JP2008235849A - 半導体装置及びワイヤボンディング方法 - Google Patents

半導体装置及びワイヤボンディング方法 Download PDF

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Toshihiko Tomiyama
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Abstract

【課題】半導体装置において、ワイヤとバンプとの間の接合性を向上させると共にワイヤの切断性を向上させてボンディング品質の向上を図る。
【解決手段】第２ボンド点のパッド３の上にワイヤを折り曲げ積層して傾斜ウェッジ２２と第１ワイヤ折り曲げ凸部２５を持つバンプ２１を形成し、第１ボンド点のリードからバンプ２１に向かってワイヤ１２をルーピングしてキャピラリ先端のフェイス部３３によってワイヤ１２をバンプ２１の傾斜ウェッジ２２に押し付けてワイヤ１２をバンプ２１に接合すると共に、インナチャンファ部３１によってワイヤ１２を第１ワイヤ折り曲げ凸部２５へ押し付けて弓形断面形状のワイヤ押し潰し部２０に形成する。ワイヤ１２を引き上げてワイヤ押し潰し部２０でワイヤを切断する。
【選択図】図６

Description

本発明は、半導体装置の構造及びワイヤボンディング方法に関する。
ＩＣなどの半導体装置の組立工程には半導体のチップとリードフレームの間をワイヤで接続するワイヤボンディング工程がある。ワイヤボンディング工程は、ワイヤが挿通されたキャピラリを用い、トーチ電極からの放電によりキャピラリから突出したワイヤの先端にボールを形成し、キャピラリを半導体チップのパッド上に位置させ１次ボンディングを行った後、キャピラリをリードフレームのリード上に移動させ２次ボンディングを行うことにより、半導体チップとリードフレームとの間をワイヤによって接続する方法が一般的に用いられている（例えば、特許文献１参照）。
この場合、ワイヤには金ワイヤが用いられることが多い。金は同じ材料の金との間の接合性には優れているが、銅、ニッケル、フラッシュ金メッキ等の材料との間では接合性が悪く、パッド或いはリードの材料が、例えば銅、ニッケル、フラッシュ金メッキ等のように金ワイヤと接合性の悪い材料であると、パッド或いはリード上に直接金ワイヤをボンディングすることができない。このため、パッド或いはリードの上に金ワイヤを用いてボールボンディングによるバンプを形成し、バンプ上に金ワイヤをボンディングする方法が用いられている。
この方法によれば、金ワイヤを同じ材料の金によって形成されたバンプ上に接合するので、金ワイヤの接合性がよくなり、金との接合性の悪い材料によって形成されているパッド或いはリードとの間の接合性を向上させることができる。しかし、バンプ上面に金ワイヤのボンディングに十分な傾斜と平面がない場合には、接合面積不足による接合不良や、バンプと金ワイヤを接合した後に金ワイヤが下向きに変形してリードフレーム或いは半導体チップ２との間に接触が発生してしまうという問題があった。
そこで、特許文献１、２に記載されている従来技術では、バンプ上面に金ワイヤのボンディングに十分な傾斜と平面を形成するために、ボールボンディングの後にバンプ上面にキャピラリを押し付けて傾斜ウェッジを形成し、このバンプ上の傾斜ウェッジに金ワイヤをボンディングする方法が提案されている。
この方法は、例えば、図１５（ａ）に示すように、半導体チップ２のパッド３の上に傾斜ウェッジ２２の傾斜面の方向がリード４と反対側になるように第１段バンプ２１ａと第２段バンプ２１ｂとからなるバンプ２１を形成し、ワイヤ１２の先端には、ワイヤ１２を放電スパーク等によりボール５を形成する。そして、図１５（ｂ）に示すように、リード４上にボール５を押し付けて１次ボンディングを行って圧着ボール６を形成し、図１５（ｃ）に示すように、リード４からパッド３に向けてキャピラリ１６を移動させてワイヤ１２のルーピングを行い、ワイヤ１２をバンプ２１の傾斜ウェッジ２２に押し付けて２次ボンディングを行った後、ワイヤ１２を切断するワイヤボンディング方法がある。また、図１６のようにリード４の上に傾斜面の方向が半導体チップ２と反対方向となるような傾斜ウェッジ２２を持つバンプ２１を形成し、半導体チップ２のパッド３に１次ボンディングを行い、圧着ボール６を形成した後、ワイヤ１２をリード４に向かってルーピングしてバンプ２１の傾斜ウェッジ２２の上に２次ボンディングを行う方法がある。このような方法によると、ワイヤ１２はバンプ２１の傾斜ウェッジ２２に沿って接合されるので、傾斜ウェッジ２２の接合面積が広くなり、接合強度が向上すると共に、傾斜ウェッジ２２によってワイヤ１２がサポートされるので、ワイヤ１２と半導体チップ或いはリードフレーム１５との接触を防止することができる。
一方、ワイヤボンディング工程のワイヤ切断において、ワイヤ先端に曲がりが発生するという問題があった。このためボンディング後に接続ワイヤがＳ字状に曲がってしまい、隣り合う接続ワイヤ同士が接触するなどの不良が発生するという問題がある。この問題に対して、例えば、ワイヤを引き上げて切断する前に、キャピラリとクランパの位置を横に移動させて、細く形成されたワイヤ押し潰し部を真上に引き上げるようにして切断する方法（例えば、特許文献３参照）や、クランパを開としてテールワイヤを導出させた後に、キャピラリをテールワイヤの固有振動数で振動させることによってテールワイヤを共振させてワイヤを細く形成されたワイヤ押し潰し部で切断し、ワイヤ切断の際のワイヤ曲がりを防止する方法が提案されている(例えば、特許文献４参照)。
特許第３５７０５５１号明細書 特開２００４−２４７６７２号公報 特許第２７２３２７７号明細書 特許第２９６９９５３号明細書
しかし、図１７に示すように、パンプ２１上の傾斜ウェッジ２２にワイヤ１２を接合することによって、ワイヤ１２とバンプ２１との接合面積が大きくなると、ワイヤ１２とバンプ２１との間のワイヤ押し潰し部２０の断面形状が細くならない場合がある。このような場合には、特許文献３に記載されたような従来技術では、クランパ１７でワイヤ１２を把持してワイヤ１２を引っ張り上げたときに、ワイヤ１２に大きな張力がかかると共に引き伸ばされた状態となった後に太いワイヤ押し潰し部２０でワイヤ１２が切断されるため、引き伸ばされたワイヤ１２が切断の時の反力で上に向かって跳ね上がり、Ｓ字状に曲がってしまう。ワイヤ１２の曲がりは次のパッド３へのボンディングの際に放電などによるボール形成の不良や、キャピラリ１６の内部及びキャピラリ１６とクランパ１７との間に残った曲がりワイヤによるボンディングのために、図１８に示すように接続ワイヤ１２がＳ字状に曲がってしまい、隣り合う接続ワイヤ１２同士が接触するなどの不良が発生するという問題がある。
また、特許文献４に記載されたような従来技術では、太いワイヤ押し潰し部２０を切断するために長時間の超音波振動の印加が必要になる上、ワイヤ１２のキャピラリ１６から接合点との間に延出されたテールワイヤ１８の共振を利用するため短いテールワイヤには適用することができず、テールワイヤの短い高速ボンディング装置には対応することができないという問題があった。
このように、ワイヤとの接合性の悪い金属材料によって形成された半導体チップ２のパッド３或いはリードフレーム１５のリード４との間をワイヤ１２で接続する場合において、接合性の向上のために接合性の良い形状のバンプ２１を形成することと、バンプ２１に接合後のワイヤ１２の切断性とは相反し、従来技術では、接合性を高めるとワイヤ１２の切断性が悪くなり、ワイヤ１２の曲がりが発生するという問題があった。
そこで、本発明は、ワイヤとバンプとの間の接合性を向上させると共にワイヤの切断性を向上させてボンディング品質の向上を図ることを目的とする。
本発明の半導体装置は、第１ボンド点と第２ボンド点との間をワイヤで接続した半導体装置であって、第２ボンド点上にワイヤを折り曲げ積層して形成され、第１ボンド点と反対側にワイヤ折り曲げ凸部を含むバンプと、第１ボンド点側からバンプに延びてバンプ上面に接合され、ワイヤ折り曲げ凸部側にワイヤ断面積よりも断面積が小さい切断面を含むワイヤと、を有することを特徴とする。
本発明の半導体装置は、第１ボンド点と第２ボンド点との間をワイヤで接続した半導体装置であって、第２ボンド点上にワイヤを折り曲げ積層して形成され、第１ボンド点側と第１ボンド点と反対側とにワイヤ折り曲げ凸部を含むバンプと、第１ボンド点側からバンプに延びてバンプ上面に接合され、第１ボンド点と反対側のワイヤ折り曲げ凸部側にワイヤ断面積よりも断面積が小さい切断面を含むワイヤと、を有することを特徴とする。
また、本発明の半導体装置であって、バンプは、第２ボンド点上にワイヤを折り曲げ積層して形成され、上面に傾斜面を含む傾斜ウェッジを備え、ワイヤは、傾斜ウェッジに沿ってバンプ上面に接合されていること、としても好適であるし、傾斜ウェッジは、第１ボンド点から第２ボンド点に向かう方向に沿って高さが低くなるように傾斜した傾斜面としても好適であるし、切断面は、弓形断面形状であること、としても好適である。
本発明の半導体装置は、第１ボンド点と第２ボンド点との間をワイヤで接続した半導体装置であって、第２ボンド点上にワイヤを折り曲げ積層して形成され、第１ボンド点と反対側にワイヤ折り曲げ凸部を含むバンプと、第１ボンド点側からバンプに延びてバンプ上面に接合され、ワイヤ折り曲げ凸部側にせん断切断面とワイヤ断面積よりも断面積が小さい引張切断面とを含むワイヤと、を有することを特徴とする。
本発明の半導体装置は、第１ボンド点と第２ボンド点との間をワイヤで接続した半導体装置であって、第２ボンド点上にワイヤを折り曲げ積層して形成され、第１ボンド点側と第１ボンド点と反対側とにワイヤ折り曲げ凸部を含むバンプと、第１ボンド点側からバンプに延びてバンプ上面に接合され、第１ボンド点と反対側のワイヤ折り曲げ凸部側にせん断切断面とワイヤ断面積よりも断面積が小さい引張切断面とを含むワイヤと、を有することを特徴とする。
また、本発明の半導体装置であって、バンプは、第１ボンド点側の上面にあって第１ボンド点から第２ボンド点に向かう方向に沿って高さが低くなる傾斜面を含む傾斜ウェッジを含み、ワイヤは、傾斜ウェッジに沿ってバンプ上面に接合されていること、としても好適であるし、バンプは、第１ボンド点側のワイヤ折り曲げ凸部に隣接してその上面に設けられ第１ボンド点から第２ボンド点に向かう方向に沿って高さが低くなる傾斜面を含む傾斜ウェッジを含み、ワイヤは、傾斜ウェッジに沿ってバンプ上面に接合されていること、
としても好適であるし、せん断切断面は第２ボンド点を含む半導体装置の面に略平行で、引張切断面は弓形断面形状であること、としても好適である。
本発明のワイヤボンディング方法は、半導体装置の第１ボンド点と第２ボンド点との間をワイヤで接続するワイヤボンディング方法であって、第２ボンド点上にワイヤを折り曲げ積層し、第１ボンド点と反対側にワイヤ折り曲げ凸部を含むバンプを形成するバンプ形成工程と、第１ボンド点からバンプに向かってワイヤをルーピングしてキャピラリのインナチャンファ部をワイヤ折り曲げ凸部上部に位置させ、キャピラリ先端のフェイス部によってワイヤをバンプ上面に押し付けてワイヤを接合すると共に、インナチャンファ部によってワイヤをワイヤ折り曲げ凸部に押し付けてワイヤ断面積よりも断面積が小さいワイヤ押し潰し部を形成するボンディング工程と、ワイヤを引き上げてワイヤ押し潰し部においてワイヤを切断するワイヤ切断工程と、を有することを特徴とする。また、本発明のワイヤボンディング方法において、バンプ形成工程は、第２ボンド点上にワイヤを折り曲げ積層し、キャピラリ先端のフェイス部によってワイヤを押し付けて傾斜ウェッジを形成する傾斜ウェッジ形成工程を含み、ボンディング工程は、ワイヤを傾斜ウェッジに押し付けて接合すること、としても好適であるし、ワイヤ押し潰し部は、弓形断面形状であること、としても好適である。
本発明のワイヤボンディング方法は、半導体装置の第１ボンド点と第２ボンド点との間をワイヤで接続するワイヤボンディング方法であって、第２ボンド点上にワイヤを折り曲げ積層し、第１ボンド点と反対側にワイヤ折り曲げ凸部を含むバンプを形成するバンプ形成工程と、第１ボンド点からバンプに向かってワイヤをルーピングし、キャピラリ先端のフェイス部によってワイヤをバンプ上面に押し付けてワイヤを接合するボンディング工程と、バンプ上面から先端高さがワイヤ折り曲げ凸部上端高さよりも低い位置までキャピラリを上昇させた後、キャピラリを第１ボンド点からワイヤ折り曲げ凸部に向かう方向に移動させ、キャピラリの角部によってワイヤの一部をせん断切断すると共に、キャピラリのインナチャンファ部によってワイヤをワイヤ折り曲げ凸部に押し付けてワイヤ断面積よりも断面積が小さいワイヤ押し潰し部を形成するワイヤ押し潰し部形成工程と、ワイヤを引き上げてワイヤ押し潰し部においてワイヤを切断するワイヤ切断工程と、を有することを特徴とする。
本発明のワイヤボンディング方法は、半導体装置の第１ボンド点と第２ボンド点との間をワイヤで接続するワイヤボンディング方法であって、第２ボンド点上にワイヤを折り曲げ積層して第１ボンド点と反対側にワイヤ折り曲げ凸部を形成し、キャピラリ先端のフェイス部によってワイヤを押し付けて第１ボンド点側の上面に傾斜ウェッジを形成し、傾斜ウェッジ上面から先端高さがワイヤ折り曲げ凸部上端高さよりも低い位置までキャピラリを上昇させた後、キャピラリを傾斜ウェッジからワイヤ折り曲げ凸部に向かう方向に移動させ、キャピラリの角部によってワイヤの一部をせん断切断すると共に、キャピラリのインナチャンファ部によってワイヤをワイヤ折り曲げ凸部に押し付けてワイヤ断面積よりも断面積が小さいワイヤ押し潰し部を形成し、ワイヤを引き上げてワイヤ押し潰し部においてワイヤを切断するバンプ形成工程と、第１ボンド点からバンプに向かってワイヤをルーピングし、キャピラリ先端のフェイス部によってワイヤを傾斜ウェッジ上面に押し付けてワイヤを接合するボンディング工程と、傾斜ウェッジ上面から先端高さがワイヤ折り曲げ凸部上端高さよりも低い位置までキャピラリを上昇させた後、キャピラリを傾斜ウェッジからワイヤ折り曲げ凸部に向かう方向に移動させ、キャピラリの角部によってワイヤの一部をせん断切断すると共に、キャピラリのインナチャンファ部によってワイヤをワイヤ折り曲げ凸部に押し付けてワイヤ断面積よりも断面積が小さいワイヤ押し潰し部を形成するワイヤ押し潰し部形成工程と、ワイヤを引き上げてワイヤ押し潰し部においてワイヤを切断するワイヤ切断工程と、を有することを特徴とする。
また、本発明のワイヤボンディング方法であって、せん断切断された面は第２ボンド点を含む半導体装置の面に略平行で、ワイヤ押し潰し部は、弓形断面形状であること、としても好適である。
本発明は、ワイヤとバンプとの間の接合性を向上させると共にワイヤの切断性を向上させてボンディング品質の向上を図ることができるという効果を奏する。
以下、本発明の好適な実施形態について、図面を参照しながら説明する。
図１に示すように、本発明に係る実施形態の半導体装置１４は、リード４が設けられたリードフレーム１５と、リードフレーム１５の上にダイボンディングによって取り付けられた半導体チップ２と、半導体チップ２上に形成されたパッド３の上に形成されたバンプ２１と、リード４とバンプ２１とを接続するワイヤ１２を備えている。ワイヤ１２は、リード４の上にボンディングによって形成した圧着ボール６からバンプ２１に向かってルーピングされて接合されている。ワイヤ１２は金ワイヤであり、パッド３、リード４は銅、ニッケル、フラッシュ金メッキ等の金との接合性が悪い材料によって構成されている。
図２に示すように、パッド３の上に形成されたバンプ２１は、パッド３面から順に、圧着ボール６とその上に押し付けられたバンプワイヤ２１ａ’によって構成される第１段バンプ２１ａと、リード４とは反対方向に形成された第１ワイヤ折り曲げ凸部２５と、第１段バンプの上からワイヤ１２を押し付けて形成された第２段バンプ２１ｂと、リード４の側に形成された第２ワイヤ折り曲げ凸部２７と、バンプ上面の傾斜ウェッジ２２と、ワイヤ１２を折り曲げてバンプ２１を形成する際にワイヤ１２を切断したワイヤ切断面２９とを備え、ワイヤ１２を折り曲げ積層した構成となっている。ワイヤ１２は、第１ボンド点であるリード４の上に１次ボンディングを行って圧着ボール６を形成した後、バンプ２１に向かってルーピングし、第２ボンド点であるパッド３に形成されたバンプ２１の上面にある傾斜ウェッジ２２に接合されており、バンプ２１のリード４とは反対方向に形成された第１ワイヤ折り曲げ凸部２５の側にワイヤ切断面１９を備えている。
バンプ２１の上面は中央が凹部となって、ワイヤ１２の接続方向に沿って両側にある第１、第２ワイヤ折り曲げ凸部２５，２７は上方向に凸の形状となっている。傾斜ウェッジ２２は、中央の凹部から第１ボンド点であるリード４側にある第２ワイヤ折り曲げ凸部２７に向かって形成された傾斜した平面である。このように、傾斜ウェッジ２２の傾斜は第１ボンド点であるリード４の側の高さが高く、第１ボンド点から第２ボンド点のパッド３側に向かう方向に沿って高さが低くなるような傾斜となっている。ワイヤ１２は、この傾斜ウェッジ２２の面に沿って接合されている。
バンプ２１の上面は、中央の凹部から第１ボンド点であるリード４の反対側にある第１ワイヤ折り曲げ凸部２５に向かって高くなるような斜面を備えている。この第１ワイヤ折り曲げ凸部２５に沿ってバンプ形成の際のワイヤ切断面２９とワイヤボンディングの際のワイヤ切断面１９が位置している。
図３はバンプ２１に接合されたワイヤ１２との平面図である。図３に示すように、バンプ２１の第１ワイヤ折り曲げ凸部２５は第１ボンド点であるリード４と反対方向に張り出し、第２ワイヤ折り曲げ凸部２７は第１ボンド点であるリード４の方向に張り出している。図１と図２とからわかる様に、第１ワイヤ折り曲げ凸部２５は、バンプ２１の上面に向かう略半円球状の突起形状であり、第２ワイヤ折り曲げ凸部２７は、第１ボンド点であるリード４の側がバンプ２１の上面に向かう部分円球状の突起形状で、反対側が傾斜ウェッジ２２の傾斜面となっている。
各ワイヤ切断面１９，２９は弓形形状の断面となっている。バンプ形成の際のワイヤ１２のワイヤ切断面２９は、ワイヤボンディングの際のワイヤ１２のワイヤ切断面１９と第１ワイヤ折り曲げ凸部２５との間にあっても良いし、ワイヤ切断面１９の下側にあって、ワイヤ切断面１９と第２バンプ２１ｂとの間にあってもよい。
バンプ２１の形成動作を説明する前に、キャピラリ１６の構成について説明する。図４に示すように、キャピラリ１６は、インナチャンファ部３１と、フェイス部３３と、アウタラディウス部３５と、ストレート孔３７とを有しており、セラミックス等の硬質材料によって構成されている。フェイス部３３はキャピラリ１６の先端面に設けられ、パッド３に対して微小角度を持った平面であり、その平面で、ワイヤ１２の先端に形成されたボール５や折り曲げたワイヤ１２を半導体チップ２のパッド３に向かって圧着する。ストレート孔３７はキャピラリ１６の中心に設けられたワイヤ１２の外径よりも若干内径が大きい貫通孔で、ワイヤ１２が挿通されている。インナチャンファ部３１はストレート孔３７とフェイス部３３との間に設けられたテーパー孔で、フェイス部３３に向かって広がっている。インナチャンファ部３１は、ボンディングにおいてボール５をパッド３に向かって押し付けると共に、ボールを直径方向に圧縮して圧着ボール６を形成する。また、インナチャンファ部３１は、フェイス部３３との間に角部３２を有している。フェイス部３３はパッド３に対して微小角度を持っていることから、キャピラリ１６のフェイス部３３をワイヤ１２に押し付けた際に、インナチャンファ部３１とフェイス部３３との間の角部３２はワイヤ１２に食い込むように構成されている。
図４を参照しながら、本実施形態の半導体装置１４の半導体チップ２のパッド３にバンプ２１を形成する工程について説明する。バンプ２１はワイヤ１２の挿通されたボンディングツールであるキャピラリ１６を図示しないワイヤボンディング装置によって上下左右に動作させることによって形成する。
図４（ａ）に示すように、キャピラリ１６はワイヤ１２の先端に形成したボールをパッド３に押し付けて圧着ボール６を形成した後、上昇すると共に、第１ボンド点であるリード４と反対方向である図中の右方向に向かって移動する。キャピラリ１６が横方向に移動すると、ワイヤ１２は圧着ボール６によってパッド３に接合されていることから、キャピラリ１６のインナチャンファ部３１がワイヤ１２の外面に当たり、ワイヤ１２はキャピラリ１６の横移動方向に向かって曲がり変形を生じる。そして、キャピラリ１６は、フェイス部３３と圧着ボール６との間にワイヤ１２が入るようにリード４側フェイス部３３が圧着ボール６の中心にかかる位置まで横方向に移動する。
図４（ｂ）に示すように、キャピラリ１６は下動して、リード４側フェイス部３３によってリード４側のフェイス部３３と圧着ボール６との間に入っているワイヤ１２をパッド３面に向かって押し付ける。ワイヤ１２は圧着ボール６に押し付けられて扁平形状に形成されバンプワイヤ２１ａ’となる。圧着ボール６と扁平形状に形成されたバンプワイヤ２１ａ’とによって第１段バンプ２１ａが形成される。また、キャピラリ１６に挿通されたワイヤ１２と第１段バンプ２１ａとはバンプ２１のリード４の反対側で連続し、このワイヤ１２の連続部分はキャピラリ１６のインナチャンファ部３１によって下側に押し付けられていることから、インナチャンファ部３１のテーパー形状に沿ってワイヤ１２が成形される。これによって、ワイヤ１２は、キャピラリ１６のストレート孔３７とワイヤ１２とのクリアランス分だけリード４と反対側に向かって上方向に傾斜してストレート孔３７にガイドされるような形状となる。
図４（ｃ）に示すように、キャピラリ１６は第１段バンプ２１ａを形成した後、上昇し、先の横方向動作と反対方向のリード４側に向かって移動する。キャピラリ１６の横移動によってキャピラリ１６のインナチャンファ部３１がワイヤ１２の外面に当たる。第１段バンプ２１ａが形成された状態では、ワイヤ１２はリード４と反対側に向かって傾斜していることから、フェイス部３３と第１段バンプ２１ａとの間のワイヤ１２は、キャピラリ１６の横移動によって、リード４の反対側からリード４側に向かって折り曲げられ、第１ワイヤ折り曲げ凸部２５が形成される。そして、キャピラリ１６はリード４反対側のフェイス部３３が第１段バンプ２１ａの略中央位置に来るまでリード４側に向かって横移動する。
図４（ｄ）に示すように、キャピラリ１６の横移動後、キャピラリ１６は下動して、リード４の反対側のフェイス部３３によってフェイス部３３と第１段バンプ２１ａとの間に入っているワイヤ１２をパッド３に向かって押し付ける。ワイヤ１２は第１段バンプ２１ａに押し付けられて扁平形状に形成されると共に第１段バンプ２１ａに圧着されて第２段バンプ２１ｂが形成される。第１ワイヤ折り曲げ凸部２５はキャピラリ１６のフェイス部３３からはずれているので、キャピラリ１６の下動によってパッド３の方向に押し付けられず、第２段バンプ２１ｂのリード４と反対側で上方向に凸の略半円球状形状となる。また、第１ワイヤ折り曲げ凸部２５はキャピラリ１６の下動による第２段バンプ２１ｂの形成によって略１８０度折り曲げられる。このため、第１ワイヤ折り曲げ凸部２５は曲げによる加工硬化によって他の部分よりも硬度が高くなる。また、キャピラリ１６に挿通されたワイヤ１２と第２段バンプ２１ｂとはバンプ２１のリード４側で連続し、このワイヤ１２の連続部分はキャピラリ１６のインナチャンファ部３１によって下側に押し付けられていることから、インナチャンファ部３１のテーパー形状に沿ってワイヤ１２が形成される。これによって、ワイヤ１２は、キャピラリ１６のストレート孔３７とワイヤ１２とのクリアランス分だけリード４側に向かって上方向に傾斜してストレート孔３７にガイドされるような形状となる。
図４（ｅ）に示すように、第２段バンプ２１ｂと第１ワイヤ折り曲げ凸部２５の形成後、キャピラリは上昇し、先の横方向動作と反対方向のリード４の反対側に向かって移動する。キャピラリ１６の横移動によってキャピラリ１６のインナチャンファ部３１がワイヤ１２の外面に当たる。第２段バンプ２１ｂが形成された状態では、ワイヤ１２はリード４側に向かって傾斜していることから、フェイス部３３と第２段バンプ２１ｂとの間のワイヤ１２は、キャピラリ１６の横移動によって、リード４側からリード４の反対側に向かって折り曲げられ、第２ワイヤ折り曲げ凸部２７が形成される。そして、キャピラリ１６はストレート孔３７の中心位置が略第１折曲げ凸部２５の中心位置となる位置に移動する。キャピラリ１６の中心がストレート孔３７の中心位置に移動すると、第２ワイヤ折り曲げ凸部２７はキャピラリ１６のフェイス部３３からはずれ、その一部はアウタラディウス部３５よりもリード４側となる。
図４（ｆ）に示すように、キャピラリ１６の横移動後、キャピラリ１６は略半円球状の第１ワイヤ折り曲げ凸部２５がストレート孔３７の中に入り込むように下動し、リード４側のフェイス部３３によってフェイス部３３と第２段バンプ２１ｂとの間に入っているワイヤ１２をパッド３に向かって押し付ける。ワイヤ１２は第２段バンプ２１ｂに押し付けられて扁平形状に形成されると共に第２段バンプ２１ｂに圧着されて第３段バンプ２１ｃが形成される。キャピラリ１６に挿通されたワイヤ１２と第３段バンプ２１ｃとはバンプ２１のリード４の反対側で連続し、このワイヤ１２の連続部分はキャピラリ１６のインナチャンファ部３１によってパッド３側の第１ワイヤ折り曲げ凸部２５に押し付けられる。第１ワイヤ折り曲げ凸部２５は、先の工程で曲げ加工の加工硬化によって他の部分よりも硬くなっているので、硬質材料によって構成されたキャピラリ１６のインナチャンファ部３１との間に挟みこんだワイヤ１２を圧縮変形させることができる。このため、キャピラリ１６の下動によってインナチャンファ部３１は第１ワイヤ折り曲げ凸部２５との間に挟み込んだワイヤ１２を圧縮し、インナチャンファ部３１の角部３２はワイヤ１２に食い込んで、ワイヤ１２の接合部分の断面積がワイヤ１２の断面積より小さくなっている弓形形状断面を持つワイヤ押し潰し部３０を形成する。
図５（ｃ）に示すように、ワイヤ１２は円形テーパー形状のインナチャンファ部３１と略半円球状の第１ワイヤ折り曲げ凸部２５とに挟まれて圧縮成形され、第１ワイヤ折り曲げ凸部２５の外面に沿った弓形形状のワイヤ押し潰し部３０が形成される。ワイヤ押し潰し部３０は第１ワイヤ折り曲げ凸部２５のリード４側に位置している。そして、図５（ａ）に示すように、成形された後のワイヤ１２は、キャピラリ１６のストレート孔３７とワイヤ１２とのクリアランス分だけリード４の反対側に向かって傾斜してストレート孔３７にガイドされて上方向に延びるような形状となる。
先のキャピラリ１６の移動によって、第２ワイヤ折り曲げ凸部２７はキャピラリ１６のフェイス部３３からはずれているので、キャピラリ１６の下動によって第２段バンプ２１ｂの方向に押し付けられず、第３段バンプ２１ｃのリード４側でフェイス部３３によって押し付けられた部分よりも高くなった部分円球形の凸形状となる。また、第２ワイヤ折り曲げ凸部２７はキャピラリ１６の下動による第３段バンプ２１ｃの形成によって略１８０度折り曲げられるので、第２ワイヤ折り曲げ凸部２７は曲げによる加工硬化によって他の部分よりも硬度が高くなる。上に凸の形状となった第２ワイヤ折り曲げ凸部２７とインナチャンファ部３１の角部３２がワイヤに押し付けられた部分との間には、リード４側からリード４の反対側に向かって低くなるように傾斜した面である傾斜ウェッジ２２が形成される。傾斜ウェッジ２２の面の形状は、フェイス部３３とアウタラディウス部３５とに略沿った形状となっている。
図４（ｇ）に示すように、第３段バンプ２１ｃの形成が終了したら、キャピラリ１６は上昇する。この際、図示しないクランパは開放状態にあるので、キャピラリ１６の上昇によってキャピラリ１６の下にテールワイヤ１８が延出される。
図４（ｈ）に示すように、テールワイヤ１８の長さが次のボールを形成するのに必要な長さになるまでキャピラリ１６が上昇すると、図示しないクランパが閉となってワイヤ１２を把持してキャピラリ１６の上昇にと共に上昇する。するとクランパによってワイヤ１２が上に向かって引き上げられ、ワイヤ１２に張力が掛かる。先の第３段バンプの形成において、断面積がワイヤ１２の断面積よりも小さくなっているワイヤ押し潰し部３０が形成されているので、ワイヤ１２にかかった張力によってワイヤ押し潰し部３０には大きな引張り応力が発生する。そして、この引っ張り応力によって、ワイヤ押し潰し部３０のところでワイヤ１２が切断されてワイヤ切断面２９が形成される。ワイヤ押し潰し部３０の面積が小さくなるように形成されているので、ワイヤ１２の切断の際にワイヤ１２全体にかかる引っ張り力は小さくて済み、ワイヤ１２が切断された際に、その張力の反発によってワイヤ１２に曲がりが発生することを低減することができる。ワイヤ１２が切断されると、第１ワイヤ折り曲げ凸部２５と傾斜ウェッジ２２を備える多段折り曲げ積層したバンプ２１の形成工程は終了する。
図６を参照しながら、本実施形態の半導体装置１４の半導体チップ２のパッド３に形成されたバンプ２１の上にワイヤ１２をボンディングする工程について説明する。
図６（ａ）に示すように、第１ボンディング点であるリード４に第１ボンディングした後、ワイヤをルーピングし、ワイヤ１２が挿通されたキャピラリ１６のストレート孔３７の中心が、リード４の反対側に形成されている第１ワイヤ折り曲げ凸部２５の略中心となるようにキャピラリ１６を移動させる。そして、キャピラリ１６の中心位置が第１ワイヤ折り曲げ凸部２５の略中心に来たら、キャピラリ１６を下動させる。
図６（ｂ）に示すように、キャピラリ１６は略半円球状の第１ワイヤ折り曲げ凸部２５がストレート孔３７の中に入り込むように下動し、リード４側のフェイス部３３によってフェイス部３３と傾斜ウェッジ２２との間に入っているワイヤ１２を傾斜ウェッジ２２に向かって押し付ける。ワイヤ１２がルーピングされてくるバンプ２１のリード４側には、硬化した第２ワイヤ折り曲げ凸部２７が上方向に出ていることから、キャピラリ１６のフェイス部３３によって下に押されたワイヤ１２のリード４側は第２ワイヤ折り曲げ凸部２７によってサポートされる。そして、更にキャピラリ１６が下動してくると、フェイス部３３と傾斜ウェッジ２２との間の入っているワイヤ１２は傾斜ウェッジ２２に沿った形状に変形されてくる。そして、更にキャピラリ１６が下動するとワイヤ１２の上面はキャピラリ１６のフェイス部３３とアウタラディウス部３５の形状に沿った形状となり、ワイヤ１２の下面は傾斜ウェッジ２２の面に押し付けられて傾斜ウェッジ２２の面に沿った形状に変形し、ワイヤ１２の下面はバンプ２１に接合される。傾斜ウェッジ２２の面とワイヤ１２とは広い接合面積を持つこととなるので、ワイヤ１２とバンプ２１との接合性が向上する。
リード４の側に延びたワイヤ１２は硬化した第２ワイヤ折り曲げ凸部２７によってサポートされているので、キャピラリ１６のフェイス部３３とアウタラディウス部３５とがワイヤ１２を押し下げても、パッド３面に向かって下側に変形しないので、ワイヤ１２がリード４又は半導体チップ２と接触することを防止することができる。
キャピラリ１６に挿通されたワイヤ１２と傾斜ウェッジ２２の上面とはバンプ２１のリード４の反対側で連続し、このワイヤ１２の連続部分はキャピラリ１６のインナチャンファ部３１によって硬化した第１ワイヤ折り曲げ凸部２５に押し付けられて圧縮されワイヤ１２の接合部分の断面積がワイヤ１２の断面積より小さくなっているワイヤ押し潰し部２０が形成される。ワイヤ押し潰し部２０の形状、断面は、先に図５を参照して説明したワイヤ押し潰し部３０と同様、第１ワイヤ折り曲げ凸部２５の外面に沿った弓形形状で、第１ワイヤ折り曲げ凸部２５のリード４側に位置している。
ワイヤ１２のバンプ２１への接合が終了すると、図６（ｃ）に示すように、キャピラリ１６は上昇する。この際、図示しないクランパは開放状態にあるので、キャピラリ１６の上昇によってキャピラリ１６の下にテールワイヤ１８が延出される。
図６（ｄ）に示すように、テールワイヤ１８の長さが次のボールを形成するのに必要な長さになるまでキャピラリ１６が上昇すると、図示しないクランパが閉となってワイヤ１２を把持してキャピラリ１６の上昇と共に上昇する。するとクランパによってワイヤ１２が上に向かって引き上げられ、ワイヤ１２に張力が掛かり、断面積がワイヤ１２の断面積よりも小さくなっているワイヤ押し潰し部２０のところでワイヤ１２が切断される。ワイヤ押し潰し部２０の面積が小さくなるように形成されているので、ワイヤ１２が切断された際に、その張力の反発によってワイヤ１２に曲がりが発生することを低減することができる。ワイヤ１２が切断されると、第１ワイヤ折り曲げ凸部２５のリード４側の側面に沿った弓形形状のワイヤ切断面１９が形成される。ワイヤ１２が切断されるとボンディング工程は終了する。
以上説明した本実施形態の半導体装置１４では、広い接合面積を持つ傾斜ウェッジ２２の面にワイヤ１２を接合するので、ワイヤ１２とバンプ２１との接合性が向上するという効果を奏する。また、バンプ２１の形成の際及びワイヤ１２のバンプ２１への接合の際に、硬化している第１ワイヤ折り曲げ凸部２５とインナチャンファ部３１によってワイヤ１２を挟み込んで、その断面積がワイヤ１２の断面積よりも小さくなるワイヤ押し潰し部２０，３０を形成し、ワイヤ押し潰し部２０，３０によってワイヤ１２が切断されるので、ワイヤ１２の切断力が小さくて済み、反発によってワイヤ１２に曲がりが発生することを低減することができるという効果を奏する。更に、ワイヤ１２をバンプ２１に接合する際に、ワイヤ１２は硬くなった第２ワイヤ折り曲げ凸部２７によってサポートされているので、ボンディングによってパッド３面側に向かって下向きに変形せず、ワイヤ１２がリード４又は半導体チップ２と接触することを防止することができるという効果を奏する。この様に、本実施形態では、ワイヤ１２とバンプ２１との間の接合性を向上させると共にワイヤ１２の切断性を向上させてボンディング品質の向上を図ることができるという効果を奏する。
上記の実施形態では、第１ボンド点のリードフレーム１５のリード４よりも高い位置にある第２ボンド点の半導体チップ２のパッド３にバンプ２１を形成することとして説明したが、バンプ２１は第１ボンド点よりも高い位置に形成しても低い位置に形成してもよく、また、パッド３の上に限らず、リードフレーム１５のリード４の上に形成することとしても良い。
以下、図面を参照しながら、本発明の他の実施形態について説明する。先に説明した実施形態と同様の部分には同様の符号を付して説明は省略する。
図７に示すように、リード４の上に形成されたバンプ２１は、リード４の面から順に、圧着ボール６とその上に押し付けられたバンプワイヤ２１ａ’によって構成される第１段バンプ２１ａと、パッド３とは反対方向に形成された第１ワイヤ折り曲げ凸部２５と、第１段バンプの上からワイヤ１２を押し付けて形成された第２段バンプ２１ｂと、バンプ上面の傾斜ウェッジ２２と、ワイヤ１２を折り曲げてバンプ２１を形成する際にワイヤ１２を切断したワイヤ切断面２８とを備え、ワイヤ１２を折り曲げ積層した構成となっている。ワイヤ１２は、第１ボンド点であるパッド３の上に１次ボンディングを行って圧着ボール６を形成した後、バンプ２１に向かってルーピングし、第２ボンド点であるリード４に形成されたバンプ２１の上面にある傾斜ウェッジ２２に接合されており、バンプ２１のパッド３とは反対方向に形成された第１ワイヤ折り曲げ凸部２５の側にワイヤ切断面１９を備えている。
図８を参照しながら、本実施形態の半導体装置１４のリードフレーム１５のリード４にバンプ２１を形成する工程について説明する。図８（ａ）から（ｄ）までのバンプ２１の形成工程は、先の実施形態で説明した図４（ａ）から（ｄ）のバンプ２１の形成工程と同様の工程で、図４（ａ）から（ｄ）の工程のパッド３をリード４に、リード４をパッド３に置き換えたもので、第１ボンド点は半導体チップ２のパッド３で第２ボンド点はリードフレーム１５のリード４である。図８（ａ）から図８（ｄ）の工程によって、第１段バンプ２１ａと、第２段バンプ２１ｂと、第１ワイヤ折り曲げ凸部２５と、が形成される。第２段バンプ２１ｂの形成の際にキャピラリ１６のフェイス部３３を押し付ける事によって傾斜面を持つ傾斜ウェッジ２２が形成される。傾斜ウェッジ２２は第１ボンド点であるパッド３と反対側にある第１ワイヤ折り曲げ凸部２５からパッド３の側の向かって低くなるような傾斜面を持っている。また、キャピラリ１６に挿通されたワイヤ１２と第２段バンプ２１ｂとはバンプ２１のパッド３側で連続し、このワイヤ１２の連続部分には断面積がワイヤ１２の断面積よりも小さいワイヤ押し潰し部３４が形成されている。
図８（ｅ）に示すように、第２段バンプ２１ｂの形成が終了すると、キャピラリ１６は、図示しないクランパを開いた状態で上昇する。キャピラリ１６が上昇するとキャピラリ１６の下側にテールワイヤ１８が延出される。
図８（ｆ）に示すように、キャピラリ１６はテールワイヤ１８の長さが所定の長さになるまで上昇した後、クランパが閉となってワイヤ１２を把持してキャピラリ１６とともに上昇する。すると、第２段バンプ２１ｂの形成の際にキャピラリ１６の先端によってワイヤ１２の断面積よりも断面積が小さくなるように形成されたワイヤ押し潰し部３４に大きな応力がかかり、ワイヤ１２が切断される。ワイヤ１２が切断されると、ワイヤ切断面２８が形成される。このワイヤ切断面２８は傾斜ウェッジ２２の上面から少し上側に凸となっている。
図９を参照しながら、本実施形態におけるバンプ２１へのワイヤ１２の接合について説明する。先に説明した図２と同様の部分には同様の符号を付して説明は省略する。本実施形態のバンプ２１はワイヤ１２がルーピングされてくるパッド３側に、ワイヤ切断面２８が形成されている。ワイヤ切断面２８はワイヤ１２を折り曲げ成形していないので、硬化していない。そのためワイヤ１２をサポートする力は先の実施形態よりも低くなっている。しかし、図７に示すように本実施形態では、バンプ２１は半導体チップ２のパッド３よりも低い位置にあるリード４の上に形成されていることから、図９に示すようにルーピングされてくるワイヤ１２の第１ボンド点側であるパッド３側は上方向に引っ張られている。このため、硬化していないワイヤ切断面２８でもワイヤ１２をサポートすることができ、ワイヤ１２が下側に変形してリード４に接触することはない。ワイヤ１２を接合する傾斜ウェッジ２２とワイヤ１２との接触面積は大きく、また、キャピラリ１６のストレート孔３７の中心位置を硬化した第１ワイヤ折り曲げ凸部２５の中心位置に合わせてボンディングし、ワイヤ１２の断面積よりも小さな断面積を持つワイヤ押し潰し部２０を形成し、そのワイヤ押し潰し部２０によってワイヤ１２を切断することは、先に説明した実施形態と同様である。
以上説明した本実施形態の半導体装置１４は、先の実施形態と同様、ワイヤ１２とバンプ２１との間の接合性を向上させると共にワイヤ１２の切断性を向上させてボンディング品質の向上を図ることができるという効果を奏する。更に、本実施形態は、バンプ２１の積層回数が第１段、第２段の２層で済むことから、バンプ形成を短時間に行うことができ、ボンディング時間を短縮することができるという効果を奏する。
上記の実施形態では、第１ボンド点よりも低い位置にある第２ボンド点であるリード４の上にバンプ２１を形成することとして説明したが、第１ボンド点よりも低い位置にある第２ボンド点にバンプ２１を形成するのであれば、リード４の上に限らず、半導体チップ２のパッド３の上に形成するようにしてもよい。
以下、図面を参照しながら、本発明のもう一つの他の実施形態について説明する。先に図２から図６を参照して説明した実施形態と同様の部分には同様の符号を付して説明は省略する。本実施形態は、先に説明した実施形態よりも先端が細いキャピラリ１６によるワイヤボンディング方法及びその方法によって製造した半導体装置に関するものである。近年の半導体装置のファインピッチ化に対応するように先端の細いキャピラリ１６が多く使われる様になってきているが、キャピラリ１６の先端が細くなると、図２から図６を参照して説明した実施形態では、第２ワイヤ折り曲げ凸部２７が独立した半球状に形成されてしまい、ルーピングワイヤをサポートできない場合がある。本実施形態は、先端が細いキャピラリ１６を用いてワイヤボンディングを行った場合でも、ルーピングワイヤを効果的にサポートしてワイヤ１２とバンプ２１との間の接合性を向上させることができる。
図１０に示すように、パッド３の上に形成されたバンプ２１は、パッド３面から順に、圧着ボール６とその上に押し付けられたバンプワイヤ２１ａ’によって構成される第１段バンプ２１ａと、リード４とは反対方向に形成された第１ワイヤ折り曲げ凸部２５と、第１段バンプの上からワイヤ１２を押し付けて形成された第２段バンプ２１ｂと、リード４の側に形成された第２ワイヤ折り曲げ凸部２７と、バンプ上面の傾斜ウェッジ２２と、ワイヤ１２を折り曲げてバンプ２１を形成する際にワイヤ１２を長手方向に引張して切断した引張切断面であるワイヤ切断面２９を備え、ワイヤ１２を折り曲げ積層した構成となっている。ワイヤ１２は、第１ボンド点であるリード４の上に１次ボンディングを行って圧着ボール６を形成した後、バンプ２１に向かってルーピングし、第２ボンド点であるパッド３に形成されたバンプ２１の上面にある傾斜ウェッジ２２に接合されている。バンプ２１のリード４とは反対方向に形成された第１ワイヤ折り曲げ凸部２５の側には、ワイヤ１２の一部を径方向のせん断力によって切断したせん断切断面であるワイヤせん断切断面４３と、ワイヤ１２を長手方向に引張して切断した引張切断面であるワイヤ切断面１９を備えている。ワイヤせん断切断面４３は、半導体装置１４のパッド３を含む面に略平行な面となっている。
バンプ２１の上面は中央が凹部となって、ワイヤ１２の接続方向に沿って両側にある第１、第２ワイヤ折り曲げ凸部２５，２７は上方向に凸の形状となっている。傾斜ウェッジ２２は、中央の凹部から第１ボンド点であるリード４側にある第２ワイヤ折り曲げ凸部２７に向かって形成された傾斜した面である。このように、傾斜ウェッジ２２の傾斜は第１ボンド点であるリード４の側の高さが高く、第１ボンド点から第２ボンド点のパッド３側に向かう方向に沿って高さが低くなるような傾斜となっている。ワイヤ１２は、この傾斜ウェッジ２２の面に沿って接合されている。
第１ワイヤ折り曲げ凸部２５に沿ってバンプ形成の際のワイヤ切断面２９とワイヤボンディングの際のワイヤ切断面１９が位置している。また、ワイヤ切断面１９に隣接してワイヤせん断切断面４３が位置している。
図１１に示すように、バンプ２１の第１ワイヤ折り曲げ凸部２５は第１ボンド点であるリード４と反対方向に張り出し、第２ワイヤ折り曲げ凸部２７は第１ボンド点であるリード４の方向に張り出している。第１ワイヤ折り曲げ凸部２５は、バンプ２１の上面に向かう略半円球状の突起形状であり、第２ワイヤ折り曲げ凸部２７は、第１ボンド点であるリード４の側がバンプ２１の上面に向かう部分円球状の突起形状で、反対側が傾斜ウェッジ２２の傾斜面となっている。
各ワイヤ切断面１９，２９は弓形形状の断面となっている。バンプ形成の際のワイヤ１２のワイヤ切断面２９は、ワイヤボンディングの際のワイヤ１２のワイヤ切断面１９と第１ワイヤ折り曲げ凸部２５との間にあっても良いし、ワイヤ切断面１９の下側にあって、ワイヤ切断面１９と第２バンプ２１ｂとの間にあってもよい。また、ワイヤせん断切断面４３はワイヤ１２の一部をリード４の側からパッド３に向かって径方向にせん断した面であることから、リード４側に湾曲した三日月型形状となってワイヤ切断面１９につながっている。
図１２を参照しながら、本実施形態の半導体装置１４のパッド３にバンプ２１を形成する工程について説明する。先の実施形態で説明した図４（ａ）から（ｂ）のバンプ２１の形成工程と同様の工程によって、圧着ボール６と、圧着ボール６に押し付けられて扁平形状に形成されたバンプワイヤ２１ａ’とが形成される。圧着ボール６とバンプワイヤ２１ａ’とによって第１段バンプ２１ａが形成され、図４（ｃ）、（ｄ）と同様の工程によって、第１ワイヤ折り曲げ凸部２５と、第１段バンプ２１ａに圧着された第２段バンプ２１ｂが形成される。
図１２（ａ）に示すように、第２バンプ２１ｂと第１ワイヤ折り曲げ凸部２５の形成後、キャピラリは上昇し、リード４の反対側に向かって移動する。キャピラリ１６の横移動によって、ワイヤ１２は、リード４側からリード４の反対側に向かって折り曲げられ、第２ワイヤ折り曲げ凸部２７が形成される。そして、キャピラリ１６のリード４側のアウタラディウス部３５の端面が略第２ワイヤ折り曲げ凸部２７の中心位置となる位置まで移動する。この位置では、キャピラリ１６のストレート孔３７の中心位置は第１ワイヤ折り曲げ凸部２５の中心位置よりもリード４の側にずれた位置となっている。
図１２（ｂ）に示すように、キャピラリ１６の横移動後、キャピラリ１６はリード４側のアウタラディウス部３５とそれに続くフェイス部３３によってフェイス部３３と第２段バンプ２１ｂとの間に入っているワイヤ１２をパッド３に向かって押し付ける。ワイヤ１２は第２段バンプ２１ｂに押し付けられて扁平形状に形成されると共に第２段バンプ２１ｂに圧着されて第３段バンプ２１ｃが形成される。キャピラリ１６のリード４側のアウタラディウス部３５の端面は略第２ワイヤ折り曲げ凸部２７の中心位置において下動するので、アウタラディウス部３５の端面とそれに続くフェイス部３３は第２ワイヤ折り曲げ凸部２７の中心からリード４と反対側にある半分の凸部をパッド３に向かって押し付ける。これによって第２ワイヤ折り曲げ凸部２７のリード４の反対側部分はアウタラディウス部３５の端面とそれに続くフェイス部３３に沿った形状に成形され、第２ワイヤ折り曲げ凸部２７の略中心位置からリード４の反対側に向かって湾曲した曲面と、その曲面に続きリード４の反対側に向かって低くなるように傾斜した平面とが形成される。この曲面と平面が傾斜ウェッジ２２となる。また、第２ワイヤ折り曲げ凸部２７の中心からリード４側の半分はアウタラディウス部３５とフェイス部３３によってパッド３に向かって押し付けられないので、部分円球形状となる。第２ワイヤ折り曲げ凸部２７はキャピラリ１６の下動による第３段バンプ２１ｃの形成によって略１８０度折り曲げられるので、第２ワイヤ折り曲げ凸部２７は曲げによる加工硬化によって他の部分よりも硬度が高くなる。このように、キャピラリ１６のアウタラディウス部３５の端面とそれに続くフェイス部３３が第２ワイヤ折り曲げ凸部２７の中心からリード４と反対側にある半分の凸部をパッド３に向かって押し付けるので、キャピラリ１６の先端が細い場合でも、第２ワイヤ折り曲げ凸部２７が独立した半球型の凸部とならず、リード４側の部分円球形状とそれに続いた傾斜ウェッジ２２に成形することができる。
図１２（ｃ）に示すように、キャピラリ１６の下動によって第３段バンプ２１ｃと第２ワイヤ折り曲げ凸部２７と傾斜ウェッジ２２とが形成されると、キャピラリ１６は傾斜ウェッジ２２の上面からその先端高さが第１ワイヤ折り曲げ凸部２５の上端高さよりも低い位置まで上昇する。
図１２（ｄ）に示すように、キャピラリ１６は上昇後、リード４の反対側に向かって、パッド３に略平行に横移動する。キャピラリ１６に挿通されたワイヤ１２と第３段バンプ２１ｃとの連続部分はキャピラリ１６のストレート孔３７とインナチャンファ部３１によって第１ワイヤ折り曲げ凸部２５のリード４側面に押し付けられる。第１ワイヤ折り曲げ凸部２５は、先の工程で曲げ加工の加工硬化によって他の部分よりも硬くなっているので、硬質材料によって構成されたキャピラリ１６のストレート孔３７とインナチャンファ部３１との間に挟みこんだワイヤ１２を変形させることができる。そして、更にキャピラリ１６をリード４の反対側に向かって横移動させていくと、キャピラリ１６のインナチャンファ部３１の角部３２がワイヤ１２に食い込み、角部３２のエッジによってワイヤ１２が径方向にせん断切断され始め、せん断切断によって上面が略水平な台地状のワイヤせん断切断面４１が形成される。また同時にインナチャンファ部３１は第１ワイヤ折り曲げ凸部２５との間に挟み込んだワイヤ１２を圧縮し、ワイヤ１２の連続部分の断面積がワイヤ１２の断面積より小さくなっている弓形形状断面を持つワイヤ押し潰し部３０を形成する。
図１３（ｃ）に示すように、ワイヤ１２は円形テーパー形状のインナチャンファ部３１と略半円球状の第１ワイヤ折り曲げ凸部２５とに挟まれて圧縮成形され、第１ワイヤ折り曲げ凸部２５の外面に沿った弓形形状のワイヤ押し潰し部３０が形成される。ワイヤ押し潰し部３０は第１ワイヤ折り曲げ凸部２５のリード４側に位置している。また、ワイヤ押し潰し部３０のリード４側にはワイヤ１２の一部を径方向にせん断切断することによって形成されたワイヤせん断切断面４１が位置している。ワイヤせん断切断面４１はリード４の側に凸となった三日月形の平面形状で、その上面はパッド３に略平行で、傾斜ウェッジ２２から立ち上がった台地形状となっている。そして、図１３（ａ）に示すように、成形された後のワイヤ１２は、キャピラリ１６のストレート孔３７とワイヤ１２とのクリアランス分だけリード４の反対側に向かって傾斜してストレート孔３７にガイドされて上方向に延びるような形状となる。
図１２（ｅ）に示すように、ワイヤ１２の一部のせん断切断とワイヤ押し潰し部３０の形成が終了したら、キャピラリ１６は上昇する。この際、図示しないクランパは開放状態にあるので、キャピラリ１６の上昇によってキャピラリ１６の下にテールワイヤ１８が延出される。
図１２（ｆ）に示すように、テールワイヤ１８の長さが次のボールを形成するのに必要な長さになるまでキャピラリ１６が上昇すると、図示しないクランパが閉となってワイヤ１２を把持してキャピラリ１６の上昇と共に上昇する。するとクランパによってワイヤ１２が上に向かって引き上げられ、ワイヤ１２に張力が掛かる。ワイヤ押し潰し部３０はその断面積がワイヤ１２の断面積よりも小さくなっているので、ワイヤ１２にかかった張力によってワイヤ押し潰し部３０には大きな引張り応力が発生する。そして、この引っ張り応力によって、ワイヤ押し潰し部３０のところでワイヤ１２が引張切断されてワイヤ切断面２９が形成される。ワイヤ押し潰し部３０の面積が小さくなるように形成されているので、ワイヤ１２の引張切断の際にワイヤ１２全体にかかる引っ張り力は小さくて済み、ワイヤ１２が引張切断された際に、その引張力の反発によってワイヤ１２に曲がりが発生することを低減することができる。ワイヤ１２が引張切断されると、第１ワイヤ折り曲げ凸部２５と傾斜ウェッジ２２を備える多段折り曲げ積層したバンプ２１の形成工程は終了する。
図１４を参照しながら、本実施形態の半導体装置１４の半導体チップ２のパッド３に形成されたバンプ２１の上にワイヤ１２を接合する工程について説明する。
図１４（ａ）に示すように、第１ボンディング点であるリード４に第１ボンディングした後、ワイヤをルーピングし、ワイヤ１２が挿通されたキャピラリ１６のリード４側のアウタラディウス部３５端面がバンプ２１上面に形成された傾斜ウェッジ２２のリード４側端部の位置となるようにキャピラリ１６を横移動させ、ボンディング工程を開始する。そして、キャピラリ１６のリード４側のアウタラディウス部３５端面がパンプ上面に形成された傾斜ウェッジ２２のリード側端部の位置に来たら、キャピラリ１６を下動させる。
図１４（ｂ）に示すように、キャピラリ１６はリード４側のアウタラディウス部３５端面とそれに続くフェイス部３３とが傾斜ウェッジ２２の面に沿うように下動し、リード４側のフェイス部３３によってフェイス部３３と傾斜ウェッジ２２との間に入っているワイヤ１２を傾斜ウェッジ２２に向かって押し付ける。第２ワイヤ折り曲げ凸部２７はワイヤ１２がルーピングされてくるバンプ２１のリード４側の部分円球形状に形成されて、折り曲げ加工によって硬化しているので、キャピラリ１６のフェイス部３３によって下に押されたワイヤ１２のリード４側は第２ワイヤ折り曲げ凸部２７によってサポートされる。そして、更にキャピラリ１６が下動してくると、フェイス部３３と傾斜ウェッジ２２との間の入っているワイヤ１２は傾斜ウェッジ２２に沿った形状に変形されてくる。そして、更にキャピラリ１６が下動するとワイヤ１２の上面はキャピラリ１６のフェイス部３３とアウタラディウス部３５の形状に沿った形状となり、ワイヤ１２の下面は傾斜ウェッジ２２の面に押し付けられて傾斜ウェッジ２２の面に沿った形状に変形し、ワイヤ１２の下面はバンプ２１に接合される。このとき、バンプ２１の形成の際にできた台地形状のワイヤせん断切断面４１の上にもワイヤ１２が押し付けられ、ワイヤせん断切断面４１は潰れてワイヤ１２と接合される。傾斜ウェッジ２２の面、ワイヤせん断切断面４１とワイヤ１２とは広い接合面積を持つこととなるので、ワイヤ１２とバンプ２１との接合性が向上する。
リード４の側に延びたワイヤ１２は硬化した第２ワイヤ折り曲げ凸部２７によってサポートされているので、キャピラリ１６のフェイス部３３とアウタラディウス部３５とがワイヤ１２を押し下げても、パッド３面に向かって下側に変形しないので、ワイヤ１２がリード４又は半導体チップ２と接触することを防止することができる。
図１４（ｃ）に示すように、キャピラリ１６の下動によってワイヤ１２のバンプ２１への接合が終わるとボンディング工程を終了し、ワイヤ押し潰し部形成工程を開始する。キャピラリ１６は傾斜ウェッジ２２の上面からその先端高さが第１ワイヤ折り曲げ凸部２５の上端高さよりも低い位置まで上昇する。
図１４（ｄ）に示すように、キャピラリ１６は上昇後、リード４の反対側に向かって、パッド３に略平行に横移動する。先に図１２を参照して説明したバンプ２１の形成と同様、キャピラリ１６をリード４の反対側に向かって横移動させていくと、キャピラリ１６のインナチャンファ部３１の角部３２がワイヤ１２に食い込み、角部３２のエッジによってワイヤ１２が径方向にせん断切断され、せん断切断によって上面が略水平な台地状のワイヤせん断切断面４３が形成される。また同時にインナチャンファ部３１は第１ワイヤ折り曲げ凸部２５との間に挟み込んだワイヤ１２を圧縮し、ワイヤ１２の連続部分の断面積がワイヤ１２の断面積より小さくなっている弓形形状断面を持つワイヤ押し潰し部２０を形成する。ワイヤ押し潰し部２０を形成するとワイヤ押し潰し部形成工程を終了する。
図１３（ｂ），（ｃ）に示すようにワイヤ押し潰し部２０の形状、断面は、先に図１３を参照して説明したワイヤ押し潰し部３０と同様、第１ワイヤ折り曲げ凸部２５の外面に沿った弓形形状で、第１ワイヤ折り曲げ凸部２５のリード４側に位置している。また、ワイヤせん断切断面４３も先に説明したワイヤせん断切断面４１と同様、ワイヤ押し潰し部２０のリード４側に位置し、リード４の側に凸となった三日月形の平面形状で、その上面はパッド３に略平行で、傾斜ウェッジ２２から立ち上がった台地形状となっている。
図１４（ｅ）に示すように、ワイヤ１２の一部のせん断切断とワイヤ押し潰し部２０の形成が終了したら、キャピラリ１６を上昇させてワイヤ切断工程を開始する。この際、図示しないクランパは開放状態にあるので、キャピラリ１６の上昇によってキャピラリ１６の下にテールワイヤ１８が延出される。
図１４（ｆ）に示すように、テールワイヤ１８の長さが次のボールを形成するのに必要な長さになるまでキャピラリ１６が上昇すると、図示しないクランパが閉となってワイヤ１２を把持してキャピラリ１６の上昇と共に上昇する。するとクランパによってワイヤ１２が上に向かって引き上げられ、ワイヤ１２に張力が掛かる。ワイヤ押し潰し部２０はその断面積がワイヤ１２の断面積よりも小さくなっているので、ワイヤ１２にかかった張力によってワイヤ押し潰し部２０には大きな引張り応力が発生する。そして、この引っ張り応力によって、ワイヤ押し潰し部２０のところでワイヤ１２が引張切断されてワイヤ切断面１９が形成される。ワイヤ押し潰し部２０の面積が小さくなるように形成されているので、ワイヤ１２の引張切断の際にワイヤ１２全体にかかる引っ張り力は小さくて済み、ワイヤ１２が引張切断された際に、その引張力の反発によってワイヤ１２に曲がりが発生することを低減することができる。ワイヤ１２が引張切断されると、第１ワイヤ折り曲げ凸部２５のリード４側の側面に沿った弓形形状のワイヤ切断面１９が形成される。ワイヤ１２が切断されるとワイヤ切断工程は終了し、ワイヤボンディングが終了する。
以上説明した本実施形態の半導体装置１４は、先の実施形態と同様、ワイヤ１２とバンプ２１との間の接合性を向上させると共にワイヤ１２の切断性を向上させてボンディング品質の向上を図ることができるという効果を奏する。更に、本実施形態は、先端が細いキャピラリ１６によってバンプ形成やワイヤボンディングを行う場合でも、ルーピングワイヤを効果的にサポートしてワイヤ１２とバンプ２１との間の接合性を向上させることができるという効果を奏する。
上記の実施形態では、第１ボンド点のリードフレーム１５のリード４よりも高い位置にある第２ボンド点の半導体チップ２のパッド３にバンプ２１を形成することとして説明したが、バンプ２１は第１ボンド点よりも高い位置に形成しても低い位置に形成してもよく、また、パッド３の上に限らず、リードフレーム１５のリード４の上に形成することとしても良い。
本発明の実施形態における半導体装置の平面図である。 本発明の実施形態における半導体装置のリードフレームと半導体チップとの間の接続ワイヤとバンプを示す側面図である。 本発明の実施形態における半導体装置の半導体チップの上に形成されたバンプ平面図である。 本発明の実施形態における半導体装置の半導体チップの上にバンプを形成する工程を示す説明図である。 本発明の実施形態における半導体装置のバンプ上面でのワイヤの切断部を示す断面図である。 本発明の実施形態における半導体装置の半導体チップの上のバンプにワイヤを接合する工程を示す説明図である。 本発明の他の実施形態における半導体装置のリードフレームと半導体チップとの間の接続ワイヤとバンプを示す側面図である。 本発明の他の実施形態における半導体装置の半導体チップの上にバンプを形成する工程を示す説明図である。 本発明の他の実施形態における半導体装置の半導体チップの上のバンプにワイヤを接合する工程を示す説明図である。 本発明の他の実施形態における半導体装置のリードフレームと半導体チップとの間の接続ワイヤとバンプを示す側面図である。 本発明の他の実施形態における半導体装置の半導体チップの上に形成されたバンプと接続ワイヤを示す平面図である。 本発明の他の実施形態における半導体装置の半導体チップの上にバンプを形成する工程を示す説明図である。 本発明の他の実施形態における半導体装置のバンプ上面でのワイヤの切断部を示す断面図である。 本発明の他の実施形態における半導体装置の半導体チップの上のバンプにワイヤを接合する工程を示す説明図である。 従来技術による半導体装置のワイヤの接続工程を示す説明図である。 従来技術による半導体装置のワイヤの接続工程を示す説明図である。 従来技術による半導体装置のワイヤの切断を示す説明図である。 従来技術による半導体装置のワイヤの曲がり変形を示す説明図である。
符号の説明
２ 半導体チップ、３ パッド、４ リード、５ ボール、６ 圧着ボール、１２ ワイヤ、１４ 半導体装置、１５ リードフレーム、１６ キャピラリ、１７ クランパ、１８ テールワイヤ、１９ ワイヤ切断面、２０ ワイヤ押し潰し部、２１ バンプ、２１ａ’ バンプワイヤ、２１ａ 第１段バンプ、２１ｂ 第２段バンプ、２１ｃ 第３段バンプ、２２ 傾斜ウェッジ、２５ 第１ワイヤ折り曲げ凸部、２７ 第２ワイヤ折り曲げ凸部、２８ ワイヤ切断面、２９ ワイヤ切断面、３０，３４ ワイヤ押し潰し部、３１ インナチャンファ部、３２ 角部、３３ フェイス部、３５ アウタラディウス部、３７ ストレート孔、４１，４３ ワイヤせん断切断面。

Claims (16)

  1. 第１ボンド点と第２ボンド点との間をワイヤで接続した半導体装置であって、
    第２ボンド点上にワイヤを折り曲げ積層して形成され、第１ボンド点と反対側にワイヤ折り曲げ凸部を含むバンプと、
    第１ボンド点側からバンプに延びてバンプ上面に接合され、ワイヤ折り曲げ凸部側にワイヤ断面積よりも断面積が小さい切断面を含むワイヤと、
    を有することを特徴とする半導体装置。
  2. 第１ボンド点と第２ボンド点との間をワイヤで接続した半導体装置であって、
    第２ボンド点上にワイヤを折り曲げ積層して形成され、第１ボンド点側と第１ボンド点と反対側とにワイヤ折り曲げ凸部を含むバンプと、
    第１ボンド点側からバンプに延びてバンプ上面に接合され、第１ボンド点と反対側のワイヤ折り曲げ凸部側にワイヤ断面積よりも断面積が小さい切断面を含むワイヤと、
    を有することを特徴とする半導体装置。
  3. 請求項１又は２に記載の半導体装置であって、
    バンプは、第２ボンド点上にワイヤを折り曲げ積層して形成され、上面に傾斜面を含む傾斜ウェッジを備え、
    ワイヤは、傾斜ウェッジに沿ってバンプ上面に接合されていること、
    を特徴とする半導体装置。
  4. 請求項２に記載の半導体装置であって、
    バンプは、第２ボンド点上にワイヤを折り曲げ積層して形成され、第１ボンド点から第２ボンド点に向かう方向に沿って高さが低くなるように傾斜した傾斜面を含む傾斜ウェッジを備え、
    ワイヤは、傾斜ウェッジに沿ってバンプ上面に接合されていること、
    を特徴とする半導体装置。
  5. 請求項１から４のいずれか１項に記載の半導体装置であって、
    切断面は、弓形断面形状であること
    を特徴とする半導体装置。
  6. 第１ボンド点と第２ボンド点との間をワイヤで接続した半導体装置であって、
    第２ボンド点上にワイヤを折り曲げ積層して形成され、第１ボンド点と反対側にワイヤ折り曲げ凸部を含むバンプと、
    第１ボンド点側からバンプに延びてバンプ上面に接合され、ワイヤ折り曲げ凸部側にせん断切断面とワイヤ断面積よりも断面積が小さい引張切断面とを含むワイヤと、
    を有することを特徴とする半導体装置。
  7. 第１ボンド点と第２ボンド点との間をワイヤで接続した半導体装置であって、
    第２ボンド点上にワイヤを折り曲げ積層して形成され、第１ボンド点側と第１ボンド点と反対側とにワイヤ折り曲げ凸部を含むバンプと、
    第１ボンド点側からバンプに延びてバンプ上面に接合され、第１ボンド点と反対側のワイヤ折り曲げ凸部側にせん断切断面とワイヤ断面積よりも断面積が小さい引張切断面とを含むワイヤと、
    を有することを特徴とする半導体装置。
  8. 請求項６又は７に記載の半導体装置であって、
    バンプは、第１ボンド点側の上面にあって第１ボンド点から第２ボンド点に向かう方向に沿って高さが低くなる傾斜面を含む傾斜ウェッジを含み、
    ワイヤは、傾斜ウェッジに沿ってバンプ上面に接合されていること、
    を特徴とする半導体装置。
  9. 請求項７に記載の半導体装置であって、
    バンプは、第１ボンド点側のワイヤ折り曲げ凸部に隣接してその上面に設けられ第１ボンド点から第２ボンド点に向かう方向に沿って高さが低くなる傾斜面を含む傾斜ウェッジを含み、
    ワイヤは、傾斜ウェッジに沿ってバンプ上面に接合されていること、
    を特徴とする半導体装置。
  10. 請求項６から９のいずれか１項に記載の半導体装置であって、
    せん断切断面は第２ボンド点を含む半導体装置の面に略平行で、引張切断面は弓形断面形状であること
    を特徴とする半導体装置。
  11. 半導体装置の第１ボンド点と第２ボンド点との間をワイヤで接続するワイヤボンディング方法であって、
    第２ボンド点上にワイヤを折り曲げ積層し、第１ボンド点と反対側にワイヤ折り曲げ凸部を含むバンプを形成するバンプ形成工程と、
    第１ボンド点からバンプに向かってワイヤをルーピングしてキャピラリのインナチャンファ部をワイヤ折り曲げ凸部上部に位置させ、キャピラリ先端のフェイス部によってワイヤをバンプ上面に押し付けてワイヤを接合すると共に、インナチャンファ部によってワイヤをワイヤ折り曲げ凸部に押し付けてワイヤ断面積よりも断面積が小さいワイヤ押し潰し部を形成するボンディング工程と、
    ワイヤを引き上げてワイヤ押し潰し部においてワイヤを切断するワイヤ切断工程と、
    を有することを特徴とするワイヤボンディング方法。
  12. 請求項１１に記載のワイヤボンディング方法であって、
    バンプ形成工程は、第２ボンド点上にワイヤを折り曲げ積層し、キャピラリ先端のフェイス部によってワイヤを押し付けて傾斜ウェッジを形成する傾斜ウェッジ形成工程を含み、
    ボンディング工程は、ワイヤを傾斜ウェッジに押し付けて接合すること、
    を特徴とするワイヤボンディング方法。
  13. 請求項１１又は１２に記載のワイヤボンディング方法であって、
    ワイヤ押し潰し部は、弓形断面形状であること
    を特徴とするワイヤボンディング方法。
  14. 半導体装置の第１ボンド点と第２ボンド点との間をワイヤで接続するワイヤボンディング方法であって、
    第２ボンド点上にワイヤを折り曲げ積層し、第１ボンド点と反対側にワイヤ折り曲げ凸部を含むバンプを形成するバンプ形成工程と、
    第１ボンド点からバンプに向かってワイヤをルーピングし、キャピラリ先端のフェイス部によってワイヤをバンプ上面に押し付けてワイヤを接合するボンディング工程と、
    バンプ上面から先端高さがワイヤ折り曲げ凸部上端高さよりも低い位置までキャピラリを上昇させた後、キャピラリを第１ボンド点からワイヤ折り曲げ凸部に向かう方向に移動させ、キャピラリの角部によってワイヤの一部をせん断切断すると共に、キャピラリのインナチャンファ部によってワイヤをワイヤ折り曲げ凸部に押し付けてワイヤ断面積よりも断面積が小さいワイヤ押し潰し部を形成するワイヤ押し潰し部形成工程と、
    ワイヤを引き上げてワイヤ押し潰し部においてワイヤを切断するワイヤ切断工程と、
    を有することを特徴とするワイヤボンディング方法。
  15. 半導体装置の第１ボンド点と第２ボンド点との間をワイヤで接続するワイヤボンディング方法であって、
    第２ボンド点上にワイヤを折り曲げ積層して第１ボンド点と反対側にワイヤ折り曲げ凸部を形成し、
    キャピラリ先端のフェイス部によってワイヤを押し付けて第１ボンド点側の上面に傾斜ウェッジを形成し、
    傾斜ウェッジ上面から先端高さがワイヤ折り曲げ凸部上端高さよりも低い位置までキャピラリを上昇させた後、キャピラリを傾斜ウェッジからワイヤ折り曲げ凸部に向かう方向に移動させ、キャピラリの角部によってワイヤの一部をせん断切断すると共に、キャピラリのインナチャンファ部によってワイヤをワイヤ折り曲げ凸部に押し付けてワイヤ断面積よりも断面積が小さいワイヤ押し潰し部を形成し、
    ワイヤを引き上げてワイヤ押し潰し部においてワイヤを切断するバンプ形成工程と、
    第１ボンド点からバンプに向かってワイヤをルーピングし、キャピラリ先端のフェイス部によってワイヤを傾斜ウェッジ上面に押し付けてワイヤを接合するボンディング工程と、
    傾斜ウェッジ上面から先端高さがワイヤ折り曲げ凸部上端高さよりも低い位置までキャピラリを上昇させた後、キャピラリを傾斜ウェッジからワイヤ折り曲げ凸部に向かう方向に移動させ、キャピラリの角部によってワイヤの一部をせん断切断すると共に、キャピラリのインナチャンファ部によってワイヤをワイヤ折り曲げ凸部に押し付けてワイヤ断面積よりも断面積が小さいワイヤ押し潰し部を形成するワイヤ押し潰し部形成工程と、
    ワイヤを引き上げてワイヤ押し潰し部においてワイヤを切断するワイヤ切断工程と、
    を有することを特徴とするワイヤボンディング方法。
  16. 請求項１４又は１５に記載のワイヤボンディング方法であって、
    せん断切断された面は第２ボンド点を含む半導体装置の面に略平行で、ワイヤ押し潰し部は、弓形断面形状であること
    を特徴とするワイヤボンディング方法。
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