专利名称：金属线接合方法和接合力校准的制作方法
技术领域：
本发明涉及金属线环的形成，具体涉及在金属线接合过程中施加接合能量和/或接合力的改进方法。
背景技术：
在半导体装置的处理和封装中，金属线接合一直是提供封装内两个位置之间电互连的主要方法(即半导体管芯的管芯焊盘(die pad)和引线框的引线之间)。具体的，使用金属线接合机在各个位置之间形成金属线环，从而电互连。典型的普通金属线接合顺序包括(1)在从接合工具延伸的金属线的端部上形成无空气球；(2)在半导体管芯的管芯焊盘上利用无空气球形成第一接合部；(3)在管芯焊盘和引线框的引线之间延伸适合形状的金属线长度；(4)将金属线自动点焊到引线框的引线；和(5)切断金属线。在(a)金属线环的端部和(b)接合位置(例如管芯焊盘， 引线等)之间形成接合时，各种类型的接合能量可以使用，例如包括超声波能量，热超声 (thermosonic)能量，热压能量等。在普通的金属线接合系统中，通常，在金属线/接合工具和接触件之间建立一定程度的接触之后，接合能量(例如超声能量)被施加，将与该接触件形成接合。如果当接触件(例如引线框的引线)没有被下压(Pinned down)时施加接合能量，会形成不适当的接合。具体的，震动和相关的问题会导致第二接合之后的过度易碎的(squashed)接合、短的金属线尾部长度等。因此，需要提供一种接合能量施加、接合力施加的改进方法以及相关的引线接合方法。
发明内容
根据本发明典型实施例，提供一种施加接合能量的方法，从而利用金属线接合机在金属线的一部分和接合位置的接触件之间形成接合。该方法包括(1)将接合工具朝着接触件移动；(2)检测接触件的一部分何时被压靠在金属线接合机的装置支撑表面(例如加热模块)上；(3)施加接合能量给接触件的该部分，从而在接触件和金属线的该部分之间形成接合(例如施加接合能量给金属线以及接触件的该部分处的接合表面从而形成接合)ο根据另一个典型实施例，提供一种形成金属线环的方法，从而利用金属线接合机提供半导体装置的第一接合位置和第二接合位置之间的互连。该方法包括(1)在第一接合位置处利用接合工具形成第一接合，从而与接合工具相连的金属线与第一接合连续；(2) 将金属线的长度从第一接合位置朝着第二接合位置延伸；和(3)在第二接合位置处形成第二接合，从而金属线从第一接合部延伸到第二接合部。步骤(3)包括(a)将接合工具朝着第二接合位置处的接触件移动，(b)检测接触件的一部分何时压靠在金属线接合机的装置支撑表面上；和(c)施加接合能量给接触件的该部分，从而接合形成在接触件和金属线之间。该方法还包括(4)切断金属线，从而连接在接合工具中的金属线的长度从步骤(1)、 (2)、(3)中形成的金属线环分开。根据另一个实施例，提供一种确定接合力的方法，该接合力用于利用金属线接合机将金属线的一部分接合到接合接触件。该方法包括(1)移动工具以接触将被接合的装置的接合接触件的一部分，该工具施加初始力给接合接触件；(2)增加通过工具施加给接合接触件的该部分的力，直到接合接触件的该部分被压靠在金属线接合机的装置支撑表面；和(3)存储施加给接合接触件的该部分的力的值，接合接触件通过该力被压靠在金属线接合机的装置支撑表面上。根据另一个典型实施例，提供一种利用金属线接合机形成金属线环的方法，从而提供半导体装置的第一接合位置和第二接合位置之间的互连。该方法包括(1)在第一接合位置处利用接合工具形成第一接合，从而与接合工具连接的金属线与第一接合部连续；
(2)将金属线的长度从第一接合位置朝着第二接合位置延伸；和(3)在第二接合位置处在接触件的一部分处形成第二接合，从而金属线从第一接合部连续延伸到第二接合部。步骤
(3)包括(a)确定接合力的值，该接合力将接合接触件的该部分压靠在金属线接合机的装置支撑表面上，(b)施加总的接合力给接合接触件的该部分，总的接合力大于或等于步骤 (a)中确定的接合力值，(c)施加接合能量给接合接触件，从而形成第二接合部。该方法还包括(4)切断金属线，从而接合工具中连接的金属线的长度从步骤(1)、(2)、(3)中形成的金属线环分开。本发明的方法还可实现为一设备(例如作为金属线接合机的智能的一部分)，或者在计算机可读载体上的计算机程序指令(例如计算机可读的载体，用于与金属线接合机相连)。
结合附图，通过下面的详细描述，本发明更容易理解。需要强调，根据常识，附图的各个特征不是成比例的。相反，各种特征的尺寸可以任意扩大或者缩小，从而更加清楚。附图中包括图IA是根据本发明典型实施例在下降到第二接合部过程中金属线环的侧面剖视图；图IB是根据本发明典型实施例的图IA的一部分的详细视图，示出了接合工具，接合工具将接触件压靠在金属线接合机的装置支撑表面上图2A的流程图示出了根据本发明典型实施例施加接合能量的方法，从而在金属线的一部分和接合位置的接触件之间形成接合；图2B的流程图示出了根据本发明的典型实施例形成金属线环的方法，从而提供半导体装置的第一接合位置和第二接合位置之间的互连；图3A的流程图示出了根据本发明典型实施例利用系统阻抗变化的方法，从而检测接触件的一部分何时被压靠在金属线接合机的装置支撑表面上；图3B是根据本发明典型实施例接合工具朝着接触件的运动的时间图，用于解释图3A的方法；图4A的流程图示出了根据本发明典型实施例的另一方法，检测接触件的一部分何时被压靠在金属线接合机的装置支撑表面上；图4B是根据本发明典型实施例朝着接触件运动过程中接合工具的速度和力的时间图，用于解释图4A的方法，；图5A是根据本发明典型实施例半导体装置的三个相邻接触件、与接触件接触的装置夹具的一部分的部分俯视图，；图5B的图形示出了根据本发明典型实施例的对于图5A所示的三个相邻接触件的力相对于竖直位置的数据；图6是根据本发明典型实施例半导体装置的接触件和装置夹具的一部分的部分侧视图；图7A的流程图示出了根据本发明典型实施例的一方法，确定用于将金属线的一部分接合到接合接触件的接合力；和图7B的流程图示出了根据本发明典型实施例的形成金属线环的方法，以提供半导体装置的第一接合位置和第二接合位置之间的互连。
具体实施例方式在某些普通的金属线接合应用中，接合能量(例如超声波能量等)和接合力在“开环”过程中被施加。具体的，在⑴工具/金属线和⑵金属线将接合到其处的接触件之间检测到物理接触之后施加接合能量。根据本发明某些典型实施例，给接合能量提供“闭环”方法(例如超声波能量，热超声能量，热压能量等)和/或接合力施加。例如，在接触件的一部分(金属线接合将形成到其处的接触件的部分)被压靠在金属线接合机的装置支撑表面(例如，加热块，或者其它表面，接触件应当被压靠在其上)上之后，接合能量将被开启。被压靠在金属线接合机的装置支撑表面上的接触件的该部分的适合状态可称为“下压(Pinned down) ”或者“完全向下” 位置。这种状态(即接触件的该部分被压靠在金属线接合机的装置支撑表面上)可以利用多种技术中的任一种来检测。某些典型的技术在这里描述，但是本发明不限于这些典型技术。如下面详细描述的，用于检测接触件的一部分何时被压靠在金属线接合机的装置支撑表面上的典型技术包括(1)检测接合工具的竖直位置何时处于预定位置；(2)检测换能器(transducer)的阻抗特性何时达到预定水平；(3)确定(a)接合力和(b)接合工具的速度中的至少一个何时达到预定水平；(4)检测换能器的共振何时达到预定水平；和(5)检测施加到接触件的该部分的力何时达到阈值力。通过在确保接触件处于适当位置之后施加接合能量(例如超声能量)，共振问题趋向于基本减轻，从而改善了穿过多个接合位置形成的接合的均勻性，改善了形成的接合的质量，改善了接合的装置的生产效率，并且降低了金属线接合机的操作者提供的辅助比率。如上所述，检测接触件的该部分何时被压靠在金属线接合机的装置支撑表面上的典型方法是检测施加到接触件的该部分的力何时达到阈值力。这种阈值力可以与用于将接触件的该部分压靠在装置支撑表面上的力(例如销力)相关。因此，根据本发明的某些典型实施例，销力的校准完成，从而，销力(例如，用于将接触件的该部分压靠在装置支撑表面上的力)对于多个接触件(例如，引线框的引线的各部分)中的每个被测量。销力校准的结果可用于多种技术中的任一个，例如(1)预测何时某些销力测量(例如多个引线的销力测量中过大的变化)会显示出装置夹持问题(例如部件问题，安装问题等)或者机器设置问题；和(2)使用销力测量连同设定接合参数(例如施加到每个接触件的接合力可以至少等于测量的销力，施加到每个接触件的接合力可以等于对于该接触件的测量的销力加上一个偏移量，施加到每个接触件的接合力可以等于多个接触件的最大测得的销力加上偏移量(offset)等)。图IA是金属线环100的部分侧视图，其提供(1)半导体管芯102的管芯焊盘和 ⑵引线框100的引线IOOa之间的电互连。具体的，接合工具106(例如毛细管工具)用于将接合工具106中连接(engaged)的金属线108的长度在(1)半导体管芯102的管芯焊盘和⑵引线框100的引线IOOa之间延伸。如本领域技术人员公知的，半导体管芯102安装到引线框100，其包括引线100a。引线框100定位在金属线接合机的装置支撑表面112上 (例如加热块112或者另一个装置支撑表面)。当然，图IA中仅示出了引线框100的一部分(以及引线框100的引线IOOa的仅一部分)，半导体管芯102和装置支撑表面112。引线IOOa利用装置夹持件104夹持(图IA仅示出了装置夹持件104的一小部分)。如图1A， 金属线环110的端部将接合到其处的引线IOOa的部分(图IA所示的实例中的第二接合) 没有被压靠在装置支撑表面112上。弯折远离装置支撑表面112的引线IOOa的该部分可以通过例如高装置夹持力、窗口夹持几何轮廓的结果(window clamp geometry issues)、 加热、和/或毛边(burr)或者其它污染物等其它可能的原因造成。在用于施加接合能量的普通的“开环”系统中，可以在当与引线IOOa的该部分接触时施加接合能量，与下面事实无关它没有被压靠在装置支撑表面112上。如上所述，将接合能量施加到引线例如图IA所示的引线IOOa会导致振动以及相关问题，从而导致过度易碎的接合、短的尾部等。根据本发明某些典型实施例，直到接触件(例如引线100a)被压靠在金属线接合机的装置支撑表面上(例如装置支撑表面112)，接合能量才被施加以形成接合(例如第一接合部，第二接合部等)。因此，图IB示出了接合工具106下降，直到引线IOOa的相关部分 (即图IA所示的第二接合将形成在其上的部分)被压靠在图IB所示的装置支撑表面112 上。图2A-2B是根据本发明某些典型实施例的流程图。本领域技术人员容易理解，流程图中包括的某些步骤可以省略；某些另外的步骤可以增加；并且步骤的顺序可以与所示的不同。图2A的流程图示出了施加接合能量的方法，从而在金属线的一部分和接合位置的接触件之间利用根据本发明典型实施例的金属线接合机形成接合。例如，参考图1A，图 2A的方法可用于施加接合能量以在(1)金属线108的一部分和(2)引线框100的引线IOOa 之间形成接合部。在步骤200，接合工具(例如接合工具106)朝着接触件(例如引线100a)移动。在步骤202，完成下列检测过程检测接触件的一部分何时被压靠在金属线接合机的装置支撑表面上(例如检测引线IOOa的所示部分何时被压靠在图IB的装置支撑表面112 上)。在步骤204，接合能量(例如超声波能量)施加到接触件的该部分，从而接合(例如图1A-1B所示的第二接合部)形成在接触件和金属线的该部分之间。步骤202可以利用多种技术中的任一种完成。例如，检测步骤可包括检测接合工具的竖直位置何时处于预定位置。金属线接合领域技术人员知道，编码器系统，视觉系统等可用于确定接合工具何时处于下面的高度处，其中，接触件(例如引线100a)处于“完全下部”或者“下压”位置，如图IB所示。这个位置可被记录从而在下降以形成接合的过程中 (例如图IB所示的第二接合)，可以知道这个位置已经达到，从而检测接触件被压靠在金属线接合机的装置支撑表面上。可用于检测接触件何时压靠在装置支撑表面上的另一个技术是检测换能器(接合工具连接到其处)的阻抗特性何时达到了预定水平。例如，这种阻抗特性可包括阻抗大小阈值，和阻抗大小变化(或者变化率)，阻抗相位阈值或者变化(或者变化率)，锁定频率变化等。这种检测策略的最具体的实例将参考图3A和3B解释。可用于检测接触件何时压靠在装置支撑表面上的另一种技术是确定(a)接合力和(b)接合工具的速度中的至少一个何时达到预定水平。这种检测策略的更具体的实施例将参考图4A-4B详细描述。可用于检测接触件何时压靠在装置支撑表面上的技术是检测换能器(接合工具连接到其处)的共振何时达到预定水平。可用于检测接触件何时压靠在装置支撑表面上的另一种技术是(1)确定将把接触件的该部分压靠在金属线接合机的装置支撑表面上的力值和(2)检测施加到接触件的该部分的力何时达到阈值力，阈值力大于或等于步骤(1)确定的力值。这种技术可以对于半导体装置的多个接触件(例如引线框的引线)中的每一个重复，从而阈值力可以被选择成对于每个接触件都相同(从而选择的阈值力大于或等于对于多个接触件中的任一个在步骤(1)中确定的最大力值)，或者阈值力可以对于多个接触件中的每一个单独地选择。阈值力对于多个接触件中的每一个都相同，或者对于多个接触件中的每一个都单独地选择/ 确定，可以以多种方式选择。例如，阈值力可以选择成等于对于多个接触件中的任一个在步骤(1)中确定的最大力值，或者可以是对于多个接触件中任一个在步骤(1)确定的最大值加上预定力偏移值。另一个实例中，阈值力对于多个接触件中的每一个可以独立选择，从而对于多个接触件中的每一个选择的阈值力大于或等于步骤(1)中对于多个接触件中相应一个确定的力值，或者可以选择成等于步骤(1)中对于多个接触件中的那一个确定的力值加上预定力偏移值。另外，这里描述的方法可以用于接触件(例如引线框的引线)，其中多个接合(例如多个第二接合)形成在同一个接触件的不同部分上。参考图2B，所提供的流程图示出了根据本发明典型实施例的形成金属线环的方法，以提供半导体装置的第一接合位置和第二接合位置之间的互连。在步骤250，第一接合利用接合工具形成在第一接合位置处，从而与接合工具相连的金属线与第一接合连续。例如，这种第一接合在图IA中示为第一接合110a。在步骤252，金属线的长度从第一接合位置朝着第二接合位置延伸。例如，金属线的这种长度在图IA中示为长度110b。在步骤254，第二接合形成在第二接合位置处，从而金属线从第一接合连续延伸到第二接合。例如，第二接合利用金属线环110的部分IlOc形成，其中金属线部分IlOc接合到接触件IOOa(例如引线100a)。步骤254包括多个步骤(或者子步骤)。在步骤254A，接合工具朝着第二接合位置处的接触件移动(例如，这种移动动作在图IB中示出，示出了虚线的接合工具106，在接触件IOOa上方，以及实线的接合工具106，其已经被向下朝着接触件IOOa移动(并且在这种情况中相接触)。在步骤254B，检测接触件的一部分何时压靠在金属线接合机的装置支撑表面上。在步骤254C，接合能量施加到接触件的该部分，从而接合形成在接触件和金属线之间。在步骤256，金属线被切断，从而接合工具中连接的金属线的长度从在步骤250、 252,254中形成的金属线环分开。当然，步骤254(包括步骤254A、254B和254C)可以利用多个方法中的任一种完成，包括本申请描述的那些，并且包括相对于图2A方法描述过的那些。如上所述，根据本发明，许多不同的方法可以使用，从而检测接触件的一部分何时被压靠在金属线接合机的装置支撑表面上。图3A-3B用于示出这种检测技术的一种典型方法。图3A的流程图示出了检测接触件的一部分何时被压靠在金属线接合机的装置支撑表面上的方法。本领域技术人员应当理解，图3A中包括的某些步骤可以省略，某些另外的步骤可以增加，并且步骤顺序可以与所示的不同。在步骤300，该方法(例如，算法在计算机系统上运行，该系统与金属线接合机相连)开始。在步骤302，确定接合工具是否处于恒定/受控速度模式(即CV模式)。本领域技术人员知道，CV模式是随着它朝着接合位置降低、接合工具的运动循环的一部分。如果还没有进入CV模式(在步骤302，“否”)，那么步骤302重复。如果已经进入了 CV模式(在步骤302，“是”)，那么方法继续到步骤304。根据这个具体的实例，直到CV模式已经进入，步骤304处的阻抗检测才开始；然而，这仅是一个实例。阻抗检测可以是恒定启动，或者这种启动可以被关联到某些其它测量(例如，与接触件的初始物理接触)。在步骤304，阻抗检测开始，并且检测启动计时器在t = 0时开始。本领域技术人员知道，这种阻抗检测可以利用低水平的超声波能量(即低USG电流)，其可以在CV模式过程中施加。当施加这种低水平电流时，换能器的阻抗(或者与阻抗相关的一些特征)被监测，并且当检测到这个阻抗的变化超过指定的阈值(IT)时，宣告接触，并且通常的接触能量(例如超声波能量)可施加。如上所述，监测的阻抗特性可以是多种特征中的任一个， 包括例如阻抗大小阈值，阻抗大小变化(或者变化率)，阻抗相位阈值或者变化(或者变化率)，锁定频率变化等。参考图3A，在步骤306，确定是否已经检测到预定阻抗变化。如果预定阻抗变化检测到(在步骤306，“是”)，接合能量(例如超声能量或者USG)在步骤310被开启，从而可以形成接合。如果没有检测到预定阻抗变化(在步骤306，“否”)，在步骤308检查时间是否终止(例如，在t = 0之后预定的时间段)。如果时间没有终止(步骤308，“否”的结果)， 给定时器增加增量(t = t+Ι)，并且过程返回到步骤306，用于另一个检查，即预定阻抗变化是否检测到。如果时间终止(在步骤308，“是”的答案)，然后接合能量(例如超声能量或者USG)在步骤310被开启，从而可以形成接合。这个典型实施例中，假设如果时间在步骤 308终止，接触件的相关部分已经被压靠在金属线接合机的装置支撑表面上，并且接合过程可以进行(与不适当地中断接合过程相反，或者可以更好地看做继续过程，在假设接触件的相关部分已经被压靠在装置支撑表面上的基础上)。在步骤312，过程(例如在金属线接合机上运行的算法)已经完成。当然，图3A的方法可以对于半导体装置的多个接触件重复， 或者对于单个接触件重复多次(其中这种单个接触件可以构造成接合多次)。图3B是接合工具朝着接触件运动的时刻图，用于解释图3A的方法。具体的，y轴被标为“Z检测”，并且涉及到阻抗特性，阻抗特性被监测用于阈值或者阈值变化。X轴是时间。在时间“Tl”之前是预接触期间，其中接合工具还没有接触所述接触件(例如引线)。 在时间Tl，接合工具已经与接触件(例如引线)物理接触，并且在从Tl到T2具有阻抗特性上的变化。在时间T2，接触件已经被压靠到金属线接合机的装置支撑表面上(例如，引线被 “压下”)，如阻抗检测策略明显可见的，其检测预定阻抗阈值或者阈值变化已经满足。图4A的流程图示出了检测接触件的一部分何时被压靠在金属线接合机的装置支撑表面上的另一个典型方法。这个方法中，确定(a)接合力和(b)接合工具的速度中的至少一个是否达到预定水平。在图4A-4B的实例中，相对于接合力和速度描述了所述判定；但是，应当理解，在检测接触件的一部分何时被压靠在金属线接合机的装置支撑表面上时，其中一个特性可被检测。本领域技术人员理解，图4A中的某些步骤可省略，某些另外的步骤可以增加，步骤的顺序可以与所示的有所变化。在步骤400，该方法启动(即在计算机系统上运行的算法，该计算机与金属线接合机相关联)。在步骤402，接合工具朝着接合位置(例如接触件，诸如引线框的引线)移动。 在步骤404，确定在接合工具和接触件(例如引线)之间是否已经检测到接触。如果接触还没有被检测到(在步骤404 “否”)，那么步骤404重复。如果接触已经检测到(在步骤 404 “是”)，那么方法继续到步骤406。在步骤406，定时器在t = 0启动。在步骤408，确定速度和/或力阈值是否已经满足。如果速度和/或力阈值已经满足(在步骤408 “是”)，接合能量(例如超声能量或者USG)在步骤412被开启，从而可以形成接合。如果速度和/或力阈值还没满足(在步骤 408，“否”的回答)，那么在步骤410检查看看时间是否终止(例如，t = 0之后的预定时间段)。如果时间还没有终止(在步骤410，“否”的回答)，增量被增加给定时器(t = t+1)， 并且过程回到步骤408用于另一个检查，检查速度和/或力阈值是否已经满足。如果时间终止(在步骤410 “是”的回答)，那么接合能量(例如超声能量或者USG)在步骤412开启，从而可以形成接合。在这个典型实施例中，假设如果时间在步骤412终止，接触件的相关部分已经被压靠在金属线接合机的装置支撑表面上，并且接合过程可以进行(或者更好地可以看做是在下面的假设上继续该过程，即接触件的相关部分已经被压靠在装置支撑表面上，与不适当地中断接合过程相反)。在步骤414，过程(例如在金属线接合机上运行的算法)已经完成。当然，图4A的方法对于半导体装置的多个接触件可以重复，或者对于单个接触件可以重复多次(其中，这种单个接触件可以构造成接合多次)。图4B是接合工具朝着接触件运动的时刻图，用于解释图3A的方法。具体的，y轴被标为“速度”和“力”，并且它们涉及接合工具的速度以及接合工具施加给接触件的力。X轴线是时间。根据本发明典型实施例，为了确定接触件的一部分(例如将与金属线接合的接触件的相关部分)何时被压靠在金属线接合机的装置支撑表面上，速度应当基本为零(例如速度必须达到速度阈值，如图4B所示)，并且施加的接合力应当达到预定阈值(例如图 4B所示的力阈值)。在时间Tl之前，速度和力信号都处于相对恒定状态(非常小的斜度)， 之后是随着时间接近Tl，斜度尖锐变化。在时间Tl和T2之间，速度和力信号都发生变化， 但是在时间T2，两个阈值都已经满足。也就是，在时间T2之后，(1)速度信号高于速度阈值 (例如，接合工具已经停止移动)，并且已经稳定，并且⑵力信号高于力阈值。因此，在时间T2，接触件已经被压靠在金属线接合机的装置支撑表面上(例如，引线被“下压”)，并且现在可以施加接合能量。与图4A-4B的方法结合使用的接合力阈值可以是使用者限定的阈值，或者可以结合力校准测量而确定(即这样的测量，其确定多少力用于将接触件的该部分压靠在金属线接合机的装置支撑表面上)。这种接合力校准技术参考图5A-5B和图7A-7B描述。与图1A-1B的引线IOOa的一部分和装置夹持件104的侧视图相反，图5A是三个相邻引线(那些引线的部分)和装置夹持件的一部分的俯视图。具体的，图5A示出了引线框的引线10、引线11和引线12。引线(以及未示出的装置的其它的)被装置夹持件504“夹持”(图5A中，装置夹持件504的仅一小部分以块的形式示出)。同样示出的是三个金属线环506、508、510的端部。每个金属线环506、508和510已经被针脚式接合在引线10、11、12 中相应一个上作为第二接合，如所示。图5B的图形示出了对于图5A的三个相邻引线的力相对于竖直位置的数据。具体的，随着接触每个弓I线10、11、12的接合工具竖直位置变化(随着沿着y轴的Z位置减小)， 施加给引线的力同样变化(沿着χ轴线的力增大)。换句话说，为了继续降低工具的ζ位置(例如竖直位置)，另外的力被施加。图5B所示的三个“曲线”均对应于其中一个引线 10、11、12(图5B中的图例更为清楚)。因此，与引线10对应的曲线(图5B中的底部的曲线)在点“X“具有显著的斜度变化(即以大约20grams的力，并且在Z位置大约0. 3mils)。 同样，与引线11对应的曲线(图5B中的中间曲线)在点Y具有显著的斜度变化(即大约 BOgrams的力，并且Z位置大约0. 21mils)。同样，与引线12对应的曲线(图5B中的顶部的曲线)在点Z具有显著的斜度变化(即大约70graSm的力，并且Z位置大约0. 20mils)。 这个斜度变化基本涉及到这样的点，该点大致地从(2)需要克服某些系统部件的力(例如与接合头和加热块相关的刚性等)描绘(delineate)出(1)引线的弹性力。具体的，每个曲线的左边部分(即点X、Y和Z左边的部分)基本对应于用于克服引线弹性力的力，也就是，克服弹性力用于将引线的该部分压靠在金属线接合机的装置支撑表面(例如加热块) 上(每个曲线的右边部分对应于将被克服的系统力，例如与接合头和加热块相关的刚性)。 因此，为了克服引线10、11和12的弹性力，可以分别施加20、60和70gramS的接合力。因此，通过施加不同的力给多个引线中的每一个，用于将引线的相关部分压靠在金属线接合机的装置支撑表面(例如加热块)上的力可以确定，例如通过确定曲线在哪个点处改变斜度。因此，可以近似的是，引线10将使用20grams的力(见图5B中点X)用于将引线10的相关部分压靠在金属线接合机的装置支撑表面(例如加热块)上。当然，这个过程可以利用计算机算法等自动进行，从而确定对于每个引线的大致的力值(例如，算法可构造成通过增量增加施加的接合力，然后确定在每个增量处的Z位置，并且最后确定引线被压靠在装置支撑表面上的点，即斜度变化的点)。另外，在实际执行金属线接合方法之前，这个过程
12可以对于单个过程中的每个引线重复。与图5A中的接触件10、11和12(即引线10、11和12)的俯视图相反，图6是类似的接触件600a( S卩引线框的引线600a)的部分侧视图。图6还示出了装置夹持件604的一部分和金属线接合机的装置支撑表面620 (例如加热块620)的一部分。图6清楚所示，引线600a的一部分被抬高到装置支撑表面620上方。由于上面的原因，在引线600a的这个部分上形成金属线接合之前，适合的是将引线600a的这部分压靠在装置支撑表面600a上。 这个实例中，多个金属线接合可以形成在接触件600a的这个部分上。具体的，多个金属线接合(例如可以被针脚式接合的第二接合)可以形成在引线600a的每个区域R1、R2和R3 中(即接合位置R1、R2、R3)。本领域技术人员知道，在同一个引线上形成多个金属线接合的典型应用包括堆叠管芯应用、多分层应用等。为了将接触件600a的相关部分(即部分R1、 R2、R3等)压靠/下压在装置支撑表面620上，不同的力可以使用。也就是说，为了将部分 Rl压靠在装置支撑表面620上，与用于将部分R3压靠在装置支撑表面620上所使用的力相比，将可能使用较小的力。在某些接触件中，例如图6所示的引线600a，随着越靠近装置夹持件，用于将引线压靠在装置支撑表面上的力趋向增大。因此图6中，将接触件600a压靠在装置支撑表面620上容易在接合位置Rl处使用较小的力，比接合位置R2处更小。同样， 将接触件600a压靠在装置支撑表面620处容易在接合位置R2处使用较小的力，比接合位置R3处更小。记住这一点，当检测接触件的一部分何时被压靠在金属线接合机的装置支撑表面上时(例如图2A的步骤202，图2B的步骤254B等)，这种检测对于接触件的不同部分 (例如接合位置R1、R2和R3)可以重复。图7A-7B是根据本发明某些典型实施例的流程图。本领域技术人员知道，流程图中的某些步骤可以省略，某些另外的步骤可以增加，并且步骤的顺序可以与所示的顺序有所改变。图7A的流程图示出了根据本发明典型实施例的方法，确定用于将金属线的一部分接合到接合接触件的接合力。这个方法可以与接合过程并行地进行(即力可确定用于具体的接触件，然后在确定之后连同所述接合过程被施加)，或者该方法可以在接合过程之前进行(例如，可以确定对于多个接触件的力，并且然后接合过程可以在进行了确定之后完成)。在步骤700，工具被移动以接触待金属线接合的装置的接合接触件的一部分。工具向接合接触件施加初始的力。在步骤702，施加到接合接触件的该部分的力被工具增大，直到接合接触件的该部分被压靠在金属线接合机的装置支撑表面上。例如，该力可以通过增量增大(例如利用预定的力增量)，直到接合接触件的该部分被压靠在金属线接合机的装置支撑表面上。在步骤704，施加到接合接触件的该部分的力的值被存储在存储器中(例如，存储在金属线接合机的计算机存储器中)，通过它，接合接触件被压靠在金属线接合机的装置支撑表面上。在步骤706，步骤700、702和704对于接合接触件的多个接合位置被重复(例如，图6的接触件/引线600a上的接合位置Rl、R2和R3)。在步骤708，步骤700、702和 704对于将被金属线接合的装置的多个接合接触件被重复(例如图5A的接触件/引线10、 11 和 12)。如上所述，图7A所示的方法可包括另外的步骤。例如，该方法可包括下面的另外步骤在以一定增量增大施加到接合接触件的该部分的力的步骤过程中，记录沿着基本竖直轴线的工具的多个位置中的每一个，从而多个位置中的每一个对应于施加到接合接触件的该部分的力。例如，在工具接触所述接触件之后(但是在接触件被挤压在金属线接合机的装置支撑表面上之前)，工具沿着Z轴线的多个位置中的每一个可以连同被施加的相对应的力而被记录。这种类型的数据的实例在上述图5B中示出。参考图5B的引线10，第一数据点包括在大约0. 6mil s和大约6grams力处记录的竖直位置。图5B中引线10的第二数据点包括在大约0. 48mils和大约Ilgrams力处记录的竖直位置。例如，这个数据可用于确定曲线的斜度何时改变，如参考图5B描述的。图7A的方法还可包括下面的步骤计算在接合操作过程中将施加到接合接触件该部分的总的力的值。例如，总的力的值可以是对于每个单独接触件确定的力。另一个实例中，总的力的值可以是对于多个接触件确定的最大的力的值。另一个实例中，计算总的力的值的步骤包括在步骤702增加(a)预定力偏移值给(b)施加到接合接触件的该部分的接合力，该步骤使得接合接触件的该部分被压靠在金属线接合机的装置支撑表面上。再次，这个预定的力偏移值可以增加到对于每个接触件确定的单独的力(或者图6的接触件的部分)， 或者这个力偏移值可以增加到对于多个接触件确定的最大的力的值。图7B的流程图示出了根据本发明的典型实施例形成金属线环的方法，从而提供半导体装置的第一接合位置和第二接合位置之间的互连。在步骤750，第一接合利用接合工具形成在第一接合位置，从而与接合工具相连的金属线与第一接合相连续。在步骤752，金属线的长度从第一接合位置朝着第二接合位置延伸。在步骤754，第二接合形成在第二接合位置处接触件的一部分处，从而金属线从第一接合连续到第二接合。步骤754包括多个步骤(或子步骤)。在步骤754A，接合力值被确定，其将接合接触件的该部分压靠在金属线接合机的装置支撑表面上。在步骤754B，总的接合力被施加到接合接触件的该部分，总的接合力大于或等于在步骤754A确定的接合力。在步骤754C，接合能量施加到接合接触件，从而第二接合形成。在步骤756，金属线被切断，从而接合工具中连接的金属线的长度从步骤750、752和754中形成的金属线环分开。与本发明的上述实施例一样，图7B的方法的步骤可以重复从而形成多个金属线环，从而步骤754对于半导体装置的多个接触件中的每一个重复。在与图7B相关的本发明某些典型实施例中，步骤754B施加的总的接合力可以选择成对于多个接触件的每一个都相同，从而所选择的总的接合力大于或等于对于多个接触件中的任一个在步骤754A确定的最大接合力值。例如，如果接合力值对于三个引线被确定 (例如，其中对于三个引线的力的值测量为25gramS、40gramS和50grams)，那么所选择的总的接合力对于每个引线将大于或等于50grams。另一个实例中，所选择的总的接合力可以等于在步骤754A中对于多个接触件中的任一个确定的最大接合力值加上预定力偏移值。因此，如果50grams是确定的最大接合力，并且预定偏移值为20grams，那么所选择的总的接合力对于每个引线将为70grams。在与图7B的方法相关的本发明其它典型实施例中，在步骤754B施加给每个接触件的总的接合力可以对于多个接触件中的每一个独立地选择，从而对于多个接触件中的每一个所选择的总接合力大于或等于步骤754A中对于多个接触件中相应一个确定的力值。例如，如果接合力值对于三个引线被确定(例如，其中对于三个引线的力值测量为25gramS、40gramS和50grams)，那么对于第一引线的选择的总的接合力将大于或等于25grams，对于第二引线的所选择的总的接合力将大于或等于40grams，对于第三引线所选择的总的接合力将大于或等于50grams。另一个实例中，所选择的总接合力可以等于在步骤 754A中对于多个接触件中相应一个确定的力值加上预定力偏移值。因此如果预定偏移值为 20grams，那么对于第一引线所选择的总的接合力将为45grams (即25grams加上20grams 偏移)，对于第二引线所选择的总的接合力将为eOgrams (即40gramS加上20gramS偏移)， 对于第三引线所选择的总的接合力将为70gramS (即50gramS加上20gramS偏移)。与上述本发明实施例一样，图7B方法的步骤可以重复从而形成多个金属线环，其中，多个金属线环中的每一个接合到单个接触件的各个部分(即，多个金属线环形成在相应第一接合位置和单个接触件的相应部分之间，与图6中的接触件600a的部分R1、R2和R3 一样)。虽然已经主要相对于将金属线的一部分接合到接触件描述了本发明，其中接触件是引线框的引线，但本发明不限于此。这里公开的技术可用于任何类型的接触件，包括任何类型装置(例如引线框，引线框之外的基底，半导体管芯等)的引线、焊盘、迹线(trace)。 本领域技术人员知道，金属线接合机的“装置支撑表面”(如这里使用的术语)可以不同，取决于应用，并且还取决于被接合的接触件。例如，在接触件是引线框的引线的情况中，装置支撑表面例如可以是加热块(或者许多其它可能的装置支撑表面)。如果接触件是管芯上的焊盘，装置支撑表面可以是管芯表面，焊盘必须被挤压到其上。因此，清楚的是，装置支撑表面可以是任何表面，接触件应当被压靠到其上用于接合到接触件。同样，这里的技术可用于任何类型的成环(looping)过程。例如，该技术可用于在 (1)第一接合位置、(2)第二接合位置、(3)第一和第二接合位置等处形成金属线接合。因此，在第一接合位置形成第一接合之前(例如图IA中的球压焊100a)，在施加接合能量以形成第一接合之前这里描述的技术可用于确保接触件(例如图IA中的半导体管芯102的管芯焊盘)被压靠在装置支撑表面上。本发明的技术可以以多种可替换的介质实施。例如，该技术可安装在现有的计算机系统/服务器上作为软件(与金属线接合机结合使用或者集成的计算机系统)。另外，该技术可利用计算机可读载体来操作(例如，固态存储器，光盘，磁盘，射频载体介质，音频载体介质等)，其包括计算机指令(例如，计算机程序指令)，与该技术相关。虽然这里参考具体实施例示出和描述了本发明，但是本发明不限于所示的细节。 相反，在权利要求的范围和等效物的范围内，不脱离本发明，可以做出各种变化。
1权利要求
1.一种利用金属线接合机施加接合能量以在金属线的一部分和接合位置的接触件之间形成接合的方法，该方法包括以下步骤(1)将接合工具朝着接触件移动；(2)检测接触件的一部分何时被压靠在金属线接合机的装置支撑表面上；和(3)在步骤(2)之后将接合能量施加到接触件的该部分，从而在接触件和金属线的该部分之间形成接合。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(2)包括检测接合工具的竖直位置何时处于预定位置。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，接合工具与金属线接合机的换能器相连，并且其中步骤(2)包括检测换能器的阻抗特性何时达到预定水平。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(2)包括确定(a)接合力和(b)接合工具的速度中的至少一个何时达到预定水平。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，接合工具与金属线接合机的换能器相连，其中步骤(2)包括检测换能器的共振何时达到预定水平。
6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括步骤(4)确定将把接触件的该部分压靠在金属线接合机的装置支撑表面上的力值，并且步骤(2)包括检测施加到接触件该部分的力何时达到阈值力，阈值力大于或等于在步骤(4)确定的力值。
7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(1)、(2)、(3)对于半导体装置的多个接触件中的每一个重复。
8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，还包括步骤(4)确定将把接触件的该部分压靠在金属线接合机的装置支撑表面上的力值，其中对于半导体装置的多个接触件中的每一个重复步骤(4)，其中步骤(2)包括检测施加到接触件的力何时达到阈值力，阈值力大于或等于在步骤(4)确定的力值。
9.如权利要求8所述的方法，其特征在于，阈值力被选择成对于多个接触件中的每一个都相同，从而选择的阈值力大于或等于在步骤(4)中对于多个接触件中任一个确定的最大力值。
10.如权利要求9所述的方法，其特征在于，所选择的阈值力等于在步骤(4)中对于多个接触件中任一个确定的最大力值加上预定力偏移值。
11.如权利要求8所述的方法，其特征在于，阈值力对于多个接触件中的每一个独立地选择，从而对于多个接触件中每一个选择的阈值力大于或等于在步骤(4)中对于多个接触件中相应一个确定的力值。
12.如权利要求11所述的方法，其特征在于，对于多个接触件中每一个选择的阈值力等于在步骤(4)中对于多个接触件中的该接触件确定的力值加上预定力偏移值。
13.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(1)、(2)和(3)对于接触件的多个部分中的每一个都重复，从而在接触件的多个部分的每一个和金属线的相应部分之间形成接I=I O
14.一种利用金属线接合机形成金属线环的方法，提供半导体装置的第一接合位置和第二接合位置之间的互连，该方法包括下列步骤(1)在第一接合位置处利用接合工具形成第一接合，从而与接合工具相连的金属线与第一接合相连续；(2)将金属线的长度从第一接合位置朝着第二接合位置延伸；(3)在第二接合位置处形成第二接合，从而金属线从第一接合连续延伸到第二接合，形成第二接合的步骤包括(a)将接合工具朝着第二接合位置处的接触件移动；(b)检测接触件的一部分何时被压靠在金属线接合机的装置支撑表面上；和(c)在步骤(b)之后将接合能量施加到接触件的该部分，从而在接触件和金属线之间形成接合；和(4)切断金属线，从而接合工具中相连的金属线的长度从步骤(1)、(2)和(3)中形成的金属线环分开。
15.如权利要求14所述的方法，其特征在于，步骤(b)包括检测接合工具的竖直位置何时处于预定位置。
16.如权利要求14所述的方法，其特征在于，接合工具与金属线接合机的换能器相连， 其中，步骤(b)包括检测换能器的阻抗特性何时达到预定水平。
17.如权利要求14所述的方法，其特征在于，步骤(b)包括确定(1)接合力和(2)接合工具的速度中的至少一个何时达到预定水平。
18.如权利要求14所述的方法，其特征在于，接合工具与金属线接合机的换能器相连， 其中步骤(b)包括检测换能器的共振何时达到预定水平。
19.如权利要求14所述的方法，其特征在于，步骤(3)还包括步骤(d)确定将把接触件的该部分压靠在金属线接合机的装置支撑表面上的力值，并且步骤(d)包括检测施加到接触件的该部分的力何时达到阈值力，阈值力大于或等于在步骤(d)确定的力值。
20.如权利要求14所述的方法，其特征在于，步骤(1)、(2)、(3)和(4)重复从而形成多个金属线环，从而步骤(3)对于半导体装置的多个接触件中的每一个重复。
21.如权利要求20所述的方法，其特征在于，步骤(3)还包括步骤(d)确定将把接触件的该部分压靠在金属线接合机的装置支撑表面上的力值，其中对于多个接触件中的每一个重复步骤(d)，其中步骤(b)包括检测施加到接触件的力何时达到阈值力，阈值力大于或等于在步骤(d)确定的力值。
22.如权利要求21所述的方法，其特征在于，阈值力被选择成对于多个接触件中的每一个都相同，从而选择的阈值力大于或等于在步骤(d)中对于多个接触件中任一个确定的最大力值。
23.如权利要求22所述的方法，其特征在于，所选择的阈值力等于在步骤(d)中对于多个接触件中任一个确定的最大力值加上预定力偏移值。
24.如权利要求21所述的方法，其特征在于，阈值力对于多个接触件中的每一个独立地选择，从而对于多个接触件中每一个选择的阈值力大于或等于在步骤(d)中对于多个接触件中相应一个确定的力值。
25.如权利要求24所述的方法，其特征在于，对于多个接触件中每一个选择的阈值力等于在步骤(d)中对于多个接触件中的该接触件确定的力值加上预定力偏移值。
26.如权利要求14所述的方法，其特征在于，步骤(1)、(2)、(3)和(4)重复以形成多个金属线环，从而步骤(3)对于接触件的多个部分中的每一个都重复，从而多个金属线环形成在相应第一接合位置和接触件的相应部分之间。
27.一种利用金属线接合机形成金属线环的方法，提供半导体装置的第一接合位置和第二接合位置之间的互连，该方法包括下列步骤(1)在第一接合位置处利用接合工具形成第一接合，从而与接合工具相连的金属线与第一接合相连续；(2)将金属线的长度从第一接合位置朝着第二接合位置延伸；(3)在第二接合位置处的接触件的一部分处形成第二接合，从而金属线从第一接合连续延伸到第二接合，形成第二接合的步骤包括(a)确定将接合接触件的该部分压靠在金属线接合机的装置支撑表面上的接合力值；(b)施加总的接合力给接合接触件的该部分，总的接合力大于或等于在步骤(a)确定的接合力值；和(c)施加接合能量给接合接触件，从而形成第二接合；和(4)切断金属线，从而接合工具中相连的金属线的长度从步骤(1)、(2)和(3)中形成的金属线环分开。
28.如权利要求27所述的方法，其特征在于，步骤(1)、(2)、(3)、(4)重复以形成多个金属线环，从而步骤(3)对于半导体装置的多个接触件中的每一个重复。
29.如权利要求28所述的方法，其特征在于，步骤(b)包括施加总的接合力给每个接触件，从而总的接合力被选择为对于多个接触件中的每一个都相等，从而所选择的总的接合力大于或等于在步骤(a)中对于多个接触件中的每一个确定的最大接合力。
30.如权利要求29所述的方法，其特征在于，所选择的总的接合力等于在步骤(a)中对于多个接触件中任一个确定的最大接合力值加上预定力偏移值。
31.如权利要求28所述的方法，其特征在于，步骤(b)包括施加总的接合力给每个接触件，从而总的接合力对于多个接触件中的每一个独立地选择，从而对于多个接触件中每一个选择的总的接合力大于或等于在步骤(a)中对于多个接触件中相应一个确定的力值。
32.如权利要求31所述的方法，其特征在于，对于多个接触件中每一个选择的总的接合力等于在步骤(a)中对于多个接触件中的相应一个确定的力值加上预定力偏移值。
33.如权利要求27所述的方法，其特征在于，步骤(1)、(2)、(3)和(4)重复以形成多个金属线环，从而步骤(3)对于接触件的多个部分中的每一个都重复，从而多个金属线环形成在相应的第一接合位置和接触件的相应部分之间。
全文摘要
一种利用金属线接合机施加接合能量以在金属线的一部分和接合位置的接触件之间形成接合的方法，该方法包括以下步骤(1)将接合工具朝着接触件移动；(2)检测接触件的一部分何时被压靠在金属线接合机的装置支撑表面上；和(3)在步骤(2)之后将接合能量施加到接触件的该部分，从而在接触件和金属线的该部分之间形成接合。
文档编号B23K20/00GK102509708SQ20111035120
公开日2012年6月20日 申请日期2007年10月5日 优先权日2007年5月16日
发明者D·素德, E·W·弗拉施, J·D·莫尔纳, Z·艾哈迈德, 秦巍, 胡春龙 申请人:库利克和索夫工业公司