半導体装置の製造方法
【課題】 ワイヤボンディングの技術を用いた半導体チップの接続信頼性の向上を図る。
【解決手段】 半導体チップ１５ａ側では、第一の接続２１として、キャピラリの先端に形成したボールでボールボンディング２１ａを行う。半導体チップ１５ｂ側では、第二の接続２２として、キャピラリの先端でワイヤを潰して圧着する熱圧着２２ａを行う。その後に、第二の接続２２側では、キャピラリの先端にボールを形成して、ボールボンディング２２ｂを行う。かかるボールボンディング２２ｂを最後に行うことで、熱圧着２２ａの強度の強化が行われる。
【解決手段】 半導体チップ１５ａ側では、第一の接続２１として、キャピラリの先端に形成したボールでボールボンディング２１ａを行う。半導体チップ１５ｂ側では、第二の接続２２として、キャピラリの先端でワイヤを潰して圧着する熱圧着２２ａを行う。その後に、第二の接続２２側では、キャピラリの先端にボールを形成して、ボールボンディング２２ｂを行う。かかるボールボンディング２２ｂを最後に行うことで、熱圧着２２ａの強度の強化が行われる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は半導体装置の製造に関し、特に、ワイヤボンディングの技術を用いてその接続信頼性を高めるのに適用して有効な技術である。
【背景技術】
【０００２】
以下に説明する技術は、本発明を研究、完成するに際し、本発明者によって検討されたものであり、その概要は次のとおりである。
【０００３】
これまでの半導体装置の構成では、半導体チップとベース基板、あるいは半導体チップとリードフレームの電気的接続は、ワイヤボンディングによりなされている。
【０００４】
半導体装置の中には、複数の半導体チップを互いに接続する構成を必要とする場合がある。かかる場合には、上記ワイヤボンディングの手法がそのまま踏襲されていた。すなわち、半導体チップの回路同士を接続するに際して、一度、ベース基板側にワイヤボンディングで電気的接続を行い、その上でベース基板側と別の半導体チップとをワイヤボンディングにより電気的に接続し、その結果として半導体チップ同士の電気的接続が行われるものである。
【０００５】
一方、パッケージ内にロジックチップとメモリチップとを搭載した構成において、両者をワイヤボンディングで接続することで配線容量を少なくして、チップ間の高速なデータ転送を行えるようにした発明が、特許文献１には開示されている。
【特許文献１】特開平１１−８６５４６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明者は、ワイヤボンディングを用いたチップ間接続においては、以下の課題があることを見出した。
【０００７】
すなわち、一度ベース基板を介してチップ間を接続する方法は、確かにこれまでの接続技術をそのまま活かした技術で、技術の安定性という観点からはその接続信頼性は高い。しかし、かかる構成を採用していたのでは、その小型化が図れないという問題がある。
【０００８】
一方、特許文献１には、チップ間接続をワイヤボンディングで行う構成が開示されてはいるが、しかし、ワイヤボンディングに際しての詳細な技術は示されていない。ワイヤボンディングに際しての技術的問題は、何ら説明されていない。
【０００９】
そこで、本発明者は、ベース基板を介することなく直接ワイヤボンディングで複数の半導体チップを接続することについて、その構成を具体的に考えて、その問題点の洗い出しを行った。
【００１０】
先ず、半導体チップ間のワイヤボンディングによる接続を、これまでのワイヤボンディングの接続技術をそのまま踏襲する形で行った場合について考えた。すなわち、第一の接続側をボールボンディングで行い、第二の接続側をキャピラリでワイヤを潰して圧着する接続の場合である。
【００１１】
かかる接続方法では、ボールを使用して圧着する第一の接続側に比べて、キャピラリの先端で押し潰すようにして圧着する第二の接続側の強度が低下することが分かった。第二の接続側は、ベース基板に設けられる場合に比べて、チップ厚さ分、ワイヤ下に入り込む樹脂量が多くなり、封止樹脂の熱応力による影響が大きく出て、その分、接続信頼性が低下するのである。
【００１２】
一方、これまでのワイヤボンディングの方法をそのまま踏襲するのではなく、例えば、第二の接続側では、一度ボールボンディングを打ち、その上にワイヤボンディングを行う方法も考えられる。かかる接続方法を採用すれば、確かに、ボールボンディングを先に打っておくことで、第二の接続側での圧着強度の向上は図れる。
【００１３】
しかし、封止樹脂がワイヤ下に入り込む量は、ボールボンディングを打った分さらに多くなり、封止樹脂の熱応力によるダメージをより受け易くなり、やはり接続信頼性の低下が起きるという問題がある。
【００１４】
本発明者は、これまでのワイヤボンディングによる接続方法を基本的に踏襲しながらも、チップ間接続におけるワイヤボンディングの接続信頼性を向上させることができないかと考えた。また、かかる対策は、上記チップ間の接続だけではなく、通常の半導体チップとベース基板、あるいはリードフレーム等との接続にも応用できるものであればなお好ましい。
【００１５】
本発明の目的は、ワイヤボンディングの技術を用いた半導体チップの接続における接続信頼性の向上を図ることにある。
【００１６】
本発明の前記ならびにその他の目的と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
本願において開示される発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、次のとおりである。
【００１８】
すなわち、半導体チップのワイヤボンディングによる接続で、第二の接続の熱圧着後にボールボンディングを行ったり、あるいはワイヤループを下方に押し付けて曲げる等して、ワイヤ下方に入り込む封止樹脂の熱応力に対応できるようにした。
【発明の効果】
【００１９】
本願において開示される発明のうち、代表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば以下のとおりである。
【００２０】
半導体チップの第二の接続側の熱圧着後にボールボンディングを打つことにより、熱圧着だけで終了させる場合よりも、ワイヤ下方に入り込む封止樹脂による熱応力に勝る接続力を確保し、その接続信頼性を高めることができる。
【００２１】
半導体チップのワイヤループを押し下げて曲げることで、ワイヤ下方の樹脂量を少なくし、ワイヤ下方に入り込む封止樹脂による熱応力の影響を排除して、その接続信頼性を高めることができる。
【００２２】
半導体チップのパッド同士を隣接配置して、その両方に跨ぐようにボールボンディングを行うことで、ワイヤ下方の樹脂を実質的になくして、ワイヤ下方に入り込む封止樹脂による熱応力の影響を排除し、その接続信頼性を高めることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、実施の形態を説明するための全図において、同一の部材には原則として同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する場合がある。
【００２４】
（実施の形態１）
図１は、本発明に係わる半導体装置をＲＦモジュールに構成した様子を模式的に示す断面図である。図２（ａ）、（ｂ）は、第二の接続側で、熱圧着の後にボールボンディングを打つ手順を示す部分斜視図である。図３（ａ）、（ｂ）は、本発明に際して検討されたチップ間接続にワイヤボンディングを用いた場合の問題点を示す部分斜視図である。
【００２５】
本発明の半導体装置１０は、図１に示すように、ＲＦモジュール１０ａ等に構成されている。かかる半導体装置１０は、次のようにして製造される。
【００２６】
例えば、図１に示すように、複数枚の絶縁体板（本実施の形態では、５枚のセラミック基板１１ａ〜１１ｅを例示して説明する）を用意し、かかるセラミック基板１１ａ〜１１ｅに複数個のビア１２を形成する。このビア１２の内部に導電性材料、例えば銅（Ｃｕ）または銀を充填する。
【００２７】
次に、各々のセラミック基板１１ａ〜１１ｅの表面に導電性材料、例えば銅または銀からなる表面導体パターン１３を印刷する。その後、これら５枚のセラミック基板１１ａ〜１１ｅを順次積層し、例えば８００〜９００℃程度の温度で焼成することにより、図１に示すように、積層基板１１を形成する。
【００２８】
このようにして形成された積層基板１１を洗浄した後、積層基板１１の裏面に導電性材料、例えば銅または銀からなる導体ペーストを印刷する。続いて、例えば１５０℃以下の温度で導体ペーストを焼き固めることにより、積層基板１１の裏面に裏面導体パターン１４を形成する。
【００２９】
さらに、図１に示すように、積層基板１１の部品搭載面に、能動素子が形成された半導
体チップ１５および受動素子が形成されたチップ部品１６等の表面実装部品を搭載する。その後、これら表面実装部品を絶縁性の樹脂１７によって覆うことにより、ＲＦモジュール１０ａが完成する。尚、半導体チップ１５、チップ部品１６は、半田１８を介して搭載されている。
【００３０】
半導体チップ１５は、例えば、Ｓｉ−ＭＯＳＦＥＴ等の電界効果トランジスタに形成されている。半導体チップ１５ａ（１５）の主面に形成された複数のパッド（ボンディングパッド、電極等とも言う）と、これに対応する積層基板１１の部品搭載面に形成された表面導体パターン１３と、あるいは別の半導体チップ１５ｂ（１５）の主面に形成された複数のパッドとは、接合材により接続されている。ここでは、接合材には、例えば金（Ａｕ）の細線からなるワイヤボンディング１９が用いられている。
【００３１】
チップ部品１６は、例えばコンデンサ、インダクタ、レジスタまたは空芯コイル等の受動素子に構成されている。チップ部品１６の両端に形成された接続端子が、半田を介して、積層基板１１の部品搭載面に形成された表面導体パターン１３に接続されている。
【００３２】
かかる構成の半導体装置１０では、複数の半導体チップ１５ａ、１５ｂ間のチップ間接続は、ワイヤボンディング１９ａ（１９）により行われている。かかるワイヤボンディング１９ａでは、半導体チップ１５ａ側で第一の接続（１ｓｔ側接続とも言う）２１が、半導体チップ１５ｂ側で第二の接続（２ｎｄ側接続とも言う）２２が行われる。
【００３３】
第一の接続２１は、図２（ａ）に示すように、ボールボンディング２１ａにより行われている。すなわち、図示はしないが、キャピラリに通されたＡｕワイヤ等のワイヤ先端が、ボール形成用のトーチにより溶融されてボールが形成され、かかるボールが半導体チップ１５ａのＡｌ電極等のパッド２０上に加熱圧着されてボールボンディング２１ａが行われている。
【００３４】
半導体チップ１５ａ側でボールボンディング２１ａを行ったキャピラリは、ワイヤを切断することなく、ワイヤループ２３を作りながら半導体チップ１５ｂのＡｌ電極等のパッド２０上にて、第二の接続２２を行う。かかる第二の接続２２は、図２（ａ）、（ｂ）に示すように、２回の工程に分けて行われる。
【００３５】
すなわち、図２（ａ）に示すように、第二の接続２２の初めの工程では、キャピラリの先端でワイヤを潰しながら接続位置に、超音波をかけながら熱圧着２２ａを行う。このようにステッチボンデイングにより、キャピラリの周縁の一部分によりワイヤを圧接するのである。かかる工程で、ワイヤ切断が行われる。その後、第二の接続２２では、終わりの工程として、熱圧着２２ａ上に、ボールボンディング２２ｂが行われる。
【００３６】
熱圧着２２ａを行ったキャピラリはワイヤを一度切断し、その後にキャピラリ側のワイヤ先端をトーチにより溶融してボールを形成し、ボールボンディング２２ｂを行う。このように、第二の接続２２側では、同じキャピラリを用いて熱圧着２２ａと、ボールボンディング２２ｂを行うこととなる。
【００３７】
第二の接続２２では、熱圧着２２ａの上にボールボンディング２２ｂが施されるため、第二の接続２２の強度は高められる。その分、接続信頼性の向上が図られることとなる。
【００３８】
一方、半導体チップ１５ａとベースの多層に構成された積層基板１１との間の接続には、通常のワイヤボンディング１９ｂが適用されている。すなわち、半導体チップ１５側ではボールボンディングが、積層基板１１側では熱圧着が行われている。
【００３９】
図３（ａ）には、今回の発明において検討されたワイヤボンディング３０によるチップ間接続の場合を示した。図３（ａ）に示すように、半導体チップ３１ａの側ではボールボンディング３２ａによる第一の接続３２が行われ、半導体チップ３１ｂの側では熱圧着３３ａで第二の接続３３が行われている。ワイヤボンディング３０では、接合材としてＡｕワイヤが用いられている。
【００４０】
かかる構成では、第二の接続３３側がベースの積層基板１１側に接続される場合とは異なり、半導体チップ３１ｂの厚さ分、その接続高さが高くなっている。かかる構成をそのまま樹脂封止した場合には、ワイヤループ３４の下方に入り込む樹脂量が多くなり、結果として、かかる封止樹脂の熱応力による影響を大きく受けることとなる。
【００４１】
例えば、繰り返し行われる昇温、降温の温度サイクルによる封止樹脂の熱膨張、熱収縮に伴い、ワイヤループ３４がかかる熱応力の影響を受け、最終的には熱圧着３３ａ部分等からのワイヤ切断が起きる。
【００４２】
すなわち、ボールを使用して圧着する第一の接続３２側に比べて、キャピラリの先端で押し潰すようにして圧着する第二の接続３３側の強度が弱くなり、接続信頼性が低下するのである。
【００４３】
しかし、図２に示すように、熱圧着２２ａの後にボールボンディング２２ｂが施されていれば、かかる熱圧着２２ａ部の強度補強が行われたと同様の効果が発揮され、ワイヤループ２３の下方に入り込んだ樹脂１７の量が多くても、その熱応力に対応したワイヤ切断等が発生しないのである。
【００４４】
（実施の形態２）
本実施の形態では、半導体チップ１５ｂでの第二の接続２２側の熱圧着２２ａを、ボールボンディング２４の後に行うものである。すなわち、図４（ａ）、（ｂ）に示すように、第二の接続２２のボンディング工程では、最初にボールボンディング２４を打ち、その後に熱圧着２２ａを行い、最後にボールボンディング２２ｂを行うものである。半導体チップ１５ａ側での第一の接続２１は、前記実施の形態で述べたと同様、ボールボンディング２１ａが行われる。
【００４５】
かかる構成は、図３（ｂ）に示す今回の発明において検討されたワイヤボンディング３０によるチップ間接続の場合に対応するものである。すなわち、図３（ｂ）に示すように、半導体チップ３１ａの側ではボールボンディング３２ａによる第一の接続３２が行われ、半導体チップ３１ｂの側ではボールボンディング３５の後に熱圧着３３ａで第二の接続３３が行われている。
【００４６】
かかる第二の接続３３側では、一度ボールボンディング３５を打ち、その上から熱圧着３３ａが行われているので、確かに、第二の接続３３側での圧着強度の向上は図られている。しかし、ボールボンディング３５を打った分、第二の接続３３側の高さが高くなり、ワイヤループ３４の下に入り込む樹脂量が多くなっている。そのため、熱応力のダメージを受け易くなり、接続信頼性の低下という問題が発生する。
【００４７】
しかし、かかる問題は、図４（ｂ）に示すように、第二の接続２２側の最終の工程をボールボンディング２２ｂで終了させることで熱圧着２２ａを補強し、ワイヤ下方に入り込む樹脂１７の量が増えてもその熱応力に勝る接続力を得ることで解決することができる。
【００４８】
（実施の形態３）
前記実施の形態では、ワイヤボンディング１９ａを半導体チップ１５ａ、１５ｂのチップ間接続に使用する場合を示したが、第二の接続２２側をボールボンディング２２bで補強する構成は、チップ間接続にのみ適用し得るものではない。
【００４９】
すなわち、図５（ａ）、（ｂ）に示すように、半導体チップ１５とベース側となる積層基板１１上のＡｕパッド等に構成されたパッド２０とのワイヤボンディング１９ｂにも、十分に適用できるものである。
【００５０】
半導体チップ１５側での接続は、ボールボンディング２１ａで第一の接続２１を行う。第二の接続２２は、積層基板１１のパッド２０上で行う。例えば、パッド２０上での第二の接続２２側を、最初に熱圧着２２ａで行った後に、ボールボンディング２２ｂをその上から打てばよい。かかる構成を採用することにより、第二の接続２２側での圧着強度を増すことができる。
【００５１】
（実施の形態４）
前記実施の形態では、ワイヤループ２３の下方に入り込む樹脂１７による影響を、第二の接続２２側をボールボンディング２２ｂで強化することで対応する場合について説明した。本実施の形態ではワイヤループ２３の下方に入り込む樹脂１７の量を減らすことで、その対応を図るものである。
【００５２】
本実施の形態の半導体装置１０は、前記実施の形態１で説明したと同様にＲＦモジュール１０ａ等に構成されている。半導体チップ１５ａ、１５ｂ間のワイヤボンディング１９ａを除いては、図６に示すように、前記実施の形態１で説明したと同様の方法で製造される。繰り返しの説明は、省略する。
【００５３】
半導体チップ１５ａ、１５ｂを接続するワイヤボンディング１９ａ（１９）は、図６に示すように、ワイヤループ２３の形状が上から下方に押し付け曲げられた形状に構成されている。すなわちワイヤループ２３には、曲げ部分４０が設けられている。
【００５４】
図７に、チップ間のワイヤボンディング１９ａの様子を拡大して示した。ワイヤループ２３の下方に入り込む樹脂１７の量を、ワイヤループ２３を押し下げて曲げるように曲げ部分４０を設けることで少なくすることができる。かかる構成を採用することで、ワイヤループ２３の下方に入り込む樹脂１７の熱膨張、熱収縮等の熱応力に対応した影響を抑えることができる。
【００５５】
かかる構成を採用しない場合には、例えば、チップ間接続では、第二の接続２２を形成する側は、ベースの積層基板１１に接続する場合より、半導体チップ１５ｂの厚み分その高さが高く設定されることとなる。そのため、ワイヤループ２３の下方に入り込む樹脂量がどうしても多くなり、樹脂１７の熱応力の影響を受けることとなる。
【００５６】
図６に示すように、ワイヤループ２３に曲げ部分４０を形成することで、入り込む樹脂量を少なくして、その熱応力による影響を抑えることの有効性は、例えば、チップ間接続の第二の接続２２側で顕著に確認することができる。
【００５７】
かかる構成では、図８に示すように、半導体チップ１５ａ側の第一の接続２１はボールボンディング２１ａで行われ、半導体チップ１５ｂ側の第二の接続２２は熱圧着２２ａで行われている。半導体チップ１５ａ、１５ｂ間のワイヤボンディング１９ａには、Ａｕワイヤ等の接合材が使用されている。
【００５８】
このように、かかる構成を採用すれば、ワイヤループ２３の形状のみを変更することで、半導体チップ１５ａ、１５ｂでのワイヤボンディング１９ａのボンディング技術は何ら変更することなく、これまでの方法を踏襲することができる。
【００５９】
ワイヤループ２３を押し下げて曲げ部分４０を作る構成は、例えば、図９に示すように、ワイヤボンディング１９ａに使用するツールのキャピラリ５０の側方に、ワイヤガイド５１を設けることで行うことができる。かかるワイヤガイド５１は、例えば、キャピラリ５０と同様に下降することができるように、キャピラリ５０に一体に設けておけばよい。
【００６０】
例えば、ワイヤガイド５１は、ワイヤループ２３を作る際に移動するキャピラリ５０の移動方向に対して、キャピラリ５０の後続位置に設けられている。さらに、ワイヤガイド５１は、キャピラリ５０が移動する際に引きだすワイヤを、キャピラリ５０の先端近くの位置で上方から押さえるように、横方向に延ばされた腕部分５２の下方を通るように構成されている。
【００６１】
かかる構成のキャピラリ５０、ワイヤガイド５１を用いて、先ず、図９に示すように、半導体チップ１５ａ側では第一の接続２１でボールボンディング２１ａを行う。キャピラリ５０に通されたＡｕワイヤ等のワイヤの先端は、ボール形成用のトーチにより溶融されてボールが形成され、かかるボールが半導体チップ１５ａのＡｌ電極等に構成されたパッド２０上に加熱圧着されてボールボンディング２１ａが行われる。
【００６２】
半導体チップ１５ａ側でボールボンディング２１を行ったキャピラリ５０は、ワイヤを切断することなく、第一の接続２１の位置より上方に持ち上げられ、さらに第二の接続２２側に向けて下降することとなる。この際に、ワイヤループ２３を作りながら半導体チップ１５ｂのパッド２０上で、第二の接続２２が行われる。
【００６３】
かかる場合に、キャピラリ５０の側方にはワイヤガイド５１が設けられているため、キャピラリ５０に引きずられるワイヤは、ワイヤガイド５１の横方向に延ばされた腕部分５２の下方にガイドされて、下方に押し下げられた状態にワイヤループ２３は曲げ加工されることとなる。
【００６４】
ワイヤループ２３は、キャピラリ５０の側方に設けられたワイヤガイド５１の腕部分５２の下を通されているので、キャピラリ５０が下降する際には、ワイヤループ２３も下方に押し下げられて、曲げ部分４０が形成されることとなる。これにより、ワイヤループ２３の下方に入り込む樹脂量を少なく抑えることができる。その結果、ワイヤループ２３の下方に入り込んだ樹脂１７の熱膨張、熱収縮による熱応力の影響を小さく抑えることができる。
【００６５】
かかる曲げ部分４０を設けない構成では、図１０に示すように、ワイヤループ２３の箇所で、その下方に入り込んだ樹脂１７の熱膨張、熱収縮による熱応力の影響を受け、例えばワイヤループ２３に切断等のダメージ５３を受けることとなる。しかし、ワイヤループ２３を下方に押し下げた状態に曲げ加工することで、ワイヤループ２３の下方に入り込む樹脂量を少なくすることができ、かかる問題の解消を図ることができる。
【００６６】
本実施の形態では、第一の接続２１はボールボンディング２１ａで行われ、第二の接続２２は熱圧着２２ａで行われるが、第二の接続２２側は、例えば、熱圧着２２ａの後にボールボンディング２２ｂを施してもよい。さらには、ボールボンディング２４、熱圧着２２ａ、ボールボンディング２２ｂとから、第二の接続２２を構成しても構わない。
【００６７】
このように構成すれば、ワイヤループ２３に曲げ部分４０を設けることで直接的に樹脂量を少なくし、併せてボールボンディング２２ｂを打つことでワイヤループ２３の下方に入り込む樹脂１７の熱応力に対する接続強度を強化して、第二の接続２２側の樹脂１７による影響を抑えることができる。
【００６８】
（実施の形態５）
前記実施の形態では、キャピラリ５０の側方に設けたワイヤガイド５１により、ワイヤループ２３を下方に押し下げるように曲げ部分４０を形成したが、キャピラリ５０でワイヤループ２３を形成した後で、上方からワイヤループ２３を下方に押し下げで曲げ部分４０を形成しても構わない。
【００６９】
かかる構成では、半導体チップ１５ａ側では、図１１（ａ）に示すように、キャピラリ５０によるボールボンディング２１ａで第一の接続２１を行う。その後、キャピラリ５０で、Ａｕワイヤ等でワイヤループ２３を形成しながら、半導体チップ１５ｂ側で第二の接続２２を行う。
【００７０】
その後、図１１（ｂ）に示すように、ワイヤボンディング１９ａが終了した時点で、ワイヤループ２３に曲げ加工を施す。すなわち、第二の接続２２が形成された後で、圧着ピン５４の腕部分５２をワイヤループ２３に押し当てて下方に押し下げ、曲げ部分４０を設ければよい。かかる構成でも、ワイヤループ２３を下方に押し下げた形状に曲げ加工することができ、ワイヤループ２３の下方に入り込む樹脂量を少なく抑えることができる。
【００７１】
（実施の形態６）
本実施の形態では、半導体チップ１５とベース側の積層基板１１とのワイヤボンディング１９ｂに、ワイヤループ２３に曲げ部分４０を設けた構成を適用したものである。ワイヤループ２３の形状を変化させることで、ワイヤループ２３の下方に入り込む樹脂量を抑え、樹脂１７による熱膨張、熱収縮の影響を少なくする構成は、図１２に示すように、半導体チップ１５とベースの積層基板１１との接続においても同様にその効果を有するものである。
【００７２】
すなわち、半導体チップ１５のパッド２０に、ボールボンディング２１ａによる第一の接続２１を行う。その後、積層基板１１のＡｕパッド等のパッド２０上に、ワイヤボンディング１９ｂの第二の接続２２を行う。かかる第二の接続２２の際に、あるいは形成後に、実施の形態４、５等の技術を用いてワイヤループ２３に曲げ部分４０を設ければよい。
【００７３】
かかる構成を採用することにより、これまでの構成に比べてワイヤループ２３の下方に入り込む樹脂量が少なくなり、樹脂１７の熱応力の影響を受けなくなり、よりその接続信頼性が向上する。
【００７４】
（実施の形態７）
本実施の形態は、ワイヤループ２３の下方に入り込む樹脂１７を実質的になくすことで、樹脂１７による影響を解消しようとするものである。前記実施の形態で示すように、半導体チップ１５ａ、１５ｂの接続は、これまでは、例えば、図１３に示すように、全てワイヤボンディング１９により接続されている。
【００７５】
かかる構成では、ワイヤループ２３の下方に入り込む樹脂１７の熱応力による影響をさけるために、前記実施の形態で述べたように、第二の接続２２側をボールボンディング２２ｂで補強する構成を採用する必要がある。あるいは、ワイヤループ２３を下方に押し下げたように曲げ部分４０を構成して、直接的に下方に入り込む樹脂量を低減することでその対応を考える必要がある。
【００７６】
しかし、前記実施の形態で述べた構成では、その多寡はあるものの、ワイヤループ２３の下方に樹脂１７が入り込むことでは共通の構成を有している。かかる構成では、樹脂種の熱膨張率等により、その熱応力は多様に変化し、その対応は複雑とならざるを得ない。
【００７７】
そこで、本実施の形態では、図１４に示すように、接続する半導体チップ１５ａ、１５ｂを隣接配置することで、ワイヤループ２３の下方に入り込む樹脂１７を無くす構成を採用した。これにより、樹脂１７の熱応力の影響を排除することができる。併せて、隣接配置した半導体チップ１５ａ、１５ｂの接続するパッド６０ａ、６０ｂ同士も隣接配置し、両パッド６０ａ、６０ｂに跨がるようにボールボンディング２５を打つのである。
【００７８】
図１４に示すように、半導体チップ１５ａ、１５ｂの厚みは同一に構成され、ベースの積層基板１１からの接着高さは同一レベルの高さに揃えられている。かかる構成の半導体チップ１５ａ、１５ｂは、図１５に示すように、互いに接続するパッド６０ａ、６０ｂが隣接配置するように並べて設けられている。
【００７９】
このようにして隣接配置されたパッド６０ａ、６０ｂの両方にかかるように、ボールボンディング２５が打たれ、両パッド６０ａ、６０ｂが接続されている。かかる構成では、半導体チップ１５ａ、１５ｂは隣接配置されているので、両パッド６０ａ、６０ｂを接続するボールボンディング２５の下方には、実質的に樹脂１７が入り込まず、樹脂１７の熱膨張、熱収縮等の熱応力の影響を受けることがない。
【００８０】
また、隣接配置される半導体チップ１５ａ、１５ｂの間に、万が一にも樹脂１７が入り込んでも、その熱応力に対しては、ボールボンディング２５はワイヤボンディング１９のワイヤのような影響を受けることがなく接続強度が安定しており、接続信頼性を確保することができる。
【００８１】
かかる構成を採用するについては、これまでの半導体チップ１５におけるパッド位置を、より周縁側に配置する等の対策が必要となる場合もある。
【００８２】
一方、ベースの積層基板１１からの設置高さが異なる半導体チップ１５ａ、１５ｃでは、その設置高さを揃えた状態で、ボールボンディング２５を施すことが必要となる。すなわち、図１６に示すように、厚い半導体チップ１５ａ側をキャビティ６１に収納して、半導体チップ１５ｃとの高さを揃えてある。
【００８３】
かかる状態で、両半導体チップ１５ａ、１５ｃは、ボールボンディング２５により接続されている。積層基板１１側と半導体チップ１５ａ、１５ｃとの接続は、これまでのＡｕワイヤ等を用いたワイヤボンディング１９ｂが施されている。
【００８４】
また、図１７に示す場合には、深さの異なるキャビティ６２、６３に半導体チップ１５ａ、１５ｃを設け、両者の高さを揃えた状態で、ボールボンディング２５が打たれている。積層基板１１側とは、半導体チップ１５ａ、１５ｃは、Ａｕワイヤ等を用いてワイヤボンディング１９ｂで接続されている。
【００８５】
かかる構成では、半導体チップ間の接続を、ワイヤボンディングで使用するキャピラリを利用してボールボンディングにより行えるので、新たな装置導入も必要なく、既存の設備で対応することができ、極めて有利な構成である。
【００８６】
以上、本発明者によってなされた発明を実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。
【００８７】
前記実施の形態では、第二の接続側にボールボンディングを打つことと、ワイヤループの曲げ部分を設けることと、接続する半導体チップを隣接配置して両接続をボールボンディングで行うこととは、それぞれ独立して説明したが、かかる構成は互いに併用しても構わない。すなわち、第二の接続にボールボンディングを用いる構成とワイヤループに曲げ部分を設ける構成とを併用したり、あるいは隣接配置した半導体チップの接続をボールボンディングで行うとともに、基板側と半導体チップ側との接続にワイヤループに曲げ部分を設ける構成を採用する等しても構わない。
【００８８】
前記実施の形態では、半導体装置としてＲＦモジュールに構成した場合を例に挙げて説明したが、例えば、パワーモジュール等のマルチチップ型半導体装置に対しても当然に適用できるものである。さらには、半導体装置をモジュールに構成しないで、複数の半導体チップを搭載するものであっても構わない。
【００８９】
前記実施の形態では、ベースとなる基板側を積層基板に構成した場合を例に挙げて説明したが、かかるベース基板は、積層基板ではなくても勿論構わない。
【００９０】
本発明は、半導体装置の製造方法として把握したが、例えば、ワイヤボンディング方法、ワイヤボンディングを用いた接続方法、チップ間接続方法等と把握することもできるものである。
【産業上の利用可能性】
【００９１】
本発明の技術は、半導体チップの接続への封止樹脂の影響を抑制するのに有効に適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００９２】
【図１】本発明の一実施の形態の半導体装置をＲＦモジュールに構成した場合を模式的に示す一実施例の断面図である。
【図２】（ａ）、（ｂ）は、第二の接続側で、熱圧着の後にボールボンディングを行う手順を示す部分斜視図である。
【図３】（ａ）、（ｂ）は、本発明に際して検討されたチップ間接続にワイヤボンディングを用いた場合の問題点を示す部分斜視図である。
【図４】（ａ）、（ｂ）は、第二の接続側で、ボールボンディング、熱圧着、ボールボンディングの順にボンディングを行う手順を示す部分斜視図である。
【図５】（ａ）、（ｂ）は、半導体チップとベース基板とのワイヤボンディングに第二の接続側でボールボンディングを行った様子を模式的に示す部分斜視図である。
【図６】本発明の一実施の形態の半導体装置をＲＦモジュールに構成した場合を模式的に示す一実施例の断面図である。
【図７】ワイヤループの形状を変化させる様子を模式的に拡大して示す部分断面図である。
【図８】ワイヤループの形状を変化させる様子を模式的に拡大して示す部分斜視図である。
【図９】ワイヤループの曲げを行う方法を模式的に示す部分斜視図である。
【図１０】ワイヤループの下方に入り込む樹脂の影響を示す部分断面説明図である。
【図１１】（ａ）、（ｂ）は、ワイヤループの曲げを行う変形例の方法を模式的に示す部分斜視図である。
【図１２】ワイヤループの形状を変化させる構成の適用の変形例を模式的に拡大して示す部分斜視図である。
【図１３】本発明に際して検討されたチップ間接続にワイヤボンディングを用いた場合の問題点を示す部分断面図である。
【図１４】チップ間接続にボールボンディングを用いて行う構成を模式的に示す断面図である。
【図１５】チップ間接続にボールボンディングを用いて行う構成を模式的に示す部分斜視図である。
【図１６】チップ間接続にボールボンディングを用いて行う構成を模式的に示す部分断面図である。
【図１７】チップ間接続にボールボンディングを用いて行う構成を模式的に示す部分断面図である。
【符号の説明】
【００９３】
１０ 半導体装置
１０ａ ＲＦモジュール
１１ 積層基板
１１ａ セラミック基板
１１ｂ セラミック基板
１１ｃ セラミック基板
１１ｄ セラミック基板
１１ｅ セラミック基板
１２ ビア
１３ 表面導体パターン
１４ 裏面導体パターン
１５ 半導体チップ
１５ａ 半導体チップ
１５ｂ 半導体チップ
１５ｃ 半導体チップ
１６ チップ部品
１７ 樹脂
１８ 半田
１９ ワイヤボンディング
１９ａ ワイヤボンディング
１９ｂ ワイヤボンディング
２０ パッド
２１ 第一の接続
２１ａ ボールボンディング
２２ 第二の接続
２２ａ 熱圧着
２２ｂ ボールボンディング
２３ ワイヤループ
２４ ボールボンディング
２５ ボールボンディング
３０ ワイヤボンディング
３１ａ 半導体チップ
３１ｂ 半導体チップ
３２ 第一の接続
３２ａ ボールボンディング
３３ 第二の接続
３３ａ 熱圧着
３４ ワイヤループ
３５ ボールボンディング
４０ 曲げ部分
５０ キャピラリ
５１ ワイヤガイド
５２ 腕部分
５３ ダメージ
５４ 圧着ピン
６０ａ パッド
６０ｂ パッド
６１ キャビティ
６２ キャビティ
６３ キャビティ
【技術分野】
【０００１】
本発明は半導体装置の製造に関し、特に、ワイヤボンディングの技術を用いてその接続信頼性を高めるのに適用して有効な技術である。
【背景技術】
【０００２】
以下に説明する技術は、本発明を研究、完成するに際し、本発明者によって検討されたものであり、その概要は次のとおりである。
【０００３】
これまでの半導体装置の構成では、半導体チップとベース基板、あるいは半導体チップとリードフレームの電気的接続は、ワイヤボンディングによりなされている。
【０００４】
半導体装置の中には、複数の半導体チップを互いに接続する構成を必要とする場合がある。かかる場合には、上記ワイヤボンディングの手法がそのまま踏襲されていた。すなわち、半導体チップの回路同士を接続するに際して、一度、ベース基板側にワイヤボンディングで電気的接続を行い、その上でベース基板側と別の半導体チップとをワイヤボンディングにより電気的に接続し、その結果として半導体チップ同士の電気的接続が行われるものである。
【０００５】
一方、パッケージ内にロジックチップとメモリチップとを搭載した構成において、両者をワイヤボンディングで接続することで配線容量を少なくして、チップ間の高速なデータ転送を行えるようにした発明が、特許文献１には開示されている。
【特許文献１】特開平１１−８６５４６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明者は、ワイヤボンディングを用いたチップ間接続においては、以下の課題があることを見出した。
【０００７】
すなわち、一度ベース基板を介してチップ間を接続する方法は、確かにこれまでの接続技術をそのまま活かした技術で、技術の安定性という観点からはその接続信頼性は高い。しかし、かかる構成を採用していたのでは、その小型化が図れないという問題がある。
【０００８】
一方、特許文献１には、チップ間接続をワイヤボンディングで行う構成が開示されてはいるが、しかし、ワイヤボンディングに際しての詳細な技術は示されていない。ワイヤボンディングに際しての技術的問題は、何ら説明されていない。
【０００９】
そこで、本発明者は、ベース基板を介することなく直接ワイヤボンディングで複数の半導体チップを接続することについて、その構成を具体的に考えて、その問題点の洗い出しを行った。
【００１０】
先ず、半導体チップ間のワイヤボンディングによる接続を、これまでのワイヤボンディングの接続技術をそのまま踏襲する形で行った場合について考えた。すなわち、第一の接続側をボールボンディングで行い、第二の接続側をキャピラリでワイヤを潰して圧着する接続の場合である。
【００１１】
かかる接続方法では、ボールを使用して圧着する第一の接続側に比べて、キャピラリの先端で押し潰すようにして圧着する第二の接続側の強度が低下することが分かった。第二の接続側は、ベース基板に設けられる場合に比べて、チップ厚さ分、ワイヤ下に入り込む樹脂量が多くなり、封止樹脂の熱応力による影響が大きく出て、その分、接続信頼性が低下するのである。
【００１２】
一方、これまでのワイヤボンディングの方法をそのまま踏襲するのではなく、例えば、第二の接続側では、一度ボールボンディングを打ち、その上にワイヤボンディングを行う方法も考えられる。かかる接続方法を採用すれば、確かに、ボールボンディングを先に打っておくことで、第二の接続側での圧着強度の向上は図れる。
【００１３】
しかし、封止樹脂がワイヤ下に入り込む量は、ボールボンディングを打った分さらに多くなり、封止樹脂の熱応力によるダメージをより受け易くなり、やはり接続信頼性の低下が起きるという問題がある。
【００１４】
本発明者は、これまでのワイヤボンディングによる接続方法を基本的に踏襲しながらも、チップ間接続におけるワイヤボンディングの接続信頼性を向上させることができないかと考えた。また、かかる対策は、上記チップ間の接続だけではなく、通常の半導体チップとベース基板、あるいはリードフレーム等との接続にも応用できるものであればなお好ましい。
【００１５】
本発明の目的は、ワイヤボンディングの技術を用いた半導体チップの接続における接続信頼性の向上を図ることにある。
【００１６】
本発明の前記ならびにその他の目的と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
本願において開示される発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、次のとおりである。
【００１８】
すなわち、半導体チップのワイヤボンディングによる接続で、第二の接続の熱圧着後にボールボンディングを行ったり、あるいはワイヤループを下方に押し付けて曲げる等して、ワイヤ下方に入り込む封止樹脂の熱応力に対応できるようにした。
【発明の効果】
【００１９】
本願において開示される発明のうち、代表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば以下のとおりである。
【００２０】
半導体チップの第二の接続側の熱圧着後にボールボンディングを打つことにより、熱圧着だけで終了させる場合よりも、ワイヤ下方に入り込む封止樹脂による熱応力に勝る接続力を確保し、その接続信頼性を高めることができる。
【００２１】
半導体チップのワイヤループを押し下げて曲げることで、ワイヤ下方の樹脂量を少なくし、ワイヤ下方に入り込む封止樹脂による熱応力の影響を排除して、その接続信頼性を高めることができる。
【００２２】
半導体チップのパッド同士を隣接配置して、その両方に跨ぐようにボールボンディングを行うことで、ワイヤ下方の樹脂を実質的になくして、ワイヤ下方に入り込む封止樹脂による熱応力の影響を排除し、その接続信頼性を高めることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、実施の形態を説明するための全図において、同一の部材には原則として同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する場合がある。
【００２４】
（実施の形態１）
図１は、本発明に係わる半導体装置をＲＦモジュールに構成した様子を模式的に示す断面図である。図２（ａ）、（ｂ）は、第二の接続側で、熱圧着の後にボールボンディングを打つ手順を示す部分斜視図である。図３（ａ）、（ｂ）は、本発明に際して検討されたチップ間接続にワイヤボンディングを用いた場合の問題点を示す部分斜視図である。
【００２５】
本発明の半導体装置１０は、図１に示すように、ＲＦモジュール１０ａ等に構成されている。かかる半導体装置１０は、次のようにして製造される。
【００２６】
例えば、図１に示すように、複数枚の絶縁体板（本実施の形態では、５枚のセラミック基板１１ａ〜１１ｅを例示して説明する）を用意し、かかるセラミック基板１１ａ〜１１ｅに複数個のビア１２を形成する。このビア１２の内部に導電性材料、例えば銅（Ｃｕ）または銀を充填する。
【００２７】
次に、各々のセラミック基板１１ａ〜１１ｅの表面に導電性材料、例えば銅または銀からなる表面導体パターン１３を印刷する。その後、これら５枚のセラミック基板１１ａ〜１１ｅを順次積層し、例えば８００〜９００℃程度の温度で焼成することにより、図１に示すように、積層基板１１を形成する。
【００２８】
このようにして形成された積層基板１１を洗浄した後、積層基板１１の裏面に導電性材料、例えば銅または銀からなる導体ペーストを印刷する。続いて、例えば１５０℃以下の温度で導体ペーストを焼き固めることにより、積層基板１１の裏面に裏面導体パターン１４を形成する。
【００２９】
さらに、図１に示すように、積層基板１１の部品搭載面に、能動素子が形成された半導
体チップ１５および受動素子が形成されたチップ部品１６等の表面実装部品を搭載する。その後、これら表面実装部品を絶縁性の樹脂１７によって覆うことにより、ＲＦモジュール１０ａが完成する。尚、半導体チップ１５、チップ部品１６は、半田１８を介して搭載されている。
【００３０】
半導体チップ１５は、例えば、Ｓｉ−ＭＯＳＦＥＴ等の電界効果トランジスタに形成されている。半導体チップ１５ａ（１５）の主面に形成された複数のパッド（ボンディングパッド、電極等とも言う）と、これに対応する積層基板１１の部品搭載面に形成された表面導体パターン１３と、あるいは別の半導体チップ１５ｂ（１５）の主面に形成された複数のパッドとは、接合材により接続されている。ここでは、接合材には、例えば金（Ａｕ）の細線からなるワイヤボンディング１９が用いられている。
【００３１】
チップ部品１６は、例えばコンデンサ、インダクタ、レジスタまたは空芯コイル等の受動素子に構成されている。チップ部品１６の両端に形成された接続端子が、半田を介して、積層基板１１の部品搭載面に形成された表面導体パターン１３に接続されている。
【００３２】
かかる構成の半導体装置１０では、複数の半導体チップ１５ａ、１５ｂ間のチップ間接続は、ワイヤボンディング１９ａ（１９）により行われている。かかるワイヤボンディング１９ａでは、半導体チップ１５ａ側で第一の接続（１ｓｔ側接続とも言う）２１が、半導体チップ１５ｂ側で第二の接続（２ｎｄ側接続とも言う）２２が行われる。
【００３３】
第一の接続２１は、図２（ａ）に示すように、ボールボンディング２１ａにより行われている。すなわち、図示はしないが、キャピラリに通されたＡｕワイヤ等のワイヤ先端が、ボール形成用のトーチにより溶融されてボールが形成され、かかるボールが半導体チップ１５ａのＡｌ電極等のパッド２０上に加熱圧着されてボールボンディング２１ａが行われている。
【００３４】
半導体チップ１５ａ側でボールボンディング２１ａを行ったキャピラリは、ワイヤを切断することなく、ワイヤループ２３を作りながら半導体チップ１５ｂのＡｌ電極等のパッド２０上にて、第二の接続２２を行う。かかる第二の接続２２は、図２（ａ）、（ｂ）に示すように、２回の工程に分けて行われる。
【００３５】
すなわち、図２（ａ）に示すように、第二の接続２２の初めの工程では、キャピラリの先端でワイヤを潰しながら接続位置に、超音波をかけながら熱圧着２２ａを行う。このようにステッチボンデイングにより、キャピラリの周縁の一部分によりワイヤを圧接するのである。かかる工程で、ワイヤ切断が行われる。その後、第二の接続２２では、終わりの工程として、熱圧着２２ａ上に、ボールボンディング２２ｂが行われる。
【００３６】
熱圧着２２ａを行ったキャピラリはワイヤを一度切断し、その後にキャピラリ側のワイヤ先端をトーチにより溶融してボールを形成し、ボールボンディング２２ｂを行う。このように、第二の接続２２側では、同じキャピラリを用いて熱圧着２２ａと、ボールボンディング２２ｂを行うこととなる。
【００３７】
第二の接続２２では、熱圧着２２ａの上にボールボンディング２２ｂが施されるため、第二の接続２２の強度は高められる。その分、接続信頼性の向上が図られることとなる。
【００３８】
一方、半導体チップ１５ａとベースの多層に構成された積層基板１１との間の接続には、通常のワイヤボンディング１９ｂが適用されている。すなわち、半導体チップ１５側ではボールボンディングが、積層基板１１側では熱圧着が行われている。
【００３９】
図３（ａ）には、今回の発明において検討されたワイヤボンディング３０によるチップ間接続の場合を示した。図３（ａ）に示すように、半導体チップ３１ａの側ではボールボンディング３２ａによる第一の接続３２が行われ、半導体チップ３１ｂの側では熱圧着３３ａで第二の接続３３が行われている。ワイヤボンディング３０では、接合材としてＡｕワイヤが用いられている。
【００４０】
かかる構成では、第二の接続３３側がベースの積層基板１１側に接続される場合とは異なり、半導体チップ３１ｂの厚さ分、その接続高さが高くなっている。かかる構成をそのまま樹脂封止した場合には、ワイヤループ３４の下方に入り込む樹脂量が多くなり、結果として、かかる封止樹脂の熱応力による影響を大きく受けることとなる。
【００４１】
例えば、繰り返し行われる昇温、降温の温度サイクルによる封止樹脂の熱膨張、熱収縮に伴い、ワイヤループ３４がかかる熱応力の影響を受け、最終的には熱圧着３３ａ部分等からのワイヤ切断が起きる。
【００４２】
すなわち、ボールを使用して圧着する第一の接続３２側に比べて、キャピラリの先端で押し潰すようにして圧着する第二の接続３３側の強度が弱くなり、接続信頼性が低下するのである。
【００４３】
しかし、図２に示すように、熱圧着２２ａの後にボールボンディング２２ｂが施されていれば、かかる熱圧着２２ａ部の強度補強が行われたと同様の効果が発揮され、ワイヤループ２３の下方に入り込んだ樹脂１７の量が多くても、その熱応力に対応したワイヤ切断等が発生しないのである。
【００４４】
（実施の形態２）
本実施の形態では、半導体チップ１５ｂでの第二の接続２２側の熱圧着２２ａを、ボールボンディング２４の後に行うものである。すなわち、図４（ａ）、（ｂ）に示すように、第二の接続２２のボンディング工程では、最初にボールボンディング２４を打ち、その後に熱圧着２２ａを行い、最後にボールボンディング２２ｂを行うものである。半導体チップ１５ａ側での第一の接続２１は、前記実施の形態で述べたと同様、ボールボンディング２１ａが行われる。
【００４５】
かかる構成は、図３（ｂ）に示す今回の発明において検討されたワイヤボンディング３０によるチップ間接続の場合に対応するものである。すなわち、図３（ｂ）に示すように、半導体チップ３１ａの側ではボールボンディング３２ａによる第一の接続３２が行われ、半導体チップ３１ｂの側ではボールボンディング３５の後に熱圧着３３ａで第二の接続３３が行われている。
【００４６】
かかる第二の接続３３側では、一度ボールボンディング３５を打ち、その上から熱圧着３３ａが行われているので、確かに、第二の接続３３側での圧着強度の向上は図られている。しかし、ボールボンディング３５を打った分、第二の接続３３側の高さが高くなり、ワイヤループ３４の下に入り込む樹脂量が多くなっている。そのため、熱応力のダメージを受け易くなり、接続信頼性の低下という問題が発生する。
【００４７】
しかし、かかる問題は、図４（ｂ）に示すように、第二の接続２２側の最終の工程をボールボンディング２２ｂで終了させることで熱圧着２２ａを補強し、ワイヤ下方に入り込む樹脂１７の量が増えてもその熱応力に勝る接続力を得ることで解決することができる。
【００４８】
（実施の形態３）
前記実施の形態では、ワイヤボンディング１９ａを半導体チップ１５ａ、１５ｂのチップ間接続に使用する場合を示したが、第二の接続２２側をボールボンディング２２bで補強する構成は、チップ間接続にのみ適用し得るものではない。
【００４９】
すなわち、図５（ａ）、（ｂ）に示すように、半導体チップ１５とベース側となる積層基板１１上のＡｕパッド等に構成されたパッド２０とのワイヤボンディング１９ｂにも、十分に適用できるものである。
【００５０】
半導体チップ１５側での接続は、ボールボンディング２１ａで第一の接続２１を行う。第二の接続２２は、積層基板１１のパッド２０上で行う。例えば、パッド２０上での第二の接続２２側を、最初に熱圧着２２ａで行った後に、ボールボンディング２２ｂをその上から打てばよい。かかる構成を採用することにより、第二の接続２２側での圧着強度を増すことができる。
【００５１】
（実施の形態４）
前記実施の形態では、ワイヤループ２３の下方に入り込む樹脂１７による影響を、第二の接続２２側をボールボンディング２２ｂで強化することで対応する場合について説明した。本実施の形態ではワイヤループ２３の下方に入り込む樹脂１７の量を減らすことで、その対応を図るものである。
【００５２】
本実施の形態の半導体装置１０は、前記実施の形態１で説明したと同様にＲＦモジュール１０ａ等に構成されている。半導体チップ１５ａ、１５ｂ間のワイヤボンディング１９ａを除いては、図６に示すように、前記実施の形態１で説明したと同様の方法で製造される。繰り返しの説明は、省略する。
【００５３】
半導体チップ１５ａ、１５ｂを接続するワイヤボンディング１９ａ（１９）は、図６に示すように、ワイヤループ２３の形状が上から下方に押し付け曲げられた形状に構成されている。すなわちワイヤループ２３には、曲げ部分４０が設けられている。
【００５４】
図７に、チップ間のワイヤボンディング１９ａの様子を拡大して示した。ワイヤループ２３の下方に入り込む樹脂１７の量を、ワイヤループ２３を押し下げて曲げるように曲げ部分４０を設けることで少なくすることができる。かかる構成を採用することで、ワイヤループ２３の下方に入り込む樹脂１７の熱膨張、熱収縮等の熱応力に対応した影響を抑えることができる。
【００５５】
かかる構成を採用しない場合には、例えば、チップ間接続では、第二の接続２２を形成する側は、ベースの積層基板１１に接続する場合より、半導体チップ１５ｂの厚み分その高さが高く設定されることとなる。そのため、ワイヤループ２３の下方に入り込む樹脂量がどうしても多くなり、樹脂１７の熱応力の影響を受けることとなる。
【００５６】
図６に示すように、ワイヤループ２３に曲げ部分４０を形成することで、入り込む樹脂量を少なくして、その熱応力による影響を抑えることの有効性は、例えば、チップ間接続の第二の接続２２側で顕著に確認することができる。
【００５７】
かかる構成では、図８に示すように、半導体チップ１５ａ側の第一の接続２１はボールボンディング２１ａで行われ、半導体チップ１５ｂ側の第二の接続２２は熱圧着２２ａで行われている。半導体チップ１５ａ、１５ｂ間のワイヤボンディング１９ａには、Ａｕワイヤ等の接合材が使用されている。
【００５８】
このように、かかる構成を採用すれば、ワイヤループ２３の形状のみを変更することで、半導体チップ１５ａ、１５ｂでのワイヤボンディング１９ａのボンディング技術は何ら変更することなく、これまでの方法を踏襲することができる。
【００５９】
ワイヤループ２３を押し下げて曲げ部分４０を作る構成は、例えば、図９に示すように、ワイヤボンディング１９ａに使用するツールのキャピラリ５０の側方に、ワイヤガイド５１を設けることで行うことができる。かかるワイヤガイド５１は、例えば、キャピラリ５０と同様に下降することができるように、キャピラリ５０に一体に設けておけばよい。
【００６０】
例えば、ワイヤガイド５１は、ワイヤループ２３を作る際に移動するキャピラリ５０の移動方向に対して、キャピラリ５０の後続位置に設けられている。さらに、ワイヤガイド５１は、キャピラリ５０が移動する際に引きだすワイヤを、キャピラリ５０の先端近くの位置で上方から押さえるように、横方向に延ばされた腕部分５２の下方を通るように構成されている。
【００６１】
かかる構成のキャピラリ５０、ワイヤガイド５１を用いて、先ず、図９に示すように、半導体チップ１５ａ側では第一の接続２１でボールボンディング２１ａを行う。キャピラリ５０に通されたＡｕワイヤ等のワイヤの先端は、ボール形成用のトーチにより溶融されてボールが形成され、かかるボールが半導体チップ１５ａのＡｌ電極等に構成されたパッド２０上に加熱圧着されてボールボンディング２１ａが行われる。
【００６２】
半導体チップ１５ａ側でボールボンディング２１を行ったキャピラリ５０は、ワイヤを切断することなく、第一の接続２１の位置より上方に持ち上げられ、さらに第二の接続２２側に向けて下降することとなる。この際に、ワイヤループ２３を作りながら半導体チップ１５ｂのパッド２０上で、第二の接続２２が行われる。
【００６３】
かかる場合に、キャピラリ５０の側方にはワイヤガイド５１が設けられているため、キャピラリ５０に引きずられるワイヤは、ワイヤガイド５１の横方向に延ばされた腕部分５２の下方にガイドされて、下方に押し下げられた状態にワイヤループ２３は曲げ加工されることとなる。
【００６４】
ワイヤループ２３は、キャピラリ５０の側方に設けられたワイヤガイド５１の腕部分５２の下を通されているので、キャピラリ５０が下降する際には、ワイヤループ２３も下方に押し下げられて、曲げ部分４０が形成されることとなる。これにより、ワイヤループ２３の下方に入り込む樹脂量を少なく抑えることができる。その結果、ワイヤループ２３の下方に入り込んだ樹脂１７の熱膨張、熱収縮による熱応力の影響を小さく抑えることができる。
【００６５】
かかる曲げ部分４０を設けない構成では、図１０に示すように、ワイヤループ２３の箇所で、その下方に入り込んだ樹脂１７の熱膨張、熱収縮による熱応力の影響を受け、例えばワイヤループ２３に切断等のダメージ５３を受けることとなる。しかし、ワイヤループ２３を下方に押し下げた状態に曲げ加工することで、ワイヤループ２３の下方に入り込む樹脂量を少なくすることができ、かかる問題の解消を図ることができる。
【００６６】
本実施の形態では、第一の接続２１はボールボンディング２１ａで行われ、第二の接続２２は熱圧着２２ａで行われるが、第二の接続２２側は、例えば、熱圧着２２ａの後にボールボンディング２２ｂを施してもよい。さらには、ボールボンディング２４、熱圧着２２ａ、ボールボンディング２２ｂとから、第二の接続２２を構成しても構わない。
【００６７】
このように構成すれば、ワイヤループ２３に曲げ部分４０を設けることで直接的に樹脂量を少なくし、併せてボールボンディング２２ｂを打つことでワイヤループ２３の下方に入り込む樹脂１７の熱応力に対する接続強度を強化して、第二の接続２２側の樹脂１７による影響を抑えることができる。
【００６８】
（実施の形態５）
前記実施の形態では、キャピラリ５０の側方に設けたワイヤガイド５１により、ワイヤループ２３を下方に押し下げるように曲げ部分４０を形成したが、キャピラリ５０でワイヤループ２３を形成した後で、上方からワイヤループ２３を下方に押し下げで曲げ部分４０を形成しても構わない。
【００６９】
かかる構成では、半導体チップ１５ａ側では、図１１（ａ）に示すように、キャピラリ５０によるボールボンディング２１ａで第一の接続２１を行う。その後、キャピラリ５０で、Ａｕワイヤ等でワイヤループ２３を形成しながら、半導体チップ１５ｂ側で第二の接続２２を行う。
【００７０】
その後、図１１（ｂ）に示すように、ワイヤボンディング１９ａが終了した時点で、ワイヤループ２３に曲げ加工を施す。すなわち、第二の接続２２が形成された後で、圧着ピン５４の腕部分５２をワイヤループ２３に押し当てて下方に押し下げ、曲げ部分４０を設ければよい。かかる構成でも、ワイヤループ２３を下方に押し下げた形状に曲げ加工することができ、ワイヤループ２３の下方に入り込む樹脂量を少なく抑えることができる。
【００７１】
（実施の形態６）
本実施の形態では、半導体チップ１５とベース側の積層基板１１とのワイヤボンディング１９ｂに、ワイヤループ２３に曲げ部分４０を設けた構成を適用したものである。ワイヤループ２３の形状を変化させることで、ワイヤループ２３の下方に入り込む樹脂量を抑え、樹脂１７による熱膨張、熱収縮の影響を少なくする構成は、図１２に示すように、半導体チップ１５とベースの積層基板１１との接続においても同様にその効果を有するものである。
【００７２】
すなわち、半導体チップ１５のパッド２０に、ボールボンディング２１ａによる第一の接続２１を行う。その後、積層基板１１のＡｕパッド等のパッド２０上に、ワイヤボンディング１９ｂの第二の接続２２を行う。かかる第二の接続２２の際に、あるいは形成後に、実施の形態４、５等の技術を用いてワイヤループ２３に曲げ部分４０を設ければよい。
【００７３】
かかる構成を採用することにより、これまでの構成に比べてワイヤループ２３の下方に入り込む樹脂量が少なくなり、樹脂１７の熱応力の影響を受けなくなり、よりその接続信頼性が向上する。
【００７４】
（実施の形態７）
本実施の形態は、ワイヤループ２３の下方に入り込む樹脂１７を実質的になくすことで、樹脂１７による影響を解消しようとするものである。前記実施の形態で示すように、半導体チップ１５ａ、１５ｂの接続は、これまでは、例えば、図１３に示すように、全てワイヤボンディング１９により接続されている。
【００７５】
かかる構成では、ワイヤループ２３の下方に入り込む樹脂１７の熱応力による影響をさけるために、前記実施の形態で述べたように、第二の接続２２側をボールボンディング２２ｂで補強する構成を採用する必要がある。あるいは、ワイヤループ２３を下方に押し下げたように曲げ部分４０を構成して、直接的に下方に入り込む樹脂量を低減することでその対応を考える必要がある。
【００７６】
しかし、前記実施の形態で述べた構成では、その多寡はあるものの、ワイヤループ２３の下方に樹脂１７が入り込むことでは共通の構成を有している。かかる構成では、樹脂種の熱膨張率等により、その熱応力は多様に変化し、その対応は複雑とならざるを得ない。
【００７７】
そこで、本実施の形態では、図１４に示すように、接続する半導体チップ１５ａ、１５ｂを隣接配置することで、ワイヤループ２３の下方に入り込む樹脂１７を無くす構成を採用した。これにより、樹脂１７の熱応力の影響を排除することができる。併せて、隣接配置した半導体チップ１５ａ、１５ｂの接続するパッド６０ａ、６０ｂ同士も隣接配置し、両パッド６０ａ、６０ｂに跨がるようにボールボンディング２５を打つのである。
【００７８】
図１４に示すように、半導体チップ１５ａ、１５ｂの厚みは同一に構成され、ベースの積層基板１１からの接着高さは同一レベルの高さに揃えられている。かかる構成の半導体チップ１５ａ、１５ｂは、図１５に示すように、互いに接続するパッド６０ａ、６０ｂが隣接配置するように並べて設けられている。
【００７９】
このようにして隣接配置されたパッド６０ａ、６０ｂの両方にかかるように、ボールボンディング２５が打たれ、両パッド６０ａ、６０ｂが接続されている。かかる構成では、半導体チップ１５ａ、１５ｂは隣接配置されているので、両パッド６０ａ、６０ｂを接続するボールボンディング２５の下方には、実質的に樹脂１７が入り込まず、樹脂１７の熱膨張、熱収縮等の熱応力の影響を受けることがない。
【００８０】
また、隣接配置される半導体チップ１５ａ、１５ｂの間に、万が一にも樹脂１７が入り込んでも、その熱応力に対しては、ボールボンディング２５はワイヤボンディング１９のワイヤのような影響を受けることがなく接続強度が安定しており、接続信頼性を確保することができる。
【００８１】
かかる構成を採用するについては、これまでの半導体チップ１５におけるパッド位置を、より周縁側に配置する等の対策が必要となる場合もある。
【００８２】
一方、ベースの積層基板１１からの設置高さが異なる半導体チップ１５ａ、１５ｃでは、その設置高さを揃えた状態で、ボールボンディング２５を施すことが必要となる。すなわち、図１６に示すように、厚い半導体チップ１５ａ側をキャビティ６１に収納して、半導体チップ１５ｃとの高さを揃えてある。
【００８３】
かかる状態で、両半導体チップ１５ａ、１５ｃは、ボールボンディング２５により接続されている。積層基板１１側と半導体チップ１５ａ、１５ｃとの接続は、これまでのＡｕワイヤ等を用いたワイヤボンディング１９ｂが施されている。
【００８４】
また、図１７に示す場合には、深さの異なるキャビティ６２、６３に半導体チップ１５ａ、１５ｃを設け、両者の高さを揃えた状態で、ボールボンディング２５が打たれている。積層基板１１側とは、半導体チップ１５ａ、１５ｃは、Ａｕワイヤ等を用いてワイヤボンディング１９ｂで接続されている。
【００８５】
かかる構成では、半導体チップ間の接続を、ワイヤボンディングで使用するキャピラリを利用してボールボンディングにより行えるので、新たな装置導入も必要なく、既存の設備で対応することができ、極めて有利な構成である。
【００８６】
以上、本発明者によってなされた発明を実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。
【００８７】
前記実施の形態では、第二の接続側にボールボンディングを打つことと、ワイヤループの曲げ部分を設けることと、接続する半導体チップを隣接配置して両接続をボールボンディングで行うこととは、それぞれ独立して説明したが、かかる構成は互いに併用しても構わない。すなわち、第二の接続にボールボンディングを用いる構成とワイヤループに曲げ部分を設ける構成とを併用したり、あるいは隣接配置した半導体チップの接続をボールボンディングで行うとともに、基板側と半導体チップ側との接続にワイヤループに曲げ部分を設ける構成を採用する等しても構わない。
【００８８】
前記実施の形態では、半導体装置としてＲＦモジュールに構成した場合を例に挙げて説明したが、例えば、パワーモジュール等のマルチチップ型半導体装置に対しても当然に適用できるものである。さらには、半導体装置をモジュールに構成しないで、複数の半導体チップを搭載するものであっても構わない。
【００８９】
前記実施の形態では、ベースとなる基板側を積層基板に構成した場合を例に挙げて説明したが、かかるベース基板は、積層基板ではなくても勿論構わない。
【００９０】
本発明は、半導体装置の製造方法として把握したが、例えば、ワイヤボンディング方法、ワイヤボンディングを用いた接続方法、チップ間接続方法等と把握することもできるものである。
【産業上の利用可能性】
【００９１】
本発明の技術は、半導体チップの接続への封止樹脂の影響を抑制するのに有効に適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００９２】
【図１】本発明の一実施の形態の半導体装置をＲＦモジュールに構成した場合を模式的に示す一実施例の断面図である。
【図２】（ａ）、（ｂ）は、第二の接続側で、熱圧着の後にボールボンディングを行う手順を示す部分斜視図である。
【図３】（ａ）、（ｂ）は、本発明に際して検討されたチップ間接続にワイヤボンディングを用いた場合の問題点を示す部分斜視図である。
【図４】（ａ）、（ｂ）は、第二の接続側で、ボールボンディング、熱圧着、ボールボンディングの順にボンディングを行う手順を示す部分斜視図である。
【図５】（ａ）、（ｂ）は、半導体チップとベース基板とのワイヤボンディングに第二の接続側でボールボンディングを行った様子を模式的に示す部分斜視図である。
【図６】本発明の一実施の形態の半導体装置をＲＦモジュールに構成した場合を模式的に示す一実施例の断面図である。
【図７】ワイヤループの形状を変化させる様子を模式的に拡大して示す部分断面図である。
【図８】ワイヤループの形状を変化させる様子を模式的に拡大して示す部分斜視図である。
【図９】ワイヤループの曲げを行う方法を模式的に示す部分斜視図である。
【図１０】ワイヤループの下方に入り込む樹脂の影響を示す部分断面説明図である。
【図１１】（ａ）、（ｂ）は、ワイヤループの曲げを行う変形例の方法を模式的に示す部分斜視図である。
【図１２】ワイヤループの形状を変化させる構成の適用の変形例を模式的に拡大して示す部分斜視図である。
【図１３】本発明に際して検討されたチップ間接続にワイヤボンディングを用いた場合の問題点を示す部分断面図である。
【図１４】チップ間接続にボールボンディングを用いて行う構成を模式的に示す断面図である。
【図１５】チップ間接続にボールボンディングを用いて行う構成を模式的に示す部分斜視図である。
【図１６】チップ間接続にボールボンディングを用いて行う構成を模式的に示す部分断面図である。
【図１７】チップ間接続にボールボンディングを用いて行う構成を模式的に示す部分断面図である。
【符号の説明】
【００９３】
１０ 半導体装置
１０ａ ＲＦモジュール
１１ 積層基板
１１ａ セラミック基板
１１ｂ セラミック基板
１１ｃ セラミック基板
１１ｄ セラミック基板
１１ｅ セラミック基板
１２ ビア
１３ 表面導体パターン
１４ 裏面導体パターン
１５ 半導体チップ
１５ａ 半導体チップ
１５ｂ 半導体チップ
１５ｃ 半導体チップ
１６ チップ部品
１７ 樹脂
１８ 半田
１９ ワイヤボンディング
１９ａ ワイヤボンディング
１９ｂ ワイヤボンディング
２０ パッド
２１ 第一の接続
２１ａ ボールボンディング
２２ 第二の接続
２２ａ 熱圧着
２２ｂ ボールボンディング
２３ ワイヤループ
２４ ボールボンディング
２５ ボールボンディング
３０ ワイヤボンディング
３１ａ 半導体チップ
３１ｂ 半導体チップ
３２ 第一の接続
３２ａ ボールボンディング
３３ 第二の接続
３３ａ 熱圧着
３４ ワイヤループ
３５ ボールボンディング
４０ 曲げ部分
５０ キャピラリ
５１ ワイヤガイド
５２ 腕部分
５３ ダメージ
５４ 圧着ピン
６０ａ パッド
６０ｂ パッド
６１ キャビティ
６２ キャビティ
６３ キャビティ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体チップをワイヤボンディングにより接続する半導体装置の製造方法であって、
前記ワイヤボンディングによる前記半導体チップの接続は、第一の接続と、前記第一の接続に引き続いて行われる第二の接続とからなり、
前記第二の接続では、その最終工程がボールボンディング工程であることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項２】
半導体チップをワイヤボンディングにより接続する半導体装置の製造方法であって、
前記ワイヤボンディングによる前記半導体チップの接続は、第一の接続と、前記第一の接続に引き続いて行われる第二の接続とからなり、
前記第二の接続では、ワイヤ圧着後にボールボンディングを行うことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項３】
複数の半導体チップ間をワイヤボンディングで接続する半導体装置の製造方法であって、
前記ワイヤボンディングによる前記半導体チップ間の接続は、第一の接続と、前記第一の接続に引き続いて行われる第二の接続とからなり、
前記第二の接続では、その最終工程はボールボンディング工程であることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項４】
半導体チップをワイヤボンディングにより接続する半導体装置の製造方法であって、
前記ワイヤボンディングにより形成されるワイヤループを下方に押し付けて変形させることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項５】
複数の半導体チップ間をワイヤボンディングで接続する半導体装置の製造方法であって、
複数の半導体チップのパッド同士を隣接させ、隣接させた前記パッド間をボールボンディングで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】
半導体チップをワイヤボンディングにより接続する半導体装置の製造方法であって、
前記ワイヤボンディングによる前記半導体チップの接続は、第一の接続と、前記第一の接続に引き続いて行われる第二の接続とからなり、
前記第二の接続では、その最終工程がボールボンディング工程であることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項２】
半導体チップをワイヤボンディングにより接続する半導体装置の製造方法であって、
前記ワイヤボンディングによる前記半導体チップの接続は、第一の接続と、前記第一の接続に引き続いて行われる第二の接続とからなり、
前記第二の接続では、ワイヤ圧着後にボールボンディングを行うことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項３】
複数の半導体チップ間をワイヤボンディングで接続する半導体装置の製造方法であって、
前記ワイヤボンディングによる前記半導体チップ間の接続は、第一の接続と、前記第一の接続に引き続いて行われる第二の接続とからなり、
前記第二の接続では、その最終工程はボールボンディング工程であることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項４】
半導体チップをワイヤボンディングにより接続する半導体装置の製造方法であって、
前記ワイヤボンディングにより形成されるワイヤループを下方に押し付けて変形させることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項５】
複数の半導体チップ間をワイヤボンディングで接続する半導体装置の製造方法であって、
複数の半導体チップのパッド同士を隣接させ、隣接させた前記パッド間をボールボンディングで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２００７−８８２２０（Ｐ２００７−８８２２０Ａ）
【公開日】平成１９年４月５日（２００７．４．５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−２７５３８９（Ｐ２００５−２７５３８９）
【出願日】平成１７年９月２２日（２００５．９．２２）
【出願人】（５０３１２１１０３）株式会社ルネサステクノロジ (4,790)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年４月５日（２００７．４．５）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年９月２２日（２００５．９．２２）
【出願人】（５０３１２１１０３）株式会社ルネサステクノロジ (4,790)
【Ｆターム（参考）】
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