FR2561445A2 - Fils de connexion d'une pastille semi-conductrice, notamment encapsulee sous resine - Google Patents

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Abstract

L'INVENTION CONCERNE UN DISPOSITIF A SEMI-CONDUCTEURS. DANS CE DISPOSITIF QUI COMPORTE UNE PASTILLE 3 RELIEE PAR DES CONDUCTEURS 6 A DES PARTIES EXTERIEURES CONDUCTRICES 1, CHAQUE FIL EST CONSTITUE PAR DE L'ALUMINIUM QUI CONTIENT AU MOINS UN ELEMENT CHOISI DANS LE GROUPE INCLUANT 0,05 A 3 EN POIDS DE FER ET 0,05 A 3 EN POIDS DE PALLADIUM. APPLICATION NOTAMMENT A LA FABRICATION DE DISPOSITIFS A SEMI-CONDUCTEURS ENCAPSULES DANS UNE RESINE ET FORMES MOYENNANT L'UTILISATION DE LA TECHNIQUE DU SOUDAGE A BOULE ECRASEE.

Description

La présente invention concerne un dispositif à semiconducteurs et plus particulièrement une technique qui est efficace lorsqu'elle est appliquée à un dispositif à semiconducteurs utilisant des fils ou conducteurs d'aluminium ou constitués en un alliage d'aluminium.
La demande de brevet japonais publiée n 51- 140.567 décrit un dispositif à semiconducteurs dans lequel une boule est formée sur l'extrémité distale d'un fil d'aluminium au moyen d'un chalumeau électrique ou analogue de manière à réaliser un soudage à boule écrasée.
Bien que le fil d'aluminium soit d'un coût réduit, il présente une résistance inférieure à la corrosion. En particulier lorsqu'il est appliqué à ce qu'on appelle un boîtier ou un module moulé dans la résine, le fil se corrode, ce qui affecte la fiabilité du dispositif.
Un autre problème réside dans le fait que le fil d'aluminium possède une résistance mécanique plus faible qu'un fil d'or.
En ce qui concerne la soudure à boule écra- sée du fil d'aauminium, les auteurs à la base de la pré- sente invention ont établi qu'il se pose comme problème le fait que l'écaillage ou le détachement du fil de liaison se produit notamment sur le coté d'une pastille portant le plot de connexion ou de fixation, si bien que cette liaison ou fixation s'altère.
Les auteurs a la base de la présente invention ont découvert que la dureté de la boule dans le cas de la formation de la partie en forme de boule dans le fil d'aluminium exerce une grande influence sur l'état de cette fixation ou de cette liaison De façon spécifique, lorsque la boule est trop molle lors de la phase opératoire de formation de. la boule d'aluminium, l'énergie ultrasonique n'agit pas suffisamment sur une partie de jonction ou de liaison lorsque l'on soumet par exemple le fil d'aluminium du plot de connexion et la partie formant boule du fil d'aluminium à une opération de liaison ou de jonction ultrasonique.C'est pour cette raison que le plan de l'aluminium possédant un état d'énergie de surface active n'est pas exposé, en sorte qu'il se produit un décollement du fil de liaison. D'autre part, lorsque la boule d'aluminium est trop dure, la mise en oeuvre de la phase opératoire de fixation ou de liaison provoque l'application de forces intenses dues à une couche de silicium, une couche de bioxyde de silicium, etc, qui sont situées au-dessous du plot en aluminium. C'est pour cette raison que ces couches subissent des endommagements liés à l'opération de fixation, c'est-à-dire qu'il se forme des fissures.
Lors d'études effectuées sur la base des connaissances mentionnées précédemment, les auteurs à la base de la présente invention ont découvert une composition d'un fil d'aluminium qui permet de réaliser de façon appropriée la fixation ou soudure à boule écrasée, tout en empêchant de façon efficace la corrosion du fil d'aluminium.
Les auteurs à la base de l'invention ont également trouve que, dans le cas de la fixation ou soudure à boule écrasée du fil d'al~minium, il se produit une diminution de la résistance mécanique du fil, par suite de l'application d'une température élevée, par exemple le chauffage d'un verre à bas point de fusion pour le scellement du boîtier, de sorte qu'il est à craindre que la fiabilité du dispositif à semiconducteurs s'en trouve réduite.
En outre les auteurs à la base de la présente invention ont trouvé que, lorsque le fil possède une résistance incorrecte dans le cas de sa soudure ou de sa fixation, l'opération de soudure devient difficile à mettre en oeuvre avec la formation défectueuse d'une boucle, c'està-dire la formation d'une boucle trop élevée ou trop basse, ce qui entraîne la rupture et le fluage du fil, l'opération d'un court-circuit, etc.
Lors d'études ultérieures effectuées sur la base des connaissances mentionnées précédemment, les auteurs à la base de la présente invention ont créé une technique qui permet de conserver de façon correcte la résistance du fil d'aluminium, tout en empêchant sa corrosion
Un but de la présente invention est de fournir une technique qui permet d'accroître la résistance d'un fil d'aluminium a la corrosion et qui permet d'améliorer la fiabilité d'un dispositif à semiconducteurs.
Un autre but de la présente invention consiste à fournir une technique qui permet d'accroître non seulement la résistance à la corrosion, mais également la résistance mécanique d'un fil d'aluminium et permet d'amé- liorer plus encore la fiabilité d'un dispositif à semiconducteurs.
Un autre but de la présente invention consiste à fournir une technique selon laquelle, lors de la réalisation d'une soudure à boule écrasée avec un fil cons titubé en un alliage d'aluminium résistant a la corrosion, on règle la dureté de la partie formant boule écrasée dans une gamme optimale, de manière a obtenir ainsi la mise en oeuvre d'une fixation par soudage avantageuse.
Un autre but de la présente invention consiste à fournir une technique qui utilise un fil d'aluminium possédant une composition empêchant la corrosion et qui permet de réaliser de façon optimale une soudure à boule écrasée.
Un autre but de la présente invention consiste à fournir une technique qui permet de garantir une résis- tance suffisante du fil et qui permet d'améliorer la fia bilié.
Un autre but de la présente invention consiste a fournir un fil de connexion ou de liaison qui permet d'empêcher une corrosion et permet d'obtenir une résistance suffisante.
Les buts mentionnés plus haut ainsi que d'au tres objectifs et de nouvelles caractéristiques de la présente invention ressortiront à l'évidence de la description qui va suivre.
On va expliquer ci-après brièvement, dans ses grandes lignes, les aspects typiques de mise en oeuvre de la présente invention.
Le problème a la base de l'invention est résolu dans un dispositif à semiconducteurs qui comporte une pastille, des fils conducteurs et des parties extérieures conductrices, qui sont raccordées à ladite pastille à l'aide desdits fils, caractérisé en ce que chaque fil est cons titué par de l'aluminium qui contient au moins un élément choisi parmi le groupe comprenant 0,05 a 3 % en poids de fer et 0,05 #a 3 % en poids de palladium.
Par ailleurs, selon un autre aspect de l'invention, il est prévu un dispositif à semiconducteurs, dans lequel une pastille et des parties conductrices extérieures sont raccordées grâce a l'utilisation de fils contenant comme constituant principal de l'aluminium, caractérisé en ce que chaque fil en aluminium contient au moins un élément choisi parmi le premier groupe incluant 0,05 a 3 % en poids de nickel, 0,05 a 3 % en poids de fer et 0,05 a 3 % en poids de palladium, et au moins un élément choisi parmi le second groupe et incluant 0,5 à 3 % en poids de magnésium, 0,5 à 3 % en poids de manganèse et 0,05 à 3 % en poids de silicium.
En outre, le fil d'aluminium contient du nickel et la dureté Vickers d'une partie en forme de boule est comprise entre 35 et 45.
De plus les résistances d'un fil d'aluminium à la rupture avant et après le scellement d'un module ou d'un boîtier. sont réglées respectivement a des valeurs appropriées.
D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention ressortiront de la description donnée ci-après prise en référence aux dessins annexés, sur lesquels
la figure 1 est une vue en coupe d'un dispositif à semiconducteurs selon une forme de réalisation de la présente invention
la figure 2 est une vue en coupe partielle à plus grande échelle d'une partie de soudage ou de connexion d'un fil dans le dispositif à semiconducteurs de la figure 1
- les figures 3 et 4 sont des vues explicatives montrant respectivement la formation d'une boule dans un fil d'aluminium et l'état de fixation ou de soudage ultrasonique de cette boule
- la figure 5 est un schéma montrant les relations entre les compositions des fils et les charges de rupture de ces derniers
- la figure 6 est une vue en coupe d'un dispositif à semiconducteurs selon une forme de réalisation de la présente invention
- la figure 7 est un diagramme montrant les relations entre les compositions des fils et la dureté des parties en boule des fils ; et
- la figure 8 est un diagramme montrant l'en- dommagement de la soudure ou de la liaison et l'apparition d'un décollement ou d'un détachement, en pourcentage, en fonction de la dureté Vickers des parties en boule des fils.
Ci-après on va donner une description des formes de réalisation préférée de l'invention.
Dans un dispositif à semiconducteurs représenté sur la figure 1, une pastille 3 constituée par exemple en silicium est disposée sur un support 2 moyennant l'interposition d'une couche de liaison 4 qui est constituée par exemple par un eutectique or-silicium ou par un liant ou un agent de fixation tel qu'une pâte d'argent.
Le plot de connexion ou de soudage de la pastille 3 est constitué par un plot ou une plaque d'aluminium 5 comme cela est représenté sur la figure 2.
D'autre part un fil de connexion 6 est un fil à base d'aluminium qui est constitué par de l'aluminium ou un alliage d'aluminium. Le fil de connexion 6 est utilisé pour réaliser le raccordement électrique de la plaque d'aluminium 5 de la pastile 3 a une couche d'aluminium 4 qui est formée sur la partie conductrice intérieure 7 d'un fil 1.
Une fois que la liaison par soudage du fil est terminée, la pastille 3 le fil de connexion 6, etc sont enrobés par moulage grâce à l'utilisation d'une résine plastique 8.
Lors du soudage ou de la réunion du fil de connexion 6, conformément à la présente invention, comme représenté sur la figure 3, on forme une partie en forme de boule 6a sur l'extrémité distale du fil 6 au moyen d'une décharge électrique effectuée entre l'extrémité distale du fil 6 obtenue par un appareil de soudage à boule écrasée, non représenté, et l'électrode 9 de cet appareil. En spécifiant le matériau du fil de la manière décrite ci-après, on arrive à ce que la partie en forme de boule 6a possède une dureté convenant pour le soudage à boule écrasée.
Aussitôt après que la partie en forme de boule 6a a été formée, il est parfaitement possible de lui faire subir une trempe en soufflant sur elle un gaz inerte, par exemple de l'argon à une basse température. On obtient ainsi une boule possédant une dureté favorable. Quelle que soit la composition que le fil puisse posséder, la trempe est l'une des bonnes solutions permettant d'obtenir une dureté prédéterminée.
En utilisant un outil 10 de soudage aux ultrasons, tel que représenté sur la figure 4 a titre d'exemple, on presse la partie en forme de boule 6a contre la plaque d'aluminium 5 située sur la pastille 3 et on la soude et on l'applique fermement au moyen des vibrations ultrasoniques. Une pellicule de A1203 produite à la surface de la partie en forme de boule 6a est rompue lors de la fixation par soudage, et un raccordement approprié du fil est effectué. La partie en forme de boule 6a est aplatie de manière a former un élément de connexion 6b. Cet élément de connexion 6b recouvre la plaque ou le plot d'aluminium 5 qui est exposé à partir de l'ouverture d'une une couche de passivation finale 13.
Le fil 6 conforme à la présente invention est constitué par un alliage d'aluminium dans lequel, afin d'accroître la résistance à l'humidité, au composant principal forme par l'aluminium se trouve ajouté au moins un élément, ce ou ces éléments tant choisis parmi le groupe incluant 0,05 à 3 % en poids de fer (Fe) et 0,05 a 3 % en poids de palladium (PdJ.
La raison pour laquelle la résistance à l'hu mixité du fil peut être améliorée par l'inclusion d'au moins un élément formé par du fer et du palladium dans la proportion prédéterminée dans le fil d'aluminium va être indiquée ci-après.
Lors d'un essai effectué à haute température et avec une humidité élevée, telle qu'indiquée dans la norme américaine MIL 883B, qui est une procédure d'essai typique pour tester la résistance à la corrosion, l'hydro- gène contenu dans l'eau H20 passe à l'état d'hydrogène atomique H. Etant donné que l'hydrogène atomique H a de faibles dimensions, il traverse aisément la limite intersticielle des grains d'aluminium. Lorsque les atomes d'hydrogène H réagissent ensemble pour former de l'hydrogène gazeux
H2, le volume augmente en provoquant un étalement de la limite des grains. La corrosion se propage à partir de la limite des grains étendus.D'autre part, dans le fil d'aluminium qui contient du fer et du palladium, la réac- tion de fixation de l'hydrogène atomique H est favorisée par l'action catalytique du fer ou du palladium contenu dans les grains de cristal d'aluminium. Il en résulte que l'hydrogène atomique H passe a l'état d'hydrogène gazeux
H2 au niveau de la surface de l'aluminium, sans traverser les limites des grains de l'aluminium. Par conséquent le fil se corrode difficilement. En d'autres termes on considère que l'occlusion de H2 dans le fil en alliage d'aluminium est supprimée par l'action du fer ou du palladium, si bien que la corrosion au niveau de la limite des grains est empêchée.
Les auteurs à la base de la présente invention ont effectué une expérience concernant les relations entre les compositions des fils et leurs propriétés et les résultats obtenus ont été recensés dans le tableau 1.
Dans le tableau 1, la colonne située la plus à gauche indique les compositions des fils. Par exemple A1-0,05 Fe désigne un fil d'aluminium contenant 0,05 % en poids de Fe. Les autres colonnes indiquent, pour des intervalles de temps respectifs d'essais, les nombres cumulés d'échantillons qui se sont corrodés, lesdits échantil lons de chaque fil ayant été soumis à une température de 1210C sous une pression de vapeur de 2.105 Pa. L'aluminium utilisé était un aluminium possédant une pureté de 99,999 % en poids.
On comprendra, d'après le tableau 1, que la résistance du fil d'aluminium à la corrosion est améliorée par la jonction du fer ou du palladium. Avec une teneur de fer d'une valeur de 0,05 % en poids, on ne s'attend pas à une grande amélioration. Ceci est dû au fait que l'action catalytique est insuffisante en raison de la faible quantité de fer contenu. Le palladium fournit une amélioration plus conséquent que le fer. Le fil d'aluminium contenant au moins 0,5 % en poids de fer ou au moins 0,1 % en poids de paladium ne se corrode pas même au bout d'une durée de 600 heures.
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La résistance mécanique du fil d'aluminium peut être accrue en même temps que sa résistance à la cor rosion.
A cet effet le fil 6 est un fil d'aluminium qui contient au moins un élément choisi parmi le premier groupe comprenant 0,05 à 3 % en poids de nickel, 0,05 à 3 % en poids de fer et 0,05 a 3 % en poids de palladium, et au moins un élément choisi parmi le second groupe compre- nant 0,5 a 3 % en poids de magnésium3 0,05 a 3 % en poids de manganèse et 0,05 a 3 g en poids de silicium
Le nickel accroît la résistance du fil d'alum minium à à l'humidité, pour la même raison que le fer ou le palladium. La corrosion de la limite des grains du fil d'aluminium peut être empêchée par l'adjonction de nickel selon la proportion prédéterminée.
Le tableau indique que, lorsque les fils d'aluminium contiennent du nickel, leur résistance à la corrosion est améliorée. La méthode d'analyse et la méthode d'essais recensées dans ce tableau sont les mêmes que celles recensées dans le tableau 1. La pureté de l'aluminium était égale à 99,999 %.
On comprendra d'après le tableau 2 que la résistance à la corrosion du fil d'aluminium est améliorée par le fait qu'il contient du nickel.
Tableau 2
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Des substances autres que le nickel, par exemple le magnésium et le chrome, ne fournissent pas l'amé- lioration de la résistance à la corrosion. Avec une teneur en nickel de 0,02 % en poids, il ne faut pas s'attendre à une grande amélioration.Ceci est dû au fait que l'action catalytique est insuffisante en raison de la faible quantité de nickel contenu. Le fil d'aluminium contenant au moins 0,075 % en poids de nickel ne se corrode pas même au bout d'une durée de 500 heures.
Comme cela ressort des tableaux 1 et 2, le nickel a une action plus efficace que le fer ou le paladium pour fournir une amélioration de la résistance à la corrosion. Comme indiqué dans le tableau 2, un fil contenant du nickel et un fil contenant du magnésium ou du manganèse sont également excellents du point de vue de la résistance à la corrosion. Lorsque seul est présent du magnésium, la résistance à la corrosion n'est pas améliorée. Les fils contenant du nickel présentent une excellente résistance à la corrosion.
Un fil d'aluminium contenant du nickel, du fer ou du palladium, voit sa résistance mécanique accrue grâce à l'adjonction de l'un quelconque des éléments que sont le magnésium, le manganèse et le silicium, en un pourcentage prédéterminé. L'accroissement de la résistance mécanique empêche des défauts tels que des ruptures, des déconnexions ou des courts-circuits imputables à la rupture du fil, au fluage du fil sous l'effet de l'injection de la résine, etc.
La figure 5 indique les résistances mécaniques des différents fils d'aluminium contenant les impuretés mentionnées plus haut.
Sur la figure 5 l'axe des abscisses représente les composés des compositions des fils. Par exemple "0,5 Pd" signifie que le fil est constitué par du Al contenant 0,5 % en poids de Pd. L'axe des ordonnées représente les forces ou charges de traction (g) intervenant lorsque les fils sont tirés au moyen d'un étrier appliquant une force fixée.
Le diamètre de l'un quelconque des fils était de 30 rm.
En outre le graphique situé à la partie basse de la figure 5 indique les résistances initiales des fils. Le terme de résistances initiales désigne la résistance du fil qui a été tiré à partir d'un lingot d'aluminium et qui n'a subi aucun recuit. Le graphique de la partie supérieure de la figure 5 indique les résistances des fils après le recuit. Ici le terme de "recuit" signifie que le fil 6 est soumis à titre d'exemple à l'action d'une température de 4000C à 5000C pendant 2-10 minutes. La résistance du fil 6 diminue en raison du recuit.
Les auteurs à la base de l'invention ont établi que la résistance initiale du fil doit être égale à au moins 20 grammes (g) pour le fil possédant un diamètre de 20 microns.
La résistance non inférieure à 20 g est requise lorsque le lingot d'aluminium est étiré pour former le fil d'aluminium, lorsque le soudage à boule écrasée est exécuté en utilisant l'outil de soudage de la figure 4, et ainsi de suite. Le fil, dont la résistance est inférieure à 20 g, est susceptible de se rompre.
Conformément à la découverte effectuée par les auteurs à la base de la présente invention, la fiabilité d'un dispositif à semiconducteurs est affectée par le fait indiqué plus haut que la résistance du fil est réduite par le recuit.
Le recuit effectué à 400-500 C pendant 210 minutes, mentionné précédemment, est inévitable pour des dispositifs à semiconducteurs scellés avec des boîtiers en céramique. et incluant un dispositif à semiconducteurs représenté sur la figure 6. C'est-à-dire que, quel que soit l'agent de scellement 16 qui puisse être utilisé, la température et l'intervalle de temps nécessaires pour le scellement prennent des valeurs absolues ou des valeurs proches de ces valeurs.
Par exemple, dans le cas où l'on utilise en tant qu'agent de scellement 16 un verre à bas point de ramollissement, les conditions de scellement sont 400 5000C et 2-10 minutes ; dans le cas ou l'on adopte un scellement utilisant une fritte de verre, les conditions de scellement sont 400-500 C et 2-10 minutes de façon analogue dans le cas ou l'on utilise de l'or-étain (Au-Sn) pour réaliser le scellement du dispositif à semiconducteurs avec un capot métallique, les conditions de scellement sont 200-300 C et 2-10 minutes.
Par conséquent il se produit inévitablement un recuit du fil d'aluminium. Alors la température indiquée ci-dessus devient le point de recristallisation, qui dépend également des matériaux du fil, pour le fil d'aluminium, ou une température proche de ce point de recristallisation.
Conformément aux études effectuées par les auteurs à la base de la présente invention, la résistance du fil avant le recuit dépend de llusinabilitE du fil et du matériau de ce dernier. Par ailleurs la résistance du fil après le recuit dépend uniquement du matériau du fil.
Il ne dépend pas de l'hystérisis du fil tant donné que ce dernier a été recuit à la température proche du point de recristallisation. En outre la résistance du fil après le recuit, c'est-à-dire après le scellement, doit être égale à au moins 6 g pour un diamètre de 30 ,um. Le fil, dont la résistance est infOrieure à 6 g, est susceptible de se rompre.
Sur la figure 6, la référence 14 désigne une base en céramique et la référence 15 un capuchon.
~Dans le dispositif à semiconducteurs utilisant le boîtier céramique, on choisit le fil en tenant compte des résistances des fils avant et après le recuit. Dans un dispositif à semiconducteurs moulé dans la résine, la température de scellement est comparativement aussi basse qu'environ 170-180 C et par conséquent la résistance du fil s'abaisse d'une certaine quantité après le recuit.
Par conséquent la résistance du fil après le recuit ne pose souvent pas de problème. Cependant, en particulier lorsque l'on recherche l'obtention d'une fiabilité élevée, il faut considérer les résistances du fil avant et après le recuit.
Lorsque l'on ajoute en supplément soit du magnésium, soit du manganèse, soit du silicium au fil d'aluminium contenant soit du nickel, soit du fer, soit du palladium, on obtient un fil dont la résistance à la corrosion est élevée et dont la résistance mécanique est améliorée comme cela est indiqué sur la figure 5.
Comme cela ressort de la figure 5, en particulier le fil contenant du palladium ou du magnésium possède une résistance élevée à la rupture. De même la résistance à la rupture est élevée lorsque du silicium, du manganèse ou du magnésium sont contenus dans le fil, en supplément du paladium ou du magnésium.
Un filtre en aluminium contenant du fer et du magnésium, un fil en aluminium contenant du nickel et du magnésium et un fil en aluminium contenant du palladium et du magnésium ont des caractéristiques particulièrement excellentes.
En ce qui concerne le fil d'aluminium contenant 1,5 % en poids de magnésium et 0,1 % en poids de nickel (Al-l,5 Mg-0,1 Ni) et le fil d'aluminium contenant 1 % en poids de manganèse et 0,1 % en poids de nickel (A1- 1 Mn-0,l Ni) répertoriés dans le tableau 2, le premier de ces fils possède une résistance à la rupture, qui est supérieure au second, bien que ces deux fils possèdent des caractéristiques excellentes semblables du point de vue de la résistance à la corrosion.
C'est-à-dire que le fil d'aluminium contenant du magnésium et du nickel est excellent à la fois du point de vue de la résistance à la corrosion et du point de vue de la résistance mécanique.
Conformément aux études effectuées par les auteurs à la base de la présente invention, il est recommandé de régler la résistance mécanique dans une gamme appropriée, pour laquelle le magnésium, le manganèse et le silicium sont contenus dans l'aluminium dans une gamme comprise entre 0,5 % en poids et 3 t en poids.
Dans le cas d'un fil qui est constitué par une composition de matériaux recristallisés, à savoir un fil qui a été recuit à des températures situées dans une gamme allant depuis au moins le point de recristallisation du fil jusqu'au point de recristallisation + 150 C environ, on forme une boucle d'une manière très favorable, et l'apparition de défauts tels qu'un court-circuit entre une prise et des fils peut être empêchée, outre le fait que la résistance à la rupture est accrue.
Lorsque le fil 6 est un fil d'aluminium qui con#tient du nickel et l'un quelconque des éléments que sont le magnésium, le manganèse et le silicium, la dureté
Vickers de la boule 6a prend une valeur telle qu'indiquée sur la figure 7.
Sur la figure 7, l'axe des ordonnées représen- te la dureté Vickers et l'axe des abscisses représente chaque composé dans le fil ou la composition de chaque matériau. La dureté Vickers de chaque matériau est indiquée de telle sorte que la valeur de par exemple Al est 18.
En outre "0,5 Nh désigne le fil constitué par du AI contenant 0,5 t en poids de Ni.
Les auteurs à la base de la présente invention ont répété des expériences concernant les relations entre la dureté de la partie d'aluminium en forme de boule 6a, le pourcentage (%) d'apparitions d'un décollement entre le fil de connexion 6 et le plot ou la plaque d'aluminium 5 et le pourcentage (%) d'apparitions d'endommagements de la soudure ou de la fixation, se traduisant par l'apparition de fissures dans une couche de bioxyde de silicium située au-dessous de la plaque d'aluminium 5. On a alors obtenu le résultat tel que représenté sur la figure 8.
Une valeur admissible pour le pourcentage d'apparitions de défauts dans la soudure est égale à environ 10 %. Compte tenu de ceci, on voit d'après la figure 8 que le pourcentage d'apparitions d'un décollement (indi qué par des repères x) est élevé lorsque la dureté Vickers est inférieure à environ 30. En outre le pourcentage d'apparitions des endommagements de la liaison ou de la soudure (repérés par des repères o) est élevé lorsque la dureté
Vickers est supérieure à environ 50. Comme gamme optimale on choisit en particulier une gamme de duretés Vickers comprise entre 35 et 45.
C'est-a-dire que chaque fil 6 conforme à la présente forme de réalisation est choisi de telle sorte que la dureté Vickers (Hv) de la boule dans l'opération de soudure à boule écrasée, peut se situer dans la gamme allant de 35 à 45 comme indiqué sur la figure 7.
Les compositions du matériau des fils 6 tombant dans cette gamme optimale de duretés, sont diverses.
A titre d'exemples des compositions de fils en alliage d'aluminium aptes à permettre le soudage à boule écrasée le plus favorable, on mentionne un composé contenant 1 % en poids de nickel et 0,5 % en poids de manganèse, un composé contenant 1 % en poids de nickel et 1 % en poids de manganèse, un composé contenant 0,5 t en poids de nickel et 1 % en poids de manganèse, un composé contenant 0,01% en poids de nickel et 1,5 % en poids de magnésium, un compose contenant 1,7 % en poids de magnésium, 0,3-0,5 % en poids de nickel et 0,3 % de fer, un composé contenant 2 % en poids de nickel et un - 2 % en poids de silicium, etc.
Les auteurs à la base de la présente invention ont étudié ces résultats expérimentaux. Il s'est avéré que le Ni contribue de façon essentielle à l'amélioration de la résistance à la corrosion, tandis que le Mg, le Mn ou le Si ont une contribution essentielle permettant de régler la dureté. il s'est également avéré que le Ni n'al tère pas les effets de réglage de dureté grâce au Mg, etc, tandis que, au contraire, le Mg, etc ne réduit pas l'accroissement de la résistance à la corrosion qui est lié au Ni.
il s'est également avéré que le Ni et le Mg, ou le Mn ou le Si coexistent de façon stable dans le Al sans altérer les caractéristiques mécaniques et électriques du fil.
Conformément à l'invention décrite dans la présente demande, on obtient les effets indiqués ci-après.
En utilisant un fil d'aluminium contenant au moins un élément choisi parmi le groupe comprenant 0,05 à 3 % en poids de fer et 0,05 a 3 % en poids de palladium, de l'hydrogène atomique (H) ne peut pas pénétrer à l'intérieur du fil par l'intermédiaire de la limite entre les grains d'aluminium du fil, par suite d'une action catalytique que présente un tel élément, si bien que la résistance du fil à l'humidité peut être accrue.
En utilisant un fil d'aluminium contenant au moins un élément choisi parmi le groupe incluant 0,05 à 3 % en poids de nickel, 0,05 à 3 % en poids de fer et 0,05 à 3 t- en poids de palladium et au moins un élément choisi dans le groupe comprenant 0,5 à 3 % en poids de magnésium, 0,5 à 3 % en poids de manganèse et 0,5 à 3 en poids de silicium, il est possible d'accroître la résistance mécanique du fil en même temps que sa résistance a l'humidité, et l'apparition de défauts tels qu'une dècon- nexion et un court-circuit imputables à la rupture du fil, au fluage du fil sous l'effet de l'injection d'une résine, etc, peut étire empêchée.
Même lorsque l'on applique un fil, dont le composant principal est de l'aluminium, à un dispositif à semiconducteurs moulé dans la résine, il est possible d'obtenir une fiabilité élevée. Ceci rend possible d'utiliser de façon efficace l'avantage du faible coût du fil à base d'aluminium.
La technique de soudage à boule écrasée d'un fil d'aluminium peut être aisément appliquée à un dispositif à semiconducteurs moulé dans la résine.
La résistance du fil à la rupture après seulement avec un boîtier est réglée à environ à 6 grammes ou au-dessus pour le fil possédant un diamètre de 30 microns, ce qui a pour effet d'empêcher la rupture du fil et d'améliorer la fiabilité du produit.
La résistance d'un fil à la rupture avant le scellement dans un boîtier est réglée à environ 20 grammes ou plus pour le fil possédant un diamètre de 30 microns, ce qui permet de garantir d'une manière suffisante des résistances nécessaires pour le câblage, etc, et une déconnexion peut être empêchée.
Dans le cas où le matériau du fil a été recristallisé, on peut mettre normalement le fil sous la forme d'une boucle et des défauts tels qu'un court-circuit peuvent être empêchés, en-dehors d'une résistance suffisante à la rupture.
En choisissant correctement le matériau d'un fil, il est possible de régler la résistance du fil à la rupture à une valeur prédéterminée ou à une valeur supérieure et en-dehors de cela, il est possible d'améliorer la résistance à la corrosion et la résistance mécanique du fil.
Etant donné qu'un fil d'aluminium contient du nickel et. que sa partie en forme de boule possède une dureté Vickers comprise entre 35 et 45, il est possible d'accroître la résistance du fil à la corrosion et en outre la résistance du fil pour le soudage peut être garantie de façon suffisante et l'aplatissement excessif de la partie en boule ainsi que tout endommagement à un plot ou à une plaque de connexion peuvent être empêchés, si bien que la fiabilité est accrue. Etant donné qu'un fil contient de l'aluminium comme composant principal, son utilisation permet de réduire fortement les coûts comparativement à un fil d'or.
La soudure à boule écrasée d'un fil, dont le composant principal est de l'aluminium, peut être effectuée d'une manière stable et aisée, et la caractéristique de faible coût, qui est l'un des avantages du fil à base d'aluminium, peut être mise à profit.
L'usinabilité ou le traitement d'un fil, dont le composant principal est l'aluminium, peut être facilité grâce au réglage d'une dureté appropriée de la boule.
Dans un fil qui possède une des capacités excellentes de soudabilité et qui possède également une excellente résistance à la corrosion, la résistance mécani- que et la résistance à la rupture peuvent être obtenues grâce à un choix approprié du matériau du fil.
Bien que, ci-dessus, l'invention ait été décrite concrètement en liaison avec les formes de réalisa- tion indiquées, il va sans dire que la présente invention n'est en aucune manière limitée aux formes de réali- sation précédentes et qu'elle peut faire l'objet de différentes variantes sans pour autant sortir du cadre de l'invention.
Par exemple la composition du matériau d'un fil n'est pas limitée a celles mentionnées plus haut, mais il est possible d'utiliser d'autres compositions diffé- rentes.
La résistance d'un fil à la rupture #varie en fonction de son diamètre. A ce sujet, la présente invention n'est pas limitée uniquement à un fil possédant un diamètre de 30 microns, mais s'applique également à des fils possédant différents diamètres, moyennant une égalisation de la résistance à la rupture par unité de surface.
Un fil d'aluminium conforme à la présente invention est efficace non seulement lors de la mise en oeuvre du soudage à boule écrasée, mais également dans le cas du soudage ultrasonique usuel utilisant un coin.
Avec un fil qui a été recristallisé au moyen d'un recuit à des températures situées dans une gamme allant par exemple du point de recristallisation d'un alliage d'aluminium jusqu'à ce point de recristallisation + l500C, la formation en boucle normale sans pliage du fil est mieux garantie.
Dans ce qui précède, l'invention a été décrite essentiellement en rapport avec le cas où elle est appli quée à un dispositif à semiconducteurs utilisant un boîtier ou module du type DILP, c'est-a-dire à double rangée de connexions en ligne , comme domaine de base de son utilisation. Cependant la présente invention n'est pas limitée à ce dispositif à semiconducteurs, mais peut être largement appliquée à des dispositifs à semiconducteurs utilisant différents boîtiers, comme par exemple des dispositifs du type connu sous l'appellation "SURDIP", de type à céramique stratifiée et le type support de microplaquettes, tant que l'on utilise un fil contenant de l'aluminium comme composant principal.

Claims (10)

  1. REVENDICATIONS
    l- Dispositif à semiconducteurs comportant une pastille (3), des fils (6) et des parties extérieures conductrices (1) qui sont raccordées à ladite pastille au moyen desdits fils, caractérisé en ce que chaque fil possède une résistance à la rupture égale à au moins 6 grammes pour un diamètre de 30 microns.
  2. 2 - Dispositif à semiconducteurs salon la revendication l, caractérisé en ce que chaque fil contient de l'aluminium comme composant principal.
  3. 3 - Dispositif à semiconducteurs selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'il est scellé avec un boîtier céramique.
  4. 4 - Dispositif à semiconduteurs selon la revendication 2, caractérisé en ce que chaque fil 16) est constitué par de l'aluminium qui contient au moins un élément choisi dans le groupe comprenant 0,05 à 3 90 en poids de fer et 0,05 à 3 % en poids de palladium.
  5. 5 - Dispositif à semiconducteurs selon la revendication 2, caractérisé en ce que chaque fil (6) est constitué par de l'aluminium qui contient au moins un élément choisi dans le premier groupe incluant 0,05 à 3 % en poids de nickel, 0,05 à 3 % en poids de fer et 0,05 à 3 % en poids de palladium, et au moins un élément choisi dans le second groupe incluant 0,5 à 3 % en poids de magnésium, 0,5 à 3 % en poids de manganèse et 0,5 à 3 % en poids de silicium.
  6. 6 - Dispositif à semiconducteurs selon la revendication 5, caractérisé en ce que l'élément choisi dans ledit premier groupe est du fer, qui est présent dans une proportion égale à au moins 0,5 % en poids.
  7. 7 - Dispositif à semiconducteurs selon la revendication 5, caractérisé en ce que l'élément choisi dans le second groupe est du palladium qui est présent dans une proportion égale à au moins Otl % en poids.
  8. 8 - Dispositif à semiconducteurs selon la revendication 5, caractérisé en ce que l'élément choisi dans ledit premier groupe est du nickel qui est présent dans une proportion égale à au moins 0,75 % en poids.
  9. 9 - Dispositif à semiconducteurs selon la revendication 8 caractérisé en ce que l'élément choisi dans ledit second groupe est du magnésium.
  10. 10 - Dispositif à semiconducteurs selon la revendication 1, caractérisé en ce que chaque fil (6) est chauffé à au moins une température de recristallisation du matériau dudit fil.
    ll - Dispositif à semiconducteurs comportant une pastille (3) des fils (6) et des parties externes conductrices (1) qui sont raccordées à ladite pastille au moyen desdits fils, caractérisé en ce que chaque fil possède une résistance à la rupture avant seulement dans un boîtier, et qui est égale à environ 20 grammes pour un diamètre de 3O microns.
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Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE1297872B (de) * 1966-07-30 1969-06-19 Aluminium Giesserei Villingen Verwendung einer Aluminium-Gusslegierung fuer die Herstellung von elektrisch hochleitfaehigen Formgussteilen
FR2140481A1 (fr) * 1971-06-07 1973-01-19 Southwire Co
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