JPH0951011A - 半導体チップのワイヤボンディング方法 - Google Patents

半導体チップのワイヤボンディング方法

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JPH0951011A
JPH0951011A JP7204303A JP20430395A JPH0951011A JP H0951011 A JPH0951011 A JP H0951011A JP 7204303 A JP7204303 A JP 7204303A JP 20430395 A JP20430395 A JP 20430395A JP H0951011 A JPH0951011 A JP H0951011A
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JP
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wire
bonding
ball
semiconductor chip
pressure
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Shinichi Hanada
信一 花田
Koichiro Mukoyama
光一郎 向山
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Tanaka Denshi Kogyo KK
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Tanaka Denshi Kogyo KK
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Abstract

(57)【要約】 【課題】簡単な装置によって高速で量産出来るボールボ
ンディングを採用し、且つ半導体装置の薄肉化、多ピン
化に伴い長ループになっても樹脂モールドの際のワイヤ
流れの抑制への対応として、ループ高さを低くしてルー
プを形成することが出来る半導体チップのワイヤボンデ
ィング方法を提供する。 【解決手段】ワイヤ先端に形成したボールを半導体チッ
プ１上の電極２に圧着し（第１ボンディング）、次に前
記ボール形成により生じた熱影響部４を含むワイヤ５の
側面を圧着ボール３’の上に圧着し（第２ボンディン
グ）、さらに該第２ボンディング点から離れた位置のワ
イヤ５側面を外部リード６上に圧着する（第３ボンディ
グ）。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は半導体チップと外部
リードとをワイヤボンディングする方法に関し、詳しく
は、半導体装置の薄型化に適した低く配線することの出
来るワイヤボンディング方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】半導体チップの電極と外部リードとを接
続する方法として、一般には直径０．０１〜０．１ｍｍ
の金属細線（ワイヤ）で接続するワイヤボンディング方
法が用いられている。前記ワイヤボンディング方法は、
半導体チップの電極に金属細線の先端を第１ボンディン
グをし、該金属細線をループ状に配線した後、外部リー
ド上に第２ボンディングをするものである。この種のワ
イヤボンディング方法として、ワイヤ先端にボールを形
成するボールボンディング方法が、簡単な装置によって
量産出来る方法として現在広く採用されている。
【０００３】図５（ａ），（ｂ）は従来のボールボンデ
ィング方法を説明する模式図である。（ａ）図は第１ボ
ンディングの状態を、（ｂ）図は第２ボンディング完了
後の状態を各々示している。該方法は、先ずキャピラリ
ー７の中心穴を通したワイヤ５の先端にボール３を形成
する。次にキャピラリー７を下降させて、ボール３を半
導体チップ１上の電極２に圧着して第１ボンディングを
行う。次にキャピラリー７を移動してワイヤ５側面を外
部リード６に圧着して第２ボンディングを行う。更にワ
イヤ５を第２ボンディング箇所で切断してワイヤボンデ
ィングを完了する。この方法は高速ボンディングが可能
である反面、ループ高さＨ0 が高くなるという欠点があ
る。この理由は、ボール形成時にワイヤ５のボール３直
上部分に熱影響部４が生成し、該熱影響部４は屈曲させ
ると作業が不安定になると共に、ワイヤ５の折損事故を
生じ易いため、図５（ｂ）に示す様に屈曲させることな
く真っ直ぐに立ち上げ、熱影響を受けていない箇所で屈
曲させてループを形成する。このためループ高さはＨ0
となり所定の高さが生じて来る。
【０００４】一方、最近の半導体装置の薄肉化への対
応、及び、多ピン化に伴い長ループになっても樹脂モー
ルドの際のワイヤ流れの抑制への対応として、ループ高
さＨ0を低くしてループを形成することが要求されてい
る。これに対応するため、高純度金に１から１００重量
ｐｐｍ程度の微量元素を含有させて前記要求に対応して
いる。例えば特開平２−２１９２５０号には、Ｙ，Ｃ
ａ，Ｃｅ等の元素を含有させることが提案されている。
しかしながら該方法は前記熱影響部４の高さを低くして
前記要求に対応するものであるため、ループ高さＨ0 の
低減にも限界がある。
【０００５】また特開平４−２５５２３７号には図４に
示す様に、ループ高さを低くしてループを形成する方法
が提案されている。この方法によれば、先ず外部リード
６にボール３を圧着して第１ボンディングを行い、次い
で、第１ボンディング箇所から半導体チップ１寄り近傍
の外部リード６上にワイヤ５の側面を圧着して第２ボン
ディングする。次に半導体チップ１の電極２にワイヤ５
の側面を圧着して第３ボンディングする。更にワイヤ５
を第３ボンディング箇所で切断して配線を完了する方法
である。しかしながら該方法には次の様な二つの欠点が
ある。
【０００６】先ず、半導体チップ１の電極２にワイヤ５
を圧着する方法が、ワイヤ５の側面を直接圧着する作業
であるため、従来のボールを圧着する方法に比べて半導
体チップ１の表面の絶縁皮膜等を破壊し易くなることが
挙げられる。この理由は、キャピラリー７が半導体チッ
プ１の表面近く迄下がりすぎることによるものである。
即ち、従来は図５（ａ）に示す様に、キャピラリー７で
ワイヤ５直径の２．５倍程度の直径のボール３を圧着す
る方法であることに対して、該方法はワイヤ５側面を直
接圧着する方法であるため、キャピラリー７が下に下が
りすぎて前述の絶縁皮膜等を破壊するようになる。ま
た、第２ボンディングにおいて、図４に示す様に、熱影
響部４をほぼ平坦に屈曲させることは困難である。この
理由は、熱影響部４の性質上屈曲性が悪く、ある程度の
立ち上り部が出来てループ高さの低減にはやはり限界が
ある。
【０００７】他方、ループ高さを低くしてループを形成
する方法として、ボールボンディンク方法とは異なった
ウエッジボンディング方法が従来から知られている。し
かしながら該方法は一方向にしかボンディング出来ない
方法であるため、多ピン化に対応するためには、装置が
複雑になることに加えて、ボンディング速度が遅いとい
う欠点を有している。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】本発明は上述したよう
な従来事情に鑑みて成されたもので、ＩＣチップ等の半
導体チップの電極と外部リードとをボンディングワイヤ
で配線する際、簡単な装置によって量産出来るボールボ
ンディング方法を採用し、且つ最近の半導体装置の薄肉
化への対応及び多ピン化に伴い長ループになっても樹脂
モールドの際のワイヤ流れの抑制への対応として、ルー
プ高さを低くしてループを形成することが出来る半導体
チップのワイヤボンディング方法を提供することを目的
とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】本発明者等は鋭意検討を
行った結果、ボール形成時に生成するワイヤの熱影響部
を、第１ボンディングで形成された圧着ボールの上にキ
ャピラリーにて圧着することにより、ボールボンディン
グ方法においても極めて平坦なループ高さの低い配線を
することが出来ることを見出し、本発明に至った。その
要旨とするところは次の通りである。即ち本発明は、半
導体チップと外部リードとをワイヤボンディングするに
際して、ワイヤ先端にボールを形成し、該ボールを半導
体チップ上の電極面に圧着する第１ボンディングと、前
記ボール形成により生じた熱影響部を含むワイヤの側面
を、第１ボンディングで形成された圧着ボールの上に圧
着する第２ボンディングと、該第２ボンディング点から
離れた位置のワイヤ側面を外部リード上に圧着する第３
ボンディグを含むことを特徴とする半導体チップのワイ
ヤボンディング方法である。前記ワイヤボンディングし
たループ高さ（配線高さ）は３０〜１５０μｍであるこ
とが好ましい。
【００１０】
【発明の実施の形態】本発明に基づく半導体チップのワ
イヤボンディング方法を、本発明の模式図である図１〜
図３を参照して説明する。図１は第１ボンディングの状
態を、図２は第２ボンディングの状態を、図３はワイヤ
ボンディング完了時の状態をそれぞれ示している。本発
明に使用するワイヤは、合金を含む金，銅等の通常用い
られる直径１０〜１００μｍのワイヤが用いられる。以
下、本発明ワイヤボンディング方法の概要について述べ
る。
【００１１】〔第１ボンディング／図１〕先ず（ａ）図
のように、キャピラリー７の中心穴を通したワイヤ５の
先端を放電、溶融してボール３を形成する。この時、ワ
イヤ５付け根部分は熱の影響を受けて結晶粒が粗大化し
た領域が出来る。この領域を熱影響部４として表示して
いる。前記熱影響部４は合金組成に対応して、８０〜２
４０μｍ程度の長さである。このため従来のボンディン
グ方法では前述の通り、ワイヤ５の折損事故を生じない
よう図５（ｂ）に示す様に熱影響部４を屈曲させること
なく真っ直ぐ立ち上げて配線する。このためループ高さ
は、従来においては熱影響部４高さ＋５０μｍ程度と高
くなることに対して、本発明においては後述の様に該熱
影響部４を圧着してループ高さを低くするボンディング
方法である。次に（ｂ）図のように、キャピラリ７を下
降させボール３を半導体チップ１上の電極２に圧着して
第１ボンディングを行う。該圧着ボール３’外径はワイ
ヤ直径の６〜７倍程度にすることが好ましい。
【００１２】〔第２ボンディング／図２〕次いで、キャ
ピラリー７を上昇させ、更に（ａ）図〜（ｂ）図のよう
にキャピラリー７を左右に操作した後その中心が圧着ボ
ール３’の端部の上に来る様に外部リード６側に横移動
し、キャピラリー７出口側から突出するワイヤ長さが熱
影響部４長さ＋αμｍとして、その位置でキャピラリー
７を下降させ、（ｃ）図のようにワイヤ５側面を圧着ボ
ール３’の上に圧着して第２ボンディングを行う。この
時、前記熱影響部４はキャピラリー７によって二つ折り
されて圧着ボール３’の上に圧着される。前記長さαμ
ｍとしては１０〜３０μｍの範囲とすることが好まし
い。尚、本発明においては図１（ｂ）に示す直立した熱
影響部４を圧着ボール３’上に圧着することが必要であ
る。従って、熱影響部４の圧着状態は二つ折り以外の多
重折りであっても良い。また、圧着された熱影響部４の
一部は圧着ボール３’とキャピラリー７の底面からはみ
出した状態であっても良い。
【００１３】〔第３ボンディング／図３〕更にキャピラ
リー７を横移動し、リード６の所定の位置にワイヤ５の
側面を圧着して第３ボンディングを行う。この際、ワイ
ヤ５は熱影響部４が存在しないため低く配線することが
出来る。更にワイヤ７を第３ボンディング箇所で切断し
て配線を完了する。本発明においては通常の熱影響部４
長さに左右されることなく、一定の低いループ高さＨ1
で配線出来る。本発明で云うループ高さＨ1 とは電極２
上面からループ上端迄の高さである。
【００１４】
【実施例】本発明に基づくより詳しい実施例を、図１〜
図３を参照して説明する。前述の通り、図１は第１ボン
ディングの状態を、図２は第２ボンディングの状態を、
図３はワイヤボンディング完了時の状態をそれぞれ示し
ている。先ずワイヤ５としては、５Ｎ（９９．９９９ｗ
ｔ％）の高純度金にＣａ２０重量ｐｐｍを含有させた金
合金インゴットに伸線加工を施した後アニールした直径
２５μｍの金合金線を用意した。次いでキャピラリー７
の中心穴を通した前記ワイヤ５の先端を、図示を省略し
た放電装置により加熱、溶融してボール３を形成した。
この時、ワイヤに形成された熱影響部４の長さは８０μ
ｍであった（図１（ａ））。次にキャピラリー７を下降
させボール３を半導体チップ１上の電極２に圧着して第
１ボンディングを行った。該圧着ボール３’外径は１４
０μｍであった（図１（ｂ））。次にキャピラリー７を
上昇させて、更にキャピラリー７の中心が圧着ボールの
端部の上に来る様に外部リード６側に横移動し、キャピ
ラリー７出口側のワイヤ長さが熱影響部４長さ＋２０μ
ｍである１００μｍとした。この時、キャピラリー７を
左右に操作して、熱影響部４が圧着ボール３’の上面に
圧着されるようにした（図２（ａ）〜（ｂ））。その位
置でキャピラリー７を下降させ、熱影響部４を含むワイ
ヤ５側面を圧着ボール３’の上に圧着して第２ボンディ
ングを行った。熱影響部４はキャピラリー７によって圧
着ボール３’の上に圧着された（図２（ｃ）図）。次に
キャピラリー７を横移動し、リード６の所定の位置にワ
イヤ５の側面を圧着して第３ボンディングを行った。こ
の時、ワイヤ５は低く配線してループ高さＨ1 は５０μ
ｍであり、熱影響部４高さより大幅に低く配線出来た。
更にワイヤ７を第３ボンディング箇所で切断して配線を
完了した（図３）。
【００１５】このボンディング方法により、半導体チッ
プ１上では圧着ボール３’の上にワイヤ５の側面を圧着
するため、キャピラリー７下端で半導体チップ１上の絶
縁膜を破壊することなくボンディングが出来た。一方、
図５に示す従来のボールボンディング方式では、配線高
さＨ0 は熱影響部４高さ＋５０μｍ程度であった。ま
た、図４に示す半導体チップ１の電極２上にワイヤ５の
側面を圧着する方式では、キャピラリー７下端が半導体
チップ１に近づき過ぎて半導体チップ１上の絶縁膜を破
壊するという不具合が生じた。
【００１６】
【発明の効果】以上説明したように本発明は、半導体チ
ップと外部リードとをワイヤボンディングする際、ワイ
ヤ先端に形成したボールを半導体チップ上の電極に圧着
する第１ボンディングと、前記ボール形成により生じた
熱影響部を含むワイヤの側面を圧着ボールの上に圧着す
る第２ボンディングと、該第２ボンディング点から離れ
た位置のワイヤ側面を外部リード上に圧着する第３ボン
ディグを含む新規なワイヤボンディング方法としたの
で、半導体チップ上の絶縁膜を破壊することなく、ワイ
ヤを低く配線することが出来るボールボンディングによ
るワイヤボンディング方法を提供することが出来る。従
って本発明は、簡単な装置によって高速で量産出来るボ
ールボンディングを採用しながら、最近の半導体装置の
薄肉化への対応及び多ピン化に伴い長ループになっても
樹脂モールドの際のワイヤ流れの抑制への対応としてル
ープ高さを低くしてループを形成することが要求される
半導体チップのワイヤボンディング方法として極めて有
用である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明方法の第１ボンディングを示す模式図。
【図２】本発明方法の第２ボンディングを示す模式図。
【図３】本発明方法によるワイヤボンディング完了時を
示す模式図。
【図４】ループ高さを低くしてループを形成する従来の
ボンディング方法を示す模式図。
【図５】従来の一般的なボールボンディング方法を説明
する模式図。
【符号の説明】
１：半導体チップ ２：電極 ３：ボール ４：熱影響部 ５：ワイヤ ６：外部リード ７：キャピラリー

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 半導体チップと外部リードとをワイヤボ
    ンディングするに際して、ワイヤ先端にボールを形成
    し、該ボールを半導体チップ上の電極に圧着する第１ボ
    ンディングと、前記ボール形成により生じた熱影響部を
    含むワイヤの側面を圧着ボールの上に圧着する第２ボン
    ディングと、該第２ボンディング点から離れた位置のワ
    イヤ側面を外部リード上に圧着する第３ボンディグを含
    むことを特徴とする半導体チップのワイヤボンディング
    方法。
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