CN102528342A - 在导线键合过程中用于增强保护气体覆盖的装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种用于在电子器件的导线键合过程中传送保护气体的装置，该装置包含有：主体；位于主体中的通孔，该通孔被成形以当执行导线键合时允许键合工具的毛细尖管的端部插置穿过该主体；至少一个气体出口，其位于主体的底面并相邻于通孔设置，该气体出口被操作来在朝向电子器件的方向上引导惰性气体；以及至少一个气体入口，其位于主体上，该气体入口被操作来将惰性气体供应至通孔和气体出口。

Description

在导线键合过程中用于增强保护气体覆盖的装置

技术领域

本发明涉及电子元件上电气连接的形成，特别是涉及在导线键合过程中导线至电子元件的连接。

背景技术

导线键合被用作为连接不同器件的电气触点，或者同一器件的不同电气触点。当由活性材料如铜或铝制成的键合导线被用作为导线键合时，在加热的材料和环境中的氧气发生反应之际导线存在出现导线氧化的趋势。导线的氧化使得后续所形成的导线键合的质量变坏。因此，有必要提供一种包括相对惰性气体如氮气、氢气或氩气的保护气体，以在导线球形键合工序的焊球形成过程中覆盖和保护导线。

在键合过程中通过提供保护导线的氮气和/或氢气，关于更好地保护铜线的持续着重点在于驱动保证在导线点火区域以内获得气体的系统的发展，在该区域中熔融的焊球从导线处得以形成，以进行铜焊球的键合。

将惰性气体提供给键合导线时用于容置保护气体的一种装置公开在专利号为6,234,376、发明名称为“用于导线球形键合的遮盖气体的供应”的美国专利中。该装置包含有气体容置导管，以将保护气体引导至键合导线。横截的串联口形成于该导管中以使得键合工具的毛细尖管能够进入该气体容置导管中进行焊球形成，然后穿过该导管而将焊球键合在键合表面上。

另一个用于容置保护气体的现有装置公开在专利号为7,628,307、发明名称为“用于在导线键合期间传送保护气体的装置”的美国专利中。在将导线键合至电子元件期间，保护气体通过使用一种装置被供应，该装置包含有带有延展槽孔的主体，该延展槽孔具有通常在第一方向从主体的一侧延展进入主体之中的宽度，该延展槽孔在第二方向上还从主体的上表面延伸至下表面，该第二方向垂直于延展槽孔宽度所在的第一方向。当气体出口供应保护气体进入延展槽孔的同时，毛细尖管的端部可用于在第二方向上穿越延展槽孔。

将保护气体传送至毛细尖管的传统方法的缺点是：现有系统着重于主要阻止导线在导线点火以形成熔融焊球的过程中出现自然氧化。在导管或装置的开口处由于气体损耗，以致于在这些开口的外侧氧化保护是不可能的。因此，它们没有有效地提供气体的覆盖，以防止在执行导线键合时或者将毛细尖管侧向移动至不同的位置时氧化，除非毛细尖管在这种移动中总是位于气体容置导管以内。这样限制了这种系统的灵活性。

因此，开发一种用于供应保护气体至键合导线的装置是令人期望的，该装置保证导线不仅在点火区域之内，而且沿着毛细尖管朝向键合盘的移动路径上被保护气体所保护，因此在熔融焊球键合以前和键合过程中保证熔融焊球的质量得以实现。

发明内容

本发明的目的在于提供增强后的气体覆盖至键合导线，以便于不仅在点火期间，而且在毛细尖管移动过程中尤其是在键合过程中防止导线氧化。

因此，本发明提供一种用于在电子器件的导线键合过程中传送保护气体的装置，该装置包含有：主体；位于主体中的通孔，该通孔被成形以当执行导线键合时允许键合工具的毛细尖管的端部插置穿过该主体；至少一个气体出口，其位于主体的底面并相邻于通孔设置，该气体出口被操作来在朝向电子器件的方向上引导惰性气体；以及至少一个气体入口，其位于主体上，该气体入口被操作来将惰性气体供应至通孔和气体出口。

参阅后附的描述本发明实施例的附图，随后来详细描述本发明是很方便的。附图和相关的描述不能理解成是对本发明的限制，本发明的特点限定在权利要求书中。

附图说明

根据本发明所述的气体供应装置的较佳实施例的示例现结合附图详细介绍，其中：

图1为根据本发明第一较佳实施例所述的气体供应装置的平面剖面示意图，其表明了内部气体通道，以在电子器件的导线键合过程中提供保护气体。

图2为图1中的气体供应装置的侧视剖面示意图，其表明了内部气体通道和固定有用于点火与导线键合的键合导线的毛细尖管的移动范围。

图3为图1中的气体供应装置的前视剖面示意图，其表明了内部气体通道。

图4为根据本发明第二较佳实施例所述的气体供应装置的平面剖面示意图，其具有第一内部气体通道和第二内部气体通道。

图5为根据本发明第二较佳实施例所述的气体供应装置的平面剖面示意图，其表明了气体出口，如沿着其淋浴环（shower ring）分布的多个孔洞。

图6为图5中的气体供应装置的前视剖面示意图，其表明了内部气体通道。

图7为根据本发明第三较佳实施例所述的气体供应装置的侧视剖面示意图，其表明了内部气体通道。

图8为图7中的气体供应装置的前视剖面示意图，其表明了内部气体通道。

图9为根据本发明第四较佳实施例所述的气体供应装置的平面剖面示意图，其包含有外环。

图10为图9中的气体供应装置的侧视剖面示意图，其表明了外环。

图11为图9中的气体供应装置的前视剖面示意图，其表明了外环。

图12为包含有气体管道的气体供应装置的前视剖面示意图，该气体管道可分离地装附在主体上。

具体实施方式

图1为根据本发明第一较佳实施例所述的气体供应装置的平面剖面示意图，其表明了内部气体通道14，以在电子器件的导线键合过程中提供保护气体。该气体供应装置包含有带通孔12的主体10，该通孔12居中地穿越通过该主体，并从此处连接有气体入口，其可能是内部气体通道14网络的形式存在。气体通道14设置在主体10内，并提供有惰性气体20，如氮气或氢气和氮气的混合物至通孔12中和通孔12周围的区域，以及提供至和通孔12相邻设置的气体出口。

图1表明了具有三个独立气体通路的气体通道14的网络，一个气体通路直接通向通孔12，两个气体通路至少部分地环绕于该通孔12。包含于气体出口处的两个气体喷嘴18设置在位于通孔12的与气体通道14设置位置相对的一侧的主体10的端部或者附近，并设置在相邻于通孔12的主体10的底面上。更多的气体喷嘴较佳地贯穿至少部分环绕通孔12的整个气体通路设置。该气体喷嘴连接至气体通道14的各个气体通路上。在导线键合过程中，气体喷嘴18从主体10的外部提供惰性气体20，并将惰性气体20在朝向位于主体下方的电子器件的方向上引导。电极棒16设置在主要的气体入口或气体通道14的内部，并在那里平行设置。电极棒16靠近于通孔12处终止。

图2为图1中的气体供应装置的侧视剖面示意图，其表明了内部气体通道14和固定有用于点火与导线键合的键合导线（图中未示）的毛细尖管22的移动范围。通孔12被如此成形以便于毛细尖管22的端部可从主体10的一侧插置于通孔12中，而从主体10的相对另一侧凸伸以完成导线键合。毛细尖管的端部具有点火位置22a，在该位置从毛细尖管22处垂下的键合导线的尾部接收来自电极棒16的火花，而将键合导线熔融以形成熔融的焊球。其后，毛细尖管22可移动至键合位置22b，在此位置熔融的焊球被放置于电子器件如晶粒24上以在键合导线和晶粒24之间形成初始的电气触点或第一球形键合。

当毛细尖管的端部位于通孔12内的点火位置时，毛细尖管的端部主要接收从气体通道14处引入并被馈送进入通孔12中的惰性气体20，以在点火期间保护键合导线避免氧化。如图2所述，惰性气体20被引导朝向主体10的顶面和底面进入通孔12中，以便于在通孔12内遍及毛细尖管22的整个移动范围，毛细尖管22的端部得以被惰性气体20所保护。

从气体通道14处引入的惰性气体20同样也被馈送至设置在主体10的底面的喷嘴18。喷嘴18将惰性气体20引导朝向和到达晶粒24上。所以，在通孔之外的键合位置22b处，毛细尖管22的端部主要接收供应自喷嘴18处的惰性气体20，以便于惰性气体20在导线键合期间保护键合导线避免氧化。和气体通道14相连的多个喷嘴18可以围绕着通孔12而被形成，以提高在键合位置22b处毛细尖管22的端部的气体覆盖。所以，即使当毛细尖管22的端部从主体10的底面凸伸的同时其从一个晶粒移至另一个晶粒时，毛细尖管22的端部能够被惰性气体20所保护。在现有的气体供应装置中，只有在毛细尖管22的端部位于该气体供应装置的主体内部时，毛细尖管22会被惰性气体20所保护，藉此限制了提供给键合导线的防氧化保护的水平。

图3为图1中的气体供应装置的前视剖面示意图，其表明了内部气体通道14。毛细尖管22位于其点火位置22a。从气体通道14被引入的惰性气体20流入通孔12中，并朝向毛细尖管22向上流动和朝向主体10的底面向下流动。当电极棒16产生点火以在毛细尖管22的端部将键合导线熔融时，设置在通孔12中的键合导线被惰性气体20所保护以避免氧化。

惰性气体20同样也通过诸如槽孔26之类的连接器流向位于主体10的底面处的喷嘴18，该形成于主体10中的槽孔26从气体通道14通向喷嘴18。当毛细尖管22朝向晶粒24降低时，位于毛细尖管22的端部的键合导线继续被从喷嘴18处喷出的惰性气体20所保护。

图4为根据本发明第二较佳实施例所述的气体供应装置的平面剖面示意图，其具有第一内部气体通道30和第二内部气体通道32。取代设置有供应惰性气体20的内部气体通道14网络，第二实施例充分利用第一内部气体通道30以将惰性气体20供应给通孔12，和利用第二内部气体通道32（其未连通至第一内部气体通道30）以将惰性气体20供应给位于环绕通孔12的淋浴环34上的气体出口。惰性气体20分别供应给第一内部气体通道30、第二内部气体通道32是被独立地控制的。所以，这个实施例具有的优点是：将惰性气体20分别提供进入通孔12和朝向晶粒24是具有较强控制的。

图5为根据本发明第二较佳实施例所述的气体供应装置的平面剖面示意图，其表明了气体出口，如沿着淋浴环34分布的多个淋浴孔洞36。该淋浴孔洞36位于主体28的底面上，以接受来自淋浴环34处的惰性气体20和在主体28的下方朝向晶粒24喷射惰性气体20。当淋浴孔洞36位于通孔12外侧时，增加淋浴孔洞36的数量将会对惰性气体20朝向毛细尖管22的端部更大的排泄起作用，并对防止键合导线氧化提供更大的保护起作用。可供选择地，沿着淋浴环34分布的气体出口可以为位于主体28的底面上的延展槽孔的形式。

图6为图5中的气体供应装置的前视剖面示意图，其表明了内部气体通道30、32。毛细尖管22处于其点火位置22a。从内部气体通道30被引入的惰性气体20流入通孔12中，并向上朝向毛细尖管22和向下朝向主体28的底面。当电极棒16产生点火以在毛细尖管22的端部熔融键合导线时，设置于通孔12中的键合导线被惰性气体20所保护避免氧化。

惰性气体20通过形成在主体28内部的淋浴环34也流向主体28的底面处的淋浴孔洞36。淋浴环34接收来自第二内部气体通道32的惰性气体20的供应。当毛细尖管22朝向晶粒24降低时，位于毛细尖管22端部处的键合导线继续被从淋浴孔洞36处喷射的该阵惰性气体20保护。

图7为根据本发明第三较佳实施例所述的气体供应装置的侧视剖面示意图，其表明了内部气体通道。除了在本发明第一实施例中也出现了的气体通道14之外，在主体38中刚好位于气体通道14上方形成有附属气体管路40，其也连通至通孔12上。附属气体管路40由于馈送惰性气体20至气井42而增强了朝向通孔12的惰性气体20的供应，该气井42通过附属喷嘴44和附属气体管路40相连。气井42刚好设置在通孔12的顶部。气井42的截面面积大于通孔的截面面积，并在其点火位置处提供了环绕毛细尖管22端部的惰性气体20的贮蓄，以增强点火期间键合导线的保护而避免氧化。

图8为图7中的气体供应装置的前视剖面示意图，其表明了内部气体通道。这个视图表明了设置在通孔12的顶部的气井42和气体通道14。附属喷嘴44为气井42供应惰性气体20，气井42容置有惰性气体20的贮蓄，以在点火期间保护键合导线避免氧化。惰性气体20从附属喷嘴44到气井42的额外供应有助于防止气体覆盖的损耗，尤其是在毛细尖管22侧向移动至不同键合位置期间，在此期间更多的惰性气体20通常损耗在周边环境中。这样进一步确保在这种侧向移动过程中，在毛细尖管22端部下方的键合导线的质量得以保持。在点火期间键合导线避免氧化的增强保护藉此能够得以实现。

图9为根据本发明第四较佳实施例所述的气体供应装置的平面剖面示意图，其包含有外环50。外环50可以形成于气体供应装置的主体48中，相邻于如同前面的实施例所述的内部气体通道14的网络。外环50形成了大体环绕于内部气体通道14和通孔12的环形气体通路。外环50可包括包含有单独的连续槽孔的外环出口52，其与主体48附近的环境相连通。另外可选择的是，外环出口52可以包含有多个孔洞、喷嘴或者槽孔来取代单独的连续槽孔。外环50通过沿着主体48平行于内部气体通道14运行的外部气体通道46连接至惰性气体20供应源。

图10为图9中的气体供应装置的侧视剖面示意图，其表明了外环50。外环50和通孔12、气体喷嘴18空间上分离并大体上环绕于该通孔12、气体喷嘴18。外环50在主体48的底面提供了从外环出口52处发出的惰性气体20防护。所以，该惰性气体20防护用来包围在键合位置22b处的毛细尖管端部，以强化键合导线的保护避免氧化。

图11为图9中的气体供应装置的前视剖面示意图，其表明了外环50。这个外环50较佳地设置在内部气体通道14的下方，并连接至将惰性气体20供应给外环50的外部气体通道46。惰性气体20从外环出口52向下喷射以在导线键合区域周围形成防护。该防护形成了阻止环境中的空气进入导线键合区域的屏障，同时有助于减少由于气体通道14所提供的惰性气体至周围环境的损耗。在毛细尖管22侧向移动至不同的键合位置的过程中，惰性气体20覆盖的损耗同样也得以减少，在这种侧向移动过程中这有助于保持在毛细尖管22端部键合导线的质量。

图12为包含有气体部件如气体管道54的气体供应装置的前视剖面示意图，该气体管道可分离地装附在主体58上。不同于如图9-图11所述的外环50形成在主体48内部的气体供应装置，具有外环的气体管道54可分离地装附在主体58的底部。气体管道的外环环绕于通孔12和气体喷嘴18。气体管道54具有从其外环向下喷射惰性气体20的开口60或者多个孔洞或者槽孔，以在导线键合区域周围形成防护。气体管道54通过连接管道56接收惰性气体20的供应。

值得欣赏的是，本发明较佳实施例所述的气体供应装置改善了由氧化材料制成的键合导线通过惰性气体20的防护屏障的效率。氧化保护不仅可发生在键合导线设置在主体10内部时的点火过程中，而且还发生在毛细尖管22正在形成导线连接过程中当毛细尖管22的端部和键合导线从主体10出来之时，以及当毛细尖管22在不同的键合位置之间移动时。由于延伸了沿着毛细尖管22的移动路径分布的惰性气体20的覆盖，所以被制造来和表面形成导线连接的球形键合的质量通常通过键合导线更大的保护避免氧化而得以改善。另外，通过引入多个气体通道14、附属气体管路40和其他气体通路，惰性气体流动的更好控制是可能的。

此处描述的本发明在所具体描述的内容基础上很容易产生变化、修正和/或补充，可以理解的是所有这些变化、修正和/或补充都包括在本发明的上述描述的精神和范围内。

Claims (18)

1.一种用于在电子器件的导线键合过程中传送保护气体的装置，该装置包含有：

主体；

位于主体中的通孔，该通孔被成形以当执行导线键合时允许键合工具的毛细尖管的端部插置穿过该主体；

至少一个气体出口，其位于主体的底面并相邻于通孔设置，该气体出口被操作来在朝向电子器件的方向上引导惰性气体；以及

至少一个气体入口，其位于主体上，该气体入口被操作来将惰性气体供应至通孔和气体出口。

2.如权利要求1所述的装置，其中该气体入口包含有：

气体通道，其和该通孔相连通；以及

气体通路，其至少部分地环绕于该通孔。

3.如权利要求2所述的装置，其中，该气体通路是以环绕于该通孔的淋浴环的形式存在。

4.如权利要求3所述的装置，该装置还包含有：

淋浴孔洞，其设置于主体的底面上，该淋浴孔洞被连接至淋浴环以从该淋浴环处喷射惰性气体。

5.如权利要求2所述的装置，该装置还包含有：

气体喷嘴，其位于主体的端部，并设置在通孔的朝向该通孔设置有气体入口的另一侧。

6.如权利要求1所述的装置，其中该气体出口包含有：

延展槽孔，其形成于该主体的底面上。

7.如权利要求1所述的装置，其中该至少一个气体出口包括：

至少一个喷嘴，其形成于该主体的底面上。

8.如权利要求1所述的装置，该装置还包含有：

电极棒，其设置在气体入口内部并平行于该气体入口，其中该电极棒终端靠近于该通孔。

9.如权利要求1所述的装置，其中，毛细尖管端部具有在通孔以内的点火位置和在通孔以外的键合位置，在该点火位置其基本接收供应进入该通孔中的惰性气体；在键合位置其基本接收从该至少一个气体出口处供应的惰性气体。

10.如权利要求1所述的装置，其中，该气体入口还包括：

第一内部气体通道，其供应惰性气体至该通孔；

第二内部气体通道，其不和该第一内部气体通道相连，该第二内部气体通道供应惰性气体至气体出口。

11.如权利要求10所述的装置，其中，该惰性气体向第一内部气体通道的供应被控制独立于惰性气体向第二内部气体通道的供应。

12.如权利要求1所述的装置，该装置还包含有：

附属气体管路，其单独地在气体入口的顶部形成于主体中，并连接至该通孔，以增强惰性气体朝向该通孔的供应。

13.如权利要求12所述的装置，该装置还包含有：

气井，其和设置于通孔顶部的附属气体管路相连通，该气井的截面面积大于该通孔的截面面积。

14.如权利要求1所述的装置，该装置还包含有：

外环，其大体环绕于该通孔和气体出口，该外环被操作来产生大体环绕于毛细尖管的端部的惰性气体防护。

15.如权利要求14所述的装置，其中，该外环包含有单一的连续槽孔，其位于主体的底面上，惰性气体通过该连续槽孔喷出以在主体以外产生惰性气体防护。

16.如权利要求14所述的装置，其中，该外环包含有大量的位于主体底面上的喷嘴或槽孔，惰性气体通过该喷嘴或槽孔喷出以在主体以外产生惰性气体防护。

17.如权利要求14所述的装置，其中，该外环形成于该主体中。

18.如权利要求14所述的装置，其中，该外环形成于可分离地装附于主体的气体部件中。

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