JP4845097B2 - 半導体装置 - Google Patents

Description

本発明は、一の面に実装用の複数の半田電極を形成した表面実装型の半導体装置に関する。

従来の表面実装型の半導体装置は、リードフレームを切取って形成したリード部材と、リード部材にエリアアレイ状に配置された外部端子と、リード部材の上面に接合した半導体チップと、半導体チップのパッドと外部端子とを電気的に接続するワイヤと、リード部材の下面に露出する外部端子の凹部に半田ボールを接合して形成された突起電極と、リード部材の上面および下面を封止する封止樹脂とで構成されている（例えば、特許文献１参照。）。
特開２０００−２１９０３号公報（主に第４頁段落００２４−第５頁段落００２９、第３図、第４図）

しかしながら、上述した従来の技術においては、リードフレームを切取ったリード部材に形成された外部端子と、リード部材の上面に接合した半導体チップのパッドとをワイヤにより電気的に接続し、リード部材の下面に露出する外部端子に半田ボールを接合して突起電極を形成し、リード部材の上面および下面を封止樹脂で覆ってこれらを封止して半導体装置を形成しているため、半導体装置の厚さは、半導体チップの厚さと、半導体チップ上のワイヤの接続に要する空間の高さ、これを封止する半導体チップの上面側の封止樹脂の厚さ、リードフレームの厚さ、および下面側の封止樹脂の厚さで決定され、半導体装置を薄型化することが困難であるという問題がある。

本発明は、上記の問題点を解決するためになされたもので、表面実装型の半導体装置の薄型化を図る手段を提供することを目的とする。

本発明は、上記課題を解決するために、上面側に回路素子を形成した半導体チップと、該半導体チップの上面に設けられ、前記回路素子と電気的に接続するパッドと、前記半導体チップの下面側の周辺に設けられ、球体の一部を平面に切欠いた部分球体であって、外部との信号の送受を中継する半田電極と、該半田電極と前記パッドとを電気的に接続するワイヤと、前記半導体チップと前記パッドと前記ワイヤと前記半田電極とを封止すると共に、前記半田電極の前記平面と、前記半導体チップの下面側の削り取り後の下面とを、同一平面となるように露出させた下面を有する封止樹脂と、を備えたことを特徴とする。

これにより、本発明は、実装用の半田電極を半導体装置内に収容してその厚さを、半導体チップの厚さと半導体チップ上のワイヤの接続に要する空間の高さおよびこれらを封止する半導体チップの上面側の封止樹脂の厚さで形成することができ、半導体装置の厚さを半導体チップの厚さと略同等にして表面実装型の半導体装置の薄型化を図ることができるという効果が得られる。

以下に、図面を参照して本発明による半導体装置およびその製造方法の実施例について説明する。

図１は実施例１の半導体装置の上面を示す説明図、図２は図１のＡ−Ａ断面図、図３は実施例１のリードフレーム全体の上面を示す説明図、図４は実施例１のリードフレームの１区画の上面を示す説明図、図５は図４のＢ−Ｂ断面図である。
図１、図２において、１は半導体装置である。
２は半導体チップであり、その上面側に複数の半導体素子を接続して形成された回路素子が形成されており、その上面には回路素子の所定の部位と電気的に接続する複数のパッド３が形成されている。

５は半田電極であり、半田で形成された球体である半田ボール６（図６参照）の一部を平面７に切欠いた部分球体であって、半導体装置１の内部の半導体チップ２と外部との間の信号の送受を中継する端子である。
８は金線等のワイヤであり、半導体チップ２のパッド３と半田電極５との間を電気的に接続する導線である。

９は封止樹脂であり、半導体装置１の各部品を封止するエポキシ樹脂等の絶縁性を有する樹脂であって、半導体チップ２、パッド３とワイヤ８との接続部、ワイヤ８の間、半田電極５とワイヤ８との接続部、半田電極５の間等を覆って封止した各部品を保護および絶縁する機能を有している。
図３から図５において、１１は支持台としてのリードフレームであり、長尺の薄板の長手方向に沿った両側の縁部に図示しないスプロケットホールが形成された金属板であって、その上面には、後に個片に分割して形成される半導体装置１毎に１点鎖線で示す区画線で所定の領域を２５分割に区切った区画１２が設定されており、その各区画には図４に示すようにその中央部に半導体チップ２を搭載するチップ搭載領域１３（第１の領域）が設定され、その周囲に隣接して半導体装置１の半田電極５を形成する電極形成領域１４（第２の領域）が設定されており、チップ搭載領域１３に搭載される半導体チップ２の側方の電極形成領域１４には、半田電極５を形成する位置に図５に示すように半田ボール６を嵌合する球状凹面からなる嵌合穴１６がプレス成形等により形成されている。

本実施例の嵌合穴１６は、略半球状の球状凹面に形成され、区画１２毎の長手方向の両側辺に沿ってそれぞれの区画１２のチップ搭載領域１３に設置される半導体チップ２の側方となる位置に所定のピッチで１列に配置されている。
以下に、図６にＰで示す工程に従って本実施例の半導体装置の製造方法について説明する。

なお、図６に示すリードフレーム１１は、図５と同様の断面で示す。
Ｐ１、リードフレーム１１の各区画１２の電極形成領域１４の嵌合穴１６に接着剤用ノズル等を用いて比較的粘度の高い液状の接着剤を塗布し、半田ボール６を嵌合穴１６に装填して密着させた後に加熱等により接着剤を硬化させて接着し、半田ボール６を嵌合孔１３に嵌合する。

Ｐ２、各区画１２のチップ搭載領域１３に、接着剤用ノズル等を用いて比較的粘度の高い液状の接着剤を塗布し、そこに半導体チップ２の下面を密着させた後に接着剤を加熱等により硬化させてリードフレーム１１に半導体チップ２を接着して設置する。
次いで、ワイヤボンダを用いて半導体チップ２のパッド３とこれに対応する半田ボール６との間をワイヤ８で接続する。これによりパッド３と半田ボール６との間が電気的に接続される。

Ｐ３、半導体チップ２と半田ボール６との間の接続を終えると、リードフレーム１１の各区画１２上の半導体チップ２、パッド３とワイヤ８との接続部、ワイヤ８の間、半田電極５とワイヤ８との接続部、半田ボール６の間等に封止樹脂９を流し込んで各部品を覆った後に加熱等により硬化させて半導体チップ２等を封止樹脂９で封止する。
Ｐ４、封止樹脂９の形成後に、バックグラインドにより半田ボール６の一部およびリードフレーム１１を削り取り、封止樹脂９の表面に露出する平面７を形成する。これにより半田ボール６は、その一部を平面７に切欠いた略半球状の部分球体に形成され、平面７を封止樹脂９の表面に露出させた実装用の半田電極５が形成されると共に露出した平面７が半田電極５の外部との接合部として機能する。

この場合に、バックグラインドによりリードフレーム１１の厚さ分のみを削り取るようにしてもよく、半導体チップ２の下面を回路素子に影響を与えない程度に削り取るようにしてもよい。
そして、リードフレーム１１に設定された区画線上を薄い円盤状の砥石等の分割用のブレードにより切断して図１、図２に示す半導体装置１を製造する。

なお、工程Ｐ４の手順は、先に半導体装置１を個片に分割しておき、その後にバックグラインドによりリードフレーム１１等を削り取る手順としてもよい。
このようにして製造された半導体装置１は、実装用の半田電極５を半導体装置１内に収容してその厚さを、半導体チップ２の厚さと、半導体チップ２上のワイヤ８の接続に要する空間の高さと、これらを封止する半導体チップ２の上面側の封止樹脂９の厚さで形成するので、リードフレーム１１を残したままの半導体装置に較べて薄い半導体装置１を形成することができる。

以上説明したように、本実施例では、半導体チップのパッドと部分球体とした半田電極とをワイヤで電気的に接続し、これらを封止樹脂により封止して半田電極の平面を封止樹脂の表面に露出させるようにしたことによって、実装用の半田電極を半導体装置内に収容してその厚さを半導体チップの厚さと、半導体チップ上のワイヤの接続に要する空間の高さおよびこれらを封止する半導体チップの上面側の封止樹脂の厚さで形成することができ、半導体装置の厚さを半導体チップの厚さと略同等にして表面実装型の半導体装置の薄型化を図ることができる。

また、リードフレームに形成した複数の嵌合穴に半田ボールを嵌合し、リードフレームに設置した半導体チップのパッドと半田ボールとをワイヤで接続し、リードフレーム上の各部品を封止樹脂で封止した後に、半田ボールの一部とリードフレームとを削り取って封止樹脂の表面に平面を露出させた半田電極を形成するようにしたことによって、実装用の半田電極を半導体装置内に収容した半導体装置を容易に形成することができる。

更に、リードフレームの嵌合穴に半田ボールを接着するようにしたことによって、ワイヤボンディングにおける半田ボールの姿勢を安定させことができ、パッドと半田ボールとのワイヤによる接続を容易に行うことができる。
更に、半田ボールを嵌合する嵌合穴をリードフレームに形成するようにしたことによって、プレス成形等により嵌合穴を形成することができ、半導体装置の製造コストを低減することができる。

なお、本実施例においては、電極形成領域に形成する嵌合穴を半導体チップの側方で、区画の長手方向に沿ってに形成するとして説明したが、短手方向に沿って形成してもよく、半導体チップの周囲を囲うように形成してもよい。この場合に形成する嵌合穴は１列に限らず、２列以上の平行または千鳥状の配列であってもよい。
また、本実施例においては、半田電極は半田ボールを平面で略半球状に削り取って形成するとして説明したが、半田電極は球体の一部であればどのような部分球体であってもよい。この場合に半田電極を半球以上の部分球体とすれば、封止樹脂との接合をより強固なものとすることができる。

更に、本実施例においては、リードフレームに形成する嵌合穴は区画毎の長手方向の側辺に沿って所定のピッチで１列に配置するとして説明したが、図７に示すように区画の短手方向の幅をそのままにしてリードフレーム全体の嵌合穴を短手方向の幅の両側に所定のピッチで配置するようにすれば、幅が同じ半導体チップであればその長さが異なる半導体チップとのリードフレームの共用化を図ることができ、半導体装置の製造に用いるリードフレームの種類を削減することができる。

図８は実施例２の半導体装置の上面を示す説明図、図９は図８のＣ−Ｃ断面図、図１０は実施例２のリードフレーム全体の上面を示す説明図、図１１は実施例２のリードフレームの１区画の上面を示す説明図、図１２は図１１のＤ−Ｄ断面図である。
なお、上記実施例１と同様の部分は、同一の符号を付してその説明を省略する。
本実施例の半導体装置１は、図８、図９に示すように半導体チップ２の周囲に２列の近接した列状に配置された半田電極５と半導体チップ２のパッド３とがそれぞれワイヤ７で電気的に接続されて封止樹脂９で封止され、図９に示すように封止樹脂９の表面に平面７を露出させた半田電極５は半球未満の部分球体に形成されている。

図１０から図１２において、２１は整列溝であり、上記実施例１と同様にリードフレーム１１に設定された各区画１２にプレス成形等により形成された半田ボール６を整列させる溝である。
本実施例の整列溝２１は、区画１２毎の４辺に沿ってそれぞれの区画１２のチップ搭載領域１３に設置される半導体チップ２の周囲を囲う電極形成領域１４に形成された矩形断面を有する溝であり、その幅は半田ボール６の直径の略２倍に、その深さは半田ボール６の半径より深く形成されている。

これにより、半田ボール６は、図１４に示すようにそれぞれの半田ボール６がほぼ接した状態で区画１２の各辺に沿った平行な２列に配列される。
以下に、図１３にＰＡで示す工程に従って本実施例の半導体装置の製造方法について説明する。
なお、図１３に示すリードフレーム１１は、図１２と同様の断面で示す。

ＰＡ１、リードフレーム１１の各区画１２の電極形成領域１４に形成された整列溝２１に接着剤用ノズル等を用いて比較的粘度の高い液状の接着剤を塗布し、半田ボール６を整列溝２１に装填して整列溝２１の底面に密着させた後に加熱等により接着剤を硬化させて接着し、図１４に示すように整列溝２１に装填した半田ボール６を平行な２列に整列させる。

ＰＡ２、上記実施例１の工程Ｐ２と同様にして各区画１２のチップ搭載領域１３に半導体チップ２の下面を接着して設置し、半導体チップ２のパッド３とこれに対応する半田ボール６との間をワイヤ８で接続する。
ＰＡ３、上記実施例１の工程Ｐ３と同様にしてリードフレーム１１の各区画１２上の各部品を封止樹脂９を流し込んで覆った後に加熱等により硬化させて半導体チップ２等を封止樹脂９で封止する。

このとき、半田ボール６の周囲に流れ込んだ封止樹脂９は整列溝２１の底面に達し、半田ボール６を包み込んだ状態で硬化する。
ＰＡ４、封止樹脂９の形成後に、バックグラインドにより半田ボール６の一部およびリードフレーム１１を削り取り、封止樹脂９の表面に平面７を形成する。これにより半田ボール６は、その一部を平面７に切欠いた半球未満の部分球体に形成され、平面７を封止樹脂９の表面に露出させ、その周囲を封止樹脂９で絶縁された実装用の半田電極５が形成されると共に露出した平面７が半田電極５の外部との接合部として機能する。

この場合に、バックグラインドによりリードフレーム１１の厚さ分のみを削り取るようにしてもよく、半導体チップ２の下面を回路素子に影響を与えない程度に削り取るようにしてもよい。
そして、上記実施例１の工程Ｐ３と同様にしてリードフレーム１１に設定された区画線上を切断して図８、図９に示す半導体装置１を製造する。

このようにして製造された半導体装置１は、上記実施例１と同様に実装用の半田電極５を半導体装置１内に収容してその厚さが半導体チップ２の厚さと略同等になるので、リードフレーム１１を残したままの半導体装置に較べて薄い半導体装置１を形成することができる。
また、整列溝２１に装填した半田ボール６を互いに接するように列状に整列させ、これを半球未満の部分球体となるように削り取るので、互いの半田電極６間の絶縁を確保しながら近接した半田電極５を形成することが可能になる。

更に、半田ボール６を整列溝２１に整列させて整列溝２１の底面まで封止樹脂９を流し込むため、例え封止樹脂９が空気を巻込んだとしてもその空気は底面の付近に運ばれた状態で硬化し、その後に半田ボール６を半球未満に削り取るので、半田電極６間にボイドが生ずることはなく、半田電極６間の絶縁を確実に行うことができる。
以上説明したように、本実施例では、上記実施例１と同様の効果に加えて、整列溝に整列させた半田ボールを封止樹脂で封止した後に半田ボールを半球未満に削り取って半田電極を形成するようにしたことによって、近接させた状態の半田電極を多数形成することができ、多くのパッドを有する半導体チップを用いた多ピンの半導体装置を容易に形成することができる。

また、リードフレームの整列溝に整列させた半田ボールを接着するようにしたことによって、ワイヤボンディングにおける半田ボールの姿勢を安定させことができ、パッドと半田ボールとのワイヤによる接続を容易に行うことができる。
なお、本実施例においては、半田ボールをチップ搭載領域の周囲の電極形成領域に形成した整列溝に平行な２列に配列するとして説明したが、整列溝に整列させる半田ボールは１列または３列以上に配列しても、千鳥状に配列するようにしてもよい。この場合に整列溝の幅は整列させる半田ボールの配列に応じて適宜に形成すればよい。

上記各実施例においては、リードフレームに設定する区画は所定の領域を区画線で区切って設定するとして説明したが、リードフレームの全長に渡って区画を形成するようにしてもよい。
また、上記各実施例においては、支持台はリードフレームであるとして説明したが、支持台は前記に限らず、樹脂材料や無機材料、金属材料で形成した板材またはシート材に嵌合穴や整列溝を形成して支持台として用いるようにしてもよく、樹脂材料で形成したフィルム材に嵌合穴や整列溝を形成して支持台として用いるようにしてもよい。

実施例１の半導体装置の上面を示す説明図 図１のＡ−Ａ断面図 実施例１のリードフレーム全体の上面を示す説明図 実施例１のリードフレームの１区画の上面を示す説明図 図４のＢ−Ｂ断面図 実施例１の半導体装置の製造方法を示す断面図 実施例１のリードフレームの区画の他の形態を示す説明図 実施例２の半導体装置の上面を示す説明図 図８のＣ−Ｃ断面図 実施例２のリードフレーム全体の上面を示す説明図 実施例２のリードフレームの１区画の上面を示す説明図 図１１のＤ−Ｄ断面図 実施例２の半導体装置の製造方法を示す断面図 実施例２の工程ＰＡ２の上面を示す説明図

符号の説明

１ 半導体装置
２ 半導体チップ
３ パッド
５ 半田電極
６ 半田ボール
７ 平面
８ ワイヤ
９ 封止樹脂
１１ リードフレーム
１２ 区画
１３ チップ搭載領域
１４ 電極形成領域
１６ 嵌合穴
２１ 整列溝

Claims (3)

1. 上面側に回路素子を形成した半導体チップと、
   該半導体チップの上面に設けられ、前記回路素子と電気的に接続するパッドと、
   前記半導体チップの下面側の周辺に設けられ、球体の一部を平面に切欠いた部分球体であって、外部との信号の送受を中継する半田電極と、
   該半田電極と前記パッドとを電気的に接続するワイヤと、
   前記半導体チップと前記パッドと前記ワイヤと前記半田電極とを封止すると共に、前記半田電極の前記平面と、前記半導体チップの下面側の削り取り後の下面とを、同一平面となるように露出させた下面を有する封止樹脂と、を備えたことを特徴とする半導体装置。
2. 請求項１において、
   前記半田電極が、半球より大きい部分球体であることを特徴とする半導体装置。
3. 上面側に回路素子を形成した半導体チップと、
   前記半導体チップの上面に設けられ、前記回路素子と電気的に接続するパッドと、
   前記半導体チップの下面側の周辺に各々が近接した列状に配置され、球体の一部を平面に切欠いた半球未満の部分球体であって、外部との信号の送受を中継する複数の半田電極と、
   該複数の半田電極と前記パッドとを電気的に接続するワイヤと、
   前記半導体チップと前記パッドと前記ワイヤと前記複数の半田電極とを封止すると共に、前記複数の半田電極の前記平面と、前記半導体チップの下面側の削り取り後の下面とを、同一平面となるように露出させた下面を有する封止樹脂と、を備えたことを特徴とする半導体装置。