(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
２以上の半導体素子のそれぞれに設けられた第１電極と、
第２電極と、
前記第１電極と前記第２電極との間に渡設された２以上の金属細線と、
を有し、
前記２以上の金属細線は、超音波振動によって前記第２電極に固着されており、それぞれの固着領域が重なるように前記第２電極に固着されており、かつ、金属細線の渡設方向と超音波振動の振動方向とのなす角度が９０°に近い金属細線から順に前記第２電極に固着されていることを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
前記２以上の金属細線は、前記固着領域の前記金属細線から遠い側よりも前記金属細線から近い側で重なることを特徴とする請求項１に記載の半導体装置。
【請求項３】
前記固着領域は、前記金属細線から近い側が半円で、前記金属細線から遠い側が略長方形の形状となることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の半導体装置。
【請求項４】
前記金属細線の直径が２０〜３０μｍであることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の半導体装置。
【請求項５】
前記固着領域の幅が１００〜１２０μｍであることを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載の半導体装置。
【請求項６】
前記第２電極における前記各金属細線の固着領域の３０％以上が重なっていることを特徴とする請求項１〜請求項５のいずれか１項に記載の半導体装置。
【請求項７】
前記金属細線が金であることを特徴とする請求項１〜請求項６のいずれか１項に記載の半導体装置。
【請求項８】
前記半導体素子がＲＧＢの３色の発光素子であることを特徴とする請求項１〜請求項７のいずれか１項に記載の半導体装置。
【請求項９】
前記半導体素子が基板上に設けられた端子電極上に設けられていることを特徴とする請求項１〜請求項８のいずれか１項に記載の半導体装置。
【請求項１０】
２以上の半導体素子のそれぞれに設けられた第１の電極から第２の電極に向かってそれぞれ金属細線を渡設し、超音波振動により前記各金属細線を第２の電極に固着する接続方法において、
固着領域が重なるように前記各金属細線を第２の電極に固着し、かつ、金属細線の渡設方向と超音波振動の振動方向とのなす角度が９０°に近い金属細線から順に第２の電極に固着することを特徴とする金属細線を用いた接続方法。
【請求項１１】
第２の電極における前記各金属細線の固着領域の３０％以上が重なっていることを特徴とする請求項１０に記載の接続方法。
【請求項１２】
前記超音波振動させる際に第２の電極を加熱することを特徴とする請求項１０または請求項１１に記載の接続方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は電極間を金属細線で接続する方法およびこれを用いた半導体装置に関し、より詳細には２以上の電極と１つの電極とを金属細線で接続する方法およびこれを用いた半導体装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
２以上の電極から１つの電極に向かって金属細線を渡設する場合、これまでは異なる位置に金属細線の固着していた。従来の接続方法を示す平面図を図６に示す。図６は半導体装置の平面図である。基板４上に形成された３つの端子電極３ａ，３ｂ，３ｃ上には半導体素子５ａ，５ｂ，５ｃがそれぞれ実装され、それぞれの半導体素子５ａ，５ｂ，５ｃの上面電極１ａ，１ｂ，１ｃと、基板４上に形成された端子電極（第２の電極）２とはワイヤ（金属細線）Ｗａ，Ｗｂ，Ｗｃで接続されている。そして、端子電極２において３本のワイヤＷａ，Ｗｂ，Ｗｃはそれぞれ異なった位置に固着している。
【０００３】
ここで一般に、半導体素子５の上面電極１とワイヤＷとの接続はボールボンディングが用いられ、第２の電極２とワイヤＷとの接続はステッチボンディングが用いられる。ワイヤＷを電極にボンディングする際には、電極は加熱され、キャピラリには特定方向に超音波振動が加えられる。ボールボンディングでは、ワイヤＷの先端に形成された、ワイヤ直径の２〜３倍のボールを電極に固着するので、ワイヤＷと電極との固着が比較的強固であるのに対し、ステッチボンディングでは、ワイヤＷをキャピラリで押しつぶして電極に固着するので、ワイヤＷと電極との固着強度がボールボンディングに比べ弱い。このため、図６に示した半導体装置の表面を絶縁性樹脂で封止した後、半導体装置を回路基板に半田付けで実装する場合、半導体装置を加熱するので絶縁性樹脂がその熱で膨張して、ステッチボンディングしたワイヤが電極から剥離することがあった。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
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、２以上の電極から１つの電極に向かって金属細線を渡設する接続方法において、金属細線を電極にステッチボンディングで固着する場合であっても、金属細線が電極に強く固着し剥離しない接続方法を提供することをその目的とするものである。
【０００５】
また本発明の目的は、２以上の電極から１つの電極に向かってそれぞれ金属細線を渡設した半導体装置であって、金属細線が電極に強く固着し剥離しない半導体装置を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、前記目的を達成するため鋭意検討を重ねた結果、各金属細線の電極上の固着領域を重ねるようにすればよいことを見出し本発明をなすに至った。すなわち、電極上に固着した金属細線の固着領域に重ねて次の金属細線を固着することにより先の金属細線の固着が補強される。そして金属細線の固着を重ねるにしたがい下側の金属細線の固着がより強固なものとなるのである。そこで、本発明の接続方法では、２以上の第１の電極から第２の電極に向かってそれぞれ金属細線を渡設し、超音波振動により前記各金属細線を第２の電極に固着する接続方法において、固着領域が重なるように前記各金属細線を第２の電極に固着するようにした。
【０００７】
ここで、金属細線と電極との固着強度をさらに向上させる観点から、金属細線の渡設方向と超音波振動の振動方向とのなす角度が９０°に近い金属細線から順に第２の電極に固着するのが望ましい。また、第２の電極における各金属細線の固着領域の３０％以上が重なるようにするのが好ましい。
【０００８】
また金属細線が電極に強く固着し剥離しないようにするため、本発明の半導体装置では前記のいずれか記載の接続方法を用いた構成とした。
【０００９】
【発明の実施の形態】
本発明の接続方法を図に基づいて以下説明する。図１は、本発明の接続方法を用いた半導体装置の平面図である。基板４上に形成された３つの端子電極３ａ，３ｂ，３ｃ上には半導体素子５ａ，５ｂ，５ｃがそれぞれ実装されている。それぞれの半導体素子５ａ，５ｂ，５ｃの上面電極（第１の電極）１ａ，１ｂ，１ｃから、基板４上に形成されたもう一つの端子電極（第２の電極）２に向かってワイヤ（金属細線）Ｗａ，Ｗｂ，Ｗｃが渡設されている。そして端子電極２における３本のワイヤＷａ，Ｗｂ，Ｗｃはそれぞれ固着領域が重なるように固着している。
【００１０】
ワイヤの渡設工程について具体的に説明する。図２にその工程図を示す。まず、キャピラリＣの中心に形成された孔Ｈから繰り出されるワイヤＷの先端を加熱溶融させてボールＢを形成する（同図（ａ））。なお、ワイヤＷは通常直径２０〜３０μｍ程度の金属細線であって、その材質はＡｕが一般的である。そしてキャピラリＣを半導体素子５に近づけてボールＢを上面電極（第１の電極）１に押し付け、キャピラリＣを超音波振動させてボールＢを上面電極１に固着させる（同図（ｂ））。このとき上面電極１は１００〜１１０℃程度に予備加熱されているのがよい。また超音波振動の条件としては従来公知条件がここでも採用される。
【００１１】
そして、ワイヤＷを繰り出しながらキャピラリＣを端子電極２に向かって移動させる（同図（ｃ））。端子電極２に到達すると、キャピラリＣを端子電極２に近づけてワイヤＷを端子電極２に押し当てる。そして、キャピラリＣを超音波振動させるとともにキャピラリＣでワイヤＷを押しつぶして、端子電極２上にワイヤＷを固着させる（同図（ｄ））。このとき前記と同様に、端子電極２は予備加熱され、超音波振動は従来公知条件で行われる。次に、キャピラリＣの孔ＨからワイヤＷが繰り出されない状態にして、キャピラリＣを上方に移動させてワイヤＷを切断する（同図（ｅ））。
【００１２】
このようにして端子電極２上に固着されたワイヤＷの平面図を図３に示す。この図から明らかなように電極２上のワイヤ固着領域は、前方が半円で後方が略長方形の形状となる。ここでワイヤの直径が２０〜３０μｍの場合、ワイヤ固着領域の幅は１００〜１２０μｍ程度になる。
【００１３】
次に、ワイヤが固着したこの電極上に、他の上面電極からのワイヤをワイヤ固着領域が重なるように前記と同様の方法でさらに固着する。この状態の平面図を図４に示す。新しく固着したワイヤの固着領域と、既に固着しているワイヤの固着領域との重なる面積（図上の斜線部）は３０％以上であることが望ましい。重なる固着領域が３０％未満であると、ワイヤの固着強度が充分に向上しないおそれがあるからである。また、ワイヤ固着領域の後方よりも前方側で重なるようにするのが望ましい。固着領域の後方では層状となったワイヤの厚みが次第に薄くなるので固着強度の向上効果が小さくなるからである。
【００１４】
そして以下同様に、ワイヤの固着領域が重なるように第２の電極上にワイヤを順々に固着すればよい。第２の電極上に固着するワイヤの数に制限はない。最後に固着するワイヤについては、その上から固着されるワイヤがないので固着強度の向上が望めないとの予測も当初あったが、実際にワイヤの固着実験を行ってみたところワイヤ固着強度は従来のものより向上していた。これは、既に固着しているワイヤの固着領域にワイヤを固着するので、固着時の超音波振動および加熱により、固着領域の厚く重なっている部分が再び溶融し冷却固化する結果、最後に固着したワイヤについてもその固着強度が大きくなったと推測される。
【００１５】
第２の電極に固着する各ワイヤの順序については特に限定はないが、初めに固着したワイヤほどその上に固着されるワイヤが多くなり、電極との固着強度が大きくなるので、固着強度の小さいワイヤから順に電極に固着するのが望ましい。ところで、ワイヤの渡設方向と超音波振動の振動方向とのなす角度によりワイヤの固着強度が変化するという新たな知見を本発明者は実験から得た。ワイヤの渡設方向と超音波振動の振動方向との関係を図５に示す。ワイヤの渡設方向と超音波振動の振動方向とのなす角度θが９０°のときに固着強度が最低となる（同図（ａ））。一方、前記角度θが０°（又は１８０°）のときに固着強度が最高となる（同図（ｂ））。ただし前記角度θは０〜１８０°の範囲とする。したがって、固着強度の小さいワイヤ、すなわちワイヤの渡設方向と超音波振動の振動方向とのなす角度θが９０°に近いワイヤから順に第２の電極に固着するのが好ましい。図１の半導体装置を例にとると、ワイヤＷａ，Ｗｂ，Ｗｃの順で第２の電極に固着するのが好ましい。
【００１６】
本発明の金属細線を用いた接続方法は、電極間をワイヤで接続している従来の装置や部品で用いることができる。例えば、チップ基板上にＲＧＢの３色の発光素子を搭載した発光ダイオードなどに好適に用いることができる。
【００１７】
本発明は前記実施態様に限定されるものではなく、本発明の技術的思想を変えない範囲で行われる種々の変更は本発明の技術的範囲に当然含まれる。例えば第１の電極の数に制限はなく、また第１の電極へのワイヤの固着がステッチボンディングであっても構わない。
【００１８】
【発明の効果】
本発明の接続方法では固着領域を重ねるように各金属細線を第２の電極に固着するので、金属細線の固着強度が向上し電極から金属細線が剥離することが有効に防止できる。また、第２の電極の面積を従来よりも小さくできる。
【００１９】
また、金属細線の渡設方向と超音波振動の振動方向とのなす角度が９０°に近い金属細線から順に第２の電極に固着すると、電極からの金属細線の剥離を一層防止できる。
【００２０】
さらに第２の電極における各金属細線の固着領域の３０％以上が重なっていると、前記と同様に電極からの金属細線の剥離を一層防止できる。
【００２１】
本発明の半導体装置では、前記のいずれかの接続方法を用いるので電極から金属細線が剥離することがない。また固着領域が重なるように金属細線を第２の電極に固着するので、第２の電極を小さくでき、この結果装置の小型・軽量化が図れる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の接続方法の一例を示す平面図である。
【図２】  金属細線による電極間の接続を示す工程図である。
【図３】  第２の電極上における金属細線の固着状態を示す平面図である。
【図４】  固着領域を重ねて２つの金属細線を固着したときの状態を示す平面図である。
【図５】  金属細線の渡設方向と超音波振動の振動方向との関係を示す図である。
【図６】  従来の接続方法を示す平面図である。
【符号の説明】
１，１ａ，１ｂ，１ｃ  上面電極（第１の電極）
２  端子電極（第２の電極）
３，３ａ，３ｂ，３ｃ  端子電極
４  基板
５，５ａ，５ｂ，５ｃ  半導体素子
Ｃ  キャピラリ
Ｈ  孔
Ｗ，Ｗａ，Ｗｂ，Ｗｃ  ワイヤ（金属細線）
【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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