导线键合毛细管设备及方法技术

一种用于在半导体装置制造中将导线（例如，扁平矩形横截面带状导线（１０４））键合到工件（１０６）的设备（１００）及方法。所述导线被馈送穿过超声波键合毛细管（１０２）的通道（１１６）并经由可操作地耦合到所述键合毛细管的夹爪（１１８）被夹持抵靠在所述键合毛细管的啮合表面（１２０）上。所述导线沿着所述键合毛细管的键合表面（１１２）被键合到所述工件且在所述键合表面与所述键合毛细管的所述啮合表面之间被切割工具（１２４）至少部分地穿透。所述切割工具可包含定位于所述键合表面与啮合表面之间的细长元件（１２６），且可具有定位于其远端（１３０）处的切割刀片（１２８）。所述切割工具可进一步包含环形切割器，其中所述带状导线穿过一个具有围绕其内径界定的切割表面的环。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
一般来说，本专利技术涉及半导体装置及工艺，且更特定来说，涉及与半导体装置制 造相关的用于将导线(例如，尤其是带状或大尺寸导线)键合到键合垫的设备及方法。
技术介绍
在半导体工业中，通常实施导线键合以将集成电路(IC)(例如，半导体晶片或芯片)电互连到各种结构(例如，金属引线架)。举例而言，楔形键合是用于将细导线 (例如，细铝或金导线)键合到半导体晶片的键合点与另一点(例如，引线架的引线指状物)之间的常规方法。通常，为开始键合而通过键合工具的尖端将导线压于ic及 /或引线架上。所述键合工具被超声波振动数十毫秒的周期，其中所述键合工具的尖端 的移动平面通常平行于形成键合的半导体芯片的表面。所述键合工具垂直于芯片表面 压于所述导线及所耦合到芯片上的静负载与所述工具尖端处的振动的组合导致所述导 线塑性变形，因而同时将所述键合导线与组成芯片或引线架表面的材料的原子结合， 且相应地，提供所述导线与所述芯片或引线架之间的冷焊接。与导线键合相关联的一个问题是在整个键合工艺中的导线操纵及在已进行键合 之后的导线折断或切割。为实施这些功能，多数常规精细导线楔形键合工具通过将所述导线夹钳或拉离经键合衬底而折断所述导线。对于小直径导线(具有小于0.025英 寸直径的圆形横截面导线)来说，这种拉曳动作是足够的，且不会导致对所述衬垫的 显著破坏。然而，随着不断增加的对IC的速度及性能的要求，已引入更大尺寸的导线， 例如，金、铝、铜金属或金属合金带状导线，其中所述导线的横截面面积(例如，带 状导线的扁平矩形横截面)显著地大于以前使用的圆形横截面导线，因而为所述导线 提供更大的电流载通能力。相应地，当对所述更粗带状导线使用常规键合工具时，折 断所述带状导线所需的拉力趋向于有害地变形所述芯片及/或引线架。因而，已规划键 合工具的各种配置，例如在一个配置中将刀片压于所述芯片及/或引线架上以在将所述 键合工具拉离衬底之前变形或切割所述带状导线。图1A-C图解在各个操作期间的一个此种常规键合装置10，其中通过超声波键合 工具25将带状导线15键合到衬底20 (例如，引线架指状物或半导体芯片)。如图1A 中所图解，键合工具25压于带状导线15上，因而将所述带状导线压于所述键合工具 与衬底20之间。在这一点上，键合工具25超声波振动，因而将带状导线15冷焊接到 衬底20。图1B图解压于带状导线15上的切割器30，其中所述切割器通过有所述切割器施加的力F使所述带状导线显著变薄或切穿所述带状导线。图1C图解正在从衬 垫20拉离的键合工具25，其中夹持35进一步从所述衬底拉离带状导线15，因而大致 在切割器30的尖端40处将所述带状导线完全地切断。然而，与带状导线的常规键合相关的问题是图1B中所图解的切割器30压于带状 导线15上的力F通常转化为压于衬底20上的力，其中所述衬底因所述切割操作而可 能地永久地变形及/或受到损坏。举例而言，如在将带状导线15键合到细引线架指状 物的情况中，力F显著的变形所述引线架指状物(如箭头45所图解)，其中在将所述 切割器拉离衬底20之后所述变形继续存在。此外，如果带状导线15未被完全地切断， 则当夹持35拉开所述带状导线时所述拉力可进一步在与箭头45相反的方向上弯曲所 述引线架指状物。或者，如在将带状导线15键合到芯片的情况中，切割力F可有害地 影响所述芯片，例如可能损坏所述IC的金属化层或其它层。因此，目前需要一种用于将带状导线键合到衬底的可靠的工艺及设备，其中大致 最小化对所述衬底的损坏。
技术实现思路
本专利技术通过提供用于将导线(尤其更大尺寸的或带状导线)键合到各种衬底的改 进型的设备及方法而克服现有技术的局限性。根据本专利技术的一个说明性方面，所述设备包括具有本体区域及键合区域的超声波 键合毛细管，其中所述本体区域包含界定于其中的通道。导线(例如，带状导线)通 常延伸穿过所述通道并沿与所述键合区域相关联的键合表面延伸，且夹爪在所述通道 的邻近可操作地耦合到所述超声波键合毛细管。因此，所夹爪可操作以选择性地将所 述导线夹握于所述通道的啮合表面与所述夹爪的夹持表面之间。切割工具进一步可操作地耦合到所述超声波键合毛细管且大体定位于所述键合 表面与所述键合毛细管的所述啮合表面之间。所述切割工具(例如)可操作以选择性 地相对于所述超声波键合毛细管延伸及縮回，其中所述切割工具可至少部分地穿透定 位于所述键合表面与所述超声波键合毛细管的啮合表面之间的带状导线。当相对于所 述键合毛细管大致夹持所述带状导线时如此穿透所述键合表面与所述啮合表面之间的 带状导线远比现有技术有利，这是因为所述切割工具的切割动作不压于工件上，而是 切割两个大体固定的及/或夹持区域之间的带状导线。根据本专利技术的另一个说明性方面，所述夹爪或切割工具中的一者或多者可通过一 个或多个致动器(例如，电磁致动器)可操作地耦合到所述键合毛细管。所述机电致 动器可包含可操作以相对于所述超声波键合毛细管选择性地延伸及縮回各个夹爪及切 割工具的伺服马达、线性马达、弹簧致动器、气动及液压致动器中的一者或多者。例 如，所述切割致动器可包含可操作以相对于所述超声波键合毛细管延伸所述切割工具 的弹簧，而磁或机电致动器縮回所述切割工具，或反之亦然。根据另一实施例，所述切割工具包含大体界定于其远端的切割器刀片的细长元 件。所述切割工具可进一步包含环形切割器，其具有界定于所述细长元件远端的内部 区域，其中所述带状导线通常通过所述环的内部区域，且其中所述切割刀片通常由围 绕所述环的内径的切割表面界定。然后，所述环形切割器可操作以当向所述键合毛细 管缩回所述切割器时选择性地穿透或切断所述带状导线。附图说明图1A-1C (现有技术)图解在键合工艺期间处于各个位置的常规导线键合装置。图2是根据本专利技术一个方面的示例键合设备的横截面图。图3图解根据本专利技术另一个说明性方面的环形切割器的俯视图。图4是根据本专利技术的用于将导线键合到半导体装置的示例方法的流程图。图5A-5F是根据本专利技术的在键合工艺期间处于各个位置的示例键合设备的横截面图。具体实施例方式本专利技术旨在一种用于将导线键合到衬底或工件(例如，集成电路(IC)及/或引线 架组合件)的设备及方法。更特定来说，本专利技术提供一种稳固可靠的装置及工艺以将 矩形横截面带状导线键合到衬底，其中大致上减轻在常规键合设备及工艺中会看到的 对衬底的损坏或衬底变形。因而，现在将参照附图来描述本专利技术，其中自始至终使用 相同的参考编号来指代相同的元件。图2是根据本专利技术各个方面的示例键合装置100的横截面图。键合装置100包含 用于将带状导线104超声波键合到衬底或工件106 (例如，IC芯片或引线架中的一者 或多者)的超声波键合毛细管102。超声波键合毛细管102 (例如)可操作地耦合到如 此项技术中已知的用于向所述键合毛细管提供超声波振动的超声波振荡器(未显示)。 超声波键合毛细管102包含本体区域108及键合区域110，其中所述超声波键合毛细 管可操作以将带状导线104夹于所述超声波键合毛细管的键合表面112与工件106的 表面114之间。键合毛细管102的本体区域108包含(例如)界定于其中的通道116， 其中带状导线104进一步大体延伸穿过所述通道且沿与键合区域1本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于键合导线的设备，其包括：超声波键合毛细管，其具有本体区域及键合区域，其中所述本体区域具有界定于其中的通道，且适于接纳大体穿过所述通道并沿着与所述键合区域相关联的键合表面延伸的所述导线；夹爪，其可操作地耦合到所述超声波 键合毛细管且与所述通道相关联，其中所述夹爪可操作以选择性地将所述导线夹握在所述通道的啮合表面与所述夹爪的夹持表面之间；及切割工具，其可操作地耦合到所述超声波键合毛细管并大体定位于所述键合表面与所述啮合表面之间，其中所述切割工具可操作 以选择性地相对于所述超声波键合毛细管延伸及缩回，其中至少部分地穿透于所述键合表面与所述超声波键合毛细管的啮合表面之间的所述导线。

【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：伯恩哈德P朗格，史蒂文艾尔弗雷德库默尔，
申请(专利权)人：德州仪器公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]