JP2020184578A - Semiconductor device and manufacturing method thereof - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、段差のあるリードフレームに複数の半導体素子が搭載され、ボンディングヘッドに取り付けられたキャピラリの先端を複数の半導体素子のワイヤボンディング領域に接触させることでワイヤボンディングされる半導体装置およびその製造方法に関するものである。 The present invention is a semiconductor device in which a plurality of semiconductor elements are mounted on a lead frame having a step, and the tip of a capillary attached to a bonding head is brought into contact with a wire bonding region of the plurality of semiconductor elements to be wire-bonded. It's about the method.
パワー半導体装置では、複数の半導体素子間を配線するために、金ワイヤ、銀ワイヤ、銅ワイヤ、またはアルミワイヤを用いて、熱を加えながら超音波を印加し接合する方法が採用されている。キャピラリが取り付けられたボンディングヘッドの円弧動作によりワイヤボンディングされる。 In a power semiconductor device, in order to wire between a plurality of semiconductor elements, a method of using a gold wire, a silver wire, a copper wire, or an aluminum wire and applying ultrasonic waves while applying heat to join them is adopted. Wire bonding is performed by the arc motion of the bonding head to which the capillary is attached.
例えば特許文献1には、段差のないリードフレームなどの基板に搭載された半導体素子を傾けた状態で配置することで、キャピラリのワイヤボンディング領域への接触を避けてワイヤボンディング領域下の集積回路にクラックなどのダメージを与えないようにする技術が開示されている。 For example, in Patent Document 1, by arranging semiconductor elements mounted on a substrate such as a lead frame having no steps in an inclined state, contact with the wire bonding region of the capillary is avoided and the integrated circuit under the wire bonding region is formed. A technique for preventing damage such as cracks is disclosed.
段差のあるリードフレームでは、上側部分に搭載された半導体素子、下側部分に搭載された半導体素子の順にワイヤボンディングされ、ボンディングヘッドにおける上側部分に搭載された半導体素子から下側部分に搭載された半導体素子への高さ分の移動は円弧動作により行われる。 In the lead frame having a step, the semiconductor element mounted on the upper portion and the semiconductor element mounted on the lower portion are wire-bonded in this order, and the semiconductor element mounted on the upper portion of the bonding head is mounted on the lower portion. The movement of the height to the semiconductor element is performed by an arc operation.
上側部分と下側部分に搭載された半導体素子が水平面に配置されている場合、上側部分に搭載された半導体素子についてはキャピラリの先端が接合面であるワイヤボンディング領域に垂直に当たるが、下側部分に搭載された半導体素子についてはキャピラリが傾くことからキャピラリの先端がワイヤボンディング領域に片当たりする。そのため、下側部分に搭載された半導体素子については接合エネルギーが適切に接合面に伝わらず、半導体素子とワイヤとの接合性が低下するという問題があった。 When the semiconductor elements mounted on the upper part and the lower part are arranged on a horizontal plane, the tip of the capillary corresponds to the wire bonding region which is the bonding surface of the semiconductor element mounted on the upper part, but the lower part. Since the capillary of the semiconductor element mounted on the device is tilted, the tip of the capillary hits the wire bonding region. Therefore, the semiconductor element mounted on the lower portion has a problem that the bonding energy is not properly transmitted to the bonding surface and the bondability between the semiconductor element and the wire is lowered.
また、特許文献1に記載の技術では、第1半導体チップ側の第2半導体チップのワイヤボンディング領域の高さ位置が第1半導体チップのワイヤボンディング領域の高さ位置より高くなるように第2半導体チップが基板上に接着材で傾斜させて搭載されており、段差のあるリードフレームに第1,第2半導体チップが搭載されることについては想定されていない。 Further, in the technique described in Patent Document 1, the second semiconductor so that the height position of the wire bonding region of the second semiconductor chip on the first semiconductor chip side is higher than the height position of the wire bonding region of the first semiconductor chip. It is not assumed that the first and second semiconductor chips are mounted on the lead frame having a step, because the chip is mounted on the substrate at an angle with an adhesive.
そこで、本発明は、キャピラリの先端に対する半導体素子の接合面への片当たりを抑制し、半導体素子とワイヤとの接合性を向上させる技術を提供することを目的とする。 Therefore, an object of the present invention is to provide a technique for suppressing one-sided contact of the semiconductor element with respect to the tip of the capillary to the bonding surface and improving the bondability between the semiconductor element and the wire.
本発明に係る半導体装置は、第1半導体素子および第2半導体素子と、前記第1半導体素子が搭載された第1フレーム部と、前記第2半導体素子が搭載された第2フレーム部とを有し、かつ、前記第1フレーム部が第1高さに位置し前記第2フレーム部が前記第1高さよりも低い第2高さに位置するリードフレームとを備え、前記第2フレーム部の上面は、前記第1フレーム部の上面に対して傾斜するものである。 The semiconductor device according to the present invention includes a first semiconductor element, a second semiconductor element, a first frame portion on which the first semiconductor element is mounted, and a second frame portion on which the second semiconductor element is mounted. Moreover, the first frame portion is provided with a lead frame located at a first height and the second frame portion is located at a second height lower than the first height, and the upper surface of the second frame portion is provided. Is inclined with respect to the upper surface of the first frame portion.
本発明によれば、キャピラリの先端に対する第2半導体素子の接合面への片当たりを抑制することができる。これにより、第2半導体素子の接合面に対して接合エネルギーが伝わりやすくなることから、第2半導体素子とワイヤとの接合性を向上させることができる。 According to the present invention, it is possible to suppress one-sided contact of the second semiconductor element with respect to the tip of the capillary. As a result, the bonding energy is easily transmitted to the bonding surface of the second semiconductor element, so that the bonding property between the second semiconductor element and the wire can be improved.
<実施の形態1>
本発明の実施の形態1について、図面を用いて以下に説明する。図1は、実施の形態1に係る半導体装置の断面模式図である。
<Embodiment 1>
Embodiment 1 of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of the semiconductor device according to the first embodiment.
図1に示すように、半導体装置は、半導体素子5,6,7、第1リードフレーム1、第2リードフレーム2、第3リードフレーム3、放熱板11、絶縁層12、および封止材10を備えている。
As shown in FIG. 1, the semiconductor device includes
第2リードフレーム2は、第1リードフレーム1に対して同じ高さ位置に横方向に離間した状態で配置されている。半導体素子5は、はんだ4を介して第2リードフレーム2のフレーム部2aに搭載されている。第2リードフレーム2のフレーム部2aは第1高さに位置し、フレーム部2aの上面は水平面である。
The
ここで、フレーム部2aは第2リードフレーム2における半導体素子5が搭載される部分およびその周辺である。フレーム部2aが第1フレーム部に相当し、半導体素子5が第1半導体素子に相当する。
Here, the
第3リードフレーム3は、第2リードフレーム2に対して横方向に離間した状態で配置されている。半導体素子6は、はんだ4を介して第3リードフレーム3のフレーム部3aに搭載されている。半導体素子7は、はんだ4を介して第3リードフレーム3のフレーム部3bに搭載されている。
The
フレーム部3a,3bは、絶縁層12を介して放熱板11に配置されている。フレーム部3a,3bは第1高さよりも低い第2高さに位置している。フレーム部3a,3bの上面は、フレーム部2aの上面に対して傾斜する傾斜面である。具体的には、フレーム部3a,3bの上面は、フレーム部2a側からフレーム部2aとは反対側に渡って上方から下方に傾斜する傾斜面である。そのため、フレーム部3a,3bにおけるフレーム部2aとは反対側のそれぞれの端部に隣接する位置に、段差3d,3eが形成されている。なお、段差3dはフレーム部3bにおけるフレーム部2a側の端部により形成され、段差3eは第3リードフレーム3のフレーム部3cにおける内側の端部に形成されている。
The
また、フレーム部3a,3bの下面は水平面である。このようにフレーム部3a,3b全体が傾いているのではなく、フレーム部3a,3bの上面のみに傾斜面が形成されることで、フレーム部3a,3bの下側に配置される絶縁層12の厚みを均一にすることができる。
Further, the lower surfaces of the
ここで、フレーム部3aは第3リードフレーム3における半導体素子6が搭載される部分およびその周辺であり、フレーム部3bは第3リードフレーム3における半導体素子7が搭載される部分およびその周辺である。フレーム部3a,3bが第2フレーム部に相当し、半導体素子6,7が第2半導体素子に相当する。また、第1リードフレーム1、第2リードフレーム2、および第3リードフレーム3が第1フレーム部と第2フレーム部とを有するリードフレームに相当する。
Here, the
第1リードフレーム1と半導体素子5はワイヤ8aで接続され、半導体素子5と半導体素子6はワイヤ8bで接続されている。半導体素子6と半導体素子7と第3リードフレーム3はワイヤ9で接続されている。なお、ワイヤ8a,8b,9は、金ワイヤ、銀ワイヤ、銅ワイヤ、またはアルミワイヤである。
The first lead frame 1 and the
封止材10は樹脂からなり、半導体素子5,6,7、第1リードフレーム1の一端部を除く部分、第2リードフレーム2、第3リードフレーム3の一端部を除く部分、絶縁層12、および放熱板11の底面を除く部分を覆いこれらを保護する。
The sealing
次に、図2と図3を用いて、半導体装置の製造方法におけるワイヤボンディングについて説明する。図2は、フレーム部2a上の半導体素子5にワイヤボンディングする際のボンディングヘッド13とフレーム部2aの位置関係を示す断面模式図である。図3は、フレーム部3b上の半導体素子7にワイヤボンディングする際のボンディングヘッド13とフレーム部3bの位置関係を示す断面模式図である。
Next, wire bonding in a method for manufacturing a semiconductor device will be described with reference to FIGS. 2 and 3. FIG. 2 is a schematic cross-sectional view showing the positional relationship between the
図2に示すように、ボンディングヘッド13はボンディングヘッド13の中心軸とフレーム部2aの上面が平行となるように配置される。ボンディングヘッド13に取り付けられたアルミナからなるキャピラリ14の先端が半導体素子5のボンディングパッドなどのワイヤボンディング領域に対して垂直に接触することで、半導体素子5に対してワイヤボンディングが行われる。
As shown in FIG. 2, the
次に、ボンディングヘッド13は図2に示す位置から図3に示す位置へ円弧動作により移動する。そのため、ボンディングヘッド13およびキャピラリ14はフレーム部2aの上面に対して傾いた状態となるが、フレーム部3bの上面はフレーム部2aの上面に対して傾斜しており、図3に示すように、ボンディングヘッド13はボンディングヘッド13の中心軸とフレーム部3bの上面が平行となるように配置される。
Next, the
キャピラリ14の先端が半導体素子7のワイヤボンディング領域に対して垂直に接触することで、半導体素子7に対してワイヤボンディングが行われる。ワイヤボンディングの際、キャピラリ14の先端が接合面であるワイヤボンディング領域に対して垂直に接触することで接合面に対して接合エネルギーが伝わりやすくなる。半導体素子6についても半導体素子7と同様の方法でワイヤボンディングが行われるため説明を省略する。
When the tip of the capillary 14 comes into contact with the wire bonding region of the
なお、第1フレームであるフレーム部2aは第2リードフレーム2に形成され、第2フレームであるフレーム部3a,3bは第3リードフレーム3に形成されるとして説明を行ったが、フレーム部2aおよびフレーム部3a,3bは共に第2リードフレーム2または第3リードフレーム3に形成されていてもよい。
Although it has been described that the
また、キャピラリ14はアルミナにジルコニアを添加した材料により形成されていてもよい。さらに、キャピラリ14の先端はポリッシュ仕上げ加工またはマット仕上げ加工されていてもよい。 Further, the capillary 14 may be formed of a material obtained by adding zirconia to alumina. Further, the tip of the capillary 14 may be polished or matte finished.
以上のように、実施の形態1に係る半導体装置は、半導体素子5,6,7と、半導体素子5が搭載されたフレーム部2aと、半導体素子6,7が搭載されたフレーム部3a,3bとを有し、かつ、フレーム部2aが第1高さに位置しフレーム部3a,3bが第1高さよりも低い第2高さに位置するリードフレームとを備え、フレーム部3a,3bの上面は、フレーム部2aの上面に対して傾斜する。
As described above, the semiconductor device according to the first embodiment includes the
また、実施の形態1に係る半導体装置の製造方法は、ボンディングヘッド13の中心軸とフレーム部2aの上面が平行となるようにボンディングヘッド13を配置し、ボンディングヘッド13に取り付けられたキャピラリ14の先端を半導体素子5のワイヤボンディング領域に対して垂直に接触させる工程(a)と、ボンディングヘッド13の中心軸とフレーム部3a,3bの上面が平行となるようにボンディングヘッド13を配置し、キャピラリ14の先端を半導体素子6,7のワイヤボンディング領域に対して垂直に接触させる工程(b)とを備え、ボンディングヘッド13における工程(a)から工程(b)への高さ分の移動は円弧動作により行われる。
Further, in the method for manufacturing a semiconductor device according to the first embodiment, the
したがって、キャピラリ14の先端に対する半導体素子6,7の接合面への片当たりを抑制することができる。これにより、半導体素子6,7の接合面に対して接合エネルギーが伝わりやすくなることから、半導体素子6,7とワイヤ9との接合性を向上させることができる。以上より、半導体装置の耐久性の向上と歩留りの向上を図ることが可能となる。
Therefore, it is possible to suppress one-sided contact of the
<実施の形態2>
次に、実施の形態2に係る半導体装置について説明する。図4は、実施の形態1に係る半導体装置であって、半導体素子7の位置ずれと半導体素子7の表面にはんだ付着が生じた状態におけるフレーム部3bおよびその周辺の断面模式図である。図5は、実施の形態2に係る半導体装置が備えるフレーム部3bおよびその周辺の断面模式図である。なお、実施の形態2において、実施の形態1で説明したものと同一の構成要素については同一符号を付して説明は省略する。
<
Next, the semiconductor device according to the second embodiment will be described. FIG. 4 is a schematic cross-sectional view of the
最初に、実施の形態1に係る半導体装置において発生し得る問題点について簡単に説明する。図4に示すように、半導体素子7が搭載されるフレーム部3bの上面が傾斜面であるため、フレーム部3bにおけるフレーム部2aとは反対側の端部に隣接する位置に段差3eが形成されている。そのため、半導体素子7のダイボンディング後に、はんだ流れが発生することで半導体素子7に位置ずれが発生したり、さらには位置ずれに伴い段差3eからはみ出たはんだ4aが半導体素子7の表面に付着する可能性がある。実施の形態2はこのような課題を解決するものである。
First, problems that may occur in the semiconductor device according to the first embodiment will be briefly described. As shown in FIG. 4, since the upper surface of the
図5に示すように、実施の形態2では、フレーム部3bにおけるフレーム部2aとは反対側の端部に、フレーム部3bにおけるフレーム部2a側の上面よりも上方に突出する段差3eが形成されている。段差3eの上端部には、半導体素子7側に突出する突起部15が形成されている。突起部15の先端が半導体素子7におけるフレーム部2aとは反対側の端に当接することで、突起部15は半導体素子7を支持している。
As shown in FIG. 5, in the second embodiment, a
以上のように、実施の形態2に係る半導体装置では、フレーム部3bの上面は、フレーム部2a側からフレーム部2aとは反対側に渡って上方から下方に傾斜し、フレーム部3bにおけるフレーム部2aとは反対側の端部に隣接する位置に、フレーム部2a側の上面よりも上方に突出する段差3eと、段差3eの上端部から半導体素子7側に突出し半導体素子7を支持する突起部15が形成されている。
As described above, in the semiconductor device according to the second embodiment, the upper surface of the
したがって、突起部15により、はんだ流れが発生することで半導体素子7に位置ずれが発生したり、半導体素子7の表面にはんだ4aが付着することを抑制できる。
Therefore, it is possible to prevent the
実施の形態2では、フレーム部3bに突起部15が形成された場合について説明を行ったが、フレーム部3aにも突起部15が形成されていてもよい。この場合、上記と同様の効果が得られる。
In the second embodiment, the case where the
<実施の形態3>
次に、実施の形態3に係る半導体装置について説明する。図6は、実施の形態2に係る半導体装置が備える半導体素子7の表面へのはんだ這い上がりが発生した場合におけるフレーム部3bおよびその周辺の断面模式図である。図7は、実施の形態3に係る半導体装置が備えるフレーム部3bおよびその周辺の断面模式図である。なお、実施の形態3において、実施の形態1,2で説明したものと同一の構成要素については同一符号を付して説明は省略する。
<
Next, the semiconductor device according to the third embodiment will be described. FIG. 6 is a schematic cross-sectional view of the
最初に、実施の形態2に係る半導体装置において発生し得る問題点について簡単に説明する。図6に示すように、フレーム部3bにおけるフレーム部2aとは反対側の端部に段差3eと突起部15が形成されたため、半導体素子7のダイボンディング後に段差3eと突起部15を伝ってはんだ4aが半導体素子7の表面側へ這い上がる可能性がある。実施の形態3はこのような課題を解決するものである。
First, problems that may occur in the semiconductor device according to the second embodiment will be briefly described. As shown in FIG. 6, since the
図7に示すように、実施の形態3では、フレーム部3bにおける段差3eの基端部の周辺にV字状の溝16が形成されている。溝16はフレーム部3bにおける突起部15の下側に形成され、溝16の開口側は溝16の奥側よりも広くなっている。
As shown in FIG. 7, in the third embodiment, a V-shaped
以上のように、実施の形態3に係る半導体装置では、フレーム部3bにおける段差3eの基端部の周辺にV字状の溝16が形成されたため、溝16が半導体素子7を接合する際にはみ出したはんだ4aのはんだ溜まりとして機能する。これにより、半導体素子7のダイボンディング後に段差3eと突起部15を伝ってはんだ4aが半導体素子7の表面側へ這い上がることを抑制できる。
As described above, in the semiconductor device according to the third embodiment, since the V-shaped
実施の形態3では、フレーム部3bに溝16が形成された場合について説明を行ったが、フレーム部3aにも突起部15と共に溝16が形成されていてもよい。この場合、上記と同様の効果が得られる。
In the third embodiment, the case where the
<実施の形態4>
次に、実施の形態4に係る半導体装置について説明する。図8は、実施の形態3に係る半導体装置においてはんだ流れが発生した場合におけるフレーム部3bおよびその周辺の断面模式図である。図9は、実施の形態4に係る半導体装置が備えるフレーム部3bおよびその周辺の断面模式図である。なお、実施の形態4において、実施の形態1〜3で説明したものと同一の構成要素については同一符号を付して説明は省略する。
<
Next, the semiconductor device according to the fourth embodiment will be described. FIG. 8 is a schematic cross-sectional view of the
最初に、実施の形態3に係る半導体装置において発生し得る問題点について簡単に説明する。図8に示すように、フレーム部3bにおける突起部15の基端部の周辺にV字状の溝16が形成されたため、半導体素子7を接合する際にはみ出したはんだ4aが溝16に流れることにより、半導体素子7の下面にあるはんだ4が不足する可能性がある。実施の形態4はこのような課題を解決するものである。
First, problems that may occur in the semiconductor device according to the third embodiment will be briefly described. As shown in FIG. 8, since the V-shaped
図9に示すように、実施の形態4では、フレーム部3bの上面における半導体素子7が搭載される搭載部3fに、半導体素子7の平面視輪郭よりも0.1mm以上0.3mm以下大きいサイズを有するAgめっき層17が形成されている。Agめっき層17は、フレーム部3bの上面で材質および表面性状を変化させることではんだの濡れ性を低下させる目的で形成されている。Agめっき層17の上面にはんだ4を介して半導体素子7が接合される。
As shown in FIG. 9, in the fourth embodiment, the mounting
以上のように、実施の形態4に係る半導体装置では、フレーム部3bの上面における半導体素子7が搭載される搭載部3fに、半導体素子7の平面視輪郭よりも0.1mm以上0.3mm以下大きいサイズを有するAgめっき層17が形成されている。
As described above, in the semiconductor device according to the fourth embodiment, the mounting
したがって、フレーム部3bの上面におけるはんだ4の濡れ性を低下させることで、はんだ流れにより半導体素子7の下面にあるはんだ4が不足することを、半導体素子7の位置ずれと共に抑制できる。
Therefore, by reducing the wettability of the
実施の形態4では、フレーム部3bにAgめっき層17が形成された場合について説明を行ったが、フレーム部3aにも突起部15および溝16と共にAgめっき層17が形成されていてもよい。この場合、上記と同様の効果が得られる。
In the fourth embodiment, the case where the Ag plating layer 17 is formed on the
なお、本発明は、その発明の範囲内において、各実施の形態を自由に組み合わせたり、各実施の形態を適宜、変形、省略することが可能である。 In the present invention, each embodiment can be freely combined, and each embodiment can be appropriately modified or omitted within the scope of the invention.
1 第1リードフレーム、2 第2リードフレーム、2a フレーム部、3 第3リードフレーム、3a,3b フレーム部、3f 搭載部、5,6,7 半導体素子、13 ボンディングヘッド、14 キャピラリ、15 突起部、16 溝、17 Agめっき層。 1 1st lead frame, 2nd lead frame, 2a frame part, 3rd lead frame, 3a, 3b frame part, 3f mounting part, 5, 6, 7 semiconductor element, 13 bonding head, 14 capillary, 15 protrusion , 16 grooves, 17 Ag plating layer.
Claims (5)
前記第1半導体素子が搭載された第1フレーム部と、前記第2半導体素子が搭載された第2フレーム部とを有し、かつ、前記第1フレーム部が第1高さに位置し前記第2フレーム部が前記第1高さよりも低い第2高さに位置するリードフレームと、を備え、
前記第2フレーム部の上面は、前記第1フレーム部の上面に対して傾斜する、半導体装置。 The first semiconductor element and the second semiconductor element,
The first frame portion on which the first semiconductor element is mounted and the second frame portion on which the second semiconductor element is mounted are provided, and the first frame portion is located at the first height. A lead frame whose two frame portions are located at a second height lower than the first height is provided.
A semiconductor device in which the upper surface of the second frame portion is inclined with respect to the upper surface of the first frame portion.
前記第2フレーム部における前記第1フレーム部とは反対側の端部に隣接する位置に、前記第1フレーム部側の上面よりも上方に突出する段差と、
前記段差の上端部から前記第2半導体素子側に突出し前記第2半導体素子を支持する突起部が形成された、請求項1に記載の半導体装置。 The upper surface of the second frame portion is inclined from the upper surface to the lower surface from the first frame portion side to the side opposite to the first frame portion.
At a position adjacent to the end of the second frame portion opposite to the first frame portion, a step protruding upward from the upper surface on the first frame portion side, and
The semiconductor device according to claim 1, wherein a protrusion is formed so as to project from the upper end of the step toward the second semiconductor element and support the second semiconductor element.
(a)ボンディングヘッドの中心軸と前記第1フレーム部の上面が平行となるように前記ボンディングヘッドを配置し、前記ボンディングヘッドに取り付けられたキャピラリの先端を前記第1半導体素子のワイヤボンディング領域に対して垂直に接触させる工程と、
(b)前記ボンディングヘッドの中心軸と前記第2フレーム部の上面が平行となるように前記ボンディングヘッドを配置し、前記キャピラリの先端を前記第2半導体素子のワイヤボンディング領域に対して垂直に接触させる工程と、を備え、
前記ボンディングヘッドにおける前記工程(a)から前記工程(b)への高さ分の移動は円弧動作により行われる、半導体装置の製造方法。 A method for manufacturing a semiconductor device according to any one of claims 1 to 4, wherein the semiconductor device is manufactured.
(A) The bonding head is arranged so that the central axis of the bonding head and the upper surface of the first frame portion are parallel to each other, and the tip of the capillary attached to the bonding head is placed in the wire bonding region of the first semiconductor element. The process of making vertical contact with each other
(B) The bonding head is arranged so that the central axis of the bonding head is parallel to the upper surface of the second frame portion, and the tip of the capillary is in contact with the wire bonding region of the second semiconductor element perpendicularly. With the process of making
A method for manufacturing a semiconductor device, wherein the bonding head is moved by a height from the step (a) to the step (b) by an arc operation.
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