專利名稱：用于焊接的半導(dǎo)體器件支撐件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明概括地涉及超聲焊接，具體地涉及在焊接過程中用于固定半導(dǎo)體器件的支撐件結(jié)構(gòu)。
背景技術(shù)：
隨著全球市場需要較低成本的用于移動(dòng)應(yīng)用的較小功率半導(dǎo)體器件，制造商們試圖改進(jìn)工藝并使其盡可能高效。這些成本消減策略包括使用較少的粗銅材料。這促使了生產(chǎn)用于將半導(dǎo)體封裝傳送通過前端制造過程的高度密集的引線框。高度密集的引線框包含通過小且薄的系桿連接到基質(zhì)的許多行和許多列半導(dǎo)體器件。由于引線框上器件的密度和它們固有地小的尺寸，所以在大的超聲引線焊接過程或帶式焊接過程中適當(dāng)?shù)丶s束封裝變得十分困難。差的夾持導(dǎo)致不可靠的工藝和低質(zhì)量的部件。圖1示出了一類傳統(tǒng)的夾持，其使用薄的柔性夾指102 (僅示出一個(gè))的陣列，以在超聲焊接過程中約束引線框104上的特定點(diǎn)。引線框104由夾指102的彈簧作用約束。 夾指102被設(shè)計(jì)成在夾持操作過程中彎曲特定的量，以在存在組件之間的公差累積的情況下確保沿引線框104的均勻夾持力。由于夾指的柔性的原因，大量的尖部偏差發(fā)生在引線框104的表面上方(由兩個(gè)箭頭之間的部分示出)。該移動(dòng)與施加給夾具的大的力相結(jié)合， 能夠通過在引線框上留下可見的標(biāo)記而損壞引線框。結(jié)果，夾具的放置被約束到在最終封裝中囊括的區(qū)域或者被切掉的且不包含在最終封裝中的區(qū)域(因裝飾原因)。夾具放置還可以被約束至引線框上的位置，該引線框足夠大至應(yīng)付夾指的偏差。而且，使用小而輕的夾指對引線框上的特定點(diǎn)進(jìn)行固定，可能由于夾指的許多模式處于與焊接頻率接近的頻譜內(nèi)的原因而在焊接過程中導(dǎo)致不希望的共振問題。這可能在焊接過程中導(dǎo)致不穩(wěn)定和不一致，以及使得應(yīng)用不可能通過給定的一套工具焊接。因而，需要一種方法，以在沒有上述傳統(tǒng)夾持的缺點(diǎn)的情況下對引線框進(jìn)行焊接。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)一個(gè)實(shí)施方式，用于支撐半導(dǎo)體器件的設(shè)備包括基底和所述基底上方的柔順層，其中所述柔順層在焊接過程中將所述半導(dǎo)體器件固定至窗夾具。在一個(gè)實(shí)施方式中，所述設(shè)備進(jìn)一步包括所述柔順層上方的保護(hù)層。例如，所述半導(dǎo)體器件可以是承載半導(dǎo)體管芯的引 線框，并且在不同實(shí)施方式中，所述柔順層和所述保護(hù)層在所述基底上方被分離成多個(gè)部分。在另一實(shí)施方式中，用于固定半導(dǎo)體器件的夾持系統(tǒng)包括基底；所述基底上方的柔順層；和窗夾具，所述窗夾具在焊接過程中將所述半導(dǎo)體器件固定到所述柔順層。在一個(gè)實(shí)施方式中，在所述柔順層上方添加保護(hù)層。 進(jìn)一步的實(shí)施方式是用于支撐半導(dǎo)體器件的設(shè)備，所述設(shè)備包括窗夾具；和所述窗夾具上方的柔順層，其中所述柔順層在焊接過程中將所述半導(dǎo)體器件固定至支撐件。 在所述柔順層上方可以添加保護(hù)層，如金屬。在又一實(shí)施方式中，用于在焊接過程中固定半導(dǎo)體器件的方法包括將窗夾具移動(dòng)至引線框；將支撐設(shè)備移動(dòng)至所述引線框；以及抵靠所述引線框擠壓所述支撐設(shè)備上的柔順材料。所述方法可以進(jìn)一步包括抵靠所述引線框按壓所述支撐設(shè)備上的保護(hù)層。在一個(gè)實(shí)施方式中，在移動(dòng)所述支撐設(shè)備和擠壓所述柔順材料之前，移動(dòng)所述窗夾具。從下面結(jié)合附圖闡述的實(shí)施方式的詳細(xì)描述中，本發(fā)明的這些和其它特征及優(yōu)勢將更顯而易見。


圖1是用夾指夾持引線框的傳統(tǒng)過程的側(cè)視圖；圖2是根據(jù)一個(gè)實(shí)施方式的夾持系統(tǒng)的全側(cè)視圖；圖3是根據(jù)另一實(shí)施方式的夾持系統(tǒng)的全側(cè)視圖；圖4是根據(jù)又一實(shí)施方式的夾持系統(tǒng)的全側(cè)視圖；圖5A-5D示出了根據(jù)一個(gè)實(shí)施方式的支撐件的不同視圖，該支撐件可以用作圖2 和圖4中的支撐件；圖6A和6B示出了窗夾具的一個(gè)實(shí)施方式；圖7、8、9A_9B示出了使用被固定到橋的窗夾具來抵靠支撐件夾持引線框的夾持操作的一個(gè)實(shí)施方式；圖10是流程圖，其示出了根據(jù)一個(gè)實(shí)施方式對于焊接過程夾持半導(dǎo)體器件的過程。通過參考隨后的具體實(shí)施方式
，最佳地理解本公開的實(shí)施方式和它們的優(yōu)勢。應(yīng)當(dāng)明白，類似的標(biāo)號用于識別在一個(gè)或多個(gè)附圖中例示的類似要素，其中，附圖中的展示是為了說明本公開的實(shí)施方式，而不是為了限制本公開的實(shí)施方式。
具體實(shí)施例方式
圖2是根據(jù)一個(gè)實(shí)施方式的夾持系統(tǒng)200的全側(cè)視圖。夾持系統(tǒng)200包括夾具202 和支撐件204，其中，夾具202和支撐件204在焊接過程中固定或約束半導(dǎo)體器件206，焊接過程可以是任何適合的過程，如將管芯212上較大的線或帶208超聲焊接到傳導(dǎo)性引線214 上。在一個(gè)實(shí)施方式中，夾具202是窗夾具，其中將線或帶208超聲焊接到引線框(例如， 半導(dǎo)體器件206的引線框部分)上的214。在一個(gè)實(shí)施方式中，支撐件204包括基底216、 柔順層218和保護(hù)層220。在其它實(shí)施方式中，可以省略保護(hù)層220。基底216可以由金屬 (如鋁)制成，雖然其他堅(jiān)硬的基材也可以是合適的。 柔順層218可以是在邵氏硬度計(jì)(Shore durometer)硬度表上具有從2000到75D 的硬度計(jì)范圍的柔順彈性聚合物(彈性體)或者高分子復(fù)合材料。在一個(gè)實(shí)施方式中，柔順層218使用具有落入邵氏硬度測試的A級內(nèi)的硬度(如，在一個(gè)實(shí)施方式中從20A到95A 或者從50A到70A)的聚氨酯材料。這樣的材料提供相對均勻分布的夾持力。依賴于具體應(yīng)用的要求，其它材料也可能是合適的。例如，如果應(yīng)用需要極高的夾持力，那么可能需要在沒有破壞的情況下能夠承受這種力的更硬的材料。當(dāng) 材料被加載并抵靠器件以及相對的夾具202和/或支撐件204被擠壓時(shí)，柔順層218起作用，以在半導(dǎo)體器件206周圍均勻地分布夾持力，同時(shí)夾具202響應(yīng)于由柔順層218的擠壓產(chǎn)生的應(yīng)力而彎曲。在其它實(shí)施方式中，可以使用具有類似硬度值的其它柔順材料。許多粘彈性材料(如，彈性體)可以獲得相同或類似的效果。在其它實(shí)施方式中使用的材料的例子包括橡膠(乳膠(latex)、山都平(santoprene)、丁基(butyl)、硅酮(silicone)、SBR、天然橡膠、氯丁橡膠(neoprene)和海帕倫(hypalon))、織物增強(qiáng)橡膠 (以提高剛度)、高分子復(fù)合材料(即，制動(dòng)襯料)以及塑料(聚乙烯(polyethylene)、聚酯(polyester)、丙烯酸(acrylic)、乙縮醛(acetal)、氟代聚合物(f luoropolymer)、尼龍 (nylon)和聚酰亞胺(polyimide))。在一個(gè)實(shí)施方式中，由于聚氨酯的優(yōu)秀彈性(承受許多加載-卸載循環(huán)的能力)的原因，其是有用的。柔順層218的厚度部分地依賴于使用的材料和應(yīng)用。在一個(gè)實(shí)施方式中，最小厚度可大約為1mm，而在另一實(shí)施方式中，最小厚度范圍可在約Imm到5mm之間?？梢詫⒈Ｗo(hù)層220 (在一個(gè)實(shí)施方式中，其是薄金屬墊片)貼附于柔順層218的表面，以用作為磨損面。保護(hù)層220足夠薄至與柔順層220和夾具202 —起彎曲，從而在被夾持的半導(dǎo)體器件206的表面之上實(shí)現(xiàn)了均勻的夾持壓力。在一個(gè)實(shí)施方式中，在厚度上，在 3密耳(mil)到5密耳之間的300系列不銹鋼墊片可以用于保護(hù)層220。應(yīng)注意，保護(hù)層 220不需要具有均勻的厚度，而其實(shí)際上可以在支撐件204的不同位置處具有不同厚度，這依賴于需要支撐件的半導(dǎo)體器件206 (例如，引線框)的結(jié)構(gòu)。保護(hù)層的材料和厚度還可以依賴于所期望的耐用性和柔性要求。例如，陶瓷保護(hù)層可具有優(yōu)秀的耐用性特征，但是可能不提供所期望的柔性且可能帶來差的結(jié)果。當(dāng)夾具202在由柔順層218的擠壓引起的靜態(tài)載荷下彎曲時(shí)，用于保護(hù)層220的陶瓷板(比夾具202硬得多)可能不符合在半導(dǎo)體器件 206上均勻地分布壓力的要求。然而，可以對這樣的保護(hù)層進(jìn)行涂覆，以在保持基材的相同柔性的同時(shí)提供更好的耐磨特性。實(shí)現(xiàn)這種特性的涂層的例子是類金剛石碳(DLC)涂層以及氮化鈦(TiN)涂層。圖3是根據(jù)另一實(shí)施方式的夾持系統(tǒng)300的全側(cè)視圖。夾持系統(tǒng)300包括夾具 302和支撐件308，其中，夾具302和支撐件308在焊接過程中固定或約束半導(dǎo)體器件206， 該焊接過程可以是任何適合的過程，如將較大的線或帶208超聲焊接到管芯212和/或引線214。支撐件308可以由金屬(如鋁)制成，雖然其它硬的基材也可以是合適的。在一個(gè)實(shí)施方式中，夾具302 (其在一個(gè)實(shí)施方式中是窗夾具)具有剛性夾具或基底202、柔順層304和保護(hù)層306，雖然在其它實(shí)施方式中可省略保護(hù)層306。柔順層304可以具有與圖2中的柔順層218相同或類似的特性。由于需要符合半導(dǎo)體器件206的十分特定的區(qū)域，所以在一個(gè)實(shí)施方式中，柔順層304可需要比柔順層218更大的尺寸精度。為了在制造過程(在一個(gè)實(shí)施方式中為管芯切割)中獲得更高水平的尺寸精度，對柔順層304 的厚度進(jìn)行約束。通常，柔順層304越薄，尺寸精度越高。在一個(gè)實(shí)施方式中，柔順層304 的最小厚度可以是約0.5mm，而在另一實(shí)施方式中，在約0.5mm到Imm之間。當(dāng)材料被裝載并抵靠器件和相對的夾具302和/或支撐件308被擠壓時(shí)，柔順層304起作用，以在半導(dǎo)體器件206周圍均勻地分布夾持力?？梢詫⒈Ｗo(hù)層306 (其在一個(gè)實(shí)施方式中是薄金屬墊片)貼附于柔順層304的表面，以用作為磨損面。保護(hù)層306足夠薄，以與柔順層304—起彎曲， 從而在被夾持的半導(dǎo)體器件206的表面之上實(shí)現(xiàn)了均勻的夾持壓力。保護(hù)層306可以具有與圖2中的保護(hù)層220相同或類似的性質(zhì)。圖4是夾持系統(tǒng)400的另一實(shí)施方式的全側(cè)視圖。夾持系統(tǒng)400包括圖2的支撐件204和圖3的夾具302，以在焊接過程中固定或約束半導(dǎo)體器件206。因而在夾持系統(tǒng) 400中，夾具302和支撐件204兩者都具有柔順層，在一些實(shí)施方式中還具有保護(hù)層。對材料、構(gòu)成和硬度以及的基本幾何形狀(即，柔順部分的厚度)和柔順性的配置(頂部、底部或者頂部和底部)的選擇，高度依賴于應(yīng)用。例如，更柔順的材料會需要更大的厚度。柔順層的厚度將至少部分地決定在給定的擠壓百分比下的材料的剛度。如果需要低的剛度并希望柔順層的擠壓量大，那么可以使用較厚的材料層。當(dāng)夾具202和柔順層 218的表面之間的對準(zhǔn)不能被保持到某一程度時(shí)，低的剛度可能是必須的，以更均勻地分布負(fù)荷。例如，如果使用了很薄的材料，那么在平行度方面的未對準(zhǔn)量會導(dǎo)致夾持系統(tǒng)的一側(cè)不接觸。所有應(yīng)力將被施加在柔順層218和夾具202相互更靠近的那側(cè)上。圖5A-5D示出了根據(jù)一個(gè)實(shí)施方式的支撐件500的不同視圖，該支撐件500可以用作圖2和圖4中的支撐件204。圖6A和6B分別示出了根據(jù)一個(gè)實(shí)施方式的窗夾具600 的頂部視圖和底部視圖，該窗夾具600可以用作圖2中的夾具202。圖5A是支撐件500的立體圖，其示出了基底502、柔順層504和保護(hù)層506。如圖5A中所見，柔順層504和保護(hù)層506被分段成單獨(dú)的墊塊。墊塊可以通過管芯切割、模制或者任何適合的方法來形成。由于形成柔順層504的材料在應(yīng)力下裝載的方式，單獨(dú)的墊塊使得能夠在夾持和焊接過程中對于引線框中的每個(gè)器件更均勻地負(fù)荷。結(jié)果，每個(gè)墊塊均負(fù)荷與相鄰墊塊相同的量，從而向每個(gè)器件提供一致的壓力。一個(gè)大的墊塊能夠用于所有器件，但是在墊塊頂部和底部處的器件會與在墊塊中部的那些器件負(fù)荷不同。這會導(dǎo)致焊接過程中的不一致。然而，在一些應(yīng)用中，當(dāng)半導(dǎo)體器件十分小且對單獨(dú)的墊塊進(jìn)行管芯切割或模制變得復(fù)雜時(shí)，具有連續(xù)的柔順層將是期望的。每個(gè)墊塊在保護(hù)層506上還包括特征508，特征508可以是突出物或者其它三維幾何結(jié)構(gòu)。特征508可以被機(jī)加工至保護(hù)層506內(nèi)或被機(jī)加工在保護(hù)層506上，以對半導(dǎo)體器件上的結(jié)構(gòu)(如引線框上的引線)提供支撐。特征508可以具有由具體應(yīng)用所期望或要求的不同朝向、形狀和尺寸。例如，特征508可以是脊?fàn)钔黄穑範(fàn)钔黄鹋c如圖中所示寬度方向相對地、沿著被分段的部分或墊塊在長度方向上延伸。依賴于所要求的幾何構(gòu)造的復(fù)雜度，或者人工地通過傳統(tǒng)的CNC機(jī)加工技術(shù)，或者對于更復(fù)雜的幾何構(gòu)造，通過沖孔器或線切割(wire EDM)，可以實(shí)現(xiàn)保護(hù)層506和/或特征508的制造。依賴于使用的材料，還可以將特征508直接模制到保護(hù)層上。在一個(gè)實(shí)施方式中，保護(hù)層506可以通過氰基丙烯酸酯膠粘劑(cyanoacrylate adhesive)貼附至柔順層504。到基底502的貼附也可以通過氰基丙烯酸酯(cyanoacrylate)來實(shí)現(xiàn)，雖然可以使用其他粘合劑。在一個(gè)實(shí)施方式中，可以將柔順層504直接模制到基底502上。圖5B示出了具有基底502、柔順層504、保護(hù)層506和特征508的支撐件500的端部視圖。圖5C示出了由圖5B中的圓圈510指定的區(qū)域的放大視圖。圖5D是支撐件500 的側(cè)視圖，其示出了基底502、柔順層504、保護(hù)層506和特征508。圖6A和圖6B示出了窗夾具600的一個(gè)實(shí)施方式。窗夾具600的制造可以通過CNC和/或線切割來實(shí)現(xiàn)，這依賴于半導(dǎo)體器件的復(fù)雜度和在焊接過程中對焊接工具的間隙的要求。在一個(gè)實(shí)施方式中，由于不銹鋼的較高模量、屈服強(qiáng)度和耐磨性特征，窗夾具600由不銹鋼制成，雖然其它材料也可以是合適的。還可以對窗夾具600進(jìn)行涂覆，以改進(jìn)其耐磨性特征，如用DLC或TiN涂層。應(yīng)注意，在窗夾具具有柔順層的實(shí)施方式中(如在圖3和圖 4中)，可以將對支撐件的柔順層和保護(hù)層的描述應(yīng)用于窗夾具。圖7、8、9A_9B示出了夾持操作的一個(gè)實(shí)施方式，其利用被固定到橋702的窗夾具 600，以用于抵靠支撐件204夾持引線框704。在圖7中，引線框704被指引在窗夾具600下面并且通過使用焊接機(jī)(如超聲線焊接器或帶式焊接器)的材料傳輸系統(tǒng)被精確地放置。 橋702或其它支撐設(shè)備保持窗夾具600，如用螺釘706。窗夾具600具有開口或窗，開口或窗允許接觸引線框704上的半導(dǎo)體器件708，如芯片或管芯。包括窗夾具600和橋702的組件附接到凸輪系統(tǒng)，凸輪系統(tǒng)使組件降低，直到窗夾具600到達(dá)引線框704的表面。如從圖 7中的放大部分所示，半導(dǎo)體器件708是可通過窗夾具600上的窗看見和接觸的。下面，如圖8中所示，通過與用于將窗夾具組件移動(dòng)到引線框704的上表面的凸輪系統(tǒng)類似的凸輪系統(tǒng)等，將包括基底216、柔順層218和保護(hù)層220的支撐件204移動(dòng)(由箭頭802所示)到引線框704的下表面。然后通過支撐件204的進(jìn)一步移動(dòng)，將壓力施加在引線框704上，從而導(dǎo)致柔順層218和保護(hù)層220抵靠引線框704和窗夾具600的擠壓。 當(dāng)執(zhí)行超聲焊接過程時(shí)保持壓力，之后夾持過程逆行，并且將引線框704指引到下一位置。 施加給引線框704的壓力由基底216越過與引線框704的初始接觸點(diǎn)移動(dòng)的量來設(shè)定。夾持壓力升高，直到獲得穩(wěn)定的過程(例如，在一個(gè)實(shí)施例中約3. 5MPa)。在給定應(yīng)用中，確定夾持給定器件所需的準(zhǔn)確壓力量通常由經(jīng)驗(yàn)或者由試驗(yàn)和誤差確定。圖9A和9B示出了根據(jù)一個(gè)實(shí)施方式在柔順層218的擠壓之前和之后的夾持操作。如從圖9B中所見，基底216移動(dòng)了額外的距離(擠壓距離)，以導(dǎo)致柔順層218擠壓， 這提供了與引線框704上的元件的改進(jìn)接觸。圖10是流程圖，其示出了根據(jù)一個(gè)實(shí)施方式用于夾持半導(dǎo)體器件的過程。在步驟 1002，包含半導(dǎo)體器件的引線框被指引或定位在窗夾具下面。應(yīng)注意，其它封裝和/或功率半導(dǎo)體器件也可以是適合的。通過適當(dāng)放置，使各單獨(dú)的半導(dǎo)體器件與窗夾具中的窗對準(zhǔn)。 在步驟1004，一旦定位了窗夾具，就使窗夾具朝引線框移動(dòng)，直到夾具到達(dá)引線框的表面。 接下來，在步驟1006，使至少具有柔順層(在一些實(shí)施方式中還具有保護(hù)層)的支撐件朝引線框移動(dòng)，直到與引線框接觸。在步驟1008，支撐件繼續(xù)移動(dòng)，以使得柔順層被擠壓在引線框和支撐件的基底之間。然后，在步驟1010做出判斷，在即將發(fā)生的焊接過程中是否存在足夠的擠壓，以固定半導(dǎo)體器件。如上所述，該判斷最初可以由試驗(yàn)和誤差做出，然后可被設(shè)置用于特定應(yīng)用和材料(例如，柔順層和/或保護(hù)層的厚度和特征)。如果未到達(dá)所期望的擠壓，則進(jìn)一步移動(dòng)支撐件，以對柔順層進(jìn)行擠壓。例如，如果當(dāng)達(dá)到30%的擠壓且聚氨酯是使用的材料時(shí)未實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的過程，則可以使用更硬的聚氨酯。在該實(shí)施例中，當(dāng)實(shí)現(xiàn)許多次加載和卸載循環(huán)時(shí)，實(shí)際中超過30%的擠壓會導(dǎo)致聚氨酯材料的提早失效。一旦獲得期望的擠壓，則停止支撐件的移動(dòng)，并在步驟1012保持支撐件的位置，同時(shí)還保持窗夾具的位置。在這個(gè)時(shí)候，固定半導(dǎo)體器件，以用于在步驟1014待執(zhí)行的焊接過程，如超聲焊接。應(yīng)注意，對于某些設(shè)備和/或過程，相對于窗夾具和/或支撐件移動(dòng)引線框是可取的。而且，對于窗夾具包括柔順層的實(shí)施方式，可以在支撐件已經(jīng)開始與半導(dǎo)體器件接觸之后移動(dòng)窗夾具。使用柔順層(在支撐件上、在夾具上或者既在支撐件上又在夾具上)在被夾持的半導(dǎo)體器件表面之上分布均勻的載荷，提供了許多益處。在不使用該材料來分布載荷的情況下，假如夾具和支撐件之間的平行對準(zhǔn)幾乎是完美的，那么使用硬的上部窗夾具導(dǎo)致了既在夾具和半導(dǎo)體器件之間又在支撐件和半導(dǎo)體器件之間的隨機(jī)接觸點(diǎn)。在平行度方面未對準(zhǔn)的情況下(這可以在大多數(shù)情況下預(yù)計(jì)到)，支撐件的一個(gè)區(qū)域?qū)⑹紫冉佑|夾具，從而應(yīng)力趨于集中在該區(qū)域。這在由超聲能量加載時(shí)會影響系統(tǒng)響應(yīng)，導(dǎo)致差的且不可重復(fù)的引線焊接過程。通過使用柔順材料在存在組件之間的公差累積和系統(tǒng)未對準(zhǔn)的情況下實(shí)現(xiàn)均勻的夾持力，從而使用柔順層避免了對柔性夾指的需要。這可在通過超聲能量加載時(shí)影響系統(tǒng)響應(yīng)，以導(dǎo)致差的且不可重復(fù)的引線焊接過程。通過使用柔順材料在存在組件之間的公差累積的情況下實(shí)現(xiàn)均勻的夾持力，從而使用柔順層避免了對柔性夾指的需要。這既減少/消除了不可預(yù)測的共振問題又減少/消除了夾具滑開，以允許在沒有對損壞或共振的擔(dān)憂的情況下夾持引線框的更多部分。還大大簡化了夾具的設(shè)計(jì)，僅需要單個(gè)窗夾具。因此，使用本文描述的夾具的益處包括1)能夠使用對于設(shè)計(jì)和制造來說比指形夾具更容易的窗夾具，2)減少/消除了夾指共振問題，3)夾持引線框的更大區(qū)域，4)現(xiàn)在能夾持之前不可接觸的區(qū)域，5)對于顧客來說簡化的加工設(shè)置，6)由于在設(shè)置中出錯(cuò)的機(jī)會更少，所以器件之間的夾持更一致，7)減少/消除了夾指滑開問題，8)同時(shí)夾持多列器件的能力，8)適當(dāng)?shù)貖A持幾何形狀復(fù)雜的封裝(例如，一些封裝難以將夾指安裝在所有需要的位置上)的能力，和9)有效地和可靠地將大的引線或帶焊接至包含很小功率半導(dǎo)體器件的十分稠密地分布的引線框。除了將柔順層與窗夾具一起使用以進(jìn)行焊接的優(yōu)勢以外，實(shí)驗(yàn)已經(jīng)示出了，使用本文敘述的夾持的焊接過程產(chǎn)生了與傳統(tǒng)的指夾持一致的結(jié)果，因而示出了共同使用窗夾具和柔順支撐件的可行性。三個(gè)可測量的研究是環(huán)路高度(loop height)、變形和剪切強(qiáng)度。環(huán)路高度被定義為從包含焊接的襯底表面測量的相鄰焊接之間的帶環(huán)的高度。從過程角度來看，由于電特性和封裝原因兩個(gè)方面，實(shí)現(xiàn)一致的環(huán)路高是重要的。如果環(huán)路過高， 則其可能不在器件的最終環(huán)氧樹脂包裝內(nèi)。如果環(huán)路過低，則其可能在半導(dǎo)體包裝中導(dǎo)致不良的電氣效應(yīng)。測試的結(jié)果示出了，對于柔順夾持組件測量的每個(gè)環(huán)高可與通過標(biāo)準(zhǔn)加工實(shí)現(xiàn)的環(huán)高相比。帶式焊接的變形被定義為在焊接的形成過程中工具穿越到鋁材料內(nèi)的距離。變形方面的一致性導(dǎo)致一致的且良好控制的過程。夾持系統(tǒng)之間的結(jié)果比較示出了，用柔順夾持組件實(shí)現(xiàn)的變形的均值和標(biāo)準(zhǔn)偏差兩者可與用良好工作的標(biāo)準(zhǔn)夾持實(shí)現(xiàn)的變形的均值和標(biāo)準(zhǔn)偏差相比。剪切強(qiáng)度被定義為當(dāng)穿過帶狀焊接剪切時(shí)測量的最終力。當(dāng)對產(chǎn)生力進(jìn)行測量，以產(chǎn)生力和位移的圖時(shí)，剪力測試機(jī)牽引剪切工具穿過焊接界面。該機(jī)器判斷焊接何時(shí)已經(jīng)失效并記錄失效處的力。對于每個(gè)焊接，均值和標(biāo)準(zhǔn)偏差兩者都可以與良好工作的標(biāo)準(zhǔn)夾持設(shè)置相比。因此，在環(huán)高、變形和剪切強(qiáng)度基礎(chǔ)上，與傳統(tǒng)指夾持相比，可以通過使用本文描述的實(shí)施方式實(shí)現(xiàn)可靠且一致的焊接。前述公開未意于將本公開限制于公開的應(yīng)用的精確形式或特殊領(lǐng)域。因此，預(yù)計(jì)到的是，根據(jù)本公開，多個(gè)替換實(shí)施方式和/或?qū)Ρ竟_的修改(無論本文中明確描述的還是暗指的)是可能的。具有這樣描述的本公開的實(shí)施方式，本領(lǐng)域的技術(shù)人員將認(rèn)識到在不背離本公開的范圍的情況下可以在形式和細(xì)節(jié)上進(jìn)行改變。因而，本公開僅由權(quán)利要求限制。
權(quán)利要求
1.一種用于支撐半導(dǎo)體器件的設(shè)備，包括 基底；以及柔順層，位于所述基底上，其中，所述柔順層在焊接過程中將所述半導(dǎo)體器件固定至窗夾具。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，進(jìn)一步包括 保護(hù)層，位于所述柔順層上。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的設(shè)備，進(jìn)一步包括特征，位于所述保護(hù)層上，以支撐所述半導(dǎo)體器件的元件。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的設(shè)備，其中，所述柔順層和所述保護(hù)層在所述基底之上被分離成的多個(gè)部分。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的設(shè)備，進(jìn)一步包括特征，位于所述保護(hù)層的部分上，以支撐所述半導(dǎo)體器件的元件。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中，所述焊接過程包括超聲焊接過程。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中，所述半導(dǎo)體器件包括引線框。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中，所述柔順層包括彈性聚合物。
9.根據(jù)權(quán)利要求2所述的設(shè)備，其中，所述保護(hù)層包括金屬。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中，所述柔順層具有約Imm的最小厚度。
11.一種用于固定半導(dǎo)體器件的夾持系統(tǒng)，包括 第一基底；第一柔順層，位于所述第一基底上；以及窗夾具，所述窗夾具在焊接過程中將所述半導(dǎo)體器件固定到所述第一柔順層。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的系統(tǒng)，進(jìn)一步包括 第一保護(hù)層，位于所述第一柔順層上。
13.根據(jù)權(quán)利要求11所述的系統(tǒng)，其中，所述第一柔順層具有約Imm的最小厚度。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的系統(tǒng)，進(jìn)一步包括特征，位于所述第一保護(hù)層上，以支撐所述半導(dǎo)體器件的元件。
15.根據(jù)權(quán)利要求12所述的系統(tǒng)，其中，所述第一柔順層和所述第一保護(hù)層在所述第一基底上被分離成多個(gè)部分。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的系統(tǒng)，進(jìn)一步包括特征，位于所述第一保護(hù)層的部分上，以支撐所述半導(dǎo)體器件的元件。
17.根據(jù)權(quán)利要求11所述的系統(tǒng)，其中，所述半導(dǎo)體器件包括引線框。
18.根據(jù)權(quán)利要求11所述的系統(tǒng)，其中，所述第一柔順層包括彈性聚合物。
19.根據(jù)權(quán)利要求11所述的系統(tǒng)，其中，所述窗夾具包括 第二基底；以及第二柔順層，位于所述第二基底上。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的系統(tǒng)，其中，所述窗夾具進(jìn)一步包括第二保護(hù)層，位于所述第二柔順層上。
21.根據(jù)權(quán)利要求20所述的系統(tǒng)，其中，所述第二柔順層和所述第二保護(hù)層被分離成多個(gè)部分。
22.根據(jù)權(quán)利要求19所述的系統(tǒng)，其中，所述第二柔順層具有約0.5mm的最小厚度。
23.一種用于支撐半導(dǎo)體器件的設(shè)備，包括 窗夾具；以及柔順層，被固定至所述窗夾具，其中，所述柔順層在焊接過程中將所述半導(dǎo)體器件固定至支撐件。
24.根據(jù)權(quán)利要求23所述的設(shè)備，進(jìn)一步包括 保護(hù)層，位于所述柔順層上。
25.根據(jù)權(quán)利要求24所述的設(shè)備，其中，所述柔順層和所述保護(hù)層被分離成多個(gè)部分。
26.根據(jù)權(quán)利要求23所述的設(shè)備，其中，所述半導(dǎo)體器件包括引線框。
27.根據(jù)權(quán)利要求23所述的設(shè)備，其中，所述柔順層包括彈性聚合物。
28.根據(jù)權(quán)利要求24所述的設(shè)備，其中，所述保護(hù)層包括金屬。
29.根據(jù)權(quán)利要求23所述的設(shè)備，其中，所述柔順層具有約0.5mm的最小厚度。
30.一種用于在焊接過程中固定半導(dǎo)體器件的方法，包括 將窗夾具移動(dòng)至半導(dǎo)體器件；將支撐設(shè)備移動(dòng)至所述半導(dǎo)體器件；以及抵靠所述半導(dǎo)體器件擠壓所述支撐設(shè)備上的柔順材料。
31.根據(jù)權(quán)利要求30所述的方法，進(jìn)一步包括 抵靠所述半導(dǎo)體器件按壓所述支撐設(shè)備上的保護(hù)層。
32.根據(jù)權(quán)利要求30所述的方法，其中，在移動(dòng)所述支撐設(shè)備和擠壓所述柔順層之前， 執(zhí)行移動(dòng)所述窗夾具的步驟。
33.根據(jù)權(quán)利要求30所述的方法，其中，所述半導(dǎo)體器件包括引線框。
34.根據(jù)權(quán)利要求30所述的方法，其中，擠壓包括抵靠所述半導(dǎo)體器件擠壓與所述窗夾具中各窗對應(yīng)的柔順材料的各部分。
35.根據(jù)權(quán)利要求31所述的方法，進(jìn)一步包括 用所述保護(hù)層上的特征支撐所述半導(dǎo)體器件上的結(jié)構(gòu)。
36.根據(jù)權(quán)利要求30所述的方法，其中，所述半導(dǎo)體器件包括引線框。
37.根據(jù)權(quán)利要求30所述的方法，其中，所述柔順材料具有約1.Omm的最小厚度。
全文摘要
一個(gè)實(shí)施方式中，支撐件結(jié)構(gòu)包括基底、柔順層和保護(hù)層，該支撐件結(jié)構(gòu)用于在焊接過程中將半導(dǎo)體器件(如引線框)固定至窗夾具。當(dāng)夾持半導(dǎo)體器件時(shí)，柔順層將均勻載荷分布在半導(dǎo)體器件的表面上方。在其它實(shí)施方式中，可以將柔順層分段成與窗夾具中的開口對應(yīng)的單獨(dú)的部分。窗夾具還可以具有柔順層和保護(hù)層，并且可以在支撐件結(jié)構(gòu)上具有或者不具有柔順層的情況下使用。可以包括保護(hù)層上的特征，以支撐半導(dǎo)體器件的結(jié)構(gòu)。
文檔編號H01L21/60GK102217051SQ200980136030
公開日2011年10月12日 申請日期2009年11月19日 優(yōu)先權(quán)日2008年11月13日
發(fā)明者喬納森·比亞斯, 西奧多·J·庫珀迪特 申請人:奧瑟戴尼電子公司