JP4471600B2 - 回路装置 - Google Patents

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JP4471600B2
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克彦 渋沢
崇 北澤
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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、外部端子として外部に延在するリードを有する回路装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
図5を参照して、従来型の回路装置100の構成について説明する。図5(A)は回路装置100の平面図であり、図5(B)はその断面図である(特許文献1参照)。
【0003】
図5(A)および図5(B)を参照して、回路装置100の中央部には導電材料から成るランド102が形成され、ランド102の周囲には多数個のリード101の一端が接近している。リード101の一端は金属細線105を介して半導体素子104と電気的に接続され、他端は封止樹脂103から露出している。封止樹脂103は、半導体素子104、ランド102およびリード101を封止して一体に支持する働きを有する。
【0004】
【特許文献1】
特開平11−340257号公報
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述したような回路装置100では、リード101は、半導体素子104の電極を外部に電気的に延在させる働きのみを有し、このリード101で再配線部等を形成することができなかった。このことから、リード101を用いて、回路装置内部に複雑な電気回路を構成できない問題があった。
【0006】
本発明は上述した問題点を鑑みて成されたものであり、本発明の主な目的は、リードを有し且つ内部に電気回路が構成される回路装置を提供することにある。
【0007】
【課題を解決するための手段】
本発明は、複数の半導体素子と、前記半導体素子のボンディングパッドと接続されてパッケージの外部に導出して外部端子を構成する第1のリード群と、前記パッケージ内部にて前記半導体同士を接続する第2のリード群とを有することを特徴とする。
【0008】
本発明は、第1の半導体素子および第2の半導体素子と、金属細線を介して前記第1の半導体素子または前記第2の半導体素子と電気的に接続されて、端部が外部に導出する第1のリードと、前記第1の半導体素子および前記第2の半導体素子の両方に金属細線を介して電気的に接続されて、前記第1および前記第2の半導体素子を電気的に接続する第2のリードとを有することを特徴とする。
【0009】
更に、本発明は、第1のリードと、前記第1のリードの一方に接近して延在し、上方に突出する第1の段差部が設けられた第2のリードと、前記第1のリードの他方に接近して延在し、上方に突出する第2の段差部が設けられた第3のリードと、前記第1のリードを跨ぐように、前記第1の段差部および前記第2の段差部にロウ材を介して固着されたチップ素子とを有することを特徴とする。
【0010】
更に、本発明は、第1の回路素子と、第1の金属細線を介して前記第1の回路素子と電気的に接続されて端部が外部に導出する第1のリードと、第2の金属細線を介して前記第1のリードと接続される第2のリードと、前記第2のリードに電気的に接続される第2の回路素子とを有することを特徴とする。
【0011】
更に、本発明は、アイランドと、前記アイランドの周囲に一端を近接して設けられたインナーリードを介して封止樹脂から他端が突出して成る外部リードを有する第1のリードと、前記アイランドに設けられた半導体素子とを有した回路装置であり、前記封止樹脂から成るパッケージの一側辺に於ける一領域から前記パッケージの内部に延在し、前記内部から前記パッケージの一側辺に於ける他領域へ延在する配線リードとを有し、前記配線リードを介して、前記パッケージ内に封止され、前記半導体素子と異なる別の回路素子と前記半導体素子が電気的に接続されることを特徴とする。
【0012】
更に、本発明は、複数のアイランドと、前記複数のアイランドの周囲に一端を近接して設けられたインナーリードを介して封止樹脂から他端が突出して成る外部リードを有する第1のリードと、前記複数のアイランドにそれぞれ設けられた半導体素子とを有した回路装置であり、前記封止樹脂から成るパッケージの一側辺に於ける一領域から前記複数のアイランドの近傍を延在し、前記近傍から前記パッケージの一側辺に於ける他領域へ延在する配線リードとを有し、前記配線リードを介して、前記パッケージ内に封止された前記複数の半導体素子が電気的に接続されることを特徴とする。
【0013】
【発明の実施の形態】
本発明は、パッケージ内に配線の機能を有したリードを有し、いわゆるSIPを実現する技術に関するものである。
【0014】
一般にリードフレームは、一つまたは二つ程度のアイランドを有し、その周囲には、一端がアイランドに近接したインナーリードと、電極として成り、外部リードとしてパッケージから外部に出ていく一連のリードが配置されている。そしてそれぞれのアイランドには、半導体チップが設けられ、半導体チップのそれぞれの電極において、入/出力信号が通過するために前記リードが採用されている。つまり半導体素子間の接続の為に、前記リードが採用されていない。
【0015】
しかし例外が2つある。第1は、半導体素子が積層されて成るスタック型のマルチチップ・パッケージであり、第2は、アイランドとアイランドの間にブリッヂとして設けられたプレーン型のマルチチップ・パッケージである。
【0016】
第1のスタック型において、リードは、半導体素子間の接続の為に活用されている。しかしこのリードは、外部リード電極として採用される。一方、第2のプレーン型マルチチップでは、アイランド間にブリッヂが配置され、そのブリッヂで電気的に接続されている。これは、お互いに対向する半導体チップの側辺に設けられた電極同士を接続するものである。このブリッヂは、例えば接着シートで貼り合わせて保持している。
【0017】
本願は、例えば図1では、カギ括弧の様な形状を有する第2のリードが、ポイントであり、このリードを配線として活用するものである。図1では、複数の半導体素子の間を接続するために、図4では半導体素子と受動素子を接続するために、リードが採用されている。このリードは、本来、実装基板上の電極と電気的に接続されるものでは無い。よってパッケージ内部において、アイランドの周囲に設けられていればよく、形状は限定されない。
【0018】
ここでは、第2のリードの落下を考慮して、上下の金型で保持できるようにカギ括弧の如く配置されている。また接着テープを採用するならば、カギ括弧である理由は無い。尚、本発明で、インナーリードとは、パッケージや封止樹脂に内蔵される部分のリードを指す。また、配線リードとは、回路素子同士を電気的に接続する役割を有するリードを指す。また、本発明でリードとは以下実施例で示すフレーム状のリードの他にも、実装基板上に形成された導電パターン等も含む。
【0019】
図1を参照して、本発明の回路装置の詳細な構成を説明する。図1は本発明の回路装置10の平面図である。同図を参照して、回路装置10は、第1の半導体素子13Aおよび第2の半導体素子13Bと、金属細線15Aを介して第1の半導体素子13Aまたは第2の半導体素子13Bと電気的に接続されて端部が外部に導出する第1のリード11Aと、第1の半導体素子13Aおよび第2の半導体素子13Aの両方に金属細線15Cを介して電気的に接続されて、第1および第2の半導体素子13A、13Bを電気的に接続する第2のリード11Bとを有する構成と成っている。このような各構成要素を以下にて説明する。
【0020】
第1の半導体素子13Aは、例えばLSI(Large Scale Integration)チップであり、回路装置10の中央部付近に設けた第1のアイランド12A上に、接着剤を介して固着されている。ここで使用する接着剤としては、半田や導電性ペーストのような導電性のものや、樹脂製の絶縁性のものの両方を用途に応じて使い分けることができる。
【0021】
第2の半導体素子13Bは、例えば上述した第1の半導体素子13Aと同じLSIチップであり、第1のアイランド12Aに連続する第2のアイランド12B上に固着されている。また、上記した両アイランドは、電気的に分離しても良い。
【0022】
第1のアイランド12Aおよび第2のアイランド12Bは、パンチング若しくはエッチングにより、薄い導電箔を成形することにより形成される。また、第1のアイランド12Aと第2のアイランド12Bとは、連結部18を介して連続している。そして、紙面では、上方に位置する第1のアイランド12Aは、第1のアイランド12Aの上部左右角部から、回路装置の上部左右角部まで吊りリード19が延在している。更に、紙面では、下方に位置する第2のアイランド12Aは、第2のアイランド12Aの下部部左右角部から、回路装置の下部左右角部まで吊りリード19が延在している。この吊りリード19は、回路装置10の製造工程に於いて、第1のアイランド12Aおよび第2のアイランド12Bとを機械的に支持する働きを有する。
【0023】
第1のリード11Aは、その一端が第1の回路装置13Aまたは第2の回路装置13Bと金属細線15Aを介して接続されている。そして、第1のリード11Aの他端は、全体を封止する封止樹脂16から外部に導出し、外部との電気信号の入出力を行う外部端子として機能する。
【0024】
第2のリード11Bは、金属細線15Cを介して第1の半導体素子13Aと電気的に接続され、更に、金属細線15Cを介して第2の半導体素子13Bと電気的に接続されている。従って、第1の半導体素子13Aと第2の回路装置13Bとは、金属細線15Cおよび第2のリード11Bを介して電気的に接続されている。紙面上では、第1および第2の半導体素子13A、13Bは、回路装置10の中央部付近に上下方向に整列して配置さる。そして、整列した第1および第2の半導体素子13A、13Bを左右方向から挟むように、側方にて上下方向に複数本の第2のリード11Bが延在している。ここでは、第2のリード11Bをハッチングで示している。即ち、第1および第2の半導体素子13A、13Bを挟むように、第1および第2の半導体素子13A、13Bの整列する方向に、第2のリード11Bは延在している。また、第2のリード11Bは、両端が封止樹脂16から外部に延在している。
【0025】
第3のリード11Cは、回路装置10内部で他の構成要素との電気的接続は行われず、端部は封止樹脂16から外部に導出している。また、回路装置10の周辺部には、上述した第1から第3のリードの端部が略等間隔に導出して端子部を形成している。ここでは、紙面上の回路装置10の左右端部の第2のリード11Bに挟まれる領域に、複数個の第3のリード11Cが設けられている。
【0026】
封止樹脂16は、第1および第2の半導体素子13A、13B、リード11、および金属細線15を被覆して全体を支持する働きを有する。また、リード11の裏面が露出する構成にしても良いし、リード11の裏面も含めて全体を封止樹脂16により被覆しても良い。
【0027】
本発明のポイントは、半導体素子同士を電気的に接続する第2のリード11Bを採用したことにある。第2のリード11Bを採用するメリットを説明する。第1および第2の半導体素子13A、13Bの対向する辺に設けられた電極同士は、ここでは、金属細線15Bにより、直に電気的に接続されている。しかしながら、第1および第2の半導体素子13A、13Bの対向する辺以外の箇所に形成された電極同士を、金属細線15のみを用いて、電気的に接続することは困難である。このことから、本発明では、第2のリード11Bを採用することにより、この問題を解決している。例えば、金属細線15Cを介して、紙面上で第1の半導体素子13Aの横周辺部に設けられた電極と、第2のリード11Bとを電気的に接続する。そして、第2のリード11Bは、第1の半導体素子13Aの横周辺部から、第2の半導体素子の横周辺部まで、紙面上で上下方向に延在する。そして、金属細線15Cを介して、第2の半導体素子13Bと第2のリード11Bとを電気的に接続する。このことで、第2の半導体素子13Bに隣接する辺を除いた箇所の第1の半導体素子13Aの取り出し電極と、第1の半導体素子13Aに隣接する辺を除いた箇所の第2の半導体素子13Bの取り出し電極とが、前記第2のリードを介して電気的に接続される。
【0028】
更に、金属細線15を介してリード11同士を接続することにより、更なる配線を構成することができる。ここでは第1の半導体素子13Aの電極E1と、第2の半導体素子13Bの電極E2とを、金属細線15およびリード11を介して電気的に接続する構成を説明する。ここで、電極E1とは、第2の半導体素子13Bに隣接する辺に対向する周辺部の第1の半導体素子13Aに設けられた記取り出し電極である。そして、電極E2とは、第1の半導体素子13Aに隣接する辺に対向する周辺部の第2の半導体素子13Bに設けられた前記取り出し電極である。電極E1は金属細線15Aを介して第1のリード11A1と接続され、第1のリード11A1は金属細線15Dを介して第2のリード11B1の紙面上部に接続される。第2のリードは、第1および第2の半導体素子13A、13Bの紙面右側側方を上下方向に延在する。そして、金属細線15Eを介して、第2のリード11B1の紙面下部と、電極E2とが電気的に接続される。
【0029】
第1のリード11A1付近の電気的な接続構造に関して説明する。第1のリード11A1の一方の端部は、パッケージ外形を形成する封止樹脂16から外部に導出して外部端子を形成している。そして、第1のリード11A1の他方の端部は、回路素子としての第1の半導体素子13Aの近傍まで延在して、金属細線15Aにより第1の半導体素子13Aのボンディングパッドと電気的に接続されている。そして、第1のリード11A1と、第2のリード11B1とは、金属細線15Dを介して電気的に接続されている。ここで、金属細線15Dは、複数個のリードを超越して、リード同士を電気的に接続している。このような構成の金属細線15Dを採用することにより、任意の箇所のリード同士を電気的に接続することが可能になり、リードを用いて構成される配線の自由度を向上させることができる。また、第1のリード11A1は、一方が外部に導出して外部端子を構成する働きを有すると同時に、上記した金属細線15Dが接続することにより、パッケージに内蔵される配線パターンの一部として機能している。
【0030】
また、図1に示す回路装置では、第1のリード11A、第2のリード11B、および、第3のリード11Cの端部から成る外部端子が、封止樹脂16の4周辺部から略等間隔に導出している。これらの外部端子が実装基板に固着されることで、回路装置10の実装を行うことが可能になり、回路装置10の実装を安定化させるここができる。
【0031】
図2を参照して、他の形態の回路装置10の構成を説明する。同図に示す回路装置の基本的な構成は図1に示したものと同様であり、以下では相違箇所を中心に説明する。
【0032】
第3の半導体素子13Cは、例えばベアのトランジスタチップ等であり、第2のリード11Bの途中に設けた第3のアイランド12C上に固着されている。そして、金属細線15を介して、半導体素子13Cは、第1の半導体素子13Aまたは第2の半導体素子13Bに直に接続されている。ここで、半導体素子13Cは、金属細線15を介して第1または第2のリード11A、11Bに電気的に接続されても良い。同図では、連結部18に接近するように、第2のリード11Bからせり出して延在する2つの第3のアイランド12Cが示されている。
【0033】
第4の半導体素子13Dは、LSIチップ等であり、第2の半導体素子13Bの表面に固着されている。即ち、第2の半導体素子13Bと、この第2の半導体素子13B上に固着される第4の半導体素子14Dにより、スタック構造が実現されている。また、第4の半導体素子14Dは、金属細線15を介して、第1のリード11A、第2のリード11B、または、他の回路素子と電気的に接続されている。
【0034】
第2のリード11Bは、ここでは、パッケージの外形を構成する封止樹脂に内蔵される形に成っている。即ち、第2のリード11Bの主たる役割は、内蔵される回路素子同士を電気的に接続させることであるので、このように全体をパッケージ内部に内蔵させることができる。また、ここでは、第3のリード11Cを省いた構成になっている。従って、簡素化された構成の回路装置を提供することができる。
【0035】
支持テープ25は、第2のリード11Bを支持する役割を有する。即ち、第2のリード11Bは個々が機械的に分離していることから、封止樹脂の形成を行う工程までは、これらを機械的に支持する機構が必要になる。このように支持テープ25を用いて、裏面から、あるいは、表面から、第2のリード11Bを固定することにより、製造工程の途中に於いて、第2のリード11Bの位置がずれてしまうのを防止することができる。具体的には、支持テープ25は、複数個の第2のリード11Bを、第1のリード11Aまたは、他のリードに固定する働きを有する。また、樹脂封止を行う際に、リード全体の裏面を樹脂等から成る接着シートの貼り付けて、樹脂封止を行っても良い。リード裏面への樹脂の回り込みを防止することができる。
【0036】
次に、図3(A)を参照して、金属細線15Cが形成される箇所の第2のリード11Bに設けられる段差部17の詳細を説明する。同図は図1に示す領域AをX1方向から見た図である。段差部17は、水平方向に延在する第2のリード11Bに対して斜め上方に延在する傾斜部20と、傾斜部20から水平方向に延在する平坦部21とから構成されている。この構成により、平坦部21の位置を他の第2のリード11Bよりも上方に位置させることができる。また、平坦部17が傾斜部20を介して連続していることから、段差部17の剛性が向上され、ワイヤボンディング時の超音波エネルギーが、分散してしまうのを防止することができる。上述した段差部17は、第2のリード11Bに設けられても良いし、第1のリード11Aに設けられても良い。
【0037】
図3(B)を参照して、第2のリード11Bと半導体素子13との接続構造を説明する。同図は図1に示す領域AをX2方向から見た図である。金属細線15Cは、少なくとも1つのリード11の上方を超越して、第2のリード11Bに設けられた段差部17に接続されている。この構成により、金属細線15C全体の位置を高くして、金属細線15Cとリード11(特に段差部17の直近に位置する第2のリード11B)とのクリアランスを大きくすることができる。従って、金属細線15の自重や、樹脂封止時に於ける圧力により、金属細線15Cが下方に変形した場合でも、段差部17と半導体素子13との間に延在する第2のリード11Bと金属細線15Cとが接触してしまうのを防止することができる。
【0038】
図3(C)を参照して、ここでは、アイランド12に接近した第2のリード11Bとアイランド12上に固着された半導体素子13とが金属細線15Cを介して接続されている。このように、半導体素子13とその直近の直近のリード11を接続する場合は、金属細線15Cが接続される箇所のリード11Bに段差部17を設けずに、両者の接続を行うことができる。即ち、これは通常のワイヤボンディングである。
【0039】
図3(D)を参照して、ここでは、リード11の途中に設けた段差部17同士を、複数個のリード11を超越する金属細線15Cにより接続している。即ち、一方の段差部17と金属細線15Cとがボールボンディングにより接続され、他方の段差部17と金属細線とがウェッジボンディングにより接続されている。
【0040】
図4を参照して、他の形態の回路装置30の構成を説明する。図4(A)は回路装置30の平面図であり、図4(B)は図4(A)の領域Cを、X4方向から見た断面図である。同図に示す回路装置30の基本的構成は図1に示したものと同様であり、相違点はチップ素子44の接続構造にある。
【0041】
ここでは、回路装置30は、第1のリード31Aと、第1のリード31Aの一方に接近して延在し、上方に突出する第1の段差部45Aがその途中に設けられた第2のリード31Bと、第1のリード31Aの他方に接近して延在し、上方に突出する第2の段差部45Bが、第1の段差部45Aに接近して設けられた第3のリード31Cと、第1のリード31Aを跨ぐように、第1の段差部45Aおよび第2の段差部45Bにロウ材を介して固着されたチップ素子44とを有する構成となっている。ここで、チップ素子44とは、例えばチップ抵抗やチップコンデンサであり、半田等のロウ材46を介してリードと電気的に接続されている。
【0042】
図4(B)を参照して、チップ素子44の両端に設けた電極とリード31とは、ロウ材46を介して接続されている。そして、第2のリード31Bの第1の段差部45Aと、第3のリード31Cの第2の段差部45Bとを橋渡しするようにチップ素子44が載置されている。従って、段差部45の形成によりチップ素子44のリード31に対する位置が高くなる。このことから、チップ素子44の接続に用いるロウ材46と、他のリード31とのショートを防止することができる。
【0043】
同図を参照すると、チップ素子44は、第1のリード31Aを跨ぐようにして、第2および第3のリード31Cに接続されている。このように、第1のリード31Aを跨ぐようにチップ素子44を配置することにより、比較的大型のチップコンデンサ等のチップ素子を採用することができる。また、チップ素子44の大きさに応じて、複数個の第1のリード31Aを跨ぐようにして、第2および第3のリード31B、31Cを形成しても良い。また、上述した段差部45は、他の箇所のリード31と比較するとその幅が広く形成されているので、ロウ材44の漏れを防止することができる。
【0044】
上記説明ではリードを有するタイプのパッケージに関して説明を行ったが、他のタイプのパッケージに上記構成を適用させることも可能である。例えば、QFP(Quad Flat Package)や、QFN(Quad Flat Non-leaded package)、ガラスエポキシ基板等のインターポーザを用いたパッケージ等の他の形態のパッケージに上述した構成を適用させることも可能である。
【0045】
【発明の効果】
本発明では、以下に示すような効果を奏することができる。
【0046】
複数個の半導体素子の整列方向に延在する方向に第2のリードが延在し、この第2のリードと金属細線を介して、半導体素子同士を電気的に接続している。従って、リードを採用した構造で、比較的複雑な配線構造を得ることができる。また、回路装置内部の電気回路に設計変更が生じた場合でも、リードのパターンを変更せずに、金属細線が形成される箇所の変更または、金属細線の数の増減を行うのみで有る程度の対処を行うことができる。
【0047】
更に、本発明では、リードの途中に上方に突出する段差部を設け、半導体素子とリードとの接続を行う金属細線を、この段差部に接続させた。このことにより、金属細線全体の位置をリードのより上方に位置させることができるので、金属細線が長い場合でも、金属細線とリードとの不要な接触を防止できる。また、この段差部にロウ材を介してチップ素子を固着することも可能である。この構成により、ロウ材と他のリードとのショートを防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の回路装置を説明する平面図である。
【図2】本発明の回路装置を説明する平面図である。
【図3】本発明の回路装置を説明する断面図(A)−(D)である。
【図4】本発明の回路装置を説明する平面図(A)、断面図(B)である。
【図5】従来の回路装置を説明する平面図(A)、断面図(B)である。
【符号の説明】
10 回路装置
11 リード
12 アイランド
13 半導体素子

Claims (1)

  1. 第1のアイランドと、前記第1のアイランドに隣接して設けられた第2のアイランドと、前記第1のアイランドの周囲および前記第2のアイランドの周囲にそれぞれ一端が配置された第1のリードと、前記第1のアイランドに設けられ、前記第1のアイランドの周囲に位置する前記第1のリードと電気的に接続された第1の半導体素子と、前記第2のアイランドに設けられ、前記第2のアイランドの周囲に位置する前記第1のリードと電気的に接続された第2の半導体素子と、前記第1のアイランド、前記第2のアイランド、前記第1のリード、前記第1の半導体素子および前記第2の半導体素子を覆い、前記第1のリードの他端が外部に延在する様に覆われた封止樹脂とを有する半導体装置であり、
    前記第1の半導体素子と前記第2の半導体素子の整列方向に延在され、前記第1の半導体素子と前記第2の半導体素子を挟みカギ括弧の形状の如く延在され、一端と他端が前記封止樹脂から外部に延在する様に設けられ、前記封止樹脂を形作る上下の金型で保持可能とした第2のリードを有し、
    前記第1の半導体素子は、前記第2のリードの第1の領域と電気的に接続され、前記第2の半導体素子は、前記第2のリードの第2の領域と電気的に接続されることで、前記第1の半導体素子と前記第2の半導体素子が前記第2のリードを介して電気的に接続されることを特徴とする半導体装置。
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