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JP4074426B2 - 半導体モジュール製造方法 - Google Patents

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JP4074426B2 JP2000204985A JP2000204985A JP4074426B2 JP 4074426 B2 JP4074426 B2 JP 4074426B2 JP 2000204985 A JP2000204985 A JP 2000204985A JP 2000204985 A JP2000204985 A JP 2000204985A JP 4074426 B2 JP4074426 B2 JP 4074426B2
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Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体モジュールの製造におけるウェッジワイヤボンドに関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体モジュールの製造では、半導体モジュールケースのケース電極と、ケース内の基板上に載置された半導体チップのボンディングパッドとを電気的に接続するのに、一般的に導電ワイヤ（例えば、アルミワイヤ）の超音波接合等によるボンディングが行われていた。図７は、半導体チップ８２と、ケース電極８４とがワイヤ８６により電気的に接続された半導体モジュール１００を示す。ボンディングは、ボンディング部７０のワイヤガイド７４がワイヤ８６を供給し、所望の位置において、ウェッジボンドツール７６がワイヤ８６を超音波接合等によって固定することにより行われる。図７に示す半導体チップ８２とケース電極との電気的接続は、以下のようにして得られる。まず最初に半導体チップ８２上のボンディングパッドの位置Ｅに、ウェッジボンドツール７６がワイヤ８６をボンディングする（ファーストボンディング）。続いてボンディング部７０は、ワイヤガイド７４からワイヤ８６を供給しながらケース電極８４上に移動し、ケース電極８４の位置Ｆでウェッジボンドツール７６がワイヤ８６をボンディングする（セカンドボンディング）。その後ボンディング部７０は、不要なワイヤ（残余ワイヤ）を切断するためワイヤの供給方向（図面右方向）に移動する。これは、カッター７８がウェッジボンドツール７６の左側に位置しているため、そのままではカッター７８が残余ワイヤを切断できないからである。この動作は「シフトバック」と呼ばれる。ボンディング７０が移動した結果、残余ワイヤがカッター７８で切断され、１ボンディング動作が終了する。
【０００３】
ボンディング部７０は、その構造上、基板に平行な水平方向に所定の幅を有する。したがって、ボンディング部７０がシフトバックするためには、セカンドボンディング位置Ｆからケース内壁８８までの距離Ｌ（シフトバックスペースＬ）が、少なくともボンディング部７０の幅以上の大きさを備える必要がある。シフトバックスペースＬは、例えば約１０ｍｍであった。このように、従来、半導体チップ８２上のボンディングパッドにファーストボンディングを行い、その後ケース電極８４にセカンドボンディングを行う際には、比較的大きなシフトバックスペースが必要となり、半導体モジュールケースの小型化を妨げていた。
【０００４】
このシフトバックスペースＬを削減するために、ファーストボンディングをケース電極８４上の位置Ｆで行い、セカンドボンディングを半導体チップ８２上の位置Ｅで行う方法がある。この方法に用いられるボンディング部は、図７のボンディング部７０と対称に構成される。すなわちワイヤ８６は、ケース電極８４から半導体チップ８２の方向（図面左方向）に供給する必要があるので、ワイヤガイド７４およびクランパ７２はウェッジボンドツール７６の左側に位置し、カッター７８は右側に位置する。ファーストボンディングではシフトバックが不要であることを考慮すると、このようなボンディング部によれば、距離Ｌは、ウェッジボンドツール７６およびカッター７８の幅相当の長さ（例えば、約３ｍｍ）確保されていればよいことになり、半導体モジュールの小型化が実現できる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ファーストボンディングをケース電極８４上の位置Ｆで行い、セカンドボンディングを半導体チップ８２上の位置Ｅで行う方法では、セカンドボンディング後にワイヤをカットする必要がある。このワイヤカットは半導体チップ８２上で行われることになるため、半導体チップ８２はワイヤカット直後にカッター７８から衝撃を受け、その結果表面にはカッター傷、ワイヤ押さえ傷等の傷が残される。このような傷は半導体チップ８２の特性に悪影響を与えるおそれが大きく、その半導体モジュールが組み込まれる装置、例えばパワーモジュールの性能をも左右することになる。
【０００６】
本発明の目的は、ファーストボンディングをケース電極上で行い、セカンドボンディングを半導体チップで行う際に、半導体チップに衝撃、傷等を与えることなくワイヤボンディングを実現する半導体モジュール製造方法を提供することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明の半導体モジュール製造方法は、半導体チップとケースのケース電極とがボンディングされたワイヤにより電気的に接続されている半導体モジュールの製造方法であって、前記ケース電極にワイヤをファーストボンディングするステップと、前記ファーストボンディングするステップに続いて、前記半導体チップに前記ワイヤをセカンドボンディングするステップと、前記ケース電極と前記半導体チップとの間のワイヤ以外の残余ワイヤをカッターにより前記半導体チップ近傍の空中でハーフカットするステップと、ハーフカットされた前記ワイヤをクランパにより固定した上で引きちぎるステップとを含む半導体モジュール製造方法であり、これにより上記目的が達成される。
【０００８】
前記ワイヤを引きちぎる前記ステップは、ハーフカットされた前記ワイヤを水平方向または斜め上方に引きちぎることにより行われてもよい。
【０００９】
前記ワイヤを引きちぎる前記ステップは、前記セカンドボンディングの後新たに次のファーストボンディングを行う際に、前記残余ワイヤを前記次のファーストボンディングするステップを行う位置の方向に引くことにより行われてもよい。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、添付の図面を参照して、本発明の実施の形態を説明する。
【００１３】
図１は、本発明による半導体モジュール製造工程により製造された半導体モジュール１０を示す。半導体モジュール１０では、半導体チップ１２とケースのケース電極１４とがボンディングされたワイヤ１６により電気的に接続されている。なお、半導体モジュール１０には、すでに半導体チップ１２を載置する基板が設けられ、その上に半導体チップ１２が設けられているとする。また、ワイヤ１６は半導体チップ１２上に設けられたボンディングパッド（図示せず）にボンディングされるとする。半導体モジュール１０は、最初のボンディング（ファーストボンディング）をケース電極１４上の位置Ａで行い、２回目のボンディング（セカンドボンディング）を半導体チップ１２で行う。その結果、位置Ａからケース内壁（または端子）１８までの距離ｄが、例えば約３ｍｍにできる。したがって、ファーストボンディングを半導体チップ１２上で、セカンドボンディングをケース電極１４上で行う場合の距離ｄが例えば約１０ｍｍであるのと比較して、半導体モジュール１０の大幅な小型化が実現される。
【００１４】
本発明の主要な特徴は、セカンドボンディング後のワイヤカットを半導体チップ１２に接触して行うのではなく、その近傍の空中において行うことである。具体的には、ワイヤカットは、まず半導体チップ１２およびケース電極１４間のワイヤ１６以外の残余ワイヤのほぼ半分をカッター（図５のカッター２８）により切断する（残余ワイヤをハーフカットする）。その後クランパ（図６のクランパ２２）でワイヤを固定した上でボンディング部（図６のボンディング部２０）のワイヤ供給方向側の水平または斜め上方への移動により引っ張り、そのハーフカットされた部分において残余ワイヤを引きちぎる。また、別のワイヤカットの例は、半導体チップ１２近傍の空中において、残余ワイヤをボンディング部に設けられたはさみで切断する。このように残余ワイヤをカットすることで、半導体チップ１２に衝撃および傷を与えることなく、残余ワイヤを切断できる。
【００１５】
図２は、ファーストボンディングを行うボンディング部２０を示す。ボンディング部２０は、クランパ２２と、ワイヤガイド２４と、ウェッジボンドツール２６と、カッター２８とを含む。ワイヤガイド２４は、例えばアルミワイヤ等の導電性のワイヤ１６を供給する。クランパ２２は、必要に応じてワイヤガイド２４により供給される導電ワイヤ１６を固定する。ウェッジボンドツール２６は、ワイヤガイド２４により供給されたワイヤ１６を超音波接合等により所望の部位に固定する。カッター２８は、不要となった部分のワイヤ１６を切断する際に使用される。図２では、ウェッジボンドツール２６は、ワイヤガイド２４から供給されたワイヤ１６を、ケース電極１４上の位置Ａにおいてファーストボンディングする例が示されている。
【００１６】
本実施の形態では、ファーストボンディングをケース電極１４上の位置Ａで行い、セカンドボンディングをケース電極１４の図面左方向の半導体チップ１２（図１）で行う。したがって、ワイヤ１６を図面左方向に提供する必要上、クランパ２２およびワイヤガイド２４がウェッジボンドツール２６の左側に、カッター２８は右側に位置する。このようなボンディング部２０でファーストボンディングを行うので、ケース電極１４上の位置Ａからケース内壁１８までの距離は、実質的にウェッジボンドツール２６およびカッター２８の幅相当の長さ（例えば、約３ｍｍ）確保されていればよい。
【００１７】
図３は、ケース電極１４へワイヤ１６をボンディングした後のボンディング部２０を示す。ケース電極１４へワイヤ１６をボンディングした後、ボンディング部２０は、ワイヤガイド２４からワイヤ１６を供給しながら、例えば上方に移動する。単に基板に垂直な上方向（図面上方向）への移動なので、ケース電極１４のボンディング位置Ａからケース内壁１８までの距離ｄは、ボンディング時に確保されていた距離ｄ（図２）である。なお、この移動は特に図面上方向に限らず、例えば図面の左上方向から左方向であってもよい。
【００１８】
図４は、セカンドボンディングを行うボンディング部２０を示す。ボンディング部２０は、図３に示す位置から、半導体チップ１２上の所望の位置Ｂ（例えば、半導体チップ１２上の所望のボンディングパッドの位置）までワイヤガイド２４からワイヤ１６を供給しながら移動し、ウェッジボンドツール２６が、その位置Ｂでワイヤ１６をセカンドボンディングする。ファーストボンディングと同様、セカンドボンディングもワイヤ１６を超音波接合等で固定することにより行われる。以上のようにして、ファーストボンディングおよびセカンドボンディングまでの工程が終了する。
【００１９】
図５は、セカンドボンディング後の、ワイヤハーフカットを行うボンディング部２０を示す。セカンドボンディング終了後は、ケース電極１４（図４）と半導体チップ１２間のワイヤのみを残すために、ワイヤ１６を切断する必要がある。しかしボンディング部２０では、カッター７８がウェッジボンドツール７６の右側に位置しているため、そのままではカッター２８がワイヤ１６を切断できない。そこでボンディング部２０は、ワイヤガイド２４から再びワイヤ５６を供給しながら、ワイヤ供給方向側の水平または斜め上方（図面左方向または左上方向）に移動する。このワイヤ５６は、ケース電極１４（図４）と半導体チップ１２間のワイヤ以外の不要なワイヤであり、本明細書では「残余ワイヤ」と呼ぶ。ボンディング部２０は、ワイヤガイド２４のワイヤ供給口と位置Ｂとの間にカッター２８が動作できる程度の間隔が空くまで移動する。図５からも明らかなように、ワイヤ供給口は半導体チップ１２上には存在しないので、位置Ｂからワイヤ供給口に至るまでの残余ワイヤ５６は、半導体チップ１２近傍の空中を横切る。ボンディング部２０の移動後、残余ワイヤ５６の供給が止められ、カッター２８は下方向へ移動して、半導体チップ１２近傍の空中の位置Ｃで残余ワイヤ５６をハーフカットする。この「ハーフカット」とは、ワイヤを完全に切断する（フルカットする）のではなく、その途中、例えば残余ワイヤ５６のほぼ中心まで残余ワイヤ５６を切断することをいう。ハーフカットは、図６を参照して説明するように、残余ワイヤ５６を位置Ｃで引きちぎりを容易にするために切り込みを入れ、かつ引きちぎられる個所を細線化する意義がある。半導体チップ１２近傍の空中でハーフカットを行うことにより、半導体チップ１２にはまったく傷がつかないことに加え、ボンディング位置Ｂからの余分なワイヤの長さを十分短くできる。
【００２０】
図６は、ワイヤハーフカット後、残余ワイヤ５６を引きちぎった状態を示す。ハーフカットの終了後、ワイヤガイド２４はワイヤの供給を止め、クランパ２２はワイヤを固定する。その後ボンディング部２０は、図面左方向、すなわちチップと平行な方向、または斜め上（図面左上）方向へ移動する。ワイヤの供給がなく、かつ残余ワイヤ５６（図５）が位置Ｂ（図５）でボンディングされているので、残余ワイヤ５６（図５）は引っ張られ、ハーフカットされた位置Ｃで残余ワイヤ５６−１および５６−２にちぎられる。この残余ワイヤ５６−２は位置Ｂに接続されており、十分短いことが好ましい。上述したボンディング部２０の移動により、ウェッジボンドツール２６のワイヤに近い先端と、残余ワイヤ５６（図５）とが位置Ｄで接触することがある。この場合もボンディング部２０が半導体チップ１２（図５）と平行な水平方向、または斜め上方向（図面左上方向）へ移動すればよい。水平方向（図面左方向）へさらに移動することにより、位置Ｂ（図５）と位置Ｄとの間で残余ワイヤ５６（図５）は引っ張られ、位置Ｃにおいてちぎられる。
【００２１】
なおボンディング部２０の移動方向は、上述したチップと平行な方向、または斜め上方向に限られず、いずれの方向でもよい。例えば、製造プロセスにおいてしばしば見られるような、複数のケース電極１４（図４）と１つ以上の半導体チップ１２とをワイヤで接続するために、ファーストボンディング、セカンドボンディング、ハーフカット、引きちぎり動作を複数回繰り返す場合を考える。このような場合には、ハーフカット後に、次に行うべきファーストボンディングの位置にボンディング部２０を移動させると、引きちぎり動作と同時に次のファーストボンディングをすぐに実行でき、また一連の工程をスムーズに進行できる。よって半導体モジュールを効率よく製造できる。
【００２２】
これまでの説明では、半導体チップ１２に傷をつけないようにするために、空中でのハーフカット動作および引きちぎり動作を採用した。しかし、これら以外の動作によっても、半導体チップ１２に傷をつけないようにできる。例えば、図５において、カッター２８に代えてはさみ（図示せず）を設け、半導体チップ近傍の空中で残余ワイヤ５６を切断させる動作である。はさみであれば、半導体チップ１２に傷をつけることなく、しかもハーフカット動作および引きちぎり動作の２工程を経ずに１工程で済むため、高速かつ簡単に半導体モジュールを製造できる。はさみは、二枚の刃ではさんでワイヤを切断するものであれば、どのような形状であってもよい。
【００２３】
【発明の効果】
以上説明した工程からなる方法によれば、ケース電極上の位置でファーストボンディングし、半導体チップ上の位置でセカンドボンディングする際、残余ワイヤをカッターにより半導体チップ近傍の空中でハーフカットし、さらにその部分で残余ワイヤをクランパにより固定した上で引きちぎる。これにより、シフトバックスペースを除去した、小型で、かつ半導体チップの表面にワイヤカット傷のない半導体モジュールを製造できる。
【００２４】
また、ハーフカットが半導体チップ近傍の空中で行われるため、半導体チップ上のボンディング位置から引きちぎり位置までのワイヤの長さを十分短くできる。
【００２５】
ワイヤを引きちぎる方向を次のファーストボンディングするステップを行う位置の方向にすれば、引きちぎり動作と同時に次のファーストボンディングをすぐに実行でき、一連の工程をスムーズに進行できる。よって半導体モジュールを効率よく製造できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明による半導体モジュール製造工程により製造された半導体モジュールを示す。
【図２】 ファーストボンディングを行うボンディング部を示す。
【図３】 ケース電極へワイヤをボンディングした後のボンディング部を示す。
【図４】 セカンドボンディングを行うボンディング部を示す。
【図５】 セカンドボンディング後の、ワイヤハーフカットを行うボンディング部を示す。
【図６】 ワイヤハーフカット後、残余ワイヤ５６を引きちぎった状態を示す。
【図７】 半導体チップとケース電極とがワイヤにより電気的に接続された半導体モジュールを示す。
【符号の説明】
１２ 半導体チップ、１６ ワイヤ、２０ ボンディング部、２４ ワイヤガイド、２６ ウェッジボンドツール、２８ カッター、５６ 残余ワイヤ

Claims (3)

  1. 半導体チップとケースのケース電極とがボンディングされたワイヤにより電気的に接続されている半導体モジュールの製造方法であって、
    前記ケース電極にワイヤをファーストボンディングするステップと、
    前記ファーストボンディングするステップに続いて、前記半導体チップに前記ワイヤをセカンドボンディングするステップと、
    前記ケース電極と前記半導体チップとの間のワイヤ以外の残余ワイヤを、カッターにより前記半導体チップ近傍の空中でハーフカットするステップと、
    ハーフカットされた前記ワイヤを、クランパにより固定した上で引きちぎるステップとを含む半導体モジュール製造方法。
  2. 前記ワイヤを引きちぎる前記ステップは、ハーフカットされた前記ワイヤを水平方向または斜め上方に引きちぎるステップである、請求項１に記載の半導体モジュール製造方法。
  3. 前記ワイヤを引きちぎる前記ステップは、前記セカンドボンディングの後新たに次のファーストボンディングを行う際に、前記残余ワイヤを前記次のファーストボンディングするステップを行う位置の方向に引くことにより行われる、請求項１に記載の半導体モジュール製造方法。
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