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JP4558832B2 - 半導体装置 - Google Patents

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Description

本発明は、第１ボンド点と第２ボンド点とをワイヤで接続するワイヤループ形状を有する半導体装置に関する。
半導体装置の組立には、リードフレームに取り付けられた半導体チップのパッドとリードフレームのリードとの間を金属の細線で接続するワイヤボンディングが用いられている。ワイヤボンディングはワイヤボンディング装置を用い、最初にワイヤ先端にイニシャルボールを形成し、キャピラリによってそのイニシャルボールを半導体チップのパッドに圧着させて圧着ボールを形成する。そして、キャピラリを上昇させて第２ボンド点と反対側に向かってリバース動作させた後、更にキャピラリを所定の高さまで上昇させてからキャピラリを第２ボンド点の方向に移動させて第２ボンド点にワイヤを接続する方法が用いられている（例えば、特許文献１の図４から図６参照）。
このように、キャピラリを動作させてワイヤをボンディングし、ワイヤループの形状を半導体チップのパッドに圧着した圧着ボールから上に伸びるワイヤネックと、ワイヤネックから第２ボンド点に向かって折り曲げられた傾斜部分とを含む三角形状或いは、ワイヤネックから第２ボンド点に向かって略水平に伸びる水平部分と水平部分から第２ボンド点に向かって伸びる傾斜部分とを含む台形形状とすることが多かった。これは、圧着ボールに近い部分を第２ボンド点に向かってキャピラリの水平方向に移動させると、移動中に発生するキャピラリと金属細線との間で発生する摩擦によりネック部分にダメージを与えてしまう場合があるためである。
しかし、このワイヤループ形状は、圧着ボールから上方に立ち上がったワイヤネックを含むため、ワイヤループの高さが高くなってしまい、ワイヤボンディングによって組み立てられた半導体装置全体の高さ或いは厚さを小さく出来ないという問題があった。
そこで、第１ボンド点にボンディングした後、キャピラリを若干上昇させて第２ボンド点と反対側に動かすリバース動作を行い、更にキャピラリを若干上昇させて第２ボンド点側に動かすフォワード動作させた後、キャピラリを降下させてワイヤネック部分を圧着ボールの上に折り返して押し付け、ワイヤの伸びる方向を水平或いは水平よりも若干上方向に向いた位置とした後、キャピラリの先端からワイヤを繰り出しながらキャピラリを上昇させ、続いてキャピラリを第２ボンド点に移動させてワイヤを第２ボンド点に接続する方法が提案されている。（例えば、特許文献１の図１から図３または特許文献２の図１から図３参照）。
特開２００４−１７２４７７号公報 特開平９−５１０１１号公報
特許文献１または２に記載された従来技術によるボンディング方法では、圧着ボールの上にワイヤを折り返してからワイヤを押し付けてヘッド部分を形成するため、ヘッド部分の高さがさほど低くならず、全体のワイヤループ高さをより低くするという要求に対応することが出来ない場合があった。
そこで、本発明は、第１ボンド点と第２ボンド点との接続において、ワイヤループの高さをより低くすることを目的とする。
本発明の半導体装置は、第１ボンド点と第２ボンド点との間をワイヤで接続するワイヤループ形状を有する半導体装置であって、前記ワイヤの先端に形成したイニシャルボールをキャピラリによって前記第１ボンド点に接合させて形成された圧着ボールとボールネックと、前記ボールネックの上に折り返され、前記圧着ボールの直径よりはみ出さない押し付け部と、前記押し付け部と前記第２ボンド点との間の前記ワイヤと、前記ワイヤと前記第２ボンド点との接合部とを含み、前記ボールネックは、前記イニシャルボールを前記キャピラリによって前記第１ボンド点に接合させた後、前記キャピラリを上昇させ、続いて前記キャピラリを前記第２ボンド点と反対の方向に向かって移動させた後、前記キャピラリを降下させて前記キャピラリの前記第２ボンド点側の第１のフェイス部で前記第２ボンド点側の前記ボールネックの一部が踏み付けられて前記圧着ボールよりも直径が小さい円板状に形成された平面を有し、前記押し付け部は、前記キャピラリを降下させて前記第２ボンド点側の前記ボールネックの前記一部をその表面が平面状になるまで踏み付けた後、前記キャピラリを上昇させ、続いて前記キャピラリの前記第２ボンド点と反対側の第２のフェイス部が前記ボールネックの上に来るまで前記キャピラリを前記第２ボンド点に向かって移動させて前記第２ボンド点に向かって前記ワイヤを折り返し、その後前記キャピラリを降下させて踏み付けられて平面状となった前記ボールネックの前記一部の上に前記ワイヤを折り返し、前記ワイヤの側面を前記キャピラリの前記第２ボンド点と反対側の前記第２のフェイス部で押し付けて形成され、前記押し付け部と前記第２ボンド点との間の前記ワイヤは、前記ワイヤの前記側面を前記キャピラリの前記第２ボンド点と反対側の前記第２のフェイス部で押し付けた後、前記キャピラリを前記第２ボンド点に向かって斜め上方に移動させ、その後前記キャピラリを上昇させ、続いてキャピラリを第２ボンド点と反対側に移動させるリバース動作を少なくとも１回行い、その後更にキャピラリを上昇させ、前記キャピラリを前記第２ボンド点の方向に移動させることにより形成される下に凸の湾曲部と前記下に凸の湾曲部の前記第２ボンド点側の上に凸の屈曲部とを含み、前記ワイヤと前記第２ボンド点との接合部は、前記キャピラリを更に前記第２ボンド点に移動させて前記ワイヤを前記第２ボンド点に圧着させて接合することにより形成され、前記ボールネックの前記平面は、その面積が増加するように、前記イニシャルボールを前記キャピラリによって前記第１ボンド点に接合させた後、前記キャピラリを上昇させ、続いて前記キャピラリを前記第２ボンド点と反対の方向に向かって移動させた後、前記キャピラリを降下させて前記キャピラリの前記第２ボンド点側の前記第１のフェイス部で前記第２ボンド点側の前記ボールネックの前記一部の第２ボンド点と反対側の他の一部をその表面が平面状になるまで踏み付ける連続動作を複数回繰り返して形成されること、を特徴とする。
本発明は、第１ボンド点と第２ボンド点との接続において、ワイヤループの高さをより低くすることが出来るという効果を奏する。
本発明の実施形態における半導体装置を組み立てるワイヤボンディングの踏み付け工程と押し付け工程とを示す説明図である。 本発明の実施形態における半導体装置を組み立てるワイヤボンディングのキンク形成工程と第２ボンディング工程と本発明の実施形態のワイヤループとを示す説明図である。 本発明の実施形態における半導体装置を組み立てるワイヤボンディングのキャピラリ先端の移動を示す説明図である。 本発明の他の実施形態における半導体装置を組み立てるワイヤボンディングの踏み付け工程を示す説明図である。 本発明の他の実施形態における半導体装置を組み立てるワイヤボンディングのキャピラリ先端の移動を示す説明図である。
以下、図１から図３を参照しながら本発明の半導体装置の好適な実施形態について説明する。図１、２に示すように、本実施形態の半導体装置は、リードフレーム１２の上に取り付けられた半導体チップ１１のパッド１３とリードフレーム１２の上に形成されたリード１７とをワイヤループ２０によって接続する半導体装置である。半導体装置には複数のパッド１３とリード１７とを接続するワイヤループ２０が形成されるが、以下の説明では、１つのパッド１３と１つのリード１７との接続について説明する。半導体チップ１１のパッド１３は第１ボンド点であり、リードフレーム１２のリード１７は第２ボンド点である。なお、図１においては、リード１７の図示は省略してあるが、図中の右側がリード１７側である。また、図３はキャピラリ４１の先端の移動を示す線図である。
まず、キャピラリ４１によってワイヤ２１の先端部に形成された図示しないイニシャルボールをパッド１３の上に超音波加振すると共に押し付けて接合し、パッド１３の上に圧着ボール２３とボールネック２５とを形成する第１ボンディング工程を行う。圧着ボール２３は球形のイニシャルボールがキャピラリ４１のフェイス部４３によって潰されて円板状になったもので、ボールネック２５はイニシャルボールの一部がキャピラリ４１のインナチャンファ部４５とストレート孔４７とに入り込むことによって形成されたもので、圧着ボール２３からワイヤ２１に向かって伸び、ワイヤ２１の直径よりも大きいキャピラリ４１のストレート孔４７と略と同様の直径を有する円柱形状となっている。キャピラリ４１をパッド１３に押し付けた際には、キャピラリ４１の先端は、図３に示す圧着ボール２３の上の点ａに位置している。
第１ボンディング工程の後、図１（ａ）から図１（ｃ）に示すような踏み付け工程が行われる。踏み付け工程では、図１（ａ）に示すように、ワイヤ２１を繰り出すと共にキャピラリ４１を上昇させて、キャピラリ４１の先端を図３に示す点ａから点ｂに移動させる。次に、図１（ｂ）に示すようにキャピラリ４１のリード１７側のフェイス部４３がボールネック２５の上部に来るまでリード１７と反対方向にキャピラリ４１を移動させて、キャピラリ４１の先端を図３の点ｂから点ｃに移動させる。この際ワイヤ２１はボールネック２５からリード１７と反対の方向に傾斜した状態となっている。そして、キャピラリ４１の先端を図３に示す点ｃから点ｄまで下降させ、図１（ｃ）に示すように、キャピラリ４１のリード１７側のフェイス部４３でボールネック２５のリード１７側を踏み付ける。踏み付けによって、円柱状のボールネック２５は圧着ボール２３よりも若干直径が小さい円板状の踏み付け部２５ａとなる。踏み付け部２５ａのリード１７側の上面は、キャピラリ４１のフェイス部４３によって押し潰されているのでフェイス部４３の形状に沿った平面状となっている。また、ワイヤ２１は踏み付け部２５ａのリード１７と反対側に折れ曲がると共に、キャピラリ４１のストレート孔４７のリード１７と反対側の内面に沿ってパッド１３の垂直方向に向かって伸びた状態となっている。
次に、図１（ｄ）から図１（ｆ）に示すような押し付け工程が行われる。図１（ｄ）に示すように、キャピラリ４１の先端からワイヤ２１を繰り出すと共にキャピラリ４１の先端を図３に示す点ｄから点ｅまで上昇させる。すると、ワイヤ２１はキャピラリ４１のストレート孔４７に沿って直線上に繰り出される。そして、キャピラリ４１の先端を図３に示す点ｅから点ｆまでリード１７側に向かって移動させる。すると、図１（ｅ）に示すように、キャピラリ４１のインナチャンファ部４５によってワイヤ２１はリード１７の方向に向かって押され、踏み付け部２５ａに続く折れ曲がり部２５ｂで折り曲げられる。そして、キャピラリ４１のリード１７と反対側にあるフェイス部４３が圧着ボール２３の上に来る位置まで、キャピラリ４１をリード１７の方向に移動させる。そして、キャピラリ４１の先端を図３の点ｆから点ｇまで降下させる。すると、図１（ｆ）に示すように、キャピラリ４１の下降によってボールネック２５を踏み付けて形成された踏み付け部２５ａの上にワイヤ２１の側面が押し付けられる。このワイヤ２１の押し付けによって、ワイヤ２１の折れ曲がり部２５ｂは踏み付け部２５ａの方向に向かって折り返され、折り返し部２６ａが形成される。ワイヤ２１の押し付け部２６のパッド１３側は、押し付けによって踏み付け部２５ａの上面に押し付けられ、押し付け部２６の上面はキャピラリ４１のフェイス部４３によって平面が形成される。押し付け工程が終了した状態では、キャピラリ４１はパッド１３のボンディング中心線２８よりもリード１７の側に寄った位置となっている。
キャピラリ４１のフェイス部４３によってワイヤ２１を踏み付け部２５ａの上に押し付ける際には、押し付けと同時にキャピラリ４１をリード１７の方向とリード１７と反対側の方向とに往復動作させて、ワイヤ２１を踏み付け部２５ａになじませるようにしても良いし、超音波加振によってキャピラリ４１の先端を振動させながらワイヤ２１の押し付けを行うようにしてもよい。
図２（ａ）に示すように、押し付け工程の後、キャピラリ４１の先端からワイヤ２１を繰り出してキャピラリ４１を上昇させながらリード１７の方向に向かって図３に示す点ｇから点ｈまで斜め上方に移動させる斜め上昇工程を行う。この斜め上昇工程によって、ワイヤ２１には、リード１７に向かって凸と成るような癖がつく。
図２（ｂ）に示すように、斜め上昇工程の後、キンク形成工程を行う。キンク形成工程は、ワイヤ２１をキャピラリ４１の先端から繰り出しながらキャピラリ４１の先端を図３に示す点ｈから点ｉまで上昇させた後、リード１７と反対方向に向かってリバース動作を行いキャピラリ４１の先端を図３の点ｉから点ｊまで移動させる。この移動により、先の押し付け工程の終了の際にパッド１３のボンディング中心線２８よりもリード１７側に寄っていたキャピラリ４１はリード１７と反対の方向の位置となる。このリバース動作によって、パッド１３のリード１７側から立ち上がっているワイヤ２１はリード１７と反対方向に向かって曲がりながら傾斜した形状となる。一方、キャピラリ４１内のワイヤ２１はパッド１３の面に略垂直な方向に保持されていることから、リバース動作が終了した状態のキャピラリ４１の先端付近のワイヤ２１には、リード１７と反対の方向に凸となるようなキンク３４が形成されている。
図２（ｃ）から図２（ｅ）に示すように、リバース動作に続いて、第２ボンディング工程が行われる。図３に示す点ｊから点ｋまでワイヤ２１を繰り出しながらキャピラリ４１の先端を上昇させると、図２（ｃ）に示すように、キンク３４の先にワイヤ２１が繰り出されていく。キャピラリ４１の上昇により繰り出されるワイヤ２１の長さは先のリバース動作の際のワイヤ繰り出し長さよりも長くなっている。そして、図３の点ｋから図３の点ｍまでキャピラリ４１の先端を移動させ、図２（ｄ）、図２（ｅ）に示すように、キャピラリ４１をリード１７に向けてルーピングする。このルーピングによって、キンク３４はより大きく折れ曲がり、屈曲部２７となっていく。また、斜め上昇工程によってワイヤ２１に付いたリード１７に向かって凸の癖は、ルーピングによって押し付け部２６からリード１７に伸びるワイヤ２１を下に凸に湾曲させる形状となる。そして、キャピラリ４１の先端をリード１７に押し付けてリード１７にワイヤ２１を圧着させることによって接合する。ワイヤ２１がリード１７に接合されると第１ボンド点であるパッド１３と第２ボンド点であるリード１７とを接続するワイヤループ２０が形成される。半導体チップ１１の全てのパッド１３とリードフレーム１２の全てのリード１７との間がワイヤループ２０によって接続されると半導体装置の組立が終了する。
本実施形態の半導体装置を組み立てるワイヤボンディングでは、踏み付け工程において、キャピラリ４１のフェイス部４３でボールネック２５を踏み潰してその高さを低くした後、ワイヤ２１を折り返して高さが低くなった踏み付け部２５ａの上にワイヤ２１の側面を押し付けてからワイヤ２１をリード１７に向かってルーピングするので、図２（ｅ）に示すようにパッド１３の上に形成される半導体装置のワイヤループ２０のヘッド高さＨ１を従来技術で開示されたループ高さより低くすることができるので、ワイヤループ２０の半導体チップ１１からの立ち上がり高さをより低くすることができる。また、押し付け工程において、ワイヤ２１の側面を踏み付け部２５ａの略平らな上面に押し付けるので、ルーピングの際に押し付け部２６からリード１７の方向に向かって伸びるワイヤ２１が上方向に向かって湾曲して、押し付け部２６とリード１７との間のワイヤループ２０の高さＨ２が高くなってしまうことを抑制することができ、ワイヤループ２０の半導体チップ１１からの立ち上がり高さをより低くすることができる。更に、斜め上昇工程でワイヤ２１に付けたリード１７に向かって凸の癖はルーピングによって押し付け部２６とリード１７との間のワイヤ２１に下に凸の湾曲形状を形成し、押し付け部２６からリード１７に向かうワイヤ２１が上方向に向かって湾曲し、ワイヤループ２０の高さＨ２が高くなってしまい、ワイヤループ２０全体の高さが高くなってしまうことを抑制することが出来ると共に、ワイヤループ２０の全体高さを均一に低くすることができる。なお、本実施形態の半導体装置では、押し付け部２６が圧着ボール２３の直径方向にはみ出すことはない。
以上説明した本実施形態の半導体装置を組み立てるワイヤボンディングでは、押し付け工程の後、斜め上昇工程、キンク形成工程を行って、ワイヤループ２０に屈曲部２７を形成することとして説明したが、パッド１３とリード１７との高さに差がないような場合には、キンク形成工程を行わず、斜め上昇工程の後に第２ボンディング工程を行ってパッド１３とリード１７とを接続することとしてもよい。
図４、図５を参照しながら本発明の他の実施形態について説明する。先に図１から図３を参照して説明した実施形態と同様の部分については同様の符号を付して説明は省略する。本実施形態の半導体装置は、キャピラリ４１の先端が細くなった場合、或いは先端の細いキャピラリ４１を用いたワイヤボンディングによって形成されたワイヤループ２０を有している。
図４に示すようにキャピラリ４１の先端が細い場合には、キャピラリ４１のフェイス部４３の面積が小さくなる。このため、１回の踏み付けではボールネック２５を十分に踏み付けることができず、ワイヤ２１の折り返し部２６の高さが高くなってしまう場合がある。そこで、図４、図５に示すように第１ボンディングの後、キャピラリ４１の上昇、リード１７と反対側への移動、キャピラリ４１の降下、ボールネックの踏み付けという一連の連続動作を２回繰り返して十分にボールネック２５の踏み付けを行うことが出来るようにしたものである。
図４（ａ）から図４（ｃ）に示すように、第１ボンディングの後、キャピラリ４１を上昇させてからリード１７と反対方向にキャピラリ４１を移動させ、その後キャピラリ４１を降下させ、キャピラリ４１のリード１７側のフェイス部４３によってボールネック２５のリード１７の側を踏み付ける。この動作においては、キャピラリの先端は、図５に示す点ａ、点ｂ、点ｃ、点ｄと移動していくが、点ｂから点ｃへの水平方向の移動距離はキャピラリ４１のフェイス部４３のリード１７側の側面が圧着ボール２３のリード１７側の側面よりも少しリード１７と反対側によった位置となるだけの移動量となる。このようにキャピラリ４１を水平移動させた後、キャピラリ４１を降下させてボールネック２５を踏み付けると、ちょうどキャピラリ４１のリード１７側のフェイス部４３によってボールネック２５のリード１７側の上面を水平な踏み付け部２５ａとすることが出来る。
そして、図４（ｄ）から図４（ｆ）に示すように、再度キャピラリ４１を上昇させ、その後キャピラリをリード１７と反対側に水平に移動させ、再度キャピラリ４１を降下させ、キャピラリ４１のリード１７側のフェイス部４３によって先の踏み付けによって形成された踏み付け部２５ａのリード１７と反対側に位置しているボールネック２５を踏みつけて、水平な踏み付け部２５ａの面積を多くする。この動作においては、キャピラリの先端は、図５に示す点ｄ、点ｂ´、点ｃ´、点ｄ´と移動していく。点ｂ´から点ｃ´への水平方向の移動距離は水平な踏み付け部２５ａの面積を多くするために必要な移動量である。
そして、踏み付け工程の２回の連続動作が終了したら、先の実施形態と同様、図１（ｄ）から図１（ｆ）に示すようにキャピラリ４１を上昇させてからリード１７側に移動し、その後キャピラリ４１を降下させてワイヤ２１を踏み付け部２５ａの上に押し付けて押し付け部２６を形成し、ワイヤ２１をリード１７に向かって斜め上方に向かって上昇させて斜め上昇工程を行い、キンクを形成工程を行った後、リード１７へのルーピングを行ってワイヤ２１をリード１７にボンディングする。なお、本実施形態の半導体装置では、押し付け部２６が圧着ボール２３の直径方向にはみ出すことはない。
以上説明した実施形態は、先に説明した実施形態と同様の効果を奏するとともに、先端が細くなったキャピラリ４１或いは先端が細いキャピラリ４１でも確実に低いワイヤループ２０を形成することができる。また、本実施形態の半導体装置を組み立てるワイヤボンディングでは、踏み付け工程のキャピラリ４１の上昇、リード１７と反対方向への水平移動、降下、踏み付けの一連の連続動作を２回繰り返して行うこととして説明したが、連続動作の繰り返しは２回に限らず、キャピラリ４１の先端の大きさに応じて何回繰り返すこととしてもよい。
１１ 半導体チップ、１２ リードフレーム、１３ パッド、１７ リード、２０ ワイヤループ、２１ ワイヤ、２３ 圧着ボール、２５ ボールネック、２５ａ 踏み付け部、２５ｂ 折れ曲がり部、２６ 押し付け部、２６ａ 折り返し部、２７ 屈曲部、２８ ボンディング中心線、３４ キンク、４１ キャピラリ、４３ フェイス部、４５ インナチャンファ部、４７ ストレート孔。

Claims (1)

  1. 第１ボンド点と第２ボンド点との間をワイヤで接続するワイヤループ形状を有する半導体装置であって、
    前記ワイヤの先端に形成したイニシャルボールをキャピラリによって前記第１ボンド点に接合させて形成された圧着ボールとボールネックと、前記ボールネックの上に折り返され、前記圧着ボールの直径よりはみ出さない押し付け部と、前記押し付け部と前記第２ボンド点との間の前記ワイヤと、前記ワイヤと前記第２ボンド点との接合部とを含み、
    前記ボールネックは、前記イニシャルボールを前記キャピラリによって前記第１ボンド点に接合させた後、前記キャピラリを上昇させ、続いて前記キャピラリを前記第２ボンド点と反対の方向に向かって移動させた後、前記キャピラリを降下させて前記キャピラリの前記第２ボンド点側の第１のフェイス部で前記第２ボンド点側の前記ボールネックの一部が踏み付けられて前記圧着ボールよりも直径が小さい円板状に形成された平面を有し、
    前記押し付け部は、前記キャピラリを降下させて前記第２ボンド点側の前記ボールネックの前記一部をその表面が平面状になるまで踏み付けた後、前記キャピラリを上昇させ、続いて前記キャピラリの前記第２ボンド点と反対側の第２のフェイス部が前記ボールネックの上に来るまで前記キャピラリを前記第２ボンド点に向かって移動させて前記第２ボンド点に向かって前記ワイヤを折り返し、その後前記キャピラリを降下させて踏み付けられて平面状となった前記ボールネックの前記一部の上に前記ワイヤを折り返し、前記ワイヤの側面を前記キャピラリの前記第２ボンド点と反対側の前記第２のフェイス部で押し付けて形成され、
    前記押し付け部と前記第２ボンド点との間の前記ワイヤは、前記ワイヤの前記側面を前記キャピラリの前記第２ボンド点と反対側の前記第２のフェイス部で押し付けた後、前記キャピラリを前記第２ボンド点に向かって斜め上方に移動させ、その後前記キャピラリを上昇させ、続いてキャピラリを第２ボンド点と反対側に移動させるリバース動作を少なくとも１回行い、その後更にキャピラリを上昇させ、前記キャピラリを前記第２ボンド点の方向に移動させることにより形成される下に凸の湾曲部と前記下に凸の湾曲部の前記第２ボンド点側の上に凸の屈曲部とを含み、
    前記ワイヤと前記第２ボンド点との接合部は、前記キャピラリを更に前記第２ボンド点に移動させて前記ワイヤを前記第２ボンド点に圧着させて接合することにより形成され、
    前記ボールネックの前記平面は、その面積が増加するように、前記イニシャルボールを前記キャピラリによって前記第１ボンド点に接合させた後、前記キャピラリを上昇させ、続いて前記キャピラリを前記第２ボンド点と反対の方向に向かって移動させた後、前記キャピラリを降下させて前記キャピラリの前記第２ボンド点側の前記第１のフェイス部で前記第２ボンド点側の前記ボールネックの前記一部の第２ボンド点と反対側の他の一部をその表面が平面状になるまで踏み付ける連続動作を複数回繰り返して形成されること、
    を特徴とする半導体装置。
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