JP2002083902A - 半導体装置 - Google Patents
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Landscapes
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Abstract
た半導体チップに対しても、必要な外部電極端子数を設
けることができ、さらに、信号形態の異なる半導体チッ
プを容易に混載できる半導体装置を提供する。 【解決手段】 本発明の半導体装置は、リード端子21
とダイパッド22とからなるリードフレーム2と、該ダ
イパッド22上に回路形成面が上側となる向きに搭載さ
れる半導体チップ3と、該半導体チップ3の回路形成面
に設けられている電極パッド4と配線パターン1bの内
部接続領域12およびリード端子21とを接続するワイ
ヤ5を有している。
Description
れたスルーホールを介して、配線パターンと電気的に接
続されるはんだバンプを外部電極端子として備えた、エ
リアアレイ型の半導体装置に関する。
軽量化に伴い、従来のQFP(QuadFlat Package)やS
OP(Small Outline Package )等の表面実装型半導体
装置から、より高密度実装が可能なエリアアレイ型半導
体装置であるCSP(ChipSize Package)やBGA(Ba
ll Grid Array )等が採用される傾向にある。
エリアアレイ型半導体装置の構成が、図7に示されてい
る。図7に示されているように、従来のエリアアレイ型
半導体装置は、ポリイミド等の絶縁性基材101a上に
配線パターン101bが形成された配線基板101と、
該配線基板101上にダイパッド102を介して、回路
形成面が上側となる向きに搭載される半導体チップ10
3と、該半導体チップ103の回路形成面に設けられて
いる電極パッド104と上記配線パターン101bの内
部接続領域105とを接続するワイヤ106と、該ワイ
ヤ106および半導体チップ103を封止する封止樹脂
107と、外部電極端子であるはんだバンプ108とを
有している。
bとはんだバンプ108とは、該配線基板101の絶縁
性基材101aに設けられたスルーホール109を介し
て外部接続領域110にて接続されている。
03とは、絶縁性または導電性の接着材111により接
合されている。また、配線基板101とダイパッド10
2とは、絶縁性の接着材112により接合されている。
(銅)泊が用いられる。上記のような半導体装置におい
ては、Cu泊の厚さは18μmが一般的である。Cu泊
がこの程度の厚さの場合、配線パターン101bのライ
ン/スペースは、量産レベルで40μm/40μm程度
となる。このため、現在主流である0.8mmピッチの
CSPにおいて、例えば外形サイズが8mm×8mmの
場合には、外部電極端子として81端子を配置すること
ができる。
のエリアアレイ型半導体装置は、外部電極端子としては
んだバンプのみを有する形状であることが一般的であ
る。従って、互いに異なる機能を有する複数の半導体チ
ップが1つのエリアアレイ型半導体装置に内蔵されてい
る構成の場合、特にディジタル系半導体チップとアナロ
グ系半導体チップとが混載された構成の場合であって
も、混載されたそれぞれの半導体チップに対して用いら
れる外部電極端子は区別されない。すなわち、それぞれ
の半導体チップが、外部電極端子としてはんだバンプを
使用することとなる。
リアアレイ型半導体装置は、上述したようにはんだバン
プのみを外部電極端子としているのでリード端子(アウ
ターリード)を有さない。これにより、エリアアレイ型
半導体装置は、表面実装型半導体装置に比べて、実装基
板として用いられるプリント基板への実装後の熱的スト
レスおよび機械的ストレスに対する信頼性が低下する傾
向にある。
されているので、リフロー実装などのプリント基板への
実装時には、はんだが溶融して再凝固する際の表面張力
や、半導体装置の自重などにより、はんだバンプが実装
前より横に広がった形状となる。はんだバンプがこのよ
うに変形することで、上記エリアアレイ型半導体装置の
スタンドオフが低くなるため、さらに熱的ストレスによ
る実装信頼性を低下させる。
装置の基板(絶縁性基材)はポリイミド等の絶縁性材に
て形成されており、半導体チップと外部電極端子(はん
だバンプ)とを接続する配線パターンは、上記基板にC
u泊を貼り付けてエッチングすることにより形成され
る。上述したように、配線パターンに用いられるCu泊
の厚さは18μmが主流であり、エッチングを利用して
形成する場合、ライン/スペースは量産レベルで40μ
m/40μm程度である。そのため、例えば8mm×8
mmの外形サイズを有するCSPの場合、0.8mmピ
ッチで、はんだバンプ配列は9列×9列の81端子が限
界である。
化はますます進んでおり、以前と比べると、半導体チッ
プの外形サイズが同一であってもその電極パッド数は増
加する傾向にある。従って、8mm×8mmの領域に
0.8mmピッチで搭載可能な半導体チップの電極パッ
ド数は、81では不足することになると考えられる。
導体チップを混載する場合、とりわけディジタル系の半
導体チップとアナログ系の半導体チップが混載されてい
る場合に、これらの半導体チップを同じ配線で繋ぐこと
はない。そのため、同じエリア内にディジタル系信号と
アナログ系信号とが混在することになり、プリント基板
の設計が非常に困難になる。
ので、実装信頼性を向上させることが可能であって、且
つ、より微細化された半導体チップに対して必要な外部
電極端子数を設けることができ、さらに、信号形態の異
なる半導体チップを容易に混載できる半導体装置を提供
することを課題とする。
めに、本発明に係る半導体装置は、第1面に配線パター
ンが設けられ、第2面から該配線パターンに達するスル
ーホールが設けられた配線基板と、上記配線基板の第2
面側に設けられ、上記スルーホールを介して上記配線パ
ターンと電気的に接続される外部電極端子と、リード端
子を有する導電性基材のリードフレームと、上記配線パ
ターンと電気的に接続された第1の半導体チップと、上
記半導体チップを封止する封止樹脂とを備えたことを特
徴としている。
線基板の第2面に設けられる外部電極端子を実装基板と
接続させることで実装を行っていた。このような構成の
場合、例えば外部電極端子がはんだにて形成されてお
り、リフロー処理を用いて半導体装置を実装基板上に実
装する場合、半導体装置の自重や溶融したはんだが凝固
する際の表面張力により、実装後のスタンドオフが低く
なってしまう。さらに、外部電極端子のみを用いて実装
を行うので、実装基板と半導体装置との距離が短くな
る。それゆえ、熱的ストレスおよび機械的ストレスに対
する信頼性が低下してしまう。
いては、外部電極端子に加えて、さらにリード端子を有
するリードフレームを備えているので、上記従来の構成
のような実装後の沈み込みが生じず、十分なスタンドオ
フを確保できる。またリード端子も実装時の接続部材と
して利用できるので、熱的ストレスや機械的ストレスに
対してコンプライアント効果を得ることができる。
トレスに対する信頼性を向上させることができる。
の課題を解決するために、上記第1の半導体チップが、
上記リードフレームに電気的に接続されている構成とす
ることも可能である。
がさらにリードフレームにも接続されているので、該第
1の半導体チップの外部接続用の端子として、外部電極
端子とリード端子との両方を利用することができる。近
年、半導体チップの微細化はますます進んでいるため、
同サイズの半導体チップであっても、設けられる電極パ
ッド数は飛躍的に増加することが予測される。そこで、
本発明の構成のように、外部電極端子とリード端子との
両方を利用可能とすることにより、半導体チップの電極
パッド数が増加した場合であっても、外部電極端子数お
よびリード端子数をそれぞれ増加させることによって容
易に対応することができる。
の課題を解決するために、上記リード端子は、実装時に
外部接続用の端子として機能するアウターリード部を有
しており、該アウターリード部には、はんだメッキが施
されていることが好ましい。
リード端子にメッキされるはんだの融点は、上記外部電
極端子の融点よりも高いことが好ましい。
ば本発明の半導体装置をリフロー炉を通過させる場合、
まず融点の低い外部電極端子が溶融する。従って、例え
搭載機にて搭載された際に位置ずれが生じたとしても、
セルフアライメント効果により、上記半導体装置は所定
の位置に移動することができる。この後、リード端子の
アウターリード部のはんだメッキが溶融して実装基板と
の接続が行われる。
定の位置に搭載することが可能となる。
が施されている構成とすることも可能である。
構成の場合、リード端子において半導体チップとの接続
に用いられるインナーリード部は、通常、別途のメッキ
工程が必要となるが、上記のようにリードフレーム全体
にPdメッキを施すことによりメッキ工程を削減するこ
とができる。
リードフレームがダイパッドを有しており、該ダイパッ
ド上に第1の半導体チップが搭載されている構成とする
ことも可能である。
チップを搭載することにより、例えばリード端子と接続
するために、半導体チップの高さを制御することが可能
となる。
の課題を解決するために、上記リードフレームと電気的
に接続された第2の半導体チップがさらに設けられ、該
第2の半導体チップと上記第1の半導体チップとは積層
されることにより搭載される構成とすることも可能であ
る。
置に異なる機能を有する第1および第2の半導体チップ
を混載する場合であっても、両者の外部接続用の端子が
異なるので、その区別が容易である。例えば、ロジック
系の半導体チップとアナログ系の半導体チップを混載す
る場合、ロジック系は外部電極端子を用い、アナログ系
はリード端子を用いることにより、明確に区別すること
ができる。
実施の形態について図1ないし図3に基づいて説明すれ
ば、以下のとおりである。
構成を示す断面図である。同図に示すように、本実施の
形態に係る半導体装置は、ポリイミド等の絶縁性基材1
a上に配線パターン1bが形成された配線基板1と、リ
ード端子21とダイパッド22とからなるリードフレー
ム2と、該ダイパッド22上に、回路形成面が上側とな
る向きに搭載される半導体チップ(第1の半導体チッ
プ)3と、該半導体チップ3の回路形成面に設けられて
いる電極パッド4と上記配線パターン1bの内部接続領
域12およびリード端子21とを接続するワイヤ5と、
該ワイヤ5および半導体チップ3を封止する封止樹脂6
と、はんだバンプ(外部電極端子)7とを有している。
だバンプ7とは、該配線基板1の絶縁性基材1aに設け
られたスルーホール8を介し、外部接続領域9にて接続
されている。
1は、半導体チップ3の電極パッド4とワイヤ5aにて
接続され、封止樹脂6にて封止されるインナーリード部
21aと、封止樹脂6にて封止されないアウターリード
部21bとからなる。該インナーリード部21aには、
ワイヤ5aによる半導体チップ3との内部接続を容易に
するため、Ag(銀)メッキが施されている。また、リ
ードフレーム2を構成するダイパッド22と半導体チッ
プ3とは、絶縁性または導電性の接着材10にて接合さ
れている。
2は、絶縁性の接着材11によりそれぞれ配線基板1に
接合されている。また、図示していないが、ダイパッド
22はリード端子21の一部と接続されている。ダイパ
ッド22は一般的に矩形であるので、例えば、ダイパッ
ド22の4頂点とリード端子21とを接続する方法や、
あるいは、ダイパッド22の向かい合う2辺の中心部分
とリード端子21とを接続する方法等が考えられる。
bは内部接続領域12を有しており、該内部接続領域1
2と半導体チップ3の電極パッド4とは、ワイヤ5bに
て接続されている。
ド端子21について詳細に説明する。
ード部21aにはAgメッキ膜13が形成されており、
該Agメッキ膜13によりワイヤー5aとの接続が容易
に行われる。尚、このAgメッキ膜13は、リードフレ
ーム状態の時に部分メッキされることにより形成され
る。ここで、上記リードフレーム状態とは、半導体チッ
プ3が搭載される(ダイボンディングされる)前のリー
ドフレーム2のことである。
ターリード部21bは、実装時にプリント基板(図示せ
ず)と接続されるものであり、はんだバンプ7に比べて
高融点のはんだメッキ膜14にて被覆されている。この
はんだメッキ膜14は、封止樹脂6にて封止を行った後
であって、はんだバンプ7の形成前に形成される。
プリント基板15上に実装された状態を示す断面図であ
る。
半導体装置に設けられているはんだバンプ7およびアウ
ターリード部21bを、プリント基板15に設けられた
ランド16と接合させることにより実装されている。実
装工程において、半導体装置は、搭載機(マウンタ)に
よりプリント基板15に搭載された後リフロー炉を通過
することにより接合される。リフロー炉通過の最中に、
まず融点の低いはんだバンプ7が溶融するのであるが、
この際、例えばはんだバンプ7が0.8mmピッチで配
置されている場合では、搭載時に200μm程度の位置
ずれがあったとしても、半導体装置はセルフアライメン
ト効果により所定位置に移動する。移動後、次にリフロ
ー炉内にける高融点のはんだが溶融する位置で、融点の
高いアウターリード部21bのはんだメッキ膜14(図
2参照。図3においては省略されている。)が溶融す
る。リフロー炉から出ると、上記はんだバンプ7並びに
アウターリード部21bのはんだメッキ膜14が共に凝
固し、半導体装置がプリント基板15に実装される。
装置は、外部電極端子として、半導体装置の裏面に設け
られたはんだバンプ7とリード端子21とを共に備えた
構成となっている。従来のCSPやBGAのようなエリ
アアレイ型半導体装置は、はんだバンプのみを外部接続
用の端子として用いているため、リード端子を有するQ
FPやSOPなどの表面実装型半導体装置のようにコン
プライアント効果が発揮されず、信頼性が低下する傾向
にある。コンプライアント効果とは、実装後の状態にお
いて、リード端子の部分によって応力が緩和される効果
のことである。これに対し、CSPなどでは実装後にお
いて半導体装置とプリント基板との距離が短く、実装後
のスタンドオフが低いので、応力が緩和されにくい。こ
れに対して、本発明のエリアアレイ型の半導体装置は、
上記のような構成により、熱的ストレスや機械的ストレ
スに対してコンプライアント効果を発揮することができ
るため、実装後の信頼性が向上する。
子とする従来のエリアアレイ型半導体装置では、リフロ
ー処理などのプリント基板への実装時に、はんだバンプ
が一旦完全に溶融してプリント基板のランドと接合する
ので、半導体装置に自重や溶融したはんだバンプが凝固
する際の表面張力により、リフロー処理前よりも幾分沈
み込んだ状態で実装が完了してしまう。すなわち、実装
後のスタンドオフが低くなってしまう。熱的ストレスに
対する信頼性はスタンドオフが高い程良好であるため、
スタンドオフを高くすることが望ましいが、はんだバン
プのみではスタンドオフの制御が困難である。
に、はんだバンプとともにリード端子も備えた構成とす
ることで、熱的ストレスに対する信頼性を十分に確保す
ることができるようにスタンドオフを制御することが可
能となる。
場合、現在一般的なものよりも電極パッド数がさらに増
加した半導体チップを用いる際には、ピッチの微細化が
要求される。しかしながら、ピッチの微細化の実現に対
しては、半導体装置の制限に加え、プリント基板側のラ
ンド数にも配線ルールの限界があるため、あまりに多く
の外部電極端子を設けることは非常に困難である。
成では、半導体装置の裏面に配設されるはんだバンプに
加えてリード端子も用いられているので、はんだバンプ
のみを外部電極端子として用いる構成よりも、外部電極
端子数を増加させることができる。
態について図4に基づいて説明すれば、以下のとおりで
ある。尚、説明の便宜上、前記した実施の形態1で説明
した構成と同様の機能を有する構成については同一の参
照番号を付記し、その説明を省略する。
リード端子21部分を示す要部拡大図である。図4に示
すように、本実施の形態においては、リード端子21お
よびダイパッド22がPdメッキ24にて被覆されてい
る。すなわち、インナーリード部21aおよびアウター
リード部21a、ダイパッド22が共にPdメッキ16
にて被覆されている。このように、通常のはんだメッキ
を施すのではなく、インナーリード部21a並びにアウ
ターリード部21aをアンセブリする前に、同一メッキ
であるPdメッキ24を施すことによって、封止樹脂6
にて封止を行った後にアウターリード部21bをメッキ
する必要がなくなる。
置よりもメッキ工程を1回削減することができる。
態について図5に基づいて説明すれば、以下のとおりで
ある。尚、説明の便宜上、前記した実施の形態1または
2で説明した構成と同様の機能を有する構成については
同一の参照番号を付記し、その説明を省略する。
リード端子21部分を示す要部拡大図である。図5に示
すように、本実施の形態に係る半導体装置においては、
リード端子21は半導体チップ3とがワイヤにて接続さ
れていない。すなわち、実施の形態1および2に係る半
導体装置におけるワイヤ5aが設けられていない構成で
ある。従って、実装時にプリント基板(図示せず)に接
合されるアウターリード部21bには電気的信号のやり
とりが行われない。これは、半導体チップ3の信号端子
数が少ない場合、はんだバンプ7による接続のみで電気
信号のやりとりが十分であり、リード端子21による電
気的接続を実施する必要がないからである。
ンプのみを使用する場合であっても、リード端子21を
設けることにより、実装時にアウターリード部21bが
プリント基板(図示せず)に接合されるため、十分なス
タンドオフを確保して実装後の信頼性を向上させること
ができる。
態について図6に基づいて説明すれば、以下のとおりで
ある。尚、説明の便宜上、前記した実施の形態1ないに
3の何れかで説明した構成と同様の機能を有する構成に
ついては同一の参照番号を付記し、その説明を省略す
る。
構成を示す断面図である。図6に示すように、本実施の
形態に係る半導体装置は、互いに異なる機能を有する2
つの半導体チップ17,18(第1の半導体チップ,第
2の半導体チップ)を搭載する構成である。
スアップ方式であって、下段の半導体チップ17は、絶
縁性の接着材11により配線基板1に接合されているダ
イパッド22と、裏面において接着材10により接続さ
れている。
ップ17の表面上に、接着材19により接続されてい
る。
7は配線パターン1bの内部接続領域12にワイヤ20
aによって接続され、上段の半導体チップ18はインナ
ーリード部21aにワイヤ20bにより接続されてい
る。ただし、必ずしも下段の半導体チップ17が配線パ
ターン1bの内部接続領域12と接続され、上段の半導
体チップ18がインナーリード部21aと接続されるわ
けではなく、逆に接続することも当然可能である。ま
た、半導体チップが3つ混載される構成の場合であって
も、本発明を適用することは可能である。
異なる半導体チップ17,18を用いる例を示している
が、同サイズの場合は、下段の半導体チップ17をフェ
イスダウン方式のフリップチップ接続にて接続すること
も可能である。この場合、下段の半導体チップ17にお
けるワイヤーの接続領域が不要となるので、装置をさら
に小型化することができる。
ましくない場合、例えばディジタル系半導体チップとア
ナログ系半導体チップとを混載する場合には、ディジタ
ル系半導体チップを配線パターン1bの内部接続領域1
2と接続してはんだボールを外部接続用の端子として使
用し、アナログ系半導体装置をインナーリード部21a
と接続してリード端子21を外部接続用の端子として使
用する構成とすることにより、プリント基板の設計が困
難となることもない。
体装置は、半導体チップ3,17がリードフレーム2の
ダイパッド22上に設けられる構成となっているが、ダ
イパッド22を設けない構成とすることも可能である。
この場合、半導体チップ3,17は配線基板1上へ接続
されることになるので、ダイパッド22の厚さ分だけ装
置を小さくすることができる。
は、第1面に配線パターンが設けられ、第2面から該配
線パターンに達するスルーホールが設けられた配線基板
と、上記配線基板の第2面側に設けられ、上記スルーホ
ールを介して上記配線パターンと電気的に接続される外
部電極端子と、リード端子を有する導電性基材のリード
フレームと、上記配線パターンと電気的に接続された第
1の半導体チップと、上記半導体チップを封止する封止
樹脂とを備えた構成である。
分なスタンドオフを確保できる。またリード端子も実装
時の接続部材として利用できるので、熱的ストレスや機
械的ストレスに対してコンプライアント効果を得ること
ができる。これにより、熱的ストレスおよび機械的スト
レスに対する信頼性を向上させることができるという効
果を奏する。
の課題を解決するために、上記第1の半導体チップが、
上記リードフレームに電気的に接続されている構成とす
ることも可能である。
が増加した場合であっても、外部電極端子数およびリー
ド端子数をそれぞれ増加させることによって容易に対応
することができるという効果を奏する。
の課題を解決するために、上記リード端子は、実装時に
外部接続用の端子として機能するアウターリード部を有
しており、該アウターリード部には、はんだメッキが施
されている構成であることが好ましい。
リード端子にメッキされるはんだの融点が、上記外部電
極端子の融点よりも高い構成であることが好ましい。
定の位置に搭載することが可能となるという効果を奏す
る。
が施されている構成とすることも可能である。
できるという効果を奏する。
リードフレームがダイパッドを有しており、該ダイパッ
ド上に第1の半導体チップが搭載されている構成とする
ことも可能である。
ために半導体チップの高さを制御することが可能となる
という効果を奏する。
の課題を解決するために、上記リードフレームと電気的
に接続された第2の半導体チップがさらに設けられ、該
第2の半導体チップと上記第1の半導体チップとは積層
されることにより搭載される構成とすることも可能であ
る。
能を有する第1および第2の半導体チップを混載する場
合であっても、両者の外部接続用の端子の区別を容易に
行えるという効果を奏する。
構成を示す断面図である。
大図である。
状態を示す断面図である。
リード端子部分を示す要部拡大図である。
リード端子部分を示す要部拡大図である。
構成を示す断面図である。
断面図である。
導体チップ) 18 半導体チップ(第1の半導体チップ,第2の半
導体チップ) 21 リード端子 21a インナーリード部 21b アウターリード部 22 ダイパッド 24 Pdメッキ
Claims (7)
- 【請求項1】第1面に配線パターンが設けられ、第2面
から該配線パターンに達するスルーホールが設けられた
配線基板と、 上記配線基板の第2面側に設けられ、上記スルーホール
を介して上記配線パターンと電気的に接続される外部電
極端子と、 リード端子を有する導電性基材のリードフレームと、 上記配線パターンと電気的に接続された第1の半導体チ
ップと、 上記半導体チップを封止する封止樹脂とを備えたことを
特徴とする半導体装置。 - 【請求項2】上記第1の半導体チップが、上記リードフ
レームに電気的に接続されていることを特徴とする請求
項1に記載の半導体装置。 - 【請求項3】上記リード端子は、実装時に外部接続用の
端子として機能するアウターリード部を有しており、該
アウターリード部には、はんだメッキが施されているこ
とを特徴とする請求項1または2に記載の半導体装置。 - 【請求項4】上記リードフレームには、Pdメッキが施
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。 - 【請求項5】上記リード端子にメッキされるはんだの融
点は、上記外部電極端子の融点よりも高いことを特徴と
する請求項3に記載の半導体装置。 - 【請求項6】上記リードフレームはダイパッドを有して
おり、該ダイパッド上に第1の半導体チップが搭載され
ていることを特徴とする請求項1ないし5の何れか1つ
に記載の半導体装置。 - 【請求項7】上記リードフレームと電気的に接続された
第2の半導体チップがさらに設けられ、該第2の半導体
チップと上記第1の半導体チップとは積層されることに
より搭載されていることを特徴とする請求項1に記載の
半導体装置。
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2009193984A (ja) * | 2008-02-12 | 2009-08-27 | Disco Abrasive Syst Ltd | 半導体装置及び半導体装置の製造方法 |
JP2009277923A (ja) * | 2008-05-15 | 2009-11-26 | Spansion Llc | 半導体装置及びその製造方法 |
-
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- 2000-09-05 JP JP2000269176A patent/JP3600138B2/ja not_active Expired - Fee Related
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