具有多个外部台阶的焊丝接合毛细管工具制造技术

一种将细焊丝接合到基板上的接合工具，所述接合工具包含：至少基本圆筒形的部分，该圆筒形部分中具有同心毛细管，细焊丝通过该同心毛细管；工作尖端部分，该工作尖端部分形成在所述圆筒形部分的端部并向着其尖端逐渐变细，所述工作尖端部分在其尖端具有环形斜面；其中所述同心毛细管通向所述工作尖端的环形斜面；并且其中所述圆筒形部分的直径沿所述圆筒形部分的长度朝向所述工作尖端部分在多个不连续间隔处连续减小。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及用于将细焊丝接合到基板上的焊丝接合毛细管工具领域，更具体地，本专利技术涉及具有高阻抗值并且超声能量传递依从性被优化的焊丝接合毛细管工具。
技术介绍
印刷电路板(PCB)通常用于数字装置、自动测试设备(ATE)以及许多通用电子设 备的制造中。每个PCB上面安装许多电子元件。这样的电子元件的实例包括半导体芯片、 集成电路(IC)、电阻、晶体管和电容器。在每个所安装的元件与PCB(也可以称为基板)之 间的电连接通常是半导体封装技术的一部分并且是非常重要的。在电子元件与PCB之间不 合适的或错误的电连接可能导致发生错误连接的装置或设备的功能失效。 在通常安装在PCB上的上述元件中，IC可能被认为是最重要的元件之一。在将IC 安装在PCB上的过程中，制造者通常依赖三种技术，即焊丝接合、自动带载焊接(TAB)和倒 焊芯片贴装技术(flip-chip mounting technology)。在安装IC的三种技术中，焊丝接合 是最常用的方法。在焊丝接合中，在PCB(或基板)上以预定的图案存在多个焊盘。具有电 引线的所述IC通常安装在焊盘的预定图案的中心并且然后将其电引线连接到焊盘上。在 IC与PCB之间的电连接通过利用铜焊丝、金焊丝或铝焊丝来建立，取决于电路的要求和焊 盘尺寸，所述铜焊丝、金焊丝或铝焊丝的直径通常为约10-约200微米。这些焊丝通常与所 安装的IC的电引线的一端相连，然后拉向各个焊盘，并且最终连接到合适的焊盘，从而建 立基板与其上安装的IC之间的电连接。 如上所述，在所安装的IC与其对应的基板之间的电连接的建立通过接合工具来 进行。接合工具提供细焊丝并使用称为球焊的方法将IC的电引线电连接到基板的焊盘。接 合工具包括毛细管，细焊丝通过该毛细管引出。这些毛细管通常用例如陶瓷材料来制造，所 述陶瓷材料如氧化铝、碳化鸨和铝增韧的锆石(aluminum toughened zircon)。这种传统的 焊丝接合工具的实例描述于美国专利6，910，612中。该美国专利描述了一种接合工具，其 具有连接到工作尖端的圆筒形轴向通道，所述工作尖端具有内部的环形斜面。所述环形斜 面具有预定的角度和面长度，其在焊接过程中必须使球焊接头成形。 焊丝接合的方法涉及使焊丝通过毛细管引出并且使焊丝的自由端留在毛细管的 工作尖端处。在毛细管工作尖端处的焊丝自由端是形成球焊接头的球的端部，这是一种形 式的焊丝接合。作为举例说明，当使用细金焊丝时，该方法称为金球焊。在金球焊过程中， 首先通过电子火焰熄灭(EF0)熔化毛细管处的焊丝端部形成金球。该金球一般称为无空气 球，其直径通常为焊丝直径的1.5-2.5倍。无空气球尺寸一致性由EF0控制。然后无空气 球与基板的焊盘或所安装的IC的电引线接触。当无空气球接触焊盘时，例如，然后对所述 的球焊接头施加特定时间的适量的压力、热量和超声波力，从而在所述球与焊盘之间形成 初始冶金焊接，并使球焊接头本身变形成其最后的形状。然后焊丝运行到与所述焊盘对应 的电引线处，在焊盘与电引线之间产生梯度电弧或"回路"。将压力和超声波力施加到焊丝 上，从而与电引线形成第二接合(称为楔形接合，或针脚式键合)，以便完成一个焊接循环。 关于超声波能量的应用，这样的能量的施加导致接合工具振动，特别是导致毛细 管的尖端振动。因此，在球焊接头形成之后将超声波能量施加到接合工具上时，接合工具实 际上对着焊盘摩擦球焊接头。这种摩擦作用从通常为铝的焊盘上清洁掉碎屑和氧化物，例 如氧化铝。这种摩擦作用在所述过程中暴露焊盘的新鲜表面。在球焊接头和焊盘之间的冶 金接合或焊接进一步用连续施加的超声波能量增强，导致球焊接头和焊盘相互之间产生塑 性变形。除了金属彼此之间的物理接触和变形之外，还发生球焊接头和焊盘金属原子的互 扩散，这进一步增强冶金接合。 一般来说，接合可靠性随着发生的互扩散程度增大而增大。 不充分互扩散的最常见原因是在焊盘表面上存在外来杂质或污染物，例如氧化物、未蚀刻 的玻璃、硅锯屑、和工艺残渣。为了获得可靠的接合而施加足够的超声波能量的重要性也被 保证焊盘无污染物的需要加强了。 目前，在半导体工业中使用具有敏感性金属化的材料例如低介电常数(低K值) 的材料的趋势不断增大。具有敏感性金属化的材料还包括超薄焊盘。 一般来说，具有这种 敏感性金属化的材料具有较差的力学性能、低热导率并且在焊丝接合过程中容易产生金属 剥离、成坑和氧化物开裂。 在该工业中的另一个不断增大的趋势是进行"越过有源电路接合(BondingOver Active Circuitry)"。这需要稳定的焊丝接合过程，特别是由于"越过有源电路接合"主要 涉及越过半导体芯片中的电路用其上的金属层形成金属焊盘。 当组合机械应力来自所施加的超声波能量、在焊盘上的所述接合工具的阻抗和冲 击力时，接合工具可能导致使用敏感性金属化的焊盘的严重损坏。此外，这样的传统接合工 具可能不能形成足够可靠的接合以进行"越过有源电路的接合"。 典型地，当传统的接合工具，诸如在上述美国专利6， 910， 612中所述的，用于与低 K值的基板结合时，在传统的接合工具的工作尖端施加的超声波能量通常不足以通过金属 化接合低K焊盘。传统毛细管的工作尖端要求更高功率的超声波设置以便与低K值的焊盘 充分结合。然而，如果施加更高的超声波能量，则往往进一步使金属剥离、成坑和氧化物开 裂的上述问题恶化。 关于涉及具有低K值的材料的上述问题，美国专利6，321，969公开了一种焊丝接 合工具，它能够更有效地将超声波能量从超声波源传递到该工具的工作尖端。如上所述，除 了摩擦焊盘的氧化物以外，在对其施加超声波能量时，工作尖端的振动作用还有助于球焊 接头与焊盘金属原子的互扩散，从而进一步增强冶金接合。因此，美国专利6， 321， 969公开 了如果发生超声波能量到工作尖端的更有效传递，则可以施加更低量的所述超声波能量来 使工作尖端振动，从而避免与低K值的接合材料相关的上述困难。 然而，仍然需要一种焊丝接合工具，它能够与具有敏感性金属化的基板形成可靠 的焊丝接合，并且用于进行"越过有源电路的接合"。同时还需要该接合工具容易地集成到 现有的焊丝接合装置中，并且还是成本低的。
技术实现思路
因此，在一个方面，本专利技术提供一种用于将细焊丝接合到基板上的接合工具。该接 合工具包括至少基本为圆筒形的部分，该圆筒形部分中具有同心毛细管，细焊丝通过该毛 细管；工作尖端部分，该工作尖端部分形成在所述圆筒形部分的端部并朝着其尖端逐渐变细。所述工作尖端部分在其尖端处具有环形斜面；同心毛细管通向所述工作尖端的环形斜 面；并且圆筒形部分的直径沿着该圆筒形部分的长度朝向工作尖端部分在多个不连续间隔 处连续减小。 在另一个方面，本专利技术提供一种用于将细焊丝接合到基板上的接合工具。该接合 工具包括至少基本为圆筒形的部分，该圆筒形部分中具有同心毛细管，所述细焊丝通过该 毛细管；工作尖端部分，该工作尖端部分形成在圆筒形部分的端部并朝着其尖端逐渐变细。 所述工作尖端部分在其尖端具有环形斜面；其中同心毛细管通向工作尖端的环形斜面；并 且其中圆筒形部分的直径沿所述圆筒形部分的长度朝向工作尖端部分在第一不连续间隔 和第二不连续间隔处连续减小。每本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种将细焊丝接合到基板上的接合工具，所述接合工具包含：至少基本圆筒形的部分，所述圆筒形部分中具有同心毛细管，细焊丝通过所述同心毛细管；工作尖端部分，所述工作尖端部分形成在所述圆筒形部分的端部并向着其尖端逐渐变细，所述工作尖端部分在其尖端具有环形斜面；其中所述同心毛细管通向所述工作尖端的环形斜面；并且所述圆筒形部分的直径沿着所述圆筒形部分的长度朝向所述工作尖端部分在多个不连续间隔处连续减小。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】

【专利技术属性】
技术研发人员：杰米卡斯塔尼达，高凯荀，
申请(专利权)人：小精密工具有限公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]