チップの近傍に形成された電極端子上に前記ボンディングリボンを配置する電極端子配置工程と、
前記ボンディングリボンに対して、ボンディングツールを介して前記パワー半導体チップの方向に荷重を加えながら、超音波振動を印加し、前記ボンディングリボンと前記電極端子とを電気的に接続する電極端子接続工程とを備えた、ボンディング方法。
【請求項６】
ボンディングリボンを収納するボンディングリボン収納部と、
前記ボンディングリボン収納部から搬送された前記ボンディングリボンをパワー半導体チップの電極及び電極端子に固着し、電気的に接続する接合ヘッドと、
前記ボンディングリボンの前記固着する部分以外の部分を圧延する圧延ツールとを備えた、ボンディング装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、パワー半導体装置に係り、特に半導体チップとリード端子間などを電気的に接続するボンディング方法、及びボンディング装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、パワーＭＯＳＦＥＴ、ＩＧＢＴなどのパワー半導体装置において、製品コストの低減や抵抗の低減化のために、高価な金線やアルミニウム線によるワイヤボンディングの代わりにアルミニウムや銅（Ｃｕ）等からなる長方形断面の帯状接続導体（以下、これをリボンと呼称する）を用いて半導体チップの電極とリード端子が接続されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
この長方形断面のリボンをボンディングに用いることにより、断面積を、円形断面のボンディングワイヤよりも大きくすることができる。この結果、ワイヤボンディングと比較して、少ない接続導体を用いて半導体チップおよびリードフレーム間に流す電流を大きくすることができ、更に、半導体チップおよびリードフレーム間の抵抗を低く抑えることができる。
【０００４】
また、参考技術として、極細線を並列に接合したワイヤボンディングに関する技術が開
示されている（例えば、特許文献２参照）。
【０００５】
リボンは、例えば厚さが数百μｍ程度のＡｌ（アルミニウム）箔やＣｕ（銅）箔などにより形成されており、その幅はソースパッドの幅によっても異なるが、一般的には１ｍｍ前後である。ソースパッドおよびソースリードに金属リボンを接続するには、超音波振動を利用したウェッジボンディング法が用いられる。
【０００６】
上記金属リボンの利点は、リボンの幅がＡｕ（金）ワイヤの直径に比べて遙かに大きいので、１本の金属リボンでもソースパッドに対して十分な接続面積を確保でき、ソースパッドとソースリードを複数本のＡｕワイヤで接続した場合に比べてパワーＭＯＳＦＥＴのオン抵抗を大幅に低減できることにある。また、Ａｕよりも安価なＡｌでリボンを形成するので、パッケージの材料原価を低減できるという効果もある。
【０００７】
一般に、ボンディングリボンを用いてボンディングをする場合、半導体チップ上における接合面積を、ボンディングワイヤを用いた場合と比較して広くとる必要がある。このため、ボンディングリボンを用いてボンディングをする場合は、ボンディングの際の超音波出力（ＵＳ（Ｕｒｔｒａ Ｓｏｎｉｃ）パワー） を大きくする必要が生じ、更にボンディングツールを介してボンディングリボンに対して加える圧着荷重を大きくする必要が生じる。
【０００８】
図１７〜図２１は、スプールに巻かれた状態のリボンを用いた場合の、従来のボンディングリボンを用いた接合方法を示す模式図である。図１７及び図１８に示すように、リードフレームＬＦのリードフレームダイパッド部１００３Ｄに導電性接着剤１００４によって配置されている。
【０００９】
図１７および図１８に示すように、リボンガイド１０１１から送り出されたＡｌで形成されたボンディングリボン１００８の先端部を半導体チップ１００１の第１のソースパッド１００６上に位置決めした後、ウェッジツール１０１０の圧着面をボンディングリボン１００８に圧接し、数Ｗ程度のエネルギーの超音波振動が印加される。これにより、ウェッジツール１０１０と接する領域のボンディングリボン１００８が潰されて、ボンディングリボン１００８が第１のソースパッド１００６の表面にボンディングされる。
【００１０】
次に、ウェッジツール１０１０を第２のソースパッド１００６上に移動させながら、２個のソースパッド１００６の間のボンディングリボン１００８にループを形成した後、図１９に示すように、ウェッジツール１０１０の圧着面をボンディングリボン１００８に圧接し、数Ｗ程度のエネルギーの超音波振動が印加される。これにより、ウェッジツール１０１０と接する領域のボンディングリボン１００８が潰されて、ボンディングリボン１００８が第２のソースパッド１００６の表面にボンディングされる。
【００１１】
次に、図２０に示すように、ウェッジツール１０１０をリードフレームＬＦのソースポスト１００３Ｓ上に移動させた後、ウェッジツール１０１０の圧着面をボンディングリボン１００８に圧接し、上記と同様の方法でボンディングリボン１００８がソースポスト１００３Ｓの表面にボンディングされる。続いて、図２１に示すように、ボンディングリボン１００８をカッター１０１２で切断することにより、ソースポスト１００３Ｓと２個のソースパッド１００６をボンディングリボン１００８によって電気的に接続するリボンボンディング工程が完了する。
【００１２】
ここで、リボンとは、導電材料で構成された帯状の結線材料を意味している。通常、リボンはスプールに巻かれた状態でボンディング装置に設置される。リボンをリードやパッドに接続する方式として、超音波接合やレーザ接合がある。リボンは薄いため、リードやパッドに接続する際は、長さやループ形状を任意に設定することができる。
【００１３】
また、リボンに類似した結線材料として、クリップと呼ばれるものがある。これはＣｕ合金やＡｌなどからなる薄い金属板をあらかじめ所定のループ形状、所定の長さに成形したもので、これをリードやパッドに接続する際には、その一端をリード上に、他端をパッド上に置き、クリップとリードおよびクリップとパッドが同時に接続される。接続方式としては、半田接合、Ａｇペースト接合、超音波接合などがある。
【００１４】
本明細書において、ボンディングリボンというときは上記クリップを含んだ結線材料を意味するが、あらかじめ長さやループ形状が決められたクリップよりも、リードやパッドの面積、あるいはリードとパッドの距離に応じて、長さやループ形状を任意に設定することができるボンディングリボンの方がより好ましい。
【００１５】
また従来技術として、リボンの幅を少なくとも接続部分以外で変化させることで、リボンボンディングの電気的特性を向上させる技術が開示されている（特許文献３，４）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１６】
【特許文献１】特開２００２−３１４０１８号公報
【特許文献２】特開２００４−１２８２１６号公報
【特許文献３】特開平９−２８９４０４号公報
【特許文献４】特開平２−１８５０４７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１７】
パワー半導体装置をより大電流に対応させるためには、リボンの幅あるいは厚みを大きくし、断面積を大きくする必要がある。しかしコスト低減のため、半導体ウエハからの取得数を向上させようとすると半導体電極を小さくする必要がある。これは超音波等の荷重がかかる半導体電極直下には、素子を形成することができないため、半導体電極を小さくできれば、半導体チップの外形寸法が小さくできるからである。
【００１８】
面積が小さくなった半導体電極にボンディングを行うためには、リボンの幅を小さくしなければならないが、リボンの幅を小さくすると電流量を上げるためには厚さを厚くする必要が生じる。
【００１９】
リボンの厚さを厚くするとリボンの剛性が高くなる。製造時において、スプールに巻かれたリボンを用いる場合、図１９に示したように、ループを形成することになるが、リボンの剛性が高くなると、安定したループ形成が困難になり、製造し難くなる。
【００２０】
さらに信頼性の観点からは、リボンの剛性が高くなると、半導体チップ、リードフレームの熱膨張差から生じる応力がリボンにかかる際、リボンの接続部分に応力が集中することとなり、接続信頼性が低下するという課題が生じる。
【００２１】
本発明は、上記従来の課題を考慮し、接続信頼性が向上した、又は容易に製造可能なパワー半導体装置、ボンディング方法およびボンディング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】
【００２２】
上記従来の課題を解決する為に、第１の本発明は、
パワー半導体チップと、
前記パワー半導体チップに形成された電極と、
前記パワー半導体チップの近傍に形成された電極端子と、
前記電極と前記電極端子とを電気的に接続するボンディングリボンと、
前記電極及び前記電極端子に接続された接続部以外の前記ボンディングリボンの本体部分において、他の部分よりも厚みが薄く形成された部分が１箇所以上設けられている、パワー半導体装置である。
【００２３】
第２の本発明は、
前記厚みが薄く形成された部分は、溝状であり、前記ボンディングリボンの、前記電極との接続部と前記電極端子との接続部の間に形成されている、第１の本発明のパワー半導体装置である。
【００２４】
第３の本発明は、
前記電極は、複数形成されており、
前記ボンディングリボンは、前記電極同士及び前記電極端子を電気的に接続し、
前記厚みが薄く形成された部分は、溝状であり、前記ボンディングリボンの、それぞれの前記電極との複数の接続部の間に形成されている、第１の本発明のパワー半導体装置である。
【００２５】
第４の本発明は、
前記厚みが薄く形成された部分の前記ボンディングリボンの幅は、前記他の部分の前記ボンディングリボンの幅より広い、第１の本発明のパワー半導体装置である。
【００２６】
第５の本発明は、
パワー半導体チップの電極上にボンディングリボンを配置する電極配置工程と、
前記ボンディングリボンに対して、ボンディングツールを介して前記パワー半導体チップの方向に荷重を加えながら、超音波振動を印加し、前記ボンディングリボンと前記電極とを電気的に接続する電極接続工程と、
前記ボンディングリボンに荷重を加えながら超音波振動を印加し、圧延することにより、その前後の場所よりも厚みが薄い部分を形成する圧延工程と、
前記パワー半導体チップの近傍に形成された電極端子上に前記ボンディングリボンを配置する電極端子配置工程と、
前記ボンディングリボンに対して、ボンディングツールを介して前記パワー半導体チップの方向に荷重を加えながら、超音波振動を印加し、前記ボンディングリボンと前記電極端子とを電気的に接続する電極端子接続工程とを備えた、ボンディング方法である。
【００２７】
第６の本発明は、
ボンディングリボンを収納するボンディングリボン収納部と、
前記ボンディングリボン収納部から搬送された前記ボンディングリボンをパワー半導体チップの電極及び電極端子に固着し、電気的に接続する接合ヘッドと、
前記ボンディングリボンの前記固着する部分以外の部分を圧延する圧延ツールとを備えた、ボンディング装置である。
【発明の効果】
【００２８】
本発明によれば、容易に製造可能な、又は接続信頼性が向上したパワー半導体装置、ボンディング方法およびボンディング装置を提供することが出来る。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明にかかる実施の形態１におけるパワー半導体装置の半導体チップとリードフレームとの間の接続を示す平面構成図
【図２】本発明にかかる実施の形態１におけるパワー半導体装置の半導体チップとリードフレームとの間の接続を示す正面の断面構成図
【図３】本発明にかかる実施の形態１の変形例におけるパワー半導体装置の半導体チップとリードフレームとの間の接続を示す正面の断面構成図
【図４（ａ）】本発明にかかる実施の形態１に係るボンディング方法を説明するための構成図
【図４（ｂ）】本発明にかかる実施の形態１に係るボンディング方法を説明するための構成図
【図４（ｃ）】本発明にかかる実施の形態１に係るボンディング方法を説明するための構成図
【図４（ｄ）】本発明にかかる実施の形態１に係るボンディング方法を説明するための構成図
【図５】（ａ）本発明にかかる実施の形態１に係る圧延ツール示す模式図、（ｂ）本発明にかかる実施の形態１の変形例に係る圧延ツール示す模式図、（ｃ）本発明にかかる実施の形態１の変形例に係る圧延ツール示す模式図
【図６】本発明にかかる実施の形態２におけるパワー半導体装置の半導体チップとリードフレームとの間の接続を示す平面構成図
【図７】本発明にかかる実施の形態２におけるパワー半導体装置の半導体チップとリードフレームとの間の接続を示す正面の断面構成図
【図８（ａ）】本発明にかかる実施の形態２に係るボンディング方法を説明するための構成図
【図８（ｂ）】本発明にかかる実施の形態２に係るボンディング方法を説明するための構成図
【図８（ｃ）】本発明にかかる実施の形態２に係るボンディング方法を説明するための構成図
【図８（ｄ）】本発明にかかる実施の形態２に係るボンディング方法を説明するための構成図
【図９】本発明にかかる実施の形態２の変形例におけるパワー半導体装置の半導体チップとリードフレームとの間の接続を示す正面の断面構成図
【図１０】（ａ）本発明にかかる実施の形態１の変形例におけるボンディングリボンの平面構成図、（ｂ）本発明にかかる実施の形態１の変形例におけるボンディングリボンの正面構成図
【図１１】（ａ）本発明にかかる実施の形態１の変形例におけるボンディングリボンの平面構成図、（ｂ）本発明にかかる実施の形態１の変形例におけるボンディングリボンの正面構成図
【図１２】（ａ）本発明にかかる実施の形態１の変形例におけるボンディングリボンの平面構成図、（ｂ）本発明にかかる実施の形態１の変形例におけるボンディングリボンの正面構成図
【図１３】（ａ）本発明にかかる実施の形態１の変形例におけるボンディングリボンの平面構成図、（ｂ）本発明にかかる実施の形態１の変形例におけるボンディングリボンの正面構成図
【図１４】本発明にかかる実施の形態１の変形例におけるボンディングリボンの正面構成図
【図１５】本発明にかかる実施の形態３におけるパワー半導体装置の半導体チップとリードフレームとの間の接続を示す平面構成図
【図１６】本発明にかかる実施の形態３におけるパワー半導体装置の半導体チップとリードフレームとの間の接続を示す正面の断面構成図
【図１７】従来の半導体装置の製造工程を示す斜視図
【図１８】従来の半導体装置の製造工程を示す断面図
【図１９】従来の半導体装置の製造工程を示す断面図
【図２０】従来の半導体装置の製造工程を示す断面図
【図２１】従来の半導体装置の製造工程を示す断面図
【発明を実施するための形態】
【００３０】
以下、図面を参照して、本発明の一例である実施の形態について説明する。
【００３１】
（実施の形態１）
この実施の形態１は、本発明のパワー半導体装置の一例である。
【００３２】
図１は、本発明にかかる実施の形態１におけるパワー半導体装置の平面構成図である。図２は、図１のＡＡ´間の断面構成図である。
【００３３】
図１及び図２に示すように、本実施の形態１のパワー半導体装置は、半導体チップ１と、半導体チップ１が配置されているリードフレームダイパッド部３と、半導体チップ１とボンディングリボン６を介して電気的に接続されているリードフレームソース端子４と、半導体チップ１とＡｕワイヤ７を介して電気的に接続されているリードフレームゲート端子５とを備えている。
【００３４】
上記半導体チップ１は、アルミニウム等の金属で形成されたソースパッド１１を有しており、半導体チップ１の下にある素子への接続を提供する。また、半導体チップ１は、ゲートパッド１２を有している。
【００３５】
半導体チップ１は、実施の形態１では、パワーＭＯＳＦＥＴなどのパワー半導体デバイスの一部分である。そして、半導体チップ１は、リードフレームダイパッド部３に、例えば半田またはＡｇ等のフィラとエポキシ等からなるペーストである導電性接着剤１６によって固定されている。樹脂パッケージ２が、半導体チップ１を外部素子から保護する。本実施の形態のパッケージの例としては、半導体パッケージは、ＴＯ−２２０あるいはＳＯ−８パッケージである。
【００３６】
上記Ａｕワイヤ７は、リードフレームゲート端子５のゲートポスト１５と半導体チップ１のゲートパッド１２を電気的に接続している。
【００３７】
又、上記ボンディングリボン６は、断面形状が長方形であり、ソースパッド１１とリードフレームソース端子４のソースポスト１４を電気的に接続している。そして、ボンディングリボン６は、ソースパッド１１と接続されている接続部６１と、リードフレームソース端子４のソースポスト１４と接続されている接続部６３を有している。この接続部６１と接続部６３では、後述するように作製時に超音波振動が印加されているため、ボンディングリボン６の厚みが薄くなっている。
【００３８】
そして、ボンディングリボン６には、接続部６１と接続部６３の間であって、図中上側の面（半導体チップ１が配置されている反対側の面）に、厚みが薄い部分である薄厚部分６２が形成されている。この薄厚部分６２は、接続部６１と接続部６３の間に形成されている。すなわち、ボンディングリボン６の接続部６１と接続部６３を除いた本体部分６４において、他の部分よりも厚みが薄い部分である薄厚部分６２が形成されている。尚、ボンディングリボン６は、材料としては、銅などの他の導電性金属も適切であるが、アルミニウムが好適である。
【００３９】
また、ボンディングリボン６の幅は、１００μｍから２０００μｍが好ましいが、それ以上にすることができる。尚、本実施の形態１では、幅は４００μｍに設定されている。ボンディングリボン６の厚さは、５０μｍから２００μｍが好ましいが、それ以上にすることができる。薄厚部分６２の厚みは、２０μｍから６０μｍが好適である。２０μｍより薄くなると、応力緩和には優れるが、強度が低くなるためにその部分が破断しやすくなることがある。さらに薄厚部分６２を形成するとき、ボンディングリボン６の幅方向の両端部に亀裂が発生し、この亀裂が両端部から内側に進行してボンディングリボン６が断線することがある。
【００４０】
また、薄厚部分６２の厚みが６０μｍ以上の場合、応力緩和効果が低減される。ただし図３に示すパワー半導体装置のボンディングリボン６００のように薄厚部分６２１、６２２、６２３を複数形成することで、厚みが６０μｍ以上であっても十分な応力緩和効果を持たすこともできる。
【００４１】
図１及び図２では、ボンディングリボン６の厚さは１００ｕｍであり、薄厚部分６２の厚さは５０μｍである。又、図３では、ボンディングリボン６の厚さは２００ｕｍであり、薄厚部分６２１、６２２、６２３の厚さは１００μｍである。
【００４２】
尚、本発明のパワー半導体チップの一例は、本実施の形態の半導体チップ１に対応し、本発明の電極の一例は、本実施の形態のソースパッド１１に対応する。本発明の電極端子の一例は、本実施の形態のリードフレームソース端子４に対応し、本発明の接続部の一例は、本実施の形態の接続部６１、６３に対応する。本発明の厚みが薄く形成された部分の一例は、本実施の形態の薄厚部分６２に対応する。
【００４３】
次に、本発明の実施の形態１に係るパワー半導体装置の半導体チップ上のソースパッドとリードフレームソース端子のボンディングリボンによる接続方法について図に基づいて説明するとともに、本発明のボンディング方法についても述べる。
【００４４】
図４（ａ）から図４（ｄ）は、本発明の実施の形態１に係るパワー半導体装置の半導体チップ上のソースパッドとリードフレームソース端子のボンディングリボンによる接続方法を示す模式断面図である。
【００４５】
本実施の形態１のパワー半導体装置を製造するには、まず、図４（ａ）に示すように、Ａｇペーストや半田などの導電性接着剤１６を使用してリードフレームダイパッド部３上に半導体チップ１が搭載される（ダイボンディング）。
【００４６】
次に、図４（ａ）に示すように、リボンガイド１４０から送り出されたボンディングリボン８の先端部が、半導体チップ１のソースパッド１１上に位置決めされる。この工程が、本発明の電極配置工程の一例に対応する。
【００４７】
位置決めした後、ウェッジツール１００の圧着面１００ａがボンディングリボン８に圧接され、数Ｗ程度のエネルギーの超音波振動が印加される。これにより、ウェッジツール１００の圧着面１００ａと接する領域のボンディングリボン８が潰されて、ボンディングリボン８が、ソースパッド１１の表面にボンディングされる。この際、図４（ａ）、（ｂ）に示すように、圧接し、超音波振動が印加されるため、厚みが薄い接続部６１が形成される。また、この工程が、本発明の電極接続工程の一例に対応する。
【００４８】
次に、ウェッジツール１００をリードフレームソース端子４のソースポスト１４上に移動させながら、図４（ｂ）に示す圧延ツール１２０を用いて厚みの薄い薄厚部分６２の形成が行われる。その際、ボンディングと同様に、数Ｗ程度のエネルギーの超音波振動を印加することで、容易に所望の厚みの薄い薄厚部分６２を形成することができる。この工程が、本発明の圧延工程の一例に対応する。尚、図５（ａ）に示すように、圧延ツール１２０は、超音波を印加する超音波印加ツール１２０ｂと、それに対向するように配置された台座ツール１２０ａを有している。そして、超音波印加ツール１２０ｂによって、台座ツール１２０ａにボンディングリボン８を押し当てながら、超音波を印加することによって、ボンディングリボン８の圧延が行われる。
【００４９】
次に、ウェッジツール１００をソースポスト１４上に移動させた後、ボンディングリボン８が、ソースポスト１４上に位置決めされる。この工程が、本発明の電極端子配置工程の一例に対応する。
【００５０】
続いて、図４（ｃ）に示すように、ウェッジツール１００の圧着面１００ａをボンディングリボン８に圧接し、上記と同様の方法でボンディングリボン８が、リードフレームソース端子４のソースポスト１４の表面にボンディングされる。この工程が、本発明の電極端子接続工程の一例に対応する。
【００５１】
続いて、図４（ｄ）に示すように、ボンディングリボン８がカッター１３０で切断されることにより、ソースポスト１４とソースパッド１１をボンディングリボン６によって電気的に接続するリボンボンディング工程が完了する。尚、カッター１３０で切断される前の連続した状態のボンディングリボンが符号８で表され、切断された後のボンディングリボンが符号６で示されている。
【００５２】
その後、ゲートパッド１２と、リードフレームゲート端子５のゲートポスト１５の間がＡｕワイヤ７によって接続され、樹脂によってパッケージされ、パワー半導体装置が作製される。
【００５３】
本実施の形態では、ボンディングリボンに厚みの薄い部分が形成されていることで、信頼性の観点において、ボンディングリボンの厚みの薄い部分で応力を吸収することが可能となり、接続信頼性の低下を防止することができる。
【００５４】
なお、ボンディングリボン８のボンディング工程とＡｕワイヤ７のボンディング工程は、上記と逆の順序で行うこともできるが、ボンディングリボンと比較してＡｕワイヤ７は細いため、容易にワイヤに傷を付けたり、切断したりする恐れもある。従って、ボンディングリボン８とＡｕワイヤ７のボンディング順序は、ボンディングリボン８のボンディング後にＡｕワイヤ７のボンディングを行うことが望ましい。
【００５５】
上述したように、本実施の形態のボンディング装置は、リボンガイド１４０と、ウェッジツール１００と、圧延ツール１２０とを備えている。この本実施の形態１のリボンガイド１４０は、本発明のボンディングリボン収納部の一例に対応し、本実施の形態のウェッジツール１００の圧着面１００ａ（図４（ａ）参照）に対応し、本実施の形態の圧延ツール１２０が、本発明の圧延ツールの一例に対応する。
【００５６】
尚、本実施の形態のような圧延ツール１２０の構成に限らなくてもよく、図５（ｂ）に示すように、台座ツール１２０ａの代わりに超音波を印加する超音波印加ツール１２０ｂを配置し、超音波印加ツール１２０ｂで挟むような構成であってもよい。また、図５（ａ）に示す超音波印加ツール１２０ｂでは、その先端はＲが形成された曲面に形成されているが、図５（ｃ）に示す超音波印加ツール１２１ｂのように、先端が角形の形状であってもよい。しかしながら、ボンディングリボン６を出来るだけ傷つけないようにするためには、超音波印加ツール１２０ｂのようにＲが形成された先端形状が好ましい。
【００５７】
尚、圧延工程の条件はさまざまであるが、荷重としては、１５から２５Ｎ、超音波発振時間は５０ｍｓから１５０ｍｓの範囲で所望の形状を得ることが出来た。
【００５８】
（実施の形態２）
次に、本発明にかかる実施の形態２におけるパワー半導体装置について説明する。尚、本発明にかかる実施の形態２におけるパワー半導体装置は、実施の形態１と基本的な構成は同じであるが、ソースパッドが２つ設けられているため、ボンディングリボンの形状が異なっている。そのため、本相違点を中心に説明する。尚、実施の形態１と同様の構成については同一の符号が付されている。
【００５９】
図６は、本実施の形態２のパワー半導体装置の平面構成図である。図７は、図６のＢＢ´間の断面構成図である。図６及び図７に示すように、本実施の形態２のパワー半導体装置は、実施の形態１のソースパッド１１に代えて、第１のソースパッド１１０ａと第２のソースパッド１１０ｂを有している。そして、本実施の形態のボンディングリボン６０１は、第１のソースパッド１１０ａ、第２のソースパッド１１０ｂ、及びソースポスト１４を、この順に電気的に接続しており、第１のソースパッド１１０ａと接続されている接続部６１０ａと、第２のソースパッド１１０ｂと接続されている接続部６１０ｂと、ソースポスト１４と接続されている接続部６３を有している。これら接続部６１０ａ、６１０ｂ、６３では、作製時の接合する際に、圧接し、超音波が印加されているためボンディングリボン６０１の厚みが薄くなっている。
【００６０】
そして、本実施の形態２のボンディングリボン６０１には、半導体チップ１が配置されている側と反対側の面に、厚みが薄い部分である薄厚部分６３２、６３４が形成されている。この薄厚部分６３２は、接続部６１０ｂと接続部６３の間に設けられており、薄厚部分６３４は、接続部６１０ｂと接続部６１０ａの間に設けられている。すなわち、ボンディングリボン６０１の接続部６１０ａ、６１０ｂ、６３以外の本体部分６３１には、２箇所の厚みが薄い薄厚部分６３２、６３４が形成されている
尚、本発明の複数形成されている電極の一例は、本実施の形態の第１のソースパッド１１０ａと第２のソースパッド１１０ｂに対応する。
【００６１】
次に、本発明にかかる実施の形態２に係るパワー半導体装置の半導体チップ上のソースパッドとリードフレームソース端子のボンディングリボンによる接続方法について図に基づいて説明するとともに、本発明のボンディング方法の一例についても述べる。
【００６２】
図８（ａ）〜図８（ｄ）は、本発明の実施の形態２に係るパワー半導体装置の半導体チップ上のソースボンディングパッドとリードフレームソース端子のボンディングリボンによる接続方法を示す模式断面図である。
【００６３】
本実施の形態２のパワー半導体装置を製造するには、まず、図８（ａ）に示すように、Ａｇペーストや半田などの導電性接着剤１６を使用してリードフレームダイパッド部３上に半導体チップ１が搭載される（ダイボンディング）。
【００６４】
次に、図８（ａ）に示すように、リボンガイド１４０から送り出されたボンディングリボン８の先端部が、半導体チップ１の第１のソースパッド１１０ａ上に位置決めされる。この工程が、本発明の電極配置工程の一例に対応する。
【００６５】
位置決めした後、ウェッジツール１００の圧着面がボンディングリボン８に圧接され、数Ｗ程度のエネルギーの超音波振動が印加される。これにより、ウェッジツール１００の圧着面１００ａと接する領域のボンディングリボン８が潰されて、ボンディングリボン８が、第１のソースパッド１１０ａの表面にボンディングされる。この際、図８（ｂ）に示すように、圧接し、超音波振動が印加されるため、ボンディングリボン８に厚みが薄い接続部６１０ａが形成される。この工程が、本発明の電極接続工程の一例に対応する。
【００６６】
次に、ウェッジツール１００を第２のソースパッド１１０ｂ上に移動させながら、２個のソースパッド（第１のソースパッド１１０ａ、及び第２のソースパッド１１０ｂの間のボンディングリボン８を引き伸ばし、ループが形成される部分において、図８（ｂ）に示す圧延ツール１２０を用いて厚みの薄い薄厚部分６３４の形成が行われる。その際、ボンディングと同様に、数Ｗ程度のエネルギーの超音波振動を印加することで、容易に所望の厚みの薄い薄厚部分６３４を形成することができる。この工程が、本発明の圧延工程の一例に対応する。
【００６７】
その後、図８（ｃ）に示すように、第２のソースパッド１１０ｂ上にボンディングリボン８の位置決めが行われる。この工程が、本発明の電極配置工程の一例に対応する。
【００６８】
位置決め後、ウェッジツール１００の圧着面１００ａをボンディングリボン８に圧接し、数Ｗ程度のエネルギーの超音波振動が印加される。この工程が、本発明の電極接続工程の一例に対応する。
【００６９】
これにより、ウェッジツール１００の圧着面１００ａのボンディングリボン８が潰されて、ボンディングリボン８が第２のソースパッド１１０ｂの表面にボンディングされる。
【００７０】
このように、２個のソースパッド（第１のソースパッド１１０ａ及び第２のソースパッド１１０ｂ）の間でボンディングリボン８にループ８１を形成すると、ループ８１の立ち上がりが非常に急峻になるために、ループ８１が立ち上がる領域のボンディングリボン８に強い曲げ応力が加わる。ボンディングリボン８は、この強い曲げ応力がかかることにより、断線する場合もある。そのため、本発明の厚みが薄く形成された部分の一例に対応する薄厚部分６３４を形成することで、この曲げ応力を緩和することができ有効である。
【００７１】
第２のソースパッド１１０ｂ上にボンディングリボン８をボンディングした後、上記薄厚部分６３４を形成した方法と同様に薄厚部分６３２が形成される。この工程は、本発明の圧延工程の一例に対応する。
【００７２】
続いて、ウェッジツール１００をリードフレームソース端子４のソースポスト１４上に移動させた後、ボンディングリボン８がソースポスト１４上に位置決めされる。この工程が、本発明の電極端子配置工程の一例に対応する。
【００７３】
そして、ウェッジツール１００の圧着面１００ａをボンディングリボン８に圧接し、実施の形態１の図４（ｃ）と同様に、ボンディングリボン８がソースポスト１４の表面にボンディングされる。この工程が、本発明の電極端子接続工程の一例に対応する。
【００７４】
続いて、図８（ｄ）に示すように、ボンディングリボン８をカッター１３０で切断することにより、ソースポスト１４と２個のソースパッド（第１のソースパッド１１０ａ、及び第２のソースパッド１１０ｂ）をボンディングリボン８によって電気的に接続するリボンボンディング工程が完了する。尚、カッターで切断される前の連続した状態のボンディングリボンが符号８で表され、切断された後のボンディングリボンが符号６０１で示されている。
【００７５】
その後、ゲートパッド１２と、リードフレームゲート端子５のゲートポスト１５の間がＡｕワイヤ７によって接続され、樹脂によってパッケージされ、パワー半導体装置が作製される。
【００７６】
本実施の形態では、ボンディングリボンに、厚みの薄い部分が形成されていることで、製造時においてはループを安定して形成することが可能となり、信頼性の観点からはボンディングリボンの厚みの薄い部分で応力を吸収することが可能となり、接続信頼性の低下を防止することができる。
【００７７】
尚、本実施の形態２では、ボンディングリボン６０１の接続部６１０ａ、６１０ｂ、６３以外の本体部分には、２箇所の厚みが薄い薄厚部分６３２、６３４が形成されているが、この数に限らず、更に厚みが薄い部分が形成されていても良い。図９は、接続部６１０ａ、６１０ｂ、６３以外の本体部分に、４箇所の薄厚部分６３２、６３４、６３５、６３６が形成されているボンディングリボン６０２を用いたパワー半導体装置の断面構成図である。図９に示すように、図７に示す状態に加えて、接続部６３と薄厚部分６３２の間に、更に薄厚部分６３５が形成されており、接続部６１０ｂと薄厚部分６３２の間に、更に薄厚部分６３６が形成されている。
【実施例】
【００７８】
本発明の構造及び比較例について信頼性試験を行った。
【００７９】
サンプルとしては、図６及び図７で説明したリードフレームダイパッド部３上に搭載した半導体チップ１をモールド樹脂で封止した小型面実装パッケージであり、その外形寸法は、長辺＝６．１ｍｍ、短辺＝５．３ｍｍ、厚さ＝０．８ｍｍである。
【００８０】
この半導体チップ１の平面形状は、長辺＝２．０ｍｍ、短辺＝１．６ｍｍの長方形である。また、２個のソースパッド（第１のソースパッド１１０ａ、第２のソースパッド１１０ｂ）のそれぞれの平面形状は、長辺＝１．７２ｍｍ、短辺＝０．４２５ｍｍの長方形であり、ゲートパッド１２の平面形状は、１辺＝０．１２ｍｍの正方形である。
【００８１】
下記（表１）に示すように、実施例１〜６、及び比較例１〜３として、ボンディングリボンの厚み、横幅、薄厚部分の厚み、薄厚部分の数を変更した小型面実装パッケージを用いて信頼性試験を行った。
【００８２】
信頼性試験の条件は、−６０℃、＋１５０℃  各３０分にさらす熱衝撃試験を１０００サイクル行い、ボンディングリボンの亀裂・破断等による特性の変化を試験前後で測定することで、不良を検出した。
【００８３】
表１にボンディングリボンの形状及び試験結果を示す。
【００８４】
【表１】
2012204525.tif 000003
【００８５】
上記実施例１〜３では、ボンディングリボンの接続部以外の本体部分に１箇所だけ厚みが薄い薄厚部分が形成されたボンディングリボンが用いられる。このボンディングリボンは、図６、７に示すボンディングリボン６０１を用いて説明すると、薄厚部分６３４が形成されておらず、接続部６３と接続部６１０ｂの間に薄厚部分６３２が形成されたものである。
【００８６】
上記実施例４では、ボンディングリボンの接続部以外の本体部分に２箇所の厚みが薄い薄厚部分が形成されたボンディングリボンが用いられる。このボンディングリボンは、図６、７に示すボンディングリボン６０１のように、接続部６３と接続部６１０ｂの間に薄厚部分６３２が形成されており、接続部６１０ｂと接続部６１０ａの間に薄厚部分６３４が形成されたものである。
【００８７】
上記実施例５、６では、ボンディングリボンの接続部以外の本体部分に３箇所の厚みが薄い薄厚部分が形成されたボンディングリボンが用いられる。このボンディングリボンは、図６、７に示すボンディングリボン６０１を用いて説明すると、接続部６１０ｂと接続部６１０ａの間に薄膜部分６３４が形成され、接続部６３と接続部６１０ｂの間に、薄厚部分６３２以外に更に１箇所薄厚部分が形成されたものである。又、図９のボンディングリボン９０２を用いて説明すると、薄膜部分６３５、６３２、６３６のうち１箇所が形成されていない構成となる。
【００８８】
上記（表１）に示すように、比較例では信頼性試験により不良が発生しているが、実施例では信頼性が改善されていることがわかる。
【００８９】
尚、上記実施の形態１、２における薄厚部分６２、６３２、６３４は、ボンディングリボンの幅方向（端面と垂直な方向）に平行に形成されているが、これに限らず、図１０（ａ）、（ｂ）に示すようなボンディングリボン６０３の構成であってもよい。図１０（ａ）は、実施の形態１の変形例のボンディングリボン６０３の平面構成図であり、図１０（ｂ）は、ボンディングリボン６０３の正面構成図である。図１０（ａ）、（ｂ）に示すボンディングリボン６０３のように厚みが薄い薄厚部分６３７が、幅方向に対して斜めに形成されていても良い。
【００９０】
又、上記実施の形態１、２では、薄厚部分は、ボンディングリボンの半導体チップ１と対向する面の反対側の面に形成されているが、半導体チップ１側の面に形成されていてもよい。図１１（ａ）は、このような実施の形態１の変形例のボンディングリボン６０４の平面構成図であり、図１１（ｂ）は、ボンディングリボン６０４の正面構成図である。図１１（ａ）、（ｂ）に示すように、ボンディングリボン６０４では、半導体チップ１と対向する側の面６０４ｕに、厚みが薄い薄厚部分６３８が形成されている。
【００９１】
又、ボンディングリボンの表面のどちらか一方の面だけでなく、双方の面に厚みが薄い薄厚部分が形成されていても良い。図１２（ａ）は、このような実施の形態１の変形例のボンディングリボン６０５の平面構成図であり、図１２（ｂ）は、ボンディングリボン６０５の正面構成図である。図１２（ａ）、（ｂ）に示すように、ボンディングリボン６０５では、半導体チップ１と対向する側の面６０５ｕに、薄厚部分６３８が形成されており、その反対側の面６０５ａに、薄厚部分６３９が形成されている。
【００９２】
又、上記実施の形態１、２では、ボンディングリボンの端から端まで、厚みが薄い部分が形成されていたが、これに限らず、図１３（ａ）、（ｂ）に示すボンディングリボン６０６の構成であってもよい。図１３（ａ）は、実施の形態１の変形例のボンディングリボン６０６の平面構成図であり、図１３（ｂ）は、ボンディングリボン６０６の正面構成図である。図１３（ａ）、（ｂ）に示すボンディングリボン６０６では、接続部６３、６１以外の本体部分において、薄厚部分６４０が、一方の端６０６ａから他方の端６０６ｂに向かって形成されているが、他方の端６０６ｂまでは形成されておらず、その他の部分と同じ厚みの部分６７０が残っている。このような場合、端６０６ａから端６０６ｂまで形成されている構成と比較して応力が緩和される程度は小さくなるが、従来と比較すると応力が緩和されることになる。
【００９３】
又、上記実施の形態１、２では、厚みが薄い薄厚部分は溝状に形成されていたが、徐々に厚みが薄くなるように形成されていても良い。図１４は、ボンディングリボン６０７の正面構成図である。図１４に示すように、ボンディングリボン６０７に形成されている厚みが薄い薄厚部分６４１は、周囲から徐々に厚みが薄くなるように形成されている。
【００９４】
尚、実施の形態１の変形例として図１１〜図１４を用いて説明したが、実施の形態２についても各変形例を適用可能である。
【００９５】
（実施の形態３）
本実施の形態３のパワー半導体装置は、実施の形態１と基本的な構造は同じであるが、厚みが薄い部分の形状が異なる。そのため、本相違点を中心に説明する。尚、実施の形態１と同様の構成については、同じ符号が付されている。
【００９６】
図１５は、本実施の形態３のパワー半導体装置の平面構成図である。図１６は、図１５のＣＣ´間の断面構成図である。図１５及び図１６に示すように、本実施の形態３では、実施の形態１におけるボンディングリボン６に代えて、ボンディングリボン６０８が設けられている。このボンディングリボン６０８は、ボンディングリボン６と同様に、接続部６１と接続部６３の間に厚みが薄い薄厚部分６２０が形成されているが、この薄厚部分６２０におけるボンディングリボンの幅が他の部分より広く形成されている。
【００９７】
尚、本実施の形態の形状は、スプールに巻かれた状態のボンディングリボンでは困難であるため、あらかじめ所望の形状に加工されたクリップと言われる結線材料を用いることが好ましい。このクリップも本発明のボンディングリボンの一例に対応する。
【００９８】
又、ボンディングリボン６０８は接続材料９０を介して、ソースパッド１１及びソースポスト１４に接続されている。接続材料９０としては、半田や導電性ペーストが用いられる。本実施の形態３では、半田材料を用いて接続が行われた。
【００９９】
厚みが薄い薄厚部分を形成することで、信頼性が向上する反面その部分の電気抵抗、熱抵抗が上昇することとなるが、本実施の形態３の薄厚部分６２０のように、幅を広くすることでそれらの上昇を抑制することができる。
【０１００】
尚、実施の形態２のように、厚みが薄い部分が複数形成されている場合には、それらの全ての部分において、幅が広くなるように構成されていても良い。
【０１０１】
以上のように、本発明にかかるパワー半導体装置は、厚みの厚いボンディングリボンを用いても信頼性の優れた構造となっているため、大電流に対応できるパワー半導体装置、ボンディング方法およびボンディング装置を提供することができる。
【産業上の利用可能性】
【０１０２】
本発明のパワー半導体装置、ボンディング方法、及びボンディング装置は、容易に製造可能な、又は接続信頼性が向上する効果を有し、パワーＭＯＳＦＥＴ、ＩＧＢＴ等として有用である。
【符号の説明】
【０１０３】
１  半導体チップ
２  樹脂パッケージ
３  リードフレームダイパッド部
４  リードフレームソース端子
５  リードフレームゲート端子
６、８、６００、６０１、６０２、６０３、６０４、６０５、６０６、６０７、６０８  ボンディングリボン
７  Ａｕワイヤ
１１  ソースパッド
１２  ゲートパッド
１４  ソースポスト
１５  ゲートポスト
１６  導電性接着剤
６１、６３、６１０ａ、６１０ｂ  接続部
６２、６２１、６２２、６２３  薄厚部分
９０  接続材料
１００、１１００  ウェッジツール
１２０  圧延ツール
１２０ａ  台座ツール
１２０ｂ  超音波印加ツール
１３０  カッター
１４０  リボンガイド
１１１０  リボンガイド
【図１】
2012204525.tif 000004
【図２】
2012204525.tif 000005
【図３】
2012204525.tif 000006
【図４（ａ）】
2012204525.tif 000007
【図４（ｂ）】
2012204525.tif 000008
【図４（ｃ）】
2012204525.tif 000009
【図４（ｄ）】
2012204525.tif 000010
【図５】
2012204525.tif 000011
【図６】
2012204525.tif 000012
【図７】
2012204525.tif 000013
【図８（ａ）】
2012204525.tif 000014
【図８（ｂ）】
2012204525.tif 000015
【図８（ｃ）】
2012204525.tif 000016
【図８（ｄ）】
2012204525.tif 000017
【図９】
2012204525.tif 000018
【図１０】
2012204525.tif 000019
【図１１】
2012204525.tif 000020
【図１２】
2012204525.tif 000021
【図１３】
2012204525.tif 000022
【図１４】
2012204525.tif 000023
【図１５】
2012204525.tif 000024
【図１６】
2012204525.tif 000025
【図１７】
2012204525.tif 000026
【図１８】
2012204525.tif 000027
【図１９】
2012204525.tif 000028
【図２０】
2012204525.tif 000029
【図２１】
2012204525.tif 000030