JP2011238663A - 半導体装置の製造方法、ワイヤーボンディング装置 - Google Patents

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Katsuhiko Kitagawa
勝彦 北川
Kazumi Onda
和美 恩田
Satoshi Abe
敏 阿部
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On Semiconductor Trading Ltd
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Abstract

【課題】材料コストが安い銅線を用いたワイヤボンド方法を提供する。
【解決手段】半導体装置の製造方法では、金属細線として銅線２１を用いることで、材料コストが低減される。また、ワイヤーボンディング領域である開口部１５近傍にヒーターコイル２２が巻き付けられたノズル２０を配置することで、ワイヤーボンディング領域には加熱された不活性ガスが吹き込まれる。この製造方法により、半導体素子１２の電極パッドの温度が不活性ガスにより大幅に低下し、銅線２１と電極パッドとが接続不良となることが防止される。
【選択図】図２

Description

本発明は、銅線を用いてワイヤーボンディングを行う半導体装置の製造方法、ワイヤーボンディング装置に関する。
従来の半導体装置の製造方法の一実施例として、下記の製造方法が知られている。図８及び図９は、従来のワイヤーボンディング方法を説明するための断面図である。
先ず、図８（Ａ）に示す如く、リードフレーム６１のアイランド６２上に半導体チップ６３を固着した後、リードフレーム６１をワイヤーボンディング装置のヒータープレート６４上へと搬送する。このとき、リード押さえ部６５は、ヒータープレート６４上方へと移動する。
次に、図８（Ｂ）に示す如く、リードフレーム６１をヒータープレート６４の載置部６６上面に位置決めして設置した後、リード押さえ部６５を下降させ、リードフレーム６１を載置部６６上にクランプする。そして、リード押さえ部６５は、その中央領域に開口部６７が設けられ、開口部６７からは、アイランド６２、リードフレーム６１のインナーリード６８及び半導体チップ６３が露出する。
次に、図９（Ａ）に示す如く、ヒータープレート６４の加熱により半導体チップ６３の電極パッド６９を約２００℃に加熱した後、金線７０が挿通したキャピラリ７１が電極パッド６９上へと移動する。そして、超音波振動併用の熱圧着技術により、キャピラリ７１の先端に形成された金ボール７２を電極パッド６９へと接続する。
次に、図９（Ｂ）に示す如く、キャピラリ７１がインナーリード６８の先端部上方へ移動する。そして、ヒータープレート６４の加熱により約２００℃に加熱されたインナーリード６８に対して金線７０を所望の荷重にて押し付け、超音波振動併用の熱圧着技術により接続する。このとき、インナーリード６８は、リード押さえ部６５の突起部７３によりクランプされた状態である。
次に、図９（Ｃ）に示す如く、キャピラリ７１上方に配置されたワイヤークランパー（図示せず）を閉じた状態にてキャピラリ７１が上昇し、金線７０をインナーリード６８の接続箇所にて破断する。前述したように、インナーリード６８は、突起部７３により固定されることで、インナーリード６８が載置部６６上に確実に固定された状態にて切断が行われる（例えば、特許文献１参照。）。
特開２００３−２２４１５９号公報（第３−４頁、第１−２図）
先ず、図８及び図９を用いて前述したように、金ボール７２と電極パッド６９との接続不良を防止するために、電極パッド６９が、ヒータープレート６４を用いてワイヤーボンディング作業に適した温度まで加熱される。そして、リード押さえ部６５の開口部６７内のワイヤーボンディング領域は高温状態となる。そのため、ワイヤーボンディングに用いられる金属細線の酸化を防止するため、金線７０が使用される。しかしながら、金線は銅線と比較して材料費が高く、原価コストを引き上げる問題がある。
次に、ワイヤーボンディング工程において、金線７０に換えて銅線を用いることで、原価コストが嵩むという問題は解決される。しかしながら、前述したように、ワイヤーボンディング領域は高温状態となり、銅線は酸化し易いため、開口部６７内のワイヤーボンディング領域に対し酸化防止対策を施す必要がある。例えば、開口部６７内に酸化抑制ガスを吹き込み、ワイヤーボンディング領域を酸化抑制ガスの雰囲気で満たすことが考えられる。この場合、常温（室温）の酸化抑制ガスを開口部６７上方から吹き込むことで、半導体チップ６３表面側の電極パッド６９の温度が低下する。これは、ヒータープレート６４により加熱された電極パッド６９に対して、酸化抑制ガスの温度が大幅に低いためである。その結果、銅線の酸化防止対策は実現されるが、電極パッド温度６９の温度が低下し、銅線と電極パッド６９との接続性が悪化し、接続不良が発生する問題がある。
特に、半導体チップ６３の厚みが、例えば、３３０μｍ以上となる場合には、ヒータープレート６４からの熱が、電極パッド６９まで伝わり難く、電極パッド６９を所望の温度まで加熱し難いという問題がある。ここで、前述したように、銅線を用いる場合には、銅線の酸化を防止するため、ヒータープレート６４の温度を高くすることが出来ず、厚い半導体チップ６３では、電極パッド６９まで温度が伝達し難いという問題がある。更に、酸化抑制ガスの吹き込みにより、電極パッド６９の温度が大幅に低下し、電極パッド６９の温度が、ワイヤーボンディング作業に適した温度に維持し難いという問題がある。その結果、前述したように、銅線と電極パッド６９との接続性が悪化し、接続不良が発生する問題へと繋がる。
ここで、電極パッド６９は、主に、ＡｌやＡｌ合金から構成され、銅線とＡｌとは合金層を形成し難いという材料特性がある。その一方で、銅線とＡｌとの合金層が一度形成されると、温度による影響を受け難いという材料特性もある。そのため、電極パッド６９の温度をワイヤーボンディング作業に適した温度に維持し、銅線と電極パッド６９との接続性を向上させることで、接続信頼性の向上へと繋がる。そして、電極パッド６９の温度を所望の範囲に維持することは、銅線を用いてワイヤーボンディング作業を行う際に重要な問題となる。
前述した各事情に鑑みて成されたものであり、本発明の半導体装置の製造方法では、アイランドと、前記アイランドの周囲に配置された複数のリードと、前記アイランドから延在された吊りリードとを有する搭載部が形成されたリードフレームを準備し、前記アイランド上に半導体素子を固着し、前記半導体素子の電極パッドと前記リードとを銅線によりワイヤーボンディングした後、前記搭載部を樹脂で被覆し、樹脂パッケージを形成する半導体装置の製造方法において、前記ワイヤーボンディングを行うワイヤーボンディング装置に内蔵された加熱機構により前記アイランド側から前記電極パッドを加熱し、且つ、前記電極パッドの上方から加熱された不活性ガスを前記ワイヤーボンディング領域に供給することを特徴とする。
本発明のワイヤーボンディング装置では、リードフレームが配置される載置台と、前記載置台上を覆い、前記リードフレームの搭載部が露出する開口部が設けられたクランパーと、前記クランパーの上方に配置されるキャピラリとを有するワイヤーボンディング装置において、前記載置台には前記リードフレームを加熱する加熱機構が内蔵され、前記開口部近傍には加熱された不活性ガスを前記開口部内へと供給するノズルが配置されることを特徴とする。
本発明では、銅線を用いてワイヤーボンディングが行われることで、金線が用いられる場合と比較して材料コストが低減される。
また、本発明では、電極パッドの上方から加熱された不活性ガスを吹き込むことで、電極パッドの大幅な温度低下を防止し、銅線と電極パッドとの接続不良が抑止される。
また、本発明では、ワイヤーボンディング領域近傍にヒーターコイルが巻き付けられたノズルを配置することで、加熱後の不活性ガスが直ぐにワイヤーボンディング領域に供給される。
また、本発明では、搭載部へワイヤーボンディングを行う前に、捨てボンディング領域に対してワイヤーボンディングを行うことで、良好なイニシャルボールが形成され、接続不良が抑止される。
また、本発明では、ワイヤーボンディング装置の稼動時または再稼動時の最初に行われることで、特に、ワイヤーボンディング装置外に露出し、酸化し易い部分の銅線が除去される。
また、本発明では、捨てボンディング領域に対してワイヤーボンディングを複数回行うことで、個々の銅線の高さを低くし、リードフレーム搬送時の接触による銅線の剥離が防止される。
また、本発明では、捨てボンディング領域が樹脂モールド工程前に打ち抜かれることで、捨てボンディング領域の銅線が飛散することが防止される。
本発明の実施の形態における半導体装置の製造方法を説明する（Ａ）平面図、（Ｂ）平面図である。 本発明の実施の形態における半導体装置の製造方法を説明する（Ａ）平面図、（Ｂ）断面図である。 本発明の実施の形態における半導体装置の製造方法を説明する概略図である。 本発明の実施の形態における半導体装置の製造方法を説明する（Ａ）断面図、（Ｂ）平面図、（Ｃ）断面図である。 本発明の実施の形態における半導体装置の製造方法を説明する（Ａ）断面図、（Ｂ）断面図、（Ｃ）断面図である。 本発明の実施の形態における半導体装置の製造方法を説明する（Ａ）平面図、（Ｂ）断面図である。 本発明の実施の形態における半導体装置の製造方法により形成される半導体装置を説明する（Ａ）斜視図、（Ｂ）斜視図、（Ｃ）断面図である。 従来の実施の形態における半導体装置の製造方法を説明する（Ａ）断面図、（Ｂ）断面図である。 従来の実施の形態における半導体装置の製造方法を説明する（Ａ）断面図、（Ｂ）断面図、（Ｃ）断面図である。
以下に、本発明の半導体装置の製造方法について説明する。図１（Ａ）及び（Ｂ）は、リードフレームを説明する平面図である。図２〜図５は、ワイヤーボンディング装置及びワイヤーボンディング工程を説明する図である。図６（Ａ）は、樹脂モールド工程を説明する平面図である。図６（Ｂ）は、ダイシング工程を説明する断面図である。図７（Ａ）〜（Ｃ）は、本発明の製造方法により形成された半導体装置を説明する図である。
先ず、図１（Ａ）に示す如く、例えば、銅を主材料とするリードフレーム１を準備する。リードフレーム１としては、Ｆｅ−Ｎｉを主材料とするフレームの場合でも良く、他の金属材料から成る場合でも良い。このリードフレーム１には、一点鎖線で示すように、複数の搭載部２が形成される。リードフレーム１の長手方向（紙面Ｘ軸方向）は、スリット３により一定間隔に区切られる。そして、スリット３にて区切られたリードフレーム１の１区間には、例えば、４つの搭載部２の集合から成る１つの集合ブロックが形成される。そして、この集合ブロックが、リードフレーム１の長手方向に複数形成される。また、リードフレーム１の長手方向には、その上下端部領域にインデックス孔４が一定の間隔で設けられ、各工程での位置決めに用いられる。
次に、搭載部２は、主に、アイランド５と、アイランド５の４隅を支持する吊りリード６と、アイランド５の４側辺の近傍に位置する複数のリード７と、複数のリード７を支持するタイバー８とから構成される。そして、吊りリード６は、アイランド５の４つのコーナー部から延在し、タイバー８の交差する支持領域９と連結する。支持領域９は、リードフレーム１と一体となり、アイランド５がリードフレーム１に支持される。
次に、点線１０にて示すように、集合ブロック間のスリット３上方には、捨てボンディング領域１１が配置される。詳細は後述するが、ワイヤーボンディング工程では、集合ブロック毎に連続してワイヤーボンディングが行われるが、最初に、捨てボンディング領域１１にボールボンディングが行われる。この製造方法により、酸化していない良好な銅線を用いてワイヤーボンディングが行われ、接続不良が抑止される。尚、捨てボンディング領域１１は、スリット３間やスリット３下方に配置される場合でも良い。
次に、図１（Ｂ）に示す如く、リードフレーム１の搭載部２毎に、アイランド５の上面に半導体素子１２を固着する。そして、接着材としては、半田やＡｇ等導電性ペースト等の導電性接着材またはエポキシ樹脂等の絶縁性接着材が用いられる。このとき、加熱機構が組み込まれたダイボンド装置が用いられ、その作業領域内が、例えば、２５０〜２６０℃程度に保たれることで、その作業性が向上される。そして、ダイボンド装置の作業領域内が、不活性ガスにより充填されることで、リードフレーム１が、長時間に渡り高温状態下に配置されるが、その酸化が防止される。
次に、図２〜図３を用いてワイヤーボンディング装置について説明する。
先ず、図２（Ａ）に示すように、ワイヤーボンディング装置の載置台１３上にリードフレーム１が配置され、リードフレーム１上方を覆うようにクランパー１４が配置される。リードフレーム１は、載置台１３とクランパー１４との間の空間部をその長手方向に移動し、各搭載部２毎にワイヤーボンディングが行われる。そして、クランパー１４には、前述したリードフレーム１の集合ブロック（４つの搭載部２から成るブロック）に対応した４つの開口部１５と、捨てボンディング領域１１に対応した開口部１６が形成される。開口部１５、１６は、クランパー１４を貫通し、前述した空間部へと連通し、開口部１５、１６の側面１７、１８は傾斜面となる。そして、クランパー１４の開口部１５は、１つの集合ブロックの搭載部２毎に配置され、アイランド５の周囲の複数のリード７や吊りリード６は、クランパー１４により確実に押圧固定される。
次に、図２（Ｂ）に示すように、載置台１３の上面側は、リードフレーム１が移動する領域であり、主に、平坦面として形成されるが、載置台１３のワイヤーボンディングが行われる領域は、その他の領域に対して突出し、その突出領域上にリードフレーム１の搭載部２や捨てボンディング領域１１が配置される。そして、クランパー１４が、ワイヤーボンディング時に下降し、リードフレーム１は、クランパー１４と載置台１３との間に押圧固定される。また、載置台１３の突出領域には加熱機構１９が内蔵され、加熱機構１９によりアイランド５上に固着された半導体素子１２の電極パッドやリード７は加熱される。半導体素子１２の電極パッドでは、その表面温度が、例えば、１９０〜２４０℃程度となるように加熱される。一方、リード７では、リードフレーム１自体の酸化防止が考慮され、例えば、２８０℃以下に加熱される。リード７は、直接、載置台１３上面に設置されることで、電極パッドよりも加熱され易い。
次に、クランパー１４の開口部１５近傍には、ノズル２０が配置され、ノズル２０から供給される不活性ガスは、開口部１５内へと吹き込む。銅線２１の径が４５μｍの場合には、例えば、１．９リットル／分の窒素ガス（若干の水素ガスが含まれる）が用いられる。そして、銅線２１は、高温状態の作業領域内では酸化し易い状態となるが、上記不活性ガスの存在により銅線２１の酸化が防止される。詳細は後述するが、ノズル２０の外周にはヒーターコイル２２が巻き付けられ、不活性ガスは、ノズル２０を通過する際に加熱される。そして、加熱された不活性ガスが、開口部１５内へと吹き込むことで、半導体素子１２の表面側に位置する電極パッドの温度が、大幅に低下することが防止される。尚、図示したように、開口部１５の側面１７が、上方側へと広がる傾斜面となり、作業領域が広がるだけでなく、不活性ガスがワイヤーボンディング領域へと流れ込み易くなる。
尚、集合ブロック毎にワイヤーボンディングが行われ、クランパー１４が上下方向へと可動することで、リードフレーム１が、ワイヤーボンディング装置の空間部を移動し、また、リードフレーム１が、載置台１３上に押圧固定される。このとき、前述した不活性ガスが、クランパー１４の動作に合わせて空間部へと流れ込むことで、空間部内を移動するリードフレーム１の酸化が抑止される。また、図示していないが、クランパー１４に不活性ガスを送り込むパイプを配設し、常時、リードフレーム１が移動する空間部へと不活性ガスを流し込む構造とする場合でも良い。
次に、図３に示すように、ワイヤーボンディング装置では、銅線スプール２４から送り出された銅線２１は、テンション機構２５やワイヤガイド２６を経由し、キャピラリ２３へと挿通される。キャピラリ２３へと挿通された銅線２１は、ワイヤークランパー２７の開閉状態に応じて、キャピラリ２３先端から導出する量が調整される。そして、図４〜図６を用いて後述するように、銅線２１を用いてワイヤーボンディング作業が行われる。
一方、ワイヤーボンディング装置は、開口部１５（図２（Ｂ）参照）内のワイヤーボンディング領域に不活性ガスを供給するノズル２０を有する。例えば、ワイヤーボンディング装置が配置される作業部屋の天井側には、不活性ガスが流れるガス配管２８が配設され、ガス配管２８の先には着脱可能なセルフシール型のカップラー２９が配設される。そして、ノズル２０とガス配管２８とは、例えば、ガスホース３０により接続され、柔軟性に富むガスホース３０を用いることで、ノズル２０の動きやワイヤーボンディング装置のレイアウトに応じて自由にノズル２０の位置を変更させることができる。また、ガスホース３０の中間部にはバルブ３１が設けられ、ガス配管２８から供給される不活性ガスの供給量を、適宜、調整することが可能となる。
図示したように、ノズル２０の外周にはヒーターコイル２２が巻き付けられ、不活性ガスは、ノズル２０を通過する際に加熱される。具体的には、ヒーターコイル２２に高周波電流を流すことで、ノズル２０内の温度は、３００℃程度となるように調整され、ノズル２０から排出される不活性ガスの温度は、２００〜２５０℃程度となる。その結果、不活性ガスが電極パッドに吹き付けられた場合でも、電極パッドの温度が急激に低下することもなく、電極パッドの温度も、例えば、１９０〜２４０℃程度に維持される。また、不活性ガスは、開口部１５近傍に配置されるノズル２０内にて加熱されることで、不活性ガスの温度が低下する前に開口部１５内へと供給され、効率的な加熱機構が実現される。
特に、半導体素子１２が、３３０μｍ以上の厚みを有する場合、加熱機構１９からの加熱では、半導体素子１２表面まで熱が伝わり難く、電極パッドが、ワイヤーボンディングに適した温度まで加熱され難いという問題がある。あるいは、電極パッドが、ワイヤーボンディングに適した温度まで加熱されるまでに相当な時間が掛かり、作業性が悪いという問題がある。この状況において、従前のように、常温の不活性ガスを供給すると、銅線２１やリード７の酸化は防止されるが、電極パッドの温度が低下し、銅線２１と電極パッドとが接続不良となる。そこで、ヒーターコイル２２によりノズル２０内の温度を４００℃程度とし、ノズル２０から排出される不活性ガスの温度を３００℃程度とすることも可能である。この場合には、電極パッドは、加熱機構１９と不活性ガスの両方により加熱され、銅線２１と電極パッドとの接続不良を防止し、作業時間の短縮も実現される。
つまり、ヒーターコイル２２により、ノズル２０から供給される不活性ガスの温度を２５０℃以上に調整することで、３３０μｍ以上の厚みを有する半導体素子１２においても、電極パッドをワイヤーボンディングに適した温度に維持できる。そして、ワイヤーボンディングの作業性が向上し、銅線２１の接続信頼性も向上される。
次に、図４（Ａ）〜（Ｃ）を用いて、ワイヤーボンディング装置の形成部３２及びイニシャルボール３３を形成する方法を説明する。
図４（Ａ）に示す如く、イニシャルボール形成に用いられる形成部３２は、セラミック等の無機材料から成り、外形形状は紙面上にて横方向に細長い直方体形状となる。形成部３２の内部には、点線にて示すように、その長手方向に内部を貫通して設けた導通孔３４と、その厚み方向に円形に貫通して設けた貫通孔３５が形成される。そして、導通孔３４と貫通孔３５とは連通する。
図示したように、導通孔３４の内部にはトーチ３６が配置され、トーチ３６の先端部は貫通孔３５の内部に露出する。また、トーチ３６の直径は、導通孔３４の内径よりも小さくなる。そして、矢印３７にて示すように、トーチ３６と導通孔３４との間の間隙を利用して、前述した不活性ガスが、貫通孔３５へと供給される。
図４（Ｂ）に示す如く、貫通孔３５は、一点鎖線にて示すキャピラリ２３の外形よりも大きく設計される。そして、ワイヤーボンディングを行う際には、キャピラリ２３は、貫通孔３５を経由し、形成部３２と接触しないように上下方向に移動する。
図４（Ｃ）に示す如く、キャピラリ２３の上方に配置されたワイヤークランパー２７が開放し、キャピラリ２３の先端からは所望の長さの銅線２１が導出し、キャピラリ２３近傍に位置するトーチ３６から放電され、キャピラリ２３の先端にはイニシャルボール（銅ボール）３３が形成される。このとき、矢印３７にて示すように、不活性ガスが貫通孔３５内に供給されることで、銅線２１の酸化が防止され、球形状に近い理想的な形状のイニシャルボール３３が形成される。また、イニシャルボール３３が形成された後も、イニシャルボール３３の表面に酸化被膜が形成されることが抑止される。そして、出荷後にセット製品に組み込まれ、製品化された後に酸化被膜に起因する接続不良を招くことが防止される。
次に、図５（Ａ）〜（Ｃ）を用いてワイヤーボンディング工程について説明する。尚、その説明の際に図２〜図４を、適宜、参照する。
先ず、図２（Ａ）及び（Ｂ）を用いて説明したように、ワイヤーボンディング装置の載置台１３上にリードフレーム１を配置し、ワイヤーボンディング領域までリードフレーム１を移動させ、クランパー１４を用いて載置台１３の突出領域上にリードフレーム１を押圧固定する。そして、ノズル２０から加熱された不活性ガスが吹き出し、クランパー１４の開口部１５内及びその周辺領域を不活性ガスの雰囲気にて満たされた状態とする。
一方、図４（Ａ）〜（Ｃ）を用いて説明したように、ワイヤーボンディング装置の稼動開始時や再稼動開始時には、ノズル２０から不活性ガスが供給され始めた直後であり、クランパー１４の開口部１５内及びその周辺領域は、十分な量の不活性ガスの雰囲気にて満たされていない状態である。同様に、形成部３２の貫通孔３５に対しても不活性ガスが供給され始めた直後であり、形成部３２周辺も十分な量の不活性ガスの雰囲気にて満たされていない状態である。そのため、ワイヤーボンディング装置外へ露出した銅線２１、例えば、既に、銅線スプール２４から送り出された銅線２１は酸化している恐れがある。
そこで、図５（Ａ）に示すように、ワイヤーボンディング装置では、先ず、ワイヤーボンディング装置外へ露出し、酸化している恐れがある部分の銅線２１を用いて、キャピラリ２３が、リードフレーム１の捨てボンディング領域１１に対して、連続してボールボンディングを行う。このとき、ワイヤークランパー２７（図４（Ｃ）参照）にて銅線２１を挟持した状態にてボールボンディングを行うことで、イニシャルボール３３が、捨てボンディング領域１１に接続した後、キャピラリ２３が上方へ移動する際に銅線２１が切断される。そして、捨てボンディング領域１１上の銅線３８の高さＴ１は、図５（Ｃ）に示す銅線４１のループ頂までの高さＴ２よりも低くなる。この製造方法により、リードフレーム１が、ワイヤーボンディング装置の空間部内を移動する際に、捨てボンディング領域１１上の銅線３８が、クランパー１４と接触し、剥離することが抑止される。
更に、吸引用のノズル３９が、開口部１６内またはその近傍に配置され、ワイヤーボンディング作業中の間、開口部１６内を吸引する。この製造方法により、銅線２１の酸化に起因し、捨てボンディング領域１１上に接続しなかった銅線３８やその後、捨てボンディング領域１１上から剥離した銅線３８を吸引する。そして、リードフレーム１が空間部内を移動する際に、剥離した銅線３８が、搭載部２側へと飛散し、半導体素子１２がショートした状態となることが防止される。
更に、図２及び図３を用いて前述したように、載置台１３上に配置されたリードフレーム１のリード７や半導体素子１２の電極パッドは、加熱機構１９によりワイヤーボンディングに適した温度まで加熱される。同様に、ノズル２０内もヒーターコイル２２により適した温度まで加熱される。しかしながら、ワイヤーボンディング装置の稼動開始時や再稼動開始時には、載置台１３やノズル２０は常温のため、所望の温度に加熱されるまでに時間を要する。そこで、捨てボンディング領域１１に酸化している恐れがある部分の銅線２１を捨てボンディングする時間を利用して、載置台１３やノズル２０を加熱することで、作業時間をロスすることなく、ワイヤーボンディング条件を整えることができる。
尚、ワイヤークランパー２７が開放された状態にて、捨てボンディング領域１１にボールボンディングを行った後に、ワイヤークランパー２７にて銅線２１を挟持し、銅線２１の切断長さを調整する場合でも良い。少なくとも前述した銅線３８の高さＴ１が、銅線４１の高さＴ２よりも低くなる関係を満たすことで、捨てボンディング領域１１上の銅線３８が、クランパー１４と接触し、剥離することが抑止される。
次に、ワイヤーボンディング装置の稼動開始後や再稼動開始後の一定時間経過後には、ワイヤーボンディング装置の周囲も十分な不活性ガスの雰囲気に満たされ、新たにワイヤーボンディング装置から送り出された銅線２１は酸化し難い状態である。そして、酸化の恐れがある部分の銅線２１による捨てボンディングが終了した後、連続して搭載部２へのワイヤーボンディングが行われる。先ず、図４（Ｃ）に示す如く、形成部３２にて、キャピラリ２３の先端にイニシャルボール３３が形成される。次に、図５（Ｂ）に示す如く、ワイヤークランパー２７は開放された状態にて、キャピラリ２３が半導体素子１２の電極パッド４０上に向けて下降し、イニシャルボール３３を電極パッド４０上面に押し付ける。そして、超音波振動併用の熱圧着技術により、キャピラリ２３の先端に形成されたイニシャルボール３３が電極パッド４０と接続する。尚、捨てボンディング領域１１にボールボンディングを行う一方で、ノズル２０（図２（Ｂ）参照）から開口部１５内へと不活性ガスが吹き込まれ、また、形成部３２の貫通孔３５へと不活性ガスが吹き込まれる。そして、搭載部２へワイヤーボンディングを行う際には、キャピラリ２３の周辺領域は、不活性ガスの雰囲気により満たされた状態であり、銅線２１が酸化し難い状態となる。
次に、図５（Ｃ）に示す如く、ワイヤークランパー２７が開放された状態にて、一定のループを描きながらキャピラリ２３がリード７上面に移動する。そして、ワイヤークランパー２７にて銅線２１を挟持した後、キャピラリ２３がリード７上に下降し、銅線２１をリード７上面に押し付ける。そして、超音波振動併用の熱圧着技術により銅線２１がリード７と接続し、切断されることで、電極パッド４０とリード７とが銅線４１により接続される。その後、キャピラリ２３が上昇し、形成部３２の貫通孔３５内へと戻り、イニシャルボールとなる長さの銅線２１がキャピラリ２３の先端から導出し、前述したようにイニシャルボール３３へと加工される。
その後、リードフレーム１の全ての搭載部２に対して前述したワイヤーボンディング作業が繰り返される。
次に、図６（Ａ）に示す如く、複数の銅線３８（図５（Ａ）参照）がボールボンディングされているリードフレーム１の捨てボンディング領域１１を打ち抜いた後、リードフレーム１上の集合ブロック毎に樹脂モールドし、共通の樹脂パッケージ４２を形成する。例えば、リードフレーム１の裏面側に樹脂モールド用のシート４３を樹脂性接着材等により貼り合せた後、リードフレーム１を樹脂封止金型内に配置する。そして、樹脂封止金型内に絶縁性樹脂を充填することで、集合ブロック毎に共通の樹脂パッケージ４２を形成する。前述したように、共通の樹脂パッケージ４２を形成する前に捨てボンディング領域１１を打ち抜くことで、樹脂封止金型内にリードフレーム１を配置する際に、銅線３８がリードフレーム１上から剥離し、搭載部２側へと飛散することが防止される。
次に、図６（Ｂ）に示す如く、リードフレーム１から搭載部２毎に共通の樹脂パッケージ４２を切断して、個々の樹脂パッケージに個片化する。切断にはダイシング装置のダイシングブレード４４を用い、ダイシングライン４５に沿って共通の樹脂パッケージ４２とリードフレーム１とを同時にダイシングする。このとき、シート４３は、その一部のみが切断されることで、個片化された個々の樹脂パッケージはシート４３上に支持される。
最後に、図７（Ａ）〜（Ｃ）を用いて前述した製造方法により形成される半導体装置について説明する。尚、以下の説明では、図１〜図６を用いて説明した構成部材と同じ構成部材には同一の符番を付し、その説明を参照する。
図７（Ａ）に示す如く、半導体装置５１は、例えば、ＭＡＰ（Ｍａｔｒｉｘ Ａｒｒａｙ Ｐａｃｋａｇｉｎｇ ｍｅｔｏｄ）方式の樹脂パッケージ５２から成る。前述したように、例えば、４つの搭載部２から成る共通の樹脂パッケージ５２をダイシングにより個片化するため、樹脂パッケージ５２の側面５３からリード７が露出する。そして、リード７の露出面は、樹脂パッケージ５２の側面５３と、実質、同一面を形成する。
図７（Ｂ）に示す如く、樹脂パッケージ５２の裏面５４にはアイランド５が露出し、アイランド５の露出面は、樹脂パッケージ５２の裏面５４と、実質、同一面を形成する。
図７（Ｃ）は図７（Ｂ）に示す樹脂パッケージ５２のＡ−Ａ線方向の断面図を示すが、アイランド５上には、例えば、Ａｇペースト、半田等の接着材５５により半導体素子１２が固着される。半導体素子１２の電極パッド４０（図５（Ｃ）参照）とリード７とは銅線４１により電気的に接続される。そして、銅線４１は、例えば、径が３３〜５０μｍ、９９．９〜９９．９９ｗｔ％の銅から成る。
尚、本実施の形態では、ノズル２０の外周にヒーターコイル２２を巻き付けることで、ノズル２０内を加熱し、ノズル２０を通過する不活性ガスを加熱する場合について説明したが、この場合に限定するものではない。例えば、既に加熱された不活性ガスをガス配管２８から供給される場合でも良い。また、耐熱性のガスホース３０を用い、ガスホース３０の中間部に不活性ガスの加熱機構を配置する場合でも良い。つまり、ノズル２０の先端から加熱された不活性ガスが供給される加熱機構を有していれば良く、その加熱機構を有することで、前述した効果と同様な効果が得られる。あるいは、ランプ加熱機構を用い、電極パッドの温度が、ワイヤーボンディング作業に適した温度へと維持される場合でも、前述した効果と同様な効果が得られる。
また、捨てボンディング領域１１が、リードフレーム１のスリット３の上方または下方領域やスリット３間に配置される場合について説明したが、この場合に限定するものではない。例えば、リードフレーム１の進行方向の先端領域に捨てボンディング領域１１が配置され、捨てボンディング領域１１の後方に前述した複数の搭載部２が配置される場合でも良い。この場合でも、酸化の恐れがある部分の銅線２１が、捨てボンディング領域１１にワイヤーボンディングされることで、搭載部２側での接続不良が抑止される。
あるいは、図１（Ａ）に示すリードフレーム１の先端（最初にワイヤーボンディング装置に送り込まれる先端）に位置する搭載部２を捨てボンディング領域として用いる場合でも良い。この場合には、クランパー１４の開口部は、開口部１５のみで対応することが可能となる。また、捨てボンディング領域が広がることで、ボールボンディングとステッチボンディングを組み合わせることで、酸化の恐れがある部分の銅線２１の使用が早まり、捨てボンディング時間が短縮される。
あるいは、クランパー１４の表面側、または、クランパー１４の周囲に捨てボンディングを行うためのフレーム（例えば、Ｃｕフレーム）の設置領域を設け、そのフレームに対して捨てボンディングを行う場合でも良い。この場合には、実際にリードフレーム１が移動する領域外にて捨てボンディングが行われることで、捨てボンディングされた銅線が、リードフレーム１上へと飛散することが防止される。また、捨てボンディング後に、そのフレームが取り替えられる機構を設けることで、前述したリードフレーム１上への飛散が確実に防止される。また、フレームの設置領域近傍に吸引ノズル等の飛散防止機構を設けることで、前述したリードフレーム１上への飛散が防止される。その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の変更が可能である。
１ リードフレーム
２ 搭載部
５ アイランド
７ リード
１１ 捨てボンディング領域
１２ 半導体素子
１４ クランパー
１５、１６ 開口部
２０ ノズル
２１ 銅線
２２ ヒーターコイル
２３ キャピラリ
３２ 形成部
３３ イニシャルボール

Claims (8)

  1. アイランドと、前記アイランドの周囲に配置された複数のリードと、前記アイランドから延在された吊りリードとを有する搭載部が形成されたリードフレームを準備し、
    前記アイランド上に半導体素子を固着し、前記半導体素子の電極パッドと前記リードとを銅線によりワイヤーボンディングした後、前記搭載部を樹脂で被覆し、樹脂パッケージを形成する半導体装置の製造方法において、
    前記ワイヤーボンディングを行うワイヤーボンディング装置に内蔵された加熱機構により前記アイランド側から前記電極パッドを加熱し、且つ、前記電極パッドの上方から加熱された不活性ガスを前記ワイヤーボンディング領域に供給することを特徴とする半導体装置の製造方法。
  2. 前記ワイヤーボンディング領域の上方に前記不活性ガスを供給するノズルが配置され、前記ノズルの外周にはヒーターコイルが巻き付けられ、前記不活性ガスは、前記ノズルを通過する際に前記ヒーターコイルにより加熱されることを特徴とする請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
  3. 前記搭載部近傍に配置された前記リードフレームの捨てボンディング領域に対してワイヤーボンディングを行った後、連続して前記搭載部の前記電極パッドと前記リードとを前記銅線によりワイヤーボンディングすることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の半導体装置の製造方法。
  4. 前記捨てボンディング領域へのワイヤーボンディング作業は、前記ワイヤーボンディングを行うワイヤーボンディング装置の稼動時または再稼動時の最初に行われることを特徴とする請求項３に記載の半導体装置の製造方法。
  5. 前記捨てボンディング領域へのワイヤーボンディング作業は、前記ワイヤーボンディング装置の稼動時または再稼動時前に前記ワイヤーボンディング装置外へと配置されていた前記銅線が使用されるまで行われることを特徴とする請求項４に記載の半導体装置の製造方法。
  6. 前記リードフレームの捨てボンディング領域は、前記樹脂パッケージを形成する工程前に打ち抜かれることを特徴とする請求項３または請求項４に記載の半導体装置の製造方法。
  7. リードフレームが配置される載置台と、前記載置台上を覆い、前記リードフレームの搭載部が露出する開口部が設けられたクランパーと、前記クランパーの上方に配置されるキャピラリとを有するワイヤーボンディング装置において、
    前記載置台には前記リードフレームを加熱する加熱機構が内蔵され、前記開口部近傍には加熱された不活性ガスを前記開口部内へと供給するノズルが配置されることを特徴とするワイヤーボンディング装置。
  8. 前記ノズルの外周にはヒーターコイルが巻き付けられ、前記不活性ガスは、前記ノズルを通過する際に前記ヒーターコイルにより加熱されることを特徴とする請求項７に記載のワイヤーボンディング装置。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102233338B1 (ko) * 2020-10-12 2021-03-29 주식회사 저스템 플립칩 본딩 산화 방지 장치

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