JP3645701B2

JP3645701B2 - 半導体装置

Info

Publication number: JP3645701B2
Application number: JP36393497A
Authority: JP
Inventors: 勝房藤田
Original assignee: Mitsui High Tech Inc
Current assignee: Mitsui High Tech Inc
Priority date: 1997-12-16
Filing date: 1997-12-16
Publication date: 2005-05-11
Anticipated expiration: 2017-12-16
Also published as: JPH11177012A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電源回路及び接地回路の共通回路を備え、しかも、導体リードの内側端部を半導体素子に連結する際に、ワイヤ・ボンディング等の手段を用いないで、直接導体リードと半導体素子の電極パッドとを接続する所謂インナーリード・ボンディングタイプの半導体装置の導体回路パターンの構成に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、電子機器の高性能化、小型・薄型化が強く要望され、この要望に対応するために、半導体装置の小型・薄型化及び多端子化が行われ、そのため外部接続端子をファン・アウトタイプのエリア・アレイ状に配置したＢＧＡ（ボールグリッド・アレイ）型の半導体装置が開発されている。
上記のように半導体装置の小型化及び多端子化に伴い、回路や回線に、浮遊容量、寄生容量、アースの共通インピーダンス等の影響により、隣接回路に信号が漏れるクロストーク現象や、Ｉ／Ｏスイッチングノイズが発生し電気特性を低下させるという問題があった。これを解消するために、電源、接地の導体回路層を従来の回路パターン層に積層した多層構造の半導体装置が提案されている。
【０００３】
また、半導体素子の主面に配置された少なくとも一つの電源及び接地用電極パッドを含む多数の電極パッドと、内側端部を有する複数の導体リード及び電源、接地の導体回路層との接続は、通常は金線やアルミ線を用いたワイヤ・ボンディング法で接続されているが、製造された半導体装置の厚みが厚くなるという欠点がある。そこで、半導体素子をフェイス・ダウン方式で、前記複数の導体リードの内側端部を直接半導体素子のそれぞれ対応する電極パッドに接続するインナーリード・ボンディング法やフリップ・チップ・ボンディング法が提案されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記多層構造の半導体装置にあっては、複数の導体リードを有する導体回路パターン層とは別に電源用共通導体回路基板及び接地用共通導体回路基板を形成し、該共通基板と前記導体回路パターン層の所定の導体リードとを接続タブを介して溶接等で積層する必要があり、製造された半導体装置の厚みが厚くなると共に、製造工程が複雑化し製造コストを増加させるなどの問題があった。
【０００５】
さらに、前記インナーリード・ボンディング法やフリップ・チップ・ボンディング法においては、半導体素子の電極パッドと、導体リードの内側端部との接続が平面状に直接接続を行う方式となっているので、半導体装置の各電極パッドの配列の設計自由度がワイヤ・ボンディング法に比較して低いという問題があった。即ち、ワイヤ・ボンディング法においては、各電極パッド部と前記導体リードの内側端部及び前記電源並びに接地共通基板とをボンディング・ワイヤを介して立体的に接続することができるので、電源、接地の導体層を従来の導体回路パターン層に積層した多層構造を採用することによって、半導体素子の電極パッドの配置に比較的容易に対応することができるが、前記インナーリード・ボンディング法やフリップ・チップ・ボンディング法においては、各電極パッドと前記導体リードの内側端部との接続が平面的であり、立体的に接続するには、前記多数の導体リードと前記電源及び接地用導体回路層をインナービアホールを介して接続する必要があり、前記インナービアホールを形成する製造コストが増加すると共に、半導体素子の電極パッドの配置設計の自由度が極めて低いという問題がある。
特に、半導体素子や半導体装置を搭載する外部配線基板においては、この好ましい電源や接地パッドの位置が求められる場合があり、この場合に、半導体装置の導体回路パターン内でこれを行おうとすると、半導体素子や外部配線基板の電源や接地パッドの位置が制約されるという問題がある。
本発明は、かかる事情に鑑みてなされたもので、前記積層構造の半導体装置と同等の機能を有し、電源回路及び接地回路と前記半導体素子の電極パッドとの接続が容易で、しかも所要箇所から前記電源回路及び接地回路を形成することのできる半導体装置用導体回路パターンを提供することを目的とする。
さらに、本発明の他の目的とするところは、半導体装置の小型・薄型化の要求に対応することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
前記目的に沿う請求項１記載の半導体装置は、中央位置に配置されて、その表面に少なくとも１つの電源用パッドを含む複数の電極パッドを有する半導体素子と、該半導体素子の前記各電極パッドにそれぞれ接続される導体リード、及び複数の該導体リードを囲む外枠を備えた導体回路パターンとを有する半導体装置において、前記導体回路パターンは、前記複数の導体リードの内側端部によって囲まれる領域に、電源回路の側になる導体板を有し、しかも前記導体リードの少なくとも一つが延長して該導体板に連結し、前記外枠が接地回路の側となって、しかも、該外枠が前記導体リードの少なくとも１つと一体的に連結され、更に、前記各導体リード間には、一端部が前記外枠に一体的に接続された接地用補助リードが設けられ、該接地用補助リードの内側先部が前記各導体リードより短くなっている。
請求項２記載の半導体装置は、請求項１記載の半導体装置において、前記導体板は四角形となって、その隅部又は各辺が導体リードを兼用する吊りリードによって支持されている。
請求項３記載の半導体装置は、請求項１及び２のいずれか１項に記載の半導体装置において、前記導体リードの一部又は全部には外部接続端子を取付ける接続端子ランドが設けられている。
そして、請求項４記載の半導体装置は、請求項３記載の半導体装置において、前記導体回路パターンの裏面側は、第１の絶縁材層を介してスティフナーに接合されていると共に、該スティフナーの中央窪みに前記半導体素子が搭載され、前記導体回路パターンの表面側は、前記各導体リードに設けられている接続端子ランド及び中央の素子接続部分を除いて第２の絶縁材層で被覆され、更に、前記それぞれの接続端子ランドには、端子ボール又はバンプからなる前記外部接続端子が設けられ、前記半導体素子、前記導体板、及び露出した中央側の導体リードは樹脂封止されている。
【０００７】
【発明の実施の形態】
続いて、添付した図面を参照しつつ、本発明を具体化した実施の形態につき説明し、本発明の理解に供する。
ここに、図１は本発明の第１の実施の形態に係る半導体装置の一部省略平面図、図２は同半導体装置の断面図、図３はプレス加工によって処理した同半導体装置の導体回路パターンの部分拡大図、図４は第２の実施の形態に係る半導体装置の一部省略平面図、図５は第３の実施の形態に係る半導体装置の導体回路パターンの平面図、図６は製造過程にあるこれらの半導体装置の平面図である。
【０００８】
図１〜図３に示すように、本発明の第１の実施の形態に係る半導体装置１０は、良導体からなるスティフナー１１と、スティフナー１１の中央の窪み部分に設けられた半導体素子１２と、半導体素子１２を中央にして放射状に導体リード１３を、その内側中央には導体板１４を、外側には外枠１５を有する導体回路パターン１６と、各導体リード１３の接続端子ランド１７に設けられた外部接続端子の一例である端子ボール（球状端子）１８と、導体回路パターン１６の所定部分を覆う第２の絶縁材層の一例であるカバーレジスト１９とを有している。以下、これらについて詳しく説明する。
【０００９】
前記スティフナー１１は表面に耐蝕性金属の一例であるニッケルめっきがなされ、熱的、電気的な良導体の一例である銅板からなって、中央は窪んで素子搭載部２０が形成されている。そして、この素子搭載部２０には、その回路形成面（主面）側に電源用及び接地用電極パッドを設けた半導体素子１２の回路形成面の反対側（フェースダウン）が接着剤２１を介して接合されている。
前記導体回路パターン１６は、内側には開口部２２が形成された第１の絶縁材層の一例であるポリイミドテープ２３上に、その周囲に共通接地回路を形成する外枠１５を、その内側に複数の導体リード１３を、更にその内側には導体板１４を備えている。前記導体板１４は四角形状となって、周辺部に複数の電極パッド１２ａが設けられている半導体素子１２の中央部分に配置され、４つの隅部（角部）を導体リードを兼用する吊りリード２４〜２７によって支持されている。なお、吊りリードによってこの導体板を支持する位置は、導体板の隅部に限らず、各辺であってもよい。従って、導体板１４の周囲４辺の外側に半導体素子１２の電極パッド１２ａが隙間を有して配置されている。
【００１０】
前記ポリイミドテープ２３の開口部２２は、半導体素子１２の大きさより大きくなっている（なお、前記電極パッドが露出するように、その形成領域の大きさより大きくスリット状に形成されたものでもよい）。そして、各導体リード１３の内側先部が開口部２２から内側に突出し、中央に搭載された半導体素子１２の各電極パッド１２ａまで延長されている。また、各導体リード１３が丁度半導体素子１２の各電極パッド１２ａ上に当接するように、半導体素子１２を搭載する素子搭載部２０の深さが決定されて、各電極パッド１２ａにそれぞれ導体リード１３の先部が接続されている。そして、一部の導体リード１３の内側先部は電極パッド１２ａに接続された後、更に延長して中央の導体板１４に接続されている。ここで、導体板１４を電源側とすると、この半導体素子１２の電源供給を、この導体板１４を介して行うことができる。
【００１１】
また、電源を供給する電極パッド１２ａに連結される導体リード以外の導体リード１３の中間部分には、接続端子ランド１７が形成されて、この部分に端子ボール１８を設けることができるようになっている。この端子ボール１８は、ガラス又はプラスチックの球の表面に金属めっきをしたものでもよいし、半田ボールその他の金属のボールを使用してもよい。
前記導体板１４の角部に接続されている吊りリード２５、２７はその端部に別の接続端子ランド２８、２９が設けられ、この部分に外部接続端子の一例である端子ボール１８が取付けられている。また、導体板１４の他の角部に接続されている吊りリード２４、２６は最初の状態にあっては、外枠１５に連結される接続端子ランド３０、３１に連結されているが、めっき処理後、吊りリード２４、２６の途中部分がエッチング加工（プレス加工でもよい）によって切断されている。なお、外枠１５に電気的に接続される接続端子ランド３０、３１には、外枠１５の外部接続端子となる端子ボール１８が設けられている。
【００１２】
一方、導体リード１３と外枠１５は導体回路パターンを最初に形成した場合には連結されて、導体リード１３の接続端子ランド１７及び導体リード１３が電極パッド１２ａと接合する部分の貴金属めっきが行われ、めっき処理を終えた後、接地回路を形成する導体リード１３を除いて外枠１５とは分離されている。この導体リード１３と外枠１５との分離処理はこの実施の形態においては、エッチングによって行われているがプレス加工によって分離することも可能である。この様子を図３に示すが、外枠１５とこれに接続されていた導体リード１３との間にプレス加工による貫通孔３２を形成して、外枠１５と導体リード１３とを分離している。このようにプレス加工によって、外枠１５と導体リード１３の一部を分離すると、この部分にカバーレジスト１９の接着剤が進入し、貫通孔がアンカーホールの役目を果たしてより確実に導体回路パターン１６及びカバーレジスト１９を接合することができる。
導体回路パターン１６の外枠１５はこの実施の形態においては接地回路を形成し、半導体素子１２の接地用の電極パッドに導体リード１３の一部を使用して連結されている。
【００１３】
以上の構成となった導体回路パターン１６は、接着剤２１を介してスティフナー１１に接合されている。なお、導体板１４の裏面側はポリイミドテープを除去して半導体素子１２との間には隙間を設け、この隙間に封止樹脂を充填するようにしてもよいし、場合によっては、導体板１４の裏面側のポリイミドテープを残して別の接着剤を介して半導体素子１２の表面側に隙間なく接合するようにしてもよい。
この導体回路パターン１６の表面は、導体リード１３の内側部分すなわち中央の素子接続部分、及び接続端子ランド１７、２８〜３１の部分を除いてカバーレジスト１９で覆われている。
そして、半導体素子１２、露出した導体リード１３の内側部分、及び導体板１４の表裏面は、エラストマ等の封止樹脂３３によって覆われている。ここで、封止樹脂３３の底面より、接続端子ランド１７、２８〜３１の部分に設けられた端子ボール１８の方が下方に突出し、回路基板上にこの半導体装置１０を載せて容易に端子ボール１８と回路基板の所定の端子との接合ができるようになっている。
【００１４】
以上のように、半導体素子１２の中央部に電源回路を構成する導体板１４を配置し、接地回路を構成する外枠１５を導体リード１３の外側に設けることによって、半導体素子１２の電源端子及び接地端子をそれぞれ構成する電極パッド１２ａへの導体リード１３の接続が容易にできる。これによって導体回路パターン１６及びプリント配線基板の回路設計の自由度が向上する。場合によっては複数箇所に独立に構成された電源回路又は接地回路の電極パッドに従来のワイヤ・ボンディング法と同様に容易に接合することができる。そして、半導体素子１２に密接して導体板１４が設けられているので、これによって、半導体素子１２の放熱も促進する。
【００１５】
続いて、図４に示す本発明の第２の実施の形態に係る半導体装置４０について説明するが、前記実施の形態に係る半導体装置１０と同一の構成要素については同一の番号を付してその説明を省略する（以下の実施の形態においても同様）。
即ち、この実施の形態に係る半導体装置４０においては、導体板１４の吊りリード４１〜４４の中間部分に、接続端子ランド４５〜４８が設けられている。そして、この導体回路パターン４９の製造時には、四角形の外枠１５の四隅に吊りリード４１〜４４はそれぞれ接続されていたが、外枠１５と各導体リード１３とをエッチング処理によって切断するときに、合わせて分離されている。分離された吊りリード４１〜４４に形成されている接続端子ランド４５〜４８には、他の接続端子ランド１７と同様に端子ボール１８が設けられている。
この実施の形態においても、外枠１５は接地回路（例えば、−端子）を、内側の導体板１４は電源回路（例えば、＋端子）を構成して、全体の配線が行われている。
【００１６】
図５には、本発明の第３の実施の形態に係る半導体装置の一部省略平面図を示すが、図に示すように、中央の素子搭載部周囲の外枠５５が接地側となって、各導体リード１３の間に伸びる接地用補助リード５６を備えている。この接地用補助リード５６の内側先部は、各導体リード１３より短くなっている。
中央の導体板１４の４隅に設けられている吊りリード５７の端部には、接続用端子ランド５８が設けられている。また、外枠５５の角部内側には、接地用接続端子ランド５９がそれぞれ設けられている。そして、前記導体板１４の中央には、アンダーフィル充填用の貫通孔６０が設けられている。このように導体回路パターンを用いた半導体装置においては、回路や回線に、浮遊容量、寄生容量、アースの共通インピーダンス等の影響により、隣接回路に信号が漏れるクロストーク現象や、Ｉ／Ｏスイッチングノイズが発生し電気特性を低下させるという問題をある程度解消できる。
【００１７】
以上の第１〜第３の実施の形態に係る半導体装置１０等は、図６に示すように、複数個（この実施の形態においては４個）が同一のスティフナー材６１に設けられ、最終工程でプレス処理によって分離されて、個々の半導体装置が形成される。図６において、６２はパイロット孔、６３は抜き落とし部を示す。
【００１８】
前記実施の形態において、外部接続端子として端子ボールを使用したが、接続端子ランドの上に設けられるバンプであっても本発明は適用される。
また、前記実施の形態においては、クワッド型の半導体装置について説明したが、デュアル型の半導体装置であっても本発明は適用される。
そして、前記導体板の表面に接続端子ランドを形成し、その部分に端子ボールやバンプを設けることも可能である。
【００１９】
【発明の効果】
請求項１〜４記載の半導体装置においては、導体回路パターンは、半導体素子の複数の電極パッドによって囲まれる領域に、電源回路の側となる導体板を有し、しかも導体リードの少なくとも一つが延長して導体板に連結しているので、この導体板を利用して、電源回路側の配線の設計の自由度が向上する。
また、外枠を接地回路の側としているので、これによって、接地回路の導体リードの配置が容易となり、ユーザー側の希望する位置に、電源回路と接地回路の外部接続端子を設けることが可能となる。
そして、各導体リード間には、一端部が外枠、導体板に一体的に接続された接地用補助リードが設けられているので、半導体装置のクロストーク現象やＩ／Ｏスイッチングノイズの発生を防ぎ、電気的特性を向上させることができる。
請求項２記載の半導体装置においては、導体板は四角形となって、その隅部又は各辺が導体リードを兼用する吊りリードによって支持されているので、導体回路が簡略化される。
請求項３記載の半導体装置においては、導体リードの一部又は全部には外部接続端子を取付ける接続端子ランドが設けられているので、この部分に端子ボールやバンプを設けることによって、外部の回路、例えばプリント基板との接合が極めて容易となる。
そして、請求項４記載の半導体装置においては、全体がスティフナーで補強され、裏面側には、回路基板との接合が容易にできる端子ボール又はバンプを備えているので、薄型で、しかも十分な強度を有するコンパクトな半導体装置が提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る半導体装置の一部省略平面図である。
【図２】同半導体装置の断面図である。
【図３】プレス加工によって処理した同半導体装置の導体回路パターンの部分拡大図である。
【図４】本発明の第２の実施の形態に係る半導体装置の一部省略平面図である。
【図５】本発明の第３の実施の形態に係る半導体装置の一部省略平面図である。
【図６】製造過程にあるこれらの半導体装置の平面図である。
【符号の説明】
１０：半導体装置、１１：スティフナー、１２：半導体素子、１２ａ：電極パッド、１３：導体リード、１４：導体板、１５：外枠、１６：導体回路パターン、１７：接続端子ランド、１８：端子ボール（外部接続端子）、１９：カバーレジスト（第２の絶縁材層）、２０：素子搭載部、２１：接着剤、２２：開口部、２３：ポリイミドテープ（第１の絶縁材層）、２４：吊りリード、２５：吊りリード、２６：吊りリード、２７：吊りリード、２８：接続端子ランド、２９：接続端子ランド、３０：接続端子ランド、３１：接続端子ランド、３２：貫通孔、３３：封止樹脂、４０：半導体装置、４１：吊りリード、４２：吊りリード、４３：吊りリード、４４：吊りリード、４５：接続端子ランド、４６：接続端子ランド、４７：接続端子ランド、４８：接続端子ランド、４９：導体回路パターン、５５：外枠、５６：接地用補助リード、５７：吊りリード、５８：接続用端子ランド、５９：接地用接続端子ランド、６０：貫通孔、６１：スティフナー材、６２：パイロット孔、６３：抜き落とし部

Claims

中央位置に配置されて、その表面に少なくとも１つの電源用パッドを含む複数の電極パッドを有する半導体素子と、
該半導体素子の前記各電極パッドにそれぞれ接続される導体リード、及び複数の該導体リードを囲む外枠を備えた導体回路パターンとを有する半導体装置において、
前記導体回路パターンは、前記複数の導体リードの内側端部によって囲まれる領域に、電源回路の側になる導体板を有し、しかも前記導体リードの少なくとも一つが延長して該導体板に連結し、前記外枠が接地回路の側となって、しかも、該外枠が前記導体リードの少なくとも１つと一体的に連結され、更に、前記各導体リード間には、一端部が前記外枠に一体的に接続された接地用補助リードが設けられ、該接地用補助リードの内側先部が前記各導体リードより短くなっていることを特徴とする半導体装置。
前記導体板は四角形となって、その隅部又は各辺が導体リードを兼用する吊りリードによって支持されている請求項１記載の半導体装置。
前記導体リードの一部又は全部には外部接続端子を取付ける接続端子ランドが設けられている請求項１及び２のいずれか１項に記載の半導体装置。
前記導体回路パターンの裏面側は、第１の絶縁材層を介してスティフナーに接合されていると共に、該スティフナーの中央窪みに前記半導体素子が搭載され、前記導体回路パターンの表面側は、前記各導体リードに設けられている接続端子ランド及び中央の素子接続部分を除いて第２の絶縁材層で被覆され、更に、前記それぞれの接続端子ランドには、端子ボール又はバンプからなる前記外部接続端子が設けられ、前記半導体素子、前記導体板、及び露出した中央側の導体リードは樹脂封止されている請求項３記載の半導体装置。