專利名稱：使用涂覆有金屬的導(dǎo)線的半導(dǎo)體裝置及電部件制造技術(shù)
使用涂覆有金屬的導(dǎo)線的半導(dǎo)體裝置及電部件制造 相關(guān)申請(qǐng)交叉參者案此申請(qǐng)案主張2006年3月27日申請(qǐng)的序號(hào)為60/786,259的美國臨時(shí)專利申請(qǐng)案 的權(quán)益，所述申請(qǐng)案以引用的方式并入本文中。技術(shù)領(lǐng)域本發(fā)明涉及經(jīng)封裝半導(dǎo)體裝置，且更具體來說，涉及具有涂覆有用于導(dǎo)線鍵合的 金屬材料的金屬導(dǎo)線的半導(dǎo)體裝置且涉及將經(jīng)涂覆導(dǎo)線用于電子部件的連接。^絲^一般來說，經(jīng)封裝半導(dǎo)體裝置包括附接到鍍敷有其它金屬(例如鎳或銀)的銅引 線框架的半導(dǎo)體電路小片。接著，通過將一般由鋁、金或銅制成的鍵合導(dǎo)線鍵合到電 路小片上的導(dǎo)線鍵合部位并在其第二端上鍵合到對(duì)應(yīng)引線而將電路小片連接到引線。 舉例來說，鋁導(dǎo)線在其第一端上鍵合到電路小片上的源極接觸件，且其第二端鍵合到 源極引線。此后，將裝置封裝，以使所述引線通過封裝材料而暴露，從而將經(jīng)封裝半 導(dǎo)體裝置連接到所述經(jīng)封裝半導(dǎo)體裝置置于其中的電子裝置。由于銅是相當(dāng)廉價(jià)的金屬，因此引線框架一般是由基本等級(jí)的銅制成，且接著用 其它金屬(例如鎳或鈀，或甚至兩者)加以鍍敷。已知鎳及鈀具有與鋁的可靠金屬間 連接。因?yàn)殂y具有與金的可靠金屬間連接，因此此金屬也用來鍍敷銅引線框架。然而， 舉例來說，已知鋁與銅不具有可靠連接。鋁和銅會(huì)形成是脆弱的且在某些溫度下降低 剪切強(qiáng)度的數(shù)種金屬間相，所述金屬間相會(huì)增加脆弱的銅鋁金屬間相的生長，且因此 導(dǎo)致導(dǎo)線或鍵合斷裂。舉例來說，鋁與鎳是可靠的金相系統(tǒng)，因?yàn)榇讼到y(tǒng)不容易受到克根達(dá)(Kirkendall) 空洞或電化腐蝕的影響。此外，鎳與銅能耐硫酸與氫氟酸。因此，在此項(xiàng)技術(shù)中需要 的是生產(chǎn)具有成本競(jìng)爭力的產(chǎn)品。此外，需要的是使用能更有效率地減小成本的金屬 來生產(chǎn)產(chǎn)品，同時(shí)仍能制造出具有可靠金相系統(tǒng)的裝置。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的實(shí)施例包含半導(dǎo)體裝置，例如二極管、金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管、 可控硅整流器、絕緣柵雙極晶體管及集成電路。所述半導(dǎo)體裝置具有用于接納鍵合導(dǎo) 線的一個(gè)或一個(gè)以上鍵合墊。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，所述半導(dǎo)體裝置是具有控制區(qū)域、第一端子區(qū)域及第二端子區(qū)域的晶體管，其中所述第二端子區(qū)域附接到引線框 架及及經(jīng)涂覆導(dǎo)線，以將所述半導(dǎo)體電路小片從其第一端子區(qū)域連接到所述引線框架 的第一端子引線。將所述電路小片連接到所述引線的導(dǎo)線可以是金或鋁且涂覆有金屬 或合金，例如，對(duì)金導(dǎo)線來說是銀，且關(guān)于鋁導(dǎo)線是鎳或鈀。對(duì)導(dǎo)線進(jìn)行涂覆以消除 鍍敷引線框架的需要，借此減小制造經(jīng)封裝半導(dǎo)體的成本。此外，根據(jù)本發(fā)明制造半導(dǎo)體裝置的方法包括提供半導(dǎo)體裝置，在其第一表面 上具有第一端子區(qū)域；提供具有電路小片附接墊及引線的引線框架；以及將涂覆有金屬或合金的金屬導(dǎo)線鍵合到所述電路小片及對(duì)應(yīng)的引線。在本發(fā)明的另一方面中，所 述鍵合步驟包含超聲波或熱超聲鍵合方法。在本發(fā)明的又一方面中，所述導(dǎo)線是涂覆 有適合金屬導(dǎo)線的金導(dǎo)線或鋁導(dǎo)線，例如用于金導(dǎo)線是銀，且用于鋁導(dǎo)線的是鎳或鈀。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是消除鍍敷裸銅引線框架并借此顯著減小制造成本的能力。取而代 之是涂覆有適合金屬的導(dǎo)線。本發(fā)明的另一優(yōu)點(diǎn)是通過用先前用來鍍敷銅引線框架的金屬涂覆導(dǎo)線，而使系統(tǒng) 的可靠度沒有實(shí)質(zhì)損失。換句話說，由于將用于鍍敷引線框架的相同金屬用來涂覆鋁 導(dǎo)線，因此仍保持相同的金屬間相。因此，所述金相系統(tǒng)是與此項(xiàng)技術(shù)中稱為可靠系 統(tǒng)相稱的金相系統(tǒng)，且不易于發(fā)生像其它金相系統(tǒng)(例如鋁與銅)那樣的問題或可能 故障。


圖1是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的經(jīng)涂覆導(dǎo)線的截面圖；圖2是使用圖1中所示的經(jīng)涂覆導(dǎo)線部分接線到引線框架的半導(dǎo)體裝置的俯視 圖；及圖3是具有額外封裝引線及經(jīng)涂覆導(dǎo)線的圖2的截面圖。在所有數(shù)個(gè)視圖中，對(duì)應(yīng)的參考字符指示對(duì)應(yīng)的部件。本文所列的實(shí)例圖解說明 本發(fā)明的實(shí)施例，而不應(yīng)被認(rèn)為是以任何方式限制本發(fā)明的范圍。
具體實(shí)施方式
圖1顯示經(jīng)涂覆的鋁導(dǎo)線103。鋁導(dǎo)線101涂覆有金屬材料102且用于在封裝裝 置期間形成半導(dǎo)體電路小片與引線之間的電連接，而且更常用于連接電部件。導(dǎo)線 101可以是純鋁，但也可以是以硅或鎂作為強(qiáng)化機(jī)構(gòu)的鋁合金。涂層102可以是銅可 相容的金屬，例如鎳或鈀。通過無電鍍敷或電鍍將涂層102鍍敷到鋁導(dǎo)線101上。對(duì)于兩種工藝來說，首先 通過清潔導(dǎo)線的表面以改進(jìn)金屬涂層與鋁導(dǎo)線101表面的附著力來準(zhǔn)備用于鍍敷的 鋁導(dǎo)線。此工藝可通過此項(xiàng)技術(shù)中已知的方法來實(shí)現(xiàn)，例如使用清潔劑或溶劑來移除 可影響金屬涂層102附著到導(dǎo)線101的能力的油脂、環(huán)境污染物、氧化物及其它不需要的材料。關(guān)于無電鍍敷，可通過使用用于金屬陽離子還原法的化學(xué)催化劑以基于水的溶液 將金屬沉積到導(dǎo)線上將金屬涂層102施加到導(dǎo)線上。 一般來說，所述溶液包括含有所 述金屬的鹽、還原劑及用以使金屬保持在溶液中的絡(luò)合劑。對(duì)于電鍍來說，可通過使電流通過含有金屬離子的溶液將涂層材料102施加到鋁導(dǎo)線101上。在浴槽中，鋁導(dǎo) 線101是陰極，借此將金屬離子吸引到導(dǎo)線101。金屬離子被沉積在導(dǎo)線101上，以 在導(dǎo)線101上形成涂層102。 一旦在鋁導(dǎo)線101上沉積了金屬涂層102，便將經(jīng)涂覆 導(dǎo)線103漂洗并使其干燥。鋁導(dǎo)線101可涂覆有適合的銅可相容金屬，例如鎳或鈀。這些材料(銅與鋁、鎳、 Al-Ni導(dǎo)線，或銅與鋁、鈀、Al-Pd導(dǎo)線)形成可靠的金相系統(tǒng)。舉例來說，鎳與鋁之 間的金屬間相比較不易受克根達(dá)空洞或電化腐蝕的影響。雖然這些材料是可靠的，但 金屬102在導(dǎo)線101上的沉積是重要的工藝，因?yàn)樘砑硬恍枰牟牧?例如，導(dǎo)致表 面氧化的磷)可減小系統(tǒng)的可靠度。參考圖2，半導(dǎo)體裝置200是鍵合到引線框架202的電路小片且在電路小片200 的一個(gè)表面上具有源極區(qū)域204和柵極區(qū)域211 ，而在電路小片200的相對(duì)表面上具 有漏極區(qū)域(圖2中未顯示)。同樣，半導(dǎo)體電路小片200的源極區(qū)域204具有鋁涂層 205。此外，引線框架202是具有電路小片附接墊206、源極封裝引線207及柵極封 裝引線208的裸銅。同樣，使用系桿209將電路小片附接墊206連接到引線框架，所 述系桿將電路小片附接墊206連接到在引線框架202的軌道之間延伸的橫桿。電路小 片200可用焊料膏附接到電路小片附接墊206。將經(jīng)涂覆的鋁導(dǎo)線103鍵合到半導(dǎo)體電路小片200的源極區(qū)域204中的一者及銅 源極封裝引線207兩者。使用超聲波或熱超聲鍵合方法鍵合經(jīng)涂覆導(dǎo)線103。使用這 些鍵合方法中的任一種方法，所得鍵合209、 210會(huì)形成楔形形狀，因此稱為楔形鍵 合。超聲波導(dǎo)線鍵合是使用超聲波能量形成楔形鍵合的低溫工藝。熱超聲導(dǎo)線鍵合需 要高溫及超聲波能量以形成導(dǎo)線與其所鍵合到的材料之間的鍵合。由于半導(dǎo)體電路小片200具有鋁接觸件且導(dǎo)線103具有涂覆有適合的銅可相容金 屬(例如鎳或鈀)的鋁芯，因此半導(dǎo)體電路小片200與經(jīng)涂覆導(dǎo)線103之間的鍵合是可 靠的。在一端處，經(jīng)涂覆導(dǎo)線103的鋁芯在電路小片200上與鋁接觸件204形成可靠 的鍵合。在鍵合導(dǎo)線的另一端處，銅-鋁-鎳金相系統(tǒng)在經(jīng)涂覆導(dǎo)線103與封裝引線207 之間形成可靠鍵合。將導(dǎo)線103鍵合到裸銅封裝源極引線207，以形成另一楔形鍵合 210。鋁與銅并不像鎳或鈀與銅一樣地可靠，且因此通常用鎳鍍敷銅引線框架以確保 導(dǎo)線與引線框架之間的可靠鍵合。然而，經(jīng)涂覆導(dǎo)線103也提供與裸銅引線框架的可 靠鍵合。通常將鎳鍍敷在裸銅引線框架上，且接著使用鋁導(dǎo)線將半導(dǎo)體電路小片電連接到 引線。盡管鋁與鎳是可靠系統(tǒng)，但用鎳鍍敷裸銅引線框架的成本可能相當(dāng)高。本發(fā)明 通過在鋁導(dǎo)線103上使用鎳涂層提供可靠且較低成本的一個(gè)或一個(gè)以上實(shí)施例，因?yàn)橄駥?dǎo)線與引線框架之間那樣需覆蓋的表面積較小。因此能產(chǎn)生相同的結(jié)果但費(fèi)用相當(dāng) 低。圖3是圖2中所示的裝置的截面圖，其中所添加的封裝引線220通過另一經(jīng)涂覆 導(dǎo)線203連接到電路小片附接墊206。半導(dǎo)體電路小片200是鍵合到裸銅引線框架202 的電路小片，以使得例如通過焊料212將漏極區(qū)域214附接到電路小片附接墊206。 如圖3中所示，經(jīng)涂覆的鋁導(dǎo)線103是鍵合到半導(dǎo)體電路小片200及裸銅封裝源極引 線207兩者的楔形件。制造裝置的方法包括提供具有電路小片附接墊以及從平行軌道延伸到電路小片 墊的多個(gè)引線的裸銅引線框架及半導(dǎo)體電路小片。使用焊料膏將半導(dǎo)體電路小片的漏 極區(qū)域附接到引線框架中的電路小片附接墊。此后，通常首先將經(jīng)涂覆導(dǎo)線鍵合到半 導(dǎo)體電路小片上的電路小片墊，且接著鍵合到引線框架的適合引線。接著，切斷所述 導(dǎo)線，此工藝稱為"前向鍵合"。然而，所述導(dǎo)線可首先鍵合到引線框架的引線，接 著鍵合到電路小片并切斷。在將導(dǎo)線鍵合到電路小片及引線之后，封裝并單個(gè)化裝置。一般來說，用于超聲波及熱超聲鍵合方法的導(dǎo)線有三種類型。用于此類型導(dǎo)線鍵 合的普通導(dǎo)線為銅、鋁及金。這些導(dǎo)線可以是純金屬，但大多數(shù)是與其它材料形成合 金以提供導(dǎo)線強(qiáng)度。 一般來說，銅導(dǎo)線及鋁導(dǎo)線可用于超聲波或熱超聲鍵合方法兩者。 金導(dǎo)線通常用于熱超聲鍵合方法。超聲波鍵合在導(dǎo)線與待鍵合基板之間產(chǎn)生楔形鍵合。超聲波鍵合是在形成鍵合時(shí) 需要使用超聲波能量的低溫低壓鍵合方法。具體來說，待鍵合到表面或裝置的導(dǎo)線是 以與水平面成30到60。的角度饋入到稱為楔形鍵合工具的導(dǎo)線鍵合工具中。將導(dǎo)線 訂在第一鍵合部位上，且用壓力及超聲波能量將導(dǎo)線鍵合到所述部位。將鍵合工具抬 高并移動(dòng)到第二鍵合部位，以使導(dǎo)線形成從第一部位到第二部位的環(huán)形狀。在形成第 二鍵合之后，便切斷導(dǎo)線。熱超聲鍵合是需要超聲波能量的高溫低壓鍵合工藝。同樣，將導(dǎo)線以一角度饋入 到楔形鍵合工具中。將導(dǎo)線保持到第一鍵合部位，半導(dǎo)體電路小片或源極引線。用壓 力與熱以及超聲波能量將導(dǎo)線訂在鍵合部位以形成鍵合。所施加的熱通常在100到 15(TC的范圍內(nèi)，但在金導(dǎo)線的情況下可高達(dá)25(TC。熱導(dǎo)致導(dǎo)線及其所鍵合到材料 發(fā)生塑性變形，從而形成金屬間連接。使用經(jīng)涂覆導(dǎo)線以較低成本將半導(dǎo)體電路小片電連接到引線還可應(yīng)用于其它裝 置。經(jīng)涂覆導(dǎo)線還可用于連接如圖3中所示的電部件。舉例來說，可通過涂覆有鈀或 鎳的鋁導(dǎo)線電連接兩個(gè)裸銅部件，因?yàn)檫@些結(jié)合是可靠的金屬間連接。盡管前述部分是就經(jīng)涂覆的鋁導(dǎo)線加以解釋的，但其它實(shí)施例可包括涂覆有銀的 金導(dǎo)線。金、銀及銅形成可在高溫下執(zhí)行的另一可靠系統(tǒng)。因此，本發(fā)明的另一實(shí)施 例可包括使用經(jīng)涂覆導(dǎo)線將半導(dǎo)體電路小片連接到裸銅引線框架，例如使用涂覆有銀 或其它適合金屬材料的金導(dǎo)線。己經(jīng)結(jié)合垂直金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管晶體管描述了前面的實(shí)施例。然而，所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員將了解，可以其它晶體管及裝置來代替。舉例來說，可用雙 極晶體管來代替所述金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管，其中射極區(qū)域及接觸件對(duì)應(yīng)于 源極區(qū)域及接觸件，基極區(qū)域及接觸件對(duì)應(yīng)于柵極區(qū)域及接觸件，且集極區(qū)域及接觸 件對(duì)應(yīng)于漏極區(qū)域及漏極接觸件。其它半導(dǎo)體裝置包括且不限于集成電路、二極管、 可控硅整流器或絕緣柵雙極晶體管。盡管已經(jīng)參考優(yōu)選實(shí)施例描述了本發(fā)明，但所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)了解，可對(duì)本 發(fā)明進(jìn)行各種改變，且可以等效物來替代本發(fā)明的元件，而此并不背離本發(fā)明的范圍。 另外，可對(duì)本發(fā)明的教示進(jìn)行許多修改以適應(yīng)特定情況或材料，而此并不背離本發(fā)明 的范圍。因此，并不打算將本發(fā)明局限于揭示為預(yù)期用于實(shí)施本發(fā)明的最佳模式的特定實(shí) 施例，而是本發(fā)明將包括屬于所附權(quán)利要求書的范圍及精神內(nèi)的所有實(shí)施例。
權(quán)利要求
1、一種半導(dǎo)體裝置，其包含a.半導(dǎo)體電路小片，其具有包含控制及第一端子區(qū)域的第一表面及包含第二端子區(qū)域的第二表面；b.引線框架，其包含電路小片附接墊、控制引線及端子引線；及c.導(dǎo)線，其包含第一金屬的芯及第二金屬的涂層。
2、 如權(quán)利要求l所述的裝置，其中所述第一金屬包括鋁、鋁合金、金或金合金。
3、 如權(quán)利要求l所述的裝置，其中所述第二金屬包括鎳、鈀或銀。
4、 如權(quán)利要求l所述的裝置，其中所述半導(dǎo)體電路小片選自由二極管、金屬氧化半 導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管、可控硅整流器、集成電路及絕緣柵雙極晶體管組成的群組。
5、 如權(quán)利要求l所述的裝置，其中所述半導(dǎo)體裝置進(jìn)一步包含封裝材料。
6、 一種制造半導(dǎo)體裝置的方法，其包含以下步驟a. 提供半導(dǎo)體電路小片，其具有第一及第二表面，所述半導(dǎo)體電路小片包含在 所述電路小片的所述第一表面上的控制區(qū)域及第一端子區(qū)域及在所述電路小 片的所述第二表面上的第二端子區(qū)域；引線框架，其具有電路小片附接墊以及 控制及端子引線；及導(dǎo)線，其具有第一金屬的芯及第二金屬的涂層；b. 將所述電路小片附接到所述引線框架的所述電路小片附接墊；c. 將所述導(dǎo)線附接到所述半導(dǎo)體電路小片且附接到所述引線框架的引線；及d. 封裝所述電路小片、電路小片附接墊、引線及導(dǎo)線。
7、 如權(quán)利要求6所述的方法，其中所述導(dǎo)線的所述第一金屬包括鋁或鋁合金。
8、 如權(quán)利要求7所述的方法，其中所述第二金屬選自由鎳或鈀組成的群組。
9、 如權(quán)利要求8所述的方法，其中所述附接方法包括熱超聲鍵合。
10、 如權(quán)利要求8所述的方法，其中所述鍵合步驟為超聲波鍵合。
11、 如權(quán)利要求6所述的方法，其中所述第一金屬包括金或金合金。
12、 如權(quán)利要求ll所述的方法，其中所述第二金屬包括銀。
13、 如權(quán)利要求12所述的方法，其中所述鍵合步驟為熱超聲鍵合。
14、 一種連接電子部件的方法，其包含以下步驟a. 提供第一及第二電子部件以及包含第一金屬的芯及第二金屬的涂層的導(dǎo)線；b. 將所述導(dǎo)線附接到所述第一電子部件；及c. 將所述導(dǎo)線附接到所述第二電子部件。
15、 如權(quán)利要求14所述的方法，其中所述第一金屬包括鋁或鋁合金，所述第二金屬 選自由鎳及鈀組成的群組，且所述附接方法包括熱超聲鍵合。
16、 如權(quán)利要求14所述的方法，其中所述第一金屬包括鋁或鋁合金，所述第二金屬 選自由鎳及鈀組成的群組，且所述附接方法包括超聲波鍵合。
17、 如權(quán)利要求14所述的方法，其中所述第一金屬包括金或金合金，所述第二金屬 包括銀，且所述附接方法包括熱超聲鍵合。
18、 一種半導(dǎo)體電路小片鍵合導(dǎo)線，其包含第一金屬的芯及第二金屬的涂層。
19、 如權(quán)利要求18所述的導(dǎo)線，其中所述第一金屬是鋁、鋁合金、金或金合金。
20、 如權(quán)利要求18所述的導(dǎo)線，其中所述第二金屬是鎳、鈀或銀。
全文摘要
本發(fā)明的裝置包括半導(dǎo)體電路小片，所述半導(dǎo)體電路小片附接到裸銅引線框架且通過涂覆有金屬材料的金屬導(dǎo)線電耦合至引線。所述裝置的作用將類似于其中引線框架涂覆有其它金屬材料的裝置，但因以鍍敷導(dǎo)線來代替鍍敷引線框架而具有較低的成本。所述導(dǎo)線可以是金或鋁。當(dāng)所述導(dǎo)線是金時(shí)，涂層可以是銀或其它適合的金屬材料。當(dāng)所述導(dǎo)線是鋁時(shí)，涂層可以是鎳、鈀或其它適合的金屬。
文檔編號(hào)H01L23/495GK101405863SQ200780009836
公開日2009年4月8日 申請(qǐng)日期2007年3月27日 優(yōu)先權(quán)日2006年3月27日
發(fā)明者斌 曹, 權(quán)溶錫, 李相道 申請(qǐng)人:飛兆半導(dǎo)體公司