JP2015043465A

JP2015043465A - 半導体装置

Info

Publication number: JP2015043465A
Application number: JP2014242945A
Authority: JP
Inventors: 哲板谷; Satoru Itaya; 大佐々木; Masaru Sasaki; 片桐　光昭; Mitsuaki Katagiri; 光昭片桐
Original assignee: PS4 Luxco SARL
Current assignee: PS4 Luxco SARL
Priority date: 2014-12-01
Filing date: 2014-12-01
Publication date: 2015-03-05

Abstract

【課題】半導体装置の小型化を実現する。
【解決手段】本発明の方法は、複数のボンドパッド５を有する配線基板２上に、複数の電極パッド４を有する半導体チップ１を実装することと、各電極パッド４と、複数のボンドパッド５の対応する１つとを、複数のワイヤ３０の対応する１つによって接続することと、を含んでいる。複数のワイヤ３０の少なくとも１つは、対応する電極パッド４から略垂直に立ち上がって半導体チップ１から離間した後、半導体チップ１の端部に向けて斜めに降下して半導体チップ１に接近し、その後再び立ち上がって半導体チップ１から離間した後に対応するワイヤボンドパッド５に向けて降下しており、少なくとも１つのワイヤ３０は、対応する電極パッド４と対応するワイヤボンドパッド５との間で連続的であってステッチを有していない。
【選択図】図８

Description

本発明は、配線基板上に半導体チップが実装された半導体装置に関するものである。

半導体チップの集積度は年々向上している。半導体チップの集積度の向上に伴って、半導体チップは高密度化、高性能化され、動作速度も高速化されている。また、半導体チップを含む半導体装置（「半導体パッケージ」と呼ばれる場合もある。）に対しても、小型化、薄型化の要求が高まってきている。小型化を目的とした半導体装置の構造としては、例えばＢＧＡ（ＢａｌｌＧｒｉｄＡｒｒａｙ）構造やＣＳＰ（ＣｈｉｐＳｉｚｅＰａｃｋａｇｅ）構造などが知られている。これらの構造では、配線基板に実装された半導体チップの電極パッドと配線基板のワイヤボンドパッドとがボンディングワイヤなどにより接続される。また、配線基板に実装された半導体チップは、封止樹脂により封止される。さらに、配線基板の半導体チップが実装されている面（以下「実装面」という。）とは反対側の面（以下「裏面」という。）には、外部端子電極となる半田ボールが設けられる。

ここで、汎用のＤＲＡＭ（ＤｙｎａｍｉｃＲａｎｄｏｍＡｃｃｅｓｓＭｅｍｏｒｙ）のような電極パッドが半導体チップの中央に配列されている半導体チップを含む半導体装置の概略構造を図１１、図１２に示す。図１１は、半導体装置８の断面図であり、図１２はボンディングワイヤ形成後（樹脂封止前）の実装面側の平面図である。図示されている半導体チップ１は、配線基板２の実装面上にフェイスアップ（半導体チップの回路面が配線基板の実装面と逆側に位置）で実装されている。また、半導体チップ１上の電極パッド４と配線基板２上のワイヤボンドパッド５とを接続するボンディングワイヤ３が図１１、図１２に示すように設けられている。

特開２００３−６８７８２号公報特開２００８−６６３８９号公報特開平１１−３０７４８３号公報

上記のような半導体装置においては、半導体チップの回路面に設けられている電極パッドと配線基板の実装面に設けられているワイヤボンドパッドとを接続するボンディングワイヤが半導体チップのエッジ部（端部）に干渉することを避けなければならない。そのため、ボンディングワイヤ３の形状を図１１に示すような形状とする必要がある。結果、ワイヤボンドパッド５を半導体チップ１の端部から離れた位置に設けることとなり、半導体チップ１の端部と配線基板２上のワイヤボンドパッド５との間の距離Ｄ１が大きく（長く）なる。さらには、半導体チップ１の端部と半導体装置８の端部との間の距離Ｄ２も大きく（長く）なってしまい、半導体装置８が大型化してしまう。

本発明の目的は、上記課題を解決し、半導体装置の小型化を実現することである。

本発明の半導体装置は、配線基板上に半導体チップが実装され、前記配線基板上のワイヤボンドパッドと前記半導体チップ上の電極パッドとがボンディングワイヤを介して接続された半導体装置であって、前記半導体チップの高さよりも、前記半導体チップの端部から前記配線基板上の前記ワイヤボンドパッドまでの距離の方が小さいことを特徴とする。

配線基板上に実装された半導体チップと配線基板上のワイヤボンドパッドとを接続するボンディングワイヤが半導体チップに干渉することを回避しつつ、半導体チップとワイヤボンドパッドとを可及的に近づけることができる。

実施形態１に係る半導体装置の断面図である。実施形態１に係る半導体装置の平面図である。実施形態１に係る半導体装置の製造工程の一部を示す断面図である。実施形態１に係る半導体装置の製造工程の他の一部を示す断面図である。実施形態１に係る半導体装置の製造工程の他の一部を示す断面図である。実施形態１に係る半導体装置の製造工程の他の一部を示す断面図である。実施形態１に係る半導体装置の変形例を示す断面図である。実施形態２に係る半導体装置の断面図である。実施形態２に係る半導体装置の各部の寸法を説明するための図である。実施形態２に係る半導体装置の変形例を示す断面図である。従来の半導体装置の断面図である。図１１に示す半導体装置の平面図である。

（実施形態１）
図１、図２を参照しながら本発明の半導体装置の実施形態の一例について説明する。図１は、本実施形態に係る半導体装置８の断面図、図２は平面図である。

本実施形態に係る半導体装置８は、配線基板２と、配線基板２の実装面２ａにフェイスアップで実装された半導体チップ１とを少なくとも有する。

半導体チップ１の回路面１ａの中央には、複数の電極パッド４が第１の方向に沿って配列されている。ここで、半導体チップ１の回路面１ａとは、配線基板２に実装される面とは反対の上面を意味している。さらに、半導体チップ１の回路面１ａの端部には、中継基板（ボンドパッド中継基板１０）が設けられている。換言すれば、半導体チップ１の上面端部には、中継基板１０が設けられている。具体的には、第１の方向に沿って形成された電極パッド４の列（電極パッド列）の両外側に、帯状のボンドパッド中継基板１０が電極パッド列と平行に配置されている。換言すれば、複数の電極パッド４に対向して、半導体チップ１の２辺に沿って複数のボンドパッド中継基板１０が設けられている。

図２に示すように、ボンドパッド中継基板１０は、帯状の絶縁部１０ａと、該絶縁部１０ａの長手方向に沿って設けられた複数のワイヤボンドパッド１０ｂとを有する。

各電極パッド４は、対応するボンドパッド中継基板１０の対応するワイヤボンドパッド１０ｂに第１のボンディングワイヤ３Ａを介して接続されている。さらに、各ボンドパッド中継基板１０の各ワイヤボンドパッド１０ｂは、配線基板２上の対応するワイヤボンドパッド５に、第２のボンディングワイヤ３Ｂを介して接続されている。

図１に示されているように、第２のボンディングワイヤ３Ｂは、ボンドパッド中継基板１０から上方に向けて略垂直に立ち上がった後に、配線基板２上のワイヤボンドパッド５に向けて急角度で降下している。換言すれば、第２のボンディングワイヤ３Ｂは、配線基板２上のワイヤボンドパッド５からボンドパッド中継基板１０よりも高い位置まで急角度で立ち上がった後に、ボンドパッド中継基板１０に向けて略垂直に降下している。

上記構造により、半導体チップ１上の電極パッド４と、配線基板２上のワイヤボンドパッド５とを接続するボンディングワイヤが半導体チップ１に干渉することを回避しつつ、半導体チップ１の端部（側面）とワイヤボンドパッド５との間の距離Ｄ１を小さく（短く）することができる。さらには、半導体チップ１の端部と半導体装置８の端部（配線基板２の側面）との間の距離Ｄ２も小さく（短く）することができ、半導体装置８が小型化される。本実施形態では、上記距離Ｄ１は、半導体チップ１の高さ（厚み）Ｔよりも小さい（短い）。

次に、図３〜図６を参照しながら本実施形態に係る半導体装置８の製造方法の一例について説明する。図３〜図６は、各製造工程における断面図である。

まず、図３に示すように、半導体チップ１を配線基板２の実装面２ａ上の実装領域にフェイスアップで実装する。なお、配線基板２の上記実装領域の周囲には、予めワイヤボンドパッド５が形成されている。さらに、ワイヤボンドパッド５の位置は、該ワイヤボンドパッド５から上記実装領域に実装された半導体チップ１の端部までの距離Ｄ１が半導体チップ１の高さＴよりも小さい所定距離Ｄ１となるように設定されている。

次に、図４に示すように、半導体チップ１の回路面１ａの端部にボンドパッド中継基板１０を実装する。

その後、図５に示すように、半導体チップ１の電極パッド４とボンドパッド中継基板１０とを第１のボンディングワイヤ３Ａによって接続（ボンディング）する。次に、図６に示すように、ボンドパッド中継基板１０と配線基板２のワイヤボンドパッド５とを第２のボンディングワイヤ３Ｂによって接続（ボンディング）する。

次いで、半導体チップ１、ボンディングワイヤ３Ａ、３Ｂおよびワイヤボンドパッド５を封止樹脂７（図１）で封止し、配線基板２の裏面に、外部端子電極となる半田ボール６（図１）を形成する。

ここで、ボンドパッド中継基板１０には、ＦＲ４などの絶縁体基板（絶縁部）の上に、銅箔などの導電体によって配線パターン（ワイヤボンドパッド）が形成されたリジッド基板を用いることができる。また、ポリイミドテープ（絶縁部）などの上に、銅箔などの導電体によって配線パターン（ワイヤボンドパッド）が形成されたテープ基板を用いることもできる。リジッド基板には、コストが低いというメリットがあり、テープ基板にはパッケージの薄型化が可能であるというメリットがある。よって、半導体装置の用途に応じてリジッド基板とテープ基板とを使い分けることが好ましい。

また、上記製造方法の説明から明らかなように、ボンドパッド中継基板１０は、半導体チップ１の回路面１ａに直接形成されるものではなく、回路面１ａに事後的に実装される。よって、ボンドパッド中継基板１０の実装位置を容易かつ低コストで変更することができる。換言すれば、ボンドパッド中継基板１０の実装位置の変更に伴って半導体チップ１の製造工程に変更が生ずることはない。

図７に示すように、図１に示す半導体チップ１の上に、同様の半導体チップ１を積層し、それら複数の半導体チップ１を一括して封止樹脂７で封止することもできる。図７には、２つの半導体チップ１が積層された小型積層パッケージを示したが、積層される半導体チップ１の数は３つ以上であってもよい。なお、複数の半導体チップを積層する際には、上段の半導体チップによって下段の半導体チップのボンディングワイヤなどが押し潰されて変形するなどの不具合を回避するために、上下の半導体チップの間にスペーサを介在させたり、下段の半導体チップを樹脂封止した後に上段の半導体チップを積層するなどすることが好ましい。

（実施形態２）
図８を参照しながら本発明の半導体装置の実施形態の他例について説明する。図８は、本実施形態に係る半導体装置８の断面図である。なお、実施形態１に係る半導体装置８と同一の構成については、図８中に同一の符号を付して説明を省略する。

本実施形態に係る半導体装置８では、半導体チップ１上の電極パッド４と配線基板２上のワイヤボンドパッド５とを接続するボンディングワイヤ３０が図８に示すようにうねっている。具体的には、ボンディングワイヤ３０は、電極パッド４から略垂直に立ち上がって回路面１ａから離間した後、半導体チップ１の端部に向けて緩やかな下り傾斜で降下して回路面１ａに近接し、その後再び立ち上がって回路面１ａから離間した後にワイヤボンドパッド５に向けて急角度で降下している。

上記のようなボンディングワイヤ３０の形状は、ボンディング時のキャピラリ（ボンディングワイヤ用のノズル）を図８に点線で示す軌跡を描くように移動させることで実現することができる。具体的には、一端を電極パッド４にボンディングさせたワイヤを半導体チップ１の端部に干渉しない位置まで近づけ、その後、再度半導体チップ１から離し、次いで急角度でワイヤボンドパッド５へボンディングさせる。

上記構造により、半導体チップ１上の電極パッド４と、配線基板２上のワイヤボンドパッド５とを接続するボンディングワイヤ３０が半導体チップ１に干渉することを回避しつつ、半導体チップ１の端部とワイヤボンドパッド５との間の距離Ｄ１を小さく（短く）することができる。さらには、半導体チップ１の端部と半導体装置８の端部（配線基板２の端部）との間の距離Ｄ２も小さく（短く）することができ、半導体装置８が小型化される。本実施形態においても、上記距離Ｄ１は、半導体チップ１の高さ（厚み）Ｔよりも小さい（短い）。

本実施形態における距離Ｄ１の数値やその他の数値について図９を参照して説明する。本実施形態では、距離Ｄ１は５０［ｕｍ］、ワイヤボンドパッド５の長さＬは２００［ｕｍ］、半導体チップ１の高さ（厚み）Ｔは１９０［ｕｍ］である。すなわち、半導体チップ１の高さ（厚み）Ｔと距離Ｄ１との間には、Ｔ＞（１９／２０）×Ｄ１の関係が成立している。また、半導体チップ１の端部（コーナー）からボンディングワイヤ３０までの最短距離Ａは２０［ｕｍ］である。この場合、ワイヤボンドパッド５の表面に対するボンディングワイヤ３０の傾斜角度θは６０度である。傾斜角度θは次の数式によって求めることができる。

なお、図１１に示す従来の半導体装置８における距離Ｄ１は２００［ｕｍ］である。よって、ワイヤボンドパッド５の表面に対するボンディングワイヤ３の傾斜角度θは４０度である。また、本実施形態における、半導体チップ１の端部と半導体装置８の端部（配線基板２の端部）との間の距離Ｄ２は３５０［ｕｍ］である。一方、図１１に示す従来の半導体装置８における距離Ｄ２は５００［ｕｍ］である。すなわち、本実施形態の半導体装置８は、片側で１５０［ｕｍ］、全体で３００［ｕｍ］の小型化が図られている。

図１０に示すように、図８に示す半導体チップ１の上に、同様の半導体チップ１を積層し、それら複数の半導体チップ１を一括して封止樹脂７で封止することもできる。図１０には、２つの半導体チップ１が積層された小型積層パッケージを示したが、積層される半導体チップ１の数は３つ以上であってもよい。複数の半導体チップを積層する際には、上段の半導体チップによって下段の半導体チップのボンディングワイヤなどが押し潰されて変形するなどの不具合を回避するために、上下の半導体チップの間にスペーサを介在させたり、下段の半導体チップを樹脂封止した後に上段の半導体チップを積層するなどすることが好ましい。

１半導体チップ
２配線基板
２ａ実装面
３Ａ第１のボンディングワイヤ
３Ｂ第２のボンディングワイヤ
３０ボンディングワイヤ
４電極パッド
５ワイヤボンドパッド
６半田ボール
７封止樹脂
８半導体装置
１０ボンドパッド中継基板

Claims

複数のボンドパッドを有する配線基板上に、複数の電極パッドを有する半導体チップを実装することと、
前記各電極パッドと、前記複数のボンドパッドの対応する１つとを、複数のワイヤの対応する１つによって接続することと、を含み、
前記複数のワイヤの少なくとも１つは、対応する電極パッドから略垂直に立ち上がって前記半導体チップから離間した後、前記半導体チップの端部に向けて斜めに降下して前記半導体チップに接近し、その後再び立ち上がって前記半導体チップから離間した後に対応するワイヤボンドパッドに向けて降下しており、前記少なくとも１つのワイヤは、前記対応する電極パッドと前記対応するワイヤボンドパッドとの間で連続的であってステッチを有していない、方法。
前記半導体チップの上方に、追加のワイヤを介して前記配線基板の前記複数のボンドパッドにそれぞれ接続された複数の追加の電極パッドを有する追加の半導体チップを積層することをさらに含み、
前記複数の追加のワイヤの少なくとも１つは、対応する追加の電極パッドから略垂直に立ち上がって前記追加の半導体チップから離間した後、前記追加の半導体チップの端部に向けて斜めに降下して前記追加の半導体チップに接近し、その後再び立ち上がって前記追加の半導体チップから離間した後に対応するワイヤボンドパッドに向けて降下している、請求項１に記載の方法。
少なくとも１つの第１のボンドパッドを有する配線基板上に、少なくとも１つの第１の電極パッドを有する第１の半導体チップを実装することと、
前記第１の電極パッドを第１のワイヤを介して前記第１のボンドパッドに接続することであって、前記第１のワイヤを案内するキャピラリを、以下の手順（１）〜（５）に従って移動させること、すなわち、
（１）前記第１のワイヤの先端部を前記第１の電極パッドにボンディングさせるように、前記キャピラリを前記第１の電極パッド上に移動させ、
（２）前記キャピラリを前記半導体チップの表面に対して上向きに第１の位置まで移動させ、
（３）前記キャピラリを前記第１の位置から前記第１のボンドパッドに向けて第２の位置まで移動させ、
（４）前記キャピラリが前記半導体チップの周端部に到達する前に、前記キャピラリを前記第２の位置から再び前記半導体チップの前記表面に対して上向きに第３の位置まで移動させ、
（５）前記キャピラリを前記第３の位置から前記第１のボンドパッドまで移動させる、
ことによって、前記第１の電極パッドを第１のワイヤを介して前記第１のボンドパッドに接続することと、を含み、
前記第１のワイヤは、前記第１の電極パッドと前記第１のボンドパッドとの間で連続的であってステッチを有しておらず、
前記キャピラリを前記第１のボンドパッドに向けて移動させる手順は、前記キャピラリを前記半導体チップの前記表面と略平行に移動させることを含み、
前記キャピラリが前記半導体チップの周端部に到達する前に前記キャピラリを再び前記半導体チップの前記表面に対して上向きに移動させる手順は、前記キャピラリを前記半導体チップの前記表面に向けて少し下向きに移動させた後で実行される、方法。
前記キャピラリを前記半導体チップの表面に対して上向きに移動させる手順は、前記キャピラリを前記配線基板の前記ボンドパッドの反対側に引き上げることを含む、請求項３に記載の方法。
前記第１の半導体チップの上方に、少なくとも１つの第２の電極パッドを有する第２の半導体チップを積層することと、
前記第２の電極パッドを第２のワイヤを介して前記配線基板の別のボンドパッドに接続することであって、前記第２のワイヤを案内するキャピラリを、以下の手順（６）〜（１０）に従って移動させること、すなわち、
（６）前記第２のワイヤの先端部を前記第２の電極パッドにボンディングさせるように、前記キャピラリを前記第２の電極パッド上に移動させ、
（７）前記キャピラリを前記第２の半導体チップの表面に対して上向きに移動させ、
（８）前記キャピラリを前記別のボンドパッドに向けて移動させ、
（９）前記キャピラリが前記第２の半導体チップの周端部に到達する前に、前記キャピラリを再び前記第２の半導体チップの前記表面に対して上向きに移動させ、
（１０）前記キャピラリを前記別のボンドパッドまで移動させる、
ことによって、前記第２の電極パッドを第２のワイヤを介して前記配線基板の別のボンドパッドに接続することと、をさらに含む、請求項３に記載の方法。
少なくとも１つの第１のボンドパッドを有する配線基板の上方に、少なくとも１つの第１の電極パッドを有する第１の半導体チップを実装することと、
前記第１の電極パッドを第１のワイヤを介して前記第１のボンドパッドに接続することであって、前記第１のワイヤを案内するキャピラリを、以下の手順（１）〜（５）に従って移動させること、すなわち、
（１）前記第１のワイヤの先端部を前記第１の電極パッドにボンディングさせるように、前記キャピラリを前記第１の電極パッドの上方に移動させ、
（２）前記キャピラリを前記半導体チップの表面に対して上向きに第１の位置まで移動させ、
（３）前記キャピラリを、前記第１の位置から前記第１のボンドパッドに向けて、前記第１の位置よりも前記半導体チップの前記表面に近接した第２の位置まで移動させ、
（４）前記キャピラリが前記半導体チップの周端部に到達する前に、前記キャピラリを、前記第２の位置から再び前記半導体チップの前記表面に対して上向きに、前記第１の位置よりも前記半導体チップの前記表面から離間した第３の位置まで移動させ、
（５）前記キャピラリを前記第３の位置から前記第１のボンドパッドまで移動させる、
ことによって、前記第１の電極パッドを第１のワイヤを介して前記第１のボンドパッドに接続することと、を含み、
前記第１のワイヤは、前記第１の電極パッドと前記第１のボンドパッドとの間で連続的であってステッチを有していない、方法。
前記キャピラリを前記半導体チップの表面に対して上向きに移動させる手順は、前記キャピラリを前記配線基板の前記ボンドパッドの反対側に引き上げることを含む、請求項６に記載の方法。
前記キャピラリを前記第１の位置から前記第１のボンドパッドに向けて移動させる手順は、前記キャピラリを前記半導体チップの前記表面と略平行に移動させることを含む、請求項６に記載の方法。
前記キャピラリを前記第１の位置から前記第１のボンドパッドに向けて移動させる手順は、前記キャピラリを前記半導体チップの前記表面と略平行に移動させた後で、前記キャピラリを前記半導体チップの前記表面に向けて下向きに前記第２の位置まで移動させることをさらに含む、請求項８に記載の方法。
前記第１の半導体チップの上方に、少なくとも１つの第２の電極パッドを有する第２の半導体チップを積層することと、
前記第２の電極パッドを第２のワイヤを介して前記配線基板の第２のボンドパッドに接続することであって、前記第２のワイヤを案内するキャピラリを、以下の手順（６）〜（１０）に従って移動させること、すなわち、
（６）前記第２のワイヤの先端部を前記第２の電極パッドにボンディングさせるように、前記キャピラリを前記第２の電極パッドの上方に移動させ、
（７）前記キャピラリを前記第２の半導体チップの表面に対して上向きに移動させ、
（８）前記キャピラリを前記第２のボンドパッドに向けて移動させ、
（９）前記キャピラリが前記第２の半導体チップの周端部に到達する前に、前記キャピラリを再び前記第２の半導体チップの前記表面に対して上向きに移動させ、
（１０）前記キャピラリを前記第２のボンドパッドまで移動させる、
ことによって、前記第２の電極パッドを第２のワイヤを介して前記配線基板の第２のボンドパッドに接続することと、をさらに含み、
前記第２のワイヤは、前記第２の電極パッドと前記第２のボンドパッドとの間で連続的であってステッチを有していない、請求項６に記載の方法。