JP2011124341A - 半導体装置及びこれを備える半導体モジュール、並びに半導体装置の製造方法及び半導体モジュールの製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】外部へ信号を出力する為の出力材料を必要とする従来の半導体装置よりも小型・薄型化が可能となる半導体装置、及びこれを備える半導体モジュール、並びに半導体装置の製造方法及び半導体モジュールの製造方法を提供する。
【解決手段】半導体装置8は、半導体チップ1とボンディングワイヤ2とを備え、半導体チップ1を封止樹脂5で封止してパッケージングされている半導体装置であって、半導体装置8の側面でボンディングワイヤ2のワイヤ断面7が露出している。ボンディングワイヤ2を外部出力端子とすることで、外部へ信号を出力する為の出力材料を介さずに、半導体チップ1から外部に信号を出力出来る。出力材料を必要としないので、出力材料を必要とする従来の半導体装置よりも小型・薄型化が可能となる。
【選択図】図1
【解決手段】半導体装置8は、半導体チップ1とボンディングワイヤ2とを備え、半導体チップ1を封止樹脂5で封止してパッケージングされている半導体装置であって、半導体装置8の側面でボンディングワイヤ2のワイヤ断面7が露出している。ボンディングワイヤ2を外部出力端子とすることで、外部へ信号を出力する為の出力材料を介さずに、半導体チップ1から外部に信号を出力出来る。出力材料を必要としないので、出力材料を必要とする従来の半導体装置よりも小型・薄型化が可能となる。
【選択図】図1
Description
本発明は、半導体チップ備えた半導体装置に関する。また、そのような半導体装置を備えた半導体モジュールに関する。さらに、上述した半導体装置、半導体モジュールの製造方法に関する。
従来、パッケージ化された半導体装置が実装された半導体モジュールが幅広く利用されている。半導体装置のパッケージ化は、半導体チップをパッケージングすることにより行われている。
図13は、実装基板であるモジュール基板(モジュール用基板)114に直接半導体チップ101を実装するCОB(chip on board)構造を有する従来の半導体モジュール100の断面図である。
図14は、半導体チップ101をTSОP(thin small out-line package)構造でパッケージングした半導体装置を、半田128を用いて実装した構造を有する従来の半導体モジュール110の断面図である。
図15は、半導体チップ101をCSP(chip size package)でパッケージングした半導体装置を、半田128を用いて実装した構造を有する従来の半導体モジュール120の断面図である。
図16は、半導体チップをリードレスキャリア構造で(即ちリードレスキャリア129を用いて)パッケージングした半導体装置を、半田128を用いて実装した構造を有する従来の半導体モジュール130の断面図である。
図17の半導体モジュール140は、特許文献1の第4図に対応しており、半導体モジュール110,120,130における課題に対策を施した半導体モジュールである。図18の半導体モジュール150は、特許文献1の第2図に対応しており、半導体モジュール110,120,130における課題に対策を施した半導体モジュールである。
図17は、図16のリードレスキャリア構造でパッケージングした半導体装置を、導電性ゴムコネクター131でパッケージ底面から導通させて実装した構造を有する従来の半導体モジュール140の断面図である。
図18は、図16のリードレスキャリア構造でパッケージングした半導体装置において、実装基板であるくり抜きモジュール基板133の側面とパッケージ側面とを導電性ゴムコネクター132で導通させて実装した構造を有する従来の半導体モジュール150の断面図である。
最近の半導体モジュール(半導体装置用モジュール)では、小型・薄型化への傾向が顕著である。従来技術のなかで、最も薄型化の効果がある図13のCOB構造では、モジュール基板114上へ、ダイレクトに半導体チップ101を搭載した後に封止樹脂105で封止されており、薄型化が可能である。
しかし、半導体チップ101搭載後の動作保障検査は、モジュール基板114へ実装した状態後で実施されなければならない。この為、半導体チップ101の実装時に不良が発生した場合は、半導体チップ101を実装したモジュール基板114を破棄しなければならないので経済的に不利である。
また、モジュール基板114に半導体チップ101以外のその他の電子部品が搭載されている場合は、その他の電子部品も併せて破棄しなければならないので、経済的にさらに不利である。
従って、半導体チップ101のパッケージングを行い、半導体装置として完成させ、動作保障検査の後に動作保障されたものを実装するという方式(即ち図14〜図16の方式)が主流である。
図14は、半導体チップをTSOP構造で半導体装置としたものを、半田128を用いた実装によりモジュール基板114と接続した半導体モジュール110を示す。半導体モジュール110は、2つの課題を有している。
第1の課題に関して、半導体モジュール110は、半導体チップ101の信号線を、リードフレーム127を介して外部に出力する半導体モジュールである。このため、リードフレーム127の設計制約により外形サイズが拡大してしまうという課題が生じる。
第2の課題に関して、半導体モジュール110では、半導体チップ101の厚みに、半導体チップ101の下に位置する半導体チップ接着剤126の厚み、リードフレーム127の厚み、封止樹脂105の厚み、及び半田128の厚みが加算され、モジュールトータルの厚みTdが厚くなるという課題が生じる。
以上のように、図14の半導体モジュール110は、第1及び第2の課題を有しているので、小型・薄型化の点で不利である。また、半導体モジュール110において半導体装置の実装不良が発生した場合、半田128を用いて実装されている為、リペアが困難であるという課題も生じる。
図15は、図14よりさらに小型・薄型化を目的としたCSP構造で半導体装置としたものを、図14と同じく半田128を用いた実装によりモジュール基板114と接続した半導体モジュール120を示す。半導体モジュール120における半導体装置では、図14のTSOPパッケージ構造を有する半導体装置と比較して、外形サイズとモジュールトータルの厚みTeとが、かなり縮小されている。
しかしながら、半導体モジュール120は、2つの課題を有している。第1の課題は、半導体チップ101の外部出力手段として用いているプリント基板107の設計制約により外形サイズが制限されるという課題である。また、第2の課題に関して、厚みの面では、半導体チップ101の厚みに、半導体チップ101の下に位置する半導体チップ接着剤126の厚み、プリント基板107の厚み、及び半田128の厚みが加算され、モジュールトータルの厚みTeが厚くなるという課題が生じる。
また、半導体モジュール120は、半田128により実装が行われる部分は、半導体装置の底面である。このため、実装状態の目視での確認ができないので、実装不良の発見が困難であるという課題も有している。そして、半導体モジュール110と同様に、半導体装置の実装不良が発生した場合のリペアが困難であるという課題もある。
図16の半導体モジュール130は、2つの課題を有している。第1の課題は、半導体装置の側面にもリードレスキャリア129が存在する為、外形サイズは、図15のCSP構造を有する半導体装置よりも大きくなるという課題である。第2の課題は、半導体チップ101の厚みに、半導体チップ101の下に位置する半導体チップ接着剤126の厚み、及びリードレスキャリア129の厚みが加算されるという課題である。
また、半田128は、半導体装置の側面に位置するので、目視による実装状態の確認は容易ではあるが、実装不良が発生した場合のリペアは、図14,15の半導体モジュール110,120と同様に困難であるという課題もある。
図17の半導体モジュール140では、以下の課題が生じる。即ち、半導体モジュール140では、半導体チップ101の厚みに、半導体装置の下部に必要な導電性ゴムコネクター131の厚み、及び半導体装置を固定する固定治具135の厚みが加算される。この為、モジュールトータルの厚みTgは、図16の半導体モジュール130におけるモジュールトータルの厚みTfよりも厚くなってしまうという課題が生じる。
図18の半導体モジュール150は、図17の半導体モジュール140において生じている厚みの課題は解決している。また、図18の半導体モジュール150において実装されるリードレスキャリア構造の半導体装置の厚みは、図16〜図18に記載の半導体装置の中で最も薄い。しかし、モジュールトータルの厚みは、モジュールに用いる半導体装置の厚みに左右される。このため、モジュールをさらに薄型化するためには、半導体装置自体をさらに薄型化する必要がある。
しかし、最近はモジュール基板自体の薄型化への傾向が顕著である。この為、図18の半導体モジュール150は、薄型のモジュール基板を矩形状にくり抜き、内部側面に導電性ゴムコネクター132を配置するのは困難であるという課題を有している。
また、上述した従来の半導体装置は全て、半導体チップ101の信号線を外部に出力する為に半導体チップ101にボンディングされたボンディングワイヤ102を、リードフレーム127やプリント基板107などの出力材料にボンディングによって接続する方式を採用している。このため、上述した従来の半導体装置は全て、図19に示すように、半導体チップ101の端子数量が多くなる程(半導体チップ101’)、半導体装置170の外形サイズも大きくなるという課題を有している。
本発明は、上記従来の問題点に鑑みなされたものであって、その目的は、外部へ信号を出力する為の出力材料を必要とする従来の半導体装置よりも小型・薄型化が可能となる半導体装置、及びこれを備える半導体モジュール、並びに半導体装置の製造方法及び半導体モジュールの製造方法を提供することにある。
本発明の半導体装置は、上記課題を解決するために、半導体チップとボンディングワイヤとを備え、上記半導体チップを樹脂で封止してパッケージングされている半導体装置であって、上記半導体装置の側面で上記ボンディングワイヤの断面が露出していることを特徴とする。
上記発明によれば、上記ボンディングワイヤを外部出力端子とすることで、外部へ信号を出力する為の出力材料を介さずに、上記半導体チップから外部に信号を出力出来る。出力材料を必要としないので、出力材料を必要とする従来の半導体装置よりも小型・薄型化が可能となる。
また、出力材料が不要であることで、半導体装置のコストダウンも図れ、なおかつ出力材料の開発も不要となる。従って、上記半導体装置の開発期間と、上記半導体装置を搭載する半導体モジュールの開発期間とを短縮出来る。
上記半導体装置では、上記ボンディングワイヤの斜めに立ち上がっている部分が切断され、上記断面の形状が楕円であってもよい。
これにより、切断後の半導体装置の側面において露出され、端子として使用する上記断面の面積を、“ボンディングワイヤの断面”の面積よりも広く確保することが可能である。ここでいう“ボンディングワイヤの断面”とは、真っ直ぐに延伸させた上記ボンディングワイヤを延伸方向に対して垂直に切断したときの、上記ボンディングワイヤの断面である。“ボンディングワイヤの断面”が円であれば、上記断面の形状は楕円となる。上記断面の面積を、“ボンディングワイヤの断面”の面積よりも広くできるので、より確実な電気的接続が可能となる。
上記半導体装置では、上記ボンディングワイヤは、金またはアルミを含んでもよい。
本発明の半導体モジュールは、上記いずれかの半導体装置と、モジュール基板と、上記ボンディングワイヤと上記モジュール基板とを接続する導電性ゴムコネクターと、上記モジュール基板上に固定された導電性ゴムコネクター固定手段とを備え、上記半導体装置は、上記導電性ゴムコネクター固定手段により固定された上記導電性ゴムコネクターにより圧接される。よって、上記いずれかの半導体装置を備える上記半導体モジュールにおけるモジュールトータルの厚みは、従来の半導体モジュールにおけるモジュールトータルの厚みよりもさらに薄い厚みとすることが出来、小型・薄型化が可能となる。
また、上記半導体モジュールでは、上記導電性ゴムコネクターが上記半導体装置を圧接することにより接続及び固定が行われている。この為、上記半導体装置の不良(不具合)が発生した場合でも、上記半導体装置のみを容易にリペア(修理)する事が可能である。
上記半導体モジュールでは、上記導電性ゴムコネクターは、絶縁層と導電層とが交互に積層された導電性ゴムコネクターであり、上記導電層と上記ボンディングワイヤとが電気的に接続されてもよい。これにより、連続して隣り合う2つの端子の間における絶縁状態を維持した状態で、上記断面と、上記モジュール基板の端子とを接続する事が可能である。
上記半導体モジュールでは、上記導電層の、上記ボンディングワイヤと接する面の幅は、連続して隣り合う2本の上記ボンディングワイヤ間の間隔よりも短い。これにより、上記間隔として、少なくとも上記幅以上の距離を確保すれば、上記断面と上記モジュール基板上の端子(またはくり抜きモジュール基板上の端子)とを、隣接端子との絶縁状態を確保した状態で接続することが可能である。
上記半導体モジュールでは、上記絶縁層の幅は、上記断面の幅よりも短い。これにより、使用する上記ボンディングワイヤとして、その直径が上記断面の幅よりも太いものを使用することにより、上記絶縁層の断面と上記断面とが重なった場合でも、上記半導体装置と上記導電性ゴムコネクターとの導通を保つことが出来る。
上記半導体モジュールでは、上記導電層及び上記絶縁層は、積層する面の形状が等しい直方体であり、上記導電性ゴムコネクター固定手段と上記モジュール基板とが形成する空間の、上記積層する面と平行な面の形状は、上記導電性ゴムコネクターの形状に合わせた形状であり、上記積層する面の形状が長方形であるとともに、上記空間の上記積層する面と平行な面の形状も長方形であってもよい。
これにより、安定して上記導電性ゴムコネクターを上記モジュール基板上に固定出来る。従って、半導体モジュールの信頼性を向上出来る。
上記半導体モジュールでは、上記導電層及び上記絶縁層は、積層する面の形状が等しい三角柱であり、上記導電性ゴムコネクター固定手段と上記モジュール基板とが形成する空間の、上記積層する面と平行な面の形状は、上記導電性ゴムコネクターの形状に合わせた形状であり、上記積層する面の形状が三角形であるとともに、上記空間の上記積層する面と平行な面の形状も三角形であってもよい。
これにより、上記固定手段の肉厚も十分に確保出来、より強固に安定して上記導電性ゴムコネクターを上記モジュール基板上に固定出来る。従って、半導体モジュールの信頼性をさらに向上出来る。
上記いずれかの半導体モジュールでは、上記モジュール基板は、上記半導体装置の外形サイズに予めくり抜いたモジュール基板であってもよい。これにより、くり抜いた箇所に上記半導体装置の一部を埋め込むことが可能となる。
本発明の半導体装置の製造方法は、上記いずれかの半導体装置の製造方法であって、上記半導体チップを一時的に固定する半導体チップ固定材料上に、上記ボンディングワイヤを一時的に固定するワイヤ固定フレームを搭載する工程と、上記半導体チップ固定材料上に、上記半導体チップを搭載する工程と、上記半導体チップと、上記ワイヤ固定フレームとを、上記ボンディングワイヤにて接続する工程と、封止樹脂にて封止する工程と、上記半導体装置になる部分と除去部とを切り分ける工程と、上記半導体装置になる部分において上記半導体チップの底面に貼り付いている上記チップ固定材料を除去する工程とを含む。
上記発明により、本発明の半導体装置を製造出来る。また、上記発明によれば、上記ワイヤ固定フレームは、最終的に除去する。この為、上記ワイヤ固定フレームへのワイヤボンディングは、隣接するワイヤやワイヤボールと接触しても、半導体装置になる部分と除去部とを切り分ける境界で接触していなければよい。従って、従来技術における出力材料の設計制約にとらわれず、従来よりも狭い範囲でのワイヤボンディングが可能である。
上記半導体装置の製造方法では、上記ワイヤ固定フレームは、格子状であり、上記半導体チップは、上記格子の中に収まるように上記半導体チップ固定材料上に搭載されてもよい。これにより、効率的に半導体チップ1を搭載出来る。
上記半導体装置の製造方法では、上記半導体チップ固定材料は、カプトンテープであってもよい。上記ボンディングワイヤにて接続する工程、及び上記封止樹脂にて封止する工程では、一般的に熱処理が行われる。このため、上記半導体チップ固定材料としては、耐熱性がある事と、製造の最終段階でを除去し易い事とを考慮すると、耐熱性のテープ等が好ましい。従って、カプトンテープが好適に用いられる。
上記半導体装置の製造方法では、上記ワイヤ固定フレームは、金またはアルミを含んでもよい。
本発明の半導体モジュールの製造方法は、上記いずれかの半導体モジュールの製造方法であって、上記モジュール基板上に上記導電性ゴムコネクター固定手段を固定する工程と、上記モジュール基板上と上記導電性ゴムコネクター固定手段との間に形成される空間に上記導電性ゴムコネクターを嵌め込み、導電性ゴムコネクター露出部を形成する工程と、上記半導体装置が搭載される空間へ向かって上記半導体装置を押し込む工程とを含む。
上記発明により、本発明の半導体モジュールを製造出来る。また、上記発明によれば、上記導電性ゴムコネクター露出部は、上記形成される空間の中へ向かって押し込まれ、上記導電性ゴムコネクター露出部が押し潰された状態で上記半導体装置を搭載される。これにより、搭載後の上記半導体装置を、押し込まれた上記導電性ゴムコネクター露出部による圧接で固定出来る。
本発明の半導体装置は、以上のように、半導体チップとボンディングワイヤとを備え、上記半導体チップを樹脂で封止してパッケージングされている半導体装置であって、上記半導体装置の側面で上記ボンディングワイヤの断面が露出しているものである。
それゆえ、外部へ信号を出力する為の出力材料を必要とする従来の半導体装置よりも小型・薄型化が可能となる半導体装置、及びこれを備える半導体モジュール、並びに半導体装置の製造方法及び半導体モジュールの製造方法を提供するという効果を奏する。
本発明の一実施形態について図1〜図12に基づいて説明すれば、以下の通りである。
図1は、本実施形態に係る半導体装置8の説明図である。図1(a)は、本実施形態に係る半導体装置8の断面図であり、図1(b)は、図1(a)に示す半導体装置8において破線Bで示される部分の拡大図である。図1(c)は、本実施形態に係る半導体装置8の平面図である。図1(d)は、図1(c)の半導体装置8と外形サイズを比較される従来の半導体装置160の平面図である。図1(e)は、図1(c)の半導体チップ1に対してピン数を増やした半導体チップ1’を備える半導体装置8’の平面図である。図1(f)は、図1(e)の半導体装置8’と外形サイズを比較される従来の半導体装置170の平面図である。
図1(d)の従来の半導体装置160は、図15の半導体モジュール120で使用している半導体装置160であり、半導体チップ101は、プリント基板107上の端子領域pLとボンディングワイヤ102で接続されている。
図1(f)の従来の半導体装置170は、図19の半導体装置170であり、半導体チップ101’は、多ピン用プリント基板111上の端子領域pとボンディングワイヤ102で接続されている。符号sで示す間隔は、隣接端子との接触不良を回避するための端子間スペースである。
半導体装置8は、半導体チップ1とボンディングワイヤ2とを備え、半導体チップ1を封止樹脂(樹脂)5で封止してパッケージングされている半導体装置である。
まず、半導体装置8の外形サイズを、従来の半導体装置で外形サイズが最小である図15の半導体装置が優位しているCSP構造よりもさらに縮小するために、半導体装置8は以下に示す構造を有している。即ち、半導体装置8では、半導体チップ1の端子にボンディングにより接続されたボンディングワイヤ2のワイヤ断面(ボンディングワイヤの断面)7を、半導体装置8の側面に露出させている。ボンディングワイヤ2は、金またはアルミを含んでもよい。
このような構成を有しているボンディングワイヤ2を外部出力端子とすることで、外部へ信号を出力する為の出力材料を介さずに、半導体チップ1から外部に信号を出力出来る。出力材料を必要としないので、出力材料を必要とする従来の半導体装置よりも小型・薄型化が可能となる。
また、出力材料が不要であることで、半導体装置8のコストダウンも図れ、なおかつ出力材料の開発も不要となる。従って、半導体装置8の開発期間と、半導体装置8を搭載する半導体モジュールの開発期間とを短縮出来る。
上記構成を有している半導体装置8の外形において、最も長い部分の長さは、図1(c)に示すようにLaとなる。この長さLaは、図1(d)の従来の半導体装置160の外形において、最も長い部分の長さであるLbよりも短く出来る。
また、図1(f)の半導体装置170のように、半導体装置の端子数量がいかに多くなっても、本実施形態に係る半導体装置は、出力材料(例えばプリント基板)の設計制約にとらわれないので、半導体装置8の端子数量を多くした半導体装置である図1(e)に示す半導体装置8’についても、出力材料の設計制約にとらわれない。
半導体装置8’の外形において最も長い部分の長さLcは、図1(f)の従来の半導体装置170の外形において、最も長い部分の長さであるLdよりも短く出来る。
このように、半導体装置8,8’は、半導体チップ1,1’のサイズに対して一定のサイズで半導体装置化する事が可能となる。
次に、後述する図2(a)に示す本実施形態に係る半導体モジュール30を、従来の半導体モジュールよりもさらに薄型化するために、半導体装置8は、半導体チップを固定するための材料を一切使用しない半導体装置とする。ここで言う半導体チップを固定するための材料とは、例えば以下の材料である。即ち、従来の半導体モジュールで使用していた、図14のTSOP構造を有している半導体装置を搭載するリードフレーム127や、図15のCSP構造を有している半導体装置を搭載するプリント基板107や、図16のリードレスキャリア構造を有している半導体装置を搭載するリードレスキャリア129などの材料である。
半導体装置8では、半導体チップ1を固定するための材料を一切使用しないことで、従来の半導体装置よりもさらに薄い厚みとすることができる。また、これにより、半導体装置8を備える半導体モジュール30におけるモジュールトータルの厚みTaは、従来の半導体モジュールにおけるモジュールトータルの厚みTc,Td,Te,Tfよりもさらに薄い厚みとすることが出来、小型・薄型化が可能となる(図7〜図10)。
半導体装置8を備える半導体モジュール30におけるモジュールトータルの厚みTaは、半導体チップ1の厚みと、半導体チップ1を覆うように封止する封止樹脂(樹脂)5の厚みと、後述するように半導体チップ1を実装するモジュール基板14の厚みとを足し合わせた厚みである。
図2(a)は、本実施形態に係る半導体モジュール30、即ち本実施形態に係る半導体装置8をモジュール基板(モジュール用基板)14へ実装した半導体モジュール30の断面図である。半導体モジュール30では、半導体装置8に側面に位置するワイヤ断面7(端子)と、モジュール基板14の端子とを接続する手段として導電性ゴムコネクター12を使用する。柔軟性がある導電性ゴムコネクター12は、図2(b)の斜視図に示すように、絶縁層19と導電層20とが交互に積層されたものを使用する。導電層20とボンディングワイヤ2とが電気的に接続される。これにより、連続して隣り合う2つの端子の間における絶縁状態を維持した状態で、半導体装置8の側面に位置するワイヤ断面7と、モジュール基板14の端子とを接続する事が可能である。
半導体モジュール30では、導電性ゴムコネクター12が半導体装置8を圧接することにより接続及び固定が行われている。この為、半導体装置8の不良(不具合)が発生した場合でも、半導体装置8のみを容易にリペア(修理)する事が可能である。
また、図2(a)の半導体モジュール30は、実装する半導体装置8自体が、従来の半導体装置よりも薄いという特徴と、モジュール基板14の上に導電性ゴムコネクター12を配置し、導電性ゴムコネクター12のみを固定治具(導電性ゴムコネクター固定手段)13により固定させ、半導体装置8の側面に位置するワイヤ断面7との接続を行うという特徴とを備えている。従って、半導体モジュール30におけるモジュールトータルの厚みTaは、図17の、導電性ゴムコネクター131を使用する半導体モジュール140におけるモジュールトータルの厚みTgよりもさらに薄くすることが出来る(図11)。
図3(a)は、本実施形態に係る半導体モジュール40の断面図である。半導体モジュール40では、半導体装置8の外形サイズに予め繰り抜いたくり抜きモジュール基板15へ、従来の半導体装置よりも薄い半導体装置8の一部を埋め込むことにより実装を行う。これにより、半導体モジュール40におけるモジュールトータルの厚みTbは、実現が困難である半導体モジュール150におけるモジュールトータルの厚みTh、即ち導電性ゴムコネクター132を使用し、くり抜きモジュール基板133に半導体装置を埋め込む図18の半導体モジュール150におけるモジュールトータルの厚みThよりも薄くすることが出来る(図12)。
図3(b)は、図3(a)に示す半導体モジュール40において破線Cで示される部分の拡大図(断面拡大図)である。くり抜きモジュール基板15の表面には、モジュール基板配線17が形成されているとともに、モジュール基板配線17と、モジュール基板配線17の表面に形成されたモジュール基板電極パッド16とが、電気的に接続されている。そして、モジュール基板電極パッド16及び導電性ゴムコネクター12は、モジュール基板配線17とモジュール基板電極パッド16とを覆う保護部材44の開口部51において、電気的に接続されている。
くり抜きモジュール基板15において、導電性ゴムコネクター12が接続されない部分は、保護部材44(絶縁保護部材)で覆われる。保護部材44としては、ソルダレジストを用いるのが一般的である。
導電性ゴムコネクター12を固定する固定治具13は、くり抜きモジュール基板15上に塗布された接着剤18等を用いてくり抜きモジュール基板15に接着されることにより、くり抜きモジュール基板15上に固定される。
図3(c)は、図3(a)に示す半導体モジュール40において破線Cで示される部分を上方から見た透視図である。図3(c)の透視図において、固定治具13の右側では、実際にはモジュール基板電極パッド16があるが、これを透かしてモジュール基板配線17が示されている。半導体チップ1とボンディングワイヤ2との電気的接続は、半導体チップ1の表面に形成されたボンディングパッド21により行われる。
以上の記載では、図3の半導体モジュール40を用いて導電性ゴムコネクターの接続について説明している。ここで、半導体モジュール40ではくり抜きモジュール基板15を用いているが、モジュール基板14を用いる半導体モジュール(例えば図2の半導体モジュール30)においても、半導体モジュール40と同様に導電性ゴムコネクターが接続される。
導電性ゴムコネクター12の形状は、一般的には図2(b)に示す通り、直方体の導電層20、及び直方体の絶縁層19(即ち積層する面の形状が導電層20と等しい)が積層されて構成された四角柱状の形状である。
固定治具13及びモジュール基板14(または、固定治具13及びくり抜きモジュール基板15)は、後述する空間(形成される空間)45を形成する。空間45の上記積層する面と平行な面の形状は、導電性ゴムコネクター12の形状に合わせた形状である。即ち、上記積層する面の形状が長方形であるとともに、空間45の上記積層する面と平行な面の形状も長方形である。従って、安定して導電性ゴムコネクター12をモジュール基板14上に固定出来る。従って、半導体モジュールの信頼性を向上出来る。
しかし、図4(b)に示すように、三角柱の導電層25、及び三角柱の絶縁層24(即ち積層する面の形状が導電層25と等しい)が積層されて構成された三角柱状の導電性ゴムコネクター22を、導電性ゴムコネクター12の代わりに使用してもよい。三角柱状の導電性ゴムコネクター22を使用することにより、図4(a)に示す固定治具(導電性ゴムコネクター固定手段)23のように、固定治具23の肉厚も十分に確保出来、より強固に安定して導電性ゴムコネクター22をモジュール基板14上に固定出来る。従って、半導体モジュールの信頼性をさらに向上出来る。
固定治具23とくり抜きモジュール基板15とは、空間45’を形成する。空間45’の上記積層する面と平行な面の形状は、導電性ゴムコネクター22の形状に合わせた形状である。即ち、上記積層する面の形状が三角形であるとともに、空間45’の上記積層する面と平行な面の形状も三角形である。
ここで、導電性ゴムコネクター12,22の導電層20,25の断面20’,25’の幅(幅の長さ)Wが、連続して隣り合う2本のボンディングワイヤ2間の間隔D1(図3(d)に図示)よりも長い(厚い)と、導電層20,25は、本来接続されるべきワイヤ断面7の隣に位置するワイヤ断面7と接触してしまう。この為、導電層20,25として、導電層20,25の幅Wが間隔D1よりも短い(薄い)ものを使用すればよい。これにより、間隔D1として、少なくとも幅W以上の距離を確保すれば、半導体装置8のワイヤ断面7とモジュール基板14上の端子(またはくり抜きモジュール基板15上の端子)とを、隣接端子との絶縁状態を確保した状態で接続することが可能である。
断面20’,25’は、導電性ゴムコネクターの導電層の、ボンディングワイヤと接する面を示す。
さらに、導電性ゴムコネクター12,22の絶縁層19,24の断面19’,24’の幅W’が、ワイヤ断面7の幅(Y方向の距離)D’(図3(d)に図示)よりも長い(広い)と、絶縁層19,24の断面19’,24’とワイヤ断面7とが重なった場合、半導体装置8と導電性ゴムコネクター12,22との導通が無くなる。この為、幅W’がワイヤ断面7の幅D’よりも短い(狭い)絶縁層19,24を使用すればよい。これにより、使用するボンディングワイヤ2として、その直径がワイヤ断面7の幅D’よりも太いものを使用することにより、絶縁層19,24の断面19’,24’とワイヤ断面7とが重なった場合でも、半導体装置8と導電性ゴムコネクター12,22との導通(電気的接続)を保つことが出来る。
断面19’は、断面20’の隣の面を示す。同様に、断面24’は、断面25’の隣の面を示す。
後述する半導体装置製造工程において除去部6を切断して切断面50を形成した時、図1(b)示すように、ワイヤ角度9が垂直(即ちワイヤ角度9が90°であり、ボンディングワイヤ2はX方向に延伸する)であればワイヤ断面7は円形となり、ワイヤ断面7の面積は最小サイズとなる。
ここで、ワイヤ角度9は、YZ平面(一方の平面)と平行である切断面50からXZ平面(一方の平面に対して垂直である他方の平面)に沿って延伸するボンディングワイヤ2と、切断面50とがなす、XZ平面(上記他方の平面)における角度である。
これに対して、ワイヤ角度9が90度よりも小さく0度よりも大きければ、ワイヤ断面7は楕円形となり、ワイヤ断面7の面積をより大きくすることができる。
このように、ワイヤ角度9が小さければ小さい程、即ち、ボンディングワイヤ2が切断面50に対して水平に近ければ近い程、ワイヤ断面7の面積を拡大することができ、電気的接続の信頼性に対して有利となる。
なお、ボンディングワイヤ2は、図1(b)に示すワイヤ角度9が90度となるように切断すると、断面が円になる。また、ボンディングワイヤ2の斜めに立ち上がっている部分が切断され、ワイヤ角度9が90度ではない場合は、ボンディングワイヤ2をのワイヤ断面7の形状は楕円となる。この場合、上述した距離D’は、上記楕円の長径(長軸の長さ)となる。
〔半導体装置8の製造方法〕
図5は、本実施形態に係る半導体装置8の製造方法の説明図であり、図5(a)〜図5(g)は、本実施形態に係る半導体装置8の製造方法を示す断面図である。
図5は、本実施形態に係る半導体装置8の製造方法の説明図であり、図5(a)〜図5(g)は、本実施形態に係る半導体装置8の製造方法を示す断面図である。
まず、図5(a)に示す通り、半導体チップ1を一時的に固定するチップ固定材料(半導体チップ固定材料)3を準備し、チップ固定材料3の上に、ボンディングワイヤ2を一時的に固定するワイヤ固定フレーム4を搭載する。ワイヤ固定フレーム4として、図5(h)に示す通り格子状の物を使用し、上記格子の中に収まるように半導体チップ1をチップ固定材料3の上に搭載すると効率的である。また、ワイヤ固定フレーム4は、金またはアルミを含んでもよい。
なお、チップ固定材料3としては、例えばカプトンテープが用いられる。後述する、ワイヤボンディング工程(ボンディングワイヤにて接続する工程、図5(c))及び樹脂封止工程(封止樹脂にて封止する工程、図5(d))では、一般的に熱処理が行われる。このため、チップ固定材料3としては、耐熱性がある事と、製造の最終段階でを除去し易い事とを考慮すると、耐熱性のテープ等が好ましい。従って、例えばカプトンテープが好適に用いられる。
次に、図5(b)に示す通り、チップ固定材料3上に、半導体チップ1を搭載する。半導体チップ1は、例えばワイヤ固定フレーム4内に収まるように搭載される。
次に、図5(c)に示す通り、半導体チップ1と、ワイヤ固定フレーム4とを、ボンディングワイヤ2にて接続する。従来技術では、出力材料側へのワイヤボンディングは、図1(f)に示すように確実にボンディングするための端子領域pと、隣接端子との接触不良を回避するための端子間スペースsとが設計上の制約としてある。この制約のために、半導体チップの信号線が多くなるほど図1(f)に示すようにボンディングワイヤが占める範囲を広く確保しなければならない。
しかし、本発明では、ワイヤ固定フレーム4は、最終的に除去する。この為、ワイヤ固定フレーム4へのワイヤボンディングは、隣接するワイヤやワイヤボールと接触しても、後述する図5(e)の破線(ライン)L(半導体装置になる部分と除去部とを切り分ける境界)で接触していなければよい。従って、従来技術における出力材料の設計制約にとらわれず、従来よりも狭い範囲でのワイヤボンディングが可能である。
次に、図5(d)に示す通り、封止樹脂5にて封止する。図5(d)は、図5(h)のA−A’線断面図であり、封止した状態の上方からの透視図は、図5(h)の通りである。
次に、図5(e)に示す通り、破線Lで示す部分をダイシング等の方法を用い切断し、半導体装置8になる部分8aと除去部6とを切り分ける。上記切断により切断面50が形成される。除去部6を除去した状態が、図5(f)に示す通りである。
切断する位置は、図1(b)に示すようにワイヤ角度9が90°以下でボンディングワイヤ2が斜めにたち上がっている部分を切断する。これにより、切断後の半導体装置8の側面において露出され、端子として使用するワイヤ断面7の面積を、“ボンディングワイヤ2の断面”の面積よりも広く確保することが可能である。ここでいう“ボンディングワイヤ2の断面”とは、ワイヤ角度9が90度となるようにボンディングワイヤ2を切断したとき(即ち、真っ直ぐに延伸させたボンディングワイヤ2を延伸方向に対して垂直に切断したとき)の、ボンディングワイヤ2の断面である。“ボンディングワイヤ2の断面”が円であれば、ワイヤ断面7の形状は楕円となる。ワイヤ断面7の面積を、“ボンディングワイヤ2の断面”の面積よりも広くできるので、より確実な電気的接続が可能となる。
図1(b)に示すワイヤ角度9は、0度より大きく90度未満であればよく、より小さい角度の方が好ましい。より小さい角度の方が、ワイヤ断面7の面積をより大きく確保できるためである。
次に、チップ固定材料3は、半導体チップ1の一時固定用に使用していたので、半導体装置8になる部分8aにおいて半導体チップ1の底面に貼り付いているチップ固定材料3を除去する。これにより、本実施形態に係る半導体装置8が完成する。
〔半導体モジュール30の製造方法〕
図6は、本実施形態に係る半導体モジュール30の製造方法の説明図であり、図6(a)〜図6(f)は、本実施形態に係る半導体モジュール30の製造方法を示す断面図である。
図6は、本実施形態に係る半導体モジュール30の製造方法の説明図であり、図6(a)〜図6(f)は、本実施形態に係る半導体モジュール30の製造方法を示す断面図である。
まず、図6(a)に示す通り、モジュール基板14を準備する。次に、図6(b)に示す通り、モジュール基板14上に接着剤18を塗布し、接着剤18により固定治具13をモジュール基板14に接着することにより、モジュール基板14上に固定治具13を固定する。固定治具13の断面の形状は、例えばLの字型とし、モジュール基板14と、固定治具13との間には空間45が形成される。
次に、図6(c)に示す通り、モジュール基板14と、固定治具13との間に形成される空間45に、導電性ゴムコネクター12を嵌め込む。図6(d)は、図6(c)において破線Dで示される部分の断面図(拡大断面図)である。図6(d)に示されるように、嵌め込まれた導電性ゴムコネクター12は、その一部が空間45に収まらず露出している(即ち、露出部(導電性ゴムコネクター露出部)46を形成している)。
次に、半導体装置8が搭載される空間(搭載される空間)47へ向かって(図6(c))へ(Z方向に)半導体装置8を押し込む。これにより、露出部46がX方向へ(空間45の中へ向かって)押し込まれ、露出部46が押し潰された状態で半導体装置8が搭載される(図6(e))。これにより、搭載後の半導体装置8を、X方向に押し込まれた露出部46による圧接で固定出来る(図6(f))。図6(f)は、図6(e)において破線Eで示される部分の断面図(拡大断面図)である。
以上の示す工程により、モジュール基板14に半導体装置8が搭載され、本実施形態に係る半導体モジュール30が完成する。
なお、上記記載では、図2(a)の半導体モジュール30の製造方法を説明したが、図3(a)の半導体モジュール40も同様に製造出来る。即ち、くり抜きモジュール基板15に接着剤18により固定治具13を接着し、導電性ゴムコネクター12を嵌め込み、半導体装置8を押し込む。これにより、くり抜きモジュール基板15に搭載後の半導体装置8も、圧接で固定出来る。
また、本実施形態において、図2(a)の半導体モジュール30から半導体装置8を除いたもの、及び図3(a)の半導体モジュール40から半導体装置8を除いたものは、半導体装置8の動作検査装置(動作検査手段)としても利用可能である。
本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。
本発明の半導体装置は、外部へ信号を出力する為の出力材料を必要としないので、小型・薄型化を目的とした高密度実装の電子機器に好適に用いることが出来る。
1,1’ 半導体チップ
2 ボンディングワイヤ
3 チップ固定材料(半導体チップ固定材料)
4 ワイヤ固定フレーム
5 封止樹脂(樹脂)
6 除去部
7 ワイヤ断面(ボンディングワイヤの断面)
8,8’ 半導体装置
8a 部分
9 ワイヤ角度
12,22 導電性ゴムコネクター
13,23 固定治具(導電性ゴムコネクター固定手段)
14 モジュール基板
15 くり抜きモジュール基板
16 モジュール基板電極パッド
17 モジュール基板配線
18 接着剤
19,24 絶縁層
20,25 導電層
21 ボンディングパッド
30,40 半導体モジュール
44 保護部材
45 空間(形成される空間)
46 露出部(導電性ゴムコネクター露出部)
47 空間(搭載される空間)
50 切断面
51 開口部
B,C,D,E 破線
D1 間隔
L 破線
W 幅
W’ 幅
p,pL 端子領域
s 端子間スペース
2 ボンディングワイヤ
3 チップ固定材料(半導体チップ固定材料)
4 ワイヤ固定フレーム
5 封止樹脂(樹脂)
6 除去部
7 ワイヤ断面(ボンディングワイヤの断面)
8,8’ 半導体装置
8a 部分
9 ワイヤ角度
12,22 導電性ゴムコネクター
13,23 固定治具(導電性ゴムコネクター固定手段)
14 モジュール基板
15 くり抜きモジュール基板
16 モジュール基板電極パッド
17 モジュール基板配線
18 接着剤
19,24 絶縁層
20,25 導電層
21 ボンディングパッド
30,40 半導体モジュール
44 保護部材
45 空間(形成される空間)
46 露出部(導電性ゴムコネクター露出部)
47 空間(搭載される空間)
50 切断面
51 開口部
B,C,D,E 破線
D1 間隔
L 破線
W 幅
W’ 幅
p,pL 端子領域
s 端子間スペース
Claims (15)
- 半導体チップとボンディングワイヤとを備え、上記半導体チップを樹脂で封止してパッケージングされている半導体装置であって、
上記半導体装置の側面で上記ボンディングワイヤの断面が露出していることを特徴とする半導体装置。 - 上記ボンディングワイヤの斜めに立ち上がっている部分が切断され、上記断面の形状が楕円であることを特徴とする請求項1に記載の半導体装置。
- 上記ボンディングワイヤは、金またはアルミを含む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。
- 請求項1〜3のいずれか1項に記載の半導体装置と、
モジュール基板と、
上記ボンディングワイヤと上記モジュール基板とを接続する導電性ゴムコネクターと、
上記モジュール基板上に固定された導電性ゴムコネクター固定手段とを備え、
上記半導体装置は、上記導電性ゴムコネクター固定手段により固定された上記導電性ゴムコネクターにより圧接されることを特徴とする半導体モジュール。 - 上記導電性ゴムコネクターは、絶縁層と導電層とが交互に積層された導電性ゴムコネクターであり、
上記導電層と上記ボンディングワイヤとが電気的に接続されることを特徴とする請求項4に記載の半導体モジュール。 - 上記導電層の、上記ボンディングワイヤと接する面の幅は、連続して隣り合う2本の上記ボンディングワイヤ間の間隔よりも短いことを特徴とする請求項5に記載の半導体モジュール。
- 上記絶縁層の幅は、上記断面の幅よりも短いことを特徴とする請求項5に記載の半導体モジュール。
- 上記導電層及び上記絶縁層は、積層する面の形状が等しい直方体であり、
上記導電性ゴムコネクター固定手段と上記モジュール基板とが形成する空間の、上記積層する面と平行な面の形状は、上記導電性ゴムコネクターの形状に合わせた形状であり、
上記積層する面の形状が長方形であるとともに、上記空間の上記積層する面と平行な面の形状も長方形であることを特徴とする請求項5〜7のいずれか1項に記載の半導体モジュール。 - 上記導電層及び上記絶縁層は、積層する面の形状が等しい三角柱であり、
上記導電性ゴムコネクター固定手段と上記モジュール基板とが形成する空間の、上記積層する面と平行な面の形状は、上記導電性ゴムコネクターの形状に合わせた形状であり、
上記積層する面の形状が三角形であるとともに、上記空間の上記積層する面と平行な面の形状も三角形であることを特徴とする請求項5〜7のいずれか1項に記載の半導体モジュール。 - 上記モジュール基板は、上記半導体装置の外形サイズに予めくり抜いたモジュール基板であることを特徴とする請求項5〜7のいずれか1項に記載の半導体モジュール。
- 請求項1〜3のいずれか1項に記載の半導体装置の製造方法であって、
上記半導体チップを一時的に固定する半導体チップ固定材料上に、上記ボンディングワイヤを一時的に固定するワイヤ固定フレームを搭載する工程と、
上記半導体チップ固定材料上に、上記半導体チップを搭載する工程と、
上記半導体チップと、上記ワイヤ固定フレームとを、上記ボンディングワイヤにて接続する工程と、
封止樹脂にて封止する工程と、
上記半導体装置になる部分と除去部とを切り分ける工程と、
上記半導体装置になる部分において上記半導体チップの底面に貼り付いている上記チップ固定材料を除去する工程とを含む半導体装置の製造方法。 - 上記ワイヤ固定フレームは、格子状であり、
上記半導体チップは、上記格子の中に収められて上記半導体チップ固定材料上に搭載されることを特徴とする請求項11に記載の半導体装置の製造方法。 - 上記半導体チップ固定材料は、カプトンテープであることを特徴とする請求項11または12に記載の半導体装置の製造方法。
- 上記ワイヤ固定フレームは、金またはアルミを含むことを特徴とする請求項11〜13のいずれか1項に記載の半導体装置の製造方法。
- 請求項4〜10のいずれか1項に記載の半導体モジュールの製造方法であって、
上記モジュール基板上に上記導電性ゴムコネクター固定手段を固定する工程と、
上記モジュール基板上と上記導電性ゴムコネクター固定手段との間に形成される空間に上記導電性ゴムコネクターを嵌め込み、導電性ゴムコネクター露出部を形成する工程と、
上記半導体装置が搭載される空間へ向かって上記半導体装置を押し込む工程とを含むことを特徴とする半導体モジュールの製造方法。
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-
2009
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