(57)【要約】【課題】  半導体装置封止用モールドレジンの熱膨張・収縮によるボンディングワイヤの疲労断線寿命の向上。【解決手段】  ボンディングワイヤに発生するひずみとボンディングワイヤループ形状の関係をある関数によって定式化し、ワイヤに発生するひずみを所定の規定値以下とするようワイヤループ形状を適正化する。また、ワイヤの疲労寿命曲線から寿命を推定し、目標寿命を満足するループ形状を求めるようプログラム化する。さらに、このプログラムをワイヤボンディング装置に組み込むことで、ワイヤひずみを低減するループ形状で自動的にボンディングが行えるワイヤボンディング装置を提供する。【選択図】  図３
2006073720.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の接続部と第２の接続部とをワイヤで電気的に接続するワイヤボンディング方法において、
前記ワイヤのループ形状を複数の形状パラメータで定義し、前記形状パラメータと前記ワイヤに発生するひずみの関係を関数で与え、前記ワイヤひずみを低減するよう前記関数に従い前記形状パラメータを自動的に計算してループ形状を決定しワイヤボンディングを行うことを特徴とするワイヤボンディング方法。
【請求項２】
請求項１に記載のワイヤボンディング方法において、
既知の形状パラメータが入力されると、未知の形状パラメータを前記関数に従い自動的に計算して求め、ループ形状を決定しワイヤボンディングを行うことを特徴とするワイヤボンディング方法。
【請求項３】
請求項２に記載のワイヤボンディング方法において、
既知の形状パラメータと前記関数から求めた未知の形状パラメータを一旦記憶装置に記憶し、その記憶に従いワイヤボンディングを行うことを特徴とするワイヤボンディング方法。
【請求項４】
請求項１に記載のワイヤボンディング方法において、
形状パラメータである前記第１の接続部と前記第２の接続部の位置情報をカメラで認識すると、未知の形状パラメータを前記関数に従い自動的に計算して求め、ループ形状を決定しワイヤボンディングを行うことを特徴とするワイヤボンディング方法。
【請求項５】
請求項４に記載のワイヤボンディング方法において、
前記カメラで認識した位置情報と前記関数から求めた未知の形状パラメータを一旦記憶装置に記憶し、その記憶に従いワイヤボンディングを行うことを特徴とするワイヤボンディング方法。
【請求項６】
請求項１に記載のワイヤボンディング方法において、
前記第１の接続部は、半導体チップに設けられており、
前記第２の接続部は、配線基板、若しくはリードフレームのリードに設けられていることを特徴とするワイヤボンディング方法。
【請求項７】
請求項１乃至請求項６のうち何れか１項に記載のワイヤボンディング方法を用いたことを特徴とするワイヤボンディング装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体チップの接続部と前記半導体チップの周囲に配置された接続部とをワイヤで接続するワイヤボンディング方法、及びそれを用いたワイヤボンディング装置に関わる。
【背景技術】
【０００２】
半導体装置の製造工程の１つに、半導体チップの接続部であるボンディングパッドと、半導体チップの周囲に配置された接続部である配線基板の電極やリードフレームのリードとをワイヤで電気的に接続するワイヤボンディング工程がある。このワイヤボンディング工程において、ボンディングパッド表面とワイヤの接合は、例えば金（Ａｕ）やアルミ（Ａｌ）などのワイヤを用いて配線する超音波ボンディング方法が主として用いられている。すなわち、ボンディングパッド表面とワイヤとの接合は、例えば電気トーチによりワイヤ先端を溶融して形成されたボールをキャピラリの先端で加圧して、さらに超音波振動を加えて金属間化合物を形成して接合する。また、配線基板の電極表面もしくはリードフレームのリード表面とワイヤとの接合は、先端部が半導体チップのボンディングパッド表面に接合されたワイヤがキャピラリの移動によって前記通過孔から繰り出されループを描きながらキャピラリ先端面によって配線基板の電極表面もしくはリードフレームのリード表面に押し付けることによって行う。
【０００３】
配線基板の電極表面もしくはリードフレームのリード表面とワイヤとの接合が完了すると、ワイヤをキャピラリにクランプしつつキャピラリを上昇させるとワイヤは切断される。このような動作を繰り返すことによって、ワイヤのボンディング作業が行われる。
【０００４】
このような接合方式の場合、ワイヤボンディング後に半導体チップ周辺に充填される例えばエポキシやシリコーンなどの封止樹脂の熱膨張収縮によってワイヤに大きなひずみが生じ、最悪の場合早期に疲労断線するという問題がある。このため、ワイヤの信頼性確保にはワイヤのループ形状を適正化する必要があり、特開２０００−３１１９１６号公報には、半導体チップのボンディングバッドからの立ち上がり角度と最大ループ高さの関係を規定するよう開示してある。これにより、ワイヤの断線を防止することを目指している。
【０００５】
【特許文献１】特開２０００―３１１９１６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、近年、製造コストの低減化のため、使用されるワイヤは細線化され疲労断線寿命へのマージンが小さくなってきている。また、半導体チップを複数枚積層したスタック実装構造が実用化され、ワイヤの高ループ化が一層進んでおり、ワイヤに発生するひずみは増加の一途をたどっている。さらに、半導体装置の小型・高密度化が加速され、従来にも増して熱密度増加により半導体装置内部での熱応力が増大傾向にある。
【０００７】
従って、ワイヤのループ形状の適正化はより高信頼化が望まれ、さらにコストとの両立が可能なボンディング方法の必要が生じてきた。公知例のボンディング方法だけでは、ワイヤひずみを低減するには難しく高寿命化への対応も十分ではなくなってきた。
【０００８】
そこで、本発明の目的は、上記課題を解決することのできる高信頼度のワイヤボンディング方法とそれを用いたワイヤボンディング装置を提供することにある。
本発明の前記並びにその他の目的と新規な特徴は、本明細書の記述及び添付図面によって明らかになるであろう。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するのに、本発明では、ワイヤの力学的特性を考慮した高信頼度なループ形状を形成する手法を見出した。これは、ワイヤに発生するひずみがワイヤのループ形状に依存することから、このループ形状を適正化することでワイヤに発生するひずみを低減し、高寿命のワイヤボンディングを可能にすることである。
【００１０】
簡単に説明すると、例えばワイヤのループ形状を複数の形状パラメータで視覚的に定義し、この形状パラメータとワイヤに発生するひずみの関係を、例えば関数などで近似的に定式化しておく。次に、ワイヤに発生するひずみと疲労断線寿命の関係を、例えばＣｏｆｆｉｎ−Ｍａｎｓｏｎ則などの寿命曲線であらかじめ整理しておく。これにより、ワイヤのループ形状が決定した際に前述の近似関数と寿命曲線からワイヤの断線寿命をあらかじめ推定することが可能となる。これを基に、所定の寿命に満たない場合は、ループ形状を変更して所定の寿命を満たすループ形状を設計しなおすことで、初期の設計段階において高寿命のループ形状が形成可能となる。
【００１１】
また、この一連の流れをプログラム化し、ワイヤボンディング装置に組み込むことで、高寿命のワイヤループを形成するワイヤボンディング装置の提供が可能となる。さらに、半導体チップの接続電極位置と基板の電極位置を例えばカメラなどで認識することで、自動的に所定の寿命を満足するループ形状を自動的に計算しワイヤボンディングを行う装置が提供できる。
【００１２】
以上により、ワイヤが細線化され積層実装などで高ループ化し、さらに半導体装置内部の熱応力が増大化しても、高寿命なワイヤボンディングが可能となり、高信頼度な半導体装置の製造が可能となる。
【００１３】
具体的には、例えば以下のワイヤボンディング方法及びワイヤボンディング装置を提供することができる。
（１）；第１の接続部と第２の接続部とをワイヤで電気的に接続するワイヤボンディング方法において、前記ワイヤのループ形状を複数の形状パラメータで定義し、前記形状パラメータと前記ワイヤに発生するひずみの関係を関数で与え、前記ワイヤひずみを低減するよう前記関数に従い前記形状パラメータを自動的に計算してループ形状を決定しワイヤボンディングを行うことを特徴とするワイヤボンディング方法。
【００１４】
（２）；上記（１）記載のワイヤボンディング方法において、既知の形状パラメータが入力されると、未知の形状パラメータを前記関数に従い自動的に計算して求め、ループ形状を決定しワイヤボンディングを行うことを特徴とするワイヤボンディング方法。
【００１５】
（３）；上記（２）記載のワイヤボンディング方法において、既知の形状パラメータと前記関数から求めた未知の形状パラメータを一旦記憶装置に記憶し、その記憶に従いワイヤボンディングを行うことを特徴とするワイヤボンディング方法。
【００１６】
（４）；上記（１）記載のワイヤボンディング方法において、形状パラメータである前記第１の接続部と前記第２の接続部の位置情報をカメラで認識すると、未知の形状パラメータを前記関数に従い自動的に計算して求め、ループ形状を決定しワイヤボンディングを行うことを特徴とするワイヤボンディング方法。
【００１７】
（５）；上記（４）記載のワイヤボンディング方法において、前記カメラで認識した位置情報と前記関数から求めた未知の形状パラメータを一旦記憶装置に記憶し、その記憶に従いワイヤボンディングを行うことを特徴とするワイヤボンディング方法。
【００１８】
（６）；上記（１）乃至（５）のうち何れか１つに記載のワイヤボンディング方法を用いたことを特徴とするワイヤボンディング装置。
【発明の効果】
【００１９】
本願において開示される発明のうち代表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば、下記のとおりである。
本発明によれば、ワイヤのひずみがワイヤループの形状パラメータによって自動的に求められることで、容易にかつ簡便にループ形状の適正化が可能となり、高信頼度なワイヤボンディング方法の提供が可能となる。また、ワイヤ形状パラメータを入力すると自動的にループ形状を決定してワイヤボンディングを行うことで、ワイヤの断線寿命は的確に向上させることが可能となり、高信頼度なワイヤボンディング装置の提供が可能となる。さらに、半導体チップの接続電極位置と基板の電極位置を例えばカメラなどで認識することで、自動的に所定の寿命を満足するループ形状を自動的に計算しワイヤボンディングを行う装置が提供できる。
また、これらのワイヤボンディング方法及びワイヤボンディング装置で製造された半導体装置も高信頼を有するのは明白である。
【００２０】
これにより、ワイヤの力学的特性を考慮した最適なワイヤループ形状を決定することが可能となり、さらに自動的にワイヤボンディングを行うことで、ワイヤが細線化され積層実装などで高ループ化し、さらに半導体装置内部の熱応力が増大化しても、高信頼度な半導体装置の製造が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、本発明のワイヤボンディング方法の一実施例について、図面を参照して詳細に説明する。
図９は、半導体装置の製造工程を示す図である。図では一般的な半導体装置の製造工程の概要であり、詳細な説明は省略してある。
【００２２】
まず、半導体ウェハ上にトランジスタ素子を形成する〈１９１〉。半導体材料としては、例えばシリコン（Ｓｉ）やゲルマニウム（Ｇｅ）及びガリウムヒ素（ＧａＡｓ）などを用いる。
【００２３】
次に、トランジスタ素子の周辺や表面に外部との電気的導通を確保するため配線を形成する〈１９２〉。配線の形成方法は、例えばウェハ上に全面めっきした後に配線以外をエッチングなどで取り除く方法がある。配線の材料としては、例えばアルミニウム（Ａｌ）などを用いると電気抵抗を小さくすることが可能であり、さらに銅（Ｃｕ）などを用いることでより電気抵抗を小さくすることが可能となる。このあと、外部からの汚染や機械的強度確保のため、半導体ウェハ上に保護膜を形成する〈１９３〉と信頼性が向上する。
【００２４】
次に、半導体ウェハからパターンに従ってチップ状に切り出す、いわゆるダイシングを行う〈１９４〉。ダイシングされた半導体チップは基板に搭載される〈１９５〉。基板材料としては、例えば樹脂基板などが一般的であるが、電力用途の大電流半導体装置であれば例えばセラミックや銅（Ｃｕ）及びステンレス合金（４２アロイ）などのリードフレームである。搭載に用いる接着材は、導電性が必要な場合は例えばはんだを用いると良いが、例えばエポキシなどの熱硬化性樹脂に、熱伝導性や導電性を向上させるよう例えばＡｇなどの金属性フィラーを充填した樹脂性接着材を用いる。
【００２５】
次に、半導体チップの電極と基板電極とを電気的に接合するためワイヤボンディングを行う〈１９６〉。ワイヤ材料は、例えば金（Ａｕ）等が一般的に使用されているが、電力用途の大電流を流す半導体装置の場合はアルミニウム（Ａｌ）などを用いる。
【００２６】
次に、半導体チップとその周辺を封止する〈１９７〉。封止材には例えば熱硬化性の樹脂を用い、封止は例えば金型を用いたトランスファーモールド工法で行うと大量生産に向いている。
最後に、成型や切断〈１９８〉によって半導体装置が形成される。
本発明は、図９に示した半導体装置製造工程の中で、ワイヤボンディング工程に関するものである。
【００２７】
図１は、本発明の一実施例であるワイヤボンディング方法に使用されるワイヤ形状パラメータの概略図であって、半導体装置の内部構造の一部を示す模式的断面図である。図ではわかりやすくワイヤ周辺のみを図示してある。
【００２８】
図１に示すように、半導体装置は、配線基板（以下、単に基板と呼ぶ）４の主面上にダイボンディング材６を介在して半導体チップ２が搭載されている。半導体チップ２の表面（主面）には、ボンディングワイヤ１の第１の接続部としてボンディングパッド（第１の電極）３が設けられている。基板４の表面（主面）には、ボンディングワイヤ１の第２の接続部として、例えば配線の一部からなる電極（第２の電極）５が設けられている。基板４の電極５は、半導体チップ２の周囲に配置されている。
【００２９】
半導体チップ２のボンディングパッド３は、ボンディングワイヤ１を介して基板４の電極５と電気的に接続されている。ボンディングワイヤ１は、一端側が半導体チップ２のボンディングパッド３に接続され、一端側と反対側の他端側が基板４の電極５に接続されている。本実施例において、ボンディングワイヤ１は、例えば、半導体チップ２のボンディングパッド３を一次接続、基板４の電極５を二次接続とするネイルヘッドボンディング法により、半導体チップ２のボンディングパッド３と基板４の電極５との間を機械的にかつ電気的に接続している。
【００３０】
ボンディングワイヤ１としては例えば金（Ａｕ）等が一般的に使用されているが、電力用途の大電流を流す半導体装置の場合はアルミニウム（Ａｌ）などを用いるとコストの面で有利である。また、基板４の材料としては、例えば樹脂が一般的であるが電力用途の大電流半導体装置では例えばセラミックやなどを用いても良い。
【００３１】
ダイボンディング材６の材料としては、導電性が必要な場合は例えばはんだを用いると良いが、例えばエポキシなどの熱硬化性樹脂に、熱伝導性や導電性を向上させるよう例えばＡｇなどの金属性フィラーを充填した樹脂性接着材を用いるとコストの面で有利である。
【００３２】
半導体チップ２、ボンディングワイヤ１等は、封止樹脂７によって樹脂封止されている。樹脂封止は、例えば大量生産に好適なトランスファモールディング法で行われている。この場合、封止樹脂７としては、例えばエポキシ系の熱硬化性樹脂が用いられる。また、封止樹脂７として例えばシリコーンなどの低弾性樹脂を用いることで、モジュール内部の熱応力を低減することができる。
【００３３】
図１中に示す記号ｐｃ，ｐｗ，ｌｃ，ｌｗ，ｈｃ，ｈｗ，ｄｗはワイヤ形状パラメータと称し、ボンディングワイヤ１のループ形状を定量的に表すパラメータとして定義してある。
【００３４】
ｐｃは第１の電極からボンディングワイヤループ頂までの水平距離、ｐｗはボンディングワイヤループ頂における水平部長さ、ｌｃは半導体チップ端から第１の電極までの距離、ｌｗは第１の電極と第２の電極間の水平距離、ｈｃは半導体チップの厚さ、ｈｗは第１の電極からボンディングワイヤループ頂までの高さ及びｄｗはボンディングワイヤ径である。
【００３５】
本発明者らは、これらの形状パラメータが、例えば半導体装置の信頼性加速試験である温度サイクル試験時にボンディングワイヤ１に発生するひずみに影響を与えているのではないかと考え、形状パラメータとボンディングワイヤ１に発生するひずみの関係について検討を行った。
【００３６】
本発明者らは、形状パラメータとボンディングワイヤ１の関係を明らかにするため、実験計画法に基づく直交評価を行った。
【００３７】
表１は、本発明の一実施例であるワイヤボンディング方法を導き出すために用いた形状パラメータと水準である。また、表２は、本発明の一実施例であるボンディングワイヤ方法を導き出すために用いた直交表である。
【００３８】
【表１】
2006073720.tif 000003
【００３９】
【表２】
2006073720.tif 000004
【００４０】
表１より、ｐｃの水準は０〜３０〜６０μｍ、ｈｃは８０〜１８０〜２８０μｍ、ｌｃは８０〜１６０〜２４０μｍ、ｈｗは８０〜１６０〜２４０μｍ、ｐｗは５０〜１２５〜２００μｍ、ｄｗは２０〜２５〜３０μｍ及びｌｗは６５０〜９７５〜１３００μｍとし、因子Ｎｏ．Ａは空欄にしてある。また、表２は、実験計画法に基づきＬ１８の直交割付に従い１８通りの組合せとしてある。
【００４１】
図５は、本発明の一実施例であるワイヤボンディング方法を導き出すために用いた形状パラメータのひずみ要因効果図である。これは、本発明者らが、表２に示した１８通りの組合せについて、有限要素法を用いて信頼性試験である温度サイクル試験下で発生するボンディングワイヤ１のひずみ範囲Δεを解析して求め、その結果を望小特性（感度）で整理した図である。この図は、各形状パラメータがゼロに近いほど、ワイヤに発生するひずみ範囲Δεを小さくすることができることを示している。ボンディングワイヤ１のひずみ範囲Δεは疲労断線の原因となるひずみであり、解析した温度範囲は、一般的な温度サイクル試験の温度範囲である−５５℃〜１５０℃である。
【００４２】
この結果から明らかなように、ボンディングワイヤに発生するひずみ範囲Δεは、ワイヤの形状パラメータで変化することがわかる。例えば、ｐｃ（第１の電極からボンディングワイヤループ頂までの水平距離）やｌｃ（半導体チップ端から第１の電極までの距離）は大きいほど、ｈｗ（第１の電極からボンディングワイヤループ頂までの高さ）は小さいほどワイヤのひずみ範囲Δεを小さくすることが可能である。
【００４３】
具体的には検討した水準範囲内では、例えば、ｈｃ（半導体チップの厚さ）が２８０μｍ、ｐｗ（ボンディングワイヤループ頂における水平部長さ）が２００μｍ、ｄｗ（ボンディングワイヤ径）が３０μｍ及びｌｗ（第１の電極と第２の電極間の水平距離）が１３００μｍであった場合、ｐｃは６０μｍ、ｌｃは２４０μｍ及びｈｗは８０μｍとすることで、ワイヤのひずみ範囲Δεを最も小さくすることが可能である。
【００４４】
さらに本発明者らは、図５に示した要因効果図を基に分散分析を行い、ワイヤの形状パラメータとボンディングワイヤ１に発生するひずみ範囲Δεの関係を近似的に関数（１）で表現できることを見出した。
【００４５】
［数１］
Δε＝ｆ（ｐｃ，ｐｗ，ｌｃ，ｌｗ，ｈｃ，ｈｗ，ｄｗ）  ・・・・（１）
このときの近似関数ｆは、例えば本発明の一実施例である実験計画法の直交評価を基にした直交関数でも良いし、例えば重回帰分析や応答曲面法などの統計法などを用いても良い。また、精度を高めるには、例えばニューラルネットワークなどを用いても良い。例えば、２次の直交関数を用いれば（２）式のようになる。
【００４６】
［数２］
Δε＝Ａ０＋Ｂ１×ｐｃ＋Ｂ２×ｐｃ＾２＋Ｃ１×ｐｗ＋Ｃ２×ｐｗ＾２＋Ｄ１×ｌｃ＋Ｄ２×ｌｃ＾２＋Ｅ１×ｌｗ＋Ｅ２×ｌｗ＾２＋Ｆ１×ｈｃ＋Ｆ２×ｈｃ＾２＋Ｇ１×ｈｗ＋Ｇ２×ｈｗ＾２＋Ｈ１×ｄｗ＋Ｈ２×ｄｗ＾２・・・・（２）
ここで、Ａ０，Ｂ１，Ｂ２，Ｃ１，Ｃ２，Ｄ１，Ｄ２，Ｅ１，Ｅ２，Ｆ１，Ｆ２，Ｇ１，Ｇ２，Ｈ１，Ｈ２は係数であり、例えば１８個の連立方程式を解くことで得ることができる。
【００４７】
これにより、ワイヤ形状パラメータが既知であれば、近似関数（１）によりワイヤに発生するひずみ範囲Δεを簡単に求めることが可能となる。
【００４８】
さらに本発明者らは、ボンディングワイヤ１に使用される材料の断線疲労寿命データと照らし合わせることで、ワイヤ形状パラメータを設定した段階である程度簡便に精度良くワイヤの断線寿命を予測できることを見出した。
【００４９】
図２に本発明で使用されるボンディングワイヤ材料の疲労寿命曲線の模式図を示す。図の縦軸は温度サイクル試験１サイクルあたりに発生するワイヤのひずみ範囲Δε（％）であり、横軸は繰り返し数Ｎｆ（回）であり両対数で表示してある。ボンディングワイヤ１に使用される材料は、例えば金（Ａｕ）やアルミニウム（Ａｌ）などの延性金属材料が多く用いられており、これらの疲労破壊モードは低サイクル疲労のため例えばＣｏｆｆｉｎ−Ｍａｎｓｏｎ則の寿命予測式（３）の関係がある。
【００５０】
［数３］
Ｎｆ＝（Δε／ε０）−１／ｍ    ・・・・・（３）
このとき、ε０は疲労寿命曲線の切片であり、ｍは曲線の傾きである。
【００５１】
これにより、ワイヤの形状パラメータが既知であれば、近似関数（１）によりワイヤに発生するひずみ範囲Δεが簡単に精度良く求まり、さらに寿命予測式（３）により温度サイクル試験下でのワイヤの疲労寿命Ｎｆを求めることが可能となる。
【００５２】
従って、所定の目標寿命に満たない場合は、近似関数（１）により形状パラメータを変更し所定の目標寿命を満たすループ形状を設計しなおすことが可能となり、初期の設計段階において高寿命のループ形状が形成できる。
以上の一連の流れは以下のようになる。
【００５３】
図３に本発明の一実施例であるワイヤボンディング方法の概念図を示す。まず、ワイヤ形状パラメータを初期設定する〈１３１〉。次に、近似関数により温度サイクル試験下でワイヤに発生するひずみ範囲を求める〈１３２〉。続いて、寿命予測式によりワイヤの疲労断線寿命を求める〈１３３〉。このとき、所定の目標寿命を満足する場合〈Ｙｅｓ〉は、初期に設定したワイヤ形状パラメータを正式採用して〈１３４〉、ワイヤボンディングを実施する〈１３５〉。一方、所定の目標寿命に満たない場合〈Ｎｏ〉は、再度ワイヤ形状パラメータを設定しなおし、目標寿命を満たすワイヤ形状パラメータを再計算して求め、ワイヤボンディングを実施する。この一連の流れによりワイヤボンディングを実施することが本発明の簡単な説明である。
具体的には以下の方法で実施される。
【００５４】
図４は、本発明の一実施例であるワイヤ形状パラメータの初期設定からワイヤボンディングまでの具体的な流れを示す。
【００５５】
まず、図１に従いワイヤ形状パラメータ（ｐｃ，ｐｗ，ｌｃ，ｌｗ，ｈｃ，ｈｗ，ｄｗ）を初期設定する〈１４１〉。次に、近似式（１）により、温度サイクル試験下でワイヤに発生するひずみ範囲Δεを求める〈１４２〉。続いて、寿命予測式（３）によりワイヤの疲労断線寿命Ｎｆを求める〈１４３〉。このとき、Ｎｆが所定の目標寿命Ｎｔよりも大きければ〈Ｙｅｓ〉、初期に設定したワイヤ形状パラメータを正式採用して〈１４４〉、ワイヤボンディングを実施する〈１４５〉。一方、Ｎｆが所定の目標寿命Ｎｔより小さい場合〈Ｎｏ〉は、再度ワイヤ形状パラメータを設定しなおし、目標寿命を満足するワイヤ形状パラメータを再計算して求め、ワイヤボンディングを実施する。
【００５６】
これにより、ワイヤ形状パラメータを初期に設定した段階において、疲労断線寿命をある程度簡便に精度良く求め、さらには高寿命化となるようループ形状を適正化することが可能となり、ワイヤひずみを低減できる高信頼度なワイヤループ形状を製造することが可能となる。
【００５７】
また、半導体チップ２の表面（主面）にある第１の電極（接続部）であるボンディングパッド３と基板４の表面（主面）にある第２の電極（接続部）である電極５の位置は、形状パラメータのｌｃ（半導体チップ端から第１の電極までの距離）とｌｗ（第１の電極と第２の電極間の水平距離）に相当する。従って、例えばワイヤボンディング装置に付随したカメラなどでボンディングパッド３と電極５の位置を認識することで、自動的に所定の目標寿命を満足するよう他の形状パラメータを自動的に計算しワイヤボンディングを行う装置の提供が可能となる。
具体的には以下のように実施される。
【００５８】
図７は、本発明の一実施例であるワイヤ形状パラメータをカメラで位置認識するワイヤボンディング方法の流れである。
【００５９】
まず、ボンディング装置に付随された例えばカメラによって、ワイヤ形状パラメータである第１の電極と第２の電極の位置を認識する〈１７１〉。次に、その他の形状パラメータが実現可能な範囲で適当に設定され〈１７２〉、近似式（１）により、温度サイクル試験下でワイヤに発生するひずみ範囲Δεを求める〈１７３〉。続いて、寿命予測式（３）によりワイヤの疲労断線寿命Ｎｆを求める〈１７４〉。このとき、Ｎｆが所定の目標寿命Ｎｔよりも大きければ〈Ｙｅｓ〉、初期に設定したワイヤ形状パラメータを正式採用して〈１７５〉、ワイヤボンディングを実施する〈１７６〉。一方、Ｎｆが所定の目標寿命Ｎｔより小さい場合〈Ｎｏ〉は、再度ワイヤ形状パラメータを設定しなおし、目標寿命を満足するワイヤ形状パラメータを再計算して求め、ワイヤボンディングを実施する。
【００６０】
これにより、ワイヤボンディング装置に付随したカメラによって電極位置を認識するだけで、高寿命化となるようループ形状を適正化することが可能となり、ワイヤひずみを低減できる高信頼度なワイヤループ形状を製造することが可能となる。
【００６１】
これら一連の流れをプログラム化し、ワイヤボンディング装置に組み込むことで、高寿命のワイヤループを形成するワイヤボンディング装置の提供が可能となる。
【００６２】
図６は、本発明の一実施例であるワイヤ形状パラメータを一時記憶するワイヤボンディング方法の流れである。
【００６３】
まず、図１に従いワイヤ形状パラメータ（ｐｃ，ｐｗ，ｌｃ，ｌｗ，ｈｃ，ｈｗ，ｄｗ）を初期設定する〈１６１〉。次に、近似式（１）により、温度サイクル試験下でワイヤに発生するひずみ範囲Δεを求める〈１６２〉。続いて、寿命予測式（３）によりワイヤの疲労断線寿命Ｎｆを求める〈１６３〉。このとき、Ｎｆが所定の目標寿命Ｎｔよりも大きければ〈Ｙｅｓ〉、初期に設定したワイヤ形状パラメータを正式採用して〈１６４〉、ワイヤボンディングを実施する〈１６６〉。一方、Ｎｆが所定の目標寿命Ｎｔより小さい場合〈Ｎｏ〉は、再度ワイヤ形状パラメータを設定しなおし、目標寿命を満足するワイヤ形状パラメータを再計算して求める。このとき、採用した形状パラメータは例えばワイヤボンディング装置に付随されたメモリなどの記憶装置に一旦保存され〈１６５〉、ワイヤボンディングは、その記憶情報に従い実施される。これにより、同一構造の半導体装置に対し一度の設定で大量生産が可能となるので、コスト及び生産性の面で有利となる。
【００６４】
図８は、本発明の一実施例であるワイヤ形状パラメータをカメラに認識し一時記憶するワイヤボンディング方法の流れを示す。
【００６５】
まず、ボンディング装置に付随された例えばカメラによって、ワイヤ形状パラメータである第１の電極と第２の電極の位置を認識する〈１８１〉。次に、その他の形状パラメータが実現可能な範囲で適当に設定され〈１８２〉、近似式（１）により、温度サイクル試験下でワイヤに発生するひずみ範囲Δεを求める〈１８３〉。続いて、寿命予測式（３）によりワイヤの疲労断線寿命Ｎｆを求める〈１８４〉。このとき、Ｎｆが所定の目標寿命Ｎｔよりも大きければ〈Ｙｅｓ〉、初期に設定したワイヤ形状パラメータを正式採用して〈１８５〉、ワイヤボンディングを実施する〈１８７〉。一方、Ｎｆが所定の目標寿命Ｎｔより小さい場合〈Ｎｏ〉は、再度ワイヤ形状パラメータを設定しなおし、目標寿命を満足するワイヤ形状パラメータを再計算して求める。このとき、採用した形状パラメータは例えばワイヤボンディング装置に付随されたメモリなどの記憶装置に一旦保存され〈１８６〉、ワイヤボンディングは、その記憶情報に従い実施される。
【００６６】
これにより、ワイヤボンディング装置に付随したカメラによって電極位置を認識するだけで、高寿命化となるようループ形状を適正化することが可能となり、ワイヤひずみを低減できる高信頼度なワイヤループ形状を製造することが可能となる。さらに、同一構造の半導体装置に対し一度の設定で大量生産が可能となるので、コスト及び生産性の面で有利となる。
【００６７】
このように、ワイヤのひずみがワイヤ形状パラメータによって自動的に求められることで、容易にかつ簡便にループ形状の適正化が可能となり、高信頼度なワイヤボンディング方法の提供が可能となる。また、ワイヤ形状パラメータを入力し、もしくはカメラなどで電極位置を認識するだけで自動的に高信頼度なループ形状を求めてワイヤボンディングを行うため、ワイヤの断線寿命を的確に向上させることができる。さらに、本発明では、所定の目標寿命に対しループ形状を適正化することが可能であるため、例えば信頼度を要求されない半導体装置に適用する場合には、要求寿命に応じたループ形状を形成すれば良い。従って、対象の半導体装置の構造に見合ったループ形状の作製も可能であり、複雑なワイヤボンディングにも容易に適用可能であり、高価な材料を必要とせず製造コストに対しても十分有利である。
これらのワイヤボンディング方法及び装置で製造された半導体装置も高信頼を有するのは明白である。
【００６８】
以上、本発明者によってなされた発明を、前記実施例に基づき具体的に説明したが、本発明は、前記実施例に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々変更可能であることは勿論である。
【００６９】
例えば、前述の実施例では、半導体チップ２のボンディングパッド３を一次接続、基板４の電極５を二次接続とするネイルヘッドボンディング法により、半導体チップ２のボンディングパッド３と基板４の電極５とをボンディングワイヤ１で接続する例について説明したが、本発明は、基板４の電極５を一次接続、半導体チップ２のボンディングパッド３を二次接続とするネイルヘッドボンディング法により、半導体チップ２のボンディングパッド３と基板４の電極５とをボンディングワイヤ１で接続する場合においても適用することができる。
【００７０】
また、前述の実施例では、半導体チップ２のボンディングパッド３と基板４の電極５とをボンディングワイヤ１で接続する方法としてネイルヘッドボンディング法について説明したが、本発明は、ウェッジボンディング法など他のボンディング法においても適用することができる。
【００７１】
また、前述の実施例では、半導体チップ２のボンディングパッド３を第１の接続部とし、基板４の電極５を第２の接続部として両者をボンディングワイヤ１で接続する例について説明したが、本発明は、半導体チップのボンディングパッドを第１の接続部とし、リードフレームのリードや、半導体チップが搭載されたチップ装着台（例えばダイパッド，タブ，ヒートスプレッタ）や、他の半導体チップのボンディングパッドを第２の接続部として両者をボンディングワイヤで接続する場合においても適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００７２】
【図１】本発明の一実施例であるワイヤボンディング方法に使用されるワイヤ形状パラメータの概略図であって、半導体装置の内部構造の一部を示す模式的断面である。
【図２】本発明で使用されるボンディングワイヤ材料の疲労寿命曲線の模式図である。
【図３】本発明の一実施例であるワイヤボンディング方法の概念図である。
【図４】本発明の一実施例であるワイヤ形状パラメータの初期設定からワイヤボンディングまでの具体的な流れを示す図である。
【図５】本発明の一実施例であるワイヤボンディング方法を導き出すために用いた形状パラメータのひずみ要因効果図である。
【図６】本発明の一実施例であるワイヤ形状パラメータを一時記憶するワイヤボンディング方法の流れを示す図である。
【図７】本発明の一実施例であるワイヤ形状パラメータをカメラで位置認識するワイヤボンディング方法の流れを示す図である。
【図８】本発明の一実施例であるワイヤ形状パラメータをカメラに認識し一時記憶するワイヤボンディング方法の流れを示す図である。
【図９】半導体装置の製造工程を示す図である。
【符号の説明】
【００７３】
１…ボンディングワイヤ、２…半導体チップ、３…ボンディングパッド、４…基板、５…電極、６…ダイボンディング材、７…封止樹脂
【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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