專利名稱：用于細(xì)鋁線的鋁凸塊接合的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及將鋁線接合施加到表面，例如引線框或半導(dǎo)體裝置上的觸點(diǎn)。
技術(shù)背景常規(guī)上，在半導(dǎo)體封裝中將半導(dǎo)體電路小片的特征連接到引線框的引線的鋁接合線 被直接接合到引線框。當(dāng)使用這種方法時(shí)與細(xì)鋁接合線(直徑小于約3密耳)相關(guān)聯(lián)的 常見(jiàn)問(wèn)題包括跟部斷裂和接合升離。當(dāng)接合參數(shù)設(shè)置過(guò)高且接合線在接合處斷裂時(shí)發(fā)生 跟部升離，從而可能會(huì)導(dǎo)致喪失半導(dǎo)體特征與引線之間的電通信。通常當(dāng)接合參數(shù)設(shè)置 過(guò)低且接合脫離引線時(shí)發(fā)生接合升離。因此，存在將產(chǎn)生彈性接合的較窄范圍的接合參 數(shù)。另外，用于將細(xì)鋁線直接接合到引線框的接合參數(shù)對(duì)鋁線的材料成分和引線框的表 面情況非常敏感。用于將金線接合到引線框的凸塊上接合縫合方法使用所述引線框上的金凸塊作為 接合線與引線框之間的接口。這放寬了用于金接合線的接合參數(shù)范圍。其它方法可以類 似方式使用焊料凸塊。然而，這些方法均不適用于接合鋁線。存在許多針對(duì)于在半導(dǎo)體封裝中進(jìn)行線接合的美國(guó)專利，包括在2002年7月2日 頒發(fā)給奧卡(Oka)等人的第6，413，797號(hào)美國(guó)專利。奧卡教示一種具有電極的半導(dǎo)體裝 置，所述電極具有在鍍金過(guò)程中設(shè)置在其上的金凸塊。所述金凸塊有助于將金線接合到 所述電極。奧卡并未教示一種提供用于將細(xì)鋁線接合到表面的鋁凸塊的廉價(jià)且簡(jiǎn)單的方 法。因此，需要一種接合細(xì)鋁線的方法，其具有寬松的接合參數(shù)，在減少跟部斷裂和接 合升離情形中展示改進(jìn)的可靠性，且較廉價(jià)。 發(fā)明內(nèi)容在本發(fā)明的一種形式中，本發(fā)明包含一種經(jīng)封裝半導(dǎo)體裝置，其中使用鋁凸塊接合 將接合線接合到引線。所述半導(dǎo)體裝置安裝在具有帶鎳鍍層的引線的引線框上。為了在 細(xì)鋁線(例如直徑為2密耳的線)與引線之間形成凸塊接合，將鋁凸塊接合到鎳鍍層且 將所述線接合到所述凸塊。所述凸塊是摻雜有鎳的鋁，且由大直徑線(例如直徑為6密 耳的線)形成。在另一形式中，本發(fā)明包含一種用于封裝半導(dǎo)體裝置的方法。所述方法包含以下步驟提供附接有半導(dǎo)體裝置的引線框，其中所述引線框具有多個(gè)引線；在所述引線中的 一者或一者以上的表面上構(gòu)建凸塊；以及將鋁接合線線接合到所述凸塊中的每一者。所 述接合線具有細(xì)直徑(例如直徑為約2密耳)，且所述凸塊具有大直徑(例如直徑為約6 密耳)。所述凸塊包含鋁，且其可摻雜有鎳。所述引線可具有鎳鍍層。所述方法還可包 含將引線框、半導(dǎo)體裝置和接合線囊封在非導(dǎo)電囊封聚合物中的進(jìn)一步步驟。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于，通過(guò)大直徑凸塊實(shí)現(xiàn)鋁到鎳的接合，且細(xì)鋁線能夠接合到鋁表 面。盡管細(xì)線鋁到鎳的接合已展示為不可靠的且對(duì)表面情況和接合參數(shù)特別敏感，但大 直徑線鋁到鎳的接合已展示為穩(wěn)固的且對(duì)表面情況和接合參數(shù)較不敏感。另外，本發(fā)明 展示接合升離和跟部斷裂情況顯著減少。


參看附圖揭示本發(fā)明，其中
圖1是根據(jù)本發(fā)明的使用鋁凸塊接合的半導(dǎo)體封裝的橫截面圖2是根據(jù)圖l的線到引線的鋁凸塊接合的側(cè)視圖3A是用于形成根據(jù)圖2的鋁凸塊的楔形工具的尖端的正面圖； 圖3B是圖3A的楔形工具尖端的橫截面圖；以及 圖4是本發(fā)明的鋁凸塊接合過(guò)程的流程圖。
在所述若干視圖中，相應(yīng)參考符號(hào)始終指示相應(yīng)部分。本文所陳述的實(shí)例說(shuō)明本發(fā) 明的一個(gè)實(shí)施例，但其不應(yīng)被解釋為以任何方式限制本發(fā)明的范圍。
具體實(shí)施例方式
參看圖i,其中展示本發(fā)明的具有鋁凸塊接合的半導(dǎo)體封裝。所述封裝IO包括半導(dǎo) 體裝置12、引線框14、若干鋁接合線16和若干凸塊接合18。
引線框14包括若干引線20和用于支撐半導(dǎo)體裝置12的電路小片墊22。所述半導(dǎo) 體裝置包括若干電極，以用于通過(guò)接合線16連接到引線20。在特定實(shí)施例中，接合線 16具有約2密耳(50pm)的直徑以及約99%的鋁和約1%的硅的成分。然而，在不同 實(shí)施例中，線16可具有替代性特征。出于此描述的目的，細(xì)線是直徑為3密耳或更小 的線，且大直徑線具有大于3密耳的直徑。
圖2詳細(xì)展示凸塊接合18，其將線16接合到引線20。引線20通常是表面上具有 鎳鍍層24的銅。凸塊接合18包括鋁凸塊26，所述鋁凸塊26包含大直徑鋁線(例如直 徑為約6密耳(150jLim))的一部分。在特定實(shí)施例中，凸塊26包含摻雜有鎳的鋁。所 述凸塊26以類似于6密耳線的引線框接合的方式接合到鎳鍍層24，不同之處只是所述楔形工具具有平坦的表面，而不是通常使用的三角楔形。平頭楔形工具28 (圖3A和3B 所示)給接合凸塊26提供平坦表面以用于與線16接合。由于凸塊26不會(huì)像線那樣具 有跟部，所以楔形工具28不會(huì)像常規(guī)楔形工具那樣在楔形表面上具有向上曲線來(lái)容納 跟部。
參看圖4，本發(fā)明的過(guò)程包含以下步驟晶片切割30、電路小片附接32、凸塊構(gòu)建 34、線接合36、囊封38和典型的后端修整和測(cè)試40。晶片切割步驟30和電路小片附 接步驟32特定用于半導(dǎo)體裝置和引線框。凸塊構(gòu)建步驟34包含使用平頭楔形工具28 將6密耳鋁線的末端接合到引線20上的鎳鍍層24。接著，使所述6密耳線從末端斷離 開(kāi)以留下凸塊26。在特定實(shí)施例中，注意使凸塊26的長(zhǎng)度與將附接到其的線16的方向 對(duì)直。另外，凸塊26的大小應(yīng)至少像半導(dǎo)體芯片上的柵極墊開(kāi)口那樣大。在線接合步 驟36中，使用典型的線接合技術(shù)將鋁線16的末端接合到鋁凸塊26。在囊封步驟38中， 將非導(dǎo)電囊封聚合物42 (圖1)包覆模制在所述封裝上。接著，在步驟40中進(jìn)行典型 的修整和測(cè)試。
因此，鋁到鎳的接合位于鎳鍍層24與凸塊26 (其為一段6密耳鋁線)之間。與細(xì) 鋁線與鎳鍍層之間的直接接合相比，所述接合已展示為可靠得多的工藝，其具有放寬的 接合參數(shù)。另外，將細(xì)鋁線16以鋁到鋁接合的方式接合到凸塊26，所述鋁到鋁接合固 有地比細(xì)線的鋁到鎳接合更可靠。還已經(jīng)展示，即使具有低接合參數(shù)規(guī)格限制，凸塊接 合18在接合剪力測(cè)試和接合拉力測(cè)試中也具有優(yōu)于細(xì)線鋁到鎳接合的改進(jìn)結(jié)果。另外， 線16的接合厚度得到改進(jìn)，從而產(chǎn)生更好的抗跟部斷裂性。
在替代性實(shí)施例中，可使用其它線和接合尺寸。舉例來(lái)說(shuō)，用于5密耳線的線接合 可使用20密耳凸塊。
盡管已參考優(yōu)選實(shí)施例來(lái)描述本發(fā)明，但所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員將了解，在不脫離本 發(fā)明范圍的情況下可作出各種改變且可用等效物替代其元件以適應(yīng)特定情形。因此，希 望本發(fā)明不限于作為預(yù)期用于實(shí)行本發(fā)明的最佳模式來(lái)揭示的特定實(shí)施例，而是本發(fā)明
將包括處于所附權(quán)利要求書的范圍和精神內(nèi)的所有實(shí)施例。
權(quán)利要求
1.一種具有鋁凸塊接合的經(jīng)封裝半導(dǎo)體裝置，其包含接合表面；接合到所述接合表面的鋁凸塊，所述凸塊包含一段大直徑鋁線；以及鋁接合線，其具有接合到所述凸塊的接合末端，所述接合線包含細(xì)鋁線。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的經(jīng)封裝半導(dǎo)體裝置,所述接合表面包含鎳鍍層。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的經(jīng)封裝半導(dǎo)體裝置，所述凸塊摻雜有鎳。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的經(jīng)封裝半導(dǎo)體裝置，所述大直徑鋁線具有約6密耳的直徑。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的經(jīng)封裝半導(dǎo)體裝置，所述細(xì)鋁線具有約2密耳的直徑。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的經(jīng)封裝半導(dǎo)體裝置，所述接合表面包含作為引線框的一部分的引線。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的經(jīng)封裝半導(dǎo)體裝置，所述凸塊具有由平頭楔形工具形成的大致平坦表面以提供用于接合所述接合線的所述接合末端的表面。
8. —種封裝半導(dǎo)體裝置的方法，其包含以下步驟-提供附接有半導(dǎo)體裝置的引線框，所述引線框具有多個(gè)引線； 在所述引線中的一者或一者以上的表面上構(gòu)建凸塊；以及 將鋁接合線線接合到所述凸塊中的每一者。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，所述接合線具有細(xì)直徑。
10. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，所述接合線具有約2密耳的直徑。
11. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，所述凸塊構(gòu)建步驟包含將大直徑鋁線的一部分接合 到所述引線中的一者或一者以上；以及使所述大直徑線斷離開(kāi)所述部分以留下凸 塊。
12. 根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，所述接合大直徑鋁線的一部分的步驟包含使用平頭 楔形工具。
13. 根據(jù)權(quán)利要求ll所述的方法，所述凸塊具有約6密耳的直徑。
14. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，所述凸塊包含鋁。
15. 根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，所述引線具有鎳鍍層，且所述凸塊摻雜有鎳。
16. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其進(jìn)一步包含將所述引線框、半導(dǎo)體裝置和接合線囊 封在非導(dǎo)電囊封聚合物中的步驟。
全文摘要
本發(fā)明包括一種經(jīng)封裝半導(dǎo)體裝置，其中使用鋁凸塊接合將接合線接合到引線。所述半導(dǎo)體裝置安裝在具有帶鎳鍍層的引線的引線框上。為了在細(xì)鋁線(例如直徑為2密耳的線)與所述引線之間形成所述凸塊接合，將鋁凸塊接合到所述鎳鍍層且將所述線接合到所述凸塊。所述凸塊是摻雜有鎳的鋁，且由大直徑線(例如直徑為6密耳的線)形成。
文檔編號(hào)H01L23/48GK101405860SQ200780009475
公開(kāi)日2009年4月8日 申請(qǐng)日期2007年3月20日 優(yōu)先權(quán)日2006年3月20日
發(fā)明者任煒星, 方幸泉, 朱正宇, 權(quán)溶錫 申請(qǐng)人:飛兆半導(dǎo)體公司