(57)【要約】【課題】ボンディングワイヤが他の配線に接触するおそれをなくし、ボンディングワイヤのループの変形に起因する電気的なショートの発生を防止する。【解決手段】基板１上に配設された信号配線パターン５ａと、基板１上に固定された半導体チップ２とをボンディングワイヤ７により電気的に接続する際に、基板１に設けた絶縁状態にあるＣｕなどの配線パターン１４上に、ボンディングワイヤ７と同一の材料からなる補強用のボンディングワイヤ１２を設けて、信号配線パターン５ａにボンディングした各ボンディングワイヤ７に対する補強用，支持用の支柱とする。【選択図】図１
2006140202.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に配設された配線パターンと、該基板上に固定された半導体チップとをボンディングワイヤにより電気的に接続してなる半導体装置において、前記基板に絶縁状態の配線パターンを設け、前記ボンディングワイヤと同一の材料にて該ボンディングワイヤをアーチ形状で跨ぐ手段を備えたことを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
基板上に配設された配線パターンと、該基板上に固定された半導体チップとをボンディングワイヤにより電気的に接続してなる半導体装置において、前記基板に絶縁状態の配線パターンを設け、該配線パターン上にボールボンディングを行ってバンプを形成し、前記ボンディングワイヤにより前記半導体チップと前記バンプと前記配線パターンとを接続したことを特徴とする半導体装置。
【請求項３】
基板上に配設された配線パターンと、該基板上に固定された半導体チップとをボンディングワイヤにより電気的に接続してなる半導体装置において、前記基板に絶縁状態の配線パターンを複数個設け、かつ各々の前記配線パターン上にボールボンディングを行って複数個のバンプを形成し、前記ボンディングワイヤにより前記半導体チップと前記複数個のバンプと前記配線パターンとを接続することにより、前記半導体チップと前記配線パターンとを多屈折点にて接続したことを特徴とする半導体装置。
【請求項４】
基板上に配設された配線パターンと、該基板上に固定された半導体チップとをボンディングワイヤにより電気的に接続してなる半導体装置において、前記基板に絶縁状態の配線パターンを設け、該配線パターン上にボールボンディングを複数回行って複数個バンプを形成し、前記ボンディングワイヤにより前記半導体チップと前記複数個のバンプと前記配線パターンとを接続することにより、前記半導体チップと前記配線パターンとを多屈折点にて接続したことを特徴とする半導体装置。
【請求項５】
前記絶縁状態の配線パターンを、前記半導体チップの周辺に複数個設けたことを特徴とする請求項１〜４いずれか１項記載の半導体装置。
【請求項６】
前記基板はプリント配線基板であることを特徴とする請求項１〜５いずれか１項記載の半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体装置に係り、特にワイヤボンディング技術を用いて基板上の信号配線パターンと、該基板上に固定された半導体チップとを電気的に接続する半導体装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
図４（ａ）〜（ｃ）は従来のオーバーモールドタイプの半導体装置の要部を示す図であって、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ部拡大図、（ｃ）は断面図である。
【０００３】
図４（ａ）〜（ｃ）において、上面に信号配線パターン５ａが配設された基板１の中央部には、半導体チップ２が導電性ペースト３を介して固定され、この半導体チップ２の上面に設けられた電極４と、基板１上に半導体チップ２を取り囲むように配設された信号配線パターン５ａとは各々ボンディングワイヤ７により電気的に接続されている。前記基板１上に配設された信号配線パターン５ａ以外の領域は、絶縁性のソルダーレジスト８により覆われている。
【０００４】
そして、基板１上の信号配線パターン５ａは、基板１に形成されたスルーホール６を通して、基板１の下面に設けられた半田ボールランド９に接続され、この半田ボールランド９には半田ボール１０が形成されている。一方、基板１の上面は、半導体チップ２およびボンディングワイヤ７全体がエポキシ樹脂などの封止樹脂１１により覆われている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、前記従来の技術において、昨今の半導体チップ２内の回路の配線幅が小さくなるに伴い、半導体チップ２のサイズそのものが小型化している。また、半導体チップ２が小さくなることにより、電極４間隔が狭くなってきている。さらに、半導体チップ２の小型化による電極４が狭くなるのを受けて、半導体装置を構成している基板サイズも小型化、高密度配線化が進んでいる。
【０００６】
その結果、従来のボンディングワイヤ７では半導体チップ２の電極４間隔が狭くなり、かつ基板１に埋設している信号配線パターン５ａも狭い間隔で構成する必要が出てきている。
【０００７】
すなわち、図４（ａ）〜（ｃ）に示すように、半導体チップ２の電極４は、ボンディングワイヤ７によって基板１の信号配線パターン５ａのボンディング点５ｂにボンディングされている。次に基板１の信号配線パターン５ａは、基板１に形成されたスルーホール６を通して、基板１下面に設けられた半田ボールランド９に接続されている。半田ボールランド９には半田ボール１０が接合されている。半導体チップ２の周辺に基板１の信号配線パターン５ａを並べる制約として一般的に基板１の最小信号配線パターン５ａの幅は４０μｍ程度、配線同士の間隔も４０μｍ程度であるため、ボンディングワイヤ７の間隔は合計約８０μｍ間隔となる。ボンディングワイヤ７の径が２５μｍであれば、隙間は５５μｍとなる。
【０００８】
一般的にボンディングワイヤ７は第１ボンドと第２ボンド間を全長Ｌとした場合、半導体装置を構成する樹脂を注入するときのボンディングワイヤ７の流れはボンディングワイヤ７の前記長さＬの１０％程度とされており、半導体チップ２の電極４から基板１の信号配線パターン５ａのボンディング点５ｂまでが、１ｍｍの距離ではそのたわみ量は５０μｍ、また２ｍｍの距離では１００μｍとなる。
【０００９】
また、基板１下面へ配線をつなぐためのスルーホール６は最小で１１０μｍ程度であり、実際の基板の信号配線パターン５ａの設計では、信号配線パターン５ａの配置とスルーホール６の配置の関係で、信号配線パターン５ａを図４（ｃ）に示すように、段違いで構成することが必要となる。この場合、例えばボンディングワイヤ７の長さが１ｍｍと２ｍｍの場合、樹脂注入時のボンディングワイヤ７の流れが各々５０μｍと１００μｍとで差が５０μｍであり、また信号配線パターン５ａ間が８０μｍであり、ワイヤー径が２５μｍであって、結果としてボンディングワイヤ７間の隙間が５μｍ程度しかないことになる。
【００１０】
一般的に、ボンディングワイヤのボンディング位置の精度はレンジで６μｍであり、最大ばらつきではボンディングワイヤ７同士が接触し易い状態であり、電気的なショートを起こす課題があった。
【００１１】
本課題を解決するため、図５に示す構成のように、ボンディングワイヤ７が垂れても、他の配線に対して接触しないよう絶縁性の壁２０を設け、ボンディングワイヤ７の接触を防止する構成が提案されている（特許文献１参照）。なお、図５において、図４（ａ）〜（ｃ）にて説明した部材に対応する部材には同一符号を付して詳しい説明は省略する。
【００１２】
しかし、前記従来の技術では、基板１上に対して上下方向のボンディングワイヤ７に関しては有効であるが、昨今の半導体チップ２のように、小型化によって電極４が狭ピッチ化している状態では、隣り合うボンディングワイヤ７に関して、特に図において左右方向のボンディングワイヤ７の曲がりに関しては十分な対応ができない。
【００１３】
具体的には昨今の半導体チップ２上の電極４は、６０μｍ程度に近接し、またボンディングワイヤ７の径は２５μｍ程度のものを使用しており、上下方向に対する制約よりも左右方向に対しての制約の方が厳しくなってきている。
【００１４】
そこで本発明は、従来技術の課題を解決し、ボンディングワイヤの流れを抑制することにより、特に半導体装置の製造におけるトランスファモールド樹脂の注入時のボンディングワイヤのループ変形に起因する電気的なショートを防止することができる半導体装置を提供することを目的とする。
【特許文献１】特開平１１−１２１５００号公報
【課題を解決するための手段】
【００１５】
前記目的を達成するため、本発明は次のような半導体装置を提供する。
【００１６】
すなわち、基板上に配設された信号配線パターンと、基板上に固定された半導体チップとをボンディングワイヤにより電気的に接続する際に、信号配線パターンにボンディングしたそれぞれのボンディングワイヤに、本発明の特徴である基板に設けた絶縁状態にあるＣｕなどの配線パターン上にボンディングワイヤと同一の材料であるボンディングワイヤを使用することで補強用の支柱を構成する。
【００１７】
このとき電気配線用のボンディングワイヤは、補強用のボンディングワイヤと物理的接触、もしくは金属結合的接触のいずれを使用してもよい。補強用のボンディングワイヤを支柱として使用することにより、電気的に他の配線に接触すると問題となるボンディングワイヤ７を補強する。
【００１８】
また、ボンディングワイヤを補強する支柱を金属接合にて接続する場合、基板に設けた絶縁状態にあるＣｕなどの配線パターン上にボンディングワイヤを短い状態で引きちぎることでバンプを形成し、そのバンプ上にワイヤボンディングすることによってボンディングワイヤを補強する支柱、および固定するアンカーとして機能させることにより、ボンディングワイヤの流れを決める全長（自由に流れることのできる長さ）が分割されることで短くなり、ボンディングワイヤの変形に対する耐力が発生し、左右方向のボンディングワイヤの流れに対して隣接するボンディングワイヤへの接触を防止することができる。
【００１９】
またこのとき、バンプの高さは十数μｍの高さを有しているため、近接する信号配線パターンをクロスしても信号配線パターンと接触することがないので、信号配線パターンの配線自由度が増える。
【００２０】
さらには、本発明の絶縁状態においた絶縁状態のＣｕなどの配線パターンを任意の間隔で埋設し、その配線パターン上にバンプを形成し、そのバンプの上をボンディングワイヤで任意にボンディングし、つないでいくことにより、ボンディングワイヤの配線を自由に引き回すことも可能となる。
【発明の効果】
【００２１】
本発明の半導体装置によれば、半導体チップ上に設けられた電極へのワイヤボンディングにおいて、特に端子間が８０μｍ以下の半導体チップを基板の信号配線パターンへボンディングワイヤにて接続する半導体装置において、ボンディングワイヤの長さに制約を受けることなく、ボンディングワイヤ同士の接触によるショートを防止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
【００２３】
（第１の実施形態）
図１（ａ）〜（ｃ）は本発明の第１の実施形態のオーバーモールドタイプの半導体装置の要部を示す図であって、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ部拡大図、（ｃ）は断面図である。なお、以下の説明において、図４（ａ）〜（ｃ）にて説明した部材に対応する部材には同一符号を付した。
【００２４】
図１（ａ）〜（ｃ）において、上面に信号配線パターン５ａが配設されたガラスエポキシ基板（プリント配線基板：以下、単に基板と略称する）１の中央部には、半導体チップ２が導電性ペースト３を介して固定され、この半導体チップ２の上面に設けられた電極４と、基板１上に半導体チップ２を取り囲むように配設された複数本の信号配線パターン５ａは、各々ボンディングワイヤ７により電気的に接続されている。前記基板１上に配設された信号配線パターン５ａと、ワイヤボンディングエリア以外の領域は、絶縁性のソルダーレジスト８により覆われている。
【００２５】
そして、前記信号配線パターン５ａのボンディング点５ｂと半導体チップ２の電極４とを接続するボンディングワイヤ７の通過点を跨ぐように、信号配線パターン５ａと同種の小さな配線パターン１４を設ける。この配線は、主にＣｕであるが、導電性材料であればよく、また配線パターン１４は、他の配線端子に接続していない状態であり、電気的には絶縁状態である。
【００２６】
実施形態１における配線方法について説明する。まず、半導体チップ２の電極４と基板１上の信号配線パターン５ａのボンディング点５ｂに、ボンディングツールでボンディングする。次に、後述するような支持支柱となる補強用のボンディングワイヤ１２を構成する。
【００２７】
すなわち、先にボンディングしたボンディングワイヤ７を挟むように配置した絶縁状態の配線パターン１４の一方にボンディングワイヤ７の第１のボンドを行う。次に、先にボンディングしたボンディングワイヤ７の上方を通過させ、他方の配線パターン１４へ第２のボンドを行う。
【００２８】
このとき補強用のボンディングワイヤ１２は、先にボンディングしているボンディングワイヤ７に接触してもよく、また数μｍの隙間があってもよい。基板１上の信号配線パターン５ａは、基板１に形成されたスルーホール６を通して基板１の下側にある半田ボールランド９に接続され、この半田ボールランド９には半田ボール１０が形成されている。
【００２９】
一方、基板１の上面は、半導体チップ２およびボンディングワイヤ７全体がエポキシ樹脂などの封止樹脂１１により覆われている。本実施形態の半導体装置によれば、半導体装置を構成するエポキシ樹脂などの封止樹脂１１を注入するときに発生するボンディングワイヤ７の流れなどの変形を、補強用のボンディングワイヤ１２によりボンディングワイヤ７を補強することにより、他の配線に接触して電気的なショート不良を生じることを防止することができ、半導体装置としての信頼性を向上させることができる。これらの補強用のボンディングワイヤ１２は、特にループ垂れおよび変形が生じ易い長ワイヤボンディング時に効果的である。
【００３０】
上述のように、第１の実施形態では、基板１上に配設された信号配線パターン５ａと基板１上に固定された半導体チップ２をボンディングワイヤ７により電気的に接続する際に、基板１に設けた絶縁状態にあるＣｕなどの配線パターン１４上にボンディングワイヤ７と同一の材料からなる補強用のボンディングワイヤ１２を設けることによって、信号配線パターン５ａにボンディングした各ボンディングワイヤ７に対する補強用，支持用の支柱としている。
【００３１】
このとき電気配線用のボンディングワイヤ７は補強用のボンディングワイヤ１２と物理的接触、もしくは金属結合的接触のいずれを使用してもよい。この補強用のボンディングワイヤ１２を支柱として使用することにより、電気的に他の配線に接触すると問題となるボンディングワイヤ７を補強する。
【００３２】
例えば図１（ａ）〜（ｃ）に示すように、基板１に設けた絶縁状態にしてある配線パターン１４上に、補強用のボンディングワイヤ１２をアーチ形状で、補強したいボンディングワイヤ７を跨ぐようにしてボンディングすることにより、トランスファモールド樹脂の注入によるボンディングワイヤ７を横方向へ変形させるような外力が発生した場合、このアーチ状の補強用のボンディングワイヤ１２の支柱に接触することで、ボンディングワイヤ７の流れを決める全長Ｌ（自由に流れることのできる長さ）が分割されることで短くなり、ボンディングワイヤ７の変形に対する耐力が発生する。これにより左右方向のボンディングワイヤ７の流れに対して隣接するボンディングワイヤ７への接触を防止することができる。
【００３３】
また、このときアーチ状の補強用のボンディングワイヤ１２は、絶縁状態にて構成されているので、アーチ状のボンディングワイヤ１２と電気的接続用のボンディングワイヤ７が接触しても問題はない。
【００３４】
（第２の実施形態）
図２（ａ）〜（ｃ）は本発明の第２の実施形態のオーバーモールドタイプの半導体装置の要部を示す図であって、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ部拡大図、（ｃ）は断面図である。
【００３５】
図２（ａ）〜（ｃ）において、上面に信号配線パターン５ａが配設された基板１の中央部には、半導体チップ２が導電性ペースト３を介して固定され、この半導体チップ２の上面に設けられた電極４と、基板１上に半導体チップ２を取り囲むように配設された複数本の信号配線パターン５ａとは、各々ボンディングワイヤ７により電気的に接続されている。基板１上に配設された信号配線パターン５ａと、ワイヤボンディングエリア以外の領域は、絶縁性のソルダーレジスト８により覆われている。
【００３６】
そして、前記信号配線パターン５ａのボンディング点５ｂと半導体チップ２の電極４を接続するボンディングワイヤ７を通過させたい通過点の下に信号配線パターン５ａと同種の小さな配線パターン１４を設ける。この配線は主にＣｕであるが導電性材料であればよい。また配線パターン１４が他の信号配線パターン５ａに接続していない状態であり、電気的には絶縁状態である。
【００３７】
実施形態２における配線方法を説明する。まず、半導体チップ２の電極４と基板１上の信号配線パターン５ａのボンディング点５ｂの間に埋設した配線パターン１４上にボンディングワイヤ７を利用してバンプ１３を形成する。次に半導体チップ２の電極４にボンディングワイヤ７の第１のボンド７ａを実施する。次に先に形成したバンプ１３上に第２のボンディングを実施し、最後に基板１上の信号配線パターン５ａのボンディング点５ｂにボンディングを行う。
【００３８】
このボンディングの順番は特に制約はなく、先に信号配線パターン５ａのボンディング点５ｂにボンディングワイヤ７をボンディングし、次にバンプ１３上、最後に半導体チップ２の電極４に行う順であってもよい。
【００３９】
実施形態２では、基板１に設けた絶縁状態にあるＣｕなどの配線パターン１４上に、ボンディングワイヤ７を短い状態で引きちぎることでバンプ１３を形成し、そのバンプ１３上にワイヤボンディングすることにより、ボンディングワイヤ７を補強する支柱、および固定するアンカーとして機能させることにより、ボンディングワイヤ７の流れを決める全長Ｌ（自由に流れることのできる長さ）が分割されることで短くなり、ボンディングワイヤ７の変形に対する耐力が発生し、左右方向のボンディングワイヤ７の流れに対して、隣接するボンディングワイヤ７への接触を防止することができる。
【００４０】
このように、第２の実施形態では、ボンディングワイヤ７をバンプ１３の上で中継することにより、ボンディングワイヤ７の固定端間の距離が短くなり、ワイヤ変形が防止された状態でボンディングワイヤ７をつなぐことになるため、半導体装置を構成するエポキシ樹脂等の封止樹脂１１を注入するときに発生するボンディングワイヤ７の流れなどの変形に対して耐力があり、他の信号配線パターン５ａに接触し電気的なショート不良を防止することができる。
【００４１】
図３（ａ）〜（ｃ）は第２の実施形態の変形例の要部を示す図であって、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ部拡大図、（ｃ）は断面図であって、バンプ１３の高さは十数μｍであるものとすることで、近接する信号配線パターン１５をクロスしても、信号配線パターン１５と接触することがないため、信号配線パターン５ａの設計における配置自由度が増える。
【００４２】
さらには、現在の基板１の信号配線パターン５ａの幅は４０μｍ程度であるが、本例のように絶縁状態のＣｕなどの配線パターン１４を任意の間隔で埋設し、その配線パターン１４上にバンプ１３を形成し、そのバンプ１３の上をボンディングワイヤ７で任意にボンディングして、つないでいくことによりボンディングワイヤ７の径２５μｍにて自由に配線を引き回すことも可能となる。
【００４３】
また、前記のように半導体チップ２の電極４と、基板１上の信号配線パターン５ａのボンディング点５ｂとの間に埋設した信号配線パターン１４は、１個でも複数個でもよく、また例えば、島状に配列する断続的に設ける構成とすることも可能であり、図３（ａ）〜（ｃ）に示すように、複数個を使用することによって、ボンディングワイヤ７の距離，位置の制約が緩和される。
【産業上の利用可能性】
【００４４】
本発明は、ボンディングワイヤのループ変形などによる不具合の発生の防止、あるいは他の配線に接触することを防止することが要求される半導体装置に適用され、半導体装置の信頼性を向上させることができ、かつ半導体装置の信号配線パターンの制約を大幅に改善することが可能になり、携帯電話，デジタルカメラ，ビデオカメラに代表されるモバイル機器，コンピュータ機器，デジタルＴＶ，ＰＤＰ，液晶ＴＶなどの映像機器，ビデオ，ＤＶＤなどの録音機器、または車載搭載用機器などに使用される半導体装置に実施して有用である。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】本発明の第１の実施形態のオーバーモールドタイプの半導体装置の要部を示す図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ部拡大図、（ｃ）は断面図
【図２】本発明の第２の実施形態のオーバーモールドタイプの半導体装置の要部を示す図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ部拡大図、（ｃ）は断面図
【図３】第２の実施形態の変形例の要部を示す図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ部拡大図、（ｃ）は断面図
【図４】従来のオーバーモールドタイプの半導体装置の要部を示す図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ部拡大図、（ｃ）は断面図
【図５】従来のオーバーモールドタイプの半導体装置を示す断面図
【符号の説明】
【００４６】
１  基板
２  半導体チップ
３  導電性ペースト
４  電極
５ａ  信号配線パターン
５ｂ  信号配線パターンのボンディング点
６  スルーホール
７  ボンディングワイヤ
８  ソルダーレジスト
９  半田ボールランド
１０  半田ボール
１１  封止樹脂
１２  補強用のボンディングワイヤ
１３  バンプ
１４  配線パターン
１５  クロスした信号配線パターン
２０  絶縁性の壁
【図１】
2006140202.tif 000003
【図２】
2006140202.tif 000004
【図３】
2006140202.tif 000005
【図４】
2006140202.tif 000006
【図５】
2006140202.tif 000007