超小间距毛细管制造技术

本发明专利技术公开了一种用于将细丝焊接在具有非常小的间距的焊接区上的焊接工具。该焊接工具包括一位于其一个端部处的工作顶端。该工作顶端包括：ｉ）相对于第一圆柱形部分的纵向轴线具有一预定角度的锥形部分；ｉｉ）具有形成于该工作顶端的一端部的外侧部分处的第一环形斜面的工作面；以及ｉｉｉ）形成于该工作顶端的该端部的内侧部分处的第二环形斜面。所述第一和第二环形斜面彼此相邻，并且一基本上为圆柱形的轴向通道与所述第二环形斜面的上部相连。以重量百分比计，该焊接工具由包含至少８０％的ＺｒＯ↓［２］的材料形成。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术总体上涉及一种用于将丝线焊接在半导体器件上的工具，特别是，涉及一种用于将细丝线焊接在以非常小的间距设定的焊接区上的焊接工具(焊接工具)。
技术介绍
现代电子设备很大程度上依赖于需要其上安装有半导体芯片或集成电路(IC)的印刷电路板。芯片和基板之间的机械和电连接对芯片设计者提出了挑战。用于使IC与基板相互连接的三种已知技术有丝焊法(或称引线接合法)、带式自动焊接法(TAB)和倒装法。这些方法中最常见的是丝焊法。在丝焊法中，将多个焊接区设在位于基板顶面上的图案中，并且将芯片安装在焊接区图案的中心，芯片的顶面背对着基板顶面。细丝(可以为铝或金丝)连接在位于芯片顶面上的触点和位于基板顶面上的触点之间。特别是，通过一毛细管(即下面所述的焊接工具或焊接工具)供给这些连接丝，并将它们焊接在芯片以及基板上。毛细管(焊接工具)用于将丝线球焊在电子器件上，尤其是焊接在半导体器件的焊接区上。这些毛细管通常由陶瓷材料例如主要有氧化铝、碳化钨、红宝石、氧化锆增韧氧化铝(ZTA)、氧化铝增韧氧化锆(ATZ)形成。通常在大约1密耳数量级上的极细丝线例如金、铜或铝丝线螺旋通过毛细管中的轴向通道，并且在该丝线的端部处形成一小球，该球位于毛细管顶端的外面。开始时将该球焊接在位于半导体器件的焊接区上，然后进一步沿着该丝线将其一部分焊接在引线框等上。在周期性焊接操作期间，这些毛细管执行多个功能。在形成球之后，毛细管必须首先使该球部分地在毛细管内居中，以便焊接区对准。通过一第一焊接步骤，该球被焊接在位于半导体器件上的一焊接区上。当毛细管使该球向下触压焊接区时，该球将被挤压并变平。由于焊接区通常由铝制成，所以在焊接区表面上形成有一层薄氧化物。为了形成正确的焊接，最好将氧化物表面破坏，以露出铝表面。破坏氧化物的一种有效方式在于用丝球“刮擦”氧化物表面。将该丝球放置在氧化铝表面上，并且毛细管根据设置在与该毛细管连接的超声波电极臂内的压电元件的膨胀和收缩沿着线性方向迅速移动。除了通过焊接区施加的热量之外，该迅速运动通过使分子在该丝线和焊接区之间转移来形成有效焊接。然后，毛细管在做环形循环运动期间操纵该丝线，从而平稳地将焊丝输送出毛细管然后回到该毛细管中。然后，该毛细管形成“针脚式”焊接(自动点焊)和“粗缝”焊接或“针尾”焊接。当前，热声波丝焊法是将半导体器件与它们的支撑基底互连的一种可选工艺。该热声波焊接法部分依赖于通过工具例如毛细管或楔形件将来自连接在一可动焊头上的换能器的超声波热量传送给半导体器件或支撑基底。在传统的毛细管(焊接工具)中，焊接工具的几何形状以及由此形成的自由空气球(FAB)是这样的，从而该焊接工具只可以用来将丝线焊接在其区间间隔(间距)大于60微米(0.060mm；15.34×10-4英寸)的焊接区上。因此，使得它们不适用于将丝线焊接在生产用于满足半导体工业的更高密度要求的器件上。这些现有技术中的焊接工具还不适用于采用直径小至0.4密耳(10微米)的焊丝进行丝焊。本专利技术的专利技术人已经开发出一种焊接工具，它可满足由这些高密度器件所提出的要求，同时保持该焊接工具的结构完整性。附图说明图1A显示出公知的现有技术中的细小间距焊接工具。焊接工具100具有圆柱形部分101以及连接在圆柱形部分101和工作顶端104之间的锥形部分102。工作顶端104(在焊接工具100的一个端部处)相对于焊接工具100的纵向轴线具有15度的顶锥角。换句话说，工作顶端104具有30度的总角106。工作顶端104相对于圆柱形部分101具有减小的宽度，从而允许在间距大约为0.0032英寸的焊接区上进行球压，而不需要如US5,558,270中所述那样接触相邻的焊丝环圈。图1B显示出工作顶端104的放大剖视图。如图1B所示，工作面111具有4度的面角108，并且锥形部分104具有10度的总角118。另外，靠近工作面111的为第一内斜面110，其反过来与第二内斜面112相邻。第一内斜面110具有90度的斜面角114，并且与第二内斜面112连接或接续，该第二内斜面112具有大于60度的夹角。这些斜面设计成将细丝(未示出)引导进具有直径106的丝孔116，以容纳直径大约为1密耳的丝线。但是，这些现有技术的缺陷在于，它们的设计不能满足半导体制造商在本领域中提出的超细间距(30微米或更小)的焊接区的要求。另外，这些焊接工具由这样的材料形成，其不能受力，且不能达到为提供具有足以满足半导体工业需要的工作端部尺寸的焊接工具所必需的弹性要求。专利技术概述为了解决传统焊接工具的上述缺陷，本专利技术涉及一种具有直径小于39微米的工作顶端的焊接工具。该焊接工具包括位于其一个端部处的工作顶端。该工作顶端包括i)相对于第一圆柱形部分的纵向轴线具有一预定角度的锥形部分；ii)具有形成于工作顶端的一端部的外侧部分处的第一环形斜面的工作面；以及iii)形成于工作顶端的该端部的内侧部分处的第二环形斜面，所述第一和第二环形斜面彼此相邻；以及一与所述第二环形斜面的上部相连的基本上为圆柱形的轴向通道。根据本专利技术的另一个方面，所述第二环形斜面具有小于90°的总角。根据本专利技术的另一个方面，所述第一环形斜面具有大于8°的面角。根据本专利技术的另一个方面，以重量百分比计，该焊接工具由包含至少80％的氧化锆(ZrO2)的材料形成。根据本专利技术再一个方面，该焊接工具由选自i)氧化锆+氧化钇(ZrO2+Y2O3)和ii)氧化铝+氧化锆+氧化钇(Al2O3+ZrO2+Y2O3)中的材料形成。本专利技术的这些和其它方面在下面参照本专利技术的附图和示例性实施例的说明中给出。附图的简要说明结合附图阅读下面详细说明可以最清楚地理解本专利技术。要强调的是，根据一般惯例，该附图的各个部件不是按照比例绘制的。相反，为清楚起见，各个部件的尺寸可以随意扩大或缩小。在这些附图中图1A和1B为传统焊接工具的不同侧视图；图2A-2E为根据本专利技术的示例性第一实施例的焊接工具的不同视图；以及图3为根据本专利技术的示例性第二实施例的焊接工具的工作顶端的详细剖视图。优选实施例的详细说明本专利技术通过提供一种焊接工具克服了传统毛细管焊接工具中的缺陷，该焊接工具具有一工作顶端，该顶端包括i)相对于第一圆柱形部分的纵向轴线具有一预定角度的锥形部分；ii)具有形成于工作顶端的一端部的外侧部分处的第一环形斜面的工作面；以及iii)形成于工作顶端的该端部的内侧部分处的第二环形斜面，所述第一和第二环形斜面彼此相邻；以及一与所述第二环形斜面的上部相连的基本上为圆柱形的轴向通道。所得到的焊接工具能够将小至10微米的焊丝施加在间距为30微米或更小的焊接区上。图2A为根据本专利技术第一实施例的焊接工具200的侧视图。如图2A所示，焊接工具200具有一圆柱形主体部分201、一与圆柱形主体部分201相连的锥形部分202以及一与锥形部分202的端部相连的工作顶端204。在优选实施例中，焊接工具200由单块材料形成。下面将对用来形成该焊接工具的材料进行详细说明。图2B为焊接工具200的侧面剖视图。如图2B所示，焊接工具200的直径227在大约1.5和1.6mm之间，并且优选为1.588mm。另外，焊接工具200的长度在大约9.5和11.1mm之间。从与圆柱形部分201相交的位置处开始，锥形部分202具本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于将细丝焊接在基底上的焊接工具，该焊接工具包括：位于该焊接工具的一个端部处的一工作顶端，该工作顶端包括：ｉ）相对于该焊接工具的纵向轴线具有一预定角度的锥形部分；ｉｉ）具有形成于该工作顶端的一端部的外侧部分处的第 一环形斜面的工作面；以及ｉｉｉ）形成于该工作顶端的该端部的内侧部分处的第二环形斜面，所述第一和第二环形斜面彼此相邻；以及与所述第二环形斜面的上部相连的一基本上呈圆柱形的轴向通道。

【技术特征摘要】
US 2001-7-17 09/907,1911.一种用于将细丝焊接在基底上的焊接工具，该焊接工具包括位于该焊接工具的一个端部处的一工作顶端，该工作顶端包括i)相对于该焊接工具的纵向轴线具有一预定角度的锥形部分；ii)具有形成于该工作顶端的一端部的外侧部分处的第一环形斜面的工作面；以及iii)形成于该工作顶端的该端部的内侧部分处的第二环形斜面，所述第一和第二环形斜面彼此相邻；以及与所述第二环形斜面的上部相连的一基本上呈圆柱形的轴向通道。2.如权利要求1所述的焊接工具，其特征在于，所述第二环形斜面具有小于90°的总角。3.如权利要求2所述的焊接工具，其特征在于，所述第一环形斜面具有大于8°的面角。4.如权利要求1所述的焊接工具，其特征在于，所述第二环形斜面具有小于60°的总角。5.如权利要求4所述的焊接工具，其特征在于，所述第一环形斜面具有在10°和12°之间的面角。6.如权利要求1所述的焊接工具，其特征在于，所述轴向通道具有小于大约16微米的直径。7.如权利要求1所述的焊接工具，其特征在于，所述锥形部分具有小于大约137微米的长度。8.如权利要求7所述的焊接工具，其特征在于，所述锥形部分具有小于大约39微米的外径。9.如权利要求1所述的焊接工具，其特征在于，所述焊接工具由以重量百分比计包含至少80％的ZrO2的材料形成。10.如权利要求1所述的焊接工具，其特征在于，所述焊接工具由选自i)ZrO2+Y2O3和ii)Al2O3+ZrO2+Y2O3中的材料形成。11.如权利要求1所述的焊接工具，其特征在于，以重量百分比计，所述焊接工具由包含大约95％的ZrO2和大约5％的Y2O3的材料形成。12.如权利要求11所述的焊接工具，其特征在于，以重量百分比计，该材料添加有高达约20％的Al2O3。13.如权利要求9-12中任何一项所述的焊接工具，其特征在于，所述材料在至少为1350℃的温度下进行烧结。14.如权利要求1所述的焊接工具，其特征在于，所述焊接工具由整块材料形成。15.如权利要求1所述的焊接工具，其特征在于，所述锥形部分的总角小于10°。16.如权利要求1所述的焊接工具，其特征在于，所述锥形部分的总角大约为7°。17.一种用于将细丝焊接在基底上的焊接工具，该焊接工具包括具有一直径的圆柱形部分；第一锥形部分，它与所述圆柱形部分的一端相连，并且相对于该圆柱形部分的纵向轴线具有一第一预定角度；第二锥形部分，它具有i)相对于该第一圆柱形部分的纵向轴线具有一第二预定角度；ii)形成于其一个端部的外侧部分处的第一斜面；以及iii)形成于其一个端部的内侧部分处的第二斜面，所述第二锥形部分与所述第一锥形部分的一端相连；以及从圆柱形部分的一个第一端延伸至所述第二斜面的轴向通道。18.如权利要求17所述的焊接工具，其特征...

【专利技术属性】
技术研发人员：伊尔佩尔贝格，齐夫阿措恩，本杰明索南赖克，奥里耶巴哈卢尔，
申请(专利权)人：库利克索法投资公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]