特開 2023-134878 半導体装置及び半導体装置の製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023134878

(43)【公開日】2023-09-28

(54)【発明の名称】半導体装置及び半導体装置の製造方法

(51)【国際特許分類】

   H01L 25/07 20060101AFI20230921BHJP

   H01L 21/60 20060101ALI20230921BHJP

【ＦＩ】

H01L25/04 C

H01L21/60 301D

【審査請求】未請求

【請求項の数】9

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022039795

(22)【出願日】2022-03-15

(71)【出願人】

【識別番号】000003078

【氏名又は名称】株式会社東芝

(71)【出願人】

【識別番号】317011920

【氏名又は名称】東芝デバイス＆ストレージ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100119035

【弁理士】

【氏名又は名称】池上 徹真

(74)【代理人】

【識別番号】100141036

【弁理士】

【氏名又は名称】須藤 章

(74)【代理人】

【識別番号】100178984

【弁理士】

【氏名又は名称】高下 雅弘

(72)【発明者】

【氏名】井口 知洋

【テーマコード（参考）】

5F044

【Ｆターム（参考）】

5F044AA04

5F044AA05

5F044CC05

5F044EE01

5F044FF04

5F044FF05

5F044FF06

(57)【要約】

【課題】小型化が実現できる半導体装置を提供する。
【解決手段】実施形態の半導体装置は、壁面を有する枠体と、枠体に囲まれた絶縁基板であって、表面に第１の金属層と第２の金属層を有し、第２の金属層は第１の金属層と壁面との間に位置する、絶縁基板と、電極を含み、第１の金属層の上に設けられた半導体チップと、電極に接続された第１ボンド部と、第２の金属層に接続された第２ボンド部と、第１ボンド部と第２ボンド部との間の中間部とを有するボンディングワイヤと、を備え、中間部の伸長する第１の方向と壁面とがなす第１の角度よりも、第２ボンド部の伸長する第２の方向と壁面とがなす第２の角度が小さい。
【選択図】図３

【特許請求の範囲】

【請求項1】

壁面を有する枠体と、
前記枠体に囲まれた絶縁基板であって、表面に第１の金属層と第２の金属層を有し、前記第２の金属層は前記第１の金属層と前記壁面との間に位置する、絶縁基板と、
電極を含み、前記第１の金属層の上に設けられた半導体チップと、
前記電極に接続された第１ボンド部と、前記第２の金属層に接続された第２ボンド部と、前記第１ボンド部と前記第２ボンド部との間の中間部とを有するボンディングワイヤと、
を備え、
前記中間部の伸長する第１の方向と前記壁面とがなす第１の角度よりも、前記第２ボンド部の伸長する第２の方向と前記壁面とがなす第２の角度が小さい、半導体装置。

【請求項2】

前記第１の角度と前記第２の角度の差は、１０度以上９０度以下である請求項１記載の半導体装置。

【請求項3】

前記半導体チップはＭＯＳＦＥＴ又はＩＧＢＴであり、前記電極はゲート電極パッドである請求項１又は請求項２記載の半導体装置。

【請求項4】

前記ボンディングワイヤを形成した際に、前記第１ボンド部が前記第２ボンド部よりも先に形成された請求項１ないし請求項３いずれか一項記載の半導体装置。

【請求項5】

壁面を有する枠体に囲まれた絶縁基板であって、表面に第１の金属層と第２の金属層を有し、前記第２の金属層は前記第１の金属層と前記壁面との間に位置する、絶縁基板を準備し、
電極を含む半導体チップを前記第１の金属層に載置し、
前記電極にボンディングワイヤの第１ボンド部を形成し、
第１の方向に伸長する前記ボンディングワイヤの中間部を形成し、
前記第１の方向と前記壁面とがなす第１の角度よりも、伸長する第２の方向と前記壁面とがなす第２の角度が小さい前記ボンディングワイヤの第２ボンド部を前記第２の金属層の上に形成する半導体装置の製造方法。

【請求項6】

前記ボンディングワイヤはウェッジボンディング装置を用いて形成され、
前記中間部を形成する際に、前記ウェッジボンディング装置のボンディングヘッドを第１の方向に移動し、
前記第２ボンド部を形成した後に、前記ボンディングヘッドを第２の方向に移動する請求項５記載の半導体装置の製造方法。

【請求項7】

前記第１の方向と前記第２の方向のなす角度は１０度以上４５度以下である請求項５又は請求項６記載の半導体装置の製造方法。

【請求項8】

前記第２ボンド部を形成する前に、前記ボンディングヘッドを前記第２の金属層の表面に水平な面内で回転させる請求項６記載の半導体装置の製造方法。

【請求項9】

前記半導体チップはＭＯＳＦＥＴ又はＩＧＢＴであり、前記電極はゲート電極パッドである請求項５ないし請求項８いずれか一項記載の半導体装置の製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明の実施形態は、半導体装置及び半導体装置の製造方法に関する。

【背景技術】

【0002】

パワー半導体モジュールでは、例えば、金属ベースの上に、絶縁基板を間に挟んでパワー半導体チップが実装される。パワー半導体チップは、例えば、Ｍｅｔａｌ Ｏｘｉｄｅ Ｆｉｅｌｄ Ｅｆｆｅｃｔ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ（ＭＯＳＦＥＴ）、Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ Ｇａｔｅ Ｂｉｐｏｌａｒ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ（ＩＧＢＴ）、又は、ダイオードである。

【0003】

パワー半導体モジュールを搭載する機器の小型化を実現するため、パワー半導体モジュールの小型化が望まれる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２００３－１５８１４７号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

本発明が解決しようとする課題は、小型化が実現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】

【0006】

本発明の一態様の半導体装置は、壁面を有する枠体と、前記枠体に囲まれた絶縁基板であって、表面に第１の金属層と第２の金属層を有し、前記第２の金属層は前記第１の金属層と前記壁面との間に位置する、絶縁基板と、電極を含み、前記第１の金属層の上に設けられた半導体チップと、前記電極に接続された第１ボンド部と、前記第２の金属層に接続された第２ボンド部と、前記第１ボンド部と前記第２ボンド部との間の中間部とを有するボンディングワイヤと、を備え、前記中間部の伸長する第１の方向と前記壁面とがなす第１の角度よりも、前記第２ボンド部の伸長する第２の方向と前記壁面とがなす第２の角度が小さい。

【図面の簡単な説明】

【0007】

【図1】実施形態の半導体装置の模式上面図。

【図2】実施形態の半導体装置の模式断面図。

【図3】実施形態の半導体装置の拡大模式上面図。

【図4】実施形態の半導体装置の拡大模式断面図。

【図5】実施形態の半導体装置の製造方法で用いられるウェッジボンディング装置の模式図。

【図6】実施形態の半導体装置の製造方法を示す模式図。

【図7】実施形態の半導体装置の製造方法を示す模式図。

【図8】実施形態の半導体装置の製造方法を示す模式図。

【図9】実施形態の半導体装置の製造方法を示す模式図。

【図10】実施形態の半導体装置の製造方法を示す模式図。

【図11】実施形態の半導体装置の製造方法を示す模式図。

【図12】実施形態の半導体装置の製造方法を示す模式図。

【図13】実施形態の半導体装置の製造方法を示す模式図。

【図14】実施形態の半導体装置の製造方法を示す模式図。

【図15】実施形態の半導体装置の製造方法を示す模式図。

【図16】実施形態の半導体装置及び半導体装置の製造方法の作用及び効果の説明図。

【図17】比較例の半導体装置の課題の説明図。

【発明を実施するための形態】

【0008】

本明細書中、同一又は類似する部材については、同一の符号を付し、重複する説明を省略する場合がある。

【0009】

本明細書中、部品等の位置関係を示すために、図面の上方向を「上」、図面の下方向を「下」と記述する場合がある。本明細書中、「上」、「下」の概念は、必ずしも重力の向きとの関係を示す用語ではない。

【0010】

実施形態の半導体装置は、壁面を有する枠体と、枠体に囲まれた絶縁基板であって、表面に第１の金属層と第２の金属層を有し、第２の金属層は第１の金属層と壁面との間に位置する、絶縁基板と、電極を含み、第１の金属層の上に設けられた半導体チップと、電極に接続された第１ボンド部と、第２の金属層に接続された第２ボンド部と、第１ボンド部と第２ボンド部との間の中間部とを有するボンディングワイヤと、を備える。そして、中間部の伸長する第１の方向と壁面とがなす第１の角度よりも、第２ボンド部の伸長する第２の方向と壁面とがなす第２の角度が小さい。

【0011】

図１は、実施形態の半導体装置の模式上面図である。図２は、実施形態の半導体装置の模式断面図である。図２は、図１のＡＡ’断面である。

【0012】

実施形態の半導体装置は、パワー半導体モジュール１００である。図１に示すように、実施形態のパワー半導体モジュール１００は、２個のＭＯＳＦＥＴが直列に接続されている。実施形態のパワー半導体モジュールは、１モジュールでハーフブリッジ回路を構成できる、いわゆる「２ｉｎ１」タイプのモジュールである。例えば、実施形態のパワー半導体モジュールを３個用いることにより３相インバータ回路を構成できる。

【0013】

実施形態のパワー半導体モジュール１００は、樹脂ケース１０（枠体）、蓋１２、第１の主端子１４、第２の主端子１６、交流出力端子１８、第１のゲート端子２１、第２のゲート端子２２、金属ベース２４、絶縁基板３０、第１の金属層３１、第２の金属層３２、第３の金属層３３、第４の金属層３４、第５の金属層３５、裏面金属層３６、第１のＭＯＳＦＥＴ３８（半導体チップ）、第２のＭＯＳＦＥＴ４０、第１のボンディングワイヤ４１（ボンディングワイヤ）、第２のボンディングワイヤ４２、第３のボンディングワイヤ４３、第４のボンディングワイヤ４４、第５のボンディングワイヤ４５、第６のボンディングワイヤ４６、封止樹脂５０を備える。

【0014】

樹脂ケース１０は、壁面１０ａを有する。第１のＭＯＳＦＥＴ３８は、ゲート電極パッド３８ａ（電極）、ソース電極３８ｂ、半導体層３８ｃ、ドレイン電極３８ｄを含む。第１のボンディングワイヤ４１は、第１ボンド部４１ａ、第２ボンド部４１ｂ、及びループ部４１ｃを含む。ループ部４１ｃは、中間部の一例である。

【0015】

図１は、パワー半導体モジュール１００から蓋１２及び封止樹脂５０を除いた状態の上面図である。

【0016】

金属ベース２４は、例えば、銅である。例えば、パワー半導体モジュール１００を製品に実装する際、金属ベース２４の裏面には、図示しない放熱板が接続される。

【0017】

絶縁基板３０は、金属ベース２４の上に設けられる。絶縁基板３０は、樹脂ケース１０に囲まれる。絶縁基板３０は、金属ベース２４と第１のＭＯＳＦＥＴ３８との間、及び、金属ベース２４と第２のＭＯＳＦＥＴ４０との間に設けられる。絶縁基板３０は、金属ベース２４と、第１のＭＯＳＦＥＴ３８及び第２のＭＯＳＦＥＴ４０を電気的に分離する機能を有する。

【0018】

絶縁基板３０は、例えば、セラミックである。絶縁基板３０は、例えば、酸化アルミニウム、窒化アルミニウム、又は、窒化シリコンである。

【0019】

絶縁基板３０の表面には、第１の金属層３１、第２の金属層３２、第３の金属層３３、第４の金属層３４、及び、第５の金属層３５が設けられる。第１の金属層３１、第２の金属層３２、第３の金属層３３、第４の金属層３４、及び、第５の金属層３５は、例えば、銅である。

【0020】

第２の金属層３２は、第１の金属層３１と樹脂ケース１０の壁面１０ａとの間に位置する。第４の金属層３４は、第３の金属層３３と樹脂ケース１０の壁面１０ａとの間に位置する。

【0021】

絶縁基板３０の裏面には、裏面金属層３６が設けられる。裏面金属層３６は、例えば、銅である。裏面金属層３６は、例えば、図示しない半田層又は金属ナノ粒子層を用いて金属ベース２４と接合される。

【0022】

樹脂ケース１０は、金属ベース２４及び絶縁基板３０の周囲に設けられる。樹脂ケース１０の一部は、金属ベース２４の上に設けられる。樹脂ケース１０は、枠体の一例である。樹脂ケース１０は、第１のＭＯＳＦＥＴ３８、第２のＭＯＳＦＥＴ４０、及び絶縁基板３０を保護する機能を有する。樹脂ケース１０は、壁面１０ａを有する。

【0023】

樹脂ケース１０の上には蓋１２が設けられる。蓋１２は、絶縁基板３０との間に、第１のＭＯＳＦＥＴ３８、及び、第２のＭＯＳＦＥＴ４０を挟む。蓋１２は、第１のＭＯＳＦＥＴ３８、第２のＭＯＳＦＥＴ４０、及び絶縁基板３０を保護する機能を有する。

【0024】

第１のボンディングワイヤ４１、第２のボンディングワイヤ４２、第３のボンディングワイヤ４３、第４のボンディングワイヤ４４、第５のボンディングワイヤ４５、第６のボンディングワイヤ４６は、パワー半導体モジュール１００の部材の間を電気的に接続する。第１のボンディングワイヤ４１、第２のボンディングワイヤ４２、第３のボンディングワイヤ４３、第４のボンディングワイヤ４４、第５のボンディングワイヤ４５、第６のボンディングワイヤ４６の材質は、例えば、アルミニウム、銅、又は金である。

【0025】

第１のＭＯＳＦＥＴ３８は、絶縁基板３０の上に設けられる。第１のＭＯＳＦＥＴ３８は、ゲート電極パッド３８ａ、ソース電極３８ｂ、半導体層３８ｃ、ドレイン電極３８ｄを有する。ゲート電極パッド３８ａは電極の一例である。

【0026】

第１のＭＯＳＦＥＴ３８は、例えば、炭化珪素を用いて形成される。半導体層３８ｃは、例えば炭化珪素層である。

【0027】

第１のＭＯＳＦＥＴ３８は、第１の金属層３１の上に設けられる。ドレイン電極３８ｄは、例えば、図示しない半田層又は金属ナノ粒子層を用いて第１の金属層３１の上に固定される。ドレイン電極３８ｄは第１の金属層３１に接合される。ドレイン電極３８ｄは、第１の金属層３１に電気的に接続される。

【0028】

ソース電極３８ｂは、第５の金属層３５に電気的に接続される。ソース電極３８ｂは、第３のボンディングワイヤ４３を用いて、第５の金属層３５に電気的に接続される。

【0029】

ゲート電極パッド３８ａは、第２の金属層３２に電気的に接続される。ゲート電極パッド３８ａは、第１のボンディングワイヤ４１を用いて、第２の金属層３２に電気的に接続される。

【0030】

第２のＭＯＳＦＥＴ４０は、絶縁基板３０の上に設けられる。第２のＭＯＳＦＥＴ４０は、第３の金属層３３の上に設けられる。

【0031】

封止樹脂５０は、樹脂ケース１０の中に充填される。封止樹脂５０は、樹脂ケース１０に囲まれる。封止樹脂５０は、第１のＭＯＳＦＥＴ３８、第２のＭＯＳＦＥＴ４０、及び、絶縁基板３０を覆う。

【0032】

封止樹脂５０は、第１のＭＯＳＦＥＴ３８、第２のＭＯＳＦＥＴ４０、及び、絶縁基板３０を保護する機能を有する。また、第１のＭＯＳＦＥＴ３８、第２のＭＯＳＦＥＴ４０、及び、絶縁基板３０を絶縁する機能を有する。

【0033】

封止樹脂５０は、樹脂を含む。封止樹脂５０は、例えば、シリコーンゲルである。封止樹脂５０には、例えば、エポキシ樹脂、ポリイミド樹脂等、その他の樹脂を適用することも可能である。

【0034】

第１の主端子１４は、第５の金属層３５に電気的に接続される。第１の主端子１４には外部から、例えば、負電圧が印加される。第１の主端子１４は、例えば、銅である。

【0035】

第２の主端子１６は、第３の金属層３３に電気的に接続される。第２の主端子１６には外部から、例えば、正電圧が印加される。第２の主端子１６は、例えば、銅である。

【0036】

交流出力端子１８は、第１の金属層３１に電気的に接続される。交流出力端子１８の一端は、例えば、第１の金属層３１に固定される。交流出力端子１８は、ハーフブリッジ回路の出力電流を出力する。

【0037】

第１のゲート端子２１は、第１のＭＯＳＦＥＴ３８のゲート電極パッド３８ａに電気的に接続される。第１のゲート端子２１は、第１のＭＯＳＦＥＴ３８を制御するゲート電圧信号を、ゲート電極パッド３８ａに印加する機能を有する。

【0038】

第２のゲート端子２２は、第２のＭＯＳＦＥＴ４０のゲート電極パッドに電気的に接続される。第２のゲート端子２２は、第２のＭＯＳＦＥＴ４０を制御するゲート電圧信号を、ゲート電極パッドに印加する機能を有する。

【0039】

図３は、実施形態の半導体装置の拡大模式上面図である。図３は、図１において破線で囲まれた領域Ｘの拡大図である。図３は、蓋１２及び封止樹脂５０を除いた状態の上面図である。

【0040】

図４は、実施形態の半導体装置の拡大模式断面図である。図４は、図３のボンディングワイヤに沿った領域を含む断面図である。

【0041】

第１のボンディングワイヤ４１は、第１ボンド部４１ａ、第２ボンド部４１ｂ、及びループ部４１ｃを有する。

【0042】

第１ボンド部４１ａは、第１のＭＯＳＦＥＴ３８のゲート電極パッド３８ａに接続される。第２ボンド部４１ｂは、第２の金属層３２に接続される。ループ部４１ｃは、第１ボンド部４１ａと第２ボンド部４１ｂとの間に位置する。

【0043】

第１のボンディングワイヤ４１を形成する際、第１ボンド部４１ａは、第２ボンド部４１ｂよりも先に形成される。

【0044】

ループ部４１ｃは、第１の方向に伸長する。第１の方向と樹脂ケース１０の壁面１０ａがなす角度は第１の角度（図３のθ１）である。第１の角度θ１は、例えば、６０度以上９０度以下である

【0045】

第２ボンド部４１ｂは、第２の方向に伸長する。第２の方向は、第１の方向と異なる。第２の方向と樹脂ケース１０の壁面１０ａがなす角度は第２の角度（図３のθ２）である。第２の角度は、例えば、０度以上８０度以下である。

【0046】

第２の角度θ２は、第１の角度θ１より小さい。第１の角度θ１と第２の角度θ２の差は、例えば、１０度以上９０度以下である。第１の角度θ１と第２の角度θ２の差は、例えば、２０度以上４５度以下であることが好ましい。

【0047】

次に、実施形態の半導体装置の製造方法の一例について説明する。以下、特に、ボンディングワイヤの形成について説明する。

【0048】

実施形態の半導体装置の製造方法は、壁面を有する枠体に囲まれた絶縁基板であって、表面に第１の金属層と第２の金属層を有し、第２の金属層は第１の金属層と壁面との間に位置する、絶縁基板を準備し、電極を含む半導体チップを第１の金属層に載置し、電極にボンディングワイヤの第１ボンド部を形成し、第１の方向に伸長するボンディングワイヤの中間部を形成し、第１の方向と壁面とがなす第１の角度よりも、伸長する第２の方向と壁面とがなす第２の角度が小さいボンディングワイヤの第２ボンド部を第２の金属層の上に形成する。

【0049】

図５は、実施形態の半導体装置の製造方法で用いられるウェッジボンディング装置の模式図である。図５は、ウェッジボンディング装置のボンディングヘッドの先端部の拡大図である。

【0050】

実施形態のウェッジボンディング装置のボンディングヘッド６０は、ウェッジツール６１、カッターブレード６２、及びワイヤガイド６３を含む。

【0051】

ボンディングヘッド６０は、上下左右に移動することが可能である。また、ボンディングヘッド６０は、水平面内で回転することが可能である。

【0052】

ウェッジツール６１は、先端にワイヤ７０を保持する図示しない溝を有する。ワイヤ７０をウェッジツール６１で被接続部に押し付けた状態で超音波振動を与えることで、ワイヤ７０と被接続部を接合する。

【0053】

カッターブレード６２は、ワイヤ７０を切断する機能を有する。カッターブレード６２は、ウェッジツール６１及びワイヤガイド６３に対して、独立して上下方向に移動することが可能である。

【0054】

ワイヤガイド６３は、ワイヤ７０をウェッジツール６１に送り出す機能を有する。

【0055】

図６、図７、図８、図９、図１０、図１１、図１２、図１３、図１４、及び図１５は、実施形態の半導体装置の製造方法を示す模式図である。図６ないし図１５は、図４に示す断面に対応する図である。図６ないし図１５は、図４に示す第１のボンディングワイヤ４１の形成方法を示す図である。

【0056】

最初に、壁面１０ａを有する樹脂ケース１０に囲まれた絶縁基板３０を準備する（図６）。樹脂ケース１０は、枠体の一例である。

【0057】

絶縁基板３０の表面には、第１の金属層３１と第２の金属層３２が設けられる。第２の金属層３２は第１の金属層３１と壁面１０ａとの間に位置する。

【0058】

次に、第１のＭＯＳＦＥＴ３８を、第１の金属層３１の上に載置する（図７）。第１のＭＯＳＦＥＴ３８は、半導体チップの一例である。

【0059】

第１のＭＯＳＦＥＴ３８は、第１の金属層３１に接合される。第１のＭＯＳＦＥＴ３８は、ゲート電極パッド３８ａ、ソース電極３８ｂ、半導体層３８ｃ、ドレイン電極３８ｄを含む。ゲート電極パッド３８ａは電極の一例である。

【0060】

次に、ウェッジボンディング装置を用いて、第１のボンディングワイヤ４１を形成する。

【0061】

最初に、ウェッジツール６１により、ワイヤ７０をゲート電極パッド３８ａの表面に押し付け、第１ボンド部４１ａを形成する（図８）。

【0062】

次に、ボンディングヘッド６０を横方向に移動させ、ループ部４１ｃを形成する（図９）。ループ部４１ｃは、中間部の一例である。ボンディングヘッド６０は、図３に示した第１の方向に移動する。ループ部４１ｃは、図３に示した第１の方向に延びる。

【0063】

次に、ボンディングヘッド６０が第２ボンド部４１ｂを形成する予定領域まで来た時点で、ボンディングヘッド６０を第２の金属層３２の表面に水平な面内で回転させる（図１０）。回転角度は、例えば、１０度以上９０度以下である。回転角度は、例えば、２０度以上４５度以下であることが好ましい。

【0064】

次に、ウェッジツール６１により、ワイヤ７０を第２の金属層３２の表面に押し付け、第２ボンド部４１ｂを形成する（図１１）。ボンディングヘッド６０が回転したことにより、第２ボンド部４１ｂは、図３に示す第２の方向に伸長する。

【0065】

次に、カッターブレード６２を用いて、ワイヤ７０をハーフカットする（図１２）。

【0066】

次に、カッターブレード６２をワイヤ７０から離間させる（図１３）。

【0067】

次に、ワイヤガイド６３からワイヤ７０を送り出しながら、ボンディングヘッド６０を横方向に移動させる（図１４）。ボンディングヘッド６０を壁面１０ａの方向に移動する。ボンディングヘッド６０は、図３に示す第２の方向に移動する。ワイヤガイド６３から送り出されたワイヤ７０は、次のワイヤボンディングを形成する際に第１ボンド部となる。

【0068】

次に、ワイヤ７０をワイヤガイド６３でクランプした状態で、ボンディングヘッド６０を斜め上方向に移動させ、ワイヤ７０を引っ張ることで完全に切断する（図１５）。ワイヤ７０を切断する際、ボンディングヘッド６０は、壁面１０ａの方向に移動する。この時、ボンディングヘッド６０は、図３に示す第２の方向に移動する。

【0069】

以上の方法により、第１のボンディングワイヤ４１が形成される。

【0070】

次に、実施形態の半導体装置及び半導体装置の製造方法の作用及び効果について説明する。

【0071】

図１６（ａ）、図１６（ｂ）は、実施形態の半導体装置及び半導体装置の製造方法の作用及び効果の説明図である。図１６（ａ）は、比較例の半導体装置の拡大模式上面図である。図１６（ｂ）は、実施形態の半導体装置の拡大模式上面図である。図１６（ａ）及び図１６（ｂ）は、図３に対応する図である。

【0072】

比較例の半導体装置のボンディングワイヤ４９は、第１ボンド部４９ａ、第２ボンド部４９ｂ、及びループ部４９ｃを有する。比較例のボンディングワイヤ４９は、第２ボンド部４９ｂがループ部４９ｃと同様、第１の方向に伸長する点で、実施形態の第１のボンディングワイヤ４１と異なる。

【0073】

比較例のボンディングワイヤ４９において、第２ボンド部４９ｂの端部から壁面１０ａまでの第１の方向の距離ｄｘは、実施形態の第１のボンディングワイヤ４１の第２ボンド部４９ｂの端部から壁面１０ａまでの第２の方向の距離ｄｙよりも小さい。

【0074】

図１７は、比較例の半導体装置の課題の説明図である。図１７は、比較例の半導体装置のボンディングワイヤ４９の形成方法を示す図である。

【0075】

図１７は、実施形態の半導体装置の製造方法の図１５に対応する図である。ワイヤ７０を切断する際、ボンディングヘッド６０を壁面１０ａに向かって第１の方向に移動する。この時、第２ボンド部４９ｂの端部から壁面１０ａまでの第１の方向の距離ｄｘが小さいと、ボンディングヘッド６０が壁面１０ａに衝突する。したがって、ワイヤボンディングの形成を継続することが困難となる。

【0076】

実施形態では、第２ボンド部４１ｂは、第１の方向と異なる第２の方向に伸長する。第２の方向と樹脂ケース１０の壁面１０ａがなす第２の角度θ２は、第１の方向と樹脂ケース１０の壁面１０ａがなす第１の角度θ１より小さい。

【0077】

したがって、図１６（ａ）、図１６（ｂ）に示すように、実施形態のワイヤ７０を切断する際の第２ボンド部４１ｂの端部から壁面１０ａまでの第２の方向の距離ｄｙは、比較例の第２ボンド部４９ｂの端部から壁面１０ａまでの第１の方向の距離ｄｘより大きい。よって、実施形態では、ボンディングヘッド６０が壁面１０ａに衝突することが抑制される。

【0078】

実施形態では、ボンディングヘッド６０が壁面１０ａに衝突することが抑制されるで、第１のボンディングワイヤ４１の第２ボンド部４１ｂから壁面１０ａまでの第１の方向の距離を、比較例よりも小さくすることができる。したがって、パワー半導体モジュール１００の小型化が実現できる。

【0079】

第２ボンド部４１ｂから壁面１０ａまでの第１の方向の距離を小さくして、パワー半導体モジュール１００の小型化を実現する観点から、第１の角度θ１と第２の角度θ２の差は、１０度以上であることが好ましく、２０度以上であることがより好ましく、３０度以上であることが更に好ましい。

【0080】

第１のボンディングワイヤ４１の第１ボンド部４１ａが接続される電極は、実施形態のように、ＭＯＳＦＥＴ又はＩＧＢＴのゲート電極パッド３８ａであることが好ましい。ゲート電極パッド３８ａには、ソース電極３８ｂやドレイン電極３８ｄと比較して、大電流が流れない。したがって、第２ボンド部４１ｂが接続される金属層のサイズが小さくなる。例えば、金属層の壁面１０ａに垂直な方向の幅が小さくなる。したがって、第１のボンディングワイヤ４１の第２ボンド部４１ｂから壁面１０ａまでの距離が短くなりやすく、実施形態の半導体装置及び半導体装置の製造方法が効果的に機能する。

【0081】

実施形態では、半導体チップとしてＭＯＳＦＥＴ又はＩＧＢＴを用いる場合を例に説明したが、半導体チップはこれらに限定されるものではない。例えば、ＳＢＤ（Ｓｃｈｏｔｔｋｙ Ｂａｒｒｉｅｒ Ｄｉｏｄｅ）、ＰＩＮダイオードなど、その他のトランジスタやダイオードを適用することも可能である。また、トランジスタとダイオードの組み合わせを適用することも可能である。

【0082】

実施形態では、「２ｉｎ１」タイプのモジュールを例に説明したが、例えば、「４ｉｎ１」タイプ、又は、「６ｉｎ１」タイプのモジュールであっても構わない。

【0083】

実施形態では、半導体チップの数が２個の場合を例に説明したが、半導体チップは、１個であっても、３個以上であっても構わない。

【0084】

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。例えば、一実施形態の構成要素を他の実施形態の構成要素と置き換え又は変更してもよい。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

【符号の説明】

【0085】

１０ 樹脂ケース（枠体）
１０ａ 壁面
３０ 絶縁基板
３１ 第１の金属層
３２ 第２の金属層
３８ 第１のＭＯＳＦＥＴ（半導体チップ）
３８ａ ゲート電極パッド（電極）
４１ 第１のボンディングワイヤ（ボンディングワイヤ）
４１ａ 第１ボンド部
４１ｂ 第２ボンド部
４１ｃ ループ部（中間部）
６０ ボンディングヘッド
θ１ 第１の角度
θ２ 第２の角度

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】