CN103295927B - 凸点打线焊接方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种凸点打线焊接方法。所述凸点打线焊接方法包括：通过劈刀形成焊球并将焊球焊接到焊垫上；通过劈刀使焊线与焊球连接的部位发生变形而产生裂纹；在将劈刀保持竖直方向的姿态的同时，使劈刀沿圆弧形轨迹进行往复运动，使得焊线产生裂纹的部位因疲劳效应而扩大；用线夹夹住焊线和劈刀同时沿竖直方向向上移动，拉断焊线，从而完成凸点打线焊接。根据本发明，通过劈刀的多次往复运动，利用疲劳效应可以使高强度焊线更容易切断，从而在降低生产成本的同时改善了作业性。

Description

凸点打线焊接方法

技术领域

本发明属于半导体封装技术领域，具体地讲，本发明涉及一种能够改善凸点打线作业稳定性的凸点打线焊接方法。

背景技术

为了实现芯片与芯片之间的打线（亦可称为“键合”或“结合”），通常需要先进行凸点打线（bumpbond）。在进行凸点打线作业时，需要在焊接焊球后，在焊球的顶部切断焊线，以形成凸点。

图1示出了在现有技术中在芯片间进行凸点打线的示意图。

如图1所示，为了将芯片100电连接到基板（未示出），通常在芯片上设置芯片焊垫（chippad）101，然后通过执行凸点打线工艺，在芯片焊垫101设置凸点130和在基板上的焊垫（未示出）上设置凸点（未示出），从而通过焊线120完成对芯片的打线焊接（或引线键合）。

公开号为US2001/022315A1的美国专利申请公开了一种在凸点打线焊接时的切线方法。图2示出了根据该美国专利申请公开的凸点打线焊接方法的视图。参照图2中的（a），打线工具（bondingtool）的劈刀（capillary）110移动到芯片100的芯片焊垫101上以形成焊球130。因为劈刀110的前端具有角状的倾斜，所以焊球130受到机械挤压而形成焊料凸点，而焊线120仍然连接到焊球130。

接着，参照图2中的（b），劈刀110竖直向上移动高度“H”然后停止移动。然后，如图2中的（c）所示，劈刀110沿着水平方向移动（例如，向右移动）距离“D”然后停止移动，由此形成用于凸点打线焊接的具有平坦上表面的凸点。通过劈刀110将焊线120压向焊球130的侧面，以便于进行打线切割。

接下来，参照图2中的（d），再次使劈刀110从焊球130竖直向上移动预定的距离（大于高度“H”），然后，参照图2中的（e），切断焊线120与焊球130的连接，从而完成凸点打线工艺。根据现有技术，在将焊线120从焊球130切断时，劈刀110从焊球130沿着竖直方向向上移动，然后如图5A所示，由打火棒（EFOwand）1与劈刀110中的焊线120产生放电，放电产生的高温使焊线3的端部熔化而形成焊球。

另外，随着黄金价格的上涨，为了降低成本，铜线在打线中已经逐渐开始代替金线。但是铜线的硬度远高于金线，因此在凸点打线中存在的问题比较多，特别是切线问题。在焊球的顶部切断焊线时，特别是焊线的剪切强度/拉伸强度较大时（比如焊线很粗，或者是铜线），常常因为焊线不容易被切断而导致打线失败，比如焊线线尾没有正常形成，或者焊球被拔起而脱离焊垫。

发明内容

为了解决现有技术中存在的上述问题，本发明提供了一种新型的凸点打线焊接方法。

附加方面将在下面的描述中部分地进行阐述，部分地通过描述将是清楚的，或者可通过对提出的实施例的实践而明了。

根据本发明的一方面，提供了一种凸点打线焊接方法，所述凸点打线焊接方法包括下述步骤：通过劈刀形成焊球并将焊球焊接到焊垫上；通过劈刀使焊线与焊球连接的部位发生变形而产生裂纹；在将劈刀保持竖直方向的姿态的同时，使劈刀沿圆弧形轨迹进行往复运动，使得焊线产生裂纹的部位因疲劳效应而扩大；用线夹夹住焊线和劈刀同时沿竖直方向向上移动，拉断焊线，从而完成凸点打线焊接。

根据本发明的一个实施例，通过劈刀使焊线与焊球连接的部位发生变形而产生裂纹的步骤可以包括：使劈刀沿竖直方向向上移动到距焊球第一距离的第一位置处，然后使劈刀相对于所述第一位置沿水平方向向右或向左移动第二距离。根据本发明，第一距离可以不大于30μm，第二距离可以在15μm和30μm之间。

根据本发明的一个实施例，通过劈刀使焊线与焊球连接的部位发生变形而产生裂纹的步骤还可以包括：在劈刀向右或向左移动第二距离之后，接着使劈刀沿竖直方向向下移动第三距离，其中，第三距离可以不超过30μm。

根据本发明的一个实施例，使劈刀沿圆弧形轨迹进行往复运动的步骤可以包括：使劈刀沿竖直方向向上移动到距焊球第四距离的第二位置处，其中，第四距离大于第一距离；在将劈刀保持竖直方向的姿态的同时，使劈刀以第二位置为中心沿圆弧形轨迹进行往复运动。根据本发明，第四距离可以在300μm和350μm之间。

根据本发明的另一实施例，使劈刀以第二位置为中心沿圆弧形轨迹进行往复运动的步骤包括：使劈刀进行以焊球为圆心、以第四距离为半径的圆弧形轨迹的往复运动，直到焊线产生裂纹的部位因疲劳效应而扩大，其中，劈刀在进行圆弧形轨迹的往复运动时距第二位置的最远水平距离可以在75μm和180μm之间。

根据本发明的又一实施例，在劈刀进行圆弧形轨迹的往复运动的过程中，焊线在劈刀处于距第二位置的最远水平距离时与竖直方向所成的角度可以不超过30°。

根据本发明的一个实施例，所述凸点打线焊接方法还包括：在使劈刀沿预定的轨迹进行往复运动的步骤之后，使劈刀沿竖直方向向下移动到距焊球第五距离的第四位置处，使得处于第二位置的焊线缩入劈刀内，其中，第五距离大于第一距离且小于第四距离。根据本发明，第五距离可以在100μm和150μm之间。

根据本发明的一个实施例，使劈刀沿圆弧形轨迹进行往复运动的步骤可以包括：使劈刀进行以焊球为圆心、以第二距离为半径的圆弧形轨迹的往复运动，直到焊线产生裂纹的部位因疲劳效应而扩大。

根据本发明的一个实施例，焊线可以为铜线。

根据本发明的一个实施例，使劈刀沿圆弧形轨迹进行往复运动的步骤可以包括：使劈刀沿圆弧形轨迹往复运动至少两次。

因此，根据本发明，通过劈刀的多次往复运动，利用疲劳效应可以使高强度焊线更容易切断，从而在降低生产成本的同时改善了作业性。

附图说明

通过以下结合附图对实施例的描述，这些和/或其它方面将变得清楚且更容易理解，在附图中：

图1示出了在现有技术中在芯片间进行凸点打线的示意图；

图2示出了根据现有技术的凸点打线焊接方法的视图；

图3示出了根据本发明的一个示例性实施例的凸点打线焊接方法的视图；

图4示出了根据本发明的另一示例性实施例的凸点打线焊接方法的视图；

图5A示出了根据现有技术的进行点火烧球的示意图；

图5B示出了根据本发明的进行点火烧球的示意图。

具体实施方式

现在将参照附图更充分地描述本发明的实施例，在附图中示出了本发明的示例性实施例。然而，本发明可以以许多不同的形式实施，而不应被解释为局限于在此阐述的实施例；相反，提供这些实施例使得本公开将是彻底的和完整的，并且这些实施例将向本领域的普通技术人员充分地传达本发明的实施例的构思。在下面详细的描述中，通过示例的方式阐述了多处具体的细节，以提供对相关教导的充分理解。然而，本领域技术人员应该清楚的是，可以实践本教导而无需这样的细节。在其它情况下，以相对高的层次而没有细节地描述了公知的方法、步骤、组件和电路，以避免使本教导的多个方面不必要地变得模糊。附图中的同样的标号表示同样的元件，因此将不重复对它们的描述。在附图中，为了清晰起见，可能会夸大层和区域的尺寸和相对尺寸。

现在将在下文中参照附图更充分地描述本发明。

在传统的凸点打线焊接方法中，在芯片或基板的焊垫上形成焊球之后，通过使劈刀先后沿竖直方向和水平方向移动一定的距离以使劈刀中的焊线与焊球的连接部分产生变形，然后通过在焊球的顶部切断焊线来形成凸点。然而，在焊线较粗或采用廉价的铜线代替昂贵的金线的情况下，常常因为焊线不容易被切断而导致打线失败。因此，本发明提供了一种改进的凸点打线方法，在劈刀中的焊线与焊球连接的部分产生变形之后，通过使焊线在劈刀的作用下进行多次往复运动，从而利用疲劳效应使焊线更容易切断。另外，在焊线经过多次往复运动后，焊线可能不会停留在劈刀的中心线上，而是偏向某一边，为了防止这一问题，在点火烧球以前，通过将焊线的一部分缩进劈刀内部，从而保证焊线不偏离中心线。

下面将结合图3和图4来更详细地描述根据本发明的凸点打线焊接方法。

图3示出了根据本发明的一个示例性实施例的凸点打线焊接方法的视图。

参照图3中的（a）和（b），与根据现有技术的凸点打线焊接方法一样，首先，如图3中的（a）所示，形成焊球230并且将焊球230焊接到芯片或基板200的焊垫201上，接着，使劈刀210沿竖直方向向上移动到距焊球230第一距离（例如，如图2中的（a）所示，距离“H”）的第一位置处，然后使劈刀210相对于所述第一位置沿水平方向向右或向左移动第二距离（例如，如图2中的（b）所示，向右移动距离“D”），接着使劈刀210沿竖直方向向下移动第三距离，从而使得焊线220与焊球230连接的部位发生变形以产生裂纹而容易拉断，如图3中的（b）所示。根据本发明的一个实施例，劈刀首次向上移动的第一距离（H）可以不超过30μm，劈刀沿水平方向移动的第二距离（D）可以在15μm-30μm的范围内，劈刀沿竖直方向再次向下移动的第三距离可以不超过30μm。根据本发明，劈刀移动的第三距离可以与劈刀移动的第一距离相等或不相等。根据本发明的一个实施例，劈刀向下竖直移动的第三距离可以等于或基本等于劈刀初次向上移动的第一距离。根据本发明的另一实施例，劈刀向下竖直移动的第三距离可以大于或小于劈刀初次向上移动的第一距离。

接下来，根据本发明的凸点打线焊接方法，在使劈刀210保持竖直方向的姿态的同时，焊线220在劈刀210的作用下以预定的圆弧形轨迹进行往复运动，使得焊线220产生裂纹的部位因疲劳效应而扩大。

具体地讲，如图3中的（c）所示，使劈刀沿竖直方向再次向上移动并移动到距焊球230第四距离H1的第二位置A处。根据本发明的一个实施例，劈刀再次向上移动的第四距离H1远大于劈刀初次向上移动的第一距离（例如图2中的（b）示出的“H”）。例如，劈刀再次向上竖直移动的距离H1可以在300μm至350μm之间。

然后，如图3中的（d）至（g）所示，在使劈刀210保持竖直方向的姿态的同时，使劈刀210相对于第二位置A沿着预定的圆弧形轨迹进行往复运动。具体地讲，在使劈刀210保持竖直方向的姿态的同时，使劈刀210进行以焊球230为圆心、以第四距离H1为半径的圆弧形轨迹的往复运动，直到焊线产生裂纹的部位因疲劳效应而扩大。更具体地讲，如图3中的（d）和（f）所示，示出了劈刀在进行圆弧形轨迹的往复运动时距第二位置A的最远水平距离，用标号“D1”表示。换言之，对于劈刀所进行的圆弧形轨迹的往复运动，该圆弧形轨迹的两端在图3中的（d）和（f）所示的位置。根据本发明的一个实施例，D1可以在75μm至180μm的范围内，优选地在78μm至175μm的范围内，更加优选地在90μm至160μm的范围内。根据本发明的具体的示例性实施例，D1可以为75μm、80μm、85μm、90μm、100μm、110μm、120μm、130μm、140μm、150μm、160μm、165μm、170μm或175μm。因此，在本发明中，通过使劈刀相对于竖直方向以第二位置A与焊球230的连线为中心线进行往复的圆弧形运动，使焊线与焊球连接的部位产生疲劳效应，进而使焊线与焊球连接的部位处产生的裂纹扩大，同时焊线仍与焊球保持连接，从而使得更加容易拉断焊线。

根据本发明的另一实施例，在劈刀210进行圆弧形轨迹的往复运动的过程中，焊线220在劈刀210处于距第二位置的最远水平距离时与竖直方向成一定的角度α，该角度α不超过30°，优选地，不超过15°，如图3中的（d）和（f）所示。如果焊线与竖直方向所成的角度大于30°，则焊线220可能会因运动的幅度过大而断裂，因此，劈刀所进行的往复的圆弧运动以角度不超过30°为宜。

根据本发明的当前实施例，在使劈刀沿着预定的轨迹进行往复运动后，参照图3中的（h），使劈刀210沿竖直方向向下移动到距焊球第五距离（例如，H2）的位置处，使得焊线的弯折点（即，处于第二位置A处的焊线）缩入劈刀210的内部，以防止焊线220偏离劈刀210的中心线。根据本发明，焊线再次向下移动的距离H2可以在100μm至150μm的范围内。

最后，用线夹夹住焊线220和劈刀210同时向上运动，拉断焊线220，形成线尾，如图3中的（i）所示，从而在焊垫201上形成凸点。

另外，根据本发明，劈刀210可以相对于第二位置A与焊球230的连线进行至少两次的圆弧形往复运动。优选地，劈刀210可以相对于第二位置A与焊球230的连线进行2-3次的圆弧形往复运动。然而，本发明不限于此，本领域技术人员可以在本发明的教导下根据所应用的焊线本身的强度来具体地确定劈刀往复运动的次数。

根据本发明的当前实施例，可以省略图3中的步骤（h）。具体地讲，在使劈刀沿着预定的轨迹进行往复运动后，用线夹夹住焊线220和劈刀210同时向上运动，拉断焊线，形成线尾。根据本发明的一个实施例，形成的焊线线尾的长度可以在300μm至350μm的范围内。然后，线夹相对劈刀再向上移动一段距离（例如，为100μm至150μm），使焊线的弯折点（A）缩入劈刀，确保最后形成的线尾长度和位置不偏离劈刀210的中心线。

下面将参照图4来更详细地描述根据本发明的另一示例性实施例的凸点打线焊接方法。

图4示出了根据本发明的另一示例性实施例的凸点打线焊接方法的视图。

与图3示出的方法相同的是，在图4示出的方法中，焊线220在劈刀210的作用下沿预定的轨迹进行往复运动以通过疲劳效应使焊线与焊球连接的部位产生的裂纹扩大；与图3示出的方法不同的是，在图4示出的方法中，可以在图3中的（a）之后，使劈刀直接沿预定的轨迹进行多次往复运动，以增加焊线220与焊球230的连接部分的变形，产生裂纹。为了简明起见，下面将省略与图3中的步骤相同的步骤的重复描述。

根据本发明的当前实施例，图4中的（a）和（b）与根据现有技术的图2中的（a）和（b）一样，形成焊球230，并将焊球230焊接到芯片或基板200上的焊垫201上，然后，如图4中的（b）所示，使劈刀210沿竖直方向向上移动到距焊球一定距离H’的预定位置处，接着，如图4中的（c）所示，使劈刀210相对于该预定位置沿水平方向向右（或向左）移动一定距离D’，从而使焊线220与焊球230连接的部位处产生裂纹。根据本发明，距离H’可以不超过30μm，距离D’可以在15μm和30μm之间。

接下来，使焊线220在劈刀210的作用下以预定的轨迹进行往复运动，使得焊线220与焊球230连接的部位处产生裂纹并使裂纹因疲劳效应而扩大。具体地讲，在劈刀向右（或向左）移动水平距离D’之后，使劈刀210相对于所述预定位置沿着圆弧形轨迹进行往复运动。

更具体地讲，如图4中的（d）和（e）所示，使劈刀210以焊球230为圆心、以距离H’为半径的圆弧形轨迹的往复运动，直到焊线产生裂纹的部位因疲劳效应而扩大。根据本发明的一个实施例，在劈刀进行圆弧形轨迹的往复运动的过程中，在劈刀处于圆弧两个端点的最远水平距离即为距离D’，其可以在15μm至30μm的范围内。因此，在本发明中，通过使劈刀以焊线与焊球连接的位置为中心进行圆弧形轨迹的往复运动，使焊线与焊球连接的部位产生裂纹，进而使焊线与焊球连接的部位处产生的裂纹因疲劳效应而扩大，同时焊线仍与焊球保持连接，从而使得更加容易拉断焊线。

根据本发明，劈刀210可以相对于竖直方向进行至少两次的圆弧形往复运动。优选地，劈刀210可以沿圆弧形轨迹进行2-3次的圆弧形往复运动。然而，本发明不限于此，本领域技术人员可以在本发明的教导下根据所应用的焊线本身的强度来具体地确定劈刀往复运动的次数。

根据本发明的当前实施例，在焊线与焊球连接的部位产生的裂纹因疲劳效应而扩大之后，如图4中的（f）所示，使劈刀210沿竖直方向向上移动一定的距离（未示出），然后，用线夹夹住焊线220和劈刀210同时向上运动，拉断焊线220，形成线尾，如图4中的（g）所示，从而在焊垫201上形成凸点。

图5B示出了根据本发明的进行点火烧球的示意图。

根据本发明，参照图5B，通过劈刀的210多次往复运动，利用疲劳效应，使焊线220更容易切断。在经过多次往复运动后，焊线220可能不会停留在劈刀210的中心线上，而是偏向某一边，如图5B的中间的图所示。为了防止这一问题，在利用EFO棒1点火烧球以前，应将焊线220的一部分（例如，包括如图3所示的弯折点A在内）缩进劈刀内部（参照图5B的最右面的图），从而保证焊线220不偏离中心线。

因此，根据本发明，通过劈刀的多次往复运动，利用疲劳效应可以使高强度焊线更容易切断，从而在降低生产成本的同时改善了作业性。

虽然已经参照本发明的示例性实施例具体地示出并描述了本发明，但是本领域普通技术人员将理解，在不脱离如所附权利要求和它们的等同物所限定的本发明的精神和范围的情况下，可以在此做出形式和细节上的各种改变。应当仅仅在描述性的意义上而不是出于限制的目的来考虑实施例。因此，本发明的范围不是由本发明的具体实施方式来限定，而是由权利要求书来限定，该范围内的所有差异将被解释为包括在本发明中。

Claims (9)

1.一种凸点打线焊接方法，其特征在于所述凸点打线焊接方法包括下述步骤：

通过劈刀形成焊球并将焊球焊接到焊垫上；

通过使劈刀沿竖直方向向上移动到距焊球第一距离的第一位置处，然后使劈刀相对于所述第一位置沿水平方向向右或向左移动第二距离，从而使焊线与焊球连接的部位发生变形而产生裂纹；

在将劈刀保持竖直方向的姿态的同时，使劈刀沿圆弧形轨迹进行往复运动，使得焊线产生裂纹的部位因疲劳效应而扩大；

用线夹夹住焊线和劈刀同时沿竖直方向向上移动，拉断焊线，从而完成凸点打线焊接，

其中，使劈刀沿圆弧形轨迹进行往复运动的步骤包括：

使劈刀沿竖直方向向上移动到距焊球第四距离的第二位置处，其中，第四距离大于第一距离；

在将劈刀保持竖直方向的姿态的同时，使劈刀以第二位置为中心沿圆弧形轨迹进行往复运动。

2.根据权利要求1所述的凸点打线焊接方法，其特征在于第一距离不大于30μm，第二距离在15μm和30μm之间。

3.根据权利要求2所述的凸点打线焊接方法，其特征在于通过劈刀使焊线与焊球连接的部位发生变形而产生裂纹的步骤还包括：在劈刀向右或向左移动第二距离之后，接着使劈刀沿竖直方向向下移动第三距离，

其中，第三距离不超过30μm。

4.根据权利要求3所述的凸点打线焊接方法，其特征在于第四距离在300μm和350μm之间。

5.根据权利要求4所述的凸点打线焊接方法，其特征在于使劈刀以第二位置为中心沿圆弧形轨迹进行往复运动的步骤包括：使劈刀进行以焊球为圆心、以第四距离为半径的圆弧形轨迹的往复运动，直到焊线产生裂纹的部位因疲劳效应而扩大，

其中，劈刀在进行圆弧形轨迹的往复运动时距第二位置的最远水平距离在75μm和180μm之间。

6.根据权利要求5所述的凸点打线焊接方法，其特征在于在劈刀进行圆弧形轨迹的往复运动的过程中，焊线在劈刀处于距第二位置的最远水平距离时与竖直方向所成的角度不超过30°。

7.根据权利要求2所述的凸点打线焊接方法，其特征在于所述凸点打线焊接方法还包括：在使劈刀沿预定的轨迹进行往复运动的步骤之后，使劈刀沿竖直方向向下移动到距焊球第五距离的第四位置处，使得处于第二位置的焊线缩入劈刀内，其中，第五距离大于第一距离且小于第四距离。

8.根据权利要求1所述的凸点打线焊接方法，其特征在于焊线为铜线。

9.根据权利要求1所述的凸点打线焊接方法，其特征在于使劈刀沿圆弧形轨迹进行往复运动的步骤包括：使劈刀沿圆弧形轨迹往复运动至少两次。