JPH1084064A - 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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JPH1084064A JP16713597A JP16713597A JPH1084064A JP H1084064 A JPH1084064 A JP H1084064A JP 16713597 A JP16713597 A JP 16713597A JP 16713597 A JP16713597 A JP 16713597A JP H1084064 A JPH1084064 A JP H1084064A
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Kenichi Nishiyama
健一 西山
Yukie Maruyama
幸栄 丸山
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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。

Description

【発明の詳細な説明】
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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）。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【００４１】
【発明の実施の形態】
（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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【図面の簡単な説明】
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【図９】従来の半導体装置の構造を示す断面図である。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【符号の説明】
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
───────────────────────────────────────────────────── 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

Claims (14)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 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。
  2. 【請求項２】 請求項１に記載の半導体装置において、 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。
  3. 【請求項３】 請求項１又は２に記載の半導体装置にお
    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。
  4. 【請求項４】 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特徴とする半導体装置の
    製造方法。
  5. 【請求項５】 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。
  6. 【請求項６】 請求項５に記載の半導体装置の製造方法
    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。
  7. 【請求項７】 請求項４又は５に記載の半導体装置の製
    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。
  8. 【請求項８】 請求項４又は５に記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、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。
  9. 【請求項９】 請求項４，５，６，７又は８に記載の半
    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。
  10. 【請求項１０】 請求項４，５，６，７，８又は９に記
    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。
  11. 【請求項１１】 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。
  12. 【請求項１２】 請求項１１に記載の半導体装置の製造
    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。
  13. 【請求項１３】 請求項１１又は１２に記載の半導体装
    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。
  14. 【請求項１４】 請求項１１又は１３に記載の半導体装
    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。
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