JP6377981B2 - 電子装置 - Google Patents

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    • H01L2224/451Material with a principal constituent of the material being a metal or a metalloid, e.g. boron (B), silicon (Si), germanium (Ge), arsenic (As), antimony (Sb), tellurium (Te) and polonium (Po), and alloys thereof
    • H01L2224/45138Material with a principal constituent of the material being a metal or a metalloid, e.g. boron (B), silicon (Si), germanium (Ge), arsenic (As), antimony (Sb), tellurium (Te) and polonium (Po), and alloys thereof the principal constituent melting at a temperature of greater than or equal to 950°C and less than 1550°C
    • H01L2224/45147Copper (Cu) as principal constituent
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Description

本発明は、電子装置に関する。
従来から、半導体装置が知られている(特許文献1参照)。同文献に開示の半導体装置は、半導体素子と、ボンディングパッドと、ワイヤと、リードフレームと、を備えている。ボンディングパッドは半導体素子に形成されている。ワイヤはボンディングパッドおよびリードフレームにボンディングされている。
特開2002−76051号公報
本発明は、上記の背景のもとで考え出されたものであって、歩留まりの向上を図ることができる電子装置を提供すること、あるいは、封止樹脂が副電極から剥離することを防止できる電子装置を提供することをその主たる課題とする。
本発明の第1の側面によると、電子素子と、前記電子素子にボンディングされたワイヤと、を備え、前記電子素子は、第1導電層と、第2導電層と、第3導電層と、を含み、前記第1導電層は、前記ワイヤがボンディングされたボンディングパッドを有し、前記第2導電層は、互いに同一面内に配置されている緩衝部および配線部分を有し、前記第3導電層は、前記ボンディングパッドから絶縁された第1配線部位を有し、前記緩衝部は、前記ボンディングパッドの厚さ方向において、前記ボンディングパッドおよび前記第1配線部位の間に位置している、電子装置が提供される。
好ましくは、絶縁層を更に備え、前記絶縁層は、前記第1導電層および前記第2導電層の間に介在する部位を有する。
好ましくは、前記絶縁層は、SiO2よりなる。
好ましくは、前記ワイヤは、前記電子素子にボンディングされたボンディング部分を含み、前記緩衝部は、前記厚さ方向視において、前記ボンディング部分に重なる部位を有する。
好ましくは、前記ボンディングパッドは、前記ボンディング部分に接合された接合領域を有し、前記緩衝部の周縁は、前記厚さ方向視において、前記接合領域を囲む形状である。
好ましくは、前記緩衝部は、前記厚さ方向視において、前記接合領域の全体にわたって重なっている。
好ましくは、前記緩衝部は、矩形状である。
好ましくは、前記緩衝部は、互いに反対側を向く緩衝部表面および緩衝部裏面を有し、前記緩衝部表面は、前記ボンディングパッドの位置する側を向いている。
好ましくは、前記緩衝部表面および前記緩衝部裏面はいずれも全体にわたって、前記絶縁層に覆われている。
好ましくは、前記緩衝部は、浮き電極である。
好ましくは、前記緩衝部および前記ボンディングパッドに挟まれた全領域には、前記絶縁層が充填されている。
好ましくは、前記緩衝部は全周にわたって、前記絶縁層に覆われている。
好ましくは、前記電子素子は、前記厚さ方向に沿って延びる支持ビアを含み、前記支持ビアは、前記ボンディングパッドおよび前記緩衝部の間に介在しており、且つ、前記ボンディングパッドおよび前記緩衝部を互いに導通させている。
好ましくは、前記ボンディングパッドには、クラックが形成されており、前記クラックは、前記ワイヤに覆われている。
好ましくは、前記ボンディングパッドは、互いに反対側を向くパッド表面およびパッド裏面を有し、前記パッド表面には、前記ワイヤがボンディングされている。
好ましくは、前記ボンディングパッドは、前記パッド表面から延び出る延出部を含み、前記延出部は、前記ボンディング部分に沿って前記パッド表面から延び出ている。
好ましくは、前記第1導電層は、配線メタルを含み、前記配線メタルは、前記ボンディングパッドにつながっており、且つ、前記厚さ方向視において、前記配線部分に重なっている。
好ましくは、前記配線メタルは、前記厚さ方向視において、前記配線部分に重なる部位を有しており、且つ、前記配線部分に導通している。
好ましくは、前記電子素子は、前記厚さ方向に沿って延びる第1ビアを含み、前記第1ビアは、前記配線メタルおよび前記配線部分の間に介在しており、且つ、前記配線メタルおよび前記配線部分を互いに導通させている。
好ましくは、前記第1ビアは、前記厚さ方向視において、前記配線メタルおよび前記配線部分に重なっている。
好ましくは、前記第3導電層および前記緩衝部に挟まれた全領域には、前記絶縁層が充填されている。
好ましくは、前記第3導電層は、前記第1配線部位と同一面内に配置された第2配線部位を有し、前記第2配線部位は、前記配線部分に導通している。
好ましくは、前記電子素子は、前記厚さ方向に沿って延びる第2ビアを含み、前記第2ビアは、前記第2配線部位および前記配線部分の間に介在しており、且つ、前記第2配線部位および前記配線部分を互いに導通させている。
好ましくは、前記第2ビアは、前記厚さ方向視において、前記第2配線部位および前記配線部分に重なっている。
好ましくは、前記電子素子は、第4導電層を含み、前記第3導電層は、前記厚さ方向において、前記第2導電層および前記第4導電層の間に位置しており、前記第4導電層は、前記厚さ方向視において、前記緩衝部に重なる部位を有する。
好ましくは、前記第4導電層は、第1配線膜および第2配線膜を有し、前記第1配線膜は、前記厚さ方向視において、前記緩衝部に重なっており、前記第2配線膜は、前記第2配線部位に導通している。
好ましくは、前記電子素子は、前記厚さ方向に沿って延びる第3ビアを含み、前記第3ビアは、前記第1配線膜および前記第1配線部位の間に介在しており、且つ、前記第1配線膜および前記第1配線部位を互いに導通させている。
好ましくは、前記第3ビアは、前記厚さ方向視において、前記第1配線膜および前記第1配線部位に重なっている。
好ましくは、前記電子素子は、前記厚さ方向に沿って延びる第4ビアを含み、前記第4ビアは、前記第2配線膜および前記第2配線部位の間に介在しており、且つ、前記第2配線膜および前記第2配線部位を互いに導通させている。
好ましくは、前記第4ビアは、前記厚さ方向視において、前記第2配線膜および前記第2配線部位に重なっている。
好ましくは、前記電子素子は、半導体素子を有する半導体基板を含み、前記ボンディングパッドは、前記厚さ方向視において、前記半導体基板に重なっている。
好ましくは、前記半導体基板は、Siよりなる。
好ましくは、前記電子素子は、前記半導体基板に形成された連絡部を更に備え、前記ボンディングパッドは、前記連絡部を介して、前記半導体素子に導通している。
好ましくは、前記連絡部は、前記半導体基板および第2配線膜の間に介在し、且つ、前記半導体基板および第2配線膜に接している。
好ましくは、前記ボンディングパッドを、第1ボンディングパッドとし、前記第1導電層は、前記厚さ方向視において、前記第1ボンディングパッドとは異なる位置に配置された第2ボンディングパッドを含み、前記第1配線部位は、前記第2ボンディングパッドに導通している。
好ましくは、前記第1導電層および前記第2導電層は、AlおよびCuの少なくともいずれかよりなる。
好ましくは、前記第1導電層の最大厚さは、前記第2導電層の最大厚さよりも厚い。
好ましくは、前記第1導電層の最大厚さは、1.0〜3.0μmであり、前記第2導電層の最大厚さは、0.1〜0.5μmであり、前記第1導電層および前記第2導電層の離間距離は、0.1〜0.5μmである。
好ましくは、前記第1ビアは、Wよりなる。
好ましくは、前記ワイヤはCu、Au、あるいは、Agよりなる。
好ましくは、前記電子素子は、第1導電層を覆う、絶縁性の保護層を含み、前記保護層は、前記ボンディングパッドを露出させている。
好ましくは、前記保護層には、開口が形成されており、前記開口からは、前記ボンディングパッドが露出している。
好ましくは、前記緩衝部は、前記厚さ方向視において、前記開口の内側に位置する部位と、前記開口の外側に位置する部位とを有する。
好ましくは、前記開口の内縁は、全体にわたって、前記厚さ方向視において、前記緩衝部の周縁に囲まれている。
好ましくは、前記保護層は、パッシベーション膜を有し、前記パッシベーション膜は、SiNおよびSiO2の少なくともいずれかよりなる。
好ましくは、前記パッシベーション膜は、互いに積層されたSiN層およびSiO2層を有する。
好ましくは、前記保護層は、前記パッシベーション膜を覆うポリイミド層を有する。
好ましくは、前記ワイヤがボンディングされた副電極を更に備える。
好ましくは、前記電子素子および前記ワイヤを封止する封止樹脂を更に備える。
本発明の第2の側面によると、電子素子と、前記電子素子にボンディングされたワイヤと、を備え、前記電子素子は、前記ワイヤがボンディングされたボンディングパッドを含み、前記ワイヤは、前記電子素子にボンディングされたボンディング部分を含み、前記ボンディング部分の外面は、底面と、側面と、被押し付け面と、を有し、前記底面は、前記ボンディングパッドに接しており、前記側面は、第1曲面部を有し、前記第1曲面部は、前記底面と前記側面との境界を起点として、前記厚さ方向視において外側に向かうほど、前記被押し付け面側に向かう曲面状であり、前記被押し付け面は、輪状の屈曲部を有しており、且つ、前記ボンディングパッドの厚さ方向視において、前記側面よりも内側に位置しており、前記境界は、前記厚さ方向視において、前記屈曲部よりも外側に位置している、電子装置が提供される。
好ましくは、前記底面は、円形状であり、前記厚さ方向のうち前記ボンディング部分から前記ボンディングパッドに向かう方向を向いている。
好ましくは、前記側面は、前記被押し付け面および前記底面をつないでいる。
好ましくは、前記側面は、環状である。
好ましくは、前記厚さ方向に直交する平面による、前記側面の断面形状は、直径がボール径と定義された円形状である。
好ましくは、前記ワイヤは、橋絡部を含み、前記橋絡部は、前記ボンディング部分につながり、線状に延び、且つ、断面が円形状であり、前記橋絡部の直径が、22.5μm未満の場合、前記ボール径は、44μm以上50μm以下であり、前記橋絡部の直径が、22.5μm以上27.5μm未満の場合、前記ボール径は、59μm以上であり、前記橋絡部の直径が、27.5μm以上32.5μm未満の場合、前記ボール径は、63μm以上であり、前記橋絡部の直径が、32.5μm以上の場合、前記ボール径は、77μm以上である。
好ましくは、前記第1曲面部の少なくとも一部は、前記ボンディングパッドに接している。
好ましくは、前記側面は、第2曲面部を有し、前記第2曲面部は、前記被押し付け面と前記側面との境界を起点として、前記厚さ方向視において外側に向かうほど、前記底面側に向かう曲面状である。
好ましくは、前記被押し付け面は、各々が環状である第1部分および第2部分を有し、前記第1部分は、前記側面につながっており、前記第2部分は、前記屈曲部を介して前記第1部分につながっている。
好ましくは、前記第1部分および前記第2部分はいずれも平坦である。
好ましくは、前記第2部分は、前記第1部分に対し傾斜しており、且つ、前記第1部分に対し180度以下の角度をなす。
好ましくは、前記第1部分は、前記厚さ方向視において、前記側面および前記屈曲部の間に位置しており、前記第2部分は、前記厚さ方向視において、前記屈曲部よりも内側に位置している。
好ましくは、前記第2部分は、全体にわたって、前記厚さ方向視において、前記底面に重なっている。
好ましくは、前記第2部分は、前記厚さ方向において前記底面に近づくほど、前記厚さ方向視において外側に向かうように、前記厚さ方向に対し傾斜している。
好ましくは、前記ボンディング部分の外面は、周面を有し、前記周面は、前記被押し付け面につながっており、且つ、前記被押し付け面から起立している。
好ましくは、前記周面は、断面形状が円形状である。
好ましくは、前記周面は、前記厚さ方向に沿って延びている。
好ましくは、前記周面は、前記厚さ方向視において、前記被押し付け面よりも内側に位置している。
好ましくは、前記電子素子は、半導体素子を有する半導体基板を含み、前記ボンディングパッドは、前記厚さ方向視において、前記半導体基板に重なっている。
好ましくは、前記半導体基板は、Siよりなる。
好ましくは、前記ボンディングパッドは、互いに反対側を向くパッド表面およびパッド裏面を有し、前記パッド表面には、前記ワイヤがボンディングされている。
好ましくは、前記ボンディングパッドは、前記パッド表面から延び出る延出部を含み、前記延出部は、前記ボンディング部分に沿って前記パッド表面から延び出ている。
好ましくは、前記延出部は、前記側面に接している。
好ましくは、前記ワイヤはCu、Au、あるいは、Agよりなる。
好ましくは、前記電子素子は、絶縁性の保護層を含み、前記保護層は、前記ボンディングパッドを露出させている。
好ましくは、前記保護層には、開口が形成されており、前記開口からは、前記ボンディングパッドが露出している。
好ましくは、前記保護層は、パッシベーション膜を有し、前記パッシベーション膜は、SiNおよびSiO2の少なくともいずれかよりなる。
好ましくは、前記パッシベーション膜は、互いに積層されたSiN層およびSiO2層を有する。
好ましくは、前記保護層は、前記パッシベーション膜を覆うポリイミド層を有する。
好ましくは、前記ワイヤがボンディングされた副電極を更に備える。
好ましくは、前記ワイヤは、前記副電極にボンディングされたボンディング部位と、前記ボンディング部分および前記ボンディング部位につながる橋絡部と、を含む。
好ましくは、前記ボンディング部位は、前記ボンディング部分よりも後にボンディングされたものである。
好ましくは、前記電子素子および前記ワイヤを封止する封止樹脂を更に備える。
好ましくは、前記封止樹脂は、前記側面の一部を覆っている。
本発明の第3の側面によると、副電極を含むリードフレームを用意する工程を備える、電子装置の製造方法であって、前記副電極は、Ag層を含み、前記リードフレームを、湿度が40〜50%である環境に保持する工程と、前記保持する工程の後に、前記Ag層にワイヤをボンディングする工程を備える、電子装置の製造方法が提供される。
好ましくは、前記保持する工程は、1〜168時間行う。
好ましくは、前記保持する工程における環境は、大気圧環境であり、空気あるいは窒素雰囲気であり、且つ、20〜30℃である。
好ましくは、前記リードフレームは、主電極を含み、前記保持する工程の前に、電子素子を前記主電極に配置する工程を更に備える。
好ましくは、前記Ag層にワイヤをボンディングする工程の前に、前記電子素子に前記ワイヤをボンディングする工程を更に備える。
好ましくは、前記Ag層にワイヤをボンディングする工程の後に、前記ワイヤおよび前記リードフレームを覆う封止樹脂を形成する工程を更に備える。
好ましくは、前記Ag層にワイヤをボンディングする工程と、前記ワイヤおよび前記リードフレームを覆う封止樹脂を形成する工程との間に、前記リードフレームを、湿度が40〜50%である環境に保持する工程を更に備える。
好ましくは、前記封止樹脂を形成する工程の後に、前記封止樹脂および前記リードフレームを切断することにより、固片化する工程を更に備える。
好ましくは、前記Ag層の厚さは、5〜15μmである。
好ましくは、前記副電極は、前記Ag層が形成されたCu部を含み、前記Cu部の厚さは、前記Ag層の厚さよりも厚い。
本発明の第4の側面によると、電子素子と、副電極と、前記電子素子および前記副電極にボンディングされたワイヤと、を備え、前記副電極は、Ag層を含み、前記Ag層には、前記ワイヤがボンディングされており、前記Ag層にワイヤをボンディングする工程の前には、前記Ag層は湿度が40〜50%である環境に保持されている、電子装置が提供される。
好ましくは、前記Ag層の厚さは、5〜15μmである。
好ましくは、前記副電極は、前記Ag層が形成されたCu部を含み、前記Cu部の厚さは、前記Ag層の厚さよりも厚い。
好ましくは、前記電子素子および前記ワイヤを封止する封止樹脂を更に備える。
好ましくは、前記Ag層は、前記封止樹脂に覆われている。
好ましくは、前記電子素子は、半導体素子を有する半導体基板を含む。
好ましくは、前記半導体基板は、Siよりなる。
好ましくは、前記ワイヤはCu、Au、あるいは、Agよりなる。
好ましくは、前記電子素子は、絶縁性の保護層を含み、前記保護層は、ボンディングパッドを露出させている。
好ましくは、前記保護層には、開口が形成されており、前記開口からは、前記ボンディングパッドが露出している。
好ましくは、前記保護層は、パッシベーション膜を有し、前記パッシベーション膜は、SiNおよびSiO2の少なくともいずれかよりなる。
好ましくは、前記パッシベーション膜は、互いに積層されたSiN層およびSiO2層を有する。
本発明の第5の側面によると、電子素子と、前記電子素子にボンディングされたワイヤと、を備え、前記電子素子は、前記ワイヤがボンディングされたボンディングパッドを含み、前記ボンディングパッドの主成分は、Alであり、前記ワイヤには、混入金属が混入されており、前記混入金属は、Pt、Pd、あるいはAuのいずれかである、電子装置が提供される。
好ましくは、前記ワイヤの主成分は、Cu、あるいはAgである。
好ましくは、前記ワイヤの主成分は、Cuである。
好ましくは、前記ワイヤにおける前記混入金属の濃度は、0.5〜5wt%である。
好ましくは、前記ボンディングパッドは、金属薄膜層を含み、前記金属薄膜層は、CuAl2よりなる。
好ましくは、前記金属薄膜層は、前記ワイヤに接している。
好ましくは、前記金属薄膜層の厚さは、5〜20nmである。
好ましくは、前記ワイヤは、前記電子素子にボンディングされたボンディング部分を含み、前記ボンディング部分の外面は、底面と、側面と、被押し付け面と、を有し、前記底面は、前記ボンディングパッドに接しており、前記側面は、前記被押し付け面および前記底面をつないでおり、前記被押し付け面は、輪状の屈曲部を有しており、且つ、前記ボンディングパッドの厚さ方向視において、前記側面よりも内側に位置しており、前記側面は、第1曲面部を有し、前記第1曲面部は、前記底面と前記側面との境界を起点として、前記厚さ方向視において外側に向かうほど、前記被押し付け面側に向かう曲面状である。
好ましくは、前記底面は、円形状であり、前記厚さ方向のうち前記ボンディング部分から前記ボンディングパッドに向かう方向を向いている。
好ましくは、前記側面は、環状である。
好ましくは、前記第1曲面部の少なくとも一部は、前記ボンディングパッドに接している。
好ましくは、前記側面は、第2曲面部を有し、前記第2曲面部は、前記被押し付け面と前記側面との境界を起点として、前記厚さ方向視において外側に向かうほど、前記底面側に向かう曲面状である。
好ましくは、前記被押し付け面は、各々が環状である第1部分および第2部分を有し、前記第1部分は、前記側面につながっており、前記第2部分は、前記屈曲部を介して前記第1部分につながっている。
好ましくは、前記第1部分および前記第2部分はいずれも平坦である。
好ましくは、前記第2部分は、前記第1部分に対し傾斜しており、且つ、前記第1部分に対し180度以下の角度をなす。
好ましくは、前記第1部分は、前記厚さ方向視において、前記側面および前記屈曲部の間に位置しており、前記第2部分は、前記厚さ方向視において、前記屈曲部よりも内側に位置している。
好ましくは、前記第2部分は、全体にわたって、前記厚さ方向視において、前記底面に重なっている。
好ましくは、前記第2部分は、前記厚さ方向において前記底面から離れるほど、前記厚さ方向視において内側に向かうように、前記厚さ方向に対し傾斜している。
好ましくは、前記ボンディング部分の外面は、周面を有し、前記周面は、前記被押し付け面につながっており、且つ、前記被押し付け面から起立している。
好ましくは、前記周面は、断面形状が円形状である。
好ましくは、前記周面は、前記厚さ方向に沿って延びている。
好ましくは、前記周面は、前記厚さ方向視において、前記被押し付け面よりも内側に位置している。
好ましくは、前記電子素子は、半導体素子を有する半導体基板を含み、前記ボンディングパッドは、前記ボンディングパッドの厚さ方向視において、前記半導体基板に重なっている。
好ましくは、前記半導体基板は、Siよりなる。
好ましくは、前記ボンディングパッドは、互いに反対側を向くパッド表面およびパッド裏面を有し、前記パッド表面には、前記ワイヤがボンディングされている。
好ましくは、前記ボンディングパッドは、前記パッド表面から延び出る延出部を含み、前記延出部は、前記ボンディング部分に沿って前記パッド表面から延び出ている。
好ましくは、前記延出部は、前記側面に接している。
好ましくは、前記電子素子は、絶縁性の保護層を含み、前記保護層は、前記ボンディングパッドを露出させている。
好ましくは、前記保護層には、開口が形成されており、前記開口からは、前記ボンディングパッドが露出している。
好ましくは、前記保護層は、パッシベーション膜を有し、前記パッシベーション膜は、SiNおよびSiO2の少なくともいずれかよりなる。
好ましくは、前記パッシベーション膜は、互いに積層されたSiN層およびSiO2層を有する。
好ましくは、前記保護層は、前記パッシベーション膜を覆うポリイミド層を有する。
好ましくは、前記ワイヤがボンディングされた副電極を更に備える。
好ましくは、前記ワイヤは、前記副電極にボンディングされたボンディング部位と、前記ボンディング部分および前記ボンディング部位につながる橋絡部と、を含む。
好ましくは、前記ボンディング部位は、前記ボンディング部分よりも後にボンディングされたものである。
好ましくは、前記電子素子および前記ワイヤを封止する封止樹脂を更に備える。
好ましくは、前記封止樹脂は、前記側面の一部を覆っている。
本発明の第6の側面によると、電子素子と、前記電子素子にボンディングされたワイヤと、を備え、前記電子素子は、前記ワイヤがボンディングされたボンディングパッドを含み、前記ワイヤは、前記電子素子にボンディングされたボンディング部分を含み、前記ボンディング部分の外面は、底面と、側面と、被押し付け面と、周面と、を有し、前記底面は、前記ボンディングパッドに接しており、前記被押し付け面は、前記ボンディングパッドの厚さ方向視において、前記側面よりも内側に位置しており、前記周面は、前記被押し付け面につながっており、前記被押し付け面から起立しており、且つ、断面形状が円形状であり、前記ワイヤは、橋絡部を含み、前記橋絡部は、前記ボンディング部分につながり、線状に延び、且つ、断面が円形状であり、前記橋絡部の直径と前記周面の直径との差は、2〜8μmである、電子装置が提供される。
好ましくは、前記橋絡部の直径と前記周面の直径との差は、4〜8μmである。
好ましくは、前記被押し付け面は、輪状の屈曲部を有しており、前記橋絡部の直径が、27.5μm以上32.5μm未満の場合、前記屈曲部の直径は、46〜54μmである。
好ましくは、前記底面は、円形状であり、前記厚さ方向のうち前記ボンディング部分から前記ボンディングパッドに向かう方向を向いている。
好ましくは、前記側面は、前記被押し付け面および前記底面をつないでいる。
好ましくは、前記側面は、環状である。
好ましくは、前記厚さ方向に直交する平面による、前記側面の断面形状は、円形状である。
好ましくは、前記被押し付け面は、各々が環状である第1部分および第2部分を有し、前記第1部分は、前記側面につながっており、前記第2部分は、前記屈曲部を介して前記第1部分につながっている。
好ましくは、前記第1部分および前記第2部分はいずれも平坦である。
好ましくは、前記第2部分は、前記第1部分に対し傾斜しており、且つ、前記第1部分に対し180度以下の角度をなす。
好ましくは、前記第1部分は、前記厚さ方向視において、前記側面および前記屈曲部の間に位置しており、前記第2部分は、前記厚さ方向視において、前記屈曲部よりも内側に位置している。
好ましくは、前記第2部分は、全体にわたって、前記厚さ方向視において、前記底面に重なっている。
好ましくは、前記第2部分は、前記厚さ方向において前記底面から離れるほど、前記厚さ方向視において内側に向かうように、前記厚さ方向に対し傾斜している。
好ましくは、前記周面は、前記厚さ方向に沿って延びている。
好ましくは、前記周面は、前記厚さ方向視において、前記被押し付け面よりも内側に位置している。
好ましくは、前記電子素子は、半導体素子を有する半導体基板を含み、前記ボンディングパッドは、前記厚さ方向視において、前記半導体基板に重なっている。
好ましくは、前記半導体基板は、Siよりなる。
好ましくは、前記ボンディングパッドは、互いに反対側を向くパッド表面およびパッド裏面を有し、前記パッド表面には、前記ワイヤがボンディングされている。
好ましくは、前記ボンディングパッドは、前記パッド表面から延び出る延出部を含み、前記延出部は、前記ボンディング部分に沿って前記パッド表面から延び出ている。
好ましくは、前記延出部は、前記側面に接している。
好ましくは、前記ワイヤはCu、Au、あるいは、Agよりなる。
好ましくは、前記電子素子は、絶縁性の保護層を含み、前記保護層は、前記ボンディングパッドを露出させている。
好ましくは、前記保護層には、開口が形成されており、前記開口からは、前記ボンディングパッドが露出している。
好ましくは、前記保護層は、パッシベーション膜を有し、前記パッシベーション膜は、SiNおよびSiO2の少なくともいずれかよりなる。
好ましくは、前記パッシベーション膜は、互いに積層されたSiN層およびSiO2層を有する。
好ましくは、前記保護層は、前記パッシベーション膜を覆うポリイミド層を有する。
好ましくは、前記ワイヤがボンディングされた副電極を更に備える。
好ましくは、前記ワイヤは、前記副電極にボンディングされたボンディング部位と、前記ボンディング部分および前記ボンディング部位につながる橋絡部と、を含む。
好ましくは、前記ボンディング部位は、前記ボンディング部分よりも後にボンディングされたものである。
好ましくは、前記電子素子および前記ワイヤを封止する封止樹脂を更に備える。
好ましくは、前記封止樹脂は、前記側面の一部を覆っている。
本発明の第7の側面によると、電子素子と、前記電子素子にボンディングされたワイヤと、を備え、前記電子素子は、前記ワイヤがボンディングされたボンディングパッドを含み、前記ボンディングパッドは、Pd層を含み、前記Pd層は、前記ワイヤに直接接している、電子装置が提供される。
好ましくは、前記Pd層の表面には、前記ワイヤが直接接している。
好ましくは、前記Pd層の表面の最大高低差は、40nm以下である。
好ましくは、前記Pd層の表面の最大高低差は、30nm以下である。
好ましくは、前記Pd層の表面の最大高低差は、20nm以下である。
好ましくは、前記Pd層の表面の最大高低差は、10nm以下である。
好ましくは、前記Pd層の厚さは、0.1〜1μmである。
好ましくは、前記ボンディングパッドは、Ni層を更に備え、前記Pd層は、前記ワイヤおよび前記Ni層の間に位置しており、前記Ni層の表面は、前記Pd層に接しており、且つ、最大高低差が40nm以下である。
好ましくは、前記Ni層の厚さは、1〜5μmである。
好ましくは、前記ボンディングパッドは、Cu層を更に備え、前記Ni層は、前記Pd層および前記Cu層の間に位置しており、前記Cu層の表面は、前記Ni層に接しており、且つ、最大高低差が40nm以下である。
好ましくは、前記Cu層の厚さは、2〜12μmである。
好ましくは、前記電子素子および前記ワイヤを封止する封止樹脂を更に備える。
好ましくは、前記電子素子は、半導体素子を有する半導体基板を含む。
好ましくは、前記半導体基板は、Siよりなる。
好ましくは、前記ワイヤはCu、Au、あるいは、Agよりなる。
好ましくは、前記電子素子は、絶縁性の保護層を含み、前記保護層は、前記ボンディングパッドを露出させている。
好ましくは、前記保護層には、開口が形成されており、前記開口からは、前記ボンディングパッドが露出している。
好ましくは、前記保護層は、パッシベーション膜を有し、前記パッシベーション膜は、SiNおよびSiO2の少なくともいずれかよりなる。
好ましくは、前記パッシベーション膜は、互いに積層されたSiN層およびSiO2層を有する。
本発明のその他の特徴および利点は、添付図面を参照して以下に行う詳細な説明によって、より明らかとなろう。
本発明の第1実施形態にかかる電子装置の断面図である。 図1に示した電子装置の平面図(封止樹脂を仮想線で示す)である。 図1の一部を拡大して示す部分拡大図である。 図3の一部を拡大して示す部分拡大図である。 図3のV−V線の沿う断面図である。 図3のVI−VI線に沿う断面図である。 図6からワイヤを省略して示す図(接合領域をハッチングにより示している)である。 ボンディングパッドにクラックが形成されている状態を示す図である。 図3の一部を拡大して示す部分拡大図である。 図1の一部を拡大して示す部分拡大図である。 図1に示した電子装置の製造方法の一工程を示す部分断面図である。 図11に続く一工程を示す図である。 図12のキャピラリを下から見た図である。 図12に続く一工程を示す図である。 図14に続く一工程を示す図である。 図15に続く一工程を示す図である。 図16に続く一工程を示す図である。 図17に続く一工程を示す図である。 図18に続く一工程を示す図である。 ワイヤがボンディングパッドに適切にボンディングされているか否かの実験結果を示す表である。 本発明の第1実施形態の第1変形例にかかる電子装置の部分拡大断面図である。 本発明の第2実施形態にかかる電子装置の断面図である。 本発明の第3実施形態にかかる電子装置の断面図である。 図23の一部を拡大して示す部分拡大図である。 本発明の第4実施形態にかかる電子装置の断面図である。 図25の一部を拡大して示す部分拡大図である。
以下、本発明の実施の形態につき、図面を参照して具体的に説明する。
<第1実施形態>
図1〜図20を用いて、本発明の第1実施形態について説明する。
図1は、本発明の第1実施形態にかかる電子装置の断面図である。
同図に示す電子装置A10は、電子素子1と、ワイヤ3と、主電極51と、副電極52と、封止樹脂7と、を備える。
図2は、図1に示した電子装置の平面図(封止樹脂を仮想線で示す)である。図3は、図1の一部を拡大して示す部分拡大図である。図4は、図3の一部を拡大して示す部分拡大図である。図5は、図3のV−V線の沿う断面図である。図6は、図3のVI−VI線に沿う断面図である。
電子素子1は、所望の機能を果たす素子である。本実施形態では電子素子1は半導体よりなる素子である。図4に示すように、電子素子1は、半導体基板11と、第1導電層13と、第2導電層14と、第3導電層15と、第4導電層16と、第1ビア171と、第2ビア172と、第3ビア173と、第4ビア174と、連絡部177と、絶縁層18と、保護層19と、を含む。
図4等に示す半導体基板11は、半導体材料よりなる。本実施形態では、半導体基板11は、Siよりなる。半導体基板11は半導体素子を有している。このような半導体素子としては、たとえば、ダイオード、トランジスタ、キャパシタ等が挙げられる。
図4等に示す第1導電層13は、導電性材料よりなる。第1導電層13は、たとえば、AlおよびCuの少なくともいずれかよりなる。本実施形態では、第1導電層13はAlよりなる。第1導電層13は、厚さの厚い箇所と厚さの薄い箇所とを有する。第1導電層13の最大厚さ(後述の延出部131Eを除く)は、たとえば、1.0〜3.0μmである。
第1導電層13は、ボンディングパッド131と、配線メタル133と、を有する。ボンディングパッド131と、配線メタル133とは、互いに同一面内に配置されている。
図2に示すように、本実施形態では、ボンディングパッド131は矩形状である。ボンディングパッド131にはワイヤ3がボンディングされている。ボンディングパッド131は、ボンディングパッド131の厚さ方向Z視において、半導体基板11に重なっている。
図7に示すように、ボンディングパッド131は、ワイヤ3に接合された接合領域131Rを有する。ボンディングパッド131は、互いに反対側を向くパッド表面131Aおよびパッド裏面131Bを有する。パッド表面131Aには、ワイヤ3がボンディングされている。パッド表面131Aは接合領域131Rを構成している。ボンディングパッド131は、パッド表面131Aから延び出る延出部131Eを含む。延出部131Eは、ボンディング部分31に沿ってパッド表面131Aから延び出ている。延出部131Eは、ワイヤ3がボンディングパッド131にボンディングされる際に、ボンディングパッド131の一部が、ワイヤ3に押し上げられることにより形成される。
図8に示すように、ボンディングパッド131にはクラック139が形成されていることがある。クラック139はワイヤ3に覆われている。クラック139は円弧状を呈することが多い。なお、ボンディングパッド131にクラック139が形成されていなくてもよい。
図4に示す配線メタル133はボンディングパッド131につながっている。本実施形態では、配線メタル133は、長矩形状であり、ボンディングパッド131の両端に配置された部位を有する。
上述のボンディングパッド131を、第1ボンディングパッド131α(図2参照)として、第1導電層13は第2ボンディングパッド131β(図2参照)を有している。第2ボンディングパッド131βは、厚さ方向Z視において、第1ボンディングパッド131αとは異なる位置に配置されている。第2ボンディングパッド131βは、第1ボンディングパッド131αから絶縁されている。
図4等に示す第2導電層14は、厚さ方向Zにおいて、第1導電層13および第3導電層15の間に位置している。第2導電層14は、導電性材料よりなる。第2導電層14は、たとえば、AlおよびCuの少なくともいずれかよりなる。本実施形態では、第2導電層14はAlよりなる。第2導電層14の最大厚さよりも、第1導電層13の最大厚さ(延出部131Eを除く)は、厚い。第2導電層14の最大厚さは、たとえば、0.1〜0.5μmである。第1導電層13および第2導電層14の離間距離は、たとえば、0.1〜0.5μmである。
図4に示す第2導電層14は、互いに同一面内に配置されている緩衝部141および配線部分143を有する。
図4〜図6等に示す緩衝部141は、厚さ方向Z視において、ボンディング部分31に重なる部位を有する。緩衝部141の周縁141Cは、厚さ方向Z視において、接合領域131Rを囲む形状である。緩衝部141は、厚さ方向Z視において、接合領域131Rの全体にわたって重なっている。本実施形態では、緩衝部141は、矩形状である。緩衝部141は、浮き電極である。すなわち、緩衝部141は、緩衝部141以外の導電体のいずれもから絶縁されている。
緩衝部141は、互いに反対側を向く緩衝部表面141Aおよび緩衝部裏面141Bを有する。緩衝部表面141Aは、ボンディングパッド131の位置する側を向いている。
図4に示す配線部分143には、配線メタル133が、厚さ方向Z視において、重なっている。厚さ方向Z視において、配線部分143に重なる部位を配線メタル133が有している。配線部分143には、配線メタル133が導通している。
図4に示す第3導電層15は、厚さ方向Zにおいて、第2導電層14および第4導電層16の間に位置している。第3導電層15は、導電性材料よりなる。第3導電層15は、たとえば、AlおよびCuの少なくともいずれかよりなる。本実施形態では、第3導電層15はAlよりなる。第3導電層15の最大厚さは、たとえば、0.1〜0.5μmである。第3導電層15および第2導電層14の離間距離は、たとえば、0.1〜0.5μmである。
第3導電層15は、互いに同一面内に配置されている第1配線部位151および第2配線部位153を有する。
第1配線部位151は、緩衝部141から離間している。第1配線部位151は、緩衝部裏面141Bに対向している。第1配線部位151は、ボンディングパッド131から絶縁されている。厚さ方向Zにおいて、第1配線部位151およびボンディングパッド131の間に、緩衝部141が位置している。第1配線部位151は、上述の第2ボンディングパッド131βに導通している。
第2配線部位153は、第1配線部位151と同一面内に配置されている。第2配線部位153は、配線部分143に導通している。第2配線部位153は、厚さ方向Z視において、配線部分143に重なる部位を有している。
図4に示す第4導電層16は、導電性材料よりなる。第4導電層16は、たとえば、AlおよびCuの少なくともいずれかよりなる。本実施形態では、第4導電層16はAlよりなる。第4導電層16の最大厚さは、たとえば、0.1〜0.5μmである。第3導電層15および第4導電層16の離間距離は、たとえば、0.1〜0.5μmである。第4導電層16は、厚さ方向Z視において、緩衝部141に重なる部位を有する。
第4導電層16は、第1配線膜161と、第2配線膜163と、第3配線膜165と、を有する。第1配線膜161と、第2配線膜163と、第3配線膜165とは、互いに同一面内に配置されている。
第1配線膜161は、厚さ方向Z視において、緩衝部141に重なっている。第1配線膜161は、第1配線部位151に導通している。第2配線膜163は、厚さ方向Z視において、第2配線部位153に重なっている。第3配線膜165は、厚さ方向Z視において、緩衝部141に重なっている。
図4に示す第1ビア171は、厚さ方向Zに沿って延びている。第1ビア171は、配線メタル133および配線部分143の間に介在している。第1ビア171は、厚さ方向Z視において、配線メタル133および配線部分143に重なっている。第1ビア171は、配線メタル133および配線部分143を互いに導通させている。第1ビア171は、導電性材料よりなり、たとえば、W(タングステン)よりなる。
図4に示す第2ビア172は、厚さ方向Zに沿って延びている。第2ビア172は、第2配線部位153および配線部分143の間に介在している。第2ビア172は、厚さ方向Z視において、第2配線部位153および配線部分143に重なっている。第2ビア172は、第2配線部位153および配線部分143を互いに導通させている。第2ビア172は、導電性材料よりなり、たとえば、W(タングステン)よりなる。
図4に示す第3ビア173は、厚さ方向Zに沿って延びている。第3ビア173は、第1配線膜161および第1配線部位151の間に介在している。第3ビア173は、厚さ方向Z視において、第1配線膜161および第1配線部位151に重なっている。第3ビア173は、第1配線膜161および第1配線部位151を互いに導通させている。第3ビア173は、導電性材料よりなり、たとえば、W(タングステン)よりなる。
図4に示す第4ビア174は、厚さ方向Zに沿って延びている。第4ビア174は、第2配線膜163および第2配線部位153の間に介在している。第4ビア174は、厚さ方向Z視において、第2配線膜163および第2配線部位153に重なっている。第4ビア174は、第2配線膜163および第2配線部位153を互いに導通させている。第4ビア174は、導電性材料よりなり、たとえば、W(タングステン)よりなる。
図4に示す連絡部177は、半導体基板11に形成されている。連絡部177を介して、ボンディングパッド131は、半導体素子に導通している。連絡部177は、半導体基板11および第2配線膜163の間に介在し、且つ、半導体基板11および第2配線膜163に接している。連絡部177は、半導体基板11における半導体素子と第2配線膜163とを導通させている。
図4に示す絶縁層18は、第1導電層13および半導体基板11の間に形成されている。絶縁層18は、第1導電層13および第2導電層14の間に介在する部位と、第2導電層14および第3導電層15の間に介在する部位と、第3導電層15および第4導電層16の間に介在する部位と、第4導電層16および半導体基板11の間に介在する部位と、を有する。特に、絶縁層18は、緩衝部141およびボンディングパッド131に挟まれた全領域に、充填されている。絶縁層18は、第3導電層15および緩衝部141に挟まれた全領域に、充填されている。絶縁層18は、緩衝部141の全周にわたって、緩衝部141を覆っている。絶縁層18は、緩衝部表面141Aおよび緩衝部裏面141Bはいずれも全体にわたって、覆っている。絶縁層18は、たとえば、SiO2よりなる。
図4に示す保護層19は、絶縁性であり、第1導電層13を覆っている。保護層19は、ボンディングパッド131を露出させている。保護層19には、開口19Aが形成されている。開口19Aからは、ボンディングパッド131が露出している。厚さ方向Z視において、開口19Aの内側に位置する部位と、開口19Aの外側に位置する部位とを、緩衝部141が有している。本実施形態では、開口19Aの内縁19Aaは、全体にわたって、厚さ方向Z視において、緩衝部141の周縁141Cに囲まれている。
保護層19は、パッシベーション膜191およびポリイミド層193を有する。
パッシベーション膜191は、SiNおよびSiO2の少なくともいずれかよりなる。本実施形態では、パッシベーション膜191は、互いに積層されたSiN層191AおよびSiO2層191Bを有する。ポリイミド層193は、パッシベーション膜191を覆っている。ポリイミド層193および第1導電層13の間にパッシベーション膜191が介在している。
ワイヤ3は、電子素子1にボンディングされている。ワイヤ3は、副電極52にボンディングされている。ワイヤ3は、たとえば、Cu、Au、あるいは、Agよりなる。本実施形態では、ワイヤ3はCuよりなる。
図1に示すように、ワイヤ3は、ボンディング部分31と、ボンディング部位33と、橋絡部35と、を含む。
ボンディング部分31は、電子素子1にボンディングされた部分である。具体的には、ボンディング部分31は、電子素子1における第1導電層13(ボンディングパッド131)にボンディングされている。電子装置A10の製造の際、ボンディング部分31は、ボンディング部位33よりも先にボンディングされる。すなわちボンディング部分31は、ファーストボンディング部である。
図9に示すように、ボンディング部分31の外面は、底面311と、側面312と、被押し付け面314と、周面316と、を有する。
底面311は、ボンディングパッド131に接している。底面311は、円形状であり、厚さ方向Zのうちボンディング部分31からボンディングパッド131に向かう方向を向いている。
側面312は、被押し付け面314および底面311をつないでいる。側面312は、環状である。厚さ方向Zに直交する平面による、側面312の断面形状は、直径がボール径L1(図9参照)と定義された円形状である。
側面312は、第1曲面部312Aおよび第2曲面部312Bを有する。
第1曲面部312Aは、底面311と側面312との境界313Aを起点として、厚さ方向Z視において外側に向かうほど、被押し付け面314側に向かう曲面状である。第1曲面部312Aの少なくとも一部は、ボンディングパッド131に接している。第1曲面部312Aの一部は、封止樹脂7に接している。
第2曲面部312Bは、被押し付け面314と側面312との境界313Bを起点として、厚さ方向Z視において外側に向かうほど、底面311側に向かう曲面状である。第2曲面部312Bは、封止樹脂7に接している。
被押し付け面314は、ボンディングパッド131の厚さ方向Z視において、側面312よりも内側に位置している。被押し付け面314は、後述のキャピラリ8の押し付け部82によって押し付けられることにより形成された面である。
被押し付け面314は、第1部分314Aと、第2部分314Bと、屈曲部314Cと、を有する。
第1部分314Aは、環状である。第1部分314Aは、側面312につながっている。第1部分314Aは平坦である。第1部分314Aは、厚さ方向Z視において、側面312および屈曲部314Cの間に位置している。
第2部分314Bは、環状である。第2部分314Bは、屈曲部314Cを介して第1部分314Aにつながっている。第2部分314Bは平坦である。第2部分314Bは、第1部分314Aに対し傾斜しており、且つ、第1部分314Aに対し180度以下の角度をなす。第2部分314Bは、厚さ方向Zにおいて底面311に近づくほど、厚さ方向Z視において外側に向かうように、厚さ方向Zに対し傾斜している。第2部分314Bは、厚さ方向Z視において、屈曲部314Cよりも内側に位置している。第2部分314Bは、全体にわたって、厚さ方向Z視において、底面311に重なっている。
屈曲部314Cは、輪状であり、第1部分314Aおよび屈曲部314Cの間に位置している。厚さ方向Z視において、屈曲部314Cよりも外側に、境界313Aが位置している。
周面316は、被押し付け面314につながっており、且つ、被押し付け面314から起立している。周面316は、厚さ方向Z視において、被押し付け面314よりも内側に位置している。周面316は、第2部分314Bから起立している。周面316に対して、第2部分314Bは傾斜している。周面316は、断面形状が円形状である。周面316は、厚さ方向Zに沿って延びている。
ボンディング部位33は、副電極52にボンディングされた部分である。電子装置A10の製造の際、ボンディング部位33は、ボンディング部分31よりも後にボンディングされる。すなわちボンディング部位33は、セカンドボンディング部である。ボンディング部位33は、一方向に沿う副電極52との接合領域を有している。
橋絡部35は、ボンディング部分31およびボンディング部位33につながる。橋絡部35は、線状に延び、且つ、断面が円形状である。
図10等に示す副電極52は導電性材料よりなる。副電極52はリードフレームに由来する。副電極52は、Cu部521およびAg層522を有する。
Cu部521はCuよりなる。Cu部521には、Ag層522が形成されている。Cu部521の厚さは、Ag層522の厚さよりも厚い。Ag層522はAgよりなる。Ag層522には、ワイヤ3がボンディングされている。Ag層522の厚さは、たとえば、5〜15μmである。
主電極51は導電性材料よりなる。主電極51はリードフレームに由来する。主電極51は、副電極52と同様に、Cu部およびAg層を有しているが、副電極52と同様であるので、説明を省略する。主電極51には、接着層を介して電子素子1が配置されている。
封止樹脂7は、電子素子1と、ワイヤ3と、を封止している。具体的には封止樹脂7は、電子素子1と、ワイヤ3と、主電極51と、副電極52と、を覆っている。封止樹脂7は、側面312の一部を覆っている。封止樹脂7は、たとえばエポキシ樹脂よりなる。封止樹脂7からは、副電極52の端面が露出している。当該端面は、リードフレームを切断する際の切断面である。
次に、電子装置A10の製造方法について説明する。
まず、図11に示すように、リードフレーム5を用意する。リードフレーム5は、上述の主電極51と副電極52とになるべき部位を有している。また、リードフレーム5は、Cu部521AおよびAg層522Aを有している。Cu部521AおよびAg層522Aはそれぞれ、Cu部521およびAg層522に関して述べたのと同様であるから、ここでは説明を省略する。リードフレーム5は、外気と接触することのないように、封止収容体に封止されている。
次に、図示は省略するが、上述の封止収容体を開封し、リードフレーム5を取り出す。リードフレーム5を取り出すと、電子素子1を主電極51に配置する。電子素子1を主電極51に配置するには、たとえば銀ペーストやハンダ等の接合材を用いる。次に、電子素子1を配置する際のキュアによって形成された酸化物と硫化物とを、除去する。
次に、図示は省略するが、リードフレーム5を容器に収容する。容器内にてリードフレーム5を、湿度が、たとえば40〜50%である環境に保持する。当該環境は、大気圧環境であり、空気あるいは窒素雰囲気であり、且つ、20〜30℃であるとよい。容器内にてリードフレーム5を保持する工程は、たとえば1〜168時間行う。
次に、容器からリードフレーム5を取り出し、図12、図13に示すキャピラリ8を用いてワイヤ3を電子素子1にボンディングする(ファーストボンディング工程)。キャピラリ8は、ホール内面81と押し付け部82とを有する。
ホール内面81は、一方向に沿って延びる貫通孔の内面である。本実施形態ではホール内面81の断面形状は円形状である。押し付け部82はホール内面81につながっている。押し付け部82はワイヤ3をボンディングする際に、ワイヤ3を接合対象に押し付けるための部位である。本実施形態では押し付け部82は第1押し付け領域821および第2押し付け領域822を有する。第1押し付け領域821は第2押し付け領域822およびホール内面81につながっており、第1押し付け領域821およびホール内面81に対し傾斜している。第1押し付け領域821および第2押し付け領域822はいずれも円環状である。第1押し付け領域821および第2押し付け領域822の境界は、円形状である。
ファーストボンディング工程を行うには、図12に示すようにキャピラリ8における貫通孔にワイヤ3を挿通させ、当該貫通孔外へとワイヤ3を送りだす。次に、ワイヤ3の先端に対してスパークを飛ばすなどにより、ワイヤ3の先端を融解する。これにより、ボール319が形成される。次に、図14に示すように、キャピラリ8を電子素子1(具体的には、第1導電層13におけるボンディングパッド131)上に位置させる。次に、図15に示すように、ボール319を電子素子1に、付着させる。この状態でキャピラリ8によってボール319を電子素子1に対し押さえ付けつつ、ボール319に超音波による振動を加える。これにより、ボール319は、電子素子1に接合される。そして、図16に示すように、キャピラリ8を電子素子1から離間させる。
ボール319がキャピラリ8によって押し付けられることにより、上述のボンディング部分31が形成される。キャピラリ8における押し付け部82に押し付けられることにより、ボンディング部分31における被押し付け面314が形成される。具体的には、押し付け部82における第1押し付け領域821に押し付けられることにより、被押し付け面314における第2部分314Bが形成され、押し付け部82における第2押し付け領域822に押し付けられることにより、被押し付け面314における第1部分314Aが形成される。円形状である、第2押し付け領域822および第1押し付け領域821の境界の直径L3は、ボンディング部分31における屈曲部314Cの直径L3に一致する。
また、ボール319がキャピラリ8によって押し付けられる際に、ボール319の一部が、キャピラリ8における貫通孔の内部に侵入する。そのため、ホール内面81に対応する形状の周面316が、ボンディング部分31に形成される。よって、ホール内面81の内径は、周面316の直径L2に一致する。
キャピラリ8によってワイヤ3を電子素子1に押し付ける強さや、ボール319の大きさを調整することにより、ボンディング部分31におけるボール径L1を調整することができる。
そして、ワイヤ3を電子素子1に強固に接合するうえでは、ワイヤ3の直径L4(上述の橋絡部35の直径L4に一致する)と、ボール径L1との関係は、以下のとおりであることが好ましい。
橋絡部35の直径L4が、22.5μm未満の場合、ボール径L1は、44μm以上50μm以下であり、橋絡部35の直径L4が、22.5μm以上27.5μm未満の場合、ボール径L1は、59μm以上であり、橋絡部35の直径L4が、27.5μm以上32.5μm未満の場合、ボール径L1は、63μm以上であり、橋絡部35の直径L4が、32.5μm以上の場合、ボール径L1は、77μm以上である。なお、橋絡部35の直径L4が20μmである場合、屈曲部314Cの直径L3はたとえば35μmであり、橋絡部35の直径L4が25μmである場合、屈曲部314Cの直径L3はたとえば48μmであり、橋絡部35の直径L4が30μmである場合、屈曲部314Cの直径L3はたとえば50μmであり、橋絡部35の直径L4が35μmである場合、屈曲部314Cの直径L3はたとえば64μmである。
次に、図示は省略するが、ワイヤ3を繰り出しながらキャピラリ8を移動させてワイヤループを形成し、ワイヤ3を副電極52(本実施形態ではAg層522A)に押圧させる。
次に、セカンドボンディング工程を行う。セカンドボンディング工程では、ワイヤ3が副電極52(本実施形態ではAg層522A)に押圧されると、キャピラリ8に荷重を印加するとともに超音波振動を印加して、ワイヤ3を副電極52(本実施形態ではAg層522A)に固着させる。超音波振動の印加は、ファーストボンディング工程における超音波振動の印加と同様である。そして、ワイヤ3が副電極52(本実施形態ではAg層522A)に固着されると、キャピラリ8に挿通されたワイヤ3をクランプした状態でキャピラリ8を上昇させて、ワイヤ3を切断する(図示略)。これにより、電子素子1と副電極52とは、ワイヤ3により形成されるワイヤループにより電気的に連結される(図17参照)。このようにして、複数のワイヤ3をボンディングする。
次に、ワイヤ3のボンディングを終えると、電子素子1およびワイヤ3がボンディングされたリードフレーム5を容器に収容する。容器内にてリードフレーム5を、湿度が、たとえば40〜50%である環境に保持する。当該環境は、大気圧環境であり、空気あるいは窒素雰囲気であり、且つ、20〜30℃であるとよい。容器内にてリードフレーム5を保持する工程は、たとえば1〜168時間行う。
次に、リードフレーム5を容器から取り出し、所望の金型を用いて、図18に示すように、ワイヤ3およびリードフレーム5を覆う封止樹脂7を形成する。
次に、図19に示すように、封止樹脂7を形成した後、封止樹脂7およびリードフレーム5を切断することにより、固片化する。これにより、複数の電子装置A10が製造される。
次に、本実施形態の作用効果について説明する。
ボンディングパッド131にクラック139が形成された場合、ボンディングパッド131を構成する導電材料が下方に向かっていく。本実施形態においては、第2導電層14は、緩衝部141を有する。緩衝部141は、厚さ方向Zにおいて、ボンディングパッド131および第1配線部位151の間に位置している。このような構成によると、ボンディングパッド131にクラック139が形成されたとしても、緩衝部141によってクラック139の進行が阻止される。よって、ボンディングパッド131にクラック139が形成されたとしても、ボンディングパッド131および第1配線部位151が導通する不都合を回避できる。これにより、電子装置A10の歩留まりの向上を図ることができる。
第1導電層13においては、厚さ方向Z視において、ボンディング部分31に重なる部分にクラック139が形成されやすい。本実施形態においては、ワイヤ3は、電子素子1にボンディングされたボンディング部分31を含む。緩衝部141は、厚さ方向Z視において、ボンディング部分31に重なる部位を有する。このような構成によると、ボンディングパッド131にクラック139が形成されたとしても、緩衝部141によってクラック139の進行が、より確実に阻止される。よって、ボンディングパッド131にクラック139が形成されたとしても、ボンディングパッド131および第1配線部位151が導通する不都合を、より好適に回避できる。これにより、電子装置A10の歩留まりの更なる向上を図ることができる。
本実施形態においては、緩衝部141およびボンディングパッド131に挟まれた全領域には、絶縁層18が充填されている。このような構成によると、ボンディングパッド131と緩衝部141との間にて、クラック139が緩衝部141側に進行することを防止できる。
本実施形態においては、境界313Aは、厚さ方向Z視において、屈曲部314Cよりも外側に位置している。このような構成によると、ボンディング部分31における底面311の面積を大きくすることができる。これにより、キャピラリ8によるワイヤ3の押し付け時に、ワイヤ3からボンディングパッド131へ与えられる単位面積当たりの力積を小さくすることができる。これにより、ボンディングパッド131にクラック139が形成されることを防止しつつ、ワイヤ3をボンディングパッド131に対し強固にボンディングすることができる。
図20には、ワイヤ3がボンディングパッド131に適切にボンディングされているか否かの実験結果を示している。ワイヤ3をボンディングパッド131にボンディングした後、ワイヤ3をボンディングパッド131から引っ張るプルテストを行った。当該テストはそれぞれ複数回行い、ワイヤ3がボンディング部分31と橋絡部35との間で切断される前にワイヤ3がボンディングパッド131から脱離した回数を調べた。たとえば、12回中、ワイヤ3がボンディングパッド131から2回脱離した場合には2/12と示している。
同図に示すように、ワイヤ3の直径L4(上述の橋絡部35の直径L4に一致する)が20μmの場合、ボール径L1が、39μm、41μm、43μm、51μmの場合には、ボンディングパッド131からのワイヤ3の脱離が発生した。一方、ワイヤ3の直径L4(上述の橋絡部35の直径L4に一致する)が20μmの場合、ボール径L1が、45μm、47μmの場合には、ボンディングパッド131からのワイヤ3の脱離が発生しなかった。よって、橋絡部35の直径L4が、22.5μm未満の場合、ボール径L1は、44μm以上50μm以下であることが好ましい。
同図に示すように、ワイヤ3の直径L4(上述の橋絡部35の直径L4に一致する)が25μmの場合、ボール径L1が、54μm、56μm、58μmの場合には、ボンディングパッド131からのワイヤ3の脱離が発生した。一方、ワイヤ3の直径L4(上述の橋絡部35の直径L4に一致する)が25μmの場合、ボール径L1が、60μm、62μm、64μmの場合には、ボンディングパッド131からのワイヤ3の脱離が発生しなかった。よって、橋絡部35の直径L4が、22.5μm以上27.5μm未満の場合、ボール径L1は、59μm以上であることが好ましい。
同図に示すように、ワイヤ3の直径L4(上述の橋絡部35の直径L4に一致する)が30μmの場合、ボール径L1が、58μm、62μmの場合には、ボンディングパッド131からのワイヤ3の脱離が発生した。一方、ワイヤ3の直径L4(上述の橋絡部35の直径L4に一致する)が30μmの場合、ボール径L1が、64μm以上の場合には、ボンディングパッド131からのワイヤ3の脱離が発生しなかった。よって、橋絡部35の直径L4が、27.5μm以上32.5μm未満の場合、ボール径L1は、63μm以上であることが好ましい。
同図に示すように、ワイヤ3の直径L4(上述の橋絡部35の直径L4に一致する)が35μmの場合、ボール径L1が、72μm、74μm、76μmの場合には、ボンディングパッド131からのワイヤ3の脱離が発生した。一方、ワイヤ3の直径L4(上述の橋絡部35の直径L4に一致する)が35μmの場合、ボール径L1が、78μm、80μm、82μmの場合には、ボンディングパッド131からのワイヤ3の脱離が発生しなかった。よって、橋絡部35の直径L4が、32.5μm以上の場合、ボール径L1は、77μm以上であることが好ましい。
本実施形態においては、リードフレーム5を、湿度が40〜50%である環境に保持し、その後に、Ag層522Aにワイヤ3をボンディングする。このような構成によると、リードフレーム5にワイヤ3をボンディングする前に、リードフレーム5におけるAg層522Aが硫化することを防止できる。このような構成によると、ワイヤ3とリードフレーム5(Ag層522A)とを、より強固に接合できる。これにより、電子装置A10の歩留まりの向上を図ることが可能となる。
本実施形態においては、Ag層522Aにワイヤ3をボンディングする工程と、ワイヤ3およびリードフレーム5を覆う封止樹脂7を形成する工程との間に、リードフレーム5を、湿度が40〜50%である環境に保持する。このような構成によると、封止樹脂7を形成前に、リードフレーム5におけるAg層522Aが硫化することを防止できる。このような構成によると、封止樹脂7が副電極52から剥離することを、防止できる。
なお、上述の電子装置A10とは異なり、図21に示すように、電子素子1は、厚さ方向Zに沿って延びる支持ビア170を含んでいてもよい。支持ビア170は、ボンディングパッド131および緩衝部141の間に介在しており、且つ、ボンディングパッド131および緩衝部141を互いに導通させている。このような構成によると、支持ビア170がボンディングパッド131を支持しているので、ボンディングパッド131にクラック139が生じることを防止できる。
<第2実施形態>
図22を用いて、本発明の第2実施形態について説明する。
なお、以下の説明では、上記と同一または類似の構成については上記と同一の符号を付し、説明を適宜省略する。
本実施形態における電子装置A11は、周面316の直径L2が比較的小さい点において、上述の電子装置A10とは異なる。本実施形態では、ワイヤ3の直径L4(上述の橋絡部35の直径L4に一致する)と周面316の直径L2との差は、たとえば、2〜8μmである。ワイヤ3の直径L4(上述の橋絡部35の直径L4に一致する)と周面316の直径L2との差が2μm以下であると、キャピラリ8の貫通孔内にてワイヤ3をスムーズに挿通させにくくなる。より好ましくは、ワイヤ3の直径L4(上述の橋絡部35の直径L4に一致する)と周面316の直径L2との差は、たとえば、4〜8μmである。更に好ましくは、ワイヤ3の直径L4(上述の橋絡部35の直径L4に一致する)と周面316の直径L2との差は、たとえば、5〜7μmである。
本実施形態では、橋絡部35の直径L4が、たとえば、27.5μm以上32.5μm未満の場合、屈曲部314Cの直径L3は、たとえば、46〜54μmである。橋絡部35の直径L4や屈曲部314Cの直径L3は、これに限定されず、電子装置A10に関して述べた値であってもよい。
次に、本実施形態の作用効果について説明する。
本実施形態においては、橋絡部35の直径L4と周面316の直径L2との差は、2〜8μmである。これは、ホール内面81の直径が小さいことに起因する。ホール内面81の直径が小さい場合、底面から見た場合のキャピラリ8の押し付け部82の面積を大きくすることができる。これにより、厚さ方向Z視において、ボール319のうちのより大きな領域を、押し付け部82によって押し付けることが可能となる。その結果、底面311のうちボンディングパッド131に対し実質的に力を与える領域を、より大きくすることが可能となる。よって、ボンディングパッド131にクラック139が形成されることを防止しつつ、ワイヤ3をボンディングパッド131に対し強固にボンディングすることができる。したがって、電子装置A11の歩留まりの向上を図ることができる。
<第3実施形態>
図23、図24を用いて、本発明の第3実施形態について説明する。
本実施形態における電子装置A12は、ワイヤ3に、混入金属39が混入されている点において、上述の電子装置A10とは異なる。ワイヤ3の主成分は、Cu、あるいはAgであり、本実施形態では、ワイヤ3の主成分は、Cuである。混入金属39は、Pt、Pd、あるいはAuのいずれかである。ワイヤ3における混入金属39の濃度は、たとえば、0.5〜5wt%である。
本実施形態では、ボンディングパッド131は、金属薄膜層131Mを含む。金属薄膜層131Mは、たとえば、CuAl2よりなる。金属薄膜層131Mは、ワイヤ3に接している。金属薄膜層131Mの厚さは、たとえば、5〜20nmである。
なお、電子装置A12の特徴を、電子装置A11と組み合わせてもよい。
次に、本実施形態の作用効果について説明する。
本実施形態においては、ワイヤ3には、混入金属39が混入されている。混入金属39は、Pt、Pd、あるいはAuのいずれかである。このような構成によると、ボンディング部分31に接するCu9Al4層がボンディングパッド131に形成されることを抑制できる。Cu9Al4層は、封止樹脂7中の塩素(Cl)と反応して、アルミナ(Al23)に化学変化しやすい。アルミナは絶縁体であるため、アルミナが形成されると、ボンディング部分31とボンディングパッド131との導通の確保が困難となる。また、アルミナには亀裂が生じやすく、ワイヤ3がボンディングパッド131から脱離するおそれもある。よって、Cu9Al4層がボンディングパッド131に形成されることを抑制できる本実施形態によると、アルミナが形成されることに起因する上記の不都合を回避することができる。
また、電子装置A12によっても、電子装置A10に関して述べた作用効果も奏することができる。
<第4実施形態>
図25、図26を用いて、本発明の第4実施形態について説明する。
本実施形態における電子装置A13では、ボンディングパッド131がPd層21を含む点において、電子装置A10とは異なる。Pd層21は、ワイヤ3に直接接しており、具体的には、Pd層21の表面211にワイヤ3が直接接している。そして、本実施形態では、Pd層21とワイヤ3との間に、Pd層21を構成する材料と、ワイヤ3を構成する材料との合金は形成されていない。Pd層21の厚さは、たとえば、0.1〜1μmである。
本実施形態では、ボンディングパッド131は、Ni層22およびCu層23を含む。
Ni層22およびワイヤ3の間に、Pd層21が位置している。Ni層22の厚さは、たとえば、1〜5μmである。Cu層23およびPd層21の間に、Ni層22が位置している。Cu層23の厚さは、たとえば、2〜12μmである。
本実施形態では、Pd層21、Ni層22およびCu層23は、Al層29(電子装置A10のボンディングパッド131と同様の構成である)上に形成されている。
Pd層21の表面211は平滑であることが好ましい。そして、Pd層21の表面211の円滑さは、Ni層22の表面221の平滑さに依存する。そのため、Ni層22の表面221は平滑であることが好ましい。そして、Ni層22の表面221の円滑さは、Cu層23の表面231の平滑さに依存する。そのため、Cu層23の表面231は平滑であることが好ましい。
好ましくは、Pd層21の表面211の最大高低差L5、Ni層22の表面221の最大高低差L6、および、Cu層23の表面231の最大高低差L7は、40nm以下である。より好ましくは、Pd層21の表面211の最大高低差L5、Ni層22の表面221の最大高低差L6、および、Cu層23の表面231の最大高低差L7は、30nm以下である。更に好ましくは、Pd層21の表面211の最大高低差L5、Ni層22の表面221の最大高低差L6、および、Cu層23の表面231の最大高低差L7は、20nm以下である、より好ましくは、Pd層21の表面211の最大高低差L5、Ni層22の表面221の最大高低差L6、および、Cu層23の表面231の最大高低差L7は、10nm以下である。最大高低差L5、L6、L7は、たとえば、80μmの長さの線内の値である。
本実施形態とは異なり、ボンディングパッド131がCu層23を含んでいなくてもよい。また、本実施形態の構成を、電子装置A11や電子装置A12の構成と組み合わせてもよい。なお、最大高低差L5、L6、L7は、surface morphologyと称されることもある。
Pd層21の最大高低差L5と、ワイヤ3のPd層21への接合の可否についての実験をしたところ、以下の結果となった。最大高低差L5が10nm以下である場合には、13回中13回、ワイヤ3をPd層21へ接合できた。一方、最大高低差L5が51nm、55nm、64nm、68nmのいずれの場合においても、ワイヤ3をPd層21へ接合できず、キャピラリ8によってPd層21へ押し付けたにも関わらず、ワイヤ3がPd層21から即座に脱落した。よって、ワイヤ3をPd層21に接合するには、最大高低差L5は40nm以下であることが好ましく、30nm以下であることが更に好ましく、20nm以下であることが更に好ましく、10nm以下であることが更に好ましいと考えられる。
本発明は、上述した実施形態に限定されるものではない。本発明の各部の具体的な構成は、種々に設計変更自在である。
1 電子素子
11 半導体基板
13 第1導電層
131 ボンディングパッド
131A パッド表面
131B パッド裏面
131E 延出部
131M 金属薄膜層
131R 接合領域
131α 第1ボンディングパッド
131β 第2ボンディングパッド
133 配線メタル
139 クラック
14 第2導電層
141 緩衝部
141A 緩衝部表面
141B 緩衝部裏面
141C 周縁
143 配線部分
15 第3導電層
151 第1配線部位
153 第2配線部位
16 第4導電層
161 第1配線膜
163 第2配線膜
165 第3配線膜
170 支持ビア
171 第1ビア
172 第2ビア
173 第3ビア
174 第4ビア
177 連絡部
18 絶縁層
19 保護層
191 パッシベーション膜
191A SiN層
191B SiO2
193 ポリイミド層
19A 開口
19Aa 内縁
21 Pd層
211 表面
22 Ni層
221 表面
23 Cu層
231 表面
29 Al層
3 ワイヤ
31 ボンディング部分
311 底面
312 側面
312A 第1曲面部
312B 第2曲面部
313A 境界
313B 境界
314 被押し付け面
314A 第1部分
314B 第2部分
314C 屈曲部
316 周面
319 ボール
33 ボンディング部位
35 橋絡部
39 混入金属
5 リードフレーム
51 主電極
52 副電極
521 Cu部
521A Cu部
522 Ag層
522A Ag層
7 封止樹脂
8 キャピラリ
81 ホール内面
82 押し付け部
821 第1押し付け領域
822 第2押し付け領域
A10,A11,A12,A13 電子装置
L1 ボール径
L2,L3,L4 直径
L5,L6,L7 最大高低差
Z 厚さ方向

Claims (19)

  1. 電子素子と、
    前記電子素子にボンディングされたワイヤと、を備え、
    前記電子素子は、前記ワイヤがボンディングされたボンディングパッドを含み、
    前記ボンディングパッドは、Pd層を含み、
    前記Pd層は、前記ワイヤに直接接しており、
    前記Pd層の表面の最大高低差は、40nm以下である、電子装置。
  2. 前記Pd層の表面には、前記ワイヤが直接接している、請求項1に記載の電子装置。
  3. 前記Pd層の表面の最大高低差は、30nm以下である、請求項1ないし請求項のいずれかに記載の電子装置。
  4. 前記Pd層の表面の最大高低差は、20nm以下である、請求項1ないし請求項のいずれかに記載の電子装置。
  5. 前記Pd層の表面の最大高低差は、10nm以下である、請求項1ないし請求項のいずれかに記載の電子装置。
  6. 前記Pd層の厚さは、0.1〜1μmである、請求項1ないし請求項のいずれかに記載の電子装置。
  7. 電子素子と、
    前記電子素子にボンディングされたワイヤと、を備え、
    前記電子素子は、前記ワイヤがボンディングされたボンディングパッドを含み、
    前記ボンディングパッドは、Pd層を含み、
    前記Pd層は、前記ワイヤに直接接しており、
    前記ボンディングパッドは、Ni層を更に備え、
    前記Pd層は、前記ワイヤおよび前記Ni層の間に位置しており、
    前記Ni層の表面は、前記Pd層に接しており、且つ、最大高低差が40nm以下である電子装置。
  8. 前記Pd層の表面の最大高低差は、40nm以下である、請求項7に記載の電子装置。
  9. 前記Ni層の厚さは、1〜5μmである、請求項に記載の電子装置。
  10. 前記ボンディングパッドは、Cu層を更に備え、
    前記Ni層は、前記Pd層および前記Cu層の間に位置しており、
    前記Cu層の表面は、前記Ni層に接しており、且つ、最大高低差が40nm以下である、請求項7ないし請求項9のいずれかに記載の電子装置。
  11. 前記Cu層の厚さは、2〜12μmである、請求項10に記載の電子装置。
  12. 前記電子素子および前記ワイヤを封止する封止樹脂を更に備える、請求項1ないし請求項11のいずれかに記載の電子装置。
  13. 前記電子素子は、半導体素子を有する半導体基板を含む、請求項12に記載の電子装置。
  14. 前記半導体基板は、Siよりなる、請求項13に記載の電子装置。
  15. 前記ワイヤはCu、Au、あるいは、Agよりなる、請求項1ないし請求項14のいずれかに記載の電子装置。
  16. 前記電子素子は、絶縁性の保護層を含み、
    前記保護層は、前記ボンディングパッドを露出させている、請求項1ないし請求項15のいずれかに記載の電子装置。
  17. 前記保護層には、開口が形成されており、
    前記開口からは、前記ボンディングパッドが露出している、請求項16に記載の電子装置。
  18. 前記保護層は、パッシベーション膜を有し、
    前記パッシベーション膜は、SiNおよびSiO2の少なくともいずれかよりなる、請求項16または請求項17に記載の電子装置。
  19. 前記パッシベーション膜は、互いに積層されたSiN層およびSiO2層を有する、請求項18に記載の電子装置。
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