确定线接合机上接合无空气球剪切强度的方法技术

提供确定线接合机上的接合无空气球的剪切强度的方法。方法包括以下步骤：(a)在线接合工具的工作端部处提供无空气球；(b)将无空气球接合到工件的接合位置；(c)在与接合无空气球接触的同时沿接合位置的方向移动线接合工具；(d)在步骤(c)期间监测线接合过程信号；以及(e)使用在步骤(d)中监测的线接合过程信号确定剪切强度。确定剪切强度。确定剪切强度。

【技术实现步骤摘要】
确定线接合机上接合无空气球剪切强度的方法
[0001]相关申请的交叉引用
[0002]本申请要求2021年2月23日提交的美国临时申请No.63/152,564的权益，其内容通过引用并入本文。


[0003]本专利技术涉及线接合操作(wire bonding operation)，以及尤其地，涉及用于确定线接合机(wire bonding machine)上的接合无空气球(bonded free air ball)的剪切强度的技术。

技术介绍

[0004]在半导体装置的处理和封装中，线接合仍然是在封装内的两个位置之间(例如，在半导体管芯的管芯焊盘和引线框架的引线之间)提供电互连的主要方法。更具体地，使用焊线机(也称为线接合机)在要电互连的相应位置之间形成线环。形成线环的主要方法是球焊和楔焊。在(a)线环的端部和(b)接合部位(例如，管芯焊盘、引线等)之间形成接合时，可使用不同类型的接合能量，例如超声能量、热声能、热压能等。线接合机(例如，柱形凸块机)也用于从线中的部分形成导电凸块。
[0005]在球焊中，在线的端部上形成无空气球(例如，使用电子熄火装置)，以及然后无空气球被就位在线接合工具的尖端处。然后就位的无空气球被接合到接合位置(例如工件上的接合位置，诸如半导体管芯上的接合焊盘)。例如，接合无空气球可以是接合到工件的导电凸块。在另一示例中，接合无空气球可以是接合到工件的线环的第一接合。
[0006]经常期望知道接合无空气球的剪切强度。经常地，使用破坏性测试，离线(即不在线接合机上)测量接合无空气球的剪切强度。遗憾的是，从许多角度来看，包括如时间和成本相关的角度，这种离线过程效率低下。
[0007]因此，希望提供用于确定线接合机上接合无空气球的剪切强度的改进的方法。

技术实现思路

[0008]根据本专利技术的示例性实施方式，提供确定线接合机上的接合无空气球的剪切强度的方法。所述方法包括以下步骤：(a)在线接合工具的工作端部处提供无空气球；(b)将无空气球接合到工件的接合位置；(c)在与接合无空气球接触的同时，沿接合位置的方向移动线接合工具；(d)在步骤(c)期间，监测线接合过程信号；以及(e)使用在步骤(d)中监测的线接合过程信号，确定剪切强度。
附图说明
[0009]当结合附图阅读时，从以下详细描述可以最好地理解本专利技术。需要强调的是，根据惯例，附图的各种特征不是按比例绘制的。作为对照，为了清楚起见，各种特征的尺寸被任意扩大或缩小。附图包括以下：
[0010]图1A
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图1H是根据本专利技术的各种示例性实施方式用于说明确定接合无空气球的剪切强度的方法的线接合机的部分的一系列框图；以及
[0011]图2是根据本专利技术的示例性实施方式说明确定线接合机上的接合无空气球的剪切强度的方法的流程图。
具体实施方式
[0012]如本文所用，术语“半导体元件”意在指代包括(或配置为在随后的步骤中包括)半导体芯片或管芯的任何结构。示例性半导体元件包括裸半导体管芯、基板上的半导体管芯(例如，引线框架、PCB、载体等)、封装的半导体装置、倒装芯片半导体装置、嵌入基板中的管芯、堆栈的半导体芯片等。此外，半导体元件可包括配置为接合或以其他方式包括在半导体封装中的元件(例如，待接合在堆栈的管芯配置中的间隔件、基板等)。联系到本专利技术，半导体元件是工件的示例。
[0013]对于线接合过程优化和/或验证，在线接合机上运行全自动生产之前确定接合无空气球的剪切强度可能很重要。根据本专利技术的各种示例性实施方式，提供了在线接合机上确定接合无空气球的剪切强度(即，球剪切接合强度)的方法。这样的方法可在线接合机上实时(在连续线接合过程期间)执行。这样的方法可在很少或没有操作员干预的情况下执行，这是因为在测量剪切强度之后线接合机可继续以自动模式运行。与过去的做法相比，这是显着的优势；在过去的做法中，在线接合后，工件离线(远离线接合机)以使用离线测量工具测量剪切强度。
[0014]对于实时过程监测，测量可被编程为以预定间隔发生。例如，如果剪切强度测量值超过控制限制，则可发送警报或警告，或者可中断线接合过程，和/或可通过闭环控制自动改变线接合过程。
[0015]例如，如果一个或多个剪切强度测量超过控制限制(例如，测量的剪切强度值不在可接受的范围内)，则可通过改变一个或多个接合参数来实施校正(例如，闭环校正)。此外，在以下情况下，测量可用于执行线接合机的校准以提高一致性：(i)当线改变时(例如，线轴改变)，(ii)当线接合工具改变时，和/或(iii)从一个线接合机到另一个的便携性(即机器便携性)。
[0016]现在参考图1A
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图1H，示出了简化的线接合机100。线接合机100包括用于支撑工件104(例如，其中工件104是半导体元件)的支撑结构102(例如，加热块、砧座等)。图1A
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图1H中的示例性工件104包括在基板104b(诸如引线框架)上的半导体管芯(die)104a。半导体管芯104a包括第一接合位置104a1(例如，半导体管芯104a的接合焊盘)。
[0017]如图1A所示，线接合机100还包括接合头组件110，所述接合头组件承载用于将(线106的)线部分接合到工件104的线接合工具108(例如，毛细管线接合工具)。接合头组件110包括连杆110a，其配置为沿线接合机100的z轴移动。包括在接合头组件110中的附加元件(以及具体地由连杆110a承载)包括：换能器110a1(例如，超声换能器)；力传感器110a2；以及z轴位置检测器110a3。如本领域技术人员将理解的，(由接合头组件110承载的)线接合工具108是沿线接合机100的多个轴可移动的以执行线接合操作。例如，通过接合头组件110的移动，线接合工具108沿线接合机100的x轴和y轴移动，以及通过连杆110a的移动，线接合工具108沿线接合机100的z轴移动。
[0018]换能器110a1承载线接合工具108，以及在线接合工具108的工作端部108a(也称为线接合工具108的尖端部分)处提供超声擦洗。力传感器110a2感测在线接合操作期间施加的(例如，沿z轴)接合力。Z轴位置检测器110a3(例如，z轴编码器)检测连杆110a的z轴位置(以及因此线接合工具108的相对z轴位置)，以及提供对应于此z轴位置的数据(例如，实时)到线接合机100的计算机112。因此，计算机112具有与线接合工具108的z轴位置有关的信息，这是通过其运动实现的。此外，来自换能器110a1和力传感器110a2中的每一个(和/或与之相关)的某些信息可提供给计算机112(如从接合头组件110延伸到计算机112的箭头所示)。计算机112还可将信息(例如，指令)提供回到接合头组件110的元件(如从计算机112延伸到接合头组件110的箭头所示)。在特定示例中，在闭环配置中，计算机112向换能器110a1提供控制信号(例如，电流信号)。如图1A所示，无空气球106a(即，线106的部分)本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.确定线接合机上接合无空气球的剪切强度的方法，所述方法包括以下步骤：(a)在线接合工具的工作端部处提供无空气球；(b)将所述无空气球接合到工件的接合位置；(c)在与接合无空气球接触的同时，沿接合位置的方向移动线接合工具；(d)在步骤(c)期间，监测线接合过程信号；以及(e)使用在步骤(d)中监测的线接合过程信号，确定剪切强度。2.根据权利要求1所述的方法，其中，在步骤(d)中监测的线接合过程信号包括以下至少一项：(i)承载线接合工具的超声换能器的电特性，(ii)由线接合机的接合头组件的力传感器提供的接合力信号，(iii)与施加的接合力相关的力反馈信号，以及(d)z轴位置信号。3.根据权利要求1所述的方法，其中，在步骤(d)中监测的线接合过程信号包括：承载线接合工具的超声换能器的电特性。4.根据权利要求3所述的方法，其中，所述电特性与所述超声换能器的阻抗相关。5.根据权利要求1所述的方法，其中，在步骤(d)中监测的线接合过程信号包括：由线接合机的接合头组件的力传感器提供的接合力信号。6.根据权利要求1所述的方法，其中，在步骤(d)中监测的线接合过程信号包括：与施加的接合力相关的力反馈信号。7.根据权利要求1所述的方法，其中，在步骤(d)中监测的线接合过程信号包括：z轴位置信号。8.根据权利要求1所述的方法，其中，步骤(d)还包括：在以下中的至少一个期间，监测线接合过程信号：(i)恰在步骤(c)之前的时间，以及(ii)紧邻步骤(c)之后的时间。9.根据权利要求1所述的方法，其中，步骤(d)还包括：恰在步骤(c)之前的时间处，监测线接合过程信号。10.根据权利要求1所述的方法，其中，步骤(d)还包括：紧邻步骤(c)之后的时间期间，监测线接合过程信号。11.根据权利要求1所述的方法，其中，步骤(d)还包括：(i)恰在步骤(c)之前的时间以及(ii)紧邻步骤(c)之后的时间期间，监测线接合过程信号。12.根据权利要...

【专利技术属性】
技术研发人员：G，
申请(专利权)人：库利克和索夫工业公司，
类型：发明
国别省市：