(57)【要約】【課題】ワイヤと電極との固着、特にワイヤと半導体素子の上面電極とを強く固着できると同時に半導体装置の薄型化が図れ、しかも新たな設備を必要とせず、また装置の生産性を低下させることないワイヤボンディング方法を提供する。【解決手段】キャピラリ５を用いてワイヤ４を第１電極２にボールボンディングした後、半導体素子３の上面に形成された、第１電極２よりも高い位置にある第２電極３１にワイヤ４をスティッチボンディングする。次に、第２電極３１のスティッチボンディングした部分に重ねてボールボンディングを行って、ワイヤ４の第２電極３１への固着を補強する。そして、半導体素子３の上面外周辺から第２電極３１のボールボンディング跡の中心までの最短距離よりも長い半径を有する、キャピラリ５の先端部のフェイス面５１で、第２電極３１のボールボンディング跡に形成される突起６を押しつぶす。【選択図】　図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
キャピラリを用いてワイヤを第１電極にボールボンディングした後、前記キャピラリからワイヤを繰り出しながら前記キャピラリを、半導体素子の上面に形成された、前記第１電極よりも高い位置にある第２電極上に移動させ、この第２電極にワイヤをスティッチボンディングした後、第２電極の前記スティッチボンディングした部分に重ねてボールボンディングを行うワイヤボンディング方法において、
前記キャピラリ先端部のフェイス面の半径を、前記半導体素子の上面外周辺から前記第２電極のボールボンディング跡の中心までの最短距離よりも長くし、前記第２電極のボールボンディング跡に形成される突起を、前記フェイス面で押しつぶすことを特徴とするワイヤボンディング方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は電極間をワイヤで接続するワイヤボンディング方法に関し、より詳細にはスティッチボンディングした部分に重ねてボールボンディングを行ってワイヤと電極との固着を補強するワイヤボンディング方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、半導体発光装置を始め半導体装置の薄型化が種々検討されている。その中の一つの方法として、図５に示すような半導体素子３を回路基板１に実装する場合に、回路基板１に形成された電極２にワイヤ４をボールボンディングした後、半導体素子３の上面電極３１にスティッチボンディングするワイヤボンディング方法が提案されている（例えば特許文献１参照）。この提案されているワイヤボンディング方法によれば、ボールボンディング部Ｂにおいて生じるワイヤ４の立ち上がり部分が、ちょうど半導体素子３の高さで相殺されるかたちになるので、半導体素子３の上面電極３１にワイヤ４を第１ボンドした後、回路基板１の電極２に第２ボンドしていた従来の方法に比べて半導体装置の一層の薄型化を図ることができる。
【０００３】
一方、このワイヤボンディング方法は、ボンディングに方向性がなく作業性に優れているものの、スティッチボンディング部Ｓはボールボンディング部Ｂに比べ圧着面積が小さく、また圧着部の厚さが薄いため、接合強度が弱いという本質的な問題があった。本発明者が経験したところによれば、その理由は未だ明らかになっていないが、半導体素子の上面電極にワイヤをスティッチボンディングした場合に、特にワイヤが切れやすいという問題があった。
【０００４】
そこで、スティッチボンディング部Ｓの固着強度を大きくすることを目的として、スティッチボンディング部Ｓに重ねてボールボンディングを行うことが提案されている（例えば参考文献２）。
【０００５】
【特許文献１】
特開２００１−１５５４２号公報（特許請求の範囲の欄、図２）
【特許文献２】
特開平１１−１６３０２６号公報（特許請求の範囲の欄、図２）
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
この方法を図５に示したワイヤボンディング方法に適用すると、ワイヤの固着強度は確かに大きくなるが、図６に示すように、ボールボンディング部Ｂ２にワイヤの立ち上がり部分（突起）６が不可避的に残るため、半導体装置の薄型化という目的が充分には達成できなかった。
【０００７】
本発明はこのような従来の問題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、ワイヤと電極との固着、特にワイヤと半導体素子の上面電極との固着を強くでき、且つ半導体装置の薄型化を図れるワイヤボンディング方法を提供することにある。
【０００８】
また本発明の目的は、新たな設備を必要とせず、また装置の生産性を低下させることなくワイヤと電極とを強く固着できるワイヤボンディング方法を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、キャピラリを用いてワイヤを第１電極にボールボンディングした後、前記キャピラリからワイヤを繰り出しながら前記キャピラリを、半導体素子の上面に形成された、前記第１電極よりも高い位置にある第２電極上に移動させ、この第２電極にワイヤをスティッチボンディングした後、第２電極の前記スティッチボンディングした部分に重ねてボールボンディングを行うワイヤボンディング方法において、
前記キャピラリ先端部のフェイス面の半径を、前記半導体素子の上面外周辺から前記第２電極のボールボンディング跡の中心までの最短距離よりも長くし、前記第２電極のボールボンディング跡に形成される突起を、前記フェイス面で押しつぶすことを特徴とするワイヤボンディング方法が提供される。
【００１０】
【発明の実施の形態】
本発明者は、スティッチボンディングした部分の固着強度を上げるために、従来と同様にスティッチボンディングした部分に重ねてボールボンディングを行うこととし、これを前提に第２電極にボールボンディングを行うことにより生じる問題、すなわち第２電極のボールボンディング跡に形成される突起を除去できないか検討をした。突起を単に除去するだけならば、例えばワイヤボンディング工程の後に押さえ治具で突起を押しつぶす、あるいは切断治具で突起を切断すればよいが、突起を押しつぶすあるいは切断するためには新たな設備が必要となり、また装置の生産性の低下を招く。そこで既存の設備で前記突起を除去できないかさらに検討した結果、ワイヤボンディング工程で用いられているキャピラリに着目し、このキャピラリを用いて前記突起を押しつぶせばよいことを見出し本発明をなすに至った。
【００１１】
すなわち、本発明のワイヤボンディング方法の大きな特徴の一つは、キャピラリ先端部のフェイス面で前記突起を押しつぶすことにある。かかる構成によれば、新たな設備を導入することなくキャピラリの移動制御を変更するだけで前記突起をなくすことができ、生産性の低下も抑えられる。
【００１２】
また本発明のもう一つの大きな特徴は、キャピラリのフェイス面の半径を、半導体素子の上面外周辺から第２電極のボールボンディング跡の中心までの最短距離よりも長くしたことにある。図７に示すように、従来のキャピラリ５’のフェイス面５１’は半導体素子３の幅よりも小さかったため、フェイス面５１’で前記突起６を押しつぶそうとすると、次のワイヤボンディングのために準備されているキャピラリ先端の金属ボールｂが半導体素子３と接触するおそれがあった。そこで本発明では、キャピラリのフェイス面の半径を、半導体素子の上面外周辺から前記第２電極のボールボンディング跡の中心までの最短距離よりも長くし、フェイス面で前記突起を押しつぶす際に、キャピラリ先端に形成された金属ボールと半導体素子とが接触しないようにした。なお、半導体素子の上面外周辺から第２電極のボールボンディング跡の中心までの最短距離とは、図８に示すように、ボールボンディング跡の中心Ｏから、半導体素子３の直近の外周辺に下ろした垂線の長さをいう。
【００１３】
本発明で用いるキャピラリは、前記フェイス面の半径を有するものであれば特に限定はなく従来公知のものを使用できるが、スティッチボンディングにおいてワイヤを電極に強固に固着する観点からは、フェイス面の傾斜角を１５°以下としたものが好ましい。フェイス面の傾斜角が１５°より大きいと、フェイス面を介してワイヤに押圧力が充分に加わらず、電極へのワイヤの接着が不十分となるおそれがあるからである。なおフェイス面の傾斜角とは、キャピラリ先端における軸方向に垂直な平面とフェイス面とのなす角をいう。
【００１４】
本発明のワイヤボンディング方法の一例を図１に示す。なお、この実施形態ではチップ型半導体装置の場合のワイヤボンディング方法を説明しているが、本発明のワイヤボンディング方法はチップ型半導体装置に限定されるものではなく、従来公知の半導体素子のワイヤボンディングに用いることができる。
【００１５】
まず、トーチ電極（不図示）からの放電によって、キャピラリ５先端部の開口部から露出したワイヤ４の先端に金属ボールｂを成形する（図１（ａ））。そしてキャピラリ５を降下させて、基板１上に形成された電極（第１電極）２に、ワイヤ先端の金属ボールｂを押し付けて、超音波振動を加えながら金属ボールｂを電極２に固着させる（ボールボンディング、同図（ｂ））。次に、キャピラリ５を、半導体素子３の高さよりも少し高い位置まで上昇させながら、基板１上の電極２’に固着された半導体素子３の上方に移動させた後（同図（ｃ））、キャピラリ５を下降させて上面電極（第２電極）３１に押し当て、所定の荷重を掛けると同時に超音波振動を加えワイヤ４を上面電極３１に固着させる（スティッチボンディング、同図（ｄ））。その後ワイヤ４をクランプした状態でキャピラリ５を上方に移動させてワイヤ４を切断する（同図（ｅ））。
【００１６】
次にもう一度、トーチ電極（不図示）からの放電によって、ワイヤ４の先端に金属ボールｂを成形する（図２（ｆ））。そしてキャピラリ５を降下させて、半導体素子３の上面電極３１のスティッチボンディング部Ｓに、ワイヤ先端の金属ボールｂを押し付けて、超音波振動を加えながら金属ボールｂをスティッチボンディング部Ｓに固着させる（同図（ｇ））。これによりワイヤ４と上面電極３１との固着が格段に強くなる。次に、ワイヤ４をクランプした状態でキャピラリ５を上方に移動させてワイヤ４を切断する。このとき、上面電極３１のボールボンディング部Ｂ２にワイヤ４の立ち上がり部分（突起）６が残る（同図（ｈ））。
【００１７】
次のワイヤボンディングのための金属ボールｂをワイヤ４の先端に成形した後、突起６の垂直上方にキャピラリ５のフェイス面５１が位置し、且つ金属ボールｂが半導体素子３に接触しない程度キャピラリ５を水平方向に移動させる（同図（ｉ））。次に、キャピラリ５を下方に移動させて、キャピラリ５のフェイス面５１で突起６を押しつぶす（同図（ｊ））。これにより従来装置の薄型化の障害となっていた突起６をなくすことができ、装置の薄型化が図れると同時に、ワイヤ４と上面電極３１との固着をより強力にできる。そして次の電極間をワイヤボンディングするためにキャピラリ５を移動させる（同図（ｋ））。
【００１８】
突起６を押しつぶす際のキャピラリ５の移動制御は、例えば上面電極３１にボールボンディングを行った時にキャピラリ５の平面位置と高さとを記憶しておき、その平面位置情報に基づき、その金属ボールｂが半導体素子３に接触しない程度までキャピラリ５を水平方向に移動させ、そして前記高さ情報に基づき、キャピラリ５の下方への移動距離を制御する。このような移動制御によれば、上面電極３１の位置や高さがばらついても前記突起６をフェイス面５１で確実に押しつぶすことができる。もちろん、キャピラリや上面電極の位置をカメラにより画像として取り込んでデータ処理を行ってキャピラリの移動制御を行っても構わない。
【００１９】
一つの半導体素子にワイヤボンディングすべき電極が複数ある場合、ボールボンディング部Ｂ２の突起６のキャピラリ５による押しつぶしは、すべての電極間をワイヤボンディングした後に行ってもよいし、一つの電極間をワイヤボンディングした後ごとに順次行ってもよい。キャピラリ５の移動距離を短くし生産効率の上げる観点からは後者が望ましい。
【００２０】
次に、本発明のワイヤボンディング方法を、複数の上面電極が形成されているＩＣなどの半導体素子に用いる場合について説明する。図３の半導体装置では、同図（ａ）に示すように、半導体素子３’の上面外周辺に沿って複数の第２電極３１が配設され、この半導体素子３’の周囲を取り巻くように、第２電極３１に対応する第１電極（リード）２が配設されている。そしてそれぞれ対応する第１電極２と第２電極３１とはワイヤ４で接続される。ワイヤボンディングは前述の通り、キャピラリを用いてまずワイヤ４を第１電極２にボールボンディングし、次に第２電極３１にスティッチボンディングした後、さらにスティッチボンディングした部分に重ねてワイヤをボールボンディングする。そして第２電極３１に形成された突起６はキャピラリ５のフェイス面５１で押しつぶすが、このときキャピラリの先端に形成されている金属ボールｂが半導体素子３’およびボンディングしたワイヤ４と接触しないようにするため、図３（ｂ）に示すように、キャピラリ５の軸中心の平面位置は半導体素子３’の側端外方の、ボンディングしたワイヤ４から見て次にボンディングする電極側するのが好ましい。
【００２１】
また半導体素子３”が、図４（ａ）に示すような上面中央部に長方形の凹部３２が形成されたものである場合、キャピラリ５のフェイス面５１で突起６を押しつぶすときには、同図（ｂ）に示すように、キャピラリ５を半導体素子３”の内方に移動させ、キャピラリ５の先端に形成されている金属ボールｂが前記凹部３２に入るようにするのが好ましい。このようにキャピラリ５を移動制御することにより、金属ボールｂが半導体素子３”およびボンディングされたワイヤと接触せず、またキャピラリのフェイス面の径をできるだけ小さくすることができる。
【００２２】
【発明の効果】
本発明のワイヤボンディング方法では、第２電極のスティッチボンディングした部分に重ねてボールボンディングを行うと共に、キャピラリ先端部のフェイス面の半径を、半導体素子の上面外周辺から第２電極のボールボンディング跡の中心までの最短距離よりも長くし、第２電極のボールボンディング跡に形成される突起を、前記フェイス面で押しつぶすので、ワイヤを第２電極に強力に固着できると同時に半導体装置の薄型化が図れる。
【００２３】
また、新たな設備や工程を導入することなく、キャピラリの移動制御を変更するだけで突起をなくすことができるので、経済的で生産性の低下も抑えられる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のワイヤボンディング方法の一例を示す工程図の一部である。
【図２】図１のワイヤボンディング方法を示す工程図の続きである。
【図３】上面に複数の電極が形成された半導体素子におけるワイヤボンディング方法の一例を示す概説図である。
【図４】上面に複数の電極が形成された他の半導体素子におけるワイヤボンディング方法の一例を示す概説図である。
【図５】従来のワイヤボンディング方法の一例を示す断面図である。
【図６】従来のワイヤボンディング方法の他の例を示す断面図である。
【図７】従来のキャピラリのフェイス面の大きさと、半導体素子の幅との関係を示す概説図である。
【図８】本発明における「最短距離」を示す説明図である。
【符号の説明】
１　回路基板
２　第１電極
３，３’，３”　半導体素子
４　ワイヤ
５　キャピラリ
６　突起
ｂ　金属ボール
Ｂ１，Ｂ２　ボールボンディング部
Ｓ　スティッチボンディング部
３１　上面電極（第２電極）
５１　フェイス面
【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】
2004111677.tif 000008
【図７】
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【図８】
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