JP2000058578A - 半導体装置 - Google Patents

半導体装置

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JP2000058578A
JP2000058578A JP10220056A JP22005698A JP2000058578A JP 2000058578 A JP2000058578 A JP 2000058578A JP 10220056 A JP10220056 A JP 10220056A JP 22005698 A JP22005698 A JP 22005698A JP 2000058578 A JP2000058578 A JP 2000058578A
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JP
Japan
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semiconductor chip
semiconductor device
conductor
wires
corner
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Pending
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JP10220056A
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English (en)
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Norihito Umehara
則人 梅原
Takahiro Imura
貴寛 井村
Yoshikatsu Umeda
義克 梅田
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Texas Instruments Japan Ltd
Original Assignee
Texas Instruments Japan Ltd
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Publication date
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Priority to US09/366,378 priority patent/US6268644B1/en
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 半導体パッケージの外形を形成するモールド
樹脂の注入時において、隣り合う導体ワイヤ同士の接触
を防止する。 【解決手段】 本発明の半導体装置は、主面の周囲に沿
って電極パッドの列13aを備える半導体チップ13
と、各電極パッド13aから延びる導体ワイヤ14と、
少なくとも半導体チップ13及び導体ワイヤ14を覆
い、半導体装置の外形を形成するモールド樹脂パッケー
ジ材15と、半導体チップ13の角部を挟むように配設
された最も近接する2本の上記導体ワイヤ14a、14
b間に配置されたダム部材、すなわち疑似ワイヤ17を
備える。疑似ワイヤ17は、半導体チップ角部における
モールド樹脂の流れが加速するのを抑え、その下流側に
おける導体ワイヤの変形量を小さくする。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、樹脂封止型の半導
体装置において、半導体チップと、該装置を電気的に外
部接続するためのリードと、前二者を電気的に接続する
極細導体ワイヤを備え、特にモールド樹脂注入時に生じ
る導体ワイヤ間ショートを防止するに適した半導体装置
に関する。
【0002】
【従来の技術】半導体製造技術において、半導体チップ
をリードフレーム又は絶縁基板上に形成された導体パタ
ーン(以下、導体リードと総称する)に電気的に接続する
方法として、極細導体ワイヤボンディングによる方法
(熱圧着法、超音波法、前二者を組み合わせたサーモソ
ニック法等がある)が広く知られている。ワイヤボンデ
ィングでは、キャピラリと呼ばれる工具によって、金(A
u)その他の極細導体ワイヤは、その一端を半導体チップ
の回路形成面に設けられた電極パッドにボンディングさ
れ、そこからルーピング、すなわちループを描くように
形成されて、その他端を導体リードにボンディングされ
る。
【0003】ワイヤボンディングを用いる一つの利点
は、導体ワイヤの柔軟性によって、半導体装置の内部部
材間における熱による相互収縮が吸収され、高い接続信
頼性が得られるという点にある。その一方で、導体ワイ
ヤの柔軟性は、モールド樹脂注入時において、ワイヤ同
士のショートを引き起こす危険性を有している。半導体
装置の小型化及び高性能化の要求に伴って、導体ワイヤ
の単位面積当たりの収容本数は増加し、従来より増して
モールド樹脂注入時における、ワイヤ間ショートの問題
が深刻になっている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】図9は、トランスファ
モールド法によるモールド金型30内での樹脂の流れを
概念的に示したものである。図1及び図6に示す半導体
装置10及び20を形成するキャビティ34に対し、溶
融したモールド樹脂は、その角部に配置したゲート31
から注入される。モールド樹脂は、ゲート31を配置し
た角部からキャビティ34内を広がっていき、対角側の
角部35に向けて流れる。ここで、導体ワイヤ32は、
半導体チップ33の周囲に配置された電極パッドから四
方に向けて放射状に延びているので、一部の導体ワイ
ヤ、すなわちゲートの両側のキャビティ34内角部3
4’における導体ワイヤは、モールド樹脂の流れを略直
角方向から受けることとなる。
【0005】図10及び図11は、図9のA部、すなわ
ち、上記ゲート31から注入されるモールド樹脂の流れ
が導体ワイヤ32に略直交する、キャビティ34内両側
角部34’の一方の拡大図であり、モールド樹脂の注入
の前後の様子を示している。図に示すように、従来の半
導体装置において、半導体チップ33の角部には、電極
パッド33aが配置されない領域34が存在する。一般
的な半導体装置において、半導体チップ33の角部3
3’の縦横約200〜400μmの領域は、モールド樹脂封止
後の機械的歪みが作用し、半導体チップ33基板として
用いられているシリコンにクラックが生じたり、導体ワ
イヤ32の接続不良を生じせしめたりして信頼性低下を
招くため、I/Oバッファ回路、静電防止回路(ESD
回路)、電極パッド等を配置しないような設計がなされ
ていた。従って、図に示すように、半導体チップの角部
33’に最も近い2つの導体ワイヤ32a、32b間の
間隙は、他の導体ワイヤ間の間隙よりも広くなる。
【0006】図11に示すように、ゲート31より注入
されたモールド樹脂の流れは、キャビティ34内のゲー
ト位置に対する両側角部34’近辺では矢印のような流
れ方向を呈し、導体ワイヤ32の延びる方向に略直交し
ている。モールド樹脂は、導体ワイヤ32によって抵抗
を受けながら流れるが、キャビティ34内両側角部の導
体ワイヤ32a、32b間は上述のように導体ワイヤの
間隔が広くなり、抵抗が減少するため流れが加速する。
そのため、下流側の導体ワイヤ32bはより大きな力を
受けて大きく変形し、隣り合う導体ワイヤとショートす
る危険性が増すこととなる。
【0007】従って本発明の目的は、モールド樹脂注入
時において、半導体チップの角部における導体ワイヤ
が、モールド樹脂の流れで隣り合う導体ワイヤと接触す
ること、すなわち導体ワイヤショートを防止することに
ある。
【0008】本発明の別の目的は、半導体装置の構造及
び製造工程を殆ど変えることなしに、上記隣り合う導体
ワイヤ同士のショートを防止することにある。
【0009】
【課題を解決するための手段】本発明は、導体ワイヤを
備えたモールド樹脂封止による半導体装置に関する。本
発明の半導体装置は、主面の周囲に沿って電極パッドの
列を備える半導体チップと、上記各電極パッドから延び
る導体ワイヤと、少なくとも上記半導体チップ及び上記
導体ワイヤを覆い、半導体装置の外形を形成するモール
ド樹脂パッケージ材と、上記半導体チップの角部を挟む
ように配設された最も近接する2本の上記導体ワイヤ間
に配置されたダム部材とを備える。
【0010】上記ダム部材によって、半導体チップ角部
におけるモールド樹脂の流れが抑えられ、その下流側に
おける導体ワイヤの変形量が小さくなる。その結果、隣
り合う導体ワイヤとのショートが回避される。
【0011】ここで、上記ダム部材は、半導体チップの
全ての角部における導体ワイヤ間に配置しても良いが、
モールド樹脂の注入時における注入ゲートに最も近接す
る上記半導体チップの角部に隣り合う角部に配置すれば
足りる。
【0012】上記ダム部材は、モールド樹脂の流れに対
する抵抗となるために、半導体チップ、該チップを搭載
する基板その他の部位に固定される各種部材であれば良
いが、ダム部材の理想的な一実施形態は、電気的には作
用しない或いは電気的導通の目的として用いられない一
又は複数の導体ワイヤ(以下、疑似ワイヤという)を用い
ることである。この疑似ワイヤは、他の導体ワイヤと共
にワイヤボンディングの工程で供給することができるの
で、製造上極めて有利である。
【0013】上記疑似ワイヤは、その第1の端を、上記
半導体チップの角部に形成された電気的には作用しない
電極パッド上に固定することができる。
【0014】また、半導体チップがダイパッド上に配置
される場合、上記疑似ワイヤをダイパッド上に固定して
も良い。また、ダイパッドサポートピンに、上記疑似ワ
イヤを固定しても良い。
【0015】また、上記疑似ワイヤの第2の端は、上記
他の導体ワイヤの第2の端が固定される位置の並びに沿
って固定されることが好ましい。
【0016】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を図面に
沿って説明する。図1は、本発明が適用されるBGA(B
all Grid Array)型パッケージの半導体装置を示してい
る。BGA型パッケージの半導体装置10は、プリント
基板への接続端子としての半田ボール11を、絶縁基板
12の下面に2次元的に配列して備えている。絶縁基板
12の上面には、半田ボール11と導通された図示しな
い導体パターンが形成されている。半導体チップ13
は、絶縁基板12上に固定され、ワイヤボンディングで
与えられる導体ワイヤ14によって、上記導体パターン
に接続される。半導体チップ13及び導体ワイヤ14
は、絶縁基板12上に供給され半導体装置10の外形を
形成するモールド樹脂パッケージ材15によって、完全
に覆われる。
【0017】図2は、上記BGA型パッケージにおい
て、本発明に係る疑似ワイヤを配置した本発明の第1の
実施形態を示したものである。図では、図1の半導体チ
ップ13の一部が、パッケージ材を取り除いた状態で平
面的に示されている。半導体チップ13の主面、すなわ
ち回路素子を形成した面には、その周囲に沿って電極パ
ッド13aが形成されている。半導体チップ13と絶縁
基板12上の導体パターンとの電気的接続を達成する導
体ワイヤ14は、各電極パッド13aから延びて、所定
のループを描いて、絶縁基板12上の導体パターンの一
部の領域、すなわちステッチ部パッド12aにボンディ
ングされる(図では、導体パターンが省略され、ステッ
チ12aのみが示されている)。
【0018】図に示すように、半導体チップ13の辺に
沿う上記電極パッド13aの各列は、チップの角部1
3’において端部から200〜400μmの領域を残して終わ
っており、その端部側に、電気的には作用しない、すな
わち疑似の電極パッド16を備えている。疑似電極パッ
ド16は、本発明に係る疑似ワイヤ17の一端を、半導
体チップ13の主面上にボンディングするために必要と
なる。疑似電極パッド16は、半導体チップの製造工程
において、他の電極パッド13aと共に形成することが
できる。
【0019】一方、絶縁基板12上には、疑似ワイヤ1
7の他端をボンディングするために、やはり電気的には
作用しない疑似ステッチ部パッド18が形成されてい
る。実施例で、疑似ステッチ部パッド18は、絶縁基板
12上の独立した方形の導体領域である。疑似ステッチ
部パッド18は、導体パターンのステッチ部パッド12
aの並びに従って配置されている。絶縁基板12上に導
体パターンを形成する工程において、疑似ステッチ部パ
ッド18を共に形成することができる。
【0020】疑似ワイヤ17は、他の導体ワイヤ14と
同様の、金(Au)その他の金属からなる極細導体ワイヤで
ある。実際に、疑似ワイヤ17は、他の導体ワイヤ14
のボンディング工程で、共に形成される。疑似ワイヤ1
7の接地点、すなわち疑似電極パッド16及び疑似ステ
ッチ部パッド18は、それぞれ他の電極パッド13a又
は導体パターンのステッチ部パッド12aの並びにある
ので、導体ワイヤ14を形成する工程の中で、同じ接地
点、同じルーピングで疑似ワイヤ17を供給することが
できる。半導体チップ13の角部に最も近接した位置の
導体ワイヤ、すなわち導体ワイヤ14a、14b間に
は、他の導体ワイヤ間のピッチ以上の間隙があり、この
間隙を埋めるように、疑似ワイヤ17が配置されてい
る。
【0021】図3は、上記実施形態において、モールド
成型時におけるモールド樹脂の流れによる導体ワイヤへ
の影響を描いている。キャビティ34内両側角部34’
近辺において、矢印で示すモールド樹脂の流れは、導体
ワイヤ14の延びる方向と略直交している。これによっ
て各導体ワイヤ14は流れの力を受けて、下流側に湾曲
される。先に説明したように、従来構造におけるモール
ド樹脂の流れは、半導体チップ角部で導体ワイヤ間に間
隙があるため、ここで加速される。その結果、その下流
側の導体ワイヤは、より大きな力を受け、大きく湾曲す
る(図11)。しかしながら、図3に示す本発明の例にお
いては、上記疑似ワイヤ17がモールド樹脂の流れの速
度を抑止し、その下流側への影響を最小限にする。
【0022】図4及び図5は、BGA型パッケージにお
いて、本発明に係る疑似ワイヤを配置した本発明の第2
の実施形態を示したものである。特に説明のない限り、
図中の各構成部分には、図2と同じ符号を用いている。
本実施形態において各疑似ワイヤ17の両端は、疑似ス
テッチ部パッド18及び疑似ボンディングパッド19に
ボンディングされている。半導体チップ13の角部1
3’寄りの疑似ボンディングパッド19は、他方の疑似
ステッチ部パッド18と同様、絶縁基板12に導体パタ
ーンを形成する際に、それと同時に形成される独立した
方形の導体領域である。先の第1の実施形態に対し、本
実施形態においては、ステッチ19に疑似ワイヤ17の
一端をボンディングしなければならず、従って、他の導
体ワイヤ14のボンディングにおける動きと異なる動き
をキャピラリにさせなければならない。その一方で、本
実施形態は、半導体チップの製造工程において、疑似の
電極パッドを形成する必要がないという点において、先
の実施形態よりも有利である。モールド樹脂の流れによ
る半導体チップ13の角部下流側における導体ワイヤへ
の影響をできるだけ小さくするという目的から、導体ワ
イヤ14と疑似ワイヤ17とのループ高さの差は小さい
方がより好ましい。
【0023】図6は、本発明が適用されるリードフレー
ムを用いたTQFP(Thin Quad Flat Package)型パッケ
ージの半導体装置20を示している。該半導体装置20
は、リードフレームにより与えられる接続端子としての
リード21、及び複数のリード21の形成する面に対し
下方にオフセットされたダイパッド22を備えている。
ダイパッド22は、モールド樹脂封止前の半導体チップ
23を支承するもので、その四隅から外側に延びるサポ
ートピン22aを有している。サポートピン22aは、
モールド樹脂封止前にはパッケージの外側まで延びてお
り、樹脂封止後のリード21のフレームからの切り離し
を行うトリミングの工程で、パッケージ外縁部分で切断
される。半導体チップ23は、導体ワイヤ24によっ
て、各リード21に電気的に接続されている。
【0024】図7は、上記TQFP型パッケージの半導
体装置において、本発明に係る疑似ワイヤを配置した本
発明の第3の実施形態を示したものである。半導体チッ
プ23と各リード21との電気的接続を達成する導体ワ
イヤ24は、各電極パッド23aから延びて、所定のル
ープを描き、リード21の端部に達する。本実施形態に
おいて疑似ワイヤ25の一端は、ダイパッド22の角部
近傍にボンディングされる。疑似ワイヤ25は、その位
置からサポートピン22aに沿って引き延ばされ、サポ
ートピン22aの所定の位置、すなわちリード21に対
する導体ワイヤ24のボンディング点と並ぶ位置でボン
ディングされる。なお、上述のようにダイパッド22
は、リード21に対し下方にオフセットされているが、
サポートピン22a上の疑似ワイヤ25のボンディング
位置は、リード21と同じ高さ位置にある点に留意され
たい。本実施形態において、ダイパッド22並びにサポ
ートピン22aは金属であり、従って、疑似ワイヤ25
をボンディングするために、ステッチ部パッドを設ける
などの特別な手段を講じる必要がないが、必要ならば銀
めっき等の処理を施すことができる。
【0025】図8は、ダイパッドが半導体チップのサイ
ズよりも小さい場合における、疑似ワイヤの取り付けに
関する本発明の第4の実施形態を示したものである。本
実施形態において、ダイパッド22は、破線で示される
ように、半導体チップ23よりも小さい平面的サイズを
有している。このような構造のTQFP型パッケージに
おいて、疑似ワイヤ25は、その両端をサポートピン2
2a上にボンディングされる。ダイパッド22のサイズ
が半導体チップ23のサイズよりも小さい点を除いて、
本実施形態は、図7の実施形態の場合と、疑似ワイヤ2
5の導体ワイヤ24に対する相対的位置を含めて、変わ
るところがない。
【0026】
【実施例】上記2本の疑似ワイヤを備えたBGA型パッ
ケージと、従来構造のBGA型パッケージについて、半
導体チップの角部下流側における導体ワイヤの変形量を
比較した。導体ワイヤの変形量を、δmax(最大撓み量)/
L(導体ワイヤの長さ)×100[%]とした場合、従来構造で
6.0%であった変形量が、4.8%に抑えられた。
【0027】以上、本発明の実施形態を図面に沿って説
明した。本発明の適用範囲が、上記実施形態において示
した事項に限定されないことは明らかである。実施形態
においては、疑似ワイヤは2本であった。しかしなが
ら、疑似ワイヤはモールド樹脂の流れの抵抗として機能
すれば良いので、この本数は限定的なものではない。ま
た、疑似ワイヤは、他の導体ワイヤと必ずしも同一のル
ーピングにより与えられるものである必要はなく、モー
ルド樹脂の流れに対する抵抗を増すために、ルーピング
の経路を変えても良い。本発明の構造は、上記BGA型
及びTQFP型のパッケージに限らず、導体ワイヤを備
え、モールド樹脂により封止されたパッケージを有する
半導体装置において広く適用できるものである。
【0028】
【発明の効果】以上の如く本発明によれば、モールド樹
脂注入時において、半導体チップの角部における導体ワ
イヤが、モールド樹脂の流れで隣り合う導体ワイヤと接
触することが防止される。
【0029】特に、ダム部材として疑似ワイヤを用いた
場合には、半導体装置の構造及び製造工程を殆ど変える
ことなしに、上記隣り合う導体ワイヤ同士の接触を防止
することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明が適用されるBGA型パッケージの半導
体装置の断面図である。
【図2】本発明の第1の実施形態を示す図1の要部拡大
平面図である。
【図3】モールド樹脂の流れによる導体ワイヤへの影響
を説明するための図である。
【図4】本発明の第2の実施形態を示す図1の要部拡大
平面図である。
【図5】図4の側面図である。
【図6】本発明が適用されるリードフレームを用いたT
QFP型パッケージの半導体装置の断面図である。
【図7】本発明の第3の実施形態を示す図6の要部拡大
断面図である。
【図8】本発明の第4の実施形態を示す図7の対応図で
ある。
【図9】モールド型内での樹脂の流れを概念的に示した
図である。
【図10】図9のA部を拡大して示す図であり、従来構
造の半導体装置におけるモールド樹脂の注入前の様子を
示している。
【図11】図9のA部を拡大して示す図であり、従来構
造の半導体装置におけるモールド樹脂の注入後の様子を
示している。
【符号の説明】
10、20 半導体装置 11 半田ボール 12 絶縁基板 12a、15 ステッチ部パッド 13 半導体チップ 13a 電極パッド 13’、33’ 半導体チップ角部 14 導体ワイヤ 15 モールド樹脂 16 疑似電極パッド 17 疑似ワイヤ 18 疑似ステッチ部パッド 19 疑似ボンドパッド 21 リード 30 モールド金型 34 キャビティ 34’ キャビティ内のゲートに対する両側角部 35 キャビティ内のゲートに対する対角角部
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 梅田 義克 大分県速見郡日出町大字川崎字高尾4260 日本テキサス・インスツルメンツ株式会社 内 Fターム(参考) 4M109 AA01 BA01 BA03 CA21 DB20 5F044 AA01 AA02 HH00 JJ03

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 主面の周囲に沿って電極パッドの列を備
    える半導体チップと、 上記各電極パッドから延びる導体ワイヤと、 少なくとも上記半導体チップ及び上記導体ワイヤを覆
    い、半導体装置の外形を形成するモールド樹脂と、 上記半導体チップの角部を挟むように配設された最も近
    接する2本の上記導体ワイヤ間に配置されたダム部材
    と、を備えた半導体装置。
  2. 【請求項2】 上記ダム部材が、モールド樹脂の注入時
    における注入ゲートに最も近接する上記半導体チップの
    角部に隣り合う角部に配置されている請求項1記載の半
    導体装置。
  3. 【請求項3】 上記ダム部材が、電気的には作用しない
    一又は複数の導体ワイヤである請求項1又は2記載の半
    導体装置。
  4. 【請求項4】 上記電気的には作用しない導体ワイヤの
    第1の端が、上記半導体チップの角部に形成された電気
    的には作用しない電極パッド上に固定されている請求項
    3記載の半導体装置。
  5. 【請求項5】 上記半導体チップが、ダイパッド上に配
    置され、上記電気的には作用しない導体ワイヤの第1の
    端が、上記ダイパッド上に固定されている請求項3記載
    の半導体装置。
  6. 【請求項6】 上記ダイパッドが、上記半導体チップの
    角部から外側に向けて延びるダイパッドサポートピンを
    有し、上記電気的には作用しない導体ワイヤの第1の端
    が、上記ダイパッドサポートピン上に固定されている請
    求項5記載の半導体装置。
  7. 【請求項7】 上記電気的には作用しない導体ワイヤの
    第2の端が、上記他の導体ワイヤの第2の端が固定され
    る位置の並びに沿って固定されている請求項3、4、5
    又は6記載の半導体装置。
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