[发明专利]线材焊接操作中的短尾恢复技术

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求2014年1月15日递交的美国临时专利申请61/927,688的权益，其内容以参考方式在此并入。

技术领域

本申请涉及线材焊接操作(例如线环的形成、导电凸块的形成等)，并且具体涉及在线材焊接操作中从短尾情况恢复的技术。

背景技术

在半导体器件的加工和包装中，线材焊接一直是在包装部件内两个位置(例如在半导体芯片的芯片垫和引线框架的引线之间)之间的电性互连的主要方法。更具体地，利用线材焊接器(也称为线材焊接机)可在待电性互连的相应位置之间形成线环。形成线环的主要方法是球形焊接和楔形焊接(wedge bonding)。在(a)线环的端部和(b)焊接位置(例如芯片垫、引线等)之间的焊接部形成中可以使用例如包括超声能、热声能、热压能等的各种类型的焊接能量。线材焊接机(例如包括螺柱撞机(stud bumping machine))也被用来从部分线材形成导电凸块。

在球形焊接操作过程中，利用来自电子灭焰(EFO)装置的火花将从焊接工具(例如细管)的末端延伸的线材尾部熔化为自由空气球。然后，自由空气球被用于在第一焊接位置形成线环的第一焊接部(例如球形焊接部)，并且然后线材从该球形焊接部延伸到第二焊接位置，在第二焊接位置处，线环的第二焊接部(例如缝焊接部(stitch bond))利用焊接工具通过将线材的一部分焊接到第二焊接位置来形成。例如，第一焊接位置可以是半导体芯片的焊接垫，并且第二焊接位置可以是引线框架的引线。然后，焊接工具被升高到线材被测试(例如电连接性测试)的短尾检测高度，以确保线材在第二焊接位置上仍然与缝焊接部连接。如果短尾未被检测到，则焊接头(也即承载焊接工具和线材夹的焊接头，线材夹此时为闭合)被升高以在缝焊接部处撕下线材。然后，剩余的尾部长度被用来形成用于另一个线环的另一个自由空气球。

具体参见图1A，线材焊接机100的选取的多个元件被示出。线材焊接机100包括支撑衬底104的支撑结构102(例如热块、砧座等)。衬底104包括接触部104a(在此还被称为焊接位置104a)。在具体的示例中，衬底104是引线框架，并且接触部104a可为引线框架104的引线104a。半导体芯片106被衬底104支撑。线材焊接机100还包括焊接工具110、线材夹112(在图1A中处于打开位置)、线材114以及检测系统116。线材114被线材供应部(例如线材焊接机100上的线材卷轴，未示出)提供。焊接工具110(例如细管)被用来形成半导体芯片106和衬底104之间的线环108。更具体地，线环108的第一焊接部108a被焊接到半导体芯片106的焊接位置。同样，线环108的第二焊接部108b被焊接到衬底104的接触部104a的焊接位置。在图1A中，焊接工具被示出在第二焊接部形成高度h₀处。

在线环108形成之后，就是时候形成用于随后的线环的线尾。现在参考图1B，焊接工具110已经被升高(例如同线材夹112和线材焊接机100的Z轴运动系统的其它元件一起被升高，未示出)到高度h₁(其可被称为“尾部高度”118)，从而使线尾114a在焊接工具110的下方延伸。此时线材夹112是闭合的，并且检测系统116被用于执行连接性检查。也即，如本领域技术人员已知的，检测系统116感测包括线材夹112、线尾114a、第二焊接部108b等的电路中的电连接性。也即，如果在h₁处(如图1B中所示)线尾114a仍与第二焊接部108b连接，则电连接性会被感测到并且不存在短尾情况。相反，如果在h₁处线尾114a与第二焊接部108b不连接，则电连接性没有被感测到并且存在短尾情况。检测系统116可被称为某些线材焊接机上的焊接完整性测试系统(即BITS系统)。

短尾情况可能在焊线过程中导致很多问题，例如自由空气球不一致的尺寸和形状。因此，期望提供线材焊接操作过程中的改进的短尾恢复技术。

发明内容