JP2008218776A - 半導体装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】インナーリードの表面が擦れて傷ができるのを防ぐことができる半導体装置を得る。
【解決手段】ダイパッド13の周りに複数のインナーリード14が設けられている。ダイパッド13と複数のインナーリード14との間の領域に、接地されたGNDリード16が設けられている。半導体チップ17と複数のインナーリード14は、複数のワイヤー21によりそれぞれ接続されている。半導体チップ17とGNDリード16はGNDワイヤー22により接続されている。GNDワイヤー22は複数のワイヤー21の間に配置されている。隣接するインナーリード14の先端の間隔が0.2mm以下である。
【選択図】図4

Description

本発明は、半導体チップ上の複数のパッドと複数のインナーリードをそれぞれワイヤーで接続した樹脂モールドタイプの半導体装置に関するものである。
ダイパッドと複数のインナーリードとの間に、接地されたGNDリードが設けられた半導体装置が用いられている。このGNDリードと半導体チップを接続するGNDワイヤーは、半導体チップと複数のインナーリードをそれぞれ接続する複数のワイヤーの間に配置される。このため、GNDワイヤーの周囲では、隣接するインナーリードの先端の間隔が0.4〜0.5mm程度まで広くなっていた。
特開平1−202853号公報 特開平7−14976号公報
このようなリードフレームを重ねて収納すると、隣接するインナーリードの先端の間隔が広いインナーリードにおいて、表面が擦れて深い傷ができる場合があった。この擦れたインナーリードにワイヤーをステッチボンドするとステッチ剥がれがおきるという問題があった。また、リードフレーム同士の間に層間紙を入れれば上記の問題は回避できるが、コストアップとなるだけでなく、ケースに入るリードフレームの数が少なくなるという問題があった。
また、従来、L字型インナーリードが用いられる場合があった。このL字型インナーリードは、ダイパッドと複数のインナーリードとの間の領域に設けられ複数のインナーリードの配列方向に延在する部分を有する。この部分にステッチボンドしたワイヤーを引っ張って切断しようとすると、L字型インナーリードが浮き上がってしまうという問題があった。
また、半導体チップ上のパッドの近傍には大きな寄生容量が付く。伝送線路の途中に大きな寄生容量が付くと、その部分で特性インピーダンスが低下する。これにより特性インピーダンスの不整合が大きくなると、信号の反射による損失が大きくなり、信号の伝達特性が劣化する。これに対し、特許文献1,2には、インナーリードの間隔を調整することで、特性インピーダンスの不整合を小さくする技術が開示されている。しかし、特性インピーダンスの低下を防ぐために各インナーリードの間隔を大きくすると、半導体装置の大型化を招くという問題があった。
本発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、その第1の目的は、インナーリードの表面が擦れて傷ができるのを防ぐことができる半導体装置を得るものである。
本発明の第2の目的は、ステッチボンドしたワイヤーを切断する際にインナーリードが浮き上がるのを防ぐことができる半導体装置を得るものである。
本発明の第3の目的は、大型化を抑制しつつ、特性インピーダンスの不整合を小さくして信号の伝達特性が劣化するのを防ぐことができる半導体装置を得るものである。
本発明の一実施例に係る半導体装置は、ダイパッドと、ダイパッドの周りに設けられた複数のインナーリードと、ダイパッドと複数のインナーリードとの間の領域に設けられ、接地されたGNDリードと、ダイパッド上に搭載された半導体チップと、半導体チップと複数のインナーリードをそれぞれ接続する複数のワイヤーと、複数のワイヤーの間に配置され、半導体チップとGNDリードを接続するGNDワイヤーとを有する。そして、隣接するインナーリードの先端の間隔が0.2mm以下である。
この実施例によれば、インナーリードの表面が擦れて傷ができるのを防ぐことができる。
実施の形態1.
図1は、本発明の実施の形態1に係る半導体装置を示す平面図であり、図2はその側面図である。半導体チップ(後述)をモールド樹脂で封止したパッケージ本体11から複数のアウターリード12が出ている。
図3は、本発明の実施の形態1に係る半導体装置のパッケージ本体の内部を示す平面図であり、図4は図3の要部を拡大した平面図である。ダイパッド13の周りに複数のインナーリード14及びT字型インナーリード15が設けられている。複数のインナーリード14及びT字型インナーリード15は、それぞれ対応するアウターリード12に接続されている。複数のインナーリード14は、互いに隣接する2本の差動信号用インナーリード14aと、差動信号用インナーリード14aに隣接する固定電位用インナーリード14bとを含む。ダイパッド13と複数のインナーリード14との間に、接地されたGNDリード16が設けられている。
半導体チップ17上には複数のパッド18が設けられている。複数のパッド18は、互いに隣接する2個の差動信号用パッド18aと、差動信号用パッド18aに隣接する固定電位用パッド18bとを含む。半導体チップ17上のパッド18と複数のインナーリード14は、複数のワイヤー21(第1ワイヤー)によりそれぞれ接続されている。半導体チップ17上のパッド18とGNDリード16はGNDワイヤー22により接続されている。GNDワイヤー22は複数のワイヤー21の間に配置されている。半導体チップ17上のパッド18とT字型インナーリード15はワイヤー23(第2ワイヤー)により接続されている。
本実施の形態では、GNDワイヤー22の周囲において、インナーリード14の幅を太くして、隣接するインナーリード14の先端の間隔が0.2mm以下になるようにしている。これにより、リードフレームを重ねて収納した場合でも、インナーリードの表面が擦れて傷ができるのを防ぐことができる。
また、T字型インナーリード15は、第1,第2リード部15a,15bを有する。第1リード部15aは、ダイパッド13と複数のインナーリード14との間の領域に設けられ、複数のインナーリード14の配列方向に延在する。第2リード部15bは、複数のインナーリード14の間に設けられ第1リード部15aに接続されている。T字型インナーリード15には複数のワイヤー21が接続されるが、第2リード部15bの1箇所だけでアウターリード12と連結されている。
ワイヤー23は、T字型インナーリード15の第1リード部15aにステッチボンドされている。例えば、第1リード部15aの右半分にステッチボンドしたワイヤー23を引っ張って切断する際に、第1リード部15aの右半分も上方に引っ張られる。この際に、第1リード部15aの左半分が下の台に接触して支えとなり、T字型インナーリード15が浮き上がるのを防ぐことができる。
図5は、本発明の実施の形態1に係る半導体装置の製造過程でワイヤボンディングする様子を示す平面図であり、図6は図5の要部を拡大した平面図である。図示のように、インナーリード14の先端から1mmの所をリード押え24で押えながらワイヤボンディングする。
T字型インナーリード15は他のインナーリード14に比べて長く、ダイパッド13と複数のインナーリード14との間の領域まで延在する部分にワイヤー23がステッチボンドされる。即ち、ボンディング部分がリード押え24で押える部分から遠い。そこで、T字型インナーリード15について、ワイヤボンディングの際にリード押え24で押える部分の幅W1を、ワイヤボンディングの際にリード押え24で押える部分の幅が一番細いインナーリード14の幅W2に比べて1.5倍以上にする。これにより、T字型インナーリード15が浮き上がるの防ぐことができる。
図7は、本発明の実施の形態1に係る半導体装置とホスト側機器が接続された状態を示す図である。
本実施の形態1に係る半導体装置31は、高速差動信号用のドライバ回路32及びレシーバ回路33と、NOR回路GT1,GT2と、抵抗R1,R2と、コモンモード電圧発生回路34と、高速差動信号用の出力ピンTxP,TxNと、高速差動信号用の入力ピンRxP,RxNと、GND電位ピンVssTx,VssRxと、電源電位ピンVddTx,VddRxとを備える。
ドライバ回路32は、PチャネルMOSトランジスタM1,M2と、抵抗R3,R4と、電流源IS1とを含む。レシーバ回路33は、PチャネルMOSトランジスタM3,M4と、NチャネルMOSトランジスタM5,M6と、電流源IS2とを含む。
コモンモード電圧発生回路34は、入力ピンRxP,RxNを介して入力される差動信号をレシーバ回路33が正常に受信するために必要な電位を抵抗R1,R2の接続点に与える。
また、信号IDLEは半導体装置31の出力制御信号である。即ち、信号IDLEがハイレベルの場合にはPチャネルMOSトランジスタM1,M2がオン状態となり、出力ピンTxP,TxNから差動信号が出力されなくなる。
一方、ホスト側機器35は、高速差動信号用のドライバ回路36及びレシーバ回路37と、NOR回路GT3,GT4と、抵抗R5,R6と、コモンモード電圧発生回路38と、高速差動信号用の出力ピンTxP,TxNと、高速差動信号用の入力ピンRxP,RxNとを備える。ドライバ回路36は、PチャネルMOSトランジスタM7,M8と、抵抗R7,R8と、電流源IS3とを含む。レシーバ回路37は、PチャネルMOSトランジスタM9,M10と、NチャネルMOSトランジスタM11,M12と、電流源IS4とを含む。
半導体装置31のドライバ回路32から送信された差動信号は、半導体装置31の出力ピンTxP,TxNとホスト側機器35の入力ピンRxP,RxNを介して、ホスト側機器35のレシーバ回路37に受信される。また、ホスト側機器35のドライバ回路36から送信された差動信号は、ホスト側機器35の出力ピンTxP,TxNと半導体装置31の入力ピンRxP,RxNを介して、半導体装置31のレシーバ回路33に受信される。
ここで、図8に示すように、半導体装置31には、半導体チップ17を静電気放電(ESD:Electro-Static Discharge)から保護するためのESD保護素子39a〜39dが組み込まれている。
ESD保護素子39aは、ソースとゲートが電源に接続され、ドレインがドライバ回路32と出力ピンTxPの接続点に接続されたPチャネルMOSトランジスタと、ソースとゲートが接地され、ドレインがドライバ回路32と出力ピンTxPの接続点に接続されたNチャネルMOSトランジスタとから構成される。それぞれのMOSトランジスタは、実質的にクランプダイオードとして機能する。これにより、出力ピンTxPにサージ電流が入力された際に、そのサージ電流を電源又は接地に逃がすことができる。他のESD保護素子39b〜39dも同様の構成及び機能を有する。
ESD保護素子39a〜39dの構成は、これに限る物ではないが、一般的に、通常の信号入力時には逆接合となる半導体素子を用いるため、逆接合部分での容量が発生する。
半導体チップ17の各パッド18の近傍には大きな寄生容量が付く。様々な箇所に寄生容量が付くが、ESD保護素子39a〜39dの半導体領域と半導体基板との間の寄生容量や、パッド18と他の配線導体又は半導体基板との間の寄生容量が大部分を占める。
伝送線路の途中に大きな寄生容量が付くと、その部分で特性インピーダンスが低下する。これにより特性インピーダンスの不整合が大きくなると、信号の反射による損失が大きくなり、信号の伝達特性が劣化する。
しかし、パッド18やESD保護素子39a〜39dなどの寄生容量を、無視できる程度に小さくすることは困難である。例えば、ESD保護素子39a〜39dとして必要な容量を確保するためには、素子の大型化は避けられず、これに伴って寄生容量も大きくなる。また、ワイヤボンディング又はバンプ形成に必要なパッド18の面積を確保すると、導体面積の増大に伴って寄生容量も大きくなる。
そこで、パッド18近傍の特性インピーダンスの低下を防ぐためには、パッド18近傍の他の伝送線路における実効的な寄生容量を低減すればよい。本実施の形態において、パッド18からドライバ回路の終端抵抗までの寄生容量は1〜2pFである。
伝送線路は高周波領域において分布定数回路として振る舞う。このため、パッド18及びIOセルに寄生する寄生容量の影響を打ち消すためには、なるべくその近傍における寄生容量を低減することが有効である。例えば、1Gbpsを超えるデータ転送速度の伝送線路においては、パッド18から遠くても2cm以内、好ましくは1cm以内の領域で対策を行うことが有効である。
半導体チップ17と半導体装置の外部とを仲介するパッケージ部分は、パッド18近傍であるだけでなく、そのスケールが大きいために寸法制御による特性インピーダンスの調整量を確保しやすい。そこで、パッケージ部分における実効的な寄生容量の低減に着目する。
例えば、出力ピンTxPに記載するパッケージ部分での寄生容量は、差動信号が出力される出力ピンTxNとの間の寄生容量C12と、隣接するGND電位ピンVssTxとの間の寄生容量Cが支配的となる。特性インピーダンスの低下を防ぐためには、これら全ての寄生容量を低減することが好ましい。しかし、そのために各ピン間の距離を大きくすることは、半導体装置の大型化を招くので好ましくない。
線路の特性インピーダンスは、2つの導体の表面に対向して現れた電荷をつなぐ電気力線が線路に沿って移動する場合の線路内の電界と磁界の比である。即ち、線路の特性インピーダンスは、線路に挟まれた空間を進む電磁波を構成する電界と磁界の比である。従って、線路の特性インピーダンスZは、損失を無視するとZ=(L/C)0.5で求められる。ただし、Cは線路の容量で、Lは線路のインダクタンスである。
信号ピンTxPと信号ピンTxNとの間に発生する電界は、信号ピンTxPとGND電位ピンVssTxとの間に発生する電界の理想的には2倍となる。従って、信号ピンTxPに対して、信号ピンTxNとの間隔を広げた場合は、GND電位ピンVssTxとの間隔を同じだけ広げた場合に比べて、電界強度の減少量が2倍となる。
また、信号ピンTxPに対して、相殺する磁場を発生させる信号ピンTxNを遠ざけると信号ピンTxPが発生する磁場の強度は大幅に増す。従って、信号ピンTxPに対して、信号ピンTxNとの間隔を広げた場合は、GND電位ピンVssTxとの間隔を同じだけ広げた場合に比べて、インダクタンスの増加量が大きい。
よって、差動信号の信号ピン同士の間隔を広げた場合は、固定電位の信号ピンとの間隔を同じだけ広げた場合に比べて、特性インピーダンスに対する実質的な寄与が大きい。従って、限られた寸法の中でピン間の距離を割り当てて実質的な容量の減少及びインダクタンスの増加を目指す場合、差動信号の信号ピン同士の間隔を大きくするのが有効である。
本実施の形態では、2本の差動信号用インナーリード14aの間隔を複数のインナーリード14の最小間隔よりも広くしている。これにより、特性インピーダンスの不整合を小さくして信号の伝達特性が劣化するのを防ぐことができる。そして、全てのインナーリードの間隔を広くしているわけではないので、半導体装置の大型化を抑制することができる。
また、可能であれば、差動信号用インナーリード14aと固定電位用インナーリード14bとの間隔も、複数のインナーリード14の最小間隔よりも広くするのが好ましい。ただし、パッケージの外形に対する制約が厳しい場合は、2本の差動信号用インナーリード14aの間隔を、差動信号用インナーリード14aと固定電位用インナーリード14bとの間隔よりも広くするのが好ましい。
実施の形態2.
図9は、本発明の実施の形態2に係る半導体装置の要部を拡大した平面図である。実施の形態1では2本の差動信号用インナーリード14aの間隔を広げたのに対し、本実施の形態では、2個の差動信号用パッド18aの間隔を、複数のパッド18の最小間隔よりも広くしている。
これにより、ボールボンディング位置を離すことができ、ボールボンディング位置から伸びるワイヤーの間隔を広げることができるるため、特性インピーダンスの不整合を小さくして信号の伝達特性が劣化するのを防ぐことができる。そして、全てのパッドの間隔を広くしているわけではないので、半導体装置の大型化を抑制することができる。ここで、伝送線路は分布定数回路として振る舞うため、信号周波数の上昇に応じてなるべくパッド18近傍で対策を施すのが好ましい。これに対し、本実施の形態は、実施の形態1よりも更にパッド18近傍で対策を施すことができるため有効である。
また、可能であれば、差動信号用パッド18aと固定電位用パッド18bとの間隔も、複数のパッド18の最小間隔よりも広くするのが好ましい。ただし、半導体チップ17に対する外形に対する制約が厳しい場合は、2個の差動信号用パッド18aの間隔を、差動信号用パッド18aと固定電位用のパッド18bとの間隔よりも広くするのが好ましい。
実施の形態3.
図10は、本発明の実施の形態3に係る半導体装置のパッケージ本体の内部を示す平面図であり、図11は図10の要部を拡大した平面図である。本実施の形態3では2本の差動信号用インナーリード14aの間隔WAを、差動信号用インナーリード14aがアウターリードと連続する部分の間隔WBよりも広くしている。例えば、間隔WAを250μm、間隔WBを220μmとする。これにより、特性インピーダンスの不整合を小さくして信号の伝達特性が劣化するのを防ぐことができる。そして、全てのインナーリードの間隔を広くしているわけではないので、半導体装置の大型化を抑制することができる。
また、差動信号用インナーリード14aの全長に渡って、寄生容量の大きなところが形成されるのを避けるのが好ましい。例えば、差動信号用インナーリード14aにおいて、その全長の半分以上の部分で、2本の差動信号用インナーリード14aの間隔を、差動信号用インナーリード14aがアウターリードと連続する部分の間隔WBよりも広く、かつ、2本の差動信号用インナーリード14a間の最小距離が、前述の間隔WB以上であることが好ましい。
このように差動信号用インナーリード14aの全体に渡ってリード間隔を十分に確保しようとすると、リード抜け防止のための突起部を2本の差動信号用インナーリード14aの間の領域に形成するのが困難になる場合がある。この場合には、インナーリードが途中で大きく折れ曲がる形状を採用することにより、リードが封止樹脂から抜ける問題を防ぐことができる。
また、リード抜け防止の突起を差動信号リードの間の領域とは反対の面に設けてもよい。このようにしても差動信号リード間の最小距離を確保しつつ、リード抜けを防止することができる。
本発明の実施の形態1に係る半導体装置を示す平面図である。 本発明の実施の形態1に係る半導体装置の側面図である。 本発明の実施の形態1に係る半導体装置のパッケージ本体の内部を示す平面図である。 図3の要部を拡大した平面図である。 本発明の実施の形態1に係る半導体装置の製造過程でワイヤボンディングする様子を示す平面図である。 図5の要部を拡大した平面図である。 本発明の実施の形態1に係る半導体装置とホスト側機器が接続された状態を示す図である。 本発明の実施の形態1に係る半導体装置にESD保護素子を組み込んだ状態を示す図である。 本発明の実施の形態2に係る半導体装置の要部を拡大した平面図である。 本発明の実施の形態3に係る半導体装置のパッケージ本体の内部を示す平面図である。 図10の要部を拡大した平面図である。
符号の説明
13 ダイパッド
14 インナーリード
14a 差動信号用のインナーリード
14b 固定電位用インナーリード
15 T字型インナーリード
15a 第1リード部
15b 第2リード部
16 GNDリード
17 半導体チップ
18 パッド
18a 差動信号用のパッド
18b 固定電位用パッド
21 ワイヤー(第1ワイヤー)
22 GNDワイヤー
23 ワイヤー(第2ワイヤー)
24 リード押え

Claims (9)

  1. ダイパッドと、
    前記ダイパッドの周りに設けられた複数のインナーリードと、
    前記ダイパッドと前記複数のインナーリードとの間の領域に設けられ、接地されたGNDリードと、
    前記ダイパッド上に搭載された半導体チップと、
    前記半導体チップ上の複数のパッドと前記複数のインナーリードをそれぞれ接続する複数のワイヤーと、
    前記複数のワイヤーの間に配置され、前記半導体チップ上のパッドと前記GNDリードを接続するGNDワイヤーとを有し、
    隣接するインナーリードの先端の間隔が0.2mm以下であることを特徴とする半導体装置。
  2. ダイパッドと、
    前記ダイパッドの周りに設けられた複数のインナーリード及びT字型インナーリードと、
    前記ダイパッド上に搭載された半導体チップと、
    前記半導体チップ上の複数のパッドと前記複数のインナーリードをそれぞれ接続する複数の第1ワイヤーと、
    前記半導体チップ上のパッドと前記T字型インナーリードを接続する第2ワイヤーとを有し、
    前記T字型インナーリードは、
    前記ダイパッドと前記複数のインナーリードとの間の領域に設けられ前記複数のインナーリードの配列方向に延在する第1リード部と、
    前記複数のインナーリードの間に設けられ前記第1リード部に接続された第2リード部とを有し、
    前記第2ワイヤーは、前記T字型インナーリードの前記第1リード部にステッチボンドされていることを特徴とする半導体装置。
  3. 前記T字型インナーリードは、ワイヤボンディングの際にリード押えで押える部分の幅が、前記リード押えで押える部分の幅が一番細いインナーリードに比べて1.5倍以上であることを特徴とする請求項2に記載の半導体装置。
  4. 前記ダイパッドの周りに設けられた複数のインナーリードと、
    前記ダイパッド上に搭載された半導体チップと、
    前記半導体チップ上の複数のパッドと前記複数のインナーリードをそれぞれ接続する複数のワイヤーとを有し、
    前記複数のインナーリードは、互いに隣接する2本の差動信号用インナーリードを含み、
    前記2本の差動信号用インナーリードの間隔は、前記複数のインナーリードの最小間隔よりも広いことを特徴とする半導体装置。
  5. 前記複数のインナーリードは、前記差動信号用インナーリードに隣接する固定電位用インナーリードを含み、
    前記差動信号用インナーリードと前記固定電位用インナーリードの間隔は、前記複数のインナーリードの最小間隔よりも広いことを特徴とする請求項4に記載の半導体装置。
  6. 前記複数のインナーリードは、前記差動信号用インナーリードに隣接する固定電位用インナーリードを含み、
    前記2本の差動信号用インナーリードの間隔は、前記差動信号用インナーリードと前記固定電位用インナーリードの間隔よりも広いことを特徴とする請求項4に記載の半導体装置。
  7. 前記ダイパッドの周りに設けられた複数のインナーリードと、
    前記ダイパッド上に搭載された半導体チップと、
    前記半導体チップ上の複数のパッドと前記複数のインナーリードをそれぞれ接続する複数のワイヤーとを有し、
    前記複数のパッドは、互いに隣接する2個の差動信号用パッドを含み、
    前記2個の差動信号用パッドの間隔は、前記複数のパッドの最小間隔よりも広いことを特徴とする半導体装置。
  8. 前記複数のパッドは、前記差動信号用パッドに隣接する固定電位用パッドを含み、
    前記差動信号用パッドと前記固定電位用パッドの間隔は、前記複数のパッドの最小間隔よりも広いことを特徴とする請求項7に記載の半導体装置。
  9. 前記複数のパッドは、前記差動信号用パッドに隣接する固定電位用パッドを含み、
    前記2本の差動信号用パッドの間隔は、前記差動信号用パッドと前記固定電位用パッドの間隔よりも広いことを特徴とする請求項7に記載の半導体装置。
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