JP2005183492A - 半導体装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 ダイパッドに、第１および第２の半導体チップを積層して搭載し、各半導体チップとリードとをワイヤボンディングした後に樹脂モールドしてパッケージングされる半導体装置であって、第１の半導体チップと封止樹脂との密着性を向上させて、信頼性や生産安定性を向上させる。
【解決手段】 ダイパッド２は、中央の接着部１０と、開口したスリット部１１と、周縁部１２とを有し、周縁部１２は接着部１０の外側周囲に形成され、スリット部１１は接着部１０を囲むように形成されて接着部１０と周縁部１２との間に位置し、接着部１０に接着された第１の半導体チップ４の四隅４ａが周縁部１２に重なって支持され、スリット部１１の一部分Ｐが第１の半導体チップ４の外側へはみ出している。
【選択図】 図５

Description

本発明は複数の半導体チップをパッケージに搭載したチップ積層タイプの半導体装置に関するものである。

今や標準化した表面実装型の半導体パッケージの技術は、銅（Ｃｕ）合金または鉄−ニッケル（Ｆｅ−Ｎｉ）系合金のリードフレームのダイパッドに半導体チップがダイボンディングにより搭載され、半導体チップのボンディングパッド（電極パッド）とリードの内端部とが金（Ａｕ）線等の金属細線でワイヤーボンディングされ、所定の形状を持った金型にて樹脂モールドされてパッケージ体が構成されたものである。

以下、従来の表面実装型の半導体装置について図面を参照しながら説明する。
図１０は従来の半導体装置３１を示す主要な断面図であり、半導体装置３１は、ダイパッド３２に半導体チップ３３が接着剤３４を介したダイボンディングにより搭載され、半導体チップ３３のボンディングパッド３５とリード３６の内端部３６ａ（インナーリード）とが金属細線３７でワイヤーボンディングされて電気的接続がなされ、所定の形状を持った金型にて封止樹脂３８でモールドされて半導体装置３１を構成したものである。そして樹脂モールドし、封止樹脂３８の硬化後は、金型から取り出された半導体装置３１のリード３６の外端部３６ｂ（アウターリード）がリードフォーミング金型にて所定のリード形状に加工されたものである。

なお、半導体装置３１が完成した後は、電気的接続や信号検査、信頼性試験が行われ、良品判定された製品は梱包出荷される。
近年、ＬＳＩの発達はメモリー／ロジック混載やアナログ／デジタル混載が急速に進行しているが、市場のコスト競争力はさらに進み、今や単に１チップ化しチップ拡散プロセスにより混載化することが市場競争に勝つ条件ではなくなってきている。そこで最適なチップを選択し、複数の半導体チップを１パッケージ化する方が混載で１チップ化するよりは、利益を上げる可能性が出てきた。その例としてチップ積層タイプの半導体装置がある。

チップ積層タイプの半導体装置は、例えば図１１に示すように、ダイパッド３２上に第１の半導体チップ３３ａがダイボンディングされ、さらに第１の半導体チップ３３ａの上に第２の半導体チップ３３ｂがダイボンディングされた後、金属細線３７により各リード３６とのワイヤーボンディング、および、封止樹脂３８による外囲のモールドがなされて２チップ以上を１パッケージとしていた（特許文献１参照）。

しかしながら上記の従来の半導体装置において、特に図１１に示したチップ積層タイプの半導体装置４０では、複数の半導体チップ３３ａ，３３ｂを搭載するため、より半導体装置４０の内部が高密度し、第１の半導体チップ３３ａと封止樹脂３８との密着性が低下するといった問題があり、信頼性低下や生産安定性低下が懸念されているといった問題がある。
特開平１０−２５６４７３号公報

本発明は、半導体チップと封止樹脂との密着性を向上させて、信頼性や生産安定性を向上させることが可能な半導体装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために本第１発明は、
リードとダイパッドとを有し、
上記ダイパッドに、複数の四角形の半導体チップを積層して搭載し、
各半導体チップとリードとをワイヤボンディングした後に樹脂モールドしてパッケージングされる半導体装置であって、
上記ダイパッドは、中央の接着部と、開口したスリット部と、周縁部とを有し、
上記周縁部は接着部の外側周囲に形成され、
上記スリット部は接着部を囲むように形成されて接着部と周縁部との間に位置し、
上記複数の半導体チップのうちの接着部に接着された第１の半導体チップの四隅が周縁部に重なって支持され、
上記スリット部の一部分が第１の半導体チップの外側へはみ出しているものである。

これによると、第１の半導体チップをダイパッドの接着部に接着し、封止樹脂を樹脂モールドした場合、封止樹脂はダイパッドのスリット部に充填されて第１の半導体チップの裏面にも密着するため、第１の半導体チップと封止樹脂との密着性が向上する。また、この際、スリット部の一部分が第１の半導体チップの外側へはみ出しているため、上記封止樹脂は上記スリット部の一部分（はみ出した部分）を通過してダイパッドの表裏両側へ十分に行き渡る。

さらに、第１の半導体チップとリードとをワイヤボンディングする際、第１の半導体チップの四隅がダイパッドの周縁部に重なって支持されているため、第１の半導体チップの周辺のボンディングパッドに金属細線を接着するとき、第１の半導体チップの撓みを防止することができ、ワイヤボンディングの接着強度（ボンダビリティー）が向上する。

このようなことから、従来のものに比べて、半導体装置の信頼性や生産安定性が向上する。
本第２発明は、ダイパッドの周縁部は、第１の半導体チップの四隅に形成されたボンディングパッドの直下に位置しているものである。

これによると、特に、第１の半導体チップの四隅に形成されたボンディングパッドに対するワイヤボンディングの接着強度がより一層に向上する。
本第３発明は、ダイパッドの総面積（すなわち接着部と周縁部との面積）をＳ１とし、接着部の面積をＳ２とし、スリット部の面積をＳ３とし、第１の半導体チップの面積をＳ４とすると、
（Ｓ３／Ｓ１）×１００＝４０〜８０％
（Ｓ４−Ｓ２）／Ｓ３×１００＝４０〜８０％
（Ｓ１／Ｓ４）×１００＝１００〜１５０％
という上記３つの式の関係にあるものである。

これによると、ダイパッドの大きさと第１の半導体チップ４の大きさとが最適な関係に保たれる。
本第４発明は、ダイパッドは複数の吊りリードに支持され、
上記吊りリードはダイパッドから半導体装置の対角線の方向へ連設され、
上記各吊りリードに、樹脂モールド後に樹脂の底面に露出する突起部が形成されており、
上記突起部は半導体装置の中心から所定範囲内のダイパッドの近傍に位置しているものである。

これによると、封止樹脂を樹脂モールドする際、突起部が封止金型に固定されて、封止樹脂が封止金型内に注入されるので、封止樹脂注入時のダイパッドおよび半導体チップの上下変動を防止することができ、これにより、金属細線の断線を防止することが可能となる。尚、突起部をダイパッドの近傍に位置させることにより、ダイパッドおよび半導体チップの上下変動を防止する効果がさらに高まる。

本発明によると、封止樹脂を樹脂モールドする際、第１の半導体チップと封止樹脂との密着性が向上し、さらに、封止樹脂がスリット部の一部分（はみ出した部分）を通過してダイパッドの表裏両側へ十分に行き渡る。また、第１の半導体チップの周辺のボンディングパッドに金属細線を接着する際、第１の半導体チップの撓みを防止することができ、ワイヤボンディングの接着強度が向上する。このようなことから、従来のものに比べて、半導体装置の信頼性や生産安定性が向上する。

以下、本発明における第１の実施の形態について図１〜図５を参照しながら説明する。
図１，図２に示すように、１は半導体装置であって、ダイパッド２の外方周囲に複数のリード３が配列されている。上記ダイパッド２上には第１の半導体チップ４が搭載され、さらに、第１の半導体チップ４上に第２の半導体チップ５が搭載されている。第１および第２の半導体チップ４，５は長方形であり、第１の半導体チップ４のアスペクト比（長辺の長さと短辺の長さとの比）がほぼ２：１に形成されている。また、第１および第２の半導体チップ４，５の周縁部に形成された複数のボンディングパッド６と各リード３の内端部３ａ（インナーリード部）とは金属細線７でワイヤボンディングされて電気的に接続されている。上記ワイヤボンディング後、封止樹脂８で樹脂モールドされてパッケージングされ、これにより、２個の半導体チップ４，５を１パッケージ化している。

図３，図４に示すように、上記ダイパッド２は、正方形の平板状に形成されており、接着部１０と、表裏に開口したスリット部１１と、周縁部１２とを有している。上記接着部１０は、ダイパッド２の中央に位置しており、正方形に形成されている。また、上記周縁部１２は、接着部１０の外側周囲に形成されている。また、上記スリット部１１は、接着部１０を囲むように形成され、接着部１０と周縁部１２との間に位置している。尚、上記接着部１０の四隅端部と周縁部１２とは４本の連結片１３を介して連通しており、上記スリット部１１は連結片１３によって４つに分割されている。

図２に示すように、上記第１の半導体チップ４は、ダイパッド２の接着部１０の表面に接着ペースト１６（接着剤の一例）を介して接着されている。図５に示すように、第１の半導体チップ４の四隅４ａはダイパッド２の周縁部１２上に重なって支持され、さらに、第１の半導体チップ４の相対する短辺が上記周縁部１２上に重なって支持されている。尚、上記周縁部１２は、第１の半導体チップ４の四隅４ａに形成されたボンディングパッド６の真下に位置している。また、スリット部１１の一部分Ｐは第１の半導体チップ４の長辺の外側へはみ出している。

上記ダイパッド２の総面積（すなわち接着部１０の表面の面積と周縁部１２の表面の面積と連結片１３の表面の面積との和）をＳ１とし、接着部１０の表面の面積をＳ２とし、スリット部１１の開口面積の総和をＳ３とし、第１の半導体チップ４の裏面の面積をＳ４とすると、下記（１）〜（３）式の関係になるように設定されている。

（Ｓ３／Ｓ１）×１００＝４０〜８０％ （１）
（Ｓ４−Ｓ２）／Ｓ３×１００＝４０〜８０％ （２）
（Ｓ１／Ｓ４）×１００＝１００〜１５０％ （３）
図２〜図４に示すように、上記ダイパッド２は４本の吊りリード１７に支持されている。これら吊りリード１７はダイパッド２の周縁部１２の四隅端部から半導体装置１のパッケージの対角線方向へ連設されている。各吊りリード１７にはそれぞれ、樹脂モールド後に封止樹脂８の底面に露出する下向きの突起部１８が形成されている。半導体装置１のパッケージの中央Ｏから対角線方向の四隅部までの距離をＡとし、上記中央Ｏから突起部１８までの距離をＢとすると、突起部１８は下記の（４）式に示すように中央Ｏから所定範囲内に位置している。

Ｂ／Ａ≦２／３ （４）
また、図２に示すように、第２の半導体チップ５は接着シート２０（接着剤の一例）を介して第１の半導体チップ４上に接着されている。

以下、上記構成における作用を説明する。
半導体装置１を製造する場合、ダイパッド２の接着部１０に第１の半導体チップ４を接着し、第１の半導体チップ４に第２の半導体チップ５を接着し、第１および第２の半導体チップ４，５と各リード３とをワイヤボンディングした後、封止樹脂８で樹脂モールドする。

上記樹脂モールドの際、上記封止樹脂８はダイパッド２のスリット部１１に充填されて第１の半導体チップ４の裏面にも密着するため、第１の半導体チップ４と封止樹脂８との密着性が向上する。

また、図５に示すように、スリット部１１の一部分Ｐが第１の半導体チップ４の外側へはみ出しているため、封止樹脂８は上記スリット部１１の一部分Ｐを通過してダイパッド２の表裏両側へ十分に行き渡る。

さらに、第１の半導体チップ４とリード３とをワイヤボンディングする際、第１の半導体チップ４の四隅４ａがダイパッド２の周縁部１２上に重なって支持されているため、第１の半導体チップ４の周辺のボンディングパッド６に金属細線７を接着するとき、第１の半導体チップ４の撓みを防止することができ、ワイヤボンディングの接着強度（ボンダビリティー）が向上する。特に、上記周縁部１２は第１の半導体チップ４の四隅４ａのボンディングパッド６の真下に位置しているため、第１の半導体チップ４の四隅４ａのボンディングパッド６に対するワイヤボンディングの接着強度がより一層に向上する。

以上のようなことから、従来のものに比べて、半導体装置１の信頼性や生産安定性が向上する。
また、上記（１）〜（３）式により、ダイパッド２の大きさと第１の半導体チップ４の大きさとが最適な関係に保たれる。尚、上記ダイパッド２の総面積Ｓ１が第１の半導体チップ４の裏面の面積Ｓ４に対して大き過ぎると、封止樹脂８のダイパッド２の裏面への充填性が阻害される恐れがあり、この対策として、上記のように、（Ｓ１／Ｓ４）×１００＝１００〜１５０％の範囲とすることにより、第１の半導体チップ４に対するダイパッド２のサイズが限定され、封止樹脂８のダイパッド２の裏面への充填性が向上するといったメリットがある。

さらに、封止樹脂８を樹脂モールドする際には、上金型と下金型とで構成される封止金型（図示せず）内に封止樹脂８を注入する。この時、リード３と吊りリード１７とが上金型と下金型とによってクランプされる。また、樹脂モールド時、各突起部１８が下金型の内面に確実に当接するように、突起部１８の曲げ深さを若干大きく設定しており、これによって、吊りリード１７自身の弾性力（ばね力）で、突起部１８に下向きの押圧力が発生し、突起部１８が上記押圧力により下金型の内面に押し付けられる。これにより、ダイパッド２は封止金型内に封止樹脂８を注入する際の封止樹脂８の流れに耐えることができ、ダイパッド２および半導体チップ４，５の上下変動（ダイパッドシフト）を防止することができる。特に、上記（４）式の関係に示すように、突起部１８の位置をダイパッド２側へ近付けるほど、ダイパッド２および半導体チップ４，５の上下変動を防止する効果がさらに高まる。

尚、図５に示すように、第１の半導体チップ４の相対する短辺がダイパッド２の周縁部１２上に完全に重なっているが、第１の半導体チップ４の四隅４ａが上記周縁部１２上に重なっている状態さえ保っていれば、第１の半導体チップ４の位置が短辺方向又は長辺方向へ多少ずれても問題は無く、したがって、第１の半導体チップ４の接着位置のずれをある程度許容することができる。

上記第１の実施の形態では、第１の半導体チップ４はアスペクト比が２：１の長方形に形成されているが、２：１以外の長方形であってもよい。
上記第１の実施の形態では、長方形の第１の半導体チップ４を用いたが、第２の実施の形態として、図６に示すように、アスペクト比が１：１となる正方形の第１の半導体チップ４を用いてもよい。

この場合、正方形の第１の半導体チップ４の四隅４ａはダイパッド２の周縁部１２上に重なって支持されており、スリット部１１の一部分Ｐは第１の半導体チップ４の四辺の外側へはみ出している。

上記第１の実施の形態では、図４に示すように、ダイパッド２の接着部１０と周縁部１２とは４本の連結片１３を介して連通しているが、上記連結片１３の本数は４本に限定されるものではなく、例えば、第３の実施の形態として、図７に示すように、連結片１３を２本設けたり、第４の実施の形態として、図８に示すように、連結片１３を１本だけ設けてもよい。尚、連結片１３を２本設けた場合、スリット部１１は連結片１３によって２つに分割され、連結片１３を１本だけ設けた場合、スリット部１１は連結片１３の部分で分断されている。

上記第１の実施の形態では、図４に示すように、ダイパッド２の接着部１０を正方形に形成しているが、長方形或いはそれ以外の形状であってもよく、例えば、第５の実施の形態として、図９に示すように、接着部１０を円形に形成してもよい。

上記各実施の形態では、図４に示すように、ダイパッド２を正方形に形成しているが、長方形であってもよい。
上記各実施の形態では、図２に示すように、２個の半導体チップ４，５を１パッケージ化しているが、３個以上の半導体チップを１パッケージ化してもよい。

ダイパッドに半導体チップを搭載し、樹脂モールドしてパッケージングされる半導体装置に適用できる。

本発明の第１の実施の形態における半導体装置の一部分を断面表示した斜視図である。 同、半導体装置の断面図である。 同、半導体装置のダイパッドとリードとの斜視図である。 同、半導体装置のダイパッドとリードとの平面図である。 同、半導体装置のダイパッドに第１の半導体チップを接着した状態の平面図である。 本発明の第２の実施の形態における半導体装置のダイパッドに第１の半導体チップを接着した状態の平面図である。 本発明の第３の実施の形態における半導体装置のダイパッドとリードとの平面図である。 本発明の第４の実施の形態における半導体装置のダイパッドとリードとの平面図である。 本発明の第５の実施の形態における半導体装置のダイパッドとリードとの平面図である。 従来の半導体装置の断面図であり、１チップを１パッケージとしたものである。 従来の半導体装置の断面図であり、２チップを１パッケージとしたものである。

符号の説明

１ 半導体装置
２ ダイパッド
３ リード
４ 第１の半導体チップ
４ａ 四隅
５ 第２の半導体チップ
６ ボンディングパッド
１０ 接着部
１１ スリット部
１２ 周縁部
１７ 吊りリード
１８ 突起部
Ｐ 一部分

Claims (4)

1. リードとダイパッドとを有し、
   上記ダイパッドに、複数の四角形の半導体チップを積層して搭載し、
   各半導体チップとリードとをワイヤボンディングした後に樹脂モールドしてパッケージングされる半導体装置であって、
   上記ダイパッドは、中央の接着部と、開口したスリット部と、周縁部とを有し、
   上記周縁部は接着部の外側周囲に形成され、
   上記スリット部は接着部を囲むように形成されて接着部と周縁部との間に位置し、
   上記複数の半導体チップのうちの接着部に接着された第１の半導体チップの四隅が周縁部に重なって支持され、
   上記スリット部の一部分が第１の半導体チップの外側へはみ出していることを特徴とする半導体装置。
2. ダイパッドの周縁部は、第１の半導体チップの四隅に形成されたボンディングパッドの直下に位置していることを特徴とする請求項１記載の半導体装置。
3. ダイパッドの総面積（すなわち接着部と周縁部との面積）をＳ１とし、接着部の面積をＳ２とし、スリット部の面積をＳ３とし、第１の半導体チップの面積をＳ４とすると、
   （Ｓ３／Ｓ１）×１００＝４０〜８０％
   （Ｓ４−Ｓ２）／Ｓ３×１００＝４０〜８０％
   （Ｓ１／Ｓ４）×１００＝１００〜１５０％
   という上記３つの式の関係にあることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の半導体装置。
4. ダイパッドは複数の吊りリードに支持され、
   上記吊りリードはダイパッドから半導体装置の対角線の方向へ連設され、
   上記各吊りリードに、樹脂モールド後に樹脂の底面に露出する突起部が形成されており、
   上記突起部は半導体装置の中心から所定範囲内のダイパッドの近傍に位置していることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載の半導体装置。

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