FR2555813A1 - Dispositif a semi-conducteurs et procede de fabrication d'un tel dispositif - Google Patents

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Abstract

L'INVENTION CONCERNE UN DISPOSITIF A SEMI-CONDUCTEURS ET UN PROCEDE DE FABRICATION D'UN TEL DISPOSITIF. POUR LA REALISATION D'UN DISPOSITIF A SEMI-CONDUCTEURS, IL EST PREVU UN FIL DE CONNEXION 6 CONTENANT DE L'ALUMINIUM ET UNE SUBSTANCE AUTRE QUE L'ALUMINIUM ET QUI RACCORDE UN PLOT DE CONNEXION 5 FORME SUR UNE PASTILLE SEMI-CONDUCTRICE 3 ET UNE COUCHE CONDUCTRICE 7 SITUEE A L'EXTERIEUR DE LA PASTILLE SEMI-CONDUCTRICE, UNE PARTIE DU FIL RACCORDE AU PLOT DE CONNEXION 5 POSSEDANT UNE DURETE VICKERS COMPRISE ENTRE ENVIRON30 ET50. APPLICATION NOTAMMENT A LA FABRICATION D'UN SEMI-CONDUCTEUR EN UTILISANT LA TECHNIQUE DU SOUDAGE A BOULE ECRASEE.

Description

La présente invention concerne un dispositif semiconducteurs et plus
particulièrement une technique
qui est efficace lorsqu'elle est appliquée à un fil de con-
nexion ou de liaison permettant de réaliser la liaison électrique entre le plot de connexion d'une pastille et une partie conductrice pour le raccordement de sortie à l'extérieur. Selon le procédé de fabrication d'un dispositif à semiconducteurs, on utilise un fil d'or (Au) en tant que
fil qui relie électriquement le plot de connexion en alu-
minium d'une pastille semiconductrice et ue plaque de base telle que la base d'un cadre de montage ou d'un bottier en céramique. Habituellement le fil d'or comporte une boule
à l'une de ses extrémité et est ensuite soumis à l'opéra-
tion de soudage à boule écrasée ou soudage en tête de clou
au moyen d'une thermocompression.
On peut envisager d'utiliser de l'aluminium en tant que matériau du fil afin d'éliminer l'inconvénient
de l'accroissement du cot imputable à l'utilisation d'or.
Dans la demande de bravet publiée au Japon N 51.140.567, il est indiqué que dans ce cas une boule est formée à une
extrémité du fil d'aluminium à l'aide d'un chalumeau élec-
trique ou analogue, à la suite de quoi le soudage à boule
écrasée est mis en oeuvre.
Les inventeurs ont mis en évidencele problème consistant en ce que, dans le cas de la mise en oeuvre du soudage à boule écrasée d'un fild'aluminium, une séparation
du fil de connexion se produit notamment dans un plot de con-
nexion en aluminium sur une pastille, avec comme résultat
le fait que l'aptitude au soudage diminue.
Les recherches sérieuses des inventeurs ont ré-
vélé que la dureté d'une boule formée à une extrémité du fil d'aluminium présente une grande influence sur la propriété
de liaison.
En ce qui concerne la relation entre la dureté de
la boule et l'aptitude au soudage, les inventeurs ont dé-
couvert ce oui suit: Lorsque la boule formée est devenue trop molle par suite d'un recuit, l'énergie ultrasonique n'agit pas de façon suffisante sur une partie de liaison dans le cas de la fixation par liaison ultrasonique entre la pellicule d'aluminium et le plot de connexion et la partie en forme
de boule du fil d'aluminium à titre d'exemple. Par consé-
quent la surface de l'aluminium, qui est active dans l'état
d'énergie de surface,n'apparait pas, de sorte qu'il se pro-
duit une séparation du fil de connexion.
Au contraire, lorsque la dureté de la boule d'a-
luminium est trop élevée, il apparait des contraintes éle-
vées dans une couche de silicium ou dans une couche de bi-
oxyde de silicium, etc au-dessous du plot de connexion, en
raison d'une force lors de l'opération de fixation par sou-
dage. C'est pourquoi il apparait des endommagements de la
liaison de la fixation, tels que des fissures, dans ces cou-
ches. Par ailleurs les inventeurs ont découvert ce qui
suit en ce qui concerne la relation entre l'aptitude au sou-
dage et la dureté de l'ensemble du fil d'aluminium, contrai-
rement à ce qui existe pour la boule seule: Lorsque la dureté du fil d'aluminium est trop faible, cette boule d'aluminium s'écrase de façon excessive ou un capillaire est obstrué apr le fil lors de l'opération de liaison de soudage, dans laquelle est mise en oeuvre un appareillage de soudage, tel que par exemple un appareil
de soudage ultrasonique de fils.
Inversement, avec le fil d'aluminium dont la du-
reté est trop élevée, il se présente quelquefois le cas se-
lon lequel la hauteur d'une boucle de fil devient nettement plus importante que sa valeur nominale. Lorsque, avec comme objectif d'empêcher cet inconvénient, on exerce une traction arrière sur le fil, ce dernir subit un endommagement et se romt. Les inventeurs ont trouvé que les conditions de traitement thermique du fil brut,c'est-à-dire le fil tel qu'il est formé et non soumis à un quelconque traitement, sont en relation, d'une manière conséquente, avec les pro- blèmes mentionnés précédemment, et que la hauteur de la
boucle du fil peut être conservée en deçà de la valeur no-
minale au moyen d'une commande des conditions de traitement thermique. Un but de la présente invention est de fournir une technique qui permet de régler la dureté d'une partie
en forme de boule dans la gamme optimum dans le cas du sou-
dage à boule écrasée, avec un fil qui est constitué par de l'aluminium ou par une composition d'aluminium permettant
d'obtenir une aptitude au soudage favorable.
Un autre but de la présente invention est de
fournir une technique permettant d'utiliser un fil d'alu-
minium possédant une composition permettant un soudage à
boule écrasée, optimum.
Un autre but de la présente invention consiste à fournir une technique permettant de conserver la hauteur
de la boucle d'un fil de soudage en deçà de sa valeur nomi-
nale. Un autre but de la présente invention consiste à fournir une technique permettant d'empêcher la détérioration
d'un fil et d'améliorer le rendement de soudage disponible.
Un autre but de la présente invention consiste à fournir une technique permettant d'empêcher l'apparition d'une rupture de fil, etc. Un autre but de la présente invention consiste à fournir un fil et une technique de liaison ou fixation par soudage, à l'aide de laquelle à la fois la dureté du fil de connexion lui-même et celle d'une partie en forme de boule
peuvent être réglées aux conditions optimales.
Les buts mentionnés ci-dessus ainsi que d'autres buts et d'autres caractéristiques de la présente invention
ressortiront de la description qui va suivre des dessins
annexés. On va expliciter brièvement ci-arpès les grandes lignes d'aspects typiques de la présente invention. En soumettant un fil à un traitement thermique,
il devienîpossible de régler la dureté de ce fil à une va-
leur désirée et de maintenir la hauteur de boucle du fil
en deçà de sa valeur nominale.
On peut maintenir la hauteur de boucle du fil en deçà de sa valeur nominale en choisissant une composition
spécifiée pour le matériau du fil.
Une aptitude au soudage favorable est obtenue au moyen du choix d'une gamme spécifiée de duretés d'une
partie en forme de boule, qui est formée dans un fil d'alu-
minium ou dans un fil formé par une composition d'aluminium.
D'une manière plus précise l'invention concerne
un dispositif à semiconducteurs caractérisé en ce qu'il com-
porte un fil de connexion contenant de l'aluminium et une substance autre que l'aluminium et qui relie un plot de
connexion formé sur une pastille semiconductrice et une cou-
che conductrice formée à l'extérieur de cette pastille semi-
conductrice, et dont une partie, qui est reliée au plot de connexion, possède une dureté Vickers comprise entre 30 et 50. Un procédé de fabrication d'un tel dispositif à semiconducteurs est caractérisé conformément à l'invention en ce qu'il consiste à mettre sous la forme d'une boule une partie d'un fil de connexion devant être raccordé à un plot de connexion et à refroidir la boule en appliquant sur cette
dernière un soufflage de gaz inerte, lorsque le plot de conne.
xion formé sur une pastille semiconductrice et une couche
conductrice formée à l'extérieur de cette pastille semicon-
ductrice doivent être raccordés au moyen du fil de conne-
xion qui contient de l'aluminium et une substance autre que l'aluminium. D'autres caractéristiques et avantages de la
présente invention ressortiront de la description donnée
ci-après prisesen référence aux dessins annexes, sur les-
quels:
la figure 1 est une vue en coupe d'un disposi-
tif à semiconducteurs qui est une forme de réalisation de la présente invention; la figure 2 est une vue en coupe partielle à plus grande échelle d'une partie de connexion de fil dans le dispositif à semiconducteurs de la figure 1; les figures 3 et 4 sont des vues explicatives montrant respectivement la formation d'une boule dans un fil
à base d'aluminium et l'état de cette boule, fixée par sou-
dage ultrasonique; la figure 5 est un graphique montrant la relation
entre la dureté Vickers d'une boule d'aluminium, la fréquen-
ce d'apparition de séparations et l'endcmmagement de la liai-
son soudée; la figure 6 est un graphique montrant la relation entre la composition du fil et la dureté Vickers; la figure 7 est une vue en coupe partielle d'une autre forme de réalisation du dispositif à semiconducteurs conforme à la présente invention; la figure 8 est une vue en coupe partielle à plus grande échelle montrant une boucle de fil dans le dispositif à semiconducteurs de la figure 7;
la figure 9 est un graphique montrant les rela-
tions entre la température de traitement thermique d'un fil, la charge de rupture et le pourcentage ou taux d'allongement;
la figure 10 est un graphique montrant les rela-
tions, pour un autre fil, entre la température de traitement thermique, la charge de rupture et le pourcentage ou taux d'allongement. Dans un dispositif à semicondcuteurs de la figure 1, une pastille 3 constituée par exemple par du silicium est montée sur une patte 2 constituée par exemple en un alliage 42, au moyen d'une couche de jonction 4 qui est constituée par exemple par un eutectique or-silicium ou un agent de liaison tel qu'une pâte d'argent. Comme représenté sur la figure 2, un plot de connexion situé sur la pastille 3 est un plot en aluminium 5. D'autre part un fil de connexion 6 est un fil à base d'aluminium qui est constitué par de l'aluminium ou par
une composition d'aluminium. Ce fil de connexion 6 est uti-
lisé pour réaliser le raccordement électrique du plot d'alu-
minium 5 de la pastille 3 et d'une couche d'aluminium 14 formée sur la partie conductrice intérieure 7 d'un conducteur
1 constitué par exemple par un alliage 42.
Une fois achevée la connexion du fil, on place la pastille 3, le fil de connexion 6, ect dans un moule en
matière plastique 8.
Afin de réaliser la fixation ou le soudage du fil de connexion 6 comme représenté sur la figure 3, on réalise conformément à la présente invention une partie en forme de boule 6a au niveau d'une extrémité du fil en établissant une décharge électrique entre l'extrémité du fil 6 maintenue par un appareil à souder les fils non représenté, et l'électrode 9 de cet appareil. Lorsqu'on choisit de façon spécifique le
matériau du fil comme décrit précédemment, la partie en for--
me de boule 6a possède une dureté convenant pour la fixation
par soudage.
Aussitôt après la formation de la partie en for-
me de boule 6a, on peut réaliser une trempe de cette boule en lui appliquant un soufflage de gaz inerte, par exemple de l'argon, à basse température. On obtient ainsi une dureté favorable de la boule. Quelle que soit la composition que le
fil puisse posséder, cette trempe est l'une des bonnes solu-
tions permettant d'obtenir une dureté prédéterminée.
En utilisant un outil de soudage ultmasonique comme représenté sur la figure 4 à titre d'exemple, on presse la partie en forme de boule 6a contre le plot en aluminium 5 sur la pastille 3 et on l'y fixe à demeure par soudage en utilisant les vibrations ultrasoniques. Une pelli- cule de A1203 réalisée sur la surface de la partie en
forme de boule 6a est détruite pendant la liaison ou fixa-
tion par soudage et l'on obtient une connexion appropriée du fil. Lorsque l'on appuie en pressant vers le bas, la partie en forme de boule 6a forme une partie de connexion
6b. Cette partie de connexion 6b recouvre le plot d'alumi-
nium 5 qui est à nu dans la zone d'ouverture d'une pellicule
finale de passivation 13.
Lorsque la dureté d'une telle partie en forme de boule 6a du fil en aluminium 6 est trop faible, la surface
de l'aluminium, qui est active dans l'état d'énergie de sur-
face,n'apparait pas et le fil de connexion se sépare du plot
de connexion, comme décrit précédemment. D'autre part, lors-
que la dureté de 1 a boule 6a est trop élevée, une force in-
tervenant pendant l'opération de connexion du fil entraîne l'endommagement de la connexion, de telle sorte qu'une couche de bioxyde de silicium (SiO2) 12 située au-dessous du plot
en aluminium 5 est détruite.
Afin d'obtenir une bonne propriété de fixation par soudageoudconnexion il est par conséquent nécessaire que la dureté de la partie en forme de boule 6a soit réglée dans
une gamme optimale.
C'est pourquoi les inventeurs ont répété des étu-
des expérimentales concernant les relations entre la dureté
de la partie en forme de boule en aluminium 6a et la fréquen-
ce d'apparition (%) du pelage ou écaillage ou séparation en-
tre le fil de connexion 6 et le plot en aluminium 5 et la fréquence d'apparition (%) de l'endommagement de la liaison lors de laquelle la couche de bioxyde de silicium 12 située
au-dessous du plot en aluminium 5 se fissure. On a alors ob-
tenu des résultats tels que représenté sur la figure 5.
Comme cela est visible sur la figure 5, lorsque l'on tient compte du fait qu'une valeur admissible de la
fréquence d'apparition d'une liaison ou fixation défectueu-
se est d'environ 10 %, la fréquence d'apparition d'un écail- lage ou d'une séparation (indiquée par une courbe en trait
plein) est élevée pour une dureté Vickers inférieure à en-
viron 30, et la fréquence d'apparition d'endommagements de
la liaison (indiquée par une courbe représentée par une li-
gne formée de tirets) est élevée pour une dureté Vickers supérieure à environ 50. On choisit notamment comme gamme
optimum une gamme de duretés Vickers comprise entre 35 et 42.
Les inventeurs ont effectué un gran1 nombre d'ex-
périences dans les mêmes conditions afin d'obtenir la compo-
sition du matériau d'un fil permettant d'obtenir la dureté Vickers dans une telle gamme optimale. On a alors obtenu les
résultats tels que représenté sur la figure 6.
Sur la figure 6, l'axe des ordonnées représente la dureté Vickers, tandis que l'axe des abscisses représente les compositions de différents matériaux. La dureté Vickers de chaque matériau est indiquée de telle manière que par exem ple la valeur de Au est 40. En outre ';1 % Si-Al" indique un fil qui est constitué par du Al contenant 1 % en poids de Si,
et "Au" indique un fil qui est constitué par 100 % de Au.
La figure 6 indique qu'avec un fil possédant une composition d'aluminium contenant 2 % en poids de silicium "2 %Si-Al" ou un fil possédant une composition d'aluminium contenant 1,5-2 % en poids de magnésium, (1,5-2 % Mg-Al), on obtient un fil possédant la dureté Vickers comprise entre 35 et 42, de sorte que la fixation favorable par soudage à
boule écrasée d'aluminium est possible.
Comme matériau, dont est constitué le fil possé-
dant la dureté Vickers comprise entre environ 30 et 50, on indique un matériau constitué par de l'aluminium contenant l'un quelconque des éléments suivants: 0,5 % en poids de magnésium, 1 % en poids de magnésium et 2 % en poids de
palladium. Même avec un tel métériau, il est possible d'ob-
tenir le fil possédant le faible taux de fixationr défectueu-
sE indiqué sur la figure 5.
En dehors de la dureté mentionnée précédemment de
la boule, la dureté de l'ensemble du fil affecte la souda-
bilité et la forme de la boucle du fil.
Le contrôle de la forme de la boucle du fil de-
vient l'élément le plus important dans un dispositif à se-
miconducteurs mince, par exemple pour une horloge ou une montre, comme représenté sur la figure 7 et 8. Une pastille de silicium 7 est montée dans la cavité d'une base 11 formée d'un matériau isolant tel que du verre-époxy, à l'aide d'un matériau de soudage 4, par exemple une pâte d'argent (Ag) ou
un composé eutectique or-silicium (Au-Si).
Un plot de connexion en aluminium 5 situé sur une pastille 3 et une couche électriquement conductrice 16, qui est constituée par du cuivre ou analogue est disposée sur la base 11 et autour de la cavité de manière à être en vis-à-vis de la pastille, sont raccordés électriquement l'un à l'autre
au moyen d'un fil de connexion 6 qui est constitué par exem-
ple par de l'aluminium ou par une composition d'aluminium ou
par de l'or. La couche conductrice 16 est une borne extérieu-
re pour le raccordement électrique de l'intérieur et de l'ex-
térieur de la pastille 3.
La partie du fil de connexion 6 raccordée au plot' de connexion 5 est soumise à une'opération de soudage à boule
écrasée. Après qu'une partie en forme de boule 6a est été for-
mée en utilisant la solution illustrée sur la figure 3, on la fixe sur le plot de connexion 5 en utilisant la solution
représentée sur la figure 4, ce qui permet d'obtenir une par-
tie de liaison 6b.
La pastille 3 et les fils 6 sont enveloppés ou
enrobés dans un organe d'étanchéité 15 par encapsulation, mou-
lage ou analogue d'une résine, par exemple une résine de poly-
imide ou une résine époxy.
En particulier dans le dispositif à semiconduc-
teurs mince, la manière dont la hauteur de boucle du fil de connexion 6 est conservée à une valeur stable de façon fixe à l'intérieur de sa valeur nominale lorsque le fil 6 est apposé par un appareil de soudage de fil (non représenté),
devient très importante. Comme indiqué précédemment,on n'ob-
tient pas une hauteur de boucle favorable lorsque la dureté du fil 6 est trop élevée ou trop faible, il est nécessaire d'obtenir la hauteur de boucle de fil optimale telle qu'elle
est souhaitable.
C'est pourquoi les inventeurs ont effectué dif-
férentes études expérimentales. Comme résultat ilsont trou-
vé que la hapteur de boucle du fil peut être contrôlée de façon optimale à l'aide d'un traitement thermique du fil 6 dans des conditions spécifiées de température à l'intérieur d'un four de recuit continu (non représenté) avant la fixatioi par soudage du fil 6. En outre on a trouvé que la hauteur de
boucle du fil peut être commandée de façon optimale en met-
tant en oeuvre une recristallisation du fil 6 lorsque ce dernier, une fois ramolli par le traitement thermique, est
refroidi et est de nouveau durci ou trempé.
La figure 9 représente les relations entre la tem-
pérature de traitement thermique, la charge de rupture et le taux ou pourcentage d'allongement dans le cas du recuit d'un fil possédant un diamètre de 30 microns et constitué par de l'aluminium contenant 1 % en poids de silicium (1 %Si-Al). Le
recuit fut effectué en déplaçant le dispositif à semiconduc-
teurs à une vitesse de 40cm/mn dans le four de recuit mainten
à une température fixe.
Sur la figure 9 l'axe des abscisses représente la
température de recuit ( C) et les axes des ordonnées repré-
sentent la charge de rupture (g) du fil et le taux ou pour-
centage d'allongement (%) de ce fil. Les courbes représentées respectivement par un trait plein et par une ligne formée de 1 1 tirets concernent la charge de rupture ou de traction (g) obtenue lors de la rupture d'un fil soumis à une certaine
température de recuit et à un taux ou pourcentage (%) d'al-
longement maximum avant rupture.
Le fil fournissant la hauteur de boucle de fil favorable peut être obtenu par traitement thermique dudit fil dans une gamme de températures, qui est supérieure à la température de début de recristallisation du fil, à savoir
à la température la plus basse Ta permettant la recristallisa-
tion et qui n'est pas supérieure à une température Tb ren-
dant maximum le taux d'allongement, c'st-à-dire dans une gam-
me qui est repérée par L1 sur la figure 9 (environ 400-470 C).
Sur l'illustration la température Ta de début de recristal-
lisation se situe à un point d'inflexion, à environ 400 C dans
le cas de la figure 9.
Le fil recuit à une température supérieure à la température Ta de début de recristallisation, en d'autres termes le fil recristallisé, fournit une boucle possédant une bonne forme. La raison en est que la traction du fil agit
sur i'ensemble de ce dernier et est absorbée de façon rai-
sonnable. En ce qui concerne le fil recuit à une température inférieure à la température Ta de début de recristallisation en particulier le fil recuit à une température située dans
une gamme dans laquelle la courbe fournissant le taux d'allon-
gement présente une valeur constante, la forme de la boucle est défavorable étant donné que la hauteur rapport au plan de fixation par soudage est trop faible. Un tel fil présente une charge de rupture élevée et possède une résistnce élevée, et est très sujet à se rompre. La raison, pour laquelle le fil
est sujet à se rompre, est celle indiquée ci-après.
La taille des grains du cristal du fil varie brus-
quement à proximité de la partie en forme de boule 6a. La partie de connexion 6b, la partie en forme de boule 6a, et la partie du fil dans une gamme de hauteurs comprise entre 2 et 3 fois la hauteur de la partie en forme de boule 6a à partir du plan de soudage sont chauffés à une température de 500 C-600 C afin de réaliser la formation de la partie en forme de boule 6a. Cette température est supérieure à la température de départ de recristallisation du fil d'alu-
minium possédant n'importe quelle composition. C'est pour-
quoi la recristallisation de l'aluminium dans ces régions
est favorisée et on arrive à obtenir des grains d'un dia-
mètre de quelques dizaines de microns. Un grain peut occu-
per la section du fil possédant un diamètre de 30 microns.
D'autre part l'aluminium situé à l'extérieur de ces régions
est soumis uniquement à des températures inférieurs à la tem-
pérature Ta de début de recristallisation. Par conséquent le grain de l'aluminium reste inchangé et identique à celui
du fil brut formé par étirage du lingot d'aluminium et pos-
sédant un diamètre non supérieur à 1 micron.
Par ailleurs, le fil s'étendant vers le haut à par-
tir de la partie en forme de boule 6a, et ce essentiellement verticalement est soumis à une traction latérale permettant
de réaliser la formation d'une boucle. Cette traction se con-
centre au-dessous de la partie du fil, au niveau de laquelle le diamètre du grain varie brusquement, à savoir la partie
dont la hauteur est 2 à 3 fois supérieure à la partie en for-
me de boule 6a à partir du plot de connexion 5. Par consé-
quent le fil se rompt En outre même dans le cas du recuit effectué à une température supérieure à la température Ta de départ de recris tallisation, le fil recuit h une température supérieure à la température Tb maximisant le taux d'allongement du fil n'est
pas avantageux. Etant donné que l'ensemble du fil est mou.
ou que le taux d'allongement est élevé, la forme de la boucle de fil se rapproche du trajet de déplacement de l'outil de soudage 10. C'est pourquoi la hauteur maximum de la boucle par rapport au plot de connexion 5, qui est habituellement
comprise entre 200 et 300 microns, prend une valeur aussi éle-
vÉeé que 600-700 microns.
Le fil recuit àune température supérieure à la
température Ta et inférieure la température Tb peut diffi-
cilement faire l'objet d'une rupture et peut fournir une hauteur de boucle correcte. Le diamètre des grains d'alumi- nium prend une valeur de quelques microns, par exemple de microns dans l'ensemble du fil. En outre le diamètre des
grains diminue graduellement, mais non brusquement, à par-
tir de la partie possédant les grains d'un diamètre de quel-
ques dizaines de microns.
Le recuit décrit ci-dessus peut être effectué avant que soit réalisé la fixation du fil par soudage. Il est recommandé de mettre en oeuvre le recuit conformément à la présente invention avant que le fil ne soit mis en place
sur la bobine de l'appareil de soudage de fil ou analogue.
La température Ta de début de recristallisation et
la température Tb rendant maximum le taux d'allongement dif-
fèrent en fonction du matériau constituant le fil.
La figure 10 représente les relations entre les températures de traitement thermique, la charge de rupture
et le taux ou pourcentage d'allongement dans le cas de la mi-
* se oeuvre de traitements de recuit continu (à 40 cm/mn) sem-
blables à ceux de la figure 9, pour un fil d'lauminium com-
portant 1,5 % en poids de magnésium (1,5 % de Mg-Al), etc. Sur la figure 10 l'axe des abscisses et les axes des ordonnées ont les mêmes significations que sur la figure 9. Une ligne
en trait plein et une ligne formée de tirets indiquent res-
pectivement la charge de rutpure et le taux d'allongement
comme sur la figure 9.
Une ligne en trait plein a et une ligne formée
de tirets a correspondent au fil d'aluminium mentionné pré-
cédemment contenant 1,5 % en poids de magnésium (1,5 % Mg-
Al), une ligne en trait plein b et une ligne formée de tirets correspondent à un fil d'aluminium contenant 2,9 % en poids de magnésium (2,9 Mg-Al), et une ligne en trait plein c et
une ligne formée de tirets c représentent un fil d'alumi-
nium contenant 4,9 % en poids demagnésium (4,9 % Mg-Al).
Tous les diamètres de ces fils sont égaux à 30 microns.
On peut régler la gamme L2 des températures op-
timales de recuit pour le fil d'aluminium contenant 1,5 % en poids de magnésium, de manière tout à fait semblable à l'exemple représenté sur la figure 9. Etant donné que le
matériau du fil diffère, Ta e 300 C et Tb * 4000 C. Confor-
mément à ce fil, outre le fait de fournir une forme de boucle favorable, il permet un meilleur soudage à boule écrasée que le fil représenté sur la figure 9. C'est-à-dire que,
comme représenté sur la figure 6, ce fil peut fournir la du-
reté optimale de la boule. C'est pourquoi il est possible d'empêcher des défauts de liaison ou fixation par soudage, comme par exemple la séparation du fil de connexion et les
fissures dues à l'établissement de la connexion.
Avec le fil d'aluminium contenant 2,9 % en poids de magnésium, la gamme de températures du recuit vient se situer à 300O C-400O C, tandis que la boucle est maintenue à une forme souhaitable et la résistance du fil est maintenue
à une certaine valeur ou au-dessus d'une certaine valeur.
Mais dans ce cas la dureté du fil est élevée et par consé-
quen on n'obtient pas un état aussi bon qu'avec le fil d'alu-
minium contenant 1,6 % en poids de magnésium. En outre, avec le fil d'aluminium contenant 4,9 % en poids de magnésium, il n'est pas possible de réaliser une gamme de température de
recuit aussi étendue- sur quelques dizaines de C.
Dans ce cas cependant, le fil possédant la hau-
teur de boucle favorable peut être obtenu grâce à la mise en oeuvre dutraitement thermique dans la gamme de températures (indiquée par L2 sur la figure 10) supérieure à la température
de début de recristallisation du matériau du fil et non su-
périeure à la température rendant maximum le taux d'allonge-
ment. C'est-à-dire que la forme de la boucle du fil peut être
contrôlée au moyen de la recristallisation du fil.
Les formes de réalisation décrites précédemment fournissent les effets suivants: Etant donné que la connexion ou fixation par
soudage est réalisée de façon avantageuse avec un fil d'a-
luminium ou un fil possédant une composition d'aluminium,
il est possible d'obtenir une réduction importante du coût.
Grâce au choix de la dureté d'une partie en for-
me de boule d'aluminium dans une gamme spécifiée, la proprié-
té de fixation par soudage et la résistance de cette fixation
avec un fil d'aluminium peuvent être améliorées d'une maniè-
re remarquable.
En spécifiant une composition de fil, on obtient
de façon stable une bonne capacité de fixation.
En réalisant la trempe d'un fil après avoir mis
son extrémité sous la forme d'une partie en boule, on ob-
tient la partie en boule possédant une dureté prédéterminée, si bien que l'on peut réaliser une connexion favorable du fil. On peut contrôler la forme de la boucle d'un fil
de telle manière que le fil ramolli par un traitement thermi-
que soit recristallisé avant la fixation du fil par soudage.
On peut rendre optimale la hauteur de la boucle d'un fil en soumettant ce dernier à un traitement thermique dans une gamme de températures supérieure à la température de début de recristallisation du fil et non supérieure à une
température rendant maximum le taux d'allongement du fil.
Lorsque le fil est un fil d'lauminium contenant 1 % en poids de silicium ou 1,5 % en poids de magnésium, on peut obtenir une hauteur de boucle favorable en deçà de la
valeur nominale de cette hauteur.
Compte tenu du contrôle de la forme de la boucle du fil au moyen d'un traitement thermique, il est possible d'empêcher l'apparition-d'un défaut ou d'une défaillance du fil dû à une tension arrière, la rupture de ce fil, etc, et aussi d'empêcher d'avoir un aspect extérieur peu esthétique
imputable à une boucle de fil incorrecte.
En spécificant la composition du fil, il est possible de former une boule possédant une dureté convenant pour la fixation par soudage et en outre on peut rendre optimale la hauteur de la boucle de fil. Lorsque l'on effectue un traitement thermique à une température spécifiée correspondant à un fil afin de donner la dureté de la boule du fil une valeur convenant
pour la fixation par soudage, on obtient une fixation à sou-
dabilité élevée et une bonne forme de boucle.
Bien que, dans ce qui précède, l'invention est
été décrite de façon concrète sur la base des formes de réa-
lisation indiquées, il va sans dire que la pràsente invention
n'est pas limitée aux formes de réalisation indiquées précé-
demment, mais que l'on peut y apporter diverses modifications
sans sortir pour autant du cadre de l'invention.
Par exemple le matériau du fil peut être tout à fait différent de celui mentionné précédemment et l'on peut tout à fait utiliser un fil de Au, etc, au lieu du fil à base
de Al.
Par exemple la dureté préférable d'une partie en
forme de boule peut être également obtenue à l'aide d'un re-
froidissement graduel après la formation de la boule d'laumi-
nium, et non pas au moyen d'une trempe basée sur un refroi-
dissement à l'air.
En outre on peut obtenir une propriété de fixa-
tion favorable en modifiant l'épaisseur de la pellicule d'a-
luminium d'un plot d'aluminium.
Dans ce qui précède, l'invention a été décrite principalement comme étant appliquée au cas d'un dispositif
à semiconducteurs enrobé dans un moulage de résine et utili-
sant le soudage à boule écrasée des fils à base d'aluminium, sur la base d'une fixation par soudage aux ultrasons, qui est
le domaine de base d'utilisation de l'invention, cette in-
vention n'étant toutefois pas limitée à ce cas.
S5813 En ce qui concerne le système de fixation ou
de connexion par soudage du fil, l'invention peut être appli-
quée d'ure manière étendue à la thermocompression et à d'au-
tres systèmes différents, en dehors du système de fixation ou de connexion par soudage aux ultrasons. De même la présente invention est applicable à des dispositifs à semiconducteurs autres que des dispositifs
du type enrobé dans une résine moulée.
La présente invention est applicable à n'importe quel dispositif à semiconducteurs dans lequel au moins une pastille semiconductrice et une borne extérieure permettant
le raccordement de cette pastille et l'extérieur sont raccor-
dées grâce à l'utilisation d'un fil.

Claims (21)

REVENDICATIONS
1. Dispositif à semiconducteurs caractérisé en ce qu'il comporte un fil de connexion (6), qui contient de l'aluminium et une substance autre que de l'aluminium et qui relie un plot de connexion (5) formé sur une pastille semiocnductrice (3) et une couche conductrice (7,14) formée à l'extérieur de ladite pastille semiconductrice, et dont
une partie, qui est raccordée au plot de connexion (5),pos-
sède une dureté Vickers comprise entre environ 30 et 50.
2. Dispositif à semiconducteursselon la revendica-
tion 1, caractérisé en ce que la partie (6a) dudit fil de connexion (6), raccordée audit plot de connexion (5), y est
soudée selon un soudage à boule écrasée.
3. Dispositif à semiconducteur selon la revendica-
tion 1, caractérisé en ce que la dureté Vickers est comprise
entre 35 et 42.
4. Dispositif à semiconducteur selon la revendica-
tion 3, caractérisé en ce que la partie (6a) dudit fil de connexion (6), raccordée audit plot de connexion (5) est
soudée selon un soudage à boule écrasée.
5. Dispositif à semiconducteursselon la revendica-
tion 4, caractérisé en ce que ladite substance autre que l'a-
luminium est du magnésium.
6. Dispositif à semiconducteurS selon la revendica-
tion 5, caractérisé en ce que le magnésium est contenu en une
proportion de 1,5 à 2 % en poids.
7. Dispositif à semiconducteur selon la revendi-
cation 4, caractérisé en ce que ladite substance autre que
l'aluminium est du silicium.
8. Dispositif à semiconducteursselon la revendi-
cation 7, caractérisé en ce que le silicium est contenu en
une proprotion égale à environ 2 %.
9. Procédé de fabrication d'un dispositif à se-
miconducteurni, caractérisé en ce qu'il consiste à amener sous la forme d'une boule une partie (6a) d'un fil de connexion (6) devant être raccordée à un plot de connexion (5) et à refroidir la boule en lui appliquant un soufflage de gaz inerte, lorsque le plot de connexion (5) formé sur une pastime semiconductrice (3) et une couche conductrice (14) formée à l'extérieur de ladite pastille semiconductrice doivent être raccordées au moyen du fil de connexion (6)
qui contient de l'aluminium et une substance autre que l'a-
luminium.
10. Procédé de fabrication d'un dispositif à se-
miconducteui, selon la revendication 9, caractérisé en ce
que la dureté Vickers de ladite boule est amenée à une va-
leur comprise entre environ 30 et 50 au moyen du refroidis-
sement.
11. Procédé de fabrication d'un dispositif à se-
miconducteuz, caractérisé en ce que la mise en oeuvre du re-
cuit d'un fil de connexion (6) avant qu'un plot de connexion (5) formé sur une pastille semicondctice (3) et une couche conductrice (7,14) formée à 1' extérieur de la pastille soient raccordés par le fil de connexion qui contient de l'aluminium
et une substance autre que de l'aluminium.
12. Procédé de fabrication d'un dispositif à se-
miconducteus selon la revendication 11, caractérisé en ce que
le recuit est mis en oeuvre à une température qui est supé-
rieure à une température de début de recristallisation dudit
fil de connexion et qui est inférieure à une température ren-
dant maximum un taux d'allongement dudit fil de connexion.
13. Procédé de fabrication d'un dispositif à se-
miconducteur selon la revendication 12, caractérisé en ce
que ladite substance autre que l'aluminium est du silicium.
14. Procédé de fabrication d'un dispositif à se-
miconducteursselon la revendication 13, caractérisé en ce-
que le silicium est contenu en un pourcentage d'environ 1 % en poids et que la température de recuit est comprise entre
environ 400 C et 470 C.
15. Procédé de fabrication d'un dispositif à se-
miconducteur selon la revendication 12, caractérisé en ce
que ladite substance autre que de l'aluminium est du ma-
gnésium.
16. Procédé de fabrication d'un dispositif à se-
miconducteursselon la revendication 15, caractérisé en ce
que le magnésium est contenu en un pourcentage égal à envi-
ron 1,5 % en poids et que la température de recuit est com-
prise entre environ 300 C et 400 C.
17. Procédé de fabrication d'un dispositif à se-
miconducteurscomportant un fil de connexion (6) qui contient de l'aluminium et une substance autre que de l'aluminium et qui relie un plot de connexion (5) formé sur une pastille semiconductrice (3) et une couche conductrice (7, 14) formée à l'extérieur de ladite pastille semiconductrice, caractérisé en ce qu'il inclut: (a) la phase opératoire de recuit dudit fil de connexion, (b) la phase opératoire consistant à donner la
forme d'une boule à une partie dudit fil de connexion de-
vant être raccordé audit plot de connexion et à amener la dureté Vickers de ladite boule à une valeur comprise entre environ 30 et 50, et (c) la phase opératoire consistant à raccorder ledit plot de connexion et ladite couche conductrice au
moyen dudit fil de connexion.
18. Procédé de fabrication d'un dispositif à se-
miconducteui, selon la revendication 17, caractérisé en ce que la dureté Vickers est amenée à une valeur comprise entre
et 42.
19. Procédé de fabrication d'un dispositif à se-
miconducteursselon la revendication 18, caractérisé en ce
que le recuit est effectué à une température qui est supé-
rieure à une température de début de recristallisation dudit
fil de connexion et quiest inférieure à une température ren-
dant maximum le taux d'allongement dudit fil de connexion.
20. Procédé de fabrication d'un dispositif à semiconducteurs selon la revendication 19, caractérisé en ce
que ladite substance autre que l'aluminium est du magnésium.
21. Procédé de fabrication d'un dispositif à se-
miconducteun selon la revendication 20, caractérisé en ce
que le magnésium est contenu en une proportion comprise en-
tre 1,5 % en poids et 2,9 % en poids et que la température
de recuit est comprise entre 300 C et 420 C.
FR8412906A 1983-09-28 1984-08-17 Dispositif a semi-conducteurs et procede de fabrication d'un tel dispositif Expired FR2555813B1 (fr)

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JP58177944A JPS6070750A (ja) 1983-09-28 1983-09-28 半導体装置
JP58177945A JPS6070751A (ja) 1983-09-28 1983-09-28 半導体装置

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