JP2005327802A - 樹脂封止型半導体装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】リードフレームの内側ランド上に至るサイズの半導体チップであっても搭載できる樹脂封止型半導体装置を提供する。
【解決手段】リードフレーム31上に配置される周形状のフィルム38は、非導電性の樹脂ベース層39と、下面側で内周ランド34と外周ランド35の対応位置に設けた導電性の接着剤層と、上面側で内周ランド34とつなぐ金属箔40で構成される。フィルム38にて、金属箔40の内周ランド34側端部には、樹脂ベース層39に貫通穴が開いており内周ランド34と接着剤層で導通、金属箔40の外周ランド35側端部では、樹脂ベース層39が金属箔40と外周ランド35側の接着剤層間を電気的に遮断する。フィルム38を接着剤層により内周ランド34と外周ランド35に貼り付けると、外周ランド35はフィルム38により約半分覆われるが、残りの約半分は露出状態になる。金属箔40により半導体チップ下の内周ランド34も利用できる。
【選択図】図2

Description

本発明は、リードフレームをベースとした樹脂封止型半導体装置に関するものである。
従来の半導体装置は、図6の半導体装置が樹脂封止される前の状態の(a)は断面図、(b)は平面図に示したように構成されている。まず、従来の半導体装置の構成について説明する。図6(a)では、個片化されたときの半導体装置の外形に相当する線を2点鎖線で示している。11は半導体装置全体、12は半導体装置11に搭載された半導体チップ、13はリードフレーム全体を示す。リードフレーム13の裏側には、テープ14が貼り付けられている。リードフレーム13は、半導体チップ12を載せるためのダイパッド15、外部端子として露出する内周ランド16、外周ランド17等で構成されている。
このリードフレーム13はエッチングとプレスにより作製されるが、エッチング直後は、内周ランド16はダイパッド15および外周ランド17とつながっている。この内周ランド16を独立したランドとするために、リードフレーム13にテープ14を貼り付けた後、内周ランド16とダイパッド15間および内周ランド16と外周ランド17間を切り離す。これによりダイパッド15と内周ランド16は、リードフレーム13の他の部分とのつながりはなくなるが、テープ14に貼り付いているために位置が変化することや脱落することはない。
ダイパッド15は、中央部が上方にプレスされて半導体チップ12を載せる支持部18となっている。19は、半導体チップ12をダイパッド15の支持部18に固着させるためのダイボンド剤である。20は、半導体チップ12の電極パッド21と内周ランド16および外周ランド17とを接続するワイヤである。22は、内部保護のために半導体装置11を全体的に覆っている封止樹脂である。
この半導体装置は、リードフレームをベースとしたLGA(Land Grid Array)タイプのものであり、高密度実装に対応するために外部端子となるランドを外周のみならず、その内側にも設けて2列周状配置とし、単位面積当りのランド数を増やしたものである。
なお、ここで説明したLGA(Land Grid Array)タイプのリードフレームの例は特許文献1に開示されている。
特開2002−246532号公報
しかしながら、従来の半導体装置では、半導体チップの電極パッドとリードフレーム側のランドとの接続をワイヤボンドで行っているため、接続先のランド上にはキャピラリが入る空間が必要であるが、半導体チップのサイズが大きくなるとキャピラリが入らなくなったり、内側のランドが隠れてしまったりして、半導体チップの電極パッド数以上のランドがあっても、内側のランドが使えなくなるため、半導体チップの搭載ができなくなるという課題があった。
本発明は、前記従来技術の問題を解決することに指向するものであり、まず、内側のランドに片側を接続して外周方向に引き出したフィルム上にワイヤボンド接続を行う構成とすることで、内側のランド上に至るサイズの半導体チップであっても搭載可能として、また、その際に使用するフィルムを確実に位置決めすることで、ワイヤボンドに必要な領域を確保して接続を問題なく行うことができ、さらに、そのフィルム形状の工夫によって隣接ワイヤ間で発生する可能性が生じるワイヤの接触を防止した樹脂封止型半導体装置を提供することを目的とする。
この目的を達成するために、本発明に係る請求項1に記載される樹脂封止型半導体装置は、ダイパッドと、ダイパッド上に搭載される半導体チップと、外部端子として露出する2列以上のランドと、少なくとも1つ以上の内側のランドと電気的に導通状態で接続された引出部を有するフィルムと、半導体チップとランドまたは引出部との間をつなぐワイヤと、全体を覆う封止樹脂とを備えた構成によって、内側のランドに一端を接続したフィルムの引出部にワイヤボンド接続することで、半導体チップのサイズが大きくなっても内側のランドを外部端子として使うことができ、搭載可能なチップサイズの限界値を大きくできる。
また、請求項2に記載される樹脂封止型半導体装置は、ダイパッドと、ダイパッド上に搭載される半導体チップと、外部端子として露出する2列以上のランドと、少なくとも1つ以上の内側のランドと電気的に導通状態で接続された引出部を有するフィルムと、ランドに対してフィルムを位置決めする機構と、半導体チップとランドまたは引出部との間をつなぐワイヤと、全体を覆う封止樹脂とを備えた構成によって、フィルムのリードフレームに対する位置決めを精密に行うことができ、フィルムに設けた引出部のワイヤボンド領域は外周側ランド上から外れることがなく、外周ランドのワイヤボンド領域もフィルムにより隠されることなく確保され、ワイヤボンド接続を行うことができる。
また、請求項3に記載される樹脂封止型半導体装置は、ダイパッドと、ダイパッド上に搭載される半導体チップと、外部端子として露出する2列以上のランドと、少なくとも1つ以上の内側のランドと電気的に導通状態で接続された引出部を有するフィルムと、半導体チップとランドまたは引出部との間をつなぐワイヤと、フィルムに一体的に設けられてワイヤの位置変化を制限するフィンと、全体を覆う封止樹脂とを備えた構成によって、フィルムにワイヤ間の接触防止のフィンを設けて、フィルムの引出部が載るランドに接続するワイヤと、フィルムの引出部に接続するワイヤとが近接しても封止によるワイヤ位置変化を制限して接触することを防止できる。
以上説明したように、本発明によれば、リードフレームの内側のランドと接続したフィルムに引出部を設けて、半導体チップのサイズが大きくなっても内側のランドを外部端子として使用でき、また、フィルムとリードフレームとの位置決め機構により、フィルムの引出部のワイヤボンド領域が外側のランド上で、かつ外側のランドのワイヤボンド領域を隠すことのない位置を確保して各ワイヤ接続を可能とし、さらに、フィルムにワイヤ間の接触防止フィンを設けて、フィルムの引出部と接続するワイヤと外側のランドと接続するワイヤが近接しても、封止によるワイヤの位置変化を制限してワイヤ間の接触を防止でき、リードフレームに対して搭載可能なチップサイズの限界値を大きくすることができるという効果を奏する。
以下、図面を参照して本発明における実施の形態を詳細に説明する。
図1は本発明の実施の形態1における樹脂封止型半導体装置のリードフレーム全体を示す平面図である。また、図2は図1のリードフレーム全体から基本単位を抜き出したものである。図1,図2において、31はリードフレーム全体を示し、このリードフレーム31の裏側には、テープ32が貼り付けられている。リードフレーム31は、半導体チップを載せるためのダイパッド33、外部端子として露出する内周ランド34、外周ランド35等で構成されている。
図示の段階では、外周ランド35はリードフレーム31の外枠36とつながっているものの、ダイパッド33や内周ランド34はテープ32に貼り付いているだけとなっている。ダイパッド33は、中央部が上方にプレスされて半導体チップを載せる支持部37となっている。38は周形状をしたフィルムであり、非導電性の樹脂ベース層39と、下面側で内周ランド34と外周ランド35に対応する位置に部分的に設けた導電性の接着剤層(図2では隠れて見えず)と、上面側で内周ランド34と外周ランド35とをつなぐ位置に周形状から突出した部分に部分的に設けた金属箔40との3層で構成されている。
樹脂ベース層39はフィルム38の骨格となる部分であり、フィルム38の外形形状に対応して存在するが、接着剤層と金属箔40とは、内周ランド34と外周ランド35とが図2で水平方向または垂直方向に隣接する箇所のみに対応して存在する。金属箔40の内周ランド34側端部では、金属箔40の下側で樹脂ベース層39に貫通穴が開いており、その穴に内周ランド34側の接着剤層が入ることで、下面側と導通があるが、金属箔40の外周ランド35側端部では、樹脂ベース層39が金属箔40と外周ランド35側の接着剤層との間を電気的に遮断していて下面側との導通はない。このフィルム38を接着剤層の働きを利用して内周ランド34および外周ランド35に貼り付ける。このとき外周ランド35は、フィルム38の突出下部分により約半分の部分が覆われるが、残りの約半分の部分は露出した状態になる。
次に、このリードフレーム31を使用して組み立てた半導体装置について説明する。図3は本実施の形態1における半導体装置が樹脂封止される前の状態の(a)は断面図、(b)は平面図を示す図である。図3(a)では、個片化されたときの半導体装置の外形に相当する線を2点鎖線で示している。41は半導体装置全体、42は半導体装置41に搭載された半導体チップである。ここでは半導体チップ42は、内周ランド34の上方に至るサイズであるとしている。43は、半導体チップ42をダイパッド33の支持部37に固着させるためのダイボンド剤である。
半導体チップ42の電極パッド44と外部端子となるランドとはワイヤ45により接続するが、このワイヤ45には、内ワイヤ46のように外周ランド35上でフィルム38の突出した部分上の引出部である金属箔40に接続するものと、外ワイヤ47のように外周ランド35に直接接続するものがある。フィルム38上の金属箔40は他端で内周ランド34に接続しているため、内ワイヤ46をフィルム38上の金属箔40の一端に接続することで、半導体チップ42の電極パッド44と内周ランド34とが電気的につながることになる。48は、内部保護のために半導体装置41を全体的に覆っている封止樹脂である。
この半導体装置41を得るための製造方法について述べる。この製造方法における各工程には、リードフレーム加工工程、ダイボンド工程、ワイヤボンド工程、封止工程、個片化工程がある。まず、リードフレーム加工工程について説明する。また説明は、本発明と関係ある部分に重点を置いて行う。
エッチングにより、元の板状の素材から不要な部分を除去してリードフレーム31を形成する。このリードフレーム31の場合は、ダイパッド33、内周ランド34、外周ランド35、外枠36がこの段階ではつながっており、それぞれのつなぎの部分に対しては、半導体装置41となったときに外部に露出しないように片側のみから板厚半分の除去を行うハーフエッチングを行っている。
次に、支持部37を高さ方向に突出させるために金型を用いて加圧成形する。リードフレーム31の裏側にテープ32を貼り付ける。ダイパッド33と内周ランド34間、内周ランド34と外周ランド35間に刃物を当てて加圧することで切断する。これによりダイパッド33と内周ランド34は、テープ32に貼り付いて保持されているだけとなり、他とは電気的にも独立したものとなる。
次に、フィルム38について説明する。フィルム38は樹脂ベース層39に対して、リードフレーム31に貼り付けたときに内周ランド34の上で、かつ金属箔40の下となる部分での貫通穴の打ち抜き、上面側への金属箔40の貼り付け、エッチングによる金属箔40のパターン形成、下面側への接着剤塗布を行うことで作製する。このフィルム38をリードフレーム31に対して位置決め、加圧することで、内周ランド34、外周ランド35へ接着する。このときフィルム38の金属箔40は内周ランド34とは導通のある状態、外周ランド35とは導通のない状態となる。
ダイボンド工程では、このリードフレーム31に対し、まずダイパッド33の支持部37にダイボンド剤43を塗り、そこへウェハダイシングされてダイシングテープに貼り付いた状態の半導体チップ42をピックアップして載せた後、加熱し固着させる。ワイヤボンド工程では、金属のワイヤ45を使用し、熱と超音波の作用により、半導体チップ42の電極パッド44にファーストボンド接合後、ワイヤループを形成し、リードフレーム31側の接続部にセカンドボンド接合することで、半導体チップ42の電極パッド44と外部端子となる内周ランド34、外周ランド35とを接続している。
このとき内周ランド34に対しては、内ワイヤ46を内周ランド34から引き出したフィルム38上の金属箔40に接続して間接的な接続、外周ランド35に対しては、外ワイヤ47を外周ランド35上に接続して直接的な接続となる。この電極パッド44とフィルム38上の金属箔40または外周ランド35との接続を所定数繰り返す。
封止工程では、リードフレーム31を片側が凹形状になった金型ではさみ、凹形状の部分に加熱、溶融した封止樹脂48を流し込み硬化させる。個片化工程では、パッケージダイシングにより半導体装置41をリードフレーム31全体から切り離すことで、個片にして取り出す。
このように本実施の形態1では、内側のランドに一端を接続したフィルム38の引出部(金属箔40)にワイヤボンド接続することで、半導体チップのサイズが大きくなっても内側のランドを外部端子として使うことができるため、搭載可能なチップサイズの限界値を大きくすることができる。
なお、実施の形態1では、フィルムは周状につながって全箇所に対して引き出しを行うとしたが、1箇所以上で内側のランドから引き出した部分へワイヤボンド接続ができさえすればよいので、種々変形可能である。例えば、辺毎に別になったものでもよいし、引き出し箇所毎に別になったものでもよいし、全箇所に対して引き出しを行うため全箇所に存在するのではなく、1箇所のみに対して引き出しを行うため1箇所に存在するとしてもよい。
また、フィルムは、導電性の接着剤層、樹脂ベース層、金属箔の3層で構成されており、ランドへは接着するとしたが、内側のランドで電気的に導通のある接続をしてワイヤボンド箇所(外側のランド)で下面側と絶縁状態にあればいいので、フィルムの構造やランドへの接続方法は種々変形可能である。また、フィルムやランドに接続するワイヤの本数を各箇所で1本までとしたが、複数本としてもよい。また、リードフレームのランド配置は2列周状としたが、3列以上としてもよいし、対向する2辺のみに配置されるとしてもよい。また、リードフレームのパターンはここで示したものに限らす種々変形可能であるし、形成方法もエッチングによらず、すべてプレスで行うとしてもよい。また、半導体チップの搭載数は1としたが、2以上の複数としてもよい。要点は、1個以上の内側のランドから引き出しを行い、ワイヤボンド位置をずらすということである。
次に、本発明の実施の形態2について説明する。本実施の形態2は、前述した実施の形態1に、フィルムのリードフレームに対する位置決め機構を追加したものである。ここでは、このフィルムのリードフレームに対する位置決め機構を中心に説明を行う。図4は本実施の形態2におけるフィルムとリードフレームとの位置決め機構を説明する分解斜視図である。図4では全体から2組の内周ランド34、外周ランド35を抜き出して示したものである。31はリードフレーム全体を示す。内周ランド34には、上方からハーフエッチングにより位置決め穴49が設けられている。38はフィルムであり、下方に突出した凸形状部50が、内周ランド34に設けた位置決め穴49に対応する位置に、対応するサイズで設けられている。
この半導体装置の製造方法について述べる。各工程には、リードフレーム加工工程、ダイボンド工程、ワイヤボンド工程、封止工程、個片化工程があるが、ここで、本実施の形態2の特徴であるフィルム38のリードフレーム31に対する位置決め機構に関する箇所を中心に説明を行う。
まず、リードフレーム加工工程について説明する。フィルム38は樹脂ベース層に対して、凸形状部50を形成するための部分的加圧、リードフレーム31に貼り付けたときに内周ランド34の上かつ金属箔40の下となる部分での貫通穴の打ち抜き、上面側への金属箔40の貼り付け、エッチングによる金属箔40のパターン形成、下面側への接着剤塗布を行うことで作製する。このフィルム38の凸形状部50が、内周ランド34に設けた位置決め穴49に入るよう位置決めした後、接着剤層の働きを利用して内周ランド34および外周ランド35に貼り付ける。このとき外周ランド35は、約半分の部分がフィルム38の突出した部分により覆われるが、残りの約半分の部分は露出した状態になる。このリードフレーム31はダイボンド工程を経て、ワイヤボンド工程に送られる。
ワイヤボンド工程では、金属のワイヤを使用し、熱と超音波の作用により、半導体チップの電極パッドにファーストボンド接合後、ワイヤループを形成し、リードフレーム31側の接続部にセカンドボンド接合することで、半導体チップの電極パッドと外部端子となる内周ランド34、外周ランド35とを接続している。このときフィルム38は、凸形状部50が、内周ランド34に設けた位置決め穴49に入るよう位置決めされているため、フィルム38に設けた金属箔40のワイヤボンド領域は外周ランド35上から外れることなく確保され、外周ランド35のワイヤボンド領域もフィルム38により隠されることなく確保されるため、問題なく接続を行うことができる。
封止工程では、リードフレーム31を片側が凹形状になった金型ではさみ、凹形状の部分に加熱、溶融した封止樹脂を流し込み硬化させる。個片化工程では、パッケージダイシングにより半導体装置をリードフレーム31全体から切り離すことで、個片にして取り出す。
このように本実施の形態2では、フィルム38のリードフレーム31に対する位置決めを精密に行うことができるため、フィルム38に設けた金属箔40のワイヤボンド領域は外周ランド35上から外れることがなく、外周ランド35のワイヤボンド領域もフィルム38により隠されることなく確保されるため、ワイヤボンド接続を行うことができる。
なお、本実施の形態2では、内周ランド34側に設けた位置決め穴49にフィルム38側に設けた凸形状部50が入るとして精密な位置決めをするとしたが、この位置決めの方式は種々変形可能である。例えば、内周ランド34に溝を設けてその溝を利用した位置決めをするとしてもよいし、内周ランド34の外形形状を利用した位置決めをするとしてもよいし、または内周ランド34ではなく外周ランド35の形状を利用した位置決めをするとしてもよい。また、この場合も、実施の形態1と同様に、フィルムの形状、引き出し箇所数、構造、ランドへの接続方法等は種々変形可能である。要点は、フィルム38がリードフレーム31に対してずれないように、フィルム38とリードフレーム31との間に位置決め機構を設けることである。
次に、本発明の実施の形態3について説明する。本実施の形態3は、前述した実施の形態1に、フィルム38の引出部(金属箔40)へ接続する内ワイヤ46と外周ランド35へ直接接続する外ワイヤ47との接触を防止する構造を追加したものである。この内ワイヤ46と外ワイヤ47間の接触を防止する構造を中心に説明を行う。図5は本実施の形態3におけるフィルムによるワイヤ間の接触防止構造を説明する斜視図である。31はリードフレーム全体を示す。42は半導体チップであり、内周ランド34の上側に至るサイズであるとしている。51は、フィルム38の突出した部分に設けられたフィンであり、樹脂ベース層の一部を折り曲げて垂直に立ち上げた形状となっている。
半導体チップ42の電極パッド44と外部端子となる各ランドとはワイヤにより接続するが、内ワイヤ46のように外周ランド35上でフィルム38の金属箔40に接続するものと、外ワイヤ47のように外周ランド35に直接接続するものがある。フィン51は、内ワイヤ46と外ワイヤ47との間に存在し、封止で生じる可能性のあるワイヤ間の接触を防止する。
この半導体装置の製造方法について述べる。各工程には、リードフレーム加工工程、ダイボンド工程、ワイヤボンド工程、封止工程、個片化工程があるが、ここで、本実施の形態3の特徴であるワイヤ間の接触を防止する構造に関係のある箇所を中心に説明を行う。
まず、リードフレーム加工工程について説明する。フィルム38は樹脂ベース層に対して、リードフレーム31に貼り付けたときに内周ランド34の上かつ金属箔40の下となる部分での貫通穴の打ち抜き、上面側への金属箔40の貼り付け、エッチングによる金属箔40のパターン形成、フィン51を形成するための切断と折り曲げ、下面側への接着剤塗布を行うことで作製する。このフィルム38を接着剤層の働きを利用して内周ランド34および外周ランド35に貼り付ける。このとき外周ランド35は、約半分の部分がフィルム38により覆われるが、残りの約半分の部分は露出した状態になる。このリードフレーム31はダイボンド工程を経て、ワイヤボンド工程に送られる。
ワイヤボンド工程では、金属のワイヤを使用し、熱と超音波の作用により、半導体チップ42の電極パッド44にファーストボンド接合後、ワイヤループを形成し、リードフレーム31側の接続部にセカンドボンド接合することで、半導体チップ42の電極パッド44と外部端子となる内周ランド34、外周ランド35とを接続している。
封止工程では、リードフレーム31を片側が凹形状になった金型ではさみ、凹形状の部分に加熱、溶融した封止樹脂を流し込み硬化させる。このときに各ワイヤは、樹脂流動の影響を受けて位置が変化し、特に内ワイヤ46と外ワイヤ47のように両者が近接した箇所では接触する危険が生じるが、フィン51がワイヤの位置変化を制限して接触を防止する。そして、個片化工程では、パッケージダイシングにより半導体装置をリードフレーム31全体から切り離すことで、個片にして取り出す。
このように本実施の形態3では、フィルム38にワイヤ間の接触防止のためのフィン51を設けているため、フィルム38の引出部が載る外周ランド35へ接続する外ワイヤ47とフィルム38の引出部(金属箔40)へ接続する内ワイヤ46とが近接していても、フィン51が封止によるワイヤの位置変化を制限してワイヤ間の接触を防止することができる。
なお、本実施の形態3では、フィルム38にフィン51を設けるとしたが、このフィン51の設け方は種々変形可能である。例えば、フィン51を設ける位置やフィン51の高さを変えてもよいし、封止により接触の危険がある箇所が限定されていれば、その箇所のみに設けるとしてもよい。また、フィン51の形状も樹脂ベース層の一部を折り曲げて垂直に立ち上げたものでなく、樹脂ベース層の一部をアーチ状に上方へ突出させたものとしてもよく、この場合も、実施の形態1と同様に、フィルムの形状、引き出し箇所数、構造、ランドへの接続方法等は種々変形可能である。要点は、ワイヤ間の接触防止の目的で、ワイヤ間に介在させるフィンを内側のランドからの引き出し用フィルムと一体的に形成するということである。
本発明に係る樹脂封止型半導体装置は、リードフレームに対して搭載可能なチップサイズの限界値を大きくでき、リードフレームをベースとした樹脂封止型の高密度実装に対応可能な半導体装置として有用である。
本発明の実施の形態1における樹脂封止型半導体装置のリードフレーム全体を示す平面図 本実施の形態1におけるリードフレームの基本単位を示す平面図 本実施の形態1における半導体装置が樹脂封止前の状態を示す(a)は断面図、(b)は平面図 本実施の形態2におけるフィルムとリードフレームとの位置決め機構を説明する分解斜視図 本実施の形態3におけるフィルムによるワイヤ間の接触防止構造を説明する斜視図 従来の半導体装置が樹脂封止前の状態を示す(a)は断面図、(b)は平面図
符号の説明
11,41 半導体装置
12,42 半導体チップ
13,31 リードフレーム
14,32 テープ
15,33 ダイパッド
16,34 内周ランド
17,35 外周ランド
18,37 支持部
19,43 ダイボンド剤
20,45 ワイヤ
21,44 電極パッド
22,48 封止樹脂
36 外枠
38 フィルム
39 樹脂ベース層
40 金属箔
46 内ワイヤ
47 外ワイヤ
49 位置決め穴
50 凸形状部
51 フィン

Claims (3)

  1. ダイパッドと、前記ダイパッド上に搭載される半導体チップと、外部端子として露出する2列以上のランドと、少なくとも1つ以上の内側のランドと電気的に導通状態で接続された引出部を有するフィルムと、前記半導体チップと前記ランドまたは前記引出部との間をつなぐワイヤと、全体を覆う封止樹脂とを備えたことを特徴とする樹脂封止型半導体装置。
  2. ダイパッドと、前記ダイパッド上に搭載される半導体チップと、外部端子として露出する2列以上のランドと、少なくとも1つ以上の内側のランドと電気的に導通状態で接続された引出部を有するフィルムと、前記ランドに対して前記フィルムを位置決めする機構と、前記半導体チップと前記ランドまたは前記引出部との間をつなぐワイヤと、全体を覆う封止樹脂とを備えたことを特徴とする樹脂封止型半導体装置。
  3. ダイパッドと、前記ダイパッド上に搭載される半導体チップと、外部端子として露出する2列以上のランドと、少なくとも1つ以上の内側のランドと電気的に導通状態で接続された引出部を有するフィルムと、前記半導体チップと前記ランドまたは前記引出部との間をつなぐワイヤと、前記フィルムに一体的に設けられて前記ワイヤの位置変化を制限するフィンと、全体を覆う封止樹脂とを備えたことを特徴とする樹脂封止型半導体装置。
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