JP2015228420A - Semiconductor device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、半導体装置に関し、特に半導体素子にワイヤボンディングをして構成された樹脂封止型半導体装置に関する。
The present invention relates to a semiconductor device, and more particularly to a resin-encapsulated semiconductor device configured by wire bonding to a semiconductor element.
一般的に、半導体装置の内部構成において、半導体素子の電極と外部端子との内部接続は、ワイヤボンディング接続がよく用いられている。半導体素子の電極の材質としては、アルミニウム（Ａｌ）が用いられる。また、外部端子の材質は、銅（Ｃｕ）が用いられる。また、ワイヤの材質としては、金（Ａｕ）が用いられる。これらを組み合わせた構造は、比較的、製造コストが安く、構造的な自由度が高いものである。
Generally, in an internal configuration of a semiconductor device, wire bonding connection is often used as an internal connection between an electrode of a semiconductor element and an external terminal. Aluminum (Al) is used as the material of the electrodes of the semiconductor element. The external terminal is made of copper (Cu). Further, gold (Au) is used as the material of the wire. A structure in which these are combined has a relatively low manufacturing cost and a high degree of structural freedom.
ワイヤボンディングは、強固に接合していることが求められている。また、ワイヤボンディング時には、半導体素子の電極にボンディング衝撃力が加わる。さらに、半導体装置に使用される樹脂は、半導体素子の発熱や外部からの熱により膨張収縮を繰り返し、その応力で半導体素子の電極やワイヤに樹脂応力が加わる。これらのボンディング衝撃力や樹脂応力が半導体素子に伝わり破損することがある。特許文献１には、半導体素子のアルミ電極の下にチタンを用いている半導体装置が開示されている。これにより、ワイヤボンディングを強固に接合し、ワイヤボンディングの衝撃力を受け止め、半導体素子のダメージを小さくしている。
Wire bonding is required to be firmly bonded. In wire bonding, a bonding impact force is applied to the electrodes of the semiconductor element. Furthermore, the resin used in the semiconductor device repeatedly expands and contracts due to the heat generated from the semiconductor element and the heat from the outside, and the resin stress is applied to the electrodes and wires of the semiconductor element by the stress. These bonding impact force and resin stress may be transmitted to the semiconductor element and damaged. Patent Document 1 discloses a semiconductor device using titanium under an aluminum electrode of a semiconductor element. As a result, the wire bonding is firmly bonded, the impact of the wire bonding is received, and damage to the semiconductor element is reduced.
現在、半導体装置は価格競争が厳しく、原価低減が求められている。しかしながら、従来技術は、チタンを使用するため、製造コストが高くなるという課題がある。
Currently, the price competition for semiconductor devices is severe, and cost reduction is required. However, since the conventional technique uses titanium, there is a problem that the manufacturing cost becomes high.
従って、本発明は、上述した課題を解決するためになされたものであり、一般的な材質部材を使用し、安価な製造コストで半導体装置を提供することを目的とする。
Accordingly, the present invention has been made to solve the above-described problems, and an object thereof is to provide a semiconductor device using a general material member and at a low manufacturing cost.
上述の課題を解決するために、本発明は、以下に掲げる構成とした。
本発明の半導体装置は、半導体素子とボンディングワイヤを樹脂で封止する半導体装置において、半導体素子は電極層と、ボンディングワイヤはバンプ部とを有し、電極層とバンプ部の接合は、電極層と合金層とバンプ部が積層され、バンプ部は接合部外周に間隔を備えている。
また、電極層はアルミ、合金層はアルミ金合金、バンプ部は金から成っている。また、樹脂はエポキシ樹脂で熱膨張係数が１．９〜２．５×１０−５／℃で ある。
In order to solve the above-described problems, the present invention has the following configurations.
The semiconductor device of the present invention is a semiconductor device in which a semiconductor element and a bonding wire are sealed with a resin. The semiconductor element has an electrode layer, the bonding wire has a bump portion, and the bonding between the electrode layer and the bump portion is an electrode layer. And an alloy layer and a bump part are laminated, and the bump part has a gap on the outer periphery of the joint part.
The electrode layer is made of aluminum, the alloy layer is made of an aluminum gold alloy, and the bump portion is made of gold. The resin is an epoxy resin and has a thermal expansion coefficient of 1.9 to 2.5 × 10 −5 / ° C.
本発明は、材質にアルミを用いた半導体素子の電極と、材質に金を用いたボンディングワイヤで構成している。また、材質に熱膨張係数が１．９〜２．５×１０−５／℃であるエポキシ樹脂を用いている。これにより、一般的な材質部材を使用し、安価な製造コストで半導体装置を提供することができる。
The present invention is composed of a semiconductor element electrode using aluminum as the material and a bonding wire using gold as the material. In addition, an epoxy resin having a thermal expansion coefficient of 1.9 to 2.5 × 10 −5 / ° C. is used as the material. Thereby, a general material member can be used and a semiconductor device can be provided at a low manufacturing cost.
以下、本発明を実施するための形態について、図を参照して詳細に説明する。ただし、本発明は以下の記載に何ら限定されるものではない。
DESCRIPTION OF EMBODIMENTS Hereinafter, embodiments for carrying out the present invention will be described in detail with reference to the drawings. However, the present invention is not limited to the following description.
本発明の実施例１に係る半導体装置１０を説明する。図１は、本発明の実施例１に係る半導体装置１０の要部断面図である。図２は、半導体装置１０の概略断面図である。図３は、半導体装置１０腰部の接合前状態図である。
A semiconductor device 10 according to Embodiment 1 of the present invention will be described. FIG. 1 is a cross-sectional view of main parts of a semiconductor device 10 according to a first embodiment of the present invention. FIG. 2 is a schematic cross-sectional view of the semiconductor device 10. FIG. 3 is a state diagram before joining the waist portion of the semiconductor device 10.
まず、図２に示すように、半導体装置１０は、リードフレーム９上に半導体素子１を搭載し、ボンディングワイヤ１１を接合している。さらにモールド樹脂３１で覆っている。これは、一般的に構成される樹脂封止型半導体装置の構造である。
First, as shown in FIG. 2, in the semiconductor device 10, the semiconductor element 1 is mounted on the lead frame 9 and bonding wires 11 are bonded. Further, it is covered with a
リードフレーム９の材質は、銅合金である。銅合金の板材からスタンピングプレスによって製造されている。
The material of the lead frame 9 is a copper alloy. Manufactured from a copper alloy plate by a stamping press.
半導体素子１は、リードフレーム９の上面に導電性接着剤で搭載されている。例えば、接着剤は、はんだを用いて２４０℃で溶融接合させことができる。ＩＣやトランジスタが用いられる。
The semiconductor element 1 is mounted on the upper surface of the lead frame 9 with a conductive adhesive. For example, the adhesive can be melt bonded at 240 ° C. using solder. IC or transistor is used.
ボンディングワイヤ１１の材質は、金（Ａｕ）である。その線径はΦ３５〜３８μｍである。一般的によく使用され、ワイヤボンディング装置により、２１０℃で熱圧着接合をおこなう。
The material of the bonding wire 11 is gold (Au). The wire diameter is Φ35 to 38 μm. Generally used, thermocompression bonding is performed at 210 ° C. by a wire bonding apparatus.
モールド樹脂３１の材質は、エポキシ樹脂である。モールド樹脂３１の熱膨張係数は、１．９〜２．５×１０−５／℃である。フレーム９の一部を突出させ、トランスファーモールド装置により樹脂成形している。このモールド樹脂３１は、一般的に安価な樹脂を使用する。高価な低応力樹脂よりも樹脂応力では不利である。
The material of the
次に、半導体素子１とボンディングワイヤ１１の接合前の状態について説明する。
Next, a state before the semiconductor element 1 and the bonding wire 11 are bonded will be described.
まず、図３に示すように、半導体素子１は、電極２と、絶縁層３と、ゲート層４を備えている。電極２の材質は、アルミ（Ａｌ）から成っている。その厚さは４μｍ程度であり、一般的に容易に製造可能な薄厚電極である。
First, as shown in FIG. 3, the semiconductor element 1 includes an electrode 2, an insulating layer 3, and a gate layer 4. The material of the electrode 2 is made of aluminum (Al). The thickness is about 4 μm, and it is generally a thin electrode that can be easily manufactured.
ボンディングワイヤ１１は、ワイヤ部１２と、ボール部１３を備えている。ボール部１３は、熱圧着のためにつくられ、ボンディングワイヤ１１が溶融し球形状である。このボール部１３が電極２に押し付けられる。
The bonding wire 11 includes a
次に、半導体装置１０の要部であり、半導体素子１とボンディングワイヤ１１の接合後の状態について説明する。
Next, a state after the bonding of the semiconductor element 1 and the bonding wire 11, which is a main part of the semiconductor device 10, will be described.
図１に示すように、ボール部１３は、押し潰されたバンプ部３３となっている。同時に電極２も押し潰された電極層３２が形成される。さらに、バンプ部３３と電極層３２の界面に合金層３４形成される。
As shown in FIG. 1, the ball portion 13 is a crushed
この時、バンプ部３３と電極層３２との界面において、バンプ部３３の接合面が接合部外周に間隔をあけている構造になっている。バンプ部３３が反った形状をしている。例えば、ワイヤボンディング装置のスクラブ機能を使って製造することができる。
At this time, at the interface between the
ワイヤ１２側から、バンプ部３３、合金層３４、電極層３２、絶縁層３と、ゲート層４の順に積層された構造になっている。ここでは、半導体素子１のゲート層４の下部を省略している。さらに電極層３２はアルミであり、合金層３４はアルミ金合金であり、バンプ部３３は金から成っている。この時、電極層３２は、アルミの層が十分に残っている状態を保つ。例えば、１μｍである。
From the
次に、上述の実施例１に係る半導体装置１０の効果を説明する。
Next, effects of the semiconductor device 10 according to the first embodiment will be described.
樹脂封止型の半導体装置の場合、パッケージの中央部に樹脂応力が発生する。この時、ボンディングワイヤ接合部のバンプ部に樹脂応力が加わり、バンプ部が押され、半導体素子表面に傷を付け、素子割れを発生させ、製品不良となる。
In the case of a resin-encapsulated semiconductor device, resin stress is generated at the center of the package. At this time, a resin stress is applied to the bump portion of the bonding wire bonding portion, the bump portion is pushed, and the surface of the semiconductor element is scratched, element cracking occurs, resulting in a product defect.
本発明の実施例１に係る半導体装置では、一般的な安価な樹脂を使用するので、モールド樹脂の熱膨張によりワイヤ接合部に樹脂応力がかかる。しかし、接合部の下に電極のアルミ層を１μｍ残しているので、樹脂応力を吸収することができる。これにより、バンプ部が樹脂応力に動かされてもチップに損傷を与えることがない。
In the semiconductor device according to the first embodiment of the present invention, since a general inexpensive resin is used, resin stress is applied to the wire bonding portion due to thermal expansion of the mold resin. However, since 1 μm of the aluminum layer of the electrode is left under the joint, the resin stress can be absorbed. Thereby, even if the bump part is moved by the resin stress, the chip is not damaged.
薄厚アルミ電極と金線細ワイヤとエポキシ樹脂は、一般的な材料で構成されているので、特別な工程が必要なく、安価に半導体装置を製造することができる。
Since the thin aluminum electrode, the thin gold wire, and the epoxy resin are made of general materials, a special process is not required, and a semiconductor device can be manufactured at low cost.
さらに、金バンプ部の接合部外周に間隔があいているのでアルミ溜りができ、合金層面積が大きく取ることができる。これにより、ワイヤボンディングを強固に接続することができる。
Furthermore, since there is a gap in the outer periphery of the joint portion of the gold bump portion, aluminum can be accumulated, and the alloy layer area can be increased. Thereby, wire bonding can be firmly connected.
上述のように、本発明を実施するための形態を記載したが、この開示から当業者には様々な代替実施の形態、実施例が可能であることが明らかになるはずである。
As described above, the mode for carrying out the present invention has been described. From this disclosure, it should be apparent to those skilled in the art that various alternative embodiments and examples are possible.
また、変形例としては、モジュール構造で、複数の半導体素子が搭載される場合が考えられる。樹脂パッケージの中央部に樹脂応力が強く発生するので、この領域に限った接合構成としてもよい。これにより、これ以外の領域に関しては、制限の無い自由なワイヤボンディングを施して、ボンディング条件幅を持たせることができる。
Moreover, as a modification, a case where a plurality of semiconductor elements are mounted in a module structure is conceivable. Since a resin stress is strongly generated in the central portion of the resin package, the bonding configuration may be limited to this region. As a result, with respect to other regions, free wire bonding without limitation can be performed to provide a bonding condition width.
１、半導体素子
２、電極
３、絶縁層
４、ゲート
９、リードフレーム
１０、半導体装置
１１、ボンディングワイヤ
１２、細線部
１３、ボール部
３１、モールド樹脂
３２、電極層
３３、合金層
３４、バンプ部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1, Semiconductor element 2, Electrode 3, Insulating layer 4, Gate 9, Lead frame 10, Semiconductor device 11,
Claims (3)
In a semiconductor device in which a semiconductor element and a bonding wire are sealed with a resin, the semiconductor element has an electrode layer, the bonding wire has a bump portion, and the electrode layer and the bump portion are bonded to the electrode layer and an alloy. A semiconductor device characterized in that a layer and the bump part are laminated, and the bump part has an interval on the outer periphery of the joint part.
2. The semiconductor device according to claim 1, wherein the electrode layer is aluminum, the alloy layer is an aluminum gold alloy, and the bump portion is gold.
Priority Applications (1)
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