一种键合丝的加热退火装置制造方法
【专利摘要】本实用新型涉及一种键合丝的加热退火装置，包括依次设置的放线机构、第一导线轮、加热装置、第二导线轮和收线机构，其特征是：还包括冷却装置，冷却装置设置在加热装置与第二导线轮之间。本实用新型通过设置冷却装置，对加热后的键合丝进行急速退火，可有效控制键合丝在再结晶时的晶体颗粒大小，以及确保应力的完全释放，从而使得键合丝中晶粒均匀，消除键合丝的内部应力，提高键合丝的坚韧程度。
【专利说明】-种键合丝的加热退火装置
【技术领域】
[0001] 本实用新型涉及一种加热退火装置，尤其涉及一种键合丝的加热退火装置。
【背景技术】
[0002] 键合丝（bonding wire)是连接芯片与外部封装基板（substrate)和/或多层线路 板（PCB)的主要连接方式。键合丝发展趋势，从应用方向上主要是线径细微化、高车间寿命 (floor life)以及高线轴长度；从化学成分上，主要有铜线(包括裸铜线、镀钯铜线、闪金镀 钯铜线）在半导体领域大幅度取代金线，而银线和银合金线在LED以及部分1C封装应用上 取代金线。
[0003] 相对于金线，铜线主要的优势是：（1)产品成本低；（2)线材机械强度高，在形成线 弧（loop)后的灌胶的过程中抗冲击能力强，减少了线材的晃动（wire sweep),更适合于细 间距封装；（3)导电性高（铜的电阻率远低于金）；（4)与Al-Au共晶相比较，Al-Cu共晶相 的生长速率低许多，因此可靠性大幅度提升。
[0004] 在键合丝的生产过程中需要多次拉拔、加热和退火，在加热过程中采用氮气或氩 气进行保护，防止键合丝的氧化，而目前退火部分一般采用自然退火的方式，这种自然退 火方式存在的缺陷是在收卷时键合丝还存在一定的余温，造成键合丝中晶粒未完全稳定定 型，在收卷外力的干扰下，导致键合丝中晶粒不够均匀以及残存应力，导致键合丝不够坚 韧。
【发明内容】
[0005] 本实用新型要解决的技术问题是提供一种键合丝的加热退火装置，这种键合丝的 加热退火装置能够对键合丝进行快速退火，使得键合丝中晶粒均匀，消除键合丝的内部应 力，提高键合丝的坚韧程度。采用的技术方案如下：
[0006] -种键合丝的加热退火装置，包括依次设置的放线机构、第一导线轮、加热装置、 第二导线轮和收线机构，其特征是：还包括冷却装置，冷却装置设置在加热装置与第二导线 轮之间。
[0007] 通过设置冷却装置，对加热后的键合丝进行急速退火，可有效控制键合丝在再结 晶时的晶体颗粒大小，以及确保应力的完全释放，从而使得键合丝中晶粒均匀，消除键合丝 的内部应力，提高键合丝的坚韧程度。
[0008] 作为本实用新型的优选方案，所述冷却装置包括外冷却管、内冷却管和阀门；内冷 却管的外径小于外冷却管的内径，内冷却管处于外冷却管的空腔中，内冷却管与外冷却管 的两端分别密封连接在一起，内冷却管的外壁与外冷却管的内壁之间构成截面为环形的密 闭容器；阀门安装在外冷却管上并与密闭容器相通。通过阀门往密闭容器中充入液态的二 氧化碳或液态的氮气，然后关闭阀门，在密闭容器中形成一低压保压的空间，当键合丝从内 冷却管的空腔中经过时，键合丝在低温的内冷却管中快速冷却。上述外冷却管一般采用热 传导性较差的材料制成，更能够维持低温；上述内冷却管则一般采用热传导性较好的材料 制成，确保对内冷却管空腔中键合丝的良好冷却效果。
[0009] 作为本实用新型的优选方案，所述加热装置包括外套管、内套管、加热电阻线和惰 性气体保护结构；内套管的外径小于外套管的内径，内套管处于外套管的空腔中，加热电阻 线以螺旋的方式绕包在内套管的外壁上；惰性气体保护结构设置在内套管的空腔中。加热 电阻线以螺旋的方式绕包在内套管的外壁上，形成加热管的结构，当键合丝通过内套管的 空腔时，键合丝被加热，其中外套管起到保护及保温作用，而惰性气体保护结构在内套管的 空腔中释放惰性气体(例如氮气或氩气等)，对键合丝进行保护，防止键合丝被氧化。上述外 套管、内套管采用陶瓷或石英等耐高温的绝缘材料制成。
[0010] 作为本实用新型进一步的优选方案，所述惰性气体保护结构包括由耐高温材料制 成的送气管道和充气头；送气管道的两端由端盖密封，端盖上开设有供键合丝通过的小孔； 送气管道的侧壁上开设有多个出气孔；充气头安装在送气管道的一端并与送气管道的空腔 相通。通过充气头向送气管道中充入氮气或氩气等惰性气体，从送气管道上的出气孔喷出， 对经过送气管道中的键合丝进行保护，防止键合丝被氧化。上述送气管道采用陶瓷或钢材 等耐高温材料制成。
[0011] 作为本实用新型的优选方案，还包括张力机构，张力机构设置在所述放线机构与 第一导线轮之间。通过在放线机构与第一导线轮之间设置张力机构，控制键合丝的张力，使 键合丝保持一定的张紧力，使键合丝在加热、退火过程中保持平直。
[0012] 作为本实用新型进一步的优选方案，所述张力机构包括支架、摆杆、支撑杆、固定 线轮、滑块和活动线轮；摆杆的上端与支架铰接；沿摆杆的长度方向，摆杆上开设有滑槽； 滑块处于滑槽中并能够沿滑槽滑动；支撑杆的一端与支架铰接，支撑杆的另一端与滑块铰 接；固定线轮安装在摆杆的上端，活动线轮安装在滑块上。活动线轮与滑块、摆杆、支撑杆构 成键合丝的储存机构，当放线机构的放线速度过快时，活动线轮在自身及滑块、支撑杆的重 力作用下向下运动，在固定线轮与第一导线轮之间储存更多的键合丝，并使键合丝保持一 定的张力；当放线机构的放线速度过慢时，活动线轮及滑块在拉力的作用下沿滑槽向上运 动，储存在固定线轮与第一导线轮之间的键合丝在拉力的作用下向前输送，并使键合丝保 持一定的张力。该张力机构利用杠杆原理，能较好地自动调节张力，结构简单，效果显著。
[0013] 作为本实用新型更进一步的优选方案，还包括多个配重块，配重块安装在所述支 撑杆上。通过在支撑杆上设置配重块，调节支撑杆的重量，从而调节活动线轮向上或向下运 动需要克服的阻力，从而更有效地控制键合丝的张力。
[0014] 作为本实用新型的优选方案，所述放线机构为主动放线机构，所述收线机构为主 动收线机构。采用主动放线、主动收线的方式，能更容易控制键合丝的张力。
[0015] 本实用新型与现有技术相比，具有如下优点：
[0016] 本实用新型通过设置冷却装置，对加热后的键合丝进行急速退火，可有效控制键 合丝在再结晶时的晶体颗粒大小，以及确保应力的完全释放，从而使得键合丝中晶粒均匀， 消除键合丝的内部应力，提高键合丝的坚韧程度。
【专利附图】
【附图说明】
[0017] 图1是本实用新型优选实施方式的结构示意图。
【具体实施方式】
[0018] 下面结合附图和本实用新型的优选实施方式做进一步的说明。
[0019] 如图1所示，这种键合丝的加热退火装置，包括依次设置的放线机构1、第一导线 轮2、加热装置3、第二导线轮4和收线机构5,还包括冷却装置6和张力机构7,冷却装置6 设置在加热装置3与第二导线轮4之间，张力机构7设置在放线机构1与第一导线轮2之 间；放线机构1为主动放线机构，收线机构5为主动收线机构。
[0020] 冷却装置6包括外冷却管601、内冷却管602和阀门603 ;内冷却管602的外径小 于外冷却管601的内径，内冷却管602处于外冷却管601的空腔中，内冷却管602与外冷却 管601的两端分别密封连接在一起，内冷却管602的外壁与外冷却管601的内壁之间构成 截面为环形的密闭容器604 ;阀门603安装在外冷却管601上并与密闭容器604相通。
[0021] 加热装置3包括外套管301、内套管302、加热电阻线303和惰性气体保护结构 304 ;内套管302的外径小于外套管301的内径，内套管302处于外套管301的空腔中，力口 热电阻线303以螺旋的方式绕包在内套管302的外壁上；惰性气体保护结构304设置在内 套管302的空腔中。惰性气体保护结构304包括由耐高温材料制成的送气管道3041和充 气头3042 ;送气管道3041的两端由端盖3043密封，端盖3043上开设有供键合丝9通过的 小孔3044 ;送气管道3041的侧壁上开设有多个出气孔3045 ;充气头3042安装在送气管道 3041的一端并与送气管道3041的空腔相通。
[0022] 张力机构7包括支架701、摆杆702、支撑杆703、固定线轮704、滑块705、活动线 轮706和多个配重块707 ;摆杆702的上端与支架701铰接；沿摆杆702的长度方向，摆杆 702上开设有滑槽708 ;滑块705处于滑槽708中并能够沿滑槽708滑动；支撑杆703的一 端与支架701铰接，支撑杆703的另一端与滑块705铰接；固定线轮704安装在摆杆702的 上端，活动线轮706安装在滑块705上；配重块707安装在支撑杆703上。
[0023] 上述外冷却管601 -般采用热传导性较差的材料制成，更能够维持低温；上述内 冷却管602则一般采用热传导性较好的材料制成，确保对内冷却管602空腔中键合丝9的 良好冷却效果。
[0024] 上述外套管301、内套管302采用陶瓷或石英等耐高温的绝缘材料制成。
[0025] 上述送气管道3041采用陶瓷或钢材等耐高温材料制成。
[0026] 通过设置冷却装置6,对加热后的键合丝9进行急速退火，可有效控制键合丝在再 结晶时的晶体颗粒大小，以及确保应力的完全释放，从而使得键合丝9中晶粒均匀，消除键 合丝9的内部应力，提高键合丝9的坚韧程度。通过阀门603往密闭容器604中充入液态 的二氧化碳或液态的氮气，然后关闭阀门603,在密闭容器604中形成一低压保压的空间， 当键合丝9从内冷却管602的空腔中经过时，键合丝9在低温的内冷却管602中快速冷却。
[0027] 此外，需要说明的是，本说明书中所描述的具体实施例，其各部分名称等可以不 同，凡依本实用新型专利构思所述的构造、特征及原理所做的等效或简单变化，均包括于本 实用新型专利的保护范围内。本实用新型所属【技术领域】的技术人员可以对所描述的具体实 施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离本实用新型的结构或者 超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本实用新型的保护范围。
【权利要求】
1. 一种键合丝的加热退火装置，包括依次设置的放线机构、第一导线轮、加热装置、第 二导线轮和收线机构，其特征是：还包括冷却装置，冷却装置设置在加热装置与第二导线轮 之间。
2. 如权利要求1所述的键合丝的加热退火装置，其特征是：所述冷却装置包括外冷却 管、内冷却管和阀门；内冷却管的外径小于外冷却管的内径，内冷却管处于外冷却管的空腔 中，内冷却管与外冷却管的两端分别密封连接在一起，内冷却管的外壁与外冷却管的内壁 之间构成截面为环形的密闭容器；阀门安装在外冷却管上并与密闭容器相通。
3. 如权利要求1所述的键合丝的加热退火装置，其特征是：所述加热装置包括外套管、 内套管、加热电阻线和惰性气体保护结构；内套管的外径小于外套管的内径，内套管处于外 套管的空腔中，加热电阻线以螺旋的方式绕包在内套管的外壁上；惰性气体保护结构设置 在内套管的空腔中。
4. 如权利要求3所述的键合丝的加热退火装置，其特征是：所述惰性气体保护结构包 括由耐高温材料制成的送气管道和充气头；送气管道的两端由端盖密封，端盖上开设有供 键合丝通过的小孔；送气管道的侧壁上开设有多个出气孔；充气头安装在送气管道的一端 并与送气管道的空腔相通。
5. 如权利要求1所述的键合丝的加热退火装置，其特征是：还包括张力机构，张力机构 设置在所述放线机构与第一导线轮之间。
6. 如权利要求5所述的键合丝的加热退火装置，其特征是：所述张力机构包括支架、摆 杆、支撑杆、固定线轮、滑块和活动线轮；摆杆的上端与支架铰接；沿摆杆的长度方向，摆杆 上开设有滑槽；滑块处于滑槽中并能够沿滑槽滑动；支撑杆的一端与支架铰接，支撑杆的 另一端与滑块铰接；固定线轮安装在摆杆的上端，活动线轮安装在滑块上。
7. 如权利要求6所述的键合丝的加热退火装置，其特征是：还包括多个配重块，配重块 安装在所述支撑杆上。
8. 如权利要求1所述的键合丝的加热退火装置，其特征是：所述放线机构为主动放线 机构，所述收线机构为主动收线机构。
【文档编号】C21D9/52GK203999733SQ201420392297
【公开日】2014年12月10日 申请日期:2014年7月16日 优先权日:2014年7月16日
【发明者】周振基, 周博轩, 蔡永坤 申请人:汕头市骏码凯撒有限公司