JPH1050758A - 超音波接合方法及び接合構造 - Google Patents

超音波接合方法及び接合構造

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JPH1050758A
JPH1050758A JP8203426A JP20342696A JPH1050758A JP H1050758 A JPH1050758 A JP H1050758A JP 8203426 A JP8203426 A JP 8203426A JP 20342696 A JP20342696 A JP 20342696A JP H1050758 A JPH1050758 A JP H1050758A
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joining
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良一 梶原
Masahiro Koizumi
正博 小泉
Kazuya Takahashi
和弥 高橋
Toshiaki Morita
俊章 守田
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Hitachi Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】本発明の目的は、ＡｌまたはＡｌ合金と他の金
属とを接合する場合に、接合部材に大きな損傷を与える
ことなく高強度に接合できる方法を提供する。 【解決手段】予め接合界面に低融点のＳｎまたはＩｎ金
属を配置し、両接合部材に加熱と荷重と超音波を加えて
低融点金属を溶融排出しつつ接合する方法とし、接合部
の構造が、両接合部材が直接接合した領域と低融点金属
で接合界面及び周辺の隙間が埋められた領域が混在する
構造とした。 【効果】柔らかい低融点金属がクッション材の役割を果
たすこと、低荷重条件でも清浄化されたＡｌの表面を溶
融金属で容易に保護できるため低荷重条件での接合が可
能となることにより、部材の損傷を最小限に抑えた接合
が可能となる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体デバイスの
実装に用いられる超音波接合方法及びその方法によって
得られる接合構造に係り、特にＡｌまたはＡｌ合金と他
の金属との接合組合せにおいて、３００℃以上の高温に
おける接合強度が所定レベル以上を有し、しかも封止用
レジンが存在する環境で１７５〜２００℃の高温に放置
した時の接合強度の大幅な低下を防止できる接合構造
と、その接合構造を低荷重・小振幅の条件で得られる接
合方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来の半導体実装分野において、Ａｌま
たはＡｌ合金と他の金属との接合組合せに対する超音波
接合方法として、１）ＳｉチップのＡｌボンディングパ
ッド／ＡｕワイヤまたはＣｕワイヤのボールボンディン
グ法、ＳｉチップのＡｌボンディングパッド／Ａｕめっ
きＣｕリードのシングルポイントＴＡＢ、Ａｌワイヤ／
Ｃｕリードのウェッジボンディングが知られている。こ
れらはいずれも、両接合部材を機械的に摩擦して圧着す
る接合方法で、液相金属を介在させないで全工程を全て
固相状態のままで接合する方法である。
【０００３】一方、超音波と低融点金属を組合せた接合
方法として、超音波半田付け法が従来から知られてい
る。これは、融液となった低融点金属に超音波振動を加
え、溶融金属に発生したキャビティの発生・消滅に伴う
衝撃力によって半田付けされる金属の酸化皮膜を破壊
し、濡れの促進を図る方法である。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】従来のボールボンディ
ングやシングルポイントＴＡＢやウェッジボンディング
法では、固相金属同士を機械的に摩擦して清浄な金属表
面を形成すると同時に、清浄化された接合面が大気に触
れて再酸化するのを防ぎ、かつ両接合面を原子間距離レ
ベルまで密着させることが、高強度の接合を達成するた
めの必要条件となる。このため、超音波振動を加える時
点では接合部材が塑性変形するほどの高い荷重を加える
必要があり、結果として接合面及びその近傍には集中的
に高い応力が発生し、部材の機械的損傷が大きくなると
いう問題を抱えている。特に、接合部材がＳｉチップの
場合は、パッド下の損傷が直接に製品不良につながるた
め、部材の損傷を防ぐことが重要な課題となる。部材の
損傷を防ぐために接合時の荷重を下げればよいが、そう
すると実質的な接合面積が減少してしまい、接合強度の
低下を引き起こすといった問題がある。
【０００５】また、Ａｕボール／ＡｌパッドやＡｌワイ
ヤ／Ｃｕリードの超音波接合部においては、封止用レジ
ンが共存する環境下で１５０℃を超える温度に長時間に
渡って放置した場合、接合界面に金属間化合物を形成す
ると同時にレジンから出たガスによって化合物が腐食さ
れ、１７５℃で１０００〜２０００ｈ，２００℃で２０
０〜５００ｈ程度の高温放置条件において接合強度がほ
ぼゼロにまで低下するという問題がある。
【０００６】一方、超音波半田付け法においては、接合
部に必ず低融点の半田金属材が介在するため、接合部が
初期の半田付け時の温度以上に加熱された場合は接合強
度がゼロになり、両接合部材が分離してしまうと言った
問題がある。
【０００７】本発明の目的は、ＡｌまたはＡｌ合金と他
の金属とを、３００℃以上の高温における接合強度が所
定レベル以上を有する状態で接合する場合に、低荷重・
小振幅の条件で下地に大きな損傷を与えることなく高強
度に接合できる方法を提供することにある。
【０００８】さらには、ＡｌまたはＡｌ合金と他の金属
との接合部が、半導体パッケージの封止用レジンが存在
する環境下で１７５〜２００℃の高温に２０００ｈ以上
の長時間放置された場合でも、接合界面近傍の腐食等に
よる接合強度の大幅な低下を防止でき、高温信頼性の高
い接合構造を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
に、本発明は、ＡｌまたはＡｌ合金の接合面を有する接
合部材１と他の金属から成る接合部材２の間に、Ｓｎま
たはＳｎを主要金属元素あるいはＩｎまたはＩｎを主要
金属元素とする第３の金属を配置する構成とし、両部材
間に荷重を加え、荷重を加える治具に超音波振動を加
え、さらに超音波振動を印加中に第３の金属が溶融する
温度以上に加熱を行う工程とし、溶融金属の一部または
全部を接合界面から排出する過程を必ず経る手段とし
た。そしてその手段によって、接合部の構造が、接合界
面に接合部材１のＡｌまたはＡｌ合金と接合部材２の金
属とが直接に接合した領域と、両接合部材の間に第３の
金属を含む中間層が形成された領域の２種類の領域から
成る接合構造とした。
【００１０】まず、本発明の超音波接合方法における作
用を述べる。
【００１１】ＡｌまたはＡｌ合金表面には、物理的にも
化学的にも強固で安定したＡｌの酸化膜Ａｌ2Ｏ3が形成
されている。このＡｌ酸化膜は、他の金属との接合を阻
害する作用がある。このため、強度の高い金属接合を達
成するためには、この酸化膜を破壊して清浄なＡｌ金属
表面を露出させると共に、その清浄面が大気に触れるこ
となくもう一方の接合部材の金属面に押し付けられる必
要がある。そのために、固相状態のままで接合する場合
には、接合部材を高い荷重で押し付けておく必要があっ
た。しかし、周囲に溶融した金属が存在していると、Ａ
ｌの酸化皮膜が破壊されると同時にその表面を液体金属
が覆うため、接合部材に加えられる荷重が小さくてもＡ
ｌの清浄面が液体金属によって容易に保護される。この
とき、活性なＡｌ面を覆う金属がＡｌと金属間化合物を
形成する金属であると、Ａｌ表面がその金属間化合物で
覆われて他の接合部材との接合が困難となるため、第３
の金属として選択される金属は、Ａｌと脆い金属間化合
物を形成しない元素である必要がある。また、通常の半
導体パッケージや半導体モジュールの組立て温度の制約
から融点が３００℃以下の金属であること、半導体にと
って悪影響の無い蒸気圧の低い金属であることの条件を
満たす金属である必要がある。本発明では、その金属元
素としてＳｎ，Ｉｎが適すると判断した。これらは、純
金属で用いても、他の金属との合金で用いても良い。以
上のように、本発明の方法によれば、低い接合荷重でＡ
ｌまたはＡｌ合金と他の金属とを広い面で金属的に接合
できるため、部材に過大な応力を発生させることなく接
合でき、部材の機械的損傷を最小限に低減できるのであ
る。
【００１２】また、接合部構造を高融点の部材同士が接
合した領域と、両部材の間隙を第３の金属を主体とする
低融点の金属で埋めた構造としているため、従来の半田
付けでは耐えられない３００℃以上の高温でも所定の強
度を有し、また、従来の超音波接合部構造に比較すると
実質的な金属接合面積を増大でき、しかも接合面内部及
びその外周の隙間が第３の金属を主体とする金属で埋め
られているため周囲の封止レジンから出るガスが第１の
接合部材と第２の接合部材の接合界面に到達することが
ない。このため、従来の半導体プラスチックパッケージ
のＡｕボール／Ａｌパッド接合部において、１７５℃以
上の高温放置で特に顕著に発生していたＡｕＡｌ化合物
のＢｒやＣｌによる腐食を防止することができ、また、
Ａｌワイヤ／Ｃｕめっきレスリード接合部において１７
５℃以上の高温放置で発生していたＣｕＡｌ化合物の有
機酸による腐食を防止することができるのである。
【００１３】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施例を図面を用
いて詳細に説明する。
【００１４】図１は、本発明による超音波接合方法を実
施するときの接合部構成の一例を示す。図において、Ｓ
ｉ基板２にＡｌ−Ｓｉ接合用膜１を形成したＳｉデバイ
ス３の上に、低融点のＳｎ膜５を部分めっきにより接合
面側に形成したＣｕリード４を配置している。その上か
ら、タングステン製のボンディングツール６によりＣｕ
リード４に荷重を加え、ツールを介してヒータ８からの
熱をＣｕリードに伝えて加熱を行い、同時に超音波振動
７もＣｕリードに加える。
【００１５】図２は、図１の超音波接合方法を行うため
の超音波接合装置の一例を示す。図において、圧電素子
９と金属板１０から成るランジュバン型超音波振動子１
１に金属ホーン１２がネジ締め構造で機械的に取り付け
られ、そのホーンの先端にボンディングツール１３がホ
ーンの軸に直交する配置で機械的に取り付けられてい
る。そのボンディングツールの中央部付近に円筒状の電
磁誘導コイル１４が、ツールが貫通する状態で取付けら
れている。超音波振動子とホーンとボンディングツール
から成る接合ヘッドは、ホルダー３０に共振時の非振動
位置（ノード点）で固定され、そのホルダーが回転可能
な状態で支持体１８に固定されている。支持体とホルダ
ーには、電磁石１９と磁性体１７が対向する位置に取り
付けられ、電磁石に電流を通電して接合時にボンディン
グツールに加える力を発生させている。この時、ボンデ
ィングツールに加える荷重は、圧力センサ２０によって
検出し、設定荷重と同じ値になるように電磁石へ流す電
流をフィードバック制御している。
【００１６】図３は、図２の装置を使って図１に示す接
合を行う時の、タイムチャートの一例を示す。接合部材
が接合位置にセットされた状態で、まず電磁石に通電
して接合荷重を加える。次に電磁誘導コイルに高周波
電流を通電して加熱を開始した後、超音波発振器から
の高周波電圧を超音波振動子に加えてツールを加振す
る。電磁誘導コイルに流す電流は、昇温速度が予め超音
波印加中に第３の金属の融点を超えるように設定してお
く。加熱終了は、超音波発振を終了する時点でもその
前後でもよいが、荷重を開放するタイミングは接合部
の温度が第３の金属の融点以下になった後とする。これ
は、第３の金属が融液の状態で荷重を除去すると、接合
面外周が開口して低融点金属で接合した面積が減少し、
強度の低下を招くためである。
【００１７】図４は、図１〜図３の接合構成と装置と方
法で接合した場合に得られる接合部の断面構造の一例を
示す。接合部は、図に示すように、Ａｌ−Ｓｉ接合用膜
４２とＣｕリード４が直接に接合した領域４７とＳｎを
主成分とする中間合金層４４を介して接合した領域４８
の２種類の接合界面が混在し、接合界面の周囲には低融
点の金属が押し出されてフィレット４５，４６が形成さ
れた構造となる。
【００１８】本実施例によれば、接合過程においてＡｌ
の酸化皮膜が破壊されると同時にその表面を液体金属が
覆うため、接合部材に加えられる荷重が小さくてもＡｌ
の清浄面が容易に保護され、低い接合荷重でＡｌまたは
Ａｌ合金と他の金属とを広い面で金属的に接合できるた
め、部材に過大な応力を発生させることなく接合できて
部材の機械的損傷を最小限に低減でき、接合部の信頼性
と組立て歩留まりを著しく向上できるのである。
【００１９】また、接合部の構造として高融点の部材同
士が接合した領域を必ず設ける構造としているため、従
来の半田接合部では得られない３００℃以上の温度にお
いても所定の接合強度を維持することができ、プリント
基板等への表面実装工程で再加熱される半導体パッケー
ジに適用しても、耐熱性の点で何ら問題ないのである。
【００２０】また、従来の超音波接合部の構造に比較す
ると、高融点の部材同士で接合した領域の他に、両部材
の間隙をＳｎの金属を主体とする低融点の金属で埋めた
構造としているため、実質的な金属接合面積を増大で
き、しかも接合面内部及びその外周の隙間が第３の金属
を主体とする金属で埋められているため周囲の封止レジ
ンから出るガスが第１の接合部材と第２の接合部材の接
合界面に到達することがない。このため、従来のＡｕボ
ール／Ａｌパッド接合部において、１７５℃以上の高温
放置で特に顕著に現われていたＡｕＡｌ化合物のＢｒや
Ｃｌによる腐食を防止することができ、また、Ａｌワイ
ヤ／Ｃｕめっきレスリード接合部において１７５℃以上
の高温放置で特に顕著に現われていたＣｕＡｌ化合物の
有機酸による腐食を防止することができ、半導体プラス
チックパッケージの高温信頼性を著しく改善できるので
ある。
【００２１】図５は、テープＢＧＡパッケージに本発明
を適用した場合の断面構造の一実施例を示す。本パッケ
ージに用いる配線テープはポリイミドテープ５２にＣｕ
箔が接着され、エッチングによりＣｕ配線５４がパター
ニングされている。その後、半田ボール５８が搭載され
る半田用パッド５３とインナーリードボンディング用の
リード部５５を除いてレジスト膜５６が形成され、半田
用パッドとインナーリード部にＳｎめっきが施されてい
る。この配線テープを接着剤５７によりＳｉチップ５０
に貼り付け、ボンディングパッド５１とインナーリード
５５に加熱を加えながら超音波を印加して接合し、チッ
プの前面と周辺を樹脂５９で保護した後、半田用パッド
にフラックスを用いて半田ボールをリフローし、接合し
ている。本実施例によれば、半田用バンプ及びインナー
リードの面がいずれも低コストのＳｎめっきでよく、し
かも同一厚さ仕様でよいため従来のＡｕめっき方式に比
べてパッケージコストを大幅に低減でき、しかもＡｕを
使用しないため、Ａｕ−Ａｌ化合物やＡｕ−Ｓｎ化合物
の成長がなく、１２５〜１７５℃高温放置における長期
信頼性の優れたパッケージを提供できるという効果もあ
る。
【００２２】図６は、めっきレスＣｕリードフレームを
用いたトランジスタパッケージのリード側接続に本発明
を適用した場合の実装構造の一例を示す。図において、
リード側接合部を除いた部分は従来と同一の構造であ
る。すなわち、金属タブ６３の上にトランジスターチッ
プ６４が半田６６により接合され、チップ上のボンディ
ングパッド６５とＣｕリード６１はＡｌワイヤ６７によ
り接続されている。チップと金属ダイとリードは、リー
ドの先端部を除いて全体が樹脂６９で覆われて保護され
ている。従来にはない本構造の特徴は、ＡｌワイヤとＣ
ｕリードの接合部が、予め両者の接合界面にＳｎ箔を挿
入して加熱と超音波を印加して接合された構造となって
おり、通常の超音波ボンディングにおいて接合界面に散
在する未接合部の空間が全てＳｎを含む金属で充填さ
れ、さらに、接合面周辺の隙間部も全てＳｎを含む金属
で充填された構造となっている点にある。また、Ａｌワ
イヤ接合部周辺のＣｕリード表面が、ＳｎまたはＳｎと
Ｃｕの合金で覆われた構造となっている点も本構造の特
徴である。
【００２３】本実施例においては、接合部周辺のＣｕリ
ード表面やＡｌワイヤとＣｕリード接合界面の隙間がＳ
ｎを含む金属で満たされているため、高温放置時にモー
ルド樹脂から放出されるギ酸や酢酸等の有機酸のガス
が、ＡｌとＣｕの接合界面に到達することがない。従
来、Ｃｕ及びＣｕリッチなＣｕＡｌ化合物が有機酸で腐
食され、Ａｌワイヤ／Ｃｕリード接合強度が数グラム以
下に低下して両者が剥離し、電気的なオープン不良を生
じて高温放置寿命に問題があった。しかし、本構造では
Ａｌ／Ｃｕの接合界面が有機酸に曝されることがないた
め、腐食による強度の低下がなく、高温放置時の金属間
化合物の成長による強度の低下は、初期強度の約１／２
程度で、樹脂等による熱応力がワイヤに作用しても接合
部が剥離することが無いため、本構造においては１７５
℃や２００℃の高温寿命を著しく長くすることができ、
低コストのめっきレスＣｕリードを用いて高温信頼性の
高いトランジスターパッケージを提供することができる
のである。
【００２４】図７は、パワー半導体モジュールに本発明
を適用してＣｕリードを接続導体とした場合のパワー半
導体モジュール実装構造の一例を示す。図において、モ
ジュール基板８５は、ヒートシンクの役割を果たす金属
板７９と、セラミック絶縁板８３と金属配線パターン８
０，８１，８２から成るセラミック基板８４とが接着さ
れて構成されている。金属パターン８１には、トランジ
スターチップ７１とダイオードチップ７５が半田接合さ
れている。各チップのＡｌ電極パッド７２，７６と金属
パターン８０の間は、Ｃｕリード７３，７７によって接
続されている。モジュール基板とＣｕリードの熱膨張率
は異なるため、熱歪を吸収できる構造的な柔軟性をＣｕ
リードに持たせている。Ｃｕリードは予めＳｎめっきを
約１〜２μｍの厚さに形成したものを用い、セラミック
基板にチップを搭載した状態で接合を行っている。Ｃｕ
リードとＡｌ電極パッドの接合は、まず、セラミック基
板側を２００℃に予熱しておき、次に超音波印加用のボ
ンディングツールを介して加圧と加熱と超音波を同時に
加え、溶融したＳｎを接合界面から排出して金属的に接
合している。次に、Ｃｕリードと最表面にＮｉめっきを
施した金属パターン８１間も、パッド側と同様に超音波
印加用のボンディングツールを介して加圧と加熱と超音
波を同時に加えて溶融したＳｎを接合界面から排出して
金属的に接合している。この方法で接合した接合界面
は、Ａｌパッド側ではＡｌ／Ｃｕの接合部とＡｌ／Ｓｎ
含有金属／Ｃｕの接合部が混在し、金属パターン側では
Ａｌ／Ｎｉの接合部とＡｌ／Ｓｎ含有金属／Ｎｉの接合
部が混在する状態になっている。
【００２５】本実施例によれば、ＡｌパッドとＣｕリー
ドの超音波接合において、柔らかいＳｎがクッション材
の役割を果たすため、パッド下の絶縁層やアクティブ層
に機械的な応力に起因した損傷を与えることがなく、ボ
ンディング時の不良発生を防止することができる。この
ため、接続導体にＣｕリードを使うことが可能になり、
従来のＡｌワイヤ／Ａｌパッドの組合せで問題であった
ＳｉとＡｌの熱膨張差に起因する接合部の熱疲労寿命
が、ＳｉとＣｕの組合せとすることによって熱膨張差を
小さくでき熱疲労寿命を大幅に伸ばすことが可能となる
のである。なお、Ｓｎを使った接合部は、その後の２３
０℃以上の半田付け工程において、Ｓｎの再溶融による
部材の分離等が懸念されるが、本実施例においてはパッ
ド側でＡｌ／Ｃｕ、金属パターン側でＮｉ／Ｃｕがダイ
レクトに接合した領域が存在し、その領域の耐熱強度が
高いため半田付け工程でＣｕリード接合部が分離するこ
とがないのである。さらに、従来のＡｌワイヤに比べ、
Ｃｕリードに変えることによって１本当たりの電流容量
を大きくできるため、モジュール全体の接合本数を少な
くできて実装外観をシンプルにでき、金属パターンの接
合面積縮小によってモジュールの小型化が可能になり、
接続工程の短縮により製造コストの低減も可能となるの
である。
【００２６】図８は、トランジスターパッケージのＡｌ
ワイヤを本発明の適用によりＣｕリードのダイレクト接
合に変えた場合のパッケージ構造の一実施例を示す。図
において、ヒートシンクを兼ねる金属ダイ９１にトラン
ジスターチップ９４が半田９３により接合されている。
外部に信号を取り出すリードフレームの端子リード９６
は、予め途中にくびれを設けた柔軟性の高い構造として
いる。組立ては、まずダイにチップを半田接合した後、
リードの曲げ加工を施してタブリード９７と一体化され
ているリード吊り枠９８を介してＡｌ電極パッドにリー
ドのインナー端が弱い力で押し付けられた状態にしてお
く。その後で、リードのインナー端を持ち上げてその間
に厚さが１０〜１００μｍ程度のＳｎの金属箔を挾む。
その状態でボンディング装置にセットし、還元ガス雰囲
気下で約２００℃に予熱後、超音波印加用のボンディン
グツールを介して加圧と加熱と超音波を同時に加え、溶
融したＳｎを接合界面から排出して金属的に接合する。
排出されたＳｎ金属は、Ｃｕリードに濡れ広がるため盛
り上がる形状とはならず、隣と短絡するような不良は発
生しない。リードを接合後は、全体を樹脂でモールド
し、その後、リード吊り枠を切断しパッケージ製品に仕
上げる。
【００２７】本実施例によれば、図７と同様の理由によ
りＡｌワイヤを使わないでダイレクトにＣｕリードをＡ
ｌパッドに接合できるため、部品点数を減らせて構造が
簡単となり、熱疲労寿命やガス腐食の問題を回避できる
信頼性の高いパッケージを提供できる。
【００２８】
【発明の効果】以上詳述したように、本発明によれば、
ＡｌまたはＡｌ合金と他の金属との接合において、部材
間に低融点でＡｌと化合物を形成せず硬さの柔らかい金
属を挿入した効果により、広い接合面であっても低い荷
重条件で部材に過大な応力を発生させることなく全面の
金属接合を達成することができ、部材の機械的損傷を最
小限に低減できるのである。また、接合部構造が高融点
の部材同士が接合した領域と低融点の金属が間隙を埋め
た構造とした効果により、接合部の耐熱性の点でプリン
ト基板への表面実装のリフロー工程に耐え、しかも高温
放置時に半導体パッケージのレジンから出るガスによる
接合部の腐食を防止して高温放置寿命を大幅に改善した
接合部構造を提供できるのである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による超音波接合方法を行う場合の接合
部構成の一例を示す図。
【図２】本発明による超音波接合方法を行うための接合
装置の一例を示す図。
【図３】本発明による超音波接合方法を行う場合のタイ
ミングチャート図。
【図４】本発明による接合部構造の一例を示す断面図。
【図５】本発明を適用したテープＢＧＡパッケージの一
例を示す断面図。
【図６】本発明を適用しためっきレスリードフレーム使
用トランジスタパッケージの一構造例を示す図。
【図７】本発明を適用したパワー半導体モジュールの実
装構造の一例を示す図。
【図８】本発明を適用したワイヤレス構造のトランジス
ターパッケージの実装構造の一例を示す図。
【符号の説明】
１，４２…Ａｌ−Ｓｉ接合用膜、２，４１…Ｓｉ基板、
３…Ｓｉデバイス、４，４３，６１，７３，７７…Ｃｕ
リード、５…Ｓｎ膜、６…ボンディングツール、７…超
音波振動、８…ヒータ、９…圧電素子、１０…金属板、
１１…ランジュバン型超音波振動子、１２…金属ホー
ン、１３…ボンディングツール、１４…電磁誘導コイ
ル、１５…超音波発振器、１６…接合ヘッドの可動方
向、１７…磁性体、１８…支持体、１９…電磁石、２０
…圧力センサ、２１…荷重制御回路、２２…加熱電源、
２３…シーケンス制御回路、３０…ホルダー、４４…中
間合金層、４５，４６，７４，７８…フィレット、４７
…接合膜とＣｕリードの直接接合領域、４８…中間合金
層を介して接合した領域、５０…Ｓｉチップ、５１…ボ
ンディングパッド、５２…ポリイミドテープ、５３…半
田用パッド、５４…Ｃｕ配線、５５…インナーリード、
５６…レジスト膜、５７…接着剤、５８…半田ボール、
５９，６９…樹脂、６２…タブリード、６３…金属タ
ブ、６４，７１，９４…トランジスターチップ、６５…
ボンディングパッド、６６，９３…半田、６７…Ａｌワ
イヤ、６８…Ｓｎフィレット、７２，７６，９５…Ａｌ
電極パッド、７５…ダイオードチップ、７９…金属板、
８０，８１，８２…金属配線パターン、８３…セラミッ
ク絶縁板、８４…セラミック基板、８５…モジュール基
板、９１…金属ダイ、９２…モールド樹脂、９６…端子
リード、９７…タブリード、９８…リード吊り枠。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 守田 俊章 茨城県日立市大みか町七丁目１番１号 株 式会社日立製作所日立研究所内

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】ＡｌまたはＡｌ合金で形成された接合表面
    を有する部材１と金属の接合表面を有する部材２を接合
    する場合において、両接合部材間に３００℃以下の融点
    を有する第３の金属を配置する構成とし、プロセスとし
    て両部材間に荷重を加える工程と、加熱を加えつつ接合
    面に平行方向の成分を有する超音波振動を加える工程と
    を含み、少なくとも超音波振動の印加を終了する以前に
    第３の金属の融点以上に接合部を昇温し、第３の金属の
    一部あるいは全部を接合界面から周辺に排出する過程を
    経て接合することを特徴とする超音波接合方法。
  2. 【請求項２】ＡｌまたはＡｌ合金で形成された接合表面
    を有する部材１と金属の接合表面を有する部材２の接合
    界面が、部材１と２の金属が直接接合された領域と部材
    １と２の間隙に第３の金属あるいは第３の金属と部材の
    金属が混在した層が形成された領域の２つの領域を有し
    ていることを特徴とする接合構造。
  3. 【請求項３】Ｓｉチップ上のＡｌパッドとＣｕリード
    が、接合界面にＣｕ／Ａｌの接合領域とＣｕ／中間層
    （ＳｎまたはＳｎ含有金属層、あるいはＩｎまたはＩｎ
    含有金属層）／Ａｌの接合領域が形成され、さらに接合
    端部に前記中間層とほぼ同材質の金属が押し出されて接
    合されていることを特徴とする接合構造。
  4. 【請求項４】有機フィルム上にＣｕ配線パターンが形成
    されかつ半導体素子と接続されるＣｕリードが面から突
    出した構造を有する配線テープと、ＡｌまたはＡｌ合金
    から成るボンディングパッドを有するＳｉチップと、少
    なくともそれらの一部を覆う有機材とを最少構成要素と
    する半導体パッケージにおいて、Ｓｉチップ上のボンデ
    ィングパッドとＣｕリードが、接合界面にＣｕ／Ａｌの
    接合領域とＣｕ／（ＳｎまたはＳｎ含有金属層、あるい
    はＩｎまたはＩｎ含有金属層）／Ａｌの接合領域を形成
    して接合されていることを特徴とする半導体パッケー
    ジ。
  5. 【請求項５】Ｃｕ合金のリードフレームと、Ａｌまたは
    Ａｌ合金から成るボンディングパッドを有するＳｉチッ
    プと、リードとチップを電気的に接続するＡｌワイヤ
    と、リードフレームの一部を除いて全体を覆うモールド
    レジンで構成された半導体パッケージにおいて、Ａｌワ
    イヤとＣｕリードフレームが、接合界面にＣｕ／Ａｌの
    接合領域とＣｕ／（ＳｎまたはＳｎ含有金属層、あるい
    はＩｎまたはＩｎ含有金属層）／Ａｌの接合領域を形成
    して接合されていることを特徴とする半導体パッケー
    ジ。
  6. 【請求項６】セラミック板に金属回路パターンを形成し
    た基板、または金属板に絶縁膜を形成してその上に金属
    回路パターンを形成した基板と、トランジスタあるいは
    ダイオードの少なくともいずれかの２個以上のＳｉチッ
    プと、Ｓｉチップ上のＡｌまたはＡｌ合金からなるボン
    ディングパッドと金属回路パターンを電気的に接続する
    Ｃｕ合金リードとを最少構成要素とするパワー半導体モ
    ジュールにおいて、ボンディングパッドとＣｕリード
    が、接合界面にＣｕ／Ａｌの接合領域とＣｕ／（Ｓｎま
    たはＳｎ含有金属層、あるいはＩｎまたはＩｎ含有金属
    層）／Ａｌの接合領域を形成して接合されていることを
    特徴とするパワー半導体モジュール。
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