瀑布引线键合制造技术

公开了一种半导体器件的引线键合结构。该引线键合结构包括：键合垫；连续引线，与键合垫相互扩散，所述引线将所述键合垫与第一电接触和第二电接触电连接，第二电接触与第一电接触不同。

【技术实现步骤摘要】
瀑布引线键合本专利技术是2011年5月18日所提出的申请号为201180044179.5、专利技术名称为“瀑布引线键合”的专利技术专利申请的分案申请。
本技术涉及半导体装置的制造。
技术介绍
引线键合是在半导体装置的制造过程中电连接比如半导体裸芯或基板的两个不同的电子元件的主要方法。在引线键合工艺的过程中，一段引线(通常为金或铜)被供给通过针状的分配工具(称为劈刀)的中心管腔。引线从劈刀的尖端突出，在劈刀的尖端将高电压的电荷由劈刀所配备的换能器施加给该引线。该电荷熔化了位于尖端的引线，且该引线由于熔融金属的表面张力而形成了球形。当球固化时，劈刀被降低到键合表面且换能器施加超声能量。键合表面也可以被加热来帮助键合。热、压力以及超声能量的综合作用在金或铜球以及键合表面之间产生了焊接。劈刀然后拉起并离开键合表面，同时引线继续通过劈刀放出。这样形成的键合被称为球焊(ballbond)。该键合表面可以是半导体裸芯的裸芯键合垫、基板的接触垫、甚至是另一在先形成的球焊结构。载有引线的劈刀然后可以移动到另一键合表面上，比如相邻半导体裸芯的下一个裸芯键合垫或者基板的接触垫，且劈刀下降且接触键合表面而将引线压扁，从而再次使用热、压力和超声能量形成引线键合。劈刀然后放出一小段引线并从键合表面拉断该引线。这样形成的键合被称为楔焊或缝焊。附图说明图1A、1B和1C分别是根据本技术的实施例的引线键合结构的示意性侧视图、俯视图和透视图。图2A是根据本技术的实施例的瀑布引线键合工艺中所使用的引线键合装置的示意性侧视图。图2B-2E是示出根据本技术的实施例在键合垫上键合的一段连续引线的示意性侧视图。图3是示出根据本技术的实施例的包括两个半导体裸芯和基板的半导体装置的透视图，其采用瀑布引线键合电连接。图4A-4E是示出根据本技术的实施例的电连接图3所示的半导体装置的瀑布引线键合工艺的侧视图。图5是示出根据本技术的另一实施例的包括两个半导体裸芯和基板的半导体装置的透视图，其采用瀑布引线键合电连接。图6是示出根据本技术的另一实施例的包括三个半导体裸芯和基板的半导体装置的透视图，其采用瀑布引线键合电连接。具体实施方式现将参考图1到6描述实施例，其涉及了瀑布引线键合结构以及具有瀑布引线键合结构的半导体装置与采用瀑布引线键合结构制造半导体装置的方法。可以理解本技术可以以许多不同的形式实现且不应解释为限于本文所阐述的实施例。而是，这些实施例被提供，使得本公开将是充分和完整的，且将本专利技术完全传递给本领域的技术人员。本技术旨在覆盖这些实施例的替换、修改和等同物，这些实施例被包括在由所附权利要求界定的本专利技术的范围和精神内。另外，在本技术的所附详细说明中，阐述了许多特定的细节，以提供本技术的完整理解。然而，对于本领域人员而言清楚的是，本技术可以在没有这样的特定细节的情况下被实现。术语“顶”和“底”以及“上”和“下”在本文中仅为了方便和说明的目的而使用，且不旨在限制本技术的描述，而所指称的项目可以在位置上交换。图1A、1B和1C分别显示了根据本技术的实施例的引线键合结构100的示意性侧视图、俯视图和透视图。引线键合结构100包括了其上形成有键合垫104的元件102以及键合在键合垫104的顶部上的一连续引线110。元件102可以是半导体裸芯或基板。因此键合垫104可以是半导体裸芯上的半导体裸芯键合垫或基板上的接触垫，键合垫104的表面可以凹入元件102，如图1A所示。或者，键合垫104的表面可以基本与元件102的表面共面。基板可以包括印刷电路板(PCB)、引线框架、或者带载自动键合(TAB)。键合垫102包括金、铝或者镀金的铝。如图1A所示，连续引线110可以被分为第一部112、第二部114和接触部116。第一部112用于连接键合垫104与第一电接触(未示出)，且第二部114用于连接键合垫104与第二电接触(未示出)。第一电接触和第二电接触可以是相邻半导体裸芯的裸芯键合垫、基板的接触垫、或在先形成的键合结构。如图1A所示，引线110的第一部112和第二部114具有基本均匀的直径的圆形横截面，该直径为在约12.7微米到约38.1微米的范围。例如，引线110的第一部112和第二部114的直径为约12.7微米、约15.2微米、约17.8微米、约20.3微米、约22.9微米、约25.4微米、约27.9微米、约30.5微米、约33.0微米、约35.6微米或约38.1微米。在第一部112和第二部114之间的引线110的接触部116与键合垫104相互扩散，由此该接触部116被键合在键合垫104的顶部上。接触部116具有扁平的形状，其厚度基本一致且小于第一部112和第二部114的直径。然而，需要将引线110的接触部116的厚度保持得足够大，从而改善引线110和键合垫104之间的键合强度，且减少由接触部116与第一部112和第二部114之间的应力集中所导致的缺陷(比如裂纹)的风险。例如，引线110的接触部116的厚度不小于5微米。接触部116可以在平行于键合垫104的基准面A(图1A中的水平面)上具有基本圆形的形状。接触部116的在该基准面A上的直径取决于键合垫104的键合垫开口(BPO)尺寸和形成接触部116的工艺参数。接触部116的直径在第一部112和第二部114的直径的1.2-2倍的范围。或者，接触部116在该基准面A上也可以具有其他的几何形状，比如椭圆形。引线110的第一部112具有相对于与键合垫104平行的基准面A的30°至70°的倾斜角θ。第二部114具有相对于基准面A的45°至90°的倾斜角在该情形，引线110在第一部112和接触部116之间且在接触部116和第二部114之间分别弯折，如图1B所示。也可见，引线110的第一部112和引线110的第二部114在同一方向延伸，即在基准面A上引线110的第一部112的投影和在基准面A上引线110的第二部114的投影沿一直线。或者，引线110的第一部112和引线110的第二部114可以在不同方向上延伸。例如，在基准面A上，引线110的第二部114的投影可相对于引线110的第一部112的投影具有45°或更小的倾斜角α。引线110可以为金线、铜线、钯线、银基合金线或钯镀铜线。引线110优选包括与键合垫104的键合表面的材料相同的材料，从而改善引线110和键合垫104之间的键合强度。例如，如果引线110为金线，则键合垫104优选为金或镀金的铝。引线键合结构100的进一步的细节将参考如下所述的瀑布引线键合工艺来讨论。图2A-2E是示出根据本技术的实施例的形成图1A所示的引线键合结构100的瀑布引线键合工艺的示意性侧视图。图2A显示了在瀑布引线键合工艺中所使用的引线键合工具，被称为劈刀120。劈刀120具有针状形状且包括了造型的针头122(例如具有圆形的横截面形状)和供给引线110的中心管腔124。在瀑布引线键合工艺过程中，连续引线110被供给通过劈刀120。劈刀120还可以包括施加电流和超声能量的换能器(未显示)。如图2B所示，键合垫104设置在元件102上。这可以如下实现。元件102的表面被遮掩并蚀刻，从而形成界定键合垫104的位置的凹陷。然后比如金或铝的导电材料通过涂布工艺沉积在该凹陷中，形成具有其顶表面低于元件102的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种引线键合结构，包括：键合垫；和连续引线，与键合垫相互扩散，所述引线将所述键合垫与第一电接触和第二电接触电连接，第二电接触与第一电接触不同，其中所述连续引线具有第一部、第二部和接触部，所述第一部电连接所述键合垫和所述第一电接触，所述第二部电连接所述键合垫和所述第二电接触，所述接触部接触所述键合垫且与所述键合垫相互扩散,所述引线的接触部在所述第一部和所述第二部之间延伸，并且在其长度方向上具有扁平形状，所述扁平形状具有基本均匀厚度，且所述引线的第一部和第二部具有线形，其直径大于所述接触部的厚度。

【技术特征摘要】
1.一种引线键合结构，包括：键合垫；和连续引线，与键合垫相互扩散，所述引线将所述键合垫与第一电接触和第二电接触电连接，第二电接触与第一电接触不同，其中所述连续引线具有第一部、第二部和接触部，所述第一部电连接所述键合垫和所述第一电接触，所述第二部电连接所述键合垫和所述第二电接触，所述接触部接触所述键合垫且与所述键合垫相互扩散,所述引线的接触部在所述第一部和所述第二部之间延伸，并且在其长度方向上具有扁平形状，所述扁平形状具有基本均匀厚度，且所述引线的第一部和第二部具有线形，其直径大于所述接触部的厚度。2.权利要求1所述的引线键合结构，其中所述引线的第一部和第二部的直径在约12.7微米到约38.1微米的范围。3.权利要求2所述的引线键合结构，其中所述引线的接触部的厚度不小于5微米。4.权利要求1所述的引线键合结构，其中所述引线的第一部分具有相对于基准面约30°到70°的角度，所述引线的第二部分具有相对于所述基准面约45°到90°的角度，所述基准面平行于所述键合垫。5.权利要求4所述的引线键合结构，其中所述引线的第一部在所述基准面上的投影和所述引线的第二部在所述基准面上的投影不沿一直线。6.权利要求4所述的引线键合结构，其中所述引线的接触部在上述基准面上具有基本圆形形状。7.权利要求1所述的引线键合结构，其中所述键合垫包括金或铝。8.权利要求1所述的引线键合结构，其中所述引线包括金线、铜线、钯线、银基合金线或钯镀铜线。9.权利要求1所述的引线键合结构，其中所述第一电接触和第二电接触包括裸芯键合垫、接触垫、导电凸块或键合引线。10.一种半导体装置，包括：第一半导体裸芯，包括第一裸芯键合垫；第二半导体裸芯，包括第二裸芯键合垫，所述第一半导体裸芯固定到所述第二半导体裸芯；元件，包括电接触，所述第二半导体裸芯固定到所述元件；以及连续引线，其与第二裸芯键合垫相互扩散，所述引线将所述第二半导体裸芯的第二裸芯键合垫与所述第一半导体裸芯的第一裸芯键合垫和所述元件的电接触电连接，其中所述连续引线具有第一部、第二部和接触部，所述第一部电连接所述键合垫和所述第一电接触，所述第二部电连接所述键合垫和所述第二电接触，所述接触部接触所述第二裸芯键合垫且与所述第二裸芯键合垫相互扩散，所述引线的接触部在所述第一部和所述第二部之间延伸，并且在其长度方向上具有扁平形状，所述扁平形状具有基本均匀厚度，且所述引线的第一部和第二部具有线形，其直径大于所述接触部的厚度。11.权利要求10所述的半导体装置，其中所述元件是基板且所述电接触是接触垫。12.权利要求11所述的引线键合结构，其中所述基板包括印刷电路板(PCB)、引线框架和带载自动键合(TAB)。13.权利要求10所述的半导体装置，其中所述元件是第三半导体裸芯且所述电接触是第三裸芯键合垫。14.权利要求...

【专利技术属性】
技术研发人员：吕忠，余芬，邱进添，俞志明，肖富强，
申请(专利权)人：晟碟半导体上海有限公司，晟碟信息科技上海有限公司，
类型：发明
国别省市：上海,31