JPH0330341A - 半導体装置の製造方法及びその装置 - Google Patents

半導体装置の製造方法及びその装置

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JPH0330341A
JPH0330341A JP1163664A JP16366489A JPH0330341A JP H0330341 A JPH0330341 A JP H0330341A JP 1163664 A JP1163664 A JP 1163664A JP 16366489 A JP16366489 A JP 16366489A JP H0330341 A JPH0330341 A JP H0330341A
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resin material
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die
less
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Hitoshi Fujimoto
藤本 仁士
Hisao Masuda
桝田 久雄
Noriaki Uwakawa
宇和川 典彰
Shuichi Osaka
大坂 修一
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Mitsubishi Electric Corp
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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〕 この発明は、半導体装=の製造方法及びその装置に係り
、特に銀メッキを施さない銅系リードフレームを用いる
半導体装置の製造方法と製造装置に関する。
〔従来の技術〕
従来の樹脂封止型半導体装置を第6図及び第7図に示す
。銅合金リードフレーム(2)のダイパッド(3)及び
インナーリード(6)の表面上に銀メッキ(10)が施
されており、ダイパッド(3)の銀メッキ(10)上に
ダイボンド材(4)により半導体ペレット(1)が搭載
されている。また、半導体ペレット(1)上の電極(5
)とリードフレーム(2)のインナーリード(6)とが
直径25〜5011mの金線等の極細線(7)によりワ
イヤボンドされている。′すなわち、極細線(7)の一
端が半導体ペレット(1)の電極(5)にボールボンド
される一方、他端がインナーリード(6)の銀メッキ(
10)上にステッチボンドされている。さらに、リード
フレーム(2)のアウターリード(8)のみが露出する
ように、半導体ベレッ1−(1)、リードフレーム(2
)のダイパッド(3)とインナーリード(6)、II 
III線(7)がモールド樹脂(9)により封止されて
いる。
極細線(7)のボンディングは第8[]に示すようなキ
ャピラリチップ(11)を用いて行われる4例えば第7
7のステッチボンド部Sでは、第8図に示すように、キ
ャピラリチップ(11)の先端部により極細線(7)を
インナーリード(6)の表面上に押し酊けてこれを変形
させた後、この部分を加熱し、これにより接合部の金属
の相互拡散を行わせている。
ステッチボンド部Sの接合完了後の平面図を第9図に示
す。
ところで、リードフレーム(2)のインナーリード(6
)の表面上に銀メッキ(10)を施す理は目ま次の通り
である。すなわち、第10図に示すように、銀はリード
フレーム(2)の主材料であるアルミニウムに比べて酸
化しにくい性質を有している。このため、インナーリー
ド(6)の表面上に銀メッキ(10)を施すことにより
、インナーリード(6)の表面酸化の心配をすることな
く、空気中で加熱しながら容易にステッチボンドを行う
ことができるからである。
〔発明が解決しようとする課題〕
しかしながら、近年の半導体装置の高密度化に伴って半
導体ペレット(1)の電極(5)の数が増加すると共に
パッケージの小型化が進み、隣接するインナーリード(
6)の間隔は例えば0.41以下になってきている。こ
のため、高温多湿下で半導体装置に電圧を加えて動作さ
せると、銀メッキされたインナーリード(6)間で電荷
のマイグレーションを起こし、電気的短絡の恐れが生ず
るという問題があった。
また、銀は貴金属であるので、銀メッキを用いると半導
体装置のI造コストが大きくなるという問題もある。
この発明はこのような問題点を解消するためになされた
もので、銀メッキを用いずに信顆性の高い半導体装置を
得ることのできる半導体装πの製造方法及びその装置を
提供することを目的とする。
〔課題を解決するための手段〕
銀メッキを用いない方法としては、第11図に示すよう
に銀メッキの代わりに銅合金リードフレーム(2)のダ
イパッド(3)上及びインナーリード(6)上に銅メッ
キ(12)を被覆する方法、第12図に示すように銅合
金リードフレーム(2)に被覆を施さずにそのまま極細
線(7)をボンディングする方法等が考えられる。前者
の方法のように銅メッキ(12)を用いた場合には、被
覆を施さない後者の方法に比べて銅メッキ(12)の分
だけ製造コストがかかるが、銅は銀より材料費が安く、
またリードフレーム(2)の表面上に銅メッキ(12)
を被覆するためリードフレーム(2)の素材として硬さ
、合金の組成等に対し幅広いものを用いることができる
ようになる。
ところが、これらの方法を従来の製造工程で採用すると
、ダイボンド材の熱硬化時やワイヤボンド時に150〜
300°C程度の加熱が入るために、第11図において
は銅メッキ(12)の表面上に、第12図においてはリ
ードフレーム(2)の表面上に容易に酸化膜が形成され
る。そして、この酸化膜が所定の厚さ以上になると、リ
ードフレーム(2)のインナーリード〈6)に極細線(
7)を安定してステッチボンディングすることができな
くなり、また接合部の強度維持の点で信頼性が低下して
しまう。
本発明者等は、酸化膜の厚さを制御するための各種の製
造条件について実験を行った。
まず、サンプルとして銅メッキされた銅合金リードフレ
ームを複数用意し、その一部を温度300℃、酸素濃度
500ppmの雰囲気A中に、残部を温度300℃、酸
素濃度3000ppmの雰囲気B中にそれぞれ12秒間
放置した。これらサンプルの表面をスパッタエツチング
しながら酸素成分量をオージェ分析したところ、第13
図のような結果が得られた。
この分析結果から各サンプルの酸化膜厚tを測定すると
、第14図の白丸で示すように、酸素濃度500 p 
p +aの雰囲気Aではt=0.7人、酸素濃度300
0ppmの雰囲気Bではt=14人であった。さらに、
同様のサンプルを雰囲気B中に120秒間放置したとこ
ろ、第14図の黒丸のようにし一20Å以上もの厚さの
酸化膜が形成された。
このようにして酸化膜が形成された各リードフレーム上
に真空中でワ・イヤボンディングし、その接合部のプル
強度及びステッチ破断モードを測定した。測定結果を第
15図に示す。この結果から、酸化v、gtが20Å以
下であれば安定したボンディングが可能であることがわ
かった。
また、銅メッキされた銅合金リードフレームのダイパッ
ド上に樹脂材を介して半導体ペレットをダイ付けし、こ
れを加熱して樹脂材を硬化させた直後のリードフレーム
表面のオージェ分析を行ったところ、第16図に示すよ
うに酸化膜厚は約60人であった°。一方、同様の条件
で半導体ペレットをダイ付けし樹脂材を硬1ヒさせたリ
ードフレームを混合体積比10%の水素ガスを含有する
窒素ガス雰囲気中で還元した。このサンプルのオージェ
分析を行ったところ、第17図のように酸化WJ、厚は
約20人に減少していることがわかった。
以上のような実験から、本発明者等は、酸化膜を制御し
て安定したステッチボンドが可能な状態とする方法を見
いだした。
この発明に係る半導体装置の製造方法は、表面上に電極
が形成された半導体ペレットを銅メッキ被覆された銅合
金リードフレームあるいは被覆を施さない銅合金リード
フレームのダイパッド上に樹脂材を介してダイ付けし、
酸素濃度11000pp以下の非酸化性気体雰囲気中で
120秒間以内加熱することにより樹脂材を硬化し、リ
ードフレームを酸素濃度500ppm以下の還元性気体
雰囲気中に保持することにより樹脂材の硬化時にリード
フレームの表面上に形成された酸化膜を厚さ20Å以下
に還元し、リードフレームの表面付近の酸素濃度が30
00ppm以下となる還元性気体雰囲気中で12秒間以
内で半導体ペレットの電極とリードフレームのインナー
リードとをワイヤボンドする方法である。
また、このような方法は、表面上に電極が形成された半
導体ペレットを銅メッキ被覆された銅合金リードフレー
ムあるいは被覆を施さない銅合金リードフレームのダイ
パッド上に樹脂材を介してダイ付けするダイボンディン
グ部と、内部がhg濃度11000pp以下の非酸化性
気体雰囲気に維持されると共にダイボンディング部で半
導体ペレットがダイ付けされたリードフレームを加熱す
ることにより樹脂材を硬化させるキュア炉と、このキュ
ア炉に直結されると共に内部が酸素濃度5QOp叶以下
の還元性気体雰囲気に維持されて樹脂材の硬(ヒ時にリ
ードフレームの表面上に形成された酸化膜をIIさ20
Å以下に還元する還元部と、還元部に直結されると共に
酸素濃度3000pp+n以下の還元性気体雰囲気中で
半導体ペレットの電極とリードフレームのインナーリー
ドととワイヤボンドするワイヤボンディング部とを備え
た製造装置によって実施される。
〔作用〕
この発明に係る半導体装置の製造方法においては、泪メ
ッキ被覆された銅き金リードフレームあるいは被覆を施
さない銅合金リードフレームのダイパッド上に樹脂材を
介して半導体ペレットをダイ付けした後、リードフレー
ム周辺の酸素濃度及び加工時間を規制することにより、
リードフレームの表面上に形成される酸化膜厚が所定値
以下に制御される。
また、この発明に係る半導体装置の製造装置においては
、酸素濃度がそれぞれ所定値以下に規制されたキュア炉
、還元部及びワイヤボンディング部が直結されており、
ダイボンド材としての樹脂材の硬化からワイヤボンディ
ングまでの工程が所定の雰囲気下で一貫して行われる。
〔実施例〕
以下、この発明の実施例を添付図面に基づいて説明する
第1図は本発明の一実施例に係る半導体装置の製造装置
を示す斜視図である。この装置は、ダイ付け、樹脂硬化
、ワイヤボンドの各工程を連続的に行うと共にワイヤボ
ンド工程に至るまでにリードフレームの表面に形成され
た酸化膜を約20Å以下に制御する一貫連続装置である
。第1図において、ダイボンダ(21)にダイボンド材
としての樹脂材を硬化するためのキュア炉(22)が接
続され、キュア炉(22)にワイヤボンダ(23)が直
結されている。
さらに、ワイヤボンダ(23)にモールド装置(24)
が接続されている。
第2図にこの製造装置のより具体的な平面図を示す、ダ
イボンダ(21)は、ダイボンディングヘッド(21a
)、半導体ウェハ(21b)を支持するウェハ支持部(
21c)、リードフレーム(21d)を搬送するフレー
ムフィーダ(21e)、リードフレーム(21d)のダ
イパッド上に樹脂材を塗布するデイスペンサ(21r)
を有している。
キュア炉(22)は、ヒー■・ブロック等の加熱機構を
備えた本キュア部(22a)と、加熱機構を持たない入
口部(22b)及び出口部(22c)とがエアカーテン
等により仕切られた二重構造を有している。このキュア
炉(22)内には非酸化性ガスが供給され、本キュア部
(22a)内は酸素濃度1000ppn以下に保たれて
いる。
ワイヤボンダ(23)は、ワイヤボンディングヘッド(
23a)とリードフレーム(21d)を搬送するフレー
ムフィーダ(23b)とを備えている。フレームフィー
ダ(23b)の入口側はキュア炉〈22)の出口部(2
2c)に接続されており、ここに還元部(23c)が形
成されている。フレームフィーダ(23b)内には還元
性ガスが供給されており、これにより還元部(23c)
は500ppm以下の酸素濃度に保たれている。ただし
、フレームフィーダ(23b)にはワイヤボンディング
ヘッド(23a)によりワイヤボンド作業を行うための
開口部(23d)が形成されているので、開口部(23
d)近傍のリードフレーム(21d)表面では酸素濃度
が3000ppm程度にまで上昇している。
モールド装置(24)にはプレス(図示せず)及び金型
(図示せず)が設けられており、ワイヤボンダ(23)
によりワイヤボンディングが完了したリードフレーム(
21d)のモールディングが行われる。
そして、ダイボンダ(21)によりダイボンディング部
が、ワイヤボンディングヘッド(23a)及びフレーム
フィーダ(23b)の開口部(23d)付近によりワイ
ヤボンディング部がそれぞれ構成されている。
次に、このような装置により半導体装置を製造する方法
を述べる。
まず、フレームフィーダ(21e)により搬送されるリ
ードフレーム(21d)のダイパッド上2にデイスペン
サ(21c)によって樹脂材が塗布される。このリード
フレーム(21d)は銅メッキ被覆された銅合金リード
フレームあるいは何も′Fl!、覆を施さない銅合金リ
ードフレームである。一方、ウェハ支持部(21c)に
支持されている半導体ウェハ(21b)から半導体ベレ
ットが一つずつダイボンディングヘッド(21a)によ
りピックアップされ、既に樹脂材が塗布されたリードフ
レーム(21d)のダイパッド上にダイ付けされる。こ
のとき、リードフレーム(21d)は加熱されることな
く、常温でダイボンドされる。
このようにしてグイ1寸けされたリードフレーム(21
d)は−枚ずつキュア炉(22)内に送られる。キュア
炉(22)では、第3図に示すように、H、〜H6の位
置に総数6枚のリードフレーム(21d)を収容するこ
とができる。入口部(22b)の位置H、及び出口部(
22c)の位W H、には加熱機構が備えられておらず
常温となっているが、本キュア部(22a)にはヒート
ブロックが設けられており、四つの位i!!H2〜ト!
5では温度200℃付近に設定されている。ダイボンダ
(21)から送られてきたリードフレーム(21d)は
、キュア炉(22)内の位if HIに入り、その後位
置H2〜H1に順次移動してここで加熱され樹脂材が硬
化される。硬化完了したリードフレーム(21d)は出
口部(22c)の位a H&に出され、ここで冷却され
た後、ワイヤホンダ(23)に送り込まれる。各リード
フレーム(21tl)がキュア炉(2Z)内に停留する
時間はそれぞれ120秒間に設定されている。尚、キュ
ア炉(22)内には非酸化性ガスとして窒素ガスが供給
されており、上述したように本キュア部(22a)内で
は酸素濃度11000pp以下となっている。
このため、キュア炉(22〉からワイヤボンダ(23)
に送り出されるリードフレーム(21d)の表面に形成
される酸化膜は50Å以下の厚さに制御される。
その後、リードフレーム(2Ld)はワイヤホンダク2
3)のフレームフィーダ(23L+)に入る。このフレ
ームフィーダ(23b)の平面図及び断面図をそれぞれ
第4図及び第5図に示す、フレームフィーダ(23b)
はキュア炉(22)側から還元部(23c)、ワイヤボ
ンド作業部(23e)及び後熱部(23f)の三つの部
分に機能的に別れている。また、フレームフィーダ(2
3b)は、ヒートブロック(31)とヒーI・ブロック
(31)の上部に配置された器体(32)とを備えてお
り、これらの間にリードフレーム(21d)が収容され
る雰囲気空間(33)が形成されている。
蓋体(32)は、還元部(23c)と後熱部(23r)
とがそれぞれ中空部(34)及び(35)を有する二f
fitM造となっており、雰囲気空間(33)内に還元
性ガスを吹き込むための複数の噴射口(36)及び(3
7)がこれら中空部(34)及び(35)に連通して形
成されている。一方、蓋体(32)の上部には中空部(
34)及び(35)に通じるガス供給口(38)及び〈
39)が設けられている。また、蓋体(32)のワイヤ
ボンド作業部(23e)には、開口部(23cl)を有
するフレーム押さえ(40)が設けられている。このフ
レーム押さえ(40)は、(用口部(23d)に通じる
中空部(41)を有すると共に中空部(41)に通じる
ガス供給口(42)を備えている。このガス供給口(4
2)から還元性ガスを中空部(41)に供給すると、還
元性ガスは開口部(23d)から上方に吹き上げられる
ようになっている。
ヒートブロック(31)は、還元部(23c)とワイヤ
ボンド作業部(23e)とにそれぞれ加熱用ヒータ(4
3)及び(44)が埋設されている。これにより、還元
部(23c)とワイヤボンド作業部(23e)とが独立
して温度設定され、ヒートブロック(31)の上面が均
一の温度プロファイルを有するようになる。その結果、
還元部(23c)はワイヤボンド作業に先駆けてリード
フレーム(21d)を予熱するための予熱部としても機
能する。また、ヒートブロック(31)の還元部(Z3
c)とワイヤボンド作業部(23e)にはそれぞれ雰囲
気空間(33)内に還元性ガスを吹き込むための複数の
噴射口(45)及び(46)が形成されると共にこれら
噴射口<45)及び(46)に連通ずるガス供給口(4
7)及び(48)が形成されている。
尚、各ガス供給口(38) 、(39) 、(42) 
、(47)及び(48)には図示しないガス供給装置が
接続されており、ガス供給装置から還元性ガスとして混
合体積比10%の水素ガスを含有する窒素ガスが供給さ
れる。
これにより、還元部(23c)内の酸素濃度は500p
pm以下に、ワイヤボンド作業部(23c)にリードフ
レーム(21d)が位置すると、きのその表面付近の酸
素濃度は3000pp+m以下にそれぞれ制(卸される
このようなフレームフィーダ(23b)にキュア炉(2
2)からリードフレーム(21d)が送り込まれると、
リードフレーム(21d)はまず還元部(23c)で予
熱されると共にここでリードフレーム(21d)表面の
酸1ヒ膜は20Å以下の厚さに還元される。その後、リ
ードフレーム(21d)はワイヤボンド作業部(23e
)に送られ、ワイヤボンディングヘッド(23a)によ
り開口部(23d)を通して半導体ペレットの電極とイ
ンナーリードとの間のワイヤボンド作業が行われる。こ
のワイヤボンド作業は一つの半導体ペレットに対して1
2秒間の時間制限を設けて行われる。
これは、ワイヤボンド作業部(2’3e)に位置するリ
ードフレーム(21d)表面の酸素濃度が3000pp
a+近くにまで高くなっているので、ワイヤボンド作業
中に酸1ヒ膜が所定値以上に厚くなるのを防止するため
である。ワ・イヤボンド作業時間が12秒間を越えた場
合には、その半導体ペレットをスキップし、エラーを発
生する。
ワイヤボンド作業部(23e)でワイヤボンドを完了し
たリードフレーム(21d)は後熱部(23f)を介し
て第1図及び第2図に示したモールド装置(24)に送
られ、ここで樹脂モールド等のモールディングが行われ
る。
以上のように、この実施例によれば、銀メッキを省略し
た銅系リードフレームを使用することができ、直材のコ
ストダウンがなされる。また、銅メッキを被覆したリー
ドフレームに金線からなる極細線をボンディングする場
合、金−銅の金属間の拡散スピードは金−銀に比べて非
常に遅いのでボンディング部の長寿命化が図られる。さ
らに、−貫連続工法により、製品の品質の安定化及び省
人化がなされる。
尚、キュア炉(22)とワイヤボンダ(23)のフレー
ムフィーダ(23b)とを一体構造とすれば、これらの
接続部におけるリードフレーム(21d)の雰囲気を規
制することができるので、さらに酸化対策の優れた製造
装置となる。
また、上記実施例では、キュア炉(22)におけるリー
ドフレーム<21.3)の進行方向がダイボンダ(21
)及びワイヤボンダ(23)における進行方向と異なる
ために、短冊状のリードフレーム(21d)に適したも
のとなっているが、常時リードフレーム(21d)がそ
の長平方向に進行するような構造とすれば、フープ状の
リードフレーム(21d)を用いても一貫連続して半導
体装置を製造することができる。
〔発明の効果〕
以上説明したように、この発明に係る半導体装置の¥A
遣方法は、表面上に電極が形成された半導体ベレットを
銅メッキ被覆された銅合金リードフレームあるいは被覆
を施さない銅合金リードフレームのダイパッド上に樹脂
材を介してダイ(寸けし、酸素濃度1000 p p 
m以下の非酸(ヒ性気体雰囲気中て120秒間以内加熱
することにより樹脂材を硬化し、リードフレームを酸素
濃度500ppm以下の還元性気体雰囲気中に保持する
ことにより樹脂材の硬化時にリードフレームの表面上に
形成された酸化膜を厚さ20Å以下に還元し、リードフ
レームの表面付近の酸素濃度が3000ppUA以下と
なる還元性気体雰囲気中で12秒間以内で半導体ベレッ
トの電極とリードフレームのインナーリードとをワイヤ
ボンドするので、銀メッキを用いずに信頼性の高い半導
体装置を製造することができる。
また、この発明に係る半導体装置の製造装置は、表面上
に電極が形成された半導体ベレットを銅メッキ被覆され
た銅合金リードフレームあるいは被覆を施さない銅合金
リードフレームのダイパッド上に樹脂材を介してダイ付
けするダイボンディング部と、内部が酸素濃度1100
0pp以下の非酸化性気体雰囲気に維持されると共にダ
イボンディング部で半導体ベレットがダイ付けされたリ
ードフレームを加熱することにより樹脂材を硬化させる
キュア炉と、このキュア炉に直結されると共に内部が酸
素濃度500pp+a以下の還元性気体雰囲気に維持さ
れて樹脂材の硬化時にリードフレームの表面上に形成さ
れた酸化膜を厚さ20Å以下に還元する還元部と、還元
部に直結されると共に酸素濃度3000ppm以下の還
元性気体雰囲気中で半導体ベレットの電極とリードフレ
ームのインナーリードとをワイヤボンドするワイヤボン
ディング部とを備えているので、銀メッキを用いなくて
も信頼性の高い半導体装置を安定して製造することがで
きる。
【図面の簡単な説明】
第1図及び第2図はそれぞれこの発明の一実施例に係る
半導体装置の製造装置を示す斜視図及び平面図、第3図
は実施例のキュア炉及びワイヤボンダを示す平面図、第
4図及び第5図はそれぞれ実施例のワイヤボンダを示す
平面図及び断面図、第6図及び第7図はそれぞれ従来の
方法で製造された半導体装置の一部破断斜視図及び断面
図、第8図及び第9図はそれぞれステッチボンド部の断
面図及び平面図、第10図は酸化物の標準生成自由エネ
ルギーと温度の関係を示すグラフ、第11図及び第12
図はそれぞれ銀メッキを用いない半導体装置の部分断面
図、第13図は雰囲気の酸素濃度を変化させた場合のリ
ードフレームのオージェ分析結果を示すグラフ、第14
図は酸化膜厚と雰囲気の酸素濃度との関係を示すグラフ
、第15図はボンディングプル強度及びステッチ破断モ
ードと雰囲気の酸素濃度との関係を示すグラフ、第16
図及び第17図はそれぞれダイボンド材の硬化直後のリ
ードフレーム及び水素還元後のリードフレームのオージ
ェ分析を示すグラフである。 図において、(21)はダイボンダ、(22)はキュア
炉、(23)はワイヤボンダ、(24)はモールド装置
、(23a)はワイヤボンディングヘッド、(23b)
はフレームフィーダ、(23c)は還元部である。 なお、各図中同一符号は同一または相当部分を示す。

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)表面上に電極が形成された半導体ペレットを銅メ
    ッキ被覆された銅合金リードフレームあるいは被覆を施
    さない銅合金リードフレームのダイパド上に樹脂材を介
    してダイ付けし、 酸素濃度1000ppm以下の非酸化性気体雰囲気中で
    120秒間以内加熱することにより前記樹脂材を硬化し
    、 前記リードフレームを酸素濃度500ppm以下の還元
    性気体雰囲気中に保持することにより前記樹脂材の硬化
    時に前記リードフレームの表面上に形成された酸化膜を
    厚さ20Å以下に還元し、 前記リードフレームの表面付近の酸素濃度が3000p
    pm以下となる還元性気体雰囲気中で12秒間以内で前
    記半導体ペレットの電極と前記リードフレームのインナ
    ーリードとをワイヤボンドすることを特徴とする半導体
    装置の製造方法。
  2. (2)表面上に電極が形成された半導体ペレットを銅メ
    ッキ被覆された銅合金リードフレームあるいは被覆を施
    さない銅合金リードフレームのダイパッド上に樹脂材を
    介してダイ付けするダイボンディング部と、 内部が酸素濃度1000ppm以下の非酸化性気体雰囲
    気に維持されると共に前記ダイボンディング部で半導体
    ペレットがダイ付けされた前記リードフレームを加熱す
    ることにより前記樹脂材を硬化させるキュア炉と、 前記キュア炉に直結されると共に内部が酸素濃度500
    ppm以下の還元性気体雰囲気に維持されて前記樹脂材
    の硬化時に前記リードフレームの表面上に形成された酸
    化膜を厚さ20Å以下に還元する還元部と、 前記還元部に直結されると共に酸素濃度3000ppm
    以下の還元性気体雰囲気中で前記半導体ペレットの電極
    と前記リードフレームのインナーリードとをワイヤボン
    ドするワイヤボンディング部とを備えたことを特徴とす
    る半導体装置の製造装置。
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