(57)【要約】      （修正有）【課題】半導体チップが半導体チップ搭載部よりはみ出た部分が存在するような小型の半導体チップ搭載部を用いた場合においても、安定したワイヤボンディングが可能となり、ワイヤボンディング時における半導体チップのクラック発生を防ぐことができる半導体装置およびその製造方法を提供する。【解決手段】  半導体チップ搭載部２１と、前記半導体チップ搭載部２１の近傍に配設されたリード２６と、前記半導体チップ搭載部に搭載され、前記リードの少なくとも一つにボンディングワイヤ２４を介して電気的に接続されるボンディングパッド２３を備えた半導体チップ２２と、前記半導体チップを被覆すると共に、前記リードの外方の端部を外部に露呈せしめる樹脂パッケージ２５とを備えた半導体装置において、前記半導体チップ搭載部が、前記半導体チップのサイズよりも小さく形成され、前記ボンディングパッドが、前記半導体チップ上で偏心して配置されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体チップ搭載部と、前記半導体チップ搭載部の近傍に、一端が位置するように配設された複数のリードと、
前記半導体チップ搭載部に搭載され、前記リードの少なくとも一つにボンディングワイヤを介して電気的に接続されるボンディングパッドを備えた半導体チップと、
前記半導体チップを被覆すると共に、前記リードの外方の端部を外部に露呈せしめる樹脂パッケージとを備えた半導体装置において、
前記半導体チップ搭載部が、前記半導体チップのサイズよりも小さく形成されており、
前記ボンディングパッドは、前記半導体チップ上で偏心して配置されていることを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
前記ボンディングパッドは、前記ボンディングワイヤとの接続位置が前記半導体チップ搭載部上にくるように形成される請求項１に記載の半導体装置。
【請求項３】
前記ボンディングワイヤは、前記ボンディングパッドの中心よりも前記半導体チップの内側に偏心した位置で接合されている請求項１または２に記載の半導体装置。
【請求項４】
前記ボンディングワイヤは、前記リード上を開始点とし、前記半導体チップのボンディングパッドを構成する電極表面上まで張架される逆ワイヤボンディングによるものである請求項１乃至３のいずれかに記載の半導体装置。
【請求項５】
前記半導体チップ搭載部の面積は、前記半導体チップの底面積の２０％以上である請求項４に記載の半導体装置。
【請求項６】
前記半導体チップは、１辺が０．２ｍｍ以下である請求項１乃至５に記載の半導体装置。
【請求項７】
前記半導体チップは、表面に１個のボンディングパッドを具備した２端子素子である請求項１乃至６のいずれかに記載の半導体装置。
【請求項８】
半導体チップ搭載部と、前記半導体チップ搭載部の近傍に、一端が位置するように配設された複数のリードとを備えたリードフレームに、前記半導体チップ搭載部よりも大きな半導体チップを搭載する工程と、
前記半導体チップ上で偏心して形成されたボンディングパッドにボンディングワイヤを接続するとともに、前記リードの少なくとも一つと前記ボンディングパッドとを接続するようにボンディングワイヤを張架するワイヤボンディング工程と、
前記半導体チップを被覆すると共に、前記リードの外方の端部を外部に露呈せしめるように樹脂パッケージを形成する工程とを含む半導体装置の製造方法。
【請求項９】
前記ワイヤボンディング工程は、前記リードの少なくとも一つを開始点とし、前記半導体チップのボンディングパッドに向けてボンディングワイヤを張架する逆ワイヤボンディング工程を含む請求項８に記載の半導体装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体装置およびその製造方法にかかり、特に半導体装置の小型化に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、携帯電話に代表される電子機器の小型化に伴う電子部品の高密度実装化が進んでおり、それに伴いダイオードなどの半導体装置においても実装面積の縮小を企図して、超小型化が進められている。
【０００３】
以下、従来の半導体装置について説明する。
図７（ａ）および（ｂ）に示すように半導体チップ搭載部としてのダイパット１の上に半導体チップ２が載置されている。そしてこの半導体チップ２上のアノード電極に接続されるボンディングパッド３は、半導体チップ２の中心にレイアウトされている。そしてこのボンディングパッド３と他方のダイパット１をボンディングワイヤ４で接続することにより電気的接続がなされている。更にこれを封止樹脂５によりパッケージングして、半導体装置が形成される。
【０００４】
このような半導体装置においては、実装に際し、コレットを用いてピックアップして所定のダイパッド１にダイボンドできる半導体チップ２の最小サイズは、（０．１９ｍｍ）２以上である。すなわち、前述の理由から半導体チップの外形寸法は（０．１９ｍｍ）２以下にすることはできない。
しかしながら、半導体装置の小型化薄型化への要求は高まる一方であり、実装に際し、半導体装置の薄型化を求めて、ボンディングワイヤを、リードフレームのリード上を開始点とし、半導体チップのボンディングパッドを構成する電極表面上まで張架するようにした逆ワイヤボンディング法を用いることにより、実装における、歩留まり向上対策も提案されている。
その一例として例えば、積層半導体チップのパッドに対応するインナーリードと積層半導体チップとをボンディングワイヤとしての金属線で逆方向ワイヤボンドして、薄型化する方法が提案されている（特許文献１）
【特許文献１】特開２００２−２３１８８２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記方法では薄型化をはかることはできるが、その一方で小型化を求めて、半導体素子搭載部の大きさは小さくなる一方である。上記従来の半導体装置の構造では、図７（ｂ）に示されるように半導体装置のパッケージにおいて長手方向にそった断面で見た場合、ダイパット１の半導体装置パッケージの長手方向に対する寸法は、半導体チップ２の寸法よりも小さく、ダイパット１上に載置すると半導体チップ２がダイパット１よりはみ出すことになり、ボンディングパッド３の下にベースとなるダイパット１がない部分も形成される。この状態でワイヤボンディングを行うと、不安定な載置状態でのボンディング作業となり、半導体チップ２に不要な力がかかり、そのために半導体チップ２にクラックが生じるという問題があった。
【０００６】
本発明は、前記問題に鑑みてなされたもので、半導体チップ搭載部上に載置した半導体チップが半導体チップ搭載部よりはみ出た部分が存在するような小型の半導体チップ搭載部を用いた場合においても、安定したワイヤボンディングが可能となり、ワイヤボンディング時における半導体チップのクラック発生を防ぐことができる半導体装置およびその製造方法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】
そこで本発明の半導体装置は、半導体チップ搭載部と、前記半導体チップ搭載部の近傍に、一端が位置するように配設された複数のリードと、前記半導体チップ搭載部に搭載され、前記リードの少なくとも一つにボンディングワイヤを介して電気的に接続されるボンディングパッドを備えた半導体チップと、前記半導体チップを被覆すると共に、前記リードの外方の端部を外部に露呈せしめる樹脂パッケージとを備えた半導体装置において、前記半導体チップ搭載部が、前記半導体チップのサイズよりも小さく形成され、前記ボンディングパッドが、前記半導体チップ上で偏心して配置されていることを特徴とする。
【０００８】
この構成によれば、安定した実装を実現しつつ、超小型の半導体装置を高歩留まりで得ることができる。
【０００９】
また本発明の半導体装置は、前記ボンディングワイヤとの接続位置が前記半導体チップ搭載部上にくるように前記ボンディングパッドが配置形成される。
この構成により、ワイヤボンディング工程において、ボンディング位置には半導体チップ搭載部が存在するため、チップクラックが発生したりすることなく信頼性の高いボンディングが実現され歩留まりの向上をはかることができる。
【００１０】
また本発明の半導体装置は、前記ボンディングワイヤが、前記ボンディングパッドの中心よりも前記半導体チップの内側に偏心した位置で接合されている。
【００１１】
また本発明の半導体装置は、前記ボンディングワイヤは、前記リード上を開始点とし、前記半導体チップのボンディングパッドを構成する電極表面上まで張架されるものを含む。
この構成により、リード上にボールボンドし、リード上から垂直にあがり、その後水平に導き、半導体チップ表面のボンディングパッドにステッチボンドすることにより薄型化が可能となる。
【００１２】
また本発明の半導体装置は、前記半導体チップ搭載部の面積は、前記半導体チップの底面積の２０％以上であるものを含む。
半導体チップ搭載部は半導体チップの２０％以上であれば、チップ搭載部上にボンディングパッドがくるようにレイアウトすることができる。また望ましくは３０％以上であればより確実な実装が可能となる。
【００１３】
また本発明の半導体装置は、前記半導体チップの１辺が０．２ｍｍ以下であるものを含む。
さらにまた、前記半導体チップの１辺が０．２ｍｍ以下の場合、より小型化薄型化が可能となる。
【００１４】
また本発明の半導体装置は、前記半導体チップが、表面に１個のボンディングパッドを具備した２端子素子であるものを含む。
この構成により、ダイオードのような２端子素子はパッドが表面に１個配置すればよい場合が多く、この場合は特にレイアウトが容易であり、本発明の構成が有効となる。
【００１５】
また本発明の半導体装置の製造方法は、半導体チップ搭載部と、前記半導体チップ搭載部の近傍に、一端が位置するように配設された複数のリードとを備えたリードフレームに、前記半導体チップ搭載部よりも大きな半導体チップを搭載する工程と、前記半導体チップ上で偏心して形成されたボンディングパッドにボンディングワイヤを接続するとともに、前記リードの少なくとも一つと前記ボンディングパッドとを接続するようにボンディングワイヤを張架するワイヤボンディング工程と、前記半導体チップを被覆すると共に、前記リードの外方の端部を外部に露呈せしめるように樹脂パッケージを形成する工程とを含む。
この方法によれば、半導体チップ上で偏心して形成されたボンディングパッドにボンディングワイヤを接続しているため、コレットを用いて従来の方法で容易に高歩留まりの実装が可能であり、超小型の半導体装置がチップクラックの発生もなく容易に実現可能となる。
【００１６】
また本発明の半導体装置の製造方法は、前記ワイヤボンディング工程が、前記リードの少なくとも一つを開始点とし、前記半導体チップのボンディングパッドに向けてボンディングワイヤを張架する逆ワイヤボンディング工程を含む。
この構成により、ボンディングワイヤをリードから半導体チップ上に張架するため、ボンディングワイヤの高さを低くすることができ、より薄型化が可能となる。
【００１７】
望ましくは、前記ボンディングワイヤが前記ボンディングパッドの中心よりも前記半導体チップの内側に偏心した位置で接合される。
この構成により、ステッチボンド位置がボンディンパッドの中心よりも内側に偏心するため、引き回し側でワイヤが接触してもボンディングパッド上であるためエッジ短絡のおそれもない。
【００１８】
また望ましくは、前記ボンディングパッドがボンディングワイヤの張架方向と長手方向とがほぼ一致するように形成された長方形状をなす。
この構成により、ワイヤの張架方向にボンディングパッドが伸張しているため、引き回し側でワイヤが接触してもボンディングパッド上であることが多く、エッジ短絡のおそれもない。
【００１９】
また望ましくは、前記ボンディングパッドが、前記半導体チップのエッジと垂直方向に伸張する辺が長手方向となるように形成された長方形状をなす。
この構成により、前記半導体チップのエッジと垂直方向に伸張する辺が長手方向となるため、引き回し側でワイヤが接触してもボンディングパッド上であることが多く、エッジ短絡のおそれもない。
【００２０】
また望ましくは、前記ボンディングパッドは、Ｎｉ−Ａｕ層で被覆されている。
これにより、ワイヤのステッチボンドの衝撃を受けにくく緩衝材として作用するため、半導体チップのボンディングパッドにクラックが生じるのを防ぐことができる。
【００２１】
また望ましくは、前記ボンディングパッドは、Ａｕ層で被覆されている。
これにより、ワイヤのステッチボンドの衝撃を受けにくく緩衝材として作用するため、半導体チップのボンディングパッドにクラックが生じるのを防ぐことができる上、比抵抗が小さく、使用時およびボンディング時に温度上昇が少ないため、ボンディングパッドの信頼性は更に向上する。
【００２２】
また望ましくは、前記ボンディングワイヤは、金、アルミニウム、銅のいずれかである。
この構成により、ボンディングワイヤが展性に富むため、逆ワイヤボンディングにより若干のストレスがかかったとしてもワイヤ切れを生じるのを防ぐことができる。
【００２３】
また望ましくは、前記ワイヤボンディング工程が、ボンディングワイヤを担持したキャピラリを前記リード上の所定位置に降し、押しつけることによりリードに接合する工程と、前記キャピラリを、前記ボンディングパッドの中心よりも内側に偏位した位置に降す工程とを含む。
この構成により、ステッチボンド位置がボンディンパッドの中心よりも内側に偏心するため、引き回し側でワイヤが接触してもボンディングパッド上であるためエッジ短絡のおそれもない。
【００２４】
また望ましくは、前記ワイヤボンディング工程が、前記キャピラリを、前記ボンディングパッドの中心よりも内側に１０μｍ以上偏位した位置に降すように構成される。
この構成により、ステッチボンド位置がボンディンパッドの中心よりも十分に内側に位置しているため、引き回し側でワイヤが接触してもボンディングパッド上であるためエッジ短絡のおそれもない。
【発明の効果】
【００２５】
以上説明してきたように、本発明によれば、小型化にしても半導体チップのボンディングパッドにクラックを生じることなく、小型で信頼性の高い半導体装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
次に本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。
（実施の形態）
図１は、本発明の実施の形態の半導体装置を示す上面図、図２は同半導体装置の断面図、図３（ａ）乃至（ｅ）は本発明の半導体装置の実装工程を示す工程説明図である。
この半導体装置は、半導体チップ搭載部であるダイパッド２１が半導体チップ２２のサイズよりも小さく形成されており、半導体チップ２２表面に形成されるボンディングパッド２３が、前記半導体チップ表面上で偏心して配置されていることを特徴とする。そしてボンディングワイヤ２４との接続位置が前記ダイパッド２１上にくるように前記ボンディングパッド２２が形成されている。ボンディングワイヤ２４は、半導体チップ２２のボンディングパッド２３からリード２６に向けて順方向ワイヤボンディングにより張架される。
【００２７】
このボンディングパッド２３は図１に示すように、半導体チップ２２の表面の中心位置から偏心して形成されており、樹脂パッケージ２５は、ボンディングワイヤ２４の張架方向と長手方向とがほぼ一致するように形成された長方形状をなしている。またこのボンディングパッド２３は膜厚３μｍ程度のＡｌ層で構成されており、ボンディングワイヤは、板厚０．０５ｍｍのリード２６上と、ボンディングパッド２３との間で張架せしめられている。
【００２８】
ここで半導体チップ２２は１辺の長さがＬ１が０．２ｍｍ、ダイパッドはＬ２×Ｌ３＝０．２４×０．１８５ｍｍであり、ボンディング位置がダイパッド２１上に位置するようにボンディングパッド２３が偏心して形成されている。
【００２９】
次に本発明の半導体装置の製造方法について説明する。
【００３０】
まず、図３（ａ）に示すように、ダイパット２１およびリード２６を備えたリードフレームを用意する。
そして図３（ｂ）に示すように、このリードフレームのダイパッドにコレットを用いて半導体チップ２２を所定のダイパット２１上に載置して金−アンチモン（Ａｕ−Ｓｂ）を主成分として含む導電性ペーストにより固着する。
【００３１】
図３（ｃ）に示すように、半導体チップ２２上のボンディングパッド２２に、ボール２４Ｂ１を形成し、ボンディングワイヤ２４の一端を接続する。
そして図３（ｄ）に示すように、リード２６上にボンディングワイヤ２４の他端を接続し、ワイヤボンディングが完了する。
【００３２】
この後、半導体チップの搭載されたリードフレームを金型装置のキャビティに配置し、封止樹脂を注入して硬化させることにより、樹脂パッケージ２５を形成する。
そして、リードフレームを接続するサイドバーなどを除去し、個々の半導体装置に分離して図１に示したような半導体装置を得る。
【００３３】
この半導体装置では、ベースとなるダイパット２１が半導体チップ２２の下に存在しない部分がある。
しかし、図１に示されるようにアノード電極を構成するボンディングパッド２３は半導体チップ２２上において、半導体装置パッケージの長手方向に対して、中心より編心した位置にレイアウトされている。この構成により、ベースになるダイパット２１上に載置された半導体チップ２２上のボンディングパッド２３上にワイヤボンディングすることが可能となり、ボンディング時の不要な力を半導体チップ２２にかけることもなく、ダイパッド２１により支持された位置でボンディングされることになり、クラックの発生も防止することができ、安定したワイヤボンディングを実現することができる。
またこの樹脂パッケージの外径は０．６１ｍｍ×０．３１ｍｍ×０．３０ｍｍであった。
【００３４】
この半導体装置の半導体チップにおいては、ワイヤの張架方向にボンディングパッドが伸張しているため、引き回し側でワイヤが接触してもボンディングパッド上であることが多く、エッジ短絡のおそれもない。
【００３５】
そして樹脂パッケージ２５から下方に導出された、ダイパッド２１、リードによって外部接続がなされるように構成されている。プリント基板上の配線パターン上に載置されリフロー工程を経て半導体装置がプリント基板に実装される。
【００３６】
すなわち、この半導体装置は、リード２６と、ダイパッド２１を備えたリードフレームと、半導体チップ２２と、半導体チップ２２のボンディングパッド２３とリードとを接続するボンディングワイヤ２４と、この周りを囲む樹脂パッケージ２５とで構成される。このように、リードフレーム上に電気的接続のなされた半導体チップを樹脂パッケージ２５で封止し、樹脂パッケージ２５の下面からリードを導出するものである。このリード２６、ダイパッド２１を、半田を介してプリント基板（図示せず）上の回路パターンに載置し、リフロー法により、２４５℃程度で加熱することにより、プリント基板表面の回路パターン上への実装が鉛フリー半田層を介してなされる。
【００３７】
（第２の実施の形態）
前記第１の実施の形態では、順方向ボンディングによりワイヤを張架したが、本実施の形態では逆ワイヤボンディングによりワイヤを張架し、より薄型化を実現するものである。
図４および図５に示すように、ボンディングワイヤがリード２６上から半導体チップ２２のボンディングパッド２３上に張架されるようにしたことを特徴とするものである。
ここでボンディングパッドは、Ａｌニッケルめっき層上に膜厚０．２±０．０５μｍのＡｕ層で被覆したものとなっており、半導体チップ表面から７μｍの高さに形成されている。そしてボンディングワイヤは、板厚０．０５ｍｍのリード２６上と、ボンディングパッド２３との間で張架せしめられている。
この構成により、樹脂パッケージの薄型化をはかることができる。
またこの樹脂パッケージの外径は０．６１ｍｍ×０．３１ｍｍ×０．２５ｍｍであった。
【００３８】
そして半導体チップをダイパッドに搭載する工程までは前記図３（ａ）および（ｂ）に示したのと同様に、図６（ａ）および（ｂ）に示すように、ダイパット２１およびリード２６を備えたリードフレーム上に半導体チップを搭載する。
この後図６（ｃ）に示すように、リード２６上に、キャピラリによってボール２４Ｂ２を形成し、ボンディングワイヤ２４の一端を接続する。そして図６（ｂ）に示すように、ボンディングワイヤ２４をボール位置から垂直方向に上にあげこの後水平方向に曲げて引っ張る。
【００３９】
そして図６（ｄ）に示すように、ボンディングワイヤ２４を半導体チップ２２のボンディングパッド２３にステッチボンドをうつ。図６（ｄ）はこのステッチボンドの状態を示す図であり、キャピラリをボンディングパッド２３に対して垂直におくことにより、半導体チップへのエッジ短絡を防止することができ、信頼性の高いボンディング状態を得ることができる。このときボンディングパッド２３を構成する長方形の中心よりも１０μｍ以上内側にステッチボンドをうつ。これにより、ボンディングワイヤが接触するのはボンディングパッド上となり、ワイヤの半導体チップへのエッジ短絡のおそれはない。
【００４０】
このようにして、ワイヤボンディングによりリードと半導体チップとの電気的接続が行なわれる。
この後、半導体チップの搭載されたリードフレームを金型装置のキャビティに配置し、封止樹脂を注入して硬化させることにより、樹脂パッケージ２５を形成する。
そして、最後にリードフレームを接続するサイドバーなどを除去し、個々の半導体装置に分離して図４および５に示したような半導体装置を得る。
【００４１】
本実施の形態では、厚さ０．２５ｍｍの超薄型の樹脂パッケージ２５を得ることができた。
なお、前記実施の形態では、上記第１の実施の形態による硬化に加えエッジ短絡もなく、またボンディングパッドの割れも皆無であった。これはボンディングパッドが厚いＮｉ−Ａｕ層からなるめっき層を具備しており、緩衝効果がある点も有効に作用しているものと思われる。
【００４２】
また、本発明のリードフレームの製造方法では、打ち抜き法によって形成したが、打ち抜き法とエッチング法との組み合わせあるいはエッチング法を用いるようにしてもよい。
【００４３】
なお、前記実施の形態では、ワイヤの張架方向にボンディングパッドが伸張する長方形状をなすように形成したが、ボンディングパッドが、半導体チップのエッジと垂直方向に伸張する辺が長手方向となる長方形状をなすようにしてもよい。
【００４４】
この構成をとることにより、前記半導体チップのエッジと垂直方向に伸張する辺が長手方向となるため、引き回し側でワイヤが接触してもボンディングパッド上であることが多く、エッジ短絡のおそれもない。
【００４５】
なおリードフレームの形成方法については適宜選択可能である。
例えば、まず、条材を打ち抜き加工し、送り穴を備えたサイドバーの間に、ダイパッド２１と、これを支持する吊りリード（図示せず）と、リード２６とからなるリードフレームユニットが多数個順次配設されたリードフレーム本体の形状加工を行う。そしてめっきを必要とする場合にはこのようにして形成されたリードフレーム本体のリード部に、電解めっきをおこないリードフレームを形成する。
【００４６】
また、条材からリードフレームを形状加工した後、半導体チップを搭載する方法に代えて、半導体素子搭載部に相当する領域およびリードに相当する領域に突出部を有する条材を形成し、半導体チップを搭載し、ワイヤボンディングを行ない、樹脂封止した後、裏面からエッチングあるいは研磨を行なうことによりリードおよび半導体素子搭載部を分離するようにしてもよい（特願２００３−００８３４９号）。
【００４７】
この方法によれば、逆ワイヤボンディングに際し、リードフレームのリード間領域を残すとともに肉厚を維持したままボンディングを行なうようにしているため、素子搭載部に力がかかった場合にも、ずれやそりを生じることなく精度のよいボンディングが実現される。
そして樹脂封止を行い、樹脂により強固にボンディングワイヤ、半導体チップそしてリードを支持した状態で、薄型化と共にリードの分離を行なうようにしているため、信頼性の高い  半導体装置を歩留まりよく形成することができる。
【００４８】
また、前記実施の形態では、１個のダイオードの実装について説明したが、複数個の素子を実装する場合にも適用可能であり、またこのようなディスクリート素子に限定されることなく、ICやLSIなどにも適用可能であることはいうまでもない。
【産業上の利用可能性】
【００４９】
本発明の半導体装置およびその製造方法は、ダイパッドが、半導体チップより小さい、超小型の面実装タイプのパッケージができる半導体装置として有用である。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る半導体装置を示す図
【図２】本発明の第１の実施の形態に係る半導体装置の断面図を示す図
【図３】本発明の第１の実施の形態に係る半導体装置の工程説明図
【図４】本発明の第２の実施の形態に係る半導体装置を示す図
【図５】本発明の第２の実施の形態に係る半導体装置の断面図を示す図
【図６】本発明の第２の実施の形態に係る半導体装置の工程説明図
【図７】従来例の半導体装置を示す図である。
【符号の説明】
【００５１】
２１  ダイパッド
２２  半導体チップ
２３  ボンディングパッド
２４  ボンディングワイヤ
２５  樹脂パッケージ
２６  リード
【図１】
2005197360.tif 000003
【図２】
2005197360.tif 000004
【図３】
2005197360.tif 000005
【図４】
2005197360.tif 000006
【図５】
2005197360.tif 000007
【図６】
2005197360.tif 000008
【図７】
2005197360.tif 000009