CN1815727B - 引线回路，具有该引线回路的半导体器件以及引线接合方法 - Google Patents

引线回路，具有该引线回路的半导体器件以及引线接合方法 Download PDF

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Abstract

一种引线回路，包括通过其连接第一接合点(A)和第二接合点(Z)的引线(3)，其中引线(3)包括接合到第一接合点(A)的球(30)，与球(30)相邻的颈部(H)以及从颈部(H)延伸到第二接合点(Z)上的主体部(S)。颈部(H)包括提升部分(h)，其在向着第二接合点(Z)的方向上从接合球(30)倾斜向上延伸，并且提升部分(h)由球(30)的顶部形成，其在球接合的时候已经进入毛细管(4)的开口并且已经成型。通过向着第二接合点(Z)倾斜向上移动毛细管(4)，提升部分(h)通过倾斜球(30)的顶部而形成，其在球接合的同时进入毛细管(4)的开口。

Description

引线回路，具有该引线回路的半导体器件以及引线接合方法
技术领域
本发明涉及用于将第一接合点和第二接合点通过引线进行连接的引线接合方法，具有特定形状的引线回路以及具有其中结合有这种引线回路的半导体器件。
背景技术
常规地，如图9A或9B所示，在制造半导体器件的工艺中，已经进行了用于将附着到引线框架1的半导体芯片2的焊盘2a或者第一接合点A与引线框架1的引线1a或者第二接合点Z通过引线3进行连接的引线接合。典型地，将第一和第二接合点A和Z连接的引线3的回路形状包括分别图9A和9B所示的梯形和三角形，例如在美国专利No.6，036,080或者日本专利申请公布No.2000-277558中分别公开的。
具有图9A所示的梯形形状的引线回路通过图10所示的一系列步骤形成。首先，在图10的步骤(a)中，毛细管4降低并且球30接合到芯片2的焊盘2a或者第一接合点A上，其中引线3穿过毛细管4并且球30已经形成在引线3的尖端上。然后，在图10的步骤(b)中，毛细管4垂直提升到点B同时提供引线3。此后，在图10的步骤(c)中，毛细管4在与第二接合点Z相对的方向上水平移动到点C。
总的来说，毛细管4在与第二接合点Z相对的方向上移动的这种操作称作“反向操作”。结果是，引线3在点A和点C之间的部分形成为倾斜的，并且引线3在其倾斜部的上端部形成，同时弯曲3a在毛细管4的下端。由此提供的在点A和点C之间引线3的部分对应于颈部H的高度(或者引线3在焊盘2a和弯曲3a之间的部分)，并且将构成颈部H。
接着，在图10的步骤(d)中，在提供引线3的同时毛细管4垂直提升到点D。然后，在图10的步骤(e)中，再次进行毛细管4的反向操作，即，毛细管4在与第二接合点Z相对的方向上水平移动到点E。此次反向操作的结果是，引线3具有在点C和E之间延伸的另一倾斜部分，并且弯曲3b在引线3的该倾斜部分的上端形成。
由此提供的引线3的该倾斜部将构成引线回路的上基座部分L(或者引线3在弯曲3a和3b之间的部分)，其具有图9A所示的梯形。此后，在图10的步骤(f)中，毛细管4被垂直提升到点F，这样，引线3被提供以与图9A所示的引线回路的长倾斜部分S(或者引线3在弯曲3b和引线1a之间的部分)对应的长度。随后，毛细管4经过位置f1和f2被降低到第二接合点Z上，因此使得引线3接合到第二接合点Z或引线1a上。
具有图9B所示的三角形形状的引线回路通过图11所示的一系列步骤形成。与上述的具有梯形形状的引线回路不同，由于具有三角形形状的引线回路没有提供上基座部分(L)，因此，在形成三角形形状的引线回路时，不执行图10的步骤(d)和(e)中的第二反向操作。因此，在这种情况下，与图10的步骤(d)，(e)和(除f1和f2以外的f)对应的步骤仅在图11的步骤(d)中执行。更具体的是，图11的步骤(a)、(b)和(c)与图10的步骤(a)，(b)和(c)相同，在图11步骤(c)中的第一反向操作之后，在提供引线3的同时，在图11的步骤(d)中毛细管4垂直提升到点F。接着，在图11的步骤(e)中，毛细管4以与图10的步骤(f)类似的方式移动经过位置e1和e2，结果是引线3接合到第二接合点Z或者引线1a。
然而，在上述技术中，由于引线回路包括高度稍大的颈部H，因此，引线回路变高并且因此表现为不稳定。此外，在其中不经过任何毛细管的反向操作形成引线回路以便使其颈部H高度变小、且颈部H的高度减小到特定水平或者更低的情况下，颈部H容易在牵引或者在移动引线3使其设置在合适位置的过程中由于引线3从第一接合点A垂直延伸而被损坏。
因此，为了解决上述问题已经提出了各种技术。例如，美国专利申请公开No.2004/0104477或者日本专利未审公开No.2004-172477披露了一种通过引线将第一接合点和第二接合点进行连接的引线回路，其中接合到第一接合点的球顶部与引线的一部分一起被压碎。
具有这种形状的引线回路可形成为低轮廓引线回路，其稳定并且在形状保持力方面很强。不仅引线距离短的引线回路，而且引线距离长的引线回路都可作为低轮廓的稳定引线回路而获得。另外，由此形成的引线回路具有很强的形状保持力，其能承受从外部施加到引线回路上的力或者压力。因此，该引线回路可对震动实现极好的减震功能，诸如是在将引线接合到第二接合点的过程中由毛细管的接触或者超声波的发射所导致的震动，引线的震动，在模铸材料等注入过程中由模铸材料的流动所产生的外力，结果是，可有效防止引线的弯曲或倾斜以及引线回路颈部的断裂。
然而，在美国专利申请公开No.2004/0104477公开的技术中，压碎部分由毛细管在第一接合点形成在引线以及接合球的顶部，因此存在第一接合点将被损坏的可能。另外，在第一接合点上已经被压碎的引线可导致在与第二接合点相对的方向上局部突起。在其中引线被细微地影响以及引线回路的方向相对半导体芯片的边缘倾斜时，引线的突起部将与相邻的第一接合点的引线接触。
发明内容
根据现有技术的上述缺陷，形成本发明。
因此，本发明的一个目的是提供一种具有低轮廓线的引线回路，该引线回路稳定，并且其颈部难于被损坏，同时不会由毛细管在引线以及接合到第一接合点上形成压碎部分。
本发明的另一目的是提供一种组合有上述引线回路的半导体器件。
本发明的又一目的是提供一种能形成所述引线回路的引线接合方法。
根据本发明的一方面，提供一种引线回路。该引线回路包括：通过其连接第一接合点和第二接合点的引线；该引线包括接合到第一接合点的球，与该球相邻的颈部以及从颈部延伸到第二接合点的主体部分；其中颈部包括提升部分，该提升部分从接合球一向着第二接合点的方向斜向上延伸，并且该提升部分由球的顶部形成，其在球接合的时候已经进入到毛细管的开口并且已经成型。
在本发明的优选实施例中，引线包括至少一个形成在其颈部或主体部的弯曲标记。
在本发明的优选实施例中，引线包括位于颈部和主体部之间的弯曲；并且多个弯曲标记形成在该弯曲上或者该弯曲附近。
根据本发明的另一方面，提供一种引线接合方法，用于在第一接合点和第二接合点之间采用提供的毛细管来接合引线。该引线接合方法包括：将形成在引线尖端的球接合到第一接合点上；以及倾斜该引线的提升部分，该提升部分从接合球向第二接合点延伸，其由球的顶部形成，其在将球接合到第一接合点的时候已经进入到毛细管的开口并且已经成型。
在本发明的优选实施例中，该引线接合方法进一步还包括通过向上倾斜移动毛细管或者向上然后水平地移动毛细管，或者通过向上然后倾斜地向下移动毛细管，从而在从提升部分延伸的引线部分上形成至少一个弯曲。
在本发明的优选实施例中，提升部分的倾斜通过斜向上移动毛细管而实现并且包括在引线的提升部分上形成弯曲。
根据本发明的又一方面，提供一种引线接合方法，用于在第一接合点和第二接合点之间采用毛细管来接合引线。该引线接合方法包括步骤：
(a)将形成在引线尖端上的球接合到第一接合点上；
(b)以向着第二接合点的方向倾斜向上移动毛细管，从而使得引线的第一部分以向着第二接合点的方向倾斜向上延伸，其中第一部分在将球接合到第一接合点的同时进入到毛细管的开口；
(c)接着，在执行回路控制的同时垂直并且水平移动毛细管，从而在引线从其第一部分延伸的第二部分上形成至少一个弯曲；以及
(d)随后，在从毛细管供给引线并且执行回路控制的同时水平并且垂直移动毛细管到第二接合点，然后将引线接合到第二接合点。
在本发明的优选实施例中，在步骤(b)中，在引线的第一部分上形成另一个弯曲。
在本发明的优选实施例中，通过倾斜向上移动毛细管或者通过向上移动毛细管，并且接着水平或者通过向上移动毛细管，并且然后倾斜向下而执行步骤(c)。
在本发明的优选实施例中，重复执行步骤(c)从而在引线的第二部分上形成多个弯曲。
在本发明的优选实施例中，在步骤(d)中，大尺寸的合成弯曲形成在引线的第一部分和第二部分之间，并且至少一个弯曲设置在引线上这样的位置上：该至少一个弯曲作为弯曲标记位于合成弯曲上或者合成弯曲附近。
根据本发明的更进一步方面，提供一种半导体器件。该半导体器件包括：第一接合点；第二接合点；以及接合到第一接合点和第二接合点从而通过其连接第一接合点和第二接合点的引线，该引线包括接合到第一接合点的球，与球相邻的颈部以及从颈部延伸到第二接合点的主体部；其中颈部包括提升部分，该提升部分从接合球以向着第二接合点的方向倾斜向上延伸，并且其由球顶部形成，其在球接合的时候已经进入毛细管的开口并且已经成型。
根据本发明，引线回路提供在其具有倾斜提升部分的颈部上，该提升部分由球顶部形成，其在球接合的时候已经进入毛细管的开口并且已经成型，这样引线回路具有低轮廓，其是稳定的并且其形成不会导致任何颈部损坏。在本发明的优选实施例中，整个引线回路的引线可通过在引线的预定位置形成多个弯曲而稳定弯曲，在形成多个弯曲的同时毛细管倾斜向上移动或者毛细管向上然后水平移动或者毛细管向上然后倾斜向下移动。
附图说明
当结合附图考虑时，本发明的这些和其它目的以及许多附属优点可参考下面的详细描述更加容易领会并且更加容易理解；其中：
图1A是示出根据本发明的半导体器件中引线回路实施例的形状的正视图；
图1B是示出图1A中的两点点划线包围部分的放大断面图；
图2是示出形成具有图1A和1B所示形状的引线回路的毛细管移动路径的示意正视图；
图3是示出由球顶部形成的提升部分的示意图，其中在球接合时球顶部进入毛细管的开口；
图4是以示例的方式示出根据本发明方法的与毛细管移动相关的各个步骤的引线形状的示意图；
图5A是示出根据图4所示方法变形的与毛细管移动相关的各个步骤的引线形状的示意图；
图5B是示出根据图5A的步骤形成引线回路的毛细管移动路径的示意正视图；
图6A是示出根据图4所示方法的另一变形的与毛细管移动相关的各个步骤中的引线形状的示意图；
图6B是示出根据图6A的步骤形成引线回路的毛细管移动路径的示意正视图；
图7A是示出根据本发明的半导体器件中引线回路的另一实施例形状的正视图；
图7B是示出图7A中两点点划线所包围的部分的放大断面图；
图8是示出根据本发明的半导体器件中引线回路又一实施例形状的正视图；
图9A和9B是分别示出具有梯形形状和三角形形状的常规引线回路的正视图；
图10是示出与形成图9A所示梯形形状的引线回路的毛细管移动相关的各个步骤中引线形状的示意图；以及
图11是示出与形成图9B所示三角形形状的引线回路的毛细管移动相关的各个步骤中引线形状的示意图。
具体实施方式
现在，根据本发明的引线回路、半导体器件以及引线接合方法将在下文中参考附图进行描述，其中几幅附图的每幅附图中相同的部件由相同的附图标记或标号表示。
首先参考图1A和1B，示出根据本发明的引线回路以及其中结合有该引线回路的半导体器件10。在半导体器件10中，半导体芯片2附着在引线框架1上并且其上具有焊盘2a，该焊盘2a是第一接合点A。引线3的引线回路形成为总体上具有基本三角形形状，并且包括颈部H以及主体部或者大体倾斜的部分S，其中颈部H具有接合到焊盘2a或者第一接合点A的球30，主体部或者大体倾斜的部分S具有接合到引线框架1的引线1a或者第二接合点Z的端部。颈部H和主体部L通过合成弯曲3A连接。所示实施例的这种构造与常规半导体器件近似相同。然而，在所示实施例中，颈部H包括提升部分h，该提升部分h以向着第二接合点Z的方向从接合球30倾斜向上延伸，如图1A和1B所示。颈部H的提升部分h由球30的顶部形成，其在球30接合到第一接合点A时已经进入到毛细管4的开口并且已经成型，如图3所示。
由于引线回路设置在具有提升部分h的颈部H中因此向着第二接合点Z倾斜，与图9B所示的三角形形状的常规引线回路相比，颈部H可以形成为具有减小的高度，并且颈部H不被损坏。因此，引线回路可以形成为具有低轮廓，从而使得半导体器件10的厚度减小。
现在参考图2和4，将描述根据本发明的引线接合方法的实施例，通过该方法得到了图1A和1B所示的半导体器件10。图2示出了毛细管4的移动路径P以及通过引线接合连接到第一和第二接合点A和Z的引线回路的完成状态。
首先，在图4的步骤(a)中，在打开夹具(未示出)的同时降低毛细管4，该夹具用于夹住引线3并且释放该引线，这样形成在引线3尖端上的球30接合到第一接合点A。此时，球30的顶部进入到毛细管4的开口中，并且通过毛细管4的开口变形。由此所得的球30的变形部分形成了引线回路的颈部H的提升部分h。然后，在图4的步骤(b)中，毛细管4倾斜向上移动到点B，同时提供引线3，这样提升部分h向着第二接合点Z倾斜，并且弯曲31形成在提升部分h中。此后，在图4的步骤(c)中，在提供引线3的同时，毛细管4垂直提升到可以按照需要选择的点C。
接着，在图4的步骤(d)中，毛细管4在向着第二接合点Z的方向水平地移动到点C1。结果是，引线3在弯曲31和点C1之间的部分形成为倾斜的，并且弯曲32形成在引线3的该部分的顶部处。然后，在图4的步骤(e)中，在进一步提供引线3的同时，毛细管4垂直提升到可以按照需要选择的点D。
此后，在图4的步骤(f)中，毛细管4以向着第二接合点Z的方向水平移动到点D1。结果是，引线3在弯曲32以及点D1之间的部分形成为倾斜的，并且弯曲33形成在引线3的该倾斜部分的顶部。然后，在图4的步骤(g)中，在提供引线3的同时，毛细管4垂直提升到可以按照需要选择的点E。
接着，在图4的步骤(h)中，执行毛细管4的反向操作，即，毛细管4在与第二接合点Z相对的方向基本上水平地移动到点F。毛细管4从点E到点F的移动形成了引线3中的弯曲3B。此后，在图4的步骤(i)，在传送引线3的同时，毛细管4垂直提升到可以按照需要选择的点G。因此，具有与图2所示的引线回路的倾斜主体部S相对应长度的引线3从毛细管4中提供。
接着，以与上述的常规方法相同的方式执行图4的步骤(j)，以便降低毛细管4从而位于第二接合点Z，使得引线3接合到第二接合点Z上。
在图4的步骤(h)中，执行毛细管4的反向操作以形成引线3中的弯曲3B。可替代的是，毛细管4可以倾斜地降低到点F1，如图5A中的步骤(h＇)所示，从而形成引线3中的弯曲3B。然后，毛细管4以与图4的步骤(i)和(j)相同的方式移动，使得引线回路被提供。在这种情况下，毛细管4沿着图5B所示的移动路径P移动，从而形成引线回路。
在图4的步骤(i)中，毛细管4垂直提升到如上所述的点G。可替代的是，在如图6A所示的步骤(i＇)中提供引线3的同时，毛细管可以倾斜地提升到点G1，并且然后毛细管4降低到第二接合点Z，从而以与图4的步骤(j)相同的方式将引线3接合到其上。在这种情况下，毛细管4沿着图6B所示的移动路径P移动，从而形成引线回路。
顺便说一句，优选的是毛细管4构造成在互连第一接合点A和第二接合点Z的连线基础上定义的360度上的方向上和0到500微米的范围内可移动。另外，通过倾斜向上移动毛细管4或者通过向上然后水平移动毛细管，或者通过向上然后倾斜向下移动毛细管4，可形成每个弯曲31，32，33和3B。
如上所述，在图4的步骤(b)中毛细管4倾斜向上的移动使与接合球30顶部相邻的提升部分h倾斜，因此可提供具有颈部H保持在减小高度的低轮廓的引线回路。另外，由于多个弯曲31，32和33形成在将颈部H和引线回路的主体部S连接的合成弯曲3A的位置上或者在合成弯曲3A附近，因此，可形成低轮廓的引线回路而不对提升部分h或颈部H造成任何的损坏，以及没有通过毛细管4将压碎标记留在引线和/或第一接合点A上的接合球上。在所完成的引线回路中，弯曲31，32，33均作为减小尺寸的弯曲标记留在引线3上。
实验已经发现，在图9B所示的三角形形状的常规引线回路中，防止颈部H损坏的颈部H的高度为120到130微米，而上述根据本发明实施例的引线回路中颈部H的高度为65到70微米。顺便说一句，在根据美国专利申请公开No.2004/0104477的技术中，在其中压碎标记或者部分由毛细管形成在引线或者第一接合点处的接合球上的引线回路中，可能将颈部高度提供为50微米或者更小。
在上述实施例中，分别在图4的步骤(b)，步骤(c)到(d)，以及步骤(e)到()中执行三次形成弯曲31，32和33的操作。这种形成操作可重复小于或者大于三次的多次，使得如期望的在引线的位置上形成多个弯曲。例如，如图7A和7B所示，两个弯曲31和32形成在连接颈部H以及主体部S的合成弯曲3A上的引线3中，或者合成弯曲3A附近。在这种情况下，图4的步骤(c)和(d)中执行的操作可省略。
以这种方式，引线在多个位置处稳定地弯曲。结果是，引线回路的提升部分可以形成为具有比低轮廓的常规引线回路更大的强度，这样可形成位置上稳定并且具有很强的形状保持力的引线回路。
形成在引线3的倾斜主体部S上的弯曲3B这样进行设置，从而防止在将引线3接合到第二接合点Z时主体部S向上延伸。在上述实施例中，引线3的主体部S设置在其中间位置，仅具有一个弯曲3B。然而，多个这样的弯曲可设置在中间位置或者引线3的倾斜主体部S的位置上，和/或设置在第二接合点Z附近的位置上。在图8所示的引线回路的实施例中，两个这样的弯曲3B1和3B2设置在引线3的倾斜主体部S上。
从前面的描述我们可以看见，在根据本发明的引线接合方法中，将第一接合点和第二接合点通过其连接的引线回路设置在具有倾斜提升部分的其颈部上，从而与低轮廓的常规引线回路相比，减小颈部高度并且提供具有增加强度的提升部分。这种构造可提供具有低轮廓的引线回路，其是稳定的并且其形成没有对其颈部造成任何损坏。
尽管参考附图在一定程度上描述了本发明的优选实施例，但根据上述教导可进行显而易见的变形和改变。因此应该理解的是，在所附权利要求的范围内，本发明可实施在除特定描述以外的其它方面。

Claims (14)

1.一种引线回路，包括：
引线，通过其连接第一接合点和第二接合点；
所述引线包括具有接合到所述第一接合点的球的颈部，以及从所述颈部延伸到所述第二接合点的主体部；
其中所述颈部包括提升部分，该提升部分在向着所述第二接合点的方向上从球倾斜向上延伸，并且所述提升部分由所述球的顶部形成，该球的顶部在球接合的时候已经进入到毛细管的开口并且已经成型。
2.如权利要求1所述的引线回路，其中所述引线包括至少一个形成在其所述颈部或所述主体部上的弯曲标记。
3.如权利要求2所述的引线回路，其中所述引线包括所述颈部和所述主体部之间的弯曲；并且
多个弯曲标记形成在所述弯曲上或者所述弯曲附近。
4.一种引线接合方法，用于采用毛细管接合第一接合点和第二接合点之间的引线，包括：
将形成在引线尖端上的球接合到所述第一接合点；以及
然后立即倾斜引线的提升部分，该提升部分从球向所述第二接合点延伸，所述提升部分由球的顶部形成，该球的顶部在将所述球接合到所述第一接合点的时候已经进入所述毛细管的开口并且已经成型。
5.如权利要求4所述的引线接合方法，还包括通过倾斜地向上移动所述毛细管或者通过向上然后水平地移动所述毛细管、或者通过向上然后倾斜地向下移动所述毛细管，从而在从其所述提升部分延伸的引线的一部分上形成至少一个弯曲。
6.如权利要求5所述的方法，其中所述提升部分的倾斜通过倾斜地向上移动所述毛细管而进行，并且包括在引线的所述提升部分上形成弯曲。
7.一种引线接合方法，用于采用毛细管接合第一接合点和第二接合点之间的引线，包括步骤：
(a)将形成在引线尖端上的球接合到所述第一接合点；
(b)接着立即以向着所述第二按合点的方向倾斜地向上移动所述毛细管，从而使在将所述球接合到所述第一接合点的时候已经进入所述毛细管的开口处的引线的第一部分在向着所述第二接合点的方向上倾斜地向上延伸；
(c)接着，在执行回路控制的同时垂直地并且水平地移动所述毛细管，从而在从其第一部分延伸的引线的第二部分上形成至少一个弯曲；以及
(d)此后，在从所述毛细管提供引线和执行回路控制的同时，水平地并且垂直地移动所述毛细管到所述第二接合点上，并且然后将引线接合到所述第二接合点上。
8.如权利要求7所述的引线接合方法，其中在步骤(b)中，在引线的所述第一部分上形成另一弯曲。
9.如权利要求7所述的引线接合方法，其中通过倾斜地向上移动所述毛细管或者通过向上然后水平地移动所述毛细管、或者通过向上然后倾斜地向下移动所述毛细管来执行步骤(c)。
10.如权利要求9所述的引线接合方法，其中重复地执行步骤(c)以在引线的所述第二部分上形成多个弯曲。
11.如权利要求9所述的引线接合方法，其中在步骤(d)中，大尺寸的合成弯曲形成在引线的所述第一部分和所述第二部分之间，所述至少一个弯曲设置在引线上这样的位置上，使得所述至少一个弯曲作为弯曲标记位于所述合成弯曲上或者所述合成弯曲附近。
12.一种半导体器件，包括：
第一接合点；
第二接合点；以及
接合到所述第一接合点和所述第二接合点的引线，从而通过其连接所述第一接合点和所述第二接合点，所述引线包括具有接合到所述第一接合点的球的颈部，以及从所述颈部延伸到所述第二接合点的主体部；
其中所述颈部包括提升部分，该提升部分在向着所述第二接合点的方向上从球倾斜地向上延伸，并且所述提升部分由球的顶部形成，该球的顶部在球接合的时候已经进入毛细管的开口并且已经成型。
13.如权利要求12所述的半导体器件，其中所述引线包括形成在其所述颈部或所述主体部上的至少一个弯曲标记。
14.如权利要求13所述的半导体器件，其中所述引线包括在所述颈部和所述主体部之间的弯曲；并且
多个弯曲标记形成在所述弯曲上或者所述弯曲附近。
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