接合用具、接合装置以及半导体装置制造方法
【专利摘要】本发明的实施方式提供通过抑制接合线折断或者剥离而具有高可靠性的接合用具、接合装置和半导体装置。该接合装置具有：端子（3）；端子（4）；和接合线（5），其具有连接于端子（3）的连接部（11）和连接于端子（4）的连接部（12）并将端子（3）与端子（4）电连接，连接部（11）具有压焊有接合线（5）的一部分的接合区域31）和在比接合区域（31）接近端子（12）的位置压焊有接合线（5）的一部分的接合区域（32），接合区域（32）中的接合线（5）的厚度比接合区域（31）中的接合线（5）的厚度厚。
【专利说明】接合用具、接合装置以及半导体装置
[0001]相关申请
[0002]本申请享受以日本专利申请2013-187131号(申请日:2013年9月10日)为基础申请的优先权。本申请通过参照该基础申请而包含基础申请的全部内容。
【技术领域】
[0003]本发明的实施方式涉及接合用具、接合装置以及半导体装置。
【背景技术】
[0004]作为将半导体芯片与其他的芯片或者基板电连接的技术，线接合(wire bonding)众所周知。线接合如下所述那样进行:使用接合装置一边通过被称为焊针(capillary)的接合用具送出接合线，一边使接合线的一端压焊于半导体芯片的端子并使另一端压焊于其他的芯片或者基板的端子。
[0005]进而，作为线接合的一例可以列举楔形接合。楔形接合是不如球形接合那样在线的顶端形成球而是通过超声波使线的顶端压焊的方式。楔形接合与通过热压焊等使线顶端的球压焊的方式相比较，能够在低温下进行压焊。另外，具有难以在半导体芯片侧形成异种金属化合物、另外能够进行窄间距的线接合等优点。
[0006]在楔形接合中，优选一边使用接合用具按压接合线的一端一边使超声波振动而使接合线的一端压焊于端子。然后优选进行线的塑性变形，以接合线不连接于其他端子的方式形成弯曲部。然而，在塑性变形时在接合线的连接点与弯曲部之间产生应力，有时接合线会折断或者剥离。
【发明内容】
[0007]本发明要解决的课题在于提供抑制接合线折断或者剥离的接合用具、接合装置和半导体装置。
[0008]实施方式的接合用具具备:将接合线沿长度方向依次送出的线送出部；和按压被从线送出部送出的接合线的一部分的线按压部，线按压部具有:第I凸部；和设置于第I凸部与线送出部之间且高度比第I凸部低的第2凸部。
[0009]实施方式的接合装置，具备:接合用具和控制部，该接合用具具备将接合线沿长度方向依次送出的线送出部和按压被从所述线送出部送出的所述接合线的一部分的线按压部，该控制部对所述接合用具的工作进行控制，所述控制部对下述工作的执行进行控制:移动所述接合用具并从所述线送出部送出所述接合线的一部分并在端子上配置所述接合线的一部分；通过一边用所述线按压部以第I压力按压所述接合线的一部分一边使所述接合线的一部分进行超声波振动以进行压焊，从而形成第I接合区域；移动所述接合用具并从所述线送出部送出所述接合线的一部分并在所述端子的与所述第I接合区域不同的位置配置所述接合线的一部分；和通过一边用所述线按压部以比所述第I压力低的第2压力按压所述接合线的一部分一边使所述接合线的一部分进行超声波振动以进行压焊，从而形成第2接合区域。
[0010]实施方式的半导体装置，具备:第I端子；第2端子；和接合线，其具有连接于所述第I端子的第I连接部和连接于所述第2端子的第2连接部，并将所述第I端子与所述第2端子电连接，所述第I连接部具有:压焊有所述接合线的一部分的第I接合区域；和在比所述第I接合区域接近所述第2端子的位置压焊有所述接合线的一部分的第2接合区域，所述第2接合区域中的所述接合线的厚度比所述第I接合区域中的所述接合线的厚度厚。
【专利附图】
【附图说明】
[0011]图1是表示第I实施方式中的半导体装置的剖视图。
[0012]图2是表示第I实施方式中的半导体装置的其他的例子的剖视图。
[0013]图3是表示第I实施方式中的接合装置的模式图。
[0014]图4是表示使用了第I实施方式中的接合装置的半导体装置的接合的剖视图。
[0015]图5是第2实施方式中的接合用具中的顶端部的放大图。
[0016]图6是表示使用了第2实施方式中的接合装置的半导体装置的楔形接合的剖视图。
[0017]附图标记说明
[0018]I…半导体芯片、la...半导体芯片、lb...半导体芯片、2…基板、
[0019]3…端子、4…端子、5…接合线、11...连接部、12...连接部、
[0020]31…接合区域、32...接合区域、33...接合区域、51...接合用具、
[0021]52...控制部、61...线送出部、62...线按压部、71...接合用具、
[0022]81...线送出部、82...线按压部、91...凸部、92…凸部
【具体实施方式】
[0023]以下，参照附图对实施方式的半导体装置进行说明。
[0024](第I实施方式)
[0025]图1 (A)是表示实施方式的半导体装置的剖视图。图1所示的半导体装置具备:半导体芯片1、基板2、设置于半导体芯片I的端子3、设置于基板2的端子4和将端子3与端子4电连接的接合线5。接合线5具有连接于端子3的连接部11和连接于端子4的连接部12。
[0026]半导体芯片I使用例如设置于硅基板的半导体元件。半导体芯片I经由例如粘接层而形成于基板上。作为基板2能够使用例如形成有布线等的电路基板等。端子3以及端子4使用例如铝、铜、金等而形成。接合线5的直径没有特别限定，例如能够设为50μπι左右。作为接合线5能够使用例如金、铝等线。优选，通过使用与例如端子3或者端子4相同材料而成为同一材料间的接合，所以能够减小接触电阻。
[0027]图1 (B)是连接部11的放大图。连接部11具有:压焊有接合线5的一部分的接合区域31 ;和在与接合区域31不同的位置压焊有接合线5的一部分的接合区域32。此时，接合区域32被设置于比接合区域31接近端子4的位置。换而言之，从接合区域32到连接部12的接合线5的长度比从接合区域31到连接部12的接合线5的长度短。进而，接合区域32中的接合线5的厚度Τ2比接合区域31中的接合线5的厚度Tl厚。例如，接合区域31具有使接合线5以第I变形量变形所得的厚度，接合区域32具有使接合线5以第2变形量变形所得的厚度。接合区域31以及接合区域32如下形成:通过例如接合装置将接合线5的一部分按压到端子3上同时使其进行超声波振动以进行压焊。此时，通过使例如形成接合区域32时按压接合线5的压力比接合区域31的形成时低即使第2变形量比第I变形量小，从而能够设为T2 > Tl。进而，也可以使在形成接合区域32时使接合线5超声波振动的情况下的超声波的频率比接合区域31的形成时低。另外，这里所谓厚度Tl以及T2的“厚度”指的是在将接合线的接合区域31以及32侧设为基准的情况下接合区域31以及32中的厚度最小的部分的厚度。
[0028]通过设置接合区域32，从而能够抑制接合线5折断和剥离，所以能够提高半导体装置的可靠性。例如，在形成连接部11后使接合线5弯曲，此时在连接部11附近产生较强的应力。此时，接合区域31的压焊力比接合区域32高、接合区域31处于较薄的压坏状态，所以假设如果在没有接合区域32的构成下在接合区域31附近施加上述应力，则接合线5容易折断或者剥离。然而，在设置接合区域32的情况下，上述应力施加于接合区域32附近，但接合区域32的压焊力比接合区域31低，所以与上述应力施加于接合区域31附近的情况相比较能够缓和上述应力。另外，假设接合区域32由于使接合线5弯曲时的应力而剥离，也通过接合区域31维持与端子3的电连接。由此，可抑制连接部11中的接合线5的折断和剥离，所以能够提高半导体装置的可靠性。
[0029]另外，端子3以及端子4本实施方式的半导体装置并不限定于此。例如，图2 (A)以及图2 (B)是表示半导体装置的其他的例子的剖视图。
[0030]图2 (A)所示的半导体装置与图1 (A)所示的半导体装置相比较，在设置于基板2的端子4上具备具有接合区域31以及接合区域32的连接部11，而在端子3上具备连接部12，在这一点上不同。对于与图1 (A)所示的半导体装置相同的部分使用图1 (A)所示的半导体装置的说明。如图2 (A)所示，也可以在基板2的端子3上设置具有接合区域31以及接合区域32的连接部11。
[0031]另外，图2 (B)所示的半导体装置与图1 (A)所示的半导体装置相比较，在设置于半导体芯片Ia的端子3上具备具有接合区域31以及接合区域32的连接部11而在设置于半导体芯片Ib的端子4上具备连接部12，在这一点上不同。半导体芯片Ia以及半导体芯片Ib是层叠的。对于与图1 (A)所示的半导体装置相同的部分使用图1 (A)所示的半导体装置的说明。如图2 (B)所示，也可以在设置于半导体芯片Ib的端子4上设置连接部12，而在设置于在半导体芯片Ib上所层叠的半导体芯片Ia上的端子3上设置连接部11。相反地，也可以在设置于半导体芯片Ib的端子4上设置连接部11，而在设置于在半导体芯片Ib上所层叠的半导体芯片Ia上的端子3上设置连接部12。另外，也可以代替基板2而使用引线框等。
[0032]接下来，参照图3对能够进行图1所示的半导体装置的楔形接合的接合装置的例进行说明。
[0033]图3 (A)是表示接合装置的模式图。图3 (A)所示的接合装置具备接合用具51和对接合用具51的工作进行控制的控制部52。另外，也可以为了对接合线5的送出和固定进行控制而在接合装置上设置夹钳。另外，也可以为了使接合线5进行超声波振动而在接合装置上设置超声波振荡器。作为超声波振荡器能够使用例如压电元件。另外，在要对接合线5加热的情况下也可以在接合装置中设置加热器。
[0034]接合用具51能够沿纵向(X方向)、横向(Y方向)、高度方向(Z方向)移动。接合用具51使用例如钨和钛等金属或者陶瓷等绝缘材料。
[0035]控制部52对例如接合用具51的移动、接合线5的送出以及相对于接合线5的超声波施加等工作进行控制。控制部52使用例如使用了处理器等的硬件。另外，各工作也可以作为工作程序而预先保存于存储器等计算机可读记录介质，并通过硬件适当读出存储于记录介质的工作程序从而执行各工作。
[0036]图3 (B)是接合用具51中的顶端部的放大图。接合用具51具备线送出部61和线按压部62。
[0037]通过线送出部61将接合线5沿长度方向依次送出。接合线5的送出例如能够通过由控制部52控制夹钳来进行调整。线送出部61例如优选为贯通孔。上述贯通孔也作为接合线5的导向部而起作用。
[0038]线按压部62形成为凸部，能够通过凸部按压从线送出部61送出的接合线5的一部分。另外，也可以通过使凸部的角具有圆角从而在按压时抑制接合线5折断。
[0039]接着，参照图4 (A)至图4 (D)对图1 (A)所示的半导体装置的接合的例进行说明。图4 (A)至图4 (D)是表示使用了接合装置的半导体装置的楔形接合的剖视图。另外，对于各工作，由控制部52控制。
[0040]首先，如图4 (A)所示，移动接合用具51并从线送出部61送出接合线5的一部分并在端子3上配置接合线5的一部分。进而，通过用线按压部62以第I压力按压接合线5的一部分同时以第I频率使其进行超声波振动以进行压焊，从而形成接合区域31。
[0041]接着，如图4 (B)所示，移动接合用具51并从线送出部61送出接合线5的一部分并在端子3上配置接合线5的一部分。进而，通过用线按压部62以比第I压力低的第2压力按压接合线5的一部分同时以比第I频率低的第2频率使其进行超声波振动以进行压焊，由此形成接合区域32。另外，并不限定于第2频率，也可以设为第I频率。此时，接合区域32中的接合线5的变形量比接合区域31中的接合线5的变形量小，所以接合区域32中的接合线5的厚度比接合区域31中的接合线5的厚度厚。
[0042]接着，如图4 (C)所示，移动接合用具51并使接合线5塑性变形而使接合线5弯曲。
[0043]此时，在接合区域32附近施加应力。然而，以比接合区域31低的压力使接合线5压焊在接合区域32上，所以与没有形成接合区域32的情况下施加于接合区域31附近的应力相比能够缓和施加于接合区域32附近的应力。由此，在接合区域32附近抑制了接合线5折断或者剥离，所以能够提高半导体装置的可靠性。
[0044]进而，如图4 (D)所示，移动接合用具51并从线送出部61送出接合线5的一部分并在端子4上配置接合线5的一部分。进而，通过用线按压部62按压接合线5的一部分同时使其进行超声波振动以进行压焊、形成接合区域，由此形成连接部12。然后，通过拉伸将由夹钳固定的接合线5切断。能够通过以上过程进行半导体装置的接合。
[0045](第2实施方式)
[0046]能够代替图3 (A)以及图3 (B)所示的接合用具51而使用其他接合用具。图5是接合用具中的顶端部的放大图。图5所示的接合用具71具备线送出部81和线按压部82。
[0047]接合用具71能够沿纵向(X方向)、横向(Y方向)、高度方向(Z方向)移动。接合用具71使用例如钨和钛等金属或者陶瓷等绝缘材料。
[0048]线送出部81与图3(B)所示的线送出部61相同，所以使用对线送出部61的说明。线按压部82具有凸部91和凸部92。凸部92被设置于凸部91与线送出部81之间，高度比凸部91低。换而言之，接合线5的行进方向侧的凸部91比相反侧的凸部92高。
[0049]此时，按压时凸部92的压力也根据凸部91的高度与凸部92的高度的差而变化。例如，凸部91的高度与凸部92的高度的差优选比压焊之前的接合线5的直径小。如果凸部91的高度与凸部92的高度的差比接合线5的直径大，则凸部91按压时的压力与凸部92按压时的压力相比过高，接合线5容易由于凸部91而折断。由此，通过使凸部91的高度与凸部92的高度的差比接合线5的直径小来对凸部91按压时的压力和凸部92按压时的压力进行调整，从而能够抑制接合线5折断，能够提高半导体装置的可靠性。另外，通过使凸部91以及凸部92的各自的角具有圆角，也能够在按压时抑制接合线5折断。
[0050]如图5所示，通过在线按压部82设置高度不同的多个凸部，从而能够通过同一工序在多个区域压焊接合线5，所以能够减少制造工序数。进而，能够通过同一工序形成压焊力不同的多个接合区域。
[0051]参照图6 (A)以及图6 (B)对使用图5所示的接合用具71的情况下的图1 (A)所示的半导体装置的接合进行说明。图6 (A)以及图6 (B)是表示使用了接合装置的半导体装置的楔形接合的剖视图。另外，各工作由图3 (A)所示的控制部52控制。
[0052]如图6(A)所示，移动接合用具71并从线送出部81送出接合线5的一部分并在端子3上配置接合线5。进而，通过凸部91按压接合线5的一部分同时使其进行超声波振动以进行压焊、形成接合区域31，并且在与接合区域31不同的位置通过凸部92按压接合线5的一部分同时使其进行超声波振动以进行压焊，从而形成接合区域32。此时，由凸部92产生的压力比由凸部91产生的压力低。由此，接合区域32中的接合线5的压焊力变得比接合区域31中的接合线5的压焊力小，接合区域32中的接合线5的厚度变得比接合区域31中的接合线5的厚度厚。通过设置接合区域32，能够抑制接合线5折断或者剥离，能够提高半导体装置的可靠性。另外，通过使用接合用具71，能够通过同一工序形成接合区域31以及接合区域32。
[0053]然后，在要使接合线5的一部分压焊于端子4的情况下，与第I实施方式同样地移动接合用具71，并使接合线5塑性变形并弯曲。进而，移动接合用具71，并从线送出部81送出接合线5的一部分并在端子4上配置接合线5的一部分。进而，通过用线按压部82按压接合线5的一部分同时使其进行超声波振动以进行压焊、形成接合区域，由此如图6 (B)所示那样形成连接部12。然后，通过拉伸将由夹钳固定的接合线5切断。能够通过以上过程进行半导体装置的接合。
[0054]另外，对本发明的几个实施方式进行了说明，但这些实施方式是作为例而提出的，不用于限定发明的范围。这些新的实施方式能够以其他的各种形态实施，能够在不脱离发明主旨的范围内进行各种省略、置换、变更。这些实施方式及其变形包含于发明的范围和主旨中，并且包含于技术方案的范围所记载的发明和与其均等的范围中。
【权利要求】
1.一种接合用具，其特征在于，具备: 将接合线沿长度方向依次送出的线送出部；和 按压被从所述线送出部送出的所述接合线的一部分的线按压部， 所述线按压部具有: 第1凸部；和 设置在所述第1凸部与所述线送出部之间且高度比所述第1凸部低的第2凸部。
2.一种接合装置，其特征在于，具备: 权利要求1所记载的接合用具；和 对所述接合用具的工作进行控制的控制部， 所述控制部对下述工作的执行进行控制: 移动所述接合用具、从所述线送出部送出所述接合线的一部分并在端子上配置所述接合线；和 通过一边用所述第1凸部按压所述接合线的一部分一边使所述接合线的一部分进行超声波振动以进行压焊从而形成第1接合区域，同时通过一边用所述第2凸部在与所述第1接合区域不同的位置按压所述接合线的一部分一边使所述接合线的一部分进行超声波振动以进行压焊从而形成第2接合区域。
3.一种接合装置，其特征在于，具备: 接合用具，其具备将接合线沿长度方向依次送出的线送出部和按压被从所述线送出部送出的所述接合线的一部分的线按压部；和控制部，其对所述接合用具的工作进行控制， 所述控制部对下述工作的执行进行控制: 移动所述接合用具、从所述线送出部送出所述接合线的一部分并在端子上配置所述接合线的一部分； 通过一边用所述线按压部以第1压力按压所述接合线的一部分一边使所述接合线的一部分进行超声波振动以进行压焊，从而形成第1接合区域； 移动所述接合用具、从所述线送出部送出所述接合线的一部分并在所述端子的与所述第1接合区域不同的位置配置所述接合线的一部分；和 通过一边用所述线按压部以比所述第1压力低的第2压力按压所述接合线的一部分一边使所述接合线的一部分进行超声波振动以进行压焊，从而形成第2接合区域。
4.一种半导体装置，其特征在于，具备: 第1端子； 第2端子；和 接合线，其具有连接于所述第1端子的第1连接部和连接于所述第2端子的第2连接部，并将所述第1端子与所述第2端子电连接， 所述第1连接部具有: 压焊有所述接合线的一部分的第1接合区域；和 在比所述第1接合区域接近所述第2端子的位置压焊有所述接合线的一部分的第2接合区域， 所述第2接合区域中的所述接合线的厚度比所述第1接合区域中的所述接合线的厚度厚。
5.根据权利要求4所记载的半导体装置，其中， 所述第I接合区域具有使所述接合线的一部分以第I变形量变形而得的厚度； 所述第2接合区域具有使所述接合线的一部分以比所述第I变形量小的第2变形量变形而得的厚度。
【文档编号】H01L21/60GK104425311SQ201310716788
【公开日】2015年3月18日 申请日期:2013年12月23日 优先权日:2013年9月10日
【发明者】赤羽隆章 申请人:株式会社 东芝