JP2941533B2 - 半導体チップのワイヤレスボンディング方法 - Google Patents

半導体チップのワイヤレスボンディング方法

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、半導体チップをタブ方
式によりマウントする際に利用するワイヤレス接合方式
に係わり、特に、半導体チップに形成する電極とリード
フレームのインナーリード間にワイヤレスボンディング
する工程に利用するものである。
【0002】
【従来の技術】最近のように集積度の高い半導体素子
は、益々多ピン化の方向にあり、200 ピンを越える品種
の多くは、当然各ピン間の距離が小さくなる傾向にあ
る。このため、リードフレームに半導体チップをマウン
トする方式に代えて、半導体基板に形成する金バンプ電
極に、リードを圧接するタブ方式が多く使用されてい
る。
【0003】このような金バンプ方式の従来技術を図1
〜図5により説明すると、半導体チップ1の表面に被着
するAlまたはAl合金(Al−Si−Cu、Al−S
i、Al−Cu)で構成する配線層2と半導体チップ1
の中間に窒化チタン層即ちバリアメタル層3を形成し
て、その接合強度を上げている(図1参照)。金バンプ
がワイヤレスボンディング工程により接合するのは、半
導体チップ1に形成する配線層2の端末のいわゆるボン
ディングパッド層であるが、本発明方法では、以後配線
層2と記載する。
【0004】また、配線層2は、絶縁物層4により半導
体チップ1と電気的に絶縁し、バリアメタル層3と配線
層2の間にも位置する構造となっている(図1参照)。
【0005】更に、配線層2は、絶縁物層4全面に被覆
後、公知のフォトレジスト法を利用するパターニング工
程を施してから、エッチングマスクとして機能するフォ
トレジスト層5を配線層2の所定の場所に重ねて、図2
の断面構造とする。次に、金バンプ6を(図3参照)形
成するが、勿論、半導体チップ1に形成する能動領域ま
たは受動領域に金バンプ6を電気的に導通する。
【0006】引続いて再び金バンプ6上に第2のフォト
レジスト層7を設け(図4参照)、これをエッチング処
理して先に被着したフォトレジスト層5も除去して図5
に明らかにしたいわゆるオーバハング形状の金バンプ6
をいわゆるリフトオフ法により完成する。
【0007】金バンプ6を利用するワイヤレスボンディ
ング法を図6乃至図9により説明する。即ち、ステージ
8に設置する半導体チップ1には、当然であるが金バン
プ6が形成されており、これと一体とするリードフレー
ムに形成するリード9は、銀メッキ層10を被覆してあ
り(図6参照)更に、これと金バンプ6を図7に示すよ
うに高熱を維持するボンディングツール11により圧接
して両者を接合する。図8ならびに図9は、図6及び図
7と逆に高熱板12に設置する絶縁基板13に形成する
配線パターン14に金バンプ6をワイヤレスボンディン
グする例を示す。図8に示すように、高熱板12に設置
する絶縁基板13には、配線パターン14を設け他方、
金バンプ6を形成した半導体チップ1を図8のようにコ
レット15にバキュームを利用して吸着後、配線パター
ン14にボンディングする(図9参照)ことにより、半
導体チップ1に形成する能動領域または受動領域と電気
的に接続することになる。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】従来一般的であったワ
イヤボンディング法では、ワイヤの変形により、a.隣
接するワイヤや配線層との短絡、b.電極パツド(前記
の配線層または配線パターンに相当する)とワイヤ間で
接合強度が不足して接合不良が起こる、c.後続の樹脂
封止工程における樹脂粘度や樹脂射出圧力によるワイヤ
流れとワイヤ切れが発生する場合がある、d.多ピン型
ではボンディングにおけるリードタイムが長い、薄い樹
脂封止層即ち外囲器では、ワイヤのループ形状を制御す
ることが難しく、樹脂封止層外にワイヤが露出する場合
がある。
【0009】これに対してワイヤレスボンディング法で
は、半導体チップに形成する金バンプの製造工程数が多
く、製造設備などのコストが大きいために、リードボン
ディングした半導体チップを含め、組立工程での不良発
生が大きな損失になる。
【0010】本発明は、このような事情により成された
もので、特に、工数を少なくかつ、リードタイムの短縮
できる半導体チップのワイヤレスボンディング方法を提
供することを目的とするものである。
【0011】
【課題を解決するための手段】本発明に係る半導体チッ
プのワイヤレスボンディング方法は、請求項1が、リ−
ドの先端部分に銀メッキ層を被覆する工程と、前記リ−
ドの先端部分の銀メッキ層を介して溶融金を前記リ−ド
に滴下してバンプを形成する工程と、前記金バンプを半
導体基板に形成するパッド面と一体にする工程とから成
る点に特徴があり、請求項2が、リ−ドの先端部分に銀
メッキ層を被覆する工程と、前記リ−ドの先端部分の銀
メッキ層を介して溶融金を前記リ−ドに滴下してバンプ
を形成する工程と、前記金バンプを半導体基板に形成す
るパッド面に熱圧着する点に特徴があり、請求項3が、
導電性リ−ドフレ−ムに形成するリ−ドの先端部分に銀
メッキ層を被覆する工程と、前記リ−ドの先端部分の銀
メッキ層を介して溶融金を前記リ−ドに滴下してバンプ
を形成する工程と、前記金バンプを半導体基板に形成す
るパッド面に熱圧着する工程とから成り、前記加熱温度
を銀メッキ層の溶融点温度以上導電性リ−ドフレ−ムの
軟化点温度以下にする点に特徴がある。
【0012】また、半導体基板に形成するパッド面に押
付けて形成する金バンプを熱圧着する工程にも特徴があ
る。更に、前記加熱温度を銀メッキ層の溶融温度以上導
電性リードフレームの軟化点温度以下にする点にも特徴
がある。
【0013】
【作用】以上のように、本発明では、リードに金バンプ
層を形成して、半導体チップには金バンプ層を設けない
ために、工数ならびにリードタイムが削減でき、ひいて
はコストダウンができて、量産上の効果が極めて大きい
ものがある。
【0014】
【実施例】本発明に係わる一実施例を図10乃至図12
図を参照して説明する。即ち、鉄ニッケル合金やAl合
金または銅や銅合金などから成るリードフレームを用意
して、常法通りインナーリード(今後リードと記載す
る)を設ける。リード9先端には、図10に示すように
銀メッキ層10を被覆し、ここに金バンプ6を形成する
ために、リード9をステージ8に配置すると共に成形型
16を用意する。
【0015】金バンプ6の形状に合せた孔部17を設け
た成形型16は、銀メッキ層10の溶融温度約400℃
以上でリードの軟化温度以下の温度に耐えかつ、耐酸性
の材料例えばクロムやクロム合金で構成する。
【0016】図11に明らかにしたように、成形型16
をリード9に重ねて孔部17が金バンプ6の形成予定位
置に対応させてから、治具18に充填した金溶融液19
をポッティング法により滴下して金バンプ6を形成す
る。この工程では、リード9を銀メッキ層10の溶融温
度約400℃以上でリードの軟化温度以下の温度に維持
することが必要であり、場合によっては不活性雰囲気例
えば窒素雰囲気にする。この工程により、溶融した銀メ
ッキ層10に一部が拡散しかつリ−ド層にも達する金バ
ンプ6を図12に示すように形成する。この大きさは、
半導体チップ1に形成する配線層2であるパッド層の寸
法100μm平方より多少大きい150μm平方程度で
ある。
【0017】次に図13乃至図16では、ボンディング
ツール11及びコレット15を利用して半導体チップ1
とリード9に形成した金バンプ6を一体とする工程を示
したが、いずれも銀メッキ層10を省略した。これらの
工程では、ステージ8に半導体チップ1を配置後、転写
すべき位置にリード9に形成した金バンプ6を対応させ
てから、荷重100gr程度のツール11によりリード
9を図14に示すように押付けて半導体チップ1に金バ
ンプを転写する。
【0018】これとは逆に図15と図16では、コレッ
ト15に減圧状態を利用して吸着した半導体チップ1
を、ステージ8に設置したリード9に形成した金バンプ
6に荷重100gr程度で押付けて転写する。
【0019】
【発明の効果】従来の半導体ワイヤレス接合方法では、
半導体チップの製造工程中に金バンプ成形工程があるの
で、製造設備費や製造工数が多くひいては製造コストが
かさむのに対して、本発明方法では、リードに直接金バ
ンプを設けるので、既存の設備をそのまま利用できる上
に、キャリアテープも使用せず対応できる。
【0020】しかも、ワイヤボンディングで問題になっ
ていた、ワイヤの変形、半導体チップに形成する電極パ
ッドとワイヤの接合不良、樹脂封止工程時のワイヤ流れ
や切れ、多ピン型のボンディングリードタイム低下、薄
型外囲器でのワイヤの露出の5項目が解決できる。
【0021】更に、本発明方法では、工程の短縮や信頼
性の向上が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図1】従来のワイヤレスボンディング方法の1工程を
示す断面図。
【図2】図1に続くワイヤレスボンディング方法の工程
を示す断面図。
【図3】図2に続くワイヤレスボンディング方法の工程
を示す断面図。
【図4】図3に続くワイヤレスボンディング方法の工程
を示す断面図。
【図5】図4に続くワイヤレスボンディング方法の工程
を示す断面図。
【図6】半導体チップに形成した金バンプにリードを電
気的に接続する工程を示す図。
【図7】図6に示す工程後の状態を示す図。
【図8】絶縁基板に形成する配線パターンにコレットに
吸着した半導体チップに形成した金バンプを接続する状
態を示す図。
【図9】図8に示す工程後の状況を明らかにする図。
【図10】本発明方法によりリードに金バンプを形成す
る前工程を示す図。
【図11】本発明方法によりリードに金バンプを形成す
る工程を示す図。
【図12】本発明方法によりリードに金バンプを形成後
の断面を示す図。
【図13】本発明方法により半導体チップに形成した金
バンプにリードを電気的に接続する工程を示す図。
【図14】図13に示す工程後の状態を示す図。
【図15】絶縁基板に形成する配線パターンにコレット
に吸着した半導体チップに本発明方法により形成した金
バンプを接続する状態を示す図。
【図16】図15に示す工程後の状況を明らかにする
図。
【符号の説明】
1:半導体チップ、 2:配線層、 3:バリヤ層、 4:絶縁物層、 5、7:フォトレジスト層、 6:金バンプ、 8、13:ベース、 9:リード、 10:銀メッキ層、 11:ツール、 14:絶縁パターン、 15:コレット。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) H01L 21/60 H01L 21/60 311 H01L 21/603

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 リ−ドの先端部分に銀メッキ層を被覆す
    る工程と、前記リ−ドの先端部分の銀メッキ層を介し
    溶融金を前記リ−ドに滴下してバンプを形成する工程
    と、前記金バンプを半導体基板に形成するパッド面と一
    体にする工程とから成ることを特徴とする半導体チップ
    のワイヤレスボンディング方法
  2. 【請求項2】 リ−ドの先端部分に銀メッキ層を被覆す
    る工程と、前記リ−ドの先端部分の銀メッキ層を介し
    溶融金を前記リ−ドに滴下してバンプを形成する工程
    と、前記金バンプを半導体基板に形成するパッド面に熱
    圧着することを特徴とする請求項1記載の半導体チップ
    のワイヤレスボンディング方法
  3. 【請求項3】 導電性リ−ドフレ−ムに形成するリ−ド
    の先端部分に銀メッキ層を被覆する工程と、前記リ−ド
    の先端部分の銀メッキ層を介して溶融金を前記リ−ドに
    滴下してバンプを形成する工程と、前記金バンプを半導
    体基板に形成するパッド面に熱圧着する工程とから成
    り、前記加熱温度を銀メッキ層の溶融点温度以上導電性
    リ−ドフレ−ムの軟化点温度以下にすることを特徴とす
    る請求項1記載の半導体チップのワイヤレスボンディン
    グ方法
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