(57)【要約】      （修正有）【課題】半導体チップの発熱部における熱を、簡易な方法で効率的に放散させる。【解決手段】半導体チップ２と、該半導体チップ２の外部に配置されるリードフレーム３ｂ，３ｃと、該リードフレーム３ｂと半導体チップ２の表面に形成された電極パッド１０とを電気的に接続する信号用ボンディングワイヤ４とを備えるとともに、半導体チップ２を構成するシリコン基板の表面に形成された回路パターンを被覆する絶縁膜９の表面のうち、回路パターンにおける発熱部１１近傍に配される領域とリードフレーム３ｃとを接続する放熱用ボンディングワイヤ５を備える半導体装置１を提供する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体チップと、該半導体チップの外部に配置されるリードフレームと、該リードフレームと前記半導体チップの表面に形成された電極パッドとを電気的に接続する信号用ボンディングワイヤとを備えるとともに、
前記半導体チップを構成するシリコン基板の表面に形成された回路パターンを被覆する絶縁膜の表面のうち、前記回路パターンにおける発熱部近傍に配される領域と前記リードフレームとを接続する放熱用ボンディングワイヤを備える半導体装置。
【請求項２】
前記放熱用ボンディングワイヤが接続された前記半導体チップの絶縁膜の表面に、金属膜が設けられている請求項１に記載の半導体装置。
【請求項３】
半導体チップを構成するシリコン基板の表面に形成された回路パターンを被覆する絶縁膜の表面のうち、前記回路パターンにおける発熱部近傍に配される領域に、外部の伝熱部材に接続される放熱用ボンディングワイヤを接続するステップを備える半導体装置の製造方法。
【請求項４】
絶縁膜の表面に設けられた金属膜に、放熱用ボンディングワイヤを接続する請求項３に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項５】
半導体チップを構成するシリコン基板の表面に形成された回路パターンを被覆する絶縁膜の表面のうち、前記回路パターンにおける発熱部近傍に配される領域と、外部の伝熱部材とを放熱用ボンディングワイヤにより接続する半導体チップの実装方法。
【請求項６】
絶縁膜の表面に設けられた金属膜に放熱用ボンディングワイヤを接続する請求項５に記載の半導体チップの実装方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体装置とその製造方法および半導体チップの実装方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、半導体チップの小型化、高集積化により、単位体積当たりの発熱量が増加している。このため、半導体チップにおける発熱を冷却する冷却構造を備える半導体装置が考えられている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００３】
特許文献１に開示された半導体装置は、回路パターンが形成された半導体チップの表面に、絶縁性接着剤を介してヒートスプレッダを接着した構造のものである。ヒートスプレッダは、半導体チップにおいて発生した熱を拡散させるよう作用する。この特許文献１に開示されている半導体装置においては、ヒートスプレッダをワイヤボンディング後に半導体チップに接着する構造を採用することで、ヒートスプレッダ用の接着剤の劣化を防止することとしている。
【特許文献１】特開平７−３２１２５２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１に開示された半導体装置では、ヒートスプレッダのような放熱のための別部品を半導体チップに取り付ける必要がある。このため、半導体チップ表面への接着剤の塗布、ヒートスプレッダのハンドリングや装着等の種々の工程が必要となって工程が煩雑になるという不都合がある。
【０００５】
一方、半導体チップは、通常、シリコン基板の表面に形成された回路パターンに電気的に接続する電極パッドと、リードフレームまたはプリント基板とをボンディングワイヤによって接続することにより、リードフレームまたはプリント基板に実装される。したがって、半導体チップにおいて発生した熱の一部は、電極パッド、ボンディングワイヤを介してリードフレームまたはプリント基板に放熱される。
【０００６】
しかしながら、電極パッドは通常半導体チップの外周近傍に配置される一方、実際に発熱するドライバ回路等の発熱部は半導体チップの中央近傍に配置される。このため、電極パッドは発熱部から離れている場合が多く、両者間の熱抵抗によって、発熱部において発生した熱を、電極パッドに接続されているボンディングワイヤによって効率的に放散させることは困難であった。
【０００７】
本発明は、上述した事情の鑑みてなされたものであって、半導体チップの発熱部における熱を、簡易な方法で効率的に放散させることができる半導体装置とその製造方法および半導体チップの実装方法を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するために、本発明は以下の手段を提供する。
本発明は、半導体チップと、該半導体チップの外部に配置されるリードフレームと、該リードフレームと前記半導体チップの表面に形成された電極パッドとを電気的に接続する信号用ボンディングワイヤとを備えるとともに、前記半導体チップを構成するシリコン基板の表面に形成された回路パターンを被覆する絶縁膜の表面のうち、前記回路パターンにおける発熱部近傍に配される領域と前記リードフレームとを接続する放熱用ボンディングワイヤを備える半導体装置を提供する。
【０００９】
本発明によれば、信号用ボンディングワイヤによって接続された電極パットとリードフレームとの間で電気信号のやりとりが行われ、あるいは電力供給がなされる。また、信号用ボンディングワイヤとは別個に設けられた放熱用ボンディングワイヤにより、半導体チップにおける発熱がリードフレームに伝達され、これによって放熱が行われる。
【００１０】
通常、半導体チップを構成するシリコン基板の表面には回路パターンが形成されているが、その表面には回路パターンの電気的な絶縁等を目的として保護層としての絶縁膜が形成されている。本発明において放熱用ボンディングワイヤが、回路パターンにおける発熱部近傍に配置される領域に接続されるので、絶縁膜を挟んで間近に配置されている発熱部から発せられた熱を、直接、放熱用ボンディングワイヤによって吸い取り、半導体チップ外部のリードフレームに伝達することができる。したがって、半導体チップにおける発熱を効率的に放熱することができ、性能向上、小型化、高集積化を図ることができる。
【００１１】
上記発明においては、前記放熱用ボンディングワイヤが接続された前記半導体チップの絶縁膜の表面に、金属膜が設けられていることが好ましい。
このように構成することで、金属膜を介して絶縁膜の表面にボンディングワイヤが接続される。金属膜を介することで、ボンディングワイヤと絶縁膜との接着性を向上し、発熱部からの熱をより効果的に放熱することが可能となる。
【００１２】
また、本発明は、半導体チップを構成するシリコン基板の表面に形成された回路パターンを被覆する絶縁膜の表面のうち、前記回路パターンにおける発熱部近傍に配される領域に、外部の伝熱部材に接続される放熱用ボンディングワイヤを接続するステップを備える半導体装置の製造方法を提供する。
本発明によれば、放熱用ボンディングワイヤを接続するステップにより、回路パターンにおける発熱部近傍の領域に配される絶縁膜の表面と外部の伝熱部材、例えば、リードフレームやヒートシンクとが接続される。放熱用ボンディングワイヤは、絶縁膜を挟んで間近に配される発熱部からの熱を直接吸い取って外部の伝熱部材に伝達するよう機能する。したがって、本発明により、半導体チップの発熱部の局所的な温度上昇を抑制した半導体装置を製造することができる。
【００１３】
この場合において、本発明によれば、放熱用ボンディングワイヤを接続するステップによって、半導体チップに後付けで放熱対策を施すことができる。したがって、半導体チップの回路設計にそのための構造を盛り込んでおく必要がない。また、従来のヒートスプレッダやヒートシンクのような別部品を接着するのと比較して、接着剤の塗布工程、ヒートスプレッダ等のハンドリング工程、接着工程等を行う必要がなく、工程を簡略化することができる。特に、通常、半導体チップへの配線はワイヤボンディングによって行われるので、そのワイヤボンディング工程中に放熱用ボンディングワイヤを接続するステップを含めることができる。したがって、放熱対策を施すために特別な装置や工程が不要であり、簡易に、かつ、短時間に放熱対策が施された半導体装置を製造することができる。
【００１４】
また、放熱用ボンディングワイヤの接続後に、半導体チップおよびボンディングワイヤ等が樹脂によりモールドされる場合においても、放熱用ボンディングワイヤが接続される伝熱部材として樹脂モールドから露出するリードフレーム等を選択しておくことにより、半導体チップの発熱部の熱を放熱用ボンディングワイヤを介して樹脂モールドの外部に効率的に放熱することができる。
【００１５】
上記発明においては、絶縁膜の表面に設けられた金属膜に、放熱用ボンディングワイヤを接続することが好ましい。
このように構成することで、絶縁膜上への放熱用ボンディングワイヤの接着性を向上することができる。したがって、絶縁膜への放熱用ボンディングワイヤの接続をより確実に行うことができ、接着部における熱抵抗を低減することができる。
【００１６】
さらに、本発明は、半導体チップを構成するシリコン基板の表面に形成された回路パターンを被覆する絶縁膜の表面のうち、前記回路パターンにおける発熱部近傍に配される領域と、外部の伝熱部材とを放熱用ボンディングワイヤにより接続する半導体チップの実装方法を提供する。
本発明によれば、回路パターンにおける発熱部近傍の領域に配される絶縁膜の表面と外部の伝熱部材、例えば、リードフレームやプリント基板の回路パターンとが放熱用ボンディングワイヤによって接続された状態に半導体チップが実装される。放熱用ボンディングワイヤは、絶縁膜を挟んで間近に配される発熱部からの熱を直接吸い取って外部の伝熱部材に伝達するよう機能する。したがって、本発明により、半導体チップの発熱部の局所的な温度上昇を抑制する放熱対策を施した状態に半導体チップを実装することができる。
【００１７】
上記発明においては、絶縁膜の表面に設けられた金属膜に、放熱用ボンディングワイヤを接続することが好ましい。
このように構成することで、このように構成することで、絶縁膜上への放熱用ボンディングワイヤの接着性を向上することができる。したがって、絶縁膜への放熱用ボンディングワイヤの接続をより確実に行うことができ、接着部における熱抵抗を低減して、より効率的に放熱されるように半導体チップを実装することができる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明に係る半導体装置によれば、半導体チップの発熱部における熱を、簡易な方法で効率的に放散させることができるという効果を奏する。また、本発明に係る半導体装置の製造方法によれば、上記半導体装置を製造工程を複雑化することなく簡易に製造できるという効果を奏する。さらに、本発明に係る半導体チップの実装方法によれば、放熱対策を施した状態に簡易に半導体チップを実装することができるという効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、本発明の一実施形態に係る半導体装置１とその製造方法および半導体チップ２の実装方法について、図１および図２を参照して以下に説明する。
本実施形態に係る半導体装置１は、半導体チップ２と、リードフレーム３と、これらを接続するボンディングワイヤ４，５と、これらを被覆するように成形される樹脂モールド部６とを備えている。
【００２０】
前記半導体チップ２は、図２に示されるように、シリコン基板７の一表面（能動面）に回路パターン８を形成し、形成された回路パターン８のほぼ全体を覆うように、保護層となる絶縁膜９を備えている。絶縁膜９は、通常、ＳｉＯ２あるいはＳｉＮＸにより構成されている。
半導体チップ２の能動面における周縁近傍には、図１に示されるように、絶縁膜上に露出し回路パターン８に接続する複数の電極パッド１０が設けられている。
前記リードフレーム３は、半導体チップ２を接着するアイランド部３ａと、アイランド部３ａに対して間隔をあけて周囲に配置されるリード部３ｂ，３ｃとを備えている。
【００２１】
また、前記ボンディングワイヤ４，５は、図１に示されるように、信号用ボンディングワイヤ４と、放熱用ボンディングワイヤ５とを備えている。信号用ボンディングワイヤ４は、前記半導体チップ２の能動面に設けられた電極パッド１０と、半導体装置１の信号用端子となる信号用リード部３ｂとにその両端を接続している。なお信号用ボンディングワイヤ４のうちの１本は、アイランド部３ａに接続するリード部に接続され、例えば、アース用として使用されるようになっている。
【００２２】
また、前記放熱用ボンディングワイヤ５は、その一端を半導体装置１の信号用端子とはならないリード部３ｃ、すなわち外部の信号配線には接続されない放熱用リード部３ｃに接続している。また、放熱用ボンディングワイヤ５の他端は、半導体チップ２表面の絶縁膜９上に接続されている。放熱用リード部３ｃは、プリント基板等に実装されたときに、より大きな熱容量を有するヒートシンク（図示略）等に接続されることが好ましい。
【００２３】
放熱用ボンディングワイヤ５は、図１に示されるように、半導体チップ２の発熱部１１近傍に接続されている。半導体チップ２の発熱部１１は、回路パターン８内のドライバ回路等、作動に際して大電流が流れる部分に形成される。したがって、回路設計の段階において、発熱部１１の位置がほぼ特定できているので、放熱用ボンディングワイヤ５を半導体チップ２の発熱部１１近傍に接続することができる。
放熱用ボンディングワイヤ５は、図２に示されるように、半導体チップ２の表面に設けられている絶縁膜９の表面に直接接着している。
【００２４】
このように構成された本実施形態に係る半導体装置１の製造方法および半導体チップ２の実装方法について、以下に説明する。
本実施形態に係る半導体チップ２の実装方法は、リードフレーム３のアイランド部３ａの表面に半導体チップ２を接着し、半導体チップ２とリード部３ｂ，３ｃとを複数のボンディングワイヤ４，５によって接続するものである。半導体チップ２とリード部３ｂ，３ｃとの接続は、まず、半導体チップ２の表面に露出している電極パッド１０とアイランド部３ａの周囲に配置されている信号用リード部３ｂとの間を信号用ボンディングワイヤ４によって接続し、半導体チップ２の発熱部１１近傍の表面と放熱用リード部３ｃとの間を放熱用ボンディングワイヤ５によって接続することにより行われる。その順序は逆でもよい。
【００２５】
信号用ボンディングワイヤ４による接続および放熱用ボンディングワイヤ５による接続は、通常のワイヤボンディング工程において、まとめて高速に行われる。これにより、半導体チップ２がリードフレーム３に実装されることになる。リードフレーム３に代えて、プリント基板（図示略）等にベアチップとして直接実装する際にも、本実施形態に係る半導体チップ２の実装方法を用いて、簡易に行うことができる。
【００２６】
本実施形態に係る半導体装置１の製造方法は、上記実装方法によりリードフレーム３に実装された半導体チップ２、信号用リード部３ｂおよび放熱用リード部３ｃの一部、および信号用ボンディングワイヤ４および放熱用ボンディングワイヤ５を被覆するように樹脂モールド部６を成形し、樹脂モールド部６の外部に露出するリード部３ｂ，３ｃを所定の長さに切断することにより行われる。これにより、樹脂モールド部６の外部に複数のリード部３ｂ，３ｃが露出した半導体装置１が製造されることになる。
【００２７】
このように構成された本実施形態に係る半導体装置１とその製造方法および半導体チップ２の実装方法の作用について以下に説明する。
本実施形態に係る半導体装置１は、樹脂モールド部６の外部に露出する放熱用リード部３ｃと半導体チップ２の発熱部１１近傍の領域とが放熱用ボンディングワイヤ５によって接続されているので、動作時に大電流が流れることによって発熱部１１において大きな発熱が生じたとしても、該発熱部１１に、薄い絶縁膜９を介して間近に放熱用ボンディングワイヤ５の端部が接着されているので、発熱部１１の熱を放熱用ボンディングワイヤ５を介して半導体チップ２の外部に効率的に逃がすことができる。特に、放熱用ボンディングワイヤ５の他端をリードフレーム３やヒートシンク等の熱容量のより大きな伝熱部材に接続しておくことにより、発熱部１１の熱をより効率的に逃がして、発熱部１１の局部的な過熱状態を回避することができる。したがって、半導体チップ２を小型化、高集積化することが可能となり、性能向上を図ることができる。
【００２８】
また、本実施形態に係る半導体装置１の製造方法によれば、半導体チップ２の放熱対策を放熱用ボンディングワイヤ５の接続によって行うので、信号用ボンディングワイヤ４を接続するワイヤボンディング工程の中で放熱用ボンディングワイヤ５の接続をまとめて行うことができる。放熱用ボンディングワイヤ５を用いることにより、半導体装置１の製造過程においてヒートスプレッダやヒートシンクのような別部品を取り扱う必要がなく、通常のワイヤボンディング装置のみによって簡易かつ高速に半導体装置１を製造することができる。
また、半導体チップ２の放熱対策を半導体チップ２に後付けで施すことができる。したがって、半導体チップ２の回路設計を放熱対策に拘束されることなく高い自由度で行うことができる。また、特別な放熱対策が施されていない市販の半導体チップ２を用いても効果的な放熱が行われる半導体装置１を製造することができる。
【００２９】
また、本実施形態に係る半導体チップ２の実装方法によれば、信号用ボンディングワイヤ４を接続するワイヤボンディング工程の中で放熱用ボンディングワイヤ５の接続をまとめて行うことができる。したがって、通常のワイヤボンディング装置のみによって簡易かつ高速に、しかも、発熱部１１における局部的な発熱の効率的な放熱対策が施された状態に半導体チップ２を実装することができる。
【００３０】
なお、本実施形態においては信号用ボンディングワイヤ４と同じボンディングワイヤを放熱用ボンディングワイヤ５として使用した場合について説明したが、これに限定されるものではなく、異なる材質の放熱用ボンディングワイヤ５を採用してもよい。例えば、放熱用ボンディングワイヤ５として熱抵抗を低減するために信号用ボンディングワイヤ４よりも線径の太いものを採用してもよい。また、大きな伝熱面積を確保するために、複数本の放熱用ボンディングワイヤ５を発熱部１１近傍に接続することにしてもよい。また、ワイヤボンディングによって絶縁膜９の表面に接着させる際の接着性を向上するために、放熱用ボンディングワイヤ５として、信号用ボンディングワイヤ４よりも柔らかい材質のものを採用してもよい。
【００３１】
また、絶縁膜９の表面への放熱用ボンディングワイヤ５の接着性を向上するために、絶縁膜９の表面に対して、接着性を向上するための処理を施してもよい。接着性を向上するための処理としては、紫外線照射処理、アルゴンプラズマ処理、酸素プラズマ処理等により絶縁膜９の表面を粗す処理が挙げられる。
【００３２】
さらに、絶縁膜９の表面への放熱用ボンディングワイヤ５の接着性を向上するために、絶縁膜９の表面に、図３および図４に示されるように、金属膜１２を形成することにしてもよい。金属膜１２としては、Ａｌ膜、Ａｕ膜またはＡｇ膜が挙げられる。金属膜１２は、例えば、半導体チップ２の製造工程において蒸着、スパッタまたはメッキ等により形成しておくことが好ましい。このように構成することで、放熱用ボンディングワイヤ５が金属膜１２と高い密着度で接着することができる。したがって、放熱用ボンディングワイヤ５の絶縁膜９への接着部分における熱抵抗を低減することができ、さらに効率的な放熱を行うことができる。なお、絶縁膜９上における金属膜１２は、図３および図４に示されるように、半導体チップ２の発熱部１１近傍に部分的に形成してもよいが、電極パッド１０と導通しない範囲で絶縁膜９上の広い範囲にわたって形成することにしてもよい。
【００３３】
また、上記実施形態においては、放熱用ボンディングワイヤ５を接続する放熱用リード部３ｃとしては、信号用に使用しないリード部３ｃを採用したが、特性に影響がなければ信号用リード部３ｂと併用してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明の一実施形態に係る半導体装置を示す模式的な平面図である。
【図２】図１の半導体装置における放熱用ボンディングワイヤの半導体チップへの接続部を部分的に示す拡大断面図である。
【図３】図１の半導体装置の変形例を示す模式的な平面図である。
【図４】図３の半導体装置における放熱用ボンディングワイヤの半導体チップへの接続部を部分的に示す拡大断面図である。
【符号の説明】
【００３５】
１  半導体装置
２  半導体チップ
３  リードフレーム（伝熱部材）
３ｂ  信号用リード部（伝熱部材）
３ｃ  放熱用リード部（伝熱部材）
４  信号用ボンディングワイヤ
５  放熱用ボンディングワイヤ
７  シリコン基板
８  回路パターン
９  絶縁膜
１０  電極パッド
１１  発熱部
１２  金属膜
【図１】
2006222235.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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