DE102004014917A1

DE102004014917A1 - Halbleitervorrichtung und Verfahren eines Drahtkontaktierens für eine Halbleitervorrichtung

Info

Publication number: DE102004014917A1
Application number: DE102004014917A
Authority: DE
Inventors: Yoshifumi Kariya Watanabe
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2003-03-28
Filing date: 2004-03-26
Publication date: 2004-10-21
Also published as: US20040188858A1; FR2853135B1; FR2853135A1; JP2004297014A

Abstract

In einer Halbleitervorrichtung und einem Verfahren eines Drahtkontaktierens für die Halbleitervorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung werden ein Halbleiterchip (13) und ein Leiterrahmen (14), die in ein Gehäuse (12) einlageverkapselt sind, durch einen Goldkontaktierdraht (15) mittels eines Drahtkontaktierverfahrens miteinander verbunden, bei welchem eine Kombination eines Ultraschallwellenkontaktierens und eines thermischen Kompressionskontaktierens ausgeführt wird. Ein Vorkontaktierabschnitt wird zuerst auf einer Kontaktieroberfläche des Leiterrahmens (14) ausgebildet und dann wird der Goldkontaktierdraht (15) durch die Kombination des Ultraschallwellenkontraktierens und des thermischen Kompressionskontaktierens derart mit dem Halbleiterchip (13) und mit einem derartigen Vorkontaktierabschnitt kontaktiert, dass der Goldkontaktierdraht (15) durch den Vorkontaktierabschnitt fest mit dem Leiterrahmen (14) verbunden ist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Halbleitervorrichtung und ein Verfahren eines Drahtkontaktierens für die Halbleitervorrichtung und insbesondere eine Halbleitervorrichtung und ein Verfahren eines Drahtkontaktierens für die Halbleitervorrichtung, in welchen ein Leiterrahmen in ein Gehäuse aus synthetischem Harz einlageverkapselt ist, ein Halbleiterchip in das Gehäuse montiert ist und ein Goldkontaktierungsdraht durch ein Drahtkontaktierverfahren mit einer Elektrode des Halbleiterchip und dem Leiterrahmen verbunden ist.
In einer herkömmlichen Halbleitervorrichtung ist zum Beispiel eine Halbleiterdrucksensorvorrichtung, von der ein Teil schematisch in 9 gezeigt ist, ein Leiterrahmen 1 in ein Gehäuse 2 aus einem synthetischen Harz einlageverkapselt, ist ein Halbleiter-(Drucksensor)-Chip 3 mittels eines Klebematerials auf das Gehäuse 2 montiert und ist ein Kontaktierdraht 4, der zum Beispiel aus einem Golddraht besteht, mit einer Elektrode des Halbleiterchip 3 und einer vorderen Oberfläche des Leiterrahmens 1 verbunden. Ein Aluminiumdraht wird im Allgemeinen als ein Kontaktierdraht für die Halbleitervorrichtung verwendet. Ein Golddraht wird jedoch häufig als der Kontaktierdraht für die Halbleitervorrichtung, zum Beispiel eine Halbleiterdrucksensorvorrichtung zum Erfassen eines Einlassluftdrucks für eine Brennkraftmaschine, welche in einer Atmosphäre eines Abgases der Brennkraftmaschine verwendet wird, verwendet.
Wenn der Leiterrahmen in das Gehäuse aus dem synthetischen Harz einlageverkapselt ist, wird eine vordere Oberfläche des Leiterrahmens, mit welchem später der Kontaktierdraht verbunden wird, häufig durch ein Verkapselungsverfahren verunreinigt, das heißt die Oberfläche kann mit einem Harzgas, einem Verkapselungsfreigabemittel oder einem Öl auf der Oberfläche von Verkapselungspressformen usw. verunreinigt werden. Die Verunreinigung auf der Kontaktieroberfläche beeinträchtigt nachteilig eine stabile Verbindung zwischen der Oberfläche des Leiterrahmens und dem Kontaktierdraht.

Deshalb werden in der herkömmlichen Halbleitervorrichtung, wie zum Beispiel der Halbleitervorrichtung, die in dem US-Patent 6 172 424 beschrieben ist, eine vordere Oberfläche und eine hintere Oberfläche eines Leiterrahmens, mit welchen ein Kontaktierdraht bzw. eine vordere Oberfläche von diesem später verbunden wird, derart fest von einem Paar von hervorstehenden Abschnitten von oberen und unteren Verkapselungs-Pressformen gehalten, dass beide der vorderen und hinteren Oberflächen, die fest von den Verkapselungs-Pressformen gehalten werden, frei von der Verunreinigung gehalten werden.

Wie es in 9 gezeigt ist, bleibt jedoch eine Konkavität 2a an der Hinterseite des Gehäuses 2 zurück, nachdem das Harzverkapseln beendet ist. Es ist deshalb notwendig die Konkavität 2a durch ein Vergussverfahren usw. mit dem gleichen oder einem ähnlichen Harz aufzufüllen, was ein Verfahren eines Herstellens der Halbleitervorrichtung komplizierter macht und die Herstellungskosten erhöht.

In einem Fall, in welchem ein Aluminiumdraht als der Kontaktierdraht verwendet wird, wird das Drahtkontaktierverfahren einer Ultraschallwelle im Allgemeinen derart angewendet, dass der Kontaktierungsdraht durch die Ultraschallwellen vibriert wird, was dazwischen eine Reibung erzeugt, und die Reibungswärme, die auf den Kontaktierdraht und den Leiterrahmen ausgeübt wird, bewirkt eine Verbindung zwischen diesen und entfernt weiterhin die Verunreinigung auf der vorderen Kontaktieroberfläche des Leiterrahmens. Demgemäß verursacht die Verbindung des Kontaktierdrahts und des Leiterrahmens kein Problem bezüglich ihrer Verbindungsfestigkeit. Andererseits wird, wenn ein Golddraht als der Kontaktierdraht verwendet wird, das Drahtkontaktierverfahren einer Ultraschallwelle zusätzlich zu dem thermischen Kompressionskontaktieren verwendet, welches ein Hauptkontaktierverfahren für den Golddraht ist. Daher wird es weitestgehend nicht erwartet, dass die Verunreinigung auf dem Leiterrahmen durch die Ultraschallwellenvibration entfernt wird.

Im Hinblick auf das vorhergehende Problem ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Halbleitervorrichtung und ein Verfahren eines Drahtkontaktierens für die Halbleitervorrichtung zu schaffen, bei welchen eine stabile und feste Verbindung eines Kontaktierdrahts aus einem Golddraht mit einem Leiterrahmen erzielt wird und eine derartige Vorrichtung mit niedrigen Kosten hergestellt wird.

Hinsichtlich des Verfahrens wir diese Aufgabe mit den in den Ansprüchen 1 und 3 angegebenen Maßnahmen und hinsichtlich der Vorrichtung wird diese Aufgabe mit den Ansprüchen 4 und 6 angegebenen Maßnahmen gelöst.

Die Erfinder der vorliegenden Erfindung haben eine Studie zum Erhöhen einer Verbindungsfestigkeit zwischen dem Kontaktierdraht aus Golddrähten und dem Leiterrahmen durchgeführt, in welcher drei unterschiedliche Drahtkontaktierverfahren untersucht und bewertet worden sind. Die Details der Studie werden nachstehend erläutert, jedoch sind die drei Verfahren (i) ein Verfahren eines Verringerns der Verunreinigung auf dem Leiterrahmen während eines Einlageverkapselungsverfahrens, (ii) ein Verfahren eines Entfernens der Verunreinigung von dem Leiterrahmen nach dem Einlageverkapselungsverfahren und (iii) ein Verfahren eines Erhöhens einer Verbindungsfestigkeit durch Ändern von Bedingungen des Drahtkontaktierens einer Ultraschallwelle. Als Ergebnis sind die Erfinder zu einer Schlussfolgerung gekommen, dass ein Verfahren eines Kugel-Drahtkontaktierens gemäß der vorliegenden Erfindung am Wirksamsten ist, wenn es mit derartigen drei unterschiedlichen Verfahren verglichen wird, bei welchem eine Kugel (ein Vorkontaktierabschnitt) auf einer Oberfläche eines Leiterrahmens ausgebildet wird, mit welchem ein Verbindungsdraht aus Golddrähten verbunden wird.

Gemäß einem Merkmal dieser Erfindung weist ein Verfahren eines Drahtkontaktierens für eine Halbleitervorrichtung, bei welchem ein Goldkontaktierdraht an seinem einen Ende mit einer Elektrode eines Halbleiterchip und an seinem anderen Ende mit einem Leiterdraht, der in ein Gehäuse einlageverkapselt ist, verbunden wird, einen Schritt eines Ausbildens einer Kugel aus einem Goldkontaktierdraht, einen Schritt eines Pressens des Lei terrahmens und Schneidens der Kugel von dem Kontaktierungsdraht, um einen Vorkontaktiersabschnitt auf der Oberfläche des Leiterrahmens auszubilden, einen Schritt eines Kontaktierens eines Endes des Kontaktierdrahts mit der Elektrode des Halbleiterchip und dann einen Schritt eines Kontaktierens des anderen Endes des Kontaktierdrahts mit dem Vorkontaktierabschnitt auf.

Eine Halbleitervorrichtung gemäß einem Merkmal dieser Erfindung weist ein Halbleitergehäuse, das aus einem Harz besteht, in welches ein Leiterrahmen einlageverkapselt ist, einen Halbleiterchip, der auf das Gehäuse montiert ist, einen Vorkontaktierabschnitt, der aus Gold besteht, das auf einer Oberfläche des Leiterrahmens ausgebildet ist, und einen Goldkontaktierdraht auf, der mit seinem einen Ende mit einer Elektrode des Halbleiterchip kontaktiert ist und mit seinem anderen Ende mit dem Vorkontaktierabschnitt kontaktiert ist.

Gemäß der vorhergehenden Halbleitervorrichtung und dem Verfahren eines Drahtkontaktierens der Halbleitervorrichtung, in welchen ein Ende des Goldkontaktierdrahts mit dem Vorkontaktierabschnitt verbunden ist, kann eine hohe Verbindungsfestigkeit zwischen dem Kontaktierdraht und dem Leiterrahmen erzielt werden. Weiterhin kann der Vorkontaktierabschnitt auf der Oberfläche des Leiterrahmens ausgebildet werden, dessen Fläche größer als eine Fläche ist, welche durch ein direktes Kontaktieren des Kontaktierdrahts mit dem Leiterrahmen hergestellt wird, so dass eine ausreichende Verbindungsfestigkeit auch in einem Fall erzielt werden kann, in dem es bei dem Drahtkontaktieren eine Verunreinigung auf der Oberfläche des Leiterrahmens gibt.

Weiterhin kann die Kugel (der Vorkontaktierabschnitt) durch eine Standardmaschine für das Drahtkontaktieren ausgebildet werden und kann deshalb das Verfahren eines Ausbildens der Kugel und des Vorkontaktierabschnitts insbesondere verglichen mit einem Fall nicht zu einem Erhöhen von Herstellungskosten führen, in welchem eine Konkavität, die während des Einlageverkapselns in dem Gehäuse hergestellt wird, danach durch ein Einkapselungsverfahren aufgefüllt wird.

In der vorliegenden Erfindung ist es ebenso möglich, einen Schritt eines Ausspülens einer Verunreinigung auf der Oberfläche des Leiterrahmens vor dem Schritt eines Ausbildens des Vorkontaktierabschnitts darauf vorzusehen. Gemäß diesem Verfahren kann die Verbindungsfestigkeit zwischen dem Kontaktierdraht und dem Leiterrahmen weiterhin erhöht werden. Da eine hintere Oberfläche des Leiterrahmens von dem Harz bedeckt wird, wenn der Leiterrahmen in das Gehäuse einlageverkapselt wird, kann eine hohe Zuverlässigkeit eines Isolationsvermögens und/oder Korrosionswiderstands erzielt werden.

Die vorliegende Erfindung wird nachstehend anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung näher erläutert.
Es zeigt:
1A eine schematische Querschnittsansicht eines Teils einer Drucksensorvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung;
1B eine vergrößerte Querschnittsansicht eines Vorkontaktierabschnitts;
2 eine schematische Querschnittsansicht von Einlageverkapselungsformen für ein Gehäuse;
3A eine schematische Querschnittsansicht eines Verfahrens eines Ausbildens eines Vorkontaktierabschnitts;
3B eine schematische Querschnittsansicht eines Verfahrens eines Drahtkontaktierverfahrens zum Kontaktieren eines Drahts mit dem Vorkontaktierabschnitt;
4 einen Graph einer Bruchfestigkeit von derartigen Proben, bei welchen die Kontaktierungsdrähte mit dem Leiterrahmen kontaktiert werden, bevor und nachdem der Leiterrahmen einlageverkapselt wird, und die Proben, in welchen die Verbindungsdrähte mit den Leiterrahmen kontaktiert werden, nachdem das Kugelkontaktieren gemäß der vorliegenden Erfindung durchgeführt wird;
5 bis 7 schematische Querschnittsansichten von Einlageverkapselungsformen, welche während eines Verlaufs der Erfindung von den Erfindern berücksichtigt worden sind;
8 einen Graph einer Bruchfestigkeit von derartigen Proben, für welche Drahtkontaktierverfahren von verschieden Arten von Bedingungen angewendet werden; und
9 eine schematische Querschnittsansicht eines Teils einer Halbleitervorrichtung im Stand der Technik.
Eine Halbleiterdrucksensorvorrichtung 11 wird unter Bezugnahme auf die 1 bis 4 erläutert, welche für eine Brennkraftmaschine zum Erfassen eines Einlassluftdrucks für die Brennkraftmaschine verwendet wird. Ein Halbleiterdrucksensorchip 13 (hier im weiteren Verlauf einfach als ein Halbleiterchip bezeichnet) ist auf ein Gehäuse 12 montiert, das aus Harz besteht, in welches ein Leiterrahmen 14 eines leitenden Materials einlageverkapselt ist. Ein Kontaktierdraht 15, der aus Golddrähten besteht, ist mit seinem einen Ende mit einer Elektrode des Halbleiterchip 13 verbunden und mit seinem anderen Ende ebenso mit einer vorderen (Kontaktier-) Oberfläche des Leiterrahmens 14 verbunden.
Das Gehäuse 12 besteht aus einem Epoxydharz oder einem wärmebeständigen Harz, wie zum Beispiel Polybuthylenterephtalat, das heißt PBT, oder Polyphenylensulfid, das heißt PPS. Wie es in 2 gezeigt ist, wird der Leiterrahmen 14 von einer oberen und einer unteren Verkapselungsform 22 bzw. 23 gehalten und ist ein Hohlraum 24 durch die Formen 22 und 23 ausgebildet, zu welchem ein Harz eingespritzt wird. An einer inneren Oberfläche der oberen Form 22 ist ein hervorstehender Abschnitt 25 derart ausgebildet, dass eine Vertiefung 12a in dem Gehäuse 12 ausgebildet wird, nachdem das Einlageverkapselungsverfahren beendet ist. Wie es zuvor erwähnt worden ist, ist der Halbleiterchip 13 in diese Vertiefung 12a montiert und liegt ein Teil der vorderen Oberfläche des Leiterrahmens 14 zu einem Raum frei, der durch die Vertiefung 12a ausgebildet wird. Wie es in 1A zu sehen ist, ist eine hintere Oberfläche des Leiterrahmens 14 vollständig mit dem Harz bedeckt.
Der Halbleiterchip 13 ist mit einer Membran eines dünnen Films an einem Mittenabschnitt aus einkristallinem Silizium 13a ausgebildet, welcher einen Druck eines Messobjekts, wie zum Beispiel einer Einlassluft für eine Brennkraftmaschine (nicht gezeigt) aufnimmt und durch den Druck elastisch verformt wird. Vier piezoelektrische Widerstände sind mit einer Brückenschaltung auf der Oberfläche dieser Membran ausgebildet. Der Siliziumchip 13a der vorhergehenden Struktur wird durch ein Glaskontaktierverfahren oder dergleichen an einem Sockel 13b befestigt. Auf der oberen Oberfläche des Siliziumchip 13a sind vier Elektroden (auf der rechten Seite in 1A) ausgebildet. Der Halbleiterchip 13, der aus dem Siliziumchip 13a und dem Sockel 13b besteht, wird dann mittels eines Klebematerials 16 an der Vertiefung 12a befestigt.
Jede der Elektroden des Siliziumchip 13a ist durch ein Drahtkontaktierverfahren einer Kombination eines Ultraschallwellenkontaktierens und eines thermischen Kompressionskontaktierens durch Kontaktierungsdrähte 15 mit den jeweiligen Leiterrahmen 14 verbunden. Ein Sensorschutzmaterial (nicht gezeigt), wie zum Beispiel ein Silikongel, ist derart in die Vertiefung 12a eingebettet, dass der Halbleiterchip 13, die Leiterrahmen 14 und die Kontaktierungsdrähte 15 zum Schützen von diesen vor einem direkten Freiliegen in der Atmosphäre oder der Einlassluft in seinem Betrieb mit dem Schutzmaterial bedeckt.
Eine Drahtkontaktiermaschine (nicht gezeigt) weist eine Kontaktierstation, an welcher das Gehäuse 12 in einer Sollposition gehalten wird, eine Bilderkennungsvorrichtung zum Erkennen der Position der Elektroden des Halbleiterchip 13 und der Positionen der Leiterrahmen 14, einen Kontaktierkopf, einen Tisch zum Bewegen des Kontaktierkopfs in die Richtungen der X-Achse und Y-Achse, einen Wärmeblock zum Erwärmen eines Erzeugnisses (des Kontaktierdrahts) und eine elektronische Steuereinheit zum Steuern des Betriebs dieser Maschine auf.
Der Kontaktierkopf (nicht gezeigt) weist ein Paar von Kapillaren (die oberen Enden von diesen sind in den 3A und 3B durch ein Bezugszeichen 17 gezeigt), einen Ultraschallwandler zum Ausüben einer Ultraschallvibration auf die Kapillaren 17, einen Bewegungsmechanismus zum Bewegen der Kapillaren in eine Richtung der Z-Achse, einen elektrischen Schweißbrenner zum Ausbilden einer Kugel aus Gold an einem vorderen Ende des Kontaktierdrahts und einen Drahtklemmabschnitt auf.
Ein Verfahren zum Herstellen der Halbleitervorrichtung, insbesondere ein Verfahren eines Drahtkontaktierens wird nun erläutert. Zuerst wird das Gehäuse 12 mit den einlageverkapselten Leiterrahmen 14 und mit dem daran befestigten Halbleiterchip 13 an einer festen Position auf der Kontaktierstation angeordnet. Dann werden sowohl die Positionen der Elektroden des Siliziumchip 13a als auch die Positionen der Leiterrahmen 14 des Gehäuses 12 von der Bilderkennungsvorrichtung erkannt.
Ein Kugelkontaktierverfahren (Vorkontaktierverfahren) wird danach durchgeführt, bei welchem dir Vorkontaktierabschnitte 18 auf den jeweiligen Leiterrahmen 14 ausgebildet werden. Genauer gesagt wird der Kontaktierdraht aus Gold durch den Kontaktierkopf, das heißt die Kapillaren 17, geklemmt, wird eine Kugel an dem vorderen Ende des Kontaktierdrahts als ein Ergebnis eines Erwärmens durch den Erwärmungsblock und die elektrische Ladung ausgebildet und werden die Kapillaren 17 zu einem Kontaktierpunkt auf der vorderen Oberfläche des Leiterrahmens 14 mit dem Kontaktierdraht und der Kugel an seinem Ende nach unten bewegt, während die Kugel erfasst wird. Wenn die Kugel den Kontaktierpunkt erreicht, wird die Kugel gegen die vordere Kontaktieroberfläche des Leiterrahmens 14 gedrückt und wird gleichzeitig eine Vibration auf die Kugel ausgeübt, so dass die Kugel verformt und mit dem Leiterrahmen 14 verbunden wird. Die Kapillaren 17 werden dann nach oben bewegt, wie es in 3A gezeigt ist, und der Vorkontaktierabschnitt 18, der fest mit dem Leiterrahmen 14 verbunden ist, wird geschnitten und von dem Kontaktierdraht 15 getrennt. Das vorhergehende Kugelkontaktierverfahren wird an den anderen Leiterrahmen 14 (in diesem Ausführungsbeispiel viermal) wiederholt, so dass die Vorkontaktierabschnitte 18 auf allen Leiterrahmen 14 ausgebildet werden.
Nachdem die zuvor erwähnten Vorkontaktierabschnitte 18 auf den je weiligen Leiterrahmen 14 ausgebildet worden sind, wird ein primäres Kontaktierverfahren ausgeführt. In diesem Verfahren wird eine Kugel aufgrund der Wärme und elektrischen Entladung auf eine ähnliche Weise an dem Ende des Kontaktierdrahts 15 ausgebildet und werden die Kapillaren 17 zu einem Kontaktierpunkt (ersten Kontaktierpunkt) der Elektrode des Halbleiterchip 13 nach unten bewegt. Wenn die Kugel den ersten Kontaktierpunkt erreicht, wird dann die Kugel gegen die Elektrode des Halbleiterchip 13 gedrückt und wird gleichzeitig eine Vibration auf die Kugel ausgeübt, so dass die Kugel verformt wird und mit der Elektrode verbunden wird. Wie zuvor wird ein Ende des Kontaktierdrahts durch ein thermisches Kompressionskontaktierverfahren mit der Elektrode verbunden. Die Kapillaren 17 werden dann nach oben bewegt, aber der Kontaktierdraht wird nicht wie in dem Fall des zuvor erwähnten Vorkontaktierverfahrens geschnitten und von der Kugel getrennt, das heißt der Kontaktierdraht 15 wird von dem Kontaktierkopf gehalten, während das Ende von ihm die kontaktierte Kugel auf der Elektrode verbindend gehalten wird. Die Kapillaren 17 werden weiterhin horizontal zusammen mit dem Kontaktierdraht 15 zu dem Leiterrahmen 14 bewegt, während der Kontaktierdraht 15 als eine Schleife ausgebildet wird, wie es in 1A gezeigt ist. Wenn die Kapillaren 17 einen bestimmten Punkt erreichen, werden dann die Kapillaren 17 zu dem Vorkontaktierabschnitt 18 (einen zweiten Kontaktierpunkt) nach unten bewegt, an welchem der Kontaktierdraht 15 durch die Kapillaren an den Vorkontaktierabschnitt 18 gedrückt wird und die Vibration wird auf eine ähnliche Weise an dem Kontaktierdraht 15 ausgeübt, wie es in 3B gezeigt ist. Demgemäß wird der Kontaktierdraht an seinem anderen Ende durch das thermische Kompressionskontaktierverfahren mit dem Leiterrahmen 14 (dem Vorkontaktierabschnitt 18) verbunden.
Nachdem das Kontaktieren des Kontaktierdrahts an dem Leiterrahmen beendet ist, werden die Kapillaren 17 erneut nach oben bewegt und wird der Kontaktierdraht, der von den Kapillaren behalten wird, geschnitten und von dem kontaktierten Abschnitt getrennt. Das vorhergehende primäre Kontaktierverfahren wird an den anderen Elektroden und Leiterrahmen 14 (in diesem Ausführungsbeispiel viermal) wiederholt, so dass eine elektrische Verbindung zwischen den Elektroden des Halbleiterchip und dem Leiterrahmen 14 durch die Kontaktierdrähte 15 fertiggestellt ist.
Wenn die Leiterrahmen 14 in das Gehäuse einlageverkapselt sind, kann die obere Oberfläche der Leiterrahmen 14, das heißt können die zweiten Kontaktierpunkte, mit einem Harzgas, einem Verkapselungsfreigabemittel einem oder Öl auf einer Oberfläche von Gussformen usw. verunreinigt werden. Aufgrund der Verunreinigung auf der Oberfläche der Leiterrahmen 14 kann das Kontaktiervermögen verschlechtert werden.
Ein hohes Kontaktiervermögen wird jedoch in der vorliegenden Erfindung erzielt, da der Kontaktierdraht 15 mit dem Vorkontaktierabschnitt 18 auf dem Leiterrahmen 14 kontaktiert ist. Weiterhin ist der Vorkontaktierabschnitt 18 mit der Oberfläche des Leiterrahmens 14 kontaktiert, deren Kontaktierfläche größer als die für ein direktes Kontaktieren des Leiterrahmens mit dem Leiterdraht gemacht werden kann, was es ermöglicht, eine hohe Verbindungsfestigkeit zwischen dem Vorkontaktierabschnitt 18 und dem Leiterrahmen 14 auch dann zu erzielen, wenn die Kontaktieroberfläche des Leiterrahmens nach dem Einlageverkapseln verunreinigt wird. Als Ergebnis kann eine hohe Verbindungsfestigkeit zwischen dem Kontaktierdraht und dem Leiterrahmen erzielt werden.
4 zeigt ein Ergebnis einer Zugprüfung, die von den Erfindern der vorliegenden Erfindung durchgeführt worden ist. Eine Längsachse in 4 zeigt eine Bruchfestigkeit jeder Prüfung. In 4 bedeutet "A" Testproben, für welche ein Kontaktierdraht durch ein normales Drahtkontaktieren vor dem Einlageverkapseln mit einem Leiterrahmen verbunden wird, bedeutet "B" Testproben, für welche ein Kontaktierdraht durch ein normales Drahtkontaktieren nach dem Einlageverkapseln mit einem Leiterrahmen verbunden wird und bedeutet "C" Testproben, bei welchen ein Kontaktierdraht durch das Drahtkontaktieren dieser Erfindung nach dem Einlageverkapseln mit einem Leiterdraht verbunden ist, das heißt ein Kugelkontaktieren und ein normales Drahtkontaktieren. Wie es in 4 zu sehen ist, ist die Bruchfestigkeit der Proben "B" aufgrund der Verunreinigung auf der Kontaktieroberfläche des Leiterrahmens niedriger als die der Proben "A", während die Bruchfestigkeit der Proben "C" gemäß der vorliegenden Erfindung niedriger als die der Proben "A", aber höher als die der Proben "B" ist, und ist die Bruchfestigkeit der Proben "C" der vorliegenden Erfindung für die tatsächliche Verwendung des Drucksensors in der Brennkraftmaschine ausreichend hoch.
Während eines Verlaufs dieser Erfindung haben die Erfinder der vorliegenden Erfindung eine Studie zum Erhöhen der Verbindungsfestigkeit zwischen dem Goldkontaktierdraht 15 und dem Leiterrahmen 14 gemacht, in welchen drei unterschiedliche Drahtkontaktierverfahren untersucht und bewertet worden sind. Die drei Verfahren sind erstens ein Verfahren eines Verringerns der Verunreinigung auf dem Leiterrahmen 14 während des Einlageverkapselungsverfahrens, zweitens ein Verfahren des Entfernens der Verunreinigung nach dem Einlageverkapselungsverfahren und drittens ein Verfahren eines Erhöhens einer Verbindungsfestigkeit durch Ändern von Bedingungen des Drahtkontaktierens einer Ultraschallvibration. Derartige Studienergebnisse werden zur Referenz erläutert.
5 zeigt eine schematische Ansicht der Verkapselungsformen 22 und 23 zum Einlageverkapseln des Leiterrahmens 14 in das Gehäuse 12. Zum Zwecke eines Untersuchens und Bewertens der ersten Studie, das heißt des Verfahrens eines Verringerns der Verunreinigung auf dem Leiterrahmen 14, wird ein Evakuierungsdurchgang 22a in der oberen Form 22 vorgesehen, so dass ein Harzgas während des Verkapselns von dem Hohlraum 24 der Form weggenommen werden kann. Ein unteres Ende des Durchgangs 22a liegt der vorderen Oberfläche des Leiterrahmens 14 gegenüber, an welcher das Drahtkontaktieren ausgeführt wird. Es wird jedoch von den Erfindern bekräftigt, dass die Verunreiniung auf der Oberfläche des Leiterrahmens nicht ausreichend entfernt werden kann.
Demgemäß werden zusätzliche Evakuierungsdurchgänge 22b in der unteren Form 22 vorgesehen, wie es in 6 gezeigt ist, wobei jedoch kein gutes Ergebnis erzielt wurde. Daher wird es erachtet, eine Konkavität bzw. Konkavitäten 14a derart in der Oberfläche des Leiterrahmens vorzusehen, dass ein Ende einer Wand, die den Durchgang 22a ausbildet, in die Konkavität bzw. die Konkavitäten eingefügt werden kann, wie es in 7 gezeigt ist. Es ist jedoch erforderlich, eine Mikroverarbeitung bezüglich der Oberfläche des Leiterrahmens 14 vorzusehen, welche schwierig zu behandeln sein kann und die Herstellungskosten erhöht. Deshalb ist diese Möglichkeit in 7 aus der Untersuchung beseitigt worden. Wie vorhergehend schlägt die er ste Studie eines Verringerns der Verunreinigung von der Oberfläche des Leiterrahmens keine bessere Lösung als die vorliegende Erfindung vor.
Die zweite Studie wurde dann durchgeführt, in welcher ein Verfahren eines Entfernens der Verunreinigung von der Leiterplatte 14 mittels eines Reinigungsverfahrens, zum Beispiel eines Plasmareinigens, bewertet worden ist. Das Plasmareinigen ist ein Verfahren eines Reinigens eines Erzeugnisses gemäß welchem das Erzeugnis in einer Vakuumkammer angeordnet wird, Plasma von Argon in dieser Vakuumkammer erzeugt wird und Argonionen derart gegen das Werkstück geschossen werden, dass die Verschmutzung von der Oberfläche des Erzeugnisses aufgrund ihrer Kollisionsenergie von der Oberfläche weggeblasen werden. Gemäß diesem Verfahren ist es bekräftigt worden, dass die Verunreinigung ausreichend entfernt werden kann und eine hohe Verbindungsfestigkeit des Kontaktierdrahts 15 zu dem Leiterrahmen 14 erzielt wird.
Es ist jedoch dahin nachteilig, dass eine Vorrichtung für dieses Plasmareinigen teuer ist und das Verfahren durch ein Losverarbeitung durchgeführt werden sollte, was die Herstellungskosten erhöht. Ein Wegblasverfahren ist ebenso als ein alternatives Verfahren zum Entfernen der Verunreinigung von dem Leiterrahmen möglich. Es ist jedoch darin nachteilig, dass eine Oberflächenrauheit der anderen Abschnitte des Gehäuses 12, zum Beispiel eines Abdichtabschnitts, auf eine ähnliche Weise verschlechtert wird. Deshalb wird dieses Wegblasverfahren von der weiteren Studie beseitigt. Wie vorhergehend ist ein Verfahren eines Entfernens der Verunreinigung von dem Leiterrahmen 14 durch ein Reinigungsverfahren, zum Beispiel ein Plasmareinigen, wirksam, jedoch ist dieses Verfahren allein hinsichtlich seiner Herstellungskosten nicht zu empfehlen.
Wie es bereits zuvor erwähnt worden ist, wird eine Kombination des Ultraschallkontaktierens und des thermischen Kompressionskontaktierens in dieser Erfindung zum Kontaktieren der Goldkontaktierdrähte verwendet, während das thermische Kompressionskontaktieren ein Hauptverfahren und das Ultraschallkontaktieren ein zusätzliches Verfahren bei diesem Drahtkontaktierverfahren ist. In dieser Situation wird die dritte Studie durchgeführt, in welcher Bedingungen des Drahtkontaktierens der Ultraschallwelle geän dert und bewertet worden sind. In dieser Studie werden sowohl eine Energie einer Resonanzvibration als auch eine Druckkraft geändert, die auf die Kontaktierdrähte ausgeübt wird. 8 zeigt das Ergebnis dieser Studie, wobei eine Längsachse eine Bruchfestigkeit zeigt. Die Druckkraft ist in drei Bereichen geändert worden, das heißt die Druckkraft von F90, F120 und F150 ist auf die Kontaktierdrähte ausgeübt worden, während die Energie der Resonanzfrequenz von P70 bis P190 mit fünf unterschiedlichen Energien von P70, P100, P130, P160 und P190 geändert worden ist. Wie es aus 8 zu sehen ist, ist jedoch die Bruchfestigkeit nicht ausreichend hoch genug, um die Verbindungsfestigkeit in irgendeinem dieser Tests zu erhöhen. Die Bruchfestigkeit der dritten Studie ist niedriger als 200 mN, während die Bruchfestigkeit gemäß der vorliegenden Erfindung höher als 200 mN ist, wie es aus 4 zu sehen ist.
In dem normalen Drahtkontaktierverfahren der Ultraschallvibration wird die Resonanzvibration auf den Kontaktierdraht ausgeübt, wenn der Kontaktierdraht in Kontakt mit dem Leiterrahmen kommt. Es ist jedoch unter der Annahme, dass eine Vorvibration die Verbindungsfestigkeit aufgrund der Reibung durch die Vibration erhöhen kann, weiter getestet worden, dass die derartige Resonanzvibration auf den Kontaktierdraht ausgeübt wird, kurz bevor der Kontaktierdraht in Kontakt mit dem Leiterdraht kommt. Es ist jedoch auch kein gutes Ergebnis erzielt worden.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird der Vorkontaktierabschnitt auf dem Leiterrahmen 14 ausgeübt und wird weiterhin der Kontaktierdraht mit der Elektrode des Halbleiterchip und mit dem Leiterrahmen an dem Vorkontaktierabschnitt kontaktiert. Aufgrund dieses Kugelkontaktierverfahrens wird eine hohe Verbindungsfestigkeit des Kontaktierdrahts und des Leiterrahmens auch dann erzielt, wenn die Verunreinigung auf der Kontaktieroberfläche des Leiterrahmens ist. Weiterhin kann, da dieses Kugelkontaktieren durch die normale Drahtkontaktiermaschine ausgeführt werden kann, ein Erhöhen der Herstellungskosten verhindert werden. Weiterhin wird gemäß der Erfindung während des Einlageverkapselungsverfahrens keine Konkavität auf der Hinterseite des Leiterrahmens ausgebildet und ist es dadurch nicht notwendig, ein Verfahren zum Bedecken einer derartigen Konkavität durch ein Vergussverfahren oder dergleichen zu bedecken, was die Herstel lungskosten erniedrigt.
In dem zuvor erwähnten Ausführungsbeispiel kann, obgleich das Kugelkontaktierverfahren durchgeführt wird, nachdem der Leiterrahmen in das Gehäuse einlageverkapselt worden ist, ein Reinigungs-(Ausspül)-Verfahren durchgeführt werden, um die Oberfläche des Leiterrahmens 14 zu reinigen (auszuspülen). Dieses Reinigungs-(Ausspül)-Verfahren kann jedoch kein derartiges Reinigungsverfahren wie zum Beispiel ein Plasmareinigen oder ein Stoßausblasverfahren sein, welche die Oberfläche des Leiterrahmens ausreichend reinigen können, da das Kugelkontaktierverfahren danach durchgeführt wird. Anders ausgedrückt kann irgendein Reinigungs-(Ausspül)-Verfahren, welches niedrige Kosten aufweist, bei der vorliegenden Erfindung angewendet werden.
Schließlich ist, obgleich die vorliegende Erfindung in dem vorhergehenden Ausführungsbeispiel an der Halbleiterdrucksensorvorrichtung angewendet wird, diese ebenso an irgendeiner anderen Halbleitervorrichtung, wie zum Beispiel einem Beschleunigungssensor usw., anwendbar, in welchem ein Halbleiterchip mittels eines Drahtkontaktierverfahrens mit Leiterrahmen verbunden ist.
In einer Halbleitervorrichtung und einem Verfahren eines Drahtkontaktierens für die Halbleitervorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung, wie sie zuvor beschrieben worden sind, werden ein Halbleiterchip und ein Leiterrahmen, die in ein Gehäuse einlageverkapselt sind, durch einen Goldkontaktierdraht mittels eines Drahtkontaktierverfahrens miteinander verbunden, bei welchem eine Kombination eines Ultraschallwellenkontaktierens und eines thermischen Kompressionskontaktierens ausgeführt wird. Ein Vorkontaktierabschnitt wird zuerst auf einer Kontaktieroberfläche des Leiterrahmens ausgebildet und dann wird der Goldkontaktierdraht durch die Kombination des Ultraschallwellenkontaktierens und des thermischen Kompressionskontaktierens derart mit dem Halbleiterchip und mit einem derartigen Vorkontaktierabschnitt kontaktiert, dass der Goldkontaktierdraht durch den Vorkontaktierabschnitt fest mit dem Leiterrahmen verbunden ist.

Claims

Verfahren eines Drahtkontaktierens für eine Halbleitervorrichtung, in welcher ein Leiterrahmen (14) in ein Gehäuse (12) aus Harz einlageverkapselt ist, ein Halbleiterchip (13) auf das Gehäuse (12) montiert ist und ein Goldkontaktierdraht (15) zwischen einer Elektrode des Halbleiterchip (13) und dem Leiterrahmen (14) verbunden ist, wobei das Verfahren die folgenden Schritte aufweist: ein Kugelkontaktieren, bei welchem eine Kugel (18) aus dem Goldkontaktierdraht (15) ausgebildet wird und die Kugel (18) derart von dem Goldkontaktierdraht (15) geschnitten wird, dass ein Vorkontaktierabschnitt auf dem Leiterrahmen (14) ausgebildet wird; und ein Drahtkontaktieren, bei welchem der Goldkontaktierdraht (15) an einem ersten Kontaktierpunkt mit der Elektrode des Halbleiterchips (13) kontaktiert wird, und dann der Vorkontaktierabschnitt an einem zweiten Kontaktierpunkt kontaktiert wird.
Verfahren eines Drahtkontaktierens nach Anspruch 1, wobei das Verfahren weiterhin einen Schritt eines Reinigens der Kontaktieroberfläche des Leiterrahmens (14) vor dem Schritt eines Kugelkontaktierens aufweist.
Verfahren eines Drahtkontaktierens für eine Halbleitervorrichtung, das die folgenden Schritte aufweist: Einlageverkapseln eines Leiterrahmens (14) in einem Gehäuse (12) aus Harz; Montieren eines Halbleiterchip (13) auf das Gehäuse (12); Ausbilden einer Kugel (18) aus einem Goldkontaktierdraht (15) an einem vorderen Ende von Kapillaren (17) einer Kontaktiermaschine; Ausbilden eines Vorkontaktierabschnitts auf einer Kontaktieroberfläche des Leiterrahmens (14) durch ein Kombinationsverfahren eines Ultraschallkontaktierens und eines thermischen Kompressionskontaktierverfahrens, bei welchem die Kugel (18) zu dem Leiterrahmen (14) gedrückt und an diesem befestigt wird und dann die Kugel (18) geschnitten und von dem Goldkontaktierdraht (15) getrennt wird; Kontaktieren von einem Ende des Goldkontaktierdrahts (15) mit einer Elektrode des Halbleiterchip (13) durch das Kombinationsverfahren; und Kontaktieren des anderen Endes des Goldkontaktierdrahts (15) mit dem Vorkontaktierabschnitt durch das Kombinationsverfahren.
Halbleitervorrichtung, die aufweist: ein Gehäuse (12) aus Harz, in welches ein Leiterrahmen (14) einlageverkapselt ist; einen Halbleiterchip (13), der auf eine vordere Oberfläche des Gehäuses (12) montiert ist; einen Goldkontaktierdraht (15), der an seinem einen Ende mit einer Elektrode des Halbleiterchip (13) verbunden ist und an seinem anderen Ende mit dem Leiterrahmen (14) verbunden ist, wobei ein Vorkontaktierabschnitt (18) aus dem Goldkontaktierdraht (15) ausgebildet wird, und auf dem Leiterrahmen (14) befestigt wird, und ein Ende des Goldkontaktierdrahts (18) mit dem Vorkontaktierabschnitt (18) verbunden ist.
Halbleitervorrichtung nach Anspruch 4, wobei eine hintere Oberfläche des Leiterrahmens (14) vollständig in dem verkapselten Gehäuse (12) eingebettet ist.
Halbleitervorrichtung, die aufweist: ein harzverkapseltes Gehäuse (12), in welches ein metallischer Leiterrahmen (14) einlageverkapselt ist; einen Halbleiterchip (13), der auf eine Oberfläche des harzverkapselten Gehäuses (12) montiert ist; und einen Goldkontaktierdraht (15), der an seinem einen Ende mit einer Elektrode des Halbleiterchip (13) verbunden ist und an seinem anderen Ende mit dem Metallleiterrahmen (14) verbunden ist, wobei ein Vorkontaktierabschnitt (18) aus dem Goldkontaktierdraht (15) ausgebildet ist und mittels eines Drahtkontaktierverfahrens auf dem metallischen Lei terrahmen (14) befestigt ist, welches ein Ultraschallwellenkontaktieren und ein thermisches Kompressionskontaktieren aufweist, wobei ein Ende des Goldkontaktierdrahts (15) durch das Drahtkontaktieren mit der Elektrode des Halbleiterchip (13) verbunden ist, und das andere Ende des Goldkontaktierdrahts (15) durch das Drahtkontaktieren mit dem Vorkontaktierabschnitt (18) verbunden ist.