特許ウォッチ

公開番号2025114782
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-08-05
出願番号2025080054,2022023245
出願日2025-05-12,2022-02-17
発明の名称半導体装置
出願人株式会社デンソー
代理人個人,個人
主分類H01L 23/48 20060101AFI20250729BHJP(基本的電気素子)
要約【課題】ボンディングワイヤにおけるパッドとの接合部に作用する応力を低減すること。
【解決手段】両面放熱構造の半導体装置20は、半導体素子40と、基板50、60を備える。半導体素子40のドレイン電極40Dに接続された基板50は、表面金属体52の表面に粗化部527を有する。半導体素子40のソース電極40Sに接続された基板60は、表面金属体62の表面に粗化部627および非粗化部628を有する。非粗化部628は、平面視において少なくともパッド40Pと重なる部分に設けられている。封止体30は、粗化部527、627に密着し、非粗化部628には密着していない。
【選択図】図123
特許請求の範囲【請求項１】
一面に設けられた第１主電極（４０Ｄ）と、前記一面とは板厚方向において反対の裏面上に設けられた第２主電極（４０Ｓ）と、前記裏面において前記第２主電極とは異なる位置に設けられた信号用のパッド（４０Ｐ）と、前記裏面上に設けられ、前記第２主電極および前記パッドを個別に露出させる開口を備えた保護膜（４４）と、を有する半導体素子（４０）と、
前記板厚方向の平面視において前記半導体素子を内包するように、前記板厚方向において前記第１主電極側に配置され、前記第１主電極に電気的に接続された第１配線部材（５０）と、
前記平面視において前記半導体素子を内包するように、前記板厚方向において前記第２主電極側に配置され、前記第２主電極に電気的に接続された第２配線部材（６０）と、
前記パッドに接合されたボンディングワイヤ（１１０）と、
前記半導体素子、前記半導体素子との対向面を含む前記第１配線部材の少なくとも一部、前記半導体素子との対向面を含む前記第２配線部材の少なくとも一部、および前記ボンディングワイヤを封止する封止体（３０）と、
を備え、
前記第１配線部材および前記第２配線部材の少なくとも一方は、前記半導体素子との対向面に設けられ、前記封止体が密着する密着部（５２７、５７０、６２７）を有し、
前記第２配線部材は、前記半導体素子との対向面のうち、前記半導体素子との電気的な接続部に連なり、前記接続部とともに平坦面を提供する領域であって、前記平面視において少なくとも前記パッドと重なる部分に設けられ、前記密着部よりも前記封止体に対する密着性が低くされた非密着部（６２８、６７１）を有し、
前記第２配線部材は、前記半導体素子との対向面に、前記非密着部と、前記非密着部とは異なる位置に設けられた前記密着部を有する、半導体装置。
続きを表示（約 400 文字）【請求項２】
前記第２主電極と前記パッドとの並び方向において、前記密着部は、前記半導体素子との対向面の端部と前記非密着部との間に設けられている、請求項１に記載の半導体装置。
【請求項３】
前記第１配線部材は、前記半導体素子との対向面に前記密着部を有する、請求項１または請求項２に記載の半導体装置。
【請求項４】
前記密着部は粗化部であり、前記非密着部は非粗化部である、請求項１～３いずれか１項に記載の半導体装置。
【請求項５】
前記粗化部には、表面が連続して凹凸をなし、前記半導体素子との対向面をなす導体の主成分金属と同じ金属の酸化膜（６２０）が形成されている、請求項４に記載の半導体装置。
【請求項６】
前記密着部は、前記封止体との密着性を高める樹脂膜が形成されたコーティング部である請求項１～３いずれか１項に記載の半導体装置。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
この明細書における開示は、半導体装置に関する。
続きを表示（約 4,400 文字）【背景技術】
【０００２】
特許文献１は、両面放熱構造の半導体装置を開示している。先行技術文献の記載内容は、この明細書における技術的要素の説明として、参照により援用される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
米国特許第１０４５３７７１号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１では、半導体チップを挟むように一対のＤＣＢ基板が配置されている。ＤＣＢは、Direct Copper Bondingの略称である。ＤＣＢ基板のうち、銅層の表面は、粗化されている。そして、粗化された部分に封止体が密着している。これにより、封止体の剥離を抑制することができる。
【０００５】
しかしながら、銅層に封止体が密着しているため、変形する銅層に封止体が引っ張られ、ボンディングワイヤにおいて半導体チップのパッドとの接合部に作用する応力が増加するという問題がある。応力の増加は、たとえばクラックや破断を引き起こす。上記した観点において、または言及されていない他の観点において、半導体装置にはさらなる改良が求められている。
【０００６】
開示されるひとつの目的は、ボンディングワイヤにおいてパッドとの接合部に作用する応力を低減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】
【０００７】
ここに開示された半導体装置は、
一面に設けられた第１主電極（４０Ｄ）と、一面とは板厚方向において反対の裏面上に設けられた第２主電極（４０Ｓ）と、裏面において第２主電極とは異なる位置に設けられた信号用のパッド（４０Ｐ）と、裏面上に設けられ、第２主電極およびパッドを個別に露出させる開口を備えた保護膜（４４）と、を有する半導体素子（４０）と、
板厚方向の平面視において半導体素子を内包するように、板厚方向において第１主電極側に配置され、第１主電極に電気的に接続された第１配線部材（５０）と、
平面視において半導体素子を内包するように、板厚方向において第２主電極側に配置され、第２主電極に電気的に接続された第２配線部材（６０）と、
パッドに接合されたボンディングワイヤ（１１０）と、
半導体素子、半導体素子との対向面を含む第１配線部材の少なくとも一部、半導体素子との対向面を含む第２配線部材の少なくとも一部、およびボンディングワイヤを封止する封止体（３０）と、
を備え、
第１配線部材および第２配線部材の少なくとも一方は、半導体素子との対向面に設けられ、封止体が密着する密着部（５２７、５７０、６２７）を有し、
第２配線部材は、半導体素子との対向面のうち、半導体素子との電気的な接続部に連なり、接続部とともに平坦面を提供する領域であって、平面視において少なくともパッドと重なる部分に設けられ、密着部よりも封止体に対する密着性が低くされた非密着部（６２８、６７１）を有し、
第２配線部材は、半導体素子との対向面に、非密着部と、非密着部とは異なる位置に設けられた密着部を有する。
【０００８】
開示された半導体装置によれば、密着部を有しつつ、意図的に所定位置を非密着部としている。具体的には、第２配線部材の対向面において少なくともパッドと重なる部分、つまりパッドの直上の部分を非密着部としている。これにより、半導体素子の熱や使用環境の温度変化などにより第２配線部材が変形しても、ボンディングワイヤにおけるパッドとの接合部の上方に位置する封止体が引っ張られるのを抑制することができる。この結果、接合部に作用する応力を低減することができる。
【０００９】
この明細書における開示された複数の態様は、それぞれの目的を達成するために、互いに異なる技術的手段を採用する。請求の範囲およびこの項に記載した括弧内の符号は、後述する実施形態の部分との対応関係を例示的に示すものであって、技術的範囲を限定することを意図するものではない。この明細書に開示される目的、特徴、および効果は、後続の詳細な説明、および添付の図面を参照することによってより明確になる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
第１実施形態に係る半導体装置が適用される電力変換装置の回路構成を示す図である。
半導体装置を示す斜視図である。
半導体装置を示す斜視図である。
半導体装置を示す平面図である。
図４のV-V線に沿う断面図である。
図４のVI-VI線に沿う断面図である。
図４のVII-VII線に沿う断面図である。
図４のVIII-VIII線に沿う断面図である。
図８に示す領域IXを拡大した図である。
半導体装置を説明するための分解斜視図である。
ドレイン電極側の基板に半導体素子が実装された状態を示す平面図である。
ドレイン電極側の基板の回路パターンを示す平面図である。
ソース電極側の基板の回路パターンを示す平面図である。
ドレイン電極側の回路パターン、半導体素子、および端子の配置を示す図である。
ソース電極側の回路パターン、半導体素子、および端子の配置を示す図である。
参考例の電流ループを示す平面図である。
電流ループを示す平面図である。
電流ループを示す側面図である。
参考例について電流密度を示す図である。
本実施形態について電流密度を示す図である。
変形例を示す平面図である。
変形例を示す平面図である。
変形例において、ドレイン電極側の基板の回路パターンを示す平面図である。
変形例において、ソース電極側の基板の回路パターンを示す平面図である。
第２実施形態に係る半導体装置を示す断面図である。
インダクタンスＬｓの効果を説明するための図である。
インダクタンスＬｓの効果を説明するための図である。
ソース電極側の基板の回路パターンを示す平面図である。
電流経路を示す図である。
アーム接続部を示す断面図である。
ソース電極側の基板の変形例を示す平面図である。
ドレイン電極側の基板に半導体素子が実装された状態を示す平面図である。
電流経路を示す図である。
ドレイン電極側の基板の変形例を示す平面図である。
電流経路を示す図である。
アーム接続部の変形例を示す断面図である。
アーム接続部の変形例を示す断面図である。
変形例において、ソース電極側の基板の回路パターンを示す平面図である。
高温時の反りを示す断面図である。
第３実施形態に係る半導体装置を示す断面図である。
室温時の半導体装置を示す断面図である。
高温時の半導体装置を示す断面図である。
厚みＴ１、Ｔ２の比と反り量との関係を示す図である。
変形例を示す断面図である。
変形例を示す断面図である。
第４実施形態に係る半導体装置において、信号端子周辺を拡大した平面図である。
図４６のXLVII-XLVII線に沿う断面図である。
ワイヤボンディングを説明する図である。
変形例を示す断面図である。
変形例を示す断面図である。
変形例を示す断面図である。
変形例を示す断面図である。
変形例を示す平面図である。
中継基板を示す断面図である。
図５３のLV-LV線に沿う断面図である。
変形例を示す断面図である。
第５実施形態に係る半導体装置を示す断面図である。
図５７に示すLVIII方向から見た平面図である。
図５７に示す領域LVIXを拡大した図である。
図５９に対して、接合材を省略した図である。
変形例を示す平面図である。
図６１に示すLXII方向から見た平面図である。
変形例を示す平面図である。
変形例を示す断面図である。
図６４に示す領域LXVを拡大した図である。
変形例を示す断面図である。
図６６に示す領域LXVIIを拡大した図である。
変形例を示す断面図である。
第６実施形態に係る半導体装置を示す断面図である。
封止体および絶縁基材について、ガラス転移点および線膨張係数の関係を示す図である。
参考例の反りを示す図である。
高温時の反りを示す図である。
第７実施形態に係る半導体装置を示す断面図である。
図７３の領域LXXIVを拡大した図である。
粗化部の形成方法を示す図である。
変形例を示す断面図である。
変形例を示す断面図である。
変形例を示す断面図である。
第８実施形態に係る半導体装置を示す断面図である。
図７９の領域LXXXを拡大した図である。
間隔、厚みとインダクタンスとの関係を示す図である。
間隔＜厚みの場合のシミュレーション結果を示す図である。
間隔＞厚みの場合のシミュレーション結果を示す図である。
第９実施形態に係る半導体装置を示す断面図である。
基板中心を示す平面図である。
図８４の領域LXXXVIを拡大した図である。
寸法および角度を示す図である。
積層体の側面図である。
第１０実施形態に係る半導体装置を示す断面図である。
半導体素子を示す平面図である。
図８９の領域XCIを拡大した図である。
焼結部材の配置を示す断面図である。
接合方法を示す断面図である。
保護膜の内周面と焼結部材との距離と下地電極の歪振幅との関係を示す図である。
接合材であるはんだの配置を示す断面図である。
第１１実施形態に係る半導体装置を示す断面図である。
図９６の領域XCVIIを拡大した図である。
半導体素子、焼結部材、凹凸酸化膜の配置を示す平面図である。
図９７の領域XCIXを拡大した図である。
変形例を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
（【００１１】以降は省略されています）

関連特許