JP2007242905A - 電子装置におけるボンディングワイヤ、電子装置におけるボンディングワイヤの製造装置及び電子装置の製造方法 - Google Patents

電子装置におけるボンディングワイヤ、電子装置におけるボンディングワイヤの製造装置及び電子装置の製造方法 Download PDF

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孝 川上
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信之 佐草
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Abstract

【課題】各種電子装置において多層の、もしくは狭いピッチで配設されているボンディングワイヤのショートを未然に防ぐことができる電子装置におけるボンディングワイヤ、電子装置におけるボンディングワイヤの製造装置及び電子装置の製造方法を提供すること。
【解決手段】蒸着重合法により導電性ワイヤの表面全体にポリイミド膜を付着させるようにした。
【選択図】図２

Description

本発明は電子装置におけるボンディングワイヤ、電子装置におけるボンディングワイヤの製造装置及び電子装置の製造方法に関する。
例えば、特開２０００−１８３０９６号公報では図４に示されるような半導体装置が開示されている。本公報では「２段に配列されたリードを有する半導体装置において、これらリードにワイヤボンディングを行うときのワイヤーショート事故を防止することを課題として、半導体チップ３１の表面に露出して配列された電極パッド３１ａと１段目リード３２とは、金線３４のワイヤボンディングで接続されている。電極パッド３１ａと２段目リード３３とは、金線３５のワイヤボンディングで接続されている。金線３５の線径は金線３４の線径に比べて太く、可撓性に差が生じている。よって、金線３５は、金線３４よりも高い位置を通過して接続されるので、ワイヤーショートの発生が防止されている」とするものである。
また、特開２０００−２１６１８９号公報では、「近年の高集積化、多ピン化によりボンディングワイヤの間隔は狭く、ワイヤスパンは長くなる傾向にある。その結果、樹脂封止時に隣接ワイヤ同士が接触ショートする危険性が増し問題となっていること、及びチップサイズパッケージ化によるボンディングワイヤの低ループ化傾向もあり、この場合はワイヤと素子が接触ショートする危険性が問題であることに鑑みて導電性のワイヤ基材の周囲に絶縁膜被覆を行ったボンディングワイヤであって、絶縁被覆材料のＴｇ（ガラス転移温度）が１２０℃以下、Ｔｍ（融点）が１３０℃以上であることを特徴とするボンディングワイヤ」を提案している。
その実施例では例えば「<ポリアミド樹脂被覆ワイヤ>ナイロン樹脂（ナイロン６１２, ナイロン６６, ナイロン１２）を溶剤に溶かしたナイロンワニスを使用した。固形分は４％である。定量的に溶液が供給されるフェルト間に、サプライリールから線速８０ｍ／分で供給される直径２５μｍの金線を通すことにより、金線表面にナイロンワニスを塗布し、加熱炉２４０℃で溶剤蒸発させ、樹脂熱硬化を行った。被覆厚は１μｍである。
<ＰＡＩ／ＰＥＩ被覆ワイヤ>ＰＡＩ／ＰＥＩ（ポリアミドイミドとポリエーテルイミド混合）樹脂を溶剤に溶かしたワニスを使用した。固形分は４％である。製造はサプライリールから線速８０ｍ／分で供給される直径２５μｍ金線表面にワニスを塗布し、加熱炉３６０℃で溶剤蒸発、樹脂熱硬化を行った。被覆厚は１μｍである」ことを挙げているが、何れにしても樹脂を溶剤に溶かしたワニスを使用している。ワニスを塗布した後、加熱炉で溶剤蒸発させ、樹脂硬化させている。
特開２０００−１８３０９６号公報 特開２０００−２１６１８９号公報
特開２０００−２１６１８９号公報では上述したように面倒な化学処理が必要な上、完成品を得るまでに長時間を要するものと考えられる。また公害の恐れもある。
また、特開２０００−１８３０９６号公報ではボンディングワイヤの上層と下層とで線径を変えなければならず、製造に手間がかかる。更に、モールド法によっては、樹脂の流し込み時に、ワイヤ同士でショートする恐れがある。
本発明は、上述の欠点を除去する電子装置におけるボンディングワイヤ、電子装置におけるボンディングワイヤの製造装置及び電子装置の製造方法を提供することを課題とする。
上記課題は、蒸着重合法により導電性ワイヤの表面全体に有機化合物を付着させるようにしたことを特徴とする電子装置におけるボンディングワイヤによって解決される。
また、以上の課題は、半導体チップの表面に露出して配設された複数の電極パッドと、これら電極パッドの外方に配設された複数のリードとをそれぞれ、ボンディングワイヤにより接続させた電子装置において、前記ボンディングワイヤの表面全体に蒸着重合法により有機化合物を付着させていることを特徴とする電子装置によって解決される。
また、以上の課題は、ボンディングワイヤを卷装させた線材供給リールを収容させた第一真空室と、該第一真空室に隣接し、少なくとも二つのモノマーを導入させる蒸着重合用の第二真空室と、該第二真空室から導出される前記線材を巻き取る巻き取りリールを収容し前記第二真空室に隣接する第三真空室とからなり、前記第二真空室内で前記モノマーを前記線材表面に蒸着重合させるようにしたことを特徴とする電子装置におけるボンディングワイヤの製造装置によって解決される。
また、以上の課題は、半導体チップの表面に露出して配設された複数の電極パッドと、これら電極パッドの外方に配設された複数のリードとをそれぞれ、ボンディングワイヤにより接続させた電子装置の全体を蒸着重合装置内に配設し、該蒸着重合装置内へ複数種のモノマーを導入させてこれらモノマーの重合物を前記ボンディングワイヤの全表面に蒸着させるようにしたことを特徴とする電子装置の製造方法によって解決される。
低コストで短時間の操作で、ボンディングワイヤ同士のショートを防止する絶縁被膜を形成することができ、モールドするときも確実にワイヤ同士のショートを防止することができる。
以下、本発明を適用した具体的な実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。
図１を参照して、まず本発明の実施の形態に適用する蒸着重合装置６０について説明する。通常の蒸着重合法では、蒸発源に対向した基板面にしか高分子膜を形成できない。そこで、基板３２及び真空槽壁３０をモノマーの蒸発温度程度（２００℃）に加熱しておき、この中に２種類のモノマーを図１に示すように導入する。モノマーの飽和蒸気圧が等しくなる温度に加熱、導入して複雑形状の表面にポリイミド膜を形成する方法が開発されている（全方向同時蒸着重合）。
図１においてモノマーとしてＰＭＤＡ３４（無水ピロメリト酸）及びＯＤＡ（オキシジアニリン）３６が槽３０内に導入される。
１種類のモノマーだけを導入した場合には、真空槽壁３０及び基板３２上にモノマーは付着できず、再蒸発して排気されるが、２種類のモノマーを同時に導入すると、両者が基板上で反応して蒸気圧の低い二量体や三量体となり基板３２上に付着し、更に反応して高重合体へと成長する。未反応モノマー分子が真空槽壁面全体から再蒸発するため均一な膜厚分布の薄膜が得られる。このようにして、複雑形状の基板、部品などに均一な膜厚のポリイミド膜を被覆することができる。
蒸着重合法は、モノマーの輸送を通常の真空昇華精製するプロセスと同じ手法で行うことから、生成する膜の純度が高く、しかも溶媒の添加・除去・回収などの工程がなく（無公害）、不純物の混入が極めて少ない膜が得られる。また、基板表面の凸凹形状に忠実に膜が成長するため、細孔の内面でも均一に成膜できる。
図２は本発明の第１の実施の形態による、金（Ａｕ）で成るボンディングワイヤｍの絶縁被覆形成装置を示す。一番左方の第１真空室１内には金線ｍを芯金６に巻いた供給リール４が配設されており、図示しない上昇機構により芯金６は上昇可能とされている。中央の第２真空室２には蒸着重合用であって図１で示したようにＰＭＤＡでのガスが容器１０Ａから真空室２内に導入され、また容器１０ＢからはＯＤＡのガスが導入される。また第２真空室２に隣接して蒸着重合を受けた金線ｍ'の巻き取りリール５が配設されている。図示せずとも芯金７はモータにより矢印方向に回転駆動される。また、各室間を画成する隔壁には金線ｍを通すよう小孔の開いたシールリング８、９が装着されている。
上述のようにして巻き取りリール５に絶縁膜（ポリイミド）形成させたワイヤｍ'が巻き取られているが、これを第３真空室３から外方に取り出す。図４で示す上述した従来例の半導体装置４０には上方リード３３及び下方リード３２と半導体チップ３１の上に形成されたパッド３１ａがボンディングワイヤ３５、３４により電気的に接続されているのであるが、この従来の剥き出しのワイヤ３５、３４の代わりに図２の装置で製作した絶縁膜付ボンディングワイヤｍ'を適当な長さに切断し、その両端を図４で示すように、例えばパッド３５にはボンディングにより、また他端はリード３２、３３に同様にボンディングしてもよい。
ここで、ボンディングは大きく２種類に分けることが出来る。熱圧着方式と超音波熱圧着方式である。
熱圧着方式は、同種あるいは異種の金属を接合する際に、熱（一般的には３００℃以上）と荷重を加えて接合する方式である。ボンディング面が弱くて超音波がかけられない場合や、フリップチップなどで使用されている。
超音波熱圧着方式は、現在最もよく使用されている方式である。熱と荷重に加えて超音波を併用することにより、熱圧着方式よりも低温（一般的には１００〜２５０℃程度）でボンディングを行うことができる。
次に、前記２つのボンディング方式と有機化合物の種類との対応関係を説明する。
ポリイミドは、耐熱性が高く、熱硬化ポリイミドでは軟化点や融点が無く（熱可塑ポリイミドでは３８８℃）、解重合温度も４００〜５００℃と高温である。従って、熱圧着方式に適用するのに良い。解重合温度以上の温度でボンディングすれば、金線の芯金を剥き出しにすることが出来るので、両端の被覆を剥く必要は無い。しかし、超音波熱圧着方式では、放電によって金線の両端の被覆を剥く必要がある。
ポリアミド（例えば６ナイロン）は、軟化点温度１８０℃、融点温度２１５〜２２０℃、解重合温度４００〜５００℃である。従って、熱圧着方式に適用するのに良い。融点温度以上の温度でボンディングするので金線の両端の被覆を剥く必要は無い。また、超音波熱圧着方式においても融点温度以上の温度でボンディングすれば金線の両端の被覆を剥く必要は無い。
ポリ尿素は、軟化点（及び融点）温度２４０〜２８０℃、解重合温度２６０〜２８０℃である。従って、熱圧着方式と超音波熱圧着方式いずれに適用するにも良い。融点温度以上の温度、望ましくは解重合温度以上の温度でボンディングすれば金線の両端の被覆を剥く必要は全く無い。
以上、絶縁膜付ワイヤｍ’の接続をボンディングで行う場合を説明したが、ハンダにより絶縁膜付ワイヤｍ’の一端を加熱溶融して固着させるようにしてもよい。
ハンダの溶解温度は一般的に１８０〜２５０℃程度である。有機化合物との適当な組み合わせよれば、ハンダの溶解温度で金線の芯金を剥き出しにすることが出来るのでボンディングワイヤ３１ａ、及びリ−ド３２、３３に問題なくハンダ固着できる。
次に、ハンダ付けと有機化合物の種類との対応関係を説明する。
ポリイミドは、耐熱性が高く、熱硬化ポリイミドでは軟化点や融点が無く（熱可塑ポリイミドでは３８８℃）、解重合温度も４００〜５００℃と高温である。従って、金線の両端の被覆を剥く必要がある。
ポリアミド（例えば６ナイロン）は、軟化点温度１８０℃、融点温度２１５〜２２０℃、解重合温度４００〜５００℃である。従って、融点より高温でハンダ付けすれば良い。
ポリ尿素は、軟化点（及び融点）温度２４０〜２８０℃、解重合温度２６０〜２８０℃である。従って、融点以上の温度、望ましくは解重合温度以上の温度でハンダ付けすれば全く問題なくハンダ固着できる。
なお、従来例としての半導体装置４０ではボンディングワイヤの線形を上層３５と下層３４とで変えることにより、しかも二段にすることにより、相互のボンディングワイヤが接触してショートしていたのを防止していたが、本発明によれば上層のワイヤと下層のワイヤとで線径を変えることなく同じ線径であってもよく、更に図示しなかったがリードボンディングワイヤを３段、４段としてすなわち３層、４層としてボンディングワイヤ用パッドに固着させるようにしてもよい。
本発明によれば上記絶縁被膜により電気的ショートを防止することができる。更にはこのような半導体装置４０を樹脂でモールドする場合に於いても樹脂液を流す方向によっては、従来はワイヤ同士でショートすることもあったが、本発明では樹脂液の流れ方向を厳密に管理せずとも多数のワイヤ間のショートを防止することができる。
図３は本発明の第２の実施の形態を示すが、図において反応室７０はポリ尿素の重合合成のためにモノマーＭＤＩ（４，４'−ディフェニールメタン−ディソシアネート）及ＰＩＰ（１，３−ディプロパン）を用いるがこれらは６０℃で加熱して同様に室７０も６０℃で加熱する。本実施の形態では反応室７０内に台座３９が設けられ、これに従来例として説明した半導体装置４０を載置する。載置後はモノマーＭＤＩとモノマーＰＩＰのガスを導入することにより、上述した重合作用によりポリ尿素が金ワイヤ３５、３４に蒸着重合される。
ここで一般に、例えばシリコンを基材とする半導体素子の接合部温度（保存温度）は１５０〜１６０℃以下とすることが求められている。図３の半導体装置４０は、６０℃に加熱された反応室７０内の台座３９に載置されているので、半導体素子の接合部温度は十分に低い温度に保たれている。
本実施の形態によればモノマーＭＤＩ（４，４'−ディフェニールメタン−ディソシアネート）及ＰＩＰ（１，３−ディプロパン）の特性を生かし、６０℃で蒸着重合できるので半導体チップやこれに接続されるリードや電子装置に対しては室温に近いとは言えないまでも室温と同様な作業状態で半導体装置４０を保護することができる。リード３２、３３や電極パッド３１ａにもポリ尿素が蒸着重合されるが、これは上述したように端部はすでにワイヤ３５、３４が熱圧着またはハンダ付けされているので何らの電子装置の劣化も引き起こされない。
以上、本発明の実施の形態について説明したが、勿論、本願発明はこれらに限定されることなく、本発明の技術的思想に基づいて種々の変形が可能である。
たとえば、以上の実施の形態で蒸着重合により、ポリイミド、ポリ尿素を形成するためにＰＭＤＡ、ＯＤＡ、ＭＤＩ（４，４'−ディフェニールメタン−ディソシアネート）及びＰＩＰ（１，３−ディプロパン）モノマーを用いたが、これらに限ることなく種々のモノマーの組み合わせにより各種の有機物質を絶縁膜としてワイヤに形成することも可能である。また以上の実施の形態では、製品としては半導体装置４０を説明が、勿論これに限ることなくワイヤボンドもしくはボンディングワイヤ用いる電子装置全てに本発明は適用可能である。
本発明の第１の実施の形態に適用される蒸着重合装置の原理的な説明をするための断面図。 第１の実施の形態の絶縁膜形成装置の断面図。 第２の実施の形態による半導体装置のワイヤボンドに絶縁処理を施す装置を示す断面図。 従来例のまたは本発明に適用可能な半導体装置４０の斜視図。
符号の説明
１・・・第１真空室、２・・第２真空室・、３・・・第３真空室、４・・・供給リール、５・・・巻き取りリール、１０Ａ、１０Ｂ・・・容器、３０・・・真空槽壁、３１・・・半導体チップ、３１ａ・・・電極パッド、３２・・・１段目リード、３３・・・２段目リード、３４、３４'・・・ＰＭＤＡ（無水ピロメリト酸）、３５・・・金線、ボンディングワイヤ、３６・・・ＯＤＡ（オキシジアニリン）、３９・・・台座、４０・・・半導体装置、７０・・・反応室、ｍ'・・・金線

Claims (11)

  1. 蒸着重合法により導電性ワイヤの表面全体に有機化合物を付着させるようにしたことを特徴とする電子装置におけるボンディングワイヤ。
  2. 前記有機化合物はポリイミドであることを特徴とする請求項１に記載の電子装置におけるボンディングワイヤ。
  3. 前記有機化合物はポリアミドであることを特徴とする請求項１に記載の電子装置におけるボンディングワイヤ。
  4. 前記有機化合物はポリ尿素であることを特徴とする請求項１に記載の電子装置におけるボンディングワイヤ。
  5. 半導体チップの表面に露出して配設された複数の電極パッドと、これら電極パッドの外方に配設された複数のリードとをそれぞれ、ボンディングワイヤにより接続させた電子装置において、前記ボンディングワイヤの表面全体に蒸着重合法により有機化合物を付着させていることを特徴とする電子装置。
  6. 前記有機化合物はポリイミドであることを特徴とする請求項５に記載の電子装置。
  7. 前記有機化合物はポリアミドであることを特徴とする請求項５に記載の電子装置。
  8. 前記有機化合物はポリ尿素であることを特徴とする請求項５に記載の電子装置。
  9. ボンディングワイヤを卷装させた線材供給リールを収容させた第一真空室と、該第一真空室に隣接し、少なくとも二つのモノマーを導入させる蒸着重合用の第二真空室と、該第二真空室から導出される前記線材を巻き取る巻き取りリールを収容し前記第二真空室に隣接する第三真空室とからなり、前記第二真空室内で前記モノマーを前記線材表面に蒸着重合させるようにしたことを特徴とする電子装置におけるボンディングワイヤの製造装置。
  10. 半導体チップの表面に露出して配設された複数の電極パッドと、これら電極パッドの外方に配設された複数のリードとをそれぞれ、ボンディングワイヤにより接続させた電子装置の全体を蒸着重合装置内に配設し、該蒸着重合装置内へ複数種のモノマーを導入させてこれらモノマーの重合物を前記ボンディングワイヤの全表面に蒸着させるようにしたことを特徴とする電子装置の製造方法。
  11. 前記蒸着重合物はポリ尿素であることを特徴とする請求項１０に記載の電子装置の製造方法。
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JP2020136331A (ja) * 2019-02-14 2020-08-31 株式会社日産アーク 半導体装置及びその製造方法

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