JP2005301635A

JP2005301635A - 半導体装置及びその製造方法

Info

Publication number: JP2005301635A
Application number: JP2004116289A
Authority: JP
Inventors: Tomoki Kawasaki; 知樹河崎; Takao Ochi; 岳雄越智
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2004-04-12
Filing date: 2004-04-12
Publication date: 2005-10-27
Anticipated expiration: 2024-04-12
Also published as: JP4514497B2

Abstract

【課題】パッケージサイズを増大させることなく、通信性能を高めることのできるアンテナ一体型の半導体装置を提供することを目的とする。
【解決手段】半導体チップ２と、半導体チップ２を載置するための搭載部５と、アンテナとを備えており、アンテナは、２個以上のコイル３，４で構成され、かつ上下に重なって配置されるという構造を持つ。半導体チップ２の端子パッドは、アンテナの両端に接続され、かつ封止樹脂により封止される。複数のコイル３，４は上下に重ね合わせた上で、一括で封止される。または、それぞれのコイル３，４ごとに別々に封止し、上下に重ね合わせた上で、外部接続リード１２，１３を用いて接続される。
【選択図】図１

Description

本発明は、半導体チップ等の電子部品を内蔵し、外部機器と非接触で電気信号を送受信する半導体装置及び半導体装置の製造方法に関する。

従来、非接触ＩＣタグなどの無線通信機能を有する半導体装置が、ＩＣカード、物流管理、商品管理といった用途に用いられている。これらの半導体装置は、メモリー機能を有する半導体チップと、データ送受信のためのアンテナとを有し、そのアンテナを通じて、外部電子機器と非接触で通信し、半導体チップに記憶されたデータの読み取りを行っている。

従来はアンテナとして、金属線コイルや、コイルをパターニングした基板などが用いられていたが、コイルや基板といった特殊な部品が必要な上、一般的な半導体製造工程での製造が困難で製造コストがかかるという問題があった。そこで、リードフレーム上にコイルを形成した半導体装置が提供された（たとえば、特許文献１参照。）。この方法は、一般的な半導体プラスチックパッケージの製造工程や製造設備をそのまま利用できるので、低コストで製造が可能である。

以下に、従来のリードフレームにコイルを形成した半導体装置について、図面を参照しながら説明する。図８は、従来のリードフレームに誘導コイルを一体化した半導体装置の実例である。

本構成では、リードフレーム３１上に構成されたコイル３３をアンテナに用いており、３２は半導体チップ、３５は半導体チップ搭載部、３６はワイヤ、３７は封止領域である。本半導体装置において、半導体チップ３２は半導体チップ搭載部３５に載置され、半導体チップ３２の第１の端子とコイル３３の第１の端子をワイヤ３６により接続し、また半導体チップ３２の第２の端子とコイル３３の第２の端子をワイヤ３６により接続し、これらを封止樹脂（図示せず）により封止し、ダムバー３９をカツトし、非封止領域を除去することにより、完成される。

本構成により、半導体装置は、コイル３３をアンテナとして機能させることができるため、外部電子機器と非接触で通信することが可能となる。
特開２０００−１２４３８８号公報（第５−６頁、第１図）

しかしながら、従来の非接触半導体装置には、次のような問題があった。コイル３３によるアンテナの通信距離は、コイル３３の巻き数と径に比例する傾向があるが、リードフレーム３１上にコイル３３を形成する場合、コイル３３の巻き数を増やせば、必然的にパッケージサイズが大きくなるという問題である。本半導体装置が主に物品に貼付されるという性格上、当然ながらパッケージサイズはできるだけ小さくする必要があるが、パッケージサイズが大きければその分、製造コストが高くなる。

前記に鑑み、本発明では、パッケージサイズを増大させることなく、通信性能を高めることのできるアンテナ一体型の半導体装置を提供することを目的とする。
さらに本発明では、通常の半導体製造工程による製造が可能な半導体装置の製造方法を提供することを目的とする。

前記従来の課題を解決するために本発明に係る半導体装置は、半導体チップと半導体チップを載置するための搭載部とアンテナを備えており、前記アンテナは２個以上のコイルで構成され、かつ上下に重なって配置されるという構造を持つ。また半導体チップの端子パッドは、アンテナの両端に接続され、かつ封止樹脂により封止される。そして、複数のコイルは上下に重ね合わせた上で、一括で封止される。または、それぞれのコイルごとに別々に封止し、上下に重ね合わせた上で、外部接続リードや突起電極を用いて、接続するという方法でも良い。

前記構成により、パッケージサイズを増加させることなく、通信性能を高めることのできる非接触の半導体装置を一般のプラスチックパッケージの製造工程により、製造することが可能である。

本発明では、２個以上のコイルを上下に重ねることにより、コイルの巻き数を倍増させることができるため、パッケージサイズを増加させることなく、アンテナ通信性能を高めることができる。また、リードフレーム、半導体チップ、ダイボンド材、ワイヤといった一般的な半導体製造のための部材を使用するため、通常の半導体製造工程による製造が可能である。

以下、本発明の実施形態に係る半導体装置の構成について、図面を参照しながら説明する。
（実施の形態１）
図１、図２を用いて、実施の形態１に係る製造方法の工程を説明する。図１は本発明の実施の形態１に用いるリードフレームの構成図である。図２は本発明の実施の形態１における製造方法の工程図である。

まず図２の（ａ）に示すように、エッチング法或いはプレス法により金属板を加工して、半導体チップ２を載置するための搭載部５と、２個以上のコイル３及び４と、外部接続用リード１２及び１３と、外枠部とを有するリードフレーム１を準備する。ここで７，８は封止領域、９はダムバーを示す。

次いで図２の（ｂ）に示すように、ダイボンド材（図示せず）を用いて、半導体チップ２を搭載部５に載置する。
そして図２の（ｃ）に示すように、半導体チップ２の第１の端子と第１のコイル３の第１の端子とを、第１のコイル３の第２の端子と第１の外部接続用リード１２とを、第１の外部接続用リード１２と第２のコイル４の第１の端子とを、第２のコイル４の第２の端子と第２の外部接続用リード１３とを、第２の外部接続用リード１３と半導体チップ２の第２の端子とを、それぞれワイヤ６で接続する。

次いで図２の（ｄ）に示すように、それぞれのコイル３，４を含むリードフレーム１の内側を、樹脂により別々に封止して封止体２０，２１とする。
そして図２の（ｅ）に示すように、外部接続用リード１２，１３を残して、樹脂モールド部、すなわち封止体２０，２１をリードフレーム１から切り離す。

その後に、図２の（ｆ）に示すように、それぞれの封止体２０，２１が上下に重なるように外部接続用リード１２，１３を折り曲げる。
前記（ａ）〜（ｆ）の工程を経ることにより、図１、図２に示す本発明に係る半導体装置の実施の形態１が完成する。
（実施の形態２）
次に、図３、図４を用いて、実施の形態２に係る製造方法の工程を説明する。図３は本発明の実施の形態２に用いるリードフレームの構成図である。図４は本発明の実施の形態２における製造方法の工程図である。

まず図４の（ａ）に示すように、エッチング法或いはプレス法により金属板を加工して、半導体チップ２を載置するための搭載部５と、第１のコイル３と、第１、第２の外部接続用リード１２，１３を含む第１の封止領域７とを有する第１のリードフレーム１０を準備するとともに、第２のコイル４と、第３、第４の外部接続用リード１４，１５を含む第２の封止領域８とを有する第２のリードフレーム１１を準備する。ここで９はダムバーを示す。

次いで図４の（ｂ）に示すように、第１のリードフレーム１０及び第２のリードフレーム１１上に、内部の回路から導出される外部接続用リード１２〜１５にそれぞれ突起電極１６〜１９を形成する。

そして図４の（ｃ）に示すように、ダイボンド材（図示せず）を用いて、半導体チップ２を第１の封止領域７の搭載部５に載置する。
次いで図４の（ｄ）に示すように、第１の封止領域７において、半導体チップ２の第１の端子と第１のコイル３の第１の端子とを、第１のコイル３の第２の端子と第１の外部接続用リード１２とを、第２の外部接続用リード１３と半導体チップ２の第２の端子とを、それぞれワイヤ６で接続する。また、第２の封止領域８において、第３の外部接続用リード１４と第２のコイル４の第１の端子とを、第２のコイル４の第２の端子と第４の外部接続用リード１５とを、それぞれワイヤ６で接続する。

そして図４の（ｅ）に示すように、第１の封止領域７と第２の封止領域８を樹脂により別々に封止して封止体２０，２１とする。
次いで図２の（ｆ）に示すように、第１の封止領域７と第２の封止領域８とを、それぞれリードフレーム１０，１１から切り離す。

そして図４の（ｇ）に示すように、第１の封止体２０の突起電極１６，１７と第２の封止体２１の突起電極１８，１９が接続できるように、第１の封止体２０と第２の封止体２１を上下に重ねあわせる。

その後に、図４の（ｈ）に示すように、第１の封止体２０の突起電極１６，１７と第２の封止体２１の突起電極１８，１９とを、ハンダ付け２２により接続する。
前記（ａ）〜（ｈ）の工程を経ることにより、図３、図４に示す本発明に係る半導体装置の実施の形態２が完成する。なお、（ｈ）の工程において、ハンダ付け２２による接続方法を提示したが、溶接、カシメ、導電性接着剤で接続する方法も可能である。
（実施の形態３）
次に、図５、図６を用いて、実施の形態３に係る製造方法の工程を説明する。図５は本発明の実施の形態３に用いるリードフレームの構成図である。図６は本発明の実施の形態３における製造方法の工程図である。

まず図６の（ａ）に示すように、エッチング法或いはプレス法により金属板を加工して、半導体チップ２を載置するための搭載部５と、第１のコイル３と、第１、第２の外部接続用リード１２，１３を含む第１の封止領域７とを有する第１のリードフレーム１０を準備するとともに、第２のコイル４と、第３、第４の外部接続用リード１４，１５を含む第２の封止領域８とを有する第２のリードフレーム１１を準備する。ここで９はダムバーを示す。

次いで図６の（ｂ）に示すように、ダイボンド材（図示せず）を用いて、半導体チップ２を第１の封止領域７の搭載部５に載置する。
そして図６の（ｃ）に示すように、第１の封止領域７において、半導体チップ２の第１の端子と第１のコイル３の第１の端子とを、第１のコイル３の第２の端子と第１の外部接続用リード１２とを、第２の外部接続用リード１３と半導体チップ２の第２の端子とを、それぞれワイヤ６で接続する。また、第２の封止領域８において、第３の外部接続用リード１４と第２のコイル４の第１の端子とを、第２のコイル４の第２の端子と第４の外部接続用リード１５とを、それぞれワイヤ６で接続する。

次いで図６の（ｄ）に示すように、第１の封止領域７と第２の封止領域８を樹脂により別々に封止して封止体２０，２１とする。
そして図６の（ｅ）に示すように、第１の封止領域７と第２の封止領域８とを、それぞれリードフレーム１０，１１から切り離す。この際、外部接続用リード１２〜１５が、それぞれの封止体２０，２１の外部に突き出るようにする。

次いで図６の（ｆ）に示すように、それぞれの封止体２０，２１の外部接続用リード１２〜１５を同じ向きにして、それぞれの封止体２０，２１を上下に重ねあわせる。
その後に、図４の（ｇ）に示すように、それぞれの封止体２０，２１の外部接続用リード１２〜１５を折り曲げ、ハンダ付け２２により接続する。

前記（ａ）〜（ｇ）の工程を経ることにより、図５、図６に示す本発明に係る半導体装置の実施の形態３が完成する。なお、（ｇ）の工程において、ハンダ付け２２による接続方法を提示したが、溶接、カシメ、導電性接着剤で接続する方法も可能である。
（実施の形態４）
次に、図７を用いて、実施の形態４に係る製造方法の工程を説明する。図７は本発明の実施の形態４おける製造方法の工程図である。

まず図７の（ａ）に示すように、エッチング法或いはプレス法により金属板を加工して、半導体チップ２を載置するための搭載部５と、２個以上のコイル３及び４と、外部接続用リード１２及び１３と、外枠部とを有するリードフレーム１を準備する。ここで７，８は封止領域、９はダムバーを示す。

次いで図７の（ｂ）に示すように、ダイボンド材（図示せず）を用いて、半導体チップ２を搭載部５に載置する。
そして図７の（ｃ）に示すように、半導体チップ２の第１の端子と第１のコイル３の第１の端子とを、第１のコイル３の第２の端子と第１の外部接続用リード１２とを、第１の外部接続用リード１２と第２のコイル４の第１の端子とを、第２のコイル４の第２の端子と第２の外部接続用リード１３とを、第２の外部接続用リード１３と半導体チップ２の第２の端子とを、それぞれワイヤ６で接続する。

次いで図７の（ｄ）に示すように、第１のコイル３と第２のコイル４が上下に重なるように、リードフレーム１を２つに折り曲げる。
そして図７の（ｅ）に示すように、それぞれのコイル３，４を含むリードフレーム１の内側を、樹脂により封止して封止体２０とする。

その後に、図７の（ｆ）に示すように、外部接続用リード１２，１３を残して、樹脂モールドされた封止体２０の部分をリードフレーム１から切り離す。
前記（ａ）〜（ｆ）の工程を経ることにより、図７に示す本発明に係る半導体装置の実施の形態４が完成する。

上記の実施の形態１〜４では、２個のコイル３，４を上下に重ねあわせた半導体装置が示されているが、これは同様にして、３個以上のコイルを上下に重ねあわせた半導体装置とすることも可能である。

以上の実施の形態１〜４により、本半導体装置は、パッケージサイズを増加させることなく、アンテナのコイル巻き数を多くすることができ、通信距離を高めることができる。

以上説明したように、本発明は、低コストで高性能な無線通信機能を有する半導体装置を製造するのに有効である。

本発明の実施形態１における半導体装置のリードフレーム構成図同半導体装置の製造方法の工程図本発明の実施形態２における半導体装置のリードフレーム構成図同半導体装置の製造方法の工程図本発明の実施形態３における半導体装置のリードフレーム構成図同半導体装置の製造方法の工程図本発明の実施形態４における半導体装置の製造方法の工程図従来のアンテナ回路を有する半導体装置を示す構成図

符号の説明

１リードフレーム
２半導体チップ
３第１のコイル
４第２のコイル
５搭載部
６ワイヤ
７第１の封止領域
８第２の封止領域
９ダムバー
１０第１のリードフレーム
１１第２のリードフレーム
１２第１の外部接続用リード
１３第２の外部接続用リード
１４第３の外部接続用リード
１５第４の外部接続用リード
１６第１の突起電極
１７第２の突起電極
１８第３の突起電極
１９第４の突起電極
２０第１の封止体
２１第２の封止体
２２ハンダ付け

Claims

半導体チップと、前記半導体チップを載置するための搭載部と、無線通信用のアンテナを有し、前記半導体チップに備えられた端子パッドは、前記アンテナの両端に接続され、かつ封止樹脂により封止された半導体装置であって、前記アンテナは２個以上のコイルで構成され、かつ上下に重なって配置されていることを特徴とする半導体装置。
アンテナは、封止樹脂により、各々のコイルごとに別々に封止され、各々の封止体は上下に重なって配置され、各々の前記コイルは、各々の内部の回路から導出されたリードによって、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。
コイルごとに別々に封止された封止体において、第１の封止体の内部の回路より導出されたリードが、第２の封止体と外部で繋がっており、前記第１の封止体の内部の回路が前記第２の封止体の内部の回路と電気的に接続されていることを特徴とする請求項２に記載の半導体装置。
コイルごとに別々に封止された封止体において、第１の封止体の内部の回路より導出された突起電極と、第２の封止体の内部の回路より導出された突起電極が、前記第１の封止体と前記第２の封止体の外部で接続されており、前記第１の封止体の内部の回路が前記第２の封止体の内部の回路と電気的に接続されていることを特徴とする請求項２に記載の半導体装置。
コイルごとに別々に封止された封止体において、第１の封止体の内部の回路より導出されたリードと、第２の封止体の内部の回路より導出されたリードが、前記第１の封止体と前記第２の封止体の外部で接続されており、前記第１の封止体の内部の回路が前記第２の封止体の内部の回路と電気的に接続されていることを特徴とする請求項２に記載の半導体装置。
アンテナを構成するそれぞれの前記コイルは、電気的に接続され、上下に配置され、かつ封止樹脂により一括に封止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。
エッチング法或いはプレス法により金属板を加工して、半導体チップを載置するための搭載部と、２個以上のコイルと、外部接続用リードと、外枠部とを有するリードフレームを準備する工程と、半導体チップを前記搭載部に載置する工程と、前記半導体チップと、前記第１のコイルの両端と、前記第２のコイルの両端と、第１の外部接続用リードと、第２の外部接続用リードとをワイヤで接続する工程と、それぞれの前記コイルを含む前記リードフレームの内側を、樹脂により別々に封止する工程と、樹脂モールド部を外部接続用リードを残して前記リードフレームから切り離す工程と、それぞれの封止体が上下に重なるように外部接続用リードを折り曲げる工程とにより製造されることを特徴とする半導体装置の製造方法。
エッチング法或いはプレス法により金属板を加工して、半導体チップを載置するための搭載部とコイルと外部接続用リードを有する第１の封止領域と、コイルと外部接続用リードを有する第２の封止領域とを有するリードフレームを準備する工程と、半導体チップを搭載部に載置する工程と、前記半導体チップと各々のコイルの両端と外部接続用リードとをワイヤで接続する工程と、前記第１の封止領域と前記第２の封止領域をそれぞれ封止する工程と、第１の封止体と第２の封止体とをそれぞれ前記リードフレームの外枠部から切り離す工程と、前記第１の封止体と前記第２の封止体とを上下に重ね合わせ、外部で接続する工程とにより製造されることを特徴とする半導体装置の製造方法。
エッチング法或いはプレス法により金属板を加工して、半導体チップを載置するための搭載部とコイルと外部接続用リードとを有する第１の封止領域、及びコイルと外部接続用リードとを有する第２の封止領域が、同一フレーム上に一対または複数対形成したリードフレームを準備する工程を有することを特徴とする請求項８に記載の半導体装置の製造方法。
エッチング法或いはプレス法により金属板を加工して、半導体チップを載置するための搭載部とコイルと外部接続用リードとを有する第１の封止領域が同一フレーム上に１個以上形成されたリードフレームと、コイルと外部接続用リードを有する第２の封止領域が同一フレーム上に１個以上形成されたリードフレームを準備することを特徴とする請求項８に記載の半導体装置の製造方法。
リードフレーム上に、内部の回路から導出される外部接続用リードに突起電極を形成する工程と、第１の封止体と第２の封止体の上下面から導出する前記突起電極を、前記第１の封止体及び前記第２の封止体の外部で接続する工程とにより製造されることを特徴とする請求項８に記載の半導体装置の製造方法。
第１の封止体と第２の封止体の側面から導出する前記外部接続用リードを折り曲げ、前記第１の封止体及び前記第２の封止体の外部で接続する工程で製造されることを特徴とする請求項８に記載の半導体装置の製造方法。
第１の封止体の外部接続用リードと第２の封止体の外部接続用リードとを、前記第１の封止体及び前記第２の封止体の外部でハンダ付けにより接続する工程で製造されることを特徴とする請求項８に記載の半導体装置の製造方法。
第１の封止体の外部接続用リードと第２の封止体の外部接続用リードとを、前記第１の封止体及び前記第２の封止体の外部で溶接により接続する工程で製造されることを特徴とする請求項８に記載の半導体装置の製造方法。
第１の封止体の外部接続用リードと第２の封止体の外部接続用リードとを、前記第１の封止体及び前記第２の封止体の外部でカシメにより接続する工程で製造されることを特徴とする請求項８に記載の半導体装置の製造方法。
第１の封止体の外部接続用リードと第２の封止体の外部接続用リードとを、前記第１の封止体及び前記第２の封止体の外部で導電性接着剤により接続する工程で製造されることを特徴とする請求項８に記載の半導体装置の製造方法。
エッチング法或いはプレス法により金属板を加工して、半導体チップを載置するための搭載部と２個以上のコイルとを有するリードフレームを準備する工程と、半導体チップを前記搭載部に載置する工程と、前記半導体チップと、第１のコイルの両端と、第２のコイルの両端と、第１のリードと、第２のリードとをワイヤで接続する工程と、第１のコイルと第２のコイルが上下に重なるように、前記リードフレームを２つに折り曲げる工程と、それぞれの前記コイルを含む前記リードフレームの内側を、樹脂により封止する工程と、樹脂モールドされた部分を前記リードフレームから切り離す工程とにより製造されることを特徴とする半導体装置の製造方法。