(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体チップと、この半導体チップとワイヤを介して導通接続された複数の内部リードと、上記半導体チップ、上記ワイヤおよび上記複数の内部リードを封入するようにして形成された樹脂パッケージと、この樹脂パッケージの外部において上記各内部リードに導通するようにして設けられた複数の外部接続用端子と、を有する半導体装置であって、
複数ある上記内部リードと上記ワイヤとの接続部位のうちの少なくとも一部は、樹脂によって封止されており、
上記内部リードと上記ワイヤとの接続部位を封止した樹脂は、その熱膨張率が上記内部リードよりも大きく、かつ上記樹脂パッケージよりも小さいことを特徴とする、半導体装置。
【請求項２】
上記半導体チップ上には、上記複数の内部リードに対応して上記ワイヤとの接続部位が複数設けられており、これらの接続部位のうちの少なくとも一部は、樹脂によって封止されており、
上記半導体チップと上記ワイヤとの接続部位を封止する樹脂は、その熱膨張率が上記半導体チップよりも大きく、かつ上記樹脂パッケージよりも小さい、請求項１に記載の半導体装置。
【請求項３】
上記内部リードと上記ワイヤとの接続部位は、隣り合う接続部位どうしを繋ぐようにして一連に樹脂封止されている、請求項１または２に記載の半導体装置。
【請求項４】
上記各内部リードおよびこれに導通する外部接続用端子は、金属板を加工することによって得られるリードフレームを用いて一体的に形成されている、請求項１ないし３のいずれかに記載の半導体装置。
【請求項５】
上記各内部リードは、絶縁基板の上面において、導体によってパターン形成されたものである、請求項１ないし３のいずれかに記載の半導体装置。
【請求項６】
上記各外部接続用端子は、上記絶縁基板の下面側において、ハンダによってボール状に形成されたものである、請求項５に記載の半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本願発明は、半導体チップと内部リードとがワイヤを介して接続され、これらが樹脂パッケージ内に封入された形態の半導体装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の半導体装置の一例として、図１０に示した構造のものがある。この種の半導体装置１Ａは、金属板を打ち抜きあるいはエッチング処理するなどして得られる、いわゆるリードフレームから製造されたものである。すなわち、ダイパッド２上に実装された半導体チップ３と、樹脂パッケージ６Ａ内に形成された複数の内部リード５０とがワイヤ４を介して導通接続され、樹脂パッケージ６Ａの外部においては、各内部リード５０に一体的に連続して外部リード（外部接続用端子）５１が複数設けられた構成とされている。
【０００３】
このような構成の半導体装置１は、通常、回路基板などに実装して使用されるが、その実装方法には、ハンダリフローの手法が一般的に採用される。この方法では、外部リード５１にクリームハンダを予め塗布しておき、半導体装置１を回路基板などにおける所定の部位に位置決め載置した状態で、リフロー炉に搬入してクリームハンダを再溶融し、これを固化させることによって半導体装置１が回路基板などに実装される。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ハンダリフローの手法では、回路基板などとともにリフロー炉内に半導体装置１が搬入されるが、このときに半導体チップ３、各内部リード５０および樹脂パッケージ６Ａが膨張し、これらがハンダを固化させる際に収縮する。ところが、内部リード５０（リードフレーム２Ａ）はニッケルなどの金属によって、半導体チップ３は主としてシリコンなどによって形成されており、また樹脂パッケージ６Ａはエポキシ樹脂などによって形成されているため、加熱時においては、内部リード５０や半導体チップ３に比べて熱膨張率の高い樹脂パッケージ６Ａのほうがより膨張量が大きい。したがって、各内部リード５０と樹脂パッケージ６Ａとの間の界面、ひいては各内部リード５０と樹脂パッケージ６Ａとの接続部分に応力が集中しやすく、また半導体チップ３とワイヤ４との接続部分においても応力が集中しやすい。さらに、半導体装置１を回路基板などに実装して駆動させた場合には、半導体装置１自体の温度が１００℃程度にまで上昇することがあり、このときにも同様な理由からワイヤ４と各内部リード５０や、ワイヤ４と半導体チップ３との間の接続部分に応力が集中しやすい。
【０００５】
本願発明は、上記した事情のもとで考え出されたものであって、半導体チップと、樹脂パッケージ内に形成された複数の内部リードとがワイヤを介して導通接続された形態の半導体装置において、ワイヤと内部リードや、ワイヤと半導体チップとの間の応力集中を適切に回避することをその課題としている。
【０００６】
【発明の開示】
上記の課題を解決するため、本願発明では、次の技術的手段を講じている。すなわち、本願発明により提供される半導体装置は、半導体チップと、この半導体チップとワイヤを介して導通接続された複数の内部リードと、上記半導体チップ、上記ワイヤおよび上記複数の内部リードを封入するようにして形成された樹脂パッケージと、この樹脂パッケージの外部において上記各内部リードに導通するようにして設けられた複数の外部接続用端子と、を有する半導体装置であって、複数ある上記内部リードと上記ワイヤとの接続部位のうちの少なくとも一部は、樹脂によって封止されており、上記内部リードと上記ワイヤとの接続部位を封止した樹脂は、その熱膨張率が上記内部リードよりも大きく、かつ上記樹脂パッケージよりも小さいことを特徴としている。
【０００７】
上記構成では、ワイヤと内部リードとの接続部位（以下、適宜「第１接続部位」という）が樹脂によって封止されていることから、第１接続部位が封止樹脂によって保護された恰好とされている。そして、加熱・冷却によって樹脂パッケージが膨張・収縮したとしても、樹脂パッケージから第１接続部位に対して直接的に応力が作用することはなく、封止樹脂を介して間接的に応力が作用するにすぎずない。このため、本願発明の半導体装置では、樹脂パッケージの膨張・収縮が、第１接続部位に与える影響は極めて小さい。
【０００９】
上述したように、本願発明では第１接続部位が封止樹脂によって覆われた構成であるから、樹脂パッケージの膨張・収縮は、第１接続部位に対して間接的に影響を与えるにすぎない。一方、封止樹脂の膨張・収縮したならば、その影響が第１接続部位に対して直接的に与えられることとなる。
【００１０】
ところで、本願発明では、封止樹脂の熱膨張率が、樹脂パッケージのそれよりも小さくなされているため、加熱・冷却時における封止樹脂の膨張・収縮量は、樹脂パッケージのそれよりも小さい。したがって、第１接続部位が樹脂パッケージによって直接的に覆われている場合と比較して、封止樹脂によって覆われている場合のほうが、膨張・収縮時において第１接続部位に対して直接的に与えられる影響（応力）が小さい。
【００１１】
また、本願発明では、封止樹脂の熱膨張率が内部リードよりも大きく、かつ樹脂パッケージよりも小さくなされていることから、樹脂パッケージと封止樹脂との熱膨張率の差は、樹脂パッケージと内部リードとの熱膨張率の差よりも小さい。このため、樹脂パッケージや封止樹脂の膨張・収縮の際に、樹脂パッケージと封止樹脂との間の界面に集中する応力は、樹脂パッケージと内部リードとの間の界面に集中する応力がよりも小さい。つまり、樹脂パッケージの膨張・収縮が封止樹脂に対して直接的に与える影響は、第１接続部位が樹脂パッケージによって直接的に覆われている場合と比較して小さく、樹脂パッケージがが封止樹脂を介して第１接続部位に対して間接的に与える影響はさらに小さい。
【００１２】
結局、封止樹脂が直接的に第１接続部位に与える影響と、樹脂パッケージが間接的に第１接続部位に与える影響とを総じても、従来において樹脂パッケージの膨張・収縮が第１接続部位に対して直接的に与えていた影響よりも小さい。つまり、第１接続部位の周りにおいては、封止樹脂が樹脂パッケージと内部リードとの間のバッファー的な役割を果たし、これによって第１接続部位に作用する応力が緩和される。
【００１３】
好ましい実施の形態においては、半導体チップ上には、内部リードの数に対応し、ワイヤとの接続部位（以下、適宜「第２接続部位」という）が複数設けられており、これらの第２接続部位のうちの少なくとも一部は、樹脂によって封止されており、半導体チップとワイヤとの接続部位を封止する樹脂は、その熱膨張率が半導体チップよりも大きく、かつ樹脂パッケージよりも小さい。
【００１５】
このような構成においては、先に説明した第１接続部位と同様な理由によって第２接続部位が保護され、これに作用する応力が緩和されている。
【００１６】
好ましい実施の形態においては、各第１接続部位は、隣り合う第１接続部位どうしを繋ぐようにして一連に樹脂封止されている。
【００１７】
隣り合う第１接続部位どうしを一連に樹脂封止すれば、各内部リードの位置が封止樹脂によって固定された恰好となり、加熱・冷却時において隣り合う内部リードどうしの間が広狭することが回避される。このような構成を採用することによっても、第１接続部位に作用する応力が緩和される。
【００１８】
なお、各内部リードやこれに導通する外部接続用端子の形態は種々に変更可能である。たとえば、各内部リードや外部接続用端子を、金属板を加工することによって得られるリードフレームを用いて一体的に形成してもよいし、各内部リードを、絶縁基板の上面において、導体によってパターン形成してもよく、この場合、各外部接続用端子を、絶縁基板の下面側において、ハンダによってボール状に形成してもよい。
【００１９】
本願発明のその他の特徴および利点は、添付図面を参照して以下に行う詳細な説明によって、より明らかとなろう。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、本願発明の好ましい実施の形態を、図面を参照して具体的に説明する。図１は、本願発明に係る半導体装置の一例を表す全体斜視図、図２は、図１のII−II線に沿う断面図、図３は、図１および図２に示した半導体装置の要部を拡大した平面図であって、当該要部の一部を透視した平面図である。
【００２１】
本実施形態の半導体装置１は、ダイパッド２上に半導体チップ３が実装され、この半導体チップ３と複数のリード５との間がワイヤ４を介して導通接続されている。そして、ダイパッド２、半導体チップ３、ワイヤ４などが樹脂パッケージ６によって封止されている。
【００２２】
リード５は、樹脂パッケージ６内に封入された内部リード５０と、この内部リード５０に連続するとともに樹脂パッケージ６の外部に設けられた外部リード５０とを有している。外部リード５０は、クランク状に折り曲げられており、その先端部が樹脂パッケージ６の底面と同一高さ位置において水平に延びるようになされている。すなわち、上記構成の半導体装置１では、水平状とされた部分において回路基板と接続され、実装されるようになされている。
【００２３】
そして、本実施形態においては、ワイヤ４と内部リード５０との間の接続部位が樹脂によって封止されて第１封止樹脂部７ａが形成されており、ワイヤ４と半導体チップ３との間の接続部位も樹脂によって封止されて第２封止樹脂部７ｂが形成されている。これら第１および第２封止樹脂部７ａ，７ｂは、たとえば樹脂パッケージ６よりも熱膨張率が小さく、内部リード５０よりも熱膨張率の大きな樹脂によって形成される。
【００２４】
以上のような構成とされた半導体装置１では、ワイヤ４と内部リード５０との接続部位（第１接続部位）が第１封止樹脂部によって覆われていることから、加熱・冷却によって樹脂パッケージ６が膨張・収縮したとしても、樹脂パッケージ６から第１接続部位に対して直接的に応力が作用することはなく、第１封止樹脂部７ａを介して間接的に応力が作用するにすぎずない。一方、第１封止樹脂部７ａが膨張・収縮したならば、その影響が第１接続部位に対して直接的に与えられることとなるが、第１封止樹脂部７ａの熱膨張率が、樹脂パッケージ６のそれよりも小さくされていれば、加熱・冷却時における第１封止樹脂７ａの膨張・収縮量は、樹脂パッケージ６のそれよりも小さい。したがって、第１接続部位が樹脂パッケージ６によって直接的に覆われている場合と比較して、第１封止樹脂部７ａによって覆われている場合のほうが、膨張・収縮時において第１接続部位に対して直接的に与えられる影響（応力）が小さい。
【００２５】
また、第１封止樹脂部７ａの熱膨張率が内部リード５０よりも大きく、かつ樹脂パッケージ６よりも小さくなされていれば、樹脂パッケージ６と第１封止樹脂部７ａとの熱膨張率の差は、樹脂パッケージ６と内部リード５０との熱膨張率の差よりも小さい。このため、樹脂パッケージ６や第１封止樹脂部７ａの膨張・収縮の際に、樹脂パッケージ６と第１封止樹脂部７ａとの間の界面に集中する応力は、樹脂パッケージ６と内部リード５０との間の界面に集中する応力がよりも小さい。つまり、樹脂パッケージ６の膨張・収縮が第１封止樹脂部７ａに対して直接的に与える影響は第１接続部位が樹脂パッケージ６によって直接的に覆われている場合と比較して小さく、樹脂パッケージ６が第１封止樹脂部７ａを介して第１接続部位に対して間接的に与える影響はさらに小さい。
【００２６】
結局、樹脂パッケージ６が間接的に第１接続部位に与える影響と、第１封止樹脂部７ａが直接的に第１接続部位に与える影響とを総じても、従来において樹脂パッケージの膨張・収縮が第１接続部位に対して直接的に与えていた影響よりも小さい。つまり、第１接続部位の周りにおいては、第１封止樹脂部７ａが樹脂パッケージ６と内部リード５０との間のバッファー的な役割を果たし、これによって第１接続部位に作用する応力が緩和される。
【００２７】
もちろん、第２封止樹脂部７ｂも、第１封止樹脂部７ａと同様な役割を果たすため、ワイヤ４と半導体チップ３との間の接続部位に作用する応力は格段に緩和される。
【００２８】
次に、本願発明に係る半導体装置１の製造方法を、図４ないし図８を参照して説明する。なお、上記半導体装置１の製造に使用されるリードフレームについて、図４を参照して先に説明する。
【００２９】
図４に示したように、リードフレーム２Ａは、長手方向に延びる一対のサイドメンバ２０，２０の間が、幅方向に延びるようにして一定間隔毎に設けられた複数のクロスメンバ２１によって掛け渡されている。各サイドメンバ２０および隣合うクロスメンバ２１，２１によって囲まれる領域２Ｂ内には、後において半導体装置１の構成要素となるべきダイパッド２、内部リード５０および外部リード５１が形成されている。また、上記領域２Ｂ内には、４つのダムバー２２を四辺とする矩形領域２Ｃが規定されており、この矩形領域２Ｃ内にダイパッド２の四隅部がサポートリード２３を介して支持されている。各内部リード５０は、各ダムバー２２からダイパッド２側に向けて先端部が延びるようにして形成されており、各外部リード５１は、各内部リード５０に連続して矩形領域２Ｃの外方側に形成されている。
【００３０】
上記のような形態とされたリードフレーム２Ａを用いる場合には、まずダイパッド２上に半導体チップ３が実装される。具体的には、まずシリンジなどから粘液状とされた接着剤を吐出させてこれをダイパッド２上に塗布し、この接着剤上に半導体チップ３を載置した後に、接着剤を硬化させることによって半導体チップ３が実装される。なお、接着剤としては、エポキシ樹脂などの熱硬化性樹脂を含むものが好適に採用される。もちろん、接着剤としては、シート状された固体接着剤を使用してもよいし、また常温硬化性の接着剤を用いてもよい。また、半導体チップ３は、たとえばＩＣやＬＳＩなどのベアチップであり、半導体装置１の用途に応じて適宜選択される。
【００３１】
次いで、半導体チップ３の上面に形成された各端子部（図示略）と、それぞれの端子部に対応する各内部リード５０との間がワイヤ４によって結線され、図５に示したような状態とされる。この工程は、半導体チップ３の端子部について行われるファーストボンディング工程と、内部リード５０について行われるセカンドボンディング工程とからなるが、既存のワイヤボンディング装置を用いた公知の方法によって行なわれる。
【００３２】
さらに、図６に示したように、ワイヤ４と内部リード５０との接続部位、およびワイヤ４と半導体チップ３の端子部との接続部位のそれぞれを、樹脂によって個別に封止して第１および第２封止樹脂部７ａ，７ｂを形成する。この工程は、たとえばダイパッド２上に接着剤を塗布する場合と同様に、シリンジなどから粘液状とされた樹脂を吐出させるなどして行なわれる。なお、各封止樹脂部７ａ，７ｂを形成する樹脂は、樹脂パッケージ６を構成する樹脂よりも熱膨張率が小さく、内部リード５０よりも熱膨張率の大きなものが好適に使用される。この場合、樹脂パッケージ６と各封止樹脂部７ａ，７ｂとを全く性質の異なる樹脂によって形成してもよく、また同種類の樹脂を用いるとともにその樹脂内に混入されるフィラの量を調整することによって樹脂パッケージ６と封止樹脂部７ａ，７ｂとで熱膨張率に差を設けてもよい。
【００３３】
なお、図６に示したように、ワイヤ４と内部リード５０との接続部位を個別に樹脂封止するのではなく、図７に示したように、隣接する幾つかの接続部位を、一連に樹脂によって封止して封止樹脂部７Ａを形成してもよく、また、ワイヤ４と半導体チップ３の端子部との接続部位についても、幾つかの接続部位を一連に樹脂によって封止して封止樹脂部７Ｂを形成してもよい。
【００３４】
次に、ダイパッド２、半導体チップ３、ワイヤ４および内部リード５０が樹脂パッケージ６によって封止される。この工程は、図８に示したように、たとえば型締め状態においてキャビティ空間８０を形成する上下の金型８Ａ，８Ｂを用いたトランスファーモールド法などが採用される。この方法では、キャビティ空間８０内を粘液状化された樹脂が流動し、この流動樹脂によって各内部リード５０に応力が作用するが、本実施形態ではワイヤ４の接続部位が樹脂封止されていることから、このような応力に対しても対応することができる。
【００３５】
そして、ダムバーカットやリードカット工程、リードフォーミング工程、標印工程などを経て図１ないし図３に示したような半導体装置１が得られる。
【００３６】
もちろん、本願発明は、リードフレームから製造された半導体装置１ばかりでなく、図９に示したように、内部リード５０ａがパターン形成された絶縁基板２ａ上に半導体チップ３が実装され、この半導体チップ３と各内部リード５０ａとがワイヤ４を介して導通接続されるとともに、ハンダなどによってボール状の外部端子５１ａが形成された形態の半導体装置１０についても適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本願発明に係る半導体装置の一例を表す全体斜視図である。
【図２】図１のII−II線に沿う断面図である。
【図３】図１および図２に示した半導体装置の要部を拡大した平面図であって、当該要部の一部を透視した平面図である。
【図４】図１および図２に示した半導体装置の製造に使用されるリードフレームの平面図である。
【図５】図４に示したリードフレームに、ダイボンディングおよびワイヤボンディングをした状態を表す平面図である。
【図６】ワイヤとリードフレームの内部リードとの接続部分、およびワイヤと半導体チップとの接続部分を樹脂封止した状態を表す要部拡大図である。
【図７】図６とは異なる樹脂封止形態を表す要部拡大図である。
【図８】樹脂パッケージング工程を説明するための断面図である。
【図９】本願発明の他の実施形態に係る半導体装置を表す全体斜視図である。
【図１０】従来の半導体装置の一例を表す断面図である。
【符号の説明】
１  半導体装置
３  半導体チップ
４  ワイヤ
６  樹脂パッケージ
７ａ  第１封止樹脂部
７ｂ    第２封止樹脂部
７Ａ，７Ｂ  封止樹脂部（変形例の）
５０    内部リード
５１  外部リード（外部接続用端子としての）
２ａ  絶縁基板（他の実施形態の）
５０ａ  内部リード（他の実施形態の）
５１ａ  外部接続用端子（他の実施形態の）
【図１】
0003825197.tif 000002
【図２】
0003825197.tif 000003
【図３】
0003825197.tif 000004
【図４】
0003825197.tif 000005
【図５】
0003825197.tif 000006
【図６】
0003825197.tif 000007
【図７】
0003825197.tif 000008
【図８】
0003825197.tif 000009
【図９】
0003825197.tif 000010
【図１０】
0003825197.tif 000011