JP2006140329A - 半導体装置の製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】 半導体装置の製造歩留まり向上を図る。
【解決手段】 半導体装置の製造において、
ワイヤボンディング工程において、予め半導体チップ2の電極パッド3側の基準高さ位置(第1の基準高さ位置)は、高さ検出治具22の第1の面23aにキャピラリ20の先端を接触させて電極パッド3の高さ位置を検出することによって求め、半導体チップ2の周囲に配置されたリード4側の基準高さ位置(第2の基準高さ位置)は、高さ検出治具23の第2の面23bにキャピラリ20の先端を接触させてリード4のボンディング面の高さ位置を検出することによって求める。
【選択図】 図10
【解決手段】 半導体装置の製造において、
ワイヤボンディング工程において、予め半導体チップ2の電極パッド3側の基準高さ位置(第1の基準高さ位置)は、高さ検出治具22の第1の面23aにキャピラリ20の先端を接触させて電極パッド3の高さ位置を検出することによって求め、半導体チップ2の周囲に配置されたリード4側の基準高さ位置(第2の基準高さ位置)は、高さ検出治具23の第2の面23bにキャピラリ20の先端を接触させてリード4のボンディング面の高さ位置を検出することによって求める。
【選択図】 図10
Description
本発明は、半導体装置の製造技術に関し、特に、半導体チップの電極パッドと前記半導体チップの周囲に配置された接続部とをワイヤで電気的に接続するワイヤボンディング工程を備えた半導体装置の製造技術に関するものである。
半導体装置の製造工程の1つに、半導体チップの電極パッド(ボンディングパッド)と半導体チップの周囲に配置された接続部とをワイヤで電気的に接続するワイヤボンディング工程がある。例えば、リードフレームを用いた半導体装置の製造では、半導体チップの主面に配置された電極パッドと、半導体チップの周囲に配置されたリードフレームのリード(接続部)とがワイヤで接続される。また、インターポーザと呼称される配線基板を用いた半導体装置の製造では、半導体チップの主面に配置された電極パッドと、半導体チップの周囲に配置された配線基板の電極パッド(接続部)とがワイヤで接続される。
ワイヤの接続方法としては、熱圧着に超音波振動を併用したネイルヘッドボンディング(ボールボンディング)法が主として用いられている。また、2点間のワイヤ接続には、半導体チップの電極パッドを一次接続、半導体チップの周囲に配置された接続部を二次接続とする方式(正ボンディング方式)や、半導体チップの周囲に配置された接続部を一次接続、半導体チップの電極パッドを二次接続とする方式(逆ボンディング方式)が知られている。
ネイルヘッドボンディング法において、例えば正ボンディング方式の場合、半導体チップの電極パッドとワイヤとの接続は、電気トーチによりワイヤ先端を溶融して形成されたボールをキャピラリの先端で加圧(圧着)し、更に超音波振動を加えて金属間化合物を形成することによって行われる。一方、半導体チップの周囲に配置された接続部とワイヤとの接続は、先端が半導体チップの電極パッドに接続されたワイヤがキャピラリの移動によってループを描きながらキャピラリの先端から繰り出され、接続部にワイヤをキャピラリの先端で押し付ける(圧着する)ことによって行われる。ワイヤの一次接続及び二次接続が完了すると、ワイヤをキャピラリにクランプしつつキャピラリを上昇させることでワイヤは切断される。このような動作を繰り返すことによって、ワイヤのボンディング作業が行われる。
なお、半導体装置の製造におけるワイヤボンディングについては、例えば特開2004−6465号公報に開示されている。また、同公報には、半導体装置の製造に使用されるワイヤボンディング装置も開示されている。
ところで、ワイヤボンディング装置においては、2点間のワイヤ接続を良好に行うため、予め、半導体チップの電極パッドの高さ位置、及び半導体チップの周囲に配置された接続部の高さ位置を夫々検出して求めた基準高さ位置に基づいてキャピラリの高さ位置を制御している。半導体チップの電極パッド側の基準高さ位置(第1の基準高さ位置)は、半導体チップの電極パッドにキャピラリの先端を接触さて電極パッドの高さ位置を検出することによって求め、半導体チップの周囲に配置された接続部側の基準高さ位置(第2の基準高さ位置)は、接続部にキャピラリの先端を接触させて接続部の高さ位置を検出することによって求めている。
しかしながら、半導体チップの電極パッドの高さ位置、及び半導体チップの周囲に配置された接続部の高さ位置は、これらをキャピラリの先端で叩くことによって検出されるため、接続部においては問題ないが、半導体チップにおいては叩きによる衝撃によって電極パッド下の絶縁膜にクラックが生じ易く、半導体チップが不良になる場合がある。ワイヤボンディング装置においては、例えば50万ワイヤ毎にキャピラリの交換を行っている。キャピラリの交換においては、キャピラリの先端位置が変化するため、キャピラリを交換した後、第1及び第2の基準高さ位置を求めてボンディング装置の制御システムに入力する必要がある。また、パッケージの多ピン化に伴い、1つの半導体装置に対するボンディングの回数は増加するため、半導体装置の生産数に対するキャピラリの交換頻度も増加する。従って、キャピラリを交換する毎に不良チップの発生が懸念されるため、半導体装置の製造歩留まりが低下する。
また、リードフレームを用いた半導体装置の製造を例にして説明するが、図12(従来の基準高さの求め方を示す模式的断面図)に示すように、ワイヤボンディング工程では、半導体チップ2は、ダイパッド5に接着材10を介在して接着固定されている。接着材10は厚さにバラツキが生じ易いため、組み立て上ある程度の許容範囲が設定されている。例えば、25μmの厚さに対して±24μmの許容範囲が設定されている。即ち、接着材10の厚さが最も厚い場合と、接着材10の厚さが最も薄い場合とでは、半導体チップ2の電極パッド3の高さ位置に最大で49μmの高低差が生じる。第1の基準高さ位置は、半導体チップ2の電極パッド3にキャピラリ20を接触させて電極パッドの高さ位置を検出することによって求めているため、第1の基準高さ位置と、製造においてワイヤを接続する電極パッドの高さ位置との高低差が最大で49μmになる。このような高低差は、ワイヤ接続不良の要因となり、半導体装置の製造歩留まりを低下させる。また、ワイヤ接続不良の原因となっている高低差は、接着材の厚さバラツキだけではなく、リードフレームの厚さバラツキでも生じる。更にこのような問題は、配線基板を用いた半導体装置の製造においても生じる。
本発明の目的は、半導体装置の製造歩留まり向上を図ることが可能な技術を提供することにある。
本発明の前記並びにその他の目的と新規な特徴は、本明細書の記述及び添付図面によって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、下記のとおりである。
上記目的は、専用の高さ検出治具にキャピラリの先端を接触させて第1の基準高さ及び第2の基準高さを検出することによって達成される。具体的には例えば以下のようにする。
(1)半導体装置の製造方法において、
(a)ボンディング装置のキャピラリを交換する工程と、
(b)治具の第1の面に前記キャピラリの先端を接触させて、半導体チップの主面に配置された電極パッド側の第1の基準高さを求める工程と、
(c)前記治具の第2の面に前記キャピラリの先端を当接して、前記半導体チップの周囲に配置された接続部側の第2の基準高さを求める工程と、
(d)前記第1の基準高さに基づいて前記電極パッドにワイヤの第1の部分を前記キャピラリの先端で圧着する工程と、
(e)前記第2の基準高さに基づいて前記接続部に前記ワイヤの第2の部分を前記キャピラリの先端で圧着する工程とを備える。
(a)ボンディング装置のキャピラリを交換する工程と、
(b)治具の第1の面に前記キャピラリの先端を接触させて、半導体チップの主面に配置された電極パッド側の第1の基準高さを求める工程と、
(c)前記治具の第2の面に前記キャピラリの先端を当接して、前記半導体チップの周囲に配置された接続部側の第2の基準高さを求める工程と、
(d)前記第1の基準高さに基づいて前記電極パッドにワイヤの第1の部分を前記キャピラリの先端で圧着する工程と、
(e)前記第2の基準高さに基づいて前記接続部に前記ワイヤの第2の部分を前記キャピラリの先端で圧着する工程とを備える。
(2)前記手段(1)において、
前記半導体チップは、リードフレームのダイパッドに接着材を介在して接着固定されており、
前記接続部は、前記リードフレームのリードであり、
前記リードフレームの前記ダイパッド及び前記リードは、前記ボンディング装置のボンディングステージ上に配置されている。
前記半導体チップは、リードフレームのダイパッドに接着材を介在して接着固定されており、
前記接続部は、前記リードフレームのリードであり、
前記リードフレームの前記ダイパッド及び前記リードは、前記ボンディング装置のボンディングステージ上に配置されている。
(3)前記手段(1)において、
前記接続部は、前記配線基板の配線の一部からなる電極パッドであり、
前記配線基板は、前記ワイヤボンディング装置のボンディングステージ上に配置されている。
前記接続部は、前記配線基板の配線の一部からなる電極パッドであり、
前記配線基板は、前記ワイヤボンディング装置のボンディングステージ上に配置されている。
(4)前記手段(2)において、
前記ワイヤボンディング装置は、前記リードフレームを支持する搬送用レールを有し、
前記治具は、前記搬送用レールの一部で構成されている。
前記ワイヤボンディング装置は、前記リードフレームを支持する搬送用レールを有し、
前記治具は、前記搬送用レールの一部で構成されている。
(5)前記手段(3)において、
前記ワイヤボンディング装置は、前記配線基板を支持する搬送用レールを有し、
前記治具は、前記搬送用レールの一部で構成されている。
前記ワイヤボンディング装置は、前記配線基板を支持する搬送用レールを有し、
前記治具は、前記搬送用レールの一部で構成されている。
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、下記のとおりである。
本発明によれば、半導体装置の製造歩留まり向上を図ることができる。
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。なお、発明の実施の形態を説明するための全図において、同一機能を有するものは同一符号を付け、その繰り返しの説明は省略する。
(実施形態1)
本実施形態1では、リードフレームを用いたQFN Quad Flatpack Non-Leaded Package)型半導体装置の製造に本発明を適用した例について説明する。
本実施形態1では、リードフレームを用いたQFN Quad Flatpack Non-Leaded Package)型半導体装置の製造に本発明を適用した例について説明する。
図1乃至図11は、本発明の実施形態1の半導体装置に係わる図であり、
図1は、半導体装置の内部構造を示す図((a)は樹脂封止体の上部を除去した状態の模式的平面図、(b)は(a)のa−a線に沿う模式的断面図)、
図2は、半導体装置の製造に使用されるリードフレームの模式的平面図であり、
図3は、図2の一部を拡大した模式的平面図であり、
図4は、半導体装置の製造工程を示す模式的断面図であり、
図5は、半導体装置の製造工程を示すフローチャートであり、
図6は、半導体装置の製造に使用されるワイヤボンディング装置の概略構成を示す模式図であり、
図7は、図6のワイヤボンディング装置の一部を示す斜視図であり、
図8は、図6のワイヤボンディング装置のボンディングステージ上にリードフレームを配置した状態を示す模式的平面図であり、
図9において、(a)は図8のb−b線に沿う模式的断面図、(b)は図8のc−c線に沿う模式的断面図であり、
図10は、基準高さ位置の求め方を示す模式的断面図であり、
図11は、半導体装置の製造において、ワイヤボンディング工程を示す図((a)は一次接続を行った状態を示す模式的断面図,(b)は二次接続を行った状態を示す模式的断面図)である。
図1は、半導体装置の内部構造を示す図((a)は樹脂封止体の上部を除去した状態の模式的平面図、(b)は(a)のa−a線に沿う模式的断面図)、
図2は、半導体装置の製造に使用されるリードフレームの模式的平面図であり、
図3は、図2の一部を拡大した模式的平面図であり、
図4は、半導体装置の製造工程を示す模式的断面図であり、
図5は、半導体装置の製造工程を示すフローチャートであり、
図6は、半導体装置の製造に使用されるワイヤボンディング装置の概略構成を示す模式図であり、
図7は、図6のワイヤボンディング装置の一部を示す斜視図であり、
図8は、図6のワイヤボンディング装置のボンディングステージ上にリードフレームを配置した状態を示す模式的平面図であり、
図9において、(a)は図8のb−b線に沿う模式的断面図、(b)は図8のc−c線に沿う模式的断面図であり、
図10は、基準高さ位置の求め方を示す模式的断面図であり、
図11は、半導体装置の製造において、ワイヤボンディング工程を示す図((a)は一次接続を行った状態を示す模式的断面図,(b)は二次接続を行った状態を示す模式的断面図)である。
本実施形態1のQFN型半導体装置1は、図1((a),(b))に示すように、半導体チップ2、複数のリード4、チップ支持体(ダイパッド,タブ)5、4本の吊りリード6、複数のボンディングワイヤ11、及び樹脂封止体12等を有するパッケージ構造になっている。半導体チップ2、複数のリード4、チップ支持体5、4本の吊りリード6、及び複数のボンディングワイヤ11等は、樹脂封止体12によって樹脂封止されている。
半導体チップ2は、その厚さ方向と交差する平面形状が方形状になっており、本実施形態1では例えば正方形になっている。半導体チップ2は、これに限定されないが、例えば、半導体基板、この半導体基板の主面に形成された複数のトランジスタ素子、前記半導体基板の主面上において絶縁層、配線層の夫々を複数段積み重ねた多層配線層、この多層配線層を覆うようにして形成された表面保護膜(最終保護膜)等を有する構成になっている。
半導体チップ2は、互いに反対側に位置する主面(回路形成面)及び裏面を有し、半導体チップ2の主面側には集積回路が構成されている。集積回路は、主に、半導体基板の主面に形成されたトランジスタ素子、及び多層配線層に形成された配線によって構成されている。
半導体チップ2の主面には、複数の電極パッド(ボンディングパッド)3が形成されている。複数の電極パッド3は、半導体チップ2の各辺に沿って配置されている。複数の電極パッド3は、半導体チップ2の多層配線層のうちの最上層の配線層に形成され、各々のボンディングパッド3に対応して半導体チップ2の表面保護膜に形成されたボンディング開口によって露出されている。
樹脂封止体12は、厚さ方向と交差する平面形状が方形状になっている。樹脂封止体12は、互いに反対側に位置する主面(上面)及び裏面(下面,実装面)を有し、樹脂封止体12の平面サイズ(外形サイズ)は、半導体チップ2の平面サイズ(外形サイズ)よりも大きくなっている。
樹脂封止体12は、低応力化を図る目的として、例えば、フェノール系硬化剤、シリコーンゴム及びフィラー等が添加されたビフェニール系の熱硬化性樹脂で形成されている。樹脂封止体12の形成方法としては、大量生産に好適なトランスファ・モールディング法を用いている。トランスファ・モールディング法は、ポット、ランナー、樹脂注入ゲート、及びキャビティ等を備えた成形金型(モールド金型)を使用し、ポットからランナー及び樹脂注入ゲートを通してキャビティの内部に熱硬化性樹脂を注入して樹脂封止体を形成する方法である。
樹脂封止型半導体装置の製造においては、複数の製品形成領域(デバイス形成領域)を有するリードフレームを使用し、各製品形成領域に搭載された半導体チップを各製品形成領域毎に個別に樹脂封止する個別方式のトランスファ・モールディング法や、複数の製品形成領域を有するリードフレームを使用し、各製品形成領域に搭載された半導体チップを一括して樹脂封止する一括方式のトランスファ・モールディング法が採用されている。本実施形態1の半導体装置1の製造では、例えば個別方式のトランスファ・モールディング法を採用している。
複数のリード4は、樹脂封止体12の4辺に沿って配置されている。また、複数のリード4は、樹脂封止体12の側面側から半導体チップ2に向かって延在している。
半導体チップ2の複数の電極パッド3は、複数のリード4と夫々電気的に接続されている。本実施形態1において、半導体チップ2の電極パッド3とリード4との電気的な接続は、ボンディングワイヤ11で行われており、ボンディングワイヤ11の一端部は、半導体チップ2の電極パッド3に接続され、ボンディングワイヤ11一端部と反対側の他端部は、半導体チップ2の外側(周囲)において、リード4に接続されている。ボンディングワイヤ11としては、例えば、金(Au)ワイヤを用いている。また、ボンディングワイヤ11の接続方法としては、例えば、熱圧着に超音波振動を併用したネイルヘッドボンディング(ボールボンディング)法を用いている。また、ボンディングワイヤ11の接続は、例えば、半導体チップ2の電極パッド3を一次接続、半導体チップの周囲に配置されたリードを二次接続とする方式(正ボンディング方式)で行われている。
複数のリード4の各々は、互いに反対側に位置する主面及び裏面を有し、リード4の裏面は樹脂封止体12の裏面から露出し、外部接続用端子として使用されている。リード4の主面は、樹脂封止体12の主面と裏面との間に位置し、ボンディングワイヤ11が接続されるボンディング面として使用されている。リード4は、一端側が半導体チップ2と向かい合っており、他端側が樹脂封止体12の側面から突出している。
チップ支持体5は、半導体チップ2の外形サイズよりも大きくなっており、その厚さは、リード4の厚さよりも薄くなっている。チップ支持体5は、互いに反対側に位置する主面及び裏面を有し、チップ支持体5の主面には接着材10を介在して半導体チップ2の裏面が接着され、チップ支持体5の裏面は樹脂封止体12の樹脂で覆われている。
4本の吊りリード6は、樹脂封止体12の4つの角部からチップ支持体5に向かって延在している。吊りリード6は、チップ支持体5と一体的に形成され、かつこの樹脂封止体12の角部からチップ支持体5の角部に向かって延びる第1の部分(チップ支持体5側)と、この第1部分と一体的に形成され、かつこの第1の部分から樹脂封止体12の角部に向かって延びる第2の部分(樹脂封止体12の角部側)とを有する構成になっている。第1の部分は、チップ支持体5とほぼ同一の厚さで形成され、樹脂封止体12の内部に配置されている。第2の部分は、リード4の厚さとほぼ同一の厚さで形成され、リード4の裏面と同一側の面が樹脂封止体12の裏面から露出している。
次に、半導体装置の製造に使用されるリードフレームについて、図2及び図3を用いて説明する。
図2に示すように、リードフレームLFは、例えば、外枠部及び内枠部を含むフレーム本体(支持体)7で区画された複数の製品形成領域(デバイス形成領域)8を行列状に配置した多連構造になっている。各製品形成領域8には、図3に示すように、複数のリード4、チップ支持体5、4本の吊りリード6等が配置されている。複数のリード4、4つのリード群に分かれて配置され、各リード群のリード4はフレーム本体7と一体的に形成されている。また、チップ支持体5は、4本の吊りリード6を介してフレーム本体7と一体的に形成されている。
このように構成されたリードフレームLFは、Cu(銅)、又はCu系合金、又はFi(鉄)−Ni(ニッケル)系合金等からなる金属板に、エッチング加工、又はプレス加工、又はエッチング加工及びプレス加工を施して所定のリードパターンを形成することによって製造される。
次に、半導体装置の製造について、図4及び図5を用いて説明する。
まず、図2に示すリードフレームLFを準備すると共に、図1に示す半導体チップ2を準備する。
次に、リードフレームLFの各製品形成領域8において、図4(a)に示すように、チップ支持体5の主面に接着材10を塗布し(図5の〈101〉参照)、その後、図4(b)に示すように、チップ支持体5に半導体チップ2を搭載する(図5の〈102〉参照)。半導体チップ2の搭載は、チップ支持体5の主面に接着材10を介在して半導体チップ2の裏面を接着固定することによって行われる。
次に、リードフレームLFの各製品形成領域8において、図4(c)に示すように、半導体チップ2の複数の電極パッドと、半導体チップ2の周囲に配置された複数のリード4とを複数のボンディングワイヤ11で夫々電気的に接続する(図5の〈103〉参照)。ボンディングワイヤ11は、半導体チップ2の電極パッド3を一次接続、リード4を二次接続とする正ボンディング方式のネイルヘッドボンディング法で行われる。
次に、図4(d)に示すように、樹脂封止体12を形成する(図5の〈104〉参照)。半導体チップ2、リード4、チップ支持体5、吊りリード6、ボンディングワイヤ11等は、樹脂封止体12によって封止され、リード4裏面は、樹脂封止体12の裏面から露出する。樹脂封止体12は、例えば個別方式のトランスファ・モールディング法で形成される。
次に、切断装置にリードフレームLFを搬送し、切断ラインに沿ってリード4を切断する(図5の〈105〉参照)。この工程により、図1に示す半導体装置1がほぼ完成する。
次に、半導体装置の製造に使用されるワイヤボンディング装置について、図6及び図7を用いて説明する。
ワイヤボンディング装置は、ローダ部とアンローダ部との間に図6に示すワイヤボンディング部39を備えている。ワイヤボンディング部39は、図6に示すように、基台となる平面XY方向に位置制御可能なXYテーブル40を有する。このXYテーブル40上には、図6及び図7に示すように、駆動部41が取り付けられている。この駆動部41には、ホーン26が取り付けられ、かつZ軸モータ42によって平面XY方向に揺動又は上下Z方向に動作するリフタアーム43、試料を検出するための観測系(カメラ44a及び鏡筒44c並びにそれらを連結する光学系44b)、ボンディングワイヤ11を供給するとともにボンディングワイヤ11の分断を行うワイヤ供給系45、キャピラリ20の先端(下端)から突出したボンディングワイヤ11の先端を放電によって球状部とさせる放電電極46等が設けられている。また、ワイヤボンディング部39の処理部には、キャピラリ20の作業領域に対応し、かつキャピラリ20の下には、リードフレームLFを載置するボンディングステージ21を含むボンディング・搬送系51が配置され、更にリードフレームLFの側部を支持する搬送用レール22(図8及び図9参照)が配置されている。
図8に示すように、搬送用レール22には、その一部で構成された高さ検出治具23が設けられている。高さ検出治具23は、図9(b)に示すように、半導体チップ2の電極パッド3の高さ位置を検出するための第1の面23aと、半導体チップ2の周囲に配置されたリード4の高さ位置(リード4の主面の高さ位置)を検出するための第2の面23bとを有する構成になっている。
次に、半導体装置の製造工程中のワイヤボンディング工程について説明する。
ワイヤボンディング工程は、図6及び図7に示すボンディング装置によって実施される。まず、図8及び図9(a)に示すように、チップ支持体5に接着材10を介在して半導体チップ2が接着されたリードフレームLFをボンディング装置のボンディングステージ21上に配置する。チップ支持体5及びリード4はボンディングステージ21上に配置される。リードフレームLFは、搬送用レール22によって支持されながらローダ部からボンディングステージ21上に配置される。
次に、一次接続として、半導体チップ2の電極パッド3にボンディングワイヤ11を接続する。半導体チップ2の電極パッド3とボンディングワイヤ11との接続は、キャピラリ20の先端から突出するボンディングワイヤ11の先端を電気トーチにより溶融してボール(球状部)を形成した後、超音波振動を加えながら、図11(a)に示すように、半導体チップ2の電極パッド3にボンディングワイヤ11の球状部をキャピラリ20の先端で加圧(圧着)することによって行われる。
次に、二次接続として、半導体チップ2の周囲に配置されたリード4とボンディングワイヤ11とを接続する。リード4とボンディングワイヤ11との接続は、先端が半導体チップ2の電極パッド3に接続されたボンディングワイヤ11がキャピラリ20の移動によってループを描きながらキャピラリ20の先端から繰り出され、図11(b)に示すように、リード4にボンディングワイヤ11をキャピラリ20の先端で押し付ける(圧着)することによって行われる。
ボンディングワイヤ11の一次接続及び二次接続が完了すると、ボンディングワイヤ11をキャピラリ20にクランプしつつキャピラリ20を上昇させることでボンディングワイヤ11は切断される。このような動作を繰り返すことによって、ボンディングワイヤ11のボンディング作業が行われる。
ところで、ワイヤボンディング装置においては、2点間のワイヤ接続を良好に行うため、予め、半導体チップ2の電極パッド3の高さ位置、及び半導体チップ2の周囲に配置されたリード(接続部)4の高さ位置を夫々検出して求めた基準高さ位置に基づいてキャピラリ20の高さ位置を制御している。本実施形態1のワイヤボンディング装置は、半導体チップ2の電極パッド3の高さ位置を検出するための第1の面23aと、半導体チップ2の周囲に配置されたリード4の高さ位置(リード4の主面の高さ位置)を検出するための第2の面23bとを有する高さ検出治具23を備えている。従って、半導体チップ2の電極パッド3側の基準高さ位置(第1の基準高さ位置)は、図10に示すように、高さ検出治具23の第1の面23aにキャピラリ20の先端を接触させて電極パッド3の高さ位置を検出することによって求め、半導体チップ2の周囲に配置されたリード4側の基準高さ位置(第2の基準高さ位置)は、図10に示すように、高さ検出治具23の第2の面23bにキャピラリ20の先端を接触させてリード4のボンディング面の高さ位置を検出することによって求める。すなわち、一次接続する第1の面23aを基点として、一次接続する第1の面23aから二次接続する第2の面23bまでの高低差を検出することによって求められる。
ここで、ワイヤボンディング装置においては、例えば50万ワイヤ毎にキャピラリ20の交換を行っている。キャピラリ20の交換においては、キャピラリ20の先端位置が変化するため、キャピラリ20を交換した後、第1及び第2の基準高さ位置を求めてボンディング装置の制御システムに入力する必要がある。
キャピラリ20を交換する場合は、図5に示すように、キャピラリ20を交換し(〈111〉)、その後、第1及び第2の基準高さ位置を求め(〈112〉)、
その後、ワイヤボンディング工程において、第1の基準高さ位置に基づいて半導体チップ2の電極パッド3にボンディングワイヤ11をキャピラリ20の先端で圧着することにより両者を接続し、その後、第2の基準高さ位置に基づいてリード4のボンディング面にボンディングワイヤ11をキャピラリ20の先端で圧着することにより両者を接続する。第1及び第2の基準高さ位置は、前述したように、専用の高さ検出治具23を用いて求める。
その後、ワイヤボンディング工程において、第1の基準高さ位置に基づいて半導体チップ2の電極パッド3にボンディングワイヤ11をキャピラリ20の先端で圧着することにより両者を接続し、その後、第2の基準高さ位置に基づいてリード4のボンディング面にボンディングワイヤ11をキャピラリ20の先端で圧着することにより両者を接続する。第1及び第2の基準高さ位置は、前述したように、専用の高さ検出治具23を用いて求める。
このように、専用の高さ検出治具23を用いてキャピラリ20の高さ制御に必要な第1及び第2の基準高さ位置を求めることにより、半導体チップ2の電極パッド3を叩く必要がないため、従来のように半導体チップの電極パッドを叩いて電極パッド側の第1の基準高さ位置を求める場合と比較して、半導体チップ2の不良を抑制することができる。この結果、半導体装置1の製造歩留まり向上を図ることができる。
また、高さ検出治具23を搬送用レール22の一部で構成することにより、装置構成を複雑化することなく、簡単に高さ検出治具23をボンディングワイヤ装置に設けることができる。
また、接着材10の厚さバラツキに起因する、第1の基準高さ位置と、製造においてボンディングワイヤ11を接続する電極パッド3の高さ位置との高低差を小さくすることができるので、この高低差に起因するワイヤ接続不良を抑制することができる。この結果、半導体装置1の製造歩留まり向上を図ることができる。
なお、実施形態1では、半導体チップ2の電極パッド3を一次接続、リード4を二次接続とする正ボンディングについて説明したが、本発明は、リード4を一次接続、半導体チップ2の電極パッド3を二次接続とする逆ボンディングにおいても適用することができる。
(実施形態2)
本実施形態2では、インターポーザと呼称される配線基板を用いたCSP(Chip Size Package)型半導体装置に本発明を適用した例について説明する。
本実施形態2では、インターポーザと呼称される配線基板を用いたCSP(Chip Size Package)型半導体装置に本発明を適用した例について説明する。
図13乃至図17は、本発明の実施形態2であるCSP型半導体装置に係わる図であり、
図13は、半導体装置の内部構造を示す図((a)は樹脂封止体の上部を除去した状態の模式的平面図、(b)は(a)のd−d線に沿う模式的断面図)であり、
図14は、半導体装置の製造に使用される多数個取り配線基板の模式的平面図であり、
図15は、半導体装置の製造工程を示す模式的断面図であり、
図16は、半導体装置の製造において、ワイヤボンディング工程を示す図((a)は一次接続を行った状態を示す模式的断面図,(b)は二次接続を行った状態を示す模式的断面図であり、
図17は、本発明の実施形態2において、基準高さ位置の求め方を示す模式的断面図である。
図13は、半導体装置の内部構造を示す図((a)は樹脂封止体の上部を除去した状態の模式的平面図、(b)は(a)のd−d線に沿う模式的断面図)であり、
図14は、半導体装置の製造に使用される多数個取り配線基板の模式的平面図であり、
図15は、半導体装置の製造工程を示す模式的断面図であり、
図16は、半導体装置の製造において、ワイヤボンディング工程を示す図((a)は一次接続を行った状態を示す模式的断面図,(b)は二次接続を行った状態を示す模式的断面図であり、
図17は、本発明の実施形態2において、基準高さ位置の求め方を示す模式的断面図である。
図13に示すように、本実施形態2のCSP型半導体装置1aは、インターポーザと呼ばれる配線基板33の主面に半導体チップ2を実装し、配線基板33の主面と反対側の裏面に突起状電極としてボール状の半田バンプ36を複数配置したパッケージ構造になっている。
配線基板33は、その厚さ方向と交差する平面形状が方形状になっており、本実施形態2では例えば正方形になっている。配線基板33は、これに限定されないが、例えば、コア材と、このコア材の主面を覆うようにして形成された第1の保護膜と、このコア材の主面と反対側の裏面を覆うようにして形成された第2の保護膜とを有する構成になっている。コア材は、例えば、その主面、裏面及び内部に配線を有する多層配線構造になっている。コア材の各絶縁層は、例えばガラス繊維にエポキシ系、若しくはポリイミド系の樹脂を含浸させた高弾性樹脂基板で形成されている。コア材の各配線層は、例えば、Cuを主成分とする金属膜で形成されている。第1の保護膜は、主にコア材の主面に形成された最上層の配線を保護する目的で形成され、第2の保護膜は、主にコア材の裏面に形成された最下層の配線を保護する目的で形成されている。第1及び第2の保護膜としては、例えば絶縁性の樹脂膜が用いられている。
配線基板33の主面にはチップ搭載領域(素子搭載領域)が配置され、このチップ搭載領域には接着材10を介在して半導体チップ2の裏面が接着固定されている。また、配線基板33主面には、接続部として例えば複数の電極パッド34が配置されている。本実施形態2において、複数の電極パッド34は半導体チップ1(チップ搭載領域)の周囲に配置されている。また、配線基板33の裏面には、接続部として複数の電極パッド35が配置され、この複数の電極パッド35には突起状電極として例えば半田バンプ36が夫々固着されている。
半導体チップ1の周囲に配置されている複数の電極パッド34は、配線基板33の主面に配置された複数の配線の各々の一部で形成され、配線基板33の裏面に配置されている複数の電極パッド35は、配線基板33の裏面に配置された複数の配線の各々の一部で形成されている。
半導体チップ2の複数の電極パッド3は、配線基板33の複数の電極パッド34と夫々電気的に接続されている。本実施形態2において、半導体チップ2の電極パッド3と配線基板33の主面に配置された電極パッド34との電気的な接続は、ボンディングワイヤ11で行われている。ボンディングワイヤ11の一端部側は、半導体チップ2の電極パッド3に接続され、ボンディングワイヤ11の一端部側と反対側の他端部側は、配線基板33の電極パッド34に接続されている。
半導体チップ2、複数のボンディングワイヤ11等は、配線基板33の主面側に選択的に形成された樹脂封止体12によって樹脂封止されている。樹脂封止体12は、トランスファモールディング法によって形成されている。
樹脂封止体12及び配線基板33は、ほぼ同一の平面サイズになっており、樹脂封止体12及び配線基板33の側面は面一になっている。本実施形態2の半導体装置は、複数の製品形成領域を有する多数個取り配線基板(マルチ配線基板)を使用し、この多数個取り配線基板の複数の製品形成領域に実装された複数の半導体チップを一括して樹脂封止する樹脂封止体(一括用樹脂封止体)を形成した後、前記多数個取り配線基板及び一括用樹脂封止体を複数の個片に分割することによって製造される。
次に、本実施形態2の半導体装置の製造に使用される多数個取り配線基板(マルチ配線基板)について説明する。
図14に示すように、多数個取り配線基板30は、その厚さ方向と交差する平面形状が方形状になっており、本実施形態2では長方形になっている。多数個取り配線基板30の主面(チップ搭載面)にはモールド領域12aが設けられ、このモールド領域12aの中には複数の製品形成領域(デバイス形成領域)31が設けられ、この各々の製品形成領域31の中にはチップ搭載領域32が設けられている。半導体装置1aの製造において、各々のチップ搭載領域32には、半導体チップ2が搭載され、モールド領域12aには、各々のチップ搭載領域32に搭載された複数の半導体チップ2を一括して樹脂封止する樹脂封止体12が形成される。
各製品形成領域31は、分離領域によって区画され、基本的に図13に示す配線基板33と同様の構造及び平面形状になっている。配線基板33は、多数個取り配線基板30の複数の製品形成領域31を各々個片化することによって形成される。本実施形態2において、多数個取り配線基板30は、これに限定されないが、例えば、X方向に6個,Y方向に2個の行列配置(6×2)で配置された計6個の製品形成領域31を有する構成になっている。
次に、本実施形態2の半導体装置の製造について、図15を用いて説明する。
まず、図14に示す多数個取り配線基板30を準備すると共に、図13に示す半導体チップ2を準備する。
次に、多数個取り配線基板30の主面の各製品形成領域31において、チップ搭載領域に接着材10を配置し、その後、図15(a)に示すように、チップ搭載領域に半導体チップ2を搭載する。半導体チップ2の搭載は、チップ搭載領域に接着材10を介在して半導体チップ2の裏面を接着固定することによって行われる。
次に、多数個取り配線基板30の主面の各製品形成領域31において、図15(b)に示すように、製品形成領域31の複数の電極パッド34と、この製品形成領域31に搭載された半導体チップ2の複数の電極パッド3とを複数のボンディングワイヤ11で夫々電気的に接続する。ボンディングワイヤ11は、半導体チップ2の電極パッド3を一次接続、製品形成領域31の電極パッド34を二次接続とする正ボンディング方式のネイルヘッドボンディング法で行われる。
次に、多数個取り配線基板30の主面に実装された複数の半導体チップ2を一括して樹脂封止し、図15(c)に示すように、多数個取り配線基板30の主面上に樹脂封止体12を形成する。樹脂封止体12は、多数個取り配線基板30の主面のモールド領域(12a)に、複数の製品形成領域31を覆うようにして形成され、各製品形成領域31の半導体チップ2及びボンディングワイヤ11等は、1つの樹脂封止体12によって樹脂封止される。樹脂封止体12は、多数個取り配線基板30の複数ある製品形成領域31を一括して覆うキャビティを備えた成形金型を使用し、この成形金型のキャビティの内部に熱硬化性樹脂を注入して行う一括方式のトランスファモールド法で形成される。
次に、多数個取り配線基板30の主面と反対側の裏面に、各製品形成領域31に対応して複数の半田バンプ36を形成する。半田バンプ36は、例えば、多数個取り配線基板30の裏面の電極パッド35上にボール供給法で半田ボールを供給し、その後、半田ボールを溶融して電極パッド35との接合を行うことによって形成される。
次に、図15(d)に示すように、多数個取り配線基板30及び樹脂封止体12を複数の個片に分割する。この分割は、多数個取り配線基板30の分離領域に沿って多数個取り配線基板30及び樹脂封止体12を例えばダイシングすることによって行われる。ダイシングは、ダイシングテープ37に樹脂脂封体12を接着固定した状態で行う。この工程により、図1に示す半導体装置1aがほぼ完成する。
次に、半導体装置の製造工程中のワイヤボンディング工程について説明する。
ワイヤボンディング工程は、前述の実施形態1と同様に、図6及び図7に示すワイヤボンディング装置によって実施される。まず、図16(a)に示すように、ワイヤボンディング装置のボンディングステージ21上に多数個取り配線基板30を配置する。多数個取り配線基板30は、搬送用レール22によって支持されながらローダ部からボンディングステージ21上に配置される。
次に、一次接続として、半導体チップ2の電極パッド3にボンディングワイヤ11を接続する。半導体チップ2の電極パッド3とボンディングワイヤ11との接続は、キャピラリ20の先端から突出するボンディングワイヤ11の先端を電気トーチにより溶融してボール(球状部)を形成した後、超音波振動を加えながら、図16(a)に示すように、半導体チップ2の電極パッド3にボンディングワイヤ11の球状部をキャピラリ20の先端で加圧(圧着)することによって行われる。
次に、二次接続として、半導体チップ2の周囲に配置された電極パッド(接続部)34とボンディングワイヤ11とを接続する。電極パッド34とボンディングワイヤ11との接続は、先端が半導体チップ2の電極パッド3に接続されたボンディングワイヤ11がキャピラリ20の移動によってループを描きながらキャピラリ20の先端から繰り出され、図16(b)に示すように、電極パッド34にボンディングワイヤ11をキャピラリ20の先端で押し付ける(圧着する)ことによって行われる。
ボンディングワイヤ11の一次接続及び二次接続が完了すると、ボンディングワイヤ11をキャピラリ20にクランプしつつキャピラリ20を上昇させることでボンディングワイヤ11は切断される。このような動作を繰り返すことによって、ボンディングワイヤ11のボンディング作業が行われる。
本実施形態2のワイヤボンディング装置は、前述の実施形態1と同様に、図17に示す高さ検出治具24を備えている。高さ検出治具24は、半導体チップ2の電極パッド3の高さ位置を検出するための第1の面24aと、半導体チップ2の周囲に配置された電極パッド(接続部)34の高さ位置を検出するための第2の面24bとを有する構成になっている。本実施形態2の高さ検出治具24は、前述の実施形態1と同様に、例えば搬送用レール22の一部に構成されている。
半導体チップ2の電極パッド3側の基準高さ位置(第1の基準高さ位置)は、図17に示すように、高さ検出治具24の第1の面24aにキャピラリ20の先端を接触させて電極パッド3の高さ位置を検出することによって求め、半導体チップ2の周囲に配置された電極パッド34側の基準高さ位置(第2の基準高さ位置)は、図17に示すように、高さ検出治具24の第2の面24bにキャピラリ20の先端を接触させて電極パッド34の高さ位置を検出することによって求める。すなわち、一次接続する第1の面23aを基点として、一次接続する第1の面23aから二次接続する第2の面23bまでの高低差を検出することによって求められる。
キャピラリ20を交換する場合は、キャピラリ20を交換し(図5の〈111〉参照)、その後、高さ検出治具24を用いて、半導体チップ2の電極パッド3側の高さ基準位置(第1の高さ基準位置)、及び多数個取り配線基板30の電極パッド34側の高さ基準位置(第2の高さ基準位置)を求め(図5の〈112〉参照)、その後、ワイヤボンディング工程において、第1の基準高さ位置に基づいて半導体チップ2の電極パッド3にボンディングワイヤ11をキャピラリ20の先端で圧着することにより両者を接続し、その後、第2の基準高さ位置に基づいて電極パッド34にボンディングワイヤ11をキャピラリ20の先端で圧着することにより両者を接続する。
このように、専用の高さ検出治具24を用いてキャピラリ20の高さ制御に必要な第1及び第2の基準高さ位置を求めることにより、本実施形態2においても、前述の実施形態1と同様の効果が得られる。
なお、実施形態2では、半導体チップ2の電極パッド3を一次接続、多数個取り配線基板30の電極パッド34を二次接続とする正ボンディングについて説明したが、本発明は、多数個取り配線基板30の電極パッドリード34を一次接続、半導体チップ2の電極パッド3を二次接続とする逆ボンディングにおいても適用することができる。
以上、本発明者によってなされた発明を、前記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において種々変更可能であることは勿論である。
例えば、本発明は、半導体チップの外形サイズよりも大きいチップ支持体を適用する例について開示したが、半導体チップの外形サイズよりも小さいチップ支持体を適用することも可能である。
1,1a…半導体装置、2…半導体チップ、3…電極パッド、4…リード(接続部)、5…チップ支持体、6…吊りリード、7…フレーム本体、8…製品形成領域、10…接着材、11…ボンディングワイヤ、12…樹脂封止体、20…キャピラリ(ボンディングツール)、21…ボンディングステージ、22…搬送用レール、23,24…高さ検知治具、LF…リードフレーム、
30…多数個取り配線基板、31…製品形成領域、32…チップ搭載領域、33…配線基板、34…電極パッド(接続部)、35…電極パッド、36…半田バンプ、37…ダイシングテープ。
30…多数個取り配線基板、31…製品形成領域、32…チップ搭載領域、33…配線基板、34…電極パッド(接続部)、35…電極パッド、36…半田バンプ、37…ダイシングテープ。
Claims (5)
- (a)ボンディング装置のキャピラリを交換する工程と、
(b)治具の第1の面に前記キャピラリの先端を接触させて、半導体チップの主面に配置された電極パッド側の第1の基準高さを求める工程と、
(c)前記治具の第2の面に前記キャピラリの先端を当接して、前記半導体チップの周囲に配置された接続部側の第2の基準高さを求める工程と、
(d)前記第1の基準高さに基づいて前記電極パッドにワイヤの第1の部分を前記キャピラリの先端で圧着する工程と、
(e)前記第2の基準高さに基づいて前記接続部に前記ワイヤの第2の部分を前記キャピラリの先端で圧着する工程とを備えたことを特徴とする半導体装置の製造方法。 - 請求項1に記載の半導体装置の製造方法において、
前記半導体チップは、リードフレームのダイパッドに接着材を介在して接着固定されており、
前記接続部は、前記リードフレームのリードであり、
前記リードフレームの前記ダイパッド及び前記リードは、前記ボンディング装置のボンディングステージ上に配置されていることを特徴とする半導体装置の製造方法。 - 請求項1に記載の半導体装置の製造方法において、
前記接続部は、前記配線基板の配線の一部からなる電極パッドであり、
前記配線基板は、前記ワイヤボンディング装置のボンディングステージ上に配置されていることを特徴とする半導体装置の製造方法。 - 請求項2に記載の半導体装置の製造方法において、
前記ワイヤボンディング装置は、前記リードフレームを支持する搬送用レールを有し、
前記治具は、前記搬送用レールの一部で構成されていることを特徴とする半導体装置の製造方法。 - 請求項3に記載の半導体装置の製造方法において、
前記ワイヤボンディング装置は、前記配線基板を支持する搬送用レールを有し、
前記治具は、前記搬送用レールの一部で構成されていることを特徴とする半導体装置の製造方法。
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JP2009267414A (ja) * | 2008-04-25 | 2009-11-12 | Sts Semiconductor & Telecommunications Co Ltd | 幅広リードフレーム用の半導体パッケージ製造装置及びこれを利用した半導体パッケージ製造方法 |
-
2004
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