JPH0677359A - 樹脂封止型半導体装置及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】金属細線を用いワイヤボンディング法により半
導体チップと外部導出用リードが接続された樹脂封止型
半導体装置を安価に薄型化する。 【構成】ワイヤボンディング法により接続された半導体
チップ３及び外部導出用リード２と、半導体チップ３の
裏面が樹脂封止外に露出するように樹脂封止された樹脂
封止型半導体装置。また、半導体チップ３とリード２の
一部と金属細線１１との樹脂封止において、スクリーン
印刷法を用い樹脂封止を行う半導体装置の製造方法。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は樹脂封止型半導体装置及
びその製造方法に関し、特に半導体チップと外部導出用
金属導体接続にワイヤボンディング方法を用いた薄型化
構造の樹脂封止型半導体装置及びその製造方法に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】樹脂封止型半導体装置に於いて、半導体
チップと外部導出用金属導体（以下、リードと記す）と
の接続に金属細線を用い、一般的にワイヤボンディング
方法によりこれらが接続される半導体装置は、従来、例
えばリードが半導体装置の本体（以下、ボデーと記す）
に対し４辺方向から導出されるようなＱＦＰ型半導体装
置では、図６（Ａ）に示すような構成となっていた。即
ち、半導体チップ３と、半導体チップ３を固着する為の
アイランド４と、半導体チップ３とリード２とを電気的
に接続する金属細線１１と、これらを被う樹脂１２とを
有していた。

【０００３】また、このＱＦＰの製造方法は、まず、図
６（Ｂ）に示すような短冊状リードフレーム２８のアイ
ランド４上に導電性接着材、例えば銀ペーストや銀含有
高温半田などにより半導体チップ３を固着し、続いて金
属細線１１を用い半導体チップ３とリード２とをワイヤ
ボンディング法により接続した後に、これらを樹脂１２
で、例えば射出成形法により封止していた。引続きリー
ドフレーム状態のままで短冊状リードフレームの全面に
半田めっきなどを施した後短冊状リードフレーム２８か
ら半導体装置部分を切り放す切断工程を経て、リード２
を所定の寸法・形に成形し、図６（Ａ）に示すような樹
脂封止型半導体装置を製造していた。

【０００４】リード２がボデーの２方向から導出された
ＤＩＰ型や、ＳＯＰ型の樹脂封止型半導体装置の場合
も、上記の構造・製造方法とほぼ同様になっている。

【０００５】なお、消費電力の大きい、いわゆるパワー
ＩＣなどでは、その構造として、アイランドの裏面を樹
脂封止部外に露出させた半導体装置が実用化されてい
る。これは、アイランドの裏面を樹脂封止部外に露出さ
せることで放熱板とアイランド裏面とを接触させ、熱的
に低熱抵抗で結合し半導体チップの発熱を効率良く放散
させる事が目的で有った。

【０００６】また、上記の樹脂封止型半導体装置の改良
として、図６（Ａ）に示すアイランド４を削除した構造
の半導体装置も提案されている。即ち、図６（Ｂ）に示
す短冊状リードフレーム２８において、半導体チップを
固着するアイランド４を取り除いた形状を持つリードフ
レームを用い、ワイヤボンディング装置上でリードフレ
ームを固定すると共に半導体チップ３をインナーリード
２４の間に挿入し真空チャックなどにより固定し、しか
る後ワイヤボンディング法により半導体チップ、とイン
ナーリード２４とを金属細線１１を用い接続していた。
樹脂封止は前記ＱＦＰと同様な射出成形法により行って
いた。この構造の半導体装置は半導体チップとアイラン
ドとを接着する工程が不用なため製造コストを低減する
目的で提案されていた。

【０００７】また、図７（Ａ），（Ｂ）に示すように、
特定の回路が形成されたプリント基板１４の一部に半導
体チップ挿入部１５を開口し、半導体チップ３をこの中
に挿入するとともに、ワイヤボンディング法により金属
細線１１を用い半導体チップ３上の電極とプリント基板
１４上の電極とを接続し、しかる後半導体チップ３と金
属細線１１とプリント基板１４の一部をスクリーン印刷
法にて樹脂１２で封止する構造のＣＯＢも実用化されて
いる。

【０００８】なお、ワイヤボンディング法による半導体
チップとリードの接続方法を用いない従来例として、半
導体チップとリードとを例えば半導体チップの電極上に
形成された金属突起部（以下、バンプと記す）を介して
リードを接続するＴＡＢ（Ｔａｐｅ Ａｕｔｏｍａｔｅ
ｄ Ｂｏｎｄｉｎｇ）又はＴＣＰ（Ｔａｐｅ Ｃａｒｒ
ｉｅｒ Ｐａｃｋａｇｅ）と呼ばれる半導体装置が有
る。すなわち、半導体チップとを金属バンプを介して接
続した後、液状樹脂の滴下などにより半導体の能動素子
形成部と側面などを被覆するよう樹脂形成した半導体装
置である。この構造の半導体装置は、半導体チップとリ
ードとの接続の為に半導体チップの電極上に金属バンプ
を形成しなければならず、また、リードとの接続には専
用の装置が必要なことから、現在広く利用されているワ
イヤボンディング法を用いた半導体装置の製造ラインと
の互換性がない。このため製造ラインは専用のものとな
り、薄型の利点はあるものの、汎用性，経済性などの点
で従来のワイヤボンディング法を用いた樹脂封止型半導
体装置に比べ著しく劣っていた。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】前述したように、図６
（Ａ）に示す構造の半導体装置では、半導体チップ３載
置部であるアイランド４を有しており、またアイランド
４下部に樹脂封止部を有しているため、半導体装置の厚
みの点では薄型化には限界が有った。例えば現在最も薄
いワイヤボンディング法を用いた半導体装置では、その
厚みが０．６ｍｍ程度である。即ち、半導体チップ３上
の金属細線１１を露出させない最小厚の上部樹脂１２の
厚みは０．２ｍｍ程度であり半導体チップ３の厚みは
０．２〜０．３ｍｍ程度であり、アイランド４の厚みは
０．１ｍｍ程度、アイランド４の下の樹脂１２の厚みは
０．１程度が限界である。しかし、このような薄い半導
体装置の製造、特に樹脂封止工程に於いては、半導体チ
ップ３上面と射出成形金型との間隙や、アイランド４と
金型との間隙は上述のように０．１〜０．２ｍｍと非常
に狭くなるため、封止時の溶融樹脂の粘度を充分に低く
保ってもボイドと呼ばれる樹脂未充填部分や、アイラン
ド４の上下動を誘発し、アイランド４が樹脂１２の底面
より露出したり、半導体チップ３や金属細線１１が樹脂
１２上面から露出するという不具合が発生するという問
題点があった。

【００１０】また、金属細線１１の変形による金属細線
１１どうしや金属細線１１とアイランド４、その他のリ
ードとの接触による電気的ショートという不具合が発生
するという問題点もあった。即ち、これらは、溶融樹脂
が金属細線１１に与える抵抗が金属細線１１の強度を越
えた場合や、狭い隙間を通過する溶融樹脂の抵抗により
アイランド４や半導体チップ３にかかる力が、アイラン
ド４を保持している吊りリードの強度を越えることによ
り発生する。

【００１１】この対策として間隙を広くとれば本来の目
的である半導体装置の薄型化が達成出来ず、また、樹脂
溶融粘度を低下させる方法では、樹脂内のフィラーと呼
ばれる充填物量を減少させる事や樹脂自体の粘度を低下
させることになるが、内部応力や樹脂硬化時間の兼ねあ
いから限界があり前述の不良をなくすことは極めて困難
であった。また、それを達成するための経済的損失は大
であった。また、リードの本数が多い多リードの半導体
装置で半導体チップの面積が小さい場合には必然的に金
属細線の長さが長くなり金属細線の変形に対する強度が
低下するとともに樹脂との接触面積が増える為、金属細
線の変形の不具合は無視できないほど大きなものとな
る。さらに、従来構造の樹脂封止型半導体装置では、半
導体装置のプリント基板への実装に於て、樹脂内部に吸
湿された水分が実装時の半田付けの熱により急激に膨張
しその圧力によりアイランドとアイランド下面の樹脂の
接着を破壊し、剥離を発生させるため樹脂が変形し、こ
の変形応力により樹脂にクラックが生じるという問題点
があった。また、同様に半導体チップとアイランドの接
着に使用する接着剤の吸湿により前述と同様のメカニズ
ムにより樹脂にクラックが生ずるという問題点もあっ
た。

【００１２】一方、前述のパワーＩＣなどではアイラン
ド裏面を樹脂封止部外に露出しているため基本的にはア
イランド下の樹脂厚分だけ薄く出来る利点があった。し
かし従来例としてのパワーＩＣの基本特性としては、熱
容量即ち過渡的熱容量を考慮するとアイランド厚をむし
ろ厚く構成し、いわゆる放熱板として利用していたため
薄型の半導体装置は実現していなかった。またその製造
方法に於ては射出成形時に金型内で金型の底面とアイラ
ンドを隙間無く保持する必要があるがこれが不十分なた
め放熱板上に樹脂の薄バリが発生するというような問題
点があった。

【００１３】また、前述のアイランドを削除した構造の
樹脂封止型半導体装置に於ても基本的にはアイランドの
厚さ分だけ薄型化が可能であるが、その一方で、射出成
形による樹脂封止時には、アイランドと半導体チップを
保持する手段として金属細線のみであるため、保持力が
不足し、樹脂注入時に樹脂の溶融粘度により半導体チッ
プとアイランドが所定の位置からずれるという問題や、
著しい場合即ち前記金属細線の本数が少ない小数リード
の半導体装置の場合には樹脂溶融粘度による抵抗に抗し
きれず、金属細線が破断することがあるため、小数リー
ドの半導体装置には使用できないという問題点があっ
た。

【００１４】一方、従来例で述べた図７（Ａ），（Ｂ）
に示すＣＯＢ型半導体装置は、各々の半導体チップ用に
専用な回路を形成したプリント基板を使用し、例えば時
計などの特定用途に使用されるのが一般的である。その
ため、複数の半導体チップにも使用できる汎用性が極め
て少ないという欠点があった。

【００１５】本発明の目的は、金属細線の変形や破断、
半導体チップの位置ずれ及び樹脂にクラックの発生がな
く薄型化が可能な樹脂封止型半導体装置及びその製造方
法を提供することにある。

【００１６】

【課題を解決するための手段】本発明の樹脂封止型半導
体装置は、半導体チップと、外部導出用金属導体と、該
外部導出用金属導体と前記半導体チップとを接続する金
属細線とを有し、少くとも前記半導体チップと前記ボン
ディングワイヤと前記外部導出用金属の一部を包含する
ように樹脂封止する樹脂封止部とを有する樹脂封止型半
導体装置に於いて、前記半導体チップの裏面が前記樹脂
封止部外に露出している。

【００１７】また、前記外部導出用金属導体の少くとも
一部が樹脂封止部と接触する非導電性材料によって連結
されている。

【００１８】本発明の樹脂封止型半導体装置の製造方法
は、半導体チップと金属細線と外部導出用金属導体の少
くとも一部を樹脂封止する工程を有する樹脂封止型半導
体装置の製造方法に於いて、前記樹脂封止がスクリーン
印刷法によって行う工程を含む。

【００１９】また、前記樹脂封止が表裏両面から少くと
も２回行い外形を形成する工程を含む。

【００２０】

【実施例】次に、本発明の実施例について図面を参照し
て説明する。

【００２１】図（Ａ），（Ｂ）は本発明の第１の実施例
を説明する断面図及びその樹脂部を透過した平面図であ
る。

【００２２】第１の実施例の樹脂封止型半導体装置は、
図１（Ａ），（Ｂ）に示すように、半導体チップ３は金
属細線１１により外部導出用リード２と接続されてい
る。樹脂封止部１は半導体チップ３と金属細線１１とリ
ード２の一部を被覆しているが半導体チップ３の裏面は
樹脂封止部１の外部に露出した構造となっている。ここ
で、半導体チップ３の厚みは２００から３００μｍ程
度，リード２の厚みは１００μｍ程度，半導体チップ３
上の樹脂１２の厚みは１００から２００μｍ程度になっ
ており半導体装置自体の厚みは総計で３００から５００
μｍ程度になっている。

【００２３】図２（Ａ），（Ｂ）は本発明の第１の実施
例に使用する短冊状リードフレームとフープ状リードフ
レームの平面図、図３（Ａ），（Ｂ）は本発明の第１の
実施例の樹脂封止方法を説明する工程順に示した断面図
である。

【００２４】第１の実施例の樹脂封止型半導体装置の製
造方法は、先ず、図２（Ａ）に示す短冊状リードフレー
ム２１を真空吸引の手段によりワイヤボンディング装置
の加工ステージに固定する。次に、半導体チップ３を短
冊状リードフレーム２１の中央部の予め定められた位置
に挿入し、真空吸引手段によりこれを固定する。この状
態で、通常の金属細線１１を用いたワイヤボンディング
方法により半導体チップ３上の電極とインナーリード２
４とを予め定められた位置関係で結線する。

【００２５】次に、図３（Ａ）に示すように、ワイヤボ
ンディング済みの半導体装置を印刷テーブル３１上に真
空吸引手段３２により固定する。この後、予め定められ
た厚みの乳剤３３を持つスクリーン３４を半導体装置の
上部に固定し、スキージ３５を移動することにより樹脂
３６をスクリーンのメッシュを通して半導体装置側へ押
し出す事により樹脂封止を行う。スキージ３５の印圧と
スピードは樹脂３６が半導体チップ３とリード２の隙間
を通過して印刷テーブル３１に到達しないように予め条
件出しをしておく。封止完了後、真空吸引手段３２を解
除し、樹脂封止された半導体装置を取り出す。通常、樹
脂封止は１度のスクリーン印刷でも良好であるが、半導
体チップ３裏面の周辺部の樹脂３６の均一性が劣る場合
や寸法精度が要求される場合には樹脂封止された半導体
装置を一度硬化させた後、再び図３（Ｂ）に示すような
印刷テーブル３１に反転して固定し第２回目の樹脂封止
を行う。この場合、第１回目と第２回目のスクリーンと
印刷テーブルとはそれぞれ専用の物を用いる。

【００２６】尚、これまでの説明は、リードフレームは
厚みが１００〜２００μｍ程度の薄い金属導体で短冊状
であったが、厚みが３０μｍから１００μｍ程度の薄い
柔軟な金属導体により構成されていても差し支えなく、
更に、図２（Ｂ）に示すように、このリードフレームが
短冊状ではなくフープ状リードフレーム２２でも差し支
えない。

【００２７】図４（Ａ），（Ｂ）は本発明の第２の実施
例を説明する断面図及びその樹脂部を透視した平面図、
図５（Ａ），（Ｂ）は本発明の第２の実施例に使用する
リードフレームの平面図及びその側面図である。

【００２８】第１の実施例ではリードフレームは一様な
金属導体で構成されていたが、第２の実施例ではリード
フレームは金属箔と非導電性材料１３より構成されてい
る。即ち、図５（Ａ），（Ｂ）に示すように、例えば金
属導体は３５μｍ程度の圧延銅箔３０であり、非導電性
材料は例えば０．２ｍｍ厚のガラスエポキシ基板２６で
ある。圧延銅箔３０は接着剤によりガラスエポキシ基板
２６にラミネートされた構造である。また、金属導体と
して電解析出銅を用い、非導電性材料としてプラスチッ
クやポリイミドを用いることも出来る。この構造では、
中央の半導体チップ配置部２５を開口するとともに、樹
脂封止外に露出する外部リード部２７の下部の非導電性
材料は予め化学的方法や機械的加工により除去してお
く。

【００２９】このような構成の樹脂封止型半導体装置の
製造方法は、第１の実施例で述べた方法がそのまま利用
できる。ここで、第１の実施例との相違点は、樹脂封止
時に使用する印刷テーブルの形状とスクリーンマスクの
形状の違いである。この実施例ではリード２のピッチが
より細かくなりリード２の厚みが薄くなっても、リード
２の強度の低下によるリード２の変形の発生を、非導電
性材料１３によってリード２を補強しているために防止
できるという特有の効果がある。

【００３０】なお、本実施例では、リードフレームとし
て短冊状のものを用いて説明したが、第１の実施例でも
述べたようにテープ状に繁がったフープ状リードフレー
ムを用いる事も可能である。

【００３１】

【発明の効果】以上説明したように本発明では、半導体
チップとリードとの接続に汎用性のある金属細線による
ワイヤボンディング法を用いることができ、かつ半導体
装置の厚みを３００μｍから５００μｍ程度までに薄く
出来る効果がある。

【００３２】また、従来のような射出成形法によらずス
クリーン印刷法による樹脂封止工程を有することによ
り、金属細線の変形や、半導体チップの上下動をなくす
ことが出来、また、従来の射出成形では図６（Ａ），
（Ｂ）に示すタイバー２９と呼ばれる各リードを連結す
る樹脂止めが必要であり、製造工程中にこれを切り放す
タイバー切断工程が必要であったが、本発明では、スク
リーン印刷法による樹脂封止のためこの工程が不用であ
るという利点もある。

【００３３】更に、半導体チップの裏面が樹脂封止部の
外に露出しているため、樹脂が吸湿し実装時の熱により
膨張して発生させる樹脂クラックも半導体チップ下面で
は防止できるという効果がる。

【００３４】なお、従来例で述べたように、ＴＡＢやＴ
ＣＰ呼ばれる半導体装置と比べると、厚みの点ではワイ
ヤボンディングの金属細線の高さの分だけその構造上不
利ではあるが、リードフレームが安価に構成できる点
や、汎用技術であるワイヤボンディング法を用いること
で組立費用を抑制でき、格段に安価に薄型の半導体装置
を構成できるという利点がる。

【００３５】また第２の実施例のようにリードを非導電
性材料により補強した場合には、より薄いリードが実現
できるため、より狭リードピッチの半導体装置を作るこ
とが出来る利点もある。

【００３６】また、リードの形成や樹脂封止部を従来の
樹脂封止型汎用半導体装置の外形に合わせる事が容易で
あることから、複数の半導体チップにも使用できる汎用
的な樹脂封止型半導体装置とすることが出来るという効
果もある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例を説明する断面図及びそ
の樹脂部を透視した平面図である。

【図２】本発明の第１の実施例に使用する短冊状リード
フレームとフープ状リードフレームの平面図である。

【図３】本発明の第１の実施例の樹脂封止方法を説明す
る工程順に示した断面図である。

【図４】本発明の第２の実施例を説明する断面図及びそ
の樹脂部を透視した平面図である。

【図５】本発明の第２の実施例に使用するリードフレー
ムの平面図及びその側面図である。

【図６】従来の樹脂封止型半導体の一例を説明する断面
図及び使用するリードフレームの平面図である。

【図７】従来のＣＯＢ型半導体装置を説明する断面図及
びその平面図である。

【符号の説明】

１ 樹脂封止部 ２ リード ３ 半導体チップ ４ アイランド １１ 金属細線 １２，３６ 樹脂 １３ 非導電性材料 １４ プリント基板 １５ 挿入部 ２１，２８ 短冊状リードフレーム ２２ フープ状リードフレーム ２３ 位置決め穴 ２４ インナーリード ２５ 半導体チップ配置部 ２６ ガラスエポキシ基板 ２７ 外部リード ２９ タイバー ３０ 圧延銅箔 ３１ 印刷テーブル ３２ 真空吸引手段 ３３ 乳剤 ３４ スクリーン ３５ スキージ ３７ 封止済樹脂部

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 半導体チップと、外部導出用金属導体
   と、該外部導出用金属導体と前記半導体チップとを接続
   する金属細線とを有し、少くとも前記半導体チップと前
   記ボンディングワイヤと前記外部導出用金属の一部を包
   含するように樹脂封止する樹脂封止部とを有する樹脂封
   止型半導体装置に於いて、前記半導体チップの裏面が前
   記樹脂封止部外に露出していることを特徴とする樹脂封
   止型半導体装置。
2. 【請求項２】 前記外部導出用金属導体の少くとも一部
   が樹脂封止部と接触する非導電性材料によって連結され
   ていることを特徴とする請求項１記載の樹脂封止型半導
   体装置。
3. 【請求項３】 半導体チップと金属細線と外部導出用金
   属導体の少くとも一部を樹脂封止する工程を有する樹脂
   封止型半導体装置の製造方法に於いて、前記樹脂封止が
   スクリーン印刷法によって行う工程を含むことを特徴と
   する樹脂封止型半導体装置の製造方法。
4. 【請求項４】 前記樹脂封止が表裏両面から少くとも２
   回行い外形を形成する工程を含むことを特徴とする請求
   項３記載の半導体装置。