專利名稱：絕緣線的導(dǎo)線接合方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及將精細(xì)導(dǎo)線接合到電子元件上，特別是指表面包含絕 緣材料或者非導(dǎo)電材料的導(dǎo)線的接合方法。
背景技術(shù)：
導(dǎo)線接合方法是在半導(dǎo)體芯片與用于裝設(shè)芯片的引線框載體上
的引線(the leads)之間形成電氣連接的應(yīng)用普遍的、有效的接合方 法。導(dǎo)線接合法包含熱壓縮、超聲波和脈沖接合方法。其使用的導(dǎo)線 普遍為由具有導(dǎo)電性的材料，如金、鋁、銅制成。
半導(dǎo)體工業(yè)已經(jīng)在增強(qiáng)功能性的同時(shí)持續(xù)朝著電子封裝、零組件
和模塊的更加小型化方向發(fā)展。因此，由于更密集型封裝的半導(dǎo)體芯 片，更精細(xì)導(dǎo)線被用于通過導(dǎo)線接合而進(jìn)行芯片接合盤(bondingpad) 與村底(substrates)導(dǎo)電體的電氣連接。
因此，在越來越小的空間內(nèi)進(jìn)行將這些精細(xì)導(dǎo)線接合到電觸點(diǎn)的 工作就變得越來越具有挑戰(zhàn)性了。此外，密集型封裝的半導(dǎo)體芯片導(dǎo) '致相鄰導(dǎo)線之間的距離的縮減，而結(jié)果，其導(dǎo)致當(dāng)相鄰導(dǎo)線之間相互 接觸時(shí)而發(fā)生的短路現(xiàn)象的風(fēng)險(xiǎn)增加。 一種避免短路的方法是謹(jǐn)慎增 加導(dǎo)線之間的間距，但是，此方法在各組件高度密集的情況下不能夠 切實(shí)可行、并有效。
導(dǎo)線接合加工過程一般從在接合導(dǎo)線端部制造一個(gè)形狀為球形 的被稱為"無空氣球"(free-air-ball) ("FAB")開始的。圖1為根據(jù) 現(xiàn)有技術(shù)電子火焰熄滅("EFO")工藝(electronic flame-off ("EFO") sparking process )于非絕緣金線100上形成FAB108的側(cè)-現(xiàn)示意圖。 一金線100的尾部102延伸出 一毛細(xì)管(capillary)(圖中未標(biāo)示)的 端部，且被放置于緊鄰EFO電極106處。FAB結(jié)構(gòu)的形成從EFO電極 106放電或閃光104開始，其將從毛細(xì)管下方延伸出的接合導(dǎo)線100
3的尾部102受熱、熔化。其表面張力促4吏熔化的接合導(dǎo)線100的尾部 102形成球形，并進(jìn)一步促進(jìn)導(dǎo)線的尾部更多材料的熔化。這就是制 造FAB108的過程。當(dāng)閃光104停止，F(xiàn)AB108幾乎瞬間凝固，然后 通過一段時(shí)間的施加足夠大的壓力，加熱和超聲波處理，該FAB108 被毛細(xì)管按壓到第一接合位置的接合盤，形成第一球焊。
當(dāng)上述球焊完成，毛細(xì)管提升并移動(dòng)到第二接合位置此時(shí)接合導(dǎo) 線100通過毛細(xì)管端部被向外饋送(fed out)。當(dāng)?shù)谝唤雍衔恢门c第 二接合位置之間形成環(huán)狀，通過再一次施以足夠大的壓力、熱量、超 聲波處理一段時(shí)間，使得毛細(xì)管按壓導(dǎo)線100于接合盤處進(jìn)行第二次 接合(或針式(stitch ))。當(dāng)?shù)诙谓雍?或針式(stitch))形成后， 毛細(xì)管提升到預(yù)定的高度，此時(shí)導(dǎo)線被向外饋送以形成另一次的導(dǎo)線 尾部。而后，該接合導(dǎo)線IOO從第二接合處斷開，留下足夠長的導(dǎo)線 尾部102用于下一個(gè)FAB108的形成。
圖2為現(xiàn)有技術(shù)中的EFO放電的曲線示意圖，其表明了放電電 流隨著時(shí)間而變化。該標(biāo)準(zhǔn)的火花放電(firing discharge)通常包括 從時(shí)間tO-tl持續(xù)保持的放電電流Il，此過程應(yīng)該考慮到足夠的熱量 和時(shí)間來熔化導(dǎo)線100和制造符合條件的FAB108。因此，針對非絕 緣或棵露的接合導(dǎo)線的傳統(tǒng)做法是用EFO電極啟動(dòng)單個(gè)放電或者高 壓火花來形成球焊。 一般的EFO機(jī)械裝置在閃光過程中的輸入有電 流，時(shí)間和放電間隔。為了防止發(fā)生輸入/輸出讀數(shù)被干擾的情況， 系統(tǒng)通常具有察覺錯(cuò)誤的功能，如果最終不能自己修正，其會(huì)終止接 合過程。
通常，絕緣線內(nèi)部是具有導(dǎo)電性的芯金屬材料(core metal material),諸如金，并用絕緣層，諸如聚酰亞胺(polyimide),使得 導(dǎo)線的表層不導(dǎo)電。絕緣的接合線技術(shù)的引入通過接合導(dǎo)線相互接觸 或交叉而不發(fā)生短路使高密集封裝和高輸入/輸出功能得以實(shí)現(xiàn)。然 而，用絕緣接合導(dǎo)線進(jìn)行電子封裝的小型化引發(fā)了新的問題絕緣材 料容易妨礙接合導(dǎo)線和接合盤間界面的導(dǎo)電性。當(dāng)絕緣材料的出現(xiàn)在 形成可靠連接方面作為阻隔(contaminant)的角色時(shí)，在形成每個(gè)導(dǎo) 線接合而保證導(dǎo)電性能不受影響之際而去除絕緣材料，將下設(shè)的導(dǎo)電 材料暴露在外面是有必要的。這推動(dòng)了大容量制造設(shè)備和工藝的減少，特別是導(dǎo)線接合設(shè)備的性能。因此，需要一種能夠有效去除導(dǎo)線 和接合盤之間接合界面處的導(dǎo)體表面上的絕緣材料的方法。
公開號(hào)為2005/0045692Al，名稱為"導(dǎo)線接合中的絕緣線和其中 的毛細(xì)管"的美國專利公開了 一種在接合過程中從絕緣線上去除絕緣 材料的方法。此處描述的一種接合絕緣線的方法是將第 一接合盤與第 二接合盤電氣連接，其中，固定導(dǎo)線的毛細(xì)管把持部的頂端移動(dòng)到第 二接合盤的上方導(dǎo)致導(dǎo)線于毛細(xì)管端部和第二接合盤之間摩擦。此過 程撕破了接合導(dǎo)線的絕緣材料而導(dǎo)致導(dǎo)線的部分金屬芯和第二結(jié)合 盤相接觸。然后導(dǎo)線通過熱壓接合的方法被接合到第二接合盤上。這 種通過摩擦力機(jī)械地去除絕緣材料的方法的缺點(diǎn)是在真正接合前摩 擦毛細(xì)管端部增加了過程的周期時(shí)間。而，結(jié)果其增加導(dǎo)電性方面相 應(yīng)的優(yōu)點(diǎn)就顯得不那么重要了。而且，盡管于形成第二接合盤之前去 除絕緣材料其是可行的，但是，其不適用于第一次球焊其中僅從毛細(xì) 管端部伸出一個(gè)導(dǎo)線尾部，并且此尾部不得不用來形成FAB。所以， 機(jī)械摩擦尾部是不可行的。
圖3為應(yīng)用現(xiàn)有的EFO閃光技術(shù)，于絕緣金線10處形成FAB18 的側(cè)視示意圖，該閃光技術(shù)應(yīng)用閃光曲線如圖2所示。該絕緣金線 10包含有尾部12,該金線IO被置于緊鄰EFO電極16處，產(chǎn)生閃光 14將絕緣金線10的尾部12熔化而形成FAB18。而特定絕緣材料的 使用將可能導(dǎo)致FAB18的球形外部表面周圍仍然基本包覆有一層絕 緣層20。而某些干凈的芯金屬(core material)材料22將會(huì)在FAB 的底部看到，或者零散的分布于絕緣層20的表面，這種現(xiàn)象對于在 球焊和接合盤之間的界面處形成具有高的導(dǎo)電性能的球焊而言是不 被期望的。
很顯然相對于使用非絕緣或暴露的導(dǎo)線，于EFO技術(shù)中是用絕 緣接合導(dǎo)線形成這種不被期望的FAB18更加普遍。同樣需要注意的 是，對于絕緣接合導(dǎo)線而言，目前的EFO技術(shù)傾向也生產(chǎn)比較小， 多少有些畸形的球體。因此，問題是傳統(tǒng)閃光技術(shù)增加了由于絕緣層 而阻隔FAB形成的幾率(如圖3中所示)，或者形成非球形的畸形 FAB，通常被稱為不符合條件的FAB (non-conforming FABs)?；?br> 5的FAB能導(dǎo)致異型接合其能引起與相鄰球焊的短路，并且可能造成 瞬間接合失敗或者球焊減弱。進(jìn)而，能導(dǎo)致微型電子器件失效。此外， 從絕緣材料中生成的雜質(zhì)不僅導(dǎo)致不符合條件的FAB而且還會(huì)污染 毛細(xì)管或者甚至EFO設(shè)備。用于容納焊線的毛細(xì)管孔口和EFO設(shè)備 上長時(shí)間進(jìn)一步沉積的涂層殘?jiān)部赡苡兄诓?一致FAB的形成。
雖然如此，應(yīng)該注意到在許多情況下，用一些剩余的(residual) 絕緣材料能夠制成合格的FAB而形成強(qiáng)球焊仍然是可能的。當(dāng)絕緣 接合導(dǎo)線尾端在放電或者閃光下受熱，其熔化的部分形成一球形。當(dāng) 球形形成后，有時(shí)在球的上半部分涂層分裂成一致的條紋，形成一種 被成為"西瓜紋"的圖案。如果這樣，只要涂層或者絕緣材料不會(huì)阻 礙下半球，強(qiáng)球焊就能形成。然而，"西瓜紋"圖案的出現(xiàn)是不可預(yù) 知的，并且，由于此裂開涂層的作用，也不能指望此處存在下面的導(dǎo) 電性金屬與接合盤之間的有效的接觸而形成強(qiáng)焊接。
為了解決傳統(tǒng)EFO技術(shù)應(yīng)用存在的絕緣接合導(dǎo)線的問題,對EFO 設(shè)備適當(dāng)?shù)男薷幕蛘吒倪M(jìn)將會(huì)制造出千凈的FAB并使得FAB具有所 需要的體積來達(dá)到可靠的可重復(fù)實(shí)現(xiàn)的球焊效果。

發(fā)明內(nèi)容
.因此，本發(fā)明的目的在于提供一種能夠通過生產(chǎn)一種更千凈的暴 露的芯金屬以進(jìn)行接合的實(shí)現(xiàn)絕緣線接合方法，該方法根快且更有 效。
于是，本發(fā)明提供一種于絕緣線處形成符合條件的無空氣球以產(chǎn) 生成球焊的方法，包含有如下步驟將絕緣線端部放置靠近于電子火 焰熄滅設(shè)備；從電子火焰熄滅設(shè)備產(chǎn)生第一次放電熔化絕緣線的端 部而形成一小規(guī)j莫球，然后關(guān)閉放電；產(chǎn)生第二次^:電而形成符合條 件的無空氣球，而后，將該符合條件的無空氣球貼附于接合表面以產(chǎn) 生球焊。
參閱后附的描述本發(fā)明實(shí)施例的附圖，隨后來詳細(xì)描述本發(fā)明是 很方便的。附圖和相關(guān)的描述不能理解成是對本發(fā)明的限制，本發(fā)明 的特點(diǎn)限定在權(quán)利要求書中。


根據(jù)本發(fā)明所述的 一種導(dǎo)線接合工藝的較佳實(shí)施例的范例現(xiàn)將
參考附圖加以描述，其中
圖l為根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)電子火焰熄滅工藝(electronic flame-off ("EFO") sparking process )于非絕緣金線上形成FAB的側(cè);f見示意圖。
圖2為現(xiàn)有技術(shù)中的EFO放電的曲線示意圖。
圖3為應(yīng)用現(xiàn)有的EFO閃光工藝于絕緣金線處形成FAB的側(cè)視示 意圖。
圖4是應(yīng)用本發(fā)明所述的較佳實(shí)施例中EFO閃光工藝于第 一次閃 光后形成的小規(guī)模球FAB的側(cè)視示意圖。
圖5是應(yīng)用本發(fā)明較佳實(shí)施例中EFO閃光工藝于第二次放電后而 形成的FAB的側(cè);現(xiàn)示意圖。
圖6為根據(jù)本發(fā)明較佳實(shí)施例中EFO閃光曲線示意圖，該示意圖 表明放電電流隨時(shí)間而變化。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明較佳實(shí)施例包含應(yīng)用兩個(gè)獨(dú)立的閃光以于絕緣線端部形 戒FAB。圖4是應(yīng)用本發(fā)明所述的較佳實(shí)施例中EFO閃光工藝于第一 次閃光后形成的小規(guī)模球FAB的側(cè)視示意圖。
為形成一小規(guī)模球(pilotball)，于毛細(xì)管(圖中未示)端部延伸 有一絕緣線10的尾部12,并將其放置接近于包含有電極16的EFO設(shè)備 處。閃光過程通過從EFO電極16處放電或者閃光24開始，而導(dǎo)致于毛 細(xì)管下方延伸的絕緣線10的尾部12受熱熔化。適當(dāng)?shù)目刂频谝淮伍W光 24，而形成一類似預(yù)熔化球26或者小球28的小規(guī)模球(pilot ball),此 小規(guī)P漠球(pilotball)相比用于球焊所需的FAB來講，體積較小。
圖5是應(yīng)用本發(fā)明較佳實(shí)施例中EFO閃光工藝于第二次放電30后 而形成的FAB34的側(cè)視示意圖。當(dāng)?shù)谝淮伍W光24結(jié)束后，預(yù)熔化球26 (thepre-meltball)或者小球28較佳地在相同的位置固定，EFO電極 16產(chǎn)生第二次閃光30,在第一次閃光24后形成的預(yù)熔化球26或者小球28在第二次閃光30繼續(xù)熔化直到形成所需形狀和大小的合格FAB34。 通過試驗(yàn)，F(xiàn)AB34幾乎大體上包含了干凈的芯金屬36并且絕緣層38后 退來僅僅覆蓋FAB34的上部。該FAB34具有符合條件的形狀，并且由 于其表面具有較大面積暴露的芯金屬而提升了待形成的導(dǎo)線接合的 導(dǎo)電性。
圖6為根據(jù)本發(fā)明較佳實(shí)施例中EFO閃光曲線示意圖，該示意圖 表明放電電流隨時(shí)間而變化。本示意圖是通過EFO電流(I)對EFO 放電時(shí)間(t)的圖示表述的。從時(shí)間t0-t2段由電流I3產(chǎn)生第 一 閃光24。 于時(shí)間t2-t3段放電停止，具有一段延遲時(shí)間。然后在時(shí)間t3-t4段由另 一電流I2產(chǎn)生第二閃光30動(dòng)作。
僅僅基于表述的目的，顯示出第一個(gè)電流I3大于第二個(gè)電流I2， 但是應(yīng)當(dāng)注意第二個(gè)電流I2也可以大于或等于第 一個(gè)電流13 。既然形 成的熔化球的大小依靠電流的大小和閃光持續(xù)的時(shí)間，那么為了使預(yù) 熔化球26或者小球28體積小于最終需要形成期望的符合條件的合格 FAB34，可以控制和改變相應(yīng)的參數(shù)，以致最終形成的干凈的FAB34
具有所需的大小，該大小完成球焊是有必要的。
用于產(chǎn)生第一閃光的電流最好在對于100^is到1000lis之間為 1600mA到3000mA的大小。較佳地第一次閃光和第二次閃光的延遲 時(shí)間至少小于30ms。用于產(chǎn)生第二次閃光的電流大小最好在800mA 到3200mA之間，其產(chǎn)生持續(xù)的時(shí)間為200ns到1000ps之間。確切的 電流大小和閃光時(shí)間將依賴于所用導(dǎo)線的直徑和目標(biāo)球的大小。上述 參數(shù)最適合于直徑為0.8mils到l.Omil之間的導(dǎo)線，形成的FAB球的 直徑大小在40pm到55nm之間。
通過EFO電極第二次連續(xù)放電或閃光處理"小規(guī)模球"(pilot ball) 的目的在于可重復(fù)地形成一干凈的球體，以準(zhǔn)備進(jìn)行第一次球焊。同 樣值得注意的是仍然存在于FAB34的上半球的絕緣層38將不會(huì)阻擋 接合過程完成強(qiáng)大的金屬焊接(inter-metallicbond)。甚至，在球的下 半球被污染而不合格的情況或者在第 一次閃光24后由于涂層阻礙而 完全沒有形成球的情況下，第二次閃光30將會(huì)幫助形成符合條件的合 格的FAB34。通過絕緣接合導(dǎo)線的焊接試驗(yàn)，顯然，通過第一次放電而形成的
預(yù)熔化球26或者小球28具有較小體積，然后通過第二次放電過程產(chǎn)生 更一致的干凈的FAB。如果預(yù)熔化球26或者小球28是干凈的，那么通 過第二次閃光30而形成的球仍然是干凈的。然而，如果預(yù)熔化球26 或者小球28是被污染的，那么通過第二次閃光30形成的最終的FAB34 較為干凈。
因此，為了避免導(dǎo)線接合過程由于形成了不能用于第一次球焊形 成的不符合條件的FAB而停止，需要對EFO閃光過程進(jìn)行邏輯上的調(diào) 整。盡管，邏輯上的修改是主要加強(qiáng)的，其他硬件上的修改通常并不 是必要的，然而，其他諸如電路的修改、對EFO電極設(shè)計(jì)的些許修改 或者選擇更好電極材料，也將會(huì)在一較高容量的生產(chǎn)環(huán)境下聯(lián)合起來 操作。
此處描述的本發(fā)明在所具體描述的內(nèi)容基礎(chǔ)上很容易產(chǎn)生變化、 修正和/或補(bǔ)充，可以理解的是所有這些變化、修正和/或補(bǔ)充都包括 在本發(fā)明的上述描述的精神和范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1 、 一種于絕緣線處形成符合條件的無空氣球以產(chǎn)生球焊的方法，包含有如下步驟將絕緣線端部放置靠近于電子火焰熄滅設(shè)備；從電子火焰熄滅設(shè)備產(chǎn)生第一次放電熔化絕緣線的端部而形成 一小規(guī)模球，然后關(guān)閉放電；產(chǎn)生第二次放電而形成符合條件的無空氣球，而后，將該符合條 件的無空氣球貼附于接合表面以產(chǎn)生球焊。
2、 如權(quán)利要求l所述的方法，其中，該小規(guī)模球的體積小于符合 條件的無空氣球的體積。
3、 如權(quán)利要求2所述的方法，其中，該小規(guī)模球?yàn)轭A(yù)熔化球或者 小球。
4、 如權(quán)利要求l所述的方法，其中，該符合條件的無空氣球是球 形，且其表面大體上由具有導(dǎo)電性的芯金屬構(gòu)成。
5、 如權(quán)利要求l所述的方法，其中，產(chǎn)生第一次放電的電流在 1600mA 3000mA之間，產(chǎn)生第二次放電的電流在1800mA~3200mA 之間。
6、 如權(quán)利要求5所述的方法，其中，第一次放電過程的持續(xù)時(shí)間 為100ns到1000ps之間，第二次放電過程的持續(xù)時(shí)間為200iis到 lOOOjis之間。
7、 如權(quán)利要求5所述的方法，其中，第一次放電關(guān)閉和第二次放 電啟動(dòng)之間的延遲時(shí)間小于30ms。
8、 如權(quán)利要求l所述的方法，其中，第一次放電所需要的電流大 .于第二次放電需要的電流。
9、 如權(quán)利要求l所述的方法，其中，第二次放電所需要的電流大 于第一次放電需要的電流。
10、 如權(quán)利要求l所述的方法，其中，絕緣線包含有位于表面的 絕緣層，該絕緣層導(dǎo)致導(dǎo)線表面不具有導(dǎo)電性。
11、 如權(quán)利要求10所述的方法，其中，該絕緣層為聚酰亞胺。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種接合絕緣導(dǎo)線的方法，其中于絕緣線處形成符合條件的無空氣球來形成球焊。絕緣線的端部被首先放置于緊挨電子火焰熄滅設(shè)備電極處，該電子火焰熄滅設(shè)備產(chǎn)生第一次放電，絕緣線端部受熱熔化形成一小規(guī)模球，隨后終止放電，然后產(chǎn)生第二次放電而形成一符合條件的無空氣球，然后此符合條件的無空氣球被放置于焊接表面而形成球焊。
文檔編號(hào)H01L21/60GK101312135SQ20071010727
公開日2008年11月26日 申請日期2007年5月25日 優(yōu)先權(quán)日2007年5月25日
發(fā)明者約翰 佩西克, 克里斯托弗 卡爾, 楊庫 宋, 馬林阿 拉姆庫瑪, 潤益 林, 羅伯特 林, Ⅲ 查爾斯 約瑟夫 瓦特 申請人:先進(jìn)科技新加坡有限公司;邁克邦德公司