JP2003303847A - 半導体構造およびボンディング方法 - Google Patents

半導体構造およびボンディング方法

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洋生 藤澤
Tamanari Yasuda
玉成 安田
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玲 今井
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 多重配列電極の場合であってもチップ面から
のワイヤ高さを低くでき、パッケージの薄型化、小型化
を可能にした半導体装置のワイヤボンディング構造とワ
イヤボンディング方法を提供する。 【解決手段】 基板１上に実装された半導体チップ２の
電極パッド３と基板１上に形成された電極パッド４の間
を金属ワイヤ５で接続した半導体装置のワイヤボンディ
ング構造において、基板１上に実装された半導体チップ
２の電極パッド３上に金属バンプ７を形成し、これを所
定回繰り返すことにより半導体チップ２の電極パッド３
上に１つまたは複数個の金属バンプ７を積み重ねた状態
で形成した後、基板１上の電極パッド４を１次ボンディ
ング点、積み重ねられた金属バンプ７の最上段の金属バ
ンプ上面を２次ボンディング点として金属ワイヤ５をリ
バース法でボンディングした。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、パッケージの薄型
化、小型化が可能な半導体構造とボンディング方法に関
する。
【０００２】
【従来の技術】図６に、従来の半導体構造を示す。図に
おいて、１はプリント基板，フィルム基板，リードフレ
ームなどの半導体チップ実装用の基板、２は基板１上に
実装された半導体チップ、３は半導体チップ２の上面周
縁に形成された電極パッド、４は基板１上に形成された
配線用の電極パッド、５は電極パッド３，４間にボンデ
ィングされた金線などの金属ワイヤである。
【０００３】この図６に示した半導体構造は、まず最初
に半導体チップ２上の電極パッド３に金属ワイヤ５を１
次ボンディングした後、基板１上の電極パッド４に２次
ボンディングする、いわゆるフォワード法と呼ばれるワ
イヤボンディング方法によって配線したものである。
【０００４】すなわち、フォワード法は、金属ワイヤ５
を挿通したキャピラリー（図示せず）を半導体チップ２
の電極パッド３の直上に位置させ、放電電極からの放電
によりキャピラリー先端から突出した金属ワイヤ５の先
端にボールを形成した後、キャピラリーを下降させて電
極パッド３に押圧することにより溶融したボールを電極
パッド３に１次ボンディングし、次いで、キャピラリー
を所定の軌跡に沿って基板１上の電極パッド４の直上ま
で移動させた後、該位置で電極パッド４に向けて下降さ
せ、押圧すると同時に超音波などを印加することにより
金属ワイヤ５をキャピラリー先端位置で電極パッド４に
２次ボンディングするものである。
【０００５】ところで、上記のようなボンディング方法
においては、金属ワイヤ５に十分な接続強度を与えるた
め、金属ワイヤ５は１次ボンディング位置で一度所定距
離だけ垂直方向に立ち上がらせた後、２次ボンディング
位置に向けて折り曲げ配線する必要がある。このため、
半導体チップ２上の電極パッド３が１次ボンディング点
となるフォワード法の場合、チップ表面からのワイヤ高
さｈがその分だけ高くなってしまい、それ以上薄型化す
ることができず、完成後の半導体パッケージの厚さが厚
くなってしまうという欠点があった。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】従来、上記欠点をなく
すための１つの方法として、図７に示すように、まず最
初に基板１上の電極パッド４に金属ワイヤ５を１次ボン
ディングした後、半導体チップ２の電極パッド３に２次
ボンディングする、いわゆるリバース法と呼ばれるワイ
ヤボンディング方法が利用されている。
【０００７】しかしながら、近時における半導体チップ
の高密度化、多電極化に伴い、電極パッドは、半導体チ
ップの上面周縁に沿って１列に並ぶだけでなく、その内
側にも二重あるいは三重に並んだ多重配列電極が採用さ
れるようになった。このような多重配列電極を備えた半
導体チップの場合、前記フォワード法やリバース法を利
用してワイヤボンディングしても、たとえば図８、図９
に示すように、外側の電極パッド３ａにボンディングさ
れた金属ワイヤ５ａについてはそれほど問題ないが、内
側の電極パッド３ｂに接続された金属ワイヤ５ｂについ
ては、外側の電極パッド３ａにボンディングされた金属
ワイヤ５ａとの接触を避けるため、ワイヤ間距離を十分
にとる必要があり、ワイヤ間距離を大きく取れるフォワ
ード法によってボンディングせざるを得なかった。この
ため、チップ面からのワイヤ高さｈをある程度以下に低
くすることが難しかった。
【０００８】本発明は、上記問題を解決するためになさ
れたもので、多重配列電極の場合であってもチップ面か
らのワイヤ高さを低くでき、パッケージの薄型化、小型
化を可能にした半導体構造とボンディング方法を提供す
ることを目的とするものである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明は次のような手段を採用した。すなわち、請
求項１に係る半導体構造は、基板上に実装された半導体
チップの電極パッド上に金属バンプが１つまたは複数個
積み重ねた状態で形成されており、該積み重ねられた金
属バンプの最上段の金属バンプ上面と基板上の電極パッ
ドの間、または該積み重ねられた金属バンプの最上段の
金属バンプ上面と他の半導体チップの電極パッドの間を
金属ワイヤでボンディングしたことを特徴とするもので
ある。
【００１０】また、請求項２に係るボンディング方法
は、基板上に実装された半導体チップの電極パッド上に
金属バンプを形成し、これを所定回繰り返すことによっ
て半導体チップの電極パッド上に１つまたは複数個の金
属バンプを積み重ねた状態で形成した後、該積み重ねら
れた金属バンプの最上段の金属バンプ上面を２次ボンデ
ィング点、基板上の電極パッドまたは他の半導体チップ
の電極パッドを１次ボンディング点として、これらの間
を金属ワイヤでボンディングすることを特徴とするもの
である。
【００１１】上記のような半導体構造ならびにボンディ
ング方法を採用した場合、金属バンプの積み重ね段数に
よってチップ面からのワイヤ高さを自在に調整すること
ができる。このため、多重配列電極の場合であってもチ
ップ面からのワイヤ高さを金属バンプの数によって調整
することができ、半導体パッケージの薄型化、小型化を
図ることができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図面を参照して説明する。図１に本発明に係る半導体
構造の第１の実施の形態を示す。なお、前述した従来例
と同一の部分には同一の符号を付して示した。
【００１３】この第１の実施の形態は、本発明に係る半
導体構造の基本形態を示すもので、半導体チップ２の電
極パッド３の上に３個の金属バンプ７を３段に積み重ね
て形成し、この３段に積み重ねられた３個の金属バンプ
７の最上段の金属バンプの上面を２次ボンディング点、
基板１上の電極パッド４を１次ボンディング点として金
属ワイヤ５をボンディングしたものである。
【００１４】このような半導体構造とした場合、金属バ
ンプ７の段数を変えることにより、チップ表面からのワ
イヤ高さｈを自在に変えることが可能となり、後述する
第２および第３の実施の形態からさらに明らかとなるよ
うに、半導体チップ２の電極パッド３が半導体チップ２
の上面周縁に沿って１列に並ぶだけでなく、その内側に
も二重あるいは三重に並んだ多重配列電極の場合でも、
チップ表面からのワイヤ高さｈを最小に押さえることが
可能となる。なお、金属バンプ７の積み重ね段数は３段
に限られものではなく、製造する半導体装置の仕様に応
じて決定されるものである。
【００１５】上記図１の半導体構造を得るための本発明
のボンディング方法を図２によって説明する。なお、本
発明のボンディング方法は、以下に示すように、従来か
ら用いられている既設のワイヤボンディング装置を用い
て実現することができる。
【００１６】まず最初に、（ａ）に示すように、金線な
どの金属ワイヤ５を挿通したキャピラリー８を半導体チ
ップ２の電極パッド３の直上に位置させ、放電電極９か
らの放電により、キャピラリー先端から突出した金属ワ
イヤ５の先端にボール６を形成する。
【００１７】次いで、（ｂ）に示すように、キャピラリ
ー８を下降させ、溶融したボール６を電極パッド３に押
圧して融着させた後、（ｃ）に示すように、図示しない
クランプによって金属ワイヤ５をつかんだ状態でキャピ
ラリー８を上方へ引き上げ、金属ワイヤ５を引きちぎる
ことによって金属パッド３上に金属バンプ７を形成す
る。上記操作を必要回数、例えば図２の例の場合には３
回繰り返すことにより、（ｄ）に示すように、金属パッ
ド３上に３段重ねされた３個の金属バンプ７が形成され
る。
【００１８】次いで、基板１上の電極パッド４を１次ボ
ンディング点、前記３段に積み重ねられた３個の金属バ
ンプ７の最上段の金属バンプの上面を２次ボンディング
点として、前述したリバース法によって金属ワイヤ５を
ボンディングする。
【００１９】すなわち、まず（ｅ）に示すように、金属
ワイヤ５を挿通したキャピラリー８を基板１の電極パッ
ド４の直上に位置させ、放電電極９からの放電により、
キャピラリー先端から突出した金属ワイヤ５の先端にボ
ール６を形成する。
【００２０】次いで、（ｆ）に示すように、キャピラリ
ー８を下降させ、溶融したボール６を電極パッド４に押
圧して融着させた後、キャピラリー８を所定距離だけ垂
直方向に立ち上がらせ、（ｇ）に示すように、所定の軌
跡に沿って２次ボンディング点である半導体チップ２の
電極パッド３の方向に向けて移動させる。そして、電極
パッド３の直上に達したら、再びキャピラリー８を下降
させ、金属ワイヤ５を３個の金属バンプ７の最上段の金
属バンプ上面に所定の圧力で押しつけながら超音波など
を加えることにより、金属ワイヤ５をキャピラリー先端
位置で最上段の金属バンプ７の上面に２次ボンディング
する。
【００２１】次いで、（ｈ）に示すように、図示しない
クランプによって金属ワイヤ５をつかんだ状態でキャピ
ラリー８を上方へ引き上げることにより、金属ワイヤ５
を引きちぎり、２次ボンディングを終了する。このよう
にして、図１に示したワイヤボンディング構造が完成す
る。
【００２２】図３に、本発明に係る半導体グ構造の第２
の実施の形態を示す。この第２の実施の形態は、半導体
チップ２の金属パッド３ａ，３ｂが内外２列配置されて
いる半導体装置の場合の例を示すものである。
【００２３】この場合、半導体チップ２の上面周縁の外
側に位置する第１の電極パッド３ａと基板１上の対応す
る電極パッド４ａについては、従来と同様に、基板１の
電極パッド４ａを１次ボンディング点、半導体チップ２
の電極パッド３ａを２次ボンディング点とするリバース
法によってワイヤボンディングされている。
【００２４】一方、半導体チップ２の上面周縁の内側に
位置する第２の電極パッド３ｂと基板１上の対応する電
極パッド４ｂについては、半導体チップ２の電極パッド
３ｂ上に金属バンプ７を２段に重ねて形成した後、基板
１上の電極パッド４ｂを１次ボンディング点、前記２段
に積み重ねられた金属バンプ７の最上段の金属バンプ上
面を２次ボンディング点として金属ワイヤ５ｂをリバー
ス法によってワイヤボンディングしたものである。
【００２５】上記のような半導体構造とした場合、半導
体チップ２の電極パッド３ａ，３ｂが内外２列に配置と
されているにもかかわらず、チップ面からのワイヤ高さ
ｈを低くすることができ、従来の半導体装置に比べてパ
ッケージの薄型化、小型化を図ることができる。
【００２６】図４に、本発明に係る半導体構造の第３の
実施の形態を示す。この第３の実施の形態は、前記第２
の実施の形態と同様な構造において、半導体チップ２と
基板１上の電極パッド４ａとの間に高さの高い電子部品
１０が実装されている場合の例を示すものである。
【００２７】このように半導体チップ２と基板１上の電
極パッド４ａとの間に高さの高い電子部品１０が実装さ
れているような場合には、通常のリバース法では金属ワ
イヤ５ａが電子部品１０に接触するおそれがあるが、本
発明の場合には、図示するように、半導体チップ２の上
面周縁の外側に位置する第１の電極パッド３ａ上に金属
バンプ７を所定段数（図示例では１段）形成した後、基
板１上の電極パッド４ａを１次ボンディング点、前記電
極パッド３ａ上に形成された金属バンプ７の上面を２次
ボンディング点として金属ワイヤ５ａをボンディングす
ればよい。
【００２８】上記のようなワイヤボンディング構造によ
れば、半導体チップと基板上の電極パッドとの間に他の
電子部品が実装されているような場合でも、この電子部
品を避けながら、チップ面からのワイヤ高さｈを可能な
限り低く設定することができる。
【００２９】図５に、本発明に係る半導体構造の第４の
実施の形態を示す。この第４の実施の形態は本発明の応
用例を示すもので、本発明の方法によってワイヤボンデ
ィングされた半導体チップ２上に、さらに金属バンプを
利用して他の半導体チップをフリップチップ実装した場
合の例を示すものである。
【００３０】すなわち、この例の場合、基板１上に実装
されている半導体チップ２の電極パッド３上に金属バン
プ７を形成し、基板１上の電極パッド４を１次ボンディ
ング点、前記金属バンプ７を２次ボンディング点として
金属ワイヤ５をボンディングした後、さらに、この２次
ボンディング点の上に金属バンプ７を２段に積み重ねて
形成し、この３段重ねした金属バンプ７の上に、フリッ
プチップ型の半導体チップ１１をその電極パッド１２が
接触した状態で載せ、熱などを加えることによって半導
体チップ２上に半導体チップ１１をフリップチップ実装
したものである。このようなワイヤボンディング構造と
した場合、ワイヤボンディング構造とフリップチップ構
造を備えた複合タイプの半導体装置を簡単に製造するこ
とができる。
【００３１】なお、上記した各実施の形態は、半導体チ
ップの電極パッドと基板上の電極パッド間を接続する場
合を例に採って説明したが、ボンディング点はこれらの
間に限定されるものではなく、基板上に実装された半導
体チップ同士の電極パッド間を接続することもできる。
この場合、前記金属バンプを積み重ねられた半導体チッ
プの電極パッドが２次ボンディング点、他の半導体チッ
プの電極パッドが１次ボンディング点となる。
【００３２】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
半導体チップの電極パッド上に金属バンプを形成し、こ
の金属バンプの上に金属ワイヤをボンディングするよう
にしたので、チップ面からのワイヤ高さを自在に調整す
ることができる。このため、半導体チップの電極バッド
が多重配列されているような場合であっても、チップ面
からのワイヤ高さを可能な限り低くでき、半導体パッケ
ージの薄型化、小型化を図ることができる。また、既設
のワイヤボンディング装置を利用してボンディングを行
うことができるので、設備投資が少なくて済み、コスト
増を抑えながら半導体パッケージの薄型化、小型化を図
ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る半導体構造の第１の実施の形態を
示す略示側面図である。
【図２】（ａ）〜（ｈ）は本発明に係るボンディング方
法の説明図である。
【図３】本発明に係る半導体構造の第２の実施の形態を
示す略示側面図である。
【図４】本発明に係る半導体構造の第３の実施の形態を
示す略示側面図である。
【図５】本発明に係る半導体構造の第４の実施の形態を
示す略示側面図である。
【図６】従来の半導体構造の第１の例を示す略示側面図
である。
【図７】従来の半導体構造の第２の例を示す略示側面図
である。
【図８】従来の半導体構造の第３の例を示す略示側面図
である。
【図９】従来の半導体構造の第４の例を示す略示側面図
である。
【符号の説明】
１ 基板 ２ 半導体チップ ３，３ａ，３ｂ 半導体チップの電極パッド ４，４ａ，４ｂ 基板の電極パッド ５，５ａ，５ｂ 金属ワイヤ ６ ボール ７ 金属バンプ ８ キャピラリー ９ 放電電極 １０ 電子部品 １１ フリップチップ型の半導体チップ １２ フリップチップ型半導体チップの電極パッド
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 安田 玉成 東京都羽村市栄町３丁目１番地の５ 株式 会社カイジョー内 (72)発明者 今井 玲 東京都羽村市栄町３丁目１番地の５ 株式 会社カイジョー内 Ｆターム(参考） 5F044 CC05 EE06 EE21

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 基板上に実装された半導体チップの電極
    パッド上に金属バンプが１つまたは複数個積み重ねた状
    態で形成されており、該積み重ねられた金属バンプの最
    上段の金属バンプ上面と基板上の電極パッドの間、また
    は該積み重ねられた金属バンプの最上段の金属バンプ上
    面と他の半導体チップの電極パッドの間を金属ワイヤで
    ボンディングしたことを特徴とする半導体構造。
  2. 【請求項２】 基板上に実装された半導体チップの電極
    パッド上に金属バンプを形成し、これを所定回繰り返す
    ことによって半導体チップの電極パッド上に１つまたは
    複数個の金属バンプを積み重ねた状態で形成した後、該
    積み重ねられた金属バンプの最上段の金属バンプ上面を
    ２次ボンディング点、基板上の電極パッドまたは他の半
    導体チップの電極パッドを１次ボンディング点として、
    これらの間を金属ワイヤでボンディングすることを特徴
    とするボンディング方法。
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