説明

半導体装置

【課題】半導体部品の樹脂封止成形品において、プリント基板とリードフレームを繋ぐボンディングワイヤの封止樹脂流動による変形を低減した半導体装置を提供する。
【解決手段】基板2に搭載された半導体チップ3と、インナー側にチャンネル部を有するリードフレーム5と、チャンネル部の内側を経由してリードフレーム5と半導体チップ3を接続するボンディングワイヤ4と、半導体チップ3とボンディングワイヤ4とリードフレーム5を被覆する樹脂硬化物から半導体装置を構成する。リードフレーム5のチャンネル部の長さをL1、高さをH1とし、ボンディングワイヤ4の水平方向長さをL2、最大高さをH2とすると、1/3<L1/L2<1および1/2<H1/H2を満たす。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、半導体装置に関わり、特に半導体チップが樹脂で封止された半導体装置に関する。
【背景技術】
【0002】
半導体部品の樹脂封止成形品は、一般に以下の工程を経て製造される。シリコンチップなどの半導体部品を搭載したプリント基板またはリードフレームなどをキャビティ内に収まるように金型の上型と下型との間に挟み込む。または、ピンなどを用いてプリント基板またはリードフレームなどを金型に保持させる。その後、キャビティの一端に開口しているゲートから液状の封止樹脂が注入される。封止樹脂を硬化させることにより、パッケージが成形されて、半導体部品樹脂封止成形品が製造される。
【0003】
封止樹脂としては熱硬化性樹脂であるエポキシ樹脂が多く用いられる。エポキシ樹脂を用いる場合はトランスファ成形法などにより封止樹脂が成形される。封止樹脂として熱可塑性樹脂を用いた場合には、射出成形法などにより封止樹脂が成形される。半導体部品を搭載したプリント基板は通常リードフレームとボンディングワイヤで繋がれている。
【0004】
ボンディングワイヤに使用される材料には金、銅、アルミなどの金属が使用される。ボンディングワイヤのワイヤ径は数十μmと細いため、キャビティ内に封止樹脂が流入される際に、プリント基板とリードフレームを繋ぐボンディングワイヤが変形することがある。ボンディングワイヤの封止樹脂流動による変形は、ワイヤ同士の接触による短絡やワイヤの断線による短絡などを引き起こす。
【0005】
ボンディングワイヤの変形を低減する半導体部品の樹脂封止方法を開示した先行文献として、特許文献1がある。特許文献1に記載された半導体部品の樹脂封止方法においては、キャビティ内の封止樹脂流動方向がボンディングワイヤの布線方向とほぼ平行になるように封止樹脂注入口を設けた金型を用いることで、封止樹脂の流動によるボンディングワイヤの変形防止を図っている。
【0006】
封止樹脂注入口は封止樹脂流動方向とボンディングワイヤの布線方向を平行にするように設置されるため、複数のボンディングワイヤが四方に配線されている場合、封止樹脂注入口を調節してもすべてのボンディングワイヤの変形を防止することは難しい。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0007】
【特許文献1】特開平11−251344号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0008】
本発明は上記課題に鑑みてなされたものであって、半導体部品の樹脂封止成形品におけるプリント基板とリードフレームを繋ぐボンディングワイヤの封止樹脂流動による変形を低減させることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0009】
本発明に関わる半導体装置は、基板に搭載された半導体チップと、インナー側にチャンネル部を有するリードフレームと、チャンネル部の内側を経由してリードフレームと半導体チップを接続するボンディングワイヤと、半導体チップとボンディングワイヤとリードフレームを封止する樹脂硬化物を備えているものである。
【発明の効果】
【0010】
本発明によれば、リードフレームのインナー側の端部をチャンネル形状とすることで、封止樹脂の流入工程での樹脂流動を制御でき、ボンディングワイヤの変形を低減するとともに、ワイヤ同士の接触を防ぐことができる。
【図面の簡単な説明】
【0011】
【図1】本発明に係る半導体装置の形状を説明する上面図である。
【図2】半導体部品の樹脂封止方法を説明する断面図である。
【図3】リードフレームのチャンネル部の構造を説明する斜視図である。
【図4】半導体チップ、ボンディングワイヤ、リードフレームの寸法関係を示す平面図である。
【図5】ワイヤの流れ率を説明するのに使用するボンディングワイヤの上面図である。
【発明を実施するための形態】
【0012】
以下、本発明に係る実施の形態における半導体部品の樹脂封止方法およびそれを用いて製造された半導体装置について図を参照して説明する。図1は、本発明の一実施形態に係る半導体装置の形状を説明する上面図である。
【0013】
半導体装置10は、樹脂硬化物1、プリント基板2、半導体チップ3、ボンディングワイヤ4、リードフレーム5から構成されている。プリント基板2には半導体チップ3a、3bが実装されている。半導体チップ3a、3bはボンディングワイヤ4a、4b、4c、4dを介してリードフレーム5a、5b、5c、5dにそれぞれ繋がっている。樹脂硬化物1はプリント基板2、半導体チップ3、ボンディングワイヤ4、リードフレーム5を被覆している。
【0014】
リードフレームは、ICやLSIなどの半導体パッケージに使われ、半導体素子(半導体チップ)を支持固定し、外部配線との接続をする部品のことである。リードフレームは、Cu合金系素材、鉄合金系素材、その他の機械的強度、電気伝導度、熱伝導度、耐食性などの優れた金属素材の薄板を、打ち抜き(プレス)やエッチングなどで加工して作られる。リードフレームは樹脂硬化物に被覆されている部分と、樹脂硬化物から露出している部分がある。被覆されている部分をインナー側、露出している部分をアウター側と呼ぶことにする。
【0015】
本実施の形態の樹脂封止方法を図2に基づいて説明する。金型は上型7と下型7から構成される。上型7にはゲート6が設けられている。ゲート6から、上型7および下型8で作られるキャビティ部11に封止樹脂が注入される。封止樹脂は所定の条件で硬化し、半導体チップ3を封止する。本実施形態では封止樹脂にエポキシ樹脂を、封止方法にトランスファ成形法を用いているが、本発明における封止樹脂および金型、キャビティ形状、封止樹脂注入方法は特に限定されるものではなく、既存の装置、方法を使用することができる。
【0016】
図3は本実施の形態に係るリードフレーム5の形状を説明する斜視図である。リードフレーム5はインナー側の端部にチャンネル部9を有している。チャンネル部9は3面から構成され、開口部は、半導体チップ3が搭載されたプリント基板2の平面に対して上向き方向を向いている。チャンネル部9はプリント基板2と対向している。ボンディングワイヤ4はチャンネル部9の内側を経由してリードフレーム5と半導体チップ3を接続する。
【0017】
リードフレーム5の端部をチャンネル状に加工する方法は、既存の金属加工法および溶接、接着剤等を用いることができる。製造コストを抑えるには、リードフレームを金属板から打ち抜いた後、折り曲げ加工を施すことが好ましい。
【0018】
図4は本実施形態に係る半導体チップ3、ボンディングワイヤ4、リードフレーム5の寸法関係を示す平面図である。ボンディングワイヤ4は半導体チップ3およびリードフレーム5にボンディングされている。リードフレーム5においては、ボンディングワイヤ4は、開口部を通ってリードフレーム5の底部にボンディングされている。リードフレーム5のチャンネル状端部の長さをL1、高さをH1とする。半導体チップ3とリードフレーム5のボンディング間の水平方向長さはL2とする。ボンディングワイヤ4の頂点部と両ボンディング箇所の高さのうち大きいほうを最大高さH2とする。
【0019】
リードフレームの寸法形状を変えて、特性を調べた結果以下のことが判明した。リードフレーム5のチャンネル部9の長さL1がボンディングワイヤ4の水平方向長さL2の1/3以下の場合、リードフレーム5のチャンネル部9の封止樹脂流動制御効果が少なく、ボンディングワイヤ4の変形抑止効果が十分ではない。また、チャンネル部9の高さH1が、最大高さH2の1/2以下の場合、同じくチャンネル部9での封止樹脂流動制御効果が少なく、ボンディングワイヤ4の変形抑止効果が十分でない。
【0020】
リードフレーム5のチャンネル状端部寸法およびボンディングワイヤ4の寸法を以下の関係が成り立つようにすれば、封止樹脂の流動をボンディングワイヤ4長手方向と並行に制御することができ、ボンディングワイヤ4の変形を抑制することができる。
式1…1/3<L1/L2<1
式2…1/2<H1/H2
【0021】
実施例1.
本発明を実施例および比較例により詳しく説明するが、本発明はこれらの実施例により限定されるものではない。実施例1では、チャンネル部9の長さL1を4mm、高さH1を2mmとしたリードフレームと、水平方向長さL2が11mm、最大高さH2が3.5mmのボンディングワイヤを用いた。リードフレームとボンディングワイヤで繋いだ半導体部品をキャビティ内に設置し、トランスファ成形による樹脂封止を行った。封止樹脂はエポキシ樹脂(日立化成製:CEL16200)を用いた。
【0022】
トランスファ成形機を用いて、金型温度180℃、樹脂充填時間10秒、硬化時間120秒、圧力10MPaの条件で成形した。封止後のボンディングワイヤの変形は、流れ率r(%)を算出して評価した。流れ率rは、ボンディングワイヤの水平長さl、最長部の長さhを測定し、r=h/l×100の式から求められる(図5参照)。測定した結果、流れ率rは14.0%となった。このとき、L1/L2=0.36、H1/H2=0.57となっている。流れ率rの許容値の目安は15%であり、好ましくは10%以下である。
【0023】
実施例2.
実施例2として、実施例1の条件において、リードフレーム5のチャンネル部の寸法をL1=9mm、H1=2.6mmに変更した半導体部品封止成形品のボンディングワイヤ4の流れ率rを算出した。その結果、流れ率は9.7%となった。このとき、L1/L2=0.82、H1/H2=0.74となっている。
【0024】
比較例1.
比較例1として、実施例1の条件において、リードフレーム5のキャビティ部をフラット(H1=0mm)とした半導体部品封止成形品のボンディングワイヤ4の流れ率rを算出した。その結果、流れ率rは23.2%となった。
【0025】
比較例2.
比較例2として、実施例1の条件において、リードフレーム5のチャンネル部の寸法をL1=3.6mm、H1=1.7mmに変更した半導体部品封止成形品のボンディングワイヤ4の流れ率rを算出した。その結果、流れ率rは19.4%であった。このとき、L1/L2=0.33、H1/H2=0.49となった。
【0026】
比較例3.
比較例3として、実施例1の条件において、リードフレーム5のチャンネル部の寸法をL1=3.6mm、H1=2mmに変更した半導体部品封止成形品のボンディングワイヤ4の流れ率rを算出した。その結果、流れ率rは17.3%となった。このとき、L1/L2=0.33、H1/H2=0.57となっている。
【0027】
比較例4.
比較例4として、実施例1の条件において、リードフレーム5のチャンネル部の寸法をL1=4mm、H1=1.7mmに変更した半導体部品封止成形品のボンディングワイヤ4の流れ率rを算出した。その結果、流れ率rは15.8%となった。このとき、L1/L2=0.36、H1/H2=0.49となっている。
【0028】
以上の結果から、流れ率を許容値の目安である15%以下にするためには、1/3<L1/L2<1および1/2<H1/H2の関係を満たす必要がある。さらに、流れ率が10%以下になるために、9/11<L1/L2<1および26/35<H1/H2の関係を満たすことが好ましい。ボンディングワイヤ4の変形を低減することにより、ワイヤの短絡、隣接するワイヤとの接触が回避され半導体部品封止成形品の特性が維持される。
【0029】
なお、今回開示した上記実施形態および実施例はすべての点で例示であって、限定的な解釈の根拠となるものではない。したがって、本発明の技術的範囲は、上記した実施形態および実施例のみによって解釈されるものではなく、特許請求の範囲の記載に基づいて画定される。また、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれる。
【符号の説明】
【0030】
1 樹脂硬化物、2 プリント基板、3 半導体チップ、4 ボンディングワイヤ、5 リードフレーム、6 ゲート、7 上型、8 下型

【特許請求の範囲】
【請求項1】
基板に搭載された半導体チップと、インナー側にチャンネル部を有するリードフレームと、チャンネル部の内側を経由してリードフレームと半導体チップを接続するボンディングワイヤと、半導体チップとボンディングワイヤとリードフレームを被覆する樹脂硬化物を備えている半導体装置。
【請求項2】
リードフレームのチャンネル部の長さをL1、高さをH1とし、ボンディングワイヤの水平方向長さをL2、最大高さをH2とすると、1/3<L1/L2<1および1/2<H1/H2を満たすことを特徴とする請求項1に記載の半導体装置。

【図1】
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【図2】
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【図3】
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【図4】
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【図5】
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【公開番号】特開2012−142344(P2012−142344A)
【公開日】平成24年7月26日(2012.7.26)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2010−292343(P2010−292343)
【出願日】平成22年12月28日(2010.12.28)
【出願人】(000006013)三菱電機株式会社 (33,312)
【Fターム(参考)】