低ループ・ワイヤ・ボンディングのシステムと方法
低ループ・ワイヤ・ボンディングのための方法が提供される。この方法は、第一ワイヤ（１２０）の一端に配置された第一ボンディング・ボール（１２２）と、一つまたはそれ以上のリード線（１１４）を有するリードフレーム（１１０）へ結合されたダイ（２０）のボンド・パッド（２２）の間に第一ボンドを形成することを含む。この方法はまた、前記ワイヤの一部分と前記リードフレーム（１１４）の間に第二ボンド（１２４）を形成することを含む。前記第一ボンドと前記第二ボンドの間のワイヤの前記長さは、第一ループ高さ（１９０）を有する前記ワイヤ内のループを形成する。この方法はさらに、前記第一ボンディング・ボール（１２２）の上に第二ボンディング・ボール（１６４）を配置することを含み、前記ループの一部分は前記第一および第二のボンディング・ボール（１２２、１６２）の間で圧縮される。この圧縮されたループは、第一ループ高さ（１９０）よりも低い第二ループ高さ（１９５）を有する。この方法はまた、前記第二ボンディング・ボール（１６２）、前記ワイヤ（１２０）、および前記第一ボンディング・ボール（１２２）の間に第三ボンドを形成することを含む。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般に半導体の分野に関係し、特に、低ループ・ワイヤ・ボンディングのシステムと方法に関係する。
【背景技術】
【０００２】
集積回路製造における典型的なワイヤ・ボンディング加工は、ダイのパッドに結合される端部に、ボンディング・ボールを有する通常の導線を使用する。ボールがパッドへボンドされた後に、ワイヤの他端がリードフレームの１つのリード線へボンドされて、ワイヤの「ループ」を形成する。このワイヤ・ループの高さは半導体パッケージの高さへ直接に影響する。薄型パッケージやスタック・パッケージなどにより、半導体パッケージングが一層コンパクトになるにつれて、パッケージング・サイズの極小化と信頼性の確保が、半導体設計のますます重要な考慮点になってきた。従って、ループ高さの極小化は、半導体パッケージングのサイズを小さくするのに重要である。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
本発明の１つの実施例において、低ループ・ワイヤ・ボンディングのための方法が提供される。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
この方法は、第一ワイヤの一端に配置された第一ボンディング・ボールと、１つまたはそれ以上のリード線を有するリードフレームへ結合されたダイのボンド・パッドとの間に、第一ボンドを形成することを含む。この方法はまた、ワイヤの一部分とリードフレームのリードとの間に第二ボンドを形成することを含む。第一ボンドと第二ボンドの間のワイヤの長さは、第一ループ高さを有するワイヤのループを形成する。この方法は更に、第一ボンディング・ボールの上に第二ボンディング・ボールを配置することを含み、ループの一部分は第一および第二のボンディング・ボールの間で圧縮される。圧縮されたループは、第一ループ高さよりも低い第二ループ高さを有する。この方法はまた、第二ボンディング・ボール、ワイヤ、および第一ボンディング・ボールの間に、第三ボンドを形成することを含む。
【０００５】
本発明のもう一つの実施例において、半導体デバイスはリードフレームに結合されたダイを含み、このダイは１つまたはそれ以上のリード線を有する。リードフレームは、１つまたはそれ以上のリード線を含む。このシステムは更に、一端に配置されたボンディング・ボールを有する第一ワイヤを含み、ボンディング・ボールは第一ボンドにおいてダイのボンド・パッドへボンドされ、第二ボンドにおいてワイヤの一部分がリードフレームのリード線へボンドされる。第一ボンドと第二ボンドの間のワイヤの長さは、第一ループ高さを有するワイヤのループを形成する。このシステムはまた、第二ボンディング・ボール、ワイヤ、および第一ボンディング・ボールの間に形成される第三ボンドを含み、この第二ボンディング・ボールは第一ボンディング・ボールの上に配置される。ループの一部分は、第一および第二のボンディング・ボールの間で圧縮される。圧縮されたループは、第一ループ高さよりも低い第二ループ高さを有する。
【０００６】
本発明のもう一つの実施例において、低ループ・ワイヤ・ボンディングのための方法が提供される。この方法は、ボンディング・ヘッド内に金線を配置することを含む。金線は、このワイヤの一端に配置される第一ボンディング・ボールを含む。第一ボンディング・ボールは、ボンディング・ヘッドの一端から延伸する。この方法はまた、リードフレームに対してボンディング・ヘッドを位置決めして、第一ボンドが形成されるボンド・パッドに対して第一ボンディング・ボールを位置決めすることと、第一ボンディング・ボールとボンド・パッドの間に第一ボンドを形成することを含む。この方法はまた、リードフレームに対してボンディング・ヘッドを位置決めして、第二ボンドが形成されるリードフレームのリード線に対してワイヤの一部分を位置決めすることを含む。この方法は更に、ワイヤのこの部分とリード線の間に、第二ボンドを形成することを含む。第一ボンドと第二ボンドの間のワイヤの長さは、第一ループ高さを有するワイヤのループを形成する。この方法はまた、第二ボンド近辺のワイヤを切断して、切断されたワイヤの先端に第二ボンディング・ボールを形成することを含む。この方法はまた、第一ボンディング・ボールの上に第二ボンディング・ボールを配置することを含む。ループの一部分は、第一および第二のボンディング・ボールの間で圧縮される。圧縮されたループは、第一ループ高さよりも低い第二ループ高さを有し、第二ループ高さは、約５２μｍよりも低い。この方法はまた、第二ボンディング・ボール、ワイヤ、および第一ボンディング・ボールの間に、第三ボンドを形成することを含む。第一、第二、および第三のボンドは、熱圧着またはサーモソニック・ボンディング（ｔｈｅｒｍｏｓｏｎｉｃ ｂｏｎｄｉｎｇ）からなるグループから選択される接着方法を使用して形成される。
【０００７】
本発明の一つまたはそれ以上の実施例の技術的長所には、ワイヤ・ボンド・ループ高さの削減が含まれ、これは半導体パッケージの全体的なサイズの削減を可能にする。本発明の一つまたはそれ以上の実施例の他の技術的長所は、ループ・ワイヤの引っ張り強さの増大による半導体アセンブリの信頼性を増大する能力である。
【０００８】
いくつかの実施例は、これらの技術的長所の全て、いくつかを供給し、または供給しない。いくつかの実施例は、一つまたはそれ以上の他の技術的長所を供給し、それらの一つまたはそれ以上は、本書に含まれる図面、説明、特許請求の範囲から、当業者に容易に明らかになるであろう。
【実施例】
【０００９】
本発明の実施例とその利点は、図面の図１ないし図４を参照することにより最も良く理解されるが、諸図の同一または対応する部分について、同一番号が使用されている。
【００１０】
半導体製造工程は２つの主要工程に分けられる：（１）ウエハ製造、および（２）ウエハ・テスト、組立、およびパッケージングである。ウエハ製造の工程は、ブランクのシリコン・ウエハの中と上に材料の層を逐次的に構築して、集積回路などの半導体デバイスを形成する一連のステップである。たとえばこれらのステップは、とりわけ酸化、フォトリソグラフィ、沈積、メタライゼイション、および機械的化学的平坦化を含む。これらの製造ステップは当業者に公知なので、更には詳述しない。
【００１１】
図１Ａと図１Ｂは、ウエハ製造から典型的に結果する製品を図示する。この製品は、ブランクの半導体ウエハ１２の中と上に形成されるダイ２０のグリッドを含む製造済みウエハ１０である。各ダイ０は、製造ステージの間に形成された個別の半導体デバイス（たとえば集積回路）を含む。製造済みウエハ２０は、それらの複雑さとサイズにより、いずれかの数のダイ２０を収容する。各ダイ２０は、ダイ２０のエッジを並べる多数のボンド・パッドまたはボンディング・パッド２２を含む。ボンド・パッド２２は、電気信号が回路へ供給されるように集積回路の種々の部分へ結合された導電エリアである。ボンド・パッド２２は、金属などいずれか適当な導電物質から制作され、いずれか適当なサイズと形状を有し、また、いずれか適当なパターンで第２０の上に形成される。ダイ２０は、スクライブ・チャネル（ｓｃｒｉｂｅ ｃｈａｎｎｅｌｓ）３０（代わりにスクライブ・ライン（ｓｃｒｉｂｅ ｌｉｎｅ）またはソー・ライン（ｓａｗ ｌｉｎｅ）と呼ばれる）により、製造済みウエハ１０上で分離されている。スクライブ・チャネル３０は、各ダイ２０の周辺の間のエリア（回路その他の構造がその上に製造されていないブランクのウエハ１２の部分）を含む。
【００１２】
ウエハ１０を製造した後に、ウエハ１０は機能的にテストされ、その間に各ダイ２０は、テストの結果により受け入れられるかまたは拒絶されるかをマークされる。ウエハ・テストは、当技術分野に公知であるので、さらには詳述しない。テスト段階から到着するウエハ１０は、典型的にインクの点によりマークされた拒絶ダイのマークを有するか、またはそのダイが拒絶された原因であるダイの中の欠陥の位置のマップが添付されている。組み立て段階の最初のステップは、プレシジョン・ソー（ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ ｓａｗ）を使用してダイ２０をスクライブ・チャネル３０へカットすることである（代わりにダイをスクライブすることにより、分離できる）。拒絶とマークされたダイ２０は除外され、それからテスト段階を通過したダイ２０はパッケージングのためのフレーム（典型的に、リードフレームと呼ばれる）へ各々添付されるが、図２に関して一層詳細に説明する。パッケージング段階において、ダイ２０の一つまたはそれ以上のボンド・パッド２２が金線など細い金属線を介してパッケージ・リードフレーム上の対応するリード線へ結合されるが、これは図３Ａないし図３Ｉに関して、さらに詳細に説明される。
【００１３】
図２は、リードフレーム・アセンブリ１００の例を図示する。リードフレーム１００は、リードフレーム１１０、リードフレーム１１０へ取り付けられたダイ２０、およびダイ２０をリードフレーム１１０へ電気的に結合するワイヤ１２０を含む。リードフレーム１１０のようなリードフレームは、金属などの適当な導電物質から作られる。ある実施例において、リードフレーム１１０は、ダイ・アタッチメント・エリア１１２を含む。パッケージング中に、ダイ２０は金シリコン共晶層（ｇｏｌｄ‐ｓｉｌｉｃｏｎ ｅｕｔｅｃｔｉｃ ｌａｙｅｒ）、エポキシ接着剤、またはダイ２０をダイ・アタッチメント・エリア１１２へ取り付けるいずれかの適当な方法を用いて、ダイ・アタッチメント・エリア１１２へ取り付けられる。ダイ２０がダイ・アタッチメント・エリア１１２へ取り付けられると、自動ワイヤ・ボンディング・ツールが使用されて、ワイヤ１２０をボンド・パッド２２およびリード１１４へ取り付け、これによりダイ２０がリード１１４へ電気的に結合されるが、これは図３Ａないし図３Ｉに関して一層詳細に説明される。ある実施例においては、ワイヤ１２０はアルミニウムまたは金などのいずれか適当な導電物質から作られ、人間の髪の毛の直径よりも小さな直径を有する。たとえばワイヤ１２０は約２５マイクロメータ（μｍ）の直径を有する。ダイ２０とリードフレーム１１０の間に、適当な電気的接続がなされた後に、リードフレーム・アセンブリ１１０の一部分は、プラスチックまたはエポキシのブロック内にカプセル化される。このカプセル化処理は公知であるので、さらには詳述しない。
【００１４】
技術の進歩が半導体パッケージ・サイズの減少を要求するので、ワイヤ１２０により使用される空間の大きさが重要な要素になった。本発明の教示によれば、半導体パッケージ・サイズを減少させることができて、同時に半導体の信頼性を維持または改良できる低ループ・ワイヤ・ボンディングのためのシステムと方法が供給される。
【００１５】
図３Ａないし図３Ｉは、低ループ・ワイヤ・ボンディングのための例示的なシステムの例示的な断面図を示す。図３Ａないし図３Ｃは、ダイ２０のボンド・パッド２２へ接着されるワイヤ１２０を図示する。図３Ａにおいて、ワイヤ１２０はワイヤ１２０の端部に配置されたボンディング・ボール１２２を含む。ある実施例においては、ボンディング・ボール１２２の形成は瞬間的な電気的スパークまたは小さな水素の炎を使用して、ワイヤ１２０の先端を溶かしてボンディング・ボール１２２を形成する。ボンディング・ボール１２２のようなボンディング・ボールの通常の形成と使用は、当業者に公知である。ワイヤ１２０は、自動ワイヤ・ボンディング・ツールのボンディング・ヘッド１４０により配置されて、グリップされる。ボンディング・ヘッド１４０はいずれか適当なサイズと形状であって良く、またいずれか適当な物質から形成される。ある実施例において、ボンディング・ヘッド１４０はセラミック物質から形成される。ボンディング・ヘッド１４０は、「毛細血管」としても知られるワイヤ・パッセージ１４２を含み、これは適当なワイヤ１２０を受け入れるために構成される。ワイヤ・パッセージ１４２は、いずれか適当なプロフィールを有し、いずれか適当な方法でボンディング・ヘッド１４０の中に形成される。図３Ａは単一のボンディング・ヘッド１４０を図示するが、いずれか適当な数のボンディング・ヘッド１４０を利用することができ、これにより、一つまたはそれ以上のワイヤ１２０が、ダイ２０のボンド・パッド２２へ同時的に接着される。
【００１６】
ある実施例において、ボンディング・ヘッド１４０は、ボンディング・ヘッド１４０を位置決めするためのロボット・アームのようなコンピュータ制御の装置を使用して、ダイ２０の上に位置決めされ、またこうしてボンディング・パッド２２上にワイヤ１２０およびボンディング・ボール１２２を位置決めする。代わりの実施例において、ダイ２０は、コンピュータ制御の装置を使用してボンディング・ヘッド１４０の下に位置決めされる。図３Ａに示すように、ボンディング・ヘッド１４０は、矢印１５０に示すように、ボンディング・パッド２２に向かって移動する。ある実施例において、ボンディング・ボール１２２に熱が加えられて、ボール１２２を柔らかくする。図３Ｂにおいて、ボンディング・ヘッド１４０は、ボンド・パッド２２へ向かって下降済みであって、これにより加熱されたボンディング・ボール１２２をボンド・パッド２２に対して押し付け、ボンディング・ボール１２２をボンド・パッド２２に対して少なくとも部分的に平らになるようにして、ワイヤ１２０とパッド２２の間に接着を形成する。このタイプの接着は、「熱圧縮」接着と呼ばれる。代わりの実施例において、超短波エネルギーのパルスがボール１２２へ加えられる。この追加のエネルギーは、ボンディング・ボール１２２を柔らかくするのに必要な熱を供給するのに充分であり、これにより、ボンディング・ボール１２２はパッド２２へ押し付けられて接着する。このタイプの接着は、「サーモソニック（ｔｈｅｒｍｏｓｏｎｉｃ）」接着と呼ばれる。熱圧縮接着法およびサーモソニック接着法を上記に議論したが、ボンディング・パッド２２と、ボンディング・ボール１２２を接着するためのいずれか他の適当な方法を実施できる。
【００１７】
図３Ｃにおいて、ボンディング・ヘッド１４０は、矢印１５２で示すようにワイヤ１２０へのそのグリップをゆるめてダイ２０から離れて上昇する。図３Ｄにループ高さ１９０で示すように、ボンディング・ヘッド１４０が予備的な「ループ高さ」へ上昇すると、ボンディング・ヘッド１４０はリード１１４の上に位置決めされる（またはリード１１４がボンディング・ヘッド１４０の下に位置決めされる）。一般に、従来のワイヤ・ボンディング処理は、ワイヤ・ボンド上の機械的緊張を減少させて、「ネック（ｎｅｃｋ）」損傷のような機械的緊張により起こるワイヤへの損傷を防止するために、一定の最低ループ高さを維持することが必要である。そうしたワイヤ損傷は、接着の完全性を減少させると共に、接着の電気的性能に影響する。たとえば従来のループ・ボンディングを使用した場合、本発明に関して実行された実験は、従来のループ・ボンディングについて典型的な平均ループ高さ１９０は、約６５μｍであることが示された。従来のループ・ボンディングのための典型的なループ高さ１９０の範囲は、約５９μｍないし７２μｍであった。図３Ｇないし図３Ｉに示すように、本発明の諸実施例は従来の技法よりも一層低いループ高さを可能にすると共に、ワイヤへの損傷の影響を減少させる。
【００１８】
図３Ｄは、矢印１５５により示すように、リード線１１４の上に位置決めされるために横方向に動いているボンディング・ヘッド１４０を図示する。代わりの実施例において、リードフレーム・アセンブリ１００が横方向に移動して、これにより、矢印１５４で示すように、リード線１１４がボンディング・ヘッド１４０の下に位置決めされる。ある実施例においては、従来のワイヤ・ループ・ボンディング処理の一つの結果は、従来のループ・ボンディング中にパッド２２とのボンディング接合において、ワイヤ１２０に加わる機械的緊張が、ボンディング・ボール１２２の近辺のワイヤ１２０を損傷させる。従来のループ・ボンディングにより引き起こされるこの損傷は、しばしば「ネック・ダメージ（ｎｅｃｋ‐ｄａｍａｇｅ）」と呼ばれるが、それは、ワイヤ１２０とボンディング・ボール１２２の間で、接合の近くすなわち「首（ｎｅｃｋ）」に、起るからである。そうした損傷はワイヤ１２０とパッド２２の間の接着の引っ張り強さを限定し、これは接着の性能に否定的な影響を及ぼす。たとえば本発明に関して行われた実験は、従来のループ・ボンディングが約１．６グラム重量ないし約６．３グラム重量の範囲以内のワイヤ引っ張り強さを結果することを示した。従って、従来のループ・ボンディング技法を使用した場合、ワイヤ１２０に加えられたわずか１．６グラム重量の引っ張りによって、ワイヤ１２０はダイ２０から引き離されることを実験が示した。ネック・ダメージを相殺しワイヤ１２０の引っ張り強さを増大させる方法が、図３Ｇないし図３Ｉに関して下記に議論される。
【００１９】
図３Ｅは、矢印１５６で示すように、リード線１４４へ向かって下降するボンディング・ヘッド１４０を示す。図３Ｅに示すボンディング・ヘッド１４０のリード線１１１への下降は、図３Ｄに示すリード線１１４に対するボンディング・ヘッド１４０の横方向の位置決めから区別される動きとして、図３Ｅに図示されているが、ある実施例においては、これらの位置決め動作が同時的に起り得る。熱圧着またはサーモソニック・ボンディングなどの適当なボンディング技法を使用することにより、ワイヤ１２０がリード線１１４へ接着される。ワイヤ１２０がリード線１１４の表面へ接触するようになると、ボンディング・ヘッド１４０が、リード線１１４に対してワイヤ１２０を変形し、これが楔形接着１２４を生成して、これはワイヤ１２０へ段階的な推移を有する。
【００２０】
図３Ｆは、ボンド１２４からのワイヤ１２０の分離を図示する。ボンド１２４からワイヤ１２０を分離するために、電気的スパークまたは小さな水素の炎が使用される。この同じ電気的スパークまたは炎は、他のパッド２２への接着のためにワイヤ１２０を準備するために、ワイヤ・パッセージ１４２内に配置されたワイヤ１２０の先端において、新しいボンディング・ボール１２２を同時的に形成するために使用される。
【００２１】
図３Ｇないし図３Ｉは、ボンディング・ボール１２０へスタッド・バンプ（ｓｔｕｄ ｂｕｍｐ）を接着する処理を図示する。図３Ｇにおいて、通常のループ接着後のリードフレーム・アセンブリ１００の全体の高さまたは厚さを、パッケージ高さ１９２として図示する。ワイヤ１６０が、自動ワイヤ・ボンディング・ツールのボンディング・ヘッド１７０により配置されて、グリップされる。ある実施例においては、ボンディング・ヘッド１７０はセラミック物質から形成される。ボンディング・ヘッド１７０は、いずれか適当なサイズと形状で良く、またいずれか適当な物質から形成される。ボンディング・ヘッド１７０は、構造と機能において、図３Ａないし図３Ｆのボンディング・ヘッド１４０に実質的に類似している。さらに、ある実施例においては、同一の自動ワイヤ・ボンディング・ツールを、ボンディング・ヘッド１４０および同１７０として、両方に使用できる。代わりの実施例において、別々の自動ワイヤ・ボンディング・ツールを、ボンディング・ヘッド１４０および同１７０の各々に使用できる。図３Ｇは、単一のボンディング・ヘッド１７０を図示するが、いずれか適当な数のボンディング・ヘッドを使用して、それにより、一つまたはそれ以上のボンディング・ボール１６２をダイ２０の上に同時的に位置決めできる。
【００２２】
ボンディング・ヘッド１７０は、「毛細血管」としても知られるワイヤ・パッセージ１７２を含み、これは、適当なワイヤ１６０を受け入れるように構成される。ワイヤ１６０は、ワイヤ１６０の端部に配置されるボンディング・ボール１６２を含む。ワイヤ１６０とボンディング・ボール１６２は、構造において、実質的にワイヤ１２０およびボンディング・ボール１２２に類似している。ある実施例において、ワイヤ１６０は、図３Ａないし図３Ｆに図示された最初のボンディング処理に使用されたワイヤ（ワイヤ１２０）と、同一である。ボンディング・ボール１６２を形成する方法は、ボンディング・ボール１２２を形成する方法と、同一であるかまたは、実質的に類似している。
【００２３】
ある実施例において、ボンディング・ヘッド１７０は、ロボット・アームなどのボンディング・ヘッドを位置決めするためのコンピュータ制御の装置を使用してダイ２０の上に位置決めされ、またこうしてワイヤ１６０およびボンディング・ボール１６２は、ワイヤ１２０が接続されているボンディング・パッド２２の上に、位置決めされる。ある実施例において、ボンディング・ヘッド１７０は、ボンディング・パッド２２へワイヤ１２０を取り付けるために使用されるボンディング・ヘッド１４０と、同一であるかまたは実質的に類似している。
【００２４】
図３Ｇに矢印１８０で示す通り、ボンディング・ヘッド１６０がボンド・パッド２２へ向かって移動する。ある実施例において、熱または超音波のエネルギーがボンディング・ボール１６２へ加えられて、ボール１６２を柔らかくする。図３Ｈにおいて、ボンディング・ヘッド１７０はボンディング・パッド２２へ向かって下降済みであり、これにより、ボンド・ボール１６２をワイヤ１２０に対して押し付けており、ボンディング・ボール１２２がワイヤ１２０を変形させて、ループ高さ１９０をより低いループ高さ１９５へ減少させる。ボンディング・ボール１６２は、ワイヤ１２０およびボンディング・ボール１２２に対して少なくとも部分的に平らにされる。上記の議論に類似して、熱圧着またはサーモソニック・ボンディングのいずれも使用可能であり、ボンディング・ボール１６２をワイヤ１２０およびボール１２２へ接着するための、いずれか他の適当な方法もまた実施可能である。
【００２５】
図３Ｈにおいて、ボンディング・ヘッド１７０は、ワイヤ１６０上のそのグリップをゆるめて、矢印１８２で示すように、ダイ２０から離れて上昇する。適当なフラッシュ処理またはいずれか他の適当な技法を用いて、ボール１６２は残りのワイヤ１６０から分離されて、「スタッド・バンプ」１６４を形成する。
【００２６】
本発明に関連して実行された実験が示した所では、本発明の実施例のループ・ボンディングの方法のための典型的な平均ループ高さは、図３Ａないし図３Ｆに示すように約４７μｍであり、従来のループ・ボンディングを使用した約６５μｍに対して、平均ループ高さにおいて、１５μｍ以上の減少（たとえば、約１８μｍ）である。本発明のループ・ボンディング技法のためのループ高さ１９５の典型的な範囲は、約４０μｍないし約５２μｍであることが実験的に示されており、従来のループ・ボンディングを使用した約５９ないし約７２μｍに対する。これは、従来のループ・ボンディングを使用して達成される高さ１９２よりも一層低い全体的なリードフレーム・アッセンブリ高さ１９７を結果する。図３Ｇないし図３Ｉに図示される処理は、ワイヤ・ボンドのループ高さを削減し、それにより、カプセル化に先立ってリードフレーム・アセンブリ１００の全体的な高さを減少し、これは一方半導体パッケージの高さまたは厚さを削減する。このループ高さの削減は、スタッド・バンプ１６２がボンディング・ボールにボンドされた後に、ワイヤ１２０がボンドから伸びる角度が削減され、それによりループの高さが減少するために起こる。図３Ｇに示すように、ワイヤ１２０はボンドへスタッド・バンプ１６４を追加するのに先立って、ボンディング・ボール１２２から実質的に垂直に延伸している。しかしながら、図３Ｈないし図３Ｉに示すように、スタッド・バンプ１６４がボンディング・ボール１２２へボンドされた後は、ワイヤ１２０がボンドから垂直ではなく延伸し、これによりループ高さを減少させている。
【００２７】
ある実施例において、本発明の低ループ・ボンディングの方法は、半導体パッケージの全体的な厚さを削減するだけでなく、スタッド・バンプ１６４をワイヤ１２０およびボンディング・ボール１２２へボンドする処理もまたワイヤ１２０の引っ張り強さを改良する。これは、スタッド・バンプ１６４の追加により生成されるボンドは、従来のボンドよりも強力になるが、その理由は、部分的には、ネック損傷を含むかも知れないワイヤ１２０の部分がボンディング・ボード１２２およびスタッド・バンプ１６４によりボンド内に組み込み済みであり、それによりボンドの力を増すためである。実験の示す所では、スタッド・バンプをワイヤ１２０およびボール１２２へボンドした後のワイヤ１２０の引っ張り強さは、図３Ａないし図３Ｆに示した通常のループ・ボンディング処理の後のワイヤ１２０の引っ張り強さに比較して、増大する。たとえば、いくつかの実施例において実験の示すところでは、スタッド・バンプ１６４のボンディングの後にワイヤ１２０の引っ張り強さの範囲は約４．３グラム重量ないし約６．５グラム重量であり、平均的な引っ張り強さは約５．９グラム重量である。したがって、図３Ｇないし図３Ｉに関して説明するループ・ボンディング法を使用することにより、ワイヤ１２０の最初引っ張り強さは、いくつかの実施例において約１．６グラム重量から約４．３グラム重量へ増大することが実験により示された。
【００２８】
図４は、低ループ・ワイヤ・ボンディングのための例示的な方法２００を図示する。この方法はステップ２０２で始まり、ここで、ワイヤ１２０などのワイヤに取り付けられたボンディング・ボール１２２などのボンディング・ボールが、ダイ２０のパッド２２へ接着される。図３Ａないし図３Ｃに関して上記に議論したように、熱圧着またはサーモソニック・ボンディングなどのいずれか適当なボンディング方法を、パッド２２へボール１２２を接着するのに使用できる。ステップ２０４で、ワイヤ１２０がリード線１１４の上に位置決めされて、図３Ｄに示すようにループ高さ１９０を有するループを生成する。ステップ２０６で、ワイヤ１２０がリード線１１４へ接着されてボンド１２４を形成する。ワイヤ１２０は、それから電気的スパークまたは小さな水素炎を使用して、ボンド１２４から分離され、ワイヤ１２０からの端部に、もう一つのボンド・ボールを生成する。ステップ２０８で、ボンド・ボール１６２がパッド２２の上に位置決めされて、ワイヤ１２０およびあらかじめパッド２２へ接着されているボンド・ボール１２２へ接着される。図３Ｈに示すように、このステップは、ワイヤ１２０の元のループを圧縮して、それによりループ高さ１９０からループ高さ１９５へループ高さを削減する。最後にステップ２１０で、ボンド・ボール１６２がワイヤ１６０から分離されて、ワイヤ１２０およびボンド・ボール１２２へ接着されたスタッド・バンプ１６４を残す。上記に議論したように、ある実施例においては、それらがパッド２２へ接着されたワイヤ１２０およびボンド・ボール１２２の上のスタッド・バンプ１６４の「スタッキング」は、（ループ高さを、削減することにより）半導体パッケージの厚さを削減するだけでなく、ワイヤ１２０の引っ張り強さを改良するのにも役立ち、したがって半導体デバイスの信頼性を改良する。
【００２９】
例示的な方法を図示してきたが、本発明は二つまたはそれ以上のステップが実質的に同時に実現すること、または異なった順序で実現することを考慮している。さらに、本発明は追加ステップ、より少ないステップ、または異なったステップを、低ループ・ワイヤ・ボンディングのために適切である限り使用することを考慮している。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１Ａ】製造された半導体ウエハを図示する。
【図１Ｂ】図１Ａのウエハの部分拡大図を示す。
【図２】例示的なリードフレーム・アセンブリを図示する。
【図３】ＡからＩは、低ループ・ワイヤ・ボンディングのための例示的なシステムの断面図を示す。
【図４】低ループ・ワイヤ・ボンディングのための例示的な方法を図示する。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般に半導体の分野に関係し、特に、低ループ・ワイヤ・ボンディングのシステムと方法に関係する。
【背景技術】
【０００２】
集積回路製造における典型的なワイヤ・ボンディング加工は、ダイのパッドに結合される端部に、ボンディング・ボールを有する通常の導線を使用する。ボールがパッドへボンドされた後に、ワイヤの他端がリードフレームの１つのリード線へボンドされて、ワイヤの「ループ」を形成する。このワイヤ・ループの高さは半導体パッケージの高さへ直接に影響する。薄型パッケージやスタック・パッケージなどにより、半導体パッケージングが一層コンパクトになるにつれて、パッケージング・サイズの極小化と信頼性の確保が、半導体設計のますます重要な考慮点になってきた。従って、ループ高さの極小化は、半導体パッケージングのサイズを小さくするのに重要である。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
本発明の１つの実施例において、低ループ・ワイヤ・ボンディングのための方法が提供される。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
この方法は、第一ワイヤの一端に配置された第一ボンディング・ボールと、１つまたはそれ以上のリード線を有するリードフレームへ結合されたダイのボンド・パッドとの間に、第一ボンドを形成することを含む。この方法はまた、ワイヤの一部分とリードフレームのリードとの間に第二ボンドを形成することを含む。第一ボンドと第二ボンドの間のワイヤの長さは、第一ループ高さを有するワイヤのループを形成する。この方法は更に、第一ボンディング・ボールの上に第二ボンディング・ボールを配置することを含み、ループの一部分は第一および第二のボンディング・ボールの間で圧縮される。圧縮されたループは、第一ループ高さよりも低い第二ループ高さを有する。この方法はまた、第二ボンディング・ボール、ワイヤ、および第一ボンディング・ボールの間に、第三ボンドを形成することを含む。
【０００５】
本発明のもう一つの実施例において、半導体デバイスはリードフレームに結合されたダイを含み、このダイは１つまたはそれ以上のリード線を有する。リードフレームは、１つまたはそれ以上のリード線を含む。このシステムは更に、一端に配置されたボンディング・ボールを有する第一ワイヤを含み、ボンディング・ボールは第一ボンドにおいてダイのボンド・パッドへボンドされ、第二ボンドにおいてワイヤの一部分がリードフレームのリード線へボンドされる。第一ボンドと第二ボンドの間のワイヤの長さは、第一ループ高さを有するワイヤのループを形成する。このシステムはまた、第二ボンディング・ボール、ワイヤ、および第一ボンディング・ボールの間に形成される第三ボンドを含み、この第二ボンディング・ボールは第一ボンディング・ボールの上に配置される。ループの一部分は、第一および第二のボンディング・ボールの間で圧縮される。圧縮されたループは、第一ループ高さよりも低い第二ループ高さを有する。
【０００６】
本発明のもう一つの実施例において、低ループ・ワイヤ・ボンディングのための方法が提供される。この方法は、ボンディング・ヘッド内に金線を配置することを含む。金線は、このワイヤの一端に配置される第一ボンディング・ボールを含む。第一ボンディング・ボールは、ボンディング・ヘッドの一端から延伸する。この方法はまた、リードフレームに対してボンディング・ヘッドを位置決めして、第一ボンドが形成されるボンド・パッドに対して第一ボンディング・ボールを位置決めすることと、第一ボンディング・ボールとボンド・パッドの間に第一ボンドを形成することを含む。この方法はまた、リードフレームに対してボンディング・ヘッドを位置決めして、第二ボンドが形成されるリードフレームのリード線に対してワイヤの一部分を位置決めすることを含む。この方法は更に、ワイヤのこの部分とリード線の間に、第二ボンドを形成することを含む。第一ボンドと第二ボンドの間のワイヤの長さは、第一ループ高さを有するワイヤのループを形成する。この方法はまた、第二ボンド近辺のワイヤを切断して、切断されたワイヤの先端に第二ボンディング・ボールを形成することを含む。この方法はまた、第一ボンディング・ボールの上に第二ボンディング・ボールを配置することを含む。ループの一部分は、第一および第二のボンディング・ボールの間で圧縮される。圧縮されたループは、第一ループ高さよりも低い第二ループ高さを有し、第二ループ高さは、約５２μｍよりも低い。この方法はまた、第二ボンディング・ボール、ワイヤ、および第一ボンディング・ボールの間に、第三ボンドを形成することを含む。第一、第二、および第三のボンドは、熱圧着またはサーモソニック・ボンディング（ｔｈｅｒｍｏｓｏｎｉｃ ｂｏｎｄｉｎｇ）からなるグループから選択される接着方法を使用して形成される。
【０００７】
本発明の一つまたはそれ以上の実施例の技術的長所には、ワイヤ・ボンド・ループ高さの削減が含まれ、これは半導体パッケージの全体的なサイズの削減を可能にする。本発明の一つまたはそれ以上の実施例の他の技術的長所は、ループ・ワイヤの引っ張り強さの増大による半導体アセンブリの信頼性を増大する能力である。
【０００８】
いくつかの実施例は、これらの技術的長所の全て、いくつかを供給し、または供給しない。いくつかの実施例は、一つまたはそれ以上の他の技術的長所を供給し、それらの一つまたはそれ以上は、本書に含まれる図面、説明、特許請求の範囲から、当業者に容易に明らかになるであろう。
【実施例】
【０００９】
本発明の実施例とその利点は、図面の図１ないし図４を参照することにより最も良く理解されるが、諸図の同一または対応する部分について、同一番号が使用されている。
【００１０】
半導体製造工程は２つの主要工程に分けられる：（１）ウエハ製造、および（２）ウエハ・テスト、組立、およびパッケージングである。ウエハ製造の工程は、ブランクのシリコン・ウエハの中と上に材料の層を逐次的に構築して、集積回路などの半導体デバイスを形成する一連のステップである。たとえばこれらのステップは、とりわけ酸化、フォトリソグラフィ、沈積、メタライゼイション、および機械的化学的平坦化を含む。これらの製造ステップは当業者に公知なので、更には詳述しない。
【００１１】
図１Ａと図１Ｂは、ウエハ製造から典型的に結果する製品を図示する。この製品は、ブランクの半導体ウエハ１２の中と上に形成されるダイ２０のグリッドを含む製造済みウエハ１０である。各ダイ０は、製造ステージの間に形成された個別の半導体デバイス（たとえば集積回路）を含む。製造済みウエハ２０は、それらの複雑さとサイズにより、いずれかの数のダイ２０を収容する。各ダイ２０は、ダイ２０のエッジを並べる多数のボンド・パッドまたはボンディング・パッド２２を含む。ボンド・パッド２２は、電気信号が回路へ供給されるように集積回路の種々の部分へ結合された導電エリアである。ボンド・パッド２２は、金属などいずれか適当な導電物質から制作され、いずれか適当なサイズと形状を有し、また、いずれか適当なパターンで第２０の上に形成される。ダイ２０は、スクライブ・チャネル（ｓｃｒｉｂｅ ｃｈａｎｎｅｌｓ）３０（代わりにスクライブ・ライン（ｓｃｒｉｂｅ ｌｉｎｅ）またはソー・ライン（ｓａｗ ｌｉｎｅ）と呼ばれる）により、製造済みウエハ１０上で分離されている。スクライブ・チャネル３０は、各ダイ２０の周辺の間のエリア（回路その他の構造がその上に製造されていないブランクのウエハ１２の部分）を含む。
【００１２】
ウエハ１０を製造した後に、ウエハ１０は機能的にテストされ、その間に各ダイ２０は、テストの結果により受け入れられるかまたは拒絶されるかをマークされる。ウエハ・テストは、当技術分野に公知であるので、さらには詳述しない。テスト段階から到着するウエハ１０は、典型的にインクの点によりマークされた拒絶ダイのマークを有するか、またはそのダイが拒絶された原因であるダイの中の欠陥の位置のマップが添付されている。組み立て段階の最初のステップは、プレシジョン・ソー（ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ ｓａｗ）を使用してダイ２０をスクライブ・チャネル３０へカットすることである（代わりにダイをスクライブすることにより、分離できる）。拒絶とマークされたダイ２０は除外され、それからテスト段階を通過したダイ２０はパッケージングのためのフレーム（典型的に、リードフレームと呼ばれる）へ各々添付されるが、図２に関して一層詳細に説明する。パッケージング段階において、ダイ２０の一つまたはそれ以上のボンド・パッド２２が金線など細い金属線を介してパッケージ・リードフレーム上の対応するリード線へ結合されるが、これは図３Ａないし図３Ｉに関して、さらに詳細に説明される。
【００１３】
図２は、リードフレーム・アセンブリ１００の例を図示する。リードフレーム１００は、リードフレーム１１０、リードフレーム１１０へ取り付けられたダイ２０、およびダイ２０をリードフレーム１１０へ電気的に結合するワイヤ１２０を含む。リードフレーム１１０のようなリードフレームは、金属などの適当な導電物質から作られる。ある実施例において、リードフレーム１１０は、ダイ・アタッチメント・エリア１１２を含む。パッケージング中に、ダイ２０は金シリコン共晶層（ｇｏｌｄ‐ｓｉｌｉｃｏｎ ｅｕｔｅｃｔｉｃ ｌａｙｅｒ）、エポキシ接着剤、またはダイ２０をダイ・アタッチメント・エリア１１２へ取り付けるいずれかの適当な方法を用いて、ダイ・アタッチメント・エリア１１２へ取り付けられる。ダイ２０がダイ・アタッチメント・エリア１１２へ取り付けられると、自動ワイヤ・ボンディング・ツールが使用されて、ワイヤ１２０をボンド・パッド２２およびリード１１４へ取り付け、これによりダイ２０がリード１１４へ電気的に結合されるが、これは図３Ａないし図３Ｉに関して一層詳細に説明される。ある実施例においては、ワイヤ１２０はアルミニウムまたは金などのいずれか適当な導電物質から作られ、人間の髪の毛の直径よりも小さな直径を有する。たとえばワイヤ１２０は約２５マイクロメータ（μｍ）の直径を有する。ダイ２０とリードフレーム１１０の間に、適当な電気的接続がなされた後に、リードフレーム・アセンブリ１１０の一部分は、プラスチックまたはエポキシのブロック内にカプセル化される。このカプセル化処理は公知であるので、さらには詳述しない。
【００１４】
技術の進歩が半導体パッケージ・サイズの減少を要求するので、ワイヤ１２０により使用される空間の大きさが重要な要素になった。本発明の教示によれば、半導体パッケージ・サイズを減少させることができて、同時に半導体の信頼性を維持または改良できる低ループ・ワイヤ・ボンディングのためのシステムと方法が供給される。
【００１５】
図３Ａないし図３Ｉは、低ループ・ワイヤ・ボンディングのための例示的なシステムの例示的な断面図を示す。図３Ａないし図３Ｃは、ダイ２０のボンド・パッド２２へ接着されるワイヤ１２０を図示する。図３Ａにおいて、ワイヤ１２０はワイヤ１２０の端部に配置されたボンディング・ボール１２２を含む。ある実施例においては、ボンディング・ボール１２２の形成は瞬間的な電気的スパークまたは小さな水素の炎を使用して、ワイヤ１２０の先端を溶かしてボンディング・ボール１２２を形成する。ボンディング・ボール１２２のようなボンディング・ボールの通常の形成と使用は、当業者に公知である。ワイヤ１２０は、自動ワイヤ・ボンディング・ツールのボンディング・ヘッド１４０により配置されて、グリップされる。ボンディング・ヘッド１４０はいずれか適当なサイズと形状であって良く、またいずれか適当な物質から形成される。ある実施例において、ボンディング・ヘッド１４０はセラミック物質から形成される。ボンディング・ヘッド１４０は、「毛細血管」としても知られるワイヤ・パッセージ１４２を含み、これは適当なワイヤ１２０を受け入れるために構成される。ワイヤ・パッセージ１４２は、いずれか適当なプロフィールを有し、いずれか適当な方法でボンディング・ヘッド１４０の中に形成される。図３Ａは単一のボンディング・ヘッド１４０を図示するが、いずれか適当な数のボンディング・ヘッド１４０を利用することができ、これにより、一つまたはそれ以上のワイヤ１２０が、ダイ２０のボンド・パッド２２へ同時的に接着される。
【００１６】
ある実施例において、ボンディング・ヘッド１４０は、ボンディング・ヘッド１４０を位置決めするためのロボット・アームのようなコンピュータ制御の装置を使用して、ダイ２０の上に位置決めされ、またこうしてボンディング・パッド２２上にワイヤ１２０およびボンディング・ボール１２２を位置決めする。代わりの実施例において、ダイ２０は、コンピュータ制御の装置を使用してボンディング・ヘッド１４０の下に位置決めされる。図３Ａに示すように、ボンディング・ヘッド１４０は、矢印１５０に示すように、ボンディング・パッド２２に向かって移動する。ある実施例において、ボンディング・ボール１２２に熱が加えられて、ボール１２２を柔らかくする。図３Ｂにおいて、ボンディング・ヘッド１４０は、ボンド・パッド２２へ向かって下降済みであって、これにより加熱されたボンディング・ボール１２２をボンド・パッド２２に対して押し付け、ボンディング・ボール１２２をボンド・パッド２２に対して少なくとも部分的に平らになるようにして、ワイヤ１２０とパッド２２の間に接着を形成する。このタイプの接着は、「熱圧縮」接着と呼ばれる。代わりの実施例において、超短波エネルギーのパルスがボール１２２へ加えられる。この追加のエネルギーは、ボンディング・ボール１２２を柔らかくするのに必要な熱を供給するのに充分であり、これにより、ボンディング・ボール１２２はパッド２２へ押し付けられて接着する。このタイプの接着は、「サーモソニック（ｔｈｅｒｍｏｓｏｎｉｃ）」接着と呼ばれる。熱圧縮接着法およびサーモソニック接着法を上記に議論したが、ボンディング・パッド２２と、ボンディング・ボール１２２を接着するためのいずれか他の適当な方法を実施できる。
【００１７】
図３Ｃにおいて、ボンディング・ヘッド１４０は、矢印１５２で示すようにワイヤ１２０へのそのグリップをゆるめてダイ２０から離れて上昇する。図３Ｄにループ高さ１９０で示すように、ボンディング・ヘッド１４０が予備的な「ループ高さ」へ上昇すると、ボンディング・ヘッド１４０はリード１１４の上に位置決めされる（またはリード１１４がボンディング・ヘッド１４０の下に位置決めされる）。一般に、従来のワイヤ・ボンディング処理は、ワイヤ・ボンド上の機械的緊張を減少させて、「ネック（ｎｅｃｋ）」損傷のような機械的緊張により起こるワイヤへの損傷を防止するために、一定の最低ループ高さを維持することが必要である。そうしたワイヤ損傷は、接着の完全性を減少させると共に、接着の電気的性能に影響する。たとえば従来のループ・ボンディングを使用した場合、本発明に関して実行された実験は、従来のループ・ボンディングについて典型的な平均ループ高さ１９０は、約６５μｍであることが示された。従来のループ・ボンディングのための典型的なループ高さ１９０の範囲は、約５９μｍないし７２μｍであった。図３Ｇないし図３Ｉに示すように、本発明の諸実施例は従来の技法よりも一層低いループ高さを可能にすると共に、ワイヤへの損傷の影響を減少させる。
【００１８】
図３Ｄは、矢印１５５により示すように、リード線１１４の上に位置決めされるために横方向に動いているボンディング・ヘッド１４０を図示する。代わりの実施例において、リードフレーム・アセンブリ１００が横方向に移動して、これにより、矢印１５４で示すように、リード線１１４がボンディング・ヘッド１４０の下に位置決めされる。ある実施例においては、従来のワイヤ・ループ・ボンディング処理の一つの結果は、従来のループ・ボンディング中にパッド２２とのボンディング接合において、ワイヤ１２０に加わる機械的緊張が、ボンディング・ボール１２２の近辺のワイヤ１２０を損傷させる。従来のループ・ボンディングにより引き起こされるこの損傷は、しばしば「ネック・ダメージ（ｎｅｃｋ‐ｄａｍａｇｅ）」と呼ばれるが、それは、ワイヤ１２０とボンディング・ボール１２２の間で、接合の近くすなわち「首（ｎｅｃｋ）」に、起るからである。そうした損傷はワイヤ１２０とパッド２２の間の接着の引っ張り強さを限定し、これは接着の性能に否定的な影響を及ぼす。たとえば本発明に関して行われた実験は、従来のループ・ボンディングが約１．６グラム重量ないし約６．３グラム重量の範囲以内のワイヤ引っ張り強さを結果することを示した。従って、従来のループ・ボンディング技法を使用した場合、ワイヤ１２０に加えられたわずか１．６グラム重量の引っ張りによって、ワイヤ１２０はダイ２０から引き離されることを実験が示した。ネック・ダメージを相殺しワイヤ１２０の引っ張り強さを増大させる方法が、図３Ｇないし図３Ｉに関して下記に議論される。
【００１９】
図３Ｅは、矢印１５６で示すように、リード線１４４へ向かって下降するボンディング・ヘッド１４０を示す。図３Ｅに示すボンディング・ヘッド１４０のリード線１１１への下降は、図３Ｄに示すリード線１１４に対するボンディング・ヘッド１４０の横方向の位置決めから区別される動きとして、図３Ｅに図示されているが、ある実施例においては、これらの位置決め動作が同時的に起り得る。熱圧着またはサーモソニック・ボンディングなどの適当なボンディング技法を使用することにより、ワイヤ１２０がリード線１１４へ接着される。ワイヤ１２０がリード線１１４の表面へ接触するようになると、ボンディング・ヘッド１４０が、リード線１１４に対してワイヤ１２０を変形し、これが楔形接着１２４を生成して、これはワイヤ１２０へ段階的な推移を有する。
【００２０】
図３Ｆは、ボンド１２４からのワイヤ１２０の分離を図示する。ボンド１２４からワイヤ１２０を分離するために、電気的スパークまたは小さな水素の炎が使用される。この同じ電気的スパークまたは炎は、他のパッド２２への接着のためにワイヤ１２０を準備するために、ワイヤ・パッセージ１４２内に配置されたワイヤ１２０の先端において、新しいボンディング・ボール１２２を同時的に形成するために使用される。
【００２１】
図３Ｇないし図３Ｉは、ボンディング・ボール１２０へスタッド・バンプ（ｓｔｕｄ ｂｕｍｐ）を接着する処理を図示する。図３Ｇにおいて、通常のループ接着後のリードフレーム・アセンブリ１００の全体の高さまたは厚さを、パッケージ高さ１９２として図示する。ワイヤ１６０が、自動ワイヤ・ボンディング・ツールのボンディング・ヘッド１７０により配置されて、グリップされる。ある実施例においては、ボンディング・ヘッド１７０はセラミック物質から形成される。ボンディング・ヘッド１７０は、いずれか適当なサイズと形状で良く、またいずれか適当な物質から形成される。ボンディング・ヘッド１７０は、構造と機能において、図３Ａないし図３Ｆのボンディング・ヘッド１４０に実質的に類似している。さらに、ある実施例においては、同一の自動ワイヤ・ボンディング・ツールを、ボンディング・ヘッド１４０および同１７０として、両方に使用できる。代わりの実施例において、別々の自動ワイヤ・ボンディング・ツールを、ボンディング・ヘッド１４０および同１７０の各々に使用できる。図３Ｇは、単一のボンディング・ヘッド１７０を図示するが、いずれか適当な数のボンディング・ヘッドを使用して、それにより、一つまたはそれ以上のボンディング・ボール１６２をダイ２０の上に同時的に位置決めできる。
【００２２】
ボンディング・ヘッド１７０は、「毛細血管」としても知られるワイヤ・パッセージ１７２を含み、これは、適当なワイヤ１６０を受け入れるように構成される。ワイヤ１６０は、ワイヤ１６０の端部に配置されるボンディング・ボール１６２を含む。ワイヤ１６０とボンディング・ボール１６２は、構造において、実質的にワイヤ１２０およびボンディング・ボール１２２に類似している。ある実施例において、ワイヤ１６０は、図３Ａないし図３Ｆに図示された最初のボンディング処理に使用されたワイヤ（ワイヤ１２０）と、同一である。ボンディング・ボール１６２を形成する方法は、ボンディング・ボール１２２を形成する方法と、同一であるかまたは、実質的に類似している。
【００２３】
ある実施例において、ボンディング・ヘッド１７０は、ロボット・アームなどのボンディング・ヘッドを位置決めするためのコンピュータ制御の装置を使用してダイ２０の上に位置決めされ、またこうしてワイヤ１６０およびボンディング・ボール１６２は、ワイヤ１２０が接続されているボンディング・パッド２２の上に、位置決めされる。ある実施例において、ボンディング・ヘッド１７０は、ボンディング・パッド２２へワイヤ１２０を取り付けるために使用されるボンディング・ヘッド１４０と、同一であるかまたは実質的に類似している。
【００２４】
図３Ｇに矢印１８０で示す通り、ボンディング・ヘッド１６０がボンド・パッド２２へ向かって移動する。ある実施例において、熱または超音波のエネルギーがボンディング・ボール１６２へ加えられて、ボール１６２を柔らかくする。図３Ｈにおいて、ボンディング・ヘッド１７０はボンディング・パッド２２へ向かって下降済みであり、これにより、ボンド・ボール１６２をワイヤ１２０に対して押し付けており、ボンディング・ボール１２２がワイヤ１２０を変形させて、ループ高さ１９０をより低いループ高さ１９５へ減少させる。ボンディング・ボール１６２は、ワイヤ１２０およびボンディング・ボール１２２に対して少なくとも部分的に平らにされる。上記の議論に類似して、熱圧着またはサーモソニック・ボンディングのいずれも使用可能であり、ボンディング・ボール１６２をワイヤ１２０およびボール１２２へ接着するための、いずれか他の適当な方法もまた実施可能である。
【００２５】
図３Ｈにおいて、ボンディング・ヘッド１７０は、ワイヤ１６０上のそのグリップをゆるめて、矢印１８２で示すように、ダイ２０から離れて上昇する。適当なフラッシュ処理またはいずれか他の適当な技法を用いて、ボール１６２は残りのワイヤ１６０から分離されて、「スタッド・バンプ」１６４を形成する。
【００２６】
本発明に関連して実行された実験が示した所では、本発明の実施例のループ・ボンディングの方法のための典型的な平均ループ高さは、図３Ａないし図３Ｆに示すように約４７μｍであり、従来のループ・ボンディングを使用した約６５μｍに対して、平均ループ高さにおいて、１５μｍ以上の減少（たとえば、約１８μｍ）である。本発明のループ・ボンディング技法のためのループ高さ１９５の典型的な範囲は、約４０μｍないし約５２μｍであることが実験的に示されており、従来のループ・ボンディングを使用した約５９ないし約７２μｍに対する。これは、従来のループ・ボンディングを使用して達成される高さ１９２よりも一層低い全体的なリードフレーム・アッセンブリ高さ１９７を結果する。図３Ｇないし図３Ｉに図示される処理は、ワイヤ・ボンドのループ高さを削減し、それにより、カプセル化に先立ってリードフレーム・アセンブリ１００の全体的な高さを減少し、これは一方半導体パッケージの高さまたは厚さを削減する。このループ高さの削減は、スタッド・バンプ１６２がボンディング・ボールにボンドされた後に、ワイヤ１２０がボンドから伸びる角度が削減され、それによりループの高さが減少するために起こる。図３Ｇに示すように、ワイヤ１２０はボンドへスタッド・バンプ１６４を追加するのに先立って、ボンディング・ボール１２２から実質的に垂直に延伸している。しかしながら、図３Ｈないし図３Ｉに示すように、スタッド・バンプ１６４がボンディング・ボール１２２へボンドされた後は、ワイヤ１２０がボンドから垂直ではなく延伸し、これによりループ高さを減少させている。
【００２７】
ある実施例において、本発明の低ループ・ボンディングの方法は、半導体パッケージの全体的な厚さを削減するだけでなく、スタッド・バンプ１６４をワイヤ１２０およびボンディング・ボール１２２へボンドする処理もまたワイヤ１２０の引っ張り強さを改良する。これは、スタッド・バンプ１６４の追加により生成されるボンドは、従来のボンドよりも強力になるが、その理由は、部分的には、ネック損傷を含むかも知れないワイヤ１２０の部分がボンディング・ボード１２２およびスタッド・バンプ１６４によりボンド内に組み込み済みであり、それによりボンドの力を増すためである。実験の示す所では、スタッド・バンプをワイヤ１２０およびボール１２２へボンドした後のワイヤ１２０の引っ張り強さは、図３Ａないし図３Ｆに示した通常のループ・ボンディング処理の後のワイヤ１２０の引っ張り強さに比較して、増大する。たとえば、いくつかの実施例において実験の示すところでは、スタッド・バンプ１６４のボンディングの後にワイヤ１２０の引っ張り強さの範囲は約４．３グラム重量ないし約６．５グラム重量であり、平均的な引っ張り強さは約５．９グラム重量である。したがって、図３Ｇないし図３Ｉに関して説明するループ・ボンディング法を使用することにより、ワイヤ１２０の最初引っ張り強さは、いくつかの実施例において約１．６グラム重量から約４．３グラム重量へ増大することが実験により示された。
【００２８】
図４は、低ループ・ワイヤ・ボンディングのための例示的な方法２００を図示する。この方法はステップ２０２で始まり、ここで、ワイヤ１２０などのワイヤに取り付けられたボンディング・ボール１２２などのボンディング・ボールが、ダイ２０のパッド２２へ接着される。図３Ａないし図３Ｃに関して上記に議論したように、熱圧着またはサーモソニック・ボンディングなどのいずれか適当なボンディング方法を、パッド２２へボール１２２を接着するのに使用できる。ステップ２０４で、ワイヤ１２０がリード線１１４の上に位置決めされて、図３Ｄに示すようにループ高さ１９０を有するループを生成する。ステップ２０６で、ワイヤ１２０がリード線１１４へ接着されてボンド１２４を形成する。ワイヤ１２０は、それから電気的スパークまたは小さな水素炎を使用して、ボンド１２４から分離され、ワイヤ１２０からの端部に、もう一つのボンド・ボールを生成する。ステップ２０８で、ボンド・ボール１６２がパッド２２の上に位置決めされて、ワイヤ１２０およびあらかじめパッド２２へ接着されているボンド・ボール１２２へ接着される。図３Ｈに示すように、このステップは、ワイヤ１２０の元のループを圧縮して、それによりループ高さ１９０からループ高さ１９５へループ高さを削減する。最後にステップ２１０で、ボンド・ボール１６２がワイヤ１６０から分離されて、ワイヤ１２０およびボンド・ボール１２２へ接着されたスタッド・バンプ１６４を残す。上記に議論したように、ある実施例においては、それらがパッド２２へ接着されたワイヤ１２０およびボンド・ボール１２２の上のスタッド・バンプ１６４の「スタッキング」は、（ループ高さを、削減することにより）半導体パッケージの厚さを削減するだけでなく、ワイヤ１２０の引っ張り強さを改良するのにも役立ち、したがって半導体デバイスの信頼性を改良する。
【００２９】
例示的な方法を図示してきたが、本発明は二つまたはそれ以上のステップが実質的に同時に実現すること、または異なった順序で実現することを考慮している。さらに、本発明は追加ステップ、より少ないステップ、または異なったステップを、低ループ・ワイヤ・ボンディングのために適切である限り使用することを考慮している。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１Ａ】製造された半導体ウエハを図示する。
【図１Ｂ】図１Ａのウエハの部分拡大図を示す。
【図２】例示的なリードフレーム・アセンブリを図示する。
【図３】ＡからＩは、低ループ・ワイヤ・ボンディングのための例示的なシステムの断面図を示す。
【図４】低ループ・ワイヤ・ボンディングのための例示的な方法を図示する。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ワイヤの一端に配置された第一ボンディング・ボールとダイのボンド・パッドの間に第一ボンドを形成し、前記ダイが一つまたはそれ以上のリード線を有するリードフレームに結合されていることと、
前記ワイヤの一部分と前記リードフレームのリード線の間に第二ボンドを形成し、第一ボンドと第二ボンドの間のワイヤの前記長さが第一ループ高さを有する前記ワイヤ内のループを形成することと、
前記第一ボンディング・ボールの上に第二ボンディング・ボールを配置し、前記ループの一部分が前記第一ボンディング・ボールと前記第二ボンディング・ボールの間に圧縮され、前記圧縮されたループが前記第一高さよりも低い第二ループ高さを有することと、
前記第二ボンディング・ボール、前記ワイヤ、および前記第一ボンディング・ボールの間に第三ボンドを形成することを含む低ループ・ワイヤ・ボンディングの方法。
【請求項２】
ボンディング・ヘッド内に前記ワイヤを配置し、前記第一ボンディング・ボールが前記ボンディング・ヘッドの一端から延伸していることを更に含む請求項１記載の方法。
【請求項３】
前記第二ボンドに近接した前記ワイヤを分離することと、
前記分離されたワイヤの先端に前記第二ボンディング・ボールを形成することと、
前記第三ボンドを形成した後に、前記第二ボンディング・ボールを前記ワイヤから分離することを更に含む請求項１または請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記第二ボンドに近接した前記ワイヤを分離することと、
第二ワイヤの前記先端に前記第二ボンディング・ボールを形成することと、
前記第三ボンドを形成した後で前記第二ボンディング・ボールを前記第二ワイヤから分離することを更に含む請求項１または請求項２記載の方法。
【請求項５】
前記ワイヤおよび前記第一および第二のボンディング・ボールが金から形成される請求項１のいずれかの方法。
【請求項６】
前記ワイヤが、約２５μｍの直径を有する金線である請求項１記載の方法。
【請求項７】
前記第二ループ高さが前記第一ループ高さよりも１５μｍを超えて低い請求項１または請求項６記載の方法。
【請求項８】
前記第二ループ高さが約４０μｍと約５２μｍの間にある請求項１または請求項６記載の方法。
【請求項９】
リードフレームへ結合されたダイであって、前記ダイが一つまたはそれ以上のボンド・パッドを有し、前記リードフレームが一つまたはそれ以上のリード線を有するものと、
一端に配置されたボンディング・ボールを有するワイヤであって、前記ボンディング・ボールが前記ダイのボンド・パッドへ第一ボンドにおいて接着され、前記ワイヤの一部分が前記リードフレームのリード線へ第二ボンドにおいて接着されているものと、
第二ボンディング・ボール、前記ワイヤ、および前記第一ボンディング・ボールの間に形成される第三ボンドであって、前記第二ボンディング・ボールが前記第一ボンディング・ボールの上に配置され、前記ループの一部分が前記第一および第二のボンディング・ボールの間に圧縮されているものを含む半導体デバイス。
【請求項１０】
前記ワイヤおよび前記第一および第二のボンディング・ボールが金から形成されている請求項９記載の半導体デバイス。
【請求項１１】
前記ワイヤが、約２５μｍの直径を有する金線である請求項９記載の半導体デバイス。
【請求項１２】
圧縮されたループ高さが約４０μｍと約５２μｍの間である請求項９または１１記載の半導体デバイス。
【請求項１３】
ボンディング・ヘッド内に金線を配置し、前記金線が前記ワイヤの一端に配置された第一ボンディング・ボールを含み、前記第一ボンディング・ボールが前記ボンディング・ヘッドの一端から延伸していることと、
前記リードフレームに関して前記ボンディング・ヘッドを位置決めして、第一ボンドがそこへ形成されるボンド・パッドに関して前記第一ボンディング・ボールを位置決めすることと、
前記第一ボンディング・ボールと前記ボンド・パッドの間に前記第一ボンドを形成することと、
前記リードフレームに関してボンディング・ヘッドを位置決めして、そこへ第二ボンドが形成される前記リードフレームのリード線に関して、前記ワイヤの位置を位置決めすることと、
前記ワイヤの前記部分と前記リード線の間に前記第二ボンドを形成し、前記第一および第二のボンドの間のワイヤの前記長さが、第一ループ高さを有する前記ワイヤ内のループを形成することと、
前記第二ボンドに隣接した前記ワイヤを分離することと、
前記分離されたワイヤの前記先端に第二ボンディング・ボールを形成することと、
前記第一ボンディング・ボールの上に前記第二ボンディング・ボールを配置して、前記ループの一部分が前記第一および第二のボンディング・ボールの間に圧縮され、前記圧縮されたループが前記第一ループ高さよりも低い第二ループ高さを有し、前記第二ループ高さが５９μｍよりも低いことと、
前記第二ボンディング・ボール、前記ワイヤ、および前記第一ボンディング・ボールの間に第三ボンドを形成することとを含み、
前記第一、第二、第三のボンドは、熱圧着およびサーモソニック・ボンディングからなる前記グループから選択された接着方法を使用して形成される低ループ・ワイヤ・ボンディングの方法。
【請求項１】
ワイヤの一端に配置された第一ボンディング・ボールとダイのボンド・パッドの間に第一ボンドを形成し、前記ダイが一つまたはそれ以上のリード線を有するリードフレームに結合されていることと、
前記ワイヤの一部分と前記リードフレームのリード線の間に第二ボンドを形成し、第一ボンドと第二ボンドの間のワイヤの前記長さが第一ループ高さを有する前記ワイヤ内のループを形成することと、
前記第一ボンディング・ボールの上に第二ボンディング・ボールを配置し、前記ループの一部分が前記第一ボンディング・ボールと前記第二ボンディング・ボールの間に圧縮され、前記圧縮されたループが前記第一高さよりも低い第二ループ高さを有することと、
前記第二ボンディング・ボール、前記ワイヤ、および前記第一ボンディング・ボールの間に第三ボンドを形成することを含む低ループ・ワイヤ・ボンディングの方法。
【請求項２】
ボンディング・ヘッド内に前記ワイヤを配置し、前記第一ボンディング・ボールが前記ボンディング・ヘッドの一端から延伸していることを更に含む請求項１記載の方法。
【請求項３】
前記第二ボンドに近接した前記ワイヤを分離することと、
前記分離されたワイヤの先端に前記第二ボンディング・ボールを形成することと、
前記第三ボンドを形成した後に、前記第二ボンディング・ボールを前記ワイヤから分離することを更に含む請求項１または請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記第二ボンドに近接した前記ワイヤを分離することと、
第二ワイヤの前記先端に前記第二ボンディング・ボールを形成することと、
前記第三ボンドを形成した後で前記第二ボンディング・ボールを前記第二ワイヤから分離することを更に含む請求項１または請求項２記載の方法。
【請求項５】
前記ワイヤおよび前記第一および第二のボンディング・ボールが金から形成される請求項１のいずれかの方法。
【請求項６】
前記ワイヤが、約２５μｍの直径を有する金線である請求項１記載の方法。
【請求項７】
前記第二ループ高さが前記第一ループ高さよりも１５μｍを超えて低い請求項１または請求項６記載の方法。
【請求項８】
前記第二ループ高さが約４０μｍと約５２μｍの間にある請求項１または請求項６記載の方法。
【請求項９】
リードフレームへ結合されたダイであって、前記ダイが一つまたはそれ以上のボンド・パッドを有し、前記リードフレームが一つまたはそれ以上のリード線を有するものと、
一端に配置されたボンディング・ボールを有するワイヤであって、前記ボンディング・ボールが前記ダイのボンド・パッドへ第一ボンドにおいて接着され、前記ワイヤの一部分が前記リードフレームのリード線へ第二ボンドにおいて接着されているものと、
第二ボンディング・ボール、前記ワイヤ、および前記第一ボンディング・ボールの間に形成される第三ボンドであって、前記第二ボンディング・ボールが前記第一ボンディング・ボールの上に配置され、前記ループの一部分が前記第一および第二のボンディング・ボールの間に圧縮されているものを含む半導体デバイス。
【請求項１０】
前記ワイヤおよび前記第一および第二のボンディング・ボールが金から形成されている請求項９記載の半導体デバイス。
【請求項１１】
前記ワイヤが、約２５μｍの直径を有する金線である請求項９記載の半導体デバイス。
【請求項１２】
圧縮されたループ高さが約４０μｍと約５２μｍの間である請求項９または１１記載の半導体デバイス。
【請求項１３】
ボンディング・ヘッド内に金線を配置し、前記金線が前記ワイヤの一端に配置された第一ボンディング・ボールを含み、前記第一ボンディング・ボールが前記ボンディング・ヘッドの一端から延伸していることと、
前記リードフレームに関して前記ボンディング・ヘッドを位置決めして、第一ボンドがそこへ形成されるボンド・パッドに関して前記第一ボンディング・ボールを位置決めすることと、
前記第一ボンディング・ボールと前記ボンド・パッドの間に前記第一ボンドを形成することと、
前記リードフレームに関してボンディング・ヘッドを位置決めして、そこへ第二ボンドが形成される前記リードフレームのリード線に関して、前記ワイヤの位置を位置決めすることと、
前記ワイヤの前記部分と前記リード線の間に前記第二ボンドを形成し、前記第一および第二のボンドの間のワイヤの前記長さが、第一ループ高さを有する前記ワイヤ内のループを形成することと、
前記第二ボンドに隣接した前記ワイヤを分離することと、
前記分離されたワイヤの前記先端に第二ボンディング・ボールを形成することと、
前記第一ボンディング・ボールの上に前記第二ボンディング・ボールを配置して、前記ループの一部分が前記第一および第二のボンディング・ボールの間に圧縮され、前記圧縮されたループが前記第一ループ高さよりも低い第二ループ高さを有し、前記第二ループ高さが５９μｍよりも低いことと、
前記第二ボンディング・ボール、前記ワイヤ、および前記第一ボンディング・ボールの間に第三ボンドを形成することとを含み、
前記第一、第二、第三のボンドは、熱圧着およびサーモソニック・ボンディングからなる前記グループから選択された接着方法を使用して形成される低ループ・ワイヤ・ボンディングの方法。
【図１Ａ】
【図１Ｂ】
【図２】
【図３Ａ】
【図３Ｂ】
【図３Ｃ】
【図３Ｄ】
【図３Ｅ】
【図３Ｆ】
【図３Ｇ】
【図３Ｈ】
【図３Ｉ】
【図４】
【図１Ｂ】
【図２】
【図３Ａ】
【図３Ｂ】
【図３Ｃ】
【図３Ｄ】
【図３Ｅ】
【図３Ｆ】
【図３Ｇ】
【図３Ｈ】
【図３Ｉ】
【図４】
【公表番号】特表２００７−５３５８２０（Ｐ２００７−５３５８２０Ａ）
【公表日】平成１９年１２月６日（２００７．１２．６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−５１０８３２（Ｐ２００７−５１０８３２）
【出願日】平成１７年４月２２日（２００５．４．２２）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２００５／０１３８７１
【国際公開番号】ＷＯ２００５／１０５３５７
【国際公開日】平成１７年１１月１０日（２００５．１１．１０）
【出願人】（５０１２２９５２８）テキサス インスツルメンツ インコーポレイテッド (111)
【Ｆターム（参考）】
【公表日】平成１９年１２月６日（２００７．１２．６）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年４月２２日（２００５．４．２２）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２００５／０１３８７１
【国際公開番号】ＷＯ２００５／１０５３５７
【国際公開日】平成１７年１１月１０日（２００５．１１．１０）
【出願人】（５０１２２９５２８）テキサス インスツルメンツ インコーポレイテッド (111)
【Ｆターム（参考）】
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