JP2011060940A - 半導体装置の製造方法 - Google Patents

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秀之 新川
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Abstract

【課題】ワイヤボンディングのステッチボンディングにおいてその接合強度を確保して接合信頼性の向上を図る。
【解決手段】ワイヤボンディングのステッチボンディング(2ndボンディング)においてキャピラリの高さ制御を行うことにより、ワイヤ接合部におけるステッチ部の厚さ制御を行うことが可能になり、その接合強度を確保して接合信頼性の向上を図ることができる。また、ステッチ部の厚さを確保することができるため、ワイヤボンディングにおいて銅線を採用することが可能になり、ワイヤボンディングのコストの低減化を図れる。
【選択図】図11

Description

本発明は、半導体装置の製造技術に関し、特に、ワイヤボンディング工程でのワイヤの接合強度の向上化に適用して有効な技術に関する。
ワイヤボンディングにおいて、ワイヤをリードの表面にウェッジボンディングするに際して、先端のエッジの周りに曲面状の第1圧下面とその周りに環状に形成された第2圧下面を備えたキャピラリを用いて、更に圧下量を大きくしてキャピラリに偏平部を形成してリード表面への接合力を強くする技術が、例えば、特開2000−91372号公報(特許文献1)に記載されている。
特開2000−91372号公報
半導体チップの電極パッドとリードフレームのインナリードとを金属製のワイヤによって電気的に接続するワイヤボンディングにおいて、そのワイヤの材料としては、主に金が用いられている。しかしながら、近年の金の価格高騰により、金に代わる材料が求められており、金より低価格なワイヤの材料として、銅が知られている。
ワイヤボンディングにおける銅線の適用については、コストの低減化だけでなく、金線より電気伝導率が高く電気特性面でも優れていることが理由である。
ワイヤボンディングのリード側(2nd側)のボンディングであるステッチボンディングでは、温度、荷重、超音波によって接合が行われるが、その際、図16の比較例に示すように、接合と併用して機械的な振幅動作Sを付与してステッチ接合を補完している。
本願発明者は前記ステッチボンディングについて検討を行った。
ステッチボンディングでは、ワイヤがリードに着地した後、その場所でワイヤへの荷重の付与(この動作を以降、荷重制御ともいう)のみを行っている。すなわち、ステッチボンディングでは、キャピラリの案内によってワイヤがリードに着地した後、キャピラリはその場所に留まり、ワイヤに対して予め設定された所定の荷重と超音波を付与して接合を行っている。
したがって、ワイヤが金等の柔らかな材料の場合には、ステッチボンディングにおける接合マージンを大きく取ることができ、接合強度を十分確保することが可能であるが、金はコストが高いという問題がある。
一方、銅線を用いた場合には、銅線は金線より酸化しやすく、表面の酸化被膜を破らなければならないため、銅線に比較的大きめの荷重や超音波を付与する必要がある。さらに、金線に比べて硬い材質の銅線は、金線に比べて接合力が弱く、もともと接合マージンが少ない。したがって、十分な接合強度を得るために、大きめの荷重や超音波と前記機械的な振幅動作Sを付与すると、図16に示すように、ステッチ部20の厚さが薄くなり過ぎてワイヤ切れが発生するという問題が起こる。
なお、前記特許文献1(特開2000−91372号公報)には、ステッチボンディング時のワイヤ接合部のワイヤの高さ制御(肉厚制御)についての記載はなく、前記特許文献1に記載されたワイヤボンディング技術を用いても、ステッチボンディング時のワイヤ接合部のワイヤの高さ制御(肉厚制御)を行うことはできない。
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、ステッチボンディングの接合強度を確保してその接合信頼性の向上を図ることができる技術を提供することにある。
また、本発明の他の目的は、ワイヤボンディングのコストの低減化を図ることができる技術を提供することにある。
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、以下のとおりである。
すなわち、本発明は、(a)半導体チップが搭載されるチップ搭載部と前記チップ搭載部の周囲に配置された複数のリードとを備えたリードフレームを準備する工程と、(b)前記リードフレームの前記チップ搭載部に前記半導体チップを搭載する工程と、(c)前記半導体チップの電極パッドと前記電極パッドに対応する前記リードとを、キャピラリの案内によってワイヤで接続する工程とを有し、前記(c)工程は、前記ワイヤを前記リードに接続する際に、前記ワイヤが前記リードに接触する第1地点から前記キャピラリが前記リードに接触する第2地点までの間、前記キャピラリが前記ワイヤを段階的に押圧するように前記キャピラリの高さを制御する高さ制御工程を含むものである。
また、本発明は、(a)半導体チップが搭載されるチップ搭載部と前記チップ搭載部の周囲に配置された複数のボンディングリードとを備えた配線基板を準備する工程と、(b)前記配線基板の前記チップ搭載部に前記半導体チップを搭載する工程と、(c)前記半導体チップの電極パッドと前記電極パッドに対応する前記ボンディングリードとを、キャピラリの案内によってワイヤで接続する工程とを有し、前記(c)工程は、前記ワイヤを前記ボンディングリードに接続する際に、前記ワイヤが前記ボンディングリードに接触する第1地点から前記キャピラリが前記ボンディングリードに接触する第2地点までの間、前記キャピラリが前記ワイヤを段階的に押圧するように前記キャピラリの高さを制御する高さ制御工程を含むものである。
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のステッチボンディングにおいて十分な接合強度を確保してステッチボンディングの接合信頼性の向上を図ることができる。
ワイヤボンディングにおいて銅線を採用することが可能になるため、ワイヤボンディングのコストの低減化を図ることができる。
本発明の実施の形態の半導体装置の構造の一例を示す平面図である。 図1に示すA−A線に沿って切断した構造を示す断面図である。 図1に示す半導体装置の組み立て手順の一例を示す製造フロー図である。 図1に示す半導体装置の組み立てで用いられるリードフレームの構造の一例を示す拡大部分平面図である。 図1に示す半導体装置の組み立てのダイボンディング後の構造の一例を示す部分断面図である。 図1に示す半導体装置の組み立てのワイヤボンディング後の構造の一例を示す部分断面図である。 図1に示す半導体装置の組み立てのワイヤボンディング工程で用いられるワイヤボンダの主要部の構造の一例を示す構成ブロック図である。 図7に示すワイヤボンダを用いたワイヤボンディングにおけるルーピングまでの手順の一例を示す斜視図である。 図7に示すワイヤボンダを用いたワイヤボンディングにおけるステッチボンディング以降の手順の一例を示す斜視図である。 図7に示すワイヤボンダを用いたワイヤボンディングにおける1stボンドから2ndボンドまでのキャピラリの軌跡の一例を示す動作図である。 図7に示すワイヤボンダによるワイヤボンディングにおけるキャピラリの高さ位置と荷重と超音波の制御状況の一例を示す制御図である。 図7に示すワイヤボンダによるステッチボンディング時の着地検知時と高さ制御時の構造の一例を示す拡大部分断面図である。 図7に示すワイヤボンダによるステッチボンディング時の荷重制御開始時と終了時の構造の一例を示す拡大部分断面図である。 図7に示すワイヤボンダによるステッチボンディング時の理想のキャピラリの移動量の一例を示す拡大部分断面図である。 図7に示すワイヤボンダによってステッチボンディングを行った際のステッチ形状の一例を示す拡大部分断面図である。 比較例のステッチ形状を示す拡大部分断面図である。 図15に示す本実施の形態のステッチ形状と図16に示す比較例のステッチ形状とで引っ張り破断強度の評価を行った際の評価結果の一例を示す結果図である。 図17の引っ張り破断強度の評価結果の数値例を示す結果図である。 図1に示す半導体装置の組み立ての樹脂モールディング後の構造の一例を示す部分断面図である。 図1に示す半導体装置の組み立ての切断・成形後の構造の一例を示す部分断面図である。 本発明の変形例の半導体装置(BGA)の構造の一例を示す断面図である。 図21に示す半導体装置の組み立てで用いられる配線基板の構造の一例を示す平面図である。
以下の実施の形態では特に必要なとき以外は同一または同様な部分の説明を原則として繰り返さない。
さらに、以下の実施の形態では便宜上その必要があるときは、複数のセクションまたは実施の形態に分割して説明するが、特に明示した場合を除き、それらはお互いに無関係なものではなく、一方は他方の一部または全部の変形例、詳細、補足説明などの関係にある。
また、以下の実施の形態において、要素の数など(個数、数値、量、範囲などを含む)に言及する場合、特に明示した場合および原理的に明らかに特定の数に限定される場合などを除き、その特定の数に限定されるものではなく、特定の数以上でも以下でも良いものとする。
また、以下の実施の形態において、その構成要素(要素ステップ等も含む)は、特に明示した場合および原理的に明らかに必須であると考えられる場合等を除き、必ずしも必須のものではないことは言うまでもない。
また、以下の実施の形態において、構成要素等について、「Aからなる」、「Aよりなる」、「Aを有する」、「Aを含む」と言うときは、特にその要素のみである旨明示した場合等を除き、それ以外の要素を排除するものでないことは言うまでもない。同様に、以下の実施の形態において、構成要素等の形状、位置関係等に言及するときは、特に明示した場合および原理的に明らかにそうでないと考えられる場合等を除き、実質的にその形状等に近似または類似するもの等を含むものとする。このことは、上記数値および範囲についても同様である。
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、同一の機能を有する部材には同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。
(実施の形態)
図1は本発明の実施の形態の半導体装置の構造の一例を示す平面図、図2は図1に示すA−A線に沿って切断した構造を示す断面図である。
本実施の形態の半導体装置は、リードフレームを用いて組み立てられる多ピンで、かつ樹脂封止型の半導体パッケージであり、本実施の形態では前記半導体装置の一例として、図1に示すような多ピンのQFP(Quad Flat Package)1を取り上げて説明する。
図1、図2に示すQFP1の構成について説明すると、半導体集積回路が形成された半導体チップ4と、半導体チップ4の周囲に放射状に配置された複数のインナリード(リード)2aと、インナリード2aと一体に形成された複数のアウタリード2bと、半導体チップ4の主面4aに形成された表面電極である電極パッド4cとこれに対応するインナリード2aとを電気的に接続するワイヤ5とを有している。
さらに、QFP1は、銀ペースト等のダイボンディング材を介して半導体チップ4が固定されたチップ搭載部であるタブ(ダイパッドともいう)2cと、樹脂モールディングによって封止用樹脂等から形成され、かつ半導体チップ4とタブ2cと複数のワイヤ5と複数のインナリード2aを封止する封止体3とを有している。QFP1であるため、複数のインナリード2aそれぞれと一体に形成された複数のアウタリード2bは、封止体3の4辺それぞれから外部に向かって突出しており、各アウタリード2bは、ガルウィング状に曲げ成形されている。
ここで、QFP1に搭載された半導体チップ4は、その主面4aに形成された複数の電極パッド4cが、狭パッドピッチで設けられており、これにより、多ピン化が図られている。
また、半導体チップ4の複数の電極パッド4cとそれぞれに対応する複数のインナリード2aとをそれぞれ電気的に接続する複数のワイヤ5は、銅から成る銅線である。すなわち、本実施の形態のQFP1は、ワイヤ5に銅線を採用しており、低コスト化が図られている。
さらに、QFP1ではその組み立てのワイヤボンディングにおけるステッチボンディング時(2ndボンド時)に、ワイヤ5の接合部の高さ制御(ステッチ部5a(図15参照)の肉厚制御)が行われて組み立てられたものである。
つまり、インナリード2aとのワイヤボンディング時に、図15に示すようにワイヤ5のステッチ部5aの厚さの制御を行って銅線(ワイヤ5)の接合強度が十分に確保されたものである。
なお、インナリード2a、アウタリード2b及びタブ2cは、例えば、銅合金等の薄板状の部材によって形成され、さらに、封止体3は、例えば、熱硬化性のエポキシ系樹脂等から成り、樹脂モールディングによって形成されたものである。
次に、本実施の形態の半導体装置(QFP1)の製造方法を、図3に示すフロー図に沿って説明する。
図3は図1に示す半導体装置の組み立て手順の一例を示す製造フロー図、図4は図1に示す半導体装置の組み立てで用いられるリードフレームの構造の一例を示す拡大部分平面図、図5は図1に示す半導体装置の組み立てのダイボンディング後の構造の一例を示す部分断面図、図6は図1に示す半導体装置の組み立てのワイヤボンディング後の構造の一例を示す部分断面図である。また、図7は図1に示す半導体装置の組み立てのワイヤボンディング工程で用いられるワイヤボンダの主要部の構造の一例を示す構成ブロック図、図8は図7に示すワイヤボンダを用いたワイヤボンディングにおけるルーピングまでの手順の一例を示す斜視図、図9は図7に示すワイヤボンダを用いたワイヤボンディングにおけるステッチボンディング以降の手順の一例を示す斜視図である。さらに、図10は図7に示すワイヤボンダを用いたワイヤボンディングにおける1stボンドから2ndボンドまでのキャピラリの軌跡の一例を示す動作図、図11は図7に示すワイヤボンダによるワイヤボンディングにおけるキャピラリの高さ位置と荷重と超音波の制御状況の一例を示す制御図、図12は図7に示すワイヤボンダによるステッチボンディング時の着地検知時と高さ制御時の構造の一例を示す拡大部分断面図、図13は図7に示すワイヤボンダによるステッチボンディング時の荷重制御開始時と終了時の構造の一例を示す拡大部分断面図である。また、図14は図7に示すワイヤボンダによるステッチボンディング時の理想のキャピラリの移動量の一例を示す拡大部分断面図、図15は図7に示すワイヤボンダによってステッチボンディングを行った際のステッチ形状の一例を示す拡大部分断面図、図16は比較例のステッチ形状を示す拡大部分断面図である。さらに、図17は図15に示す本実施の形態のステッチ形状と図16に示す比較例のステッチ形状とで引っ張り破断強度の評価を行った際の評価結果の一例を示す結果図、図18は図17の引っ張り破断強度の評価結果の数値例を示す結果図、図19は図1に示す半導体装置の組み立ての樹脂モールディング後の構造の一例を示す部分断面図、図20は図1に示す半導体装置の組み立ての切断・成形後の構造の一例を示す部分断面図である。
まず、図3のステップS1に示すリードフレーム準備を行う。ここでは、図4に示すリードフレームの一例であるマトリクスフレーム2を準備する。マトリクスフレーム2には、半導体チップ4が搭載されるデバイス領域2dが複数個並んで形成されているとともに、それぞれのデバイス領域2dに複数のインナリード(リード)2aやアウタリード2bが設けられている。
本実施の形態1で用いられる図4に示すマトリクスフレーム2には、1つのQFP1を形成するための領域であるデバイス領域2dが複数行×複数列(例えば、図4では2行×2列)に亘ってマトリクス配置で複数個形成されており、各デバイス領域2dに、1つのタブ(ダイパッド)2c、複数のインナリード2aと複数のアウタリード2b等が形成されている。
また、マトリクスフレーム2は、例えば、銅合金等によって形成された長方形の薄板材であり、タブ2c、複数のインナリード2a及びアウタリード2bが一体に形成されている。図4に示すマトリクスフレーム2では、X方向が長方形の長手方向であり、Y方向が長方形の幅方向である。
また、マトリクスフレーム2の幅方向の両端部の枠部2eには、処理の際の位置決め用の長孔2gやガイド用のスプロケットホール2fが複数個設けられている。
なお、図4に示すマトリクスフレーム2における1つのデバイス領域2dのインナリード2aの本数は、図1に示すQFP1におけるアウタリード2bの本数と異なっているが、これはマトリクスフレーム2のリード部分の形状をわかり易く示すためのものであり、QFP1を組み立てるために用いられるマトリクスフレーム2の1つのデバイス領域2dのインナリード2aの本数は、QFP1のアウタリード2bの本数と同じであることは言うまでもない。
その後、図3のステップS2に示すダイボンディングを行う。ここでは、マトリクスフレーム2の複数のデバイス領域2dのタブ(チップ搭載部)2cに、図5に示すようにダイボンディング材を介して半導体チップ4を搭載する。すなわち、半導体チップ4の裏面4bとタブ2cとを前記ダイボンディング材によって接合する。
その後、図3のステップS3に示すワイヤボンディングを行う。すなわち、図6に示すように、半導体チップ4の主面4aの電極パッド4cと、これに対応するインナリード2aとを図7に示すボンディングツールであるキャピラリ6eの案内によってワイヤ5で電気的に接続する。なお、ワイヤ5は、銅線である。
ここで、ステップS3のワイヤボンディング工程で使用される図7に示すワイヤボンダ6について説明する。
ワイヤボンダ6は、その主要部に、ワイヤボンディングを行うボンディングヘッド部6bと、ボンディングヘッド部6bを支持し、かつボンディングヘッド部6bをXY方向に移動させるXYテーブル6aと、ボンディングヘッド部6bの高さ制御を行う高さ制御部6cとを備えている。
さらに、ボンディングヘッド部6bには、ワイヤボンディング時にワイヤ5を案内するキャピラリ6eと、高さ制御部6cと連動し、かつキャピラリ6eが取り付けられたホーン6dと、ワイヤ5にテンションを掛けるテンショナ6h、ワイヤ5をカットする際にワイヤ5を挟むクランパ6g等が設けられている。
ここで、図8及び図9を用いて本実施の形態のQFP1の組み立てにおけるワイヤボンディングの手順について説明する。なお、本実施の形態で説明するワイヤボンディングは、ボールボンディングである。
まず、図8のステップS3−1に示すボール形成を行う。ここでは、ヒートステージ6j上にマトリクスフレーム2を配置した後、キャピラリ6eによって案内されたワイヤ5の先端をトーチ6iで放電してボール状とする。
その後、ステップS3−2に示すボールボンド(チップ側)を行う。ここでは、超音波や熱等を付与してボール状のワイヤ5の先端を半導体チップ4の電極パッド4cに接合する1stボンドを実施する。
その後、ステップS3−3に示すルーピングを行う。ここでは、キャピラリ6eの案内によってワイヤ5のループ形状を形成した後、ワイヤ5をインナリード2a上に配置する。
その後、図9のステップS3−4に示すステッチボンディング(インナリード側)を行う。ここでは、超音波や熱等を付与してキャピラリ6eの案内によりワイヤ5をインナリード2aに接合する2ndボンドを実施する。
その後、ステップS3−5に示すテールカットを行う。ここでは、クランパ6gによっりワイヤ5を挟んだ状態でキャピラリ6eによりワイヤ5を引っ張ってワイヤ5を引きちぎる。
その後、ステップS3−1〜ステップS3−5の動作を他の電極パッド4cに対しても同様に行い、ステップS3−6の工程完了となる。
次に、本実施の形態のワイヤボンディングにおけるステッチボンディングについて説明する。
本実施の形態におけるステッチボンディングは、半導体チップ4の電極パッド4cに対して1stボンドを行った後のインナリード2aへの2ndボンドに関するものである。図10は1stボンドから2ndボンドまでのキャピラリ6eの先端の軌跡を示しており、ステッチボンディング部、すなわち2ndボンドの箇所においてワイヤ5がインナリード2aに接触した後、キャピラリ6eが徐々に降下してインナリード2aに接触しているのがわかる。
さらに、図11は、1stボンドから2ndボンドに至る時間(t)に対するキャピラリ6eの高さ位置、ワイヤボンド荷重及びワイヤボンド超音波のそれぞれの関係を示すものである。つまり、ステッチボンディング部(2ndボンド部)における時間(t)に対するキャピラリ6eの高さ位置と荷重と超音波の関係がわかる図となっている。
図11に示すように、本実施の形態のステッチボンディングは、ワイヤ5をインナリード2aに接続する際に、ワイヤ5がインナリード2aに接触する第1地点Vからキャピラリ6eがインナリード2aに接触する第2地点Wまでの間、キャピラリ6eがワイヤ5を段階的に押圧するようにキャピラリ6eの高さを制御する高さ制御工程を含んでいる。
つまり、1stボンド終了後、ルーピングを行い、その後キャピラリ6eの案内でワイヤ5を降下させ、インナリード2aに対して2ndボンドを行う際に、キャピラリ6eの高さ制御を行うものである。
その際、2ndボンドであるステッチボンディングにおいて、ワイヤ5がインナリード2aに接触する地点を第1地点Vとし、さらにキャピラリ6eを降下させてキャピラリ6eがインナリード2aに接触する地点を第2地点Wとし、この第1地点Vから第2地点Wまでの間でキャピラリ6eの高さ制御を行う。
キャピラリ6eの高さ制御では、キャピラリ6eの高さ方向の位置をモニタリングしながら、キャピラリ6eからワイヤ5に対して荷重や超音波を印加してワイヤ5を押圧してキャピラリ6eが降下していくそのキャピラリ6eの高さ方向の位置を制御するものである。
なお、キャピラリ6eの高さ制御の具体的な一例として、キャピラリ6eの先端部の高さをモニタリングし、キャピラリ6eの降下速度が予め設定された設定値より大きくなった際には、キャピラリ6eからワイヤ5に付与する荷重の大きさを小さくし、キャピラリ6eの降下速度が前記設定値より小さくなった際には、キャピラリ6eからワイヤ5に付与する荷重の大きさを大きくする。
すなわち、キャピラリ6eの高さ制御工程では、キャピラリ6eの下降速度(図11における高さ制御でのグラフの傾き)の設定値を、予め評価やシミュレーション等で算出しておき、この設定値を基準としてキャピラリ6eの下降速度が前記設定値より大きいか、または小さいかを検出し、なるべく前記設定値に近づくようにフィードバックを掛けながらステッチボンディングを行う。
なお、キャピラリ6eの高さ制御においては、図11に示すように、ワイヤ5に対して荷重を付与するのと同時に超音波も印加し、第1地点Vから第2地点Wの間で、キャピラリ6eが段階的にワイヤ5を押圧するようにキャピラリ6eの高さを制御する。あるいは、ワイヤ5における2ndボンド部のワイヤ接合部(図15に示すワイヤ5のステッチ部5a)の厚さが所望の厚さになるようにキャピラリ6eの高さ位置を制御する。
また、図11に示すように高さ制御後(第2地点W到達後)は、荷重制御を行う。ここでは、第2地点W到達後、キャピラリ6eからワイヤ5に荷重を付与するとともに超音波を印加する。その際、荷重制御工程ではキャピラリ6eは水平方向に移動することなく、第2地点Wにおいてワイヤ5に荷重と超音波を付与してワイヤ5とインナリード2aの接合の強度を高める。
ここで、図12及び図13を用いて高さ制御と荷重制御でのキャピラリ6eの詳細動作について説明する。その際、一例としてワイヤ5の径が30μmの場合を取り上げて説明する。
図12の高さ制御開始に示すようにワイヤ5がインナリード2aに接触して着地を検知した時点(第1地点V)からキャピラリ6eの高さ制御を開始する。ここでは、前述のように、予め算出されたキャピラリ6eの下降速度の設定値を、この設定値を基準としてキャピラリ6eの下降速度が前記設定値より大きいか、または小さいかを検出し、なるべく前記設定値に近づくようにフィードバックを掛けながらステッチボンディングする。
つまり、図12の高さ制御途中に示すように、フィードバックを掛けながらキャピラリ6eの高さ制御を行って、段階的に(少しずつ)キャピラリ6eをワイヤ5に押し込んでいく。その際、高さ制御部6cによってホーン6dの高さ方向及びXY方向(水平方向)の駆動を行う。
ここで、高さ制御におけるキャピラリ6eの高さ方向の降下量(移動量)は、ワイヤ5の直径と同じであることが好ましく、かつキャピラリ6eのXY方向(水平方向)の移動量もワイヤ5の直径と同じであることが好ましい。
その後、図13の高さ制御終了/荷重制御開始を行う。すなわち、下降していたキャピラリ6eの先端がインナリード2aに接触した時点(第2地点W)で高さ制御を終了するとともに、今度は荷重制御を開始する。なお、高さ制御終了時点(荷重制御開始時点)でのワイヤ5のステッチ部5aの肉厚は、略ゼロ(零)である。
そして、荷重制御では、前述のようにキャピラリ6eを移動させずに第2地点Wに留まった状態でキャピラリ6eからワイヤ5に荷重と超音波を印加する。すなわち、キャピラリ6eのエッジ部6fでワイヤ5に荷重と超音波を印加する。
その後、図13の荷重制御終了に示すように、キャピラリ6eからワイヤ5に荷重と超音波を所定時間印加して接合終了となる。
ここで、図14は キャピラリ6eの理想的な高さ制御の状態の一例を示すものであり、例えば、ワイヤ5の直径(E)が30μmである場合、高さ制御におけるキャピラリ6eの先端の水平方向の移動量(F)は、30μmであり、かつ、高さ制御におけるキャピラリ6eの先端の高さ方向の移動量(G)も、30μmである。その際、高さ制御でのキャピラリ6eの前記移動時間は、約0.1秒である。
なお、キャピラリ6eの高さ制御の後に荷重制御を行っている時間は、約0.02秒である。
次に、図17及び図18は本実施の形態のキャピラリ6eの高さ制御によって形成されたステッチ部5a(図15、ステッチ部の肉厚が厚い)と、比較例のステッチ部20(図16、ステッチ部の肉厚が薄い)とで引っ張り破断強度を比べたものであり、複数本の銅線のワイヤ5に対して評価を行ったものである。図17及び図18によれば、MAX(最大)、AVE(平均)、MIN(最小)の全てにおいて図15に示す本実施の形態のステッチ部5aの方が引っ張り破断強度の値が高く、ステッチボンドにおいてもその接合強度が高いことが示されている。
以上のようにして順次ワイヤボンディングを行い、図3のステップS3に示すワイヤボンディング工程の完了となる。
ワイヤボンディング工程完了後、図3のステップS4に示す樹脂モールディングを行う。ここでは、図示しない樹脂成形金型を用いてマトリクスフレーム2のデバイス領域2dにおける図19に示すタブ2c、半導体チップ4、複数のインナリード2a及びワイヤ5を封止用樹脂を用いて樹脂封止し、封止体3を形成する。なお、前記封止用樹脂は、例えば、熱硬化性のエポキシ樹脂等である。
その後、図3のステップS5に示す切断・成形を行う。ここでは、マトリクスフレーム2を切断して各パッケージ単位に個片化する。その際、図20に示すように、封止体3から突出する複数のアウタリード2bのそれぞれをガルウィング状に曲げ成形してQFP1の組立て完了となる。
本実施の形態の半導体装置の製造方法によれば、ワイヤボンディングの2ndボンディングであるステッチボンディングにおいてキャピラリ6eの先端の高さを制御することにより、ワイヤ接合部の高さ制御(ステッチ部5aの肉厚の制御)を行うことが可能になり、ステッチ部5aの厚さを十分に確保できるとともに、ステッチ部5aにおいて応力集中点のない滑らかな形状を形成することができる。
その結果、ワイヤ接合部(ステッチ部5a)において十分な接合強度を確保してステッチボンディングにおけるワイヤ5の接合信頼性の向上を図ることができる。
さらに、ステッチボンディングにおいてステッチ部5aの厚さを確保できるため、ワイヤボンディングにおいて銅線を採用することが可能になり、ワイヤボンディングのコストの低減化を図ることができる。また、銅線を採用することが可能になるため、ワイヤ5の電気伝導率を高めることができる。
また、ステッチ部5aの肉厚の制御を行うことが可能になるため、ワイヤ接合部(ステッチ部5a)の厚さを所望の厚さにすることができる。すなわち、ステッチ部5aの厚さをより厚くすることもでき、もしくは、より薄くすることも可能になる。
また、ワイヤボンディングの2ndボンディングにおけるステッチ部5aの肉厚の制御を行うことが可能になるため、ワイヤ5として、例えば金線を採用した際に、金線がさらに細くなった場合でも、そのワイヤ接合部における接合強度を高めることができる。
次に、本実施の形態の変形例について説明する。
図21は本発明の変形例の半導体装置(BGA)の構造の一例を示す断面図、図22は図21に示す半導体装置の組み立てで用いられる配線基板の構造の一例を示す平面図である。
図21に示す半導体装置であるBGA(Ball Grid Array)7は、BGA基板(配線基板)8の主面8a上に樹脂ペースト材10などのダイボンディング材を介して搭載された半導体チップ4を有するものであり、半導体チップ4の表面電極とBGA基板8の主面8aのボンディングリード8cとが複数のワイヤ5によって電気的に接続されている。さらに、半導体チップ4と複数のワイヤ5がBGA基板8の主面8a上において封止用樹脂から成る封止体3によって樹脂封止されている。
また、BGA基板8の裏面8b側には、外部接続端子となる複数の半田ボール11がグリッド状(格子状)に並んで設けられている。
図22は、このような構造のBGA7の組み立てに用いられる多数個取り基板(配線基板)9の構造を示すものであり、その主面9d上には、1つのBGA7を組み立てられる領域であるデバイス領域9aが複数個マトリクス配列で形成されている。それぞれのデバイス領域9aは、ダイシングライン9bによって区画されており、各デバイス領域9aには半導体チップ4を搭載する領域であるチップ搭載部9eが形成されている。なお、多数個取り基板9の主面9dの外周部には、基板の搬送などで位置決めやガイド用として用いられる複数の貫通孔9cが形成されている。
このような多数個取り基板9を用い、かつワイヤボンディングが行われて組み立てられるBGA7においても、ワイヤボンディングの2ndボンディングであるステッチボンディングにおいてキャピラリ6eの先端の高さを制御することにより、ワイヤ接合部の高さ制御(ステッチ部5aの肉厚の制御)を行うことが可能になり、ステッチ部5aの厚さを十分に確保できるとともに、ステッチ部5aにおいて応力集中点のない滑らかな形状を形成することができる。
その結果、ワイヤ接合部(ステッチ部5a)において十分な接合強度を確保してステッチボンディングにおけるワイヤ5の接合信頼性の向上を図ることができる。
なお、図21に示すBGA7のその他の製造方法については、図1に示すQFP1の製造方法と同様であるため、その重複説明は省略する。
また、図21に示すBGA7の製造方法によって得られるその他の効果については、図1に示すQFP1の製造方法によって得られるその他の効果と同様であるため、その重複説明は省略する。
以上、本発明者によってなされた発明を発明の実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記発明の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言うまでもない。
例えば、前記実施の形態のQFP1の製造方法では、リードフレームがマトリクスフレーム2の場合について説明したが、前記リードフレームは、複数のQFP1を形成可能な単列のリードフレームであってもよい。また、BGA7の製造方法においても単列の多数個取り基板9であってもよい。
さらに、前記半導体装置は、ワイヤボンディングが行われて組み立てられる半導体パッケージであれば、QFP1やBGA7以外のQFN(Quad Flat Non-leaded Package) やSOP(Small Outline Package)、さらにはLGA(Land Grid Array)等であってもよく、ワイヤボンディングが行われて組み立てられる全ての半導体パッケージに適用可能である。
本発明は、ワイヤボンディングが行われる電子装置の組み立てに好適である。
1 QFP(半導体装置)
2 マトリクスフレーム(リードフレーム)
2a インナリード(リード)
2b アウタリード
2c タブ(チップ搭載部)
2d デバイス領域
2e 枠部
2f スプロケットホール
2g 長孔
3 封止体
4 半導体チップ
4a 主面
4b 裏面
4c 電極パッド
5 ワイヤ
5a ステッチ部
6 ワイヤボンダ
6a XYテーブル
6b ボンディングヘッド部
6c 高さ制御部
6d ホーン
6e キャピラリ
6f エッジ部
6g クランパ
6h テンショナ
6i トーチ
6j ヒートステージ
7 BGA(半導体装置)
8 BGA基板(配線基板)
8a 主面
8b 裏面
8c ボンディングリード
9 多数個取り基板(配線基板)
9a デバイス領域
9b ダイシングライン
9c 貫通孔
9d 主面
9e チップ搭載部
10 樹脂ペースト材
11 半田ボール
20 ステッチ部

Claims (12)

  1. (a)半導体チップが搭載されるチップ搭載部と前記チップ搭載部の周囲に配置された複数のリードとを備えたリードフレームを準備する工程と、
    (b)前記リードフレームの前記チップ搭載部に前記半導体チップを搭載する工程と、
    (c)前記半導体チップの電極パッドと前記電極パッドに対応する前記リードとを、キャピラリの案内によってワイヤで接続する工程とを有し、
    前記(c)工程は、前記ワイヤを前記リードに接続する際に、前記ワイヤが前記リードに接触する第1地点から前記キャピラリが前記リードに接触する第2地点までの間、前記キャピラリが前記ワイヤを段階的に押圧するように前記キャピラリの高さを制御する高さ制御工程を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
  2. 請求項1記載の半導体装置の製造方法において、前記(c)工程の前記高さ制御工程で、前記キャピラリの先端部の高さをモニタリングし、前記キャピラリの降下速度が設定値より大きくなった際には、前記キャピラリから前記ワイヤに付与する荷重の大きさを小さくし、前記キャピラリの降下速度が前記設定値より小さくなった際には、前記キャピラリから前記ワイヤに付与する荷重の大きさを大きくすることを特徴とする半導体装置の製造方法。
  3. 請求項2記載の半導体装置の製造方法において、前記ワイヤは、銅線であることを特徴とする半導体装置の製造方法。
  4. 請求項2記載の半導体装置の製造方法において、前記(c)工程は、前記高さ制御工程の後、前記キャピラリから前記ワイヤに荷重を付与する荷重制御工程を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
  5. 請求項3記載の半導体装置の製造方法において、前記(c)工程では前記ワイヤに対して超音波を印加することを特徴とする半導体装置の製造方法。
  6. 請求項5記載の半導体装置の製造方法において、前記高さ制御工程での前記キャピラリの高さ方向の移動量は、前記ワイヤの直径と同じであることを特徴とする半導体装置の製造方法。
  7. 請求項6記載の半導体装置の製造方法において、前記高さ制御工程での前記キャピラリの水平方向の移動量は、前記ワイヤの直径と同じであることを特徴とする半導体装置の製造方法。
  8. 請求項4記載の半導体装置の製造方法において、前記荷重制御工程では、前記キャピラリは水平方向に移動せずに前記ワイヤに荷重を付与することを特徴とする半導体装置の製造方法。
  9. (a)半導体チップが搭載されるチップ搭載部と前記チップ搭載部の周囲に配置された複数のボンディングリードとを備えた配線基板を準備する工程と、
    (b)前記配線基板の前記チップ搭載部に前記半導体チップを搭載する工程と、
    (c)前記半導体チップの電極パッドと前記電極パッドに対応する前記ボンディングリードとを、キャピラリの案内によってワイヤで接続する工程とを有し、
    前記(c)工程は、前記ワイヤを前記ボンディングリードに接続する際に、前記ワイヤが前記ボンディングリードに接触する第1地点から前記キャピラリが前記ボンディングリードに接触する第2地点までの間、前記キャピラリが前記ワイヤを段階的に押圧するように前記キャピラリの高さを制御する高さ制御工程を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
  10. 請求項9記載の半導体装置の製造方法において、前記(c)工程の前記高さ制御工程で、前記キャピラリの先端部の高さをモニタリングし、前記キャピラリの降下速度が設定値より大きくなった際には、前記キャピラリから前記ワイヤに付与する荷重の大きさを小さくし、前記キャピラリの降下速度が前記設定値より小さくなった際には、前記キャピラリから前記ワイヤに付与する荷重の大きさを大きくすることを特徴とする半導体装置の製造方法。
  11. 請求項10記載の半導体装置の製造方法において、前記ワイヤは、銅線であることを特徴とする半導体装置の製造方法。
  12. 請求項10記載の半導体装置の製造方法において、前記(c)工程は、前記高さ制御工程の後、前記キャピラリから前記ワイヤに荷重を付与する荷重制御工程を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
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