JPS61253825A - 半導体素子の組立方法 - Google Patents

半導体素子の組立方法

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JPS61253825A
JPS61253825A JP60095204A JP9520485A JPS61253825A JP S61253825 A JPS61253825 A JP S61253825A JP 60095204 A JP60095204 A JP 60095204A JP 9520485 A JP9520485 A JP 9520485A JP S61253825 A JPS61253825 A JP S61253825A
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bonding wire
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三男 小林
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の技術分野〕 本発明は、半導体素子の組立方法に関する。
〔発明の技術的背景とその問題点〕
従来の半導体素子の組立方法では、第ダ図に示す如く、
リードフレーム１のマウント床に装着された半導体ベレ
ット２上の電極バッド３と外部リード４との接続は、金
線で作られたボンディング線５ｔ−架設することＫよシ
行われている。このようにボンディング線５に金線を採
用するものでは、次のような問題があｈａ■　高温でボ
ンディング線５の架設を行うと、Ａノ製の電極パッド３
とボンディング線５の接合部に金とアルミニウムの化合
物が生じる。このため接合部で電気特性の劣化が生じる
。
■　金線からなるポンディング＠５自身に酸化が起きな
い場合であっても、接合部の電気特性の劣化によって半
導体素子の信頼性が低下する０ ■　金とアルミニウムの化合物はボンディング処理後の
放置された状態下でも発生するため、電気特性の安定し
九半導体素子が得られ危い。
■　金線は高価であるため、製造価格が高くなる。
このような問題を解消するために特願昭５５−Ｅ１８３
１８号公報にて被ボンデイング領域を選択的に活性化す
ることにより、銅線からなるボンディング線と銅’ＡＣ
ｌリードフレーム間でボンディング線の架設を行う技術
が開示されている。しかしながら、この技術ではボンデ
ィング線の方に発生する酸化物によって接合不良が発生
すると共に、ボンディング線の先端部に所定のボールを
形成するのが難しいため、接合不良を招く問題がある。
更に、各々のボンディング処理毎に被ボンデイング領域
の活性化を行うため、作業性が悪い。
また、特願昭５７−５１２３７号公報では、ボンディン
グ線を導出するキャピラリの先端部を還元−囲気に保た
れたカバー内に導入して、所望形状のボールを形成する
と共にボンディング線の酸化防止をしてボンディング処
理を行う技術が開示されている。しかしながら、この技
術では還元雰囲気を保つためのカバーを含んだ複雑な機
構が必要とカシ、１秒以下の処理速度で行われるボンデ
ィング処理の下では、故障が起き易すく保守管理に手間
を要する問題があるＯまた、外部リードが形成されたリ
ードフレーム側の酸化物を除去できないため、銅線から
なるボンディング線と銅製のリードフレームとの間では
信頼性の高いボンディング処理を行うことができない問
題がある。
〔発明の目的〕
本発明は、半導体ペレットに高い信頼性と高い強度の下
に、しかも安価にワイヤボンディングを施すことができ
る半導体素子の組立方法を提供することをその目的とす
るものである０〔発明の概要〕 本発明は、リードフレームの搬送路、ボンディング処理
を行うボンディング処理部及びボンディング線を導出す
るキャピラリの周辺領域を常に十分な還元雰囲気に保つ
と共に、内側がＨｔ：０！＝２：１の混合ガスで外側が
Ｏ２二Ｎ！＝２０〜１００％＝８０〜Ｏ％の混合ガスか
ら力る酸水素炎でボンディング線の先端部を加熱してボ
ールを形成し、このボールを還元性ガス雰囲気中で半導
体部材の所定領域に熱圧着することにより、半導体ペレ
ットに高い信頼性と高い強度の下に、しかも安価にワイ
ヤボンディングを施すことができる半導体素子の組立方
法である。
なお、本発明者等は、上述の問題点を解消する発明とし
て既に特願昭５９−２１９９０２号及び特願昭５９−２
１９９０３号の出願をした。
特願昭５９−２１９９０２号の発明は、要約すると半導
体部材及びボンディング線を銅若しくは銅合金で形成し
、これらを還元性ガスを満した搬送路から不活性ガスま
たは還元性ガス雰囲気のボンディング部に供給して、同
雰囲気中で加熱によってボンディング線に形成したボー
ルを少々くとも、半導体部材に熱圧着する工程を具備す
る第１の発明と、所°謂半導体ペレット側の電極パッド
とボンディング線とを第１の発明と同様の条件下でポン
ディ、ング処理する第１ボンディング部と、このボンデ
ィング処理によって電極パッドに熱圧着されたボンディ
ング線の他端部側を第１の発明と同様の条件下で所謂ポ
スト側と称せられる外部リードに熱圧着する第２ボンデ
ィング部とを設けて半導体ペレット側及びポスト側の双
方で所定の材質及び所定の雰囲気下で確実にボンディン
グ処理する工程を具備する第２の発明からなるものであ
る０また、特願昭５９−２１９９０３号の発明は、要約
すると前号の第１の発明と同様の条件下で、かつ、半導
体部材の所定領域へのボンデイング線の接続を少なくと
もボールの肉厚の０．５〜３μ屏が喰込むようにして行
う工程を具備する発明である。
これらの発明に対し本願発明は、ボンディング線の先端
部に形成するボールを内側が■、：０、＝２：１の混合
ガスで外部が０．：Ｎ冨＝２０〜１００％＝８０〜０％
の混合ガスからなて説明する。第１図は、本発明方法を
リードフレームの移動順路に従って示す説明図である〇
図中１０は、リードフレーム１１を搬送する搬送路であ
る。搬送路１０内には例えばガス源からＮ、とＨ，ｉｏ
％のような還元性のガスが連続的に供給され、十分に還
元性の雰囲気に保たれている。搬送路１０内には、ダイ
ボンディング部１２、ワイヤボンディング部１３、ポス
トボンディング部１４、ポストベーキング部３２が所定
の間隔を設けて配置されている。ダイボンディング部の
搬送路１０の天井部には、半導体ペレット１５をダイボ
ンディング部１２に供給するコレット等の把持具が出入
する窓１６が開口している。ワイヤボンディング部１３
の搬送路１０の天井部には、ボンディング線１１を供給
するキャピラリ１８をボンディング部１２内に出入させ
るための窓１９が開口されている。
ポストボンディング部１４の搬送路１０の天井１１１Ｋ
ｔ！、ボンディング線１７をリードフレーム１２の外部
リード２１側に熱圧着させるための押圧具２０が出入す
る窓２２が開口されている。
また、搬送路１００床部には、ガイドレール等からなる
搬送手段が設けられている。ダイボンディング部１２、
ワイヤボンディング破ポストボンディング部１４、ポス
トベーキング部３７の床部には、リードフレーム１１を
所定温度に加熱するためのヒータ２３．２４，２５゜３
４が自薦され、１１ＫＮ＊　”Ｈ！　１０％のガスが供
給される構造になっている。また、ボンディング部１３
ＶＣつづく搬送路１０の天井部３８、ポストボンディン
グ部１４Ｖｃつづく搬送路１０の天井部４０及びポスト
ベーキング部３７の天井部Ｘ４／から搬送路ｌｏ内ＩＣ
Ｎ、＋Ｈ，１０％のガスが供給されるようＫなつている
。
このような搬送路１ｏを使用して次のように半導体素子
の組立を行う。先ず、リードフレーム１１を搬送手段に
よシダイボンディング部１２ｔ／Ｃ供給する。リードフ
レーム１１は、無酸素銅、リン脱酸銅等の銅または銅合
金で形成されている。ダイボンディング部１２ＶＣ供給
されたリードフレーム１ノは、ヒータ２３で所定温度に
加熱される。この状態で窓１６から半導体ペレット１５
が供給され、リードフレーム１１のマウント部に半田層
２６を介して半導体ペレット１５が装着される。
次に、第２図（４）Ｋ示す如く、半導体ペレット１５が
装着されたリードフレーム１１は、ワイヤボンディング
部１ＢＶＣ供給される。ワイヤボンディング部ＩＪの所
定位置く設定されると、リードフレーム１１はヒータ２
４ＩＩＣよって約３００℃に加熱され、半導体ペレット
１５上のフ 電極も所定温度に加熱される。次いで窓１９の入口部ま
でキャピラリ１８が降下し窓１９の近傍に設けられたバ
ーナ２８によシキャピラリ１８の先端部から導出したボ
ンディング線１７の先端部分にボール２９を形成する。
ボンディング線１７は無酸素銅、リン脱酸銅、ＣＵ−２
０％ＡＵ等の銅または銅合金で形成されている＠ここで
バーナー２８は第４因に示す如く外管２８ａとこれよシ
も僅に内側に入った内管２８ｂとからなる２重構造を有
している。内管２８ｂからはＨ雪とＯ２を２：ＩＫした
混合ガスを噴出して酸水素炎３０を形成し、この酸水素
炎ＳＯ＜よシボールを形成するように彦っている。外管
２８ａからはＯ＊＋Ｎｔが噴出し酸水素炎３０を囲むエ
アーカーテン３１を形成している。バーナー２８！ＩＣ
よるボール２９の形成は窓１９を構成するカバー３２．
３２’でボンディング線１２の先端部を囲み彦がらヒー
ターブロック２４から）１．：Ｎ、（５％〜２０％）：
の混合ガスにしているのは、％ンデイング部１３が還元
性雰囲気のためバーナー内管からの酸水素炎３０が消え
てしまうのを防止するためであるｏしかし０宜が多すぎ
るとボンディング部１３の還元性雰囲気が十分でなくな
シ、適正条件は、Ｏｔ　：Ｎｔは（２０％〜１００％）
＝（８０％〜θ％）の範囲である。還元性ガスも還元力
を上げるＫは、■、を増せばよいが２０５以上にすると
爆発の危険性があ９５％以下では還元力が低下する。こ
のためＨ＊　　：　Ｎ　！のガス適正混合比は（５％〜
２０％）：（９５％〜８０％）とした。更に還元性を良
くするため第部分にガス噴出し口３６，３６１を設ける
のが好ましい。次にキャピラリー１８を降下して電極パ
゛ツド２７上にボール２９の部分を介してボンディング
線１７を熱圧鳥する。この時、本発明の効果を更に高め
るためにボール２９はボンディング線１７を押し出す荷
重に応じて第４図囚、＠に示す如く少なくともボール２
９の肉厚の０．５〜３μ屏の厚必契は電極バ今ド２７内
に算食込んだ状態で押し潰されて扁平した端部２９＆と
なって電極パッド２７と一体化させるのが好ましい。こ
の扁平した端部２９の喰込み深さく３）は例えば、電極
パッド２７が１〜３μ厚さのＡ１層で形成されており、
ボンディング線１７が２５μ罵φ　の鋼線である場合５
０ト１００．ＦＯ荷重をボンディング線１７に加えると
、０．５〜２．５μ島の範囲に設定することが出来る。
次に＠２図＠）に示す如くキャピラリ１８を引き上げて
窓１９の部分でバーナー２８によ）ボンディング線１７
を所定の長さに切断すると共に電極パッド２７に接続し
たボンディングｉ！１Ｊ７ａの端部及びキャピラリ１８
ａに残ったボンディング線１７ｂの端部前述の酸水素炎
３０によシボール２９ａ、２９ｂを夫々形成するＯこの
時もボンディング線１７ａ、１７ｂは還元性ガス３３で
囲まれている。次に第２図Ｃに示す如くボンディングａ
１７＆を外部リード２１側に所定の角度で折曲してホー
ミングしてから、リードフレーム１１を次のポストボン
ディング部１４に供給する。この時搬送路１０内の還元
雰囲気ガスの温度は２００〜３００℃に保たれてボンデ
ィングＭＡｚｙａ≦￥、ａを還元する。次に第２図（２
）に示す如くリードフレーム１１がポストボンディング
部１４の所定位置に設定されたところでこれを約３００
℃以上の温度で加熱しながら押圧Ａ２０を窓２２から挿
入降下し、ホーミングされたボンディング線１７ａの端
部のボール２９ａの部分を、銅又は銅合金からなる外部
リード２１に熱圧着する０このとき例えはボンディング
線１７が銅ワイヤ２５μ萬φ　Ｏ時３００〜５００ｇｒ
の荷重を加えて外部リード２１１ＣボーＡｔ２９＆を２
０〜５０ｔａｍの深さまで喰込ませるのが好ましい。こ
のポストボンディング処理の際にも押圧具２０．ボール
２９ａ及び論ンデイング線１７ａは還元性ガス３３でデ
ィングの完了したリードフレーム１ノをポストベーキン
グ部３７のゾーンを通過させ、電極２１に熱圧着する。
この一時、ポストベーキング部３４０床部にはリードフ
レーム１１を３００℃以上に加熱するヒータが設けられ
、還元性ガスの噴出口３　ｆも天井部に設けられている
。このようにして銅または銅合金からなるリードフレー
ム１１に装着された半導体プレット１５に銅または銅合
金からなるボンディング線１７を架設する〇 このようＫして電極パット２７と外部リード２１間にボ
ンディングｆｊ！１１を架設した半導体装ｆｎＫついて
高温放置試駅を行ったところ、２００時間経過した時点
でも不良品の発生率はほとんど零であシ、従来の方法に
よるものに比べて遥かに優れていることが判った。また
、架設後のボンディングの熱サイクル試験及び機械的強
度試験においても、従来方法によるものに比べ実施例に
よるものは遥かに優れていることが判った。
このようなことから本発明方法によるものでは更に次の
効果を有する。　・ ■　熱サイクルや高温放［Ｋ対して極めて耐久性の高い
半導体装置を得ることができる。
■　銅又は銅合金からなるボンディング線１７及びリー
ドフレーム１１を使用するので、材料コストを安くシ、
且つ、歩留シの高い半導体装置を安価に得ることができ
る。
■　信頼性の高い、大電力用の樹脂封止型半導体装置を
容易に実現することができる。
【図面の簡単な説明】
第１図は、本発明方法にて使用する搬送路の概略構成を
示す説明図、第２図囚乃至同図■は、本発明方法を工程
順に示す説明図、第３図は、本発明方法で使用するバー
ナーの炎の状態を示す説明図、第４図に）、■）は、本
発明方法で接続されたボンディング線の接続部を示す説
明図、第５図は、従来方法でボンディング線を架設した
り一ドフレームの要部の斜視図である。 １４・・・ポストボンディング部、１５・・・半導体ペ
レット、１６，１９．：１２・・・窓、１７・・・ボン
デインク線、１８・・・キャピラリ、２０・・・押圧具
、　　　　フ２１・・・外部リード、２３％−・２４％
・・２５シ・・３４・・・ヒーターブロック、２６・・
・’ｆＷＪ１ｈ、ｚｖ・・・電々、３７・・・ポストベ
ーキング部、３３，３３１・・・還元性ガス、　Ｊ、＆
、、　４０・・・天井部。　　　３緋、出願人代理人　
弁理土鈴　　江　　武　　彦第２ （Ｃ） （Ｆ）

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. （１）還元性ガスを満たした搬送路に結合してボンディ
    ング部を設け、この搬送路を通過した銅若しくは銅合金
    からなる半導体部材を固着する搬送部材と、銅若しくは
    銅合金からなるボンディング線とを前記ボンディング部
    に供給し、不活性ガス及び還元性ガスからなる群から選
    定されるいずれか一方のガスを前記ボンディング部に供
    給し、還元性ガス雰囲気中でＨ＿２：Ｏ＿２の比率が２
    ：１の内側の混合ガスとＯ＿２：Ｎ＿２の比率が２０〜
    １００％：８０〜０％の外側の混合ガスからなる酸水素
    炎による加熱より、前記ボンディング線の先端部にボー
    ルを形成し、前記還元性ガス雰囲気の前記搬送部材を所
    定温度に加熱後、この搬送部材の固着する前記半導体部
    材の所定領域に前記ボールを熱圧着することを特徴とす
    る半導体素子の組立方法。
  2. （２）ボンディング線の架設後、該ボンディング線と半
    導体素子及び半導体部材の所定領域との接続部に２００
    ℃以上の還元性ガス中で熱処理を施す工程を具備するこ
    とを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の半導体素子
    の組立方法。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2010199491A (ja) * 2009-02-27 2010-09-09 Sanyo Electric Co Ltd 半導体装置及びその製造方法
JP2010238946A (ja) * 2009-03-31 2010-10-21 Sanyo Electric Co Ltd 半導体装置及びその製造方法
JP2010258286A (ja) * 2009-04-27 2010-11-11 Sanyo Electric Co Ltd 半導体装置及びその製造方法

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