(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ワイヤボンディングパッドを有する複数のリード端子部からなる配線パターンが一面側に形成された基板に、複数の端子部を有する半導体チップを実装し、上記半導体チップの各端子部と上記各ワイヤボンディングパッドとの間をワイヤによって結線する工程を含む半導体装置の製造方法であって、
上記各ワイヤボンディングパッドは、その一方向の寸法がこの一方向と直交する方向の寸法よりも長手状とされており、かつ、
上記各ワイヤボンディングパッドに上記ワイヤをボンディングする際に、上記一方向に振動の方向を合致させて超音波を付与することを特徴とする、半導体装置の製造方法。
【請求項２】
上記基板は、長手状をしているとともに、上記各ワイヤボンディングパッドは、その基板幅方向の寸法が基板長手方向の寸法よりも長手状とされており、上記各ワイヤボンディングパッドに上記ワイヤをボンディングする際に、上記基板の幅方向に振動の方向を合致させて超音波を付与する、請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項３】
上記各ワイヤボンディングパッドは、長矩形状をしている、請求項１または２に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項４】
上記基板は、上記絶縁性基材がポリイミド樹脂製あるいはガラスエポキシ樹脂製である、請求項１ないし３のいずれかに記載の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本願発明は、配線パターンが形成された基板上に半導体チップが実装され、この半導体チップの端子部と配線パターンのワイヤボンディングパッドとの間がワイヤによって結線された半導体装置を製造する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年においては、半導体装置の小型化の要請により、樹脂パッケージのサイズを半導体チップのサイズにより近づけたＣＳＰ（Chip Size Pacage）と称されるタイプの半導体装置の開発が盛んに行われている。この種の半導体装置の一例を図１０に示すが、同図に示した半導体装置１においては、ワイヤボンディングパッド２０ａ（２０ｂ）を有する複数のリード端子部２０Ａ，…（２０Ｂ，…）からなる配線パターンが形成された基板２上に、複数の端子部を有する半導体チップ３が実装されており、半導体チップ３の各端子部と各リード端子部２０Ａ（２０Ｂ）のワイヤボンディングパッド２０ａ（２０ｂ）との間がワイヤ６によって結線されている。そして、基板２の上面側おいて、半導体チップ３およびワイヤ６を封止するようにして樹脂パッケージ５が形成されている。
【０００３】
上記構成の半導体装置１においては、半導体チップ３の各端子部と各ワイヤボンディングパッド２０ａ（２０ｂ）との間がワイヤ６によって結線されているが、ワイヤ６によって結線する工程は以下に説明するファーストボンディングとセカンドボンディングとからなる。図１１に示すように、ファーストボンディングは、後において基板２となるべき領域が複数形成されたキャリアテープ２Ａなどに半導体チップ３を実装した状態でこれを予め加熱しておき、キャピラリ８内に挿通されたワイヤ６′の先端部を突出させ、突出したワイヤ６′の先端部を溶融させて半導体チップ３の端子部３０に圧着することによって行われる。このとき、半導体チップ３やキャリアテープ２Ａの加熱温度を低くするとともに半導体チップ３の端子部３０とワイヤ６′との間の接続強度を高めるべく、超音波が付与されることがある。一方、セカンドボンディングは、引き続き半導体チップ３やキャリアテープ２Ａを加熱しておき、キャリアテープ２Ａのワイヤボンディングパッド２０ａ（２０ｂ）に、キャピラリ８によってワイヤ６′を圧着することによって行われる。このセカンドボンディングにおいてもファーストボンディングと同様に、ワイヤ６′の圧着に際して超音波が付与されることがある。とくに、セカンドボンディングにおいては、ワイヤ６′を溶融させずに直接的にワイヤボンディングパッド２０ａ（２０ｂ）にワイヤ６′を圧着するためにファーストボンディングに比べて接続強度が弱く、ワイヤ６′の圧着に際して超音波を付与する必要性が高い。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、超音波による振動には方向性があり、１つのキャリアテープ２Ａに付与される超音波の振動方向が一義的に定められてしまい、あるワイヤボンディングパッド２０ａ（２０ｂ）に対してはキャリアテープ２Ａの幅方向に振動を与え、他のワイヤボンディングパッド２０ｂ（２０ａ）に対してはキャリアテープ２Ａの長手方向に振動を与えるのは困難である。このため、全てのワイヤボンディングパッド２０ａ，…２０ｂ，…に対して、同じ方向に振動する超音波を付与せざるをえない。
【０００５】
ところが、従来の半導体装置１においては、図１０に示したように各リード端子部２０Ａ（２０Ｂ）が基板２の周縁部から半導体チップ３に向けて延びるとともに、ワイヤボンディングパッド２０ａ（２０ｂ）が半導体チップ３に向けて長辺が延びる長矩形状とされている。すなわち、このような半導体装置１をキャリアテープ２Ａから製造するには、キャリアテープ２Ａとしては、たとえばキャリアテープ２Ａの幅方向（図１１の矢印方向）に延びるリード端子部２０Ｂのワイヤボンディングパッド２０ｂがキャリアテープ２Ａの幅方向に広がる一方、キャリアテープ２Ａの長手方向に延びるリード端子部２０Ａのワイヤボンディング２０ａがキャリアテープ２Ａの長手方向に広がるものが使用される。このため、たとえばキャリアテープ２Ａの幅方向に振動する超音波を付与した場合には、キャリアテープ２Ａの幅方向に延びるワイヤボンディングパッド２０ｂでは付与された超音波の振動方向に長手状とされているために、超音波振動によってワイヤボンディングパッド２０ｂがキャリアテープ２Ａの幅方向には移動しにくい。したがって、付与された超音波エネルギをワイヤ６′とワイヤボンディングパッド２０ｂとの間の接合エネルギとして良好に利用することができる。一方、キャリアテープ２Ａの長手方向に延びるワイヤボンディングパッド２０ａでは、超音波の振動方向であるキャリアテープ２Ａの幅方向の寸法が小さいために、超音波振動によってワイヤボンディングパッド２０ａがキャリアテープ２Ａの幅方向には移動しやすい。したがって、付与された超音波エネルギの一部がワイヤボンディングパッド２０ａの移動させるためのエネルギとして消費され、付与された超音波エネルギを有効に利用することができない。このように、従来の半導体装置１においては、超音波の振動方向と同じ方向の寸法が小さいワイヤボンディングパッド２０ａでは、付与した超音波エネルギを有効に利用できないためにワイヤ６′とワイヤボンディングパッド２０ａとの間の接続強度が低いといった欠点があった。
【０００６】
本願発明は、上記した事情のもとで考え出されたものであって、超音波振動を付与するワイヤボンディング工程を含む半導体装置の製造方法において、ワイヤと基板のワイヤボンディングパッドと間の接続強度を高めることができるようにすることをその課題としている。
【０００７】
【発明の開示】
上記の課題を解決するため、本願発明では、次の技術的手段を講じている。
【０００８】
すなわち、本願発明により提供される半導体装置の方法は、ワイヤボンディングパッドを有する複数のリード端子部からなる配線パターンが、絶縁性基材の一面側に形成された基板に、複数の端子部を有する半導体チップを実装し、上記半導体チップの各端子部と上記各ワイヤボンディングパッドとの間をワイヤによって結線する工程を含む半導体装置の製造方法であって、上記各ワイヤボンディングパッドは、その一方向の寸法がこの一方向と直交する方向の寸法よりも長手状とされており、かつ、上記各ワイヤボンディングパッドに上記ワイヤをボンディングする際に、上記一方向に振動の方向を合致させて超音波を付与することを特徴としている。なお、上記基板としては、ポリイミド樹脂製あるいはガラスエポキシ樹脂製のものが好適に採用される。
【０００９】
好ましい実施の形態においては、上記基板は、長手状をしているとともに、上記各ワイヤボンディングパッドは、その基板幅方向の寸法が基板長手方向の寸法よりも長手状とされており、上記各ワイヤボンディングパッドに上記ワイヤをボンディングする際に、上記基板の幅方向に振動の方向を合致させて超音波を付与する。なお、本願発明でいう「基板」は、半導体装置における基板の他、半導体装置の基板となるべき領域が複数形成されたキャリアテープや集合基板をも含んでいる。
【００１０】
上記製造方法では、全てのワイヤボンディングパッドが一方向（たとえば基板の幅方向）に長手状とされた基板が用いられ、しかもワイヤボンディングパッドにワイヤをボンディングする際に付与される超音波の振動の方向が上記一方向とされている。このように、本願発明では、全てのワイヤボンディングパッドに対してワイヤボンディングパッドの長手方向に振動方向を合わせて超音波が付与されるため、全てのワイヤボンディングパッドが超音波の振動方向へ基板に対して相対的に移動しにくくなされている。このため、付与した超音波エネルギがさほどワイヤボンディングパッドの移動に消費されることなくワイヤとワイヤボンディングパッドの接合エネルギとして有効に利用できる。したがって、付与する超音波の出力を大きくすることなく、ワイヤをワイヤボンディングパッドに圧し付ける際の荷重を大きくすることなく、しかも超音波の付与時間が短くてもワイヤとワイヤボンディングとの間の良好な接合状態を達成することができる。
【００１１】
なお、上記各ワイヤボンディングパッドの形状としては、長円形状、楕円形状あるいは長矩形状などが挙げられるが、長矩形状が好適に採用される。
【００１２】
本願発明のその他の特徴および利点は、添付図面を参照して以下に行う詳細な説明によって、より明らかとなろう。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本願発明の好ましい実施の形態を図面を参照して具体的に説明する。図１は、本願発明に係る半導体装置の製造方法によって製造された半導体装置の一例を表す全体斜視図、図２は、図１の半導体装置を裏面側から見た全体斜視図、図３は、図１のIII −III 線に沿う断面図である。なお、これらの図においては、従来例を説明するために参照した図面に表されていた部材および要素などと同等なものには同一の符号を付してある。
【００１４】
図１ないし図３に示すように、上記半導体装置１は、いわゆるＢＧＡ（Ball Grid Array ）型と称されるものである。この半導体装置１は、絶縁性を有する基板２と、この基板２に実装された半導体チップ３とを有しており、この半導体チップ３を封止するようにして樹脂パッケージ５が形成されている。
【００１５】
図１および図２に良く表れているように、上記基板２は、絶縁性を有するポリイミドなどの樹脂フィルムによって矩形状に形成されており、その表面２１には、複数のリード端子部２０Ａ，…，２０Ｂ，…からなる配線パターンが形成されている。そして、基板の中央部に集中して複数の貫通孔２４が格子状に配列形成されているが、上記各リード端子部２０Ａ（２０Ｂ）は、上記基板２の周縁端から連続して、その一端部がそれぞれの対応する貫通孔２４にまで至っている。すなわち、各貫通孔２４は、上記各リード端子部２０Ａ（２０Ｂ）の一端部によって上部開口が閉塞された恰好とされており、上記各貫通孔２４を介して上記基板２の裏面側から上記各リード端子部２０Ａ（２０Ｂ）の一端部が臨んでいる。
【００１６】
各リード端子部２０Ａは、ワイヤボンディングパッド２０ａをそれぞれ有しており、これらのワイヤボンディングパッド２０ａ，…は一方向（図１の矢印方向）、すなわちリード端子部２０Ａが延びる方向と交差する方向に長辺を有する長矩形状とされている。そして、それぞれのリード端子部２０Ａのワイヤボンディングパッド２０ａが千鳥状に配置されている。各リード端子部２０Ｂもまたワイヤボンディングパッド２０ｂをそれぞれ有しており、これらのワイヤボンディングパッド２０ｂ，…も上記一方向、すなわちリード端子部２０Ｂ延びる方向に長辺を有する長矩形状とされている。もちろん、それぞれのリード端子部２０Ａ，…，２０Ｂ，…は、互いに接触ないし交差しないように独立して形成されており、また各貫通孔２４が形成された領域を覆うようにして絶縁性を有する素材により保護膜を形成してもよい。
【００１７】
図３に示すように、上記半導体チップ３は、その上面３ａに複数の端子部（図示略）が形成されているが、この半導体チップ３は絶縁性を有するエポキシ樹脂などの接着剤７を介して基板２に対して機械的に接合されている。なお、半導体チップ３としては、たとえばＩＣやＬＳＩなどのベアチップを用いることができ、接着剤７としては、常温硬化性のものでも、熱硬化性のものでもよい。また、上記半導体チップ３は、図１および図３に良く表れているように、上記半導体チップ３の各端子部と上記各リード端子部２０Ａ（２０Ｂ）のワイヤボンディングパッド２０ａ（２０ｂ）との間が金線などのワイヤ６を介して接続されており、このワイヤ６によって上記半導体チップ３と上記各リード端子部２０ａとの電気的な導通が図られている。
【００１８】
図２および図３に示すように、上記基板２の裏面２２には、上記各貫通孔２４に対応して複数の外部端子部４が格子状に配列形成されている。これらの外部端子部４は、たとえばハンダによって半球状に形成されているが、上記各端子部２０ａとは上記貫通孔２４を介して導通されており、結局、上記各外部端子部４が上記半導体チップ３と導通していることになる。
【００１９】
そして、上記基板２の上面側において、半導体チップ３およびワイヤ６を封止するようにして、たとえばエポキシ樹脂を用いた金型成形によって樹脂パッケージ５が形成されている。
【００２０】
このように構成された半導体装置１は、たとえば回路基板などに実装されて使用されるが、上記各外部端子部４がハンダボールとされていることから、上記半導体装置１にはハンダリフローの手法などが好適に採用される。
【００２１】
次に、上記半導体装置１の製造方法について図４ないし図９を参照しつつ説明する。なお、図４は、図１ないし図３を参照して説明した半導体装置の製造に使用されるキャリアテープの一例の要部を表す斜視図、図５は、図４のキャリアテープに半導体チップを実装する工程を説明するための図、図６および図７は、ワイヤボンディング工程を説明するための図、図８は、樹脂パッケージング工程を説明するための図、図９は、外部端子部を形成する工程を説明するための図である。また、これらの図においては、従来例を説明するために参照した図面に表されていた部材および要素などと同等なものには同一の符号を付してある。
【００２２】
半導体装置１は、半導体チップ実装工程、ワイヤボンディング工程、樹脂パッケージング工程、外部端子部形成工程、およびキャリアテープ２Ａから半導体装置１となるべき部分を切り離す工程などを経て製造されるが、便宜上、半導体装置１の製造に使用されるキャリアテープ２Ａについて先に説明する。
【００２３】
このキャリアテープ２Ａは、ポリイミド樹脂などによってたとえば短冊状に形成されており、図４に示したようにその表面には複数のリード端子部２０Ａ，…，２０Ｂ，…からなる配線パターンが繰り返し形成されている。各配線パターンは、通電ライン２２によって囲まれる矩形領域２０内にそれぞれ形成されており、各矩形領域２０には、図面上には明確に表れていないが中央部に集中して複数の貫通孔２４が形成されている。各リード端子部２０Ａ（２０Ｂ）は、矩形領域２０の内包側に向けて一端部が延びるとともに、これらの一端部がそれぞれ対応する貫通孔２４にまで至っており、各リード端子部２０Ａ（２０Ｂ）の一端部によって各端通孔２４の上部開口が閉塞されている。各リード端子部２０Ａは、キャリアテープ２Ａの幅方向（図４の矢印方向Ａａ）に長い長矩形状とされたワイヤボンディングパッド２０ａをそれぞれ有している。一方、各リード端子部２０Ｂは、キャリアテープ２Ａの幅長手方向（図４の矢印方向Ｂｂ）に長い長矩形状とされたワイヤボンディングパッド２０ｂをそれぞれ有している。そして、各ワイヤボンディングパッド２０ｂは千鳥状に配置されている。また、上記キャリアテープ２Ａの幅方向の両側部には、一定間隔毎に係止穴２５がそれぞれ連続して設けられている。すなわち、爪付きローラなどの回転体の爪部が、上記係止穴２５に係止されるとともに、上記回転体の回転によって上記キャリアテープ２Ａが連続または間欠送りされるようになされている。なお、このような配線パターンおよび通電ライン２２は、たとえば上記キャリアテープ２Ａの表面に銅皮膜を形成した後に、あるいはキャリアテープ２Ａの表面に適宜の接着材などによって銅箔を貼着した後にエッチング処理を施すことによって形成することができる。
【００２４】
上記のようなキャリアテープ２Ａに対しては、まず半導体チップ実工程が行われる。この工程では、まず、たとえば上記各矩形領域２０の中央部に液状ないし固体状のエポキシ樹脂などの熱硬化性の接着剤を塗布ないし載置しておき、既存のチップマウンタなどを用いて接着剤を介在させた状態で半導体チップ３がキャリアテープ２Ａ上に載置される。そして、ヒータなどを用いて接着剤を溶融・熱硬化させることによって半導体チップ３がキャリアテープ２Ａに実装されて図５に示したような状態とされる。
【００２５】
次に、ワイヤボンディング工程が行われる。この工程は、ファーストボンディングとセカンドボンディングからなり、図６に示したようにキャピラリ８と呼ばれる治具が用いられる。具体的には、まず、キャリアテープ２Ａおよび半導体チップ３を予め加熱しておき、この状態においてファーストボンディングが行われる。上記キャピラリ８内には、ワイヤ６′が挿通されており、キャピラリ８から突出したワイヤ６′の先端部が溶融させられてボール状とされ、これを半導体チップ３の端子部３０に圧着することによってファーストボンディングが行われる。そして、端子部３０にワイヤ６′を圧着する際には、振動方向がキャリアテープ２Ａの幅方向（図６の矢印方向）、すなわちワイヤボンディングパッド２０ａ（２０ｂ）の長手方向と同一方向とされた数十ｋＨｚ程度の超音波がキャピラリ８を介して付与される。次いで、キャピラリ８からワイヤ６′を引き出しつつキャピラリ８をワイヤボンディングパッド２０ａ（２０ｂ）にまで移動させる。このとき、ワイヤボンディングパッド２０ａ（２０ｂ）に振動方向がキャリアテープ２Ａの幅方向と合致させられた超音波を付与しつつキャピラリ８の先端部を圧し付けることによってセカンドボンディングが行われて図７に示した状態とされる。
【００２６】
ところで、超音波による振動には方向性があり、１つのキャリアテープ２Ａに付与される超音波の振動方向が一義的に定められてしまい、あるワイヤボンディングパッド２０ａ（２０ｂ）に対してはキャリアテープ２Ａの幅方向に振動を与え、他のワイヤボンディングパッド２０ｂ（２０ａ）に対してはキャリアテープ２Ａの長手方向に振動を与えるのは困難である。このため、全てのワイヤボンディングパッド２０ａ，…２０ｂ，…に対して、同じ方向の振動する超音波を付与せざるをえず、本実施形態では、キャリアテープ２Ａの幅方向に振動する超音波を付与している。一方、全てのワイヤボンディングパッド２０ａ，…，２０ｂ，…は、キャリアテープ２Ａの幅方向に長い長矩形状とされており、全てのワイヤボンディングパッド２０ａ，…，２０ｂ，…が超音波の振動方向であるキャリアテープ２Ａに対してその幅方向に相対的に移動しにくくなされている。したがって、付与した超音波エネルギがさほどワイヤボンディングパッド２０ａ（２０ｂ）の移動に消費されることなくワイヤ６とワイヤボンディングパッド２０ａ（２０ｂ）の接合エネルギとして有効に利用できる。このように、本実施形態では、付与する超音波の出力を大きくすることなく、ワイヤ６をワイヤボンディングパッド２０ａ（２０ｂ）に圧し付ける際の荷重を大きくすることなく、しかも超音波の付与時間が短くてもワイヤ６とワイヤボンディング２０ａ（２０ｂ）との間の良好な接合状態を達成することができる。
【００２７】
次いで、樹脂パッケージング工程を行う。この工程では、キャリアテープ２Ａの上面側において半導体チップ３、ワイヤ６を封入するようにして樹脂パッケージ５が形成されて図８に示したような状態とされる。この工程には、型締め状態においてキャビティ空間を形成する上下の金型を用いた、いわゆるトランスファモールド法などが好適に採用される。具体的には、まず上記キャビティ空間内に上記半導体チップないしボンディングワイヤを収容した恰好で上記キャリアテープ２Ａを挟持して上下の金型の型締めを行う。そして、上記キャビティ空間内にエポキシ樹脂などを溶融状態で注入した後に硬化させることにより、配線パターン形成領域（矩形領域２０）の上面側にのみ上記樹脂パッケージ５が形成される。
【００２８】
続いて、外部端子部形成工程を行う。この工程では、上記キャリアテープ２Ａの表裏を反転させ、配線パターン形成領域（矩形領域２０）に裏面側、すなわち格子状に配列形成された複数の貫通孔２４のそれぞれに外部端子部４が形成される。これらの各外部端子部４は、図９に示したようにハンダボール４′をフラックスとともに各貫通孔２４に対応させて載置し、それぞれのハンダボール４′を溶融・固化させることによって各外部端子部４が形成される。このとき、各外部端子部４は、溶融時のの表面張力によって半球状とされる。
【００２９】
最後に、上記キャリアテープ２Ａから半導体装置１となるべき部位を切り離すことによって図１ないし図３に示したような個々の半導体装置１が得られる。
【００３０】
なお、本実施形態では、付与する超音波の振動方向がキャリアテープ２Ａの幅方向とされ、各ワイヤボンディングパッド２０ａ（２０ｂ）が上記幅方向に長辺を有する長矩形状とされていたが、付与する超音波の振動方向をキャリアテープ２Ａの長手方向とし、各ワイヤボンディングパッド２０ａ（２０ｂ）を上記長手方向に長辺を有する長矩形状としてもよい。もちろん、各ワイヤボンディングパッド２０ａ（２０ｂ）は、超音波の振動方向に長手状の形状とされていればよく、その形状は長矩形状に限らず、長円形または楕円形などの形状であってもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本願発明に係る半導体装置の製造方法によって製造された半導体装置の一例を表す全体斜視図である。
【図２】図１の半導体装置を裏面側から見た斜視図である。
【図３】図１のIII −III 線に沿う断面図である。
【図４】図１ないし図３の半導体装置の製造に使用されるキャリアテープの一例の要部を表す斜視図である。
【図５】図４のキャリアテープに半導体チップを実装する工程を説明するための図である。
【図６】ワイヤボンディング工程を説明するための図である。
【図７】ワイヤボンディング工程を説明するための図である。
【図８】樹脂パッケージング工程を説明するための図である。
【図９】外部端子部を形成する工程を説明するための図である。
【図１０】従来の半導体装置の一例を表す要部斜視図である。
【図１１】図１０の半導体装置を製造する方法におけるワイヤボンディング工程を説明するための図である。
【符号の説明】
１  半導体装置
２  基板
２Ａ  キャリアテープ
３  半導体チップ
３０  端子部（半導体チップの）
６，６′  ワイヤ
２０  矩形領域（配線パターン形成領域）
２０Ａ，２０Ｂ  リード端子部
２０ａ，２０ｂ  ワイヤボンディングパッド
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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