专利名称：一种用于功率半导体元件的混合式焊线结构的制作方法
技术领域：
本实用新型系有关一种用于半导体元件的焊线结构，其特别系关于一种用于功率半导体元件使用金焊线及铝焊线混合焊线的结构。
背景技术：
一般而言，功率半导体元件于封装晶粒程序中，会经过以下步骤进货检验，功率半导体元件上片，烘烤，功率半导体焊线，等等。其次，功率半导体元件上片也就是黏晶，黏晶目的乃将一颗的晶粒置于导线架上并黏着固定。使用黏着材料为(1)鍚(Solder)；(2)共金(金跟矽的共金点)。结束后，进行的是功率半导体焊线，该功率半导体焊线乃是利用全自动的焊线机将晶粒上的接点以极细的金属线，如金线(18-75um)或铝线(25-508um)，连接功率半导体晶粒到导线架的内接脚，进而籍此将功率半导体元件晶粒的电路信号传至外界。之后进行后续操作(如测试，封胶等)，即为一市面上常见的成品。而本文即是指针对焊线的结构，作一讨论及改良。
功率半导体元件焊线处理，常用的方式有两种。第一种系将晶片与导线架电接脚间以金(Au)焊线作连接介质如图1所显示为现有技艺以金线焊接于晶片与导线架电接脚间的俯视图(未封胶前)。整块晶图片经切割后的晶粒15，设置于导线架10的第三电接脚13末端处，晶粒15与导线架10的第一电接脚11及第二电接脚12则以极细的金焊线16、17作为连接介质，由于一般该第一电极区151及第一电接脚11系作为闸极(或基极)，而第二电极区152及第二电接脚12则为源极(或射极)，固定晶粒的第三电接脚13则为汲极(或集极)；因此，晶粒15顶部第一电极区151与第一电接脚11末端系使用一金焊线16构成导线，而第二电极区152与第二电接脚12末端则必须使用多条金焊线17作为连接介质，如此才能符合高功率半导体元件的电子特性。然而完全运用金线作焊线的功率半导体元件，具有下列几项缺点一、金线单价成本高，且为生产过程中金为必需品，使产品单价较高；二、生产速率慢，由于金线不适合粗线焊接，因此若以一条铝线可完成的焊线(如12mil，换算单位1mil＝25.4微米)，改以金线(如2mil)替代，约需15条左右的金线，不仅成本昂贵许多，且生产速率也变慢很多。
第二种系将晶片与导线架电接脚间以铝(Al)焊线作连接介质，如图2所显示为现有技艺以铝线焊接于晶片与导线架电接脚间的俯视图(未封胶前)。整块晶图片经切割后的晶粒25，设置于导线架20的第三电接脚23末端处，晶粒25与导线架20的第一电接脚21及第二电接脚22则以铝焊线作为连接介质，由于铝线能作粗线的焊线，因此晶粒25顶部第一电极区251与第一电接脚21末端系使用一细铝焊线26构成导线，而第二电极区252与第二电接脚22末端则使用至少一条(通常不超过三条)的粗铝焊线27作为连接介质，如此才能符合高功率半导体元件的电子特性。然而完全运用铝线作焊线的功率半导体元件，具有下列几项缺点一、生产制程因接近临界条件，制程条件难以控制，产生如过度焊线(Over Bonding)与因冷焊形成焊接不良(ball off)缺失，此最容易发生于作为闸极(或基极)的第一电极区251与第一电接脚21的焊接处，使生产过程中的不良率过高。
二、生产设备投入成本约为焊接金线生产设备投入成本的三倍。
三、生产速率慢，其中以粗的铝焊线进行源极(或射极)的焊线操作虽比金焊线快，但是进行闸极(或基极)的焊接操作，却比金焊线慢了3-5倍，故综合而言，整体的生产速率仍慢。
发明内容本实用新型的主要目的系提供一种能降低生产成本、提高生产品质的应用于功率半导体元件的混合式焊线结构，利用金焊线作为第一电极区与第一电接脚的连接介面，可避免产生传统在闸极(或基极)采用铝焊线易发生过度焊线等不良情形，进而提高产品良率。而第二电极区与第二电接脚间则以铝焊线作为连接介面，可免除传统而以多条金线焊接而产生的成本过高、生产速率慢等缺点，故运用本实用新型所生产的功率半导体元件，在品质提升及成本大幅降低下，极具市场竞争力。
本实用新型的次要目的为将原单一元件封装焊线的生产速率可提升约3-5倍，降低生产成本。因为以铝焊线作闸极(或基极)的焊线操作生产速率很慢，本实用新型使用一条金线焊接第一电极区与第一电接脚间，将大幅缩短加工时间，生产速率可提升约为完全铝线焊接的生产速率3-5倍。
本实用新型的再一目的为减少晶片上，焊线与电极区焊接所使用的面积，从而减少晶片用料，有助降低晶片的单位生产成本。因为使用金线焊接，虽然略提高焊线成本，但有助于大大地缩小第一电极区的焊线面积。晶片的单位生产成本正比于晶片的面积大小，若晶片的面积大小可缩减10％，晶片的单位生产成本可降低10％。同规格产品在市场上，单价降低10％是极具竞争力。
本实用新型的另一目的系提供一种在不需大幅增加投资成本的条件下，能使生产速率提升中、品质提高、生产成本降低的混合焊线结构，以现有封装厂商为例，如同时拥有金线及铝线的全自动焊线机者，仅需略改变其生产流程，即可应用本实用新型方式生产功率半导体元件，完全不需增加投资成本即可使生产成本降低；而如仅有其中一种金线(或铝线)焊线机的厂商，亦仅需购买另一种型式即可，再与原机型混合使用，而非将旧机型淘汰或丢弃不用而全部购买新机种，如此即能在投资最小的金额下，使产能大幅提升，成本降低，使获利更高。
为达到本实用新型上述目的，本实用新型提供一种用于功率半导体元件的混合式焊线结构，其包括由一导线架形成电极的至少二个电接脚，其中该二个电接脚分别系为一第一电接脚及一第二电接脚，第一电接脚的末端预先镀上一层银；一个至少具有一第一电极区及一第二电极区的功率晶率，其中一金焊线作为连接该第一电接脚末端及该第一电极区的间的导线，以及至少一条以上铝线作为连接该第二电接脚及该第二电极区的间的导线。
为使熟悉该项技艺人士了解本实用新型的目的、特征及功效，以下通过下述具体实施例，并配合所附的图式，对本实用新型详加说明，说明如后
图1显示现有技术以金线焊接于晶片与电接脚间的俯视图。
图2显示现有技术以铝线焊接于晶片与电接脚间的俯视图。
图3A显示本实用新型混合焊线于晶片与电接脚间的功率半导体元件的俯视图的实例。
图3B为显示图3A的导线架的俯视图。
具体实施方式本实用新型提出一种用于功率半导体元件的混合式焊线结构。如图3A所示，该导线架30包括第一电接脚31、第二电接脚32及第三电接脚33，其中该晶粒35设置于第三电接脚33末端处，该晶粒35顶部设有第一电极区351及第二电极区352，本实用新型系此半导体元件的第一电极区351与第一电接脚31以金焊线36连接，而第二电极区352与第二电接脚32以铝焊线37连接，因而完成整个混合焊线的焊接结构。
为了达到良好的导线焊接品质，可将导线架30预作处理，例如其中该第一电接脚31的末端，即金焊线36的连(焊)接区域位置，此定义为焊接线垫区311(如图3B所示的斜线区域)预先电镀一层银(Ag)，使金焊线容易焊接固定，而其余导线架30的部份(包括第二电接脚32、第三电接脚33及第一电接脚31局部)，则为裸铜(Cu)，或另镀上一层镍(Ni)，使铝焊线易于焊接固定。
为使本实用新型的混合焊线结构，发挥最大的功效，主要系运用于功率半导体元件，其中由金焊线36连接的第一电极区351与第一电接脚31，如晶粒为金氧半功率半导体元件的情况下为闸极区，如为变载子功率半导体无件的情况下则为基极区。另外由铝焊线37所连接的第二电极区352与第二电接脚32，在金氧半功率半导体元件中则为源极区，在变载子功率半导体元件中则为射极区，由此利用铝线取代传统金线作为源极(或射极)的连接介质，可大幅降低金线的使用量(例如传统需金线10条，现仅需铝线1条)，使成本降低，生产效率提高，而金线仍作为闸极(或基极)的连接介质，以维持极佳的电子特性，故运用此混合焊线方式所制成的功率半导体元件，不仅能降低生产成本及设备投资成本，所完成的成品具有极高的品质，极具产业利用价值及市场竞争力。
虽然文中已应用较佳实施例说明本实用新型，但熟悉本技术者了解并可对上述实施例加以更改及变更，而不偏离本实用新型的精神及观点。以上所述仅为本实用新型的较佳具体实施例，凡依本实用新型申请专利范围所做的均等变化及修饰，皆应属本实用新型申请专利的涵盖范围。
权利要求1.一种用于功率半导体元件的混合式焊线结构，其特征在于，包括一金属导线架，其包括第一电接脚、第二电接脚及第三电接脚，于第一电接脚的末端，即金焊线的连(焊)接区域位置，预先电镀一层银；一功率晶粒，设置于第三电接脚处，至少具有一第一电极区及一第二电极区，该结构还包括一金焊线，该金焊线被焊接于该第一电接脚末端及该第一电极区；至少一条以上的铝焊线，该铝焊线被焊接于该第二电接脚及该第二电极区。
2.根据权利要求1所述的结构，其特征在于，该第一电极区系为一闸极区，第二电极区则为一源极区。
3.根据权利要求1所述的结构，其特征在于，该第一电极区系为一基极区，该第二电极区则为一射极区。
4.根据权利要求1所述的结构，其特征在于，在该导线架的第一电接脚的末端以外的该导线架的其余区域包覆镀上镍金属或原素材裸铜。
专利摘要本实用新型提供一种用于功率半导体元件的混合式焊线结构，其包括由一导线架形成电极的至少二个电接脚，其中该二个电接脚分别为一第一电接脚及一第二电接脚，第一电接脚的末端预先镀上一层银；一个至少具有一第一电极区及一第二电极区的功率晶粒，其中一金焊线作为连接该第一电接脚末端及该第一电极区之间的导线，以及至少一条以上铝焊线作为连接该第二电接脚及该第二电极区之间的导线。
文档编号H01L21/60GK2789932SQ20052003990
公开日2006年6月21日 申请日期2005年3月2日 优先权日2005年3月2日
发明者吴家州 申请人:勤益电子(上海)有限公司