JPH0249447A - 半導体装置とその製造方法 - Google Patents

半導体装置とその製造方法

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JPH0249447A
JPH0249447A JP1124341A JP12434189A JPH0249447A JP H0249447 A JPH0249447 A JP H0249447A JP 1124341 A JP1124341 A JP 1124341A JP 12434189 A JP12434189 A JP 12434189A JP H0249447 A JPH0249447 A JP H0249447A
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JP
Japan
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wire
resin
semiconductor device
ball
semiconductor
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JP1124341A
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English (en)
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Makoto Kitano
誠 北野
Chikako Kitabayashi
北林　千加子
Asao Nishimura
西村　朝雄
Hideo Miura
英生 三浦
Akihiro Yaguchi
昭弘 矢口
Sueo Kawai
末男 河合
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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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、樹脂封止型半導体装置の構造に係り。
特にワイヤの熱疲労破壊を防止するのに好適なワイヤ形
状に関する。
〔従来の技術〕
樹脂封止型半導体装置は、素子、リードフレーム中素子
を搭載する部分（通称タブともいう）、リードフレーム
におけるリードの部分、素子とリードを電気的に接続す
るワイヤ、およびこれらを封止する樹脂より構成されて
いる。この半導体装置において、構成部材の線膨張係数
はそれぞれ異なっており、例えば素子の線膨張係数は３
Ｘ１０−８（１／”Ｃ）　、樹脂の線膨張係数は２０Ｘ
１０−’（１／”Ｃ）程度である。この線膨張係数の差
により、半導体装置に温度変化が生じた場合、各部材に
熱応力が生じる。ワイヤにおいては、繰り返しの温度変
化により、繰り返しの熱応力が生じ、熱疲労破壊を生じ
ることがある。後述するように、特にワイヤと樹脂の間
にすベリが生じた場合には。
ワイヤの応力は大きくなり、熱疲労破壊を生じやすくな
る。
このような熱疲労破壊を招くワイヤと樹脂のすベリを防
止する従来の技術として、ワイヤの表面を金属酸化物被
膜で蹟い、樹脂との接着性を向上させる方法が特開昭６
１−１５２０３０号公報に記載されている。
また、目的は異なるが、ワイヤとして撚り合わせた複数
の細線を用い、複数細線にて形成される凹凸部に樹脂を
くい込ませることにより、ワイヤと樹脂のすべりを防止
する技術が特開昭６１−１０１０３８号公報に記載され
ている。
〔発明が解決しようとする課題〕
上記従来技術のうち、ワイヤ表示を金属酸化物被膜で覆
う方法は、例えば銅ワイヤなど、酸化する金属にのみ適
用可能であり、一般に用いられている金ワイヤには適用
できない、さらに、酸化物被膜と樹脂との接着性は、ワ
イヤと樹脂のすベリを防止する上で必ずしも十分ではな
い。
ワイヤとして撚線を用いる方法は、撚線自体の製造が困
難であり、またボンディング装置にも特別な配慮を必要
とするため、実用化に至っていない。
本発明の目的は、現状の技術で容易に達成できるワイヤ
と樹脂のすベリ防止方法を提供し、ワイヤの熱疲労破壊
を防止することにある。
〔課題を解決するための手段〕
上記目的は、ワイヤの熱疲労破壊が生じる素子ボンディ
ング部近傍部分の表面にワイヤの長さ方向に連続した凹
凸をワイヤ表面に設け、この部分に樹脂をくい込ませ、
ワイヤと樹脂のすべりを防止することにより、達成され
る。
すなわち本発明の半導体装置は、半導体素子の複数箇所
とリードフレームの複数箇所とを夫々ワイヤにより電気
的に接続し、これらの要素を樹脂にて封止するタイムの
半導体装置であって、前記各ワイヤの前記半導体素子へ
の接続側の一部が凹凸表面であることを特徴とする。
凹凸形状は例えばデインプルである。
ワイヤ材は金線の場合特に効果がある。
前記ワイヤの半導体素子への接続部はボールになってお
り、前記ワイヤの凹凸面はこのボールの上端から少なく
とも０．２ｍ以上施こされていることが望ましい、また
、前記凹凸面の深さはワイヤ径の８〜１２％であること
が好ましい。
尚、本発明を応用して、クランプ面に凹凸を有するワイ
ヤのクランプ装置を設け、この凹凸をワイヤ表面に転写
し、ワイヤの素子にボンディングされた部分近傍に必ず
転写された凹凸部分が送られるようにすることが好まし
い、また、素子にボンディングされた部分の近傍のワイ
ヤが表面に凹凸を有することが好ましい。
すなわち本発明の半導体装置の製造方法は、半導体素子
とリードフレームとを位置合わせをし、しかる後半導体
素子とリードフレームとの間にワイヤを配線し、これら
の要素を封止用樹脂にて刺止する手順によるものであり
、前記ワイヤ配線の段階を工夫したものである。つまり
このワイヤ配線の段階は、ワイヤの一部をクランプして
ワイヤ表面の一部に凹凸加工を施こし、ワイヤにおける
凹凸加工部位よりも先端を加熱してポール状にし。
該ポールを半導体素子上面の所定箇所に接着させ、次い
でこのワイヤをリードフレームの所定位置まで引いてき
て、当該位置にてワイヤの一部を圧着し、以上の各工程
を一回乃至複数回組み合おせてなることを特徴とする。
〔作用〕
ワイヤはポールボンディング部分で素子に接合され、樹
脂により封止されている。この半導体装置を加熱すると
、ワイヤには伸びの熱ひずみが生じる。ワイヤと樹脂の
すベリがなければ、ワイヤの伸び変形は均等に分布する
ため、大きな値にならない、ところが、ワイヤと樹脂の
間にはく雌部分が生じると、ワイヤの熱ひずみは均等に
分布せず、ポールボンディング部の近傍に集中する。こ
の理由は、以下のように考えられる。
ワイヤを素子にボンディングする際に、まずワイヤの先
端を電気トーチ等で溶融し、ポールを作る。従って、ポ
ール近傍のワイヤは、高温に加熱されるため、結晶粒径
が粗大化し、降伏応力が低下する。２５０℃以上に加熱
すると、降伏応力は約１７２に低下する。このような状
態のワイヤの上部に変位を与えると、降伏応力に低いポ
ールボンディング部分直上の部分のワイヤにひずみが集
中する。
従って、ワイヤと樹脂にすべりが生じた半導体装置は、
繰り返しの温度変化に対してワイヤの一部分に大きな繰
り返しの熱ひずみが生じるので。
ワイヤの熱疲労破壊が生じ易い。
本発明によるワイヤは、ポールボンディング部近傍のワ
イヤ表面に凹凸が設けであるため、樹脂が凹部にくい込
み、樹脂の熱変形によりワイヤに生じるひずみが均等に
分布するため、ワイヤのひずみ集中が生じず、従って熱
疲労破壊しない。
〔実施例〕
以下、本発明の実施例を図を用いて説明する。
樹脂封止型半導体装置のワイヤ付近の構造を第１１図に
示す、金製のワイヤ１はポールボンディング部分１ａで
半導体素子２に接合され、樹脂５により封止されている
。この半導体装置を加熱すると、ワイヤ１には伸びの熱
ひずみが生じる。ワイヤと樹脂のすべりがなければ、ワ
イヤの伸び変形は均等に分布するため、大きな値になら
ない。
ところが、第１２ｗＪのようにワイヤ１と樹脂５の間に
はく雌部分１２が生じると、ワイヤの熱ひずみは均等に
分布せず、ポールボンディング部１ａの近傍１１に集中
する。この理由は、以下のように考えられる。
ワイヤを素子にボンディングする際に、まずワイヤの先
端を電気トーチ等で溶融し、ポールを作る。従って、ボ
ール近傍のワイヤは、高温に加熱されるため、結晶粒径
が粗大化し、降伏応力が低下する。加熱温度と降伏応力
の関係を実験により求めた結果を第１３図に示す、２５
０℃以上に加熱すると、降伏応力は約１７２に低下する
。このような状態のワイヤの上部に変位を与えると、降
伏応力の低いポールボンディング部分直上の部分のワイ
ヤにひずみが集中する。
従って、第１２図のよように、ワイヤと樹脂にすべりが
生じた半導体装置は、繰り返しの温度変化に対してワイ
ヤの一部分に大きな繰り返しの熱ひずみが生じるので、
ワイヤの熱疲労破壊が生じ易い。
第１図は１本発明の第１実施例による樹脂封止型半導体
装置のワイヤ部分の断面図を示す、各ワイヤ１は、タブ
３に搭載された素子２の電極とり−ド４に接続され、＃
Ｉ脂５によりこれらの部材が封止されている。各ワイヤ
１のポールボンディング部分１ａの直上部分（ポールの
上端が所定距離にあるワイヤ表面）は、凹凸１ｂが設け
られ、目部分に樹脂５がくい込んでいるため、たとえワ
イヤ１と樹脂５がはく離しても、互いにすべることがな
い、このため、樹脂５の熱変形によるワイヤ１のひずみ
が均等に分布するため、ひずみ集中が起こらず、ワイヤ
１の熱疲労破壊が回避される。
尚１本例ではポールボンディングの高さは約０．０５■
、凹凸の施こされたワイヤの距離は約０．２ｍ　となっ
ている、ワイヤの太さは２５〜３２ｍである。ワイヤ材
質は金である。
本発明によるワイヤは、第１図に示すように、ポールボ
ンディング部１ａ近傍のワイヤ表面に凹凸１ｂが設けで
あるため、樹脂５が凹部にくい込み、樹脂５の熱変形に
よりワイヤｌに生じるひずみが均等に分布するため、ワ
イヤ１のひずみ集中が生じず、従って熱疲労破壊しない
。ゆえに封止樹脂に耐熱性のレジンを用いてもワイヤの
断線という事故を未然に防ぐことが可能となる。
第２図は１本発明の第２実施例によるワイヤを示し、ワ
イヤ↓の表面に−様なデインプル６が設けられており、
このワイヤを用いた樹脂封止型半導体装置では、デイン
プル６の内部に樹脂がくい込むため、ワイヤの熱疲労破
壊が回避される。
第３図は、本発明の第３実施例によるワイヤを示し、ワ
イヤ１の表面の一部にデインプル６が設けられている１
本実施例のように、対向する面のみにデインプルを設け
たワイヤは、半球状の突起を有する２本のロールでワイ
ヤを線引きするだけでデインプル６を形成することがで
きるので、製造方法が容易である。また、樹脂のくい込
み効果は十分であるので、第２実施例と同様の理由によ
りワイヤの熱疲労破壊を防止することができる。
第４図は、本発明の第４実施例によるワイヤを示し、ワ
イヤｌの表面の一部に溝７が設けられている０本実施例
によるワイヤも第３実施例と同様に製造が容易である。
なお、この溝７は、ワイヤ表面全周にわたり設けてもよ
く、また、ねじのような形状でもよい６ 第５図は１本発明の第５実施例によるワイヤボンディン
グ装置を示す、ワイヤ１の先端にボール１ｃが作られ、
素子２の電極１０にボンディングされる。キャピラリ８
の中のボール直上のワイヤは、クランプ９のクランプ面
９ａにより、凹凸部分１ｂが設けられている。ボール上
部からクランプ面の凹凸部下部までのワイヤに沿った長
さａは。
半導体素子に接合したワイヤの長さとボール形成に必要
なワイヤの長さの和に等しいかあるいはその整数倍にな
るようにクランプ９を第５図の上下方向に調整する。従
って、ボール直上のワイヤには常に凹凸部分が設けられ
、第１実施例のような半導体装置を得ることができる。
この第５図の実施例を用いてデインプル加工をワイヤに
施こすと、ワイヤ表面は第６図のようになる。つまりク
ランプされて作られた各くぼみの周囲には自然にふくら
みが形成され、結果的に凹凸が形成される。
第７図から第１０図までに上記例示装置による半導体装
置の組立て工程を順次説明する。
第７図：先ずクランプにて凹凸形成されたワイヤの先端
を加熱してボール状にし、チップ２の電極（パッド）１
０にこのボール１ｏを接合する。
ボール１ｃの位置はキャピラリ８の移動で決められる。
ワイヤには図中ではボール直上の凹凸１ｂ−１と、ワイ
ヤの途中の凹凸１ｂ−２とがある。
凹凸１ｂ−１はチップ上に残される。
第８図：次にワイヤ１はキャピラリ８の移動にてリード
４まで引かれ、これに伴って凹凸１ｂ−２が次の半導体
チップ上への接続の為にキャピラリ８まで降りてくる。
ワイヤ１はリード４と圧着されて接合される。
第９図：ワイヤｌは圧着後に切断される。一方新たな凹
凸１ｂ−３がクランプ９によって形成される。クランプ
９はワイヤ１をはさみ込んで上に引っばるように動作す
る。凹凸１ｂ−２はキャピラリ８内に把持されており、
その先端は凹凸加工されていない部分である。
第１０図：凹凸１ｂ−２よりも先端のワイヤを電気トー
チ１３で加熱してボール１ｃを形成する。
凹凸１ｂ−２及びボール１ｃはキャピラリ８の移動によ
ってＦＩｏ、７の過程に移動する。
本実施例のワイヤボンディング装置を用いることにより
、通常のワイヤを用いてもワイヤの熱疲労破壊を防止す
ることができる。なお、凹凸部分１ｂがワイヤ全面にわ
たって形成されるようにクランプ９を長くしても良い、
さらに、クランプ９は、通常のワイヤボンディング装置
に用いているクランプを代用してもよい、また、凹凸部
分の形状を制御するため、複数のクランプを用いてもよ
動電。
この凹凸部位をどの範囲にすべきかについて第１４図を
用いて説明する０図において１４は金の結晶粒である。
凹凸１ｂは範囲はボール１ｃから０．２ｍｍ以上あるこ
とが望ましい、これは図中の特性図から明らかなように
ボール１ｃ上端からの距離が０．２ｍｍ　を越えるとボ
ール形成時の加熱の影響がなくなり、降伏応力がほぼ一
定値でしかも高くなるからである。
また凹凸の深さはワイヤ径に対して８〜１２％が好まい
０本発明が実験的に確認したところではワイヤのすべり
を止めるには８％以上が望ましく。
一方１２％を越えるとかえって断線を引き越こすことも
あるからである。
〔発明の効果〕
本発明によれば、樹脂封止形半導体装置に用いられるワ
イヤの熱疲労破壊を防ぐことができるので、半導体装置
の信頼性が向上する効果がある。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明の第１実施例による樹脂封止型半導体装
置の部分断面図、第２図、第３図、第４図は夫々本発明
の他の実施例によるワイヤの斜視図、第５図は本発明の
更に他の実施例によるワイヤボンディング装置の断面図
、第６図は第５図の例示装置にて形成されたワイヤ表面
形状の模式図、第７ＦＭ、第８図、第９図、第１０図は
順次本発明の第５図の実施例装置で配線する工程を示す
説明図、第１１図、第１２Ｎは夫々ワイヤの熱疲労破壊
メカニズムの説明をする半導体装置の部分断面図、第１
３図はワイヤの加熱温度と降伏応力の関係を示す特性図
、第１４図はワイヤの半導体素子上の距離（ボール上端
からの高さ）と降伏応力との関係を示す特性図である。 １・・・ワイヤ、１ａ・・・ワイヤのボールボンディン
グ部分、１ｂ・・・ワイヤの凹凸部分、１ｃ・・・ワイ
ヤのボール、２・・・素子、３・・・タブ、４・・・リ
ード、５・・・樹脂、６・・・デインプル、７・・・溝
、８・・・キャピラリ。 ９・・・クランプ、９ａ・・・クランプの凹凸面、１０
・・・素子の電極、１１・・・ワイヤのひずみ集中部分
。 １２・・・ワイヤと樹脂のはく雌部分。 第　５″口 第 ■ 第 記 第 同 第 図 第 記 力ロ熱　温度 °Ｃ

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 １、半導体素子の複数箇所と、リードフレームの複数箇
    所とを夫々ワイヤにより電気的に接続し、これらの要考
    を樹脂にて封止するタイプの半導体装置において、前記
    各ワイヤの前記半導体素子への接続側の一部分が凹凸表
    面であることを特徴とする半導体装置。 ２、前記ワイヤが全線であることを特徴とする請求項１
    記載の半導体装置。 ３、前記凹凸表面はデインプル加工で形成されているこ
    とを特徴とする請求項１又は２記載の半導体装置。 ４、前記ワイヤの半導体素子への接続部はボールになつ
    ており、前記ワイヤの凹凸面はこのボールの上端から少
    なくとも０．２ｍｍ以上施こされていることを特徴とす
    る請求項１又は２記載の半導体装置。 ５、前記凹凸面の深さはワイヤ径の８〜１２％であるこ
    とを特徴とする請求項１又は２記載の半導体装置。 ６、半導体素子とリードフレームとを位置合わせし、し
    かる後半導体素子とリードフレームとの間にワイヤを配
    線し、これらの要素を樹脂で封止する半導体装置の製造
    方法において、前記ワイヤ配線の段階は、前記ワイヤの
    一部をクランプしてワイヤ表面の一部に凹凸加工を施こ
    し、ワイヤにおける凹凸加工部位よりも先端を加熱して
    ボール状にし、該ボールを半導体素子上面の所定箇所に
    接着させ、次いでこのワイヤをリードフレームの所定位
    置まで引いてきて当該位置にてワイヤの一部を圧着し、
    以上の各工程を一回乃至複数回組み合わせてなることを
    特徴とする半導体装置の製造方法。 ７、半導体装置の素子とリードを電気的に接続するため
    のワイヤであつて、ワイヤの長さ方向に連続した凹凸を
    ワイヤ表面に設けたことを特徴とする半導体装置用ワイ
    ヤ。 ８、前記凹凸面の深さはワイヤ径の８〜１２％であるこ
    とを特徴とする請求項７記載の半導体装置用ワイヤ。
JP1124341A 1988-05-20 1989-05-19 半導体装置とその製造方法 Pending JPH0249447A (ja)

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