引线键合线夹及其设备和方法
【专利摘要】本发明提供一种半导体封装时引线键合的夹具，以及采用该夹具的半导体封装设备及方法。其中该夹具包括可自两侧夹持引线的第一线夹和第二线夹，所述线夹采用两边圆弧形的线夹，在施加力的过程中，线夹与引线能够实现良好的贴合，加大受力面积，减小局部压强过大带来的引线变形损害。同时第一线夹和第二线夹使用锥形和锥形相配合的设计，在线夹打开时可以实现对引线的限位，确保线夹多次开合之后引线仍然可以在凹陷内。
【专利说明】引线键合线夹及其设备和方法
【【技术领域】】
[0001]本发明是关于半导体封装领域，特别是关于引线键合封装方式中引线夹具的改迸。
【背景技木】
[0002] 在半导体芯片的制造过程中，晶圆被切割成小晶片之后，这些裸露的晶片需要与基板进行电的互连，实现其电的功能，同时还需要实现机械支撑和保护等，因此需要对这些小晶片进行封装。现有的晶片封装方式有引线键合方式、载带自动焊技术以及倒装芯片技术等。
[0003]其中引线键合是将半导体芯片焊区与基板上布线焊区用金属细丝连接器来的エ艺技术，现有的引线键合エ艺，其引线键合时，所用的键合设备通常包括引线夹和劈刀。劈刀用来对引线施压以及切断引线。引线夹用来夹住引线，一方面在切线后，固定引线然后拉线，另一方面在键合完成后，焊头可以在切断引线之前，由引线夹夹住引线进行非破坏性拉力测试。
[0004]如图1中所示，一般引线100截面为圆形，现有的引线夹200其与引线接触的面为平面，引线夹与引线的接触面积很小，只有圆形引线的切面的一条线与引线夹接触。引线夹夹カ小了容易夹不住引线，造成误报警，造成效率低，増加员エ工作量，引线夹夹力大了容易把引线夹变形，最后导致点型不良的品质问题，造成良率的损失。
[0005]因此，有必要对现有的引线夹进行改进，以克服现有技术的前述缺陷。
【
【发明内容】
】
[0006]本发明的目的在于提供一种用于半导体芯片封装中引线键合的引线夹。
[0007]本发明的另一目的在于提供ー种具有改进引线夹的半导体芯片封装引线键合设备。
[0008]本发明的再一目的在于提供一种采用改进引线夹的半导体芯片封装引线键合方法。
[0009]为达成前述目的，本发明一方面是ー种用于半导体芯片封装中引线键合的引线夹，其包括可用于夹持引线的第一线夹和第二线夹，其中所述第一线夹与引线接触的一面形成与引线的表面相配合的凹槽；所述第二线夹与引线接触的一面形成与引线的表面相配合的凹槽。
[0010]根据本发明的一个实施例，其中所述第一线夹与引线接触的一面形成向内渐缩的锥形开ロ，所述与引线的表面相配合的凹槽形成于所述锥形开ロ的底部；所述第二线夹为与所述第一线夹的锥形开ロ相配合的锥形，所述与引线的表面相配合的凹槽，形成干与引线接触的一面的锥形末端。
[0011]根据本发明的一个实施例，其中所述引线的截面为圆形所述第一引线夹和第二引线夹的截面的与引线表面相配合的凹槽为弧形槽。[0012]根据本发明的一个实施例，其中所述第一线夹是固定不动的固定线夹，第二线夹是可以移动的移动线夹，在线夹打开时，引线位于第一线夹的凹槽内，第一线夹实现对引线的限位。
[0013]为达成前述另ー目的，本发明另一方面是ー种半导体芯片封装引线键合设备，其包括劈刀、线夹、自动控制系统及焊接系统，其中所述劈刀用于切断引线，所述线夹用于夹持引线，所述自动控制系统用于控制所述劈刀及线夹的动作，所述焊接系统用于将引线焊接于焊区，其中所述引线夹包括可用于夹持引线的第一线夹和第二线夹，其中所述第一线夹与引线接触的一面形成与引线的表面相配合的凹槽；所述第二线夹与引线接触的一面形成与引线的表面相配合的凹槽。
[0014]根据本发明的一个实施例，其中所述第一线夹与引线接触的一面形成向内渐缩的锥形开ロ，所述与引线的表面相配合的凹槽形成于所述锥形开ロ的底部；所述第二线夹为与所述第一线夹的锥形开ロ相配合的锥形，所述与引线的表面相配合的凹槽，形成干与引线接触的一面的锥形末端。
[0015]根据本发明的一个实施例，其中所述第一线夹是固定不动的固定线夹，第二线夹是可以移动的移动线夹，在线夹打开时，引线位于第一线夹的凹槽内，第一线夹实现对引线的限位。
[0016]为达成前述再一目的，本发明再一方面是ー种半导体芯片封装引线键合方法，其包括:
[0017]将引线贯穿入劈刀内；
[0018]夹持引线的引线夹打开，通过自动控制系统使劈刀将引线压在第一键合点的焊区表面；
[0019]采用焊接系统实现第一键合点的键合焊；
[0020]通过自动控制系统使劈刀抬起，并按预定轨道移动至第二键合点，将引线压在第ニ键合点的焊区表面；
[0021]采用焊接系统实现第二键合点的键合焊；
[0022]引线夹闭合夹紧引线，劈刀垂直运动截断引线的尾部；
[0023]其中所述引线夹，其包括可用于夹持引线的第一线夹和第二线夹，所述第一线夹与引线接触的一面形成与引线的表面相配合的凹槽；所述第二线夹与引线接触的一面形成与引线的表面相配合的凹槽。
[0024]根据本发明的一个实施例，其中所述第一线夹与引线接触的一面形成向内渐缩的锥形开ロ，所述与引线的表面相配合的凹槽形成于所述锥形开ロ的底部；所述第二线夹为与所述第一线夹的锥形开ロ相配合的锥形，所述与引线的表面相配合的凹槽，形成干与引线接触的一面的锥形末端。
[0025]根据本发明的一个实施例，其中所述第一线夹是固定不动的固定线夹，第二线夹是可以移动的移动线夹，在线夹打开时，引线位于第一线夹的凹槽内，第一线夹实现对引线的限位。
[0026]与现有技术相比，由于本发明的引线键合的半导体封装设备中的引线夹采用两边圆弧形的线夹，在线夹打开时，引线位于第一线夹的弧形槽内，第一线夹实现对引线的限位，确保线夹多次开合之后引线仍然可以在弧形槽内，当线夹闭合时，第一线夹和第二线夹的两个弧形槽自两侧贴合在圆形引线的表面，将引线夹持住，在施加力的过程中，线夹与引线能够实现良好的贴合，加大受カ面积，减小局部压强过大带来的引线变形损害。
【【专利附图】
【附图说明】】
[0027]图1是现有的引线夹与引线配合的结构示意图。
[0028]图2是本发明的引线夹与引线配合的结构示意图。
[0029]图3a至图3e是本发明的一个实施例的引线键合的过程示意图。
【【具体实施方式】】
[0030]此处所称的“ー个实施例”或“实施例”是指可包含于本发明至少ー个实现方式中的特定特征、结构或特性。在本说明书中不同地方出现的“在一个实施例中”并非均指同一个实施例，也不是单独的或选择性的与其他实施例互相排斥的实施例。
[0031]半导体芯片的制造过程中，晶圆被切割成小晶片之后，这些裸露的晶片需要与基板进行电的互连，实现其电的功能，同时还需要实现机械支撑和保护等，因此需要对这些小晶片进行封装，其中不同的半导体芯片封装的要求可能不同，将晶片安装到基板上的封装方式也会不同，本发明是针对采用引线键合的封装方式将晶片安装到基板上的封装设备及エ艺。
[0032]采用引线键合封装方式的封装设备通常包括劈刀、引线夹、自动控制系统、以及焊接系统等。其中自动控制系统用于控制劈刀及引线夹的动作及运动，焊接系统根据不同的键合エ艺，可以包括加压装置、加热装置或超声波装置或各种装置的组合，焊接系统用于通过对引线施加压カ或加热或施加超声波，从而将引线焊接于键合区上。
[0033]由于本发明的改进重点在于键合设备中的引线夹，为避免对本发明的技术内容造成混淆，因此对封装设备中的其他必要结构，例如劈刀、自动控制系统、焊接系统等等未一一做详细说明，但对于本领域的普通技术人员应当能够了解键合设备的基本组成结构。
[0034]请參阅图2所示，其显示本发明引线键合过程中所使用的引线夹I的在一个实施例中的结构示意图。图2所示是从与引线平行的竖直方向向下的俯视图。在该实施例中所述引线3的截面为圆形。如图2中所示，本发明的引线夹I包括可自两侧夹持引线的第一线夹11和第二线夹12。如图2所示，第一线夹11的截面整体为矩形，其中与引线3接触的一面形成向内渐缩的锥形开ロ 111，在锥形开ロ 111的底部形成与引线3的表面相配合的弧形槽112。第二线夹12为与所述第一线夹11的锥形开ロ 111相配合的锥形，第二线夹12在与引线3接触的一面的锥形的末端形成与引线3的表面相配合的弧形槽121。
[0035]在本发明的一个实施例中，第二线夹12的整体锥形尺寸比第一线夹11的锥形开ロ 111的尺寸略大，这样当第一线夹11与第二线夹12相配合时，第二线夹12的锥形结构只有前端部分能够插入第一线夹11的开ロ 111内。在其他实施例中也可以将第二线夹12的尺寸做到与第一线夹11的开ロ 111的尺寸吻合。
[0036]在本发明的一个实施例中，第一线夹11可以是固定不动的固定线夹，第二线夹12是可以移动的移动线夹， 在线夹I打开时，引线3位于第一线夹11的弧形槽112内，第一线夹11实现对引线3的限位，确保线夹I多次开合之后引线3仍然可以在弧形槽112内。当线夹I闭合时，第一线夹11和第二线夹12的两个弧形槽112、121自两侧贴合在圆形引线3的表面，将引线3夹持住，在施加力的过程中，线夹I与引线3能够实现良好的贴合，加大受カ面积，减小局部压强过大带来的引线变形损害。
[0037]在前述实施例中，所述第一引线夹11为自与引线3接触的一面形成向内渐缩的锥形开ロ 111，在锥形开ロ 111的底部形成与引线3的表面相配合的弧形槽112，第二引线夹112为与第一引线夹11的开ロ 111相配合的锥形。在其他实施例中，第一引线夹11也可以不设置锥形开ロ 111而仅在与引线3接触的一面形成弧形槽112，而第二引线夹12的截面不是锥形，而是矩形，也只是在与引线接触的一面形成弧形槽121。
[0038]在前述实施例中，所述引线3的截面为圆形，因此第一引线夹11和第二引线夹12的截面设置与引线表面相配合的弧形槽。当引线3的截面为矩形或其他形状时，所述第一引线夹11和第二引线夹12的截面的弧形槽可以是与引线截面对应的形状。而前述引线可以是金线、铜线或铝线等等线材。
[0039]下面将结合示意图对采用本发明的引线夹的芯片引线键合エ艺进行说明，其中引线键合エ艺又可分为球形键合エ艺、楔形键合エ艺等エ艺，下面仅以球形键合エ艺为例对采用本发明的线夹的引线键合エ艺进行说明。
[0040]请參阅图3a至图3e所示，其显示球形键合エ艺的过程示意图。
[0041]如图3a所示，首先是将引线3插入劈刀4的工具中，引线3在电火花作用下受热熔成液态，由于表面张カ的作用而形成球形31。关于电火花的产生设备及劈刀的具体结构等内容可以采用现有的技术，本发明不再详细说明。
[0042]如图3b所示，此时夹持引线3的引线夹11、12打开，通过自动控制系统使劈刀4使引线3末端的球31接触第一键合点的键合区5，引线的球31接触键合区5之后，劈刀4对球31加压，将引线3压在第一键合点的键合区5表面。其中自动控制系统的具体结构是该领域普通技术人员应当知道的结构，本发明不再详细说明。
[0043]如图3c所示，采用焊接系统使球31和第一键合点的键合区5形成冶金结合完成焊接过程，实现第一键合点的键合焊。其中对球31加压进行焊接的过程可以采用热压键合技术、超声键合技术，或者热声键合技术。相应地，采用热压键合技术时，处理设备包括对应的加压和加热装置。采用超声键合技术时，处理设备包括对应的超声波发生装置。采用热声键合技术时，处理设备包括超声波发生装置及加热装置。在完成第一键合点的焊接之后，此时引线夹夹住引线，进行非破坏性拉力测试，以检测第一焊点是否焊接成功。
[0044]如图3d所不，在完成弟个键合点的焊接之后，劈刀4在控制系统的控制下提起，并沿着预定轨道移动，形成弧形走线，到达第二个键合点6，劈刀4将引线3压在第二键合点6的焊区表面，采用焊接系统使引线3和第二键合点6的焊区表面形成冶金结合完成焊接过程，实现第二键合点的键合焊。
[0045]如图3e所示，完成第二键合点的焊接之后，劈刀4会向上运动，拉出一段尾丝，然后线夹I关闭夹住引线3，同时劈刀4垂直运动截断引线3的尾部，完成两个键合点的焊接全过程。
[0046]由于本发明的引线键合的半导体封装设备中的引线夹采用两边圆弧形的线夹，在线夹打开时，引线位于第一线夹的弧形槽内，第一线夹实现对引线的限位，确保线夹多次开合之后引线仍然可以在弧形槽内，当线夹闭合时，第一线夹和第二线夹的两个弧形槽自两侧贴合在圆形引线的表面，将引线夹持住，在施加力的过程中，线夹与引线能够实现良好的贴合，加大受カ面积，减小局部压强过大带来的引线变形损害。
[0047]上述说明已经充分揭露了本发明的【具体实施方式】。需要指出的是，熟悉该领域的技术人员对本发明的【具体实施方式】所做的任何改动均不脱离本发明的权利要求书的范围。相应地，本发明的权利要求的范围也并不仅仅局限于前述【具体实施方式】。
【权利要求】
1.一种用于半导体芯片封装中引线键合的引线夹，其包括可用于夹持引线的第一线夹和第二线夹，其特征在于:所述第一线夹与引线接触的一面形成与引线的表面相配合的凹槽；所述第二线夹与引线接触的一面形成与引线的表面相配合的凹槽。
2.如权利要求1所述的引线夹，其特征在干:所述第一线夹与引线接触的一面形成向内渐缩的锥形开ロ，所述与引线的表面相配合的凹槽形成于所述锥形开ロ的底部；所述第二线夹为与所述第一线夹的锥形开ロ相配合的锥形，所述与引线的表面相配合的凹槽，形成干与引线接触的一面的锥形末端。
3.如权利要求1所述的引线夹，其特征在于:所述引线的截面为圆形所述第一引线夹和第二引线夹的截面的与引线表面相配合的凹槽为弧形槽。
4.如权利要求1所述的引线夹，其特征在于:所述第一线夹是固定不动的固定线夹，第二线夹是可以移动的移动线夹，在线夹打开时，引线位于第一线夹的凹槽内，第一线夹实现对引线的限位。
5. 一种半导体芯片封装引线键合设备，其包括劈刀、线夹、自动控制系统及焊接系统，其中所述劈刀用于切断引线，所述线夹用于夹持引线，所述自动控制系统用于控制所述劈刀及线夹的动作，所述焊接系统用于将引线焊接于焊区，其特征在于:所述引线夹，其包括可用于夹持引线的第一线夹和第二线夹，其中所述第一线夹与引线接触的一面形成与引线的表面相配合的凹槽；所述第二线夹与引线接触的一面形成与引线的表面相配合的凹槽。
6.如权利要求5所述的半导体芯片封装引线键合设备，其中所述第一线夹与引线接触的一面形成向内渐缩的锥形开ロ，所述与引线的表面相配合的凹槽形成于所述锥形开ロ的底部；所述第二线夹为与所述第一线夹的锥形开ロ相配合的锥形，所述与引线的表面相配合的凹槽，形成干与引线接触的一面的锥形末端。
7.如权利要求1所述的半导体芯片封装引线键合设备，其特征在于:所述第一线夹是固定不动的固定线夹，第二线夹是可以移动的移动线夹，在线夹打开时，引线位于第一线夹的凹槽内，第一线夹实现对引线的限位。
8.一种半导体芯片封装引线键合方法，其包括: 将引线贯穿入劈刀内； 夹持引线的引线夹打开，通过自动控制系统使劈刀将引线压在第一键合点的焊区表面，采用焊接系统实现第一键合点的键合焊； 通过自动控制系统使劈刀抬起，并按预定轨道移动至第二键合点，将引线压在第二键合点的焊区表面，采用焊接系统实现第二键合点的键合焊； 引线夹闭合夹紧引线，劈刀垂直运动截断引线的尾部； 其特征在于:所述引线夹，其包括可用于夹持引线的第一线夹和第二线夹，所述第一线夹与引线接触的一面形成与引线的表面相配合的凹槽；所述第二线夹与引线接触的一面形成与引线的表面相配合的凹槽。
9.如权利要求8所述的半导体芯片封装引线键合方法，其特征在于:所述第一线夹与引线接触的一面形成向内渐缩的锥形开ロ，所述与引线的表面相配合的凹槽形成于所述锥形开ロ的底部；所述第二线夹为与所述第一线夹的锥形开ロ相配合的锥形，所述与引线的表面相配合的凹槽，形成干与引线接触的一面的锥形末端。
10.如权利要求8所述的半导体芯片封装引线键合方法，其特征在于:所述第一线夹是固定不动的固定线夹，第二线夹是可以移动的移动线夹，在线夹打开时，引线位于第一线夹的凹槽内，第一线夹实 现对引线的限位。
【文档编号】H01L21/687GK103579063SQ201210278069
【公开日】2014年2月12日 申请日期:2012年8月7日 优先权日:2012年8月7日
【发明者】吴俊 , 刘晓明, 龚平, 魏元华, 杨文波 申请人:无锡华润安盛科技有限公司