接合用具、接合裝置以及半導(dǎo)體裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明的實施方式提供通過抑制接合線折斷或者剝離而具有高可靠性的接合用具、接合裝置和半導(dǎo)體裝置。該接合裝置具有：端子（3）；端子（4）；和接合線（5），其具有連接于端子（3）的連接部（11）和連接于端子（4）的連接部（12）并將端子（3）與端子（4）電連接，連接部（11）具有壓焊有接合線（5）的一部分的接合區(qū)域31）和在比接合區(qū)域（31）接近端子（12）的位置壓焊有接合線（5）的一部分的接合區(qū)域（32），接合區(qū)域（32）中的接合線（5）的厚度比接合區(qū)域（31）中的接合線（5）的厚度厚。
【專利說明】接合用具、接合裝置以及半導(dǎo)體裝置
[0001]相關(guān)申請
[0002]本申請享受以日本專利申請2013-187131號(申請日:2013年9月10日)為基礎(chǔ)申請的優(yōu)先權(quán)。本申請通過參照該基礎(chǔ)申請而包含基礎(chǔ)申請的全部內(nèi)容。

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0003]本發(fā)明的實施方式涉及接合用具、接合裝置以及半導(dǎo)體裝置。

【背景技術(shù)】
[0004]作為將半導(dǎo)體芯片與其他的芯片或者基板電連接的技術(shù)，線接合(wire bonding)眾所周知。線接合如下所述那樣進行:使用接合裝置一邊通過被稱為焊針(capillary)的接合用具送出接合線，一邊使接合線的一端壓焊于半導(dǎo)體芯片的端子并使另一端壓焊于其他的芯片或者基板的端子。
[0005]進而，作為線接合的一例可以列舉楔形接合。楔形接合是不如球形接合那樣在線的頂端形成球而是通過超聲波使線的頂端壓焊的方式。楔形接合與通過熱壓焊等使線頂端的球壓焊的方式相比較，能夠在低溫下進行壓焊。另外，具有難以在半導(dǎo)體芯片側(cè)形成異種金屬化合物、另外能夠進行窄間距的線接合等優(yōu)點。
[0006]在楔形接合中，優(yōu)選一邊使用接合用具按壓接合線的一端一邊使超聲波振動而使接合線的一端壓焊于端子。然后優(yōu)選進行線的塑性變形，以接合線不連接于其他端子的方式形成彎曲部。然而，在塑性變形時在接合線的連接點與彎曲部之間產(chǎn)生應(yīng)力，有時接合線會折斷或者剝離。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明要解決的課題在于提供抑制接合線折斷或者剝離的接合用具、接合裝置和半導(dǎo)體裝置。
[0008]實施方式的接合用具具備:將接合線沿長度方向依次送出的線送出部；和按壓被從線送出部送出的接合線的一部分的線按壓部，線按壓部具有:第I凸部；和設(shè)置于第I凸部與線送出部之間且高度比第I凸部低的第2凸部。
[0009]實施方式的接合裝置，具備:接合用具和控制部，該接合用具具備將接合線沿長度方向依次送出的線送出部和按壓被從所述線送出部送出的所述接合線的一部分的線按壓部，該控制部對所述接合用具的工作進行控制，所述控制部對下述工作的執(zhí)行進行控制:移動所述接合用具并從所述線送出部送出所述接合線的一部分并在端子上配置所述接合線的一部分；通過一邊用所述線按壓部以第I壓力按壓所述接合線的一部分一邊使所述接合線的一部分進行超聲波振動以進行壓焊，從而形成第I接合區(qū)域；移動所述接合用具并從所述線送出部送出所述接合線的一部分并在所述端子的與所述第I接合區(qū)域不同的位置配置所述接合線的一部分；和通過一邊用所述線按壓部以比所述第I壓力低的第2壓力按壓所述接合線的一部分一邊使所述接合線的一部分進行超聲波振動以進行壓焊，從而形成第2接合區(qū)域。
[0010]實施方式的半導(dǎo)體裝置，具備:第I端子；第2端子；和接合線，其具有連接于所述第I端子的第I連接部和連接于所述第2端子的第2連接部，并將所述第I端子與所述第2端子電連接，所述第I連接部具有:壓焊有所述接合線的一部分的第I接合區(qū)域；和在比所述第I接合區(qū)域接近所述第2端子的位置壓焊有所述接合線的一部分的第2接合區(qū)域，所述第2接合區(qū)域中的所述接合線的厚度比所述第I接合區(qū)域中的所述接合線的厚度厚。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0011]圖1是表示第I實施方式中的半導(dǎo)體裝置的剖視圖。
[0012]圖2是表示第I實施方式中的半導(dǎo)體裝置的其他的例子的剖視圖。
[0013]圖3是表示第I實施方式中的接合裝置的模式圖。
[0014]圖4是表示使用了第I實施方式中的接合裝置的半導(dǎo)體裝置的接合的剖視圖。
[0015]圖5是第2實施方式中的接合用具中的頂端部的放大圖。
[0016]圖6是表示使用了第2實施方式中的接合裝置的半導(dǎo)體裝置的楔形接合的剖視圖。
[0017]附圖標(biāo)記說明
[0018]I…半導(dǎo)體芯片、la...半導(dǎo)體芯片、lb...半導(dǎo)體芯片、2…基板、
[0019]3…端子、4…端子、5…接合線、11...連接部、12...連接部、
[0020]31…接合區(qū)域、32...接合區(qū)域、33...接合區(qū)域、51...接合用具、
[0021]52...控制部、61...線送出部、62...線按壓部、71...接合用具、
[0022]81...線送出部、82...線按壓部、91...凸部、92…凸部

【具體實施方式】
[0023]以下，參照附圖對實施方式的半導(dǎo)體裝置進行說明。
[0024](第I實施方式)
[0025]圖1 (A)是表示實施方式的半導(dǎo)體裝置的剖視圖。圖1所示的半導(dǎo)體裝置具備:半導(dǎo)體芯片1、基板2、設(shè)置于半導(dǎo)體芯片I的端子3、設(shè)置于基板2的端子4和將端子3與端子4電連接的接合線5。接合線5具有連接于端子3的連接部11和連接于端子4的連接部12。
[0026]半導(dǎo)體芯片I使用例如設(shè)置于硅基板的半導(dǎo)體元件。半導(dǎo)體芯片I經(jīng)由例如粘接層而形成于基板上。作為基板2能夠使用例如形成有布線等的電路基板等。端子3以及端子4使用例如鋁、銅、金等而形成。接合線5的直徑?jīng)]有特別限定，例如能夠設(shè)為50μπι左右。作為接合線5能夠使用例如金、鋁等線。優(yōu)選，通過使用與例如端子3或者端子4相同材料而成為同一材料間的接合，所以能夠減小接觸電阻。
[0027]圖1 (B)是連接部11的放大圖。連接部11具有:壓焊有接合線5的一部分的接合區(qū)域31 ;和在與接合區(qū)域31不同的位置壓焊有接合線5的一部分的接合區(qū)域32。此時，接合區(qū)域32被設(shè)置于比接合區(qū)域31接近端子4的位置。換而言之，從接合區(qū)域32到連接部12的接合線5的長度比從接合區(qū)域31到連接部12的接合線5的長度短。進而，接合區(qū)域32中的接合線5的厚度Τ2比接合區(qū)域31中的接合線5的厚度Tl厚。例如，接合區(qū)域31具有使接合線5以第I變形量變形所得的厚度，接合區(qū)域32具有使接合線5以第2變形量變形所得的厚度。接合區(qū)域31以及接合區(qū)域32如下形成:通過例如接合裝置將接合線5的一部分按壓到端子3上同時使其進行超聲波振動以進行壓焊。此時，通過使例如形成接合區(qū)域32時按壓接合線5的壓力比接合區(qū)域31的形成時低即使第2變形量比第I變形量小，從而能夠設(shè)為T2 > Tl。進而，也可以使在形成接合區(qū)域32時使接合線5超聲波振動的情況下的超聲波的頻率比接合區(qū)域31的形成時低。另外，這里所謂厚度Tl以及T2的“厚度”指的是在將接合線的接合區(qū)域31以及32側(cè)設(shè)為基準(zhǔn)的情況下接合區(qū)域31以及32中的厚度最小的部分的厚度。
[0028]通過設(shè)置接合區(qū)域32，從而能夠抑制接合線5折斷和剝離，所以能夠提高半導(dǎo)體裝置的可靠性。例如，在形成連接部11后使接合線5彎曲，此時在連接部11附近產(chǎn)生較強的應(yīng)力。此時，接合區(qū)域31的壓焊力比接合區(qū)域32高、接合區(qū)域31處于較薄的壓壞狀態(tài)，所以假設(shè)如果在沒有接合區(qū)域32的構(gòu)成下在接合區(qū)域31附近施加上述應(yīng)力，則接合線5容易折斷或者剝離。然而，在設(shè)置接合區(qū)域32的情況下，上述應(yīng)力施加于接合區(qū)域32附近，但接合區(qū)域32的壓焊力比接合區(qū)域31低，所以與上述應(yīng)力施加于接合區(qū)域31附近的情況相比較能夠緩和上述應(yīng)力。另外，假設(shè)接合區(qū)域32由于使接合線5彎曲時的應(yīng)力而剝離，也通過接合區(qū)域31維持與端子3的電連接。由此，可抑制連接部11中的接合線5的折斷和剝離，所以能夠提高半導(dǎo)體裝置的可靠性。
[0029]另外，端子3以及端子4本實施方式的半導(dǎo)體裝置并不限定于此。例如，圖2 (A)以及圖2 (B)是表示半導(dǎo)體裝置的其他的例子的剖視圖。
[0030]圖2 (A)所示的半導(dǎo)體裝置與圖1 (A)所示的半導(dǎo)體裝置相比較，在設(shè)置于基板2的端子4上具備具有接合區(qū)域31以及接合區(qū)域32的連接部11，而在端子3上具備連接部12，在這一點上不同。對于與圖1 (A)所示的半導(dǎo)體裝置相同的部分使用圖1 (A)所示的半導(dǎo)體裝置的說明。如圖2 (A)所示，也可以在基板2的端子3上設(shè)置具有接合區(qū)域31以及接合區(qū)域32的連接部11。
[0031]另外，圖2 (B)所示的半導(dǎo)體裝置與圖1 (A)所示的半導(dǎo)體裝置相比較，在設(shè)置于半導(dǎo)體芯片Ia的端子3上具備具有接合區(qū)域31以及接合區(qū)域32的連接部11而在設(shè)置于半導(dǎo)體芯片Ib的端子4上具備連接部12，在這一點上不同。半導(dǎo)體芯片Ia以及半導(dǎo)體芯片Ib是層疊的。對于與圖1 (A)所示的半導(dǎo)體裝置相同的部分使用圖1 (A)所示的半導(dǎo)體裝置的說明。如圖2 (B)所示，也可以在設(shè)置于半導(dǎo)體芯片Ib的端子4上設(shè)置連接部12，而在設(shè)置于在半導(dǎo)體芯片Ib上所層疊的半導(dǎo)體芯片Ia上的端子3上設(shè)置連接部11。相反地，也可以在設(shè)置于半導(dǎo)體芯片Ib的端子4上設(shè)置連接部11，而在設(shè)置于在半導(dǎo)體芯片Ib上所層疊的半導(dǎo)體芯片Ia上的端子3上設(shè)置連接部12。另外，也可以代替基板2而使用引線框等。
[0032]接下來，參照圖3對能夠進行圖1所示的半導(dǎo)體裝置的楔形接合的接合裝置的例進行說明。
[0033]圖3 (A)是表示接合裝置的模式圖。圖3 (A)所示的接合裝置具備接合用具51和對接合用具51的工作進行控制的控制部52。另外，也可以為了對接合線5的送出和固定進行控制而在接合裝置上設(shè)置夾鉗。另外，也可以為了使接合線5進行超聲波振動而在接合裝置上設(shè)置超聲波振蕩器。作為超聲波振蕩器能夠使用例如壓電元件。另外，在要對接合線5加熱的情況下也可以在接合裝置中設(shè)置加熱器。
[0034]接合用具51能夠沿縱向(X方向)、橫向(Y方向)、高度方向(Z方向)移動。接合用具51使用例如鎢和鈦等金屬或者陶瓷等絕緣材料。
[0035]控制部52對例如接合用具51的移動、接合線5的送出以及相對于接合線5的超聲波施加等工作進行控制?？刂撇?2使用例如使用了處理器等的硬件。另外，各工作也可以作為工作程序而預(yù)先保存于存儲器等計算機可讀記錄介質(zhì)，并通過硬件適當(dāng)讀出存儲于記錄介質(zhì)的工作程序從而執(zhí)行各工作。
[0036]圖3 (B)是接合用具51中的頂端部的放大圖。接合用具51具備線送出部61和線按壓部62。
[0037]通過線送出部61將接合線5沿長度方向依次送出。接合線5的送出例如能夠通過由控制部52控制夾鉗來進行調(diào)整。線送出部61例如優(yōu)選為貫通孔。上述貫通孔也作為接合線5的導(dǎo)向部而起作用。
[0038]線按壓部62形成為凸部，能夠通過凸部按壓從線送出部61送出的接合線5的一部分。另外，也可以通過使凸部的角具有圓角從而在按壓時抑制接合線5折斷。
[0039]接著，參照圖4 (A)至圖4 (D)對圖1 (A)所示的半導(dǎo)體裝置的接合的例進行說明。圖4 (A)至圖4 (D)是表示使用了接合裝置的半導(dǎo)體裝置的楔形接合的剖視圖。另外，對于各工作，由控制部52控制。
[0040]首先，如圖4 (A)所示，移動接合用具51并從線送出部61送出接合線5的一部分并在端子3上配置接合線5的一部分。進而，通過用線按壓部62以第I壓力按壓接合線5的一部分同時以第I頻率使其進行超聲波振動以進行壓焊，從而形成接合區(qū)域31。
[0041]接著，如圖4 (B)所示，移動接合用具51并從線送出部61送出接合線5的一部分并在端子3上配置接合線5的一部分。進而，通過用線按壓部62以比第I壓力低的第2壓力按壓接合線5的一部分同時以比第I頻率低的第2頻率使其進行超聲波振動以進行壓焊，由此形成接合區(qū)域32。另外，并不限定于第2頻率，也可以設(shè)為第I頻率。此時，接合區(qū)域32中的接合線5的變形量比接合區(qū)域31中的接合線5的變形量小，所以接合區(qū)域32中的接合線5的厚度比接合區(qū)域31中的接合線5的厚度厚。
[0042]接著，如圖4 (C)所示，移動接合用具51并使接合線5塑性變形而使接合線5彎曲。
[0043]此時，在接合區(qū)域32附近施加應(yīng)力。然而，以比接合區(qū)域31低的壓力使接合線5壓焊在接合區(qū)域32上，所以與沒有形成接合區(qū)域32的情況下施加于接合區(qū)域31附近的應(yīng)力相比能夠緩和施加于接合區(qū)域32附近的應(yīng)力。由此，在接合區(qū)域32附近抑制了接合線5折斷或者剝離，所以能夠提高半導(dǎo)體裝置的可靠性。
[0044]進而，如圖4 (D)所示，移動接合用具51并從線送出部61送出接合線5的一部分并在端子4上配置接合線5的一部分。進而，通過用線按壓部62按壓接合線5的一部分同時使其進行超聲波振動以進行壓焊、形成接合區(qū)域，由此形成連接部12。然后，通過拉伸將由夾鉗固定的接合線5切斷。能夠通過以上過程進行半導(dǎo)體裝置的接合。
[0045](第2實施方式)
[0046]能夠代替圖3 (A)以及圖3 (B)所示的接合用具51而使用其他接合用具。圖5是接合用具中的頂端部的放大圖。圖5所示的接合用具71具備線送出部81和線按壓部82。
[0047]接合用具71能夠沿縱向(X方向)、橫向(Y方向)、高度方向(Z方向)移動。接合用具71使用例如鎢和鈦等金屬或者陶瓷等絕緣材料。
[0048]線送出部81與圖3(B)所示的線送出部61相同，所以使用對線送出部61的說明。線按壓部82具有凸部91和凸部92。凸部92被設(shè)置于凸部91與線送出部81之間，高度比凸部91低。換而言之，接合線5的行進方向側(cè)的凸部91比相反側(cè)的凸部92高。
[0049]此時，按壓時凸部92的壓力也根據(jù)凸部91的高度與凸部92的高度的差而變化。例如，凸部91的高度與凸部92的高度的差優(yōu)選比壓焊之前的接合線5的直徑小。如果凸部91的高度與凸部92的高度的差比接合線5的直徑大，則凸部91按壓時的壓力與凸部92按壓時的壓力相比過高，接合線5容易由于凸部91而折斷。由此，通過使凸部91的高度與凸部92的高度的差比接合線5的直徑小來對凸部91按壓時的壓力和凸部92按壓時的壓力進行調(diào)整，從而能夠抑制接合線5折斷，能夠提高半導(dǎo)體裝置的可靠性。另外，通過使凸部91以及凸部92的各自的角具有圓角，也能夠在按壓時抑制接合線5折斷。
[0050]如圖5所示，通過在線按壓部82設(shè)置高度不同的多個凸部，從而能夠通過同一工序在多個區(qū)域壓焊接合線5，所以能夠減少制造工序數(shù)。進而，能夠通過同一工序形成壓焊力不同的多個接合區(qū)域。
[0051]參照圖6 (A)以及圖6 (B)對使用圖5所示的接合用具71的情況下的圖1 (A)所示的半導(dǎo)體裝置的接合進行說明。圖6 (A)以及圖6 (B)是表示使用了接合裝置的半導(dǎo)體裝置的楔形接合的剖視圖。另外，各工作由圖3 (A)所示的控制部52控制。
[0052]如圖6(A)所示，移動接合用具71并從線送出部81送出接合線5的一部分并在端子3上配置接合線5。進而，通過凸部91按壓接合線5的一部分同時使其進行超聲波振動以進行壓焊、形成接合區(qū)域31，并且在與接合區(qū)域31不同的位置通過凸部92按壓接合線5的一部分同時使其進行超聲波振動以進行壓焊，從而形成接合區(qū)域32。此時，由凸部92產(chǎn)生的壓力比由凸部91產(chǎn)生的壓力低。由此，接合區(qū)域32中的接合線5的壓焊力變得比接合區(qū)域31中的接合線5的壓焊力小，接合區(qū)域32中的接合線5的厚度變得比接合區(qū)域31中的接合線5的厚度厚。通過設(shè)置接合區(qū)域32，能夠抑制接合線5折斷或者剝離，能夠提高半導(dǎo)體裝置的可靠性。另外，通過使用接合用具71，能夠通過同一工序形成接合區(qū)域31以及接合區(qū)域32。
[0053]然后，在要使接合線5的一部分壓焊于端子4的情況下，與第I實施方式同樣地移動接合用具71，并使接合線5塑性變形并彎曲。進而，移動接合用具71，并從線送出部81送出接合線5的一部分并在端子4上配置接合線5的一部分。進而，通過用線按壓部82按壓接合線5的一部分同時使其進行超聲波振動以進行壓焊、形成接合區(qū)域，由此如圖6 (B)所示那樣形成連接部12。然后，通過拉伸將由夾鉗固定的接合線5切斷。能夠通過以上過程進行半導(dǎo)體裝置的接合。
[0054]另外，對本發(fā)明的幾個實施方式進行了說明，但這些實施方式是作為例而提出的，不用于限定發(fā)明的范圍。這些新的實施方式能夠以其他的各種形態(tài)實施，能夠在不脫離發(fā)明主旨的范圍內(nèi)進行各種省略、置換、變更。這些實施方式及其變形包含于發(fā)明的范圍和主旨中，并且包含于技術(shù)方案的范圍所記載的發(fā)明和與其均等的范圍中。
【權(quán)利要求】
1.一種接合用具，其特征在于，具備: 將接合線沿長度方向依次送出的線送出部；和 按壓被從所述線送出部送出的所述接合線的一部分的線按壓部， 所述線按壓部具有: 第1凸部；和 設(shè)置在所述第1凸部與所述線送出部之間且高度比所述第1凸部低的第2凸部。
2.一種接合裝置，其特征在于，具備: 權(quán)利要求1所記載的接合用具；和 對所述接合用具的工作進行控制的控制部， 所述控制部對下述工作的執(zhí)行進行控制: 移動所述接合用具、從所述線送出部送出所述接合線的一部分并在端子上配置所述接合線；和 通過一邊用所述第1凸部按壓所述接合線的一部分一邊使所述接合線的一部分進行超聲波振動以進行壓焊從而形成第1接合區(qū)域，同時通過一邊用所述第2凸部在與所述第1接合區(qū)域不同的位置按壓所述接合線的一部分一邊使所述接合線的一部分進行超聲波振動以進行壓焊從而形成第2接合區(qū)域。
3.一種接合裝置，其特征在于，具備: 接合用具，其具備將接合線沿長度方向依次送出的線送出部和按壓被從所述線送出部送出的所述接合線的一部分的線按壓部；和控制部，其對所述接合用具的工作進行控制， 所述控制部對下述工作的執(zhí)行進行控制: 移動所述接合用具、從所述線送出部送出所述接合線的一部分并在端子上配置所述接合線的一部分； 通過一邊用所述線按壓部以第1壓力按壓所述接合線的一部分一邊使所述接合線的一部分進行超聲波振動以進行壓焊，從而形成第1接合區(qū)域； 移動所述接合用具、從所述線送出部送出所述接合線的一部分并在所述端子的與所述第1接合區(qū)域不同的位置配置所述接合線的一部分；和 通過一邊用所述線按壓部以比所述第1壓力低的第2壓力按壓所述接合線的一部分一邊使所述接合線的一部分進行超聲波振動以進行壓焊，從而形成第2接合區(qū)域。
4.一種半導(dǎo)體裝置，其特征在于，具備: 第1端子； 第2端子；和 接合線，其具有連接于所述第1端子的第1連接部和連接于所述第2端子的第2連接部，并將所述第1端子與所述第2端子電連接， 所述第1連接部具有: 壓焊有所述接合線的一部分的第1接合區(qū)域；和 在比所述第1接合區(qū)域接近所述第2端子的位置壓焊有所述接合線的一部分的第2接合區(qū)域， 所述第2接合區(qū)域中的所述接合線的厚度比所述第1接合區(qū)域中的所述接合線的厚度厚。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所記載的半導(dǎo)體裝置，其中， 所述第I接合區(qū)域具有使所述接合線的一部分以第I變形量變形而得的厚度； 所述第2接合區(qū)域具有使所述接合線的一部分以比所述第I變形量小的第2變形量變形而得的厚度。
【文檔編號】H01L21/60GK104425311SQ201310716788
【公開日】2015年3月18日 申請日期:2013年12月23日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月10日
【發(fā)明者】赤羽隆章 申請人:株式會社 東芝