半導体装置およびその製造方法
【課題】パッド上に形成したバンプにワイヤループの途中部分を接続することで、安定した接続を行いながらループを低くして半導体装置の薄型化を図る。
【解決手段】外部に露出する端子部をもつベース部３３と、前記ベース部３３に固着されるチップ３２と、前記チップ３２のパッド４０上に形成されるバンプ４１と、前記ベース部３３と前記チップ３２のパッド４０との間を接続するワイヤ３８と、全体を覆う封止樹脂３９とを備えた半導体装置であって、ワイヤ３８の１本以上がパッド４０からベース部３３に至る途中でバンプ４１に接続される構成とすることで、ループ高さを低くすることが可能となり、半導体装置の薄型化を実現する。
【解決手段】外部に露出する端子部をもつベース部３３と、前記ベース部３３に固着されるチップ３２と、前記チップ３２のパッド４０上に形成されるバンプ４１と、前記ベース部３３と前記チップ３２のパッド４０との間を接続するワイヤ３８と、全体を覆う封止樹脂３９とを備えた半導体装置であって、ワイヤ３８の１本以上がパッド４０からベース部３３に至る途中でバンプ４１に接続される構成とすることで、ループ高さを低くすることが可能となり、半導体装置の薄型化を実現する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は半導体装置およびその製造方法、特に、バンプ上にワイヤループの途中を接続した構造の半導体装置およびその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
以下図面を参照しながら従来のこの種の半導体装置の構成について説明する。
【０００３】
図１３は従来の半導体装置のリードフレームの平面図、図１４は従来の半導体装置の断面図、図１５は従来の半導体装置が樹脂封止される前の状態を示す平面図、図１６は図１５に示す半導体装置におけるループ形成動作途中の状態を示す斜視図、図１７は図１５に示す半導体装置におけるワイヤのリードフレーム側の接合が終了した直後の状態を示す説明図である。
【０００４】
図１３において、１１はリードフレーム、１２は半導体装置でそれぞれの全体像を指すものとする。リードフレーム１１は封止の単位であるブロック４個から構成され、各ブロックには半導体装置１２となる部分が縦横に隣接配置されている。
【０００５】
次に、図１４において１３はこの半導体装置１２に搭載されたチップであり、リードフレーム１１は外部端子として露出する内側ランド１４、外側ランド１５、チップ１３を載せるためのダイパッド１６等で構成されている。ダイパッド１６は、中央部が上方にプレスされてチップ１３を載せる支持部となっている。１７はチップ１３をパッド１６の支持部に固着させるためのダイボンド剤、１８はチップ１３と内側ランド１４または外側ランド１５とを接続するワイヤ、１９は内部保護のために半導体装置１２を全体的に覆う封止樹脂である。
【０００６】
この従来の半導体装置が樹脂封止される前の状態を図１５に示してある。図中２０はチップ１３に設けられたパッドであり、ここでは長方形である。パッド２０のうちチップ１３の中心に近い側はダイボンド工程以前のプローブ検査において良否を判定するため、針を押し当てる領域として使用される。なお、この図１５には針を押し当てたあとにできる痕跡２１も描いている。また、パッド２０のうちチップ１３の外周に近い側はワイヤ１８の一端を接続する領域として使用される。このようにパッド２０をプローブ検査で使用する領域とワイヤ１８の接続に使用する領域に分けているのは、痕跡２１上でワイヤ１８の接続を行なうと十分な接合が行われない場合があるためである。
【０００７】
さらに、この従来の半導体装置におけるワイヤの接続は図１６、図１７に示すようになっている。前述のように図１６はループ形成動作の途中の状態を示しており、図１７はワイヤについてリードフレーム側の接合が終了した直後の状態を示している。図１７にはキャピラリ２２の動作経路も矢印で描いており、キャピラリ２２は中空になっていて、その中にワイヤ１８が通されている。
【０００８】
まず、ファーストボンド側ではキャピラリ２２の先端に形成したイニシャルボールをパッド２０に押し付け、熱と超音波の作用でワイヤ１８の一端を接合する。これにより、ワイヤ１８の端部はボール圧着部２３となる。次に、キャピラリ２２はワイヤ１８を繰り出しながら上昇し、その高さのままで接続方向であるリードフレーム１１側とは逆の方向へ移動する。これにより、ボール圧着部２３からキャピラリ２２に至るワイヤ１８は傾斜し、キャピラリ２２内の方向である垂直方向とは角度差ができるため、ワイヤ１８に第１の曲げ癖が付くことになる。
【０００９】
次に、キャピラリ２２はワイヤ１８を繰り出しながら上昇し、その高さのまま、また、ワイヤ１８の接続方向とは逆の方向へ移動する。このときも、キャピラリ内外のワイヤ１８に角度差ができるため、ワイヤ１８に第２の曲げ癖が付く。次に、キャピラリ２２はワイヤ１８を繰り出しながら上昇し、ループ形成に必要な長さのワイヤ１８の繰り出しを終了した最上位置２４から、ワイヤ１８の他端の接続先である内側ランド１４または外側ランド１５へ向けて円弧状の動作を行った後、ワイヤ１８を内側ランド１４または外側ランド１５に押し付け、熱と超音波の作用で接合を行う。これにより、パッド２０から内側ランド１４または外側ランド１５に至るループ２５が形成される。このときキャピラリ２２がどのような移動軌跡を採るかは、それに関する設定値によるが、最上位置２４が低い等の理由により、キャピラリ２２が内側ランド１４または外側ランド１５に移動するときにワイヤ１８が無理に引っ張られると、ボール圧着部２３から上方へつながるループ２５の立ち上がり部分に影響が生じる。引っ張り過ぎの場合は、ループ２５の立ち上がり部分で断線、そこまで至らずともクラックが入った状態となってしまう。これを防ぐため、キャピラリ２２の最初の上昇位置２６はある程度高くしなければならず、これにより第１の曲げ癖までの距離が長くなり、ループ２５を低くすることができなかった。
【００１０】
ここで説明している半導体装置１２は、リードフレーム１１をベースとしたＬＧＡ（Land Grid Array）タイプのものであり、高密度実装に対応するためランド（端子）を外周のみならず、その内側にも設けて２列周状配置とし、単位面積当りのランド数を増やしたものである。
【００１１】
ここでは、チップ側にファーストボンド、リードフレーム側にセカンドボンドを行う正ボンド方式で形成されるループについて説明を行ったが、これとは別に、チップ側にバンプ形成後、リードフレーム側にファーストボンド、ループ形成動作をしてバンプ上にセカンドボンドを行う逆ボンドと呼ばれる方式がある。この逆ボンド方式ではチップ側でのループの垂直方向の立ち上がりがないためループは低くできるものの工法の安定性に課題があり、このため近年では正ボンド方式でありながらループを低くする方式が検討されていて、その一例が特許文献１に開示されている。その内容について簡単に説明すると、チップのパッドにボール圧着部を形成後、キャピラリは一旦上昇、微少動作をした後、ボール圧着部の上部を潰すためにボール圧着部上へ下降、その後、ループ形成動作をしてリードフレーム側にワイヤを押し付けて接合を行うというものである。
【特許文献１】特開２００４−１７２４７７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
しかしながら、上記従来の半導体装置での正ボンドループではワイヤが引っ張られたときに断線したり、クラックが入ったりすることがないようにパッド直上部のループの立ち上がりを一定以上の高さとする必要があるため、半導体装置の薄型化を図れないという第１の重要な問題点があった。
【００１３】
また、逆ボンド方式について言えば、ワイヤの引きちぎりが、バンプ形成後とバンプ上へのワイヤ接続後の２回行われ、これによりパッドとバンプの界面に剥がす力をかけるため、接合力が弱いとバンプを剥がしてしまうという問題があった。1回目の引きちぎりであるバンプ形成後の引きちぎりでは、バンプに直接つながる部分を引きちぎるため、形状変化の影響は少なく、発生する力の大きさもその変化量も比較的小さくてすむが、２回目の引きちぎりであるバンプ上へのワイヤ接続後の引きちぎりでは、バンプに接続したワイヤを引きちぎるため、バンプ形状に加え、ワイヤの接続位置やつぶれ方の変化の影響が加わるため、発生する力の変化も大きくなってバンプを剥がしやすい。
【００１４】
また、正ボンド方式でありながらループを低くする方式について言えば、ワイヤが急激に曲げられたり、潰されたりすることで、ワイヤにダメージが入る可能性があるという問題、ワイヤを繰り出したと同じボール圧着部へキャピラリが下降するため、繰り出した部分の形状やボール圧着部への下降位置が限られて、形状についての自由度が少なく、キャピラリがボール圧着部へ下降して行われる接合の強度が必ずしも十分ではないという問題があった。
【００１５】
また、従来の半導体装置での低ループを実現する方式では、ループの高さがボール圧着部の高さで決まってしまい、高さの調整ができず、隣接ワイヤやチップエッジと接触する危険が生じるという第２の重要な問題点があった。
【００１６】
本発明は上記従来の問題点を解決するものであり、パッド上に形成したバンプにワイヤループの途中部分を接続することで、安定した接続を行いながらループを低くして半導体装置の薄型化を図ることを第１の目的とし、また、ワイヤループの途中部分を接続するバンプを複数段とすることで、ループ高さをバンプの段数に応じて調整可能として、ワイヤ間の接触やワイヤとチップエッジとの接触を防止することを第２の目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
前記第１の目的を達成するために本発明に係る半導体装置は、外部に露出する端子部をもつベース部と、前記ベース部に固着されるチップと、前記チップのパッド上に形成されるバンプと、前記ベース部と前記チップのパッドとの間を接続するワイヤと、全体を覆う封止樹脂とを備えた半導体装置であって、ワイヤの１本以上がパッドからベース部に至る途中でバンプに接続されている構成としたものである。
【００１８】
これにより、パッド上のループ高さをバンプに接する高さにすることができ、ループの低い薄型の半導体装置を提供することができる。
【００１９】
また、前記第１の目的を達成するために本発明に係る半導体装置の製造方法は、外部に露出する端子部をもつベース部と前記ベース部に固着されたチップとをワイヤにより接続する半導体装置の製造方法であって、チップのパッド上にバンプを形成した後、ワイヤの一端をチップのパッド上に接続し、ワイヤの途中部分をバンプに接続して、さらにそのワイヤの他端をベース部へ接続するようにしたものである。
【００２０】
これにより、パッド上のループ高さをバンプに接する高さとすることができる。
【００２１】
次に、前記第２の目的を達成するために本発明に係る半導体装置は、外部に露出する端子部をもつベース部と、前記ベース部に固着されるチップと、前記チップのパッド上に形成される２段以上に積み重ねたバンプと、前記ベース部と前記チップのパッドとの間を接続するワイヤと、全体を覆う封止樹脂とを備えた半導体装置であって、ワイヤの１本以上がパッドからベース部に至る途中で２段以上に積み重ねたバンプに接続されている構成としたものである。
【００２２】
これにより、パッド上のループ高さがバンプの段数に応じた高さにでき、複数のループ高さ設定が可能でワイヤ間の接触防止やワイヤとチップエッジとの接触防止が図れる半導体装置を提供することができる。
【００２３】
また、前記第２の目的を達成するために本発明に係る半導体装置の製造方法は、外部に露出する端子部をもつベース部と前記ベース部に固着されたチップとをワイヤにより接続する半導体装置の製造方法であって、チップのパッド上にバンプを形成し、さらにそのバンプに重なるようバンプを１回以上形成した後、ワイヤの一端をチップのパッド上に接続し、ワイヤの途中部分を最上部のバンプに接続して、さらにそのワイヤの他端をベース部へ接続するようにしたものである。
【００２４】
これにより、パッド上のループ高さがバンプの段数に応じた高さとなる複数のループ高さ設定が可能で、ワイヤ間の接触防止やワイヤとチップエッジとの接触防止を図ることができる。
【発明の効果】
【００２５】
本発明によれば、パッド上のループ高さをバンプに接する高さにできるのでループを低くすることができ、半導体装置の薄型化を図ることができる。また、チップの中心付近に設けたパッドに形成したボール圧着部から、チップの外周側に設けたパッドに形成したバンプを経由してリードフレーム側へつなぐようにすれば、チップの中央にパッドを設けても、低ループでありながらチップエッジと接触することなく接続ができるという効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
以下、図面を参照して本発明における各実施の形態を詳細に説明する。
【００２７】
（実施の形態１）
本実施の形態は本発明の前記第１の目的に対応するものであり、図１は本発明半導体装置の実施の形態１における構成を示す断面図、図２は図１に示す半導体装置が樹脂封止される前の状態を示す平面図、図３は図１に示す半導体装置のバンプ形状についての説明図、図４は図１に示す半導体装置のパッドとランドとの接続に関する説明図、図５は図１に示す半導体装置のチップの中心に近いパッドからワイヤを引き出す場合の説明図である。
【００２８】
図１において、３０は半導体装置全体を示し、３２はこの半導体装置３０に搭載されたチップである。３３はこの半導体装置３０のベース部であるリードフレーム全体を示し、このリードフレーム３３は外部端子として露出する内側ランド３４、外側ランド３５、チップ３２を載せるためのダイパッド３６等で構成されている。ダイパッド３６は中央部が上方にプレスされてチップ３２を載せる支持部となっている。３７はチップ３２をダイパッド３６の支持部に固着させるためのダイボンド剤、３８はチップ３２と内側ランド３４または外側ランド３５とを接続するワイヤ、３９は内部保護のために半導体装置３０を全体的に覆う封止樹脂である。
【００２９】
また、図２においてチップ３２の上面には、長方形のパッド４０が設けられており、このパッド４０のうちチップ３２の外周に近い側にはバンプ４１が形成され、チップ３２の中心に近い側にはイニシャルボールが潰されてボール圧着部４２が形成されており、ボール圧着部４２から出たワイヤ３８がバンプ４１上を経由している。ワイヤ３８によるチップ３２と内側ランド３４または外側ランド３５との接続においては、ファーストボンド側をチップ３２のパッド４０、セカンドボンド側を内側ランド３４または外側ランド３５としている。なお、背景技術においては、パッドを二つの領域に分け、一方を針を押し当てる領域、他方をワイヤを接続する領域として使用すると説明したが、このように同一パッドにバンプとボール圧着部を形成する場合は長方形の中央をねらって針を押し当てるのが望ましい。それにより、痕跡の影響がバンプとボール圧着部の両方に同程度に及ぶか、あるいは大きさの関係によってはどちらへも及ばずに済むためである。
【００３０】
また、４３はチップ３２の中心付近に設けられた内側パッドであり、４４はチップ３２の外周側に設けられた外側パッドである。外側パッド４４にはバンプ４１が形成され、内側パッド４３にはボール圧着部４２が形成されて、ボール圧着部４２から出たワイヤ３８がバンプ４１上に接続されている。この箇所では、バンプ４１とボール圧着部４２を同一パッドに設けるのではなく、違うパッドに設けているのが他と異なる。
【００３１】
次に、この半導体装置の製造方法について説明する。製造工程としてはダイボンド工程、ワイヤボンド工程、封止工程、個片化工程がある。まず、図１および図２に示すように、エッチングやプレスの加工により２列周状となった内側ランド３４、外側ランド３５や面高さが部分的に異なるダイパッド３６が形成されたリードフレーム３３を作製する。このリードフレーム３３に対し、ダイボンド工程では、まずダイパッド３６の支持部にダイボンド剤３７を塗り、そこにダイシングされてテープに貼り付いた状態のチップ３２をピックアップして載置した後、加熱して固着させる。ワイヤボンド工程では金属のワイヤ３８を使用し、熱と超音波の作用により、パッド４０と内側ランド３４または外側ランド３５とを接続している。
【００３２】
このワイヤボンド工程については、図３乃至図５を用いて詳細に説明する。これら各図にはワイヤボンドの工程で用いるキャピラリ４５とその動作経路も描いている。
【００３３】
まず、図３を用いてバンプ４１の形成について説明する。キャピラリ４５を下降させることでワイヤ３８の先端に形成したイニシャルボールをパッド４０へ圧着し、次にキャピラリ４５に上昇と斜め下方への微少動作をさせることで上面形状を整えた後、キャピラリ４５を上昇させるが、上昇の途中からはキャピラリ４５側でワイヤ３８をつかむことで、ワイヤ３８を引きちぎり、バンプ４１を形成する。引きちぎったワイヤ３８に対しては放電により先端にイニシャルボールを形成する。
【００３４】
次に、図４を用いてパッドと内側ランドとの接続について説明する。キャピラリ４５をバンプ４１の隣でチップ３２の中心に近い側に下降させることでワイヤ３８の先端に形成したイニシャルボールを潰してボール圧着部４２を形成する。次にキャピラリ４５はワイヤ３８を繰り出しながら上昇し、その位置からバンプ４１に向けて円弧状に動いてバンプ４１上に一旦下降、ワイヤ３８の下面をバンプ４１の上面に押し付け、熱と超音波の作用で接合を行う。これによりチップ３２側でのループ高さは、バンプ４１に向かうワイヤ３８の曲げ高さ（図４のＨ１）とすることができる。なお、図４ではバンプ４１のつば高さとボール圧着部４２のつば高さを同じに描いているが、イニシャルボールを大きくする等により、バンプ４１の方を高くすることもできるため、ループ高さがワイヤ３８の曲げ高さではなく、バンプ４１にワイヤ３８の径を加えた高さ（図４のＨ２）となることもある。次に、キャピラリ４５はワイヤ３８を繰り出しながら上昇し、その高さのままでワイヤ３８の接続方向とは逆の方向へ移動する。これにより、キャピラリ内外のワイヤ３８に角度差ができるため、ワイヤ３８に曲げ癖が付く。
【００３５】
次に、キャピラリ４５はワイヤ３８を繰り出しながら上昇し、ループ形成に必要な分のワイヤ３８の繰り出しを終了した最上位置から、ワイヤ３８の他端の接続先である内側ランド３４へ向けて円弧状の動作を行った後、ワイヤ３８の下部を内側ランド３４に押し付け、熱と超音波の作用で接合を行う。これにより、パッド４０から内側ランド３４に至るループ４６が形成される。次にキャピラリ４５は上昇し、上昇の途中からはキャピラリ４５側でワイヤ３８をつかむことで、ワイヤ３８を引きちぎり、その先端にイニシャルボールを形成して１サイクル分の動作が終了する。
【００３６】
このような、ワイヤ３８の途中部分をバンプ４１に接続することを少なくとも１本のワイヤ３８について行う。ここでは、リードフレーム３３側の接続先を内側ランド３４としたが、外側ランド３５としても、ワイヤ３８が長くなるだけで同様である。
【００３７】
次に図５を用いてチップの中心付近に設けたパッドからワイヤを引き出す場合について説明する。内側パッド４３と外側パッド４４とが距離をおいて存在する場合は、ボール圧着部４２を形成した後のキャピラリ４５の上昇位置が高くなり、バンプ４１に向けての円弧状動作の径が大きくなることが異なるものの、それ以外は同じである。このように、パッドをチップ３２の中心付近に設けた場合でも、外周側に設けたバンプ４１を中継することで、低いループで内側ランド３４または外側ランド３５までを結ぶことができる。また、パッドをチップ３２の中心付近に設けることで、従来のループであれば危険が生じるワイヤ３８とチップエッジ４７との接触についても、バンプ４１を中継しているため発生することはない。
【００３８】
封止工程では、リードフレーム３３を片側が凹形状になった金型ではさみ、凹形状の部分に加熱、溶融した封止樹脂３９を流し込み硬化させる。個片化工程では、パッケージダイシングにより半導体装置３０をリードフレーム３３全体から切り離すことで、個片にして取り出す。
【００３９】
以上のように、本実施の形態によれは、パッド４０上に形成したバンプ４１にループ４６の途中部分を接続することで、チップ３２側のループ高さをバンプ４１に向かうワイヤ３８の曲げ高さ、あるいはバンプ４１にワイヤ３８の径を加えた高さとすることができ、この高さは従来に比べて低いため半導体装置の薄型化が図れる。
【００４０】
なお、本実施の形態によれば、パッケージをリードフレームベースのＬＧＡとしたが、チップとベース間の接続をワイヤで行うものなら別のパッケージとしてもよく、また、パッケージ内のチップ数を１としたが、２以上の複数として積層したり並置してもよい。また、チップのパッドとリードフレーム側のランドとの接続関係や、バンプを形成してその上にワイヤループの途中部分を接続する箇所や数は、例示したものに限らず種々変形可能である。また、バンプ形成時に台座上部に所定の形状を形成するためのキャピラリの動作のさせ方、引きちぎるときのキャピラリの動作のさせ方は種々変更可能であり、さらに言えば、バンプはどのような形成手法によるもの、どのような形状のものでもよい。また、パッドは長方形としたが、バンプとボール圧着部の形成が行われるとすれば、正方形や円といった形状でもよいし、楕円や円を２個つないだ形状といったようにどのような形状でもよく、バンプとボール圧着部の形成箇所が分離したものでもよい。
【００４１】
本実施の形態における発明の要旨は、問題を生じることなく低ループ化を図るためにボール圧着部から出たループの途中の一部をバンプに接続する点にその骨子がある。
【００４２】
（実施の形態２）
本実施の形態は本発明の前記第２の目的に対応するものであり、前記実施の形態１に対してバンプを複数段としている点に特徴があるのでこれに関する説明を重点的に行うものとする。
【００４３】
図６は本発明半導体装置の実施の形態２における構成を示す断面図、図７は図６に示す半導体装置が樹脂封止される前の状態を示す平面図、図８は図６に示す半導体装置の１段目のバンプ形成についての説明図、図９は図６に示す半導体装置の２段目のバンプ形成についての説明図、図１０は図６に示す半導体装置のパッドとランドとの接続に関する説明図、図１１は図６に示す半導体装置の下側チップのワイヤを考慮する必要のない場合のパッドからランドへの接続についての説明図、図１２は図６に示す半導体装置においてバンプが１段でその高さを高くする場合の説明図である。
【００４４】
図６において、５０は半導体装置全体を示し、５２はこの半導体装置５０に搭載された上側チップ、５３は下側チップである。５４は、この半導体装置５０のベース部であるリードフレーム全体を示し、このリードフレーム５４は外部端子として露出する内側ランド５５、外側ランド５６、チップを載せるためのダイパッド５７等で構成されている。５８は下側チップ５３をダイパッド５７の支持部に固着させるためのダイボンド剤である。また、５９は上側チップ５２を下側チップ５３に固着させるためのダイボンドテープである。６０は上側チップ５２または下側チップ５３と内側ランド５５または外側ランド５６とを接続するワイヤである。６１は、内部保護のために半導体装置５０を全体的に覆う封止樹脂である。
【００４５】
また、図７において、上側チップ５２、下側チップ５３の上面にはそれぞれ長方形のパッド６２，６３が設けられている。上側チップ５２の一部のパッド６２については、外周に近い側に複数段からなるバンプ６４が形成され、中心に近い側にはイニシャルボールが潰されてボール圧着部６５が形成されており、ボール圧着部６５から出たワイヤ６０がバンプ６４上を経由している。ワイヤ６０による上側チップ５２と内側ランド５５または外側ランド５６との接続においては、ファーストボンド側を上側チップ５２のパッド６２、セカンドボンド側を内側ランド５５または外側ランド５６としている。
【００４６】
次に、この半導体装置の製造方法について述べる。製造工程としては前記実施の形態１と同様、ダイボンド工程、ワイヤボンド工程、封止工程、個片化工程がある。まず、図６および図７に示すように、エッチングやプレスの加工により２列周状となった内側ランド５５、外側ランド５６やダイパッド５７が形成されたリードフレーム５４を作製する。このリードフレーム５４に対し、ダイボンド工程では、まずダイパッド５７の支持部にダイボンド剤５８を塗り、そこにダイシングされてテープに貼り付いた状態の下側チップ５３をピックアップして載置した後、加熱し固着させる。その後、基材と接着剤の２層構造のダイシングテープに貼り付いた状態の上側チップ５２をピックアップして、下側チップ５３の上に載置した後、加熱して固着させる。このピックアップ時に上側チップ５２の裏面側に付いてくるダイシングテープの接着剤（ダイボンドテープ５９）の作用により、上下チップ間の結合が行われる。ワイヤボンド工程では、金属のワイヤ６０を使用し、熱と超音波の作用により、パッド６２，６３と内側ランド５５または外側ランド５６とを接続している。
【００４７】
このワイヤボンド工程については図８乃至図１０を用いて詳細に説明する。まず、図８を用いて１段目のバンプ形成について説明するに、このとき既に下側チップ５３には正ボンド方式でワイヤ６０が接続されているとする。キャピラリ６６を下降させることでワイヤ６０の先端に形成したイニシャルボールを上側チップ５２のパッド６２へ圧着し、次にキャピラリ６６を上昇させるが、上昇の途中からはキャピラリ６６側でワイヤ６０をつかむことで、ワイヤ６０を引きちぎり、対称的な形状の１段目のバンプ６７を形成する。ここでは、単にワイヤ６０を引きちぎっただけで、１段目のバンプ６７が中央で上方にワイヤ６０が突出した形状となっているが、この形状でもこの上に別のバンプを積むことに問題は生じない。引きちぎったワイヤ６０に対しては放電により先端にイニシャルボールを形成する。
【００４８】
次に、図９を用いて２段目のバンプ形成について説明する。キャピラリ６６を１段目のバンプ６７へ下降させることで、イニシャルボールを１段目のバンプ６７上へ圧着し、次にキャピラリ６６に上昇と斜め下方への微少動作させることで上面形状を整えた後、キャピラリ６６を上昇させてワイヤ６０を引きちぎり、２段に形成されたバンプ６４を形成する。引きちぎったワイヤ６０に対しては、放電により先端にイニシャルボールを形成する。
【００４９】
次に、図１０を用いてパッドからランドへの接続について説明する。キャピラリ６６を２段バンプ６４の隣で上側チップ５２の中心に近い側に下降させることでワイヤ６０の先端に形成したイニシャルボールを潰してボール圧着部６５を形成する。次にキャピラリ６６はワイヤ６０を繰り出しながら上昇し、その位置から２段バンプ６４に向けて円弧状に動作して２段バンプ６４上に一旦下降、ワイヤ６０の下面を２段バンプ６４上面に押し付け、熱と超音波の作用で接合を行う。これにより、チップエッジ６８でのループ高さを２段バンプ６４にワイヤ６０の径を加えた高さとすることができる。
【００５０】
次に、キャピラリ６６はワイヤ６０を繰り出しながら上昇し、その高さのままでワイヤ６０の接続方向とは逆の方向へ移動する。これにより、キャピラリ内外のワイヤ６０に角度差ができるため、ワイヤ６０に曲げ癖が付く。次に、キャピラリ６６はワイヤ６０を繰り出しながら上昇し、ループ形成に必要な分のワイヤ６０の繰り出しを終了した最上位置からワイヤ６０の他端の接続先であるランドへ向けて円弧状の動作を行った後、ワイヤ６０とランドとの接合を行う。このように、パッド６２上に形成した２段バンプ６４にループの途中部分を接続することで低いループ高さを実現しながらも、その高さをバンプの段数に応じて調整でき、下側チップ５３に接続したワイヤ６０との間隔の確保が図れる。
【００５１】
ここで、図１１を用いて下側チップ５３のワイヤを考慮する必要がない場合についても説明を行う。この場合は２段バンプ６４と内側ランド５５または外側ランド５６との間をより少ないワイヤ量で結ぶことができ、封止でのワイヤ位置の変化を少なくできる。しかし、このときのループ７０の傾斜度合によっては、チップエッジ６８，６９との隙間（図１１のＣ１やＣ２）が小さくなり、接触の危険が生じるが、複数段バンプ６４にループの途中部分を接続することにより、ワイヤ６０とチップエッジ６８，６９との接触防止を図ることができる。このようなワイヤ６０の途中部分を複数段バンプ６４に接続する動作を少なくとも１本のワイヤ６０について行う。
【００５２】
ここでループ高さの調整を、１段のバンプの高さを変化させて行う場合と複数段のバンプを積み上げて行う場合を比較するため、図１２を用いてバンプが１段でその高さを高くする場合について説明する。バンプの径は、パッドに入る大きさであるとしても、イニシャルボールを大きく、また潰し方を弱くすることで、背の高いバンプ７１を形成できる。このとき、バンプ７１の側面は、パッド６２の面になだらかに接する曲面となるが、曲面半径（図１２のＲ）が大きくなることで、接触面積が小さくなり十分な接合強度を得にくくなる。また接合時にキャピラリ６６と接触するバンプ７１の上面と接合が行なわれるパッド６２の面との距離が遠いことで超音波が有効に作用しなくなり、これも十分な接合強度を得にくくなることにつながる。これに対して複数段のバンプを積み上げて行う場合は、パッド上への１段目のバンプ形成ではバンプの側面径は小さく、またバンプ上面とパッド面との距離を近くできるため、バンプとパッド間で十分な接合強度を得ることができる。また、２段目以降のバンプの形成では、バンプ間は同種類の金属同士の接合となるため容易に十分な接合強度を容易に得ることができる。このような違いがあるため、ループ高さの調整は、１段のバンプの高さを変化させて行うのではなく、複数段のバンプで段数を変化させて行うのが望ましい。
【００５３】
封止工程では、リードフレーム５４を片側が凹形状になった金型ではさみ、凹形状の部分に加熱、溶融した封止樹脂６１を流し込み硬化させる。個片化工程では、パッケージダイシングにより半導体装置５０をリードフレーム５４の全体から切り離すことで、個片にして取り出す。
【００５４】
以上のように、本実施の形態によれば、パッド６２上に形成した複数段のバンプ６４にループの途中部分を接続することで、低いループ高さを実現しながら、その高さを調整できるので、上側チップ５２のループ高さを下側チップ５３に接続しているワイヤ６０との間隔をとるよう調整できるため、両者のショートを防止できる。また、ループの傾斜度合いが大きいときでも、チップエッジ６８，６９との隙間が小さくなることはなく、ワイヤ６０とチップエッジ６８，６９との接触を防止できる。また、同一チップに接続しているワイヤ同士でも、隣接間で高さを変えれば、ループの途中で平面的には近づけるあるいは交差させるといった３次元配置が可能となる。
【００５５】
なお、本実施の形態では、パッケージをリードフレームベースのＬＧＡとしたが、チップとベース間の接続をワイヤで行うものなら別のパッケージとしてもよい。また、チップの積層数は２としたが、単数としてもよいし、３以上の複数としてもよい。また、チップのパッドとリードフレーム側のランドとの接続方法は例示したものに限らず種々変形が可能である。また、バンプを２段に形成するとしたが、３段以上の複数としてもよく、また、バンプの形状を１段目を対称的、上段を非対称的としたが、上下で形状を入れ替えてもよいし、上下ともどちらか一方の形状としてもよく、説明した以外の形状としてもよい。また、バンプの形成方式も限定されるものではない。
【００５６】
本実施の形態における発明の要旨は、ループの高さを調節するために、ボール圧着部から出たループの途中の一部を接続するバンプを複数段にする点にその骨子がある。
【産業上の利用可能性】
【００５７】
本発明の半導体装置およびその製造方法は、パッド上のループ高さを低くして薄型化できるものであり、また、チップの中央にパッドを設けても、低ループでありながら、チップエッジと接触することなく接続できるという効果を奏し、バンプ上にワイヤループの途中を接続した半導体装置およびその製造方法として有用である。
【図面の簡単な説明】
【００５８】
【図１】本発明半導体装置の実施の形態１における構成を示す断面図
【図２】図１に示す半導体装置が樹脂封止される前の状態を示す平面図
【図３】図１に示す半導体装置のバンプ形状についての説明図
【図４】図１に示す半導体装置のパッドとランドとの接続に関する説明図
【図５】図１に示す半導体装置のチップの中心に近いパッドからワイヤを引き出す場合の説明図
【図６】本発明半導体装置の実施の形態２における構成を示す断面図
【図７】図６に示す半導体装置が樹脂封止される前の状態を示す平面図
【図８】図６に示す半導体装置の１段目のバンプ形成についての説明図
【図９】図６に示す半導体装置の２段目のバンプ形成についての説明図
【図１０】図６に示す半導体装置のパッドとランドとの接続に関する説明図
【図１１】図６に示す半導体装置の下側チップのワイヤを考慮する必要のない場合のパッドからランドへの接続についての説明図
【図１２】図６に示す半導体装置においてバンプが１段でその高さを高くする場合の説明図
【図１３】従来の半導体装置のリードフレームの平面図
【図１４】従来の半導体装置の断面図
【図１５】従来の半導体装置が樹脂封止される前の状態を示す平面図
【図１６】図１５に示す半導体装置のループ形成動作途中の状態を示す斜視図
【図１７】図１５に示す半導体装置のワイヤのリードフレーム側の接合が終了した直後の状態を示す説明図
【符号の説明】
【００５９】
３０ 半導体装置
３２ チップ
３３ リードフレーム
３８ ワイヤ
４０ パッド
４１ バンプ
【技術分野】
【０００１】
本発明は半導体装置およびその製造方法、特に、バンプ上にワイヤループの途中を接続した構造の半導体装置およびその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
以下図面を参照しながら従来のこの種の半導体装置の構成について説明する。
【０００３】
図１３は従来の半導体装置のリードフレームの平面図、図１４は従来の半導体装置の断面図、図１５は従来の半導体装置が樹脂封止される前の状態を示す平面図、図１６は図１５に示す半導体装置におけるループ形成動作途中の状態を示す斜視図、図１７は図１５に示す半導体装置におけるワイヤのリードフレーム側の接合が終了した直後の状態を示す説明図である。
【０００４】
図１３において、１１はリードフレーム、１２は半導体装置でそれぞれの全体像を指すものとする。リードフレーム１１は封止の単位であるブロック４個から構成され、各ブロックには半導体装置１２となる部分が縦横に隣接配置されている。
【０００５】
次に、図１４において１３はこの半導体装置１２に搭載されたチップであり、リードフレーム１１は外部端子として露出する内側ランド１４、外側ランド１５、チップ１３を載せるためのダイパッド１６等で構成されている。ダイパッド１６は、中央部が上方にプレスされてチップ１３を載せる支持部となっている。１７はチップ１３をパッド１６の支持部に固着させるためのダイボンド剤、１８はチップ１３と内側ランド１４または外側ランド１５とを接続するワイヤ、１９は内部保護のために半導体装置１２を全体的に覆う封止樹脂である。
【０００６】
この従来の半導体装置が樹脂封止される前の状態を図１５に示してある。図中２０はチップ１３に設けられたパッドであり、ここでは長方形である。パッド２０のうちチップ１３の中心に近い側はダイボンド工程以前のプローブ検査において良否を判定するため、針を押し当てる領域として使用される。なお、この図１５には針を押し当てたあとにできる痕跡２１も描いている。また、パッド２０のうちチップ１３の外周に近い側はワイヤ１８の一端を接続する領域として使用される。このようにパッド２０をプローブ検査で使用する領域とワイヤ１８の接続に使用する領域に分けているのは、痕跡２１上でワイヤ１８の接続を行なうと十分な接合が行われない場合があるためである。
【０００７】
さらに、この従来の半導体装置におけるワイヤの接続は図１６、図１７に示すようになっている。前述のように図１６はループ形成動作の途中の状態を示しており、図１７はワイヤについてリードフレーム側の接合が終了した直後の状態を示している。図１７にはキャピラリ２２の動作経路も矢印で描いており、キャピラリ２２は中空になっていて、その中にワイヤ１８が通されている。
【０００８】
まず、ファーストボンド側ではキャピラリ２２の先端に形成したイニシャルボールをパッド２０に押し付け、熱と超音波の作用でワイヤ１８の一端を接合する。これにより、ワイヤ１８の端部はボール圧着部２３となる。次に、キャピラリ２２はワイヤ１８を繰り出しながら上昇し、その高さのままで接続方向であるリードフレーム１１側とは逆の方向へ移動する。これにより、ボール圧着部２３からキャピラリ２２に至るワイヤ１８は傾斜し、キャピラリ２２内の方向である垂直方向とは角度差ができるため、ワイヤ１８に第１の曲げ癖が付くことになる。
【０００９】
次に、キャピラリ２２はワイヤ１８を繰り出しながら上昇し、その高さのまま、また、ワイヤ１８の接続方向とは逆の方向へ移動する。このときも、キャピラリ内外のワイヤ１８に角度差ができるため、ワイヤ１８に第２の曲げ癖が付く。次に、キャピラリ２２はワイヤ１８を繰り出しながら上昇し、ループ形成に必要な長さのワイヤ１８の繰り出しを終了した最上位置２４から、ワイヤ１８の他端の接続先である内側ランド１４または外側ランド１５へ向けて円弧状の動作を行った後、ワイヤ１８を内側ランド１４または外側ランド１５に押し付け、熱と超音波の作用で接合を行う。これにより、パッド２０から内側ランド１４または外側ランド１５に至るループ２５が形成される。このときキャピラリ２２がどのような移動軌跡を採るかは、それに関する設定値によるが、最上位置２４が低い等の理由により、キャピラリ２２が内側ランド１４または外側ランド１５に移動するときにワイヤ１８が無理に引っ張られると、ボール圧着部２３から上方へつながるループ２５の立ち上がり部分に影響が生じる。引っ張り過ぎの場合は、ループ２５の立ち上がり部分で断線、そこまで至らずともクラックが入った状態となってしまう。これを防ぐため、キャピラリ２２の最初の上昇位置２６はある程度高くしなければならず、これにより第１の曲げ癖までの距離が長くなり、ループ２５を低くすることができなかった。
【００１０】
ここで説明している半導体装置１２は、リードフレーム１１をベースとしたＬＧＡ（Land Grid Array）タイプのものであり、高密度実装に対応するためランド（端子）を外周のみならず、その内側にも設けて２列周状配置とし、単位面積当りのランド数を増やしたものである。
【００１１】
ここでは、チップ側にファーストボンド、リードフレーム側にセカンドボンドを行う正ボンド方式で形成されるループについて説明を行ったが、これとは別に、チップ側にバンプ形成後、リードフレーム側にファーストボンド、ループ形成動作をしてバンプ上にセカンドボンドを行う逆ボンドと呼ばれる方式がある。この逆ボンド方式ではチップ側でのループの垂直方向の立ち上がりがないためループは低くできるものの工法の安定性に課題があり、このため近年では正ボンド方式でありながらループを低くする方式が検討されていて、その一例が特許文献１に開示されている。その内容について簡単に説明すると、チップのパッドにボール圧着部を形成後、キャピラリは一旦上昇、微少動作をした後、ボール圧着部の上部を潰すためにボール圧着部上へ下降、その後、ループ形成動作をしてリードフレーム側にワイヤを押し付けて接合を行うというものである。
【特許文献１】特開２００４−１７２４７７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
しかしながら、上記従来の半導体装置での正ボンドループではワイヤが引っ張られたときに断線したり、クラックが入ったりすることがないようにパッド直上部のループの立ち上がりを一定以上の高さとする必要があるため、半導体装置の薄型化を図れないという第１の重要な問題点があった。
【００１３】
また、逆ボンド方式について言えば、ワイヤの引きちぎりが、バンプ形成後とバンプ上へのワイヤ接続後の２回行われ、これによりパッドとバンプの界面に剥がす力をかけるため、接合力が弱いとバンプを剥がしてしまうという問題があった。1回目の引きちぎりであるバンプ形成後の引きちぎりでは、バンプに直接つながる部分を引きちぎるため、形状変化の影響は少なく、発生する力の大きさもその変化量も比較的小さくてすむが、２回目の引きちぎりであるバンプ上へのワイヤ接続後の引きちぎりでは、バンプに接続したワイヤを引きちぎるため、バンプ形状に加え、ワイヤの接続位置やつぶれ方の変化の影響が加わるため、発生する力の変化も大きくなってバンプを剥がしやすい。
【００１４】
また、正ボンド方式でありながらループを低くする方式について言えば、ワイヤが急激に曲げられたり、潰されたりすることで、ワイヤにダメージが入る可能性があるという問題、ワイヤを繰り出したと同じボール圧着部へキャピラリが下降するため、繰り出した部分の形状やボール圧着部への下降位置が限られて、形状についての自由度が少なく、キャピラリがボール圧着部へ下降して行われる接合の強度が必ずしも十分ではないという問題があった。
【００１５】
また、従来の半導体装置での低ループを実現する方式では、ループの高さがボール圧着部の高さで決まってしまい、高さの調整ができず、隣接ワイヤやチップエッジと接触する危険が生じるという第２の重要な問題点があった。
【００１６】
本発明は上記従来の問題点を解決するものであり、パッド上に形成したバンプにワイヤループの途中部分を接続することで、安定した接続を行いながらループを低くして半導体装置の薄型化を図ることを第１の目的とし、また、ワイヤループの途中部分を接続するバンプを複数段とすることで、ループ高さをバンプの段数に応じて調整可能として、ワイヤ間の接触やワイヤとチップエッジとの接触を防止することを第２の目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
前記第１の目的を達成するために本発明に係る半導体装置は、外部に露出する端子部をもつベース部と、前記ベース部に固着されるチップと、前記チップのパッド上に形成されるバンプと、前記ベース部と前記チップのパッドとの間を接続するワイヤと、全体を覆う封止樹脂とを備えた半導体装置であって、ワイヤの１本以上がパッドからベース部に至る途中でバンプに接続されている構成としたものである。
【００１８】
これにより、パッド上のループ高さをバンプに接する高さにすることができ、ループの低い薄型の半導体装置を提供することができる。
【００１９】
また、前記第１の目的を達成するために本発明に係る半導体装置の製造方法は、外部に露出する端子部をもつベース部と前記ベース部に固着されたチップとをワイヤにより接続する半導体装置の製造方法であって、チップのパッド上にバンプを形成した後、ワイヤの一端をチップのパッド上に接続し、ワイヤの途中部分をバンプに接続して、さらにそのワイヤの他端をベース部へ接続するようにしたものである。
【００２０】
これにより、パッド上のループ高さをバンプに接する高さとすることができる。
【００２１】
次に、前記第２の目的を達成するために本発明に係る半導体装置は、外部に露出する端子部をもつベース部と、前記ベース部に固着されるチップと、前記チップのパッド上に形成される２段以上に積み重ねたバンプと、前記ベース部と前記チップのパッドとの間を接続するワイヤと、全体を覆う封止樹脂とを備えた半導体装置であって、ワイヤの１本以上がパッドからベース部に至る途中で２段以上に積み重ねたバンプに接続されている構成としたものである。
【００２２】
これにより、パッド上のループ高さがバンプの段数に応じた高さにでき、複数のループ高さ設定が可能でワイヤ間の接触防止やワイヤとチップエッジとの接触防止が図れる半導体装置を提供することができる。
【００２３】
また、前記第２の目的を達成するために本発明に係る半導体装置の製造方法は、外部に露出する端子部をもつベース部と前記ベース部に固着されたチップとをワイヤにより接続する半導体装置の製造方法であって、チップのパッド上にバンプを形成し、さらにそのバンプに重なるようバンプを１回以上形成した後、ワイヤの一端をチップのパッド上に接続し、ワイヤの途中部分を最上部のバンプに接続して、さらにそのワイヤの他端をベース部へ接続するようにしたものである。
【００２４】
これにより、パッド上のループ高さがバンプの段数に応じた高さとなる複数のループ高さ設定が可能で、ワイヤ間の接触防止やワイヤとチップエッジとの接触防止を図ることができる。
【発明の効果】
【００２５】
本発明によれば、パッド上のループ高さをバンプに接する高さにできるのでループを低くすることができ、半導体装置の薄型化を図ることができる。また、チップの中心付近に設けたパッドに形成したボール圧着部から、チップの外周側に設けたパッドに形成したバンプを経由してリードフレーム側へつなぐようにすれば、チップの中央にパッドを設けても、低ループでありながらチップエッジと接触することなく接続ができるという効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
以下、図面を参照して本発明における各実施の形態を詳細に説明する。
【００２７】
（実施の形態１）
本実施の形態は本発明の前記第１の目的に対応するものであり、図１は本発明半導体装置の実施の形態１における構成を示す断面図、図２は図１に示す半導体装置が樹脂封止される前の状態を示す平面図、図３は図１に示す半導体装置のバンプ形状についての説明図、図４は図１に示す半導体装置のパッドとランドとの接続に関する説明図、図５は図１に示す半導体装置のチップの中心に近いパッドからワイヤを引き出す場合の説明図である。
【００２８】
図１において、３０は半導体装置全体を示し、３２はこの半導体装置３０に搭載されたチップである。３３はこの半導体装置３０のベース部であるリードフレーム全体を示し、このリードフレーム３３は外部端子として露出する内側ランド３４、外側ランド３５、チップ３２を載せるためのダイパッド３６等で構成されている。ダイパッド３６は中央部が上方にプレスされてチップ３２を載せる支持部となっている。３７はチップ３２をダイパッド３６の支持部に固着させるためのダイボンド剤、３８はチップ３２と内側ランド３４または外側ランド３５とを接続するワイヤ、３９は内部保護のために半導体装置３０を全体的に覆う封止樹脂である。
【００２９】
また、図２においてチップ３２の上面には、長方形のパッド４０が設けられており、このパッド４０のうちチップ３２の外周に近い側にはバンプ４１が形成され、チップ３２の中心に近い側にはイニシャルボールが潰されてボール圧着部４２が形成されており、ボール圧着部４２から出たワイヤ３８がバンプ４１上を経由している。ワイヤ３８によるチップ３２と内側ランド３４または外側ランド３５との接続においては、ファーストボンド側をチップ３２のパッド４０、セカンドボンド側を内側ランド３４または外側ランド３５としている。なお、背景技術においては、パッドを二つの領域に分け、一方を針を押し当てる領域、他方をワイヤを接続する領域として使用すると説明したが、このように同一パッドにバンプとボール圧着部を形成する場合は長方形の中央をねらって針を押し当てるのが望ましい。それにより、痕跡の影響がバンプとボール圧着部の両方に同程度に及ぶか、あるいは大きさの関係によってはどちらへも及ばずに済むためである。
【００３０】
また、４３はチップ３２の中心付近に設けられた内側パッドであり、４４はチップ３２の外周側に設けられた外側パッドである。外側パッド４４にはバンプ４１が形成され、内側パッド４３にはボール圧着部４２が形成されて、ボール圧着部４２から出たワイヤ３８がバンプ４１上に接続されている。この箇所では、バンプ４１とボール圧着部４２を同一パッドに設けるのではなく、違うパッドに設けているのが他と異なる。
【００３１】
次に、この半導体装置の製造方法について説明する。製造工程としてはダイボンド工程、ワイヤボンド工程、封止工程、個片化工程がある。まず、図１および図２に示すように、エッチングやプレスの加工により２列周状となった内側ランド３４、外側ランド３５や面高さが部分的に異なるダイパッド３６が形成されたリードフレーム３３を作製する。このリードフレーム３３に対し、ダイボンド工程では、まずダイパッド３６の支持部にダイボンド剤３７を塗り、そこにダイシングされてテープに貼り付いた状態のチップ３２をピックアップして載置した後、加熱して固着させる。ワイヤボンド工程では金属のワイヤ３８を使用し、熱と超音波の作用により、パッド４０と内側ランド３４または外側ランド３５とを接続している。
【００３２】
このワイヤボンド工程については、図３乃至図５を用いて詳細に説明する。これら各図にはワイヤボンドの工程で用いるキャピラリ４５とその動作経路も描いている。
【００３３】
まず、図３を用いてバンプ４１の形成について説明する。キャピラリ４５を下降させることでワイヤ３８の先端に形成したイニシャルボールをパッド４０へ圧着し、次にキャピラリ４５に上昇と斜め下方への微少動作をさせることで上面形状を整えた後、キャピラリ４５を上昇させるが、上昇の途中からはキャピラリ４５側でワイヤ３８をつかむことで、ワイヤ３８を引きちぎり、バンプ４１を形成する。引きちぎったワイヤ３８に対しては放電により先端にイニシャルボールを形成する。
【００３４】
次に、図４を用いてパッドと内側ランドとの接続について説明する。キャピラリ４５をバンプ４１の隣でチップ３２の中心に近い側に下降させることでワイヤ３８の先端に形成したイニシャルボールを潰してボール圧着部４２を形成する。次にキャピラリ４５はワイヤ３８を繰り出しながら上昇し、その位置からバンプ４１に向けて円弧状に動いてバンプ４１上に一旦下降、ワイヤ３８の下面をバンプ４１の上面に押し付け、熱と超音波の作用で接合を行う。これによりチップ３２側でのループ高さは、バンプ４１に向かうワイヤ３８の曲げ高さ（図４のＨ１）とすることができる。なお、図４ではバンプ４１のつば高さとボール圧着部４２のつば高さを同じに描いているが、イニシャルボールを大きくする等により、バンプ４１の方を高くすることもできるため、ループ高さがワイヤ３８の曲げ高さではなく、バンプ４１にワイヤ３８の径を加えた高さ（図４のＨ２）となることもある。次に、キャピラリ４５はワイヤ３８を繰り出しながら上昇し、その高さのままでワイヤ３８の接続方向とは逆の方向へ移動する。これにより、キャピラリ内外のワイヤ３８に角度差ができるため、ワイヤ３８に曲げ癖が付く。
【００３５】
次に、キャピラリ４５はワイヤ３８を繰り出しながら上昇し、ループ形成に必要な分のワイヤ３８の繰り出しを終了した最上位置から、ワイヤ３８の他端の接続先である内側ランド３４へ向けて円弧状の動作を行った後、ワイヤ３８の下部を内側ランド３４に押し付け、熱と超音波の作用で接合を行う。これにより、パッド４０から内側ランド３４に至るループ４６が形成される。次にキャピラリ４５は上昇し、上昇の途中からはキャピラリ４５側でワイヤ３８をつかむことで、ワイヤ３８を引きちぎり、その先端にイニシャルボールを形成して１サイクル分の動作が終了する。
【００３６】
このような、ワイヤ３８の途中部分をバンプ４１に接続することを少なくとも１本のワイヤ３８について行う。ここでは、リードフレーム３３側の接続先を内側ランド３４としたが、外側ランド３５としても、ワイヤ３８が長くなるだけで同様である。
【００３７】
次に図５を用いてチップの中心付近に設けたパッドからワイヤを引き出す場合について説明する。内側パッド４３と外側パッド４４とが距離をおいて存在する場合は、ボール圧着部４２を形成した後のキャピラリ４５の上昇位置が高くなり、バンプ４１に向けての円弧状動作の径が大きくなることが異なるものの、それ以外は同じである。このように、パッドをチップ３２の中心付近に設けた場合でも、外周側に設けたバンプ４１を中継することで、低いループで内側ランド３４または外側ランド３５までを結ぶことができる。また、パッドをチップ３２の中心付近に設けることで、従来のループであれば危険が生じるワイヤ３８とチップエッジ４７との接触についても、バンプ４１を中継しているため発生することはない。
【００３８】
封止工程では、リードフレーム３３を片側が凹形状になった金型ではさみ、凹形状の部分に加熱、溶融した封止樹脂３９を流し込み硬化させる。個片化工程では、パッケージダイシングにより半導体装置３０をリードフレーム３３全体から切り離すことで、個片にして取り出す。
【００３９】
以上のように、本実施の形態によれは、パッド４０上に形成したバンプ４１にループ４６の途中部分を接続することで、チップ３２側のループ高さをバンプ４１に向かうワイヤ３８の曲げ高さ、あるいはバンプ４１にワイヤ３８の径を加えた高さとすることができ、この高さは従来に比べて低いため半導体装置の薄型化が図れる。
【００４０】
なお、本実施の形態によれば、パッケージをリードフレームベースのＬＧＡとしたが、チップとベース間の接続をワイヤで行うものなら別のパッケージとしてもよく、また、パッケージ内のチップ数を１としたが、２以上の複数として積層したり並置してもよい。また、チップのパッドとリードフレーム側のランドとの接続関係や、バンプを形成してその上にワイヤループの途中部分を接続する箇所や数は、例示したものに限らず種々変形可能である。また、バンプ形成時に台座上部に所定の形状を形成するためのキャピラリの動作のさせ方、引きちぎるときのキャピラリの動作のさせ方は種々変更可能であり、さらに言えば、バンプはどのような形成手法によるもの、どのような形状のものでもよい。また、パッドは長方形としたが、バンプとボール圧着部の形成が行われるとすれば、正方形や円といった形状でもよいし、楕円や円を２個つないだ形状といったようにどのような形状でもよく、バンプとボール圧着部の形成箇所が分離したものでもよい。
【００４１】
本実施の形態における発明の要旨は、問題を生じることなく低ループ化を図るためにボール圧着部から出たループの途中の一部をバンプに接続する点にその骨子がある。
【００４２】
（実施の形態２）
本実施の形態は本発明の前記第２の目的に対応するものであり、前記実施の形態１に対してバンプを複数段としている点に特徴があるのでこれに関する説明を重点的に行うものとする。
【００４３】
図６は本発明半導体装置の実施の形態２における構成を示す断面図、図７は図６に示す半導体装置が樹脂封止される前の状態を示す平面図、図８は図６に示す半導体装置の１段目のバンプ形成についての説明図、図９は図６に示す半導体装置の２段目のバンプ形成についての説明図、図１０は図６に示す半導体装置のパッドとランドとの接続に関する説明図、図１１は図６に示す半導体装置の下側チップのワイヤを考慮する必要のない場合のパッドからランドへの接続についての説明図、図１２は図６に示す半導体装置においてバンプが１段でその高さを高くする場合の説明図である。
【００４４】
図６において、５０は半導体装置全体を示し、５２はこの半導体装置５０に搭載された上側チップ、５３は下側チップである。５４は、この半導体装置５０のベース部であるリードフレーム全体を示し、このリードフレーム５４は外部端子として露出する内側ランド５５、外側ランド５６、チップを載せるためのダイパッド５７等で構成されている。５８は下側チップ５３をダイパッド５７の支持部に固着させるためのダイボンド剤である。また、５９は上側チップ５２を下側チップ５３に固着させるためのダイボンドテープである。６０は上側チップ５２または下側チップ５３と内側ランド５５または外側ランド５６とを接続するワイヤである。６１は、内部保護のために半導体装置５０を全体的に覆う封止樹脂である。
【００４５】
また、図７において、上側チップ５２、下側チップ５３の上面にはそれぞれ長方形のパッド６２，６３が設けられている。上側チップ５２の一部のパッド６２については、外周に近い側に複数段からなるバンプ６４が形成され、中心に近い側にはイニシャルボールが潰されてボール圧着部６５が形成されており、ボール圧着部６５から出たワイヤ６０がバンプ６４上を経由している。ワイヤ６０による上側チップ５２と内側ランド５５または外側ランド５６との接続においては、ファーストボンド側を上側チップ５２のパッド６２、セカンドボンド側を内側ランド５５または外側ランド５６としている。
【００４６】
次に、この半導体装置の製造方法について述べる。製造工程としては前記実施の形態１と同様、ダイボンド工程、ワイヤボンド工程、封止工程、個片化工程がある。まず、図６および図７に示すように、エッチングやプレスの加工により２列周状となった内側ランド５５、外側ランド５６やダイパッド５７が形成されたリードフレーム５４を作製する。このリードフレーム５４に対し、ダイボンド工程では、まずダイパッド５７の支持部にダイボンド剤５８を塗り、そこにダイシングされてテープに貼り付いた状態の下側チップ５３をピックアップして載置した後、加熱し固着させる。その後、基材と接着剤の２層構造のダイシングテープに貼り付いた状態の上側チップ５２をピックアップして、下側チップ５３の上に載置した後、加熱して固着させる。このピックアップ時に上側チップ５２の裏面側に付いてくるダイシングテープの接着剤（ダイボンドテープ５９）の作用により、上下チップ間の結合が行われる。ワイヤボンド工程では、金属のワイヤ６０を使用し、熱と超音波の作用により、パッド６２，６３と内側ランド５５または外側ランド５６とを接続している。
【００４７】
このワイヤボンド工程については図８乃至図１０を用いて詳細に説明する。まず、図８を用いて１段目のバンプ形成について説明するに、このとき既に下側チップ５３には正ボンド方式でワイヤ６０が接続されているとする。キャピラリ６６を下降させることでワイヤ６０の先端に形成したイニシャルボールを上側チップ５２のパッド６２へ圧着し、次にキャピラリ６６を上昇させるが、上昇の途中からはキャピラリ６６側でワイヤ６０をつかむことで、ワイヤ６０を引きちぎり、対称的な形状の１段目のバンプ６７を形成する。ここでは、単にワイヤ６０を引きちぎっただけで、１段目のバンプ６７が中央で上方にワイヤ６０が突出した形状となっているが、この形状でもこの上に別のバンプを積むことに問題は生じない。引きちぎったワイヤ６０に対しては放電により先端にイニシャルボールを形成する。
【００４８】
次に、図９を用いて２段目のバンプ形成について説明する。キャピラリ６６を１段目のバンプ６７へ下降させることで、イニシャルボールを１段目のバンプ６７上へ圧着し、次にキャピラリ６６に上昇と斜め下方への微少動作させることで上面形状を整えた後、キャピラリ６６を上昇させてワイヤ６０を引きちぎり、２段に形成されたバンプ６４を形成する。引きちぎったワイヤ６０に対しては、放電により先端にイニシャルボールを形成する。
【００４９】
次に、図１０を用いてパッドからランドへの接続について説明する。キャピラリ６６を２段バンプ６４の隣で上側チップ５２の中心に近い側に下降させることでワイヤ６０の先端に形成したイニシャルボールを潰してボール圧着部６５を形成する。次にキャピラリ６６はワイヤ６０を繰り出しながら上昇し、その位置から２段バンプ６４に向けて円弧状に動作して２段バンプ６４上に一旦下降、ワイヤ６０の下面を２段バンプ６４上面に押し付け、熱と超音波の作用で接合を行う。これにより、チップエッジ６８でのループ高さを２段バンプ６４にワイヤ６０の径を加えた高さとすることができる。
【００５０】
次に、キャピラリ６６はワイヤ６０を繰り出しながら上昇し、その高さのままでワイヤ６０の接続方向とは逆の方向へ移動する。これにより、キャピラリ内外のワイヤ６０に角度差ができるため、ワイヤ６０に曲げ癖が付く。次に、キャピラリ６６はワイヤ６０を繰り出しながら上昇し、ループ形成に必要な分のワイヤ６０の繰り出しを終了した最上位置からワイヤ６０の他端の接続先であるランドへ向けて円弧状の動作を行った後、ワイヤ６０とランドとの接合を行う。このように、パッド６２上に形成した２段バンプ６４にループの途中部分を接続することで低いループ高さを実現しながらも、その高さをバンプの段数に応じて調整でき、下側チップ５３に接続したワイヤ６０との間隔の確保が図れる。
【００５１】
ここで、図１１を用いて下側チップ５３のワイヤを考慮する必要がない場合についても説明を行う。この場合は２段バンプ６４と内側ランド５５または外側ランド５６との間をより少ないワイヤ量で結ぶことができ、封止でのワイヤ位置の変化を少なくできる。しかし、このときのループ７０の傾斜度合によっては、チップエッジ６８，６９との隙間（図１１のＣ１やＣ２）が小さくなり、接触の危険が生じるが、複数段バンプ６４にループの途中部分を接続することにより、ワイヤ６０とチップエッジ６８，６９との接触防止を図ることができる。このようなワイヤ６０の途中部分を複数段バンプ６４に接続する動作を少なくとも１本のワイヤ６０について行う。
【００５２】
ここでループ高さの調整を、１段のバンプの高さを変化させて行う場合と複数段のバンプを積み上げて行う場合を比較するため、図１２を用いてバンプが１段でその高さを高くする場合について説明する。バンプの径は、パッドに入る大きさであるとしても、イニシャルボールを大きく、また潰し方を弱くすることで、背の高いバンプ７１を形成できる。このとき、バンプ７１の側面は、パッド６２の面になだらかに接する曲面となるが、曲面半径（図１２のＲ）が大きくなることで、接触面積が小さくなり十分な接合強度を得にくくなる。また接合時にキャピラリ６６と接触するバンプ７１の上面と接合が行なわれるパッド６２の面との距離が遠いことで超音波が有効に作用しなくなり、これも十分な接合強度を得にくくなることにつながる。これに対して複数段のバンプを積み上げて行う場合は、パッド上への１段目のバンプ形成ではバンプの側面径は小さく、またバンプ上面とパッド面との距離を近くできるため、バンプとパッド間で十分な接合強度を得ることができる。また、２段目以降のバンプの形成では、バンプ間は同種類の金属同士の接合となるため容易に十分な接合強度を容易に得ることができる。このような違いがあるため、ループ高さの調整は、１段のバンプの高さを変化させて行うのではなく、複数段のバンプで段数を変化させて行うのが望ましい。
【００５３】
封止工程では、リードフレーム５４を片側が凹形状になった金型ではさみ、凹形状の部分に加熱、溶融した封止樹脂６１を流し込み硬化させる。個片化工程では、パッケージダイシングにより半導体装置５０をリードフレーム５４の全体から切り離すことで、個片にして取り出す。
【００５４】
以上のように、本実施の形態によれば、パッド６２上に形成した複数段のバンプ６４にループの途中部分を接続することで、低いループ高さを実現しながら、その高さを調整できるので、上側チップ５２のループ高さを下側チップ５３に接続しているワイヤ６０との間隔をとるよう調整できるため、両者のショートを防止できる。また、ループの傾斜度合いが大きいときでも、チップエッジ６８，６９との隙間が小さくなることはなく、ワイヤ６０とチップエッジ６８，６９との接触を防止できる。また、同一チップに接続しているワイヤ同士でも、隣接間で高さを変えれば、ループの途中で平面的には近づけるあるいは交差させるといった３次元配置が可能となる。
【００５５】
なお、本実施の形態では、パッケージをリードフレームベースのＬＧＡとしたが、チップとベース間の接続をワイヤで行うものなら別のパッケージとしてもよい。また、チップの積層数は２としたが、単数としてもよいし、３以上の複数としてもよい。また、チップのパッドとリードフレーム側のランドとの接続方法は例示したものに限らず種々変形が可能である。また、バンプを２段に形成するとしたが、３段以上の複数としてもよく、また、バンプの形状を１段目を対称的、上段を非対称的としたが、上下で形状を入れ替えてもよいし、上下ともどちらか一方の形状としてもよく、説明した以外の形状としてもよい。また、バンプの形成方式も限定されるものではない。
【００５６】
本実施の形態における発明の要旨は、ループの高さを調節するために、ボール圧着部から出たループの途中の一部を接続するバンプを複数段にする点にその骨子がある。
【産業上の利用可能性】
【００５７】
本発明の半導体装置およびその製造方法は、パッド上のループ高さを低くして薄型化できるものであり、また、チップの中央にパッドを設けても、低ループでありながら、チップエッジと接触することなく接続できるという効果を奏し、バンプ上にワイヤループの途中を接続した半導体装置およびその製造方法として有用である。
【図面の簡単な説明】
【００５８】
【図１】本発明半導体装置の実施の形態１における構成を示す断面図
【図２】図１に示す半導体装置が樹脂封止される前の状態を示す平面図
【図３】図１に示す半導体装置のバンプ形状についての説明図
【図４】図１に示す半導体装置のパッドとランドとの接続に関する説明図
【図５】図１に示す半導体装置のチップの中心に近いパッドからワイヤを引き出す場合の説明図
【図６】本発明半導体装置の実施の形態２における構成を示す断面図
【図７】図６に示す半導体装置が樹脂封止される前の状態を示す平面図
【図８】図６に示す半導体装置の１段目のバンプ形成についての説明図
【図９】図６に示す半導体装置の２段目のバンプ形成についての説明図
【図１０】図６に示す半導体装置のパッドとランドとの接続に関する説明図
【図１１】図６に示す半導体装置の下側チップのワイヤを考慮する必要のない場合のパッドからランドへの接続についての説明図
【図１２】図６に示す半導体装置においてバンプが１段でその高さを高くする場合の説明図
【図１３】従来の半導体装置のリードフレームの平面図
【図１４】従来の半導体装置の断面図
【図１５】従来の半導体装置が樹脂封止される前の状態を示す平面図
【図１６】図１５に示す半導体装置のループ形成動作途中の状態を示す斜視図
【図１７】図１５に示す半導体装置のワイヤのリードフレーム側の接合が終了した直後の状態を示す説明図
【符号の説明】
【００５９】
３０ 半導体装置
３２ チップ
３３ リードフレーム
３８ ワイヤ
４０ パッド
４１ バンプ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
外部に露出する端子部をもつベース部と、前記ベース部に固着されるチップと、前記チップのパッド上に形成されるバンプと、前記ベース部と前記チップのパッドとの間を接続するワイヤと、全体を覆う封止樹脂とを備えた半導体装置であって、ワイヤの１本以上がパッドからベース部に至る途中でバンプに接続されていることを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
外部に露出する端子部をもつベース部と前記ベース部に固着されたチップとをワイヤにより接続する半導体装置の製造方法であって、チップのパッド上にバンプを形成した後、ワイヤの一端をチップのパッド上に接続し、ワイヤの途中部分をバンプに接続して、さらにそのワイヤの他端をベース部へ接続することを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項３】
外部に露出する端子部をもつベース部と、前記ベース部に固着されるチップと、前記チップのパッド上に形成される２段以上に積み重ねたバンプと、前記ベース部と前記チップのパッドとの間を接続するワイヤと、全体を覆う封止樹脂とを備えた半導体装置であって、ワイヤの１本以上がパッドからベース部に至る途中で２段以上に積み重ねたバンプに接続されていることを特徴とする半導体装置。
【請求項４】
外部に露出する端子部をもつベース部と前記ベース部に固着されたチップとをワイヤにより接続する半導体装置の製造方法であって、チップのパッド上にバンプを形成すると共に、そのバンプに重なるようバンプを１回以上形成した後、ワイヤの一端をチップのパッド上に接続し、ワイヤの途中部分を最上部のバンプに接続して、さらにそのワイヤの他端をベース部へ接続することを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項１】
外部に露出する端子部をもつベース部と、前記ベース部に固着されるチップと、前記チップのパッド上に形成されるバンプと、前記ベース部と前記チップのパッドとの間を接続するワイヤと、全体を覆う封止樹脂とを備えた半導体装置であって、ワイヤの１本以上がパッドからベース部に至る途中でバンプに接続されていることを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
外部に露出する端子部をもつベース部と前記ベース部に固着されたチップとをワイヤにより接続する半導体装置の製造方法であって、チップのパッド上にバンプを形成した後、ワイヤの一端をチップのパッド上に接続し、ワイヤの途中部分をバンプに接続して、さらにそのワイヤの他端をベース部へ接続することを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項３】
外部に露出する端子部をもつベース部と、前記ベース部に固着されるチップと、前記チップのパッド上に形成される２段以上に積み重ねたバンプと、前記ベース部と前記チップのパッドとの間を接続するワイヤと、全体を覆う封止樹脂とを備えた半導体装置であって、ワイヤの１本以上がパッドからベース部に至る途中で２段以上に積み重ねたバンプに接続されていることを特徴とする半導体装置。
【請求項４】
外部に露出する端子部をもつベース部と前記ベース部に固着されたチップとをワイヤにより接続する半導体装置の製造方法であって、チップのパッド上にバンプを形成すると共に、そのバンプに重なるようバンプを１回以上形成した後、ワイヤの一端をチップのパッド上に接続し、ワイヤの途中部分を最上部のバンプに接続して、さらにそのワイヤの他端をベース部へ接続することを特徴とする半導体装置の製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【公開番号】特開２００６−３３２４９１（Ｐ２００６−３３２４９１Ａ）
【公開日】平成１８年１２月７日（２００６．１２．７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−１５６８３１（Ｐ２００５−１５６８３１）
【出願日】平成１７年５月３０日（２００５．５．３０）
【出願人】（０００００５８２１）松下電器産業株式会社 (73,050)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年１２月７日（２００６．１２．７）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年５月３０日（２００５．５．３０）
【出願人】（０００００５８２１）松下電器産業株式会社 (73,050)
【Ｆターム（参考）】
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