JPH01132130A - 半導体装置およびその製造方法 - Google Patents

半導体装置およびその製造方法

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JPH01132130A
JPH01132130A JP62291582A JP29158287A JPH01132130A JP H01132130 A JPH01132130 A JP H01132130A JP 62291582 A JP62291582 A JP 62291582A JP 29158287 A JP29158287 A JP 29158287A JP H01132130 A JPH01132130 A JP H01132130A
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JP
Japan
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wire
pellet
lead
bonding
ball
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Pending
Application number
JP62291582A
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English (en)
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Yuzaburo Sakamoto
坂本　雄三郎
Toru Uekuri
徹 植栗
Toshio Chuma
中馬　俊夫
Makoto Nakajima
誠 中嶋
Yoshio Ohashi
芳雄 大橋
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、ガリウム−砒素（Ｇａ、Ａｓ）半導体基板か
ら成るペレット（以下、単にペレットということがある
。）を用いた半導体技術に関し、特に、ワイヤボンディ
ング技術の改良に係り、例えば、超高周波ＧａＡＳ電界
効果トランジスタ（以下、ＧａＡｓ−ＦＥＴという、）
に利用して有効な技術に関する。
〔従来の技術〕
従来の電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）においては、シ
リコン（Ｓｉ）半導体ベレットに作り込まれたトランジ
スタ回路をパッケージの外部に電気的に導出するために
、金（Ａ　ｕ）系材料から成るワイヤ（以下、金ワイヤ
という、）がペレットの電極パッドと各リードとの間に
ネイルヘッドボンディングにより橋絡されている。
最近、衛星放送用コンバータのアンプにＧａＡ３−ＦＥ
Ｔを使用することが考えられており、その製造コストの
低減化、並びにパッケージの小型化が要望されている。
なお、ワイヤボンディング技術を述べである例としては
、特開昭５８−１６９９１８号公報がある。
〔発明が解決しようとする問題点〕
ＧａＡｓ−ＦＥＴの製造に際し、ペレットの電極パッド
と各リードのボンディング点との間隔を狭小化するとと
もに、金ワイヤを細径化することにより、パンケージの
小型化並びに製造コストの低減化を図ろうとすると、橋
絡後の金ワイヤのループ形状および電気抵抗が不適正に
なるという問題点があることが、本発明者によって明ら
かにされた。
本発明の目的は、適正なループ形状および電気抵抗を確
保しつつ、コスト低減化並びにパッケージの小型化を実
現することができるＧａＡｓ半導体技術を提供すること
にある。
本発明の前記ならびにその他の目的と新規な特徴は、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
。
〔問題点を解決するための手段〕
本願において開示される発明のうち代表的なものの概要
を説明すれば、次の通りである。
すなわち、ガリウム−砒素半導体基板から成るペレット
と、複数本のリードと、ペレットの電極バンドと各リー
ドとの間に橋絡されているワイヤと、ペレット、各リー
ドの一部およびワイヤを封止するパッケージとを備えて
いる半導体装置において、前記ワイヤとして銅系材料か
ら成るワイヤを使用したものである。
〔作用〕
銅（Ｃｕ）は金（Ａｕ）に比べて、機械的強度が高く、
かつ、電気抵抗率が良好であるため、ＧａＡｓ半導体ベ
レットの電極パッドとリードとの間に橋絡するためのワ
イヤとして、銅系材料から成るワイヤを用いることによ
り、剛性の高いループが得られるとともに、良好な電気
抵抗が確保される。したがって、パッケージの小型化に
伴って、電極パッドとリードのボンディング点との間隔
が狭小化された場合であっても、ワイヤのループ形状は
適正に形成かつ維持される。
その結果、電極パッドとリードのボンディング点との間
隔が狭小化された場合であっても、橋絡されたワイヤが
変形することにより、ペレットの上縁に接触することに
よる短絡事故の発生は、回避されることになる。
一方、銅は貴金属である金に比べてはるかに低価格であ
るため、製造コストは大幅に低減化されることになる。
〔実施例〕
第１図は本発明の一実施例であるＧａＡｌ−ＦＥＴを示
す縦断面図、第２図は第１図のｎ−ｎ線に沿う平面断面
図、第３図はそれに使用されているペレットを示す平面
パターン図、第４図は同しく縦断面図である。
本実施例において、本発明にかかる半導体装置としての
ＧａＡｓ−ＦＥＴＩは、第３図および第４図に示されて
いるように構成されているペレ。
ト２と、ペレット２に作り込まれた電界効果トランジス
タ（ＦＥＴ）回路を外部に電気的に引き出すための複数
本のり一部３と、銅（Ｃｕ）系材料（１ｒＪまたは銅合
金）を用いて細線形状に形成されており、ペレットの電
極パッドと各リード３との間に橋絡されているワイヤ（
以下、銅ワイヤということがある。）４と、セラミック
を用いて気密室を構成するように形成されており、ペレ
・ノド、各リードの一部、および銅ワイヤを気密封止し
ているパッケージ５とを備えており、後述するような製
造方法によって製造されている。
第３図および第４図に示されているペレット２はＧａＡ
ｓ半導体基板（ウェハ）の状態でＦＥＴ回路を作り込ま
れてから個別に分離されて製造されており、ＧａＡｓ基
板部１１と、ＧａＡｓエピタキシャル成長により形成さ
れているバッファ層１２と、同じくＮ層１３と、同じ＜
Ｎ”層１４と、Ａ　ｕ−Ｇ　ｅ　／　Ｎ　ｉ　／　Ａ　
ｕから成るソース１５と、同じくドレイン１６と、Ａｌ
から成るゲート１７と、燐シリケートガラスｆＰ　Ｓ　
Ｇ）およびＳｉＯ２から成る絶縁層１８と、ＴｉＷ／Ａ
ｌＳｉから成る配！！層１９と、Ｐ−３ｉＮから成る保
護膜２０とを備えている。
また、ペレット２はソース用電極パッド２１、ドレイン
用電極パッド２２、およびゲート用電極２３を一対宛備
えており、これら電極バンド２１２２および２３は配線
層１９を介してソース１５、ドレイン１６およびゲート
１７にそれぞれ電気的に接続されている。そして、一対
のソース用電極パッド２１は略長方形形状にそれぞれ形
成されており、ペレット２の一対の端辺に沿って互いに
平行になるようにそれぞれ配設されている。一対のドレ
イン用電極パッド２２は略正方形形状にそれぞれ形成さ
れており、ゲー）１７を挟んでソース用電極パッド２１
と反対側の位置に互いに適当な間隔を置いて並ぶように
配設されている。一対のゲート用電極パッド２３は略正
方形形状にそれぞれ形成されており、ゲート１７を挟ん
でドレイン用電極パッド２２と反対側においてそれらに
略対向するように、かつ、互いに、およびソース用電極
パッド２１に対して適当な間隔を置いて並ぶように配設
されている。
次に、本発明の一実施例であるＧａＡｓ−ＦＥＴの製造
方法を前記構成にかかるペレットを用いた場合につき説
明する。そして、この説明により、前記ＧａＡｓ−ＦＥ
ＴＩの構成についての詳細が同時に明らかにされる。
本実施例にかかるＧａ、Ａｓ−ＦＥＴの製造方法には、
第５図〜第７図に示されている多連リードフレームが使
用される。
多通り一部フレーム３０は４２７０イを用いて打ち抜き
プレス加工等のような適当な手段により略矩形の枠板形
状憾形成されており、その表面にはＡｕめっき膜が被着
されている。第５図に示されているように、多連リード
フレーム３０は複数個の単位リードフレーム３１を備え
ており、各単位リードフレーム３１は同一パターンが一
方向に繰り返されるように横一列に並べられて一体的に
連設されている。単位リードフレーム３１は略正方形の
枠板形状に形成されている外枠３２を備えており、外枠
３２の一部は隣り合う単位リードフレーム３１相互にお
いて実質的に共用されるようになっている。外枠３２の
一方の対角線上にはソース用のアウタリード３３が一直
線状に配されて一体的に架設されており、外枠３２の他
方の対角線上にはドレイン用アウタリード３４およびゲ
ート用アウタリード３５が一直線状に、かつ、ソース用
アウタリード３３との交差部において電気的な絶縁ギャ
ップがそれぞれ介在されるように配されて、両隅部から
それぞれ一体的に突設されている。ソース用アウタリー
ド３３はドレイン用およびゲート用アウタリード３４．
３５よりも幅広に設定されている。
なお、第５図中、３６．３７は位置決め用の透孔および
切欠部である。
ｍ位す−ドフレーム３１には気密封止パ・７ケージ５を
後記するキャップ４゛２と協働して形成するためのベー
ス４１が、各アウタリード３３．３４．３５の集中部上
に配されてＡ’ｕ−Ｇｅの合金または銀（Ａｇ）ペース
ト層等から成るボンディング部４０（第８図参照）を介
して固着されている。
ベース４１はセラミックを用いて外形形状がへ角形で、
内形形状が円形の有底筒形状に形成されており、ベース
４１の筒内底面上には、いずれもりングステン（Ｗ）の
母層に金（Ａ＋ｒ）のめつき層を被着されて成るソース
用リード４３、ドレイン用リード４４およびゲート用リ
ード４５がそれぞれメタライズされている。ソース用リ
ード４３はベース４１の筒内底面の中心線上に配されて
中央部両縁辺が鼓形状に形成されており、ベース４１の
側壁を貫通されてベース４１の裏面にまで延設されてい
る。ドレイン用リード４４およびゲート用リード４５は
ベース４１の筒内底面の中心線上においてソース用リー
ド４３の両脇にそれぞれ配され、先端にそれぞれ絶縁ギ
ャップをとって対向されており、ベース４１の側壁を貫
通されてベース４１の裏面にまで延設されている。そし
て、ベース４１が単位リードフレーム３１上に固着され
た状態において、ソース用リード４３はソース用アウタ
リード３３に、ドレイン用リード４４はドレイン用アウ
タリード３４に、ゲート用リード４５はゲート用アウタ
リード３５にそれぞれ電気的に接続されている。
また、ベース４１の開口端面には金−錫（Ａｕ−３ｎ）
合金から成る封止材層４６が、メクライズ法等のような
適当な手段により被着されている。
このように構成されている多連リードフレーム３０には
前記構成にかかるペレット２が、ペレットボンディング
工程において第８図に示されているように、各単位リー
ドフレーム３１におけるベース４１のソース用リード４
３上にＡｇペーストから成るボンディング層４７を介し
てそれぞれボンディングされる。
その後、単位リードフレーム３１のベース４１にペレッ
ト２をボンディングされた多連リードフレーム３０は、
ワイヤボンディング工程に供給され、第９図〜第１１図
に示されているようなワイヤボンディング装置が使用さ
れることにより、第１２図および第１３図に示されてい
るように、ワイヤボンディング作業が各単位リードフレ
ーム３１についてそれぞれ実施される。
第９図に示されているワイヤボンディング装置５０はペ
レット２の電極パッドと、各単位リードフレーム３１の
各リード４３．４４および４５との間に銅ワイヤ４をそ
れぞれ橋絡させることにより、ペレット２と各リードと
を電気的に接続するように構成されている。このワイヤ
ボンディング装置ｔ５０はフィーダ５１を備えており、
フィーダ５１は多連リードフレーム３０を長手方向につ
いて摺動自在に保持して、単位リードフレーム３１のピ
ッチをもって歩道送りし得るように構成されている。フ
ィーダ５１にはヒートブロック５２が単位リードフレー
ム３１毎に加熱し得るように設備されている。フィーダ
５１のボンディングステージの外部にはＸＹ子テーブル
３がＸＹ力方向移動し得るように設備されており、ＸＹ
子テーブル３上にはボンディングへ７ド５４が搭載され
ている。ボンディングヘッド５４にはボンディングアー
ム５５が基端を回転自在に軸支されて支持されており、
このアーム５５はその先端に固設されたキャピラリー５
６（詳細は後記する。）を上下動させるように、カム機
構（図示せず）により駆動されるように構成されている
。また、ボンディングヘッド５４にはポンディングアー
ム５５を通じてキャピラリー５６を超音波振動させる超
音波発振装置（図示せず）が設備されている。
ポンディングアーム５５の上側には一対のクランパアー
ム５７．５８が電磁プランジャ機構等のような適当な手
段（図示せず）により作動されるように設備されており
、両アーム５７．５８の各先端はキャピラリー５６の真
上位置に配されてクランパ５９を構成している。クラン
パ５９にはリール（図示せず）から繰り出される銅ワイ
ヤ素材（ｔ＆記する。）がガイド６０を介して挿通され
ており、銅ワイヤ素材はさらにキャピラリー５６に挿通
されている。
キャピラリー５６の近傍には放電電極６１が独立して設
備されており、この電極６１はその上端部が回転自在に
軸支されることにより、その先端部がキャピラリー５６
の下方位置、すなわち、銅ワイヤ素材の先端の真下位置
と、キャピラリー５６の側方位ｉｆ（退避位置）との間
を移動されるように構成されている。また、この電極６
１と前記クランパ５９との間には電源回路６２が接続さ
れており、電極６１と銅ワイヤ素材の間で放電アークを
生成させるようになっている。
このワイヤボンディング装置５０は第１Ｏ図に示されて
いるように、銅ワイヤ素材の先端で生成されるボールの
周囲にガスを供給することにより、ガス雰囲気を形成す
るためのチューブ６３を備えており、このガス供給手段
としてのチューブ６３は放電電極６１にチューブ開口部
をキャピラリー５６の下方位置に向けて取り付けられて
いる。チューブ６３には還元作用のあるガス６５、例え
ば、窒素ガスと水素ガスとの混合ガス等を供給するため
のガス供給源６４が接続されており、チューブ６３の内
部にはガス加熱手段としてのヒータ６６が絶縁テープを
挟設されて挿入されている。このヒータ６６はガス供給
源６４から供給されたガス６５をチューブ６３とヒータ
６６との隙間を通過する際に加熱することにより、所定
の温度に制御し得るように構成されている。
本実施例において、キャピラリー５６の先端面には、第
１１図に示されているように円錐台中空形状のボールは
み出し防止凹部６７がキャピラリー５６のワイヤ挿通孔
５６ａと同心的に配されて、これと連続するように没設
されており、この凹部６７はその容積が銅ワイヤ素材先
端に熔融形成されるボールの体積よりも若干小さくなる
ように、かつ、その底面の直径がボールの径よりも若干
大きくなるように形成されている。
次に、前記構成にかかる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を説明する。
ここで、本実施例においては、ペレットの電極パッドと
リードとを電気的に接続する銅ワイヤ４を構成するため
の素材として、銅の純度（９９゜９９９％以上）が高い
銅ワイヤ素材６８が使用される。銅ワイヤ素材６８は断
面略真円形の細線形状に引き抜き成形され、その太さは
キャピラリー５６の挿通孔５６ａの内径よりも若干細め
で、橋絡された後の銅ワイヤ４におけるループの剛性、
および電気抵抗が充分に確保される値に設定されている
。この銅ワイヤ素材６８は第９図に示されているように
、ガイド６ｏおよびクランパ５９を介してキャピラリー
５６の挿通孔５６ａに予め挿通される。
ペレット２がボンディングされている単位リードフレー
ム３１がフィーダ５１におけるボンディングステージに
供給されると、ＸＹ子テーブル３が適宜移動される。
−４、キャピラリー５６においては、放電電極６１が銅
ワイヤ素材６８の下端に接近されるとともに、電源回路
６２が閉じられることにより、銅ワイヤ素材６８の先端
にボール６９が溶融形成される。このとき、チューブ６
３から還元性ガス６５が供給され、銅ワイヤ素材６８と
電極６１との間が還元性ガス雰囲気に保持される。この
還元性ガス６５はチューブ６３の内部の途中に介設され
ているヒータ６６により所定温度になるように加熱制御
されるため、ガス雰囲気は所定の温度範囲内になり、銅
ワイヤ素材６８の先端に形成されるボール６９の温度の
急激な低下が防止される。その結果、還元性ガス６５が
溶融したボール６９に吹き付けられても、ボール６つの
硬度が高くなることはない。
続いて、キャピラリー５６がボンディングアーム５５を
介してボンディングヘッド５４により下降され、銅ワイ
ヤ素材６８の先端部に形成されたボール６９が、ペレッ
ト２における複数個の電極パッド２１２２．２３のうち
、最初にボンディングする電極パッド（以下、特記しな
い限り、単に、パッドという、）に挿着される。このと
き、キャピラリー５６に超音波振動が付勢されるととも
に、ペレット２がヒートブロック５２によって加熱され
ているため、ボール６９はペレット２のパッド上に超音
波熱圧着される。そして、ボール６９はガス雰囲気を所
定の温度範囲に保たれることにより、硬くなることを抑
制されているため、良好なポンダビリティ−をもってボ
ンディングされることになる。
ここで、ギヤピラリ−５６が下降されると、銅ワイヤ素
材６８が挿通孔５６ａ？こ相対的に引き込まれるため、
第１２図に示されているように、銅ワイヤ素材６８に形
成されたボール６９ばキ中ピラリ−先端面に没設されて
いる凹部６７に没入され、この没入された状態でペレッ
ト２のパッドに押接されることになる。この四部６７は
前記した通り所定の大きさの円錐台中空形状に形成され
ているため、この凹部６７によってペレット２のパッド
に押し着けられるボール６９はこの凹部６７からはみ出
すことはない。したがって、第１３図に示されているよ
うに、ボール６９がパッドにボンディングされて成る銅
ワイヤ４における第１ボンディング部７１の形状は、パ
ッド内に充分に収まったものとなる。
ところで、第１４図に示されているように、先端面には
み出しを防止するための凹部が没設されていない従来の
キャピラリー５６が使用されて、所謂ネイルヘッドボン
ディングが実施された場合、平板形状に押し潰されて外
方に拡大した形状の第１ボンディング部７１”が形成さ
れてしまう。すなわち、この場合には銅ワイヤ素材６８
の先端に熔融形成されたボールがキャピラリー５６の平
らな先端面により平板形状に押し潰されて外方に拡大し
た形状になってしまうためである。
通常の半導体装置におけるペレットの電極パッドについ
ては充分な大きさを確保することができるが、ＧａＡｓ
−ＦＥＴにおけるペレットのようにきわめて小形のペレ
ットにおいては電極パッドについて充分な大きさを確保
することが困難である。したがって、外方に拡大した形
状の第１ポンデイング７１’　によった場合、第１ボン
ディング部が電極パッドからはみ出してしまう危険性が
ある。
しかし、本実施例においては、前述した通り、キャピラ
リー５６の先端面に形成されているはみ出し防止凹部６
７にボール６９が収容された状態で、ペレット２のバン
ドに埋着されることにより、ボール６９が凹部６７によ
ってはみ出すことを防止されるため、ボンディング後の
第１ボンディング部７１の形状は充分小球形化され、パ
ッドがらはみ出ることはない。
しかも、銅ワイヤ素材６８の先端部に溶融形成させるボ
ール６９はその球径を小さく設定しな（て済むため、第
１ボンディング部７１について充分な体積を確保するこ
とができるとともに、銅ワイヤ素材６８がキャピラリー
５６の挿通孔５６ａ内に引き込まれてしまうワイヤ抜は
事故を確実に防止することができる。
ところで、銅ワイヤ素材が使用されている場合、銅は酸
化され易く、かつ比較的硬いため、第１ポンデイングに
おけるボンダビリティ−が低下する。
すなわち、溶融中に銅ワイヤ素材の表面に酸化膜が形成
されると、溶融が不均一になり、ボールの形状が不通正
になる。また、ボールの表面に酸化膜が形成されると、
電極パッドとの金属結合性が低下する。そこで、ボール
生成時に還元性ガスを供給することにより、ボールの酸
化を防止することが考えられる。
ところが、ボール生成時に還元性ガスが吹き付けられる
と、ボールが急冷却されて硬くなる。そして、ボールが
硬いと、熱圧着時における形状が悪くなるばかりでなく
、接符性が低下するという問題屯があることが、本発明
者によって明らかにされた。
しかし、本実施例においては、ボール生成時にガス雰囲
気が所定温度範囲になるように加熱制御された還元性ガ
ス６５がボール６９の周囲に供給されるため、銅ワイヤ
素材６８が使用される場合であっても、良好なボンダビ
リティ−が実現される。
すなわち、銅ワイヤ素材６８のボール６９は還元性ガス
６５の雰囲気中で生成されるため、熔融中、その銅表面
に酸化膜が形成されることはない。
その結果、銅ワイヤ素材６８の先端は内部および表面全
体が熔融されるため、均一な表面張力が発生して真球度
の高いボール６９が形成されることになる。
また、還元性ガスだけであると、熔融されたボール６９
がガス雰囲気によって急冷却されて硬くなる傾向を示す
が、還元性ガス雰囲気は、ガス供給源６４から供給され
るガスをヒータ６６で加熱制御されることによって所定
温度範囲内に維持されているため、ボール６９は還元性
ガス６５によって加熱されて適度な硬度を維持すること
になる。
このとき、還元性ガスは高温であると、還元作用が高め
られるため、前記酸化膜形成防止効果は一層高められる
ことになる。
このようにして、ボール６９は酸化膜を形成されずに真
球度が高く、かつ、適度な硬度を維持しているため、銅
ワイヤ素材６８であっても良好なボンダビリティ−をも
ってペレット２のパッド上にボンディングされることに
なる。
ここで、銅ワイヤ素材を用いて第１ボンディング部を形
成する場合において、良好なボンダビリティ−が得られ
る温度範囲は、キャピラリー下方のボール周囲の温度で
、１００℃〜２００℃であることを、本発明者らは実験
的に明らかにした。
、すなわち、純度９９．９９９％の銅ワイヤ素材を使用
して放電電極によりボールを溶融形成させた場合、加熱
の効果は次のようになる。ガス雰囲気の温度１００℃以
上でボールの硬度は低下され始める。温度２００℃まで
は温度上昇するにつれてボール硬度は低下される。温度
２００℃になると、ボール硬度の低下はほぼ飽和状態と
なる。そして、ガス雰囲気の温度が２００℃を越えた場
合、高温度になったガスによってキャピラリー先端およ
びワイヤが過剰に加熱されることになるため、ボンディ
ングを繰り返すことによるキャピラリー内部、キャピラ
リー先端部の表面の汚れが増加する。したがって、還元
性ガスが２００℃を越えて加熱されることは望ましくな
い。
そこで、銅ワイヤ素材を用いてネイルヘッドボンディン
グする場合、ボール周囲における還元性ガス雰囲気の温
度が１００℃〜２００℃の範囲内になるように、還元性
ガスをヒータによって加熱制御することにより、良好な
ボンダビリティ−を得ることができる。
第１ボンディング部７１が形成された後、キャピラリー
５６がＸＹ子テーブル３およびボンディングヘッド５４
により、後述するような軌動をもって３次元的に用対移
動され、複数本のリード４３．４４．４５のうち、最初
に第２ボンデイングすべきリード（以下、特記しない限
り、単にり一部とする。）に銅ワイヤ素材６８の中間部
が埋着される。このとき、キャピラリー５６に超音波振
動が付勢されるとともに、リードがヒートブロック５２
により加熱されているため、銅ワイヤ素材６８の挿着部
はリード上に超音波熱圧着され、もって、第２ボンディ
ング部７２が形成される。
ここで、本実施例においては、銅ワイヤ素材６８をルー
ピングさせるキャピラリー５６は第１５図に矢印で示さ
れている軌跡７３を遣るように移動される。すなわち、
ギヤピラリ−５６は第１ボンディング部７１を形成した
後、上昇されるとともに、第２ポンデイングすべきリー
ドの方向へ横移動され、リードに指定されている第２ボ
ンディング点７４の真上を一度通過された後、第２ボン
ディング点７４に着地される。キャピラリー５６の移動
について、このようなリード側リバース作動が実行され
ることにより、銅ワイヤ４のループ形状は第１５図に示
されているように、最頂部７５がペレット２の上縁から
遠ざかり、しかも、最頂部さが低くなった形状になり、
ループが安定することにあいまって、銅ワイヤ４とペレ
ット２との接触による短絡事故の発生が確実に防止され
ることになる。
ところで、パッケージが小型化されたＧａＡｓ・ＦＥＴ
においては、ペレットの電極バンドがらり一部のボンデ
ィング点までの高低差Ｈと、同じく水平間隔りとの比、
すなわち、高低差／水平間隔（Ｈ／Ｌ）　、がその他の
半導体装置に比較して大きくなる。
このように、高低差／水平間隔が大きくなる場合、線径
の細い金ワイヤ素材を使用し、そのループ形状をループ
最頂部が高くなるように形成することが考えられるが、
細い金ワイヤはきわめて柔軟であるため、金ワイヤのル
ープにおける剛性が不足し倒れや潰れ等の変形が発生し
易く、金ワイヤがペレットの上縁に接触することによる
短絡事故が引き起こされ易いという問題点があることが
、本発明者によって明らかにされた。また、線径か細く
なると、電気抵抗が大きくなるため、通電特性が低下す
ることになる。
そこで、線径の太い金ワイヤ素材を使用することが考え
られるが、柔軟性が不足するため、最頂部が高くなった
ループ形状を得ることができないばかりでなく、金は貴
金属であるため、コストが大幅に増加されてしまう。
しかし、本実施例においては、銅ワイヤ素材が使用され
ているとともに、前述したように、ループ形状がその最
頂部７５がペレット２の上縁から遠のき、かつ最頂部さ
が低くなるように形成されているため、銅ワイヤ４とペ
レット２との接触による短絡事故の発生は確実に防止さ
れる。
すなわち、銅は金に比べて柔軟性が低いため、前述した
通り、銅ワイヤ素材６８に対するキャピラリー５６のル
ーピング作動時にリード側において戻し動作が加えられ
ると、第１５図に示されているようなループ形状を呈す
る銅ワイヤ４が得られる。また、この銅ワイヤ４のルー
プ剛性は金ワイヤのそれよりも大きくなるためｃｌワイ
ヤのループにおいては倒れや潰れ等の変形が発生しない
。
したがって、銅ワイヤ４がペレット２の上縁に接触する
ことによる短絡事故が引き起こされることは防止される
。
一方、銅線は金線に比べて引張強度等のような機械的強
度が高いため、細径を細く設定しても、充分な機械的強
度が得られる。銅ワイヤ素材の線径を細く設定すること
により、ルーピング操作が実行し易くなるため、前述し
たような所望のループ形状を得ることができる。電極パ
ッドとリードとの間に橋絡されるワイヤの線径を細く設
定すると、電気抵抗が増加してしまうが、銅は金に比べ
て電気抵抗率が小さいため、細い銅ワイヤにおいては電
気抵抗増加による通電特性の低下を抑制することができ
る。
しかも、銅は貴金属である金に比べて、価格がはるかに
安いため、コストを大幅に低減化させることができる。
第２ボンディング部７２が形成されると、クランパ５９
により銅ワイヤ素材６８が把持され、クランパ５９がキ
ャピラリー５６と共に第２ボンディング部７２から相対
的に離反移動される。この離反移動により、銅ワイヤ素
材６８は第２ボンディング部７２から引き千切られる。
これにより、ペレット２の電極バンドとリードとの間に
は銅ワイヤ４が橋絡されることになる。
その後、第２ボンディング作業を終えた銅ワイヤ素材６
８に対するクランパ５９の把持が解除されるとともに、
キャピラリー５６が若干上昇されることにより、銅ワイ
ヤ素材６８の先端部がボール６９の成形に必要な長さだ
け相対的に突き出される（所謂、テール出し動作である
。）。
以降、前記作動が繰り返し実施されることにより、残り
の電極パッド２１．２２．２３と各り一部４３．４４．
４５との間に銅ワイヤ４が順次橋絡されて行く。
ところで、本実施例においては、ボンディング工具とし
て、指向性のないキャピラリー５６が使用されているた
め、各銅ワイヤ４の架橋方向が交差する場合（例えば、
第２図において、ソース用のワイヤと、ドレイン用およ
びゲート用のワイヤとの関係）であっても、リードフレ
ームとボンディングアームとを相対的に回動させずに済
む、したがって、ワイヤボンディング装置の構造を簡単
化させることができる。
また、本実施例においては、ソース、ドレインおよびゲ
ートのそれぞれに２本以上の銅ワイヤが橋絡されている
ため、電極パッドとリードとの間の通電量を増加させる
ことができる。特に、ソース用には計４本の銅ワイヤが
橋絡されるため、電力を充分に増巾させることが可能に
なる。
ワイヤボンディング作業を実施された多連り−ドフレー
ム３０は、その後、封止工程において、第１６図に示さ
れているように、気密封止パッケージを形成される。
すなわち、第１６図に示されているように、セラミック
を用いてベース４１と略同−形状に形成されているキャ
ップ４２が、ベース４１の上端面の封止材層４６上に被
せられる。ベース４１とキャップ４２とが封止材層４６
を挟設されて合わされた状態で、封止炉（図示せず）を
通されて加熱されると、封止材層４６が熔融される。熔
融された封止材層４６が冷却して固化すると、封止部４
８が形成されるため、ベース４１とキャップ４２とは封
着され、これにより、気密封止パッケージ５が形成され
ることになる。
このようにして気密封止パッケージ５が形成された後、
多連リードフレーム３０はリード成形工程（図示せず）
において、各単位リードフレーム３１毎に外枠３２およ
びアウタリード３３．３４．３５を切断され、第１７図
に示されているようなＧａＡＳ−ＦＥＴＩが成形される
。
第１７図に示されているように、このＧａＡｓ・ＦＥＴ
Ｉは衛星放送用アンプを構築するためのプリント配線基
板８０の表面上に載置されるとともに、各アウタリード
についてリフローはんだ付は加工によって機械的かつ電
気的に接続されることにより、所謂表面実装される。
前記実施例によれば次の効果が得られる。
■　ＧａＡｓ半導体ペレットの電極パッドとリードとの
間に橋絡するためのワイヤとして、銅系材料から成るワ
イヤを用いることにより、ｗ４（Ｃｕ）は金（Ａｕ）に
比べて、機械的強度が高く、かつ、電気抵抗率が良好で
あるため、剛性の高いループが得られるとともに、良好
な電気抵抗を確保することができる。
■　前記■により電極パッドとリードのボンディング点
との間隔が狭小化された場合であっても、ワイヤのルー
プ形状を適正に形成かつ維持することができるため、Ｇ
ａＡｓ−ＦＥＴにおいてパッケージを小型化させること
ができる。
■　銅は貴金属である金に比べてはるかに低価格である
ため、銅ワイヤを使用することにより、製造コストを大
幅に低減化させることができる。
■　ワイヤの線径を細く設定すると、電気抵抗が増加し
てしまうが、銅は金に比べて電気抵抗率が小さいため、
銅ワイヤを使用することにより、電気抵抗増加による通
電特性の低下を抑制しつつ、線径を細く設定することが
できる。
■　銅ワイヤ素材を使用するとともに、第２ボンデイン
グ側において戻し動作を加えることにより、銅ワイヤと
してループ形状がその最頂部がペレットの上縁から遠の
き、かつ最頂部さが低くなるように形成させることがで
きるため、銅ワイヤとペレットとの接触による短絡事故
の発生を確実に防止することができる。
■　キャピラリーの先端面にはみ出し防止凹部を没設す
ることにより、ネイルヘッドボンディング時においてボ
ールを凹部に挿入させた状態で、ペレットの電極パッド
に挿着させることにより、ボール６９が凹部６７によっ
てはみ出すのを防止することができるため、ボンディン
グ後の第１ボンディング部の形状を充分小球形化させ、
電極パッドからはみ出るのを防止することができる。
■　しかも、銅ワイヤ素材の先端部に溶融形成されるボ
ールの球径は小さく設定しなくて済むため、第１ボンデ
ィング部について充分な体積を確保することができると
ともに、銅ワイヤ素材がキャピラリーの挿通孔内に引き
込まれてしまうワイヤ抜は事故を確実に防止することが
できる。
■゛　ワイヤの先端に放電アークによって形成されるボ
ールの周囲に供給されるガスを、そのガス雰囲気が所定
の温度範囲内になるように加熱制御することにより、ボ
ールの硬度を適正に維持させることができるため、その
ボールをペレットのパッド上に良好なポンダビリティ−
をもってボンディングさせることができる。
■　ガスとして還元性ガスを使用してこれを加熱しボー
ルの周囲に供給することにより、ガスの還元作用を高め
ることができるため、酸化膜形成防止効果をいっそう高
めることができる。
［相］　ボンディング工具として、指向性のないキャピ
ラリーを使用することにより、各銅ワイヤの架橋方向が
交差する方向である場合であっても、リードフレームと
ボンディングアームとを相対的に回動させずに済むため
、ワイヤボンディング装置の構造を簡単化させることが
できる。
■　ＧａＡｓ−ＦＥＴにおいてソース、ドレインおよび
ゲートのそれぞれに２本以上の銅ワイヤが橋絡すること
により、電極パッドとリードとの間の通電量を増加させ
ることができるため、電力を充分に増巾させることがで
きる。
以上本発明者によってなされた発明を実施例に基づき具
体的に説明したが、本発明は前記実施例に限定されるも
のではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能
であることはいうまでもない。
例えば、銅ワイヤの材質、太さ、テール出し量、生成さ
れるボールの大きさ等は、ＧａＡｓ半導体ペレットの大
きさ、硬さ、電極パッドの大きさ、厚さ、リードの材質
、電極パッドとリードとの高低差／水平距離、ループの
形状、高さ、長さ等々の諸条件に対応して、実験やコン
ピュータ・シェミレーション等のような経験的手法、お
よびその分析による理論式等により、最適値を求めるこ
とが望ましい。
前記実施例にかかる超音波熱圧着式ワイヤボンディング
装置を使用するに限らず、熱圧着式ワイヤボンディング
等を使用してもよい。
以上の説明では主として本発明者によってなされた発明
をその背景となった利用分野であるＧａＡｓ−ＦＥＴの
製造技術に通用した場合について説明したが、それに限
定されるものではなく、ＧａＡｓ半導体から成るペレッ
トを備えている集積回路装置の製造技術等に通用するこ
とができる。
〔発明の効果〕
本願において開示される発明のうち代表的なものによっ
て得られる効果を簡学に説明すれば、次の通りである。
ＧａＡｓ半導体ペレットの電極パッドとリードとの間に
橋絡するためのワイヤとして、銅系材料から成るワイヤ
を用いることにより、［７１（Ｃｕ）は金（Ａｕ）に比
べて、機械的強度が高く、かつ、電気抵抗率が良好であ
るため、剛性の高いループ゛　が得られるとともに、良
好な電気抵抗を確保することができる。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明の一実施例であるＧａＡｓ−ＦＥＴを示
す縦断面図、 第２図は第１図の■−■線に沿う平面断面図、第３図は
それに使用されているペレットを示す平面パターン図、 第４図は同じく縦断面図、 第５図は第１図に示されているＧａＡｓ−ＦＥＴの製造
に使用された多連リードフレームを示す一部省略平面図
、 第６図は第５図の■部を示す拡大部分平面図、第７図は
その底面図、 第８図はベレットボンディング後の状態を示す第６図の
■−■線に沿う断面図に相当する拡大部分断面図、 第９図は第１図に示されているＧａＡｓ−ＦＥＴについ
ての製造方法中、ワイヤボンディング工程に使用される
ワイヤボンディング装置を示す正面図、 第１θ図はそのトーチ部付近を示す一部切断拡大正面図
、 第１１図はそのキャピラリー先端部を示す拡大部分断面
図、 第１２図、第１３図および第１４図はそのネイルヘッド
ボンディングの作用を説明するための各拡大部分断面図
、 第１５図はそのルーピングの作用を説明するための拡大
部分断面図、 第１６図は第１図に示されているＧａＡｓ−ＦＥＴの製
造方法中、封止工程を示す一部切断分解正面図、 第１７図は第１図に示されているＱａＡｓ−ＦＥＴの外
観を示す斜視図である。 １−ＧａＡｓ−ＦＥＴ　（半導体装置）、２・ＧａＡｓ
半導体ペレット、３・・・リード、４・・・ワイヤ（銅
ワイヤ）、５・・・パッケージ、１１・・・ＧａＡｓ基
板部、１２・・・バッファ層、１３・・・Ｎ層、１４・
・・Ｎ”ｆｆｌ、１５・・・ソース、１６・・・ドレイ
ン、１７・・・ゲート、１８・・・絶縁層、１９・・・
配線層、２ｏ・・・保護膜、２１・・・ソース用電極パ
ッド、２２・・・ドレイン用電極バンド、２３・・・ゲ
ート用電極パッド、３０・・・多連リードフレーム、３
１・・・単位リードフレーム、３２・・・外枠、３３・
・・ソース用アウタリード、３４・・・ドレイン用アウ
タリード、３５・・・ゲート用アウタリード、３６・・
・位置決め用透孔、３７・・・位置決め用切欠部、４０
・・・ボンディング部、４１・・・ベース、４２・・・
キャップ、４３・・・ソース用リード、４４・・・ドレ
イン用リード、４５・・・ゲート用リード、４６・・・
封止材層、４７・・・ボンディング層、４８・・・封止
部、５０・・・ワイヤボンディング装置、５１・・・フ
ィーダ、５２・・・ヒートブロック、５３・・・ＸＹ子
テーブル５４・・・ボンディングヘッド、５５・・・ボ
ンディングアーム、５６・・・キャピラリー、５６ａ・
・・挿通孔、５７．５８・・・クランパアーム、５９・
・・クランパ、６０・・・ガイド、６１・・・放電電極
、６２・・・電源回路、６３・・・チューブ、６４・・
・ガス供給源、６５・・・還元性ガス、６６・・・ヒー
タ、６７・・・はみ出し防止凹部、６８・・・銅ワイヤ
素材、６９・・・ボール、７１・・・第１ボンディング
部、７２・・・第２ボンディング部、７３・・・ルーピ
ング軌跡、７４・・・第２ボンディング点、７５・・・
ループ最頂部、８０・・・プリント配線基板。 代理人　弁理士　　梶　　原　　辰　　也第３図 第４図 第７図 第８図 第１５図 第１６１１１

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 １、ガリウム−砒素半導体基板から成るペレットと、複
    数本のリードと、ペレットの電極パッドと各リードとの
    間に橋絡されているワイヤと、ペレット、各リードの一
    部およびワイヤを封止するパッケージとを備えており、
    前記ワイヤとして銅系材料から成るワイヤが使用されて
    いることを特徴とする半導体装置。 ２、ワイヤのループ形状が、そのループの最頂部がペレ
    ットの上縁から遠ざかるように形成されていることを特
    徴とする特許請求の範囲第１項記載の半導体装置。 ３、ペレットが、同種の電極を複数個宛形成されており
    、同種の電極が同一のリードに複数本のワイヤを介して
    電気的に接続されていることを特徴とする特許請求の範
    囲第１項記載の半導体装置。 ４、ガリウム−砒素半導体基板から成るペレットの電極
    パッドと、リードとの間にワイヤを橋絡させるに際し、
    銅系材料から成るワイヤ素材を使用するとともに、この
    ワイヤ素材の一端をペレットの電極パッドにボンディン
    グした後、ワイヤ素材の中間部をリードにボンディング
    しようとする時に、リードにおける指定ボンディング点
    を一度通過してから、この指定ボンディング点に接触す
    ることにより、橋絡されるワイヤのループ形状をその最
    頂部がペレットの上縁から遠ざかる形状に形成せしめた
    ことを特徴とする半導体装置の製造方法。 ５、ワイヤ素材の一端をペレットの電極パッドにボンデ
    ィングさせるに際し、ワイヤ素材の先端部にボールを溶
    融成形し、このボールを電極パッドにその径方向へのは
    み出しを抑制しつつ、熱圧着させるようにしたことを特
    徴とする特許請求の範囲第４項記載の半導体装置の製造
    方法。
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