JP2978852B2 - 半導体装置のワイヤボンディング接続方法 - Google Patents

半導体装置のワイヤボンディング接続方法

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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のワイヤ
ボンディング接続方法に関し、特にペレットと外部リー
ドとを金属細線を用いて接続して構成される半導体装置
のワイヤボンディング接続方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来の、アイランド上に載置されたペレ
ットと外部リードとを、ワイヤボンディングにより接続
して形成される半導体装置の１例の部分外観側面図が、
図３に示されている。図３において、当該半導体装置
（以下、ボンダーと云う）においては、リードフレーム
に設けられているアイランド１の上部には、半田材２に
より半導体ペレット３が固着・搭載されており、ペレッ
ト３の上面には、金属細腺５の接続用として機能するＡ
ｌ電極パッド４が設けられている。金属配線５として
は、Ａｕ腺、Ａｌ腺またはＣｕ腺等が用いられている
が、一般的にはＡｕ腺が用いられる場合が多い。ペレッ
ト３と外部リード７とを、金属細線５により接続する従
来のワイヤボンディング接続方法としては、一般にボー
ル・ウェッジ・ボンディングが用いられている。以下、
従来のワイヤボンディング接続方法について、図４を参
照して説明する。
【０００３】図４において、第１ボンド側となるペレッ
ト３の上面に設けられているＡｌ電極パッド４と金属細
腺５とを接合する際には、Ａｌ電極パッド４をトーチを
用いて溶融し、金属細腺５の先端部に形成されている金
属ボール６を、溶融したＡｌ電極パッド４に押し付ける
ことによって接合が行われる。このようにして、金属細
腺５をペレット３に接合する方法は、一般にボール・ボ
ンディングと呼ばれている。また、第２ボンド側である
リードフレームにおける外部リード７と金属細腺５とを
接合する際においては、金属細腺５は、そのままの状態
で当該外部リード７に押し付けられて接合が行われてい
る。このような第２ボンド側の接合方法は、ウェッジ・
ボンディングと呼ばれている。そして、前記第１ボンド
側のボール・ボンディングの終了に続いて、第２ボンド
側のウェッジ・ボンディングが行われ、その終了後にお
いて、当該接合部からは機械的強制力により残余の金属
細腺５が引きちぎられて、次段階の接合に対するボンデ
ィングの準備が開始される。以降における接合の各段階
において、ペレットと外部リードとを接合するボンディ
ング接続方法としては、上記の方法と同様にして行われ
る。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】上述した従来の半導体
装置およびそのワイヤボンディング接続方法において
は、第１ボンドとなるペレットのボール・ボンディング
に際しては、金属細線の先端をボール形状として、溶融
したＡｌ電極パッドに押し付けて接合が行われるため
に、当該接合面積が拡大されて接合が行われる状態とな
り、これにより、両者の接合強度が良好に維持される
が、他方において、第２ボンドの外部リードを金属細線
に接合するウェッジ・ボンディングにおいては、その接
合面積としては、当該金属細線の線径を押しつぶして形
成される限られた接合面積となっており、このために、
第１ボンドのボール・ボンディングと比較して、第２ボ
ンドのウェッジ・ボンディングにおいては、外部リード
と金属細線との接着強度が極端に劣る接合状態になると
いう欠点がある。
【０００５】また、上述のように、ウェッジ・ボンディ
ングによる接合方法においては、金属細線の線径を押し
つぶして外部リードに接合しているために、接合時の接
着面積が限定されて、ボンディング後における接合強度
に不足を生じ、外部リードにおける数十μｍ程度の傾き
に対しても、当該ボンディングによる接合が不可能にな
るという欠点がある。
【０００６】本発明の目的は、第２ボンド側のウェッジ
・ボンディングにおける接合強度を高めて、第１ボンド
側のボール・ボンディングにおける接合強度との差異を
解消するとともに、外部リードの数十μｍ程度の傾きに
対しても、接合の安定性を十分に実現することを可能と
し、ワイヤボンディングによる接合信頼性を向上させた
半導体装置を実現するとともに、そのように、接合信頼
性を向上させることのできるワイヤボンディング接続方
法を実現することにある。
【０００７】
【０００８】
【課題を解決するための手段】 第１の発明は、 半導体装
置のペレットと金属細線とのボール・ボンディングによ
る接合終了後に、当該金属細線と外部リードとの接合を
行うワイヤボンディング接続方法として、登録されてい
る串ボールの設定位置情報を参照して、所定のツールを
介して前記金属細線を所定の長さまで繰り出す第１のス
テップと、前記第１のステップにおいて繰り出された金
属細線上の前記串ボールの設定位置に、所定の電気トー
チによるスパークを飛ばすことにより、当該串ボールを
形成する第２のステップとを有して前記ペレットに接続
されている金属細線上の外部リード接合位置に団子形状
の前記串ボールを形成した後、切断されない状態の金属
細線の途中に形成された前記串ボールを前記ツールの先
端において銜え込み、前記外部リード側に移行する第３
のステップと、前記ツールにより前記串ボールを介し
て、ボール・ボンディングにより前記金属細線を外部リ
ードの接合部に接合する第４のステップと、しかる後
に、前記接合部から前記金属細線を機械的に切断する第
５のステップとを有することを特徴とする半導体装置の
ワイヤボンディング接続方法にある。 この第１の発明に
おいては、前記第１のステップとして、前記串ボールの
設定位置情報が、接続対象のペレットと外部リードとの
間の距離情報と、金属細線の高さ情報とを含む情報とし
て指定されており、また前記所定のツールを介して前記
金属細線を繰り出す方法が、当該ツールを上方に上昇さ
せることにより、上下方向に沿う状態において当該金属
細線の繰り出しを行うことができる。
【０００９】第２の発明は、半導体装置のペレットと金
属細線とのボール・ボンディングによる接合終了後に、
当該金属細線と外部リードとの接合を行うワイヤボンデ
ィング接続方法として、登録されている串ボールの設定
位置情報を参照して、所定のツールを介して前記金属細
線を所定の長さまで繰り出す第１のステップと、前記第
１のステップにおいて繰り出された金属細線上の前記串
ボールの設定位置に、当該金属細線を押し潰して特定の
板状形態を形成する第２のステップと、前記板状形態に
対し、所定の電気トーチによるスパークを飛ばすことに
より、前記串ボールを形成する第３のステップとを有し
て前記ペレットに接続されている金属細線上の外部リー
ド接合位置に団子形状の前記串ボールを形成した後、前
記金属細線を、前記串ボールを介して、ボール・ボンデ
ィングにより前記外部リードに接合する第４のステップ
とを有することを特徴とする半導体装置のワイヤボンデ
ィング接続方法にある。
【００１０】さらに、前記第２の発明においては、前記
第４のステップとしては、前記ツールの先端において前
記串ボールを銜え込み、前記外部リード側に移行するス
テップと、前記串ボールを介して、ボール・ボンディン
グにより前記金属細線を外部リードに接合するステップ
とを有する用にしてもよく、また、前記第１のステップ
においては、前記串ボールの設定位置情報としては、接
続対象のペレットと外部リードとの間の距離情報と、金
属細線の高さ情報とを含む情報として指定してもよく、
また前記所定のツールを介して前記金属細線を繰り出す
方法としては、当該ツールを上方に上昇させることによ
り、上下方向に沿う状態において当該金属細線の繰り出
しを行うようにしてもよい。
【００１１】
【発明の実施の形態】次に、本発明について図面を参照
して説明する。
【００１２】図１（ａ）、（ｂ）および（ｃ）は、本発
明の半導体体装置の第１の実施形態において、アイラン
ド上に載置されたペレットと外部リードとを、ワイヤボ
ンディング接続方法により接続する接合処理過程を示す
部分外観側面図である。以下においては、図１を参照し
て、本実施形態におけるワイヤボンディング接続方法に
ついて説明する。
【００１３】まず、従来例の場合と同様に、第１ボンド
側となるペレット３の上面に設けられているＡｌ電極パ
ッド４と金属細腺５の接合は、ボール・ボンディングに
より、金属細腺５の先端部に形成されている金属ボール
６を、トーチを用いて溶融されたＡｌ電極パッド４に押
し付けることによって行われる。この接合状態は、図１
（ａ）に示されているとうりである。次に、図１（ｂ）
に示されるように、ボンダーに予め登録されている座標
データ（第１ボンドと第２ボンド間の距離）および金属
細線５の高さ条件を参照し、第２ボンダー側の外部リー
ド７に対する金属細線５の接合上必要となる金属細線５
の長さを勘案して、ツール８が所定の高さまで上昇さ
れ、それに伴ない金属細線５がツール８を介して繰出さ
れる。この場合におけるツール８の上昇見込み量は、串
ボール１０の設定位置を規定している前記座標データお
よび金属細線５の高さにより決定される。次いで、電気
トーチ９を用いて金属細線５上の串ボール設定位置にス
パークを飛ばし、当該設定位置に串ボール１０を形成す
る。その際に使用される電気トーチ９としては、固定ト
ーチ方式によるものが用いられる。この電気スパークに
ついては、従来例の第１ボンドが、仮に線径が３０μｍ
で、スパーク後におけるボール径を８０μｍとしたい場
合には、スパーク時間が１５００μｓであり、スパーク
電流が３０ｍＡであるのに対して、金属細線５に串ボー
ル１０を形成するためには、スパーク電流としては、現
行の３〜４倍程度に引き上げることが必要となる。金属
細線５に串ボール１０が形成された後においては、図１
（ｃ）に示されるように、従来のボール・ボンディング
と同じ要領によって、ツール８の先端において串ボール
１０を銜え込み、第２ボンド側に移行して、外部リード
７に対するポール・ボンディングによる接合が実施され
て、当該接合部からは機械的強制力により残余の金属細
腺５がプルカットされ、次段階の接合に対応するボンデ
ィング作業の準備が開始される。以降における各段階に
おいて、ペレットと外部リードとを接合する際に用いら
れるボンディング接続方法は、上記の方法と同様であ
る。
【００１４】即ち、上記の実施形態においては、ツール
８を上昇させて、第２ボンド側に対する接合位置に対応
する金属細線５の部分に、所定の大きさの串ボール１０
を形成することにより、当該串ボール１０によって第２
ボンド側の外部リード７と金属細線５との間の接合面積
が拡大され、これにより、第２ボンド側においても、第
１のボンド側の場合と同様にボール・ボンディングによ
る接合が行われ、これにより、金属細線と外部リードと
の接合強度を高めることが可能となり、ワイヤボンディ
ングによる接合信頼性を著しく向上させることができ
る。
【００１５】次に、本発明の第２の実施形態について説
明する。図２は、金属細線５に串ボール１０を形成する
際に、当該串ボール１０の形成に先行して、金属細線５
の串ボールの形成位置にクランプ部１１を設けて、当該
クランプ部１１により串ボール形成位置の金属細線５を
機械的に押潰すという加工処理が行われる。このように
して、金属細線５の串ボール形成位置を押潰して拡げる
ことにより、電気トーチ９より出力されるスパーク・パ
ワーが分散されることなく、金属細線５の押潰された部
分１２に集中され、所要スパーク・パワーとしては、従
来のパワーと同等レベルの低パワーにより、串ボール１
０を有効に形成することが可能となり、これによりパワ
ーが軽減されるという利点がある。なお、クランプ部１
１により、串ボールの設定位置の金属細線５を機械的に
押潰すという加工処理以外のボンディング接続方法につ
いては、第１の実施形態の場合と同様である。
【００１６】以上説明したように、本発明においては、
第１ボンド側のボール・ボンディング終了後における、
第２ボンド側の外部リード７に金属細線５を接合するウ
ェッジ・ボンディングにおいて、金属細線５における第
２ボンド側の接合位置に、所定の大きさの串ボール１０
を形成することにより、当該第２ボンド側においてもボ
ール・ボンディングを行うことが可能となり、これによ
り、第１ボンド側と同等レベル水準のボンディング接合
が実現されて、第１ボンド側のボール・ボンディングに
おける接合強度との差異が解消されるとともに、外部リ
ード７の数十μｍ程度の傾きに対しても、接合の安定性
を十分に実現することを可能とし、ワイヤボンディング
による接合信頼性を向上させることができる。
【００１７】なお、上記の説明においては、ワイヤボン
ディング接続方法の適用対象として、金属細線による接
続対象が１個のペレットと１個の外部リードである場合
についての説明を行っているが、本発明は、これに限定
されるものではなく、例えば、１本の金属細線により複
数個のペレットを縦続接続し、当該金属細線を更に外部
リードに対して接続するような場合においても、本発明
が有効に適用できることは云うまでもない。
【００１８】
【発明の効果】以上説明したように、本発明は、ペレッ
トと外部リードとを金属細線を用いて接続して構成され
る半導体装置に適用されて、当該金属細線の第２ボンド
側の外部リードに接合する位置に、所定の大きさの串ボ
ールを形成することにより接合面積を拡大化させ、当該
第２ボンド側においてもボール・ボンディングを行うこ
とを可能として、第１ボンド側と同等レベル水準のボン
ディング処理を実現することにより、その接合強度を高
めることができるとともに、外部リードの数十μｍ程度
の傾きに対しても接合の安定性を十分に実現することを
可能とし、ワイヤボンディングによる接合信頼性を向上
させることができるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態における処理手順に対
応する半導体装置の部分外観側面図である。
【図２】本発明の第２の実施形態における串ボール形成
手順に対応する部分外観側面図である。
【図３】半導体装置のワイヤボンディング状態を示す部
分外観側面図である。
【符号の説明】
１ アイランド ２ 半田材 ３ ペレット ４ Ａｌ電極パッド ５ 金属細線 ６ 金属ボール ７ 外部リード ８ ツール ９ 電気トーチ １０ 串ボール １１ クランプ部 １２ 押し潰された部分

Claims (5)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 半導体装置のペレットと金属細線とのボ
    ール・ボンディングによる接合終了後に、当該金属細線
    と外部リードとの接合を行うワイヤボンディング接続方
    法として、登録されている串ボールの設定位置情報を参照して、所
    定のツールを介して前記金属細線を所定の長さまで繰り
    出す第１のステップと、前記第１のステップにおいて繰
    り出された金属細線上の前記串ボールの設定位置に、所
    定の電気トーチによるスパークを飛ばすことにより、当
    該串ボールを形成する第２のステップとを有して前記ペ
    レットに接続されている金属細線上の外部リード接合位
    置に団子形状の前記串ボールを形成した後、 切断されない状態の金属細線の途中に形成された前記串
    ボールを前記ツールの先端において銜え込み、前記外部
    リード側に移行する第３のステップと、 前記ツールにより前記串ボールを介して、ボール・ボン
    ディングにより前記金属細線を外部リードの接合部に接
    合する第４のステップと、 しかる後に、前記接合部から前記金属細線を機械的に切
    断する第５のステップと、 を有する ことを特徴とする半導体装置のワイヤボンディ
    ング接続方法。
  2. 【請求項２】 前記第１のステップにおいて、前記串ボ
    ールの設定位置情報が、接続対象のペレットと外部リー
    ドとの間の距離情報と、金属細線の高さ情報とを含む情
    報として指定されており、また前記所定のツールを介し
    て前記金属細線を繰り出す方法が、当該ツールを上方に
    上昇させることにより、上下方向に沿う状態において当
    該金属細線の繰り出しを行うことを特徴とする請求項１
    記載の半導体装置のワイヤボンディング接続方法。
  3. 【請求項３】 半導体装置のペレットと金属細線とのボ
    ール・ボンディングによる接合終了後に、当該金属細線
    と外部リードとの接合を行うワイヤボンディング接続方
    法として、 登録されている串ボールの設定位置情報を参照して、所
    定のツールを介して前記金属細線を所定の長さまで繰り
    出す第１のステップと、前記第１のステップにおいて繰
    り出された金属細線上の前記串ボールの設定位置に、当
    該金属細線を押し潰して特定の板状形態を形成する第２
    のステップと、前記板状形態に対し、所定の電気トーチ
    によるスパークを飛ばすことにより、前記串ボールを形
    成する第３のステップとを有して前記ペレットに接続さ
    れている金属細線上の外部リード接合位置に団子形状の
    前記串ボールを形成した後、 前記金属細線を、前記串ボールを介して、ボール・ボン
    ディングにより前記外部リードに接合する第４のステッ
    プと、 を有することを特徴とする半導体装置の ワイヤボンディ
    ング接続方法。
  4. 【請求項４】 前記第４のステップが、前記ツールの先
    端において前記串ボールを銜え込み、前記外部リード側
    に移行するステップと、前記串ボールを介して、ボール
    ・ボンディングにより前記金属細線を外部リードに接合
    するステップとを具備することを特徴とする請求項３記
    載の半導体装置のワイヤボンディング接続方法。
  5. 【請求項５】 前記第１のステップにおいて、前記串ボ
    ールの設定位置情報が、接続対象のペレットと外部リー
    ドとの間の距離情報と、金属細線の高さ情報とを含む情
    報として指定されており、また前記所定のツールを介し
    て前記金属細線を繰り出す方法が、当該ツールを上方に
    上昇させることにより、上下方向に沿う状態において当
    該金属細線の繰り出しを行うことを特徴とする請求項３
    記載の半導体装置のワイヤボンディング接続方法。
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