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JP3550391B2 - 半導体装置及びその製造方法 - Google Patents

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Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は，１つのパッケージに複数の半導体素子を搭載し封止樹脂で封止した，リードフレームタイプのＭＣＰ（マルチチップパッケージ）と称される半導体装置及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図５は，従来のマルチチップパッケージタイプの半導体装置３００を示す説明図である。半導体装置３００において，第１の半導体素子３０１は，エポキシ樹脂などからなる半導体素子用接着材３０３により，チップ搭載用パッド３０７及びリードフレーム３０５のインナーリード部３０５ａに接着されている。また第１の半導体素子３０１上のボンディング用電極３１２は，第１の金属ワイヤ３０４ａにより，インナーリード部３０５ａと接続されている。さらに，第２の半導体素子３０２は，はんだボール３０８を介してインナーリード部３０５ａに接続されている。第１の半導体素子３０１，第２の半導体素子３０２，インナーリード部３０５ａ及び上記各接続部は，モールド樹脂３０６により封止されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで，従来の半導体装置３００では，下記問題点があった。
第２の半導体素子３０２上のボンディング電極３１３は，概ね８０μｍ〜２００μｍのピッチで配列されている。インナーリード部３０５ａと接続させるためには，インナーリード部３０５ａの配列ピッチも同様にする必要があるが，そのピッチは，概ね１８０μｍ以上である。これは，インナーリード部３０５ａの加工限界のためである。このため第２の半導体素子３０２のボンディング用電極３１３のピッチによっては，搭載できないものが発生し，適用できる半導体素子に制約があった。すなわち，配列ピッチが概ね１８０μｍ以下のボンディング電極３１３を有する第２の半導体素子３０２は搭載できないという問題があった。
【０００４】
また，インナーリード部３０５ａは，それぞれが分離しているため，組立工程における振動や，組立装置などとの接触などにより容易に変形する。このため，インナーリード部３０５ａの先端ピッチが，搭載する第２の半導体素子３０２のボンディング用電極３１３とズレてしまい，接続できない場合があった。
【０００５】
また同様の理由で，インナーリード部３０５ａが変形した場合，インナーリード部３０５ａの高さが不均一となるため，第２の半導体素子３０２の接続不良が発生する場合があった。すなわち，インナーリード部３０５ａと第２の半導体素子３０２の間隔に広い部分と狭い部分が存在することになり，間隔の広い部分においては，はんだボール３０８がインナーリード部３０５ａに接触せず，接続不良となる場合があった。
【０００６】
さらにまた，第１の半導体素子３０１と第２の半導体素子３０２のボンディング用電極３１２，３１３は，それぞれ同一のインナーリード部３０５ａに接続する必要があるため（インナーリード部３０５ａを共有するため），同一のピンアサインを持つもの，もしくは全く同一な半導体素子同士の組み合わせしか搭載することができず，製品の適用範囲が限定されていた。
【０００７】
本発明は，従来の半導体装置が有する上記問題点に鑑みてなされたものであり，本発明の主な目的は，半導体素子とインナーリードとの組立工程でのピッチズレを防止して接続不良を防止することができ，その結果，リフロー実装，及び実装後の外部熱ストレス（温度変化）に対する接続信頼性を向上させるの可能な，新規かつ改良された半導体装置及びその製造方法を提供することである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため，本発明によれば，１つのパッケージに複数の半導体素子を搭載し封止樹脂（１０６）で封止した半導体装置（１００）において，所定幅でボンディング電極（１１２）が形成された第１の半導体素子（１０１）と，前記第１の半導体素子上に備えられ，外部との電気的な入出力を行うリードフレーム（１０５）と，前記リードフレーム上に備えられ，所定幅の金属配線（１０９）が形成された基板（１１０）と，前記基板上に備えられ，前記金属配線と実質的に同一幅のボンディング電極（１１３）が形成された第２の半導体素子と，前記第２の半導体素子に形成されたボンディング電極（１１３）と前記基板上に形成された金属配線とを電気的に接続するはんだボール（１０８）と，前記第１の半導体素子に形成されたボンディング電極と前記リードフレームとを電気的に接続する第１の金属ワイヤ（１０４ａ）と，前記基板に形成された金属配線と前記リードフレームとを電気的に接続する第２の金属ワイヤ（１０４ｂ）と，を備え，前記第１の半導体素子上に，前記第１の半導体装置より小さいチップ搭載用パッドが形成されていることを特徴とする，半導体装置が提供される。
【０００９】
（第１の実施の形態の効果）
かかる構成によれば，基板に具備されている各金属配線は，基板上に予め形成され固定されているため，組立工程でのピッチズレなどが発生せず，配列ピッチが一定である。このため，第２の半導体素子上のボンディング電極との位置ズレが防止でき，はんだボールと金属配線の確実な接続ができる。
【００１０】
同様の理由により，基板に具備されている各金属配線の高さは一定となるため，はんだボールと金属配線の間隔は一定となり，接続不良が防止できる。
【００１１】
さらにまた，第２の半導体素子と基板との確実な接合が実現するため，半導体装置のリフロー実装，及び実装後の外部熱ストレス（温度変化）に対する接続信頼性が向上する。
【００１２】
また，前記基板（１１０）上に形成された前記金属配線（１０９）の内側に，前記封止樹脂を流入するための樹脂流入用枠（１１３）を形成するようにしてもよい。かかる構成によれば，基板に樹脂流入用枠が設けられているため，第１の半導体素子と及び第２の半導体素子間にモールド樹脂を容易に充填することができる。これにより，第１の半導体素子及び第２の半導体素子間の充填に，これらの周囲を封止するモールド樹脂と同一材料を使用できる。同一樹脂であるため，線膨張係数の違いによる熱応力の発生を抑えることができ，従来構造と同等の耐はんだ耐熱性を確保することができる。
【００１３】
また，第１の金属ワイヤ（１０４ａ）を，第２の金属ワイヤ（１０４ｂ）よりも内側に形成するようにしてもよい。
【００１４】
また，前記金属配線（１０９）は，前記基板の第２の半導体素子（１０２）搭載面にのみ形成するようにしてもよい。
【００１５】
また，本発明によれば，１つのパッケージに複数の半導体素子を搭載し封止樹脂（１０６）で封止した半導体装置の製造方法において，所定幅の金属配線（１０９）が形成された複数の基板（１１０）を基板ブロック（１１６）に形成する第１工程と，前記基板ブロック（１１６）の各基板（１１０）の上面に，前記金属配線と実質的に同一幅のボンディング電極（１１３）が形成された第２の半導体素子（１０２）を搭載する第２工程と，前記基板ブロック（１１６）の下面にフィルム状の基板用接着材（１１）を貼付する第３工程と，前記基板ブロック（１１６）の各基板（１１０）を個片化する第４工程と，第１の半導体素子上に，外部との電気的な入出力を行うリードフレーム（１０５）を搭載する第５工程と，前記リードフレーム上に，前記個片化された基板（１１０）を搭載する第６工程と，前記基板（１１０）の金属配線（１０９）と，前記リードフレーム（１０５）とを電気的に接続する第６工程と，を含むことを特徴とする，半導体装置の製造方法が提供される。
【００１６】
かかる製造方法によれば，本発明の半導体装置（１００）を容易に製造することが可能である。
【００１７】
また，前記第１工程における前記基板（１１０）上に形成された前記金属配線（１０９）の内側，及び，前記第３工程におけるフィルム状の基板用接着材（１１）に，前記封止樹脂を流入するための樹脂流入用枠（１１３）が形成されているものを用いれば，本発明の他の半導体装置（２００）を容易に製造することが可能である。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下に添付図面を参照しながら，本発明にかかる半導体装置及びその製造方法の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお，本明細書及び図面において，実質的に同一の機能構成を有する構成要素については，同一の符号を付することにより重複説明を省略する。
【００１９】
（第１の実施の形態）
図１は，本実施の形態にかかる半導体装置１００を示す説明図である。
半導体装置１００において，第１の半導体素子１０１は，エポキシ樹脂などからなる半導体素子用接着材１０３によりチップ搭載用パッド１０７，及びリードフレーム１０５のインナーリード部１０５ａに接着されている。第１の半導体素子１０１上のボンディング用電極１１２と，インナーリード部１０５ａは，第１の金属ワイヤ１０４ａにより接続されている。この第１の金属ワイヤ１０４ａは，上記従来技術で説明した図５の金属ワイヤ３０４に相当する構成要素である。
【００２０】
本実施の形態は，以下の構造に特徴を有する。
ガラスエポキシ樹脂などからなる基板１１０は，エポキシ樹脂やポリイミド樹脂からなる基板用接着剤１１１により，インナーリード部１０５ａに接着されている。第２の半導体素子１０２は，はんだボール１０８を介して，基板１１０に具備された金属配線１０９に接続されている。ここで，金属配線１０９の接合部における配線ピッチは，第２の半導体素子１０２のボンディング電極１１３と実質的に同一である。さらに，基板１１０に具備された金属配線１０９は，第２の金属ワイヤ１０４ｂにより，インナーリード部１０５ａに接続されている。
【００２１】
第１の半導体素子１０１，第２の半導体素子１０２，インナーリード部１０５ａ及び上記各接続部は，モールド樹脂１０６により封止されている。
【００２２】
（第１の実施の形態の効果）
以上説明したように，本実施の形態によれば，以下の効果が得られる。
基板１１０に具備されている各金属配線１０９は，基板１１０上に予め形成され固定されているため，組立工程でのピッチズレなどが発生せず，配列ピッチが一定である。このため，第２の半導体素子１０２上のボンディング電極１１３との位置ズレが防止でき，はんだボール１０８と金属配線１０９の確実な接続ができる。
【００２３】
同様の理由により，基板１１０に具備されている各金属配線１０９の高さは一定となるため，はんだボール１０８と金属配線１０９の間隔は一定となり，接続不良が防止できる。
【００２４】
上述のように，第２の半導体素子１０２と基板１１０との確実な接合が実現するため，半導体装置のリフロー実装，及び実装後の外部熱ストレス（温度変化）に対する接続信頼性が向上する。
【００２５】
（第２の実施の形態）
図２は，本実施の形態にかかる半導体装置２００の説明図であり，（Ａ）は断面図であり，（Ｂ）は平面図であり，（Ｃ）は（Ｂ）のＡ−Ａ断面図である。本実施の形態は，第１の実施の形態で示した半導体装置１００を応用したものであり，基板の構造に特徴を有するものである。
【００２６】
半導体装置２００において，基板２１０上には，はんだボール搭載用パッド１０９ａ，及びワイヤボンディング用パッド１０９ｂが設けられており，これらは金属配線パターン１０９ｃにより結線されている。
【００２７】
はんだボール搭載用パッド１０９ａの大きさは，直径概ね７０〜１８０μｍ程度であり，ピッチは概ね８０〜２００μｍ程度で配置されている。ワイヤボンディング用パッド１０９ｂは，幅概ね１００μｍ，長さ概ね２００〜３００μｍ程度の楕円である。配線パターン１０９ｃ上には，図２（Ｃ）に示したように，モールド樹脂１０６との密着性を確保するため，レジスト１１４がコーティングされている。また，上記金属配線１０９は，基板２１０の片側（Ａ−Ａ断面図における，上側）にのみ具備されている。
【００２８】
基板２１０における，はんだボール搭載用パッド１０９ａの内側には，樹脂流入用枠１１３が設けられている。
【００２９】
他の構成要素については，上記第１の実施の形態にかかる半導体装置１００の構成要素と実質的に同一であるため，重複説明を省略する。
【００３０】
（第２の実施の形態の効果）
以上説明したように，本実施の形態によれば，基板２１０に樹脂流入用枠１１３が設けられているため，モールド樹脂１０６を樹脂流入経路１１５より充填することができる。これにより，第１の半導体素子１０１及び第２の半導体素子１０２間の充填に，これらの周囲を封止するモールド樹脂と同一材料を使用できる。同一樹脂であるため，線膨張係数の違いによる熱応力の発生を抑えることができ，従来構造と同等の耐はんだ耐熱性を確保することができる。
【００３１】
（第３の実施の形態）
図３は，本実施の形態にかかる半導体装置の製造方法を示す説明図である。
本実施の形態では，第２の実施の形態で示した半導体装置２００の製造方法について，図３〜図４を参照しながら説明する。
【００３２】
＜図３（Ａ）＞
基板ブロック１１６に，予め樹脂流入枠１１３を具備した基板２１０を形成する。なお，このような樹脂流入枠を具備しない基板を用いれば，第１の実施の形態で示した半導体装置１００を製造することも可能である。
【００３３】
＜図３（Ｂ）＞
基板ブロック１１６のそれぞれの基板２１０上におけるはんだボール用パッド１０９ｂに，第２の半導体素子１０２をはんだボール１０８を介して一括でフリップチップ実装する。以上により，各基板２１０上に第２の半導体素子１０２が搭載された基板ブロック１１６が完成する。
【００３４】
＜図３（Ｃ）＞
樹脂流入用枠１１３の位置に予め穴を有するフィルム状の基板用接着剤１１１を，基板ブロック１１６における第２の半導体素子１０２搭載面とは逆の面に貼り付ける。ここで，基板用接着剤１１１は，ポリイミド樹脂や，エポキシ樹脂よりなる。なお，図３（Ａ）の工程で，樹脂流入枠を具備しない基板を用いた場合には，このような穴を有しないフィルム状の基板用接着剤を用いることとなる。
【００３５】
以下に，基板用接着剤１１１の貼り付けの方法を詳細に説明する。
たとえば，基板用接着材１１１として日立化成株式会社製の熱可塑性ポリイミド樹脂フィルム「ＤＦ‐４００」を使用した例を説明する。テフロン加工などを施したヒータテーブル１２４を，おおよそ１００〜１８０℃に加熱し，基板用接着材１１１を敷く。その上方に，基板ブロック１１６を位置決めさせながら設置する。１〜２分程度の放置により，基板用接着剤１１１は基板ブロック１１６に接着される。次に基板ブロック１１６をヒータテーブル１２４より持ち上げることにより，基板用接着材１１１付の基板ブロック１１６が完成する。ここで，ヒータテーブル１２４はテフロン加工などを施されているため，基板用接着材１１１は，ヒータテーブル１２４に残ることはない。
【００３６】
＜図３（Ｄ）＞
基板用接着材１１１を具備した基板ブロック１１６の，基板用接着材１１１面をマウントテープ１１９に接着する。ここで，マウントテープ１１９は，ウェハリング１１７に固定されている。また，マウントテープ１１９の基板ブロック１１６搭載面には，接着剤が塗布されている。たとえば，リンテック株式会社製のＤ‐６７５のような紫外線硬化タイプのものが良い。マウントテープ１１９への搭載後，標準的なスクライブ工程を利用し，スクライブライン１１８に沿って各基板２１０ごとに個片化され，第２の半導体素子１０２を搭載した基板２１０が完成する。
【００３７】
次いで，図４を参照しながら，図３（Ｄ）の後工程について説明する。
【００３８】
＜図４（Ｅ）＞
標準的な半導体素子用のダイスボンダを使用し，突き上げピン１２１により，基板２１０の樹脂流入用枠１１３の周辺を突き上げ，吸着コレット１２０により第２の半導体素子１０２を吸着する。
【００３９】
＜図４（Ｆ）＞
ダイスボンドヒータブロック１２２上に，下方に予め第１の半導体素子１０１を搭載しワイヤボンドを完了したリードフレーム１０５を搭載し，熱圧着により，基板用接着材１１１と，インナーリード部１０５ａを接着する。ここで，ダイスボンド用ヒータブロック１２２は，概ね１００℃〜２００℃に加熱されており，基板用接着材１１１の反応温度に十分な温度を与えるものとする。
【００４０】
＜図４（Ｇ）＞
次に，ワイヤボンド工程において，ワイヤボンドヒータブロック１２３上に，下方に予め第１の半導体素子１０１を搭載しワイヤボンドを完了したリードフレーム１０５を搭載し，熱圧着により，基板２１０のワイヤボンディング用パッド１０９ｂと，インナーリード部１０５ａを接続する。その後，標準的なモールド工程により，図２に示した半導体装置２００が完成する。
【００４１】
（第３の実施の形態の効果）
以上説明したように，本実施の形態によれば，上記第２の実施の形態にかかる半導体装置２００を容易に製造することが可能である。なお，樹脂流入枠を具備しない基板及び基板用接着剤を用いれば，同様の方法により，上記第１の実施の形態にかかる半導体装置１００を容易に製造することが可能である。
【００４２】
以上，添付図面を参照しながら本発明にかかる半導体装置及びその製造方法の好適な実施形態について説明したが，本発明はかかる例に限定されない。当業者であれば，特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり，それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
【００４３】
【発明の効果】
以上説明したように，本発明によれば，基板に具備されている各金属配線は，基板上に予め形成され固定されているため，組立工程でのピッチズレなどが発生せず，配列ピッチが一定である。このため，第２の半導体素子上のボンディング電極との位置ズレが防止でき，はんだボールと金属配線の確実な接続ができる。
【００４４】
同様の理由により，基板に具備されている各金属配線の高さは一定となるため，はんだボールと金属配線の間隔は一定となり，接続不良が防止できる。
【００４５】
さらにまた，第２の半導体素子と基板との確実な接合が実現するため，半導体装置のリフロー実装，及び実装後の外部熱ストレス（温度変化）に対する接続信頼性が向上する。
【００４６】
また，本発明の応用例によれば，第１の半導体素子及び第２の半導体素子間の充填に，これらの周囲を封止するモールド樹脂と同一材料を使用できる。同一樹脂であるため，線膨張係数の違いによる熱応力の発生を抑えることができ，従来構造と同等の耐はんだ耐熱性を確保することができる。
【００４７】
また，本発明によれば，上記優れた効果を奏する半導体装置を容易に製造することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施の形態にかかる半導体装置の説明図である。
【図２】第２の実施の形態にかかる半導体装置の説明図であり，（Ａ）は断面図であり，（Ｂ）は平面図であり，（Ｃ）は（Ｂ）のＡ−Ａ断面図である。
【図３】第３の実施の形態にかかる半導体装置の製造方法の説明図である。
【図４】第３の実施の形態にかかる半導体装置の製造方法の説明図である。
【図５】従来の半導体装置の説明図である。
【符号の説明】
１００，２００ 半導体装置
１０１ 第１の半導体素子
１０２ 第２の半導体素子
１０３ 半導体素子用接着剤
１０４ａ 第１の金属ワイヤ
１０４ｂ 第２の金属ワイヤ
１０５ リードフレーム
１０６ インナーリード部
１０７ チップ搭載パッド
１０８ はんだボール
１０９ 金属配線
１０９ａ はんだボール搭載用パッド
１０９ｂ ワイヤボンディング用パッド
１０９ｃ 金属配線パターン
１１０，２１０ 基板
１１１ 基板用接着剤
１１２ ボンディング用電極
１１３ ボンディング用電極
１１３ 樹脂流入用枠
１１４ レジスト

Claims (5)

  1. １つのパッケージに複数の半導体素子を搭載し封止樹脂で封止した半導体装置において、
    所定幅でボンディング電極が形成された第１の半導体素子と、
    前記第１の半導体素子上に設けられ、外部との電気的な入出力を行うリードフレームと、
    前記リードフレーム上に設けられ、所定幅の金属配線が形成された基板と、
    前記基板上に設けられ、前記金属配線と実質的に同一幅のボンディング電極が形成された第２の半導体素子と、
    前記第２の半導体素子に形成されたボンディング電極と前記基板上に形成された金属配線とを電気的に接続するはんだボールと、
    前記第１の半導体素子の形成されたボンディング電極と前記リードフレームとを電気的に接続する第１の金属ワイヤと、
    前記基板に形成された金属配線と前記リードフレームとを電気的に接続する第２の金属ワイヤと、
    を備え、
    前記基板上に形成された前記金属配線の内側に、前記封止樹脂を流入するための樹脂流入用枠が形成されていることを特徴とする、半導体装置。
  2. 第１の金属ワイヤは、第２の金属ワイヤよりも内側に形成されていることを特徴とする、請求項１に記載の半導体装置。
  3. 前記金属配線は、前記基板の第２の半導体素子搭載面にのみ形成されていることを特徴とする、請求項１または２に記載の半導体装置。
  4. １つのパッケージに複数の半導体素子を搭載し封止樹脂で封止した半導体装置の製造方法において、
    所定幅の金属配線が形成された複数の基板を基板ブロックに形成する工程と、
    前記基板ブロックの各基板の上面に、前記金属配線と実質的に同一幅のボンディング電極が形成された第２の半導体素子を搭載する工程と、
    前記基板ブロックの下面にフィルム状の基板用接着剤を貼付する工程と、
    前記基板ブロックの各基板を個片化する工程と、
    第１の半導体素子上に、外部と電気的な入出力を行うリードフレームを搭載する工程と、
    前記リードフレーム上に、前記個片化された基板を搭載する工程と、
    前記基板の金属配線と、前記リードフレームとを電気的に接続する工程と、
    を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
  5. 前記基板形成工程における前記基板上に形成された前記金属配線の内側、及び、前記接着剤貼付工程におけるフィルム状の基板用接着剤には、前記封止樹脂を流入するための樹脂流入用枠が形成されていることを特徴とする、請求項４に記載の半導体装置の製造方法。
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