(57)【要約】【課題】本発明は、樹脂製ケース形成用の金型を複数製品間で共用でき、しかも電極のワイヤーボンディングが安定的かつ正確に行うことができる半導体装置の製造方法とそれにより製造された半導体装置を提供することを目的とする。【解決手段】半導体素子と、第一平面を備える第一電極と、該半導体素子の所定位置と該第一平面の所定位置を接続するワイヤーと、該第一電極と接合される第二電極と、少なくとも該第一平面の該ワイヤーが接続される部分であるボンディング部は表面に露出させるように該第一電極を覆い、かつ該半導体素子を直接または間接的に支持する樹脂で構成される樹脂ケースとを備える。そして該第一電極のダレ面に該樹脂が接し、該第二電極のダレ面に該樹脂が接しないことを特徴とする。【選択図】図２
2009130007.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体素子と、
第一平面を備える第一電極と、
前記半導体素子の所定位置と前記第一平面の所定位置を接続するワイヤーと、
前記第一電極と接合される第二電極と、
少なくとも前記第一平面の前記ワイヤーが接続される部分であるボンディング部は表面に露出させるように前記第一電極を覆い、かつ前記半導体素子を直接または間接的に支持する樹脂で構成される樹脂ケースとを備え、
前記第一電極のダレ面に前記樹脂が接し、
前記第二電極のダレ面に前記樹脂が接しないことを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
前記樹脂は、前記ボンディング部を除いた前記第一平面にも配置されるように一体形成され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】
前記樹脂は、前記ボンディング部を除いた前記第一平面に前記第一平面を縦断するように配置され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４】
ワイヤーボンディングされるボンディング部を備える第一電極を成形金型内に配置する第一電極配置工程と、
前記第一電極配置工程後、前記ボンディング部には接触しないように前記第一電極を覆う樹脂を前記成形金型内に注入する樹脂注入工程と、
前記樹脂注入工程後、前記樹脂を固化させる冷却工程と、
前記冷却工程後、外部機器との接続部を備える第二電極を前記第一電極と接合させる接合工程と、
前記ケースの所定位置に半導体素子を搭載する半導体素子搭載工程と、
前記半導体素子の所定位置と前記ボンディング部とをワイヤーで接続するワイヤーボンディング工程と、
を備えることを特徴と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、電極と半導体素子とがワイヤーボンディングにより接続でき、かつ複数の異なる電極レイアウトに対応できる半導体装置およびその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
半導体素子を搭載する半導体装置には、外部機器と半導体素子との電気的な接続を仲介する金属製の電極が備わることが多い。このような電極は、外部機器と接続される部分である外部機器接続部と、半導体素子とワイヤーボンディングで接続されるべき面であるワイヤー打点面を備えることがある。
【０００３】
ここで、前述のワイヤーボンディングを安定的かつ正確に行うためには、電極のワイヤー打点面が固定されている状態でワイヤーボンディングが行われる必要がある。そこで、前述の電極を、半導体装置の樹脂製ケース形成用の金型内に配置し、金型内に樹脂注入を行うことで半導体装置のケースの形成と電極の配置を同時に行うことがある。このような樹脂製ケースの製造はインサート形成と呼ばれる。インサート形成によれば、電極は樹脂と密着性よく所定位置に固定されるため、ワイヤーボンディングを安定的かつ正確に行うことができる。
【０００４】
【特許文献１】特開２０００−１９６０１１号公報
【特許文献２】特開２００１−１４４２５１号公報
【特許文献３】特開２００２−３５９３４８号公報
【特許文献４】特開２００７−０２７４６７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、前述の電極のレイアウトは製品毎に異なるものである。従って、上述のインサート形成を行う場合、前述した金型は電極レイアウト毎すなわち製品毎に用意する必要がある。よってコスト高となる問題があった。他方、電極レイアウト毎の金型製造を回避するために、半導体装置のケースを樹脂形成した後に、当該ケースに対し電極を圧入などの方法により装着させることが考えられる。しかしながらこの場合、電極レイアウト毎の金型製造は回避できるものの、ワイヤーボンディング時の電極の固定が不十分であるから、安定的かつ正確なワイヤーボンディングができない問題があった。
【０００６】
本発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、樹脂製ケース形成用の金型を複数製品間で共用でき、しかも電極のワイヤーボンディングが安定的かつ正確に行うことができる半導体装置の製造方法とそれにより製造された半導体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】
【０００７】
本願の発明にかかる半導体装置は、半導体素子と、第一平面を備える第一電極と、該半導体素子の所定位置と該第一平面の所定位置を接続するワイヤーと、該第一電極と接合される第二電極と、少なくとも該第一平面の該ワイヤーが接続される部分であるボンディング部は表面に露出させるように該第一電極を覆い、かつ該半導体素子を直接または間接的に支持する樹脂で構成される樹脂ケースとを備え、該第一電極のダレ面に該樹脂が接し、該第二電極のダレ面に該樹脂が接しないことを特徴とする。
【０００８】
本願の発明にかかる半導体装置の製造方法は、ワイヤーボンディングされるボンディング部を備える第一電極を成形金型内に配置する第一電極配置工程と、該第一電極配置工程後、該ボンディング部には接触しないように該第一電極を覆う樹脂を該成形金型内に注入する樹脂注入工程と、該樹脂注入工程後、該樹脂を固化させる冷却工程と、該冷却工程後、外部機器との接続部を備える第二電極を該第一電極と接合させる接合工程と、該ケースの所定位置に半導体素子を搭載する半導体素子搭載工程と、該半導体素子の所定位置と該ボンディング部とをワイヤーで接続するワイヤーボンディング工程と、を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明により、半導体装置の樹脂製ケース形成用の金型を複数製品間で共用でき、しかも電極のワイヤーボンディングを安定的かつ正確に行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
実施の形態1
本実施形態はワイヤーボンディングされた電極を備える半導体装置に関するものであり、特に複数の電極レイアウトにも対応できる半導体装置およびその製造方法に関する。本実施形態の半導体装置はパワーデバイス半導体装置である。まず、本実施形態のパワーデバイス半導体装置の構成について図１を用いて概観する。
【００１１】
図１は本実施形態のパワーデバイス半導体装置１０の構成を説明するための斜視図である。図１に示される通り、本実施形態のパワーデバイス半導体装置１０はその土台となるべきベース板１１を備える。ベース板１１は金属など放熱性の良い材料で構成されパワーデバイス半導体装置１０の放熱を行う。ベース板１１の上にはベース板１１と接して樹脂ケース１２が配置される。樹脂ケース１２は、本実施形態のパワーデバイス半導体装置１０のケース（筐体）となるものである。そして、樹脂ケース１２は１の開放面を備える箱状の形状であり、その内部に後述する半導体素子や、電極などを固定又は支持するものである。
【００１２】
パワーデバイス半導体装置１０は絶縁基板１８を備える。絶縁基板１８は後述の半導体素子を絶縁するために樹脂ケース１２に搭載される。さらに、この絶縁基板１８の上には半導体素子１５が搭載される。本実施形態の半導体素子１５はＩＧＢＴなどのパワーデバイスである。
【００１３】
パワーデバイス半導体装置１０はさらに外部電極１３と内部電極１４を備える。外部電極１３と内部機器１４とは接続されていて一体の電極を形成するものである。この電極は一端は、パワーデバイス半導体１０が接続される外部機器（不図示）と電気的に接続されるべき端である。一方この電極の他端はワイヤー１６により半導体素子１５と接続される。以上が本実施形態のパワーデバイス半導体装置１０の概観についての説明である。以後、図２を用いて本発明のより詳細な構成について説明する。
【００１４】
図２はパワー半導体装置１０が備える樹脂ケース１２の外周近傍について説明するための拡大図である。ここでは図２の破線右側のI部について説明する。前述した通り、外部電極１３と内部電極１４とは接合され、電極６４を形成している。この接合は外部電極１３と内部電極１４との接合部をはんだ１７ではんだ付けすることで行われる。このように外部電極１３と内部電極１４とは接合され電極６４を形成している。ここで、電極６４のうち、前述の接合前に外部電極であった部分を接合後外部電極６５と称する。また、電極６４のうち前述の接合前に内部電極であった部分を接合後内部電極６６と称する。すなわち、電極６５は接合後外部電極６５と接合後内部電極６６とが接合され一体となったものである。
【００１５】
図２のI部から分かるように、接合後外部電極６５は、はんだ１７によって接合後内部電極６６と接合されていることに加えて、樹脂突起部２４によっても位置が固定されている。樹脂突起部２４とは樹脂ケース１２の部分であり鉤型の先端を有する突起部である。他方、接合後内部電極６６は樹脂ケース１２によって埋め込まれるように配置されることにより固定される。また、接合後内部電極６６はさらに、樹脂ケース１２の一部である縦断樹脂２２によってもその配置位置が固定されている。本実施形態における縦断樹脂２２は接合後内部電極６６の表面に露出した面（ワイヤー打点面）を縦断するように配置されている。
【００１６】
電極６４は上述のように固定される。そして、前述のワイヤー打点面上の縦断樹脂が配置される場所以外の所定位置にはワイヤー２０が接続されている。ワイヤー２０は半導体素子１５とワイヤー打点面の所定位置とを接続するものである。
【００１７】
本実施形態の半導体装置であるパワーデバイス半導体装置１０は上述の構成を備える。このようなパワーデバイス半導体装置を製造する工程について図３を用いて説明する。図３は、ここまでに説明したパワーデバイス半導体装置を製造する製造工程のうち特徴的なものを説明するためのフローチャートである。まず、ステップ１００において、内部電極が成形金型の所定位置に配置される。ここで成形金型とはモールド樹脂を内部に注入し樹脂ケースを形成するために用いられる金型のことをさす。
【００１８】
ステップ１００の処理を終えるとステップ１０２へと処理が進められる。ステップ１０２では前述の成形金型内に樹脂を注入する。この時、内部電極は樹脂に覆われるように配置されるが、将来ワイヤーが接続されるべきワイヤー打点面の所定位置には樹脂が付着しないように樹脂が注入される。一方ワイヤー打点面の縦断樹脂２２が形成されるべき場所には縦断樹脂を付着させるように樹脂が注入される。
【００１９】
ステップ１０２の処理を終えるとステップ１０４へと処理が進められる。ステップ１０４ではステップ１０２で成形金型に注入された樹脂の冷却が行われる。この冷却は冷却機を用いても良いし空冷であっても良い。この冷却が終了すると樹脂の固化が終わり、前述の内部電極を所定位置に備える樹脂ケースが成形される。以後、このように樹脂の固化による樹脂ケースの成形と同時に（内部）電極の樹脂ケースへの配置を行うことを「インサート形成」と称する。本実施形態ではステップ１０４までの工程により内部電極がインサート形成される。
【００２０】
ステップ１０４の処理を終えるとステップ１０６へと処理が進められる。ステップ１０６では絶縁基板が樹脂ケースの所定位置に配置され、当該絶縁基板上の所定位置に半導体素子が搭載される。
【００２１】
ステップ１０６の処理を終えるとステップ１０８へと処理が進められる。ステップ１０８では半導体素子の所定位置と、内部電極が備えるワイヤー打点面の所定位置とがワイヤーボンディングにより接続される。
【００２２】
ステップ１０８の処理を終えるとステップ１１０へと処理が進められる。ステップ１１０では、外部電極の内部電極への接合（接続）が行われる。ステップ１１０における外部電極の内部電極との接続は図２の破線左側で示されるII部を用いて説明する。図２のII部における内部電極１４はステップ１１０処理前は外部端子が挿入されるべき孔２６を備える。そして、外部電極１３は図２のII部に矢示されるように、樹脂ケース１２の外部から樹脂突起部２４を通過するように孔２６へ挿入される。この挿入が終わると、任意の圧力で外部電極が孔２６へ圧入される。その後、内部電極１４と外部電極１３との接合を強化するためにはんだ１７による固定が行われる。前述のはんだ付けが終わると図２のI部に示すように、接合後外部電極６５と接合後内部電極６６を備える電極６４が形成される。このように樹脂ケースが形成された後に当該樹脂ケースの外部から電極を挿入し固定することを「アウトサート形成」と称する。本実施形態の外部電極は上述の通りアウトサート形成される。
【００２３】
ここで、本実施形態の特徴を理解するために比較例について説明する。図４は比較例の半導体装置およびその製造方法を説明するための図である。比較例の半導体装置の電極である外部内部一体電極６２は連続する一体の材料で構成され、本実施形態のように工程の初期で分割されているものではない。従って、比較例の電極には接合部はない。これは図４のI部に示される通りである。そして比較例の外部内部一体電極６２は、鉤型部分を備える樹脂突起部５８および、樹脂ケース５２に形成された溝部６０に勘合することによりその位置が固定されている。なお、比較例においても、電極６２がワイヤー打点面を備える点は本実施形態の構成と同じである。また、ワイヤー打点面と半導体素子の所定位置とがワイヤーによって接続される点も本実施形態の構成と同様であるものとする。
【００２４】
図４の破線左側を示すII部は比較例の外部内部一体電極６２を配置する方法について説明する図である。比較例の外部内部一体電極６２は図４のII部に矢示される方向にインサート形成される。すなわち一体形成されている外部内部一体電極６２は樹脂ケース５２形成の後に当該樹脂ケースへ装着される。そして、比較例に示した半導体装置における課題は以下のようなものである。すなわち、ワイヤー打点面を備える外部内部一体電極がアウトサート形成されているため外部内部一体電極の固定が不十分である。ワイヤー打点面の固定が不十分であると後続の工程であるワイヤーボンディング工程において、ワイヤー打点面が揺動することがありワイヤーの接続不良などの問題を起すと考えられる。
【００２５】
前述の比較例の課題を解決するために、外部内部一体電極をインサート形成することも考えられる。外部内部一体電極をインサート形成するとワイヤーボンディングの際、ワイヤー打点面の固定が十分であるから前述の問題は解消できる。しかしながら、外部内部一体電極をインサート形成するためには、（外部内部一体）電極のレイアウト毎に成形金型を準備しなくてはならない。よって、電極レイアウトをエンドユーザーの要求する配列にする場合や、電極レイアウトの異なる複数の製品をシリーズ化して製造する場合などには準備すべき成形金型の数が増え製造コストの面から好ましくない。このように、外部内部一体電極はインサート形成してもアウトサート形成しても課題を残してしまうものであった。
【００２６】
本実施形態の半導体装置およびその製造方法は上述の課題を解決できるものである。本実施形態では電極を「インサート形成される内部電極」と「アウトサート形成される外部電極」とに分割し、製造工程途中において両者を接合するものである。そして、内部電極はインサート形成されており、しかも縦断樹脂により固定されているからワイヤー打点面はワイヤーボンディングの際に揺動しない。したがってワイヤー打点面の所定位置に安定的かつ正確にワイヤーボンディングができる。ここで、図５、６を用いて、インサート形成することにより安定的かつ正確なワイヤーボンディングができる理由について説明する。まず、図５について説明する。図５は、図２において黒塗りされた矢印で示す方向から内部電極１４などを描いた図である。ここで、一般に電極は金属板を所望の大きさにプレス加工することで製造される。そして、そのプレス加工に伴い、電極の角部にはダレ面とよばれる湾曲した部分が生じる。接合後内部電極６６についても前述のダレ面が生じ、このようなダレ面がダレ面７０として表現されている。そして、本実施形態では接合後内部電極６６はインサート形成されているから、樹脂がダレ面７０にまで到達し、ダレ面７０は樹脂と接しそれに覆われる。
【００２７】
一方図６は、比較例の半導体装置の一部を示す図である図４において黒塗りされた矢印で示す方向から外部内部一体電極６２などを描いた図である。図５と同様に図６においても外部内部一体電極６２のダレ面がダレ面７０として記載されている。そして、比較例の外部内部一体電極６２はアウトサート形成されるから、ダレ面７０にまで樹脂が回りこまない。従ってダレ面７０と樹脂ケース５２との間には空隙７２が生じることになる。このように、内部電極をアウトサート形成するとダレ面にまで樹脂が回りこまないが、内部電極をインサート形成するとダレ面にまで樹脂が接触（付着）するから内部電極は樹脂ケースにより強固に固定されているといえる。従ってインサート形成を行うと電極（ここでは内部電極）と樹脂ケースとが強固に固定され安定的かつ正確なワイヤーボンディングができる。
【００２８】
また、本実施形態の半導体装置の製造方法によれば、多数の内部電極をインサート形成しておいて、所定の内部電極には外部電極を接合しないことも可能である。すなわち、複数の電極レイアウトに対応しうる内部電極をインサート形成で製造しておいて、その後の外部電極をアウトサートする工程では特定の電極レイアウトに対応するように外部電極をアウトサートすることができる。よって、複数の電極レイアウトに対して1つの成形金型で対応できる。これにより、電極レイアウト毎に成形金型を準備する必要はないから製造コストの面から有利である。
【００２９】
また、本実施形態の縦断樹脂は接合後内部電極を縦断するように配置されるから、はんだによる内部電極と外部電極との接合時において、はんだがワイヤー打点面のワイヤーが接合される部分にまで広がる事を抑制できる。
【００３０】
本実施形態の内部電極および外部電極の形状は、本実施形態で説明したものに限定されない。すなわち、内部電極がインサート形成され、外部電極がアウトサート形成されていて、内部電極の一部にワイヤーボンディングを行えば本発明の効果が得られるから、内部電極および外部電極の形状は任意である。
【００３１】
本実施形態においては、ワイヤーボンディングを行った後に外部端子をアウトサート形成したがこの順序を逆転させても本発明の効果を得られるからどちらを先に行っても良い。
【００３２】
本実施形態においては、内部電極と外部電極との接合に圧入とはんだの両方を用いたが、本発明は内部端子と外部端子が分割されていて、後に両者が接合されることに特徴があるからその接合方法は、必要な接合強度などを勘案し適宜定めれば良い。
【００３３】
本実施形態においては、内部電極の補足的な固定およびはんだのワイヤー打点面所定位置への拡散防止のために縦断樹脂を配置したがこれは本発明の必須構成要件ではない。すなわち内部電極の固定だけを目的に縦断樹脂を配置するのであれば縦断樹脂がワイヤー打点面を縦断せずに「固定用樹脂」としてワイヤー打点面上に配置されれば良い。また、はんだの拡散防止だけを目的に縦断樹脂を配置するのであれば、図２に示すものよりも細幅の縦断樹脂であってもよいし、隣接する縦断樹脂と直線的に一体形成されるものでもよい。従って縦断樹脂の形状は特に限定されるものではない。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】実施形態１のパワーデバイス半導体装置の構成について説明する図。
【図２】実施形態１のパワーデバイス半導体装置の電極およびその近傍について説明する図。
【図３】実施形態１のパワーデバイス半導体装置を製造する工程について説明する図。
【図４】比較例の半導体装置およびその製造方法を説明するための図である
【図５】実施の形態１のダレ面について説明する図。
【図６】比較例のダレ面について説明する図。
【符号の説明】
【００３５】
１２  樹脂ケース
１３  外部電極
１４  内部電極
１５  半導体素子
１７  はんだ
２０  ワイヤー
２２  縦断樹脂
７０  ダレ面
【図１】
2009130007.tif 000003
【図２】
2009130007.tif 000004
【図３】
2009130007.tif 000005
【図４】
2009130007.tif 000006
【図５】
2009130007.tif 000007
【図６】
2009130007.tif 000008