JPH03208354A - 半導体装置およびその製造方法 - Google Patents

半導体装置およびその製造方法

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JPH03208354A
JPH03208354A JP2001466A JP146690A JPH03208354A JP H03208354 A JPH03208354 A JP H03208354A JP 2001466 A JP2001466 A JP 2001466A JP 146690 A JP146690 A JP 146690A JP H03208354 A JPH03208354 A JP H03208354A
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JP
Japan
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ball
wire
bonding
semiconductor device
silicon substrate
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JP2001466A
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English (en)
Inventor
Kiyoaki Tsumura
清昭 津村
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Mitsubishi Electric Corp
Original Assignee
Mitsubishi Electric Corp
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Publication date
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  • Mechanical Engineering (AREA)
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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】 ［産業上の利用分野コ この発明は、ワイヤーボンディングしたい電極パッドに
ワイヤーボンディングと同じ金属細線材料を使用して、
ボールボンディングを施した半導体装置およびその製造
方法に関するものである。
［従来の技術］ 第５図は樹脂封止（ｐｌａｓｔｉｃ　ｍｏｌｄｅｄ　ｐ
ａｃｋａｇｅ）型半導体装置の、例えばＤ　Ｉ　Ｐ　（
Ｄｕａｌ　Ｉｎ１ｉｎｅ　Ｐａｃｋｓｇｅ＞型のものの
斜視図である。このＤＩＰ型の半導体装置（１００）は
、封止部である樹脂封止部（１０）の２側面からリード
（６）の外部リード部（６ｂ）が延びているタイプのも
のである。樹脂封止部（１０）の中には半導体チップで
あるシリコン（Ｓ　ｉ）基板（図示せず）が封止されて
おり、各リード（６）の外部リード部（６ｂ）に続くイ
ンナーリード部（図示せず）が樹脂封止部（１０）中で
Ｓｉ基板の周囲の近傍まで延びている。そしてＳｉ基板
の主面上に設けられた電極パッドと各リード（６）のイ
ンナーリード部は、金属細線によって接続される。第６
図は従来の半導体装置のチップとリードとの接続部分を
拡大して示した平面図である。Ｓｉ基板（１）はダイパ
ッド（２）の上にグイボンド〈固定）されている、Ｓｉ
基板く１）の主面上には電子回路（特に図示せず）がバ
ターニングされ、アルミ（ＡＩ）材によって内部配線が
施され、さらにＳｉ基板（１）外部との電気信号のやり
とりを行うために、電極パッドであるアルミ（Ａ１）パ
ッド（３）が設けられている。
これらのＡ１パッド（３）はり一ド（６）のインナーリ
ード部（６ａ）に、金（Ａｕ＞ワイヤ（４０）等の金属
細線によって電気的に接続されている。Ａｕワイヤ（４
０）のＡ１バッド（３）側の先端にはＡｕボール（４１
）が形成され、これをＡＩパッド（３）に圧着して接合
し、またＡｕワイヤ（４０）のインナーリード部（６ａ
）側は単にＡｕワイヤ（４０）をインナーリード部（６
ａ）上に圧着して接合している。
第６Ａ図にはこのＡｕワイヤ（４０）の接合の状態を示
す断面図を示した。また、Ｓｉ基板（１）、ダイパッド
（２）、Ａｕワイヤ（４０）およびリード（６）のイン
ナーリード部（６ａ）は全て、ワイヤーボンディング等
を施した後、第５図に示したように樹脂封止′部（１０
）によって樹脂封止される。このため、樹脂から受ける
応力や化学物質の影響を最小限に抑えるために、Ａ１バ
ッド（３）を除（Ｓｉ基板（１）のほぼ全表面にガラス
コート（Ｓ　ｉｏ　２膜）（１ａ）が施される。
次に従来の半導体装置の製造方法について第７図を用い
て説明する。第７図はＳｉ基板＜１）のＡ１バッド（３
）とインナーリード部（６ａ）をＡｕワイヤ材料（４）
（以下単にＡｕワイヤとする）を用いて配線するワイヤ
ーボンディング工程の手順を示すものである。まず、（
ａ）に示すように、キャピラリ・チップ（７）を通過す
るＡｕワイヤ（４）の先端部にはＡｕボール（４１）が
形成されている。そしてキャピラリ・チップ（７）の上
に設けられたクランパ（９）でＡｕワイヤ（４）を挟ん
で、これをキャピラリ・チップ（７）と共に下に降ろし
、Ａｕボール（４１）をグイパッド（２）の上にグイボ
ンド材（５）によって固定されたＳｉ基板（１）の所望
のＡＩバッド（３）へ降下させる。この時、グイパッド
（２）およびインナーリード（６ａ）はヒートブロック
（図示せず）上に固定され、２５０〜３００°Ｃに昇温
されている０次に、同図（ｂ）（以下クランパ図示省略
）に示すようにＡＩパッド（３）上のＡｕボール（４１
）にキャピラリーチップ（７）で５０〜６０ｇの荷重を
加え、かつ超音波振動を印加することで、Ａｕボール（
４１）を塑性変形させながらＡＩバッド（３）とＡｕボ
ール（４１）を圧着接合させる９次に同図（Ｃ）に示す
ように、圧着後のＡｕボール（４１）をもとに、クラン
パ（９）を開いた状態でキャピラリ・チップ（７）と共
に上昇させる。これによりキャピラリ・チップ（７）の
先端からＡｕワイヤ（４）が繰り出され、クランパ（９
）およびキャピラリ・チップ（７）をさらにインナーリ
ード（６ａ）へ移動させる。そして同図（ｄ）に示すよ
うにインナーリード（６ａ）上で、キャピラリ・チップ
（７）によって５０〜６０ｇの荷重と超音波振動を印加
することによって、インナーリード（６ａ）とＡｕワイ
ヤ（４）を圧着接合させる。この場合はＡｕボールを形
成したい、その後、同図（ｅ）に示すように、クランパ
（図示せず）でＡｕワイヤ（４）を挟みながら、このク
ランパとキャピラリ・チップ（７）とを上昇させてＡｕ
ワイヤ（４）を引きちぎり、Ａｕワイヤ（４０）を作り
上げる。また、この結果できたＡｕワイヤ（４）の先端
部とトーチ棒（８）との間に高電圧（約２千ボルト）を
印加、絶縁破壊によりＡｕワイヤ（４）を溶融させ、新
しいＡｕボール（４１）を形成する。
上記の手順を経ることで、Ｓｉ基板上のＡＩパッドとイ
ンナーリードとの間をＡｕワイヤを用いて所定の結線を
行っていくことができる。ここで、Ｓｉ基板上のＡ１パ
ッドとインナーリードとのワイヤーボンディングは必ず
１対１に対応するものではなく、ワイヤーボンディング
したいＡ１パッドが存在することもある。とりわけ、近
年需要の多いＡＳ　Ｉ　Ｃ（＾ｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　
５ｐｅｃｉｆｉｃ　ＩＣ）のながのＩｌｏの数をワイヤ
ーボンディングで調整する（すなわち備えられているパ
ッドのうち必要なパッドにのみ結線を施すもの）品種や
、半導体装１の用途に応じてワイヤーボンディングする
ＡＩパッドを切り換える（すなわち複数組みのパッド列
を有し用途に応じて適当な位置に配置された組の電極パ
ッドを使用する）Ｄ　ＲＡ　Ｍ　（Ｄｙｎａｍｉｃ　Ｒ
ＡＭ）等の品種に顕著である。
［発明が解決しようとする課題］ 従来の半導体装置は以上のようにして製造されていた。
従来の半導体装置のうちのワイヤーボンディングしたい
Ａ１パッドが存在する品種の耐湿試験をすると、全ＡＩ
パッドをワイヤーボンディングした品種のものより速く
劣化することが判明した。すなわち、第８図は耐湿試験
前のワイヤーボンディングしたいＡＩパッドが存在する
品種の半導体装置のＡｔパッド周辺の状態を示した図で
あり、第９図は耐湿試験で劣化した半導体素子の樹脂を
開封した時のＡｔパッド周辺の状態を示した図である。
第９図に示す開封後のＡＩパッドの腐食部分（１１）は
、ワイヤーボンディングしたいＡ１パッド（３ａ）から
始まり、これに接続されているＡＩ配線（１２）の内部
にまで及ぶ、また、他のワイヤーボンディングされたＡ
Ｉパッド（３）のＡ１配線（１２）まで腐食してしまう
こともある。
この腐食の原因となるものは、樹脂中の不純物（塩素Ｃ
Ｉ等）と外部から侵入した水であり、ボンディングされ
ないＡＩパッドではボンディングされな開口面積が広い
ので、Ａ１パッド部分が腐食されて、多量の腐食生成物
が内部ＡＩ配線をも腐食していくと考えられる。とりわ
け、上述したＡＳＩＣおよびＤＲＡＭは、超微細配線（
１，０−０，８ｕｍ）ノ品種で、腐食速度も速い。従来
の半導体装１には以上のような課題があった。
この発明は上記のような課題を解決するためになされた
もので、簡単な対策で耐湿性を向上させた半導体装！お
よびその製造方法を得ることを目的とする。
［課題を解決するための手段］ 上記の目的に鑑み、この発明は、所望の回路がパターニ
ングされ、内部配線が施された主面上に複数個の電極パ
ッドを設けたシリコン基板と、このシリコン基板を下方
から支持するようにしてこれを固定するダイパッドと、
シリコン基板の周囲近傍から外側に向かって伸びる、そ
れぞれシリコン基板に近いインナーリード部とこれに続
いて外側に伸びる外部リード部からなる複数本のリード
と、シリコン基板の主面上の複数個の電極パッドの所定
の電極パッドと、複数本のリードの所定のリードのイン
ナーリード部との間をそれぞれ接続する、電極パッド側
の端部に金属ボールが形成されている複数本の金属細線
と、シリコン基板の主面上の複数個の電極パッドのうち
の金属細線が接続されないｔＳパッド上にボールボンデ
ィングによってそれぞれ形成された金属ボールと、シリ
コン基板の主面の複数個の電極パッドの部分以外の残り
のほぼ全面に施された絶縁膜と、少なくともリードの外
部リード部を除いた上記各部分を封止した封止部と、か
らなる半導体装置にある。
またこの発明は、ヒートブロック上に固定され昇温され
たダイパッドにダイボンディングされたシリコン基板の
主面上に設けられた複数個の電極パッドと、同様に上記
し−ドブロック上に固定されて昇温されな複数本のリー
ドのインナーリード部とを金属細線材料によってそれぞ
れ接続するワイヤーボンディングにおいて、複数個の電
極パッドのうちの金属細線材料によってインナーリード
部と接続されない電極パッド上にも金属ボールを形成す
るボールボンディングを行うようにした半導体装置の製
造方法であって、ａ）キャピラリ・チップを挿通する金
属細線材料の先端部に、この先端部とトーチ棒の間に高
電圧を印加して絶縁破壊により金属ボールを形成する工
程と、ｂ）　キャピラリ・チップの上方に設けられたク
ランパで金属細線材料を挟んでキャピラリ・チップとク
ランパーを下げることにより金属ボールを、インナーリ
ード部と接続されない所望の電極パット上に降下させ、
キャピラリ・チップで荷重を加えると共に超音波振動を
印加することで電極パッドを塑性変形させながら電極パ
ッドに金属ボールを圧着接合させる工程と、ｃ）　　ク
ランパで金属細線材料を挟んで金属ボールの真上方向に
引き上げ、金属ボールに付いている金属細線材料を引き
ちぎる工程と、を順次行い、金属細線材料によってイン
ナーリード部に接続されない電極パッド上にボールボン
ディングを施すことを含む半導体装置の製造方法にある
。
［作用コ この発明においては、ワイヤーボンディングしたいＡ１
パッドにはＡｕボールを形成するボールボンディングを
施すようにしたので、ワイヤーボンディングしたいＡ１
パッドの開口寸法（ボンディングされていない部分）を
縮小し、腐食物質（樹脂中の不純物や外部から侵入する
水）との接触をより少なくした。
［実施例］ 以下、この発明の一実施例を図について説明する。第１
図はこの発明の一実施例による半導体装置のチップとリ
ードとの接続部分を拡大して示した平面図で、ワイヤー
ボンディング工程後の状態を示す、図において、従来の
ものと同一符号で示す部分は、同一もしくは相当部分を
示す０図において、Ａｕワイヤ（４０）によってワイヤ
ーボンディングを行わないＡＩパッドにもＡｕボール（
４２）が圧着接合されている。次に、この発明によるボ
ールボンディング工程を示す第２図に従ってその手順を
′説明する。
まず、同図（ａ＞に示すように、キャピラリ・チップ（
７）を押通するＡｕワイヤ（４）の先端部には、Ａｕボ
ール（４１）が形成されている。そしてキャピラリ・チ
ップ（７）の上に設けられたクランパ（９）でＡｕワイ
ヤ（４）を挟んで、これをキャピラリ・チップ（７）と
共に降ろし、ダイパッド（２）の上のＳｉ基板（１）の
ボールボンディングを行うＡＩバッド（３ｂ）へＡｕボ
ール（４１〉を降下させる。この時、グイパッド（２）
およびインナーリード（６ａ）はヒートブロック（図示
せず）に固定され、２５０〜３００゛Ｃに昇温されてい
る１次に、同図（ｂ）に示すようにキャピラリ・チップ
（７）で５０〜６０ｇの荷重を加えかつ超音波振動を印
加することで、Ａｕボール（４１）を塑性変形させなが
らＡＩバッド（３ｂ）にＡｕボール（４１）を圧着接合
させる０次に、同図（ｃ）に示すように圧着後のＡｕボ
ール（４２）をもとに、クランパ（９）を開いた状態で
キャピラリ・チップ（７）と共に上昇させる。これによ
りキャピラリ・チップ【７）の先端からＡｕワイヤ（４
）が繰り出されるが、再びクランパ（９）およびキャピ
ラリ・チップ（７）を真下に降下させ、同図（ｄ）に示
すように圧着後のＡｕボール（４２）を再びキャピラリ
ーチップ（７）で抑えるが、今度は、荷重も超音波振動
も加えず、最後に同図（ｅ）に示すように、クランパ（
９）でＡｕワイヤ（４）を挟みながら、キャピラリ・チ
ップ（７）とクランパ（９）を上昇させてＡｕワイヤ（
４）を引きちぎる。この結果できたＡｕワイヤ（４）の
先端部とトーチ棒（８）との間に高電圧を印加、絶縁破
壊によりＡｕワイヤ（４）を溶融させ、新しいＡｕボー
ル（４１）を形成する。
尚、この発明に類似したものに、特開昭６３−１５３８
３２号公報に開示された「半導体装置のワイヤーボンデ
ィング構造」があるが、これはワイヤーボンディング後
にボール部を残してワイヤを切断するため、作業に手間
がかかると同時に、ダミーボンディングするためのリー
ドが必要であり実用的ではない。
以上、この発明においてはＳｉ基板上のワイヤーボンデ
ィングを行わない電極パッドにボールボンディングを施
すようにしたことにより、第３図に示す耐湿試験後（第
９図と同じ条件下）のワイヤーボンディングを行わない
ＡＩパッド（３ｂ）の周辺の拡大平面図に示すように、
耐湿試験後も、電極パッドおよびＡ１配線に腐食が生じ
ないようになった。
なお、第２図に示した上記実施例においては、同図（ｃ
）および（ｄ）に示す工程で単にクランパとキャピラリ
・チップを一回上下させている。これはクランパおよび
キャピラリ・チップのボールボンディング時の動作を、
従来のワイヤーボンディング時の動作に合わせるために
行ったもので、このようにすることによって、従来半導
体装置の製造装Ｎ（図示せず）を殆ど変更することなく
この発明のボールボンディング工程を実施することがで
きる。しかし、上述した第２図の（ｃ）および（ｄ）に
示される工程を削除して、（ａ）→（ｂ）→（ｅ）の手
順で行えば、ボールボンディングをより迅速に行うこと
ができる。また、第４図に拡大断面図で示すように、ボ
ールボンディングにより形成されたＡｕボール（４２）
にはＡｕワイヤのワイヤ残りであるワイヤ残り部（４２
ａ）が生じる。このワイヤ残り部（４２ｇ）の長さしが
長いと、隣接する電極パッドあるいはＡｕワイヤに接触
し、ショート等により故障の原因となる。そこでワイヤ
残り部（４２ａ）の長さしは、電極パッドの配置間隔の
長さ以下にする。電極パッドの配置間隔は一般に１２０
〜１００μ鋤程度であるので、従ったＡｕボールのワイ
ヤ残り部の長さしは１００ｕｓ以下にする。
また、ＡｕワイヤはＡｇ、Ｃｕ、Ｆｅのいずれかを主た
る組成とするワイヤ材に替えてもよく、この場合は、ワ
イヤ先端に形成するＡｕボールは、各々ＡＨ，Ｃｕ、Ｆ
ｅのポールである。
［発明の効果コ 以上のようにこの発明によれば、ワイヤーボンディング
を行わない電極パッド（例えばＡＩパッド）に金属ボー
ル（例えばＡｕボール）によりボールボンディングを施
し、耐湿性の向上を図ったので、半導体装置の内部の腐
食速度を遅らせることができる。また、特に上記ボール
ボンディングの時の半導体装置の製造装置の動作を、従
来のワイヤーボンディングの時の動作に合わせるように
したので、大がかりな装置の改良や、半導体素子の製造
方法の大幅な変更を行うことなく、既存の工程だけで対
応できる効果がある。
【図面の簡単な説明】
第１図はこの発明の一実施例による半導体装置の内部の
ワイヤーボンディング部分を一部拡大して示す拡大平面
図、第２図はこの発明による半導体装置の製造方法にお
けるボールボンディングの手順を説明するための図、第
３図はボールボンディングを行った電極パッド周辺の耐
湿試験後の状態を示す拡大平面図、第４図はボールボン
ディングで形成された金属ボールの拡大断面図、第５図
は一般的な樹脂封止型半導体装置の外観を示す斜視図、
第６図は従来の半導体装置の内部のワイヤーボンディン
グ部分を一部拡大して示す拡大平面図、第６Ａ図は第６
図のワイヤーボンディング部分の断面図、第７図は従来
のワイヤーボンディングの手順を説明するための図、第
８図は第６図のワイヤーボンディングを行わない電極パ
ッド周辺の耐湿試験前の状態を示す拡大平面図、第９図
は第６図のワイヤーボンディングを行わない電極パッド
周辺の耐湿試験後の状態を示す拡大平面図である。 図において、（１）はシリコン基板、（１ａ）はガラス
コート（絶縁膜）、〈２）はダイパッド、（３）と（３
ａ）と（３ｂ）はＡ１パッド（電極パッド）、（４）は
Ａｕワイヤ（金属細線材料）、（５）はグイボンド材、
（６）はリード、（６ａ）はインナーリード部、（６ｂ
）は外部リード部、（７）はキャピラリ・チップ、（８
）はトーチ棒、〈９）はクランパ、（１０）は樹脂封止
部（封止部）、（１１）は腐食部分、（１２）はＡ１配
線、（４０）はＡｕワイヤ（金属細！ｌ）、（４１）と
（４１ｍ）と（４２）はＡｕボール（金属ボール）、（
４２ａ）はワイヤ残り部、（１００）は半導体装置であ
る。 尚、図中、同一符号は同−又は相当部分を示す。

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. （１）所望の回路がパターニングされ、内部配線が施さ
    れた主面上に複数個の電極パッドを設けたシリコン基板
    と、 このシリコン基板を下方から支持するようにしてこれを
    固定するダイパッドと、 上記シリコン基板の周囲近傍から外側に向かって伸びる
    、それぞれシリコン基板に近いインナーリード部とこれ
    に続いて外側に伸びる外部リード部からなる複数本のリ
    ードと、 上記シリコン基板の主面上の複数個の電極パッドの所定
    の電極パッドと、上記複数本のリードの所定のリードの
    インナーリード部との間をそれぞれ接続する、上記電極
    パッド側の端部に金属ボールが形成されている複数本の
    金属細線と、 上記シリコン基板の主面上の複数個の電極パッドのうち
    の上記金属細線が接続されない電極パッド上にボールボ
    ンディングによってそれぞれ形成された金属ボールと、 上記シリコン基板の主面の上記複数個の電極パッドの部
    分以外の残りのほぼ全面に施された絶縁膜と、 少なくとも上記リードの外部リード部を除いた上記各部
    分を封止した封止部と、 からなる半導体装置。
  2. （２）上記インナーリード部に接続されない電極パッド
    に形成された金属ボールのワイヤ残りが上記各電極パッ
    ドの配置間隔の長さ以下である特許請求の範囲第１項に
    記載の半導体装置。
  3. （３）ヒートブロック上に固定され昇温されたダイパッ
    ドにダイボンディングされたシリコン基板の主面上に設
    けられた複数個の電極パッドと、同様に上記ヒートブロ
    ック上に固定されて昇温された複数本のリードのインナ
    ーリード部とを金属細線材料によってそれぞれ接続する
    ワイヤーボンディングにおいて、上記複数個の電極パッ
    ドのうちの上記金属細線材料によって上記インナーリー
    ド部と接続されない電極パッド上にも金属ボールを形成
    するボールボンディングを行うようにした半導体装置の
    製造方法であつて、 ａ）キャピラリ・チップを挿通する金属細線材料の先端
    部に、この先端部とトーチ棒の間に高電圧を印加して絶
    縁破壊により金属ボールを形成する工程と、 ｂ）上記キャピラリ・チップの上方に設けられたクラン
    パで上記金属細線材料を挟んでキャピラリチップとクラ
    ンパを下げることにより上記金属ボールを、上記インナ
    ーリード部と接続されない所望の電極パット上に降下さ
    せ、キャピラリ・チップで荷重を加えると共に超音波振
    動を印加することで電極パッドを塑性変形させながら上
    記電極パッドに金属ボールを圧着接合させる工程と、 ｃ）上記クランパで上記金属細線材料を挟んで上記金属
    ボールの真上方向に引き上げ、金属ボールに付いている
    金属細線材料を引きちぎる工程と、を順次行い、上記金
    属細線材料によってインナーリード部に接続されない電
    極パッド上にボールボンディングを施すことを含む半導
    体装置の製造方法。
  4. （４）上記金属ボールを上記電極パッドに圧着接合させ
    るｂ）工程と、上記金属細線材料を引きちぎるｃ）工程
    の間に、上記クランパを金属細線材料を挟まない状態で
    １回上下運動させる工程をさらに含み、上記ボールボン
    ディング時の上記クランパの動作を、上記ワイヤーボン
    ディング時の動作に合わせた特許請求の範囲第３項に記
    載の半導体装置の製造方法。
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