有效能量传输毛细管制造技术

一种用于把极细导线焊接到基板上的焊接工具。该焊接工具包括一个具有第一直径的第一圆柱部分，耦合到第一圆柱部分的一端的第二圆柱部分，该第二圆柱部分具有小于第一直径的一个第二直径；和耦合到第二圆柱部分的一端的一个锥形部分。（*该技术在2021年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术通常涉及一种使用在导线与半导体设备焊接中的工具，并且更特别涉及一种具有有效超声波能量传输特性的焊接工具。
技术介绍
现代电子设备严重依赖于在其上安装半导体芯片或集成电路(ICs)的印刷电路板。在芯片与基板之间的机械与电连接已经形成了芯片设计者的挑战。用于把IC与基板互连的三种熟知技术是引线焊接，线带自动焊接(TAB)和倒装法。这些方法中最常见的是引线焊接。在引线焊接中，多个压焊点位于基板上表面上的一个模型中，芯片安装在压焊点的模型的中央，并且该芯片的上表面面对基板的上表面很远。极细导线(它可以是铝或金导线)连接在芯片上表面上的接点与基板上表面上的接点之间。特别地，通过一毛细管、一个在下面将进一步描述的焊接工具，连接导线被提供并且被焊接到芯片与基板。毛细管被用于把导线球形焊接到电子设备上，特别是球形焊接到半导体设备的压焊垫片上。这些毛细管通常由一种陶瓷材料形成，主要是矾土、钨碳化物，红宝石，锆石坚韧氧化铝(zircon toughenedalumina)(ZTA)，氧化铝坚韧锆石(alumina toughened zircon)(ATZ)和其它材料。非常薄导线，通常象大约一密耳的黄金、铜或铝线，通过毛细管中的一个轴向通路，导线的尾端形成一个小球，这个球被布置在毛细管末端之外。最初的目的是把这个球焊接到半导体设备上的一个垫片上，然后把沿着导线的进一步的一部分焊接到一个引线框架等等。在焊接循环期间，毛细管执行一个以上的功能。在这个球形成之后，为了焊接垫片的目的，毛细管必须首先把部分在毛细管内的这个球居中。第一焊接步骤，把这个球焊接到半导体设备上的一个垫片上。当该毛细管在焊接垫片上向下轻触这个球时，这个球将被挤压并且变平。因为该焊接垫片通常是由铝制成，所以在该焊接垫片的表面上形成一个薄氧化层。为了形成一个适当焊接，最好断开该氧化表面并且暴露该铝表面。断开氧化层的一种有效方式是用导线球″擦洗″该氧化层的表面。该导线球被放置在矾土的表面上并且该毛细管根据放置在毛细管所附在其上的超声波喇叭内的压电元件的伸展与收缩而在一个线性方向上快速地移动。该飞快的移动，除了通过该焊接垫片产生热之外，还通过在导线与该焊接垫片之间传送分子而形成一个有效焊接。该毛细管然后在循环过程中处理导线，把该焊接导线既平滑地馈送到该毛细管之外然后又馈回到该毛细管中。该毛细管然后形成一个″缝合″焊接和一个″定位搭焊″或者″尾部″焊接。目前，热声引线焊接是把半导体设备与它们的支持基板互相连接的精选方法。热声焊接方法部分地依靠把转换器中的超声波能量，附加一个可移动的焊接热，通过一个工具，例如毛细管或者楔形物，传送到被焊接到半导体设备或支持基板上的球或导线。在传统毛细管(焊接工具)中，焊接用具的几何形状不被设计来修改对球/导线互连垫片界面区域的能量转换。本专利技术的专利技术人已判定强加在工具上的压力/张力波的超声波衰减的控制对焊接方法和它的性能是至关重要的。然而，传统焊接工具设计是有缺陷的，因为传统焊接工具设计是以互连程度和丝焊器环路高度为基础的而没有考虑控制超声波衰减。同样地，传统焊接工具不是能量有效的。图1是一种传统焊接工具的例图。如图1所示，焊接工具100具有一个圆柱主体部分102和一个锥形部分104。一个轴向通路108从焊接工具100的尾端110延伸到末端106。一个焊接导线(未示出)经过轴向通路108并且通过末端106用于最后焊接在一个基板(未示出)上。
技术实现思路
为了解决传统焊接工具的上述缺点，本专利技术涉及一种用于把极细导线焊接到基板上的能量有效焊接工具。该焊接工具包括一个具有第一直径的第一圆柱部分；耦合到第一圆柱部分的一端的第二圆柱部分，该第二圆柱部分具有小于第一直径的一个第二直径；和耦合到第二圆柱部分的一端的一个锥形部分。按照本专利技术的一个方面，该第二圆柱部分是一个凹槽。按照本专利技术的另一方面，该第二圆柱部分是多个凹槽。按照本专利技术的另外一个方面，该凹槽具有一个基本上为矩形的截面。按照本专利技术的另一方面，该凹槽被一个槽缝所替换。按照本专利技术的另一方面，该锥形部分与第二圆柱部分紧密邻接。在下面将参考附图和本专利技术的示例性实施例阐明本专利技术的这些和其他方面。附图说明当结合附图阅读了下列详细说明之后，将最好地理解本专利技术。按照通常的实践经验，附图中的各个特征不是限定性的。相反地，为了清楚，各个特征的尺度可任意扩大或减小。附图中包括下列图图1是一个传统焊接工具的侧视图；图2是一个相对于转换器移动响应的焊接工具的说明；图3A-3D是根据本专利技术示例性实施例的一种焊接工具的各个视图；图4是本专利技术实施例的一个放大的剖面图；图5是测绘根据本专利技术示例性实施例的一个焊接工具的超声波能量影响的曲线图；图6是测绘根据本专利技术示例性实施例的一个焊接工具的超声波能量与谐振频率影响的曲线图；图7是测绘根据本专利技术示例性实施例的一个焊接工具的毛细管位移的曲线图；图8是根据本专利技术第二示例性实施例的一个焊接工具的部分侧视图；图9是根据本专利技术第三示例性实施例的一个焊接工具的部分侧视图； 图10A-10C是根据本专利技术第四示例性实施例的一种焊接工具的各个视图；和图11是根据本专利技术第五示例性实施例的一个焊接工具的部分侧视图。最佳实施方式本专利技术通过改变沿着焊接工具长度方向的质量分配从而克服了传统毛细管焊接工具的缺陷。当与传统焊接工具相比时，所得到的焊接工具需要较少的超声波能量以在一个基板上形成一个焊接。通过数学描述超声换能器驱动的工具的移动就可以实现超声焊接工具的设计。这样一个系统通过如等式(1)中示出的一种悬臂射束来表示∂2∂z2+m(z)∂2x(z,t)∂t2=-m(z)∂2x0(t)∂t2]]>在此，E是弹性系数，I是惯性力矩，m是质量分配，z是离移动支持的距离，x是垂直于射束的位移而x0描述了移动支持的移动。图2说明了按照等式(1)的一个焊接工具的响应。如图2所示，对于焊接工具设计，悬臂射束200表示焊接工具，204为转换器202的移动Xo，以及206为焊接工具响应移动x(z，t)。由于质量和惯性矩被允许沿着射束改变，则这些参数可用来设计一个焊接工具的构成和″形状″以便产生一个期望的焊接超声波移动。正如在上面所提及的，在常规设计中，惯性力矩I和质量分配m不被控制来用于超声波衰减的目的，而是严格地用于考虑所需的互连节距和丝焊器环路(loop)高度。在本专利技术的示例性实施例中，横断部分的形状和质量分配被规定来控制超声波衰减。设计效果的一些示例面积惯性矩I和质量分配m被给出。表1是参考图3A-3B利用一个凹槽几何形状来验证该思想的实验工作的一个总计。然而，本专利技术不因此被限制，而是也可使用其他几何形状。 表1图3A是根据本专利技术第一示例性实施例的一个焊接工具300的侧视图。如图3A所示，焊接工具300具有一个圆柱上主体部分302和一个下主体部分304。下主体部分304包括一个圆柱部分308和从该圆柱部分306延伸到该焊接工具300的末端310的一个圆锥部分306。布置在上主体部分302和下主体部分304之间的是一个凹槽312本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于把极细导线焊接到一个基板上的焊接工具，该焊接工具包括： 一个具有第一直径的第一圆柱部分； 耦合到第一圆柱部分的一端的第二圆柱部分，该第二圆柱部分具有小于第一直径的一个第二直径；和 耦合到第二圆柱部分的一端的一个锥形部分。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：艾米尔米勒，
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]