受控衰减的焊接工具制造技术

本发明专利技术涉及一种用于把一个细导线焊接到一个基底上的受控衰减焊接工具。在一个实施例中，该焊接工具包括：一个第一圆柱段，其具有基本上均匀的第一直径；一个第二圆柱段，其第一端部连接到所述第一圆柱段的一个端部，所述第二圆柱段具有基本上均匀的第二直径，并且该直径小于第一直径；以及一个第三段，其具有一个第一预定渐细部，所述第三段的第一端部连接到所述第二圆柱段的一个第二端部。在另一个实施例中，焊接工具包括沿着一个圆柱段的至少一部分长度的一个平面区域。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

技术介绍
本专利技术涉及一种用于将导线焊接到半导体装置上的工具，特别是涉及一种具有受控衰减(attenuation)特性的焊接工具(bonding tool)。现有技术现代电子设备极大地依赖于用于安装半导体芯片或者集成电路(Ics)的印刷电路板。芯片和基底之间的机械和电子连接给芯片设计者提出了很大的挑战。三种公知的用于将集成电路IC连接到基底上的技术是引线焊接/接合、磁带自动连接(TAB)和倒装法。在这些方法中，最常用的就是引线焊接。在引线焊接中，多个焊接区按照一定图案定位在基底的顶表面上，芯片则安装在焊接区的图案的中心，芯片的顶表面背离基底的顶表面。在芯片的顶表面的接触点和基底的顶表面的接触点之间连接细线(铝或者金丝)。特别是，连接线提供用于通过一个毛细管(capillary)和后面描述的焊接工具而供给和焊接到芯片和基底上。毛细管用于把导线球焊到电子装置上，特别是球焊到半导体装置的焊接区上。这些毛细管通常由陶瓷材料构成，其中主要为氧化铝、碳化钨、红宝石、锆增韧氧化铝(ZTA)、氧化铝增韧锆(ATZ)和其他材料。非常细的导线，通常为大约密尔数量级的金线、铜线或者铝线，以螺纹式穿过毛细管内的一个轴向通道，在导线的端部形成一个小球，该小球位于毛细管顶端的外部。最初的目的是把这些球焊接到半导体装置的一个焊接区上，然后把位于导线远端的一部分焊接到一个铅架或者类似物上。在焊接周期中，毛细管执行不止一个功能。当球形成后，毛细管必须首先把球部分地定位在毛细管内的中心位置，用于选定焊接区目标。通过第一个焊接步骤，球被焊接到半导体装置的一个焊接区上。当毛细管使得球向下接触焊接区时，球变扁、变平。由于焊接区通常由铝制成，在焊接区的表面上有一层氧化物。为了形成良好的焊接，最好破坏该氧化物表面和裸露铝表面。一种破坏氧化物的有效的方法是用导线球“刮擦”氧化物表面。导线球放置在铝氧化物的表面上，在超声波电极臂内的一个压电部件的膨胀和收缩作用下毛细管快速沿着直线方向移动；毛细管与该超声波电极臂相连。除了通过焊接区施加的热量外，快速的移动在导线和焊接区之间形成一个有效的焊接。该毛细管然后可以在成环(looping)和平缓地把焊接导线从毛细管取出后返回到毛细管内时处理导线。该毛细管然后形成一“缝”焊和一“钉”焊或“尾”焊。目前，热声波引线焊接是一种用于把半导体装置与它们的支撑基底相连的方法的一种选择。热声波焊接方法部分依赖于通过一个工具例如毛细管或者楔形件将超声波能量从转换器传递到球或者用于焊接到半导体装置或者支撑基底上的导线，该转换器连接到一个可移动的焊头上。在常规的毛细管(焊接工具)内，焊接工具的几何形状没有通过工程方法改进能量向球/导线互连区的界面区域的传递。本专利技术的专利技术人确定，该工具的超声波衰减的控制对控制焊接过程及其性能是至关重要的。然而，常规的焊接工具存在着缺陷，因为常规的焊接工具设计依赖于互连节距和引线焊接环的高度，没有考虑到控制超声波的衰减。图1是一个常规焊接工具的示意图。如图1所示，焊接工具100具有一个圆柱形本体部分102和一个锥形部分104。一个轴向通道108从焊接工具100的一个端部110延伸到尖端106。一个焊接导线(未示出)穿过轴向通道108和尖端106，并最终焊接到一个基底(未示出)上。
技术实现思路
为了解决现有的焊接工具的上述问题，本专利技术涉及一种焊接工具，其可以对工具衰减的方向和增益进行控制。该焊接工具包括一个第一圆柱段，其具有基本上均一的第一直径；一个第二圆柱段，其具有一个与所述第一圆柱段的一个端部相连的第一端部，所述第二圆柱段具有基本上均匀的第二直径，并且该第二直径小于所述第一直径；以及一个第三段，其具有一个第一预定渐细部/锥形部，所述第三段的一第一端部与所述第二圆柱段的一第二端部相连。根据本专利技术的另一方面，该焊接工具包括一个第一圆柱段，其具有基本上均一的第一直径；一个第二圆柱段，其具有一与所述第一圆柱段的一个端部相连的第一端部，所述第二圆柱段具有i)基本上等于第一圆柱段的第一直径的直径，和ii)沿着第二圆柱段的长度的至少一部分上的平面区域；以及一个第三段，其具有一个第一预定渐细部，所述第三段的一第一端部与所述第二圆柱段的一端部相连。根据本专利技术的另一方面，该焊接工具包括一个第一段，其具有基本上均一的第一直径，该第一段沿着其长度的至少一部分上具有一个平面部分；一个第二圆柱段，其具有一与所述第一段的一个端部相连的第一端部，该第二圆柱段具有基本上均一的第二直径，该第二直径大约等于第一直径；以及一个第三段，其具有预定的渐细段，该第三段的一第一端部与第二圆柱段的一第二端部相连。根据本专利技术的另一个方面，该焊接工具包括一个第一圆柱段，其具有基本上均一的第一直径；一个第二圆柱段，其具有与所述第一圆柱段的一个端部相连的第一端部，所述第二圆柱段具有i)基本上均匀的第二直径，并且该直径小于第一直径，ii)位于第二圆柱段的长度的至少一部分上的一个平面区域。根据本专利技术的一个方面，焊接工具由一整块材料形成。根据本专利技术的另一个方面，一过渡段连接在第一段和第二段之间。根据本专利技术的另一个方面，所述渐细段的端部还具有另一个渐细段。根据本专利技术的另一个方面，一个定位导向件设置在焊接工具的第一段的第二端部。下面参照附图和本专利技术的示例性的实施例对本专利技术的这些和其他方面进行描述。附图说明当参照附图时，从下面的详细描述中将可更容易理解本专利技术。需要强调的是，根据通常的做法，附图中的各个技术特征不是成比例的。相反，为清楚起见，各个技术特征的尺寸可以任意扩大或者减小。这些附图包括图1是一个常规焊接工具的侧视图；图2是响应于转换器运动的焊接工具的说明；图3A-3H是根据本专利技术的第一个示例性实施例的焊接工具的各个视图；图4A-4E是根据本专利技术的第二个示例性实施例的焊接工具的各个视图；图5是一个图表，描绘了用于本专利技术的一个示例性实施例的焊接工具的超声波能量的作用；图6是一个图表，描绘了用于本专利技术的一个示例性实施例的焊接工具的超声波能量与共振频率之间的关系；图7是一个图表，描绘了用于本专利技术的一个示例性实施例的焊接工具的毛细管位移；图8表示一个示例性焊接工具与超声波转换器之间的相互关系； 图9A-9F示出了将一个示例性焊接工具定位在超声波转换器内的示例性方法；图10A-10D和11A-11E示出了与图9A-9F中的焊接工具配合的超声波转换器的具体结构；图12A-12C是根据本专利技术的第三个示例性实施例的焊接工具的各个视图；图13A-13D是根据本专利技术的第四个示例性实施例的焊接工具的各个视图。最佳实施例本专利技术通过改变沿着焊接工具长度的质量分布来克服常规的毛细管焊接工具的缺陷。与常规的焊接工具相比，所形成的焊接工具需要较少的能量便可在基底上形成焊接点。通过后面所讨论的一种适宜的设计，超声波衰减的方向可以控制和修正。超声波焊接工具的设计可以通过用数学方法描述由一个超声波转换器驱动的工具的运动来实现。这样的一个系统由公式(1)所示的一悬臂梁来代表等式1∂2∂Z2+m(z)∂2x(z,t)∂t2=-m(z)∂2x0(t)&Part本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于将细导线焊接到一个基底上的焊接工具，所述焊接工具包括：　　　　一个第一圆柱段，其具有基本上均匀的第一直径；　　　　一个第二圆柱段，其具有与所述第一圆柱段的一个端部相连的第一端部，所述第二圆柱段具有基本上均匀的第二直径，并且该第二直径小于所述第一直径；以及　　　　一个第三段，其具有一个第一预定渐细部，所述第三段的一第一端部与所述第二圆柱段的一个第二端部相连。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：阿米尔米勒，古尔佩尔贝格，
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]