JP2005019468A - 半導体装置及びその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】ポリイミド膜(8)を形成した半導体素子(3a)をダイパッド(1)上に搭載し、その上に別の半導体素子(3b)が積層されたスタック構造に対し、積層された半導体素子(3a)のボンディングパッド(9a)にスタッドバンプ(10)を形成し、ダイパッド(1)上に搭載された半導体素子(3a)から接続する第1のワイヤー(4d)とインナーリード(5)に接続する第2のワイヤー(4c)が交互に接続され、各インナーリード(5)にそれぞれ一体的に連結された各アウターリード(6)と、搭載面、半導体素子、前記第1のワイヤー及び前記第2のワイヤー、前記インナーリード群を樹脂封止する4辺形の平板状に成形された封止樹脂体(7)とを備え、アウターリード(6)群を封止樹脂体(7)の少なくとも2辺からそれぞれ引き出す。
【選択図】図1
Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、光情報記録再生装置等の電子機器に用いられる半導体素子を積層して使用されるシステム化された半導体装置に適した半導体装置及びその製造方法に関する発明である。
【0002】
【従来の技術】
近年、電子機器の多機能化、小型化、高密度化に対応するために、半導体装置などの半導体部品の高密度、高機能化、システム化が要求され、それに伴って、半導体部品に対してもシステム化され且つ小型、薄型であることが要望されている。以下、従来の半導体装置について説明する。一般にシステム化に用いられる半導体装置は半導体素子を積層し、電気的接続は、リードを介すか、素子同士を直接接続するよう構成されている。図15は、従来の半導体装置の断面を示す図であり、図16は代表的な半導体装置の配線図である。図15及び図16に示すように、従来の半導体装置はダイパッド1に接着剤2aを塗布して、その上に半導体素子3aを固着している。更に、その上に半導体素子3bを同じく接着剤2bで固着している。その半導体素子3aには半導体素子3bから直接3aに接続するワイヤー4bとその為の専用のボンディングパッド9b及びワイヤー3aからダイパッド1にある複数本のインナーリード5に接続するワイヤー4cが接続されている。また、半導体素子3bにはインナーリード5と接続するワイヤー4aが接続されている。各インナーリード5と一体的に連結された各アウターリード6は封止樹脂体7から導出され、ダイパッド1、接着剤2、半導体素子3、ワイヤー4およびインナーリード5は封止樹脂体7で封止されている。また、封止樹脂体7は4辺形の平板状に形成されているとともに、アウターリード6は封止樹脂体7の4辺からそれぞれ引き出されている。
【0003】
この半導体装置は、通常、半導体素子3aと半導体素子3bを積層し、半導体素子3間を直接ワイヤーで接続している。
【0004】
【特許文献1】
特開2002−43357号公報
【0005】
【特許文献2】
特開平5−299420号公報
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上述した従来の半導体装置では、図16及び図17に示すように、半導体素子3aに通常ボンディングパッド9aよりも大きなボンディングパッド9bを設ける必要があり、半導体素子3の小型化が困難となっている。たとえ通常ボンディングパッド9aと同サイズであっても図18の矢印Xに示すように、ポリイミド膜8にワイヤー4bが接触する場合があり、強度低下を招き信頼性に大きな影響がある。また、ワイヤー4aやワイヤー4bにより半導体装置の薄型化が困難となっている。
【0007】
本発明は、上述の課題を解決するもので、小型、薄型化を容易に出来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。
【0008】
【課題を解決するための手段】
本発明の半導体装置は、ポリイミド膜を形成した半導体素子をダイパッド上に搭載し、更にその上に別の半導体素子が積層されたスタック構造に対し、前記積層された半導体素子のボンディングパッドにスタッドバンプを形成し、ダイパッド上に搭載された前記半導体素子から接続する第1のワイヤーとインナーリードに接続する第2のワイヤーが交互に接続され、各インナーリードにそれぞれ一体的に連結された各アウターリードと、搭載面、前記半導体素子、前記第1のワイヤー及び前記第2のワイヤー、前記インナーリード群を樹脂封止する4辺形の平板状に成形された封止樹脂体とを備え、前記アウターリード群を前記封止樹脂体の少なくとも2辺からそれぞれ引き出す構成である。
【0009】
この構成により、半導体素子間を接続する為に設けていた専用のボンディングパッドを無くせるため、半導体素子及び半導体装置の小型化が可能となる。また、ワイヤーを交互に接続することによりワイヤー間のショートを防止することが出来る。更に前記第1のワイヤーにより積層された前記半導体素子上の封止樹脂厚を薄くすることが出来る為、前記半導体装置の薄型化が容易となる。
【0010】
上記半導体装置は、積層された半導体素子のボンディングパッド上に予め金バンプを形成しておくかあるいは、Cu配線と金で構成されたワイヤーボンディングパッド用のランドを形成されたものでもよい。
【0011】
また、スタッドバンプ及び金バンプはポリイミド膜より高く形成されることが望ましい。
【0012】
更に、上記半導体装置は前記構成によりボンディングパッドの配置に制約がなくなり更なる小型化が可能となる。
【0013】
本発明の半導体装置の製造方法は、ダイパッドと、ダイパッドの周辺に配置される複数本のインナーリードと、そのインナーリードにそれぞれ連結された各アウターリードとを、金属板を型抜きして構成したリードフレームを準備する第1の工程と、次に前記ダイパッドに半導体素子を搭載した後、前記半導体素子上に別の半導体素子を積層する第2の工程と、前記ダイパッドに搭載された半導体素子からインナーリードにワイヤーを接続し、その後前記積層された半導体素子のボンディングパッドにスタッドバンプを形成した後、ダイパッドに搭載された半導体素子から前記スタッドバンプ上にワイヤーを接続する第3の工程と第3工程を経た途中のリードフレームのアウターリードを封止金型に型締めし、その状態で樹脂封止を行う第4の工程とを有したものである。
【0014】
また、ダイパッドと、ダイパッドの周辺に配置される複数本のインナーリードと、そのインナーリードにそれぞれ連結された各アウターリードとを、金属板を型抜きして構成したリードフレームを準備する第1の工程と、前記ダイパッドに半導体素子を搭載した後、前記半導体素子上に予めボンディングパッド上に金バンプが施された半導体素子あるいはボンディング用ランドが施された半導体装置を積層する第2の工程と、前記ダイパッドに搭載された半導体素子からインナーリードにワイヤーを接続し、その後、ダイパッドに搭載された半導体素子から金バンプあるいはボンディング用ランド上にワイヤーを接続する第3の工程と第3工程を経た途中のリードフレームのアウターリードを封止金型に型締めし、その状態で樹脂封止を行う第4の工程とを有したものである。
【0015】
この方法によれば、ワイヤー同士のショートも無くワイヤーの高さを低くすることが出来、半導体装置の薄型が可能となる。
【0016】
【発明の実施の形態】
以下、本発明による半導体装置の実施形態について説明する。
【0017】
図1(a)は第1の実施形態による半導体装置の断面図、図1(b)は要部拡大断面図である。図1に示すように、第1の実施形態による半導体装置は、ダイパッド1に接着剤2aを塗布して、その上にポリイミド膜8が施された半導体素子3aを固着し、その半導体素子3a上に接着剤2bを塗布して、その上にポリイミド8が施された別の半導体素子3bを積層している。その半導体素子3bのボンディングパッド9a上にはスタッドバンプ10が形成され、半導体素子3aとダイパッド1周辺にある複数本のインナーリード5とそれぞれ電気的に接続されたワイヤー4cと半導体素子3aとスタッドバンプ10がワイヤー4dで接続されている。各インナーリード5と一体的に連結された各アウターリード6は封止樹脂体7から導出され、ダイパッド1、接着剤2、半導体素子3、ワイヤー4及びインナーリード5は封止樹脂体7で封止されている。また、封止樹脂体7は4辺形の平板状に成形されているとともに、アウターリード6は封止樹脂体7の4辺からそれぞれ引き出されている。スタッドバンプ10の材料は金などを使用して5〜20μmの厚さ、面積は750〜3000μm2の範囲に形成するのが好ましい。
【0018】
図2は、第2の実施形態による半導体装置の断面図(a)と要部拡大断面図(b)である。実施形態は前述の第1の実施形態と殆ど変わらないが、図2にもあるように、スタッドバンプ10の変わりに金バンプ11を形成することにより、第1の実施形態より工程を減らすことが出来る。金バンプ11は2〜5μmの厚さ、面積は1000〜4000μm2の範囲に形成するのが好ましい。
【0019】
図3は、第3の実施形態による半導体装置の断面図(a)と要部拡大断面図(b)である。実施形態は前記の第1及び第2の実施形態と殆ど変わらないが、スタッドバンプ10および金バンプ11の変わりにワイヤーボンディング用のランド12を形成することによりボンディングパッドの配置に制約が無くなり、更なる小型化が可能となる。ランド12の材料は銅あるいは金などを使用して1〜2μmの厚さ、面積は1500〜2000μm2の範囲に形成するのが好ましい。
【0020】
図4は、第1〜3の実施形態による半導体装置の要部拡大平面図である。図4にもあるように、半導体素子3aのボンディングパッド9aを一列に配置し、ワイヤー4cとワイヤー4dを交互に接続することで、半導体素子3aをより小さくすることができる。更に、ワイヤーを接続する工程にて、ワイヤー間のショートを防ぐことが可能となる。また、スタッドバンプ10、金バンプ11はボンディング時の接合強度を保ちながら接続することが出来るので、信頼性への影響を低減できる。
【0021】
図5は、第1〜3の実施形態による半導体装置の要部拡大断面図である。図5にもあるように、ボンディングパッド9aを一列に配置しているため、ボンディングが容易に行なうことができる。
【0022】
次に、図1〜図3に示した半導体装置を製造する方法を図6〜図15に基づいて説明する。図6はダイボンディングの前工程を説明するための工程断面図、図7はダイパッド1に搭載する半導体素子3aのダイボンディング工程を説明するための工程断面図であり、図8は積層する半導体素子3bのダイボンディング工程を説明する為の工程断面図である。図9及び図10はダイパッド1に搭載された半導体素子3aからインナーリード5にワイヤーボンディングする工程を説明する為の工程断面図であり、図11はスタッドバンプ10を形成する工程を説明する為の工程断面図、図12及び図13はダイパッド1に搭載された半導体素子3aから積層された半導体素子3bにワイヤーボンディングする工程を説明する為の工程断面図である。
【0023】
まず、図6に示すように、半導体素子ボンディング装置(図示せず)のステージ14上において、ダイパッド1上に半導体素子3aを固着するための接着剤2aを塗布する。接着剤2aの塗布はディスペンサ15を用いて、接着剤2aを滴下することにより行う。接着剤2aは一例として熱硬化性のエポキシ樹脂にAg粉を混合させたAgペーストからなる。
【0024】
次に、図7に示すように、接着剤2aを塗布したダイパッド1上にコレット16aを用いて半導体素子3aを搭載した後、ヒートステージ(図示せず)上で加熱し、接着剤2aを硬化させる。一例として、半導体素子3aは、外形寸法が7mm角、厚さが0.2mm程度のシリコン単結晶である。また、加熱条件は180〜250℃、30秒から60秒程度である。なお、接着剤2aの硬化はキュア炉を用いても良い。
【0025】
次に、図8に示すように、ダイパッド1に固着された半導体素子3aの上にコレット16bを用い予め接着材2bが施された半導体素子3bを積層した後、キュア炉で加熱し、接着剤2bを硬化させる。一例として、接着剤2bは熱硬化性のポリイミドテープの表裏に接着剤が施されたLEテープ、半導体素子3bは、外形寸法が4mm角、厚さが0.2mm程度のシリコン単結晶である。
【0026】
次に、図9及び図10に示すように、ボンディングパッド9aとインナーリード5とをワイヤー4cを用いて電気的に接続する。ワイヤーボンド装置(図示せず)のヒートステージ17には、ダイパッド1が入る逃がし部が形成されており、インナーリード5のワイヤーボンディング領域外周部を固定治具(図示せず)によって固定しながら行う。一例として、ワイヤーは、直径20〜35μmのAuワイヤーを用いる。
【0027】
次に、図11、図12及び図13に示すように、半導体素子3bのボンディングパッド9a上にスタッドバンプ10を形成した後、半導体素子3aのボンディングパッド9aとスタッドバンプ10とをワイヤー4bを用いて電気的に接続する。この際に使用するワイヤー及び設備は他のワイヤーボンド工程と同一のものを使用する。
【0028】
次に別の方法を説明する。図8で説明した工程にて予め金バンプ11あるいはワイヤーボンディング用のランド12が施された積層される半導体素子3bを用いることにより、図11に示したスタッドバンプ10を形成する工程を省くことが出来る。
【0029】
このようにして、各単位のリードフレーム毎にダイボンディング、ワイヤーボンディングされた後、単位リードフレーム群を一括して樹脂封止して封止樹脂体7群が同時成形される。
【0030】
次に、樹脂封止工程を説明するための工程要部拡大断面図である図14を参照しながら、樹脂封止工程について説明する。
【0031】
図14は、トランスファ成形装置を示しており、シリンダ装置(図示せず)によって型締めされる一対の上型19と下型20とを備えており、キャビティー上21とキャビティー下22とで、キャビティー単体を形成するように、それぞれ複数組み埋設されている。上型19の合わせ面にはポット23が開設されており、ポット23にはシリンダ装置(図示せず)により進退されるプランジャー24が成形材料としての樹脂を送給し得るように挿入されている。下型20の合わせ面にはカル25がポット23と対向位置に配されて埋設されているとともに、ランナー26がポット23とそれぞれ接続されている。更に各ランナー26の他端部はキャビティー下22にそれぞれ接続されており、その接続部にはゲート27が樹脂をキャビティー内に注入し得るよう形成されている。また、下型20の合わせ面には、逃がし部28がリードフレーム重合体18におけるリードフレーム13の厚み分を逃げ得るように、その外形も若干大きめの長方形で、その厚さよりも若干浅い深さに成形されている。このような構成のトランスファ成形装置を用いて、樹脂封止は以下の方法で行われる。
【0032】
180℃程度に加熱された上記トランスファ装置の封止金型の逃がし部28にリードフレーム重合体18を装着し封止金型を型締めする。次に、円錐形に打錠された樹脂(図示せず)をポット23に挿入し、プランジャー24により樹脂がカル25、ランナー26、ゲート27を通じて各キャビティーに圧入される。注入後、樹脂が熱硬化されて封止樹脂体7が形成されると、上型19及び下型20は型開きされるとともに、エジェクタ・ピン(図示せず)により封止樹脂体7群が離型され、樹脂成形されたリードフレーム重合体18はトランスファ成形装置から脱装される。
【0033】
このようにして、樹脂成形された封止樹脂体7の内部には、ダイパッド1、接着剤2、半導体素子3、ワイヤー4、インナーリード5が樹脂封止されることとなる。
【0034】
次に、樹脂成形されたリードフレーム重合体18の封止樹脂体7以外の部分に半田外装めっきを施す(図示せず)。リードフレーム13の少なくとも半導体装置の完成品となる部分にPdめっきが施されている場合は、半田外装めっきは必要としない。
【0035】
半田外装めっきを経た後、あるいは半田外装めっきされる前の樹脂成形されたリードフレーム重合体18を、切断装置(図示せず)によって、各単位リードフレーム毎に順次、ダムバー(図示せず)を切断する。
【0036】
次に、リード成形装置(図示せず)によって、アウターリード6に先端と内枠の一部を切断した後、アウターリード6をガルウイング形状に屈曲成形し、内枠の一部を切断し、半導体装置を外枠から切り離す。
【0037】
以上のようにして、図1〜図3に示す半導体装置を完成することができる。
【0038】
【発明の効果】
以上説明した通り、本発明の半導体装置は、積層される半導体素子上にスタッドバンプ、金バンプあるいはワイヤーボンディング用のランドを形成することで、ダイパッドに搭載される半導体素子上に専用のパッドを設けなくて良くなり、ボンディングパッドを直列配置できるので半導体素子の小型化が可能になる。また、ワイヤーをインナーリードへと積層された半導体素子へと交互に接続することにより、ワイヤー間のショートを防止することが出来る。更に、スタッドバンプ及び金バンプを介してワイヤーボンディングすることで樹脂厚を薄くすることができ半導体装置の薄型化が容易となり且つ接合強度が充分確保できる品質の優れた半導体装置である。
【0039】
また、本発明の半導体装置の製造方法では、ワイヤーボンド工程において既存設備を活用し、ワイヤーの形成順序を指定することで効率の良い製造が可能となることを特徴としている。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施形態に係る半導体装置を示す図であり、(a)は半導体装置の要部拡大断面図、(b)は半導体装置の要部拡大要部拡大断面図
【図2】本発明の第2の実施形態に係る半導体装置を示す図であり、(a)は半導体装置の要部拡大断面図、(b)は半導体装置の要部拡大要部拡大断面図
【図3】本発明の第3の実施形態に係る半導体装置を示す図であり、(a)は半導体装置の要部拡大断面図、(b)は半導体装置の要部拡大要部拡大断面図
【図4】図1の要部拡大平面図
【図5】図1の要部拡大要部拡大断面図
【図6】本発明の第1〜第3の実施形態のダイボンディング工程の前工程を説明する為の工程断面図
【図7】本発明の第1〜第3の実施形態のダイボンディング工程を説明する為の工程断面図
【図8】本発明の第1〜第3の実施形態のダイボンディング工程を説明する為の工程断面図
【図9】本発明の第1〜第3の実施形態のワイヤーボンディング工程を説明する為の工程断面図
【図10】本発明の第1〜第3の実施形態のワイヤーボンディング工程を説明する為の工程断面図
【図11】本発明の第1の実施形態でのスタッドバンプ形成工程を説明する為の工程断面図
【図12】本発明の第1〜第3の実施形態のワイヤーボンディング工程を説明する為の工程断面図
【図13】本発明の第1〜第3の実施形態のワイヤーボンディング工程を説明する為の工程断面図
【図14】本発明の第1〜第3の実施形態の樹脂封止工程を説明する為の工程断面図
【図15】従来の半導体装置を示す半導体装置の断面図
【図16】従来の半導体装置を示す半導体装置の要部拡大平面図
【図17】従来の半導体装置を示す半導体装置の要部拡大平面図
【図18】従来の半導体装置を示す半導体装置の要部拡大平面図
【符号の説明】
1 ダイパッド
2,2a,2b 接着剤層
3,3a,3b 半導体素子
4,4a〜4d ワイヤー
5 インナーリード
6 アウターリード
7 封止樹脂体
8 ポリイミド膜
9 ボンディングパッド
9a 通常のボンディングパッド
9b 専用のボンディングパッド
10 スタッドバンプ
11 金バンプ
12 ワイヤーボンディング用ランド
13 リードフレーム
14 ステージ
15 ディスペンサ
16 コレット
16a,16b コレット
17 ヒートステージ
18 リードフレーム重合体
19 上型
20 下型
21,22 キャビティー上
23 ポット
24 プランジャー
25 カル
26 ランナー
27 ゲート
28 逃がし部
Claims (3)
- ボンディングパッドを露出するように覆ったポリイミド膜を含み、複数個積層された半導体素子のボンディングパッドに形成され、
前記ポリイミド膜の厚さよりも大きい高さを有するバンプと前記半導体素子が設置されるダイパッドを有したリードフレームと、
前記ボンディングパッドと前記スタッドバンプを電気的に接続した第1のワイヤーと前記ボンディングパッドと前記リードフレームを接続した第2のワイヤーを封止し、
前記第1のワイヤーと前記第2のワイヤーが交互に配置されていることを特徴とする半導体装置。 - ボンディングパッドを露出するように覆ったポリイミド膜を有し、複数個積層された半導体素子及び少なくとも積層された1以上の前記ポリイミド膜上に形成された前記ボンディングパッドと電気的に接続されたワイヤーボンディング用のランドと前記半導体素子が設置されるダイパッドを含むリードフレームと、前記ボンディングパッドと前記ボンディング用ランドを電気的に接続した第1のワイヤーと前記ボンディングパッドと前記リードフレームを接続した第2のワイヤーを封止する樹脂を備えた半導体装置。
- 前記ダイパッドの周辺に配置される複数本のインナーリードと、そのインナーリードにそれぞれ連結された各アウターリードとを、金属板を型抜きして構成したリードフレームを準備する第1の工程と、
前記ダイパッドに前記半導体素子を搭載する第2aの工程と、前記半導体素子上に別の半導体素子を積層する第2bの工程と、
前記第2のワイヤーを接続しその後前記スタッドバンプを形成し第1のワイヤーを接続する第3の工程と、
第3工程を経た途中のリードフレームのアウターリードを封止金型に型締めし、その状態で樹脂封止を行う第4の工程とを含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
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JP2003178478A JP2005019468A (ja) | 2003-06-23 | 2003-06-23 | 半導体装置及びその製造方法 |
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- 2003-06-23 JP JP2003178478A patent/JP2005019468A/ja active Pending
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