JP5048685B2 - 半導体装置およびその製造方法 - Google Patents
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Description
本発明は、半導体装置およびその製造方法に関し、特に金属細線による接続信頼性を向上させた半導体装置およびその製造方法に関するものである。
一般に半導体装置は、金属細線により、中に封止された半導体チップと電極との間を電気的に接続する。金属細線は、フリップチップ等で応用されるバンプ電極等と異なり、技術の歴史的変遷が長く、その信頼性故に現在も使われている。
例えば第１４図、第１５図がその一例である。第１４図は半導体装置１００を上方から見た平面図であり、第１５図はその断面図である。矩形で示す符号１０３が半導体チップであり、ここではトランジスタデバイスで説明してある。半導体チップ１０３としては例えば、バイポーラトランジスタ、ＭＯＳトランジスタ等が採用される。
半導体装置１００の内部には、上記した半導体チップ１０３と電気的に接続される３つの電極が内蔵される。上記した半導体チップ１０３の裏面と電気的に接続固着されるアイランド状の電極１０２Ａが左端に位置し、右端には、二つの電極１０２Ｂ、１０２Ｃがある。つまり電極１０２Ａは、コレクタ電極となり、一方の電極１０２Ｂ、１０２Ｃがエミッタ電極、ベース電極となる。そして半導体チップ１０３の２つのボンディングパッドは、各々が金属細線１０５Ａ、１０５Ｂを経由して、電極１０２Ｃおよび電極１０２Ｂに接続される。
そして、電極１０２Ａ、１０２Ｂ、１０２Ｃ、半導体チップ１０３、金属細線１０５Ａ、１０５Ｂは、封止樹脂１０１により一体的に封止されている。また、電極１０２Ａ、１０２Ｂ、１０２Ｃに関しては、その一部が封止樹脂１０１から外部に露出している。
金属細線１０５Ａ、１０５Ｂは、半導体チップ１０３のボンディングパッドでボールボンドし、上昇させ、その後でインナーリード（電極１０２Ｂ、１０２Ｃ）まで下降させてスティッチボンドするため、半導体チップ１０３の上面と金属細線１０５Ａ等の頂部までの高さＨが１００μｍ〜１５０μｍと比較敵的高くなっている（第１５図参照）。
特開平９−２９８２５６号公報の第１図および第２図では、インナーリードがアイランドの両側に配置されたパッケージが示されているが、第２図からも明らかなように、金属細線は、やはり放物線を描き、パッケージの厚みに制限をきたしている。
例えば第１４図、第１５図がその一例である。第１４図は半導体装置１００を上方から見た平面図であり、第１５図はその断面図である。矩形で示す符号１０３が半導体チップであり、ここではトランジスタデバイスで説明してある。半導体チップ１０３としては例えば、バイポーラトランジスタ、ＭＯＳトランジスタ等が採用される。
半導体装置１００の内部には、上記した半導体チップ１０３と電気的に接続される３つの電極が内蔵される。上記した半導体チップ１０３の裏面と電気的に接続固着されるアイランド状の電極１０２Ａが左端に位置し、右端には、二つの電極１０２Ｂ、１０２Ｃがある。つまり電極１０２Ａは、コレクタ電極となり、一方の電極１０２Ｂ、１０２Ｃがエミッタ電極、ベース電極となる。そして半導体チップ１０３の２つのボンディングパッドは、各々が金属細線１０５Ａ、１０５Ｂを経由して、電極１０２Ｃおよび電極１０２Ｂに接続される。
そして、電極１０２Ａ、１０２Ｂ、１０２Ｃ、半導体チップ１０３、金属細線１０５Ａ、１０５Ｂは、封止樹脂１０１により一体的に封止されている。また、電極１０２Ａ、１０２Ｂ、１０２Ｃに関しては、その一部が封止樹脂１０１から外部に露出している。
金属細線１０５Ａ、１０５Ｂは、半導体チップ１０３のボンディングパッドでボールボンドし、上昇させ、その後でインナーリード（電極１０２Ｂ、１０２Ｃ）まで下降させてスティッチボンドするため、半導体チップ１０３の上面と金属細線１０５Ａ等の頂部までの高さＨが１００μｍ〜１５０μｍと比較敵的高くなっている（第１５図参照）。
特開平９−２９８２５６号公報の第１図および第２図では、インナーリードがアイランドの両側に配置されたパッケージが示されているが、第２図からも明らかなように、金属細線は、やはり放物線を描き、パッケージの厚みに制限をきたしている。
しかしながら、上述した半導体装置の製造方法を考えてみると、半導体チップ１０３等を封止する封止樹脂１０１を形成する際に、金属細線１０５Ａ、１０５Ｂが断線してしまう問題があった。
具体的には次の通りである。先ず、第１４図で示す四本の矢印は、樹脂の注入方向を示し、矢印の直下に位置する矩形の領域は、ゲート１０６を示している。半導体チップ１０３等を樹脂封止する際は、半導体チップ１０３や電極１０２Ａ等をモールド金型のキャビティに収納し、ゲートから液状の封止樹脂１０１をキャビティに注入することで、封止樹脂１０１による封止が行われる。
このゲート１０６から注入される樹脂圧は様々であり、樹脂が注入される圧力が高いと金属細線１０５Ａ等が曲折したり断線する恐れがあるが、現状では、比較的太い細線を金属細線１０５Ａ等として採用することで、その断線等を抑制していた。また、半導体チップ１０３のボンディングパッドとインナーリード（電極１０２Ｂ）の位置関係、ボンディング装置の都合により、金属細線１０５Ａの太さや形状等は、決定されていた。
第１４図を参照すると、紙面上にて上方に位置する金属細線１０５Ａの平面的形状はゲート１０６の方向に凸形状であり、下方に位置する金属細線１０５Ｂの平面的形状は、ゲート１０６から離間する方向に凸形状である。従って、ゲート１０６から樹脂を注入すると、金属細線１０５Ａと電極１０２Ａおよび半導体チップ１０３との接続部には、接続部を押圧する力が作用する。この押圧力により、金属細線１０５Ａの接続部が破断される恐れは小さい。しかしながら、金属細線１０５Ｂの平面的形状は、ゲート１０６の方向に対して凹形状であるので、樹脂圧が金属細線１０５Ｂに作用すると、金属細線１０５Ｂと他の部材との接続箇所には引張応力が作用する。金属細線１０５Ｂの接続箇所は引張応力に弱いので、樹脂圧により金属細線１０５Ｂの接続箇所が断線してしまう恐れが大きかった。
また、携帯用端末、例えば携帯電話等の小型機器は、軽薄短小の傾向があり、これらに実装される様々な半導体パッケージにも薄型化が切望されている。そして、パッケージの薄型化を実現するために、金属細線１０５Ａの盛り上がりを抑制しようとすると、金属細線１０５Ａと他の部材との接続箇所の機械的強度が劣化してしまい、上述した樹脂注入時における断線が顕在化する恐れがあった。その理由は、金属細線１０５Ａを低ループにすると、金属細線１０５Ａと他の部材との接続箇所付近における金属細線１０５Ａが複雑に塑性変形するからである。
本発明は、上述した課題を解決するために成されたものである。本発明の主たる目的は、金属細線の盛り上がりを抑制して全体の厚みを薄くすると共に、樹脂封止時における金属細線と他の部材との接続箇所の接続信頼性を高めた半導体装置およびその製造方法を提供することにある。
本発明は、半導体チップと、前記半導体チップの周囲に設けられた電極と、前記半導体チップ上のボンディングパッドと前記電極とを接続する金属細線と、前記半導体チップ、前記電極および前記金属細線を封止する封止樹脂とを有する半導体装置に於いて、前記封止樹脂は、モールド金型により構成されるキャビティの一側面から内に注入され、前記金属細線は、前記注入の口に向かって、平面的に凸状に湾曲していることを特徴とする。
更に、本発明は、半導体チップと、前記半導体チップの周囲に設けられた電極と、前記半導体チップ上のボンディングパッドと前記電極とを接続する金属細線と、前記半導体チップ、前記電極および前記金属細線を封止する封止樹脂とを有する半導体装置であり、前記金属細線は、その両端に位置する固着部において、前記封止樹脂の注入圧力により加圧される様に、平面的に見て湾曲していることを特徴とする。
更にまた、本発明は、矩形の半導体チップと、前記半導体チップの４側辺に沿って設けられた複数のボンディングパッドと、前記半導体チップを囲み、前記ボンディングパッドに対応した位置に接近して設けられる複数の電極と、前記半導体チップ、前記電極および前記金属細線を封止する封止樹脂とを有し、前記封止樹脂は、前記半導体チップの対角線の延長線より注入され、前記金属細線は、その注入される口からの前記封止樹脂の流れに対向するように平面的に見て凸となる湾曲を描いてなることを特徴とする。
本発明の半導体装置の製造方法は、半導体チップの上面に設けられたボンディングパットと、前記半導体チップに近設された電極とを金属細線により接続する工程と、モールド金型のキャビティに、前記半導体チップ、前記金属細線および前記電極を収納させて、前記キャビティの側辺に設けたゲートから前記キャビティに封止樹脂を注入して、前記半導体チップ、前記金属細線および前記電極を封止樹脂により封止する工程と、を具備し、前記金属細線の平面的形状は、前記ゲートから注入される前記封止樹脂の流れの上流に向かって凸状に湾曲する形状であることを特徴とする。
第３図は、金属細線１５Ａをパッケージの上面から見た平面図である。この図に示すベクトルからも判るように、ゲートから注入される樹脂の流れる方向（Ｆ１〜Ｆ３）に対して、反対の方向（上流側）に金属細線１５Ａを湾曲させることにより、金属細線１５Ａの両端に加わる力を、引張りではなく圧縮としている。しかもベクトル図で示すように、Ｆ２ａ、Ｆ３ａと小さくさせることで信頼性を向上させるものである。
別の表現をすれば、樹脂の流れ（左から右へ水平に流れる）に対し、流れの方向と交差（直行）する方向（紙面に対して上から下）に金属細線を延在させ、その樹脂の流れ（Ｆ１〜Ｆ３）に対して逆方向に凸（右から左に凸）となるように形成することで、金属細線の両端に加わる力は、引張りではなく圧縮または加圧となり、しかもベクトル図で示すように、本来の注入圧力（Ｆ１〜Ｆ３）よりも小さな力が作用し、金属細線の剥がれを防止することができる。
具体的には次の通りである。先ず、第１４図で示す四本の矢印は、樹脂の注入方向を示し、矢印の直下に位置する矩形の領域は、ゲート１０６を示している。半導体チップ１０３等を樹脂封止する際は、半導体チップ１０３や電極１０２Ａ等をモールド金型のキャビティに収納し、ゲートから液状の封止樹脂１０１をキャビティに注入することで、封止樹脂１０１による封止が行われる。
このゲート１０６から注入される樹脂圧は様々であり、樹脂が注入される圧力が高いと金属細線１０５Ａ等が曲折したり断線する恐れがあるが、現状では、比較的太い細線を金属細線１０５Ａ等として採用することで、その断線等を抑制していた。また、半導体チップ１０３のボンディングパッドとインナーリード（電極１０２Ｂ）の位置関係、ボンディング装置の都合により、金属細線１０５Ａの太さや形状等は、決定されていた。
第１４図を参照すると、紙面上にて上方に位置する金属細線１０５Ａの平面的形状はゲート１０６の方向に凸形状であり、下方に位置する金属細線１０５Ｂの平面的形状は、ゲート１０６から離間する方向に凸形状である。従って、ゲート１０６から樹脂を注入すると、金属細線１０５Ａと電極１０２Ａおよび半導体チップ１０３との接続部には、接続部を押圧する力が作用する。この押圧力により、金属細線１０５Ａの接続部が破断される恐れは小さい。しかしながら、金属細線１０５Ｂの平面的形状は、ゲート１０６の方向に対して凹形状であるので、樹脂圧が金属細線１０５Ｂに作用すると、金属細線１０５Ｂと他の部材との接続箇所には引張応力が作用する。金属細線１０５Ｂの接続箇所は引張応力に弱いので、樹脂圧により金属細線１０５Ｂの接続箇所が断線してしまう恐れが大きかった。
また、携帯用端末、例えば携帯電話等の小型機器は、軽薄短小の傾向があり、これらに実装される様々な半導体パッケージにも薄型化が切望されている。そして、パッケージの薄型化を実現するために、金属細線１０５Ａの盛り上がりを抑制しようとすると、金属細線１０５Ａと他の部材との接続箇所の機械的強度が劣化してしまい、上述した樹脂注入時における断線が顕在化する恐れがあった。その理由は、金属細線１０５Ａを低ループにすると、金属細線１０５Ａと他の部材との接続箇所付近における金属細線１０５Ａが複雑に塑性変形するからである。
本発明は、上述した課題を解決するために成されたものである。本発明の主たる目的は、金属細線の盛り上がりを抑制して全体の厚みを薄くすると共に、樹脂封止時における金属細線と他の部材との接続箇所の接続信頼性を高めた半導体装置およびその製造方法を提供することにある。
本発明は、半導体チップと、前記半導体チップの周囲に設けられた電極と、前記半導体チップ上のボンディングパッドと前記電極とを接続する金属細線と、前記半導体チップ、前記電極および前記金属細線を封止する封止樹脂とを有する半導体装置に於いて、前記封止樹脂は、モールド金型により構成されるキャビティの一側面から内に注入され、前記金属細線は、前記注入の口に向かって、平面的に凸状に湾曲していることを特徴とする。
更に、本発明は、半導体チップと、前記半導体チップの周囲に設けられた電極と、前記半導体チップ上のボンディングパッドと前記電極とを接続する金属細線と、前記半導体チップ、前記電極および前記金属細線を封止する封止樹脂とを有する半導体装置であり、前記金属細線は、その両端に位置する固着部において、前記封止樹脂の注入圧力により加圧される様に、平面的に見て湾曲していることを特徴とする。
更にまた、本発明は、矩形の半導体チップと、前記半導体チップの４側辺に沿って設けられた複数のボンディングパッドと、前記半導体チップを囲み、前記ボンディングパッドに対応した位置に接近して設けられる複数の電極と、前記半導体チップ、前記電極および前記金属細線を封止する封止樹脂とを有し、前記封止樹脂は、前記半導体チップの対角線の延長線より注入され、前記金属細線は、その注入される口からの前記封止樹脂の流れに対向するように平面的に見て凸となる湾曲を描いてなることを特徴とする。
本発明の半導体装置の製造方法は、半導体チップの上面に設けられたボンディングパットと、前記半導体チップに近設された電極とを金属細線により接続する工程と、モールド金型のキャビティに、前記半導体チップ、前記金属細線および前記電極を収納させて、前記キャビティの側辺に設けたゲートから前記キャビティに封止樹脂を注入して、前記半導体チップ、前記金属細線および前記電極を封止樹脂により封止する工程と、を具備し、前記金属細線の平面的形状は、前記ゲートから注入される前記封止樹脂の流れの上流に向かって凸状に湾曲する形状であることを特徴とする。
第３図は、金属細線１５Ａをパッケージの上面から見た平面図である。この図に示すベクトルからも判るように、ゲートから注入される樹脂の流れる方向（Ｆ１〜Ｆ３）に対して、反対の方向（上流側）に金属細線１５Ａを湾曲させることにより、金属細線１５Ａの両端に加わる力を、引張りではなく圧縮としている。しかもベクトル図で示すように、Ｆ２ａ、Ｆ３ａと小さくさせることで信頼性を向上させるものである。
別の表現をすれば、樹脂の流れ（左から右へ水平に流れる）に対し、流れの方向と交差（直行）する方向（紙面に対して上から下）に金属細線を延在させ、その樹脂の流れ（Ｆ１〜Ｆ３）に対して逆方向に凸（右から左に凸）となるように形成することで、金属細線の両端に加わる力は、引張りではなく圧縮または加圧となり、しかもベクトル図で示すように、本来の注入圧力（Ｆ１〜Ｆ３）よりも小さな力が作用し、金属細線の剥がれを防止することができる。
第１図は本発明の半導体装置を示す平面図であり、第２図は本発明の半導体装置を示す断面図であり、第３図は本発明の半導体装置を示す図であり、金属細線１５Ａに樹脂封止に伴う力が作用している状態を示す図であり、第４図は比較例の状態を示す図であり、（Ａ）は本願発明の金属細線に力Ｆ１が作用した状態を示す図であり、（Ｂ）は比較例を示す図であり、第５図は本発明の半導体装置を示す図であり、（Ａ）は平面図であり、（Ｂ）は断面図であり、（Ｃ）は断面図であり、第６図は本発明の半導体装置を示す平面図であり、第７図は本発明の半導体装置を示す平面図であり、第８図は本発明の半導体装置を示す断面図であり、第９図は本発明の半導体装置を示す平面図であり、第１０図は本発明の半導体装置の製造方法を示す平面図であり、第１１図は本発明の半導体装置の製造方法を示す図であり、（Ａ）−（Ｆ）は断面図であり、第１２図は本発明の半導体装置の製造方法を示す図であり、（Ａ）−（Ｅ）は断面図であり、第１３図は本発明の半導体装置の製造方法を示す図であり、（Ａ）および（Ｂ）は断面図であり、第１４図は背景技術の半導体装置を示す平面図であり、第１５図は背景技術の半導体装置を示す断面図である。
１０Ａ 半導体装置 ２２ 固着部
１０Ｂ 半導体装置 ２３ 回路基板
１０Ｃ 半導体装置 ２５ レジスト
１０Ｄ 半導体装置 ２６ アイランド
１０Ｅ 半導体装置 ２７ リード
１０Ｆ 半導体装置 ２８ リードフレーム
１１ 封止樹脂 ２９ インナーリード
１２Ａ 電極 ３０ アウターリード
１２Ｂ 電極 ３１ タイバー
１２Ｃ 電極 ３２ ユニット
１２Ｄ 電極 ３３Ａ 裏面電極
１３ 半導体チップ ３３Ｂ 裏面電極
１４ ボンディングパッド ３４ 延長線
１４Ａ ボンディングパッド ３５ Ａｕホール
１４Ｂ ボンディングパッド ３６ エアベント
１５ 金属細線 ４０ キャピラリツール
１５Ａ 金属細線 ４１ ワイヤランプ
１５Ｂ 金属細線 ４２ 細部
１５Ｃ 金属細線 １００ 半導体装置
１５Ｄ 金属細線 １０１ 封止樹脂
１６ ゲート １０２Ａ 電極
１７ キャビティ １０２Ｂ 電極
１８ 金型 １０２Ｃ 電極
１９ 上金型 １０３ 半導体チップ
２０ 下金型 １０５Ａ 金属配線
２１ 固着部 １０５Ｂ 金属配線
１０６ ゲート
１０Ｂ 半導体装置 ２３ 回路基板
１０Ｃ 半導体装置 ２５ レジスト
１０Ｄ 半導体装置 ２６ アイランド
１０Ｅ 半導体装置 ２７ リード
１０Ｆ 半導体装置 ２８ リードフレーム
１１ 封止樹脂 ２９ インナーリード
１２Ａ 電極 ３０ アウターリード
１２Ｂ 電極 ３１ タイバー
１２Ｃ 電極 ３２ ユニット
１２Ｄ 電極 ３３Ａ 裏面電極
１３ 半導体チップ ３３Ｂ 裏面電極
１４ ボンディングパッド ３４ 延長線
１４Ａ ボンディングパッド ３５ Ａｕホール
１４Ｂ ボンディングパッド ３６ エアベント
１５ 金属細線 ４０ キャピラリツール
１５Ａ 金属細線 ４１ ワイヤランプ
１５Ｂ 金属細線 ４２ 細部
１５Ｃ 金属細線 １００ 半導体装置
１５Ｄ 金属細線 １０１ 封止樹脂
１６ ゲート １０２Ａ 電極
１７ キャビティ １０２Ｂ 電極
１８ 金型 １０２Ｃ 電極
１９ 上金型 １０３ 半導体チップ
２０ 下金型 １０５Ａ 金属配線
２１ 固着部 １０５Ｂ 金属配線
１０６ ゲート
以下、本発明に係る半導体装置について説明する。第１図等では、デスクリート型トランジスタが内蔵されたパッケージ（半導体装置）で説明するが、本発明は、これ以外にも応用可能であることは言うまでもない。つまり、ＩＣ、ＬＳＩ、システムＬＳＩのいずれかまたはこれらの２つ以上の組み合わせが、本発明の半導体装置に内蔵されても良い。更に、半導体装置に内蔵される半導体チップとしては、ＢＩＰ型トランジスタ、パワーＭＯＳ、ＩＧＢＴ、ＧＴＢＴ、ＢＩＰ型のＩＣまたはＬＳＩ、ＭＯＳ型のＩＣまたはＬＳＩ、更にはＢｉＣＭＯＳ型のＬＳＩ等でも良い。
＜第１の実施の形態＞
本実施の形態では、第１図から第９図を参照して、半導体装置１０Ａ等の構成および封止方法を説明する。
先ず、第１図および第２図を参照して、本実施の形態の半導体装置１０Ａの構成等を説明する。なお、第１図は、矩形の半導体パッケージである半導体装置１０Ａの平面図であり、第２図は、金属細線１５Ｂに沿った半導体装置１０Ａの断面図である。更に、これらの図では、製造方法も併せて説明するので、樹脂封止に用いるモールド金型のキャビティ１７やゲート１６も示されている。
半導体装置１０Ａは、電極１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃと、アイランド状に形成された電極１２Ａの上面に固着された半導体チップ１３と、半導体チップ１３と電極１２Ｃとを接続する金属細線１５Ａと、半導体チップ１３と電極１２Ｂとを接続する金属細線１５Ｂと、これらの各構成要素を一体に封止して機械的に支持する封止樹脂１１とを概略的に具備する構成となっている。
半導体装置１０Ａの構造を換言すると、半導体装置１０Ａは所謂リードフレーム型のパッケージである。即ち、電極１２Ａの一部から成るアイランドの上面に半導体チップ１３が固着される。そして、電極１２Ｂ、１２Ｃは、封止樹脂１１から外部に露出する部分であるアウターリードと、封止樹脂１１に被覆される部分であるインナーリードから成る。更に、電極１２Ｂ、１２Ｃのインナーリードである部分の上面に、金属細線１５Ｂ、１５Ａがそれぞれワイヤボンディングされている。
半導体チップ１３は、電極１２Ａのアイランド状に形成された領域の上面に、ロウ材や銀ペースト等の導電ペーストを介して固着されている。そして、半導体チップ１３の上面には、２つのボンディングパッド１４Ａ、１４Ｂが設けられている。更に、不図示ではあるが、半導体チップ１３の下面も電極と成っている。ここでは、半導体チップ１３は、一例としてＭＯＳトランジスタであり、ボンディングパッド１４Ａおよびボンディングパッド１４Ｂは、ゲート電極およびソース電極であり、半導体チップ１３の裏面の電極はドレイン電極である。
電極１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃは、半導体チップ１３と接続されて一部が封止樹脂１１から外部に露出している。電極１２Ａは、紙面上にて左側の端部が外部に露出して、右側の領域が他の領域よりも幅広に形成されアイランド形状となり、このアイランド形状の領域の上面に半導体チップ１３の下面が固着されて電気的に接続される。電極１２Ｂは、左側の領域の上面に金属細線１５Ｂが接続され、右側の端部は封止樹脂１１から外部に露出している。電極１２Ｃも、電極１２Ｂと同様に、左側の領域の上面に金属細線１５Ａが接続され、右側の端部は封止樹脂１１から外部に露出している。
第２図の断面図を参照すると、電極１２Ａの右側のアイランド状の領域は、左側の領域よりも肉薄に形成されている。具体的には、電極１２Ａに於いて、右側のアイランド状の領域の上面は、左側の外部に露出する部分よりも下方に位置している。また、右側のアイランド形状の領域の下面は、左側の外部に露出する部分よりも上方に位置している。電極１２Ａのアイランド状の領域の上面が下方に位置することによって、この部分に固着される半導体チップ１３および金属細線１５Ｂの位置を低くすることが可能になり、このことにより、半導体装置１０Ａの厚みを薄くすることができる。なお、電極１２Ａのアイランド状の部分の下方には、封止樹脂１１が回り込んでいる。
更に、電極１２Ｂ、１２Ｃに於いても、左側の領域（上面に金属細線１５Ａ等が接続される領域）の下面は、外部に露出する右側の部分の下面よりも上方に位置している。そして、電極１２Ｂ、１２Ｃに於いても、左側の領域の下方には、封止樹脂１１が回り込んでいる。
金属細線１５Ａ、１５Ｂは、半導体チップ１３の上面に設けられたボンディングパッド１４Ａ、１４Ｂと、電極１２Ｂ、１２Ｃとを電気的に接続する機能を有する。例えば、金属細線１５Ａ、１５Ｂは、直径が２０μｍ程度の金から成る細線である。第２図を参照して、その具体的な形状を説明すると、金属細線１５Ｂは、半導体チップ１３のボンディングパッドにボールボンドされ、約５０μｍ程度上方に延在したのち、Ｌ字状つまり実質９０度に折り曲げられ、半導体チップ１３のエッヂを回避するため、エッヂの外側から電極１２Ｂの一端辺りで、斜め下方に延在し、電極１２Ｂの上面にスティッチボンドされる。半導体チップ１３の上面から水平に延在されている金属細線１５Ｂまでの高さＨは、約５０μｍである。この形状は、金属細線１５Ａに関しても同様である。
ここで、金属細線１５Ｂの形成方法はボールボンディング以外の方法でも良く、例えば、ウェッジボンディングにより金属細線１５Ｂを形成しても良い。
封止樹脂１１は、モールド金型を使用して射出成形されたものであり、具体的には、熱硬化性樹脂が使用されるトランスファーモールドまたは熱可塑性樹脂が使用されるインジェクションモールドにより形成されたものである。封止樹脂１１の側面は、モールド金型からの剥離性が考慮されてやや斜めに形成されている。しかしながら、一般的には、封止樹脂１１から成るパッケージの外形形状は、立方体または直方体である。つまり、上面、下面、そして上面および下面の周囲をつなぐ４つの側面で、封止樹脂１１から成る外形が構成されている。
本発明の特徴は、金属細線１５Ａ、１５Ｂの平面的形状が、注入される封止樹脂１１の流れの上流側に向かって凸状に湾曲する形状であることにある。
具体的には、第２図を参照して、封止樹脂の形成方法は次の通りである。先ず、上金型１９および下金型２０から成る金型１８のキャビティ１７に電極１２Ａ等、半導体チップ１３、金属細線１５Ｂ等を収納させる。次に、金型１８に設けたゲート１６（第１図）からキャビティ１７に液状の封止樹脂１１を注入する。最後に、必要に応じて注入された封止樹脂１１を熱硬化させた後に、封止樹脂１１を金型１８から取り出す。従って、ゲート１６から液状の封止樹脂１１を注入するので、樹脂封止の際には、金属細線１５Ａ、１５Ｂには紙面上にて上方から下方向への圧力が作用する。そして、この応力に対する対策が行われないと、金属細線１５Ａ、１５Ｂの変形や断線等が発生してしまう恐れがある。
本実施の形態では、金属細線１５Ａ、１５Ｂの平面的な形状を工夫することにより、それらの変形や断線を防止している。具体的には、第１図を参照して、半導体装置１０Ａには２つの金属細線１５Ａ、１５Ｂが使用されるが、いずれも平面的形状は、上方向に凸形状となるようにループを描いている。換言すると、ゲート１６から注入される液状の封止樹脂１１の流れの上流側（反対側）に向かって、金属細線１５Ａ、１５Ｂの平面的形状は凸状にループを描いている。金属細線１５Ａ、１５Ｂの形状をこのようにすることで、ゲート１６から注入される封止樹脂１１による圧力が作用しても、金属細線１５Ａ、１５Ｂと他の部材との間の接続部に作用する力は押圧力（圧縮力）であるので、この接続箇所からの断線が抑止される。更に、上記した湾曲形状により、接続部に作用する力が小さくなることによっても金属細線１５Ａの断線や変形が防止される。この事項の詳細は、第３図を参照して後述する。
ここで、本発明のポイントである金属細線１５Ａ等が湾曲する形状を換言すると、金属細線１５Ａは、封止樹脂１１が注入されるゲート１６に向かって凸状に湾曲する形状である。更には、金属細線１５Ａ等の平面的形状は、注入される封止樹脂１１の圧力が作用しても、固着部２１、２２（第３図参照）に加圧する力が作用する（引張力が作用しない）湾曲形状である。
本発明の更なる特徴は、上記平面的形状を、低ループの金属細線に対して適用させたことにある。具体的には、第２図を参照すると、金属細線１５Ｂの形状は弧を描く形状ではなく、大部分が半導体チップ１３の上面に対して平行に延在している。具体的には、この図を参照して、金属細線１５Ｂは左側端部に固着部２１を有し、右側端部に固着部２２を有する。そして、金属細線１５Ｂの、両固着部付近以外の部分（中間部）は、電極１２Ａ、電極１２Ｂの上面に対して平行に延在している。この形状を実現することにより、金属細線１５Ｂの最頂部の位置を低く抑え、半導体装置１０Ａ全体の厚みを薄型化している。
しかしながら、この形状を実現するためには、半導体チップ１３のボンディングパットと金属細線１５Ｂとの接続箇所（固着部２１）の機械的強度が低下してしまう。従って、低ループの金属細線１５Ｂに対して封止樹脂１１の圧力が作用すると、金属細線１５Ｂと半導体チップ１３との接続箇所（固着部２１）が破壊され断線してしまう恐れがある。そこで、本実施の形態では、上述したように、金属細線１５Ｂの平面的形状を、注入される封止樹脂１１の流れの上流方向に凸形状としている。このことにより、半導体チップ１３と金属細線１５Ｂとの接続箇所には、引張応力が作用しない。従って、この接続箇所には、押圧応力が作用し、この接続箇所は引張応力よりも押圧応力に対して強い傾向にあるので、接続箇所の破断が防止される。金属細線１５Ｂを低ループに形成する方法の詳細は、後述する。
更に、本実施の形態では、放熱性を向上させるために、シリカ等の無機フィラーが混入された樹脂材料から封止樹脂１１が構成される場合がある。この場合、液状の封止樹脂１１の粘性が大きくなり、樹脂封止の工程に於いて注入される封止樹脂１１により金属細線１５Ａ等に作用する力は大きくなる。しかしながら、本実施の形態では、上述したように、金属細線１５Ａ等を流入される封止樹脂１１の上流側に湾曲させているので、金属細線１５Ａ等の断線は抑制されている。
第３図および第４図を参照して、金属細線１５Ａに作用する応力を具体的に説明する。第３図および第４図では、金属細線１５Ａが上下方向に延在し、上端が不図示の半導体チップに接続される固着部２１であり、下端が電極の上面に接続される固着部２２となる。
第３図を参照して、封止樹脂による圧力の大きさおよびその方向を、Ｆ１〜Ｆ３が付された矢印で示されている。ここでは、金属細線１５Ａの中央部付近に作用する圧力がＦ１であり、上端の固着部２１付近に作用する圧力がＦ２であり、下端の固着部２２付近に作用する圧力がＦ３である。そして、Ｆ１〜Ｆ３は、紙面上では、左側から右側に向かって作用している。この方向は、液状の封止樹脂が流れる方向と同一である。更に、Ｆ１〜Ｆ３の大きさは互いに略同一である。
金属細線１５Ａの平面的形状は、Ｆ１〜Ｆ３が作用する方向に対して逆方向（紙面上では左方向）に突出して湾曲する形状である。このような形状にすることにより、固着部２１、２２に作用する力が圧縮力となると共に、固着部２１、２２に作用する力そのものを小さくして金属細線１５Ａの固着部２１、２２からの剥がれを防止することができる。
具体的には、先ず、Ｆ１は金属細線１５Ａの中央部に作用し、金属細線１５Ａを若干弾性変形させる。しかしながら、Ｆ１の大部分は金属細線１５Ａが若干変形することにより吸収され、金属細線１５Ａを大きく塑性変形させることはなく、悪影響は及ぼさない。
固着部２１付近の金属細線１５Ａに作用するＦ２は、湾曲する金属細線１５Ａの接線方向に対して平行な力Ｆ２ａと、この接線方向に対して垂直な力Ｆ２ｂに分解される。固着部２１に作用するのは分解されたＦ２ａであり、Ｆ２ａの大きさは元々のＦ２と比較して小さいので、金属細線１５Ａの固着部２１からの剥離が防止されている。例えば、Ｆ２が作用する方向と金属細線１５Ａの接線とが交差する角度が４５度の場合、Ｆ２ａはＦ２の０．７倍程度の大きさとなる。
更に、上述したように、金属細線１５Ａを低ループにすると、固着部２１付近の金属細線１５Ａの形状が複雑になり断線を招く危険性があるが、このように金属細線１５Ａを特定の方向に湾曲させることで、断線を防止することができる。
一方、下端の固着部２２付近に作用するＦ３に関しても、上述と同様に分解できる。具体的には、Ｆ３は、固着部２２付近の金属細線１５Ａの接線と平行な方向の力Ｆ３ａと、この接線に対して垂直な方向の力Ｆ３ｂに分解される。そして、金属細線１５Ａの固着部２２に作用する圧縮力は、Ｆ３よりも小さいＦ３ａであるので、固着部２２における断線が防止される。
第４図を参照して、本実施の形態の更なる特徴を説明する。第４図（Ａ）は本実施の形態の金属細線１５Ａの形状を示し、第４図（Ｂ）は金属細線１５Ａを直線上に形成した場合を示している。
第４図（Ａ）を参照して、樹脂封止に伴う圧力Ｆ１は、紙面上にて左側から金属細線１５Ａに作用する。力Ｆ１が作用することにより、点線で示す様に金属細線１５Ａが変形して、固着部２１、２２に圧縮力が作用する。しかしながら、上述したように、金属細線１５Ａが左側の方向に凸状に湾曲していることにより、固着部２１、２２には、金属細線１５Ａの接線方向に沿って分解された力が作用する。このことから、固着部２１、２２付近における金属細線１５Ａの断線は抑制されている。更に、力Ｆ１が作用することにより金属細線１５Ａは点線で示すように変形を起こすが、この変形は弾性変形であるので、力Ｆ１を解除したら元の形状に復元する。
第４図（Ｂ）を参照して比較例を説明する。ここでは、金属細線１５Ａの平面的形状を湾曲ではなく、直線状にした場合を考える。直線的に形成された金属細線１５Ａは、力Ｆ１が作用すると右側にふくらむ湾曲形状となる（点線で示す形状となる）。このようになると、固着部２１に作用した力Ｆ１は、変形した金属細線１５Ａの接線に平行な力Ｆ１αと、この接線に対して垂直な力Ｆ１βに分解される。そして、力Ｆ１αは引張力であり、この引張力Ｆ１αが金属細線１５Ａに作用すると、固着部２１付近に於いて金属細線１５Ａの断線が発生する恐れがある。同様のことは、固着部２２付近の金属細線１５Ａに関しても言える。
以上の検討により、注入される封止樹脂１１の圧力を考慮した場合、金属細線１５Ａの平面的形状は、直線形状よりも、封止樹脂１１の流れの上流側に凸状に湾曲する形状の方が好適であることが明らかになった。
第５図を参照して、他の形態の半導体装置１０Ｂの構成を説明する。第５図（Ａ）は半導体装置１０Ｂを上方から見た平面図であり、第５図（Ｂ）はその断面図であり、第５図（Ｃ）は他の形態の半導体装置１０Ｃの断面図である。
第５図（Ａ）および第５図（Ｂ）に示す半導体装置１０Ｂの基本的な構成は上述した半導体装置１０Ａと同様であり、相違点は電極１２Ａ等の構成にある。ここで示す半導体装置１０Ｂでは、例えばガラスエポキシ等の絶縁性を有する材料から成る回路基板２３の上面に電極１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃが配置されており、電極１２Ａの上面に半導体チップ１３が配置されている。そして、半導体チップ１３の上面に形成された２つのボンディングパッドは、それぞれが金属細線１５Ａ、１５Ｂを経由して、電極１２Ｃ、１２Ｂに接続されている。
半導体装置１０Ｂに於いても、金属細線１５Ａ、１５Ｂの平面的な形状は、ゲート１６から注入される封止樹脂１１の流れの上流に向かって凸形状に湾曲している。
第５図（Ｂ）を参照して、ここでは、回路基板２３の上面に電極１２Ａ、１２Ｂおよび１２Ｃ（不図示）が形成されている。そして、回路基板２３には、厚み方向に貫通する銅等の導電材料（貫通接続部）が設けられている。この貫通接続部を経由して、回路基板２３の上面に設けられた電極１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃの各々は、回路基板２３の下面に設けられて露出する裏面電極３３Ａ、３３Ｂおよび３３Ｃ（不図示）に接続される。裏面電極３３Ａ等には半田等の導電性接着材から成る外部接続電極が溶着され、この外部接続電極を用いて半導体装置１０Ｂは、実装基板等の上面に面実装される。
ここで、半導体装置１０Ｂの回路基板２３としては、上述した単層のガラスエポキシ基板の他にも様々な材料が採用可能である。例えば、回路基板２３としては、表面に所定の形状の配線層が設けられた樹脂製基板から成るプリント基板、所定の配線層が設けられた可撓性の樹脂シートから成るフレキシブルシート、上面が樹脂などの絶縁性材料から成る絶縁層により被覆された金属から成る金属基板、セラミック等の無機質から成る基板等が採用可能である。ここで、回路基板２３の上面に配線層を設ける場合は、層間絶縁層を介して２層以上に積層された多層の配線構造が採用されても良い。
第５図（Ｃ）を参照して、他の形態の半導体装置１０Ｃの構成を説明する。この半導体装置１０Ｃの基本的な構成は、上述した半導体装置１０Ｂと同様であり、相違点は電極１２Ａ等が部分的に封止樹脂１１から外部に露出する点にある。この相違点を中心に以下説明する。
半導体装置１０Ｃは、電極１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃ（不図示）と、電極１２Ａの上面に固着された半導体チップ１３と、半導体チップ１３と電極１２Ｂとを電気的に接続する金属細線１５Ｂと、これらを封止する封止樹脂１１とを有する構成となっている。そして、電極１２Ａ等は、上面および側面が封止樹脂１１により被覆されており、下面は封止樹脂１１から外部に露出している。また、半田等の外部接続電極が電極１２Ａ等に溶着される箇所を除外して、電極１２Ａ等の下面および封止樹脂１１の下面は、樹脂から成るレジスト２５により被覆されている。
第６図を参照して、他の形態の半導体装置１０Ｄの構成を説明する。半導体装置１０Ｄの基本的な構成は上述した半導体装置１０Ｂ等と同様であり、相違点は、半導体チップ１３の上面に設けられたボンディングパッドと、電極１２の構成にある。
具体的にこの相違点を説明すると、先ず、半導体チップ１３の上面には多数のボンディングパッドが設けられている。ここでは、紙面上にて半導体チップ１３の上方の側辺に沿って複数のボンディングパッド１４Ａが配置されており、下方の側辺に沿って複数のボンディングパッド１４Ｂが配置されている。そして、半導体チップ１３に接近して多数の電極１２が設けられている。具体的には、紙面上にて、半導体チップ１３の上側に複数の電極１２Ａが設けられており、半導体チップ１３の下側に複数の電極１２Ｂが設けられている。また、半導体チップ１３の上側の側辺に沿って設けたボンディングパッド１４Ａの各々は、電極１２Ａと金属細線１５Ａを経由して接続される。同様に、半導体チップ１３の下側の側辺に沿って設けたボンディングパッド１４Ｂは、金属細線１５Ｂを経由して電極１２Ｂと接続される。
ここで、金属細線１５Ａ、１５Ｂの平面的形状は、ゲート１６からキャビティ１７の内部に注入される封止樹脂の流れの上流側に向かって凸形状となっている。図を参照すると、全ての金属細線１５Ａ、１５Ｂの平面的形状は、右側に向かって凸形状と成っており、ゲート１６から注入される封止樹脂の流れＳ１、Ｓ２に向かって上流側に凸形状となっている。このことにより、上述したように、注入される封止樹脂１１の圧力により、金属細線１５Ａが変形・断線することを防止することができる。
具体的には、モールド工程に於いて、ゲート１６から液状の封止樹脂１１をキャビティ１７に注入すると、注入された封止樹脂１１は、半導体チップ１３と電極１２Ａ、１２Ｂとの間を優先的に流動する。ここでは、半導体チップ１３と電極１２Ａとの間を優先的に流れる封止樹脂１１の流れをＳ１が付された太線にて示し、半導体チップ１３と電極１２Ｂとの間を優先的に流れる封止樹脂１１の流れをＳ２が付された太線にて示している。ここでは、半導体チップ１３と電極１２Ａ、１２Ｂとの間の領域には、厚み方向に金属細線１５Ａ、１５Ｂのみが存在しているので、この領域は他の部分よりも封止樹脂１１が流動しやすい環境となっている。
Ｓ１、Ｓ２に沿って封止樹脂１１が注入されると、金属細線１５Ａ、１５Ｂに封止樹脂１１による圧力が作用するが、ここでも金属細線１５Ａ、１５Ｂの平面的形状を封止樹脂１１の流れに対して凸方向とすることにより、この圧力による金属細線１５Ａ、１５Ｂの破損を防止している。このメカニズムは、上述したとおりである。
ここで、半導体装置１０Ｄの断面的な構成としては、第５図（Ｂ）に示すような構成でも良いし、第５図（Ｃ）に示すような構成でも良い。更には、半導体チップの下面が封止樹脂１１から外部に露出するような構成にしても良い。
第７図を参照して、他の形態の半導体装置１０Ｅの構成を説明する。この半導体装置１０Ｅの基本的な構成は、上述した半導体装置１０Ｄと同様であり、相違点は、半導体チップ１３を四方から囲むように電極１２Ａ等が設けられている点にある。
具体的には、半導体チップ１３の上面に於いて、４方の側辺に沿って多数個のボンディングパッド１４が設けられており、このボンディングパッドに対応した位置に電極が配置されている。具体的には、紙面上に於いて、半導体チップ１３の上側側辺、右側側辺、下側側辺および左側側辺に沿って、電極１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃ、１２Ｄが複数配置されている。そして、半導体チップ１３を四方から囲むように配置された電極１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃ、１２Ｄのそれぞれは、金属細線１５Ａ、１５Ｂ、１５Ｃ、１５Ｄを経由して、半導体チップ１３の上面のボンディングパッド１４に接続されている。
半導体装置１０Ｅに於いても、金属細線１５Ａ等の平面的形状は、ゲートから注入される封止樹脂１１の流れに対して上流側に凸形状となっている。具体的には、先ず、モールド金型のキャビティ１７に設けられたゲート１６は、キャビティ１７に収納される半導体チップ１３の角部の対角線の延長線３４上に位置している。ここでは、この延長線３４を一点鎖線により表示しており、ゲート１６はこの延長線３４に重なる位置に設けられている。更にここでは、エアベント３６も延長線３４に重なる位置に設けられている。
上記構成のキャビティ１７に、ゲート１６から液状（または半固形状）の封止樹脂１１を注入すると、先ず、注入された封止樹脂１１は、半導体チップ１３の角部に向かって移動する。図面では、この流れをＳで示している。次に、封止樹脂１１は、半導体チップ１３の角部付近で２つの流れに分岐する。一方は、紙面上にて半導体チップ１３の上側側辺と電極１２Ａとの間に沿って流れる（流れＳ１）。他方は、紙面上にて半導体チップ１３の右側側辺と電極１２Ｂとの間に沿って流れる（流れＳ２）。半導体チップ１３と電極１２Ａ等との間に優先的に封止樹脂１１が流れ込む理由は上記したとおりである。
流れＳ１は、半導体チップ１３の右上端部から始まり、その側辺に沿って流れて左下端部まで至る封止樹脂１１の流れである。具体的には、流れＳ１は、半導体チップ１３の上側側辺と電極１２Ａとの間を通過した後に、半導体チップ１３の左側側辺と電極１２Ｄとの間を通過する。
一方、流れＳ２は、始点および終点は上記した流れＳ１と同様であるが経路が異なる。即ち、流れＳ２は、半導体チップ１３の右側側辺と電極１２Ｂとの間を流れ、その後に、半導体チップ１３の下側側辺と電極１２Ｃとの間に沿って流れる。
そして、流れＳ１とＳ２とは、半導体チップ１３の左下端付近で合流して流れＳとなる。また、ゲート１６からキャビティ１７に封止樹脂１１が注入されるに従い、注入された封止樹脂１１と同等の量のキャビティ１７内の空気がエアベント３６から外部に放出される。
そして、各金属細線１５Ａ等の平面的形状は、上記した封止樹脂１１の流れの上流側に向かって凸形状に湾曲している。具体的には、紙面上にて半導体チップ１３の上側側辺に設けた金属細線１５Ａは右側に凸形状に湾曲している。そして、半導体チップ１３の右側側辺に設けた金属細線１５Ｂは、上方に凸状に湾曲している。また、半導体チップ１３の下側側辺に設けた金属細線１５Ｃは、右側に凸形状に湾曲している。更に、半導体チップ１３の左側側辺に設けた金属細線１５Ｄは、上方に凸状に湾曲している。
上記構成により、半導体チップ１３の上面に於いて四方の側辺に沿ってボンディングパッド１４が設けられた場合でも、このボンディングパッド１４に接続する全ての金属細線１５Ａ等の平面的形状を、封止樹脂１１の流れに対して上流側に凸形状にすることができる。従って、注入される封止樹脂１１の圧力による、金属細線１５Ａ等の断線が防止されている。
第８図および第９図を参照して、次に、他の形態の半導体装置１０Ｆの構成を説明する。第８図は半導体装置１０Ｆの断面図であり、第９図は半導体装置１０Ｆを樹脂封止する際の平面図である。
第８図を参照して、半導体装置１０Ｆの基本的な構成は、上述した半導体装置１０Ｅと同様であり、相違点は、半導体装置１０Ｆがリードフレーム型のものであることである。
半導体装置１０Ｆは、アイランド２６とリード２７とを有し、アイランド２６の上面に半導体チップ１３が固着されている。そして、半導体チップ１３の上面に設けられたボンディングパッドとリード２７の上面とは、金属細線１５を経由して接続されている。更に、アイランド２６、半導体チップ１３、金属細線１５およびリード２７の一部分が被覆されるように封止樹脂１１が形成されている。また、リード２７の外部に露出する部分は、直角に下方に折り曲げられている。
第９図を参照して、上述した構成の半導体装置１０Ｆが封止される工程を説明する。ここでは、上述したリード２７およびアイランド２６が、一体に板状に連結されたリードフレーム２８の形で供給されている。即ち、一つの半導体装置となる要素単位であるユニット３２では、中央部に四角形状のアイランド２６が配置され、アイランド２６の周囲には、放射状に外部に延在するリード２７が設けられている。また、各リード２７は、封止樹脂１１により封止されるインナーリード２９と、封止樹脂１１から外部に露出するアウターリード３０とからなり、各リード２７はタイバー３１により互いに連結されている。また、アイランド２６の４隅は、匹方に延在する吊りリードにより機械的に保持されている。
上述した構成のリードフレーム２８が樹脂封止される工程では、第２図に示すような金型が用いられる。そして、予めアイランド２６の上面には半導体チップ１３が固着され、半導体チップ１３の上面に形成されたボンディングパットは、金属細線１５Ａ等を経由してリード２７に接続される。ここでは、半導体チップ１３の上側側辺、右側側辺、下側側辺および左側側辺に沿って設けられたボンディングパッドは、それぞれが、金属細線１５Ａ、１５Ｂ、１５Ｃ、１５Ｄを経由して、リード２７に接続されている。この金属細線１５Ａ等の平面的な形状は、上述したとおりである。
第９図では、モールド金型のキャビティ１７の側辺を一点鎖線にて示している。更に、封止樹脂の流れを太い点線にて示している。ここでも、ゲート１６から注入された封止樹脂の流れＳは、キャビティ１７の内部でＳ１およびＳ２に分岐して、エアベント３６付近で再び流れＳとして合流している。この事項の詳細は、上述した半導体装置１０Ｅの場合と同様である。そして、金属細線１５Ａ等の平面的な形状も上述した半導体装置１０Ｅと同様であり、封止樹脂１１の流れの上流側に向かって凸となる湾曲形状である。即ち、紙面上に於いて、金属細線１５Ａは右側に、金属細線１５Ｂは上側に、金属細線１５Ｃは右側に、金属細線１５Ｄは上側に向かって凸となる湾曲形状である。このことにより、樹脂封止時における金属細線１５Ａ等の断線が防止される。
＜第２の実施の形態＞
本実施の形態では、第１０図から第１３図を参照して、上記した構成の半導体装置１０Ａ〜１０Ｆの製造方法を説明する。なお、樹脂封止の工程に関しては、第１の実施の形態にて詳述したので、以下では樹脂封止の工程以外の工程を主に説明する。
先ず、第１０図を参照して、各ユニット３２に半導体チップが配置されたリードフレーム２８を用意する。ここでは、プレス加工やエッチング加工により所定の形状のユニット３２が多数個リードフレーム２８に設けられている。そして、各ユニット３２には半導体チップが実装されている。各ユニット３２の詳細は、例えば、第１図や第２図に示すとおりである。
次に、第１１図から第１３図を参照して、半導体チップ１３のボンディングパッド１４と、電極（リード）の上面とを金属細線１５を使用して接続する。本実施の形態では、金属細線１５の形状をループ形状にするのではなく、金属細線１５を半導体チップ１３や電極（リード）の上面に対して平行にしている。このことにより、金属細線１５の最頂部の位置が低くなり、この分だけ製造される半導体装置を薄型にすることができる。
まず第１１図（Ａ）に示すように、アーク放電等によりキャピラリツール４０に挿通した金属細線１５（直径２０μｍ）の先端を溶融し、第１１図（Ｂ）に示すように表面張力を利用して直径５０〜８０μｍのＡｕボール３５を形成する。
次にキャピラリツール４０を移動させてＡｕボール３５をボンディングパッド１４に押し付け、この状態で接合エネルギー（超音波振動、荷重、加熱等）を与えて金属細線１５をボンディングパッド１４に接合する（第１１図（Ｃ））。
次に、キャピラリツール４０を上昇させた後（第１１図（Ｄ））、ボンディングパッド１４から離れるように斜め方向（垂直に対して約４５°方向）にキャピラリツール４０を下降させ（第１１図（Ｅ））、キャピラリツール４０を再びボンディングパッド１４に押し付ける（第１１図（Ｆ））。このときのボンディングパッド１４周辺の様子を第１１図（Ｆ）に示す。同図中の拡大図に示すように、キャピラリツール４０の上記動作によって、接合部分がキャピラリツール４０のヘッド（下端）で押し付けられて細部４２が形成されている。このことにより、金属細線１５の接合部が断線しやすい状況が生まれるが、本発明では、金属細線の平面的形状を上記した湾曲形状とすることで、樹脂封止の工程における金属細線１５の断線を防止している。 次に、再びキャピラリツール４０を上昇させた後（第１２図（Ａ））、第１１図（Ｅ）における上記斜め方向とは逆の斜め方向（垂直に対して約４５°方向）にボンディングパッド１４から離れるようにキャピラリツール４０を下降させ（第１２図（Ｂ））、再びキャピラリツール４０をボンディングパッド１４に押し付ける。このときのボンディングパッド１４周辺の様子を第１２図（Ｃ）に示す。同図中の拡大図に示すように、キャピラリツール４０の上記動作によって、ボンディングパッド１４上にＳ字状に積層されたＡｕの溶融塊が形成されて、金属細線１５を水平方向に引き出し易い状態（金属細線１５が切断されにくい状態）となる。
上記した作業により、溶融塊は形成されるものの、その周辺部の金属細線１５は塑性変形の繰り返しにより機械的強度が低下する。本発明では、金属細線１５の平面的形状を湾曲形状とすることで、機械的強度が低下した金属細線１５の樹脂封止時の断線を抑制している。
次に再びキャピラリツール４０を僅かに上昇させて（第１２図（Ｄ））、その位置からアールを描くようにしてキャピラリツール４０を移動させ、金属細線１５を電極１２Ｂ側に引き出す（第１２図（Ｅ）および第１３図（Ａ））。そしてキャピラリツール４０のヘッドを電極１２Ｂの上面に着地させてここに金属細線１５をスティッチボンドし（第１３図（Ａ））、ワイヤクランプ４１を閉じて金属細線１５を切断する（第１３図（Ｂ））。このとき、金属細線１５の平面的形状が、後に封止樹脂が注入される方向に対して凸状に湾曲となるように、キャピラリツール４０は移動する。
なお、第１２図（Ｄ）においてボンディングワイヤーを僅かに上昇させているのは、金属細線１５が半導体チップ１３に接触しないようにするためである。
以上に説明した方法によりワイヤボンディングを行うことで、金属細線１５に高張力を生じさせることなく金属細線１５を切断させずに、ボンディングパッド１４からほぼ水平方向（半導体チップの上面に対して平行な方向）に金属細線１５を引き出すことができる。このため、金属細線１５の上方向への膨らみが抑えられ、その分、製品の厚みを抑えることができる。
以上において、例えば、金属細線１５として細線（２０μｍ程度の金から成るもの）のものを用いることで、電極１２Ｂにかかる荷重を抑えることができる。また細線のものを用いることで金属表面に生じる歪や応力が抑えられ、金属細線１５の過剰変形を防ぐことができる。
上記ワイヤボンディングの工程は、第１０図に示す全てのユニット３２に対して行われる。
上記ワイヤボンディングの工程が終了した後は、トランスファモールド法により樹脂封止を行う。この工程の詳細は、第２図等を参照して上述したとおりである。即ち、まずモールド装置の金型にリードフレーム２８をセットし、このことによりリードフレーム２８に設けた各ユニット３２が個別にキャビティ１７に収納される。次に、モールド金型に設けたポットから封止樹脂を各キャビティ１７に注入する。具体的には、ポットに入れられた樹脂塊が過熱されて流動化した後に、プランジャーで押し出され、ランナーを経てゲートから前記キャビティに注入され、冷却されてパッケージとなる。このとき、上述したように、金属細線の平面的形状は、注入される封止樹脂の流れに対して上流側に凸形状に湾曲しているので、樹脂封止に伴う断線等の危険性は抑制されている。このときの金型温度は例えば１８０℃前後とする。
上記工程が終了した後は、バリを除去する工程、外装のためのメッキ処理を行う工程、各ユニット３２をリードフレーム２８から分離する工程、各半導体装置を電気的特性により選別する工程、電気的特性や社名等を封止樹脂の外面に印刷する工程、梱包工程等を経て半導体装置は完成品となる。
以上の実施形態の説明は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定するものではない。本発明はその趣旨を逸脱することなく、変更、改良され得ると共に本発明にはその等価物が含まれることは勿論である。
例えば、全ての金属細線が封止樹脂の流れに対して上流側に凸形状でも良いし、一部が凹形状でも良い。一部を凹形状とする場合は、径が２０μｍ程度の細線を凸形状とし、この細線よりも太い（例えば径が１００μｍ程度の）太線をその他の形状（ストレート形状または流れに対して凹状形状）としても良い。
＜第１の実施の形態＞
本実施の形態では、第１図から第９図を参照して、半導体装置１０Ａ等の構成および封止方法を説明する。
先ず、第１図および第２図を参照して、本実施の形態の半導体装置１０Ａの構成等を説明する。なお、第１図は、矩形の半導体パッケージである半導体装置１０Ａの平面図であり、第２図は、金属細線１５Ｂに沿った半導体装置１０Ａの断面図である。更に、これらの図では、製造方法も併せて説明するので、樹脂封止に用いるモールド金型のキャビティ１７やゲート１６も示されている。
半導体装置１０Ａは、電極１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃと、アイランド状に形成された電極１２Ａの上面に固着された半導体チップ１３と、半導体チップ１３と電極１２Ｃとを接続する金属細線１５Ａと、半導体チップ１３と電極１２Ｂとを接続する金属細線１５Ｂと、これらの各構成要素を一体に封止して機械的に支持する封止樹脂１１とを概略的に具備する構成となっている。
半導体装置１０Ａの構造を換言すると、半導体装置１０Ａは所謂リードフレーム型のパッケージである。即ち、電極１２Ａの一部から成るアイランドの上面に半導体チップ１３が固着される。そして、電極１２Ｂ、１２Ｃは、封止樹脂１１から外部に露出する部分であるアウターリードと、封止樹脂１１に被覆される部分であるインナーリードから成る。更に、電極１２Ｂ、１２Ｃのインナーリードである部分の上面に、金属細線１５Ｂ、１５Ａがそれぞれワイヤボンディングされている。
半導体チップ１３は、電極１２Ａのアイランド状に形成された領域の上面に、ロウ材や銀ペースト等の導電ペーストを介して固着されている。そして、半導体チップ１３の上面には、２つのボンディングパッド１４Ａ、１４Ｂが設けられている。更に、不図示ではあるが、半導体チップ１３の下面も電極と成っている。ここでは、半導体チップ１３は、一例としてＭＯＳトランジスタであり、ボンディングパッド１４Ａおよびボンディングパッド１４Ｂは、ゲート電極およびソース電極であり、半導体チップ１３の裏面の電極はドレイン電極である。
電極１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃは、半導体チップ１３と接続されて一部が封止樹脂１１から外部に露出している。電極１２Ａは、紙面上にて左側の端部が外部に露出して、右側の領域が他の領域よりも幅広に形成されアイランド形状となり、このアイランド形状の領域の上面に半導体チップ１３の下面が固着されて電気的に接続される。電極１２Ｂは、左側の領域の上面に金属細線１５Ｂが接続され、右側の端部は封止樹脂１１から外部に露出している。電極１２Ｃも、電極１２Ｂと同様に、左側の領域の上面に金属細線１５Ａが接続され、右側の端部は封止樹脂１１から外部に露出している。
第２図の断面図を参照すると、電極１２Ａの右側のアイランド状の領域は、左側の領域よりも肉薄に形成されている。具体的には、電極１２Ａに於いて、右側のアイランド状の領域の上面は、左側の外部に露出する部分よりも下方に位置している。また、右側のアイランド形状の領域の下面は、左側の外部に露出する部分よりも上方に位置している。電極１２Ａのアイランド状の領域の上面が下方に位置することによって、この部分に固着される半導体チップ１３および金属細線１５Ｂの位置を低くすることが可能になり、このことにより、半導体装置１０Ａの厚みを薄くすることができる。なお、電極１２Ａのアイランド状の部分の下方には、封止樹脂１１が回り込んでいる。
更に、電極１２Ｂ、１２Ｃに於いても、左側の領域（上面に金属細線１５Ａ等が接続される領域）の下面は、外部に露出する右側の部分の下面よりも上方に位置している。そして、電極１２Ｂ、１２Ｃに於いても、左側の領域の下方には、封止樹脂１１が回り込んでいる。
金属細線１５Ａ、１５Ｂは、半導体チップ１３の上面に設けられたボンディングパッド１４Ａ、１４Ｂと、電極１２Ｂ、１２Ｃとを電気的に接続する機能を有する。例えば、金属細線１５Ａ、１５Ｂは、直径が２０μｍ程度の金から成る細線である。第２図を参照して、その具体的な形状を説明すると、金属細線１５Ｂは、半導体チップ１３のボンディングパッドにボールボンドされ、約５０μｍ程度上方に延在したのち、Ｌ字状つまり実質９０度に折り曲げられ、半導体チップ１３のエッヂを回避するため、エッヂの外側から電極１２Ｂの一端辺りで、斜め下方に延在し、電極１２Ｂの上面にスティッチボンドされる。半導体チップ１３の上面から水平に延在されている金属細線１５Ｂまでの高さＨは、約５０μｍである。この形状は、金属細線１５Ａに関しても同様である。
ここで、金属細線１５Ｂの形成方法はボールボンディング以外の方法でも良く、例えば、ウェッジボンディングにより金属細線１５Ｂを形成しても良い。
封止樹脂１１は、モールド金型を使用して射出成形されたものであり、具体的には、熱硬化性樹脂が使用されるトランスファーモールドまたは熱可塑性樹脂が使用されるインジェクションモールドにより形成されたものである。封止樹脂１１の側面は、モールド金型からの剥離性が考慮されてやや斜めに形成されている。しかしながら、一般的には、封止樹脂１１から成るパッケージの外形形状は、立方体または直方体である。つまり、上面、下面、そして上面および下面の周囲をつなぐ４つの側面で、封止樹脂１１から成る外形が構成されている。
本発明の特徴は、金属細線１５Ａ、１５Ｂの平面的形状が、注入される封止樹脂１１の流れの上流側に向かって凸状に湾曲する形状であることにある。
具体的には、第２図を参照して、封止樹脂の形成方法は次の通りである。先ず、上金型１９および下金型２０から成る金型１８のキャビティ１７に電極１２Ａ等、半導体チップ１３、金属細線１５Ｂ等を収納させる。次に、金型１８に設けたゲート１６（第１図）からキャビティ１７に液状の封止樹脂１１を注入する。最後に、必要に応じて注入された封止樹脂１１を熱硬化させた後に、封止樹脂１１を金型１８から取り出す。従って、ゲート１６から液状の封止樹脂１１を注入するので、樹脂封止の際には、金属細線１５Ａ、１５Ｂには紙面上にて上方から下方向への圧力が作用する。そして、この応力に対する対策が行われないと、金属細線１５Ａ、１５Ｂの変形や断線等が発生してしまう恐れがある。
本実施の形態では、金属細線１５Ａ、１５Ｂの平面的な形状を工夫することにより、それらの変形や断線を防止している。具体的には、第１図を参照して、半導体装置１０Ａには２つの金属細線１５Ａ、１５Ｂが使用されるが、いずれも平面的形状は、上方向に凸形状となるようにループを描いている。換言すると、ゲート１６から注入される液状の封止樹脂１１の流れの上流側（反対側）に向かって、金属細線１５Ａ、１５Ｂの平面的形状は凸状にループを描いている。金属細線１５Ａ、１５Ｂの形状をこのようにすることで、ゲート１６から注入される封止樹脂１１による圧力が作用しても、金属細線１５Ａ、１５Ｂと他の部材との間の接続部に作用する力は押圧力（圧縮力）であるので、この接続箇所からの断線が抑止される。更に、上記した湾曲形状により、接続部に作用する力が小さくなることによっても金属細線１５Ａの断線や変形が防止される。この事項の詳細は、第３図を参照して後述する。
ここで、本発明のポイントである金属細線１５Ａ等が湾曲する形状を換言すると、金属細線１５Ａは、封止樹脂１１が注入されるゲート１６に向かって凸状に湾曲する形状である。更には、金属細線１５Ａ等の平面的形状は、注入される封止樹脂１１の圧力が作用しても、固着部２１、２２（第３図参照）に加圧する力が作用する（引張力が作用しない）湾曲形状である。
本発明の更なる特徴は、上記平面的形状を、低ループの金属細線に対して適用させたことにある。具体的には、第２図を参照すると、金属細線１５Ｂの形状は弧を描く形状ではなく、大部分が半導体チップ１３の上面に対して平行に延在している。具体的には、この図を参照して、金属細線１５Ｂは左側端部に固着部２１を有し、右側端部に固着部２２を有する。そして、金属細線１５Ｂの、両固着部付近以外の部分（中間部）は、電極１２Ａ、電極１２Ｂの上面に対して平行に延在している。この形状を実現することにより、金属細線１５Ｂの最頂部の位置を低く抑え、半導体装置１０Ａ全体の厚みを薄型化している。
しかしながら、この形状を実現するためには、半導体チップ１３のボンディングパットと金属細線１５Ｂとの接続箇所（固着部２１）の機械的強度が低下してしまう。従って、低ループの金属細線１５Ｂに対して封止樹脂１１の圧力が作用すると、金属細線１５Ｂと半導体チップ１３との接続箇所（固着部２１）が破壊され断線してしまう恐れがある。そこで、本実施の形態では、上述したように、金属細線１５Ｂの平面的形状を、注入される封止樹脂１１の流れの上流方向に凸形状としている。このことにより、半導体チップ１３と金属細線１５Ｂとの接続箇所には、引張応力が作用しない。従って、この接続箇所には、押圧応力が作用し、この接続箇所は引張応力よりも押圧応力に対して強い傾向にあるので、接続箇所の破断が防止される。金属細線１５Ｂを低ループに形成する方法の詳細は、後述する。
更に、本実施の形態では、放熱性を向上させるために、シリカ等の無機フィラーが混入された樹脂材料から封止樹脂１１が構成される場合がある。この場合、液状の封止樹脂１１の粘性が大きくなり、樹脂封止の工程に於いて注入される封止樹脂１１により金属細線１５Ａ等に作用する力は大きくなる。しかしながら、本実施の形態では、上述したように、金属細線１５Ａ等を流入される封止樹脂１１の上流側に湾曲させているので、金属細線１５Ａ等の断線は抑制されている。
第３図および第４図を参照して、金属細線１５Ａに作用する応力を具体的に説明する。第３図および第４図では、金属細線１５Ａが上下方向に延在し、上端が不図示の半導体チップに接続される固着部２１であり、下端が電極の上面に接続される固着部２２となる。
第３図を参照して、封止樹脂による圧力の大きさおよびその方向を、Ｆ１〜Ｆ３が付された矢印で示されている。ここでは、金属細線１５Ａの中央部付近に作用する圧力がＦ１であり、上端の固着部２１付近に作用する圧力がＦ２であり、下端の固着部２２付近に作用する圧力がＦ３である。そして、Ｆ１〜Ｆ３は、紙面上では、左側から右側に向かって作用している。この方向は、液状の封止樹脂が流れる方向と同一である。更に、Ｆ１〜Ｆ３の大きさは互いに略同一である。
金属細線１５Ａの平面的形状は、Ｆ１〜Ｆ３が作用する方向に対して逆方向（紙面上では左方向）に突出して湾曲する形状である。このような形状にすることにより、固着部２１、２２に作用する力が圧縮力となると共に、固着部２１、２２に作用する力そのものを小さくして金属細線１５Ａの固着部２１、２２からの剥がれを防止することができる。
具体的には、先ず、Ｆ１は金属細線１５Ａの中央部に作用し、金属細線１５Ａを若干弾性変形させる。しかしながら、Ｆ１の大部分は金属細線１５Ａが若干変形することにより吸収され、金属細線１５Ａを大きく塑性変形させることはなく、悪影響は及ぼさない。
固着部２１付近の金属細線１５Ａに作用するＦ２は、湾曲する金属細線１５Ａの接線方向に対して平行な力Ｆ２ａと、この接線方向に対して垂直な力Ｆ２ｂに分解される。固着部２１に作用するのは分解されたＦ２ａであり、Ｆ２ａの大きさは元々のＦ２と比較して小さいので、金属細線１５Ａの固着部２１からの剥離が防止されている。例えば、Ｆ２が作用する方向と金属細線１５Ａの接線とが交差する角度が４５度の場合、Ｆ２ａはＦ２の０．７倍程度の大きさとなる。
更に、上述したように、金属細線１５Ａを低ループにすると、固着部２１付近の金属細線１５Ａの形状が複雑になり断線を招く危険性があるが、このように金属細線１５Ａを特定の方向に湾曲させることで、断線を防止することができる。
一方、下端の固着部２２付近に作用するＦ３に関しても、上述と同様に分解できる。具体的には、Ｆ３は、固着部２２付近の金属細線１５Ａの接線と平行な方向の力Ｆ３ａと、この接線に対して垂直な方向の力Ｆ３ｂに分解される。そして、金属細線１５Ａの固着部２２に作用する圧縮力は、Ｆ３よりも小さいＦ３ａであるので、固着部２２における断線が防止される。
第４図を参照して、本実施の形態の更なる特徴を説明する。第４図（Ａ）は本実施の形態の金属細線１５Ａの形状を示し、第４図（Ｂ）は金属細線１５Ａを直線上に形成した場合を示している。
第４図（Ａ）を参照して、樹脂封止に伴う圧力Ｆ１は、紙面上にて左側から金属細線１５Ａに作用する。力Ｆ１が作用することにより、点線で示す様に金属細線１５Ａが変形して、固着部２１、２２に圧縮力が作用する。しかしながら、上述したように、金属細線１５Ａが左側の方向に凸状に湾曲していることにより、固着部２１、２２には、金属細線１５Ａの接線方向に沿って分解された力が作用する。このことから、固着部２１、２２付近における金属細線１５Ａの断線は抑制されている。更に、力Ｆ１が作用することにより金属細線１５Ａは点線で示すように変形を起こすが、この変形は弾性変形であるので、力Ｆ１を解除したら元の形状に復元する。
第４図（Ｂ）を参照して比較例を説明する。ここでは、金属細線１５Ａの平面的形状を湾曲ではなく、直線状にした場合を考える。直線的に形成された金属細線１５Ａは、力Ｆ１が作用すると右側にふくらむ湾曲形状となる（点線で示す形状となる）。このようになると、固着部２１に作用した力Ｆ１は、変形した金属細線１５Ａの接線に平行な力Ｆ１αと、この接線に対して垂直な力Ｆ１βに分解される。そして、力Ｆ１αは引張力であり、この引張力Ｆ１αが金属細線１５Ａに作用すると、固着部２１付近に於いて金属細線１５Ａの断線が発生する恐れがある。同様のことは、固着部２２付近の金属細線１５Ａに関しても言える。
以上の検討により、注入される封止樹脂１１の圧力を考慮した場合、金属細線１５Ａの平面的形状は、直線形状よりも、封止樹脂１１の流れの上流側に凸状に湾曲する形状の方が好適であることが明らかになった。
第５図を参照して、他の形態の半導体装置１０Ｂの構成を説明する。第５図（Ａ）は半導体装置１０Ｂを上方から見た平面図であり、第５図（Ｂ）はその断面図であり、第５図（Ｃ）は他の形態の半導体装置１０Ｃの断面図である。
第５図（Ａ）および第５図（Ｂ）に示す半導体装置１０Ｂの基本的な構成は上述した半導体装置１０Ａと同様であり、相違点は電極１２Ａ等の構成にある。ここで示す半導体装置１０Ｂでは、例えばガラスエポキシ等の絶縁性を有する材料から成る回路基板２３の上面に電極１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃが配置されており、電極１２Ａの上面に半導体チップ１３が配置されている。そして、半導体チップ１３の上面に形成された２つのボンディングパッドは、それぞれが金属細線１５Ａ、１５Ｂを経由して、電極１２Ｃ、１２Ｂに接続されている。
半導体装置１０Ｂに於いても、金属細線１５Ａ、１５Ｂの平面的な形状は、ゲート１６から注入される封止樹脂１１の流れの上流に向かって凸形状に湾曲している。
第５図（Ｂ）を参照して、ここでは、回路基板２３の上面に電極１２Ａ、１２Ｂおよび１２Ｃ（不図示）が形成されている。そして、回路基板２３には、厚み方向に貫通する銅等の導電材料（貫通接続部）が設けられている。この貫通接続部を経由して、回路基板２３の上面に設けられた電極１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃの各々は、回路基板２３の下面に設けられて露出する裏面電極３３Ａ、３３Ｂおよび３３Ｃ（不図示）に接続される。裏面電極３３Ａ等には半田等の導電性接着材から成る外部接続電極が溶着され、この外部接続電極を用いて半導体装置１０Ｂは、実装基板等の上面に面実装される。
ここで、半導体装置１０Ｂの回路基板２３としては、上述した単層のガラスエポキシ基板の他にも様々な材料が採用可能である。例えば、回路基板２３としては、表面に所定の形状の配線層が設けられた樹脂製基板から成るプリント基板、所定の配線層が設けられた可撓性の樹脂シートから成るフレキシブルシート、上面が樹脂などの絶縁性材料から成る絶縁層により被覆された金属から成る金属基板、セラミック等の無機質から成る基板等が採用可能である。ここで、回路基板２３の上面に配線層を設ける場合は、層間絶縁層を介して２層以上に積層された多層の配線構造が採用されても良い。
第５図（Ｃ）を参照して、他の形態の半導体装置１０Ｃの構成を説明する。この半導体装置１０Ｃの基本的な構成は、上述した半導体装置１０Ｂと同様であり、相違点は電極１２Ａ等が部分的に封止樹脂１１から外部に露出する点にある。この相違点を中心に以下説明する。
半導体装置１０Ｃは、電極１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃ（不図示）と、電極１２Ａの上面に固着された半導体チップ１３と、半導体チップ１３と電極１２Ｂとを電気的に接続する金属細線１５Ｂと、これらを封止する封止樹脂１１とを有する構成となっている。そして、電極１２Ａ等は、上面および側面が封止樹脂１１により被覆されており、下面は封止樹脂１１から外部に露出している。また、半田等の外部接続電極が電極１２Ａ等に溶着される箇所を除外して、電極１２Ａ等の下面および封止樹脂１１の下面は、樹脂から成るレジスト２５により被覆されている。
第６図を参照して、他の形態の半導体装置１０Ｄの構成を説明する。半導体装置１０Ｄの基本的な構成は上述した半導体装置１０Ｂ等と同様であり、相違点は、半導体チップ１３の上面に設けられたボンディングパッドと、電極１２の構成にある。
具体的にこの相違点を説明すると、先ず、半導体チップ１３の上面には多数のボンディングパッドが設けられている。ここでは、紙面上にて半導体チップ１３の上方の側辺に沿って複数のボンディングパッド１４Ａが配置されており、下方の側辺に沿って複数のボンディングパッド１４Ｂが配置されている。そして、半導体チップ１３に接近して多数の電極１２が設けられている。具体的には、紙面上にて、半導体チップ１３の上側に複数の電極１２Ａが設けられており、半導体チップ１３の下側に複数の電極１２Ｂが設けられている。また、半導体チップ１３の上側の側辺に沿って設けたボンディングパッド１４Ａの各々は、電極１２Ａと金属細線１５Ａを経由して接続される。同様に、半導体チップ１３の下側の側辺に沿って設けたボンディングパッド１４Ｂは、金属細線１５Ｂを経由して電極１２Ｂと接続される。
ここで、金属細線１５Ａ、１５Ｂの平面的形状は、ゲート１６からキャビティ１７の内部に注入される封止樹脂の流れの上流側に向かって凸形状となっている。図を参照すると、全ての金属細線１５Ａ、１５Ｂの平面的形状は、右側に向かって凸形状と成っており、ゲート１６から注入される封止樹脂の流れＳ１、Ｓ２に向かって上流側に凸形状となっている。このことにより、上述したように、注入される封止樹脂１１の圧力により、金属細線１５Ａが変形・断線することを防止することができる。
具体的には、モールド工程に於いて、ゲート１６から液状の封止樹脂１１をキャビティ１７に注入すると、注入された封止樹脂１１は、半導体チップ１３と電極１２Ａ、１２Ｂとの間を優先的に流動する。ここでは、半導体チップ１３と電極１２Ａとの間を優先的に流れる封止樹脂１１の流れをＳ１が付された太線にて示し、半導体チップ１３と電極１２Ｂとの間を優先的に流れる封止樹脂１１の流れをＳ２が付された太線にて示している。ここでは、半導体チップ１３と電極１２Ａ、１２Ｂとの間の領域には、厚み方向に金属細線１５Ａ、１５Ｂのみが存在しているので、この領域は他の部分よりも封止樹脂１１が流動しやすい環境となっている。
Ｓ１、Ｓ２に沿って封止樹脂１１が注入されると、金属細線１５Ａ、１５Ｂに封止樹脂１１による圧力が作用するが、ここでも金属細線１５Ａ、１５Ｂの平面的形状を封止樹脂１１の流れに対して凸方向とすることにより、この圧力による金属細線１５Ａ、１５Ｂの破損を防止している。このメカニズムは、上述したとおりである。
ここで、半導体装置１０Ｄの断面的な構成としては、第５図（Ｂ）に示すような構成でも良いし、第５図（Ｃ）に示すような構成でも良い。更には、半導体チップの下面が封止樹脂１１から外部に露出するような構成にしても良い。
第７図を参照して、他の形態の半導体装置１０Ｅの構成を説明する。この半導体装置１０Ｅの基本的な構成は、上述した半導体装置１０Ｄと同様であり、相違点は、半導体チップ１３を四方から囲むように電極１２Ａ等が設けられている点にある。
具体的には、半導体チップ１３の上面に於いて、４方の側辺に沿って多数個のボンディングパッド１４が設けられており、このボンディングパッドに対応した位置に電極が配置されている。具体的には、紙面上に於いて、半導体チップ１３の上側側辺、右側側辺、下側側辺および左側側辺に沿って、電極１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃ、１２Ｄが複数配置されている。そして、半導体チップ１３を四方から囲むように配置された電極１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃ、１２Ｄのそれぞれは、金属細線１５Ａ、１５Ｂ、１５Ｃ、１５Ｄを経由して、半導体チップ１３の上面のボンディングパッド１４に接続されている。
半導体装置１０Ｅに於いても、金属細線１５Ａ等の平面的形状は、ゲートから注入される封止樹脂１１の流れに対して上流側に凸形状となっている。具体的には、先ず、モールド金型のキャビティ１７に設けられたゲート１６は、キャビティ１７に収納される半導体チップ１３の角部の対角線の延長線３４上に位置している。ここでは、この延長線３４を一点鎖線により表示しており、ゲート１６はこの延長線３４に重なる位置に設けられている。更にここでは、エアベント３６も延長線３４に重なる位置に設けられている。
上記構成のキャビティ１７に、ゲート１６から液状（または半固形状）の封止樹脂１１を注入すると、先ず、注入された封止樹脂１１は、半導体チップ１３の角部に向かって移動する。図面では、この流れをＳで示している。次に、封止樹脂１１は、半導体チップ１３の角部付近で２つの流れに分岐する。一方は、紙面上にて半導体チップ１３の上側側辺と電極１２Ａとの間に沿って流れる（流れＳ１）。他方は、紙面上にて半導体チップ１３の右側側辺と電極１２Ｂとの間に沿って流れる（流れＳ２）。半導体チップ１３と電極１２Ａ等との間に優先的に封止樹脂１１が流れ込む理由は上記したとおりである。
流れＳ１は、半導体チップ１３の右上端部から始まり、その側辺に沿って流れて左下端部まで至る封止樹脂１１の流れである。具体的には、流れＳ１は、半導体チップ１３の上側側辺と電極１２Ａとの間を通過した後に、半導体チップ１３の左側側辺と電極１２Ｄとの間を通過する。
一方、流れＳ２は、始点および終点は上記した流れＳ１と同様であるが経路が異なる。即ち、流れＳ２は、半導体チップ１３の右側側辺と電極１２Ｂとの間を流れ、その後に、半導体チップ１３の下側側辺と電極１２Ｃとの間に沿って流れる。
そして、流れＳ１とＳ２とは、半導体チップ１３の左下端付近で合流して流れＳとなる。また、ゲート１６からキャビティ１７に封止樹脂１１が注入されるに従い、注入された封止樹脂１１と同等の量のキャビティ１７内の空気がエアベント３６から外部に放出される。
そして、各金属細線１５Ａ等の平面的形状は、上記した封止樹脂１１の流れの上流側に向かって凸形状に湾曲している。具体的には、紙面上にて半導体チップ１３の上側側辺に設けた金属細線１５Ａは右側に凸形状に湾曲している。そして、半導体チップ１３の右側側辺に設けた金属細線１５Ｂは、上方に凸状に湾曲している。また、半導体チップ１３の下側側辺に設けた金属細線１５Ｃは、右側に凸形状に湾曲している。更に、半導体チップ１３の左側側辺に設けた金属細線１５Ｄは、上方に凸状に湾曲している。
上記構成により、半導体チップ１３の上面に於いて四方の側辺に沿ってボンディングパッド１４が設けられた場合でも、このボンディングパッド１４に接続する全ての金属細線１５Ａ等の平面的形状を、封止樹脂１１の流れに対して上流側に凸形状にすることができる。従って、注入される封止樹脂１１の圧力による、金属細線１５Ａ等の断線が防止されている。
第８図および第９図を参照して、次に、他の形態の半導体装置１０Ｆの構成を説明する。第８図は半導体装置１０Ｆの断面図であり、第９図は半導体装置１０Ｆを樹脂封止する際の平面図である。
第８図を参照して、半導体装置１０Ｆの基本的な構成は、上述した半導体装置１０Ｅと同様であり、相違点は、半導体装置１０Ｆがリードフレーム型のものであることである。
半導体装置１０Ｆは、アイランド２６とリード２７とを有し、アイランド２６の上面に半導体チップ１３が固着されている。そして、半導体チップ１３の上面に設けられたボンディングパッドとリード２７の上面とは、金属細線１５を経由して接続されている。更に、アイランド２６、半導体チップ１３、金属細線１５およびリード２７の一部分が被覆されるように封止樹脂１１が形成されている。また、リード２７の外部に露出する部分は、直角に下方に折り曲げられている。
第９図を参照して、上述した構成の半導体装置１０Ｆが封止される工程を説明する。ここでは、上述したリード２７およびアイランド２６が、一体に板状に連結されたリードフレーム２８の形で供給されている。即ち、一つの半導体装置となる要素単位であるユニット３２では、中央部に四角形状のアイランド２６が配置され、アイランド２６の周囲には、放射状に外部に延在するリード２７が設けられている。また、各リード２７は、封止樹脂１１により封止されるインナーリード２９と、封止樹脂１１から外部に露出するアウターリード３０とからなり、各リード２７はタイバー３１により互いに連結されている。また、アイランド２６の４隅は、匹方に延在する吊りリードにより機械的に保持されている。
上述した構成のリードフレーム２８が樹脂封止される工程では、第２図に示すような金型が用いられる。そして、予めアイランド２６の上面には半導体チップ１３が固着され、半導体チップ１３の上面に形成されたボンディングパットは、金属細線１５Ａ等を経由してリード２７に接続される。ここでは、半導体チップ１３の上側側辺、右側側辺、下側側辺および左側側辺に沿って設けられたボンディングパッドは、それぞれが、金属細線１５Ａ、１５Ｂ、１５Ｃ、１５Ｄを経由して、リード２７に接続されている。この金属細線１５Ａ等の平面的な形状は、上述したとおりである。
第９図では、モールド金型のキャビティ１７の側辺を一点鎖線にて示している。更に、封止樹脂の流れを太い点線にて示している。ここでも、ゲート１６から注入された封止樹脂の流れＳは、キャビティ１７の内部でＳ１およびＳ２に分岐して、エアベント３６付近で再び流れＳとして合流している。この事項の詳細は、上述した半導体装置１０Ｅの場合と同様である。そして、金属細線１５Ａ等の平面的な形状も上述した半導体装置１０Ｅと同様であり、封止樹脂１１の流れの上流側に向かって凸となる湾曲形状である。即ち、紙面上に於いて、金属細線１５Ａは右側に、金属細線１５Ｂは上側に、金属細線１５Ｃは右側に、金属細線１５Ｄは上側に向かって凸となる湾曲形状である。このことにより、樹脂封止時における金属細線１５Ａ等の断線が防止される。
＜第２の実施の形態＞
本実施の形態では、第１０図から第１３図を参照して、上記した構成の半導体装置１０Ａ〜１０Ｆの製造方法を説明する。なお、樹脂封止の工程に関しては、第１の実施の形態にて詳述したので、以下では樹脂封止の工程以外の工程を主に説明する。
先ず、第１０図を参照して、各ユニット３２に半導体チップが配置されたリードフレーム２８を用意する。ここでは、プレス加工やエッチング加工により所定の形状のユニット３２が多数個リードフレーム２８に設けられている。そして、各ユニット３２には半導体チップが実装されている。各ユニット３２の詳細は、例えば、第１図や第２図に示すとおりである。
次に、第１１図から第１３図を参照して、半導体チップ１３のボンディングパッド１４と、電極（リード）の上面とを金属細線１５を使用して接続する。本実施の形態では、金属細線１５の形状をループ形状にするのではなく、金属細線１５を半導体チップ１３や電極（リード）の上面に対して平行にしている。このことにより、金属細線１５の最頂部の位置が低くなり、この分だけ製造される半導体装置を薄型にすることができる。
まず第１１図（Ａ）に示すように、アーク放電等によりキャピラリツール４０に挿通した金属細線１５（直径２０μｍ）の先端を溶融し、第１１図（Ｂ）に示すように表面張力を利用して直径５０〜８０μｍのＡｕボール３５を形成する。
次にキャピラリツール４０を移動させてＡｕボール３５をボンディングパッド１４に押し付け、この状態で接合エネルギー（超音波振動、荷重、加熱等）を与えて金属細線１５をボンディングパッド１４に接合する（第１１図（Ｃ））。
次に、キャピラリツール４０を上昇させた後（第１１図（Ｄ））、ボンディングパッド１４から離れるように斜め方向（垂直に対して約４５°方向）にキャピラリツール４０を下降させ（第１１図（Ｅ））、キャピラリツール４０を再びボンディングパッド１４に押し付ける（第１１図（Ｆ））。このときのボンディングパッド１４周辺の様子を第１１図（Ｆ）に示す。同図中の拡大図に示すように、キャピラリツール４０の上記動作によって、接合部分がキャピラリツール４０のヘッド（下端）で押し付けられて細部４２が形成されている。このことにより、金属細線１５の接合部が断線しやすい状況が生まれるが、本発明では、金属細線の平面的形状を上記した湾曲形状とすることで、樹脂封止の工程における金属細線１５の断線を防止している。 次に、再びキャピラリツール４０を上昇させた後（第１２図（Ａ））、第１１図（Ｅ）における上記斜め方向とは逆の斜め方向（垂直に対して約４５°方向）にボンディングパッド１４から離れるようにキャピラリツール４０を下降させ（第１２図（Ｂ））、再びキャピラリツール４０をボンディングパッド１４に押し付ける。このときのボンディングパッド１４周辺の様子を第１２図（Ｃ）に示す。同図中の拡大図に示すように、キャピラリツール４０の上記動作によって、ボンディングパッド１４上にＳ字状に積層されたＡｕの溶融塊が形成されて、金属細線１５を水平方向に引き出し易い状態（金属細線１５が切断されにくい状態）となる。
上記した作業により、溶融塊は形成されるものの、その周辺部の金属細線１５は塑性変形の繰り返しにより機械的強度が低下する。本発明では、金属細線１５の平面的形状を湾曲形状とすることで、機械的強度が低下した金属細線１５の樹脂封止時の断線を抑制している。
次に再びキャピラリツール４０を僅かに上昇させて（第１２図（Ｄ））、その位置からアールを描くようにしてキャピラリツール４０を移動させ、金属細線１５を電極１２Ｂ側に引き出す（第１２図（Ｅ）および第１３図（Ａ））。そしてキャピラリツール４０のヘッドを電極１２Ｂの上面に着地させてここに金属細線１５をスティッチボンドし（第１３図（Ａ））、ワイヤクランプ４１を閉じて金属細線１５を切断する（第１３図（Ｂ））。このとき、金属細線１５の平面的形状が、後に封止樹脂が注入される方向に対して凸状に湾曲となるように、キャピラリツール４０は移動する。
なお、第１２図（Ｄ）においてボンディングワイヤーを僅かに上昇させているのは、金属細線１５が半導体チップ１３に接触しないようにするためである。
以上に説明した方法によりワイヤボンディングを行うことで、金属細線１５に高張力を生じさせることなく金属細線１５を切断させずに、ボンディングパッド１４からほぼ水平方向（半導体チップの上面に対して平行な方向）に金属細線１５を引き出すことができる。このため、金属細線１５の上方向への膨らみが抑えられ、その分、製品の厚みを抑えることができる。
以上において、例えば、金属細線１５として細線（２０μｍ程度の金から成るもの）のものを用いることで、電極１２Ｂにかかる荷重を抑えることができる。また細線のものを用いることで金属表面に生じる歪や応力が抑えられ、金属細線１５の過剰変形を防ぐことができる。
上記ワイヤボンディングの工程は、第１０図に示す全てのユニット３２に対して行われる。
上記ワイヤボンディングの工程が終了した後は、トランスファモールド法により樹脂封止を行う。この工程の詳細は、第２図等を参照して上述したとおりである。即ち、まずモールド装置の金型にリードフレーム２８をセットし、このことによりリードフレーム２８に設けた各ユニット３２が個別にキャビティ１７に収納される。次に、モールド金型に設けたポットから封止樹脂を各キャビティ１７に注入する。具体的には、ポットに入れられた樹脂塊が過熱されて流動化した後に、プランジャーで押し出され、ランナーを経てゲートから前記キャビティに注入され、冷却されてパッケージとなる。このとき、上述したように、金属細線の平面的形状は、注入される封止樹脂の流れに対して上流側に凸形状に湾曲しているので、樹脂封止に伴う断線等の危険性は抑制されている。このときの金型温度は例えば１８０℃前後とする。
上記工程が終了した後は、バリを除去する工程、外装のためのメッキ処理を行う工程、各ユニット３２をリードフレーム２８から分離する工程、各半導体装置を電気的特性により選別する工程、電気的特性や社名等を封止樹脂の外面に印刷する工程、梱包工程等を経て半導体装置は完成品となる。
以上の実施形態の説明は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定するものではない。本発明はその趣旨を逸脱することなく、変更、改良され得ると共に本発明にはその等価物が含まれることは勿論である。
例えば、全ての金属細線が封止樹脂の流れに対して上流側に凸形状でも良いし、一部が凹形状でも良い。一部を凹形状とする場合は、径が２０μｍ程度の細線を凸形状とし、この細線よりも太い（例えば径が１００μｍ程度の）太線をその他の形状（ストレート形状または流れに対して凹状形状）としても良い。
Claims (12)
- 半導体チップと、前記半導体チップの周囲に設けられた電極と、前記半導体チップ上のボンディングパッドと前記電極とを接続する金属細線と、前記半導体チップ、前記電極および前記金属細線を封止する封止樹脂とを有する半導体装置に於いて、
前記封止樹脂は、モールド金型により構成されるキャビティの一側面から内に注入され、前記金属細線は、前記注入の口に向かって、平面的に凸状に湾曲していることを特徴とする半導体装置。 - 半導体チップと、前記半導体チップの周囲に設けられた電極と、前記半導体チップ上のボンディングパッドと前記電極とを接続する金属細線と、前記半導体チップ、前記電極および前記金属細線を封止する封止樹脂とを有する半導体装置であり、
前記金属細線は、その両端に位置する固着部において、前記封止樹脂の注入圧力により加圧される様に、平面的に見て湾曲していることを特徴とする半導体装置。 - 前記金属細線に加わる注入圧力よりも小さな力が、前記固着部に加わることを特徴とする請求の範囲第２項に記載の半導体装置。
- 矩形の半導体チップと、前記半導体チップの４側辺に沿って設けられた複数のボンディングパッドと、前記半導体チップを囲み、前記ボンディングパッドに対応した位置に接近して設けられる複数の電極と、前記半導体チップ、前記電極および前記金属細線を封止する封止樹脂とを有し、
前記封止樹脂は、前記半導体チップの対角線の延長線より注入され、前記金属細線は、その注入される口からの前記封止樹脂の流れに対向するように平面的に見て凸となる湾曲を描いてなることを特徴とする半導体装置。 - 前記金属細線は、半導体装置の側面から見て、固着部およびその近傍を除いて、前記半導体チップの上面に対して実質水平に延在されることを特徴とする請求の範囲第１項から請求の範囲第４項のいずれかに記載の半導体装置。
- 前記半導体チップは、リードフレームより構成されたアイランドに固着され、前記電極は、前記リードフレームにより構成されたインナーリードにより構成されることを特徴とする請求の範囲第１項から請求の範囲第５項のいずれかに記載の半導体装置。
- 前記半導体チップは、プリント基板、フレキシブルシート、無機質からなる絶縁基板、または表面が絶縁処理された金属基板である基板に実装され、
前記電極は、前記基板の上面に設けられることを特徴とする請求の範囲１項から請求の範囲４項のいずれかに記載の半導体装置。 - 前記基板は、導電層が多層構造で成ることを特徴とする請求の範囲第７項に記載の半導体装置。
- 前記電極は、前記封止樹脂に表面および側面が封止されるとともに、裏面が前記封止樹脂から露出されていることを特徴とする請求の範囲第１項から請求の範囲第５項のいずれかに記載の半導体装置。
- 半導体チップの上面に設けられたボンディングパットと、前記半導体チップに近設された電極とを金属細線により接続する工程と、
モールド金型のキャビティに、前記半導体チップ、前記金属細線および前記電極を収納させて、前記キャビティの側辺に設けたゲートから前記キャビティに封止樹脂を注入して、前記半導体チップ、前記金属細線および前記電極を封止樹脂により封止する工程と、を具備し、
前記金属細線の平面的形状は、前記ゲートから注入される前記封止樹脂の流れの上流に向かって凸状に湾曲する形状であることを特徴とする半導体装置の製造方法。 - 前記金属細線は、その両端に位置する固着部において、前記封止樹脂の注入圧力により加圧される様に、平面的に見て湾曲していることを特徴とする請求の範囲第１０項に記載の半導体装置の製造方法。
- 前記電極は、前記半導体チップの４側辺に沿って配置され、
前記封止する工程では、
前記封止樹脂は、前記半導体チップの対角線の延長線より注入され、前記金属細線は、その注入される口からの前記封止樹脂の流れに対向するように平面的に見て凸となる湾曲を描いてなることを特徴とする請求の範囲第１０項に記載の半導体装置の製造方法。
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