JPH0729943A - ワイヤーボンディング方法 - Google Patents

ワイヤーボンディング方法

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JPH0729943A
JPH0729943A JP5173045A JP17304593A JPH0729943A JP H0729943 A JPH0729943 A JP H0729943A JP 5173045 A JP5173045 A JP 5173045A JP 17304593 A JP17304593 A JP 17304593A JP H0729943 A JPH0729943 A JP H0729943A
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 必要な接続強度及び金属細線間の離隔距離を
確保するワイヤーボンディング方法を提供する。 【構成】 キャピラリ１から順次金属細線２を導出しな
がら、金属細線２の第一の部分を電極パッド４に接続
し、次いで外部リード端子５の先端から１５０μm以内
の位置に金属細線の２第二の部分を熱圧着で接続し、次
いで外部リード端子５の先端から４００μm以上の位置
にキャピラリ１を移動させて、その位置に金属細線２の
第三の部分を超音波振動を併用した熱圧着で接続する。
超音波振動を印加すると金属細線２が回転して金属細線
２相互間で離隔距離が不足するので、熱圧着で金属細線
２の回転を阻止した後に超音波振動を併用することによ
り、必要な接続強度及び離隔距離の双方を確保する。特
に、５〓以上の金属細線２の場合、或いは、高密度配線
の半導体装置で、外部リード端子５の長手方向と金属細
線２の延長方向とに角度が存在する場合に有用である。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、ワイヤーボンディング
方法に関し、特に半導体装置の製造に適用されるワイヤ
ーボンディング方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】半導体装置の組立て工程では、半導体チ
ップの主面に形成された電極パッドと、この電極パッド
との間で信号を授受するための外部リード端子とが、ワ
イヤーボンディングにより、Ａｕ又はＣｕ等の金属細線
で接続される。
【０００３】図３（ａ）〜（ｄ）は、従来のワイヤーボ
ンディング方法を示す。同図では、半導体チップ３は、
ダイパッド６に載置・固定されており、その主面に形成
された電極パッド４がキャピラリ１によって外部リード
端子５と接続される。キャピラリ１は、１８〜５０μm
程度の直径を有する金属細線２をその先端から導出可能
に保持して、垂直及び水平方向に自在に移動可能である
と共に、金属細線２に対して垂直方向の荷重を加え、且
つ、超音波振動を印加することが出来る。
【０００４】キャピラリ１は、まず、電極パッド４の上
部に移動して、金属細線２の先端を電極パッド４にボン
ディングする。ボンディングは、予め電極パッド４を２
００℃前後に加熱し、キャピラリ１を用いて、３０〜６
０ｇｆ程度の荷重を加えて金属細線２を電極パッド４に
押し付けると共に超音波振動を印加することにより行わ
れる。
【０００５】次いで、キャピラリ１は、金属細線２を導
出しつつ外部リード端子５の上部に移動し、２００℃前
後に加熱した外部リード端子５に対して、金属細線２を
接続する。この場合の接続は、同様にキャピラリ１を利
用して、金属細線に約８０〜１２０ｇｆの荷重と超音波
振動とを印加しつつ行う。その後、クランパー７を作動
させて金属細線２の導出を止めた状態でキャピラリ１を
上昇させて、金属細線２を外部リード端子５との接続点
の端部で破断する。以上の一連の動作を繰り返すことに
より、多数の電極パッド４と夫々に対応する外部リード
端子５とを次々に配線する。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】上記従来のワイヤーボ
ンディング方法によると、超音波振動の印加により金属
細線にカールが発生するという問題がある。即ち、図４
に示したように、超音波振動を印加しつつ金属細線２を
外部リード端子５に対して接続する際に、キャピラリ１
の先端に接している金属細線２の部分に超音波振動によ
る回転力が伝達され、接続後の金属細線２に水平方向の
曲りが発生するという問題である。
【０００７】金属細線に水平方向の曲りが発生すると、
相互に隣接する金属細線が接触して電気的な短絡を起こ
す等の不具合のもととなり、半導体装置の信頼性を低下
させる。特に、近年の半導体製品の小型化を受けて開発
が進められている、例えば電極パッドの間隔が１２０μ
m以下で、且つ、外部リード端子の先端部の間隔が１８
０μm以下の高密度配線の半導体装置、或いは、金属細
線の配線長が５mmを越える半導体装置では、かかる不具
合が多く発生するおそれがある。
【０００８】前記不具合を防止するために、超音波振動
を用いないで、単に熱圧着で金属細線を外部リード端子
と接続する方法が考えられるが、接続時の温度条件を同
じとした場合には、ボンディングに必要な強度、例えば
ワイヤー引っ張り強度４ｇｆ以上を得ることが出来な
い。また、接続時の温度条件を例えば２８０℃程度に上
昇させることで、前記必要な強度を得ることが可能では
あるが、高い温度に起因する外部リード端子の酸化の加
速が、或いは、外部リード端子の熱膨張及び熱収縮の繰
返しに起因する金属細線の曲りが、更には、ワイヤーボ
ンディング装置の各部の熱膨張に起因する移動位置精度
の低下が新たに生ずるので、高密度配線では特に、２５
０゜Ｃを越える温度条件は採用し難い。
【０００９】更に、従来のワイヤーボンディング方法で
は、図５に示したように、金属細線と外部リード端子と
の間の短絡の問題もある。一般に半導体装置では、金属
細線２の配線方向と外部リード端子の長手方向との間に
角度が生ずる配線部分が存在する。特に、外部リード端
子５の先端部の間隔が１８０μm以下の高密度配線の半
導体装置では、製作技術上の点から各外部リード端子が
先細りの形状となることは避けられない。このため、接
続部に充分な接合強度を得る目的で、外部リード端子の
先端から３００μm程度離れた位置で金属細線を接続し
ている。
【００１０】図５において、例えば右端の金属細線２
と、これに接続される外部リード端子５ａに隣接する外
部リード端子５ｂとの間では、金属細線にカールが発生
しなくとも、また、カールが発生した場合には特に、必
要な離隔距離の確保が困難であり、これらの間に電気的
な短絡が発生しがちなことが理解できる。かかる短絡を
防止するために、半導体装置の配置設計の自由度が制限
される。
【００１１】本発明は、上記従来のワイヤーボンディン
グ方法の問題に鑑み、金属細線相互及び金属細線と外部
リード端子との間で必要な離隔距離の確保が容易なた
め、その間で短絡事故が発生し難いワイヤーボンディン
グ方法を提供し、もって信頼性が高い半導体装置を製造
可能とすることを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】前記目的を達成するた
め、本発明のワイヤーボンディング方法は、半導体チッ
プに形成した電極パッドと外部リード端子とを金属細線
で接続する、半導体装置のワイヤーボンディング方法に
おいて、前記金属細線の第一部分を前記電極パッドに接
続する手順と、前記金属細線の第二部分を前記外部リー
ド端子の第一の位置に超音波振動を与えずに接続する手
順と、前記第一部分からみて前記第二部分よりも遠い側
に在る前記金属細線の第三部分を、前記外部リード端子
の第二の位置に超音波振動を与えながら接続する手順と
をこの順に含むことを特徴とする。
【００１３】前記超音波振動を与える接続及び超音波振
動を与えない接続の何れも、約２５０゜Ｃ以下の低い温
度条件での接続が好ましい。前記第一の位置及び第二の
位置の間の離隔距離は、例えば、金属細線の径と同程度
の距離である約５０μm以上とし、また、半導体装置の
配置効率を勘案して、例えば約３００μm以下とするこ
とが好ましい。
【００１４】
【作用】金属細線の第二部分が超音波振動を印加される
ことなく外部リード端子の第一の位置に接続され、且
つ、金属細線の第三部分が超音波振動を与えられて外部
リード端子の第二の位置に接続されることで、金属細線
の第一部分と第二部分との間で超音波振動に起因するカ
ールが阻止されるため、金属細線相互の間隔或いは金属
細線に接続される外部リード端子に隣接する外部リード
端子との間の間隔が容易に確保される一方、金属細線と
外部リード端子との間の接続強度が充分に確保できるの
で、電気的及び機械的に信頼性が高い接続が可能にな
る。
【００１５】
【実施例】図面を参照して本発明を更に詳しく説明す
る。図１（ａ）〜（ｄ）は夫々、本発明の一実施例の半
導体装置のワイヤーボンディング方法を工程順に示す模
式的側面図である。まず、半導体素子（チップ）３をダ
イパッド６にボンディングした後に、半導体チップ３の
主面に形成された電極パッド４に対し、金属細線２の第
一部分を成す一端を、超音波振動併用の熱圧着技術によ
り接続する。金属細線２は、例えばＡｕ又はＣｕから成
り、その直径は１８〜５０μm程度である。電極パッド
は、予め約２００℃に加熱してあり、このときにキャピ
ラリ１から金属細線に加える荷重は、３０〜６０ｇｆ程
度である。
【００１６】次いで、図１（ａ）に示したように、金属
細線２を導出しながらキャピラリ１を外部リード端子５
の先端部上方に移動させる。外部リード端子５の先端か
ら約１５０μm離れた位置（第一の位置）であるＡ点
で、金属細線２の第二部分を１００〜１５０ｇｆ程度の
荷重で外部リード端子５に押し付ける。外部リード端子
５は、予め約２００℃に加熱してあるので、金属細線２
は外部リード端子５に熱圧着される（同図（ｂ））。こ
の熱圧着は、２００℃の比較的低温度で行われるので、
ワイヤー引っ張り強度としては２〜３ｇｆ程度の低い接
合強度が可能である。この熱圧着接続では、超音波振動
を併用しないので、金属細線２に曲りが生ずることはな
い。
【００１７】次いで、再び金属細線２を導出しながら、
キャピラリ１を外部リード端子５の先端から約４００μ
m離れた位置Ｂ点（第二の位置）に僅かに移動させ、こ
の位置で金属細線２の第三部分を、荷重８０〜１２０ｇ
ｆ及び超音波振動を印加して接続する（図１（ｃ））。
この超音波振動併用の熱圧着接続では、先に接続された
Ａ点での固定作用により、金属細線２の超音波振動に起
因する回転が阻止される。このため、接続後の金属細線
２では、隣接する金属細線２相互が接近するような変形
が生ずることなく、ワイヤー引っ張り強度８ｇｆ程度の
充分な接合強度が得られる。
【００１８】超音波振動による振動の振幅は一般に２μ
m以下であり、従って、超音波振動併用の接続により、
先の熱圧着によるＡ点での接合部に剥離が生ずるおそれ
はない。Ａ点とＢ点との離隔距離としては、一般に５０
〜３００μm程度が採用される。この離隔距離をあまり
大きくとると、半導体装置の全体的な配置効率を損ね
る。
【００１９】その後、ワイヤークランパー７を閉じて金
属細線２の導出を止めた上で、キャピラリ１を上昇させ
ることで、金属細線２を外部リード端子５との接続点
（Ｂ点）の端部で破断する（図１（ｄ））。このような
一連の工程を繰り返すことにより、多数の電極パッド４
と、これに対応する外部リード端子５とを接続する。こ
の場合、電極パッド４と外部リード端子５との間で、従
来とは異なり、金属細線２に水平方向の曲りが発生する
ことはない。従って、隣接する金属細線２相互間に必要
な離隔距離が確保される。
【００２０】例えば、上記実施例の方法によると、１６
０ピンの半導体装置において、金属細線の水平方向の曲
り量が、従来の１／３程度に減少する。また、所定の水
平方向曲り量以下での接続を可能とする金属細線の長さ
を例えば１０％程度長くすることが出来る。
【００２１】図２（ａ）〜（ｄ）は、本発明の第二の実
施例の半導体装置のワイヤーボンディング方法を示す模
式的平面図である。この実施例のワイヤーボンディング
方法では、同図に示したように、金属細線２の延長方向
と、各外部リード端子５の長手方向とに比較的大きな角
度が存在する。
【００２２】まず、半導体チップ３の主面に形成した電
極パッド４に、キャピラリ１を用いて超音波振動併用の
熱圧着技術により金属細線２を接続する。次いで、金属
細線２を導出しながらキャピラリ１を、予め加熱した外
部リード端子５ａの先端から約１５０μm離れた位置Ａ
点に移動させる。この位置において、キャピラリ１を用
いて１００〜１２０ｇｆ程度の荷重をかけて、金属細線
２を外部リード端子５に押し付けることにより接続す
る。
【００２３】Ａ点での接続は、外部リード端子５の当該
位置における端子幅が約９０μm程度と狭いため、ワイ
ヤー引っ張り強度が１〜２ｇｆ程度と比較的低い接合強
度を示す。しかし、この位置で接続を行うことにより、
金属細線２と、これに接続される外部リード端子５ａに
隣接する外部リード端子５ｂとの間の離隔距離が大きく
取れる。また、熱圧着接続を採用するため、超音波振動
を併用した接続とは異なり、金属細線に振動に起因する
曲りが生じないので、相互に隣接する金属細線間の離隔
距離を狭くすることはない。
【００２４】次いで、金属細線２を導出しながらキャピ
ラリ１を、Ａ点から、外部リード端子５ａの先端から約
４００μmの位置Ｂ点に向けて移動させる。この場合、
Ａ点において金属細線２は、外部リード端子５の長手方
向を向くように曲げられる。キャピラリ１がＢ点に達す
ると、超音波振動併用の熱圧着技術により金属細線２の
第三部分がＢ点に接続される（図２（ｂ））。このとき
キャピラリ１から加える荷重は約８０〜１２０ｇｆであ
る。
【００２５】上記Ｂ点での接続では、超音波振動を併用
した熱圧着技術により行うが、先のＡ点での接続による
固定作用により、金属細線２の超音波振動に起因する回
転が阻止される。従って、接続後の金属細線２に水平方
向の曲りが残ることはなく、また、ワイヤー引っ張り強
度８ｇｆ程度を得ることが出来る。この実施例では、Ａ
点とＢ点との離隔としては、例えば約１００μm以上と
することが好ましい。
【００２６】Ｂ点での接続が完了すると、次に、ワイヤ
ークランプを作動させて金属細線２の導出を止めた後に
キャピラリ１を上昇させる。これにより、金属細線２は
Ｂ点の端部で破断される。以上の一連の工程を繰り返す
ことにより、図２（ｃ）に示した金属細線の配置が得ら
れる。この場合、各電極パッド４と外部リード端子５
ａ、５ｂの第一接続点との間における金属細線２の延長
方向と、外部リード端子の長手方向との間に比較的大き
な角度が避けられない場合でも、同図に示したように、
金属細線２と、この細線２に接続される外部リード端子
５ａに隣接する外部リード端子５ｂとの間の離隔距離が
充分に取れるため、電気的な短絡のおそれがない。
【００２７】本発明のワイヤーボンディング方法は、例
えば電極パッドと外部リード端子との間で金属細線の配
線長が５mm以上となる半導体装置の場合に、特にその利
点が大きく、信頼性が高いワイヤーボンディングを可能
とする。また、従来、高密度配線が必要な半導体装置で
は、その外部リード端子の幅が狭いので、必要な接合強
度を得るためには、金属細線との間の接続位置として、
外部リード端子の先端から例えば約３００μm程度離れ
た位置を採用する必要があった。このため、金属細線の
延長方向と外部リード端子の長手方向との間に比較的大
きな角度がある半導体装置の場合には、金属細線と外部
リード端子との間で必要な離隔距離を確保することが困
難であったが、上記実施例の構成を採用することで、必
要な離隔距離の確保が容易となった。
【００２８】上記の通り、本発明の実施例のワイヤーボ
ンディング方法を説明したが、各実施例の構成は単に例
示であり、これら実施例から種々の修正及び変更が可能
であることはいうまでもない。従って、本発明は上記実
施例の構成にのみ限定されるものではない。
【００２９】
【発明の効果】以上説明したように、本発明のワイヤー
ボンディング方法によると、必要な接合強度を確保しつ
つ、金属細線相互間或いは金属細線と外部リード端子と
の間に必要な離隔距離の確保が容易になるので、信頼性
が高いワイヤーボンディングが可能になるという顕著な
効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）〜（ｄ）は夫々、本発明の一実施例のワ
イヤーボンディング方法を工程順に示す模式的側面図。
【図２】（ａ）〜（ｃ）は夫々、本発明の第二の実施例
のワイヤーボンディング方法を工程順に示す模式的平面
図。
【図３】（ａ）〜（ｄ）は夫々、従来のワイヤーボンデ
ィング方法を工程順に示す模式的側面図。
【図４】図３の従来のワイヤーボンディング方法での問
題点を示す模式的平面図。
【図５】従来のワイヤーボンディングにおける別の問題
点を示す模式的平面図。
【符号の説明】 １ キャピラリ ２ 金属細線 ３ 半導体チップ ４ 電極パッド ５、５ａ、５ｂ 外部リード端子 ６ ダイパッド ７ クランパー

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 半導体チップに形成した電極パッドと外
    部リード端子とを金属細線で接続する、半導体装置のワ
    イヤーボンディング方法において、 前記金属細線の第一部分を前記電極パッドに接続する手
    順と、 前記金属細線の第二部分を前記外部リード端子の第一の
    位置に超音波振動を与えずに接続する手順と、 前記第一部分からみて前記第二部分よりも遠い側に在る
    前記金属細線の第三部分を、前記外部リード端子の第二
    の位置に超音波振動を与えながら接続する手順とをこの
    順に含むことを特徴とするワイヤーボンディング方法。
  2. 【請求項２】 前記各手順における接続が夫々約２５０
    ℃以下の温度条件で行われることを特徴とする請求項１
    に記載のワイヤーボンディング方法。
  3. 【請求項３】 前記第一の位置と前記第二の位置との離
    隔距離が約５０〜３００μmであることを特徴とする請
    求項１又は２に記載のワイヤーボンディング方法。
  4. 【請求項４】 前記第一の位置が前記外部リード端子の
    先端から約１５０μm以内の位置であり、前記第二の位
    置が前記外部リード端子の先端から約２５０μm以上離
    れた位置であることを特徴とする請求項１乃至３の一に
    記載のワイヤーボンディング方法。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR100925379B1 (ko) * 2007-06-27 2009-11-09 가부시키가이샤 신가와 반도체 장치 및 와이어 본딩 방법
JP2013143447A (ja) * 2012-01-10 2013-07-22 Toshiba Corp 半導体装置の製造方法およびボンディング装置
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JPH0468548A (ja) * 1990-07-09 1992-03-04 Tanaka Denshi Kogyo Kk 被覆線のワイヤボンデイング装置

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