引线环、形成引线环的方法及相关处理 |
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| 申请号 | CN201180039551.3 | 申请日 | 2011-08-03 | 公开(公告)号 | CN103069557B | 公开(公告)日 | 2015-12-02 |
| 申请人 | 库力索法工业公司; | 发明人 | 加里·S·吉洛蒂; | ||||
| 摘要 | 提供了形成引线环的方法。该方法包括：（1）使用引线 焊接 工具在焊接 位置 形成导电凸部；（2）使用所述引线焊接工具将引线的一部分焊接至另一焊接位置；（3）从引线的焊接部朝向所述焊接位置延伸一段引线；（4）朝向所述焊接位置降低所述引线焊接工具，同时检测所述引线焊接工具的尖端的高度；以及（5）如果所述引线焊接工具的尖端到达预定高度则中断步骤（4）中的所述引线焊接工具的降低。 | ||||||
| 权利要求 | 1.形成引线环的方法，包括以下步骤： |
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| 说明书全文 | 引线环、形成引线环的方法及相关处理[0001] 相关申请的交叉引用 [0002] 本申请要求于2010年8月10日提交的第61/372,430号美国临时申请的优先权，其内容通过引用并入本文。 技术领域[0003] 本发明涉及导电凸部和利用导电凸部的引线环，还涉及形成导电凸部和引线环的改进方法。 背景技术[0004] 在半导体器件的加工和封装中，导电凸部被形成以用于提供电互连。例如，可以提供这种凸部以：（1）用于倒装芯片应用，（2）用作支座导体，（3）引线成环应用，（4）测试应用的测试点，等等。这种导电凸部可使用多种技术形成。一种技术是使用引线诸如在线焊机或接线柱球焊机（stud bumping machine）上形成导体凸部。 [0005] 在第7,229,906号美国专利（题为“METHOD AND APPARATUS FOR FORMING BUMPS FOR SEMICONDUCTOR INTERCONNECTIONS USING A WIRE BONDING MACHINE（使用线焊机形成用于半导体互连的凸部的方法和装置）”）和第7,188,759号美国专利（题为“METHOD FOR FORMING CONDUCTIVE BUMP S AND WIRE LOOPS（形成导电凸部和引线环的方法）”）中公开了在线焊机或球焊机上形成导电凸部的多种技术，二者的全部内容通过引用并入本文。 [0006] 图1示出了在线焊机或球焊机上形成导电凸部的示例性顺序。在步骤1中，使无空气球100a位于焊接工具102的尖端。如本领域技术人员所理解，在步骤1之前，无空气球100a已经使用电子打火熄灭（electronic flame-off）装置等形成于悬挂在焊接工具102的尖端下方的引线100的端部。在步骤1中还示出了处于打开状态的引线夹具104。如本领域技术人员所理解，引线100通过机器上的引线线轴（未示出）提供。引线100自引线线轴穿过引线夹具104（并且穿过其他未示出的结构）并穿过焊接工具102延伸。 [0007] 在形成无空气球100a之后（在步骤1之前），向上牵引引线100（例如，使用真空控制拉紧器等），使得无空气球100a位于如图1的步骤1所示的焊接工具102的尖端。在步骤2中，降低焊接工具102（以及包含引线夹具104的焊接头组件的其他元件），并且将无空气球100a焊接至焊接位置106（例如，半导体芯片106的芯片焊盘）。如本领域技术人员所理解，可以利用超声波能量、热超声波能量、热压能量、XY工作台擦拭器、它们的组合、以及其他技术将无空气球100a焊接至焊接位置106。 [0008] 在步骤2中将无空气球100a焊接至焊接位置之后（其中，被焊接的无空气球此时可以称为焊接球100b），在引线夹具104仍然打开的情况下，如步骤3中的向上箭头所示将焊接工具102提升至期望高度。这个高度可以称为分离高度（如图1中的步骤3所示，已经提升了焊接工具102，使得焊接球100b不再位于焊接工具102的尖端）。在步骤4中，在引线夹具104仍然打开的情况下，使焊接工具102在至少一个水平方向上移动（例如，沿着机器的X轴或Y轴）以使焊接球100b的上表面平滑化。这种平滑化为导电凸部提供了期望的上表面。并且还削弱了焊接球100b和剩余引线之间的连接，从而有助于它们之间的分离。在步骤5中，将焊接工具102提升到另一高度（可以称为引线尾迹高度），然后闭合引线夹具104。然后在步骤6中，提升焊接工具102以断开焊接球100b（现在可以称为导电凸部 100c）和剩余引线100之间的连接。例如，可以将焊接工具提升到EFO高度，EFO高度是电子打火熄灭装置在引线100的引线尾迹100d上形成无空气球的位置。 [0009] 使用这些传统技术形成导电凸部可导致某些缺陷。这些缺陷例如可包括：焊接球100b与剩余引线100之间由于步骤4中的平滑化而过早的分离；由这种过早分离引起的短引线尾迹状况；可能的长引线尾迹状况；以及尝试避免这种过早的分离而不期望地降低焊接球100b的平滑化。 [0010] 步骤6中所示的导电凸部100c可用作被称为支座针脚焊接（SSB）的引线成环处理中的支座。利用导电凸部且包括改进的SSB技术的改进的引线环技术将是所期望的。 发明内容[0011] 根据本发明的示例性实施方式，提供了形成引线环的方法。该方法包括：（1）使用引线焊接工具在焊接位置形成导电凸部；（2）使用所述引线焊接工具将引线的一部分焊接至另一焊接位置；（3）从引线的焊接部朝向所述焊接位置延伸一段引线；（4）朝向所述焊接位置降低所述引线焊接工具，同时检测所述引线焊接工具的高度；以及（5）如果所述引线焊接工具的尖端到达预定高度则中断步骤（4）中的所述引线焊接工具的降低。附图说明 [0012] 当结合附图阅读下面的详细描述时，本发明可以得到更好的理解。需要强调的是，根据通常实践，附图的各种特征没有成比例绘制。相反地，为了清晰起见，各种特征的尺寸被任意的扩大或缩小。附图中包含下列图示： [0013] 图1是示出形成导电凸部的常规方法的一系列图解； [0014] 图2是示出根据本发明的示例性实施方式的形成导电凸部的方法的一系列图解； [0015] 图3A至图3C是示出根据本发明的示例性实施方式的形成支座针脚引线环的方法的一系列图解；以及 [0016] 图4A至图4D是示出根据本发明的示例性实施方式的形成支座针脚引线环的尝试方法的一系列图解，其中导电凸部已经被提离焊接位置。 具体实施方式[0017] 在本发明的某些示例性实施方式中，在支座针脚引线环的形成期间，提供了检测导电凸部（例如，使用线焊机的软件）的提离的方法。例如，测量z轴位置（例如，使用z轴编码器等）以确定SSB引线环的第二焊接将被焊接（例如，针脚焊接）至先前形成的导电凸部的高度。在SSB引线环的形成期间，当引线焊接工具（例如，毛细管）正在寻找导电凸部的上表面（例如，对于“凸部上的针脚”的焊接处理）时，判定是否缺少凸部（例如，使用伺服电机控制信号等）。例如，如果引线焊接工具在“凸部上的针脚”焊接处理期间降低至典型高度（例如，加上预定阈值）之下的一个高度（例如，预定高度），则可做出这种判定。如果判定缺少凸部，则可停止引线焊接处理，并且可（例如，向操作者、控制室等）提供警报。 [0018] 与SSB引线环的形成有关，形成导电凸部。根据本发明，这种导电凸部可使用上面关于图1描述的处理形成。然而，本发明可通过使用诸如图2所示的凸部形成处理而特别适用于SSB处理。在这种处理中，在沉积并且焊接无空气球以形成导电凸部之后，但在使上表面平滑之前，在引线夹具打开的情况下将焊接工具提升至期望高度（例如，尾迹高度）。然后闭合引线夹具并降低焊接工具（至平滑化高度）以进行导电凸部的上表面平滑化。该处理在焊接工具顶部和引线夹具底部之间产生一段松弛引线。在完成凸部上表面的平滑化之后，提升焊接工具以使引线的剩余部分与导电凸部分离。在这个处理中，该一段松弛引线此时有助于期望的引线尾迹长度，从而基本上减少了短尾和相关问题的可能性。更具体地，在“平滑化”处理（见图2的步骤6）期间，引线夹具仍然闭合，这基本上减少（或者甚至避免）引线穿过引线焊接工具从而在处理过程中产生阻塞的可能性（这可能产生短尾误差）。相比于常规技术（其中，引线尾迹形成于平滑化完成之后），在平滑发生之前建立引线尾迹的长度（例如，见图2中的步骤4-7）。而且，由于没有出现削弱引线尾迹的平滑化运动，故引线尾迹往往比常规凸部形成技术更坚固，因此降低了额外误差的可能性。 [0019] 图2示出了在线焊机或球焊机上形成导电凸部的示例性顺序，其中这种凸部可与本发明的方法结合使用。在步骤1中，无空气球200a位于焊接工具202的尖端处。如本领域技术人员所理解，在步骤1之前，无空气球200a已经使用电子打火熄灭装置等形成于悬挂在焊接工具的尖端下方的引线200的端部处。在步骤1中还示出了处于打开状态的引线夹具204。 [0020] 在形成无空气球200a（在步骤1之前）之后，向上牵引引线200（例如，使用真空控制拉紧器等），使得无空气球200a位于如图2的步骤1所示的焊接工具202的尖端处。在步骤2中，降低焊接工具202（以及包含引线夹具204的焊接头组件的其他元件）（即，工具202的下尖端位于焊接高度h1处），并且将无空气球200a焊接至焊接位置206处（例如，半导体芯片206的芯片焊盘）。如本领域技术人员所理解，可超声波能量、热超声波能量、热压能量、XY工作台擦拭器、它们的组合、以及其他技术将无空气球200a焊接至焊接位置206（以形成焊接球200b）。 [0021] 在步骤2中焊接无空气球200a之后（但在步骤3之前），可以根据需要完成其他运动。例如，在步骤3之前可以在焊接球200b上形成一叠引线，诸如在第7,229,906号美国专利中所描述的。当然，焊接球200b的其他运动和结构也是预期的。 [0022] 在步骤2中将无空气球200a焊接至焊接位置206之后（其中，焊接的无空气球此时可以称为焊接球200b），在引线夹具204仍然打开的情况下，在步骤3中将焊接工具提升至期望高度。这个高度可以称为尾迹高度（在图2的步骤3中的高度处，焊接工具202的尖端与焊接球200b分离）；然而，应理解，可以选择不同的高度。虽然本发明对此没有限制，但是这个高度的示例性范围为被焊接的无空气球200b的顶部上方5mil至20mil和10mil至20mil。在步骤4中，闭合引线夹具204。在步骤5中，将焊接工具202降低至期望高度。这个高度可以称为平滑化高度h2（在图2的步骤5中，已经降低了工具，使得焊接工具202的尖端刚好与焊接球200b的上表面接触）。虽然本发明对此没有限制，但是这个高度的示例性范围为步骤2中的焊接工具202的高度上方0.1mil至2mil和1mil至2mil（即，高于焊接高度h1）。在步骤5中，通过在引线夹具闭合的情况下降低焊接工具202，已经提供了一段松弛引线200e，引线200e位于引线夹具204底部的下方并位于焊接工具202的上方。在步骤6中，在引线夹具104依然闭合的情况下，使焊接工具202在至少一个水平方向上（例如，沿着X轴、沿着Y轴、同时沿着X轴和Y轴、沿着其他水平方向等）移动以使焊接球200b的上表面平滑化。这种平滑化为导电凸部提供期望的上表面，并且还削弱了焊接球和剩余引线之间的连接，从而有助于它们之间的分离。在步骤7中，提升焊接工具202以断开焊接球200b（此时可以称为导电凸部200c）和引线200的剩余部分之间的连接。例如，可以将焊接工具202提升到EFO高度，EFO高度是电子打火熄灭装置在引线200的引线尾迹200d上形成无空气球的位置。与步骤7的提升焊接工具202以断开连接有关，超声波能量等也可被应用以有助于使该一段松弛引线200e穿过焊接工具202的尖端以提供引线尾迹200d。 [0023] 在图2中，在步骤5和步骤6中的焊接工具202的高度是相同的；然而，应理解，可以根据需要从一个步骤到下一个步骤改变该高度以实现期望的平滑化。也就是说，在图5中焊接工具的尖端可降低至分离高度（类似于图1的步骤3的分离高度），该分离高度不同于平滑化高度h2。 [0024] 在扯动引线200以将引线200的剩余部分与导电凸部200b分离之前，通过在该处理中提供一段松弛引线200e，提供期望的引线尾迹长度200d。因此，基本上减少短尾（其中，没有足够的引线来形成悬挂在焊接工具202的尖端下方的下一个无空气球）的可能性。因此，在图2的步骤6中，可以完成期望级别的水平平滑化而不存在与过早分离有关的并发问题的大量风险。 [0025] 可以显著地改变图2的步骤6的平滑化。例如，平滑化操作可以包括焊接工具202在图2所示的焊接球200b的上表面上的单一水平运动。然而，在平滑化操作中可以提供多种运动（例如，来回运动、在不同方向上运动等）。此外，平滑化运动可以如步骤6所示是完全水平的，或者可以同时具有水平和垂直（例如，向上或向下）分量。因此，平滑后的表面可以根据需要在给定方向上倾斜。而且，步骤6的平滑化步骤可以与步骤5的焊接工具的降低结合成单一（例如，同步）运动。也就是说，焊接工具202的运动可以沿着具有角度的路径（例如，如图2所示向下且向右），由此在单一运动中完成步骤5的降低和步骤6的平滑化。 [0026] 图3A至图3C示出了根据本发明的示例性实施方式的形成SSB引线环的方法。图3A示出了已经形成于焊接位置406a上（例如，半导体芯片406的芯片焊盘406a）的导电凸部400c。半导体芯片406由基板408（例如，引线架408）支撑。例如，已经根据图2中所描述的方法或其他方法（例如，图1中所示的方法）形成了导电凸部400c。在导电凸部400c的形成（例如，通过将无空气球焊接至焊接位置406a）期间，焊接工具的高度被检测（和/或测量并且存储到线焊机的存储器中）。例如，该高度可以是如图2的步骤2中所示的高度h1（即，焊接高度）。在另一实施例中，该高度可以是图2的步骤5中所示的高度h2（即，平滑化高度）。其它高度（例如，还可以选择平滑化高度下方的其它高度）。为了本实施例的目的，让我们假设所检测的高度为焊接高度h1，例如通过使用线焊机的z轴编码器（例如，使用基于速度的检测，基于力的检测等）。 [0027] 在凸部400c已经形成之后（如图3A所示），现在期望将焊接位置408a（引线架408的引线指408a）与导电凸部400c电连接。图3B示出了在引线指408a和导电凸部400c之间提供电互连的连续引线环410。如本领域技术人员所知，在引线指408a上形成焊接部410a（例如，通过将无空气球焊接至引线408a的第一焊接410a）。然后，朝向导电凸部400c延伸一段引线410b（与第一焊接410a相连）。在图3B中，引线焊接工具450将引线的第二焊接部焊接（例如超声波焊接）至凸部400c。在此焊接操作之前，根据本发明的示例性实施方式，检测引线焊接工具尖端的z轴高度以确保导电凸部400c在此前没有被提离焊接位置 406a。也就是说，当形成导电凸部400c（在比图3A所示的图像早的处理中）时，检测引线焊接工具的高度。例如，检测的高度可以是焊接高度h1。在这种情况下，为了确保凸部400c没有被提离，当引线焊接工具450的尖端降低以将引线焊接至400c来完成SSB引线环时，监控引线焊接工具450的尖端的高度。如果凸部400c存在（例如，凸部400c没有被提离焊接位置406a），则焊接工具450将在高度h1处或大约高度h1处与凸部400c接触。例如，通过检测引线焊接工具450在降低时的速率（例如，使用来自编码器的z轴位置测量到的速率变化）来检测这种接触。检测这种接触的另一示例性方法例如是在引线焊接工具450下降时检测作用在引线焊接工具450上的力（例如，使用承载引线焊接工具450的焊接头组件的传感器接合的力传感器）。 [0028] 如果凸部400c不存在（例如，在此前已经被提离焊接位置406a），那么引线焊接工具450在高度h1处或大约高度h1处将不与凸部400c接触。在这种情况下，可能希望停止引线焊接工具450的移动（例如，以避免损坏正被焊接的装置，避免损坏引线焊接工具，避免机器停机等）。然而，为了确保凸部400c不存在，引线焊接工具450的尖端可在高度h1下方经过高度阈值hth。高度hth的示例性范围为高度h1下方小于10微米（或者无论将什么高度用作参考高度，诸如h2、hn等）、在高度h1下方小于7微米、在高度h1下方小于5微米、以及在3-5微米之间。 [0029] 如图3B所示，在将引线400的一部分（来自诸如引线卷轴的引线供给，未示出）焊接至导电凸部400c期间，导电凸部400c存在。同样地，引线焊接工具450没有下降到高度h1下方至少阈值hth。因此，没有将导电凸部400c称为缺少并且图3B中的焊接操作完成。在图3C中，焊接操作完成（即，引线部410c已经焊接至导电凸部400c）。因此，导电凸部400c作为SSB引线环410的支座。 [0030] 引线部410c（例如，第二焊接410c）至导电凸部400c的焊接可以是闭环控制处理。例如，可以监控焊接工具的z-位置，其中一旦焊接工具达到预定的z-位置（即，沿线焊机的竖直z轴的位置），则关闭将引线部分410c焊接至导电凸部400c期间所施加的超声波能量。更具体地，在第二焊接410c形成于导电凸部400c上之前，引线焊接工具450朝导电凸部400c下降。当在某一z位置处在引线焊接工具450（包括由引线焊接工具450承载的引线部410c）和导电凸部400c之间压紧（即，z-压紧位置）之后，可以建立参考位置（其中，参考位置可以是例如压紧的z-位置、稍高于压紧位置的z-位置、平滑化z-位置（例如，图2的步骤5中的平滑化高度h2）、在第二焊接形成期间施加超声波能量的z-位置、引线焊接工具和凸部之间压紧之后预定时间的z-位置等）。然后，施加超声波能量以形成第二焊接 410c，即，将焊接引线部410c焊接至导电凸部400c（其中，可在压紧之前、压紧时、焊接工具到达参考位置时等，打开超声波能量）。 [0031] 然后，一旦焊接工具到达预定z-位置（例如，在有或没有预定的时间延迟的情况下），则关闭超声波能量（或减少例如至少50%的能量水平），使得引线焊接工具450不会过深地进入导电凸部400c。例如，可以相对于参考z-位置选择预定z-位置。也就是说，在引线焊接工具450到达所选择的参考位置后，监控z-位置（例如，使用z-轴编码器或其他技术）以确定焊接工具450到达预定位置的时间。当然，对确定预定z-位置（和/或参考z-位置）的其它技术的考虑也在本发明的范围内。 [0032] 在图3A至图3C所示的实施例中，线焊机确定先前形成的导电凸部400c在将引线部410c焊接至导电凸部400c之前就存在。相反，在下面结合图4A至图4D描述的实施例中，导电凸部400c不存在。 [0033] 尤其参考图4A，在焊接位置406a（半导体芯片406的芯片焊盘406a）上形成导电凸部400c。也就是说，将先前形成的无空气球（引线400上）焊接至焊接位置406a以形成凸部400c。半导体焊盘406由基板408（引线架408）支撑。在凸部400c的形成期间，检测高度。如上所述，该高度可以是焊接高度h1（例如，图2的步骤2的焊接高度h1）、平滑化高度h2（例如，图2中的步骤5的平滑化高度）、或其他高度hn。该高度被检测（例如，并被保存到线焊机的存储器中）。在图4B中，提升引线焊接工具450（例如，以形成用于焊接至焊接位置408a的另一无空气球）。然而，在提升引线焊接工具450的同时，已经用焊接工具450将导电凸部400c（导电凸部400c在已经被提离其焊接位置406a时被称为400c1）提离焊接位置406a。例如，可通过平滑化运动（例如，图2的步骤6的平滑化运动）导致导电凸部400c的提离。 [0034] 在图4C中，引线焊接工具450已经提升至打火熄灭高度。在此高度处，电子打火熄灭（EFO）组件用于在引线尾迹上形成新的无空气球。然而，在此情况下，由于导电凸部400c的提离，不存在暴露的引线尾迹。因此，在打火熄灭操作期间，来自EFO杆460（来自EFO组件，未示出）的火花460a将导电凸部400c1熔解成无空气球400c2。在图4D中，无空气球400c2已经焊接至焊接位置408a以形成第一焊接410a。然后，朝向焊接位置406a（导电凸部400c应该存在但未存在的位置）延伸一段引线410b（与第一焊接410a连续）。在朝向焊接位置406a降低引线焊接工具405期间，检测引线焊接工具450的尖端的z轴高度以确保导电凸部400c在此前没有被提离焊接位置406a。在此实施例中，导电凸部400c已经被提离焊接位置406a(如图4A所示）。因此，引线焊接系统（例如，使用软件）确定焊接工具450的尖端已经经过高度h1，并且如图4D所示确实已经经过高度h1之后又经过高度阈值hth。 因此，可声称导电凸部400c缺少。焊接处理此时可停止（包括停止焊接工具450的下降），并且可（例如，向操作者、控制室）提供警报。 [0035] 本文公开的发明技术特别适用于铜引线焊接。铜引线具有某些物理特性，即使用常规球焊接技术时往往增加短尾误差的可能性。因此，本发明提供了铜引线球焊和焊接处理的特别优势。当然，本发明技术也适用于其他类型的引线焊接，包括例如金、铝、涂覆铜的钯引线焊接。 [0036] 虽然主要关于某些示例性方法步骤按照预定顺序描述了本发明，但是本发明不限于此。在本发明的范围内，某些步骤可以重新排列或者省略，或者可以添加额外步骤。 [0037] 尽管已经关于检测引线焊接工具的尖端的高度（例如，降低尖端）描述了本发明的某些示例性实施方式，但是本发明不限于此。将理解，引线焊接工具的任意部分的高度、或与焊接工具一起移动的结构可被检测以实现本文所描述的本发明的益处。 [0038] 尽管已经关于检测凸部提离的技术说明和描述了本发明，但是本发明不限于此。导电凸部（例如，本文所示的凸部400c）可具有本发明检测而非提离的问题。这些问题可包括例如错误放置的凸部、不规则成形的凸部、弱焊接的凸部等。 |
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