JPH08241906A - 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およびワイヤボンディング方法 - 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およびワイヤボンディング方法

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JPH08241906A
JPH08241906A JP8013040A JP1304096A JPH08241906A JP H08241906 A JPH08241906 A JP H08241906A JP 8013040 A JP8013040 A JP 8013040A JP 1304096 A JP1304096 A JP 1304096A JP H08241906 A JPH08241906 A JP H08241906A
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wire
semiconductor chip
substrate
capillary
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Kazuhisa Kojima
和久 小嶋
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Rohm Co Ltd
Original Assignee
Rohm Co Ltd
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 半導体チップおよび回路基板の高集積化に対
応してワイヤボンディング用ワイヤの細径化を図る場合
において、ボンディングワイヤのワイヤだれ、あるい
は、ボンディングエリアの拡大を防止する。 【構成】 半導体チップ上のボンディングパッドと、半
導体チップが搭載される基板上の回路パターン間のワイ
ヤボンディング構造において、基板の回路パターンに対
して溶融ボールをキャピラリで圧し付けるファーストボ
ンディングを行い、半導体チップのボンディングパッド
に対して、ボンディングワイヤをキャピラリの先端で圧
し付けるセカンドボンディングを行う。

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お
よびワイヤボンディング方法に関し、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およ
び方法、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および方法
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。
【０００６】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。
【０００７】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。
【０００８】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。
【０００９】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。
【００１０】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。
【００１１】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。
【００１２】
【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
め、本願発明では次の各技術的手段を講じている。
【００１３】すなわち、本願の請求項１に記載した発明
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、かつ、上記
ワイヤは、上記ファーストボンディング部から上方に延
びた後、上記半導体チップの上面より高位においてＬ字
状に屈曲させられて上記セカンドボンディング部にいた
っていることを特徴としている。
【００１４】そして、本願の請求項２に記載した発明
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ト間のワイヤボンディ
ング方法であって、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って接続し、このファ
ーストボンディング部から上方に延びるワイヤを半導体
チップの上面より高位においてＬ字状に屈曲させた後、
このワイヤの先端と半導体チップ上のボンディングパッ
トとの間を、上記ワイヤをキャピラリによって上記ボン
ディングパットに圧し付けるセカンドボンディングによ
って接続することを特徴としている。
【００１５】さらに、本願の請求項３に記載した発明
は、上記請求項２の方法において、上記Ｌ字状の屈曲
は、上記ファーストボンディング部からワイヤを繰り出
しながら上昇するキャピラリを半導体チップ方向に移動
させ、上記ワイヤの中間部を半導体チップの上部エッジ
に圧し当てることによって形成することに特徴づけられ
る。
【００１６】
【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
記基板上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。
【００１７】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一定距離延びる
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。
【００１８】これに対し、本願発明では、まず、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。
【００１９】本願発明においてはさらに、上記ファース
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
ワイヤの中間部に、半導体チップの上面より高位におい
てＬ字状に屈曲する屈曲部を積極的に形成している。そ
のため、このＬ字状屈曲部による加工硬化に起因する保
形力の増大が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中間部において期待する
ことができる。
【００２０】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
を従来に比較して飛躍的に短縮することができ、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ように
なる。
【００２１】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。
【００２２】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、また、上記のようにワイヤボンデ
ィングエリアが平面方向に著しく縮小されることと相ま
って、封止用の樹脂の量が、従来に比較して格段に節約
されることになる。
【００２３】加えて、従来のように、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、と
りわけワイヤの細径化を図る場合に、ワイヤの保形力が
低下して、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
造および方法によれば、セカンドボンディング部がチッ
プの上面に沿うような恰好でワイヤが延びることと、ワ
イヤの中間部がＬ字状に屈曲させられていてその部に加
工硬化が期待できることから、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までのワイヤの保形力が
増強され、したがって、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行うことができるよ
うになる。
【００２４】
【実施例】以下、図１ないし図１０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。
【００２５】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。
【００２６】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。
【００２７】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。
【００２８】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。
【００２９】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。
【００３０】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。
【００３１】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。
【００３２】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。
【００３３】さらに、本願発明においては、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にいたる間
のワイヤの中間部に、半導体チップの上面より高位にお
いて、積極的にＬ字状の屈曲部を設ける。
【００３４】たとえば、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のエッジによって積極的にＬ字状に屈曲
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。
【００３５】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Ｌ字状の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。
【００３６】上記のように、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
の中間部に積極的なＬ字状の曲部を形成することによ
り、ワイヤＷを細径化し、かつ、ファーストボンディン
グ部Ｗａの位置をチップに対して近づけたとしても、ま
た、半導体チップの厚みが大きい場合であっても、ワイ
ヤＷがその中間Ｌ字状屈曲部によって保形力が増強させ
られることから、チップに対するワイヤ接触を有効に回
避することができるのである。
【００３７】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】本願発明のワイヤボンディング方法の一例を説
明するための図であり、キャピラリによって溶融ボール
を基板に圧し付けてファーストボンディングを行ってい
る状態を示す。
【図５】図４に示す状態に続き、ワイヤを繰り出しなが
らキャピラリを上昇させた状態を示す。
【図６】図５に示す状態に続き、キャピラリを半導体チ
ップの方向に水平移動させている状態を示す。
【図７】図６に示す状態からさらにキャピラリを移動さ
せ、ワイヤの中間部を半導体チップの上部エッジに圧し
付けようしている状態を示す。
【図８】図７に示す状態からさらにキャピラリを移動さ
せ、半導体チップの上部エッジによってワイヤの中間部
にＬ字状の屈曲部を形成している状態を示す。
【図９】図８に示す状態に続き、キャピラリを反対方向
に戻し移動させている状態を示す。
【図１０】図９に示す状態に続き、キャピラリによって
ワイヤを半導体チップの上面に圧し付けるセカンドボン
ディングを行っている状態を示す。
【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 (3)

    【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、かつ、上記ワイヤは、上記ファーストボンディング
    部から上方に延びた後、上記半導体チップの上面より高
    位においてＬ字状に屈曲させられて上記セカンドボンデ
    ィング部にいたっていることを特徴とする、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。
  2. 【請求項２】 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ト間のワイ
    ヤボンディング方法であって、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って接続
    し、このファーストボンディング部から上方に延びるワ
    イヤを半導体チップの上面より高位においてＬ字状に屈
    曲させた後、このワイヤの先端と半導体チップ上のボン
    ディングパットとの間を、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トに圧し付けるセカンドボン
    ディングによって接続することを特徴とする、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
    ング方法。
  3. 【請求項３】 上記Ｌ字状の屈曲は、上記ファーストボ
    ンディング部からワイヤを繰り出しながら上昇するキャ
    ピラリを半導体チップ方向に移動させ、上記ワイヤの中
    間部を半導体チップの上部エッジに圧し当てることによ
    って形成する、請求項２の方法。
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