JP2770575B2 - Semiconductor device bonding method and semiconductor device - Google Patents
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Description
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、半導体装置のチップ電
極と外部リードとを接続するための半導体装置のボンデ
ィング方法、およびこのボンディング方法によって製造
される半導体装置に関するものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor device bonding method for connecting a chip electrode of a semiconductor device to an external lead, and a semiconductor device manufactured by the bonding method.
【0002】[0002]
【従来の技術】周知のように、ICチップ等の半導体素
子が組み込まれた半導体装置の組立において、半導体素
子と外部リードとを接続するボンディングワイヤ(以
下、ワイヤと称する。)としては、金線、アルミニウム
線、また一部には銅線が用いられている。これらのワイ
ヤの中でも特に金線は耐食性が優れている等の利点を有
することから古くから使われており、現在でも金または
金合金よりなるワイヤの使用量は他のワイヤに比べて圧
倒的に多い。2. Description of the Related Art As is well known, in assembling a semiconductor device in which a semiconductor element such as an IC chip is incorporated, a gold wire is used as a bonding wire (hereinafter referred to as a wire) for connecting the semiconductor element and an external lead. , Aluminum wires, and copper wires for some of them. Among these wires, gold wire has been used for a long time because it has advantages such as excellent corrosion resistance, and the amount of wire made of gold or gold alloy is still overwhelmingly greater than other wires even today. Many.
【0003】このようなワイヤを半導体素子上のアルミ
ニウム製のボンディングパッド(以下、パッドと称す
る。)に接合する場合は、キャピラリに通したワイヤ先
端部を電気トーチ等を用いて溶融することによってこの
先端部に球状部(ボール)を形成し、この球状部を超音
波熱圧着法によって前記パッドに圧着して接合するボー
ルボンディング法が用いられている。When such a wire is bonded to an aluminum bonding pad (hereinafter, referred to as a pad) on a semiconductor element, the tip of the wire passed through a capillary is melted using an electric torch or the like. A ball bonding method is used in which a spherical portion (ball) is formed at the tip portion, and the spherical portion is bonded to the pad by ultrasonic pressure bonding.
【0004】このようにして一端がパッドに接合された
ワイヤは、前記キャピラリにより引き上げられて緩いカ
ーブを描きつつ外部リード上にまで延長され、外部リー
ドに押圧された上で再び超音波熱圧着されて接合され
る。こうして両端が半導体装置のパッドと外部リードと
に接合されたワイヤは再度キャピラリにより引き上げら
れ、この引き上げられた部分をクランプして切断するこ
とにより1回のボンディングが終了する。次いで、切断
により新たに形成されたワイヤの先端に前記と同様にし
て球状部を形成し、以下前記と同じ工程を次々に繰り返
してボンディングを行う。The wire having one end joined to the pad in this manner is pulled up by the capillary, extended to an external lead while drawing a gentle curve, pressed by the external lead, and again subjected to ultrasonic thermocompression bonding. Joined. The wire whose both ends are joined to the pad and the external lead of the semiconductor device is pulled up again by the capillary, and the pulled up portion is clamped and cut to complete one bonding. Next, a spherical portion is formed at the tip of the newly formed wire by cutting in the same manner as described above, and bonding is performed by repeating the same steps as above.
【0005】ところで近年、半導体装置の組立コストの
低減を目的としてボンディングマシンの自動化、高速化
が進み、これに伴ってこのようなボンディング作業に耐
え、かつ樹脂モールディング時に流れの生じないような
ワイヤや、半導体装置の組立プロセスにおける様々な熱
履歴や振動に対しても曲がりや断線の発生しないワイヤ
が要求されるようになってきた。また、半導体装置の使
用環境の多様化に伴い、高温・高圧などの悪環境下にお
いても断線等のトラブルの生じないような信頼性の高い
ワイヤに対する要求も高まって来ている。In recent years, automation and speeding up of bonding machines have been advanced in order to reduce the assembly cost of semiconductor devices, and accordingly, wires and wires that can withstand such bonding work and do not cause flow during resin molding are used. A wire that does not bend or break even with various heat histories and vibrations in a semiconductor device assembly process has been required. Further, with the diversification of use environments of semiconductor devices, demands for highly reliable wires that do not cause troubles such as disconnection even in a bad environment such as high temperature and high pressure are increasing.
【0006】そして、これらの要求に応じるため、La
やBe、またはCe等の様々な元素をそれぞれ数wt・ppm程
度の極めて微量な割合で添加した金合金より成るワイヤ
が提案されてきた。[0006] To meet these requirements, La
There have been proposed wires made of a gold alloy to which various elements such as Al, Be, and Ce are added at a very small ratio of about several ppm by weight.
【0007】[0007]
【発明が解決しようとする課題】このような従来提案さ
れてきたワイヤの中には、高い常温強度および高温強度
を有するもの、あるいはこれに加えて高ループをも有す
るものが存在することが認められてはいる。しかしなが
ら、このようなワイヤにおいて最も問題とされる、高温
下におけるワイヤと前記パッドとの接合部の劣化に対し
ては、十分に解決されたものは無かった。このため、前
記接合部の劣化に伴ってワイヤのパッドとの接続不良が
生じ、安定した性能を発揮することが困難となって半導
体装置の寿命の短縮を招く結果となっていた。It has been recognized that some of such conventionally proposed wires have high room-temperature strength and high-temperature strength, or have a high loop in addition to them. Have been. However, there has been no satisfactory solution to the deterioration of the joint between the wire and the pad under a high temperature, which is the most problematic in such a wire. For this reason, poor connection between the wire and the pad occurs due to the deterioration of the junction, which makes it difficult to exhibit stable performance, resulting in shortening the life of the semiconductor device.
【0008】また、樹脂モールディング後の半導体装置
は前述のような悪環境下において様々な温度変化を受け
ることになるが、モールディングされた樹脂と半導体素
子を構成するシリコンとの熱膨張係数の違いから、この
ような温度変化によってワイヤとパッドの接合部には剪
断方向の力が作用することが知られている。ところが前
述したような近年の半導体装置の使用環境の多様化に伴
って変化する温度差も極めて大きくなり、これに従い前
記接合部にも多大な剪断力が作用するようになってき
た。そして、これが前記接合部の劣化と相まってワイヤ
がパッドから剥離してしまうという問題が発生するよう
になってきた。Further, the semiconductor device after resin molding is subjected to various temperature changes under the above-mentioned bad environment. However, due to the difference in thermal expansion coefficient between the molded resin and the silicon constituting the semiconductor element. It is known that such a temperature change causes a force in the shearing direction to act on the joint between the wire and the pad. However, the temperature difference that changes with the recent diversification of the usage environment of the semiconductor device as described above has become extremely large, and accordingly, a great amount of shearing force has also acted on the junction. And this has come to cause a problem that the wire is peeled off from the pad in combination with the deterioration of the bonding portion.
【0009】さらに、前記ボールボンディング法によっ
てワイヤをパッドに接合した場合には、超音波熱圧着に
よって溶融したパッドを構成するアルミニウムが、ワイ
ヤ先端に形成された球状部に押圧されてワイヤとの接合
面よりはみ出してしまう、いわゆる排斥現象が生じるこ
とがある。このような排斥が起きるとワイヤとの接合に
パッドのアルミニウムが有効に用いられず、両者の接合
性をさらに劣化せしめる一因となる。Further, when the wire is bonded to the pad by the ball bonding method, the aluminum constituting the pad melted by the ultrasonic thermocompression is pressed by the spherical portion formed at the tip of the wire to bond the wire to the pad. A so-called rejection phenomenon that runs off the surface may occur. When such rejection occurs, aluminum of the pad is not effectively used for bonding with the wire, which is a factor that further deteriorates the bonding property between the two.
【0010】さらにまた、このように金を主成分とする
ワイヤとアルミニウムより成るパッドとが接合されて金
とアルミニウムとが接触した状態では、高温下において
両者の接合面にAu2Al,Au5Al2,Au4Al等の金とアル
ミニウムとの金属間化合物の層が成長することが知られ
ている。ところが、これらの金属間化合物の層は、成長
が全く行なわれないとワイヤとパッドとの接合が促進さ
れない反面、クラックや空洞が生じ易く、脆性が高くな
ってしまうという性質を持つ。このため、前述のように
半導体装置が高温下におかれ、この金属間化合物の層が
成長し過ぎるとワイヤがパッドとの接合面から剥離して
しまうおそれがある。Furthermore, in a state where the wire mainly composed of gold and the pad made of aluminum are joined and the gold and aluminum are in contact with each other, Au 2 Al, Au 5 is formed on the joint surface of the two at high temperature. It is known that a layer of an intermetallic compound of gold and aluminum such as Al 2 and Au 4 Al grows. However, these intermetallic compound layers do not promote the bonding between the wire and the pad unless growth is performed at all, but have the property that cracks and cavities are liable to occur and the brittleness is increased. For this reason, as described above, if the semiconductor device is exposed to a high temperature and the layer of the intermetallic compound grows too much, the wire may be peeled off from the bonding surface with the pad.
【0011】以上述べたように、前記の従来提案されて
きたワイヤでは、これらの問題を解決するには至らず、
前述したワイヤに対する要求を未だ十分に満足させるも
のとはいい難かった。As described above, the above-mentioned conventionally proposed wires do not solve these problems.
It has been difficult to say that the requirements for the wire described above are still sufficiently satisfied.
【0012】本発明は、このような問題を解決し、高温
環境における劣化が少なく、かつ温度変化によって発生
する剪断方向の力に対して十分な強度を有する接合部を
形成することが可能なワイヤを提供することを目的とす
るものである。[0012] The present invention solves the above-mentioned problems, and it is possible to form a wire having little deterioration in a high-temperature environment and having sufficient strength against a shear force generated by a temperature change. The purpose is to provide.
【0013】[0013]
【課題を解決するための手段】ここで、本発明の発明者
等は前述したLa,Be,Ceの他、Ca,Si等の種々の元素
を様々な割合で高純度の金に添加してワイヤを成形し、
このワイヤをアルミニウムのパッドに接合して両者の接
合性についての研究を重ねた。その結果、これらの元素
を特定の組み合わせで、かつ従来に比べて極めて多大な
添加量で高純度の金に添加してワイヤを成形することに
より、ボールボンディング法によってワイヤ先端に球状
部を形成した際に、この球状部の突端に微少な凹部が成
形されるという知見を得るに至った。Here, the inventors of the present invention added various elements such as Ca, Si, etc. in addition to the above-mentioned La, Be, Ce and the like to various kinds of high-purity gold. Form the wire,
This wire was bonded to an aluminum pad, and studies on the bondability between the two were repeated. As a result, a spherical portion was formed at the tip of the wire by a ball bonding method by adding these elements to a specific combination and adding high amount of gold to high-purity gold compared to the conventional one to form a wire. At this time, they have come to the knowledge that a minute concave portion is formed at the tip of the spherical portion.
【0014】本発明はかかる知見に基づいてなされたも
ので、請求項1の半導体装置のボンディング方法は、半
導体素子のボンディングパッドに金属製細線より成るボ
ンディングワイヤを接合して半導体装置を構成する半導
体装置のボンディング方法において、前記ボンディング
ワイヤの先端を加熱して球状部を形成するとともに該球
状部の突端に凹部を成形し、この球状部を前記半導体素
子のボンディングパッドに圧着して該ボンディングパッ
ドに前記凹部に係合する凸部を形成しつつ、前記ボンデ
ィングワイヤを接合することを特徴とする。The present invention has been made based on such knowledge, and a method of bonding a semiconductor device according to the first aspect of the present invention is a method of bonding a semiconductor device by bonding a bonding wire made of a thin metal wire to a bonding pad of a semiconductor element. In the bonding method of the apparatus, the tip of the bonding wire is heated to form a spherical portion, and a concave portion is formed at the protruding end of the spherical portion, and the spherical portion is pressed against the bonding pad of the semiconductor element and is bonded to the bonding pad. The method is characterized in that the bonding wire is joined while forming a projection engaging with the recess.
【0015】さらに請求項2の半導体装置は、金属製細
線より成るボンディングワイヤが半導体素子のボンディ
ングパッドに接合されて成る半導体装置において、前記
ボンディングワイヤを前記請求項1記載の半導体装置の
ボンディング方法によって前記半導体素子のボンディン
グパッドに接合し、これらボンディングワイヤとボンデ
ィングパッドとの接合部に、前記ボンディングワイヤ側
に凹部を形成するとともに、前記ボンディングパッド側
にはこの凹部に係合する凸部を形成したことを特徴とす
るものである。According to a second aspect of the present invention, there is provided a semiconductor device in which a bonding wire made of a thin metal wire is bonded to a bonding pad of a semiconductor element. The semiconductor device was bonded to a bonding pad, and a bonding portion between the bonding wire and the bonding pad was formed with a concave portion on the bonding wire side, and a convex portion engaging with the concave portion was formed on the bonding pad side. It is characterized by the following.
【0016】[0016]
【作用】本発明によれば、前述のボールボンディング法
によってワイヤ先端を加熱して球状部を形成した際に、
これと同時にこの球状部の突端に微少な凹部が成形され
る。そして、この凹部が成形された球状部をパッドに圧
着することにより、ワイヤの球状部は押しつぶされなが
らパッドに圧接され、一方、超音波による熱によって半
溶解した状態のパッドを構成するアルミニウムは球状部
に押圧されることにより、前記凹部に対向する部分が凹
部内に入り込んで該凹部に係合する凸部を形成する。According to the present invention, when the tip of the wire is heated by the above-described ball bonding method to form a spherical portion,
At the same time, a minute concave portion is formed at the tip of the spherical portion. Then, by pressing the spherical portion formed with the concave portion to the pad, the spherical portion of the wire is pressed against the pad while being crushed, while the aluminum constituting the semi-dissolved pad by the heat of ultrasonic waves is spherical. By being pressed by the portion, the portion facing the concave portion enters the concave portion to form a convex portion that engages with the concave portion.
【0017】このようにワイヤとパッドとの接合部に互
いに係合する凹部と凸部が形成されることにより、ワイ
ヤとパッドとの接合面積が増加するので両者の接合部に
おける接合強度を向上させることができる。また、これ
に伴って半導体装置を高温下で長時間保持しても、パッ
ドからワイヤが剥離するまでの時間を従来に比べて延長
することができる。By forming the concave and convex portions which engage with each other at the joint between the wire and the pad, the joint area between the wire and the pad increases, so that the joint strength at the joint between the two can be improved. be able to. Accordingly, even if the semiconductor device is held at a high temperature for a long time, the time until the wire is peeled off from the pad can be extended as compared with the related art.
【0018】さらに、これら凹部と凸部とが係合するこ
とにより、ワイヤとパッドとは両者の接合部を剪断する
方向に互いに係止し合った状態となるため、この方向に
作用する力に対する強度は著しく向上する。Further, when the concave portion and the convex portion are engaged with each other, the wire and the pad are engaged with each other in a direction of shearing the joint between the wire and the pad. The strength is significantly improved.
【0019】また一方、ワイヤ先端の球状部に成形され
た凹部にパッドのアルミニウムが入り込むことにより、
超音波による熱によって半溶解した状態のアルミニウム
には負圧が生じる。そして、この負圧と球状部の圧着に
よる押圧とが相殺し合うことにより、従来の押圧のみの
状態で生じたワイヤ圧着時のアルミニウムの排斥を抑制
することができる。On the other hand, the aluminum of the pad enters the recess formed in the spherical portion at the tip of the wire,
Negative pressure is generated in the aluminum in a semi-molten state by the heat of the ultrasonic wave. Since the negative pressure and the pressing by the pressing of the spherical portion cancel each other, it is possible to suppress the rejection of aluminum at the time of wire pressing which occurs in the conventional pressing only state.
【0020】[0020]
【実施例】以下、本発明の実施例について説明する。Embodiments of the present invention will be described below.
【0021】本実施例では、99.999%の高純度の
金に40wt・ppmのLaと50wt・ppmのSiとを添加してイ
ンゴットを作製し、このインゴットに伸線加工を施して
直径25μmの金合金細線を製造した。そして、この金
合金細線に熱処理を施して常温における破断伸び率が4
%となるように調整した上でワイヤを製造し、このワイ
ヤを半導体素子のアルミニウム製のパッドに前述のボー
ルボンディング法によって接合した。これを実施例1と
する。In the present embodiment, an ingot is prepared by adding 40 wt.ppm La and 50 wt.ppm Si to 99.999% high-purity gold, and the ingot is drawn to a diameter of 25 μm. Was manufactured. Then, this gold alloy thin wire is subjected to a heat treatment so that the elongation at break at room temperature is 4%.
%, And a wire was manufactured. The wire was bonded to an aluminum pad of a semiconductor element by the above-described ball bonding method. This is referred to as Example 1.
【0022】またこの実施例1と同様にして99.99
9%の金に、30wt・ppmのLaと40wt・ppmのCaを添加
したワイヤ、20wt・ppmのBeと20wt・ppmのSiと20
wt・ppmのCeとを添加したワイヤ、および20wt・ppmの
Laと20wt・ppmのBeと30wt・ppmのSiとを添加した
ワイヤを製造して半導体素子のアルミニウムパッドに接
合した。これらをそれぞれ実施例2,3および4とす
る。In the same manner as in Embodiment 1, 99.99
9% gold, 30wt.ppm La and 40wt.ppm Ca added wire, 20wt.ppm Be and 20wt.ppm Si and 20wt.%
A wire to which wt.ppm of Ce was added and a wire to which 20 wt.ppm of La, 20 wt.ppm of Be and 30 wt.ppm of Si were added were bonded to an aluminum pad of a semiconductor device. These are Examples 2, 3 and 4, respectively.
【0023】さらに、これらの比較例に対する比較例と
して前記実施例1と同様に、99.999%の金に、7w
t・ppmのLaと3wt・ppmのBeを添加したワイヤ、および
4wt・ppmのLaと2wt・ppmのBeと4wt・ppmのCeとを添
加したワイヤを製造してアルミニウムパッドに接合し
た。これらをそれぞれ比較例1および2とする。Further, as a comparative example to these comparative examples, 99.999% of gold was added to 7 w
A wire to which t · ppm La and 3 wt · ppm Be were added, and a wire to which 4 wt · ppm La, 2 wt · ppm Be and 4 wt · ppm Ce were added, and bonded to an aluminum pad. These are referred to as Comparative Examples 1 and 2, respectively.
【0024】これら実施例1〜4および比較例1,2に
用いられたワイヤに添加された添加元素の組成を表1に
示す。Table 1 shows the compositions of the additional elements added to the wires used in Examples 1 to 4 and Comparative Examples 1 and 2.
【0025】[0025]
【表1】 [Table 1]
【0026】なお、この時のボンディング条件は表2の
通りである。The bonding conditions at this time are as shown in Table 2.
【0027】[0027]
【表2】 [Table 2]
【0028】このボンディングの際には、図1に示すよ
うにキャピラリ1に通したワイヤ2の先端部を電気トー
チ等を用いて溶融することにより、この先端部に平均直
径約70μmの球状部3が形成される。ここで本実施例
1〜4のワイヤでは、この球状部3の形成と同時に球状
部3の突端にワイヤ2の後端側に凹んだ直径約15μ
m、深さ約5μmの半球穴状の凹部4が成形される。At the time of this bonding, as shown in FIG. 1, the distal end of the wire 2 passed through the capillary 1 is melted using an electric torch or the like, so that a spherical portion 3 having an average diameter of about 70 μm is formed at the distal end. Is formed. Here, in the wires of Examples 1 to 4, at the same time as the formation of the spherical portion 3, the protruding end of the spherical portion 3 has a diameter of about 15 .mu.
A hemispherical hole-shaped recess 4 having a depth of about 5 μm is formed.
【0029】そして、キャピラリ1を移動してこの球状
部3が形成されたワイヤ2を図2に示すように半導体素
子5のアルミニウムパッド6に対向する位置に持って行
き、図3に示すようにキャピラリ1を降下させて球状部
3をパッド6に押圧し、さらに超音波熱圧着によってワ
イヤ2をパッド6に接合する。Then, the capillary 1 is moved to bring the wire 2 on which the spherical portion 3 is formed to a position facing the aluminum pad 6 of the semiconductor element 5 as shown in FIG. 2, and as shown in FIG. The capillary 1 is lowered to press the spherical portion 3 against the pad 6, and the wire 2 is bonded to the pad 6 by ultrasonic thermocompression bonding.
【0030】この接合の際にパッド6は超音波による熱
によって、パッド6を構成するアルミニウムが単体で、
あるいはこのアルミニウムに半導体素子を構成するシリ
コンがわずかに混入してAl−1%Siとなって半溶融し
た状態となっている。そしてこのような状態のパッド6
にワイヤ2の球状部3が押圧される際、球状部3の突端
に成形された凹部4には前記半溶融状態のアルミニウム
もしくはAl−1%Siなどが入り込み、これによってパ
ッド6に凹部4に係合する形状の凸部7が形成される。
こうしてパッド6に圧着された球状部3はキャピラリ1
の下面によってさらに押しつぶされて図4に示すように
パッド6上面を覆うように偏平状に広がり、ワイヤ2の
一端と半導体素子5のパッド6とが接合される。At the time of this bonding, the pad 6 is made of aluminum constituting the pad 6 by heat generated by ultrasonic waves.
Alternatively, the aluminum constituting the semiconductor element is slightly mixed into the aluminum to form Al-1% Si, which is in a semi-molten state. And pad 6 in such a state
When the spherical portion 3 of the wire 2 is pressed into the recess, the semi-molten aluminum or Al-1% Si or the like enters the concave portion 4 formed at the protruding end of the spherical portion 3, whereby the pad 6 enters the concave portion 4. A projection 7 having an engaging shape is formed.
The spherical portion 3 pressed to the pad 6 in this manner is the capillary 1
Further, the lower end of the wire 2 is flattened so as to cover the upper surface of the pad 6 as shown in FIG. 4, and one end of the wire 2 and the pad 6 of the semiconductor element 5 are joined.
【0031】次いでワイヤ2はキャピラリ1により引き
上げられて緩いループを描きつつ外部リード上にまで延
長され、再び超音波熱圧着されて外部リードに接合され
る。こうして両端が半導体装置のパッド6と外部リード
とに接合されたワイヤ2は再びキャピラリ1により引き
上げられ、この引き上げられた部分をクランプして切断
することにより1回のボンディングが終了する。次い
で、切断により新たに形成されたワイヤ2の先端に前記
と同様にして球状部3を形成すると、これと同時に球状
部3の突端に凹部4が成形されるので、以下前記と同じ
工程を次々に繰り返してボンディングを行う。Next, the wire 2 is pulled up by the capillary 1 and extended onto the external lead while forming a loose loop, and is again subjected to ultrasonic thermocompression bonding to be joined to the external lead. The wire 2 having both ends joined to the pad 6 of the semiconductor device and the external lead is pulled up again by the capillary 1, and the pulled up portion is clamped and cut to complete one bonding. Next, when the spherical portion 3 is formed at the tip of the newly formed wire 2 by cutting in the same manner as described above, the concave portion 4 is formed at the tip of the spherical portion 3 at the same time. Is repeatedly performed.
【0032】このように本実施例1〜4によれば、ワイ
ヤ2とパッド6との接合部に互いに係合する凹部4と凸
部7とが形成されるので、ワイヤ2とパッド6との接合
面積が増加し、このため両者の接合部における接合強度
を向上させることができる。これにより、ワイヤ2とパ
ッド6との接合部の劣化が抑えられるとともに、高温下
に長時間保持されてワイヤ2を構成する金とパッド6を
構成するアルミニウムとの接合面に両者の金属間化合物
の層が成長した場合でも、ワイヤ2がパッド6から剥離
するに至るまでの時間を延長することができる。従っ
て、近年の半導体装置の使用環境の多様化に伴う、特に
高温下における使用においても半導体素子と外部リード
との接続不良の発生が防止され、半導体装置の寿命の延
長を図ることが可能となる。As described above, according to the first to fourth embodiments, the concave portion 4 and the convex portion 7 that are engaged with each other are formed at the joint portion between the wire 2 and the pad 6. The joint area increases, and therefore, the joint strength at the joint between the two can be improved. As a result, the deterioration of the joint between the wire 2 and the pad 6 is suppressed, and the intermetallic compound between the gold constituting the wire 2 and the aluminum constituting the pad 6 is held at a high temperature for a long time. , The time required for the wire 2 to peel off from the pad 6 can be extended. Therefore, with the recent diversification of the use environment of the semiconductor device, even in the use under a high temperature, occurrence of poor connection between the semiconductor element and the external lead can be prevented, and the life of the semiconductor device can be extended. .
【0033】また、ワイヤ2の凹部4とパッド6の凸部
7とが係合することにより、ワイヤ2とパッド6とは両
者の接合部を剪断する方向に互いに係止し合った状態と
なるため、この方向に作用する力に対する強度は著しく
向上する。これにより、前述した厳しい使用環境下にお
ける急激な温度変化によってモールディングされた樹脂
と半導体素子のシリコンとの熱膨張係数の違いからワイ
ヤ2とパッド6の接合部に剪断方向の力が作用した場合
でも、パッド6からのワイヤ2の剥離防ぐことができ
る。このため前記接合強度の向上と相まって半導体装置
の接続不良の発生がより効果的に防止され、装置寿命の
一層の延長をなすことができる。When the concave portion 4 of the wire 2 and the convex portion 7 of the pad 6 are engaged with each other, the wire 2 and the pad 6 are engaged with each other in a direction in which the joint between them is sheared. Therefore, the strength against the force acting in this direction is significantly improved. Accordingly, even when a force in the shear direction acts on the joint between the wire 2 and the pad 6 due to the difference in the coefficient of thermal expansion between the resin molded and the silicon of the semiconductor element due to the rapid temperature change in the severe use environment described above. In addition, peeling of the wire 2 from the pad 6 can be prevented. For this reason, the occurrence of connection failure of the semiconductor device can be more effectively prevented in combination with the improvement of the bonding strength, and the life of the device can be further extended.
【0034】一方、前記比較例1,2ではワイヤ12と
パッド16の接合の際に、図5に示すようなパッド16
を構成するアルミニウムの排斥8が発生した。このよう
なアルミニウムの排斥は、パッドを構成するアルミニウ
ムが有効に使用されなくなるためワイヤとパッドの接合
性を阻害する一因となる。On the other hand, in the comparative examples 1 and 2, when the wire 12 and the pad 16 are joined, the pad 16 as shown in FIG.
Of aluminum constituting aluminum oxide 8 occurred. Such rejection of aluminum becomes a factor that hinders the bondability between the wire and the pad because aluminum constituting the pad is not effectively used.
【0035】しかし、これに対して本実施例1〜4では
パッド6との接合の際、球状部3に成形された凹部4に
パッド6のアルミニウムが入り込むことにより、超音波
による熱で半溶解したアルミニウムに負圧が生じた状態
となる。そして、この負圧と球状部3の圧着による押圧
とが相殺し合うことにより、ワイヤ2圧着時のアルミニ
ウムの排斥を防止することができる。このためパッド6
のアルミニウムすべてがワイヤ2との接合に有効に使用
され、ワイヤ2とパッド6との接合性をより一層強化す
ることができる。On the other hand, in the first to fourth embodiments, the aluminum of the pad 6 enters into the concave portion 4 formed in the spherical portion 3 at the time of bonding with the pad 6, so that the aluminum is semi-dissolved by the heat of the ultrasonic wave. A state in which a negative pressure is generated in the aluminum thus obtained. Then, since the negative pressure and the pressing by the compression of the spherical portion 3 cancel each other, it is possible to prevent the rejection of aluminum when the wire 2 is compressed. Therefore, pad 6
All of the aluminum is effectively used for bonding with the wire 2, and the bonding between the wire 2 and the pad 6 can be further enhanced.
【0036】次に、前記実施例1〜4および比較例1,
2によってボンディングされた半導体装置をそれぞれ窒
素雰囲気中に200℃で一定時間保持した後に取り出
し、シェアー強度を測定して高温環境下におけるワイヤ
とパッドの接合強度の低下について試験を行った。この
結果を図6に示す。Next, Examples 1 to 4 and Comparative Example 1,
After holding the semiconductor devices bonded by the method 2 in a nitrogen atmosphere at 200 ° C. for a certain time, the semiconductor devices were taken out, the shear strength was measured, and a test was performed on the reduction in bonding strength between the wire and the pad under a high-temperature environment. The result is shown in FIG.
【0037】図6から分かるように、比較例1および2
による半導体装置では、それぞれ試験開始より100時
間後および200時間後で接合強度の低下が認められ、
試験開始から400時間後にはシェアー強度が0、すな
わちワイヤがパッドから剥離した状態となった。これに
対して実施例1〜4による半導体装置では、実施例3に
よる半導体装置のみが試験開始200時間後で接合強度
の低下が始まった他は試験開始300時間後まで強度の
低下は認められず、さらに試験開始500時間を経過し
た後でも実施例1以外は十分な接合強度を維持すること
ができた。As can be seen from FIG. 6, Comparative Examples 1 and 2
In the semiconductor device according to the above, a decrease in bonding strength was observed 100 hours and 200 hours after the start of the test, respectively.
400 hours after the start of the test, the shear strength was 0, that is, the wire was peeled off from the pad. On the other hand, in the semiconductor devices according to Examples 1 to 4, only the semiconductor device according to Example 3 began to decrease in bonding strength 200 hours after the start of the test. Even after 500 hours from the start of the test, sufficient bonding strength was maintained except for Example 1.
【0038】このように本実施例1〜4では、半導体装
置が長時間高温環境下におかれてもワイヤとパッドとの
接合部が劣化に至るまでの時間が著しく延長され、また
温度変化によって発生する剪断方向の力に対しても十分
な強度を有することが実証された。そして、このような
構成のワイヤを用いて半導体装置を製造することによ
り、近年の半導体装置の使用環境の多様化に伴う高温下
における使用においても半導体装置の寿命の延長を図る
ことが可能となる。As described above, in the first to fourth embodiments, even when the semiconductor device is exposed to a high-temperature environment for a long time, the time until the bonding portion between the wire and the pad is deteriorated is remarkably extended. It has been demonstrated that it has sufficient strength against the generated shear force. Then, by manufacturing a semiconductor device using the wire having such a configuration, it is possible to extend the life of the semiconductor device even in use at high temperatures due to the diversification of the usage environment of the semiconductor device in recent years. .
【0039】[0039]
【発明の効果】以上説明したように、本発明によればワ
イヤとパッドの接合の際、ワイヤ先端に球状部が形成さ
れると同時にこの球状部の突端に凹部が成形され、この
状態でワイヤをパッドに圧着することによってパッドに
も前記凹部に係合する凸部が形成される。そして、これ
ら凹部と凸部とが係合した状態でワイヤとパッドが接合
されることにより、両者の接合部の接合面積が増大する
とともに該接合部に剪断方向に作用する力に対して強い
抗力を奏するようになる。また、パッドを構成するアル
ミニウムの排斥も防止されるので、ワイヤとパッドとの
接合性および接合強度の向上を図ることが可能となる。As described above, according to the present invention, when a wire and a pad are joined, a spherical portion is formed at the tip of the wire, and at the same time, a concave portion is formed at the tip of the spherical portion. Is pressed onto the pad, so that the pad is also provided with a convex portion that engages with the concave portion. By joining the wire and the pad in a state where the concave portion and the convex portion are engaged with each other, the joint area of the joint portion is increased, and a strong drag is applied to the force acting on the joint portion in the shearing direction. Will be played. In addition, since the aluminum constituting the pad is prevented from being rejected, it is possible to improve the bonding property and the bonding strength between the wire and the pad.
【0040】このため、このようなワイヤによって半導
体装置にボンディングを施すことにより、高温環境下に
おいてもワイヤとパッドの接合部の劣化を抑えることが
できるとともに急激な温度変化によっても該接合部の剥
離を防止することができ、結果的に半導体装置の寿命の
延長を図ることができる。Therefore, by bonding the semiconductor device with such a wire, it is possible to suppress the deterioration of the bonding portion between the wire and the pad even in a high temperature environment and to separate the bonding portion even by a rapid temperature change. Can be prevented, and as a result, the life of the semiconductor device can be extended.
【図1】実施例1〜4におけるボンディングワイヤ2先
端の球状部3を示す側面図である。FIG. 1 is a side view showing a spherical portion 3 at the tip of a bonding wire 2 in Examples 1 to 4.
【図2】実施例1〜4におけるボンディングワイヤ2と
ボンディングパッド6との接合の様子を示す両者の接合
部の側面図である。FIG. 2 is a side view of a bonding portion of a bonding wire 2 and a bonding pad 6 in Examples 1 to 4 showing how the bonding wire 2 and the bonding pad 6 are bonded.
【図3】実施例1〜4におけるボンディングワイヤ2と
ボンディングパッド6との接合の様子を示す両者の接合
部の側面図である。FIG. 3 is a side view of a bonding portion between the bonding wire 2 and a bonding pad 6 in Examples 1 to 4 showing a state of bonding between the bonding wire 2 and the bonding pad 6;
【図4】実施例1〜4におけるボンディングワイヤ2と
ボンディングパッド6との接合の様子を示す両者の接合
部の側面図である。FIG. 4 is a side view of a joint between the bonding wire 2 and the bonding pad 6 according to the first to fourth embodiments, showing a state of the bonding.
【図5】比較例1,2におけるボンディングワイヤ12
によってボンディングパッド16を構成するアルミニウ
ムの排斥が生じた状態を示す両者の接合部の側面図であ
る。FIG. 5 shows bonding wires 12 in Comparative Examples 1 and 2.
FIG. 10 is a side view of the joint portion of the two, showing a state in which aluminum constituting the bonding pad 16 has been repelled by the heat treatment.
【図6】実施例1〜4と比較例1,2によってボンディ
ングされた半導体装置を高温環境下に長時間保持した場
合のシェアー強度の変化を示すグラフである。FIG. 6 is a graph showing a change in shear strength when the semiconductor devices bonded in Examples 1 to 4 and Comparative Examples 1 and 2 are held in a high-temperature environment for a long time.
1 キャピラリ 2,12 ボンディングワイヤ 3,13 球状部 4 凹部 5 半導体素子 6,16 ボンディングパッド 7 凸部 8 アルミニウムの排斥部分 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Capillary 2, 12 Bonding wire 3, 13 Spherical part 4 Concave part 5 Semiconductor element 6, 16 Bonding pad 7 Convex part 8 Excluding part of aluminum
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) H01L 21/60 301──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on front page (58) Field surveyed (Int.Cl. 6 , DB name) H01L 21/60 301
Claims (2)
製細線より成るボンディングワイヤを接合して半導体装
置を構成する半導体装置のボンディング方法において、
前記ボンディングワイヤの先端を加熱して球状部を形成
するとともに該球状部の突端に凹部を成形し、この球状
部を前記半導体素子のボンディングパッドに圧着して該
ボンディングパッドに前記凹部に係合する凸部を形成し
つつ、前記ボンディングワイヤを接合することを特徴と
する半導体装置のボンディング方法。1. A bonding method for a semiconductor device, comprising forming a semiconductor device by bonding a bonding wire made of a thin metal wire to a bonding pad of a semiconductor element.
The distal end of the bonding wire is heated to form a spherical portion, and a concave portion is formed at the protruding end of the spherical portion. The spherical portion is pressed against a bonding pad of the semiconductor element to engage the bonding pad with the concave portion. A bonding method for a semiconductor device, wherein the bonding wire is bonded while forming a projection.
が半導体素子のボンディングパッドに接合されて成る半
導体装置において、前記ボンディングワイヤが前記請求
項1記載の半導体装置のボンディング方法によって前記
半導体素子のボンディングパッドに接合され、これらボ
ンディングワイヤとボンディングパッドとの接合部に
は、前記ボンディングワイヤ側に凹部が形成されている
とともに、前記ボンディングパッド側にはこの凹部に係
合する凸部が形成されていることを特徴とする半導体装
置。2. A semiconductor device comprising a bonding wire made of a thin metal wire bonded to a bonding pad of a semiconductor element, wherein the bonding wire is connected to a bonding pad of the semiconductor element by the bonding method of the semiconductor device according to claim 1. At the joint between the bonding wire and the bonding pad, a concave portion is formed on the bonding wire side, and a convex portion engaging with the concave portion is formed on the bonding pad side. Characteristic semiconductor device.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3011205A JP2770575B2 (en) | 1991-01-31 | 1991-01-31 | Semiconductor device bonding method and semiconductor device |
Applications Claiming Priority (1)
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|---|---|---|---|
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Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04363035A JPH04363035A (en) | 1992-12-15 |
| JP2770575B2 true JP2770575B2 (en) | 1998-07-02 |
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ID=11771515
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| JP (1) | JP2770575B2 (en) |
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- 1991-01-31 JP JP3011205A patent/JP2770575B2/en not_active Expired - Fee Related
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