半導体装置
【課題】 信頼性の高い固体電解コンデンサ上に半導体チップを搭載した半導体装置を提供する。
【解決手段】 アイランド１２と電源リード２３とＧＮＤリード２４とを有するリードフレームと、アイランド１２に搭載されたシート状の固体電解コンデンサ２５と、固体電解コンデンサ２５上に搭載された、平面積が固体電解コンデンサ２５より小さい半導体チップ１１と、半導体チップ１１と固体電解コンデンサ２５、及び固体電解コンデンサ２５と電源リード２３またはＧＮＤリード２４と接続するボンディングワイヤ１４とを有し、少なくとも固体電解コンデンサの陽極部１に溶接された陽極板７の接続部とボンディングワイヤ１４の接続部が垂直方向投影部にて異なる位置にある。
【解決手段】 アイランド１２と電源リード２３とＧＮＤリード２４とを有するリードフレームと、アイランド１２に搭載されたシート状の固体電解コンデンサ２５と、固体電解コンデンサ２５上に搭載された、平面積が固体電解コンデンサ２５より小さい半導体チップ１１と、半導体チップ１１と固体電解コンデンサ２５、及び固体電解コンデンサ２５と電源リード２３またはＧＮＤリード２４と接続するボンディングワイヤ１４とを有し、少なくとも固体電解コンデンサの陽極部１に溶接された陽極板７の接続部とボンディングワイヤ１４の接続部が垂直方向投影部にて異なる位置にある。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は半導体装置に関し、特に半導体チップにシート状の固体電解コンデンサを組み合わせた半導体装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、ＬＳＩ等の半導体チップの電源回路と接地回路の間にコンデンサを入れ安定した電源供給を行うことを目的とする技術が開示されている。このようにバイパスコンデンサを半導体パッケージに内蔵し、ＬＳＩ等の半導体チップの回路に近接した場所にバイパスコンデンサを配置することによって、配線長を短くし、ＥＳＬ（等価直列インダクタンス）を下げ、効率よく安定に動作するＬＳＩを作ることが出来る。また、バイパスコンデンサを半導体パッケージ内に搭載することによって、マザーボード上の部品点数を低減することも可能になる。
【０００３】
半導体チップと固体電解コンデンサとボンディングワイヤを備えた半導体装置が、例えば特許文献１に開示されている。この半導体装置は、図１０の従来の複合電子部品の一例を示す断面図の様に半導体チップ１１上に固体電解コンデンサ２５を配置および接着している。半導体チップ１１と固体電解コンデンサ２５を接続する技術は、陽極パッド２１、陰極パッド２２を接続する手段の他、固体電解コンデンサ２５の陽極体に達するように絶縁性樹脂の上面に形成された孔に導体めっき処理を施してなる陽極端子の末端面（陽極ビア１６）と基板２０の上面に形成されたランド（陽極パッド２１）をボンディングワイヤで接続する技術がある。また、陽極部に関して上述したが、固体電解コンデンサの陰極導体層に対しても同様の手法にて接続を行う技術がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００５−２９４２９１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１に開示されている半導体装置は、ボンディングワイヤの固体電解コンデンサと接続する位置が、固体電解コンデンサの陽極体と孔を導体めっき処理を施してなる陽極端子の接続部となっていた。そのため、ワイヤボンディング時のボンディングツールによる加重や振動によって、ワイヤボンディング箇所の直下のシート状の固体電解コンデンサの陽極体と導体めっきにて形成した陽極端子の接続部が破壊され、導通不良となる恐れがあり接続信頼性に問題があった。
【０００６】
即ち、本発明の課題は、信頼性の高い半導体装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、上述した課題を解決する手段を提供するものであって、その構成は次の通りである。
【０００８】
本発明の半導体装置は、アイランドと電源リードとＧＮＤリードとを有するリードフレームと、前記アイランドに搭載されたシート状の固体電解コンデンサと、前記固体電解コンデンサ上に搭載された、平面積が前記固体電解コンデンサより小さい半導体チップと、前記半導体チップと前記固体電解コンデンサ、及び前記固体電解コンデンサと前記電源リードまたは前記ＧＮＤリードと接続するボンディングワイヤとを有し、前記固体電解コンデンサの陽極部に溶接された陽極板の前記陽極部との接続部と前記陽極板の前記ボンディングワイヤとの接続部を有し、前記陽極板の前記陽極部との接続部と前記陽極板の前記ボンディングワイヤとの接続部が垂直方向に投影したときに、重ならない位置にあることを特徴とする。
【０００９】
また、本発明の半導体装置は、アイランドと電源リードとＧＮＤリードとを有するリードフレームと、前記アイランドに搭載されたシート状の固体電解コンデンサと、前記固体電解コンデンサ上に基板を介して搭載された、平面積が前記固体電解コンデンサより小さい半導体チップと、前記半導体チップと前記基板を介して前記固体電解コンデンサ、及び前記固体電解コンデンサと前記電源リードまたは前記ＧＮＤリードとを接続するボンディングワイヤとを有し、前記固体電解コンデンサの陽極部に溶接された陽極板の前記陽極部との接続部と、前記基板の前記ボンディングワイヤとの接続部を有し、前記陽極板の前記陽極部との接続部と前記基板の前記ボンディングワイヤとの接続部が垂直方向に投影したときに、重ならない位置にあることを特徴とする。また、前記陽極板は、母材が銅を主成分としていてもよい。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、固体電解コンデンサの陽極部に溶接された陽極板の陽極部との接続部と陽極板のボンディングワイヤとの接続部、または、基板のボンディングワイヤとの接続部が垂直方向に投影したときに異なる位置となることによって、ボンディングツールの加重や振動による衝撃から接続不良や導通不良の発生を防ぐことができることになる。
【００１１】
そのため、固体電解コンデンサの陽極部と半導体チップのワイヤボンディング接続時に、固体電解コンデンサの陽極部に溶接された陽極板の接続部がボンディングワイヤと陽極板または基板との接続部の直下に無い、即ち、垂直方向に投影したときに異なる位置で接続されることにより固体電解コンデンサの陽極部と陽極板の接続部が破壊され、導通不良となることを防ぎ、信頼性の高い半導体装置を製作できるという効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の実施の形態及び実施例１の半導体装置の外装樹脂を透視した平面図。
【図２】本発明の実施の形態及び実施例１の図１のＡ―Ａ線で切断した模式的断面図。
【図３】本発明の実施例２の半導体装置の外装樹脂を透視した平面図。
【図４】本発明の実施例２の図３のＢ―Ｂ線で切断した模式的断面図。
【図５】本発明の実施例２の図４のＣ−Ｃ面とＤ−Ｄ面間においてＣ−Ｃ面から基板部を透視した平面図。
【図６】比較例１の半導体装置の外装樹脂を透視した平面図。
【図７】比較例１の図６のＥ―Ｅ面線で切断した模式的断面図。
【図８】比較例２の半導体装置の外装樹脂を透視した平面図。
【図９】比較例２の図８のＦ―Ｆ面線で切断した模式的断面図。
【図１０】従来の半導体装置の一例を示す断面図。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
本発明の実施の形態の半導体装置について図１、図２を用いて説明する。本発明の実施の形態の半導体装置２６はシート状のアルミ電解コンデンサなどからなる固体電解コンデンサ２５と、この固体電解コンデンサ２５が搭載されるＱＦＰタイプの例えば４２合金のアイランド１２と電源リード２３とＧＮＤリード２４を有するリードフレーム１３と、固体電解コンデンサ２５上に必要に応じ基板および金属箔９を介して搭載された固体電解コンデンサ２５より平面積が小さい半導体チップ１１と、固体電解コンデンサ２５と半導体チップ１１、および固体電解コンデンサ２５と電源リード２３またはＧＮＤリード２４とを接続するボンディングワイヤ１４を有し、ボンディングワイヤ１４は固体電解コンデンサ２５の陽極部１に溶接された陽極板７または基板と接続される。さらに、固体電解コンデンサ２５、金属箔９および半導体チップ１１を覆う外装樹脂１５を備えている。
【００１４】
固体電解コンデンサ２５は、例えばアルミニウムからなる板状または箔状の弁作用金属の母材を陽極部１とし、この陽極部１にレジスト帯２を設けて、陽陰極を分離し固体電解コンデンサ２５の基体とした。固体電解コンデンサ２５の陽極部１においてレジスト帯２を設け、このレジスト帯２で区切られた部分の誘電体酸化皮膜層３上に導電性高分子層４を形成し、グラファイト層５及び銀ペースト層６を塗布し、硬化することにより固体電解コンデンサ２５の陰極部を設けたものである。
【００１５】
固体電解コンデンサの陽極部１に陽極板７を溶接する方法は、超音波溶接、抵抗溶接、レーザ溶接などが使用することができ生産効率、溶接機器のランニングコスト、接続信頼性から超音波溶接が好ましい。尚、超音波溶接の面積は、陽極板７の平面積の１／２乃至２／３を陽極部１と溶接することが好ましい。これは、ボンディングワイヤを接続する際のボンディングツール径が陽極板７と陽極部１の接続箇所に垂直に投影したときに重ならない範囲とすることが重要であるためである。すなわち陽極板７において陽極部１の接続箇所と陽極板とボンディングワイヤとの接続箇所が垂直に投影したときに重ならない部分であれば良いが、ボンディングツール径の中心は、陽極板７において陽極部１の接続箇所が垂直に投影したときに重ならない範囲の中心とすることが好ましい。また固体電解コンデンサ上に基板を介して半導体チップを搭載することもできる。この場合は、陽極板の平面積の全てを陽極部と接続してもよい。基板のボンディングワイヤとの接続部となる陽極パッドにボンディングワイヤを接続する際のボンディングツール径が陽極板と陽極部の接続箇所に垂直に投影したときに重ならない範囲とすることが重要であるためである。すなわち陽極板において陽極部の接続箇所と、基板とボンディングワイヤとの接続箇所が垂直に投影したときに重ならない部分であれば良いが、ボンディングツール径の中心は、基板の陽極パッドと、陽極板と陽極部の接続箇所を垂直に投影したときに重ならない範囲の中心とすることが好ましい。
【００１６】
固体電解コンデンサ２５に必要により金属箔９を半導体チップ１１のワイヤボンディング接続箇所の直下の部分に具備するように導電性接着銀８を用いて接続する。
【００１７】
固体電解コンデンサ２５の陽極部１に溶接された陽極板７と、主として陰極部上の金属箔９は、銅、銅合金、銀、銀合金、金、金合金、アルミニウム、アルミニウム合金などを使用することができ、これらを母材として、ニッケルめっき、金めっきを施したものも使用できる。めっき部を含めた厚さは２０〜７８μｍが好ましい。このうち銅を母材としたものが、導電率が高いことから好ましい。また、銅板貼りプリント基板のように金属箔を基板の両面に貼り付けたものも用いることができる。また、これは固体電解コンデンサ上に配置される基板としても用いることができる。この場合プリント基板の基材はビスマレイドトリアジン樹脂、ガラスエポキシ樹脂、ガラスポリイミド樹脂、液晶ポリマーなどを使用することができる。市場流通量の多さ、加工の容易さ、線膨張係数からガラスエポキシ樹脂を基材の材質として選択し、基材の厚みは６０μｍ程度、基材の両面に貼り付ける銅箔は無酸素銅とし厚みはめっき厚を含め４３μｍ程度とするのが好ましい。
【００１８】
その後、固体電解コンデンサ２５が非導電性接着剤１０でアイランド１２に搭載される。さらに、固体電解コンデンサ２５上の金属箔９上または基板上に非導電性接着剤１０を用いて半導体チップ１１を搭載する。しかる後、固体電解コンデンサ２５の陽極部１に溶接された陽極板７と半導体チップ１１の陽極部を、直接または基板を介して、例えば金のボンディングワイヤ１４にてワイヤボンディングを行う際、固体電解コンデンサ２５の陽極部１に溶接された陽極板７の接続部とボンディングワイヤ１４の接続部が垂直方向に投影したときに異なる位置にてワイヤボンディングを行う。また、金属箔９または基板と半導体チップ１１の陰極部をワイヤボンディングにて例えば金のボンディングワイヤ１４にて接続し、外装樹脂１５にて外装を行う。
【００１９】
接着剤は、固体電解コンデンサ２５とアイランド１２の接続信頼性から固体電解コンデンサ２５単体にて外装樹脂１５ａで外装していない場合は導電性接着銀８を使用し、固体電解コンデンサ２５単体にて外装樹脂１５ａで外装している場合は、非導電性接着剤１０を使用することが好ましい。
【００２０】
さらに、上記の実施の形態における固体電解コンデンサ２５は、陽極部および陰極部を１個ずつ有する２端子型固体電解コンデンサであるが、本発明においては陽極部を２個且つ陰極部を１個有する３端子型の固体電解コンデンサでも適応は可能である。
【実施例】
【００２１】
以下に、本発明の半導体装置について、実施例を用いて具体的に説明する。
【００２２】
（実施例１）
実施例１の半導体装置の外装樹脂内部を透視した平面図は、既に説明した図１と同様であり、実施例１の半導体装置内部の図１におけるＡ−Ａ線に対応する模式断面構造は実施の形態で説明した図２と同様である。実施例１について図１、図２を参照して説明する。
【００２３】
まず、アルミ電解コンデンサ用として販売されている粗面化した（エッチングした）アルミ化成箔において、箔の厚みが８０μｍであり単位平方センチメートル当たりの箔容量が１１８μＦで誘電体を形成する際の化成電圧が９Ｖの箔を選択し、コンデンサ素子の形状になるように打ち抜き加工した。次に、陽陰極を分離するためにエポキシ樹脂をスクリーン印刷法にて、幅０．８ｍｍ、厚さ２０μｍのレジスト帯２を設け、アジピン酸水溶液中で化成し、誘電体酸化皮膜層３を形成した。その後、陰極形成領域の誘電体酸化皮膜上にモノマーとしてピロール、酸化剤としてペルオキソ二硫酸アンモニウム、ドーパントとしてパラトルエンスルホン酸を用いて、化学酸化重合することにより導電性高分子層４を形成した。その上に、スクリーン印刷法によりグラファイト層５を塗布し、硬化することで厚さ３０μｍに形成した。続いて、グラファイト層５上にスクリーン印刷法により銀ペースト層６を塗布し、硬化することで厚さ５０μｍに形成し、陽極部１に対してＹＡＧレーザを用いて陽極を露出させ、この陽極と厚さ１５μｍの銅めっき、厚さ３μｍのニッケルめっきおよび厚み０．１μｍの金めっきが施された銅母材の陽極板７を超音波溶接した。尚、超音波溶接した面積は、陽極板７の平面積の２／３を陽極部１と溶接した。
【００２４】
次に、固体電解コンデンサ２５の陰極部の銀ペースト層６上に導電性接着銀８をディスペンサーにて塗布した後、ニッケルおよび金めっきが施された無酸素銅母材で縦２．０ｍｍ、横１．０ｍｍ、厚さ４３μｍの金属箔９を搭載し硬化した。さらに、ワイヤボンディングで金のボンディングワイヤ１４が接続される側の陽極板７と金属箔９を除き、外装樹脂１５ａを用いてトランスファーモールド成形で外装を行った。
【００２５】
４２合金からなるＱＦＰタイプのリードフレーム１３のアイランド１２上にディスペンサーにてエポキシ樹脂を主成分とする非導電性接着剤１０を塗布し、固体電解コンデンサ２５の外装樹脂１５ａ面を下面として搭載し硬化した。
【００２６】
さらに、固体電解コンデンサ２５の陰極部に搭載した金属箔９上にディスペンサーでエポキシ樹脂を主成分とする非導電性接着剤１０を塗布し半導体チップ１１を搭載した。しかる後、固体電解コンデンサ２５の陽極部１に溶接された陽極板７の垂直方向投影部にて陽極部との接続部と異なる部分である陽極板７の端部の１／３の部分と半導体チップ１１の陽極部１をワイヤボンディングにて金のボンディングワイヤ１４で接続した。さらに、金属箔９と半導体チップ１１の陰極部をワイヤボンディングにて金のボンディングワイヤ１４で接続した。
【００２７】
また、固体電解コンデンサ２５の陽極部１に溶接された陽極板７の垂直方向投影部にて陽極部との接続部と異なる部分である陽極板７の端部の１／３の部分とＱＦＰタイプのリードフレーム１３の電源リード２３、および金属箔９とＱＦＰタイプのリードフレーム１３のＧＮＤリード２４をワイヤボンディングにて金のボンディングワイヤ１４で接続した。
【００２８】
ここで、このようにして得られた１０個の半導体装置２６について、固体電解コンデンサとワイヤボンディングとの接続状態を確認し、接続不良数をカウントして表１にまとめた。さらに、トランスファーモールド成形を用い外装樹脂１５にて外装を行い半導体装置２６が完成した。完成した１０個の半導体装置２６について、動作確認を行うことによって固体電解コンデンサ２５の破壊の有無を確認し、その結果を表１にまとめた。
【００２９】
尚、表１に示した結果の判定基準として、固体電解コンデンサとワイヤボンディングとの接続状態の接続不良とは、半導体チップ１１の陽極部および陰極部、ＱＦＰタイプのリードフレーム１３の電源リード２３およびＧＮＤリード２４、固体電解コンデンサ２５の陽極板７および金属箔９のワイヤボンディングの接続部における何れか１つでも、未接続および断線が発生した場合とした。また、固体電解コンデンサの陽極部１と陽極板７との接続状態の接続不良とは、固体電解コンデンサの陽極部１と陽極板７の超音波溶接した接続部が、破壊され剥がれが発生した場合および亀裂が発生した場合とした。さらに、半導体装置２６の動作不良とは、半導体チップ１１が半導体装置２６に内蔵した固体電解コンデンサ２５の効果を有することなく動作した場合および半導体チップ１１が動作しない場合とした。
【００３０】
（実施例２）
実施例２について図３、図４および図５を参照して説明する。固体電解コンデンサ２５の製造工程は上記実施例１に示したものと陽極板の接続を除き同様である。陽極板７は厚さ１５μｍの銅めっき、厚さ３μｍのニッケルめっきおよび厚み０．１μｍの金めっきが施された銅母材の陽極板７を固体電解コンデンサ２５の陽極部１に超音波溶接した。尚、超音波溶接した面積は、陽極板７の平面積の全面を陽極部１と溶接した。
【００３１】
次に、実施例１の金属箔に代えて基板２０を固体電解コンデンサ２５上に搭載し、基板２０として、エポキシ樹脂からなる銅板張り両面プリント基板を用いた。基板２０の固体電解コンデンサ２５の搭載面には銅母材からなる陽極搭載部１８及び陰極搭載部１９を備えており、エポキシ樹脂の内部を貫通する陽極ビア１６および陰極ビア１７を介して半導体チップ１１搭載面側のワイヤボンディングに用いる各２個の陽極パッド２１および陰極パッド２２に電気的に接続している。また、基板２０は、半導体チップ１１のワイヤボンディング接続箇所の直下の部分に４個の金属箔９ａを具備し、陽極パッド２１および陰極パッド２２以外の部分はソルダーレジスト２７にて覆われている。基板の外形寸法は縦４．５ｍｍ、横１．６ｍｍであり、ガラスエポキシ樹脂からなる厚みが６０μｍの基材の両面に厚み３５μｍの無酸素銅箔を配置し、３μｍ厚のニッケルメッキ、０．１μｍ厚の金めっきを行い基板２０とした。基板２０の固体電解コンデンサ２５搭載面にスクリーン印刷法で導電性接着銀８を５０μｍ厚に塗布した後、固体電解コンデンサ２５の陽極板７が溶接されている側を搭載し硬化した。さらに、トランスファーモールド成形で、半導体チップ１１搭載面側のワイヤボンディングに用いる各２個の陽極用パッド２１および陰極パッド２２を除き、外装樹脂１５ａで外装を行った。
【００３２】
次に４２合金からなるＱＦＰタイプのリードフレーム１３のアイランド１２上にディスペンサーにてエポキシ樹脂を主成分とする非導電性接着剤１０を塗布し、固体電解コンデンサ２５の外装樹脂１５ａ面を下面として搭載し硬化した。
【００３３】
さらに、基板２０上にエポキシ樹脂を主成分とする非導電性接着剤１０を用いて半導体チップ１１を搭載した。しかる後、固体電解コンデンサ２５の搭載された基板２０のワイヤボンディングに用いる陽極パッド２１と半導体チップ１１の陽極部をワイヤボンディングにて金のボンディングワイヤ１４で接続する際、陽極パッド２１のワイヤボンディング箇所が垂直方向に投影したときに固体電解コンデンサ２５の陽極板７と異なる箇所、即ち陽極パッド２１の半導体チップ１１に近い側の端部付近で金のボンディングワイヤ１４で接続した。また、固体電解コンデンサ２５の搭載された基板２０のワイヤボンディングに用いる陰極パッド２２と半導体チップ１１の陰極部をワイヤボンディングにて金のボンディングワイヤ１４で接続した。さらに、固体電解コンデンサ２５の搭載された基板２０のワイヤボンディングに用いる陽極パッド２１と、ワイヤボンディング箇所が垂直方向に投影したときに固体電解コンデンサ２５の陽極板７と異なる箇所、即ち陽極パッド２１の電源リード２３に近い側の端部付近でＱＦＰタイプのリードフレーム１３の電源リード２３と接続し、固体電解コンデンサ２５の搭載された基板２０のワイヤボンディングに用いる陰極パッド２２とＱＦＰタイプのリードフレーム１３のＧＮＤリード２４をワイヤボンディングにて金のボンディングワイヤ１４で接続した。
【００３４】
ここで、このようにして得られた１０個の半導体装置２６について、固体電解コンデンサとワイヤボンディングとの接続状態を確認し、接続不良数をカウントして表１にまとめた。さらに、トランスファーモールド成形を用い外装樹脂１５にて外装を行い半導体装置２６が完成した。完成した１０個の半導体装置２６について、動作確認を行うことによって固体電解コンデンサ２５の破壊の有無を確認し、その結果を表１にまとめた。
【００３５】
尚、表１に示した結果の判定基準として、固体電解コンデンサとワイヤボンディングとの接続状態の接続不良とは、半導体チップ１１の陽極部および陰極部、ＱＦＰタイプのリードフレーム１３の電源リード２３およびＧＮＤリード２４、固体電解コンデンサ２５に用いた基板２０のワイヤボンディングに用いる陽極パッド２１および陰極パッド２２のワイヤボンディングの接続部における何れか１つでも、未接続および断線が発生した場合とした。また、固体電解コンデンサの陽極部１と陽極板７との接続状態の接続不良とは、固体電解コンデンサの陽極部１と陽極板７の超音波溶接した接続部が、破壊され剥がれが発生した場合および亀裂が発生した場合とした。さらに、半導体装置２６の動作不良とは、半導体チップ１１が半導体装置２６に内蔵した固体電解コンデンサ２５の効果を有することなく動作した場合および半導体チップ１１が動作しない場合とした。
【００３６】
（比較例１）
比較例１について、図６、図７を参照して説明する。固体電解コンデンサ２５の製造工程は実施例１に示したものと陽極板の接続を除き同様である。陽極板７は厚さ１５μｍの銅めっき、厚さ３μｍのニッケルめっきおよび厚み０．１μｍの金めっきが施された銅母材の陽極板７を固体電解コンデンサ２５の陽極部１に超音波溶接した。尚、超音波溶接した面積は、陽極板７の平面積の全面を陽極部１と溶接した。
【００３７】
次に、実施例１と同様に固体電解コンデンサ２５の陰極部の銀ペースト層６上に導電性接着銀８をディスペンサーにて塗布した後、ニッケルおよび金めっきが施された無酸素銅母材で縦２．０ｍｍ、横１．０ｍｍ、厚さ４３μｍの金属箔９を搭載し硬化した。さらに、トランスファーモールド成形で、ワイヤボンディングで金のボンディングワイヤ１４が接続される側の陽極板７と金属箔９を除き、外装樹脂１５ａで外装を行った。
【００３８】
４２合金からなるＱＦＰタイプのリードフレーム１３のアイランド１２上にディスペンサーにてエポキシ樹脂を主成分とする非導電性接着剤１０を塗布し、固体電解コンデンサ２５の外装樹脂１５ａ面を下面として搭載し硬化した。
【００３９】
さらに、固体電解コンデンサ２５の陰極部に搭載した金属箔９上にディスペンサーでエポキシ樹脂を主成分とする非導電性接着剤１０を塗布し半導体チップ１１を搭載した。しかる後、固体電解コンデンサ２５の陽極部１に溶接された陽極板７と半導体チップ１１の陽極部をワイヤボンディングにて金のボンディングワイヤ１４で接続した。陽極板７のボンディングワイヤの接続部は垂直方向に投影したときに直下に固体電解コンデンサ２５の陽極部１と陽極板７との接続部がある位置関係であった。
【００４０】
また、固体電解コンデンサ２５の陽極部１に溶接された陽極板７とＱＦＰタイプのリードフレーム１３の電源リード２３をワイヤボンディングにて金のボンディングワイヤ１４で接続した。陽極板７のボンディングワイヤの接続部は垂直方向に投影したときに直下に固体電解コンデンサ２５の陽極部１と陽極板７との接続部がある位置関係であった。
【００４１】
その後、実施例１と同様の条件で半導体装置２６を完成させた。ここで、このようにして得られた１０個の半導体装置２６について、固体電解コンデンサとワイヤボンディングとの接続状態を確認し、接続不良数をカウントして表１にまとめた。さらに、トランスファーモールド成形を用い外装樹脂１５にて外装を行い半導体装置２６が完成した。完成した１０個の半導体装置２６について、動作確認を行うことによって固体電解コンデンサ２５の破壊の有無を確認し、その結果を表１にまとめた。
【００４２】
尚、表１に示した結果の判定基準として、固体電解コンデンサとワイヤボンディングとの接続状態の接続不良とは、半導体チップ１１の陽極部および陰極部、ＱＦＰタイプのリードフレーム１３の電源リード２３およびＧＮＤリード２４、固体電解コンデンサ２５の陽極板７および金属箔９のワイヤボンディングの接続部における何れか１つでも、未接続および断線が発生した場合とした。また、固体電解コンデンサの陽極部１と陽極板７との接続状態の接続不良とは、固体電解コンデンサの陽極部１と陽極板７の超音波溶接した接続部が、破壊され剥がれが発生した場合および亀裂が発生した場合とした。さらに、半導体装置２６の動作不良とは、半導体チップ１１が半導体装置２６に内蔵した固体電解コンデンサ２５の効果を有することなく動作した場合および半導体チップ１１が動作しない場合とした。
【００４３】
（比較例２）
比較例２について、図８、図９を参照して説明する。実施例２と同様に固体電解コンデンサ２５を作製し、基板２０を固体電解コンデンサ２５上に搭載した。その後、基板２０の固体電解コンデンサ２５搭載面にスクリーン印刷法で導電性接着銀８を塗布した後、固体電解コンデンサ２５の陽極板７が溶接されている側を搭載し硬化した。さらに、トランスファーモールド成形で、半導体チップ１１搭載面側のワイヤボンディングに用いる各２個の陽極パッド２１および陰極パッド２２を除き、外装樹脂１５ａで外装を行った。
【００４４】
次に４２合金からなるＱＦＰタイプのリードフレーム１３のアイランド１２上にディスペンサーにてエポキシ樹脂を主成分とする非導電性接着剤１０を塗布し、固体電解コンデンサ２５の外装樹脂１５ａ面を下面として搭載し硬化した。さらに、基板２０上にエポキシ樹脂を主成分とする非導電性接着剤１０用いて半導体チップ１１を搭載した。
【００４５】
しかる後、固体電解コンデンサ２５の搭載された基板２０のワイヤボンディングに用いる陽極パッド２１と半導体チップ１１の陽極部をワイヤボンディングにて金のボンディングワイヤ１４で接続した。陽極パッド２１のワイヤボンディング箇所は、垂直方向に投影したときに固体電解コンデンサ２５の陽極搭載部１８に導電性接着銀８で接続された陽極板７が直下となる箇所、即ち陽極パッド２１の中央部付近で金のボンディングワイヤ１４で接続した。また、基板２０のワイヤボンディングに用いる陽極パッド２１とＱＦＰタイプのリードフレーム１３の電源リード２３とをワイヤボンディングにて金のボンディングワイヤ１４で接続した。陽極パッド２１のワイヤボンディング箇所は垂直方向に投影したときに固体電解コンデンサ２５の陽極搭載部１８に導電性接着銀８で接続された陽極板７の直下となる箇所、即ち陽極パッド２１の中央部付近で金のボンディングワイヤ１４で接続した。
【００４６】
その後、実施例２と同様の条件で半導体装置２６を完成させた。ここで、このようにして得られた１０個の半導体装置２６について、固体電解コンデンサとワイヤボンディングとの接続状態を確認し、接続不良数をカウントして表１にまとめた。さらに、トランスファーモールド成形を用い外装樹脂１５にて外装を行い半導体装置２６が完成した。完成した１０個の半導体装置２６について、動作確認を行うことによって固体電解コンデンサ２５の破壊の有無を確認し、その結果を表１にまとめた。
【００４７】
尚、表１に示した結果の判定基準として、固体電解コンデンサとワイヤボンディングとの接続状態の接続不良とは、半導体チップ１１の陽極部および陰極部、ＱＦＰタイプのリードフレーム１３の電源リード２３およびＧＮＤリード２４、固体電解コンデンサ２５に用いた基板２０のワイヤボンディングに用いる陽極パッド２１および陰極パッド２２のワイヤボンディングの接続部における何れか１つでも、未接続および断線が発生した場合とした。また、固体電解コンデンサの陽極部１と陽極板７との接続状態の接続不良とは、固体電解コンデンサの陽極部１と陽極板７の超音波溶接した接続部が、破壊され剥がれが発生した場合および亀裂が発生した場合とした。さらに、半導体装置２６の動作不良とは、半導体チップ１１が半導体装置２６に内蔵した固体電解コンデンサ２５の効果を有することなく動作した場合および半導体チップ１１が動作しない場合とした。
【００４８】
【表１】
【００４９】
実施例１および実施例２共に、ワイヤボンディングでのボンディングワイヤによる固体電解コンデンサ２５の導通状態は１０個中１０個が接続良好であった。さらに、完成した半導体装置の動作確認を行ったところ１０個中１０個が正常に動作した。したがって、固体電解コンデンサ２５の陽極部と陽極板の接続部が接続良好であり、前記接続部は破壊されていないことが分かる。
【００５０】
しかしながら、比較例１では、ワイヤボンディングでのボンディングワイヤ時に加重や衝撃が加わり固体電解コンデンサ２５の導通状態は１０個中４個が接続良好であり、残りの６個は接続不良が起こった。また、完成した半導体装置１０個の動作確認を行ったところ１０個中６個とも動作しなかった。また、比較例２では、ワイヤボンディングでのボンディングワイヤ時に加重や衝撃が加わり固体電解コンデンサ２５の導通状態は１０個中６個が接続良好であり、残りの４個は接続不良が起こった。また、完成した半導体装置１０個の動作確認を行ったところ１０個中４個とも動作しなかった
【００５１】
故に、ボンディングワイヤの接続状態は良好であるが、ワイヤボンディング時の直接的に加わる応力によって固体電解コンデンサ２５の陽極部と陽極板の接続が破壊されていることが判った。
【００５２】
また、半導体装置の内部であっても、半導体チップの回路により一層近い部分にコンデンサを配置することが可能となり電気特性を向上することが出来た。さらには、実施例２より実施例１の方が固体電解コンデンサと半導体チップまでの配線長が短く電気特性上優位であった。
【符号の説明】
【００５３】
１ 陽極部
２ レジスト帯
３ 誘電体酸化皮膜層
４ 導電性高分子層
５ グラファイト層
６ 銀ペースト層
７ 陽極板
８ 導電性接着銀
９ 金属箔
９ａ 金属箔（基板内）
１０ 非導電性接着剤
１１ 半導体チップ
１２ アイランド
１３ リードフレーム
１４ ボンディングワイヤ
１５ 外装樹脂
１５ａ 外装樹脂（固体電解コンデンサ単体）
１６ 陽極ビア
１７ 陰極ビア
１８ 陽極搭載部
１９ 陰極搭載部
２０ 基板
２１ 陽極パッド
２２ 陰極パッド
２３ 電源リード
２４ ＧＮＤリード
２５ 固体電解コンデンサ
２６ 半導体装置
２７ ソルダーレジスト
【技術分野】
【０００１】
本発明は半導体装置に関し、特に半導体チップにシート状の固体電解コンデンサを組み合わせた半導体装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、ＬＳＩ等の半導体チップの電源回路と接地回路の間にコンデンサを入れ安定した電源供給を行うことを目的とする技術が開示されている。このようにバイパスコンデンサを半導体パッケージに内蔵し、ＬＳＩ等の半導体チップの回路に近接した場所にバイパスコンデンサを配置することによって、配線長を短くし、ＥＳＬ（等価直列インダクタンス）を下げ、効率よく安定に動作するＬＳＩを作ることが出来る。また、バイパスコンデンサを半導体パッケージ内に搭載することによって、マザーボード上の部品点数を低減することも可能になる。
【０００３】
半導体チップと固体電解コンデンサとボンディングワイヤを備えた半導体装置が、例えば特許文献１に開示されている。この半導体装置は、図１０の従来の複合電子部品の一例を示す断面図の様に半導体チップ１１上に固体電解コンデンサ２５を配置および接着している。半導体チップ１１と固体電解コンデンサ２５を接続する技術は、陽極パッド２１、陰極パッド２２を接続する手段の他、固体電解コンデンサ２５の陽極体に達するように絶縁性樹脂の上面に形成された孔に導体めっき処理を施してなる陽極端子の末端面（陽極ビア１６）と基板２０の上面に形成されたランド（陽極パッド２１）をボンディングワイヤで接続する技術がある。また、陽極部に関して上述したが、固体電解コンデンサの陰極導体層に対しても同様の手法にて接続を行う技術がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００５−２９４２９１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１に開示されている半導体装置は、ボンディングワイヤの固体電解コンデンサと接続する位置が、固体電解コンデンサの陽極体と孔を導体めっき処理を施してなる陽極端子の接続部となっていた。そのため、ワイヤボンディング時のボンディングツールによる加重や振動によって、ワイヤボンディング箇所の直下のシート状の固体電解コンデンサの陽極体と導体めっきにて形成した陽極端子の接続部が破壊され、導通不良となる恐れがあり接続信頼性に問題があった。
【０００６】
即ち、本発明の課題は、信頼性の高い半導体装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、上述した課題を解決する手段を提供するものであって、その構成は次の通りである。
【０００８】
本発明の半導体装置は、アイランドと電源リードとＧＮＤリードとを有するリードフレームと、前記アイランドに搭載されたシート状の固体電解コンデンサと、前記固体電解コンデンサ上に搭載された、平面積が前記固体電解コンデンサより小さい半導体チップと、前記半導体チップと前記固体電解コンデンサ、及び前記固体電解コンデンサと前記電源リードまたは前記ＧＮＤリードと接続するボンディングワイヤとを有し、前記固体電解コンデンサの陽極部に溶接された陽極板の前記陽極部との接続部と前記陽極板の前記ボンディングワイヤとの接続部を有し、前記陽極板の前記陽極部との接続部と前記陽極板の前記ボンディングワイヤとの接続部が垂直方向に投影したときに、重ならない位置にあることを特徴とする。
【０００９】
また、本発明の半導体装置は、アイランドと電源リードとＧＮＤリードとを有するリードフレームと、前記アイランドに搭載されたシート状の固体電解コンデンサと、前記固体電解コンデンサ上に基板を介して搭載された、平面積が前記固体電解コンデンサより小さい半導体チップと、前記半導体チップと前記基板を介して前記固体電解コンデンサ、及び前記固体電解コンデンサと前記電源リードまたは前記ＧＮＤリードとを接続するボンディングワイヤとを有し、前記固体電解コンデンサの陽極部に溶接された陽極板の前記陽極部との接続部と、前記基板の前記ボンディングワイヤとの接続部を有し、前記陽極板の前記陽極部との接続部と前記基板の前記ボンディングワイヤとの接続部が垂直方向に投影したときに、重ならない位置にあることを特徴とする。また、前記陽極板は、母材が銅を主成分としていてもよい。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、固体電解コンデンサの陽極部に溶接された陽極板の陽極部との接続部と陽極板のボンディングワイヤとの接続部、または、基板のボンディングワイヤとの接続部が垂直方向に投影したときに異なる位置となることによって、ボンディングツールの加重や振動による衝撃から接続不良や導通不良の発生を防ぐことができることになる。
【００１１】
そのため、固体電解コンデンサの陽極部と半導体チップのワイヤボンディング接続時に、固体電解コンデンサの陽極部に溶接された陽極板の接続部がボンディングワイヤと陽極板または基板との接続部の直下に無い、即ち、垂直方向に投影したときに異なる位置で接続されることにより固体電解コンデンサの陽極部と陽極板の接続部が破壊され、導通不良となることを防ぎ、信頼性の高い半導体装置を製作できるという効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の実施の形態及び実施例１の半導体装置の外装樹脂を透視した平面図。
【図２】本発明の実施の形態及び実施例１の図１のＡ―Ａ線で切断した模式的断面図。
【図３】本発明の実施例２の半導体装置の外装樹脂を透視した平面図。
【図４】本発明の実施例２の図３のＢ―Ｂ線で切断した模式的断面図。
【図５】本発明の実施例２の図４のＣ−Ｃ面とＤ−Ｄ面間においてＣ−Ｃ面から基板部を透視した平面図。
【図６】比較例１の半導体装置の外装樹脂を透視した平面図。
【図７】比較例１の図６のＥ―Ｅ面線で切断した模式的断面図。
【図８】比較例２の半導体装置の外装樹脂を透視した平面図。
【図９】比較例２の図８のＦ―Ｆ面線で切断した模式的断面図。
【図１０】従来の半導体装置の一例を示す断面図。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
本発明の実施の形態の半導体装置について図１、図２を用いて説明する。本発明の実施の形態の半導体装置２６はシート状のアルミ電解コンデンサなどからなる固体電解コンデンサ２５と、この固体電解コンデンサ２５が搭載されるＱＦＰタイプの例えば４２合金のアイランド１２と電源リード２３とＧＮＤリード２４を有するリードフレーム１３と、固体電解コンデンサ２５上に必要に応じ基板および金属箔９を介して搭載された固体電解コンデンサ２５より平面積が小さい半導体チップ１１と、固体電解コンデンサ２５と半導体チップ１１、および固体電解コンデンサ２５と電源リード２３またはＧＮＤリード２４とを接続するボンディングワイヤ１４を有し、ボンディングワイヤ１４は固体電解コンデンサ２５の陽極部１に溶接された陽極板７または基板と接続される。さらに、固体電解コンデンサ２５、金属箔９および半導体チップ１１を覆う外装樹脂１５を備えている。
【００１４】
固体電解コンデンサ２５は、例えばアルミニウムからなる板状または箔状の弁作用金属の母材を陽極部１とし、この陽極部１にレジスト帯２を設けて、陽陰極を分離し固体電解コンデンサ２５の基体とした。固体電解コンデンサ２５の陽極部１においてレジスト帯２を設け、このレジスト帯２で区切られた部分の誘電体酸化皮膜層３上に導電性高分子層４を形成し、グラファイト層５及び銀ペースト層６を塗布し、硬化することにより固体電解コンデンサ２５の陰極部を設けたものである。
【００１５】
固体電解コンデンサの陽極部１に陽極板７を溶接する方法は、超音波溶接、抵抗溶接、レーザ溶接などが使用することができ生産効率、溶接機器のランニングコスト、接続信頼性から超音波溶接が好ましい。尚、超音波溶接の面積は、陽極板７の平面積の１／２乃至２／３を陽極部１と溶接することが好ましい。これは、ボンディングワイヤを接続する際のボンディングツール径が陽極板７と陽極部１の接続箇所に垂直に投影したときに重ならない範囲とすることが重要であるためである。すなわち陽極板７において陽極部１の接続箇所と陽極板とボンディングワイヤとの接続箇所が垂直に投影したときに重ならない部分であれば良いが、ボンディングツール径の中心は、陽極板７において陽極部１の接続箇所が垂直に投影したときに重ならない範囲の中心とすることが好ましい。また固体電解コンデンサ上に基板を介して半導体チップを搭載することもできる。この場合は、陽極板の平面積の全てを陽極部と接続してもよい。基板のボンディングワイヤとの接続部となる陽極パッドにボンディングワイヤを接続する際のボンディングツール径が陽極板と陽極部の接続箇所に垂直に投影したときに重ならない範囲とすることが重要であるためである。すなわち陽極板において陽極部の接続箇所と、基板とボンディングワイヤとの接続箇所が垂直に投影したときに重ならない部分であれば良いが、ボンディングツール径の中心は、基板の陽極パッドと、陽極板と陽極部の接続箇所を垂直に投影したときに重ならない範囲の中心とすることが好ましい。
【００１６】
固体電解コンデンサ２５に必要により金属箔９を半導体チップ１１のワイヤボンディング接続箇所の直下の部分に具備するように導電性接着銀８を用いて接続する。
【００１７】
固体電解コンデンサ２５の陽極部１に溶接された陽極板７と、主として陰極部上の金属箔９は、銅、銅合金、銀、銀合金、金、金合金、アルミニウム、アルミニウム合金などを使用することができ、これらを母材として、ニッケルめっき、金めっきを施したものも使用できる。めっき部を含めた厚さは２０〜７８μｍが好ましい。このうち銅を母材としたものが、導電率が高いことから好ましい。また、銅板貼りプリント基板のように金属箔を基板の両面に貼り付けたものも用いることができる。また、これは固体電解コンデンサ上に配置される基板としても用いることができる。この場合プリント基板の基材はビスマレイドトリアジン樹脂、ガラスエポキシ樹脂、ガラスポリイミド樹脂、液晶ポリマーなどを使用することができる。市場流通量の多さ、加工の容易さ、線膨張係数からガラスエポキシ樹脂を基材の材質として選択し、基材の厚みは６０μｍ程度、基材の両面に貼り付ける銅箔は無酸素銅とし厚みはめっき厚を含め４３μｍ程度とするのが好ましい。
【００１８】
その後、固体電解コンデンサ２５が非導電性接着剤１０でアイランド１２に搭載される。さらに、固体電解コンデンサ２５上の金属箔９上または基板上に非導電性接着剤１０を用いて半導体チップ１１を搭載する。しかる後、固体電解コンデンサ２５の陽極部１に溶接された陽極板７と半導体チップ１１の陽極部を、直接または基板を介して、例えば金のボンディングワイヤ１４にてワイヤボンディングを行う際、固体電解コンデンサ２５の陽極部１に溶接された陽極板７の接続部とボンディングワイヤ１４の接続部が垂直方向に投影したときに異なる位置にてワイヤボンディングを行う。また、金属箔９または基板と半導体チップ１１の陰極部をワイヤボンディングにて例えば金のボンディングワイヤ１４にて接続し、外装樹脂１５にて外装を行う。
【００１９】
接着剤は、固体電解コンデンサ２５とアイランド１２の接続信頼性から固体電解コンデンサ２５単体にて外装樹脂１５ａで外装していない場合は導電性接着銀８を使用し、固体電解コンデンサ２５単体にて外装樹脂１５ａで外装している場合は、非導電性接着剤１０を使用することが好ましい。
【００２０】
さらに、上記の実施の形態における固体電解コンデンサ２５は、陽極部および陰極部を１個ずつ有する２端子型固体電解コンデンサであるが、本発明においては陽極部を２個且つ陰極部を１個有する３端子型の固体電解コンデンサでも適応は可能である。
【実施例】
【００２１】
以下に、本発明の半導体装置について、実施例を用いて具体的に説明する。
【００２２】
（実施例１）
実施例１の半導体装置の外装樹脂内部を透視した平面図は、既に説明した図１と同様であり、実施例１の半導体装置内部の図１におけるＡ−Ａ線に対応する模式断面構造は実施の形態で説明した図２と同様である。実施例１について図１、図２を参照して説明する。
【００２３】
まず、アルミ電解コンデンサ用として販売されている粗面化した（エッチングした）アルミ化成箔において、箔の厚みが８０μｍであり単位平方センチメートル当たりの箔容量が１１８μＦで誘電体を形成する際の化成電圧が９Ｖの箔を選択し、コンデンサ素子の形状になるように打ち抜き加工した。次に、陽陰極を分離するためにエポキシ樹脂をスクリーン印刷法にて、幅０．８ｍｍ、厚さ２０μｍのレジスト帯２を設け、アジピン酸水溶液中で化成し、誘電体酸化皮膜層３を形成した。その後、陰極形成領域の誘電体酸化皮膜上にモノマーとしてピロール、酸化剤としてペルオキソ二硫酸アンモニウム、ドーパントとしてパラトルエンスルホン酸を用いて、化学酸化重合することにより導電性高分子層４を形成した。その上に、スクリーン印刷法によりグラファイト層５を塗布し、硬化することで厚さ３０μｍに形成した。続いて、グラファイト層５上にスクリーン印刷法により銀ペースト層６を塗布し、硬化することで厚さ５０μｍに形成し、陽極部１に対してＹＡＧレーザを用いて陽極を露出させ、この陽極と厚さ１５μｍの銅めっき、厚さ３μｍのニッケルめっきおよび厚み０．１μｍの金めっきが施された銅母材の陽極板７を超音波溶接した。尚、超音波溶接した面積は、陽極板７の平面積の２／３を陽極部１と溶接した。
【００２４】
次に、固体電解コンデンサ２５の陰極部の銀ペースト層６上に導電性接着銀８をディスペンサーにて塗布した後、ニッケルおよび金めっきが施された無酸素銅母材で縦２．０ｍｍ、横１．０ｍｍ、厚さ４３μｍの金属箔９を搭載し硬化した。さらに、ワイヤボンディングで金のボンディングワイヤ１４が接続される側の陽極板７と金属箔９を除き、外装樹脂１５ａを用いてトランスファーモールド成形で外装を行った。
【００２５】
４２合金からなるＱＦＰタイプのリードフレーム１３のアイランド１２上にディスペンサーにてエポキシ樹脂を主成分とする非導電性接着剤１０を塗布し、固体電解コンデンサ２５の外装樹脂１５ａ面を下面として搭載し硬化した。
【００２６】
さらに、固体電解コンデンサ２５の陰極部に搭載した金属箔９上にディスペンサーでエポキシ樹脂を主成分とする非導電性接着剤１０を塗布し半導体チップ１１を搭載した。しかる後、固体電解コンデンサ２５の陽極部１に溶接された陽極板７の垂直方向投影部にて陽極部との接続部と異なる部分である陽極板７の端部の１／３の部分と半導体チップ１１の陽極部１をワイヤボンディングにて金のボンディングワイヤ１４で接続した。さらに、金属箔９と半導体チップ１１の陰極部をワイヤボンディングにて金のボンディングワイヤ１４で接続した。
【００２７】
また、固体電解コンデンサ２５の陽極部１に溶接された陽極板７の垂直方向投影部にて陽極部との接続部と異なる部分である陽極板７の端部の１／３の部分とＱＦＰタイプのリードフレーム１３の電源リード２３、および金属箔９とＱＦＰタイプのリードフレーム１３のＧＮＤリード２４をワイヤボンディングにて金のボンディングワイヤ１４で接続した。
【００２８】
ここで、このようにして得られた１０個の半導体装置２６について、固体電解コンデンサとワイヤボンディングとの接続状態を確認し、接続不良数をカウントして表１にまとめた。さらに、トランスファーモールド成形を用い外装樹脂１５にて外装を行い半導体装置２６が完成した。完成した１０個の半導体装置２６について、動作確認を行うことによって固体電解コンデンサ２５の破壊の有無を確認し、その結果を表１にまとめた。
【００２９】
尚、表１に示した結果の判定基準として、固体電解コンデンサとワイヤボンディングとの接続状態の接続不良とは、半導体チップ１１の陽極部および陰極部、ＱＦＰタイプのリードフレーム１３の電源リード２３およびＧＮＤリード２４、固体電解コンデンサ２５の陽極板７および金属箔９のワイヤボンディングの接続部における何れか１つでも、未接続および断線が発生した場合とした。また、固体電解コンデンサの陽極部１と陽極板７との接続状態の接続不良とは、固体電解コンデンサの陽極部１と陽極板７の超音波溶接した接続部が、破壊され剥がれが発生した場合および亀裂が発生した場合とした。さらに、半導体装置２６の動作不良とは、半導体チップ１１が半導体装置２６に内蔵した固体電解コンデンサ２５の効果を有することなく動作した場合および半導体チップ１１が動作しない場合とした。
【００３０】
（実施例２）
実施例２について図３、図４および図５を参照して説明する。固体電解コンデンサ２５の製造工程は上記実施例１に示したものと陽極板の接続を除き同様である。陽極板７は厚さ１５μｍの銅めっき、厚さ３μｍのニッケルめっきおよび厚み０．１μｍの金めっきが施された銅母材の陽極板７を固体電解コンデンサ２５の陽極部１に超音波溶接した。尚、超音波溶接した面積は、陽極板７の平面積の全面を陽極部１と溶接した。
【００３１】
次に、実施例１の金属箔に代えて基板２０を固体電解コンデンサ２５上に搭載し、基板２０として、エポキシ樹脂からなる銅板張り両面プリント基板を用いた。基板２０の固体電解コンデンサ２５の搭載面には銅母材からなる陽極搭載部１８及び陰極搭載部１９を備えており、エポキシ樹脂の内部を貫通する陽極ビア１６および陰極ビア１７を介して半導体チップ１１搭載面側のワイヤボンディングに用いる各２個の陽極パッド２１および陰極パッド２２に電気的に接続している。また、基板２０は、半導体チップ１１のワイヤボンディング接続箇所の直下の部分に４個の金属箔９ａを具備し、陽極パッド２１および陰極パッド２２以外の部分はソルダーレジスト２７にて覆われている。基板の外形寸法は縦４．５ｍｍ、横１．６ｍｍであり、ガラスエポキシ樹脂からなる厚みが６０μｍの基材の両面に厚み３５μｍの無酸素銅箔を配置し、３μｍ厚のニッケルメッキ、０．１μｍ厚の金めっきを行い基板２０とした。基板２０の固体電解コンデンサ２５搭載面にスクリーン印刷法で導電性接着銀８を５０μｍ厚に塗布した後、固体電解コンデンサ２５の陽極板７が溶接されている側を搭載し硬化した。さらに、トランスファーモールド成形で、半導体チップ１１搭載面側のワイヤボンディングに用いる各２個の陽極用パッド２１および陰極パッド２２を除き、外装樹脂１５ａで外装を行った。
【００３２】
次に４２合金からなるＱＦＰタイプのリードフレーム１３のアイランド１２上にディスペンサーにてエポキシ樹脂を主成分とする非導電性接着剤１０を塗布し、固体電解コンデンサ２５の外装樹脂１５ａ面を下面として搭載し硬化した。
【００３３】
さらに、基板２０上にエポキシ樹脂を主成分とする非導電性接着剤１０を用いて半導体チップ１１を搭載した。しかる後、固体電解コンデンサ２５の搭載された基板２０のワイヤボンディングに用いる陽極パッド２１と半導体チップ１１の陽極部をワイヤボンディングにて金のボンディングワイヤ１４で接続する際、陽極パッド２１のワイヤボンディング箇所が垂直方向に投影したときに固体電解コンデンサ２５の陽極板７と異なる箇所、即ち陽極パッド２１の半導体チップ１１に近い側の端部付近で金のボンディングワイヤ１４で接続した。また、固体電解コンデンサ２５の搭載された基板２０のワイヤボンディングに用いる陰極パッド２２と半導体チップ１１の陰極部をワイヤボンディングにて金のボンディングワイヤ１４で接続した。さらに、固体電解コンデンサ２５の搭載された基板２０のワイヤボンディングに用いる陽極パッド２１と、ワイヤボンディング箇所が垂直方向に投影したときに固体電解コンデンサ２５の陽極板７と異なる箇所、即ち陽極パッド２１の電源リード２３に近い側の端部付近でＱＦＰタイプのリードフレーム１３の電源リード２３と接続し、固体電解コンデンサ２５の搭載された基板２０のワイヤボンディングに用いる陰極パッド２２とＱＦＰタイプのリードフレーム１３のＧＮＤリード２４をワイヤボンディングにて金のボンディングワイヤ１４で接続した。
【００３４】
ここで、このようにして得られた１０個の半導体装置２６について、固体電解コンデンサとワイヤボンディングとの接続状態を確認し、接続不良数をカウントして表１にまとめた。さらに、トランスファーモールド成形を用い外装樹脂１５にて外装を行い半導体装置２６が完成した。完成した１０個の半導体装置２６について、動作確認を行うことによって固体電解コンデンサ２５の破壊の有無を確認し、その結果を表１にまとめた。
【００３５】
尚、表１に示した結果の判定基準として、固体電解コンデンサとワイヤボンディングとの接続状態の接続不良とは、半導体チップ１１の陽極部および陰極部、ＱＦＰタイプのリードフレーム１３の電源リード２３およびＧＮＤリード２４、固体電解コンデンサ２５に用いた基板２０のワイヤボンディングに用いる陽極パッド２１および陰極パッド２２のワイヤボンディングの接続部における何れか１つでも、未接続および断線が発生した場合とした。また、固体電解コンデンサの陽極部１と陽極板７との接続状態の接続不良とは、固体電解コンデンサの陽極部１と陽極板７の超音波溶接した接続部が、破壊され剥がれが発生した場合および亀裂が発生した場合とした。さらに、半導体装置２６の動作不良とは、半導体チップ１１が半導体装置２６に内蔵した固体電解コンデンサ２５の効果を有することなく動作した場合および半導体チップ１１が動作しない場合とした。
【００３６】
（比較例１）
比較例１について、図６、図７を参照して説明する。固体電解コンデンサ２５の製造工程は実施例１に示したものと陽極板の接続を除き同様である。陽極板７は厚さ１５μｍの銅めっき、厚さ３μｍのニッケルめっきおよび厚み０．１μｍの金めっきが施された銅母材の陽極板７を固体電解コンデンサ２５の陽極部１に超音波溶接した。尚、超音波溶接した面積は、陽極板７の平面積の全面を陽極部１と溶接した。
【００３７】
次に、実施例１と同様に固体電解コンデンサ２５の陰極部の銀ペースト層６上に導電性接着銀８をディスペンサーにて塗布した後、ニッケルおよび金めっきが施された無酸素銅母材で縦２．０ｍｍ、横１．０ｍｍ、厚さ４３μｍの金属箔９を搭載し硬化した。さらに、トランスファーモールド成形で、ワイヤボンディングで金のボンディングワイヤ１４が接続される側の陽極板７と金属箔９を除き、外装樹脂１５ａで外装を行った。
【００３８】
４２合金からなるＱＦＰタイプのリードフレーム１３のアイランド１２上にディスペンサーにてエポキシ樹脂を主成分とする非導電性接着剤１０を塗布し、固体電解コンデンサ２５の外装樹脂１５ａ面を下面として搭載し硬化した。
【００３９】
さらに、固体電解コンデンサ２５の陰極部に搭載した金属箔９上にディスペンサーでエポキシ樹脂を主成分とする非導電性接着剤１０を塗布し半導体チップ１１を搭載した。しかる後、固体電解コンデンサ２５の陽極部１に溶接された陽極板７と半導体チップ１１の陽極部をワイヤボンディングにて金のボンディングワイヤ１４で接続した。陽極板７のボンディングワイヤの接続部は垂直方向に投影したときに直下に固体電解コンデンサ２５の陽極部１と陽極板７との接続部がある位置関係であった。
【００４０】
また、固体電解コンデンサ２５の陽極部１に溶接された陽極板７とＱＦＰタイプのリードフレーム１３の電源リード２３をワイヤボンディングにて金のボンディングワイヤ１４で接続した。陽極板７のボンディングワイヤの接続部は垂直方向に投影したときに直下に固体電解コンデンサ２５の陽極部１と陽極板７との接続部がある位置関係であった。
【００４１】
その後、実施例１と同様の条件で半導体装置２６を完成させた。ここで、このようにして得られた１０個の半導体装置２６について、固体電解コンデンサとワイヤボンディングとの接続状態を確認し、接続不良数をカウントして表１にまとめた。さらに、トランスファーモールド成形を用い外装樹脂１５にて外装を行い半導体装置２６が完成した。完成した１０個の半導体装置２６について、動作確認を行うことによって固体電解コンデンサ２５の破壊の有無を確認し、その結果を表１にまとめた。
【００４２】
尚、表１に示した結果の判定基準として、固体電解コンデンサとワイヤボンディングとの接続状態の接続不良とは、半導体チップ１１の陽極部および陰極部、ＱＦＰタイプのリードフレーム１３の電源リード２３およびＧＮＤリード２４、固体電解コンデンサ２５の陽極板７および金属箔９のワイヤボンディングの接続部における何れか１つでも、未接続および断線が発生した場合とした。また、固体電解コンデンサの陽極部１と陽極板７との接続状態の接続不良とは、固体電解コンデンサの陽極部１と陽極板７の超音波溶接した接続部が、破壊され剥がれが発生した場合および亀裂が発生した場合とした。さらに、半導体装置２６の動作不良とは、半導体チップ１１が半導体装置２６に内蔵した固体電解コンデンサ２５の効果を有することなく動作した場合および半導体チップ１１が動作しない場合とした。
【００４３】
（比較例２）
比較例２について、図８、図９を参照して説明する。実施例２と同様に固体電解コンデンサ２５を作製し、基板２０を固体電解コンデンサ２５上に搭載した。その後、基板２０の固体電解コンデンサ２５搭載面にスクリーン印刷法で導電性接着銀８を塗布した後、固体電解コンデンサ２５の陽極板７が溶接されている側を搭載し硬化した。さらに、トランスファーモールド成形で、半導体チップ１１搭載面側のワイヤボンディングに用いる各２個の陽極パッド２１および陰極パッド２２を除き、外装樹脂１５ａで外装を行った。
【００４４】
次に４２合金からなるＱＦＰタイプのリードフレーム１３のアイランド１２上にディスペンサーにてエポキシ樹脂を主成分とする非導電性接着剤１０を塗布し、固体電解コンデンサ２５の外装樹脂１５ａ面を下面として搭載し硬化した。さらに、基板２０上にエポキシ樹脂を主成分とする非導電性接着剤１０用いて半導体チップ１１を搭載した。
【００４５】
しかる後、固体電解コンデンサ２５の搭載された基板２０のワイヤボンディングに用いる陽極パッド２１と半導体チップ１１の陽極部をワイヤボンディングにて金のボンディングワイヤ１４で接続した。陽極パッド２１のワイヤボンディング箇所は、垂直方向に投影したときに固体電解コンデンサ２５の陽極搭載部１８に導電性接着銀８で接続された陽極板７が直下となる箇所、即ち陽極パッド２１の中央部付近で金のボンディングワイヤ１４で接続した。また、基板２０のワイヤボンディングに用いる陽極パッド２１とＱＦＰタイプのリードフレーム１３の電源リード２３とをワイヤボンディングにて金のボンディングワイヤ１４で接続した。陽極パッド２１のワイヤボンディング箇所は垂直方向に投影したときに固体電解コンデンサ２５の陽極搭載部１８に導電性接着銀８で接続された陽極板７の直下となる箇所、即ち陽極パッド２１の中央部付近で金のボンディングワイヤ１４で接続した。
【００４６】
その後、実施例２と同様の条件で半導体装置２６を完成させた。ここで、このようにして得られた１０個の半導体装置２６について、固体電解コンデンサとワイヤボンディングとの接続状態を確認し、接続不良数をカウントして表１にまとめた。さらに、トランスファーモールド成形を用い外装樹脂１５にて外装を行い半導体装置２６が完成した。完成した１０個の半導体装置２６について、動作確認を行うことによって固体電解コンデンサ２５の破壊の有無を確認し、その結果を表１にまとめた。
【００４７】
尚、表１に示した結果の判定基準として、固体電解コンデンサとワイヤボンディングとの接続状態の接続不良とは、半導体チップ１１の陽極部および陰極部、ＱＦＰタイプのリードフレーム１３の電源リード２３およびＧＮＤリード２４、固体電解コンデンサ２５に用いた基板２０のワイヤボンディングに用いる陽極パッド２１および陰極パッド２２のワイヤボンディングの接続部における何れか１つでも、未接続および断線が発生した場合とした。また、固体電解コンデンサの陽極部１と陽極板７との接続状態の接続不良とは、固体電解コンデンサの陽極部１と陽極板７の超音波溶接した接続部が、破壊され剥がれが発生した場合および亀裂が発生した場合とした。さらに、半導体装置２６の動作不良とは、半導体チップ１１が半導体装置２６に内蔵した固体電解コンデンサ２５の効果を有することなく動作した場合および半導体チップ１１が動作しない場合とした。
【００４８】
【表１】
【００４９】
実施例１および実施例２共に、ワイヤボンディングでのボンディングワイヤによる固体電解コンデンサ２５の導通状態は１０個中１０個が接続良好であった。さらに、完成した半導体装置の動作確認を行ったところ１０個中１０個が正常に動作した。したがって、固体電解コンデンサ２５の陽極部と陽極板の接続部が接続良好であり、前記接続部は破壊されていないことが分かる。
【００５０】
しかしながら、比較例１では、ワイヤボンディングでのボンディングワイヤ時に加重や衝撃が加わり固体電解コンデンサ２５の導通状態は１０個中４個が接続良好であり、残りの６個は接続不良が起こった。また、完成した半導体装置１０個の動作確認を行ったところ１０個中６個とも動作しなかった。また、比較例２では、ワイヤボンディングでのボンディングワイヤ時に加重や衝撃が加わり固体電解コンデンサ２５の導通状態は１０個中６個が接続良好であり、残りの４個は接続不良が起こった。また、完成した半導体装置１０個の動作確認を行ったところ１０個中４個とも動作しなかった
【００５１】
故に、ボンディングワイヤの接続状態は良好であるが、ワイヤボンディング時の直接的に加わる応力によって固体電解コンデンサ２５の陽極部と陽極板の接続が破壊されていることが判った。
【００５２】
また、半導体装置の内部であっても、半導体チップの回路により一層近い部分にコンデンサを配置することが可能となり電気特性を向上することが出来た。さらには、実施例２より実施例１の方が固体電解コンデンサと半導体チップまでの配線長が短く電気特性上優位であった。
【符号の説明】
【００５３】
１ 陽極部
２ レジスト帯
３ 誘電体酸化皮膜層
４ 導電性高分子層
５ グラファイト層
６ 銀ペースト層
７ 陽極板
８ 導電性接着銀
９ 金属箔
９ａ 金属箔（基板内）
１０ 非導電性接着剤
１１ 半導体チップ
１２ アイランド
１３ リードフレーム
１４ ボンディングワイヤ
１５ 外装樹脂
１５ａ 外装樹脂（固体電解コンデンサ単体）
１６ 陽極ビア
１７ 陰極ビア
１８ 陽極搭載部
１９ 陰極搭載部
２０ 基板
２１ 陽極パッド
２２ 陰極パッド
２３ 電源リード
２４ ＧＮＤリード
２５ 固体電解コンデンサ
２６ 半導体装置
２７ ソルダーレジスト
【特許請求の範囲】
【請求項１】
アイランドと電源リードとＧＮＤリードとを有するリードフレームと、前記アイランドに搭載されたシート状の固体電解コンデンサと、前記固体電解コンデンサ上に搭載された、平面積が前記固体電解コンデンサより小さい半導体チップと、前記半導体チップと前記固体電解コンデンサ、及び前記固体電解コンデンサと前記電源リードまたは前記ＧＮＤリードとを接続するボンディングワイヤとを有し、前記固体電解コンデンサの陽極部に溶接された陽極板の前記陽極部との接続部と前記陽極板の前記ボンディングワイヤとの接続部を有し、前記陽極板の前記陽極部との接続部と前記陽極板の前記ボンディングワイヤとの接続部が垂直方向に投影したときに、重ならない位置にあることを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
アイランドと電源リードとＧＮＤリードとを有するリードフレームと、前記アイランドに搭載されたシート状の固体電解コンデンサと、前記固体電解コンデンサ上に基板を介して搭載された、平面積が前記固体電解コンデンサより小さい半導体チップと、前記半導体チップと前記基板を介して前記固体電解コンデンサ、及び前記固体電解コンデンサと前記電源リードまたは前記ＧＮＤリードとを接続するボンディングワイヤとを有し、前記固体電解コンデンサの陽極部に溶接された陽極板の前記陽極部との接続部と、前記基板の前記ボンディングワイヤとの接続部を有し、前記陽極板の前記陽極部との接続部と前記基板の前記ボンディングワイヤとの接続部が垂直方向に投影したときに、重ならない位置にあることを特徴とする半導体装置。
【請求項３】
前記陽極板は、母材が銅を主成分とすることを特徴とする請求項１または２に記載の半導体装置。
【請求項１】
アイランドと電源リードとＧＮＤリードとを有するリードフレームと、前記アイランドに搭載されたシート状の固体電解コンデンサと、前記固体電解コンデンサ上に搭載された、平面積が前記固体電解コンデンサより小さい半導体チップと、前記半導体チップと前記固体電解コンデンサ、及び前記固体電解コンデンサと前記電源リードまたは前記ＧＮＤリードとを接続するボンディングワイヤとを有し、前記固体電解コンデンサの陽極部に溶接された陽極板の前記陽極部との接続部と前記陽極板の前記ボンディングワイヤとの接続部を有し、前記陽極板の前記陽極部との接続部と前記陽極板の前記ボンディングワイヤとの接続部が垂直方向に投影したときに、重ならない位置にあることを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
アイランドと電源リードとＧＮＤリードとを有するリードフレームと、前記アイランドに搭載されたシート状の固体電解コンデンサと、前記固体電解コンデンサ上に基板を介して搭載された、平面積が前記固体電解コンデンサより小さい半導体チップと、前記半導体チップと前記基板を介して前記固体電解コンデンサ、及び前記固体電解コンデンサと前記電源リードまたは前記ＧＮＤリードとを接続するボンディングワイヤとを有し、前記固体電解コンデンサの陽極部に溶接された陽極板の前記陽極部との接続部と、前記基板の前記ボンディングワイヤとの接続部を有し、前記陽極板の前記陽極部との接続部と前記基板の前記ボンディングワイヤとの接続部が垂直方向に投影したときに、重ならない位置にあることを特徴とする半導体装置。
【請求項３】
前記陽極板は、母材が銅を主成分とすることを特徴とする請求項１または２に記載の半導体装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２０１２−３８８７３（Ｐ２０１２−３８８７３Ａ）
【公開日】平成２４年２月２３日（２０１２．２．２３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１７６８８８（Ｐ２０１０−１７６８８８）
【出願日】平成２２年８月６日（２０１０．８．６）
【出願人】（０００１３４２５７）ＮＥＣトーキン株式会社 (1,832)
【公開日】平成２４年２月２３日（２０１２．２．２３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年８月６日（２０１０．８．６）
【出願人】（０００１３４２５７）ＮＥＣトーキン株式会社 (1,832)
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