CN103177979B - 引线键合装置、工具及主体、半导体装置制造及键合方法 - Google Patents

引线键合装置、工具及主体、半导体装置制造及键合方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供抑制楔状工具形成的接合区域的偏差的形成，防止超声波振动的施加压力集中在头部侧的引线键合用的楔状工具。工具主体(11)的前端部分设有通过槽部(20)保持键合引线(1)的引线保持部，向该部分抽出铝的键合引线(1)的同时，在半导体芯片(3)上的电极(7)之间施加超声波振动而形成附着核层(8)，由此接合键合引线(1)。从槽部(20)伸出键合引线(1)的状态下，如果向电极(7)按压楔状工具(10)，则接合部分产生椭圆形状的塑性变形。工具主体(11)的前端部分从根部H侧至头部T侧沿键合引线(1)的长度方向设有倾斜角α，键合引线(1)被按压为在头部侧比根部侧更靠近电极(7)的接合面。

Description

引线键合装置、工具及主体、半导体装置制造及键合方法
技术领域
本发明涉及一种在与被接合物之间施加超声波振动来形成附着核层而接合键合引线的引线键合用键合装置、从楔状工具的前端部抽出键合引线进行的引线键合方法、以及使用键合装置将半导体装置的电极电连接到外部端子等的半导体装置的制造方法，尤其涉及在楔状工具的前端部分设置倾斜角的键合装置。
背景技术
图10为用于说明由键合装置进行的引线键合的图。
楔状工具10具有工具主体11、用于保持键合引线1的引线导引件10a、键合后切断引线的切刀10b、引线的夹紧结构10c等，通过超声变幅杆而安装在键合装置。在半导体装置2的制造工艺中，构成电子器件的半导体芯片3被贴装在形成于绝缘电路基板4上的电路图案4a上。形成有电路图案4a和与其相对侧的电路图案4b的绝缘电路基板4通过形成于其背面的电路图案4c布置在散热用金属基底5上。并且，在半导体装置2上，一边移动楔状工具10，一边将键合引线1的两端超声波键合到半导体芯片3的电极和绝缘电路基板4的电路图案4b上。由此，可通过被楔入键合的布线用引线6对半导体装置2等的电子器件进行预定的连接。
图11为表示现有的楔状工具的前端部形状的图。
楔状工具10将由工具主体11的前端部的工具导引槽12进行接触并支撑的键合引线1接触到被接合材(例如，硅芯片上的电极等)。然后，通过该楔状工具10对键合引线1施加一定的压力而将其按压到被接合材的状态下，施加超声波振动来磨合而进行接合。
图12为表示现有的引线键合方法的图，(A)为表示由楔状工具进行加压振动的情形的图，(B)为表示引线与被接合材之间的接合状态的图。
在进行键合时，作为键合引线1而从工具主体11的前端部的工具导引槽12抽出的环状的铝引线(Φ100～500μm)被预定的负荷P1按压到作为被接合物的、例如半导体芯片3的电极7等上，并由楔状工具10向铝引线施加超声波振动进行接合。此时，键合引线1根据保持环状的环形引线的刚性，受到来自倾斜横向的约束力(fixeddisplacement)P2。
在这种超声波引线键合工艺中，将散热用的金属基底5设置在下部并在键合装置的工件夹具(未图示)上载入模块组件的状态下，通过楔状工具10压住由楔状工具10供应到功率半导体元件的电极接合面的键合引线1，并且施加超声波振动的同时施加键合负荷(楔入压力)。由此，键合引线1的接合面因超声波振动的摩擦而能够清除杂质(氧化物)，并通过同时在接合面上发生的热量使抗张力急剧减小而发生塑性变形，从而被固相接合到电极部。
即，若通过工具主体11的前端部施加负荷P1的同时向由铝(Al)构成的键合引线1施加超声波振动，则在半导体芯片3的通过铝蒸镀而形成的Al-Si电极膜等电极7上作为表面氧化膜等形成的杂质膜被破坏，露出清洁的金属膜表面。此时，根据来自楔状工具10的超声波能量，键合引线1的接合面引起塑性变形，在该部分形成作为接合基点的合金化的附着核层8。
这里，要使键合引线1与作为被接合材的半导体芯片3可靠地磨合，需要使工具主体11的前端部与键合引线1彼此紧密地贴近，为了彼此紧密地贴近，需要加大加压力。根据此时的加压力，键合引线1的中心部被压扁，附着核层8扩散为椭圆形状，从而与电极7的接触面积变大。并且，如果楔状工具10振动，则贴近其前端部的键合引线1也振动，起初的附着核层8从其外周向外侧扩散，接合区域变大。
一般的情况下，因为对键合引线1所施加的压力导致键合引线1最开始就被压扁，因此最终形成的接合区域9的中心部容易成为非接合区域，而通过超声波振动的能量，仅被压扁的周边部发生接合。因此，如果观察上述的接合区域9的界面，该接合区域有时呈环状。
根据专利文献1，可以提供具有加粗的键合引线，对半导体芯片不产生机械损伤，且键合引线与半导体芯片的接合状态稳定的半导体装置及其制造方法。在该发明中，通过将半导体芯片的电极膜的厚度设置为3.5μm至10μm，从而即使将键合引线(铝引线)的直径加粗为300m以上，在进行超声波键合时也不会在层间绝缘膜和n型半导体基板上产生裂纹。
并且，专利文献2中公开了如下的功率半导体装置的引线键合方法，即改变通过加粗键合引线来强化引线接合部的策略，针对一直以来普遍使用的直径为300μm、400μm、500μm的键合引线，通过适当地规定该引线接合部的形状，从而无需使接合面积增加到必要的面积以上，也能有效地确保对于功率周期的高寿命耐量，从而谋求提高可靠性。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：特开2002-222826号公报
专利文献2：特开2004-140072号公报
如上所述，在进行铝引线等的引线键合时，需要对半导体芯片3的电极7表面进行适当的负荷控制。并且，在使用现有的楔状工具10进行的接合过程中，在初始阶段从键合面的中心部开始接合。但是，键合引线1在其被供应的一侧(图12的左侧。以下，称为根部侧)开始接合，然后接合动作逐步地涉及到键合引线1的前端侧(以下，称为头部侧)。
就此时施加到键合引线1的超声波振动而言，被传递到键合面的能量仅集中在未接合部，在最终的接合动作中导致头部侧的加压稳定性变差。即，相对于楔状工具10的振动方向上的键合引线1的长度L而言，在初始阶段形成椭圆形状的附着核层8的扩散较小。其结果，如图12B所示，其长轴长L1比最终的接合区域9短，因此以电极7的非接合区域为中心，容易产生裂纹(龟裂)7a。
图13为表示半导体装置中生成的裂纹的一个例子的图。
半导体装置中，在由n-基板31构成的半导体芯片3的背面侧依次扩散形成n+层32、p+层33，且从p+层33引出集电极端子C。半导体芯片3的表面结构为在从半导体芯片3的主表面扩散形成的p+区域34内，构成发射极区域的n+区域35形成在n-基板31内。在该n+区域35通过Al-Si电极膜70引出发射极端子E。
并且，在半导体芯片3的主表面上，硅氧化膜(SiO2)71、多晶硅膜72、层间绝缘膜(BPSG)73被Al-Si电极膜70覆盖并层叠，在此引出栅极电极G。
如此，Al-Si电极膜70的表面并不是平坦结构，在引出栅极电极G的多晶硅膜72上形成规定的阶梯差结构。因此，若通过楔状工具10受到的超声波振动偏向键合引线1的头部侧，则层间绝缘膜(BPSG)73上产生的图13中示出的裂纹7a容易沿倾斜方向的点划线箭头扩散。
在此，如果减小起初施加的压力，则因为键合时的楔状工具10的振幅，键合引线1从前端部的工具导向槽12偏离，因此难以通过楔状工具10更加稳定地束缚键合引线1，无法形成用来开始接合的附着核层8。这是由于，减小开始施加的压力导致键合引线1的变形较小，使键合引线1与楔状工具10的前端部接触的面积变小，从而导致接触部分的摩擦力不够。由此，键合引线1与楔状工具10的接触部分产生滑动，导致发生键合引线1从工具导向槽12脱离，或者超声波振幅(振动)无法充分地传递到键合引线1的问题。
相反，如果增加起初施加的压力，则从键合楔状工具通过键合引线1施加的超声波振动集中在半导体芯片的电极膜的末接合部分的局部，可能导致半导体芯片受损。
如果对如引线(Al)和功率器件(Si)那样热膨胀系数具有较大差异的材料进行加热，则产生较大的热应力。于是，在冷热环境下的Al与Si的接合部中，由于两者的热膨胀系数差而反复发生上述热应力，因此具有在该接合部产生裂纹而受损的问题。
发明内容
本发明是鉴于如上所述的问题而提出的，其目的在于提供一种抑制由楔状工具导致的接合区域的偏差的形成，并防止超声波振动的加压力集中在头部侧的引线键合用的键合装置。
并且，本发明的另一个目的在于提供一种在通过超声波振动连接键合引线时，可以在被接合物的接合面以稳定的状态连接引线的引线键合方法。
本发明的又一个目的在于提供一种消除振幅集中在未接合部的局部而导致芯片受损，并能够提高产品质量的半导体装置的制造方法。
在本发明中，为了解决上述问题提供一种通过超声波振动来接合键合引线的引线键合用楔状工具，其特征在于，包含安装在使所述楔状工具进行所述超声波振动的超声波振动单元的工具主体，所述工具主体的前端部分形成有槽部，沿着所述键合引线的长度方向在所述槽部设置有倾斜面的同时使所述键合引线从所述槽部伸出，并按压所述键合引线，以使所述键合引线的头部侧比根部侧更靠近所述键合引线被接合的接合面。
并且，根据本发明提供一种键合装置，该键合装置通过超声波振动来接合键合引线，其特征在于，包含：上述的楔状工具；使所述楔状工具相对于所述键合引线被接合的接合面并行地进行超声波振动的超声波振动单元，对所述键合引线进行按压，以使所述键合引线在头部侧比根部侧更靠近所述接合面。
并且，根据本发明提供一种引线接合方法，从楔状工具的前端部分抽出键合引线的同时通过超声波振动进行键合，其特征在于，在用所述楔状工具把持所述键合引线的状态下，使所述键合引线在预定时间内相对于接合所述键合引线的接合面并行地进行超声波振动，并将所述键合引线按压在所述接合面而进行接合时，使所述键合引线的头部侧比根部侧更靠近所述接合面。
此外，根据本发明提供一种半导体装置的制造方法，该半导体装置的制造方法使用上述的键合装置将半导体芯片的电极电连接于半导体部件，其特征在于，在用所述楔状工具把持所述键合引线的状态下，使所述键合引线在预定时间内相对于所述半导体芯片的电极面并行地进行超声波振动，并将所述键合引线按压在所述电极上而使其产生塑性变形时，包含如下工艺：以所述键合引线的头部侧比根部侧更靠近所述半导体芯片的电极面的方式相对于所述电极面按压所述楔状工具。
此外，根据本发明提供一种引线键合用工具主体，通过超声波振动来接合键合引线，在前端形成有沿着所述键合引线的长度方向倾斜的槽部，使所述键合引线从所述槽部伸出，并按压所述键合引线，以使所述键合引线的头部侧比根部侧更靠近所述键合引线被接合的接合面。
根据本发明的引线键合用的楔状工具、键合装置、引线键合方法以及半导体装置的制造方法，可以抑制键合引线在接合面上的接合区域形成偏差，可以在稳定的状态下进行引线连接，据此可以消除芯片受损，并制造出能够提高产品质量的半导体装置。
附图说明
图1为表示本发明的实施方式的引线键合方法的图，(A)为表示通过楔状工具进行的加压、振动的情形的图，(B)为表示引线与被接合材的接合状态的图。
图2为放大表示本发明的实施方式的楔状工具的前端部的图。
图3为表示引线直径与设置在楔状工具的前端部分的倾斜角的关系的图。
图4为表示由现有装置形成的接合区域的扩散程度的图。
图5为表示由本发明的键合装置形成的接合区域的扩散程度的图。
图6为表示接合初始阶段的接合部的椭圆率的图。
图7为表示接合初始阶段的接合部的接合面积的图。
图8为表示接合结束时的接合部的椭圆率的图。
图9为表示接合结束时的接合部的接合面积的图。
图10为用于说明由键合装置进行的引线键合的图。
图11为表示现有的楔状工具的前端部形状的图。
图12为表示现有的引线键合方法的图，(A)为表示通过楔状工具进行的加压振动的情形的图，(B)为表示引线与被接合材的接合状态的图。
图13为表示在半导体装置上生成的裂纹的一个例子的图。
符号说明：
1为键合引线，2为半导体装置，3为半导体芯片，4为绝缘电路基板，5为散热用金属基底，6为布线用引线，7为电极，7a为裂纹(龟裂)，8为附着核层，9为最终的接合区域，10为楔状工具，11为工具主体，12为工具导引槽，20为槽部，21为引线保持部，22、23为曲面，70为Al-Si电极膜。
具体实施方式
以下，参照附图来说明本发明的实施方式。
图1为表示本发明的实施方式的引线键合方法的图，(A)为表示通过楔状工具进行的加压、振动的情形的图，(B)为表示引线与被接合材的接合状态的图。
在键合装置中，被插入到楔状工具10的前端根部侧后方的引线导向件的键合引线1的前端部从工具主体11的槽部20(工具导向槽)的图左下端面抽出并被保持。将由该槽部20保持的键合引线1按压到被载入和固定于键合装置工件夹具的半导体装置2的半导体芯片3的电极7上，通过向被保持在超声变幅杆的楔状工具10施加超声波振动，从而进行接合。此后，暂时使楔状工具10上升，将楔状工具10平行移动到半导体装置2的绝缘电路基板4上形成的电路图案的引脚电极上，再次使楔状工具10下降而按压绝缘电路基板4的电路图案，在该部分接合键合引线1的另一端。如此将键合引线1接合到半导体芯片3的电极7和绝缘电路基板4的电路图案之后，向通过夹钳保持的键合引线1挤推切刀，从被接合到绝缘电路基板4的电路图案的部分切断键合引线1，由此完成一轮键合作业。
楔状工具10包含工具主体11。工具主体11是针状工具，由公知的材料，如碳化钨或碳化钡等构成。在工具主体11的前端部分设有用于保持键合引线1的槽部20。楔状工具10向引线保持部的槽部20抽出铝的键合引线1的同时，在半导体芯片3上的电极7之间施加超声波振动而形成附着核层8，由此接合键合引线1。通过使键合引线1的大致下半部分从槽部20突出而进行把持的状态下，向电极7按压楔状工具10，从而接合部分产生椭圆形状的塑性变形。这里，对于与用来说明图12的现有方法的部件相对应的部件，使用相同的符号示出，并省略详细说明。
在施加超声波振动的初始阶段所形成的附着核层8形成为大小尽可能接近楔状工具10的振动方向上的键合引线1的长度L的椭圆形状。此时，与以往的情况不同，如图1(B)所示，为了使其长轴L2的长度近似于最终的接合区域9，工具主体11的前端部分从根部H侧至头部T侧，沿键合引线1的长度方向以一定的大小设有倾斜角α。在此，根部侧为供应键合引线1的一侧，即，面对图1时的左侧。头部侧为键合引线1的前端所处的一侧，即，根部的相反侧，面对图1时的右侧。
图2为放大表示本发明的实施方式的楔状工具的前端部分的图。
楔状工具10的槽部20可根据图2(B)中示出的正剖面图和图2(A)、图2(C)清楚可见，其截面呈V字形状。这里，楔状工具10的引线保持部21从根部侧至头部侧形成1度至5度范围的倾斜角α，该倾斜角α可设定为对应于所使用的键合引线1的引线直径的大小，例如可形成为与其成比的大小。
并且，与键合引线1接触的槽部20的底部具有与楔状工具10的前端部分相同的倾斜角α。即，槽部20的截面的V字形状本身被设定为对应于引线直径的一样的大小。保持键合引线1的槽部20的底部的两端中，根部侧的端部由曲面22构成，头部侧的端部由曲面23构成。如图2(A)所示，曲面22光滑连接于工具主体11的根部侧垂直面H。如图2(C)所示，曲面23光滑连接于头部侧垂直面T。
如此，进行接合动作时的楔状工具10在使键合引线1的头部侧比根部侧更靠近电极7的接合面的状态下进行按压。因此，可以防止加压力仅在根部侧较大的超声波振动的偏差，防止龟裂的发生。
并且，如果使用这样的楔状工具10，则在将半导体芯片3的电极7电连接到外部端子等时，在刚开始进行键合引线1的接合的初始阶段，与电极7的电极面之间形成的接合层在头部侧比根部侧形成得快。其结果，可以抑制只有根部侧的接合层变大的附着核层8的“偏差的形成”。
这里，对于在楔状工具10的前端的槽部20和引线保持部21上形成的倾斜角与键合引线1的引线直径的关系进行说明。
图3为表示引线直径和设置在楔状工具的前端部分的倾斜角的关系的图。在这里，键合引线1使用铝引线，作为被接合物的芯片电极的接合面也使用铝合金。
铝引线一般使用粗度为100～500μm的线，这里示出了铝引线为125μm、300μm、400μm以及500μm的情况下最合适的倾斜角α。例如，若要将粗度为125μm的铝引线无偏差地按压到被接合物，则楔状工具的前端部分的倾斜角为1.0°时最合适。实际上，考虑到因为加工精度产生±0.5°左右的公差，因此楔状工具的倾斜角的范围变成0.5°～1.5°。
并且，在粗度为125μm的铝引线中，施加超声波振动进行接合所需的时间(接合时间)优选为60ms以上。这是由于，若要在短时间内完成接合，则以高振动频率且大功率接合即可，但此时构成半导体装置的芯片电极的Al-Si电极膜和半导体器件的内部产生龟裂的可能性较高。
在此，将300μm、400μm以及500μm的铝引线按压到被接合物的楔状工具上优选形成有1.5°±0.5°、2.0°±0.5°、2.5°±0.5°左右的倾斜角。楔状工具的振动时间(接合时间)被设定为与从楔状工具抽出的铝引线的引线直径成比的长度。
接着，对于在由本实施方式的楔状工具和现有装置进行根据超声波振动的接合动作时的各接合面积的扩散情况进行比较。
图4为表示由现有装置形成的接合区域的扩散程度的图。图5为表示由本发明的键合装置形成的接合区域的扩散程度的图。
图4、图5均表示对应于接合动作的经过时间(t＝20ms、40ms、70ms、100ms)的四组引线接合区域。图4、图5都是对同样的300μm的铝引线进行接合的过程中检查接合区域的扩散程度的图。横轴表示以椭圆形状扩散的接合区域的长度方向，即表示长轴L，纵轴表示接合区域的接合宽度方向的长度，即表示短轴D。并且，最外周用实线表示的区域9是铝引线的最终接合区域。
在图5的引线键合中使用其前端部分设置了倾斜角1.5°的楔状工具，图4的现有装置中前端部分平坦地形成。通过对两者进行比较得知，在图5的情况下，可以使接合区域的长度在短时间内向长轴L方向增大。即，在具有倾斜角的楔状工具的接合动作中，由于施加压力的稳定性高，因此接合区域从刚开始动作的接合初始阶段便迅速扩散，可以有效地抑制接合结束阶段在未接合部的局部产生的所谓振幅集中的现象。因此，可以减少引线键合工艺中的芯片受损的几率。
进一步，对于上述的具有倾斜角的楔状工具的接合动作的优点进行说明。
图6为表示接合初始阶段的接合部的椭圆率的图。
在该图中，在用楔状工具对400μm的铝引线进行键合的情况下，记号○表示由现有工具形成的接合区域的椭圆率，记号□表示由倾斜工具(本发明的实施方式的楔状工具)形成的接合区域的椭圆率。在此，这里所称的椭圆率是指，将作为接合区域而形成的附着核层的扩散形状看作为椭圆状时，其长轴L和短轴D的大小之比(L/D)。
图6中示出的椭圆率在各样本中分别有10个分布，针对各个分布范围，前者通过用点划线包围的圆来明确示出，后者通过用虚线包围的圆来明确示出。这些椭圆率都是在接合初始阶段(t＝20ms)停止楔状工具的振动，并剥开铝引线来测量的。这里，由现有工具(○)和倾斜工具(□)形成的椭圆的短轴D均分布在220～270μm的范围。但是，针对这些长轴L而言，与通过现有工具(○)形成的长轴L分布在420～520μm的范围的情况相比，通过倾斜工具(□)形成的长轴L分布在530～600μm的范围。
由此可以了解到，借助倾斜工具进行的接合动作使附着核层在接合初始阶段(t＝20ms)向铝引线的头部侧迅速延伸。因此，在借助使用了倾斜工具的键合装置进行的引线键合中，可以抑制接合区域的形成偏差，可以以稳定的状态连接引线。
图7为表示接合初始阶段的接合部的接合面积的图。
图7中示出的接合面积是指使用楔状工具对400μm的铝引线进行键合时，接合初始阶段(t＝20ms)形成的附着核层的分布。横轴表示该附着核层的长轴L与短轴D的大小之比(椭圆率L/D)。在这里也与上述的图6相同，记号○表示由现有工具形成的接合面积，记号□表示由倾斜工具(本发明的实施方式的楔状工具)形成的接合面积。
图7中示出的接合面积在各样本中分别有10个分布，针对各个分布范围，前者通过用点划线包围的圆来明确示出，后者通过用虚线包围的圆来明确示出。这些接合面积都是在接合初始阶段(t＝20ms)停止楔状工具的振动，并剥开铝引线来测量的。
关于通过超声波振动形成的接合区域的椭圆率，如图7的记号□的分布所示，在振动开始后的初始阶段已经大于2。并且，使用倾斜工具(□)得到的椭圆率(平均值)为2.2，相比于使用现有工具(○)得到的椭圆率(平均为为2.0)表现出更大的值。因此，若比较各自的接合面积，与由现有工具(○)得到的接合面积处于0.10～0.14mm2的范围(平均值为0.12mm2)的情况相比，由倾斜工具(□)得到的接合面积分布在0.13～0.16mm2的范围(平均值为0.15mm2)。
即，如果是借助使用了倾斜工具的键合装置进行的引线键合，则可以看出在接合初始阶段(t＝20ms)铝引线与芯片电极之间的接合面积具有可增大的倾向。因此，从引线键合的初始阶段就可以抑制接合区域的偏差的形成，因而以后也能够以稳定的状态进行引线连接，从而可以防止芯片电极受损。
在此，就接合面积S而言，当椭圆的接合区域内存在未接合部时，将其面积设为s，然后用以下的公式定义。
S＝(L×D)-s
接着，通过在接合动作结束的时间点与使用现有工具的情形进行对比，说明具有倾斜角的楔状工具的优点。
图8为表示结束接合时的接合部的椭圆率的图。
图8中示出的椭圆率在各样本中分别有10个分布，与图6的情况相同，针对各个分布范围，前者用点划线来明确示出，后者用虚线来明确示出。这些椭圆率都是在接合结束阶段(t＝200ms)剥开铝引线来测量的。这里，由现有工具(○)和倾斜工具(□)形成的椭圆的长轴L均分布在860～920μm的范围。但是，关于这些短轴D，与借助现有工具(○)形成的短轴D分布在430μm以下的范围的情形相比，借助倾斜工具(□)接合的短轴分布在410～470μm的较宽范围。
关于在接合的最终阶段通过倾斜工具形成的接合区域的扩散情况，根据图8中示出的LD比的分布状态可知，虽然长轴L的长度(接合长度)与现有工具的情况几乎相同，但作为接合宽度的短轴D具有形成为借助现有工具形成的短轴D以上的长度的倾向。即，借助使用了倾斜工具的键合装置进行的引线键合中，不仅可以抑制接合区域的偏差的形成，还可以将接合区域的椭圆率(L/D)形成为小于通过现有工具形成的椭圆率。因此，当使用键合装置将半导体装置的电极电连接到外部端子等的情况下，可以降低芯片受损的可能性的同时，可以实现牢固的引线连接。
图9为表示接合结束时的接合部的接合面积的图。
在这里也与图7相同，记号○表示由现有工具形成的接合面积，记号□表示由倾斜工具(本发明的实施方式的楔状工具)形成的接合面积。并且，在各样本中分别有10个分布，但针对各个分布范围，前者通过用点划线包围的圆来明确示出，后者通过用虚线包围的圆来明确示出。
在此，一般对接合区域的椭圆率可以理解为如下所述。
即，若接合区域的周边因伴随间歇通电(功率周期)的热应力而产生初始裂纹，则裂纹受到连续反复的热应力而从接合区域的整个外周向其中心发展。并且，裂纹达到接合区域的中心时，与引线的接合被断开，引线从芯片电极面剥离。此时，如果将接合区域中的裂纹扩散情况分为引线接合长度(长轴L)方向和引线被压扁而扩散的接合宽度(短轴D)方向进行考察，则接合长度方向的引线线径越大，受到其引线环的刚性的影响越大，因此引线接合长度方向的裂纹扩散速度比接合宽度方向快。
因此，即使使用粗引线来扩大接合面积，在接合面积的增大还没有充分地发挥出提高寿命耐量的情况下，引线接合部会提前受损。因此，优选将振动结束阶段的目标值控制在1.4～2.2。
在图9中，键合引线使用其引线直径为400μm的铝引线，借助倾斜工具(□)形成的椭圆率(平均值)在接合结束时为2.1，相比于初始阶段下降。另外，借助现有工具(○)形成的椭圆率(平均值)为2.2，相比于初始阶段增加。虽然在初始阶段借助现有工具(○)形成的椭圆率较小，但在接合结束时相反，借助倾斜工具(□)形成的椭圆率变得更小。
并且，如果比较接合结束时的各自的接合面积，与借助现有工具(○)形成的接合面积分布在0.32～0.37mm2的范围(平均值为0.35mm2)的情况相比，借助倾斜工具(□)形成的接合面积分布在0.37～0.44mm2的范围(平均值为0.40mm2)。
因此，在通过超声波振动连接键合引线时，因为可以抑制接合区域的偏差的形成，因此可以实现在被接合物的接合面以稳定的状态进行引线连接的引线键合方法。并且，可以制造能够提高产品质量的半导体装置。

Claims (24)

1.一种引线键合用楔状工具，通过超声波振动来接合键合引线，其特征在于，
包含安装在使所述楔状工具进行所述超声波振动的超声波振动单元的工具主体，
所述工具主体在前端形成有沿着所述键合引线的长度方向从所述键合引线的根部侧至头部侧以固定角度α倾斜的槽部，使所述键合引线从所述槽部伸出，并按压所述键合引线，以使所述键合引线的头部侧比根部侧以固定角度α更靠近所述键合引线被接合的接合面，所述根部侧为键合引线被供应的一侧。
2.根据权利要求1所述的引线键合用楔状工具，其特征在于，所述工具主体的前端部分沿着所述键合引线的长度方向倾斜。
3.根据权利要求1所述的引线键合用楔状工具，其特征在于，在所述工具主体的前端部分设置倾斜面，以所述键合引线的头部侧比根部侧更靠近所述接合面的方式相对于所述接合面按压所述键合引线。
4.根据权利要求1所述的引线键合用楔状工具，其特征在于，所述槽部被设定为对应于所述键合引线的引线直径的大小。
5.根据权利要求1或2所述的引线键合用楔状工具，其特征在于，所述槽部和前端部分从根部侧向头部侧以1度至5度的范围的固定角度α倾斜。
6.根据权利要求1所述的引线键合用楔状工具，其特征在于，所述键合引线及其接合面分别为铝。
7.根据权利要求1所述的引线键合用楔状工具，其特征在于，在所述槽部中，所述键合引线的头部侧的端部和根部侧的端部分别由曲面构成。
8.根据权利要求1所述的引线键合用楔状工具，其特征在于，所述槽部的截面呈V字形状。
9.一种键合装置，通过超声波振动来接合键合引线，其特征在于，包含：
权利要求1至权利要求8中的任意一项中记载的楔状工具；
使所述楔状工具相对于所述键合引线被接合的接合面并行地进行超声波振动的超声波振动单元，
对所述键合引线进行按压，以使所述键合引线在头部侧比根部侧更靠近所述接合面。
10.一种引线键合方法，从楔状工具的前端部分抽出键合引线的同时通过超声波振动进行键合，其特征在于，
所述楔状工具具有工具主体，所述工具主体在前端形成有沿着所述键合引线的长度方向从所述键合引线的根部侧至头部侧以固定角度α倾斜的槽部，
在用所述楔状工具的所述工具主体的所述槽部把持所述键合引线的状态下，使所述键合引线在预定时间内相对于接合所述键合引线的接合面并行地进行超声波振动，并将所述键合引线按压在所述接合面而进行接合时，
使所述键合引线的头部侧比根部侧以固定角度α更靠近所述接合面，所述根部侧为键合引线被供应的一侧。
11.根据权利要求10所述的引线键合方法，其特征在于，所述楔状工具把持并按压所述键合引线，以使所述键合引线从根部侧向头部侧倾斜的固定角度α为1度至5度。
12.根据权利要求10所述的引线键合方法，其特征在于，所述键合引线使用其引线直径为100～500μm的范围的铝引线。
13.根据权利要求10所述的引线键合方法，其特征在于，所述楔状工具的振动时间被设定为与从前端部分被抽出的所述引线直径成比例的长度。
14.根据权利要求11所述的引线键合方法，其特征在于，由所述楔状工具的超声波振动而形成的接合区域呈以所述键合引线的引线延伸方向为长轴的椭圆形状，该椭圆形状的长轴长L与短轴长D的比率在振动开始后的初始阶段大于2。
15.根据权利要求14所述的引线键合方法，其特征在于，所述比率在振动结束阶段为1.4～2.2。
16.一种半导体装置的制造方法，使用所述权利要求9中记载的键合装置，将半导体芯片的电极电连接于半导体部件，其特征在于，
所述楔状工具具有工具主体，所述工具主体在前端形成有沿着所述键合引线的长度方向从所述键合引线的根部侧至头部侧以固定角度α倾斜的槽部，
在用所述楔状工具的所述工具主体的所述槽部把持所述键合引线的状态下，使所述键合引线在预定时间内相对于所述半导体芯片的电极面并行地进行超声波振动，并将所述键合引线按压在所述电极上而使其产生塑性变形时，
包含如下工艺：以所述键合引线的头部侧比根部侧以固定角度α更靠近所述半导体芯片的电极面的方式相对于所述电极面按压所述楔状工具，所述根部侧为键合引线被供应的一侧。
17.根据权利要求16所述的半导体装置的制造方法，其特征在于，所述楔状工具按压所述键合引线，以使所述键合引线相对于所述半导体芯片的电极面倾斜的固定角度α为1度至5度。
18.根据权利要求16所述的半导体装置的制造方法，其特征在于，所述键合引线的引线直径被设定为100～500μm的范围。
19.根据权利要求16所述的半导体装置的制造方法，其特征在于，所述键合引线与所述半导体芯片的电极之间形成的接合区域呈以所述键合引线的引线延伸方向为长轴的椭圆形状，该椭圆形状的长轴长L与短轴长D的比率为1.4～2.2。
20.根据权利要求19所述的半导体装置的制造方法，其特征在于，所述键合引线的引线直径为400μm，所述接合区域的面积为0.35～0.45mm2。
21.一种引线键合用工具主体，通过超声波振动来接合键合引线，其特征在于，在前端形成有沿着所述键合引线的长度方向从所述键合引线的根部侧至头部侧以固定角度α倾斜的槽部，使所述键合引线从所述槽部伸出，并按压所述键合引线，以使所述键合引线的头部侧比根部侧以固定角度α更靠近所述键合引线被接合的接合面，所述根部侧为键合引线被供应的一侧。
22.根据权利要求21所述的引线键合用工具主体，其特征在于，所述工具主体的前端部分沿着所述键合引线的长度方向倾斜。
23.根据权利要求21或22所述的引线键合用工具主体，其特征在于，所述槽部和前端部分从根部侧向头部侧以1度至5度的范围的固定角度α倾斜。
24.根据权利要求21所述的引线键合用工具主体，其特征在于，在所述槽部中，所述键合引线的头部侧的端部和根部侧的端部分别由曲面构成。
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