CN115464247A - 一种功率半导体超声波铝线焊接方法 - Google Patents

一种功率半导体超声波铝线焊接方法 Download PDF

Info

Publication number
CN115464247A
CN115464247A CN202211129411.1A CN202211129411A CN115464247A CN 115464247 A CN115464247 A CN 115464247A CN 202211129411 A CN202211129411 A CN 202211129411A CN 115464247 A CN115464247 A CN 115464247A
Authority
CN
China
Prior art keywords
welding
ultrasonic
aluminum wire
lower pressure
generator
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN202211129411.1A
Other languages
English (en)
Inventor
张畅
游海涛
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Shanghai Chuangxian Semiconductor Co ltd
Original Assignee
Shanghai Chuangxian Semiconductor Co ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Shanghai Chuangxian Semiconductor Co ltd filed Critical Shanghai Chuangxian Semiconductor Co ltd
Priority to CN202211129411.1A priority Critical patent/CN115464247A/zh
Publication of CN115464247A publication Critical patent/CN115464247A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K20/00—Non-electric welding by applying impact or other pressure, with or without the application of heat, e.g. cladding or plating
    • B23K20/10—Non-electric welding by applying impact or other pressure, with or without the application of heat, e.g. cladding or plating making use of vibrations, e.g. ultrasonic welding
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K20/00—Non-electric welding by applying impact or other pressure, with or without the application of heat, e.g. cladding or plating
    • B23K20/26—Auxiliary equipment
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K2101/00—Articles made by soldering, welding or cutting
    • B23K2101/36—Electric or electronic devices
    • B23K2101/40—Semiconductor devices

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Pressure Welding/Diffusion-Bonding (AREA)

Abstract

本发明涉及半导体封测技术领域，且公开了一种功率半导体超声波铝线焊接方法，该方法包含以下步骤：步骤1：准备焊接，将被焊接物体置于焊接头下方；步骤2：焊接头下移，升降机构控制焊接头整体下降，并通过劈刀端头将铝线压在焊接物体表面；步骤3：焊接，通过劈刀传导超声波对被焊接物体进行焊接；步骤4：焊接完成，焊接一段时间后，焊接头抬起，焊接完毕。该一种功率半导体超声波铝线焊接方法，使用位移传感器检测位移可避免因焊接面高度不一致导致的接触不良或表面损坏，通过线性控制焊接压力与超声波输出功率可以根据铝线焊接形变量给与对应的焊接参数，确保焊接可靠性与一致性。

Description

一种功率半导体超声波铝线焊接方法
技术领域
本发明涉及半导体封测技术领域，具体为一种功率半导体超声波铝线焊接方法。
背景技术
在功率半导体产品生产流程分为，设计、制造、封测三个流程，在封测生产环节主要加工工艺分为DieBond(芯片焊接)和WireBond(引线键合)；引线键合主要目的是使用超声波机构在外力的作用下将粗铝线(100um-500um)焊接到芯片与引线框架的焊接点；中高端的功率半导体产品具备大电压与大电流的产品特性，在生产环节中，不同的压力与不同的超声波输出功率以及双方配合动作时间会导致焊接的可靠性与稳定性不一致，因此焊接过程的工艺方法很重要。
传统的超声波铝线键合设备，焊接流程与方法是：劈刀向下移动到标定位置，并向劈刀施加恒定的压力，超声波恒定输出确定时间并停止，达到焊接目的；现有方法的缺陷是，在生产过程中所有产品表面的高度不一致导致会有损坏产品的风险，同时恒定压力与恒定超声波功率导致焊接可靠性与一执行差。
为此，我们提出一种功率半导体超声波铝线焊接方法。
发明内容
为了弥补现有技术的不足，本发明提供如下技术方案：一种功率半导体超声波铝线焊接方法，该方法基于以下所述焊接设备使用：
所述焊接设备包括焊接头与升降机构，所述焊接头与升降机构固定安装；
所述焊接头包括位移传感器、下压力发生器、超声波换能器、铝线送线管、劈刀、切刀与铝线，所述位移传感器与下压力发生器分别与升降机构硬连接，超声波换能器、铝线送线管、劈刀、切刀与铝线与升降机构软连接，所述超声波换能器、铝线送线管、劈刀、切刀与铝线构成的整体可以相对位移传感器与下压力发生器进行小幅度上下移动。
优选的，所述下压力发生器位于位移传感器的一侧，所述下压力发生器与位移传感器的相对位置固定不变。
优选的，所述位移传感器可以检测声波换能器、铝线送线管、劈刀、切刀与铝线构成的整体相对位移传感器与下压力发生器的相对位置。
优选的，所述切刀靠近劈刀安装但不接触，所述铝线送线管靠近劈刀安装但不接触，所述铝线由铝线送线管中穿过并置于劈刀的端头，所述超声波换能器和劈刀固定连接
优选的，该方法包含以下步骤：
步骤1：准备焊接
将被焊接物体置于焊接设备上焊接头下方；
步骤2：焊接头下移
升降机构控制焊接头整体下降，并通过劈刀端头将铝线固定在焊接物体表面；
步骤3：焊接
通过劈刀传导超声波对被焊接物体进行焊接；
步骤4：焊接完成
焊接一段时间后，焊接头抬起，焊接完毕。
优选的，所述步骤2包含以下步骤：
S21：焊接头整体高速下降，在靠近焊接物体上方一定距离时进行低速下降；
S22：在位移传感器检测到位移发生，并检测到固定的位移量后焊接头停止下降。
优选的，所述步骤S21中焊接头低速下降时与焊接物体的距离为3～5mm。
优选的，所述步骤3包含以下步骤：
S31：下压力发生器，以小压力输出压力；
S32：超声波换能器适配的超声波发生器以小功率输出超声波；
S33：下压力发生器逐渐增大压力，同时超声波发生器逐渐增大输出功率；
S34:超声波发生器功率增大到目标值后，保持一定时间，同时下压力发生器继续增大功率；
S35:直到下压力发生器增加到目标值，超声波发生器停止输出，下压力发生器保持压力输出一段时间；
S36:下压力发生器停止输出压力。
优选的，所述下压力发生器与超声波发生器同步工作，所述下压力发生器与超声波发生器输出功率呈正相关。
优选的，所述下压力发生器产生的焊接压力与超声波发生器的超声波输出功率能够根据铝线焊接形变量给与对应的焊接参数。
有益效果
与现有技术相比，本发明提供了一种功率半导体超声波铝线焊接方法，具备以下有益效果：
1、该一种功率半导体超声波铝线焊接方法，通过设置位移传感器，当升降机构带动焊接头进行下降时，位移传感器检测到焊接头发生位移，当位移传感器检测到固定的位移量后升降机构控制焊接头停止下降，进而焊接头对被焊接物体进行焊接，使用位移传感器检测位移可避免因焊接面高度不一致导致的接触不良或表面损坏。
2、该一种功率半导体超声波铝线焊接方法，通过位移传感器检测到固定的位移量后升降机构停止下降，同时下压力发生器，以小压力输出压力，超声波换能器适配的超声波发生器以小功率输出超声波，而且下压力发生器逐渐增大压力，超声波发生器逐渐增大输出功率，下压力发生器与超声波发生器分别达到目标值后保持一段时间，然后停止输出，通过线性控制焊接压力与超声波输出功率可以根据铝线焊接形变量给与对应的焊接参数，确保焊接可靠性与一致性。
附图说明
图1为本发明的焊接头结构示意图。
图中：1、位移传感器；2、下压力发生器；3、超声波换能器；4、铝线送线管；5、劈刀；6、切刀；7、铝线。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1，一种功率半导体超声波铝线焊接方法，该方法基于以下焊接设备使用：
焊接设备包括焊接头与升降机构，焊接头与升降机构固定安装，焊接头包括位移传感器1、下压力发生器2、超声波换能器3、铝线送线管4、劈刀5、切刀6与铝线7，位移传感器1与下压力发生器2分别与升降机构硬连接，超声波换能器3、铝线送线管4、劈刀5、切刀6与铝线7与升降机构软连接，超声波换能器3、铝线送线管4、劈刀5、切刀6与铝线7构成的整体可以相对位移传感器1与下压力发生器2进行小幅度上下移动。
作为本发明的一种实施方式，下压力发生器2位于位移传感器1的一侧，下压力发生器2与位移传感器1的相对位置固定不变。
作为本发明的一种实施方式，位移传感器1可以检测声波换能器、铝线送线管4、劈刀5、切刀6与铝线7构成的整体相对位移传感器1与下压力发生器2的相对位置。
作为本发明的一种实施方式，切刀6靠近劈刀5安装但不接触，铝线送线管4靠近劈刀5安装但不接触，铝线7由铝线送线管4中穿过并置于劈刀5的端头，超声波换能器3和劈刀5固定连接
作为本发明的一种实施方式，该方法包含以下步骤：
步骤1：准备焊接
将被焊接物体置于焊接头下方；
步骤2：焊接头下移
升降机构首先控制焊接头整体高速下降，然后在靠近焊接物体上方3～5mm时时进行低速下降，在位移传感器1检测到位移发生，并检测到固定的位移量后焊接头停止下降，并通过劈刀端头将铝线固定在焊接物体表面；
步骤3：焊接
下压力发生器2与超声波发生器同步工作，下压力发生器2，以小压力输出压力，超声波换能器3适配的超声波发生器以小功率输出超声波，通过劈刀传导超声波对被焊接物体进行焊接，下压力发生器2产生的焊接压力与超声波发生器的超声波输出功率根据铝线7焊接形变量给与对应的焊接参数，然后下压力发生器2逐渐增大压力，同时超声波发生器逐渐增大输出功率，下压力发生器2与超声波发生器输出功率呈正相关，超声波发生器功率增大到目标值后，保持一定时间，同时下压力发生器2继续增大，直到下压力发生器2增加到目标值，超声波发生器停止输出，下压力发生器2保持压力输出一段时间后停止压力输出；
步骤4：焊接完成
压力发生器2停止压力输出后，升降机构控制焊接头抬起，焊接完毕。
需要说明的是，通过设置位移传感器1，当升降机构带动焊接头进行下降时，位移传感器1检测到焊接头发生位移，当位移传感器1检测到固定的位移量后升降机构控制焊接头停止下降，进而焊接头对被焊接物体进行焊接，使用位移传感器1检测位移可避免因焊接面高度不一致导致的接触不良或表面损坏；通过位移传感器1检测到固定的位移量后升降机构停止下降，同时下压力发生器2，以小压力输出压力，超声波换能器3适配的超声波发生器以小功率输出超声波，而且下压力发生器2逐渐增大压力，超声波发生器逐渐增大输出功率，下压力发生器2与超声波发生器分别达到目标值后保持一段时间，然后停止输出，通过线性控制焊接压力与超声波输出功率可以根据铝线7焊接形变量给与对应的焊接参数，确保焊接可靠性与一致性。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种功率半导体超声波铝线(7)焊接方法，其特征在于，该方法基于以下所述焊接设备使用：
所述焊接设备包括焊接头与升降机构，所述焊接头与升降机构固定安装；
所述焊接头包括位移传感器(1)、下压力发生器(2)、超声波换能器(3)、铝线送线管(4)、劈刀(5)、切刀(6)与铝线(7)，所述位移传感器(1)与下压力发生器(2)分别与升降机构硬连接，超声波换能器(3)、铝线送线管(4)、劈刀(5)、切刀(6)与铝线(7)与升降机构软连接，所述超声波换能器(3)、铝线送线管(4)、劈刀(5)、切刀(6)与铝线(7)构成的整体可以相对位移传感器(1)与下压力发生器(2)进行小幅度上下移动。
2.根据权利要求1所述的一种功率半导体超声波铝线(7)焊接方法，其特征在于：所述下压力发生器(2)位于位移传感器(1)的一侧，所述下压力发生器(2)与位移传感器(1)的相对位置固定不变。
3.根据权利要求2所述的一种功率半导体超声波铝线(7)焊接方法，其特征在于：所述位移传感器(1)可以检测声波换能器、铝线送线管(4)、劈刀(5)、切刀(6)与铝线(7)构成的整体相对位移传感器(1)与下压力发生器(2)的相对位置。
4.根据权利要求3所述的一种功率半导体超声波铝线(7)焊接方法，其特征在于：所述切刀(6)靠近劈刀(5)安装但不接触，所述铝线送线管(4)靠近劈刀(5)安装但不接触，所述铝线(7)由铝线送线管(4)中穿过并置于劈刀(5)的端头，所述超声波换能器(3)和劈刀(5)固定连接。
5.根据权利要求4所述的一种功率半导体超声波铝线(7)焊接方法，其特征在于：该方法包含以下步骤：
步骤1：准备焊接
将被焊接物体置于焊接设备上焊接头下方；
步骤2：焊接头下移
升降机构控制焊接头整体下降，并通过劈刀(5)端头将铝线(7)固定在焊接物体表面；
步骤3：焊接
通过劈刀(5)传导超声波对被焊接物体进行焊接；
步骤4：焊接完成
焊接一段时间后，焊接头抬起，焊接完毕。
6.根据权利要求5所述的一种功率半导体超声波铝线(7)焊接方法，其特征在于：所述步骤2包含以下步骤：
S21：焊接头整体高速下降，在靠近焊接物体上方一定距离时进行低速下降；
S22：在位移传感器(1)检测到位移发生，并检测到固定的位移量后焊接头停止下降。
7.根据权利要求6所述的一种功率半导体超声波铝线(7)焊接方法，其特征在于：所述步骤S21中焊接头低速下降时与焊接物体的距离为3～5mm。
8.根据权利要求5所述的一种功率半导体超声波铝线(7)焊接方法，其特征在于：所述步骤3包含以下步骤：
S31：下压力发生器(2)，以小压力输出压力；
S32：超声波换能器(3)适配的超声波发生器以小功率输出超声波；
S33：下压力发生器(2)逐渐增大压力，同时超声波发生器逐渐增大输出功率；
S34:超声波发生器功率增大到目标值后，保持一定时间，同时下压力发生器(2)继续增大功率；
S35:直到下压力发生器(2)增加到目标值，超声波发生器停止输出，下压力发生器(2)保持压力输出一段时间；
S36:下压力发生器(2)停止输出压力。
9.根据权利要求8所述的一种功率半导体超声波铝线(7)焊接方法，其特征在于：所述下压力发生器(2)与超声波发生器同步工作，所述下压力发生器(2)与超声波发生器输出功率呈正相关。
10.根据权利要求9所述的一种功率半导体超声波铝线(7)焊接方法，其特征在于：所述下压力发生器(2)产生的焊接压力与超声波发生器的超声波输出功率能够根据铝线(7)焊接形变量给与对应的焊接参数。
CN202211129411.1A 2022-09-16 2022-09-16 一种功率半导体超声波铝线焊接方法 Pending CN115464247A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202211129411.1A CN115464247A (zh) 2022-09-16 2022-09-16 一种功率半导体超声波铝线焊接方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202211129411.1A CN115464247A (zh) 2022-09-16 2022-09-16 一种功率半导体超声波铝线焊接方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN115464247A true CN115464247A (zh) 2022-12-13

Family

ID=84333663

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202211129411.1A Pending CN115464247A (zh) 2022-09-16 2022-09-16 一种功率半导体超声波铝线焊接方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN115464247A (zh)

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH1110361A (ja) * 1997-06-24 1999-01-19 Denso Corp 超音波溶接方法
CN101920395A (zh) * 2010-09-07 2010-12-22 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 超声波铝丝压焊机用机头
CN103071910A (zh) * 2013-01-14 2013-05-01 广东工业大学 一种双超声-高频感应复合精密微连接装置及方法
CN107175400A (zh) * 2017-04-14 2017-09-19 国家纳米科学中心 一种金丝焊接方法
CN107225320A (zh) * 2017-06-09 2017-10-03 上海秉鹏机电有限公司 圆柱锂电池超声波铝丝键合机头
CN209919083U (zh) * 2019-04-23 2020-01-10 无锡奥特维科技股份有限公司 一种焊接头装置和键合机
CN217019156U (zh) * 2021-12-02 2022-07-22 深圳市恒创杰自动化科技有限公司 一种控制稳定的焊头

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH1110361A (ja) * 1997-06-24 1999-01-19 Denso Corp 超音波溶接方法
CN101920395A (zh) * 2010-09-07 2010-12-22 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 超声波铝丝压焊机用机头
CN103071910A (zh) * 2013-01-14 2013-05-01 广东工业大学 一种双超声-高频感应复合精密微连接装置及方法
CN107175400A (zh) * 2017-04-14 2017-09-19 国家纳米科学中心 一种金丝焊接方法
CN107225320A (zh) * 2017-06-09 2017-10-03 上海秉鹏机电有限公司 圆柱锂电池超声波铝丝键合机头
CN209919083U (zh) * 2019-04-23 2020-01-10 无锡奥特维科技股份有限公司 一种焊接头装置和键合机
CN217019156U (zh) * 2021-12-02 2022-07-22 深圳市恒创杰自动化科技有限公司 一种控制稳定的焊头

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US4341574A (en) Ultrasonic bond energy monitor
EP3503219A1 (en) Device for welding a bus bar of solar cell
JPS60206036A (ja) ボンド力の変化及び制御
CN104772417A (zh) 线材焊接操作中的短尾恢复技术
TW201329483A (zh) 探針針壓校正方法及其校正設備
US20150008251A1 (en) Method and apparatus for measuring a free air ball size during wire bonding
EP0502674A2 (en) High yield clampless wire-bonding method
CN115464247A (zh) 一种功率半导体超声波铝线焊接方法
US6467678B2 (en) Wire bonding method and apparatus
CN110695575B (zh) 用于引线焊接的焊接机上的自动悬置芯片优化工具及相关方法
CN111048447A (zh) 一种键合机引线机构及工作方法
US11935864B2 (en) Methods of optimizing clamping of a semiconductor element against a support structure on a wire bonding machine, and related methods
CN104111196B (zh) 点焊导板楔形压力试验机及导板焊点的强度检测方法
CN115410936A (zh) 一种功率半导体引线键合机切线工艺
CN114300561B (zh) 一种高性能光伏模块芯片的加工工艺
CN212977112U (zh) 一种电池激光焊接装置
CN115565899A (zh) 一种功率半导体引线键合机精确标定切刀深度的方法
CN115493481A (zh) 一种功率半导体键合接触检测的方法
CN115547861A (zh) 一种功率半导体引线键合机精确标定压力的方法
CN204088302U (zh) 一种减少薄铝层芯片损伤的芯片封装结构
CN103440520B (zh) 双界面卡的封装工艺方法及其不干胶带粘起机构
CN115376944A (zh) 一种功率半导体铝线线弧工艺
CN218996681U (zh) 一种功率半导体键合视觉捕捉机构
CN218253382U (zh) 一种高精度超声波金属焊接设备
CN106271174B (zh) 一种防止管脚压弯自动检测方法及其自动检测系统

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination