JP2008103685A - 半導体装置及びその製造方法 - Google Patents

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semiconductor
electrode
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Manabu Tanabe
学 田辺
Hiroaki Fujimoto
博昭 藤本
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Panasonic Holdings Corp
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Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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Abstract

【課題】多ピンの半導体チップを用いる半導体装置のボンディングワイヤどうしの接触をなくし、歩止まりを向上させる。
【解決手段】半導体チップ２の１主面上に形成された複数の電極３と前記半導体チップ２の周囲に配された導体部の内部電極４とを接続して互いに上下に配されるワイヤ５ａ，５ｂ，５ｃの内、最下位のワイヤ５ａに剛性が最も小さいものを用い、上位のワイヤ５ｂ，５ｃに剛性がより大きいものを用いる。最下位のワイヤ５ａは剛性が最も小さいことから、ワイヤ高さを低くできる。それよりも上位のワイヤ５ｂ，５ｃの剛性が大きいと、ボンディング時にループ形状の制御が容易であるだけでなく、ボンディング後のループの変形が抑えられる。このため、ワイヤ５ａ，５ｂ，５ｃどうしの接触を回避することが可能である。
【選択図】図１

Description

本発明は、多ピンの半導体チップを用いたパッケージ型の半導体装置及びその製造方法に関するものである。
近年、移動体通信機器等の電子機器の小型化、高機能・多機能化が進展しており、それに対応するべく半導体装置は小型化・高密度化・多ピン化の傾向にある。たとえば、外部端子が底面にエリアアレー状に配置されたパッケージ型の半導体装置が多く用いられるようになってきており、パッケージされる半導体チップの電極は、チップ外周部（周縁部）に一列に配置されるだけでなく、千鳥配置などのように複数列に配置されるようになってきている。
かかる半導体装置の一例としてのＢＧＡ（Ball Grid Array）パッケージを図７（ａ）（ｂ）に示す。ＢＧＡ用基板１（以下単に基板１という）に多ピンの半導体チップ２が固着され、半導体チップ２の電極３と基板１に形成された内部電極４とがボンディングワイヤ５（以下単にワイヤ５という）により電気的に接続され、半導体チップ２とワイヤ５とが封止樹脂６によりトランスファーモールド法などで被覆されている。図７（ｂ）では、ワイヤ５の一部のみを図示し、封止樹脂６の図示を省略している。
半導体チップ２においては、その１主面の周縁部に電極３が複数列に配置されている。基板１においては、半導体チップ２の周囲となるように内部電極４が複数列に形成され、各内部電極４とスルーホールなどを通じて導通した外部電極７が格子状等に形成され、各外部電極７の上に半田ボール８が形成されている。
このようなＢＧＡパッケージにおいては、図示したように、半導体チップ２上の最外周列の電極３ａに接続したワイヤ５ａが基板１上の最内周列の内部電極４ａに接続され、電極３ａよりも内周側にある電極３ｂ，３ｃに接続したワイヤ５ｂ，５ｃが内部電極４ａよりも外周側にある内部電極４ｂ，４ｃに接続される。各ワイヤ５ａ，５ｂ，５ｃは、ワイヤ５ａの最上部の位置がワイヤ５ｂよりも低い位置となるように、またワイヤ５ｂの最上部の位置がワイヤ５ｃよりも低い位置となるように、制御される（特許文献１）。
特表２００５−５３２６７２公報
上述したような半導体装置では、多ピンの半導体チップ２に対応するためにワイヤ５（５ａ，５ｂ，５ｃ）を３次元的に配置しているのであるが、ワイヤ５に金（Ａｕ）を用いているためループを制御するのが困難であり、ワイヤ５どうしが接触することがあり、歩止まり低下の原因となっている。金は非常に高価な材料でもある。
本発明は、上記問題に鑑み、多ピンの半導体チップを用いる半導体装置のボンディングワイヤどうしの接触をなくし、歩止まりを向上することを目的とする。
上記課題を解決するために、本発明の半導体装置は、半導体チップの１主面上に形成された複数の電極と前記半導体チップの周囲に配置された複数の導体部の内部端子とが金属細線により電気的に接続され、前記半導体チップと金属細線とが樹脂封止された半導体装置において、前記半導体チップの電極と前記導体部の内部端子とを接続して互いに上下に配された複数の金属細線の内、最下位の金属細線の剛性が最も小さいことを特徴とする。
上記構成によれば、最下位の金属細線は剛性が最も小さいことから、ワイヤ高さを低くできる。それよりも上位の金属細線は剛性がより大きいことから、ボンディング時にループ形状の制御が容易であるだけでなく、ボンディング後のループの変形が抑えられ、樹脂封止時に樹脂の流動によって発生するストレスによる変形も抑えられるので、所望の高さおよび形状に維持できる。このため、金属細線どうしの接触が回避され、歩留が向上する。
たとえば、半導体チップは、１主面の外周部に列状に配置された第１の電極と前記第１の電極よりも前記１主面の中心寄りに列状に配置された少なくとも１列の第２の電極とを有しており、前記半導体チップの第１の電極と導体部の内部端子とは第１の金属細線により接続され、前記半導体チップの第２の電極と前記導体部の内部端子とは、前記第１の金属細線よりも剛性が大きい第２の金属細線により接続されているものであってよい。
また、半導体チップは複数個、積層されており、最下段の半導体チップの電極と導体部の内部端子とは第１の金属細線により接続され、２段目以上の上段の半導体チップの電極と前記導体部の内部端子とは、前記第１の金属細線よりも剛性が大きい第２の金属細線により接続されているものであってよい。
さらに、半導体チップは複数個、積層されており、最下段の半導体チップの電極と導体部の内部端子とは第１の金属細線により接続され、２段目以上の上段の半導体チップの電極と前記導体部の内部端子、および、複数個の半導体チップの電極の一部どうしは、前記第１の金属細線よりも剛性が大きい第２の金属細線により接続されているものであってよい。
最下位の金属細線の最上部の位置が他の金属細線の最上部の位置よりも低いことを特徴とする。最下位の金属細線が接続された半導体チップの電極の下方に回路素子が形成されていてよい。
本発明の半導体装置の製造方法は、１主面に複数の電極が形成された半導体チップを支持体に搭載する第１の工程と、前記支持体に搭載した半導体チップの複数の電極と当該半導体チップの周囲に配置されている複数の導体部の内部端子とを金属細線により接続する第２の工程と、前記半導体チップと前記金属細線とを樹脂封止する第３の工程とを有する半導体装置の製造方法において、前記第２の工程では、互いに上下に配する複数の金属細線の内、最下位に配する金属細線に剛性が最も小さい金属細線を用いて接続を行ない、その後に剛性がより大きい金属細線を用いて接続を行うことを特徴とする。
たとえば、１主面の外周部に列状に配置された第１の電極と前記第１の電極よりも前記１主面の中心寄りに列状に配置された少なくとも１列の第２の電極とを有する半導体チップを支持体に搭載する第１の工程と、前記半導体チップの第１の電極と当該半導体チップの周囲の複数の導体部の内部端子とを第１の金属細線により接続し、その後に前記半導体チップの第２の電極と複数の導体部の内部端子とを前記第１の金属細線よりも剛性が大きい第２の金属細線により接続する第２の工程と、前記半導体チップと前記第１および第２の金属細線とを樹脂封止する第３の工程とを行うことができる。
また、１主面の外周部に複数の電極を有する半導体チップを複数個、支持体に積層して搭載する第１の工程と、最下段の半導体チップの電極と当該半導体チップの周囲の複数の導体部の内部端子とを第１の金属細線により接続し、その後に２段目以上の上段の半導体チップの電極と複数の導体部の内部端子とを前記第１の金属細線よりも剛性が大きい第２の金属細線により接続する第２の工程と、前記複数の半導体チップと前記第１および第２の金属細線とを樹脂封止する第３の工程とを行うことができる。
さらに、１主面の外周部に複数の電極を有する半導体チップを複数個、支持体に積層して搭載する第１の工程と、最下段の半導体チップの電極と当該半導体チップの周囲の複数の導体部の内部端子とを第１の金属細線により接続し、その後に２段目以上の上段の半導体チップの電極と複数の導体部の内部端子、および、複数個の半導体チップの電極の一部どうしを、前記第１の金属細線よりも剛性が大きい第２の金属細線により接続する第２の工程と、前記複数の半導体チップと前記第１および第２の金属細線とを樹脂封止する第３の工程とを行うことができる。
最下位の金属細線と他の金属細線の剛性の相異は各々の金属材料の組成に基づいていてよい。最下位の金属細線は金を主成分とし、他の金属細線は銅を主成分としているものであってよい。また、最下位の金属細線と他の金属細線は金を主成分とし、前記最下位の金属細線の金含有率が他の金属細線の金含有率よりも大きいものであってよい。
複数の導体部は、半導体チップを搭載する支持体に形成されているものであってよい。かかる複数の導体部を持った支持体は、たとえば配線基板である。複数の導体部は、半導体チップを搭載する支持体の周囲に配列されているものであってよい。かかる複数の導体部と支持体とを有するものは、たとえばリードフレームである。
本発明の半導体装置は、半導体チップ上の複数の電極と前記半導体チップの周囲に配された複数の導体部の内部端子とを接続して互いに上下に配される複数の金属細線の内、最下位の金属細線に剛性が最も小さいものを用い、それよりも上位の金属細線に剛性がより大きいものを用いるので、金属細線どうしの接触を防止し、歩留の向上を図ることができる。剛性がより大きい金属細線としてＣｕや純度の低いＡｕを用いると、従来に比べてＡｕの使用量を低減し、低コスト化を図ることもできる。
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。
図１は本発明の一実施形態の半導体装置であるＢＧＡパッケージを製造する工程を示す。先に図７を用いて説明した従来のものと同様の部材には図７と同じ符号を付して説明する。
まず、図１（ａ）に示すＢＧＡ用基板１（以下単に基板１という）を準備する。この基板１は、ガラスエポキシ（あるいはＢＴレジンやポリイミドなど）を基材とする厚み０．０５mm〜１．０mm程度のもので、配線パターンやスルーホール等の導体部（仮想線で例示する）が形成されており、この導体部を通じて電気的に接続する内部電極４と外部の実装基板等に接続するための外部電極７とがチップ搭載面とその背面に形成されている。内部電極４，外部電極７の周囲の基板面はソルダーレジストなどの絶縁層（図示せず）で覆われている。
内部電極４は、チップ搭載面の中央に設定されたチップ搭載領域の周囲に、該領域の外周に沿う方向に間隔をおいて配列されるとともに、チップ搭載面の中心から外周に向かう方向に沿って間隔をおいて複数列に配列されている（図７をも参照）。各列の内部電極４を最内周列から順に４ａ，４ｂ，４ｃで示している。
このように内部電極４が複数列に形成されるのは、可能な限りの最小ピッチで配置しても、単列では半導体チップのピン数全てに対応できないためである。かかる内部電極４は通常、５０μm〜５００μm程度のピッチで、Ｃｕ等を主材料に用いて厚み５〜３５μmにて形成され、表面にＡｕめっき等が厚み０．０１〜５μm程度に施される。外部電極３は内部電極４と同様の材料で、内部電極４に対応できる数および配置にて形成される。
次に、図１（ｂ）に示すように、基板１に半導体チップ２を固着する。固着のためには、基板１と半導体チップ２との間にエポキシ、ポリイミド等の熱硬化性樹脂（図示せず）
を介在させる。
半導体チップ２の電極３は、１主面の周縁部に、該１主面の外周に沿う方向に間隔をおいて配列されるとともに、該１主面の中心から外周に向かう方向に沿って間隔をおいて複数列に配列されている。各列の電極３を最外周列から順に３ａ，３ｂ，３ｃで示している。
このように電極３が複数列に配置されるのは、半導体チップ２の電極数（回路規模等に応じて１０〜２０００ピン程度）を多くする場合に、可能な限りの最小ピッチで配置しても、単列では必要数の電極を配置できないためである。かかる電極３は通常、ＡＬ、Ａｕ、Ｃｕ等で形成され、ＡＬを主材料とする場合は微量のＳｉ、Ｃｕ等が添加される。電極３は千鳥配置、並列配置などとされる。半導体チップ２には最外周列の電極３ａの下方にもトランジスタ等の半導体素子及び配線等の回路素子９が形成されている。
次に、図１（ｃ）に示すように、半導体チップ１の最外周列の電極３ａと基板１の最内周列の内部電極４ａとをワイヤボンディング法を用いてワイヤ５ａにより電気的に接続する。次に、図１（ｄ）に示すように、半導体チップ１の中央列の電極３ｂと基板１の中央列の内部電極４ｂとをワイヤ５ｂにて電気的に接続する。その後に、半導体チップ１の最内周列の電極３ｃと基板１の最外周列の内部電極４ｃとをワイヤ５ｃにて電気的に接続する。これら、図１（ｃ）（ｄ）に示したワイヤボンディング工程は通常、熱および超音波を印加し、加圧しながら行う。加熱温度は５０〜３００℃程度、超音波の出力は１０〜３００mW程度、加圧は１０〜１００g重程度である。
このときに重要なのは、半導体チップ２の最外周列の電極３ａに接続するワイヤ５ａ（第１のワイヤ５ａと呼ぶ）と、それよりも内側の列の電極３ｂ，３ｃに接続するワイヤ５ｂ，５ｃ（第２のワイヤ５ｂ，５ｃと呼ぶ）とに、剛性の異なるものを用いることである。第１のワイヤ５ａの剛性に比べて第２のワイヤ５ｂ，５ｃの剛性がより大きくなるように選定する。
ワイヤボンディングの終了後に、図１（ｅ）に示すように、基板１の片側に半導体チップ２及び第１のワイヤ５ａ、第２のワイヤ５ｂ，５ｃを覆うように封止樹脂６をトランスファーモールド法等により形成し、その後に基板１の外部電極７にはんだボール８を形成する。これによりＢＧＡパッケージが完成する。
以上のＢＧＡパッケージにおいて、上述のように第１のワイヤ５ａに比べて第２のワイヤ５ｂ，５ｃに剛性がより大きいものを用いるのは、複数列に配置した電極３ａ，３ｂ，３ｃと内部電極４ａ，４ｂ，４ｃとを接続する場合には、平面視して、ワイヤ５ａ，５ｂ，５ｃどうしが少なくとも一部分において重なる配置、つまりワイヤ５ａ，５ｂ，５ｃどうしが少なくとも一部分において互いに上下に位置する配置になりやすく、これを避けることは難しいからである。
また、半導体チップ２の中心寄りの電極３ｂ，３ｃに接続する第２のワイヤ５ｂ，５ｃは、電極３ｂ，３ｃとの接合部で半導体チップ２に対して垂直方向に引き出してループを形成することを要し、ワイヤ高さが高くなり、ワイヤ長も長くなるからである。
このような第２のワイヤ５ｂ，５ｃに比較的剛性が大きいものを用いることで、ボンディングの際に形成するループの形状の制御が容易になるだけでなく、ボンディング後のループの変形撓み（歪み）等が起き難く、また樹脂封止時に樹脂の流動によって発生するストレスによる変形も抑えられるため、所望の高さおよび形状に維持できる。一方、半導体チップ２の最外周列の電極３ａに接続して最下位に配される第１のワイヤ５ａに最も剛性が小さいものを用いることで、ワイヤ高さを低くできるので、上位に配置される第２のワイヤ５ｂ，５ｃとの距離を大きくすることができる。
これらのことより、第１のワイヤ５ａ、第２のワイヤ５ｂ，５ｃが接触するなどの不良の発生は起き難くなり、歩留の高いものとなる。第１のワイヤ５ａに接触しない程度に第２のワイヤ５ｂ，５ｃのワイヤ高さを抑えることで、装置全体の薄型化も可能となる。
さらに、剛性が小さい第１のワイヤ５ａによるボンディング時に電極３ａにかかる負荷は小さいので、上述したように電極３ａの下方に回路素子９を配置していてもダメージを与えることがなく、信頼性を確保できる。逆に言うと、第１のワイヤ５ａに剛性が小さいものを用いるので、半導体チップ２の外周部にも回路素子９を形成できる。このことにより、半導体チップ２のサイズを小さくすること、コストの低減が可能となる。
このためには、最下位に配される第１のワイヤ５ａをＡｕ線とし、第１のワイヤ５ａよりも高位に配される第２のワイヤ５ｂ，５ｃをＣｕ線とするというように、材料の異なるものを用いる。あるいは、第１のワイヤ５ａに金含有率が高い（９９．９９質量％以上）Ａｕ線を用い、第２のワイヤ５ｂ，５ｃに金含有率が低い（９９．９０〜９９．００質量％程度）Ａｕ線を用いるというように、含有量の異なるものを用いる。Ｃｕや純度の低いＡｕを用いることは、高価な材料であるＡｕの使用量を低減することにもなり、低コスト化にも寄与する。
第１のワイヤ５ａと第２のワイヤ５ｂ，５ｃとで組成を相違させるのでなく、径を相違させることによって、剛性を相異させても構わない。ワイヤ径は通常１２〜３０μm程度なので、適宜な径を選択することができる。なお、最下位に配される第１のワイヤ５ａには、平面視して第２のワイヤ５ｂ，５ｃに重ならないものも含まれていてよい。
ボンディングの順序は、上述したように、半導体チップ２の最外周列の電極３ａの第１のワイヤ５ａによる接続が完了した後に、内側の電極３ｂ，３ｃの第２のワイヤ５ｂ，５ｃによる接続を行う。そのためにはたとえば、第１のワイヤ５ａのためのワイヤボンダーと第２のワイヤ５ｂ，５ｃのためのワイヤボンダーとを別個の装置とするのが効率よい。
以上、第１のワイヤ５ａ，第２のワイヤ５ｂ，５ｃという２群で剛性を相異させるとして説明したが、上位に配置されるワイヤほど剛性が大きくなるように、つまりワイヤ５ａの剛性＜ワイヤ５ｂの剛性＜ワイヤ５ｃの剛性となるように選定しても構わない。
図２は本発明の他の実施形態の半導体装置であるＢＧＡパッケージを製造する工程を示す。
図２（ａ）に示すように、上述したのと同様の基板１を準備する。そして基板１に、電極３Ａが周縁部に形成されている第１の半導体チップ２０を固着し、その上に、図２（ｂ）に示すように、電極３Ｂが周縁部に形成されている第２の半導体チップ２１と、電極３Ｃが周縁部に形成されている第３の半導体チップ２２とを積層して固着する。固着のためには熱硬化性樹脂を用いる。電極３Ａ，３Ｂ，３Ｃの構成および数は上述した電極３ａ，３ｂ，３ｃと同様である。第１の半導体チップ２０の電極３Ａの下方には、トランジスタ等の半導体素子及び配線層等の回路素子９が形成されている。
次に、図２（ｃ）に示すように、第１の半導体チップ２０の電極３Ａと基板１の最内周列の内部電極４ａとをワイヤボンディング法を用いてワイヤ５ａにて電気的に接続する。次に、図２（ｄ）に示すように、第２の半導体チップ２１の電極３Ｂと基板１の中央列の内部電極４ｂとをワイヤ５ｂにて電気的に接続する。その後に、第３の半導体チップ２２の電極３Ｃと基板１の最外周列の内部電極４ｃとをワイヤ５ｃにて電気的に接続する。これら、図２（ｃ）（ｄ）に示したワイヤボンディング工程は、上述したのと同様に熱および超音波を印加し、加圧しながら行う。
このときに重要なのは、第１の半導体チップ２０の電極３Ａに接続するワイヤ５ａ（以下第１のワイヤ５ａと呼ぶ）と、第２、第３の半導体チップ２１，２２の電極３Ｂ，３Ｃに接続するワイヤ５ｂ，５ｃ（以下第２のワイヤ５ｂ，５ｃと呼ぶ）とに、剛性の異なるものを用いることである。第１のワイヤ５ａの剛性に比べて第２のワイヤ５ｂ，５ｃの剛性がより大きくなるように選定する。
ワイヤボンディングの終了後に、図２（ｅ）に示すように、基板１の片側に半導体チップ２０，２１，２２及びワイヤ５ａ，５ｂ，５ｃを覆うように封止樹脂６をトランスファーモールド法等により形成し、その後に基板１の外部電極７にはんだボール８を形成する。これにより、ＢＧＡパッケージが完成する。
以上のＢＧＡパッケージにおいても、複数段に積層した半導体チップ２０，２１，２２の電極３Ａ，３Ｂ，３Ｃと、内部電極４ａ，４ｂ，４ｃとを接続をする場合、平面視して、ワイヤ５ａ，５ｂ，５ｃどうしが少なくとも一部分において互いに上下に位置する配置になりやすく、これを避けることは難しい。このため、上段の半導体チップ２１，２２に存在して装置中心寄りにある電極３Ｂ，３Ｃに接続する第２のワイヤ５ｂ，５ｃに、第１のワイヤ５ａよりも硬度の大きいものを用いており、それにより、図１に示したＢＧＡパッケージについて説明したのと同様の効果が得られる。
つまり、第２のワイヤ５ｂ，５ｃについては、ボンディングの際に形成するループの形状の制御が容易になるだけでなく、ボンディング後のループの変形撓み（歪み）等が起き難く、また樹脂封止時に樹脂の流動によって発生するストレスによる変形も抑えられるため、所望の高さおよび形状に維持できる。最下位に配される第１のワイヤ５ａについては、ワイヤ高さを低くできるので、上位に配置される第２のワイヤ５ｂ，５ｃとの距離を大きくすることができる。これらのことより、第１のワイヤ５ａ、第２のワイヤ５ｂ，５ｃが接触するなどの不良の発生は起き難くなり、歩留の高いものとなる。第１のワイヤ５ａに接触しない程度に第２のワイヤ５ｂ，５ｃのワイヤ高さを抑えることで、装置全体の薄型化も可能となる。
また、剛性が小さい第１のワイヤ５ａによるボンディング時に電極３Ａにかかる負荷は小さいので、電極３Ａの下方に回路素子９を配置していてもダメージを与えることがなく、信頼性を確保できる。逆に言うと、第１のワイヤ５ａに剛性が小さいものを用いるので、半導体チップ２の外周部にも回路素子９を形成でき、このことにより、半導体チップ２のサイズを小さくすること、コストの低減が可能となる。
第１のワイヤ５ａ、第２のワイヤ５ｂ，５ｃは、図１に示したＢＧＡパッケージについて説明したのと同様のものを使用することができる。Ｃｕや純度の低いＡｕを用いると、高価な材料であるＡｕの使用量を低減することができ、低コスト化も図ることができる。ワイヤ５ａの剛性＜ワイヤ５ｂの剛性＜ワイヤ５ｃの剛性となるように選定しても構わない。ボンディングの順序、装置も、図１に示したＢＧＡパッケージについて説明したのと同様とすることができる。
なお、最下段の半導体チップ２０が最も大きいサイズとして図示したが、半導体チップの積層位置やサイズに制約はない。例えば、最下段の半導体チップ２０は、ワイヤボンディングしない場合は、他の半導体チップ２１，２２のサイズより小さくてもよい。
積層する半導体チップの数を３個として説明したが、２個以上であれば上記の構成を適用することができ、同様の効果が得られる。図３に、２個の半導体チップ２０，２１を積層したＢＧＡパッケージを示す。
図４は本発明のさらに他の実施形態の半導体装置であるＢＧＡパッケージの構成を示す。このＢＧＡパッケージでは、基板１に、第１の半導体チップ２３、第２の半導体チップ２４が積層して固着されている。図２のＢＧＡパッケージと同様な点については説明を省略する。
第１の半導体チップ２３の複数の電極３は、１主面の周縁部に、該１主面の外周に沿う方向に間隔をおいて配列されるとともに、該１主面の中心から外周に向かう方向に沿って間隔をおいて複数列に配列されている。外周側から順に３Ａ１，３Ａ２で示している。第２の半導体チップ２４の複数の電極３も、１主面の周縁部に同様に複数列に配列されている。外周側から順に３Ｂ１，３Ｂ２で示している。
第１の半導体チップ２３の外周列の電極３Ａ１と基板１の内周列の内部電極４ａとはワイヤボンディング法を用いてワイヤ５ａにて電気的に接続されている。第１の半導体チップ２３の内周列の電極３Ａ２と第２の半導体チップ２４の外周列の電極３Ｂ１とは、ワイヤ５ｂで接続されている。第１の半導体チップ２３と第２の半導体チップ２４を電気的に接続するためであり、基板１を介さずに省スペースで接続することを目的としている。第２の半導体チップ２４の内周列の電極３Ｂ２と基板１の外周列の内部電極４ｂとは、ワイヤ５ｂと同種のワイヤ５ｃで接続されている。
ワイヤ５ａ（以下第１のワイヤ５ａと呼ぶ）に比べて、ワイヤ５ｂ，５ｃ（以下第２のワイヤ５ｂ，５ｃと呼ぶ）には、剛性がより大きいものが選定されている。第１のワイヤ５ａにて第１の半導体チップ２３の電極電極３Ａ１と内部電極４ａとの接続が行われ、次に第２のワイヤ５ｂにて電極３Ａ２と３Ｂ１との接続が行なわれ、次に第２のワイヤ５ｃにて電極３Ｂ２と内部電極４ｂとの接続が行われる。
このＢＧＡパッケージでも、上段の半導体チップ２４に存在して装置中心寄りにある電極３Ｂ２，３Ｂ１に接続する第２のワイヤ５ｂ，５ｃに、下段の半導体チップ２３の電極３Ａ１に接続する第１のワイヤ５ａよりも剛性が大きいものが用いられているため、つまり、最下位に配される第１のワイヤ５ａに比べて、上位に配置される第２のワイヤ５ｂ，５ｃに剛性がより大きいものが用いられているため、図１、図２に示したＢＧＡパッケージについて説明したのと同様の効果が得られる。
使用可能な第１のワイヤ５ａ、第２のワイヤ５ｂ，５ｃは、図１に示したＢＧＡパッケージについて説明したのと同様である。ただし、第２のワイヤ５ｂは、第１のワイヤ５ａに重なる恐れはないので、必ずしも第１のワイヤ５ａよりも剛性が大きくなくてもよく、第１のワイヤ５ａと同一のものを用いることも可能である。もちろん、ワイヤ５ａの剛性＜ワイヤ５ｂの剛性＜ワイヤ５ｃの剛性となるように選定しても構わない。
なお、下段の半導体チップ２３がサイズが大きいとして図示したが、半導体チップの積層位置やサイズに制約はない。例えば、下段の半導体チップ２３は、ワイヤボンディングしない場合は、半導体チップ２４のサイズより小さくてもよい。
積層する半導体チップの数を２個として説明したが、２個以上であれば上記の構成を適用することができ、同様の効果が得られる。
図５は本発明のさらに他の実施形態の半導体装置であるＢＧＡパッケージの構成を示す。このＢＧＡパッケージでは、基板１に、第１の半導体チップ２５、第２の半導体チップ２６が積層して搭載されている。
第１の半導体チップ２５は、１主面に電極３Ｄが格子状に形成され、各電極３上に半田ボール１０が形成されていて、基板１のチップ搭載領域に形成された内部電極４ｄに半田ボール１０が接合されている。
第２の半導体チップ２６は、第１の半導体チップ２５の上に固着されている。第２の半導体チップ２６の複数の電極３は、１主面の周縁部に、該１主面の外周に沿う方向に間隔をおいて配列されるとともに、該１主面の中心から外周に向かう方向に沿って間隔をおいて複数列に配列されている。外周側から順に３ａ，３ｂで示している。
第２の半導体チップ２６の外周列の電極３ａと基板１の内周列の内部電極４ａとはワイヤボンディング法を用いてワイヤ５ａにて電気的に接続されている。第２の半導体チップ２６の内周列の電極３ｂと基板１の外周列の内部電極４ｂとは、ワイヤ５ｂで接続されている。ワイヤ５ａ（以下第１のワイヤ５ａと呼ぶ）に比べて、ワイヤ５ｂ（以下第２のワイヤ５ｂと呼ぶ）には、剛性がより大きいものが選定されている。
このＢＧＡパッケージでも、第２の半導体チップ２６の最外周列の電極３ａに接続して最下位に配される第１のワイヤ５ａに最も剛性が小さいものが用いられ、上位に配置される第２のワイヤ５ｂに剛性がより大きいものが用いられているため、図１に示したＢＧＡパッケージについて説明したのと同様の効果が得られる。
使用可能な第１のワイヤ５ａ、第２のワイヤ５ｂや、ボンディングの順序は、図１に示したＢＧＡパッケージについて説明したのと同様である。
なお、下段の半導体チップ２５がサイズがより大きいとして図示したが、半導体チップの積層位置やサイズに制約はない。例えば、下段の半導体チップ２５が半導体チップ２６より小さくてもよい。
積層する半導体チップの数を２個として説明したが、２個以上であれば上記の構成を適用することができ、同様の効果が得られる。
以上、ＢＧＡパッケージを基板１を用いて単体で製造するとして説明したが、複数の実装領域を設けた短冊状等の基板を用いて、複数個のＢＧＡパッケージが繋がった状態で製造し、その後に個片化してもよいのは言うまでもない。ＱＦＰタイプやその他の形態のパッケージにも上述の各構成を適用可能であり、同様の効果が得られる。
図６にＱＦＰタイプのパッケージを示す。図２のＢＧＡパッケージと同様の部材については、同じ符号を付して説明を省略する。１１は半導体チップ２０，２１の支持体としてのダイパッド、１２はダイパッドの周囲に複数本配列されたリードである。ダイパッド１１とリード１２とは、製造段階で用いられるリードフレームにおいて連結されているので一体に扱われる。
このＱＦＰタイプのパッケージでも、最下位に配される第１のワイヤ５ａに比べて、上位に配置される第２のワイヤ５ｂに剛性がより大きいものが用いられており、それにより、図１、図２に示したＢＧＡパッケージについて説明したのと同様の効果が得られる。
本発明は、移動体通信機器等の電子機器に搭載する小型・多ピンの半導体装置として、またその製造方法として特に有用である。
本発明の一実施形態の半導体装置の製造方法を説明する工程断面図 本発明の他の実施形態の半導体装置の製造方法を説明する工程断面図 本発明のさらに他の実施形態の半導体装置の断面図 本発明のさらに他の実施形態の半導体装置の断面図 本発明のさらに他の実施形態の半導体装置の断面図 本発明のさらに他の実施形態の半導体装置の断面図 従来の半導体装置の断面図
符号の説明
１ ＢＧＡ用基板
２ 半導体チップ
３ 電極
４ 内部電極
５ ボンディングワイヤ
６ 封止樹脂
９ 回路部
11 ダイパッド
12 リード
20,21,22 半導体チップ
23,24 半導体チップ
25,26 半導体チップ

Claims (20)

  1. 半導体チップの１主面上に形成された複数の電極と前記半導体チップの周囲に配置された複数の導体部の内部端子とが金属細線により電気的に接続され、前記半導体チップと金属細線とが樹脂封止された半導体装置において、
    前記半導体チップの電極と前記導体部の内部端子とを接続して互いに上下に配された複数の金属細線の内、最下位の金属細線の剛性が最も小さいことを特徴とする半導体装置。
  2. 半導体チップは、１主面の外周部に列状に配置された第１の電極と前記第１の電極よりも前記１主面の中心寄りに列状に配置された少なくとも１列の第２の電極とを有しており、前記半導体チップの第１の電極と導体部の内部端子とは第１の金属細線により接続され、前記半導体チップの第２の電極と前記導体部の内部端子とは、前記第１の金属細線よりも剛性が大きい第２の金属細線により接続されていることを特徴とする請求項１記載の半導体装置。
  3. 半導体チップは複数個、積層されており、最下段の半導体チップの電極と導体部の内部端子とは第１の金属細線により接続され、２段目以上の上段の半導体チップの電極と前記導体部の内部端子とは、前記第１の金属細線よりも剛性が大きい第２の金属細線により接続されていることを特徴とする請求項１記載の半導体装置。
  4. 半導体チップは複数個、積層されており、最下段の半導体チップの電極と導体部の内部端子とは第１の金属細線により接続され、２段目以上の上段の半導体チップの電極と前記導体部の内部端子、および、複数個の半導体チップの電極の一部どうしは、前記第１の金属細線よりも剛性が大きい第２の金属細線により接続されていることを特徴とする請求項１記載の半導体装置。
  5. 最下位の金属細線と他の金属細線の剛性の相異は各々の金属材料の組成に基づくことを特徴とする請求項１記載の半導体装置。
  6. 最下位の金属細線は金を主成分とし、他の金属細線は銅を主成分としていることを特徴とする請求項５記載の半導体装置。
  7. 最下位の金属細線と他の金属細線は金を主成分とし、前記最下位の金属細線の金含有率が他の金属細線の金含有率よりも大きいことを特徴とする請求項５記載の半導体装置。
  8. 最下位の金属細線の最上部の位置が他の金属細線の最上部の位置よりも低いことを特徴とする請求項１記載の半導体装置。
  9. 最下位の金属細線が接続された半導体チップの電極の下方に回路素子が形成されていることを特徴とする請求項１記載の半導体装置。
  10. 複数の導体部は、半導体チップを搭載する支持体に形成されていることを特徴とする請求項１記載の半導体装置。
  11. 複数の導体部は、半導体チップを搭載する支持体の周囲に配列されていることを特徴とする請求項１記載の半導体装置。
  12. １主面に複数の電極が形成された半導体チップを支持体に搭載する第１の工程と、前記支持体に搭載した半導体チップの複数の電極と当該半導体チップの周囲に配置されている複数の導体部の内部端子とを金属細線により接続する第２の工程と、前記半導体チップと前記金属細線とを樹脂封止する第３の工程とを有する半導体装置の製造方法において、
    前記第２の工程では、互いに上下に配する複数の金属細線の内、最下位に配する金属細線に剛性が最も小さい金属細線を用いて接続を行ない、その後に剛性がより大きい金属細線を用いて接続を行うことを特徴とする半導体装置の製造方法。
  13. １主面の外周部に列状に配置された第１の電極と前記第１の電極よりも前記１主面の中心寄りに列状に配置された少なくとも１列の第２の電極とを有する半導体チップを支持体に搭載する第１の工程と、前記半導体チップの第１の電極と当該半導体チップの周囲の複数の導体部の内部端子とを第１の金属細線により接続し、その後に前記半導体チップの第２の電極と複数の導体部の内部端子とを前記第１の金属細線よりも剛性が大きい第２の金属細線により接続する第２の工程と、前記半導体チップと前記第１および第２の金属細線とを樹脂封止する第３の工程とを行うことを特徴とする請求項１２記載の半導体装置の製造方法。
  14. １主面の外周部に複数の電極を有する半導体チップを複数個、支持体に積層して搭載する第１の工程と、最下段の半導体チップの電極と当該半導体チップの周囲の複数の導体部の内部端子とを第１の金属細線により接続し、その後に２段目以上の上段の半導体チップの電極と複数の導体部の内部端子とを前記第１の金属細線よりも剛性が大きい第２の金属細線により接続する第２の工程と、前記複数の半導体チップと前記第１および第２の金属細線とを樹脂封止する第３の工程とを行うことを特徴とする請求項１２記載の半導体装置の製造方法。
  15. １主面の外周部に複数の電極を有する半導体チップを複数個、支持体に積層して搭載する第１の工程と、最下段の半導体チップの電極と当該半導体チップの周囲の複数の導体部の内部端子とを第１の金属細線により接続し、その後に２段目以上の上段の半導体チップの電極と複数の導体部の内部端子、および、複数個の半導体チップの電極の一部どうしを、前記第１の金属細線よりも剛性が大きい第２の金属細線により接続する第２の工程と、前記複数の半導体チップと前記第１および第２の金属細線とを樹脂封止する第３の工程とを行うことを特徴とする請求項１２記載の半導体装置の製造方法。
  16. 最下位の金属細線と他の金属細線の剛性の相異は各々の金属材料の組成に基づくことを特徴とする請求項１２記載の半導体装置の製造方法。
  17. 最下位の金属細線は金を主成分とし、他の金属細線は銅を主成分としていることを特徴とする請求項１２記載の半導体装置の製造方法。
  18. 最下位の金属細線と他の金属細線は金を主成分とし、前記最下位の金属細線の金含有率が他の金属細線の金含有率よりも大きいことを特徴とする請求項１２記載の半導体装置の製造方法。
  19. 複数の導体部は、半導体チップを搭載する支持体に形成されていることを特徴とする請求項１２記載の半導体装置の製造方法。
  20. 複数の導体部は、半導体チップを搭載する支持体の周囲に配列されていることを特徴とする請求項１２記載の半導体装置の製造方法。
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