JPH06291160A - 半導体装置および半導体装置の製造方法 - Google Patents

半導体装置および半導体装置の製造方法

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JPH06291160A
JPH06291160A JP5097135A JP9713593A JPH06291160A JP H06291160 A JPH06291160 A JP H06291160A JP 5097135 A JP5097135 A JP 5097135A JP 9713593 A JP9713593 A JP 9713593A JP H06291160 A JPH06291160 A JP H06291160A
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JP
Japan
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bonding
wire
ball
stitch
lead
Prior art date
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JP5097135A
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English (en)
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Norio Nitta
法生 新田
Kohei Tatsumi
宏平 巽
Takahide Ono
恭秀 大野
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Nippon Steel Corp
Original Assignee
Nippon Steel Corp
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 絶縁被覆ボンディング細線を使用して製造し
た半導体装置を提供する。 【構成】 絶縁被覆ボンディング細線１を使用してボー
ル・スティッチボンディングされたスティッチボンディ
ング部を、導電性樹脂５もしくは金属により補強接着し
て構成されている半導体装置である。また金属による補
強接合は、ボールボンディングと同様の方法で、スティ
ッチボンディング上に再度ボールをボンディングするこ
とが、生産性も高く、安定した補強接合方法である。ま
た、同一ライン上に２台のボンディングヘッドを配置
し、被覆細線の接合を第１のボンディングヘッドで、補
強接合を第２のボンディングヘッドで実施することによ
り、生産効率、補強接合の信頼性を向上させた。また補
強接合する場合でも被覆細線の連続ボンディング中に接
合不良が発生してはならないので、最適な絶縁被覆の厚
みは０．１μｍ以上で、導電性の直径の１／１０以下が
好ましい。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、集積回路のような半導
体装置の電極部と基板電極もしくはリードとを、絶縁被
覆を施したボンディング細線で接合した半導体装置およ
び半導体装置の製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】半導体装置の電極部上へのボンディング
細線の接合は、キャピラリーの先端の小孔よりわずかに
引き出された細線の先端を加熱して、溶融状態のボール
を形成しこのボールを半導体装置上のパッド電極部にの
せ、キャピラリー先端で圧着して行われる。この電極と
細線を接合（ボールボンディング）した後キャピラリー
は、細線をひきだしながら高速で上昇移動し、ループを
形成しながらスティッチボンディング部であるリードの
表面へと移行する。スティッチボンディング後、キャピ
ラリーをわずかに垂直上方に移動させ、ボール作成用の
ワイヤを引きだした後、キャピラリー上方に設置され、
キャピラリーと連動しているクランパーを閉じ、その状
態で上方へさらに移動させることにより、ワイヤがキャ
ピラリーよりわずかに引き出された状態で、スティッチ
からワイヤを切り離す。
【０００３】ボンディング細線は、ほぼ１８〜５０μｍ
前後の径を有する金などの金属裸細線が用いられ、前述
したように、ボールボンディングとスティッチボンディ
ング部の間には、一定のループを形成して接合される
が、ときどき、細線ループがたるんで素子と接触してシ
ョートをおこすことがある。特に、最近では、ＬＳＩ、
超ＬＳＩのように集積回路が大規模化、高密度化になる
とともに、素子自体も小型化されることにともない、多
ピン接合となっている。すなわち接合スパンを長尺にし
たり、より狭ピッチとなっている。このような傾向は、
前述したループのたるみや、さらに、高密度化による狭
ピッチ化で隣接する細線同士の接触もおこりやすい構造
となり、ショートによる半導体装置の電気的不良を起こ
す機会を多くしている。
【０００４】この様な細線の接触によるショートを防ぐ
ために、細線表面に絶縁樹脂被覆をしたボンディング細
線が提案されており、たとえば絶縁性の高分子樹脂材料
で被覆されたボンディング細線が提案されている。とこ
ろが、従来一般に使用されているボンディング装置、ボ
ンディング方法では、被覆されたボンディング細線は十
分な信頼性を有する接合が行えず、実用化に至っていな
いのが現状である。
【０００５】絶縁被覆細線の接合においては、特にリー
ド側の接合（スティッチボンディング）が困難で、超音
波を併用した熱圧着では、接合界面の被覆材を完全に除
去することが困難であるため、接合強度の低下をもたら
している。接合強度が低いと、ボンディング後の搬送工
程や、樹脂封止（モールディング）工程などで接合部が
破断したり、使用中の熱サイクルにより、破断したりす
る危険性が高くなる。そのため、接合する部分の被覆を
あらかじめ除去することにより、接合性の改善を図るこ
とが提案されている。ところがこの様な方法は、装置が
複雑となる上、十分な生産性を確保するための高速ボン
ディングが困難である。なお第１ボンドは適切な被覆樹
脂および被覆厚みを選定することにより、通常の金線同
等の接合性を得ることが可能である。これはボール形成
時の熱で樹脂が分解し、ボール表面にはほとんど残らな
いからである。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】上述したようにボンデ
ィング細線に絶縁樹脂を被覆することは、接触によるシ
ョート不良を防ぐ一つの方法であるが、従来一般に使用
されている接合方法では、被覆されたボンディング細線
を安定して接合することが困難で、特にスティッチボン
ディング（第２ボンディング）の強度の低下が問題とな
っている。また接合強度が十分でない場合は接合部の電
気抵抗が増加することも問題となる場合がある。
【０００７】本発明は、上記問題点を解消すべく、十分
な接合強度が得られる絶縁被覆細線の接合方法ならびに
絶縁被覆細線を用いて接合した信頼性の高い半導体装置
を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
の本発明は、導電線に絶縁被覆を施したボンディング細
線と基板電極部あるいはリード部のスティッチボンディ
ング部を導電性樹脂もしくは金属により補強接着して構
成されていることを特徴とするものである。
【０００９】上記目的を達成するための本発明は、導電
線に絶縁被覆を施したボンディング細線を半導体素子電
極部と基板電極部あるいはリード部とをボンディングし
たのちに、スティッチボンディング部を同一ボンダーで
同一ボンディング細線をもしくは別ボンダーで絶縁被覆
を施されたボンディング細線と異なる導電線をボールボ
ンディングすることにより補強接着することを特徴とす
るものである。
【００１０】また、請求項１記載の発明において、導電
線の直径が１０μｍ以上１００μｍ以下であり、絶縁被
覆の厚みが０．１μｍ以上であり、導電線直径の１／１
０以下であることが望ましい。
【００１１】上記目的を達成するための本発明は、リー
ドフレームもしくはプリント配線基板を自動搬送して、
リードフレームもしくはプリント配線基板上のリード部
とそこに搭載されたＩＣの電極部とをワイヤボンディン
グする装置において、同一搬送ライン上に２台のボンデ
ィングヘッドを有し、第１のボンディングヘッドを使用
してワイヤボンディングしたのち、第１ボンディングヘ
ッドによりボンディングされたスティッチボンディング
箇所を第２ボンディングヘッド位置で、自動認識して、
補強用ボールボンディングが行えるようボンディングヘ
ッドを配置したものである。
【００１２】
【作用】以下本発明を図面を参照して詳細に説明する。
図１は絶縁被覆細線のスティッチボンディング部の断面
の模式図を示したもので、被覆樹脂はキャピラリーによ
り圧加され、細線がキャピラリー先端形状に沿って、変
形される際に、細線上部および細線下部すなわち接合部
界面で部分的に破壊されている。接合界面には樹脂が介
在しているものの金細線とリードメッキ電極部とが部分
的に金属接合されている。しかし、残存する樹脂のため
に接合強度が、樹脂のない場合に比較して著しく低下し
ている。キャピラリーの押しつけ力、あるいは超音波印
加を増加させて金の変形を促進して金属接合部の割合を
多くすることも可能であるが、金線が薄くなり、接合部
の金線自体の強度が低下、モールディング時などで外力
が加わった時に、金線の変形部で破断することが問題と
なる。また接合部の電気抵抗は、被覆樹脂のないものに
比較して、増加することも明らかとなった。
【００１３】このような調査の結果、本発明者らは、被
覆細線を接合するにあたっては、図２および図３に示す
ような、スティッチボンディング部の被覆細線変形部周
囲に補強接合を行うことが、被覆細線接合部の信頼性を
向上させるために有効であることを見いだした。図２は
接合部上面にペースト状導電性接着材を塗布し補強接合
したことを示す模式図である。塗布する位置は、キャピ
ラリーによる変形部を覆うように塗布することが有効で
ある。塗布量が多すぎる場合は、隣接する電極、あるい
は回路配線とのショートの危険性を増すことから、幅ｘ
はボンディングピッチの０．８倍程度以下が好ましい。
長さＬはキャピラリーによる変形部分、特に変形開始部
分を覆うように設定することが好ましい。厚みｔは変形
部を覆う厚みであればよいが、線径と同程度か数倍以上
が好ましい。導電性ペーストは金、銀、銅などの粉末を
用いたものや、錫、鉛やその合金、金−錫合金など低融
点金属を用いたものを使用することができる。また低融
点金属の場合は、塗布後加熱して、溶融凝固させて使用
することもできる。
【００１４】次にスティッチボンディング部をボールボ
ンディングにより補強する方法について説明する。図３
はスティッチボンディング部上にボール接合を行ったも
ので、接合後、ボンディング細線は、ボール上部で切断
されている。補強接合のためのボール接合は、被覆ボン
ディング細線のボールボンディング、スティッチボンデ
ィングに連続して、同一のボンディング細線を用いて行
うことも可能であるが、別の工程で、被覆されていない
ボンディング細線で行うことも可能である。ボールの大
きさは、安定してボールが作成できること、スティッチ
ボンディング部の補強に十分な大きさであることを考慮
すると、被覆ボンディング細線の直径の１．８倍以上
３．５倍以下程度であることが好ましい。ボールの大き
さが１．８倍以下では安定してボールを作成することが
困難で、また補強効果が十分でないこと、また３．５倍
以上であっても、ボールを安定して作成することが困難
で、また隣接するリードとの接触の危険性も大となる。
また補強ボールを接合する位置はスティッチボンディン
グしたキャピラリー位置から、ＩＣ電極側にボンディン
グ細線の直径の０．５倍以上７倍以下程度移動させて、
ボールを接合することが、補強接合に効果が大きく好ま
しい。ワイヤボンダーでボールボンディングにより補強
接合することは、現状装置のわずかの変更で可能である
うえ、高速で行えることから生産性も高い。
【００１５】なお、絶縁被覆ボンディング細線は絶縁性
を保ちかつ連続して接合するためには、被覆樹脂の厚み
は０．１μｍ以上でボンディング細線直径の１／１０以
下程度が望ましい。被覆厚みが０．１μｍ以下では絶縁
の信頼性が十分でなく、またボンディング時のワイヤ操
作により損傷をうけやすい。またボンディング細線直径
の１／１０以上ではボンディング細線の金属部とリード
電極部の金属接合面積の割合が減少して連続してボンデ
ィングすることが困難となる。
【００１６】ボールボンディングによる補強は同一ボン
ダーもしくは別ボンダーで行うことが可能であるが、ラ
イン上で連続して行うことが、効率的で、補強接合する
前の接合部剥離の危険性も最小限におさえられる。
【００１７】次に補強接合用ボンディング装置につい
て、図面を参照して詳細に説明する。図４は本発明の実
施例に係わるボンディング装置の概略構成を示す図であ
る。同図に示すように、ボンディング装置は第１ボンデ
ィングヘッド７と第２ボンディングヘッド２０とリード
フレーム２７を第１ボンディング領域１０から第２ボン
ディング領域１７に搬送するためのガイドレール１８と
搬送装置１９ならびにボンディング装置の各部の動作を
制御する制御装置２６から構成されており、第１ボンデ
ィングヘッドは導電線に絶縁被覆が施されたボンディン
グ細線８を巻回した第１スプール９と、第１スプール９
から供給された被覆ボンディング細線８を保持しかつ第
１ボンディング領域１０へ供給する第１クランプ部材１
１と、被覆ボンディング細線８を半導体装置の電極部１
２またはリード１３に接合するための第１キャピラリー
１４と、第１キャピラリー１４の先端にボンディングボ
ールを形成させるための第１電極トーチ１５と、第１ス
プール９と第１クランプ部材１１間に張力を与えるテン
ショナー１６とリードフレーム上のボンディング位置を
認識する第１画像認識装置２８から構成されており、第
２ボンディングヘッド２０は被覆のない補強ボールボン
ディング用ボンディング細線２１を巻回した第２スプー
ル２２、第２クランプ部材２３、第２キャピラリー２
４、第２電極トーチ２５、第２画像認識装置２９から構
成されている。
【００１８】次に、図４および図５を参照して、ボンデ
ィング動作を説明する。まず、図４に示すように制御装
置２６の制御下において搬送装置１９を動作させ、リー
ドフレームのボンディング部を第１ボンディング領域１
０に搬送し、第１画像認識装置によりボンディング位置
を認識し、第１キャピラリー１４をボンディング位置上
方に移動する。さらに図５（ａ）に示すように、制御装
置２６の制御下において、第１キャピラリー１４の先端
の孔１４ａから引き出された絶縁被覆ボンディング細線
８が第１電極トーチ１５によって放電し、溶融加熱さ
れ、ボール８ａが形成される。ボール８ａは、第１キャ
ピラリー１４の下降にともない第１キャピラリー１４の
先端で半導体装置の電極部１２に熱圧着もしくは、超音
波を印加を併用して熱圧着される（図５（ｂ））。この
ボールボンディングが終了したら、次に第１キャピラリ
ー１４は上昇移動され、同時にキャピラリーと連動して
移動する第１クランプ部材１１を開くことにより、被覆
ボンディング細線８が第１キャピラリー１４から引き出
され、第１キャピラリーはワイヤループ８ｂを形成する
ようにリード１３のスティッチボンディング位置へ移行
される。ここで、被覆ボンディング細線８は、第１キャ
ピラリー１４の先端により、リード表面に一定の加圧力
で超音波振動を与えられるため、絶縁被覆が除去され、
導電線とリード１３とのスティッチボンディングが行わ
れることになる（図５（ｃ））。
【００１９】スティッチボンディングが終了したら、図
５（ｄ）に示すように、第１キャピラリー１４をわずか
に上昇させてボール形成用の細線８を引きだし、第１ク
ランプ部材を閉じ、クランプ部材を上昇させて、スティ
ッチボンディング部から絶縁被覆細線８を切り放す。以
下同様の動作が繰り返され、半導体装置電極とリードと
が接続される。第１ボンディング領域１０でのボンディ
ングが完了したら、リードフレーム２７は搬送装置の動
作により、第２ボンディング領域に搬送され、第２ボン
ディングヘッド２０により補強接合される。補強接合
は、まず制御装置の制御下で第２画像認識装置２９によ
り、補強すべきスティッチボンディング位置を認識し、
スティッチボンディング位置よりわずかにワイヤループ
にそって半導体装置側に移動した、補強接合位置に第２
キャピラリー２４を移動する。図５（ｅ）に示すよう
に、第２キャピラリー２４の先端２４ａから引き出され
た被覆のないボンディング細線２１が第２電極トーチ２
５によってボール２１ａが形成される。ボール２１ａは
補強接合位置に第２キャピラリーにより熱圧着もしくは
超音波振動を併用した熱圧着により接合される。補強接
合が終了したら、図５（ｆ）に示すように次に第２キャ
ピラリー２４をわずかに上昇させてボール形成用の細線
２１を引き出し、第２キャピラリー２４と連動して移動
する第２クランプ部材２０を閉じ、さらにクランプ部材
２０を上方に移動させ、補強ボール直上部で、ボンディ
ング細線２１を切り放す（図５（ｇ））。以後同様に第
１ボンディング領域１０でボンディングされた各スティ
ッチボンディング部に補強用ボールのボンディングの動
作が繰り返される。
【００２０】
【実施例】
（実施例１）線径がほぼ３０μｍφの金線にほぼ０．６
μｍ厚の樹脂被覆をしたボンディング細線を用いて、半
導体のアルミニウム電極上にボールボンディングを行
い、銀メッキを施されたリードフレームのリード上にス
ティッチボンディングを行った。さらに図２に示すよう
に市販の銀ペーストをスティッチボンディングを覆うよ
うに上部に塗布し、乾燥させた。塗布乾燥させた時のペ
ーストの厚みｔは、４０μｍ以上１５０μｍ以下で、幅
ｘは、ほぼ６０μｍ以上２００μｍ以下、長さｌは、６
０μｍ以上３００μｍ以下であった。
【００２１】接合部の強度の試験には市販プルテスタを
用い、ボール、スティッチ部の細線中央部を引っ張りそ
のときの破断強度と破断位置を測定した。また比較のた
めに銀ペーストを塗布しないもの、また金線に被覆され
ていない線径３０μｍφのボンディング細線の接合強度
試験も行った。表１に各々１００本ずつの強度の平均
値、最大値、最小値を示す。また破断部が接合部であっ
たものの比率（％）を示す。本発明によるものは、被覆
にないボンディング細線と接合強度、破断位置とも同等
であった。
【００２２】
【表１】
【００２３】（実施例２）線径がほぼ２５μｍφの金線
にほぼ０．５μｍ厚の樹脂被覆をしたボンディング細線
を用いて、半導体のアルミニウム電極上にボールボンデ
ィングを行い、金メッキを施されたプリント基板上の電
極にスティッチボンディングを行った。さらに図３に示
すようにスティッチボンディング位置からボールボンデ
ィング側に約３０μｍから１００μｍずらした位置に直
径約７５から８５μｍφの金ボール細線上部に超音波併
用熱圧着を行いスティッチボンド部を補強した。金ボー
ルの形成および超音波併用熱圧着は通常のワイヤボンデ
ィング装置により行った。接合部の温度を１６０℃に保
持した。接合強度の試験には市販プルテスタを用い、ボ
ール、スティッチ部の細線中央部を引っ張りそのときの
破断強度と破断位置を測定した。また比較のために補強
を行わないもの、また金線に被覆されていない線径２５
μｍφのボンディング細線の接合強度試験も行った。表
２に各々５０本ずつの強度の平均値、最大値、最小値を
示す。また破断部が接合部であったものの比率（％）を
示す。本発明によるものは、被覆のないボンディング細
線と接合強度、破断位置とも同等であった。
【００２４】また接合部界面に被覆樹脂が残存すること
による電気抵抗の増加を評価するためボールボンディン
グのアルミニウム電極と基板電極間の電気抵抗をそれぞ
れについて測定した。被覆されていない金線での抵抗の
平均値に対する抵抗の比は本発明での接合は、０．９９
であり、補強のない被覆細線の接合は約１．１４であっ
た。被覆細線使用による電気抵抗の増加に対しても補強
接合により改善が行われた。なお補強位置をずらさない
でスティッチボンディングと同一位置にボールを補強し
た場合は改善の効果は少なかった。
【００２５】
【表２】
【００２６】（実施例３）金線に絶縁樹脂を被覆した種
々のボンディング細線をリードフレーム上にボンディン
グした時の連続接合性とスティッチボンディング部上の
ボールボンディングにより補強接合を行った後のプル破
断試験での接合部破断率を表３に示す。いずれも補強接
合には、金線の直径の約２．５倍の径のボールを作成し
て使用した。連続接合性は１００リード連続してボンデ
ィングできたものを○、１００リード以下でボンディン
グ不良により、連続してボンディングできなかったもの
をｘとした。連続接合性がｘのものには補強接合を行わ
なかった。またボンディング後の１００ワイヤをＳＥＭ
観察し、被覆の剥離が２０μｍ以上の剥離が見られなか
ったものを耐剥離性を○、２０μｍ以上の長さにわたっ
て剥離が見られたものは、耐剥離性ｘとした。
【００２７】なお補強位置はいずれもスティッチボンデ
ィング位置からＩＣ電極側にワイヤ線径の約１倍から４
倍移動させて行った。なお同一位置での補強の効果は移
動させたものより少なかった。
【００２８】
【表３】
【００２９】（実施例４）１００ピンのリードを有する
リードフレームのアイランド上に１００個のアルミニウ
ム電極を有する半導体素子を搭載し、半導体電極部とリ
ードフレームリード部を、図４に示すワイヤボンディン
グ装置をもちいて、絶縁被覆ボンディング細線で接合し
た。ボンディング細線は、０．６μｍ厚みの絶縁被覆を
施した直径３０μｍφの金ボンディング細線を使用し、
図４に示した第１ボンディング領域１０で第１ボンディ
ングヘッド７により接合した後、リードフレームを第２
ボンディング領域へ搬送し、第２ボンディングヘッド２
０で第１ボンディングヘッドでボンディングされたステ
ィッチボンディング部に、ボールボンディングを行っ
た。ボンディング細線は金細線３０μｍφの被覆されて
いないものを使用した。ボール形成時のボール径は約９
０μｍφに調整した。いずれのボンディングもステージ
は３００℃に加熱して実施した。プルテストを実施し
て、接合部の評価をした結果、いずれも接合部での破断
はみられず、被覆ボンディング細線使用による、接合部
信頼強度の低下は見られなかった。また第１ボンディン
グ領域から、第２ボンディング領域への搬送中のワイヤ
の剥離も見られなかった。
【００３０】
【発明の効果】以上説明したように、絶縁被覆ボンディ
ング細線は接合部の強度が従来のボンディング細線と比
較して著しく低下していたため、実用化が遅れていた
が、本発明の接合部を補強接合する方法により、接合部
の信頼性が高まり、歩留まりの高い、高信頼性の半導体
装置製造が可能となった。また、補強接合の生産性を向
上させ、また補強接合用に被覆されていない導電性金属
細線を使用可能とする、ボンディング装置を提供してい
る。
【図面の簡単な説明】
【図１】絶縁被覆細線のスティッチボンディング部の断
面の模式図である。
【図２】スティッチボンディング上へペーストを塗布し
たときの模式図であり、（ａ）はその断面図、（ｂ）は
その平面図である。
【図３】スティッチボンディング上へボールを補強接合
したときの模式図である。
【図４】２つのボンディングヘッドを有するボンディン
グ装置を示す図である。
【図５】補強ボンディングを行う工程を説明する図であ
る。
【符号の説明】
１ 金線 ２ 被覆樹脂 ３ リード電極 ４ 界面に残存する樹脂 ５ 導電性接着剤 ６ 補強ボール ７ 第１ボンディングヘッド ８ 絶縁被覆ボンディング細線 ９ 第１スプール １０ 第１ボンディング領域 １１ 第１クランプ部材 １２ 半導体装置の電極部 １３ リード １４ 第１キャピラリー １５ 第１電極トーチ １６ テンショナー １７ 第２ボンディング領域 １８ ガイドレール １９ 搬送装置 ２０ 第２ボンディングヘッド ２１ 補強ボールボンディング用ボンディング細線 ２２ 第２スプール ２３ 第２クランプ部材 ２４ 第２キャピラリー ２５ 第２電極トーチ ２６ 制御装置 ２７ リードフレーム ２８ 第１画像認識装置 ２９ 第２画像認識装置

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 導電線に絶縁被覆を施したボンディング
    細線と基板電極部あるいはリード部のスティッチボンデ
    ィング部を導電性樹脂もしくは金属により補強接着して
    構成されていることを特徴とする半導体装置。
  2. 【請求項２】 導電線に絶縁被覆を施したボンディング
    細線を半導体素子電極部と基板電極部あるいはリード部
    とをボンディングしたのちに、スティッチボンディング
    部を同一ボンダーで同一ボンディング細線をもしくは別
    ボンダーで絶縁被覆を施されたボンディング細線と異な
    る導電線をボールボンディングすることにより補強接着
    することを特徴とする半導体装置の製造方法。
  3. 【請求項３】 導電線の直径が１０μｍ以上１００μｍ
    以下であり、絶縁被覆の厚みが０．１μｍ以上であり、
    導電線直径の１／１０以下であることを特徴とする請求
    項１記載の半導体装置。
  4. 【請求項４】 リードフレームもしくはプリント配線基
    板を自動搬送して、リードフレームもしくはプリント配
    線基板上のリード部とそこに搭載されたＩＣの電極部と
    をワイヤボンディングする装置において、同一搬送ライ
    ン上に２台のボンディングヘッドを有し、第１のボンデ
    ィングヘッドを使用してワイヤボンディングしたのち、
    第１ボンディングヘッドによりボンディングされたステ
    ィッチボンディング箇所を第２ボンディングヘッド位置
    で、自動認識して、補強用ボールボンディングが行える
    ようボンディングヘッドを配置したワイヤボンディング
    装置。
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