JP5195715B2 - 半導体装置の部品実装方法、及び半導体装置の実装部品 - Google Patents
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Description
半導体装置の第1の部品と第2の部品を接続する、半導体装置の部品を実装する方法において、
第1面と、それと反対側に位置する第2面を有する、Alペレット(5)を供給する工程、
該第1の部品上に、該Alペレット(5)の第1面を接触させた状態に、該Alペレット(5)を配置する工程、
該第2の部品を、該Alペレット(5)の第2面に接触させた状態に、該Alペレット(5)上に配置する工程、及び
所定の条件下で超音波エネルギーを付与して、該第1の部品と該Alペレット(5)の第1面、並びに該第2の部品と該Alペレット(5)の第2面を同一工程で接合する工程、
を含むことを特徴とする、半導体装置の部品実装方法を提供するものである。
第1の部品と、
第1面と、それと反対側に位置する第2面を有する、Alペレット(5)であって、該第1の部品上に、該Alペレット(5)の第1面が接触した状態に配置された、該Alペレット(5)と、
該Alペレット(5)の第2面に接触した状態に、該Alペレット(5)上に配置された該第2の部品と
を含み、所定の条件下で超音波エネルギーが付与されて、該第1の部品と該Alペレット(5)の第1面、並びに該第2の部品と該Alペレット(5)の第2面が同一工程で接合されてなることを特徴とする、半導体装置の実装部品を提供するものである。
図1において、第1の半導体素子1、及び第2の半導体素子2は、通常の半導体製造工程で作製したものであり、各々のAl電極3,3’の外周部は保護膜(SiNx,SiO2の積層構造)4,4’で覆われている。尚、図1は超音波接合後の断面を模式的に示したものである。また、Al電極3,3’としてのAl膜厚は1μmであり、下地は脆い酸化膜(PSG/CVD‐SiO2)であり、アンダーバンプメタル等の補強層は設けていない。
Alペレット5の形成方法を図4のように変えて、実施形態1の場合と同様に超音波接合した。すなわち、図4に示すように、Al線6の直径とほぼ等しい開口径でAlペレット5の厚さと等しい深さの穴を持つダイ9へAl線6の端面を挿入し、ダイ表面に沿ってブレード8を動かしAl線6を円盤状にカットした。その後、真空ピンセット7で吸引し第1の半導体素子1のAl電極3上へ移動させ、真空を解除し、Alペレット5を載置した(図3参照)。
Alペレット5の形成方法を図5のように変え、実施形態1の場合と同様に超音波接合した。すなわち、図5の(a)及び(d)に示すように、Al線6の端面を平板10に突き当て、平板10の面と平行にブレード8を動かしてAl線6を円盤状にカットする。尚、図5の(d)には、図5の(a)におけるA−A’面における断面図を模式的に示したものである。次いで、図5の(b)に示すように、そのカット後のAlペレット5を平板に吸引固定したままで、平板10を往復式又は回転式に移動させることによって次のステーションへ移動させ、真空ピンセット7でAlペレット5を吸引する。この時、Al線6を固定するため支持ブロック13を用い、必要に応じて支持ブロック13に吸引穴14を、平板10に吸引穴12を設けても良い。尚、平板10の移動は、往復式でも回転式でも良く、往復式の場合には、図5の(b)及び(c)に示すように、往復式に移動して上記のようにAl線6の円盤状カットとAlペレット5の吸引が繰り返される。
Alペレット5の形成方法を図6のように変え、実施形態1の場合と同様に超音波接合した。すなわち、Al線6の端面を第1の半導体素子1のAl電極3上に突き当て、または、Al電極3の垂直上方にセットし、Al電極3の端面と平行にブレード8にてAl線6を円盤状にカットした。AlペレットはAl電極3上に存在し、その後、上記の第2の半導体素子2を対向させて、所定の条件下で超音波接合した。
Alペレット5の形成方法を図7のように変え、実施形態1の場合と同様に超音波接合した。すなわち、図7に示すように、ダイス17上で、Al薄板15(厚さ0.2mm)をパンチ16(先端形状は円形)で打ち抜き、その下に予めセットした第1の半導体素子1のAl電極3上へ載置した。その後、上記の第2の半導体素子2を対向させて、所定の条件下で超音波接合した。
Alペレット5の直径が半導体素子のAl電極3,3’のサイズより小さい場合を図9に示した。これらも場合も実施形態1の場合と同様に、Alペレット5の上下の両面を同一工程で超音波接合することが可能であり、Al電極3,3’の下地や、周囲の保護膜4,4’のダメージは発生しないことを確認した。
第1の半導体素子1のAl電極が嵩高円筒形部品24上に接合されている場合に用いた治具形態を図10に示した。図10には、嵩高円筒形部品24を嵌合固定しやすいように、挟み角3〜5゜のテーパー部を設けたスライド可能な治具25が示される。また、その治具25において反対側には、脱着時にピンを挿入して脱着を容易にする微***26を設けている。また、スライド可能な治具25の底面は、超音波エネルギー付与装置のステージ21の上で滑り易いように平滑面となっている。
実施形態7において、第2の半導体素子のAl電極の代わりに、金属(Ni)電極を持つ樹脂基板を対向させて超音波接合した。この場合も、Alペレットの上下の両面を同一工程で超音波接合することが可能であり、第1の半導体素子1のAl電極等の下地や保護膜のダメージがないことを確認した。尚、樹脂基板の金属電極は、Cu系、または、Al系よりなる配線層またはコーティングを施してあっても良い。
リードフレーム27上へAlペレット5を載せて、第2の半導体素子2のAl電極3’と超音波接合した場合を図11に示す。リードフレーム27にはNiめっきが施してある。また、Alペレット5を載せる部位に凹部を設けておくと、搬送中の位置ずれを回避できる。
回路基板28上の接続部へAlペレット5を置き、第2の半導体素子2のAl電極3’を対向させ、超音波接合した場合を図12に示す。回路基板28の接続部は、Niめっきが施してある。この場合も、Alペレット5と回路基板28、及び、第2の半導体素子2のAl電極3’とを同時に超音波接合することが可能であり、Al電極3’の下地や保護膜4’のダメージがないことを確認した。尚、回路基板28の接続部は、Cu系、または、Ni系、または、Al系よりなる配線層またはコーティングを施してあっても良い。
図13に示すように、Al2O3系のセラミックス基板30上へAl線(直径0.4mm)を渦巻き状に成形したAlペレット31(外形約2mm)を置き、Cuの金属端子32を対向させ、超音波接合した。金属端子32は、Cu線(直径1.2mm)の先端部を万力で潰し、幅約2mm、長さ約5mm、厚さ約0.4mmの扁平形状に成形したものを用いた。
実施形態11と同様にして、SiNx系のセラミックス基板(微量のMg、Oなどを含む)上へAl線(直径0.4mm)を渦巻き状に成形したAlペレット(外形約2mm)を置き、金属端子を対向させ、超音波接合した。金属端子は、Cu線(直径1.2mm)の先端部を万力で潰し、幅約2mm、長さ約5mm、厚さ約0.4mmの扁平形状に成形したものを用いた。
Alペレットの位置ずれを確実に防止するために、Al線(直径0.15mm)の端部を第1の半導体素子のAl電極3上へ通常のワイヤボンディングの手法を用いて仮固定し、その後、仮固定部近傍で切断した(図15)。この場合、仮固定用の超音波接合条件は弱く(例えば、発振周波数110kHz、ツール振幅2μm、時間0.09秒、ピーク荷重0.8N、室温)し、Al線の変形をできるだけ小さくした。また、Al線仮固定部近傍での切断には、鋭利なブレードを軽くスライドさせながら切断した。その後、第2の半導体素子を対向させて実施形態1と同様に超音波接合した。この場合も、Alペレットの上下を同一工程で超音波接合が可能であり、Al電極下地や、周囲の保護膜にダメージは発生しないことを確認した。
前述の実施形態5の場合において、Alペレットの位置ずれを確実に防止するために、図16に示されるように、パンチ16でAl薄板15を下側から上方へ打ち抜き(図16(a))、パンチ16上に載ったAlペレット5上へ第1の半導体素子1のAl電極3を対向させて、弱い超音波エネルギーを付与しAlペレットを仮固定した(図16(b))。尚、パンチ16、及び、ダイス17は、予め超音波接合装置のステージ21上へセットしておき、仮固定用の超音波エネルギー付与条件は弱くし(たとえば、厚さ0.1mm、直径0.14mmのAlペレット4個の場合、発振周波数40kHz、ツール振幅2μm、時間0.2秒、ピーク荷重3N、室温)、Alペレットの変形をできるだけ小さくした。その後、第1の半導体素子1と、それと同様の第2の半導体素子2とを対向させて、実施形態1と同様に超音波接合した場合もAlペレットの上下を同一工程で超音波接合することが可能であり、Al電極下地や、周囲の保護膜にダメージは発生しないことを確認した。
2 第2の半導体素子
3,3’ Al電極
4,4’ 保護膜
5 Alペレット
6 Al線
7 吸引器
8 ブレード
9 ダイ
10 平板
11 スペーサ
12 平板の吸引穴
13 支持ブロック
14 支持ブロックの吸引穴
15 Al薄板
16 パンチ
17 ダイス
18 ガイド
19 定寸送り機構
21 超音波エネルギー付与装置のステージ
22 減圧吸引部
23 超音波振動ヘッド
24 嵩高円筒形部品
25 スライド可能な治具
26 微***
27 リードフレーム
28 回路基板
30 セラミックス基板
31 Al線渦巻き成形体
32 金属端子
33 発熱を伴う半導体素子
Claims (23)
- 半導体装置の第1の部品と第2の部品を接続する、半導体装置の部品を実装する方法において、
第1面と、それと反対側に位置する第2面を有する、Alペレット(5)を供給する工程、
該第1の部品上に、該Alペレット(5)の第1面を接触させた状態に、該Alペレット(5)を配置する工程、
該第2の部品を、該Alペレット(5)の第2面に接触させた状態に、該Alペレット(5)上に配置する工程、及び
所定の条件下で超音波エネルギーを付与して、該第1の部品と該Alペレット(5)の第1面、並びに該第2の部品と該Alペレット(5)の第2面を同一工程で接合する工程、
を含むことを特徴とする、半導体装置の部品実装方法。 - 前記第1の部品が第1の半導体素子(1)のAl電極(3)であり、前記第2の部品が第2の半導体素子(2)のAl電極(3’)である、請求項1に記載の半導体装置の部品実装方法。
- 前記第1の部品がリードフレーム(27)であり、前記第2の部品が第2の半導体素子(2)のAl電極(3’)である、請求項1に記載の半導体装置の部品実装方法。
- 前記リードフレーム(27)が、Ni系又はCu系のめっき、又はAlコーティングを施した接続部を有してなる、請求項3に記載の半導体装置の部品実装方法。
- 前記第1の部品が回路基板(28)であり、前記第2の部品が第2の半導体素子(2)のAl電極(3’)である、請求項1に記載の半導体装置の部品実装方法。
- 前記回路基板(28)が、Cu系、Ni系又はAl系の配線層、又はコーティングを施した接続部を有してなる、請求項5に記載の半導体装置の部品実装方法。
- 前記第1の部品が、嵩高円筒形部品(24)上に予め接合された第1の半導体素子(1)のAl電極であり、前記第2の部品が第2の半導体素子のAl電極である、請求項1に記載の半導体装置の部品実装方法。
- 前記第1の部品が、嵩高円筒形部品(24)上に予め接合された第1の半導体素子(1)のAl電極であり、前記第2の部品が樹脂基板の金属電極である、請求項1に記載の半導体装置の部品実装方法。
- 前記第1の部品がセラミックス基板(30)であり、前記第2の部品が金属端子(32)である、請求項1に記載の半導体装置の部品実装方法。
- 前記金属端子(32)が、Cu系,Ni系又はAl系よりなる素材、又はコーティングを施した端子からなる、請求項9に記載の半導体装置の部品実装方法。
- 前記セラミックス基板(30)が、Al2O3、TiO2,SiO2,ZrO2及びMgOからなる群から選択される酸化物、又はAlNを、単一または複数成分で含有する、請求項9に記載の半導体装置の部品実装方法。
- 前記Alペレットが、Al線を渦巻き状に形成した成形体(31)からなる、請求項9に記載の半導体装置の部品実装方法。
- 接合後の前記Alペレット(5)が、前記第1の半導体素子(1)のAl電極(3)及び/又は前記第2の半導体素子(2)のAl電極(3’)の外側にはみ出してなる、請求項2〜8のいずれか一項に記載の半導体装置の部品実装方法。
- 前記Alペレットを供給する工程が、Al線(6)を、該Al線の直径より小さい直径の吸引穴を持つ吸引器(7)を該Al線の端面に当てながら、所定の厚さで円盤状にカットして該Alペレット(5)を形成することを含む、請求項1に記載の半導体装置の部品実装方法。
- 前記Alペレットを供給する工程が、Al線(6)の端面を、該Al線の直径と同等の開口直径で、該Alペレットの厚さと等しい深さの穴を持つダイ(9)へ挿入し、該ダイの表面に沿ってブレード(8)で該Al線(6)を円盤状にカットして該Alペレット(5)を形成することを含む、請求項1に記載の半導体装置の部品実装方法。
- 前記Alペレットを供給する工程が、Al線(6)の端面を平板(10)に突き当て、該平板の面と平行にブレード(8)にて該Al線を円盤状にカットしてAlペレットを形成し、該Alペレットを平板に吸引固定したままで、該平板(10)を移動させた後、該Alペレット(5)を吸引器(7)で吸引して該平板(10)から取り外すことを含む、請求項1に記載の半導体装置の部品実装方法。
- 前記Alペレットを供給する工程が、Al線(6)の端面を、第1の半導体素子(1)のAl電極(3)上に突き当て、または、Al電極(3)の垂直上方にセットし、該Al電極(3)の端面と平行にブレード(8)にて該Al線(6)を円盤状にカットしたAlペレットを用いることを含む、請求項1に記載の半導体装置の部品実装方法。
- 前記Alペレットを供給する工程が、Al薄板(15)を打ち抜いて該Alペレット(5)を形成することを含む、請求項1に記載の半導体装置の部品実装方法。
- 前記Alペレットを供給する工程が、Al薄板(15)を切断して該Alペレット(5)を形成することを含む、請求項1に記載の半導体装置の部品実装方法。
- 前記接合する工程が、超音波エネルギー付与装置のステージ(21)上で超音波振動方向へスライド可能な治具(25)を用いることを含む、請求項7または8に記載の半導体装置の部品実装方法。
- 前記Alペレットを供給する工程が、Al線(6)を前記第1の部品上へ仮固定したものを用いることを含む、請求項1に記載の半導体装置の部品実装方法。
- 前記Alペレットを供給する工程が、パンチ(16)によってAl薄板(15)を下側から打ち抜き、該パンチ上に載った、打ち抜かれたAlペレット(5)上へ前記第1の部品を対向させて仮固定したものを用いることを含む、請求項1に記載の半導体装置の部品実装方法。
- 第1の部品と、
第1面と、それと反対側に位置する第2面を有する、Alペレット(5)であって、該第1の部品上に、該Alペレット(5)の第1面が接触した状態に配置された、該Alペレット(5)と、
該Alペレット(5)の第2面に接触した状態に、該Alペレット(5)上に配置された該第2の部品と
を含み、所定の条件下で超音波エネルギーが付与されて、該第1の部品と該Alペレット(5)の第1面、並びに該第2の部品と該Alペレット(5)の第2面が同一工程で接合されてなることを特徴とする、半導体装置の実装部品。
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