JP6591302B2 - 半導体装置の製造方法 - Google Patents

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Description

本発明は、半導体装置の製造技術に関し、例えば、ダイパッドを固定する治具を使用した半導体装置の製造技術に適用して有効な技術に関する。
国際公開第2011/030368号(特許文献1)には、導電性部材を半導体チップに接続するボンディング工程において、ダイパッドの一部を治具で押さえる技術について記載されている。
特開2013−254801号公報(特許文献2)には、2つの押圧端面を有する治具を使用して、半導体チップを搭載したリードフレームを固定する技術が記載されている。
国際公開第2011/030368号 特開2013−254801号公報
例えば、上述した特許文献1のように、ダイパッドを支持する吊りリードに折り曲げ加工を施しているリードフレームは、その製造過程において、折り曲げ加工にバラツキが生じ易い。具体的には、ダイパッドがステージに対して傾いている場合がある。
そのため、ダイパッドが傾いており、かつ、その剛性強度が高いリードフレームをボンディング工程に使用した場合、上述した特許文献1に記載された技術では、導電性部材と半導体チップの接合強度が低下するおそれがある。
その他の課題と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう。
一実施の形態における半導体装置の製造方法は、治具をダイパッドに押し当てた状態で、導電性部材を半導体チップに接続する工程を有する。このとき、治具は、第1凸部が設けられた第1支持部分と、第2凸部が設けられた第2支持部分とを有しており、このように構成された治具を使用して、第1凸部をダイパッドの第1面における第1部分に接触させた後、第2凸部を、ダイパッドの第1面において第1部分よりも吊りリードの近くに位置する第2部分に接触させる。
一実施の形態によれば、導電性部材と半導体チップとの接合信頼性を向上できる結果、半導体装置の信頼性を向上することができる。
(a)は、半導体装置の上面側から見た平面図であり、(b)は、半導体装置の下面側から見た平面図である。 図1(a)に示す封止体の内部を透視して示す図である。 セル形成領域に形成されている単位トランジスタのデバイス構造の一例を示す断面図である。 (a)は、実施の形態における半導体装置の製造工程を示す平面図であり、(b)は、図4(a)のA−A線での断面図である。 (a)は、実施の形態における半導体装置の製造工程を示す平面図であり、(b)は、図5(a)のA−A線での断面図である。 (a)は、実施の形態における半導体装置の製造工程を示す平面図であり、(b)は、図6(a)のA−A線での断面図である。 (a)は、ダイパッドが「逆傾斜」している状態を示す断面図であり、(b)は、ダイボンディング工程の接着材供給工程において、「逆傾斜」しているダイパッドの先端部を治具で押さえ付けた状態を示す図である。 (a)は、ダイパッドが「正傾斜」している状態を示す断面図であり、(b)は、ダイボンディング工程の接着材供給工程において、「正傾斜」しているダイパッドの先端部を治具で押さえ付けた状態を示す図である。 (a)は、実施の形態における半導体装置の製造工程を示す平面図であり、(b)は、図9(a)のA−A線での断面図である。 関連技術における治具を示す模式図である。 図10に示す2個の治具のそれぞれをチップ搭載部に押し当てた状態で、ワイヤボンディング工程を実施する様子を模式的に示す図である。 図11のA−A線で切断した模式図である。 実施の形態における治具の構造を模式的に示す図である。 図13に示す実施の形態における治具を、ダイパッドのチップ搭載部に押し当てる状態を示す図である。 図14のA−A線で切断した断面図である。 (a)および(b)は、実施の形態における治具によって、ダイパッドをステージ上に確実に固定できるメカニズムを説明する図である。 (a)〜(e)は、実施の形態におけるワイヤボンディング工程の詳細を説明する図である。 ソースワイヤを介して、半導体チップとソースリードとを電気的に接続する状態を示す模式図である。 変形例において、ソースワイヤを介して、半導体チップとソースリードとを電気的に接続する状態を示す模式図である。 (a)は、実施の形態における半導体装置の製造工程を示す平面図であり、(b)は、図20(a)のA−A線での断面図である。 (a)は、実施の形態における半導体装置の製造工程を示す平面図であり、(b)は、図21(a)のA−A線での断面図である。 実施の形態における半導体装置の製造工程を示す平面図である。 実施の形態における半導体装置の製造工程を示す平面図である。
以下の実施の形態においては便宜上その必要があるときは、複数のセクションまたは実施の形態に分割して説明するが、特に明示した場合を除き、それらはお互いに無関係なものではなく、一方は他方の一部または全部の変形例、詳細、補足説明等の関係にある。
また、以下の実施の形態において、要素の数等(個数、数値、量、範囲等を含む)に言及する場合、特に明示した場合および原理的に明らかに特定の数に限定される場合等を除き、その特定の数に限定されるものではなく、特定の数以上でも以下でもよい。
さらに、以下の実施の形態において、その構成要素(要素ステップ等も含む)は、特に明示した場合および原理的に明らかに必須であると考えられる場合等を除き、必ずしも必須のものではないことは言うまでもない。
同様に、以下の実施の形態において、構成要素等の形状、位置関係等に言及するときは、特に明示した場合および原理的に明らかにそうではないと考えられる場合等を除き、実質的にその形状等に近似または類似するもの等を含むものとする。このことは、上記数値および範囲についても同様である。
また、実施の形態を説明するための全図において、同一の部材には原則として同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。なお、図面をわかりやすくするために平面図であってもハッチングを付す場合がある。
(実施の形態)
<用語の説明>
本明細書において、「電子部品」とは、電子を利用した部品を意味し、特に、半導体内の電子を利用した部品は「半導体部品」となる。この「半導体部品」の例としては、半導体チップを挙げることができる。したがって、「半導体チップ」を包含する語句が「半導体部品」であり、「半導体部品」の上位概念が「電子部品」となる。
本明細書において、「半導体装置」とは、半導体部品と、この半導体部品と電気的に接続された外部接続端子とを備える構造体であり、例えば、半導体部品が封止体で覆われている構造体を意味する。特に、「半導体装置」は、外部接続端子によって、外部装置と電気的に接続可能に構成されている。
さらに、本明細書において、「パワートランジスタ」とは、複数の単位トランジスタ(セルトランジスタ)を並列接続することによって(例えば、数千個から数十万個の単位トランジスタを並列接続する)、単位トランジスタの許容電流よりも大きな電流においても、単位トランジスタの機能を実現する単位トランジスタの集合体を意味する。例えば、単位トランジスタがスイッチング素子として機能する場合、「パワートランジスタ」は、単位トランジスタの許容電流よりも大きな電流にも適用可能なスイッチング素子となる。特に、本明細書において、「パワートランジスタ」という用語は、例えば、「パワーMOSFET」と「IGBT」の両方を包含する上位概念を示す語句として使用している。
また、本明細書で、「主成分」とは、部材(層や膜やワイヤ)を構成する構成材料のうち、最も多く含まれている材料成分のことをいい、例えば、「アルミニウムを主成分とするワイヤ」とは、ワイヤの材料がアルミニウム(Al)を最も多く含んでいることを意味している。本明細書で「主成分」という言葉を使用する意図は、例えば、ワイヤが基本的にアルミニウムから構成されているが、その他に不純物を含む場合を排除するものではないことを表現するために使用している。
<半導体装置の構成>
まず、本実施の形態における半導体装置の構成について説明する。図1は、本実施の形態における半導体装置PKGの外観構成を模式的に示す図である。特に、図1(a)は、半導体装置PKGの上面(表面)側から見た平面図であり、図1(b)は、半導体装置PKGの下面(裏面)側から見た平面図である。
図1(a)に示すように、本実施の形態における半導体装置PKGは、樹脂からなる矩形形状の封止体MRを有しており、この封止体MRの一辺と先端部PUとが接続されている。一方、先端部PUと接続される封止体MRの一辺と対向する対向辺からは、ソースリードSLと、ドレインリードDLと、ゲートリードGLとが突出している。また、図1(b)に示すように、封止体MRの裏面からは、矩形形状をしたチップ搭載部TABの裏面が露出している。このチップ搭載部TABと先端部PUとは一体的に形成されている。
次に、図2は、図1(a)に示す封止体MRの内部を透視して示す図である。図2において、封止体MRの内部には、チップ搭載部TABが配置されている。ここで、封止体MRの外部に配置されている先端部PUと、チップ搭載部TABとは、一体化しており、先端部PUとチップ搭載部TABとによって、ダイパッドDPが形成されることになる。
具体的に、図2において、チップ搭載部TABは、矩形形状をしており、第1辺S1と、第1辺S1とは反対側の第2辺S2と、第1辺S1および第2辺S2の両方と交差する第3辺S3と、第3辺S3とは反対側の第4辺S4とを有している。そして、チップ搭載部TABの第2辺S2側において、チップ搭載部TABと先端部PUとは接続されている。一方、チップ搭載部TABの第1辺S1側において、チップ搭載部TABは、ドレインリードDLと接続されている。また、チップ搭載部TABの第1辺S1側において、ゲートリードGLとソースリードSLは、チップ搭載部TABと離間して配置されており、ゲートリードGLとソースリードSLとに挟まれるようにドレインリードDLが配置されている。さらに、チップ搭載部TABには、チップ搭載部TABの第3辺S3に沿って、複数の溝DITが形成されているとともに、チップ搭載部TABの第4辺S4に沿って、複数の溝DITが形成されている。
続いて、図2に示すように、チップ搭載部TAB上には、例えば、半田材や銀ペーストなどから構成される接着材ADHを介して、半導体チップCHP(半導体部品、電子部品)が搭載されている。この半導体チップCHPには、パワートランジスタが形成されている。特に、本実施の形態では、半導体チップCHPにパワートランジスタの一種であるパワーMOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)が形成されていることを想定している。この結果、図2に示すように、半導体チップCHPの表面(上面)には、パワーMOSFETのソースと電気的に接続されるソースパッドSPと、パワーMOSFETのゲート電極と電気的に接続されるゲートパッドGPとが形成されている。以上のように、半導体チップCHPに着目すると、本実施の形態における半導体チップCHPは、主面(表面)と、主面とは反対側の裏面とを有する。そして、半導体チップCHPの主面には、ソースパッドSP(第1主面電極)と、ソースパッドSPよりも外形サイズの小さなゲートパッドGP(第2主面電極)とが形成されている一方、半導体チップCHPの裏面には、裏面電極が形成されている。このとき、ソースパッドSPの平面積は、ゲートパッドGPの平面積よりも大きい。
そして、ソースパッドSPは、導電性部材を介して、ソースリードSLと電気的に接続されている。一方、ゲートパッドGPは、導電性部材を介して、ゲートリードGLと電気的に接続されている。ここで、ソースパッドSPとソースリードSLとを接続する導電性部材は、例えば、ワイヤ(ソースワイヤSW)やリボンを挙げることができる。一方、ゲートパッドGPとゲートリードGLとを接続する導電性部材は、例えば、ワイヤ(ゲートワイヤGW)を挙げることができる。ソースワイヤSWの径は、ゲートワイヤGWの径よりも大きくなっている。なぜなら、ソースワイヤSWには、大電流が流れることから、オン抵抗を低減するために、径を大きくする必要があるのに対し、ゲートワイヤGWには、ソースワイヤSWに比べて、流れる電流が小さいことから、径を小さくしている。
ソースワイヤSWやゲートワイヤGWは、例えば、アルミニウムを主成分とする材料から構成することができるが、これに限らず、金を主成分とする材料や、銅を主成分とする材料から構成することもできる。なお、ソースパッドSPとソースリードSLとをリボン接続する場合、このリボンは、例えば、アルミニウムを主成分とする材料からなる。
以上のようにして、本実施の形態における半導体装置PKGが構成されている。
<パワーMOSFETのデバイス構造>
次に、半導体チップCHPに形成されているパワーMOSFETのデバイス構造について、図3を参照しながら説明する。
半導体チップCHPに形成されているパワーMOSFETは、数千個から数十万個の単位トランジスタ(セルトランジスタ)を並列接続することにより構成されており、以下に示す図3では、互いに隣り合う2個の単位トランジスタを例に挙げて、パワーMOSFETのデバイス構造について説明する。
図3は、セル形成領域に形成されている単位トランジスタのデバイス構造の一例を示す断面図である。図3において、例えば、リン(P)や砒素(As)などのn型不純物を含有するシリコンからなる基板層SUB上にエピタキシャル層EPIが形成されている。このエピタキシャル層EPIは、例えば、リン(P)や砒素(As)などのn型不純物が導入されたシリコンを主成分とする半導体層から構成されている。この基板層SUBとエピタキシャル層EPIは、パワーMOSFETのドレインとして機能する構成要素である。なお、本実施の形態では、図3に示すように、基板層SUBとエピタキシャル層EPIとを合わせて半導体基板1Sと呼ぶことにする。
次に、エピタキシャル層EPIの表面に素子部が形成されている。具体的に、本実施の形態における素子部には、エピタキシャル層EPIの表面にチャネル領域CHが形成されており、このチャネル領域CHを貫通してエピタキシャル層EPIに達するトレンチTRが形成されている。このとき、トレンチTRの内壁には、ゲート絶縁膜GOXが形成されており、このゲート絶縁膜GOX上にトレンチTRを埋め込むようにゲート電極GEが形成されている。ゲート絶縁膜GOXは、例えば、酸化シリコン膜から形成されるが、これに限らず、例えば、酸化シリコン膜よりも誘電率の高い高誘電率膜から形成することもできる。また、ゲート電極GEは、例えば、ポリシリコン膜から形成されている。
続いて、トレンチTRに隣接するチャネル領域CHの表面にソース領域SRが形成されている。そして、ゲートGEが埋め込まれたトレンチREの上面およびソース領域SR上にわたって絶縁膜BPSGが形成されている。チャネル領域CHは、例えば、ボロン(B)などのp型不純物を導入した半導体領域から構成され、ソース領域SRは、例えば、リン(P)や砒素(As)などのn型不純物を導入した半導体領域から構成されている。
次に、互いに隣り合うトレンチTRの間には、絶縁膜BPSGおよびソース領域SRを貫通して、チャネル領域CHに達する溝が形成されており、この溝の底部にボディコンタクト領域BCが形成されている。このボディコンタクト領域BCは、例えば、ボロン(B)などのp型不純物が導入された半導体領域から構成されており、ボディコンタクト領域BCの不純物濃度は、チャネル領域CHの不純物濃度よりも高くなっている。
続いて、底部にボディコンタクト領域BCが形成された溝を埋め込むようにバリア導体膜BCF1およびタングステン膜からなるプラグPLG1が形成されており、プラグPLG1上を含む絶縁膜BPSG上にバリア導体膜BCF2およびアルミニウム合金膜(ソース電極SE、ソースパッドSP)が形成されている。これにより、アルミニウム合金膜は、ソース領域SRと電気的に接続されるとともに、ボディコンタクト領域BCを介してチャネル領域CHとも電気的に接続されることになる。すなわち、図3に示すアルミニウム合金膜は、例えば、図2に示すソースパッドSPを構成することになる。
このとき、ボディコンタクト領域BCは、プラグPLG1とのオーミック接触を確保する機能を有し、このボディコンタクト領域BCが存在することにより、ソース領域SRとチャネル領域CHは同電位で電気的に接続されることになる。
したがって、ソース領域SRをエミッタ領域とし、チャネル領域CHをベース領域とし、かつ、エピタキシャル層EPIをコレクタ領域とする寄生npnバイポーラトランジスタのオン動作を抑制することができる。すなわち、ソース領域SRとチャネル領域CHが同電位で電気的に接続されているということは、寄生npnバイポーラトランジスタのエミッタ領域とベース領域との間に電位差が生じていないこと意味し、これによって、寄生npnバイポーラトランジスタのオン動作を抑制することができる。
次に、図3に示すように、基板層SUBの裏面には、裏面電極BEが形成されている。
以上のようにして、本実施の形態における半導体チップCHP1の内部にパワーMOSFETのデバイス構造が形成されていることになる。
なお、半導体チップCHP1の内部に形成されているパワートランジスタにおいては、n型半導体層であるエピタキシャル層EPIと、p型半導体層であるチャネル領域CHとによって、寄生ダイオードであるボディダイオードが形成される。すなわち、エピタキシャル層EPIとチャネル領域CHとの間には、チャネル領域CHをアノードとし、かつ、エピタキシャル層EPIをカソードとするpn接合ダイオードであるボディダイオードが形成されることになる。
<<変形例>>
本実施の形態では、半導体チップCHPに形成されているパワートランジスタの一例として、パワーMOSFETを例に挙げて説明したが、本実施の形態における技術的思想は、これに限らず、例えば、パワートランジスタの他の例であるIGBTが形成されている半導体チップCHKPを備える半導体装置にも適用可能である。
<半導体装置の製造方法>
続いて、本実施の形態における半導体装置の製造方法について、図面を参照しながら説明することにする。
1.リードフレーム準備工程
まず、図4(a)および図4(b)に示すように、複数の単位構造体USTを有するリードフレームLFを準備する。本実施の形態におけるリードフレームLFは、図4(a)に示すように、平面視において、x方向に延在するタイバーTBに接続された6つの単位構造体USTを有している。具体的には、タイバーTBの上側(+y方向)に3つの単位構造体USTがx方向に並んで配置されている。同様に、タイバーTBの下側(−y方向)に3つの単位構造体USTがx方向に並んで配置されている。ただし、リードフレームLFに形成されている単位構造体USTの個数は、6個に限らず、6個よりも多くてもよい。このように、本実施の形態におけるリードフレームLFにおいては、複数の単位構造体USTのうちの一部は、吊りリードHLの延在方向(y方向)と交差する第1方向(x方向)に並んで配置されていることになる。
次に、図4(a)に示すように、複数の単位構造体USTのそれぞれは、ダイパッドDPと、ダイパッドDPを支持する吊りリードHLと、複数のリード(ゲートリードGLおよびソースリードSL)とを有している。具体的に、複数の単位構造体USTのそれぞれは、複数のリードと、ダイパッドDPと、ダイパッドDPと繋がれ、かつ、ダイパッドDPの厚さ方向に沿って折り曲げられた吊りリードHLとを有し、吊りリードHLは、単位構造体USTをタイバーTBから切断した後にドレインリードDLとなる。
続いて、図4(a)に示すように、ダイパッドDPは、先端部(ヘッダ部)PUと、後の工程において半導体チップが搭載されるチップ搭載部TABと、先端部PUとチップ搭載部TABの間に形成された溝とを有している。この溝は、後述するダイボンド工程で使用する接着材(ダイボンド材)がチップ搭載部TAB上を超えて、先端部PUにまで必要以上に濡れ広がることを抑制する機能を有している。すなわち、この溝は、チップ搭載部TABから接着材が先端部PUにはみ出ることを抑制するために設けられている。
図4(a)に示すように、チップ搭載部TABの平面形状は、矩形形状(四角形状)から構成され、チップ搭載部TABの第1辺S1とタイバーTBとが吊りリードHLで繋がっている。一方、先端部PUは、チップ搭載部TABの第1辺S1と対向する第2辺S2と溝を介して繋がっている。この先端部PUは、平面視において、チップ搭載部TABの第2辺S2に沿って延びている。さらに、x方向に並んで配置されている3つの単位構造体USTのそれぞれに形成されている先端部PUは、互いに接続されている。つまり、複数の単位構造体USTのうち、x方向に並んで配置されている単位構造体USTのそれぞれに含まれるダイパッドDPの先端部PUは、一体化している。この結果、複数の単位構造体USTを含むリードフレームLFの剛性を高くすることができる。
ここで、本実施の形態におけるダイパッドDPは、図4(b)に示すように、y方向に延材する吊りリードHLやリード(ゲートリードGLやソースリードSL)に対して、傾斜角θ(>0)で傾いている。すなわち、ダイパッドDPの表面(裏面)は、吊りリードHLやリード(ゲートリードGLやソースリードSL)の表面に対して平行に配置されているのではなく、チップ搭載部TABのうちの吊りリードHLと連結する連結部よりも先端部PUの方が上方に位置するように、ダイパッドDPは傾いている。言い換えれば、ダイパッドDPは、断面視において、先端部PUがリード(吊りリードHL、ゲートリードGL、ソースリードSL)に近づく方向に傾斜しているということができる。さらに、表現を変えると、ダイパッドDPの表面(裏面)は、タイバーTBの表面に対して平行に配置されているのではなく、チップ搭載部TABのうちの吊りリードHLと連結する連結部よりも先端部PUの方が上方に位置するように、ダイパッドDPは傾いているということもできる。また、リードフレームLFは、ステージ上に配置されるが、この場合、ダイパッドDPは、ステージのリードフレーム搭載面に対して傾斜しているとも表現できる。
このように、本実施の形態におけるダイパッドDPを傾斜させている理由は、次に説明するダイボンド工程の中で説明することにする。
2.ダイボンディング工程
2−1.接着材(ダイボンド材)の供給工程
まず、図示しないダイボンド装置にリードフレームをセットした後、例えば、半田材や銀ペーストからなる接着材(ダイボンド材)ADHをチップ搭載部TAB上に塗布する。具体的には、接着材ADHを供給したいダイパッドDPがダイボンド装置のダイボンド材供給部に位置するように、リードフレームLFを搬送した後、例えば、図5(a)および図5(b)に示すように、カバーCVRの開口部OP1から露出するダイパッドDPのチップ搭載部TAB上に接着材ADHを塗布する。このとき、図5(a)および図5(b)に示すように、開口部OP1から露出するダイパッドDPの先端部PUを治具DG1で押さえることにより、傾いているダイパッドDPの裏面(チップ搭載面とは反対側の面、露出面)をステージSTに接触させる。この結果、開口部OP1から露出しているダイパッドDPの傾きが解消される。そして、治具DG1でリードフレームLFを押さえ付けた状態で、接着材ADHをダイパッドDPのチップ搭載部TAB上に供給する。その後、チップ搭載部TABに供給された接着材ADHが濡れ広がったら、治具DG1による押さえを解除する。続いて、接着材ADHが塗布されたチップ搭載部TABが、ダイボンド装置のチップ供給部に位置するように、再びリードフレームLFを搬送する。
2−2.チップマウント工程
その後、図6(a)および図6(b)に示すように、接着材ADHを供給したチップ搭載部TABの表面上に半導体チップCHPを搭載する。具体的には、図6(a)および図6(b)に示すように、リードフレームLFは、カバーCVRで覆われており、このカバーCVRに設けられた開口部OP2からチップ搭載対象となるダイパッドDPが露出している。そして、露出しているダイパッドDPのチップ搭載部TABに供給されている接着材ADH上に半導体チップCHPを搭載する。このとき、露出しているダイパッドDPの先端部PUを治具DG2で押さえることにより、傾いているダイパッドDPの裏面(チップ搭載面とは反対側の面、露出面)をステージSTに接触させる。この結果、開口部OP2から露出しているダイパッドDPの傾きが解消される。そして、治具DG2でリードフレームLFを押さえ付けた状態で、接着材ADHを塗布したチップ搭載部TAB上に半導体チップCHPを搭載する。このようにして、チップマウント工程が実施される。
<<変形例>>
なお、本実施の形態では、ダイボンド材供給部とチップ供給部とを有するダイボンディング装置を使用する例について説明したが、これに限らず、例えば、接着材ADH(ダイボンディング材)を供給した後に、同じ場所で続けて半導体チップCHPを搭載する構成を有するダイボンディング装置を使用してもよい。
<<ダイパッドを傾斜させている理由>>
ここで、本実施の形態におけるダイパッドDPが傾斜している理由について説明する。例えば、図4(b)に示すように、本実施の形態のリードフレームLFにおいては、ダイパッドの厚さ方向に沿って折り曲げられた吊りリードHLにダイパッドDPが接続されている。つまり、本実施の形態におけるリードフレームLFは、折り曲げ加工が施されている。このとき、折り曲げ加工の精度によって、ダイパッドDPに傾斜が生じることが考えられる。そして、ダイパッドDPの傾斜は、一方向の揃っている訳でなく、断面視において、先端部PUが吊りリードHLに近づく方向に傾斜する場合と、先端部PUが吊りリードHLから遠ざかる方向に傾斜する場合とが存在する。ここで、本明細書では、「先端部PUが吊りリードHLに近づく方向に傾斜する」ことを「正傾斜」と呼び、「先端部PUが吊りリードHLから遠ざかる方向に傾斜する」ことを「逆傾斜」と呼ぶことにする。つまり、リードフレームLFの折り曲げ加工の精度によって、ダイパッドDPが傾斜していない理想的な場合だけでなく、ダイパッドDPが「正傾斜」している場合や、ダイパッドDPが「逆傾斜」している場合がある。特に、ダイパッドDPが「逆傾斜」している場合には、上述したダイボンディング工程において不都合が生じる。
以下では、まず、この点について説明する。図7(a)は、ダイパッドDPが「逆傾斜」している状態を示す断面図である。そして、図7(b)は、例えば、ダイボンディング工程の接着材供給工程において、「逆傾斜」しているダイパッドDPの先端部PUを治具DG1で押さえ付けた状態を示す図である。図7(b)に示すように、「逆傾斜」しているダイパッドDPの先端部PUを治具DG1で押さえ付けても、ダイパッドDPの「逆傾斜」は、解消することなく保持される。この結果、図7(b)に示すように、「逆傾斜」したダイパッドDPのチップ搭載部TAB上にペースト状態の接着材ADHを供給すると、「逆傾斜」によって、ペースト状態の接着材ADHが先端部PU側に流動して、チップ搭載部TAB上への均一な接着材ADHの供給が困難になる。これにより、その後のチップマウント工程において、接着材ADHを介したチップ搭載部TAB上への半導体チップCHPの接合不良が顕在化するおそれがある。
ここで、「逆傾斜」しているダイパッドDPの先端PUではなく、ダイパッドDPのチップ搭載部TABに治具DG1を押し当てることが考えられる。ところが、例えば、図5および図6に示すように、ダイボンディング工程においては、作業対象となっているダイパッドDP以外のリードフレームLFの領域は、カバーCVRで覆われている。なぜなら、ダイボンディング工程では、ステージSTからリードフレームLFを加熱しており、リードフレームLFの温度を一定に保持しやすくするため、作業対象となっていない不必要な部分をカバーCVRで覆っている。さらに、作業対象となっていない不必要な部分をカバーCVRで覆う理由は、加熱されたリードフレームLFの外気との接触を抑制して、リードフレームLFの酸化を防止することもある。また、カバーCVRに設けられた開口部OP1(OP2)から露出するダイパッドDPの酸化を防止するために、カバーCVRで覆われていない領域にフォーミングガスを流すことが行なわれるが、フォーミングガスの量をできるだけ少なくしてコスト削減を図る観点からも、作業対象となっていない不必要な部分をカバーCVRで覆っている。このことから、ダイボンディング工程では、カバーCVRを使用するため、カバーCVRから露出しているダイパッドDPのチップ搭載部TABには、カバーCVRが障害となって、治具DG1(DG2)を押し当てることが困難となるのである。
この結果、ダイボンディング工程においては、例えば、図5および図6に示すように、カバーCVRに設けられた開口部OP1(OP2)から露出するダイパッドDPの先端部PUを治具DG1(DG2)で押さえている。したがって、「逆傾斜」しているダイパッドDPの先端部PUを治具DG1で押さえ付けることになる。ところが、この場合、図7(b)に示すように、ダイパッドDPの先端部PUを治具DG1で押さえ付けても、ダイパッドDPの「逆傾斜」は、解消することなく保持される。これにより、図7(b)に示すように、「逆傾斜」したダイパッドDPのチップ搭載部TAB上にペースト状態の接着材ADHを供給すると、「逆傾斜」によって、ペースト状態の接着材ADHが先端部PU側に流動して、チップ搭載部TAB上への均一な接着材ADHの供給が困難になる。これにより、その後のチップマウント工程において、接着材ADHを介したチップ搭載部TAB上への半導体チップCHPの接合不良が顕在化するおそれがある。
一方、図8(a)は、ダイパッドDPが「正傾斜」している状態を示す断面図である。そして、図8(b)は、例えば、ダイボンディング工程の接着材供給工程において、「正傾斜」しているダイパッドDPの先端部PUを治具DG1で押さえ付けた状態を示す図である。図8(b)に示すように、「正傾斜」しているダイパッドDPの先端部PUを治具DG1で押さえ付けると、ダイパッドDPの「正傾斜」は解消して、ダイパッドDPの水平性が確保されることになり、これによって、ダイパッドDPはステージに密着する。この結果、図8(b)に示すように、「正傾斜」が解消したダイパッドDPのチップ搭載部TAB上にペースト状態の接着材ADHを供給されることになる。したがって、図8(b)に示すように、ペースト状態の接着材ADHが先端部PU側に流動することなく、チップ搭載部TAB上への均一な接着材ADHの供給が可能となる。これにより、その後のチップマウント工程において、接着材ADHを介したチップ搭載部TAB上への半導体チップCHPの接合不良の発生を抑制することができる。つまり、ダイパッドDPが「正傾斜」している場合は、ダイパッドDPが「逆傾斜」している場合に顕在化する不都合が生じないのである。そこで、本実施の形態では、リードフレームLFの折り曲げ加工のばらつきによって、ダイパッドDPが「逆傾斜」する構成が生じないように、予め、すべてのリードフレームLFにおいて、ダイパッドDPを意図的に「正傾斜」させているのである。これにより、リードフレームLFにおいて、「逆傾斜」したダイパッドDPの発生を防止できる結果、ダイボンディング工程での不都合を解消することができる。以上の理由によって、本実施の形態では、ダイパッドDPを「正傾斜」させているのである。
ただし、本発明者の検討の結果、ダイボンディング工程での不都合は、意図的にダイパッドDPを「正傾斜」させることにより解消することができる一方、本発明者は、後述するワイヤボンディング工程において、新たな改善の余地が存在することを見出した。そこで、以下に示すワイヤボンディング工程では、まず、発明者が新たに見出した改善の余地について説明した後、この改善の余地に対する工夫を施した本実施の形態における技術的思想を含めて、ワイヤボンディング工程を説明する。
3.ワイヤボンディング工程
まず、図9(a)および図9(b)に示すように、半導体チップCHPの表面(上面)上に形成されているソースパッドSPと、ソースリードSLとを、例えば、アルミニウムを主成分とするソースワイヤSWで電気的に接続する。ただし、ソースワイヤSWは、アルミニウムを主成分とする材料に限定されず、例えば、金(Au)または銅(Cu)を主成分とする材料でもよく、さらに、ワイヤに替えて、アルミニウムを主成分とするリボンを使用してもよい。
以下では、このワイヤボンディング工程の詳細について説明することにする。
<<改善の余地>>
ワイヤボンディング工程は、ダイパッドDPをステージに治具で押さえ付けた状態で実施される。このとき、ワイヤボンディング工程では、ソースパッドSPとソースワイヤSWとの接合部の接合強度を向上する観点から、接合部にできるだけ近い位置を治具で押さえ付けることが望ましい。このことから、例えば、図5および図6に示すように、先端部PUを治具DG1(DG2)で押さえ付けるダイボンディング工程とは異なり、ワイヤボンディング工程では、半導体チップCHPが搭載されたチップ搭載部TABに治具を押し当てることが考えられる。なぜなら、上述したように、ダイボンディング工程では、作業対象となっていないリードフレームLFの不必要な部分をカバーCVRで覆っていることから、このカバーCVRが障害となって、チップ搭載部TABを治具DG1(DG2)で押し当てることができない。これに対し、ワイヤボンディング工程では、カバーCVRを使用しないため、カバーCVRが障害となることなく、半導体チップCHPが搭載されたチップ搭載部TABを治具で押さえることが可能となるからである。
したがって、ワイヤボンディング工程では、ソースパッドSPとソースワイヤSWとの接合部の接合強度を向上する観点から、接合部にできるだけ近い位置であるチップ搭載部TABを治具で押さえ付ける構成が採用される。ただし、この場合、関連技術における治具では、ダイパッドDPが「正傾斜」していると、ダイパッドDPをしっかり固定することができない結果、ワイヤボンディング工程での接合不良が発生するおそれがある。すなわち、関連技術における治具を使用して、「正傾斜」しているダイパッドDPを押さえ付けた状態でのワイヤボンディング工程には、改善の余地が存在するのである。
以下に、具体的に説明する。図10は、関連技術における治具JG(R)を模式的に示す外観図である。なお、本明細書でいう「関連技術」は、新規に発明者が見出した課題を有する技術であって、公知である従来技術ではないが、新規な技術的思想の前提技術(未公知技術)を意図して記載された技術である。
図10において、関連技術における治具JG(R)は、本体に接続された支持部SUを有し、この支持部SUの先端PSは、フラット面となっている。図11は、図10に示す2個の治具JG(R)のそれぞれをチップ搭載部TABに押し当てた状態で、ワイヤボンディング工程を実施する様子を模式的に示す図である。具体的には、一方の治具JG(R)の先端PSをチップ搭載部TABの第3辺S3に押し当てるとともに、他方の治具JG(R)の先端PSをチップ搭載部TABの第4辺S4に押し当てている。
図12は、図11のA−A線で切断した模式図である。図12に示すように、本実施の形態におけるダイパッドDPは「正傾斜」しており、この「正傾斜」したダイパッドDPに治具JG(R)の先端PSが押し当てられている。このとき、図12に示すように、ダイパッドDPが「正傾斜」している一方、治具JG(R)の先端PSがフラット面であることから、治具JG(R)の先端PSは、片当たり状態となる。この結果、関連技術における治具JG(R)では、「正傾斜」したダイパッドDPの傾斜を解消して、ダイパッドDPをステージSTにしっかり固定することが困難となる。特に、片当たり状態の治具JG(R)では、「正傾斜」したダイパッドDPに充分な荷重を加えることができない。さらには、例えば、図4に示すように、ダイパッドDPの先端部PUは、x方向に並んで配置されている複数の単位構造体USTの間で一体的に形成されているため、ダイパッドDPの剛性が高く、片当たり状態の治具JG(R)では、「正傾斜」したダイパッドDPを変形させることが困難となる。
以上のことから、関連技術における治具JG(R)では、「正傾斜」したダイパッドDPをステージSTにしっかり固定することが困難となる。これにより、ワイヤボンディング工程において、ダイパッドDPががたつく結果、特に、ソースパッドSPとソースワイヤSWとの接続信頼性が低下する。例えば、ワイヤボンディング工程において、接合強度を向上するために、ソースパッドSPとソースワイヤSWとの接触部分に超音波を印加する場合には、ダイパッドDPがステージSTに確実に固定されないことに起因して、超音波が分散してしまい、ワイヤ剥がれに代表される接合不良が発生しやすくなる。すなわち、関連技術における治具JG(R)では、ダイパッドDPががたつく直接的な要因と、ダイパッドDPのがたつきに起因する超音波の分散という間接的な要因との相乗要因によって、ワイヤ剥がれに代表される接合不良が顕在化するのである。
そこで、本実施の形態では、ワイヤボンディング工程で生じるワイヤ剥がれに代表される接合不良を抑制する工夫を施している。具体的には、ワイヤボンディング工程において、チップ搭載部TABを押さえ付ける治具の形状を工夫することにより、ワイヤ剥がれに代表される接合不良を抑制している。以下に、この工夫を施した本実施の形態における技術的思想について、図面を参照しながら説明することにする。
<<実施の形態における特徴>>
(A)治具の構造
図13は、本実施の形態における治具(クランパ)JGの構造を模式的に示す図である。図13に示すように、本実施の形態における治具JGは、本体から互いに分岐した弾性変形可能な支持部SBM1と弾性変形可能な支持部SBM2とを有している。そして、支持部SBM1の先端には、突起部(凸部)PJ1が設けられ、かつ、支持部SBM2の先端には、突起部(凸部)PJ2が設けられている。
本実施の形態における治具JGは、ステージ上に配置されたダイパッドを固定する治具である。そして、本実施の形態における治具JGは、弾性変形可能な支持部SBM1と、支持部分SBM1とはスリットSLにより分岐され、かつ、弾性変形可能な支持部SBM2と、支持部SBM1に設けられ、かつ、ダイパッドと接触可能な突起部PJ1と、支持部SBM2に設けられ、かつ、ダイパッドと接触可能な突起部PJ2とを有する。
ここで、スリットSLの長さは、支持部SBM1と支持部SBM2との間の幅L1よりも長くなっている。言い換えれば、本実施の形態における治具JGには、支持部SBM1と支持部SBM2とを分岐するスリットSLが形成され、このスリットの長さは、スリットSLと交差する方向における支持部SBM1と支持部SBM2との間の幅よりも大きくなっている。これにより、支持部SBM1および支持部SBM2のそれぞれは、容易に弾性変形可能な構造となる。
また、図13に示すように、突起部PJ1のサイズ(径)は、支持部SBM1の幅W1よりも小さく、かつ、突起部PJ2のサイズ(径)は、支持部SBM2の幅W2よりも小さくなっている。そして、本実施の形態における治具JGでは、サイズの小さな突起部PJ1でダイパッドと接触可能となり、かつ、サイズの小さな突起部PJ2でダイパッドと接触可能となる。このことから、本実施の形態における治具JGによれば、接触するダイパッドDPに加える押圧力を大きくすることができる。さらに、本実施の形態における治具JGでは、支持部SBM1の幅W1は、支持部SBM2の幅W2よりも小さくなっている。これにより、支持部SBM1は、支持部SBM2よりも撓みやすくなる。ただし、本実施の形態における治具JGの構成は、これに限らず、例えば、支持部SBM1の幅W1と、支持部SBM2の幅W2とを等しく構成することもできる。この場合、支持部SBM1からダイパッドに加える押圧力と、支持部SBM2からダイパッドに加える押圧力とを均等にすることができる。
(B)治具を使用したダイパッドの固定
図14は、図13に示す本実施の形態における治具JGを、ダイパッドDPのチップ搭載部TABに押し当てる状態を示す図である。図14に示すように、ワイヤボンディング工程において、実施の形態における治具JGを2個使用する。具体的には、一方の治具JG1をチップ搭載部TABの第3辺S3に沿って配置し、かつ、他方の治具JG2をチップ搭載部TABの第4辺S4に沿って配置する。さらに、詳細には、治具JG1に着目すると、治具JG1の支持部SBM1がチップ搭載部TABの第2辺S2に近くなり、かつ、冶具JG1の支持部SBM2がチップ搭載部TABの第1辺S1に近くなるように、冶具JG1をチップ搭載部TAB上に配置する。同様に、治具JG2に着目すると、治具JG2の支持部SBM3がチップ搭載部TABの第2辺S2に近くなり、かつ、冶具JG2の支持部SBM4がチップ搭載部TABの第1辺S1に近くなるように、冶具JG2をチップ搭載部TAB上に配置する。このようにして、本実施の形態では、ダイパッドDPのチップ搭載部TABの右側から治具JG1を押し当てるとともに、ダイパッドDPのチップ搭載部TABの左側から治具JG2を押し当てる。これにより、図14に示すように、平面視において、チップ搭載部TAB上に搭載されている半導体チップCHPを挟むように、冶具JG1と治具JG2によって、チップ搭載部TABは固定されることになる。
図15は、図14のA−A線で切断した断面図である。図15に示すように、ステージST上に、ダイパッドDPが配置されており、このダイパッドDPの表面(上面)には、複数の溝DITが形成されている。そして、例えば、図15に示すように、互いに隣り合う溝DITの間のダイパッドDPの表面には、微小の凹凸形状が形成されている。図15において、複数の溝DITが形成されたダイパッドDPの表面には、冶具JG1が接触している。具体的には、図15に示すように、冶具JG1の支持部SBM1に設けられた突起部PJ1がダイパッドDPの表面に接触しているとともに、冶具JG1の支持部SBM2に設けられた突起部PJ2がダイパッドDPの表面に接触している。特に、本実施の形態では、第3辺S3の延在方向に沿った突起部PJ1の幅(図15の横幅)と突起部PJ2の幅(図15の横幅)は、複数の溝DITのそれぞれの幅よりも小さく、かつ、平面視において、突起部PJ1とダイパッドDPとの接触部分、および、突起部PJ2とダイパッドDPとの接触部分のそれぞれは、複数の溝DITと重ならないように配置されている。
このようにして、本実施の形態における治具JG1によれば、図15に示すように、ダイパッドDPをステージST上にしっかり密着させることができる。言い換えれば、本実施の形態における治具JG1を使用することにより、「正傾斜」したダイパッドDPの「正傾斜」は解消されて、ダイパッドDPの裏面全面がステージST上に密着することになる。これにより、本実施の形態によれば、ダイパッドDPを治具JG1によって確実にステージST上に固定することができる。
(C)「正傾斜」したダイパッドを確実に固定するメカニズム
以下では、本実施の形態における治具JG1によれば、図15に示すように、ダイパッドDPをステージST上に確実に固定できるメカニズム(動作)について説明する。
まず、図16(a)に示すように、ステージST上に配置されている「正傾斜」したダイパッドDPに治具JG1を押し当てる。このとき、まず、図16(a)に示すように、冶具JG1の支持部SBM1に設けられた突起部PJ1がダイパッドDPの表面に接触する。そして、冶具JG1をダイパッドDPに押し当てると、突起部PJ1を介してダイパッドDPと接触している支持部SBM1が弾性変形する(撓む)。この結果、図16(b)に示すように、冶具JG1の支持部SBM2に設けられた突起部PJ2もダイパッドDPの表面に接触することになる。その後、さらに、支持部SBM1の突起部PJ1と支持部SBM2の突起部PJ2とによって、ダイパッドDPの表面を押さえ付ける。このように、本実施の形態における治具JG1によれば、「正傾斜」したダイパッドDPを片当たりすることなく押さえ付けることができる。したがって、本実施の形態における治具JG1を使用することにより、ダイパッドDPの「正傾斜」を解消することができ、これによって、例えば、図15に示すように、ダイパッドDPの裏面全面がステージST上に密着することになる。これにより、本実施の形態によれば、ダイパッドDPを治具JG1によって確実にステージST上に固定することができる。
(D)ダイパッドの固定工程(まとめ)
以上のようにして、本実施の形態におけるダイパッドDPの固定工程は、以下に示すように構成されていることになる。すなわち、本実施の形態におけるダイパッドDPの固定工程は、まず、表面を有するステージSTと、支持部SBM1および支持部SBM2を有する治具JG1とを準備する工程(S1工程)と、S1工程の後、ダイパッドDPの裏面がステージSTの表面と対向するように、リードフレームLFをステージST上に配置する工程(S2工程)とを有する。そして、本実施の形態におけるダイパッドDPの固定工程は、S2工程の後、治具JG1をダイパッドDPの表面に押し当てる工程(S3工程)を有する。このとき、S3工程は、さらに、治具JG1の支持部SBM1に設けられた突起部PJ1をダイパッドDPの表面における第1部分に接触させる工程(S31工程)と、S31工程の後、治具JG1の支持部SBM2に設けられた突起部PJ2を、ダイパッドの表面において第1部分よりも吊りリードHLの近くに位置する第2部分に接触させる工程(S32工程)とを含むことになる。
特に、本実施の形態では、例えば、図14に示すように、ダイパッドDPのチップ搭載部TABを治具JG1とともに冶具JG2でも押さえ付けている。このことから、本実施の形態におけるダイパッドDPの固定工程は、さらに、以下に示す構成要件も備えることもできる。すなわち、S1工程では、支持部SBM3および支持部SBM4を有する治具JG2を準備し、S3工程は、S2工程の後、さらに、治具JG2をダイパッドDPの表面に押し当てる工程を含む。このとき、治具JG2をダイパッドDPの表面に押し当てる工程は、治具JG2の支持部SBM3に設けられた突起部(第3突起部)をダイパッドDPの表面における第3部分に接触させる工程(S33工程)を含む。さらに、治具JG2をダイパッドDPの表面に押し当てる工程は、S33工程の後、治具JG2の支持部SBM4に設けられた突起部(第4突起部)を、ダイパッドDPの表面において第3部分よりも吊りリードHLの近くに位置する第4部分に接触させる工程(S34工程)を含む。
(E)実施の形態におけるダイパッドの固定工程の利点
以上のように構成されている本実施の形態におけるダイパッドDPの固定工程によれば、以下に示す利点を得ることができる。
まず、本実施の形態における第1特徴点は、例えば、図13および図14に示すように、本体から互いに分岐した弾性変形可能な支持部SBM1と支持部SBM2とを有する治具JG(JG1、JG2)を使用して、ダイパッドDPを押さえ付けている点にある。これにより、図16(a)および図16(b)に示すように、「正傾斜」したダイパッドDPを支持部SBM1と支持部SBM2の両方で押さえ付けることができる。このことは、本実施の形態によれば、「正傾斜」したダイパッドDPを治具JG(JG1、JG2)で押さえ付ける際、片当たりを防止できることを意味している。この結果、本実施の形態によれば、「正傾斜」したダイパッドDPであっても、例えば、図15に示すように、ダイパッドDPの裏面全面をステージST上に密着させることが可能となり、これによって、ダイパッドDPを治具JG(JG1、JG2)によって確実にステージST上に固定することができる。
特に、例えば、図16(a)および図16(b)に示すように、「正傾斜」したダイパッドDPを支持部SBM1と支持部SBM2の両方で押さえ付けることを容易にする観点からは、支持部SBM1を支持部SBM2よりも弾性変形しやすいように構成することが望ましい。なぜなら、図16(a)に示すように、まず、「正傾斜」したダイパッドDPと接触するのは、ダイパッドDPの先端部に近い位置に配置される支持部SBM1であり、この支持部SBM1が撓む(弾性変形する)ことにより、図16(b)に示すように、支持部SBM2もダイパッドDPと接触するようになるからである。したがって、例えば、本実施の形態における治具JG(JG1、JG2)では、図13に示すように、支持部SBM1の幅W1を支持部SBM2の幅W2よりも小さくしている。これにより、支持部SBM1は、支持部SBM2よりも撓みやすくなる結果、本実施の形態によれば、「正傾斜」したダイパッドDPを支持部SBM1と支持部SBM2の両方で押さえ付けることが容易になる。このことから、本実施の形態によれば、「正傾斜」したダイパッドDPであっても、ダイパッドDPの裏面全面をステージST上に密着させることが可能となり、これによって、ダイパッドDPを治具JG(JG1、JG2)によって確実にステージST上に固定できることになる。
続いて、本実施の形態における第2特徴点は、例えば、図13に示すように、本体から互いに分岐した支持部SBM1と支持部SBM2のそれぞれにおいて、支持部SBM1の先端に突起部PJ1を設け、かつ、支持部SBM2の先端に突起部PJ2を設けている点にある。これにより、「正傾斜」したダイパッドDPの表面に対して、突起部PJ1および突起部PJ2が接触することになる。
特に、本実施の形態において、図13に示すように、突起部PJ1のサイズ(径)は、支持部SBM1の幅W1よりも小さく、かつ、突起部PJ2のサイズ(径)は、支持部SBM2の幅W2よりも小さくなっている。そして、本実施の形態における治具JG(JG1、JG2)では、サイズの小さな突起部PJ1でダイパッドと接触可能となり、かつ、サイズの小さな突起部PJ2でダイパッドと接触可能となる。このことから、本実施の形態における治具JG(JG1、JG2)によれば、接触するダイパッドDPに加える押圧力を大きくすることができる。ここで、本実施の形態におけるリードフレームLFでは、例えば、図4に示すように、x方向に並んで配置されている3つの単位構造体USTのそれぞれに形成されている先端部PUが互いに接続されている。このため、複数の単位構造体USTを含むリードフレームLFの剛性は高くなっている。この点に関し、本実施の形態における第2特徴点によれば、ダイパッドDPに加える押圧力を大きくすることができる結果、剛性の高いリードフレームLFにおいても、ダイパッドDPの「正傾斜」を解消するように、リードフレームLFを変形させることができる。さらに、本実施の形態において、例えば、図15に示すように、突起部PJ1の幅(図15の横幅)と突起部PJ2の幅(図15の横幅)は、互いに隣り合う溝DITの間の距離よりも小さく、かつ、平面視において、突起部PJ1とダイパッドDPとの接触部分、および、突起部PJ2とダイパッドDPとの接触部分のそれぞれは、複数の溝DITと重ならないように配置されている。これにより、本実施の形態によれば、図15に示すように、ダイパッドDPをステージST上にしっかり密着させることができる。つまり、本実施の形態によれば、ダイパッドDPの「正傾斜」が解消されて、ダイパッドDPの裏面全面がステージST上に密着することになる。これにより、本実施の形態によれば、ダイパッドDPを治具JG(JG1、JG2)によって確実にステージST上に固定することができる。特に、本実施の形態における第1特徴点と第2特徴点との相乗効果によって、「正傾斜」したダイパッドDPを含む剛性の高いリードフレームLFであっても、ダイパッドDPの裏面全面をステージST上に密着させることが容易となり、これによって、ダイパッドDPを治具JG(JG1、JG2)によって確実にステージST上に固定できることになる。
(F)ワイヤボンディング工程の詳細(ソースワイヤ)
以上のようにして、本実施の形態では、ダイパッドDPを治具JG(JG1、JG2)によって確実にステージST上に固定した後、アルミニウムワイヤ(導電性部材)を介して、半導体チップCHPとリード(ソースリードSL)とを電気的に接続する。すなわち、本実施の形態では、治具JG(JG1、JG2)をダイパッドDPの表面に押し当てた状態で、アルミニウムワイヤ(導電性部材)を半導体チップCHPに接続する。
具体的に、図17(a)〜図17(e)は、本実施の形態におけるワイヤボンディング工程の詳細を説明する図である。まず、図17(a)に示すように、ステージST上に配置されたダイパッドDPの表面には、半導体チップCHPが搭載されている。そして、ウェッジツールWTとワイヤガイドWGとワイヤカッタWCとを備えるボンディングツールから引き出されているアルミニウムワイヤ(ソースワイヤSW)を半導体チップCHPのソースパッド上の第1接合部A1で接合する。このとき、例えば、半導体チップCHPとアルミニウムワイヤ(ソースワイヤSW)との接触部分に超音波が印加される。つまり、本実施の形態では、半導体チップCHPとアルミニウムワイヤ(ソースワイヤSW)との接触部分に超音波を印加しながら、ボンディングツールから引き出されているアルミニウムワイヤ(ソースワイヤSW)を半導体チップCHPのソースパッド上の第1接合部A1に接合する。その後、図17(b)に示すように、ボンディングツールを移動させて、半導体チップCHPとアルミニウムワイヤ(ソースワイヤSW)との接触部分に超音波を印加しながら、ボンディングツールから引き出されているアルミニウムワイヤ(ソースワイヤSW)を半導体チップCHPのソースパッド上の第2接合部A2に接合する。続いて、図17(c)に示すように、ボンディングツールをソースリードSL(リードLD)上に移動させて、半導体チップCHPとアルミニウムワイヤ(ソースワイヤSW)との接触部分に超音波を印加しながら、ボンディングツールから引き出されているアルミニウムワイヤ(ソースワイヤSW)をソースリードSLに接合する。これにより、半導体チップCHP上のソースパッドとソースリードSLとがアルミニウムワイヤ(ソースワイヤSW)で接続されることになる。次に、図17(d)に示すように、ワイヤカッタWCによって、アルミニウムワイヤを切断した後、図17(e)に示すように、ボンディングツールをステージSTから遠ざけるように移動させる。このようにして、本実施の形態におけるワイヤボンディング工程を実施することができる。
本実施の形態によれば、ダイパッドDPを治具JG(JG1、JG2)によって確実にステージST上に固定した状態で、ソースワイヤSW(アルミニウムワイヤ)を介して、半導体チップCHPとソースリードSL(リードLD)とを電気的に接続している。これにより、本実施の形態によれば、半導体チップCHP(ソースパッド)とソースワイヤSW(アルミニウムワイヤ)との接続信頼性を向上することができる。つまり、本実施の形態によれば、ソースワイヤSW(アルミニウムワイヤ)のワイヤ剥がれに代表される接合不良を抑制することができる。なぜなら、本実施の形態におけるワイヤボンディング工程では、冶具JG(JG1、JG2)を使用してダイパッドDPを固定しているため、ダイパッドDPの「正傾斜」を解消するように、ダイパッドDPの裏面全面をステージST上に密着させることが可能となり、これによって、ダイパッドDPを治具JG(JG1、JG2)によって確実にステージST上に固定できるからである。すなわち、本実施の形態によれば、ダイパッドDPを治具JG(JG1、JG2)によって確実にステージST上に固定できる結果、例えば、ボンディングツールを半導体チップCHPに接触させる際においても、ダイパッドDPのがたつきを抑制できるため、半導体チップCHP(ソースパッド)とソースワイヤSW(アルミニウムワイヤ)との接続信頼性を向上することができる。さらには、例えば、ワイヤボンディング工程において超音波を使用する場合には、ダイパッドDPを治具JG(JG1、JG2)によって確実にステージST上に固定できる結果、超音波の分散(拡散)が抑制される効果を得ることができ、この観点からも、半導体チップCHP(ソースパッド)とソースワイヤSW(アルミニウムワイヤ)との接続信頼性を向上することができる。つまり、ワイヤボンディング工程で超音波を使用する場合には、特に、ダイパッドDPのがたつきを抑制できる点と、超音波の分散(拡散)が抑制される点との相乗効果によって、半導体チップCHP(ソースパッド)とソースワイヤSW(アルミニウムワイヤ)との接合不良を低減することができる。
(G)実施の形態におけるワイヤボンディング工程のさらなる利点
次に、本実施の形態におけるワイヤボンディング工程のさらなる利点について説明する。図18は、ソースワイヤSW(アルミニウムワイヤ)を介して、半導体チップCHPとソースリードSLとを電気的に接続する状態を示す模式図である。図18においては、半導体チップCHP上のソースパッドSPとソースワイヤSWとの第1接合部A1と、半導体チップCHP上のソースパッドSPとソースワイヤSWとの第2接合部A2とが示されている。また、図18においては、チップ搭載部TABを固定している治具(JG1)および治具(JG2)は示されていないが、治具(JG1)の支持部(SBM1)に設けられた突起部(PJ1)とチップ搭載部TABとの接触部分である第1部分B1と、治具(JG1)の支持部(SBM2)に設けられた突起部(PJ2)とチップ搭載部TABとの接触部分である第2部分B2とが示されている。同様に、治具(JG2)の支持部(SBM3)に設けられた突起部(第3突起部)とチップ搭載部TABとの接触部分である第3部分B3と、治具(JG2)の支持部(SBM4)に設けられた突起部(第4突起部)とチップ搭載部TABとの接触部分である第4部分B4とが示されている。
ここで、本実施の形態における第3特徴点は、例えば、図18に示すように、チップ搭載部TABの表面おける第1部分B1と、チップ搭載部TABの表面における第2部分B2とは、ともに、ダイパッドDPの先端部PUではなく、ダイパッドDPのチップ搭載部TABの第2辺S2よりも第3辺S3に近い位置に存在する点にある。特に、本実施の形態において、第1部分B1と第2部分B2とは、第3辺S3に沿う位置に存在する。これにより、本実施の形態によれば、先端部PUに第1部分B1および第2部分B2が存在する場合に比べて、第1部分B1および第2部分B2を半導体チップCHPに近づけることができる。これは、本実施の形態によれば、第1部分B1および第2部分B2を第1接合部A1および第2接合部A2に近づけることができることを意味する。このことは、冶具(JG1、JG2)によるチップ搭載部TABの固定点が、半導体チップCHPとソースワイヤSWとの接触部分に近づくことを意味し、これによって、ボンディングツールを半導体チップCHPに接触させる際においても、ダイパッドDPのがたつきを効果的に抑制できる。このことから、本実施の形態における第3特徴点によれば、半導体チップCHP(ソースパッドSP)とソースワイヤSW(アルミニウムワイヤ)との接続信頼性をさらに向上することができる。
続いて、本実施の形態においては、例えば、図18に示すように、半導体チップCHP(ソースパッドSP)とソースワイヤSW(導電性部材)とは、互いに異なる第1接合部A1と第2接合部A2とによって接合されることを前提とする。この前提のもと、本実施の形態における第4特徴点は、例えば、図18に示すように、第1接合部A1が、平面視において、前記第1部分B1と前記第3部分B3とを繋ぐ第1仮想線VL1上に位置し、かつ、第2接合部A2が、平面視において、第2部分B2と第4部分B4とを繋ぐ第2仮想線VL2上に位置する点にある。これにより、本実施の形態における第4特徴点によれば、ボンディングツールを半導体チップCHPに接触させる際においても、ダイパッドDPのがたつきを効果的に抑制できる。このことから、本実施の形態における第4特徴点によれば、半導体チップCHP(ソースパッドSP)とソースワイヤSW(アルミニウムワイヤ)との接続信頼性をさらに向上することができる。
<<<変形例>>>
本実施の形態では、例えば、図18に示すように、半導体チップCHP上のソースパッドSPとソースワイヤSWとを2箇所の接合部(第1接合部A1と第2接合部A2)で接続する例について説明した。ただし、本実施の形態における技術的思想は、これに限らず、例えば、図19に示すように、半導体チップCHP上のソースパッドSPとソースワイヤSWとを1箇所の接合部(第1接合部A1)で接続する例にも適用できる。
図19は、本変形例において、ソースワイヤSW(アルミニウムワイヤ)を介して、半導体チップCHPとソースリードSLとを電気的に接続する状態を示す模式図である。図19において、例えば、接合部(第1接合部A1)は、平面視において、第1部分B1と第3部分B3とを繋ぐ第1仮想線VL1と、第2部分B2と第4部分B4とを繋ぐ第2仮想線VL2上との間の領域内に位置する。この場合も、ボンディングツールを半導体チップCHPに接触させる際、ダイパッドDPのがたつきを効果的に抑制できる。このことから、本変形例においても、半導体チップCHP(ソースパッドSP)とソースワイヤSW(アルミニウムワイヤ)との接続信頼性を向上することができる。
(H)ワイヤボンディング工程(ゲートワイヤ)
上述したように、本実施の形態では、ダイパッドDPを治具JG(JG1、JG2)によって確実にステージST上に固定した後、アルミニウムワイヤ(導電性部材)を介して、半導体チップCHPとリード(ソースリードSL)とを電気的に接続する。その後、本実施の形態では、ダイパッドDPを治具JG(JG1、JG2)によって確実にステージST上に固定した状態を維持しながら、図20(a)および図20(b)に示すように、アルミニウムワイヤ(導電性部材)からなるゲートワイヤGWを介して、半導体チップCHPとゲートリードGLとを電気的に接続する。このとき、ゲートワイヤGWの径は、ソースワイヤSWの径よりも細くなっている。これは、ゲートワイヤGWには、ソースワイヤSWに流れる程の大電流が流れることはないことを考慮したものである。以上のようにして、本実施の形態におけるワイヤボンディング工程が実施されることになる。
<<<変形例>>>
なお、本実施の形態におけるワイヤボンディング工程では、ソースワイヤSWを半導体チップCHPのソースパッドSPに接続した後、ゲートワイヤGWを半導体チップCHPのゲートパッドGPに接続する例について説明した。ただし、本実施の形態における技術的思想は、これに限らず、例えば、ゲートワイヤGWを半導体チップCHPのゲートパッドGPに接続した後、ソースワイヤSWを半導体チップCHPのソースパッドSPに接続する例にも適用することができる。
4.モールド工程(封止工程)
次に、図21(a)および図21(b)に示すように、半導体チップCHPを樹脂からなる封止体MRで封止する。ここで、封止体MRによって、チップ搭載部TAB、ソースワイヤSW、ゲートワイヤGW、複数のリードLDのそれぞれの一部分も封止される。このとき、例えば、図20に示すように、チップ搭載部TABには、複数の溝DITが形成されているため、この複数の溝DITに起因するアンカー効果によって、チップ搭載部TABと封止体MRとの密着強度を向上することができる。
ソースワイヤSWおよびゲートワイヤGWには、モールド工程における樹脂の注入圧力が加わることになるが、本実施の形態では、ワイヤボンディング工程に上述した工夫を施しているため、ソースワイヤSWとソースパッドSPとの接合強度、および、ゲートワイヤGWとゲートパッドGPとの接合強度が向上しているため、ワイヤ剥がれが生じるポテンシャルを低減することができる。この結果、本実施の形態における半導体装置の製造方法によれば、半導体装置の信頼性を向上することができるとともに、半導体装置の製造歩留りも向上できるという顕著な効果を得ることができる。
5.外装メッキ工程
その後、図22に示すように、封止体MRから露出する複数のリードLDのそれぞれの一部分の表面に導体膜であるメッキ膜PFを形成する。
6.マーキング工程
続いて、図示はしないが、樹脂からなる封止体MRの表面に製品名や型番などの情報(マーク)を形成する。なお、マークの形成方法としては、印刷方式により印字する方法やレーザを封止体の表面に照射することによって刻印する方法を使用できる。
7.個片化工程
その後、図23に示すように、リードLDを切断することにより、リードフレームLFから個片化された複数の半導体装置PKGを取得することができる。そして、例えば、電気的特性検査や外観検査などのテスト工程を実施した後、良品と判定された半導体装置PKGが梱包されて出荷される。以上のようにして、本実施の形態における半導体装置PKGを製造することができる。
以上、本発明者によってなされた発明をその実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることは言うまでもない。
特に、前記実施の形態で説明した技術的思想の要旨を逸脱しない範囲内において、前記実施の形態の中で説明した変形例同士を組み合わせることもできる。
前記実施の形態における治具に具現化されている技術的思想は、特に、「正傾斜」したダイパッドをステージに確実に固定する観点から有効な技術的思想である。ただし、前記実施の形態における技術的思想が具現化された治具は、「正傾斜」したダイパッドをステージに確実に固定するために使用できるだけでなく、「正傾斜」していないダイパッドをステージに確実に固定するためにも使用することができる。つまり、前記実施の形態における技術的思想が具現化された治具の適用範囲は、「正傾斜」したダイパッドをステージに確実に固定する場合に限定されるものではなく、「正傾斜」していないダイパッドをステージに確実に固定する場合などにおいても幅広く適用することができる。
このことから、前記実施の形態における技術的思想を具現化した治具は、幅広い汎用性を有している点で、有用性が高いということができる。つまり、冶具に具現化されている前記実施の形態における技術的思想は、「正傾斜」したダイパッドをステージに確実に固定できることを通じてワイヤボンディング工程の信頼性向上に寄与する点だけでなく、汎用性に優れた治具を提供できる点でも優れた技術的思想であるということができる。
前記実施の形態は、以下の形態を含む。
(付記)
ステージ上に配置されたダイパッドを固定する治具であって、
前記治具は、
弾性変形可能な第1支持部分と、
前記第1支持部分とはスリットにより分岐され、かつ、弾性変形可能な第2支持部分と、
前記第1支持部分に設けられ、かつ、前記ダイパッドと接触可能な第1凸部と、
前記第2支持部分に設けられ、かつ、前記ダイパッドと接触可能な第2凸部と、
を有し、
前記スリットの長さは、前記第1支持部分と前記第2支持部分との間の幅よりも長い、治具。
A1 第1接合部
A2 第2接合部
A3 第3接合部
A4 第4接合部
BE 裏面電極
B1 第1部分
B2 第2部分
B3 第3部分
B4 第4部分
CHP 半導体チップ
CVR カバー
DIT 溝
DP ダイパッド
GP ゲートパッド(第2主面電極)
GW ゲートワイヤ(導電性部材)
HL 吊りリード
JG 冶具(クランパ)
JG1 冶具(クランパ)
JG2 冶具(クランパ)
LD リード
LF リードフレーム
L1 幅
PJ1 突起部(第1凸部)
PJ2 突起部(第2凸部)
PU 先端部
SBM1 支持部(第1支持部分)
SBM2 支持部(第2支持部分)
SBM3 支持部(第3支持部分)
SBM4 支持部(第4支持部分)
SL スリット
SP ソースパッド(第1主面電極)
ST ステージ
SW ソースワイヤ(導電性部材)
S1 第1辺
S2 第2辺
S3 第3辺
S4 第4辺
TAB チップ搭載部
UST 単位構造体
VL1 第1仮想線
VL2 第2仮想線
W1 幅(第1幅)
W2 幅(第2幅)

Claims (20)

  1. 以下の工程を含む半導体装置の製造方法:
    (a)リードと、ダイパッドと、前記ダイパッドと繋がれ、かつ、前記ダイパッドの厚さ方向に沿って折り曲げられた吊りリードと、を有するリードフレームを準備する工程;
    (b)前記(a)工程の後、前記ダイパッドの第1面に半導体チップを搭載する工程;
    (c)前記(b)工程の後、導電性部材を介して、前記半導体チップと前記リードとを電気的に接続する工程;
    ここで、
    前記(c)工程は、さらに、
    (c1)表面を有するステージと、第1支持部分および第2支持部分を有する第1治具と、を準備する工程;
    (c2)前記(c1)工程の後、前記第1面とは反対側の前記ダイパッドの第2面が前記ステージの前記表面と対向するように、前記リードフレームを前記ステージ上に配置する工程;
    (c3)前記(c2)工程の後、前記第1治具を前記ダイパッドの前記第1面に押し当てる工程;
    (c4)前記(c3)工程の後、前記第1治具を前記ダイパッドの前記第1面に押し当てた状態で、前記導電性部材を前記半導体チップに接続する工程;
    を有し、
    前記(c3)工程は、さらに、
    (c31)前記第1治具の前記第1支持部分に設けられた第1凸部を前記ダイパッドの前記第1面における第1部分に接触させる工程;
    (c32)前記(c31)工程の後、前記第1治具の前記第2支持部分に設けられた第2凸部を、前記ダイパッドの前記第1面において前記第1部分よりも前記吊りリードの近くに位置する第2部分に接触させる工程;
    を含む。
  2. 請求項1に記載の半導体装置の製造方法において、
    前記(a)工程で準備される前記リードフレームの前記ダイパッドは、
    前記第1部分および前記第2部分を含み、かつ、前記(b)工程においてその上に前記半導体チップが搭載されるチップ搭載部と、
    前記チップ搭載部よりも前記吊りリードから遠くに位置し、かつ、前記チップ搭載部と一体的に形成された先端部と、
    を有し、
    前記(b)工程では、前記第1治具とは異なるダイボンディング用治具を前記ダイパッドの前記先端部に押し当てることにより前記ダイパッドの前記第2面を前記ステージに接触させた状態で、前記ダイパッドの前記チップ搭載部における前記第1面上に前記半導体チップを搭載する、半導体装置の製造方法。
  3. 請求項1に記載の半導体装置の製造方法において、
    前記(c1)工程では、第3支持部分および第4支持部分を有する第2治具を準備し、
    前記(c3)工程は、前記(c2)工程の後、さらに、前記第2治具を前記ダイパッドの前記第1面に押し当てる工程を含み、
    前記第2治具を前記ダイパッドの前記第1面に押し当てる工程は、
    (c33)前記第2治具の前記第3支持部分に設けられた第3凸部を前記ダイパッドの前記第1面における第3部分に接触させる工程;
    (c34)前記(c33)工程の後、前記第2治具の前記第4支持部分に設けられた第4凸部を、前記ダイパッドの前記第1面において前記第3部分よりも前記吊りリードの近くに位置する第4部分に接触させる工程;
    を含み、
    前記(c4)工程では、前記(c3)工程の後、さらに、前記第2治具を前記ダイパッドの前記第1面に押し当てた状態で、前記導電性部材を前記半導体チップに接続する、半導体装置の製造方法。
  4. 請求項3に記載の半導体装置の製造方法において、
    前記導電性部材は、前記半導体チップの第1接合部と、前記第1接合部とは異なる前記半導体チップの第2接合部に接合され、
    前記第1接合部は、平面視において、前記第1部分と前記第3部分とを繋ぐ第1仮想線上に位置し、
    前記第2接合部は、平面視において、前記第2部分と前記第4部分とを繋ぐ第2仮想線上に位置する、半導体装置の製造方法。
  5. 請求項3に記載の半導体装置の製造方法において、
    前記導電性部材は、前記半導体チップの接合部に接合され、
    前記接合部は、平面視において、前記第1部分と前記第3部分とを繋ぐ第1仮想線と、前記第2部分と前記第4部分とを繋ぐ第2仮想線上との間の領域内に位置する、半導体装置の製造方法。
  6. 請求項1に記載の半導体装置の製造方法において、
    前記ダイパッドは、
    前記吊りリードと接続される第1辺と、
    前記第1辺と並行する第2辺と、
    前記第1辺および前記第2辺と交差する第3辺と、
    を有し、
    前記ダイパッドの前記第1面における前記第1部分と、前記ダイパッドの前記第1面における前記第2部分とは、ともに、前記第2辺よりも前記第3辺に近い位置に存在する、半導体装置の製造方法。
  7. 請求項6に記載の半導体装置の製造方法において、
    前記第1部分と前記第2部分とは、前記第3辺に沿う位置に存在する、半導体装置の製造方法。
  8. 請求項1に記載の半導体装置の製造方法において、
    前記(a)工程で準備される前記リードフレームには、前記リードと、先端部を有する前記ダイパッドと、前記吊りリードとを含む単位構造体が複数形成され、
    複数の前記単位構造体のうちの一部は、前記吊りリードの延在方向と交差する第1方向に並んで配置され、
    複数の前記単位構造体のうち、前記第1方向に並んで配置されている単位構造体のそれぞれに含まれる前記ダイパッドの前記先端部は、互いに接続されている、半導体装置の製造方法。
  9. 請求項1に記載の半導体装置の製造方法において、
    前記(c)工程では、前記半導体チップと前記導電性部材との接触部分に超音波を印加する、半導体装置の製造方法。
  10. 請求項1に記載の半導体装置の製造方法において、
    前記(c1)工程で準備される前記第1治具には、前記第1支持部分と前記第2支持部分とを分岐するスリットが形成され、
    前記スリットの長さは、前記スリットと交差する方向における前記第1支持部分と前記第2支持部分との間の幅よりも大きい、半導体装置の製造方法。
  11. 請求項10に記載の半導体装置の製造方法において、
    前記スリットと交差する方向における前記第1支持部分の第1幅は、前記スリットと交差する方向における前記第2支持部分の第2幅よりも小さい、半導体装置の製造方法。
  12. 請求項10に記載の半導体装置の製造方法において、
    前記スリットと交差する方向における前記第1支持部分の第1幅は、前記スリットと交差する方向における前記第2支持部分の第2幅と等しい、半導体装置の製造方法。
  13. 請求項8に記載の半導体装置の製造方法において、
    前記(b)工程では、前記第1方向に並んで配置されている複数の前記単位構造体のうち、前記半導体チップを搭載する対象となっている第1単位構造体以外の単位構造体をカバーで覆った状態で、前記第1単位構造体の前記ダイパッド上に前記半導体チップを搭載する、半導体装置の製造方法。
  14. 請求項13に記載の半導体装置の製造方法において、
    前記(b)工程では、前記第1単位構造体の前記ダイパッドに含まれる先端部に、ダイボンディング用治具を押し当てる、半導体装置の製造方法。
  15. 請求項1に記載の半導体装置の製造方法において、
    前記半導体装置の製造方法は、さらに、前記(c)工程の後、前記半導体チップおよび前記導電性部材を封止する工程を有し、
    前記(a)工程で準備される前記リードフレームの前記ダイパッドは、
    前記吊りリードと接続される第1辺と、
    前記第1辺と並行する第2辺と、
    前記第1辺および前記第2辺と交差する第3辺と、
    を有し、
    前記ダイパッドは、前記第3辺に沿って配置された複数の溝を有する、半導体装置の製造方法。
  16. 請求項15に記載の半導体装置の製造方法において、
    前記第3辺の延在方向に沿った前記第1凸部の幅と前記第2凸部の幅は、前記複数の溝のうちの互いに隣り合う溝の間の距離よりも小さく、
    平面視において、前記第1部分および前記第2部分のそれぞれは、前記複数の溝と重ならない、半導体装置の製造方法。
  17. 請求項1に記載の半導体装置の製造方法において、
    前記半導体チップには、パワートランジスタが形成されている、半導体装置の製造方法。
  18. 請求項17に記載の半導体装置の製造方法において、
    前記半導体チップは、
    主面と、
    前記主面とは反対側の裏面と、
    を有し、
    前記半導体チップの前記主面には、
    第1主面電極と、
    前記第1主面電極よりも外形サイズの小さな第2主面電極と、
    が形成され、
    前記半導体チップの前記裏面には、裏面電極が形成されている、半導体装置の製造方法。
  19. 請求項1に記載の半導体装置の製造方法において、
    前記導電性部材は、ワイヤ、あるいは、リボンである、半導体装置の製造方法。
  20. 請求項1に記載の半導体装置の製造方法において、
    前記導電性部材は、アルミニウムを主成分とする、半導体装置の製造方法。
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