JP4137061B2 - ワイヤループ形状、そのワイヤループ形状を備えた半導体装置、ワイヤボンディング方法 - Google Patents

Description

本発明は、第１ボンディング点と第２ボンディング点との間をワイヤで接合するワイヤボンディング方法、ワイヤループ形状及びこのワイヤループ形状を備えた半導体装置に関するものである。

従来より、半導体組立工程には図５に示すように、リードフレーム１にマウントされた半導体チップ２のパッド２ａ（第１ボンディング点Ａ）とリードフレーム１のリード１ａ（第２ボンディング点Ｚ）とをワイヤ３により接続する工程がある。この場合におけるワイヤ３のループ形状として、図５（ａ）に示す台形形状と図５（ｂ）に示す三角形状とがある（例えば、特許文献１又は特許文献２参照）。

図５（ａ）に示す台形形状は、図６に示す工程により形成される。図６（ａ）に示すように、キャピラリ４が下降して第１ボンディング点Ａに対しワイヤ先端に形成されたボール３０をボンディングする。
次に図６（ｂ）に示すように、キャピラリ４はＢ点まで上昇してワイヤ３を繰り出す。次に図６（ｃ）に示すように、キャピラリ４を第２ボンディング点Ｚと反対方向にＣ点まで水平移動させる。

通常、キャピラリ４を第２ボンディング点Ｚと反対方向に移動させることをリバース動作という。これにより、ワイヤ３は、Ａ点からＣ点まで傾斜した形状となり、ワイヤ３の部分に癖３ａが付く。このＡ点からＣ点までの工程で繰り出されたワイヤ３は、図５（ａ）に示すネック高さ部Ｈ（２ａ〜３ａ間）となる。
続いて、図６（ｄ）に示すように、キャピラリ４はＤ点まで上昇してワイヤ３を繰り出す。その後、図６（ｅ）に示すように、キャピラリ４は再び第２ボンディング点Zと反対方向にＥ点まで水平移動、即ちリバース動作を行う。これにより、ワイヤ３は、Ｃ点からＥ点まで傾斜した形状となり、ワイヤ３の部分に癖３ｂが付く。

このＣ点からＥ点まで繰り出されたワイヤ３は、図５（ａ）に示す台形部長さ部分Ｌ（３ａ−３ｂ間）となる。次に、図６（ｆ）に示すように、キャピラリ４はＦ点まで上昇して図５（ａ）に示す傾斜部Ｓ（３ｂ−１ａ）分だけワイヤ３を繰り出す。そして、図６（ｆ）のｆ′、ｆ″に示すように、キャピラリ４は下降して第２ボンディング点Ｚに位置し、第２ボンディング点Ｚにワイヤ３をボンディングする。

また、図５（ｂ）に示す三角ループは、図７に示す工程により形成される。三角ループは、台形ループの台形部長さ部分Ｌ（３ａ−３ｂ）を形成しないものであるので、図６（ｄ）（ｅ）に示す第２回目のリバース動作を行っていない。従って、図６（ｄ）（ｅ）（ｆ（ｆ′、ｆ″を除く））の工程は、図７（ｄ）の工程のみとなる。即ち、図６（ｂ）（ｃ）は図７（ｂ）（ｃ）と同じ工程であり、図７（ｃ）に示す第１回目のリバース動作後、図７（ｄ）に示すように、キャピラリ４はＦ点まで上昇してワイヤ３を繰り出す。その後、キャピラリ４は図６（ｆ）のｆ′、ｆ″と同様の図７（ｅ（ｅ′を含む））の動作を行って第２ボンディング点Ｚにワイヤ３をボンディングする。

しかし、この方法では、ネック高さ部Ｈ（２ａ−３ａ）を低くするためにリバース動作なしでループ形状を形成すると、ワイヤ３が第１ボンディング点Ａから垂直に立ち上がっているので、ネック高さ部Ｈ（２ａ−３ａ）をある程度以下に低くしようとすると、ワイヤ３を引き回す際にネック高さ部Ｈにダメージを与えてしまうという問題点が生じる。

そこで、上記のような問題を解消するために、種々の発明がなされている。例えば特許文献３には、第１ボンディング点と第２ボンディング点との間をワイヤで接続したワイヤループにおいて、第１ボンディング点のボール頂上部分をワイヤの一部を含めて潰した状態にしたことを特徴とするワイヤループ形状が開示されている。

そして、このワイヤループ形状によれば、安定した低ワイヤループ形状及び形状保持力の高いワイヤループ形状とすることができ、配線距離の短い短ループは勿論のこと、配線距離の長い長ループにおいても安定した低ループ形状が得られる。また外部からの加圧に対して形状保持力が高いループが形成されるので、外部からの加圧によるワイヤ曲がり・倒れ・ネック切れが防止できる。たとえば、第２ボンディング点Ｚへのボンディング時におけるキャピラリ接触や超音波発振による衝撃、またワイヤの振動、またモールド時のモールド材注入によるモールドの流れ等の外力に対し、高いショック吸収能力があり、ワイヤ曲がり・倒れ・ネック切れを防止できるとされている。

特開平１０−２５６２９７号公報（図６） 特開２０００−２２７５５８号公報（図２） 特開２００４−１７２４７７号公報（明細書全文）

しかしながら、上述の特開２００４−１７２４７７号記載の発明は、第１ボンディング点のボール頂上部分にワイヤの一部を含めて潰したキャピラリ跡が発生してしまうため、第１ボンディング点へダメージを与えるおそれを懸念されないとも限らない。また、第１ボンディング点で潰したワイヤループの一部がボンディング点からリバース方向に向かってはみ出すことがあるので、配線が精細で、かつワイヤループの配線方向が半導体チップ端に対し斜め方向の場合に、はみ出したワイヤループが隣り合う第１ボンディング点のワイヤと接触する可能性が全くないというわけにもいかない。

本発明は、上述のような実情に鑑みなされたもので、その課題は第１ボンディング点のボール頂上部分にキャピラリによるワイヤの潰し跡を発生させることなく、安定した低ワイヤループ形状及びネック高さ部のダメージの少ないワイヤループ形状を提供し、かつ前記ワイヤループ形状を適用した半導体装置及び前記ワイヤループ形状を形成するためのワイヤボンディング方法を提供することにある。

本発明は、上記課題を達成するために、次の技術的手段を講じている。
即ち、請求項１記載のワイヤループ形状は、第１ボンディング点と第２ボンディング点との間をワイヤで接続したワイヤループ形状において、第１ボンディング点に上方からキャピラリが下降してワイヤ先端に形成されたボールを接続して該キャピラリ内部にボールの入り込み部を形成する第１の工程と、続いてキャピラリを第２ボンディング点方向へと斜め上昇させキャピラリ内部に入り込んだボールの入り込み部を第２ボンディング方向へ傾斜させる第２の折曲工程と、続いてキャピラリを上昇移動させた後、第２ボンディング点方向へ水平移動を行い、更に上昇移動を行った後に、第２ボンディング点方向へ水平移動させてループコントロールを行う第３の折曲工程と、次にキャピラリを上昇移動させた後、第２ボンディング点と逆方向へ水平移動又は斜め方向に下降移動させ、更に上昇移動させてループコントロールを行いながらワイヤを繰り出して第２ボンディング点方
向に移動させてワイヤを第２ボンディング点に接続する第４のループ制御工程とにより形成したことを特徴としている。
なお、前記第３の折曲工程をｎ回（ｎは１，２，３・・・）繰り返して折り曲げ癖をつけるようにしてもよい。

また、上記課題を解決するために請求項３記載のワイヤボンディング方法は、
第１ボンディング点と第２ボンディング点との間をワイヤで接続するワイヤボンディング方法において、第１ボンディング点にワイヤ先端に形成されたボールを接続する第１の工程と、続いてキャピラリを第２ボンディング点方向へと斜め上昇させキャピラリ内部に入り込んだボールの入り込み部を第２ボンディング方向へ傾斜させる第２の折曲工程と、続いてキャピラリを上昇移動させた後、第２ボンディング点方向へ水平移動を行い、更に上昇移動を行った後に、第２ボンディング点方向へ水平移動させてループコントロールを行う第３の折曲工程と、次にキャピラリを上昇移動させた後、第２ボンディング点と逆方向へ水平移動又は斜め方向に下降移動させ、更に上昇移動させてループコントロールを行いながらワイヤを繰り出して第２ボンディング点方向に移動させてワイヤを第２ボンディング点に接続する第４のループ制御工程とを備えたことを特徴としている。
なお、前記第３の折曲工程をｎ回（ｎは１,２,３・・・）繰り返すようにしてもよい。

また、上記課題を解決するために請求項３記載のワイヤボンディング方法は、
第１ボンディング点と第２ボンディング点との間をワイヤで接続するワイヤボンディング方法において、第１ボンディング点に上方からキャピラリが下降してワイヤ先端に形成されたボールを接続して該キャピラリ内部にボールの入り込み部を形成する第１の工程と、続いてキャピラリを第２ボンディング点方向へと斜め上昇させキャピラリ内部に入り込んだボールの入り込み部を第２ボンディング方向へ傾斜させる第２の折曲工程と、続いてキャピラリを上昇移動させた後、第２ボンディング点方向へ水平移動を行い、更に上昇移動を行った後に、第２ボンディング点方向へ水平移動させてループコントロールを行う第３の折曲工程と、次にキャピラリを上昇移動させた後、第２ボンディング点と逆方向へ水平移動又は斜め方向に下降移動させ、更に上昇移動させてループコントロールを行いながらワイヤを繰り出して第２ボンディング点方向に移動させてワイヤを第２ボンディン
グ点に接続する第４のループ制御工程とを備えたことを特徴としている。
なお、前記第３の折曲工程をｎ回（ｎは１，２，３・・・）繰り返して折り曲げ癖をつけるようにしてもよい。

このように、図４（ｂ）に示すキャピラリ４の斜め上昇移動等によって、入り込み部ｈを傾斜させることができるが、これにより、ネック高さ部Ｈを低くしたままの状態で、低いワイヤループ形状を提供することが可能となる。また、ワイヤ３０の折り曲げ箇所（癖）を複数箇所に設けたので、入り込み部ｈやネック部にダメージを与えることなく、かつ第１ボンディング点Ａにキャピラリによる潰し跡を付けることなく低ワイヤループ形状を形成することができる。

以下、本発明の半導体装置、ワイヤループ形状及びワイヤボンディング方法の一実施形態を図１乃至図４に基づき説明する。なお、図１（ｂ）は（ａ）の二点鎖線で囲まれた円形部分の拡大図、図２は当該ワイヤループ形状を形成するときのキャピラリの移動軌跡を示し、図３は第１ボンディング点にボールボンディングするときにキャピラリの中空内部に入り込むボールの入り込み部を示し、図４はワイヤループの形成工程を示す図である。
なお、以後の説明において、従来と同一又は相当する部材若しくは相当部分には同一符号を付して説明する。

本実施の形態に係る半導体装置１０は、図１（ａ）に示すように、リードフレーム１にマウントされた半導体チップ２のパッド２ａ（第１ボンディング点Ａ）とリードフレーム１のリード１ａ（第２ボンディング点Ｚ）とをワイヤ３により接続した構造のものである。
ワイヤループ形状は三角ループで、第１ボンディング点Ａのボールボンディング時に、図３に示すように、キャピラリ４内部に入り込んだボールの一部で形成される入り込み部ｈを、図１（ａ），（ｂ）に示すように、第２ボンディング点Ｚ方向へ傾斜させている。

このように入り込み部ｈを、第２ボンディング点Ｚ方向に傾斜させているので、ネック高さ部Ｈ（２ａ−３ａ）が従来の三角ループの垂直形状のネック高さ部Ｈに比較してネック部にダメージを与えることなく低くすることができる。すなわち、低ワイヤループ形状を得ることができ、半導体装置１０自体の薄型化をはかることができる。

次に、図１に示すような半導体装置１０を得るための本発明によるワイヤボンディング方法の一実施の形態を図４により説明する。

まず、図４（ａ）に示すように、ワイヤ３をクランプするクランパ（図示せず）は開状態で、キャピラリ４が下降して第１ボンディング点Ａにワイヤ先端に形成されたボール３０をボンディングする。次に図４（ｂ）に示すようにキャピラリ４はＢ点まで斜め方向に上昇移動してワイヤ３を繰り出しつつ、入り込み部ｈ（第１ボンディング点のボールのうち第１の工程によってキャピラリ内部に入り込んだ部分）を傾斜させる。次に図４（ｃ）に示すようにキャピラリ４をＣ点（この点は任意選択可能）まで上昇移動されると癖３ａが付き、ワイヤ３をさらに繰り出す。

次に図４（ｄ）に示すように、キャピラリ４は第２ボンディング点Ｚの方向へ水平移動する。この動作により、ワイヤ３は、Ｂ点からＣ点まで傾斜した形状となり、ワイヤ３の部分に癖３ｂが付く。そして、図４（ｅ）に示すようにキャピラリ４をＤ点（この点は任意選択可能）まで上昇移動させ、さらにワイヤ３を繰り出す。

次に、図４（ｆ）に示すように、キャピラリ４は第２ボンディング点Ｚの方向へ水平移動する。これにより、Ｃ点からＤ点まで傾斜した形状となり、ワイヤ３の部分に癖３ｃが付く。次に、図４（ｇ）に示すように、キャピラリ４をＥ点（この点は任意選択可能）まで上昇移動させ、さらにワイヤ３を繰り出す。

続いて、図４（ｈ）または（ｈ′）に示すように、キャピラリ４は第２ボンディング点Ｚと反対方向に移動、即ちリバース動作を行いＦ（Ｆ′）点までほぼ水平移動又は斜め方向に下降移動する。このＥ点からＦ（Ｆ′）点までの動作により、ワイヤ３にはＦ（Ｆ′）点に癖が付く。次に図４（ｉ）に示すように、キャピラリ４はＧ点まで上昇して図２に示す傾斜部Ｓの形成に必要な長さだけワイヤ３を繰り出す。

その後は従来と同様に、図４（ｊ）に示すように、キャピラリ４は下降して第２ボンディング点Ｚに位置させ、ワイヤ３をボンディングする。

なお、前記キャピラリ４は０〜５００μｍの範囲内で移動可能とし、且つ、第１ボンディング点Ａと第２ボンディング点Ｚを結ぶ線を基準として３６０°方向に移動可能とするのが好ましい。

実験的には、ネックダメージを与えない範囲のネック高さ部Ｈの高さは、従来の三角ループで１２０〜１３０μｍ、上記実施の形態に係るワイヤループ形状では６５〜７０μｍであった。なお、特許文献３に示す技術のように、第１ボンディング点Ａにキャピラリによる潰し後を付ける構成のときには、ネック高さ部Ｈは５０μｍ以内にすることが可能である。

なお、上記実施の形態では、図４（ｂ）で入り込み部ｈの傾斜を形成し、図４（ｃ）から図４（ｆ）にかけて安定折り曲げ癖付けを２回行って２個所の癖付けをしているが、図４（ｆ）工程の後、図４（ｃ）から図４（ｆ）までの一連の動作をｎ回繰り返すことにより、ネックダメージのない、安定した形状保持が高い低ワイヤループ形状が形成されることとなる。

本発明の実施の形態であるワイヤループ形状は、上記のようなワイヤボンディング方法によって形成され、また、本発明の実施の形態である半導体装置はこのようなワイヤループ形状を備えたものである。

本発明は、ネック高さ部を低くすることができる上に、従来の低ループより強い立ち上がり部を形成することができるため、安定した低ワイヤループ形状及びネック高さ部のダメージの少ないワイヤループ形状を形成するのに好適に利用することができる。

（ａ）は本発明に係る半導体装置とそのワイヤループ形状の一実施の形態を示す説明図、（ｂ）は（ａ）の部分拡大図である。 本発明に係るワイヤループ形状のキャピラリの移動軌跡とワイヤ接続状態を一実施の形態として示す説明図である。 入り込み部の説明図である。 （ａ）〜（ｊ）は本実施形態における各工程のキャピラリ移動によるワイヤ形態を示す状態図である。 （ａ）は従来の台形ループのワイヤループ形状を示す図、（ｂ）は従来の三角ループのワイヤループ形状を示す図である。 （ａ）〜（ｆ）は図５（ａ）の台形ループを形成するキャピラリの移動軌跡による各時点でのワイヤ形状を示す状態図である。 （ａ）〜（ｅ）は図５（ｂ）の三角ループを形成するキャピラリの移動軌跡による各時点でのワイヤ形状を示す状態図である。

符号の説明

１ リードフレーム
１ａ リード
２ チップ
２ａ パッド
３ ワイヤ
４ キャピラリ
３０ ボール
ｈ 入り込み部
Ｈ（２ａ−３ａ） ネック高さ部
Ｓ 傾斜部
Ａ 第１ボンディング点
Ｚ 第２ボンディング点

Claims (6)

1. 第１ボンディング点と第２ボンディング点との間をワイヤで接続したワイヤループ形状において、第１ボンディング点に上方からキャピラリが下降してワイヤ先端に形成されたボールを接続して該キャピラリ内部にボールの入り込み部を形成する第１の工程と、続いてキャピラリを第２ボンディング点方向へと斜め上昇させキャピラリ内部に入り込んだボールの入り込み部を第２ボンディング方向へ傾斜させる第２の折曲工程と、続いてキャピラリを上昇移動させた後、第２ボンディング点方向へ水平移動を行い、更に上昇移動を行った後に、第２ボンディング点方向へ水平移動させてループコントロールを行う第３の折曲工程と、次にキャピラリを上昇移動させた後、第２ボンディング点と逆方向へ水平移動又は斜め方向に下降移動させ、更に上昇移動させてループコントロールを行いながらワイヤを繰り出して第２ボンディング点方向に移動させてワイヤを第２ボンディング点に接続する第４のループ制御工程とにより形成したことを特徴とするワイヤループ形状。
2. 前記第３の折曲工程をｎ回（ｎは１，２，３・・・）繰り返して折り曲げ癖をつけることを特徴とする請求項１記載のワイヤループ形状。
3. 第１ボンディング点と第２ボンディング点との間をワイヤで接続するワイヤボンディング方法において、第１ボンディング点にワイヤ先端に形成されたボールを接続する第１の工程と、続いてキャピラリを第２ボンディング点方向へと斜め上昇させキャピラリ内部に入り込んだボールの入り込み部を第２ボンディング方向へ傾斜させる第２の折曲工程と、続いてキャピラリを上昇移動させた後、第２ボンディング点方向へ水平移動を行い、更に上昇移動を行った後に、第２ボンディング点方向へ水平移動させてループコントロールを行う第３の折曲工程と、次にキャピラリを上昇移動させた後、第２ボンディング点と逆方向へ水平移動又は斜め方向に下降移動させ、更に上昇移動させてループコントロールを行いながらワイヤを繰り出して第２ボンディング点方向に移動させてワイヤを第２ボンディング点に接続する第４のループ制御工程とを備えたことを特徴とするワイヤボンディング方法。
4. 前記第３の折曲工程をｎ回（ｎは１，２，３・・・）繰り返すことを特徴とする請求項３記載のワイヤボンディング方法。
5. 第１ボンディング点と第２ボンディング点との間をワイヤで接続されたワイヤループ形状を有する半導体装置において、第１ボンディング点に上方からキャピラリが下降してワイヤ先端に形成されたボールを接続して該キャピラリ内部にボールの入り込み部を形成する第１の工程と、続いてキャピラリを第２ボンディング点方向へと斜め上昇させキャピラリ内部に入り込んだボールの入り込み部を第２ボンディング方向へ傾斜させる第２の折曲工程と、続いてキャピラリを上昇移動させた後、第２ボンディング点方向へ水平移動を行い、更に上昇移動を行った後に、第２ボンディング点方向へ水平移動させてループコントロールを行う第３の折曲工程と、次にキャピラリを上昇移動させた後、第２ボンディング点と逆方向へ水平移動又は斜め方向に下降移動させ、更に上昇移動させてループコントロールを行いながらワイヤを繰り出して第２ボンディング点方向に移動させてワイヤを第２ボンディング点に接続する第４のループ制御工程とにより形成したワイヤループ形状を有することを特徴とする半導体装置。
6. 前記第３の折曲工程をｎ回（ｎは１，２，３・・・）繰り返して折り曲げ癖をつけることを特徴とする請求項５記載の半導体装置。

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