JP3595386B2 - 半導体装置 - Google Patents

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Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はＩＣチップ上の電極と外部リードをワイヤで配線（接続）した半導体装置に関し、より詳しくは、半導体装置の実装作業中又は搬送作業中のワイヤの断線を大幅に低減させることが出来る配線形状を有する半導体装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体装置の組立て工程において、ＩＣチップ上の電極と外部リードを接続する方法として、ワイヤボンディング方法が一般に採用されている。
該ワイヤボンディング方法の概要を図３（Ａ）〜（Ｆ）を用いて説明する。図３において１はワイヤ、２はキャピラリ、３はワイヤ先端に形成されたボール、４は放電用トーチ、５はＩＣチップ上の電極、６はＩＣチップ、７は外部リードである。
まず図３（Ａ）に示す様に、キャピラリ２先端からワイヤ１先端を導出し、放電トーチ４を用いて前記ワイヤ１先端にボール３を形成する。
次に（Ｂ）に示す様に、キャピラリ２を下降させてＩＣチップ６上の電極５の上にボール３を圧着し、圧着ボール３’を形成する。
次に（Ｃ）に示す様に、キャピラリ２を垂直方向にａ点まで上昇させてループ１０のネック部１０ａに相当する部分を直立させる。次いでキャピラリ２を上昇させながら配線方向と反対方向（図において左方向）にｂ点まで移動させる。さらにキャピラリ２をｃ点まで上昇させる。この様に、配線の途中で配線方向と反対方向の変形を与える所謂リバース変形を与えることが、配線のループ１０のネック部１０ａを直立させてループ形状を適正にコントロール出来る方法として一般的に用いられている。図４に前記配線のループ１０のネック部１０ａを直立させてループ形状をコントロールした状態を示す。
次に（Ｄ）に示す様に、キャピラリ２をループ１０を形成する方向（図において右方向）に移動させる。
次に（Ｅ）に示す様に、キャピラリ２を外部リード７の上に下降させ、ボンディングする。
最後に（Ｆ）に示す様に、キャピラリ２の上方にあるクランプ（図示省略）でワイヤ１を掴んだ状態でキャピラリ２を上昇させることにより、ワイヤ１は外部リード７から引き切られ、配線が完了する。
【０００３】
前記のように、ワイヤボンディング方法の中でも所謂リバース変形を与える配線方法が現在主流になっている。
例えば特開平３−１１４２３８号で提案されている所謂リバース変形を与える配線方法は、配線のループのネック部分を直立させてループ形状をコントロール出来るため、安定した形状の配線を行うことが出来る方法である。
しかしながら、これらの従来法によるワイヤボンディング方法でＩＣチップ上の電極と外部リードをワイヤで配線した場合、該配線をした後の半導体装置を取り出す作業中又は次工程への搬送作業中において、振動や衝撃によって断線が生じやすいという問題を有している。
一方、前記振動による断線に対する対応として、特開平５−１７９３７６号では、高純度金にＧａを３〜５０重量ｐｐｍ及びＣａを３〜３０重量ｐｐｍ含有させた金合金細線を配線用ワイヤとして用いることが提案されている。しかしながら該方法も、振動や衝撃による断線を防止する方法として未だ不十分であり、更なる信頼性の向上が望まれている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上述したような従来事情に鑑みてなされたものであり、ＩＣチップ上の電極と外部リードをワイヤで配線した半導体装置において、該配線作業をした後の半導体装置を取り出す作業中又は次工程への搬送作業中に、振動や衝撃によって生じるワイヤ（配線）の断線を大幅に低減させるに有用な配線形状を有する半導体装置を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明者等は鋭意検討を行った結果、半導体装置の組立て工程においてＩＣチップ上の電極と外部リードをワイヤで接続する際、その配線形状（ループ形状）を、図４に示す様にループ１０のネック部１０ａを鉛直に直立させることに代えて、図１に示す様にＩＣチップ電極５上の後方（外部リード７側と反対の方向）に所定の後方突起量を形成することが、前記課題に対して効果的であることを見出し本発明に至った。その要旨とするところは次の通りである。
【０００６】
すなわち本発明は、ＩＣチップ上の多数の電極と多数の外部リードを夫々ワイヤで配線した半導体装置において、前記夫々の配線形状として、配線高さに対するＩＣチップ電極上の後方突起量が１〜３０％であることを特徴とする。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明について詳しく説明する。
本発明に用いるワイヤは、半導体装置のＩＣチップ上の電極と外部リードを配線する際に通常用いられる、直径１０〜１００μｍのものが用いられる。
また材質としてはＡｕ，Ａｇ，Ｐｄ，Ｃｕ及びそれらの合金が用いられる。
【０００８】
本発明になるワイヤの配線形状（ループ形状）について、従来の配線形状と対比して説明する。図１は本発明の配線形状の側面図であり、図４は従来の配線形状の側面図である。
図１及び図４において、１０はワイヤ１により形成されたループ、３’は電極５の上に形成された圧着ボール、５はＩＣチップ上の電極、６はＩＣチップ、７は外部リード、８はループ１０を形成するワイヤ１の熱影響部、９は該熱影響部８真上のワイヤ部分である。
従来の配線形状では図４に示す様に、ボール３形成時に生じる熱影響部８が電極５上で鉛直に直立している配線形状である。
これに対し、本発明の配線形状は図１に示す様に、前記熱影響部８が後方（外部リード７側と反対の方向）に傾斜して後方突起１０ｂを形成することが必要である。ここでいう後方突起１０ｂとは、外部リード７側と反対の方向（図１ではループ１０を形成するワイヤ１と電極５の接続点の左方向）に形成された略「く」の字形突起をいう。
該「く」の字形突起は、熱影響部８真上のワイヤ部分９が、鋭角に曲がった状態でも、湾曲して曲がった状態でも良い。
通常、ループ１０を形成するワイヤ１における圧着ボール３’の真上の部分は、ボール３形成の際に過度に加熱された熱影響部８が存在し、該熱影響部８は曲げ加工を受けにくい性質を持っている。従って、熱影響部８真上のワイヤ部分９で曲げることにより後方突起１０ｂを形成することが好ましい。
【０００９】
ここで、図４に示す如く熱影響部８及びその真上のワイヤ部分９が電極５の上から鉛直に直立した状態を基準にした後方（外部リード７側と反対の方向）への突起量を後方突起量といい、図１においてＢで表示している。
本発明においては、配線高さＨに対する前記後方突起量Ｂ、即ちＢ／Ｈが１〜３０％であることが必要である。この時、ＩＣチップ６上の電極５と外部リード７をワイヤ１で配線した状態で振動や衝撃を受けても、該ワイヤ１、すなわちループ１０の損傷を大幅に低減出来るという優れた効果を有するようになる。
前記Ｂ／Ｈが１％未満の時、振動や衝撃による前記ワイヤ１の損傷を防ぐ効果が小さく、３０％を超えると樹脂封止するときのワイヤ流れが大きくなるため好ましくない。このため、前記Ｂ／Ｈを１〜３０％と定めた。
また、前記Ｂ／Ｈが５〜１５％であると、ＩＣチップ６上の電極５と外部リード７をワイヤ１で配線した状態で振動や衝撃を受けても、該ワイヤ１の損傷の程度を低減出来る効果が大きく、前記配線部に樹脂封止のため樹脂でモールドする際のワイヤ流れも小さく抑えることが出来る。このため前記Ｂ／Ｈは５〜１５％であることが好ましい。
【００１０】
本発明になる後方突起１０ｂを持った配線形状は、図３に示す従来のワイヤネック部をリバース変形させただけの方法では得られない。
図２（Ａ）〜（Ｇ）を参照して、後方突起１０ｂの形成方法の一例を説明する。
まず図２（Ａ）に示す様に、キャピラリ２先端からワイヤ１先端を導出し、放電トーチ４を用いて前記ワイヤ１先端にボール３を形成する。
次に（Ｂ）に示す様に、キャピラリ２を下降させてＩＣチップ６上の電極５の上にボール３を圧着し、圧着ボール３’を形成する。ここまでは従来と同様である。
次に（Ｃ）に示す様に、キャピラリ２を上昇させた後、外部リード７側（図において右方向）へ移動させる。
次に（Ｄ）に示す様に、キャピラリ２を外部リード７のｄの位置で、外部リード７真上まで下降させ、接合する前に停止する。
次に（Ｅ）に示す様に、キャピラリ２上方のクランプ（図示省略）によりワイヤ１をクランプし、この状態で外部リード７のｅの位置までキャピラリ２をＩＣチップ６側（図面では左側）に移動する。この動作によって本発明の後方突起１０ｂが形成される。ここで形成される後方突起１０ｂの後方突起量Ｂは、ワイヤ材質、ワイヤの直径、外部リード７のｄ点とｅ点間の距離を適宜に調整することによって制御出来る。またここで形成される配線高さＨは、ワイヤ材質、ワイヤの直径、図２（Ｃ）におけるキャピラリ２高さを調整することによって制御される。
次に（Ｆ）に示す様に、キャピラリ２を外部リード７のｅの位置で、外部リード７上面まで下降させて、ワイヤ１と外部リード７を接合する。
最後に（Ｇ）に示す様に、キャピラリ２の上方にあるクランプ（図示省略）でワイヤ１をクランプしたままキャピラリ２を上昇させることにより、ワイヤ１は外部リード７から引き切られ、配線が完了する。
尚、本発明においては所定量の後方突起１０ｂが形成されていることが必要であり、該後方突起１０ｂの形成方法は上記方法に限定されるものではない。例えば、図２（Ｃ）に示す様にキャピラリ２を上昇させる時、図３（Ｃ）の如くリバース変形を与えながら配線方向と反対方向に上昇させ、その後図２（Ｄ）〜（Ｇ）に示す方法で配線することも出来る。
【００１１】
このようにして形成された後方突起１０ｂを有し、且つその後方突起量Ｂが１〜３０％である配線形状によりＩＣチップ６上の電極５と外部リード７をワイヤ１で配線した本発明になる半導体装置は、配線後の取り出し作業や次工程への搬送作業中に振動や衝撃を受けても、該ワイヤ１、すなわちループ１０の損傷を大幅に低減出来るという優れた効果を有するようになる。
尚、ＩＣチップ６上の電極５と外部リード７をワイヤ１で前記の様に配線した後、用途に応じて樹脂等でモールドして半導体装置に仕上げる。
【００１２】
而して、ＩＣチップ上の電極と外部リードをワイヤで接続した配線形状（ループ形状）が、前述の如く所定の後方突起を持つように形成された時、振動や衝撃を受けてもワイヤの損傷の程度を大幅に低減出来る理由は明らかではないが、前記後方突起により、振動や衝撃を受ける時の振幅を小さく抑えることが出来ているためではないかと考えられる。
【００１３】
【実施例】
以下、実施例に基づいて本発明をより詳細に説明する。
（実施例１）
９９．９９９重量％以上の高純度金にＹを２０重量ｐｐｍ含有させた金合金を、高周波溶解炉で溶解、鋳造し、その鋳塊を圧延した後、伸線加工と最終焼鈍を行い、直径２５μｍ、伸び率４％の金合金細線を製造した。
次に該金合金細線をワイヤとして、図２（Ａ）〜（Ｇ）に示す方法でＩＣチップ上の電極５と外部リード７を配線した。
即ち、
（Ａ）：キャピラリ２先端からワイヤ１先端を導出し、放電トーチ４を用いて前記ワイヤ１先端にボール３を形成する。
（Ｂ）：キャピラリ２を下降させてＩＣチップ電極５の上にボール３を圧着して圧着ボール３’を形成する。
（Ｃ）：キャピラリ２を上昇させた後、外部リード７側へ移動させる。
（Ｄ）：キャピラリ２を外部リード７のｄの位置で、外部リード７真上まで下降させて接合する前に停止する。
（Ｅ）：キャピラリ２上方のクランプ（図示省略）によりワイヤ１をクランプして外部リード７のｅの位置までキャピラリ２をＩＣチップ６側に移動する。この時、本発明の後方突起１０ｂが形成される。
（Ｆ）：キャピラリ２を外部リード７のｅの位置で下降させて、ワイヤ１と外部リード７を接合する。
（Ｇ）：キャピラリ２の上方にあるクランプ（図示省略）でワイヤ１をクランプしたままキャピラリ２を上昇させることにより、ワイヤ１は外部リード７から引き切られ、配線を完了する。
これにより、図１に示す如く、後方突起１０ｂを有する形状の配線が得られ、前記ｄ点とｅ点間の距離を適宜に調節することにより、配線高さ（Ｈ）に対する後方突起量（Ｂ）の比率を１％とした。
この様にして、１個のＩＣチップに対して４０ピン、即ち４０本のワイヤ配線を行った。該試料を用いて衝撃破断試験、振動破断試験、ワイヤ流れ試験として、次の方法で加速試験を行った。
【００１４】
（衝撃破断試験）
前記４０ピンの配線試料６個（合計２４０ピン）を試料として準備した。該試料をマガジンに入れ、高さ１００ｍｍから落下させて、そのワイヤ破断本数を光学顕微鏡で検査した。ワイヤ２４０本中の破断本数を衝撃破断率とした。
（振動破断試験）
前記４０ピンの配線試料３個（合計１２０ピン）を試料として準備した。該試料をマガジンに入れ、該マガジンを振動試験機に固定し、周波数５０ヘルツ、重力加速度を２．５Ｇにて３０分間振動させた後、そのワイヤ破断本数を光学顕微鏡で検査した。ワイヤ１２０本中の破断本数を振動破断率とした。
（ワイヤ流れ試験）
前記４０ピンの配線試料３個（合計１２０ピン）を試料として準備した。該試料をモールディングマシンにより、エポキシ樹脂（日東電工製、ＭＰ７０００）を金型温度１８０℃、射出圧１００Ｋｇ／ｃｍ２ の条件でモールドした時のワイヤ流れ量を軟Ｘ線透過装置により撮影したＸ線写真から求め、１２０本のワイヤ変形量の平均値をワイヤ流れ量とした。
配線形状として配線高さ（Ｈ）に対する後方突起量（Ｂ）の比率と、衝撃破断試験、振動破断試験、ワイヤ流れ試験の測定結果を表１に示す。
【００１５】
（実施例２〜５／比較例１〜２）
図２（Ｅ）に示すｄ点とｅ点の間の距離を調節して、配線高さ（Ｈ）に対する後方突起量（Ｂ）の比率を表１記載の様にしたこと以外は、実施例１と同様にして試料を作製し試験を行った。
配線形状として配線高さ（Ｈ）に対する後方突起量（Ｂ）の比率と、衝撃破断試験、振動破断試験、ワイヤ流れ試験の測定結果を表１に示す。
【００１６】
【表１】
Figure 0003595386
【００１７】
以上の測定結果によれば、本発明実施例と比較例１との対比から、図４に示す様にループのネック部を鉛直に直立させた配線形状では振動や衝撃によるワイヤの断線が生じやすく、これに対し、本発明になる配線形状では、振動や衝撃を受けてもワイヤの損傷を大幅に低減出来ることが確認出来た。
また、本発明実施例と比較例２との対比から、後方突起量が本発明の範囲を越える配線形状では、ネック部を鉛直に直立させた場合（比較例１）に比べれば振動や衝撃によるワイヤの断線の度合いが改善されるものの、本発明の課題に対しては満足な結果が得られず、且つ樹脂封止するときのワイヤ流れが大きくなるため好ましくなく、これに対し、本発明になる配線形状では、振動や衝撃を受けてもワイヤの損傷を大幅に低減出来、且つワイヤ流れも小さく抑えることが出来ることが確認出来た。
さらに、実施例１，５と実施例２〜４との対比から、後方突起量が５〜１５％であると、振動や衝撃を受けてもワイヤの損傷の程度を低減出来る効果が大きいことが確認出来た。
【００１８】
【発明の効果】
以上説明したように本発明は、多数のＩＣチップ電極と多数の外部リードを夫々ワイヤで接続する配線形状（ループ形状）の夫々が、ループのネック部に相当する部分が後方（外部リード側と反対方向）に傾斜して該傾斜方向に形成された略く字形の後方突起を有し、且つ該後方突起の後方への突起量が１〜３０％である新規な半導体装置としたので、多数のＩＣチップ電極と多数の外部リードを夫々ワイヤで配線した後に取り出す作業又は次工程への搬送作業中に、振動や衝撃によって生じるワイヤ（配線）の断線を大幅に低減し得、製造過程における不良品率の低い半導体装置として好適に用いることが出来る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る半導体装置の実施の形態を示す要部側面図。
【図２】本発明に係る半導体装置の配線形状の形成方法の一例を示す模式図。
【図３】従来の半導体装置の配線形状の形成方法の一例を示す模式図。
【図４】従来の半導体装置の形態を示す要部側面図。
【符号の説明】
１：ワイヤ
２：キャピラリ
５：電極
６：ＩＣチップ
７：外部リード
１０：ループ
１０ｂ：後方突起
Ｂ：後方突起量
Ｈ：配線高さ

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  1. ＩＣチップ上の多数の電極と多数の外部リードを夫々ワイヤで配線した半導体装置において、前記夫々の配線形状として配線高さに対するＩＣチップ電極上の後方突起量が１〜３０％であることを特徴とする半導体装置。
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