JP4586508B2 - 半導体装置およびその製造方法 - Google Patents

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Description

本発明は、電力変換装置などに適用するパワー半導体モジュールを対象とした半導体装置，およびその製造方法に関する。
近年になり、電力変換装置に適用するパワー半導体モジュールの小型化，大電流化が進んでおり、これに伴いパワー半導体モジュールに搭載するパワー半導体デバイス（例えば、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）,ＦＷＤ（Free Wheeling Diode））等の半導体チップは高い電流密度で通電使用されることが多いことから、その発熱密度の増加に対する放熱対策が重要課題となっている。
すなわち、ＩＧＢＴ，ＦＷＤなどのパワー半導体デバイスは、半導体チップの接合部温度Ｔjを保証制限（例えば１２５℃）している。これに対して、放熱用金属ベース板に搭載した絶縁基板に半導体チップをマウントした片面冷却方式の半導体パッケージは、半導体チップの上面側がパッケージ内に充填した封止樹脂（例えば、シリコーン系封止樹脂（熱伝導率：０．１〜０．２Ｗ／ｍｋ））で封止されているためにチップの上面側からの放熱は殆ど期待できない。このために半導体チップの小型,大電流化に伴いチップの発熱密度（発熱密度の分布はチップの中央部で高く、周辺では低い）が増大すると、半導体チップの上面電極と接続する配線リードにアルミワイヤ(線径φ３００〜４００μｍ)を使用した配線構造では、チップ表面の温度上昇を低く抑えることが困難であるばかりか、アルミワイヤにワイヤ自身のジュール発熱も加わってワイヤが溶断してしまうおそれもある。
一方、前記問題の対策として、半導体チップの上面側に熱拡散部材として熱伝導性の高い金属ブロックになるヒートスプレッダを半田付け，あるいは熱伝導性樹脂の接着剤で伝熱的に接合配置し、このヒートスプレッダを介して半導体チップの中央部に集中する発熱をチップ周域に分散させ、半導体チップの最高温度を下げるようにしたものが知られている（例えば、特許文献１参照）。
次に、ヒートスプレッダとして、銅，アルミなどの伝熱，導電性の高い金属ブロックで作られたヒートスプレッダを半導体チップの上に配置して上面電極（ＩＧＢＴのエミッタ電極）半田接合した上で、該ヒートシンクを利用してその上面に配線リードとしてアルミワイヤをボンディングしたパワー半導体モジュールの従来構造を図８に示す。なお、図示例は２組のＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）およびＦＷＤ（Free Wheeling Diode）をセットにしてパッケージに搭載した２個組のパワー半導体モジュールを示している。
図８（ａ），（ｂ）において、１は放熱用金属ベース（銅ベース）、２はセラミックス基板２ａの表，裏両面に導体パターン２ｂ，２ｃ，２ｄを形成して金属ベース１の上に搭載した絶縁基板（例えば、Direct Copper Bonding基板）、３は絶縁基板２を金属ベース１に接合した半田層、４はＩＧＢＴ（半導体チップ）、５はＩＧＢＴ４の下面電極（コレクタ電極）を絶縁基板２の導体パターン２ｂ（コレクタパターン）に接合した半田層、６はＩＧＢＴ５に並列接続したＦＷＤ、７はＩＧＢＴ4の上面電極（エミッタ電極）の上面に配したヒートスプレッダ、８はヒートスプレッダ７の下面とＩＧＢＴ４の上面電極面との間を接合した半田層、９は配線リードとしてＩＧＢＴ４およびＦＷＤ６の上面に載置したヒートスプレッダ７と絶縁基板２の導体パターン２ｃ（エミッタパターン）との間に配線して超音波接合したボンディングワイヤ（アルミワイヤ）、１０は絶縁基板２の導体パターンに接合して外部に引出したモジュールの入，出力端子である。なお、図示してないが、前記のモジュール組立体には外囲樹脂ケースを組み付けた上で、該ケース内には封止樹脂が充填されている。
特開２０００−３０７０５８号公報
ところで、前記のように半導体チップ(ＩＧＢＴ)の上にヒートスプレッダを半田付けした上で、配線リードにボンディングワイヤを採用してヒートスプレッダの上面に超音波接合した組立構造になる従来のパワー半導体モジュールでは、製造面で次記のような問題がある。
例えば、定格電流１２０ＡのＩＧＢＴに対し、配線リードに線径φ３００μｍのアルミワイヤを用いてアルミワイヤ１本当たりの通電電流を８Ａとすると、ＩＧＢＴからの電流取り出しには１５本のアルミワイヤが必要となる。また、このＩＧＢＴを３個並列接続して定格電流３６０Ａに相当する３相インバータ装置のブリッジ回路を構築すると、Ｕ，Ｖ，Ｗ３相分の上アーム，下アームで合計１８個のＩＧＢＴが必要で、その配線リードにアルミワイヤを採用すると必要なワイヤの本数は１５×１８＝２７０本にもなり、そのワイヤボンディング（超音波接合）に要する工数も非常に多くなって工程のリードタイムが長くなる。
一方、半導体チップに接続するリード配線の工数削減，放熱性向上を狙いに、前記のアルミワイヤに替えて半導体チップの上面電極に直接ストラップ状の金属箔を超音波接合してリードフレームとの間に配線した半導体装置が、例えば特開平２００２−３１３８５１号公報などで知られているが、半導体チップの上面電極に半田接合したヒートスプレッダの上面に金属箔を超音波接合することについては開示がない。
本発明は上記の点に鑑みなされたものであり、半導体チップの配線リードとして、配線工数が多く，リードタイムの長いアルミワイヤに替えてストラップ状の金属箔を採用した半導体モジュールを対象に、半導体チップの上面電極に半田接合したヒートスプレッダの上面に前記金属箔を超音波接合した半導体装置を提供し、さらにこの半導体装置について、金属箔の超音波接合時に半導体チップ自身，および半導体チップ／ヒートスプレッダ間の半田接合層にクラックが発生するのを抑止しつつ、ヒートスプレッダ／金属箔の間で電流の取り出しに必要な接続面積を確保して安定よく超音波接合が行えるようにした半導体装置の製造方法を提供することにある。
上記目的を達成するために、本発明による半導体装置は、絶縁基板の導体パターンにマウントしたパワー半導体チップに対し、該半導体チップの上面に導電性のヒートスプレッダを搭載して半導体チップの主電極面との間を半田接合した上で、ヒートスプレッダの上面に配線リード部材としてストラップ状の金属箔を重ねて超音波接合した構成とし、ここで金属箔／ヒートスプレッダ間の通電路となる接合箇所を金属箔とヒートスプレッダの重なり面域に分散させて超音波接合するものとする（請求項１）。
また、本発明によれば、前記半導体装置の製造工程に次記製造方法を適用し、ヒートスプレッダの上面に金属箔を超音波接合するものとする。すなわち、
（１）第１の方法では、その超音波接合工程に適用する超音波ボンディングツールのヘッド面に突起状のローレットを形成しておき、配線リードの金属箔をヒートスプレッダの上面に接合する際に前記ボンディングツールに形成したローレット面の突起を金属箔の上面に押し当てて超音波接合する（請求項２）。
（２）第２の方法では、ヒートスプレッダの上面に超音波接合する金属箔に対し、あらかじめ指定した接合箇所にヒートスプレッダへ向けて凸となる接合突起を分散してプレス成形しておき、金属箔をヒートスプレッダに接合する際に前記突起をヒートスプレッダの上面に重ねた上で、金属箔の上面に超音波ボンディングツールを押し当てて超音波接合する（請求項３）ようにし、ここで前記の接合突起は、ディンプル形状（請求項４）、あるいはボンディングツールに印加する超音波振動の振幅方向と平行に延在する直線状突起（請求項５）として形成することができる。
（３）また、第３の製造方法では、前記の接合突起を金属箔に形成する替わりに、ヒートスプレッダの上面に分散形成しておき、ヒートスプレッダに金属箔を超音波接合する際にヒートスプレッダに形成した前記接合突起の上に平坦な金属箔を重ねた上で、金属箔の上面に超音波ボンディングツールを押し当てて超音波接合する（請求項６）。
（４）さらに、第４の方法では、超音波ボンディングツールのヘッド面にヒートスプレッダ／金属箔間に指定した接合箇所に対応する凸部を分散形成しておき、ヒートスプレッダに金属箔を超音波接合する際に超音波ボンディングツールのヘッド面に形成した前記凸部を金属箔の上面に押し当て、ツールに押圧力を加えながら超音波接合するものとし（請求項７）、ここで前記凸部は角柱，円柱もしくはテーパー付き角柱，円柱のいずれかになり、その突き出し高さをボンディングツールのヘッド面に併設して形成した前記ローレットの突起（第１の方法）よりも高く設定する（請求項８）。
上記のように、半導体チップに半田接合したヒートスプレッダの上面に配線リードとしての金属箔を重ねて超音波接合する際に、半導体チップの通電容量に見合ったヒートスプレッダ／金属箔間の通電路を形成する接合箇所をヒートスプレッダと金属箔との重なり面域に分散させ、ヒートスプレッダに金属箔を超音波接合する際には、超音波ボンディングツールより印加する押圧荷重，超音波振動を、金属箔の下面あるいはヒートスプレッダの上面に形成した接合突起，もしくはボンディングツールのヘッド面に形成したローレットの突起，凸部を介して前記の接合箇所へ集中的に加えて超音波接合することにより、ヒートスプレッダ／金属箔間に所要の接合面積に見合った通電路を確保することができる。
しかも、超音波ボンディングツールに加える押圧荷重，超音波振動エネルギーは、ヒートスプレッダ／金属箔間の重なり面域に分散して指定した接合箇所を接合するのに必要な値に設定すれば十分で、過大な押圧荷重，超音波振動エネルギーを加える必要がない。
これにより、超音波接合の過程で半導体チップ，および半導体チップ／ヒートスプレッダ間の半田接合層に伝播する超音波振動を小さく抑えてクラック発生のダメージを防ぎつつ、ヒートスプレッダ／金属箔間には通電に必要な接合面積を確保して超音波接合することができる。加えて、ヒートスプレッダを付設したことで半導体チップの放熱性向上と均温化が図れ、また配線リードにストラップ状の金属箔を採用したことで、従来のワイヤ配線構造と比べてボンディング工数，リードタイムを大幅に縮減して、低コストかつ信頼性の高い半導体装置を提供できる。
また、半導体装置の製造方法に関して、超音波ボンディングツールのヘッド面に形成した凸部を金属箔の上面に押し当てて超音波接合を行うようにした本発明の第４の方法によれば、金属箔あるいはヒートスプレッダに接合突起を形成した方法と同等な効果が得られ、しかも金属箔，ヒートスプレッダの部品に接合突起をあらかじめ形成しておく加工工程が省けて製造コストの低減化が図れる。
以下、本発明の実施の形態を図１〜図７に示す実施例に基づいて説明する。なお、実施例の図中で図８に対応する部材には同じ符号を付してその説明は省略する。
すなわち、本発明による半導体装置は、図１Ａで示すように金属ベース１に搭載した絶縁基板２に半田マウントしたＩＧＢＴ４に対し、該ＩＧＢＴ４の上面にヒートスプレッダ７を配置してＩＧＢＴの主電極面に半田接合した上で、このヒートスプレッダの上面に配線リードとしてストラップ状の金属箔１１を重ねせて超音波接合するようにした配線構造を備えた構成とし、その半導体装置の製造工程に以下述べる実施例の方法を適用してヒートスプレッダ／金属箔間に所要接合面積の通電路を確保して超音波接合を行うようにしたもので、次にその実施例を請求項別に説明する。
まず、本発明による半導体装置の組立構造および請求項２に対応する製造方法の実施例を図１Ａ〜図１Ｄにより説明する。なお、図１Ａは半導体モジュールの組立構造図、図１Ｂはヒートスプレッダ／金属箔間の超音波接合時の状態を表す図、図１Ｃは超音波接合後の状態を表す平面図、図１Ｄは超音波接合後における半導体チップ／ヒートスプレッダ間の半田接合部の状態を表す平面図である。
この実施例では図５に示した従来構造のアルミワイヤ９（配線リード）に替えてストラップ状の金属箔１１を採用し、この金属箔１１をボンディングツールとしての超音波ホーン１２によりヒートスプレッダ７の上面に超音波接合した配線構造になる。
ここで、金属箔１１は銅箔あるいはアルミ箔を採用したもので、その断面積は半導体チップであるＩＧＢＴ４の電流容量に対応して次のように選定する。すなわち、図８の配線構造において線径φ３００μｍのアルミワイヤを６本用いていたとすれば、アルミワイヤの総本数（６本分）の断面積は0.４２ｍｍ２である。したがって、金属箔１１の所要断面積をアルミワイヤ９の総本数の断面積よりも大きく選定するものとし、例えば金属箔１１のストラップ幅を２ｍｍとしてアルミ箔の場合には厚さを0.２１２ｍｍ以上にすればよい。また、アルミに比べて導電率が高い銅箔を採用した場合には、アルミ箔と配線抵抗を同じとして銅箔の必要な厚さを０．０６３５ｍｍに薄くすることが可能であるが、ハンドリング性を考慮して厚さは0.１ｍｍ以上とするのがよい。
一方、超音波ホーン１２については、接合部材（金属箔１１）に押し当てるヘッド面にローレット加工を施して例えは０.１〜１.０ｍｍピッチに並ぶ三角錐の突起１２ａを形成しておき、このローレット加工面を金属箔１１の上面に押し当てて押圧荷重Ａおよび超音波振動Ｂを当接箇所に分散して集中的に加えるようにしている。
上記の条件でヒートスプレッダ／金属箔間の超音波接合を行うと、超音波ホーン１２から接合面に加わる押圧荷重Ａ，超音波振動Ｂが前記ローレットの突起１２ａと当接した箇所に集中してこの部分が他の面域に先行して超音波接合されるようになる。なお、超音波ホーン１２に加える押圧荷重Ａ，および超音波振動Ｂのパワーについてはあらかじめ適正値に設定しておき、所定の接合時間が経過して前記接合箇所における接合面積の合計が所要の通電量に見合った面積に達したところで、接合面積がそれ以上に拡大する以前に超音波振動を停止して接合を終了する。
上記の超音波接合工程においては、ヒートスプレッダ７の上面に平坦なストラップ状の金属箔１１を重ね合わせても、実際には面接触とならずに前記ローレットの突起１２ａに対応する点接触の集合として超音波接合の進行に合わせて点接触部から接合が広がっていく。これにより超音波接合後の状態では図１Ｃで表すように、ヒートスプレッダ／金属箔間の接合界面には金属箔１１とヒートスプレッダ７との間の重なり面域に分散じて超音波接合部１３が超音波振動Ｂの振幅方向に形成され、その接合部１３の合計面積で所要の通電容量に見合った通電路を確保することができる。
一方、上記の方法で超音波接合した半導体モジュールの供試体について発明者等が検証したところ、金属箔／ヒートスプレッダ間の接合箇所，接合面積が供試体によってばらつきの生じることが認められた。また、十分な接合面積を確保するように金属箔に押し当てた超音波ホーンの押圧荷重，超音波パワーを高く設定して超音波接合を行うと、図１Ｄで示すようにヒートスプレッダ７とＩＧＢＴ４の上面電極面との間を接合した半田層８の周縁部（半田フィレット部分）にクラックＣが生じ、またＩＧＢＴ４のチップ自身にもクラック，割れが発生するなどの不具合が認められた。
このクラック発生の原因は次のことによると推測される。すなわち、金属箔１１の接合面全域に押し当てた超音波ホーン１２に押圧荷重を掛けた状態で行う超音波接合の進行に伴ってヒートスプレッダ７と金属箔１１との間の接合面積（金属同士の擦動により凝着した面積）が広がっていくと、これにつれ金属箔／ヒートスプレッダ間の摩擦係数が増大して超音波ホーン１２からヒートスプレッダ７を介してその裏面側に接合した半田層８およびＩＧＢＴ８のチップに伝播される超音波振動エネルギーが大きくなる。このために、超音波接合の条件として超音波ホーンに加える押圧荷重，超音波振動エネルギーを大きくすると前記の半田接合層，半導体チップに作用する剪断応力が増大してクラックが発生するものと考えられる。
なお、この場合に超音波ホーン１２に加える押圧荷重Ａ，および超音波振動Ｂのパワーを最適化することでクラック発生を抑えることが可能であるが、実際には接合部材の表面粗さ，うねり，超音波ホーン１２の接触状態などの因子が超音波接合の進行に影響を及ぼすことから、このままでは超音波ホーン１２に加える加圧荷重，超音波パワーの接合条件を一元的に管理して常に適正な超音波接合を行うことが難しい問題が残る。
次に、先記実施例１で述べた方法を改良し、半導体チップ，半導体チップ／ヒートスプレッダ間の半田接合層のクラック発生によるダメージを排除して適正な超音波接合が再現性よく行えるようにした本発明の請求項３〜５に対応する製造方法の実施例を図２〜図４で説明する。すなわち、先記の実施例１では配線リードとして平坦なストラップ状の金属箔１１を採用し、これにボンディングツールとして先端面にローレット加工を施して突起１２ａを形成した超音波ホーン１２（図１Ｂ参照）を用いて接合箇所を分散させるようにしているが、前述のように金属箔１１が平坦なストラップであるとその表面粗さ，うねり，および超音波ホーン１２との当接状態の影響を受けて図１Ｃに示した接合部１３の接合面積がばらつくようになると言った問題点が残る。
そこで、上記問題を解消するために、この実施例では金属箔１１に対し、ヒートスプレッダ７との重なり面域に指定した接合箇所に次記の接合突起を分散するようにしている。すなわち、図２（ａ），（ｂ）では金属箔１１に接合突起として円形状のディンプル１１ａをあらかじめプレス形成しておき、この金属箔１１をヒートスプレッダ上面に超音波接合する際には、図３（ａ）で示すように金属箔１１に形成したディンプル１１ａの凸面をヒートスプレッダ７の上面に向けて重ね合わせた上で、金属箔１１の上面側に超音波ホーン１２を押し当てて超音波接合を行うようにしている。なお、超音波ホーン１２の端面には図１Ｂに示したと同様なローレット加工を施して突起１２ａを形成しておき、超音波接合の際に加えた矢印Ｂ方向の超音波振動でホーン／金属箔間がスリップするのを防ぎ、超音波振動エネルギーが前記の接合突起１１ａを介してヒートスプレッダ７との接合界面に効率よく伝播するようにするのがよい。これにより、超音波接合後の状態では図３（ｂ）で表すように、ヒートスプレッダ／金属箔の接合界面には前記ディンプル１１ａに対応した楕円形状の接合部１３が分散して形成されることになる。
ここで、前記ディンプル１１ａの径サイズ，および個数は次のように設定する。すなわち、図８に示した従来の配線構造で線径φ３００μｍのアルミワイヤ９を６本使用していたとすれば、これに合わせてアルミワイヤ６の接合部と同等な面積のディンプル１１ａを箔面上の６箇所に分散して形成するものとする。
これにより、超音波接合時には、超音波ホーン１２から加える押圧荷重Ａ，超音波振動Ｂが前記ディンプル１１ａとヒートスプレッダ７との当接面に集中してこの部分が超音波接合されるようになる。したがって、超音波ホーン１２から接合部材の全面域に押圧荷重Ａを加えて超音波接合を行う方法と比べ、低荷重でも指定した箇所（ディンプル１１ａ）を確実に接合できる。しかも、この実施例では必要な数のディンプル１１ａを金属箔１１とヒートスプレッダ７との重なり面域に分散形成したことで、配線リードとしてＩＧＢＴ４から取り出す電流の局部集中を避けつつ所要の通電容量に見合った接合面積の通電路を確保でき、先記の実施例１で問題となっていた接合箇所，接続面積のバラツキ問題を効果的に解消できる。
また、金属箔１１に形成する接合突起として、図４（ａ），（ｂ）で示すように超音波ホーン１２（図３参照）から加わる超音波振動の振幅方向に沿って延在する直線状の突起１１ｂを金属箔１１の箔面上に分散してプレス形成して実施することもできる。なお、この直線状突起１１ｂのサイズ，数は図２に示したディンプル状接合突起１１ａと同様に所要の通電容量に合わせて設定するものとする。これにより図２，図３で述べたと同等な効果が得られる。
なお、金属箔１１の面上に形成した接合突起は、図２の円形状ディンプル１１ａ，図４の直線状の突起１１ｂに限定されるものではなく、超音波ホーン１２からの超音波振動を集中荷重できれば任意の形状でもよい。
次に、本発明の請求項６に対応する製造方法の実施例を図５（ａ），（ｂ）で説明する。すなわち、先記の実施例２では、金属箔１１に箔面に接合突起として円形状のディンプル１１ａ，あるいは直線状突起１１ｂをプレス形成しておき、ヒートスプレッダ／金属箔間を超音波接合する際に、この接合突起をヒートスプレッダ７の上面に重ねて超音波接合を行うようにしている。
これに対して、この実施例ではヒートスプレッダ７の上面に接合突起７ａとしてダボ状の突起を分散形成しておき、ヒートスプレッダ／金属箔間を超音波接合する際に前記接合突起７ａの上に平坦な金属箔１１を重ね合わせ、その上に超音波ホーン１２を押し当てて超音波接合を行うようにしている。これにより、実施例２と同等な効果を奏することができる。なお、この接合突起７ａはヒートスプレッダ７の製作時に同時成形できる。
次に、本発明の請求項７，８に対応する実施例を図６，７で説明する。先記の実施例２，実施例３では接合部材である金属箔１１，あるいはヒートスプレッダ７に接合突起を分散形成した上で、超音波ホーン１２を押し当てて超音波接合を行うようにしているのに対して、この実施例では接合部材に接合突起を形成する代わりに、超音波ボンディングツールである超音波ホーン１２のヘッド面に凸部１２ｂを形成しておく。
この凸部１２ｂは、先記の実施例１（図１Ｂ参照）で超音波ホーン１２のヘッド面にローレット加工した突起１２ａと併設しており、その凸部の突き出し高さはローレットの突起１２ａ（高さ：０．１〜１．０mm）よりも高く設定してローレット加工面から突き出すようにしておく。また、凸部１２ｂの形状は図７（ａ），（ｂ）で示すように角柱，あるいは図７（ｃ），（ｄ）で示すようにテーパ付き円柱などで実施することができる。なお、凸部１２ｂの個数については、図示例のように４箇所に限定されるものではなく、ヒートスプレッダ／金属箔間の通電路として要求される接合面積などの条件により適宜に変更して実施するものとする。
そして、超音波ホーン１２を使ってヒートスプレッダ／金属箔間を超音波接合する際には、図６（ａ）のように超音波ホーン１２に押圧荷重Ａを加えてヘッド面に形成した凸部１２ｂを金属箔１１の上面に押し当て、この状態で超音波ホーンより超音波振動Ｂを印加して超音波接合する。これにより、図６（ｂ）のように押圧荷重Ａを受けた超音波ホーンの凸部１２ｂが金属箔１１の箔面に食い込んでその直下の箔部分がヒートスプレッダ７の上面に圧接され、同時にローレット１２ａの突起が金属箔１１の上面に当接して超音波ホーン１２と金属箔１１とがスリップしないようにした状態で、超音波振動Ｂを前記突起１２ｂに対応する箇所の接合界面へ集中的に印加して超音波接合される。
この方法によれば、先記の実施例２，実施例３と同等な接合効果が得られる。しかも、実施例２，３の方法では金属箔１１，ヒートスプレッダ７の各部品ごとに接合突起をプレス成形するために部品のコストが高くなるが、超音波ホーン１２に凸部１２を設けておけば、接合部品の加工が不要となるのでコストの低減化が図れる。
本発明の実施例１に係わる半導体装置の組立構造図 ヒートスプレッダ／金属箔間の超音波接合時の状態を表す図 超音波接合後の接合界面状態を表す模式平面図 金属箔を超音波接合したヒートスプレッダと半導体チップとの間の半田接合部の状態を表す模式平面図 本発明の実施例２に適用するディンプル付き金属箔の形状を表す図で、（ａ），（ｂ）はそれぞれ平面図，および断面図 実施例２に係わる超音波接合方法の説明図で、（ａ）は２の金属箔をヒートスプレッダに超音波接合する状態を表す図、（ｂ）は接合後の接合界面状態を表す模式平面図 本発明の実施例３に採用する直線状突起付き金属箔の形状を表す図で、（ａ），（ｂ）はそれぞれ平面図，および（ａ）の矢視Ｙ−Ｙ断面図 本発明の実施例３に係わる超音波接合方法の説明図で、（ａ）は金属箔をヒートスプレッダに超音波接合する状態を表す図、（ｂ）はヒートスプレッダの平面図 本発明の実施例４に係わる超音波接合方法の説明図で、（ａ），（ｂ）は超音波接合の進行経過状態を表す図 図６の超音波接合方法に適用する凸部付き超音波ホーンの構造図で、（ａ），（ｂ）は異なる実施例の側面図，（ｃ），（ｄ）はそれぞれ（ａ），（ｂ）に対応するヘッド面図 半導体チップの上面に半田接合したヒートスプレッダの上面に配線リードとしてボンディングワイヤを超音波接合した従来における半導体モジュールの組立構造図で、（ａ），（ｂ）はそれぞれ平面図，および側面図
符号の説明
１ 金属ベース
２ 絶縁基板
２ｂ 導体パターン
４ ＩＧＢＴ（パワー半導体チップ）
７ ヒートスプレッダ
７ａ 接合突起
８ 半田層
１１ 金属箔
１１ａ ディンプル（接合突起）
１１ｂ 直線状突起（接合突起）
１２ 超音波ホーン
１２ａ ローレット
１２ｂ 凸部
１３ 超音波接合部

Claims (8)

  1. 絶縁基板にマウントしたパワー半導体チップに対し、該半導体チップの上面に導電性のヒートスプレッダを搭載して半導体チップの主電極面との間を半田接合した上で、ヒートスプレッダの上面に配線リードとしてストラップ状の金属箔を重ねて超音波接合した配線構造になる半導体装置において、金属箔／ヒートスプレッダ間の通電路となる接合箇所を前記金属箔とヒートスプレッダの重なり面域に分散させて超音波接合したことを特徴とする半導体装置。
  2. 請求項１記載の半導体装置の製造方法であって、その超音波接合工程に適用する超音波ボンディングツールのヘッド面に突起状のローレットを形成しておき、配線リードの金属箔をヒートスプレッダの上面に接合する際に前記ボンディングツールに形成したローレット面の突起を金属箔の上面に押し当てて超音波接合することを特徴とする半導体装置の製造方法。
  3. 請求項１記載の半導体装置の製造方法であって、ヒートスプレッダの上面に重ねて超音波接合する金属箔の箔面に、ヒートスプレッダへ向けて凸となる接合突起を分散してプレス成形しておき、金属箔をヒートスプレッダに接合する際に前記突起をヒートスプレッダの上面に重ねた上で、金属箔の上面に超音波ボンディングツールを押し当てて超音波接合することを特徴とする半導体装置の製造方法。
  4. 請求項３記載の製造方法において、金属箔の箔面に分散形成した接合突起がディンプル形状であることを特徴とする半導体装置の製造方法。
  5. 請求項３記載の製造方法において、金属箔の箔面に分散形成した接合突起が、ボンディングツールから金属箔の接合面に印加する超音波振動の振幅方向に延在する直線状突起であることを特徴とする半導体装置の製造方法。
  6. 請求項１記載の半導体装置の製造方法であって、金属箔を重ねて超音波接合するヒートスプレッダの上面に、金属箔に向けて凸となる接合突起を分散形成しておき、金属箔を超音波接合する際に前記接合突起の上に平坦な金属箔を重ねた上で、金属箔の上面に超音波ボンディングツールを押し当てて超音波接合することを特徴とする半導体装置の製造方法。
  7. 請求項１記載の半導体装置の製造方法であって、その超音波接合工程に適用する超音波ボンディングツールのヘッド面にヒートスプレッダ／金属箔間の接合箇所に対応する凸部を分散形成しておき、ヒートスプレッダに金属箔を超音波接合する際に超音波ボンディングツールのヘッド面に形成した前記凸部を金属箔の上面に押し当て、ツールに押圧力を加えながら超音波接合することを特徴とする半導体装置の製造方法。
  8. 請求項７記載の製造方法において、超音波ボンディングツールのヘッド面に形成した凸部が角柱，円柱もしくはテーパー付き角柱，円柱のいずれかになり、その突き出し高さを、前記凸部と併設してボンディングツールのヘッド面に形成したローレットの突起よりも高く設定したことを特徴とする半導体装置の製造方法。
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