(57)【要約】【課題】信頼性の高い半導体装置を提供する。【解決手段】導電性を有する基台１１と、第１の面に形成された第１電極１２及び第１の面と対向する第２の面に形成された第２電極１３とを有し、第２の面側が導電性基台１１上に載置された半導体チップ１４と、一端部１７ａが半導体チップ１４の第１電極１２と離間して対向するとともに、一端部１７ａから延伸し、第１電極１２側に折れ曲がった複数の脚状の配線リード１５ａ〜１５ｄが第１電極１２に接続され、他端部１７ｂが外部電極リード１６に接続された板状の接続導体１７と、を具備する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
導電性を有する基台と、
第１の面に形成された第１電極及び前記第１の面と対向する第２の面に形成された第２電極を有し、前記第２の面側が前記基台上に載置された半導体チップと、
一端部が前記半導体チップの第１電極と離間して対向するとともに、前記一端部から延伸し、前記第１電極側に折れ曲がった複数の脚状の配線リードが前記第１電極に接続され、他端部が外部電極リードに接続された板状の接続導体と、
を具備することを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
前記基台はリード端子及びマウントベッドを有するリードフレームであり、前記半導体チップが前記マウントベッド上に載置され、前記接続導体の他端部が前記リード端子に接続されてい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】
前記脚状の配線リードが、前記接続導体の前記一端部の側面から延伸し、前記第１電極側に折り曲げられている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】
前記脚状の配線リードの先端部が、前記第１電極と対向するように更に折り曲げられていることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の半導体装置。
【請求項５】
前記脚状の配線リードが前記第１電極に接続される位置は、前記半導体チップの中心部と前記半導体チップのエッジとの中間点近傍にある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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、大規模集積回路（ＬＳＩ）等の動作電圧の低電圧化に伴い、動作電流が大電流化している。ＬＳＩに低電圧・大電流を供給する電源に用いられる半導体装置（スイッチング素子）では、半導体チップを外部に接続するための配線構造の低抵抗化が要求されている。
【０００３】
低抵抗な配線構造として、ボンディングワイヤに代えて、ストラップ状の金属板などを半導体チップにハンダ接合したものがあるが、金属板と半導体チップの熱膨張係数の差に起因して、通電時のヒートサイクル耐量が低下し、信頼性が乏しくなるという問題がある。
【０００４】
これに対して、通電時のヒートサイクルの信頼性の向上を図った半導体装置が知られている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００５】
特許文献１に開示された半導体装置は、絶縁基板と、絶縁基板上にマウントされた半導体チップと、半導体チップの少なくとも一方の主電極面に面接合され、通電、伝熱経路部材として低線膨張係数の導電板に高導電、高伝熱性の柱状ポスト電極を分散して貫通植設した構造の接続体とを具備し、接続体を介して半導体チップを配線部材ないし絶縁基板に接合している。  
この柱状ポスト電極を分散して貫通植設した構造の接続体により、通電性と伝熱性を確保し、信頼性の向上を図っている。
【０００６】
然しながら、特許文献１に開示された半導体装置は、導電板の熱膨張係数が必ずしも半導体チップと等しくないので、熱膨張係数の差に起因する熱応力が生じ、信頼性に影響を及ぼす恐れが残留している問題がある。  
また、接続体の構造が複雑で、半導体装置の組み立てが難しくなる問題がある。接続体に使用できる材料も限られるので、製造コストが高くなる問題がある。
【特許文献１】特開２００７−４２７３８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、信頼性の高い半導体装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の一態様の半導体装置は、導電性を有する基台と、第１の面に形成された第１電極及び前記第１の面と対向する第２の面に形成された第２電極を有し、前記第２の面側が前記基台上に載置された半導体チップと、一端部が前記半導体チップの第１電極と離間して対向するとともに、前記一端部から延伸し、前記第１電極側に折れ曲がった複数の脚状の配線リードが前記第１電極に接続され、他端部が外部電極リードに接続された板状の接続導体と、を具備することを特徴としている。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、信頼性の高い半導体装置が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、本発明の実施例について図面を参照しながら説明する。
【実施例】
【００１１】
本発明の実施例に係る半導体装置について、図１および図２を参照して説明する。図１は本発明の実施例に係る半導体装置を示す図で、図１（ａ）はその外囲器を省略した平面図、図１（ｂ）は図１（ａ）のＡ−Ａ線に沿って切断し、矢印方向に眺めた断面図、図２は半導体装置の要部を示す図で、図２（ａ）はその平面図、図２（ｂ）は図２（ａ）のＢ−Ｂ線に沿って切断し、矢印方向に眺めた断面図、図３（ｃ）はその斜視図である。
【００１２】
図１に示すように、本実施例の半導体装置１０は、導電性を有する基台１１（以後導電性基台とも言う）と、第１の面に形成された第１電極１２及び第１の面と対向する第２の面に形成された第２電極１３を有し、第２の面側が導電性基台１１上に載置された半導体チップ１４と、一端部が半導体チップ１４の第１電極１２から高さＨだけ離間して対向するとともに、一端部から延伸し、第１電極１２側に折れ曲がった複数の脚状の配線リード１５ａ、１５ｂ、１５ｃ、１５ｄ（以後、単に配線リードとも言う）が第１電極１２に接続され、他端部がインナーリード（外部電極リード）１６に接続された板状の接続導体１７と、を具備している。
【００１３】
更に、インナーリード１６から延伸したアウターリード（外部電極リード）１８と、導電性基台１１の底面（半導体チップ１４が載置された面と反対の面）を露出して、導電性基台１１及び半導体チップ１４及びインナーリード１６及び接続導体１７を一体にモールドした樹脂１９とを具備している。
【００１４】
導電性基台１１は、例えばニッケルメッキされた銅または銅合金からなり、半導体チップ１４の発熱を外部に放散する放熱板および第２電極１３を外部に接続する電極端子として機能している。
【００１５】
半導体チップ１４は、例えば表面（第１の面）にソース電極が形成され、裏面（第２の面）にドレイン電極が形成され、表面の一部にゲート電極（図示せず）が形成された縦型のパワーＭＯＳトランジスタである。
【００１６】
ソース電極上に第１電極１２（接続パッド）が形成され、ドレイン電極上に第２電極１３（接続パッド）が形成されている。  
第１電極１２および第２電極１３は、例えば厚さ２〜６μｍ程度のアルミニウム（Ａｌ）膜である。
【００１７】
半導体チップ１４は、導電性接合材（図示せず）、例えばハンダ、銀ペーストにより導電性基台１１に接合されている。
【００１８】
図２に示すように、接続導体１７は、例えばニッケルメッキされた銅または銅合金からなり、一端部１７ａの長手方向の一方の側面から脚状の配線リード１５ａ、１５ｂがそれぞれ延伸し、一方の側面と対向する他方の側面から脚状の配線リード１５ｃ、１５ｄがそれぞれ延伸している。
【００１９】
脚状の配線リード１５ａ、１５ｂ、１５ｃ、１５ｄは、それぞれ第１電極１２側に末広がり状に折り曲げられている（山折り）。  
更に、脚状の配線リード１５ａ、１５ｂ、１５ｃ、１５ｄの先端部は、それぞれ第１電極１２と対向するように折り曲げられている（谷折り）。  
これにより、脚状の配線リード１５ａの接続位置と脚状の配線リード１５ｂの接続位置との間隔Ｗ０は、接続導体１７の幅Ｗ１より大きくなる。  
接続導体１７の一端部１７ａの下面と脚状の配線リード１５ａ〜１５ｄの先端部の下面との距離が高さＨである。
【００２０】
接続導体１７の他端部１７ｂは、上方に折り曲げられ（谷折り）、その先端部はインナーリード１６と対向するように折り曲げられている（山折り）。
【００２１】
脚状の配線リード１５ａ、１５ｂ、１５ｃ、１５ｄは、導電性接合材（図示せず）、例えばハンダ、銀ペーストにより第１電極１２に接合されている。  
脚状の配線リード１５ａ、１５ｂ、１５ｃ、１５ｄが第１電極１２に接合される位置は、半導体チップ１４の中心部と半導体チップ１４のエッジとの中間点近傍が好ましい。  
これは、接合位置を半導体チップ１４上にできるだけ均一に配置し、電流が一部に集中しないようにするためである。  
種々検討したところ、脚状の配線リードの接続位置の間隔は、おおよそＬ／４から３Ｌ／４の範囲にあれば、電流集中の抑制に効果的であった。
【００２２】
ここでは、半導体チップ１４のサイズをＬとすると、脚状の配線リード１５ａの接続位置と脚状の配線リード１５ｃの接続位置との間隔Ｗ０をＬ／２程度としている。脚状の配線リード１５ｂと脚状の配線リード１５ｄについても同様である。  
脚状の配線リード１５ａの接続位置と脚状の配線リード１５ｂの接続位置との間隔はＬ／２程度としている。脚状の配線リード１５ｃと脚状の配線リード１５ｄについても同様である。
【００２３】
図３は半導体装置１０の製造工程を順に示す断面図である。  
始めに、図３（ａ）に示すように、導電性基台１１上に、ハンダ３０を介して半導体チップ１４を載置し、加熱して半導体チップ１４を導電性基台１１に接合する。
【００２４】
次に、図３（ｂ）に示すように、予めプレスして折り曲げ加工された接続導体１７を用意し、接続導体１７の一端部１７ａの脚状の配線リード１５ａ〜１５ｄが半導体チップ１４の第１電極１２上に接合され、接続導体１７の他端部１７ｂがインナーリード１６上に接合されるように位置決めを行なう。
【００２５】
次に、ハンダ３１、ハンダ３２を介して接続導体１７を載置し、加熱して接続導体１７の一端部１７ａの脚状の配線リード１５ａ〜１５ｄを第１電極１２に、接続導体１７の他端部１７ｂをインナーリード１６に接合する。
【００２６】
次に、導電性基台１１の底面を露出して、導電性基台１１と、半導体チップ１４と、インナーリード１６と、接続導体１７とを、樹脂１９で一体にモールドすることにより、図１に示す半導体装置１０が得られる。
【００２７】
図４は本実施例の効果を比較例と対比して示す図で、図４（ａ）が本実施例を示す図、図４（ｂ）が比較例を示す図である。ここで比較例とは、接続導体１７の一端部１７ａの全面が、半導体チップ１４の第１電極１２に接合されている場合を意味している。  
図４（ｃ）は参考として、接続導体１７が半導体チップ１４の第１電極１２に接続されていない場合を示している。始めに、比較例について説明する。
【００２８】
図４（ｃ）に示すように、半導体装置１０に温度サイクルを与える信頼性試験（ＴＣＴ：thermal Cyclic Test）を行うと、導電性基台１１と半導体チップ１４との熱膨張係数の差（銅：１７×１０−６／Ｋ、Ｓｉ：３．５×１０−６／Ｋ）に起因して、半導体装置１０に反りが生じる。
【００２９】
ここで、反りは、半導体装置１０を高温状態から低温状態に降温したときの反りの変化量で示している。即ち、導電性基台１１の熱膨張係数が半導体チップ１４の熱膨張係数より大きいので、導電性基台１１が半導体チップ１４より多く収縮し、半導体チップ１４側に凸状の反りが発生する。
【００３０】
図４（ｂ）に示すように、比較例では、接続導体１７の一端部１７ａの全面が半導体チップ１４の第１電極１２に接合さているので、半導体チップ１４は接続導体１７に拘束されて、反りの発生は抑制される。
【００３１】
その結果、導電性基台１１と半導体チップ１４との間のハンダ３０に応力が集中し、ハンダ３０の脆化が急速に進む現象が生じる。従って、ハンダ３０が剥離し、半導体装置１０の信頼性が著しく損なわれる問題が生じる。
【００３２】
一方、図４（ａ）に示すように、本実施例では、接続導体１７の一端部１７ａから延伸し、第１電極１２側へ折れ曲がった脚状の配線リード１５ａ〜１５ｄが半導体チップ１４の第１電極１２に接合されているので、半導体チップ１４は接続導体１７に殆ど拘束されず、反りの発生は抑制されない。反りは、図（ｃ）に近い状況になる。
【００３３】
その結果、導電性基台１１と半導体チップ１４との間のハンダ３０に加わる応力が緩和され、ハンダ３０の脆化が抑えられる。従って、半導体装置１０の信頼性が損なわれることは皆無である。
【００３４】
以上説明したように、本実施例の半導体装置１０は、一端部１７ａから延伸し、第１電極１２側へ折れ曲がり、第１電極１２に接続された脚状の配線リード１５ａ〜１５ｄを有する接続導体１７を具備している。
【００３５】
その結果、接続導体１７は、半導体チップ１４の通電時のヒートサイクルによる反りの発生を拘束しないので、ハンダ３０に加わる応力が緩和される。従って、信頼性の高い半導体装置が得られる。
【００３６】
ここでは、接続導体１７が４本の脚状の配線リード１５ａ〜１５ｄを有する場合について説明したが、脚状の配線リードの接合位置を半導体チップ１４上にできるだけ均一に配置できればよく、その数には特に制限は無い。
【００３７】
例えば、図５は接続導体１７を示す図で、図５（ａ）は接続導体１７が３本の脚状の配線リード４０ａ〜４０ｃを有する場合を示す平面図、図５（ｂ）は接続導体１７が５本の脚状の配線リード４１ａ〜４１ｅを有する場合を示す平面図、図５（ｃ）は接続導体１７が６本の脚状の配線リード４２ａ〜４２ｆを有する場合を示す平面図である。
【００３８】
また、図５（ｄ）は接続導体１７の一端部１７ａの両側面から延伸した脚状の配線リード４３ａ〜４３ｄと、一端部１７ａの端面から延伸した脚状の配線リード４３ｅを有する場合を示す平面図である。半導体チップ１４が横長の形状の場合などに適している。
【００３９】
脚状の配線リード１５ａ〜１５ｄが、接続導体１７の一端部１７ａの両側面から延伸し、第１電極１２側に末広がり状に折り曲げられている場合について説明したが、折り曲げ形状については特に制限はない。
【００４０】
例えば、図６は接続導体１７を示す図で、図６（ａ）は第１電極１２側にほぼ垂直に折り曲げられた脚状の配線リード５０ａ〜５０ｄを有する接続導体１７を示す平面図、図６（ｂ）は図６（ａ）のＣ−Ｃ線に沿って切断し、矢印方向に眺めた断面図である。
【００４１】
図６（ｃ）は第１電極１２側に逆末広がり状に折り曲げられた脚状の配線リード５１ａ〜５１ｄを有する接続導体１７を示す平面図、図６（ｄ）は図６（ｃ）のＤ−Ｄ線に沿って切断し、矢印方向に眺めた断面図である。
【００４２】
図６に示すように、間隔Ｗ０が一定なので、末広がり状から垂直、更に逆末広がり状に折り曲げると、接続導体１７の幅もＷ１からＷ２、更にＷ３と広くする（Ｗ１＜Ｗ２＜Ｗ３）ことができ、より低抵抗の接続導体１７が得られる利点がある。
【００４３】
半導体チップ１４がブロック状の導電性基台１１（半導体チップを載置する部位の厚さとリード端子の厚さが異なる、所謂異形フレーム）に接合されている場合について説明したが、平板状のリードフレーム（以後、単にリードフレームという）を用いても構わない。
【００４４】
図７はリードフレームを用いた半導体装置を示す図で、図７（ａ）はその外囲器の一部が切り欠きされた平面図、図７（ｂ）は図７（ａ）のＥ−Ｅ線に沿って切断し、矢印方向に眺めた断面図である。
【００４５】
図７示すように、半導体装置６０は、例えば半導体チップ１４の表面に複数の電極、例えばゲート電極Ｇとソース電極Ｓ、および裏面に単一の電極、例えばドレイン電極Ｄ（図示せず）を有するｎチャンネル縦型絶縁ゲート電界効果トランジスタ、例えばパワーＭＯＳトランジスタを８ピンのスモールアウトラインパッケージ（ＳＯＰ：Small Outline Package）に収納した場合の例である。
【００４６】
半導体装置６０の半導体チップ１４は、ニッケルまたは半田メッキされた銅製のリードフレーム６１上にドレイン電極Ｄを下向きにして載置されている。  
ドレイン電極Ｄは、リードフレーム６１のマウントベッド６１ａに導電性接着剤で固着され、複数のリード端子６２に接続されている。
【００４７】
接続導体１７の一端部１７ａの脚状の配線リード１５ａ〜１５ｄは、ソース電極Ｓに接続されている。  
接続導体１７の他端部１７ｂは、下方に折り曲げられている（山折り）。その先端部はリード端子６３と対向するように折り曲げられ（谷折り）、リード端子６３に超音波接合されている。ゲート電極Ｇは、ワイヤ６４を介してリード端子６５に接続されている。
【００４８】
そして、これら全体が樹脂６６でモールドされて、ＳＯＰ型の半導体装置６０を構成している。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】本発明の実施例に係る半導体装置を示す図で、図１（ａ）はその外囲器を省略した平面図、図１（ｂ）は図１（ａ）のＡ−Ａ線に沿って切断し、矢印方向に眺めた断面図。
【図２】本発明の実施例に係る半導体装置の要部を示す図で、図２（ａ）はその平面図、図２（ｂ）は図２（ａ）のＢ−Ｂ線に沿って切断し、矢印方向に眺めた断面図、図２（ｃ）はその斜視図。
【図３】本発明の実施例に係る半導体装置の製造工程を順に示す断面図。
【図４】本発明の実施例に係る半導体装置の効果を比較例と対比して示す図で、図４（ａ）が本実施例を示す断面図、図４（ｂ）が比較例を示す断面図。
【図５】本発明の実施例に係る半導体装置の別の接続導体を示す図。
【図６】本発明の実施例に係る半導体装置の更に別の接続導体を示す図。
【図７】本発明の実施例に係る別の半導体装置を示す図で、図７（ａ）はその外囲器の一部が切り欠きされた平面図、図７（ｂ）は図７（ａ）のＥ−Ｅ線に沿って切断し、矢印方向に眺めた断面図。
【符号の説明】
【００５０】
１０、６０  半導体装置
１１  導電性基台
１２  第１電極
１３  第２電極
１４  半導体チップ
１５ａ〜１５ｄ、４０ａ〜４０ｃ、４１ａ〜４１ｅ、４２ａ〜４２ｆ、４３ａ〜４３ｅ、５０ａ〜５０ｄ、５１ａ〜５１ｄ  脚状の配線リード
１６  インナーリード
１７  接続導体
１７ａ  接続導体の一端部
１７ｂ  接続導体の他端部
１８  アウターリード
１９、６６  樹脂
３０、３１、３２  ハンダ
６１  リードフレーム
６１ａ  マウントベッド
６２、６３、６５  リード端子
６４  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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