JPH04241432A - 半導体チップと、これが搭載される基板との間のワイヤボンディング構造 - Google Patents

半導体チップと、これが搭載される基板との間のワイヤボンディング構造

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JPH04241432A
JPH04241432A JP3014710A JP1471091A JPH04241432A JP H04241432 A JPH04241432 A JP H04241432A JP 3014710 A JP3014710 A JP 3014710A JP 1471091 A JP1471091 A JP 1471091A JP H04241432 A JPH04241432 A JP H04241432A
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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】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、半導体チップと、こ
れが搭載される基板との間のワイヤボンディング構造に
関し、詳しくは、半導体装置の製造過程において、リー
ドフレームの内部リードと、半導体チップとの間のワイ
ヤボンディング構造、あるいは、回路基板上に半導体チ
ップを直接搭載する場合において、この半導体チップと
、上記回路基板上の所定部位間のワイヤボンディング構
造に関する。
【0002】
【従来の技術およびその問題点】半導体チップ上のボン
ディングパッドと、リードフレームの内部リード、ある
いは、基板上の回路パターンとの間のワイヤによる電気
的な接続は、キャピラリを用いた熱圧着ボンディングに
よって行われていることがよく知られたところである。
【0003】この熱圧着ボンディングは、まず、キャピ
ラリのガイド孔から導出したワイヤの先端に、水素トー
チ等による加熱によって溶融ボールを形成し、この溶融
ボールを、ワイヤリングするべき第一の部位にキャピラ
リの先端によって圧し付ける一方(この第一の部位に溶
融ボールを圧し付けることによる接続を、通常、ファー
ストボンディングという)、キャピラリを、ワイヤリン
グするべき第二の部位に移動させるとともに、このキャ
ピラリの先端部によって、ワイヤを上記第二の部位に圧
し付ける(このようにして第二の部位にワイヤをキャピ
ラリによって圧し付けることにより接続することを、通
常、セカンドボンディングという)という手法により行
われるものである。
【0004】本願の図11に示されるように、ファース
トボンディングされる部位においては、キャピラリの先
端に導出されたワイヤの先端の溶融ボールを、キャピラ
リによって圧し付けるため、上記溶融ボールが釘の頭の
ように圧し潰された形態で第一の部位に接着され、この
釘の頭部のごとき部位からほぼ垂直状にワイヤが延びる
ようになる。一方、セカンドボンディングされる部位に
おいては、同じく図11に示すように、ワイヤの一端が
、第二の部位に沿わされるようにしてこれが圧し潰され
たような形態となる。このような形態から、セカンドボ
ンディングのことを、特に、「スティッチ方式」のボン
ディングということもある。
【0005】従来は、上記熱圧着ボンディングにおいて
、ファーストボンディングを半導体チップ上のボンディ
ングパッドに対して行い、セカンドボンディングをリー
ドフレームの内部リードあるいは回路基板状のパターン
に対して行うのが通常であった。かかるワイヤボンディ
ングが施されたのちは、半導体チップおよびワイヤの保
護のため、たとえばシリコーン樹脂等の比較的軟質の樹
脂によって図11に示すごとくコーティングされる。
【0006】ところで、半導体装置の分野においては、
その高集積化が進み、一方、こうした半導体装置を搭載
するたとえばサーマルプリントヘッドにおいても、その
解像度の細密化が進み、その結果、半導体チップ上に設
けられるべきボンディングパッド間のピッチおよび回路
基板上に設けられる配線パターンの端子間ピッチを小さ
くせざるをえない状況にある。このような状況のもとで
、従来のように、ファーストボンディングをチップ上の
ボンディングパッドに対して行い、セカンドボンディン
グを回路基板上のパターンに対して行うという手法を採
用すると、次のような問題が生じるにいたっている。
【0007】すなわち、上述のように、縮小された半導
体チップ上のボンディングパッド間ピッチおよび回路基
板上の端子間ピッチに対応して、半導体チップと基板と
の間をワイヤボンディングするために、ワイヤそのもの
の径を小さくせざるをえない。そうすると、ファースト
ボンディング部位からセカンドボンディング部位にいた
る間においてループを描くワイヤの保形性が低下するた
め、特にセカンドボンディング部位においてワイヤの一
部が基板に接触するワイヤだれが生じる懸念がある。そ
のために、図12に示されているように、上記ワイヤだ
れがたとえ発生したとしても、ワイヤショート等の不具
合の発生を回避するべく、基板上のパターンの形状を、
平面視において上記ワイヤの延びる方向に細長いものと
し、セカンドボンディング位置を、このような細長い形
状の基板パターンの、半導体チップから、より遠い部位
に設定するという対策を講じざるをえないのである。
【0008】上記に述べたことから、図11および図1
2からも明らかなように、ワイヤボンディングエリア、
すなわち、半導体チップから、基板上のパターンセカン
ドボンディング部までの最大距離が長くならざるをえず
、このことは、基板上の回路の集積化を阻害するととも
に、半導体チップおよび上述のようにボンディングされ
たワイヤを含むワイヤボンディンエリア全体を封止する
べく樹脂の量が多くなり、コストアップにつながるとい
う問題がある。
【0009】また、ファーストボンディングを半導体チ
ップ上のボンディングパッドに対して行い、セカンドボ
ンディングを基板のパターン上に対して行うという従来
のワイヤボンディング方法において一般的に言える問題
点として、基板から所定高さ位置にある半導体チップの
表面からさらに、ファーストボンディング部から延びる
ワイヤが上方に向けてループを描くことになるため、か
かるワイヤ全体を封止するための樹脂封止高さが比較的
高くなり、多くの封止用樹脂を必要とするという問題が
ある。
【0010】この発明は、上述の事情のもとで考えださ
れたものであって、半導体チップのボンディングパッド
と、基板等のパターンとの間をワイヤボンディングによ
って電気的に接続する場合において、ワイヤの径を小さ
くして、半導体チップないしはこれが搭載される回路基
板の高集積化に対応したとしても、従来のように、ワイ
ヤボンディングエリアが拡大するということはなく、し
かも、樹脂封止高さをも従来に比較して低くすることが
できるようにすることをその課題とする。
【0011】
【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
め、本願発明では、次の技術的手段を講じている。すな
わち、本願発明は、基板上の配線パターンと、この基板
に搭載される半導体チップ上のボンディングパッド間の
ワイヤボンディング構造であって、上記基板上の配線パ
ターンとワイヤとの間を、ワイヤの先端に溶融形成した
ボールを圧し付けるファーストボンディングにより接続
し、ワイヤと半導体チップ上のボンディングパッドとの
間を、上記ワイヤをキャピラリによって上記ボンディン
グパッドに圧し付けるセカンドボンディングにより接続
したことを特徴とする。
【0012】
【発明の作用および効果】本願発明においては、ファー
ストボンディング部と、セカンドボンディング部とが、
従来とは全く逆にしてある。すなわち、ワイヤの先端の
溶融ボールを圧し付けることによるファーストボンディ
ングを、基板上の配線パターンに対して行い、セカンド
ボンディング(スティッチ方式のボンディング)を、上
記基板に搭載された半導体チップ上のボンディングパッ
ドに対して行っている。
【0013】従来の技術の説明から明らかなように、フ
ァーストボンディング部においては、釘の頭のごとく潰
された溶融ボールからワイヤが垂直状に延びるような形
態をなしているのに対し、セカンドボンディング部にお
いては、ボンディング対象にワイヤが沿うような恰好で
延びる形態となる。従来においては、位置的に高い半導
体チップ上にファーストボンディングを行い、位置的に
低い基板上にセカンドボンディングを行っているため、
ワイヤを細径化した場合に、セカンドボンディング部に
おけるワイヤだれの問題を回避するために、セカンドボ
ンディング部の位置を半導体チップからより遠い位置に
設定せざるをえなかった。
【0014】これに対し、本願発明では、ボンディング
部からワイヤが垂直に延びる形態をもつファーストボン
ディング部を位置的に低い基板上のパターンに対して行
い、ボンディング対象に対してワイヤが沿うように延び
るセカンドボンディングを、位置的に高い半導体チップ
上のボンディングパッドに対して行うようにしているた
め、セカンドボンディング部でのワイヤだれの問題を解
消するには、むしろ、基板上のファーストボンディング
部を、半導体チップに対して近づければよいことになる
。ファーストボンディングから垂直状にワイヤが延びる
形態での保形力の影響を有効に利用してワイヤだれを防
ぐためには、ファーストボンディング部の位置を、それ
より位置的に高いセカンドボンディング部に対して近づ
ければよいからである。
【0015】そうすると、ワイヤを細径化した場合にお
いて、ワイヤボンディングエリア、すなわち、半導体チ
ップから基板上のファーストボンディング部までの距離
が従来に比較して飛躍的に縮小され、回路基板の高密度
化をより高度に達成することができる。
【0016】その上、半導体チップ上のセカンドボンデ
ィング部は、ワイヤがセカンドボンディング部に沿うよ
うな恰好で延びるため、ファーストボンディング部から
セカンドボンディング部にいたるワイヤのループの最大
高さを、従来に比較して低くすることができる。したが
って、半導体チップおよびボンディングワイヤを封止す
るべき高さ方向の厚みが従来に比較して格段に縮小され
、したがって、封止用樹脂の量も、上記のごとくワイヤ
ボンディングエリアが平面方向に縮小されることとあい
まって、従来に比較して格段に節約される。
【0017】加えて、従来のごとく、ファーストボンデ
ィングをチップ上に行い、セカンドボンディングをチッ
プが搭載される基板上に対して行う場合においては、ワ
イヤの屈曲率が大きくなるため、半導体チップの高さを
一定以上に高くすることができなかったが、本願発明の
ワイヤボンディング構造においては、ファーストボンデ
ィング部からセカンドボンディング部までのワイヤのル
ープの屈曲が従来に比較して緩和されるため、半導体チ
ップの高さを高くしても問題なくワイヤボンディングを
することができるようになる。
【0018】
【実施例】以下、図1ないし図3に基づいて、本願発明
の好ましい実施例を具体的に説明する。本実施例は回路
基板1上に半導体チップ2を直接ボンディングし、この
半導体チップ2の表面に形成されたアルミ等によるボン
ディングパッド3…と上記回路基板1において半導体チ
ップ2の近傍にエッチング等により形成された端子パタ
ーン4…との間を金線等によって形成されるワイヤによ
りボンディングした例である。
【0019】本願発明では、上記回路基板上の端子パタ
ーン4…に対していわゆるファーストボンディングを行
い、このファーストボンディング部からループを描いて
半導体チップ上に延びるワイヤの他端を、半導体チップ
上のボンディングパッド3…に対していわゆるセカンド
ボンディングを行う。
【0020】上記のようなファーストボンディングおよ
びセカンドボンディングそれ自体の方法は、従来のいわ
ゆる熱圧着ボンディングと同様である。すなわち、基板
1ないし半導体チップ2をあらかじめ所定温度に昇温さ
せておき、図示しないキャピラリのガイド孔から導出さ
せたワイヤの先端に、水素トーチ等による加熱によって
溶融ボールを形成し、この溶融ボールを、キャピラリの
先端によって上記端子パターン4に対して圧し付けてフ
ァーストボンディングを行う。次いで、上記のように、
一端がファーストボンディング部に接続されたワイヤを
繰り出しながらキャピラリを半導体チップ2の所定のボ
ンディングパッド3の上方まで移動させ、このキャピラ
リを上記ボンディングパッド3に圧接させるようにして
、このワイヤのセカンドボンディングを行う。
【0021】図1および図3から判るように、ファース
トボンディング部Waの形態は、端子パターン4に対し
て熱圧着された釘状の頭部からワイヤWが垂直状に延び
る形態をなしているのに対し、セカンドボンディング部
Wbは、半導体チップ2に沿うような恰好でワイヤWが
延びている。したがって、ファーストボンディング部W
aからセカンドボンディング部Wbにいたるワイヤのル
ープの屈曲は緩やかとなっており、セカンドボンディン
グ部Wbでのワイヤだれの発生も少なくなる。
【0022】仮に上記ワイヤWをより細いものとした場
合においては、とりわけ、セカンドボンディング部Wb
においてワイヤだれの発生が懸念されるが、この場合に
は、ファーストボンディング部Waの位置を、より半導
体チップ2に近づけることによって、容易に上記ワイヤ
だれの懸念は解消される。上記のように、ボンディング
ワイヤのワイヤだれを回避しあるいはワイヤだれによっ
て発生する問題を回避するために、従来においては、回
路基板1における端子パターン4に対するワイヤのボン
ディング部を、半導体チップ2からより遠くに設定し、
かつ端子パターン4の平面形状をワイヤの延びる方向に
細長いものとする必要があったのに対し、本願発明にお
いて上記ワイヤだれを回避するためには、従来例とは全
く逆に、回路基板の端子パターン4に対するボンディン
グ部(本願発明ではファーストボンディング部)を、半
導体チップ2に対して近づければよいことになる。
【0023】したがって、本願発明においては、半導体
チップ2の高集積化、およびこれが搭載される回路基板
1の回路パターンの高密度化に対応して、これらの間を
結線するワイヤの細径化を図ったとしても、従来のよう
に、ワイヤボンディングエリアが拡大することがなく、
むしろ、このワイヤボンディングエリア、すなわち、半
導体チップ2からファーストボンディング部にいたる距
離を格段に縮小することができる。
【0024】これにより、第一に、回路基板1のスペー
スを有効に利用して、より高度な回路基板上のパターン
の高密度化を図ることができるとともに、第二に、半導
体チップ2およびボンディングワイヤを封止するべき樹
脂5を少なくすることができるという効果がある。
【0025】加えて、図3からよくわかるように、基板
1に対して位置的に高い半導体チップ2上のボンディン
グパッド3に対するボンディングがいわゆるセカンドボ
ンディングによって行われていることから、ファースト
ボンディング部からセカンドボンディング部にいたる間
でループを描くボンディングワイヤの最高高さを従来に
比較してより低めることができることから、上記封止樹
脂によって封止するべき上下方向高さを従来に比較して
小さくすることができ、上述のように、平面的なボンデ
ィングエリアが縮小されることとあいまって、上述の封
止用樹脂の必要量を従来例に比較して格段に少なくする
ことができ、このことはコストダウンに大きく寄与する
【0026】また、本願発明によれば、ファーストボン
ディング部からセカンドボンディング部にいたる間のワ
イヤの屈曲形態を積極的に適当な屈曲形態とすることに
より、半導体チップの厚み、すなわち基板に対するボン
ディングパッド3の高さを高めても、問題なくワイヤボ
ンディングを行うことができる。
【0027】すなわち、図4および図5に示すように、
溶融ボールをキャピラリによって回路基板に圧し付ける
ことによるファーストボンディングを行うとともにキャ
ピラリを上昇させてワイヤを所定長さ引き出したのち、
図6ないし図8に示すように、回路基板1を支持するX
−Yステージを移動させるなどすることによって、キャ
ピラリを回路基板1ないし半導体チップ2に対して相対
的に図の右方に移動させつつ、キャプラリの先端からフ
ァーストボンディング部WaにいたるワイヤWの中間を
半導体チップ2のエッジによって屈曲させる。次いで、
図9および図10に示すように、キャピラリの半導体チ
ップ2に対する相対位置を、図の左方に若干逆もどりさ
せることによって、上記ワイヤWに形成した屈曲部を半
導体チップ2のエッジから離間させるとともに、キャピ
ラリを半導体チップ2上のボンディングパッドに圧し付
けてセカンドボンディングを行う。
【0028】上記のようなキャピラリの動作によって、
ワイヤWに対して物理的に屈曲部を形成することにより
、半導体チップの厚みが比較的大きい場合であっても、
ファーストボンディング部Waからセカンドボンディン
グ部WbにいたるワイヤWのループ形状が半導体チップ
2のエッジに対するワイヤの接触を回避した適当なもの
なる。
【0029】もちろん、本願発明の範囲は、上述した実
施例に限定されるものではない。たとえば、実施例では
、回路基板に対して半導体チップを直接ボンディングし
、この半導体チップと上記回路基板との間のワイヤボン
ディング構造について説明しているが、同様のワイヤボ
ンディング構造は、半導体チップ2をボンディングする
べき対象が、半導体装置の製造過程において用いられる
リードフレームである場合にも採用することができるこ
とはいうまでもない。
【図面の簡単な説明】
【図1】本願発明の一実施例を示す側面図である。
【図2】本願発明の一実施例を示す平面図である。
【図3】上記実施例の要部拡大側面図である。
【図4】ないし
【図10】半導体チップの厚みが大きい場合における本
願発明のワイヤボンディング構造の形成方法の一例の説
明図である。
【図11】従来例の側面図である。
【図12】従来例の平面図である。
【符号の説明】
1  回路基板 2  半導体チップ 3  ボンディングパッド 4  端子パターン W  ワイヤ Wa  ファーストボンディング部 Wb  セカンドボンディング部

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】  基板上の配線パターンと、この基板に
    搭載される半導体チップ上のボンディングパッド間のワ
    イヤボンディング構造であって、上記基板上の配線パタ
    ーンとワイヤとの間を、ワイヤの先端に溶融形成したボ
    ールを圧し付けるファーストボンディングにより接続し
    、ワイヤと半導体チップ上のボンディングパッドとの間
    を、上記ワイヤをキャピラリによって上記ボンディング
    パッドに圧し付けるセカンドボンディングにより接続し
    たことを特徴とする、半導体チップと、これが搭載され
    る基板との間のワイヤボンディング構造。
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