(57)【要約】【課題】基板上に搭載された半導体チップにボンディングワイヤを超音波接合する際の、半導体チップの共振を抑える。【解決手段】上面の各コーナー部分に位置して４個の電極を有する半導体チップ１２を、各電極と対応した端子１３ｂを有するパッケージ１３の凹部１３ａに収容し、軟接着剤１５により接着する。半導体チップ１２の各電極と、パッケージ１３の各端子１３ｂとを、超音波を利用した方法により、アルミニウム製のボンディングワイヤで接続する。このとき、ワイヤボンディング装置に、半導体チップ１２の上面の四辺部の中央部を押える４本の押え棒２０を有する治具１９を設ける。各押え棒２０の先端に、ゴム製の弾性部材２０ａを設ける。半導体チップ１２の上面が押えられてパッケージ１３に対して固定された状態で、ボンディングツール１６によるボンディングワイヤの接合作業を行なう。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体チップを基板に搭載し、前記半導体チップの電極と前記基板の端子との間をボンディングワイヤで接続するワイヤボンディング方法であって、
前記半導体チップを治具により押えて前記基板に対して固定した状態で、該半導体チップの電極にボンディングワイヤを超音波接合することを特徴とする半導体チップのワイヤボンディング方法。
【請求項２】
請求項１記載の半導体チップのワイヤボンディング方法を実行するために用いられる治具であって、
ボンディングツールによる超音波接合の作業空間を確保した状態で、前記半導体チップの上面及び／又は側面を押える押え部を有していることを特徴とする半導体チップのワイヤボンディング用治具。
【請求項３】
前記押え部の前記半導体チップに接触する部分に弾性部材が配されていることを特徴とする請求項２記載の半導体チップのワイヤボンディング用治具。
【請求項４】
前記押え部は、前記半導体チップを複数のポイントで押えるように構成されていることを特徴とする請求項２又は３記載の半導体チップのワイヤボンディング用治具。
【請求項５】
前記押え部は、前記半導体チップの上面の、電極形成部以外の部分を面にて押えるように構成されていることを特徴とする請求項２又は３記載の半導体チップのワイヤボンディング用治具。
【請求項６】
前記押え部は、前記ボンディングツールの周囲に配置され、該ボンディングツールの移動に伴って移動するように構成されていることを特徴とする請求項２ないし５のいずれかに記載の半導体チップのワイヤボンディング用治具。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体チップを基板に搭載し、それらの間をボンディングワイヤで接続するワイヤボンディング方法、及び、そのワイヤボンディング方法を実施するために用いられる半導体チップのワイヤボンディング用治具に関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば半導体圧力センサにおいては、図９に概略的に示すように、半導体チップ（圧力センサチップ）１を、基板としてのパッケージ（ケース）２内に軟接着剤３を用いた接着により搭載し、その後、半導体チップ１上の複数個（例えば４個）の電極と、パッケージ２に設けられた端子２ａとを、例えばアルミニウム製のワイヤ４により接続するようになっている。この場合、一般には、超音波を用いたワイヤボンディング方法が用いられる。
【０００３】
この方法では、ワイヤ４を接合するためのウェッジ５やそのウェッジ５に振動を付与するための超音波振動子６等を有するボンディングツール７が用いられる。そして、詳しく図示はしないが、ワイヤボンディングの作業は、先端にワイヤ４を保持したウェッジ５を、まず半導体チップ１の電極パッド上に移動させ、超音波振動及び圧力を付与することによってワイヤ４の先端をその電極パッドに接合し（ファーストボンド）、次いで、ワイヤ４のループを形成させながらウェッジ５を移動させ、パッケージ２の端子２ａに同様にワイヤ４を超音波接合する（セカンドボンド）ことにより行われるようになっている。
【０００４】
尚、本件発明の課題とは直接関係はないが、特許文献１には、半導体素子の電極パッドにボールバンプを形成するための装置が示されており、この装置においては、ボンディングステージ上に載置された半導体素子を、４つの位置決め片により位置決め握持するようにしている。
【０００５】
【特許文献１】
特開平８−７８４１７号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記したような半導体圧力センサにおいては、パッケージ２と半導体チップ１との熱膨張率が異なる事情があり、パッケージ２が熱サイクルを受けた際の応力が半導体チップ１に作用することを防止するために、その接着に軟接着剤３を用いるようにしている。ところが、この構造では、上記したワイヤボンディング（ファーストボンド）を行う際に、ウェッジ５の超音波振動により半導体チップ１が共振してしまい、超音波及び荷重のエネルギーが全て接合に寄与せずに分散されて接合性が悪化したり、ワイヤネック部にダメージが発生したりする問題が生ずる。
【０００７】
この問題を回避するために、接着剤の硬さを変えたり、半導体チップ１の周囲を樹脂により固めたりするといった対策も考えられているが、上述のような事情により接着剤を硬くすることができないケースがあり、また、周囲を樹脂により固める方法では、工数の増加を招くと共に、構造（設計）上の制約となる（大型化を招く）ものとなり、さほど有効なものとなっていなかった。さらには、半導体チップ１の振動の大きさは、接着剤の厚みや、チップの高さ、接着面積など製品のばらつきにより変化するため、共振の発生の可能性を完全に回避することは困難であった。
【０００８】
本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、その目的は、基板上に搭載された半導体チップにボンディングワイヤを超音波接合する際の、半導体チップの共振を抑えることができる半導体チップのワイヤボンディング方法及びワイヤボンディング用治具を提供するにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明の半導体チップのワイヤボンディング方法は、基板に搭載された半導体チップを、治具により押えて基板に対して固定した状態で、該半導体チップの電極にボンディングワイヤを超音波接合するようにしたところに特徴を有する（請求項１の発明）。
【００１０】
これによれば、超音波によるワイヤボンディング時に、半導体チップは基板に対して固定されるので、半導体チップが基板に軟接着剤により接着されているケースでも、半導体チップの共振を抑えることができる。この結果、半導体チップの共振に起因する、ボンディングワイヤの接合性の悪化や、ワイヤネック部のダメージの発生を防止することができる。またこのとき、ワイヤボンディング時にのみ、治具により半導体チップを押えるだけで良いので、樹脂で固定するような場合と異なり、工数の増加を招くことなく、半導体チップや基板の構造に特に制約を設けることもなく済ませることができる。
【００１１】
そして、本発明の半導体チップのワイヤボンディング用治具は、上記ワイヤボンディング方法を実行するために用いられる治具であって、ボンディングツールによる超音波接合の作業空間を確保した状態で、半導体チップの上面及び／又は側面を押える押え部を有して構成されている（請求項２の発明）。これによれば、超音波によるワイヤボンディング時に、押え部により半導体チップを押えることにより、半導体チップを基板に対して固定することができ、半導体チップの共振を抑えることができる。また、超音波接合の作業空間が確保されるので、押え部がワイヤボンディングの作業の邪魔になることもない。
【００１２】
このとき、押え部の半導体チップに接触する部分に弾性部材を設けるようにすれば（請求項３の発明）、押え部によって半導体チップを傷付けてしまうといったことを未然に防止することができる。尚、弾性部材としては、ゴム系や合成樹脂系の材料のもの等を使用することができる。
【００１３】
また、上記押え部を、半導体チップを複数のポイントで押えるように構成することができる（請求項４の発明）。これによれば、半導体チップをバランス良く押えることができると共に、半導体チップに対する押える面積を小さくできて半導体チップの上方に作業空間を確保する際に有利となる。あるいは、押え部を、半導体チップの上面の、電極形成部以外の部分を面にて押えるように構成しても良く（請求項５の発明）、これによれば、半導体チップを安定して押えることができる。
【００１４】
さらには、前記押え部を、ボンディングツールの周囲に配置し、該ボンディングツールの移動に伴って移動するように構成しても良い（請求項６の発明）。これによれば、押え部により、ボンディングワイヤの接合作業を行う半導体センサの電極の周囲部を、必要時に確実に押えることが可能となり、またこれと共に、押え部がボンディングツールの作業（移動）の邪魔にならずに済ませることができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を具体化したいくつかの実施例について、図１ないし図８を参照しながら説明する。尚、以下に述べる各実施例は、いずれも、例えば車両用の半導体圧力センサに本発明を適用したものである。
【００１６】
（１）第１の実施例
まず、図１及び図２を参照して、本発明の第１の実施例について述べる。半導体圧力センサ１１は、半導体チップたる半導体圧力センサチップ１２（以下、単に半導体チップ１２という）を、基板としてのパッケージ（ケース）１３内に搭載し、それらを例えばアルミニウム製のボンディングワイヤ１４により電気的に接続して構成される。
【００１７】
詳しく図示はしないが、前記半導体チップ１２は、周知のように、単結晶シリコン基板にダイヤフラム部を形成すると共に、そのダイヤフラム部の上面部に４個のピエゾ抵抗をブリッジ接続するように形成して構成されている。また、この半導体チップ１２の上面には、接続用の４個の電極（パッド）が形成されているのであるが、本実施例では、これら４個の電極は各コーナー部分（角部）に位置して設けられている。
【００１８】
前記パッケージ１３は、その中央部に前記半導体チップ１２が搭載される凹部１３ａを有して構成され、その凹部１３ａの外側部分の上面部には、前記半導体チップ１２の各電極と電気的に接続される４個の端子１３ｂが、各電極と対応した位置に設けられている。尚、図示はしないが、パッケージ１３の外面部に位置して外部接続用の端子も設けられている。また、パッケージ１３の上面側には、図示しない蓋（キャップ）が設けられるようになっている。
【００１９】
前記半導体チップ１２は、前記パッケージ１３の凹部１３ａ内に収容され、軟接着剤１５により接着されるようになっている。この場合、軟接着剤１５を用いる理由は、パッケージ１３と半導体チップ１２との熱膨張率が異なる事情があり、パッケージ１３が熱サイクルを受けた際の膨張、収縮による応力が半導体チップ１２に作用することを防止するためである。
【００２０】
さて、前記パッケージ１３に半導体チップ１２が接着された後、パッケージ１３の各端子１３ｂと、半導体チップ１２の各電極とが、ボンディングワイヤ１４により接続される。この場合、図２（ａ）に示すように、４本のボンディングワイヤ１４は、上面から見て放射方向（半導体チップ１２の対角線方向）に延びるように設けられる。詳しくは後述するように、その接続には、超音波を利用した、本実施例に係るワイヤボンディング方法が用いられる。
【００２１】
ここで、詳しく図示はしないが、そのワイヤボンディングに用いられるワイヤボンディング装置（ウェッジボンダ）は、周知のように、半導体チップ１２を搭載したパッケージ１３が位置決め固定状態でセットされるボンディングステーション、カメラ等を備え前記各端子１３ｂ及び各電極の位置を認識する画像認識部、ワイヤ１４を超音波接合するボンディングツール１６（図１（ｂ）に一部のみ模式的に図示）、このボンディングツール１６を、Ｘ、Ｙ、Ｚ方向に自在に移動させるための移動機構、全体を制御する制御装置などを備えて構成されている。前記ボンディングツール１６は、ワイヤ１４を接合するためのウェッジ１７やそのウェッジ１７に振動を付与するための超音波振動子１８等を有して構成されている。
【００２２】
そして、このワイヤボンディング装置には、本実施例に係るワイヤボンディング用治具１９が設けられる。本実施例では、この治具１９は、前記半導体チップ１２の上面を押えてパッケージ１３に対して固定するための押え部たる４本の押え棒２０を有して構成される。これら４本の押え棒２０は、前後左右の四方向から半導体チップ１２側に延び、その各先端が半導体チップ１２の上面の四辺部の中央部を押えるようになっている。
【００２３】
これにて、４本の押え棒２０が、前記ボンディングツール１６（ウェッジ１７）による作業空間を確保した状態で、半導体チップ１２を複数のポイントで押えるようになっている。また、このとき、本実施例では、各押え棒２０の先端の半導体チップ１２に接触する部分には、たとえばゴム製の弾性部材２０ａ（図では便宜上、黒く塗り潰して示す）が設けられるようになっている。
【００２４】
次に、上記ワイヤボンディングの作業手順について述べる。上述のワイヤボンディング装置を用いてワイヤボンディング作業を行なうにあたっては、まず、軟接着剤１５により半導体チップ１２を接着したパッケージ１３が、ボンディングステーションに位置決め固定される。この後、画像認識部により半導体チップ１２の各電極、及びパッケージ１３の各端子１３ｂの位置認識が行われる。
【００２５】
次いで、図１に示すように、ワイヤボンディング用治具１９（４本の押え棒２０）により半導体チップ１２の上面が押えられてパッケージ１３に対して固定され、この状態で、ボンディングツール１６によるボンディングワイヤ１４の接合作業が行なわれる。
【００２６】
このワイヤボンディングの作業は、先端にワイヤ１４を保持したウェッジ１７を、まず半導体チップ１２の電極上に移動させ、超音波振動及び圧力を付与することによってワイヤ１４の先端をその電極に接合し（ファーストボンド）、引続き、ワイヤ１４のループを形成させながらウェッジ１７を移動させ、パッケージ１３の端子１３ｂに同様にワイヤ１４を超音波接合する（セカンドボンド）ことにより行われる。
【００２７】
上記作業が、４箇所の電極（及び端子１３ｂ）に対し順に実行されることにより、図２に示すように、４本のボンディングワイヤ１４による半導体チップ１２とパッケージ１３との間の電気的接続が完了する。この後、ワイヤボンディング用治具１９（４本の押え棒２０）による半導体チップ１２の固定が解かれ、パッケージ１３がボンディングステーションから搬出されるようになっている。
【００２８】
しかして、上記ワイヤボンディング作業時（ファーストボンド時）において、ウェッジ１７の超音波振動によって半導体チップ１２が共振してしまうようなことがあると、超音波及び荷重のエネルギーが全てボンディングワイヤ１４の接合に寄与せずに分散されて接合性が悪化したり、ボンディングワイヤ１４のネック部にダメージが発生したりする虞がある。
【００２９】
ところが、本実施例では、超音波によるワイヤボンディング時に、半導体チップ１２は治具１９によりパッケージ１３に対して固定されるので、半導体チップ１２がパッケージ１３に軟接着剤１５により接着されている場合でも、半導体チップ１２の共振を抑えることができるのである。
【００３０】
またこのとき、本実施例の治具１９においては、４本の押え棒２０が、ボンディングツール１６（ウェッジ１７）による作業空間を確保した状態で、半導体チップ１２の上面を複数のポイント（四辺部の中央部）で押えるので、治具１９が作業の邪魔になることはなく、また、半導体チップ１２に対する押える面積が小さくともバランス良く押えることができる。更には、各押え棒２０の先端にはゴム製の弾性部材２０ａが設けられているので、半導体チップ１２を傷付けてしまうといったことを未然に防止することができる。
【００３１】
このように本実施例によれば、超音波によるワイヤボンディング時（ファーストボンド時）に、治具１９により半導体チップ１２をパッケージ１３に対して固定するようにしたので、半導体チップ１が共振してしまう虞のあった従来と異なり、半導体チップ１２の共振に起因する、ボンディングワイヤ１４の接合性の悪化や、ワイヤネック部のダメージの発生を防止することができるという優れた効果を奏する。またこのとき、ワイヤボンディング時にのみ、治具１９により半導体チップ１２を押えるだけで良いので、樹脂で固定するような場合と異なり、工数の増加を招くことなく、半導体チップ１２やパッケージ１３の構造に特に制約を設けることもなく済ませることができるものである。
【００３２】
（２）第２〜第７の実施例
次に、本発明の第２〜第７の実施例について、図３〜図８を参照しながら以下順に説明する。尚、これら第２〜第７の実施例においても、上記第１の実施例と同様に、半導体チップ１２を、基板としてのパッケージ（ケース）１３内に搭載（接着）し、それらをアルミニウム製のボンディングワイヤ１４により電気的に接続して構成される半導体圧力センサ１１に本発明を適用したものである。従って、上記第１の実施例と同一部分には同一符号を付して詳しい説明を省略し、以下、異なる点についてのみ述べる。
【００３３】
図３は、本発明の第２の実施例を示している。この実施例に係るワイヤボンディング用治具２１は、半導体チップ１２の側面を押えてパッケージ１３に対して固定するための押え部たる４本の押え棒２２を有して構成される。これら４本の押え棒２２は、前後左右の四方向から半導体チップ１２側に延び、その各先端が半導体チップ１２の側面の四辺部の上部中央部を押えるようになっており、また、その先端部には、例えばゴム製の弾性部材２２ａが設けられている。
【００３４】
この第２の実施例によれば、４本の押え棒２２により半導体チップ１２を押えることにより、半導体チップ１２をパッケージ１３に対して固定することができ、超音波によるワイヤボンディング時（ファーストボンド時）の半導体チップ１２の共振を抑えることができる。そして、半導体チップ１２の４つの側面をバランス良く押えることができると共に、半導体チップ１２の上面側の作業空間を大きく確保することができる。各押え棒２２の先端に弾性部材２２ａを設けるようにしたので、半導体チップ１２を傷付けることを未然に防止できることは勿論である。
【００３５】
図４は、本発明の第３の実施例に係るワイヤボンディング用治具３１を示している。この実施例に係るワイヤボンディング用治具３１は、やはり半導体チップ１２の四辺部の中央部を前後左右の四方向から押えてパッケージ１３に対して固定するための押え部たる４本の押え棒３２を有しているのであるが、これら４本の押え棒３２により、半導体チップ１２の上面の縁辺部において、上面から側面にかけた部位、つまり上面及び側面の双方を押えるように構成されている。各押え棒３２の先端部には、例えばゴム製の弾性部材３２ａが設けられている。
【００３６】
この第３の実施例によっても、４本の押え棒３２により半導体チップ１２を押えることにより、半導体チップ１２をパッケージ１３に対して固定することができ、超音波によるワイヤボンディン時（ファーストボンド時）の半導体チップ１２の共振を抑えることができる。また、半導体チップ１２の四辺部をバランス良く且つ強固に押えることができる。
【００３７】
図５は、本発明の第４の実施例を示している。この実施例に係るワイヤボンディング用治具４１は、円の一部（約９０度の範囲）を切欠いた如き断面Ｃ字状の円筒状をなし、ボンディングツール１６（ウェッジ１７）の周囲を囲むように配置される押え部４２を有して構成されている。この場合、押え部４２は、例えばウェッジ１７と一体的に水平方向（Ｘ、Ｙ方向）に移動するように構成されていると共に、ウェッジ１７とは独立して上下動するように構成されている。
【００３８】
この構成においては、ウェッジ１７がワイヤ１４の先端部を半導体チップ１２の電極（図では半導体チップ１２の上面中央部に配置）に接合する際に、押え部４２により、その電極の周囲部を確実に押えることが可能となる。また、これと共に、押え部４２はウェッジ１７の移動に伴って移動するので、押え部４２がボンディングツール１６の作業の邪魔にならずに済ませることができる。
【００３９】
図６は、本発明の第５の実施例を示している。この実施例では、半導体チップ１２の上面の各辺部の中央部に電極が設けられており、パッケージ１３には、それに対応した位置に端子１３ｂが設けられている。そして、本実施例に係るワイヤボンディング用治具５１は、斜め４５度方向（対角方向）から延び、半導体チップ１２の上面の各角部を押える押え部たる４本の押え棒５２を有している。かかる構成でも、上記第１の実施例等と同様の作用、効果を得ることができる。
【００４０】
図７は、本発明の第６の実施例を示している。この実施例では、半導体チップ１２の上面に形成される４個の電極が、図で右辺部に沿って並んで配置されており、パッケージ１３には、それに対応した位置に端子１３ｂが設けられている。そして、本実施例に係るワイヤボンディング用治具６１は、半導体チップ１２の上面の、電極形成部（図で右辺部）以外の部分を面にて押える押え部たる押え板６２を有して構成されている。また、この押え板６２の下面側（半導体チップ１２と接触する部分）には、例えばゴム製の弾性部材６２ａが設けられている。
【００４１】
このような構成によれば、押え板６２により半導体チップ１２を押えることにより、半導体チップ１２をパッケージ１３に対して固定することができ、超音波によるワイヤボンディング時（ファーストボンド時）の半導体チップ１２の共振を抑えることができる。このとき、ボンディングツール１６（ウェッジ１７）による作業空間を確保した状態で、半導体チップ１２を安定して押えることができる。また、押え板６２の下面に弾性部材６２ａを設けるようにしたので、半導体チップ１２を傷付けることを未然に防止できることは勿論である。
【００４２】
図８は、本発明の第７の実施例を示している。この実施例では、半導体チップ１２の上面に形成される電極が、図で左右の辺部に沿って例えば各４個ずつ並んで配置されており、パッケージ１３には、それに対応した位置に端子１３ｂが設けられている。そして、本実施例に係るワイヤボンディング用治具７１は、半導体チップ１２の上面の、電極形成部（図で左右の辺部）以外の部分を面にて押える押え部たる押え板７２を有して構成されている。また、この押え板７２の下面側には、ゴム製の弾性部材７２ａが設けられている。かかる構成によっても、上記第６の実施例と同様の作用、効果を得ることができる。
【００４３】
尚、上記実施例では、本発明を半導体圧力センサ１１に適用するようにしたが、半導体加速度センサ等の他のセンサ装置に適用できることは勿論、半導体チップを基板に実装してボンディングワイヤで接続するもの全般に適用することができる。この場合、特に高さ寸法の大きい半導体チップにおいて本発明は有効となる。その他、本発明は上記し図面に示した各実施例に限定されるものではなく、例えば半導体チップの電極の個数や位置、治具の押え部の形状等についても種々の変形が可能である等、要旨を逸脱しない範囲内で、適宜変更して実施し得るものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施例を示すもので、半導体圧力センサのワイヤボンディングを行なう際の様子を示す要部の平面図（ａ）及び縦断正面図（ｂ）
【図２】ワイヤボンディングが行われた状態の半導体圧力センサの要部の平面図（ａ）及び縦断正面図（ｂ）
【図３】本発明の第２の実施例を示す図２相当図
【図４】本発明の第３の実施例を示す図２相当図
【図５】本発明の第４の実施例を示す図２相当図
【図６】本発明の第５の実施例を示す図２相当図
【図７】本発明の第６の実施例を示す図２相当図
【図８】本発明の第７の実施例を示す図２相当図
【図９】従来例を示す図１（ｂ）相当図
【符号の説明】
図面中、１２は半導体チップ、１３はパッケージ（基板）、１３ａは端子、１４はボンディングワイヤ、１５は軟接着剤、１６はボンディングツール，１７はウェッジ，１８は超音波振動子、１９，２１，３１，４１，５１，６１，７１はワイヤボンディング用治具、２０，２２，３２，５２は押え棒（押え部）、２０ａ，２２ａ，３２ａ，５２ａ、６２ａ，７２ａは弾性部材、４２は押え部、６２，７２は押え板（押え部）を示す。
【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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