JP2005057125A

JP2005057125A - 半導体装置

Info

Publication number: JP2005057125A
Application number: JP2003287813A
Authority: JP
Inventors: Kenji Otani; 憲司大谷; Masahiro Tsuji; 正博辻
Original assignee: Rohm Co Ltd
Current assignee: Rohm Co Ltd
Priority date: 2003-08-06
Filing date: 2003-08-06
Publication date: 2005-03-03

Abstract

【課題】半導体装置を回路基板に取り付けたときの電源又はグランド用配線の抵抗を低減する。
【解決手段】半導体装置１の半導体集積回路１０の電源及び／又はグランドラインから回路基板の電極までの距離を最短にするため、半導体集積回路１０の電源電極又はグランドラインの少なくとも一方を前記電極上の保護膜２６の開孔を介して金属膜３０に接続する。この金属膜３０を半導体装置１を取り付ける回路基板側或いはその反対側に露出させ、その露出面を介して回路基板の電源及び／又はグランド電極と接続する。代替的には、金属膜を間に応力緩和膜を介在させて互いに接続した上下の金属膜とするか、或いは前記金属膜の上に金属板を配置する。
【選択図】図１

Description

本発明は、プリント回路基板等の回路基板に配置したときの配線抵抗を低減させた半導体装置に関する。

従来の半導体装置では、半導体集積回路の内部電極であるグランド或いは電源電極の取り出し口は半導体集積回路の周辺部に配置されるのが一般的であり、そのため半導体集積回路の内部の素子から非常に細いアルミニュウムや銅の金属配線で半導体集積回路の周辺部に配置された電極取り出し口に接続する必要があった。また、半導体集積回路の電極取り出し口とプリント回路基板等の回路基板の電極との接続は、半導体集積回路の電極と銅合金等のリードと呼ばれ金属板或いはバンプ又はランドを金あるいはアルミニュウム又は銅のワイヤーで接合するか、又は金、はんだ、スズ等のバンプで接合して行い、かつ半導体集積回路、半導体集積回路の電極とリード、バンプ、又はランドとの接合部、リード又はバンプ又はランド等を機械的ストレス等から保護するため、エポキシ樹脂、ポリイミドなどの合成樹脂で封止している。
なお、稀には半導体集積回路の中央付近に内部電極の取り出し口を設け、そこからワイヤーでリードに接続する場合もある。

図９は、特定の文献に記載されたものではないが従来の半導体装置１の１例を模式的に示す断面図である。半導体装置１の半導体集積回路１０は接着剤又ははんだによりダイパッド１２上に取り付けられており、かつ図中上部、即ちその能動面上には保護膜２６が形成されていると共に、その保護膜２６の複数の電極取り出し口２２，２４を通して半導体集積回路１０の一端が内部電極に接続された金属配線２０の他端に接続されたワイヤー１８がリード１６に接続されており、かつエポキシ樹脂等で樹脂封止１８されている。

このように従来の半導体装置１は、半導体集積回路１０の内部電極（内部素子）から半導体集積回路の周辺部に配置された電極取り出し口２２まで非常に細い金属配線２０で接続し、かつ半導体集積回路１０の電極取り出し口２２，２４からワイヤー１８でリード１６に接続する必要があったため、配線長が長くなり、その分電気抵抗値の増加を招き、特性劣化の要因となっていた。
また、半導体集積回路の中央付近に電極取り出し口を設けた構造の半導体集積回路では、前記構造の半導体装置よりも配線抵抗を若干低減することができるが、電極取り出し口とリードとを金属細線で接続しなければならずかつその細線長が長くなるため、いずれにしろ電気抵抗値の増大を招き、特性劣化の要因となっていた。
加えて、近年は半導体集積回路の微細化が益々進んだ結果、金属配線、金属細線は益々細くなる傾向にあるため、この要因による特性劣化も益々顕著になりつつある。
なお、半導体装置において、ＩＣチップに金属突起（金属バンプ）を設け、この金属突起に金属部材（金属棒）を載置して、両者を例えば非導電性接着等で固定して、金属棒端部を露出させた構造の半導体装置が知られているが（特許文献１参照）、これは専ら放熱を目的としたものであって、金属棒はＩＣチップの電極に接続されてものではない。

特開平７−６６３３２号公報

本発明は従来の半導体装置における上記問題を解決すべくなされたものであって、その目的は、半導体装置の半導体集積回路内部の素子からプリント基板等の外部端子までの配線抵抗を大幅に改善し、特性劣化を最小限に止めることである。

上記目的を達成するため、
請求項１の発明は、半導体集積回路と、該半導体集積回路の電極端子と基板電極とを接続する導電手段を有し、樹脂封止した半導体装置において、上記半導体集積回路上に順に積層して設けた保護膜及び金属膜を有し、該金属膜が上記保護膜の開孔部分で半導体集積回路の内部電極と接続し、かつ該金属膜を上記半導体装置の表面若しくは裏面側で上記封止樹脂から露出させたことを特徴とする半導体装置である。
請求項２の発明は、請求項１に記載された半導体装置において、上記金属膜が応力緩和層を備えていることを特徴とする半導体装置である。
請求項３の発明は、請求項２に記載された半導体装置において、上記金属膜は第１及び第２の金属膜からなり、該第１及び第２の金属膜は上記応力緩和層を介在させて少なくとも１箇所で接続されており、上記第２の金属膜を半導体装置の表面、若しくは裏面側で上記封止樹脂から露出させたことを特徴とする半導体装置である。
請求項４の発明は、請求項１に記載された半導体装置において、上記第１の金属膜に接合された金属板を有し、かつ該金属板を上記半導体装置の表面若しくは裏面側で封止樹脂から露出させたことを特徴とする半導体装置である。
請求項５の発明は、請求項２又は３に記載された半導体装置において、上記第２の金属膜に接合された金属板を有し、かつ該金属板を上記半導体装置の表面若しくは裏面側で封止樹脂から露出させたことを特徴とする半導体装置である。
請求項６の発明は、請求項１ないし５のいずれかに記載された半導体装置において、上記第１及び第２の金属膜は金、アルミニュウム、銅又はそれを主成分とする合金からなり、上記応力緩和層はポリイミド、エポキシ樹脂、その他のエラストマー又はプラストマーであることを特徴とする半導体装置である。
請求項７の発明は、請求項１ないし６に記載された半導体装置において、半導体集積回路を搭載したダイパッドを有し、該ダイパッドを半導体装置の表面若しくは裏面側で上記封止樹脂から露出させたことを特徴とする半導体装置である。
請求項８の発明は、請求項１ないし７のいずれかに記載された半導体装置において、半導体装置の表面あるいは裏面側で上記封止樹脂から露出させた金以外の金属膜又は金属板の表面にメッキ層を有することを特徴とする半導体装置である。

本発明によれば、（１）半導体装置内部の半導体集積回路の任意の場所から内部電極を最短距離で基板電極に接合することが可能となり、配線抵抗を非常に小さくすることができる。これにより高速かつ小型化した半導体装置を安定して動作させることができる。また、金属膜又は金属板により半導体集積回路で発生した熱を効率よく放熱することができる。
（２）金属膜に応力緩和膜を備えることにより、半導体集積回路で発生した熱による半導体装置内部における熱応力を緩和し、結合した各要素間の剥離等による故障を防止することができる。

本発明の実施形態を図面を参照して説明する。
図１は本発明の実施形態に係る半導体装置を模式的に示す断面図であり、従来のものと同一の箇所には同一の番号を付してある。即ち、半導体装置１の半導体集積回路１０は接着剤又ははんだによりダイパッド１２上に取り付けられており、かつ図中上部、即ちその能動面上には保護膜２６が形成されている。また、その保護膜２６の複数の電極取り出し口２２，２４を介して半導体集積回路１０の金属配線２０に接続されたワイヤー１８がリード１６に接続されており、半導体集積回路１０、ダイパッド１２，ワイヤー１８金属配線２０，保護膜２６等がエポキシ樹脂２８により封止されている。

ここで、本実施形態では、半導体集積回路１０の能動面には従来の電極取り出し口２２，２４に加えて半導体集積回路１０の任意の場所に半導体集積回路の少なくともグランドライン若しくは電源ラインのどちらか一方を取り出す電極取り出し口３２を一箇所あるいは複数箇所設け、その部分の保護膜２６は除去されている。保護膜２６上には、半導体集積回路１０の外部端子との接続を行う電極取り出し口３２以外の保護膜２６の開孔部を除く部分に、蒸着法、若しくはメッキ法で金、アルミニュウム、銅又はそれらを主成分とする合金でできた金属膜を形成している。形成する金属膜の大きさは、半導体集積回路の外部端子との接続を行う電極取り出し口３２以外の保護膜の開孔部を除く領域の概ね６０〜８０％が望ましい。これにより半導体集積回路のグランドライン又は電源ラインのどちらか一方は保護膜２６の上に形成された金属膜３０と接合される。
この金属膜３０は半導体装置１を覆うエポキシ樹脂２８から露出しており、この露出した金属膜３０とプリント基板の電極（図示せず）とを接続させることにより、従来のように長い金属配線を用いずに半導体集積回路１０の電極（電源又はグランド電極）に接続することができる。また、半導体集積回路１０で発生した熱を金属膜３０を介して外部に放熱することができる。

図２は本発明の半導体装置の第２の実施形態を示す模式的断面図である。この実施形態では基本構造は図１に示した半導体装置と同様であり、ただ、第１の実施形態に係る半導体装置１における金属膜３０に代えて、半導体集積回路１０と半導体装置１の露出部との応力を緩和するために保護膜２６の上に形成させた金属膜３０ａの上にさらにポリイミド等の応力緩和膜３４を設け、さらにその上に蒸着法、若しくはメッキ法等で例えば、金、アルミニュウム、銅又はこれらを主成分とする合金でできた金属膜３０ｂを形成させている。半導体集積回路からみて上層の金属膜３０ｂは半導体装置１を封止するエポキシ樹脂２８から露出しており、この露出した金属膜３０ｂとプリント基板の電極（図示せず）とを接続させ、下層の金属膜３０ａと上層の金属膜３０ｂは少なくとも１箇所で接続されている。この構成により、前記第１の実施形態と同様に従来のように長い金属配線を用いずに半導体集積回路１０の内部電極（内部素子）を電源又はグランドラインに接続することができるだけでなく、応力緩和層３４を備えているので、動作時と非動作時に半導体装置１が加熱と冷却を繰り返すことで、同装置１内部の各要素間の熱膨張率の差により接合部分が剥離して半導体装置１が破損したり或いは接続不良を起こすなどの問題が生じることはない。

図３は本発明の半導体装置の第３の実施形態を示す模式的断面図である。この実施形態は、第１の実施形態に係る半導体装置１における金属膜３０上に金、銅などの金属板４０を配置した構造である。この構造は、半導体集積回路１０と半導体装置１の表面、あるいは裏面までに距離があり、金属膜３０で半導体装置１の表面あるいは裏面に露出させるには生産性的にも経済的にも好ましくない場合に好適であって、金属膜の上に例えば、金、アルミニュウム、銅或いはこれらを主成分とする合金でできた金属板を接合して、その金属板を半導体装置の表面あるいは裏面に露出させている。
この構成により、前記第１の実施形態と同様に従来のように長い金属配線を用いずに半導体集積回路１０の内部電極を電源又はグランドラインに接続することができるだけでなく、金属板４０はヒートシンクとして機能するから半導体集積回路で発生した熱を一層促進することができる。また、金属膜３０と金属板４０の接合は金−スズ接合、高温はんだ接合が望ましい。

図４は本発明の半導体装置の第４の実施形態を示す模式的断面図である。
この実施形態は、第２の実施形態における上層金属層３０ｂの上に第３の実施形態における金属板４０を配置した構造である。
即ち、保護膜２６の上に形成させた金属膜３０ａの上にさらにポリイミド等の応力緩和膜３４を設け、その上に蒸着法、若しくはメッキ法等で例えば、金、アルミニュウム、銅又はこれらを主成分とする合金でできた金属膜３０ｂを形成させ、更にその上に金属板４０を配置した構造である。この場合も、下層の金属膜３０ａと上層の金属膜３０ｂは少なくとも１箇所で接続されている。
従って、この実施形態の半導体装置１は、第２及び第３の実施形態の備えた前記作用効果を合わせて備えている。即ち、従来のように長い金属配線を用いずに半導体集積回路１０を電源又はグランドラインに接続することにより、さらに、ヒートシンクとなる金属板４０により半導体集積回路からの放熱が一層促進されるだけでなく、応力緩和膜３４により熱応力が緩和されるため、接合部の剥離や隙間の形成が確実に防止でき、半導体装置１は破損することなく常に安定した動作を行うことができる。

図５は、本発明の半導体装置１の第５の実施形態を示す模式的断面図である。この実施形態は、第４の実施形態においてダイパッド１２の下側を封止用エポキシ樹脂から露出させて、ダイパッド１２が回路基板に直接接触するように構成されている。そのため、第４の実施形態の作用効果に加え、半導体集積回路１０で発生した熱はダイパッド１２を通じて回路基板に放熱することができ、その分放熱効率が向上するとの作用効果を得ることができる。

図６は本発明の半導体装置１の第６の実施形態を示す模式的断面図であり、図５に示す半導体装置１におけるダイパッド１２、半導体集積回路１０、保護膜２６、第１金属膜３０ａ、応力緩和膜３４、第２の金属膜３０ｂ、金属板４０を天地逆向きに配置してワイヤー１８を介してリード１６に接続している。
この構造では、金属板が直接プリント回路基板に直接接続されるから配線抵抗を一層低減することができ、かつ、金属板の熱が直接回路基板に放熱されるとともに、ダイパッド１２も封止樹脂から露出するよう構成されているため、ダイパッド１２からの放熱も促進される。

図７は本発明の半導体装置１の第７の実施形態を示す模式的断面図であり、図４に示す半導体装置１におけるダイパッド１２、半導体集積回路１０、保護膜２６、第１金属膜３０ａ、応力緩和膜３４、第２の金属膜３０ｂ、金属板４０を天地逆向きに配置してワイヤー１８を介してリード１６に接続している。
この構造でも、金属板が直接プリント回路基板に接続されるため、一層短距離で回路基板の電極に接続することができ、その分抵抗を低減することができる。その他の作用効果は図４に記載されたものと同様である。

図８は本発明の半導体装置１の第８の実施形態を示す模式的断面図であり、この実施形態では、ワイヤー１８をダイパッド１２に接合し、かつダイパッド１２の下側に複数のバンプ４２を設けて、この複数のバンプ４２を介して例えばプリント回路基板の電極に接続される。その他の構成は図５に示す半導体装置１と同様であり、その作用効果もそれと同様である。
以上の各実施形態において、封止樹脂から露出させた金属膜３０又は金属板４０が金以外のときは、半導体装置１の内部を保護してその腐食防止等をするため、露出させた金属膜３０又は金属板４０の表面に金若しくははんだ或いはスズメッキを施すことが望ましい。

本発明の第１の実施形態に係る半導体装置を模式的に示す断面図である。本発明の第２の実施形態に係る半導体装置を模式的に示す断面図である。本発明の第３の実施形態に係る半導体装置を模式的に示す断面図である。本発明の第４の実施形態に係る半導体装置を模式的に示す断面図である。本発明の第５の実施形態に係る半導体装置を模式的に示す断面図である。本発明の第６の実施形態に係る半導体装置を模式的に示す断面図である。本発明の第７の実施形態に係る半導体装置を模式的に示す断面図である。本発明の第８の実施形態に係る半導体装置を模式的に示す断面図である。従来の半導体装置を模式的に示す断面図である。

符号の説明

１…半導体装置、１０…半導体集積回路、１２…ダイパッド、１４…接着剤又ははんだ、１６…リード、１８…ワイヤー、２２，２４…電極取り出し口、２６…保護膜、３０…金属膜、３２…グランド又は電源ライン、３４…応力緩和膜、４０…金属板、４２…バンプ。

Claims

半導体集積回路と、該半導体集積回路の電極端子と基板電極とを接続する導電手段を有し、樹脂封止した半導体装置において、
上記半導体集積回路上に順に積層して設けた保護膜及び金属膜を有し、該金属膜が上記保護膜の開孔部分で半導体集積回路の内部電極と接続し、かつ該金属膜を上記半導体装置の表面若しくは裏面側で上記封止樹脂から露出させたことを特徴とする半導体装置。
請求項１に記載された半導体装置において、
上記金属膜が応力緩和層を備えていることを特徴とする半導体装置。
請求項２に記載された半導体装置において、
上記金属膜は第１及び第２の金属膜からなり、該第１及び第２の金属膜は上記応力緩和層を介在させて少なくとも１箇所で接続されており、上記第２の金属膜を半導体装置の表面、若しくは裏面側で上記封止樹脂から露出させたことを特徴とする半導体装置。
請求項１に記載された半導体装置において、
上記第１の金属膜に接合された金属板を有し、かつ該金属板を上記半導体装置の表面若しくは裏面側で封止樹脂から露出させたことを特徴とする半導体装置。
請求項２又は３に記載された半導体装置において、
上記第２の金属膜に接合された金属板を有し、かつ該金属板を上記半導体装置の表面若しくは裏面側で封止樹脂から露出させたことを特徴とする半導体装置。
請求項１ないし５のいずれかに記載された半導体装置において、
上記第１及び第２の金属膜は金、アルミニュウム、銅又はそれを主成分とする合金からなり、
上記応力緩和層はポリイミド、エポキシ樹脂、その他のエラストマー又はプラストマーであることを特徴とする半導体装置。
請求項１ないし６に記載された半導体装置において、
半導体集積回路を搭載したダイパッドを有し、該ダイパッドを半導体装置の表面若しくは裏面側で上記封止樹脂から露出させたことを特徴とする半導体装置。
請求項１ないし７のいずれかに記載された半導体装置において、
半導体装置の表面あるいは裏面側で上記封止樹脂から露出させた金以外の金属膜又は金属板の表面にメッキ層を有することを特徴とする半導体装置。