专利名称：二段高瓶颈型的线焊装置用焊针的制作方法
技术领域：
本发明涉及可有效地适用于多个焊盘层(pad layer)和Low-K封装、即金属氧化物层的厚度非常薄、显示低电阻值的封装等的线焊工序中的线焊装置用焊针(capillary)，特别涉及从焊针前端开始具有1.5～5.0mm的高度和10～15°的锥度的二段高瓶颈型的线焊装置用焊针。
背景技术：
现代的电子设备由将集成电路安装在上部的印刷电路基板构成，连接集成电路和基板的公知技术中，有线焊、卷带自动接合(automaticbonding oftape)、倒装片技术等，其中最普通的技术是线焊技术。
参照图1更详细地说明线焊装置中所使用的焊针。通常使用的焊针的外形，根据焊针的前端部以及瓶颈的有无而分为A型、B型、C型、D型，在其内部具有直径非常小的微细孔。因此，经由该微细孔导入线，并进行线焊作业。
如果更具体说明焊针的前端部的形状，则如图1所示，从焊针的直形部开始到前端以一定锥度、例如以20°、30°、50°形成的A型在本领域通常称作标准型焊针，从直形部开始到预定高度的阶梯为一定锥度、例如以20°、30°、50°形成，而从该阶梯到前端例如有8～10°的锥度和0.1～0.4mm的高度的B型、C型、D型在本领域通常称作瓶颈型焊针(bottle neck capillary)。
具有A型的前端部的标准型焊针用于线焊部的面积和焊接部之间的间隔具有比较充分的余量的封装的线焊时。通常使用焊针的前端部的直径约为0.15～0.25mm，合金细线的直径约为0.025～0.038mm的类型。
具有B型、C型、D型的前端部的形状的瓶颈型焊针用于线焊部的面积和焊接部之间的间隔非常稠密的情况。最近，随着电路集成化的急速发展，主要使用瓶颈型焊针。通常，使用焊针的前端部的直径约为0.05～0.15mm，合金细线的直径约为0.020～0.025mm的类型。
最近，由于电路集成化，存在线焊部的面积缩小、相邻的焊接部之间的间隔变得非常稠密的倾向。因此，如果不减小焊针前端部的直径，则会在线焊的过程中产生邻接焊接部间的干扰现象。并且，由于在邻接线之间不可避免地产生干扰现象，因此为防止这种现象而将焊针前端部的形状制造成瓶颈。
此外，同一平面中所限定的集成化通过缩小线焊部的间隔而实现，而另一方面在高度方向上也推进集成化。这样，通过在高度方向上推进集成化，缩小焊接部之间的间隔，并且使焊接部的排列为格子状。在这样的情况下，被焊接的线产生向高度方向的干扰现象，需要对焊针也进一步需要高度方向的微细化，因此必须增加焊针的瓶颈的高度。
如前所述，为了实现集成化而缩小焊接部的面积，但尽管如此，必须充分地确保作为线焊的最终结果的对焊接部的剪断强度、以及拉伸强度的值的要求可靠度。即，考虑到线焊的基础技术为超声波热压接这一点时，在线焊的工序中对焊针施加的焊接力、超声波功率也必须维持最佳状态。此外，焊针的结构也必须制造成充分地满足这种条件。
参照图3，作为一例，在将3层焊盘层器件(3 tier pad layer device)的线焊中适用了现有技术的焊针的情况下，试着考虑工序中产生的问题。图3的照片表示下述情况焊针前端部的直径缩小到可焊接到焊接部的面积内进行焊接，但瓶颈的高度不充分，在线焊过程中由于焊针前端接触到完成焊接的邻接线，原来形成的线的形状变形。如果产生这样的问题，则需要修正线的状态的工序。
作为克服这样的问题的现有的技术，有如下的技术为了避免焊针与焊线的接触，增加形成在焊针的前端部的瓶颈的高度。
但是，主要由于焊针内部的结构的极限，过度增加了瓶颈的高度的情况下，在线焊的工序中出现瓶颈部分被切断的问题。此外，由于在线焊的工序中附加的各条件，焊接力、超声波功率的值急剧增加，而有时线焊变得困难。由此，即使推进线焊也由于过度施加的力以及超声波功率而无法得到目标的焊接部的状态稳定性以及拉伸强度、剪断强度的值。
此外，焊接力和超声波功率的值的增加具有对焊针的使用寿命造成很大影响等不可忽视的问题。
发明内容
因此，本发明的目的是提供二段高瓶颈型的线焊装置用焊针，该二段高瓶颈型的线焊装置用焊针将现有的锥体形焊针变更为具有2个阶梯的阶梯型，在线焊的工序中，施加比现有技术中更低的焊接力(Force)以及超声波功率，由此可通过焊针前端部上的增加的振幅来增大焊接部的状态稳定性、拉伸强度、以及剪断强度的值。
为了实现前述目的，本发明的二段高瓶颈型的线焊装置用焊针，其特征在于，包括直形部；锥形的第一瓶颈部，从焊针的前端部开始以8～12°的第一锥度延伸到第一阶梯，从前述焊针的前端开始测量到第一阶梯的第一高度为0.1～0.5mm；以及锥形的第二瓶颈部，从前述第一瓶颈部的第一阶梯开始以10～15°的第二锥度延伸到与前述直形部连接的第二阶梯，从前述焊针的前端开始测量到第二阶梯的第二高度为1.5～5.0mm。
在本发明中，构成了具有从焊针的前端开始到具有预定的高度以及锥度的第一阶梯的第一瓶颈部、以及从焊针的前端开始到具有约1.5～5.0mm的高度和10～15°的锥度的第二阶梯的第二瓶颈部的二段高瓶颈，因此与现有技术相比，大幅增加了瓶颈的高度，在多个焊盘层封装等的线焊过程中，可以防止焊针与线的接触以及线的变形。
图1是表示现有的焊针的图。
图2是表示利用现有的焊针的线焊工序的概略图。
图3是表示利用现有的焊针进行线焊时所产生的问题的照片。
图4是表示本发明的优选实施方式的焊针的图。
具体实施例方式
以下，参照附图对本发明的优选实施方式进行说明。
图4是表示本发明的优选实施方式的焊针的图。
本发明的线焊装置用焊针由焊针的直形部100、在该直形部100的前端形成的第一瓶颈部101、在直形部100和第一瓶颈部101之间形成的第二瓶颈部102构成。即，本发明的二段高瓶颈型的线焊装置用焊针的前端部由从作为线焊用的工具的焊针的前端开始以锥形延伸至第一阶梯103的第一瓶颈部101、以及作为从该第一瓶颈部101向上方延伸的部分而从第一阶梯103开始以锥形延伸至第二阶梯103’的第二瓶颈部102构成。
这里，从焊针的前端开始以8～12°的第一锥度延伸到第一阶梯的锥形的第一瓶颈部101具有从焊针的前端开始测量到第一阶梯的0.1～0.5mm的第一高度。此外，从第一瓶颈部的第一阶梯开始以10～15°的第二锥度延伸到与前述直形部连接的第二阶梯的锥形的第二瓶颈部具有从焊针的前端开始测量到第二阶梯的1.5～5.0mm的第二高度。
本发明者发现如下的现象超声波焊头(ultrasonic horn)基本上具有4种状态，根据焊头状态的前端部的振幅即使在各焊头的两端的面积比恒定时，振幅的放大率也按照焊头的状态的阶梯型、悬链曲面型(catenoidal)、指数型、锥体型的顺序而变高。根据该现象，本发明的焊针的前端部形成为从焊针的前端部开始具有1.5～5.0mm的高度以及12～15°的锥度。因此，可以提供在通常的单一瓶颈的基础上具有2段的高瓶颈的焊针。
这具有大幅增加现有的焊针的瓶颈的高度的效果，且通过将完成的焊针的前端部的状态变更为阶梯型而使超声波传递效果加倍。
因此，在多个焊盘层封装的线焊工序中，根除了所焊接的线与焊针接触、损坏已完成的线环的问题，提供即使不变更焊针前端的瓶颈的高度也大幅增加瓶颈的高度的效果，由此解决了现有技术的问题。结果，可提供一种焊针，与现有技术相比，减少线焊力以及超声波功率的值也能进行线焊的焊针。
此外，参照图4，具有从细管的前端开始具有预定的高度、例如为1.5～5.0mm的第二瓶颈部和直形部的本发明的焊针在超声波焊头的状态中具有阶梯型，因此阶梯型的输入端和输出端之间的振幅比与两端的直径的平方成正比，这比指数型以及悬链曲面型、锥体型的超声波焊头大得多。
因此，与从焊针前端开始延伸到直形部的锥度为20°、30°、50°的锥体型的通常的焊针相比，本发明的焊针形成为第二瓶颈部的状态为阶梯型，因此振幅比具有较大差。
此外，本发明的发明者为了在通常的焊针中避免焊针和线的接触，而过度增加瓶颈部的长度时，起到向焊针传递超声波的功能的线焊器的变换器(transducer)和焊针的谐振特性产生不一致，从而使焊接力、超声波功率急剧增加。因此，发现无法顺利地进行线焊的现象。根据该现象，为了要不变更通常的焊针前端的瓶颈部的长度而解决焊针和线的接触问题，制造出具有第二瓶颈部的焊针，该第二瓶颈部具有从焊针的前端开始例如为1.5～5.0mm的高度、以及例如为10～15°的锥度。
以上说明的本发明的焊针通过以下的实施例进行更详细的说明，但本发明不限于这些实施例。
(实施例1)形成从焊针的前端开始具有0.3mm的高度和10°的锥度的锥形的第一瓶颈部101，形成从该第一瓶颈部101向上方连接的第二瓶颈部102。该第二瓶颈部102由从焊针的前端开始到第二阶梯103’具有4.5mm的高度、具有15°的锥度的锥形形成。此时，焊针的前端的直径为0.063mm，贯通焊针的线导向孔的直径为0.028mm。将这样制成的焊针安装到线焊器上，实施了线焊工序。
(实施例2)除了形成从焊针的前端开始到第二阶梯103’具有2.5mm的高度、具有15°的锥度的锥形的第二瓶颈部102之外，制造出与前述实施例1相同形状的焊针。此后，将该焊针安装到线焊器上，实施了线焊工序。
(实施例3)除了形成从焊针的前端开始到第二阶梯103’具有4.5mm的高度、具有12°的锥度的锥形的第二瓶颈部102之外，制造出与前述实施例1相同形状的焊针。此后，将该焊针安装到线焊器上，实施了线焊工序。
(实施例4)
除了形成从焊针的前端开始到第二阶梯103’具有2.5mm的高度、具有12°的锥度的锥形的第二瓶颈部102之外，制造出与前述实施例1相同形状的焊针。此后，将该焊针安装到线焊器上，实施了线焊工序。
(比较例1)形成从焊针的前端开始具有0.15mm的高度、具有10°的锥度的锥形的瓶颈部，制造出具有从该瓶颈向上方延伸的50°的锥度的锥形的焊针(通常的焊针)之后，安装到线焊器上，实施了线焊工序。
(比较例2)形成从焊针的前端开始具有0.3mm的高度、具有10°的锥度的锥形的瓶颈部，制造出具有从该瓶颈向上方延伸的50°的锥度的锥形的焊针之后，安装到线焊器上，实施了线焊工序。
以从焊针前端开始0.3mm的高度形成瓶颈的理由是如前所述，在通过焊针进行线焊的过程中，为了解决与邻接线之间的接触问题而增加瓶颈的高度。
参考实施例1至4以及比较例1和2，对3段焊盘层(3-tier padlayer)封装实施了线焊工序的结果如表1所示。
(对3段焊盘层封装实施了线焊工序的结果) 根据表1，比较例1的焊针作为通常的焊针，焊针的变量值以及线的拉伸强度、剪断强度等的值表示了正常的状态，但发现焊针所致的邻接线的接触几乎100％地产生的问题。为了对此进行改善，在将瓶颈的高度由0.15mm提升至0.3mm的比较例2的情况下，虽解决了焊针所致的邻接线的接触问题，但如表1所示，焊接的变量值急剧增加，焊接工序的逐步进行处于困难的状态，逐步进行焊接之后，线拉伸强度以及线剪断强度的值显著降低，由此出现很多焊球裂缝缺陷(ball liftdefect)。
与此相对，在本发明的焊针的实施例1至4的情况下，焊接的变量值表示正常的状态，实施例1以及3中，力的值相同，但对焊针施加的超声波的功率的值则显著降低，由此可以延长焊针的使用寿命，并且防止由超声波功率的值上升而产生的焊球裂缝缺陷。而且，如表1所示，在实施例1至4的情况下，通过第二瓶颈部来确保充分的高度，可根本上防止由于焊针而使邻接线变形的线干扰现象。
如上所述，根据本发明，通过具有第二瓶颈部，该瓶颈部从作为线焊用工具的焊针的前端开始到第二阶梯103’具有1.5～5.0mm的高度和10～15°的锥度，具有增加对焊针施加的超声波的振幅放大率的效果。此外，通过提供充分增加瓶颈的高度的效果，仅以低的焊接力和低的焊接功率，也能得到目标的焊接部的拉伸强度和剪断强度，防止在焊接过程中焊针所致的与邻接线之间的接触，可以完全解决完成焊接的线的状态变形的问题。
权利要求
1.一种二段高瓶颈型的线焊装置用焊针，其特征在于，包括直形部；锥形的第一瓶颈部，从焊针的前端开始以8～12°的第一锥度延伸到第一阶梯，从所述焊针的前端开始测量到第一阶梯的第一高度为0.1～0.5mm；以及锥形的第二瓶颈部，从所述第一瓶颈部的第一阶梯开始以10～15°的第二锥度延伸到与所述直形部连接的第二阶梯，从所述焊针的前端开始测量到第二阶梯的第二高度为1.5～5.0mm。
2.根据权利要求1所述的二段高瓶颈型的线焊装置用焊针，其特征在于，所述第一瓶颈部具有0.3mm的第一高度和10°的第一锥度，所述第二瓶颈部具有4.5mm的第二高度和15°的第二锥度。
3.根据权利要求1所述的二段高瓶颈型的线焊装置用焊针，其特征在于，所述第一瓶颈部具有0.3mm的第一高度和10°的第一锥度，所述第二瓶颈部具有2.5mm的第二高度和15°的第二锥度。
4.如权利要求1所述的二段高瓶颈型的线焊装置用焊针，其特征在于，所述第一瓶颈部具有0.3mm的第一高度和10°的第一锥度，所述第二瓶颈部具有4.5mm的第二高度和12°的第二锥度。
5.如权利要求1所述的二段高瓶颈型的线焊装置用焊针，其特征在于，所述第一瓶颈部具有0.3mm的第一高度和10°的第一锥度，所述第二瓶颈部具有2.5mm的第二高度和12°的第二锥度。
全文摘要
本发明提供一种下述的二段高瓶颈型的线焊装置用焊针，即从焊针前端开始具有1.5～5.0mm的高度以及10～15°的锥度，因此可有效地适用于多个焊盘层以及Low－K封装、即金属氧化物层的厚度非常薄、显示低电阻值的封装等的线焊工序中。由下述部分构成直形部(100)；锥形的第一瓶颈部(102)，从焊针的前端部开始以8～12°的第一锥度延伸到第一阶梯(103)，此时从焊针的前端开始测量到第一阶梯(103)的第一高度为0.1～0.5mm；以及锥形的第二瓶颈部(102)，从该第一瓶颈部(102)的第一阶梯(103)开始以10～15°的第二锥度延伸到与直形部(100)连接的第二阶梯(103’)，此时从焊针的前端开始测量到第二阶梯(103’)的第二高度为1.5～5.0mm。
文档编号B23K35/02GK1974105SQ20061005975
公开日2007年6月6日 申请日期2006年3月6日 优先权日2005年11月28日
发明者李正求, 成玄范, 李海发, 文正柱, 李江勇 申请人:李正求