本公開涉及電子器件，更具體地講，涉及引線與電子器件的接合。

背景技術：

引線接合操作會對電子器件造成損壞，這是一個問題，尤其是當引線的材料硬度大于引線將接合的表面的材料硬度時。到目前為止，為了解決這個問題所進行的嘗試還不夠多。電子器件行業(yè)持續(xù)需要改進的引線接合技術和所得的電子器件。

技術實現(xiàn)要素：

本實用新型涉及現(xiàn)有技術的一個或多個問題，并且提供了電子器件的改進，具體地講，提供了接合墊與焊線之間改進的引線接合。根據(jù)本實用新型的一個方面，提供了一種電子器件，該電子器件包括管芯，該管芯包括襯底；襯底上方的接合墊；接合到接合墊的引線；以及設置在襯底的表面之上的砧座，其中砧座的材料硬度大于接合墊的材料硬度。

優(yōu)選地，砧座具有帶圖案的暴露表面。

優(yōu)選地，圖案包括剖面線、同心弧形或非同心弧形、或多邊形形狀、Z字形圖案、點陣、環(huán)孔、蜂巢狀，或者它們的任意組合。

優(yōu)選地，引線具有與接合墊接觸的經(jīng)修改的表面，其中經(jīng)修改的表面對應于砧座的暴露表面。

優(yōu)選地，引線的硬度大于接合墊的硬度。

優(yōu)選地，接合墊包含鋁、鋁合金、銅或銅合金，并且其中引線包括含有銅或銅合金的芯。

優(yōu)選地，引線包含包括金、銅、銀或鋁的材料。

優(yōu)選地，接合到接合墊的引線的端部的體積變形在5％(含)至50％(含)的范圍內(nèi)。

優(yōu)選地，砧座具有暴露表面，該暴露表面包括聚合物、陶瓷、藍寶石、熔融石英，或者它們的任意組合。

優(yōu)選地，引線的硬度大于接合墊的硬度；接合墊包含鋁、鋁合金、銅或銅合金；引線包括含有銅或銅合金的芯；并且砧座具有暴露表面，該暴露表面包括聚合物、陶瓷、藍寶石、熔融石英，或它們的任意組合。

本實用新型的一個方面的技術效果是提高電子器件的性能。

附圖說明

在附圖中以舉例說明的方式示出實施方案，而實施方案并不受限于附圖。

圖1包括根據(jù)一個實施方案在引線端部處形成球之后，球焊操作的局部橫截面正視圖。

圖2包括根據(jù)一個實施方案當將球推壓到砧座中以沿該球形成經(jīng)修改的表面時，球焊操作的局部橫截面正視圖。

圖3包括根據(jù)一個實施方案在沿球形成經(jīng)修改的表面之后，球焊操作的局部橫截面正視圖。

圖4包括根據(jù)一個實施方案當球的經(jīng)修改的表面被接合到管芯的接合墊時，球焊操作的局部橫截面正視圖。

圖5包括根據(jù)一個實施方案在包括引線的焊接工具移動到新的位置而引線仍接合到管芯的情況下，球焊操作的局部橫截面正視圖。

圖6包括根據(jù)一個實施方案在引線接合到新的位置之后以及在形成新的球之前，球焊操作的局部橫截面正視圖。

圖7包括根據(jù)一個實施方案的示例性管芯布局的頂視圖。

技術人員認識到附圖中的元件為了簡明起見而示出，而未必按比例繪制。例如，附圖中一些元件的尺寸可能相對于其他元件被夸大，以有助于理解本實用新型的實施方案。

具體實施方式

提供以下與附圖相結(jié)合的說明以幫助理解本文所公開的教導。以下討論將著重于該教導的具體實現(xiàn)方式和實施方案。提供該著重點以幫助描述所述教導，而不應被解釋為對所述教導的范圍或適用性的限制。然而，基于如本申請中所公開的教導，可以采用其他實施方案。

為了附圖的清楚，器件結(jié)構的某些區(qū)域諸如摻雜區(qū)或介電區(qū)可以被示為具有大致直線的邊緣和精確角度的拐角。然而，本領域的技術人員理解，由于摻雜物的擴散和激活或?qū)拥男纬桑祟悈^(qū)域的邊緣通常可不為直線并且拐角可不為精確角度。

術語“在…上”、“覆蓋在上面”和“在…上方”可用于指示兩種或更多種元件彼此直接物理接觸。然而，“在…上方”也可意指兩種或更多種元件彼此不直接接觸。例如，“在…上方”可意指一種元件在另一種元件之上，但元件彼此不接觸并且可在這兩種元件之間具有另一種或多種元件。

術語“包含”、“含有”、“包括”、“具有”或其任何其他變化形式旨在涵蓋非排他性的包括。例如，包括一系列特征的方法、制品或設備不一定僅限于那些特征，而是可以包括未明確列出的或該方法、制品或設備固有的其他特征。另外，除非相反地明確規(guī)定，否則“或”是指包括性的或，而非排他性的或。例如，條件A或B由以下任一者滿足：A為真(或存在)而B為假(或不存在)，A為假(或不存在)而B為真(或存在)，以及A和B均為真(或存在)。

另外，使用“一個”或“一種”來描述本文所述的元件和部件。這僅僅是為了方便，并給出該實用新型的范圍的一般含義。該描述應被視為包括一個(種)、至少一個(種)，或單數(shù)形式也包括復數(shù)形式，反之亦然，除非明確有相反的含義。例如，當本文描述單項時，可以使用多于一項來代替單項。類似地，在本文描述多于一項的情況下，可用單項替代所述多于一項。

詞語“約”、“大約”或“基本上”的使用旨在意指參數(shù)的值接近于規(guī)定值或位置。然而，細微差值可防止值或位置完全如所規(guī)定的那樣。因此，從完全如所述的理想目標來看，針對值至多百分之十(10％)(以及針對半導體摻雜濃度至多百分之二十(20％))的差值為合理差值。

除非另外定義，否則本文所用的所有技術和科學術語具有與該實用新型所屬領域的普通技術人員通常理解的含義相同的含義。材料、方法和例子僅為示例性的，而無意進行限制。在本文未描述的情況下，關于具體材料和加工動作的許多細節(jié)是常規(guī)的，并可在半導體和電子領域中的教科書和其他來源中找到。

一種形成電子器件的工藝可包括：提供引線，該引線包括在其一個端部的第一球；對第一球進行操作來修改第一球的表面，以形成經(jīng)修改的表面；將第一球移動到管芯上的第一位置；以及將第一球沿經(jīng)修改的表面接合到管芯的第一位置。在一個實施方案中，該工藝還可包括將包括引線的焊接工具從管芯移開，同時引線仍接合到管芯。在另一個實施方案中，該工藝還可包括在引線的新形成的端部形成第二球；對第二球進行操作來修改第二球的表面，以形成經(jīng)修改的表面；將第二球移動到管芯上的某一位置；將第二球沿經(jīng)修改的表面接合到管芯的第二位置。在又一個實施方案中，管芯包括在管芯的第一位置處暴露的接合墊材料?？蓪⒌谝磺虻慕?jīng)修改的表面朝向管芯推壓并接合到管芯，使得在接合完成之后原接合墊材料厚度的至少20％仍保留在經(jīng)修改的表面的下方。在一個具體實施方案中，對第一球進行操作來修改第一球的表面是通過將第一球推壓到砧座中來執(zhí)行的，其中砧座的材料硬度大于第一球的材料硬度。砧座可設置在電子器件的管芯、模具或引線框上。

在閱讀隨后的實施方案之后，可更好地理解概念和設計考慮。在閱讀說明書全文之后，技術人員將認識到，實施方案僅僅是為了進行示意性的說明，并非對所附權利要求的范圍進行限制。

圖1示出了保持引線102的焊接工具100，該引線具有在其端部形成的球104。引線102可通過沿焊接工具100的長度延伸的軸向通道106延伸到焊接工具100中。送絲系統(tǒng)可將引線02推進通過軸向通道1061到外部環(huán)境。在一個實施方案中，引線102包含諸如銅、金、銀、鋁等金屬、前列金屬中的任何一種或多種的合金，或者它們的任意組合。在另一個實施方案中，引線102可包含的材料的硬度大于引線102要被接合的接合墊的硬度。

在從焊接工具100暴露引線102的一部分之后，可通過由熱暴露引起的毛細作用來形成球104。在一個實施方案中，可通過高電壓電荷引入熱，諸如經(jīng)由電火炬(EFO)從外部電極引入熱。所得的球104可具有從焊接工具100延伸的大致球形形狀。

可通過一個或多個致動器使焊接工具100在管芯108上方以及下方的工作空間沿X軸和Y軸移動。管芯108可包括一個或多個引線接合到的半導體器件，例如插入器或引線框(未示出)。在特定情況下，沿管芯108進行接合可通過多個獨立的或相互連接的焊接工具沿工作空間同時操作來實現(xiàn)。

致動器或其他驅(qū)動裝置可使焊接工具100沿Z軸移動，從而向球104施加向下的壓力。在球104的形成期間或者在其形成后的一定時間內(nèi)，焊接工具100可沿X軸和Y軸平移到覆蓋在砧座110上面的某一位置。在一個實施方案中，可將砧座110定位在管芯108上。砧座可與管芯108的上表面齊平，凹陷于該上表面中，或者從該上表面向外突出。在另一個實施方案中，可將砧座110定位在引線框(未示出)上。在又一個實施方案中，砧座110可被定位在相鄰模具(諸如分立的接合工藝模具或現(xiàn)有模具)上。在一個實施方案中，砧座110是非金屬，或者包括非金屬層或涂層。砧座110可包括氧化物或氮化物層。在另一個實施方案中，砧座110可包括非粘性表面，以減少球104與該砧座的粘附。在一個具體實施方案中，砧座110的非粘性表面可包括聚合物，例如聚四氟乙烯(PTFE)或硅樹脂、陶瓷、藍寶石、熔融石英，或它們的任意組合。在一個實施方案中，砧座110被設置在鋁表面上。在另一個實施方案中，砧座110可設置在包含不同材料(例如硅)的襯底上。在一個具體實施方案中，砧座110可被直接定位在該不同材料上，例如直接定位在底層硅的一部分上。在一個實施方案中，在砧座110下面設置特定材料可防止在形成球的經(jīng)修改的表面時對砧座110和底層材料造成損壞。

在形成球104之后，焊接工具100可將球104驅(qū)動到砧座110中，施加足夠的力來修改球104的表面，從而形成經(jīng)修改的表面112。如圖2所示并且根據(jù)一個實施方案，經(jīng)修改的表面112在抵靠平面的或大致平面的砧座110形成時，可為平面的或大致平面的?？蓪⒀卣枳?10的暴露表面的圖案轉(zhuǎn)移到球104以調(diào)節(jié)經(jīng)修改的表面112。示例性圖案包括剖面線、同心弧形或非同心弧形和多邊形形狀、Z字形圖案、點陣、環(huán)孔、蜂巢狀，以及它們的組合。沿經(jīng)修改的表面112包括此類圖案可增大球104的表面積，改善與接合墊的接合和接合界面的完整性，如下面更詳細地討論的那樣。

在一個實施方案中，球104的變形可以在5％(含)與50％(含)之間、10％(含)與40％(含)之間、或10％(含)與35％(含)之間的體積范圍內(nèi)。也就是說，在特定情況下，因球104被驅(qū)動到砧座110中而造成的球104的體積變形可至少為5％。在另一種情況下，在球104被驅(qū)動到砧座110中時，球104的體積可變形不大于35％。圓角或倒角可圍繞球104的在變形表面112與近似球形部分之間的至少一部分延伸。

在另一個實施方案中，可使用材料去除工藝例如蝕刻或者通過機械或激光切割工藝在球104上形成經(jīng)修改的表面112。

球104的經(jīng)修改的表面112通?？稍O置成與引線102相對。也就是說，球104的球形部分可設置在經(jīng)修改的表面112與引線102之間。在一個具體實施方案中，經(jīng)修改的表面112被設置成在徑向與引線102相對。經(jīng)修改的表面112可處于與球104正上方的引線102的軸線大致垂直的平面中。

參見圖3，在形成經(jīng)修改的表面112之后，焊接工具100可使球104沿Z軸在離開砧座110的方向上移動。在到達管芯108上方的適當間隙距離之后，焊接工具100可沿X軸和Y軸平移，直到到達接合墊114所處的X坐標和Y坐標的上方(圖4)。在一個實施方案中，接合墊114可包含金屬材料，諸如鋁、鋁合金、銅或銅合金，其中鋁或銅的重量％分別為至少90％的鋁或銅。在一個更具體的實施方案中，引線102或球104可包含維氏硬度(HW)大于接合墊114的維氏硬度(HBP)的材料。例如，在一個實施方案中，HW可為至少1.01HBP、至少1.1HBP、或者至少2HBP。在又一個實施方案中，HW不大于10HBP、或者不超過5HBP。

在將球104沿X軸和Y軸相對于接合墊114對準之后，焊接工具100可將球104沿Z軸朝向管芯108驅(qū)動，從而開始球104相對于接合墊114的接合工藝(圖4)。不同于傳統(tǒng)的球焊操作，經(jīng)修改的表面112增大了球104與接合墊114之間的初始表面積接觸。此增加的表面積接觸使加載力沿接合墊114更均勻地散布，從而減少了由于不均勻的加載壓力引起的潛在并發(fā)問題，例如，如果在接觸之前球的形狀還未被修改，則可能會發(fā)生接合墊材料過度變薄和飛濺。另外，經(jīng)修改的表面112可提高接合強度，從而允許在超聲振動的初始階段期間有更大的表面積接觸。

在一個實施方案中，可使用熱超聲技術來執(zhí)行接合工藝，其中經(jīng)由超聲波擦洗工藝將球104接合到接合墊114。當從焊接工具100沿Z軸向下施加壓力時，超聲波發(fā)生元件(例如振動換能器)使焊接工具橫向振動，這使球104磨擦接合墊114，清洗接合墊114的氧化物和碎片，并啟動球104與接合墊114的金屬間化合物增塑。超聲波擦洗可使得在球104與接合墊114之間形成金屬間焊縫。在某些實施方案中，可在接合操作之前或期間將球104加熱到高溫(例如125℃)。

在一個實施方案中，在球104與接合墊114間隔開的同時，焊接工具100的橫向振動開始，從而允許球104在整個接合操作中發(fā)生不受約束的超聲振動。在另一個實施方案中，焊接工具100可將球104朝向接合墊114驅(qū)動到比接合墊材料的初始上表面低的深度。這種使球104進入接合墊114中的過驅(qū)動可將接合墊材料推向接合墊114的側(cè)壁，從而減少接合墊材料不必要的飛濺和淤積。

鑒于傳統(tǒng)的球焊工藝會引入沿接合墊的高應力集中點，導致接合墊材料的過度變薄，留下接合墊原始厚度的15％以下、接合墊原始厚度的10％以下、或接合墊原始厚度的5％以下，而執(zhí)行根據(jù)本文中各實施方案所述的接合技術，可使得在接合完成之后，原接合墊材料厚度的至少20％仍留在球104的經(jīng)修改的表面112的下方。在又一個實施方案中，原接合墊材料厚度的至少30％仍留在球104的下方，原接合墊材料厚度的至少40％仍留在球104的下方，或者原接合墊材料厚度的至少50％仍留在該球的下方。保留足夠的接合墊材料厚度可降低接合墊114下面的電子部件損壞的可能性。另外，足夠的接合墊材料厚度可有利于引線與接合墊的所需電氣連接，同時降低了飛濺和電短路或漏電的可能性。

在球104與接合墊114的接合完成之后，焊接工具100可沿Z軸在離開接合墊114的方向上平移，同時引線102仍接合到接合墊114。參見圖5，然后可將焊接工具100在X軸和Y軸上朝向另一位置平移，在該位置，引線102抵靠表面116(例如引線框/襯底的表面)。然后可啟動第二超聲波擦洗工藝，將引線102接合到引線框/襯底的導線。再次，焊接工具100可沿Z軸在朝向引線框/襯底的方向上施加力來促進超聲波焊接。在特定情況下，可在引線102與表面116間隔開時，開始焊接工具100的橫向振動。在接合工藝完成之后，焊接工具100可朝向?qū)Ь€驅(qū)動到引線102中，從而至少部分地在原位切割引線102。然后可將焊接工具100從表面116平移開，使焊接的引線斷裂，形成引線118的新的暴露部分(圖6)。

然后焊接工具100可重復上述步驟來形成另外的接合部，例如第二接合部、第三接合部和第四接合部?？墒褂镁哂信c上述類似的工藝步驟的工藝來形成另外的接合部。例如，可沿引線118的新暴露部分形成新的(第二)球?？蓪⒋诵碌那蝌?qū)動到砧座中以形成經(jīng)修改的表面，然后將經(jīng)修改的表面超聲焊接到不同的接合墊。然后可根據(jù)需要重復進行這一工藝來對電子器件進行充分布線。

在另一個實施方案中，可通過球縫合式接合工藝進行接合，其中在球被接合到接合墊之后，引線在靠近球的位置被切開。然后使用可選球焊技術將引線接合到引線框/襯底的表面。然后可將引線平移到與接合墊接合的球，同時引線仍接合到引線框/襯底的表面，其中引線以縫合方式接合到與接合墊附接的球。

在特定的情況下，在接合操作之前，管芯108可在接合墊114上方包括一個或多個層，諸如鈍化層?？衫缤ㄟ^選擇性蝕刻工藝來蝕刻這些層，以在接合操作之前暴露接合墊114。

參見圖6，在某些實施方案中，管芯108可附接到設置在引線框122上的標記120。引線102除了接合到管芯108的接合墊之外，還可接合到標記120或引線框/襯底(未示出)。

圖7中示出了示例性管芯構型。管芯700可包括接合墊702、704、706、708、710、712、714、716、718、720、722、724、726和728。接合墊702、704、706、708、710、712、714、716、718、720、722、724、726和728可如圖所示那樣沿管芯700或沿另一構造來分布。定位在管芯700上的砧座730可被設置例如在相鄰的接合墊722和724之間。舉例來說，焊接工具100可先移動到砧座730，在這里球被修改以包括經(jīng)修改的表面。然后可將焊接工具100移動到接合墊702上方的某個位置。在接合墊702處的接合完成并且引線附接到輔助位置(例如引線框/襯底)之后，焊接工具100可再次平移到砧座730，在這里，在引線的新暴露部分上形成的球被修改以形成經(jīng)修改的表面。然后焊接工具100可平移例如平移到接合墊704，球可在該處接合?？梢灾貜痛斯に嚕钡剿薪雍蠅|702、704、706、708、710、712、714、716、718、720、722、724、726和728都被接合。

根據(jù)本文所述的一個或多個實施方案的工藝和器件可允許增強的接合操作，增加了要接合的球的表面積，使得球與接合墊之間的初始力更均勻地分布，從而產(chǎn)生增強的接合強度。

許多不同的方面和實施方案是可能的。那些方面和實施方案中的一些在下文進行描述。在閱讀本說明書后，技術人員將認識到，那些方面和實施方案僅為示例性的，而不限制本實用新型的范圍。實施方案可根據(jù)如下所列的實施方案中的任一個或多個。

實施方案1。一種形成電子器件的工藝，包括：

提供引線，該引線在其端部包括第一球；

對第一球進行操作來修改第一球的表面，以形成經(jīng)修改的表面；

將第一球移動到管芯上的第一位置；以及

將第一球沿經(jīng)修改的表面接合到管芯的第一位置。

實施方案2。實施方案1的工藝，還包括：

將包括引線的焊接工具從管芯移開，同時引線仍接合到管芯。

實施方案3。實施方案2的工藝，還包括：

在引線的新形成的端部形成第二球；

對第二球進行操作來修改第二球的表面，以形成經(jīng)修改的表面；

將第二球移動到管芯上的第二位置；以及

將第二球沿經(jīng)修改的表面接合到管芯的第二位置。

實施方案4。根據(jù)實施方案1的工藝，其中管芯包括在第一位置處暴露的接合墊材料，并且執(zhí)行將第一球的經(jīng)修改的表面接合到管芯，使得在接合完成之后原接合墊材料厚度的至少20％保留在經(jīng)修改的表面下方。

實施方案5。實施方案1的工藝，其中對第一球進行操作是通過以下動作來執(zhí)行的：

將第一球推壓到砧座中，該砧座的材料硬度大于第一球的材料硬度。

實施方案6。實施方案5的工藝，其中砧座被設置在管芯、模具或引線框上。

實施方案7。實施方案1的工藝，還包括：

在第一位置處蝕刻管芯的鈍化層，以在將第一球接合到第一位置之前暴露接合墊。

實施方案8。實施方案7的工藝，其中引線包含材料的材料硬度大于接合墊的材料硬度。

實施方案9。實施方案7的工藝，其中接合墊包含鋁、鋁合金、銅或銅合金，并且其中引線包括含有銅或銅合金的芯。

實施方案10。實施方案1的工藝，其中形成第一球的經(jīng)修改的表面包括沿第一球形成圖案。

實施方案11。實施方案1的工藝，其中引線包含選自由金、銅、銀和鋁組成的組中的材料。

實施方案12。實施方案1的工藝，還包括將管芯附接到引線框的標記。

實施方案13。一種形成電子器件的工藝，包括：

形成第一接合，其中形成第一接合包括：

在沿引線端部的第一球形成經(jīng)修改的表面；

將第一球沿經(jīng)修改的表面接合到管芯的第一位置；以及

將包括引線的焊接工具從管芯移開，同時第一球仍接合到管芯；

形成第二接合，其中形成第二接合包括：

在沿引線的新形成端部的第二球形成經(jīng)修改的表面；

將第二球沿經(jīng)修改的表面接合到管芯的第二位置；以及

將包括引線的焊接工具從管芯移開，同時第二球仍接合到管芯。

實施方案14。實施方案13的工藝，其中沿第一球和第二球中的至少一者形成經(jīng)修改的表面包括用足夠的力將第一球或第二球推壓到砧座中以引起第一球或第二球的體積變形。

實施方案15。實施方案14的工藝，其中第一球或第二球的體積變形在5％至50％、10％至40％、或10％至35％的范圍內(nèi)。

實施方案16。實施方案14的工藝，其中砧座被設置在管芯上，并且其中在形成第一接合部和第二接合部之間某一時刻，引線向砧座移動。

實施方案17。實施方案13的工藝，其中形成第一球的大致平坦表面包括沿經(jīng)修改的表面形成圖案。

實施方案18。實施方案17的工藝，其中砧座包括含有圖案的表面，并且其中沿經(jīng)修改的表面形成圖案是通過將經(jīng)修改的表面推壓到沿砧座表面的圖案中來執(zhí)行的。

實施方案19。實施方案13的工藝，其中將焊接工具從管芯移開，同時第一球仍接合到管芯，還包括：

將引線接合到引線框。

實施方案20。一種電子器件，包括：

管芯，所述管芯包括：

襯底；以及

設置在所述襯底的表面之上的砧座，

其中砧座的材料硬度大于襯底的材料硬度。

注意，并不需要上文在一般性說明或例子中所述的所有活動，某一具體活動的一部分可能不需要，并且除了所述的那些之外還可能執(zhí)行一項或多項另外的活動。還有，列出的活動所按的順序不一定是執(zhí)行所述活動的順序。

上文已經(jīng)關于具體實施方案描述了有益效果、其他優(yōu)點和問題解決方案。然而，這些有益效果、優(yōu)點、問題解決方案，以及可導致任何有益效果、優(yōu)點或解決方案出現(xiàn)或變得更明顯的任何特征都不應被解釋為是任何或所有權利要求的關鍵、需要或必要特征。

本文描述的實施方案的說明書和圖示旨在提供對各種實施方案的結(jié)構的一般性理解。說明書和圖示并非旨在用作對使用本文所述的結(jié)構或方法的設備及系統(tǒng)的所有要素和特征的窮盡性及全面性描述。單獨的實施方案也可以按組合方式在單個實施方案中提供，相反，為了簡便起見而在單個實施方案的背景下描述的各種特征也可以單獨地或以任何子組合的方式提供。此外，對表示為范圍的值的提及包括在該范圍內(nèi)的所有值。許多其他實施方案僅對閱讀了本說明書之后的技術人員是顯而易見的。其他實施方案也可以使用并從本公開中得出，以使得可以在不脫離本公開范圍的情況下進行結(jié)構替換、邏輯替換或另外的改變。因此，本公開應當被看作是示例性的，而非限制性的。