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CN107731772B - 一种楔形键合引线加固结构和加固方法 - Google Patents

一种楔形键合引线加固结构和加固方法 Download PDF

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CN107731772B CN201710823257.0A CN201710823257A CN107731772B CN 107731772 B CN107731772 B CN 107731772B CN 201710823257 A CN201710823257 A CN 201710823257A CN 107731772 B CN107731772 B CN 107731772B
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Abstract

本发明涉及一种楔形键合引线加固结构和加固方法，其中加固方法包括如下步骤，S1，对焊盘进行清洗；S2，将清洗后的所述焊盘置于键合机加热台上并真空吸附固定，将所述焊盘与引线进行楔形键合互联形成键合电路,所述引线在所述键合电路的键合点处形成键合部；S3，通过植球机将焊料球植入所述焊盘上；S4，对所述焊料球发射激光，所述焊料球在激光作用下回流形成均匀铺展于所述焊盘和所述键合点的表面的焊料。本发明适用于高可靠性键合和功率芯片的楔形键合互联。

Description

一种楔形键合引线加固结构和加固方法
技术领域
本发明涉及半导体器件，尤其涉及一种楔形键合引线加固结构和加固方法。
背景技术
微波多芯片模块，电路内电气互联一般采用引线键合方式。引线键合一般分为球形键合和楔形键合。球形键合采用毛细管劈刀，键合第一点前通过电火花成球，第一点键合形成球焊点，第二点形成楔形焊点，有引线强度要求情况下，在第二点断丝后，通过补砸焊球进行加固。而楔形键合采用楔形劈刀，不具备成球机制，所以一般很难加固。楔焊由于其寄生参数小，而在微波多芯片领域得到广泛使用。由于键合工序在贴片工序后，键合面易受到污染，导致键合不牢固。在微波多芯片电路中，诸如功率放大器芯片需要键合引线承载电流大，引线颈部损伤和键合不牢固会影响引线电流承载能力。
发明内容
本发明所要解决的第一方面的技术问题是提供一种楔形键合引线加固结构，能够使楔形键合引线牢固，同时提高键合引线电流承载能力。
本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种楔形键合引线加固结构,包括焊盘和引线，所述引线和所述焊盘楔形键合连接并形成键合点，还包括焊料，所述焊料通过激光回流铺展于所述焊盘和所述键合点的表面并与所述焊盘固定连接。
本发明第一方面的有益效果是：通过焊料对键合点进行加固，提高了键合点的强度，减小了因键合不牢靠而导致引线失效的风险。
在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。
进一步，所述一种楔形键合引线加固方法，,所述引线上形成有引线颈部，所述引线颈部位于所述引线在所述键合点的向上延伸的折弯处；所述焊料覆盖所述引线颈部并与所述引线颈部固定连接。
采用上述进一步方案的有益效果是合金焊料良好的导电特性，减小了引线颈部电阻，提高了引线电流承载能力。相比采用导电银浆或树脂胶加固焊点，此种方法可靠性更好，且后期不会有多余物释放。
本发明所要解决的第二方面的技术问题是提供一种楔形键合引线加固方法，能够使楔形键合引线牢固，同时提高键合引线电流承载能力。
本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种楔形键合引线无损加固方法，包括如下步骤，S1，对焊盘进行清洗；S2，将清洗后的所述焊盘置于键合机加热台上并真空吸附固定，将所述焊盘与引线进行楔形键合互联形成键合电路,所述引线在所述键合电路的键合点处形成键合部；S3，通过植球机将焊料球植入所述焊盘上；S4，对所述焊料球发射激光，所述焊料球在激光作用下回流形成均匀铺展于所述焊盘和所述键合点的表面的焊料。本发明适用于高可靠性键合和功率芯片的楔形键合互联。
本发明的有益效果是：本发明采用焊料球激光回流后对引线键合点进行加固，提高了键合点的强度，减小了因键合不牢靠而导致引线失效的风险。相比采用导电银浆或树脂胶加固焊点，本发明方法可靠性更好，且后期不会有多余物释放。
在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。
进一步，所述一种楔形键合引线加固方法，所述S4中，所述焊料爬上所述引线并覆盖引线颈部。
采用上述进一步方案的有益效果是焊料位置覆盖引线颈部，可以有效修复键合引线颈部损伤，减小了键合引线在后期断裂的可能。
进一步，所述一种楔形键合引线加固方法，还包括S5，所述焊盘和所述键合点表面的焊料进行光学检测,对于符合合格条件则判定为加固成功,对于符合残次条件则判定为加固失败并对加固失败的焊料进行返修。
进一步，所述一种楔形键合引线加固方法，所述S5中,所述合格条件包括焊料球融化、焊料铺展于所述焊盘和所述键合点的表面以及焊料对引线颈部覆盖；所述残次条件包括植球失败、激光回流再融失效、焊料覆盖不完全和焊料脱落中的至少一种。
进一步，所述一种楔形键合引线加固方法，所述S5中，所述返修具体为，通过激光对所述焊料加热重融，并通过返修吸嘴将重融的焊料吸除干净然后重复执行步骤S3至S5。
进一步，所述一种楔形键合引线加固方法，所述S4中，在使用所述激光的同时向所述焊料球四周吹出氮气。
采用上述进一步方案的有益效果是提供氮气保护气氛从而防止焊料球在激光回流时氧化。
进一步，所述一种楔形键合引线加固方法，所述S3中，所述焊料球的球心位于所述焊盘的焊料球放置区域内，所述焊料球放置区域为环绕所述键合部的周侧边缘一倍引线线径间距所形成的区域。
采用上述进一步方案的有益效果是能够保证激光回流后的焊料可以完整覆盖焊盘和引线键合点表面。
进一步，所述一种楔形键合引线加固方法，S1中通过离子清洗机对焊盘进行清洗；S2中所述引线采用任意规格的金丝或金带；S3中焊料球采用合金材质制作。
采用上述进一步方案的有益效果是合金焊料球具有良好的导电特性，减小了引线颈部电阻，提高了引线电流承载能力。
附图说明
图1为本发明楔形键合互联的键合电路示意图；
图2为本发明将焊料球植入键合点示意图；
图3为本发明楔形键合引线加固结构示意图；
图4为本发明键合点引线俯视示意图。
附图中，各标号所代表的部件列表如下：
1、焊盘，2、引线，3、焊料球，4、激光，6、焊料球放置区域，21、键合第一点，22、第一点颈部，23、键合第一点，24、第二点颈部，26、键合部，51、第一焊料,52、第二焊料，D、引线线径。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个以上，除非另有明确具限定。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接连接，也可以通过中间媒介间接连接，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
这里首选需要说明的是，“向内”是朝向容置空间中央的方向，“向外”是远离容置空间中央的方向。
请参阅图3,本发明第一方面实施例提供一种楔形键合引线加固结构,包括焊盘1和引线2。引线2和焊盘1楔形键合连接并形成键合点。还包括焊料。焊料通过激光回流铺展于焊盘1和键合点的表面并与焊盘1固定连接。
具体的，如图1所示，键合点包括键合第一点21和键合第二点23。引线2的两端分别在焊盘上形成键合第一点21和键合第二点23。焊料包括第一焊料51和第二焊料52。第一焊料51位于键合第一点21，第二焊料52位于键合第二点23。也就是第一焊料51铺展于焊盘1和键合第一点21的表面，第二焊料52铺展于焊盘1和键合第二点23的表面。焊料用于将键合点和焊盘1固定连接并起到加固的作用。通过焊料对键合点进行加固，提高了键合点的强度，减小了因键合不牢靠而导致引线2失效的风险。
在一实施例中，引线2上形成有引线颈部。引线颈部位于引线2在键合点的向上延伸的折弯处。焊料覆盖引线颈部并与引线颈部固定连接。
具体的，如图1和图3所示，引线颈部包括第一点颈部22和第二点颈部24。第一点颈部22形成于键合第一点21处的引线2上。第二点颈部24形成于键合第二点23处的引线上。第一焊料51包裹第一点颈部22，第二焊料52包裹第二点颈部24。焊料覆盖引线颈部，可以有效修复引线颈部损伤，减小了键合后引线在后期断裂的可能。合金焊料良好的导电特性，减小了引线颈部电阻，提高了引线电流承载能力。相比采用导电银浆或树脂胶加固焊点，此结构可靠性更好，且后期不会有多余物释放。
下面描述本发明第二方面实施例的一种楔形键合引线加固方法。
请参阅图1至3，本发明适用于高可靠性键合和功率芯片的楔形键合互联。本发明提供一种楔形键合引线加固方法，包括如下步骤。
S1，对焊盘进行清洗。
进一步的，通过离子清洗机对焊盘进行清洗。
可以采用等离子清洗机对焊盘进行清洗。将焊盘放入等离子清洗机的清洗腔体中。启动等离子清洗机，首先使用真空泵将清洗腔真空度抽至本底真空后，向清洗腔体内冲入工艺气体。打开射频电源，在清洗腔体内产生的等离子体轰击焊盘表面，用于去除焊盘表面的污染物并激化焊盘表面活性从而增加焊盘表面的粘着力。通过等离子清洗,能够清除焊盘表面的污染物,从而使其表面变粗,可以暴露出更多的表面区域,进而能够建立微形的双极子,增加电性的粘着力。
具体的，采用射频13.56MHz等离子清洗机清洗，将焊盘放入等离子清洗机中。打开等离子清洗机的真空泵将清洗腔体真空度抽至5Pa以下从而保证清洗腔体内气氛不受空气影响。向清洗腔体冲入氩气和氧气，氩气与氧气比例为10：1到1：1。打开射频电源产生等离子体，氩离子以物理方法打破焊盘表面污染物，氧离子以化学方法蚀除焊盘表面有机物污染物，清洗时间1min到10min，从而激化焊盘表面活性；清洗完毕后取出焊盘以备键合，等离子体清洗后与键合之间的时间间隔小于4h以防止焊盘表面污染导致焊盘表面活性降低，如果超时则重新清洗。
S2，将清洗后的焊盘置于键合机加热台上并真空吸附固定，将焊盘与引线进行楔形键合互联形成键合电路,引线在键合电路的键合点处形成键合部。
根据电路设计需求调出所需键合程序，对焊盘进行楔形键合互联。
具体的，打开键合机，将规格直径25μm金丝和相应的劈刀安装至键合机，将清洗好的焊盘放置于键合机加热台上并真空吸附固定，设置加热台温度100度。待焊盘在加热台上预热3分钟，调出所需键合程序，对需键合的焊盘进行搜索对位，对位完成后劈刀下降与焊盘接触。如图1所示，引线2在焊盘1上形成键合点，引线2在键合点处形成引线颈部。具体的，超声能量通过键合机的换能杆和劈刀转换为键合需要的机械能，在焊盘1上形成键合第一点21。劈刀带着金丝作为的引线2形成线弧，在第二点焊盘上方下降，与焊盘1接触形成键合第二点23。劈刀通过断丝运动，在第二点引线2与焊盘断开。引线2在键合第一点21处形成第一点颈部22，在键合第二点23处形成第二点颈部24。其中，键合第一点21和键合第二点23作为键合点，第一点颈部22和第二点颈部24作为引线颈部。
S3，通过植球机将焊料球植入焊盘上。
将焊料球放入植球机的焊料盒后，将键合电路放置于植球机工作台上进行焊料球的植入。植球机的吸头通过真空吸附从焊料盒中吸取焊料球，对键合点进行植球操作。
具体的，将直径60μm的SnPb37焊料球放入植球机料盒，将键合电路放置于植球机工作台上。植球机的吸头通过真空吸附从焊料盒中吸取焊料球，将吸头移动至焊盘正上方，下降并使焊料球接触焊盘后，关闭真空吸附开关，如图2所示，焊料球3可以被分别放置于焊盘1的键合第一点21和键合第二点23上。
S4，对焊料球发射激光，焊料球在激光作用下回流形成均匀铺展于焊盘和键合点的表面的焊料。
通过激光将焊料球融化从而使其回流。根据焊料球的直径设置发射激光的参数。如图2和图3所示，将激光头布设在焊料球上方，发射激光4回流焊料球3形成融化的焊料。
具体的，使用波长为1064nm的激光对焊料球回流，设置激光单脉冲功率0.1J至6J，激光频率1Hz至50Hz，焊接时间50ms至2000ms。激光头在焊料球上方，发射激光回流焊料球。
通过本发明的实施，本发明采用焊料球激光回流后对引线键合点进行加固，提高了键合点的强度，减小了因键合不牢靠而导致引线失效的风险。焊料位置覆盖引线颈部，可以有效修复键合引线颈部损伤，减小了键合引线在后期断裂的可能。相比采用导电银浆或树脂胶加固焊点，本发明方法可靠性更好，且后期不会有多余物释放。
在一实施例中，S4中，焊料爬上引线并覆盖引线颈部。
通过本实施例的实施，焊料覆盖引线颈部，可以有效修复引线颈部损伤，减小了键合后引线在后期断裂的可能。
在一实施例中，还包括S5，对焊盘和所述键合点表面的焊料进行光学检测,对于符合合格条件则判定为加固成功,对于符合残次条件则判定为加固失败并对加固失败的焊料进行返修。
具体的，光学检测的步骤为将一个加固完好的键合电路放入光学检测设备作为比对样本，将如图3所示的焊料的形状作为图像存储于光学检测设备内。将S4步骤完成后所形成的加固键合电路放置于光学检测设备中与样本进行比对。另外也可将S4步骤完成后所形成的加固键合电路放置于30倍显微镜下进行人工目检。
在一实施例中，S5中，合格条件包括焊料球融化、焊料铺展于焊盘和键合点的表面以及焊料对引线颈部覆盖；残次条件包括植球失败、激光回流再融失效、焊料覆盖不完全和焊料脱落中的至少一种。
具体的，使用激光对焊料球进行回流，焊料球在激光作用下融化成为焊料，回流后焊料应铺展于焊盘和键合点的表面，并对引线颈部覆盖。光学检测对于符合上述条件，判定加固成功为合格品。若植球时植球机没有按预定程序将焊料球放置于焊盘上则判定为植球失败，若激光回流阶段出现焊料球未融化或融化不完全情况，若出现焊料覆盖焊盘和键合点的表面以及引线颈部不完全情况，若出现回流后的焊料脱落情况，出现以上情况均应判定失败，应进入返修工序。
进一步的，S5中，返修具体为，通过激光对焊料加热重融，并通过返修吸嘴将重融的焊料吸除干净然后重复执行步骤S3至S5。
具体的，激光头移动至焊点上方，对焊点加热重融。此时返修吸嘴移动至重融焊点，通过真空吸附作用返修吸嘴将焊料吸除干净。吸除完成后，重复进行S3至S5对焊点重新加固并进行光学检测，直至加固成功成为合格品。
在一实施例中，S4中，在使用激光的同时向焊料球四周吹出氮气。
具体的，在激光发射同时，通过吸嘴放出氮气吹向焊料球四周，提供氮气保护气氛从而防止焊料球在激光回流时氧化。如图3所示，焊料球3通过激光回流融化的焊料均匀铺展于焊盘1和键合第一点21和键合第二点23的表面，并有焊料爬上引线2，对第一点颈部22和第二点颈部23进行覆盖。
在一实施例中，S3中，焊料球的球心位于焊盘的焊料球放置区域内，焊料球放置区域为环绕键合部的周侧边缘一倍引线线径间距所形成的区域。
具体的，如图4所示，引线线径D表示为引线的直径或宽度。引线2在键合点处被楔形键合互联后，形成椭圆状结构的键合部26。焊料球3的球心可以位于焊料球放置区域6内的任何位置。焊料球放置区域包括键合部26的表面区域，除去键合部26与引线2相连接的位置区域。当焊盘为正常使用大小时，焊料球3置于键合部26上；当焊盘较大时，只要将焊料球3放置于焊料球放置区域6内即可从而能够保证激光回流后的焊料可以完整覆盖焊盘和键合点的表面。
在一实施例中，S2中引线采用任意规格的金丝或金带；S3中焊料球采用合金材质制作。
具体的，根据设计需求选择不同规格的引线，如金丝或金带。根据电路需求和工艺方案，焊料球可以采用不同直径的多种合金材质制作，如SnPb、SnAg、SnAgCu、AuSn、InSn、SnBi等。合金焊料球具有良好的导电特性，减小了引线颈部电阻，提高了引线电流承载能力。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种楔形键合引线加固结构, 包括焊盘(1)和引线（2），所述引线（2）和所述焊盘（1）楔形键合连接并形成键合点，其特征在于,还包括焊料，所述焊料通过激光回流铺展于所述焊盘（1）和所述键合点的表面并与所述焊盘（1）固定连接；
所述引线（2）上形成有引线颈部，所述引线颈部位于所述引线（2）在所述键合点的向上延伸的折弯处；所述焊料覆盖所述引线颈部并与所述引线颈部固定连接；
键合点包括键合第一点和键合第二点，引线的两端分别在焊盘上形成键合第一点和键合第二点，焊料包括第一焊料和第二焊料，第一焊料位于键合第一点，第二焊料位于键合第二点，第一焊料铺展于焊盘和键合第一点的表面，第二焊料铺展于焊盘和键合第二点的表面；
引线颈部包括第一点颈部和第二点颈部，第一点颈部形成于键合第一点处的引线上，第二点颈部形成于键合第二点处的引线上，第一焊料包裹第一点颈部，第二焊料包裹第二点颈部；引线与焊盘之间设置有垫片。
2.一种根据权利要求 1所述的楔形键合引线加固结构的楔形键合引线加固方法，其特征在于，包括如下步骤，
S1，对焊盘进行清洗；
S2，将清洗后的所述焊盘置于键合机加热台上并真空吸附固定，将所述焊盘与引线进行楔形键合互连形成键合电路,所述引线在所述键合电路的键合点处形成键合部；
S3，通过植球机将焊料球植入所述焊盘上；
S4，对所述焊料球发射激光，所述焊料球在激光作用下回流形成均匀铺展于所述焊盘和所述键合点的表面的焊料；
所述S4中,所述焊料爬上所述引线并覆盖引线颈部；
所述S4中，在使用所述激光的同时向所述焊料球四周吹出氮气；
还包括S5，对所述焊盘和所述键合点表面的焊料进行光学检测,对于符合合格条件则判定为加固成功,对于符合残次条件则判定为加固失败并对加固失败的焊料进行返修。
3.根据权利要求2所述的加固方法，其特征在于，所述S5中,所述合格条件包括焊料球融化、焊料铺展于所述焊盘和所述键合点的表面以及焊料对引线颈部覆盖；所述残次条件包括植球失败、激光回流再融失效、焊料覆盖不完全和焊料脱落中的至少一种。
4.根据权利要求3所述的加固方法，其特征在于，所述S5中，所述返修具体为，通过激光对所述焊料加热重融，并通过返修吸嘴将重融的焊料吸除干净然后重复执行步骤S3至S5。
5.根据权利要求2至4任一项所述的加固方法，其特征在于，所述S3中，所述焊料球的球心位于所述焊盘的焊料球放置区域内，所述焊料球放置区域为环绕所述键合部的周侧边缘一倍引线线径间距所形成的区域。
6.根据权利要求2至4任一项所述的加固方法，其特征在于，S1中通过离子清洗机对焊盘进行清洗；S2中所述引线采用任意规格的金丝或金带；S3中焊料球采用合金材质制作。
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