JPH1084064A - Semiconductor device and manufacturing method thereof - Google Patents
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 積層メッキ構造を有するインナーリードにワ
イヤーボンディングする際の積層メッキ層における剥が
れを防止する。
【解決手段】 ニッケル,パラジウム及び金の積層メッ
キ層を有するリードフレーム1のダイパッド部2上に半
導体チップ3をボンディングする。その後、半導体チッ
プ3の電極パッド4上に、金線からなる金属細線6をボ
ンディングツール20を介して荷重約60(g)で押圧
し、出力が約55(mW)の超音波を印加しながら第1
ボンディング工程を行う。次に、金属細線6をインナー
リード部5に荷重150〜250(g)で押圧し、出力
が0〜20(mW)の超音波を印加して、第2ボンディ
ング工程を行う。第2ボンディング工程で、大きな押圧
荷重とわずかの超音波出力とによって、積層メッキ層の
特性に適合したボンディングが行われ、金メッキ層の剥
がれも生じず短時間で強固な接合が行われる。
PROBLEM TO BE SOLVED: To prevent peeling of a laminated plating layer at the time of wire bonding to an inner lead having a laminated plating structure. SOLUTION: A semiconductor chip 3 is bonded on a die pad portion 2 of a lead frame 1 having a laminated plating layer of nickel, palladium and gold. Thereafter, a thin metal wire 6 made of a gold wire is pressed on the electrode pad 4 of the semiconductor chip 3 with a load of about 60 (g) via the bonding tool 20 while applying an ultrasonic wave having an output of about 55 (mW). First
A bonding step is performed. Next, the thin metal wire 6 is pressed against the inner lead portion 5 with a load of 150 to 250 (g), and an ultrasonic wave having an output of 0 to 20 (mW) is applied to perform a second bonding step. In the second bonding step, a large pressing load and a small amount of ultrasonic output perform bonding suitable for the characteristics of the laminated plating layer, and strong bonding can be performed in a short time without peeling of the gold plating layer.
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、ワイヤーボンディ
ング工程におけるリードフレームの積層メッキ層におけ
る剥がれを防止し、ワイヤーリードフレーム間の接続の
信頼性を確保できる半導体装置およびその製造方法に関
するものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor device capable of preventing peeling of a lead plating layer in a laminated plating layer in a wire bonding step and ensuring reliability of connection between wire lead frames, and a method of manufacturing the same.
【0002】[0002]
【従来の技術】近年、リードフレームとして、銅(C
u)により構成される板状の本体の上に、下地メッキと
してニッケル(Ni)メッキを施し、その上にパラジウ
ム(Pd)メッキを施した後、さらにその上に金(A
u)メッキを施した積層メッキ層を有するものが開発さ
れている。2. Description of the Related Art Recently, copper (C) has been used as a lead frame.
u), a nickel (Ni) plating is applied as a base plating, a palladium (Pd) plating is applied thereon, and then a gold (A) is applied thereon.
u) A plate having a laminated plating layer has been developed.
【0003】以下、上述したようなニッケル/パラジウ
ム/金の積層メッキを施したリードフレームを用いた従
来の半導体装置について説明する。A conventional semiconductor device using a lead frame plated with a nickel / palladium / gold laminate as described above will be described below.
【0004】図9は、従来の半導体装置の構造を示す断
面図である。図9に示すように、従来の半導体装置は、
ダイパッド部2とインナーリード部5とアウターリード
部8とを有するリードフレーム1と、リードフレーム1
のダイパッド部2上に銀ペースト等の接着剤により接
合,搭載された半導体チップ3と、その半導体チップ3
の電極4とリードフレーム1のインナーリード部5のボ
ンディング領域5aとを接続する金属細線6とを備えて
いる。そして、半導体チップ3の外囲領域、つまりダイ
パッド部2,インナーリード部5,半導体チップ3及び
金属細線6を包含する領域は封止樹脂7により封止さ
れ、その封止樹脂7から外方に突出したリードフレーム
1のアウターリード部8が外部機器に接続するのに適す
るように成形されて、半導体装置を構成している。FIG. 9 is a sectional view showing the structure of a conventional semiconductor device. As shown in FIG. 9, a conventional semiconductor device is:
A lead frame having a die pad portion, an inner lead portion, and an outer lead portion;
A semiconductor chip 3 bonded and mounted on a die pad portion 2 by an adhesive such as silver paste, and the semiconductor chip 3
And a thin metal wire 6 for connecting the electrode 4 to the bonding area 5 a of the inner lead portion 5 of the lead frame 1. The surrounding area of the semiconductor chip 3, that is, the area including the die pad portion 2, the inner lead portion 5, the semiconductor chip 3, and the thin metal wire 6 is sealed with the sealing resin 7, and the outer side from the sealing resin 7. The protruding outer lead portion 8 of the lead frame 1 is formed so as to be suitable for connection to an external device, thereby forming a semiconductor device.
【0005】次に、従来の半導体装置の製造方法につい
て説明する。図10〜図13は、従来の半導体装置の製
造工程を示す断面図である。Next, a conventional method for manufacturing a semiconductor device will be described. 10 to 13 are cross-sectional views showing the steps of manufacturing a conventional semiconductor device.
【0006】まず、図10に示すように、リードフレー
ム1のダイパッド部2上に半導体チップ3を銀ペースト
等の接着剤を用いて接合する(ダイボンディング工
程)。First, as shown in FIG. 10, a semiconductor chip 3 is bonded onto a die pad portion 2 of a lead frame 1 using an adhesive such as a silver paste (die bonding step).
【0007】次に、図11に示すように、ダイパッド部
2上に搭載した半導体チップ3の電極4とリードフレー
ム1のインナーリード部5とを金属細線6により電気的
に接続する(ワイヤーボンディング工程)。この工程
は、金属細線として金線を使用する場合には、ネイルヘ
ッド・ボンディング法と呼ばれる方法が通常用いられ
る。すなわち、キャピラリと呼ばれるボンディングツー
ル20を有したワイヤーボンダーを用い、通常、第1ボ
ンディング工程として、半導体チップ3の電極4の上に
先端がボール状になっている金属細線6を押圧して接続
し、次いで、連続して第2ボンディング工程として、イ
ンナーリード部5のボンディング領域5aに金属細線6
を押圧して接続する。この2つのボンディング工程によ
って、半導体チップ3の電極4とインナーリード部5の
ボンディング領域5aとを金属細線6を介して電気的に
接続するものである。Next, as shown in FIG. 11, the electrodes 4 of the semiconductor chip 3 mounted on the die pad portion 2 and the inner lead portions 5 of the lead frame 1 are electrically connected by thin metal wires 6 (wire bonding step). ). In this step, when a gold wire is used as the thin metal wire, a method called a nail head bonding method is usually used. That is, a wire bonder having a bonding tool 20 called a capillary is used, and as a first bonding step, the metal thin wire 6 having a ball-shaped tip is pressed onto the electrode 4 of the semiconductor chip 3 and connected. Then, successively as a second bonding step, a thin metal wire 6 is formed in the bonding region 5a of the inner lead portion 5.
Press to connect. By these two bonding steps, the electrode 4 of the semiconductor chip 3 and the bonding area 5a of the inner lead portion 5 are electrically connected via the thin metal wire 6.
【0008】ここで、上記ワイヤーボンディング工程に
おいて、第1ボンディング工程は、超音波出力を55
(mW)、押圧荷重を60(g)とする条件下で行な
い、第2ボンディング工程は、超音波出力を90〜10
0(mW)、押圧荷重を100((g)とする条件下で
行なって、両者間を接続している。また、金属細線6の
径は、一般に25〜35μm程度である。Here, in the wire bonding step, the first bonding step is to reduce the ultrasonic output to 55
(MW) and a pressing load of 60 (g).
The connection is made under the conditions of 0 (mW) and a pressing load of 100 (g), and the diameter of the thin metal wire 6 is generally about 25 to 35 μm.
【0009】次に、図12に示すように、ワイヤーボン
ディング工程を終了した後、ダイパッド部2,インナー
リード部5,半導体チップ3及び金属細線6を包含する
領域を封止樹脂7により封止する。この工程は、半導体
チップ3を搭載したリードフレーム1を金型に設置して
トランスファーモールドにより行なわれる。Next, as shown in FIG. 12, after the wire bonding step is completed, a region including the die pad portion 2, the inner lead portion 5, the semiconductor chip 3, and the fine metal wires 6 is sealed with a sealing resin 7. . In this step, the lead frame 1 on which the semiconductor chip 3 is mounted is placed in a mold, and is performed by transfer molding.
【0010】最後に、図13に示すように、封止樹脂7
から外方に突出したリードフレーム1のアウターリード
部8を成形することで、半導体装置を完成する。[0010] Finally, as shown in FIG.
The semiconductor device is completed by molding the outer lead portion 8 of the lead frame 1 protruding outward from the semiconductor device.
【0011】[0011]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の製造工程で製造される半導体装置において、以下の
問題があった。However, the semiconductor device manufactured by the above-mentioned conventional manufacturing process has the following problems.
【0012】図14(a),(b)は、上記従来の半導
体装置のインナーリード5のボンディング領域5a付近
を拡大して示す断面図及び斜視図である。同図に示すよ
うに、リードフレーム1は、銅製の本体9の上にニッケ
ルメッキ層10,パラジウムメッキ層11及び金メッキ
層12の各メッキ層が形成されて構成されいる。なお、
ニッケルメッキ層10,パラジウムメッキ層11,金メ
ッキ層12のそれぞれの厚みは、それぞれ0.5(μ
m),0.03(μm),0.002(μm)である。FIGS. 14A and 14B are an enlarged sectional view and a perspective view showing the vicinity of the bonding region 5a of the inner lead 5 of the conventional semiconductor device. As shown in FIG. 1, the lead frame 1 is configured such that a nickel plating layer 10, a palladium plating layer 11, and a gold plating layer 12 are formed on a copper body 9. In addition,
The thickness of each of the nickel plating layer 10, the palladium plating layer 11, and the gold plating layer 12 is 0.5 (μm).
m), 0.03 (μm), and 0.002 (μm).
【0013】ここで、同図(a),(b)に示すよう
に、インナーリード5のボンディング領域5aにおい
て、金属細線6をボンディングツール20で押圧して切
断した先端部6aの周囲に金メッキ層12を含む剥がれ
領域13がハーフリング状に生じているのが観察され
た。この剥がれ領域13は、パラジウムメッキ層11内
でとどまらずにニッケルメッキ層10や下地の本体9に
達することもある。そして、この剥がれ領域13が生じ
ることにより、ニッケルメッキ層が腐食されてワイヤー
接続強度が劣化するだけでなく、剥がれたメッキ物がワ
イヤーボンダーのボンディングツール20に付着し、次
のワイヤーボンディング工程(第1ボンディング工程)
で先端のボール形状を変形させるなどのワイヤーボンド
不良を誘発していた。As shown in FIGS. 1A and 1B, a gold plating layer is formed around the tip 6a of the inner lead 5, which is cut by pressing the thin metal wire 6 with the bonding tool 20 in the bonding area 5a. It was observed that the peeled region 13 including 12 was formed in a half ring shape. The peeled area 13 may reach the nickel plating layer 10 or the base body 9 without remaining in the palladium plating layer 11. When the peeled area 13 is formed, not only the nickel plating layer is corroded and the wire connection strength is deteriorated, but also the peeled plated material adheres to the bonding tool 20 of the wire bonder, and the next wire bonding step (the next wire bonding step) is performed. 1 bonding process)
This caused wire bond defects such as deformation of the ball at the tip.
【0014】そこで、このような第2ボンディング工程
における剥がれ領域13が発生するメカニズムを追究し
た結果、第2ボンディング工程を第1ボンディング工程
と同様に超音波を印加してしかも第1ボンディング工程
よりも大パワーの超音波を印加して行っているためでは
ないかと推測された。すなわち、現在のワイヤーボンデ
ィング工程は、高速性(量産性)と接続部の信頼性とを
確保するために、超音波及び荷重の印加と加熱とを行っ
て、瞬時に強固な接続を行うことが不可欠となってい
る。また、製造コストを低減するために金メッキ層の厚
みをできるだけ薄く(0.002μm程度)しているの
が現状である。このような構造を有するリードフレーム
に対してワイヤーボンダーにより超音波を印加しながら
半導体チップの電極とインナーリード部とを金属細線で
接続した場合、薄い金メッキ層内では十分に超音波の振
動を吸収しきれずに金メッキ層−パラジウムメッキ層の
境界特にボンディングツールで押圧されている領域の外
周部に亀裂が生じて剥がれに至るものと推測された。Therefore, as a result of pursuing a mechanism of generating the peeling region 13 in the second bonding step, the second bonding step is performed by applying ultrasonic waves in the same manner as in the first bonding step, and moreover, in comparison with the first bonding step. It was presumed that this was due to the application of high power ultrasonic waves. In other words, in the current wire bonding process, in order to ensure high speed (mass production) and reliability of the connection portion, the application of ultrasonic waves and a load and the heating are performed, and a strong connection is instantaneously performed. Has become indispensable. At present, the thickness of the gold plating layer is made as thin as possible (about 0.002 μm) in order to reduce the manufacturing cost. When applying an ultrasonic wave to a lead frame having such a structure with a wire bonder and connecting the electrode of the semiconductor chip and the inner lead part with a thin metal wire, the vibration of the ultrasonic wave is sufficiently absorbed in the thin gold plating layer It was presumed that cracks were generated at the boundary between the gold plating layer and the palladium plating layer, particularly at the outer peripheral portion of the region pressed by the bonding tool, and the peeling occurred.
【0015】本発明は、上記従来の課題に鑑みてなされ
たものであり、最上層が金メッキ層のような軟質材料で
構成される積層メッキ構造を有するリードフレームに対
するワイヤーボンディング工程において、最上層の剥が
れをきたすことなくかつ高効率でワイヤーとリードフレ
ームとを強固に接続しうる半導体装置の構造及びその製
造方法を提供することを目的とする。SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above-mentioned conventional problems. In the wire bonding step for a lead frame having a laminated plating structure in which the uppermost layer is made of a soft material such as a gold plating layer, the uppermost layer is formed. An object of the present invention is to provide a structure of a semiconductor device capable of firmly connecting a wire and a lead frame with high efficiency without peeling and a method of manufacturing the same.
【0016】[0016]
【課題を解決するための手段】上記従来のメッキ層の剥
がれという課題について、発明者等は、ワイヤーボンド
する際のボンディングツールの超音波パワー(mW)に
より、メッキ層が剥がれ、特に金などの軟質なメッキ材
はその影響を受けやすいことを突き止めた。In order to solve the above-mentioned problem of peeling of the plating layer, the inventors of the present invention have proposed that the plating layer is peeled off by the ultrasonic power (mW) of the bonding tool at the time of wire bonding, and in particular, gold or the like is peeled off. We have found that soft plating materials are susceptible.
【0017】したがって、上記目的を達成するために本
発明が講じた手段は、インナーリード部のボンディング
領域におけるメッキ層で超音波を吸収しうる構造とする
か、超音波を用いずあるいは超音波出力を極めて小さく
して金属細線とインナーリード部とを接続する方法を行
うことにある。具体的には、請求項1〜3に記載されて
いる半導体装置に関する手段と、請求項4〜14に記載
されている半導体装置の製造方法に関する手段とを講じ
ている。Therefore, the means taken by the present invention to achieve the above object is to provide a structure in which the plating layer in the bonding area of the inner lead portion can absorb the ultrasonic wave, without using the ultrasonic wave, or without using the ultrasonic wave output. Is made extremely small, and a method of connecting the thin metal wire and the inner lead portion is performed. Specifically, means for a semiconductor device described in claims 1 to 3 and means for a method for manufacturing a semiconductor device described in claims 4 to 14 are provided.
【0018】本発明の半導体装置は、請求項1に記載さ
れているように、電極パッドを有する半導体チップと、
金属からなる本体と該本体層の上に形成され最上層が軟
質材料で構成される積層メッキ層とにより構成され、少
なくともインナーリード部及びアウターリード部を有す
るリードフレームと、上記半導体チップの電極パッドと
上記インナーリード部とを接続する金属細線とを備え、
上記インナーリード部のうち上記金属細線が接続される
領域における上記積層メッキ層の最上層の厚みが他の領
域における最上層の厚みよりも厚い。According to the present invention, there is provided a semiconductor device having a semiconductor chip having an electrode pad,
A lead frame having at least an inner lead portion and an outer lead portion, the lead frame including a main body made of metal and a laminated plating layer formed on the main body layer and having an uppermost layer made of a soft material; and an electrode pad of the semiconductor chip. And a fine metal wire connecting the inner lead portion,
The thickness of the uppermost layer of the laminated plating layer in a region of the inner lead portion to which the thin metal wire is connected is greater than the thickness of the uppermost layer in another region.
【0019】これにより、インナーリード部のうち金属
細線が接続される領域における積層メッキ層の最上層が
厚く形成されているので、ワイヤーボンディング工程で
超音波出力が印加されても、最上層で振動が吸収され最
上層の剥がれが生じない構造となる。Accordingly, since the uppermost layer of the laminated plating layer in the region of the inner lead portion to which the fine metal wire is connected is formed thicker, even if an ultrasonic output is applied in the wire bonding step, the uppermost layer vibrates. Is absorbed and the uppermost layer does not peel off.
【0020】請求項2に記載されているように、請求項
1において、上記インナーリード部の上記積層メッキ層
の最上層と上記金属細線とを同質の材料で構成すること
が好ましい。According to a second aspect of the present invention, in the first aspect, it is preferable that the uppermost layer of the laminated plating layer of the inner lead portion and the fine metal wire are made of the same material.
【0021】これにより、金属細線と積層メッキ層の最
上層とが同じ軟質材料で構成されるので、超音波の振動
を吸収する機能も大きくなり、かつボンディングも容易
な構造となる。Thus, since the thin metal wire and the uppermost layer of the laminated plating layer are made of the same soft material, the function of absorbing the vibration of the ultrasonic wave is increased and the structure is easy to bond.
【0022】請求項3に記載されているように、請求項
1又は2において、上記インナーリード部の本体を銅板
で構成し、上記インナーリード部の積層メッキ層をニッ
ケルメッキ層,パラジウムメッキ層及び金メッキ層を順
次積層して構成し、上記金属細線を金を主成分とする材
料で構成しておくことが好ましい。According to a third aspect of the present invention, in the first or second aspect, the main body of the inner lead portion is formed of a copper plate, and the laminated plating layer of the inner lead portion is formed of a nickel plating layer, a palladium plating layer and It is preferable that gold plating layers are sequentially laminated and the fine metal wire is made of a material mainly containing gold.
【0023】これにより、腐食性が劣るパラジウムメッ
キ層を有するインナーリード部における剥がれ領域の発
生を防止できる構造となる。Thus, a structure in which a peeling region can be prevented from being generated in the inner lead portion having the palladium plating layer having poor corrosion property.
【0024】本発明の第1の半導体装置の製造方法は、
請求項4に記載されているように、電極パッドを有する
半導体チップを準備する工程と、金属からなる本体の上
に最上層が軟質材料で構成される積層メッキ層を施して
形成されインナーリード部及びアウターリード部を有す
るリードフレームを準備する工程と、上記半導体チップ
の電極パッド上に金属細線の先端を当てた状態で荷重と
超音波とを印加しながら金属細線と電極パッドとを接合
する第1ボンディング工程と、上記インナーリード部上
に上記金属細線の他の部分を当てた状態で超音波を印加
することなく荷重を印加して上記金属細線と上記インナ
ーリード部とを接続する第2ボンディング工程とを備え
ている。The first method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention comprises:
5. A step of preparing a semiconductor chip having an electrode pad and an inner lead portion formed by applying a laminated plating layer whose uppermost layer is made of a soft material on a main body made of metal, as described in claim 4. And a step of preparing a lead frame having an outer lead portion, and a step of joining the thin metal wire and the electrode pad while applying a load and ultrasonic waves in a state where the tip of the thin metal wire is applied to the electrode pad of the semiconductor chip. (1) a second bonding step of connecting the thin metal wire and the inner lead portion by applying a load without applying an ultrasonic wave in a state where another portion of the thin metal wire is applied to the inner lead portion; And a process.
【0025】この方法により、第2ボンディング工程
で、金属細線とインナーリード部との間に超音波が印加
されずに押圧荷重だけで両者が接続されるので、積層メ
ッキ層の最上層における剥がれを生ぜしめることなく、
短時間で強固なボンディングを行うことが可能になる。According to this method, in the second bonding step, the two are connected only by the pressing load without applying an ultrasonic wave between the fine metal wire and the inner lead portion. Without giving birth
Strong bonding can be performed in a short time.
【0026】本発明の第2半導体装置の製造方法は、請
求項5に記載されているように、電極パッドを有する半
導体チップを準備する工程と、金属からなる本体の上に
最上層が軟質材料で構成される積層メッキ層を施して形
成されインナーリード部及びアウターリード部を有する
リードフレームを準備する工程と、上記半導体チップの
電極パッド上に金属細線の先端を当てた状態で荷重と超
音波とを印加しながら金属細線と電極パッドとを接合す
る第1ボンディング工程と、上記インナーリード部上に
上記金属細線の他の部分を当てた状態で上記第1ボンデ
ィング工程よりも大きな押圧荷重と第1ボンディング工
程よりも小さな出力の超音波とを印加して上記金属細線
と上記インナーリード部とを接続する第2ボンディング
工程とを備えている。According to a second aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing a semiconductor device, comprising the steps of: preparing a semiconductor chip having an electrode pad; Preparing a lead frame having an inner lead portion and an outer lead portion formed by applying a laminated plating layer composed of: a load and ultrasonic waves in a state where the tip of a fine metal wire is applied to the electrode pad of the semiconductor chip; A first bonding step of joining the thin metal wire and the electrode pad while applying a pressure, and applying a larger pressing load and a second pressing force than the first bonding step in a state where another portion of the thin metal wire is applied to the inner lead portion. A second bonding step of applying an ultrasonic wave having an output smaller than that of the first bonding step to connect the thin metal wire to the inner lead portion. .
【0027】この方法により、第2ボンディング工程に
おける超音波出力が極めて小さいので、従来の半導体装
置の製造方法のような第1ボンディング工程におけるよ
りも大きな出力の超音波を印加していたことに起因する
積層メッキ層の最上層における剥がれを防止することが
可能になる。According to this method, since the ultrasonic output in the second bonding step is extremely small, the ultrasonic output having a higher output than in the first bonding step as in the conventional method for manufacturing a semiconductor device is applied. It is possible to prevent peeling in the uppermost layer of the laminated plating layer.
【0028】請求項6に記載されているように、請求項
5において、上記第1ボンディング工程を、超音波出力
を約55(mW)とし、押圧荷重を約60(g)として
行い、上記第2ボンディング工程を、超音波出力を0〜
20(mW)とし、押圧荷重を150〜250(g)と
して行うことが好ましい。According to a sixth aspect of the present invention, in the fifth aspect, the first bonding step is performed by setting an ultrasonic output to about 55 (mW) and a pressing load to about 60 (g). 2 bonding process, the ultrasonic output is 0 to
The pressure is preferably set to 20 (mW) and the pressing load is set to 150 to 250 (g).
【0029】請求項7に記載されているように、請求項
4又は5において、上記第1及び第2ボンディング工程
では、上記積層メッキ層の最上層と同質の材料で構成さ
れる金属細線を用いることが好ましい。According to a seventh aspect of the present invention, in the fourth or fifth aspect, in the first and second bonding steps, a thin metal wire made of the same material as the uppermost layer of the laminated plating layer is used. Is preferred.
【0030】請求項8に記載されているように、請求項
4又は5において、上記リードフレームを準備する工程
では、銅板からなる本体の上にニッケルメッキ層,パラ
ジウムメッキ層及び金メッキ層を順次積層してなる積層
メッキ層を形成し、上記第1及び第2ボンディング工程
では、金を主成分とする材料で構成される金属細線を用
いることが好ましい。According to an eighth aspect of the present invention, in the fourth or fifth aspect, in the step of preparing the lead frame, a nickel plating layer, a palladium plating layer, and a gold plating layer are sequentially laminated on a main body made of a copper plate. It is preferable to use a thin metal wire composed of a material containing gold as a main component in the first and second bonding steps.
【0031】請求項9に記載されているように、請求項
4,5,6,7又は8において、上記第2ボンディング
工程は、150〜300(℃)の温度下で行うことが好
ましい。As described in claim 9, in claim 4, 5, 6, 7, or 8, the second bonding step is preferably performed at a temperature of 150 to 300 (° C.).
【0032】請求項10に記載されているように、請求
項4,5,6,7,8又は9において、上記リードフレ
ームを準備する工程では、上記インナーリード部のうち
上記金属細線が接続される領域における積層メッキ層の
最上層の厚みを他の領域における最上層の厚みよりも厚
くすることもできる。According to a tenth aspect, in the fourth, fifth, sixth, seventh, eighth or ninth aspects, in the step of preparing the lead frame, the thin metal wire of the inner lead portion is connected. The thickness of the uppermost layer of the laminated plating layer in one region may be larger than the thickness of the uppermost layer in another region.
【0033】この方法により、第2ボンディング工程
で、インナーリード部と金属細線との接続部に超音波が
印加されても、積層メッキ層の最上層で超音波による振
動が吸収され、剥がれの発生を防止することができる。According to this method, even if an ultrasonic wave is applied to the connection between the inner lead portion and the thin metal wire in the second bonding step, the vibration caused by the ultrasonic wave is absorbed by the uppermost layer of the laminated plating layer, and peeling occurs. Can be prevented.
【0034】本発明の第3の半導体装置の製造方法は、
請求項11に記載されているように、電極パッドを有す
る半導体チップを準備する工程と、金属からなる本体の
上にニッケルメッキ層,パラジウムメッキ層及び金メッ
キ層を順次積層してなる積層メッキを施して形成されイ
ンナーリード部及びアウターリード部を有するリードフ
レームを準備する工程と、 上記半導体チップの電極パ
ッド上に金を主成分とする材料で構成される金属細線の
先端を当てた状態で荷重と超音波とを印加しながら金属
細線と電極パッドとを接合する第1ボンディング工程
と、上記インナーリード部上に上記金属細線の他の部分
を当てた状態で、150〜250(g)の押圧荷重と、
出力が0〜20(mW)の超音波とを印加して上記金属
細線と上記インナーリード部とを接続する第2ボンディ
ング工程とを備えている。According to a third method of manufacturing a semiconductor device of the present invention,
As claimed in claim 11, a step of preparing a semiconductor chip having an electrode pad and a step of performing a multilayer plating in which a nickel plating layer, a palladium plating layer and a gold plating layer are sequentially laminated on a metal body. Preparing a lead frame having an inner lead portion and an outer lead portion formed by applying a load to the electrode pad of the semiconductor chip while applying the tip of a thin metal wire made of a material mainly composed of gold to the electrode pad. A first bonding step of bonding the thin metal wire and the electrode pad while applying ultrasonic waves, and a pressing load of 150 to 250 (g) in a state where another portion of the thin metal wire is applied to the inner lead portion. When,
A second bonding step of applying an ultrasonic wave having an output of 0 to 20 (mW) to connect the thin metal wire and the inner lead portion.
【0035】この方法により、第2ボンディング工程に
おける超音波出力が極めて小さいので、積層メッキ層の
最上層である金メッキ層が剥がれて腐食しやすいパラジ
ウムメッキ層が露出したり、さらにその下層のニッケル
メッキ層あるいはリードフレームの本体を構成する金属
が露出することなく、ワイヤーボンディングが行われ
る。しかも、このような大きな荷重で押圧することによ
り、ニッケルメッキ層,パラジウムメッキ層及び金メッ
キ層という積層メッキ層全体の特性に適合した接合を行
うことができ、短時間で大きな接合強度を得ることがで
き、信頼性の高い半導体装置を製造することが可能にな
る。According to this method, since the ultrasonic output in the second bonding step is extremely small, the gold plating layer, which is the uppermost layer of the laminated plating layer, is peeled off to expose the corrosive palladium plating layer, and further, the nickel plating layer thereunder is exposed. Wire bonding is performed without exposing the metal constituting the layer or the main body of the lead frame. In addition, by pressing with such a large load, it is possible to perform bonding suitable for the characteristics of the entire laminated plating layer of the nickel plating layer, the palladium plating layer, and the gold plating layer, and to obtain a large bonding strength in a short time. And a highly reliable semiconductor device can be manufactured.
【0036】請求項12に記載されているように、請求
項11において、上記第1ボンディング工程及び第2ボ
ンディング工程の後に、上記半導体チップ,上記金属細
線及び上記インナーリード部を樹脂で封止する工程をさ
らに備えている。According to a twelfth aspect, in the eleventh aspect, after the first bonding step and the second bonding step, the semiconductor chip, the thin metal wires, and the inner lead portions are sealed with a resin. The method further includes a step.
【0037】この方法により、製造コストの安価な樹脂
封止型パッケージ内に収納され、封止樹脂に含まれる水
分によって腐食されやすいインナーリード部において、
剥がれ領域の発生に起因する腐食等を防止することがで
きる。したがって、安価で信頼性の高い半導体装置が得
られることになる。According to this method, the inner lead portion housed in a resin-sealed package having a low manufacturing cost and easily corroded by moisture contained in the sealing resin has
Corrosion or the like resulting from the generation of a peeled region can be prevented. Therefore, an inexpensive and highly reliable semiconductor device can be obtained.
【0038】請求項13に記載されているように、請求
項11又は12において、上記第2ボンディング工程
を、150〜300(℃)の温度下で行うことが好まし
い。According to a thirteenth aspect, in the eleventh or twelfth aspect, the second bonding step is preferably performed at a temperature of 150 to 300 (° C.).
【0039】この方法により、ニッケルメッキ層,パラ
ジウムメッキ層及び金メッキ層という積層メッキ層全体
の特性に適合した比較的低温の加熱温度で第2ボンディ
ング工程が行われるので、信頼性の高い接合を短時間で
行うことが可能になる。According to this method, the second bonding step is performed at a relatively low heating temperature suitable for the characteristics of the entire laminated plating layer including the nickel plating layer, the palladium plating layer, and the gold plating layer. It can be done in time.
【0040】請求項14に記載されているように、請求
項11又は13において、上記第2ボンディング工程で
は、超音波の出力を0にすることもできる。According to a fourteenth aspect, in the eleventh or thirteenth aspect, in the second bonding step, the output of the ultrasonic wave can be set to zero.
【0041】[0041]
(第1の実施形態)まず、本発明の第1の実施形態につ
いて説明する。図1は、本実施形態の半導体装置の構成
を示す断面図である。(First Embodiment) First, a first embodiment of the present invention will be described. FIG. 1 is a cross-sectional view illustrating the configuration of the semiconductor device according to the present embodiment.
【0042】図1に示すように、本実施形態の半導体装
置は、リードフレーム1のダイパッド部2上に半導体チ
ップ3が銀ペースト等の接着剤により接合,搭載され、
その半導体チップ3の電極4とリードフレーム1のイン
ナーリード部5とが金属細線6により電気的に接続され
ている。そして、半導体チップ3と金属細線6とリード
フレーム1のインナーリード部5とは封止樹脂7により
封止され、その封止樹脂7から外方に突出したリードフ
レーム1のアウターリード部8が成形されて、半導体装
置を構成している。As shown in FIG. 1, in the semiconductor device of this embodiment, a semiconductor chip 3 is bonded and mounted on a die pad portion 2 of a lead frame 1 with an adhesive such as silver paste.
The electrodes 4 of the semiconductor chip 3 and the inner lead portions 5 of the lead frame 1 are electrically connected by thin metal wires 6. The semiconductor chip 3, the thin metal wires 6, and the inner lead portions 5 of the lead frame 1 are sealed with a sealing resin 7, and the outer lead portions 8 of the lead frame 1 projecting outward from the sealing resin 7 are formed. Thus, a semiconductor device is configured.
【0043】ここで、本実施形態の半導体装置の特徴
は、リードフレーム1のインナーリード部5のうちワイ
ヤーボンディング工程で金属細線6がボンディングされ
る領域であるボンディング領域5aにおけるメッキ層の
厚みを厚くしている点である。以下、この特徴部分につ
いて説明する。Here, the feature of the semiconductor device of the present embodiment is that the thickness of the plating layer in the bonding region 5a of the inner lead portion 5 of the lead frame 1 where the thin metal wire 6 is bonded in the wire bonding step is increased. That is the point. Hereinafter, this characteristic portion will be described.
【0044】図2は、インナーリード部5のボンディン
グ領域5aの付近におけるインナーリード部5と金属細
線6との接続状態を示す断面図である。同図に示すよう
に、本実施形態のリードフレーム1は、銅板からなる本
体9と、該本体9の上に形成されたニッケルメッキ層1
0、パラジウムメッキ層11及び金メッキ層12の各メ
ッキ層とにより構成されている。そして、リードフレー
ム1のうちインナーリード部5のボンディング領域5a
における金メッキ層12の厚みを他の領域よりも厚く形
成されている。たとえば、金メッキ層12の他の領域に
おける厚みが0.002(μm)程度であるのに対し、
ボンディング領域5aにおける厚みは0.03(μm)
程度である。この構成により、半導体チップ3の電極4
とインナーリード部5とを金製の金属細線6により接続
する際、インナーリード部5のボンディング領域5aに
おいて、ワイヤーボンダーのボンディングツールの超音
波パワーを印加しても、最外層の金メッキ層12が厚い
ので、超音波の振動がある程度吸収されて金メッキ層1
2の剥がれが生じないか、あるいは金メッキ層12のご
く表面層のみが剥がれるにすぎない。したがって、ワイ
ヤーボンディング工程において、下層側のパラジウムメ
ッキ層11、ニッケルメッキ層10が露出することはな
く、最外層の剥がれによるワイヤー接続強度の劣化を防
止できる。FIG. 2 is a cross-sectional view showing a connection state between the inner lead portion 5 and the thin metal wire 6 in the vicinity of the bonding region 5a of the inner lead portion 5. As shown in FIG. 1, a lead frame 1 of the present embodiment includes a main body 9 made of a copper plate and a nickel plating layer 1 formed on the main body 9.
0, and each of the palladium plating layer 11 and the gold plating layer 12. Then, the bonding region 5a of the inner lead portion 5 of the lead frame 1
The thickness of the gold plating layer 12 is formed thicker than the other regions. For example, while the thickness in the other region of the gold plating layer 12 is about 0.002 (μm),
The thickness in the bonding region 5a is 0.03 (μm)
It is about. With this configuration, the electrode 4 of the semiconductor chip 3
When the inner lead portion 5 and the inner lead portion 5 are connected to each other by the thin metal wire 6, the outermost gold plating layer 12 is applied to the bonding area 5 a of the inner lead portion 5 even when the ultrasonic power of the bonding tool of the wire bonder is applied. Since it is thick, the vibration of the ultrasonic wave is absorbed to some extent and the gold plating layer 1
2 does not occur, or only the very surface layer of the gold plating layer 12 is removed. Therefore, in the wire bonding step, the lower palladium plating layer 11 and the nickel plating layer 10 are not exposed, so that deterioration of the wire connection strength due to peeling of the outermost layer can be prevented.
【0045】なお、本実施形態において、ニッケルメッ
キ層10、パラジウムメッキ層11の各メッキ層の厚さ
は、それぞれ0.5(μm),0.03(μm)である
が、これらの厚みに限定されるものではない。また、本
実施形態における金メッキ層12の厚さは、ボンディン
グ領域5a以外では0.002(μm)であり、ボンデ
ィング領域5aの厚さが0.03(μm)であるが、こ
れらの厚みに限定されるものではない。In the present embodiment, the thicknesses of the nickel plating layer 10 and the palladium plating layer 11 are 0.5 (μm) and 0.03 (μm), respectively. It is not limited. In the present embodiment, the thickness of the gold plating layer 12 is 0.002 (μm) except for the bonding region 5a, and the thickness of the bonding region 5a is 0.03 (μm). It is not something to be done.
【0046】(第2の実施形態)次に、第2の実施形態
に係る半導体装置の製造方法について説明する。図3〜
図6は、本実施形態の半導体装置の製造工程を示す断面
図である。(Second Embodiment) Next, a method of manufacturing a semiconductor device according to a second embodiment will be described. FIG. 3-
FIG. 6 is a cross-sectional view illustrating a manufacturing process of the semiconductor device of the present embodiment.
【0047】まず、図3に示す工程では、ダイパッド部
2とインナーリード部5と、アウターリード部8とを有
するリードフレーム1を準備する。ただし、詳細な断面
状態を図示は省略するが、リードフレーム1には、上記
第1の実施形態における図2に示すとほぼ同様の構造を
しており、銅板からなる本体の上に、ニッケルメッキ
層、パラジウムメッキ層、金メッキ層の各メッキ層が設
けられている。ただし、本実施形態では、最上層である
金メッキ層は全面に亘ってほぼ均一な厚みを有してお
り、ボンディング領域5aにおける金メッキ層も特に厚
くメッキされているわけではない。また、ニッケルメッ
キ層,パラジウムメッキ層,金メッキ層の各メッキ層の
厚さは、それぞれ0.5(μm),0.03(μm),
0.002((μm)である。そして、このような構成
を有するリードフレーム1のダイパッド部2上に半導体
チップ3を銀ペースト等の接着剤を用いて接合する。First, in the step shown in FIG. 3, a lead frame 1 having a die pad portion 2, an inner lead portion 5, and an outer lead portion 8 is prepared. Although the detailed cross-sectional state is not shown, the lead frame 1 has substantially the same structure as that shown in FIG. 2 of the first embodiment, and a nickel plating Each plating layer of a layer, a palladium plating layer, and a gold plating layer is provided. However, in this embodiment, the gold plating layer, which is the uppermost layer, has a substantially uniform thickness over the entire surface, and the gold plating layer in the bonding region 5a is not particularly thickly plated. The thicknesses of the nickel plating layer, palladium plating layer, and gold plating layer are 0.5 (μm), 0.03 (μm),
Then, the semiconductor chip 3 is bonded to the die pad portion 2 of the lead frame 1 having such a configuration using an adhesive such as a silver paste.
【0048】次に、図4に示す工程では、ダイパッド部
2上に搭載した半導体チップ3の電極4とリードフレー
ム1のインナーリード部5とを金線からなる金属細線6
を介して電気的に接続する。この工程は、上記従来のワ
イヤーボンディング工程と同様に、キャピラリと呼ばれ
るボンディングツール20を有したワイヤーボンダー
(図示せず)を用いたネイルヘッド・ボンディング法で
行われる。また、金属細線6の径は25〜35μm程度
である。そして、ボンディング工程は、通常、半導体チ
ップ3の電極4に金属細線6の一端を接続する第1ボン
ディング工程と、リードフレーム1のインナーリード部
5に金属細線6の他端を接続する第2ボンディング工程
とに分けられる。Next, in the step shown in FIG. 4, the electrode 4 of the semiconductor chip 3 mounted on the die pad portion 2 and the inner lead portion 5 of the lead frame 1 are connected to a thin metal wire 6 made of a gold wire.
To make electrical connection. This step is performed by a nail head bonding method using a wire bonder (not shown) having a bonding tool 20 called a capillary similarly to the above-described conventional wire bonding step. The diameter of the thin metal wire 6 is about 25 to 35 μm. In general, the bonding step includes a first bonding step of connecting one end of the thin metal wire 6 to the electrode 4 of the semiconductor chip 3 and a second bonding step of connecting the other end of the thin metal wire 6 to the inner lead portion 5 of the lead frame 1. Process.
【0049】ここで、第1ボンディング工程では、半導
体チップ3の電極4に金属細線6の先端(一般には、ボ
ール状になっている)をボンディングツール20により
超音波を印加しながら荷重60(g)程度の荷重で押圧
し、金属細線6と半導体チップ3とを接合する。In the first bonding step, the tip (generally in the form of a ball) of the fine metal wire 6 is applied to the electrode 4 of the semiconductor chip 3 by applying a ultrasonic wave by the bonding tool 20 to a load of 60 (g). ) Is pressed with a load of about) to join the thin metal wire 6 and the semiconductor chip 3.
【0050】また、第2ボンディング工程では、先端が
半導体チップ3の電極4に接続されている金属細線6の
一部をボンディングツール20によってインナーリード
部5のボンディング領域5aに押圧する。このとき、超
音波は印加しないかあるいは印加しても20(mW)以
下の小さな出力に抑制しながら、荷重を200(g)程
度として第1ボンディング工程における荷重よりも大き
な荷重を印加する。この点が、本実施形態に係る半導体
装置の製造方法の特徴である。そして、この押圧力と加
熱によって、金属細線6をインナーリード部5に接合す
るとともにボンディングツール20のエッジで金属細線
6を切断する。In the second bonding step, a part of the thin metal wire 6 whose tip is connected to the electrode 4 of the semiconductor chip 3 is pressed by the bonding tool 20 onto the bonding area 5 a of the inner lead portion 5. At this time, the load is set to about 200 (g) and a load larger than the load in the first bonding step is applied while the ultrasonic wave is not applied or the output is suppressed to a small output of 20 (mW) or less even if it is applied. This is a feature of the semiconductor device manufacturing method according to the present embodiment. Then, by the pressing force and the heating, the thin metal wire 6 is joined to the inner lead portion 5 and the thin metal wire 6 is cut at the edge of the bonding tool 20.
【0051】次に、図5に示す工程では、上述の各ワイ
ヤーボンディング工程が終了した後に、半導体チップ3
と、金属細線6と、リードフレーム1のうちのダイパッ
ド部2及びインナーリード部5とを封止樹脂7により封
止する。この工程は、半導体チップ3を搭載したリード
フレーム1を金型に設置してトランスファーモールドに
より行なわれる。その後、リードフレーム1のうち封止
樹脂7の外方にある部分を切断し、アウターリード部8
から切り離す。Next, in the step shown in FIG. 5, after each of the above wire bonding steps is completed, the semiconductor chip 3
Then, the thin metal wire 6 and the die pad portion 2 and the inner lead portion 5 of the lead frame 1 are sealed with the sealing resin 7. In this step, the lead frame 1 on which the semiconductor chip 3 is mounted is placed in a mold, and is performed by transfer molding. Thereafter, a portion of the lead frame 1 outside the sealing resin 7 is cut, and the outer lead portion 8 is cut.
Disconnect from
【0052】最後に、図6に示す工程で、封止樹脂7か
ら外方に突出しているアウターリード部8を成形するこ
とで、半導体装置を完成する。Finally, in the step shown in FIG. 6, an outer lead portion 8 projecting outward from the sealing resin 7 is formed, thereby completing the semiconductor device.
【0053】以上のように、本実施形態の半導体装置の
製造工程では、第1ボンディング工程では、超音波出力
を55(mW),押圧荷重を60(g)とし、第2ボン
ディング工程では、超音波出力を0〜20(mW),押
圧荷重を200(g)程度という従来のワイヤーボンド
条件とは大きく異なる条件により、ワイヤーボンド工程
を行なうことにより、リードフレーム1上のメッキ層の
剥がれを防止することができる。特に、金属細線6とリ
ードフレーム1の最外層のメッキ層とが同じ材料で軟質
の材料である場合、金属細線−インナーリード部間の接
合強度がより大きくなる。As described above, in the manufacturing process of the semiconductor device of this embodiment, the ultrasonic output is set to 55 (mW) and the pressing load is set to 60 (g) in the first bonding step, and the ultrasonic output is set to 60 (g) in the second bonding step. The wire bonding process is performed under the condition that the sound wave output is 0 to 20 (mW) and the pressing load is about 200 (g), which is significantly different from the conventional wire bonding condition, thereby preventing the plating layer on the lead frame 1 from peeling off. can do. In particular, when the thin metal wire 6 and the outermost plating layer of the lead frame 1 are made of the same material and a soft material, the bonding strength between the thin metal wire and the inner lead portion is further increased.
【0054】図7(a),(b)は、従来と本実施形態
とのワイヤーボンド時におけるボンディングツールの超
音波出力と荷重とを比較して示す図である。図7(a)
は従来の方法における条件、図7(b)は本実施形態に
おける条件をそれぞれ示す。FIGS. 7A and 7B are diagrams showing a comparison between the ultrasonic output and the load of the bonding tool during wire bonding between the conventional and this embodiment. FIG. 7 (a)
7 shows conditions in the conventional method, and FIG. 7B shows conditions in the present embodiment.
【0055】上述のように、第1ボンディング工程つま
り半導体チップと金属細線とをボンディングする工程で
は、本実施形態における条件は従来の方法における条件
と同じであるが、第2ボンディング工程つまりリードフ
レームと金属細線とをボンディングする工程では、超音
波出力を従来の5分の1以下とし、荷重は2倍程度に設
定するものである。第2ボンディング工程における超音
波パワーは、0(mW)でなくともよい。たとえば10
(mW)程度であっても極めて0(mW)に近い値であ
っても、20(mW)以下であれば、最上層の金メッキ
層を剥がすことなくボンディングできる。As described above, in the first bonding step, that is, in the step of bonding the semiconductor chip and the thin metal wire, the conditions in the present embodiment are the same as those in the conventional method, but the second bonding step, that is, in the step of bonding the lead frame. In the step of bonding with a thin metal wire, the ultrasonic output is set to be not more than one fifth of the conventional one, and the load is set to about twice. The ultrasonic power in the second bonding step may not be 0 (mW). For example, 10
Even if it is about (mW) or very close to 0 (mW), if it is 20 (mW) or less, bonding can be performed without peeling off the uppermost gold plating layer.
【0056】ここで、本実施形態の方法によって、従来
のような図14(a),(b)に示す剥がれ領域13を
生じることなく金属細線6とインナーリード部5との間
の第2ボンディング工程を行うことができる理由につい
て考察する。ワイヤーボンディングを行う際、超音波パ
ワーは金属細線を被接続体に対して摺り合わせる作用を
生ぜしめ、荷重及び加熱は金属細線と被接続体とを熱圧
着する作用を生ぜしめる。通常の加熱温度は200
(℃)程度である。そして、このような条件の組合せで
ボンディング工程を行うことにより、1回のボンディン
グに要する時間が5(msec)で、ボンディング工程
全体を終了するのに要する時間が15(msec)前後
という高速のボンディング工程を実施することができ
る。ただし、本実施形態の第2ボンディング工程によっ
て、積層メッキ層の最上層における剥がれを生じること
なく、かつ強固なボンディングを15(msec)とい
う短時間で行うことができる理由については十分解明さ
れていないが、このような大きな荷重と比較的低温の加
熱条件とが、特にニッケル/パラジウム/金の積層メッ
キ層全体の特性とよく適合しているという経験的な事実
が今回の発明によって明らかになっている。なお、付随
的な事項として、以下の経験的事実が確認されている。Here, the second bonding between the fine metal wire 6 and the inner lead portion 5 can be performed by the method of the present embodiment without forming the peeled region 13 shown in FIGS. Consider why the process can be performed. When performing wire bonding, the ultrasonic power causes an action of sliding the thin metal wire against the connected object, and the load and heating generate an action of thermocompression bonding the thin metal wire and the connected object. Normal heating temperature is 200
(° C.). By performing the bonding process under such a combination of conditions, the time required for one bonding is 5 (msec), and the time required for completing the entire bonding process is about 15 (msec), and the high-speed bonding is performed. The steps can be performed. However, the reason why the second bonding step of this embodiment can perform strong bonding in a short time of 15 (msec) without causing peeling of the uppermost layer of the laminated plating layer, has not been sufficiently clarified. However, the present invention reveals that the empirical fact that such a large load and relatively low-temperature heating conditions are well compatible with the characteristics of the entire nickel / palladium / gold laminated plating layer is well understood. I have. The following empirical facts have been confirmed as incidental items.
【0057】たとえば、第2ボンディング工程における
超音波パワーを0(mW)とし、温度を250(℃)程
度にした場合には、押圧荷重を上述の200(g)より
も小さくできる。また、超音波パワーを20(mW)と
し、温度を180(℃)程度とした場合には、押圧荷重
を200(g)以上に大きくすることが好ましい。な
お、温度が高いほどボンディング時間は短縮される。For example, when the ultrasonic power in the second bonding step is set to 0 (mW) and the temperature is set to about 250 (° C.), the pressing load can be made smaller than the above 200 (g). When the ultrasonic power is set to 20 (mW) and the temperature is set to about 180 (° C.), it is preferable to increase the pressing load to 200 (g) or more. The higher the temperature, the shorter the bonding time.
【0058】ここで、本発明の過程で行って実験で得ら
れたボンディング条件をまとめると、超音波パワーは印
加しないか印加しても0〜20(mW)であることが好
ましく、押圧荷重は150〜250(g)の範囲である
ことが好ましく、加熱温度は150〜300℃の範囲が
好ましい。ただし、金属細線には径が25〜35μm程
度の金線を使用し、積層メッキ層は上述の厚みのニッケ
ル/パラジウム/金の3層からなっている。Here, a summary of the bonding conditions obtained by experiments performed in the course of the present invention is as follows. It is preferable that the ultrasonic power is not applied or even if it is applied, the power is 0 to 20 (mW), and the pressing load is The heating temperature is preferably in the range of 150 to 250 (g), and the heating temperature is preferably in the range of 150 to 300 ° C. However, a gold wire having a diameter of about 25 to 35 μm is used for the thin metal wire, and the laminated plating layer is composed of three layers of nickel / palladium / gold having the above-described thickness.
【0059】図8(a),(b)は、第2ボンディング
工程で、超音波パワーを0(mW)、荷重を200
(g)としてワイヤーボンドしたときのインナーリード
のボンディング領域5a付近における断面図及び斜視図
である。同図に示すように、本実施形態の方法でボンデ
ィングされたボンディング領域5aの周囲には図14
(a),(b)に示されるようなリング状の剥がれ領域
13は生じていない。すなわち、リードフレーム1のイ
ンナーリード部5の最外層の金メッキ層12が剥がれる
ことなく、金属細線6の先端部6aが接続されている。
もちろん、本体9を構成する銅の露出や、ニッケルメッ
キ層10,パラジウムメッキ層11の露出又は剥がれは
ない。これにより、メッキ層の剥がれがないので、ワイ
ヤー接続強度の安定を図ることができる。また、メッキ
層が剥がれないので、ボンディングツールへのメッキ層
を構成する材料の付着もなく、次のボンディング工程つ
まり第1ボンディング工程で金属細線の先端に形成され
るボール形状の異常が発生することもない。FIGS. 8A and 8B show a second bonding step in which the ultrasonic power is set to 0 (mW) and the load is set to 200.
It is sectional drawing and perspective view in the vicinity of the bonding area 5a of the inner lead when wire bonding is performed as (g). As shown in FIG. 14, around the bonding area 5a bonded by the method of this embodiment, FIG.
There is no ring-shaped peeling region 13 as shown in (a) and (b). That is, the distal end portion 6a of the thin metal wire 6 is connected without the outermost gold plating layer 12 of the inner lead portion 5 of the lead frame 1 coming off.
Of course, there is no exposure of copper constituting the main body 9 and no exposure or peeling of the nickel plating layer 10 and the palladium plating layer 11. Thereby, since the plating layer does not peel off, the wire connection strength can be stabilized. Further, since the plating layer is not peeled off, there is no adhesion of the material constituting the plating layer to the bonding tool, and the abnormality of the shape of the ball formed at the tip of the fine metal wire in the next bonding step, ie, the first bonding step, occurs. Nor.
【0060】なお、実施形態の図示は省略するが、第2
の実施形態に係る半導体装置の製造方法において、リー
ドフレーム1の金メッキ層12のうちインナーリード部
5のボンディング領域5aにおける厚みを他の領域より
も厚くして、かつワイヤーボンディング工程のうち第2
ボンディング工程(インナーリード部上への金属細線の
ボンディング)の超音波出力を0〜20(mW)とする
ことによっても、金メッキ層12の剥がれに起因する下
層のメッキ層の露出を防止しながらワイヤーボンディン
グすることができ、接続強度の安定を図るという効果を
発揮することができる。Although illustration of the embodiment is omitted, the second embodiment
In the method of manufacturing the semiconductor device according to the embodiment, the thickness of the gold plating layer 12 of the lead frame 1 in the bonding region 5a of the inner lead portion 5 is made larger than other regions, and the second in the wire bonding process is performed.
By setting the ultrasonic output of the bonding step (bonding of the fine metal wire on the inner lead portion) to 0 to 20 (mW), the wire is prevented while exposing the lower plating layer due to peeling of the gold plating layer 12. Bonding can be performed, and an effect of stabilizing connection strength can be exhibited.
【0061】なお、積層メッキ層の構造が、必ずしも本
実施形態のようなニッケル/パラジウム/金の3層から
なるものでなくても、積層メッキ層の最上層が軟質材料
特に金属細線と同じ材料により構成されている場合であ
れば、本発明の効果を発揮することができる。その場
合、ワイヤーボンダーのボンディングツールの超音波パ
ワーの値を極めて小さくしても、金属細線とメッキ層の
最上層を構成する軟質剤とが押圧荷重によって極めて短
時間で接合され、しかも、最上層の構造が破壊されるこ
とがない。よって、積層メッキ構造を有するリードフレ
ームに対するワイヤボンディング工程における剥がれを
防止しながら、信頼性の高いワイヤボンディングを行う
ことができる。The uppermost layer of the laminated plating layer is made of a soft material, particularly the same material as the thin metal wire, even if the structure of the laminated plating layer is not necessarily composed of three layers of nickel / palladium / gold as in this embodiment. If it is constituted by the above, the effect of the present invention can be exhibited. In that case, even if the value of the ultrasonic power of the bonding tool of the wire bonder is extremely small, the thin metal wire and the softener constituting the uppermost layer of the plating layer are joined in a very short time by the pressing load, and the uppermost layer Structure is not destroyed. Therefore, highly reliable wire bonding can be performed while preventing peeling of the lead frame having the laminated plating structure in the wire bonding step.
【0062】[0062]
【発明の効果】請求項1〜3によれば、半導体チップの
電極と積層メッキ層を有するリードフレームのインナー
リード部とを金属細線により接続するようにした半導体
装置において、インナーリード部のうち金属細線との接
続を行うボンディング領域における積層メッキ層の最外
層の厚みを他の領域よりも厚くしているので、ワイヤー
ボンディングの際に接続部にボンディングツールを介し
て超音波が印加されても、積層メッキ層の下層や本体が
露出することはなく、積層メッキ層の最外層の剥がれに
よるワイヤー接続強度の劣化を防止することができる。According to the present invention, there is provided a semiconductor device in which electrodes of a semiconductor chip and inner lead portions of a lead frame having a laminated plating layer are connected by thin metal wires. Since the thickness of the outermost layer of the laminated plating layer in the bonding area for connection with the fine wire is made thicker than the other areas, even when ultrasonic waves are applied to the connection part via a bonding tool at the time of wire bonding, The lower layer and the main body of the laminated plating layer are not exposed, and the deterioration of the wire connection strength due to the peeling of the outermost layer of the laminated plating layer can be prevented.
【0063】請求項4及びこれを引用した請求項7〜1
0によれば、半導体チップの電極と積層メッキ層を有す
るリードフレームのインナーリード部とを金属細線によ
り接続するようにした半導体装置において、金属細線と
インナーリード部とを接続する第2ボンディング工程で
超音波を印加せずに押圧荷重だけで金属配線をインナー
リード部に接続するようにしたので、超音波の印加に起
因するインナーリード部の積層メッキ層の最上層の剥が
れを確実に防止しながら、金属細線−インナーリード部
間の接続強度を強固にすることができ、よって製造され
る半導体装置の信頼性の向上を図ることができる。Claim 4 and Claims 7 to 1 cited therefor
According to No. 0, in a semiconductor device in which an electrode of a semiconductor chip and an inner lead portion of a lead frame having a laminated plating layer are connected by a thin metal wire, in a second bonding step of connecting the thin metal wire and the inner lead portion. Since the metal wiring is connected to the inner lead part only by pressing load without applying ultrasonic waves, it is possible to reliably prevent peeling of the uppermost layer of the laminated plating layer of the inner lead part due to application of ultrasonic waves. In addition, the connection strength between the thin metal wires and the inner lead portions can be increased, and the reliability of the manufactured semiconductor device can be improved.
【0064】請求項5及びこれを引用した請求項6〜1
0によれば、半導体チップの電極と積層メッキ層を有す
るリードフレームのインナーリード部とを金属細線によ
り接続するようにした半導体装置において、金属細線と
インナーリード部とを接続する第2ボンディング工程で
は第1ボンディング工程よりも低出力の超音波を印加す
るようにしたので、第1ボンディング工程よりも大きな
超音波を印加する場合に生じていた積層メッキ層の最上
層における剥がれ領域の発生を防止しながら、金属細線
−インナーリード部間の接続強度を強固にすることがで
き、よって製造される半導体装置の信頼性の向上を図る
ことができる。Claim 5 and Claims 6 to 1 cited therefor
According to No. 0, in a semiconductor device in which an electrode of a semiconductor chip and an inner lead portion of a lead frame having a laminated plating layer are connected by a thin metal wire, in a second bonding step of connecting the thin metal wire and the inner lead portion, Since an ultrasonic wave having a lower output than that of the first bonding step is applied, it is possible to prevent the occurrence of a peeling region in the uppermost layer of the laminated plating layer, which occurred when applying an ultrasonic wave larger than that of the first bonding step. However, the connection strength between the thin metal wire and the inner lead portion can be increased, and the reliability of the manufactured semiconductor device can be improved.
【0065】請求項11〜14によれば、半導体チップ
の電極と、ニッケル,パラジウム及び金を順次積層して
なる積層メッキ層を有するリードフレームのインナーリ
ード部とを金属細線により接続するようにした半導体装
置において、金属細線とインナーリード部とを接続する
第2ボンディング工程では、150〜250(g)の荷
重で押圧し、かつ0〜20(mW)の出力の超音波を印
加するようにしたので、にける,パラジウム及び金の積
層メッキ層の特性に極めて適合した接合を行うことがで
き、積層メッキ層の最上層における剥がれを生じること
なく強固で信頼性の高いワイヤーボンディングを行うこ
とができる。According to the present invention, the electrode of the semiconductor chip is connected to the inner lead portion of the lead frame having a laminated plating layer formed by sequentially laminating nickel, palladium and gold by a thin metal wire. In the semiconductor device, in the second bonding step for connecting the thin metal wire and the inner lead portion, the semiconductor device is pressed with a load of 150 to 250 (g) and applies an ultrasonic wave having an output of 0 to 20 (mW). Therefore, it is possible to perform bonding that is extremely suitable for the characteristics of the laminated plating layer of palladium and gold, and to perform strong and highly reliable wire bonding without peeling off at the uppermost layer of the laminated plating layer. .
【図1】第1の実施形態に係る半導体装置の構造を示す
断面図である。FIG. 1 is a cross-sectional view illustrating a structure of a semiconductor device according to a first embodiment.
【図2】第1の実施形態に係る半導体装置のうちインナ
ーリード部のボンディング領域付近を拡大して示す断面
図である。FIG. 2 is an enlarged cross-sectional view showing the vicinity of a bonding region of an inner lead portion in the semiconductor device according to the first embodiment.
【図3】第2の実施形態に係る半導体装置の製造工程の
うちダイボンディング工程を示す断面図である。FIG. 3 is a cross-sectional view illustrating a die bonding step in the manufacturing steps of the semiconductor device according to the second embodiment.
【図4】第2の実施形態に係る半導体装置の製造工程の
うちワイヤボンディング工程を示す断面図である。FIG. 4 is a cross-sectional view showing a wire bonding step in the manufacturing steps of the semiconductor device according to the second embodiment.
【図5】第2の実施形態に係る半導体装置の製造工程の
うち樹脂封止工程を示す断面図である。FIG. 5 is a cross-sectional view showing a resin sealing step in the manufacturing steps of the semiconductor device according to the second embodiment.
【図6】第2の実施形態に係る半導体装置の製造工程の
うちアウターリード成形工程を示す断面図である。FIG. 6 is a cross-sectional view showing an outer lead forming step in the manufacturing steps of the semiconductor device according to the second embodiment.
【図7】第2の実施形態に係る半導体装置の製造工程に
おけるワイヤーボンディング条件を従来のワイヤーボン
ディング条件と比較して示す図である。FIG. 7 is a diagram showing wire bonding conditions in a manufacturing process of a semiconductor device according to a second embodiment in comparison with conventional wire bonding conditions.
【図8】第2の実施形態に係る半導体装置の製造工程に
よって形成されたインナーリードのボンディング領域付
近を拡大して示す断面図及び斜視図である。FIGS. 8A and 8B are an enlarged cross-sectional view and a perspective view illustrating a vicinity of a bonding region of an inner lead formed by a manufacturing process of a semiconductor device according to a second embodiment.
【図9】従来の半導体装置の構造を示す断面図である。FIG. 9 is a cross-sectional view illustrating a structure of a conventional semiconductor device.
【図10】従来の半導体装置の製造工程のうちダイボン
ディング工程を示す断面図である。FIG. 10 is a cross-sectional view showing a die bonding step in a conventional semiconductor device manufacturing process.
【図11】従来の半導体装置の製造工程のうちワイヤボ
ンディング工程を示す断面図である。FIG. 11 is a cross-sectional view showing a wire bonding step in a conventional semiconductor device manufacturing process.
【図12】従来の半導体装置の製造工程のうち樹脂封止
工程を示す断面図である。FIG. 12 is a cross-sectional view showing a resin sealing step in a conventional semiconductor device manufacturing process.
【図13】従来の半導体装置の製造工程のうちアウター
リード成形工程を示す断面図である。FIG. 13 is a cross-sectional view showing an outer lead forming step in a conventional semiconductor device manufacturing process.
【図14】従来の半導体装置の製造工程によって形成さ
れたインナーリードのボンディング領域付近を拡大して
示す断面図及び斜視図である。14A and 14B are an enlarged cross-sectional view and a perspective view showing the vicinity of a bonding region of an inner lead formed by a conventional semiconductor device manufacturing process.
1 リードフレーム 2 ダイパッド部 3 半導体チップ 4 電極 5 インナーリード部 5a ボンディング領域 6 金属細線 6a 先端部 7 封止樹脂 8 アウターリード部 9 本体 10 ニッケルメッキ層 11 パラジウムメッキ層 12 金メッキ層 13 剥がれ領域 20 ボンディングツール DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Lead frame 2 Die pad part 3 Semiconductor chip 4 Electrode 5 Inner lead part 5a Bonding area 6 Thin metal wire 6a Tip part 7 Sealing resin 8 Outer lead part 9 Main body 10 Nickel plating layer 11 Palladium plating layer 12 Gold plating layer 13 Peeling area 20 Bonding tool
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 丸山 幸栄 大阪府高槻市幸町1番1号 松下電子工業 株式会社内 ──────────────────────────────────────────────────の Continuing on the front page (72) Inventor Kouei Maruyama 1-1, Komachi, Takatsuki City, Osaka Prefecture Matsushita Electronics Corporation
Claims (14)
質材料で構成される積層メッキ層とにより構成され、少
なくともインナーリード部及びアウターリード部を有す
るリードフレームと、 上記半導体チップの電極パッドと上記リードフレームと
を接続する金属細線とを備え、 上記インナーリード部のうち上記金属細線が接続される
領域における上記積層メッキ層の最上層の厚みが他の領
域における最上層の厚みよりも厚いことを特徴とする半
導体装置。1. A semiconductor chip having electrode pads, a main body made of metal, and a laminated plating layer formed on the main body layer and having an uppermost layer made of a soft material, and at least an inner lead portion and an outer lead. A lead frame having a portion, a thin metal wire connecting the electrode pad of the semiconductor chip and the lead frame, and an uppermost layer of the laminated plating layer in a region of the inner lead portion to which the thin metal wire is connected. A semiconductor device having a thickness greater than a thickness of an uppermost layer in another region.
記金属細線とは、同質の材料で構成されていることを特
徴とする請求項1記載の半導体装置。2. The semiconductor device according to claim 1, wherein the uppermost layer of the laminated plating layer of the inner lead portion and the thin metal wire are made of the same material. 13. The semiconductor device according to claim 1.
いて、 上記インナーリード部の本体は、銅板で構成されてお
り、 上記インナーリード部の積層メッキ層は、ニッケルメッ
キ層,パラジウムメッキ層及び金メッキ層を順次積層し
て構成されており、 上記金属細線は金を主成分とする材料で構成されている
ことを特徴とする半導体装置。3. The semiconductor device according to claim 1, wherein the main body of the inner lead portion is made of a copper plate, and the laminated plating layer of the inner lead portion is a nickel plating layer, a palladium plating layer, A semiconductor device, comprising: a gold plating layer sequentially laminated; and wherein the thin metal wire is composed of a material containing gold as a main component.
する工程と、 金属からなる本体の上に最上層が軟質材料で構成される
積層メッキ層を施して形成されインナーリード部及びア
ウターリード部を有するリードフレームを準備する工程
と、 上記半導体チップの電極パッド上に金属細線の先端を当
てた状態で荷重と超音波とを印加しながら金属細線と電
極パッドとを接合する第1ボンディング工程と、 上記インナーリード部上に上記金属細線の他の部分を当
てた状態で超音波を印加することなく荷重を印加して上
記金属細線と上記インナーリード部とを接続する第2ボ
ンディング工程とを備えている特徴とする半導体装置の
製造方法。4. A step of preparing a semiconductor chip having an electrode pad; and having an inner lead portion and an outer lead portion formed by applying a laminated plating layer whose uppermost layer is made of a soft material on a main body made of metal. A step of preparing a lead frame; a first bonding step of joining the thin metal wire and the electrode pad while applying a load and an ultrasonic wave with the tip of the thin metal wire applied to the electrode pad of the semiconductor chip; A second bonding step of applying a load without applying ultrasonic waves to connect the thin metal wire and the inner lead portion with another portion of the thin metal wire applied to the inner lead portion. A method for manufacturing a semiconductor device.
する工程と、 金属からなる本体の上に最上層が軟質材料からなる積層
メッキ層を施して形成されインナーリード部及びアウタ
ーリード部を有するリードフレームを準備する工程と、 上記半導体チップの電極パッド上に金属細線の先端を当
てた状態で荷重と超音波とを印加しながら金属細線と電
極パッドとを接合する第1ボンディング工程と、 上記インナーリード部上に上記金属細線の他の部分を当
てた状態で、上記第1ボンディング工程よりも大きな押
圧荷重と第1ボンディング工程よりも小さな出力の超音
波とを印加して、上記金属細線と上記インナーリード部
とを接続する第2ボンディング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. A step of preparing a semiconductor chip having an electrode pad, and a lead frame having an inner lead portion and an outer lead portion formed by applying a laminated plating layer having a top layer made of a soft material on a main body made of metal. A first bonding step of joining the thin metal wire and the electrode pad while applying a load and an ultrasonic wave with the tip of the thin metal wire applied to the electrode pad of the semiconductor chip; and the inner lead In a state where the other portion of the thin metal wire is applied to the portion, a pressing load larger than the first bonding step and an ultrasonic wave having a smaller output than the first bonding step are applied to the thin metal wire and the inner wire. A method of manufacturing a semiconductor device, comprising: a second bonding step of connecting a lead portion.
において、 上記第1ボンディング工程は、超音波出力を約55(m
W)とし、押圧荷重を約60(g)として行われ、 上記第2ボンディング工程は、超音波出力を0〜20
(mW)とし、押圧荷重を150〜250(g)として
行われることを特徴とする半導体装置の製造方法。6. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 5, wherein in the first bonding step, the ultrasonic output is set to about 55 (m).
W), and the pressing load is set to about 60 (g). In the second bonding step, the ultrasonic output is set to 0 to 20.
(MW) and a pressing load of 150 to 250 (g).
造方法において、 上記第1及び第2ボンディング工程では、上記積層メッ
キ層の最上層と同質の材料で構成される金属細線を用い
ることを特徴とする半導体装置の製造方法。7. The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 4, wherein in the first and second bonding steps, a thin metal wire made of a material having the same quality as the uppermost layer of the laminated plating layer is used. A method for manufacturing a semiconductor device, comprising:
造方法において、 上記リードフレームを準備する工程では、銅板からなる
本体の上に、ニッケルメッキ層,パラジウムメッキ層及
び金メッキ層を順次積層してなる積層メッキ層を形成
し、 上記第1及び第2ボンディング工程では、金を主成分と
する材料で構成される金属細線を用いることを特徴とす
る半導体装置の製造方法。8. The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 4, wherein in the step of preparing the lead frame, a nickel plating layer, a palladium plating layer, and a gold plating layer are sequentially laminated on a main body made of a copper plate. A method of manufacturing a semiconductor device, comprising: forming a laminated plating layer by using a metal thin wire composed of a material containing gold as a main component in the first and second bonding steps.
導体装置の製造方法において、 上記第2ボンディング工程は、150〜300(℃)の
温度下で行われることを特徴とする半導体装置の製造方
法。9. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 4, wherein the second bonding step is performed at a temperature of 150 to 300 (° C.). A method for manufacturing a semiconductor device.
載の半導体装置の製造方法において、 上記リードフレームを準備する工程では、上記インナー
リード部のうち上記金属細線が接続される領域における
積層メッキ層の最上層の厚みを他の領域における最上層
の厚みよりも厚くすることを特徴とする半導体装置の製
造方法。10. The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 4, wherein in the step of preparing the lead frame, the thin metal wire of the inner lead portion is connected. A method of manufacturing a semiconductor device, comprising: making a thickness of an uppermost layer of a laminated plating layer in a region larger than a thickness of an uppermost layer in another region.
備する工程と、 金属からなる本体の上にニッケルメッキ層,パラジウム
メッキ層及び金メッキ層順次積層してなる積層メッキを
施して形成されインナーリード部及びアウターリード部
を有するリードフレームを準備する工程と、 上記半導体チップの電極パッド上に金を主成分とする材
料で構成される金属細線の先端を当てた状態で荷重と超
音波とを印加しながら金属細線と電極パッドとを接合す
る第1ボンディング工程と、 上記インナーリード部上に上記金属細線の他の部分を当
てた状態で、150〜250(g)の押圧荷重と、出力
が0〜20(mW)の超音波とを印加して上記金属細線
と上記インナーリード部とを接続する第2ボンディング
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。11. A step of preparing a semiconductor chip having an electrode pad, and performing an inner lead portion formed by applying a laminated plating in which a nickel plating layer, a palladium plating layer, and a gold plating layer are sequentially laminated on a metal main body. A step of preparing a lead frame having an outer lead portion, while applying a load and ultrasonic waves in a state in which a tip of a thin metal wire made of a material mainly containing gold is applied to the electrode pads of the semiconductor chip. A first bonding step of joining the thin metal wire and the electrode pad; and a pressing load of 150 to 250 (g) and an output of 0 to 20 in a state where another portion of the thin metal wire is applied to the inner lead portion. A second bonding step of applying an ultrasonic wave of (mW) to connect the fine metal wire and the inner lead portion. A method for manufacturing a conductor device.
方法において、 上記第1ボンディング工程及び第2ボンディング工程の
後に、上記半導体チップ,上記金属細線及び上記インナ
ーリード部を樹脂で封止する工程をさらに備えているこ
とを特徴とする半導体装置の製造方法。12. The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 11, wherein after the first bonding step and the second bonding step, the semiconductor chip, the thin metal wires, and the inner lead portions are sealed with a resin. A method for manufacturing a semiconductor device, further comprising:
置の製造方法において、 上記第2ボンディング工程は、150〜300(℃)の
温度下で行われることを特徴とする半導体装置の製造方
法。13. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 11, wherein the second bonding step is performed at a temperature of 150 to 300 (° C.).
置の製造方法において、 上記第2ボンディング工程では、超音波の出力を0とす
ることを特徴とする半導体装置の製造方法。14. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 11, wherein in the second bonding step, an output of an ultrasonic wave is set to 0.
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1997
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