JPS5845181B2 - 半導体装置の外部リ−ドの接続方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、半導体装置の外部リードの接続方法に関する
ものである。

従来、半導体装置における外部リード導出力法には、大
別して２つの方法があり、１つはＡｌ。

Ａｕなとの金属細線を用いたワイヤ・ボンディング法で
あり、他の１つは外部リードフレームを用いたマルチ・
ボンディング法である。

前者は現在広く用いられているボンディング法で、さら
に分けると熱圧着ボンディング法および超音波ボンディ
ング法が当業者にはよく知られている。

熱犀着ボンディング法は、Ａ、 ｕ線を用いる場合に用
いられるボンディング法で、Ａｕ線の先端を■■２炎に
あててボール状にし上部から圧力を加えて半導体素子の
ポンディングパッドにボンディングするものである。

この方法は方向性のない比較的強いボンディング強度を
有している。

超音波ボンディング法は、Ａｌ線を用いる場合に用いら
れるボンディング法で、Ａ［線の先端をポンディングパ
ッド部に押しつけ超音波振動をも−えてボンディングす
るものであり、この方法は棚下が高速であり加熱が不要
であるが、超音波出力の再現性に難点がある。

以上のワイヤ・ボンディング法に対してマルチボンディ
ング法は、主として超音波ボンディング法や電気抵抗加
熱ボンディング法が用いられている。

ここではマルチ・ポンチ゛イング法として当業者に公知
のスバフイダ・ボンディング法について説明する。

半導体素子のポンディングパッドの配置に合わせてプレ
ス成形されたくもの巣状のアルミニウム箔すなわち外部
リードフレームは、１０，０００〜２５．０００個分の
連続したス１ヘリツブで、これがリールに巻き取られ、
アルミニウム箔の厚さは５０〜７０μｍあり、リールか
ら供給されるこの連続ストリップに半導体素子を順次ボ
ンディングし、再びリールに巻き取る。

゛Ｆ導体素子とアルミニウム箔のボンディングには超音
波ボンディング法が利用されるリードフレームは樹脂材
料で支持されていてもよいのは当然であるが、リー ド
フレム材としてアルミニウム箔を用いる方法以外にＳｎ
メッキＣｕ箔を用いる方法も知られており、このときの
ボンディングカ法は電気抵抗によって加熱したＴ具をリ
ード上から押しつけ、Ａｕメツギを施したポンディング
パッド部にあるＡｕバンブにボンディングする。

このボンディングはＡｕ−８ｎの比較的低融点で起こる
合金化反応を利用している。

リードフレームの材質として、半導体素子の配線用金属
やボンディング・パッド部材質としてアルミニウムが用
いられている場合にはアルミニウムを用いるのがよく、
それ以外の金属では金属学的に多くの問題があり好まし
くない。

これは、たとえばＡｕ−Ａｌのように有害な金属間化合
物を生成したり、Ｓｎを用いた場合によく起るＳｎのホ
イスカーによる絶縁破壊を起したりすることからも知れ
る。

リードフレーム材としてアルミニウム箔を用いるとなる
と超音波ボンディング法を用いるのが現状である。

しかしながら、前述のように超音波ボンディング法では
、ボンディング強度にムラが出やすく、特にマルチ・ボ
ンディング形式で同時多点ボンディングを行なう場合は
この欠点が強調される。

また、リード先端部分の厚みは５０〜７０μｍであるこ
とは前に述べたが、ボンディング・パッド部寸法によっ
て規定されるリード先端部分の幅は約１００μｍ以−ド
であって、その機械的強度は十分とは言えない。

リードフレームを取扱うに際してはもう少し機械的強度
があった方が好ましいのは当然である。

さらにボンディングした後に、ボンディングしたリード
が半導体素子基板に接触いわゆるペレットタッチして電
気的に短絡するのを防ぐために、リードは機械加工して
折り曲げておくことが必要である。

本発明の目的は、上記欠点を解決するために微細なバク
ーンを有して機械的強度の小なるリードにある程度の強
度を持たせるとともに半導体装置の信頼性の向上をはか
り、さらにボンディング後外部リードを折り曲げなくて
もペレットタッチすることのない）１″：導体装置の外
部リードの接続力法を提供することにある。

本発明の特徴は、マルチボンディング方式半導体装置の
製造工程におけるボンディング工程において、このボン
ディング下栓は少なくともボンディング部分を含む外部
リード先端部分が全面樹脂材料によって被覆されている
外部リードの端部を半導体基板上のホンディング・パッ
ド（バンブも含む）上に含まれるように設置する工程と
、前記外部リード端部の全部ないし一部をたとえはレー
ザ光線や電子ビームのよ′）な高エネルギー密度を有す
るエネルギー源を用いて溶解する工程とを具。

備し、前記外部リードと前記ボンディング・パッドとを
電気的に接続する半導体装置の外部リードの接続方法に
ある。

次に本発明の実施例について図面を参照して説明する。

本発明は当業者で広く用いられているリードフレームの
材質たとえばＡｌ、Ｃｕ、コパール（ＦｅＮビーＣｏ合
金）にポリイミド樹脂やエポキシ樹脂、シリコーン樹脂
などの熱硬化性樹脂、またテフロン樹脂などの熱可塑性
樹脂を被覆したリードフレームを用いても容易に実施で
き、以下゛マルチボンディング方式で当業者に公知であ
るスパイダ・ボンディング法のようなリードフレームを
用いた場合の実施例について説明する。

第１図はボンディング方法の概要を示し、特に半導体素
子１、外部リード４およびレーザー光線のような高エネ
ルギー密度を持つビーム５との相対的位置を示す。

さらに第１図のボンディング・パッド部分について、一
つのボンディング・パッド部付近の断面を拡大して示す
と第２図のようである。

すなわち、樹脂層３で被覆された外部り−ド４の端部は
、半導体素子１上のボンディング・パッド２ａ上に含ま
れるように設置される。

この操作に当っては適当な冶具が必要であるがこＸては
省略する。

こＸては構成材料としては半導体装７′−１上の配線層
２にはＡｌを、外部リード材にはＣｕを外部リード４を
被覆する樹脂（樹脂層３）にはテフロン樹脂を用いる。

いま第１図および第２図に示すよ・うに外部リード上か
らレーザー光線５を照射すると、レーザ光線を照射され
た外部リード部分の樹脂は蒸発ないし熱分解する。

この現象は外部リード４とボンディング・パッド部分２
ａとの間の樹脂についても言える。

すなわち樹脂の蒸発、分解した部分に溶融した外部リー
ド材料が流れ出て、外部リード４とボンティング・パッ
ド２ａとの電気的導通路６が形成され外部リード４とボ
ンディング・パッド２ａとは第３図に示すように電気的
に接続される。

第３図は外部リード上からレーザー光線５を照射しボン
ディングが行なわれた後の半導体素子のボンディング・
パッド部付近の様子を示す。

上記ホンディング工程において、外部リードとボンディ
ング・パッド部との電気的導通を確実なものとするため
に次の３つの要因が適合していなければならない。

（１）レーザー光線などのエネルギー源の出力（２）外
部リード材料の材質と板厚 （３）外部リード材料表向の樹脂層の材質と厚みまず（
１）について、レーザー光線を例にとって説明すると次
のようになる。

レーザー光線の出力は外部リード金属材料を溶解するに
部分な出力でなけれはならないが、同時に外部リード金
属材料を蒸発させるに必要な出力よりも小さくなけれは
ならない。

溶融する部分が微小面積で、かつ薄板となっているので
、パルスレーザ−のようにピ〜りを有する出力光よりも
照射時間を長くとれる連続発振レーザー光の方が有利と
言える。

（２）については、外部リード材料の材質と板厚によっ
て、一定のレーザー出力で溶は込む深さが異なるために
一層に言−えない。

この点に関してはブ［〕シーディング・オブ・ザ゛・ア
イ・イー・イー・イ − （丁）ｒｏｃｅｅｄｉｎｇ
ｏｆ ｔｈｅ ＩＥＥＥ ） ｖｏｌ
５ ７ 。

ＮＯ２、Ｆｅ１ｒｕａｒｙ、 １９６９ 、Ｐｌ １４
〜ｌ ４７に解説がある。

実際の作業に一層５つでは使用する外部リード材料が（
ｉｑであれ、その板厚は樹脂層に対して十分大きいこと
が必要である。

現在マルチ・ボンディング法で用いられている外部リー
ド材料の板厚はｉｏｏμｍ以下であり、被覆する樹脂層
がその荀程度、１０μｍ以下ならば十分と警−える。

また接合の作業性や接合の機械的強度を持たせるために
第４図に示すように、ボンディング・パッド部を盛り上
げておくことも有効である。

この盛り上り７をバンブー称するが、このバンブーがあ
れは薄い金属層から構成されるポンディングパッド部に
よって半導体素子の能動領域にレーザー光や電子ビーム
による加熱の影響を写えることは少なくなる。

なお、第４図について簡単に説明すると、この場合には
バンブー−Ｌに樹脂層３で被覆された外部リード４の端
部を前述したと同様に設置し、その他については前述し
たと同様の方法て外部リード４とボンディング・パッド
部とを電気的に接続することはもちろんである。

本発明は本実施例に限定されることなく、かつ晶許請求
範囲を拘東するものでなく種々の応用および変形が考え
られる。

以Ｖ、説明した本発明に係る半導体装置用外部リードの
接続方法を用いれば、次のような効果を右する。

（１）微細なパターンを有して、機械的強度のないノー
ドにある程塵の強度を持たせることができる。

（２）一般に半導体装置としてＩ−ランジスタ、集積回
路と徐々にサブ・システム化している傾向に立ってみる
と、パッケージレスパッケージといわれるように半導体
素子自身は窒化シリコンのような硬質物質によって保護
し、従来からのセラミック材料や金属材料から構成され
る容器に載置する必要がなくなる可能・ヒ［がある。

しかしながら、外部リードには何の保護もないとすると
、半導体装置としての信頼性向上は望めないが、半導体
装置の不良の多くがボンディング部分を含むリード部分
で発生している現状から、本発明のように、少なくとも
ボンディング部分を含む外部リー ド先端部分を全面樹
脂材料によって被覆してリードを保護してお（・Ｊ′ば
、信頼性の１］」上をはかることができる。

特に本発明のように樹脂によってリー ド全面を被覆し
てリードを保護した場合には一層信頼性の向−Ｌに効果
がある。

この場合リードフレームの材質にアルミニウムを用いる
時には、特に効果的である。

すなわちアルミニウムは耐湿性が悪く、腐食されやすい
が、樹脂を被覆することによってそれを防止することが
できる。

（３）ボンディング後は、外部リードを折り［１娘ずな
くても、ペレット・タッチによる電気的短絡を防止する
ことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図〜第３図は本発明による半導体装置用外部リード
の接続方法の一実施例を示し、第１図はボンディング方
法の概要を示す図、第２図は第１図のボンディング・パ
ッド部分の拡大断面図、第３図は第２図に示すボンディ
ング・パッド部にてボンディングが行なわれた後のボン
ディング・パッド部分の断面図、第４図は本発明による
半導体装置用外部リードの接続方法の他の実施例を示し
バンプ付の半導体素子に本発明を適用して得られたボン
ディング後のボンティング・パッド部分の断面図である
。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ マルチボンディング方式の半導体装置の製造におけ
   るボンディング工程において、該ボンディング工程は少
   なくともボンディング部分を含む外部リード先端部分が
   全面樹脂材料によって被覆されている外部リードの端部
   を半導体基板上のボンディング・パッド上に設置し、し
   かる後前記外部リード端部の少なくとも一部を溶解する
   工程とを具備し、前記外部リードと前記ボンディング・
   パッドとを電気的に接続することを特徴とする半導体装
   置の外部リードの接続方法。