JP2007059786A - 半導体素子、この半導体素子に用いられるリードフレーム、および、この半導体素子を用いた電子機器 - Google Patents

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Abstract

【課題】 半導体チップを搭載するリードに対するワイヤボンド不良を無くす。
【解決手段】 半導体チップ２３が搭載されたリード２１aについて、グランドボンドされた金線２５aに沿った縦断面におけるワイヤーボンド領域２８aの反アイランド部側及びアイランド部２２側において、グランドボンド用リード部２８に連なってリード端子部及びアイランド部２２が存在しないようにしている。こうして、リード２１aにおける金線２５aの接続部分であるワイヤーボンド領域２８aの金線２５aの延在方向への長さを短くして、ワイヤーボンド領域２８aと樹脂２６との界面に両者の線膨張係数差によって発生する応力を小さくする。したがって、ワイヤーボンド領域２８aと樹脂２６との間に相対的な横滑りが発生することがなく、金線２５aの接続部に破断が発生することがない。
【選択図】図１

Description

この発明は、例えば光通信装置等に適用可能な半導体素子、この半導体素子に用いられるリードフレーム、および、この半導体素子を用いた電子機器に関する。
従来、樹脂封止パッケージ構造を有する半導体素子として、特開昭５９‐６１９５０号公報(特許文献１),特開平７‐２４５４２０号公報(特許文献２)および特開平７‐３１１１７２号公報(特許文献３)に開示されたものがある。これらの樹脂封止パッケージ構造を有する半導体素子の概要を第１１図に示す。第１１図は上から見た透視図であり、平面状のリードフレームにおけるリード１aのアイランド部(ダイパッド)２には半導体チップ３が搭載され、半導体チップ３の表面に設けられたワイヤボンド用の電極４a〜４dは各リード１a〜１dと金線５a〜５dによるワイヤーボンドによって結線されている。さらに、半導体チップ３と金線５a〜５dとリード１a〜１dとは樹脂６によって封止されて、パッケージ７が構成されている。また、各リード１a〜１dには、パッケージ７からの抜けを防止するために穴８a〜８dが開けられている。
ここで、上記半導体チップ３の表面に設けられたワイヤボンド用の電極４a〜４dのうち電極４aがグランドボンド用の電極である場合、このグランドボンド用の電極４aは、リード１aに設けられたアイランド部２に連なるグランドボンド用リード部９に金線５aによってワイヤーボンド(グランドボンド)されている。
図１２は、図１１における上記グランドボンドされた金線５aに沿ったＡ‐Ａ'矢視断面図である。図１２に示すように、リード１aは、グランドボンドされた金線５aに沿った断面において連続して構成されている。
上記グランドボンドされる金線５aは、アイランド部２に連なるグランドボンド用リード部９にワイヤーボンドされている。そして、グランドボンド用リード部９は、このグランドボンド用リード部９に連なるリード端子部よりも広幅に形成されているため、ワイヤーボンド時のフレームクランプを確実に行うことができ、その結果、他の金線５b〜５dに比べて良好な接続状態が得られるのである。
しかしながら、上記従来の半導体素子には、以下のような問題がある。すなわち、上述したように、グランドボンドされる金線５aは、その他の金線５b〜５dに比べて良好な接続状態が得られる。それにも拘わらず、信頼性試験のヒートサイクルテストにおいて、このグランドボンドされる金線５a(以下、グランドワイヤーとも言う)の接続部におけるオープン不良が他の５b〜５dの接続部に比べて発生し易い傾向にあることが分かってきた。
以下、図１３に示す図１１のＡ‐Ａ'矢視断面図に従って、上記グランドワイヤーである金線５aの接続部においてオープン不良が発生し易い原因について説明する。
上記パッケージ７内には、線膨張係数の相違するリード１aと半導体チップ３と金線５aと樹脂６とが存在し、温度変化に応じて互いの境界に線膨張係数の相違量に応じた応力が発生している。
上述したように、上記リード１aは、グランドボンドされた金線５aに沿った断面においては、樹脂６によって封止されたパッケージ７内で連続した最も長い構成を有している。そのために、リード１aは、グランドボンドされた金線５aに沿った断面の方向、つまりリード１aに平行な矢印１０の方向に、温度変化によって最も伸び縮みする。また、パッケージ７を構成する樹脂６も、リード１aに平行な矢印１１の方向に最も伸び縮みする。
その結果、上記パッケージ７を構成する樹脂６とリード１aとの間に温度変化に応じて線膨張係数の差に起因して発生する応力が、パッケージ７内に発生する最も大きな応力となる。この応力が、半導体チップ３と樹脂６とが接する面、および、リード１aにおけるグランドボンド用リード部９よりも外側と樹脂６とが接する面に掛かる。そして、これらの面において互いに接する２つの物体の密着が悪い部分で上記２つの物体が上記面に沿って相対的にずれる横滑りが生じ、応力が緩和されることになる。その場合、ヒートサイクルテストによって生ずる横滑りが往復運動となり、上記横滑りが金線５aの接続部分で生ずると、金線５aは樹脂６に埋まった状態で樹脂６と共に移動するために、微細な横滑りでも金線５aの接続部を破断に至らす結果となる。
因みに、上記リード１a〜１dの線膨張係数は、材料が銅系の合金の場合には１.７×１０-5である。また、樹脂６の線膨張係数は、含有するフィラー量にもよるが、通常４.０×１０-5〜６.０×１０-5程度である。したがって、樹脂６の方がリード１a〜１dよりも線膨張係数は大きい。そして、樹脂６による封止は、熱硬化性樹脂や熱可塑性樹脂を用いる場合には１５０℃〜３００℃の高温で行われる。したがって、樹脂６が硬化する温度において樹脂６とリード１aとの間に発生する応力がゼロであると考えると、ヒートサイクルの試験温度範囲「−４０℃〜１２０℃程度」においては、リード１aに対して樹脂６が収縮することによって応力が発生することがわかる。
尚、上記金線５aの線膨張係数は１.４×１０-5であり、樹脂６の線膨張係数よりも小さい。したがって、樹脂６によって封止されてパッケージ７を構成している金線５aは、常に周囲から略均等に圧縮されて応力が作用している。そのために、上述したように、金線５aの接続部に横滑りが作用しない限り、金線５aは簡単に破断するものではない。
さらに、上記リード１aと樹脂６との線膨張係数の差から考えると、図１３において、温度サイクルの試験温度範囲「−４０℃〜１２０℃程度」では、樹脂６はリード１aに対して収縮する方向への応力が掛かり、且つ、その温度変化に連れて応力が変化することがわかる。
仮に、上記リード１aの材料は銅系合金(線膨張係数＝１.７×１０-5)であるとし、樹脂６はフィラー入り熱硬化性エポキシ樹脂(線膨張係数＝４.０×１０-5)であるとし、パッケージ７内においてリード１aが直線状に連続して樹脂６と接している長さが１０mmであるとした場合、ヒートサイクルテストの温度レンジ１６０℃において線膨張係数差によって発生しようとするリード１aと樹脂６との間の相対変位は３６.８μmにもなり、ヒートサイクルテスト時には、この相対変位を起こそうとする応力がサイクル的にリード１aと樹脂６との間に働くことになる。したがって、この応力が、リード１aと樹脂６との間に相対的に生ずる横滑りの往復運動となった場合には、微細な横滑りであっても金線５aをリード１aとの接続部あるいは半導体チップ３の電極４aとの接続部で破断させることになるのである。
特開昭５９‐６１９５０号公報 特開平７‐２４５４２０号公報 特開平７‐３１１１７２号公報
そこで、この発明の課題は、樹脂封止パッケージ構造を有すると共に、半導体チップが搭載されるアイランド部を有するリードに対するワイヤボンド不良を無くすことができる高信頼性な半導体素子、この半導体素子に用いられるリードフレーム、および、この半導体素子を用いた電子機器を提供することにある。
上記課題を解決するため、この発明の半導体素子は、
半導体チップが載置されたアイランド部と、このアイランド部に連なるボンド用リード部と、このボンド用リード部に連なるリード端子部とを含むリードと、
上記半導体チップに設けられた電極と上記ボンド用リード部とを電気的に接続するワイヤーと、
上記半導体チップ,リードおよびワイヤーを封止すると共に、２０重量％以上且つ９０重量％以下のフィラーを含有した樹脂と
を備え、
上記アイランド部における上記半導体チップの載置面に垂直な断面であって、且つ、上記ワイヤーに沿った断面において、上記ボンド用リード部の上記アイランド部側とは反対側には、上記ボンド用リード部の断面に連なって上記樹脂の断面が現れている
ことを特徴としている。
上記構成によれば、上記半導体チップの電極とボンド用リード部とを電気的に接続するワイヤーに沿った縦断面において、上記ボンド用リード部の上記アイランド部側とは反対側には、上記ボンド用リード部に連なって上記リードは存在しない。したがって、上記リードと封止用の樹脂との界面における上記ワイヤーに沿った方向に両者の線膨張係数差によって応力が発生する部分の長さが短くなり、上記リードにおける上記ワイヤーの接続部に掛かる応力も小さくなる。その結果、環境温度の変化によって、上記リードあるいは上記半導体チップにおける上記ワイヤーの接続部に破断が発生するのを防止することができる。
その際に、上記半導体チップ,リードおよびワイヤーを封止する樹脂は、２０重量％以上のフィラーを含有している。したがって、上記樹脂の線膨張係数をフィラー無しの場合よりも低下させて、上記リードの線膨張係数に近づけることができる。その結果、上記ワイヤーの接続部に発生する破断をより確実に防止することができる。さらに、上記樹脂に対する上記フィラーの含有量は９０重量％以下である。したがって、上記樹脂は、光半導体素子として充分機能できる程度の透光性を有することができる。
また、１実施の形態の半導体素子では、
上記フィラーの形状は表面が滑らかな略球状である。
この実施の形態によれば、上記フィラーは表面が滑らかな略球状の形状を有している。したがって、上記フィラーの表面での乱反射を抑制して、上記フィラーの形状に起因する上記樹脂の透光性の低下を少なくすることができる。
また、１実施の形態の半導体素子では、
上記アイランド部における上記半導体チップの載置面に垂直な断面であって、且つ、上記ワイヤーに沿った断面において、上記ボンド用リード部の上記アイランド部側には、上記ボンド用リード部の断面に連なって上記樹脂の断面が現れている。
この実施の形態によれば、上記半導体チップの電極とボンド用リード部とを電気的に接続するワイヤーに沿った縦断面において、上記ボンド用リード部の反アイランド部側に加えて、上記アイランド部側においても、上記ボンド用リード部に連なって上記リードは存在しない。したがって、上記ボンド用リード部の反アイランド部側のみにおいて上記ボンド用リード部に連なって上記リードが存在しない場合よりも、上記リードのワイヤー接続部と上記樹脂との界面における上記ワイヤーに沿った方向に両者の線膨張係数差によって応力が発生する部分の長さをさらに短くでき、発生する応力もさらに小さくできる。その結果、上記リードあるいは上記半導体チップにおける上記ワイヤーの接続部に破断が発生するのをさらに抑制することができる。
また、１実施の形態の半導体素子では、
上記ボンド用リード部は、
一直線状に形成されると共に、一端が上記アイランド部に接続された第１直線部と、
一直線状に形成されると共に、一端が上記第１直線部の他端部に接続されて、上記アイランド部に沿って延在する第２直線部と
を含み、
上記第２直線部における上記一端側に上記リード端子部が接続される一方、先端部分には上記ワイヤーが接続されるワイヤーボンド領域が設けられている。
この実施の形態によれば、上記第２直線部の先端部分に設けられたワイヤーボンド領域は、上記リード端子部の延在方向と交差する方向に、上記リード端子部よりも突出している。したがって、上記ワイヤーに沿った縦断面における上記ワイヤーボンド領域の上記反アイランド部側に、上記ワイヤーボンド領域に連なるリードは存在しない。さらに、上記ワイヤーに沿った縦断面における上記ワイヤーボンド領域の上記アイランド部側にも、上記ワイヤーボンド領域に連なるリードは存在しない。したがって、上記リードにおける上記ワイヤーの接続部と上記樹脂との界面における上記ワイヤーに沿った方向に両者の線膨張係数差によって応力が発生する部分の長さを、上記第２直線部の幅程度に短くでき、発生する応力も小さくできる。
また、１実施の形態の半導体素子では、
上記ボンド用リード部は、
一直線状に形成されると共に、一端が上記アイランド部に接続された第１直線部と、
一直線状に形成されると共に、一端が上記第１直線部の他端部に接続されて、上記アイランド部に沿って延在する第２直線部と、
一直線状に形成されると共に、一端が上記第２直線部の他端部に接続されて、上記アイランド部に向かって延在する第３直線部と
を含み、
上記第２直線部における上記一端側に、上記リード端子部が接続され、
上記第３直線部の先端部分に、上記ワイヤーが接続されるワイヤーボンド領域が設けられている。
この実施の形態によれば、上記第３直線部の先端部分に設けられたワイヤーボンド領域は、上記リード端子部の延在方向と交差する方向に、上記リード端子部よりも突出している。したがって、上記ワイヤーに沿った縦断面における上記ワイヤーボンド領域の上記反アイランド部側に、上記ワイヤーボンド領域に連なるリードは存在しない。さらに、上記ワイヤーに沿った縦断面における上記ワイヤーボンド領域の上記アイランド部側にも、上記ワイヤーボンド領域に連なるリードは存在しない。したがって、上記リードにおける上記ワイヤーの接続部と上記樹脂との界面における上記ワイヤーに沿った方向に両者の線膨張係数差によって応力が発生する部分の長さを、上記第３直線部の幅程度に短くでき、発生する応力も小さくできる。
また、１実施の形態の半導体素子では、
上記ボンド用リード部は、
４個以上の一直線状に形成された直線部を渦巻き状に連結し、
上記渦巻き状に連結された複数の直線部における最外の先頭に位置する上記直線部の先端が、上記アイランド部に接続され、
上記渦巻き状に連結された複数の直線部における上記アイランド部から最も離れている上記直線部に、上記リード端子部が接続され
て成り、
上記渦巻き状に連結された複数の直線部における最内の末尾に位置する上記直線部の先端部分に、上記ワイヤーが接続されるワイヤーボンド領域が設けられている。
この実施の形態によれば、渦巻き状に連結された複数の直線部のうち最内の末尾に位置する上記直線部の先端部分に設けられたワイヤーボンド領域は、上記リード端子部の延在方向と交差する方向に上記リード端子部よりも突出している。したがって、上記ワイヤーに沿った縦断面における上記ワイヤーボンド領域の上記反アイランド部側に、上記ワイヤーボンド領域に連なる上記リードは存在しない。さらに、上記ワイヤーに沿った縦断面における上記ワイヤーボンド領域の上記アイランド部側にも、上記ワイヤーボンド領域に連なる上記リードは存在しない。したがって、上記リードにおける上記ワイヤーの接続部と上記樹脂との界面における上記ワイヤーに沿った方向に両者の線膨張係数差によって応力が発生する部分の長さを、上記最内の末尾に位置する直線部の幅程度に短くでき、発生する応力も小さくできる。
また、１実施の形態の半導体素子では、
上記ボンド用リード部は、
上記リード端子部よりも広幅の辺を有する矩形体における上記辺に上記リード端子部が接続される一方、上記辺に対向する辺に上記アイランド部が接続され、
上記矩形体に、上記アイランド部に沿って矩形の貫通穴が設けられ
て成り、
上記矩形体の上記貫通穴を介して上記アイランド部に対向する部分における上記リード端子部との接続部分および上記アイランド部との接続部分を除く領域に、上記ワイヤーが接続されるワイヤーボンド領域が設けられている。
この実施の形態によれば、上記矩形体の上記貫通穴を介して上記アイランド部に対向する部分に設けられたワイヤーボンド領域は、上記リード端子部の延在方向と交差する方向に上記リード端子部よりも突出している。したがって、上記ワイヤーに沿った縦断面における上記ワイヤーボンド領域の上記反アイランド部側に、上記ワイヤーボンド領域に連なる上記リードは存在しない。さらに、上記ワイヤーに沿った縦断面における上記ワイヤーボンド領域の上記アイランド部側にも、上記ワイヤーボンド領域に連なる上記リードは存在しない。したがって、上記リードにおける上記ワイヤーの接続部と上記樹脂との界面における上記ワイヤーに沿った方向に両者の線膨張係数差によって応力が発生する部分の長さを、上記貫通穴を介して上記アイランド部に対向する部分の幅程度に短くでき、発生する応力も小さくできる。
また、１実施の形態の半導体素子では、
上記ボンド用リード部は、
上記リード端子部よりも広幅の辺を有する矩形体における上記辺に上記リード端子部が接続される一方、上記辺に対向する辺に上記アイランド部が接続され、
上記矩形体に、上記アイランド部に沿って矩形の貫通穴が２つ平行に設けられ
て成り、
上記矩形体の上記２つの貫通穴に挟まれた部分における上記アイランド部との接続部分を除く領域に、上記ワイヤーが接続されるワイヤーボンド領域が設けられている。
この実施の形態によれば、上記矩形体における２つの貫通穴に挟まれた部分に設けられたワイヤーボンド領域は、上記リード端子部の延在方向と交差する方向に上記リード端子部よりも突出している。したがって、上記ワイヤーに沿った縦断面における上記ワイヤーボンド領域の上記反アイランド部側に、上記ワイヤーボンド領域に連なる上記リードは存在しない。さらに、上記ワイヤーに沿った縦断面における上記ワイヤーボンド領域の上記アイランド部側にも、上記ワイヤーボンド領域に連なる上記リードは存在しない。したがって、上記リードにおける上記ワイヤーの接続部と上記樹脂との界面における上記ワイヤーに沿った方向に両者の線膨張係数差によって応力が発生する部分の長さを、上記２つの貫通穴に挟まれた部分の幅程度に短くでき、発生する応力も小さくできる。
また、１実施の形態の半導体素子では、
上記ボンド用リード部には、上記ワイヤーが接続されるワイヤーボンド領域が設けられており、
上記ワイヤーボンド領域の幅は０.３mm以上且つ０.６mm以下である。
この実施の形態によれば、ワイヤーボンド領域の幅を０.３mm以上且つ０.６mm以下にすることによって、上記ワイヤーによってボンドできる領域を確保することができる。それと共に、上記樹脂との境界に僅かに発生した応力が、上記ワイヤーボンド領域が上記ワイヤーに沿った方向に上記ワイヤーが断線しない程度に僅かに変形することによって緩和される。したがって、上記ワイヤーボンド領域における上記ワイヤーの接続部分に応力が掛からないようにすることができる。
また、１実施の形態の半導体素子では、
上記半導体チップの大きさは、一辺が０.５mm以上且つ２.５mm以下であり、厚みが０.１mm以上且つ０.４mm以下である。
上記半導体チップの表面は上記樹脂との密着性が悪く、上記半導体チップと上記樹脂との界面では応力によって横滑りが発生し易い。さらに、上記半導体チップのサイズが大きくなる程上記応力による横滑りの発生が顕著になる。この実施の形態によれば、上記リードにおける上記半導体チップが載置される箇所の上記ワイヤーに沿った長さを上記アイランド部の幅程度に短くすることができる。そのため、上記リードにおける上記半導体チップが載置される箇所と上記樹脂との間に両者の線膨張係数差によって発生する応力、延いては上記半導体チップと上記樹脂との界面に発生する応力を小さくすることができる。
したがって、一辺が０.５mm以上且つ２.５mm以下のような大きなサイズの半導体チップを搭載した場合であっても、上記半導体チップと上記樹脂との界面に発生する横滑りを抑制することができ、上記半導体チップにおける上記ワイヤーの接続部の信頼性を確保することができる。
また、この発明のリードフレームは、
この発明の半導体素子に用いられるリードフレームであって、
半導体チップが載置されるべきアイランド部と、
上記アイランド部に連なると共に、上記半導体チップに設けられた電極とワイヤーによって電気的に接続されるべきボンド用リード部と、
上記ボンド用リード部に連なると共に、上記アイランド部とは反対側に延在するリード端子部と
を備え、
上記アイランド部における上記半導体チップの載置面に垂直な断面であり、且つ、当該ボンド用リード部と上記アイランド部とを通る断面において、上記ボンド用リード部は、上記アイランド部および上記リード端子部に対して不連続な領域を有していることを特徴としている。
上記構成によれば、上記ボンド用リード部における上記アイランド部および上記リード端子部に対して不連続な領域を、ワイヤーが接続されるワイヤーボンド領域とすることによって、上記アイランド部に上記半導体チップを載置し、上記半導体チップの電極と上記ワイヤーボンド領域とをワイヤーによって電気的に接続し、上記半導体チップ,アイランド部およびワイヤーを樹脂で封止して半導体素子を形成した際に、上記ワイヤーに沿った縦断面における上記ワイヤーボンド領域の上記反アイランド部側及び上記アイランド部側で、上記ワイヤーボンド領域を上記アイランド部および上記リード端子部と不連続に構成することができる。したがって、上記リードにおけるワイヤーの接続部と上記樹脂との界面における上記ワイヤーに沿った方向に両者の線膨張係数差によって応力が発生する部分の長さを短くでき、発生する応力も小さくできる。その結果、環境温度の変化によって、上記リードにおける上記ワイヤーの接続部に破断が発生するのを防止することができる。
また、１実施の形態のリードフレームでは、
上記ボンド用リード部における上記アイランド部および上記リード端子部に対して不連続な領域は、上記アイランド部と離間すると共に、上記リード端子部の延在方向と交差する方向に上記リード端子部よりも突出している突出部によって構成されている。
この実施の形態によれば、上記ボンド用リード部における上記アイランド部および上記リード端子部に対して不連続な領域を、上記ボンド用リード部に上記突出部を設けることによって、簡単に形成することができる。
また、１実施の形態のリードフレームでは、
上記ボンド用リード部には、上記アイランド部に沿って延在する貫通穴が設けられており、
上記ボンド用リード部における上記アイランド部および上記リード端子部に対して不連続な領域は、上記貫通穴を介して上記アイランド部に対向する領域によって構成されている。
この実施の形態によれば、上記ボンド用リード部における上記アイランド部および上記リード端子部に対して不連続な領域を、上記ボンド用リード部に上記貫通穴を設けることによって、簡単に形成することができる。
また、１実施の形態のリードフレームでは、
上記アイランド部,ボンド用リード部およびリード端子部を含むリードフレームは、銅系あるいは鉄系の合金で形成されており、
少なくとも上記ボンド用リード部における上記ワイヤーが接続される領域は、ワイヤー接合に適したメッキが施されている。
この実施の形態によれば、上記ボンド用リード部に対する上記ワイヤーの接続をより確実に行うことができ、上記ワイヤーの接続部に破断が発生するのをさらに確実に防止することができる。
また、この発明の電子機器は、
この発明の半導体素子を用いたことを特徴としている。
上記構成によれば、半導体チップを搭載したリードと封止用の樹脂との線膨張係数の相違に起因して温度変化に応じて発生するワイヤボンド不良を無くすことができる信頼性の高い半導体素子を用いている。したがって、温度範囲の広い環境でも使用可能な信頼性の高い電子機器を提供することができる。
以上より明らかなように、この発明の半導体素子は、上記半導体チップの電極とボンド用リード部とを電気的に接続するワイヤーに沿った縦断面において、上記ボンド用リード部の上記アイランド部側とは反対側には、上記ボンド用リード部に連なる上記リードが存在しないので、上記リードと封止用の樹脂との界面における上記ワイヤーに沿った方向に両者の線膨張係数差によって応力が発生する部分の長さを短くすることができる。したがって、上記リードにおける上記ワイヤーの接続部に掛かる応力を小さくし、環境温度の変化によって上記ワイヤーの接続部に破断が発生するのを防止することができる。
さらに、上記半導体チップ,リードおよびワイヤーを封止する樹脂は、２０重量％以上のフィラーを含有している。したがって、上記樹脂の線膨張係数を上記リードの線膨張係数に近づけることができ、上記ワイヤーの接続部に発生する破断をより確実に防止することができる。さらに、上記樹脂に対する上記フィラーの含有量は９０重量％以下である。したがって、上記樹脂は、光半導体素子として充分機能できる程度の透光性を有することができる。
すなわち、この発明によれば、上記半導体チップを搭載したリードと封止用の樹脂との線膨張係数の相違に起因して温度変化に応じて発生するワイヤボンド不良を無くすことができ、信頼性の高い半導体素子を提供することができるのである。
さらに、上記半導体チップの電極と上記ボンド用リード部とを電気的に接続するワイヤーに沿った縦断面において、上記ボンド用リード部の上記アイランド部側にも上記ボンド用リード部に連なる上記リードが存在しないようにすれば、上記リードにおける上記ワイヤーの接続部と上記樹脂との界面における上記ワイヤーに沿った方向に両者の線膨張係数差によって応力が発生する部分の長さをさらに短くできる。したがって、発生する応力をさらに小さくして、上記ワイヤーの接続部に破断が発生するのをさらに抑制することができる。
また、この発明のリードフレームは、半導体チップが載置されるべきアイランド部に連なると共に、上記半導体チップの電極とワイヤーによって電気的に接続されるべきボンド用リード部に、当該ボンド用リード部と上記アイランド部とを通る断面において、上記アイランド部および上記リード端子部に対して不連続な領域を設けたので、上記ボンド用リード部における上記アイランド部および上記リード端子部に対して不連続な領域をワイヤーボンド領域とすることによって、樹脂封止半導体素子を形成した際に、上記ワイヤーに沿った縦断面における上記ワイヤーボンド領域の上記反アイランド部側および上記アイランド部側で、上記ワイヤーボンド領域を上記アイランド部リードおよび上記リード端子部と不連続に構成することができる。
したがって、上記リードにおける上記ワイヤーの接続部と上記樹脂との界面における上記ワイヤーに沿った方向に両者の線膨張係数差によって応力が発生する部分の長さを短くでき、発生する応力も小さくできる。その結果、環境温度の変化によって、上記リードにおける上記ワイヤーの接続部に破断が発生するのを防止することができる。
また、この発明の電子機器は、この発明の半導体素子を用いたので、リードと封止用の樹脂との線膨張係数の相違に起因して温度変化に応じて発生するワイヤボンド不良を無くすことができる信頼性の高い半導体素子を用いることによって、温度範囲の広い環境でも使用可能な信頼性の高い電子機器を提供することができる。
以下、この発明を図示の実施の形態により詳細に説明する。
・第１実施の形態
図１は、本実施の形態の半導体素子における上から見た透視図である。図１において、平面状のリードフレームにおけるリード２１aのアイランド部(ダイパッド)２２には半導体チップ２３が搭載され、半導体チップ２３の表面に設けられたワイヤボンド用の電極２４a〜２４dは各リード２１a〜２１dと金線２５a〜２５dによるワイヤーボンドによって結線されている。さらに、半導体チップ２３と金線２５a〜２５dとリード２１a〜２１dとは２０重量％以上且つ９０重量％以下のフィラーを含有する樹脂２６によって封止されて、パッケージ２７が構成されている。
ここで、上記半導体チップ２３の表面に設けられたワイヤボンド用の電極２４a〜２４dのうち電極２４aがグランドボンド用の電極である場合、このグランドボンド用の電極２４aは、リード２１aに設けられたアイランド部２２に続くグランドボンド用リード部２８に金線２５aによってワイヤーボンド(グランドボンド)されている。
図２は、図１における上記グランドボンドされた金線２５aに沿ったＢ‐Ｂ'矢視断面図である。図２に示すように、上記リード２１aは、グランドボンドされた金線２５aに沿った縦断面において、樹脂２６によって封止されたパッケージ２７内で不連続に構成されている。
すなわち、上記リード２１aにおけるアイランド部２２に連なるグランドボンド用リード部２８は、Ｌ字状を成す２つの直線部で構成されている。そして、２つの直線部のうちの一方(以下、第１直線部と言う)の先端がアイランド部２２に接続され、他方(以下、第２直線部と言う)の側縁にリード端子部が接続されており、上記第２直線部における上記リード端子部よりも突出している先端部分をワイヤーボンド領域２８aとしている。こうすることによって、金線２５aに沿った縦断面において、ワイヤーボンド領域２８aのアイランド部２２側には、ワイヤーボンド領域２８aの断面に連なって樹脂２６の断面が現れるように構成される。つまり、上記リード２１aは、金線２５aに沿った縦断面におけるワイヤーボンド領域２８aのアイランド部２２側において、不連続の状態に形成されるのである。
また、上記グランドボンド用リード部２８におけるワイヤーボンド領域２８aは、Ｌ字状を成す２つの直線部のうち上記第２直線部の先端部分で構成されている。したがって、グランドボンドされた金線２５aに沿った縦断面において、ワイヤーボンド領域２８aのアイランド部２２側とは反対側には、ワイヤーボンド領域２８aの断面に連なって樹脂２６の断面が現れるように構成される。つまり、リード２１aは、金線２５aに沿った縦断面におけるワイヤーボンド領域２８aの反アイランド部側において、ワイヤーボンド領域２８aに連なるリード２１aが存在しない構成になっている。
上述のごとく、本実施の形態においては、上記半導体チップ２３が搭載されたリード２１aを、グランドボンドされた金線２５aに沿った縦断面における上記ワイヤーボンド領域２８aの反アイランド部側において、ワイヤーボンド領域２８aに連なってリード端子部が存在しないように構成している。したがって、リード２１aにおける金線２５aの接続部と樹脂２６との界面における金線２５aに沿った方向に両者の線膨張係数差によって応力が発生する部分の長さが短くなり、金線２５aの接続部に掛かる応力も小さくなる。その結果、環境温度の変化によって、金線２５aの接続部に破断が発生することを防止することができる。
さらに、上記半導体チップ２３が搭載されたリード２１aを、上記グランドボンドされた金線２５aに沿った縦断面におけるワイヤーボンド領域２８aのアイランド部２２側において、ワイヤーボンド領域２８aに連なってアイランド部２２が存在しないように構成している。したがって、リード２１aにおける金線２５aの接続部分の金線２５aに沿った縦断面での長さが、グランドボンド用リード部２８における上記第２直線部(ワイヤーボンド領域２８a)の幅程度に短くなって、上記金線２５aの接続部分と樹脂２６との界面に両者の線膨張係数差によって発生する応力が更に小さくなる。
すなわち、この実施の形態によれば、上記グランドボンド用リード部２８におけるワイヤーボンド領域２８aと樹脂２６との間に発生する応力が小さく、ワイヤーボンド領域２８aと樹脂２６との間に相対的な横滑りが発生することがない。その結果、環境温度の変化によって、上記金線２５aの接続部に破断が発生することを防止することができるのである。
また、その際に、上記半導体チップ２３が搭載されたリード２１aにおけるグランドボンド用リード部２８の幅Ｗ、つまり上記Ｌ字状を成す２つの直線部のうち上記第２直線部の長さは、リード端子部の幅Ｗ0よりも広く形成されている。したがって、ワイヤーボンド時のフレームクランプを確実に行うことができ、良好な金線２５aの接続状態が得られるのである。
・第２実施の形態
図３は、本実施の形態の半導体素子における上から見た透視図である。図３において、平面状のリードフレームにおけるリード３１aのアイランド部(ダイパッド)３２には半導体チップ３３が搭載され、半導体チップ３３の表面に設けられたワイヤボンド用の電極３４a〜３４dは各リード３１a〜３１dと金線３５a〜３５dによるワイヤーボンドによって結線されている。さらに、半導体チップ３３と金線３５a〜３５dとリード３１a〜３１dとは２０重量％以上且つ９０重量％以下のフィラーを含有する樹脂３６によって封止されて、パッケージ３７が構成されている。
ここで、上記半導体チップ３３の表面に設けられたワイヤボンド用の電極３４a〜３４dのうち電極３４aがグランドボンド用の電極である場合、このグランドボンド用の電極３４aは、リード３１aに設けられたアイランド部３２に続くグランドボンド用リード部３８に金線３５aによってワイヤーボンド(グランドボンド)されている。
図４は、図３における上記グランドボンドされた金線３５aに沿ったＣ‐Ｃ'矢視断面図である。図４に示すように、上記リード３１aは、グランドボンドされた金線３５aに沿った縦断面において、樹脂３６によって封止されたパッケージ３７内で不連続に構成されている。
すなわち、上記リード３１aにおけるアイランド部３２に連なるグランドボンド用リード部３８は、図１に示す上記第１実施の形態のグランドボンド用リード部２８におけるＬ字状を成す２つの直線部のうちの上記第２直線部における先端部分に、上記第１直線部と平行にアイランド部３２に向って延在する直線部(以下、第３直線部と言う)を接続した形状を有している。そして、上記第３直線部をワイヤーボンド領域３８aとしている。こうすることによって、リード３１aは、金線３５aに沿った縦断面において、ワイヤーボンド領域３８aのアイランド部３２側には、ワイヤーボンド領域３８aの断面に連なって樹脂３６の断面が現れるように構成される。つまり、リード３１aは、金線３５aに沿った縦断面におけるワイヤーボンド領域３８aのアイランド部３２側において、不連続の状態に形成されるのである。
また、上記グランドボンド用リード部３８におけるワイヤーボンド領域３８aは、Ｌ字状に構成された２つの直線部のうち上記第２直線部における先端部分に、上記第１直線部と平行にアイランド部３２に向って延在して設けられた第３直線部で構成されている。したがって、グランドボンドされた金線３５aに沿ったパッケージ３７の縦断面において、ワイヤーボンド領域３８aのアイランド部３２側とは反対側には、ワイヤーボンド領域３８aの断面に連なって樹脂３６の断面が現れるように構成される。つまり、上記リード３１aは、金線３５aに沿った縦断面におけるワイヤーボンド領域３８aの反アイランド部側において、ワイヤーボンド領域３８aに連なるリード３１aが存在しないような構成になっている。
上述のごとく、本実施の形態においては、上記半導体チップ３３が搭載されたリード３１aを、上記グランドボンドされた金線３５aに沿った縦断面における上記ワイヤーボンド領域３８aの反アイランド部側において、ワイヤーボンド領域３８aに連なってリード端子部が存在しないように構成している。さらに、上記半導体チップ３３が搭載されたリード３１aを、グランドボンドされた金線３５aに沿った縦断面におけるワイヤーボンド領域３８aのアイランド部３２側において、ワイヤーボンド領域３８aに連なってアイランド部３２が存在しないように構成している。
したがって、上記リード３１aにおける金線３５aの接続部分の金線３５aに沿った縦断面での長さが、グランドボンド用リード部３８における上記第３直線部(ワイヤーボンド領域３８a)の幅程度に短くなって、上記金線３５aの接続部分と樹脂３６との界面に両者の線膨張係数差によって発生する応力が小さくなる。
すなわち、この実施の形態によれば、上記ワイヤーボンド領域３８aと樹脂３６との間に相対的な横滑りが発生することがない。その結果、環境温度の変化に応じて金線３５aの接続部に破断が発生することを防止することができるのである。
また、その際に、上記半導体チップ３３が搭載されたリード３１aにおけるグランドボンド用リード部３８の幅Ｗ、つまり上記第２直線部の長さは、リード端子部の幅Ｗ0よりも広く形成されている。したがって、ワイヤーボンド時のフレームクランプを確実に行うことができ、良好な金線３５aの接続状態が得られるのである。
・第３実施の形態
図５は、本実施の形態の半導体素子における上から見た透視図である。図５において、平面状のリードフレームにおけるリード４１aのアイランド部(ダイパッド)４２には半導体チップ４３が搭載され、半導体チップ４３の表面に設けられたワイヤボンド用の電極４４a〜４４dは各リード４１a〜４１dと金線４５a〜４５dによるワイヤーボンドによって結線されている。さらに、半導体チップ４３と金線４５a〜４５dとリード４１a〜４１dとは２０重量％以上且つ９０重量％以下のフィラーを含有する樹脂４６によって封止されて、パッケージ４７が構成されている。
ここで、上記半導体チップ４３の表面に設けられたワイヤボンド用の電極４４a〜４４dのうち電極４４aがグランドボンド用の電極である場合、このグランドボンド用の電極４４aは、リード４１aに設けられたアイランド部４２に続くグランドボンド用リード部４８に金線４５aによってワイヤーボンド(グランドボンド)されている。
図６は、図５における上記グランドボンドされた金線４５aに沿ったＤ‐Ｄ'矢視断面図である。図６に示すように、上記リード４１aは、グランドボンドされた金線４５aに沿った縦断面において、樹脂４６によって封止されたパッケージ４７内で不連続に構成されている。
すなわち、上記リード４１aにおけるアイランド部４２に連なるグランドボンド用リード部４８は、図３に示す上記第２実施の形態のグランドボンド用リード部３８における上記第３直線部の先端部に、上記アイランド部４２と平行に上記第１直線部に向って延在する直線部(以下、第４直線部と言う)を接続し、さらに、この第４直線部の先端部に、上記第１直線部と平行に上記第２直線部に向って延在する直線部(以下、第５直線部と言う)を接続した形状を有している。そして、上記第５直線部をワイヤーボンド領域４８aとしている。こうすることによって、リード４１aは、金線４５aに沿った縦断面において、ワイヤーボンド領域４８aのアイランド部４２側には、ワイヤーボンド領域４８aの断面に連なって樹脂４６の断面が現れるように構成される。つまり、リード４１aは、金線４５aに沿った縦断面におけるワイヤーボンド領域４８aのアイランド部４２側において、不連続の状態に形成されのである。
また、上記リード４１aにおけるグランドボンド用リード部４８は、上記第１直線部〜上記第５直線部の５本の直線部を用い、上記１直線部の先端部に上記第１直線部に対して垂直な方向に上記第２直線部を接続し、上記２直線部の先端部に上記第２直線部に対して垂直な方向に上記第３直線部を接続し、上記３直線部の先端部に上記第３直線部に対して垂直な方向に上記第４直線部を接続し、上記４直線部の先端部に上記第４直線部に対して垂直な方向に上記第５直線部を接続し、上記５本の直線部を順次渦巻き状に連結して構成されている。そして、渦巻き状に接続された上記５本の直線部の最内に位置する第５直線部でワイヤーボンド領域４８aを構成している。
したがって、上記グランドボンドされた金線４５aに沿った上記パッケージ４７の縦断面において、ワイヤーボンド領域４８aのアイランド部４２側とは反対側には、ワイヤーボンド領域４８aの断面に連なって樹脂４６の断面が現れるように構成される。つまり、リード４１aは、金線４５aに沿った縦断面におけるワイヤーボンド領域４８aの反アイランド部側において、ワイヤーボンド領域４８aに連なるリード４１aが存在しない構成になっている。
上述のごとく、本実施の形態においては、上記半導体チップ４３が搭載されたリード４１aを、グランドボンドされた金線４５aに沿った縦断面におけるワイヤーボンド領域４８aの反アイランド部側において、ワイヤーボンド領域４８aに連なってリード端子部が存在しないように構成している。さらに、半導体チップ４３が搭載されたリード４１aを、グランドボンドされた金線４５aに沿った縦断面におけるワイヤーボンド領域４８aのアイランド部４２側において、ワイヤーボンド領域４８aに連なってアイランド部４２が存在しないように構成している。
したがって、上記リード４１aにおける金線４５aの接続部分の金線４５aに沿った縦断面での長さが、グランドボンド用リード部４８における上記第５直線部(ワイヤーボンド領域４８a)の幅程度に短くなって、上記金線４５aの接続部分と樹脂４６との界面に両者の線膨張係数差によって発生する応力が小さくなる。
すなわち、この実施の形態によれば、上記ワイヤーボンド領域４８aと樹脂４６との間に相対的な横滑りが発生することがない。その結果、環境温度の変化によって、上記金線４５aの接続部に破断が発生することを防止することができるのである。
また、その際に、上記半導体チップ４３が搭載されたリード４１aにおけるグランドボンド用リード部４８の幅Ｗ、つまり上記第２直線部の長さは、リード端子部の幅Ｗ0よりも広く形成されている。したがって、ワイヤーボンド時のフレームクランプを確実に行うことができ、良好な金線４５aの接続状態が得られるのである。
・第４実施の形態
図７は、本実施の形態の半導体素子における上から見た透視図である。図７において、平面状のリードフレームにおけるリード５１aのアイランド部(ダイパッド)５２には半導体チップ５３が搭載され、半導体チップ５３の表面に設けられたワイヤボンド用の電極５４a〜５４dは各リード５１a〜５１dと金線５５a〜５５dによるワイヤーボンドによって結線されている。さらに、半導体チップ５３と金線５５a〜５５dとリード５１a〜５１dとは２０重量％以上且つ９０重量％以下のフィラーを含有する樹脂５６によって封止されて、パッケージ５７が構成されている。
ここで、上記半導体チップ５３の表面に設けられたワイヤボンド用の電極５４a〜５４dのうち電極５４aがグランドボンド用の電極である場合、このグランドボンド用の電極５４aは、リード５１aに設けられたアイランド部５２に続くグランドボンド用リード部５８に金線５５aによってワイヤーボンド(グランドボンド)されている。
図８は、図７における上記グランドボンドされた金線５５aに沿ったＥ‐Ｅ'矢視断面図である。図８に示すように、上記リード５１aは、グランドボンドされた金線５５aに沿った縦断面において、樹脂５６によって封止されたパッケージ５７内で不連続に構成されている。
すなわち、上記リード５１aにおけるアイランド部５２に連なるグランドボンド用リード部５８は、アイランド部５２に長さ「Ｗ」の辺が接続された矩形の板状体に、アイランド部５２に沿って矩形の貫通穴を設けて構成されている。そして、上記矩形の貫通穴を介してアイランド部５２に対向している直線部の側辺から外側に向かって、リード５１aのリード端子部が延在している。そして、上記構成を有するグランドボンド用リード部５８において、上記直線部における上記リード端子部との接続部分およびアイランド部５２との接続部分を除く領域で、ワイヤーボンド領域５８aを構成している。こうすることによって、リード５１aは、金線５５aに沿った縦断面において、ワイヤーボンド領域５８aのアイランド部５２側には、ワイヤーボンド領域５８aの断面に連なって樹脂５６の断面が現れるように構成される。つまり、上記リード５１aは、金線５５aに沿った縦断面におけるワイヤーボンド領域５８aのアイランド部４２側において、不連続の状態に形成されるのである。
また、上記リード５１aにおけるグランドボンド用リード部５８にはアイランド部５２に沿って矩形の貫通穴を設け、この矩形の貫通穴を介してアイランド部５２に対向する直線部における上記リード端子部との接続部分およびアイランド部５２との接続部分を除く領域でワイヤーボンド領域５８aを構成している。したがって、上記グランドボンドされた金線５５aに沿ったパッケージ５７の縦断面において、ワイヤーボンド領域５８aのアイランド部５２側とは反対側には、ワイヤーボンド領域５８aの断面に連なって樹脂５６の断面が現れるように構成される。つまり、リード５１aは、金線５５aに沿った縦断面におけるワイヤーボンド領域５８aの反アイランド部側において、ワイヤーボンド領域５８aに連なるリード５１aが存在しない構成になっている。
上述のごとく、本実施の形態においては、上記半導体チップ５３が搭載されたリード５１aを、上記グランドボンドされた金線５５aに沿った縦断面における上記ワイヤーボンド領域５８aの反アイランド部側において、ワイヤーボンド領域５８aに連なってリード端子部が存在しないように構成している。さらに、上記半導体チップ５３が搭載されたリード５１aを、グランドボンドされた金線５５aに沿った縦断面におけるワイヤーボンド領域５８aのアイランド部５２側において、ワイヤーボンド領域５８aに連なってアイランド部５２が存在しないように構成している。
したがって、上記リード５１aにおける金線５５aの接続部分の金線５５aに沿った縦断面での長さが、グランドボンド用リード部５８における上記貫通穴を介してアイランド部５２に対向している直線部(ワイヤーボンド領域５８a)の幅(図７中において水平方向への長さ)程度に短くなって、上記金線５５aの接続部分と樹脂５６との界面に両者の線膨張係数差によって発生する応力が小さくなる。
すなわち、この実施の形態によれば、上記ワイヤーボンド領域５８aと樹脂５６との間に相対的な横滑りが発生することがない。その結果、環境温度の変化によって、上記金線５５aの接続部に破断が発生することを防止することができるのである。
また、その際に、上記半導体チップ５３が搭載されたリード５１aにおけるグランドボンド用リード部５８の幅Ｗ、つまりグランドボンド用リード部５８の上記辺の長さは、リード端子部の幅Ｗ0よりも広く形成されている。したがって、ワイヤーボンド時のフレームクランプを確実に行うことができ、良好な金線５５aの接続状態が得られるのである。
・第５実施の形態
図９は、本実施の形態の半導体素子における上から見た透視図である。図９において、平面状のリードフレームにおけるリード６１aのアイランド部(ダイパッド)６２には半導体チップ６３が搭載され、半導体チップ６３の表面に設けられたワイヤボンド用の電極６４a〜６４dは各リード６１a〜６１dと金線６５a〜６５dによるワイヤーボンドによって結線されている。さらに、半導体チップ６３と金線６５a〜６５dとリード６１a〜６１dとは２０重量％以上且つ９０重量％以下のフィラーを含有する樹脂６６によって封止されて、パッケージ６７が構成されている。
ここで、上記半導体チップ６３の表面に設けられたワイヤボンド用の電極６４a〜６４dのうち電極６４aがグランドボンド用の電極である場合、このグランドボンド用の電極６４aは、リード６１aに設けられたアイランド部６２に続くグランドボンド用リード部６８に金線６５aによってワイヤーボンド(グランドボンド)されている。
図１０は、図９における上記グランドボンドされた金線６５aに沿ったＦ‐Ｆ'矢視断面図である。図１０に示すように、リード６１aは、グランドボンドされた金線６５aに沿った縦断面において、樹脂６６によって封止されたパッケージ６７内で不連続に構成されている。
すなわち、上記リード６１aにおけるアイランド部６２に連なるグランドボンド用リード部６８は、アイランド部６２に長さ「Ｗ」の辺が接続された矩形の板状体に、アイランド部６２に沿って矩形の貫通穴を２つ平行に設けて構成されている。そして、上記２つの矩形の貫通穴に挟まれた直線部におけるアイランド部６２との接続部分を除く領域で、ワイヤーボンド領域６８aを構成している。こうすることによって、リード６１aは、金線６５aに沿った縦断面において、ワイヤーボンド領域６８aのアイランド部６２側には、ワイヤーボンド領域６８aの断面に連なって樹脂６６の断面が現れるように構成される。つまり、リード６１aは、金線６５aに沿った縦断面におけるワイヤーボンド領域６８aのアイランド部６２側において、不連続の状態に形成されるのである。
また、上記リード６１aにおけるグランドボンド用リード部６８にはアイランド部６２に沿って矩形の貫通穴を２つ設け、この２つの貫通穴に挟まれた直線部におけるアイランド部６２との接続部分を除く領域でワイヤーボンド領域６８aを構成している。したがって、グランドボンドされた金線６５aに沿ったパッケージ６７の縦断面において、ワイヤーボンド領域６８aのアイランド部６２側とは反対側には、ワイヤーボンド領域６８aの断面に連なって樹脂６６の断面が現れるように構成される。つまり、リード６１aは、金線６５aに沿った縦断面におけるワイヤーボンド領域６８aの反アイランド部側において、グランドボンド用リード部６８におけるワイヤーボンド領域６８aに連なるリード６１aが存在しない構成になっている。
上述のごとく、本実施の形態においては、上記半導体チップ６３が搭載されたリード６１aを、上記グランドボンドされた金線６５aに沿った縦断面における上記ワイヤーボンド領域６８aの反アイランド部側において、ワイヤーボンド領域６８aに連なってリード端子部が存在しないように構成している。さらに、上記半導体チップ６３が搭載されたリード６１aを、グランドボンドされた金線６５aに沿った縦断面におけるワイヤーボンド領域６８aのアイランド部６２側において、ワイヤーボンド領域６８aに連なってアイランド部６２が存在しないように構成している。
したがって、上記リード６１aにおける金線６５aの接続部分の金線６５aに沿った縦断面での長さが、上記グランドボンド用リード部６８における上記２つの貫通穴に挟まれた直線部(ワイヤーボンド領域６８a)の幅(図９中において水平方向への長さ)程度に短くなって、上記金線６５aの接続部分と樹脂６６との界面に両者の線膨張係数差によって発生する応力が小さくなる。
すなわち、この実施の形態によれば、上記ワイヤーボンド領域６８aと樹脂６６との間に相対的な横滑りが発生することがない。その結果、環境温度の変化によって、上記金線６５aの接続部に破断が発生することを防止することができるのである。
また、その際に、上記半導体チップ６３が搭載されたリード６１aにおけるグランドボンド用リード部６８の幅Ｗ、つまりグランドボンド用リード部６８の上記辺の長さは、リード端子部の幅Ｗ0よりも広く形成されている。したがって、ワイヤーボンド時のフレームクランプを確実に行うことができ、良好な金線６５aの接続状態が得られるのである。
上述したように、上記各実施の形態によれば、上記半導体チップ２３〜６３が搭載されたリード２１a〜６１aにおけるワイヤーボンド領域２８a〜６８aと樹脂２６〜６６との界面に、両者の線膨張係数差によって発生する相対的な横滑りを防止でき、金線２５a〜６５aの接続部に破断が発生することを防止できる。したがって、アイランド部２２〜６２を有して半導体チップ２３〜６３を搭載するリード２１a〜６１aに対するグランドワイヤボンド不良を無くすことができ、信頼性の高い半導体素子を提供することができる。
さらに、上記各実施の形態においては、上記ワイヤーボンド領域２８a〜６８aの幅、つまり、ワイヤーボンド領域２８a〜６８aの延在方向と直交する方向へのワイヤーボンド領域２８a〜６８aの長さを、０.３mm以上且つ０.６mm以下にしている。こうすることによって、金線２５a〜６５aによってグランドボンドできる領域を確保することができる。それと共に、樹脂２６〜６６との境界に僅かに発生した応力を、ワイヤーボンド領域２８a〜６８aがグランドボンドされた金線２５a〜６５aに沿った方向に金線２５a〜６５aが断線しない程度に僅かに変形することによって緩和させて、ワイヤーボンド領域２８a〜６８aにおける金線２５a〜６５aの接続部分には応力が掛からないようにすることができる。
また、上記半導体チップ２３〜６３の大きさは、一辺が０.５mm〜２.５mmと大きく、厚みが０.１mm〜０.４mmと一般的な半導体チップである。その場合、半導体チップ２３〜６３の表面は樹脂２６〜６６との密着性が悪く、この界面では応力により横滑りが発生し易い。さらに、半導体チップ２３〜６３のチップサイズが大きくなる程上記応力による横滑りの発生が顕著になる。しかしながら、上記各実施の形態においては、リード２１a〜６１aにおける半導体チップ２３〜６３が載置される箇所の金線２５a〜６５aに沿った長さをアイランド部２２〜６２の幅程度に短くすることができるため、リード２１a〜６１aにおける半導体チップ２３〜６３が載置される箇所と樹脂２６〜６６との間に両者の線膨張係数差によって発生する応力、延いては半導体チップ２３〜６３と樹脂２６〜６６との界面に発生する応力を小さくすることができる。
したがって、上記半導体チップ２３〜６３と樹脂２６〜６６との界面に発生する横滑りを抑制することができ、半導体チップ２３〜６３における金線２５a〜６５aの接続部の信頼性を確保することができるのである。
ところで、上記各実施の形態においては、半導体チップ２３〜６３と金線２５a〜２５d；３５a〜３５d；４５a〜４５d；５５a〜５５d；６５a〜６５dとリード２１a〜２１d；３１a〜３１d；４１a〜４１d；５１a〜５１d；６１a〜６１dとを封止する樹脂２６〜５６には、２０重量％以上且つ９０重量％以下のフィラーが含有されている。
光通信装置等に用いられる半導体素子では、光を伝達する必要性から樹脂封止の際には透光(透過)性樹脂が使用される。そして、その際に、樹脂にフィラーを含有させると透光性が損なわれるので、一般的には透光性樹脂にはフィラーは殆ど含有されない。
しかしながら、上記各実施の形態においては、−４０℃〜１２０℃での温度変化サイクルが５００サイクル以上という厳しい条件下であってもワイヤ断線が発生しない車載用機器にも適用可能な半導体素子を提供するものであり、ワイヤ断線に対する高信頼性を得るために、封止用の樹脂(上記各実施の形態においては熱硬化性エポキシ樹脂を使用)２６〜５６にフィラーを含有して、樹脂２６〜５６の線膨張係数を下げるようにしている。
上記各実施の形態において上記樹脂２６〜５６に含有させるフィラーは、材料として透明なシリカ(ＳiＯ2)を用い、形状を樹脂２６〜５６の透光性ができるだけ損なわれないように表面が滑らかな略球状(直径が略７０μm)としている。この条件下において、樹脂２６〜５６に対するフィラー含有量を２０重量％以上とすることによって、透光性を大きく損なうことなく熱硬化性エポキシ樹脂２６〜５６の線膨張係数をフィラー無しの６.２×１０-5から低下させて、リード２１a〜６１aの線膨張係数(銅系合金の場合には１.７×１０-5)に近づけることができる。その結果、上記金線２５a〜６５aの接続部に発生する破断を、さらに低減することができるのである。
尚、上記シリカ(ＳiＯ2)は透明な材質であり、然もその形状を表面が滑らかな略球状にしている。したがって、熱硬化性エポキシ樹脂２６〜５６に対するフィラー含有量が９０重量％であっても、熱硬化性エポキシ樹脂２６〜５６は透光性の樹脂として機能することは可能である。しかしながら、光半導体素子として充分機能できる程度の透光性を得ること、製造コストを抑制すること、等を考慮した場合には、フィラー含有量は９０重量％以下であることが望ましい。
尚、上記各実施の形態においては、上記パッケージ２７〜６７を構成する２０重量％以上且つ９０重量％以下のフィラーを含有する封止樹脂２６〜６６として熱硬化性エポキシ樹脂を用いているが、他の熱硬化性樹脂であっても熱可塑性樹脂であっても常温硬化性樹脂であってもよい。
また、上記各アイランド部,各グランドボンド用リード部および各リード端子部を含むリードフレームは銅系または鉄系の合金で形成されており、少なくとも上記各グランドボンド用リード部における上記各金線が接続される領域は、ワイヤー接合に適したメッキが施されている。したがって、各ボンド用リード部に対する各金線の接続をより確実に行うことができ、各金線の接続部に破断が発生するのをさらに確実に防止することができる。
また、上記各実施の形態においては、上記グランドボンドされた金線２５a〜６５aに沿った縦断面におけるワイヤーボンド領域２８a〜６８aの反アイランド部側において、ワイヤーボンド領域２８a〜６８aに連なって上記リード端子部が存在しない第１の構成と、グランドボンドされた金線２５a〜６５aに沿った縦断面におけるワイヤーボンド領域２８a〜６８aのアイランド部２２〜６２側において、ワイヤーボンド領域２８a〜６８aに連なってアイランド部２２〜６２が存在しない第２の構成との両方を実現している。しかしながら、上記第１の構成のみを有していても十分に上記課題を解決することは可能である。
また、上記各実施の形態によれば、ヒートサイクルテスト時のみならず、環境温度の変化によって線膨張係数の差に応じて発生するグランドワイヤーの接続部におけるオープン不良を解消することが可能になる。
また、上記第３実施の形態においては、上記リード４１aにおけるグランドボンド用リード部４８を、５本の直線部を順次渦巻き状に接続して構成している。しかしながら、渦巻き状に接続される直線部の本数は５本に限定されるものではない。
また、上記各実施の形態においては、この発明を、グランドボンドに適用する場合を例に説明している。しかしながら、この発明は、上記グランドボンド以外の通常のワイヤーボンドにも適用できることは言うまでもない。
また、上記各実施の形態における半導体素子は、デジタルＴＶ(television：テレビジョン)、デジタルＢＳ(Broadcasting Satellite：ブロードキャスティング・サテライト)チューナ、ＣＳ（Communication Satellite：コミュニケーション・サテライト）チューナ、ＤＶＤ(Digital Versatile Disc：デジタル多用途ディスク)プレーヤー、ＣＤ(Compact Disc：コンパクト・ディスク)プレーヤー、ＡＶ(Audio Visual：オーディオ・ビジュアル)アンプ、オーディオ、パーソナルコンピュータ、パソコン周辺機器、携帯電話、ＰＤＡ(Personal Digital Assistant：パーソナル・デジタル・アシスタント)等の電子機器に使用するのに好適である。さらに、動作温度範囲の広い環境、例えば車載用機器であるカーオーディオ,カーナビゲーションおよびセンサーや、工場内のロボットのセンサーおよび制御用機器等の電子機器にも好適に使用可能である。
この発明の半導体素子における上から見た透視図である。 図１におけるＢ‐Ｂ'矢視断面図である。 図１とは異なる半導体素子における上から見た透視図である。 図３におけるＣ‐Ｃ'矢視断面図である。 図１および図３とは異なる半導体素子における上から見た透視図である。 図５におけるＤ‐Ｄ'矢視断面図である。 図１,図３および図５とは異なる半導体素子における上から見た透視図である。 図７におけるＥ‐Ｅ'矢視断面図である。 図１,図３,図５および図７とは異なる半導体素子における上から見た透視図である。 図９におけるＦ‐Ｆ'矢視断面図である。 樹脂封止パッケージ構造を有する従来の半導体素子における上から見た透視図である。 図１１におけるＡ‐Ａ'矢視断面図である。 グランドワイヤーの接続部においてオープン不良が発生し易い原因についての説明図である。
符号の説明
２１a〜２１d,３１a〜３１d,４１a〜４１d,５１a〜５１d,６１a〜６１d…リード、
２２,３２,４２,５２,６２…アイランド部(ダイパッド)、
２３,３３,４３,５３,６３…半導体チップ、
２４a〜２４d,３４a〜３４d,４４a〜４４d,５４a〜５４d,６４a〜６４d…電極、
２５a〜２５d,３５a〜３５d,４５a〜４５d,５５a〜５５d,６５a〜６５d…金線、
２６,３６,４６,５６,６６…樹脂、
２７,３７,４７,５７,６７…パッケージ、
２８,３８,４８,５８,６８…グランドボンド用リード部、
２８a,３８a,４８a,５８a,６８a…ワイヤーボンド領域。

Claims (15)

  1. 半導体チップが載置されたアイランド部と、このアイランド部に連なるボンド用リード部と、このボンド用リード部に連なるリード端子部とを含むリードと、
    上記半導体チップに設けられた電極と上記ボンド用リード部とを電気的に接続するワイヤーと、
    上記半導体チップ,リードおよびワイヤーを封止すると共に、２０重量％以上且つ９０重量％以下のフィラーを含有した樹脂と
    を備え、
    上記アイランド部における上記半導体チップの載置面に垂直な断面であって、且つ、上記ワイヤーに沿った断面において、上記ボンド用リード部の上記アイランド部側とは反対側には、上記ボンド用リード部の断面に連なって上記樹脂の断面が現れている
    ことを特徴とする半導体素子。
  2. 請求項１に記載の半導体素子において、
    上記フィラーの形状は、表面が滑らかな略球状であることを特徴とする半導体素子。
  3. 請求項１に記載の半導体素子において、
    上記アイランド部における上記半導体チップの載置面に垂直な断面であって、且つ、上記ワイヤーに沿った断面において、上記ボンド用リード部の上記アイランド部側には、上記ボンド用リード部の断面に連なって上記樹脂の断面が現れている
    ことを特徴とする半導体素子。
  4. 請求項３に記載の半導体素子において、
    上記ボンド用リード部は、
    一直線状に形成されると共に、一端が上記アイランド部に接続された第１直線部と、
    一直線状に形成されると共に、一端が上記第１直線部の他端部に接続されて、上記アイランド部に沿って延在する第２直線部と
    を含み、
    上記第２直線部における上記一端側に上記リード端子部が接続される一方、先端部分には上記ワイヤーが接続されるワイヤーボンド領域が設けられていることを特徴とする半導体素子。
  5. 請求項３に記載の半導体素子において、
    上記ボンド用リード部は、
    一直線状に形成されると共に、一端が上記アイランド部に接続された第１直線部と、
    一直線状に形成されると共に、一端が上記第１直線部の他端部に接続されて、上記アイランド部に沿って延在する第２直線部と、
    一直線状に形成されると共に、一端が上記第２直線部の他端部に接続されて、上記アイランド部に向かって延在する第３直線部と
    を含み、
    上記第２直線部における上記一端側に、上記リード端子部が接続され、
    上記第３直線部の先端部分に、上記ワイヤーが接続されるワイヤーボンド領域が設けられている
    ことを特徴とする半導体素子。
  6. 請求項３に記載の半導体素子において、
    上記ボンド用リード部は、
    ４個以上の一直線状に形成された直線部を渦巻き状に連結し、
    上記渦巻き状に連結された複数の直線部における最外の先頭に位置する上記直線部の先端が、上記アイランド部に接続され、
    上記渦巻き状に連結された複数の直線部における上記アイランド部から最も離れている上記直線部に、上記リード端子部が接続され
    て成り、
    上記渦巻き状に連結された複数の直線部における最内の末尾に位置する上記直線部の先端部分に、上記ワイヤーが接続されるワイヤーボンド領域が設けられていることを特徴とする半導体素子。
  7. 請求項３に記載の半導体素子において、
    上記ボンド用リード部は、
    上記リード端子部よりも広幅の辺を有する矩形体における上記辺に上記リード端子部が接続される一方、上記辺に対向する辺に上記アイランド部が接続され、
    上記矩形体に、上記アイランド部に沿って矩形の貫通穴が設けられ
    て成り、
    上記矩形体の上記貫通穴を介して上記アイランド部に対向する部分における上記リード端子部との接続部分および上記アイランド部との接続部分を除く領域に、上記ワイヤーが接続されるワイヤーボンド領域が設けられていることを特徴とする半導体素子。
  8. 請求項３に記載の半導体素子において、
    上記ボンド用リード部は、
    上記リード端子部よりも広幅の辺を有する矩形体における上記辺に上記リード端子部が接続される一方、上記辺に対向する辺に上記アイランド部が接続され、
    上記矩形体に、上記アイランド部に沿って矩形の貫通穴が２つ平行に設けられ
    て成り、
    上記矩形体の上記２つの貫通穴に挟まれた部分における上記アイランド部との接続部分を除く領域に、上記ワイヤーが接続されるワイヤーボンド領域が設けられていることを特徴とする半導体素子。
  9. 請求項３に記載の半導体素子において、
    上記ボンド用リード部には、上記ワイヤーが接続されるワイヤーボンド領域が設けられており、
    上記ワイヤーボンド領域の幅は０.３mm以上且つ０.６mm以下である
    ことを特徴とする半導体素子。
  10. 請求項３に記載の半導体素子において、
    上記半導体チップの大きさは、一辺が０.５mm以上且つ２.５mm以下であり、厚みが０.１mm以上且つ０.４mm以下であることを特徴とする半導体素子。
  11. 請求項１乃至請求項１０の何れか一つに記載の半導体素子に用いられるリードフレームであって、
    半導体チップが載置されるべきアイランド部と、
    上記アイランド部に連なると共に、上記半導体チップに設けられた電極とワイヤーによって電気的に接続されるべきボンド用リード部と、
    上記ボンド用リード部に連なると共に、上記アイランド部とは反対側に延在するリード端子部と
    を備え、
    上記アイランド部における上記半導体チップの載置面に垂直な断面であり、且つ、当該ボンド用リード部と上記アイランド部とを通る断面において、上記ボンド用リード部は、上記アイランド部および上記リード端子部に対して不連続な領域を有していることを特徴とするリードフレーム。
  12. 請求項１１に記載のリードフレームにおいて、
    上記ボンド用リード部における上記アイランド部および上記リード端子部に対して不連続な領域は、上記アイランド部と離間すると共に、上記リード端子部の延在方向と交差する方向に上記リード端子部よりも突出している突出部によって構成されていることを特徴とするリードフレーム。
  13. 請求項１１に記載のリードフレームにおいて、
    上記ボンド用リード部には、上記アイランド部に沿って延在する貫通穴が設けられており、
    上記ボンド用リード部における上記アイランド部および上記リード端子部に対して不連続な領域は、上記貫通穴を介して上記アイランド部に対向する領域によって構成されていることを特徴とするリードフレーム。
  14. 請求項１１に記載のリードフレームにおいて、
    上記アイランド部,ボンド用リード部およびリード端子部を含むリードフレームは、銅系あるいは鉄系の合金で形成されており、
    少なくとも上記ボンド用リード部における上記ワイヤーが接続される領域は、ワイヤー接合に適したメッキが施されている
    ことを特徴とするリードフレーム。
  15. 請求項１乃至請求項１０の何れか一つに記載の半導体素子を用いたことを特徴とする電子機器。
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