JP2007095929A - 半導体装置の製造方法 - Google Patents

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connection
capillary
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Chofuku Sai
長福 崔
Yuji Kakegawa
祐次 掛川
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Renesas Technology Corp
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Abstract

【課題】ワイヤボンディングの終了段階で、キャピラリのワイヤ無し障害を防ぐ。
【解決手段】ワイヤボンディング１９の第二の接続側で、テールボンディング最適条件下、予備ステッチボンディング２５ａとそれに引き続くテールボンディング２５ｂとを行う。その後、キャピラリ３１を、ワイヤ２０を切断することなくテール位置からずらし、再度その位置で、ステッチボンディング最適条件下でステッチボンディング２５ｃを打つ。このようにテールボンディングに最適な条件でテールボンディング２５ｂを打った後に、ステッチボンディングに最適な条件でステッチボンディング２５ｃを打つことにより、キャピラリ３１にワイヤ２０のテールを残した状態で切断して、第二の接続を終了させることができる。キャピラリ３１でのワイヤ無し障害を防止することができる。
【選択図】図４

Description

本発明は半導体装置の製造に際して用いられるワイヤボンディングに関し、特にキャピラリからのワイヤ抜けによる空打ち不良を発生させることなく行うのに適用して有効な技術である。
以下に説明する技術は、本発明を研究、完成するに際し、本発明者によって検討されたものであり、その概要は次のとおりである。
半導体装置の製造に際しては、チップ側とリードフレーム側等の接続を、金線等を用いたワイヤボンディングにより行っている。
例えば、チップ側の第一の接続は、キャピラリ先端から少し出ているワイヤを、トーチにより溶融してボールを形成し、かかるボールを、超音波を用いながら圧着してボールボンディングを行っている。
また、リードフレーム側等の第二の接続は、第一の接続でボールボンディングを行った後、引き続きキャピラリからワイヤを引き出しながらワイヤループを作り、第二の接続側でキャピラリの周囲でワイヤを潰すようにして圧着するステッチボンディングを行っている。
かかるワイヤボンディングについては、例えば、特許文献１に詳しく説明されている。
特開２００４−２８２０１５号公報
ところが、上記ワイヤボンディング技術においては、以下の課題があることを本発明者は見出した。
すなわち、ＨＰＡ等のＲＦ（Radio Frequency）モジュールの半導体装置の製造では、ワイヤボンディングにおいて、キャピラリのワイヤ無しによる装置の停止が多発している。かかる原因を追求した結果、ワイヤボンディングにおける第二の接続側で、接続側表面の異物や表面状態の粗さ等が関係して、第二の接続側の最終工程であるテールボンディングが不安定になるためであることが分かった。
通常、第一の接続側では、キャピラリの先端側にワイヤ先端が溶融されたボールを形成し、かかるボールを接続位置に打つボールボンディングが行われる。それに引き続き、ワイヤループを形成ししながら、第二の接続側では、キャピラリの周囲でワイヤを潰して圧着するステッチボンディングが行われる。
かかる第二の接続におけるステッチボンディングは、より細かにみると、ステッチボンディングの後にはワイヤのテールを残すテールボンディングが行われている。かかるテールボンディングは、ステッチボンディングの一連の動作の一部として連続で行われるため、通常は余り注視されない工程である。
かかるテールボンディングでは、キャピラリから所定長ワイヤが出された状態で、すなわちワイヤが所定長残された状態でワイヤ切断が行われ、次の第一の接続側のボールボンディングに備えることとなる。
しかし、かかるテールボンディングが正常に行われない不安定な状態では、キャピラリからワイヤが所定長出ていない状態でワイヤ切断が行われる。かかるワイヤ切断は、基板等の表面状態が粗い場合には、より切断し易くなることが分かった。また、基板表面が粗かったり、異物が付着していたりすると、テールの付きもよくない。
その結果、第二の接続側での終了段階ではキャピラリから所定長さのテールが出ていない状態となり、次の第一の接続では、キャピラリ先端でのボール形成が行われず、そのまま第一の接続位置に対して空打ちが行われてしまう。
空打ちが行われた半導体装置は、不良品として廃棄せざるを得ない。それまで正常に投入されてきた数々の工程が、ワイヤボンディングの段階で、キャピラリ側の事情で不良となるのである。その結果、半導体装置の製造における歩留りも悪くなる。
また、ワイヤ無しが起きて停止した装置を再稼動させるため、キャピラリにワイヤを通して所定長ワイヤ先端を出した状態で第一の接続が行えるように再調整する必要がある。装置再調整の手間も発生する。
このように、キャピラリのワイヤ無しによる装置停止は、単に装置が停止するだけではなく、半導体装置の不良、装置の再調整の手間等が発生する極めて重大な問題である。
本来、ステッチボンディングでは圧着強度は強い程よいが、テールボンディングでは程々の圧着強度でテールがキャピラリから若干残る程度が好ましい。すなわち、ステッチボンディングの強度は強い方がよく、逆に、テールボンディングの強度は軽い方がよいのである。
ステッチボンディングとテールボンディングとは相前後する一連の一つの動作として機能するように構成されているので、個々のボンディングに必要な条件設定は行えない。すなわち、超音波パワー、時間、荷重等のボンダパラメータを調整して、ステッチボンディングとテールボンディングとを別個に制御することはできなかったのである。
そのため、例えば、テールボンディングに適した軽い強度にボンダパラメータを調整すると、ステッチボンディングの強度が甘くなり、第二の接続側の接続信頼が損なわれる。一方、第二の接続信頼性を高めるため、ステッチボンディングを満足させる強度に設定すると、逆にテールボンディングにとっては強度が強過ぎて、テール先端をキャピラリの先に残さずに切断されてしまい、次の第一の接続側での空打ち不良が発生する。
特に、セラミックス基板等のように表面が粗い状態では、ステッチボンディングの条件設定では、テールボンディングが良好に行われない傾向が顕著となるのである。
本発明の目的は、ワイヤボンディングの終了段階で、キャピラリのワイヤ無しの障害を防止することにある。
本発明の前記ならびにその他の目的と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面から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、次のとおりである。
すなわち、ワイヤボンディングの第二の接続側で、ステッチボンディングとテールボンディングとを実質的に区別して行えるようにする。
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以下のとおりである。
ワイヤボンディングにおいて、ステッチボンディングとテールボンディングとを、それぞれ別の条件設定で行えるので、適切なテールボンディングを実現して、キャピラリのテール抜けによる停止を防止することができる。
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、実施の形態を説明するための全図において、同一の部材には原則として同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する場合がある。
本発明は、半導体装置の製造に関する発明で、特に半導体装置の製造に際して使用されるワイヤボンディングの技術に関するものである。特に、ワイヤボンディングの第一の接続に引き続いて行われる第二の接続で、テールボンディングの後にステッチボンディングを行うことで、キャピラリのワイヤ無しを防止し、半導体装置の製造における不良低減を有効に達成できるものである。
（実施の形態１）
図１は、本発明に係わる半導体装置をＲＦモジュールのＨＰＡに構成した様子を模式的に示す断面図である。図２（ａ）、（ｂ）は第一の接続側をボールボンディングで行う様子を模式的に示した説明図である。図３（ａ）、（ｂ）は、予備ステッチボンディングの様子を模式的に示した説明図である。図４（ａ）〜（ｅ）は、第二の接続側で、テールボンディングの後にステッチボンディングを行うことで、キャピラリのワイヤ無し障害を防止する構成を模式的に示す説明図である。
本発明の半導体装置１０は、図１に示すように、ＲＦモジュール１０ａ等に構成されている。かかる半導体装置１０は、次のようにして製造される。例えば、図１に示すように、複数枚の絶縁体板（本実施の形態では、５枚のセラミック基板１１ａ〜１１ｅを例示する。）を用意し、かかるセラミック基板１１ａ〜１１ｅに複数個のビア１２を形成する。このビア１２の内部に導電性材料、例えば銅（Ｃｕ）または銀を充填する。
次に、各々のセラミック基板１１ａ〜１１ｅの表面に導電性材料、例えば銅または銀からなる表面導体パターン１３を印刷する。その後、これら５枚のセラミック基板１１ａ〜１１ｅを順次積層し、例えば８００〜９００℃程度の温度で焼成することにより、図１に示すように、積層基板１１を形成する。
このようにして形成された積層基板１１を洗浄した後、積層基板１１の裏面に導電性材料、例えば銅または銀からなる導体ペーストを印刷する。続いて、例えば１５０℃以下の温度で導体ペーストを焼き固めることにより、積層基板１１の裏面に裏面導体パターン１４を形成する。
さらに、図１に示すように、積層基板１１の部品搭載面に、能動素子が形成された半導
体チップ１５および受動素子が形成されたチップ部品１６等の表面実装部品を搭載する。その後、これら表面実装部品を絶縁性の樹脂１７によって覆うことにより、ＲＦモジュール１０ａが完成する。尚、半導体チップ１５、チップ部品１６は、半田１８を介して搭載されている。
半導体チップ１５は、例えば、Ｓｉ−ＭＯＳＦＥＴ等の電界効果トランジスタに形成されている。半導体チップ１５の主面に形成された複数のパッド（ボンディングパッド、電極等とも言う）と、これに対応する積層基板１１の部品搭載面に形成された表面導体パターン１３とは、接合材により接続されている。接合材には、例えば金（Ａｕ）の細線からなるワイヤボンディング１９が用いられている。
チップ部品１６は、例えばコンデンサ、インダクタ、レジスタまたは空芯コイル等の受動素子に構成されている。チップ部品１６の両端に形成された接続端子が、半田を介して、積層基板１１の部品搭載面に形成された表面導体パターン１３に接続されている。
かかる構成の半導体装置１０において、前記ワイヤボンディング１９は、次のようにして行われる。ワイヤボンディング１９は、半導体チップ１５側の第一の接続２１では、図２（ａ）、（ｂ）に模式的に示すように、一連の工程を経てボールボンディング２１ａが行われる。
すなわち、図２（ａ）に示すように、キャピラリ３１先端の金線２０ａ等のワイヤ２０の端を、トーチ等で溶融し、ボール２２を形成する。かかるボール２２をパッド２３上に打つことにより、図２（ｂ）に示すように、第一の接続２１であるボールボンディング２１ａを半導体チップ１５上に行う。
かかるボールボンディング２１ａを行った後、図３（ａ）に示すように、ワイヤ２０を切断することなく、所定形状のワイヤループ２４を形成しながら、積層基板１１に形成した第二の接続２５のリード２６位置にキャピラリ３１を持ってくる。
かかる第二の接続２５では、先ず、最初に、キャピラリ３１により、超音波パワー、時間、荷重等のボンダパラメータをテールボンディング最適条件に調整して、予備ステッチボンディング２５ａを行う。図３（ｂ）に部分拡大図として示すように、キャピラリ３１の周辺端部でワイヤ２０を潰すことにより、超音波をかけながら圧着する。
かかる予備ステッチボンディング２５ａでは、圧着強度は十分でないが、図４（ａ）に示すように、取り敢えずその後に続けて行うテールボンディング２５ｂのための前提となるボンディングを行い、ワイヤ２０をリード２６側に接続しておく。
かかる予備ステッチボンディング２５ａの後、連続して、超音波をかけながら、テールボンディング２５ｂを行う。テールボンディング２５ｂは、予備ステッチボンディング２５ａと連続した一つの工程として行われるため、超音波パワー、時間、荷重等のボンダパラメータはテールボンディング最適条件に設定された状態で行われる。
かかるテールボンディング２５ｂでは、ワイヤ切断は行われない。ワイヤ先端はキャピラリ３１の先に適当長残され、且つワイヤ２０はリード２６に接続された状態で、テールボンディング２５ｂが終了される。かかる様子を、図４（ｂ）に示した。
その後、キャピラリ３１は、適当距離上昇させられる。例えば、キャピラリ３１の上昇は、テールボンディング２５ｂが終了した位置で、そのまま垂直に上昇させればよい。その様子を、図４（ｃ）に示した。勿論、そのまま垂直に上昇させたが、垂直上方以外の斜め上方等の方向に上昇させるようにしても構わない。
このようにキャピラリ３１を適当距離上昇させた後、キャピラリ３１をワイヤ２０に沿って移動させる。ワイヤ２０の軸線方向に沿って、図４（ｄ）に示すように、キャピラリ３１を戻すように動かす。かかるキャピラリ３１の移動により、テールボンディング２５ｂで形成したテール部分を外した位置に、キャピラリ３１がくるようにできる。このキャピラリ３１の動きの様子を、図５では、その軌跡で示した。
テール部分を外した位置にキャピラリ３１を移動させたら、その位置でキャピラリ３１を下降させて、図４（ｅ）に示すように、ステッチボンディング最適条件でステッチボンディング２５ｃを行う。
ステッチボンディング２５ｃを行う位置としては、先に行った予備ステッチボンディング２５ａの上でも構わなく、先の予備ステッチボンディング２５ａに重ねて打っても構わない。あるいは、予備ステッチボンディング２５ａを打った位置とテールボンディング２５ｂを打った位置との間で、予備ステッチボンディング２５ａを打った位置を外して行うようにしても構わない。
かかるステッチボンディング２５ｃでは、ボンダパラメータをステッチボンディング最適条件に設定して行う。このようにステッチボンディング２５ｃを最終的に打つことで、テールボンディング２５ｂの最適条件に合わせて打った最初の予備ステッチボンディング２５ａの強度の弱さも解消されることとなる。
このようにステッチボンディング２５ｃを打つことで、テールボンディング２５ｂで形成されたテール部分を潰すことなく、適切にキャピラリ３１先端にテールを残した状態で、超音波発振器で超音波を発振させながらステッチボンディング２５ｃを行うことができる。ワイヤ２０の切断は、かかるステッチボンディング２５ｃを行った後に行われる。
テールボンディング２５ｂの後、キャピラリ３１を移動させた状態で上記のようにステッチボンディング２５ｃを打つので、キャピラリ３１のワイヤ２０が通る内径側にテール部分を接触させずに済むので、ステッチボンディング２５ｃの超音波発振がテールに影響を与えず、テールボンディング２５ｂを安定させることができる。
このようにテールボンディング最適条件でテールボンディング２５ｂを打った後に、ステッチボンディング最適条件でステッチボンディング２５ｃを打つことにより、テールの先端長さをキャピラリから最適長出して安定した状態で、ワイヤ２０の切断が行える。そのため、キャピラリ３１ではワイヤ無しが発生することがない。
そのため、キャピラリ３１がワイヤ無しの状態で空打ちを行うことがなくなり、空打ちに関わる半導体装置１０の不良を低減することができる。その分、半導体装置１０のワイヤボンディングによる不良がなくなり、歩留りが向上する。
また、ワイヤ無しの状態でキャピラリ３１が空打ちを行わなくても済むため、その分、装置停止がなくなる。さらに、ワイヤ２０をキャピラリ３１の先端に最適長出す等の、再調整作業が不要となる。
（実施の形態２）
前記実施の形態では、テールボンディング２５ｂの工程を、予備ステッチボンディング２５ａと、テールボンディング２５ｂとで構成した場合を示した。
しかし、テールボンディング２５ｂの前提として、予備ステッチボンディング２５ａを打たなくても済む場合には、図６（ａ）のテールボンディング２５ｂの後に、図６（ｂ）に示すようにキャピラリ３１を上昇させ、図６（ｃ）のようにキャピラリ３１をテールから外し、その状態で図６（ｄ）に示すようにステッチボンディング２５ｃを打っても構わない。
かかる構成では、予備ステッチボンディング２５ａを打っていないので、テールボンディング２５ｂで、リード２６側に確実にワイヤ２０を接続させておく必要がある。その後のステッチボンディング２５ｃが行われるまで、リード２６からワイヤ２０が離れないようにする必要がある。その他は、前記実施の形態１と同様の要領で行えばよい。
以上、本発明者によってなされた発明を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で種々変更可能であることはいうまでもない。
前記実施の形態では、半導体装置としてＲＦモジュールを例に上げて説明したが、カメラモジュール等のように、表面が粗い基板を使用する場合にも効果かある。また、ＲＦモジュールに構成した場合を半導体装置の一例として挙げたが、パワーモジュール等のその他のモジュール構成に適用しても構わない。
本発明は、半導体装置の製造方法として把握したが、ワイヤボンディングの方法、ワイヤボンディングの第二の接続方法、あるいはかかるワイヤボンディングを行うワイヤボンディング装置等としても把握することができる。
本発明は半導体装置の製造に際して、ワイヤボンディング時のキャピラリからのワイヤ無しに起因する障害を防止するのに有効に利用できる。
本発明の実施の形態の半導体装置をＲＦモジュールに構成した場合の一実施例を模式的に示す断面図である。 （ａ）、（ｂ）は第一の接続側をボールボンディングで行う様子を模式的に示した説明図である。 （ａ）、（ｂ）は、予備ステッチボンディングの様子を模式的に示した説明図である。 （ａ）〜（ｅ）は、第二の接続側で、テールボンディングの後にステッチボンディングを行うことで、キャピラリのワイヤ無し障害を防止する構成を模式的に示す説明図である。 キャピラリの移動状況をその軌跡として模式的に示した説明図である。 （ａ）〜（ｄ）は、第二の接続側で、テールボンディングの後にステッチボンディングを行うことで、キャピラリのワイヤ無し障害を防止する構成の変形例を模式的に示す説明図である。
符号の説明
１０ 半導体装置
１０ａ ＲＦモジュール
１１ 積層基板
１１ａ セラミック基板
１１ｂ セラミック基板
１１ｃ セラミック基板
１１ｄ セラミック基板
１１ｅ セラミック基板
１２ ビア
１３ 表面導体パターン
１４ 裏面導体パターン
１５ 半導体チップ
１６ チップ部品
１７ 樹脂
１８ 半田
１９ ワイヤボンディング
２０ ワイヤ
２０ａ 金線
２１ 第一の接続
２１ａ ボールボンディング
２２ ボール
２３ パッド
２４ ワイヤループ
２５ 第二の接続
２５ａ 予備ステッチボンディング
２５ｂ テールボンディング
２５ｃ ステッチボンディング
２６ リード
３１ キャピラリ

Claims (5)

  1. 半導体チップをワイヤボンディングにより接続する半導体装置の製造方法であって、
    前記ワイヤボンディングによる接続を第一の接続とそれに引き続き行われる第二の接続とから構成し、
    前記第二の接続では、テールボンディングとステッチボンディングとの条件設定をそれぞれ行うことを特徴とする半導体装置の製造方法。
  2. 半導体チップをワイヤボンディングにより接続する半導体装置の製造方法であって、
    前記ワイヤボンディングによる接続を第一の接続とそれに引き続き行われる第二の接続とから構成し、
    前記第二の接続では、テールボンディングの後にステッチボンディングを行うことを特徴とする半導体装置の製造方法。
  3. 半導体チップをキャピラリによるワイヤボンディングで接続する半導体装置の製造方法であって、
    前記ワイヤボンディングによる接続を第一の接続とそれに引き続き行われる第二の接続とから構成し、
    前記第二の接続では、前記キャピラリからワイヤのテールを出した状態で、ワイヤ切断を行う前に、前記テールに当たらない位置でステッチボンディングを行うことを特徴とする半導体装置の製造方法。
  4. 半導体チップをキャピラリによるワイヤボンディングで接続する半導体装置の製造方法であって、
    前記ワイヤボンディングによる接続を第一の接続とそれに引き続き行われる第二の接続とから構成し、
    前記第二の接続では、前記キャピラリの先端にワイヤのテールが残る圧着強度で圧着し、その後に前記圧着強度より強い圧着強度で圧着を行うことを特徴とする半導体装置の製造方法。
  5. 半導体チップをキャピラリによるワイヤボンディングで接続する半導体装置の製造方法であって、
    前記ワイヤボンディングによる接続を第一の接続とそれに引き続き行われる第二の接続とから構成し、
    前記第二の接続を、テールボンディングに適した強度で予備ステッチボンディングを行い、その後に前記テールボンディングに適した強度で前記テールボンディングを行い、その後にステッチボンディングに適した強度で前記ステッチボンディングを行うことを特徴とする半導体装置の製造方法。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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