JPH02181941A - ボンディング方法及びその実施装置 - 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、半導体技術で使用されるボンディング技術に
適用して有効な技術に関するものである。

〔従来の技術〕

樹脂封止型半導体装置は次の組立工程により形成されて
いる。

まず、リードフレームのタブ部（ベレット搭載位置）に
半導体ペレットを搭載する。リードフレームは例えばＣ
ｕ又は表面にＳｎ−Ｎｉ合金層がメツキされたＣｕで形
成されている。

次に、半導体ペレットの外部端子（ポンディングパッド
）とリードフレームのインナーリードとの間をワイヤで
接続する。ワイヤは１例えばＡｕが使用され、超音波併
用型熱圧着ボンディング装置によりボンディングされて
いる。

次に、前記半導体ペレット及びリードのインナーリード
を樹脂で封止する（レジンモールドする）。

樹脂は例えばエポキシ系樹脂を使用する。

次に、前記リードフレームを切断及び成型し、アウター
リードをリードフレームから切り離すと共に所定の形状
に成型する。

この後、前記アウターリードの表面にメツキ処理により
半田層を形成し、樹脂封止型半導体装置は完成する。前
記半田層は例えばプリント配線基板に実装する際に導電
性接着剤として使用されている。

前記最終工程である半田層を形成する工程は、一貫生産
ラインには組込まれず、別工場において別工程で形成さ
れている。つまり、前記半田はＰｂ及びＳｎ等の有害物
質を使用しているので、半田層を形成する工程は前記組
立工程に組込むことが難しいにのため、半田層を形成す
る工程に例えば２〜３日を要するので、組立工程に時間
がかかり、樹脂封止型半導体装置の完成までに要する時
間が長くなる。

そこで、予じめリードフレームのアウターリードの表面
に半田層が形成された、半田先付リードフレームを使用
することが考えられる。半田先付リードフレームは、前
述の一貫生産ラインから半田層をメツキする工程を廃止
することができるので、実質的な樹脂封止型半導体装置
の完成までに要する時間を短縮することができる。

なお、樹脂封止型半導体装置において、半田先付リード
フレームを使用する技術については１例えば特願昭６２
−２６４７８０号に記載されている。

〔発明が解決しようとする課題〕

本発明者は前述の半田先付リードフレームの使用に先立
ち次の問題点が生じることを見出した。

前記樹脂封止型半導体装置の組立工程において、超音波
併用型熱圧着ボンディング装置は半田先付リードフレー
ムをヒートブロックで支持しかつ加熱した状態でボンデ
ィングを行っている。ヒートブロックは半田先付リード
フレームのタブ部、インナーリード、アウターリードの
夫々を含む全域を加熱する構造になっている。ヒートブ
ロックは約２００　［：”ＣＦの高温度でリードフレー
ムを加熱している。この加熱温度は、ワイヤとインナー
リードとの間の合金層を厚く形成し、両者間の接合強度
を高めて圧着不良を低減するために設定されている。ま
た、前記加熱温度は、ワイヤと半導体ペレットの外部端
子との間の合金層を厚く形成し。

両者間の界面の樹脂（レジン）の熱収縮で発生する応力
に対する接合強度を高めるために設定されている。この
ワイヤと外部端子との間の接合強度が低い場合には、ボ
ンディング時のダメージにより、半導体ペレットの配線
層の層間絶縁膜に経時的にクラックが発生し、導電層間
にリーク電流が発生する。一方、アウターリードの表面
に形成される半田層は濡れ性、接合強度の耐久性等に基
づき約１８３［”Ｃコの融点を有する半田（７０［％］
Ｓｎ−３０Ｃ％］Ｐｂ）を使用している。このため、ボ
ンディングに際して、ヒートブロックによりアウターリ
ードの表面に形成された半田層が溶けてしまい、半田先
付リードフレームが使用できないという問題点があった
。

本発明の目的は、ボンディング技術において、半田先付
リードフレームの使用を可能とし、樹脂封止型半導体装
置の完成までに要する時間を短縮する（工完短縮ＱＴＡ
Ｔを図る）ことが可能な技術を提供することにある。

本発明の他の目的は、樹脂封止型半導体装置の組立工程
において、低温プロセスを図ることが可能な技術を提供
することにある。

本発明の前記ならびにその他の目的と新規な特徴は、本
明細書の記述及び添付図面によって明らかになるであろ
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、代表的なものの概
要を簡単に説明すれば、下記のとおりである。

（１）樹脂封止型半導体装置のボンディング技術におい
て、半田先付リードフレームのペレット搭載位置に半導
体ペレットを搭載する段階と、この半田先付リードフレ
ームのインナーリードの少なくともワイヤが接続される
領域及びペレット搭載位置の領域をアウターリードに比
べて高い温度に加熱し、半導体ペレットの外部端子とイ
ンナーリードとをワイヤで接続する段階とを備える。

（２）前記半田先付リードフレームの加熱は、前記アウ
ターリードを除き、前記インナーリードの少なくともワ
イヤが接続される領域及びペレット搭載位置の領域を加
熱するヒートブロックにより行う。

〔作　　用〕

上述した手段によれば、（１）前記半田先付リードフレ
ームのインナーリードの領域及びペレット搭載位置の領
域を直接加熱することができるので、半導体ペレットの
外部端子、インナーリードの夫々とワイヤとの接続不良
を低減することができると共に、前記半田先付リードフ
レームのアウターリードの領域を直接加熱することがな
いので、アウターリードの表面に形成された半田層の溶
融をなくすことができる。（２）また、前記（１）によ
り、半田先付リードフレームを樹脂封止型半導体装置の
組立工程に使用することができるので。

樹脂封圧型半導体装置の組立工程中において半田層を形
成する工程を廃止し、この工程に相当する分、樹脂封止
型半導体装置の１完短縮を図ることができる。（３）ま
た、前記（１）により、樹脂封止型半導体装置の組立工
程において低温プロセスを図ることができる。

以下２本発明の構成について、樹脂封止型半導体装置の
ボンディング技術に本発明を適用した一実施例とともに
説明する。

なお、実施例を説明するための全回において、同一機能
を有するものは同一符号を付け、その繰り返しの説明は
省略する。

〔発明の実施例〕

本発明の一実施例である完成した状態の樹脂封止型半導
体装置の構造を第３図（断面図）で示す。

第３図に示すように、樹脂封止型半導体装置１はタブ部
３Ａの表面上に搭載された半導体ペレット２を樹脂（レ
ジン）６で封止している。

半導体ペレット２は、例えば単結晶珪素で形成され１図
示しないが表面には半導体素子及びそれらを電気的に接
続する配線層が設けられている。

また、半導体ペレット２の表面には図示しないが外部端
子（ポンディングパッド）が設けられている。

外部端子は前記配線層と同−導電性材料例えばアルミニ
ウム膜やアルミニウム合金膜で形成されている。この外
部端子はワイヤ５を介在させてインナーリード３Ｂに電
気的に接続されている。

前記ワイヤ５は例えば超音波併用型ボンディング装置で
ボンディングされている。ワイヤ５はＡＵワイヤを使用
している。また、ワイヤ５はＣｕワイヤ、ＡＱワイヤ等
を使用してもよい。

前記タブ部３Ａ、インナーリード３Ｂ、アウターリード
３Ｃの夫々は、第２図（組立工程中におけるリードフレ
ームの要部平面図）に示すように、切断及び成型工程前
の組立工程中において半田先付リードフレーム３に一体
に構成されている。１個の樹脂封止型半導体装置１の半
田先付リードフレーム３は第２図において上下に対向し
左右に延在する２本の外枠３Ｇと左右に対向し上下に延
在する２本の内枠３Ｆとで囲まれた領域内である。

この１個の半田先付リードフレーム３は外枠３Ｇの延在
する方向に繰返しパターンで複数個例えば６個（６連フ
レーム）配置され、夫々の半田先付リードフレーム３は
一体に構成されている。

タブ部３Ａは、半田先付リードフレーム３の略中央部に
位置し、方形状で構成されている。タブ部３Ａは上下夫
々の方向に延在する２本のタブ吊りリード３Ｅを介在さ
せて外枠３Ｇで支持されている。タブ部３Ａはこの構造
に限定されないが第３図に示すようにインナーリード３
Ｂよりも低い位置に構成されている。この構造は、半導
体ペレット２の外部端子の位置とインナーリード３Ｂの
位置との差を小さくし、ボンディングの際にワイヤ５を
接続し易いようになっている。

インナーリード３Ｂは、一端側がタブ部３Ａの各辺に近
接し、他端側かタブ部３Ａの各辺から放射状に延在する
ように構成されている。インナーリード３Ｂの他端側に
はアウターリード３Ｃの一端側が一体に構成されている
。アウターリード３Ｃは第２図に点線で囲まれ符号６を
付けた方形状の樹脂６の４辺の夫々からその外側に突出
するように構成されている。つまり１本実施例の樹脂封
止型半導体装置１は上下、左右の４方向にアウターリー
ド３Ｃが突出する。４方向リード構造で構成されている
。インナーリード３Ｂ及びアウターリード３Ｃはアウタ
ーリード３Ｃに一体に構成されたタイバー３Ｄ及びそれ
と一体に構成された支持リード３Ｈを介在させて外枠３
Ｇ、内枠３Ｆの夫々に支持されている。アウターリード
３Ｃの他端側は、外枠３Ｇ或は内枠３Ｆと一体に構成さ
れておらず、所定の距離だけ離隔して構成されている。

前記外枠３Ｇにはその延在する方向に所定間隔で搬送用
又は位置決め用として使用される穴部３工が設けられて
いる。また、内枠３Ｆには樹脂６で封止する時に発生す
る応力を緩和するためのスリット３Ｊが設けられている
。

前記タブ部３Ａ、インナーリード３Ｂ、アウターリード
３Ｃの夫々を含む半田先付リードフレーム３は例えばＣ
ｕ又は表面にＳｎ−Ｎｉ合金層がメツキされたＣｕで形
成されている。Ｓｎ−Ｎｉ合金層はＣｕの表面の酸化を
防止する作用がある。

半田先付リードフレーム８は第２図及び第３図に示すよ
うにアウターリード３Ｃの表面に半田層４が設けられて
いる。半田層４は、樹脂６との組立工程における合せず
れ余裕を有し、若干インナーリード３Ｂ側にも設けられ
ている。第２図においては一点鎖線で囲まれ符号４を付
けた領域に半田層４が設けられている。半田層４は、樹
脂封止型半導体装置１の組立工程前に予じめリードフレ
ーム８のアウターリード３Ｃの表面に例えばメツキ法で
形成されている。この半田層４は例えば７０［％］Ｓｎ
−３０［％］Ｐｂで形成されている。このような組成で
形成される半田層４は濡れ性が良好でありかつ機械的強
度の耐久性が高い。

前記樹脂６は例えばエポキシ系樹脂で形成されている。

このように構成される樹脂封止型半導体装置１は第４図
（組立工程のフロー図）に示すように形成されている。

まず、前述の第２図に示す半田先付リードフレーム３を
用意する。この半田先付リードフレーム３は予じめアウ
ターリード３Ｃの表面に半田層４が形成されている。

次に、ダイボンディングを行う＜１０＞　、ダイボンデ
ィングは前記半田先付リードフレーム３のタブ部３Ａ（
ペレット搭載位置）に接着用ペースト材を介在させて半
導体ペレット２を搭載する工程である。接着用ペースト
は例えば熱硬化性ポリイミド系樹脂接着剤を使用する。

この後、前記接着用ペースト材を硬化させ（キュアベー
ク）＜１１＞、タブ部３Ａの表面に半導体ペレット２を
固着する。

前記キュアベークは半田先付リードフレーム３のタブ部
３Ａ部分のみを約２００［”Ｃ］に加熱することにより
行われている。アウターリード８Ｃの表面には約１８３
　［”Ｃ］で溶融する半田層４が存在するので、このア
ウタ−リード３Ｃ部分の加熱は行わない。

次に、ワイヤボンディングを行う＜１２＞　、ワイヤボ
ンディングは、第１図（ボンディング装置の概略構成を
示す要部断面図）及び第２図に示すように、まず、フレ
ームガイドレール９でヒートブロック７上に半田先付リ
ードフレーム３を搬送する。ヒートブロック７は超音波
併用型ボンディング装置に内蔵されている。

前記ヒートブロック７は１個の樹脂封止型半導体装置１
に対応した半田先付リードフレーム３毎に設けられた凸
部７Ａ及びこの凸部７Ａ間に設けられた深い凹部７Ｃと
を交互に配列した断面が矩形波形状（又は下駄歯形状）
で構成されている。ヒートブロック７は、例えばステン
レス鋼で形成され、半田先付リードフレーム３を支持す
ると共に。

ボンディングに際して半田先付リードフレーム３を加熱
するように構成されている。ヒートブロック７の凸部７
Ａには、タブ部８Ａがインナーリード３Ｂに比べて低い
位置に成型されているので、浅い凹部７Ｂが設けられて
いる。このヒートブロック７の浅い四部７Ｂにはタブ部
３Ａの下面が接触し、凸部７Ａにはインナーリード３Ｂ
の下面が接触するように構成されている。ヒートブロッ
ク７の凸部７Ａには少なくともインナーリード３Ｂのワ
イヤ５が接続される部分の領域が接触すればよい。ヒー
トブロック７の深い凹部７Ｃは半田先付リードフレーム
３のアウターリード３Ｃと接触しないように逃げを形成
した領域である。つまり、ヒートブロック７は、深い凹
部７Ｃでアウターリード３Ｃが直接加熱されることを避
け、半田層４が溶融することを防止すると共に、浅い凹
部７Ｂでタブ部３Ａ及び凸部７Ａでインナーリード３Ｂ
を直接加熱することができる。ヒートブロック７による
加熱は約２００　［’Ｃ］である。

次に、前記超音波併用型ボンディング装置のボンディン
グ位置のヒートブロック７に載置された半田先付リード
フレーム３の表面に第１図に示すようにフレーム押え部
材８を当接し、半田先付リードフレーム３を固定する。

そして、前記ヒートブロック７で加熱された半田先付リ
ードフレーム３のインナーリード３Ｂ、半導体ペレット
２の外部端子の夫々にワイヤ５をボンディングする。こ
のボンディングは超音波振動を併用した熱圧着法により
行われている。前記フレーム押え部材８は、例えばステ
ンレス鋼で形成され、ヒートブロック７の深い凹部７Ｃ
と同様に、アウターリード３Ｃに対応する位置に逃げを
形成した構造で構成されている。

次に、前記ボンディングが終了するとモールド及びモー
ルドベークが施され〈１３〉、く１４〉、半導体ペレッ
ト２及び半田先付リードフレーム３の一部が樹脂６で封
止される。モールド及びモールドベークは約１６０［℃
］の低温度で行われている。

次に１本来なら半田層をメツキする工程が施されるが、
この工程は半田先付リードフレーム３を使用しているの
で廃止され、直接、切断及び成型工程が施される〈１５
〉。この切断及び成型工程は、タブ吊りリード３Ｅ、イ
ンナーリード３Ｂ及びアウターリード３Ｃを半田先付リ
ードフレーム３の外枠３Ｇ及び内枠３Ｆから切り離しか
つアウタ−リード３Ｃ間のタイバー３Ｄを切断すると共
に、アウターリード３Ｃを成型する工程である。

次に、前記樹脂６の所定部分にマークを形成しく１６）
　、外観検査により良゛品、不良品を選別する〈１７〉
。

次に、良品として選別された樹脂封止型半導体装置１に
電気的特性検査等を施しく１８）、この検査で良品とさ
れた樹脂封止型半導体装置１を完成させる。この樹脂封
止型半導体装置工が完成したことにより、一連の組立工
程は終了する。なお。

完成した樹脂封止型半導体装置１は製品として出荷され
るく１９〉。

このように、樹脂封止型半導体装置１のボンディング技
術において、半田先付リードフレーム３のタブ部３Ａ（
ペレット搭載位置）に半導体ペレット２を搭載する段階
と、この半田先付リードフレーム３のインナーリード３
Ｂの少なくともワイヤ５が接続される領域及びタブ部３
Ａをアウターリード３Ｃに比べて高温度（約２００　［
”Ｃ］）に加熱し。

半導体ペレット２の外部端子とインナーリード３Ｂとを
ワイヤ５で接続する段階とを備える。前記半田先付リー
ドフレーム３の加熱は、前記アウターリード３Ｃを除き
、前記インナーリード３Ｂの少なくともワイヤ５が接続
される領域及びタブ部３Ａを加熱するヒートブロック７
により行う。この構成により、前記半田先付リードフレ
ーム３のインナーリード３Ｂ及びタブ部３Ａを直接加熱
することができるので、半導体ペレット２の外部端子、
インナーリード３Ｂの夫々とワイヤ５との接続不良を低
減することができると共に、前記半田先付リードフレー
ム３のアウターリード３Ｃを直接加熱することがないの
で、アウターリード３Ｃの表面に形成された半田層４の
溶融をなくすことができる。

また、この結果、半田先付リードフレーム３を樹脂封止
型半導体装置１の組立工程に使用することができるので
、この組立工程中において半田層４を形成する工程を廃
止し、この工程に相当する分、樹脂封止型半導体装置１
の１完短縮を図ることができる。

また、前述のように、半田先付リードフレーム３のアウ
ターリード３Ｃの表面に形成された半田層４を溶融する
ことがないので、特にダイボンディングく１０〉からモ
ールドベークく１４〉に至る樹脂封止型半導体装置１の
組立工程において低温プロセスを採用することができる
。

また、前記組立工程において低温プロセスを採用し、表
面の酸化作用を低減することができるので、半田先付リ
ードフレーム３を無垢のＣｕフレームにすることができ
る。

なお、前述の樹脂封止型半導体装置１の組立工程は、ダ
イボンディングく１０〉からモールドベーク〈１４〉ま
でを個々の装置で行ってもよいし、又１つのシステム化
された装置で行ってもよい。

以上、本発明者によってなされた発明を、前記実施例に
基づき具体的に説明したが、本発明は、前記実施例に限
定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲にお
いて種々変更可能であることは勿論である。

例えば、本発明は、前記半田先付リードフレーム３のう
ちタブ部３Ａを廃止した所謂タブレス構造のリードフレ
ームを使用する樹脂封止型半導体装置に適用することが
できる。

また、本発明は、２方向リード構造の樹脂封止型半導体
装置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っ
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。

樹脂封止型半導体装置の組立工程において１完短縮を図
ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の一実施例である樹脂封止型半導体装
置で使用されるボンディング装置の概略構成を示す要部
断面図、 第２図は、前記樹脂封止型半導体装置の組立工程中にお
けるリードフレームの要部平面図、第３図は、前記樹脂
封止型半導体装置の断面図。 第４図は、前記樹脂封止型半導体装置の組立工程のフロ
ー図である。 図中、１・・・樹脂封止型半導体装置、２・・・半導体
ベレット−３・・・半田先付リードフレーム、３Ａ・・
・タブ部、３Ｂ・・・インナーリード、３Ｃ・・・アウ
ターリード、４・・・半田層、５・・・ワイヤ、６・・
・樹脂、７・・・ヒートブロック、７Ａ・・・凸部、７
Ｂ、、７Ｃ・・・凹部、８・・・フレーム押え部材であ
る。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、半導体ペレットの外部端子とリードのインナーリー
   ドとの間をワイヤで接続するボンディング方法において
   、前記リードのアウターリードの表面に実装用接着層を
   形成する段階と、該リードのペレット搭載位置に半導体
   ペレットを搭載する段階と、該リードのインナーリード
   の少なくともワイヤが接続される領域及びペレット搭載
   位置の領域をアウターリードに比べて高い温度に加熱し
   、半導体ペレットの外部端子とインナーリードとをワイ
   ヤで接続する段階とを備えたことを特徴とするボンディ
   ング方法。 ２、前記リードのインナーリードの領域及びペレット搭
   載位置の領域を加熱する工程はアウターリードの表面に
   形成された実装用接着層の溶融温度に比べて高い温度で
   加熱する工程であることを特徴とする請求項１に記載の
   ボンディング方法。 ３、前記リードはＣｕ又は表面にＳｎ−Ｎｉ合金層が形
   成されたＣｕで形成され、前記ワイヤはＡｕで形成され
   、前記実装用接着層は半田で形成されることを特徴とす
   る請求項１又は請求項２に記載のボンディング方法。 ４、半導体ペレットの外部端子とリードのインナーリー
   ドとの間をワイヤで接続するボンディング装置において
   、前記リードのアウターリードを除き、前記リードのイ
   ンナーリードの少なくともワイヤが接続される領域及び
   ペレット搭載位置の領域を支持しかつ加熱するヒートブ
   ロックを設けたことを特徴とするボンディング装置。 ５、前記ヒートブロックは、前記リードのインナーリー
   ドのワイヤが接続される領域及びペレット搭載位置の領
   域を凸部とし、前記リードのアウターリードの領域を凹
   部とする、断面形状が矩形波形状で構成されていること
   を特徴とする請求項５に記載のボンディング装置。