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JP2005150294A - 半導体装置およびその製造方法 - Google Patents

半導体装置およびその製造方法 Download PDF

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JP2005150294A
JP2005150294A JP2003383785A JP2003383785A JP2005150294A JP 2005150294 A JP2005150294 A JP 2005150294A JP 2003383785 A JP2003383785 A JP 2003383785A JP 2003383785 A JP2003383785 A JP 2003383785A JP 2005150294 A JP2005150294 A JP 2005150294A
Authority
JP
Japan
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lead
bonding
wires
wire
semiconductor device
Prior art date
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Application number
JP2003383785A
Other languages
English (en)
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JP2005150294A5 (ja
Inventor
Hajime Hasebe
一 長谷部
Atsushi Fujisawa
敦 藤澤
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Renesas Technology Corp
Renesas Semiconductor Package and Test Solutions Co Ltd
Original Assignee
Renesas Technology Corp
Renesas Northern Japan Semiconductor Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
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Publication date
Application filed by Renesas Technology Corp, Renesas Northern Japan Semiconductor Inc filed Critical Renesas Technology Corp
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Abstract

【課題】 半導体装置の信頼性を向上し、製造歩留りを向上させる。
【解決手段】 ＱＦＮパッケージ形態の半導体装置は、半導体チップと、複数のリード４と、複数のリード４と半導体チップの表面の複数の電極とを電気的に接続する複数のボンディングワイヤと、それらを封止する封止樹脂部とを備えている。複数のリード４のうち、同じリード４に複数のボンディングワイヤ６ｅ，６ｆを接続する際には、そのリード４の上面に生じるツールマーク３１ｅ，３１ｆが平面的に重なるようにワイヤボンディングを行って、そのリード４の上面におけるボンディングワイヤ６ｅ，６ｆの接合部３２ｅ，３２ｆが重なるようにする。
【選択図】 図１６

Description

本発明は、半導体装置およびその製造技術に関し、特に、ＱＦＮ（Quad Flat Non leaded package）パッケージ形態の半導体装置に適用して有効な技術に関する。
リードフレームのダイパッド部（タブ）上に半導体チップを搭載し、リードフレームのリード部と半導体チップの表面の電極とをワイヤボンディングした後、樹脂封止を行い、各個片に切断してＱＦＮ（Quad Flat Non leaded package）パッケージ形態の半導体装置が製造される。リードフレームのリード部と半導体チップの電極とは、ボンディングワイヤを介して電気的に接続されている（例えば特許文献１参照）。
特開２０００−２４３８９１号公報
本発明者の検討によれば、次のことが分かった。
電気特性改善や向上のために、半導体チップの複数の電極に接続した複数のボンディングワイヤを一つのリード部に対して接続する多重ボンディング（いわゆるダブルボンディングやトリプルボンディング）が行われている。このような多重ボンディングを行う場合、ボンディングワイヤ接続の安定性を確保するためワイヤボンディング時に生じるツール（キャピラリ）痕を回避して次のワイヤボンディングを行う必要があるので、リードにおけるボンディング点間の距離はツールサイズを考慮して充分に間隔をとる必要がある。このため、多重ボンディングを行うには、リードのボンディング領域（ボンディングワイヤを接続するためのリードの平坦領域）を比較的広くしなければならず、半導体装置の小型化が困難になる。また、多重ボンディングを行うと、ボンディングワイヤのリードへの接続の信頼性が低下しやすく、半導体装置の信頼性が低下する可能性がある。
本発明の目的は、半導体装置の小型化を可能とする技術を提供することにある。
本発明の他の目的は、半導体装置の信頼性を向上させることができる技術を提供することにある。
本発明の前記ならびにその他の目的と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう。
本願において開示される発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、次のとおりである。
本発明は、半導体チップの複数の電極と複数のリード部とをワイヤを介して電気的に接続し、同じリード部に複数のワイヤを接続する場合に、そのリード部における各ワイヤの接合部を重ねるものである。
また、本発明は、半導体チップの複数の電極と複数のリード部とをワイヤを介して電気的に接続し、同じリード部に複数のワイヤを接続する場合に、そのリード部におけるツールマークが重なるようにするものである。
また、本発明は、半導体チップの複数の電極と複数のリード部とをワイヤを介して電気的に接続し、同じリード部に複数のワイヤを接続する場合に、そのリード部におけるワイヤの接合部を、金を含む部材を介在して重ねるものである。
本願において開示される発明のうち、代表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば以下のとおりである。
半導体チップの複数の電極と複数のリード部とをワイヤを介して電気的に接続し、同じリード部に複数のワイヤを接続する場合に、そのリード部における各ワイヤの接合部を重ねることにより、半導体装置を小型化することができる。また、半導体装置の信頼性を向上することができる。
また、半導体チップの複数の電極と複数のリード部とをワイヤを介して電気的に接続し、同じリード部に複数のワイヤを接続する場合に、そのリード部におけるツールマークが重なるようにすることにより、半導体装置を小型化することができる。また、半導体装置の信頼性を向上することができる。
また、半導体チップの複数の電極と複数のリード部とをワイヤを介して電気的に接続し、同じリード部に複数のワイヤを接続する場合に、そのリード部におけるワイヤの接合部を間に金を含む部材を介在して重ねることにより、半導体装置を小型化することができる。また、半導体装置の信頼性を向上することができる。
以下の実施の形態においては便宜上その必要があるときは、複数のセクションに分割して説明するが、特に明示した場合を除き、それらはお互いに無関係なものではなく、一方は他方の一部または全部の変形例、詳細、補足説明等の関係にある。また、以下の実施の形態において、要素の数等（個数、数値、量、範囲等を含む）に言及する場合、特に明示した場合および原理的に明らかに特定の数に限定される場合等を除き、その特定の数に限定されるものではなく、特定の数以上でも以下でも良い。さらに、以下の実施の形態において、その構成要素（要素ステップ等も含む）は、特に明示した場合および原理的に明らかに必須であると考えられる場合等を除き、必ずしも必須のものではないことは言うまでもない。同様に、以下の実施の形態において、構成要素等の形状、位置関係等に言及するときは、特に明示した場合および原理的に明らかにそうでないと考えられる場合等を除き、実質的にその形状等に近似または類似するもの等を含むものとする。このことは、上記数値および範囲についても同様である。
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、実施の形態を説明するための全図において、同一の機能を有する部材には同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。また、以下の実施の形態では、特に必要なとき以外は同一または同様な部分の説明を原則として繰り返さない。
また、実施の形態で用いる図面においては、断面図であっても図面を見易くするためにハッチングを省略する場合もある。また、平面図であっても図面を見易くするためにハッチングを付す場合もある。
（実施の形態１）
本実施の形態の半導体装置を図面を参照して説明する。
図１は、本発明の一実施の形態である半導体装置１の平面（上面）透視図であり、図２はその断面図、図３はその底面図（裏面図）である。図１は、封止樹脂部２を透視したときの平面（上面）図に対応する。また、図１のＡ−Ａ線の断面が図２にほぼ対応する。
本実施の形態の半導体装置１は、樹脂封止形で、面実装形の半導体パッケージであり、例えばＱＦＮ（Quad Flat Non leaded package）形態の半導体装置である。
図１〜図３示される本実施の形態の半導体装置１は、封止樹脂部（封止部）２と、封止樹脂部２によって封止された半導体チップ（半導体素子）３と、導電体によって形成された複数のリード（リード部）４と、封止樹脂部２によって封止されかつ複数のリード４と半導体チップ３の表面の複数の電極（ボンディングパッド、パッド電極）３ａとを電気的に接続する複数のボンディングワイヤ６と、半導体チップ３が搭載されたチップ搭載部であるタブ（ダイパッド部、チップ搭載部）７と、タブ７に接続された複数の吊りリード（導体部）８とを備えている。
封止樹脂部２は、例えば熱硬化性樹脂材料などの樹脂材料などからなり、フィラーなどを含むこともできる。例えば、フィラーを含むエポキシ樹脂などを用いて封止樹脂部２を形成することができる。封止樹脂部２により、半導体チップ３、リード４、ボンディングワイヤ６、タブ７および吊りリード８が封止され、保護される。封止樹脂部２の裏面（実装面）２ａが、半導体装置１の実装面である。
半導体チップ３は、例えば、単結晶シリコンなどからなる半導体基板（半導体ウエハ）に種々の半導体素子または半導体集積回路を形成した後、必要に応じて半導体基板の裏面研削を行ってから、ダイシングなどにより半導体基板を各半導体チップ３に分離したものである。半導体チップ３は、その表面（半導体素子形成側の主面）が上方を向くようにタブ７上に搭載され、半導体チップ３の裏面（半導体素子形成側の面とは逆側の主面）が導電体からなるタブ７に、例えば銀ペーストまたは絶縁ペーストなどの接合材（図示せず）を介して接着（接合）されている。
半導体チップ３の表面には、複数の電極３ａが形成されている。電極３ａは、半導体チップ３に形成された半導体素子または半導体集積回路に電気的に接続されている。半導体チップ３の表面の各電極３ａは、各リード４の上面４ａに、例えば金（Ａｕ）線などの金属細線などからなるボンディングワイヤ６を介して電気的に接続されている。
リード４はタブ７の周囲に、その一端がタブ７に対向するように配置されている。リード４は、封止樹脂部２に埋め込まれたインナリードと、封止樹脂部２の裏面２ａに露出するアウタリードとの両者の機能を兼ねている。すなわち、封止樹脂部２によって封止され、リード４のボンディング部として機能し得るリード４の上面４ａに、ボンディングワイヤ６が接続（接合）され、封止樹脂部２の裏面２ａに、外部接続用端子部として機能し得るリード４の下面の露出部である下部露出面４ｂが露出している。リード４の上面４ａには、ボンディングワイヤ６の接続を容易にするためにめっき層（例えば銀めっき層）を形成することもできる。リード４の下部露出面４ｂは、例えば略長方形状を有している。
リード４のタブ７に対向する側の端部とは逆側の端部として、リード４の切断面（側面、端面）４ｃが封止樹脂部２の切断面（側面）２ｂで露出している。リード４の切断面４ｃおよび封止樹脂部２の切断面２ｂは、半導体装置を製造する際の切断工程により生じた側面（端面）である。
リード４と半導体チップ３との間は封止樹脂部２を構成する材料で満たされており、リード４と半導体チップ３とが接触しないようになっている。また、隣り合うリード４間は封止樹脂部２を構成する材料により満たされており、互いに接触しないようになっている。
封止樹脂部２の裏面２ａに対応する半導体装置１の裏面（底面）が、半導体装置１の実装面となり、各リード４の下部露出面４ｂが封止樹脂部２の裏面２ａ（すなわち半導体装置１の裏面）で露出して半導体装置１の外部端子（外部接続用端子）を構成する。また、封止樹脂部２の裏面２ａで露出するリード４の下部露出面４ｂ上にはめっき層（例えば半田めっき層）が形成されているが、理解を簡単にするために、めっき層の図示を省略している。リード４の下部露出面４ｂ上にめっき層が形成されていることで、半導体装置１を基板（外部基板、マザーボード）に実装する際に、基板上の端子または導体パターンと半導体装置１の端子（リード４の下部露出面４ｂ）との間の電気的接続の信頼性を向上することができる。
タブ７には、複数（ここでは４本）の吊りリード（導体部）８が接続されている。各吊りリード８は、導電体材料からなり、一端がタブ７に接続され、タブ７の外方に向かって延在している。吊りリード８は、半導体装置１の製造に用いられたリードフレーム（のフレーム枠）にタブ７を保持または支持するために設けられ、封止樹脂部２の形成後にリードフレームから切断され、吊りリード８の切断により生じた側面（すなわちタブ７に接続された側の端部とは逆側の端部）である切断面８ｃが封止樹脂部２の切断面（側面）２ｂで露出している。吊りリード８の下面の一部は封止樹脂部２の裏面２ａで露出しており、ここでは吊りリード８の切断面８ｃ近傍領域の下面である下部露出面８ｂが、封止樹脂部２の裏面２ａで露出している。吊りリード８には屈曲部が設けられており、吊りリード８のうち下部露出面８ｂよりもタブ７側の部分は上方に持ち上げられて、タブ７とともに封止樹脂部２内に封止されている。リード４、タブ７および吊りリード８は、いずれも導電体材料からなり、例えば半導体装置の製造の際にリードフレームに用いられた共通の導電体材料からなる。
上記のように、半導体チップ３の複数の電極３ａと複数のリード４とが複数のボンディングワイヤ６を介して電気的に接続されている。半導体チップ３の各電極３ａにボンディングワイヤ６の一端が接続され、ボンディングワイヤ６の他端が各リード４の上面４ａに接続される。本実施の形態の半導体装置１では、電気特性改善や向上のために、半導体チップ３の複数の電極３ａにそれぞれ接続した複数のボンディングワイヤ６を同じ（一つの）リード４に対して接続する多重ボンディング（いわゆるダブルボンディングやトリプルボンディングなど）が行われている。例えば、図１では、それぞれ半導体チップ３の電極３ａに一端が接続された２本のボンディングワイヤ６の他端が、同じ（一つの）リード４ｄに接続（いわゆるダブルボンディング）され、それぞれ半導体チップ３の電極３ａに一端が接続された２本のボンディングワイヤ６の他端が、同じ（一つの）リード４ｅに接続（いわゆるダブルボンディング）され、それぞれ半導体チップ３の電極３ａに一端が接続された３本のボンディングワイヤ６の他端が、同じ（一つの）リード４ｆに接続（いわゆるトリプルボンディング）されている。図１では、複数のリード４のうち、リード４ｄには２本、リード４ｅには２本、リード４ｆには３本、他のリード４には１本のボンディングワイヤ６がそれぞれ接続されているが、一つのリード４に接続されるボンディングワイヤ６の数はこれに限定されるものではなく、例えば４本以上のボンディングワイヤ６を同じ（一つの）リード４に対して接続することもできる。
本実施の形態では、リード４ｄ，４ｅ，４ｆのように同じ（一つの）リード４に複数のボンディングワイヤ６を接続する場合、後述するように、そのリード４の同じ位置にワイヤボンディングを行い、そのリード４（リード４ｄ，４ｅ，４ｆ）に接続する各ボンディングワイヤ６の接合部が重なる（積み重なる）ようにしている。このため、本実施の形態の半導体装置１では、リード４ｄ，４ｅ，４ｆのそれぞれにおいて、複数のボンディングワイヤ６の接合部が重なっている。
次に、本実施の形態の半導体装置の製造工程について説明する。図４〜図７は、本実施の形態の半導体装置の製造工程を示す断面図（要部断面図）である。図４〜図７は、図２に対応する断面が示されている。また、図４〜図７には、リードフレーム１１の一つの半導体パッケージに対応する領域（そこから一つの半導体装置１が製造される領域）が示されている。
まず、図４に示されるように、半導体装置１の製造に用いられるリードフレーム１１を準備する。リードフレーム１１は、例えば、銅または銅合金、あるいは４２−アロイなどの導電体材料からなる。リードフレーム１１は、半導体チップ３を搭載するためのタブ７と、その一端がタブ７と離間して対向するように配置され他端がリードフレーム１１のフレーム枠（図示せず）と接続するリード４とを有している。また、図４の断面には示されていないけれども、タブ７の四隅に吊りリード８の一端が接続し吊りリード８の他端がフレーム枠に接続してタブ７がリードフレーム１１のフレーム枠に保持または支持されている。
次に、図５に示されるように、リードフレーム１１のタブ７上に半導体チップ３を銀ペーストまたは絶縁ペーストなどの接合材（図示せず）を介して接着（接合）する。
次に、図６に示されるように、ワイヤボンディング工程を行って、半導体チップ３の複数の電極３ａとリードフレーム１１の複数のリード４の上面４ａとを複数のボンディングワイヤ６を介してそれぞれ電気的に接続する。この際、ボンディングワイヤ６の一端を半導体チップ３の電極３ａに接続（ファーストボンディング）してから、ボンディングワイヤ６の他端をリード４に接続（セカンドボンディング）する。
次に、図７に示されるように、モールド工程（例えばトランスファモールド工程）を行って、半導体チップ３、ボンディングワイヤ６およびタブ７を封止樹脂部２によって封止する。封止樹脂部２は、例えば熱硬化性樹脂材料などの樹脂材料などからなり、フィラーなどを含むこともできる。例えば、フィラーを含むエポキシ樹脂などを用いて封止樹脂部２を形成することができる。また、封止樹脂工程では、封止樹脂部２の裏面２ａからリード４の下面である下部露出面４ｂが露出するように、封止樹脂部２を形成する。
次に、必要に応じてリードフレーム１１の封止樹脂部２から露出する部分（導電体からなる部分）上にめっき層（図示せず）を形成した後、リードフレーム１１が所定の位置で切断されて、図１〜図３に示されるような個片に分割された半導体装置１が得られる（製造される）。
次に、本実施の形態の半導体装置の製造工程におけるワイヤボンディング工程について説明する。
図８〜図１１は、ワイヤボンディング工程（半導体チップ３の電極３ａとリード４との間をボンディングワイヤ６で接続する工程）の一例を示す説明図である。
まず、図８に示されるように、放電などによって先端に金球２１ａを形成した金線２１（ボンディングワイヤ６形成用の金線２１）がワイヤボンディング装置のキャピラリ（ボンディングツール）２２に保持され、半導体チップ３の電極３ａ上に待機している。金線２１の直径は例えば２５〜３０μｍ程度である。それから、図９に示されるように、待機していた金線２１をファーストボンディングである半導体チップ３の電極３ａ上に適切な荷重をもって接触させ、金球２１ａが電極３ａに接触した後、キャピラリ２２を超音波振動させ、このときの荷重や印加された超音波によるエネルギーで金球２１ａと電極３ａとを接合（接続）させる。
次に、図１０に示されるように、キャピラリ２２が適切な軌跡を描きながら移動して、リード４の上面に移動する。この軌跡によって、ボンディングワイヤの適切なループ形状が得られる。そして、リード４の上面４ａに対してキャピラリ２２に保持された金線２１が適切な荷重をもって押し付けられ、キャピラリ２２が超音波振動する。このときの荷重や印加された超音波によるエネルギーで金線２１とリード４の上面４ａとを接合（接続）させる。
その後、図１１に示されるように、キャピラリ２２が上昇する過程でワイヤクランパ２３で金線２１を保持し、金線２１をセカンドボンディング点（接合部）から切断する。このようにして、半導体チップ３の電極３ａとリード４の上面４ａとの間を金線２１（金球２１ａを含む金線２１）からなるボンディングワイヤ６で電気的に接続することができる。
図１２は、上記のようにしてリード４の上面に金線２１（ボンディングワイヤ６）を接合した状態を示す説明図（斜視図）であり、リード４の先端部（タブ７に対向する側の端部）近傍領域が示されている。なお、図１２に示されるリード４の先端部近傍の上面４ａには、金線２１（ボンディングワイヤ６）の接続を容易にするためにめっき層（例えば銀めっき層）が形成されている。
セカンドボンディングにおいては、図１０に示されるように、金線２１を接続する面、ここではリード４の上面４ａにキャピラリ２２を押し付けるので、図１２に示されるように、リード４の上面４ａにはツールマーク（ボンディングツールの痕、ツール痕、キャピラリ痕）３１が残る。ツールマーク３１は、ワイヤボンディングの際にボンディングツールとしてのキャピラリ２２が押し付けられることによってリード４の上面（平坦面）４ａに生じた凹凸または窪みである。リード４の上面４ａに対する金線２１（ボンディングワイヤ６）の接合部（圧着部）３２は、ツールマーク３１内に位置することになる。ツールマーク３１の平面形状または平面寸法（外形寸法）は、リード４に接触するキャピラリ２２の先端部形状または寸法にほぼ対応し、例えば直径１００μｍ程度の略円形などである。
このようにして、半導体チップ３の複数の電極３ａとリードフレーム１１の複数のリード４の上面４ａとを複数のボンディングワイヤ６を介してそれぞれ電気的に接続することができる。
本実施の形態においては、図１に示されるように、電気特性改善や向上のために、半導体チップ３の複数の電極３ａにそれぞれ接続した複数のボンディングワイヤ６を同じ（一つの）リード４に対して接続する多重ボンディングが行われている。しかしながら、本発明者の検討によれば、同じ（一つの）リード４に対して複数のボンディングワイヤ６を接続した場合、次のような問題点が生じる可能性があることが分かった。
図１３は、同じ（一つの）リードに対して複数のボンディングワイヤを接続した場合に生じ得る問題点（第１の問題点）の説明図（斜視図）であり、第１の比較例のワイヤボンディング（リードに対するボンディングワイヤの接続工程）の説明図に対応する。
図１３では、一つのリード３４（本実施の形態のリード４に対応）に対して複数のボンディングワイヤ、ここでは２本のボンディングワイヤ６ａ，６ｂを接続している。ボンディングワイヤ６ａ，６ｂは、それぞれ、図８〜図１１のようにして形成される。図１３では、リード３４の上面３４ａ（上面４ａに対応）におけるボンディングワイヤ６ａ，６ｂの接合部（圧着部、ボンディング部）３２ａ，３２ｂを平面的に並べて、各ボンディングワイヤ６ａ，６ｂの接続の際のツールマーク３１ａ，３１ｂが重ならないようにしている。すなわち、リード３４の上面３４ａにボンディングワイヤ６ａを接続した後に、同じリード３４の上面３４ａにボンディングワイヤ６ｂを接続しているが、ボンディングワイヤ６ａの接続の際に生じたツールマーク３１ａに、ボンディングワイヤ６ｂの接続の際に生じるツールマーク３１ｂが重ならないようにしている。
ツールマーク３１ａ，３１ｂ同士が重ならず、凹凸面（窪み部分）であるツールマーク３１ａ外のリード３４の平坦な領域にボンディングワイヤ６ｂを接続（接合）できるので、ボンディングワイヤ６ａ，６ｂのリード３４の上面３４ａへの接続の信頼性（接続強度）を高めることができる。
しかしながら、図１３の場合は、ツールマーク３１ａ，３１ｂが重ならないようにボンディングワイヤ６ａ，６ｂをリード３４に接続するので、ボンディングワイヤ６ａの接合部３２ａとボンディングワイヤ６ｂの接合部３２ｂとの間が比較的大きな間隔を空けて離れることになり、リード３４の上面３４ａにおいてワイヤボンディングに要する領域が大きくなってしまう。このため、図１３では、リード３４の幅を広くし、ボンディングワイヤ６ａ，６ｂを接続するための平坦領域（上面３４ａ）を大きくする必要がある。このように、リード３４の面積（または幅）を比較的大きくする必要があるので、半導体装置の小型化が困難になるという第１の問題点が生じる。
このため、リードの幅を比較的小さくして半導体装置の小型化を実現するために、一つのリードに対して複数のボンディングワイヤを接続する際に、ツールマークが部分的に重なるように、ワイヤボンディングを行うことが考えられる。図１４は、同じ（一つの）リードに対して複数のボンディングワイヤを接続した場合に生じ得る他の問題点（第２の問題点）の説明図（斜視図）であり、第２の比較例のワイヤボンディング（リードに対するボンディングワイヤの接続工程）の説明図に対応する。
図１４では、一つのリード３５（本実施の形態のリード４に対応）に対して複数のボンディングワイヤ、ここでは２本のボンディングワイヤ６ｃ，６ｄを接続している。ボンディングワイヤ６ｃ，６ｄは、それぞれ、図８〜図１１のようにして形成される。図１４では、リード３５の上面３５ａ（上面４ａに対応）におけるボンディングワイヤ６ｃ，６ｄの接合部（圧着部、ボンディング部）３２ｃ，３２ｄを近づけて各ボンディングワイヤ６ｃ，６ｄのツールマーク３１ｃ，３１ｄが部分的に重なるようにしている。すなわち、リード３５の上面３５ａにボンディングワイヤ６ｃを接続した後に、同じリード３５の上面３５ａにボンディングワイヤ６ｄを接続しているが、ボンディングワイヤ６ｃの接続の際に生じたツールマーク３１ｃに、ボンディングワイヤ６ｄの接続の際に生じるツールマーク３１ｄの一部が重なるようにしている。
図１４の場合は、ツールマーク３１ｃ，３１ｄ同士が部分的に重なるので、ボンディングワイヤ６ｃの接合部３２ｃとボンディングワイヤ６ｄの接合部３２ｄとの間が図１３の場合よりも小さな間隔を空けて離れることになる。このため、図１４の場合は、図１３の場合に比べて、リード３５の上面３５ａにおいてワイヤボンディングに要する領域を小さくすることができ、リード３５の幅をリード３４よりも小さくすることができ、半導体装置の小型化に有利である。しかしながら、図１４の場合は、ボンディングワイヤ６ｃの接続後に行うボンディングワイヤ６ｄの接続の際に、凹凸面（または窪み）であるツールマーク３１ｃにキャピラリ２２が部分的に重なり（ずれた状態で重なり）、更にツールマーク３１ｃの端部の段差にボンディングワイヤ６ｄの接合部（圧着部）３２ｄが重なってしまう。このため、ボンディングワイヤ６ｄの接続の接続強度が低下し、ボンディングワイヤ６ｄの接続の信頼性が低下する可能性がある。
図１５〜図１７は、本実施の形態におけるワイヤボンディング（リード４に対するボンディングワイヤ６の接続工程）の説明図である。図１５は、ボンディングワイヤ６のうちの２本のボンディングワイヤ６ｅ，６ｆを同じリード４に順に接続した後の状態を示す斜視図に対応し、図１６は、図１５の拡大図に対応する。図１７は、リード４にボンディングワイヤ６ｅを接続した後、そのリード４に次のボンディングワイヤ６ｆを接続する工程中の図１０の状態の概念的な側面断面図に対応する。このため、図１７では、ボンディングワイヤ６ｆはまだ切断されていない。また、図１５〜図１７に示されるリード４は、例えば図１のリード４ｄまたはリード４ｅに対応する。
本実施の形態では、図１５〜図１７に示されるように、同じ（一つの）リード４に対して複数のボンディングワイヤ６（図１５〜図１７の例では２本のボンディングワイヤ６ｅ，６ｆ）を接続する際に、そのリード４の上面４ａにおける複数のボンディングワイヤ６（ボンディングワイヤ６ｅ，６ｆ）の接合部（図１５〜図１７の例では接合部３２ｅ，３２ｆ）がほぼ重なる（一致する）ようにワイヤボンディング（ボンディングワイヤ６ａ，６ｂの接続）を行っている。すなわち、同じ（一つの）リード４に対して複数のボンディングワイヤ６（ボンディングワイヤ６ａ，６ｂ）を接続する際に、そのリード４の上面４ａに生じるツールマーク（ツールマーク３１ｅ，３１ｆ）が平面的にほぼ重なる（一致する）ようにワイヤボンディング（ボンディングワイヤ６ａ，６ｂの接続）を行っている。
図１５〜図１７では、リード４の上面４ａにボンディングワイヤ６ｅを接続した後に、同じリード４の上面４ａにボンディングワイヤ６ｆを接続しているが、ボンディングワイヤ６ｅの接続の際に生じたツールマーク（ボンディングツールの痕、ツール痕、キャピラリ痕）３１ｅに、ボンディングワイヤ６ｆの接続の際に生じるツールマーク３１ｆが平面的にほぼ重なる（一致する）ようにしている。この際、上記図１４に示されるように、ツールマーク同士の重なり領域が少ないと、ボンディングワイヤの接続の信頼性が低下する可能性がある。それに対して、本実施の形態では、図１５〜図１７に示されるように、ツールマーク３１ｅ，３１ｆ同士の重なり領域を相対的に大きくしてツールマーク３１ｅ，３１ｆが実質的に重なる（一致する）ようにしており、リード４の上面４ａに対するボンディングワイヤ６ｅの接合部（圧着部、ボンディング部）３２ｅとボンディングワイヤ６ｆの接合部（圧着部、ボンディング部）３２ｆとが多段に（上下に）積み重なるようにしている。このため、ボンディングワイヤ６ｅの接続後に行うボンディングワイヤ６ｆの接続の際に、リード４の上面４ａに接触させた（押し付けた）キャピラリ２２が凹凸面（窪み）であるツールマーク３２ｅに実質的に重なってそれらの凹凸形状がほぼ一致する。しかも、ツールマーク３１ｅの端部の段差にボンディングワイヤ６ｆの接合部（圧着部）３２ｆが重ならない。このため、的確かつスムースにボンディングワイヤ６ｆをリード４に接合することができ、ボンディングワイヤ６ｆの接続の接続強度を向上し、ボンディングワイヤ６ｆの接続の信頼性を向上することができる。これにより、ボンディングワイヤ６e，６ｆを含むボンディングワイヤ６の接続の信頼性を向上でき、半導体装置１の信頼性を向上することができる。また、半導体装置の製造歩留りを向上することもできる。
また、本実施の形態では、図１５および図１６に示されるように、リード４の上面４ａには、ボンディングワイヤ６ｅ，６ｆの接続を容易にするためにめっき層（例えば銀めっき層）３６が形成されており、ボンディングワイヤ６ｅ，６ｆは、このリード４の上面４ａのめっき層３６に接続されている。これにより、ボンディングワイヤ６ｅ，６ｆを含むボンディングワイヤ６の接続の信頼性をより向上することができる。
また、本実施の形態では、図１３や図１４の場合に比べて、リード４の上面４ａにおいてワイヤボンディングに要する領域（面積）を小さくすることができる。このため、リード４の幅または平面寸法を比較的小さくすることができ、半導体装置１を小型化することができる。また、インナリード部（リード４）の平坦領域の省スペース化が可能になるので、例えばＱＦＮパッケージのようにインナリード部（リード４）の上面の平坦領域が小さい半導体装置においても、多重ボンディングが可能になる。
また、本実施の形態では、上記のように、同じリード４に対して複数のボンディングワイヤ６ｅ，６ｆを接続する際に、各ワイヤボンディングで生じるツールマーク３１ｅ，３１ｆをほぼ一致させるが、若干ずれた場合でも、そのずれが小さければ上記のような効果を得ることは可能である。例えば、各ボンディングワイヤ６ｅ，６ｆの接合部３２ｅ，３２ｆが部分的に重なれば、有効である。各ツールマーク３１ｅ，３１ｆの中心位置のずれ（平面的なずれ）は、ボンディングワイヤ６の直径（例えば２５〜３０μｍ程度）以下であることが好ましく、ワイヤボンディング装置によるワイヤボンディング位置の制御の精度の範囲内（例えば１０μｍ程度以下）であればより好ましく、ツールマーク３１ｅ，３１ｆが実質的に一致すれば更に好ましい。これにより、上記のような効果（ボンディングワイヤの接続の信頼性向上や半導体装置の小型化など）を的確に得ることが可能になる。
また、図１５〜図１７では、それぞれ半導体チップ３の電極３ａに一端が接続された２本のボンディングワイヤ６ｅ，６ｆの他端が、同じ（一つの）リード４に接続（いわゆるダブルボンディング）されているが、一つのリード４に接続されるボンディングワイヤ６の数はこれに限定されるものではなく、必要に応じて任意の数のボンディングワイヤ６を一つのリード４に対して接続することができる。例えば３本以上のボンディングワイヤ６を同じ（一つの）リード４に接続する場合でも、それらのボンディングワイヤ６のツールマークが互いにほぼ重なる（一致する）ようにし、各ボンディングワイヤ６の接合部が積み重なるように、各ボンディングワイヤ６のリード４への接続（ワイヤボンディング）を行う。
本実施の形態では、半導体チップ３の複数の電極３ａと複数のリード４とを複数のボンディングワイヤ６を介して電気的に接続するが、あるリード４に対して複数のボンディングワイヤ６を接続する際に、そのリードに生じ得るツールマークが平面的に重なる（一致する）ようにする。ツールマークが重なるようにしボンディングワイヤ６の接合部（圧着部）を積み重ねていくので、ワイヤボンディングに要するリード４の上面の平坦部面積は、そのリードに接続されるボンディングワイヤ６の数に影響されない。このため、リード４の平坦部面積が狭い場合であっても、多重ボンディングが可能になる。
また、本実施の形態は、比較的幅が狭く長さが短いリードを用いるＱＦＮパッケージ形態の半導体装置に適用すれば特に有効であるが、ＱＦＰ（Quad Flat Package、Quad Flat gull wing leaded Package）形態の半導体装置などに適用しても効果がある。
（実施の形態２）
図１８は、本発明の他の実施の形態におけるワイヤボンディング（リード４に対するボンディングワイヤ６の接続工程）の説明図であり、上記実施の形態１における図１７に対応する。
本実施の形態は、半導体装置の構造および半導体装置の製造工程のうち、ワイヤボンディング（リード４に対するボンディングワイヤ６の接続工程および接続構造）以外については上記実施の形態１と同様であるので、ここではその説明を省略する。
本実施の形態においても、上記実施の形態１と同様に、半導体チップ３の複数の電極３ａと複数のリード４とを複数のボンディングワイヤ６を介して電気的に接続するが、あるリード４に対して複数のボンディングワイヤ６を接続する。図１８の例では、同じ（一つの）リード４に対して２本のボンディングワイヤ６ｅ，６ｆを接続する。本実施の形態では、ボンディングワイヤ６ｅの接合部３２ｅとボンディングワイヤ６ｆの接合部３２ｆ間に金（Ａｕ）ボール（金を含む部材）４１を介在させる。
本実施の形態では、上記実施の形態１における図８〜図１１のようにしてリード４にボンディングワイヤ６ｅを接続（接合）した後、リード４の上面４ａにおけるボンディングワイヤ６ｅの接合部３２ｅ上に金ボール（圧着金ボール）４１を例えば圧着などにより形成する。金ボール４１は、ボンディングワイヤ６（ボンディングワイヤ６ｅ，６ｆ）と同じ材料（ここでは金（Ａｕ））からなることが好ましい。
金ボール４１は、例えば、放電などによって先端に金球を形成した金線をワイヤボンディング装置のキャピラリ２２に保持し、ボンディングワイヤ６ｅが既に接続されたリード４上に金ボールを適切な荷重をもって接触させた後、キャピラリ２２を超音波振動させ、このときの荷重や印加された超音波によるエネルギーでボンディングワイヤ６ｅが接続されたリード４に金球を接着（接合）させ、金線を引きちぎってボンディングワイヤ６ａが接続されたリード４に残存する金球からなる金ボール４１を形成することができる。
リード４の上面４ａにおけるボンディングワイヤ６ｅの接合部３２ｅ上に金ボール４１を形成した後、このリード４上にボンディングワイヤ６ｆを図８〜図１１のようにして接続する。この際、リード４の上面４ａのボンディングワイヤ６ｅの接合部３２ｅ上に金ボール４１を介してボンディングワイヤ６ｆを接合する。また、上記実施の形態１と同様に、リード４の上面４ａに生じるツールマークが平面的に重なる（一致する）ようにワイヤボンディングを行うことで、リード４の上面４ａのボンディングワイヤ６ｅ，６ｆの接合部（圧着部、ボンディング部）３２ｅ，３２ｆが重なるようにしている。このため、ボンディングワイヤ６ｅの接合部３２ｅとボンディングワイヤ６ｆの接合部３２ｆとの間には、ボンディングワイヤ６ｆの接合時に押しつぶされた金ボール４１が介在し、ボンディングワイヤ６ｅの接合部３２ｅ、押しつぶされた金ボール４１およびボンディングワイヤ６ｆの接合部３２ｆが上下方向に積み重なることになる。
本実施の形態では、このように、リード４にボンディングワイヤ６ｅを接続した後、金ボール４１を形成し、この金ボール４１を介してボンディングワイヤ６ｆをリード４の上面４ａ（またはボンディングワイヤ６ｆの接合部３２ｆ）上に接合する。ボンディングワイヤ６ｅの接合部３２ｅとボンディングワイヤ６ｆの接合部３２ｆとの間の金ボール４１は、緩衝材（クッション）として機能することができる。このため、ボンディングワイヤ６ｆの接続時に、その下に位置するボンディングワイヤ６ｅ（の接合部３２ｅ）とリード４との間の接合がダメージを受けるのを抑制または防止することができる。これにより、ボンディングワイヤ６ｅの接続強度をより向上することができる。また、金ボール４１を設けたことにより、ボンディングワイヤ６ｆもリード４に、より確実に接続することができ、ボンディングワイヤ６ｆの接続強度をより向上することができる。従って、ボンディングワイヤ６ｅ，６ｆの接続強度や接続の信頼性をより向上することができる。これにより、半導体装置の信頼性をより向上し、製造歩留りをより向上することが可能になる。
また、ボンディングワイヤ６ｆを金ボール４１を介して接続したことにより、図１８に示されるように、ボンディングワイヤ６ｅ，６ｆ間の上下方向（リード４の上面４ａに垂直な方向）の間隔（距離）を金ボール４１がない場合に比べて相対的に大きくすることができる。このため、ボンディングワイヤ６ｅとボンディングワイヤ６ｆとが、金ボール４１を介した接続部以外の途中の領域で互いに接触することを防止することができる。ボンディングワイヤ６ｅ，６ｆ間の接触を防止することができるので、半導体装置の信頼性をより向上することができる。
また、本実施の形態においても、上記実施の形態１と同様に、ツールマーク同士がほぼ重なるように複数のボンディングワイヤ６ｅ，６ｆを同じ（一つの）リード４に接続することができるので、リード４の上面４ａにおいてワイヤボンディングに要する領域（面積）を小さくすることができる。このため、リード４の幅または平面寸法を比較的小さくすることができ、半導体装置１を小型化することができる。また、インナリード部（リード４）の平坦領域の省スペース化が可能になるので、例えばＱＦＮパッケージのようにインナリード部（リード４）の上面の平坦領域が小さい半導体装置においても、多重ボンディングが可能になる。
また、本実施の形態は、比較的幅が狭く長さが短いリードを用いるＱＦＮパッケージ形態の半導体装置に適用すれば特に有効であるが、ＱＦＰ形態の半導体装置などに適用しても効果がある。
以上、本発明者によってなされた発明をその実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることは言うまでもない。
前記実施の形態では、ＱＦＮ（Quad Flat Non leaded package）形態の半導体装置に適用した場合について説明したが、本発明は、これに限定されるものではなく、ＱＦＰ（Quad Flat Package、Quad Flat gull wing leaded Package）など、半導体チップの複数の電極と複数のリード部とを複数のワイヤを介して電気的に接続した種々の半導体パッケージ形態の半導体装置に適用することができる。
本発明は、半導体パッケージ形態の半導体装置に適用して有効である。
本発明の一実施の形態である半導体装置の平面透視図である。 図１の半導体装置の断面図である。 図１の半導体装置の底面図である。 本発明の一実施の形態である半導体装置の製造工程中の断面図である。 図４に続く半導体装置の製造工程中の断面図である。 図５に続く半導体装置の製造工程中の断面図である。 図６に続く半導体装置の製造工程中の断面図である。 ワイヤボンディング工程の説明図である。 図８に続くワイヤボンディング工程の説明図である。 図９に続くワイヤボンディング工程の説明図である。 図１０に続くワイヤボンディング工程の説明図である。 リードの上面に金線を接合した状態を示す説明図である。 同じリードに対して複数のボンディングワイヤを接続した場合に生じ得る問題点の説明図である。 同じリードに対して複数のボンディングワイヤを接続した場合に生じ得る他の問題点の説明図である。 ワイヤボンディングの説明図である。 ワイヤボンディングの説明図である。 ワイヤボンディングの説明図である。 本発明の他の実施の形態におけるワイヤボンディングの説明図である。
符号の説明
１ 半導体装置
２ 封止樹脂部
２ａ 裏面
２ｂ 切断面
３ 半導体チップ
３ａ 電極
４ リード
４ａ 上面
４ｂ 下部露出面
４ｃ 切断面
４ｄ リード
４ｅ リード
４ｆ リード
６ ボンディングワイヤ
６ａ ボンディングワイヤ
６ｂ ボンディングワイヤ
６ｃ ボンディングワイヤ
６ｄ ボンディングワイヤ
６ｅ ボンディングワイヤ
６ｆ ボンディングワイヤ
７ タブ
８ 吊りリード
８ｂ 下部露出面
８ｃ 切断面
１１ リードフレーム
１２ モールドライン
１３ フレーム枠
２１ａ 金球
２１ 金線
２１ｂ 接合部
２２ キャピラリ
２３ ワイヤクランパ
３１ ツールマーク
３１ａ ツールマーク
３１ｂ ツールマーク
３１ｃ ツールマーク
３１ｄ ツールマーク
３１ｅ ツールマーク
３１ｆ ツールマーク
３２ 接合部
３２ａ 接合部
３２ｂ 接合部
３２ｃ 接合部
３２ｄ 接合部
３２ｅ 接合部
３２ｆ 接合部
３４ リード
３４ａ 上面
３５ リード
３５ａ 上面
３６ めっき層
４１ 金ボール

Claims (5)

  1. 複数の電極を有する半導体チップと、
    導電体により形成された複数のリード部と、
    前記複数のリード部と前記半導体チップの前記複数の電極とを電気的に接続する複数のワイヤと、
    前記半導体チップ、前記複数のワイヤおよび前記複数のリード部を封止する封止樹脂部と、
    を具備し、
    前記複数のリード部のうちの第１リード部に前記複数のワイヤのうちの複数の第１ワイヤが接続され、前記第１リード部における前記各第１ワイヤの接合部が重なっていることを特徴とする半導体装置。
  2. （ａ）複数の電極を有する半導体チップを準備する工程、
    （ｂ）導電体からなる複数のリード部と前記半導体チップの前記複数の電極とを複数のワイヤを介して電気的に接続し、前記複数のリード部のうちの第１リード部に前記複数のワイヤのうちの複数の第１ワイヤを接続する工程、
    を有し、
    前記（ｂ）工程では、前記第１リード部における前記各第１ワイヤの接合部が重なるように、前記複数の第１ワイヤを前記第１リード部に接続することを特徴とする半導体装置の製造方法。
  3. （ａ）複数の電極を有する半導体チップを準備する工程、
    （ｂ）導電体からなる複数のリード部と前記半導体チップの前記複数の電極とを複数のワイヤを介して電気的に接続し、前記複数のリード部のうちの第１リード部に前記複数のワイヤのうちの複数の第１ワイヤを接続する工程、
    を有し、
    前記（ｂ）工程では、前記各第１ワイヤを前記第１リード部に接続する際のツールマークが重なるように、前記複数の第１ワイヤを前記第１リード部に接続することを特徴とする半導体装置の製造方法。
  4. （ａ）複数の電極を有する半導体チップを準備する工程、
    （ｂ）導電体からなる複数のリード部と前記半導体チップの前記複数の電極とを複数のワイヤを介して電気的に接続し、前記複数のリード部のうちの第１リード部に前記複数のワイヤのうちの複数の第１ワイヤを接続する工程、
    を有し、
    前記（ｂ）工程では、前記第１リード部における前記各第１ワイヤの接合部が間に金を含む部材を介在して重なるように、前記複数の第１ワイヤを前記第１リード部に接続することを特徴とする半導体装置の製造方法。
  5. （ａ）複数の電極を有する半導体チップを準備する工程、
    （ｂ）導電体からなる複数のリード部と前記半導体チップの前記複数の電極とを複数のワイヤを介して電気的に接続し、前記複数のリード部のうちの第１リード部に前記複数のワイヤのうちの第１および第２ワイヤを接続する工程、
    を有し、
    前記（ｂ）工程では、前記第１ワイヤを前記第１リード部に接続した後、前記第１リード部の前記第１ワイヤの接合部上に金を含む部材を形成し、前記金を含む部材を介して前記第２ワイヤを前記第１リード部に接続することを特徴とする半導体装置の製造方法。

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