JPH0282541A - 半導体装置およびその製造方法 - 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、半導体装置の製造技術、特に、半導体ペレッ
トに作り込まれた電子回路を外部に取り出す電気配線技
術に関し、例えば、樹脂封止パッケージを備えているバ
イポーラ形半導体集積回路装置の製造に利用して有効な
ものに関する。

〔従来の技術〕

一般に、樹脂封止型パッケージを備えている半導体装置
は、半導体ペレットと、半導体ペレットの周囲に配設さ
れている複数本のリードと、半導体ペレットのボンディ
ングパッドおよび各リードのインナ部に両端部をボンデ
ィングされて橋絡されているワイヤと、半導体ペレット
、リードの一部、およびワイヤを樹脂封止するパッケー
ジとを備えており、リード群を形成する材料としては鉄
系材料、または銅系材料が使用されており、ワイヤを形
成する材料としては金（Ａｕ）線が使用されている。

金銀の消費を節約しつつ、半導体ペレットとリードフレ
ームとの電気的接続を確保する半導体装置として、リー
ド群、およびワイヤを形成する材料に銅系材料をそれぞ
れ使用するものが提案されている。

一方、樹脂封止型パッケージを備えている半導体装置に
おいては、この半導体装置のプリント配線基板への実装
時における接続性を向上させるために、樹脂封止型パッ
ケージの成形後、はんだ被膜がリード群のアウタ部に、
めっき処理、または、はんだデイツプ処理等のような適
当な手段により被着されている。

しかし、樹脂封止型パッケージの成形後に、はんだめっ
き処理、またははんだデイツプ処理等のような湿式処理
が実施されると、樹脂封止型パッケージの耐湿性能が低
下され、また、製品完成までの時間が長期化される。

そこで、はんだ被膜をリード群のアウタ部に、予め被着
形成してお（ことにより、パッケージ成形後におけるは
んだ処理を省略化することが考えられる。

なお、リード群、およびワイヤを形成する材料として銅
系材料をそれぞれ使用する技術を述べである例としては
、特開昭６２−１６５３３５号公報、がある。

また、銅ワイヤボンディング技術を述べである例として
は、特開昭５８−１６９９１８号公報、がある。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかし、銅系材料から形成されており、かつ、アウタ部
にはんだ被膜が予め形成されているリードに銅系材料か
らなるワイヤ素材がボンディングされる技術においては
、銅系材料からなるワイヤを銅系材料からなるリードの
母材表面にボンダビリティ−良好にボンディングするに
は、リード群を２５０°Ｃ以上に加熱する必要があり、
他方、はんだ被膜の溶融温度が１８０°Ｃであるため、
ボンダビリティ−の良好なワイヤボンディングを確保し
得ないという問題点があることが、本発明者によって明
らかにされた。

本発明の目的は、例えば、はんだ被膜の溶融を回避し得
るような低温度の条件下であっても、銅系材料からなる
リードのインナ部にワイヤ素材を良好なボンダビリティ
−をもってボンディングすることができる半導体装置の
製造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
明細書の記述および添付図面から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
を説明すれば、次の通りである。

すなわち、半導体ベレットと、半導体ペレットの周囲に
配設されている複数本のリードと、半導体ペレットのボ
ンディングパッドおよび各リードのインナ部に両端部を
ボンディングされて橋絡されているワイヤと、半導体ペ
レット、リードの一部、およびワイヤを樹脂封止するパ
ッケージとを備えている半導体装置において、前記リー
ド群を銅系材料を使用して形成するとともに、前記ワイ
ヤをアルミニウム系材料を使用して形成し、このワイヤ
はその一端部を前記半導体ペレットのボンディングパッ
ドにポールボンディングによりボンディングするととも
に、他端部を前記各リードのインナ部における前記銅系
材料からなる母材表面にボンディングすることにより、
半導体ペレットとリードとの間に橋絡するように構成し
たものである。

〔作用〕

前記した手段によれば、ワイヤを形成する材料としてア
ルミニウム系材料が使用されており、このアルミニウム
は溶融温度が銅系材料よりも低温度であるため、例えば
、はんだ被膜の溶融を回避し得るような低温度の条件下
であっても、銅系材料からなるリードのインナ部にワイ
ヤ素材を良好なボンダビリティ−をもってボンディング
することができる。

〔実施例〕

第１図は本発明の一実施例である樹脂封止型パッケージ
をそなえている半導体装置を示す一部切断正面図、第２
図〜第１１図は本発明の一実施例である半導体装置の製
造方法を示す各説明図である。

本実施例において、本発明に係る半導体装置ＬＬ高密度
実装を実現するための半導体集積回路装置（以下、ＩＣ
という、）である樹脂封止型ミニスクエア・パッケージ
を備えているＩｃ（以下、ＭＳＰ・ＩＣ，または、単に
、ｔＣということがある。）として構成されている。こ
の樹脂封止型ＭＳＰｉＣはシリコン半導体ペレット（以
下、ペレットという。）１２と、ペレットの周囲に配設
されている複数本のり一部９と、ペレットの各ボンディ
ングパッド１２ａ、および各リード９のインナ部９ａに
その両端部をそれぞれボンディングされて橋絡されてい
るワイヤ１３と、これらを樹脂封止するパッケージ１４
とを備えており、前記リード９群が銅系材料を使用され
て形成されているとともに、前記ワイヤ１３がアルミニ
ウム系材料を使用されて形成されている。そして、この
ワイヤはその一端部が前記ペレットの電極にポールボン
ディングによりボンディングされているとともに、他端
部が前記各リードのインナ部における前記銅系材料から
なる母材表面にボンディングされている。

このＭＳＰ−ＩＣは次のような製造方法により、製造さ
れている。

以下、本発明の一実施例であるこの樹脂封止型ＭＳＰ−
ＩＣの製造方法を説明する。この説明により、前記ＭＳ
Ｐ・ＩＣについての構成の詳細が共に明らかにされる。

本実施例において、本発明に係る樹脂封止型ＭＳＰ−Ｉ
Ｃの製造方法には、第２図に示されている多連リードフ
レーム１が使用されている。この多連リードフレームｌ
は銅系（ｍまたはその合金）材料からなる薄板を用いて
、打ち抜きプレス加工またはエツチング加工等のような
適当な手段により一体成形されている。この多連リード
フレームを形成する銅系材料としては、析出硬化型銅系
材料、例えば、０．０５〜０．１５％のジルコニウム（
Ｚｒ）を含有する（残りは１ｉｄ）析出硬化型銅系材料
や、０．５０〜０．６０％程度のジルコニウム、および
、０．２０〜０．３０％程度のクロム（Ｃｒ）を含有す
る析出硬化型銅系材料、が使用されている。析出硬化型
銅系材料は、導電率、および引張強度が高く、アルミニ
ウム、銅、金等のような金属に対する機械的接続性が優
れており、その結果、これらの金属が使用されているワ
イヤがボンディングされる際におけるボンダビリティ−
がきわめて良好になる。

この多連リードフレーム１には複数の単位リードフレー
ム２が横方向に１列に並設されている。

単位リードフレーム２は位置決め孔３ａが開設されてい
る外枠３を一対備えており、両外枠３は所定の間隔で平
行になるように配されて一連にそれぞれ延設されている
。隣り合う単位リードフレーム２．２間には一対のセク
ション枠４が両外枠３．３間に互いに平行に配されて一
体的に架設されており、これら外枠、セクション枠によ
り形成される略正方形の枠体内に単位リードフレーム２
が構成されている。

各単位リードフレーム２において、外枠３およびセクシ
ョンパー４の接続部にはダム吊り部材５が略直角方向に
それぞれ配されて一体的に突設されており、ダム吊り部
材５には４本のダム部材６が略正方形の枠形状になるよ
うに配されて、一体的に吊持されている。セクション枠
４側の各ダム部材６にはタブ吊りリード７が両端に配さ
れて、略４５度方向に一体的に突設されており、各タブ
吊りリード７の先端には略正方形の平板形状に形成され
たタブ８が、ダム部材６群の枠形状と略同心的に配され
て一体的に吊持されている。ダム部材６には複数本のリ
ード９が長手方向に等間隔に配されて、互いに平行で、
ダム部材６と直交するように一体的に突設されており、
各リード９の内側端部は先端がタブ８に近接されてこれ
を取り囲むように配されることにより、インナ部９ａを
それぞれ構成している。他方、各リード９の外側延長部
分は、その先端が外枠３およびセクション枠４から離間
して切り離され、アウタ部９ｂをそれぞれ構成している
。そして、ダム部材６における隣り合うリード９．９間
の部分は後述するパッケージ成形時にレジンの流れをせ
き止めるダム６ａを実質的に構成している。

本実施例において、多連リードフレーム１におけるリー
ド９群のアウタ部９ｂには、はんだ被膜としてのはんだ
めっき被膜１０が電解めっき処理等のような適当な手段
により被着されている。このはんだめっき被膜１０は、
リード９の表面における外側先端からダム部材６よりも
内側寄り位置にかけてを全体的に被覆するように形成さ
れている。はんだめっき被膜１０がリード９の表面にお
けるダム部材６の内側寄り位置まで形成されている理由
は、後述する樹脂封止型パッケージの成形工程において
リードフレームと成形型との位置ずれを吸収するための
余裕を持たせることにある。

また、このはんだめっき被膜の被着工程は、多連リード
フレーム１の打ち抜き工程以後に実施されるように設定
することが望ましい。けだし、打ち抜き工程以後にはん
だめっき処理することにより、アウタ部９ｂに打ち抜き
によって発生する切り口面にもはんだめっき被膜１０を
形成させることができるためである。

そして、このはんだめっき被膜１０を形成する材料とし
ては、融点が比較的高い温度、例えば、１８０°Ｃ程度
の融点を有するはんだ材料が使用されている。これは、
後述するようにワイヤボンディング工程においてリード
フレームが加熱される際に、リード群のアウタ部に形成
されたはんだめっき被膜１０が当該加熱によって溶融さ
れてしまう事態が発生するのを防止するためである。こ
のような融点のはんだ材料としては、例えば、錫（Ｓｎ
）７５〜９５％−鉛（Ｐｂ）２５〜５％、を成分とする
はんだ材料がある。

ちなみに、本実施例において、リード９群のインナ部９
ａにははんだめっき被膜が形成されていないばかりでな
く、通常、ボンダビリティ−を向上させるために形成さ
れる銀（Ａｇ）めっき被膜も形成されていない。したが
って、リード９群のインナ部９ａにおいては、多連リー
ドフレームの母材を形成している銅系材料の表面が露出
されていることになる。

また、タブ８ははんだめっき被膜形成工程以前または以
後に、リード９群の面よりも半導体ペレットの厚み程度
裏面方向に下げられている（所謂タブ下げ）。

前記構成にかかる多連リードフレームには各単位リード
フレーム２毎にペレット・ボンディング作業、続いて、
ワイヤ・ボンディング作業が実施され、これら作業によ
り、第３図および第４図に示されているような組立体が
製造されることになる。これらのボンディング作業は多
連リードフレームが横方向にピッチ送りされることによ
り、各単位リードフレーム２毎に順次実施される。

まず、ベレットボンディング作業により、前工程におい
てバイポーラ形の集積回路素子（図示せず）を作り込ま
れた半導体集積回路構造体としてのペレット１２が、各
単位リードフレーム２におけるタブ８上の略中央部に配
されて、銀ペースト等のような適当な材料を用いられて
形成されるボンディング層１１を介して固着される。銀
ペーストは、エポキシ系樹脂接着剤、硬化促進剤、およ
び溶剤に銀粉が混入されて構成されているものであり、
リードフレーム上に塗布された銀ペーストにペレットが
押接された後、適当な温度により硬化（キュア）される
ことにより、ボンディング層１１を形成するようになっ
ている。

そして、タブ８に固定的にボンディングされたペレット
１２のボンディングパッドＬ２ａと、単位リードフレー
ム２における各リード９のインナ部９ａとの間に、後記
するアルミニウム系材料を使用されて形成されているワ
イヤ１３が、第５図〜第７図に示されているようなワイ
ヤボンディング装置が使用されることにより、その両端
部をそれぞれボンディングされて橋絡される。これによ
り、ペレット１２に作り込まれている集積回路は、ボン
ディングパッド１２ａ１ワイヤ１３１．リード９のイン
ナ部９ａおよびアウタ部９ｂを介して電気的に外部に引
き出されることになる。

ここで、ワイヤボンディング作業について説明する。

第５図に示されているワイヤボンディング装置２０はペ
レット１２の電極パッド１２ａと、各単位リードフレー
ム２の各リード９との間にワイヤ１３をそれぞれ橋絡さ
せることにより、ペレット１２と各リード９とを電気的
に接続するように構成されている。このワイヤボンディ
ング装置２０はフィーダ２１を備えており、フィーダ２
１は多連リードフレーム１を長手方向について摺動自在
に保持して、単位リードフレーム２のピッチをもって歩
進送りし得るように構成されている。フィーダ２１には
ヒートブロック２２が単位リードフレーム２毎に加熱し
得るように設備されている。

フィーダ２１におけるボンディングステージの外部には
ＸＹ子テーブル３がＸＹ力方向移動し得るように設備さ
れており、ＸＹ子テーブル３上にはボンディングヘッド
２４が搭載されている。このボンディングヘッド２４に
はボンディングアーム２５が基端を回転自在に軸支され
て支持されており、このアーム２５はその先端に固設さ
れたキャピラリー２６を上下動させるように、カム機構
（図示せず）により駆動されるように構成されている。

また、ボンディングヘッド２４にはボンディングアーム
２５を通じてキャピラリー２６を超音波振動させる超音
波発振装置（図示せず）が設備されている。

ボンディングアーム２５の上側には一対のクランパアー
ム２７．２日が電磁プランジャ機構等のような適当な手
段（図示せず）により作動されるように設備されており
、両アーム２７．２８の各先端はキャピラリー２６の真
上位置に配されてクランパ２９を構成している。クラン
パ２９にはリール（図示せず）から繰り出されるワイヤ
素材（後記する。）がガイド３０を介して挿通されてお
り、ワイヤ素材はさらにキャピラリー２６に挿通されて
いる。

キャピラリー２６の近傍には放電電極３１がキャピラリ
ー２６の移動から独立して設備されており、この放電電
極３１はその上端部が回転自在に軸支されることにより
、その先端部がキャピラリー２６の下方位置、すなわち
、ワイヤ素材の先端の真下位置と、キャピラリ−２６の
側方位置（退避位置）との間を移動されるように構成さ
れている。また、この電極３１と前記クランパ２９との
間には電源回路３２が接続されており、放電電極３１と
ワイヤ素材の間で放電アークを生成させるようになって
いる。

このワイヤボンディング装置２０は第６図に示されてい
るように、ワイヤ素材の先端で生成されるボールの周囲
にガスを供給することにより、力゛ス雰囲気を形成する
ためのチューブ３３を備えており、このガス供給手段と
してのチューブ３ＬＬよ放電電極３１にチューブの開口
部をキャピラリー２６の下方位置に向けて取り付けられ
ている。チューブ３３には還元作用のあるガス３５、例
えば、窒素ガスと水素ガスとの混合ガス等橙供給するた
めのガス供給源３４が接続されている。

一方、フィーダ２１の底部には、多連リードフレームの
酸化を防止するための還元性ガス（以下、リードフレー
ム酸化防止用ガスという、）４０を供給する手段として
の還元性ガス供給装置４１が設備されており、この供給
装置４１は吹出口４２を備えている。吹出口４２は多連
リードフレーム１の周囲にリードフレーム酸化防止用ガ
ス４０を緩やかに吹き出し得るように、フィーダ２１の
上面に複数個開設されており、この吹出口４２群δこ・
はガス供給路４３が接続されている。ガス供給路４３は
ガス供給ユニット４４に接続されており、ガス供給ユニ
ット４４は還元性ガス、例えば、窒素ガスおよび水素ガ
スから成る混合ガスを、予め設定された流量をもって常
時供給し得るように構成されている。

そして、フィーダ２１上にはカバー４５がフィーダ２１
を送られる多連リードフレーム１を略全体にわたって被
覆するように設備されており、このカバー４５は多連リ
ードフレームｌの周囲に供給された酸化防止用ガス４０
を多連リードフレーム１の周囲に可及的に停滞させるよ
うになっている。カバー４５には窓孔４６がキャピラリ
ー２６の真下におけるボンディングステージとなる位置
に配されて、ワイヤボンディングを実施し得る大きさの
略正方形形状に開設されている。この窓孔４６には略正
方形枠形状に形成されたリードフレーム押さえ具４７が
昇降自在に嵌合されており、この押さえ具４７はカム機
構等のような適当な駆動装置（図示せず）によりフィー
ダ２１の間欠送り作動に連携して上下動するように構成
されている。すなわち、この押さえ具４７はワイヤボン
ディングが実施される時に単位リードフレーム２を上か
ら押さえることにより、リードフレームの遊動を防止す
るように構成されている。

次に、前記構成にかかるワイヤボンディング装置による
ワイヤボンディング方法壱説明する。

ここで、本実施例においては、ペレットのボンディング
パッドとリードとを電気的に接続するワイヤ１３を構成
するための素材として、アルミニウム系材料を用いて形
成された線材（以下、ワイヤ素材という。）３８が使用
されており、ワイヤ素材はペレット１２のボンディング
パッド（電極）１２ａおよびリード９のインナ部９ａに
それぞれボンディングする際に接合強度を充分太き（し
、かつ、ボンディングダメージを起こすことを防止する
ために、最適な材料組成およびビッカース硬度を有する
ように構成されている。

すなわち、本実施例のワイヤは第８図に示すように、ポ
ールボンディング時のボールのビッカース硬度（ＨＶ）
が３５〜４５の範囲内となるように選ばれている。

第９図はアルミニウムボール部の硬度と、ボンディング
ワイヤとアルミニウムパッドとの間の剥がれ発生率（％
）およびアルミニウムパッド下の二酸化シリコン層にク
ラックの発生するボンディングダメージ発生率（％）と
の関係について実験を重ねた結果を示す線図である。

第９図から明らかなように、ボンディング不良の発生率
として許容できる値が約１０％であることを考えると、
ビッカース硬度が約３０以下では剥がれ発生率（×印で
示す）が高く、またボンディングダメージの発生率（Ｏ
印で示す）はビッカース硬度が約５０以上は高い。特に
、最適範囲としてはビッカース硬度が約５０以上は高い
。特に、最適範囲としてはビッカース硬度３５〜４５の
範囲が選定される。

また、第８図は、このような最適範囲のビッカース硬度
を得る二七のできるワイヤの材料の組成を得るために同
一条件で多くの実験を行った結果を示す線図である。

第８図において、縦軸にはビッカース硬度が、横軸には
各材料の組成がそれぞれ示されている。

各材料のビッカース硬度は、例えば、アルミニウム（Ａ
１）は２８というように示されている。また、「０．５
％ＮＬ−ＡＩＪは０．５重量％のＮｉを含むＡ１からな
るワイヤを示す。

このような最適硬度範囲内に入るワイヤの材料組成とし
ては様々なものがあるが、最も良好なポールボンディン
グが可能なアルミニウム合金ワイヤの組成例としては、
１．０重量％のニッケルと０．５重量％のマンガン（Ｍ
ｎ）とを含有するもの、１．０重量％のニッケルと１．
０重量％のマンガンとを含有するもの、０．５重量％の
ニッケルと１．０重量％のマンガンとを含有するもの、
１．７重量％のマグネシウム（Ｍｇ）と０．３〜０．５
重量％のニッケルと０．３％の鉄とを含有するもの、２
重量％のニッケルとｌ　　Ｏ〜２．０重量％のシリコン
（Ｓｉ）とを含有するもの、等が示される。

本実施例のワイヤはニッケルを含有することが一つの特
徴であり、ニッケルをワイヤ中に含有させたことにより
アルミニウムを主成分とするワイヤの耐食性を著しく向
上させることができる。ワイヤはアルミニウムを主成分
とし、その中に０゜０３重量％以上、より好ましくは０
．０７５重量％以上のニッケルを含有させたものが用い
られる。

したがって、アルミニウムを主成分とするワイヤ中にニ
ッケルを適当量含有させることにより、耐食性が良好で
ボンディングにも好都合なワイヤを得ることができるも
のである。

アルミニウムワイヤ中にニッケルを含有させることによ
り耐食性を向上させることができる理由は次の通りであ
る６代表的な耐食性の試験方法であるＭＬＬ８８３Ｂ等
の高温高温試験において、水分１（，０の水素は原子状
水素Ｈとなる。原子状水素Ｈは小さいため、アルミニウ
ムの結晶粒界に容品に侵入する。原子状水素Ｈが反応し
合いガス状水素Ｈ２となると体積が膨張し結晶粒界を押
し拡げる。この押し拡げられた結晶粒界から腐食が進行
する。一方、ニッケルを含むアルミニウムワイヤにおい
ては、アルミニウムの結晶粒内に含まれるニッケルの触
媒作用によって、原子状水素Ｈの結合反応が促進される
。この結果、原子状水素Ｈはアルミニウムの結晶粒界に
侵入することなく、アルミニウムの表面でガス状水素Ｈ
２となる。

耐食性の改善には主としてＮ１が寄与し、硬度の調整に
は主としてＭｇ、Ｍｎ、Ｓ　Ｉが寄与している。また、
ＮｔはＭｇ等による硬度調整の効果を順なうことはなく
、逆にＭｇ等がＮｉによる耐食性の向上を妨げることも
ない。また、ＮｔとＭｇ、ＭｎとＳｔはアルミニウムの
中で同時に安定して存在し、ワイヤの８１械的、電気的
特性を損なうことはない。

前記構成に係る前の工程でＡｇペーストでペレットボン
ディング済みの単位リードフレーム２がフィーダ２１に
おけるボンディングステージにピッチ送りされて間欠停
止されると、窓孔４６内においてリードフレーム押さえ
具４７が下降されることにより、単位リードフレーム２
が押さえ具４７により押さえつけられる。その後、ＸＹ
子テーブル３が適宜移動される。

一方、キャピラリー２６においては、放電電極３１がワ
イヤ素材３８の下端に接近されるとともに、電源回路３
２が閉じられることにより、ワイヤ素材３８の先端にボ
ール３９が溶融形成される。

このとき、ワイヤ素材３８は前記したように所定の成分
を有するアルミニウム系材料が使用されているため、ボ
ール３９の硬度は適正なものになる。

また、チューブ３３から還元性ガス３５が供給され、ワ
イヤ素材３８と電極３１との間が還元性ガス雰囲気に保
持される。これにより真球度が高く、ボール硬度も適正
なボールを形成することができる。

続いて、キャピラリー２６がボンディングアーム２５を
介してボンディングヘッド２４により下降され、ワイヤ
素材３８の先端部に形成されたボール３９が、ベレット
１２における複数個のボンディングパッド１２ａのうち
、最初にボンディングするボンディングパッド（以下、
特記しない限リ、単に、パッドという。）に押着される
。このとき、キャピラリー２６に超音波振動が付勢され
るとともに、ベレット１２がヒートブロック２２によっ
て加熱されているため、ボール３９はベレット１２のパ
ッド１２ａ上に超音波熱圧着される。

そして、ボール３９は前記したような所定のアルミニウ
ム系材料を使用され、かつ、還元性ガス雰囲気中でボー
ル形成されることにより、硬くなることを抑制されてい
るため、良好なボンダビリティ−をもってボンディング
されることになる。

ところで、ボンディングワイヤの構成材料としてアルミ
ニウムが使用されている場合、アルミニウムは酸化され
易く、かつ比較的硬いため、第１ボンデイングにおける
ボンダビリティ−が低下する。すなわち、溶融中にアル
ミニウムワイヤ素材の表面に酸化膜が形成されると、溶
融が不均一になり、ボールの形状が不適正になる。また
、ボールの表面に酸化膜が形成されると、ボンディング
パッドとの金属結合性が低下する。そこで、ボール生成
時に還元性ガスを供給することにより、ボ・−ルの酸化
を防止することができる。そして、ボンディングワイヤ
の構成材料としてアルミニウムが使用される場合であっ
ても、良好なボンダビリティ−が実現される。

すなわち、ワイヤ素材３８のボール３９は還元性ガス３
５の雰囲気中で生成されるため、溶融中、そのアルミニ
ウム表面に酸化膜が形成されることはない。その結果、
アルミニウムワイヤ素材３８の先端は内部および表面全
体が溶融されるため、均一な表面張力が発生して真球度
の高いボール３９が形成されることになる。

このようにして、ボール３９は酸化膜を形成されずに真
球度が高く、かつ、適度な硬度を維持しているため、ア
ルミニウム系材料からなるワイヤ素材３日であっても良
好なボンダビリティ−をもってペレット１２のパッド上
にボンディングされることになる。

ボール３９により第１ボンディング部１３ａが形成され
た後、キャピラリー２６がＸＹ子テーブル３およびボン
ディングヘッド２４により、後述するような軌道をもっ
て３次元的に相対移動さ瓢複数本のり一部９のうち、最
初に第２ボンデイングすべきリード（以下、特記しない
限り、単にリードとする。）の先端部にワイヤ素材３８
の中間部が押着される。このとき、キャピラリー２６に
超音波振動が付勢されるとともに、リードがヒートブロ
ック２２により加熱されているため、ワイヤ素材３８の
挿着部はリード９のインナ部９ａ上に超音波熱圧着され
、もって、第２ボンディング部１３ｂが形成されるに こで、リード９に対する加熱はその温度がリードのアウ
タ部９ｂに被着されたはんだめっき被膜１０を溶融させ
ない温度、例えば、１８０°Ｃ以下になるように設定さ
れている。したがって、リード９が加熱されてもはんだ
めっき被膜１．０が剥離されたりすることはない。他方
、下地温度が比較的低温度であうでも、ワイヤ素材３８
として使用されているアルミニウム系材料は低温度下に
おいても比較的軟質で他の金属（ここでは、銅系材料）
との結合性がよく、しかも、超音波エネルギが熱圧着と
同時に助勢されるため、ワイヤ素材３Ｂの中間部はリー
ド９のインナ部９ｂ上に充分な結合強度をもって機械的
に接続されることになる。

そして、前記第１および第２ボンディング作業中、フィ
ーダ２１の上面に開設された吹出口４２からリードフレ
ーム酸化防止用還元性ガス４０が常時吹き出されている
ため、多連リードフレーム１は還元性ガス雰囲気内に浸
漬されている。このとき、還元性ガス雰囲気はフィーダ
２１上に敷設されたカバー４５によって被覆されている
ため、この還元性ガス４０は多連リードフレーム１およ
びペレット１２を効果的に包囲することになる。

したがって、リードフレーム等の酸化は確実に防止され
ている。

ところで、多連リードフレームｌとして銅系のリードフ
レームが使用されている場合、銅は酸化され易く、酸化
膜がボンディング面に厚く形成されるため、第２ボンデ
イングにおけるボンダビリティ−が低下する。すなわち
、酸化膜が形成されると、アルミニウム系材料からなる
ワイヤ素材３８との金属結合性が低下するため、ボンダ
ビリティ−が低下する。

しかし、本実施例においては、フィーダ２１上がカバー
４５により被覆されているとともに、そのカバー内に供
給された還元性ガス雰囲気により、多連リードフレーム
１が包囲されているため、酸化され易い銅系リードフレ
ームが使用されていても、その表面に酸化膜が形成され
ることはなく、その結果、アルミニウム系材料からなる
ワイヤ素材３８は良好なポンダビリティ−をもってリー
ド９のインナ部９ａ上にボンディングされることになる
。

第２ボンディング部１３ｂが形成されると、クランパ２
９によりワイヤ素材３日が把持され、クランパ２９がキ
ャピラリー２６と共に第２ボンディング部から相対的に
離反移動される。この離反移動により、ワイヤ素材３８
は第２ボンディング部から引き千切られる。これにより
、ペレット１２のボンディングパッドとリードとの間に
はワイヤ１３が橋絡されることになる。

その後、第２ボンディング作業を終えたワイヤ素材３８
に対するクランパ２９の把持が解除されるとともに、キ
ャピラリー２６が若干上昇されることにより、ワイヤ素
材３８の先端部がボール３９の成形に必要な長さだけ相
対的に突き出される（所謂、テール出し動作である。）
。

以降、前記作動が繰り返し実施されることにより、残り
のボンディングパッドと各リードのインナ部との間にワ
イヤ１３が順次橋絡されて行く。

その後、一つの単位リードフレーム２についてのワイヤ
ボンディング作業が終了すると、押さえ具４７が上昇さ
れ、次の単位リードフレーム２がボンディングア−ムの
所へ位置するように多連リードフレーム１が１ピツチ送
られる。以後、各単位リードフレーム２について前記ワ
イヤボンディング作業が順次実施されて行く。

ちなみに、本実施例においては、ボンディング工具とし
て、指向性のないキャピラリー２６が使用されているた
め、各ワイヤ１３の架橋方向が交差する場合であっても
、リードフレームとボンディングアームとを相対的に回
動させずに済む。したがって、ワイヤボンディング装置
の構造を簡単化させることができる。

このようにしてペレットおよびワイヤ・ボンディングさ
れた多連リードフレームには、各単位リードフレーム毎
に樹脂封止するパンケージ群が、第１０図に示されてい
るようなトランスフ１成形装置を使用されて単位リード
フレーム群について同時成形される。

第１０図に示されているトランスファ成形装置５０はシ
リンダ装置等（図示せず）によって互いに型締めされる
一対の上型５１と下型５２とを備えており、上型５１と
下型５２との合わせ面には上型キャビティー凹部５３ａ
と下型キャビティー凹部５３ｂとが互いに協働してキャ
ビティー５３を形成するようにそれぞれ複数組没設され
ている。

上型５１の合わせ面にはボット５４が開設されており、
ボット５４にはシリンダ装置（図示せず）により進退さ
れるプランジャ５５が成形材料としての樹脂から成るタ
ブレットが投入され、このタブレットが溶融されて成る
樹脂（以下、レジンという。）を送給し得るようになっ
ている。下型５２の合わせ面にはカル５６がボット５４
との対向位置に配されて没設されているとともに、複数
条のランナ５７がボット５４にそれぞれ接続するように
放射状に配されて没設されている。各ランナ５７の他端
部は下側キャビティー凹部５３ｂにそれぞれ接続されて
おり、その接続部にはゲート５日がレジンをキャビティ
ー５３内に注入し得るように形成されている。また、下
型５２の合わせ面には逃げ凹所５９がリードフレームの
厚みを逃げ得るように、多連リードフレーム１の外形よ
りも若干大きめの長方形で、その厚さと略等しい寸法の
一定深さに没設されている。

前記構成にかかる多連リードフレーム１を用いて樹脂封
止型パッケージをトランスファ成形する場合、上型５１
および下型５２における各キャビティー５３は各単位リ
ードフレーム２における一対のダム６ａ、６ａ間の空間
にそれぞれ対応される。

トランスファ成形時において、前記構成にががる多連リ
ードフレーム１は下型５２に没設されている逃げ凹所５
９内に、各単位リードフレーム２におけるペレッ）１２
が各キャビティー５３内にそれぞれ収容されるように配
されてセットされる。

続いて、上型５１と下型５２とが型締めされ、ボット５
４からプランジャ５５により成形材料としてのレジン６
０がランナ５７およびゲート５８を通じて各キャビティ
ー５３に送給されて圧入される。

注入後、レジンが熱硬化されて樹脂封止型パッケージ１
０が成形されると、上型５１および下型５２は型開きさ
れるとともに、エジェクタ・ピン（図示せず）によりパ
ッケージ１０群が離型される。このようにして、第１１
図に示されているように、パッケージ１４群を成形され
た多連リードフレーム１はトランスファ成形装置５ｏが
ら脱装される。

そして、このように樹脂成形されたパッケージ１４の内
部には、ペレット１２、リード９のインを部９ａおよび
ワイヤ１３が樹脂封止されることになる。この状態にお
いては、ワイヤ１３に保持されていたベレット１２は樹
脂封止型パッケージ１４によって固定された状態になっ
ている。また、後述するように、めっきレスの銅系リー
ドフレームはパッケージのレジンに対してきわめて良好
な接着性を示すため、各リード９のインナ部９ａはパッ
ケージ１４ときわめて効果的に一体化される。

多連リードフレームｌは、リード切断成形工程において
各単位リードフレーム毎に順次、リード切断装置（図示
せず）により、外枠３およびダム６ａを切り落された後
、リード成形装置（図示せず）により、リード９のアウ
タ部９ｂを下向きに屈曲成形される。

以上のようにして製造された樹脂封止型ＭＳＰ・ＩＣ７
０は第１２図および第１３図に示されているようにプリ
ント配線基板に実装される。

第１２図および第１３図において、プリント配線基板７
１にはランド７２が複数個、実装対象物となる樹脂封止
型ＭＳＰ−ＩＣ７０における各リード９に対応するよう
に配されて、はんだ材料を用いて略長方形の薄板形状に
形成されており、このランド７２にこのＩＣ７０のリー
ド９のアウタ部９ｂ群がそこに整合されて当接されてい
るとともに、各リード９のアウタ部９ｂとランド７２と
がりフローはんだ処理により形成されたはんだ盛り層７
３によって電気的かつ機械的に接続されている。

このとき、リードのアウタ部９ｂにははんだめっき被膜
１０が全体にわたって予め被着されているため、ランド
７２のはんだ材料が効果的に吸い上がり、はんだ盛り層
７３はきわめて適正に形成されることになる。

ところで、前記構成にかかるＭＳＰ−ＩＣは出荷前に環
境試験検査を実施される。環境試験検査としては、バー
ンイン試験、高温高温バイアス試験、プレッシャフッカ
試験、および温度サイクル・熱衝撃試験等が実施される
。特に、高温高温バイアス試験、およびプレッシャフッ
カ試験は耐湿性（アルミニウム配線の腐食）を検査する
ため、温度、湿度、バイアスが加速されて実行、される
。

また、前述したように、ＭＳＰｉＣがプリント配線基板
等に実装される際、はんだデイツプやりフローはんだ処
理によっても、高温高温状況が現出されることがある。

このような環境試験または実装時に高温高湿状況が樹脂
封止型パッケージを備えた１ｃに加えられた場合、水分
はパッケージ１４とリード９群との境界から侵入し、こ
の水分によってワイヤが腐蝕されることもある。しかし
、本実施例にががるＭＳＰ・ＩＣ７０においては、所定
のアルミニウム系材料からなるワイヤ１−３が使用され
ているため、ワイヤの腐蝕は防止されることになる。す
なわち、万一、水分がワイヤにまで達したとしても、ワ
イヤが前述したような耐食性を有するアルミニウム系材
料によって形成されているため、ワイヤ自体が水分によ
って腐蝕されることは防止されることになる。

ところで、リードフレームに銅系材料が使用される場合
、銅系リードフレームにおけるインナ部の表面に酸化防
止、並びにボンダビリティ−を高めるため銀めっき処理
が施されることがある。

ところが、インナ部に銀めっき被膜が被着された銅系リ
ードフレームが使用されているＩＣにおいては、前述し
たような熱ストレスが加えられた場合、パッケージとリ
ードフレームとの熱膨張係数差によりパッケージとリー
ドのインナ部との境界面に剥がれが発生し、耐湿性が低
下するという問題点があることが、本発明者によって明
らかにされた。これは次のような理由によると考えられ
る。銀めっき被膜は微粒子の集合から形成されているた
め、この微粒子とパッケージのレジンとの間で熱ストレ
スの作用により相対的な移動が発生し易くなり、この移
動し易さにより、リードのインナ部とパッケージとの境
界面において剥がれが発生する。

しかし、本実施例においては、多連リードフレーム１と
して銅系リードフレームが使用されているが、そのイン
ナ部９ａ表面にめっき処理が施されていないため、前述
したような熱ストレスが加、ねった場合でも、各リード
９のインナ部９ａとパッケージ１４との境界面間に剥が
れが発生しないことが実験により確認された。

これは次のような理由によると考えられる。すなわち、
インナ部がめつきレスのリードフレームにおいては、リ
ードフレームの材料表面自体とパッケージのレジン自体
とが直接的に結合するため、熱ストレスが作用した場合
でも、両者の境界面である結合箇所では相対的な移動が
発生しにくくなり、リードフレーム内部およびパンケー
ジ内部でそれぞれ発生する歪により熱ストレスが吸収さ
れてしまうためである。

前記実施例によれば次の効果が得られる。

（１）　　リード群を銅系材料を使用して形成するとと
もに、ボンディングワイヤをアルミニウム系材料を使用
して形成し、このワイヤはその一端部を半導体ペレット
のボンディングパッドにポールボンディングによりボン
ディングするとともに、他端部を各リードのインナ部に
おける前記銅系材料からなる母材表面にボンディングし
て、半導体ペレットとリードとの間に橋絡することによ
り、アルミニウムは溶融温度が銅系材料よりも低温度で
あるため、例えば、はんだ被膜の溶融を回避し得るよう
な低温度の条件下であっても、銅系材料からなるリード
のインナ部にワイヤ素材を良好なボンダビリティ−をも
ってボンディングすることができる。

（２）　　ワイヤ素材として、ニッケルを含有し、かつ
、そのボール部のビッカース硬度が３５〜４５になるよ
うに設定されているアルミニウム系材料を使用すること
により、ボンディングワイヤの耐食性を向上させること
ができるとともに、ワイヤの接合強度を充分に確保し、
かつ、つぶれ過ぎや、ボンディングパッドに対するダメ
ージを防止することができ、信頼性を向上させることが
できる。

（３）　　ボンディングワイヤをアルミニウムを主成分
にするアルミニウム系材料を使用することにより、金ワ
イヤに比べてコストを大巾に低減できる。

（４）　　アルミニウムを主成分とするワイヤ素材を使
用することにより、ボンディングワイヤのポールボンデ
ィングを安定して容易に行うことができるため、アルミ
ニウム系ワイヤの利点の１つである低コスト性を活かす
ことが可能となる。

（５）前記（２）のポール硬度によりアルミニウムを主
成分とするワイヤの加工を容易にすることができる。

（６）耐食性を有するアルミニウム系材料からなるワイ
ヤ素材を使用することにより、万一、水分がボンディン
グワイヤにまで達したとしても、ワイヤ自体が耐食性を
備えているため、ワイヤが水分によって腐蝕されるのを
防止することができる。

（７）　　銅系リードフレームおよびアルミニウム系ボ
ンディングワイヤを使用することにより、ワイヤとリー
ドとの接続部である第２ボンディング部についての接合
強度やボンダビリティ−を高めることができ、製品の品
質および信頼性を高めることができるとともに、コスト
を低減させることができる。

（８）　　リードフレームとして、インナ部がめつきレ
スの銅系リードフレームを使用することにより、各リー
ドのインナ部とパッケージとの境界面における剥がれの
発生を防止することができるため、その剥がれによる耐
湿性の低下を防止することができる。

（９）　　リード群のアウタ部にはんだ被膜を予め被着
しておくことにより、パッケージ成形後におけるはんだ
被膜形成処理を省略することができるため、パッケージ
の耐湿性能の低下を防止することができるとともに、製
品完成までの時間を短縮化することができる。

以上本発明者によってなされた発明を実施例に基づき具
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で種々変更可能
であることはいうまでもない。

例えば、リード群の銅系材料およびワイヤのアルミニウ
ム系材料の材料組成は前記したものに限定されるのでは
なく、他の様々な組成のものを用いることができる。

また、ワイヤボンディング装置およびトランスファ成形
装置等の具体的構成は前記実施例の構成を使用するに限
られない。

また、リードにはんだ被膜を被着させる処理は、リード
切断成形処理後、はんだデイツプ処理により実施するよ
うにしてもよい。

以上の説明では主として本発明者によってなされた発明
をその背景となった利用分野である樹脂封止型ＭＳＰｉ
Ｃに適用した場合について説明したが、それに限定され
るものではなく、樹脂封止型パッケージ内にボンディン
グワイヤ群を備えているＩＣ等のような半導体装置全般
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っ
て得られる効果を簡単に説明すれば、次の通りである。

リード群を銅系材料を使用して形成するとともに、ボン
ディングワイヤをアルミニウム系材料を使用して形成し
、このワイヤはその一端部を半導体ペレットのボンディ
ングパッドにポールボンディングによりボンディングす
るとともに、他端部を各リードのインナ部における前記
銅系材料からなる母材表面にボンディングして、半導体
ペレットとリードとの間に橋絡することにより、アルミ
ニウムは溶融温度が銅系材料よりも低温度であるため、
例えば、はんだ被膜の溶融を回避し得るような低温度の
条件下であっても、銅系材料からなるリードのインナ部
にワイヤ素材を良好なボンダビリティ−をもってボンデ
ィングすることができる。

【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ＭＳＰ−Ｉ
Ｃを示す一部切断正面図、 第２図〜第１１図は本発明の一実施例であるＭＳＰ−Ｉ
Ｃの製造方法を示すものであり、第２図はそれに使用さ
れる多連リードフレームを示す一部省略平面図、 第３図はベレットおよびワイヤボンディング後を示す一
部省略拡大部分平面図、 第４図は第３図のＩＶ−ＩＶ線に沿う正面断面図、第５
図はワイヤボンディング装置を示す一部切断正面図、 第６図はその放電電橿付近を示す一部切断拡大部分正面
図、 第７図はそのフィーダ上部を示す拡大部分正面断面図、 第８図および第９図はその作用を説明するための各線図
、 第１０図は樹脂封止型パッケージの成形工程を示す縦断
面図、 第１１図は樹脂封止型パッケージ成形後の多連リードフ
レームを示す一部省略平面図、第１２図はこの樹脂封止
型ＭＳＰ−ＩＣの実装状態を示す一部省略一部切断斜視
図、 第１３図はその一部省略拡大縦断面図である。 １・・・多連リードフレーム、２・・・単位リードフレ
ーム、３・・・外枠、４・・・セクション枠、５・・・
ダム吊り部材、６・・・ダム部材、６ａ・・・ダム、７
・・・タブ吊りリード、８・・・タブ、９・・・リード
、９ａ・・・インナ部、９ｂ・・・アウタ部、１０・・
・はんだめっき被膜、１１・・・ボンディング層、１２
・・・ペレット、１３・・・ボンディングワイヤ、１３
ａ・・・第１　（ボール）ボンディング、１３１）・・
・第２ボンディング部、１４・・・樹脂封止型パッケー
ジ、２０・・・ワイヤボンデインク装置、２１・・・フ
ィーダ、２２・・・ヒートブロック、２３・・・ＸＹ子
テーブル２４・・・ボンディングヘッド、２５・・・ボ
ンディングアーム、２６・・・キャピラリー（ボンディ
ングツール）、２７．２８・・・クランパアーム、２９
・・・クランパ、３０・・・ガイド、３１・・・放電電
極、３２・・・電源回路、３３・・・チューブ（ガス供
給手段）、３４・・・ガス供給源、３５・・・還元性ガ
ス、３８・・・アルミニウム系ワイヤ素材、３９・・・
ボール、４０・・・リードフレーム酸化防止用還元性ガ
ス、４１・・・還元性ガス供給装置、４２・・・吹出口
、４３・・・供給路、４４・・・ガス供給ユニット、４
５・・・カバー　４６・・・窓孔、４７・・・リードフ
レーム押さえ具、５０・・・トランスファ成形装置、５
１・・・上型、５２・・・下型、５３・・・キャビティ
ー　５４・・・ポット、５５・・・プランジャ、５６・
・・カル、５７・・・ランナ、５８・・・ゲート、５９
・・・リードフレーム逃げ凹所、６０・・・樹脂（レジ
ン、成形材料）、７０・・・樹脂封止型ＭＳＰ−ＩＣ（
半導体装置）、７１・・・プリント配線基板、７２・・
・ランド、７３・・・はんだ盛り層。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、半導体ペレットと、半導体ペレットの周囲に配設さ
   れている複数本のリードと、半導体ペレットのボンディ
   ングパッドおよび各リードのインナ部に両端部をボンデ
   ィングされて橋絡されているワイヤと、半導体ペレット
   、リードの一部、およびワイヤを樹脂封止するパッケー
   ジとを備えている半導体装置であって、前記リード群が
   銅系材料を使用されて形成されているとともに、前記ワ
   イヤがアルミニウム系材料を使用されて形成されており
   、このワイヤはその一端部が前記半導体ペレットのボン
   ディングパッドにポールボンディングによりボンディン
   グされているとともに、他端部が前記各リードのインナ
   部における前記銅系材料からなる母材表面にボンディン
   グされていることを特徴とする半導体装置。 ２、前記リード群のアウタ部にはんだ被膜が前記パッケ
   ージの成形以前に被着されていることを特徴とする特許
   請求の範囲第１項記載の半導体装置。 ３、前記ワイヤのリード側端部が、超音波エネルギを利
   用されてボンディングされていることを特徴とする特許
   請求の範囲第１項記載の半導体装置。 ４、半導体ペレットと、半導体ペレットの周囲に配設さ
   れている複数本のリードと、半導体ペレットのボンディ
   ングパッドおよび各リードのインナ部に両端部をボンデ
   ィングされて橋絡されているワイヤと、半導体ペレット
   、リードの一部、およびワイヤを樹脂封止するパッケー
   ジとを備えている半導体装置の製造方法であって、銅系
   材料を使用されて形成され、前記各リードにおけるアウ
   タ部にはんだ被膜が被着されているリードフレームを準
   備する工程と、このリードフレームにおけるタブに前記
   半導体ペレットがボンディングされる工程と、アルミニ
   ウム系材料を使用されているワイヤ素材が、その一端部
   を前記半導体ペレットのボンディングパッドにポールボ
   ンディングされるとともに、その他端部を前記各リード
   のインナ部における前記銅系材料からなる母材表面にボ
   ンディングされることにより、ワイヤが半導体ペレット
   のボンディングパッドと各リードのインナ部との間に橋
   絡されるワイヤボンディング工程と、前記半導体ペレッ
   ト、リードの一部、およびワイヤを樹脂封止するパッケ
   ージを成形する工程とを備えていることを特徴とする半
   導体装置の製造方法。 ５、前記ワイヤボンディング工程において、前記リード
   フレームの加熱温度が前記はんだ被膜の融点以下に設定
   されていることを特徴とする特許請求の範囲第４項記載
   の半導体装置の製造方法。