CN103500714B - 一种利用激光制造折点的引线成弧方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种利用激光制造折点的引线成弧方法，包括以下步骤：步骤1：在芯片焊盘（6）的中心点位置O点形成第一焊点；步骤2：劈刀垂直上升至E点，同时释放引线；步骤3：在引线的O点与E点之间，至少选择一个点A；引入激光能量对所选点制造局部热塑性变形点形成折点；步骤4：O点与F点之间的距离|OF|作为椭圆短轴，椭圆长轴为4000-8000微米，劈刀从E点沿着椭圆轨迹运动至F点，通过热及施加在劈刀上的超声的共同作用，在框架焊盘（5）的中点位置F点形成第二焊点，形成所需的大跨度低弧引线。运用本发明方法大大简化劈刀的运动轨迹，并形成大跨度低弧引线。

Description

一种利用激光制造折点的引线成弧方法
技术领域
本发明涉及一种半导体制造中的微电子封装引线互连方法，特别是在三维叠层封装中采用激光在引线上制造一个或多个折点从而形成大跨度低弧引线的快速引线成形方法。
背景技术
集成电路制造是高新技术最核心的产业之一。为应对尺寸更小、功能更强的需求挑战，IC的集成度增加、特征线宽降低到28nm以下，逐渐接近物理极限。业界认为更有效的解决方法之一是系统级封装(SysteminPackage，SiP)技术。据ITRS2010定义，SiP是将多个不同功能的有源/无源/MEMS/生物芯片等器件，组装成多功能的单个标准封装子系统的先进封装技术。
典型SiP结构是三维叠层芯片封装，它将芯片1与芯片2堆叠、粘结在一起，再通过热超声引线键合(Thermosonicwirebonding，简称热超声键合)，制作出引线2实现芯片2与框架的互连，制作出特点空间形状的引线1实现芯片1与框架的互连，最后对叠层芯片实施整体封装，如图1。
其中，实现芯片与框架互连的热超声引线键合是三维叠层芯片封装的关键互连技术之一。热超声引线键合是利用超声、热、力等外场能量将引线(典型为金线)两端分别键合到芯片和框架焊盘上，通过具有一定空间几何形貌的弧线(Wireloop)实现芯片和框架间电互连。形成弧线的过程称为引线成形的技术。
在三维叠层芯片封装中，通常需要多层引线来实现不同高度芯片与框架的互连，如图1所示。其中，引线2采用图2a所示的传统引线成形方法，劈刀轨迹较为简单；引线1形状较为复杂，需要复杂的引线成形方法。为此，各引线键合设备商提出了通过复杂劈刀轨迹形成大跨度引线的方法，其中，以KNS公司的M形弧线最为典型，成为SiP最主要引线成形方法，如图2b。
M弧线虽然实现了SiP高层芯片的低弧大跨度引线互连，但劈刀轨迹复杂、引线速度慢，极大制约了引线键合的速度。为此，美国专利US7262124、美国专利US2005/0072833和美国专利US7464854提出，在形成第一个焊点后，通过劈刀朝远离第二焊点的方向反向运动或者复杂的运动的轨迹，对第一个焊点附近的引线反复折弯，从而降低弧高。该类引线成形专利存在的问题是，在反复折弯引线的过程中，容易使引线的颈部受到损伤，甚至导致引线断裂。美国专利US7547626、美国专利US6222274和美国专利US7851347提出，通过复杂的轨迹使引线形成多个折点，从而形成大跨度的线弧。该类专利存在的问题是，复杂的劈刀轨迹大大降低了效率和成品率。美国专利US2009/0081829提出在第二焊结束后，通过其他工具强制压低弧高，从而形成低弧引线。但问题是，引线在工具的作用下容易出现损伤，且在机械力的作用下引线的成形不一致，极大的影响了芯片的一致性，这对电子产品来说是致命的。因此有必要提出一种新的低弧大跨度引线快速成形方法。
发明内容
本发明提出了一种利用激光制造折点的引线成弧方法，为了克服上述现有技术中的不足，在劈刀运动过程中引入激光能量制造局部热塑性变形点形成折点，从而大大简化劈刀的运动轨迹，并形成大跨度低弧引线。
一种利用激光制造折点的引线成弧方法，包括以下步骤：
步骤1：在芯片焊盘（6）的中心点位置O点形成第一焊点；
框架焊盘（5）的中心点位置为F点，芯片焊盘（6）上表面与框架（1）下表面之间的距离为h；
步骤2：劈刀垂直上升至E点，同时释放引线，OE之间的距离满足|OE|=|h|+1.2|OF|；
步骤3：在引线的O点与E点之间，至少选择一个点A点，OA长度为80-150微米；
利用激光器从劈刀右侧照射引线上的A点，在A点产生热塑区，形成一个向左凸出的折点；
步骤4：以O点为中心点，O点与F点之间的距离|OF|作为为椭圆短轴，椭圆长轴为4000-8000微米，劈刀从E点沿着椭圆轨迹运动至F点，在框架焊盘（5）的中心点位置F点形成第二焊点，即完成从芯片焊盘到框架焊盘之间的引线搭建。
所述步骤3中，在引线的O点与E点之间，选择两个点A点和D点，OA长度为80-150微米，OD长度为4/5|OE|微米；
利用激光器分别从劈刀右侧照射引线上的A点和D点，在A点和D点产生热塑区，形成两个向左凸出的折点。
所述步骤3中，在引线的O点与E点之间，选择四个点：A、B、C及D；
OA长度为80-150微米，OC长度为3/5|OE|微米；
OB长度为2/5|OE|微米，OD长度为4/5|OE|微米；
利用激光器从劈刀的右侧分别照射引线上的A点和C点，在A点和C点分别产生热塑区，形成两个向左凸出的折点；
利用激光器从劈刀的左侧分别照射引线上的B点和D点，在B点和D点分别产生热塑区，形成两个向右凸出的折点。
劈刀侧面设有激光器。
有益效果
本发明提供了一种利用激光制造折点的引线成弧方法，此方法与其他形式的引线成形方法比较，具有以下的特点及优势：
（1）引入激光能量加热局部引线形成热塑性区来制造折点，制造一个折点仅需1-2微秒；不再通过劈刀的复杂轨迹使引线产生折点，以M弧线为例，采用本发明的方法仅需40ms左右，而现有方法需要200ms以上的时间；因此，大大缩短了引线成形的时间，提高了工作效率。
（2）简化了劈刀的轨迹，降低了劈刀轨迹的长度，避免了引线在形成折点过程中的多次弯折，从而避免了因为弯折对引线的损伤。
（3）只需要控制激光能量的大小、方向和作用时间，就可以在任意需要的位置形成折点，操作相对简单，能较易的形成低弧度的引线。
（4）在形成折点过程中，避免了任何形式的引线直接接触，降低了对引线中应力分布的影响，也降低了对引线的损伤，可以更有效地确保引线形状的一致性。
本发明提供的激光制造折点的方法是利用激光加热形成预变形区（折点），再配合劈刀的运动使得预变形区进一步发生形变，最终形成所需的线弧形状。为了能够满足后续封装的要求，要求预变形区为带有弹性核的塑性变形区，不同于材料成型过程中简单地塑性变形。
附图说明
图1三维叠层芯片封装示意图；
图2基本弧线和M弧线的引线成形比较示意图，其中图（a）为基本弧线引线成形，图（b）为M弧线引线成形；
图3利用本发明方法快速形成大跨度低弧引线的示例一的示意图，其中，图（a）为形成第一焊点示意图，图（b）为引入激光制造折点示意图，图（c）为劈刀轨迹与最终形成的大跨度低弧引线示意图；
图4利用本发明方法快速形成大跨度低弧引线的示例二的示意图，其中，图（a）为形成第一焊点示意图，图（b）为引入激光制造折点示意图，图（c）为劈刀轨迹与最终形成的基本弧线示意图；
图5利用本发明方法快速形成大跨度低弧引线的示例三的示意图，其中，图（a）为形成第一焊点示意图，图（b）为引入激光制造折点示意图，图（c）为劈刀轨迹与最终形成的n弧线示意图；
标号说明：1-框架，2-芯片，3-劈刀，4-引线，5-框架焊盘，6-芯片焊盘，7-第一焊点，8-左侧激光器，9-右侧激光器，10-劈刀下降轨迹，11-低弧引线，12-第二焊点。
具体实施方式
下面将结合附图和实施例对本发明做进一步的说明。
本发明一种利用激光制造折点的引线成弧方法，包括以下步骤：
步骤1：在芯片2上的芯片焊盘6的中心点位置O点形成第一焊点7；
框架焊盘5的中心点位置为F点，芯片焊盘（6）上表面与框架（1）下表面之间的距离为h；
步骤2：劈刀3垂直上升至E点，同时释放引线4，OE之间的距离满足|OE|=|h|+1.2|OF|；
步骤3：在引线的O点与E点之间，至少选择一个点A点，OA长度为80-150微米；
利用激光器从劈刀右侧照射引线上的A点，在A点产生热塑区，形成一个向左凸出的折点；
步骤4：以O点为中心点，O点与F点之间的距离|OF|作为为椭圆短轴，椭圆长轴为4000-8000微米，劈刀从E点沿着椭圆轨迹运动至F点，在框架焊盘（5）的中心点位置F点形成第二焊点，即完成从芯片焊盘到框架焊盘之间的引线搭建。
示例一
采用本发明方法形成大跨度低弧引线，如图3所示，具体的方法为：
步骤1：在芯片焊盘（6）的中点位置O点形成第一焊点，如图3（a）所示；
步骤2：劈刀垂直上升到E点，释放出一段引线OE，OE长度为7500微米；
步骤3：通过设置在劈刀左侧的左侧激光器从劈刀左侧分别照射引线的B和D点位置，其中，OB长度为3000微米,OD长度为6750微米，形成两个热塑性区，具有左边变形大，右边变形小的特点，以形成两个向右边凸出的折点；同理，通过设置在劈刀右侧的右侧激光器从劈刀右侧照射引线的A和C点位置，其中，OA长度为100微米，OC长度为4500微米，形成两个热塑性区，具有右边变形大，左边变形小的特点，以形成两个向左边凸出的折点，如图3（b）所示；
步骤4：以O点为中心点，O点与F点之间的距离|OF|作为为椭圆短轴，椭圆长轴为4000-8000微米，劈刀从E点沿着椭圆轨迹运动至F点，在框架焊盘5的中心点位置F点形成第二焊点12，形成所需的大跨度低弧引线11，如图3（c）所示。
示例二
采用本发明方法形成基本引线，如图4所示，具体的方法为：
步骤1：在芯片焊盘6的中心点位置O点形成第一焊点7，如图4（a）所示；；
步骤2：劈刀5垂直上升到E点，释放出一段引线6,长度为OE，OE长度为1300微米；
步骤3：通过设置在劈刀左侧的左侧激光器从劈刀左侧照射引线的A点位置，OA长度150微米，形成1个热塑性区，具有右边变形大，左边变形小的特点，以形成1个向左边凸出的折点，如图4（b）所示；
步骤4：以O点为中心点，O点与F点之间的距离|OF|作为为椭圆短轴，OF长度为1000微米，椭圆长轴为4000-8000微米，劈刀从E点沿着椭圆轨迹运动至F点，在框架焊盘（5）的中心点位置F点形成第二焊点，形成所需的基本引线11，如图4（c）所示。
示例三
本发明中所提到的大跨度n弧线引线的成形方法将根据图5来描述。具体的方法为：
步骤1：在芯片焊盘（6）的中点位置O点形成第一焊点，如图5（a）所示；
步骤2：劈刀5垂直上升到E点，释放出一段引线6,长度为OE，OE长度为5000微米；
步骤3：通过设置在劈刀左侧的左侧激光器分别从劈刀左侧照射引线的A点位置和D点位置，其中，OA长度150微米，OD长度为4000微米，各形成1个热塑性区，具有右边变形大，左边变形小的特点，以形成两个向左边凸出的折点，如图5（b）所示；
步骤4：以O点为中心点，O点与F点之间的距离|OF|作为为椭圆短轴，OF长度为4000微米，椭圆长轴为4000-8000微米，劈刀从E点沿着椭圆轨迹运动至F点，在框架焊盘5的中心点位置F点形成第二焊点12，形成所需的大跨度低弧引线11，如图5（c）所示。
所述大跨度低弧引线是指引线跨度大于4000微米，引线弧度低于200微米。

Claims (4)

1.一种利用激光制造折点的引线成弧方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1：在芯片焊盘(6)的中心点位置O点形成第一焊点；
框架焊盘(5)的中心点位置为F点，芯片焊盘(6)上表面与框架(1)下表面之间的距离为h；
步骤2：劈刀垂直上升至E点，同时释放引线，OE之间的距离满足|OE|＝|h|+1.2|OF|；
步骤3：在引线的O点与E点之间，至少选择一个点A点，OA长度为80-150微米；
利用激光器从劈刀右侧照射引线上的A点，在A点产生热塑区，形成一个向左凸出的折点；
步骤4：以O点为中心点，O点与F点之间的距离|OF|作为为椭圆短轴，椭圆长轴为4000-8000微米，劈刀从E点沿着椭圆轨迹运动至F点，在框架焊盘(5)的中心点位置F点形成第二焊点，即完成从芯片焊盘到框架焊盘之间的引线搭建；
所述步骤3中，在引线的O点与E点之间，选择两个点A点和D点，OA长度为80-150微米，OD长度为4/5|OE|微米；
利用激光器分别从劈刀右侧照射引线上的A点和D点，在A点和D点产生热塑区，形成两个向左凸出的折点。
2.根据权利要求1所述的一种利用激光制造折点的引线成弧方法，其特征在于，劈刀侧面设有激光器。
3.一种利用激光制造折点的引线成弧方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1：在芯片焊盘(6)的中心点位置O点形成第一焊点；
框架焊盘(5)的中心点位置为F点，芯片焊盘(6)上表面与框架(1)下表面之间的距离为h；
步骤2：劈刀垂直上升至E点，同时释放引线，OE之间的距离满足|OE|＝|h|+1.2|OF|；
步骤3：在引线的O点与E点之间，至少选择一个点A点，OA长度为80-150微米；
利用激光器从劈刀右侧照射引线上的A点，在A点产生热塑区，形成一个向左凸出的折点；
步骤4：以O点为中心点，O点与F点之间的距离|OF|作为为椭圆短轴，椭圆长轴为4000-8000微米，劈刀从E点沿着椭圆轨迹运动至F点，在框架焊盘(5)的中心点位置F点形成第二焊点，即完成从芯片焊盘到框架焊盘之间的引线搭建；
所述步骤3中，在引线的O点与E点之间，选择四个点：A、B、C及D；
OA长度为80-150微米，OC长度为3/5|OE|微米；
OB长度为2/5|OE|微米,OD长度为4/5|OE|微米；
利用激光器从劈刀的右侧分别照射引线上的A点和C点，在A点和C点分别产生热塑区，形成两个向左凸出的折点；
利用激光器从劈刀的左侧分别照射引线上的B点和D点，在B点和D点分别产生热塑区，形成两个向右凸出的折点。
4.根据权利要求3所述的一种利用激光制造折点的引线成弧方法，其特征在于，劈刀侧面设有激光器。
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