JPH07273143A - 樹脂封止型半導体装置 - Google Patents

樹脂封止型半導体装置

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JPH07273143A
JPH07273143A JP6106894A JP6106894A JPH07273143A JP H07273143 A JPH07273143 A JP H07273143A JP 6106894 A JP6106894 A JP 6106894A JP 6106894 A JP6106894 A JP 6106894A JP H07273143 A JPH07273143 A JP H07273143A
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bump
bonding
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宏平 巽
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 電子機器の軽薄短小化および高機能化の要求
に応える信頼性の高い樹脂封止型半導体装置であって、
従来のワイヤボンディング方式によるものの20%〜5
0%の厚さの薄型化が可能な半導体装置を提供する。 【構成】 リードフレームのインナーリードと半導体チ
ップの電極とがボールバンプを介して接合され、樹脂モ
ールドされていることを特徴とする。ボールバンプは9
9.9重量%以上のAu、または、SnもしくはSn合
金からなるのが好ましい。 【効果】 従来の電子機器等の配線基板に、特殊な接合
端子を要せず2枚重ねて接続することができ、チップと
リード間の接合信頼性が高い。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、特に薄型化可能な信頼
性の高い樹脂封止型半導体装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】LSI、超LSIのような集積回路の大
規模化および高密度化の実現と、電子機器の軽薄短小化
および高機能化の要求とが相俟って、より小型化かつ薄
型化された、信頼性の高い半導体装置の要望が高まって
いる。
【0003】従来の樹脂封止型半導体装置は、ワイヤボ
ンディング方式で製造されるものが最も多く使用されて
いる。この方式で製造されたものは、図4の断面図に示
すように、半導体チップ1の電極2とインナーリード3
とがAuの細線からなるボンディングワイヤ8で接続さ
れ、樹脂6でモールドされており、ワイヤ8がループを
形成しているため薄型化には限界がある。なお9は配線
基板に接続されるアウターリードである。その限界を超
える薄型化が可能な方式として、TAB(TapeAutomated
Bonding)およびFC(Flip Chip) 方式が知られてい
る。TAB方式は、図5に示すように、半導体チップ1
上の電極2の位置に合わせたインナーリード3をテープ
状の絶縁フィルム10上に形成したものを、Au等のバ
ンプ11を介在させて、熱圧着等により一括接合するも
のである。FC方式は、半導体チップの電極に半田のバ
ンプを形成し、リフローにより回路基板に直接接続する
ものである。
【0004】TAB方式におけるバンプは、半導体チッ
プの電極とテープのリードとを接続するためのAu等の
突起であり、熱圧着により自身が圧縮されて両者を接合
させる。チップの電極上に形成するICバンプとTAB
のリード上に形成するリードバンプがあり、バンプは主
としてメッキにより形成される。なお、Auワイヤの先
端を溶融し球状にしたものを半導体チップの電極に圧着
し(ワイヤボンディング方式で行われる)、ワイヤを切
断するスタッドバンプもある。
【0005】しかし、TABテープをバンプを介してチ
ップと接続する方法は実用化されているが、TABテー
プのリードが曲がりやすく、チップへの接続のインナー
リードボンディングや基板への接続のアウターリードボ
ンディングに歩留まりの問題があった。さらにTABは
リードフレームに比較して高価であり、また、メッキに
よるバンプ形成も複雑な工程を経るため、コスト高とな
り、現在もボンディングワイヤを使用するリードフレー
ム方式に比べて、広く利用されていない理由となってい
た。
【0006】またLOC(Lead On Chip)構造の樹脂封止
型半導体装置において、半導体チップのボンディングパ
ッド(電極)とインナーリードをバンプ電極で接続した
ものが、特開平3−11643号公報により提案されて
いる。その構造は、半導体チップの主面の中央部分に複
数のボンディングパッドを配置し、その上にチップの主
面との間に絶縁性テープを介在させてインナーリードを
設け、該インナーリードとボンディングパッドとを、バ
ンプ電極を溶融して接続したものである。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】上記従来技術におい
て、TAB方式はリードを配線した絶縁フィルムの製造
コストが高いという問題がある。FC方式は、回路基板
と半導体チップの熱膨張差に起因するストレスが接合部
に集中するため、信頼性の点で問題がある。また特開平
3−11643号公報の技術は、半導体チップとインナ
ーリードとの間に絶縁性テープを介在させるため、該テ
ープをバンプ電極の溶融温度以上の高温で耐熱性を有す
るものにしなければならず、バンプおよびテープの材料
に制約があるうえ、絶縁性テープの厚さにより、薄型化
に制約を受ける。
【0008】本発明は、電子機器の軽薄短小化および高
機能化の要求に応える、信頼性の高い樹脂封止型半導体
装置であって、従来のワイヤボンディング方式によるも
のの20%〜50%の厚さの薄型化が可能な半導体装置
を提供することを目的とする。
【0009】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
の本発明は、リードフレームのインナーリードと半導体
チップの電極とがボールバンプを介して接合され、樹脂
モールドされていることを特徴とする樹脂封止型半導体
装置である。そしてボールバンプが99.9重量%以上
のAu、または、SnもしくはSn合金からなるのが好
ましい。
【0010】
【作用】本発明の例を図1および図2に示す。図1は半
導体チップ1の電極2とインナーリード3がボールバン
プ4を介して接合され、樹脂6でモールドされた樹脂封
止型半導体装置の断面図である。このような半導体装置
は、あらかじめ半導体チップ1上の周辺部に配置された
電極2にボールバンプ4を接合するか、またはインナー
リード3にボールバンプ4を接合しておき、半導体チッ
プ1とインナーリード3を重ねて一括接合し、樹脂6で
モールドして製造される。
【0011】図2は半導体チップ1がアイランド5に接
合材7で接合されている樹脂封止型半導体装置の断面図
であり、その製造法の例を図3に示す。すなわち、
(a)のようなダイボンディング用フレーム12のアイ
ランド5に、(b)のように半導体チップ1をダイボン
ディングし、電極2の部分にボールバンプ4を接合し、
その上に、(c)のようなリード接続用フレーム13を
(d)のように重ねて一括接合し、樹脂でモールドす
る。
【0012】このように本発明の樹脂封止型半導体装置
は、半導体チップ1の電極2とインナーリード3とがボ
ールバンプ4で接合されているので、図4のような従来
のワイヤボンディング方式のものと比較して、ワイヤル
ープが不要となった分、薄型化が可能である。従来のワ
イヤボンディング方式では、樹脂封止後の厚さ1.0〜
1.3mmが限界であったが、本発明では同厚さ0.65
mmのもの、すなわち従来の約1/2の厚さのものが得ら
れる。したがって、従来の配線基板で1枚接続していた
箇所に、本発明の半導体装置は2枚重ねて接続すること
ができる。そして、アウターリード9を従来のワイヤボ
ンディング方式のものと同じにできるので、接続用に特
殊な部品を使うことなく、従来の配線基板に直接接続す
ることができる。
【0013】そして本発明の樹脂封止型半導体装置は、
ボンディングワイヤを使用してないので、ワイヤ同士の
接触、あるいはワイヤと半導体チップとの接触等による
トラブル発生が皆無である。
【0014】また、本発明はボールバンプを使用してお
り、上記のように半導体チップと多数のインナーリード
とを一括接合するとき、全てのインナーリードについて
均一な直径のバンプを使用することができるので、信頼
性の高い半導体装置である。従来のTAB方式で採用さ
れているようなメッキにより形成したバンプや、前記ス
タッドバンプでは、チップ内の全てのバンプについてバ
ンプ高さを均一にするのが困難で、接合時のバンプ変形
量も数μm程度と小さく、バンプが低い箇所では接合不
良が発生し、バンプが高い箇所では半導体チップが損傷
を受ける危険性がある。一方、本発明においては、均一
な直径のボールバンプを使用することで、バンプ高さが
均一となり、さらに接合時の変形量も10〜30μm以
上にすることができ、全てのインナーリードについて均
一良好な接合が得られる。特にインナーリードの剛性の
高いリードフレームを使用する場合にはボールバンプが
適している。また、本発明はリードフレームを使用する
ため取り扱いが容易で安価である。
【0015】本発明において、ボールバンプの大きさ
は、半導体チップの各電極および各インナーリードのピ
ッチおよび寸法に応じて適正な直径、例えば35〜10
0μmとする。接合に際しては、あらかじめボールバン
プを半導体チップの各電極に接合しておき、その上にイ
ンナーリードを重ねて一括接合してもよく、また、あら
かじめ各インナーリードに接合しておいたものを半導体
チップに重ねて一括接合してもよい。
【0016】つぎに本発明におけるボールバンプは、A
u、または、SnもしくはSn合金製とすることができ
る。Au製の場合は、99.9重量%以上の純度のもの
とし、熱圧着または超音波を併用した熱圧着により接合
する。SnもしくはSn合金製の場合は溶融法により接
合する。Sn合金としては、半田(Sn−Pb合金)等
を採用することができる。超音波接合と併用する場合は
1リード毎にボンディングしてもよい。
【0017】Au製のボールバンプを採用する場合、A
uの純度が低いと硬度が高く、熱圧着時に高温にするか
高荷重にしなければならず、接合部が損傷を受けるおそ
れがあるので、99.9重量%以上の純度とした。従来
のTAB方式において、半導体チップの電極にメッキに
よりAuバンプを形成する場合、硬度の調整が困難であ
り、軟化のための熱処理を必要としていた。この熱処理
において、電極のAlとバンプのAuとが金属間化合物
を生成して接合部信頼性が悪化するため、Al電極とA
uバンプの間にバリアメタルを形成しており、そのため
製造工程が複雑でコスト高になっていた。しかし本発明
においては、上記のような高純度のボールバンプを採用
したことにより、軟化のための熱処理やバリアメタルが
不要である。さらに、Au製のボールバンプを採用した
本発明半導体装置を製造するとき、ボールバンプの熱圧
着時に、Al電極表面の酸化アルミ層を破壊しながら接
合できるので、安定した信頼性の高い接合が得られる。
【0018】
【実施例】1MDRAMのシリコンチップを使用して、
図1のような樹脂封止型半導体装置を製造した。ボール
バンプ4は、Au細線(純度99.9重量%以上)を定
寸に切断し、溶融して直径80μmの球状に形成したも
のを使用した。これを、チップ1の周辺部に最小200
μmピッチで配置された合計26個の電極2に熱圧着で
接合し、42%Ni−Fe合金からなるインナーリード
3を重ねて熱圧着により一括接合し、樹脂6でモールド
した。また、同ボールバンプ4をあらかじめ同インナー
リードに接合したものを同チップ1に重ねた他は、上記
と同様にして製造した。使用した合計26個のボールバ
ンプ4は、いずれも真球に近く、直径の差は3μm以内
であった。
【0019】得られた樹脂封止型半導体装置の厚さは
0.65mmであった。その内訳は、チップ1と電極2が
合計0.25mm、インナーリード3が0.10mm、接合
後のボールバンプ4が0.05mm、樹脂6が上下合計
0.25mmであった。接合部の不良発生状況は、接合後
に樹脂封止し、電気的特性を調査したが、接合に起因す
る不良は50チップ中0であり、また、−60℃から+
140℃の熱サイクル試験の500サイクル後も不良は
皆無であり、信頼性の高いものであった。
【0020】また、厚さ0.10mmのアイランドを有す
る図2のような樹脂封止型半導体装置について、同様に
試作した結果、樹脂封止後の厚さ0.70mmで、同様に
接合部の信頼性の高いものが得られた。
【0021】
【発明の効果】本発明の樹脂封止型半導体装置は、リー
ドフレームのインナーリードと半導体チップの電極とが
ボールバンプを介して接合されているので、従来のワイ
ヤボンディング方式によるものの20%〜50%の厚さ
の薄手化が可能で、従来の電子機器において、配線基板
に1枚接続していた箇所に、2枚重ねて接続することが
できる。そして、アウターリードを従来のワイヤボンデ
ィング方式のものと同じにできるので、接続用に特殊な
部品を使うことなく、従来の配線基板に直接接続するこ
とができる。
【0022】また、本発明はボールバンプを使用してお
り、半導体チップと多数のインナーリードとを一括接合
するとき、全てのインナーリードについて均一な直径の
バンプを使用することができるので、接合部の不良発生
が極めて少ない。したがって本発明は、電子機器の軽薄
短小化および高機能化の要求に応える、信頼性の高い樹
脂封止型半導体装置である。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の樹脂封止型半導体装置の例を示す断面
図である。
【図2】本発明の樹脂封止型半導体装置の別の例を示す
断面図である。
【図3】本発明の樹脂封止型半導体装置の製造工程の例
を示す平面図である。
【図4】従来のワイヤボンディング方式による樹脂封止
型半導体装置の例を示す断面図である。
【図5】従来のTAB方式による樹脂封止型半導体装置
の例を示す断面図である。
【符号の説明】
1:半導体チップ 2:電極 3:インナーリード 4:ボールバンプ 5:アイランド 6:樹脂 7:接合材 8:ボンディングワイヤ 9:アウターリード 10:絶縁フィルム 11:バンプ 12:ダイボンディング用フレーム 13:リード接続用フレーム

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 リードフレームのインナーリードと半導
    体チップの電極とがボールバンプを介して接合され、樹
    脂モールドされていることを特徴とする樹脂封止型半導
    体装置。
  2. 【請求項2】 ボールバンプが99.9重量%以上のA
    uからなることを特徴とする請求項1記載の樹脂封止型
    半導体装置。
  3. 【請求項3】 ボールバンプがSn合金からなることを
    特徴とする請求項1記載の樹脂封止型半導体装置。
JP6106894A 1994-03-30 1994-03-30 樹脂封止型半導体装置 Pending JPH07273143A (ja)

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JP6106894A JPH07273143A (ja) 1994-03-30 1994-03-30 樹脂封止型半導体装置

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JP6106894A JPH07273143A (ja) 1994-03-30 1994-03-30 樹脂封止型半導体装置

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR19990000204A (ko) * 1997-06-03 1999-01-15 윤종용 접착 수단에 의한 반도체 칩의 본딩 패드와 내부 리드와의 연결 방법 및 그를 이용한 loc형 반도체 칩 패키지

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KR19990000204A (ko) * 1997-06-03 1999-01-15 윤종용 접착 수단에 의한 반도체 칩의 본딩 패드와 내부 리드와의 연결 방법 및 그를 이용한 loc형 반도체 칩 패키지

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