JP2000101147A - 半導体装置及びその製造方法 - Google Patents

半導体装置及びその製造方法

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Abstract

(57)【要約】 【課題】本発明は半導体素子の電極とリード電極とをワ
イヤにより接続させた半導体装置に係わり、特に、第２
ボンド近傍の接続信頼性が高くワイヤの断線が少ない半
導体装置及びその製造方法を提供することにある。 【解決手段】本発明は半導体素子に設けられた電極と第
１のボールボンディングすると共にリード電極に第１の
ステッチボンディングさせたワイヤと、半導体素子及び
ワイヤを被覆するモールド部材とを有する半導体装置で
ある。特に、第１のステッチボンディング部は、第１の
ステッチボンディングの少なくとも一部を覆うように第
２のボールボンディング及び第２のステッチボンディン
グされた金属片を有する半導体装置である。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は半導体素子の電極と
リード電極とをワイヤにより電気的に接続させた半導体
装置及びその製造方法に係わり、特に、ステッチボンデ
ィング部の接続信頼性が高くワイヤの断線が極めて少な
い半導体装置及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来技術】半導体装置の一種である発光ダイオード
は、取り扱いやすさやその発光を所望の方向に集光させ
たり発散させたりするなどの目的で半導体素子であるＬ
ＥＤチップを樹脂やガラスなどにより被覆させ形成させ
てある。そのため、絶縁性のモールド部材により被覆さ
れたＬＥＤチップは金線などのワイヤを介して接続され
たリード電極により外部と電気的に接続させている。よ
り具体的には砲弾型発光ダイオードは、半導体素子を介
して一対に電極が設けられたＬＥＤチップなどを利用し
て形成させてある。光素子であるＬＥＤチップの裏面側
電極は、マウントリードの先端上に設けられたカップ内
にＡｇペーストによりダイボンディングし配置と共に電
気的に接続されてある。
【０００３】他方、ＬＥＤチップの表面側電極とインナ
ーリード先端の間とを金線によりワイヤボンディング接
続してある。ワイヤボンディングはＬＥＤチップの表面
側を第１ボンドとしてボールボンディングすると共にリ
ード電極上に第２ボンドとしてステッチボンディングす
る。ＬＥＤチップ及び各リードフレームの先端にはＬＥ
Ｄチップからの光を集光させるモールド部材として砲弾
型のレンズ面がトランスファーモールドなどにより形成
される。
【０００４】形成された発光ダイオードのリードフレー
ム間に電流を供給することによりＬＥＤチップが発光し
所望の光を得ることができる。このような、発光ダイオ
ードは高輝度かつ低消費電力、また振動に強く寿命が長
いなどの利点を生かして種々の分野に急速に利用されよ
うとし始めている。特に、利用分野の広がりと共により
厳しい環境下での信頼性が要望されている。
【０００５】半導体素子を被覆するモールド部材の膨
張、収縮や外力などによりワイヤに応力がかかった場
合、最も強度が弱い部分の一つとして第２ボンドとなる
ステッチボンディング部からワイヤ切れを生ずる場合が
ある。このようなワイヤ切れを防止する方法として、ス
テッチボンディング部分に別途ボールボンディングを実
施させワイヤを引きちぎる方法を利用して信頼性を確保
することが考えられる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、ワイヤ
の接続は連続的に長時間行うため初期設定からのずれな
どにより、ワークの固定が正確にできず圧力、熱や超音
波などワイヤボンディングするためのエネルギーが十分
に印加されない場合がある。また、ワイヤやワイヤを固
定するキャピラリ５０６などの汚れ、表面の酸化等ボン
ディング条件が悪い場合は、十分な接合強度が得られな
い場合がある。このような場合には、さらにボンディン
グ加重、熱や超音波エネルギー等を上げてやれば接合強
度を向上させられる。これにより、ある程度の接合強度
を向上させることも可能であるが、熱、加圧や超音波を
加えすぎても、図５の如き、細線やボール５０２の肉厚
が小さくなり、ワイヤ５０１とボールなどの接合部近傍
における接合強度を却って低下させることもある。その
ため、第２ボンドにおける接合強度の向上が極めて難し
い。また、引きちぎられたワイヤ長５０５が安定しない
ため信頼性が低いという問題を有する。
【０００７】従って、より厳しい使用環境下においても
高い信頼性が求められる現在においては、上記構成の半
導体装置では十分ではなく更なる改良が求められてい
る。特に車載や航空機用など温湿度サイクルの激しい環
境下、繰り返しリペア使用など、熱衝撃や温湿度サイク
ルに強い発光ダイオードなどが切望されている。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明は、半導体素子に
設けられた電極と第１のボールボンディングすると共に
リード電極に第１のステッチボンディングさせたワイヤ
と、半導体素子及びワイヤを被覆するモールド部材とを
有する半導体装置である。特に、第１のステッチボンデ
ィング部は、第１のステッチボンディングの少なくとも
一部を覆うように第２のボールボンディング及び第２の
ステッチボンディングされた金属片を有する半導体装置
である。これにより、モールド部材の熱膨張や熱収縮に
伴いワイヤに応力がかかった場合においても、強度の弱
いステッチボンディング部においてワイヤの断線が生ず
ることを極めて低減することができる。また、極めて限
られたスペースにおいてもステッチボンディング部の強
度を向上させることができる。
【０００９】特に、第２の電極に設けられた第１のステ
ッチボンディング部は、第１のステッチボンディング部
の少なくとも一部を覆うように第２のボールボンディン
グ及び第２のステッチボンディングされた金属片を有す
る半導体装置である。
【００１０】本発明の請求項２に記載の半導体装置は、
第１のステッチボンディングにより形成されたワイヤと
第２のボールボンディングを介して対象に第２のステッ
チボンディングによる金属片が設けられている。よりワ
イヤボンディングの信頼性を向上させ得ると共に生産性
を向上させ得ることができる。
【００１１】本発明の請求項３に記載の半導体装置は、
半導体素子が光素子であると共に前記モールド部材が透
光性を有する。光素子を被覆するモールド部材の材料選
択制が低い場合にもワイヤボンド強度の優れた半導体装
置とすることができる。
【００１２】本発明の請求項４に記載の半導体装置の製
造方法は、半導体素子上の電極と、リード電極とをワイ
ヤボンディングさせた半導体装置の製造方法である。特
に、電極上にワイヤを用いて第１のボールボンディング
する工程と、リード電極上にワイヤにより第１のステッ
チボンディングをする工程と、第１のステッチボンディ
ング部分の少なくとも１部を覆うように別途ワイヤを用
いて第２のボールボンディングをする工程と、第２のボ
ールボンディングの少なくとも１部を覆うように第２の
ステッチボンディングする工程とを有する半導体装置の
製造方法である。これにより、比較的簡単な構成で安定
して強度の高いワイヤボンディングを行うことができ
る。
【００１３】
【発明の実施の形態】本発明者は種々実験の結果、ステ
ッチボンディング部を特定の金属片で補強することによ
り比較的簡単な構成で飛躍的に熱衝撃などに強く信頼性
の高い半導体装置とできることを見出し本発明を成すに
到った。
【００１４】即ち、半導体素子を被覆するモールド部材
の膨張、収縮や外力などによりワイヤに応力がかかった
場合、最も強度が弱い部分の一つとしてステッチボンデ
ィング部からワイヤ切れを生ずる場合がある。本発明は
このステッチボンディグ部に別途ボールボンディング及
びステッチボンディングからなるボンディング処理を利
用した金属片を用いて接合強度を高めるものである。
【００１５】本発明による接合強度向上の理由は定かで
はないが、最も強度が弱い部分のうちの一つであるステ
ッチボンディング部に、別途図３のごとくボールボンデ
ィング及びボールボンディングの１部分に更に加重及び
／又は熱や超音波などのステッチボンディング処理を加
える。これにより、一点鎖線部分ではより強力な接合強
度が得られる。ボンディング条件が良くない場合には、
この部分で接合強度を確保することができる。
【００１６】他方、ボンディング条件が良い場合には一
点鎖線部分の肉厚は薄くなるものの、これ以外のボンデ
ィング強度が良好であるため実質的に全体の強度が問題
となることがない。このように、常に安定した接合強度
を得ることが可能であると考えられる。
【００１７】また、ステッチボンディングした後のワイ
ヤを引きちぎる際には一点鎖線部分が薄くなっており、
この部分で安定して切断される。このため、次のボール
作製時に利用するワイヤ長が一定した長さとなる。一般
に、ボールの作成はキャピラリ先端から突出しているワ
イヤにガス炎や放電等によりボールを形成させる。この
場合、キャピラリから突出しているワイヤ長の長さが一
定であれば、放電距離も安定する。また、形成されるボ
ールの大きさも一定して所望のボールを安定して形成す
ることができる。さらに、ワイヤボンディングさせるス
テッチボンディング部にスペース的に制約があり、極め
て狭い部位において強度に接続せざるを得ない発光ダイ
オードなどにおいて特に有効なワイヤボンディング方法
とすることができる。以下、本発明の具体的実施例とし
て以下に示すが、本発明はこれのみに限定され得ないこ
とはいうまでもない。
【００１８】（実施例１）本発明の半導体装置として図
１の如くチップタイプＬＥＤを形成する。チップタイプ
ＬＥＤは、内部にＬＥＤチップ１０１が配置されると共
に内部に配置されたＬＥＤチップと外部とを電気的に接
続させるリード電極が設けられた白色樹脂パッケージな
どで構成されている。白色樹脂パッケージの凹部内に配
置されたＬＥＤチップは凹部表面に露出したリード電極
とワイヤにより接続されている。ワイヤ材料は金、アル
ミニウムや種々の合金など接合性、オーミック性等を考
慮して種々選択することができる。また、ワイヤの直径
は作業性を考慮して２０μｍから４０μｍを好適に利用
することができる。
【００１９】また、凹部内にはＬＥＤチップやワイヤな
どを保護するために透光性のアクリル樹脂などをモール
ド部材として構成し封止してある。モールド部材は透光
性、封止性や耐候性を考慮してアクリル樹脂、エポキシ
樹脂やガラスなど種々の材料を利用することができる。
なお、モールド部材中には、発光色を変換させる等の目
的で各種着色剤、拡散剤や蛍光体を含有させることもで
きる。リード電極は、パッケージ外部底面からパッケー
ジ表面側凹部表面にパッケージ内部を連通して配置さ
れ、一対に対向した鉄入り銅などにより断面コの字形状
に形成されている。なお、パッケージはアクリル樹脂の
他、ＡＢＳ、ポリカーボネートなど種々の樹脂を用いて
構成しても良いし、セラミックなどを利用して構成させ
ることもできる。本発明においてはパッケージとモール
ド部材との熱膨張係数差が大きい場合、ワイヤにかかる
応力が大きくなるため、セラミックパッケージと樹脂モ
ールドを利用する場合など特に効果が大きい。同様に、
モールド部材を凹部内に注入する場合、モールド部材量
を凹部よりも多くすることにより、パッケージ表面から
凸レンズ形状に形成させる場合がある。このような凸レ
ンズ形状ではワイヤボンディング表面からモールド部材
中心との距離が遠くなり、モールド部材自体の熱膨張や
収縮応力が大きくなる。そのため、ワイヤにかかる応力
が大きくなり本発明の効果が大きくなる。
【００２０】このようなチップタイプＬＥＤは次のよう
にして形成することができる。パッケージを形成するた
めに、一対に対向して配置した断面コの字形状に形成さ
せたリード電極を金型内に配置する。金型内に白色顔料
を添加させたエポキシ樹脂を射出成形させることにより
外部にリード電極表面が露出すると共にパッケージ表面
に凹部が形成され凹部表面上にも一対のリード電極が露
出した白色樹脂パッケージが形成される。
【００２１】こうして形成されたパッケージ凹部内の底
面上にエポキシ樹脂を用いて光素子をダイボンディング
する。光素子としてサファイア基板上にｐｎ接合を有す
る窒化物半導体を有するものを利用した。光素子は、半
導体層上にｐ型及びｎ型の一対の電極が同一平面上に設
けられた青色が発光可能なＬＥＤチップである。ＬＥＤ
チップの各電極とパッケージ凹部表面上に設けられたリ
ード電極とを直径３５μｍの金線によってワイヤボンデ
ィングさせる。ワイヤボンドは予め形成させたボールボ
ンディングをＬＥＤチップ上の電極にキャピラリごと押
しつけ超音波を印加することにより第１ボンドとしてボ
ールボンディングさせる。次に、ワイヤ長を延ばしなが
らキャピラリをパッケージ表面に設けられたリード電極
上に２００ｇの荷重で押しつけ超音波を２０ｍｓｅｃ印
可することにより第２ボンドとしてステッチボンディン
グさせる。キャピラリを引き上げワイヤを引きちぎり第
１のボールボンディング及び第１のステッチボンディン
グを終了する（図４（Ａ））。
【００２２】続いて、ワイヤに放電を印加してボールを
形成する（図４（Ｂ））。
【００２３】形成されたボールを第１のステッチボンデ
ィング部に再び降下させ押しつけた後、超音波融着を行
う。こうして、第１のステッチボンディングによりワイ
ヤが潰され薄くなったところに第２のボールボンディン
グされるためワイヤ強度を飛躍的に向上させることがで
きる。また、第２のボールボンディングによる補強ボー
ルは、接合時に加重、超音波印加によりある程度ワイヤ
の材料である金の拡散を進める（図４（Ｃ））。
【００２４】引き続き第２のボールボンディグしたワイ
ヤを延ばしながらキャピラリを引き上げると共にボール
ボンディングの中心を介してＬＥＤチップ接続されたワ
イヤと対称方向に移動させる（図４（Ｄ））。
【００２５】次にキャピラリを降下させて１８０ｇの荷
重で押しつけ超音波を２０ｍｓｅｃ印加させる。補強ボ
ールの一部にキャピラリが当たるように第２のステッチ
ボンディング行うことにより、部分的に２度加重、超音
波の印加が行われる。そのため、さらなる金拡散が進む
こととなる（図４（Ｅ））。
【００２６】第２のボールボンディング部の一部上で第
２のステッチボンディングを行と共にワイヤを切断させ
て本発明のワイヤボンディングを終了させる。（図４
（Ｆ））。
【００２７】そのため、何らかのボンディング条件によ
り、第２のボールボンディングによる１度目の加重、超
音波印加で金拡散が十分に得られない場合にも、第２の
ステッチボンディングによる２度目の加重、超音波印可
部分で強度を確保することができる。
【００２８】補強ボールを１部覆う第２のステッチボン
ディングは、圧着ボールの下に埋もれたステッチボンデ
ィングとほぼ同じ場所に行うことができる。そのため、
ボンディングに要するスペースは、ボールでの補強のみ
の場合と比較して余分に必要となることは実質的ない。
【００２９】また、２度目の加重又は加重及び超音波印
加により、金などのワイヤを構成する材料の膜は薄くな
るため、その部分で安定してワイヤ切断ができる。その
ため、連続してワイヤボンディングを行う場合、この後
のボール製作時の放電ギャップも安定する。
【００３０】なお、ボンディング強度を向上させるため
第２のボールボンド中心と第２のステッチボンド中心と
の距離はキャピラリの先端径に略等しく２３４μｍとさ
せてある。また、通常のステッチボンディグ部とほぼ同
様の大きさで強度を向上させることができる。同様に他
方のＬＥＤチップの電極及び樹脂パッケージ凹部底面上
に設けられたリード電極をワイヤボンディングする。
【００３１】こうしてＬＥＤチップの各電極とパッケー
ジに設けられたリード電極とをそれぞれ電気的に接続さ
せた後、エポキシ樹脂をパッケージの凹部内にエポキシ
樹脂を流し込み１５０℃５時間で硬化させてチップタイ
プＬＥＤを２００個形成させた。こうして形成されたチ
ップタイプＬＥＤの電極に３．５Ｖ、２５ｍＡの電流を
流したところモールド部材を介して青色に発光できるこ
とを確認した。
【００３２】同様に第２のボールボンディング及び第２
のステッチボンディングを行わない以外は同様にして比
較のためのチップタイプＬＥＤを比較例１として２００
個形成させた。形成させた各チップタイプＬＥＤを熱衝
撃試験として気相熱衝撃装置により−４０℃、１５分と
１００℃、１５分を８００サイクル行い信頼性を調べ
た。
【００３３】信頼性試験後、本発明のチップタイプＬＥ
Ｄにおいて、不灯となったものはないのに対し、比較の
ためのチップタイプＬＥＤは１８個も不灯となってい
た。各ＬＥＤチップを調べたところステッチボンディン
グ部でワイヤが断線していることを確認した。
【００３４】（実施例２）本発明をチップタイプＬＥＤ
の代わりに図２に示す如く、砲弾型発光ダイオードとさ
せた。予め一対のリードがタイバーで接続されたリード
フレームのカップ上にエポキシ樹脂を用いてＬＥＤチッ
プ２０１を固定させ実施例１と同様の条件で各リード電
極となるマウントリード２１７及びインナーリード２０
７の先端とＬＥＤチップの電極とをそれぞれワイヤ２０
３でボンディングさせた。
【００３５】これを内部が砲弾型の空洞を持ったケース
内に配置させる。エポキシ樹脂を充填し硬化させた後ケ
ースから取り出した。その後、タイバーを接続すること
で実施例１と同様にワイヤボンディングさせたモールド
部材２０６が砲弾型の発光ダイオードを形成することが
できる。実施例２の発光ダイオードは実施例１のチップ
タイプＬＥＤと同様に優れた信頼性を示した。なお、本
発明は光素子のうちの発光素子について調べたが、受光
素子においても同様の効果を得ることができる。
【００３６】
【発明の効果】本発明の半導体装置は、ボンディング条
件に影響されずに安定した接合強度を持たすことができ
る。極めて狭いボンディング部分においても接合強度の
高いワイヤボンディングとすることができる。さらに、
ワイヤが安定した位置で切断できるため、より安定した
ワイヤボンディングを行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の半導体装置の模式的断面図を示す。
【図２】本発明の別の半導体装置の模式的断面図を示
す。
【図３】本発明のワイヤボンディング工程を示す第２ボ
ンド近傍の模式的説明図である。
【図４】本発明のリード電極とワイヤボンディングされ
た第２ボンド近傍を示した模式的説明図である。
【図５】本発明と比較のために示したステッチボンディ
ング近傍の模式的説明図である。
【符号の説明】
１０１、２０１・・・光素子であるＬＥＤチップ １０２・・・ＬＥＤチップの電極 １０３、２０３・・・ワイヤ １０４、２０４・・・第１ボンドとなるボールボンディ
ング部 １０５、２０５・・・第２ボンドとなるステッチボンデ
ィング部 １０６、２０６・・・透光性のモールド部材 １０７・・・パッケージを構成するリード電極 １０８・・・パッケージを構成する樹脂 ２０７・・・インナーリード ２０８・・・マウントリード ３０１・・・ワイヤ ３０２・・・第２のボールボンディング部 ３０３・・・第２のボールボンディングから露出したワ
イヤの一部 ３０４・・・ステッチボンディング部 ３０５・・・切断されたワイヤ ３０６・・・キャピラリ先端 ４０１・・・第１のステッチボンディングされたワイヤ ４０２・・・切断されたワイヤ ４０３・・・キャピラリ ４０４・・・ボール ４０５・・・ボールボンディング部 ４０６・・・ワイヤ ４０７・・・ステッチボンディング部 ４０８・・・第１のステッチボンディングの少なくとも
一部を覆うように第２のボールボンディング及び第２の
ステッチボンディングされた金属片 ４０９・・・切断されたワイヤ ５０１・・・ワイヤ ５０２・・・第２のボールボンディング部 ５０５・・・切断されたワイヤ ５０６・・・キャピラリ先端

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 半導体素子に設けられた電極と第１のボ
    ールボンディングすると共にリード電極に第１のステッ
    チボンディングさせたワイヤと、前記半導体素子及びワ
    イヤを被覆するモールド部材とを有する半導体装置であ
    って、 前記第１のステッチボンディング部は、第１のステッチ
    ボンディングの少なくとも一部を覆うように第２のボー
    ルボンディング及び第２のステッチボンディングされた
    金属片を有することを特徴とする半導体装置。
  2. 【請求項２】前記第１のステッチボンディングにより形
    成されたワイヤと第２のボールボンディングを介して対
    象に第２のステッチボンディングによる金属片が設けら
    れている請求項１記載の半導体装置。
  3. 【請求項３】 前記半導体素子が光素子であると共に前
    記モールド部材が透光性を有する請求項１記載の半導体
    装置。
  4. 【請求項４】 半導体素子上の電極と、リード電極とを
    ワイヤボンディングさせた半導体装置の製造方法であっ
    て、 前記電極上にワイヤを用いて第１のボールボンディング
    する工程と、 前記リード電極上に前記ワイヤにより第１のステッチボ
    ンディングをする工程と、 該第１のステッチボンディング部分の少なくとも１部を
    覆うように別途ワイヤを用いて第２のボールボンディン
    グをする工程と、 第２のボールボンディングの少なくとも１部を覆うよう
    に第２のステッチボンディングする工程とを有すること
    を特徴とする半導体装置の製造方法。
JP26876398A 1998-09-22 1998-09-22 半導体装置及びその製造方法 Expired - Fee Related JP3490906B2 (ja)

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