特許 6220265 半導体実装構造およびその実装方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6220265

(24)【登録日】2017年10月6日

(45)【発行日】2017年10月25日

(54)【発明の名称】半導体実装構造およびその実装方法

(51)【国際特許分類】

   H01L 25/07 20060101AFI20171016BHJP

   H01L 25/18 20060101ALI20171016BHJP

   H01L 21/60 20060101ALI20171016BHJP

【ＦＩ】

   H01L25/04 C

   H01L21/60 301A

【請求項の数】3

【全頁数】13

(21)【出願番号】特願2013-268983(P2013-268983)

(22)【出願日】2013年12月26日

(65)【公開番号】特開2015-126066(P2015-126066A)

(43)【公開日】2015年7月6日

【審査請求日】2016年11月10日

(73)【特許権者】

【識別番号】000004765

【氏名又は名称】カルソニックカンセイ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】240000327

【弁護士】

【氏名又は名称】弁護士法人クレオ国際法律特許事務所

(74)【代理人】

【識別番号】100082670

【弁理士】

【氏名又は名称】西脇 民雄

(74)【代理人】

【識別番号】100180068

【弁理士】

【氏名又は名称】西脇 怜史

(72)【発明者】

【氏名】栗田 勝美

(72)【発明者】

【氏名】多田 一夫

【審査官】 堀江 義隆

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００６−１２０９７０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００７−３２９３６２（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０１Ｌ ２５／０７

Ｈ０１Ｌ ２５／１８

Ｈ０１Ｌ ２１／６０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

基板またはリードフレームに接合された半導体チップ、あるいは基板またはリードフレームに一列に並べて接合された半導体チップと、
前記半導体チップの上面に設けられた電極と前記基板または前記リードフレームとの間に、前記半導体チップの一方向に並列状態で複数本ボンディングされたボンディングワイヤと、を備えた実装構造を有して、
前記電極の少なくとも一部を覆うとともに、前記ボンディングワイヤの並設方向に対して、前記電極の幅から両側に張り出した両側張出部を有する金属プレートを接合して、
前記金属プレートの上面と前記基板または前記リードフレームとの間に、前記ボンディングワイヤを、前記電極の幅よりも広い範囲に亘って複数本ボンディングし、
前記金属プレートは、前記ボンディングワイヤの配線方向に沿って前記半導体チップから突出するように延びる突出部を有して、
前記ボンディングワイヤは、前記突出部にボンディングされ、
前記基板または前記リードフレーム上に、前記金属プレートの前記両側張出部、および前記突出部を保持可能な、絶縁性を有するスペーサを設け、
前記半導体チップの前記金属プレートで覆われていない部分に、前記電極とは別の電極が設けられて、
前記スペーサの、前記別の電極と近接する部分に、部分的な薄肉部または切欠部を設けること、を特徴とする半導体実装構造。

【請求項2】

前記スペーサは、前記半導体チップの周囲を取り囲む枠状に形成されて、
前記枠状に形成されたスペーサが、枠内に前記半導体チップとほぼ同じ大きさのチップ収容部を有することを特徴とする請求項１に記載の半導体実装構造。

【請求項3】

基板またはリードフレームの一面側に第１の板はんだを配置して、
前記第１の板はんだの上面に半導体チップを配置して、
前記半導体チップの上面の電極上に第２の板はんだを配置して、
前記第２の板はんだの上面に、金属プレートを、前記電極の幅から両側に張り出すように配置して、
このようにして積層された部品を一括してはんだ付けした後で、
前記金属プレートの、前記電極の幅方向に沿う表面と、前記基板または前記リードフレームとの間に複数のボンディングワイヤをボンディングして実装し、
前記基板または前記リードフレームの一面側に、絶縁性を有して、枠状に形成されたスペーサを接着剤によって接着して、
前記第１の板はんだと、前記半導体チップと、を前記スペーサの枠内に形成された、前記半導体チップとほぼ同じ大きさのチップ収容部に位置決めして配置することを特徴とする半導体実装方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、例えば電動車両に用いられるインバータなどの半導体パワー素子に代表される半導体素子の実装構造およびその実装方法に関するものである。

【背景技術】

【0002】

半導体素子（半導体チップ）の構造として、一般に、半導体チップと基板との間を板状のリードで接続する構造、または、半導体チップと基板との間をボンディングワイヤで接続する構造が知られている。（例えば、特許文献１，２）

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０１０−５０３６４号公報

【特許文献2】特開２００５−３１０８４４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

特許文献１に記載された発明によると、半導体チップと基板との間を板状のリードで接続している。そして、半導体チップ側の接合部の厚みを薄くして、はんだ接合層にかかる熱応力を低減して疲労亀裂が発生しにくい構成を採っている。

【0005】

また、特許文献２に記載された発明によると、半導体チップと基板との間をボンディングワイヤで接続している。そして、ボンディングワイヤ１本の許容電流を増やして電流容量を増すために、半導体チップ上面電極表面の端部に電極パッドを設けて電極表面と電極パッドの厚さを調節し、通電領域比の低下を防止して、通電許容量を高くしている。

【0006】

しかしながら、特許文献１に記載された発明にあっては、半導体チップと基板との間に架け渡されたリード部に大電流が流れるため、リードの渡り部に、熱による伸びが発生して、その伸びに起因する剪断応力がはんだ接合部に作用し、はんだ接合部に疲労破壊を誘発する恐れがあるという問題があった。

【0007】

また、特許文献２に記載された発明にあっては、ボンディングワイヤを近接させて並べるには装置サイズ上の限界があり、半導体チップの面積が小さくなると、ボンディングできるワイヤの本数が減って、必要な電流容量を確保できなくなる。

【0008】

そして、複数のパワー素子間をできるだけ低抵抗で接続するためには、パワー素子を導体パターン上に近づけて一列に並べる必要がある。したがって、接続できるワイヤの本数を増やすために、半導体チップの四方からワイヤを引き出す構造を適用することはできないという問題があった。

【0009】

さらに、ワイヤを延ばすと抵抗値が増えて、逆に電流容量が減ってしまうため、長いワイヤを使って、既にあるワイヤの上を通す構造を適用することもできないという問題があった。

【0010】

本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、半導体チップや基板の温度変動に対する耐久性が高く、なおかつ、小型の半導体チップから大きな電流容量を安定して確保することができる半導体実装構造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】

【0011】

本発明に係る半導体実装構造は、基板またはリードフレームに接合された半導体チップ、あるいは基板またはリードフレームに一列に並べて接合された半導体チップと、前記半導体チップの上面に設けられた電極と前記基板または前記リードフレームとの間に、前記半導体チップの一方向に並列状態で複数本ボンディングされたボンディングワイヤと、を備えて、前記電極の少なくとも一部を覆うとともに、前記ボンディングワイヤの並設方向に対して、前記電極の幅から両側に張り出した両側張出部を有する金属プレートを接合して、前記金属プレートの上面と前記基板または前記リードフレームとの間に、前記ボンディングワイヤを、前記電極の幅よりも広い範囲に亘って複数本ボンディングし、前記金属プレートは、前記ボンディングワイヤの配線方向に沿って前記半導体チップから突出するように延びる突出部を有して、前記ボンディングワイヤは、前記突出部にボンディングされ、前記基板または前記リードフレーム上に、前記金属プレートの前記両側張出部、および前記突出部を保持可能な、絶縁性を有するスペーサを設け、前記半導体チップの前記金属プレートで覆われていない部分に、前記電極とは別の電極が設けられて、前記スペーサの、前記別の電極と近接する部分に、部分的な薄肉部または切欠部を設けること、を特徴とする。

【0012】

また、本発明に係る半導体実装方法は、基板またはリードフレームの一面側に第１の板はんだを配置して、前記第１の板はんだの上面に半導体チップを配置して、前記半導体チップの上面の電極上に第２の板はんだを配置して、前記第２の板はんだの上面に、金属プレートを、前記電極の幅から両側に張り出すように配置して、このようにして積層された部品を一括してはんだ付けした後で、前記金属プレートの、前記電極の幅方向に沿う表面と、前記基板または前記リードフレームとの間に複数のボンディングワイヤをボンディングして実装し、前記基板または前記リードフレームの一面側に、絶縁性を有して、枠状に形成されたスペーサを接着剤によって接着して、前記第１の板はんだと、前記半導体チップと、を前記スペーサの枠内に形成された、前記半導体チップとほぼ同じ大きさのチップ収容部に位置決めして配置することを特徴とする。

【発明の効果】

【0013】

本発明に係る半導体実装構造によれば、半導体チップの上面の電極が、半導体チップの一方向、または一列に並べられた半導体チップの一方向に沿う複数のボンディングワイヤの並設方向に対して、電極の幅から両側に張り出した両側張出部を有する金属プレートと接合されて、この金属プレートと基板との間、または金属プレートとリードフレームとの間が、複数のボンディングワイヤで接続されるため、電極の幅よりも広い範囲に亘って、より多くのボンディングワイヤを並設することができる。したがって、面積の小さい半導体チップであっても、多数のボンディングワイヤを介して大電流を取り出すことができる。

【0014】

さらに、本発明に係る半導体実装構造によれば、半導体チップと基板との間、または半導体チップとリードフレームとの間がボンディングワイヤで接続されるため、それらの間をビームリードで接続した場合と比べて金属プレートを厚くする必要がなく、金属プレートと半導体チップの接合部にかかる熱応力を小さくすることができる。したがって、半導体チップに温度変動が発生した場合であっても、高い耐久信頼性を得ることができる。

【0015】

また、本発明に係る半導体実装方法によれば、全部品を積層した後で一括してはんだ付けするため、半導体チップを、基板またはリードフレーム上に容易に実装することができる。

【図面の簡単な説明】

【0016】

【図1】本発明に係る半導体実装構造を示す上面図である。

【図2】本発明に係る半導体実装構造を示す、図１を切断線Ａ−Ａで切った横断面図である。

【図3】本発明に係る半導体実装構造を示す、図１を切断線Ｂ−Ｂで切った縦断面図である。

【図4】本発明に係る半導体実装構造を有する複数の半導体パワー素子を基板上に実装して半導体パワーモジュールを構成した状態を示す上面図である。

【図5】本発明に係る半導体実装構造を有する複数の半導体パワー素子をリードフレーム上に実装して半導体パワーモジュールを構成した状態を示す上面図である。

【図6】本発明に係る半導体実装構造を複数組み合わせてなる半導体パワーモジュールの部分的な等価回路を示す回路図である。

【図7】本発明に係る半導体パワー素子の実装構造の変形例を示す上面図である。

【図8】本発明に係る半導体パワー素子の実装手順を説明するための分解構成図である。

【図9】本発明に係る半導体パワー素子の実装手順を示すフローチャートである。

【発明を実施するための形態】

【0017】

以下、本発明の半導体パワー素子の一実施形態について、図面を参照して説明する。

【実施例1】

【0018】

図１は、本発明の一実施形態であるモータ制御装置３０Ａの構成要素となる半導体パワー素子１０Ａの外観図である。このモータ制御装置３０Ａは、例えば、電気自動車等の電動車両に搭載されて、大電力を要するモータの回転制御を行うために用いられる。
［半導体パワー素子の構造の説明］

【0019】

本実施例のモータ制御装置３０Ａを構成する半導体パワー素子１０Ａは、半導体チップ４Ａで構成されている。半導体パワー素子１０Ａにはいくつかの種類があるが、本実施例では、半導体チップ４Ａは絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ：Insulated Gate Bipolar Transistor）を形成しているものとする。以後、半導体チップ４Ａと呼ぶ代わりにＩＧＢＴ（４Ａ）と呼ぶ。

【0020】

以下、図１、および、図１を切断線Ａ−Ａで切った横断面図である図２、図１を切断線Ｂ−Ｂで切った縦断面図である図３を用いて、半導体パワー素子１０Ａの構造について説明する。

【0021】

基板８の一面側（図１の表面側、図２，図３の上面側）に形成されたコレクタランド８ａ上には、樹脂やセラミック等の絶縁性の材質からなるスペーサ６Ａが、接着剤７によって接着されている。

【0022】

スペーサ６Ａは枠状に形成されており、中央部に矩形状のチップ収容部６ａを有して、チップ収容部６ａの周囲に枠状のチップ包囲部６ｂを有している。

【0023】

スペーサ６Ａのチップ収容部６ａの内側には、チップ収容部６ａとほぼ等しいサイズの第１の板はんだ５が配置されている。

【0024】

ＩＧＢＴ（４Ａ）（半導体チップ）の表裏面には、対向する２つの電極であるエミッタ電極４ｅとコレクタ電極４ｃが形成されている。このうち、エミッタ電極４ｅはＩＧＢＴ（４Ａ）の表面側（図２，図３の上面側）に形成されて、コレクタ電極４ｃはＩＧＢＴ（４Ａ）の裏面側（図２，図３の下面側）に形成されている。そしてＩＧＢＴ（４Ａ）の表面側には、さらにゲート電極４ｇが形成されている。

【0025】

ＩＧＢＴ（４Ａ）の裏面側のコレクタ電極４ｃは、スペーサ６Ａのチップ収容部６ａの内側に配置された第１の板はんだ５を介して、基板８上のコレクタランド８ａとはんだ接合されている。すなわち、チップ収容部６ａの寸法はＩＧＢＴ（４Ａ）の寸法よりも一回り大きく（例えば、縦横とも０．４ｍｍ程度大きく）形成されている。

【0026】

ＩＧＢＴ（４Ａ）の表面側のゲート電極４ｇと、ＩＧＢＴ（４Ａ）を駆動するためのゲート信号を送出するターミナル９と、の間はアルミワイヤ１ａ（ボンディングワイヤ）によってボンディング接続されている。

【0027】

なお、チップ収容部６ａを取り囲むチップ包囲部６ｂのうち、アルミワイヤ１ａが接続される側には、スペーサ６Ａの厚みの一部が切り欠かれた切欠部６ｃが形成されている。すなわち、切欠部６ｃの厚さｔ０（図２参照）は、チップ包囲部６ｂの他の３辺側の厚さｔ１（図２参照）よりも薄く形成されている。

【0028】

ＩＧＢＴ（４Ａ）の表面側のエミッタ電極４ｅは、エミッタ電極４ｅの上面に配置された第２の板はんだ３を介して、エミッタ電極４ｅを覆う矩形状の金属プレート２とはんだ接合されている。

【0029】

金属プレート２は、ゲート電極４ｇには掛らない位置に配置される。なお、図１では、金属プレート２はエミッタ電極４ｅを全て覆っているが、エミッタ電極４ｅと導通さえしていれば、エミッタ電極４ｅの領域の少なくとも一部を覆っていれば構わない。

【0030】

この金属プレート２と基板８上に形成されたエミッタランド８ｂとは、並設された極力短い複数のアルミワイヤ１ｂ（ボンディングワイヤ）によってボンディング接続されている。

【0031】

なお、金属プレート２は、複数のアルミワイヤ１ｂの並設方向に対して、ＩＧＢＴ（４Ａ）の幅から両側に張り出した両側張出部２ａ，２ｂと、アルミワイヤ１ｂの配線方向に沿って、ＩＧＢＴ（４Ａ）からエミッタランド８ｂへ向けて突出するように延びた突出部２ｃと、が形成された状態でＩＧＢＴ（４Ａ）の表面側に配置されている。そして、形成された両側張出部２ａ，２ｂと突出部２ｃは、スペーサ６Ａのチップ包囲部６ｂの上に重なって配置されている。なお、両側張出部２ａ，２ｂは、実際にはエミッタ電極４ｅの幅から両側に張り出していればよい。

【0032】

すなわち、スペーサ６Ａのチップ包囲部６ｂの厚さｔ１は、第１の板はんだ５，ＩＧＢＴ（４Ａ），第２の板はんだ３の各々の厚さの総和とほぼ等しくなるように設計されている。

【0033】

複数のアルミワイヤ１ｂは、金属プレート２がスペーサ６Ａのチップ包囲部６ｂの上に重なった位置、すなわち、両側張出部２ａ，２ｂ、または突出部２ｃの領域にボンディングされている。

【0034】

そして、例えば図４に示すように、複数の半導体パワー素子（１０Ａ，１０Ｂ）が、それぞれ、後述する複数のダイオード（１４Ａ，１４Ｂ）とともに基板８上に一列に並べて実装され、また、複数の半導体パワー素子（１０Ｃ，１０Ｄ）が、それぞれ、後述する複数のダイオード（１４Ｃ，１４Ｄ）とともに基板８上に一列に並べて実装されて、モータ制御装置３０Ａ用の半導体パワーモジュール２０Ａが形成される。

【0035】

このとき、複数の半導体チップ（１０Ａ，１０Ｂ）と複数のダイオード（１４Ａ，１４Ｂ）の上面に設けられた電極と基板８との間は、一列に並べて実装された半導体チップ（１０Ａ，１０Ｂ）および複数のダイオード（１４Ａ，１４Ｂ）の一方向に沿って、並設された複数本のアルミワイヤ１ｃ（ボンディングワイヤ）によってボンディングされている。一列に並べて実装された半導体チップ（１０Ｃ，１０Ｄ）および複数のダイオード（１４Ｃ，１４Ｄ）についても同様に、並設された複数本のアルミワイヤ１ｃ（ボンディングワイヤ）によってボンディングされている。

【0036】

また、半導体パワー素子（１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ，１０Ｄ）は、図５に示すように、基板８に代わってリードフレーム１１上に実装されて、モータ制御装置３０Ａ用の半導体パワーモジュール２０Ｂを形成してもよい。

【0037】

このようにして形成された半導体パワーモジュール２０Ａ，２０Ｂの等価回路の例を図６に示す。

【0038】

図６に示すように、ＩＧＢＴ（４Ａ）のエミッタ電極４ｅ、コレクタ電極４ｃ間には、ダイオード１４Ａが接続されている。すなわち、ダイオード１４Ａのアノード電極１４ａがエミッタ電極４ｅと接続されて、ダイオード１４Ａのカソード電極１４ｃがコレクタ電極４ｃと接続されている。

【0039】

このダイオード１４Ａは、スイッチング素子であるＩＧＢＴ（４Ａ）が電流を遮断するときに発生するサージ電流を、回路の下流側に流さないように逃がす役割を果たす素子であり、一般に還流ダイオードと呼ばれている。

【0040】

なお、実装された他のＩＧＢＴ（４Ｂ，４Ｃ，４Ｄ）にも、それぞれ、ダイオード１４Ａと同様のダイオード（１４Ｂ，１４Ｃ，１４Ｄ）が接続されている。

【0041】

このようにして形成された半導体パワーモジュール２０Ａ，２０Ｂは、直流電源Ｖ_ＤＣから供給された直流電力を、交流電圧Ｖ_ＡＣを有する交流電力に変換するインバータとして動作する。インバータはモータの回転制御を行うために広く一般に用いられているため、その詳細な動作の説明は省略する。

【0042】

これらのダイオード（１４Ａ，１４Ｂ，１４Ｃ，１４Ｄ）は、それぞれ半導体チップ上に形成されて、図４，図５の表面側にアノード電極１４ａを有し、裏面側にカソード電極１４ｃを有する半導体素子（２２Ａ，２２Ｂ，２２Ｃ，２２Ｄ）として、前述したＩＧＢＴ（４Ａ，４Ｂ，４Ｃ，４Ｄ）と同様の構造で基板８またはリードフレーム１１に実装される。

【0043】

例えば、ダイオード１４Ａは、図４に示すように、スペーサ１６のチップ収容部１６ａの内側に配置されて、アノード電極１４ａの上面には金属プレート１２が配置され、この金属プレート１２の両側張出部１２ａ，１２ｂ、および突出部１２ｃの領域はスペーサ１６のチップ包囲部１６ｂの上部に重ねられて、両側張出部１２ａ，１２ｂ、または突出部１２ｃの領域には複数のアルミワイヤ１ｃ（ボンディングワイヤ）が接続され、この複数のアルミワイヤ１ｃが、基板８またはリードフレーム１１と接続されて、半導体素子２２Ａを形成している。
［半導体パワー素子の実装工程の説明］

【0044】

次に、ＩＧＢＴ（４Ａ）（半導体チップ）を実装して半導体パワー素子１０Ａを作成する工程について、図８に示す分解構成図を用いて説明する。

【0045】

まず、スペーサ６Ａの裏面（接着面）に、接着剤７を所定の厚さで塗る、または、スペーサ６Ａの接着面と同形状の接着シートを基板８に貼る。そして、基板８上の所定の位置にスペーサ６Ａを置き、スペーサ６Ａと基板８とを接着する。

【0046】

次に、基板８上のスペーサ６Ａのチップ収容部６ａの内側に、第１の板はんだ５を配置する。

【0047】

そして、第１の板はんだ５の上面に重ねて、チップ収容部６ａの内側にＩＧＢＴ（４Ａ）を配置する。このとき、コレクタ電極４ｃを基板８側として配置する。

【0048】

次に、ＩＧＢＴ（４Ａ）の上面のエミッタ電極４ｅの上に、第２の板はんだ３を配置する。

【0049】

そして、スペーサ６Ａのチップ包囲部６ｂ、および第２の板はんだ３の上に、金属プレート２を架け渡して配置する。

【0050】

このようにして複数の部品が積層されたアッセンブリーを、加熱装置（一般的には真空はんだ付け装置）内に置いて、リフローはんだ付けを行う。このはんだ付けによって、ＩＧＢＴ（４Ａ）のコレクタ電極４ｃが、基板８上のコレクタランド８ａとはんだ接合される。また、ＩＧＢＴ（４Ａ）のエミッタ電極４ｅが、金属プレート２とはんだ接合される。

【0051】

リフローはんだ付けが終了した後で、ＩＧＢＴ（４Ａ）のゲート電極４ｇと、ターミナル９と、の間に、ワイヤボンダでアルミワイヤ１ａ（ボンディングワイヤ）をワイヤボンディングする。

【0052】

次に、金属プレート２の所定の位置と、基板８上のエミッタランド８ｂと、の間に、ワイヤボンダで複数のアルミワイヤ１ｂ（ボンディングワイヤ）をワイヤボンディングする。ここで、金属プレート２の所定の位置とは、金属プレート２がスペーサ６Ａと重なっている領域、すなわち、両側張出部２ａ，２ｂ（図１参照）、または突出部２ｃの領域である。

【0053】

以上の実装工程を経て、基板８上にＩＧＢＴ（４Ａ）が実装されて半導体パワー素子１０Ａが形成される。

【0054】

そして、前述した作業と同様の作業を、基板８またはリードフレーム１１に対して実行し、基板８またはリードフレーム１１上に複数の半導体パワー素子を実装することによって、図４，図５に示す半導体パワーモジュール２０Ａ，２０Ｂを製造することができる。
［半導体パワー素子の実装手順の説明］

【0055】

次に、図９を参照して、ＩＧＢＴ（４Ａ）（半導体チップ）を実装して半導体パワー素子１０Ａを形成する手順について簡単に説明する。

【0056】

（ステップＳ１０）基板８の所定の位置に接着剤７でスペーサ６Ａを接着する。

【0057】

（ステップＳ１２）スペーサ６Ａのチップ収容部６ａ内側に第１の板はんだ５を配置する。

【0058】

（ステップＳ１４）第１の板はんだ５の上面に、ＩＧＢT（４Ａ）を所定の向きで配置する。

【0059】

（ステップＳ１６）ＩＧＢT（４Ａ）の上面のエミッタ電極４ｅの上に第２の板はんだ３を配置する。

【0060】

（ステップＳ１８）第２の板はんだ３の上面と、スペーサ６Ａのチップ包囲部６ｂの上面と、に金属プレート２を架け渡して配置する。

【0061】

（ステップＳ２０）前記ステップで各部品が配置されたアッシー品に対して、リフローはんだ付けを行う。

【0062】

（ステップＳ２２）金属プレート２と基板８との間を、ワイヤボンディングによって複数のアルミワイヤ１ｂで接続する。
［半導体パワー素子の実装構造の変形例の説明］

【0063】

なお、半導体パワー素子の実装構造は、前述した構造に限定されるものではない。例えば、図７に示す構造で実装してもよい。

【0064】

図７に示す半導体パワー素子１０Ｂは、前述した半導体パワー素子１０Ａが有するスペーサ６Ａとは異なる構造のスペーサ６Ｂを備えている。すなわち、スペーサ６Ｂは、矩形状に形成されて、チップ収容部６ｄとチップ包囲部６ｅを有しているが、このうち、チップ収容部６ｄのゲート電極４ｇ側は開放されている。

【0065】

このような形状のスペーサ６Ｂを備えることによって、ゲート電極４ｇへのアルミワイヤ１ａ（ボンディングワイヤ）のボンディング作業を行う際に、ワイヤボンダをゲート電極４ｇに接近させるときに、スペーサ６Ｂのチップ包囲部６ｅを回避する必要がないため、ボンディング作業をより一層容易に行うことができる。

【0066】

以上説明したように、このように構成された本発明に係る半導体パワー素子１０Ａによれば、ＩＧＢＴ（４Ａ）（半導体チップ）の上面のエミッタ電極４ｅ（電極）が、ＩＧＢＴ（４Ａ）の一方向に沿う複数のアルミワイヤ１ｂ（ボンディングワイヤ）、または一列に並べられたＩＧＢＴ（４Ａ，４Ｂ）の一方向に沿う複数のアルミワイヤ１ｃ（ボンディングワイヤ）の並設方向に対して、エミッタ電極４ｅ（電極）の幅から両側に張り出した両側張出部２ａ，２ｂを有する金属プレート２と接合されて、この金属プレート２と基板８との間、または金属プレート２とリードフレーム１１との間が、複数のアルミワイヤ１ｂ（１ｃ）で接続されるため、エミッタ電極４ｅの幅よりも広い範囲に亘ってアルミワイヤ１ｂ（１ｃ）を並設することができる。したがって、ＩＧＢＴ（４Ａ）から大電流を取り出すことができる。また、ＩＧＢＴ（４Ａ）を小型化した場合であっても、エミッタ電極４ｅ（電極）の幅よりも広い範囲に亘ってアルミワイヤ１ｂ（１ｃ）を並設することができるため、大電流を取り出すことができる。

【0067】

さらに、本発明に係る半導体パワー素子１０Ａによれば、ＩＧＢＴ（４Ａ）（半導体チップ）と基板８との間、またはＩＧＢＴ（４Ａ）とリードフレーム１１との間が複数のアルミワイヤ１ｂ（１ｃ）（ボンディングワイヤ）で接続されるため、ＩＧＢＴ（４Ａ）と基板８との間、またはＩＧＢＴ（４Ａ）とリードフレーム１１との間をビームリードで接続した場合と比べて、金属プレート２を薄くすることができ、金属プレート２とＩＧＢＴ（４Ａ）の接合部にかかる熱応力を小さくすることができる。したがって、半導体パワー素子１０Ａに温度変動が発生した場合であっても、高い耐久信頼性を得ることができる。

【0068】

さらに、金属プレート２と基板８またはリードフレーム１１の間はアルミワイヤ１ｂ（１ｃ）（ボンディングワイヤ）で接続されているため、金属プレート２と、基板８またはリードフレーム１１と、の熱膨張率の違いによる伸びの差をアルミワイヤ１ｂ（１ｃ）のループが吸収するため、ＩＧＢＴ（４Ａ）（半導体チップ）と金属プレート２のはんだ接合にかかる剪断応力を低く抑えることができ、これによって半導体パワー素子１０Ａの耐久信頼性が向上する。

【0069】

また、本発明に係る半導体パワー素子１０Ａによれば、金属プレート２は、アルミワイヤ１ｂ（１ｃ）（ボンディングワイヤ）の配線方向に沿ってＩＧＢＴ（４Ａ）（半導体チップ）から突出するように延びる突出部２ｃを有して、アルミワイヤ１ｂは、この突出部２ｃにボンディングされるため、アルミワイヤ１ｂ（１ｃ）の長さをより短くすることができる。これによって、アルミワイヤ１ｂの抵抗値が小さくなるため、ＩＧＢＴ（４Ａ）と基板８の間に流すことができる電流容量を増大させることができる。さらに、ボンディングワイヤを接続できる領域の面積が増大するため、接続可能なボンディングワイヤの本数を増やすことができる。したがって、ＩＧＢＴ（４Ａ）から大電流を取り出すことができる。

【0070】

そして、本発明に係る半導体パワー素子１０Ａによれば、基板８またはリードフレーム１１上に、金属プレート２の両側張出部２ａ，２ｂ、および突出部２ｃを保持可能な、絶縁性を有するスペーサ６Ａを設けたため、ワイヤボンディングを行う際に、ワイヤボンダの荷重を、金属プレート２を支持しているスペーサ６Ａのチップ包囲部６ｂが受け止めるため、確実に安定したボンディングを行うことができる。また、はんだ接合時に、金属プレート２が、両側張出部２ａ，２ｂ、および突出部２ｃと接触するため、金属プレート２の、エミッタ電極４ｅの表面に直交する方向の傾きの発生を抑制することができる。したがって、ＩＧＢＴ（４Ａ）（半導体チップ）のエミッタ電極４ｅと金属プレート２が、第２の板はんだ３を介して平行な状態ではんだ接合されて、ＩＧＢＴ（４Ａ）から発生した熱が金属プレート２に均一に伝導される。したがって、エミッタ電極４ｅと金属プレート２の一部に熱が集中しないため、半導体パワー素子１０Ａの耐久信頼性を向上させることができる。

【0071】

枠状に形成されたスペーサ６Ａが、枠内にＩＧＢＴ（４Ａ）（半導体チップ）とほぼ同じ大きさのチップ収容部６ａを有するため、ＩＧＢＴ（４Ａ）の実装時にチップ収容部６ａが治具の役割を果たしてＩＧＢＴ（４Ａ）の位置決めができる。したがって、半導体チップを容易かつ確実に、安定した位置に配置することができる。

【0072】

さらに、本発明に係る半導体パワー素子１０Ａによれば、ＩＧＢＴ（４Ａ）（半導体チップ）の金属プレート２で覆われていない部分にゲート電極４ｇ（別の電極）が設けられて、スペーサ６Ａの、ゲート電極４ｇと近接する部分に、厚さが薄い切欠部６ｃを設けたため、ゲート電極４ｇへのアルミワイヤ１ａ（ボンディングワイヤ）のボンディング作業を行う際に、ワイヤボンダがスペーサ６Ａのチップ包囲部６ｂを容易に回避してゲート電極４ｇに接近することができるため、ボンディング作業の作業性が向上する。

【0073】

また、本発明に係る半導体パワー素子１０Ａの実装方法によれば、全部品を積層配置した後で一括してはんだ付けするため、ＩＧＢＴ（４Ａ）（半導体チップ）を、基板８またはリードフレーム１１上に短時間で容易に実装することができる。

【0074】

そして、本発明に係る半導体パワー素子１０Ａの実装方法によれば、基板８またはリードフレーム１１の一面側に、絶縁性を有して、枠状に形成されたスペーサ６Ａを接着剤７によって接着して、第１の板はんだ５と、ＩＧＢＴ（４Ａ）（半導体チップ）と、を枠状に形成されたスペーサ６Ａの枠内に形成されたＩＧＢＴ（４Ａ）とほぼ同じ大きさを有するチップ収容部６ａに位置決めして配置するため、ＩＧＢＴ（４Ａ）（半導体チップ）を、基板８またはリードフレーム１１上に容易かつ確実に実装することができる。

【0075】

なお、本発明の適用範囲はＩＧＢＴ（４Ａ，４Ｂ，４Ｃ，４Ｄ）に限定されるものではない。すなわち、ＩＧＢＴ以外の半導体パワー素子であるパワーＭＯＳＦＥＴ，サイリスタ等にも適用することができる。さらに、実施例１の中で説明した、ダイオード（１４Ａ，１４Ｂ，１４Ｃ，１４Ｄ）のような半導体チップにも、同様の実装構造と実装方法を適用することができる。

【0076】

以上、この発明の実施例を図面により詳述してきたが、実施例はこの発明の例示にしか過ぎないものであるため、この発明は実施例の構成にのみ限定されるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計の変更等があってもこの発明に含まれることは勿論である。

【符号の説明】

【0077】

１ａ，１ｂ アルミワイヤ（ボンディングワイヤ）
２ 金属プレート
２ａ，２ｂ 両側張出部
３ 第２の板はんだ
４Ａ 半導体チップ（ＩＧＢＴ，絶縁ゲートバイポーラトランジスタ）
４ｃ コレクタ電極
４ｅ エミッタ電極
４ｇ ゲート電極
５ 第１の板はんだ
６Ａ スペーサ
６ａ チップ収容部
６ｂ チップ包囲部
６ｃ 切欠部
７ 接着剤
８ 基板
８ａ コレクタランド
８ｂ エミッタランド
９ ターミナル
１０Ａ 半導体パワー素子
３０Ａ モータ制御装置

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】