用于提供电连接的设备和方法

用于提供电连接的设备和方法
【专利摘要】本发明涉及用于提供电连接的设备和方法，该设备包括沿纵向延伸的管和布置在所述管中的中空通道。所述管的端部被形成为使得在所述管中并在所述中空通道的外部沿纵向延伸的第一电磁辐射路径聚焦在第一焦点中。
【专利说明】用于提供电连接的设备和方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及用于提供电连接的设备和方法。本发明进一步涉及包括这种电连接的设备。
【背景技术】
[0002]微电子设备可能需要电互连。为了避免该互连的任何接口或粘合弱点，可以使用可能在微电子设备中产生机械应力的制造工艺。用于提供可靠的电连接的设备和方法必须不断地被改进。特别是，可能期望的是:通过机械应力来避免破坏，以及进一步改进电连接的质量。
【专利附图】

【附图说明】
[0003]为了提供对各方面的进一步理解而包括附图，并且该附图被合并于本说明书中，并构成本说明书的一部分。附图示出了各个方面，并且与说明书一起用于解释各个方面的原理。将容易理解其他方面和各个方面的许多预期优点，因为通过参考以下详细描述，它们变得更好理解。图中的元件不一定是相对于彼此按比例绘制。相同的附图标记可以指代对应的类似部分。
[0004]图1示意性地示出根据本公开内容的设备100的截面图；
[0005]图2A和2B示意性地示出用于操作根据本公开内容的设备200的方法的截面图；
[0006]图3示意性地示出根据本公开内容的设备300的截面图；
[0007]图4A至4G示意性地示出用于操作根据本公开内容的设备400的方法的截面图；
[0008]图5示意性地示出根据本公开内容的设备500的截面图；
[0009]图6示意性地示出根据本公开内容的设备600的截面图；
[0010]图7A至7C示意性地示出用于提供根据本公开内容的电互连的方法的截面图。
【具体实施方式】
[0011]在以下的详细描述中，对附图进行参考，在附图中通过图解可以实践本公开内容的特定方面的方式来示出。在这一点上，方向术语(诸如“顶”、“底”、“前”、“后”等)可以参考正被描述的图的取向来使用。因为所描述的设备的部件可以按多个不同的取向来加以定位，所以方向术语可以被用于图解的目的并且决不是限制性的。将理解的是，在不偏离本公开内容的范围的情况下可以利用其他方面并且可以进行结构或逻辑的变化。因此，以下的详细描述将不在限制性意义上加以理解，并且本公开内容的范围由所附权利要求限定。
[0012]可以理解的是，除非以其他方式特别指出，否则本文描述的各个示例性方面的特征可以相互结合。
[0013]如本说明书中所采用的，术语“耦合”和/或“电耦合”并不意味着意指元件必须直接耦合在一起。在“耦合”或“电耦合”的元件之间可以提供中间元件。
[0014]本文描述的设备可以包括具有一个或多个电磁辐射路径的管，沿着该路径，电磁辐射可以通过该管传播。在下文中，术语“管”、“毛细管”和“毛细管状管”可以可互换地使用。管延伸的方向或管的最大延伸的方向可以被认为是纵向。要注意的是，本文描述的管不一定被限制为具有特定几何形式。例如，垂直于纵向的管的截面可以是任意形状。例如，管可以具有圆柱的形式，以使垂直于纵向的管的截面可以具有圆形形式。在进一步的示例中，垂直于纵向的管的截面可以具有正方形形式或椭圆形式。可以形成管的端部，以使在管中延伸的电磁辐射路径可以遵循下面更加详细地描述的特定方向。
[0015]术语“电磁辐射路径”可以指代电磁辐射可以沿着其传播的路径。对于人眼能见的电磁辐射的示例性情况(即具有处于大约380纳米至大约740纳米的范围中的波长)而言，“电磁辐射路径”可以被认为是“光学路径”。本文描述的设备和方法可以是基于各种及任意波长的电磁辐射，特别是红外电磁辐射、紫外电磁辐射和人眼能见的电磁辐射。电磁辐射路径可以由垂直于沿着电磁辐射路径传播的电磁辐射波的波前布置的线来表示。因此，管的电磁辐射路径可以指代由电磁辐射源提供的电磁辐射可以沿着其进行穿越所述管的路线。要注意的是，术语“电磁辐射路径”可以特别地指代管的固有特性，其与电磁辐射是否实际上遍历电磁辐射路径的事实无关。
[0016]本文描述的管可以由各种材料和材料组合来制造，各种材料和材料组合可以取决于所用电磁辐射的实际波长。例如，与红外(IR)激光源结合使用的管可以由石英材料、ZnS, GaAs和蓝宝石中的至少一个制成或可以包括石英材料、ZnS, GaAs和蓝宝石中的至少一个。管材料可以被特别地选择，以使沿着管中的电磁辐射路径传播的激光可以在管的内壁处反射或折射。为了这个目的，管还可以包括附加层，附加层可以沉积在管的外和/或内壁上，并且可以被配置为提供激光的适当的反射或折射。例如，沉积层可以由一个或多个反射涂层制成或可以包括一个或多个反射涂层。管可以通过任意技术来制造。特别是，管的端部可以通过使用用于制造如透镜、棱镜等的精密光学设备所使用的技术来成型并形成。
[0017]管可以包括中空通道。根据可以插入到中空通道中的线的厚度或直径，中空通道可以具有从大约15 4!11(微米)至大约1000 μ m(微米)的厚度，并且更特别的从大约2(^!11(微米)至大约100 μ m(微米)。中空通道可以具有基本圆形的截面，以使中空通道的术语“厚度”可以指代中空通道的直径。可以理解的是，中空通道还可以具有不同形式的截面。特别地，中空通道可以被形成为使线可以插入中空通道中并完全连通。
[0018]本文描述的设备和方法可以基于一焦点，该焦点指的是电磁波或电磁辐射的会聚点。要注意的是，该焦点不一定涉及奇点，而是可以涉及电磁辐射在其中成束的延伸区域。术语焦点还可以规定一区域，在该区域中，与未聚焦的电磁辐射的能量密度相比，电磁辐射的能量密度由于其聚焦而增加。
[0019]本文描述的设备和方法可以包括作为电磁辐射源的示例的激光源。例如，该源可以包括固态激光器和气态激光器中的至少一个。源可以发出具有处于从大约IOOnm至大约ΙΟμπι(微米)的范围内的波长的激光辐射。特别地，激光辐射的波长可以取决于采用的激光器类型。本文描述的设备可以进一步包括被配置为将管耦合至激光源的接口。例如，接口可以是或可以包括光纤、光学波导和纤维光缆中的至少一个。
[0020]本文描述的设备和方法可以包括半导体材料和/或用于微电子设备的制造中的另外的材料，所述微电子设备例如采用半导体芯片、引线框、印刷电路板等的形式。如本文描述的半导体芯片可以具有任意类型，并且可以被设计为逻辑集成电路、模拟集成电路、混合信号集成电路、功率集成电路、存储器电路、光学或机电设备或集成无源元件。半导体芯片不需要由特定的半导体材料(例如S1、SiC, SiGe, GaAs)制造，并且另外，可以包含并非半导体的无机和/或有机材料，诸如例如电介质、有机聚合物或金属。另外，所包括的半导体芯片可以是封装的或未封装的，其中本文描述的设备和方法不一定取决于所采用的封装技术。
[0021]本文描述的设备和方法可以利用纯惰性气体或合成气体以及被配置为提供合成气体的单元。合成气体可以是氢和惰性气体的混合物。例如，合成气体可以是氢和氮的混合物，其中氢的部分可以处于从大约3%至大约15%的范围中。合成气体可以被用作用于要求氢气的还原特性的工艺的气体。特别地，合成气体可以被用于避免氧化工艺或用于清洁当前的金属表面。
[0022]本文描述的设备和方法可以利用线，特别地是接合线或结合线。在下文中，术语“线”、“接合线”和“结合线”可以可互换地使用。接合线可以包括金属或金属合金，特别地是金、铝、铜或它们的合金的一个或多个。另外，接合线可包括或可不包括涂层。接合线可以具有从大约15 μ m (微米)至大约1000 μ m (微米)的厚度，更特别地大约25 μ m (微米)至大约50 μ m(微米)的厚度。接合线可以具有基本圆形的截面，以使术语接合线的“厚度”可以指代接合线的直径。可以理解的是，接合线还可以具有不同和任意形式的截面。
[0023]本文描述的设备可以包括第一电接触元件，例如电接触垫。第一电接触元件可以被布置在电设备或半导体芯片上或上方，并且可以被电耦合至包括在电设备或半导体芯片中的集成电路或电子结构。第一电接触元件可以被制造成一整块，或可以包括施加至例如半导体芯片的半导体或电介质材料的一个或多个金属层。可以使用任意预期的几何形状和任意预期的材料组成或厚度来制造金属层。任意预期的金属或金属合金(例如，铝、铜、钛、金、银、钯、钼、镍、铬、钒、钨或钥)可以被用作材料。特别地，第一电接触元件可以由铜和铜合金中的一种制成，或可以包括铜和铜合金中的一种。金属层不需要是同质的或者仅由一种材料制造，即金属层中包括的材料的各种组成和浓度会是可能的。第一电接触元件可以具有多晶结构。
[0024]本文描述的设备可以包括第二电接触元件。例如，第二电接触元件可以是或可以包括第二半导体芯片的电接触元件、印刷电路板(PCB)或半导体芯片应耦合至的引线框的管脚。第二外部电接触元件可以由任意预期的导电材料制成或可以包括任意预期的导电材料，例如任意预期的金属，诸如铝、镍、钯、钛、钨、银、锡、金、钥、钒或铜、金属合金或导电有机材料。
[0025]本文描述的设备可以包括固化结构，其可以表示第一材料和第二材料之间的连续过渡。当熔化的金属或熔化的金属合金的温度降至低于其固化温度时，可以形成固化结构，并且可以开始形成多晶结构。形成晶体的开始可以被认为是成核，并且成核发生的点可以被认为是成核点。在温度降至低于固化温度时，在成核点处，熔化的金属或熔化的金属合金的原子可以开始键合在一起，并开始形成晶体。最终，固化结构可以至少部分具有多晶类型。
[0026]图1示意性地示出根据本公开内容的示例性设备100的截面图。设备100包括沿纵向(参见右箭头)延伸的管I。设备100进一步包括布置在管I中的中空通道2。在图1中，沿纵向布置中空通道2。要注意的是，在其他示例中，中空通道2可以具有不同的空间取向。形成管I的端部3，以使在管I中并在中空通道2的外部沿纵向延伸的第一电磁辐射路径被聚焦在焦点4中。在图1中，电磁辐射路径由包括箭头的虚线指示。要注意的是，下面描述根据本公开内容的更多详细的管的示例。
[0027]图2A和2B示意性地示出用于操作根据本公开内容的设备200的方法。设备200可以类似于图1的设备100。在第一步骤(参见图2A)中，提供管I。管I沿纵向延伸，其中管I包括布置在管I中的中空通道2。形成管I的端部3，以使在管I中并在中空通道2的外部沿纵向延伸的电磁辐射路径被聚焦在焦点4中。在图2A中，未明确地示出电磁辐射路径，并且电磁辐射路径可以类似于图1的电磁辐射路径。在第二步骤(参见图2B)中，电磁辐射5被引导到管I中，以使电磁辐射5被聚焦在焦点4中。沿着该路径传播的电磁辐射由包括箭头的实线指示。要注意的是，下面描述根据本公开内容的更多详细的方法的示例。
[0028]图3不意性地不出根据本公开内容的设备300的截面图。设备300可以被视作设备100的实施方式，以使下面描述的设备300的细节可以同样应用于设备100。为了简单起见，仅仅示出设备300的左边部分。设备300的右边部分可以通过在轴A上镜像左边部分而获得。设备300的操作可以基于结合图4A至4G所述的方法，其中设备300可以被用作线结合器工具。
[0029]设备300可以包括管1，管I可以在沿着轴A延伸的纵向上延伸。例如，管I可以例如具有关于轴A的旋转对称。第一中空通道2可以布置在管I中。第一中空通道2可以在纵向上延伸并且可以连接管I的上开口和下开口。设备300可以被布置在第一电接触元件13和钝化层14的上方。
[0030]线6可以被布置在第一中空通道2中，其中第一中空通道2不一定全部填充有线6，以使第一中空通道2的侧部可以保持中空。线6可以通过可以在水平方向上移动的第一夹具7来固定。第一夹具7在水平方向上可能的移动由水平箭头指示。在图3的示例性情形中，关闭第一夹具7，以使线·6被保持在固定位置。第一夹具7可以由任意材料制造，例如塑料材料。
[0031]第一中空通道2可以被连接至可以例如在基本水平的方向上延伸的第二中空通道8。第二中空通道8可以被耦合至合成气体单元9，该合成气体单元9可被配置为提供合成气体，以使在设备300的操作期间，所提供的合成气体可以流过第一中空通道2和第二中空通道8。注意，合成气体的流动由第一中空通道2和第二中空通道8中的箭头指示。另外，合成气体还可以通过可以耦合至合成气体单元9或另外的合成气体单元(未示出)的一个或多个喷嘴或通道10而在管I的下开口附近提供。
[0032]管I可以由可以在水平方向上移动的第二夹具11保持在固定位置。在打开第二夹具11之后，可以移除管I并将其用不同类型的管替换。
[0033]形成管I的端部3，以使电磁辐射路径5A、5B、5C可以按下面描述的方式在管I中且在第一中空通道2的外部延伸。应当理解的是，可以进一步存在(事实上是无数多个)布置在电磁辐射路径5A、5B、5C之间和旁边的电磁辐射路径，为了简化起见其未被示出。为了获得电磁辐射路径5A、5B、5C的预期路线，在一个或多个位置12A、12B、12C、12D处可以使管I成斜面，其中相应的斜面(或者斜边)可以由相应的角αι、α2、α3、α4规定。特别地，角α !> α2、α3、α 4中的一个或多个可以例如小于40度，更特别地小于35度，并且更特别地小于30度。特别地，反射角可以取决于管I的材料。要注意的是，所示出的管I的几何设计具有示例性质。管I可以用各种可替代的方法形成，以获得示出的电磁辐射路径5A、5B、5C的路线。
[0034]第一电磁辐射路径5A可以在管I中并在第一中空通道2的外部沿纵向延伸。第一电磁辐射路径5A可以在管I的内壁处反射，并且可以被沿着朝着第一中空通道2的方向引导。特别地，第一电磁辐射路径5A的反射可以是全部的，即沿着第一电磁辐射路径5A传播的电磁辐射几乎可以百分之百地在管I的内壁处无损耗地反射。以类似的方式，第二电磁辐射路径5B可以在管I中并在第一中空通道2的外部延伸。其可以在管I的内壁处反射，并且可以被朝着第一中空通道2引导。第一电磁福射路径5A和第二电磁福射路径5B可以被聚焦在焦点4中。
[0035]如下面将更详细地描述的那样，沿着电磁辐射路径5A、5B传播并在焦点4中聚焦的激光可以被用于熔化线6。在该连接中，应当理解的是，焦点4的位置不需要与线6的位置完全一致。还可以将焦点4定位为邻近于线6。应当理解的是，电磁辐射不仅仅被成束于焦点4中。而是，沿着电磁辐射路径5A、5B、5C并且也沿着布置在之间的电磁辐射路径传播的电磁辐射在延伸区域中成束。因此，焦点4更确切地意指示出电磁辐射的会聚。与未聚焦的电磁辐射相比，电磁辐射在其中成束的区域示出了增加的能量密度。在另一个示例中，焦点4的位置可以与线6的位置一致。要注意的是，穿过管I (未示出)的右侧部分延伸的电磁辐射路径也可以被聚焦在焦点中。
[0036]第三电磁辐射路径5C可以在管I中并在第一中空通道2的外部沿纵向延伸。第三电磁辐射路径5C可以在管I的光学活性壁处折射，并且可以被沿着朝着轴A的方向引导。第三电磁辐射路径5C和穿过管I的右侧部分(未示出)延伸的对应路径可以被聚焦在另外的焦点中。在图3中，该另外的焦点未明确示出，但是其可以通过延长第三电磁辐射路径5C和穿过管I的右侧部分而延伸的其相应物直到获得交点而构建。如下面将解释的那样，沿着第三电磁辐射路径5C传播的激光可以被用于调节、清洁、加热和/或熔化第一电接触元件13。应当理解的是，另外的焦点不一定被确切地布置在电接触元件13的位置处，而是可以在垂直和/或水平方向上移动。
[0037]要注意的是，位置12D处的斜面可能不一定对电磁辐射路径5A、5B、5C的路线具有影响。由于在位置12D处的斜面的原因，所以第一中空通道2的直径可以在管I的端部3处增加。当熔化线6的端部时，这个增加的直径可能是有帮助的，从而，与线6的固态相比，增加了其垂直尺寸并且因此增加了其体积。
[0038]设备300可以包括可以经由接口 16耦合至管I的激光源15(或者更普遍的电磁辐射的源)。另外，设备300可以包括被配置为改变由激光源15提供的激光的方向的光学单元17。在设备300的操作期间，激光可以由激光源15发出，并且可以穿过接口 16传播至光学单元17。光学单元17可以重新引导激光，以使光遵循所述的电磁辐射路径5A、5B和5C。例如，光学单元17可以以90度的角度反射激光，以使在水平方向上由激光源15发出的激光可以被重新定向在纵向上。
[0039]设备300可以包括圆形孔板(或环形孔板)20，其可能的移动由箭头指示。通过在水平方向上移动圆形孔板20，可以遮盖沿着电磁辐射路径5A、5B和5C的一个或多个激光射线传播。在图3中，圆形孔板(orifice) 20是在其最右侧的位置处，以使由激光源15发出的激光可以沿着全部的电磁辐射路径5A、5B、5C传播。例如，圆形孔板20可以被移动到左边至第一位置，以使遵循第三电磁辐射路径5C的激光可以被遮盖。在这种情况下，可以避免激光聚焦在第一电接触元件13上。
[0040]圆形孔板20甚至可以被进一步移动至左边至第二位置，以使第二电磁辐射路径5B和第三电磁辐射路径5C可以被遮盖，即没有激光将沿着电磁辐射路径5B和5C传播。在这种情况下，激光束未聚焦在第一电接触元件13上。另外，可以减少聚焦在焦点4中的激光量。注意，在所述的圆形孔板20的第二位置中，通过沿着第一电磁辐射路径5A传播，激光可以仍然被聚焦在焦点4中。
[0041]圆形孔板20甚至可以被进一步移动至左边的第三位置中，以使沿着第一电磁辐射路径5A、第二电磁辐射路径5B和第三电磁辐射路径5C传播的激光可以被遮盖。要注意的是，圆形孔板通常可以被配置为遮盖电磁辐射路径的任意预期组合，以使可以实现经过管I的光线的任意预期分布。例如，还可能的是，仅仅遮盖第一电磁辐射路径5A或仅仅遮盖第二电磁辐射路径5B。在另一个示例中，第一电磁辐射路径5A和第二电磁辐射路径5B可以被遮盖，以使仅仅遵循第三电磁辐射路径5C的光可以被留下。通过遮盖电磁辐射路径的预期组合，可以控制施加至接合线6和第一电接触元件13的能量的量。
[0042]圆形孔板20的定位可以通过任意合适的技术来完成，例如通过采用机电设备来完成。可替代地，圆形孔板20可以被用在固定位置中，以使专用的管能够被用于不同的应用。可以例如在从大约0.1毫秒至大约10毫秒的时间间隔期间实现调节圆形孔板20的位置。要注意的是，电磁辐射路径的预期选择(或遮盖)可以不仅仅通过选择圆形孔板20的对应位置来完成。还可以通过不同形状的管来替换管I。例如，如果沿着第一电磁辐射路径5A传播的光将被遮盖，那么可以相应地调节圆形孔板20。可替代地，可以使用更窄的管，其中，省去管I的包括第一电磁辐射路径5A的部分。这个更窄的管可以具有减少的厚度，并且通过将第二夹具11移动至右边，可以被保持在固定位置中。
[0043]设备300可以例如被用于下述情形，其中线6和/或第一电接触元件13将被熔化以使可以提供这两个部件之间的电连接。根据线6的材料、线6的尺寸、第一电接触元件13的材料、第一电接触元件13的尺寸等，可以选择设备300的特定操作模式。例如，由激光源15发出的激光的波长、管I的形状和尺寸、圆形孔板20的位置等可以根据相应的情形来加以选择。
[0044]图4A至4G示意性地示出用于根据本公开内容操作设备400的方法的截面图。设备400可以类似于设备100至300的任意一个，以使上述设备100至300的细节可以被同样应用于设备400并且反之亦然。另外，图4A至4G中示出的方法可以被视作图2A和2B中所示的方法的实施方式。下面描述的制造方法的细节因此可以被同样应用于图2A和2B的方法。
[0045]在图4A中，可以提供电设备18，其包括第一电接触元件13和钝化层14。例如，电设备18可以是任意类型的半导体芯片。要注意的是，所述的方法不限于特定类型的电设备
18。第一电接触元件13也可以具有任意类型，例如可以被电子地耦合至电设备18的电子结构的电接触垫。另外，可以提供第二电接触元件19。第二电接触元件19可以具有任意类型，例如印刷电路板(PCB)的电接触元件、引线框的管脚、或另外的半导体芯片的垫。如下文中将要描述的，第一电接触元件13和第二电接触元件19之间的电连接将经由接合线提供。该电连接可以在电设备18的微观电子结构和可以被连接至第二电接触元件19的微观外部部件(未示出)之间建立连接。
[0046]在图4B中，与图4A相比，第一电接触元件13、钝化层14和电设备18以较大的比例示出。为了简单起见，未示出第二电接触元件19。如可以从图4B中所见，第一电接触元件13的高度X1可以处于从大约5 μ m(微米)至大约20 μ m(微米)的范围中。另外，对于将被耦合至电接触元件13的接合线、具有大约50 μ m(微米)的厚度的接合线的示例性情况而言，第一电接触元件13的横向扩展X2可以处于从大约70 μ m (微米)至大约100 μ m (微米)的范围中。在另一个示例中，该接合线可以具有大约25 μ m(微米)的厚度，以使第一电接触元件13的横向扩展X2可以处于从大约35 μ m(微米)至大约60 μ m(微米)的范围中。例如，第一电接触元件13可以具有圆形形状，以使横向扩展可以对应于第一电接触元件13的直径。钝化层14的高度x3可以高达大约30 μ m(微米)。
[0047]管I被提供在第一电接触元件13的上方。管I可以类似于结合图1至3所述的管中的一个，以使类似的附图标记可以指代类似的部件。结合之前附图进行的全部说明还可以适用于图4A至4G。类似于图3，图4B的管I可以在位置12A、12B和12C处成斜面。接合线6可以被插入管I的中空通道2中。接合线6可以被布置在图4B的情形中打开的夹具7内。接合线6的厚度x4可以处于从大约15 μ m(微米)至大约70 μ m(微米)的范围中。将提供接合线6和第一电接触元件13之间的电连接。
[0048]在图4C中，接合线6可以被夹具7保持在固定位置中，以使可以避免接合线6在垂直方向上移动。激光束(或者更普遍的电磁辐射)可以被例如通过使用结合附图3所述的相应部件引导到管I内。通过管I的激光的传播可以由第一电磁辐射路径5A、第二电磁辐射路径5B和第三电磁辐射路径5C表示。
[0049]注意，在图4C中，与图3对比，电磁辐射路径5A、5B、5C被布置在管I的两侧，在图3中为了简单起见，仅仅示出了管I的左边部分。应当理解的是，光的电磁辐射路径不限于图4C的截面图中所示的平面，而是可以表示光(或者更普遍的电磁辐射)的三维分布。通过绕可以由中空通道2限定的轴旋转图4C的截面，可以获得光的示例性三维分布。
[0050]在管I的内壁处，沿着第一电磁辐射路径5A传播的激光可以高达几乎百分之百地被反射，并且由此可以被引导向接合线6。特别地，激光可以被引导向位于接合线6的下端的第一焦点4A。以类似方式，在管I的内壁处，沿着第二电磁辐射路径5B延伸的激光可以高达几乎百分之百地被反射，并且由此可以被引导向接合线6和第一焦点4A。第一焦点4A可以基本上被布置在可以由中空通道2限定的轴上。然而，要注意的是，第一焦点4A还可以在任意方向上移动，以被布置在接合线6的附近，但并不确切地在接合线6的位置上。在两种情况下，聚焦的激光束的能量可以足以提供接合线6的熔化。
[0051]在管I的内壁处，沿着第三电磁辐射路径5C传播的激光可以被折射，并且被在朝着可以由接合线6定义的轴的方向上引导。沿着第三电磁辐射路径5C延伸的激光可以被聚焦在第二焦点4B，第二焦点4B可以被定位在由接合线6定义的轴上和第一电接触元件13上。要注意的是，第二焦点4B还可以在垂直和/或水平方向上略微移动，以使其可以不必确切地定位在轴和/或第一电接触元件13上。在两种情况下，激光束的能量可以足以提供第一电接触元件13的熔化或者至少调节。
[0052]管I和第一电接触元件13之间的预期距离可以通过任何适当的技术来调节，例如通过采用激光传感器来调节。该激光传感器可以被配置为测量管I和第一电接触元件13之间的距离。当所测量的距离偏离预期距离时，可以调节管I的位置。
[0053]如所述，激光可以被聚焦在第一焦点4A，以使接合线6的端部可以被熔化。熔化的线材料可以具有球体(或者球或者滴)形状，该球体具有可以大于熔化工艺之前的固体接合线6的厚度的直径(或厚度)。在接合线6的端部处的熔化球的体积可以通过选择激光束在此期间为有效的时间间隔来加以控制。一般来说，接合线6的熔化部分的体积可以通过增加有效的时间间隔而增加。特别地，根据所选激光能量，在预定时间间隔(其可以具有大约几毫秒的长度)期间，激光束可以是有效的。例如，接合线6可以具有大约25μπι(微米)的厚度，并且可以选择时间间隔，以使所熔化的球的直径可以处于从大约25μπι(微米)至大约30μηι(微米)的范围中。这样，第一电接触元件13的直径不一定需要大于大约30 μ m (微米)ο
[0054]另外，激光可以被聚焦在第二焦点4B中，以使可以被布置在第二焦点4B中或附近的第一电接触元件13可以被调节或甚至熔化。可替代地，由熔化的接合线6发出的热辐射可以足以至少部分熔化第一电接触元件13，以使在第二焦点4B中聚焦激光束可以被省略或减少。电接触垫13的该处理可以调节电接触垫13，由此改进到线的接合能力。
[0055]合成气体可以被引导穿过中空通道2 (参见箭头)。例如，可以如结合图3所述的那样提供合成气体。施加合成气体可以减少在执行所述方法期间可能发生的接合线6材料的氧化和/或第一电接触元件13材料的氧化。另外，施加合成气体可以冷却管I并防止管I的热破坏。另外，施加合成气体可以避免接合线6的熔化的材料和中空通道2的内壁之间的接触。进一步，施加合成气体可以避免中空通道2的内壁可能蒙上水汽和/或沉积有金属材料。
[0056]在图4D中，在接合线6的端部和(可选地)第一电接触元件13被熔化时，激光束可以被去激活，以使可以建立这些部件之间的连接。夹具7可以被打开，以使包括其熔化的端部的接合线6可以朝着第一电接触元件13移动(参见接合线6中的箭头)。例如，被引导穿过中空通道2的合成气体的压力可以足够强以使接合线6朝着第一电接触元件13移动。可替代地或附加地，接合线6可以通过任意其他适当的技术(例如借助于压电电动机)朝着第一电接触元件13移动。接合线6的端部和第一电接触元件13可以相互接触，以使接合线6的熔化的材料和第一电接触元件13可以至少部分地与彼此混合。
[0057]要注意的是，杂质可以位于接合线6的表面上和/或第一电接触元件13的表面上。例如，这些污染物可以包括来自周围环境的凝结材料、来自预处理的有机材料、金属氧化物层、腐蚀产物等。通过将可接合材料暴露给电磁能量，并且熔化接合线6和/或第一电接触元件13，污染物可以被部分或全部蒸发。剩余的污染物可以被熔化，以使熔渣可以被形成在接合线6上和/或第一电接触元件13上。通过对着熔化的第一电接触元件13挤压熔化的接合线6，熔渣可以被突破，以使可以在接合线6和第一电接触元件13之间提供熔化的材料的连续连接。
[0058]在激光束已被去激活时，没有进一步的能量被提供给接合线6和/或第一电接触元件13。因此，在接合线6和第一电接触元件13之间提供接触的熔化的材料可以冷却。例如，热可以通过接合线6从第一电接触元件13消散。另外，通过经由合成气体的对流，热可以从第一电接触元件13和接合线6消散。通过在材料的固化温度下冷却由接合线6的熔化的材料和第一电接触元件13的熔化的材料形成的熔化的材料，可以形成固化结构。例如，通过冷却到低于固化温度，多晶结构可以开始生长提供在接合线6的材料和第一电接触元件13之间的连续过渡。要注意的是，结合图6提供了在冷却熔化的材料之后接合线6和电接触元件13之间的连续过渡的详细说明。
[0059]在图4E中，可以打开(或者可以保持打开)夹具7，并且管I可以离开第一电接触元件13 (参见管I中的箭头)。特别地，管I可以被拉向结合图4A所述的第二电接触元件
19。要注意的是，接合线6可以保留在中空通道2中，同时管I和包括在管I中的线接合6可以被拉向第二电接触元件19。在图4E的方法步骤期间可以停止合成气体的供给。
[0060]在图4F中，管I可以被布置在第二电接触元件19的上方，以使可以提供接合线6和第二电接触元件19之间的电连接。在已经到达管I的适当位置时，可以闭合夹具7，以使可以避免接合线6在垂直方向上的移动。类似于图4C，激光束可以被引导到管I中，并且可以沿着电磁福射路径5A、5B、5C传播。如前所述,激光束可以被聚焦在第一焦点4A和第二焦点4B中。
[0061]激光束可以再次沿着第一电磁辐射路径5A和第二电磁辐射路径5B传播，并且可以聚焦在第一焦点4A中。在第一焦点4A处(或附近)可以熔化布置在中空通道2中的接合线6。在第一焦点4A处(或附近)的接合线6的熔化可以导致接合线6的断裂。另外，激光束可以聚焦在第二焦点4B中，以使第二电接触元件19可以在其表面处熔化。因为第二电接触元件19可以比第一电接触元件13更大或更大规模，所以与结合图4C所述的方法步骤相比，可以增加激光束的功率。要注意的是，接合线6还可以在另外的位置21处熔化，在位置21处，接合线6可以与沿着第三电磁辐射路径5C延伸的激光交叉。在位置21处(或附近)的接合线6的熔化也可以导致接合线6的断裂。
[0062]熔化的接合线6和熔化的第二电接触元件19可以与彼此相接触。在建立接合线6和第二电接触元件19之间的连接时(或者在至少接合线6被熔化时之前)，激光束可以被去激活。在去激活了激光束之后，接合线6和第二电接触元件19的熔化的材料可以冷却。例如，热可以通过接合线6从第二电接触元件19消散。另外，通过经由可能已经被再次激活的合成气体的对流，热还可以从第二电接触元件19和接合线6消散。通过在材料的固化温度下冷却由接合线6的熔化的材料和第二电接触元件19的熔化的材料形成的熔化的材料，可以形成固化结构。例如，通过冷却到低于固化温度，多晶结构可以开始生长提供在接合线6的材料和第二电接触元件19之间的连续过渡。接合线6和第二电接触元件19之间的过渡可以类似于接合线6和第一电接触元件13之间的过渡。
[0063]在图4G中，建立经由接合线6的第一电接触元件13和第二电接触元件19之间的电连接。结合图4A进行的说明还可以适用于图4G。
[0064]与采用提供类似电连接的其他设备或方法相比，使用根据本公开内容的设备或方法以建立电连接会是有益的。以下描述示例性的优点。
[0065]在半导体材料和/或电接触元件上可以不需要附加保护层，例如以防止氧化。
[0066]根据本公开内容的设备可以被用于在不同类型的部件之间提供电连接。以简单且快捷的方法，例如通过使用更合适的管简单替换当前的管，设备可以被调节为相应的情形。
[0067]与例如超声线接合技术相比，在执行根据本公开内容的方法期间，可以减小施加至电接触元件和管的机械应力。机械保护层(例如垫加强层)可能是不必要的。[0068]使用根据本公开内容的方法，可以以有效的方式控制接合线的熔化端的体积和球形尺寸，并且与其他技术相比，可以减小接合线的熔化端的体积和球形尺寸。结果，电接触元件的表面积可以因此而减小。
[0069]图5不意性地不出根据本公开内容的设备500的截面图。设备500包括在纵向(参见箭头)上延伸的毛细管1，其中毛细管I的端部3被成斜面。设备500进一步包括布置在毛细管I中且定义轴A的中空通道2。在图5中，在纵向上布置中空通道2。要注意的是，在其他示例中，中空通道2可以具有不同的空间取向。在毛细管I的斜面端部3处，在毛细管中并在中空通道2的外部沿纵向延伸的电磁辐射路径被朝着轴A引导。
[0070]应当理解的是，设备500可以包括另外的部件，例如结合图3描述的部件。结合在先附图进行的说明因而还可以适用于图5。
[0071]图6示意性地示出根据本公开内容的设备600的截面图。设备600包括半导体材料18、电接触元件13和接合线6。电接触元件13包括第一材料并被布置在半导体材料18的上方。接合线6包括第二材料并被电耦合至电接触元件13。第一材料和第二材料之间的过渡22 (参见虚线方形)是连续的。要注意的是，接合线6和电接触元件13之间的电耦合可能已经根据前述方法中的一个而被特定地建立了。
[0072]术语“连续”应该表示在电接触元件13的第一材料和接合线6的第二材料之间不一定存在锐过渡。例如，代替应用根据本公开内容的方法的是，接合线6和电接触元件13之间的连接可以通过应用超声线接合技术来建立。在这种情况下，电接触元件13的第一材料和接合线6的第二材料之间的接口表面可能出现，其可以表示这两种材料之间的锐过渡。由应用超声线接合技术导致的该接口表面可以在接合线6和电接触元件13之间的过渡的整个截面上方延伸。
[0073]通过应用根据本公开内容的方法，可以避免该锐接口表面。相反，可以获得电接触元件13的第一材料和接合线6的第二材料之间的连续过渡。例如，第一材料和第二材料可以由具有例如多晶结构的类似材料制成。此处，在根据本公开内容建立了连接后，可能不可以确定第一和第二材料之间的实际过渡。相反，第一材料和第二材料之间的过渡可以由同质多晶材料结构表不。
[0074]电接触元件13的第一材料和接合线6的第二材料中的每一个都可以由金属和金属合金中的至少一个制成或可以包括金属和金属合金中的至少一个。特别地，电接触元件13的第一材料和接合线6的第二材料中的每一个都可以由铜制成或可以包括铜。电接触元件13的第一材料和接合线6的第二材料中的每一个都可以由多晶结构制成或可以包括多
晶结构。
[0075]设备600可以包括第二电接触元件(未示出)。第二电接触元件可以例如是印刷电路板或引线框的一部分，并且可以例如对应于图4A的第二电接触元件19。第二电接触元件可以包括第三材料，其中接合线6可以耦合至第二电接触元件。第一材料和第三材料之间的过渡可以是连续的。
[0076]接合线6和电接触元件13可以具有如结合前面附图已指定的尺寸。电接触元件13和接合线6之间的接触区域可以满足以下条件中的至少一个:(I)接触区域可以包括小于大约两倍线厚度(或直径)的直径，以及(2)因为方法是无接触的，所以可以避免由毛细管引起的成型或印记形成在接合线6处、形成在电接触元件13处和/或形成在接触区域处。
[0077]图7A至7C示意性地示出用于提供根据本公开内容的电连接的方法。结合上述附图进行的说明还可以适用于结合图7A至7C的方法。
[0078]在图7A中，提供接合线6和电接触垫13。另外，提供可以聚焦在结合线6上的电磁辐射23A，并且提供可以聚焦在电接触垫13上的电磁辐射23B。例如，可以采用类似于结合图1、3、5所述的设备之一的设备以提供电磁辐射23A、23B。
[0079]在图7B中，在区域24中、在结合线6的自由端处，电磁辐射23A已经引起了结合线6的部分熔化。另外，电磁辐射23B已经引起了电接触垫13的加热，这可以特别导致电接触垫13的调节。在这一点上，术语调节可以意指清洁、表面活化或部分熔化电接触垫13的表面的区域25。
[0080]在图7C中，被调节并部分熔化的结合线6和电接触垫13相接触，以使可以提供结合线6和电接触垫13之间的电连接。要注意的是，可以按照可能不存在或仅仅存在非常低的所施加的压力的这样的方式来执行该工序。由于随后冷却接触区26，所以出现接触区域的固化。例如，这可以导致如结合图6所述的结构。
[0081]尽管可能仅针对若干实施方式之一规定了本公开内容的特定特征或方面，但是该特征或方面可以按可能对于任何给定或特定应用而言期望和有益的那样与其他实施方式的一个或更多其他特征或方面组合。另外，就在详细说明书或权利要求中使用术语“包括”、“具有(have) ”、“有(with) ”、或它们的其他变体而言，这类术语旨在以类似于术语“包含”的方式是包含性的。此外，术语“示例性”仅仅意味着作为示例，而不是最佳的或最优的。还应该明了的是，为了简单和容易理解，本文描绘的特征和/或元件都是以相对于彼此的特定尺寸示出的，并且实际尺寸可能实质上不同于本文所示出的尺寸。
[0082]虽然本文已经示出和描述了特定方面，但本领域技术人员将认识到，在不背离本公开内容的范围的情况下，多种替换和/或等效实施方式可替代所示出和描述的特定方面。本申请旨在涵盖本文讨论的特定方面的任何调整或变型。因此，意图是，本发明将仅受权利要求及其等同物的限制。
【权利要求】
1.一种设备，包括: 沿纵向延伸的管；以及 在所述管中布置的中空通道， 其中所述管的端部被形成为使得在所述管中并在所述中空通道的外部沿纵向延伸的第一电磁福射路径聚焦在第一焦点中。
2.根据权利要求1所述的设备，其中所述中空通道沿所述纵向延伸。
3.根据权利要求1所述的设备，其中所述中空通道限定沿纵向延伸的轴，并且所述第一焦点基本被布置在所述轴上。
4.根据权利要求1所述的设备，其中所述第一电磁辐射路径包括在所述管的端部处的反射或在所述管的端部处的折射。
5.根据权利要求1所述的设备，其中: 在所述管中并在所述中空通道的外部沿纵向延伸的第二电磁辐射路径聚焦在第二焦点中， 所述第一电磁辐射路径包括在所述管的端部处的反射，以及 所述第二电磁辐射路径包括在所述管的端部处的折射。
6.根据权利要求1所述的设备，其中所述管包括选自包含石英材料、ZnS、GaAs和蓝宝石的组的材料。
7.根据权利要求1所 述的设备，其中所述中空通道的厚度在15和1000微米之间。
8.根据权利要求1所述的设备，进一步包括被配置为将所述管耦合至激光源的接口。
9.根据权利要求1所述的设备，进一步包括被配置为提供合成气体的单元。
10.根据权利要求1所述的设备，其中所述设备包括线结合器工具。
11.一种方法，包括: 提供沿纵向延伸的管，其中所述管包括被布置在所述管中的中空通道，所述管的端部被形成为使得在所述管中并在所述中空通道的外部沿纵向延伸的电磁辐射路径聚焦在焦点中；以及 提供电磁辐射，以使所述电磁辐射聚焦在所述焦点中。
12.根据权利要求11所述的方法，进一步包括: 将线插入所述中空通道中；以及 用聚焦的电磁辐射熔化所述线的一部分。
13.根据权利要求12的方法，进一步包括在所述线的熔化的部分和电接触元件之间提供接触。
14.根据权利要求11所述的方法，进一步包括提供合成气体。
15.根据权利要求14所述的方法，其中所述合成气体被提供通过所述中空通道。
16.根据权利要求14所述的方法，进一步包括将线插入所述中空通道中，其中所述合成气体的压力使所述线朝着所述焦点移动。
17.—种设备,包括: 沿纵向延伸的毛细管，其中所述毛细管的端部成斜面；以及 中空通道，其被布置在所述毛细管中并限定轴， 其中在所述毛细管的斜面端部处，在所述毛细管中并在所述中空通道的外部沿纵向延伸的电磁辐射路径被朝着所述轴引导。
18.根据权利要求17所述的设备，其中所述电磁辐射路径被通过反射和折射中的至少一个朝着焦点引导。
19.一种设备,包括: 半导体材料； 电接触元件，其包括第一材料并被布置在所述半导体材料的上方；以及接合线，其包括第二材料并电耦合至所述电接触元件，其中所述第一材料和所述第二材料之间的过渡是连续的。
20.根据权利要求19所述的设备，其中所述第一材料和所述第二材料中的每一个包括金属或金属合金。
21.根据权利要求19所述的设备，其中所述第一材料和所述第二材料二者都包括铜。
22.根据权利要求19所述的设备，其中所述连续过渡包括固化结构。
23.根据权利要求19所述的设备，其中所述连续过渡包括多晶结构。
24.根据权利要求19所述的设备，进一步包括引线框或印刷电路板的另外的电接触元件，并且包括第三材料，其中所述接合线电耦合至所述另外的电接触元件，并且所述第一材料和所述第三材料之间的过渡是连续的。
25.—种方法,包括: 提供电磁辐 射； 聚焦所述电磁辐射； 基于聚焦的电磁辐射熔化结合线和电接触垫中的至少一个；以及 在所述结合线和所述电接触垫之间提供电连接。
【文档编号】H01L21/60GK103855042SQ201310757381
【公开日】2014年6月11日 申请日期:2013年12月4日 优先权日:2012年12月4日
【发明者】R·佩尔策, M·施特纳德 申请人:英飞凌科技股份有限公司