JPH0878611A - 半導体装置 - Google Patents

半導体装置

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JPH0878611A
JPH0878611A JP20644794A JP20644794A JPH0878611A JP H0878611 A JPH0878611 A JP H0878611A JP 20644794 A JP20644794 A JP 20644794A JP 20644794 A JP20644794 A JP 20644794A JP H0878611 A JPH0878611 A JP H0878611A
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JP
Japan
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mold resin
semiconductor chip
overcurrent
thermal expansion
semiconductor device
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JP20644794A
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English (en)
Inventor
Kazushi Kagawa
一志 賀川
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NEC Corp
Original Assignee
NEC Corp
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Publication date
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    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10WGENERIC PACKAGES, INTERCONNECTIONS, CONNECTORS OR OTHER CONSTRUCTIONAL DETAILS OF DEVICES COVERED BY CLASS H10
    • H10W72/00Interconnections or connectors in packages
    • H10W72/50Bond wires
    • H10W72/551Materials of bond wires
    • H10W72/552Materials of bond wires comprising metals or metalloids, e.g. silver
    • H10W72/5522Materials of bond wires comprising metals or metalloids, e.g. silver comprising gold [Au]
    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10WGENERIC PACKAGES, INTERCONNECTIONS, CONNECTORS OR OTHER CONSTRUCTIONAL DETAILS OF DEVICES COVERED BY CLASS H10
    • H10W90/00Package configurations
    • H10W90/701Package configurations characterised by the relative positions of pads or connectors relative to package parts
    • H10W90/751Package configurations characterised by the relative positions of pads or connectors relative to package parts of bond wires
    • H10W90/756Package configurations characterised by the relative positions of pads or connectors relative to package parts of bond wires between a chip and a stacked lead frame, conducting package substrate or heat sink

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  • Structures Or Materials For Encapsulating Or Coating Semiconductor Devices Or Solid State Devices (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】ボンディングワイヤに特種の材質を用いること
なく、負荷短絡などの異常時に発生する過電流により半
導体チップ等の回路および周辺の装置に悪影響を与えな
いような半導体装置を提供することにある。 【構成】第一のリードフレーム2上に搭載した半導体チ
ップ1およびこの半導体チップ1に接続したボンディン
グワイヤ5,6の一部を覆う第一のモールド樹脂部7
と、この第一のモールド樹脂部7とは熱膨張係数を異な
らせた第二のモールド樹脂部8とを有する。また、異常
時の過電流による半導体チップ1の発熱時に両樹脂部
7,8の熱膨張係数の差が最大になるように、両樹脂部
7,8の膨張係数を選定する。これにより、過電流発生
時には、これら両樹脂部7,8の境界面におけるボンデ
ィングワイヤ5,6にせん断応力が働き、ワイヤの電流
容量を低下させることにより溶断させ、過電流を遮断す
る。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は半導体装置に関し、特に
セミパワークラス以上の半導体パッケージ構造に関す
る。
【0002】
【従来の技術】従来、かかるセミパワークラス以上の大
電力半導体装置のパッケージにおいては、負荷が短絡し
た場合などの異常時に発煙・発熱等の恐れがあるので、
半導体素子の破壊防止のために、半導体チップと接続さ
れるボンディングワイヤや、あるいはその周辺に各種の
工夫がなされている。
【0003】図3は従来の一例を示す半導体装置の構造
図である。図3に示すように、従来の半導体パッケージ
は、半導体チップ1を第一のリードフレーム部2上に固
定するとともに、ボンディングワイヤ5,6により半導
体チップ1のパッドと第二,第三のリードフレーム部
3,4とを接続する。しかる後、半導体チップ1を含む
全体をカバーで覆うか、あるいは樹脂で覆いモールド樹
脂部8を形成するかしている。
【0004】かかる構造の半導体パッケージにおいて、
半導体チップ1を保護するための過電流遮断機能を実現
するにあたっては、例えば、特開昭64−50457号
公報に記載されたように、ボンディングワイヤ5,6に
形状記憶合金を用いたり、あるいは特開平4−1998
65号公報に記載されたように、ボンディングワイヤ
5,6が接続されるパッドとアルミ配線間にヒューズ材
料を用いたりするか、ボンディングワイヤ5,6そのも
のをヒューズ材で形成するかしている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】上述した従来の半導体
装置において、前者の形状記憶合金を用いる場合には、
可動部を有するために、ワイヤの周囲を空間とする必要
があり、そのために半導体チップを樹脂等で封止するこ
とができないので、熱の放散性が悪化するという問題が
ある。この場合には、特に大電力を扱う半導体装置に適
用することができないという欠点がある。また、前者の
技術を用いる場合には、内部が中空であることや、ワイ
ヤの一端が固定されていない構造になるため、振動に対
して弱いという欠点もある。更に、前者の例は電流が遮
断されて半導体チップの温度が低下すると、自動的に元
の状態に復帰してしまうため、電流が遮断されている間
に根本的な対策を施さないと再び回路が遮断されること
になり、回路が不安定な状態に陥ってしまうという欠点
がある。
【0006】一方、後者のヒューズ材料を用いる場合に
は、半導体チップにヒューズ材を接続するためのリード
フレーム部を新設しなければならないという欠点があ
る。また、ワイヤにヒューズ材料を直接用いようとする
場合には、その加工性やボンディング方法の技術につい
て新たな問題が発生するという欠点がある。すなわち、
加工性については、直径10〜100μm程度の細線で
ループ状を形成する必要があったり、ボンディング方法
については、現在の金ワイヤであれば、電極を形成する
アルミとの金共晶を利用しているので、この点が可能か
否かといった問題がある。
【0007】本発明の目的は、かかるボンディングワイ
ヤに特種の材質を用いることなく、しかも負荷短絡など
の異常時に発生する過電流により半導体チップ等の回路
および周辺の装置に悪影響を与えないような半導体装置
を提供することにある。
【0008】
【課題を解決するための手段】本発明の半導体装置は、
リードフレーム上に搭載した半導体チップと、前記半導
体チップおよび前記半導体チップに接続したボンディン
グワイヤの一部を覆う第一のモールド樹脂部と、前記第
一のモールド樹脂部を含んで外周を覆い且つ前記第一の
モールド樹脂部とは熱膨張係数を異ならせた第二のモー
ルド樹脂部とを有し、過電流発生時には前記第一および
第二のモールド樹脂部の境界面における前記ボンディン
グワイヤを切断するようにして構成される。
【0009】
【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。図1は本発明の一実施例を示す半導体装置
の構造図である。図1に示すように、本実施例は表面実
装タイプの半導体パッケージであり、半導体チップ1を
アイランドとなる第一のリードフレーム部2上に搭載固
定する。また、半導体チップ1上のボンディングパッド
からはボンディングワイヤ5,6を介してそれぞれ第
二,第三のリードフレーム部3,4と接続する。ここ
で、本実施例は第一のモールド樹脂で半導体チップ1の
周囲のみを封止し、第一のモールド樹脂部7を形成す
る。ついで、第一のモールド樹脂部7や第二,第三のリ
ードフレーム部3,4等を含む外周を第一のモールド樹
脂とは熱膨張係数の異なる第二のモールド樹脂で封止し
第二のモールド樹脂部8を形成する。
【0010】特に、第一のモールド樹脂部7と第二のモ
ールド樹脂部8の熱膨張係数は、通常の使用条件ではそ
の差が最小となり、異常時の過電流異常時の過電流によ
る半導体チップ1の発熱時には、その差が最大になるよ
うに選定される。このため、負荷短絡などによる過電流
発生時には、半導体自体の発熱で樹脂間に歪を発生させ
る。従って、これら両樹脂部7,8の境界面において、
ボンディングワイヤ5,6にせん断応力が働き、ワイヤ
の電流容量を低下させることにより溶断させるので、過
電流を遮断することができる。
【0011】図2は図1に示すモールド樹脂部のガラス
転移点温度の差異による熱膨張係数特性図である。図2
に示すように、第一のモールド樹脂部7の定常時の熱膨
張係数をα1A、ガラス転移点での熱膨張係数をα1B
し、同様に第二のモールド樹脂部8の定常時の熱膨張係
数をα2A、ガラス転移点での熱膨張係数をα2Bと表わす
と、α1A〈α2Aで且つα1B〈α2Bとなる任意の組合わせ
を選定すれば、相対的に半導体パッケージの内側は膨張
しにくく、外側は膨張しやすいように設定することがで
きる。
【0012】例えば、第一のモールド樹脂7として、α
1A=2.3×10-5/℃、α1B=6.5×10-5/℃
(ガラス転移点:145〜170℃)を用い、また第二
のモールド樹脂8として、α2A=2.8×10-5/℃、
α2B=7.5×10-5/℃(ガラス転移点:150〜1
70℃)を用いると、この組合わせの例の場合、定常時
の熱膨張係数の差は、α2A−α1A=0.5×10-5/℃
となり、また、異常時での熱膨張係数の差は、α2B−α
1B=1.0×10-5/℃となる。すなわち、異常時では
定常時の2倍の歪を発生させることができる。これによ
り、通常の使用状態ではボンディングワイヤ5,6への
ストレスを最小に抑えつつ、異常時には効果を最大に発
揮することが可能になる。
【0013】次に、具体的な温度を設定し、モールド樹
脂のずれ(ΔL)を説明する。通常使用状態での半導体
チップ1の温度(T)をT=60℃、異常時の温度
(T’)をT’=200℃と仮定し、パッケージ寸法1
mm(L)あたりのモールド樹脂のずれを計算すると、
ΔL=Δα×L×ΔTより、通常使用状態では、 ΔL=0.5×10-5×1×10-3×(60−25)=
0.175μm であるのに対し、異常時では、 ΔL=1.0×10-5×1×10-3×(200−25)
=1.75μm となる。
【0014】しかるに、本実施例の主な利用分野である
セミパワークラス以上の半導体装置のパッケージ寸法
は、最小でも5mm程度であるので、この場合の総合的
なずれは約9μm強になる。これに対し、上述したクラ
スの半導体装置に用いられるボンディングワイヤの直径
は一般的に30〜50μm程度であるので、モールド樹
脂のずれによりボンディングワイヤを切断したり、ある
いはボンディングワイヤを切断するまでは至らなくても
ボンディングワイヤにせん断応力を加え、その直径を部
分的に細くして電流容量を低下させ溶断に至らしめるこ
とができる。
【0015】上述した一実施例においては、通常使用状
態のモールド樹脂のずれに対し異常時のずれを約10倍
にしているが、更にもっと大きなずれを発生すれように
設定することもできる。すなわち、第一のモールド樹脂
7と第二のモールド樹脂8との組合わせを、樹脂の熱膨
張係数がガラス転移点を境に急激に上昇することに着目
して選定すればよい。
【0016】例えば、内側にある第一のモールド樹脂7
のガラス転移点をT=200℃、外側にある第二のモー
ルド樹脂8のガラス転移点をT’=170℃であるとす
ると、半導体チップ1の温度が200℃に達するまでの
間、二種類のモールド樹脂の熱膨張係数の差は、α2B
α1A=5.2×10-5/℃となる。従って、パッケージ
寸法を5mmとし、前述した一実施例と同様に計算した
ときの異常時での樹脂のずれ(ΔL)を計算すると、Δ
Lは ΔL=5.2×10-5×5×10-3×(170−25)
=37.7μm となる。このため、ボンディングワイヤの直径程度のず
れを樹脂に発生させるので、かなり大きなストレスをボ
ンディングワイヤに加えることができ、ワイヤの切断も
可能になる。
【0017】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の半導体装
置は、半導体チップを覆う樹脂を二層構造とし且つこれ
らの樹脂の熱膨張係数が通常の使用時と異常時とで大き
な差を生ずるように形成することにより、過電流防止機
能を実現でき、回路の異常範囲の拡大を防止できるの
で、負荷短絡などの異常時に発生する過電流により半導
体チップ等の回路および周辺の装置に悪影響を与えない
ようすることができるという効果がある。
【0018】また、本発明の半導体装置は、ボンディン
グワイヤに形状記憶合金等の特種な材質を用いることな
く実現できるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例を示す半導体装置の構造図で
ある。
【図2】図1に示すモールド樹脂部のガラス転移点温度
の差異による熱膨張係数特性図である。
【図3】従来の一例を示す半導体装置の構造図である。
【符号の説明】
1 半導体チップ 2〜4 リードフレーム部 5,6 ボンディングワイヤ 7 第一のモールド樹脂部 8 第二のモールド樹脂部

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 リードフレーム上に搭載した半導体チッ
    プと、前記半導体チップおよび前記半導体チップに接続
    したボンディングワイヤの一部を覆う第一のモールド樹
    脂部と、前記第一のモールド樹脂部を含んで外周を覆い
    且つ前記第一のモールド樹脂部とは熱膨張係数を異なら
    せた第二のモールド樹脂部とを有し、過電流発生時には
    前記第一および第二のモールド樹脂部の境界面における
    前記ボンディングワイヤを切断しうるようにしたことを
    特徴とする半導体装置。
  2. 【請求項2】 前記第一および第二のモールド樹脂部の
    熱膨張係数は、通常の使用条件ではその差が最小とな
    り、異常時の過電流による前記半導体チップの発熱時に
    はその差が最大になるように選定した請求項1記載の半
    導体装置。
  3. 【請求項3】 前記半導体チップの過電流発生時には、
    前記第一および第二のモールド樹脂部の境界面における
    前記ボンディングワイヤにせん断応力を加えることによ
    り、電流容量を低下させて溶断させる請求項2記載の半
    導体装置。
JP20644794A 1994-08-31 1994-08-31 半導体装置 Pending JPH0878611A (ja)

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Effective date: 19961112