(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の素子と第２の素子との電気的接続を提供する方法であって、
（ａ）ボンディングツールを用いて、長方形の断面を有するリボン材料における第１の部分を、第１の線状の接合部を形成するように、第１の素子に超音波ボンディングするステップと、
（ｂ）ステップ（ａ）の後、前記第１の部分と連続する前記リボン材料の長手部を第２の素子に延ばすステップと、
（ｃ）前記ボンディングツールを用いて、前記リボン材料の第２の部分を、第２の線状の接合部を形成するように、前記第２の素子にボンディングし、それにより、前記第１の素子と前記第２の素子との電気的接続を提供するステップと、
を備え、
ステップ（ａ）における前記リボン材料の前記第１の部分、及び、ステップ（ｃ）における前記リボン材料の前記第２の部分の少なくとも１つの前記ボンディングは、前記リボン材料が前記第１の素子から前記第２の素子に延びる長手部に垂直でない角度で行われる方法。
【請求項２】
前記長方形の断面を有するリボン材料は、厚さに対する幅の比が７〜１３の範囲内となるよう提供される、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
ステップ（ａ）は、基板により支持される半導体ダイに前記リボン材料の第１の部分を超音波ボンディングすることを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記基板は、リードフレームであり、
ステップ（ｃ）は、前記リードフレームのリードに前記リボン材料の第２の部分をボンディングすることを含む、請求項３に記載の方法。
【請求項５】
前記第１及び第２の素子は、それぞれ半導体ダイを有する、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記リボン材料の長手部を延ばすことは、ステップ（ａ）の後に前記リボン材料の長手部を送り込むことを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記リボン材料の長手部を送り込むことは、リボンガイドにより前記リボン材料の長手部を案内することを含む、請求項６に記載の方法。
【請求項８】
（ｄ）ステップ（ｃ）の後、前記リボン材料を切るステップをさらに備える、請求項１に記載の方法。
【請求項９】
ステップ（ｂ）は、前記リボン材料の長手部を円弧状に沿うように延ばすことを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
第１の素子と第２の素子との電気的接続であって、
長方形の断面を有するリボン材料の第１の部分であって、第１の素子に超音波ボンディングされる前記第１の部分と、
前記第１の部分に連続する前記リボン材料の長手部分であって、前記第１の素子から間隔をあけて配置された第２の素子に延びる前記リボン材料の長手部分と、
前記第２の素子にボンディングされる、前記リボン材料の第２の部分と、
を含み、
前記リボン材料の前記第１の部分、及び、前記リボン材料の前記第２の部分の少なくとも１つは、前記リボン材料が前記第１の素子から前記第２の素子に延びる長手部分に垂直でない角度で、線状の接合部となるようにボンディングされる、電気的接続。
【請求項１１】
前記第１の素子は、半導体ダイを有し、
前記第２の素子は、前記半導体ダイを支持する基板を有する、請求項１０に記載の電気的接続。
【請求項１２】
前記第１及び第２の素子は、それぞれ半導体ダイを有する、請求項１０に記載の電気的接続。
【請求項１３】
前記長方形の断面を有するリボン材料は、厚さに対する幅の比が７〜１３の範囲内である、請求項１０に記載の電気的接続。
【請求項１４】
前記第２の素子に延びる前記リボン材料の長手部は、円弧状に沿っている、請求項１０に記載の電気的接続。
【請求項１５】
前記超音波ボンディングされる第１の部分は、複数のステッチ接合を含む、請求項１０に記載の電気的接続。
【請求項１６】
前記超音波ボンディングされる第１の部分は、約２〜６のステッチ接合を含む、請求項１０に記載の電気的接続。
【請求項１７】
第１の素子と第２の素子との電気的接続を提供する方法であって、
（ａ）ボンディングツールを用いて、長方形の断面を有するリボン材料における第１の部分を、第１の線状の接合部を形成するように、第１の素子に超音波ボンディングするステップと、
（ｂ）ステップ（ａ）の後、前記第１の部分と連続する前記リボン材料の長手部を第２の素子に延ばすステップと、
（ｃ）前記ボンディングツールを用いて、前記リボン材料の第２の部分を、第２の線状の接合部を形成するように、前記第２の素子にボンディングし、それにより、前記第１の素子と前記第２の素子との電気的接続を提供するステップと、
を備え、
前記リボン材料の前記ボンディングされた第１の線状の接合部、及び、前記リボン材料の前記ボンディングされた第２の線状の接合部は、前記リボン材料の前記第１の素子から前記第２の素子に延びる長手部に対して互いに異なる角度で形成される方法。
【請求項１８】
第１の素子と第２の素子との電気的接続であって、
長方形の断面を有するリボン材料の第１の部分であって、第１の素子に超音波ボンディングされる前記第１の部分と、
前記第１の部分に連続する前記リボン材料の長手部分であって、前記第１の素子から間隔をあけて配置された第２の素子に延びる前記リボン材料の長手部分と、
前記第２の素子にボンディングされる、前記リボン材料の第２の部分と、
を含み、
前記リボン材料の前記ボンディングされた第１の部分、及び、前記リボン材料の前記ボンディングされた第２の部分は、前記リボン材料の前記第１の素子から前記第２の素子に延びる長手部分に対して互いに異なる角度で形成される線状の接合部である、電気的接続。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体デバイス、特に、半導体パッケージ内において端子リードに半導体ダイを接続することに関する。
【０００２】
半導体デバイスの製造においては、半導体デバイス内の能動素子、例えば半導体ダイ内のドレインおよび／またはソース領域などが、プリント回路基板上におけるような、他のデバイスまたは電子素子に電気的に接続される。しかしながら、半導体デバイスが、ほこり、水分および突然の衝撃などの環境の状態に影響を受けやすく、それは、デバイスの適切な作動を損なうか、そうでなければそれに支障をきたす可能性があるので、デバイスは、一般に、ダイパッケージにより保護される。ダイパッケージは、ダイを保護するとともに、ダイを外部のデバイスへ電気的に接続させ得る。後者を促進するために、ボンドワイヤまたは半田ボールなどで、パッケージまたはリードフレームの外部リードにダイの特定の部分を電気的に接続する。
【０００３】
図１は、パワー半導体ダイ１０（例えばＭＯＳＦＥＴ）とリードフレーム１２の一部分との間の一般的な接続の側面図である。リードフレーム１２は、リード１４およびダイパッド１６を含んでいる。リード１４によって、ダイ１０が結合された後の、外部の素子へのダイ１０の電気的接続が可能になる。ダイ１０は、ダイパッド１６上に装着または固定されている。ダイ１０の上面は、アルミニウムなどの金属被覆部分２２を含み、当該部分は、ダイ１０の下にある能動素子との接触を提供する。次いで、金属被覆部分２２と接触部分１８との間が電気的に接続される。一般に、接続は、２つの部分の間に導電性ワイヤ２４をボンディング、例えば超音波ボンディングすることによって行われる。ワイヤ２４の材料には、金、アルミニウムおよび銅がある。図１に、ワイヤ２４と金属被覆部分２２との間における単一の接合部、接続部またはステッチ２６を示している。
【０００４】
図１において矢印で示すように、ダイ１０からリード１４への電流の量は、部分的に、電流路内の全抵抗によって異なる。この抵抗は、部分的には、ワイヤ２４の抵抗および金属被覆部分２２に沿った広がり抵抗によって生じる。広がり抵抗は、電流が流れるべき金属被覆部分からステッチまでの距離が長くなると増加する。広がり抵抗はまた、金属被覆部分２２の厚さが薄くなると増加する。一般的なメタライゼーション厚さは、およそ３から５ミクロンの（すなわち、ワイヤの厚さよりはるかに薄い）範囲内である。特に、連続的に減少していく半導体ダイの固有抵抗に遅れないように、接続部の全電気抵抗を減少させることが望ましい。しかしながら、金属被覆部分２２の厚さが増すと、ウェハ／ダイ製造プロセスのスループットが減少することによって、コストが増加する。
【０００５】
さらに、ワイヤは、一般には約20 milである直径のサイズによって制限され、それによって、各ワイヤ内を流れ得る電流量が制限される。したがって、いくつかの応用では所望の接続をするために多数のワイヤが必要な場合があり、それにより、コストが増加し、接続処理装置（例えば、ワイヤーボンダー）のスループットが減少する可能性がある。
【０００６】
他のタイプのボンディングでは、ワイヤの代わりに、リードフレームにダイを連結するためにストラップを利用する。そのような１つの構成が、図２に示され、「半導体パッケージ」というタイトルであり、チー他に発行された米国特許第６，０４０，６２６号明細書に開示されている。単一の導電性ストラップ５０、例えば銅が、使用されて、ダイ１０上の金属被覆部分２２とパッケージ／モジュールのリード１４との間を電気的に接続する。導電性のあるエポキシ樹脂または半田ペースト５６を用いるなどして、ストラップ５０を２つの接触領域５２および５４に接着または半田付けすることができる。ストラップを使用することによって、リード１４へ金属被覆部分２２を連結する接触面積が広くなることにより、電流に対する抵抗が低くなるという利点が得られ、例えば広がり抵抗が大いに減少する。
しかしながら、ストラップの使用には、欠点もある。金属被覆部分２２の表面へストラップ５０を半田付けするためには、半田付け可能なメタライゼーション、例えば銅またはニッケルが必要である。一般に、そのようなメタライゼーションには、いくつかの異なる金属層（図示せず）を積み重ねる必要があり、各層は、半田付けプロセスの特有の役割、例えば接着、バリアおよび半田付け性を有している。これらの層は、標準的なメタライゼーション層とは異なる、例えばアルミニウムであり、その結果、メタライゼーションの製造コストが高くなり、よって半導体ダイのより製造コストが高くなる。一般には、半田ペーストプロセスが、部品を連結するために用いられる。半田ペースト５６は、あるタイプのフラックス成分を含み、それには、以下のことが必要である。（１）素子を一時的に留めること、（２）（特にリフロープロセスが大気中で行われる場合）酸化を防止すること、（３）すでに存在する酸化物を取り除くかまたは減少させること。部品の質によって異なるが、強力なフラックスのみを使用することによって、半田付けプロセスがエラー強さのあるプロセスとなり、信頼できる結果が得られる。リフロー後にフラックスの残留物が表面を覆うことは周知である。それらの存在は、（湿度で腐食するなどの）他の悪影響に加えて、次のパッケージ封入時におけるモールドコンパウンドの接着の強度および再現性に悪影響を及ぼす。これは、繰り返すが、そのような部品の信頼性を制限する結果になりかねない。したがって、一般に、半田ペーストで処理された部品は、リフローの後次の処理またはパッケージングの前に、十分に洗浄する必要がある。
【０００７】
しかしながら、費用効果のある湿式化学洗浄プロセスでは、プロセス制御能力が制限されることが知られ、その結果、歩留まりの損失が増える可能性があり、しかも、この追加のプロセスステップが必要であることにより（例えば、労力、床スペース、装置、消耗品、歩留まりの損失の）コストが増加する。そのような洗浄はまた、（労働コストが減少することになる）自動化が難しく、クリーンルーム環境において行うのは難しい。さらに、湿式化学処理、ならびにフラックス（ガス）を使用する半田付けリフローも、環境によくない場合がある。銅のストラップによる接続の他の２つの欠点として、（１）柔軟性が制限されること（ストラップが一般にダイボンダー上にスタンプされるので、ストラップの形状変更が必要になるデバイス変更には、スタンピングツールを交換する必要があり、これは、時間とコストとを増加させる）、および（２）比較的剛性のある銅のストラップは、シリコンダイ上にかなりの応力を発生させ得、これによって、特に接着層（例えば、半田またはエポキシ樹脂）の厚さがある最低値より上においてあまり十分に制御されなかった場合、シリコンダイのひび割れが発生する可能性がある。
【０００８】
現在使用されている別のタイプの接続が、半田ボールに基づく接続であり、例えば、「集積パワーエレクトロニクスモジュール用の低コストの３Ｄフリップチップパッケージング技術」というタイトルであり、リュウキンシェン他に発行された米国特許第６，４４２，０３３号明細書と、「２つのダイを有するリード成形パッケージ内のフリップチップ」というタイトルであり、ラジーブジョシーによる米国特許出願公開第２００２／００６６９５０号明細書などに開示されており、これらは、参照によって全体が組み込まれる。半田ボールに基づく接続には、ストラップ形状の欠点と同様の、半田ペーストの使用と柔軟性のなさに関する欠点がある。そのような形状には、高電流の応用例では、半田がエレクトロマイグレーションを受けやすいという欠点がさらにある。
【０００９】
したがって、柔軟性のある接続と、十分制御可能であり、清浄で環境にやさしいプロセスとを用いることが非常に望ましい。超音波ボンディングプロセスは、１つのそのようなプロセスである。しかしながら、接続の数を減少させることもまた望ましく、それは、既存の装置の製造速度を高くし、かつ製造コストを減少させるためである。さらには、接続の電気的特性を向上させることが望ましく、それには、電気抵抗を減少させ、かつ／または電流の可能出力を増加させる必要があり、それは、応用例のタイプにより異なる。特に個別半導体デバイスについては、デバイス全体のサイズを小さくし、よって接続に必要な体積を減少させることが望ましい。
【００１０】
したがって、超音波ボンディングを用いて処理され改良されたタイプの接続に対する要請が存在し、それは、上述の先行技術における欠点を克服する。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の一態様によれば、可撓性のある導電性リボンが、パワーアプリケーションおよびＭＯＳＦＥＴ用などのパッケージ内においてダイと外部リードとを電気的に接続するために使用される。ダイへの接続は、一実施形態では超音波ボンディングにより行われる。リードのボンディングはまた、超音波ボンディングによって行うことができる。他の実施形態では、超音波併用熱圧着ボンディングを用いる場合がある。リボンは、長方形の断面であり、アルミニウムまたは銅などの単一の層であるか、あるいは比較的厚い銅の導電層の下に薄いアルミニウムボンディング層があるなどの多数の層にすることができる。他の実施形態では多数の平行なリボンがボンディングされるが、いくつかの実施形態では、単一のリボンが使用される。さらには、各リボンは、１つまたは複数のループを伴って導電性のあるダイ面上に１つまたは複数のステッチまたは接合部を備え得る。
【００１２】
本発明によって、ワイヤの場合と同様のボンディングプロセス、すなわち超音波ボンディングプロセスを用い、接続が占める全体積を制限または減少さえさせながら電流経路用の断面積および接触面積を広げ、接続を作り出す加工ステップおよび時間を減少させることができる。本発明のリボンの使用によって、ワイヤ間のギャップを埋められるので、主ループの断面を最大限にすることができる。たとえリボンの断面が大きくても、厚さは、なお、ワイヤと比較して薄くすることができ、それによって、超音波プロセスによるボンディングは、それほど困難にはならない。したがって、ボンディングは、より容易になり、ループ高さを低くすることができ、その結果、配線の高さが低くなり、かつ比較的小さいパッケージのためにパッケージ高さを低くすることができ、ループを形成しやすくなって、その結果、ループが短くステッチが多くなる。
【００１３】
ステッチを多数にすることによって、（１ステッチあたりの）接合領域を狭くすることができ、それによって、ボンディング中に高荷重および超音波所要電力を生じかける高重量のボンドヘッドの必要性が少なくなる。したがって、より高いスループットが得られる。ステッチを多数用いることによって、ステッチ間の間隔が狭くなり、広がり抵抗が低減し、それによって、電流を流す能力が高くなり得る。
【００１４】
他の実施形態では、リボンは、ダイおよびリード端子の接点の方向付けによって、異なる角度でボンディングし切り離すことができる。これによって、リボンの接触領域を最適に使用することができ、リボン幅を最大限にし、最適なやり方で、円形のワイヤボンディング用に設計された既存のパッケージ（例えばＴＯ−２２０）内に大きなリボンを配置することができる。
【００１５】
本発明は、以下の図面とともに以下に行う詳細な説明に関してさらに十分に理解されるだろう。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】単一のステッチを施したワイヤを用いた、ダイとリードフレームとの間における通常の接続を示す側面図である。
【図２】ストラップを用いた、ダイとリードフレームとの間の通常の接続を示す図である。
【図３−Ａ】本発明の一実施形態に係る、ダイとリードフレームとの間の接続を示す側面図である。
【図３−Ｂ】本発明の一実施形態に係る、ダイとリードフレームとの間の接続を示す平面図である。
【図４−Ａ】別の実施形態に係る、複数のステッチを施したリボンを用いた、ダイとリードフレームとの間の接続を示す側面図である。
【図４−Ｂ】複数のステッチを入れたリボンであり、一実施形態に係る、ステッチ同士の間の間隔を示したリボンの側面図である。
【図５−Ａ】複数の平行なリボンを用いた、本発明の別の実施形態の平面図である。
【図５−Ｂ】複数の平行なリボンを用いた、本発明の別の実施形態の平面図である。
【図５−Ｃ】複数の平行なリボンを用いた、本発明の別の実施形態の平面図である。
【図６】本発明の一実施形態に係る金属被覆リボンの断面図である。
【図７】本発明の別の実施形態に係る、３つの層を有する金属被覆リボンの断面図である。
【図８】一実施形態に係るリボンのボンディングに適したボンドツールの一部分を示す図である。
【図９−Ａ】接点の位置を調整した、ダイとリードフレームとの間の接続を示す平面図である。
【図９−Ｂ】通常のプロセスを用いた、接点の位置調整がされていないダイとリードフレームとの間の接続を示す平面図である。
【図９−Ｃ】本発明の実施形態を用いた、図９Ｂの接点の位置調整を示す平面図である。
【図１０】ゲートフィンガーを有するデバイスであって、一実施形態に係るゲートフィンガー同士の間にリボンがステッチを有するデバイスの平面図である。
【図１１】本発明の実施形態に係る、積み重ねたリボンの側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
異なる図面において同じまたは類似の番号を使用していることは、同じまたは類似の素子を示している。
【００１８】
本発明の一態様によれば、１本または複数の可撓性のある導電性リボンを用いて、リードフレームに半導体ダイを電気的に接続する。
【００１９】
図３Ａ及び図３Ｂは、本発明の一実施形態に係る、可撓性のある導電性リボン４０４によりリードフレーム４０２に連結された半導体ダイ４００の側面図および平面図を示す。ダイ４００は、アルミニウムのような金属で被覆された部分４０６を含み、ダイ４００の下にある素子への接続を提供する。ダイ４００は、一実施形態では、パワーＭＯＳＦＥＴなどのパワー半導体デバイスの一部分である。リードフレーム４０２は、例えば半田またはエポキシによってダイ４００が固定される支持部分４０７と、外部デバイスへの電気的接続を可能にする端子４０８とを含んでいる。エンクロージャ、カバーまたはパッケージが、ダイを外部素子から保護する。いくつかの実施形態では、半導体パッケージは、ＴＯ−２２０あるいはＳＯ−８パッケージである。
【００２０】
リボン４０４が、長方形の断面を持ち得、銅などの他の導電性金属も適切であるが、アルミニウムである。一実施形態では、リボン４０４の機械的性質は、ワイヤの機械的性質に似ている。
例えば、60 mil × 8 mil のアルミニウムリボンが、約2000gの引張り強さを持ち得る。リボン４０４の幅は、20 mil から100 mil またはそれ以上の厚さにすることができる。一実施形態では、幅は120 milである。一般に、多数のワイヤの代わりに、幅がより広いリボンを使用可能である。例えば、５本の20 milのワイヤの代わりに、単一の120 mil のリボンを使用可能である。リボン４０４の厚さは、2 mil から10 mil またはそれ以上の厚さにすることができる。一実施形態では、厚さは、12 mil である。厚さを 2mil にするには、基板内へ切り込まずにリボンの切り離しをできるように正確な切り離し制御が必要である。改良した装置およびプロセスで厚さを薄くすることができることに留意する。リボン４０４のいくつかの典型的なサイズは、20 mil × 2 mil 、20 mil × 4 mil 、30 mil × 3 mil 、40 mil × 4 mil 、50 mil × 5 mil 、60 mil × 8 mil 、80 mil × 6 mil 、80 mil × 8 mil 、80 mil × 10 mil および 100 mil × 10 mil である。アスペクト比（幅／厚さ）は、一実施形態では、７と１３との間であり、典型的な比は約１０である。約１０のアスペクト比が、ボンディング能力（薄いほどよい）と傾斜感度（厚いほどよい）との間によい妥協点を提供することが分かった。システム要件およびプロセス技術などの要因によって異なる他のリボンサイズも適切な場合があることを、当業者は理解するだろう。
【００２１】
当業者に知られているように、リボン４０４は、超音波ボンディングプロセスによって金属被覆部分４０６にボンディングされ、例えば、「ワイヤボンディング装置内のデュアルモード超音波ジェネレータ」というタイトルでありスミスジュニア氏に同様に譲渡された米国特許第４，８２４，００５号明細書と、「大型ワイヤボンダーヘッド」というタイトルでありリングラー氏へ譲渡された米国特許第６，４３９，４４８号明細書とに開示されており、それらの両方は、参照によって全体が組み込まれる。超音波ボンディングは、環境によりやさしく、より清浄であり、それほど高価ではなく、半田付けよりも制御が容易である。しかしながら、超音波ボンディングは、ワイヤまたはリボンの厚さが増すと困難になる。ワイヤの場合には、直径の小さいワイヤを使用可能であるが、同じ断面を得るためには多数のワイヤが必要であり、それによって、生産性が低くなりかつコストが高くなってしまう。
【００２２】
リボン４０４を比較的薄く（例えば2から10milに）することによって、超音波ボンディングが可能であり、それと同時に、幅を広く（例えば20から100 milに）することによって、ボンディング面積を広げることができる。リボン４０４を薄くすることはまた、可撓性を提供し、その結果、金属被覆部分４０６の所与の領域内において、接合部またはステッチの数を増加させることができるとともに、接合部同士の間のリボンの長さを短くすることができる。これは、以下により詳細に説明するように、有利となり得る。
【００２３】
図３Ｂを参照すると、実際の接合部はより狭い場合があるが、リボン４０４は、一実施形態では、領域４１２に沿って金属被覆部分４０６に超音波ボンディングされる。超音波ボンディングは、通常のプロセスにより、例えば約60 kHzの周波数で行われる。しかしながら、現在の超音波ボンディングプロセスの変形も適切である。例えば、超音波ボンディングは、60kHzより高い周波数、例えば約80kHzで行うことができ、これによって、結果として生じる接合の再現性が高くなり、ボンドツールによる振幅が小さくて済む。他の実施形態では、リボン４０４は、金属被覆部分４０６に超音波併用熱圧着ボンディングされる。基板を加熱し加熱した基板上にボンディングすることに関する複雑さおよびコストが増すことに対して、超音波所要電力が減ることおよびプロセスの許容範囲が広がることなど、超音波併用熱圧着ボンディングを用いる際にはトレードオフがある。
【００２４】
図３Ｂを再度参照すると、領域４１２は、一実施形態では、幅が概ねリボン４０４と同じであり、厚さがリボン４０４の約２倍である。他の実施形態では、領域４１２の長さは、リボン４０４の厚さの２倍より短いが、リボン４０４の厚さより長い。いくつかの実施形態では、超音波ボンディングによる実際の接合部は、リボン４０４の断面領域の面積と少なくとも同じくらいの広さである。より広い（より長い）接合領域４１２用のボンドツールによって、超音波ボンディングの最適なパラメータを下回る場合であっても、十分な長さ（すなわち少なくともリボンの厚さと同じくらいの長さ）をボンディングすることができる。さらには、実際の接合面積は、ワイヤボンディング用の接合面積と同じ広さであり、したがって、ワイヤボンディングと同程度の荷重（接合）および電力（超音波）を超音波ボンディング用リボン４０４に用いることができる。典型的には、実際の接合面積が少なくともほぼリボンの断面積のサイズである場合、十分な電流の流れが得られる。
【００２５】
一般に、性能および処理能力は、リボン４０４の幅が広くなると高くなる。しかしながら、幅は、超音波ボンディングプロセス、接合の信頼性、およびパッケージのタイプなどの種々の要因により制限される。例えば、リボンの幅とアスペクト比とは、ボンドツールに対する接合面の傾斜により異なり制限される。リボンと基板との間に熱膨張の不一致によって生じる応力およびひずみは、接合面積が大きくなることに伴って増加し、最大の長さ寸法が増すことに伴って接合部の疲労破壊寿命を徐々に制限する。重要な長さ寸法は、長方形の接合領域の対角線の長さである。この制限の厳格さは、パッケージのタイプおよび応用例のタイプにより異なる。それは、プラスチック成形された個別パッケージにおいてはそれほど厳格ではないが、電子モジュールにおいてはより顕著である（この電子モジュールは、一般に、酸化および腐食から保護するためだけにシリコンゲルで満たされている）。しかしながら、最大寸法が、大きなワイヤの接合面積の最大寸法と、例えば±50％以内で、同程度である限り、最大寸法がなお同様のサイズであることから、この制限は、円形のワイヤボンディング用のものと同程度であると思われる。
【００２６】
図４Ａは、多数の接合部またはステッチ５００を用いて、リボン４０４を金属被覆部分４０６へ接続した本発明の別の実施形態を示す側面図である。ステッチ５００は、一実施形態では、超音波ボンディングを用いて形成される。多数のステッチが、金属被覆部分４０６に沿って広がり抵抗を減少させる。図４から分かるように、ステッチ５００同士の間の間隔が狭い程、電気抵抗の高いメタライゼーション内において電流が流れるべき距離が短くなって、その結果、リードフレーム４０２の端子４０８への広がり抵抗が減少しかつ電流の流れが増加することになる。単一のステッチを用いてもよいが、一実施形態では、ステッチの数は２と６との間である。ステッチ５００同士の間隔は、リボン４０４のサイズ、リボンボンディングプロセス、およびその結果作り出されるデバイスの要件などの種々の要因により異なる。例えば、リボンを薄くすることによって、ある程度可撓性が増すことから、それらの間隔を狭くすることができる。一実施形態では、80 mil × 8 milのリボン用のステッチの（ステッチの中心と中心との）間の間隔が、およそ1.25 mmと 2 mmとの間であり、40 mil × 4 mil のリボンについては、その間隔は、0.6 mmまで狭くすることができる。
【００２７】
図４Ｂは、多数のステッチの、ダイ上における配置を例示する、実施形態の側面図である。リボン４０４は、幅が広い（概ね金属被覆部分４０６の幅である）単一のリボン、または多数の平行なリボンの１本である。間隔ｘ０、ｘ１、ｘ２、ｘ３およびｘ４は、ここに示した通りであり、ここで、ｘ０＋ｘ１＋ｘ２＋ｘ３＋ｘ４＝ｄ（金属被覆部分４０６の長さ）である。他の数にすることもできるが、４つのステッチ５００−１から５００−４のみを示していることに留意する。さらに、間隔ｘ０からｘ４は、実施形態が異なれば間隔も異なるので、一定の割合で拡大して示してはいない。一実施形態では、（ダイの両端部の、ステッチの中心からダイの縁までの）間隔ｘ０およびｘ４は、内側のステッチの中心から中心までの間隔のおよそ半分の間隔である。すなわち、ｘ１＝ｘ２＝ｘ３＝２ｘ０＝２ｘ４である。最初の概算により、このように配置することによって、金属被覆部分４０６上における任意のポイントと、最も近い接合部またはステッチ５００との間の最大の間隔が最小になる。この近似はまた、（ステッチ５００同士の間における）各小さなループの抵抗が、（ステッチ５００−１と端子４０８との間の）主ループの抵抗よりもずっと少ないと仮定している。ステッチの数が増加すると、すなわちステッチの配置密度が高くなると、近似精度が高くなる。
【００２８】
ステッチの中では、ステッチ５００−１における抵抗が、最も低く、その結果、ステッチ５００−１において、電流の流れおよび電流密度が最も高くなる。したがって、ピーク電流によって制限される応用例においては、接合部またはステッチにおける電流密度が高くなり過ぎることによって、例えばダイのメタライゼーションが溶解しダイが損傷するという形で、第１のステッチに、損傷が発生する場合がある。したがって、各ステッチが同じ抵抗または電流の流れに「遭遇する」ように、ステッチ５００を配置することが望ましい。したがって、別の実施形態によれば、ステッチ５００は、ステッチが端子４０８から遠くなるにつれて、ステッチ同士の間隔が広がるように配置される。一実施形態では、ｘ０＜ ｘ１／２ ＜ ｘ２／２ ＜ ｘ３／２＜ ｘ４である。
【００２９】
その間隔はまた、リボン４０４が金属被覆部分４０６にボンディングされるプロセスによって制限される場合がある。例えば、ボンディングプロセス中に、以下にさらに詳細に述べるように、リボン４０４が、ボンドツールにより接合領域へ送り込まれ、そこで、超音波ボンディングによって、リボン４０４が、金属被覆部分４０６へ固定される。その後、追加のリボン４０４が、ボンドツールによって送り込まれてループを形成し、次の接合領域へ送り込まれる。第１のボンディングの後に、リボンが、送り込まれる方向から後戻りしてループを形成する場合、次の接合部またはステッチまでの間隔を短くすることができる。しかしながら、リボンを後戻りさせてループにすることによって、応力が、新しい接合部にかかり、接合部を損傷または破壊する恐れがある。送り込む時と同じ方向に前方にリボンをループにすることは、応力を大いに低減させるが、短いループの形成をより不安定にする。一実施形態では、リボンは、金属被覆部分４０６から約９０度の角度に向けられ、これによって、接合部における過度の応力の程度が制限され、それと同時に、接合部同士の間の間隔を短くすることもできる。しかしながら、当業者によって理解されるように、ボンディング装置、リボン、およびデバイス要件などの種々の要因によって異なる種々の角度でリボンを前または後に送り出すことが、最も望ましい。
【００３０】
リボンループの高さＨを最小限にすることに利点がさらにある。高さを低くすることによって、パッケージの外形が小さくなり、また抵抗が低くなり電流の流れが多くなる。しかしながら、間隔が制限される場合と同様、高さは、リボンの厚さとボンディングプロセスとによって制限される。（半導体パッケージまたはモジュールの典型的寸法の範囲内において）ループの高さに上限はないが、目的のループの高さが低いほど、その制御、すなわち再現性を高くすることは難しくなり、最小のループ高さは、リボンの厚さにより異なってくる（リボンを曲げることに関して剛性に影響があるため）。
【００３１】
一実施形態では、ループの高さは、8 mil の厚さのリボン用には（ダイの表面からリボンの上面まで）1.00 mm である。しかしながら、デバイスの要件によっては、ループの高さは、他の高さにすることができる。すなわち、ループの高さを再現しまたは十分に制御するためには0.60mmの高さにし、あるいは充填材料（例えば、パワーモジュール中のシリコンゲル、または個別パワーデバイス内のプラスチックモールド）に、リボンの下にボイドまたは泡が形成されないように適切に充填されるのに十分な空間をなお与えるためには、8 mil 厚さのリボン用に0.40 mmの高さにするなど、他の高さにすることができる。
【００３２】
デバイスおよび／またはプロセスの制限以外の要因がまた、金属被覆部分４０６上のステッチの数および間隔を決定し得る。たとえ、ステッチ同士の間隔が短い程、抵抗が減少し電流が増加したとしても、ステッチまたはループの数が多いほど、スループットが減少する。高電流であることが重要でない応用例については、電流の流れが減少することを犠牲にして、スループットを高めることの方がより望ましい場合がある。そのような状況においては、ステッチまたは接合部の数を減らして形成する。したがって、ステッチの数およびステッチ同士の間隔は、デバイス要件によって変わり得る。
【００３３】
図５Ａ、図５Ｂおよび図５Ｃは、本発明の別の実施形態の平面図を示し、これらの図では、端子４０８に金属被覆部分４０６を接続するために、多数のリボン４０４を使用している。図５Ａは、60 mil × 8 milであり３つのステッチまたは接合部を有する４本のリボン４０４を示し、図５Ｂは、80 mil × 8 milであり４つのステッチを有する４本のリボンを示し、図５Ｃは、80 mil × 8 mil であり５つのステッチを有する４本のリボンを示す。接合部への電流が集められる領域が縮小されるので、多数のリボンで、より多くの電流を流すことができまたは抵抗を低くすることができる。一般に、リボンの数が増加すると、抵抗が減少し、電流の流れは増加する。しかしながら、数が増加すると、個々のリボンに要する幅は、少なくなり得る。デバイスが大きな温度変化を受ける場合は、幅の狭いリボンが望ましい。これは、接合部が小さいほど、熱膨張率（ＣＴＥ）の影響により受ける応力が低減して、その結果、接合の信頼性が高くなるからである。したがって、比較的幅の広いリボンを少数有することと、比較的幅の狭いリボンを多数有することとの間に、トレードオフが存在する。上述のように、典型的なアスペクト比は、約１０である。アスペクト比が低くなることによって、さらにワイヤ以上の利点を得られる。しかしながら、アスペクト比が低く（例えば３以下に）なると、リボンは、ワイヤのような外観になり性質を持つようになって、それにより、リボンにより提供される利点がうち消される。
【００３４】
一般に、円形のワイヤと同様に、リボンとその下にあるシリコンのＣＴＥは、不一致である。例えば、銅のリボンが、アルミニウムより抵抗が低く融点が高いので、望ましい場合がある。しかしながら、メタライゼーションが、銅より軟質なアルミニウムである場合、アルミニウム層への銅リボンのボンディングによって、接合部がアルミニウム層を貫通し、その下にあるシリコンに損傷を与えることになりかねない（これは、円形のワイヤでは、圧力が高くなるために、さらにひどくなる）。したがって、一実施形態では、銅めっきまたは金属プレートが、メタライゼーション層上に配置される。金属プレートは、応力／ひずみバッファとして機能するように、シリコンのＣＴＥと、リボン材料、例えば銅のＣＴＥとの間のＣＴＥを有する材料にすべきである。一実施形態では、材料は、ニッケルをめっきしたモリブデンである。これによって、広がり抵抗を低減させる必要がなくなり、その結果、抵抗が主にリボン内に存在することになる。１つのステッチを有する幅の広い銅リボンによって、信頼性のあるボンディングのための広いボンディング接触面積が得られ、それと同時に電流の流れに低い抵抗が得られる。さらに、接合面（銅）により近いＣＴＥを有する材料を使用することによって、接合強度への温度の影響が少なくなる。
【００３５】
図６は、薄い第１の導電層６０２とその上に重なる第２の導電層６０６とから形成された、金属被覆リボン６００の一実施形態の断面図を示す。第１の層６０２は、それがボンディングされることになる、下のメタライゼーション層６０４と同じ材料からなる。第１の層６０２あるいは接合層の特性には、接合性が高いこと（下にある構造体が損傷を受けずかつ超音波プロセスで容易にボンディング可能となるような「軟質さを有する」こと）と、耐食性があることと、導電率が、電流が容易にこの層を通って第２の層６０６へ到達可能な高さであること、および熱膨張率が比較的低い（またはシリコンに近い）こととがある。一般に、後の２つの特性は、最初の２つに比べてあまり重要ではない。一実施形態では、およそ2 mil の厚さを有する第１の層６０２にアルミニウムを使用する。したがって、（メタライゼーションがアルミニウムである場合）２つの同様の材料がともにボンディングされて、その結果、強度および信頼性のより高い接合となる。
【００３６】
さらに、能動回路の上にあるアルミニウムメタライゼーション層へ銅を直接ボンディングすることは現在不可能であるので、アルミニウムボンドパッドが、一般に、能動回路が下にない領域に移動される。これによって、アルミニウムの下の能動素子に損傷を与える危険なしに、アルミニウムメタライゼーションへの薄い（例えば2 mil の）銅線のボンディングを行うことが可能になる。しかしながら、ボンドパッドを移動するには、通常、シリコンダイを大きくする必要がある。シリコンダイのサイズは、なお半導体デバイスの主なコスト要因である。したがって、高い歩留まりで能動回路上において銅をボンディングし得ることは、非常に望ましく、それは、メタライゼーション層と銅リボンとの間にアルミニウム層を有する金属被覆リボンを用いて達成可能である。
【００３７】
熱伝導率および導電率が高く抵抗が低く、より厚い第２の層６０６が、第１の層６０２の上にある。第２の層６０６はまた、高い伝導率の他にも、耐食性および低熱膨張率を有するべきである。時に上述のものほど重要ではない、追加の特性が、硬度を制限することであって、それは、ループ形成能力を高くし過ぎないためと、層とボンドツールとをうまく接合できるようにするためとである。一実施形態では、第２の層６０６は、およそ6から8 milの厚さを有する銅である。第２の層６０６は、異なる厚さにしてもよく、その厚さは、いくつかの実施形態では、第１の層６０２の厚さにより異なり、アスペクト比が７と１３との間（一般には１０）になるような厚さである。断面を大きくすれば（厚くすれば）、ボンディング用の超音波所要電力を高くする必要があり、したがって、ボンディングツールと銅部分との間に必要な連結を行うための荷重を大きくする必要がある。銅は、低電気抵抗であり、かつ／または強くまたは剛性があるとともに耐食性のあるループを提供する。第２の層６０６に適切となり得る他の材料には、はるかにコストが高い金、および銀−ニッケル合金がある。
【００３８】
2 mil のアルミニウムボンディング層が、現在のプロセスに適切であることが分かった。アルミニウムが、超音波ボンディングに望ましく、その理由は、室温で多くの材料と結合可能であること、容易にボンディング可能であること、および超音波ボンディングにより生じ得る損傷から、下にある能動素子を保護することである。その「軟質さ」によって、高い歩留まりで敏感な構造体へのボンディングが可能となる。その導電率および熱伝導率は高いが、それらは、銅のような他のいくつかの材料と比べてなお低い。しかしながら、銅は、比較的導電率および熱伝導率が高いが、比較的硬くボンディングは困難である。したがって、銅とアルミニウムメタライゼーションとの間に薄いアルミニウム層を有するリボン６００を形成することによって、銅とアルミニウムの両方の利点を得られる。他の実施形態では、第１の層６０２を、下にあるメタライゼーションと同様だが厳密には同一ではない金属または接合材料にすることができ、これは、同一の金属を用いる程度までではないが、なお利点をもたらす。別の実施形態では、銅を使用する。他の実施形態では、能動素子の下にあるメタライゼーションが、銅のようなより硬質の材料からなる場合などに、アルミニウムより硬質のボンディング層を用いることができる。
【００３９】
電力接続の別の設計の態様は、それらの信頼性である。特にパワーモジュールでは、主にシリコンとアルミニウムとの間のＣＴＥの差が大きいことにより生じる接合界面における熱の不一致が、制限要因である。理論上は、これは、主なリボン材料またはより厚い第２の層６０６のＣＴＥがシリコンのＣＴＥに近い場合、上述の金属被覆リボン６００で急激に変化させることができる。例えば、銅のＣＴＥ（すなわち、〜17 × 10-6 K-1）が、アルミニウムのＣＴＥ（すなわち、〜24 × 10-6 K-1）よりもシリコンのＣＴＥ（すなわち、〜3 × 10-6 K-1）に近く、その結果、その差が、〜21 × 10-6 K-1と比較して〜14 ×10-6 K-1になるようにすれば、信頼性が向上する。計算は、約２倍の改善がされることを示している。一例として、これによって、工業用のパワーモジュールにおいて信頼性が約２倍改善される可能性を得られ、長く待ち望まれていた末の改善が行われる可能性を得られる。
【００４０】
図７は、金属被覆リボン７００の別の実施形態を示し、この実施形態では、第３の材料層７０２が、第２の層６０６の上にある。図６の実施形態の場合と同様に、第１の層６０２は、例えば超音波ボンディングに伝導性のある接合材料であり、第２の層６０６は、伝導性及び可撓性のような種々の観点で選択された、伝導性材料である。ボンドツールとリボン７００との間の連結が、（必要な荷重をかなりの程度決定する）別の重要な要件であるので、第３の層（またはボンディング層）７０２を含むことが好ましい場合があり、この第３の層は、底部の第１の層６０２と必ずしも同一ではない。第３の層７０２が、リボンとボンドツールとの間の最適化された連結を支持する。第３の層７０２または連結層の特性は、中間の硬度を有し、耐食性があり、高導電率および低熱膨張率を有するように選択され、一般に、初めの２つの特性は、後の２つの特性よりもずっと重要である。しかしながら、これは、異なる応用例では変化し得る。一実施形態では、アルミニウムが、第３の層７０２に使用される。他の材料には、それぞれ欠点はあるが、銅、金および銀がある。例えば、銅は硬質であり、金および銀はより高価である。第３の層７０２の厚さは、一実施形態では、約0.5 mil と2 milとの間であり、一般には1 milの厚さである。第１の層６０２および第２の層６０６は、図６の実施形態に関して上述したものと類似している。
【００４１】
金属被覆構成で、円形ワイヤの代わりにリボンを使用する１つの利点が、アルミニウムがより効果的に利用されるということである。例えば、銅芯および、銅を囲むアルミニウムシリンダを有する円形のワイヤを使用すると、メタライゼーションに対してワイヤをボンディングし「平坦化する」時に、アルミニウムの底部分だけがボンディングに使用される。したがって、アルミニウムの上部および側部は、接合部を作り出すためには使用されない。しかしながら、リボンを使用すると、アルミニウムは、超音波ボンディングプロセス中に十分に用いられる。したがって、（ワイヤの全断面の割合として）より多くの銅を使用可能であり、その結果、電流を流す能力が高くなる。リボンの金属被覆層の厚さは、（例えば２層または片面が金属被覆されたリボン用に）ワイヤ用の厚さよりも薄い厚さを選択可能であり、その理由は、変形をはるかに少なく（観察または調査によれば、1 mil 未満、一般には約 0.5 milに）する必要があるからである。
【００４２】
図８は、本発明において使用するボンドツールの一部分（脚部）の一実施形態を示す。ここに示すように、ボンドツールの脚部は、十字形の溝の構造体を用い、ダイヤモンドパターンを形成している。溝の深さは、リボンの厚さにより異なる。一実施形態では、深さは、8 mil の厚さのリボン用には、およそ1.0 mil と1.5 mil との間である。このパターンタイプは、ボンドプロセス中におけるツールとリボンとの間の接合面を増加させる。溝の縁はまた、ボンドプロセスの開始時におけるツールとリボンとの間の即時ロックを改善し、ツールとリボンとの間のずれを低減し、ツールの動作を、リボンからリボンと基板との間の界面へ伝える。このダイヤモンドパターンが、リボンボンディングの傾斜感度を若干低減させることも予想される。接合面は、ボンドツールに十分垂直になるようにすべきである。そうしなければ、リボン上へのツールの負荷が、不均一となり、ボンディングが、よって実際に過剰なボンディングが、リボンの一方の側にのみ起こる。ダイヤモンドパターンは、（十分垂直でないことによって）ツールが基板により近い側において生じる変形を制限する。しかしながら、ツールがなおリボンのその側において材料内へさらに容易に沈み込むので、ツールは、他方の側においてもある程度沈み込みやすくなり、少なくともいくらかのエネルギーを移動させる。したがって、この種のパターンは、ツールとリボンとの間の接触面積を増加させるかまたは最大限にし、リボンの末端への損傷を最小限にする。１０のアスペクト比を有するリボンを使用することにより、１°までの傾斜角度に対して許容可能な接合の質を得られることもまた分かった。
【００４３】
多くのパッケージでは、線９００に沿って、図９Ａに示すように、端子４０８と金属被覆部分４０６とが、「整列させられる」。本明細書において使用する、整列させることとは、端子４０８の接合領域の大部分が、金属被覆部分４０６の接合領域の側部の１つに垂直に突出した領域内にあることを意味する。これらのタイプのパッケージ（例えばＳＯ−８パッケージ）では、リボン４０４が、線９００に沿って送り込まれボンディングされ、線９００に垂直に切り離される。ここで、リボン４０４の最大幅は、金属被覆部分４０６および端子４０８の２つの幅より狭く制限される。しかしながら、他のタイプのパッケージは、図９Ｂに示すように、相互にオフセットされた端子４０８および金属被覆部分４０６を具え得る。通常の超音波ボンディング装置およびプロセスを使用した場合、図９Ｂに示すように、リボン４０４が、ボンディングされ、リボンの長さに垂直に切り離される。これによって、端子４０８および金属被覆部分４０６上の領域が最適に利用されないので、リボンの接合面積および幅、ならびにステッチまたは接合部の数が減少する可能性がある。
【００４４】
図９Ｃは、本発明の一実施形態を示し、この実施形態では、リボン４０４が、端子４０８および金属被覆部分４０６の所期の接合領域に平行に切り離されボンディングされている。この構成を用いると、接合領域はさらに十分に使用されて、より多くの接合部とともにより幅の広いリボンを使用することができる。通常の超音波ボンディング装置は、ボンドツールが回転するように変更可能である。これによって、異なる角度でリボンをボンディングし切り離すことができる。ダイおよび端子の接合領域と平行に切り離しボンディングすることによって、リボン幅、接合領域、および／またはステッチの数を増加させ得ることが好ましい。平行以外の向きもまた、固定ツールによるボンディング以上の利点をさらに提供可能であることに留意する。
【００４５】
角度ボンディングは、既存の超音波ボンディング装置を変更をすることにより行うことができる。例えば、それは、タイトルが「超音波ワイヤボンダワイヤ形成およびカッターシステム」であり、一般に譲渡されている米国特許第４，９７６，３９２号明細書に記載されており、それは、参照によって全体が組み込まれる。角度ボンディングは、ボンドツールに対してリボンガイドおよびカッターを回転させることにより、またはボンドツールのみを回転させることにより行うことができる（しかしながら、次の切り離しは、ボンド（ツール）と平行ではない）。
【００４６】
角度ボンディングを行う１つの方法は、トランスデューサーとワイヤガイドに対してツールのボンド脚部を回転させることによる。このように、ツールの方向付け、したがってセットアップが行われ、それは、アプリケーション特有のものであるが、さらに手間を要することを意味しない。当然ながら、振動特性は異なり、それにより角度が変化するが、これは調節可能である。さらに、接合部に平行な切り離しが必要な場合は、カッターを回転させる。一般に、唯一の角度だけが必要な場合（図９Ｃを参照）、殆どの個別パワーアプリケーションではこのようなセットアップで十分である。パワーモジュールアプリケーションでは、異なる角度でさらに多くの接続が存在する場合があり、柔軟に解決する必要がある。これによって、ボンド脚部と、リボンガイドおよびカッターとの間の相対的な角度を調節可能となり、それによって柔軟性が支持され、それは、このような応用における他の接続技術と比較して、超音波ボンディングの主な長所である。
【００４７】
図１０は、本発明の別の実施形態を示し、この実施形態では、（図５の）多数のステッチ５００を有するリボン４０４が、ゲートフィンガー１０００を有する、ＭＯＳＦＥＴダイなどのデバイスとともに使用されている。ステッチ５００は、ゲートフィンガー１０００同士の間にボンディングされている。これによって、フィンガー１０００の上に追加の絶縁層を形成する必要がなくなる。パワーエレクトロニクス（主に、ＤＣ−ＤＣコンバータ適用のための個別パワーＭＯＳＦＥＴ）においても、より高いスイッチング周波数に向かう１つの傾向がある。より高い（例えば＞１ＭＨｚの）周波数動作によって、ＤＣ−ＤＣコンバータ適用における効率が改善され、受動素子（例えば、インダクタおよびコンデンサ）をより小さくしておくことができる。
【００４８】
ＭＯＳＦＥＴのスイッチング動作を改良するために、ゲートフィンガーをソースメタライゼーションの領域内へ設計する（ゲートと、ソース内の種々のポイントとの間の間隔を狭くして、スイッチング遅延を減少させるため）。これらのゲートフィンガーは、ソースメタライゼーションを遮る。例えば、米国特許第６，０４０，６２６号明細書は、いかに、ある電気絶縁材料でこれらのフィンガーを覆う必要があるか、そして、その結果、ソースメタライゼーションに取り付けられたクリップによって、ゲート（フィンガー）とソースメタライゼーションとの間に短絡が生じなくなることを説明している。ゲートフィンガーの構成が、リボンのステッチが間に配置可能な構成である場合、リボンによって、上述の電気的絶縁をこうして行う必要がなくなる。
【００４９】
より高い周波数適用においてリボンを使用することによって、円形ワイヤと比較して、リボンの表皮効果が制限されるという利点を得られる。例えば、1MHz の表皮厚さは、アルミニウムで3.1 mil、銅では2.5 milである。電流の殆どが、表皮厚さと等しい厚さの導体の表面の下の層を流れるので、断面が小さくなると、電圧損失が多くなり、ジュール熱が高くなる。数字で表した例については、20 mil のワイヤでは、3.1milの厚さの外側リングのみが、かなりの量の電流を流す。その断面は、ワイヤの全断面の
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【００５０】
またはおよそ90/314〜29%である。それに対して、80 mil × 8 milのリボンについては、3.1 milの厚さの外側リングの断面（短い側は無視する）は、リボンの全断面の2 × 80 mil × 3.1 mil = 496 mil2 または496/640〜77.5%である。
【００５１】
リボンは、他の応用例では使用されてきたが、多数の理由のために、高パワーアプリケーションおよびＭＯＳＦＥＴなどの半導体ダイおよびパッケージについて使用されることはなかった。例えば、マイクロ波およびオプトエレクトロニクスなどの高周波適用では、高周波能力を向上させるためにリボンを使用する。断面を長方形にすることによって、表皮効果が減り、ループを適切な低い形状にすることによって、配線のインダクタンスが低くなり、形状は、ストリップラインの形状にさらによく似ており、その結果、配線の端部において反射損が少なくなる。高周波適用には、表面積を大きく（表皮効果が減少する）、一定の形状のループにした（インダクタンスの変動が少ない）リボンが望ましい。これによって、広がり抵抗が問題にならないので、単一の接合部を有する単一のリボンに行き着く。さらに、これらの高周波適用において使用されるリボンでは、一般に、リボン材料として金が使用され、基板を加熱して接合部が処理され、すなわち、それは、超音波併用熱圧着プロセスであり、純粋な（すなわち加熱をしない）超音波プロセスではない。
【００５２】
本発明のリボンボンディングの利用は、多数の利点をもたらす。生産性またはスループットの改善範囲は、その応用により異なる。例えば、中間消費電力パッケージ（例えばＴＯ−２２０パッケージ）では、ダイ上に２つのステッチを有する３本の平行な20 mil アルミニウム線が、各々、等しい電気的性能のために、ダイ上に３つのステッチを有する１本の 80 mil ×10 mil のアルミニウムリボンと交換される。ここに述べた（接合領域のサイズについての）設計基準で、このようなリボンの処理時間が単一の20 mil ワイヤの処理時間に匹敵するので、生産性は、約２．５倍向上した。低消費電力パッケージ（例えばＳＯ−１２パッケージ）では、ダイ上に単一のステッチを有する４本の 5 mil のアルミニウム線が、ダイ上に単一のステッチを有する１本の 30 mil × 3 mil のアルミニウムリボンと交換される。そのようなリボンの処理時間が単一の5 mil のワイヤの処理時間に匹敵するので、生産性は、約４倍向上した。
【００５３】
本発明は、有利になり得る他の特徴を提供する。例えば、リボンボンディングは、基板平面における剛性を高め、それによって、その方向への振動が生じにくくなる。これは、自動アプリケーションにおいては利点となり得、ここで、パワーモジュールを充填するために使用されるシリコンゲルは、振動の下でワイヤにかなりの力をかける。他の利点は、多数のワイヤを、単一のリボンまたはより少ない数のリボンと交換することに起因し得る。例えば、接合の質を測定するために、ボンディング後にワイヤをプルテストすることが、一般的である。ダイ上のワイヤの数が増加すると、ダイ上の全てのワイヤをプルテストする時間が長くなり、かつ／または必要なプルテスト装置の数が多くなる。したがって、ワイヤの代わりに単一のリボンまたはより少ない数のリボンを使用する場合、時間および／またはコストを低減させることができる。さらに、ダイ上の全接合部またはステッチの数を減少させることによって、ダイ上において接合部に欠陥または損傷が生じる可能性が低くなるので、歩留まりの損失を減少させることができる。圧力が低いことによって、アルミニウムリボンがダイの金属被覆領域にそれほど深くは入り込まず、その深さは、（直径および硬度により異なるが１ミクロンを超える）同等の硬度の円形ワイヤと比較して、概ね１ミクロン未満であることもまた分かった。これによってもまた、下にある回路への損傷の危険が低減し、歩留まりの損失を減少させることができ、したがって、製造コストが低くなる。
【００５４】
円形ワイヤの形状と比べて、長方形のリボンの形状が提供する別の改良の可能性としては、図１１に示すように、接合部またはステッチ上にいくつかのリボンを相互に積み重ね可能である。３本のリボン４０４をステッチ５００上に積み重ねて示している。続けて積み重ねられた各リボンを、その下にあり対応する接合部またはステッチ５００に、例えば超音波でボンディングする。これによって、ワイヤと同等の高さをなお維持しながら、配線の断面をさらに広げることができる。例えば、パワーモジュールアプリケーションにおいて３本までの80 mil × 8 milのリボンをこのように積み重ねることができる。効率がより高いパワー半導体へ向かうに従って、電流特性は一定のままかまたは高くなってさえいるが、ダイサイズは小さくなっている。これには、より大きな断面の配線が必要である。幅を広げることができない場合、および／またはアスペクト比を特定の値に維持しなければならない場合、積み重ねることによってなお、配線の断面が増加し得る。本切り離しシステムの場合、最後のステッチ５００−３は、積み重ね不可能であり、その理由は、本システムでは、刃が動いている間にツールの下に支持物が必要であり、したがって本方法のための個別パワーパッケージ内に十分な空間がなくなるからである。しかしながら、切り離し機構を適切に設計することでこの制限を克服することができる。本発明のこの態様では、リボンに多数のステッチを重ねる必要がないこと、ならびに上述のように、単一のステッチをボンディングしてリボンを積み重ねることがまた利点を提供することに留意する。
【００５５】
本発明の上述の実施形態は、単に例示が目的であり限定することを意味していない。したがって、より広い態様において本発明を逸脱せずに、種々の変更および変形が可能であることが、当業者には明らかだろう。例えば、パッケージへの半導体ダイのボンディングは、上に説明している。しかしながら、電子モジュール内の２つの素子同士の間をリボンボンディングすることができ、それらの一方、または両方が半導体ダイであるか、あるいはそのどちらもが半導体ダイではない。さらに、ボンディングは、主に超音波ボンディングについて説明し、超音波併用熱圧着ボンディングはあまり説明していない。しかしながら、熱圧着など、ここに述べた可撓性のあるリボンを伴う利用に適した他のボンディングプロセスもまた用いることができる。ダイ−リボンとリード−リボンとに同じタイプのボンディングを行い、あるいはダイ−リボンとリード−リボンとに異なるタイプのボンディングを行うことができる。したがって、添付の特許請求の範囲は、本発明の真の精神および範囲内であるこのようなあらゆる変更および変形を含む。
【図１】
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【図２】
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【図３−Ａ】
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【図３−Ｂ】
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【図４−Ａ】
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【図４−Ｂ】
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【図５−Ａ】
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【図５−Ｂ】
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【図５−Ｃ】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９−Ａ】
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【図９−Ｂ】
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【図９−Ｃ】
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【図１０】
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【図１１】
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