JP3146634B2 - 半導体装置のワイヤボンディング装置及び半導体装置の製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、半導体装置のワイヤボ
ンディング装置及びそれを用いたワイヤボンディング工
程を有する半導体装置の製造方法に関し、特に半導体素
子電極とリードとの接合強度の安定性を高めるように改
良されたワイヤボンディング装置及び半導体装置の製造
方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】半導体装置の製造における後の工程にお
いて、半導体素子（チップ）上に形成された接続電極と
それら電極に対応する個々の引き出し用端子（リード）
との電気的接続が、従来からパッケージアセンブリの段
階でチップに対してワイヤボンディング法により施され
ている。ワイヤボンディング法は、極細線のＡｕワイヤ
等のワイヤでＡｌ電極等のチップ電極とリードとの間を
接続するために、例えば熱エネルギー（２００〜３００
°Ｃの温度雰囲気）と超音波エネルギーとを利用して極
細線のＡｕワイヤ先端のＡｕボールとＡｌ電極とを融合
させてＡｕ−Ａｌ合金を形成し、Ａｌ電極とＡｕワイヤ
とを接続する方法である。熱と超音波を利用してワイヤ
の接合を行う超音波ボンディング装置は、ボンディング
時に熱と超音波振動を与えるように構成されている。

【０００３】熱エネルギーと超音波エネルギーとを利用
してワイヤボンディングを行う従来の装置は、典型的に
は図１１に示されているような装置である。図１１に示
す装置は、多数のリード部を備えたリードフレームを使
用するパッケージングにワイヤボンディングを施すもの
で、次のような構成になっている。図中、５０はヒート
アダプタ、５２はウインドクランパーを夫々示す。ヒー
トアダプタ５０は、ワイヤボンディング時、ヒートブロ
ック．（図示せず）とリードフレーム５４の間に装着す
る治具であり、ウインドクランパー５２は、そのリード
フレーム５４を上から押さえてヒートアダプタ５０に押
し付けるための治具である。

【０００４】使用リードフレームは、そのリード部５６
先端近傍（インナーリード先端近傍）がウインドクラン
パー５２でクランプされており、一方ダイパット吊り部
５８（吊りリード）がリード部面５６よりやや下方に屈
曲してリードフレームダイパット部６０と連接してい
る。ＩＣチップ６２は、ダイパット部６０上に例えばＡ
ｇペースト６４を介して搭載されている。ヒートアダプ
タ５０は、図示のように下方に１段下がって配置されて
いるチップ部及びダイパット部を収容するために、それ
らに対応する個所が一段掘り下げられた形状に放電加工
により堀り込んで加工されている。更には、ワイヤボン
ディング時にそのチップ部及びダイパット部６０をヒー
トアダプタ側へ引張って保持するように、ヒートアダプ
タ５０にはダイパット部６０を真空吸引するための真空
室６５が設けてあり、真空室６５にはヒートアダプタ５
０を貫通した真空吸引穴６６が連通している。真空室６
５は、その縁部がダイパット部６０に当接して真空を保
持するように形成されている。

【０００５】ワイヤボンディング工程は、チップ、リー
ドフレーム及び各治具を図１１に図示のような位置にセ
ットし、Ａｕワイヤ６８をボンディングワイヤとして用
いてチップ６２とリードフレームリード部５６との接続
を行う。ワイヤボンディング方法は、チップ部上に所定
電極ピッチで設けられた電極、例えばアルミニウム製の
Ａｌ電極と極細線のＡｕワイヤ先端のＡｕボールにヒー
トアダプタ５０を介し熱を加えながら、振動を与えつつ
圧着することによりＡｌ電極とＡｕワイヤとを接合す
る。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上述の従来装
置は、ヒートアダプタ５０とダイパット部６０との間か
ら空気が漏れ、その漏れた空気が真空室６５に流入して
温度を低下させ、かつヒートアダプタ５０とダイパット
部６０との間から超音波振動エネルギーが放散すると言
う問題を有していた。そのため、熱エネルギーと超音波
パワーの不足を来たし、Ａｕ−Ａｌ接合強度が低下し
た。また、ダイパット部６０の不安定な保持のためチッ
プ部が共振し、更にＡｕ−Ａｌ接合の不安定化を招い
た。更には、チップあおりによるベースボンドレベルの
ばらつきなども生じた。これらは、いずれも、効率的で
かつ安定性、信頼性の高いワイヤボンディングを行う上
での解決すべき問題であった。

【０００７】半導体装置の高性能化、薄型化等の要求に
つれ、特にパッケージ本体外四方へ引き出される板状の
リード部を多数有したリードフレームを使用して組み立
てられるＩＣ、例えばＱＦＰ１２０pin 以上のタイプの
ような半導体装置等にみられる多ピン化傾向などに伴
い、素子組立品の封止に先立って行われるチップとリー
ドフレームとの電気的接続が、より効率的で安定性、信
頼性の高いものとなるように、その方法及び装置を改良
することの必要性は大きく、また強く要望されている。

【０００８】本発明は、以上の状況に鑑み、ヒートアダ
プタを用いてワイヤボンディングするに当たり、電極と
ボンディングワイヤとの接合における接合強度の安定性
を向上させるように改良された半導体装置のワイヤボン
ディング装置及びそれを用いたワイヤボンディング工程
を有する半導体装置の製造方法を提供することを目的と
するものである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明者は、研究の末、
上記従来の装置では、ダイパット部６０を注意してヒー
トアダプタ５０上に配置してもダイパット部６０がどう
しても片浮き状で配置されることを見い出した。それ
は、従来の装置ではチップ部、従ってリードフレームダ
イパット部６０を下方に下げて配置するために、ヒート
アダプタ５０を掘り下げ、かつ真空吸引のための真空室
６５をダイパット部６０とほぼ線接触状に接触する壁を
設けることにより形成し、しかも、それを放電加工を用
いて形成しているため、そのダイパット部６０に対する
保持面（即ち線接触状に接触している放電加工面）がフ
ラットになり難く、その結果、それらの密着性に欠け、
以上に挙げた種々の問題が引き起こされたことに着目し
た。

【００１０】この知見に基づいて、上記目的を達成する
ために、本発明に係る半導体装置のワイヤボンディング
装置は、 半導体装置のワイヤボンディング装置におい
て、ヒートアダプタのダイパット載置部とインナーリー
ド載置部とを同一平面になるように構成し、前記ヒート
アダプタのダイパット載置部にダイパット吸着用の真空
吸引穴を設け、前記ヒートアダプタの少なくともダイパ
ット端部の吊りリードが当接する部分に凹部を設けたこ
とを特徴としている。以上の構成により、リードフレー
ムとヒートアダプタとの密着性が向上する。好適には、
ダイパット載置部を平坦な平滑面に形成すれば、更にリ
ードフレームとヒートアダプタとの密着性が良くなる。
また、ダイパット端部の吊りリードが当接する部分に加
えて、ダイバット周辺に凹部を設けることにより、更に
一層密着性を確実にできる。

【００１１】本発明に係る半導体装置の製造方法は、半
導体装置のワイヤボンディング工程において、半導体素
子が搭載されたリードフレームのダイパットをヒートア
ダプタのダイパット載置部に吸着し、ヒートアダプタの
インナーリード載置部にダイパット吊りリードとインナ
ーリードの先端近傍をクランプすることで、リードフレ
ームのダイパットとインナーリードをヒートアダプタ上
に同一平面で保持し、ワイヤボンディングするワイヤボ
ンディング工程を有することを特徴としている。

【００１２】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づき説明す
る。図１は、本発明の好適な第１の実施例の半導体装置
のワイヤボンディング装置１０を示す。また、図２は、
本装置１０の構成部品であるヒートアダプタの一例を示
す平面図であり、図４はウインドクランパーの一例を示
す平面図であり、更に図３は本実施例によりワイヤボン
ディングを施したた４点吊り形式のリードフレームの一
例を示す。図１に示すワイヤボンディング装置１０は、
ヒートアダプタ１２とウインドクランパー１４とを備え
る。ヒートアダプタ１２は、ワイヤボンディング時、ヒ
ートブロック（図示せず）とリードフレーム１６の間に
装着される治具であって、ヒートアダプタ１２上に図３
に示すようなリードフレーム１６が半導体素子（ＩＣチ
ップ）１８とともに載置される。

【００１３】本実施例では、図１１に示した従来装置と
は異なり、ヒートアダプタ１２において、リードフレー
ムダイパット部２０（図２）を載置するダイパット載置
部２２とリードフレームリード部（インナーリード）２
４（図２）を載置するインナーリード載置部２６とが同
一平面となるように構成されている。本実施例では、ダ
イパット載置部２２は、表面が平坦な平板状の金属板材
によりインナーリード載置部２６と同一平面のフラット
な面に形成されており、更にヒートアダプタ１２上でダ
イパット載置部２２とインナーリード載置部２６との間
には、図２及び一部を拡大した図６に示すようなほぼ四
角形状の環状の凹部２８がダイバット部裏のメッキもれ
で部分的に浮くのを防ぐため設けられている。

【００１４】また、この環状の凹部２８のの四隅部分に
は、リードフレーム１６を載置する際、その４点吊りの
ダイパット端部の吊りリード３０（図１，図２）が邪魔
にならないようにするために、四隅から外方へ更に一部
延びるような溝２９が設けられている。このような凹部
２８は、上記の四隅から外方に延びる溝２９も含めて、
該当する部分を放電加工等により刻設されている。ダイ
パット載置部２２には、その面にダイパット部２０を真
空吸着で密着させるためダイパット吸着用の真空吸引穴
３２が設けられている。真空吸着でダイパット部２０を
ダイパット載置部２２を密着させた場合に図１の如くに
吊りリード３０がダイパット載置部面より下方に変形し
ても、上述の溝２９の空間により、ダイパット部２０と
ダイパット載置部２２面との密着は妨げられない。

【００１５】一方、ウインドクランパー１４は、リード
フレーム１６を上から押さえて上記ヒートアダプタ１２
に押し付けるための治具として用いられる。使用リード
フレーム１６は、インナーリード２４が図３に示すよう
に全周囲に延出しており、それらインナーリード先端近
傍が図１に示す如くにウインドクランパー１４でインナ
ーリード載置部２６面にクランプされる。図４に示すよ
うに、ウインドクランパー１４は、図２のリードフレー
ム１６の形態に整合する開口部３４を有し、リードフレ
ーム１６のインナーリード２４に対応する開口部３４の
下端には、図５（ａ）のようにクランプ端３６を備えて
いる。図５（ａ）は、図４のＡ−Ａ線の断面形状を示し
ている。一方、本実施例のようにダイパットの４点の吊
りリード３０をクランプしない場合には、吊りリード３
０に対する開口部３４の下端には、Ｂ−Ｂ線の断面形状
を示す図５（ｂ）のようにクランプ端は設けられていな
い。従って、開口部３４の下端に設けられたクランプ端
３６は、連続していないで、吊りリード３０に対応する
部分が欠如している。

【００１６】なお、ＩＣチップ１８はリードフレーム１
６のダイパット部２０上にＡｇペースト３８を介して搭
載し、ボンディングワイヤとしてＡｕワイヤ４０を用い
る点については、図１１に示した従来の装置と同様であ
る。このように、本ワイヤボンディング実施例装置１０
は、それぞれ同一平面になるように形成されたダイパッ
ト載置部２２とインナーリード載置部２６と有し、ダイ
パット載置部２２に真空吸引穴３２と、かつダイパット
載置部２２とインナーリード載置部２６との間に凹部２
８及び溝２９を備える構成のヒートアダプタ１２と、吊
りリード３０に対応する開口部の下端にはクランプ端を
有しないウインドクランパー１４とを具備している。こ
のような構成とすることにより、本実施例装置は、リー
ドフレーム１６のリード部とリードフレームダイパット
部２０とを同一平面上に乗せること、並びにリード２４
及び吊りリード３０をその平面の下に逃がすことができ
る。

【００１７】それにより、本実施例装置は、従来の装置
のような保持不安定性を排除して確実な密着を可能と
し、超音波と熱を加える方式の機能をよく発揮させて、
ボンダビィリティーが安定した良好なワイヤボンディン
グが行える。リードフレームとチップの保持が安定して
いるため、小ボールワイヤボンディングを容易に実現さ
せことができる。ダイパット載置部２２を平面化するこ
とにより、ダイパット載置部２２を放電加工でなく簡単
な機械加工により形成することができる。そこで、粗い
放電加工面でなく平滑な機械加工面となるため、ダイパ
ットの密着が緊密強固になり、その結果ヒートアダプタ
１２からの熱伝導が良好になり、同時に超音波振動の逃
げも減少し、従って熱と超音波パワーを効率よく利用す
ることができる。

【００１８】以下、図７以下も参照して、ヒートアダプ
タ１２の製作方法をも含めて実施例装置によるワイヤボ
ンディングについて、更に具体的に説明する。ヒートア
ダプタ１２は、その一例の製作過程を横断面で図７に示
すように、例えば次のようにして容易に製作することが
できる。まず、同図（ａ）のように、一般的にヒートア
ダプタ材料として使用されている板面がフラットな金属
板をヒートアダプタ１２に使用し、その面に凹部２８及
び溝２９を、又はリードフレーム吊り部用の溝２９のみ
（図８Ａ，Ｃ参照）を放電加工により、又はその他の加
工法により堀り込む。この場合、加工精度、その凹所部
分のフラット性は、特に問題としないため、簡単に作れ
る。従来装置の場合は、その放電加工を極めて精度良く
行わなければならず、そのための技術も要求され、工数
もかかるが、そのような難点もなく、本実施例装置では
ヒートアダプタ１２の加工は、極めて簡単である。堀り
込量は、例えば０．０５〜０．２ｍｍ程度でよい。

【００１９】次いで、図示の如くに横方向に連絡穴４２
を設け、更に同図（ｂ）のように内径約２mmの真空吸引
穴３２を連絡穴４２に連通するように縦に穿設する。し
かして、同図（ｃ）のように連絡穴４２の端部に真空源
に接続するためのパイプ４４を接続すれば、真空吸着部
が形成される。以上で、ダイパット載置部２２及びイン
ナーリード載置部２６が同一フラット面に設けられた本
実施例装置のヒートアダプタ１２が得られる。

【００２０】上述のようにして得たヒートアダプタ１２
を用いた本ワイヤボンディング実施例装置１０を使用し
て、次のようにしてワイヤボンディングを行うことがで
きる。先ず、チップ１８を搭載したリードフレーム１６
のダイパット部２０及びインナーリード２４をそれぞれ
ヒートアダプタ１２のダイパット載置部２２とインナー
リード載置部２６に載せ、ダイパット部２０を真空で吸
着する。この時、吊りリード３０がダイパット載置部の
フラット面より下に変形しても、逃げとしての凹部２８
及び溝２９が設けてあるから、ダイパット部２０とその
載置部２２のフラット面との密着が妨げられることはな
い。

【００２１】次に、ヒートアダプタ１２のインナーリー
ド載置部２６に対してインナーリード２４の先端近傍を
ウインドクランパー１４でクランプすることにより、リ
ードフレーム１６のダイパット２０とインナーリード２
４をヒートアダプタ１２上に同一平面で保持する。次い
で、従来装置と同様に熱と超音波振動によるワイヤボン
ディングを実施する。即ち、Ａｕワイヤ４０を使用し、
チップＡｌ電極とＡｕボールを熱（２００〜３００℃)
と超音波パワーを用いて、Ａｕ−Ａｌ合金を形成させて
接合することにより、ワイヤボンディングを行う。ヒー
トアダプタ１２がフラットのため、密着は確実であり、
熱伝導もよく、真空の逃げもなく、温度の低下も確実に
防げ、チップあおりなどもなく、Ａｕ−Ａｌ接合強度の
安定化が向上する。

【００２２】なお、ヒートアダプタ１２での凹部２８及
び溝２９は、本実施例装置１０では図２及び図６に示す
ように刻設されている。別法として、ダイパットの吊り
方が４点の場合は、ヒートアダプタ１２の少なくとも吊
りリード３０に対応する溝２９のみを設ける図８（ａ）
に示すパターンであってもよく、また、２点の場合に
は、同図（ｂ）に示すように凹部２８と溝２９の双方を
設けるパターン、又は同図（ｃ) に示すような溝２９の
みを設けるパターンでもよい。

【００２３】図９及び図１０は、本発明に係る第２実施
例のウインドクランパー１５を示している。本実施例
は、第１実施例装置とはウインドクランパー１５のクラ
ンプ端に関して異なるのみで、本実施例ではリードフレ
ームダイパットの吊りリード３０もインナーリード２４
同様にクランプされる。そのため、図９に示すウインド
クランパー１５のの開口部３５の下端には、図４及び図
５に示すウインドクランパー１４のの開口部３４と異な
り、クランプ端３６が連続的に設けてある。図１０
（ａ）は図９のウインドクランパー１５のＣ−Ｃ線の断
面形状を、図１０（ｂ）はそのＤ−Ｄ線の断面形状を夫
々示す。尚、他の構成は、前記実施例と同様である。

【００２４】第２実施例のワイヤボンディング装置によ
るワイヤボンディング方法は、ワイヤボンディング工程
においてヒートアダプタ１２のインナーリード載置部２
６に対してダイパット２６のインナーリード２４の先端
近傍と吊りリード３０の双方をクランプすること以外
は、第１の実施例装置を使用した方法と同様である。吊
りリード部３０をクランプすることにより更に一層安定
してリードフレームを保持できる。また、図８の変形例
も同じように本第２の実施例である本装置のヒートアダ
プタ１２の凹部刻設に適用できる。

【００２５】本発明を説明するに当たり、Ａｕワイヤを
用いてワイヤボンディングする例について説明したが、
他の金属、例えばＣｕ，Ａｇ，Ａｌ等や、あるいはこれ
らを主体とした合金でもよい。また、ワイヤボールボン
ディングを例として述べたが、ウェッジボンディングに
も適用できる。

【００２６】

【発明の効果】本発明は、真空吸引穴が設けられたダイ
パット載置部とインナーリード載置部とを同一平面にな
るように構成し、少なくともダイパット端部の吊りリー
ドが臨む部分に凹部を設けたヒートアダプタを備える構
成であるから、ダイパットは真空吸着によりダイパット
載置部に密着保持され、しかもダイパット吊りリードが
下方に変形しても、凹部が設けてあるため、その密着は
妨げられることがない。これにより、半導体素子電極と
リードとの接合強度の安定性が向上する。

【００２７】本発明装置では、ワイヤ先端の小ボールを
チップ上Ａｌ電極に適切にワイヤボンディングできるの
で、Ａｌ電極及びＡｌ電極ピッチを小さくすることが可
能になり、またチップ上Ａｌ電極の配置上での自由度が
増大する。従って、チップサイズがＡｌ電極ピッチの寸
法に依存しているようなチップでは、チップサイズが小
さくなり、１ウェハ当たりの頭個数が増え、コストダウ
ンが図れる。更に、Ａｌ電極を小さくできるので、Ａｕ
ワイヤの使用量が減少し、チップ上でＡｌ電極の占める
面積の割合が減少する等の利点も得られることになる。
また、本発明装置を使用する本発明方法により、半導体
素子の接続電極とボンディングワイヤとの接合強度が安
定した高品質の製品を歩留りよく製造することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る第１実施例の半導体装置のワイヤ
ボンディング装置の構成を示す縦断面図である。

【図２】図１に示す装置のヒートアダプタの全体的構造
の一例を示す平面図である。

【図３】図１に示す装置を使用してワイヤボンディング
する４点吊り形式のリードフレームの一例を示す平面図
である。

【図４】図１に示す装置のウインドクランパーの一例を
示す平面図である。

【図５】図５（ａ）及び（ｂ）は、それぞれ図４のＡ−
Ａ線に沿って見たウインドクランパー先端部の形状及び
Ｂ−Ｂ線に沿うウインドクランパー先端部の形状の縦断
面図である。

【図６】図２のヒートアダプタの主としてダイパット載
置部、凹部近傍の拡大平面図である。

【図７】ヒートアダプタの製作過程の説明に供する断面
図である。

【図８】ヒートアダプタの凹部及び溝の他の態様を示す
図である。

【図９】本発明の第２の実施例に係るウインドクランパ
ーを示すものにして、リード部に加えて吊りリードをも
クランプする場合に適用できるウインドクランパーの平
面図である。

【図１０】図１０（ａ）及び（ｂ）は、それぞれ図９の
Ｃ−Ｃ線及びＤ−Ｄ線に沿う夫々のウインドクランパー
先端部形状を表す断面図である。

【図１１】従来の半導体装置のワイヤボンディング装置
の構成を示す縦断面図である。

【符号の説明】

１０ ワイヤボンディング装置 １２ ヒートアダプタ １４、１５ ウインドクランパー １６ リードフレーム １８ チップ（ＩＣチップ） ２０ ダイパット部 ２２ ダイパット部載置部 ２４ インナーリード ２６ インナーリード部 ２８ 凹部 ２９ 溝 ３０ 吊りリード ３２ 真空吸引穴 ３４、３５ 開口部 ３６ クランプ端 ３８ Ａｇペースト ４０ Ａｕワイヤ ４２ 連絡穴 ４４ パイプ

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 半導体装置のワイヤボンディング装置に
   おいて、 ヒートアダプタのダイパット載置部とインナーリード載
   置部とを同一平面になるように構成し、 前記ヒードアダプタのダイパット載置部にダイパット吸
   着用の真空吸着穴を設け、 前記ヒートアダプタの少なくともダイパット端部の吊り
   リードが当接する部分に凹部を設けたことを特徴とする
   半導体装置のワイヤボンディング装置。
2. 【請求項２】 半導体素子が搭載されたリードフレーム
   のダイパットをヒートのダイパット載置部に吸着し、 前記ヒートアダプタのインナーリード載置部に前記ダイ
   パット吊りリードと前記インナーリードの先端近傍をク
   ランプすることで、 前記リードフレームのダイパットとインナーリードを前
   記ヒートアダプタ上に同一平面で保持し、 ワイヤボンディングするワイヤボンディング工程を有す
   ることを特徴とする半導体装置の製造方法。