| 【発明の名称】 |
ワイヤボンディング方法、および半導体装置 |
| 【発明者】 |
【氏名】藤本 仁士
【住所又は居所】東京都千代田区丸の内二丁目２番３号 三菱電機株式会社内
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| 【要約】 |
【課題】複数のＩＣチップのボンディングパッド間をワイヤを用いて相互に結線する場合の接続手順の自由度を確保してＩＣチップの組み合わせが変更された場合にも容易に対応できるようにするとともに、安定したステッチボンドを行うことができるワイヤボンディング方法。
【解決手段】複数のＩＣチップ１１，１２のボンディングパッド１１ａ，１２ａ間をワイヤ１４を用いて相互に結線する場合において、ＩＣチップ１２の一つのボンディングパッド１２ａ上にスタッドバンプ１５を形成し、引き続いて、ＩＣチップ１１の一つのボンディングパッド１１ａ上にボールボンドを施し、このボールボンドされたワイヤ１４の他端を引き出して一方のＩＣチップ１２のスタッドバンプ１５上にステッチボンドを行うことで、ステッチボンドされた接続部とボールボンドされた接続部とからなる一組の接続部分を一度に形成する工程を単位ボンディング工程とし、これを繰り返す。 |
【特許請求の範囲】
【請求項１】 複数のＩＣチップのボンディングパッド間をワイヤを用いて相互に結線するワイヤボンディング方法であって、互いに電気的接続が必要とされる一対のＩＣチップの内、いずれか一方のＩＣチップの一つのボンディングパッド上にスタッドバンプを形成し、引き続いて、他方のＩＣチップの一つのボンディングパッド上にボールボンドを施し、このボールボンドされたワイヤの他端を引き出して一方のＩＣチップの前記スタッドバンプ上にステッチボンドを行うことで、ステッチボンドされた接続部とボールボンドされた接続部とからなる一組の接続部分を一度に形成する工程を単位ボンディング工程として設定し、この単位ボンディング工程を各ＩＣチップのボンディングパッド間で繰り返して行うことを特徴とするワイヤボンディング方法。
【請求項２】 請求項１記載の方法により複数のＩＣチップのボンディングパッド間が結線されていることを特徴とする半導体装置。
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【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、複数のＩＣチップのボンディングパッド間をワイヤを用いて相互に結線するワイヤボンディング方法、およびこの方法により製造される半導体装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】近年、半導体装置は、大容量化、高機能化、高集積化等が益々要求されており、これらの要請に応えるために、一つのパッケージ内にそれぞれ回路機能の異なる複数のＩＣチップを一度に封止した、いわゆるマルチチップパッケージされた半導体装置が注目されている。
【０００３】このようなマルチチップパッケージされた半導体装置を製作するには、各ＩＣチップをリードフレームに接続するだけでなく、各ＩＣチップ同士を互いに電気的に接続することが必要となる。そして、このようなＩＣチップ間の相互の接続には、通常、ワイヤボンディング法が適用される。このワイヤボンディング法によって一対のＩＣチップ間を直接に接続する場合、一方のＩＣチップのボンディングパッド上にボールボンドした後、他方のＩＣチップのボンディングパッド上にはステッチボンドをすることになる。
【０００４】ここで、ＩＣチップのボンディングパッド上に直接にステッチボンドを施すと、キャピラリツールの先端部が直接にＩＣチップの表面に接触して衝撃を与え、ＩＣチップにダメージを与えるなどの不具合が生じる。
【０００５】そのため、従来技術では、予めボンディングパッド上にスタッドバンプ（突起電極）を予め形成し、このスタッドバンプ上にステッチボンドを施すことで、ＩＣチップに対する衝撃荷重を軽減するようにしている。
【０００６】図３は、このような技術を用いて２つのＩＣチップ間をワイヤボンディングする場合の説明図である。すなわち、この例では、アラインド１上に２つのＩＣチップ２，３が搭載され、一方のＩＣチップ２の各々のボンディングパッド２ａ上に予めスタッドバンプ５が形成されている。そして、他方のＩＣチップ３のボンディングパッド３ａ上にボールボンドを施した後、このボールボンドされたワイヤ６の他端を引き出して一方のＩＣチップ２のスタッドバンプ５上にステッチボンドすることで、ＩＣチップ２，３間を電気的に接続する。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】ところで、図３に示したように、２つのＩＣチップ２，３間をワイヤボンディングする場合には、一方のＩＣチップ２の全てのボンディングパッド２ａ上にスタッドバンプ５を予め形成しておき、そのスタッドバンプ５上にステッチボンドを施すことが可能であるが、ＩＣチップが３つ以上になると、予め一つのＩＣチップにスタッドバンプのみを形成しておくことが困難になる。
【０００８】たとえば、図４に示すように、アラインド１０上に第１、第２、第３の３つのＩＣチップ１１，１２，１３を搭載する場合、第１のＩＣチップ１１のボンディングパッド１１ａにはワイヤ１４でボールボンドのみを行い、第２のＩＣチップ１２のボンディングパッド１２ａには、スタッドバンプ１５を介してステッチボンドのみを行うように設定した場合、残りの第３のＩＣチップ１３のボンディングパッド１３には、ボールボンドすべき接続箇所と、スタッドバンプ１５を介してステッチボンドすべき接続箇所とが必然的に混在するようになる。つまり、第３のＩＣチップ１３は、他の第１、第２のＩＣチップ１１，１２のように、ステッチボンドのみ、あるいはボールボンドのみを行うことができなくなる。
【０００９】このように、ステッチボンドされた接続部とボールボンドされた接続部とが混在することになる第３のＩＣチップ１３に対しては、たとえばステッチボンドする予定箇所のボンディングパッド１３ａ上に予めスタッドバンプ１５を形成しておくことが考えられる。
【００１０】しかし、そのような構成を採用した場合には、各ＩＣチップの組み合わせに応じてワイヤボンディングを行う場合の一連の接続手順を予め厳密に設定しておく必要がある。すなわち、図４に例示したものの場合には、たとえば、最初に第１のＩＣチップ１１の右側上下４つのボンディングパッド１１ａにボールボンドをした後、第２のＩＣチップ１２の左側上下４つのボンディングパッド上１２ａのスタッドバンプ１５にステッチボンドを行う。次に、第１のＩＣチップ１１の下側左右３つのボンディングパッド１１ａにボールボンドをした後、第３のＩＣチップ１３の左側上下３つのボンディングパッド１３ａ上のスタッドバンプ１５にステッチボンドを行う。続いて、第３のＩＣチップ１３の上側左右３つのボンディングパッド１３ａ上にボールボンドをした後、第２のＩＣチップ１２の下側左右３つのボンディングパッド１３ａ上のスタッドバンプ１５にステッチボンドを行う、とっいったように一連の接続手順を予め設定し、これらの接続手順をプログラムしてコンピュータ等に登録しておく必要がある。
【００１１】ところが、せっかくこのような接続手順を決めておいても、マルチチップパッケージされた半導体装置全体として各種の回路機能を発揮させるためには、各ＩＣチップの組み合わせが変更されることがあり、そのような場合には、ＩＣチップの組み合わせに応じて各ＩＣチップ１１，１２，１３の一連の接続手順を決める制御プログラムも全面的に変更する必要が生じる。
【００１２】つまり、従来は、ワイヤボンディングを行う際の一連の接続手順をＩＣチップの組み合わせに応じて予め厳密に設定しておく必要があるため、接続手順に自由度がなかった。このため、ＩＣチップの組み合わせが変更された場合には、その都度、接続手順を規定する制御プログラムも組み直す必要が生じて余分な労力と時間がかかっていた。
【００１３】しかも、従来のように、ＩＣチップのステッチボンドされる予定箇所のボンディングパッド上に最初からスタッドバンプを形成しておくと、ステッチボンドするまでの間にスタッドバンプの酸化が進んで、ステッチボンドする際の接合強度が低下するなどの不都合も生じていた。
【００１４】本発明は、上記の課題を解決するためになされたもので、複数のＩＣチップのボンディングパッド間をワイヤを用いて相互に結線する場合の接続手順の自由度を確保してＩＣチップの組み合わせが変更された場合にも容易に対応できるようにするとともに、安定したステッチボンドを行うことができるワイヤボンディング方法、およびこの方法により製造される半導体装置を提供することを目的とする。
【００１５】
【課題を解決するための手段】本発明は、上記の目的を達成するために、次のようにしている。すなわち、請求項１記載の発明におけるワイヤボンディング方法は、複数のＩＣチップのボンディングパッド間をワイヤを用いて相互に結線する場合において、互いに電気的接続が必要とされる一対のＩＣチップの内、いずれか一方のＩＣチップの一つのボンディングパッド上にスタッドバンプを形成し、引き続いて、他方のＩＣチップの一つのボンディングパッド上にボールボンドを施し、このボールボンドされたワイヤの他端を引き出して一方のＩＣチップの前記スタッドバンプ上にステッチボンドを行うことで、ステッチボンドされた接続部とボールボンドされた接続部とからなる一組の接続部分を一度に形成する工程を単位ボンディング工程として設定し、この単位ボンディング工程を各ＩＣチップのボンディングパッド間で繰り返して行うことを特徴としている。
【００１６】また、請求項２記載の発明における半導体装置は、請求項１記載の方法により複数のＩＣチップのボンディングパッド間が結線されていることを特徴としている。
【００１７】
【発明の実施の形態】実施の形態１．図１は本発明の実施の形態１に係る半導体装置の要部を示す平面図であり、図４に示した従来技術と対応する構成部分には同一の符号を付す。
【００１８】この実施の形態１の半導体装置は、アラインド１０上に第１、第２、第３の３つのＩＣチップ１１，１２，１３が搭載されており、各ＩＣチップ１１，１２，１３に設けられているアルミニュウム電極からなるボンディングパッド１１ａ，１２ａ，１３ａは、図示しないリードフレームに接続されるとともに、ボンディングパッド１１ａ，１２ａ，１３ａ間が金線などのワイヤ１４を用いて相互に結線され、さらに、これらの各ＩＣチップ１１，１２，１３の全体が図示しないエポキシ樹脂などでモールドされてマルチチップパッケージが構成されている。
【００１９】そして、この実施の形態１の場合、各々のＩＣチップ１１，１２，１３のボンディングパッド１１ａ，１２ａ，１３ａ上には、スタッドバンプ１５を介してステッチボンドされた接続部と、ボールボンドされた接続部とが混在している。
【００２０】次に、このような複数のＩＣチップ１１，１２，１３間を直接にワイヤボンディングする場合の方法について、図２を参照して説明する。ここでは、一例として、最初に第１、第２のＩＣチップ１１，１２の一つのボンディングパッド１１ａ，１２ａ間を接続するものとし、その際、第１のＩＣチップ１１のボンディングパッド１１ａにはボールボンドをし、第２のＩＣチップ１２のボンディングパッド１２ａにはスタッドバンプ１５を介してステッチボンドをするものとする。
【００２１】そのためには、まず、ワイヤ１４がキャピラリツール１８を通って供給され、そのワイヤ１４の先端部を加熱することでボール１４ａを形成する（図２（ａ）参照）。次に、キャピラリツール１８が降下してボール１４ａを第２のＩＣチップ１２上の一つのボンディングパッド１２ａに押し付け、同時にキャピラリツール１８に超音波振動を与えることでボール１４ａを変形させてボンディングパッド１２ａと接合する（図２（ｂ）参照）。そして、キャピラリツール１８とともにワイヤ１４を上方に引き上げて、ボール１４ａを根元部で切断することでボンディングパッド１２ａ上にスタッドバンプ１５が形成される（図２（ｃ）参照）。
【００２２】続いて、キャピラリツール１８を第２のＩＣチップ１２と電気的接続が必要となる第１のＩＣチップ１１の一つのボンディングパッド１１ａ上に移動させた後、ワイヤ１４の先端を電気トーチ１９等で加熱することでキャピラリツール１８の先端にボール１４ｂを形成する（図２（ｄ）参照）。次に、キャピラリツール１８が降下して、ボール１４ｂをボンディングパッド１１ａに押し付ける（図２（ｅ）参照）。その際、キャピラリツール１８に超音波振動を与えることでボール１４ｂを変形させてボール１４ｂとボンディングパッド１１ａとを接合する（図２（ｆ）参照）。
【００２３】こうして、ワイヤ１４の一端がボールボンドされると、ワイヤ１４の他端側を引き出しつつ、キャピラリツール１８をその直前にスタッドバンプ１５を形成した第２のＩＣチップ１２上に移動させる（図２（ｇ）参照）。そして、キャピラリツール１８を降下させてワイヤ１４の先端をスタッドバンプ１５上に押し付ける（図２（ｈ）参照）。その際、キャピラリツール１８に超音波振動を与えることでワイヤ１４をスタッドバンプ１５に接合してステッチボンドを行う（図２（ｉ）参照）。
【００２４】ここでは説明の便宜上、第１のＩＣチップ１１のボンディングパッド１１ａ上にボールボンドを、第２のＩＣチップ１２のボンディングパッド１２ａ上にスタッドバンプ１５を介してステッチボンドを行ったが、その逆に、第２のＩＣチップ１２のボンディングパッド１２ａ上にボールボンドをし、第１のＩＣチップ１１のボンディングパッド１１ａ上にスタッドバンプ１５を介してステッチボンドをしてもよい。
【００２５】つまり、この実施の形態１では、ステッチボンドされた接続部とボールボンドされた接続部とからなる一組の接続部分を一度に形成する工程を単位ボンディング工程として設定し、この単位ボンディング工程を用いて第１、第２のＩＣチップ１１，１２のボンディングパッド１１ａ，１２ａ間のみならず、第１と第３のＩＣチップ１１，１３のボンディングパッド１１ａ，１３ａ間、および、第２と第３のＩＣチップ１２，１３の各ボンディングパッド１２ａ，１３ａ間を相互に接続する。
【００２６】その場合、各ＩＣチップ１１，１２，１３間は確実にワイヤ１４を介して電気的に接続されればよいので、従来のように、第１のＩＣチップ１１のボンディングパッド１１ａにはボールボンドのみ、第２のＩＣチップ１２のボンディングパッド１２ａにはステッチボンドのみを行うといったことは取り決めないで、ＩＣチップの任意のボンディングパッド上にスタッドバンプ１５を形成した後、このＩＣチップと電気的接続が必要とされる他方のＩＣチップにボールボンドをしてから、このスタッドバンプ１５を形成した側のＩＣチップにステッチボンドを行う。このため、たとえば、第１のＩＣチップ１１に着目したときには、このＩＣチップ１１のボンディングパッド１１ａ上には、他のＩＣチップから引き出されたワイヤ１４がスタッドバンプ１５を介してステッチボンドされた接続部と、ワイヤ１４が直接ボールボンドされた接続部とが混在することになる。
【００２７】このように、本発明のワイヤボンディング方法は、各ＩＣチップ１１，１２，１３を電気的に接続する場合、ステッチボンドされた接続部とボールボンドされた接続部とからなる一組の接続部分を形成するための単位ボンディング工程の手順のみを予め設定しておけばよく、従来のように、各ＩＣチップ１１，１２，１３をワイヤボンディングを行う場合の一連の接続手順を厳密に決めておく必要がない。
【００２８】したがって、マルチチップパッケージされた半導体装置全体として所要の回路機能を発揮させるために各ＩＣチップの種類や組み合わせが変更されたような場合にも、各ＩＣチップの接続手順を決める制御プログラムも全面的に変更する必要がなく、接続手順を決める自由度が極めて大きくなり、余分な労力と時間を削減することができる。
【００２９】しかも、上記の単位ボンディング工程ごとに一対のボンディングパッド間の結線が完了するので、スタッドバンプ１５を形成してからその上にステッチボンドするまでの期間が短時間ですむ。このため、スタッドバンプ１５の酸化が進んでステッチボンドする際の接合強度が低下するなどの不都合を回避することができる。
【００３０】なお、上記の実施の形態１では、３つのＩＣチップ１１，１２，１３をワイヤボンディングする場合について説明したが、本発明は、これに限定されるものではなく、２つのＩＣチップ間、あるいは４つ以上のＩＣチップ間を接続してマルチチップパッケージした半導体装置を製作する場合にも適用することができる。
【００３１】
【発明の効果】請求項１記載に係る本発明のワイヤボンディング方法によれば、ステッチボンドされた接続部とボールボンドされた接続部とからなる一組の接続部分を一度に形成する工程を単位ボンディング工程として設定し、この単位ボンディング工程を用いて複数のＩＣチップのボンディングパッド間を相互に結線するので、その場合の接続手順の自由度を確保することができる。このため、ＩＣチップの組み合わせが変更された場合にも容易に対応することができる。
【００３２】また、上記の単位ボンディング工程ごとに一対のボンディングパッド間の結線が完了するので、スタッドバンプを形成してからその上にステッチボンドするまでの期間が短かくなって酸化が防止されるため、安定したステッチボンドを行うことが可能になる。
【００３３】請求項２記載に係る本発明の半導体装置は、上記の方法により各ＩＣチップのボンディングパッド間が接続されるので、配線の引き回しの自由度を高めることができる。
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| 【出願人】 |
【識別番号】０００００６０１３
【氏名又は名称】三菱電機株式会社
【住所又は居所】東京都千代田区丸の内二丁目２番３号
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| 【出願日】 |
平成１３年８月１６日（２００１．８．１６） |
| 【代理人】 |
【識別番号】１０００９４９１６
【弁理士】
【氏名又は名称】村上 啓吾 （外３名）
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| 【公開番号】 |
特開２００３−５９９６１（Ｐ２００３−５９９６１Ａ） |
| 【公開日】 |
平成１５年２月２８日（２００３．２．２８） |
| 【出願番号】 |
特願２００１−２４６９６９（Ｐ２００１−２４６９６９） |
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