超声波导线键合装置中的力传感器的制作方法

本发明总体涉及在用于形成半导体器件之间电气互连的导线键合操作期间的力测量，具体而言，涉及一种用于监测由超声波导线键合装置施加的键合力的力传感器。

背景技术：

1、超声波焊接通常用于半导体器件装配和封装期间的导线键合。力传感器可用于超声波导线键合装置，以通过感测或测量键合力来监测导线键合的质量。

2、导线键合设备中常规的超声波导线键合装置在专利号为9,640,512b2、发明名称为“包括振荡机构的导线键合设备”的美国专利中得以描述。这样的导线键合装置包括超声波换能器，该超声波换能器包括劈刀和至少一个具有纵向致动方向的电动致动器。

3、在一些现有的超声波导线键合设备中，力传感器或编码器可以附接至其上已经安装了导线键合装置的超声波导线键合设备的键合头或换能器支架上。由于力传感器通常位于远离导线键合工具(例如劈刀)的位置，因而在导线键合操作期间，在检测由导线键合工具施加到键合表面的键合力时，力传感器中存在延迟。因此，检测到的键合力的准确性减弱。

4、因此，提供一种在导线键合操作期间更加有效、更加准确地监测超声波导线键合装置中的键合力的方案将会非常有益。

技术实现思路

1、因此，本发明的目标是寻求提供一种改进的力传感器，用于在导线键合操作期间有效测量超声波导线键合装置中的键合力，从而获得更加准确的测量结果。

2、根据本发明的第一方面，提供了一种用于在导线键合操作期间确定键合力的力传感器。该力传感器至少包括：压电感测元件，其安装在超声波导线键合装置的超声波换能器上，该压电感测元件包括第一部分、第二部分以及第一和第二相对表面，其中第一部分的第一表面具有正电极，第一部分的第二表面具有负电极，而且第二部分的第一表面具有负电极，第二部分的第二表面具有正电极。

3、在提出的力传感器中，由于压电感测元件上电极的新颖布置，由键合力的施加所产生的接触检测信号将会是在导线键合操作期间由键合力引起的压电感测元件的输出总和。此外，施加在压电感测元件上的来自压电驱动器堆的用于驱动超声波换能器振动的驱动力引起的压电感测元件的输出将会减小甚至被抵消。因此，所提出的力传感器能够更加准确地测量导线键合操作期间的键合力。

4、在一些实施例中，压电感测元件安装在超声波换能器上，从而使压电感测元件的第一和第二部分沿与超声波换能器的纵向方向垂直的方向布置。在一个实施例中，压电感测元件的第一和第二部分沿垂直朝向隔开布置，从而能够准确测量沿垂直方向的键合力。换言之，压电感测元件的第一和第二部分可以是压电感测元件的上下部。

5、需要指出的是，在一些实施例中，压电感测元件的第一和第二部分的形状和尺寸可以是相同或不同的。优选地，将压电感测元件的第一和第二部分布置成使得对称的正负电极形成在压电感测元件的每个表面上。此时，压电感测元件的每个表面也就是压电感测元件的第一和第二相对表面中的每一个，可以是压电感测元件的前后表面中的每一个。压电感测元件的前表面可以包括压电感测元件的第一和第二部分两者的第一表面/前表面，压电感测元件的后表面可以包括压电感测元件的第一和第二部分两者的第二表面/后表面。

6、在一些实施例中，压电感测元件可以进一步包括布置在压电感测元件的第一和第二部分之间的隔离壁，以便将形成在压电感测元件的每个表面上的正负电极隔开。在一个实施例中，隔离壁可以具有1毫米至2毫米的宽度，例如，1.5毫米。

7、在一个实施例中，优选地，压电感测元件可以位于超声波换能器的焊头和压电驱动器堆之间，以便更加准确地检测导线键合操作期间的键合力。

8、为了避免压电感测元件与超声波换能器中的导电表面电接触，例如，与超声波换能器的焊头和压电驱动器堆电接触，力传感器可以进一步包括设置在压电感测元件和超声波换能器的焊头之间的第一绝缘板，以及设置在压电感测元件和超声波换能器的压电驱动器堆之间的第二绝缘板。具体地，第一绝缘板位于压电感测元件的前表面和焊头之间，第二绝缘板位于压电感测元件的后表面和压电驱动器堆之间。

9、在一些实施例中，力传感器可以进一步包括固定机构，该固定机构通过同轴形成在在压电感测元件、第一和第二绝缘板以及压电驱动器堆中的每一个上的开口进行螺纹连接，以将压电感测元件、第一和第二绝缘板以及压电驱动器固定至所述超声波换能器的焊头。在一个实施例中，固定机构可以包括螺钉。形成在压电感测元件、第一和第二绝缘板以及压电驱动器堆中的每一个上的开口可以包括形成其上的中心孔。需要指出的是，这个实施例中的固定机构用于安装力传感器以及其中安装了力传感器的超声波换能器。然而，在其它实施例中，力传感器和超声波换能器可以由不同的固定机构安装。

10、在一些实施例中，力传感器可以进一步包括：第一导体板，其安装为接触压电感测元件的第一表面，也就是压电感测元件的前表面；以及第二导体板，其安装为接触压电感测元件的第二表面，也就是压电感测元件的后表面。在一个实施例中，第一和第二导体板可以具有与压电感测元件的第一或第二表面相同形状和尺寸的横截面积，从而使压电感测元件的第一和第二表面分别与第一和第二导体板完全接触。

11、当力传感器用于确定导线键合操作期间的键合力时，第一和第二导体板可以连接至电荷放大器，用以将来自压电感测元件的电流信号转换成电压信号。

12、根据本发明的第二方面，提供一种超声波导线键合装置，该装置包括：超声波换能器和安装在超声波换能器上的压电感测元件，该压电感测元件包括第一部分、第二部分以及第一和第二相对表面，其中第一部分的第一表面具有正电极，第一部分的第二表面具有负电极；并且第二部分的第一表面具有负电极，第二部分的第二表面具有负电极。

13、在一些实施例中，压电感测元件的第一和第二部分可以是压电感测元件的上下部，例如，第一部分是上部，第二部分是下部，反之亦然。压电感测元件的第一和第二相对表面可以分别是压电感测元件的前后表面，反之亦然。在一个实施例中，第一部分的第一和第二表面分别是压电感测元件的上部的前后表面，第二部分的第一和第二表面分别是压电感测元件的下部的前后表面。

14、结合说明书部分、所附权利要求书以及附图，将更好地理解以上这些以及其它的特征、方面和优势。

技术特征：

1.一种用于在导线键合操作期间确定键合力的力传感器，所述力传感器包括：

2.根据权利要求1所述的力传感器，其中所述压电感测元件安装在所述超声波换能器上，使得所述第一部分和第二部分沿与所述超声波换能器的纵向方向垂直的方向布置。

3.根据权利要求2所述的力传感器，其中所述压电感测元件的所述第一部分和第二部分沿垂直朝向隔开布置。

4.根据权利要求3所述的力传感器，其中所述第一部分和第二部分布置成使得对称的正负电极形成在压电感测元件的所述第一和第二相对表面中每一个上。

5.根据权利要求1所述的力传感器，其中所述压电感测元件进一步包括布置在压电感测元件的所述第一部分和所述第二部分之间的隔离壁。

6.根据权利要求5所述的力传感器，其中所述隔离壁具有1毫米至2毫米的宽度。

7.根据权利要求1所述的力传感器，其中所述压电感测元件位于所述超声波换能器的焊头和压电驱动器堆之间。

8.根据权利要求7所述的力传感器，进一步包括设置在所述压电感测元件和所述超声波换能器的所述焊头之间的第一绝缘板，以及设置在所述压电感测元件和所述超声波换能器的所述压电驱动器堆之间的第二绝缘板。

9.根据权利要求8所述的力传感器，进一步包括固定机构，该固定机构通过同轴形成在所述压电感测元件、所述第一绝缘板和第二绝缘板以及所述压电驱动器堆中的每一个上的开口进行螺纹连接，以将所述压电感测元件、所述第一绝缘板和第二绝缘板以及所述压电驱动器固定至所述超声波换能器的所述焊头。

10.根据权利要求1所述的力传感器，进一步包括第一导体板以及第二导体板，该第一导体板安装为接触所述压电感测元件的第一表面，该第二导体板安装为接触所述压电感测元件的第二表面。

11.根据权利要求10所述的力传感器，其中所述第一导体板和第二导体板分别与电荷放大器连接，用于将来自所述压电感测元件的电流信号转换成电压信号。

12.根据权利要求11所述的力传感器，其中所述第一导体板和第二导体板具有与所述压电感测元件的所述第一表面和第二表面相同形状和尺寸的横截面积，从而所述压电感测元件的所述第一表面和第二表面分别与所述第一导体板和第二导体板完全接触。

13.一种超声波导线键合装置，其包括：

技术总结
一种用于在导线键合操作期间确定键合力的力传感器，包括：压电感测元件，其安装在超声波导线键合装置的超声波换能器上，该压电感测元件包括第一部分、第二部分以及第一和第二相对表面，其中第一部分的第一表面具有正电极，第一部分的第二表面具有负电极，并且第二部分的第一表面具有负电极，第二部分的第二表面具有正电极。

技术研发人员：李庆良,林凯定,余子杰,彭利达
受保护的技术使用者：先进科技新加坡有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15