JP2015173235A - 半導体装置及びその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】少ない工程数で製造でき、かつ接合部におけるワイヤの十分な接合強度を確保可能とする半導体装置、及びその製造方法を提供すること。【解決手段】半導体装置は、第1ループであるループワイヤ9、及び第2ループであるループワイヤ10を有する。折り返し部13は、第1ループが、第1接合部であるボール接合部7から第1の方向へ引き出されて第2の方向へ折り返された部分である。第2の方向は、第1の方向とは異なる方向である。折り返し部13は、第1接合部へ向けて押し潰された形状をなしている。第2ループは、折り返し部13に接合されている。第2ループの端部は、第2位置にある。第2位置は、第1位置から第1ループが延伸する方向へずれている。第1位置は、第1ループのうち第1接合部の中心である。【選択図】図1
Description
本実施形態は、半導体装置及びその製造方法に関する。
基材上に複数の半導体素子を積層させた半導体装置の製造工程において、各半導体素子の電極パッドと、基材のリード電極とをワイヤによって順次接続するワイヤボンディング方法が知られている。この方法では、電極パッドに対するワイヤの接合強度を確保するために、電極パッド上にあらかじめバンプを形成し、他の電極パッドから引き出されたワイヤをバンプへ接合することがある。ワイヤを繰り出して接合するボンディングの工程とは別に、バンプを作成する工程が必要となることで、ワイヤボンディングの工程数が多くなる。あらかじめバンプを形成する場合、加工時間が長くなり、また材料の消費が多くなるためコストもかかることになる。
電極パッド上へのバンプの形成を省いてワイヤボンディングの工程数を低減させる方法として、例えば、バンプの形成に代えて、ボール接合部のネック部分にワイヤを折り畳んだ部分を形成し、他の電極パッドから引き出されたワイヤを、その折り畳み部分に接合する方法が開示されている。この方法によるワイヤボンディングを行う場合、接続部におけるワイヤの十分な接合強度を確保できることが求められている。
一つの実施形態は、少ない工程数で製造でき、かつ接合部におけるワイヤの十分な接合強度を確保可能とする半導体装置、及びその製造方法を提供することを目的とする。
一つの実施形態によれば、半導体装置は、基材、第1半導体素子、第2半導体素子、第1ループ及び第2ループを有する。基材は、接続部を備える。第1半導体素子は、第1電極を備える。第2半導体素子は、第2電極を備える。第1ループは、接続部と第1接合部とを繋ぐ。第1接合部は、第1電極上に形成されている。第2ループは、第1接合部と第2接合部とを繋ぐ。第2接合部は、第2電極上に形成されている。第1ループは、折り返し部を有する。折り返し部は、第1ループが、第1接合部から第1の方向へ引き出されて第2の方向へ折り返された部分である。第2の方向は、第1の方向とは異なる方向である。折り返し部は、第1接合部へ向けて押し潰された形状をなしている。第2ループは、折り返し部に接合されている。第2ループの端部は、第2位置にある。第2位置は、第1位置から第1ループが延伸する方向へずれている。第1位置は、第1ループのうち第1接合部の中心である。
以下に添付図面を参照して、実施形態にかかる半導体装置及びその製造方法を詳細に説明する。なお、この実施形態により本発明が限定されるものではない。
(実施形態)
図1は、実施形態にかかる半導体装置の構成を模式的に示す図である。半導体装置は、基材1に2つの半導体素子2,3を積層させた積層構造を備える。
図1は、実施形態にかかる半導体装置の構成を模式的に示す図である。半導体装置は、基材1に2つの半導体素子2,3を積層させた積層構造を備える。
回路基材である基材1は、接続部であるリードフィンガー4を備える。第1半導体素子である半導体素子2は、基材1のうち、リードフィンガー4が設けられている領域以外の部分に設けられている。半導体素子2は、第1電極である電極パッド5を備える。基材1に半導体素子2,3を積層させた方向である高さ方向において、リードフィンガー4と電極パッド5との間には、半導体素子2の厚みに相当する段差がある。
第2半導体素子である半導体素子3は、半導体素子2のうち、電極パッド5が設けられている領域以外の部分に設けられている。半導体素子3は、第2電極である電極パッド6を備える。高さ方向において、電極パッド5と電極パッド6との間には、半導体素子3の厚みに相当する段差がある。
電極パッド5の上には、第1接合部であるボール接合部7が形成されている。第1ループであるループワイヤ9は、リードフィンガー4とボール接合部7とを繋ぐ。電極パッド5上のボール接合部7に接続されたループワイヤ9は、リードフィンガー4へ向けて、斜め下方へ引き伸ばされている。
電極パッド6の上には、第2接合部であるボール接合部8が形成されている。第2ループであるループワイヤ10は、ボール接合部7及びループワイヤ9の接続部分と、ボール接合部8とを繋ぐ。電極パッド6上のボール接合部8に接続されたループワイヤ10は、電極パッド5上のボール接合部7へ向けて、斜め下方へ引き伸ばされている。ボール接合部7,8、ループワイヤ9,10は、いずれも金を材料として構成されている。
ループワイヤ9のうち、ボール接合部7との接続部分には、折り返し部13が形成されている。折り返し部13は、ループワイヤ9が、ボール接合部7から第1の方向へ引き出されてから、第2の方向へ折り返されてなる部分である。第1の方向は、基材1のうち半導体素子2が設けられた表面に平行な方向であって、電極パッド5の位置から電極パッド6の位置へ向かう方向とする。図1において、左から右へ向かう方向を、第1の方向とする。第2の方向は、第1の方向とは異なる方向、例えば、第1の方向とは反対の方向とする。第2の方向は、水平方向のうち、電極パッド5からリードフィンガー4へ向かう方向であって、図1では右から左へ向かう方向とする。
図2から図8は、半導体装置の製造工程のうち、ワイヤボンディングの工程を説明する図である。図2から図8と、上述の図1では、ボール接合部7,8、ループワイヤ9,10、ワイヤ12を側面構成として示し、他の各部を断面構成として示している。図2に示す工程では、基材1に半導体素子2、半導体素子3が順次積層された積層構造を用意する。
図3に示す工程では、ボンディングツールであるキャピラリ11内を通されたワイヤ12の先端にボール形状を形成し、そのボール形状部分を電極パッド5に圧着させる。ワイヤ12は、金材料からなる。ワイヤ12の先端をボール形状として、電極パッド5に圧着させた部分が、ボール接合部7となる。ワイヤ12は、ボール接合部7とつながっている。
図4に示す工程では、ワイヤ12のうちボール接合部7との接続部分に折り返し部13を形成する。折り返し部13は、ボール接合部7のネック部分からワイヤ12を、第2の方向と異なる方向、例えば第1の方向へいったん繰り出してから、第1の方向と異なる方向、例えば第2の方向へワイヤ12を折り返すことによって形成される。折り返し部13は、ボール接合部7の中心である第1位置を中心として、ボール接合部7へ向けて押し潰された形状をなしている。折り返し部13にて第2の方向へ折り返されたワイヤ12は、そのままリードフィンガー4へ向けて繰り出される。
図5に示す工程では、ワイヤ12を斜め下方へ繰り出していき、リードフィンガー4にワイヤ12を接合する。ワイヤ12は、ステッチ接合により、リードフィンガー4に接合される。ワイヤ12は、リードフィンガー4との接合を終えてから、切断される。図3から図5に示す工程によって、リードフィンガー4とボール接合部7とを繋ぐループワイヤ9が形成される。
図6に示す工程では、キャピラリ11内を通されたワイヤ12の先端にボール形状を形成し、そのボール形状部分を電極パッド6に圧着させる。ワイヤ12の先端をボール形状として、電極パッド6に圧着させた部分が、ボール接合部8となる。ワイヤ12は、ボール接合部8とつながっている。
図7に示す工程では、ボール接合部8から折り返し部13へ向けて、ワイヤ12を繰り出す。このとき、ワイヤ12は、ボール接合部8から、電極パッド5の方向へ繰り出される。図8に示す工程では、ワイヤ12を斜め下方へ繰り出していき、折り返し部13に接合する。このとき、ワイヤ12の端部を、ループワイヤ9のうち第2位置に到達させて、ワイヤ12とループワイヤ9とを接合する。
第2位置は、ボール接合部7の中心である第1位置から第2の方向へずれた位置である。ワイヤ12は、ループワイヤ9との接合を終えてから、切断される。図6から図8に示す工程によって、ボール接合部7とボール接合部8とを繋ぐループワイヤ10が形成される。以上の工程を経て、半導体装置におけるワイヤボンディングを終了する。
従来のワイヤボンディング方法では、例えば、電極パッド5に対するループワイヤ10の接合強度を確保するために、電極パッド5上にあらかじめバンプを形成する場合がある。バンプは、ワイヤ12を材料として形成される。電極パッド6上のボール接合部8から繰り出されたワイヤ12は、ステッチ接合により、バンプに接合される。バンプは、このような電極同士の結線を実施するごとに形成される。
ワイヤ12を繰り出して接合するボンディングの工程の先に、電極パッド5の上にバンプを作成する工程が必要となる。バンプの形成を要することで、ワイヤボンディングの工程数が多くなるため、加工時間が長くなる。あらかじめバンプを形成する場合、加工時間が長くなること、及びワイヤ12の消費が多くなることで、コストもかかることになる。
本実施形態にかかる製造方法では、バンプに代えて折り返し部13を形成し、ボール接合部8から繰り出されたワイヤ12を折り返し部13に接合する。これにより、電極パッド5上にてバンプを形成する工程を省くことができる。バンプを形成する工程を省くことで、加工時間の短縮、ワイヤ12の消費の低減によるコスト削減が可能となる。工程数を少なくできることで、半導体装置は、製造工程における不良の発生頻度を低減可能とし、歩留まりを向上できる。
図9及び図10は、折り返し部を形成する工程の詳細を示す図である。図9及び図10では、ボール接合部7及びワイヤ12を断面として示している。当該断面におけるキャピラリ11の先端形状を、線として表している。
図9の上段に示す工程では、ワイヤ12の先端に形成されたボール形状部分を、キャピラリ11によって、電極パッド5上にて押し潰す。これにより、電極パッド5に圧着されたボール接合部7を形成する。
図9の中段に示す工程では、図9の上段に示すように、キャピラリ11からワイヤ12を繰り出していない状態から、キャピラリ11を第1の方向へ移動させる。キャピラリ11の先端は、ボール接合部7のうち、ワイヤ12とつながっている上端部分であるネック部分の側面を、第1の方向へ押圧する。ネック部分は、第1の方向へ押圧されることにより、第1の方向へ寄せられるように変形する。
キャピラリ11は、ボール接合部7と接触している先端の部分が、ボール接合部7の中心位置付近に到達するまで、ネック部分を変形させる。このとき、キャピラリ11内部のワイヤ12は、かかる押圧によって、ネック部分から、第1の方向へ傾けられる。ワイヤ12は、ボール接合部7から第1の方向へ引き出された状態となる。
続けて、図9の下段に示す工程では、図9の中段に示す状態から、キャピラリ11を下方へ押し下げて、さらにネック部分を変形させる。図10の上段に示す工程では、キャピラリ11を鉛直上方向へ若干移動させてから、第2の方向への傾きを持たせた斜め上方向へキャピラリ11を移動させる。このようにキャピラリ11を移動させながらワイヤ12を繰り出すことで、ワイヤ12のうちキャピラリ11より下の部分が、第1の方向から第2の方向へと折り返される。かかる折り返し部分が、押し潰される前の折り返し部13となる。
図10の上段に示すように、ボール接合部7の中心位置の上方付近にて、キャピラリ11の先端がワイヤ12と接触している状態から、ボール接合部7へ向けてキャピラリ11を降下させる。図10の中段に示す工程では、キャピラリ11によって押し下げられたワイヤ12がボール接合部7のネック部分に接する状態となってから、さらにキャピラリ11を下方へ押し下げる。この工程では、折り返されたワイヤ12をボール接合部7へ押し下げて、ボール接合部7の中心である第1位置を中心として押し潰された形状の折り返し部13を形成する。
図10の下段に示す工程では、図10の中段に示す状態からキャピラリ11を第2の方向へ移動させる。キャピラリ11は、ワイヤ12を繰り出しながら、リードフィンガー4へ向けて、このまま第2の方向へ移動する。
図11は、折り返し部にワイヤを接合するときの状態を示す図である。図11では、各部を断面構成として示している。ボール接合部7、ループワイヤ9,10及びワイヤ12は、ハッチングを省略して示している。
電極パッド6上のボール接合部8から第2の方向へ進行しているキャピラリ11は、折り返し部13の上に到達してから、さらにキャピラリ11の中心が第2位置C2に一致するまで、第2の方向へ移動する。ワイヤ12は、第2位置C2に到達するまで繰り出される。第2位置C2は、ボール接合部7の中心である第1位置C1から第2の方向へずれた位置である。
第2位置C2に到達するまでワイヤ12が繰り出された状態として、キャピラリ11を、ボール接合部7へ向けて降下させる。キャピラリ11によってワイヤ12を押し下げることで、ワイヤ12を折り返し部13に圧着させる。ワイヤ12は、ループワイヤ9との接合を終えてから、第2位置C2にて切断される。ループワイヤ10は、ループワイヤ9のうち、折り返し部13の端から第2位置C2までの範囲の部分に接合される。
図12は、ボール接合部の上におけるループワイヤの接続部分の外観を示す斜視図である。ループワイヤ10の端部断面14は、ワイヤ12の切断によって形成される。端部断面14は、第2位置C2を中心として形成されている。ループワイヤ10のうち折り返し部13に接合された側とは反対側である上部表面には、加工痕15が形成されている。加工痕15は、ワイヤ12を折り返し部13に圧着させた際に、キャピラリ11がワイヤ12に押し付けられることにより形成されたものである。
加工痕15は、第1位置C1付近に形成されている。端部断面14は、加工痕15に対して、ループワイヤ9が第1位置C1から延伸する方向、例えば第2の方向の位置にある。なお、折り返し部13は、ループワイヤ10とともにボール接合部7へ向けて押し潰されているために、外観では確認されないこともある。
実施形態によると、半導体装置の製造工程では、バンプを形成する工程を省くことで、ワイヤボンディングの工程数の削減が可能となる。中心位置C1から第2の方向へずれた第2位置C2に到達するまでワイヤ12を繰り出して、折り返し部13にワイヤ12を接合することで、ループワイヤ9へループワイヤ10が接合される部分の面積を十分に確保することができる。半導体装置は、電極パッド5上のボール接合部7におけるループワイヤ10との接合強度を、十分に確保することが可能となる。これにより、半導体装置は、少ない工程数で製造できるとともに、接合部におけるワイヤの十分な接合強度を確保するという効果を得ることができる。
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
1 基材、2,3 半導体素子、4 リードフィンガー、5,6 電極パッド、7,8 ボール接合部、9,10 ループワイヤ、11 キャピラリ、12 ワイヤ、13 折り返し部、C1 第1位置、C2 第2位置。
Claims (5)
- 接続部を備える基材と、
第1電極を備える第1半導体素子と、
第2電極を備える第2半導体素子と、
前記接続部と、前記第1電極上に形成された第1接合部とを繋ぐ第1ループと、
前記第1接合部と、前記第2電極上に形成された第2接合部とを繋ぐ第2ループと、を有し、
前記第1ループは、前記第1接合部から第1の方向へ引き出されて前記第1の方向とは異なる第2の方向へ折り返された折り返し部を有し、
前記折り返し部は、前記第1接合部へ向けて押し潰された形状をなし、
前記第2ループは、前記折り返し部に接合されており、かつ、前記第2ループの端部が、前記第1ループのうち前記第1接合部の中心である第1位置から前記第1ループが延伸する方向へずれた第2位置にあることを特徴とする半導体装置。 - 前記第2の方向は、前記第1の方向と反対の方向であることを特徴とする請求項1に記載の半導体装置。
- 前記第2ループは、前記第1ループのうち、前記折り返し部の端から前記第2位置までの範囲の部分と接合していることを特徴とする請求項1又は2に記載の半導体装置。
- 第1電極の上に形成された第1接合部から第1の方向へワイヤを繰り出してから、前記第1の方向とは異なる第2の方向へ前記ワイヤを折り返し、
折り返された前記ワイヤを前記第1接合部へ向けて押し下げて、押し潰された形状の折り返し部を形成し、
前記折り返し部から繰り出された前記ワイヤを、基材の接続部に接合して、前記接続部と前記第1接合部とを繋ぐ第1ループを形成し、
第2電極の上に形成された第2接合部から繰り出されたワイヤを、前記折り返し部に接合して、前記第1接合部と前記第2接合部とを繋ぐ第2ループを形成すること、を含み、
前記第2ループの形成において、前記ワイヤの端部を、前記第1ループのうち前記第1接合部の中心である第1位置から前記第1ループが延伸する方向へずれた第2位置に接合させることを特徴とする半導体装置の製造方法。 - 前記第2の方向は、前記第1の方向と反対の方向であることを特徴とする請求項4に記載の半導体装置の製造方法。
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