JP2010171091A - ボンディング構造 - Google Patents
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Abstract
【課題】接合部の劣化を緩和し、冷熱サイクルに対して十分な寿命を実現することが可能なボンディング構造を提供することを課題とする。
【解決手段】ボンディングリボン10を、ボンディングリボン10と線膨張係数の異なる材質からなる半導体チップ20に接合することにより得られるボンディング構造1であって、ボンディングリボン10と半導体チップ20との接合部15の接合界面40に、接合界面40をその長手方向に向けて複数に分割する未接合部45を有する。
【選択図】図3
【解決手段】ボンディングリボン10を、ボンディングリボン10と線膨張係数の異なる材質からなる半導体チップ20に接合することにより得られるボンディング構造1であって、ボンディングリボン10と半導体チップ20との接合部15の接合界面40に、接合界面40をその長手方向に向けて複数に分割する未接合部45を有する。
【選択図】図3
Description
本発明は、ボンディング構造に関し、特に、ボンディングリボンを被接合面に接合する技術に関する。
従来、パワーモジュール等の大容量の半導体モジュールを有する半導体装置では、基板と半導体モジュールとを電気的に接続する際に、大電流に耐え得るボンディングリボン、又は太線の(例えば、直径0.3mm以上の)ボンディングワイヤ等の断面積の大きい金属導線を用いて接続する技術が広く用いられている。
このような金属導線を接合する際は、超音波式のボンディングツールを用いて荷重と超音波振動とを付加することによって、金属導線表面及び被接合部材(半導体モジュール又は基板)表面の接合阻害物を除去しつつ接合する技術は公知となっている。
このような金属導線を接合する際は、超音波式のボンディングツールを用いて荷重と超音波振動とを付加することによって、金属導線表面及び被接合部材(半導体モジュール又は基板)表面の接合阻害物を除去しつつ接合する技術は公知となっている。
半導体装置使用時には、半導体モジュールの発熱により装置全体で加熱・冷却の冷熱サイクルが繰り返される。上記の半導体装置において、導線及び被接合部材の線膨張係数が異なる場合、例えばアルミニウム製のボンディングリボンと半導体モジュールを構成するシリコン製の半導体チップとを接合してなるボンディング構造を有する半導体装置では、前記冷熱サイクル中のボンディングリボンと基板との間に熱収縮量の差(熱ひずみ)が発生する。そして、この熱ひずみによって接合部端部から内部に向かって破断(クラック)が発生し、接合部の接合幅が徐々に縮小するという問題があった。また、このような冷熱サイクルに起因する接合幅の縮小は、半導体装置の装置寿命の短縮に繋がり、ひいては半導体装置の信頼性が低下するという問題がある。
上記のような問題を解消する手段として、特許文献1には、ボンディングワイヤの未接合部におけるボンディングワイヤとパッドとの接触角を大きくして、未接合部への応力集中を軽減することによって、未接合部先端から接合部内部へのクラックを防止する技術が開示されている。
しかしながら、特許文献1に開示される技術では、接合部における接合幅が広い方向での熱ひずみによる接合剥離が生じ易く、接合部の劣化を十分に緩和できない点で不利である。
しかしながら、特許文献1に開示される技術では、接合部における接合幅が広い方向での熱ひずみによる接合剥離が生じ易く、接合部の劣化を十分に緩和できない点で不利である。
本発明は、接合部の劣化を緩和し、冷熱サイクルに対して十分な寿命を実現することが可能なボンディング構造を提供することを課題とする。
請求項1に記載のボンディング構造は、金属導線を、該金属導線と線膨張係数の異なる材質からなる被接合部材に接合することにより得られるボンディング構造であって、前記金属導線と被接合部材との接合部の接合界面に、該接合界面をその長手方向に向けて複数に分割する未接合部を有する。
請求項2に記載のように、前記ボンディング構造において、前記未接合部は、前記金属導線と被接合部材との接合時に該金属導線と被接合部材との間に介在する接合阻害物質により形成されることが好ましい。
請求項3に記載のように、前記ボンディング構造において、前記接合阻害物質は、前記金属導線と被接合部材との接合前に、前記金属導線の幅方向中央部に、該金属導線の延出方向に沿って直線状に設けられ、前記未接合部は、前記接合界面の長手方向中央部に形成されることが好ましい。
請求項4に記載のボンディング構造は、金属導線を、該金属導線と線膨張係数の異なる材質からなる被接合部材に接合することにより得られるボンディング構造であって、前記金属導線と被接合部材との接合部における前記金属導線には、接合部の短手方向に沿って、前記接合部の接合側表面と反対側表面にスリットが形成される。
請求項5に記載のように、前記ボンディング構造において、前記スリットは、前記金属導線と被接合部材との接合時に、前記接合部の長手方向中央部に配置されることが好ましい。
本発明によれば、接合部の劣化を緩和し、冷熱サイクルに対して十分な寿命を実現することが可能なボンディング構造を提供できる。
以下では、図1〜図6を参照して、本発明に係るボンディング構造の第一実施形態であるボンディング構造1について説明する。ボンディング構造1は、ボンディングリボン10を半導体チップ20に接合(ボンディング)することによって得られる接合構造である。
図1に示すように、ボンディング構造1は、ボンディングリボン10、半導体チップ20等を含む。
ボンディングリボン10は、アルミニウム、銅、金等からなる導電性の金属線であり、幅広の扁平断面を有する接合部材である。また、ボンディングリボン10は、十分な断面積を有し、大容量の電流を導電可能に構成されている。
半導体チップ20は、例えばシリコンを主成分とし、パワーモジュールを構成する部材であり、表面にアルミニウム、銅等の導電性の金属からなる電極21を有する被接合部材である。電極21は、半導体チップ20の外部との電気的な接続に用いられる。また、半導体チップ20は、ボンディングリボン10により、半導体チップ20が実装される回路基板(不図示)等と電気的に接続され、この回路基板、半導体チップ20等を含む半導体装置(例えばインバータ)が構成される。
ボンディングリボン10は、アルミニウム、銅、金等からなる導電性の金属線であり、幅広の扁平断面を有する接合部材である。また、ボンディングリボン10は、十分な断面積を有し、大容量の電流を導電可能に構成されている。
半導体チップ20は、例えばシリコンを主成分とし、パワーモジュールを構成する部材であり、表面にアルミニウム、銅等の導電性の金属からなる電極21を有する被接合部材である。電極21は、半導体チップ20の外部との電気的な接続に用いられる。また、半導体チップ20は、ボンディングリボン10により、半導体チップ20が実装される回路基板(不図示)等と電気的に接続され、この回路基板、半導体チップ20等を含む半導体装置(例えばインバータ)が構成される。
ボンディングリボン10は、回転式のボビン11(図4参照)に巻回された状態でボンディングツール30の近傍に配置されており、ボビン11からガイド等を介して延出されて半導体チップ20の電極21との接合箇所に適宜供給される。
ボンディングツール30は、超音波式のツールであり、接合構造(本実施形態の場合、ボンディングリボン10と半導体チップ20との両方)に超音波振動と荷重とを付加することにより、これら接合構造の接合表面を浄化しつつ接合する。
ボンディング構造1は、ボンディングツール30を用いて、ボンディングリボン10と半導体チップ20の電極21とを圧着して接合することによって得られる構造体である。
ボンディングツール30は、超音波式のツールであり、接合構造(本実施形態の場合、ボンディングリボン10と半導体チップ20との両方)に超音波振動と荷重とを付加することにより、これら接合構造の接合表面を浄化しつつ接合する。
ボンディング構造1は、ボンディングツール30を用いて、ボンディングリボン10と半導体チップ20の電極21とを圧着して接合することによって得られる構造体である。
図2に示すように、ボンディングリボン10における、半導体チップ20との接合部15(つまり、ボンディングツール30により超音波振動及び荷重が付加される部位)は、ボンディングリボン10の幅方向を長手方向とし、ボンディングリボン10のボビン11からの延出方向を短手方向とする略長方形状に形成されている。また、接合部15において、ボンディングリボン10と電極21とが互いに接触する境界面である接合界面40は、平面視において接合部15と略同形状に形成されており、接合界面40の長手方向と接合部15の長手方向とが一致している。
なお、接合部15及び接合界面40の長手方向の一辺の長さは、短手方向の一辺の長さに比べて十分に長いものとする。また、接合部15及び接合界面40における接合状態は、所望の接合状態が実現されているものとし、既知のものとする。
なお、接合部15及び接合界面40の長手方向の一辺の長さは、短手方向の一辺の長さに比べて十分に長いものとする。また、接合部15及び接合界面40における接合状態は、所望の接合状態が実現されているものとし、既知のものとする。
図3に示すように、ボンディングリボン10の接合側表面の所定箇所には、接合阻害物質41がボンディングリボン10の延出方向に沿って設けられている。つまり、ボンディングリボン10には、ボビン11(図4参照)の巻回方向全域に亘って、接合阻害物質41が帯状に設けられている。接合阻害物質41は、例えばボンディングリボン10の幅方向略中央部に配置されている。
接合阻害物質41は、ボンディングリボン10と半導体チップ20の電極21との接合時に、ボンディングツール30による超音波振動及び荷重が付加されても、ボンディングリボン10の表面から剥離せずにボンディングリボン10と電極21との間の所定位置に介在する有機物又は酸化物等の物質からなり、例えば炭素成分を多く含む油性インクが挙げられる。
ボンディングリボン10の接合側表面に塗布等により設けられた接合阻害物質41により、ボンディングツール30を用いたボンディング時に、ボンディングリボン10と半導体チップ20の電極21との接合界面40の短手方向であるボンディングリボン10の延出方向に沿って未接合部45が形成される。この未接合部45は、接合界面40の短手方向一側端部から他側端部に亘って形成されている。つまり、接合界面40は、接合阻害物質41により形成される未接合部45によって長手方向に向けて複数に分断されている状態となる。
接合阻害物質41は、ボンディングリボン10と半導体チップ20の電極21との接合時に、ボンディングツール30による超音波振動及び荷重が付加されても、ボンディングリボン10の表面から剥離せずにボンディングリボン10と電極21との間の所定位置に介在する有機物又は酸化物等の物質からなり、例えば炭素成分を多く含む油性インクが挙げられる。
ボンディングリボン10の接合側表面に塗布等により設けられた接合阻害物質41により、ボンディングツール30を用いたボンディング時に、ボンディングリボン10と半導体チップ20の電極21との接合界面40の短手方向であるボンディングリボン10の延出方向に沿って未接合部45が形成される。この未接合部45は、接合界面40の短手方向一側端部から他側端部に亘って形成されている。つまり、接合界面40は、接合阻害物質41により形成される未接合部45によって長手方向に向けて複数に分断されている状態となる。
以上のように構成されるボンディング構造1では、ボンディングリボン10に大電流が断続的に流れるため、ボンディング構造1を含む半導体装置の使用時には大きな加熱・冷却が付加される冷熱サイクルが繰り返されることとなる。また、ボンディング構造1は、アルミニウム等の金属導線からなるボンディングリボン10を、線膨張係数が大きく異なる材質であるシリコンを主成分とする半導体チップ20に接合しているため、前記冷熱サイクル時には、ボンディングリボン10と半導体チップ20との間に熱ひずみが発生し易い。
しかしながら、ボンディング構造1において、ボンディングリボン10と半導体チップ20の電極21との接合部15の境界面である接合界面40に、接合界面40の長手方向に直交する方向に沿って未接合部45を形成することにより、接合界面40を長手方向に複数に分割し、接合幅を小さくすることができる。
これにより、ボンディング構造1に冷熱サイクル(より厳密には、ボンディング構造1を含む半導体装置の冷熱サイクル)が加えられた時の熱ひずみを低減できる。特に、接合幅が最大となる冷熱サイクルの初期における熱ひずみが大幅に緩和されるので、接合界面40の劣化速度を遅くでき、接合面積の縮小速度を遅くできる。従って、ボンディング構造1の冷熱サイクルに対する寿命を向上できる。
しかしながら、ボンディング構造1において、ボンディングリボン10と半導体チップ20の電極21との接合部15の境界面である接合界面40に、接合界面40の長手方向に直交する方向に沿って未接合部45を形成することにより、接合界面40を長手方向に複数に分割し、接合幅を小さくすることができる。
これにより、ボンディング構造1に冷熱サイクル(より厳密には、ボンディング構造1を含む半導体装置の冷熱サイクル)が加えられた時の熱ひずみを低減できる。特に、接合幅が最大となる冷熱サイクルの初期における熱ひずみが大幅に緩和されるので、接合界面40の劣化速度を遅くでき、接合面積の縮小速度を遅くできる。従って、ボンディング構造1の冷熱サイクルに対する寿命を向上できる。
接合阻害物質41のボンディングリボン10への塗布は、例えば図4に示すように、製造直後のボンディングリボン10を回転式のボビン11に巻回して巻き取る際に、ボンディングリボン10の表面一側(半導体チップ20への接合側)の幅方向の適宜箇所に接合阻害物質41を連続的に滴下(塗布)することによって実現可能である。このように、ボンディングツール30によるボンディング前に、ボンディングリボン10に接合阻害物質41を塗布しておくことによって、ボンディング時に接合阻害物質41を別途塗布する作業が不要となるので、簡単かつ確実に生産ラインに組み込むことが可能となる。
以上の第一実施形態に係るボンディング構造1では、接合阻害物質41を被接合部材の一側であるボンディングリボン10に設ける形態について説明したが、接合阻害物質41の設置形態はこれに限定されず、接合阻害物質41は半導体チップ20の電極21側に設ける構成としても良く、ボンディングツール30によるボンディング後に被接合部材の接合界面40を長手方向に向けて複数に分割可能であれば適用可能である。
例えば、接合阻害物質41を半導体チップ20の電極21に設ける構成としても良い。
この場合、半導体チップ20の電極21上への接合阻害物質41の形成は、電極21上に有機物や酸化物を塗布したり、電極21表面にエッチングなどで凹溝を形成したりすることで実現することができる。
また、図5に示すように、半導体チップ20を多層のプリント基板(回路基板)にて構成した場合には、半導体チップ20を製造する際に、半導体チップ20表面の電極21以外の部分をポリミド樹脂などにより被覆する被覆樹脂層22を電極21の一部に延出して被覆樹脂層22を接合阻害物質41として電極21に設ける、又は電極21と被覆樹脂層22との間に接合阻害物質41を介設する等により実現可能である。このように配置される接合阻害物質41によっても、接合界面40に未接合部45を設けることができる。
このように、ボンディング前に被接合部材である半導体チップ20の電極21に接合阻害物質41を塗布する等して形成しておくことによって、ボンディング時に接合阻害物質41を別途塗布する作業が不要となるので、簡単かつ確実に生産ラインに組み込むことが可能となる。
例えば、接合阻害物質41を半導体チップ20の電極21に設ける構成としても良い。
この場合、半導体チップ20の電極21上への接合阻害物質41の形成は、電極21上に有機物や酸化物を塗布したり、電極21表面にエッチングなどで凹溝を形成したりすることで実現することができる。
また、図5に示すように、半導体チップ20を多層のプリント基板(回路基板)にて構成した場合には、半導体チップ20を製造する際に、半導体チップ20表面の電極21以外の部分をポリミド樹脂などにより被覆する被覆樹脂層22を電極21の一部に延出して被覆樹脂層22を接合阻害物質41として電極21に設ける、又は電極21と被覆樹脂層22との間に接合阻害物質41を介設する等により実現可能である。このように配置される接合阻害物質41によっても、接合界面40に未接合部45を設けることができる。
このように、ボンディング前に被接合部材である半導体チップ20の電極21に接合阻害物質41を塗布する等して形成しておくことによって、ボンディング時に接合阻害物質41を別途塗布する作業が不要となるので、簡単かつ確実に生産ラインに組み込むことが可能となる。
また、図6に示すように、ボンディングツール30の先端面を凹形状に形成し、ボンディングツール30によるボンディング時に、ボンディングリボン10と半導体チップ20の電極21との接触面において超音波振動及び荷重が伝達し難い部位を設けることによって、接合界面40に未接合部45を形成する構成としても良い。
この場合、ボンディングツール30の先端面(ボンディングリボン10との接触面)に、接合部15(接合界面40)の長手方向に直交するように(言い換えれば、ボンディングツール30の短手方向に沿って)凹形状の溝35を形成することにより実現可能である。このように構成されるボンディングツール30を用いてボンディングすることによっても、接合界面40に未接合部45を設けることができる。
このように、被接合部材であるボンディングリボン10又は半導体チップ20の電極21に接合阻害物質41をボンディング前に塗布する必要がないため、より簡単に生産ラインに組み込むことが可能となる。
この場合、ボンディングツール30の先端面(ボンディングリボン10との接触面)に、接合部15(接合界面40)の長手方向に直交するように(言い換えれば、ボンディングツール30の短手方向に沿って)凹形状の溝35を形成することにより実現可能である。このように構成されるボンディングツール30を用いてボンディングすることによっても、接合界面40に未接合部45を設けることができる。
このように、被接合部材であるボンディングリボン10又は半導体チップ20の電極21に接合阻害物質41をボンディング前に塗布する必要がないため、より簡単に生産ラインに組み込むことが可能となる。
その他、図7(a)及び図7(b)に示すように、ボンディングリボン10の接合側表面に凹形状の溝19、又は電極21の表面に凹形状の溝29を設け、これらの溝19(又は溝29)によって接合界面40に未接合部45を形成する構成としても良い。
以下では、図8〜図10を参照して、本発明のボンディング構造の第二実施形態であるボンディング構造2について説明する。ボンディング構造2は、ボンディングリボン50を半導体チップ20の電極21に接合(ボンディング)することによって得られる接合構造である。
ボンディングリボン50は、アルミニウム、銅、金等の導電性の金属線であり、幅広の扁平断面を有する接合部材である。また、ボンディングリボン50は、十分な断面積を有し、大容量の電流を導電可能に構成されている。
ボンディングリボン50は、回転式のボビン(不図示)に巻回された状態でボンディングツール60の近傍に配置されており、前記ボビンからガイド等を介して延出されて半導体チップ20の電極21との接合箇所に適宜供給される。
ボンディングリボン50は、アルミニウム、銅、金等の導電性の金属線であり、幅広の扁平断面を有する接合部材である。また、ボンディングリボン50は、十分な断面積を有し、大容量の電流を導電可能に構成されている。
ボンディングリボン50は、回転式のボビン(不図示)に巻回された状態でボンディングツール60の近傍に配置されており、前記ボビンからガイド等を介して延出されて半導体チップ20の電極21との接合箇所に適宜供給される。
図8及び図9に示すように、ボンディング構造2は、ボンディングツール60を用いて、ボンディングリボン50を半導体チップ20の電極21に接合することによって得られる構造体である。ボンディングツール60は、超音波式のツールであり、接合構造(本実施形態の場合、ボンディングリボン50と半導体チップ20の両方)に超音波振動と荷重とを付加することにより、これら接合構造の接合表面を浄化しつつ接合するものである。
図10に示すように、ボンディングリボン50における、半導体チップ20の電極21との接合部55(つまり、ボンディングツール60により超音波振動及び荷重が付加される部位)は、ボンディングリボン50の幅方向を短手方向とし、ボンディングリボン50の延出方向を長手方向とする略長方形状に形成されている。また、ボンディングリボン50の幅は半導体チップ20の電極21の幅より小さく設定されており、接合部55は、ボンディングリボン50の幅方向両端部から所定の間隔を置いた状態で形成されている。
図9及び図10に示すように、ボンディングリボン50の接合部55の表面(より厳密には、接合部55の接合側表面の反対側表面)には、長手方向と直交する方向(ボンディングリボン50の幅方向)に向けてスリット56が形成されている。スリット56は、ボンディングリボン50の厚み方向に向けて設けられる切り欠きであり、接合部55の長手方向中途部に形成されている。
スリット56は、ボンディングリボン50の厚みが、スリット56が設けられていない部位の厚みに対して十分に薄くなる深さにまで形成されている。
このように、接合部55は、スリット56によって長手方向に向けて熱的に複数に分断されている状態、つまり、スリット56が形成されている部位では、ボンディングリボン50にかかる熱応力が非常に小さい状態となり、接合部55全体での熱応力の集中を緩和できる。
スリット56は、ボンディングリボン50の厚みが、スリット56が設けられていない部位の厚みに対して十分に薄くなる深さにまで形成されている。
このように、接合部55は、スリット56によって長手方向に向けて熱的に複数に分断されている状態、つまり、スリット56が形成されている部位では、ボンディングリボン50にかかる熱応力が非常に小さい状態となり、接合部55全体での熱応力の集中を緩和できる。
以上のように、ボンディング構造2において、ボンディングリボン50の接合部55に、接合部55の長手方向に直交する方向に向けたスリット56を設けることにより、ボンディングリボン50のスリット56が設けられた部位の厚みが薄くなるため、接合部55におけるスリット56側方の部位に発生する熱応力を分散させることができる。
これにより、ボンディング構造2に冷熱サイクル(より厳密には、ボンディング構造2を含む半導体装置の加熱・冷却の冷熱サイクル)が加えられた時の熱ひずみを低減できる。特に、接合幅が最大となる冷熱サイクルの初期における熱ひずみが大幅に緩和されるので、接合部55の接合界面の劣化速度を遅くでき、接合部55における接合面積の縮小速度を遅くできる。従って、ボンディング構造2の冷熱サイクルに対する寿命を向上できる。
これにより、ボンディング構造2に冷熱サイクル(より厳密には、ボンディング構造2を含む半導体装置の加熱・冷却の冷熱サイクル)が加えられた時の熱ひずみを低減できる。特に、接合幅が最大となる冷熱サイクルの初期における熱ひずみが大幅に緩和されるので、接合部55の接合界面の劣化速度を遅くでき、接合部55における接合面積の縮小速度を遅くできる。従って、ボンディング構造2の冷熱サイクルに対する寿命を向上できる。
ボンディングリボン50の接合部55へのスリット56の付与は、図8に示すように、ボンディングツール60の先端面(ボンディングリボン50との接触面)に、接合部55の長手方向と直交するように凸形状の突起部65を形成することにより実現可能である。このように、ボンディングツール60によるボンディング時に、ボンディングリボン50の接合部55にスリット56を形成することによって、ボンディング後にスリット56を別途形成する作業が不要となるので、簡単かつ確実に生産ラインに組み込むことが可能となる。
また、接合部55は、ボンディングリボン50の両端部から所定の間隔を空けて形成されているため、スリット56が形成された後も十分に電気的・物理的に接続された状態を維持できる構造である。
また、ボンディングリボン50の接合部55へのスリット56の付与は、ボンディング後にカッタ等で切り込みを入れること、又は予めボンディングリボン50に切れ込みを入れておくこと等によっても実現可能である。
また、接合部55は、ボンディングリボン50の両端部から所定の間隔を空けて形成されているため、スリット56が形成された後も十分に電気的・物理的に接続された状態を維持できる構造である。
また、ボンディングリボン50の接合部55へのスリット56の付与は、ボンディング後にカッタ等で切り込みを入れること、又は予めボンディングリボン50に切れ込みを入れておくこと等によっても実現可能である。
以下では、図11及び図12を参照して、第一実施形態に係るボンディング構造1において、接合界面40が接合阻害物質41によって長手方向に分割される際の分割数による熱ひずみの緩和の効果、及び接合界面40が接合阻害物質41によって二分割される際の分割割合による熱ひずみの緩和の効果について説明する。
図11は、所定のボンディング条件下で、接合部15の接合界面40を等間隔に分割した場合(分割なし、二分割、三分割)の冷熱サイクル試験結果を示すグラフであり、図12は、所定のボンディング条件下で、接合部15の接合界面40の分割位置を変更した場合(1:1、3:1、9:1)の冷熱サイクル試験結果を示すグラフである。
なお、ボンディング構造1におけるボンディング条件、つまりボンディングツール30の使用条件は、荷重:1500〜3000gf、超音波パワー:100〜400V、接合時間:50〜600msであり、ボンディング後の接合部15の長手方向の接合幅は1.1mmとする。図11及び図12において、横軸は冷熱サイクル数(回)、縦軸は接合幅(mm)を示しており、分割されている場合は合計の接合幅(mm)を示している。
図11は、所定のボンディング条件下で、接合部15の接合界面40を等間隔に分割した場合(分割なし、二分割、三分割)の冷熱サイクル試験結果を示すグラフであり、図12は、所定のボンディング条件下で、接合部15の接合界面40の分割位置を変更した場合(1:1、3:1、9:1)の冷熱サイクル試験結果を示すグラフである。
なお、ボンディング構造1におけるボンディング条件、つまりボンディングツール30の使用条件は、荷重:1500〜3000gf、超音波パワー:100〜400V、接合時間:50〜600msであり、ボンディング後の接合部15の長手方向の接合幅は1.1mmとする。図11及び図12において、横軸は冷熱サイクル数(回)、縦軸は接合幅(mm)を示しており、分割されている場合は合計の接合幅(mm)を示している。
図11に示すように、二分割及び三分割した場合は、分割なしの場合より、冷熱サイクルを繰り返した後の接合幅が大きく残っていることが分かる。これは、接合幅長手方向に分割することにより、接合部15に発生する熱ひずみを緩和できたためである。
また、二分割の場合より三分割の場合の方が、残存接合幅は大きくなっている。これは、接合幅長手方向により多く分割した場合の方が、残存接合幅が大きくなることを示している。なお、分割数を多くする場合は、ボンディング後の接合強度との調整等が適宜必要となる。
また、二分割の場合より三分割の場合の方が、残存接合幅は大きくなっている。これは、接合幅長手方向により多く分割した場合の方が、残存接合幅が大きくなることを示している。なお、分割数を多くする場合は、ボンディング後の接合強度との調整等が適宜必要となる。
このように、接合部15の接合界面40の分割数は、二分割でも従来の分割なしに比べて十分な効果が認められるが、所望の冷熱サイクル数及び所望の接合幅に応じて適宜分割数を決定しても良い。例えば、図11によれば、冷熱サイクルを4000回繰り返したときに、0.6mm以上の残存接合幅が必要な場合は、三分割を選択することで達成可能である。
図12に示すように、1:1、3:1、9:1に分割した場合は、分割なしの場合より、熱サイクルを繰り返した後の接合幅が大きく残っていることが分かる。これは、接合幅長手方向に分割することにより、接合部15に発生する熱ひずみを緩和できたためである。
また、分割割合は、9:1より3:1の方が残存接合幅は大きくなっており、3:1より1:1の方が残存接合幅は大きくなっている。これは、分割後の長手方向接合幅をより小さくした場合の方が、残存接合幅が大きくなることを示している。つまり、分割割合の最良の形態としては、1:1の等間隔に分割することであり、接合部15の接合界面40を1:1に分割することが好ましい。
また、分割割合は、9:1より3:1の方が残存接合幅は大きくなっており、3:1より1:1の方が残存接合幅は大きくなっている。これは、分割後の長手方向接合幅をより小さくした場合の方が、残存接合幅が大きくなることを示している。つまり、分割割合の最良の形態としては、1:1の等間隔に分割することであり、接合部15の接合界面40を1:1に分割することが好ましい。
このように、接合部15の接合界面40の分割割合は、従来の分割なしに比べて9:1でも十分な効果が認められるが、所望の冷熱サイクル数及び所望の接合幅に応じて適宜分割数を決定しても良い。例えば、図12によれば、冷熱サイクルを4000回繰り返したときに、0.4mm以上の残存接合幅が必要な場合は、1:1又は3:1を選択することで達成可能である。
なお、本発明に係る金属導線の一実施形態として、幅広の扁平断面を有するボンディングリボン10・50を採用しているが、これに限定されず、接合幅が大きく、その接合幅一方向が長手方向となるものであれば良い。例えば、円形断面を有する太径(直径0.3mm以上)のボンディングワイヤ等でも適用可能である。
また、本発明に係る被接合部材の一実施形態として、半導体チップ20を採用しているが、これに限定されず、上記金属導線と接合される部材であって、その接合面の接合幅が大きく、その接合幅の一方向が長手方向となり、上記金属導線と線膨張係数が異なる部材であれば良い。例えば、半導体チップが実装される回路基板や、前記回路基板が収容される半導体装置のハウジングに設けられた外部端子等でも適用可能である。
また、本発明に係る被接合部材の一実施形態として、半導体チップ20を採用しているが、これに限定されず、上記金属導線と接合される部材であって、その接合面の接合幅が大きく、その接合幅の一方向が長手方向となり、上記金属導線と線膨張係数が異なる部材であれば良い。例えば、半導体チップが実装される回路基板や、前記回路基板が収容される半導体装置のハウジングに設けられた外部端子等でも適用可能である。
1、2 ボンディング構造
10、50 ボンディングリボン(金属導線)
15、55 接合部
20 半導体チップ(被接合部材)
30、60 ボンディングツール
40 接合界面
41 接合阻害物質
45 未接合部
56 スリット
10、50 ボンディングリボン(金属導線)
15、55 接合部
20 半導体チップ(被接合部材)
30、60 ボンディングツール
40 接合界面
41 接合阻害物質
45 未接合部
56 スリット
Claims (5)
- 金属導線を、該金属導線と線膨張係数の異なる材質からなる被接合部材に接合することにより得られるボンディング構造であって、
前記金属導線と被接合部材との接合部の接合界面に、該接合界面をその長手方向に向けて複数に分割する未接合部を有するボンディング構造。 - 前記未接合部は、前記金属導線と被接合部材との接合時に該金属導線と被接合部材との間に介在する接合阻害物質により形成される請求項1に記載のボンディング構造。
- 前記接合阻害物質は、前記金属導線と被接合部材との接合前に、前記金属導線の幅方向中央部に、該金属導線の延出方向に沿って直線状に設けられ、
前記未接合部は、前記接合界面の長手方向中央部に形成される請求項2に記載のボンディング構造。 - 金属導線を、該金属導線と線膨張係数の異なる材質からなる被接合部材に接合することにより得られるボンディング構造であって、
前記金属導線と被接合部材との接合部における前記金属導線には、接合部の短手方向に沿って、前記接合部の接合側表面と反対側表面にスリットが形成されるボンディング構造。 - 前記スリットは、前記金属導線と被接合部材との接合時に、前記接合部の長手方向中央部に配置される請求項4に記載のボンディング構造。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2009010432A JP2010171091A (ja) | 2009-01-20 | 2009-01-20 | ボンディング構造 |
Applications Claiming Priority (1)
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JP2009010432A JP2010171091A (ja) | 2009-01-20 | 2009-01-20 | ボンディング構造 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
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JP2010171091A true JP2010171091A (ja) | 2010-08-05 |
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ID=42702960
Family Applications (1)
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JP2009010432A Pending JP2010171091A (ja) | 2009-01-20 | 2009-01-20 | ボンディング構造 |
Country Status (1)
Country | Link |
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JP (1) | JP2010171091A (ja) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2012129467A (ja) * | 2010-12-17 | 2012-07-05 | Mitsubishi Electric Corp | 半導体装置の製造方法、超音波接合装置、及び半導体装置 |
KR101615217B1 (ko) * | 2015-06-16 | 2016-05-13 | 중앙대학교 산학협력단 | 태양전지 전면전극의 리본 부착 방법 |
US9847651B2 (en) | 2011-11-30 | 2017-12-19 | Koninklijke Philips N.V. | Power transmitter device for inductively providing power to a mobile device |
-
2009
- 2009-01-20 JP JP2009010432A patent/JP2010171091A/ja active Pending
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