JPH01215030A - 樹脂封止型半導体装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は樹脂封止型半導体装置に関し、特に、ワイヤボ
ンディングしている半導体ペレットとコネクタ用ワイヤ
との当該ボンディング箇所における改曳技術に関する。

【従来の技術〕

半導体ペレットを機能させるためには、電気信号の人出
力を外部へ取り出す必要がある。そのために、尚蚊ペレ
ットの電極（パッド）と、該ペレットを搭載しているリ
ードフレームとをＡｕ線などのコネクタ用ワイヤにより
接続（ワイヤボンディング）することが行われている。

当該ワイヤボンディングの方法には、一般に熱圧着法や
超音波ボンディング法やこれらを組合せた方法があり、
熱圧着法は、一般に、コネクタ用ワイヤ（Ａｕｇ）の先
端部を水素トーチで焼き切りて作りたボール（Ａｕボー
ル）ヲ、ペレットのパッド部に熱圧着する方法で、その
−手段としてのネイルヘッドボンディングではＡｕボー
ルをキャピラリで押えて釘の頭状にボンディングする。

超音波ボンディング法は、適歯な圧力と超音波振動を加
えて行う方法である。

かかるワイヤボンディングにあっては、その接続強度を
上げるために、ペレットのパッド部にボンディングされ
ているコネクタ用ワイヤの先端のボール状のボンディン
グ部の厚みを、一般に、厚いものとしている。

しかるに、これらペレットやコネクタ用ワイヤなどを外
的環境から保躾するため、モールド樹脂で樹脂封止して
いる樹脂封止型半導体装置では、一般にモールド樹脂は
１５０〜２００℃で硬化し、その線膨張係数は１〜２．
５Ｘ１０／’Ｃ程度と、８１などで構成されたペレット
のそれと比べて大きいため、硬化収縮による剪断応力が
そのワイヤボンディング部にカロわることになる。

ところで、ペレットはＶＬＳＩの時代を向えて益々大型
化しており、かかる大型ペレット化に伴ない、前記ボン
ディングパッド部の下部にり２ツク（亀裂）が生じ、当
該クラックに起因する入力リーク不良が出現するように
なり、尚該クラックはペレットクラックにまで到ること
もある。

本発明者は、かかるパッド部のクラックの発生メカニズ
ム□について検討したところ、モールド樹脂の収縮によ
るペレット上の剪断応力は、ペレットの周辺Ｓ（特に、
コーナー部）程大きくなりており、このため、ボンディ
ングパッド部付近ではその影響を強く、受け、チップク
ラックにまで到ることがあることが判明した。

従来技術では、モールド樹脂収縮によるペレット上に生
じる剪断力によってボンディングパッド部のワイヤ接合
部に過大な応力が生ずる点について配慮がされていす、
その接続強度を上げるため　　゛に一般に厚製のボール
形状としており、そのために、温度サイクル等の熱スト
レスが加わった場合にクラックに到ることが多いことも
判明した。

なお、当該ワイヤボンディング技術について述べた特許
の例としては、特願昭５５−１１９８１７号があげられ
る。

〔発明が解決しようとする課題〕

本発明は上記に鑑み、温度サイクル等の熱ストレスが加
りた場合にあうても、ボンディングパッド部の下部にク
ラックが生じることを防止し、入力リーク不良を起さず
、信頼性を向上させることのできる技術を提供すること
を目的とする。

本発明は、また、ペレットの大型化に伴う新現象の不良
である上記した不良を解消することを目的とする。

本発明の前記ならびにそのはかの目的と新規な特徴は、
本明細書の記述および添付図面からあきらかにカるであ
ろう。

〔課題を解決するための手段〕

本願において開示される発明のうち代表的なものの観賛
を簡単に説明すれば、下記のとおりである。

本発明では、コネクタ用ワイヤのペレットのボンディン
グパッド部とのボンディング部のペレットからの厚みを
コントロールするようにし、その厚みをできるだけ薄く
するようにした。そして、尚該ボンディング部のペレッ
トとの接合（ボンディング）面積を広くとるようにした
。

さらに、その場合の厚みをｔとし、上記ボンディング巾
を８としたときに、その比ｔ／Ｓが０．２以下とするよ
うにした。

〔作　用〕

ペレットのボンディングパッド部上のコネクタ用ワイヤ
のボール状ボンディング部（以下、Ａｕボールにて説明
する）には、ペレット外側方向から中央に向い、モール
ド樹脂収縮による剪断力が加わる。この剪断力がＡｕボ
ールを押すため、モーメントが生じ、Ａｕボール端部に
引張り応力が発生する。引張り応力がペレットの破断強
度を越えるとクラックとなる。

上記メカニズムにより、Ａｕボール厚を薄くすると、Ａ
ｕボールの押される面積（断面積）が小さくなるために
、応力は低減し、クラックに到らない。

同様に接合面積を広くすると、Ａｕボール端へ加わる集
中応力が低減するためクラックの発生を防止できる。

特に、上記において、Ａｕボール厚（ｔ）と接合面積に
おけるペレット上のボンディング巾（Ｓ）との兼ね合い
において、ｔ／Ｓ比が０．２以下であるときに、クラッ
ク発生を最も有効に防止できる。

〔実施例〕

次に、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。

第６図は本発明に係る樹脂封止型半導体装置（以下、プ
ラスチックパッケージという）の−例を示す断面図で、
尚該プラスチックパッケージ（ＤＩＬ型）１は、リード
フレーム２のタブ３上にペレット４をグイボンディング
し、コネクタ用ワイヤ５の一端部をペレット４のボンデ
ィングパッド部６にボンディングするとともに、コネク
タ用ワイヤ５の他端部をリードフレーム２のインナーリ
ード７の先端部にボンディングして、尚該ワイヤボンデ
ィングにより、ペレット４とリードフレーム２とをコネ
クタ用ワイヤ５を介して電気的に接続しており、ペレッ
ト４を機能させるために、その電気信号の入出力を外部
へ取り出している。

さらに、ペレット４およびコネクタ用ワイヤ５とペレッ
ト４との接合部などを外的環境から検層するために、モ
ールド樹脂よりなる樹脂封止部８によりこれらを樹脂封
止している。リードフレーム２の当該樹脂封止部８から
引き出しされたリード部はアクタ−リード９と称され、
このアウターリード９により、プリント配線基板（図示
せず）などの実装用基板とのプラグイン実装が可能とな
る。

第７図は、ＰＰＰ（７ラツトパツクパツケージ）プラス
チックパッケージ１′のその一部を断面で示す斜視図で
、第６図と共通する符号は同一の機能を示すので、その
説明を省略する。

この様なグラスチックパッケージにおいて、コネクタ用
ワイヤ５が例えばＡｕ＠で、ペレット４のボンディング
パッド部６が例えばＡＪパッドである場合、コネクタ用
ワイヤ５のＡｕボール５′は、ペレット４上のＡＪスパ
ッドとの間で、Ａ　ｕ−ＡＪ合金１０を形成してボンデ
ィングされている。

第３図に示すよ５に、モールド樹脂の硬化収縮により、
ペレット４には当該モールド樹脂の収縮応力１１がかか
るし、Ａｕボール５′には同様にペレット外側方向から
中央に向いモールド樹脂収縮による剪断応力１２がかか
り、また、当該剪断応力１２がＡｕボール５′を押すた
めにコネクタ用ワイヤ５のＡｕボール５′には曲げモー
メント１３がかかる。

幽該曲げモーメント１３が、ペレット４との接合強度を
越えると、り２ツク１４を生じる。

なお、第３図にて、１５はＡｕボール５′の下ｆｆ１Ｓ
の最大主応力（６Ｉ　）の働く方向を示したものである
。

次に、第１図は、ペレット４の中心からその外側（周辺
）にかけて、どのように剪断応力１２が変化するかをプ
ロットしたもので、同図には合わせて当直方向にかかる
垂直応力１６についてもデータをプロットしである。

この第１図に示すように、垂直応力１６はペレット４の
中心でも周辺部でも大した変化はないのに対し、剪断応
力１２はペレット４の中心から周辺部に向うにつれて次
第にその値が大きくなっていることが判る。

換言すると、コネクタ用ワイヤ５とワイヤボンディング
している、ボンディングパッド部６付近で最も剪断応力
がかかり、強く影舎されていることが判る。

そこで、本発明では、これら事実から、第２図に示すよ
うな、例えばＡｕボール５′よりなるコネクタ用ワイヤ
５のボンディング部におけるペレット４かもの厚さｔを
出来るだけ薄くするようにすることが良いことが判った
。すなわち、当該ボンディング部（Ａｕボール）５パの
厚さｔｔ−薄くすることにより、当該ボンディング部５
′が剪断応力１２により押される面積（断面ｆｉｌｔ）
が小さくなるために、剪断応力１２が低減し、クラック
１４を発生し難くなる。

一方、Ａｕボール５′に加わる剪断応力１２とＡＵボー
ルダとの接合面積との関係では、反比例する関係にある
。すなわち、接合面積を大にすれば剪断応力を軽減でき
る。そのために、その接合面積をできるだけ大きくする
ことが剪断応力１２を軽減することに役立つ。

この場合、厚さｔと該接合面積におけるボンディング中
Ｓとの関係では０．２以下にすることが適当である。

本発明者の検討によれば、Ａｕ−Ａｌ合金１０の端部に
応力集中が行われ易いことが判り、とのＡｕ＝Ｉｋ１合
金ｌＯの巾Ｓをボンディング中として、上記のとと＜ｔ
／Ｓを０．２以下とする。

第４図は、Ａｕ（金）ボール厚（ｔＪを一定として、ボ
ンディング中（Ｓ）と金ボール下最大主応力６゜（Ｋｇ
ｆ／１ｓｌ）との関係をプロットしたもので、同図に示
すように、ボンディング中の）の増大に伴ない、上記金
ボール下最大王応力６．が低下することが示されている
。

また、第５図はボンディング中Ｃ）を一定として、金ボ
ール厚（ｔ）と金ボール下最大主応力６ｍとの関係をプ
ロットとしたもので、同図に示すように、金ボール厚（
ｔ）を薄（する程、金ボール下最大主応力６．が小さく
なることが示されている。

上記のごとく、Ａｕボール厚を薄くしたり、接合面積を
大きくしたり、ｔ／Ｓ比を０．２以下とするのは、ペレ
ット４の全ボンディングパッド部６でなく、当誼ペレッ
ト４のコーナー部のみでもよい、この場合、四隅でなく
、四隅以下例えば３コ一ナ一部のみでもよい。

以上本発明者によりてなされた発明を実施例にもとづき
具体的に説明したが、本発明は上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で種々変更可
能であることはいうまでもない。

本発明は樹脂封止型半導体装置全般に適用することがで
きる。

〔発明の効果〕

本願において開示される発明のうち代表的なものにより
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、ワイヤボンディングを行りてなる樹脂
封止型半導体装置において、ペレットのボンディングパ
ッド部の下部に生じるクラックを防止して、入出力リー
ク不良を回避し、信頼性を向上させることができた。

Ｉ！＃に、かかる現象は大型ペレットに起り易く、本発
明の技術は、益々大型化するペレットに適用して有効な
技術となすことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例を示す樹脂封止型半導体装置の
要部断面図で、併せて剪断応力と垂直応力の変化をグラ
フ化してあり、第２図はコネクタ用ワイヤのボンディン
グ部の一例断面図、第３図はクラック発生メカニズムを
説明する断面図、第４図および第５図はそれぞれ本発明
の作用効果を説明するグラフ、第６図は樹脂封止型半導
体装置の一例断面図、第７図は樹脂封止型半導体装置の
一部を断面で示す斜視図である。 ｌ・・・樹脂封止型半導体装置、１′・・・樹脂封止型
半導体装置、２・・・リードフレーム、３・・・タブ、
４・・・ペレット、５・・・コネクタ用ワイヤ、５′・
・・Ａｕボール、６・・・ペレットのボンディングパッ
ド部、７・・・インナーリード、８・・・樹脂封止部、
９・・・アクタ−リード、１０・・・Ａｕ−Ａｌ合金、
１１・・・そ−ルド樹脂収縮応力、１２・・・剪断応力
、１３・・・曲げモーメント、１４・・・クラック、１
５・・・応力の働く方向、第　　１　図 第　　３　図 第　　４　　図 計゛〉？Ｉ−りｎ（Ｓ） 第５図 第６図 第７図 ２リ一シ゛フレーム

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、半導体ペレットとリードフレームとをコネクタ用ワ
   イヤによりワイヤボンディングし、樹脂で封止して成る
   樹脂封止型半導体装置において、前記半導体ペレットの
   ボンディングパッド部にボンディングされたコネクタ用
   ワイヤの当該ボンディング部の半導体ペレットからの厚
   み（ｔ）と該半導体ペレットに対するボンディング巾（
   Ｓ）との比（ｔ／Ｓ）が０．２以下となるようにワイヤ
   ボンディングして成ることを特徴とする樹脂封止型半導
   体装置。 ２、厚みとボンディング巾との比ｔ／Ｓが０．２以下と
   なるようにワイヤボンディングするのが、半導体ペレッ
   トのコーナー部におけるボンディングパッド部のみであ
   る、特許請求の範囲第１項記載の樹脂封止型半導体装置
   。