JP2008027994A - 半導体装置及びその製造方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】チップ積層タイプ構造とした場合に、樹脂封止時の樹脂の流動により発生していた金属細線のショートあるいは封止樹脂体からの露出を防止して、それらに起因する装置不良をなくし、装置の品質をさらに安定かつ向上させることができる半導体装置及びその製造方法を提供する。
【解決手段】半導体チップ4は半導体チップ3の外形寸法よりも大きく、インナーリード101aは板厚方向に屈曲した段差部を有し、インナーリード101aの先端部は半導体チップ3、4の周縁領域の裏面側に重なるように配置される。
【選択図】図2

Description

本発明は、複数の半導体チップを1つのパッケージに搭載したチップ積層タイプの半導体装置及びその製造方法に関するものである。
近年、半導体装置の低コスト化及び小型化を図るために、互いに異なる機能を有する半導体チップ、又は互いに異なるプロセスにより形成された半導体チップを、3次元実装するチップ積層タイプの半導体装置が提案されている。
以下、従来の半導体装置として、複数の半導体チップを搭載したチップ積層タイプの半導体装置について、図面を参照しながら説明する。
図7に示すチップ積層タイプの半導体装置300は、リードフレーム1のダイパッド2の表面(上面)に第1の半導体チップ3の底面が接着剤9aによりダイボンディングされ、その第1の半導体チップ3の表面(上面)に第2の半導体チップ4がその底面側で接着剤9bを介してダイボンディングされ、第1の金属細線7により第1の半導体チップ3の電極パッド5とインナーリード1aとが、第2の金属細線8により第2の半導体チップ4の電極パッド6とインナーリード1aとが電気的に接続され、封止樹脂体10によりモールドされて第1の半導体チップ3と第2の半導体チップ4の2チップを1パッケージとしていた。
第1の半導体チップ3は吊りリード(図示せず)に支持されたダイパッド2の表面(上面)に接着剤9aで接着され、第2の半導体チップ4は接着剤9bにより第1の半導体チップ3上に接着されている。また、ダイパッド2の周囲には複数のインナーリード1aが配置されており、これら吊りリードとインナーリード1aとダイパッド2とによりリードフレーム1が構成されている。
第1及び第2の半導体チップ3、4の各電極パッド5、6は、第1及び第2の金属細線7、8を介して、リードフレーム1のインナーリード1aに電気的に接続されている。上記吊りリードとインナーリード1aとダイパッド2と半導体チップ3、4と金属細線7、8は、封止樹脂体10によって樹脂封止(樹脂モールド)されている。
図7に示した半導体装置300の製造方法としては、まず、金属薄板をエッチング加工またはプレス加工により所望する電極形状に加工してリードフレーム1を作成する。リードフレーム1には、吊りリード(図示せず)とダイパッド2とインナーリード1aとアウターリード1bとが一体に形成される。
次に、接着剤9aを用いて、第1の半導体チップ3をダイパッド2に接着し、接着剤9bを用いて、第2の半導体チップ4を第1の半導体チップ3に接着する。次に、第1の半導体チップ3の電極パッド5とインナーリード1aとの間を第1の金属細線7によって結線し、第2の半導体チップ4の電極パッド6とインナーリード1aとの間を第2の金属細線8によって結線する。
次に、ダイパッド2上に第1、第2の半導体チップ3、4が搭載され、第1、第2の金属細線7、8で電気的に接続されたリードフレーム1を封止金型(図示せず)で密封し、封止樹脂体10を注入して樹脂封止する。
この従来の構成および製造方法によれば、複数の半導体チップを積層して、1パッケージ内に収容する半導体装置の場合、ワイヤボンディングを行うための電極パッドを覆わないようにするために、積層する半導体チップの外形寸法は、1段目の半導体チップを最も大きく、2段目の半導体チップ以降は順次、外形寸法を小さくしていく必要があった。
特開平10−200043号公報
しかしながら、上記のような従来の半導体装置においては、積層する半導体チップの外形寸法に大小が有る場合に、以下の点が問題となる。
金属細線同士のショートを防止するため、外形寸法が1段目の半導体チップより小さい2段目以降の半導体チップとインナーリードとを接続する金属細線を、外形寸法の最も大きい1段目の半導体チップとインナーリードを接続する金属細線をまたぐように、結線する必要があるため、2段目半導体チップ以降は順次、金属細線の長さが長くなり、そのループ高さが高くなる。
このように、金属細線が長い、あるいは、ループ高さが高いと、樹脂封止時に樹脂の流れにより金属細線が変形し、金属細線同士のショートや封止樹脂体からの金属細線の露出等の不良が発生して、大きな問題となる。
この問題に対して、金属細線のループ高さを抑える場合には、図8に示すように、2つの半導体チップ3、4を裏面同士が向かい合うように搭載した半導体装置400が考えられる。
しかし、この半導体装置400では、金属細線のループ高さは低くすることができるものの、半導体チップの外形寸法が異なる場合には、インナーリードが大きい半導体チップの外周よりも外側に形成されているので、小さい半導体チップ側の金属細線が長くなり、問題は解決しない。
また、他の従来技術(例えば、特許文献1を参照)として、図9に示すように、ダイパッドを使用せず、インナーリードの表裏面に、第1の半導体チップ3の表面(上面)と第2の半導体チップ4の裏面(下面)を向かい合うように搭載した半導体装置500が提案されている。
この半導体装置500では、金属細線が短く、ループ高さが低くなるものの、第1の半導体チップ3の表面にインナーリード501aが重なるように形成されているため、電極パッド5をチップ中央付近にしか配置できなくなり、電極パッド5の位置、数共に制限されてしまい、半導体チップの設計上で自由度がなくなるという新たな問題が発生する。
本発明は、上記従来の問題点を解決するもので、半導体装置の構造としてチップ積層タイプ構造とした場合に、樹脂封止時の樹脂の流動により発生していた金属細線のショートあるいは封止樹脂体からの露出を防止して、それらに起因する装置不良をなくし、装置の品質をさらに安定かつ向上させることができる半導体装置及びその製造方法を提供する。
上記の課題を解決するために、本発明の請求項1記載の半導体装置は、インナーリード及びアウターリードを有するリードフレームと、前記リードフレームの板厚方向の少なくとも一方側に配置された第1の半導体チップおよび第2の半導体チップと、前記第1の半導体チップにおいて前記リードフレーム側を裏面として表面に形成された電極パッドと前記インナーリードとを接続する第1の金属細線と、前記第2の半導体チップにおいて前記リードフレーム側を裏面として表面に形成された電極パッドと前記インナーリードとを接続する第2の金属細線と、前記インナーリードと前記第1の半導体チップと前記第2の半導体チップと前記第1の金属細線と前記第2の金属細線を樹脂封止する封止樹脂体とを備え、前記第1の半導体チップの外形寸法よりも前記第2の半導体チップの外形寸法が大きく、前記第1の半導体チップの少なくとも1辺から前記第2の半導体チップの外周部がはみ出した状態で、前記リードフレームの板厚方向に、前記第1の半導体チップから前記第2の半導体チップの順に積層され、前記インナーリードの先端部が、前記第2の半導体チップの裏面側に配置され、前記第2の半導体チップと前記リードフレームの板厚方向に重なる構造を有することを特徴とする。
また、本発明の請求項2記載の半導体装置は、請求項1に記載の半導体装置であって、前記インナーリードの先端部が、前記第1の半導体チップの裏面側に配置され、前記第1の半導体チップと前記リードフレームの板厚方向に重なる構造を有することを特徴とする。
また、本発明の請求項3記載の半導体装置は、請求項2に記載の半導体装置であって、前記第1の半導体チップの裏面は、前記インナーリードと一体で形成され複数の吊りリードにより支持されたダイパッドと前記インナーリードの少なくとも一方に固着された構造を有することを特徴とする。
また、本発明の請求項4記載の半導体装置は、請求項3に記載の半導体装置であって、前記第2の半導体チップの裏面が前記第1の金属細線の最高部より上方位置にある状態で、前記第1の半導体チップの表面と前記第2の半導体チップの裏面とが固着された構造を有することを特徴とする。
また、本発明の請求項5記載の半導体装置は、請求項4に記載の半導体装置であって、前記インナーリードは板厚方向に屈曲した段差部が形成された構造を有することを特徴とする。
また、本発明の請求項6記載の半導体装置は、請求項5に記載の半導体装置であって、前記インナーリードの段差部が複数形成された構造を有することを特徴とする。
また、本発明の請求項7記載の半導体装置は、インナーリード及びアウターリードを有するリードフレームと、前記リードフレームの板厚方向の両方側にそれぞれ配置される第1の半導体チップと第2の半導体チップと、前記第1の半導体チップにおいて前記リードフレーム側を裏面として表面に形成された電極パッドと前記インナーリードとを接続する第1の金属細線と、前記第2の半導体チップにおいて前記リードフレーム側を裏面として表面に形成された電極パッドと前記インナーリードとを接続する第2の金属細線と、前記インナーリードと前記第1の半導体チップと前記第2の半導体チップと前記第1の金属細線と前記第2の金属細線を樹脂封止する封止樹脂体とを備え、前記第1の半導体チップの外形寸法よりも前記第2の半導体チップの外形寸法が大きく、前記第1の半導体チップの少なくとも1辺から前記第2の半導体チップの外周部がはみ出した状態で、前記リードフレームの板厚方向に、前記第1の半導体チップから前記第2の半導体チップの順に積層され、前記インナーリードの先端部が、前記第2の半導体チップの裏面側に配置され、前記第2の半導体チップと前記リードフレームの板厚方向に重なる構造を有することを特徴とする。
また、本発明の請求項8記載の半導体装置は、請求項7に記載の半導体装置であって、前記インナーリードの先端部が、前記第1の半導体チップの裏面側に配置され、前記第1の半導体チップと前記リードフレームの板厚方向に重なる構造を有することを特徴とする。
また、本発明の請求項9記載の半導体装置は、請求項8に記載の半導体装置であって、前記第1の半導体チップおよび前記第2の半導体チップが、相互に裏面を対向させた状態で、前記インナーリードと一体で形成され複数の吊りリードにより支持されたダイパッドと前記インナーリードの少なくとも一方に固着された構造を有することを特徴とする。
また、本発明の請求項10記載の半導体装置は、請求項9に記載の半導体装置であって、前記インナーリードは板厚方向に屈曲した段差部が複数形成された構造を有することを特徴とする。
また、本発明の請求項11記載の半導体装置は、請求項6または請求項10に記載の半導体装置であって、前記第1の金属細線が接続される前記インナーリードの第1の金属細線接続面は、前記第1の半導体チップの表面と同一平面に位置するように形成された構造を有することを特徴とする。
また、本発明の請求項12記載の半導体装置は、請求項11に記載の半導体装置であって、前記第2の金属細線が接続される前記インナーリードの第2の金属細線接続面は、前記第2の半導体チップの表面と同一平面に位置するように形成された構造を有することを特徴とする。
また、本発明の請求項13記載の半導体装置の製造方法は、インナーリード及びアウターリードとなるリードを有するリードフレームを成形する工程と、前記リードフレームの板厚方向の少なくとも一方側に配置する第1の半導体チップおよび第2の半導体チップのうち、前記第1の半導体チップを搭載する工程と、前記第1の半導体チップにおいて前記リードフレーム側を裏面として表面に形成された電極パッドと前記インナーリードとを第1の金属細線で接続する工程と、前記第1の半導体チップの表面側に、前記第2の半導体チップを搭載する工程と、前記第2の半導体チップにおいて前記リードフレーム側を裏面として表面に形成された電極パッドと前記インナーリードとを第2の金属細線で接続する工程と、前記インナーリードと前記第1の半導体チップと前記第2の半導体チップと前記第1の金属細線と前記第2の金属細線を、封止樹脂体で樹脂封止する工程とを有する半導体装置の製造方法であって、前記第1の半導体チップおよび前記第2の半導体チップは、前記第1の半導体チップの外形寸法よりも前記第2の半導体チップの外形寸法が大きく、前記第1の半導体チップの少なくとも1辺から前記第2の半導体チップの外周部がはみ出した状態で、前記リードフレームの板厚方向に積層し、前記インナーリードの先端部は、前記第2の半導体チップと前記リードフレームの板厚方向に重なるように、前記第2の半導体チップの裏面側に配置することを特徴とする。
また、本発明の請求項14記載の半導体装置の製造方法は、請求項13に記載の半導体装置の製造方法であって、前記インナーリードの先端部は、前記第1の半導体チップと前記リードフレームの板厚方向に重なるように、前記第1の半導体チップの裏面側に配置することを特徴とする。
また、本発明の請求項15記載の半導体装置の製造方法は、請求項14に記載の半導体装置の製造方法であって、前記インナーリードと一体にかつ複数の吊りリードにより支持させた状態でダイパッドを形成しておき、前記第1の半導体チップの裏面は、前記ダイパッドと前記インナーリードの少なくとも一方に固着することを特徴とする。
また、本発明の請求項16記載の半導体装置の製造方法は、請求項15に記載の半導体装置の製造方法であって、前記第2の半導体チップの裏面が前記第1の金属細線の最高部より上方位置にある状態で、前記第1の半導体チップの表面と前記第2の半導体チップの裏面とを固着することを特徴とする。
また、本発明の請求項17記載の半導体装置の製造方法は、請求項16に記載の半導体装置の製造方法であって、前記インナーリードは、板厚方向に屈曲した段差部を形成することを特徴とする。
また、本発明の請求項18記載の半導体装置の製造方法は、請求項17に記載の半導体装置の製造方法であって、前記インナーリードの段差部は、複数形成することを特徴とする。
また、本発明の請求項19記載の半導体装置の製造方法は、インナーリード及びアウターリードとなるリードを有するリードフレームを成形する工程と、前記リードフレームの板厚方向の両方側に配置する第1の半導体チップと第2の半導体チップのうち、前記第1の半導体チップを前記リードフレームの板厚方向の一方側に搭載する工程と、前記リードフレームの板厚方向の他方側に、前記第2の半導体チップを搭載する工程と、前記第1の半導体チップにおいて前記リードフレーム側を裏面として表面に形成された電極パッドと前記インナーリードとを第1の金属細線で接続する工程と、前記第2の半導体チップにおいて前記リードフレーム側を裏面として表面に形成された電極パッドと前記インナーリードとを第2の金属細線で接続する工程と、前記インナーリードと前記第1の半導体チップと前記第2の半導体チップと前記第1の金属細線と前記第2の金属細線を、封止樹脂体で樹脂封止する工程とを有する半導体装置の製造方法であって、前記第1の半導体チップおよび前記第2の半導体チップは、前記第1の半導体チップの外形寸法よりも前記第2の半導体チップの外形寸法が大きく、前記第1の半導体チップの少なくとも1辺から前記第2の半導体チップの外周部がはみ出した状態で、前記リードフレームの板厚方向に積層し、前記インナーリードの先端部は、前記第2の半導体チップと前記リードフレームの板厚方向に重なるように、前記第2の半導体チップの裏面側に配置することを特徴とする。
また、本発明の請求項20記載の半導体装置の製造方法は、請求項19に記載の半導体装置の製造方法であって、前記インナーリードの先端部は、前記第1の半導体チップと前記リードフレームの板厚方向に重なるように、前記第1の半導体チップの裏面側に配置することを特徴とする。
また、本発明の請求項21記載の半導体装置の製造方法は、請求項20に記載の半導体装置の製造方法であって、前記インナーリードと一体にかつ複数の吊りリードにより支持させた状態でダイパッドを形成しておき、前記第1の半導体チップおよび前記第2の半導体チップは、相互に裏面を対向させた状態で、前記ダイパッドと前記インナーリードの少なくとも一方に固着することを特徴とする。
また、本発明の請求項22記載の半導体装置の製造方法は、請求項21に記載の半導体装置の製造方法であって、前記インナーリードは、板厚方向に屈曲した段差部を複数形成することを特徴とする。
また、本発明の請求項23記載の半導体装置の製造方法は、請求項18または請求項22に記載の半導体装置の製造方法であって、前記第1の金属細線が接続される前記インナーリードの第1の金属細線接続面は、前記第1の半導体チップの表面と同一平面に位置するように形成することを特徴とする。
また、本発明の請求項24記載の半導体装置の製造方法は、請求項23に記載の半導体装置の製造方法であって、前記第2の金属細線が接続される前記インナーリードの第2の金属細線接続面は、前記第2の半導体チップの表面と同一平面に位置するように形成することを特徴とする。
以上のように本発明によれば、積層された各半導体チップの電極パッドとインナーリード間を金属細線により接続する場合に短距離接続を可能にすることにより、金属細線の長さを短縮化するとともに、各半導体チップの電極パッドとインナーリード間の金属細線による配線領域の分離を可能にすることにより、それらの金属細線同士の近接および交差をなくすことができる。
以上により、半導体装置の構造としてチップ積層タイプ構造とした場合に、樹脂封止時の樹脂の流動により従来発生していた金属細線のショートあるいは封止樹脂体からの露出を防止して、それらに起因する装置不良をなくし、装置の品質をさらに安定かつ向上させることができる。
また、インナーリードが半導体チップの周縁領域の表面側に重なっていないため、半導体チップのどの位置にも電極パッドを配置できるので、半導体チップの電極パッドレイアウト上の制約をなくすことができる。
また、半導体装置の金属細線が短いため、ノイズが低減され、高周波特性が向上する。さらに、各々の半導体チップの電極パッドから延びる金属細線同士が交差することがないので、信号の干渉を防止する効果が得られる。
以下、本発明の実施の形態を示す半導体装置及びその製造方法について、図面を参照しながら具体的に説明する。ここではチップ積層タイプの半導体装置について説明する。
(実施の形態1)
本発明の実施の形態1の半導体装置及びその製造方法を、図1、2に示す半導体装置100を用いて説明する。
図1は本実施の形態1の半導体装置100の製造方法を示す工程断面図である。図1において、1はリードフレーム、101aと1bはリードフレームのインナーリードとアウターリード、2はリードフレームのダイパッド、3は第1の半導体チップ、4は第2の半導体チップ、5は第1の半導体チップ3の電極パッド、6は第2の半導体チップ4の電極パッド、7は第1の半導体チップ3の電極パッド5とインナーリード101aを接続する第1の金属細線、8は第2の半導体チップ4の電極パッド6とインナーリード101aを接続する第2の金属細線、9aはダイパッド2に第1の半導体チップ3を固着する接着剤、9bは第1の半導体チップ3に第2の半導体チップ4を固着する接着剤、10は封止樹脂体を示すものである。なお、第2の半導体チップ4の外形寸法は第1の半導体チップ3の外形寸法よりも大きいものとする。
本実施の形態1における半導体装置100の製造方法は、まず、図1(a)に示すように、金属薄板をエッチング加工またはプレス加工により所望する電極形状に加工してリードフレーム1を作成する。リードフレーム1には、吊りリード(図示せず)とダイパッド2とインナーリード101aとアウターリード1bとが一体に形成される。このとき、インナーリード101aはダイパッド2の近傍まで延びていて、第2の半導体チップ4の裏面の周縁部分と重なるように形成される。
この構造は、第2の半導体チップ4をインナーリード101aの先端よりも内側に位置する外形寸法に限定させないとともに、インナーリード101aと電極パッド6の距離を近くするための構成である。したがって、第2の半導体チップ4の外形寸法の制約を少なくし、後に行うワイヤーボンド工程での第2の金属細線8を短くすることが可能である。
ダイパッド2は、後に行う封止工程での樹脂の流動を良好にすること、パッケージの厚みを薄くする等の目的から、リードフレーム1の吊りリードにはディプレス加工が施され、ダイパッド2が下方に配置されるように、ダウンセットされている。
また、インナーリード101aには、段差部が形成されており、第1の半導体チップ3の外側で第1の半導体チップ3に接触しないように、屈曲されている。また、インナーリード101aの先端部は第1の半導体チップ3の裏面の周縁部分と重なるように形成される。
この構造も、第1の半導体チップ3をインナーリード101aの先端よりも内側に位置する外形寸法に限定させないとともに、インナーリード101aと電極パッド5の距離を近くするための構成である。したがって、第1の半導体チップ3の外形寸法の制約を少なくし、後に行うワイヤーボンド工程での第1の金属細線7を短くすることが可能である。
次に、図1(b)に示すように、第1の半導体チップ3をリードフレーム1のダイパッド2に接着剤9aを用いて、ダイボンドする。
次に、図1(c)に示すように、第1の半導体チップ3の電極パッド5とインナーリード101aを、ワイヤボンディングにより第1の金属細線7で結線することにより、電気的に接続する。このとき、第1の金属細線7は、長さが短くかつループ高さが低くなるように接続する。また、後述の図3に示した構成にすることにより、第1の金属細線7の長さを更に短くすることができる。
次に、図1(d)に示すように、第2の半導体チップ4の裏面を、第1の半導体チップ3の表面(上面)に接着剤9bを用いて、ダイボンドする。このとき、接着剤9bの厚みは、第2の半導体チップ4の裏面が第1の金属細線7の最上部より高い位置になるように設定する。また、接着剤9bの形成領域は、第1の金属細線7のボンディング領域確保のため、第1の半導体チップ3の電極パッド5よりも内側とする。
次に、図1(e)に示すように、第2の半導体チップ4の電極パッド6とインナーリード101aを、ワイヤボンディングにより第2の金属細線8で結線することにより、電気的に接続する。このとき、第2の金属細線8は、長さが短くなるように接続する。また、後述の図3に示した構成にすることにより、第2の金属細線8の長さを更に短くすることができる。
次に、図1(f)に示すように、樹脂封止により封止樹脂体10を形成する。このとき、樹脂の流動により、金属細線7、8に衝突し、金属細線7、8に力が加わることにより、金属細線7、8が変形するが、本実施形態の金属細線7、8は長さが短いため、金属細線の変形量は、従来に比べて十分少ない。
その後、アウターリード1bをフォーミングし、図2に示す半導体装置100が完成する。
以下に、本実施の形態1の半導体装置100及び半導体装置100の製造方法が奏する効果を説明する。
本実施の形態1における半導体装置100は、従来の半導体装置が備えているダイパッド、吊りリード、アウターリード、第1及び第2の金属細線、第1及び第2の半導体チップ、封止樹脂体に付け加え、導電性材質からなり、その一部が半導体チップの裏面側の周縁部分と重なるように、従来よりも内側に延伸したインナーリード101aを有している。
これにより、インナーリード101aと、半導体チップの電極パッドとの距離は短くなり、従来よりも短い金属細線で電気的に接続することができる。このことにより、ノイズ低減が図れ、高周波特性が向上する。
また、半導体装置100では、製造工程中において、樹脂の流動により、金属細線に衝突し金属細線に力が加わっても、金属細線が短いため金属細線の変形量は少ない。つまり、金属細線のショートを防止することができる。従って、本実施の形態1の半導体装置100の製造方法では、電気的接続機能の低下及び喪失を招来することなく半導体装置を製造することができるため、製造歩留まりが高い半導体装置を製造することができる。
また、半導体装置100では、上方に配置される半導体チップ4の電極パッド6と接続される金属細線8の長さを短く、ループ高さを低くすることができるので、金属細線8が封止樹脂体10からの露出する不良を防止することができる。
更に、下方に配置された第1の半導体チップ3の電極パッド5と接続される第1の金属細線7は、上方に配置された第2の半導体チップ4の底面よりも下側に存在するため、第2の半導体チップ4の電極パッド6と接続される第2の金属細線8と、存在する板厚方向の高さが異なるため、第1の金属細線7と第2の金属細線8とのショートによる不良を低減することができる。
また、第1の半導体チップ3が第2の半導体チップ4よりも十分小さく、第1の半導体チップ3の電極パッド5とインナーリード101aを結線する第1の金属細線7が、第2の半導体チップ4の内側に存在する場合は、第1の金属細線7と第2の金属細線8がショートすることはない。そのうえ、第1の金属細線7と第2の金属細線8が接近したり、交差したりすることがないので、第1の半導体チップ3の信号と第2の半導体チップ4の信号の干渉を低減できる。
また、下方に配置された第1の半導体チップ3の表面にインナーリードが形成されていないので、電極パッド5をチップのどの位置にも配置することができる。
以上をまとめると、本実施の形態1における半導体装置100及び半導体装置100の製造方法は、金属細線が短くできるため、高周波特性が向上し、信号同士の干渉が低減できる等、半導体装置として性能が良いこと、製造歩留まりが高いこと、半導体チップにおける電極パッドの配置は限定されないことという効果を得られるという点で、従来の半導体装置よりも優れる。
なお、インナーリードの形状は、本実施の形態1のインナーリード101aの形状に限定されない。
以下、本実施の形態1の他の構成を図3を用いて説明する。そして、本実施の形態1の半導体装置100と他の構成の半導体装置110とでは、インナーリードの形状のみが異なる。以下において、本実施の形態1の半導体装置100と対応する部分には同一符号を付し、その説明を省略している。
図3は本実施の形態1の半導体装置100を変形した他の構成を示す断面図である。この半導体装置110におけるインナーリード111aには段差部が複数形成されている。それ以外の点は、本実施の形態1の半導体装置100と同一である。
すなわち、インナーリード111aの段差部は、第2の半導体チップ4の表面(上面)と同一平面になる第2の金属細線8の接続部を形成するためのアップセット、第2の半導体チップ4の裏面の周縁部分に配置、且つ第1の半導体チップ3の表面(上面)と同一平面になる第1の金属細線7の接続部を形成するためのダウンセット、第1の半導体チップ3の裏面の周縁部分に配置するためのダウンセットにより形成する。それ以外の点に関しては、本実施の形態1における半導体装置100の製造方法、構造、半導体チップを電気的接続するメカニズムと同一である。
そして、本実施の形態1の他の構成を示す半導体装置110が奏する効果は、本実施の形態1が奏する上記の効果に付け加え、インナーリード111aの金属細線接続部を半導体チップの上面と同一平面に形成することにより、金属細線の長さを更に短くでき、樹脂封止工程の金属細線の変形を防ぐと共に、高周波特性及び信号の干渉の低減効果を更に向上させることができるというものである。
(実施の形態2)
本発明の実施の形態2の半導体装置及びその製造方法を、図4、5に示すように、実施の形態1の半導体装置100とは半導体チップの搭載方法が異なる半導体装置200を用いて説明する。なお、実施の形態1の半導体装置100と対応する部分には同一符号を付し、その説明を省略する。また、第2の半導体チップ4の外形寸法は第1の半導体チップ3の外形寸法よりも大きいものとする。
本実施の形態2の半導体装置200の製造方法は、まず、図4(a)に示すように、金属薄板をエッチング加工またはプレス加工により所望する電極形状に加工してリードフレーム1を作成する。リードフレーム1には、吊りリード(図示せず)とダイパッド2とインナーリード201aとアウターリード1bとが一体に形成される。このとき、インナーリード201aはダイパッド2の近傍まで延びていて、第2の半導体チップ4の裏面の周縁部分と重なるように形成される。
この構造は、実施の形態1と同様に、第2の半導体チップ4をインナーリード201aの先端よりも内側に位置する外形寸法に限定させないとともに、インナーリード201aと電極パッド6の距離を近くするための構成である。したがって、第2の半導体チップ4のチップサイズの制約を少なくし、後に行うワイヤーボンド工程での第2の金属細線8を短くすることが可能である。
また、インナーリード201aの先端部は、第1の半導体チップ3の裏面(上面)の周縁部分と重なるように形成される。
この構造も、実施の形態1と同様に、第1の半導体チップ3をインナーリード201aの先端よりも内側に位置する外形寸法に限定させないとともに、インナーリード201aと電極パッド5の距離を近くするための構成である。したがって、第1の半導体チップ3のチップサイズの制約を少なくし、後に行うワイヤーボンド工程での第1の金属細線7を短くすることが可能である。
次に、図4(b)に示すように、第1の半導体チップ3をリードフレーム1のダイパッド2の裏面に接着剤9aを用いて、ダイボンドする。
次に、図4(c)に示すように、第2の半導体チップ4をリードフレーム1のダイパッド2の表面に接着剤9bを用いて、ダイボンドする。
次に、図4(d)に示すように、第1の半導体チップ3の電極パッド5とインナーリード201aの裏面(下面)を、ワイヤボンディングにより第1の金属細線7で結線することにより、電気的に接続する。このとき、第1の金属細線7は、長さが短くかつループ高さが低くなるように接続する。また、後述の図6に示した構成にすることにより、第1の金属細線7の長さを更に短くすることができる。
次に、図4(e)に示すように、第2の半導体チップ4の電極パッド6とインナーリード201aの表面(上面)を、ワイヤボンディングにより第2の金属細線8で結線することにより、電気的に接続する。このとき、第2の金属細線8は、長さが短くかつループ高さが低くなるように接続する。また、後述の図6に示した構成にすることにより、第2の金属細線8の長さを更に短くすることができる。
次に、図4(f)に示すように、樹脂封止により封止樹脂体10を形成する。このとき、樹脂の流動により、金属細線7、8に衝突し、金属細線7、8に力が加わることにより金属細線7、8が変形するが、本実施の形態2の金属細線7、8は、長さが短いため金属細線の変形量は少ない。
その後、アウターリード1bをフォーミングし、図5に示す半導体装置200が完成する。
本実施の形態2における半導体装置200が奏する効果は、実施の形態1の半導体装置100が奏する効果に付け加えて、第1の半導体チップ3と第2の半導体チップ4をダイパッド2の表裏面に配置しているため、第1の半導体チップ3の電極パッド5とインナーリード201aを結線する第1の金属細線7と、第2の半導体チップ4の電極パッド6とインナーリード201aを結線する第2の金属細線8との間で、ショートを防止することができるというものである。
また、半導体チップの上方に半導体チップを搭載しないため、ダイボンディングのさいに、接着剤の厚みを考慮することはなく、より容易に半導体チップとインナーリード201aを金属細線で電気的に接続することができる。
本実施の形態2では、第2の半導体チップ4の外形寸法は第1の半導体チップ3の外形寸法よりも大きい場合について示したが、第1の半導体チップ3の外形寸法が第2の半導体チップ4の外形寸法よりも大きくてもかまわない。
なお、本実施の形態2においても、上記実施の形態1と同様、他の構成を適用することができる。以下、本実施の形態2の他の構成について説明をする。
図6に示すように、本実施の形態2の他の構成を示す半導体装置210においては、インナーリード211aは段差部が複数形成されている。それ以外の点は、本実施の形態2の半導体装置200と同一である。
すなわち、インナーリード211aの段差部は、第2の半導体チップ4の表面と同一平面になる第2の金属細線8の接続部を形成するためのアップセット、第2の半導体チップ4の裏面の周縁部分に配置、且つ第1の半導体チップ3の表面と同一平面になる第1の金属細線7の接続部を形成するためのダウンセット、第1の半導体チップ3の裏面の周縁部分に配置するためのアップセットにより形成する。それ以外の点に関しては、本実施の形態2における半導体装置200の製造方法、構造、半導体チップを電気的接続するメカニズムと同一である。
そして、本実施の形態2の他の構成を示す半導体装置210が奏する効果は、本実施の形態2が奏する上記の効果に付け加え、インナーリード211aの金属細線接続部を半導体チップと同一平面に形成することにより、金属細線の長さを更に短くでき、樹脂封止工程の金属細線の変形を防ぐと共に、高周波特性及び信号の干渉の低減効果を更に向上させることができるというものである。
なお、上記の実施の形態1および2では、パッケージはQFP、SOPの場合について示したが、インナーリードがあるパッケージならば、QFN、SON等でもかまわない。また、上記の実施の形態1および2では、ダイパッドを用いる場合について示したが、半導体チップの裏面をインナーリードに固定できれば、ダイパッドを用いなくてもかまわない。
また、インナーリードの形状は、実施の形態1および2の形状に限定されるものではなく、第2の半導体チップ4の裏面の周縁部分に重なり、第1の半導体チップ3の近傍まで延伸され、第1の半導体チップ3の電極パッド5とインナーリード101aを結線する第1の金属細線7を短くできれば、第1の半導体チップ3の裏面の周縁部分に重ならなくてかまわない。
本発明の半導体装置及び半導体装置の製造方法は、チップ積層構造の半導体装置において、金属細線のショートあるいは封止樹脂体からの露出等を防止することができ、品質の安定した半導体装置を提供することを実現することができるもので、チップ積層タイプの半導体装置等に適用できる。
本発明の実施の形態1の半導体装置の製造方法における工程順断面図 同実施の形態1の半導体装置の構造を示す断面図 同実施の形態1の半導体装置の他の構造を示す断面図 本発明の実施の形態2の半導体装置の製造方法における工程順断面図 同実施の形態2の半導体装置の構造を示す断面図 同実施の形態2の半導体装置の他の構造を示す断面図 従来の半導体装置の構造を示す断面図 従来の半導体装置の他の構造を示す断面図 従来の半導体装置のさらに他の構造を示す断面図
符号の説明
1 リードフレーム
1a インナーリード
101a インナーリード
111a インナーリード
201a インナーリード
211a インナーリード
1b アウターリード
2 ダイパッド
3 第1の半導体チップ
4 第2の半導体チップ
5 電極パッド
6 電極パッド
7 第1の金属細線
8 第2の金属細線
9a 接着剤
9b 接着剤
10 封止樹脂体

Claims (24)

  1. インナーリード及びアウターリードを有するリードフレームと、
    前記リードフレームの板厚方向の少なくとも一方側に配置された第1の半導体チップおよび第2の半導体チップと、
    前記第1の半導体チップにおいて前記リードフレーム側を裏面として表面に形成された電極パッドと前記インナーリードとを接続する第1の金属細線と、
    前記第2の半導体チップにおいて前記リードフレーム側を裏面として表面に形成された電極パッドと前記インナーリードとを接続する第2の金属細線と、
    前記インナーリードと前記第1の半導体チップと前記第2の半導体チップと前記第1の金属細線と前記第2の金属細線を樹脂封止する封止樹脂体とを備え、
    前記第1の半導体チップの外形寸法よりも前記第2の半導体チップの外形寸法が大きく、前記第1の半導体チップの少なくとも1辺から前記第2の半導体チップの外周部がはみ出した状態で、前記リードフレームの板厚方向に、前記第1の半導体チップから前記第2の半導体チップの順に積層され、
    前記インナーリードの先端部が、
    前記第2の半導体チップの裏面側に配置され、
    前記第2の半導体チップと前記リードフレームの板厚方向に重なる構造を有する
    ことを特徴とする半導体装置。
  2. 請求項1に記載の半導体装置であって、
    前記インナーリードの先端部が、
    前記第1の半導体チップの裏面側に配置され、
    前記第1の半導体チップと前記リードフレームの板厚方向に重なる構造を有する
    ことを特徴とする半導体装置。
  3. 請求項2に記載の半導体装置であって、
    前記第1の半導体チップの裏面は、前記インナーリードと一体で形成され複数の吊りリードにより支持されたダイパッドと前記インナーリードの少なくとも一方に固着された構造を有する
    ことを特徴とする半導体装置。
  4. 請求項3に記載の半導体装置であって、
    前記第2の半導体チップの裏面が前記第1の金属細線の最高部より上方位置にある状態で、
    前記第1の半導体チップの表面と前記第2の半導体チップの裏面とが固着された構造を有する
    ことを特徴とする半導体装置。
  5. 請求項4に記載の半導体装置であって、
    前記インナーリードは板厚方向に屈曲した段差部が形成された構造を有する
    ことを特徴とする半導体装置。
  6. 請求項5に記載の半導体装置であって、
    前記インナーリードの段差部が複数形成された構造を有する
    ことを特徴とする半導体装置。
  7. インナーリード及びアウターリードを有するリードフレームと、
    前記リードフレームの板厚方向の両方側にそれぞれ配置される第1の半導体チップと第2の半導体チップと、
    前記第1の半導体チップにおいて前記リードフレーム側を裏面として表面に形成された電極パッドと前記インナーリードとを接続する第1の金属細線と、
    前記第2の半導体チップにおいて前記リードフレーム側を裏面として表面に形成された電極パッドと前記インナーリードとを接続する第2の金属細線と、
    前記インナーリードと前記第1の半導体チップと前記第2の半導体チップと前記第1の金属細線と前記第2の金属細線を樹脂封止する封止樹脂体とを備え、
    前記第1の半導体チップの外形寸法よりも前記第2の半導体チップの外形寸法が大きく、前記第1の半導体チップの少なくとも1辺から前記第2の半導体チップの外周部がはみ出した状態で、前記リードフレームの板厚方向に、前記第1の半導体チップから前記第2の半導体チップの順に積層され、
    前記インナーリードの先端部が、
    前記第2の半導体チップの裏面側に配置され、
    前記第2の半導体チップと前記リードフレームの板厚方向に重なる構造を有する
    ことを特徴とする半導体装置。
  8. 請求項7に記載の半導体装置であって、
    前記インナーリードの先端部が、
    前記第1の半導体チップの裏面側に配置され、
    前記第1の半導体チップと前記リードフレームの板厚方向に重なる構造を有する
    ことを特徴とする半導体装置。
  9. 請求項8に記載の半導体装置であって、
    前記第1の半導体チップおよび前記第2の半導体チップが、相互に裏面を対向させた状態で、
    前記インナーリードと一体で形成され複数の吊りリードにより支持されたダイパッドと前記インナーリードの少なくとも一方に固着された構造を有する
    ことを特徴とする半導体装置。
  10. 請求項9に記載の半導体装置であって、
    前記インナーリードは板厚方向に屈曲した段差部が複数形成された構造を有する
    ことを特徴とする半導体装置。
  11. 請求項6または請求項10に記載の半導体装置であって、
    前記第1の金属細線が接続される前記インナーリードの第1の金属細線接続面は、
    前記第1の半導体チップの表面と同一平面に位置するように形成された構造を有する
    ことを特徴とする半導体装置。
  12. 請求項11に記載の半導体装置であって、
    前記第2の金属細線が接続される前記インナーリードの第2の金属細線接続面は、
    前記第2の半導体チップの表面と同一平面に位置するように形成された構造を有する
    ことを特徴とする半導体装置。
  13. インナーリード及びアウターリードとなるリードを有するリードフレームを成形する工程と、
    前記リードフレームの板厚方向の少なくとも一方側に配置する第1の半導体チップおよび第2の半導体チップのうち、前記第1の半導体チップを搭載する工程と、
    前記第1の半導体チップにおいて前記リードフレーム側を裏面として表面に形成された電極パッドと前記インナーリードとを第1の金属細線で接続する工程と、
    前記第1の半導体チップの表面側に、前記第2の半導体チップを搭載する工程と、
    前記第2の半導体チップにおいて前記リードフレーム側を裏面として表面に形成された電極パッドと前記インナーリードとを第2の金属細線で接続する工程と、
    前記インナーリードと前記第1の半導体チップと前記第2の半導体チップと前記第1の金属細線と前記第2の金属細線を、封止樹脂体で樹脂封止する工程とを有する半導体装置の製造方法であって、
    前記第1の半導体チップおよび前記第2の半導体チップは、
    前記第1の半導体チップの外形寸法よりも前記第2の半導体チップの外形寸法が大きく、前記第1の半導体チップの少なくとも1辺から前記第2の半導体チップの外周部がはみ出した状態で、前記リードフレームの板厚方向に積層し、
    前記インナーリードの先端部は、前記第2の半導体チップと前記リードフレームの板厚方向に重なるように、前記第2の半導体チップの裏面側に配置する
    ことを特徴とする半導体装置の製造方法。
  14. 請求項13に記載の半導体装置の製造方法であって、
    前記インナーリードの先端部は、前記第1の半導体チップと前記リードフレームの板厚方向に重なるように、前記第1の半導体チップの裏面側に配置する
    ことを特徴とする半導体装置の製造方法。
  15. 請求項14に記載の半導体装置の製造方法であって、
    前記インナーリードと一体にかつ複数の吊りリードにより支持させた状態でダイパッドを形成しておき、
    前記第1の半導体チップの裏面は、前記ダイパッドと前記インナーリードの少なくとも一方に固着する
    ことを特徴とする半導体装置の製造方法。
  16. 請求項15に記載の半導体装置の製造方法であって、
    前記第2の半導体チップの裏面が前記第1の金属細線の最高部より上方位置にある状態で、
    前記第1の半導体チップの表面と前記第2の半導体チップの裏面とを固着する
    ことを特徴とする半導体装置の製造方法。
  17. 請求項16に記載の半導体装置の製造方法であって、
    前記インナーリードは、板厚方向に屈曲した段差部を形成する
    ことを特徴とする半導体装置の製造方法。
  18. 請求項17に記載の半導体装置の製造方法であって、
    前記インナーリードの段差部は、複数形成する
    ことを特徴とする半導体装置の製造方法。
  19. インナーリード及びアウターリードとなるリードを有するリードフレームを成形する工程と、
    前記リードフレームの板厚方向の両方側に配置する第1の半導体チップと第2の半導体チップのうち、前記第1の半導体チップを前記リードフレームの板厚方向の一方側に搭載する工程と、
    前記リードフレームの板厚方向の他方側に、前記第2の半導体チップを搭載する工程と、
    前記第1の半導体チップにおいて前記リードフレーム側を裏面として表面に形成された電極パッドと前記インナーリードとを第1の金属細線で接続する工程と、
    前記第2の半導体チップにおいて前記リードフレーム側を裏面として表面に形成された電極パッドと前記インナーリードとを第2の金属細線で接続する工程と、
    前記インナーリードと前記第1の半導体チップと前記第2の半導体チップと前記第1の金属細線と前記第2の金属細線を、封止樹脂体で樹脂封止する工程とを有する半導体装置の製造方法であって、
    前記第1の半導体チップおよび前記第2の半導体チップは、
    前記第1の半導体チップの外形寸法よりも前記第2の半導体チップの外形寸法が大きく、前記第1の半導体チップの少なくとも1辺から前記第2の半導体チップの外周部がはみ出した状態で、前記リードフレームの板厚方向に積層し、
    前記インナーリードの先端部は、前記第2の半導体チップと前記リードフレームの板厚方向に重なるように、前記第2の半導体チップの裏面側に配置する
    ことを特徴とする半導体装置の製造方法。
  20. 請求項19に記載の半導体装置の製造方法であって、
    前記インナーリードの先端部は、前記第1の半導体チップと前記リードフレームの板厚方向に重なるように、前記第1の半導体チップの裏面側に配置する
    ことを特徴とする半導体装置の製造方法。
  21. 請求項20に記載の半導体装置の製造方法であって、
    前記インナーリードと一体にかつ複数の吊りリードにより支持させた状態でダイパッドを形成しておき、
    前記第1の半導体チップおよび前記第2の半導体チップは、相互に裏面を対向させた状態で、
    前記ダイパッドと前記インナーリードの少なくとも一方に固着する
    ことを特徴とする半導体装置の製造方法。
  22. 請求項21に記載の半導体装置の製造方法であって、
    前記インナーリードは、板厚方向に屈曲した段差部を複数形成する
    ことを特徴とする半導体装置の製造方法。
  23. 請求項18または請求項22に記載の半導体装置の製造方法であって、
    前記第1の金属細線が接続される前記インナーリードの第1の金属細線接続面は、
    前記第1の半導体チップの表面と同一平面に位置するように形成する
    ことを特徴とする半導体装置の製造方法。
  24. 請求項23に記載の半導体装置の製造方法であって、
    前記第2の金属細線が接続される前記インナーリードの第2の金属細線接続面は、
    前記第2の半導体チップの表面と同一平面に位置するように形成する
    ことを特徴とする半導体装置の製造方法。
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