(57)【要約】      （修正有）【課題】ボンディングに用いられた金属細線に、樹脂封止工程で折れ、曲がりが生じて、隣接する金属細線同士が接触してしまうことのない高品質な半導体装置を提供する。【解決手段】樹脂封止型の半導体装置２において、半導体チップ１４は主面に複数の電極１８を有し、主面における前記電極の位置よりも外周側に絶縁性の金属細線案内部材１５が固定され、金属細線案内部材１５に形成された孔１７ａを通り、溝１７ｂに嵌め込まれた金属細線１６によって電極１８と外部リード１２とが接続された状態で、半導体チップ１４、外部リード１２、金属細線案内部材１５及び金属細線１６が樹脂封止されている。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
樹脂封止型の半導体装置であって、
複数の電極を主面に有する半導体チップと、
前記複数の電極それぞれに対応し、前記半導体チップの周囲に位置する複数の外部入出力端子と、
前記半導体チップの主面における前記電極の位置よりも外周側に固定された絶縁性の１以上の案内部材とを備え、
前記案内部材は、少なくとも１つの案内溝を有しており、
前記複数の電極と前記複数の外部入出力端子とは金属細線で接続され、当該金属細線が前記案内溝に嵌りこんだ状態で、前記半導体チップ、前記外部入出力端子及び案内部材が樹脂封止されている
ことを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
前記案内部材は１つだけ備えられ、前記案内部材は、前記複数の金属細線と同数の案内溝を有していること
を特徴とする請求項１記載の半導体装置。
【請求項３】
前記案内部材は、前記半導体チップの外周に沿う枠状の形状を有すること
を特徴とする請求項２記載の半導体装置。
【請求項４】
前記案内部材は、更に、前記各電極を基点とした前記主面に対し法線方向に貫通する複数の案内孔を有し、各案内孔は、案内溝に対応しており
各案内溝は、複数の案内孔のいずれかに一対一対応し、各案内溝は、一端が対応する案内孔の一端と連結し、他端が前記案内部材の外周に達し、
各金属細線は、嵌め込まれた案内溝に連結する案内孔を貫通すること
を特徴とする請求項３記載の半導体装置。
【請求項５】
前記各案内溝は、前記半導体チップの主面に対し前記一端が前記他端よりも高くなるよう傾斜していること
を特徴とする請求項４記載の半導体装置。
【請求項６】
前記案内部材は、更に、一端が案内孔に連結し、他端が前記案内部材の内周に達する案内溝を有し、外周側の案内溝の深さが、内周側の案内溝の深さよりも少なくとも金属細線直径分深いことを特徴とする請求項４記載の半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体装置の構造に関し、特にボンディングワイヤ間の接触を防止する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体装置の製造工程の１つに、ピン又はリードといわれる外部入出力端子と、半導体チップが有する電極とを金属細線で接続するワイヤボンディング工程がある。ワイヤボンディング工程において又はその後に何らかの原因により金属細線に横方向への曲がりが生じると、隣接する金属細線間で接触が発生してしまう。特に近年は、半導体チップの縮小化、多ピン化が進み、半導体チップの電極間隔が狭小化しているため上記のような接触が発生しやすくなっている。この問題に対し、特許文献１に金属細線の曲がりを防ぎつつ半導体チップと外部入出力端子とをボンディングする技術が開示されている。
【０００３】
当該技術について図１１を用いて説明する。まず、ボンディング部分を加熱するヒートステージ１０５上に、リードフレーム１０６が載置される。リードフレーム１０６は、リードと、ダイパッドとが連結されたものであり、前記ダイパッド上に、半導体チップ１０１が載置される。そして半導体チップ１０１上の電極パッドと、リードとが金属細線１０２で接続される。このとき金属細線１０２は、ヒートステージ１０５が備える突起部１０３と突起部１０４によって下方から支持されているため、金属細線１０２が垂れ下がることはない。また、突起部１０３及び１０４の上端には溝が複数設けられており、これらの溝が半導体チップ中心から放射状に延在する金属細線１０２を案内するので、金属細線１０２の曲がりは矯正されて、隣接する金属細線との接触も生じない。
【０００４】
ワイヤボンディング工程が終わると、ヒートステージ１０５は、突起部１０３及び突起部１０４と、リードフレーム１０６が接触しないよう離反する構造となっている。ヒートステージ１０５が離反した後、半導体チップ等が上金型と下金型とで挟み込まれ、この金型に樹脂が流し込まれて樹脂封止される。
【特許文献１】特開平８−１３０２２６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、従来技術ではワイヤボンディング工程における金属細線同士の接触は防止できるものの、ヒートステージ１０５が下降した後の樹脂封止工程においては、流し込まれた樹脂の押圧力により、ボンディングした金属細線に折れ、曲がり等の変形が生じ、金属細線間が接触する場合がある。
これに対しプラスチック樹脂の粘度を低下させ流動性を改善させようとすれば、プラスチック樹脂の到達時間にむらができやすくなり封止樹脂内に空洞が発生し半導体装置自体の品質が低下する場合がある。
【０００６】
また、金属細線に非導電材を被覆することも考えられるが、この場合、ボンディング接合時に、電極部と金属細線との間に被覆材が噛みこまれることがあり、その接合部で接合面積が減少し、接合が脆弱になってしまい、半導体装置自体の品質が低下してしまう。
上記の課題に鑑み、本発明は、上述のような品質低下を伴わずに、電気細線の折れ、曲がりを防ぎ、金属細線間の接触が生じない半導体装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するために、本発明は、樹脂封止型の半導体装置であって、複数の電極を主面に有する半導体チップと、前記複数の電極それぞれに対応し、前記半導体チップの周囲に位置する複数の外部入出力端子と、前記半導体チップの主面における前記電極の位置よりも外周側に固定された絶縁性の１以上の案内部材とを備え、前記案内部材は、少なくとも１つの案内溝を有しており、前記複数の電極と前記複数の外部入出力端子とは金属細線で接続され、当該金属細線が前記案内溝に嵌りこんだ状態で、前記半導体チップ、前記外部入出力端子及び案内部材が樹脂封止されている。
【発明の効果】
【０００８】
本発明の半導体装置は、上述の構成を備えることにより、金属細線にボンディング前に発生し得る折れ、曲がりが、ボンディング時に金属細線が案内部材に嵌め込まれて矯正される。また案内部材により金属細線が案内されるので、金属細線を従来よりも強い張力を加えてワイヤリングできる。強い張力でのワイヤリングによって、樹脂封止の際の樹脂の流れ、樹脂の有する粘度による押圧力に対抗し金属細線の曲がりを抑止、矯正できる。
【０００９】
また、前記案内部材は１つだけ備えられ、前記案内部材は、前記複数の金属細線と同数の案内溝を有していることとしてもよい。
この構成によれば、案内部材が単体で構成されるので、案内部材を複数の部材から構成する場合に比べて案内部材自体の強度が増し、樹脂封止の際の樹脂の流動抵抗への対抗力を大きくすることができる。また、各金属細線が別個の案内溝に嵌め込まれるので、隣接する金属細線同士の間隔を溝幅以上に保ち接触を防止できる。
【００１０】
また、前記案内部材は、前記半導体チップの外周に沿う枠状の形状を有することとしてもよい。
この構成によれば、案内部材を直線状等に形成する場合に比べて、安定して半導体チップ上に固定させることができる。
また、前記案内部材は、更に、前記各電極を基点とした前記主面に対し法線方向に貫通する複数の案内孔を有し、各案内孔は、案内溝に対応しており各案内溝は、複数の案内孔のいずれかに一対一対応し、各案内溝は、一端が対応する案内孔の一端と連結し、他端が前記案内部材の外周に達し、各金属細線は、嵌め込まれた案内溝に連結する案内孔を貫通することとしてもよい。
【００１１】
この構成によれば、前記案内孔が、金属細線における電極との接合箇所の近傍部分を略鉛直に立ち上げるので、金属細線において特に折れ、曲がりが発生し易い接合箇所近傍における金属細線同士の接触を防ぐことができ、樹脂の押圧力に対する対抗力を大きくすることができる
また、前記各案内溝は、前記半導体チップの主面に対し前記一端が前記他端よりも高くなるよう傾斜していることとしてもよい。
【００１２】
この構成によれば、金属細線を案内する際に金属細線に加わる力が溝の形状に沿った均一な力となり、溝の形状に起因する局部的な曲げ力が金属細線に対し発生するのを防ぐことができる。
また、前記案内部材は、更に、一端が案内孔に連結し、他端が前記案内部材の内周に達する案内溝を有し、外周側の案内溝の深さが、内周側の案内溝の深さよりも少なくとも金属細線直径分深いこととしてもよい。
【００１３】
この構成によれば、半導体チップ上において電極が内外２重の周領域に配置され、半導体チップ中心から外周に向けた放射線上の内周領域及び外周領域相当箇所に電極が並んでいるような場合であっても、外周領域に配置された電極と接続する金属細線は、前記案内部材の外周側の案内溝に案内させ、内周領域に配置された電極と接続する金属細線は、案内部材の内周側の案内溝に案内させることにより、両金属細線が接触することなくボンディングすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明の一実施形態について図面を用いて説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係る半導体装置１の外観を示す斜視図である。半導体装置１は、ＱＦＰ（Ｑｕａｄ  Ｆｌａｔ  Ｐａｃｋａｇｅ）であり、内蔵する半導体チップ等が絶縁性のプラスチック樹脂１１で封止されて成る。半導体装置１の四側面それぞれには、外部入出力用ピンである外部リード１２が各１７本配されている。
【００１５】
この半導体装置１の内部構成の概略を図２及び図３に示す。図２は斜視図であり、図３は上面図である。ただし、図２及び図３においては、内部構成を説明する便宜上、プラスチック樹脂１１は図示していない。半導体装置１は、ダイパッド１３の上に半導体チップ１４が固定され、半導体チップ１４の上に金属細線案内部材１５が固定され、半導体チップ１４と外部リード１２とが、金属細線案内部材１５に設けられた案内路１７を通る金属細線１６により相互に接続されて成る。
【００１６】
半導体装置１の内部構成の詳細については図４〜図６を用いて説明する。図４は、図３中の破線で囲んだ部分２のＸ断面図である。図５は部分２中の破線で囲った部分３の斜視図であり、図６はその上面図である。ダイパッド１３は、半導体装置１の内部配線として使われる薄板金属である。半導体チップ１４上面のチップ外周に沿う所定幅の周領域に、当該チップ内部の配線を外部と接続するための電極パッド１８が一例として外周各辺について１７個、合計６８個配列されている。
【００１７】
金属細線案内部材１５は、樹脂やセラミック等の絶縁材料から成り、半導体チップ１４の外周に沿った枠状の形状を有している。金属細線案内部材１５には、案内路１７として、各電極パッド１８の対応位置において、上面から下面へと略鉛直方向に貫通する孔１７ａと、一端が前記孔に連結し、その連結部分から金属細線案内部材１５の外周側面まで到達する溝１７ｂとが設けられている。溝１７ｂの底部は、孔１７ａとの連結部から外周側面に近づくほど半導体チップ１４上面からの高さが低くなっている。金属細線案内部材１５の枠幅、高さは、電極パッド１８の配置間隔等から定まる設計事項であるが、金属細線１６を案内路１７に通し電極パッド１８及び外部リード１２と接続した場合に、金属細線１６自体や、金属細線１６と電極パッド１８及び外部リード１２との接合点等にストレスがかからない程度に定めればよい。
【００１８】
金属細線１６は、一端が電極パッド１８に接合され、他端が外部リード１２に接合されて、電極パッド１８と外部リード１２とを電気的に接続する。以下、金属細線１６と外部リード１２との接合箇所を第１ボンディング点、金属細線１６と電極パッド１８との接合箇所を第２ボンディング点という。第１及び第２ボンディング点で接合された金属細線１６は、第２ボンディング点付近では前記孔に導かれて略垂直に立ち上がり、孔１７ａと溝１７ｂとの連結部辺りで曲げられ、溝１７ｂに沿って案内され、第１ボンディング点において外部リード１２と接合している。ここで、溝１７ｂが前述のように傾斜しているため、金属細線１６は、孔１７ａと溝１７ｂとの連結部あたりから第１ボンディング点まで、傾斜がない場合と比べて直線に近い形状を保つことができる。
【００１９】
以上説明したように、金属細線１６の軌道は、案内路１７における孔１７ａ及び溝１７ｂにより規定され安定している。また、金属細線１６について、孔１７ａを貫通させる前に折れや曲がりが生じていた場合でも、孔１７ａを貫通させることによって、その折れや曲がりは矯正される。孔１７ａの内径を金属細線１６の太さに近づける程にその矯正効果は大きくなる。同様に、金属細線１６において、溝１７ｂに案内させる前に折れや曲がりが生じていた場合でも、溝１７ｂに案内されることによってその折れや曲がりは矯正される。また、金属細線１６に対し、案内路１７に全く案内されていない場合に比べて大きい張力を掛けることができるので、金属細線１６における案内路１７に案内されていない部分に折れ、曲がりが生じていたとしても、張力によって折れ、曲がりが解消され得る。折れ、曲がりが回避、解消されることによって、隣接する金属細線同士の接触可能性は無くなるか又は大幅に低減される。
【００２０】
また、金属細線１６によるボンディング工程後の、プラスチック樹脂による樹脂封止工程は、金属細線案内部材１５が半導体チップ１４に固着されたままの状態で行われる。金属細線１６の軌道が、電極パッド１８からの立ち上がり近傍において固定されていることで、金属細線の折れ、曲がりや樹脂の流動抵抗への対抗力は非常に大きなものとなる。よって、プラスチック樹脂そのものによる押圧力によって金属配線１６に折れ、曲がりが発生し、金属細線間で接触を起こす確率を大幅に低減できる。
【００２１】
なお、半導体パッケージ内の金属細線本数は、現状で数百本、数年後には数千本に至ると想定されている。半導体チップ本体の集積度は向上し続けており、これに伴い必要な電気的接続の数も増加する一方である。本発明は、上記のように簡易な構成で実現可能なため、金属細線の多数化に対応する技術の中でも特に簡単に安価に実現し得る。
（変形例）
なお、本発明について上記の実施の形態に基づき説明してきたが、本発明は、上記の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。
（１）上記実施の形態の変形例について図面を用いて説明する。図７は、本変形例に係る半導体装置の斜視図である。また、図８は、本変形例に係る半導体装置の上面図である。
【００２２】
上記実施の形態では、半導体チップ１４上面のチップ外周に沿って電極パッド１８が配列されていたが、本変形例の半導体チップ２１上面には、電極パッド１８よりも更に半導体チップ中心よりに電極パッド３２が配列されている。電極パッド３２は、金属細線案内部材２２に設けられた案内路を通る金属細線３１により外部リード１２と接続されている。
【００２３】
図９は、図８中の破線で囲んだ部分４のＸ断面図である。図１０は、部分４中の部分５の斜視図である。金属細線案内部材２２には、金属細線案内部材１５に設けられていた案内路１７における孔１７ａ及び溝１７ｂに加え、一端が孔１７ａと連結し、その連結部から金属細線案内部材１５の内周側面まで到達する溝１７ｃが設けられている。溝１７ｃの深さは、溝１７ｂに嵌め込まれる金属細線と、溝１７ｃに嵌め込まれる金属細線とが接触しない程度であればよく、溝１７ｂの深さよりも少なくとも金属細線の直径相当分浅くなっている。
【００２４】
金属細線３１は、一端が電極パッド３２に接合され、他端が、外部リード１２に接合される。以下、金属細線３１と外部リード１２との接合部を第３ボンディング点、金属細線３１と電極パッド３２との接合部を第４ボンディング点という。第３及び第４ボンディング点で接合された後の金属細線３１は、第４ボンディング点から溝１７ｃまでの間は略直線状であり、溝１７ｃの金属細線案内部材２２内周面近傍部分辺りで曲げられて、溝１７ｃに沿って案内され、第３ボンディング点において外部リード１２と接合している。
【００２５】
この構成により、溝１７ｃに嵌め込まれる前に金属細線３１に折れ、曲がりが生じていたとしても、溝１７ｃに嵌め込まれて案内されることにより、嵌め込まれた部分の折れ、曲がりが略直線状に矯正される。また、金属細線３１全体が溝１７ｃに全く案内されていない場合に比べて、金属細線３１全体に大きい張力を掛けることができるので、接合前には金属細線３１における溝１７ｃに嵌め込まれていない部分に折れ、曲がりが生じていたとしても、張力により折れ、曲がりを解消し得る。よって、隣接する金属細線同士の接触可能性は無くなるか又は大幅に低減される。
（２）上記実施形態において、金属細線案内部材１５、金属細線案内部材２２は、半導体チップとは別個に予め製作し半導体チップ上に固着させることとしていたがこれには限らない。例えば、金属細線案内部材を半導体チップ上に形成することとしてもよい。具体的には、ＵＶ（Ｕｌｔｒａ  Ｖｉｏｌｅｔ）硬化樹脂を用い、半導体チップ上にＵＶ硬化樹脂を１００μｍ厚程度に薄く塗布する。その後、所定の案内部材パターンのマスクを乗せ、更にＵＶ光を照射することで所定の金属細線案内部材を作成することができる。
（３）溝１７ｃの底部は、半導体チップ１４上面からの高さが孔１７ａとの連結部から金属細線案内部材２２の内周側面に近づくほど低くなっていてもよい。この溝１７ｃの底部の傾斜により、金属細線３１は、傾斜がない場合と比べて孔１７ａと溝１７ｃとの連結部あたりから第３ボンディング点までの間直線に近い形状を保つことができる。
（４）溝１７ｂ及び溝１７ｃの底部は、水平であってもよいし、傾斜の向きが上述の実施形態、変形例の例と比べて逆であってもよい。
（５）金属細線案内部材１５及び２２には孔１７ａが形成されていたが、図１１に示すように孔１７ａを形成しない構成としてもよい。
（６）金属細線案内部材２２は、金属細線３１に対応する孔を設けない構造としていたが、金属細線１６に対応して孔１７ａ、溝１７ｂを設けていたの同様、図１２に示すように溝１７ｃに加え、孔１７ｄを設け、金属細線３１を孔１７ｄに貫通させる構成としてもよい。
【００２６】
これにより、金属細線３１の軌道は、孔１７ｄにより規定され安定する。また、金属細線３１について、孔１７ｄを貫通させる前に折れや曲がりが生じていた場合でも、孔１７ｄを貫通させることによって、その折れや曲がりは矯正される。孔１７ｄの内径を金属細線３１の太さに近づける程にその矯正効果は大きくなる。
また、金属細線３１の軌道が、電極パッド３２からの立ち上がり近傍において固定されることで、金属細線１６における場合と同様に、金属細線の折れ、曲がりや樹脂の流動抵抗への対抗力が非常に大きなものとなる。
（７）金属細線案内部材１５は、複数の孔１７ａ、溝１７ｂを備えた一個の部材であったがこれに限らず、複数の部材から構成されるとしてもよい。例えば、金属細線案内部材１５は、それぞれが１以上の孔１７ａ、溝１７ｂを備える金属細線案内部材の集合体であってもよい。図１３の例では、金属細線案内部材１５は、孔１７ａ及び溝１７ｂをそれぞれ２個備える金属細線案内部算１５ｂと、孔１７ａ及び溝１７ｂをそれぞれ６２個備える金属細線案内部算１５ａとから成る。
【００２７】
これにより、金属細線案内部材は枠状形状に限定されず、例えば環状にするなど様々な形状にできる。また、半導体チップ１４外周に沿わない位置に配置するなど配置に柔軟性を持たせることができる。また、孔１７ａ、溝１７ｂを設ける数の調整も容易となる。
（８）上述の実施の形態では、半導体装置１は、ＱＦＰ構造であるとして説明したが、これに限らず、ボンディングを必要とする他の構造でもよい。例えば、ＢＧＡ（Ｂａｌｌ  Ｇｒｉｄ  Ａｒｒａｙ）等であってもよい。
（９）上記実施の形態及び上記変形例をそれぞれ組み合わせるとしてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００２８】
本発明の半導体装置は、樹脂封止型半導体装置として半導体製造業者等により製造、販売される。また電気機器等に組み込まれて広く使用される。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】図１は、本発明の一実施形態に係る半導体装置１の外観を示す斜視図である。
【図２】図２は、本発明の一実施形態に係る半導体装置１の内部構成を示す斜視図である。
【図３】図３は、本発明の一実施形態に係る半導体装置１内部構成を示す上面図である。
【図４】図４は、図３中の破線で囲んだ部分のＸ断面図である。
【図５】図５は、図４中の破線で囲んだ部分の上面図である。
【図６】図６は、図４中の破線で囲んだ部分の斜視図である。
【図７】図７は、本発明の変形例に係る半導体装置の斜視図である。
【図８】図８は、本発明の変形例に係る半導体装置の上面図である。
【図９】図９は、図８中の破線で囲んだ部分のＸ断面図である。
【図１０】図１０は、図９中の破線で囲んだ部分の斜視図である。
【図１１】図１１は、本発明の変形例に係る孔を形成しない場合の金属細線案内部材について説明するための図である。
【図１２】図１２は、本発明の変形例に係る、金属細線案内部材の内周から外周方向に孔と溝とを繰り返して形成した場合の半導体装置について説明するための図である。
【図１３】図１３は、本発明の変形例に係る複数の金属細線案内部材を半導体チップ上に固定した半導体装置について説明するための図である。
【図１４】図１４は、従来技術を説明するための図である。
【符号の説明】
【００３０】
１        半導体装置
１１      プラスチック樹脂
１２      外部リード
１３      ダイパッド
１４      半導体チップ
１５      金属細線案内部材
１６      金属細線
１７      案内路
１７ａ    孔
１７ｂ    溝
１８      電極パッド
２１      半導体チップ
２２      金属細線案内部材
３１      金属細線
３２      電極パッド
【図１】
2010171123.tif 000003
【図２】
2010171123.tif 000004
【図３】
2010171123.tif 000005
【図４】
2010171123.tif 000006
【図５】
2010171123.tif 000007
【図６】
2010171123.tif 000008
【図７】
2010171123.tif 000009
【図８】
2010171123.tif 000010
【図９】
2010171123.tif 000011
【図１０】
2010171123.tif 000012
【図１１】
2010171123.tif 000013
【図１２】
2010171123.tif 000014
【図１３】
2010171123.tif 000015
【図１４】
2010171123.tif 000016