JP2014063966A - 半導体装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】半導体装置の小型化を図る。
【解決手段】ダイパッド4dと、ダイパッド4dの周囲に配置された複数のリード4aと、ダイパッド4d上に搭載されたメモリチップ3および電源ICチップ2と、メモリチップ3上に搭載されたロジックチップ1と、半導体チップとダイパッド4dを接続する複数のダウンボンド用ワイヤ5bと、半導体チップとリード4aを接続する複数のリード用ワイヤ5aと、複数のチップ間ワイヤ5cbとを有する。さらに、ロジックチップ1は平面視でダイパッド4dの中央部に配置され、電源ICチップ2は平面視でダイパッド4dの角部領域に配置され、これにより、QFN9の小型化を図る。
【選択図】図3

Description

この発明は、例えば、リードフレームのダイパッド上に複数の半導体チップが搭載される半導体装置に関する。
タブ部(ダイパッド)に複数の半導体チップが搭載されたマルチチップパッケージの構造が、例えば、特開平5−326817号公報(特許文献1)に開示されている。
特開平5−326817号公報
半導体装置(半導体パッケージ)の高機能化に伴い、1つの半導体装置内に搭載される半導体チップの数は増加する傾向にある(上記特許文献1を参照)。
一方、半導体装置の小型化の要求もある。そのため、リードフレームを基材として使用する半導体装置では、半導体チップが搭載されるダイパッド(タブ、チップ搭載部)の外形サイズを大きくしたくても、その大型化には限界がある。つまり、複数の半導体チップが組み込まれる半導体装置の小型化は困難である。
本願において開示される実施の形態の目的は、半導体装置の小型化を図ることができる技術を提供することにある。
その他の課題と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう。
一実施の形態による半導体装置は、上面と下面を有するダイパッドと、上記ダイパッドを支持する複数の吊りリードと、前記ダイパッドの各辺に沿って配置された複数のリード群と、第1主面、上記第1主面の各辺に沿って形成された複数の第1パッド群を有する。また、第1主面と第1裏面を有し、第1裏面がダイパッドの上面と対向し、かつ、平面視において上記第1主面の各辺が上記ダイパッドの上面の各辺とそれぞれ並ぶように、ダイパッドの上面上に、かつ、平面視においてダイパッドの中央部に配置されている半導体チップを有する。また、第2主面、第2主面に形成された第2パッド群、および第2裏面を有し、ダイパッドの上面上に、かつ、第1半導体チップの隣に配置された第2半導体チップと、第1半導体チップの複数の第1パッド群とダイパッドの複数のダウンボンド領域を、それぞれ電気的に接続する複数の第1ダウンボンドワイヤ群と、を含んでいる。また、第2半導体チップの第2主面の辺の長さは、ダイパッドの複数のダウンボンド領域のうちの第1ダウンボンド領域と、ダイパッドの上面の複数の辺のうちの第1ダウンボンド領域に最も近い第1ダイパッド辺との距離よりも大きい。さらに、第2半導体チップは、平面視において、ダイパッドの第1ダイパッド辺に沿って設けられた第1ダウンボンド領域と、第1ダイパッド辺と交差する第2ダイパッド辺に沿って設けられた第2ダウンボンド領域との間の角部領域に配置されている。
上記一実施の形態によれば、半導体装置の小型化を図ることができる。
実施の形態の半導体装置の表面(マーク形成面)側の構造を示す平面図である。 図1に示す半導体装置の裏面(実装面)側の構造を示す下面図である。 図1に示す半導体装置の構造を封止体を透過して示す透過平面図である。 図3に示すX−X線に沿った断面図である。 図1に示す半導体装置のダイパッド上における複数の半導体チップのレイアウトに関する実施の形態の上位思想を説明する平面図である。 図1に示す半導体装置のダイパッド上における複数の半導体チップのレイアウトに関する実施の形態を説明する平面図である。 実施の形態の半導体装置の製造において使用する基材(リードフレーム)の平面図である。 図7に示す基材の1つのデバイス領域における上面(チップ搭載面)側の平面図である。 図7に示す基材の1つのデバイス領域における下面(実装面)側の平面図である。 図8に示すX−X線に沿った断面図である。 図8に示すY−Y線に沿った断面図である。 実施の形態のダイボンディング工程後の状態を説明する平面図である。 図12に示すX−X線に沿った断面図である。 実施の形態のワイヤボンディング工程後の状態を説明する平面図である。 図14に示すX−X線に沿った断面図である。 実施の形態のモールド(樹脂封止)工程において、各デバイス領域に対するゲートの位置を示す平面図である。 図16に示す基材が配置されたキャビティ内に樹脂が供給される状態を説明する断面図である。 図7のリードフレームのデバイス領域に対するゲートの位置に関する実施の形態の上位思想を説明する平面図である。 図18に示す基材が配置されたキャビティ内に樹脂が供給される状態を説明する断面図である。 図7のリードフレームのデバイス領域に対するゲートの位置に関する実施の形態の上位思想を説明する平面図である。 図20のZ1部をA方向から眺めた概念図である。 図7のリードフレームのデバイス領域に対するゲートの位置に関する実施の形態の上位思想を説明する平面図である。 図22のZ2部をA方向から眺めた概念図である。 図7のリードフレームのデバイス領域に対するゲートの位置に関する実施の形態の上位思想を説明する平面図である。 図24のZ3部をA方向から眺めた概念図である。 図7のリードフレームのデバイス領域に対するゲートの位置に関する実施の形態の上位思想を説明する平面図である。 図26のZ4部をA方向から眺めた概念図である。 図7のリードフレームのデバイス領域に対するゲートの位置に関する実施の形態の上位思想を説明する平面図である。 図28のZ5部をA方向から眺めた概念図である。 実施の形態のモールド工程後の構造を封止体を透過させた透過平面図である。 図30の裏面(実装面)側の平面図である。 図30に示すX−X線に沿った断面図である。 実施の形態のメッキ工程後の構造の裏面(実装面)側の下面図である。 図33に示すX−X線に沿った断面図である。 図7のリードフレームのデバイス領域に対するゲートの位置に関する変形例2を説明する平面図である。 図35に示す基材が配置されたキャビティ内に樹脂が供給される状態を説明する断面図である。 図7のデバイス領域に対するゲートの位置に関する変形例3を説明する平面図である。 実施の形態の変形例の半導体装置の裏面(実装面)側の構造を示す下面図である。
以下の実施の形態では特に必要なとき以外は同一または同様な部分の説明を原則として繰り返さない。
さらに、以下の実施の形態では便宜上その必要があるときは、複数のセクションまたは実施の形態に分割して説明するが、特に明示した場合を除き、それらはお互いに無関係なものではなく、一方は他方の一部または全部の変形例、詳細、補足説明などの関係にある。
また、以下の実施の形態において、要素の数など(個数、数値、量、範囲などを含む)に言及する場合、特に明示した場合および原理的に明らかに特定の数に限定される場合などを除き、その特定の数に限定されるものではなく、特定の数以上でも以下でも良いものとする。
また、以下の実施の形態において、その構成要素(要素ステップ等も含む)は、特に明示した場合および原理的に明らかに必須であると考えられる場合等を除き、必ずしも必須のものではないことは言うまでもない。
また、以下の実施の形態において、構成要素等について、「Aからなる」、「Aよりなる」、「Aを有する」、「Aを含む」と言うときは、特にその要素のみである旨明示した場合等を除き、それ以外の要素を排除するものでないことは言うまでもない。同様に、以下の実施の形態において、構成要素等の形状、位置関係等に言及するときは、特に明示した場合および原理的に明らかにそうでないと考えられる場合等を除き、実質的にその形状等に近似または類似するもの等を含むものとする。このことは、上記数値および範囲についても同様である。
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、実施の形態を説明するための全図において、同一の機能を有する部材には同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。また、図面をわかりやすくするために平面図であってもハッチングを付す場合がある。
(実施の形態)
図1は実施の形態の半導体装置の表面(マーク形成面)側の構造を示す平面図、図2は図1に示す半導体装置の裏面(実装面)側の構造を示す下面図、図3は図1に示す半導体装置の構造を封止体を透過して示す透過平面図、図4は図3に示すX−X線に沿った断面図である。また、図5は図1に示す半導体装置のダイパッド上における複数の半導体チップのレイアウトに関する実施の形態の上位思想を説明する平面図、図6は図1に示す半導体装置のダイパッド上における複数の半導体チップのレイアウトに関する実施の形態を説明する平面図である。
≪半導体装置≫
まず、本実施の形態の半導体装置の構造について説明する。
本実施の形態の半導体装置は、半導体装置の外部端子となる複数のリード4aが、前記半導体装置の周縁部に配置されている。
詳細に説明すると、複数のリード4aは、図2に示すように、半導体装置の裏面(下面)において、封止体の各辺に沿って配置されている。換言すれば、複数のリード4aのそれぞれは、封止体の裏面(下面)から露出している。すなわち、本実施の形態の半導体装置は、所謂、QFN(Quad Flat Non-leaded Package) 9である。
また、本実施の形態では、半導体チップが搭載されるダイパッド(タブ、チップ搭載部)4dの一部(裏面)が、封止体6から露出している。
また、上記QFN9は、図3に示すように、上面(チップ搭載面)4daと、上面4daとは反対側の下面(裏面、実装面、露出面)4dbを有するダイパッド(タブ、チップ搭載部)4dを備えている。なお、本実施の形態のダイパッド4dの平面形状は、図2および図3に示すように、略四角形から成る。また、上記QFN9は、ダイパッド4dを支持する、言い換えると、ダイパッド4dと連結する複数の吊りリード4cを備えている。なお、本実施の形態の吊りリード4cの数は4本であり、図3に示すように、ダイパッド4dの各角部にそれぞれ連結されている。そして、複数の吊りリード4cは、図3に示すように、ダイパッド4dの対角線に沿って、ダイパッド4dから封止体6の各角部に向かってそれぞれ延在している。さらに、上記QFN9は、ダイパッド4dの周囲に配置され、かつ複数の吊りリード4cのうちの互いに隣り合う吊りリード4c間に配置された複数のリード(リード群4b)4aとを備えている。なお、本実施の形態の複数のリード(外部端子)4aのそれぞれは、ダイパッド4dの上面4daと同一面側に位置する上面(ワイヤ接続面)4aaと、上面4aaとは反対側の下面(裏面、露出面)4abを有している。ここで、図4に示すように、リード4aの上面4aaはダイパッド4dの上面4daと、リード4aの下面4abはダイパッド4dの下面4dbと、それぞれ同一平面(面一)である。そして、複数のリード4aは、平面視において、ダイパッド4dの各辺に沿ってそれぞれ配置されている。なお、上記したように、本実施の形態の半導体装置はQFNであるため、リード4aの下面4abは実装面として機能する。
また、上記QFN9では、図3および図4に示すように、ダイパッド4dの上面4daに、複数の半導体チップ1、2、3が搭載されている。
ここで、本実施の形態で使用する半導体チップ1、2、3について、説明する。
まず、本実施の形態で使用する3つの半導体チップの平面形状は、何れも四角形から成る。また、各半導体チップの種類については、例えば、ロジックチップ1、電源IC(Integrated Circuit)チップ2およびメモリチップ3である。また、本実施の形態のロジックチップ1は、例えばSOC(System On Chip) 等であり、メモリチップ3を制御する。また、ロジックチップ1は、電源ICチップ2を制御するチップでもある。一方、本実施の形態のメモリチップ3は、例えばフラッシュメモリである。しかしながら、メモリチップ3は、DDR(Double Date Rate)-SDRAM(Synchronous Dynamic Random Access Memory) 等の他のメモリ(半導体記憶素子)であってもよい。
また、ロジックチップ1の平面形状は略正方形から成り、図3に示すように、その主面(上面)の各辺に沿って複数のパッド(ボンディングパッド、電極)1cが形成されている。一方、電源ICチップ2の平面形状は長方形から成り、図3に示すように、その主面(上面)の各辺に沿って複数のパッド(ボンディングパッド、電極)2cが形成されている。さらに、メモリチップ3の平面形状は長方形から成り、その主面(上面)の一辺(ロジックチップ1から露出する一方の短辺)に沿って複数のパッド(ボンディングパッド、電極)3cが形成されている。
次に、各半導体チップ1、2、3のレイアウトについて詳細に説明する。
上記QFN9では、ダイパッド4dの上面4daの略中央部にメモリチップ3が搭載されており、詳細には、ダイパッド4dの一つの辺(図3で言う下辺)側に寄せて配置されている。すなわち、図4に示すように、メモリチップ3の一方の短辺とダイパッド4dの一辺(図3で言う下辺)との距離(間隔)がメモリチップ3の他方の短辺とダイパッド4dの一辺(図3で言う上辺)との距離(間隔)よりも小さくなるように、メモリチップ3はダイパッド4d上に搭載されている。そして、このメモリチップ3上にロジックチップ1が積層されている。このとき、図3に示すように、メモリチップ3の複数のパッド(パッド群3d)3cがロジックチップ1から露出するように、ロジックチップ1はメモリチップ3上に搭載(積層)されている。言い換えると、ロジックチップ1は、図4に示すように、ロジックチップ1の一部がメモリチップ(メモリチップの他方の短辺)3から迫り出すように、メモリチップ3上に搭載(積層)されている。
一方、電源ICチップ2は、平面視において、メモリチップ3(またはロジックチップ1)の隣に配置されている。言い換えると、電源ICチップ2は、平面視において、ダイパッド4dの角部の位置に搭載されている。また、電源ICチップ2の搭載(配置)箇所についてメモリチップ3を比較対象にして説明すると、図3および図4に示すように、メモリチップ3は、電源ICチップ2の近接するダイパッド4dの辺(図3で言う上辺)と対向する辺(図3で言う下辺)側にメモリチップ3の短辺(パッド3cが形成されてた辺)を向けて(対向させて)、ダイパッド4d上に搭載されている。言い換えると、メモリチップ3上に積層されたロジックチップ1は、図4に示すように、電源ICチップ2の近接するダイパッド4dの辺(図3で言う上辺)側に迫り出す。これにより、ロジックチップ1とダイパッド4dの間に生じる隙間は、主に、電源ICチップ2の近接するダイパッド4dの辺(図3で言う上辺)側に形成される。
なお、各半導体チップは、接着材(ダイボンド材)7を介して搭載されている。なお、本実施の形態の接着材7は、例えば、フィルム状の接着材7であるが、ペースト状の接着材7を用いても良い。
また、各半導体チップは、複数のワイヤ5を介して各リード4aやダイパッド4dと電気的に接続されている。なお、本実施の形態では、複数のワイヤ5のうち、ロジックチップ1とダイパッド4dを電気的に接続するワイヤ(ダウンボンド用ワイヤ)は、ロジックチップ1の各辺に形成されている。また、本実施の形態では、チップ間もワイヤ5を介して電気的に接続されている。
また、図2および図4に示すように、3つの半導体チップ、複数のワイヤ5、複数のリード4aのそれぞれの一部、ダイパッド4dの一部および4本の吊りリード4cのそれぞれの一部は、樹脂から成る封止体6によって封止されている。
本実施の形態のQFN9は、ダイパッド4dが封止体6から露出する構造(ダイパッド露出型)であるため、図2および図4に示すように、ダイパッド4dの下面4dbおよび複数のリード4aの下面4abが封止体6の下面(裏面)6bに露出している。したがって、ダイパッド4dの下面4dbおよび複数のリード4aの下面4abは、それぞれ封止体6の下面(裏面)6bに露出する露出面であり、また、QFN9の実装面でもある。なお、リード4aについては、図4に示すように、封止体の側面(上面6aと下面6bの間の面)6cからも露出している。
さらに、図2に示すように、封止体6の下面(裏面、実装面)6bの周縁部には、複数のリード4aのそれぞれの下面4abが外部接続用として露出している。
一方、図1に示すように、封止体6の上面(表面、マーク形成面)6aには、製品名等のマーク6dが付されている。
また、ダイパッド4dを支持する吊りリード4cは、ダイパッド4dの各角部でダイパッド4dと連結している。また、ダイパッド4dの対角線に沿って、ダイパッド4dから封止体6の各角部に向かって延びている。さらに、4本の吊りリード4cのそれぞれのダイパッド4dと反対側の端部は、二股に分かれた分岐部4caを備えており、封止体6のそれぞれの側面6c(図4参照)に到達している。また、各吊りリード4cのそれぞれの厚さは、図11に示すように、ハーフエッチング等によってダイパッド4dやリード4aに比べて厚さが薄く形成されている。そのため、図2に示すように、各吊りリード4cは、封止体6の下面6bから露出していない。すなわち、各吊りリード4cの上面(ダイパッド4dの上面4daと同一面側の面)と下面(ダイパッド4dの下面4dbと同一面側の面)は、封止体6で覆われている。なお、吊りリード4cの形状については、例えば、各吊りリード4cのうちの、ダイパッド4dと繋がる部分から分岐点までの領域(第1部分)の厚さを、ダイパッド4dやリード4aに比べて薄く形成し、上記分岐点から吊りリード4の端部(封止体6cの側面6cから露出する部分)までの領域(第2部分、分岐部4ca)の厚さをダイパッド4dやリード4aと同じ厚さで形成し、図38に示すように封止体6の下面6bから露出させてもよい。
また、封止体6の下面6bに露出するダイパッド4dの下面4dbや各リード4aの下面4abには、図4に示すように、外装メッキ(メッキ膜、メッキ層)8が形成されている。なお、上記のように、吊りリード4cの端部を封止体6の下面6bから露出させる構造の場合は、この吊りリード4cの端部(封止体6から露出面)にも外装メッキ8が形成される。また、ワイヤ5が接続されるダイパッド4dの上面(チップ搭載面)4daやリード4aの上面(ワイヤ接続面)4aaにおいては、図示しないメッキ層が形成されており、ワイヤ5との接続性を高めている。
≪半導体チップ≫
次に、各半導体チップの詳細な構成について、以下に説明する。
まず、ロジックチップ1は、図3に示すように、平面形状が四角形から成る図4の表面(主面)1aと、表面1aの各辺に沿ってそれぞれ形成された複数のパッド(電極、ボンディングパッド)1cからなるパッド群1dと、表面1aとは反対側の図4に示す裏面1bとを有しており、厚さは、例えば150μmである。さらに、図4に示すように、裏面1bがダイパッド4dの上面4daと対向し、かつ平面視(図3参照)において表面1aの各辺がダイパッド4dの上面4daの各辺と(に沿って)それぞれ並ぶように、ダイパッド4dの上面4da上にメモリチップ3を介して搭載(積層)されており、かつ平面視においてダイパッド4dの中央部に配置(搭載)されている。
なお、ロジックチップ1が有する複数のパッド1c(パッド群1d)は、リード4aと電気的に接続するパッド1cと、ダイパッド4dと電気的に接続するダウンボンド用のパッド1cとを含んでいる。
また、ロジックチップ1が、平面視におけるダイパッド4dの中央部に配置されているというのは、図5に示すように、ロジックチップ1の各辺に沿って形成された複数のパッド1cで囲まれる第1領域1eが、ダイパッド4dを支持する複数の吊りリード4cのそれぞれの延長線Uが交わる点Pと平面視で重なるように、ダイパッド4dの上面4da上に配置されているということである。
次に、電源ICチップ2は、図3に示すように、平面形状が四角形から成る図4の表面(主面)2aと、表面2aに形成された複数のパッド(電極、ボンディングパッド)2cからなるパッド群2dと、表面2aとは反対側の裏面2bとを有しており、厚さは、例えば150μmである。さらに、図4に示すように裏面2bがダイパッド4dの上面4daと対向するようにダイパッド4dの上面4da上に、かつ平面視(図3参照)においてロジックチップ1の隣(ダイパッド4dの角部)に配置(搭載)されている。
なお、電源ICチップ2が有する複数のパッド2c(パッド群2d)も、リード4aと電気的に接続するパッド2cと、ダイパッド4dと電気的に接続するダウンボンド用のパッド2cとを含んでいる。
次に、メモリチップ3は、図3に示すように、図4の表面(主面)3aと、表面3aに形成された複数のパッド(電極、ボンディングパッド)3cからなるパッド群3dと、表面3aとは反対側の裏面3bとを有しており、厚さは、例えば90μmである。さらに、裏面3bがダイパッド4dの上面4daと対向するように、図4に示す接着材7を介してダイパッド4dの上面4da上に配置(搭載)されている。
なお、メモリチップ3が有する複数のパッド3c(パッド群3d)は、チップ間を電気的に接続するパッド3cと、ダイパッド4dと電気的に接続するダウンボンド用のパッド3cとを含んでいる。
ここで、QFN9におけるワイヤ5について説明すると、複数のワイヤ5は、主に3つの種類に分類され、さらに上記3つの種類の中でも、ループ高さが異なるワイヤ5が存在している。まず、複数のワイヤ5は、半導体チップとリード4aを接続するリード用ワイヤ5aと、半導体チップとダイパッド4dを接続するダウンボンド用ワイヤ5bと、半導体チップ間で接続するチップ間ワイヤ5cとに分けられる。
そのうち、リード用ワイヤ5aは、ロジックチップ1とリード4aとを接続するワイヤ5が、そのループ高さによって第1リード用ワイヤ5aa,5ab,5acを有し、電源ICチップ2とリード4aとを接続するワイヤ5が、第2リード用ワイヤ5adとなっている。
また、ダウンボンド用ワイヤ5bは、ロジックチップ1とダイパッド4dとを接続する第1ダウンボンド用ワイヤ5ba、電源ICチップ2とダイパッド4dとを接続する第2ダウンボンド用ワイヤ5bb、およびメモリチップ3とダイパッド4dとを接続する第3ダウンボンド用ワイヤ5bcを有している。
さらに、チップ間ワイヤ5cは、ロジックチップ1と電源ICチップ2を接続するチップ間ワイヤ5ca、およびロジックチップ1とメモリチップ3を接続するチップ間ワイヤ5cbを有している。
なお、図5に示すように、ロジックチップ1の複数のパッド1c(パッド群1d)と、これに対応するダイパッド4dの複数のダウンボンド領域4dcとを、それぞれ電気的に接続する複数の第1ダウンボンド用ワイヤ5baからなる第1ダウンボンドワイヤ群5bdが含まれている。
また、QFN9では、図3に示すように、ロジックチップ1から電源ICチップ2を飛び越えてリード4aに接続された第1リード用ワイヤ5ab1が設けられている。
なお、第1リード用ワイヤ5ab1が接続されたリード4aには、一端が電源ICチップ2のパッド2cと接続された第2リード用ワイヤ5ad1も接続されている。
これは、ロジックチップ1と電源ICチップ2には、クロック用の電源を供給しているが、共に同じ電源電位であるため、使用するリード4aを共通化することにより、リード4aの本数を低減化している。
なお、リード4aの本数を低減化する他の手段として、電源ICチップ経由でロジックチップ1にクロック用の電源電位を供給することも考えられるが、その経路上でノイズが載り易いため、別々のワイヤ5を用いて同じリード4aに接続している。
したがって、本実施の形態のQFN9では、電源ICチップ2を飛び越えてロジックチップ1からリード4aに接続されるワイヤ5(第1リード用ワイヤ5ab1)が存在している。
次に、図5および図6に示す本実施の形態のQFN9のダイパッド4d上のチップレイアウトの基本概念を説明する。なお、図5および図6は、主にダイパッド4d上のチップレイアウトを分かり易く示すものであるため、ワイヤ5については、ダイパッド4dに接続されるワイヤ5bのうち、説明する上で必要最低限の本数のみを表示している。
まず、電源ICチップ2の表面2aの平面形状の一辺(表面2aの平面形状が長方形の場合は、短辺)の長さをL2とすると、長さ(L2)は、ダイパッド4dの複数のダウンボンド領域4dcのうちの第1ダウンボンド領域4ddと、ダイパッド4dの上面4daの複数の辺のうちの第1ダウンボンド領域4ddに最も近い第1辺4deとの距離(LD)よりも大きくなっている(L2>LD)。なお、電源ICチップ2の表面2aの平面形状が正方形の場合は、4つの辺のうちの1つの辺の長さをL2とする。
また、電源ICチップ2は、平面視において、ダイパッド4dの第1辺4deに沿って設けられた第1ダウンボンド領域4ddと、第1辺4deと交差する第2辺4dfに沿って設けられた第2ダウンボンド領域4diとの間の角部領域4djに配置されている。
言い換えると、ロジックチップ1と電源ICチップ2は、ロジックチップ1の何れの辺を見ても、L2>LDの関係が成り立つように搭載されている。
これにより、本実施の形態のQFN9では、メモリチップ3上に積層されたロジックチップ1は、平面視でダイパッド4dの中央部に配置され、一方、電源ICチップ2は、平面視でダイパッド4dの角部領域4djに配置されている。
ここで、QFN9におけるチップレイアウトについて詳しく説明する。
QFN9では、ロジックチップ1の電源(例えば、基準電位)を強化するために、このロジックチップ1の表面1aの各辺には、電源(基準電位)用の電極(ボンディング用のパッド1c)が形成されている。そのため、この電源用の電極と接続されるワイヤ(第1ダウンボンド用ワイヤ5ba)は、ダイパッド4dの上面(チップ搭載面)4daにおいて、ロジックチップ1の周囲(平面視において、主に、ロジックチップ1の辺の隣の領域)に接続(ダウンボンド)されることから、平面視において、このロジックチップ1をダイパッド4dの上面4daにおけるほぼ中央部に配置(搭載)している。
このロジックチップ1の配置箇所について詳細に説明すると、ロジックチップ1の中央部(各辺に沿って形成された複数のパッド1cで囲まれる第1領域1e)が、ダイパッド4dの各角部をそれぞれ支持する複数の吊りリード4cのそれぞれの延長線Uが交わる点Pと平面視で重なるように、ロジックチップ1をダイパッド4dの上面上に搭載している。
言い換えると、まず、ダイパッド(タブ)4dにおいて第1ダウンボンド用ワイヤ5baが接続される部分(ダウンボンド点)同士を繋ぐことで規定される仮想線K1と、平面形状が四角形から成るダイパッド4dの上面(チップ搭載面)4daの4つの辺のうちの上記の仮想線K1に最も隣接する第1辺4deとの間隔をL1とする。この間隔L1は、仮想線K1に直交する仮想線K2上の長さ(距離)でもある。
次に、平面視において上記のロジックチップ1の隣に配置(搭載)される電源ICチップ2の表面2aの辺のうちの最も短い辺(正方形の場合は各辺、長方形の場合は短辺)の長さをL2とする。さらに、ダイパッド4dの第2辺4dfと反対側の第4辺4dh側に位置する第2ダウンボンド領域4diに接続される複数の第1ダウンボンド用ワイヤ5beのダウンボンド点同士を繋ぐことで規定される仮想線K3(第1方向Xに沿った方向に延びる仮想線)と、第4辺4dhとの距離をL3とすると、L3<L1<L2の関係となっている。
そして、ダイパッド4d(あるいはロジックチップ1)のどの辺においても、距離(間隔)L1が長さL2よりも小さく(短く)なるような位置に、ロジックチップ1を配置している。そのため、電源ICチップ2を、ロジックチップ1の辺1fとダイパッド4dの第1辺4deとの間、簡略すれば、ロジックチップ1と電気的に接続される複数の第1ダウンボンド用ワイヤ5baの各ダウンボンド点同士を結ぶ仮想線K1(第2方向Yに沿った方向に延びる仮想線)と、この仮想線K1と並ぶダイパッド4dの隣接辺(第1辺4de)との間に配置(搭載)することが困難になる。
そこで、本実施の形態のQFN9では、平面視において、ロジックチップ1の隣に配置する電源ICチップ2を、平面視でダイパッド4dの角部領域4dj(ダイパッド4dの第1辺4deに沿って設けられた第1ダウンボンド領域4ddと、第2辺4dfに沿って設けられた第2ダウンボンド領域4diとの間の領域)に配置することにより、ダイパッド4d(特に、上面4da)の外形サイズを小さくすることができる。換言すれば、平面視におけるダイパッド4dの各辺とロジックチップ1の各辺の距離(間隔)を小さくできる。これにより、QFN9の小型化を図ることができる。
すなわち、ロジックチップ1の電源を強化しつつ、複数の半導体チップが組み込まれるQFN(半導体装置)9の小型化を図ることができる。
なお、上記した課題(複数の半導体チップを搭載しつつ、ダウンボンディングを4辺に行う)に対する別の対応策として、ダイパッド4dの外形サイズを大きくすることが考えられる。しかし、ダイパッドの外形サイズを大きくすることが困難なのは、上記した以外にも、以下の理由がある。
すなわち、ダイパッド4dの下面4dbを封止体6から露出させる構造(所謂、タブ露出構造(ダイパッド露出構造))の場合は、完成した半導体装置が実装される実装基板(マザーボード)にも、このダイパッド4dに合わせて、大きな電極(ランド)を設ける必要がある。
そこで、本願発明者は、ダイパッド4dの上面(チップ搭載面)4daの外形サイズをダイパッド4dの下面(実装面)4dbよりも大きくする、すなわち、周縁部に形成される迫り出し部(後述する図10の段差部4f)の幅(ダイパッド4dの辺と交差する方向の長さ)をさらに大きくすることを検討した。しかし、この場合は、後述する樹脂封止工程において、この段差部4fの下方に樹脂が供給され難くなることがわかった。
つまり、ダイパッド4dの上面4daの大きさに制約があり、かつ4辺に亘ってダウンボンドが行われる半導体チップを搭載する半導体装置では、本実施の形態のQFN9のように、平面視で、ダイパッド4dの中央部にロジックチップ1を配置し、かつ角部領域4djに電源ICチップ2を配置するチップレイアウトを採用することが、QFN9の小型化を図る上で非常に有効である。特に、タブ露出構造のQFN9では、上記実装条件との兼ね合いから得られる効果も非常に大きい。
次に、図5および図6を用いて本実施の形態のQFN9におけるチップレイアウト(電源ICチップ2を配置するダイパッド4dの角部領域)を、別の表現で説明する。
図5に示すように、ロジックチップ1の表面1aは、一対の辺1fと、辺1fと交差する一対の辺1gと、辺1fと辺1gが交差する角部1hとを有している。また、複数のダウンボンド用ワイヤ5bは、ロジックチップ1の辺1fに沿って形成された複数の第1ダウンボンド用ワイヤ5baと、ロジックチップ1の辺1gに沿って形成された複数の第1ダウンボンド用ワイヤ5beとを有している。
また、複数の第1ダウンボンド用ワイヤ5baは、他の第1ダウンボンド用ワイヤ5baよりもロジックチップ1の角部1hに最も近い隣接ワイヤW1を有しており、一方、複数の第1ダウンボンド用ワイヤ5beは、他の第1ダウンボンド用ワイヤ5beよりもロジックチップ1の角部1hに最も近い隣接ワイヤW2を有している。
さらに、ダイパッド4dは、図5に示すように、第1辺4deと対向する第3辺4dgと、第2辺4dfと対向する第4辺4dhとを有している。また、他の角部よりもロジックチップ1の角部1hに最も近い角部4eを有しており、電源ICチップ2は、平面視においてロジックチップ1の角部1hと、ダイパッド4dの角部4eと、隣接ワイヤW1と、隣接ワイヤW2とによって囲まれる領域Q内に配置されている。
なお、ダイパッド4dにおいて、2つの隣接ワイヤW1,W2が接続されるそれぞれのダウンボンド点は、ロジックチップ1の幅(1つの辺1fまたは辺1g)内に位置している。ここで、上記幅内とは、隣接ワイヤW1(または隣接ワイヤW2)と、平面視において交差するロジックチップ1の辺1fの両端に繋がる2つの辺1gのそれぞれの延長線S(図6参照)に挟まれるダイパッド4d上の領域R内を意味している。
ただし、電源ICチップ2の外形サイズが小さい場合、隣接ワイヤW1,W2は、ロジックチップ1の上記幅内に位置していなくてもよい。すなわち、隣接ワイヤW1,W2は、ダイパッド4dの上面4daにおける角部に接続されてもよい。
また、図5に示すように、電源ICチップ2は、その表面2aの複数の辺に沿って形成された複数のパッド2cで囲まれる第2領域2eが、平面視において、ダイパッド4dの上面4daの2つの対角線T(封止体6の対角線T、吊りリード4cの延長線U)の何れかの一部と重なるようにダイパッド4dの上面4daに搭載(配置)されている。ただし、ダイパッド4dの上面4daが比較的大きな面積を有している場合には、必ずしも電源ICチップ2の第2領域2eは、ダイパッド4dの上面4daの2つの対角線T(封止体6の対角線T、吊りリード4cの延長線U)の何れかの一部と重なるように搭載されていなくてもよい。
なお、仮想線K1と第1辺4deとの間隔をL1とし、電源ICチップ2の短辺の長さをL2として、L1<L2の関係の場合であっても、ロジックチップ1とダイパッド4dの第1辺4deの間隔が電源ICチップ2の短辺L2よりも大きい場合には、図6に示すように、電源ICチップ2の一部が、平面視において、ロジックチップ1とダイパッド4dの上面4daの第1辺4deとの間に位置していてもよい。
この場合においても、電源ICチップ2は、その表面2aの複数の辺に沿って形成された複数のパッド2cで囲まれる第2領域2e(図5参照)が、平面視において、ダイパッド4dの上面4daの2つの対角線T(封止体6の対角線T、吊りリード4cの延長線U)の何れかの一部と重なるようにダイパッド4dの上面4daに搭載(配置)されている。
このようにロジックチップ1の隣に配置する電源ICチップ2を、平面視において、ロジックチップ1の角部1hと、ダイパッド4dの角部4eと、隣接ワイヤW1と、隣接ワイヤW2とによって囲まれる領域Q内に配置することにより、複数の半導体チップが搭載されたQFN9の小型化を図ることができる。
なお、QFN9において、各リード4aや吊りリード4c、およびダイパッド4dは、例えば、銅合金から成るが、銅合金以外の鉄−ニッケル合金等から成ってもよく、また、ワイヤ5は、例えば、金線(金ワイヤ)等である。さらに、封止体6は、例えば、エポキシ系樹脂等の封止用樹脂によって形成されている。
≪半導体装置の製造方法≫
次に、本実施の形態のQFN(半導体装置)9の製造方法について説明する。
図7は実施の形態の半導体装置の製造において使用する基材(リードフレーム)の平面図、図8は図7に示す基材の1つのデバイス領域における上面(チップ搭載面)側の平面図、図9は図7に示す基材の1つのデバイス領域における下面(実装面)側の平面図、図10は図8に示すX−X線に沿った断面図、図11は図8に示すY−Y線に沿った断面図である。さらに、図12は実施の形態のダイボンディング工程後の状態を説明する平面図、図13は図12に示すX−X線に沿った断面図、図14は実施の形態のワイヤボンディング工程後の状態を説明する平面図、図15は図14に示すX−X線に沿った断面図である。
1.リードフレーム準備
まず、図7に示すようなデバイス領域4gが複数形成された薄板状のリードフレーム(基材)4を準備する。デバイス領域4gは、1つのQFN9が形成される領域であり、ここでは、複数のデバイス領域4gが一括して樹脂で封止される、所謂一括モールド方式を採用した組み立てについて説明する。なお、各工程では、便宜上、1つのデバイス領域4gのみを取り上げた図を用いて説明する。
図8に示すように、1つのデバイス領域4gには、1つのダイパッド(チップ搭載部、タブ)4dと、このダイパッド4dを支持する複数の吊りリード4cと、ダイパッド4dの隣(周囲)に配置され、かつ複数の吊りリード4cのうちの互いに隣り合う吊りリード4c間に配置された複数のリード4aとが形成されている。すなわち、ダイパッド4dは、複数のリード4aの間に位置している。
そこで、複数のデバイス領域4gを有する図7に示すリードフレーム4を準備する。
なお、各デバイス領域4gは、枠部4hによって囲まれている。すなわち、枠部4hは、複数のデバイス領域4gを囲むように設けられており、複数のリード4aや複数の吊りリード4cが枠部4hによって支持されている。
また、リードフレーム4には、ダイシング領域4iが形成されている。このダイシング領域4iは、リードフレーム4において、互いに隣り合うデバイス領域4gの間の領域であり、樹脂モールド後にダイサーで切断して個片化する領域である。
また、図8に示すように、各吊りリード4cのダイパッド4d側の端部とは反対側の端部は、二股に分かれた分岐部4caとなっている。さらに、図11に示すように、各吊りリード4cそれぞれにおいて、ダイパッド4dから分岐部4caまでの領域は、ハーフエッチング等によってダイパッド4dや図10のリード4aに比べて厚さが薄く形成されている。
また、ダイパッド4dには、図9〜図11に示すように、その周縁部の厚さが薄くなるように段差部(迫り出し部)4fが形成されている。本実施の形態では、ダイパッド4dの下面4dbの周縁部をハーフエッチすることにより、図9に示すように、ダイパッド4dの下面4db側の周縁部全体に亘って段差部4fを形成している。これにより、ダイパッド4dにおいては、その上面(チップ搭載面)4daが下面4dbより突出して、上面4daの面積の方が下面4abより大きくなっており、複数の半導体チップを搭載するのに有効になっている。
なお、リード4aの一部として、例えば、ダイパッド4dと対向する先端部の厚さも、ダイパッド4dと同様に、薄く形成してもよい。
また、段差部4fは、例えばハーフエッチングにより形成されるものであるが、プレス加工等によって形成してもよい。
また、リードフレーム4のそれぞれのリードパターンは、エッチング加工によって形成されたものである。
2.ダイボンド
その後、ダイボンディングを行う。ダイボンディング工程では、図12および図13に示すように、ダイボンド材である接着材7を介して各半導体チップをダイパッド4dの上面4daに搭載する。接着材7は、フィルム状の接着材7を採用することが好ましいが、ペースト状の接着材7を使用してもよい。
本ダイボンディング工程では、まず、ダイパッド4dの上面4daに電源ICチップ2を搭載し、その後、メモリチップ3を搭載し、最後にロジックチップ1をメモリチップ3上に搭載する。この時、電源ICチップ2は、図6に示す平面視において、ダイパッド4dの上面4daの角部(領域Q)内に搭載する。もしくは、電源ICチップ2を、図5に示す平面視において、その第2領域2eが、ダイパッド4dの上面4daの2つの対角線T(封止体6の対角線T、吊りリード4cの延長線U)の何れかの一部と重なるような位置に搭載(配置)する。
その後、図12に示すように、メモリチップ3をダイパッド4dの略中央部に搭載し、さらにメモリチップ3上にロジックチップ1を搭載(積層)する。
この時、ロジックチップ1は、図5に示す平面視において、その第1領域1eが、ダイパッド4dを支持する複数の吊りリード4cのそれぞれの延長線Uが交わる点Pと重なるように搭載する。さらに、図12および図13に示すように、下段のメモリチップ3の複数のパッド3c(パッド群3d)が露出するようにロジックチップ1を搭載する。すなわち、ダイパッド4dの電源ICチップ2が搭載された側と反対側に向けて上段側のロジックチップ1から迫り出すように、メモリチップ3を搭載する。これにより、メモリチップ3の複数のパッド3cは、にロジックチップ1から露出する。
ただし、3つの半導体チップの搭載順は、最初にメモリチップ3を搭載し、その後、電源ICチップ2を搭載し、最後にロジックチップ1を搭載する順番としてもよい。
3.ワイヤボンド
その後、図14および図15に示すように、ワイヤボンディングを行う。
本実施の形態におけるワイヤボンディング工程では、まず、チップ間接続を行う。ここでは、ロジックチップ1のパッド1cとメモリチップ3のパッド3cをワイヤ(チップ間ワイヤ)5cbを介して電気的に接続し、ロジックチップ1のパッド1cと電源ICチップ2のパッド2cをワイヤ(チップ間ワイヤ)5caを介して電気的に接続する。このとき、本実施の形態では、ロジックチップ1側をワイヤの1st側とし、電源ICチップ2およびメモリチップ3側のそれぞれをワイヤの2nd側としている。すなわち、ロジックチップ1のパッド1cにワイヤの一部を接続した後、電源ICチップ2およびメモリチップ3側のそれぞれのパッド2c、3cにワイヤの他部を接続している。なお、本実施の形態では、メモリチップ3とロジックチップ1の接続を行った後、電源ICチップ2とロジックチップ1の接続を行う順番について説明したが、電源ICチップ2とロジックチップ1の接続を行った後、メモリチップ3とロジックチップ1の接続を行ってもよい。
次に、各半導体チップのダウンボンディング(半導体チップとダイパッド4dを電気的に接続するワイヤボンディング)を行う。ここでは、まず、電源ICチップ2とメモリチップ3のダウンボンディングを行う。すなわち、メモリチップ3のパッド3cとダイパッド4dとを第2ダウンボンド用ワイヤ5bbを介して電気的に接続し、電源ICチップ2のパッド2cとダイパッド4dとを第3ダウンボンド用ワイヤ5bcを介して電気的に接続する。その後、ロジックチップ1のパッド1cとダイパッド4dとを第1ダウンボンド用ワイヤ5baを介して電気的に接続する。なお、本実施の形態では、メモリチップ3とダイパッド4dの接続を行った後、電源ICチップ2とダイパッド4dの接続を行う順番について説明したが、電源ICチップ2とダイパッド4dの接続を行った後、メモリチップ3とダイパッド4dの接続を行ってもよい。このとき、本実施の形態では、各半導体チップ1、2、3側をワイヤの1st側とし、ダイパッド4d側のそれぞれをワイヤの2nd側としている。すなわち、各半導体チップ1、2、3にワイヤの一部を接続した後、ダイパッド4dにワイヤの他部を接続している。
なお、ワイヤの2nd側の傾斜角度(ワイヤが接続される表面に対する角度)は、ワイヤの1st側の傾斜角度よりも小さい。そのため、複数のパッド3cのうち、ダイパッド4dと繋がるワイヤ5bcが接続されるパッド3cと、ロジックチップ1と繋がるワイヤ5cbが接続されるパッド3cの間隔(距離)が小さい(近い)場合において、メモリチップ3とダイパッド4dの接続を行ってから、ロジックチップ1とメモリチップ3の接続を行うと、ワイヤボンディング工程で使用する、キャピラリ(図示省略)がワイヤ5bcと接触し、このワイヤ5bcを変形させる恐れがある。しかしながら、本実施の形態では、上記のように、ロジックチップ1とメモリチップ3の接続を行ってから、メモリチップ3とダイパッド4dの接続を行っているため、上記のパッド3cの間隔(距離)が小さい(近い)場合であっても、ワイヤの変形を抑制できる。
次に、電源ICチップ2とリード4a間の接続を行う。すなわち、電源ICチップ2のパッド2cとこれに対応するリード4aとを第2リード用ワイヤ5adや第2リード用ワイヤ5ad1を介して電気的に接続する。
そして、ロジックチップ1とリード4a間の接続を行う。すなわち、ロジックチップ1のパッド1cとこれに対応するリード4aとを第1リード用ワイヤ5aa,5ab,5ab1,5acを介して電気的に接続する。この時、ループ高さが低い方から、第1リード用ワイヤ5ac,5ab,5aaの順に接続する。なお、第1リード用ワイヤ5ab1は、電源ICチップ2を飛び越えさせ、かつ第2リード用ワイヤ5ad1を接続したリード4aと同じリード4aに接続する(図14に示す例では2箇所)。
これにより、チップ−リード4a間におけるループ高さは、低い方から順に、第2リード用ワイヤ5ad(5ad1)、第1リード用ワイヤ5ac、5ab(5ab1)、5aaとなっている。
4.モールド
その後、樹脂モールドを行う。
図16は実施の形態のモールド(樹脂封止)工程において、各デバイス領域に対するゲートの位置を示す平面図、図17は図16に示す基材が配置されたキャビティ内に樹脂が供給される状態を説明する断面図、図18は図7のリードフレームのデバイス領域に対するゲートの位置に関する実施の形態の上位思想を説明する平面図である。さらに、図19は図18に示す基材が配置されたキャビティ内に樹脂が供給される状態を説明する断面図、図20は図7のリードフレームのデバイス領域に対するゲートの位置に関する実施の形態の上位思想を説明する平面図、図21は図20のZ1部をA方向から眺めた概念図である。
また、図22は図7のリードフレームのデバイス領域に対するゲートの位置に関する実施の形態の上位思想を説明する平面図、図23は図22のZ2部をA方向から眺めた概念図、図24は図7のリードフレームのデバイス領域に対するゲートの位置に関する実施の形態の上位思想を説明する平面図、図25は図24のZ3部をA方向から眺めた概念図である。さらに、図26は図7のリードフレームのデバイス領域に対するゲートの位置に関する実施の形態の上位思想を説明する平面図、図27は図26のZ4部をA方向から眺めた概念図、図28は図7のリードフレームのデバイス領域に対するゲートの位置に関する実施の形態の上位思想を説明する平面図、図29は図28のZ5部をA方向から眺めた概念図である。
本樹脂モールド工程では、3つの半導体チップ(ロジックチップ1、電源ICチップ2、メモリチップ3)や複数のワイヤ5を図17に示す樹脂10で封止する。その際、本実施の形態の樹脂モールドは、一括モールド方式であるため、複数の半導体チップを1つのキャビティ内に配置し、この複数の半導体チップを纏めて樹脂10で封止するものである。
また、QFN9は、タブ露出型であるため、図16および図17に示すように、複数のリード4aのそれぞれの下面4abが、図2に示すように封止体6の下面6bから露出するように、樹脂10で3つの半導体チップ、リード4aとダイパッド4dの一部および複数のワイヤ5を封止する。
また、ダイパッド4dの下面4dbやリード4aの下面4abを露出させるために、図17に示すように、リードフレーム4の下面(実装面、ダイパッド4dの下面4dbやリード4aの下面4ab)にテープ11を貼り付けた状態で樹脂モールドを行う。
なお、テープ11は、基材(基材層)11aと、基材11aの表面に形成された接着層11bから成り、樹脂充填時に、ダイパッド4dの下面(実装面)4dbやリード4aの下面(実装面)4abに樹脂10が回り込むのを抑制するものである。
まず、一対の上型12と下型13を備えたモールド金型の下型13上にワイヤボンディング工程を終えたリードフレーム4を、下型13とリードフレーム4の間にテープ11が介在するように配置する。
その際、図16および図17に示すように、ダイパッド4dの電源ICチップ2が搭載された側からその反対側に対して樹脂流動方向14が形成されるように、下型13上にリードフレーム4をセットする。
言い換えると、ロジックチップ1において、メモリチップ3が迫り出した辺1gとは反対側の辺1g(図16ではロジックチップ1の上辺)側から樹脂10が供給されて樹脂流動方向14が形成されるようにリードフレーム4をセットする。
セット後、上型12のキャビティ12aによって複数のデバイス領域4gを覆うように、下型13と上型12をクランプし、その後、ゲート12bからエアベント12cに向けて樹脂10をキャビティ12a内に供給(注入)する。
なお、ダイパッド4dには、その上面(チップ搭載面)4daが下面4dbより突出した段差部4fが周縁部に設けられているため、樹脂10がこの段差部4fに回り込んで封止体6が形成される。
この段差部4fが形成されていることにより、ダイパッド4dの露出する下面4dbの面積を抑えて実装基板に対する実装条件を向上させることができる。また、上面4daの面積を大きくして複数の半導体チップを搭載するのに効果を生み出している。
本実施の形態の樹脂モールドでは、図18および図19に示すように、ロジックチップ1のメモリチップ3が迫り出した辺1gとは反対側の辺1g側から樹脂10が供給されて樹脂流動方向14が形成されるようになっている。したがって、図19に示す下段のメモリチップ3から上段のロジックチップ1が迫り出したことにより形成されるロジックチップ1とダイパッド4dの間の隙間15に樹脂10を充填することができる。
すなわち、隙間15の開口している側に向けて樹脂10が流れていくため、隙間15に樹脂10を充填することができ、この隙間15におけるボイドの発生を低減することができる。このことは、電源ICチップ2の搭載の有無に関わらず、電源ICチップ2が搭載されている場合であっても、もしくは搭載されていない場合であってもボイド発生の低減化の効果を得ることができる。
次に、図20は、同一のリード4aに対してロジックチップ1と電源ICチップ2からワイヤ接続が行われた箇所(Z1部)におけるワイヤショート対策を説明するものであり、ロジックチップ1が半導体チップを介さずに直接ダイパッド4dに搭載されている構造を対象とした図である。
なお、QFN9では、ロジックチップ1と電源ICチップ2には、クロック用の電源を供給しているが、共に同じ電源電位であるため、使用するリード4aを共通化してリード4aの本数を低減化するものである。したがって、QFN9では、電源ICチップ2を飛び越えて(跨いで)ロジックチップ1からリード4aに接続される第1リード用ワイヤ5ab1が存在している。この第1リード用ワイヤ5ab1は、図21に示すように電源ICチップ2を跨いでおり、かつ、第1リード用ワイヤ5ab1が接続されるリード4aの上面(ワイヤ接続面)4aaが、ロジックチップ1が搭載されるダイパッド4dの上面(チップ搭載面)4daと同じ高さに位置しているため、ワイヤ長が非常に長い。また、同じリード4aに接続された第2リード用ワイヤ5ad1に比較してワイヤループの高さを高くしている。
さらに、図19に示す上型12のキャビティ12a内において、ゲート12b側における樹脂10の充填圧力は、エアベント12c側における樹脂10の充填圧力よりも低い。したがって、樹脂モールド工程では、図20に示すように第1リード用ワイヤ5ab1がゲート12b側に位置するように、リードフレーム4を上型12のキャビティ12a内に配置して樹脂10の供給を行う。言い換えると、第1リード用ワイヤ5ab1が配置された側から樹脂10を供給する。
これにより、ワイヤ長が長い第1リード用ワイヤ5ab1が配置された箇所においても、ワイヤ流れによるワイヤショートの発生を抑えることができる。
また、図22は、ロジックチップ1がメモリチップ3上に積層された構造において、上記同様に同一のリード4aに対してロジックチップ1と電源ICチップ2からワイヤ接続が行われた箇所(Z2部)におけるワイヤショート対策を説明するものである。
図22に示す構造では、ロジックチップ1がメモリチップ3上に積層されているため、図23に示すように、ロジックチップ1と第1リード用ワイヤ5ab1の接続点(本実施の形態では1stボンド点)は、電源ICチップ2と第2リード用ワイヤ5ad1との接続点(本実施の形態では1stボンド点)よりも高い位置となっている。
したがって、図23に示すように、第1リード用ワイヤ5ab1のワイヤ長は、図20のZ1部(図21参照)の第1リード用ワイヤ5ab1に比較して短くなっているが、それでもワイヤ流れが発生し易い。しかしながら、本実施の形態では、図22に示すように、第1リード用ワイヤ5ab1がゲート12b側に位置するように、リードフレーム4を上型12のキャビティ12a内に配置して樹脂10の供給を行っている。さらに、本実施の形態では、同じリード4aに接続された第2リード用ワイヤ5ad1に比較してワイヤループの高さを高くしている。そのため、ワイヤ流れによるワイヤショートの発生を抑制することができる。
また、ロジックチップ1のメモリチップ3が迫り出した辺1gとは反対側の辺1g側から樹脂10が供給されて樹脂流動方向14が形成されるようになっているため、ロジックチップ1とダイパッド4dの間の隙間15に樹脂10を充填することができ、この隙間15におけるボイドの発生を抑制することができる。
次に、図24に示す構造は、樹脂モールド時のエアベント12c側でのワイヤショート対策を示すものであり、ロジックチップ1が半導体チップを介さずに直接ダイパッド4dに搭載されている構造を対象とするとともに、ロジックチップ1以外の半導体チップは搭載されていない構造を示す図である。
なお、樹脂充填時、図19に示す上型12のキャビティ12a内において、エアベント12c側では、様々な方向から樹脂10が流れてくる。また、エアベント12c側では、樹脂10の硬化がゲート12b側に比較して進んでいる。そのため、樹脂10の充填圧力が高く、その結果、ワイヤ5が倒され易いという課題が発生する。
そこで、図25(図24のZ3部)に示すように、互いに隣り合うワイヤ同士でそのループ高さに差をつけることにより、ワイヤ5が倒されても互いに接触しないようにするものである。
すなわち、図24のロジックチップ1の辺1f(樹脂流動方向14)に沿って設けられたパッド1cに接続されたワイヤ5を対象として(反対側の辺1fについても同様)、特にエアベント12c側に形成されるワイヤ5に対して、図25に示すようにループ高さに差をつけている。具体的には、それぞれ隣り合うリード4aに接続する隣り合った第1リード用ワイヤ5aaと第1リード用ワイヤ5abとでは、第1リード用ワイヤ5aaのループ高さを高くし、さらに、第1リード用ワイヤ5aaの隣の第1ダウンボンド用ワイヤ5baともなるべく大きな高低差がつくような配置となっている。
これにより、ワイヤ流れが発生し易いエアベント12c側においてもワイヤショートの発生を抑制することができる。
また、図26は、ロジックチップ1がメモリチップ3上に積層され、かつロジックチップ1とメモリチップ3以外の半導体チップは搭載されていない構造において、上記同様に樹脂モールド時のエアベント12c側でのワイヤショート対策を示すものである。
すなわち、図27(図26のZ4部)に示すように、図26のロジックチップ1の辺1f(樹脂流動方向14)に沿って設けられたパッド1cに接続されたワイヤ(ワイヤ流れと交差する方向に形成されたワイヤ)5を対象として(反対側の辺1fについても同様)、特にエアベント12c側に形成されるワイヤ5に対して、図27に示すようにループ高さに差をつけている。
具体的には、図25と同様に、それぞれ隣り合うリード4aに接続する隣り合った第1リード用ワイヤ5aaと第1リード用ワイヤ5abとでは、第1リード用ワイヤ5aaのループ高さを高くし、さらに、第1リード用ワイヤ5aaの隣の第1ダウンボンド用ワイヤ5baともなるべく大きな高低差がつくような配置となっている。
つまり、エアベント12c側に形成されたワイヤ5であることに対してと、樹脂流動方向14に交差する方向に形成されたワイヤ5であることに対してと、両者に対してワイヤ流れによるワイヤショートの抑制の効果を得ることができる。
また、図28に示す構造は、図26の構造の変形例であり、ロジックチップ1のエアベント12c側の辺1gのパッド1cに接続された複数のワイヤ5を対象としてのワイヤショート対策を示すものである。
すなわち、樹脂流動方向14と交差する方向に形成されたワイヤ5とは異なるものの、エアベント12c側ではワイヤ流れによるワイヤショートが発生し易いため、図29(図28のZ5部)に示すように、図28のロジックチップ1のエアベント12c側の辺1gに設けられたパッド1cに接続された複数のワイヤ5に対して、ループ高さに差をつけたものである。
具体的には、それぞれ隣り合うリード4aに接続する隣り合った第1リード用ワイヤ5acと第1リード用ワイヤ5abとでは、第1リード用ワイヤ5abのループ高さを高くし、さらに、第1リード用ワイヤ5abの隣の第1ダウンボンド用ワイヤ5baともなるべく大きな高低差がつくような配置となっている。
これにより、エアベント12c側に形成された複数のワイヤ5(樹脂流動方向14に沿った方向に形成されたワイヤ5)に対しても、ワイヤショートの抑制の効果を得ることができる。
樹脂10の充填完了後、樹脂10を硬化させることで、後述する図30〜図32に示す封止体6を形成し、これにより、樹脂モールド工程を完了する。
図30は実施の形態のモールド工程後の構造を封止体を透過させた透過平面図、図31は図30の裏面(実装面)側の平面図、図32は図30に示すX−X線に沿った断面図、図33は実施の形態のメッキ工程後の構造の裏面(実装面)側の下面図、図34は図33に示すX−X線に沿った断面図である。
5.マーク
樹脂モールド終了後、マークを付す。本マーク工程では、図1に示すように封止体6の表面6aに、製品名等のマーク6dを形成する。マーク6dは、例えば、印刷もしくはレーザー等を照射して形成する。
マーク形成後、封止体6の下面6b(リードフレーム4の下面)から図19に示すテープ11を剥離する。これにより、図31および図32に示すように、封止体6の下面6bに各リード4aの下面4abおよびダイパッド4dの下面4dbが露出した状態となる。
なお、マーク形成の前にテープ11の剥離を行ってもよく、その場合には、テープ剥離後に、封止体6の表面6aにマーク6dを付す。
6.メッキ
その後、メッキ形成を行う。本メッキ工程では、図33および図34に示すように、封止体6から露出する各リード4aの下面4abおよびダイパッド4dの下面4dbのそれぞれに外装メッキ(メッキ膜、メッキ層)8を形成する。ここで、本実施の形態の外装メッキ8は、鉛(Pb)を実質的に含まない、所謂、鉛フリー半田メッキからなり、例えば錫(Sn)のみ、錫−ビスマス(Sn−Bi)、または錫−インジウム(Sn−In)等である。
これにより、環境汚染問題にも対応できる。なお、鉛フリー半田とは、鉛(Pb)の含有量が0.1wt%以下のものを意味し、この含有量は、RoHS(Restriction of Hazardous Substances)指令の基準として定められている。
7.個片化
その後、個片化を行う。本個片化工程では、図7に示すリードフレーム4のダイシング領域4iと、先の封止(樹脂モールド)工程において形成された図32の封止体(樹脂ブロック)6のうち、このダイシング領域4i上に形成された部分(封止体6の一部)を切断することで、繋がった複数のデバイス領域4gを個々に分割する。
なお、本実施の形態では、切断手段として回転する図示しないブレード(ダイシングブレード、回転刃)を用いており、このブレードをリードフレーム4のダイシング領域4i内に走行させることで、リードフレーム4の枠部4hの一部およびタイバーを除去し、その結果、デバイス領域4gをリードフレーム4から切り離す。
これにより、QFN9の組み立てを終了する。
なお、本実施の形態では、各部(ダウンボンド領域、辺、領域等)の箇所(対応関係)を明確にするために、「第1」、「第2」といった用語を各名詞の前に記載したが、必ずしも、その符号に相当する名詞が「第1」、「第2」という意味ではない。例えば、「ダウンボンド領域4dd」は、必ずしも「第1ダウンボンド領域」ではなく、説明する順番によっては、「ダウンボンド領域4dd」は「第2ダウンボンド領域」と説明してもよい。
以上、本発明者によってなされた発明を発明の実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記発明の実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることは言うまでもない。
(変形例1)
上記実施の形態の半導体装置は、ロジックチップと電源ICチップのチップレイアウト、および樹脂モールド時のロジックチップの下部の隙間のボイド対策(メモリチップのパッド(ボンディングパッド:ワイヤ接続される部分)が形成された辺とは反対の辺側から樹脂を供給する)については、ワイヤ流れによるワイヤショート対策を考慮しなければ、QFN以外の半導体装置であってもよい。
つまり、上記のようにワイヤ流れによるワイヤショート対策を考慮しなければ、例えば半導体装置は、QFP(Quad Flat Package)等であってもよい。この場合、半導体装置の構造(形態)としては、ダイパッドが封止体から露出しない、すなわちダイパッドの上面(チップ搭載面)がリードの上面(ワイヤ接続面)よりも上方に位置するように吊りリードがオフセット(アップセット)加工された、所謂タブ内蔵型のQFNや、リードの上面(ワイヤ接続面)とダイパッドの上面(チップ搭載面)が面一(同じ高さ)ではないQFPであってもよい。
(変形例2)
図35は図7のリードフレームのデバイス領域に対するゲートの位置に関する変形例2を説明する平面図、図36は図35に示す基材が配置されたキャビティ内に樹脂が供給される状態を説明する断面図である。なお、図35では、便宜上、図を見易くするために最低限のワイヤ5のみを表示している。
図35に示す変形例2は、ダイパッド4dの電源ICチップ2が搭載された側であるゲート12b側の段差部(迫り出し部)4fの突出量(迫り出し量)を、その反対側であるエアベント側より大きく形成したものである。
この場合、図36に示すように、段差部(迫り出し部)4fの突出量(迫り出し量)が大きくても、樹脂充填時に段差部(迫り出し部)4fの下方部分にも樹脂10を回り込ませる(充填する)ことができる。
したがって、段差部(迫り出し部)4fの下方部分に樹脂10を充填して上記下方部分における樹脂未充填不良を抑制しながら、図35に示すように、ある半導体チップ(例えば、ロジックチップ1)の真横(ダウンボンド点Vとこのダウンボンド点Vに隣接するダイパッド4dの辺Hとの間の領域)に別の半導体チップ(例えば、電源ICチップ2)を配置(搭載)することができる。
(変形例3)
図37は図7のデバイス領域に対するゲートの位置に関する変形例3を説明する平面図である。
上記実施の形態では、半導体装置の組み立てにおける樹脂モールドを一括モールド方式で行う場合を説明したが、上記樹脂モールドは、一括モールド方式に限らず、個片モールド方式で行ってもよい。上記個片モールド方式は、複数の半導体チップを複数のキャビティ内にそれぞれに配置し、この複数の半導体チップを金型の各キャビティに供給された樹脂でそれぞれ封止する方式(金型の各キャビティとリードフレームの各デバイス領域とが1対1となるように各キャビティで各デバイス領域を覆って樹脂モールドする方式)である。
なお、個片モールド方式により上記した各課題を考慮した場合は、図37に示すように、デバイス領域4gの角部のうち、電源ICチップ2に最も近い角部に金型のゲート12b(樹脂を供給する部分)を配置して樹脂モールドを行うことが好ましい。
その他、実施の形態に記載された内容の一部を以下に記載する。
[項1]
以下の工程を含む、半導体装置の製造方法:
(a)平面形状が四角形から成るダイパッド、前記ダイパッドを支持する複数の吊りリード、及び前記ダイパッドの周囲に配置され、かつ前記複数の吊りリードのうちの互いに隣り合う吊りリード間に配置された複数のリードを有するリードフレームを準備する工程;
(b)前記(a)工程の後、平面形状が四角形から成る第1主面、前記第1主面に形成された複数の第1ボンディングパッド、および前記第1主面とは反対側の第1裏面を有する第1半導体チップを前記ダイパッド上に搭載する工程;
(c)前記(b)工程の後、平面形状が四角形から成る第2主面、前記第2主面に形成された複数の第2ボンディングパッド、および前記第2主面とは反対側の第2裏面を有する第2半導体チップを前記第1半導体チップの前記第1主面上に搭載する工程;
(d)前記(c)工程の後、前記第1および第2半導体チップを樹脂で封止する工程;
ここで、
前記(c)工程では、前記第1半導体チップの前記複数の第1ボンディングパッドが前記第2半導体チップから露出し、かつ前記第2半導体チップの一部が前記第1半導体チップから迫り出すように、前記第2半導体チップを前記第1半導体チップ上に搭載し、
前記(d)工程では、前記第2半導体チップの前記一部側から前記樹脂を供給する。
1 ロジックチップ
1a 表面(主面)
1b 裏面
1c パッド
1d パッド群
1e 第1領域
1f,1g 辺
1h 角部
2 電源ICチップ
2a 表面(主面)
2b 裏面
2c パッド
2d パッド群
2e 第2領域
3 メモリチップ
3a 表面(主面)
3b 裏面
3c パッド
3d パッド群
4 リードフレーム
4a リード
4aa 上面
4ab 下面
4b リード群
4c 吊りリード
4ca 分岐部
4d ダイパッド
4da 上面
4db 下面
4dc,4dd ダウンボンド領域
4de,4df,4dg,4dh 辺
4di ダウンボンド領域
4dj 角部領域
4e 角部
4f 段差部
4g デバイス領域
4h 枠部
4i ダイシング領域
5 ワイヤ
5a,5aa,5ab,5ab1,5ac,5ad,5ad1 リード用ワイヤ
5b,5ba,5bb,5bc ダウンボンド用ワイヤ
5bd ダウンボンドワイヤ群
5be ダウンボンド用ワイヤ
5c,5ca,5cb チップ間ワイヤ
6 封止体
6a 表面
6b 下面
6c 側面
6d マーク
7 接着材
8 外装メッキ
9 QFN(半導体装置)
10 樹脂
11 テープ
11a 基材
11b 接着層
12 上型
12a キャビティ
12b ゲート
12c エアベント
13 下型
14 樹脂流動方向
15 隙間

Claims (8)

  1. 平面形状が四角形から成る上面、および前記上面とは反対側の下面を有するダイパッドと、
    前記ダイパッドの各角部をそれぞれ支持する複数の吊りリードと、
    平面視において前記ダイパッドの各辺に沿ってそれぞれ配置された複数のリード群と、
    平面形状が四角形から成る第1主面、前記第1主面の各辺に沿ってそれぞれ形成された複数の第1パッド群、および前記第1主面とは反対側の第1裏面を有し、前記第1裏面が前記ダイパッドの前記上面と対向し、かつ、平面視において前記第1主面の各辺が前記ダイパッドの前記上面の各辺とそれぞれ並ぶように、前記ダイパッドの前記上面上に、かつ、平面視において前記ダイパッドの中央部に配置された第1半導体チップと、
    平面形状が四角形から成る第2主面、前記第2主面に形成された第2パッド群、および前記第2主面とは反対側の第2裏面を有し、前記ダイパッドの前記上面上に、かつ、平面視において前記第1半導体チップの隣に配置された第2半導体チップと、
    前記第1半導体チップの前記複数の第1パッド群と前記ダイパッドの複数のダウンボンド領域を、それぞれ電気的に接続する複数の第1ダウンボンドワイヤ群と、
    を含み、
    前記第2半導体チップの前記第2主面の辺の長さは、前記ダイパッドの前記複数のダウンボンド領域のうちの第1ダウンボンド領域と、前記ダイパッドの前記上面の複数の辺のうちの前記第1ダウンボンド領域に最も近い第1ダイパッド辺との距離よりも大きく、
    前記第2半導体チップは、平面視において、前記ダイパッドの前記第1ダイパッド辺に沿って設けられた前記第1ダウンボンド領域と、前記第1ダイパッド辺と交差する第2ダイパッド辺に沿って設けられた第2ダウンボンド領域との間の角部領域に配置されている、半導体装置。
  2. 請求項1に記載の半導体装置において、
    前記第2半導体チップの一部は、平面視において、前記第1半導体チップと前記ダイパッドの前記上面の辺との間に位置する、半導体装置。
  3. 請求項2に記載の半導体装置において、
    前記第1半導体チップは、前記第1半導体チップの前記第1主面の各辺に沿って形成された複数の第1パッドで囲まれる第1領域が、平面視において、前記複数の吊りリードのそれぞれの延長線が交わる点と重なるように前記ダイパッドの前記上面に搭載されている、半導体装置。
  4. 請求項3に記載の半導体装置において、
    前記第2半導体チップは、前記第2半導体チップの前記第2主面の複数の辺に沿って形成された複数の第2パッドで囲まれる第2領域が、平面視において、前記ダイパッドの前記上面の2つの対角線の何れかの一部と重なるように前記ダイパッドの前記上面に搭載されている、半導体装置。
  5. 請求項3に記載の半導体装置において、
    前記第1半導体チップは、前記ダイパッドの前記上面に搭載された第3半導体チップ上に積層され、
    前記第3半導体チップは、前記ダイパッドの前記第2半導体チップが搭載された側と反対側に向けて前記第1半導体チップから迫り出している、半導体装置。
  6. 請求項3に記載の半導体装置において、
    前記ダイパッドに、前記上面が前記下面より突出した段差部が形成されている、半導体装置。
  7. 請求項6に記載の半導体装置において、
    前記段差部は、その突出量が、前記ダイパッドの前記第2半導体チップが搭載された側の方がその反対側より大きく形成されている、半導体装置。
  8. 請求項7に記載の半導体装置において、
    前記第1,2および3半導体チップを封止する封止体が形成され、前記封止体の裏面に前記ダイパッドの前記下面が露出している、半導体装置。
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