JP2009152310A - 半導体装置の組み立て構造 - Google Patents

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Abstract

【課題】半導体素子と基板等とを接続するボンディングワイヤが樹脂モールド時にワイヤ流れ等によって短絡するといった問題を防止し、半導体装置の組み立てを容易にし、製造コストを抑えることができる半導体装置の組み立て構造を提供する。
【解決手段】半導体素子１０と基板２２との間をボンディングワイヤ２４により接続して組み立てる半導体装置の組み立て構造であって、前記ボンディングワイヤ２４が通過する位置に沿って、ボンディングワイヤ２４が通過する間隔をあけ、隣り合ったボンディングワイヤ２４と干渉しないよう側方への偏位を規制する高さに形成された電気的絶縁性を有する遮蔽突起３２が、樹脂基板３４上に複数形成された中継基板３０を利用し、前記遮蔽突起３２の隣り合った遮蔽突起の中間にボンディングワイヤ２４を通過させてワイヤボンディングして組み立てられている。
【選択図】図３

Description

本発明は、マルチチップモジュールのような一つの基板に複数の半導体素子を搭載して組み立てる半導体装置の組み立て構造に関する。
一つの基板に複数の半導体素子を搭載するマルチチップモジュール等の製品では、半導体素子と基板との間、半導体素子と半導体素子との間を電気的に接続する方法としてワイヤボンディングによって接続する方法が行われている。この場合に、半導体素子と基板との間隔、あるいは半導体素子同士の間隔が狭い場合には問題なくワイヤボンディングできるのであるが、ボンディング間隔が広い場合には、ターミナルチップのような中継体を使用してワイヤボンディングしている。
図５は、半導体素子１０と基板２０に設けられた接続パッド２２との間をワイヤボンディングする際に、中間の半導体素子１２を超えてワイヤボンディングする従来の方法を示す。この例では、中間の半導体素子１２の上に中継用のターミナルチップ１４を配置し、半導体素子１０とターミナルチップ１４との間をワイヤボンディングし、ターミナルチップ１４と基板２０との間をワイヤボンディングする。
半導体素子１２にターミナルチップ１４を配置し、ターミナルチップ１４を介してワイヤボンディングするのは、中継体を経由せずにワイヤボンディングすると、図６に示すように、ボンディングワイヤ２４の長さが長くなり、ワイヤボンディング後に樹脂モールドした際に、モールド樹脂によってボンディングワイヤ２４が押され、ワイヤが位置ずれし（ワイヤ流れ）、ワイヤが変形して互いに短絡してしまうといった問題が生じるからである。
特開平３−１１６８６０号公報 特開２００１−７２７８号公報
マルチチップモジュール製品は、さまざまな半導体素子や回路部品を平面的に適宜デザインにより配置したり、スタックしたりして、立体的に組み立てた構造となっている。したがって、上述したように、隣接した半導体素子同士をワイヤボンディングしたり、半導体素子や回路部品を超えてワイヤボンディングするといったことがしばしば生じる。このような場合に、従来はターミナルチップ１４のような中継体を使用し、ワイヤ同士の短絡を防止してワイヤボンディングできるようにしている。
従来使用されているターミナルチップは、図５に示すように、シリコンチップの表面に中継用としてボンディングパッドを備えた接続配線１５が設けられたものである。ターミナルチップ１４もワイヤボンディング後は樹脂モールドされるから半導体素子と同様にシリコン製とされている。
しかしながら、単なる中継用として、シリコンチップの表面に接続配線１５を形成したターミナルチップ１４を使用することはコスト的に不利であり、より簡単な方法によってワイヤ流れを抑えることができ、製造コストを抑えることができる組み立て方法が求められる。
本発明は、これらの課題を解決すべくなされたものであり、半導体素子と基板あるいは半導体素子同士をワイヤボンディングによって電気的に接続する場合に、ワイヤ流れ等によりボンディングワイヤが短絡するといった問題を防止し、半導体装置の組み立てを容易にして、製造コストを効果的に抑えることができる半導体装置の組み立て構造を提供することを目的とする。
上記目的を達成するために、本発明は次の構成を備える。
すなわち、半導体素子と基板との間をボンディングワイヤにより接続して組み立てる半導体装置の組み立て構造であって、前記ボンディングワイヤが通過する位置に沿って、ボンディングワイヤが通過する間隔をあけ、隣り合ったボンディングワイヤと干渉しないよう側方への偏位を規制する高さに形成された電気的絶縁性を有する遮蔽突起が、樹脂基板上に複数形成された中継基板を利用し、前記遮蔽突起の隣り合った遮蔽突起の中間にボンディングワイヤを通過させてワイヤボンディングして組み立てられていることを特徴とする。
また、半導体装置の組立構造として、第２の半導体素子を超えて、第１の半導体素子と基板との間をボンディングワイヤにより接続して組み立てる半導体装置の組み立て構造であって、前記第２の半導体素子の上に前記中継基板を接合し、該中継基板を経由してワイヤボンディングされている構成とすることができる。
また、前記中継基板は、前記ボンディングワイヤが通過する方向に沿って、遮蔽突起が並列して配置されているものであることを特徴とする。
また、前記中継基板は、樹脂基板上に形成された遮蔽突起が感光性樹脂をパターニングして形成されたものであることを特徴とする。感光性樹脂をパターニングして遮蔽突起を形成する方法によれば、適宜形状に遮蔽突起を形成することができる。
また、前記感光性樹脂として、ソルダーレジストが有効に利用できる。
本発明に係る半導体装置の組み立て構造によれば、樹脂基板上に遮蔽突起を設けた中継基板を利用し、隣り合った遮蔽突起の中間にボンディングワイヤを通過させてワイヤボンディングすることによって、ボンディングワイヤが側方に偏位することを防止して、ボンディングワイヤが相互に接触することを防止し、半導体装置としての信頼性を高めることができる。また、樹脂基板上に遮蔽突起を設けて中継基板とすることにより、中継基板を容易かつ低コストで製造することができ、半導体装置の組み立て費用を軽減することができる。
（半導体装置の組み立て構造）
図１は本発明に係る半導体装置の組み立て構造の一実施形態の構成を示す。
本実施形態の半導体装置の組み立て構造は、ワイヤボンディング接続に使用する中継体として樹脂基板の表面にワイヤ相互間の短絡を防止する遮蔽突起を設けた中継基板３０を用いることを特徴とする。
図１は、第１の半導体素子１０と基板２０に設けられた接続パッド２２とをワイヤボンディングする場合で、第２の半導体素子１２を超えて、第１の半導体素子１０と基板２０に設けられた接続パッド２２とをワイヤボンディング接続する例を示す。
中継基板３０はワイヤボンディングの際にボンディングワイヤが横切る部品、この場合は第２の半導体素子１２の表面上に配置する。
中継基板３０は樹脂基板３４の表面にボンディングワイヤを通過させる幅に、細長く形成された遮蔽突起３２を複数本、並列に配置して形成されている。
中継基板３０は、隣り合った遮蔽突起３２の中間に形成される凹溝が、第１の半導体素子１０に形成されている電極１０ａと基板２０の接続パッド２２とをワイヤボンディングする際にボンディングワイヤが通過する向きに略平行となるように、第２の半導体素子１２上に接合される。
図２に、本実施形態の半導体装置の組み立て構造に使用している中継基板３０の斜視図を示す。中継基板３０はBTレジン、ガラスエポキシ等の樹脂からなる樹脂基板３４の上面（ボンディングワイヤが通過する面）に所定間隔で遮蔽突起３２を並列させて形成されている。
遮蔽突起３２は、樹脂モールド時に、隣り合ったボンディングワイヤがワイヤ流れして側方のボンディングワイヤの位置まで偏位して、ボンディングワイヤ同士が接触したりすることを防止するためのものであり、ボンディングワイヤが通過する間隔を確保するとともに、ボンディングワイヤの側方への位置ずれを防止できる高さ寸法に形成する。遮蔽突起３２の配置間隔Ａは、適宜設定すればよいが、通常は８０μｍ程度あれば十分である。また、遮蔽突起３２の高さＢは、３０μｍ程度でよい。
図２に示した中継基板３０は樹脂基板３４の上面に感光性のソルダーレジストを塗布し、ソルダーレジストを遮蔽突起３２の配置に合わせて露光および現像して遮蔽突起３２を形成したものである。また、樹脂基板３４の下面にはソルダーレジストからなる保護層３６が形成されている。中継基板３０の構成は、もちろんこの実施形態の構成に限定されるものではない。中継基板３０の製造方法については、後述する。
図３は、第２の半導体素子１２の上に中継基板３０を配置し、第１の半導体素子１０と基板２０に設けられた接続パッド２２との間をワイヤボンディングした状態を示す。
図のように、中継基板３０を使用してワイヤボンディングする際は、ボンディングワイヤ２４が中継基板３０の遮蔽突起３２にはさまれた凹溝３２ａの部分を１本ずつ通過するようにボンディングする。ボンディングワイヤ２４は遮蔽突起３２によって側方への偏位が規制されるから、隣り合ったボンディングワイヤ２４と干渉したり、接触、交錯したりすることが防止される。
また、中継基板３０の遮蔽突起３２および樹脂基板３４は電気的絶縁性材によって形成されているから遮蔽突起３２や樹脂基板３４に接触しても電気的短絡が生じるおそれはない。
図３に示すように、ボンディングワイヤが横切るように通過する半導体素子あるいは抵抗等の回路部品を配置した部位、あるいはこれらの半導体素子等を配置しない場合でも、ボンディングワイヤを長く延出させるようにしてボンディングする部位については、ボンディングワイヤの通過位置に合わせて遮蔽突起３２が形成された中継基板３０を配置し、ボンディングワイヤが隣り合った遮蔽突起３２の中間の凹溝３２ａ部分を通過するようにワイヤボンディングすることによって、ワイヤボンディングした状態でボンディングワイヤが位置ずれしないように規制する（ガイドする）ことができる。
ワイヤボンディング後は、半導体素子あるいは回路部品が搭載された基板２０の上面（領域）を樹脂モールドして製品とするが、樹脂モールドの際も中継基板３０に設けた遮蔽突起３２によってボンディングワイヤ２４が側方に偏位することが規制され、これによって、ボンディングワイヤ２４が隣り合ったボンディングワイヤ２４に接触して電気的に短絡するといった問題を回避することができる。
図３は、第２の半導体素子１２を超えて、第１の半導体素子１０と基板２０の接続パッド２２とをワイヤボンディングする例であるが、マルチチップモジュールでは、半導体素子と基板等とを接続するボンディングワイヤの接続形態には種々の形態がある。たとえば、半導体素子を複数枚スタックした半導体素子と基板との間を接続する場合、半導体素子と半導体素子との間をワイヤボンディングする場合、回路部品を横切るようにワイヤボンディングする場合等である。これらの場合でもボンディングワイヤの配置（向き）に合わせて半導体素子や回路基板の上あるいは基板上に所定の高さとなるように中継基板を配置することにより、中継基板に設けた遮蔽突起によってボンディングワイヤの位置ずれが防止でき、ボンディングワイヤが相互に接触するといった問題を回避することができる。
（中継基板の製造方法）
図４は、上述した図２に示す中継基板３０の製造方法を示す。
図４（ａ）は、中継基板３０の基材となる樹脂基板３４を示す。この樹脂基板３４はガラスエポキシ樹脂、ビスマレイミドトリアジン樹脂等の電気的絶縁性を有する樹脂によって形成される。樹脂基板３４の厚さは適宜選択可能である。
図４（ｂ）は、樹脂基板３４の表面にソルダーレジストをコーティングしてソルダーレジスト層３５を形成した状態を示す。樹脂基板３４の下面を被覆するソルダーレジスト層は保護層３６として設けるもので適宜厚さに設ければよい。
樹脂基板３４の上面を被覆するソルダーレジスト層３５は遮蔽突起３２を形成するためのものであり、中継基板３０に形成する遮蔽突起３２の高さと同厚に形成する。たとえば、遮蔽突起３２の高さを３０μｍとするには、ソルダーレジスト層３５の厚さを３０μｍとする。
次に、樹脂基板３４の上面を被覆するソルダーレジスト層３５について、遮蔽突起３２の平面パターンに合わせて露光および現像する。図４（ｃ）は、マスク３７を用いてソルダーレジスト層３５を露光している状態である。図では、ソルダーレジスト層３５で遮蔽突起３２として残す部位を露光させている。次に、現像操作を行い、樹脂基板３４の上面に遮蔽突起３２を残し、キュア工程により遮蔽突起３２と樹脂基板３４の下面の保護層３６であるソルダーレジスト層を硬化させ、最終的に中継基板３０とする（図４（ｄ））。
この中継基板３０の製造方法は、ソルダーレジスト層３５を露光および現像して遮蔽突起３２を形成する方法であり、従来の配線基板の製造方法において配線基板の表面に保護層としてソルダーレジスト層を形成する方法とまったく同様である。すなわち、上述した方法によれば、遮蔽突起３２を備えた中継基板３０を簡単に製造することができる。この製造方法は、従来のシリコンチップの表面に接続配線１５を形成したターミナルチップ１４を用いる方法と比較して、接続配線１５を形成する必要もなく、はるかに低コストで製造できる。
また、樹脂基板３４、遮蔽突起３２、保護層３６は、これらを一体的に樹脂モールドしてモジュール製品とすることについてもなんら問題ない。製品の信頼性を高めるために、より耐熱性が高く、より安定した樹脂材を使用して中継基板を構成することももちろろん可能である。
上述したように、ソルダーレジスト等の感光性の樹脂材を使用して遮蔽突起３２を形成する方法であれば、樹脂材の厚さを適宜選択し、露光パターンを選択することによって任意の平面形状および配置に遮蔽突起３２を形成することも可能である。たとえば、上記実施形態では遮蔽突起３２は互いに平行となる配置に設けたが、遮蔽突起３２を配置する場合に、凹溝の平面形状が、他端側が一端側よりも広くなるような配置とすることも可能である。
また、上記例では、中継基板３０の樹脂基板３４を横切るように遮蔽突起３２を配置したが、遮蔽突起３２は長手方向に連続した形態（棒状）でなければならないものではない。小突起状に形成した遮蔽突起を、ボンディングワイヤの通過方向に一列状に連設して配置する形態とすることも可能である。感光性の樹脂材を使用し、樹脂材を所定パターンにパターニングして遮蔽突起３２を形成する方法であれば、このような任意のパターンに遮蔽突起３２を形成することも容易である。
半導体素子に中継基板を配置した例を示す説明図である。 中継基板の斜視図である。 中継基板を利用して半導体素子と基板との間をワイヤボンディングする例を示す説明図である。 中継基板の製造方法例を示す説明図である。 ターミナルチップを用いてワイヤボンディングする方法を示す説明図である。 ターミナルチップを用いずにワイヤボンディングする場合を示す説明図である。
符号の説明
１０ 第１の半導体素子
１０ａ 電極
１２ 第２の半導体素子
１４ ターミナルチップ
１５ 接続配線
２０ 基板
２２ 接続パッド
２４ ボンディングワイヤ
３０ 中継基板
３２ 遮蔽突起
３２ａ 凹溝
３４ 樹脂基板
３５ ソルダーレジスト層
３６ 保護層

Claims (5)

  1. 半導体素子と基板との間をボンディングワイヤにより接続して組み立てる半導体装置の組み立て構造であって、
    前記ボンディングワイヤが通過する位置に沿って、ボンディングワイヤが通過する間隔をあけ、隣り合ったボンディングワイヤと干渉しないよう側方への偏位を規制する高さに形成された電気的絶縁性を有する遮蔽突起が、樹脂基板上に複数形成された中継基板を利用し、
    前記遮蔽突起の隣り合った遮蔽突起の中間にボンディングワイヤを通過させてワイヤボンディングして組み立てられていることを特徴とする半導体装置の組み立て構造。
  2. 第２の半導体素子を超えて、第１の半導体素子と基板との間をボンディングワイヤにより接続して組み立てる半導体装置の組み立て構造であって、
    前記第２の半導体素子の上に前記中継基板を接合し、該中継基板を経由してワイヤボンディングされていることを特徴とする請求項１記載の半導体装置の組み立て構造。
  3. 前記中継基板は、前記ボンディングワイヤが通過する方向に沿って、遮蔽突起が並列して配置されているものであることを特徴とする請求項１または２記載の半導体素子の組立構造。
  4. 前記中継基板は、樹脂基板上に形成された遮蔽突起が感光性樹脂をパターニングして形成されたものであることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項記載の半導体装置の組み立て構造。
  5. 前記感光性樹脂が、ソルダーレジストであることを特徴とする請求項４記載の半導体装置の組み立て構造。
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