JP2010182873A - 半導体デバイス - Google Patents

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Abstract

【課題】リードフレームを用いた半導体デバイスにおいて、インナーリードに対するワイヤボンディング性を低下させることなく、リードフレームの上下における樹脂厚差を低減する。
【解決手段】リードフレーム1は、インナーリード領域Yと重なるチップ搭載領域Xと、インナーリード領域Yの外側に配置されたアウターリード部3、4と、インナーリード領域内に配置されたインナーリード部2とを備える。リードフレーム1には半導体チップ5が搭載される。半導体チップ5の電極パッド6はインナーリード2A、2Bと金属ワイヤ8を介して接続される。インナーリード2Bはインナーリード領域Y内のチップ搭載領域Xを除く領域に位置する部分をデプレス加工した加工部12を有する。
【選択図】図4

Description

本発明はリードフレームを用いた半導体デバイスに関する。
半導体チップには種々のパッド配列が適用されており、例えば半導体チップの1辺に電極パッドを集中させたパッド構造(以下、片側パッド構造と記す)が知られている。片側パッド構造の半導体チップはチップサイズを小さくできることに加えて、リードフレームのような回路基材との接続領域が1個所になるため、例えば階段状に積層することでワイヤボンディング性を維持しつつ多段に積層しやすい等の特徴を有する。
このような半導体チップをリードフレームに搭載してTSOP等の半導体パッケージ(半導体デバイス)を構成する場合、半導体チップの電極パッドとリードフレームのインナーリードとの接続(ワイヤボンディング)は、半導体チップの1辺に沿った領域のみで実施されることになる。従って、インナーリードの一部を半導体チップの搭載領域を介して引き回したリードフレーム(特許文献1,2参照)が用いられる。
半導体チップはチップ搭載領域を引き回したインナーリードの上側(COL(Chip on Lead)構造)または下側(LOC(Lead on Chip)構造)に搭載される。言い換えると、リードフレームにおける半導体チップの搭載領域はインナーリードが配置される領域と重なるように設定される。チップ搭載領域を引き回すインナーリードは、その部分に搭載される半導体チップの外形に対応させた形状とすることが一般的である。この場合、半導体チップを封止する樹脂モールド部は半導体チップの外形に近い形状となる。言い換えると、樹脂モールド部に占める半導体チップの面積は大きくなる。
片側パッド構造の半導体チップは、チップ搭載領域を引き回すインナーリードの形状より小さい場合においても、半導体チップの電極パッドとインナーリードとをワイヤボンディングすることができる。チップサイズに合わせてリードフレームやパッケージのサイズを小さくすると、製造工程で使用する金型や治具等を個別に用意しなければならないため、インナーリードの形状より小さい半導体チップを搭載した半導体パッケージも必要とされている。ただし、この場合には樹脂モールド部の形状が半導体チップの外形より大きくなり、樹脂モールド部に占める半導体チップの面積が小さくなる。
リードフレームに搭載された半導体チップの樹脂モールドは、一般的に180℃程度の高温下で実施される。このため、モールド成形後の常温への冷却過程において、材料間の熱膨張係数の差に基づいて樹脂モールド部に反りが発生する場合がある。モールド樹脂の熱膨張係数はリードフレームや半導体チップより大きいため、180℃程度の高温から常温まで冷却する際の収縮量はモールド樹脂の方が大きくなる。リードフレームや半導体チップの上下でモールド樹脂の厚さが異なると、樹脂厚が厚い側の収縮量が薄い側より大きくなるため、樹脂厚が厚い側が凹状となるようにパッケージに反りが発生する。
インナーリードの一部がチップ搭載領域を引き回されるリードフレームを用いた半導体パッケージにおいて、インナーリードの形状を半導体チップの外形に対応させた場合にはリードフレームの上下で樹脂厚が異なる領域(半導体チップが搭載されていない領域)が小さいため、樹脂モールド部の反りはあまり問題とならない。これに対し、インナーリードの形状より小さい半導体チップを搭載した場合には、リードフレームの上下で樹脂厚が異なる領域が大きくなるため、樹脂モールド部に反りが生じやすく、また反り量も大きくなる。このようなことから、樹脂モールド部の反りを抑制することが求められている。
樹脂モールド部の反りを抑制する技術として、リードフレームのチップ搭載領域の周囲にデプレス加工を施すことが知られている。特許文献2にはチップ搭載領域を引き回すインナーリードにデプレス加工を施したリードフレームが記載されている。しかし、ここではインナーリードのチップ搭載領域の周囲に相当する部分にデプレス加工を施しているため、通常のベッド部の周囲にデプレス加工を施す場合と同様に、吊りピンに対しても加工が必要な4方向のデプレス加工となる。この場合にはインナーリードの先端部のバタツキが大きくなりやすいため、ワイヤボンディング性に悪影響を及ぼすおそれがある。さらに、インナーリードの先端部の高さに違いが生じるため、ワイヤボンディング工程が複雑となり、製造コストの増加や接続信頼性の低下等を招くおそれがある。
特開2005−340766号公報 特開2008−085032号公報
本発明の目的は、インナーリードの一部がチップ搭載領域を引き回されるリードフレームを用いて半導体デバイスを構成するにあたって、インナーリードに対するワイヤボンディング性を低下させることなく、リードフレームの上下における樹脂厚の差に基づく反りの発生を抑制することを可能にした半導体デバイスを提供することにある。
本発明の態様に係る半導体デバイスは、インナーリード領域と、少なくとも一部が前記インナーリード領域と重なるように設けられたチップ搭載領域と、前記インナーリード領域の外側に配置された複数のアウターリードを有するアウターリード部と、前記インナーリード領域内に配置された複数のインナーリードを有するインナーリード部とを備える回路基材と;前記回路基材の前記チップ搭載領域に搭載され、1つの外形辺に沿って配列された電極パッドを有する半導体チップと;前記半導体チップの前記電極パッドと前記回路基材の前記インナーリードとを電気的に接続する金属ワイヤと;前記半導体チップを前記金属ワイヤと共に封止する樹脂封止部と;を具備し、前記インナーリードは前記インナーリード領域内の前記チップ搭載領域を除く領域に位置する部分をデプレス加工した加工部を有することを特徴としている。
本発明の態様に係る半導体デバイスにおいては、インナーリードのチップ搭載領域を除く領域に位置する部分にデプレス加工を施しているため、インナーリードに対するワイヤボンディング性を低下させることなく、リードフレームの上下における樹脂厚の差を低減することができる。従って、反り量が小さく、また接続信頼性等に優れる半導体デバイスを安定して提供することが可能になる。
本発明の実施形態の半導体デバイスに用いられるリードフレームを示す平面図である。 図1のA−A線に沿った断面図である。 図1に示すリードフレームに半導体チップを搭載してワイヤボンディングした状態を示す平面図である。 図3のA−A線に沿った断面図である。 図1に示すリードフレームに搭載された半導体チップを樹脂封止した状態を示す平面図である。 図5のA−A線に沿った断面図である。 本発明の実施形態による半導体デバイスを示す平面図である。 図7に示す半導体デバイスの側面図である。 本発明の実施例による半導体デバイス(TSOP)の反り量の測定結果を従来の半導体デバイスと比較して示す図ある。 本発明の実施例による半導体デバイス(TSOP)の全高の測定結果を従来の半導体デバイスと比較して示す図ある。 本発明の実施例による半導体デバイス(TSOP)のスタンドオフの測定結果を従来の半導体デバイスと比較して示す図ある。
以下、本発明を実施するための形態について説明する。本発明の実施形態による半導体デバイスおよびその製造工程について、図1ないし図8を参照して説明する。図1および図2は本発明の実施形態の半導体デバイスに用いられリードフレームを示している。図3および図4は図1および図2に示すリードフレームに半導体チップを搭載した状態を示している。図5および図6は半導体チップを樹脂封止した状態を示している。図7および図8は半導体デバイスをリードフレームから切り離した状態を示している。
ここで、実施形態の半導体デバイスはリードフレーム上に半導体チップを搭載した構造(COL構造/半導体チップの研削面(回路面とは反対側の面(裏面))をリードフレームに接着した構造)を有している。図1ないし図4はリードフレーム上に半導体チップを搭載した状態を示している。ただし、リードフレームに搭載された半導体チップを樹脂封止する際にはリードフレームを反転させているため、図6ではリードフレームの下側に半導体チップが位置する状態を示している。図5、図7および図8では半導体チップの図示を省略しているが、半導体チップの搭載状態は図6と同様とされている。
図1および図2に示すリードフレーム1は、それに搭載される半導体チップとの接続部となるインナーリード部2と、外部接続端子となる第1および第2のアウターリード部3、4とを備えている。第1のアウターリード部3は、複数のアウターリード(第1のアウターリード)3Aを有している。同様に、第2のアウターリード部4は複数のアウターリード(第2のアウターリード)4Aを有している。インナーリード部2は、第1のアウターリード3Aに接続された第1のインナーリード2Aと、第2のアウターリード4Aに接続された第2のインナーリード2Bとを有している。
リードフレーム1は、半導体チップが搭載される第1の面1aと半導体デバイスを構成した場合に上側に位置することになる第2の面1bとを有している。リードフレーム1の第1の面1aには、図3および図4に示すように、片側パッド構造を有する半導体チップ5が搭載される。リードフレーム1は半導体チップ5の搭載部分に対応するチップ搭載領域Xを有している。リードフレーム1は第1および第2のインナーリード2A、2Bが配置されるインナーリード領域Yを有している。半導体チップ5は片側パッド構造を有するため、チップ搭載領域Xはインナーリード領域Yと少なくとも一部が重なっている。
第1のアウターリード部3はインナーリード領域Yの一方の短辺に沿って配置されている。第2のアウターリード部4はインナーリード領域Yの他方の短辺に沿って配置されている。第1のアウターリード部3と第2のアウターリード部4とはチップ搭載領域Xおよびインナーリード領域Yを介して対向配置されている。第1および第2のアウターリード部3、4は、リードフレーム1を用いて構成した半導体デバイス(TSOP等)の樹脂封止体の両短辺からそれぞれアウターリード3A、4Aが突出するように配置されている。
インナーリード部2の半導体チップ5との接続領域Wは、上述したように半導体チップ5が片側パッド構造を有するため、チップ搭載領域Xの1辺に沿って設定される。図1はインナーリード部2による半導体チップ5との接続領域Wを第1のアウターリード部3側に設定したリードフレーム1を示している。第1のインナーリード2Aは第1のアウターリード部3側に配置されるため、一方の端部を第1のアウターリード3Aと接続しつつ、他方の端部(先端部)を半導体チップ5との接続領域Wに配置することができる。
第2のインナーリード2Bは一方の端部を第2のアウターリード4Aと接続しつつ、他方の端部(先端部)を第2のアウターリード部4とはチップ搭載領域Xを介して対向配置された第1のアウターリード部3側の接続領域Wに配置する必要がある。このため、第2のインナーリード2Bは第2のアウターリード4Aに接続された一方の端部から第1のアウターリード部3側に設定された接続領域Wに配置される他方の端部(先端部)まで延伸させている。言い換えると、第2のインナーリード2Bは第2のアウターリード部4からチップ搭載領域Xを介して第1のアウターリード部3側まで引き回されている。
リードフレーム1の第1の面1aには、上述したように片側パッド構造を有する半導体チップ5が搭載されている。半導体チップ5は矩形状の外形を有し、1つの外形辺に沿って配列された電極パッド6を有している。半導体チップ5の電極パッド6とインナーリード部2(具体的には第1および第2のインナーリード2A、2Bの先端部)とをワイヤボンディングすることが可能なように、半導体チップ5は電極パッド6が配列された外形辺(パッド配列辺)が接続領域Wの近傍に位置するように配置されている。
半導体チップ5の具体例としては、NAND型フラッシュメモリのような半導体メモリチップ(メモリデバイス)が挙げられる。図3および図4ではリードフレーム1に1個の半導体チップ5を搭載した状態を示しているが、リードフレーム1には複数の半導体チップを積層して搭載することが可能である。この場合、片側パッド構造を有する半導体チップを階段状に積層することで、各半導体チップに対して良好にワイヤボンディングを実施することができる。半導体チップ9の積層数は特に限定されるものではなく、また半導体チップを積層する場合には半導体メモリチップとそのコントローラチップ等であってよい。半導体チップ5は半導体メモリチップに限られるものではない。
半導体チップ5は電極パッド6が形成された電極形成面(回路面)を上方に向けて、リードフレーム1の第1の面1aに接着されている。リードフレーム1は半導体チップ5を接着するための接着フィルム7を有している。半導体チップ5は接着フィルム7を介してリードフレーム1に接着されている。接着フィルムにはポリイミド樹脂を主成分とするダイアタッチフィルム等が用いられる。接着フィルム7は半導体チップ5の接着に加えて、第2のインナーリード2bを保持する機能を有している。第2のインナーリード2bは接着フィルム7に保持されており、これにより変形や取扱い性の低下等が抑制される。さらに、第2のインナーリード2Bに対するワイヤボンディング性も向上する。
半導体チップ5の電極パッド6は、図3および図4に示すように、インナーリード部2の第1および第2のインナーリード2A、2Bの先端部と金属ワイヤ8を介して電気的に接続されている。すなわち、電極パッド6の一部は第1のアウターリード3Aから延伸した第1のインナーリード2Aの先端部と電気的に接続されている。電極パッド6の他の一部は第2のアウターリード4Aからチップ搭載領域Xを介して接続領域Wまで引き回された第2のインナーリード2Bの先端部と電気的に接続されている。
リードフレーム1の第1の面1aに搭載された半導体チップ5は、図5および図6に示すようにモールド成形された樹脂封止部9で封止されている。すなわち、リードフレーム1に搭載された半導体チップ5は、インナーリード部2や金属ワイヤ8と共に樹脂封止部9で一体的に封止されている。樹脂封止部9には一般的なエポキシ樹脂が用いられる。樹脂封止部9はリードフレーム1の第1および第2の面1a、1bを覆うように設けられる。リードフレーム1の第1の面1aには半導体チップ5が搭載されているため、樹脂封止部9の第1の面1a側の厚さ(第1の樹脂厚T1)は第2の面1b側の厚さ(第2の樹脂厚T2)より厚くなる。第1および第2の樹脂厚T1、T2は、樹脂封止部9から突出するアウターリード部3、4の上下面に相当する位置を基準とした厚さである。
そして、図7および図8に示すように、第1および第2のアウターリード部3、4や吊りピン10等をリードフレーム1から切り離すと共に、第1および第2のアウターリード3A、4Aをガルウィング状に加工することによって、リードフレーム1を用いた半導体デバイス11が構成される。半導体デバイス11において、最終的に切断されたリードフレーム1は回路基材(リード部材)を構成する。回路基材はインナーリード部2、アウターリード部3、4、チップ搭載領域X、およびインナーリード領域Yを備える。
ところで、この実施形態のリードフレーム1は、大型の半導体チップ(この実施形態で搭載する半導体チップ5より外形形状が大きい半導体チップ/以下、大型チップと記す)に対応させた形状、具体的には半導体チップの搭載部となる第2のインナーリード2Bが大型チップに対応した形状を有するものである。このようなリードフレーム2の第2のインナーリード2Bに対して、この実施形態では大型チップとパッド配列辺の長さが等しく、かつパッド配列辺と直交する外形辺の長さが短い半導体チップ5を搭載している。
半導体チップ5はパッド配列辺が接続領域Wの近傍に位置するように配置する必要があるため、この実施形態ではチップ搭載領域Xをインナーリード領域Y内の第1のアウターリード部3側に偏った位置に設定している。このため、インナーリード領域Yに占めるチップ搭載領域Xの面積が小さくなる。言い換えると、インナーリード領域Y内におけるチップ搭載領域Xを除く領域、具体的には第2のアウターリード部4とチップ搭載領域Xとの間の領域Zが大きくなる。従って、第2のインナーリード2Bはチップ搭載領域Xを除く領域Zに位置する部分が長くなる。このようなインナーリードを有するリードフレームを、そのままの状態で樹脂モールドすると、リードフレームの上下で樹脂厚が異なる領域(図6における樹脂厚T1が樹脂厚T2より厚い領域)が大きくなる。
前述したように、リードフレームの上下で樹脂厚が異なる領域が大きくなると、モールド樹脂とリードフレームや半導体チップとの熱膨張係数の違いに基づいて、モールド成形後の冷却過程で樹脂厚が厚い側の収縮量が薄い側より大きくなるため、樹脂厚が厚い側が凹状となるような反りが発生する。図8に示す半導体デバイス11では、樹脂封止部9が上方に向けて凸状に湾曲するような反りが発生する。このような反りが発生すると半導体パッケージの全高(アウターリードの先端部底面から樹脂封止部の最上部までの高さ)が規格外となるおそれがある。半導体パッケージの全高を低くするためにアウターリードの形状を調整すると、逆にスタンドオフ(アウターリードの先端部底面から樹脂封止部の最下部までの高さ)が小さくなることで、スタンドオフが規格外となるおそれがある。
そこで、この実施形態の半導体デバイス11においては、図1ないし図4に示すように、第2のインナーリード2Bのインナーリード領域Y内におけるチップ搭載領域Xを除く領域、具体的には第2のアウターリード部4とチップ搭載領域Xとの間の領域Zに位置する部分(第2のアウターリード部4との接続部分とチップ搭載領域Xとの間の部分)にデプレス加工を施している。すなわち、第2のインナーリード2Bは領域Zに位置する部分をデプレス加工した加工部12を有している。第2のインナーリード2Bは第2のアウターリード部4から接続領域Wに位置する先端部まで延伸させているため、領域Zのデプレス加工は第2のインナーリード2Bの途中部分のみに施されることになる。
デプレス加工は上述した樹脂厚T1が樹脂厚T2より厚い領域を減少させるように、第2のインナーリード2Bが下側に向けて凸状(図2および図4では上側に向けて凸状)となるように施される。デプレス加工部12は、例えば第2のインナーリード2Bの領域Zに位置する部分の上下における樹脂厚T1と樹脂厚T2とがほぼ等しくなるように形成される。さらに、第2のインナーリード2Bにおけるデプレス加工部12と第2のアウターリード部4との間の部分、第1のインナーリード2Aの部分、接続領域W等も樹脂厚T1が樹脂厚T2より厚くなるため、これらの部分も反りに影響するおそれがある。そのような場合には、それら部分の樹脂厚差も補うように深くデプレス加工する、すなわち加工部12における樹脂厚T2が厚くなるようにデプレス加工することが好ましい。
このように、第2のインナーリード2Bはインナーリード領域Y内のチップ搭載領域Xを除く領域Zに位置する部分をデプレス加工した加工部12を有するため、第2のインナーリード2Bに対してチップ搭載領域Xが小さく、チップ搭載領域Xと第2のアウターリード部4との間の領域が広くなるような場合においても、リードフレーム2の上下における樹脂厚差が大きい領域(樹脂厚T1と樹脂厚T2とが異なる領域)を低減することができる。従って、樹脂厚差が大きい領域に基づく樹脂封止部9の反りを抑制することが可能となる。すなわち、反り量の小さい半導体デバイス11を提供することができる。
さらに、加工部12は第2のインナーリード2Bの中間部分に形成されているため、従来のデプレス加工が4方向加工であるのに対して、2方向のデプレス加工とすることができる。2方向のデプレス加工は4方向加工に比べて加工自体が容易であり、デプレス加工に基づくインナーリード2Bのバタツキを抑制することができる。デプレス加工を第2のインナーリード2Bの中間部分のみに施しているため、第2のインナーリード2Bの先端部は第1のインナーリード2Aの先端部と同じ高さとなる。これらによって、インナーリード2A、2Bに対するワイヤボンディング性を維持することができる。すなわち、反り量が小さく、接続信頼性等に優れる半導体デバイス11を提供することが可能になる。
図9、図10および図11に本発明の実施例による半導体デバイス(TSOP)の反り量、全高、スタンドオフを測定した結果を従来の半導体デバイス(TSOP)の測定結果と比較して示す図である。図9はTSOPの反り量、図10はTSOPの全高、図11はTSOPのスタンドオフを示している。ここで、図9に示す反り量はパッケージの樹脂封止部9の平面度を測定した値である。全高およびスタンドオフは前述した通りである。
図9ないし図11において、実施例は上述した実施形態に基づく半導体パッケージであり、樹脂封止部9の全幅(図6のL1)が18.4mm、半導体チップ5の幅(図6のL2)が8.2mm、デプレス加工部12の幅(図6のL3)が5.1mmの場合である。比較例1はデプレス加工を施していない以外は実施例と同一のリードフレームを用いた半導体パッケージ、比較例2は実施例のリードフレームに対して4方向のデプレス(チップ搭載領域の周囲にデプレス加工)を施した半導体パッケージである。
図9、図10および図11から明らかなように、実施例による半導体パッケージ(半導体デバイス11)は反り量が小さく、従って全高も比較例1に比べて低い(スペック内)ことが分かる。また、スタンドオフも適正な値となっている。これらの測定結果からも明らかなように、反り量が小さく、形状信頼性や接続信頼性等に優れる半導体デバイス11を提供することが可能になる。この実施形態の半導体デバイス11は大型チップ用のリードフレーム1を小型の半導体チップ5に適用したものであるため、1つのパッケージ形状で各種形状の半導体チップを搭載した半導体パッケージ(半導体デバイス)を提供することが可能となる。これは半導体パッケージの製造コストの低減等に寄与する。
なお、本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、チップ搭載領域Xの少なくとも一部がインナーリード領域Yと重なるリードフレームを用いた各種構造の半導体デバイスに適用することができる。そのような半導体デバイスも本発明に含まれるものである。また、本発明の実施形態は本発明の技術的思想の範囲内で拡張もしくは変更することができ、この拡張、変更した実施形態も本発明の技術的範囲に含まれるものである。
1…リードフレーム、2…インナーリード部、2A…第1のインナーリード、2B…第2のインナーリード、3…第1のアウターリード部、3A…第1のアウターリード、4…第2のアウターリード部、4A…第2のアウターリード、5…半導体チップ、6…電極パッド、7…接着フィルム、8…金属ワイヤ、9…樹脂封止部、10…吊りピン、11…半導体パッケージ、12…デプレス加工部。

Claims (5)

  1. インナーリード領域と、少なくとも一部が前記インナーリード領域と重なるように設けられたチップ搭載領域と、前記インナーリード領域の外側に配置された複数のアウターリードを有するアウターリード部と、前記インナーリード領域内に配置された複数のインナーリードを有するインナーリード部とを備える回路基材と;
    前記回路基材の前記チップ搭載領域に搭載され、1つの外形辺に沿って配列された電極パッドを有する半導体チップと;
    前記半導体チップの前記電極パッドと前記回路基材の前記インナーリードとを電気的に接続する金属ワイヤと;
    前記半導体チップを前記金属ワイヤと共に封止する樹脂封止部とを具備し、
    前記インナーリードは前記インナーリード領域内の前記チップ搭載領域を除く領域に位置する部分をデプレス加工した加工部を有することを特徴とする半導体デバイス。
  2. 請求項1記載の半導体デバイスにおいて、
    前記インナーリードの加工部は前記半導体チップの搭載面側が凸状となるようにデプレス加工されていることを特徴とする半導体デバイス。
  3. 請求項1または請求項2記載の半導体デバイスにおいて、
    前記アウターリード部は、第1のアウターリードを有する第1のアウターリード部と、前記第1のアウターリードと前記インナーリード領域を介して対向配置された第2のアウターリードを有する第2のアウターリード部とを備え、かつ前記インナーリード部は前記第1のアウターリードに接続された第1のインナーリードと、前記第2のアウターリードに接続された第2のインナーリードとを有し、前記第1および第2のインナーリードの少なくとも一方が前記チップ搭載領域内を引き回されていると共に、前記チップ搭載領域内を引き回されている前記インナーリードの前記チップ搭載領域外に位置する部分に前記加工部が設けられていることを特徴とする半導体デバイス。
  4. 請求項3記載の半導体デバイスにおいて、
    前記第1のインナーリードは前記第1のアウターリード部側に配置され、前記第2のインナーリードは前記第2のアウターリード部から前記チップ搭載領域を介して前記第1のアウターリード部に向けて引き回されていると共に、前記第2のアウターリード部との接続部分と前記チップ搭載領域との間の部分に設けられた前記加工部を有することを特徴とする半導体デバイス。
  5. 請求項4記載の半導体デバイスにおいて、
    前記半導体チップは前記電極パッドが配列された前記外形辺が前記第1のインナーリードの先端部および前記第2のインナーリードの先端部が配置された接続領域の近傍に位置するように配置されていることを特徴とする半導体デバイス。
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