JP2006165518A - 半導体装置製造用超音波接合装置、半導体装置、及び製造方法 - Google Patents

半導体装置製造用超音波接合装置、半導体装置、及び製造方法 Download PDF

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Abstract

【課題】半導体チップの外部端子であるリードと半導体チップの上面電極とを板状又は帯状のアルミニウムなどからなる接続ストラップにより電気的に接続された半導体装置を製造する半導体製造用超音波接合装置、半導体装置及びその製造方法を提供する。
【解決手段】被接合体と対向する先端面を有し、前記先端面に超音波振動を伝える先端部を備え、前記先端面には複数の突起部が形成され、前記突起部の各々は、対向する二側面が前記先端面に対して傾斜し、これら二側面に隣接する他の二側面が前記先端面に対して略垂直であることを特徴とする半導体装置製造用超音波接合装置を提供する。
【選択図】図１

Description

本発明は、半導体装置製造用超音波接合装置、半導体装置及びその製造方法に関し、半導体チップの外部端子であるリードと半導体チップの上面電極とを板状又は帯状のアルミニウムなどからなる接続ストラップにより電気的に接続された半導体装置製造用超音波接合装置、半導体装置及びその製造方法に関する。
従来技術により、半導体チップの外部端子であるリードと、半導体チップ表面に形成された電極と、を板状又は帯状のアルミニウムなどからなる接続ストラップで電気的に接続された半導体装置が知られている。半導体チップ表面の電極と、板状もしくは帯状のアルミニウムなどからなる接続ストラップ、リードフレームを構成するリードとは、通常超音波接合装置により接合される。
従来の半導体装置製造用超音波接合装置は、超音波振動を伝える先端部と、この先端部の先端に備えた被接合体と対向させる先端面とを有しているが、被接合体と対向させる先端面は、平面であり、その表面には四角錘台の突起を複数並べた先端部を有する超音波接合装置を使用していた（特許文献１及び特許文献２）。しかしながら、このような超音波接合装置が有する超音波振動を伝える先端部の突起部斜面は、磨耗が大きいので交換頻度が高く、装置稼働率の低下及びコストアップに繋がっていた。とくに、先端部の振動方向と平行な突起部斜面は、摩耗が激しかった。特許文献３には、ボンディングツールの当接面に凹凸部を設けることにより、低出力の超音波振動による信頼性の高い接合が得られる半導体装置製造用超音波接合装置が記載されている。
特開平９−１０８８５３号公報 特開２００２−３１４０１８号公報 特開平５−２３５１１５号公報
本発明は、半導体チップの外部端子であるリードと半導体チップの上面電極とを板状又は帯状のアルミニウムなどからなる接続ストラップにより電気的に接続された半導体装置を製造する半導体製造用超音波接合装置、半導体装置及びその製造方法を提供する。
本発明の一態様によれば、
被接合体と対向する先端面を有し、前記先端面に超音波振動を伝える先端部を備え、
前記先端面には複数の突起部が形成され、前記突起部の各々は、対向する二側面が前記先端面に対して傾斜し、これら二側面に隣接する他の二側面が前記先端面に対して略垂直であることを特徴とする半導体装置製造用超音波接合装置が提供される。
また、本発明の他の一態様によれば、
半導体チップと、
リードと、
前記半導体チップと前記リードとを電気的に接続する接続ストラップと、
を備え、
前記半導体チップと前記接続ストラップとの接合部と、前記リードと前記接続ストラップとの接合部と、の少なくともいずれかにおいて、前記接続ストラップの上面には、リ セス部が形成され、
前記リセス部の対向する二側面は前記接続ストラップの上面に対して傾斜し、これら二側面に隣接する他の二側面は、前記接続ストラップの前記上面に対して略垂直であるこ とを特徴とする半導体装置が提供される。
また、本発明のさらに他の一態様によれば、
半導体チップの電極及びリードの少なくともいずれかの上に接続ストラップを配置し、先端部の先端面を前記接続ストラップの上面に接触させて荷重と超音波振動とを印加することにより、前記半導体チップの電極及び前記リードの少なくともいずれかと前記接続ストラップとを接合する工程を備え、
前記先端面には複数の突起部が形成され、前記突起部の各々は、対向する二側面が前記先端面に対して傾斜し、これら二側面に隣接する他の二側面が前記先端面に対して略垂直であり、
前記超音波振動の振動方向は、前記他の二側面と略平行であることを特徴とする半導体装置の製造方法が提供される。
本発明によれば、半導体チップの外部端子であるリードと半導体チップの上面電極とを板状又は帯状のアルミニウムなどからなる接続ストラップにより電気的に接続された半導体装置を製造する半導体装置製造用超音波接合装置、半導体装置及びその製造方法を提供することができる。
以下、図面を参照しつつ本発明の実施の形態について説明する。
まず、図１乃至図４を参照して本発明の実施例１を説明する。
図１（ａ）〜図１（ｃ）は、この実施例の半導体装置製造用超音波接合装置の超音波振動を伝える先端部（通常、これを「ボンディングツール」という）の概略図である。すなわち、図１（ａ）はその先端部の被接合体に対向させる先端面の概略平面図であり、図１（ｂ）及び図１（ｃ）はその概略部分断面図である。図１（ａ）のＡ−Ａ′線及びＢ−Ｂ′線に沿う部分の断面図は、それぞれ図１（ｂ）及び図１（ｃ）に相当する。
図２は、接続ストラップ６及びこの接続ストラップ６を近接配置した半導体チップ１０及びリード７からなる半導体装置の概略組立断面図である。
図３は、リードフレーム上及び半導体チップ１０上に載置した接続ストラップ６に本実施形態の先端部を当接させた状態の断面図である。
図４は、接続ストラップ６をリードフレームのリード７と半導体チップ１０に接合した状態の断面図である。
図１（ａ）〜図１（ｃ）には、半導体装置製造用超音波接合装置の超音波振動を伝えるボンディングツール１が記載されている。このボンディングツール１の先端に設けられた、先端面２には、複数の突起部４が形成されている。この先端面２は、被接合体（この実施例では接続ストラップ６）と対向してプレスされる。そして、図１（ａ）において矢印Ｖの方向に振動する超音波が印加される。
これら突起部４は、その縦横のサイズが例えば、（５０〜１００）μｍ×（１００〜２００）μｍ程度であり、高さが５０〜２００μｍ程度である。
いずれの突起部４も対向する二側面が先端面２に対して斜面４ａであり、これら斜面と隣接する他の二側面が先端面２に対して垂直面４ｂである。そして、突起部４の上面５は、平坦になっている。また複数の突起部は、複数の区分（区分１ａ〜区分１ｃ）に区画されており、各区分の各々には複数の突起部４が形成されている。区分１ａ及び区分１ｃにはそれぞれ３個の突起部４が形成され、区分１ｂには１６個の突起部４が形成されている。各区分内の突起部は同じ大きさ形状を有している。少なくとも１つの区分の突起部は、他の区分の突起部とは異なる大きさr形状を有している。この実施例では、区分１ａと区分１ｃの突起部は同じ大きさ及び形状を有するが、区分１ａもしくは区分１ｃの突起部と区分１ｂの突起部とは大きさ形状が互いに異なっている。これら区分の間は、被接合体と対向させる先端面２に形成された溝３により区画されている。
被接合体と対向させる先端面２は、第１の先端面２ａ、第２の先端面２ｂ及び第３の先端面２ｃからなり、各先端面にはそれぞれ区分１ａ、区分１ｂ及び区分１ｃが対応している。区分１ａと区分１ｃは、同じ大きさ形状の突起部４を有している。しかし、区分１ｂの突起部は、区分１ａ及び区分１ｃの突起部より小さい面積の突起部を有している。これは、被接合体である接続ストラップ６と接合される他の被接合体である半導体チップ１０やリードフレームの材質が異なることによる。第１の先端面２ａ及び第３の先端面２ｃは、リードフレームを構成するリード７に接続ストラップ６を接合する。第２の先端面２ｂは、半導体チップ１０の電極に接続ストラップ６を接合する。
前述のように、この区分に区画されている突起部の大きさ形状は、接合する被接合体の材料に影響される。この実施例では、接続ストラップ６はリードフレームを構成するリード７と半導体チップ１０の電極（アルミニウム）とに接続している。このような接続ストラップ６を用いると配線抵抗が低下し、オン抵抗値の低い半導体装置を得ることができ、省電力で高速に動作させることが可能となる。接続ストラップ６の材質は、例えば、アルミニウムを材料とし、半導体チップ１０の電極は、アルミニウムからなる。リード７は、例えば、銅もしくは銅の合金からなる。アルミニウムとアルミニウムの接合は、容易に行えるが、銅とアルミニウムのように異種の金属間の接合は困難である。そこで、図１（ａ）〜図１（ｃ）に示すように、銅とアルミニウムを接合する第１及び第３の先端面２ａ，２ｃ（突起部を区画する区分１ａ及び区分１ｃが形成されている）には、面積の大きい突起部を設けて接合強度を向上させている。さらに、この部分に接合時に押圧力を強くすることもできる。
従来は、四角錘の上面を切り取った形状（四角錘台）の突起を複数配置したボンディングツールを、超音波接合装置に使用していた。この場合、超音波振動による突起部の斜面の磨耗（とくに振動方向に平行に配置された斜面の摩耗）が著しく、超音波接合装置の寿命が極端に短かった。しかし、この実施例では、超音波振動による突起部の磨耗が著しい部分の斜面を垂直若しくはそれに近い角度にすることにより、磨耗の進行を遅延することが可能となる。
次に、図２乃至図４を参照してこの実施例の超音波接合装置を用いて半導体装置を製造する工程を説明する。
銅などを材料とするリードフレームは、リード７及びチップ搭載部８を備えている。半導体チップ１０をチップ搭載部８に接着剤などを用いて固着する。リード７の先端は、半導体チップ１０に対向するように配置されている（図２）。板状又は帯状のアルミニウムからなる接続ストラップ６は、下降してきた超音波接合装置のボンディングツール１に接触する。更に所定の位置までボンディングツール１が下降し、接続ストラップ６は、リード７及び半導体チップ１０の電極に接触して矢印Ｖ方向の超音波振動及び荷重を印加し、半導体チップ１０と接続ストラップ６、及びリード７と接続ストラップ６が同時に超音波接合される（図３）。荷重については、半導体チップ１０の上下位置とリード７の上下位置を適宜調整すれば、半導体チップ１０に掛かる荷重を小さく、リード７に掛かる荷重を大きくするように構成できる。
この超音波接合装置の超音波振動を伝えるボンディングツール１を接続ストラップ６に接触させて、この接続ストラップ６と、半導体チップ１０の電極及び接続ストラップ６と、リード７と、をそれぞれ接合する工程において、超音波振動を伝えるボンディングツール１の突起部４の垂直な側面は、ボンディングツール１の振動方向Ｖと平行に配置する。なお、超音波によるボンディングツール１の振幅は、例えば、８〜１０マイクロメータ程度である。
次に、図４に示すように、接続ストラップ６がリード７と半導体チップ１０を接合し、さらに、後工程を行い、樹脂封止を行い及びリードフレームを切断して半導体装置を形成する。
本実施形態によれば、ボンディングツールの超音波振動による磨耗を低減でき、超音波接合装置の寿命を延長することが可能となった。具体的には、従来の四角錐台形状の突起を有するボンディングツールと比較して、ボンディングツールの寿命を１０倍近くまで延ばすことが可能となる。そして、このボンディングツールを用いて、半導体チップ１０及びリード７と接続ストラップ６を同時に接合した結果、ボンディングに要する時間を半分にし、ボンディングツールの寿命が約２倍になった。
また、突起部が１対の垂直な面を有しているので、突起部上面の面積は、従来の四角錘台形状の突起部上面の面積より広い。この上面が実際の接合部分になるので、この面積が広いほど接合強度が大きくなる。したがって、この実施例の超音波接合装置により形成された半導体装置は、従来の接合装置で形成した半導体装置より機械的強度が大きくなる。具体的には、従来のボンディングツールで接合した場合と比較して、シェアー破壊強度を３０パーセント以上向上できることが判明した。
次に、図５を参照して実施例２を説明する。
図５（ａ）〜図５（ｃ）は、この実施例の半導体装置製造用超音波接合装置の超音波振動を伝える先端部（ボンディングツール）概略図である。すなわち、図５（ｂ）及び図５（ｃ）は、ボンディングツールの概略部分断面図であり、図５（ａ）は、ボンディングツールの被接合体に対向させる先端面の概略平面図である。図５（ａ）のＡ−Ａ′線及びＢ−Ｂ′線に沿う部分の断面図は、それぞれ図５（ｂ）及び図５（ｃ）に相当する。
この実施例は、被接合体に対向させる先端面に形成された突起部が複数の区分に区画されていないことに特徴がある。即ち、実施例１のボンディングツールは、３つの接合箇所を同時に超音波接合するが、この実施例では、１つの接合箇所のみ接合する構造になっている。
すなわち、図５に表したボンディングツール２１の先端には、被接合体と対向させる先端面２２が設けられている。そして、この先端面２２には、複数の突起部２４が形成されている。いずれの突起部２４も対向する二側面が先端面２２に対して斜面２４ａであり、斜面２４ａと隣接する他の二側面が先端面２２に対して垂直面２４ｂである。そして、突起部２４の上面２５は、平坦になっている。また、複数の突起部２４は、実施例１とは異なり、複数の区分に区画されていない。先端面の突起部は、いずれも同じ大きさ形状を有している。
また、被接合体と対向させる先端面２２は、実施例１とは異なり、複数に分かれてはいない。そして、ボンディングツール２１は、接続ストラップ６とリード７や接続ストラップ６と半導体チップ１０の電極をそれぞれ別の工程により超音波接合をおこなう。超音波接合に際しては、５（ａ）において矢印Ｖの方向に振動する超音波が印加される。
半導体チップ１０の電極の材料とリード７の材料が異なる場合などは、それぞれに対する接続ストラップ６の接合の条件を、それぞれ最適な条件に調整して接合することができる。
従来は、四角錘の上面を切り取った形状（四角錘台）の突起を複数配置したボンディングツールを超音波接合装置に使用していた。この場合、超音波振動による突起部の斜面の磨耗が著しく、超音波接合装置の寿命が極端に短かった。しかし、この実施例では、超音波振動による突起部の磨耗が著しい斜面を垂直若しくはそれに近い角度にすることにより、磨耗の進行を遅延することが可能となる。
次に、この実施例の超音波接合装置を用いて半導体装置を製造する工程を説明する。
図６〜図９は、この実施例のボンディングツールを用いた場合の半導体装置の製造工程を表す工程断面図である。
図６に表したように、銅などを材料とするリードフレームは、リード７及びチップ搭載部４８を備えている。半導体チップ１０をチップ搭載部４８に接着剤を用いて固着する。リード７の先端は、半導体チップ１０に対向するように配置されている。板状又は帯状のアルミニウムからなる接続ストラップ６は、下降してきた超音波接合装置のボンディングツール２１に接触する。
そしてまず、図７に表したように、所定の位置までボンディングツール２１が下降し、接続ストラップ６は、リード７に接触する。そして、ボンディングツール２１に超音波振動及び荷重を印加し、接続ストラップ６とリード７とが接合される。
次に、図８に表したように、ボンディングツール２１は、半導体チップ１０の上から接続ストラップ６の上に下降し、超音波振動と荷重を印加して、接続ストラップ６と半導体チップ１０とを超音波接合する。
このようにして、図９に表したように接続ストラップ６は接合される。
そして、図７と図８に表した工程において、超音波振動を伝えるボンディングツール２１の突起部２４の垂直な垂直面２４ｂは、ボンディングツール２１の振動方向Ｖと平行であるようにする。
なお、図７に表した工程と、図８に表した工程と、の順序は反対でもよい。
その後、後工程を行い、樹脂封止をし、リードフレームを成形して半導体装置を形成する。
この時、ボンディングツールの超音波振動による磨耗を低減でき、超音波接合装置の寿命を延長する事が可能となった。そして、この超音波接合装置を用いて、半導体チップ１０及びリード７と接続ストラップ６を同時に接合した結果、ボンディングツールの寿命が約２倍になった。
次に、図１０を参照して実施例３を説明する。
図１０（ａ）〜図１０（ｃ）は、この実施例の半導体装置製造用超音波接合装置の超音波振動を伝える先端部（ボンディングツール）の概略図である。すなわち、図１０（ｂ）および図１０（ｃ）は概略部分断面図であり、図１０（ａ）は、このボンディングツールの被接合体に対向させる先端面の概略平面図である。図１０（ａ）のＡ−Ａ′線及びＢ−Ｂ′線に沿う部分の断面図は、それぞれ図１０（ｂ）及び図１０（ｃ）に相当する。
この実施例は、被接合体に対向させる先端面は、実施例１のように複数の先端面に分かれてはいないが、実施例１と同様に、複数の突起部が３つの区分に区画されていること及び接合強度を高くする必要がある部分の突起部の面積を実施例１より大きくすることに特徴がある。各区分はそれぞれ異なる箇所を接合するように構成されている。
すなわち、図１０（ａ）〜図１０（ｃ）に表したボンディングツール３１には、被接合体と対向させる先端面３２が設けられている。この先端面３２には、複数の突起部３４が形成されている。いずれの突起部３４も対向する二側面が先端面３２に対して斜面３４ａであり、斜面と隣接する他の二側面が先端面３２に対して垂直面３４ｂである。そして、突起部３４の上面３５は、平坦になっている。
また、これら複数の突起部３４は、複数の区分（区分１ａ〜区分１ｃ）に区画されており、各区分の各々には複数の突起部３４が形成されている。区分１ａ及び区分１ｃにはそれぞれ２個の突起部３４が形成され、区分１ｂには１６個の突起部３４が形成されている。各区分内の突起部３４は、同じ大きさ形状を有している。区分の少なくとも１つは他の区分とは異なる大きさ形状を有している。この実施例では、区分１ａと区分１ｃの突起部は、同じ大きさ形状であるが、区分１ａもしくは区分１ｃの突起部と区分１ｂの突起部とは大きさ形状が互いに異なっている。これは、被接合体と接合される他の被接合体との材質が異なることによる。この区分に区画されている突起部の大きさ形状は、接合する被接合体の材料に影響される。
従来は、四角錘の上面を切り取った形状（四角錘台）の突起を複数配置したボンディングツールを超音波接合装置に使用していた。この場合、超音波振動による突起部の斜面の磨耗が著しく、超音波接合装置の寿命が極端に短かった。しかし、この実施例では、超音波振動による突起部の磨耗が著しい斜面を先端面に対して垂直若しくはそれに近い角度にすることにより、磨耗の進行を遅延することが可能となる。
また、区分１ａ及び区分１ｃの突起部の面積は、実施例１の区分１ａ及び区分１ｃの突起部の面積より大きいので接合強度をより強くする事ができる。
次に、この実施例の超音波接合装置を用いて半導体装置を製造する工程を説明する。
図２に関して前述したものと同様に、銅などを材料とするリードフレームはリード７及び チップ搭載部８を備えている。半導体チップ１０をチップ搭載部８に接着剤などを用いて固着する。リード７の先端は、半導体チップに対向するように配置されている。板状又は帯状のアルミニウムからなる接続ストラップ６は下降してきた超音波接合装置のボンディングツール３１に接触する。図３に関して前述したものと同様に、更に所定の位置まで超音波接合装置は下降し、接続ストラップ６はリード７及び半導体チップ１０の電極に接触して超音波振動及び荷重を印加する。その結果、図４に関して前述したように、半導体チップ１０と接続ストラップ６及びリード７と接続ストラップ６が同時に超音波接合される。
この超音波接合装置の超音波振動を伝えるボンディングツール３１を接続ストラップ６に接触させて、この接続ストラップ６と半導体チップ１０の電極及び接続ストラップ６とリード７とをそれぞれ接合する工程において、超音波振動を伝えるボンディングツール３１の突起部３４の垂直な垂直面３４ｂは、ボンディングツール３１の振動方向Ｖと平行に配置する。
次に、接続ストラップ６がリード７と半導体チップ１０を接合し、さらに、後工程を行い、樹脂封止をし、リードフレームを成形して半導体装置を形成する。
この時、ボンディングツールの超音波振動による磨耗を低減でき、超音波接合装置の寿命を延長することが可能となった。そして、この超音波接合装置を用いて、半導体チップ１０及びリード７と接続ストラップ６を同時に接合した結果、超音波接合装置の寿命が約２倍になった。
次に、図１１を参照して実施例４を説明する。
図１１は、この実施例の半導体装置製造用超音波接合装置を用いて製造した半導体装置の斜視図である。
また、図１２は、樹脂封止体５０の上半分を除去した平面図である。
また、図１３は、図１１のＡ−Ａ’線断面図である。
この実施例では、超音波接合装置により製造される半導体装置のリードフレームの構造に特徴がある。即ち、対向するリード（複数形で）７のうちの一方がチップ搭載部４８と分離されておらず、連続的に繋がっている。この実施例で説明する半導体装置は、例えば、ＳＯＰ（Small Outline Package）−８パッケージのパワーＭＯＳＦＥＴ（Metal-Oxide SemiconductorField-Effect Transistor）であり、ドレイン端子４７ｄ及びソース端子４７ｓの一部、半導体チップ４０、接続ストラップ４４は、エポキシ樹脂などの樹脂封止体５０により樹脂封止されている。
また、図１２及び図１３に表すように、リードフレームは、ゲート端子（リード）４７ｇ、ソース端子４７ｓ、ドレイン端子４７ｄ及びチップ搭載部４８を備えている。ドレイン端子４７ｄとチップ搭載部４８はそれぞれ、複数のリードを有する。
シリコンなどの半導体チップ（ＭＯＳＦＥＴ）４０は、ドレイン端子４７ｄと連続的に繋がるチップ搭載部４８上に接合されている。半導体チップ４０の裏面には（図示しない）ドレイン電極が形成されており、チップ搭載部４８を介してドレイン端子４７ｄと電気的に接続されている。半導体チップ４０の主面にはソース電極４０ｓが形成されている。チップ搭載部４８に対向するようにソース端子４７ｓが設けられている。ソース端子４７ｓは、接続ストラップ４４によってソース電極４０ｓに電気的に接続されている。半導体チップ４０の主面には、ソース電極４０ｓと並んでゲート電極４０ｇが設けられている。ゲート電極４０ｇはワイア６０によってゲート端子４７ｇに電気的に接続されている。
この接続ストラップ４４及び半導体チップ４０と、接続ストラップ４４及びソース端子４７ｓと、の２箇所を接合する超音波接合装置の超音波振動を伝えるボンディングツールは、先端面が２つに分かれており、それぞれに区分された突起部が形成されている。このボンディングツールは、例えば、図１（ａ）〜図１（ｃ）に表したボンディングツール１において、区分１ａまたは区分１ｃを取り除いた構造を有する。このようなボンディングツールを用いて、接続ストラップ４４をソース電極４０ｓとソース端子４７ｓとに同時に接合することができる。このとき、超音波振動を伝えるボンディングツールに形成された突起部の垂直な側面は、ボンディングツールの振動方向Ｖと平行に配置する。
これにより、ソース端子４７ｓ及び半導体チップ４０のそれぞれに接続した接続ストラップ４４には、周期的に配列した複数のリセス部５１が形成される。
また、ソース電極４０ｓの材料と、ソース端子４７ｓの材料が異なる場合、接続ストラップ４４を接合するためのオプティマムな条件は互いに異なる。これに対して、本実施形態によれば、図１（ａ）〜図１（ｃ）に関して前述したように、ボンディングツールの先端に形成する突起の大きさ形状を変えることにより、ソース電極４０ｓとソース端子４７ｓに対して接続ストラップ４４を同時に接合することが可能となる。その結果として、接合工程のリードタイムを半減できる。
さらにまた、ソース端子４７ｓとドレイン端子４７ｄとは、同一面に配置されていなくてもよく、これらの主面に垂直方向に高さが異なるように配置してもよい。
図１４は、このようにして形成されたリセス部５１のひとつを表す斜視図である。
また、図１５は、リセス部５１の平面図であり、
図１６は、図１５のＡ−Ａ線断面図であり、
図１７は、図１５のＢ−Ｂ線断面図である。
リセス部５１は、ボンディングツールの先端面に形成された突起（例えば、図１（ａ）〜１（ｃ）に例示した突起部４）に対応した形状を有する。つまり、リセス部５１の対向する２側面５１ａ、５１ａは、接続ストラップ４４の主面に対して傾斜していて、他の対向する２側面５１ｂ、５１ｂは、接続ストラップ４４の主面に対して略垂直である。本発明者の実施した実験の結果によれば、良好な結果が得られる条件で接合を実施した場合に、リセス部５１の深さは、ボンディングツールの突起の高さの半分程度である場合が多かった。つまり、ボンディングツールの突起の高さが１００マイクロメータであれば、接続ストラップ４４に形成されるリセス部５１の深さは、概ね５０マイクロメータ程度である場合が多かった。ただし、本発明はこの範囲には限定されず、リセス部５１の深さについては、さらに幅広い範囲を包含する。また、リセス部５１の開口の形状や縦横の長さのバランス、開口サイズと深さとのバランス、側面５１ａの傾斜角度などについて適宜変更したものも本発明の範囲に包含される。
そして、本実施形態によれば、このような独特の形状を有するリセス５１を接続ストラップ４４に形成しつつ、接合することにより、接合強度を従来よりも高くすることができる。具体的には、四角錐台形状の突起を有するボンディングツールを用いた場合と比較して、接合部のシェアー破壊強度を３０パーセント以上高くすることが可能となる。
また、ソース電極４０ｓの上に形成されるリセス部５１と、ソース端子４７ｓの上に形成されるリセス部５１の大きさ形状を適宜変えることにより、これらいずれの接合も十分に高い強度で実現することができる。さらに、これら複数の接合を同時に実施できるので、接合工程のリードタイムが短縮し、半導体装置の製造コストを下げることもできる。
接続ストラップ４４と半導体チップ４０のソース電極４０ｓ及び接続ストラップ４４とソース端子４７ｓとをそれぞれ接合する際に形成されるリセス部５１のパターンは、図１２に表したものに限定されない。
例えば、図１８に例示したように、ソース端子４７ｓの上においては、リセス部５１を１つにまとめることもできる。このように複数の区分において、少なくとも１つの突起部５１が形成されてもよい。
また、例えば、図１９に表したように、ソース電極４０ｓの上と、ソース端子４７ｓの上で、同じ大きさ形状を有するリセス部５１を設けてもよい。
また例えば、図２０に表したように、リセス部５１の方向は、その垂直な２側面が、ソース電極４０ｓとソース端子４７ｓとを結ぶ方向に対して略垂直となるように配置してもよい。この場合、ボンディングツール（図示せず）に印加する超音波の振動方向は、図２０に表した矢印Ｖの方向となる。
一方、図２１に表したように、３本のソース端子４７ｓのそれぞれに接続ストラップ４４を接続するような半導体装置も本発明の範囲に包含される。このような構造においても本実施例によれば、同様の効果が得られる。
以上、具体例を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明した。しかし、本発明はこれらの具体例に限定されるものではない。
例えば、本発明の超音波接合装置の突起部の形状やサイズ、突起部の配列パターン、接続荷重、接続ストラップ材質などについては、当業者が適宜変更を加えたものであっても、本発明の要旨を包含する限りにおいて本発明の範囲に包含される。
また、本発明において用いる半導体装置のソース端子とドレイン端子とは、同一面に配置されていなくてもよく、これらの主面に垂直方向に高さが異なるように配置させることができる。すなわち、ソース端子とドレイン端子とを接続する各種の半導体装置は、本発明の要旨を包含するに限りにおいて本発明の範囲に包含される。
また、本発明において用いる半導体チップは、ＭＯＳＦＥＴに限定されるものではなく、その他、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）や、サイリスタ、ダイオードをはじめとして、各種の半導体チップを挙げることができる。すなわち、半導体チップと接続ストラップとを接続する各種の半導体装置は本発明の範囲に包含される。
本実施形態の半導体装置製造用超音波接合装置の超音波振動を伝える先端部（ボンディングツール）の概略図であり、図１（ｂ）及び図１（ｃ）はその概略部分断面図であり、図１（ａ）はその先端部の被接合体に対向させる先端面の概略平面図である。 接続ストラップ６及びこの接続ストラップ６を近接配置した半導体チップ１０及びリード７からなる半導体装置の概略組立断面図である。 リードフレーム上及び半導体チップ１０上に載置した接続ストラップ６に図１の先端部を当接させた状態の断面図である。 接続ストラップ６をリードフレームのリード７と半導体チップ１０に接合した状態の断面図である。 本実施形態の半導体装置製造用超音波接合装置の超音波振動を伝える先端部（ボンディングツール）概略図である。すなわち、図５（ｂ）及び図５（ｃ）は、ボンディングツールの概略部分断面図であり、図５（ａ）は、このボンディングツールの被接合体に対向させる先端面の概略平面図である。 本実施形態のボンディングツールを用いた場合の半導体装置の製造工程を表す工程断面図である(その１)。 本実施形態のボンディングツールを用いた場合の半導体装置の製造工程を表す工程断面図である(その２)。 本実施形態のボンディングツールを用いた場合の半導体装置の製造工程を表す工程断面図である(その３)。 本実施形態のボンディングツールを用いた場合の半導体装置の製造工程を表す工程断面図である(その４)。 この実施例の半導体装置製造用超音波接合装置の超音波振動を伝える先端部（ボンディングツール）の概略図である。すなわち、図１０（ｂ）および図１０（ｂ）は概略部分断面図であり、図１０（ａ）は、このボンディングツールの被接合体に対向させる先端面の概略平面図である。 この実施例の半導体装置製造用超音波接合装置を用いて製造した半導体装置の斜視図である。 この実施例の樹脂封止体５０の上半分を除去した平面図である。 図１１のＡ−Ａ’線断面図である。 本実施形態の半導体装置製造用超音波接合装置の超音波振動を伝える先端部（ボンディングツール）により形成されたリセス部５１を例示する斜視図である。 図１４のリセス部５１を表す平面図である。 図１５のＡ−Ａ線断面図である。 図１５のＢ−Ｂ線断面図である。 本実施形態の先端部（ボンディングツール）の被接合体に対向させる先端面を例示する概略平面図である。 本実施形態の先端部（ボンディングツール）の被接合体に対向させる先端面を例示する概略平面図である。 本実施形態の先端部（ボンディングツール）の被接合体に対向させる先端面を例示する概略平面図である。 本実施形態の先端部（ボンディングツール）の被接合体に対向させる先端面を例示する概略平面図である。
符号の説明
１ ボンディングツール、１ａ 、１ｂ、１ｃ 区分、２、２ａ、２ｂ、２ｃ 先端面、３ 溝、４ 突起部、４ａ 斜面、４ｂ 垂直面、５ 上面、６ 接続ストラップ、７ リード、８ チップ搭載部、２１ ボンディングツール、２２ 先端面、２４ 突起部、２４ａ 斜面、２４ｂ 垂直面、２５ 上面、３１ ボンディングツール、３２ 先端面、３４ 突起部、３４ａ 斜面、３４ｂ 垂直面、３５ 上面、４０ 半導体チップ、４０g ゲート電極、４０ｓ ソース電極、４４ 接続ストラップ、４７ｄ ドレイン端子、４７ｇ ゲート端子、４７ｓ ソース端子、４８ チップ搭載部、５０ 樹脂封止体、５１ リセス部、５１ 突起部、５１ａ 側面、５１ｂ 側面、６０ ワイア、Ｖ 振動方向

Claims (5)

  1. 被接合体と対向する先端面を有し、前記先端面に超音波振動を伝える先端部を備え、
    前記先端面には複数の突起部が形成され、前記突起部の各々は、対向する二側面が前記先端面に対して傾斜し、これら二側面に隣接する他の二側面が前記先端面に対して略垂直であることを特徴とする半導体装置製造用超音波接合装置。
  2. 前記略垂直である前記二側面は、前記超音波振動の振動方向に対して略平行に設けられていることを特徴とする請求項１記載の半導体装置製造用超音波接合装置。
  3. 半導体チップと、
    リードと、
    前記半導体チップと前記リードとを電気的に接続する接続ストラップと、
    を備え、
    前記半導体チップと前記接続ストラップとの接合部と、前記リードと前記接続ストラップとの接合部と、の少なくともいずれかにおいて、前記接続ストラップの上面には、リ セス部が形成され、
    前記リセス部の対向する二側面は前記接続ストラップの上面に対して傾斜し、これら二側面に隣接する他の二側面は、前記接続ストラップの前記上面に対して略垂直であるこ とを特徴とする半導体装置。
  4. 前記半導体チップと前記接続ストラップとの接合部において前記接続ストラップの上面に形成された前記リセス部のサイズと、前記リードと前記接続ストラップとの接合部において前記接続ストラップの上面に形成された前記リセス部のサイズと、が異なることを特徴とする請求項３記載の半導体装置。
  5. 半導体チップの電極及びリードの少なくともいずれかの上に接続ストラップを配置し、先端部の先端面を前記接続ストラップの上面に接触させて荷重と超音波振動とを印加することにより、前記半導体チップの電極及び前記リードの少なくともいずれかと前記接続ストラップとを接合する工程を備え、
    前記先端面には複数の突起部が形成され、前記突起部の各々は、対向する二側面が前記先端面に対して傾斜し、これら二側面に隣接する他の二側面が前記先端面に対して略垂直であり、
    前記超音波振動の振動方向は、前記他の二側面と略平行であることを特徴とする半導体装置の製造方法。
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