JP2009266905A - Semiconductor device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は半導体チップを基台に搭載しワイヤボンドした半導体装置に関する。 The present invention relates to a semiconductor device in which a semiconductor chip is mounted on a base and wire-bonded.
従来の半導体装置を図10および図11に示す。半導体装置は、半導体チップ1と、半導体チップ1を搭載した凹状のパッケージ(基台)2と、半導体チップ1の電極パッド3とパッケージ2に配列された導体4とを接続したワイヤ5と、パッケージ2の上面に封着剤6により接着されパッケージ2内を保護するガラス7とを有している。パッケージ2において、導体4の内部端子8は内周の段差部に並び、外部端子9は下面に並んでいる。
A conventional semiconductor device is shown in FIGS. The semiconductor device includes a
半導体装置を製造する際のワイヤボンド工程を図12および図13に示す。キャピラリ21から出たワイヤ5の端部に放電によりボールを作り(図示せず)、半導体チップ1の電極パッド3に押し付けながら超音波振動を加えてファーストボンド接合を行い、ループ形成を行い、ループ端部を内部端子8に押し付けながら超音波振動を加えてセカンドボンド接合を行い、最後にワイヤ5を引きちぎる。この動作を対応する各組の電極パッド3と内部端子8とについて行う。多ピン化のために内部端子8を千鳥配置としたものも見られる(特許文献1)。
しかし従来の内部端子8は図示したように矩形状であり、そこにワイヤ5を押し付けることで行うセカンドボンドはクレセント状となるため、内部端子8の幅とワイヤ5の方向との関係によっては問題を生じる。
However, the conventional
つまり、内部端子8の中心線とワイヤ5の延び方向とが一致するかそれに近いときはセカンドボンドが内部端子8内に収まるものの、角度を持つときはセカンドボンドが内部端子8からはみ出し、接合強度が確保できなくなる。これはパッケージ2の多ピン化のために内部端子8を細くするときに顕在化する問題である。特許文献1のパッケージでも千鳥配置とした内部端子は矩形状であり、上述の問題は存在し、多ピン化に限界がある。
That is, when the center line of the
多ピン化のためには、パッケージ2を複数層で構成し(図10では3層としている)、内部端子8を層を変えて多段に配置するという手法もあるが、パッケージ2が厚くなり、平面サイズも大きくなってしまう。
In order to increase the number of pins, the
本発明は、上記問題に鑑み、接合強度を確保することができ、小型であっても多ピン化も実現できる半導体装置を提供することを目的とする。 In view of the above-described problems, an object of the present invention is to provide a semiconductor device that can ensure bonding strength and can realize a large number of pins even if it is small.
上記課題を解決するために、本発明の半導体装置は、半導体チップと、前記半導体チップを搭載した搭載部と前記半導体チップの外周に内部端子が対向した複数の導体とを有した基台と、前記半導体チップの電極パッドと前記導体の内部端子とを接続したワイヤとを具備した半導体装置において、前記内部端子は、前記半導体チップに対向した先端側が広がった形状としたことを特徴とする。これにより、電極パッドから延ばされるワイヤの方向に関わらずセカンドボンドを確実に内部端子上に収めることができ、接合強度を確保できる。 In order to solve the above-described problems, a semiconductor device of the present invention includes a semiconductor chip, a mounting portion on which the semiconductor chip is mounted, and a base having a plurality of conductors with internal terminals facing the outer periphery of the semiconductor chip; In the semiconductor device including a wire connecting the electrode pad of the semiconductor chip and the internal terminal of the conductor, the internal terminal has a shape in which a tip side facing the semiconductor chip is widened. Thereby, regardless of the direction of the wire extending from the electrode pad, the second bond can be reliably stored on the internal terminal, and the bonding strength can be ensured.
複数の導体の内部端子は半導体チップの外周に沿って千鳥配置されていることを特徴とする。これにより内部端子の高密度配置、多ピン化が可能となる。
千鳥配置された内部端子の内、半導体チップにより近い内部端子(内側の内部端子)に比べてより遠い内部端子(外側の内部端子)が厚く形成されていることを特徴とする。外側の内部端子に接続するワイヤの位置が高くなるため、高密度配置であっても、内側の内部端子とのショートを確実に防止できる。
The internal terminals of the plurality of conductors are staggered along the outer periphery of the semiconductor chip. As a result, the internal terminals can be arranged at a high density and the number of pins can be increased.
Among the internal terminals arranged in a staggered manner, the internal terminals (outside internal terminals) farther from the internal terminals closer to the semiconductor chip (inside internal terminals) are formed thicker. Since the position of the wire connected to the outer internal terminal is increased, short-circuiting with the inner internal terminal can be reliably prevented even in a high-density arrangement.
本発明の半導体装置は、内部端子を先端側が広がった形状、いわゆる扇形状としたことで、電極パッドから延ばされるワイヤの方向に関わらずセカンドボンドを確実に内部端子上に収めることができ、接合強度を確保できる。この内部端子の扇形状は、セカンドボンドに必要な無駄のない的確な形状であり、材料も少なくて済み、セカンドボンドのねらい位置を内部端子自身が明示できボンド位置の標準化ができる。 The semiconductor device of the present invention has a shape in which the tip of the internal terminal is widened, that is, a so-called fan shape, so that the second bond can be reliably accommodated on the internal terminal regardless of the direction of the wire extending from the electrode pad. Strength can be secured. The fan shape of the internal terminal is an accurate shape necessary for the second bond, and requires less material. The internal terminal itself can clearly indicate the intended position of the second bond, and the bond position can be standardized.
内部端子を千鳥配置とすることにより、各内部端子を必要サイズに保ちながら極限まで高密度配置することが可能になる。つまり、一般的な千鳥配置は、縦または横のいずれかの方向のみに内部端子の一部がオーバーラップしたものであるが、本発明での千鳥配置は、内部端子が扇形状であるため、縦横の両方についてオーバーラップしたものとすることができる。内部端子を1列に配置するのに比べて奥行きを必要とするものの、それでも矩形の内部端子を1段または多段に配置するのに比べて必要面積は小さい。よって、基台(および半導体装置)を小型のまま多ピン化を図ることができる。 By arranging the internal terminals in a staggered arrangement, it is possible to arrange the internal terminals at a high density to the limit while maintaining the required size. In other words, the general staggered arrangement is a part of the internal terminal that overlaps only in either the vertical or horizontal direction, but the staggered arrangement in the present invention is a fan-shaped internal terminal, It can be overlapped both vertically and horizontally. Although the depth is required as compared with the arrangement of the internal terminals in one row, the required area is still smaller than the arrangement of the rectangular internal terminals in one or more stages. Therefore, the number of pins can be increased while the base (and the semiconductor device) is small.
さらに、千鳥配置する内側の内部端子に比べて外側の内部端子を厚く形成すると、その分、外側の内部端子に接続したワイヤの位置も高くなり、高密度配置としていても、内側の内部端子との間に隙間を確保してショートの発生を確実に防止できる。 Furthermore, if the outer internal terminal is formed thicker than the inner internal terminals arranged in a staggered manner, the position of the wire connected to the outer internal terminal is increased accordingly, and even if it is arranged at a high density, A gap can be secured between the two so as to reliably prevent the occurrence of a short circuit.
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図1は本発明の一実施形態の半導体装置の一部を示す断面図、図2は同半導体装置に使用するパッケージの斜視図、図3は同パッケージの分解斜視図である。半導体装置の全体構成は先の図10とほぼ同様なので図10を援用する。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
1 is a cross-sectional view showing a part of a semiconductor device according to an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a perspective view of a package used in the semiconductor device, and FIG. 3 is an exploded perspective view of the package. Since the entire configuration of the semiconductor device is almost the same as that of FIG. 10, FIG.
半導体装置は、半導体チップ1と、半導体チップ1を搭載した凹状のパッケージ(基台)2と、半導体チップ1の電極パッド3とパッケージ2に配列された導体4とを接続したワイヤ5と、パッケージ2の上面に封着剤6により接着されパッケージ2内を保護するガラス7とを有している。パッケージ2において、複数の導体4の内部端子8は内周の段差部に並び、外部端子9は下面に並んでいる。10は半導体チップ1をパッケージ2内に接着したAgペーストである。
The semiconductor device includes a
詳述する。パッケージ2は、第1のセラミック層11と第2のセラミック層12と第3のセラミック層13とを積層して形成されている。第1のセラミック層11は平板状であり、第2のセラミック層12および第3のセラミック層13は中央部が四角形に開口され枠状となっていて、第3のセラミック層13の開口がより大きいため対向する1対の内周面に上述の段差部がある。
Detailed description. The
第1のセラミック層11の中央部は半導体チップ1のための搭載部となっている。第1のセラミック層11と第2のセラミック層12とにわたって上述の導体4が設けられている。第1のセラミック層11には、外部端子9とされた下面配線とキャスタレーション14(側面)と上面配線15とがある。第2のセラミック層12には、内部端子8を各々有する上面配線16と、この上面配線16と上述の上面配線15とを接続するビア17とがある。
The central portion of the first
上面配線16は、段差部の上面においては、その内周側の端辺と交わる方向に延びるように、かつ、互いに一定の間隔を有するように平行に配列されていて、その内周側の端部である内部端子8が半導体チップ1の外周に対向するようになっている。各内部端子8の形状は、半導体チップ1に対向する先端側が広がった形状、いわゆる扇形状である。
On the upper surface of the stepped portion, the
上記の半導体装置の製造方法について説明する。
パッケージは次のように作製する。セラミック層の材料となるグリーンシート(以下、単にセラミック層という)を用意する。
A method for manufacturing the semiconductor device will be described.
The package is manufactured as follows. A green sheet (hereinafter simply referred to as a ceramic layer) as a material for the ceramic layer is prepared.
第1のセラミック層11には、キャスタレーション14となる部分を打ち抜き、たとえばタングステンからなる金属ペースト(以下同様)を塗布する。また外部端子9および上面配線15に対応する部分に金属ペーストをスクリーン印刷法により塗布する。
For the first
第2のセラミック層12にはビア17となる部分と中央部を打ち抜き、ビア17となる部分に金属ペーストを充填する。また内部端子8、上面配線16に対応する部分に金属ペーストをスクリーン印刷法により塗布する。第3のセラミック層13は中央部を打ち抜く。
The second
第1のセラミック層11と第2のセラミック層12と第3のセラミック層13とを、平坦化を図る必要のある箇所については金属ペーストの表面を押圧した後、積層し、圧着し、焼成する。表面に露出する外部端子9、キャスタレーション14、内部端子8を含む上面配線16に、たとえばニッケル、その上に金といっためっきを施す。
The first
このように作製されたパッケージ2の搭載部にAgペースト10を塗布し、ウェーハから個片化した半導体チップ1をピックアップして搭載し、半導体チップ1の電極パッド3とパッケージ2の内部端子8とをワイヤ5で接続するワイヤボンドを行う。ワイヤボンド後に、パッケージ2の上面に封着剤6を塗布し、そこにガラス7を搭載し、UV照射により封着剤6を硬化させる。
An
ワイヤボンドの際には、図4、図5に示すように、キャピラリ21から出たワイヤ5の一端を放電により溶融させ、半導体チップ1の電極パッド3に押し付けながら超音波振動を加えてファーストボンド接合を行い、ループ形成し、内部端子8に押し付けながら超音波振動を加えてセカンドボンド接合を行い、ワイヤ5を引きちぎる、という動作を繰り返す。
At the time of wire bonding, as shown in FIGS. 4 and 5, one end of the
このときに、内部端子8が上述のように先端側が広がった扇形状であるため、ワイヤ5の延び方向が内部端子8の中心線の方向と異なっていても、セカンドボンドが内部端子8からはみ出すことはなく、接合強度が確保できる。
At this time, since the
内部端子8の扇形状の中心角は、当該パッケージ2でどこまでワイヤ角度を許容するかという設計値から決めればよい。図6は内部端子8部分を拡大図示している。この内部端子8は上面配線16の直線状部分から曲線状に広がる肩部を持った扇形状である。ワイヤ5の延び方向を、内部端子8の中心線と一致する場合を実線で示し、その両側、最大の角度を持つときの限界位置A,Bを2点鎖線で示している。この扇形状は、ワイヤ角度の許容範囲をA〜Bの範囲とするときに、セカンドボンドを内部端子8に収めるのに十分な形状である。
The fan-shaped central angle of the
内部端子8の扇形状は、先に図示した形状に限らず、ワイヤ5の方向が許容範囲で変化してもセカンドボンドが必ず内部端子8に収まるという前提下で種々に変形可能である。図7(a)に示す内部端子8は、上面配線16の直線状部分からから垂直に広がる肩部を持った扇形状であり、先端の両角は落とされている。図7(b)に示す内部端子8は、上面配線16の直線状部分が図7(a)に示すものより幅広く、その直線状部分から漸次に(肩部を持たず)広がっている。先端の両角は落とされており、先端は円弧状ではなく直線状である。図7(c)に示す内部端子8は、ワイヤ5を2本接続可能とするよう幅方向に広げたものである。
The fan shape of the
これらの内部端子8の扇形状は、セカンドボンドに必要な無駄のない的確な形状であり、材料も少なくて済み、セカンドボンドのねらい位置を内部端子8自身が明示でき、ボンド位置の標準化ができる。
The fan shape of these
図8に示すように、内部端子8(8a,8b)を半導体チップ1の外周に沿って千鳥配置すれば、各内部端子8を必要サイズに保ちながら極限まで高密度配置することが可能になる。内部端子8が扇形状であるため、隣り合う内部端子8どうし、縦横(図中の上下左右)の両方についてオーバーラップしたものとすることができるのである。内部端子8を1列に配置する(たとえば図5)のに比べて、奥行きを必要とするものの、それでも矩形の内部端子を1段または多段に配置する従来型に比べて必要面積は小さい。よって、パッケージ2(および半導体装置)を小型のまま多ピン化を実現できる。
As shown in FIG. 8, if the internal terminals 8 (8a, 8b) are arranged in a staggered manner along the outer periphery of the
図9(a)(b)に示すように、千鳥配置する内部端子8の内、半導体チップ1により近い内側の内部端子8aに比べてより遠い外側の内部端子8bを厚く形成すれば、内部端子8bに接続するワイヤ5の位置が高くなるため、高密度配置であっても、ワイヤ5と内部端子8aの上面との隙間Cを確保してショートを確実に防止できる。
As shown in FIGS. 9A and 9B, if the
このように厚みの異なる内部端子8a,内部端子8bを形成するには、第2のセラミック層12の上面の内部端子8、上面配線16に対応する箇所に金属ペーストをスクリーン印刷法により塗布し、必要箇所を押圧する。次に内部端子8bの部分について、別のスクリーンマスクを用いて2回目の金属ペースト塗布を行う。このときには、第2のセラミック層12の上面は既に1回目の金属ペースト塗布が行なわれているため平坦ではないが、スクリーンマスクの形状と下降位置とを適切に設定することで、部分的な2回目の塗布も問題なく行うことができる。2回目の金属ペースト塗布後、平坦化のために内部端子8bの部分を押圧する。
In order to form the
なお内部端子8bの厚みの確保は、上記した金属ペーストの部分的な塗布に限られず、たとえばめっき厚を部分的に変更することによってもよい。千鳥配置された外側の内部端子8bが、内側の内部端子8bよりも高くなればよいのである。
The securing of the thickness of the
さらには、内部端子8(8a,8b)が上述のように先端側が広がった形状であればよいのであって、パッケージ2自体も上述のセラミックを材料とした凹状のものに限られず、例えば有機基板であっても構わない。
Further, the internal terminal 8 (8a, 8b) may be any shape as long as the tip side is expanded as described above, and the
本発明の半導体装置は、小型、多ピンを実現できるもので、種々の電子機器に有用である。 The semiconductor device of the present invention can realize a small size and a large number of pins, and is useful for various electronic devices.
1 半導体チップ
2 パッケージ
3 電極パッド
4 導体
5 ワイヤ
8 内部端子
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