JP4010458B2 - 樹脂パッケージ型半導体装置 - Google Patents

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Description

本願発明は、半導体チップおよびワイヤなどが樹脂パッケージによって包み込まれた樹脂パッケージ型半導体装置に関する。
図７に、従来のこの種の樹脂パッケージ型半導体装置１の構造例を示す。この樹脂パッケージ型半導体装置１は、半導体チップ１０と、この半導体チップ１０が搭載されるダイパッド１１と、金線などのワイヤ１２を介して上記半導体チップ１０と電気的に導通さ
せられている複数本の内部リード１３と、を備えて構成されている。
上記ワイヤ１２の一端部は上記半導体チップ１０と、他端部は内部リード１３と、それぞれ熱圧着などの手段によって接続されている。すなわち、上記半導体チップ１０と上記内部リード１３とがワイヤ１２によって連結されて電気的な導通が図られている。また、上記半導体チップ１０、ダイパッド１１、ワイヤ１２、および各内部リード１３は、エポキシ樹脂などの熱硬化性樹脂によりパッケージングされているとともに、この樹脂パッケージ１４からは上記各内部リード１３と連続して外部リード１５が形成されている。この外部リード１５は、先端部が屈曲させられて水平部１６が形成されており、プリント基板上に面実装可能とされている。
上記のように構成された樹脂パッケージ型半導体装置１は、所定の配線パターンが形成されたプリント基板上に、たとえばハンダリフローの手法などによって実装される。具体的には、プリント基板上に予めハンダペーストを印刷しておき、このハンダペースト部に対応するように上記樹脂パッケージ型半導体装置の水平部１６を載置し、リフロー炉内に移送して加熱した後に上記ハンダを冷却固化させることにより上記樹脂パッケージ型半導体装置１が上記プリント基板上に実装される。
上述したハンダリフローの手法により上記樹脂パッケージ型半導体装置１をプリント基板上に実装すべく、上記樹脂パッケージ型半導体装置１をリフロー炉内に移送して加熱した場合には、上記樹脂パッケージ１４は熱膨張し、上記ワイヤ１２もまた熱膨張する。ところが、エポキシ樹脂などにより形成された上記樹脂パッケージ１４は、上記ワイヤ１２よりも熱膨張係数が大きいために、上記樹脂パッケージ１４の方が上記ワイヤ１２よりも伸びようとするので、上記ワイヤ１２に応力がかかってしまう。
また、上記ワイヤ１２の内部リード１３との圧着部１２ｂは、加圧によって圧し潰されてその厚みが上記ワイヤ１２の直径よりもさらに小さくなっており、この圧着部１２ｂの基端からは、上記内部リード１３に対して比較的大きな角度、具体的には図７にαで示した角度が３０度程度、あるいはそれ以上の角度でワイヤ１２が延出している。
したがって、上記圧着部１２ｂの基端、言い換えれば上記ワイヤ１２が屈曲している部分１２ｄに上述した上記樹脂パッケージ１４と上記ワイヤ１２の熱膨張係数の差に起因した応力が変形応力として集中してしまう。上述したように、上記屈曲部１２ｄの厚みが小さいため、屈曲部１２ｄにおける変形応力の集中によってワイヤのこの部分１２ｄが切断されてしまう場合がある。このため、上記ワイヤ１２の断線により上記半導体
チップ１０に電力が十分に供給されないといった事態が生じ、上記樹脂パッケージ型半導体装置１が本来有する機能を発揮することができなくなってしまう。
本願発明は、上記した事情のもとで考え出されたものであって、半導体装置をプリント基板に実装する時の熱によって半導体チップと内部リードとを電気的に導通しているワイヤが切断されてしまうことを回避することをその課題とする。
上記の課題を解決するため、本願発明では、次の技術的手段を講じている。
すなわち、本願発明の参考実施形態によれば、半導体チップと、この半導体チップに一端部が圧着されたワイヤと、このワイヤの他端部が圧着されて上記半導体チップと電気的に導通させられている複数本の内部リードと、上記半導体チップないし上記各内部リードを包み込む樹脂パッケージと、を備えた樹脂パッケージ型半導体装置であって、上記ワイヤが上記内部リードとの圧着部の基端から延出する角度は、上記圧着部の基端から少なくとも上記ワイヤの直径の２倍に相当する長さまでは上記内部リードに対して１５度以下であることを特徴とする、樹脂パッケージ型半導体装置が提供される。
好ましくは、上記ワイヤが上記圧着部の基端から延出する角度が１０度以下であり、より好ましくは、上記ワイヤが上記圧着部の基端から延出する角度が５度以下である。
上記内部リードとの圧着部の基端から延出するワイヤの角度が大きい場合には、半導体装置のプリント基板に対する実装時における上記樹脂パッケージと上記ワイヤの熱膨張係数の差に起因して、上記ワイヤの屈曲している部分が切断されてしまう場合があるのは上述の通りである。
本願発明の参考実施形態は、上記内部リードとの圧着部から延出する上記ワイヤの角度を小さく、具体的には圧着部の基端から延出する上記ワイヤの角度を上記内部リードに対して１５度以下とすることにより、ワイヤが切断されてしまうことを回避するものである。
上記ワイヤの角度を１５度以下と限定したのは、この角度以下であれば上記ワイヤと上記内部リードとの圧着部の基端部が切断された不良品が製造される可能性が低いことが本願発明者の実験によって確認されたからである。本願発明者は、従来より採用されているワイヤの延出角度、すなわち約３０度を含む様々な角度でワイヤを内部リードに圧着した樹脂パッケージ型半導体装置を製造し、各角度における不良品が製造される割合を調べた。その結果を図１に示すが、この図から明らかなように、１５度以下の場合に角度低減による効果が顕著に表れ、不良品が製造される割合が格段に低くなっている。
上述したように、半導体装置のプリント基板に対する実装時に上記ワイヤと上記内部リードとの圧着部が切断される原因は、圧着部の厚みが小さく、この圧着部の基端からワイヤが比較的大きな角度で延出していることにあると考えられる。したがって、上記圧着部からのワイヤの延出角度を小さくすることにより、上記ワイヤの屈曲している部分に集中する変形応力を低減し、引張り応力としてワイヤ全体にある程度分散できると考えられる。また、引張り応力に対しては、上記ワイヤが展性に優れる金線などであるために、上記樹脂パッケージの伸びに追従して良好に伸びることができると考えられる。このような理由から、上記内部リードに対するワイヤの延出角度が１５度以下の場合には、不良品が製造される割合が格段に低くなると考えられる。
本願発明によれば、半導体チップと、半導体チップが搭載されるダイパッドと、半導体チップに一端部が圧着された少なくとも１本のワイヤと、このワイヤの他端部が圧着されて上記半導体チップと電気的に導通させられている内部リードと、上記半導体チップないし上記内部リードを包み込む樹脂パッケージと、を備えた樹脂パッケージ型半導体装置であって、上記ワイヤは、上記内部リードとの圧着部の基端から一定距離だけ上記内部リードの表面に添わせられている部分と、その部分の端に位置する屈曲部分と、を上記内部リードとの圧着部の基端の近傍に有することを特徴とする、樹脂パッケージ型半導体装置が提供される。上記ワイヤにおける上記一定距離は、具体的には、少なくとも上記ワイヤの直径の２倍に相当する長さ分である。
本願発明においては、上記ワイヤを上記内部リードとの圧着部の基端から一定距離、具体的には、少なくとも上記ワイヤの直径の２倍に相当する長さ分、だけ上記内部リードの表面に添わせることにより、ワイヤの屈曲部分が厚みの小さい圧着部を避けてこの圧着部から一定距離だけ離れた部位に位置することとなる。すなわち、ワイヤの屈曲している部分の厚みがワイヤの厚みと略同一、言い換えればワイヤの屈曲している部分の厚みが従来の樹脂パッケージ型半導体装置と比べると大きくなっている。したがって、本側面に係る樹脂パッケージ型半導体装置は、従来の樹脂パッケージ型半導体装置と比べて、ワイヤの屈曲部分の変形応力に対する耐性が向上していることは明らかである。
また、上記構成は、見方を変えれば上記した第１の側面における上記ワイヤの圧着部の基端からの延出角度が略０度である場合に相当するとも考えられる。すなわち、厚みの小さい圧着部に変形応力が集中することが回避されており、厚みの小さい圧着部が上記ワイヤが半導体装置の実装時の熱によって切断される可能性が低減されるのはいうまでもない。
上記構成の樹脂パッケージ型半導体装置においても、不良品が製造される割合が格段に低くなることは、本願発明者の実験によって確認されている。
好ましくは、上記ワイヤにおける上記内部リードに添わせられている部分から延出する角度は、上記内部リードに対して１５度以下である。
上記構成によれば、上記ワイヤを上記内部リードとの圧着部から一定長さ上記内部リードの表面に添わせることにより上記屈曲部分の変形応力に対する耐性が向上されていることに加えて、上述した第１の側面と同様の理由により上記屈曲部分に集中する変形応力が緩和されている。すなわち、上記屈曲部が実装時の熱によって切断される可能性が格段に低減されている。
本願発明のその他の特徴および利点は、添付図面を参照して後述の詳細な説明によって、より明らかとなろう。
本願発明により、ワイヤが切断される可能性が低減される。
以下、本願発明の好ましい実施の形態を、図面を参照して具体的に説明する。
図２は、参考実施形態に係る樹脂パッケージ型半導体装置１の断面図および一部拡大図であり、図３、図４および図５は、上記樹脂パッケージ型半導体装置１の製造工程の１つであるワイヤボンディング工程を説明するための図である。なお、図２ないし図５において、図７を参照して説明した従来例に係る樹脂パッケージ型半導体装置と同一の部材および要素については、同一の符号を付してある。
図２に示すように、上記樹脂パッケージ型半導体装置１は、半導体チップ１０と、この半導体チップ１０が搭載されるダイパッド１１と、金線などのワイヤ１２を介して上記半導体チップ１０と電気的に導通させられている複数本の内部リード１３と、を備えて構成されている。
上記半導体チップ１０、ダイパッド１１、ワイヤ１２、および各内部リード１３は、エポキシ樹脂などの熱硬化性樹脂を用いた金型成形などによって樹脂パッケージ１４に包み込まれているとともに、この樹脂パッケージ１４からは上記各内部リード１３と連続して外部リード１５が形成されている。この外部リード１５は、先端部が屈曲させられて水平部１６が形成されており、プリント基板上に面実装可能とされている。
上記ワイヤ１２の一端部は上記半導体チップ１０と、他端部は内部リード１３と、それぞれ熱圧着などの手段によって接続されている。すなわち、上記半導体チップ１０と上記内部リード１３とがワイヤ１２によって連結されて電気的な導通が図られている。
上記ワイヤ１２が上記内部リード１３との圧着部１２ｂの基端から延出する角度、すなわち図２にβで示す角度は、上記内部リード１３に対して１５度以下に設定されている。より具体的には、上記角度βは、上記圧着部１２ｂの基端と、この圧着部１２ｂの基端から、たとえば上記ワイヤの直径の２倍に相当する距離を隔てたワイヤ１２上の地点とを結ぶ直線が上記内部リード１３と交差する角度として表される。
次に、図３、図４および図５を参照して上記樹脂パッケージ型半導体装置１の製造方法を簡単に説明する。
まず、上記ダイパッド１１や内部リード１３などが形成されたリードフレームのダイパッド１１の上面に半導体チップ１０を実装する。なお、上記リードフレームは、金属薄板に打ち抜きプレス加工を施すことにより作成されている。
次に、上記半導体チップ１３の上面に形成されたボンディングパッド（図示略）と上記各内部リード１６の先端部の上面とをワイヤ１９を用いて連結して電気的に導通するようにする。具体的には、以下に示すような行程を経て上記半導体チップ１０と上記内部リード１３とがワイヤ１２によって連結される。
先ず、図３に示すように、上記リードフレームをヒートブロック２５上に載置して上記リードフレーム２２全体を４００℃程度に加熱しておく。次に、ボンディング装置が備えるキャピラリ２０と呼ばれる治具に金線２１を通し、上記キャピラリ２０の先端部から金線２１の先端部を突出させておく。そして、金線２１の先端部を水素炎などによって加熱して溶融させる。図３に示すように、キャピラリ２０を下動させて金線２１の溶融部２２を上記半導体チップ１０に形成されたボンディングパッドに圧し付けることにより、上記半導体チップ１０上に金線２１の先端部を熱圧着する。
続いて、金線２１を引き出しつつ上記内部リード１３の所定位置、すなわち図５に示す状態となるようにキャピラリ２０を移動させ、上記内部リード１３の先端部の上面に圧し付ける。すなわち、ヒートブロック２５によって供給される熱と、上記キャピラリ２０による押圧力とによって金線２１を上記内部リード１３の上面に熱圧着する。さらに、上記キャピラリ２０を上記内部リード１３に圧し付けながらスライドさせるようにして移動させて金線２１を圧し切り、ワイヤボンディング行程を終了する。
なお、上記半導体チップ１０と上記内部リード１３とがワイヤ１２によって連結された状態において、上記内部リード１３との圧着部１２ｂの基端から上記ワイヤ１２が延出する角度βが１５度以下となるように上記キャピラリ２０を上記半導体チップ１０の圧着部１２ａから上記内部リード１３の所定位置まで移動させる経路を適宜選択しなければならない。
ワイヤボンディング行程が終了した場合には、上記半導体チップ１０、ワイヤ１２、各内部リード１３などを所定の金型を用いてエポキシ樹脂などの熱硬化性樹脂によりパッケージングを行う。
最後に、リードフレームに対するハンダメッキ、樹脂パッケージ１４に対する標印、上記リードフレームの所定部位のカット、およびリードフォーミングなどの行程を経て、図２に示したような単位半導体装置１が得られる。
このようにして製造された半導体装置１は、所定の配線パターンが形成されたプリント基板上に、たとえばハンダリフローの手法などにより実装される。具体的には、プリント基板上に予めハンダペーストを印刷しておき、このハンダペースト部に対応するように上記樹脂パッケージ型半導体装置の水平部１６を載置し、リフロー炉内に移送して加熱した後に上記ハンダを冷却固化させることにより上記樹脂パッケージ型半導体装置１が上記プリント基板上に実装される。
上記ようにして製造された樹脂パッケージ型半導体装置１においては、上記圧着部１２ｂからのワイヤ１２の延出角度βが従来の樹脂パッケージ型半導体装置１におけるワイヤ１２の延出角度αに比べて小さく設定されているので、半導体装置１のプリント基板に対する実装時に上記ワイヤ１２の屈曲している部分１２ｄに集中する変形応力を引張り応力としてワイヤ１２全体にある程度分散できると考えられる。また、引張り応力に対しては、上記ワイヤ１２が展性に優れる金線などであるために、上記樹脂パッケージ１４の伸びに追従して良好に伸びることができると考えられる。
これらのことから、上記構成の樹脂パッケージ型半導体装置１においては、プリント基板への実装時の熱によって上記ワイヤ１２の屈曲部１２ｄが切断されてしまうことを良好に回避することができると考えられる。このことは、上述した本願発明者の実験から明かである。
図６は、本願発明の実施形態に係る樹脂パッケージ型半導体装置１の要部拡大断面図である。
本実施形態に係る樹脂パッケージ型半導体装置１の基本的な構成は、上述した参考実施形態に係る樹脂パッケージ型半導体装置１と略同様である。本実施形態が参考実施形態と異なる点は、上記ワイヤを上記内部リードとの圧着部の基端から少なくとも上記ワイヤの直径の２倍に相当する長さ分だけ上記内部リードの表面に添わせた点である。
すなわち、ワイヤ１２の屈曲部分１２ｄが厚みの小さい圧着部１２ｂを避けてこの圧着部１２ｂから一定距離だけ離れた厚みの大きい部位に位置することとなる。このため、ワイヤ１２の屈曲している部分の厚みがワイヤ１２の厚みと略同一、言い換えればワイヤ１２の屈曲している部分の厚みが従来の樹脂パッケージ型半導体装置１と比べると大きくなっている。したがって、本実施形態に係る樹脂パッケージ型半導体装置１は、従来の樹脂パッケージ型半導体装置１と比べて、ワイヤの屈曲部分１２ｄの変形応力に対する耐性が向上していることは明らかである。
また、上記構成は、見方を変えれば上記した第１の実施形態における上記ワイヤ１２の圧着部１２ｂの基端からの延出角度βが略０度である場合に相当するとも考えられる。すなわち、厚みの小さい圧着部１２ｂの近傍に変形応力がかかることが回避されており、上記圧着部１２ｂあるいはその近傍において上記ワイヤ１２が半導体装置１のプリント基板に対する実装時の熱によって切断される可能性が低減されるのはいうまでもない。
なお、上記屈曲部分１２ｄから延出するワイヤ１２の角度γは、上記した第１の実施形態と同様に１５度以下に設定することが好ましい。この場合には、上記第１の実施形態と同様の理由によって上記屈曲部１２ｄに集中する変形応力を緩和することができる。すなわち、半導体装置１のプリント基板に対する実装時の熱によって、上記屈曲部１２ｄが切断される可能性がさらに低減されている。
内部リードとの圧着部からのワイヤの延出角度と、不良品が製造される割合との関係を表すグラフである。 参考実施形態に係る樹脂パッケージ型半導体装置の断面図およびその要部拡大図である。 ワイヤボンディング工程を説明するための図である。 ワイヤボンディング工程を説明するための図である。 ワイヤボンディング工程を説明するための図である。 本願発明の実施形態に係る樹脂パッケージ型半導体装置の要部拡大断面図である。 従来例の説明図である。
符号の説明
１ 樹脂パッケージ型半導体装置
１０ 半導体チップ
１１ ダイパッド
１２ ワイヤ
１２ａ 圧着部（半導体チップとワイヤとの）
１２ｂ 圧着部（内部リードとワイヤとの）
１２ｄ 屈曲部（ワイヤの）
１３ 内部リード
１４ 樹脂パッケージ
１５ 外部リード

Claims (5)

  1. 半導体チップと、半導体チップが搭載されるダイパッドと、半導体チップに一端部が圧着された少なくとも１本のワイヤと、このワイヤの他端部が圧着されて上記半導体チップと電気的に導通させられている内部リードと、この内部リードと連続して形成されている外部リードと、上記半導体チップないし上記内部リードを包み込む樹脂パッケージと、を備えた樹脂パッケージ型半導体装置であって、
    上記ワイヤは、上記内部リードとの圧着部の基端から一定距離だけ上記内部リードの表面に添わせられている部分と、その部分の端に位置する屈曲部分と、を上記内部リードとの圧着部の基端の近傍に有し、
    上記ワイヤにおける上記屈曲部分から延出する角度は、上記内部リードに対して１５度以下であることを特徴とする、樹脂パッケージ型半導体装置。
  2. 半導体チップと、半導体チップが搭載されるダイパッドと、半導体チップに一端部が圧着された少なくとも１本のワイヤと、このワイヤの他端部が圧着されて上記半導体チップと電気的に導通させられている内部リードと、この内部リードと連続して形成されている外部リードと、上記半導体チップないし上記内部リードを包み込む樹脂パッケージと、を備えた樹脂パッケージ型半導体装置であって、
    上記ワイヤは、上記内部リードとの圧着部の基端から延出する角度が略０度であって上記内部リードとの圧着部の基端から一定距離だけ存在する部分と、その部分の端に位置する屈曲部分と、を上記内部リードとの圧着部の基端の近傍に有し、
    上記ワイヤにおける上記屈曲部分から延出する角度は、上記内部リードに対して１５度以下であることを特徴とする、樹脂パッケージ型半導体装置。
  3. 上記ワイヤにおける上記一定距離は少なくとも上記ワイヤの直径の２倍に相当する長さ分である、請求項１または２に記載の樹脂パッケージ型半導体装置。
  4. 上記ワイヤにおける上記屈曲部分から延出する角度は、上記内部リードに対して１０度以下である、請求項１ないし３のいずれかに記載の樹脂パッケージ型半導体装置。
  5. 上記外部リードは先端部が屈曲させられた水平部を有する、請求項１ないし４のいずれかに記載の樹脂パッケージ型半導体装置。
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