(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体素子チップに対して金属ワイヤーをボールボンディングするためのワイヤーボンディング装置であって、前記金属ワイヤーの先端に形成されたボールを前記半導体素子チップに圧着するためのキャピラリの構成が、前記金属ワイヤーを挿通し、かつその先端部から突出される前記金属ワイヤーの一端部に前記ボールを形成する主キャピラリと、前記主キャピラリに対して垂直方向に傾斜した方向に向けられ、前記ボールを前記半導体素子チップの表面に対して垂直な方向から押圧する副キャピラリとを備え、前記主キャピラリと前記副キャピラリが一体的に傾動可能に構成されていることを特徴とする半導体装置のワイヤーボンディング装置。
【請求項２】
前記主キャピラリと前記副キャプラリの先端が重なる箇所を中心に傾動するように構成されていることを特徴とする請求項１に記載の半導体装置のワイヤーボンディング装置。
【請求項３】
半導体素子チップに対して金属ワイヤーをボールボンディングするためのワイヤーボンディング装置であって、前記金属ワイヤーの先端に形成されたボールを前記半導体素子チップに圧着するためのキャピラリの構成が、前記金属ワイヤーを挿通し、かつその先端部から突出される前記金属ワイヤーの一端部に前記ボールを形成する主キャピラリと、前記主キャピラリに対して垂直方向に傾斜した方向に向けられ、前記ボールを前記半導体素子チップの表面に対して垂直な方向から押圧する副キャピラリとを備え、前記キャピラリは、前記主キャピラリと前記副キャピラリがそれぞれ前記半導体素子チップの表面に対して垂直方向に向くように垂直方向の角度位置が調整可能に構成されていることを特徴とする半導体装置のワイヤーボンディング装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は半導体素子チップに対してワイヤーボンディングを行う方法と、当該ワイヤーボンディング方法を実現するためのワイヤーボンディング装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
半導体素子チップに対してワイヤーボンディングを行う半導体装置、例えば、図６のように、リードフレーム１０１のアイランド１０１ａに搭載された半導体素子チップ１０２に対して金属ワイヤーＷの一端をボンディングし、他端をリードフレーム１０１のインナーリード１０１ｂにボンディングする構成の従来の半導体装置では、金属ワイヤーＷの一端は半導体素子チップ１０２の表面に対して垂直方向にボンディングされている。そのため、半導体素子チップ１０２を封止するための樹脂１０３やセラミック等は金属ワイヤーＷの高さ寸法以上に形成する必要があり、半導体装置の高さ寸法が大きくなるという問題がある。特に、金属ワイヤーＷの先端にボールＢを形成し、このボールＢを半導体素子チップ１０２に圧着する構成の、いわゆるボールボンディングでは、ボールＢを半導体素子チップ１０２の表面に対して垂直方向に圧着する必要があるために、金属ワイヤーＷの高さ寸法は大きなものとなる。この場合、半導体素子チップ１０２に一端をボンディングした金属ワイヤーＷを、当該一端部において水平方向に曲げ形成して高さ寸法を低減することが考えられるが、これでは半導体素子チップ１０２上において金属ワイヤーＷのボールＢが形成されているネック部に過大なストレスが加わり、金属ワイヤーＷのネック切れ等の不具合が発生し易くなってしまう。
【０００３】
そこで、金属ワイヤーの一端部を半導体素子チップの表面に対して傾斜した方向、すなわち垂直に対して水平方向に傾いた方向に引き出すことにより、金属ワイヤーの高さを低減することが考えられている。例えば、特開平７−７０３４号公報には、半導体素子チップに対して金属ワイヤーの一端部をボンディングする際に、金属ワイヤを保持しているキャピラリを傾斜させた状態として金属ワイヤーの一端部の側面部を半導体素子チップに押圧し、超音波を加えて金属ワイヤーを半導体素子チップに超音波ボンディングする技術が記載されている。したがって、この公報に記載の技術では、半導体装置の薄型化を図る上で有効である。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記した公報の技術は、キャピラリを傾斜させるために、どのような機構を用いるのか等の具体的な構成は何ら開示されていない。また、金属ワイヤーの一端部を半導体素子チップに対してボンディングする際には、超音波ボンディングを行うため、ボールボンディングには適用することができないという問題がある。
【０００５】
本発明の目的は、ボールボンディングにおいてもボールネック切れとなるストレスを与えることなく、ワイヤー高さを低くすることが可能なワイヤーボンディング方法とワイヤーボンディング装置を提供するものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明の第１の視点による半導体装置のワイヤーボンディング装置は、半導体素子チップに対して金属ワイヤーをボールボンディングするためのワイヤーボンディング装置であって、前記金属ワイヤーの先端に形成されたボールを前記半導体素子チップに圧着するためのキャピラリの構成が、前記金属ワイヤーを挿通し、かつその先端部から突出される前記金属ワイヤーの一端部に前記ボールを形成する主キャピラリと、前記主キャピラリに対して垂直方向に傾斜した方向に向けられ、前記ボールを前記半導体素子チップの表面に対して垂直な方向から押圧する副キャピラリとを備え、前記主キャピラリと前記副キャピラリが一体的に傾動可能に構成されている。
【０００７】
本発明の第２の視点による半導体装置のワイヤーボンディング装置は、半導体素子チップに対して金属ワイヤーをボールボンディングするためのワイヤーボンディング装置であって、前記金属ワイヤーの先端に形成されたボールを前記半導体素子チップに圧着するためのキャピラリの構成が、前記金属ワイヤーを挿通し、かつその先端部から突出される前記金属ワイヤーの一端部に前記ボールを形成する主キャピラリと、前記主キャピラリに対して垂直方向に傾斜した方向に向けられ、前記ボールを前記半導体素子チップの表面に対して垂直な方向から押圧する副キャピラリとを備え、前記キャピラリは、前記主キャピラリと前記副キャピラリがそれぞれ前記半導体素子チップの表面に対して垂直方向に向くように垂直方向の角度位置が調整可能に構成されている。
【０００８】
本発明によれば、半導体素子チップの表面に対して金属ワイヤーを傾斜した状態でボンディングでき、かつ当該傾斜した方向に金属ワイヤーを引き出してリードにボンディングしているので、金属ワイヤーの高さを低減し、半導体装置のパッケージ高さを低減した薄型の半導体装置を製造することができる。また、金属ワイヤーを半導体素子チップのボンディング箇所において曲げ形成する必要がないので、金属ワイヤーに過度なストレスを加えることがなく、金属ワイヤーのネック切れ等の不具合が生じることもない。さらに、本発明はボールボンディング方式のワイヤボンディングを行う半導体装置への適用が可能になる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。図１は本発明のワイヤーボンディング装置１０の全体構成を示す側面図である。ワイヤーボンディング装置１０は、ボンディングステージ１１上にボンディングアーム１２が水平方向及び垂直方向に移動可能に支持されており、前記ボンディングアーム１２の先端部に傾動機構１３を介してキャピラリ１４が支持されている。また、前記ボンディングステージ１１上には、後述する金属ワイヤーＷの先端を溶融してボールを形成するための、例えば放電電極１５が配置されている。
【００１０】
前記キャピラリ１４は、図２に概略斜視図を、図３（ａ），（ｂ）に側面図と底面図をそれぞれ示すように、主キャピラリ２１と、副キャピラリ２２とで構成されており、それぞれの先端をほぼ同じ位置に配置するとともに、互いに垂直方向に所要の角度、例えば４５度程度で交差する方向に向けられている。前記主キャピラリ２１はこれまで提供されているボールボンディング用のキャピラリとほぼ同様であり、中空に形成された内部にはボンディングされる金等の金属ワイヤーＷが挿通され、かつその先端部２１ａは円錐状に細くされている。一方、前記副キャピラリ２２は、前記主キャピラリ２１と同様に中空に形成されているが、内部には金属ワイヤーは挿通されることがない。また、その先端部２２ａは円錐状に細くされているが、前記主キャピラリ２１の先端部２１ａと干渉する部分には円弧状をした切り欠きからなる逃げ部２２ｂを有しており、この逃げ部２２ｂによって前記副キャピラリ２２の先端部２２ａと前記主キャピラリ２１の先端部２１ａは、各キャピラリ２１，２２の軸線が交差する箇所において互いに重なる状態に配置されている。
【００１１】
また、前記傾動機構１３は、詳細な説明は省略するが、モータあるいはマグネット機構等により、前記ボンディングアーム１２の先端部に支持されている可動部１３ａを垂直面上で傾動可能とする機構として構成されている。そして、前記主キャピラリ２１と副キャピラリ２２は前記可動部１３ａに支持されており、前記傾動機構１３によって両キャピラリ２１，２２が一体的に垂直面上で傾動可能とされている。なお、前記傾動機構１３は、前記各キャピラリ２１，２２の各軸線が交差する各キャピラリ２１，２２の各先端部２１ａ，２２ａが重なる箇所を中心にして傾動するように構成されている。
【００１２】
以上の構成のワイヤーボンディング装置１０を用いた、本発明のワイヤーボンディング方法を説明する。図４（ａ）〜（ｄ）に本発明によるワイヤーボンディング工程の概略断面図を示す。先ず、図４（ａ）のように、半導体装置のリードフレーム１のアイランド１ａにダイボンディングされた半導体素子チップ２が前記ワイヤーボンディング装置１０の図１に示したボンディングステージ１１上に載置される。また、金属ワイヤーＷはキャピラリ１４の主キャピラリ２１に挿通され、その先端は主キャピラリ２１の先端部２１ａから突出される。このとき、主キャピラリ２１は図１に示した傾動機構１３によって半導体素子チップ２の表面に対して垂直方向に向けられている。そして、前記主キャピラリ２１から突出されている金属ワイヤーＷの先端と図１に示した放電電極１５との間で放電を行い、その際に発生する熱により金属ワイヤーＷの先端にボールＢを形成する。
【００１３】
次いで、図４（ｂ）のように、図１に示したボンディングアーム１２を下動し、金属ワイヤーＷの先端のボールＢを半導体素子チップ２の表面、すなわち図外の電極パッドに当接する。次いで、傾動機構１３が動作され、図４（ｃ）のように、主キャピラリ２１と副キャピラリ２２は一体となって垂直面上で傾動され、副キャピラリ２２が半導体素子チップ２の表面に対して垂直方向に向けられる。このとき、主キャピラリ２１は前記リードフレーム１のインナーリード１ｂの方向に向けて、前記傾動機構１３の傾動角度に等しい角度で傾斜した状態とされる。その上で、ボンディングアーム１２に下方の押圧力を加え、副キャピラリ２２の先端部２２ａにおいて金属ワイヤーＷのボールＢを半導体素子チップ２の表面に押圧し、当該ボールＢを押し潰しながら圧着し、半導体素子チップ２にボールボンディングする。このボンディングでは、副キャピラリ２２は半導体素子チップ２の表面に対して垂直方向に向けられているため、副キャピラリ２２の先端部２２ａにおいてボールを円形に押し潰し、好適なボンディングが実現できる。
【００１４】
しかる後、図４（ｄ）のように、前記主キャピラリ２１が傾斜されたた方向に沿ってボンディングアーム１２を移動させることで、金属ワイヤーＷは主キャピラリ２１内を挿通されながら引き出される。そして、主キャピラリ２１がインナーリード１ｂのボンディング位置まで移動された時点で、副キャピラリ２２によって金属ワイヤーＷの一側部をインナーリード１ｂの表面に押圧し、ステッチボンディングを行う。
【００１５】
図５は前記したワイヤーボンディング方法により製造された半導体装置の一部の断面図である。リードフレーム１のアイランド１ａに搭載された半導体素子チップ２と、前記リードフレーム１のインナーリード１ｂとを電気接続する金属ワイヤーＷは、一端において前記半導体素子チップ２の図外の電極パッドにボンディングされ、他端において前記インナーリード１ｂにボンディングされている。そして、前記金属ワイヤーＷの一端部は、半導体素子チップ２の表面に対してインナーリード１ｂの方向に向けて傾斜した状態で上方に引き出され、半導体素子チップ２の周辺部を越えた領域から斜め下方に向けて傾斜され、他端においてインナーリード１ｂに達している。このため、半導体素子チップ２上での金属ワイヤーＷの高さを低減することができ、半導体素子チップ２を封止するための樹脂パッケージ３の高さ寸法を低減し、半導体装置の薄型化を図ることが可能になる。また、金属ワイヤーＷは、半導体素子チップ２に対して傾斜した状態でボンディングされているため、そのまま金属ワイヤーＷを斜め方向に引き出してもネック部に過度なストレスが加わることはなく、ネック切れ等の不具合が生じることもない。
【００１６】
ここで、前記実施形態は、ワイヤーボンディング装置のキャピラリとして、主キャピラリと副キャピラリを別体に形成したものを可動部に一体的に支持した構成としているが、予め主キャピラリと副キャピラリを一体に形成してもよい。あるいは、主キャピラリと副キャピラリのそれぞれが独立して作動できるように構成し、特にボールボンディング時には、副キャピラリでボールを圧着すると同時に、主キャピラリを圧着箇所から退避させるように構成することも可能である。また、副キャピラリは金属ワイヤーのボールを押し潰す機能を有していれば、前記実施形態のような中空に形成する必要はない。ただし、前記実施形態では、主キャピラリと同じ部品を用いて先端部の一部に逃げ部を設けることにより副キャピラリを形成しているので、材料部品の共用化を図る上で有利である。
【００１７】
なお、前記実施形態では、可動機構によってキャピラリを傾動しているが、ボンディングアーム自体を傾動させることも可能であり、このようにした場合には前記実施形態の可動機構を省略することも可能である。
【００１８】
【発明の効果】
以上説明したように本発明のワイヤーボンディング装置を用いた本発明のワイヤーボンディング方法によれば、半導体素子チップの表面に対して金属ワイヤーを傾斜した状態でボンディングでき、かつ当該傾斜した方向に金属ワイヤーを引き出してリードに接続しているので、金属ワイヤーの高さを低減し、半導体装置のパッケージ高さを低減した薄型の半導体装置を製造することができる。また、金属ワイヤーを半導体素子チップのボンディング箇所において曲げ形成する必要がないので、金属ワイヤーに過度なストレスを加えることがなく、金属ワイヤーのネック切れ等の不具合が生じることもない。さらに、本発明はボールボンディング方式のワイヤボンディングを行う半導体装置への適用が可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明にかかるワイヤーボンディング装置の全体構成の正面図である。
【図２】図１のワイヤーボンディング装置のキャピラリの斜視図である。
【図３】図２のキャピラリの断面図と拡大底面図である。
【図４】本発明にかかるワイヤーボンディング工程を示す概略断面図である。
【図５】本発明技術で製造された半導体装置の一部の断面図である。
【図６】従来の半導体装置の一部の断面図である。
【符号の説明】
１  リードフレーム
２  半導体素子チップ
３  樹脂
１０  ワイヤーボンディング装置
１１  ボンディングステージ
１２  ボンディングアーム
１３  傾動機構
１４  キャピラリ
２１  主キャピラリ
２２  副キャピラリ
Ｗ  金属ワイヤー
Ｂ  ボール
【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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