JP2011181697A - 半導体パッケージおよびその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】中継用金属ワイヤを設けるためのスペースが確保しやすく、半導体メモリチップのチップサイズが制約されにくい半導体パッケージを提供すること。
【解決手段】半導体パッケージは、リード群2と、階段状に積層された複数の半導体メモリチップと、樹脂モールド部と、を備える半導体パッケージであって、リード群は、第1リード25,26と、第1リードの一方側に配置された第2リード27,28と、第1リードの他方側に配置された第3リード23,24と、を有し、第1リードと半導体メモリチップの電極パッドとを接続する第1金属ワイヤと、第2リードと半導体メモリチップの電極パッドとを接続する第2金属ワイヤと、第1リード部を跨いで、第3リードと第2リードとを接続する中継用金属ワイヤ7と、をさらに備え、中継用金属ワイヤは、半導体メモリチップと、リード群との隙間に設けられる。
【選択図】図3
【解決手段】半導体パッケージは、リード群2と、階段状に積層された複数の半導体メモリチップと、樹脂モールド部と、を備える半導体パッケージであって、リード群は、第1リード25,26と、第1リードの一方側に配置された第2リード27,28と、第1リードの他方側に配置された第3リード23,24と、を有し、第1リードと半導体メモリチップの電極パッドとを接続する第1金属ワイヤと、第2リードと半導体メモリチップの電極パッドとを接続する第2金属ワイヤと、第1リード部を跨いで、第3リードと第2リードとを接続する中継用金属ワイヤ7と、をさらに備え、中継用金属ワイヤは、半導体メモリチップと、リード群との隙間に設けられる。
【選択図】図3
Description
本発明は、半導体パッケージおよびその製造方法に関する。
従来、半導体装置の小型化や高密度実装化を実現するために、1つのパッケージ内に複数の半導体メモリチップを積層して封止した半導体パッケージが用いられる。半導体パッケージには、複数のリードからなるリード群を用いた半導体パッケージ、例えば、TSOP(Thin small Outline Package)などがある。リード群を用いた半導体パッケージでは、複数の半導体メモリチップがリード群上に積層され、半導体メモリチップに形成された電極パッドとリードとが、金属ワイヤを介して電気的に接続される。
このような半導体パッケージでは、パッケージ内でリードを交差させることが難しいため、インナーリードの並び順とアウターリードの並び順は基本的に一致する。そのため、半導体メモリチップの電極パッドの並び順もアウターリードの並び順に一致している必要があり、半導体メモリチップの汎用性を低下させていた。そこで、パッケージ内において、リード同士を、その間にあるリードを跨ぐように設けた中継用金属ワイヤで接続することで、電極パッドの並び順とアウターリードの並び順を変えることができるようにした技術が、例えば特許文献1に開示されている。
近年では、製造コストの抑制などの観点から、複数の半導体メモリチップを階段状に積層する場合がある。半導体メモリチップを階段状に積層すると、1枚の半導体メモリチップの平面形状よりも大きな平面スペースがパッケージ内に必要となる。したがって、半導体メモリチップを階段状に積層すると、中継用金属ワイヤを設けるスペースを平面的に確保しにくくなるといった問題や、半導体メモリチップのチップサイズが制約されてしまうといった問題がある。
本発明は、中継用金属ワイヤを設けるためのスペースが確保しやすく、半導体メモリチップのチップサイズが制約されにくい半導体パッケージとその製造方法を提供することを目的とする。
本願発明の一態様によれば、複数のリードからなるリード群と、リード群に階段状に積層された複数の半導体メモリチップと、半導体メモリチップを封止する樹脂モールド部と、を備える半導体パッケージであって、リード群は、樹脂モールド部の内部から外部に延びる第1リードと、樹脂モールド部の内部であって第1リードの一方側に配置された第2リードと、樹脂モールド部の内部から外部に延びるとともに第1リードの他方側に配置された第3リードと、を有し、樹脂モールド部の内部で、第1リードの一端部と半導体メモリチップの電極パッドとを電気的に接続する第1金属ワイヤと、樹脂モールド部の内部で、第2リードの一端部と半導体メモリチップの電極パッドとを電気的に接続する第2金属ワイヤと、樹脂モールド部の内部で、第1リード部を跨いで、第3リードの一端部と第2リードの他端部とを電気的に接続する中継用金属ワイヤと、をさらに備え、中継用金属ワイヤは、階段状に積層された半導体メモリチップと、リード群との隙間に設けられることを特徴とする半導体パッケージが提供される。
また、本願発明の一態様によれば、樹脂モールド部の内部から外部に延びる第1リードと、樹脂モールド部の内部であって第1リードの一方側に配置された第2リードと、樹脂モールド部の内部から外部に延びるとともに第1リードの他方側に配置された第3リードと、を有するリード群に複数の半導体メモリチップを積層し、第1リードの一端部と半導体メモリチップの電極パッドとを第1金属ワイヤで電気的に接続し、第2リードの一端部と半導体メモリチップの電極パッドとを第2金属ワイヤで電気的に接続し、第1リード部を跨いで、第3リードの一端部と第2リードの他端部とを中継用金属ワイヤで電気的に接続し、中継用金属ワイヤは、階段状に積層された半導体メモリチップと、リード群との隙間に設けられることを特徴とする半導体パッケージの製造方法が提供される。
本発明によれば、中継用金属ワイヤを設けるためのスペースが確保しやすく、半導体メモリチップのチップサイズが制約されにくい半導体パッケージとその製造方法を提供できるという効果を奏する。
以下に添付図面を参照して、本発明の実施の形態にかかる半導体パッケージを詳細に説明する。なお、この実施の形態により本発明が限定されるものではない。
(第1の実施の形態)
図1は、本発明の第1の実施の形態にかかる半導体パッケージの外観を示す平面図である。図2は、図1に示す半導体パッケージのA−A線に沿った断面図である。図3は、リード群の平面図である。
図1は、本発明の第1の実施の形態にかかる半導体パッケージの外観を示す平面図である。図2は、図1に示す半導体パッケージのA−A線に沿った断面図である。図3は、リード群の平面図である。
半導体パッケージ1は、リード群2、半導体メモリチップ3、樹脂モールド部4を備える。リード群2は、素子搭載用の回路基材として機能する。リード群2の下面2a側には、半導体メモリチップ3が積層される。図4は、リード群2を下面2a側から見た図であり、半導体メモリチップ3が積層された状態を示す図である。なお、リード群2の下面2aおよび上面2bとは、半導体パッケージ1を実装ボードに搭載した状態を基準とし、実装ボードと対向する面を下面2a、実装ボードと対向する面とは反対側の面を上面2bとしたものである。
半導体パッケージ1は、リード群2の両面を樹脂系材料の樹脂モールド部4で封止することで形成される。樹脂モールド部4は、半導体パッケージ1の外殻を構成する。樹脂モールド部4は、半導体メモリチップ3を完全に覆う高さで形成されている。樹脂モールド部4は、半導体メモリチップ3などの実装部品が実装されたリード群2を金型で覆い、軟化させた樹脂系材料をその金型内に注入することで形成される。
図3に示すように、リード群2は、第1チップイネーブル(CE)用リード21、第2CE用リード22、第3CE用リード23(第3リード)、第4CE用リード24(第3リード)、電源用リード25(第1リード)、グランド用リード26(第1リード)、第3CE中継用リード27(第2リード)、第4CE中継用リード28(第2リード)を含む複数のリードを有して構成される。また、リード群2は、金属であり、鉄または銅を主材として構成される。複数のリードは、位置ずれが生じないように、絶縁性の固定テープ8で固定されている。
なお、以下の説明で、上記各リード21〜28を含むリード群2において、樹脂モールド部4の外側に露出した部分をアウターリード部といい、樹脂モールド部4の内側に封止された部分をインナーリード部という。アウターリード部は、半導体パッケージ1の外部接続端子として機能する。また、リード群2は、図3,4で示すよりも両側に延びて形成されている。すなわち、図3,4ではアウターリード部の大半を省略して示している。
上記各リード21〜28のうち、第3CE中継用リード27、第4CE中継用リード28を除く他のリード21〜26は、樹脂モールド部4の内部から外側に延びるように形成され、アウターリード部とインナーリード部とを有している。第3CE中継用リード27、第4CE中継用リード28は、樹脂モールド部4の外部に露出しておらず、インナーリード部のみで構成されている。アウターリード部を有する各リード21〜26の並び順は、半導体パッケージ1を搭載する実装ボードの仕様などによって定まることとなる。本実施の形態における各リード21〜26は、1PINから24PINに向かう方向に沿って、第1CE用リード21、第2CE用リード22、電源用リード25、グランド用リード26、第3CE用リード23、第4CE用リード24の順に並ぶ。なお、インナーリード部は、主に半導体メモリチップ3の電極パッド6との接続部として機能する。
半導体メモリチップ3は、NAND型フラッシュメモリなどの記憶素子である。半導体メモリチップ3の一辺側には、その一辺に沿って並ぶように複数の電極パッド6が形成されている。複数の半導体メモリチップ3が、リード群2の下面2a側に積層される。複数の半導体メモリチップ3のうち、最下層の半導体メモリチップ3は、リード群2に対して接着材料によって接着される。接着材料としては、一般的なポリイミド樹脂、エポキシ樹脂、アクリル樹脂などを主成分とする熱硬化性または光硬化性のダイアタッチフィルム(接着剤フィルム)が用いられる。
リード群2上に接着された最下層の半導体メモリチップ3の上に、別の半導体メモリチップ3を階段状に接着することで、複数の半導体メモリチップ3が積層される。半導体メモリチップ3同士の接着にもダイアタッチフィルムが用いられる。本実施の形態では、8枚の半導体メモリチップが積層される。なお、半導体メモリチップ3の積層枚数は、複数枚であればよく8枚に限られない。半導体メモリチップ3を階段状に積層することで、半導体メモリチップ3の一辺側に設けられた電極パッド6を露出させることができる。この露出された電極パッド6が、Auワイヤなどの金属ワイヤ5(第1金属ワイヤ)(第2金属ワイヤ)で、リード群2と電気的に接続される。なお、半導体メモリチップ3は、NAND型フラッシュメモリのみに限られるものではなく、NAND型フラッシュメモリとそのコントローラ素子の積層物等であってもよい。
図4に示すように、半導体メモリチップ3の電極パッド6は、電源電圧電極パッド6a(VCC)、グランド用電極パッド6b(VSS)、チップイネーブル(CE)用電極パッド6c(CEnx)を含んで構成される。各パッド6a〜cの並び順は、半導体メモリチップ3の仕様によって定まる。本実施の形態における各パッド6a〜cは、1PINから24PINに向かう方向に沿って、CE用電極パッド6c、電源電圧電極パッド6a、グランド用電極パッド6bの順に並ぶ。
積層された半導体メモリチップ3のうち、最下層(リード群2に直接接着された層)から数えて、1枚目と2枚目の半導体メモリチップ3に形成されたCE用電極パッド6cは、第1CE用リード21と電気的に接続される必要がある。また、最下層から数えて3枚目と4枚目の半導体メモリチップ3に形成されたCE用電極パッド6cは、第2CE用リード22と電気的に接続される必要がある。また、最下層から数えて5枚目と6枚目の半導体メモリチップ3に形成されたCE用電極パッド6cは、第3CE用リード23と電気的に接続される必要がある。また、最下層から数えて7枚目と8枚目の半導体メモリチップ3に形成されたCE用電極パッド6cは、第4CE用リード24と電気的に接続される必要がある。
しかしながら、半導体メモリチップ3に形成された電極パッド6の並び順と、リード群2側の各リード21〜26の並び順とが異なっており、電極パッド6からそのままアウターリード部に引き回したのでは、上述したような対応関係で電極パッド6と各リード21〜26を接続させることができない。また、パッケージ内でリード同士を交差させることも困難である。
そこで、本実施の形態では、第3CE中継用リード27、第4CE中継用リード28、および中継用金属ワイヤ7を用いて、上述したような対応関係で電極パッド6と各リード21〜26を接続させる。
より具体的には、図5に示すように、1PINから24PINに向かう方向に沿って、各リード21〜28を、第1CE用リード21、第2CE用リード22、第3CE中継用リード27、第4CE中継用リード28、電源用リード25、グランド用リード26、第3CE用リード23、第4CE用リード24の順に並べる。すなわち、第2リード27,28を、第1リード25,26の一方側(第1CE用リード21および第2CE用リード22側)に配置し、第3リード23,24を、第1リード25,26の他方側に配置することで、第2リードと第3リードとで第1リードを平面的に挟み込むような配置にしている。
最下層から数えて1枚目と2枚目の半導体メモリチップ3のCE用電極パッド6cと、第1CE用リード21の一端部21aとを、金属ワイヤ5で電気的に接続させる。また、最下層から数えて3枚目と4枚目の半導体メモリチップ3のCE用電極パッド6cと、第2CE用リード22の一端部22aとを、金属ワイヤ5で電気的に接続させる。
また、最下層から数えて5枚目と6枚目の半導体メモリチップ3のCE用電極パッド6cは、第3CE用リード23ではなく、第3CE中継用リード27の一端部27aと金属ワイヤ5で電気的に接続される。また、最下層から数えて7枚目と8枚目の半導体メモリチップ3のCE用電極パッド6cも、第4CE用リード24ではなく、第4CE中継用リード28の一端部28aと金属ワイヤ5で電気的に接続される。
また、最下層から数えて1枚目の半導体メモリチップ3の電源電圧電極パッド6aと、電源用リード25の一端部25aとを、金属ワイヤ5で電気的に接続させる。また、最下層から数えて1枚目の半導体メモリチップ3のグランド用電極パッド6bと、グランド用リード26の一端部26aとを、金属ワイヤ5で電気的に接続させる。
さらに、第3CE中継用リード27の他端部27bと、第3CE用リード23の一端部23aとを、中継用金属ワイヤ7で電気的に接続させる。また、第4CE中継用リード28の他端部28bと、第4CE用リード24の一端部24aとを、中継用金属ワイヤ7で電気的に接続させる。中継用金属ワイヤ7は、電源用リード25とグランド用リード26とを跨ぐように設けられる。このように構成することで、各電極パッド6a〜cの並び順と、各リード21〜26の並び順が異なっていても、適切な対応関係で両者を電気的に接続させることができる。
また、図2に示すように、中継用金属ワイヤ7は、階段状に積層された半導体メモリチップ3とリード群2との隙間に設けられる。このように構成することで、半導体メモリチップ3が積層される領域と、中継用金属ワイヤ7が設けられる領域を、平面的関係において重ねることができる。ここで、半導体メモリチップ3を階段状に積層することで、1枚の半導体メモリチップ3の平面形状よりも大きな平面スペースがパッケージ内に必要となる。一方、階段状に積層された半導体メモリチップ3とリード群2との隙間に中継用金属ワイヤ7を設ければ、少なくとも半導体メモリチップ3を積層させるだけの平面的な領域をパッケージ内に確保することで、中継用金属ワイヤ7を設けるための平面的に特別なスペースが不要となる。したがって、中継用金属ワイヤ7を設けるスペースが確保しやすくなるとともに、半導体メモリチップ3のチップサイズが制約されにくくなる。
図6は、図2に示すB部分を拡大した部分拡大図である。本実施の形態では、半導体メモリチップ3の厚みが約50μm、半導体メモリチップを接着するためのダイアタッチフィルムの厚みが約10μmとなっている。中継用金属ワイヤ7のワイヤ長は約1.44mm、ワイヤループ高さYは約140μmとなっている。また、中継用金属ワイヤ7は、最下層から数えて6枚目の半導体メモリチップ3とリード群2との隙間、および最下層から数えて7枚目の半導体メモリチップ3とリード群2との隙間に設けられている。ここで、最下層から数えて6枚目の半導体メモリチップ3とリード群2との間隔Xは、X=(50+10)×5=300μmとなる。そうすると、中継用金属ワイヤ7と半導体メモリチップ3との間隔は、少なくともX−Y=300−140=160μmとなり、十分な余裕を確保することができる。
なお、本実施の形態では、第3CE用リード23と第4CE用リード24の並び順を変更するように構成しているがこれに限られず、半導体パッケージ1が搭載される実装ボードの仕様などに合わせて、様々なリードの並び順を変更させることができる。これにより、実装ボードの仕様ごとに半導体メモリチップ3を用意する必要がなくなるので、半導体メモリチップ3の汎用性を高めて、半導体パッケージ1の製造コストの抑制に寄与することができる。
次に、半導体パッケージ1の製造方法について説明する。図7は、半導体パッケージ1の製造方法の手順を示すフローチャートである。まず、リード群2の下面2aに、4枚の半導体メモリチップ3を積層する(ステップS1)。次に、積層された半導体メモリチップ3の電極パッド6と、リード群2のインナーリード部とを金属ワイヤ5で電気的に接続する(ステップS2)。なお、ステップS2の工程には、CE用リード21,22の一端部21a,22aと、積層された半導体メモリチップ3のCE用電極パッド6cとを金属ワイヤ5で接続する工程、電源用リード25の一端部25aと電源電圧電極パッド6aとを金属ワイヤ5で接続する工程、およびグランド用リード26とグランド用電極パッド6bとを金属ワイヤ5で接続する工程が含まれる。次に、CE中継用リード27,28の他端部27b,28bと、CE用リード23,24とを中継用金属ワイヤ7で接続する(ステップS3)。なお、ステップS2とステップS3の順番は前後しても構わない。
次に、5枚目から8枚目の半導体メモリチップ3を積層し(ステップS4)、その半導体メモリチップ3に形成された電極パッド6とリード群2のインナーリード部とを金属ワイヤ5で電気的に接続する(ステップS5)。なお、ステップS5の工程には、CE中継用リード27,28の一端部27a,28aと、積層された半導体メモリチップ3のCE用電極6cとを金属ワイヤ5で接続する工程も含まれる。次に、樹脂モールド部4を形成し(ステップS6)、アウターリード部の曲げ加工などを行う(ステップS7)。以上の工程により、半導体パッケージ1が製造される。なお、半導体パッケージ1の製造工程において、リード群2は、その周囲に一体に形成された枠部材(図示せず)で保持されている。この枠部材とリード群2とを含めてリードフレームともいう。一般的に、ステップS1〜ステップS6の工程は、このリードフレームの状態で行われる。そして、ステップS7の曲げ加工などを行う工程において、リードフレームからの枠部材の切除も行われる。
金属ワイヤ5,7をボンディングするワイヤボンダーでは、一度にボンディングできる半導体メモリチップ3の積層枚数に制限がある場合がある。この場合、半導体メモリチップ3の積層と、電極パッド6へのボンディングが、複数回に分けて行われることとなる。例えば、一度にボンディングできる半導体メモリチップ3の積層枚数が4枚までであるワイヤボンダーを用いた場合には、電極パッド6へのボンディングが2回に分けて行われる。この場合、半導体メモリチップ3を積層する前に中継用金属ワイヤ7をボンディングしてしまうと、電極パッド6への金属ワイヤ5のボンディングも含めて計3回のボンディング工程が行われることなる。
一方、図7を用いて説明した製造方法であれば、第2リード27,28と第3リード23,24との間のボンディングと、最初に積層した半導体メモリチップ3の電極パッド6へのボンディングとを、ステップS2〜3で一度に行う。したがって、残りの半導体メモリチップ3が積層されてからのボンディングと合わせて、2回のボンディング工程を行えばよい。これにより、半導体パッケージ1の製造工程において、ボンディング回数を抑えて、製造効率の向上に寄与することができる。
なお、すべての半導体メモリチップ3を積層してしまうと、中継用金属ワイヤ7を設ける領域が半導体メモリチップ3に覆われてしまうため、施工性が悪化し、ボンディング不良などが発生しやすくなってしまう。したがって、中継用金属ワイヤ7のボンディングは、一部の半導体メモリチップ3が積層された段階で行われることが好ましい。
次に、半導体パッケージ1の製造方法の変形例について説明する。図8は、半導体パッケージ1の製造方法の手順の変形例を示すフローチャートである。まず、中継用リード27,28の他端部27b,28bと、CE用リード23,24とを中継用金属ワイヤ7で接続する(ステップS11)。次に、リード群2の下面2aに、すべて(8枚)の半導体メモリチップ3を積層する(ステップS12)。次に、積層された半導体メモリチップ3の電極パッド6と、リード群2のインナーリード部とを金属ワイヤ5で電気的に接続する(ステップS13)。次に、樹脂モールド部4を形成し(ステップS14)、アウターリード部の曲げ加工などを行う(ステップS15)。以上の工程により、半導体パッケージ1が製造される。
変形例に係る製造方法では、積層された8枚の半導体メモリチップ3に対して、一括してボンディングが可能なワイヤボンダーを用いている。この場合、半導体メモリチップ3の積層工程を1回で済ますことができるので、半導体パッケージ1の製造効率の向上に寄与することができる。また、半導体メモリチップ3を積層する前に、中継用金属ワイヤ7をボンディングするので、中継用金属ワイヤ7を設ける領域を覆う半導体メモリチップ3に邪魔されずに、ボンディングを円滑に行うことができる。これにより、ボンディング不良などの不具合の発生を抑えることができる。
1 半導体パッケージ、2 リード群、2a 下面、2b 上面、3 半導体メモリチップ、4 樹脂モールド部、5 金属ワイヤ(第1金属ワイヤ)(第2金属ワイヤ)、6 電極パッド、6a 電源電圧電極パッド、6b グランド用電極パッド、6c CE用電極パッド、7 中継用金属ワイヤ、8 固定テープ、21 第1CE用リード、21a 一端部、22 第2CE用リード、22a 一端部、23 第3CE用リード(第3リード)、23a 一端部、24 第4CE用リード(第3リード)、24a 一端部、25 電源用リード(第1リード)、25a 一端部、26 グランド用リード(第1リード)、26a 一端部、27 第3CE中継用リード(第2リード)、27a 一端部、27b 他端部、28 第4CE中継用リード(第2リード)、28a 一端部、28b 他端部。
Claims (5)
- 複数のリードからなるリード群と、前記リード群に階段状に積層された複数の半導体メモリチップと、前記半導体メモリチップを封止する樹脂モールド部と、を備える半導体パッケージであって、
前記リード群は、前記樹脂モールド部の内部から外部に延びる第1リードと、前記樹脂モールド部の内部であって前記第1リードの一方側に配置された第2リードと、前記樹脂モールド部の内部から外部に延びるとともに前記第1リードの他方側に配置された第3リードと、を有し、
前記樹脂モールド部の内部で、前記第1リードの一端部と前記半導体メモリチップの電極パッドとを電気的に接続する第1金属ワイヤと、
前記樹脂モールド部の内部で、前記第2リードの一端部と前記半導体メモリチップの電極パッドとを電気的に接続する第2金属ワイヤと、
前記樹脂モールド部の内部で、前記第1リード部を跨いで、前記第3リードの一端部と前記第2リードの他端部とを電気的に接続する中継用金属ワイヤと、をさらに備え、
前記中継用金属ワイヤは、階段状に積層された前記半導体メモリチップと、前記リード群との隙間に設けられることを特徴とする半導体パッケージ。 - 前記樹脂モールド部の内部から外部に延びる第1リードと、前記樹脂モールド部の内部であって前記第1リードの一方側に配置された第2リードと、前記樹脂モールド部の内部から外部に延びるとともに前記第1リードの他方側に配置された第3リードと、を有するリード群に複数の半導体メモリチップを積層し、
前記第1リードの一端部と前記半導体メモリチップの電極パッドとを第1金属ワイヤで電気的に接続し、
前記第2リードの一端部と前記半導体メモリチップの電極パッドとを第2金属ワイヤで電気的に接続し、
前記第1リード部を跨いで、前記第3リードの一端部と前記第2リードの他端部とを中継用金属ワイヤで電気的に接続し、
前記中継用金属ワイヤは、階段状に積層された前記半導体メモリチップと、前記リード群との隙間に設けられることを特徴とする半導体パッケージの製造方法。 - 前記複数の半導体メモリチップのうち、一部の半導体メモリチップを積層した状態で、前記第1金属ワイヤおよび前記中継用金属ワイヤの接続を行ってから、他の半導体メモリチップを積層することを特徴とする請求項2に記載の半導体パッケージの製造方法。
- 前記中継用金属ワイヤの接続を行ってから、前記半導体メモリチップを積層することを特徴とする請求項2に記載の半導体パッケージの製造方法。
- 複数の前記半導体メモリチップをすべて積層してから、前記第1金属ワイヤおよび前記第2金属ワイヤの接続を行うことを特徴とする請求項4に記載の半導体パッケージの製造方法。
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