JP2007287896A - 半導体装置及びその製造方法 - Google Patents

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【課題】 半導体装置において、ダイボンドのための接着材がワイヤボンド部に極めて近い位置に配置されるような小型の半導体装置の場合であっても、ダイボンド樹脂流れによるワイヤボンドの接合性低下を回避し、信頼性の高い半導体発光装置を提供することを目的とする。
【解決手段】導電体にバンプを設ける第１の工程と、第１の工程の後、前記導電体の前記バンプが配置された側に、樹脂を含む素子固定用の接着材を載置する第２の工程と、バンプに導電性ワイヤを接続する第３の工程と、を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。また、導電体と、導電体に設けられたバンプと、導電体に載置される素子を固定するための接着材と、バンプに接続される導電性ワイヤと、を備え、バンプは、前記接着材より上方で前記導電性ワイヤと接続されていることを特徴とする半導体発光装置。
【選択図】 図１

Description

本発明は、半導体素子を用いた発光装置および光学センサなどに用いられる受光装置に関し、特に、液晶ディスプレイのバックライトや各種インジケーター等に用いられる小型の発光装置に関する。
従来、表面実装型パッケージとして知られている半導体発光装置は、ガラスエポキシ等の基板にパターン形成などで導体配線を設け、その導体配線上に接着材を介して発光素子をダイボンドした後、金線等のワイヤで発光素子と導体配線とを電気的に接続し、最後に発光素子周辺を透光性の樹脂で被覆することにより構成されている。
特開２００４−２５３７４５号公報
しかしながら、従来の半導体装置を小型にしようとすると、ダイボンド部とワイヤボンド部との距離が短くなり、ダイボンドのための接着材がワイヤボンド部に極めて近い位置に配置されることになる。
このような場合に接着材がワイヤボンド部に広がってしまうと、樹脂を含む接着材の上に金属のワイヤをワイヤボンドしにくく、ワイヤと導電体との導通がとれない場合が多かった。また、ワイヤボンドが行われた場合も、接合強度が弱く、熱ストレス等によってワイヤボンドが剥離する可能性があった。
そこで本発明は、半導体装置において、ダイボンドのための接着材がワイヤボンド部に極めて近い位置に配置されるような小型の半導体装置の場合であっても、ダイボンド樹脂流れによるワイヤボンドの接合性低下を回避し、信頼性の高い半導体発光装置を提供することを目的とする。
以上の目的を達成するために、本発明に係る半導体装置の製造方法は、導電体にバンプを設ける第１の工程と、前記第１の工程の後、前記導電体の前記バンプが配置された側に、樹脂を含む素子固定用の接着材を載置する第２の工程と、前記バンプに導電性ワイヤを接続する第３の工程と、を含むことを特徴とする。
前記第２の工程は、前記パンプの一部に前記接着材を配置させる工程を含むことが好ましい。
前記第２の工程は、前記素子にて前記接着材を加圧し、前記接着材を前記バンプの一部に延材させる工程を含むことが好ましい。
前記第３の工程は、前記バンプと前記素子とを前記導電性ワイヤにより接続する工程を含むことが好ましい。
さらに前記接着材の少なくとも一部を樹脂で被覆する工程を含むことが好ましい。
また、本発明に係る半導体装置は、導電体と、前記導電体に設けられたバンプと、前記導電体に載置される素子を固定するための接着材と、前記バンプに接続される導電性ワイヤと、を備え、前記バンプは、前記接着材より上方で前記導電性ワイヤと接続されていることを特徴とする。
前記接着材の少なくとも一部を樹脂で被覆することが好ましい。
本発明は、半導体装置において、ダイボンドのための接着材がワイヤボンド部に極めて近い位置に配置されるような小型の半導体装置の場合であっても、ダイボンド樹脂流れによるワイヤボンドの接合性低下を回避し、信頼性の高い半導体発光装置を提供することができる。
本発明を実施するための最良の形態を、以下に説明する。ただし、以下に示す形態は、本発明の技術思想を具体化するための半導体装置を例示するものであって、本発明は半導体装置を以下に限定するものではない。
また、本明細書は特許請求の範囲に示される部材を、実施の形態の部材に特定するものでは決してない。実施の形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は、特に特定的な記載がない限りは、本発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。なお、各図面が示す部材の大きさや位置関係等は、説明を明確にするため誇張していることがある。さらに以下の説明において、同一の名称、符号については同一もしくは同質の部材を示しており、詳細な説明を適宜省略する。
ダイボンドのための接着材がワイヤボンド部に極めて近い位置に配置されるような小型の半導体装置の場合であっても、ダイボンド樹脂流れによるワイヤボンドの接合性低下を回避し、信頼性の高い半導体発光装置を提供するため、本発明者らは種々の検討を行った。
その結果、導電体にバンプを設けた後に、素子を固定するための樹脂を含む接着材を導電体のバンプが形成された側に載置し、バンプに導電性ワイヤを接続することにより、上述の問題を解決するに至った。
以下、図面を参照しながら本形態に係る半導体装置の製造方法について説明する。
図１は本形態にかかる半導体装置の製造方法の一例を示す図である。
まず、導電体１０２上に、キャピラリ１０８等と金ワイヤ１０５により、バンプ１０９を設ける（図１ａ、ｂ）。次に導電体１０２上のバンプが設けられた側に、接着材１１０を載置する（図１ｃ）。ここでバンプが設けられた側とは、接着材が広がる部分を含む箇所をいう。そして、載置された接着材の上に半導体素子１０３を配置し、半導体素子の上面の電極とバンプ１０９をワイヤボンディングなどの方法で接続する（図１ｄ、ｅ）。ワイヤの接続は、バンプを設けた後であれば、接着材１１０を載置する前でも後でも、どちらでもよい。
また、パンプ１０９に接続するワイヤは接着材１１０によって固定された半導体素子とを繋ぐものでも、別の導電体や別の半導体素子とを繋ぐワイヤでもよい。
また、図１ｆのように、パンプとワイヤとの接続部界面に窪み１１３ができるようにすると、封止樹脂で半導体装置を封止するような場合に、封止樹脂との密着性をあげることができる。
このように、接着材を介して素子をダイボンドする際に、接着材を配置する前に導電体にバンプを形成し、ワイヤボンドをしたい場所の上方にあらかじめワイヤを接続する部位を導電体とは別に設けておくことにより、接着材がワイヤボンド部に極めて近い場所に配置されるような小型の半導体装置の場合であっても、このバンプの接着材から露出された部位とワイヤとを接続することにより、接着材の影響を受けずに導通を取ることができる。
また、本形態の半導体装置の製造方法によると、直接ワイヤボンドができない、あるいはしにくい材質や表面状態であっても、ボールボンディングでバンプを設けることができる素材であれば確実な導通をとることができる。
一般に、ワイヤボンディングは１次側と２次側で接続部におけるワイヤの形状が異なり、１次側より２次側のほうが接続しにくい。特に、２次側の接続面の金属被膜が薄かったり、粗悪だったりすると、超音波のエネルギーが有効に伝播せず、確実なボンディングができない可能性がある。
しかし、１次ボンディングの要領でボールボンディングをしてバンプを形成すると、素子とバンプを接続するときの２次側は、バンプの上にボンディングすることができるため、ワイヤとバンプとの接触面積が大きくなり、超音波のエネルギーも有効に伝播し、確実な接続をとることが可能となり、信頼性の高い半導体装置を提供することができる。
また、前記第２の工程は、前記パンプの一部に前記接着材を配置させる工程を含むことが好ましい。
この工程を含むことにより、接着材をワイヤボンド部にまで広げた場合であっても、小型の半導体装置を提供することが可能となる。本形態によれば、ワイヤボンド部、すなわちバンプ部にまで接着材を配置しても、バンプの少なくとも一部を露出させていることにより、その露出させた部分で導通をとることができるので、小型の半導体装置を提供することが可能となる。
また前記第２の工程は、前記素子にて前記接着材を加圧し、前記接着材を前記バンプの一部に延材させる工程を含むことが好ましい。
このようにすることにより、素子を固定する工程で接着材を広げることができる。
前記第３の工程は、前記バンプと前記素子とを前記導電性ワイヤにより接続する工程を含むことが好ましい。
このようにすると、素子とその素子を接続するワイヤボンド部を極めて近い位置に配置することができるため、さらに小型の半導体装置を提供することができる。ワイヤの長さを短くすることができるので、ワイヤにかかる力を軽減し、ワイヤの断線を起こりにくくすることもできる。
また、前記接着材の少なくとも一部を樹脂で被覆する工程を含むことが好ましい。外部環境からの外力や水分などから半導体素子を保護するために素子を樹脂で被覆する際に、本形態のように、接着材を素子下部だけではなく周辺にまで広げて、その上から封止樹脂を被覆することにより、封止樹脂を濡れ性よく配置することができる。
次に、図面を参照しながら本形態に係る半導体装置について説明する。
図２は本形態にかかる半導体装置を示す図である。
導電体２０２と、導電体２０２に設けられたバンプ２０９と、導電体２０２に載置される素子を固定するための接着材２１０と、前記バンプに接続される導電性ワイヤ２０５と、を備え、バンプ２０９は接着材２１０より上方で前記導電性ワイヤ２０５と接続される。
すなわち、素子を接着するための接着材が配置される部分よりも上方に、パンプによりワイヤボンド部を形成しているので、接着材の影響を受けずにワイヤボンドをすることができる。
また、このとき、バンプ２０９と、接着材２１０によって固定される素子を、導電性ワイヤ２０５により接続することにより、ワイヤボンド部と素子の載置部を近づけることが可能になり、半導体装置を小型化することができる。また、ワイヤの長さを短くすることができるので、ワイヤにかかる力を軽減し、ワイヤの断線を起こりにくくすることもできる。
また、接着材２１０の少なくとも一部を樹脂２１１で被覆する際に、接着材２１０を素子下部だけではなく周辺にまで広げて、その上から封止樹脂を被覆することにより、封止樹脂を濡れ性よく配置することができる。
また、図３のように、バンプ３０９とワイヤ３０５の接続部分に凹形状を設けることにより、封止樹脂との密着性をさらに高めることもできる。
以下、本発明の実施の形態の各構成について詳述する。
［導電体］
本形態における導電体は、樹脂にインサート成型されたリードフレームや、基材に設けられた導体配線である。
半導体素子や発光素子を、導電性ワイヤやバンプなどの接続部材で電気配線できる金属であれば、その材料は特に限定されないが、例えば、銅、アルミニウム、金、銀、タングステン、鉄、ニッケル等の金属または鉄―ニッケル合金、燐青銅、鉄入り銅等あるいはこれらの表面に銀、アルミニウム、銅、金等の金属メッキ膜が施されたもの等が挙げられる。
また、導体配線の材料とする金属は、金属相互間の接着性の良さ、いわゆる濡れ性等を考慮して選択されることが好ましい。例えば、導電体にＡｕバンプを超音波ダイボンドによって接合するとき、導体配線は、金または金を含む合金とすると、接着性が向上し、好ましい。
［バンプ］
本形態におけるバンプは、導電体と導電性ワイヤとを接続できる金属で形成されていれば良い。よって、使用するワイヤや導電体と合金を形成することができるものであれば、その材料は特に限定されない。例えば、金、銅、白金、アルミニウム等の金属及びそれらの合金等である。
［接着材］
本形態における接着材には、熱硬化性樹脂などを挙げることができる。熱硬化性樹脂としては、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂、アクリル樹脂、イミド樹脂などが挙げられる。また、ダイボンドすると共に電気的接続を行うには、Ａｇペースト、カーボンペーストなどを用いることができる。
［導電性ワイヤ］
本形態における導電性ワイヤは、導体配線とのオーミック性、機械的接続性、電気伝導性及び熱伝導性がよいものが求められる。熱伝導度としては０．０１ｃａｌ／(ｓ)(ｃｍ２)(℃／ｃｍ)以上が好ましく、より好ましくは０．５ｃａｌ／(ｓ)(ｃｍ２)(℃／ｃｍ)以上である。また、作業性などを考慮して導電性ワイヤの直径は、好ましくは、Φ１０μｍ以上、Φ４５μｍ以下である。このような導電性ワイヤとして具体的には、金、銅、白金、アルミニウム等の金属及びそれらの合金を用いた導電性ワイヤが挙げられる。このような導電性ワイヤは、導電体に形成させたワイヤボンディング領域や導電体に形成したバンプと、半導体素子の電極と、をワイヤボンディング機器によって容易に接続させることができる。
以下、本発明に係る実施例について詳述する。なお、本発明は以下に示す実施例のみに限定されないことは言うまでもない。
実施例１
この実施例の半導体装置は、図２に示すように、表面実装型の半導体発光装置であり、パンプを設けた導電体２０２上に半導体発光素子２０３が載置されている。
本実施例における導電体２０２は、絶縁性基板２０１の上に形成され、基板に開けられたスルーホールを介して半導体装置裏面の外部電極と接続されている。この導電体２０２の上に金ワイヤを用いてボールボンディングによりパンプ２０９を形成する。
バンプ２０９を形成した後、導電体２０２に発光素子２０３を接着する為の接着材２１０としてエポキシ樹脂を配置し、半導体発光素子２０３を接着する。本実施例における半導体装置はバンプと素子との距離が０．２ｍｍ程度と極めて短いため、エポキシ樹脂がバンプ２０９近辺にまで配置されるが、バンプ２０９の上部はエポキシ樹脂から露出するようにする。
次に、金ワイヤ２０５を用いて半導体発光素子２０３のボンディングパッドに１次ボンディングを行い、バンプ２０９の上に２次ボンディングを行い、半導体発光素子とバンプとを接続する。半導体発光素子のもう一方の電極もワイヤボンディングで導電体と接続する。
この基板を、トランスファモールド法により透光性樹脂２１１で封止し、レンズを持つ半導体発光装置とする。
本実施例では青色に発光する半導体素子を用い、さらに黄色に発光する蛍光体を封止樹脂に含むことで、白色系に発光する半導体発光装置としている。
実施例２
この実施例の半導体発光装置は、図３に示したように、基材の開口部内に半導体素子と保護素子を実装した表面実装型の半導体発光装置である。
凹状のセラミックパッケージ３１２の開口部内に、導電体３０２が施されている。この導電体３０２は、タングステンの表面を、ニッケル、金でメッキしている。実施例１と同様、素子を実装する前に金パンプ３０９を形成し、その後で接着材３１０に銀ペーストを用いツェナーダイオード３１４を固定し、接着材３１５としてエポキシ樹脂で半導体発光素子３０３を固定している。ツェナーダイオードの接着部と、半導体素子のワイヤボンド部が近い位置に配置されているが、パンプの上部を露出させるように銀ペーストを配置しているので、バンプ上部で確実な接続を取ることができる。
半導体素子の電極と導体配線をワイヤボンディングにより接続した後、開口部を透光性樹脂３１１で封止する。
本実施例では半導体素子と保護素子を一つのパッケージに搭載した半導体装置となっており、このように構成することにより、小型で信頼性の高い半導体装置とすることができる。
本発明の半導体装置は、液晶ディスプレイのバックライト等のように、極めて小型の発光部品を必要とする装置を使用する装置に利用可能である。
本発明にかかる半導体装置の製造方法の一例を示す図である。 本発明にかかる半導体装置の一例を示す図である。 本発明にかかる半導体装置の一例を示す図である。
符号の説明
１０２、２０２、３０２ 導電体
１０３、２０３、３０３ 半導体発光素子
１０５、２０５ 金ワイヤ
１０８ キャピラリ
１０９、２０９、３０９ バンプ
１１０、２１０、３１０ 接着材
１１３ 窪み
２０１ 絶縁性基板
２１１、３１１ 透光性樹脂
３１２ パッケージ
３１４ ツェナーダイオード
３１５ 接着材

Claims (7)

  1. 導電体にバンプを設ける第１の工程と、
    前記第１の工程の後、前記導電体の前記バンプが配置された側に、樹脂を含む素子固定用の接着材を載置する第２の工程と、
    前記バンプに導電性ワイヤを接続する第３の工程と、
    を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
  2. 前記第２の工程は、前記パンプの一部に前記接着材を配置させる工程を含む請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
  3. 前記第２の工程は、前記素子にて前記接着材を加圧し、前記接着材を前記バンプの一部に延材させる工程を含む請求項２に記載の半導体装置の製造方法。
  4. 前記第３の工程は、前記バンプと前記素子とを前記導電性ワイヤにより接続する工程を含む請求項１から３のいずれか一項に記載の半導体装置の製造方法。
  5. さらに前記接着材の少なくとも一部を樹脂で被覆する工程を含む請求項１から４のいずれか一項に記載の半導体装置の製造方法。
  6. 導電体と、
    前記導電体に設けられたバンプと、
    前記導電体に載置される素子を固定するための接着材と、
    前記バンプに接続される導電性ワイヤと、を備え、
    前記バンプは、前記接着材より上方で前記導電性ワイヤと接続されていることを特徴とする半導体装置。
  7. 前記接着材の少なくとも一部を樹脂で被覆した請求項６に記載の半導体装置。
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