CN201238044Y - 一种应用于半导体器件生产的新型金属线焊接打火电极 - Google Patents

一种应用于半导体器件生产的新型金属线焊接打火电极 Download PDF

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Abstract

本实用新型公开了一种应用于半导体器件生产的新型金属线焊接打火电极，包括金属管和打火平板，其特征是：在所述打火平板上的中心位置安装有相互导电的导向凸点，所述导向凸点顶端的打火面为外凸球形面。由于采用导向凸点对打火电流进行引导，使打火位置与焊球位置保持相对固定，所以无论金属线线尾是否弯曲或卷曲，都能确保焊接金属线线尾处于打火位置(即打火面)的正上方；将打火面设置为外凸球形面，可以在相同的打火参数设定下，产生高稳定性与高一致性的焊球。

Description

一种应用于半导体器件生产的新型金属线焊接打火电极
技术领域
本实用新型涉及一种应用于半导体器件尤其是小信号半导体器件生产的焊接装置，特别涉及一种能够引导打火电流方向、固定打火点位置、尤其适用铜线焊接的新型金属线焊接打火电极。
背景技术
随着国际原材料市场价格不断上涨，如何有效控制制造成本、降低生产费用已经成为半导体器件尤其是小信号半导体器件生产企业日益重视的课题。为了降低成本，目前世界上涌现出许多新技术，铜线技术就是其中一种。所谓铜线技术，是指在小信号半导体封装工艺中，用同样直径的铜线替代传统工艺中使用的金线。在传统工艺中，连接芯片和管脚的材料是金，金的质地柔软、延展性极好、电阻很低并且化学结构非常稳定，是理想的小信号半导体封装连接材料。但是，金是贵金属，金线在小信号半导体封装的成本组成中占到15％，如果用铜线替代金线，成本能降低60％，从而使总成本降低7％。从技术上讲，铜的电阻还低于金，但是延展性、硬度特别是化学结构稳定性上不如金。要实现用铜线替代金线，牵涉到一系列的技术改进和创新。
在铜线焊接工艺中，形成焊球是关系到焊接质量的关键步骤。焊球的尺寸、形状以及氧化程度会直接影响到铜线焊接的质量。目前小信号半导体器件铜线焊接工艺采用的是日本公司设计的平板式通气打火电极，由一根金属管、一块打火平板及相应的固定组件构成。金属管的作用是通过保护气体(氮气)，打火平板的作用是打火以及约束保护气体。在焊接时，劈刀停留到打火电极上方处，并在劈刀下方留下一段铜线的线尾。打火电极移动到劈刀正下方时，由打火回路产生高压，击穿空气对铜线线尾打火，铜线线尾在打火产生的高温作用下熔融成一个焊球，焊球的直径由线尾长度和打火电流决定。在整个过程中，打火电极上的金属管一直喷出氮气，让焊球在形成过程中与氧气隔绝以降低氧化的风险。打火电极打火的位置，理论上是线尾到打火杆的最短直线位置即打火平板的中心位置。但是在实际应用过程中，线尾并不是垂直于打火平板的。线尾的形成是劈刀在第二焊点时剪切而成，由于应力的作用线尾呈一定的弯曲状，而且弯曲的程度是随机的，使得线尾末端位置不固定，从而造成线尾到打火杆的最短直线位置发生变化，即打火位置变化。当打火位置移动到接近打火平板边缘时，由于尖端放电原理，打火位置会移动到打火平板的边角；当打火位置移动向金属管一侧时，实际打火点可能转移到金属管上；甚至当线尾卷曲时，打火电极会对底板或金属管(0电位)打火，直接造成焊接失效。打火位置的不固定导致了打火电流的差异从而影响到焊球的直径，当电流过小时焊球不能充分熔融，还会形成锥形球，导致焊接失效。
发明内容
本实用新型的目的就在于为了解决上述问题而提供一种应用于半导体器件生产的新型金属线焊接打火电极，这种打火电极能够引导打火电流方向、固定打火点位置，有利于形成高质量和高一致性的焊球。
为了实现上述目的，本实用新型采用了以下技术方案：
本实用新型包括金属管和打火平板，在所述打火平板上的中心位置安装有相互导电的导向凸点，所述导向凸点顶端的打火面为外凸球形面。导向凸点的设置可以确保导向凸点与焊接金属线(如铜线)线尾之间的距离为最短距离，从而使打火位置固定在导向凸点顶端。由于打火位置与劈刀位置相对固定，所以无论金属线线尾是否弯曲或卷曲，都能确保焊接金属线线尾处于打火位置(即打火面)的正上方，从而使最后形成的焊球位置也相对固定，在相同的打火参数设定下，可以产生高稳定性与高一致性的焊球。将打火面设置为外凸球形面，其目的也是实现焊球的高一致性。
作为本实用新型的最佳结构，所述导向凸点的高度与所述金属管内壁的最低点高度相同或基本相同。导向凸点的高度过低会降低电流导向效果，得不到最佳焊接效果；导向凸点的高度过高会减弱氮气保护效果，有焊接点被氧化的危险。
根据实际应用情况，所述导向凸点的主体形状可以采用上小下大的圆锥体形。这种形状是比较理想的形状，合理利用尖端放电原理，实现最佳焊接效果。
另外，所述导向凸点的主体形状也可以采用圆柱体形、外凸球面体形或内凹球面体形。这些形状也能达到差不多的焊接效果，根据加工工艺和审美观念来选择其具体的形状。
作为本实用新型的进一步改进，除与所述导向凸点连接的连接面外，在所述金属管和打火平板的外壁均设置有耐高压绝缘层。耐高压绝缘层用于防止打火电极对焊接金属线以外的零电势物体(包括打火平板和金属管)打火，从而避免了焊接失效、断线及由此引起的材料和产能损失。针对焊接区的高温高压环境，所述耐高压绝缘层最好采用耐高温120℃以上、耐高压5000伏以上的合成有机绝缘耐热瓷漆涂层。
本实用新型的有益效果在于：
与原有技术相比，本实用新型具有以下优点：
1、本实用新型的外表面采用绝缘材料涂覆，防止打火电极对金属线(如铜线)以外的零电势物体打火，避免了焊接失效、断线及由此引起的材料和产能损失；同时采用导向凸点对打火电流进行引导，使打火位置与焊球位置保持相对固定，形成高稳定性与高一致性的焊球。
2、本实用新型仅仅通过适当改变打火电极的结构并涂覆绝缘层，就解决了现有技术的难题，其结构简单、使用方便。
3、本实用新型安装方便、调整简单，因为在设计时已经考虑了打火位置的问题，实际应用中总的安装调整时间比原设计降低60％，在金线与其它金属线(如铜线)产品切换频繁的场合，可有效提高生产效率。
4、本实用新型尤其适用于铜线焊接，当然也适用于任何高压放电熔球的金属线焊接，其应用范围很广。
附图说明
图1是本实用新型应用时的主视结构示意图；
图2是本实用新型应用时的左视结构示意图；
图3是图1中的A-A剖视图；
图4是本实用新型应用时的左视结构示意图之二；
图5是本实用新型应用时的左视结构示意图之三；
图6是本实用新型应用时的左视结构示意图之四。
具体实施方式
下面以铜线作为焊接金属线为例，结合附图对本实用新型作进一步说明：
如图1和图2所示，本实用新型包括金属管3和打火平板8，在打火平板8上的中心位置安装有相互导电的导向凸点6，导向凸点6顶端的打火面5为外凸球形面。导向凸点6的设置可以确保导向凸点6与焊接铜线线尾2之间的距离为最短距离，从而使打火位置固定在导向凸点6的顶端即打火面5上。
如图1和图3所示，导向凸点6的高度与金属管3内壁的最低点高度相同或基本相同。导向凸点6的高度过低会降低电流导向效果，得不到最佳焊接效果；导向凸点6的高度过高会减弱氮气保护效果，有焊接点被氧化的危险。
如图3所示，除与导向凸点6连接的连接面外，在金属管3和打火平板8的外壁均设置有耐高压绝缘层9，针对焊接区的高温高压环境，耐高压绝缘层9采用耐高温120℃以上、耐高压5000伏以上的合成有机绝缘耐热瓷漆涂层。耐高压绝缘层9用于防止打火电极对焊接铜线以外的零电势物体(包括打火平板8和金属管3)打火，从而避免了焊接失效、断线及由此引起的材料和产能损失。
根据实际应用情况，如图2所示，导向凸点6的主体形状可以采用上小下大的圆锥体形。这种形状是比较理想的形状，合理利用尖端放电原理，实现最佳焊接效果。
如图4所示，导向凸点6的主体形状也可以采用圆柱体形；如图5所示，导向凸点6的主体形状也可以采用外凸球面体形；如图6所示，导向凸点6的主体形状也可以采用内凹球面体形。这些形状也能达到差不多的焊接效果，具体根据加工工艺和审美观念来选择其具体的形状。
结合图1、图2和图3，金属管3的作用是通过保护气体(氮气)，打火平板8的作用是约束保护气体，导向凸点6的作用是打火；劈刀1停留到打火电极(即本实用新型)的上方处，并在劈刀1的下方留下一段铜线线尾2。在焊接时，打火电极(即本实用新型)移动到劈刀1的正下方时，由打火回路产生高压，导向凸点6顶端的打火面5击穿空气对铜线线尾2打火，铜线线尾2在打火产生的高温作用下熔融成一个焊球，焊球的直径由铜线线尾2的长度和打火电流决定。在整个过程中，金属管3一直喷出氮气，让焊球在形成过程中与氧气隔绝以降低氧化的风险。
由于打火位置即打火面5与劈刀1的位置相对固定，所以无论铜线线尾2是否弯曲或卷曲，都能确保铜线线尾2处于打火位置即打火面5的正上方，从而使最后形成的焊球位置也相对固定，在相同的打火参数设定下，可以产生高稳定性与高一致性的焊球。

Claims (8)

1、一种应用于半导体器件生产的新型金属线焊接打火电极，包括金属管和打火平板，其特征是：在所述打火平板上的中心位置安装有相互导电的导向凸点，所述导向凸点顶端的打火面为外凸球形面。
2、根据权利要求1所述的应用于半导体器件生产的新型金属线焊接打火电极，其特征是：所述导向凸点的高度与所述金属管内壁的最低点高度相同或基本相同。
3、根据权利要求1或2所述的应用于半导体器件生产的新型金属线焊接打火电极，其特征是：所述导向凸点的主体形状为上小下大的圆锥体形。
4、根据权利要求1或2所述的应用于半导体器件生产的新型金属线焊接打火电极，其特征是：所述导向凸点的主体形状为圆柱体形。
5、根据权利要求1或2所述的应用于半导体器件生产的新型金属线焊接打火电极，其特征是：所述导向凸点的主体形状为外凸球面体形。
6、根据权利要求1或2所述的应用于半导体器件生产的新型金属线焊接打火电极，其特征是：所述导向凸点的主体形状为内凹球面体形。
7、根据权利要求1所述的应用于半导体器件生产的新型金属线焊接打火电极，其特征是：除与所述导向凸点连接的连接面外，在所述金属管和打火平板的外壁均设置有耐高压绝缘层。
8、根据权利要求7所述的应用于半导体器件生产的新型金属线焊接打火电极，其特征是：所述耐高压绝缘层为耐高温120℃以上、耐高压5000伏以上的合成有机绝缘耐热瓷漆涂层。
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