專利名稱：防止電子器件氧化的裝置及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及減輕制造電子器件的一些活性金屬的氧化，如在半導(dǎo)體封裝生產(chǎn)過程中的引線框架。本發(fā)明尤其可用于銅合金引線框的超聲波導(dǎo)線連接，也可以廣泛應(yīng)用于其它領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
半導(dǎo)體引線框架用做制造半導(dǎo)體封裝的基底，一般地說，引線框是由鐵合金制造的。然而，隨著對高性能小型化封裝的不斷需求，更多的活性金屬特別是銅合金引線框越來越廣泛應(yīng)用于半導(dǎo)體封裝。銅合金引線框比鐵合金引線框具有更大誘惑力的原因是由于其具有良好的散熱性、良好的加工性和低成本。另一方面，銅合金的缺點是當(dāng)在高溫暴露于氧中時易于氧化(即，銅與氧反應(yīng)生成氧化銅)。這種氧化導(dǎo)致氧與引線框表面上的原子形成弱的鍵連接，和脆性層和/或吸附氧化物。這樣，氧化導(dǎo)致了微電子封裝的可靠性問題。
在典型的半導(dǎo)體封裝過程中，當(dāng)導(dǎo)線鍵合半導(dǎo)體芯片和引線框的表面形成導(dǎo)電連接時，氧化問題更加敏銳。通常利用超聲波轉(zhuǎn)換器產(chǎn)生具有外部壓力的機(jī)械振動來鍵合半導(dǎo)體芯片和引線框的表面。然而，在此過程中產(chǎn)生的熱會氧化引線框的表面，形成假粘或不可靠鍵合。導(dǎo)線鍵合過程中的氧化應(yīng)當(dāng)被避免或減輕。
典型的導(dǎo)線鍵合機(jī)采用窗口夾具，其通常設(shè)計成矩形，便于牢固地夾住引線框到頂板上。防止引線框氧化的工業(yè)上的方法是導(dǎo)入大量的惰性氣體，一般為氮氣，到引線框架，多種設(shè)備應(yīng)用于此。在一典型的設(shè)備中，引線框架的一部分面積被夾具的本體覆蓋而得到相對較好的防氧化保護(hù)，在窗口夾具本體的作為鍵合區(qū)的部分留下開口。鍵合區(qū)暴露在環(huán)境中，易發(fā)生氧化。
一種導(dǎo)入氮氣的方法是固定一個或多個噴嘴至鍵合區(qū)，噴吹氮氣到鍵合區(qū)(附圖1)。鍵合區(qū)周圍環(huán)境中的氮氣可以避免在高的鍵合溫度下引線框發(fā)生氧化反應(yīng)。但是噴嘴的使用，在噴嘴開口周圍產(chǎn)生負(fù)壓，而向噴嘴開口吸收空氣。過幾分鐘，由于從大氣中吸入的氧與氮氣混合，削弱了噴嘴的作用。
另一導(dǎo)入氮氣的方法是在頂板上有一個或多個氣體出口，頂板上放置引線框架以便氣體噴射到鍵合區(qū)(附圖2)。這種方法的缺點是制造一個個的帶有許多作為氮氣出口的小孔的頂板是困難的，思想上要有的概念是頂板的表面必須絕對平坦，以便在其上能夠有效地完成導(dǎo)線鍵合。
這種設(shè)計也有圍繞頂板開口的負(fù)壓的問題。過一段時間，引起空氣中的氧被吸入到噴嘴的開口，與氮氣結(jié)合，而減輕保護(hù)的有效性。另外，應(yīng)當(dāng)引起注意的是這種方法僅在引線框自身的表面具有讓氣體進(jìn)入導(dǎo)線夾具內(nèi)的鍵合區(qū)的通孔時，才發(fā)揮作用。如果沒有這樣的通孔，此種方法無效。
第三種方法是利用一個蓋子，與第一種方法和/或第二種方法結(jié)合，以盡可能地防止氮氣從鍵合區(qū)跑掉?？梢苿拥纳w子帶有讓作為鍵合部件的毛細(xì)管通過并伸到鍵合區(qū)的通孔。但是，導(dǎo)線鍵合機(jī)附件(特別是導(dǎo)線鍵合機(jī)的鍵合頭)的增加，影響鍵合機(jī)的鍵合效率。蓋子也影響引線框鍵合時操作者的視線，例如當(dāng)導(dǎo)線斷開時，無法接近鍵合區(qū)。當(dāng)鍵合區(qū)大時，蓋子的尺寸也太大。另外當(dāng)導(dǎo)線夾具移開，來取出引線框時，會發(fā)生導(dǎo)線夾具碰撞移動的蓋子的險情。

發(fā)明內(nèi)容
如前面所述的問題，利用傳統(tǒng)的方法導(dǎo)入氮氣來防止鍵合操作過程中引線框的氧化，本發(fā)明的目的是提供一種改進(jìn)的裝置和方法導(dǎo)入一種相對的惰性氣體到鍵合區(qū)來防止引線框的氧化。
根據(jù)本發(fā)明的第一方面提供一種裝置，防止電子器件加熱時的氧化，包括
(1)被加熱的一個器件區(qū)；(2)提供相對惰性氣體到所述區(qū)域的進(jìn)氣部件；(3)一個多孔的分配部件，通過它惰性氣體從進(jìn)氣部件到達(dá)所述區(qū)域，以防止電子器件在該區(qū)域氧化。
根據(jù)本發(fā)明的第二方面，提供電子器件被加熱時的防止氧化方法，包括從進(jìn)氣部件導(dǎo)入相對的惰性氣體到達(dá)電子器件以防止氧化，所述氣體首先經(jīng)過多孔的分配部件，而后到達(dá)電子器件。
參閱描述本發(fā)明的實施例的附圖，來描述本發(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)明的特點限定在權(quán)利要求書中。


本發(fā)明相應(yīng)裝置和方法的一個實施例現(xiàn)結(jié)合下述的

如下，其中附圖1是現(xiàn)有技術(shù)的第一個例子，為氮氣通過一個窗口夾具中的噴嘴被導(dǎo)入到引線框的鍵合區(qū)的截面圖；附圖2是現(xiàn)有技術(shù)的第二個例子，為氮氣通過攜帶引線框的頂板上的氣體出口被導(dǎo)入到鍵合區(qū)的截面圖；附圖3是現(xiàn)有技術(shù)的第三個例子，為移動的蓋子位于窗口夾具的上方以防止鍵合區(qū)的氮氣跑掉的截面圖；附圖4是根據(jù)本發(fā)明的第一實施例，為位于窗口夾具上的多孔材料層導(dǎo)入氮氣到鍵合區(qū)的截面圖；附圖5是根據(jù)本發(fā)明的第二實施例的用于導(dǎo)入氮氣到鍵合區(qū)的、位于頂板上的多孔材料層的截面圖。
具體實施例方式
參見附圖所示，相同的部件采用相同標(biāo)記。圖1是相關(guān)現(xiàn)有技術(shù)中使用相對的惰性氣體的第一個例子，根據(jù)該現(xiàn)有技術(shù)第一個例子，氮氣(N2)通過在窗口夾具106中的一個噴嘴108，被導(dǎo)入到引線框104的鍵合區(qū)100。附著在引線框104上的芯片102完全位于窗口夾具106的開口的中心部位，完成導(dǎo)線鍵合，實現(xiàn)芯片102與引線框104的電連接。
當(dāng)導(dǎo)線鍵合工序進(jìn)行時，氮氣通過噴嘴108被泵壓到鍵合區(qū)100，讓氮氣在鍵合區(qū)域充滿環(huán)境，從而在焊接過程中保護(hù)引線框不被氧化。然而，由于噴嘴的緣故，將在噴嘴108的開口附近產(chǎn)生低壓，這樣來自大氣的氧氣被吸入并與氮氣相混合。結(jié)果，通過將氮氣壓縮到鍵合區(qū)域以防止氧化的效果被減弱。
附圖2是現(xiàn)有技術(shù)的第二個例子，為氮氣通過攜帶引線框104的頂板110上的氣體出口112被導(dǎo)入到鍵合區(qū)的截面圖。此時，氮氣從引線框104的下面導(dǎo)入，這僅在引線框104上具有允許氮氣通過并導(dǎo)入到鍵合區(qū)100的開口時才是適用的。
除此之外，向鍵合區(qū)100中吹氮氣，氮氣也可通過第二開口116被吹到引線框104的區(qū)域114，該引線框104位于窗口夾具106和在鍵合區(qū)之外100的頂板110之間，由于區(qū)域114很少暴露在大氣中，所以氧化不是很嚴(yán)重。這樣其它方法可以分別用于導(dǎo)入氮氣到區(qū)域114。
盡管這樣，噴嘴效應(yīng)依然發(fā)生，在此設(shè)計中，氧被吸入到噴嘴的出口到達(dá)鍵合區(qū)100，因而減弱了裝置的有效性。
附圖3是一個位于窗口夾具106上的移動的蓋子120的，用于避免鍵合區(qū)的氮氣跑掉的，根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的第三個例子的截面圖?？梢苿拥纳w子具有通孔122，該通孔讓攜帶導(dǎo)線的毛細(xì)管124經(jīng)過。當(dāng)進(jìn)行導(dǎo)線鍵合時，一個熄火部件126產(chǎn)生電火花形成一個焊料球?？梢苿由w子120與導(dǎo)線鍵合機(jī)的焊頭連接，以便與焊頭一起移動。一個光學(xué)部件128用于形狀識別(PR)。氮氣通過噴嘴入口112到頂板110上的出口以及氣體的第二入口116被導(dǎo)入鍵合區(qū)100。
附圖4是本發(fā)明實施裝置的截面圖，包括一個以多孔材料層18形式存在的分配部件，該部件由電子器件的支撐部件攜帶，電子器件可以是銅合金引線框14。在本實施例中，支撐部件可以是窗口夾具16。相對的惰性氣體如氮氣通過多孔材料層18被導(dǎo)入到引線框14的鍵合區(qū)10。固定在引線框14的芯片12在窗口夾具的中心區(qū)域暴露。氮氣通過通道20進(jìn)氣部件到達(dá)窗口夾具16，而窗口夾具16變形使得多孔材料層18耦合到位于通道20和鍵合區(qū)10之間的窗口夾具16上，因而氣體在被導(dǎo)入到鍵合區(qū)10之前通過多孔材料層18。
在通道20和鍵合區(qū)10之間安放多孔材料層18的優(yōu)點是，當(dāng)?shù)獨獗粚?dǎo)入到鍵合區(qū)時可以實現(xiàn)大面積的氣體分布均勻。這樣在氮氣被導(dǎo)入時，可以有效地減輕周圍區(qū)域的負(fù)壓，就象沒有造成負(fù)壓的噴嘴一樣。由于氧與氮氣的混合現(xiàn)象被明顯地消除，因而可以有效地防止引線框在鍵合過程中的氧化。
適合的多孔材料是高度壓縮的多孔金屬粉末，例如不銹鋼粉末。例如Mott公司制造的多孔金屬媒介物。
圖5是本發(fā)明第二實施例的截面圖，包括一由多孔材料30形成的分配元件，該分配元件由一頂部金屬板21的表面支撐，并與之連接，引線框14形成在該金屬板21的表面上，該分配元件將氮氣導(dǎo)入鍵合區(qū)，引線框14由窗口夾具16固定在頂部金屬板21上。氮氣通過頂部金屬板21上的入氣口24被吹入鍵合區(qū)10。頂部金屬板21產(chǎn)生變形，使得多孔材料層30與入氣口24的尾部在頂部金屬板21的表面靠近鍵合區(qū)10部分進(jìn)行連接。
在上面的例子中，多孔材料30分配氮氣更加均勻，而在大的區(qū)域減小可能影響設(shè)備有效性的負(fù)壓。另外，多孔材料被設(shè)計成使得氮氣被分配至引線框14的在窗口夾具16和頂板21之間的部分。這將進(jìn)一步防止引線框的鍵合區(qū)被氧化。而且更多的氮氣通過第二進(jìn)氣口26被導(dǎo)入所述部分?？梢岳斫獾氖?，在附圖5所描述的實施例在引線框14具有開口，使得氮氣由入口下方被導(dǎo)入鍵合區(qū)時是合適的，而沒有這些使得氮氣被這樣傳輸?shù)拈_口是不合適的。
可以理解的是，附圖4和5中所各自描述的實例的應(yīng)用都依賴于引線框的利用和類型。并且，這兩種實例可以在一起使用，氮氣或通過進(jìn)氣部件或通過窗口夾具16以及頂板21的表面同時被導(dǎo)入，來增加鍵合區(qū)的氮濃度。這樣，本發(fā)明的設(shè)備在不增加鍵合區(qū)負(fù)壓的情況下更有效的供應(yīng)氮氣，并比現(xiàn)有技術(shù)更長時間地防止氧化。
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、修正和補(bǔ)充，可以理解的是所有這些變化、修正和補(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
1.一種防止電子器件在解熱時氧化的裝置，包括(1)被加熱的一個器件區(qū)；(2)提供相對惰性氣體到所述區(qū)域的進(jìn)氣部件；(3)一個多孔的分配部件，通過它惰性氣體從進(jìn)氣部件到達(dá)所述區(qū)域，以防止電子器件在該區(qū)域氧化。
2.如權(quán)利要求1所述的防止電子器件在解熱時氧化的裝置，其中分配部件包含位于進(jìn)氣通道一端的、且與所述區(qū)域相鄰的并組成所述進(jìn)氣部件的一層多孔材料。
3.如權(quán)利要求1或2所述的防止電子器件在解熱時氧化的裝置，其中具有支撐部件來支撐電子器件，同時多孔材料層由支撐部件攜帶。
4.如權(quán)利要求2或3所述的防止電子器件在解熱時氧化的裝置，其中多孔材料層至少構(gòu)成電子器件放置的表面一部分。
5.如權(quán)利要求2至4所述的任一種防止電子器件在解熱時氧化的裝置，其中，多孔材料由壓縮的金屬粉末形成。
6.如權(quán)利要求5所述的防止電子器件在解熱時氧化的裝置，其中，金屬粉末是不銹鋼粉末。
7.如權(quán)利要求1所述的防止電子器件在解熱時氧化的裝置，其中，所述區(qū)域是導(dǎo)線鍵合區(qū)，相對的惰性氣體被吹到電子器件的導(dǎo)線鍵合區(qū)。
8.如權(quán)利要求7所述的防止電子器件在解熱時氧化的裝置，其中，所述氣體是氮氣。
9.如權(quán)利要求1所述的防止電子器件在解熱時氧化的裝置，其中，其中電子器件是銅合金引線框。
10.一種防止電子器件在加熱時氧化的方法，包括通過進(jìn)氣部件導(dǎo)入一種相對的惰性氣體到電子器件，以防止其氧化，其中氣體首先經(jīng)過一個多孔的分配部件而后到達(dá)電子器件。
11.如權(quán)利要求10所述的防止電子器件在加熱時氧化的方法，其中所述分配部件包含一層多孔材料層，進(jìn)氣部件包含通道，所述部件位于通道的一端，相對的惰性氣體從通道流出。
12.如權(quán)利要求11所述的防止電子器件在加熱時氧化的方法，具有支撐電子器件的支撐部件，同時支撐部件攜帶多孔材料層。
13.如權(quán)利要求10至12所述的任一種防止電子器件在加熱時氧化的方法，其中具有電子器件放置的表面，多孔材料層至少構(gòu)成所述表面的一部分。
全文摘要
本發(fā)明提供一種防止電子器件在加熱時氧化的裝置和方法，如半導(dǎo)體引線框。該裝置包括所述器件被加熱的區(qū)域，和提供相對的惰性氣體到所述區(qū)域的進(jìn)氣部件。特別地，該裝置包含一個多孔的分配部件，惰性氣體從進(jìn)氣部件經(jīng)過分配部件到達(dá)所述區(qū)域，用以防止電子器件在該區(qū)域氧化。
文檔編號H05K13/00GK1497661SQ20031010002
公開日2004年5月19日 申請日期2003年10月8日 優(yōu)先權(quán)日2002年10月8日
發(fā)明者黃任武, 關(guān)家勝, 段榮, 芮照伢 申請人:先進(jìn)科技新加坡有限公司