一种功率器件的铜线键合设备制造技术

一种利用铜线代替金线进行功率器件键合的设备，包括打火杆（２）、送线器（５）、换能器（４）、换能器外端设有供铜线穿过的瓷嘴（３），还设有一个可防止铜线烧球氧化的双管吹气装置；双管吹气装置包括连通保护气源的两根吹气管，两个出气口相对地位于瓷嘴下端的两侧。可为铜线烧球提供Ｎ２和Ｈ２的混合气体吹气保护，防止铜线烧球的氧化，使得在现有金线键合设备上用铜线代替金线进行键合也能够实现键合的稳定性和可靠性，键合金属线成本下降约８４％，产品整体成本下降５．７－８．６％；还降低了芯片产品的饱和压降参数值，铜线的导电能力比金线提高了约２０％，增加了产品的可靠性。且本实用新型专利技术的技术方案对现有设备的改动较小，容易实现。（*该技术在2020年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及半导体分立器件封装设备的改造，特别是涉及采用铜线代替金线 对键合设备的改造。
技术介绍
键合是指用金线(或铜线)以超声波焊接的方式将芯片的B、E两极与引线框架 的两个管脚连接的工序，为了增加金线(或铜线)与芯片的接触面积，提高铜线和芯片、管 脚结合强度和导电性能，在芯片焊点键合前，键合设备通过打火杆施放高压电将金线(或 铜线)端头烧成球状，再通过超声波焊接到芯片的键合区，而管脚不需要烧球就可以保证 键合强度，且管脚不用考虑键合损伤。现有技术中，美国KULICKE&S0FFA公司Knsl488plus 型号的设备被很多半导体分立器件封装企业在键合工序中应用，如图la、图Ib所示，该 Knsl488plus设备下部设有滑动底座1，机身的上部设有显微镜6，机身中部则装有打火杆 固定座8，固定座上向瓷嘴下方伸出一个打火杆2，机身上还设有送线器5、用来送铜线或者 金线，在送线器的下方是换能器4，换能器的外端向下连接有瓷嘴3，铜线或金线自送线器5 下行穿过瓷嘴3、铜线或金线的下端头位于打火杆2的外端处。键合时，打火杆施放高压电， 将金线 或铜线的下端头烧成球状，换能器用超声波焊使金线球或铜线球与芯片焊点键合。该Knsl488plus设备用金线键合的稳定性和可靠性很高，因为金为惰性金属，在 烧球时不会被氧化，金线球仍可保持金的原有特性，但由于全球黄金资源的短缺，黄金的价 格很高且不断上涨，加上半导体分立器件市场价格的恶劣竞争，以铜线替代金线在半导体 分立器件中实现键合生产成为了必然趋势。相对于金线，铜线的特点是导电能力强、价格 低、硬度高、机械性能好，但极易氧化，铜线的烧球氧化会导致铜线球表面硬度升高，在键合 时对半导体芯片造成损伤，并且因为氧化层的阻隔造成铜线球与芯片的结合力下降和导电 能力降低。而诸如Knsl488plus的现有设备是针对金线键合的设备，对于用铜线代替金线 进行键合，在防止铜线烧球氧化上没有专门的结构设计。
技术实现思路
本技术要解决的技术问题是提供一种防止铜线烧球氧化的双管吹气装置、用 铜线替代金线在原有键合设备上使用。为解决上述技术问题，本技术提供一种功率器件的铜线键合设备，其包括打 火杆、打火杆固定座、送线器、换能器，所述换能器外端向下设有供铜线穿过的瓷嘴，其特征 在于，所述铜线键合设备还设有一个可防止铜线烧球氧化的双管吹气装置；所述双管吹气 装置包括连通保护气源的两根吹气管，为第一吹气管和第二吹气管，两根吹气管的出气口 相对地位于所述瓷嘴下端的两侧。所述第二吹气管位于打火杆所在的那一侧；所述第一吹气管位于与打火杆相对的 那一侧。所述第一、第二吹气管为外径为3mm、内径为2mm的金属管。所述铜线键合设备的机身上部设有显微镜，所述第一吹气管上端连接在机身上、 位于显微镜的外侧，第一吹气管自上而下向瓷嘴处伸出。所述第一吹气管的出气口到瓷嘴外表面的最近水平距离小于2mm。所述第二吹气管上端连接在所述打火杆固定座上，自上而下伸出，所述打火杆的 一端焊接在所述第二吹气管的出气口端内壁、另一端则略伸出第二吹气管的出气口。所述打火杆伸出第二吹气管出气口的长度为1-1.5mm;所述打火杆伸出的最末端 与瓷嘴外表面的最近水平距离小于1mm。所述双管吹气装置由气源、气流控制阀、两根输气软管、所述第一吹气管和第二吹 气管组成；所述第一、第二吹气管分别通过输气软管与气源连通。所述铜线键合设备设有滑动底座，所述打火杆固定座设于铜线键合设备的机身中 部，所述送线器自打火杆固定座的下方向外侧伸出，而换能器位于送线器的下方，瓷嘴位于 送线器外端的下方，铜线可自送线器穿过瓷嘴，铜线下端头位于打火杆外端处。所述第一吹气管和第二吹气管中的气体为N2和H2的混合气体，混合气体中H2的 体积百分含量为8-15% ；第一吹气管内的气体流量为0.3-0.5升/分钟，第二吹气管内的 气体流量为0.5-0.7升/分钟。本技术由于在现有的金线键合设备上增加了双管吹气装置，可为铜线烧球提 供了 N2和H2的混合气体的吹气保护，防止铜线烧球氧化，采用本技术的带有双管吹气 保护装置的键合设备金线键合后，观察键合完成后的产品，产品压合点铜球的色泽和原铜 线一致，压点规则；对键合后的产品进行拨点实验，弹坑腐蚀实验，发现芯片无损伤。本实用 新型的技术方案使得在现有金线键合设备上用铜线代替金线进行键合也能够实现键合的 稳定性和可靠性，这样就可以节约键合金属线材的成本，键合金属线成本(含保护用H2、N2 混合气体费用)下降了约84%，产品整体成本下降了 5. 7-8.6% ；用铜线替代金线，还降低 了芯片产品的饱和压降参数值，铜线的导电能力比金线提高了约20%，增加了产品的可靠 性。且本技术的技术方案对现有设备的改动较小，容易实现。本申请人曾经设计有单管吹气方案，如图2所示，采用Knsl488plus设备对固定在 上压板41与下压板42之间的引线框架51及芯片进行键合，该装置是在瓷嘴3外侧与打火 杆2相对地设有一个吹气管30，对铜线下端头9吹N2和H2混合气、对烧球位置实施保护， 由于铜线较细，单管吹气需大的气流量才能使铜线球不氧化，而大的气流量又会将铜线吹 歪，因此单管吹气的方案气体流量的设定难以把握，从而易导致铜线球的氧化和烧球不良， 在键合后的检验中还发现键合点偶尔有氧化和焊点不规则的现象。单管吹气下烧球良好的 铜线球如图3所示；单管吹气下烧球不良的铜线球如图4所示。因此本申请人进而设计双管吹气方案，在瓷嘴两侧相对的吹送N2和H2的混合气 体，比起单管吹气方案，可以防止铜线被吹歪而导致的铜线球氧化和烧球不良，真正更好地 保护铜线烧球时不氧化，得到烧球良好的铜线球，可参阅图3所示。以下结合附图和具体实施方式对本技术进行进一步详细说明。图Ia为
技术介绍
的Knsl488plus设备主视示意图；附图说明图1b为图1a的右视示意图。图2为单管吹气键合前铜线烧球位置处的各部件关系示意图。图3为单管吹气下烧球良好的铜线球平面示意图。图4为单管吹气下烧球不良的铜线球平面示意图。图5a为本技术的铜线键合设备主视示意图；图5b为图5a的右视示意图。图6为在本技术铜线的键合设备上进行铜线烧球时各部件关系示意图。具体实施方式如图5a、图5b所示是本技术的铜线键合设备，是在现有的金线键合设备 Knsl488plus基础上改进的，与现有Knsl488plus设备相同的是，其设有滑动底座1，机身的 上部安装有显微镜6，机身中部则装有打火杆固定座8，送线器5自所述打火杆固定座的下 方向外侧伸出，而换能器4位于送线器的下方，换能器的外端向下连接着所述瓷嘴3，瓷嘴 正对送线器5外端的下方，铜线自送线器5下行穿过瓷嘴3，铜线下端头9位于打火杆外端 处。在此基础上，本技术在原用于金线键合的设备上为铜线键合增加了可防止铜线烧 球氧化的双管吹气装置。该双管吹气装置由连通的气源(图中未示出)、气流控制阀(图中未示出)、两根 输气软管(图中未示出)、第一吹气管10和第二吹气管20。所述第一、第二吹气管均为外 径为3mm、内径为2mm的金属管，可以是铜管，也可以是不锈钢管，它们的上端为进气口端、 分别通过输气软管与气源连通。气本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种功率器件的铜线键合设备，其包括打火杆（２）、打火杆固定座（８）、送线器（５）、换能器（４），所述换能器外端向下设有供铜线穿过的瓷嘴（３），其特征在于，所述铜线键合设备还设有一个可防止铜线烧球氧化的双管吹气装置；所述双管吹气装置包括连通保护气源的两根吹气管，为第一吹气管（１０）和第二吹气管（２０），两根吹气管的出气口相对地位于所述瓷嘴（３）下端的两侧。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：李西萍，刘卫光，颜文，
申请(专利权)人：深圳市贵鸿达电子有限公司，
类型：实用新型
国别省市：94[中国|深圳]