JPH01280330A - 半導体装置 - Google Patents

半導体装置

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JPH01280330A
JPH01280330A JP1078242A JP7824289A JPH01280330A JP H01280330 A JPH01280330 A JP H01280330A JP 1078242 A JP1078242 A JP 1078242A JP 7824289 A JP7824289 A JP 7824289A JP H01280330 A JPH01280330 A JP H01280330A
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JP
Japan
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wire
tip
wires
electrode
ball
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JP1078242A
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Susumu Okikawa
進 沖川
Michio Okamoto
道夫 岡本
Hitoshi Horimuki
堀向　仁
Michio Tanimoto
道夫 谷本
Hiromichi Suzuki
博通 鈴木
Wahei Kitamura
北村　和平
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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】 不発明は半導体装置に関するものであり、９にアルミニ
ウム＃１などの酸化しやすい金属の細線を熱圧着法でボ
ンディングするワイヤボンダより形成される半導体装置
に関するものである。
半導体装置の製造工程のひとつに素子ペレットの電極パ
ッドとパッケージ側のリードとをワイヤにて接続するワ
イヤボンディング工程があり、現在では金線（Ａ　ｕワ
イヤ）を用いた熱圧着法と、アルミニウム線（ＡＪワイ
ヤ）を用（・た超音波法が多く使用されている。Ａｕワ
イヤの熱圧着法は、所謂ネイルヘッドボンディングと称
し、Ａｕワイヤの先端を水素トーチや放電アークにて加
熱溶融して金ボールを形成し、この金ボールをボンディ
ング部位に押圧させながら圧着させるもので、強固なボ
ンディングを可能にすると共にボンディングの方向性が
存在しないとい５利点を有するものの、ボンディング部
位がペレット電極パッドのようなアルミニウム材のとき
にはパープルプレーグ現象が生じてボンディング強度が
低下したり、金価格の高騰によってコスト高になる等の
問題がある。一方、ＡＡワイヤの超音波法はＡＡワイヤ
を超音波振動によって固着させるため、低価格にできる
という利点を有するものの、ボンディングの方向性が存
在するためにワイヤボンダの構造が複雑になると共にボ
ンディングスピードが低いという問題がある。
このため、近年では両ボンディング法の夫々の利点を生
かし得ろように、Ａ、８ワイヤを用いた熱圧着法、即ち
Ａｅワイヤの先端にボールを形成してネイルヘッドボン
ディングを行なう方法が考えられている。しかしながら
、従来のＡｕワイヤを使用しているワイヤボンダをその
まま用いてＡｋワイヤでネイルヘッドボンディングを行
なってもＡＡワイヤの先端に良好なボールを形成するこ
とはできず、したかって高信頼性のワイヤボンディング
を行なうことは困難である。
即ち、本発明者が、第１図に示すように、ＡＡワイヤ１
と放電用の電極２とに夫々高電圧源３の負電位と正電位
を加え、かつＡ１ワイヤ先端をＡｒガス雰囲気に保った
状態で両者間に放電アークを発生さゼてＡ！のボールを
形成したところ、形成されたボールの真球度は悪くかつ
ボール直上のネック部にくびれが生じた。このため、こ
のような状態でワイヤボンディングを行なうと圧着さｎ
たボールの円形状か悪くかつ正しい位置へのボンディン
グが困難になると共に前述したくびれの部分から断線さ
れ易くなり、結果的にボンディングの信頼性が低下する
ことになる。
このように、ｌｔワイヤのボールの真球度が悪くかつく
びれが生ずる原因としては、Ａ！ワイヤの表面に形成さ
れているアルミナ（Ａａ、０．）が、リワイヤの溶融お
よびボール形成の障害になること、また、放電アークが
Ａ−６ワイヤの先端近傍に広がってエネルギ分散が生じ
てしまうこと等が大きな原因になると考えられている。
したがって本発明の目的は、前記した問題点を解決する
ことにある。前記目的ン達成するの本発明の要旨は、半
導体ペレット、インナーリード、前記ペレット表面のパ
ッドと前記インナーリードとを接続するワイヤ、前記ペ
レット、インナーリード、パッド、インナーリードのワ
イヤ接続部とを封止するレジンモールド部からなる半導
体装置であって、前記ワイヤは酸化されＪＰ″′ｆいワ
イヤかうなり、このワイヤはその先端に形成されたボー
ルを介して、前記パッドに接続されて成り、前記ワイヤ
先端のボールはワイヤを陽極に、そｎと対向する電極を
陽極とし、これらワイヤ先端と電極間を還元性雰囲気に
保ちながら前記ワイヤ先端とｔｍ間を放電させることよ
り形成されるものであることを特徴とする半導体装置に
ある。
以下、本発明を図示の実施例により説明する。
第２図は本発明の半導体装置を製造するためのワイヤボ
ンダの要部の構成図であり、ＸＹテーブル１０上に搭載
したボンディングヘッド１１にはボンディングアーム１
２をその基端において枢支し、キャピラリ１３を固設し
た先端を図外のカムａ！恒によって上下に揺動できるよ
うにしている。
前記ボンディングアーム１２の上側には、例えば電磁ソ
レノイド１４にて作動さｎる一対のクランパアーム１５
．１６Ｖ設置し、これらアーム１５゜１６の各先端を前
記キャピラリ１３の直上位置に配設してクランパ１７を
形成している。１は人！ワイヤであり、図外のスプール
から引き出され、ガイド１８を挿通した後はクランパ１
７間を通ってキャピラリ１３に挿通される。なお、ワイ
ヤとしては、ＡＪワイヤに限定されずＳｉ入りＡ！など
の酸化しやすい金属ワイヤであってもよいことは勿論で
ある。
一万、１９はボンディングステージであり、被ボンデイ
ング体としての半導体構体２０を載置し、前記キャピラ
リ１３の上下動によってリードフレーム２１と素子ペレ
ット２２との間にＡ！ワイヤ１を接続させる。
更Ｋ、２３は放電電極部であり、前記キャピラリ１３の
近傍に独立して設けている。この放電電極部２３は、第
３図および第４図に合わせて示すように、全体な略り字
状に形成した中空の電極２４を有し、その上側の端部に
一体的に設けた枢軸２５を装置固定部の軸受２６に軸支
させることにより、電極２４全体を図示矢印方向に揺動
でき、これにより電極２４の下側部２４ａを前記キャピ
ラリ１３０下方位置、つまりＡＡワイヤ１の先端の直下
位置とキャピラリ１３の側方位ｆｔ（退避位置）との間
で移動させることができる。この場合、前記枢軸２５の
一部にクランク２７を形成し、このクランク２７と新た
に設けた電磁ソレノイドあとを連結杆２９にて連結する
ことにより、ソレノイド２８の往復移動を電極２４の前
記した揺動に変化できる。更に、前記電極２４の下側部
２４ａ上面には複数個の透孔３０を形成してその中空内
部と連通させると共に、この下側部２４ａを包囲するよ
うにして円筒状のカバー３１を取着している。このカバ
ー３１は上側一部に略円周の４分の１の切欠き３２を形
成し、電極２４が下動したときにＡ！ワイヤ１の先端が
この切欠き３２を通してカバー３１内に侵入位置される
ようにしている。
一方、前記電極２４０基端には中空内部に連通するチェ
ーブ３３を連設し、このチェーブ３３を通して前記電極
２４内に後述するガスを供給する。
また、この電極２４と前記クランパ１７との間には、図
示のような電源回路３４を接続し、これによりクランパ
１７、即ちこれに導通されるＡ１ワイヤ１を陽極とする
と共に電極２４を陰極とし、電極２４からＡ、８ワイヤ
１に向って放電アークを生成させるようにしている。
そして、前記したガスとして還元作用のあるガス、例え
ばＨ，、ＣＯ、Ｎｔ　Ｏ，ＣＨ４等のガスを使用し、こ
れらのガスを電極２４の下側部２４ａの透孔３０からカ
バー３１内に噴出させ、カバー内つまり電極２４とＡ！
ワイヤ１との間を還元性ガス雰囲気に保つようにしてい
るのである。
以上の構成によれば、最初に電磁ソレノイド２８の伸長
作用によってクランク２７および枢軸２５を揺動″ｆｒ
′Ｌば、電極下側部２４ａは下方へ揺動してＡ！ワイヤ
１の直下位置に揺動位置され、Ａ！ワイヤ１の先端をカ
バー３１内に侵入させる。そして、電極２４の中空内部
７通して透孔３０から噴出された還元性ガスにより、カ
バー３１内、つまりＡＪ３ワイヤ１と電極２４との間を
還元性ガス雰囲気に保持した上でｍｓ回路３４をオン作
動丁ｎば、Ａノワイヤ１と電極２４との間で放電アーク
が発生し、このアークのエネルギによって人！ワイヤ１
先端が溶融してボールが形成さすることＫなる。このと
き、本例ではＡＩ３ワイヤ１は還元性ガス雰囲気でボー
ル形成が行なわれるため、ＡＡワイヤ表面にアルミナが
形成さｎることな（、又Ａ６ワイヤ表面にアルミナが形
成されていても、そのアルミナが還元されてアルミニク
ムとなり、この状態で溶融されるので、Ａ！ワイヤ先端
は内部および表面の全体が均一に溶融されることになり
、したかって均一な表面張力が発生して真球度の筒いボ
ールが形成されることになるのである。
また、このとき生成される放電アークは、Ａ２ワイヤと
電極の極性に基づき、電極２４からＡＪワイヤ１に向か
って生ずるので、所謂クリーニング作用（アークがＡ！
ワイヤ表面の新しい配化膜を求めて走り回る現象、ＡＡ
ワイヤ先端からその近傍の広い範囲にわたってアークが
生じる作用）が生じることはな（、これによりＡ！ワイ
ヤのボール形成箇所以外に熱の影響をおよぼすことはな
い。したがって、ボール直上部にくびれを生成させるこ
ともない。
ボールの形成後は、電磁ソレノイド２８の短縮によって
枢軸２５および電極２４は上方へ向かって揺動され、電
極下側ｆＲｓ２４ａはＡＪワイヤ１の直下位置から退避
される。したがって、ボンディングアーム１２の揺動に
伴なってキャピラリ１３を下動させｎば、Ａ！ワイヤ１
を牛導体構体２０σ）ペレット２２上に熱圧着させるこ
とができるのであり、形成したボールの真球度の向上に
よって信頼性の高いワイヤポンディングを行なうことが
できるのである。
次に不発明の牛導体装置を製造するためのワイヤボンダ
の他の例を説明する。他の例は電極２４内に供給するガ
スとして、前例の還元性ガスに加えてサーマルピンチ作
用のあるガスを添加したガスを使用する点に特徴を有す
る。この種のガスとしてはＨｚ　、Ｈｅ　、ＣＨ４，Ｎ
、等があり、このガスがＡ！ワイヤ１と電極２４との間
の雰囲気中に存在てれは、放電アークがＡ！ワイヤ１の
先端部に集中するという所謂サーマルピンチ作用が得ら
れ、これにより放電エネルギがＡ！ワイヤ先漏に集中し
てボール形成に有効に利用され、真球度の向上と共に省
エネルギの点でも有効である。なお、このサーマルピン
チ作用はＡ！ワイヤと電極の極性に拘らず発生するので
、電源回路３４が図示のものに限定されることはない。
また、ガスにＨ２，ＣＨ４，ＣＯ’Ｙ便用ｊｎば、Ｈ，
、ＣＨ４。
ＣＯは両方の作用を有しているので単独で両方の効果を
得ることができる。
以上のようにして形成された不発明の半導体装置の一例
を第５図に示す。この半導体装置４０はリードフレーム
２１上にペレット２２をＡ　ｕ　−８ｉ共晶４１等にて
固着した上で、人！ワイヤＩＫてペレット２２のパッド
４２とリードフレーム２１のインナリード４３をワイヤ
接続し、レジン４４にてモールド封止している。Ａ！ワ
イヤｌは前述のようにボール形成した上で熱圧着により
接続を行なう。また、Ａ！ワイヤ１とインナリード４３
との接続を良好なものＫするためにインナリード４３の
表面ＫＡｇまたはＡｕのめっき層４５を形成している。
このよ５な半導体装置では、Ａｇワイヤに代えてＡ、８
ワイヤを使用するので低価格に製作できる。
また、熱圧着法を用いているのでボンディングの方向性
がなく、ワイヤボンダの構成（特にボンディングステー
ジやボンディングヘッドの構成）を簡単化することがで
き、かつボンディングスピードが向上できる。また、ボ
ールの真球度が向上したことにより、ボンディングの信
頼性を向上することもできる。
ここで、電極部２３の構成としては、第６図ないし第８
図に示すような構成としてもよい。第６図のものは、電
極２４の下側部２４ａに取着てるカバー３１Ａの一端を
開放する一方、カバー３１Ａの一部にガス供給口３５を
形成し、この供給口３５を通してカバー３１Ａ内にガス
を満たそうとするものであり、Ａ！ワイヤ１の先端にガ
スを吹きかける方式である。第７図のものは、カバー３
１Ｂの両端を閉塞する点では第３図のものと同時である
が、ガス供給口３６をカバー３１Ｂに直接設けてガスを
切欠部３２へ向けて直接的に直流させ、人！ワイヤｌの
近傍でガスを噴き上げるようＫした方式である。第８図
のものは、前述の各側のものとは全く異なりキャピラリ
１３の外周にカバー３７を一体に取着し、キャピラリ１
３とカバー３７との間にガスを供給することＫより、ガ
スをカバー３７の下端開口３８からＡ２ワイヤ１の先端
に吹き下げるようにした方式である。
これらの各側においても、Ａ！ワイヤの先端を所定のガ
ス雰囲気に保持てる点では全て共通しており、このガス
に還元性ガスを使用すること、または還元性ガスとサー
マルピンチ作用のあるガスとの混合ガスを使用すること
は必要に応じて遇択できる。
なお、本発明においては、放電用電源の電圧。
電流２時間等の電気的要因やＡ乃ワイヤと電極との距離
等の機械的要因、更にはガス濃度等の化学的要因等によ
ってポールの真球度やその寸法等に若干の影響を受ける
ことがあり、これらの要因は要求されるボールの寸法等
に合わせて適宜設定す、ることか肝要である。因みに、
Ｈ，濃度変化によ　γるボール径／ワイヤ径の特性変化
を第９図に示す。
この特性はＮ、ガス中に含まれるＨ！濃度で示しており
、Ｈ１濃度が高い程ボールが真球に近づ（ことがわかる
。したがって、Ｈ１消費量をコスト等を比較した上で満
足できるポールの得られるＨ２濃度に設定すればよい。
以上のように不発明の半導体装置によれば、ワイヤと電
極との間、更に言えばワイヤ先端の雰囲気を還元性雰囲
気に保って両者間に放電アークを生成せしめるよう構成
し、更にサーマルピンチ作用が生ずるようなガス雰囲気
に保つように構成して、Ａ１などの酸化容易な金属製ワ
イヤ先端に真球度の良いボールを形成し、このポールを
介してペレットのパッドに前記ワイヤを接続するため、
ワイヤボンディングの信頼性を向上すると共にワイヤの
くびれを防止した半導体装置を形成することができる。
更にワイヤを陽極に電極を陰極とすることにより前述し
た真球度やくびれを更に向上した半導体装置を得ること
ができる。
【図面の簡単な説明】 第１図は従来装置の一部の概略構成図、第２図は不発明
の牛導体装置暑製造するためσ）ワイヤポンダの一部の
正面図、第３図はその要部の拡大斜視図、第４図は第３
図のＡ−Ａ線断面図、第５図は本発明の半導体装置の断
面図、第６図ないし第８図は第２図に示すワイヤボンダ
の夫々異なる変形例を示す斜視図および正面断面図、第
９図はＨ７濃度とボール形状の関係を示す特性図である
。 １・・・人！ワイヤ、１０・・・ＸＹテーブル、１１・
・・ボンディングヘッド、１２・・・ボンディングアー
ム、１３・・・キャピラリ、１７・・・クランパ、１９
・・・ボンディングステージ、２０・・・半導体構体、
２１・・・リードフレーム、２２・・・ベレット、２３
・・・放電電極部、２４・・・電極、２４ａ・・・下側
部、３０・・・透孔、３１．３１Ａ、３１Ｂ・・・カバ
ー、３２・・・切欠き、３４・・・電源、３５．３６・
・・供給口、３７・・・カバー、４０　°゛°半導体装
置、４２・・・パッド、４３・・・インナリード、４４
・・・レジン。 第　　１　　図 第３図 、？４ 第４図 り４ 第５図 第　　６　　図　　　　　　　　第　　７　図り４ 第８図 ０１２ダ−

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. １、半導体ペレット、インナーリード、前記ペレット表
    面のパッドと前記インナーリードとを接続するワイヤ、
    前記ペレット、インナーリード、パッド、インナーリー
    ドのワイヤ接続部とを封止するレジンモールド部からな
    る半導体装置であつて、前記ワイヤは酸化されやすいワ
    イヤからなり、このワイヤはその先端に形成されたボー
    ルを介して、前記パッドに接続されて成り、前記ワイヤ
    先端のボールはワイヤを陽極に、それと対向する電極を
    陰極とし、これらワイヤ先端と電極間を還元性雰囲気に
    保ちながら前記ワイヤ先端と電極間を放電させることよ
    り形成されるものであることを特徴とする半導体装置。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100712159B1 (ko) * 2004-06-10 2007-04-30 산요덴키가부시키가이샤 반도체 장치 및 그 제조 방법

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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5440570A (en) * 1977-07-26 1979-03-30 Welding Inst Method of bonding high voltage aluminum ball
JPS55123198A (en) * 1979-03-16 1980-09-22 Tokyo Shibaura Electric Co Method of forming ball of aluminum wire end

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