WO2016002473A1 - Semiconductor device - Google Patents
Semiconductor device Download PDFInfo
- Publication number
- WO2016002473A1 WO2016002473A1 PCT/JP2015/066925 JP2015066925W WO2016002473A1 WO 2016002473 A1 WO2016002473 A1 WO 2016002473A1 JP 2015066925 W JP2015066925 W JP 2015066925W WO 2016002473 A1 WO2016002473 A1 WO 2016002473A1
- Authority
- WO
- WIPO (PCT)
- Prior art keywords
- gan
- semiconductor device
- hemt
- fet
- mos
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Ceased
Links
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10D—INORGANIC ELECTRIC SEMICONDUCTOR DEVICES
- H10D30/00—Field-effect transistors [FET]
- H10D30/80—FETs having rectifying junction gate electrodes
- H10D30/87—FETs having Schottky gate electrodes, e.g. metal-semiconductor FETs [MESFET]
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10D—INORGANIC ELECTRIC SEMICONDUCTOR DEVICES
- H10D84/00—Integrated devices formed in or on semiconductor substrates that comprise only semiconducting layers, e.g. on Si wafers or on GaAs-on-Si wafers
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10D—INORGANIC ELECTRIC SEMICONDUCTOR DEVICES
- H10D84/00—Integrated devices formed in or on semiconductor substrates that comprise only semiconducting layers, e.g. on Si wafers or on GaAs-on-Si wafers
- H10D84/01—Manufacture or treatment
- H10D84/0123—Integrating together multiple components covered by H10D12/00 or H10D30/00, e.g. integrating multiple IGBTs
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10D—INORGANIC ELECTRIC SEMICONDUCTOR DEVICES
- H10D84/00—Integrated devices formed in or on semiconductor substrates that comprise only semiconducting layers, e.g. on Si wafers or on GaAs-on-Si wafers
- H10D84/01—Manufacture or treatment
- H10D84/02—Manufacture or treatment characterised by using material-based technologies
- H10D84/03—Manufacture or treatment characterised by using material-based technologies using Group IV technology, e.g. silicon technology or silicon-carbide [SiC] technology
- H10D84/038—Manufacture or treatment characterised by using material-based technologies using Group IV technology, e.g. silicon technology or silicon-carbide [SiC] technology using silicon technology, e.g. SiGe
-
- H10W72/00—
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
- H01L2224/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
- H01L2224/42—Wire connectors; Manufacturing methods related thereto
- H01L2224/44—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors prior to the connecting process
- H01L2224/45—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors prior to the connecting process of an individual wire connector
- H01L2224/45001—Core members of the connector
- H01L2224/45099—Material
- H01L2224/451—Material with a principal constituent of the material being a metal or a metalloid, e.g. boron (B), silicon (Si), germanium (Ge), arsenic (As), antimony (Sb), tellurium (Te) and polonium (Po), and alloys thereof
- H01L2224/45138—Material with a principal constituent of the material being a metal or a metalloid, e.g. boron (B), silicon (Si), germanium (Ge), arsenic (As), antimony (Sb), tellurium (Te) and polonium (Po), and alloys thereof the principal constituent melting at a temperature of greater than or equal to 950°C and less than 1550°C
- H01L2224/45144—Gold (Au) as principal constituent
-
- H10W72/0198—
-
- H10W72/07552—
-
- H10W72/527—
-
- H10W72/5473—
-
- H10W72/884—
-
- H10W72/926—
-
- H10W72/932—
-
- H10W74/00—
-
- H10W90/736—
-
- H10W90/753—
-
- H10W90/756—
Definitions
- the present invention relates to a semiconductor device in which a plurality of semiconductor devices are mounted on the same plane of a die stage.
- a semiconductor device provided with a GaN-based power device has a large band gap and can realize a high electron concentration due to a heterojunction.
- Patent Document 1 discloses a structure of a semiconductor device provided with a GaN-based power device. Specifically, Patent Document 1 includes a GaN-HEMT (High Electron Mobility Transistor) and a MOS-FET (Metal-Oxide Semiconductor Semiconductor Field Effect Transistor: Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor). A semiconductor device is disclosed which is fixed on the same die stage (hereinafter referred to as a die pad portion) by a die attach material and is cascode-connected to each other.
- a die pad portion Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor
- FIG. 6 is a top view and a side view of a standardized semiconductor device 50 generally called TO-220.
- the semiconductor device 50 is often used for power devices.
- the external shape of the semiconductor device 50 includes a sealing resin portion 40 that protects the semiconductor device, three external connection terminals 26 connected to the terminals on the semiconductor device, and a round hole 29 for screwing for heat dissipation. And a fin portion 28 having a shape.
- the three external connection terminals 26 function as a gate (G), a source (S), and a drain (D), respectively.
- FIG. 7 is a view showing the lead frame 20 used for manufacturing the semiconductor device 50 shown in FIG.
- the lead frame 20 includes a die pad portion 22 and an inner lead portion 24 on which silver plating 16 is applied, and the above-described external connection terminals 26 and fin portions 28.
- a metal which is a Cu (copper) alloy or an Fe (iron) alloy is punched with a mold or chemically etched. As a result, a desired pattern is formed. Further, the desired pattern is bent as necessary to have a continuous pattern in which semiconductor devices are processed in a multiple state.
- FIG. 5 is a perspective view of a conventional semiconductor device 50 in which GaN-HEMT and MOS-FET are fixed to the lead frame 20 shown in FIG. 7 using different die attach materials.
- the hidden lines are also shown as solid lines in consideration of the visibility of the drawing.
- the MOS-FET 2 is fixed to the silver plating part 16 on the die pad part 22 by the solder 12
- the GaN-HEMT 4 is adjacent to the die pad part by the silver paste 14.
- 22 is fixed to the silver plating part 16 on the upper side.
- Solder 12 is a Pb (lead) -Ag (silver) -Cu high melting point solder.
- the silver paste 14 is an epoxy resin containing a silver filler and is conductive.
- the MOS-FET 2 and the GaN-HEMT 4 are bonded to the silver plating 16 on the die pad portion 22 using a die bonder.
- the solder 12 has a higher melting point, and when the solder 12 is used, it is necessary to heat the die pad portion 22 to about 350 ° C. during die bonding. For this reason, if the silver paste 14 is used before the solder 12, the epoxy resin constituting the silver paste 14 may be decomposed by high heat due to this heating. Therefore, the MOS-FET 2 is generally fixed to the silver plating portion 16 on the die pad portion 22 using the solder 12 first.
- the MOS-FET 2, the GaN-HEMT 4, and the inner lead portion 24 are wire-bonded and connected by an aluminum wire 30 and a gold wire 32 using a wire bonder.
- an aluminum wire 30 having a diameter of 300 ⁇ m is used in a portion where a large current flows
- a gold wire 32 having a diameter of 30 ⁇ m is used in a portion where only a small current flows only by signal transmission.
- Connection points of the aluminum wire 30 are between the drain pad (D) of the GaN-HEMT 4 and the external connection terminal 26 (D) serving as the drain, and between the source pad (S) of the GaN-HEMT 4 and the MOS-FET 2. Between the drain pad (D).
- connection point of the gold wire 32 is between the gate pad (G) of the GaN-HEMT 4 and the source pad (S) of the MOS-FET 2 and the external connection that plays the role of the gate pad (G) of the MOS-FET 2 and the gate.
- the external connection terminal 26 (S) serving as the source is connected to the die pad portion 22.
- the source pad (S) of the MOS-FET 2 and the back surface of the MOS-FET 2 are at the same potential inside the MOS-FET 2. For this reason, the potential of the external connection terminal 26 (S) is equal to the potential of the source pad (S) of the MOS-FET 2.
- FIG. 9 shows the connection relationship according to FIG.
- D, G, and S indicate a drain, a gate, and a source, respectively.
- Japanese Patent Publication Japanese Patent Laid-Open No. 2013-153027 (published on August 8, 2013)”
- one GaN-HEMT and one MOS-FET are mounted on the same die pad part.
- the present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide a semiconductor device capable of improving the yield at the time of fabricating a GaN-HEMT.
- a semiconductor device includes a first external connection terminal serving as a drain of a semiconductor device, and two or more GaN-HEMTs, A drain pad of the GaN-HEMT is connected to the first external connection terminal.
- FIG. 6 is an electric circuit diagram showing a connection relationship according to FIG. 5. It is an electric circuit diagram which shows the connection relation which concerns on FIG. It is the figure which saw through the semiconductor device which concerns on Embodiment 5 of this invention.
- the object of the semiconductor device of the present invention is to moderately separate the function of the GaN-HEMT into a plurality of equivalent chips.
- the effective area of the GaN-HEMT manufactured in the wafer state can be increased and the yield can be improved without degrading the conventional performance.
- FIG. 1 is a perspective view of the semiconductor device according to the present embodiment. That is, since the sealing resin portion 140 for protecting the semiconductor device is non-transparent, the inside is not actually visible to the naked eye. However, in order to explain the inside after illustrating the inside, the hidden line is also indicated by a solid line. (See through). The same applies to FIG. 2 to FIG. 4, FIG. 8, and FIG.
- a semiconductor device 150 shown in FIG. 1 is for electrically connecting a die pad portion 122 (thickness: about 1.27 mm), an inner lead portion 124, and the semiconductor device 150 and a circuit outside the semiconductor device 150 to a lead frame.
- An external connection terminal 126 which is an outer lead portion and a fin portion 128 are provided.
- the die pad portion 122 and the inner lead portion 124 are subjected to silver plating (thickness: about 5 ⁇ m).
- the fin portion 128 is provided with a round hole 129 for screwing for heat dissipation.
- MOS-FET 102 thickness: about 0.2 mm
- GaN-HEMTs 104 thickness: about 0.25 mm
- a die bonder is used for this mounting. More specifically, the MOS-FET 102 is bonded to the silver plating portion via the solder 112, and the GaN-HEMT 104 is bonded to the silver plating portion via the silver paste 114.
- the solder 112 has a thermal conductivity of about 40 W / m ⁇ K and is a Pb—Ag—Cu high melting point type.
- the silver paste 114 is an epoxy resin having a thermal conductivity of about 10 W / m ⁇ K, containing a silver filler, and is conductive.
- Each GaN-HEMT 104 is provided with a gate pad (G), a source pad (S), and a drain pad (D) similarly to the GaN-HEMT 4 (see FIG. 5).
- G gate pad
- S source pad
- D drain pad
- three external connection terminals 126 are provided, and the three external connection terminals 126 serve as a gate (G), a source (S), and a drain (D), respectively.
- the electrical connection inside the sealing resin part 140 is a wire bonding connection using an aluminum wire 130 and a gold wire 132 using a wire bonder.
- Connection points of the aluminum wire 130 are between the drain pad (D) of each GaN-HEMT 104 and the external connection terminal (first external connection terminal) 126 (D) that plays the role of the drain, and each GaN-HEMT 104.
- the connection point of the gold wire 132 plays a role of between the gate pad (G) of each GaN-HEMT 104 and each source pad (S) of the MOS-FET 102 and between the gate pad (G) of the MOS-FET 102 and the gate.
- the external connection terminal (second external connection terminal) 126 (G) This is between the external connection terminal (second external connection terminal) 126 (G).
- the external connection terminal 126 (S) serving as the source is connected to the die pad portion 122.
- the source pad (S) of the MOS-FET 102 and the back surface of the MOS-FET 102 are at the same potential inside the MOS-FET 102. For this reason, the potential of the external connection terminal 126 (S) is equal to the potential of the source pad (S) of the MOS-FET 102.
- FIG. 10 shows the connection relationship according to FIG. 1 as an electric circuit diagram.
- D, G, and S indicate a drain, a gate, and a source, respectively.
- each GaN-HEMT 104 constitutes the drain in the electric circuit shown in FIG.
- the source of each GaN-HEMT 104 is connected to the drain of the MOS-FET 102.
- the source of the MOS-FET 102 and the gate of each GaN-HEMT 104 constitute the source in the electric circuit.
- the gate of the MOS-FET 102 constitutes the gate in the same electric circuit.
- the electric circuit shown in FIG. 10 can be interpreted that the MOS-FET 102 and each GaN-HEMT 104 are cascode-connected, and the GaN-HEMTs 104 are connected in parallel.
- the semiconductor device 150 includes an external connection terminal 126 (D) serving as a drain and two or more (two in FIG. 1) GaN-HEMTs 104.
- the drain pad (D) of each GaN-HEMT 104 is connected to a common external connection terminal 126 (D), and the source pad (S) of each GaN-HEMT 104 is connected to a common part (MOS in FIG. 1).
- -It is connected to the drain pad (D) of the FET 102.
- the semiconductor device 150 includes an external connection terminal 126 (G) that plays the role of a gate.
- the separation distance between the gate pad (G) of the MOS-FET 102 and the external connection terminal 126 (G) is smaller than the separation distance between the source pad (S) of the MOS-FET 102 and the external connection terminal 126 (G).
- the MOS-FET 102 is arranged so that the gate pad (G) of the MOS-FET 102 is as close as possible to the external connection terminal 126 (G).
- each source pad (S) of the MOS-FET 102 and the gate pad (G) of each GaN-HEMT 104 have a one-to-one correspondence.
- the semiconductor device 150 is, for example, a power device having a maximum rated current of 10 A class and a drain / source maximum rated voltage of 650 V.
- the MOS-FET 102 is the same as the MOS-FET 2 used in the semiconductor device 50 of FIG. 5, and the size is about 1.5 mm ⁇ 5.0 mm.
- the GaN-HEMT 104 is equivalent to a maximum rated current of 5 A, and the size is about 2.5 mm ⁇ 2.1 mm.
- the size of the GaN-HEMT 104 is about 5% larger than half of the size of the GaN-HEMT 4 (equivalent to a maximum rated current of 10 A, the size is about 2.5 mm ⁇ 4.0 mm). The reason why it is not simply halved is that the number of pads for connecting the gold wire 32 is increased and the number of peripheral circuits is doubled.
- GaN-HEMTs 4 and about 3000 GaN-HEMTs 104 can be produced on a 6-inch diameter wafer. Assuming that 200 GaN-HEMTs fail (failure) in each test due to the crystal defects described above, the actual number of pass (good) is about 1400 for GaN-HEMT4, GaN- In the HEMT 104, the number is about 2800. As a result, the number of semiconductor devices that can be manufactured from one wafer is equal to 1400 in all cases. In fact, the specification of the GaN-HEMT 104 is disadvantageous in that the number of die bonds is doubled and the cost is increased as compared with the specification of the GaN-HEMT 4, but the ratio of crystal defects is higher. When the percentage of failures in the test is higher than the above assumption (when the cost branch point that can offset the cost of die bond increase is exceeded), use GaN-HEMT104 (divide one GaN-HEMT into multiple parts ) The effect makes sense.
- the number of rejected GaN-HEMTs 104 on the wafer is the same (numerator)
- the denominator the total number of GaN-HEMTs manufactured on the wafer
- the ratio of rejects increases. descend. As a result, the yield during GaN-HEMT fabrication is improved.
- FIG. 2 is a perspective view of the semiconductor device according to the present embodiment. From here, the difference between the semiconductor device 151 shown in FIG. 2 and the semiconductor device 150 shown in FIG. 1 will be mainly described, and items overlapping between the semiconductor device 151 and the semiconductor device 150 will be omitted as appropriate.
- the drain pad (D) is arranged on the left side of the source pad (S).
- the external connection terminal 126 (D) is arranged on the right side of the external connection terminal 126 (G) that functions as a gate and the external connection terminal 126 (S) that functions as a source.
- the aluminum wire 130 connecting the drain pad (D) of the left GaN-HEMT 104 and the external connection terminal 126 (D) needs to be lengthened and greatly bent. The necessity becomes remarkable when each GaN-HEMT 104 must be designed to be long in the direction in which the GaN-HEMTs 104 are arranged.
- the aluminum wire 130 is less flexible than the gold wire 132 because of its material, and tends to be stretched, and the torsional stress on the bonded pads tends to increase.
- Each GaN-HEMT 104 of the semiconductor device 151 is different from each GaN-HEMT 104 of the semiconductor device 150 in that the position of the source pad (S) and the position of the drain pad (D) are opposite.
- the drain pad (D) of each GaN-HEMT 104 of the semiconductor device 151 is disposed on the side close to the external connection terminal 126 (D) to be connected. That is, the distance between the drain pad (D) of each GaN-HEMT 104 and the external connection terminal 126 (D) is the distance between the source pad (S) of each GaN-HEMT 104 and the external connection terminal 126 (D). Smaller is preferred.
- the aluminum wire 130 connected to the external connection terminal 126 (D) can be shortened and the bending angle can be reduced. As a result, an increase in torsional stress on the bonded pads can be suppressed.
- the same effect can be obtained by arranging each GaN-HEMT 104 close to the external connection terminal 126 (D) as a whole.
- the semiconductor device 151 has a configuration that can suppress an increase in torsional stress on the bonded pads, on the assumption that each GaN-HEMT 104 is disposed at the same position as the semiconductor device 150.
- FIG. 10 shows the connection relationship according to FIG. 2 as an electrical circuit diagram.
- FIG. 3 is a perspective view of the semiconductor device according to the present embodiment. From here, the difference between the semiconductor device 152 shown in FIG. 3 and the semiconductor device 150 shown in FIG. 1 will be mainly described, and items overlapping between the semiconductor device 152 and the semiconductor device 150 will be omitted as appropriate.
- each GaN-HEMT 104 is disposed on the side close to each external connection terminal 126, and the MOS-FET 102 is disposed on a side far from each external connection terminal 126.
- the semiconductor device 152 is obtained by rotating the GaN-HEMT 104 and the MOS-FET 102 in the semiconductor device 150 by 90 degrees counterclockwise in FIG. Strictly speaking, from the viewpoint of routing the aluminum wire 130 and the gold wire 132, the position of the MOS-FET 102 with respect to each GaN-HEMT 104 is slightly changed.
- the gate pad (G) of the MOS-FET 102 and the external connection terminal 126 (G) are connected by a gold wire 132.
- the length of the gold wire 132 is shorter in the semiconductor device 152 than in the semiconductor device 150. .
- the reactance increases due to the frequency component due to switching and energy loss occurs. Therefore, it is more efficient to make the gold wire 132 as short as possible to reduce the reactance component.
- FIG. 4 is a perspective view of the semiconductor device according to the present embodiment. From here, the difference between the semiconductor device 155 shown in FIG. 4 and the semiconductor device 150 shown in FIG. 1 will be mainly described, and items overlapping between the semiconductor device 155 and the semiconductor device 150 will be omitted as appropriate.
- the semiconductor device 150 shown in FIG. 1 is based on the semiconductor device 50 (TO-220) shown in FIG. 5, but the semiconductor device 155 shown in FIG. 4 is the same as the semiconductor device 55 (TO-220) shown in FIG. 247).
- the semiconductor device 55 shown in FIG. 8 will be described.
- the area of the die pad portion 22 on which silver plating is performed is nearly twice as large as that of the semiconductor device 50.
- the thickness of the die pad portion 22 of the semiconductor device 55 is about 2 mm, which is about 1.5 times the thickness of the die pad portion 22 of the semiconductor device 50 (about 1.27 mm). Therefore, the semiconductor device 55 has a larger heat capacity than the semiconductor device 50 and can accommodate a device with a large current.
- the GaN-HEMT 4 of the semiconductor device 55 is larger than the GaN-HEMT 4 of the semiconductor device 50 and has three drain pads (D) and three source pads (S).
- one MOS-FET 102 and three GaN-HEMTs 104 are mounted on the silver plating portion on the die pad portion 122.
- the arrangement of the drain pad (D) and the source pad (S) of each GaN-HEMT 104 is the same as that of the semiconductor device 151.
- the semiconductor device 155 is a power device having a maximum rated current of 45 A class and a drain / source maximum rated voltage of 650 V.
- the MOS-FET 102 is the same as the MOS-FET 2 used in the semiconductor device 55 of FIG. 8, and the size is about 2.1 mm ⁇ 7.3 mm.
- the GaN-HEMT 104 is equivalent to a maximum rated current of 15 A, and the size is about 4.0 mm ⁇ 2.73 mm.
- the size of the GaN-HEMT 104 is about 5% larger than one third of the size of the GaN-HEMT 4 (equivalent to a maximum rated current of 45 A, the size is about 4.0 mm ⁇ 7.8 mm). The reason why it is not simply one third is because the number of pads for connecting the gold wire 132 increases and the number of peripheral circuits increases three times.
- GaN-HEMTs 4 and about 1400 GaN-HEMTs 104 can be produced on a 6-inch diameter wafer. Assuming that 200 GaN-HEMTs fail (failure) in each test due to the crystal defects described above, the actual number of pass (good) is about 300 for GaN-HEMT4 and GaN- In the HEMT 104, the number is about 1200. As a result, the number of semiconductor devices that can be manufactured from one wafer is about 300 for the former and about 400 for the latter, and it is more advantageous to divide the GaN-HEMT 4 into three GaN-HEMTs 104.
- the specification of the GaN-HEMT 104 increases the number of die bonds three times as much as the specification of the GaN-HEMT 4 and the cost increases accordingly. It can be said that it is still advantageous to subtract that amount.
- the effect of using the GaN-HEMT 104 makes more sense. It will be.
- the ratio of crystal defects is lower and the ratio of failing the test is smaller than the assumption, it can be said that it is advantageous to the branch point.
- the member with the member number 45 and the member with the member number 145 are resin molds.
- FIG. 11 is a perspective view of the semiconductor device according to the present embodiment, and shows a top view and a side view. From here, the difference between the semiconductor device 153 shown in FIG. 11 and the semiconductor device 150 shown in FIG. 1 will be mainly described, and items overlapping between the semiconductor device 153 and the semiconductor device 150 will be omitted as appropriate.
- the semiconductor device 153 shown in FIG. 11 does not include a MOS-FET.
- the aluminum wire 130 is connected between the drain pad (D) of each GaN-HEMT 104 and the external connection terminal 126 (D), and on the source pad (S) of each GaN-HEMT 104 and the die pad portion 122. Between the silver-plated parts.
- the connection point of the gold wire 132 is between the gate pad (G) of each GaN-HEMT 104 and the external connection terminal 126 (G).
- each GaN-HEMT 104 has a normally-off specification. At present, the specification of each GaN-HEMT 104 is preceded by normally-on, but by separately connecting each GaN-HEMT 104 and a MOS-FET (not shown) in cascode connection, the operation is normally re-off. Will behave.
- a semiconductor device includes a first external connection terminal that serves as a drain of the semiconductor device, and two or more GaN-HEMTs. It is connected to the first external connection terminal.
- the GaN-HEMT manufactured in the wafer state can be manufactured without degrading the conventional performance.
- the effective area can be increased and the yield can be improved.
- the distance between the drain pad of the GaN-HEMT and the first external connection terminal is such that the source pad of the GaN-HEMT and the first pad 1 is smaller than the distance from the external connection terminal.
- the wiring (for example, aluminum wire) connected to the first external connection terminal can be shortened and the bending angle can be reduced. As a result, an increase in torsional stress on the bonded pads can be suppressed.
- the semiconductor device further includes a MOS-FET, and each GaN-HEMT and the MOS-FET are cascode-connected.
- the semiconductor device further includes a second external connection terminal serving as a gate, the gate pad of the MOS-FET and the second external connection terminal. Is smaller than the separation distance between the source pad of the MOS-FET and the second external connection terminal.
- the gate pad of the MOS-FET and the second external connection terminal are connected by, for example, a gold wire.
- a gold wire In this gold wire, reactance increases due to frequency components due to switching, and energy loss occurs. It is more efficient to make the reactance component as short as possible.
- the MOS-FET further includes a plurality of source pads, and the source pads of the MOS-FET and the gate pads of the GaN-HEMT are in a one-to-one relationship. It corresponds.
- the present invention can be used for a semiconductor device in which a plurality of semiconductor devices are mounted on the same plane of a die stage.
- the present invention is a semiconductor device that houses a GaN-HEMT power device, and can be used as a power switching element mainly used in consumer equipment and industrial equipment.
Landscapes
- Junction Field-Effect Transistors (AREA)
Abstract
Description
本発明は、複数個の半導体デバイスを、ダイステージの同一平面上に搭載した半導体装置に関する。 The present invention relates to a semiconductor device in which a plurality of semiconductor devices are mounted on the same plane of a die stage.
これまでに、複数個の半導体デバイスを内蔵した様々な半導体装置(いわゆる、半導体パッケージ)が提案されている。 So far, various semiconductor devices (so-called semiconductor packages) incorporating a plurality of semiconductor devices have been proposed.
近年、その中でも、GaN(窒化ガリウム)系パワーデバイスを備えた半導体装置が注目されている。GaN系パワーデバイスを備えた半導体装置は、バンドギャップが大きく、ヘテロ接合による高い電子濃度を実現し得るものである。 Recently, among them, semiconductor devices equipped with GaN (gallium nitride) power devices have attracted attention. A semiconductor device provided with a GaN-based power device has a large band gap and can realize a high electron concentration due to a heterojunction.
特許文献1には、GaN系パワーデバイスを備えた半導体装置の構造が開示されている。具体的に、特許文献1には、GaN-HEMT(High Electron Mobility Transistor:高電子移動度トランジスタ)と、MOS-FET(Metal-Oxide Semiconductor Field Effect Transistor:金属酸化膜半導体電界効果トランジスタ)とが、ダイアタッチ材によって同一のダイステージ(以下、ダイパッド部と称する)上に固定され、互いにカスコード接続された半導体装置が開示されている。 Patent Document 1 discloses a structure of a semiconductor device provided with a GaN-based power device. Specifically, Patent Document 1 includes a GaN-HEMT (High Electron Mobility Transistor) and a MOS-FET (Metal-Oxide Semiconductor Semiconductor Field Effect Transistor: Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor). A semiconductor device is disclosed which is fixed on the same die stage (hereinafter referred to as a die pad portion) by a die attach material and is cascode-connected to each other.
図6は、一般にTO-220と呼ばれる規格化された半導体装置50の上面図および側面図である。半導体装置50は、パワー系デバイスにもよく用いられている。
FIG. 6 is a top view and a side view of a standardized
半導体装置50の外形は、半導体デバイスを保護する封止樹脂部40と、半導体デバイス上の端子と接続された3個の外部接続用端子26と、放熱用にねじ止めを行うための丸孔29を有するフィン部28とによって形作られている。3個の外部接続用端子26はそれぞれ、ゲート(G)、ソース(S)、ドレイン(D)の役割を担っている。
The external shape of the
図7は、図6に示した半導体装置50を製作するために用いるリードフレーム20を示す図である。リードフレーム20は、銀メッキ16が施されたダイパッド部22およびインナーリード部24と、上述した外部接続用端子26およびフィン部28とを備えている。
FIG. 7 is a view showing the
図7に示すとおり、多連状態となっているリードフレーム20においては一般的に、Cu(銅)系合金またはFe(鉄)系合金である金属を、型で打ち抜くかまたは化学的にエッチングを行って、所望のパターンが形成されている。また、必要に応じて該所望のパターンに対して曲げ加工を行って、半導体デバイスを多連状態で加工していく連続パターンを有するようになっている。
As shown in FIG. 7, in the
図5は、GaN-HEMTとMOS-FETとをそれぞれ、異なるダイアタッチ材を用いて、図7に示すリードフレーム20に固定した、従来の半導体装置50を透視した図である。図5では、図面の見やすさを考慮して、隠れ線をも実線で示している。
FIG. 5 is a perspective view of a
図5に示すとおり、従来の半導体装置50においては、MOS-FET2がハンダ12によってダイパッド部22上の銀メッキ部16に固定されており、その隣に、GaN-HEMT4が銀ペースト14によってダイパッド部22上の銀メッキ部16に固定されている。
As shown in FIG. 5, in the
ハンダ12は、Pb(鉛)-Ag(銀)-Cu系の高融点ハンダである。銀ペースト14は、銀のフィラーを含有したエポキシ系樹脂であり、導電性である。ダイボンダを用いて、MOS-FET2およびGaN-HEMT4が、ダイパッド部22上の銀メッキ16に接合されている。なお、ハンダ12のほうが高融点であり、ハンダ12使用時には、ダイボンド時にダイパッド部22を350℃程度にまで加熱する必要がある。このため、ハンダ12より先に銀ペースト14を使用すると、この加熱に起因して、銀ペースト14を構成するエポキシ系樹脂が高熱によって分解してしまう恐れがある。このため、先に、ハンダ12を用いてMOS-FET2をダイパッド部22上の銀メッキ部16に固定するのが一般的である。
また、回路構成に従って、MOS-FET2と、GaN-HEMT4と、インナーリード部24とが、アルミ線30および金線32によって、ワイヤーボンダを用いてワイヤボンディング接続されている。特に、大きな電流が流れる部分には例えば300μm径のアルミ線30が採用されており、信号伝達のみで小さな電流しか流れない部分には例えば30μm径の金線32が採用されている。アルミ線30の接続箇所は、GaN-HEMT4のドレインパッド(D)とドレインの役割を担う外部接続用端子26(D)との間、および、GaN-HEMT4のソースパッド(S)とMOS-FET2のドレインパッド(D)との間である。金線32の接続箇所は、GaN-HEMT4のゲートパッド(G)とMOS-FET2のソースパッド(S)との間、および、MOS-FET2のゲートパッド(G)とゲートの役割を担う外部接続用端子26(G)との間である。なお、ソースの役割を担う外部接続用端子26(S)はダイパッド部22につながっている。また、MOS-FET2のソースパッド(S)とMOS-FET2の裏面とが、MOS-FET2の内部で同電位となっている。このため、外部接続用端子26(S)の電位は、MOS-FET2のソースパッド(S)の電位と等しい。
Further, according to the circuit configuration, the MOS-
以上の図5に係る接続関係を電気回路図で示すと、図9のようになる。図9中、D、G、Sはそれぞれ、ドレイン、ゲート、ソースを示している。 FIG. 9 shows the connection relationship according to FIG. In FIG. 9, D, G, and S indicate a drain, a gate, and a source, respectively.
特許文献1に開示されている半導体装置、および図5に示す半導体装置50では、GaN-HEMTとMOS-FETとが、同一のダイパッド部上に1個ずつ搭載されている。
In the semiconductor device disclosed in Patent Document 1 and the
元来、半導体チップ(半導体デバイス)の分野においては、性能を落とすことなく、集積度を高めてウエハあたりのチップ数を増やすことでチップ1個あたりの製作費を低減する努力が行われている。また、半導体チップの回路をウエハ状態で作製する際に、ウエハ毎に同数かつ同サイズのダストがウエハ上面に付着すると仮定すると、チップサイズが小さい程不良となる面積が小さくなり、全体の歩留まりが向上するのが一般的である。さらに、半導体チップの製作上、半導体チップから一部の機能を別の半導体チップに分離したり、ディスクリートの電子部品に置き換えたりするほうが、製作費を低減することができる場合があり、また、このようにせざるを得ない場合もある。反対に、分離していた機能を1個の半導体チップに集約することで、全体的に製作費を低減することができたり、付加価値が高まったりする場合がある。 Originally, in the field of semiconductor chips (semiconductor devices), efforts have been made to reduce the manufacturing cost per chip by increasing the degree of integration and increasing the number of chips per wafer without degrading performance. . In addition, when manufacturing semiconductor chip circuits in the wafer state, assuming that the same number and size of dust adhere to the upper surface of each wafer, the smaller the chip size, the smaller the defective area and the overall yield. It is common to improve. Furthermore, in the production of a semiconductor chip, it may be possible to reduce the production cost by separating a part of the function from the semiconductor chip into another semiconductor chip or replacing it with a discrete electronic component. In some cases, it must be done. On the other hand, by consolidating the separated functions into one semiconductor chip, the manufacturing cost may be reduced as a whole or the added value may be increased.
GaN-HEMTに600V程度の高い耐圧を要求する場合、微小な結晶欠陥がソース、ドレイン、およびゲート間のリークを助長し、これに起因してGaN-HEMTへの負担が著しく増大する程度の大電流が発生する恐れがある。仕様により、同一のプロセスおよびデザインでGaN-HEMTを作製する場合、大電流に対応するためには、必然的にGaN-HEMTのサイズが大きくなる。ウエハ内の結晶欠陥が一定の割合で存在していると仮定すると、GaN-HEMTのサイズが大きくなる程、上記リークに起因してテストに合格できないGaN-HEMTの割合が増えるため、歩留まりが悪化する。これは、上述した半導体チップ製作過程におけるウエハ上面のダストによる歩留まりの悪化と同じ理屈であると言える。 When a high breakdown voltage of about 600 V is required for GaN-HEMT, a small crystal defect promotes a leak between the source, drain, and gate, and this greatly increases the burden on GaN-HEMT. There is a risk of current generation. According to the specifications, when a GaN-HEMT is manufactured by the same process and design, the size of the GaN-HEMT is inevitably increased in order to cope with a large current. Assuming that crystal defects in the wafer are present at a certain rate, the larger the size of the GaN-HEMT, the higher the proportion of GaN-HEMT that cannot pass the test due to the above-mentioned leak, resulting in a worse yield. To do. This can be said to be the same reasoning as the deterioration of the yield due to dust on the upper surface of the wafer in the semiconductor chip manufacturing process described above.
本発明は、上記の課題に鑑みて為されたものであり、その目的は、GaN-HEMT作製時の歩留まりの向上を可能とする半導体装置を提供することにある。 The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide a semiconductor device capable of improving the yield at the time of fabricating a GaN-HEMT.
上記の課題を解決するために、本発明の一態様に係る半導体装置は、半導体装置のドレインの役割を担う第1外部接続用端子と、2個以上のGaN-HEMTとを備えており、各GaN-HEMTのドレインパッドは、上記第1外部接続用端子に接続されていることを特徴としている。 In order to solve the above problems, a semiconductor device according to one embodiment of the present invention includes a first external connection terminal serving as a drain of a semiconductor device, and two or more GaN-HEMTs, A drain pad of the GaN-HEMT is connected to the first external connection terminal.
本発明の一態様によれば、GaN-HEMT作製時の歩留まりの向上が可能となる。 According to one embodiment of the present invention, it is possible to improve the yield when manufacturing a GaN-HEMT.
本発明の半導体装置の目的は、適度にGaN-HEMTの機能を複数の等価のチップに分離することにあるとも言える。これにより、従来の性能を低下させることなく、ウエハ状態で製作されるGaN-HEMTの有効領域を増やし、歩留まりの向上を図ることができる。 It can be said that the object of the semiconductor device of the present invention is to moderately separate the function of the GaN-HEMT into a plurality of equivalent chips. As a result, the effective area of the GaN-HEMT manufactured in the wafer state can be increased and the yield can be improved without degrading the conventional performance.
以下、図面に基づいて本発明の実施の形態について詳しく説明する。ただし、この実施の形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置等はあくまで一実施形態に過ぎず、これらによってこの発明の範囲が限定解釈されるべきではない。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. However, the dimensions, materials, shapes, relative arrangements, and the like of the component parts described in this embodiment are merely one embodiment, and the scope of the present invention should not be construed as being limited thereto.
本発明の実施の形態を図1~図4、図8、図10、および図11に基づいて説明すれば以下のとおりである。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to FIGS. 1 to 4, 8, 10, and 11.
〔実施の形態1〕
本発明の一実施の形態について図1に基づいて説明すれば以下のとおりである。
[Embodiment 1]
An embodiment of the present invention will be described below with reference to FIG.
図1は、本実施の形態に係る半導体装置を透視した図である。すなわち、半導体デバイスを保護するための封止樹脂部140は非透明であるため、実際はその内部は肉眼では見えないが、その内部を図示した上で説明を行うため、隠れ線についても実線により示した(透視した)。以下、図2~図4、図8、および図11についても同様である。
FIG. 1 is a perspective view of the semiconductor device according to the present embodiment. That is, since the sealing
図1に示す半導体装置150は、リードフレームに、ダイパッド部122(厚さ約1.27mm)、インナーリード部124、半導体装置150と半導体装置150の外部の回路とを電気的に接続するためのアウターリード部である外部接続用端子126、およびフィン部128を備えている。ダイパッド部122およびインナーリード部124には、銀メッキ(厚さ約5μm)が施されている。フィン部128には、放熱用にねじ止めを行うための丸孔129が設けられている。
A semiconductor device 150 shown in FIG. 1 is for electrically connecting a die pad portion 122 (thickness: about 1.27 mm), an
1個のMOS-FET102(厚さ約0.2mm)と、2個のGaN-HEMT104(厚さ約0.25mm)とが、ダイパッド部122上の銀メッキ部分に搭載されている。この搭載には、ダイボンダが用いられている。より具体的に、MOS-FET102はハンダ112を介して銀メッキ部分に接合されており、GaN-HEMT104は銀ペースト114を介して銀メッキ部分に接合されている。ハンダ112は、熱伝導率が約40W/m・Kであり、Pb-Ag-Cu系の高融点タイプである。一方、銀ペースト114は、熱伝導率が約10W/m・Kであり、銀のフィラーを含有したエポキシ系樹脂であり、導電性である。
One MOS-FET 102 (thickness: about 0.2 mm) and two GaN-HEMTs 104 (thickness: about 0.25 mm) are mounted on the silver plating portion on the
各GaN-HEMT104には、GaN-HEMT4(図5参照)と同様に、ゲートパッド(G)、ソースパッド(S)、およびドレインパッド(D)が設けられている。また、外部接続用端子126は3個設けられており、3個の外部接続用端子126はそれぞれ、ゲート(G)、ソース(S)、ドレイン(D)の役割を担っている。
Each GaN-
封止樹脂部140の内部における電気的接続は、アルミ線130および金線132によって、ワイヤーボンダを用いてワイヤボンディング接続されている。アルミ線130の接続箇所は、各GaN-HEMT104のドレインパッド(D)とドレインの役割を担う外部接続用端子(第1外部接続用端子)126(D)との間、および、各GaN-HEMT104のソースパッド(S)とMOS-FET102のドレインパッド(D)との間である。金線132の接続箇所は、各GaN-HEMT104のゲートパッド(G)とMOS-FET102の各ソースパッド(S)との間、および、MOS-FET102のゲートパッド(G)とゲートの役割を担う外部接続用端子(第2外部接続用端子)126(G)との間である。なお、ソースの役割を担う外部接続用端子126(S)はダイパッド部122につながっている。また、MOS-FET102のソースパッド(S)とMOS-FET102の裏面とが、MOS-FET102の内部で同電位となっている。このため、外部接続用端子126(S)の電位は、MOS-FET102のソースパッド(S)の電位と等しい。
The electrical connection inside the sealing
以上の図1に係る接続関係を電気回路図で示すと、図10のようになる。図10中、D、G、Sはそれぞれ、ドレイン、ゲート、ソースを示している。 FIG. 10 shows the connection relationship according to FIG. 1 as an electric circuit diagram. In FIG. 10, D, G, and S indicate a drain, a gate, and a source, respectively.
各GaN-HEMT104のドレインが、図10に示す電気回路におけるドレインを構成している。各GaN-HEMT104のソースがMOS-FET102のドレインに接続されている。MOS-FET102のソースおよび各GaN-HEMT104のゲートが、同電気回路におけるソースを構成している。MOS-FET102のゲートが、同電気回路におけるゲートを構成している。
The drain of each GaN-
図10に示す電気回路は、MOS-FET102と各GaN-HEMT104とがカスコード接続されており、GaN-HEMT104同士が並列接続の関係になっていると解釈することができる。
The electric circuit shown in FIG. 10 can be interpreted that the MOS-
半導体装置150は、ドレインの役割を担う外部接続用端子126(D)と、2個以上(図1では2個)のGaN-HEMT104とを備えている。各GaN-HEMT104のドレインパッド(D)は、互いに共通の外部接続用端子126(D)に接続されており、各GaN-HEMT104のソースパッド(S)は、互いに共通の部位(図1ではMOS-FET102のドレインパッド(D))に接続されている。
The semiconductor device 150 includes an external connection terminal 126 (D) serving as a drain and two or more (two in FIG. 1) GaN-
また、半導体装置150は、ゲートの役割を担う外部接続用端子126(G)を備えている。MOS-FET102のゲートパッド(G)と外部接続用端子126(G)との離間距離が、MOS-FET102のソースパッド(S)と外部接続用端子126(G)との離間距離より小さい。換言すれば、半導体装置150では、MOS-FET102のゲートパッド(G)が、外部接続用端子126(G)にできるだけ近傍するように、MOS-FET102が配置されている。
In addition, the semiconductor device 150 includes an external connection terminal 126 (G) that plays the role of a gate. The separation distance between the gate pad (G) of the MOS-
さらに、MOS-FET102の各ソースパッド(S)と、各GaN-HEMT104のゲートパッド(G)とが、1対1に対応している。
Furthermore, each source pad (S) of the MOS-
半導体装置150は例えば、最大定格電流10A級、ドレイン/ソース間最大定格電圧650Vのパワーデバイスである。MOS-FET102は、図5の半導体装置50で使用したMOS-FET2と同じものが使用されており、サイズは約1.5mm×5.0mmとなっている。また、GaN-HEMT104は、最大定格電流5A相当であり、サイズは約2.5mm×2.1mmとなっている。また、GaN-HEMT104のサイズは、GaN-HEMT4(最大定格電流10A相当、サイズは約2.5mm×4.0mm)のサイズの半分より5%程度大きい。単純に半分にならないのは、金線32の接続用のパッドが増えたり、周辺回路が二重に増えたりするためである。
The semiconductor device 150 is, for example, a power device having a maximum rated current of 10 A class and a drain / source maximum rated voltage of 650 V. The MOS-
上記の各サイズに対し、6インチ径のウエハには、GaN-HEMT4を約1600個、GaN-HEMT104を約3000個作製することが可能となる。先に述べた結晶欠陥により、それぞれ200個のGaN-HEMTがテストで不合格(不良)となることを想定すると、実質的な合格(良品)数は、GaN-HEMT4では約1400個、GaN-HEMT104では約2800個となる。この結果、1つのウエハから製作できる半導体装置の数は、いずれも1400個で等しくなる。実際、GaN-HEMT104の仕様は、GaN-HEMT4の仕様に比べ、ダイボンドの回数が2倍に増え、その分コストが増大することになる点で不利になるが、結晶欠陥の比率がより高く、テストで不合格となる割合が上記の想定より増加した場合(ダイボンド増加分のコストを相殺できるコスト分岐点を超えた場合)、GaN-HEMT104を用いる(1個のGaN-HEMTを複数に分割する)効果が意味をなすことになる。
For each of the above sizes, about 1600 GaN-
ウエハ上に多数作製されたGaN-HEMT104において、不合格となる個数(分子)が同じである場合、分母(ウエハ上に作製されたGaN-HEMTの総数)が大きくなると、不合格となる比率が低下する。この結果、GaN-HEMT作製時の歩留まりが向上することとなる。
When the number of rejected GaN-
〔実施の形態2〕
本発明の別の実施の形態について図2を参照して説明すれば以下のとおりである。
[Embodiment 2]
Another embodiment of the present invention will be described below with reference to FIG.
図2は、本実施の形態に係る半導体装置を透視した図である。ここからは、図2に示す半導体装置151と図1に示した半導体装置150との相違点を重点的に説明し、半導体装置151と半導体装置150とで重複する事項については適宜省略する。 FIG. 2 is a perspective view of the semiconductor device according to the present embodiment. From here, the difference between the semiconductor device 151 shown in FIG. 2 and the semiconductor device 150 shown in FIG. 1 will be mainly described, and items overlapping between the semiconductor device 151 and the semiconductor device 150 will be omitted as appropriate.
図1に示す半導体装置150の各GaN-HEMT104は、ドレインパッド(D)がソースパッド(S)の左側に配置されている。一方、外部接続用端子126(D)は、ゲートの役割を担う外部接続用端子126(G)およびソースの役割を担う外部接続用端子126(S)より右側に配置されている。この場合、特に左側のGaN-HEMT104のドレインパッド(D)と外部接続用端子126(D)とを接続するアルミ線130を、長くすると共に大きく屈曲させる必要が生じる。各GaN-HEMT104が並ぶ方向に長く各GaN-HEMT104を設計せざるを得ない場合、その必要が顕著となる。アルミ線130は、その材質ゆえ、金線132と比べると、柔軟性に乏しく、突っ張りやすく、接合されたパッドに対するねじれ応力が大きくなりやすい。
In each GaN-
半導体装置151の各GaN-HEMT104は、ソースパッド(S)の位置およびドレインパッド(D)の位置が反対になっている点が、半導体装置150の各GaN-HEMT104と異なっている。
Each GaN-
そして、半導体装置151の各GaN-HEMT104のドレインパッド(D)は、接続される外部接続用端子126(D)に近い側に配置されている。すなわち、各GaN-HEMT104のドレインパッド(D)と外部接続用端子126(D)との離間距離が、各GaN-HEMT104のソースパッド(S)と外部接続用端子126(D)との離間距離より小さいのが好ましい。
The drain pad (D) of each GaN-
これにより、外部接続用端子126(D)と接続されるアルミ線130を、短くすると共に屈曲角を小さくすることが可能となる。この結果、接合されたパッドに対するねじれ応力が大きくなることを抑制することができる。
Thereby, the
なお、各GaN-HEMT104を全体的に外部接続用端子126(D)に近接させて配置することによっても同様の効果が得られる。半導体装置151では、半導体装置150と同じ位置に各GaN-HEMT104を配置することを前提とした上で、接合されたパッドに対するねじれ応力が大きくなることを抑制させることができる構成を示している。
The same effect can be obtained by arranging each GaN-
図2に係る接続関係を電気回路図で示すと、図10のようになる。 FIG. 10 shows the connection relationship according to FIG. 2 as an electrical circuit diagram.
〔実施の形態3〕
本発明のさらに別の実施の形態について図3を参照して説明すれば以下のとおりである。
[Embodiment 3]
The following will describe still another embodiment of the present invention with reference to FIG.
図3は、本実施の形態に係る半導体装置を透視した図である。ここからは、図3に示す半導体装置152と図1に示した半導体装置150との相違点を重点的に説明し、半導体装置152と半導体装置150とで重複する事項については適宜省略する。 FIG. 3 is a perspective view of the semiconductor device according to the present embodiment. From here, the difference between the semiconductor device 152 shown in FIG. 3 and the semiconductor device 150 shown in FIG. 1 will be mainly described, and items overlapping between the semiconductor device 152 and the semiconductor device 150 will be omitted as appropriate.
半導体装置150では、各GaN-HEMT104が各外部接続用端子126に近い側に配置されており、MOS-FET102が各外部接続用端子126から遠い側に配置されている。この半導体装置150における各GaN-HEMT104およびMOS-FET102の配置関係を概ね維持しつつ、これらを図1中左回りに90°回転させたものが、半導体装置152である。なお厳密には、アルミ線130および金線132の引き回しの観点から、MOS-FET102の各GaN-HEMT104に対する位置は若干変更されている。
In the semiconductor device 150, each GaN-
MOS-FET102のゲートパッド(G)と外部接続用端子126(G)とは、金線132によって接続されているが、この金線132の長さは、半導体装置150より半導体装置152のほうが短い。この金線132においては、スイッチングによる周波数成分でリアクタンスが増大してエネルギー損失が生じるので、金線132をできるだけ短くしてリアクタンス成分を小さくするほうが効率良い。
The gate pad (G) of the MOS-
〔実施の形態4〕
本発明のさらに別の実施の形態について図4を参照して説明すれば以下のとおりである。
[Embodiment 4]
The following will describe still another embodiment of the present invention with reference to FIG.
図4は、本実施の形態に係る半導体装置を透視した図である。ここからは、図4に示す半導体装置155と図1に示した半導体装置150との相違点を重点的に説明し、半導体装置155と半導体装置150とで重複する事項については適宜省略する。 FIG. 4 is a perspective view of the semiconductor device according to the present embodiment. From here, the difference between the semiconductor device 155 shown in FIG. 4 and the semiconductor device 150 shown in FIG. 1 will be mainly described, and items overlapping between the semiconductor device 155 and the semiconductor device 150 will be omitted as appropriate.
まず、図1に示す半導体装置150は、図5に示す半導体装置50(TO-220)に基づくものであったが、図4に示す半導体装置155は、図8に示す半導体装置55(TO-247)に基づくものである。 First, the semiconductor device 150 shown in FIG. 1 is based on the semiconductor device 50 (TO-220) shown in FIG. 5, but the semiconductor device 155 shown in FIG. 4 is the same as the semiconductor device 55 (TO-220) shown in FIG. 247).
図8に示す半導体装置55について説明する。 The semiconductor device 55 shown in FIG. 8 will be described.
半導体装置55は、銀メッキが施されたダイパッド部22の面積が、半導体装置50の同面積の2倍近くとなっている。また、半導体装置55のダイパッド部22の厚みは約2mmであり、半導体装置50のダイパッド部22の厚み(約1.27mm)の1.5倍程度となっている。このことから、半導体装置55は、半導体装置50に比べて、熱容量が大きく、大電流のデバイスを収納することが可能なものである。半導体装置55のGaN-HEMT4は、半導体装置50のGaN-HEMT4より大きく、ドレインパッド(D)およびソースパッド(S)を3個ずつ有している。
In the semiconductor device 55, the area of the
これに基づいて、半導体装置155は、1個のMOS-FET102と3個のGaN-HEMT104とが、ダイパッド部122上の銀メッキ部分に搭載されている。各GaN-HEMT104のドレインパッド(D)およびソースパッド(S)の配置は、半導体装置151と同様の配置となっている。
Based on this, in the semiconductor device 155, one MOS-
半導体装置155は、最大定格電流45A級、ドレイン/ソース間最大定格電圧650Vのパワーデバイスである。MOS-FET102は、図8の半導体装置55で使用したMOS-FET2と同じものが使用されており、サイズは約2.1mm×7.3mmとなっている。また、GaN-HEMT104は、最大定格電流15A相当で、サイズは約4.0mm×2.73mmとなっている。また、GaN-HEMT104のサイズは、GaN-HEMT4(最大定格電流45A相当、サイズは約4.0mm×7.8mm)のサイズの3分の1より5%程度大きい。単純に3分の1にならないのは、金線132の接続用のパッドが増えたり、周辺回路が三重に増えたりするためである。
The semiconductor device 155 is a power device having a maximum rated current of 45 A class and a drain / source maximum rated voltage of 650 V. The MOS-
上記の各サイズに対し、6インチ径のウエハには、GaN-HEMT4を約500個、GaN-HEMT104を約1400個作製することが可能となる。先に述べた結晶欠陥により、それぞれ200個のGaN-HEMTがテストで不合格(不良)となることを想定すると、実質的な合格(良品)数は、GaN-HEMT4では約300個、GaN-HEMT104では約1200個となる。この結果、1つのウエハから製作できる半導体装置の数は、前者が約300個、後者が約400個となり、GaN-HEMT4を3個のGaN-HEMT104に分割したほうが有利である。実際、GaN-HEMT104の仕様はGaN-HEMT4の仕様に比べ、ダイボンドの回数が3倍に増え、その分コストが増大することになる。その分を差し引いても依然有利であると言える。また、結晶欠陥の比率がより高く、テストで不合格となる割合が上記の想定より増加した場合、GaN-HEMT104を用いる(1個のGaN-HEMTを複数に分割する)効果がさらに意味をなすことになる。また、結晶欠陥の比率がより低く、テストで不合格となる割合が本想定より減少しても、分岐点までは有利といえる。
For each of the above sizes, about 500 GaN-
部材番号45の部材および部材番号145の部材は、樹脂モールドである。
The member with the
〔実施の形態5〕
本発明のさらに別の実施の形態について図11を参照して説明すれば以下のとおりである。
[Embodiment 5]
The following will describe still another embodiment of the present invention with reference to FIG.
図11は、本実施の形態に係る半導体装置を透視した図であり、上面図および側面図を示している。ここからは、図11に示す半導体装置153と図1に示した半導体装置150との相違点を重点的に説明し、半導体装置153と半導体装置150とで重複する事項については適宜省略する。
FIG. 11 is a perspective view of the semiconductor device according to the present embodiment, and shows a top view and a side view. From here, the difference between the
図11に示す半導体装置153は、MOS-FETを備えていない。
The
また、アルミ線130の接続箇所は、各GaN-HEMT104のドレインパッド(D)と外部接続用端子126(D)との間、および、各GaN-HEMT104のソースパッド(S)とダイパッド部122上の銀メッキ部分との間である。金線132の接続箇所は、各GaN-HEMT104のゲートパッド(G)と外部接続用端子126(G)との間である。
Further, the
半導体装置153において、各GaN-HEMT104はノーマリーオフの仕様となる。現在、各GaN-HEMT104の仕様は、ノーマリオンが先行しているが、別途、各GaN-HEMT104とMOS-FET(図示しない)とをカスコード接続することで、動作上はノーマリーリオフのように振る舞うことになる。
In the
〔まとめ〕
本発明の一態様に係る半導体装置は、半導体装置のドレインの役割を担う第1外部接続用端子と、2個以上のGaN-HEMTとを備えており、各GaN-HEMTのドレインパッドは、上記第1外部接続用端子に接続されている。
[Summary]
A semiconductor device according to one embodiment of the present invention includes a first external connection terminal that serves as a drain of the semiconductor device, and two or more GaN-HEMTs. It is connected to the first external connection terminal.
上記の構成によれば、元来1個のGaN-HEMTが持つ機能を複数個のGaN-HEMTに分離することにより、従来の性能を低下させることなく、ウエハ状態で製作されるGaN-HEMTの有効領域を増やし、歩留まりの向上を図ることができる。 According to the above configuration, by separating the function originally possessed by one GaN-HEMT into a plurality of GaN-HEMTs, the GaN-HEMT manufactured in the wafer state can be manufactured without degrading the conventional performance. The effective area can be increased and the yield can be improved.
また、本発明の別の態様に係る半導体装置はさらに、各GaN-HEMTにおいて、GaN-HEMTのドレインパッドと上記第1外部接続用端子との離間距離が、GaN-HEMTのソースパッドと上記第1外部接続用端子との離間距離より小さい。 Further, in the semiconductor device according to another aspect of the present invention, in each GaN-HEMT, the distance between the drain pad of the GaN-HEMT and the first external connection terminal is such that the source pad of the GaN-HEMT and the first pad 1 is smaller than the distance from the external connection terminal.
上記の構成によれば、第1外部接続用端子と接続される配線(例えばアルミ線)を、短くすると共に屈曲角を小さくすることが可能となる。この結果、接合されたパッドに対するねじれ応力が大きくなることを抑制することができる。 According to the above configuration, the wiring (for example, aluminum wire) connected to the first external connection terminal can be shortened and the bending angle can be reduced. As a result, an increase in torsional stress on the bonded pads can be suppressed.
また、本発明の別の態様に係る半導体装置はさらに、上記半導体装置は、MOS-FETを備えており、各GaN-HEMTとMOS-FETとがカスコード接続されている。 Further, the semiconductor device according to another aspect of the present invention further includes a MOS-FET, and each GaN-HEMT and the MOS-FET are cascode-connected.
また、本発明の別の態様に係る半導体装置はさらに、上記半導体装置は、ゲートの役割を担う第2外部接続用端子を備えており、MOS-FETのゲートパッドと上記第2外部接続用端子との離間距離が、MOS-FETのソースパッドと上記第2外部接続用端子との離間距離より小さい。 The semiconductor device according to another aspect of the present invention further includes a second external connection terminal serving as a gate, the gate pad of the MOS-FET and the second external connection terminal. Is smaller than the separation distance between the source pad of the MOS-FET and the second external connection terminal.
MOS-FETのゲートパッドと第2外部接続用端子とは、例えば金線によって接続されているが、この金線においては、スイッチングによる周波数成分でリアクタンスが増大してエネルギー損失が生じるので、金線をできるだけ短くしてリアクタンス成分を小さくするほうが効率良い。 The gate pad of the MOS-FET and the second external connection terminal are connected by, for example, a gold wire. In this gold wire, reactance increases due to frequency components due to switching, and energy loss occurs. It is more efficient to make the reactance component as short as possible.
また、本発明の別の態様に係る半導体装置はさらに、MOS-FETはソースパッドを複数備えており、MOS-FETの各ソースパッドと、各GaN-HEMTのゲートパッドとが、1対1に対応している。 Further, in the semiconductor device according to another aspect of the present invention, the MOS-FET further includes a plurality of source pads, and the source pads of the MOS-FET and the gate pads of the GaN-HEMT are in a one-to-one relationship. It corresponds.
本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。さらに、各実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を組み合わせることにより、新しい技術的特徴を形成することができる。 The present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications are possible within the scope shown in the claims, and embodiments obtained by appropriately combining technical means disclosed in different embodiments. Is also included in the technical scope of the present invention. Furthermore, a new technical feature can be formed by combining the technical means disclosed in each embodiment.
本発明は、複数個の半導体デバイスを、ダイステージの同一平面上に搭載した半導体装置に利用することができる。例えば、本発明は、GaN-HEMTのパワーデバイスを収納する半導体装置であって、主に民生機器、産業機器に使用されるパワー系スイッチング素子として利用することができる。 The present invention can be used for a semiconductor device in which a plurality of semiconductor devices are mounted on the same plane of a die stage. For example, the present invention is a semiconductor device that houses a GaN-HEMT power device, and can be used as a power switching element mainly used in consumer equipment and industrial equipment.
102 MOS-FET
104 GaN-HEMT
126(D) 外部接続用端子(第1外部接続用端子)
126(G) 外部接続用端子(第2外部接続用端子)
150 半導体装置
151 半導体装置
152 半導体装置
153 半導体装置
155 半導体装置
102 MOS-FET
104 GaN-HEMT
126 (D) External connection terminal (first external connection terminal)
126 (G) External connection terminal (second external connection terminal)
150 Semiconductor Device 151 Semiconductor Device 152
Claims (5)
2個以上のGaN-HEMTとを備えており、
各GaN-HEMTのドレインパッドは、上記第1外部接続用端子に接続されていることを特徴とする半導体装置。 A first external connection terminal serving as a drain of the semiconductor device;
With two or more GaN-HEMTs,
A drain pad of each GaN-HEMT is connected to the first external connection terminal.
GaN-HEMTのドレインパッドと上記第1外部接続用端子との離間距離が、GaN-HEMTのソースパッドと上記第1外部接続用端子との離間距離より小さいことを特徴とする請求項1に記載の半導体装置。 In each GaN-HEMT,
2. The separation distance between a drain pad of a GaN-HEMT and the first external connection terminal is smaller than a separation distance between a source pad of the GaN-HEMT and the first external connection terminal. Semiconductor device.
各GaN-HEMTとMOS-FETとがカスコード接続されていることを特徴とする請求項1または2に記載の半導体装置。 The semiconductor device includes a MOS-FET,
3. The semiconductor device according to claim 1, wherein each GaN-HEMT and MOS-FET are cascode-connected.
MOS-FETのゲートパッドと上記第2外部接続用端子との離間距離が、MOS-FETのソースパッドと上記第2外部接続用端子との離間距離より小さいことを特徴とする請求項3に記載の半導体装置。 The semiconductor device includes a second external connection terminal serving as a gate,
The distance between the gate pad of the MOS-FET and the second external connection terminal is smaller than the distance between the source pad of the MOS-FET and the second external connection terminal. Semiconductor device.
MOS-FETの各ソースパッドと、各GaN-HEMTのゲートパッドとが、1対1に対応していることを特徴とする請求項3または4に記載の半導体装置。 MOS-FET has multiple source pads,
5. The semiconductor device according to claim 3, wherein each source pad of the MOS-FET and a gate pad of each GaN-HEMT have a one-to-one correspondence.
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2014136244 | 2014-07-01 | ||
| JP2014-136244 | 2014-07-01 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| WO2016002473A1 true WO2016002473A1 (en) | 2016-01-07 |
Family
ID=55019020
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| PCT/JP2015/066925 Ceased WO2016002473A1 (en) | 2014-07-01 | 2015-06-11 | Semiconductor device |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| WO (1) | WO2016002473A1 (en) |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20040004272A1 (en) * | 2002-07-02 | 2004-01-08 | Leeshawn Luo | Integrated circuit package for semicoductor devices with improved electric resistance and inductance |
| WO2013077081A1 (en) * | 2011-11-24 | 2013-05-30 | シャープ株式会社 | Semiconductor device and electronic apparatus |
| JP2013239658A (en) * | 2012-05-17 | 2013-11-28 | Sumitomo Electric Ind Ltd | Semiconductor device |
-
2015
- 2015-06-11 WO PCT/JP2015/066925 patent/WO2016002473A1/en not_active Ceased
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20040004272A1 (en) * | 2002-07-02 | 2004-01-08 | Leeshawn Luo | Integrated circuit package for semicoductor devices with improved electric resistance and inductance |
| WO2013077081A1 (en) * | 2011-11-24 | 2013-05-30 | シャープ株式会社 | Semiconductor device and electronic apparatus |
| JP2013239658A (en) * | 2012-05-17 | 2013-11-28 | Sumitomo Electric Ind Ltd | Semiconductor device |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US10056319B2 (en) | Power module package having patterned insulation metal substrate | |
| US9048196B2 (en) | Power semiconductor package | |
| US6919625B2 (en) | Surface mount multichip devices | |
| CN106298722B (en) | A packaging structure and manufacturing method of a high-current power semiconductor device | |
| US9099441B2 (en) | Power transistor arrangement and method for manufacturing the same | |
| US10672746B2 (en) | Integrated circuit formed from a stack of two series-connected chips | |
| US10643930B2 (en) | Semiconductor device with semiconductor chips of different sizes and manufacturing method threreof | |
| WO2015025422A1 (en) | Semiconductor device | |
| JP6456454B1 (en) | Power module | |
| CN103972277B (en) | Semiconductor device and its manufacture method | |
| CN109994456A (en) | A kind of gallium nitride device and gallium nitride encapsulating structure | |
| CN107039368A (en) | Resin molded semiconductor device | |
| US9171817B2 (en) | Semiconductor device | |
| JP2013045979A (en) | Semiconductor device package and method of manufacturing semiconductor device package | |
| JP6642719B2 (en) | Semiconductor device | |
| JP2015026667A (en) | Semiconductor module | |
| JPWO2013047533A1 (en) | Semiconductor device | |
| WO2016002473A1 (en) | Semiconductor device | |
| WO2020240882A1 (en) | Semiconductor device and method for manufacture of semiconductor device | |
| CN215183913U (en) | Quad flat non-leaded package structure | |
| CN111554666B (en) | Power semiconductor device package | |
| US9123710B2 (en) | Semiconductor device having a semiconductor chip and wiring | |
| WO2022070741A1 (en) | Semiconductor device | |
| WO2021215472A1 (en) | Semiconductor device | |
| CN117936486B (en) | Power device packaging structure and preparation method thereof |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| 121 | Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application |
Ref document number: 15815757 Country of ref document: EP Kind code of ref document: A1 |
|
| NENP | Non-entry into the national phase |
Ref country code: DE |
|
| NENP | Non-entry into the national phase |
Ref country code: JP |
|
| 122 | Ep: pct application non-entry in european phase |
Ref document number: 15815757 Country of ref document: EP Kind code of ref document: A1 |