JP4225312B2 - 半導体装置 - Google Patents

Description

本発明は、半導体基板に回路素子が組み込まれた半導体素子およびこの半導体素子を収容するパッケージを備える半導体装置に関する。

半導体素子を収容するパッケージを絶縁性合成樹脂材料で構成した樹脂モールドＩＣパッケージは、半導体装置のコンパクト化および取り扱いの容易さの点で優れている。
このようなＩＣパッケージの１つに、薄型パッケージ(TSOP:Thin Small Outline Package )がある。この薄型パッケージでは、電極パッドが形成された半導体素子の表面と平行に配置されたリードの端部が、絶縁性粘着テープを介して、電極パッド近傍で半導体素子表面に位置決められている。
電極パッドとリードとは、ボンディングワイヤで接続されており、これらリードと電極パッドとの接続部を含んで半導体素子が絶縁性合成樹脂材料で封止される。
半導体素子は、その電極パッドにボンディングワイヤ経て接続されかつ樹脂材料の外部に伸張するリードを経て、外部回路に接続される。

ところで、上記のような従来の半導体装置では、半導体素子表面に形成された電極パッドとリードの端部とを接続するボンディングワイヤは、両接続部分間で充分な弛みを持つように、弧状を描くように設けられる。
しかも、ボンディングワイヤのリード端部への接続端部は、ＩＣ表面から絶縁性粘着テープの厚さ寸法およびリードの厚さ寸法の和の高さ位置にあり、ボンディングワイヤはこの高さ位置を越えて弧状を描くように設けられる。
そのために、この接続部を絶縁性合成樹脂材料で封止する際、弧状に配置されたボンディングワイヤを覆うために、絶縁性合成樹脂材料は、半導体素子の表面から絶縁性粘着テープの厚さ寸法およびリードの厚さ寸法の和の高さを充分に越える厚さ寸法が必要となる。このことは、半導体装置の厚さ寸法の低減化を図る上で不利であり、より薄型化を図る技術の出現が強く望まれていた。

本発明は、前述した課題を解決するために、表面に電極パッドが形成された半導体素子と、半導体素子の表面の側でその縁部外方から電極パッドへ向けて半導体素子表面から間隔をおいて伸張するリードと、リードを電極パッドに接続するボンディングワイヤとを含む半導体装置において、リードの電極パッドの近傍部分に、半導体素子の表面に向けて屈曲するオフセット部を設け、このオフセット部でボンディングワイヤをリードに接続したことを特徴とする。

以上説明した本発明の半導体装置では、リードと、 電極パットとの間を接統するボンディンワイヤのリードへの接続端はこのリードに形成され半導体素子表面へ向けて屈曲するオフセット部で接続される。
従って、木発明によれば、リードのオフセット分、ボンディンワイヤ頂部の半導体素子表面からの高さ位置を低減させることができ、これにより半導体装置全体の厚さ寸法の低減を図ることができることから、半導体装置の薄型化を図ることが可能となる。

以下、本願発明の実施例について図面を参照して詳細に説明する。なお、全図面を通して同様の構成には同様の符号を付与する。
以下、本発明を図示の実施例に沿って詳細に説明する。
図１は、本発明の参考例に係る半導体装置を部分的に示す横断面図である。
本発明の参考例に係る半導体装置１０は、例えば１６ＭビットのＤＲＡＭのような集積回路素子が組み込まれた半導体基板からなる半導体素子１１と、この半導体素子のための多数のリード１２とを含む。

半導体素子１１の表面には回路素子のための電極パッド１３が形成されており、半導体素子１１の表面の電極パッド１３を除く部分は、例えば５〜１５μｍの厚さ寸法を有するポリイミド系樹脂のような絶縁保護膜１４で保護されている。
リード１２は、この絶縁保護膜１４が配置された表面の側でこれから間隔をおいて半導体素子１１の縁部外方から電極パッド１３へ向けて伸張する中央部分１２Ａで、例えばエポキシ樹脂系あるいはポリイミド樹脂系の接着剤が両面に塗布されたポリイミド樹脂フィルムからなる絶縁テープ１５により、半導体素子１１上に位置決められている。

リード１２の中央部分１２Ａの絶縁テープ１５で支持された接着部分よりも半導体素子１１の中央部側に位置する部分には、絶縁保護膜１４へ向けて屈曲された段部１２Ｂが形成されている。この段部１２Ｂにより、電極パット１３の近傍に位置するリード１２の先端部には、半導体素子１１の表面に向けて屈曲されたオフセット部１２Ｃが規定されている。
図示の例では、段部１２Ｂによるオフセット量は、絶縁テープ１５の厚さ寸法にほぼ等しく、リード１２自体のばね力によってリード１２先端のオフセット部１２Ｃは絶縁保護膜１４上に押し付けられている。絶縁保護膜１４は、オフセッ卜部１２Ｃの押し付けおよび次に述べるボンディンワイヤ１６の接続時における衝撃等を緩和して、半導体素子１１の表面を損傷から保護する。

リード１２と、電極パット１３との間には、両者を電気的に接続するためのボンディンワイヤ１６が接続されている。リード１２のオフセット部１２Ｃの表面には、例えば熱超音波によるボンディンワイヤ１６の圧着を容易とするための銀メッキ層１７が形成されており、ボンディンワイヤ１６の一端は、この銀メッキ暦１７が形成されたオフセット部１２Ｃでリード１２に接続されている。また、ボンディンワイヤ１６の他端は、従来におけると同様に、電極パット１３に接続されている。

これらボンディンワイヤ１６を含むそれらの接続部を覆うように、例えば繊維状のシリカ（６０〜１００μｍ）を含むエポキシ系樹脂材料により、半導体素子１１を全体的に封止するパッケージ１８が形成されている。
このパッケージ１８は、一般的には上型および下型を用いた型締めによって形成されるが、リード１２を半導体素子１１上に位置決める絶縁テープ１５は、この型締め時に衝撃を緩和することにより、半導体素子１１にクラック等が発生することを防止する。
パッケージ１８から突出するリード１２の脚部１２Ｄには、外部回路との接続のための金属メッキ層１９が形成されており、このリード１２およびボンディンワイヤ１６を経て、半導体素子１１の電極パット１３が外部回路に接続される。

本発明に係る半導体装置１０では、リード１２と電極パット１３とを接続するボンディンワイヤ１６は、リード１２のオフセット部１２Ｃでこのリード１２に接続されている。ボンディンワイヤ１６が接続されるオフセット部１２Ｃは、接着手段である絶縁テープ１５の厚さ分、半導体素子１１の表面を覆う絶縁保護膜１４へ向けて屈曲されていることから、その分、ボンディンワイヤ１６との接続部分であるオフセット部１２Ｃの絶縁保護膜１４からの高さ位置が低減されている。

このことから、ボンディンワイヤ１６は、オフセット部１２Ｃと電極パッド１３との間で、従来におけると同様に弛みをもって配線されるが、その頂部の絶縁保護膜１４からの高さ位置は、オフセット部１２Ｃのオフセット量分、低く設定されることから、例えば図１R>１に示すとおり、ボンディンワイヤ１６の頂部位置をリード１２の中央部分１２Ａの高さ位置よりも低い例えば０．２２５〜０．２５ｍｍの値に設定することができる。

従って、ボンディンワイヤ１６の頂部を露出させることなくパッケージ１８の半導体素子１１表面側における高さ寸法Ｈを従来よりも小さくすることができ、これにより、パッケージ１８の本体部分の厚さ寸法Ｔの低減を図り、その厚さ寸法を例えばｌｍｍ以下にして、半導体装置１０の薄型化を図ることができる。

リード１２のオフセット部１２Ｃをリード１２の先端部に形成することに代えて、例えば中央部分１２Ａに形成することができる。しかしながら、図示のとおり、リード１２の先端部にオフセット部１２Ｃを形成することにより、このオフセット部１２Ｃを容易に電極パット１３の近傍に位置させることができる。従ってボンディンワイヤ１６の引き回しのコンパクト化によるボンディンワイヤ１６の短小化を図る上で、リード１２の先端部にオフセット部１２Ｃを設けることが望ましい。

図２および図３は、本発明に係るそれぞれ他の参考例を部分的に示す横断面図である。図１に示されたと同様の機能を果たす構成部分には、これと同一の参照符号が付されている。
図２では、半導体装置１０の放熱性を高めるために、半導体素子１１の裏面はパッケージ１８から大気中に露出されている。
この半導体素子１１の裏面を露出させるについて、パッケージ１８のための上型からの樹脂材料のはみ出しによるいわゆるバリは、放熱性の低下を招く。従って、樹脂材料の半導体素子１１の裏面への回り込みによるバリを確実に防止するために、パッケージ１８の上半部１８Ａを半導体素子１１の表面よりも小さくすることが望ましい。

また、接看手段である絶縁テープ１５を半導体素子１１の縁部からその外方へはみ出して配置することにより、この絶縁テープ１５の加熱接着時に、その接着剤の溶融部分によって、半導体素子１１のエッジ部を覆うフィレット２０を形成することができる。
フィレット２０は、半導体装置１０の完成後に行われる温度サイクル試験等の周期的な温度変化に対して、エッジ部近傍でのクラックの発生を抑制する作用をなす。

図２に示したように、半導体素子１１の裏面をパッケージ１８から大気に露出させることにより、半導体装置１０の放熱性を高めることができると共に、半導体素子１１の裏面を樹脂材料で覆う必要はなく、従って、その厚さ分、半導体装置１０の厚さ寸法の低減を図ることができることから、薄型化を図る上で、より有利である。

図３に示されているように、半導体素子１１の裏面および周面をパッケージ１８から大気中に露出させることができ、これにより、一層の放熱性の向上を図ることができる。
また、図３に示すように、パッケージ１８を構成する合成樹脂材料の表面をリード１２のオフセット部１２Ｃを除く中央部分１２Ａの表面とほぼ同一平面上に位置させることにより、パッケージ１８内に、電極パッド１３、ボンディンワイヤ１６およびリード１２の段部１２Ｂに続くオフセット部１２Ｃを埋設した状態で、パッケージ１８の厚さ寸法のさらなる低減が可能となり、これにより半導体装置１０の一層の薄型化が可能になる。

図４は、本発明の実施例を示す平面図である。
また、図５は、図４に示された線Ａ−Ａに沿って得られた断面図である。
図４に示す平面図は、基本的には図３に示した例におけるものと同様であるが、図５に明確に示されているように、リード１２には、図１ないし図３に示した脚部１２Ｄが設けられていない。
図４および図５に示す半導体装置１０では、パッケージ１８から露出するリード１２の中央部分１２Ａを回路基板に対向させて配置し、この中央部分１２Ａの露出面で回路基板に、例えばバンプ電極等を用いて直接に接続することができる。

このような半導体装置を製造する方法について図６（ａ）〜（ｃ）および図７（ａ）〜（ｄ）を用いて説明する。
図６に樹脂封止前の形状を示す。図６（ａ）は上面図、図６（ｂ）はＡ−Ａ断面図、図６（ｃ）はＣ−Ｃ断面図である。
図６（ａ）において、半導体素子１１サイズより大きい枠状のダムバー２１が、フレーム上にエッチング法あるいはスタンピング法で形成されている。
このダムバー２１内には、ダムバー２１につながっている外部端子となるリード１２が形成されており、ボンディング部分に金属メッキを施した後、リード２２からダムバー２１までつながった枠状の絶縁テープ１５を接着する。この絶縁テープ１５の内側は、半導体素子１１にかかる位置まで達している。さらに、絶縁テープ１５の接着されていないリード先端部をおよそ絶縁テープの厚さ分だけ曲げ加工する。
その後、絶縁テープ部分に半導体素子１１を接着搭載後、半導体素子の電極パッドとリード先端部であるオフセット部分とをボンディングワイヤにより接続した後、モールド樹脂を注入し、個片抜き工程にはいる。このとき絶縁テープ１５は、ダムバー２１下部まで存在するため、樹脂が半導体素子１１側面に流れ出ることはない。

図７（ａ）〜（ｂ）、（ｃ）〜（ｄ）はそれぞれ図６におけるＡ−Ａ断面図、Ｃ−Ｃ断面図に対応する切断部分を示す図である。
図６に示すようにリードに半導体装置を接着し樹脂封止した後、個片打ち抜き刃２３により、半導体装置１１の端面とダムバー２１内側端面との間のリード１２と絶縁テープ１５とモールド樹脂１８を打ち抜く。

図４および図５に示す例では、半導体素子１１の裏面および周面をパッケージ１８から大気中に露出させることにより、放熱性の向上が図られると共に、リード１２の脚部１２Ｄが不要となることから、厚さ寸法が０．５ｍｍ以下の超薄型チップサイズ半導体装置の実現が可能となる。

図８は本願発明の他の実施例を示す説明図であり、図８（ａ）、（ｂ）はそれぞれ図６におけるＡ−Ａ断面図、Ｃ−Ｃ断面図に対応する切断部分を示す図である。
この実施例では、あらかじめリード１２の表面にリードの厚さの半分程度の窪み２４を設けておき、この窪み２４と同一の位置に突起部が設けられたモールド金型２５、２６を用いて樹脂モールドを行う。ここで、金型の突起部は、リード部分のみではなく、切断予定部分にかかるように設けられる。この金型２５、２６によりモールド樹脂を注入した後、窪み部分に合わせて個片抜き刃２３により切断する。
このように半導体装置のリードおよび樹脂部に窪みを設けるようにしたので、個片抜き時半導体装置へのストレスがかかりにくく、また、切断後の断面の平坦性がとれ、信頼性が向上する。

本発明は以上の実施例に限定されない。接着手段として、絶縁テープに代えて、液状の接着剤を用いることができる。しかしながら、リード１２の支持部である中央部分１２Ａと半導体素子表面との間に、キャパシタンス等の関係から、所定の間隔を確保することが望ましい場合もあり、その場合は、絶縁テープをもちいることにより所定間隔を確保することができる。
また、本願発明をパッケージが電気絶縁性合成樹脂材料からなる樹脂封止半導体装置の例について説明したが、半導体素子収容用キャビティが設けられたセラミックからなるパッケージを備えるセラミックタイプ、金属からなるパッケージを備えるメタルタイプ他、種々のパッケージを備える半導体装置に本願発明を適用することができる。

本発明の参考例に係る半導体装置（その１）を部分的に示す横断面図である。 本発明の参考例に係る半導体装置（その２）を部分的に示す横断面図である。 本発明の参考例に係る半導体装置（その３）を部分的に示す横断面図である。 本発明に係る半導体装置（その４）を示す平面図である。 図４に示した半導体装置（その４）の線Ａ−Ａに沿って得られた断面図である。 図４に示した半導体装置（その４）の製造方法を示す図である。 図４に示した半導体装置（その４）の製造方法を示す図である。 図４に示した半導体装置（その４）の変形例を示す図である。

符号の説明

１０ 半導体装置
１１ 半導体素子
１２ リード
１２Ｃ オフセット部
１３ 電極パット
１５ （接看手段）絶縁テ プ
１６ ボンディングワイヤ

Claims (4)

1. 表面に電極パッドが形成された半導体チップと、前記半導体チップの前記表面に設けられたリードと、前記電極パッドと前記リードとを接続するワイヤと、前記ワイヤおよび前記リードを封止する封止樹脂とを有する半導体装置において、
   前記リードは、前記電極パッド近傍の前記半導体チップの前記表面に配置される第１の部分と、前記第１の部分よりも前記半導体チップの前記表面から離れて配置され、前記半導体チップの前記表面に接着層を介して固定された第２の部分と、前記第１の部分と第２の部分とを接続する第３の部分と、前記第２の部分から前記第３の部分とは反対側に延在する第４の部分とを有し、
   前記リードの前記第２の部分は、前記接着層に面する第１の表面とその反対側であり、前記封止樹脂から露出する第２の表面とを有し、
   前記リードの前記第４の部分は、前記半導体チップの端面から突出していることを特徴とする半導体装置。
2. 請求項１記載の半導体装置において、さらに、前記リードの前記第２の部分の前記第２の表面に形成された金属メッキ層を有することを特徴とする半導体装置。
3. 請求項１または２のいずれかに記載の半導体装置において、前記接着層は絶縁テープであることを特徴とする半導体装置。
4. 請求項１〜３のいずれか１項に記載の半導体装置において、前記リードの前記第２の部分の前記第２の表面は、外部基板と接続するための接続部であることを特徴とする半導体装置。

Images