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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】P2025139450
(43)【公開日】2025-09-26
(54)【発明の名称】半導体装置
(51)【国際特許分類】
H01L 21/60 20060101AFI20250918BHJP
H01L 23/50 20060101ALI20250918BHJP
【ＦＩ】
H01L21/60 321E
H01L23/50 S
【審査請求】未請求
【請求項の数】10
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2024038396
(22)【出願日】2024-03-12
(71)【出願人】
【識別番号】000233273
【氏名又は名称】ミネベアパワーデバイス株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】110001807
【氏名又は名称】弁理士法人磯野国際特許商標事務所
(72)【発明者】
【氏名】竹内 悠次郎
(72)【発明者】
【氏名】古川 智康
【テーマコード（参考）】
5F067
【Ｆターム（参考）】
5F067BB01
(57)【要約】
【課題】リードフレームの形状の制約を受けずにダイオード領域を配置してサージ電流耐量の向上を図る半導体装置を提供する。
【解決手段】半導体装置１Ａは、表面電極及び裏面電極の間にそれぞれが連続し、互いに隣接するダイオード領域１０３及びトランジスタ領域１０２を有する半導体素子１００と、表面電極側の接合領域で表面電極に接合されるリードフレーム１０８と、ダイオード領域１０３を覆うように設けられ、表面電極とリードフレーム１０８とを接合する接合部材１０６と、を備え、平面視において、ダイオード領域１０３とリードフレーム１０８の接合領域とが重なる領域は、ダイオード領域１０３よりも小さい。
【選択図】図１Ａ
【解決手段】半導体装置１Ａは、表面電極及び裏面電極の間にそれぞれが連続し、互いに隣接するダイオード領域１０３及びトランジスタ領域１０２を有する半導体素子１００と、表面電極側の接合領域で表面電極に接合されるリードフレーム１０８と、ダイオード領域１０３を覆うように設けられ、表面電極とリードフレーム１０８とを接合する接合部材１０６と、を備え、平面視において、ダイオード領域１０３とリードフレーム１０８の接合領域とが重なる領域は、ダイオード領域１０３よりも小さい。
【選択図】図１Ａ
【特許請求の範囲】
【請求項1】
表面電極及び裏面電極の間にそれぞれが連続し、互いに隣接するダイオード領域及びトランジスタ領域を有する半導体素子と、
前記表面電極側の接合領域で前記表面電極に接合されるリードフレームと、
前記ダイオード領域を覆うように設けられ、前記表面電極とリードフレームとを接合する接合部材と、を備え、
平面視において、前記ダイオード領域と前記リードフレームの接合領域とが重なる領域は、前記ダイオード領域よりも小さい半導体装置。
前記表面電極側の接合領域で前記表面電極に接合されるリードフレームと、
前記ダイオード領域を覆うように設けられ、前記表面電極とリードフレームとを接合する接合部材と、を備え、
平面視において、前記ダイオード領域と前記リードフレームの接合領域とが重なる領域は、前記ダイオード領域よりも小さい半導体装置。
【請求項2】
平面視において、前記接合領域の外側に前記ダイオード領域が配置されている請求項１に記載の半導体装置。
【請求項3】
平面視において、前記ダイオード領域と前記リードフレームとが重なる領域は、前記ダイオード領域よりも小さい請求項１に記載の半導体装置。
【請求項4】
平面視において、前記リードフレームの外側に前記ダイオード領域が配置されている請求項３に記載の半導体装置。
【請求項5】
前記リードフレームは前記接合部材を露出させる貫通穴を有し、
平面視において、前記貫通穴に前記ダイオード領域が配置されている請求項４に記載の半導体装置。
平面視において、前記貫通穴に前記ダイオード領域が配置されている請求項４に記載の半導体装置。
【請求項6】
前記リードフレームは、その角部を切り欠いた後退部を有し、
平面視において、前記後退部に前記ダイオード領域が配置されている請求項４に記載の半導体装置。
平面視において、前記後退部に前記ダイオード領域が配置されている請求項４に記載の半導体装置。
【請求項7】
前記リードフレームは複数に分離され、
平面視において、分離された前記リードフレーム間の間隙に前記ダイオード領域が配置されている請求項４に記載の半導体装置。
平面視において、分離された前記リードフレーム間の間隙に前記ダイオード領域が配置されている請求項４に記載の半導体装置。
【請求項8】
前記接合部材は、平面視において複数の領域に分割され、
前記半導体素子は、分割された前記接合部材の間を延伸する素子内配線を有する請求項４に記載の半導体装置。
前記半導体素子は、分割された前記接合部材の間を延伸する素子内配線を有する請求項４に記載の半導体装置。
【請求項9】
前記ダイオード領域は、平面視において互いに平行に延伸するストライプ状に配置されている請求項１から請求項８の何れか一項に記載の半導体装置。
【請求項10】
前記ダイオード領域は、平面視において円形状の領域が等間隔に並ぶアイランド状に配置されている請求項１から請求項８の何れか一項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】
同一チップ内に絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）及びダイオードを内蔵した逆導通ＩＧＢＴ（以下ＲＣ－ＩＧＢＴという）は、ＩＧＢＴチップとダイオードチップのターミネーション領域を共通化することによりチップサイズを低減でき、トランジスタ領域（ＩＧＢＴ領域ともいう）またはダイオード領域で発生した損失をチップ全体で放熱できるため熱抵抗が低減するなどの利点がある。
また、パワー半導体チップの表面電極にリードフレームを接合部材により接続して電気的配線を形成する技術がある。この技術では、従来のワイヤボンディングによる電気的配線の形成と比較して配線の断面積を大きくすることができるため、より高い電流密度に対応することができる。その一方で、電源投入時の突入電流等のサージ電流による熱破壊が問題となる。例えば特許文献１には、ＲＣ－ＩＧＢＴのダイオード部の全領域を配線部材の平板部で覆う逆導通型半導体装置が記載されている。
また、パワー半導体チップの表面電極にリードフレームを接合部材により接続して電気的配線を形成する技術がある。この技術では、従来のワイヤボンディングによる電気的配線の形成と比較して配線の断面積を大きくすることができるため、より高い電流密度に対応することができる。その一方で、電源投入時の突入電流等のサージ電流による熱破壊が問題となる。例えば特許文献１には、ＲＣ－ＩＧＢＴのダイオード部の全領域を配線部材の平板部で覆う逆導通型半導体装置が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【特許文献1】特開２０１９－２０１１５９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
引用文献１の逆導通型半導体装置では、配線部材の平板部による熱容量増加がダイオード部のサージ電流耐量向上に寄与するため、ダイオード部の全領域が平板部に覆われる必要がある。このため、チップ内におけるダイオード部の配置が平板部の形状により制約を受ける。しかし、一般に、ＲＣ－ＩＧＢＴにおいてＩＧＢＴ領域及びダイオード領域はチップ内に均一に分散配置される方が熱抵抗の観点から望ましい。
本発明は、かかる課題を解決するためになされたものであり、リードフレームの形状の制約を受けずにダイオード領域を配置してサージ電流耐量の向上を図る半導体装置を提供することを目的とする。
本発明は、かかる課題を解決するためになされたものであり、リードフレームの形状の制約を受けずにダイオード領域を配置してサージ電流耐量の向上を図る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】
【0005】
かかる課題を解決するために、本発明に係る半導体装置は、表面電極及び裏面電極の間にそれぞれが連続し、互いに隣接するダイオード領域及びトランジスタ領域を有する半導体素子と、前記表面電極側の接合領域で前記表面電極に接合されるリードフレームと、前記ダイオード領域を覆うように設けられ、前記表面電極とリードフレームとを接合する接合部材と、を備え、平面視において、前記ダイオード領域と前記リードフレームの接合領域とが重なる領域は、前記ダイオード領域よりも小さい。
【発明の効果】
【0006】
本発明によれば、リードフレームの形状の制約を受けずにダイオード領域を配置してサージ電流耐量の向上を図る半導体装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【0007】
【図1A】第１実施形態に係る半導体装置の概略を例示する平面図である。
【図3A】第１変形例に係る半導体装置を配線基板に配置した状態の概略を例示する平面図である。
【図3B】第１変形例に係る半導体装置についてリードフレームを透視して概略を例示する平面図である。
【図5A】第２変形例に係る半導体装置の概略を例示する平面図である。
【図6A】第３変形例に係る半導体装置の概略を例示する平面図である。
【図7A】第４変形例に係る半導体装置の概略を例示する平面図である。
【図8A】第２実施形態に係る半導体装置の概略を例示する平面図である。
【図9A】第３実施形態に係る半導体装置の概略を例示する平面図である。
【発明を実施するための形態】
【0008】
本発明の実施形態及び変形例について図面を参照しながら説明する。なお、本発明はこれらの実施形態や変形例に限定されない。また、図面において、一部の部材を省略している場合、各部材の大きさや形状、位置関係を誇張している場合がある。上面、下面等の表現は、相対的な位置関係の一例であり、使用の際の方向を限定するものではない。
【0009】
［第１実施形態］
第１実施形態に係る半導体装置１Ａについて図１Ａから図２を参照しながら説明する。半導体装置１Ａは、パワー半導体モジュールの一部を構成する装置である。
図１Ａ、図１Ｂに例示するように、半導体装置１Ａは、半導体素子１００と、配線部材であるリードフレーム１０８Ａと、リードフレーム１０８Ａを半導体素子１００に接合する接合部材１０６を備えている。なお、図１Ｂはリードフレーム１０８Ａを透視する平面図である。図３Ｂ、図５Ｂ、図６Ｂ、図８Ｂ、図９Ｂも同様にリードフレームを透視する平面図である。以下、半導体装置１Ａの各構成について説明する。
第１実施形態に係る半導体装置１Ａについて図１Ａから図２を参照しながら説明する。半導体装置１Ａは、パワー半導体モジュールの一部を構成する装置である。
図１Ａ、図１Ｂに例示するように、半導体装置１Ａは、半導体素子１００と、配線部材であるリードフレーム１０８Ａと、リードフレーム１０８Ａを半導体素子１００に接合する接合部材１０６を備えている。なお、図１Ｂはリードフレーム１０８Ａを透視する平面図である。図３Ｂ、図５Ｂ、図６Ｂ、図８Ｂ、図９Ｂも同様にリードフレームを透視する平面図である。以下、半導体装置１Ａの各構成について説明する。
【0010】
（半導体素子）
半導体素子１００は、トランジスタやダイオード等が形成された半導体チップである。一例として、半導体素子１００はＲＣ－ＩＧＢＴである。図２に例示するように、半導体素子１００は、表面電極１１３及び裏面電極１１５の間にそれぞれが連続し、互いに隣接するダイオード領域１０３及びトランジスタ領域１０２を有する。
表面電極１１３は半導体素子の表面に設けられる電極であり、裏面電極１１５は半導体素子の裏面に設けられる電極である。表面電極１１３は、半導体素子１００の周縁部であるターミネーション領域１０１を除く範囲を覆うように設けられる。裏面電極１１５は、表面電極１１３に対向するように設けられる。ターミネーション領域１０１にはダイオード領域及びトランジスタ領域は配置されず、ダミー配線１１７等を設けることができる。ターミネーション領域１０１には保護層１１９が設けられている。なお、半導体素子のリードフレームに接合される面を表面、後記する配線基板に接合される面を裏面として説明する。
半導体素子１００は、トランジスタやダイオード等が形成された半導体チップである。一例として、半導体素子１００はＲＣ－ＩＧＢＴである。図２に例示するように、半導体素子１００は、表面電極１１３及び裏面電極１１５の間にそれぞれが連続し、互いに隣接するダイオード領域１０３及びトランジスタ領域１０２を有する。
表面電極１１３は半導体素子の表面に設けられる電極であり、裏面電極１１５は半導体素子の裏面に設けられる電極である。表面電極１１３は、半導体素子１００の周縁部であるターミネーション領域１０１を除く範囲を覆うように設けられる。裏面電極１１５は、表面電極１１３に対向するように設けられる。ターミネーション領域１０１にはダイオード領域及びトランジスタ領域は配置されず、ダミー配線１１７等を設けることができる。ターミネーション領域１０１には保護層１１９が設けられている。なお、半導体素子のリードフレームに接合される面を表面、後記する配線基板に接合される面を裏面として説明する。
【0011】
ダイオード領域１０３は、表面電極１１３及び裏面電極１１５の間に連続する領域であり、表面電極１１３及び裏面電極１１５の一方をアノード電極、他方をカソード電極とするダイオードとして機能する。
トランジスタ領域１０２は、表面電極１１３及び裏面電極１１５の間に連続する領域であり、表面電極１１３及び裏面電極１１５の一方をエミッタ電極、他方をコレクタ電極とするトランジスタ、ここではＩＧＢＴとして機能する。
トランジスタ領域１０２は、表面電極１１３及び裏面電極１１５の間に連続する領域であり、表面電極１１３及び裏面電極１１５の一方をエミッタ電極、他方をコレクタ電極とするトランジスタ、ここではＩＧＢＴとして機能する。
【0012】
ダイオード領域１０３及びトランジスタ領域１０２は電極を共通にし、動作時の電流は半導体素子１００の厚さ方向に流れる。ダイオード領域１０３及びトランジスタ領域１０２は、互いに隣接して半導体素子１００内に交互に繰り返し配置されている。
図１Ｂに例示するように、ダイオード領域１０３は、平面視において互いに平行に延伸するストライプ状に配置されている。ストライプ状とすることにより、ダイオード領域を効率的に配置することができる。ちなみに、図１Ｂの例におけるストライプ状は、７本の縦じまから構成されているものを示しているが、その縦じまの１本１本がダイオード領域１０３である。
図１Ｂに例示するように、ダイオード領域１０３は、平面視において互いに平行に延伸するストライプ状に配置されている。ストライプ状とすることにより、ダイオード領域を効率的に配置することができる。ちなみに、図１Ｂの例におけるストライプ状は、７本の縦じまから構成されているものを示しているが、その縦じまの１本１本がダイオード領域１０３である。
【0013】
（接合部材）
接合部材１０６は半導体素子１００とリードフレーム１０８とを接合する部材である。接合部材１０６は、ダイオード領域１０３を覆うように設けられる。図１Ａ、図１Ｂに例示するように、接合部材１０６は平面視でダイオード領域１０３を包含している。ここでは、接合部材１０６は、例えばＰｂ系はんだやＳｎ系はんだである。
接合部材１０６がダイオード領域１０３を覆うとは、図２に例示するように、ダイオード領域１０３の端部において、接合部材１０６の厚さｔ１が少なくとも表面電極１１３の厚さｔ２以上であることをいう。表面電極１１３の厚さｔ２は、例えば３μｍから１０μｍとすることができる。接合部材１０６は、例えば１００μｍから１０００μｍの厚さに形成することができる。このため、接合部材１０６の厚さｔ１は表面電極１１３の厚さｔ２よりも大きい。しかし、例えば接合部材１０６の周縁部では、厚さｔ１が徐々に減少する場合がある。ダイオード領域１０３の端部において、接合部材１０６の厚さｔ１が減少している場合でも、接合部材１０６の厚さｔ１が表面電極１１３の厚さｔ２以上であれば、接合部材１０６がダイオード領域１０３を覆っているとする。
接合部材１０６は半導体素子１００とリードフレーム１０８とを接合する部材である。接合部材１０６は、ダイオード領域１０３を覆うように設けられる。図１Ａ、図１Ｂに例示するように、接合部材１０６は平面視でダイオード領域１０３を包含している。ここでは、接合部材１０６は、例えばＰｂ系はんだやＳｎ系はんだである。
接合部材１０６がダイオード領域１０３を覆うとは、図２に例示するように、ダイオード領域１０３の端部において、接合部材１０６の厚さｔ１が少なくとも表面電極１１３の厚さｔ２以上であることをいう。表面電極１１３の厚さｔ２は、例えば３μｍから１０μｍとすることができる。接合部材１０６は、例えば１００μｍから１０００μｍの厚さに形成することができる。このため、接合部材１０６の厚さｔ１は表面電極１１３の厚さｔ２よりも大きい。しかし、例えば接合部材１０６の周縁部では、厚さｔ１が徐々に減少する場合がある。ダイオード領域１０３の端部において、接合部材１０６の厚さｔ１が減少している場合でも、接合部材１０６の厚さｔ１が表面電極１１３の厚さｔ２以上であれば、接合部材１０６がダイオード領域１０３を覆っているとする。
【0014】
（リードフレーム）
リードフレーム１０８は、半導体素子１００と半導体素子１００が配置される配線基板とを接続する部材である。リードフレーム１０８は、接合部材１０６によって、表面電極１１３側の接合領域１０７で表面電極１１３に接合されている。接合領域１０７は、接合部材１０６とリードフレーム１０８とが接合している領域である。
図１Ｂに例示するように、平面視において、接合領域１０７は接合部材１０６よりも小さく、接合部材１０６に包含されている。
リードフレーム１０８は、半導体素子１００と半導体素子１００が配置される配線基板とを接続する部材である。リードフレーム１０８は、接合部材１０６によって、表面電極１１３側の接合領域１０７で表面電極１１３に接合されている。接合領域１０７は、接合部材１０６とリードフレーム１０８とが接合している領域である。
図１Ｂに例示するように、平面視において、接合領域１０７は接合部材１０６よりも小さく、接合部材１０６に包含されている。
【0015】
図１Ｃに例示するように、平面視において、ダイオード領域１０３はリードフレームの接合領域１０７と重なる領域Ｒ１を有しており、ダイオード領域１０３とリードフレームの接合領域１０７とが重なる領域Ｒ１は、ダイオード領域１０３よりも小さい（面積が小さい）。すなわち、ダイオード領域１０３とリードフレームの接合領域１０７とが重なる領域Ｒ１は、ダイオード領域１０３の一部であり全部ではない。また、平面視において、ダイオード領域１０３はリードフレーム１０８と重なる領域Ｒ２を有しており、ダイオード領域１０３とリードフレーム１０８とが重なる領域Ｒ２は、ダイオード領域１０３よりも小さい（面積が小さい）。すなわち、ダイオード領域１０３とリードフレーム１０８とが重なる領域Ｒ２は、ダイオード領域１０３の一部であり全部ではない。なお、図１Ｃでは、領域Ｒ１と領域Ｒ２とは同じ領域となっている。
【0016】
半導体装置１Ａにおいて、ダイオード領域１０３の全域が接合部材１０６によって覆われており、かつ、ダイオード領域１０３の一部がリードフレーム１０８によって覆われている。ダイオード領域１０３の一部はリードフレーム１０８に覆われておらず、接合領域１０７にも覆われていない。
リードフレーム１０８Ａでは、平面視において、接合領域１０７の外側にダイオード領域１０３が配置され、リードフレーム１０８Ａの外側にダイオード領域１０３が配置されている。
リードフレーム１０８Ａでは、平面視において、接合領域１０７の外側にダイオード領域１０３が配置され、リードフレーム１０８Ａの外側にダイオード領域１０３が配置されている。
【0017】
そして、リードフレーム１０８Ａは、接合部材１０６を露出させる貫通穴１１６を有し、平面視において、貫通穴１１６にダイオード領域１０３が配置されている。貫通穴１１６は、接合部材１０６に対面する位置に形成されている。貫通穴の向きや形状、位置に特に制限はない。ここでは、貫通穴１１６は小判形状であり、接合部材１０６の中央の位置に、長手方向がストライプ状のダイオード領域に交差する向きに形成されている。
貫通穴の大きさは、接合部材との接合面積を確保するため、平面視においてリードフレームの接合領域の５０％以下とし、接合領域の中央に近い位置に設けることが好ましい。リードフレーム１０８は貫通穴を複数有してもよい。
貫通穴の大きさは、接合部材との接合面積を確保するため、平面視においてリードフレームの接合領域の５０％以下とし、接合領域の中央に近い位置に設けることが好ましい。リードフレーム１０８は貫通穴を複数有してもよい。
【0018】
このように、半導体装置１Ａでは、リードフレームに覆われる位置に加えて、リードフレームに覆われない位置にもダイオード領域が配置されている。リードフレームの形状には特に制限はない。
リードフレーム１０８の材料は、金、銀、銅、アルミニウム等の金属とすることができ、ここでは銅である。リードフレーム１０８の厚さは、例えば１ｍｍから３ｍｍとすることができる。
リードフレーム１０８の材料は、金、銀、銅、アルミニウム等の金属とすることができ、ここでは銅である。リードフレーム１０８の厚さは、例えば１ｍｍから３ｍｍとすることができる。
【0019】
以上のような構成を備える半導体装置１Ａは、接合部材がダイオード領域を覆うことで、接合部材の熱容量によってダイオード領域の温度上昇が抑制され、サージ電流耐量が向上する。このため、リードフレームの形状の制約を受けずにダイオード領域を配置することができる。発明者らの検討によれば、ダイオードのサージ電流耐量向上への寄与はリードフレームの熱容量より、接合部材の熱容量の方が圧倒的に大きい。従って、接合部材がダイオード領域を覆うことで十分にサージ電流耐量を確保することができる。
半導体装置１Ａは、平面視において、ダイオード領域とリードフレームの接合領域とが重なる領域は、ダイオード領域よりも小さく（面積が小さく）、リードフレームの接合領域に重ならない領域にもダイオード領域を配置することができる。また、平面視において、ダイオード領域とリードフレームとが重なる領域は、ダイオード領域よりも小さく（面積が小さく）、リードフレームに重ならない領域にもダイオード領域を配置することができる。
半導体装置１Ａは、平面視において、ダイオード領域とリードフレームの接合領域とが重なる領域は、ダイオード領域よりも小さく（面積が小さく）、リードフレームの接合領域に重ならない領域にもダイオード領域を配置することができる。また、平面視において、ダイオード領域とリードフレームとが重なる領域は、ダイオード領域よりも小さく（面積が小さく）、リードフレームに重ならない領域にもダイオード領域を配置することができる。
【0020】
半導体装置１Ａは、平面視において、接合領域の外側にダイオード領域が配置され、接合領域を含めてダイオード領域を分散させて配置することができる。また、平面視において、リードフレームの外側にダイオード領域が配置され、リードフレームの領域を含めてダイオード領域を分散させて配置することができる。ダイオード領域を分散して配置することで、半導体素子における発熱を均一化して温度上昇を抑えることができる。
半導体装置１Ａは、リードフレームが接合部材を露出させる貫通穴を有し、貫通穴に余剰な接合部材が凝集することで、接合部材のリードフレーム外へのはみ出しを抑制し、均一な厚さで接合することができる。また、平面視において、貫通穴にダイオード領域が配置され、貫通穴と重なる領域を含めてダイオード領域を分散配置して、熱抵抗を低減することができる。
半導体装置１Ａは、リードフレームが接合部材を露出させる貫通穴を有し、貫通穴に余剰な接合部材が凝集することで、接合部材のリードフレーム外へのはみ出しを抑制し、均一な厚さで接合することができる。また、平面視において、貫通穴にダイオード領域が配置され、貫通穴と重なる領域を含めてダイオード領域を分散配置して、熱抵抗を低減することができる。
【0021】
［変形例］
次に、第１実施形態に係る半導体装置１Ａの変形例について図３Ａから図７Ｃを参照しながら説明する。ここで説明する変形例は第１変形例から第４変形例である。第１変形例から第４変形例に係る半導体装置１Ｂ、１Ｃ、１Ｄ、１Ｅは、第１実施形態に係る半導体装置１Ａとリードフレームが異なり、その他の点は共通する。そこで、各変形例のリードフレームについて説明する。なお、第１変形例では、半導体装置が配置される配線基板についても説明する。
次に、第１実施形態に係る半導体装置１Ａの変形例について図３Ａから図７Ｃを参照しながら説明する。ここで説明する変形例は第１変形例から第４変形例である。第１変形例から第４変形例に係る半導体装置１Ｂ、１Ｃ、１Ｄ、１Ｅは、第１実施形態に係る半導体装置１Ａとリードフレームが異なり、その他の点は共通する。そこで、各変形例のリードフレームについて説明する。なお、第１変形例では、半導体装置が配置される配線基板についても説明する。
【0022】
（第１変形例）
第１変形例に係る半導体装置１Ｂは配線基板に配置した状態で図３Ａに例示している。配線基板については後で説明する。半導体装置１Ｂのリードフレーム１０８Ｂは、その角部を切り欠いた後退部１１８を有している。ここでは、後退部１１８は、半導体素子１００の１／８程度の面積を露出させる大きさに形成されている。後退部１１８の大きさは、さらに大きくてもよく、小さくてもよい。
半導体素子１００は、露出している角部にパッド１０４を有している。パッド１０４はボンディングワイヤ１０５によって配線基板に接続されている。パッド１０４は、半導体素子１００の内部で、例えばトランジスタ領域１０２のゲートに接続されている。なお、他の変形例及び実施形態も同様に半導体素子１００の表面にパッド１０４を設けることができるが、他の変形例及び実施形態の図では記載を省略している。
第１変形例に係る半導体装置１Ｂは配線基板に配置した状態で図３Ａに例示している。配線基板については後で説明する。半導体装置１Ｂのリードフレーム１０８Ｂは、その角部を切り欠いた後退部１１８を有している。ここでは、後退部１１８は、半導体素子１００の１／８程度の面積を露出させる大きさに形成されている。後退部１１８の大きさは、さらに大きくてもよく、小さくてもよい。
半導体素子１００は、露出している角部にパッド１０４を有している。パッド１０４はボンディングワイヤ１０５によって配線基板に接続されている。パッド１０４は、半導体素子１００の内部で、例えばトランジスタ領域１０２のゲートに接続されている。なお、他の変形例及び実施形態も同様に半導体素子１００の表面にパッド１０４を設けることができるが、他の変形例及び実施形態の図では記載を省略している。
【0023】
第１変形例において、ダイオード領域１０３及び接合部材１０６も切り欠くことができる。ダイオード領域１０３及び接合部材１０６の一部は、後退部１１８に配置されている。平面視において、後退部１１８にダイオード領域１０３が配置され、後退部１１８においても接合部材１０６がダイオード領域１０３を覆っている。後退部１１８においてダイオード領域１０３の一部はリードフレーム１０８Ｂよりも外側に位置している。一方、後退部１１８を除く外周において、リードフレーム１０８Ｂの外側にはダイオード領域１０３は配置されていない。
後退部１１８を除く部分では、リードフレーム１０８Ｂはトランジスタ領域１０２及び接合部材１０６を覆う大きさに形成されている。図３Ｂに例示するように、接合領域１０７は接合部材１０６よりも一回り小さい形状となっている。
後退部１１８を除く部分では、リードフレーム１０８Ｂはトランジスタ領域１０２及び接合部材１０６を覆う大きさに形成されている。図３Ｂに例示するように、接合領域１０７は接合部材１０６よりも一回り小さい形状となっている。
【0024】
図４Ａ、図４Ｂに例示するように、リードフレーム１０８Ｂは下面側に凸部１２１Ｂを有し、凸部１２１Ｂの接合部材１０６に対面する面が接合領域１０７となっている。ここでは、凸部１２１Ｂの上面側には凹部１２１Ａが形成されている。凹部１２１Ａ、凸部１２１Ｂは、例えば板状のリードフレームの半抜き加工によって形成することができる。凹部１２１Ａは設けなくてもよい。なお、図４Ａ、図４Ｂは、それぞれ図３ＡのＩＶＡ方向、ＩＶＢ方向の側面図である。
図３Ａ、図４Ａ及び図４Ｂにおいて、半導体装置１Ｂは配線基板１５０に配置されている。ここで配線基板１５０について説明する。図４Ａに例示するように、配線基板１５０は、絶縁基板１１１の上面に導体パターン１１０、下面に導体層１１２が形成された基板である。導体パターン１１０は、半導体素子１００や配線部材が接続される所定のパターンに形成されている。導体パターン１１０には、半導体素子１００の裏面電極、リードフレーム１０８及びボンディングワイヤ１０５が接合されている。導体パターン１１０と半導体素子１００の裏面電極との接合部は、基板接合部１０９として図示している。
図３Ａ、図４Ａ及び図４Ｂにおいて、半導体装置１Ｂは配線基板１５０に配置されている。ここで配線基板１５０について説明する。図４Ａに例示するように、配線基板１５０は、絶縁基板１１１の上面に導体パターン１１０、下面に導体層１１２が形成された基板である。導体パターン１１０は、半導体素子１００や配線部材が接続される所定のパターンに形成されている。導体パターン１１０には、半導体素子１００の裏面電極、リードフレーム１０８及びボンディングワイヤ１０５が接合されている。導体パターン１１０と半導体素子１００の裏面電極との接合部は、基板接合部１０９として図示している。
【0025】
導体層１１２は、絶縁基板１１１の下面に一様な厚さで形成されている。導体層１１２は、パワー半導体モジュールの底板となるベースに接合される。そして、半導体装置１Ｂ及び配線基板１５０を囲むケース、ケースが囲むベース上の部材を封止する封止部材、さらに蓋部が設けられてパワー半導体モジュールとなる。なお、他の変形例及び実施形態も同様に配線基板１５０に配置され、パワー半導体モジュールを構成することができる。
絶縁基板１１１の材料は、例えば酸化アルミニウム、窒化アルミニウム、窒化ケイ素等のセラミックスとすることができる。導体パターン１１０及び導体層１１２の材料は、金、銀、銅、アルミニウム等の金属とすることができ、ここでは銅である。基板接合部１０９及び導体パターン１１０とリードフレーム１０８との接合部の材料は、接合部材１０６と同様の材料とすることができる。
絶縁基板１１１の材料は、例えば酸化アルミニウム、窒化アルミニウム、窒化ケイ素等のセラミックスとすることができる。導体パターン１１０及び導体層１１２の材料は、金、銀、銅、アルミニウム等の金属とすることができ、ここでは銅である。基板接合部１０９及び導体パターン１１０とリードフレーム１０８との接合部の材料は、接合部材１０６と同様の材料とすることができる。
【0026】
図３Ｂに例示するように、ここでは、接合部材１０６は、矩形状の１つの角部を切り欠いた五角形状に形成されている。このような形状の接合部材１０６の形成は、例えば予め成形されたシート状はんだを準備して行うことができる。この場合、半導体素子１００、シート状はんだ、リードフレーム１０８の順に積層し、リフローすることで接合させる。また、半導体素子１００の表面電極にペースト状のはんだを印刷し、その上にリードフレームを設置した状態でリフローを行ってもよい。
【0027】
第１変形例に係る半導体装置１Ｂは、リードフレームが、その角部を切り欠いた後退部を有することで、半導体素子の角部のパッドにボンディングワイヤを接合するボンディング装置のツールとの干渉を回避することができる。なお、接合部材はリードフレームと比較して高さが低いため、パッド近傍まで濡れ広がっても問題ない。
半導体装置１Ｂは、後退部にダイオード領域が配置され、後退部を含めてダイオード領域を分散して配置することができ、半導体素子における発熱を均一化して温度上昇を抑えることができる。
半導体装置１Ｂは、後退部にダイオード領域が配置され、後退部を含めてダイオード領域を分散して配置することができ、半導体素子における発熱を均一化して温度上昇を抑えることができる。
【0028】
（第２変形例）
図５Ａに例示するように、第２変形例に係る半導体装置１Ｃのリードフレーム１０８Ｃは、平面視で細長い矩形状であり、短手方向は半導体素子１００の幅の半分以下、長手方向は半導体素子１００よりも長い大きさである。そして、長手方向の一端側が接合部材１０６の中央に配置され、接合されている。
図５Ｂに例示するように、接合領域１０７は接合部材１０６の中央に位置し、第１実施形態の接合領域よりも小さい。リードフレーム１０８Ｃは、短手方向を短くすることで、接合部材１０６と対面する面積を小さくし、接合領域１０７を小さくしている。リードフレーム１０８Ｃの形状及び大きさを調整することで、接合領域１０７の面積を調整することができる。接合領域１０７の面積は、例えば、平面視における接合部材１０６の面積の２０％以上６０％以下とすることができる。
図５Ａに例示するように、第２変形例に係る半導体装置１Ｃのリードフレーム１０８Ｃは、平面視で細長い矩形状であり、短手方向は半導体素子１００の幅の半分以下、長手方向は半導体素子１００よりも長い大きさである。そして、長手方向の一端側が接合部材１０６の中央に配置され、接合されている。
図５Ｂに例示するように、接合領域１０７は接合部材１０６の中央に位置し、第１実施形態の接合領域よりも小さい。リードフレーム１０８Ｃは、短手方向を短くすることで、接合部材１０６と対面する面積を小さくし、接合領域１０７を小さくしている。リードフレーム１０８Ｃの形状及び大きさを調整することで、接合領域１０７の面積を調整することができる。接合領域１０７の面積は、例えば、平面視における接合部材１０６の面積の２０％以上６０％以下とすることができる。
【0029】
第２変形例は、平面視において、接合領域の外側にダイオード領域が配置され、接合領域の外側に配置されているダイオード領域の割合が第１実施形態よりも大きい。例えば、平面視において、接合領域の外側に配置されているダイオード領域の面積は、接合領域に配置されているダイオード領域の面積の２倍以上４倍以下とすることができる。
第２変形例に係る半導体装置１Ｃは、リードフレームの接合領域が小さいことで、接合部材や表面電極に及ぼす熱応力が小さくなり、熱疲労寿命を向上させることができる。
第２変形例に係る半導体装置１Ｃは、リードフレームの接合領域が小さいことで、接合部材や表面電極に及ぼす熱応力が小さくなり、熱疲労寿命を向上させることができる。
【0030】
（第３変形例）
リードフレームは複数に分離されていてもよい。図６Ａに例示するように、第３変形例に係る半導体装置１Ｄのリードフレーム１０８Ｄは、２つのリードフレーム１０８Ｄに分離されている。リードフレーム１０８Ｄは、第２変形例のリードフレーム１０８Ｃよりも短手方向がさらに短い矩形状であり、互いに平行に配置されている。そして、平面視において、分離されたリードフレーム１０８Ｄ間の間隙にダイオード領域１０３が配置されている。なお、リードフレームは３つ以上に分離されてもよい。
第３変形例では、接合領域１０７も２つに分離され、１つの接合領域１０７は第２変形例よりもさらに小さくなっている。例えば、接合領域の面積の合計が第２変形例と同じになるようにしてもよい。
リードフレームは複数に分離されていてもよい。図６Ａに例示するように、第３変形例に係る半導体装置１Ｄのリードフレーム１０８Ｄは、２つのリードフレーム１０８Ｄに分離されている。リードフレーム１０８Ｄは、第２変形例のリードフレーム１０８Ｃよりも短手方向がさらに短い矩形状であり、互いに平行に配置されている。そして、平面視において、分離されたリードフレーム１０８Ｄ間の間隙にダイオード領域１０３が配置されている。なお、リードフレームは３つ以上に分離されてもよい。
第３変形例では、接合領域１０７も２つに分離され、１つの接合領域１０７は第２変形例よりもさらに小さくなっている。例えば、接合領域の面積の合計が第２変形例と同じになるようにしてもよい。
【0031】
第３変形例に係る半導体装置１Ｄは、リードフレームが複数に分離されていることで、１つのリードフレームの接合領域をさらに小さくすることができ、熱疲労寿命をさらに向上させることができる。
【0032】
（第４変形例）
図７Ａに例示するように、第４変形例に係る半導体装置１Ｅのリードフレーム１０８Ｅは、平面視で半導体素子１００の外形を包含している。一方、接合領域１０７は、第１実施形態に係る半導体装置１Ａと同様の形状、大きさとなっている。また、接合部材１０６の中央の位置に貫通穴１１６を有する点も第１実施形態と同様である。
図７Ｂに例示するように、リードフレーム１０８Ｅは、図における下面側に有する凸部１２３が接合部材１０６に対面して接合領域１０７を形成している。ここでは、凸部１２３はリードフレーム１０８Ｅの厚みを増して形成されている。
図７Ａに例示するように、第４変形例に係る半導体装置１Ｅのリードフレーム１０８Ｅは、平面視で半導体素子１００の外形を包含している。一方、接合領域１０７は、第１実施形態に係る半導体装置１Ａと同様の形状、大きさとなっている。また、接合部材１０６の中央の位置に貫通穴１１６を有する点も第１実施形態と同様である。
図７Ｂに例示するように、リードフレーム１０８Ｅは、図における下面側に有する凸部１２３が接合部材１０６に対面して接合領域１０７を形成している。ここでは、凸部１２３はリードフレーム１０８Ｅの厚みを増して形成されている。
【0033】
第４変形例は、平面視における接合領域１０７とダイオード領域１０３との関係は第１実施形態と同様である。ダイオード領域１０３と接合領域１０７とが重なる領域Ｒ１は図１Ｃに例示される領域である。一方、リードフレーム１０８Ｅとダイオード領域１０３との関係は第１実施形態と異なる。図７Ｃに例示するように、第４変形例では、ダイオード領域１０３とリードフレーム１０８とが重なる領域Ｒ２は接合領域１０７の外側まで広がっている。なお、図７Ｃでは領域Ｒ１は図示しておらず、領域Ｒ２を斜線で示している。平面視において、接合領域１０７の外側にダイオード領域１０３が配置されているが、リードフレーム１０８Ｅの外側にはダイオード領域１０３は配置されていない。
そして、第４変形例は、接合部材１０６を露出させる貫通穴１１６を有し、平面視において、貫通穴１１６にダイオード領域１０３が配置されている。
そして、第４変形例は、接合部材１０６を露出させる貫通穴１１６を有し、平面視において、貫通穴１１６にダイオード領域１０３が配置されている。
【0034】
第４変形例に係る半導体装置１Ｅは、接合領域の形状とリードフレームの形状を独立して調整することができる。これにより、ダイオード領域を分散配置して温度上昇を抑えながら、接合領域を小さくして熱応力を低減し、リードフレームの形状の自由度を高めることができる。
【0035】
［第２実施形態］
次に、第２実施形態に係る半導体装置２について図８Ａから図８Ｃを参照しながら説明する。図８Ａ、図８Ｂに例示するように、半導体装置２の接合部材１０６は、平面視において２つの領域に分割されている。２つの領域の接合部材１０６Ａ、１０６Ｂの直線状の境界は、ストライプ状のダイオード領域１０３の延伸方向に直交している。
半導体装置２の半導体素子２００は、一例としてＲＣ－ＩＧＢＴであるが、第１実施形態の半導体素子１００と異なる。半導体素子２００では、ダイオード領域１０３が、接合部材１０６Ａ側のダイオード領域１０３Ａと接合部材１０６Ｂ側のダイオード領域１０３Ｂとに分割されている。そして、接合部材１０６Ａがダイオード領域１０３Ａを覆い、接合部材１０６Ｂがダイオード領域１０３Ｂを覆っている。
次に、第２実施形態に係る半導体装置２について図８Ａから図８Ｃを参照しながら説明する。図８Ａ、図８Ｂに例示するように、半導体装置２の接合部材１０６は、平面視において２つの領域に分割されている。２つの領域の接合部材１０６Ａ、１０６Ｂの直線状の境界は、ストライプ状のダイオード領域１０３の延伸方向に直交している。
半導体装置２の半導体素子２００は、一例としてＲＣ－ＩＧＢＴであるが、第１実施形態の半導体素子１００と異なる。半導体素子２００では、ダイオード領域１０３が、接合部材１０６Ａ側のダイオード領域１０３Ａと接合部材１０６Ｂ側のダイオード領域１０３Ｂとに分割されている。そして、接合部材１０６Ａがダイオード領域１０３Ａを覆い、接合部材１０６Ｂがダイオード領域１０３Ｂを覆っている。
【0036】
半導体素子２００は、分割された接合部材の間を延伸する素子内配線１１４を有する。素子内配線１１４は、平面視において、２つの領域の接合部材１０６Ａ、１０６Ｂの境界を直線状に延伸している。図８Ｂにおいて、素子内配線１１４は、半導体素子２００の中央を横断するように設けられている。素子内配線１１４は、例えばトランジスタ領域へのゲート配線や、温度検出ダイオードとその配線とすることができる。
図８Ａ、図８Ｃに例示するように、リードフレーム１０８Ｆは、２つの接合部材１０６Ａ、１０６Ｂに跨るように配置されている。ここでは、リードフレーム１０８Ｆは、２つの接合部材１０６Ａ、１０６Ｂのそれぞれに対面するように厚みを増して形成される２つの脚部１２５を有し、脚部１２５の表面電極側の面が接合領域１０７Ａ、１０７Ｂを形成している。
図８Ａ、図８Ｃに例示するように、リードフレーム１０８Ｆは、２つの接合部材１０６Ａ、１０６Ｂに跨るように配置されている。ここでは、リードフレーム１０８Ｆは、２つの接合部材１０６Ａ、１０６Ｂのそれぞれに対面するように厚みを増して形成される２つの脚部１２５を有し、脚部１２５の表面電極側の面が接合領域１０７Ａ、１０７Ｂを形成している。
【0037】
平面視において、接合領域１０７Ａの外側にダイオード領域１０３Ａが配置され、接合領域１０７Ｂの外側にダイオード領域１０３Ｂが配置されている。また、平面視において、リードフレーム１０８Ｆの外側にダイオード領域１０３が配置されている。半導体装置２は、第１実施形態及び変形例と同様に、ダイオード領域１０３を分散して配置することができる。
【0038】
第２実施形態に係る半導体装置２は、第１実施形態と同様に、接合部材がダイオード領域を覆うことでサージ電流耐量を確保することができる。また、ダイオード領域を分散して配置することができ、半導体素子における発熱を均一化して温度上昇を抑えることができる。そして、リードフレームによる熱応力の影響を抑えながら、半導体素子を横断又は縦断するように素子内配線を設けることができる。また、素子内配線を金属とすることで、配線抵抗を低減することができる。
なお、接合部材は、平面視において３つ以上の領域に分割されていてもよい。また、リードフレームは、第３変形例のリードフレーム１０８Ｄのように、分離されたリードフレームとしてもよい。
２つの脚部１２５を有するリードフレーム１０８Ｆは、第１実施形態のような分離されていない接合部材１０６と接合させてもよい。この場合、分離されていない接合部材１０６上に分離された２つの接合領域を形成することができる。
なお、接合部材は、平面視において３つ以上の領域に分割されていてもよい。また、リードフレームは、第３変形例のリードフレーム１０８Ｄのように、分離されたリードフレームとしてもよい。
２つの脚部１２５を有するリードフレーム１０８Ｆは、第１実施形態のような分離されていない接合部材１０６と接合させてもよい。この場合、分離されていない接合部材１０６上に分離された２つの接合領域を形成することができる。
【0039】
［第３実施形態］
次に、第３実施形態に係る半導体装置３について、図９Ａ及び図９Ｂを参照しながら説明する。半導体装置３は、接合部材１０６及びリードフレーム１０８Ａについて第１実施形態と共通するため説明を省略する。一方、半導体素子３００は、一例としてＲＣ－ＩＧＢＴであるが、第１実施形態の半導体素子１００と異なる。
図９Ａ、図９Ｂに例示するように、半導体素子３００は、ダイオード領域１０３Ｃが、平面視において円形状の領域が等間隔に並ぶアイランド状に配置されている。ダイオード領域１０３は直線状に延伸していなくてもよく、その配置はストライプ状に限られない。半導体素子３００では、円形状のダイオード領域１０３Ｃが、三角格子の格子点に位置するように等間隔に配置されている。
次に、第３実施形態に係る半導体装置３について、図９Ａ及び図９Ｂを参照しながら説明する。半導体装置３は、接合部材１０６及びリードフレーム１０８Ａについて第１実施形態と共通するため説明を省略する。一方、半導体素子３００は、一例としてＲＣ－ＩＧＢＴであるが、第１実施形態の半導体素子１００と異なる。
図９Ａ、図９Ｂに例示するように、半導体素子３００は、ダイオード領域１０３Ｃが、平面視において円形状の領域が等間隔に並ぶアイランド状に配置されている。ダイオード領域１０３は直線状に延伸していなくてもよく、その配置はストライプ状に限られない。半導体素子３００では、円形状のダイオード領域１０３Ｃが、三角格子の格子点に位置するように等間隔に配置されている。
【0040】
第３実施形態に係る半導体装置３は、第１実施形態と同様に、接合部材がダイオード領域を覆うことでサージ電流耐量を確保することができる。また、ダイオード領域を分散して配置することができ、半導体素子における発熱を均一化して温度上昇を抑えることができる。そして、ダイオード領域の配置をアイランド状とすることで、トランジスタ領域とダイオード領域との境界線の総延長を長くすることができ、トランジスタ領域とダイオード領域との熱結合を向上させて、熱抵抗を低減することができる。
なお、第３実施形態の半導体素子３００は、第１実施形態や変形例、第２実施形態の半導体素子に置き換えることができる。
なお、第３実施形態の半導体素子３００は、第１実施形態や変形例、第２実施形態の半導体素子に置き換えることができる。
【符号の説明】
【0041】
１Ａ 半導体装置
１００ 半導体素子
１０１ ターミネーション領域
１０２ トランジスタ領域
１０３ ダイオード領域
１０４ パッド
１０５ ボンディングワイヤ
１０６ 接合部材
１０７ 接合領域
１０８ リードフレーム
１０９ 基板接合部
１１０ 導体パターン
１１１ 絶縁基板
１１２ 導体層
１１３ 表面電極
１１４ 素子内配線
１１５ 裏面電極
１１６ 貫通穴
１００ 半導体素子
１０１ ターミネーション領域
１０２ トランジスタ領域
１０３ ダイオード領域
１０４ パッド
１０５ ボンディングワイヤ
１０６ 接合部材
１０７ 接合領域
１０８ リードフレーム
１０９ 基板接合部
１１０ 導体パターン
１１１ 絶縁基板
１１２ 導体層
１１３ 表面電極
１１４ 素子内配線
１１５ 裏面電極
１１６ 貫通穴
【図1A】
【図1B】
【図1C】
【図2】
【図3A】
【図3B】
【図4A】
【図4B】
【図5A】
【図5B】
【図6A】
【図6B】
【図7A】
【図7B】
【図7C】
【図8A】
【図8B】
【図8C】
【図9A】
【図9B】
