JPH10294326A - 半導体装置 - Google Patents

半導体装置

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 円柱状の電極の側面にワイヤボンディングを
行うと、十分なボンディング強度を得ることが困難であ
る。 【解決手段】 円柱状をした電極6Aに対し、ワイヤボ
ンディング装置のボンディングツールの駆動方向に沿っ
た中心線とその周面とが交差する点Aを基準とし、ここ
から前記中心線と垂直な方向に沿って電極6Aの半径の
ほぼ1/2の寸法だけ偏位した位置をボンディング中心
位置Bとしてボンディングワイヤ9Aをボンディングす
る。ボンディング強度が高く、信頼性の高いワイヤボン
ディングが実現できる。また、ワイヤボンディングに際
しては、電極のボンディング方向と垂直な方向に偏位さ
せた位置を認識してボンディングを行えばよく、従来の
ボンディング位置の認識方法がそのまま利用でき、特殊
な制御ソフトを用いることなく、容易なワイヤボンディ
ングが実現できる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は半導体装置に関し、
特に光半導体装置のようにパッケージ内に内装された半
導体素子と電極とをワイヤボンディングする構成の半導
体装置に関する。
【0002】
【従来の技術】光半導体装置として、例えば、特公平8
−4098号公報に記載されている半導体装置の構成を
図3に示す。円形板状のステム1の上面にマウントブロ
ック2が立設され、このマウントブロック2の一側面に
チップキャリア3を介して発光素子4が搭載される。ま
た、前記ステム1の上面には前記発光素子4に近接して
モニタ用受光素子5が搭載され、さらにその両側には円
柱状の金属棒からなる電極6A,6Bが封止ガラス7に
より絶縁された状態でステム1に支持されている。そし
て、前記発光素子4にはボンディングワイヤ9A,9B
を介して前記一方の電極6Aとマウントブロック2に対
する電気接続が行われ、同様に前記受光素子5にはボン
ディングワイヤ10により他方の電極6Bへの電気接続
が行われる。
【0003】ここで、前記発光素子4のボンディングワ
イヤ9Aと電極6Aとのボンディングに際しては、同図
(b)に拡大図示するように、電極6Aを構成している
円柱状金属棒の円周面の一部にボンディングワイヤ9A
の先端部を熱圧着法により行っている。また、この場
合、特開昭62−145889号公報や特開昭62−1
50796号公報では、図4に示すように、電極6A’
として角柱状の金属棒を用い、その平坦面にボンディン
グワイヤ9Aをボンディングする構成も提案されてい
る。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】このように、ボンディ
ングワイヤを金属棒で構成された電極にボンディングす
る場合、前記した従来技術のうち、後者の角柱状をした
電極6A’にワイヤボンディングを行う構成では、平坦
面に対するボンディングであるために、ボンディングの
信頼性を高める上では有効であるが、電極6A’を角柱
状に加工するための工数が必要となり、電極が高コスト
なものになる。また、ボンディング装置によるボンディ
ング方法が固定的に設定されている場合が殆どであるた
め、電極の平坦面を所定の方向に位置決めする必要があ
り、そのための組立工程が複雑化するという問題があ
る。因に、平坦面に位置ずれが生じていると、ボンディ
ング強度の低下、ボンディング未着が生じ易くなる。
【0005】一方、前者の円柱状の電極6Aの側面にボ
ンディングワイヤを接続する構成において、前記した特
公昭8−4098号公報に記載の技術では、マウントブ
ロック2にボンディングワイヤ9Bをボンディングする
ためのワイヤボンディング装置をそのまま利用している
ため、電極6Aの円周状の側面のうち、マウントブロッ
ク2のボンディング面と垂直な方向の中心線と交差する
位置にボンディングワイヤ9Aをボンディングしてい
る。これは、この種の円周面に対するワイヤボンディン
グ時に生じるボンディングツール(キャピラリ)の滑り
や圧着面積の低減を解消するためになされたものであ
る。しかしながら、このワイヤボンディング技術による
ワイヤボンディングの強度について本発明者が検討を行
ったところ、満足できるボンディング強度が得られてお
らず、小さな外力によってもボンディングワイヤ9Aが
電極6Aから外れてしまい、この種半導体装置の信頼性
が低下される要因となっていることが判明した。
【0006】本発明の目的は、円柱状の金属棒からなる
電極に対して信頼度の高いワイヤボンディングが得られ
る半導体装置を提供することである。
【0007】
【問題を解決するための手段】本発明者が、円柱状の電
極の側面に対して、異なる角度でのワイヤボンディング
についての実験を行ったところ、ワイヤボンディング装
置のボンディングツール(キャピラリ,ウェッジ)の移
動方向の中心線に対して、電極の径寸法のほぼ1/2だ
け偏位した位置を中心としてワイヤボンディングを行っ
たときが、最も高いボンディング強度が得られることが
判明した。
【0008】そこで、本発明は、ボンディングワイヤ
は、円柱状をした電極の中心線とその周面とが交差する
点を基準とし、ここから前記中心線と垂直な方向に沿っ
て前記電極の半径のほぼ1/2の寸法だけ偏位した位置
にボンディングした構成とする。この電極の中心線は、
ワイヤボンディング装置のボンディングツールがボンデ
ィング時に駆動される方向に沿った方向である。また、
ステム上にマウントブロックが垂直に立設され、このマ
ウントブロックの垂直な平坦面に対してボンディングワ
イヤのワイヤボンディングが行われる半導体装置におい
ては、前記電極の中心線はこのマウントブロックの平坦
面と垂直な方向に向けられる。
【0009】
【発明の実施の形態】次に、本発明の実施形態を図面を
参照して説明する。図1(a),(b)は本発明の一実
施形態の平面図とその要部の拡大図である。なお、ここ
では、封止用のキャップは取り除いた状態を示してい
る。表面にNiメッキやAuメッキが施された円形板状
の金属製のステム1の上面に金属製のマウントブロック
2が立設され、このマウントブロック2の垂直方向に平
坦な一側面にチップキャリア3を介して発光素子4が搭
載される。また、前記ステム1の上面には前記発光素子
4に近接してモニタ用受光素子5が搭載される。さら
に、この受光素子5の両側には前記ステム1を貫通した
円柱状の金属棒からなる電極6A,6Bが封止ガラス7
により絶縁された状態で支持されている。また、前記ス
テム1の下面側には前記マウントブロック2に接続され
る導通電極(リード)8が突出形成されている。ここ
で、前記電極6Aはステム1上の立設長さの長い長電極
(リード)として、また前記電極6Bはステム1上の立
設長さの短い短電極(リード)として構成されている。
【0010】そして、前記発光素子4はボンディングワ
イヤ9A,9Bにより前記長電極6Aとマウントブロッ
ク2に対して電気接続が行われ、同様に前記受光素子5
はボンディングワイヤ10により短電極6Bへの電気接
続が行われる。これらボンディングワイヤ9A,9B,
10におけるボンディングは、USNTC(超音波ボー
ルボンディング,ネールヘッド熱圧着法)等によりワイ
ヤボンドされている。そして、前記ボンディングワイヤ
9Bはマウントブロック2の平坦面にボンディングさ
れ、またボンディングワイヤ10は短電極6Bの頂面の
平坦面にボンディングされており、それぞれ信頼性の高
いボンディングを容易に得ることが可能とされている。
【0011】一方、発光素子3を長電極6Aに接続する
他方のボンディングワイヤ9Aは、長電極6Aの円周面
の一部にボンディングされているが、ここでは、図1
(b)のように、マウントブロック3の平坦面に対して
一方のボンディングワイヤ9Bをワイヤボンディングを
実行することが可能なように、このマウントブロック2
の平坦面と垂直な方向に駆動される図外のワイヤボンデ
ィング装置のツール(キャピラリ,ウェッジ)を利用し
てワイヤボンディングを行っている。そして、この長電
極6Aに対し、ボンディングツールの移動方向、すなわ
ちマウントブロック2の平坦面に対して垂直な方向に沿
う長電極6Aの中心線とその周面とが交差する位置Aを
基準点とし、この基準点Aから前記マウントブロック2
の平坦面に沿う方向で、しかも長電極6Aの半径のほぼ
1/2だけ偏位された位置Bにワイヤボンディングの中
心位置を設定し、この中心位置Bに対して前記ボンディ
ングワイヤ9Aをワイヤボンディングしている。この場
合、偏位を行う方向は、ボンディングワイヤ9Aが延在
されてくる側の半径位置と反対側の半径位置に設定され
る。
【0012】図2は、前記マウントブロック2の平坦面
と垂直な方向の中心線とその周面とが交差した前記基準
点Aに対し、マウントブロック2の平坦面に沿う方向に
沿ってワイヤボンディングの中心位置Bを徐々に変化さ
せて、しかも前記中心線と並行な方向にボンディングツ
ールを駆動させてボンディングを行った場合のボンディ
ング強度の変化を示す特性である。ここでは、この種の
半導体装置で最も一般的に用いられている長電極の直径
がφ0.45mmで、φ25μmのAu線を用い、US
NTCによるボンディングを行った場合である。これか
ら、図1(b)に示した実施形態の構成のように、マウ
ントブロック2の平坦面に沿って、長電極6Aの半径の
ほぼ1/2の径位置にワイヤボンディングの中心位置B
を配置すれば、ボンディング強度に最も高いものが得ら
れることが確認されている。
【0013】なお、図2から、ボンディング強度の高い
領域は、前記したワイヤボンディングの中心位置Bより
も若干電極の中心寄りに偏っているが、ワイヤボンディ
ング装置の位置精度は、通常±40μm(0.04m
m)程度であるため、前記したワイヤボンディング位置
Bを中心にボンディングを行えば、このボンディング強
度の高い領域を含んだワイヤボンディングが実行でき、
確実でかつ強固なワイヤボンディングを行うことができ
る。また、このワイヤボンディングにおいては、長電極
6Aの側面を認識し、そこから一定の距離だけ横方向に
シフトした位置にワイヤボンディングを実行すればよい
ため、金属リードに平面加工した場合と同じ方法でボン
ディングする手法、すなわち、従来から用いられている
ボンディング位置の認識手法をそのまま利用してのワイ
ヤボンディングが可能となり、特に複雑な制御が必要と
されることもない。特に、このようなワイヤボンディン
グでは、前記したワイヤボンディングの中心位置Bは、
長電極6Aの直径寸法の1/4の位置となるため、中心
位置Bを見いだすことも容易なものとなる。
【0014】
【発明の効果】以上説明したように本発明は、円柱状を
した電極の中心線とその周面とが交差する点を基準と
し、ここからこの中心線と垂直な方向に沿って電極の半
径のほぼ1/2の寸法だけ偏位した位置にボンディング
ワイヤをボンディングした構成とすることにより、ボン
ディング強度の高いワイヤボンディングが実現できる。
これにより、電極の周面一部を平坦化加工してワイヤボ
ンディングを行う必要がなく、電極の加工が容易になる
とともに、信頼性の高いワイヤボンディングが実現でき
る。また、ワイヤボンディングに際しては、電極のボン
ディング方向と垂直な方向に偏位させた位置を認識して
ボンディングを行えばよいため、従来のボンディング位
置の認識方法がそのまま利用でき、特殊な制御ソフトを
用いることなく、容易なワイヤボンディングが実現でき
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の半導体装置の一実施形態の平面図とそ
の要部の拡大図である。
【図2】電極に対するワイヤボンディング位置とボンデ
ィング強度の測定結果を示す図である。
【図3】従来の半導体装置の一例の平面図とその一部の
拡大図である。
【図4】他のワイヤボンディングの構成を示す図であ
る。
【符号の説明】
1 ステム 2 マウントブロック 3 チップキャリア 4 発光素子 5 受光素子 6A,6B 電極 9A,9B ボンディングワイヤ 10 ボンディングワイヤ A 基準点 B ボンディング中心位置

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 パッケージ内に内装した素子と、パッケ
    ージに設けられた円柱状の電極とをボンディングワイヤ
    により接続する構成を含む半導体装置において、前記ボ
    ンディングワイヤは、前記電極の中心線とその周面とが
    交差する点を基準とし、ここから前記中心線と垂直な方
    向に沿って前記電極の半径のほぼ1/2の寸法だけ偏位
    した位置にボンディングしたことを特徴とする半導体装
    置。
  2. 【請求項2】 前記電極の中心線は、ワイヤボンディン
    グ装置のボンディングツールがボンディング時に駆動さ
    れる方向に沿った方向である請求項1の半導体装置。
  3. 【請求項3】 ステム上にマウントブロックが垂直に立
    設され、このマウントブロックの垂直な平坦面に対して
    ボンディングワイヤのワイヤボンディングが行われる半
    導体装置において、前記電極の中心線はこのマウントブ
    ロックの平坦面と垂直な方向に向けられている請求項1
    または2の半導体装置。
  4. 【請求項4】 偏位した位置は、前記電極に対してボン
    ディングワイヤが延在される側と反対側の半径位置であ
    る請求項1ないし3のいずれかの半導体装置。
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