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(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】P2023176880
(43)【公開日】2023-12-13
(54)【発明の名称】半導体装置
(51)【国際特許分類】
   H01L 25/07 20060101AFI20231206BHJP
   H01L 21/60 20060101ALI20231206BHJP
【FI】
H01L25/04 C
H01L21/60 301A
H01L21/60 301N
【審査請求】未請求
【請求項の数】8
【出願形態】OL
(21)【出願番号】P 2022089429
(22)【出願日】2022-06-01
(71)【出願人】
【識別番号】000006013
【氏名又は名称】三菱電機株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100088672
【弁理士】
【氏名又は名称】吉竹 英俊
(74)【代理人】
【識別番号】100088845
【弁理士】
【氏名又は名称】有田 貴弘
(72)【発明者】
【氏名】河本 啓輔
(72)【発明者】
【氏名】江口 佳佑
【テーマコード(参考)】
5F044
【Fターム(参考)】
5F044AA12
5F044AA20
5F044HH00
(57)【要約】
【課題】ワイヤの配線長を短くすることで、半導体装置の製造性を向上させることが可能な技術を提供することを目的とする。
【解決手段】半導体装置100は、半導体素子1と、半導体素子1を制御する制御IC2とを備え、半導体素子1は、複数の信号パッド10a,10b,10c,10dからなる信号パッド群11a,11bの対を有し、制御IC2は、複数の信号パッドを有し、制御IC2における複数の信号パッドは、半導体素子1における信号パッド群11a,11bの対のうち、制御IC2における複数の信号パッドに距離が近い方の信号パッド群11a,11bとワイヤボンド接続されている。
【選択図】図1
【特許請求の範囲】
【請求項1】
半導体素子と、
前記半導体素子を制御する制御ICと、を備え、
前記半導体素子は、複数の信号パッドからなる信号パッド群の対を有し、
前記制御ICは、複数の信号パッドを有し、
前記制御ICにおける複数の前記信号パッドは、前記半導体素子における前記信号パッド群の対のうち、前記制御ICにおける複数の前記信号パッドに距離が近い方の前記信号パッド群とワイヤボンド接続される、半導体装置。
【請求項2】
前記半導体素子における前記信号パッド群の対は、複数のゲート信号パッドを含み、
前記半導体素子内には複数のゲート配線が設けられ、
複数の前記ゲート信号パッドは、それぞれ複数の前記ゲート配線によって接続される、請求項1に記載の半導体装置。
【請求項3】
前記半導体素子における前記信号パッド群の対は、複数のセンス信号パッドを含み、
前記信号パッド群の対のうち、一方の前記信号パッド群に含まれる前記センス信号パッドは、前記制御ICにおける複数の前記信号パッドのうちの1つとワイヤボンド接続される、請求項1に記載の半導体装置。
【請求項4】
前記半導体素子における前記信号パッド群の対は、第1の方向に沿って配置され、
各前記信号パッド群に含まれる複数の前記信号パッドは、前記第1の方向と直交する第2の方向に延びる前記半導体素子の中心線に対して一方側と他方側とに同じ順番で配置される、請求項1に記載の半導体装置。
【請求項5】
前記半導体素子は、スイッチング部と還流部とが1チップ化された逆導通IGBTである、請求項1に記載の半導体装置。
【請求項6】
前記半導体素子における各前記信号パッドの一辺の長さは0.3mm以下である、請求項1に記載の半導体装置。
【請求項7】
複数の前記ゲート配線は同じインピーダンスを有する、請求項2に記載の半導体装置。
【請求項8】
前記半導体素子における複数の前記信号パッドの一部は千鳥配置される、請求項1に記載の半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本開示は、半導体装置に関するものである。
【背景技術】
【0002】
特許文献1には、複数のセンス信号パッドと複数のゲート信号パッドとを含む複数の信号パッドを備えたIGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)チップにおいて、複数の信号パッドがそれぞれワイヤボンド接続される構成が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【特許文献1】特開2017-168597号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
しかしながら、特許文献1に記載の技術では、ワイヤの配線長が考慮されていなかった。そのため、IGBTチップを制御する制御ICを備えた半導体装置において、IGBTチップの複数の信号パッドのうち、制御ICの信号パッドに距離が遠い方の信号パッドとワイヤボンド接続するとワイヤの配線長が長くなる。これにより、IGBTチップと制御ICを封止する際に隣り合うワイヤ同士が接触したり、ワイヤが剥がれやすくなり、半導体装置の製造性が悪化するという問題があった。
【0005】
そこで、本開示は、ワイヤの配線長を短くすることで、半導体装置の製造性を向上させることが可能な技術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】
【0006】
本開示に係る半導体装置は、半導体素子と、前記半導体素子を制御する制御ICとを備え、前記半導体素子は、複数の信号パッドからなる信号パッド群の対を有し、前記制御ICは、複数の信号パッドを有し、前記制御ICにおける複数の前記信号パッドは、前記半導体素子における前記信号パッド群の対のうち、前記制御ICにおける複数の前記信号パッドに距離が近い方の前記信号パッド群とワイヤボンド接続されるものである。
【発明の効果】
【0007】
本開示によれば、半導体素子の複数の信号パッドと制御ICの複数の信号パッド間のワイヤの配線長を短くすることができるため、半導体素子と制御ICを封止する際に隣り合うワイヤ同士の接触、およびワイヤの剥がれを抑制することができる。これにより、半導体装置の製造性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【0008】
図1】実施の形態1に係る半導体装置の上面図である。
図2】実施の形態1に係る半導体装置が備える半導体素子の上面図である。
図3】実施の形態2に係る半導体装置が備える半導体素子の上面図である。
図4】実施の形態3に係る半導体装置が備える半導体素子の上面図である。
【発明を実施するための形態】
【0009】
<実施の形態1>
<半導体装置の構成>
実施の形態1について、図面を用いて以下に説明する。図1は、実施の形態1に係る半導体装置100の上面図である。
【0010】
図1において、X方向およびY方向は、互いに直交する。以下の図に示されるX方向およびY方向も、互いに直交する。以下においては、X方向と、当該X方向の反対の方向である-X方向とを含む方向を「X軸方向」ともいう。また、以下においては、Y方向と、当該Y方向の反対の方向である-Y方向とを含む方向を「Y軸方向」ともいう。
【0011】
図1に示すように、半導体装置100は、3相交流インバータ回路であり、6つの半導体素子1a,1b,1c,1d,1e,1fと、4つの制御IC2a,2b,2c,2dと、電力用リードフレーム3と、制御用リードフレーム4と、モールド樹脂(図示しない)とを備えている。
【0012】
6つの半導体素子1a,1b,1c,1d,1e,1fは、スイッチング部と還流部とが1チップ化された逆導通IGBT(RC-IGBT:Reverse-Conducting IGBT)である。高電位側に搭載された3つの半導体素子1a,1b,1cは、1つの導体パターン8上に配置されている。また、低電位側に搭載された3つの半導体素子1d,1e,1fは、それぞれ3つの導体パターン8上に配置されている。6つの半導体素子1a,1b,1c,1d,1e,1fは、4つの制御IC2a,2b,2c,2dと、ワイヤ9によりワイヤボンド接続されている。半導体素子1a,1b,1c,1d,1e,1fについて区別する必要がない場合は、それぞれを半導体素子1と呼ぶ。
【0013】
4つの制御IC2a,2b,2c,2dは、LVIC(low voltage integrated circuit)であり、6つの半導体素子1a,1b,1c,1d,1e,1fを制御する。また、4つの制御IC2a,2b,2c,2dと、電力用リードフレーム3と制御用リードフレーム4は、ワイヤ9により接続、つまり、ワイヤボンド接続されている。制御IC2a,2b,2c,2dについて区別する必要がない場合は、それぞれを制御IC2と呼ぶ。
【0014】
モールド樹脂は、封止材であり、6つの半導体素子1a,1b,1c,1d,1e,1fと4つの制御IC2a,2b,2c,2dとを一体的に封止している。
【0015】
電力用リードフレーム3は、高電位側に搭載された3つの半導体素子1a,1b,1cのコレクタ電極と接続されるP端子3aと、低電位側に搭載された3つの半導体素子1d,1e,1fのコレクタ電極とそれぞれ接続されるU端子3b、V端子3c、およびW端部3dと、低電位側に搭載された3つの半導体素子1d,1e,1fのエミッタ電極と接続されるN端子3eとを有している。
【0016】
制御用リードフレーム4は、高電位側にU相のリードフレーム4aと、V相のリードフレーム4bと、W相のリードフレーム4cとを有し、低電位側にN相のリードフレーム4dを有している。U相のリードフレーム4a、V相のリードフレーム4b、およびW相のリードフレーム4cは共に、制御端子とIN端子とVCC端子とを含む。また、N相のリードフレーム4dは、制御端子とVCC端子と3つのIN端子とFO端子とを含む。
【0017】
<半導体素子における信号パッドの構成>
次に、実施の形態1の特徴である半導体素子1における信号パッドの構成について図2を用いて説明する。図2は、実施の形態1に係る半導体装置100が備える半導体素子1の上面図である。
【0018】
図2に示すように、半導体素子1は、複数(4つ)の信号パッド10a,10b,10c,10dからなる信号パッド群11a,11bの対を有している。信号パッド群11a,11bの対は、第1の方向(X軸方向)に沿って配置されている。符号21は、第1の方向に延びる半導体素子1の中心線を示す。信号パッド群11a,11bの対のうち、一方の信号パッド群11aは第1の方向と直交する第2の方向(Y軸方向)に延びる半導体素子1の中心線21に対して-X側(一方側)に配置され、他方の信号パッド群11bは半導体素子1の中心線21に対してX側(他方側)に配置されている。
【0019】
信号パッド群11a,11bの対は、半導体素子1の中心線21に対して一方側と他方側とに同じ順番で配置されている。具体的には、信号パッド群11a,11bの対は、それぞれ-X側からX側に向かって、センス信号パッド10a、ゲート信号パッド10b、温度センスダイオードのアノード信号パッド10c、温度センスダイオードのカソード信号パッド10dの順番で配置されている。なお、信号パッド10a,10b,10c,10dの順番は一例であり、図2に記載の順番に限定されるものではない。
【0020】
実施の形態1では、制御IC2における複数の信号パッドは、半導体素子1における信号パッド群11a,11bの対のうち、制御IC2における複数の信号パッドに距離が近い方の信号パッド群11a,11bとワイヤボンド接続される。このことについて説明する。
【0021】
図1図2に示すように、半導体素子1a,1b,1cは、それぞれ制御IC2a,2b,2cとワイヤボンド接続されるが、半導体素子1a,1b,1cと制御IC2a,2b,2cはそれぞれ近くに配置されるため、制御IC2dの場合と比較してワイヤ9の配線長はあまり問題にならない。しかし、制御IC2dは、複数の信号パッドを3組有しており、半導体素子1d,1e,1fは制御IC2dとワイヤボンド接続されるため、3つの半導体素子1d,1e,1fのうち、両側に位置する半導体素子1d,1fは、中央に位置する半導体素子1eと比較して制御IC2dからの距離が遠くなる。
【0022】
そのため、半導体素子1dでは、制御IC2dにおける複数の信号パッドは、半導体素子1dにおける信号パッド群11a,11bの対のうち、制御IC2dにおける複数の信号パッドに距離が近い方の信号パッド群11bとワイヤボンド接続される。また、半導体素子1fにおいても、制御IC2dにおける複数の信号パッドは、半導体素子1fにおける信号パッド群11a,11bの対のうち、制御IC2dにおける複数の信号パッドに距離が近い方の信号パッド群11aとワイヤボンド接続される。
【0023】
これにより、半導体素子1d,1fと制御IC2dとを接続するワイヤ9の配線長を短くすることができる。これと同様に、半導体素子1a,1b,1cと制御IC2a,2b,2cについても、半導体素子1a,1b,1cにおける信号パッド群11a,11bの対のうち、制御IC2a,2b,2cにおける複数の信号パッドに距離が近い方の信号パッド群とワイヤボンド接続される。
【0024】
次に、半導体素子1の信号パッド10a,10b,10c,10dのサイズについて説明する。ワイヤ9として細線ワイヤを使用する場合、信号パッド10a,10b,10c,10dの開口部(アルミ電極のエリア)の一辺の長さが0.3mm程度であればワイヤボンドが十分可能である。また、半導体素子1のチップサイズを小さくすることで半導体装置100の小型化にも寄与するため、信号パッド10a,10b,10c,10dの一辺の長さは0.3mm以下であることが望ましい。
【0025】
また、図示しないが、半導体素子1における信号パッド群11a,11bの対のうちの複数(2つ)のゲート信号パッド10bの各々は、半導体素子1内の共通のゲート配線によって接続されている。これにより、2つのゲート信号パッド10bのうちのいずれかを使用した場合でも、半導体装置100の外部から供給される制御電源電圧を十分に供給することができる。
【0026】
<効果>
以上のように、実施の形態1に係る半導体装置100は、半導体素子1と、半導体素子1を制御する制御IC2とを備え、半導体素子1は、複数の信号パッド10a,10b,10c,10dからなる信号パッド群11a,11bの対を有し、制御IC2は、複数の信号パッドを有し、制御IC2における複数の信号パッドは、半導体素子1における信号パッド群11a,11bの対のうち、制御IC2における複数の信号パッドに距離が近い方の信号パッド群とワイヤボンド接続されている。
【0027】
具体的には、半導体素子1における信号パッド群11a,11bの対は、第1の方向に沿って配置され、各信号パッド群11a,11bに含まれる複数の信号パッド10a,10b,10c,10dは、第1の方向と直交する第2の方向に延びる半導体素子1の中心線21に対して一方側と他方側とに同じ順番で配置されている。また、半導体素子1における信号パッド群11a,11bの対は、2つのセンス信号パッド10aを含み、信号パッド群11a,11bの対のうち、一方の信号パッド群に含まれるセンス信号パッド10aは、制御IC2における複数の信号パッドのうちの1つとワイヤボンド接続されている。
【0028】
したがって、半導体素子1の複数の信号パッド10a,10b,10c,10dと制御IC2の複数の信号パッド間のワイヤ9の配線長を短くすることができるため、半導体素子1と制御IC2を封止する際に隣り合うワイヤ9同士の接触、およびワイヤ9の剥がれを抑制することができる。これにより、半導体装置100の製造性を向上させることができる。
【0029】
また、半導体素子1における信号パッド群11a,11bの対は、2つのゲート信号パッド10bを含み、半導体素子1内には複数のゲート配線が設けられ、2つのゲート信号パッド10bは、複数のゲート配線によって接続されている。
【0030】
したがって、2つのゲート信号パッド10bのうちのいずれかを使用した場合でも、半導体装置100の外部から供給される制御電源電圧を十分に供給することができることから、安定した半導体装置100の動作が可能である。
【0031】
また、半導体素子1は、スイッチング部と還流部とが1チップ化された逆導通IGBTであるため、半導体素子1の小型化が可能となり、半導体装置100の小型化に寄与する。
【0032】
また、半導体素子1における各信号パッド10a,10b,10c,10dの一辺の長さは0.3mm以下であるため、半導体装置100の小型化に寄与する。
【0033】
<実施の形態2>
次に、実施の形態2に係る半導体装置100について説明する。図3は、実施の形態2に係る半導体装置100が備える半導体素子1の上面図である。なお、実施の形態2において、実施の形態1で説明したものと同一の構成要素については同一符号を付して説明は省略する。
【0034】
図3に示すように、実施の形態2では、半導体装置100内に設けられたゲート配線12から分岐した2つのゲート配線12a,12bは、信号パッド群11a,11bにおけるゲート信号パッド10bとそれぞれ接続される。2つのゲート信号パッド10bと接続される複数のゲート配線12,12a,12bは同じインピーダンスを有している。これにより、2つのゲート信号パッド10bのうち、いずれを使用した場合でも安定した半導体素子1の動作が可能となる。
【0035】
なお、図3では、ゲート配線12は矩形状の枠として示されているが、実際には矩形状の枠内に設けられているものとする。
【0036】
<実施の形態3>
次に、実施の形態3に係る半導体装置100について説明する。図4は、実施の形態3に係る半導体装置100が備える半導体素子1の上面図である。なお、実施の形態3において、実施の形態1,2で説明したものと同一の構成要素については同一符号を付して説明は省略する。
【0037】
図4に示すように、実施の形態3では、半導体素子1における複数の信号パッド10a,10b,10c,10dの一部は千鳥配置されている。具体的には、信号パッド10c,10dは、信号パッド10a,10bに対して-Y方向に配置され、さらに信号パッド10aにおけるX軸方向の中心線と信号パッド10bにおけるX軸方向の中心線との間隔(a)の半分(2/a)だけX方向にずれるように配置されている。
【0038】
これにより、半導体装置100のX軸方向の長さを小さくすることができるため、短い配線長での半導体素子1と制御IC2間のワイヤボンド接続が可能となり、半導体装置100の小型化に寄与する。
【0039】
なお、各実施の形態を自由に組み合わせたり、各実施の形態を適宜、変形、省略することが可能である。
【0040】
以下、本開示の諸態様を付記としてまとめて記載する。
【0041】
(付記1)
半導体素子と、
前記半導体素子を制御する制御ICと、を備え、
前記半導体素子は、複数の信号パッドからなる信号パッド群の対を有し、
前記制御ICは、複数の信号パッドを有し、
前記制御ICにおける複数の前記信号パッドは、前記半導体素子における前記信号パッド群の対のうち、前記制御ICにおける複数の前記信号パッドに距離が近い方の前記信号パッド群とワイヤボンド接続される、半導体装置。
【0042】
(付記2)
前記半導体素子における前記信号パッド群の対は、複数のゲート信号パッドを含み、
前記半導体素子内には複数のゲート配線が設けられ、
複数の前記ゲート信号パッドは、それぞれ複数の前記ゲート配線によって接続される、付記1に記載の半導体装置。
【0043】
(付記3)
前記半導体素子における前記信号パッド群の対は、複数のセンス信号パッドを含み、
前記信号パッド群の対のうち、一方の前記信号パッド群に含まれる前記センス信号パッドは、前記制御ICにおける複数の前記信号パッドのうちの1つとワイヤボンド接続される、付記1に記載の半導体装置。
【0044】
(付記4)
前記半導体素子における前記信号パッド群の対は、第1の方向に沿って配置され、
各前記信号パッド群に含まれる複数の前記信号パッドは、前記第1の方向と直交する第2の方向に延びる前記半導体素子の中心線に対して一方側と他方側とに同じ順番で配置される、付記1に記載の半導体装置。
【0045】
(付記5)
前記半導体素子は、スイッチング部と還流部とが1チップ化された逆導通IGBTである、付記1に記載の半導体装置。
【0046】
(付記6)
前記半導体素子における各前記信号パッドの一辺の長さは0.3mm以下である、付記1に記載の半導体装置。
【0047】
(付記7)
複数の前記ゲート信号パッドと接続される複数の前記ゲート配線は同じインピーダンスを有する、付記2に記載の半導体装置。
【0048】
(付記8)
前記半導体素子における複数の前記信号パッドの一部は千鳥配置される、付記1に記載の半導体装置。
【符号の説明】
【0049】
1,1a,1b,1c,1d,1e,1f 半導体素子、2,2a,2b,2c,2d 制御IC、10a,10b,10c,10d 信号パッド、11a,11b 信号パッド群、12,12a,12b ゲート配線、100 半導体装置。
図1
図2
図3
図4