JP6354744B2 - 銅線の接合方法 - Google Patents

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Description

本発明は銅線の接合方法に関し、ボールボンディングを用いた銅線の接合方法に関する。
銅（Ｃｕ）を主成分として含む芯線を、貴金属を主成分として含む被膜で覆った銅線がある。このような銅線は、例えば、特許文献１に開示されており、芯線の酸化を抑制し、ボンディング性の低下を抑制する。
特開昭６２−０９７３６０号公報
ところで、アルミニウム（Ａｌ）を主成分として含む電極に、このような銅線をボールボンディングを用いて接合させることがある。このような接合をさせた場合、ボールボンディングを行う際に、銅線を加熱して溶融させることによって、被膜が芯線と殆ど同時に溶融し、電極との接合面において芯線が露出してしまう。したがって、芯線が被膜に覆われなくなり、芯線と電極とが被膜を挟むことなく直接接合することがあった。これによって、芯線に含まれるＣｕ原子と、電極に含まれるＡｌ原子とが相互に拡散し、Ｃｕ−Ａｌ化合物層が芯線と電極との間に形成される。これによって、クラックがＣｕ−Ａｌ化合物層に進展し、銅線と電極との接合面積が減じ、電気抵抗値が上昇し、その結果、電極と銅線とが、剥がれることがあった。
本発明は、銅線と、Ａｌを主成分として含む電極との接合部の耐久性の低下を抑制する銅線の接合方法を提供する。
本発明に係る銅線の接合方法によれば、
３次元方向に移動可能であるキャピラリを用いて、
銅を主成分として含む芯線と、前記芯線を覆うとともに貴金属を主成分として含む被膜とを有する銅線を、アルミニウムを主成分として含む電極に接合する接合方法であって、
前記キャピラリは、前記銅線を保持しており、前記銅線を前記キャピラリの先端から繰り出すことができ、かつ、前記キャピラリ先端の前記銅線を加熱して溶融させることができ、
前記銅線を前記電極に押し付けながら前記キャピラリを前記電極の表面に沿って移動させることによって、前記電極と前記芯線との間に前記被膜が残存する擦り付け部を前記電極に形成する擦り付け部形成工程と、
前記擦り付け部形成工程の後において、前記キャピラリを前記擦り付け部から離間させた後、前記キャピラリ先端の銅線を溶融することによって、ボール部を形成するボール部形成工程と、
前記ボール部形成工程の後において、前記電極の前記表面に対して垂直な方向から前記電極の前記表面を視たとき、前記ボール部と前記擦り付け部との接合面が前記擦り付け部の外縁の内側に収まるように、前記ボール部を前記擦り付け部に押し付けて、前記ボール部と前記擦り付け部とを接合させるボール部接合工程と、
を含む。
このような構成によれば、被膜に覆われる芯線を電極に擦り付けて、擦り付け部を形成するため、電極と芯線との間には被膜が残存するので、電極と芯線とが直接接触しない。擦り付け部にボール部を接合させるため、芯線に含まれる銅原子と電極に含まれるアルミニウム原子との相互拡散を抑制ししつつ接合強度を確保できる。したがって、銅線と電極との間におけるＣｕ−Ａｌ化合物層の形成を抑制することができるため、銅線と、Ａｌを主成分として含む電極との接合部の耐久性の低下を抑制する。
ところで、キャピラリは、セラミック等から形成されており、電極等と比較して硬いことが多いため、擦り付け部と電極のみを接合する場合において、電極等を傷つけるおそれを有する。しかし、上記した構成によれば、キャピラリによってボール部を擦り付け部に押し付けて銅線と電極を接合することによって、擦り付け部と電極のみを接合する場合に比べて、キャピラリによって電極等を傷つけるおそれが少なく、銅線と電極を接合できる。
また、前記擦り付け部形成工程において、
前記銅線を前記電極に押し付けながら前記キャピラリを前記電極の前記表面に沿って特定方向に移動させた後、前記キャピラリを前記特定方向の反対方向に移動させることを特徴としてもよい。
このような構成によれば、銅線が電極に擦り付けられた状態にてキャピラリを特定方向に移動させた後にキャピラリを反対方向に移動させるため、ボール部が接合可能な平坦な擦り付け部を特定方向とは反対方向に拡大することができる。これによって、ボール部が接合されるのに必要な擦り付け部を形成するのに使用される銅線量を低減できる。
また、前記擦り付け部形成工程において、
前記擦り付け部における前記電極との接触面では、前記銅線の前記被膜が残存するよう、前記擦り付け部を形成することを特徴としてもよい。
このような構成によれば、擦り付け部における電極との接触面に、銅線の被膜が残存しているため、貴金属を主成分として含む被膜が、銅を主成分として含む芯線と、Ａｌを主成分として含む電極とをより確実に隔てるように、形成される。したがって、銅線と、Ａｌを主成分として含む電極との接合部の耐久性の低下をより確実に抑制する。
本発明に係る銅線の接合方法は、接合部の耐久性の低下を抑制することができる。
実施の形態１に係る銅線の接合方法を示すフローチャートである。 実施の形態１に係る銅線の接合方法の一工程を示す模式図である。 実施の形態１に係る銅線の接合方法の一工程を示す模式図である。 実施の形態１に係る銅線の接合方法の一工程を示す模式図である。 実施の形態１に係る銅線の接合方法の一工程を示す模式図である。 実施の形態１に係る銅線の接合方法の一工程を示す模式図である。 実施の形態１に係る銅線の接合方法の一工程を示す模式図である。 実施の形態１に係る銅線の接合方法の一工程を示す模式図である。 実施の形態１に係る銅線の接合方法の一工程を示す模式図である。 実施の形態１に係る銅線の接合方法の一工程を示す模式図である。 実施の形態１に係る銅線の接合方法の一工程を示す模式図である。 実施の形態１に係る銅線の接合方法の一工程を示す模式図である。 実施の形態１に係る銅線の接合方法の一工程を示す模式図である。 実施の形態１に係る銅線の接合方法の一工程の詳細を示す模式図である。 実施の形態１に係る銅線の接合方法の一工程の詳細を示す模式図である。 実施の形態１に係る銅線の接合方法の一工程の詳細を示す模式図である。 実施の形態１に係る銅線の接合方法の一工程の詳細を示す模式図である。 実施の形態１に係る銅線の接合方法を用いて形成される接合構造の一例を示す側面図である。 実施の形態１に係る銅線の接合方法を用いて形成される接合構造の一例を示す上面図である。 実施の形態１に係る銅線の接合方法を用いて形成される接合構造の一例を示す断面図である。 実施の形態１に係る銅線の接合方法を用いて形成される接合構造の他の一例を示す上面図である。 実施の形態１に係る銅線の接合方法を用いて形成される接合構造の他の一例を有する半導体装置を示す上面図である。 実施の形態１に係る銅線の接合方法の一工程の詳細の別の一例を示す模式図である。
実施の形態１
図１〜図３Ｄを参照して実施の形態１に係る銅線の接合方法について説明する。図１は、実施の形態１に係る銅線の接合方法を示すフローチャートである。図２Ａ〜図２Ｌは、実施の形態１に係る銅線の接合方法の一工程を示す模式図である。図３Ａ〜図３Ｄは、実施の形態１に係る銅線の接合方法の一工程の詳細を示す模式図である。なお、添付した全図面（図１〜図８）では、適宜、右手系ｘｙｚ三次元座標が規定されている。
本接合方法は、銅線を用いて、素子側電極Ｄ１とリードフレーム側電極Ｌ１とを接続する。素子側電極Ｄ１は、アルミニウム（Ａｌ）を主成分として含む。
図２Ｂ〜図２Ｃに示すように、予備ボンド部１１を素子側電極Ｄ１の予備接合領域Ｄ１１に形成する（予備接合工程Ｓ１）。
具体的には、まず、図２Ａに示すように、キャピラリＣ１の先端からワイヤ１１０を引き出す。この引き出されたワイヤ１１０はテール１１０と称してもよい。
ワイヤ１１０は、銅線であり、具体的には、銅（Ｃｕ）を主成分として含む芯線１１０ａと、芯線１１０ａを覆う被膜１１０ｂとを含む。被膜１１０ｂは、Ｃｕ原子とＡｌ原子とが相互に拡散することを抑制する材料からなる。このような材料として、貴金属や、貴金属を主成分として含む材料が挙げられる。また、このような貴金属として、パラジウム（Ｐｄ）、金（Ａｕ）、白金（Ｐｔ）、ルテニウム（Ｒｕ）、銀（Ａｇ）等が挙げられる。芯線１１０ａ及び被膜１１０ｂは、必要に応じて添加元素を含んでもよいし、不可避的不純物を含んでもよい。キャピラリＣ１は、３次元方向に移動可能に保持されている。キャピラリＣ１は、セラミック等から形成されているため、電極等と比較して、硬いことが多い。具体的には、キャピラリＣ１は、管状部と、この管状部の末端近傍に配置されるクランプ部（図示略）とを有する。キャピラリＣ１は、ワイヤ１１０を管状部に挿し通すとともにクランプ部に把持させることによって保持している。キャピラリＣ１は、例えば、クランプ部による把持したまま、ワイヤ１１０を管状部先端に向かって押出すことによって、ワイヤ１１０をその先端から順次繰り出すことができる。また、キャピラリＣ１は、例えば、トーチ電極と併せて用いて、トーチ電極から放電させることで、キャピラリＣ１先端のワイヤ１１０、具体的には、キャピラリＣ１の先端近傍に位置するワイヤ１１０の部位を加熱して溶融させることができる。キャピラリＣ１は、例えば、超音波トランスデューサを有してもよく、この超音波トランスデューサによる超音波振動をワイヤ１１０に伝えて、ワイヤ１１０を超音波振動させることができる。所定のボールボンディング装置（図示略）を用いて、キャピラリＣ１の移動やワイヤ１１０等の繰り出しを行なってもよい。
続いて、図２Ａ及び図２Ｂに示すように、少なくともテール１１０の周辺を還元ガスで満たした状態で、トーチ電極（図示略）を用いて放電し、テール１１０を溶融させる。これによって、テール１１０の形状が線状から球状に変形し、ＦＡＢ（Free Air Ball）１１１が形成される。
続いて、図２Ｂ及び図２Ｃに示すように、キャピラリＣ１を素子側電極Ｄ１に接近させて、ＦＡＢ１１１を素子側電極Ｄ１の予備接合領域Ｄ１１に押し付けることによって、超音波、熱、又は、圧力を適宜用いて接合させ、予備ボンド部１１を形成する。なお、予備ボンド部１１を形成することによって、次の擦り付け部形成工程Ｓ２では、擦り付け部１２ｃを容易に形成することができる。すなわち、本工程は、次の擦り付け部形成工程Ｓ２のために、予備ボンド１１を素子側電極Ｄ１に予備的に接合する。
図２Ｄ〜図２Ｆ、図３Ａ〜図３Ｃに示すように、擦り付け部１２ｃを素子側電極Ｄ１の擦り付け部支持領域Ｄ１２に形成する（擦り付け部形成工程Ｓ２）。ここで、擦り付け部支持領域Ｄ１２は、素子側電極Ｄ１において、予備接合領域Ｄ１１から所定の距離を空けた位置にある。
具体的には、まず、図２Ｄに示すように、キャピラリＣ１を予備ボンド部１１から、素子側電極Ｄ１から離れる方向（ここでは、Ｚ方向プラス側）に移動、つまり、離間させつつ、ワイヤ１２０を繰り出す。なお、ワイヤ１２０は、ワイヤ１１０と連続する一本のワイヤを用いて構成されるとよく、後述するワイヤ１３０、１４０についても同様である。典型的には、ワイヤ１２０は、ワイヤ１１０（図２Ａ参照）と同一の連続した１本のワイヤであり、説明の便宜上、異なる符号を付けたものである。ワイヤ１２０は、ワイヤ１１０と同じ構成を有する。すなわち、ワイヤ１２０は、芯線１２０ａと、芯線１２０ａを覆う被膜１２０ｂとを含む。芯線１２０ａと被膜１２０ｂとは、それぞれ芯線１１０ａと被膜１１０ｂと同じ構成を有する。なお、後述するワイヤ１３０、１４０も、ワイヤ１２０と同様に、同一の連続した１本のワイヤであり、説明の便宜上、異なる符号を付けたものである。
図２Ｄ、図３Ａ及び図３Ｂに示すように、引き続きワイヤ１２０をキャピラリＣ１から繰り出しつつ、キャピラリＣ１を素子側電極Ｄ１に接近させることによって、ワイヤ１２０を素子側電極Ｄ１の擦り付け部支持領域Ｄ１２に押し付ける。なお、図３Ａ〜図３Ｄでは、見易さのため、キャピラリＣ１のハッチングを省略している。さらに、ワイヤ１２０を素子側電極Ｄ１の擦り付け部支持領域Ｄ１２に押し付けながらキャピラリＣ１を擦り付け部支持領域Ｄ１２の表面に特定の方向（ここでは、Ｘ軸プラス側）に沿って移動させる。これによって、ワイヤ１２０、特にワイヤ１２０のキャピラリＣ１側における一部位及びその近傍を素子側電極Ｄ１の擦り付け部支持領域Ｄ１２に擦り付けて、接合させる。したがって、予備ボンド部１１から素子側電極Ｄ１の擦り付け部支持領域Ｄ１２に延びつつ、素子側電極Ｄ１から離れる方向に張り出る第１のワイヤ１２が形成されることになる。なお、第１のワイヤ１２は、芯線１２ａと、芯線１２ａを覆う被膜１２ｂとを含む。芯線１２ａと被膜１２ｂとは、それぞれ芯線１２０ａと被膜１２０ｂとに相当する。また、必要に応じて、ワイヤ１２０を曲げるために、キャピラリＣ１を所定の軌跡で移動させてもよい。
続いて、図２Ｅ及び図２Ｆに示すように、ワイヤ１２０を繰り出しつつ予備ボンド部１１側に戻り（ステップバック工程Ｓ２１）、擦り付け部１２ｃを擦り付け部支持領域Ｄ１２に形成してもよい。詳細には、図３Ｃに示すように、キャピラリＣ１を素子側電極Ｄ１の擦り付け部支持領域Ｄ１２から上方（ここでは、Ｚ軸プラス側）に移動させる。その後、キャピラリＣ１を素子側電極Ｄ１の予備接合領域Ｄ１１側に向けて移動させる。言い換えると、キャピラリＣ１を上記した特定の方向（ここでは、Ｘ軸プラス側（図２Ｄ、図３Ａ及び図３Ｂ参照）と反対の方向（ここでは、Ｘ軸マイナス側）に移動させる。ここで、ボールボンド部１３が接合可能な平坦な擦り付け部１２ｃを特定の方向とは反対の方向に拡大することができる。これによって、ボールボンド１３部が接合されるのに必要な擦り付け部１２ｃを形成するのに使用されるワイヤ１２０の量を低減できる。さらに、ワイヤ１２０を擦り付け部支持領域Ｄ１２の中央近傍に押し付けて、ワイヤ１２０を接合させる。キャピラリＣ１の移動量は、キャピラリＣ１の先端部の直径の４０％〜６０％の範囲内であると好ましい。これらのキャピラリＣ１の移動の際において、繰り出されたワイヤ１２０はキャピラリＣ１から引きちぎれることなく、連続したままであると好ましい。
これらによって、擦り付け部１２ｃが擦り付け部支持領域Ｄ１２上に形成される。擦り付け部１２ｃは、ワイヤ１２０の断面よりも大きな面積を有する盤状体である。擦り付け部１２ｃは、例えば、直径βの円形板体であり、素子側電極Ｄ１、具体的には、擦り付け部支持領域Ｄ１２の表面を正面から（ここでは、Ｚ軸プラス側から）見ると、例えば、円形状である。擦り付け部１２ｃは、後述するボールボンド部１３（ボール部とも称する、図３Ｄ参照）を支持しやすい形状を有するとよく、例えば、中央近傍が素子側電極Ｄ１側に凹む形状を有するとよい。上記したステップバック工程Ｓ２１を実施することで、擦り付け部１２ｃは、中央近傍が素子側電極Ｄ１側に凹む形状を有し、ボールボンド部１３を支持しやすい。また、被膜１２ｂが擦り付け部１２ｃ内部に、擦り付け部支持領域Ｄ１２と芯線１２ａ、１２０ａとの間に残存しているとよい。また、被膜１２ｂが擦り付け部１２ｃにおける素子側電極Ｄ１との接触面に残存することによって、擦り付け部１２ｃが、素子側電極Ｄ１と、擦り付け部１２ｃに残存する芯線１２ａとをより確実に隔てる。また、擦り付け部１２ｃが、ボールボンド部１３と、素子側電極Ｄ１と、をより確実に隔てる。
図２Ｇ〜図２Ｉ、図３Ｄに示すように、予備接合工程Ｓ１と同様にして、ボールボンド部１３を形成する（ボール部形成工程Ｓ３）。ボールボンド部１３は、ボール部１３と称してもよい。
具体的には、まず、図２Ｇに示すように、キャピラリＣ１を擦り付け部１２ｃから離れるように上方（ここでは、Ｚ軸プラス側）に移動させて、キャピラリＣ１の先端からワイヤ１３０を引き出す。このキャピラリＣ１の先端から引き出されたワイヤ１３０はテール１３０と称してもよい。
なお、ワイヤ１３０は、ワイヤ１１０（図２Ａ参照）と同じ構成を有する。すなわち、図３Ｄに示すように、ワイヤ１３０は、芯線１３０ａと、芯線１３０ａを覆う被膜１３０ｂとを含む。芯線１３０ａと被膜１３０ｂとは、それぞれ芯線１１０ａと被膜１１０ｂと同じ構成を有する。
続いて、図２Ｇ及び図２Ｈに示すように、少なくともワイヤ１３０の周辺を還元ガスで満たした状態で、トーチ電極（図示略）を用いて放電し、ワイヤ１３０を溶融させる。これによって、テール１３０の形状が線状から球状に変形し、ＦＡＢ１３１が形成される。
続いて、図２Ｉ及び図３Ｄに示すように、キャピラリＣ１を素子側電極Ｄ１に接近させて、ＦＡＢ１３１を擦り付け部１２ｃに押し付け、超音波、熱、又は、圧力を用いて擦り付け部１２ｃに接合し、ボールボンド部１３を形成する（ボール部接合工程Ｓ４）。ここで、素子側電極Ｄ１の表面に対して垂直な方向（ここでは、Ｚ軸プラス側）から素子側電極Ｄ１の表面を視ると、ボールボンド部１３と擦り付け部１２ｃとの接合面が、擦り付け部１２ｃの外縁の内側に収まるように、ボールボンド部１３が、擦り付け部１２ｃと接合している。
具体的には、素子側電極Ｄ１の表面に対して垂直な方向（ここでは、Ｚ軸プラス側）から素子側電極Ｄ１の表面を視ると、ＦＡＢ１３１が擦り付け部１２ｃの外縁の内側に収まるように、ＦＡＢ１３１を擦り付け部１２ｃに押し付けてもよい。ボールボンド部１３と擦り付け部１２ｃとの接合面は、例えば、直径αを有する円形状である、又は、この円形状を含む形状である。ボールボンド部１３と擦り付け部１２ｃとの接合面の直径αと、擦り付け部１２ｃの直径βとは、以下の関係式１を満たすとよい。
β＞α …（関係式１）
なお、図３Ｄに示す擦り付け部１２ｃの直径βは、ボールボンド部１３の直径γよりも大きいが、図９に示すように、擦り付け部１２ｃの直径βが、ボールボンド部１３の直径γと比較して小さくてもよい。なお、図９では、見易さのため、キャピラリＣ１のハッチングを省略している。
続いて、図２Ｊ〜図２Ｌに示すように、第２のワイヤ１４を形成する（ワイヤ形成工程Ｓ５）。第２のワイヤ１４は、ボールボンド部１３からリードフレーム側電極Ｌ１にブリッジ状に延び、ボールボンド部１３とリードフレーム側電極Ｌ１とを電気的に接続する。第２のワイヤ１４は、リードフレーム側電極Ｌ１と直接接続するステッチボンド１４ｃを含む。
具体的には、図２Ｊに示すように、キャピラリＣ１をボールボンド部１３から、素子側電極Ｄ１から離れる方向（例えば、Ｚ軸プラス側）に移動させつつ、ワイヤ１４０をキャピラリＣ１から繰り出す。なお、ワイヤ１４０は、ワイヤ１１０（図１参照）と同一の連続したワイヤであり、ワイヤ１１０（図１参照）と同じ構成を有する。ワイヤ１４０は、芯線１４０ａと、芯線１４０ａを覆う被膜１４０ｂとを含む。芯線１４０ａと被膜１４０ｂとは、それぞれ芯線１１０ａと被膜１１０ｂと同じ構成を有する。
続いて、図２Ｋに示すように、引き続きワイヤ１４０をキャピラリＣ１から繰り出しつつキャピラリＣ１をリードフレーム側電極Ｌ１に移動させる。さらに、キャピラリＣ１をリードフレーム側電極Ｌ１に接近させることによって、ワイヤ１４０をリードフレーム側電極Ｌ１に押し付ける。これによって、第２のワイヤ１４のキャピラリＣ１側の端部とリードフレーム側電極Ｌ１とを接合させて、ステッチボンド１４ｃを形成する。続いて、図２Ｌに示すように、キャピラリＣ１を第２のワイヤ１４から離れさせて、ステッチボンド１４ｃと、キャピラリＣ１から繰り出されるワイヤ１４０とを切断させる。
以上より、ワイヤ１１０、１２０、１３０、１４０、つまり、銅線を素子側電極Ｄ１とリードフレーム側電極Ｌ１とに接合させることができる。これによって、図４に示すような接合構造１０を製造することができる。被膜１２ｂに覆われる芯線１２ａを素子側電極Ｄ１に擦り付けて、擦り付け部１２ｃを形成するため、電極Ｄ１と芯線１２ａとの間には被膜１２ｂが残存するので、電極Ｄ１と芯線１２ａとが直接接触しない。擦り付け部１２ｃにボールボンド部１３を接合させるため、芯線１２ａに含まれる銅原子と電極Ｄ１に含まれるアルミニウム原子との相互拡散を抑制ししつつ接合強度を確保できる。
ところで、キャピラリＣ１は、セラミック等から形成されており、電極Ｄ１等と比較して硬いことが多いため、擦り付け部１２ｃと電極Ｄ１のみを接合する場合において、電極Ｄ１等を傷つけるおそれを有する。しかし、上記した構成によれば、キャピラリＣ１によってボールボンド部１３を擦り付け部１２ｃに押し付けてワイヤ１２０と電極Ｄ１を接合することによって、擦り付け部１２ｃと電極Ｄ１のみを接合する場合に比べて、キャピラリＣ１によって電極Ｄ１等を傷つけるおそれが少なく、ワイヤ１２０と電極Ｄ１を接合できる。
（接合構造の一例）
次に、図４〜図６を参照して、上記した実施の形態１に係る銅線の接合方法を用いて形成される接合構造について説明する。図４は、実施の形態１に係る銅線の接合方法を用いて形成される接合構造の一例を示す側面図である。図５は、実施の形態１に係る銅線の接合方法を用いて形成される接合構造の一例を示す上面図である。図６は、実施の形態１に係る銅線の接合方法を用いて形成される接合構造の一例を示す断面図である。
図４〜図６に示すように、ボールボンド部１３が第１のワイヤ１２の擦り付け部１２ｃを挟んで素子側電極Ｄ１に接続されている。また、第２のワイヤ１４がボールボンド部１３から延びて、リードフレーム側電極Ｌ１に接続されている。従って、接合構造１０では、素子側電極Ｄ１とリードフレーム側電極Ｌ１とが、銅線、つまり、第１のワイヤ１２、ボールボンド部１３、及び、第２のワイヤ１４を介して、電気的に接続される。
ボールボンド部１３は、ワイヤ１３０が変形したものであり、銅を主成分として含み、素子側電極Ｄ１は、Ａｌを主成分として含む。図６に示すように、擦り付け部１２ｃは、少なくとも１層の被膜１２ｂを有し、被膜１２ｂは、Ｃｕ原子とＡｌ原子とが相互に拡散することを抑制する材料からなる。したがって、接合構造１０では、ボールボンド部１３に含まれるＣｕ原子と、素子側電極Ｄ１に含まれるＡｌ原子との相互拡散が抑制される。
（接合構造の他の一例）
次に、図７を参照して、実施の形態１に係る銅線の接合方法を用いて形成される接合構造の他の一例について説明する。図７は、実施の形態１に係る銅線の接合方法を用いて形成される接合構造の他の一例を示す上面図である。実施の形態２に係る接合構造は、予備ボンド部と、第１のワイヤとを除いて、接合構造１０（図５参照）と同じ構成を有する。異なる構成についてのみ説明する。
図７に示すように、接合構造２０は、予備ボンド部２１と、第１のワイヤ２２とを含む。第１のワイヤ２２は、予備ボンド部２１からボールボンド部１３まで延びるものの、その延びる方向は、第２のワイヤ１４と交差する方向、具体的には、実質的に垂直な方向（ここでは、Ｙ軸方向マイナス側）である。したがって、素子側電極Ｄ２の第２のワイヤ１４の延びる方向（ここでは、Ｘ軸方向）における長さＡ２は、接合構造１０（図５参照）の素子側電極Ｄ１の第２のワイヤ１４の延びる方向における長さＡ１と比較して短い。なお、第２のワイヤ１４の延びる方向は、素子側電極Ｄ１又はＤ２と、リードフレーム側電極Ｌ１とが並ぶ方向でもある。従って、接合構造２０は、素子側電極Ｄ１又はＤ２と、リードフレーム側電極Ｌ１とが並ぶ方向において、接合構造１０と比較して、短い。なお、ボールボンド部１３と素子側電極Ｄ２との接合部は、ボールボンドであるため、同じ水準の接合面積又は接合強度を有するステッチボンドと比較して、素子側電極Ｄ２の第２のワイヤ１４の方向における長さが短い傾向にある。
また、接合構造２０は、接合構造１０と同様に、ボールボンド部１３と素子側電極Ｄ２との接合部を有し、この接合部は耐久性の低下を抑制される。
（半導体装置の一例）
次に、図８を参照して、実施の形態１に係る銅線の接合方法を用いて形成される接合構造の他の一例を有する半導体装置について説明する。図８は、実施の形態１に係る銅線の接合方法を用いて形成される接合構造の他の一例を有する半導体装置を示す上面図である。
図８に示すように、半導体装置４０は、基板４１と、基板４１に搭載される素子４２と、複数の接合構造２０とを含む。複数の接合構造２０は、銅線を素子４２の各電極と、リードフレーム側電極Ｌ２（図７参照）と接合している。また、複数の接合構造２０は、素子４２の側部に沿う方向（ここでは、Ｙ軸方向）にて、並んで配置されている。
ところで、接合構造１０を含むことを除いて半導体装置４０と同じ構成を有する半導体装置５０（図示略）がある。上記したように、接合構造２０の、素子側電極Ｄ２の第２のワイヤ１４の延びる方向（ここでは、Ｘ軸方向）における長さＡ２は、接合構造１０（図５参照）の素子側電極Ｄ１の第２のワイヤ１４の延びる方向における長さＡ１と比較して短い。したがって、半導体装置４０の、基板４１とリードフレーム側電極Ｌ２とが並ぶ方向（ここでは、Ｘ軸方向）の長さＡ３は、半導体装置５０の同じ方向の長さと比較して、短い。したがって、半導体装置４０は、基板４１とリードフレーム側電極Ｌ２とが並ぶ方向において短く、コンパクトである。
上記したように、接合構造２０は、ボールボンド部１３と素子側電極Ｄ２との接合部を有し、この接合部は耐久性の低下を抑制される。したがって、半導体装置４０は、コンパクトでありつつも耐久性の低下を抑制した接合部を有する接合構造２０を有する。そのため、半導体装置４０は、乗用車、倒立二輪装置、ロボット等の各種移動体に搭載して使用してもよい。
なお、本発明は上記実施の形態に限られたものではなく、趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。例えば、実施の形態１に係る銅線の接合方法では、予備ボンド部１１と擦り付け部１２ｃとを同一の素子側電極Ｄ１に形成したが、予備ボンド部１１と擦り付け部１２ｃとを異なる別体の２面にそれぞれ形成してもよい。また、必要に応じて、予備ボンド部１１を除去してもよい。
Ｓ１ 予備接合工程 Ｓ２ 擦り付け部形成工程
Ｓ３ ボール部形成工程 Ｓ４ ボール部接合工程
１０、２０ 接合構造
１１、２１ 予備ボンド部 １２、２２ 第１のワイヤ
１２ａ 芯線 １２ｂ 被膜
１２ｃ 擦り付け部
１３ ボールボンド部
１４ 第２のワイヤ １４ｃ ステッチボンド
１１０、１２０、１３０、１４０ ワイヤ（テール）
１１０ａ、１２０ａ、１３０ａ、１４０ａ 芯線
１１０ｂ、１２０ｂ、１３０ｂ、１４０ｂ 被膜
Ｃ１ キャピラリ
Ｄ１、Ｄ２ 素子側電極
Ｄ１１、Ｄ２１ 予備接合領域 Ｄ１２、Ｄ２２ 擦り付け部支持領域
Ｌ１ リードフレーム側電極

Claims (2)

  1. ３次元方向に移動可能であるキャピラリを用いて、
    銅を主成分として含む芯線と、前記芯線を覆うとともに貴金属を主成分として含む被膜とを有する銅線を、アルミニウムを主成分として含む電極に接合する接合方法であって、
    前記キャピラリは、前記銅線を保持しており、前記銅線を前記キャピラリの先端から繰り出すことができ、かつ、前記キャピラリ先端の前記銅線を加熱して溶融させることができ、
    前記銅線を前記電極に押し付けながら前記キャピラリを前記電極の表面に沿って移動させることによって、前記電極と前記芯線との間に前記被膜が残存する擦り付け部を前記電極に形成する擦り付け部形成工程と、
    前記擦り付け部形成工程の後において、前記キャピラリを前記擦り付け部から離間させた後、前記キャピラリ先端の銅線を溶融することによって、ボール部を形成するボール部形成工程と、
    前記ボール部形成工程の後において、前記電極の前記表面に対して垂直な方向から前記電極の前記表面を視たとき、前記ボール部と前記擦り付け部との接合面が前記擦り付け部の外縁の内側に収まるように、前記ボール部を前記擦り付け部に押し付けて、前記ボール部と前記擦り付け部とを接合させるボール部接合工程と、
    を含み、
    前記擦り付け部形成工程において、
    前記擦り付け部における前記電極との接触面では、前記銅線の前記被膜が残存するよう、前記擦り付け部を形成する、
    銅線の接合方法。
  2. 前記擦り付け部形成工程において、
    前記銅線を前記電極に押し付けながら前記キャピラリを前記電極の前記表面に沿って特定方向に移動させた後、前記キャピラリを前記特定方向の反対方向に移動させる、
    ことを特徴とする請求項１に記載の銅線の接合方法。
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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6297360A (ja) * 1985-10-24 1987-05-06 Mitsubishi Metal Corp 半導体装置のボンデイングワイヤ用表面被覆高純度銅極細線
DE19535775C2 (de) * 1995-09-26 2000-06-21 Siemens Ag Verfahren zum elektrischen Verbinden eines Kontaktfeldes eines Halbleiterchips mit zumindest einer Kontaktfläche sowie danach hergestellte Chipkarte
JPH11238753A (ja) * 1998-02-24 1999-08-31 Hitachi Ltd ワイヤボンディング方法および装置
JP2008085094A (ja) * 2006-09-28 2008-04-10 Toshiba Corp 半導体装置の製造方法
WO2008087922A1 (ja) 2007-01-15 2008-07-24 Nippon Steel Materials Co., Ltd. ボンディングワイヤの接合構造及びその形成方法
JP4772916B2 (ja) 2007-12-03 2011-09-14 新日鉄マテリアルズ株式会社 半導体装置用ボンディングワイヤ
JP4617375B2 (ja) 2007-12-03 2011-01-26 新日鉄マテリアルズ株式会社 半導体装置用ボンディングワイヤ
JP2012160554A (ja) * 2011-01-31 2012-08-23 Toshiba Corp ボンディングワイヤの接合構造及び接合方法
WO2013058020A1 (ja) 2011-10-18 2013-04-25 富士電機株式会社 半導体装置および半導体装置製造方法
US9230892B2 (en) * 2012-03-22 2016-01-05 Sumitomo Bakelite Co., Ltd. Semiconductor device and method of manufacturing the same
US9257403B2 (en) * 2013-11-26 2016-02-09 Freescale Semiconductor, Inc. Copper ball bond interface structure and formation
JP2015144199A (ja) * 2014-01-31 2015-08-06 サンケン電気株式会社 半導体装置

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