JPH03273638A - Bump-connection type semiconductor device - Google Patents

Bump-connection type semiconductor device

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JPH03273638A
JPH03273638A JP2073961A JP7396190A JPH03273638A JP H03273638 A JPH03273638 A JP H03273638A JP 2073961 A JP2073961 A JP 2073961A JP 7396190 A JP7396190 A JP 7396190A JP H03273638 A JPH03273638 A JP H03273638A
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JP
Japan
Prior art keywords
wire
bump
bonding
ball
semiconductor chip
Prior art date
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Pending
Application number
JP2073961A
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Japanese (ja)
Inventor
Michio Hirai
平井 迪夫
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Mitsubishi Materials Corp
Original Assignee
Mitsubishi Materials Corp
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Publication date
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    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10WGENERIC PACKAGES, INTERCONNECTIONS, CONNECTORS OR OTHER CONSTRUCTIONAL DETAILS OF DEVICES COVERED BY CLASS H10
    • H10W72/00Interconnections or connectors in packages
    • H10W72/01Manufacture or treatment
    • H10W72/012Manufacture or treatment of bump connectors, dummy bumps or thermal bumps
    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10WGENERIC PACKAGES, INTERCONNECTIONS, CONNECTORS OR OTHER CONSTRUCTIONAL DETAILS OF DEVICES COVERED BY CLASS H10
    • H10W90/00Package configurations
    • H10W90/701Package configurations characterised by the relative positions of pads or connectors relative to package parts
    • H10W90/721Package configurations characterised by the relative positions of pads or connectors relative to package parts of bump connectors
    • H10W90/724Package configurations characterised by the relative positions of pads or connectors relative to package parts of bump connectors between a chip and a stacked insulating package substrate, interposer or RDL

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  • Wire Bonding (AREA)

Abstract

PURPOSE:To cope with the production of a small amount of many kinds of products readily in a simple step by using an ordinary wire bonding device and to increase the connecting strength with leads and the like by forming a bump electrode on a semiconductor chip by thermal contact bonding of the ball of wire which is supplied into the wire bonding device. CONSTITUTION:A wire 12 comprising Au-2Si alloy is inserted through a capillary 13 of a wire bonding device. Then, a discharge voltage of 30-80V, preferably 50V, is applied across a discharge electrode and the tip of the above described thin wire, and the discharge is generated. The tip of the gold thin wire is heated and fused, and a ball 11 is formed. Then, the ball 11 undergoes thermal contact bonding to a bonding pad 22 on the SiO2 surface of a semiconductor substrate 21 comprising Si. Thereafter, the gold thin wire is lifted up, and the gold thin wire is cut from the ball 11, Thus a bump 24 is formed. A semiconductor chip 35 having the bump undergoes thermal contact bonding on an inner lead 33 of a chip carrier 31 comprising ceramics. As the wire 12, an ordinary wire used in a wire bonding method can be employed, but gold based alloy and lead-based alloy are preferable.

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、特にバンプ電極を介して半導体
チップをリードに電気的接続してなるバンプ接続型半導
体装置に関するものである。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Field of Industrial Application] The present invention relates to a semiconductor device, and particularly to a bump-connected semiconductor device in which a semiconductor chip is electrically connected to leads via bump electrodes.

[従来の技術] ボンディングバット上に形成したバンプ電極を介して半
導体チップをチップキャリアのリードに電気的接続した
バンプ接続型半導体装置は、ワイヤボンディングしてな
る半導体装置と共に従来より知られている。
[Prior Art] Bump-connected semiconductor devices in which a semiconductor chip is electrically connected to leads of a chip carrier via bump electrodes formed on bonding bats have been conventionally known, along with semiconductor devices formed by wire bonding.

このようなバンプ接続型半導体装置は、第3図に示され
ているように、外部リード32及び内部リード33を備
えたチップキャリア31に、バンプ電極34を介して半
導体チップ35が載置され、更に蓋36が設けられた構
造を備えている。
In such a bump-connected semiconductor device, as shown in FIG. 3, a semiconductor chip 35 is placed on a chip carrier 31 having external leads 32 and internal leads 33 via bump electrodes 34. Furthermore, it has a structure in which a lid 36 is provided.

そしてボンディングバット上に形成された従来のバンプ
電極は、′s4図に示される構造を有しており、次の工
程上より形成される。
The conventional bump electrode formed on the bonding butt has the structure shown in Figure 's4, and is formed in the next step.

(1)基板1の5i02の表面1′上の表面像ff11
1i3の開口部にあるボンディングバット2の表面自然
酸化膜をスパッタエツチングまたは化学エツチングで除
去する工程、 (2) Ti−W@ 4及びAu1i5を蒸着により形
成する工程、 (3)次いでホトリトグラフィー法によりホトレジスト
を塗布し、バンプメツキ形成部に被覆されたホトレジス
トを除去する工程、 (4)該ホトレジストの除去されたパンブメツキ形成部
に電気メツキ法によりAuバンプ電極6を形成する工程
、 (5)更にホトレジストを除去すると共にAuバンプ電
極6下部以外の前記蒸着膜を化学エツチングにより除く
工程、 (6)最後に、熱処理しメツキ形成されたAuバンプ電
極6の残留応力の緩和及び軟化を行う工程、[発明が解
決しようとする問題点] しかしながら、このようなバンプ電極は、前述の如く多
くの複雑な工程を必要とし、形状、寸法の安定性、接着
強度等の点で必ずしも満足するものではなく、この点に
問題があり、更に一層の信頼性のあるバンプ電極が要望
されている。
(1) Surface image ff11 on surface 1' of 5i02 of substrate 1
(2) Step of forming Ti-W@4 and Au1i5 by vapor deposition; (3) Next, a photolithography method. (4) forming an Au bump electrode 6 on the bump plating forming area from which the photoresist has been removed by electroplating; (5) further applying photoresist. (6) Finally, a step of relaxing and softening the residual stress of the heat-treated and plated Au bump electrode 6, [Invention However, as mentioned above, such bump electrodes require many complicated processes and are not necessarily satisfactory in terms of shape, dimensional stability, adhesive strength, etc. However, there is a need for a bump electrode with even higher reliability.

そこで、本発明者は、前記の問題点を検討した結果、該
問題点である形状、寸法が安定し、接着強度にも優れ、
更に少量多品種生産に対応することができるバンプ接続
型半導体装置を提供することを目的とする。
Therefore, as a result of studying the above-mentioned problems, the present inventors found that the shape and dimensions, which are the problems, are stable, and the adhesive strength is excellent.
Furthermore, it is an object of the present invention to provide a bump-connected semiconductor device that can accommodate high-mix low-volume production.

[問題点を解決するための手段] 本発明の前記目的は、バンプ電極を介して半導体チップ
をリードに電気的に接続してなるバンプ接続型半導体装
置において、半導体チップ上のバンプ電極がワイヤボン
ディング装置にワイヤを供給して形成されるワイヤの先
端のボールを熱圧着してなることを特徴とするバンプ接
続型半導体装置によって達成される。
[Means for Solving the Problems] The object of the present invention is to provide a bump-connected semiconductor device in which a semiconductor chip is electrically connected to leads via bump electrodes, in which the bump electrodes on the semiconductor chip are wire-bonded. This is achieved by a bump-connected semiconductor device characterized by thermocompression bonding a ball at the tip of a wire that is formed by supplying a wire to the device.

次に、本発明を更に具体的に説明する。Next, the present invention will be explained in more detail.

本発明は、半導体チップ上のバンプ電極をワイヤボンデ
ィング装置にワイヤを供給して形成されるワイヤの先端
のボールを熱圧着してなることを特徴とするもので、形
状、寸法の安定性、接着強度等に優れ、かつバンプ接続
が簡単にできる効果を有する。
The present invention is characterized in that bump electrodes on a semiconductor chip are formed by thermocompression bonding a ball at the tip of a wire that is formed by supplying a wire to a wire bonding device, thereby achieving stability in shape, size, and adhesion. It has excellent strength, etc., and has the effect of easily making bump connections.

本発明に用いられるワイヤとしては、金、銀、銅、アル
ミニウム、鉛、ロウ材あるいはこれらの合金等からなる
ワイヤボンディング法において通常使用されているワイ
ヤが用いられるが、好ましくは全系合金、鉛系合金がよ
い。
The wires used in the present invention include wires commonly used in wire bonding methods made of gold, silver, copper, aluminum, lead, brazing metal, or alloys thereof, but preferably full alloys, lead wires, etc. type alloy is better.

全系合金では、^u−5L、^u−Ge、^u−5n等
の合金が挙げられ、また鉛系合金では、Pb−Ag、 
PPb−5n−A等の合金が挙げられる。これらのうち
信頼性等を考えると全系合金を使用するのが好ましい。
All-based alloys include alloys such as ^u-5L, ^u-Ge, and ^u-5n, and lead-based alloys include Pb-Ag,
Examples include alloys such as PPb-5n-A. Among these, it is preferable to use a full alloy in consideration of reliability and the like.

本発明に用いられるワイヤボンディング装置としては、
ボールボンディング法に通常用いられるキャピラリーを
備えた装置が使用できる。
The wire bonding device used in the present invention includes:
Equipment equipped with capillaries commonly used in ball bonding methods can be used.

ワイヤボンディング装置のキャピラリーを通したワイヤ
の先端を溶融してボールを形成する手段は、ワイヤの先
端と可動電極との間で放電させる方法、酸水素炎による
方法等にみられるようにボールボンディング法における
通常のボールメーキング法が用いられる。
The means of melting the tip of the wire passed through the capillary of the wire bonding device to form a ball include the ball bonding method, which includes a method of discharging between the tip of the wire and a movable electrode, a method using oxyhydrogen flame, etc. The normal ball-making method is used.

このようにして形成されたボールは、半導体装置、混成
集積回路等のポンディングパッド又はリード上の設置し
たい所望の位置に熱圧着される。
The ball thus formed is thermocompression bonded to a desired position on a bonding pad or lead of a semiconductor device, hybrid integrated circuit, or the like.

この場合、低温での熱圧着を必要とする場合には、キャ
ピラリーに超音波を印加するサーモソニック法を用いる
のが好ましい。
In this case, if thermocompression bonding at a low temperature is required, it is preferable to use a thermosonic method in which ultrasonic waves are applied to the capillary.

ボールの形成条件は火花放電、水素トーチ等により形成
される。
The ball is formed using spark discharge, hydrogen torch, etc.

このようにして得られたボールを熱圧着した後、ワイヤ
を切断するにはワイヤを引き上げることにより行うこと
ができる。
After the ball thus obtained is bonded by thermocompression, the wire can be cut by pulling up the wire.

なお、バンプ電極の形状、寸法等は、ワイヤの径、ボー
ルの形成条件等を制御することにより適宜変えることが
できる。
Note that the shape, dimensions, etc. of the bump electrode can be changed as appropriate by controlling the diameter of the wire, the conditions for forming the ball, etc.

上記のようにバンプ電極の形成された半導体チップは、
チップキャリアのリードに熱圧着等によりバンプ電極を
介して電気的に接続される。
A semiconductor chip with bump electrodes formed as described above is
It is electrically connected to the leads of the chip carrier via bump electrodes by thermocompression bonding or the like.

[実施例] 次に本発明の実施例を′iJ1図、第2図及び第3図を
用いて説明するが、本発明は、これに限定されるもので
はない。
[Example] Next, an example of the present invention will be described using FIG. 1, FIG. 2, and FIG. 3, but the present invention is not limited thereto.

第1図は、ワイヤボンディング装置のキャピラリーを通
したワイヤの先端に形成したボールの断面図であり、1
1はボール、12はワイヤ、13はキャピラリーである
FIG. 1 is a cross-sectional view of a ball formed at the tip of a wire passed through a capillary of a wire bonding device;
1 is a ball, 12 is a wire, and 13 is a capillary.

第2図は、半導体チップのポンディングパッド上に設置
したバンプ電極の断面図であり、21は半導体基板、2
2はポンディングパッド、23は表面保護膜、24はバ
ンプ電極である。
FIG. 2 is a cross-sectional view of the bump electrode installed on the bonding pad of the semiconductor chip, where 21 is the semiconductor substrate, 2
2 is a bonding pad, 23 is a surface protective film, and 24 is a bump electrode.

ワイヤ12として^u−2Si合金からなる直径0.0
11n+の金細線を用い、この細線をワイヤボンディン
グ装置のキャピラリー13に通す0次いで放電電極(図
示せず)と前記細線の先端との間には30v〜80v(
コンデンサー容量1000〜50009F)、好ましく
は50Vの放電電圧を印加して放電を発生させ、それに
より金細線の先端を加熱溶融し、ボール11を形成する
0次にボール11をSiからなる半導体基板21のSi
n、表面上のポンディングパッド22に熱圧着する。こ
のときのボンディング加重は50g〜100gである。
The wire 12 is made of u-2Si alloy with a diameter of 0.0
A thin gold wire of 11n+ is used, and this thin wire is passed through the capillary 13 of the wire bonding device.Then, between the discharge electrode (not shown) and the tip of the thin wire, a voltage of 30V to 80V (
A discharge voltage of preferably 50 V is applied to generate a discharge, thereby heating and melting the tip of the thin gold wire to form a ball 11. The ball 11 is attached to a semiconductor substrate 21 made of Si. of Si
n. Bonding with thermocompression to the bonding pad 22 on the surface. The bonding load at this time is 50 g to 100 g.

またボンディング温度は150℃〜250℃であり、熱
圧着が完了した後、金細線を引き上げてボール11から
金細線を切り離すとバンプ電極が形成される。
The bonding temperature is 150° C. to 250° C., and after the thermocompression bonding is completed, the thin gold wire is pulled up and separated from the ball 11 to form a bump electrode.

このようにして得られたバンプ電極を有する半導体チッ
プをセラ主ツタからなるチップキャリア31の内部リー
ド33上に熱圧着する。最後に、セラミックまたは金属
から成る136でシールしてバンプ接続型半導体装置か
らなるセラミックパッケージとする。
The semiconductor chip having the bump electrodes thus obtained is thermocompression bonded onto the internal leads 33 of the chip carrier 31 made of ceramic main ivy. Finally, it is sealed with a ceramic or metal 136 to form a ceramic package consisting of a bump-connected semiconductor device.

[発明の効果] 本発明においては、半導体チップ上のバンプ電極をワイ
ヤボンディング装置に供給されたワイヤのボールを熱圧
着してなるバンプ電極で構成したので、以下の如き信頼
性の高い半導体装置が得られるという優れた効果がある
[Effects of the Invention] In the present invention, the bump electrodes on the semiconductor chip are formed by thermocompression bonding the balls of the wire supplied to the wire bonding device, so that the following highly reliable semiconductor devices can be manufactured. There are excellent effects that can be obtained.

(イ)通常のワイヤボンディング装置を用いて簡単な工
程でバンプ電極を形成することができ、少量多品種生産
に容易に対応することができる。
(a) Bump electrodes can be formed in a simple process using an ordinary wire bonding device, and it can easily respond to low-volume, high-mix production.

(ロ)熱圧着を用いるためバンプ電極とポンディングパ
ッドやリードとの接続強度を大きくすることができる。
(b) Since thermocompression bonding is used, the strength of the connection between the bump electrode and the bonding pad or lead can be increased.

(ハ)バンプ電極の形状、寸法等を自由に制御すること
ができ、かつ安定して形成できる。
(c) The shape, dimensions, etc. of the bump electrode can be freely controlled and can be formed stably.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第1図は、本発明に用いられるワイヤボンディング装置
のキャピラリーを通したワイヤの先端に形成したボール
を示す断面図であり、第2図は、本発明の半導体チップ
のボンディングバト上に設置したバンプ電極を示す断面
図である。 第3図は、ポンディングパッド上に形成されたバンプ電
極を示す断面図である。 第4図は、従来のポンディングパッド上に形成されたパ
ンツ電極を示す断面図である。 符号の説明 1・・基板 2.22・・ボンディングバット3.23
・・表面保護膜 4・・ri−w膜5・・^U膜   
 6・・Auバンプ電極11・・ボール  12・・ワ
イヤ 13・・キャピラリー 21・・半導体基板24.34
・・バンプ電極 31・・チップキャリア 32・・外部リード33・・
内部リード 35・・半導体チップ  36・・蓋 第1図 第2図 第  3  し1
FIG. 1 is a sectional view showing a ball formed at the tip of a wire passed through a capillary of a wire bonding apparatus used in the present invention, and FIG. FIG. 3 is a cross-sectional view showing an electrode. FIG. 3 is a cross-sectional view showing a bump electrode formed on a bonding pad. FIG. 4 is a cross-sectional view showing a pants electrode formed on a conventional bonding pad. Explanation of symbols 1...Substrate 2.22...Bonding bat 3.23
...Surface protective film 4...ri-w film 5...^U film
6...Au bump electrode 11...Ball 12...Wire 13...Capillary 21...Semiconductor substrate 24.34
...Bump electrode 31...Chip carrier 32...External lead 33...
Internal lead 35... Semiconductor chip 36... Lid Figure 1 Figure 2 Figure 3 1

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims]  バンプ電極を介して半導体チップをリードに電気的に
接続してなるバンプ接続型半導体装置において、半導体
チップ上のバンプ電極がワイヤボンディング装置にワイ
ヤを供給して形成されるワイヤの先端のボールを熱圧着
してなることを特徴とするバンプ接続型半導体装置。
In a bump-connected semiconductor device in which a semiconductor chip is electrically connected to a lead via a bump electrode, the bump electrode on the semiconductor chip heats the ball at the tip of the wire that is formed by supplying the wire to a wire bonding device. A bump-connected semiconductor device characterized by being crimped.
JP2073961A 1990-03-23 1990-03-23 Bump-connection type semiconductor device Pending JPH03273638A (en)

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