SU1731539A1 - Способ формировани проволочной перемычки - Google Patents

Abstract

Использование: производство полупроводниковых приборов, в частности формирование проволочных межсоединений (перемычек) контактных площадок корпуса и кристалла преимущественно многоуровневых , многовыводных СБИС высокой топологической плотности на кристалле Сущность изобретени 1 пропускают проволоку через капилл рное отверстие сварочного инструмента. Устанавливают инструмент в место первой сварки. Выполн ют первую сварку. Поднимают и перемещают инструмент в направлении второй сварки. Пластически деформируют проволоку с помощью деформирующего приспособлени  в верхней точке траектории перемещени  инструмента Обеспечивают расположение изгиба в вертикальной плоскости и примыкание к рабочему торцу инструмента. Перемещают к месту второй сварки и выполн ют вторую сварку. 19 ил.

Description

Изобретение относитс  к производству полупроводниковых приборов, в частности к способу формировани  проволочных межсоединений (перемычек) контактных площадок корпуса и кристалла, преимущественно многоуровневых, многовыводных СБИС высокой топологической плотности на кристалле и может быть использовано в микроэлектронике при автоматической сборке таких полупроводниковых приборов.

Присоединение проволочных выводов к контактным площадкам может осуществл тьс  различными методами сварки (термокомпрессионной ультразвуковой, термозвуковой и др.).

Известны способы монтажа, согласно которым перва  сварка осуществл етс  шариком встык, а втора  - клином внахлестку , при этом последовательность операций следующа : заправить проволоку в инструмент (зажимные губки разжаты); выпустить избыток проволоки (хвостик) из капилл рного отверсти  ниже рабочего торца инструмента и зажать проволоку губками- оплавить хвостик в шарик под рабочим торцом; поместить инструмент над точкой первой сварки; опустить инструмент и произвести первую сварку; разжать губки и подн ть инструмент, перемеща  его в положение над второй точкой сварки; опустить

VI

СО Л

со о

инструмент и произвести вторую сварку; подн ть инструмент на высоту 1,5-2 мм и зажать проволоку губками; оборвать проволоку движением от второй точки сварки с образованием ниже рабочего торца инстру- мента нового подог нутого или пр мого хвостика ; оплавить хвостик с образованием нового шарика дл  выполнени  следующей перемычки (петли),

Описанные способы имеют широкое применение при монтаже золотой проволоки и высокопроизводительны.

Недостатки способов следующие: невозможность монтажа полупроводниковых приборов алюминиевой проволокой инстру- ментом с вертикальным центральным капилл рным отверстием из-за р да трудностей при получении алюминиевого шарика на тонких проволоках диаметром 25-50 мкм; возможность закоротки пере- мычки на край кристалла в случае разварки перемычки (вывода) с корпуса на кристалл или с кристалла на кристалл при разварке гибридных интегральных схем (ГИС) из-за характерного пролегани  перемычки у точ- ки второй сварки, т.е. на кристалле: затруднен ввод рабочего органа контролирующего устройства дл  прикладывани  к перемычке контрольного т нущего усили , что имеет место при приемке некоторых типов полу- проводниковых приборов ввиду недостаточной надежности визуального и других видов контрол .

Известен также способ присоединени  алюминиевой проволоки, согласно которо- му перва  и втора  сварки выполн ютс  инструментом с наклонным капилл рным отверстием клином внахлестку, при этом последовательность операций следующа : заправить г.роволоку в инструмент (зажим- ные губки разжаты); выпустить избыток проволоки (хвостик) из капилл рного отверсти  ниже рабочего торца инструмента и зажать проволоку губками; подогнуть хвостик под рабочий торец: поместить ин- струмент над точкой первой сварки; опустить инструмент и произвести первую сварку; разжать губки и приподн ть инструмент , перемеща  его в направлении капилл рного отверсти  в положение над второй точкой сварки; опустить инструмент и произвести вторую сварку: зажать проволоку губками; оторвать проволоку движением от второй точки сварки: подать проволоку под рабочий торец губками дл  выполнени  еле- дующей перемычки, причем дл  выполнени  очередной перемычки производ т соответствующий поворот сварочной головки или полупроводникового прибора, осуществл   также св занные с этим

необходимые перемещени  по координатам X. Y, что обусловлено необходимостью совпадени  направлени  очередной перемычки и направлени  выхода проволоки из капилл рного отверсти  под рабочий торец инструмента при ее формировании,

Использование данного способа позвол ет осуществл ть проволочный монтаж полупроводниковых приборов преимущественно алюминиевой проволокой, т.е. значительно более дешевым материалом, чем золото , и, кроме того, менее чувствительным к жестким излучени м.

Недостатки указанного способа: низка  производительность (в 2-2,5 раза) по сравнению со способами монтажа оплавленным шариком с использованием инструмента, имеющего вертикальное центрально расположенное капилл рное отверстие; возможность закоротки перемычки на край кристалла при разварке ГИС и СБИС многоуровневых компоновок; затруднен ввод рабочего органа контролирующего устройства дл  прикладывани  к перемычке контрольного т нущего усили .

Известен способ, включающий следующую последовательность операций: заправить проволоку в инструмент центральный капилл р (зажимные губки разжаты); выпустить избыток проволоки (хвостовик) из капилл рного отверсти  ниже рабочего торца инструмента и зажать проволоку губками: подогнуть хвостовик под рабочим торцом: поместить инструмент над точкой первой сварки; опустить инструмент и произвести первую сварку; разжать губки и приподн ть инструмент, перемеща  его и одновременно формиру  петлю к второй точке сварки с перебегом за вторую точку сварки; опустить инструмент на вторую точку сварки с возвращением на величину перебега при прохождении последней четверти пути и произвести вторую сварку; произвести подформовку проволоки в направлении текущей (выполн емой перемычки ); зажать проволоку губками; оборвать проволоку движением от второй точки сварки с образованием под рабочим торцом инструмента подформованного участка (подогнутого хвостика); ориентировать хвостик в направлении последующей перемычки .

Применение способа позвол ет вести высокопроизводительный монтаж полупроводниковых приборов алюминиевой проволокой клином на тех же установках, на которых ведетс  монтаж золотой проволокой шариком.

Недостатки указанного способа; возможность электрического контакта закоротки между смежно расположенными перемычками при встречном пролегании петель так как непредсказуемо направление преобладающих напр жений заклиненной на выходе из круглого капилл рного отверсти  проволоки, что приводит при сварке к выстреливанию петли в произвольном направлении , сравнительно мала  прочность сварного соединени  (мала  площадь сварки алюминиевой проволоки) возможность закоротки на край кристалла при сборке ГИС и многоуровневых СБИС, затруднен ввод рабочего органа контролирующего устройства1 дл  прикладывани  к перемычке контролируемого т нущего усили , так как непредсказуемое пролегание петель сужает просвет и, кроме того, имеетс  характерный вид пролегани , присущий второй сварке, если используетс  инструмент с вертикальным центральным капилл рным отверстием .

Известен способ монтажа полупроводниковых приборов, заключающийс  в следу- ющем: поочередное присоединение проволоки к контактным площадкам корпуса и кристалла; формирование петли межсоединени  с фиксацией рабочим органом прот гиваемой через инструмент проволоки в верхней точке перемычки приложение к перемычке контрольного т нущего усили 

Использование данного способа позвол ет несколько повысить качество монтажа полупроводниковых приборов за счет использовани  результатов контрол  перемычек т нущим усилием, однако универсальностью этот способ не обладает и в силу существующей устойчивой тенденции к повышению топологической плотности на кристаллах и, соответственно, повышению плотности монтажа в особенности при многоуровневых компоновках приборов (СБИС) его использование в этом случае исключено из-за загромождени  рабочей зоны сварки имеющим собственные габариты рабочим органом, формирующим и контролирующим перемычку, а в зоне, примыкающей к рабочей , - габаритами дополнительного устройства с приводом этого рабочего органа

Наиболее близким к изобретению  вл етс  способ монтажа полупроводниковых приборов, включающий следующую последовательность операций заправить проволоку в инструмент (зажимные губки разжаты ); выпустить избыток проволоки (хвостовик ) из капилл рного отверсти  ниже рабочего торца инструмента и зажать проволоку губками; оплавить хвостик в шарик под рабочим торцом инструмента, поместить инструмент над точкой первой сварки, опустить инструмент и произвести первую

сварку конца проволочной перемычки к контактной площадке; разжать губки, чуть приподн ть инструмент вертикально и чуть отвести назад относительно перемычки в горизонтальной плоскости, выполн   на проволоке два небольших изгиба; подн ть инструмент вертикально на рассто ние, превышающее длину перемычки, необходимое дл  присоединени  окончательно сфор0 мировэнной петли перемычки; опустить инструмент, одновременно смеща  в горизонтальной плоскости, к второй точке сварки а затем, изогнув проволоку у рабочего торца инструмента и оставл   за его преде5 лами участок, длина которого равна длине перемычки после окончательного присоединени , произвести завершающее перемещение инструмента в горизонтальной плоскости и вниз к второй точке сварки, что

0 обеспечивает заклинивание и нат жение проволоки после касани  второй контактной площадки; дальнейшим перемещением инструмента вниз произвести присоединение (сварку) участка, наход щегос  под сва5 рочным инструментом к второй контактной площадке, зафиксировать проволоку в инструменте (губки сжаты) и оборвать проволоку при отходе (с подъемом) инструмента от второй точки сварки и с обеспечением из0 бытка проволоки (хвостика) ниже рабочего торца инструмента. В дальнейшем все операции повтор ютс , начина  с операции оплавлени  хвостика в шарик.

При известном способе при петлефор5 мировании используют изгиб с пластической деформацией, при котором у первой точки сварки образуетс  короткий участок, позвол ющий снизить непредсказуемость направлени  выстреливани  текущей вы0 полн емой петли в момент присоединени  к второй контактной площадке.

Недостатки способа-прототипа: неуниверсальность , так как дл  его реализации можно использовать только инструмент с

5 вертикальным центральным капилл ром, в св зи с чем при использовании вместо шарика подогнутого хвостика (сварка алюминиевой проволокой) имело бы место ослабление сварного соединени  или его

0 разрушение; возможность по влени  микротрещин в зоне первого из двух выполненных небольших изгибов у первой точки сварки, так как эта зона подвергаетс  значительным знакопеременным изгибным де5 формаци м (вначале во внешнюю сторону, а затем во внутреннюю сторону в направлении второй точки сварки); затруднен ввод рабочего органа контролирующего устройства дл  прикладывани  к перемычке контрольного т нущего усили ; возможность

закоротки перемычки на край кристалла из- за характерного пролегани  перемычки у точки второй сварки на кристалле при раз- варке ГИС.

Целью изобретени   вл етс  повышение качества проволочных перемычек путем обеспечени  их вертикального положени  и повышени  крутизны схода проволоки к месту второй сварки, в св зи с чем возможно также повышение универсальности установок монтажа, реализующих способ, качества высокоплотного проволочного монтажа и выхода годных.

Поставленна  цель достигаетс  тем, что при способе формировани  проволочной перемычки, включающем пропускание проволоки через капилл рное отверстие сварочного инструмента, установку инструмента в место первой сварки, выполнение первой сварки, подъем и перемещение сварочного инструмента в направлении второй сварки, изгиб проволоки с помощью деформирующего приспособлени , дальнейшее перемещение инструмента к месту второй сварки и выполнение второй сварки, после подъема сварочного инструмента от места первой сварки к верхней точке своей траектории проволоку пластически деформируют , формиру  на ней дополнительный изгиб, расположенный в вертикальной плоскости и примыкающий к рабочему торцу инструмента.

Формирование дополнительного изгиба перед опусканием на вторую точку сварки позвол ет обеспечить достаточную крутизну схода петли на вторую сварку, что сводит на нет возможность закоротки на край кристалла при монтаже ГИС и многоуровневых СБИС, а также повышает удобство ввода рабочего органа дл  прикладывани  к петле контрольного т нущего усили . Повышаетс  универсальность, так как по вл етс  возможность использовани  инструментов с вертикальным и наклонными капилл рными отверсти ми, получать межсоединени  из золота и из алюмини . Исключаютс  закоротки встречно пролегших петель из-за непредсказуемости направлени  выстреливани  выполн емой петли в момент присоединени  к второй контактной площадке дл  различных инструментов, так как подформовка короткого участка, примыкающего к инструменту, идет с пластической деформацией проволоки, защемл емой в трех точках: перва  точка сварки, точка нат жени  и точка примыкани  к рабочему торцу, а плоскость, проход ща  через эти три точки, становитс  плоскостью получаемой петли, формообразование которой идет за счет плавного упругого изгибани  основного участка при перемещении инструмента к второй точке сварки, при этом короткий участок выполн ет функцию рычага.

На фиг.1-4 показана последовательность вспомогательных технологических операций - заправка проволоки и создание ее избытка под рабочим торцом на примере использовани  инструмента с вертикаль0 ным центральным капилл ром; на фиг.5-7- то же, с наклонным капилл ром (заправка сзади); на фиг.8-10 - то же. с наклонным капилл ром (заправка спереди); на фиг.11- 16 - дальнейша  последовательность ос5 новных технологических операций - приварка конца межсоединени  к первой точке сварки, петлеформирование, приварка второго конца межсоединени  к второй точке сварки, контроль петли т нущим уси0 лием; на фиг.17 - разрез А-А на фиг.16; на фиг. 18 и 19 - схема осуществлени  способа с использованием дл  подформовки инструментов с наклонным и вертикальным капилл рами .

5Сущность способа заключаетс  в следующем (рассматриваетс  на примере с использованием инструмента с наклонным капилл рным отверстием дл  заправки спереди , что использование других.инструмен0 тов аналогично).

Первоначально после заправки в капилл рное отверстие инструмента 1 (фиг.1, 5 или 8) проволоки 2 обеспечивают образование под рабочим торцом инструмента 1 до5 статочного дл  образовани  сварного соединени  количества материала проволоки 2 в виде подогнутого хвостика (фиг,4 или 7) либо сплавленного шарика (фиг.З), образованного электрическим разр дом (U)

0 либо пламенем горелки. Затем проволоку фиксируют в инструменте зажимными губками и устанавливают инструмент 1 в точку первой сварки над контактной площадкой корпуса 3 (фиг.11). Опускают инструмент и

5 производ т первую сварку (фиг.12). Разжимают губки и, сообразу сь с направлением капилл рного отверсти , чтобы сохранить в нем свободное состо ние проволоки, поднимают инструмент 1 на высоту L, большую

0 длины развертки петли данного межсоединени  (фиг. 13) и перед перемещением инструмента 1 в точку к второй точке сварки - к контактной площадке кристалла 4 (фиг.14, или 19) нат гивают проволоку усилием F,

5 формиру  на ней дополнительный короткий участок (изгиб) длиной I, примыкающий непосредственно к рабочему торцу инструмента 1, расположенный под пр мым углом к основному участку петли длиной L-I, т нущемус  от первой точки сварки без изгиба.

После начала пластической деформации при изгибе нат жение прекращают (в дальнейшем процессе переформировани  будет сохран тьс  полученна  от этой первоначальной деформации ориентаци  плоскости петли), затем инструмент опускают на контактную площадку кристалла 4 (фиг. 15) и производ т вторую сварку После этого при отводе инструмента с подъемом от второй точки сварки проволоку зажимают губками и производ т отрыв с образованием хвостика (фиг. 16„ положение I). Далее под сформированную петлю межсоединени  подвод т рабочий орган (крючок) инструмента 1 (фиг.16. положение II; фиг.17, положение в) и прикладывают контрольное т нущее усилие Р. при этом возможно увеличение высоты h петли на величину Ah за счет изменени  ее формы. Анализ результатов контрол  осуществл етс  внешним устройством . Затем крючок инструмента вывод т из-под петли и устанавливают либо в исходное положение (если данное межсоединение было последним в развариваемом полупроводниковом приборе или если результат контрол  отрицателен), либо в поло- жение над точкой первой сварки следующего межсоединени . В дальнейшем автоматически повтор ют описанную последовательность операций до полной разварки полупроводникового прибора.

Прикладываемое т нущее усилие Р (фиг.16, положение II; фиг.17 положение в) может служить дл  контрол , дл  петлефор- мировани , дл  создани  надежного электрического контакта между токопдово- д щими поверхност ми инструмента и проволочного межсоединени  при проведении активного электрического контрол  каждого производственного межсоединени .

Способ предлагаетс  использовать на автомате присоединени  проволочных выводов ЭМ-4240 дл  монтажа многовыводных (до трехсот выводов) многоуровневых (до п ти уровней) СБИС в керамических корпусах в штырьковом и планарном выполнении внешних выводов с кристаллами высокой топологической плотности и различных типоразмеров. Универсальность способа позвол ет использовать его на автомате при монтаже алюминиевой или золотой проволокой диаметром 25-30 мкм. примен ть дл  введени  энергии в рабочую зону сварки термокомпрессию, ультразвук, термозвук, использовать инструменты с вертикальным центральным капилл ром и с наклонным капилл ром.

Сварочна  головка автомата перемещением инструмента и петлеформировател  после завершени  подъема инструмента от

первой точки сварки (к контактной площадке керамического корпуса СБИС) и перед его перемещением к второй точке сварки (к контактной площадке кристалла) образует 5 дополнительный короткий участок (изгиб) проволоки, примыкающий к торцу инструмента и обеспечивающий достаточную крутизну подхода проволоки к контактной площадке на кристалле, что позвол ет повы0 сить удобство ввода миниатюрного крючка инструмента под петлю дл  прикладывани  к ней контрольного т нущего усили  и исключить закоротки на край кристалла. Кроме того, следует отметить возможность и необ5 ходимость проведени  лишь активного контрол  (провер ет каждую петлю перед разваркой следующей) т нущим усилием по следующим причинам: финишный контроль многовыводных, многоуровневых приборов

0 невозможен из-за высокой плотности монтажа (фиг. 17, положени  а, б, в), что обусловлено малым шагом между контактными площадками на кристалле (до 70 мкм); в зависимости от требований, предъ вл емых

5 заказчиком к изготавливаемым полупроводниковым приборам (в данном случае многоуровневых , многовыводных СБИС), и анализа результатов активного контрол  прочности каждой петли межсоединений

0 внешнее устройство управлени  автомата либо адаптивно измен ет режимы введени  энергии в зону сварки, величины и динамику перемещений, либо останавливает процесс монтажа ввиду брака прибора.5Предлагаемый способ формировани 

проволочных межсоединений позволит обеспечить вертикальное положение перемычек и повышенную крутизну схода проволоки к месту второй сварки, что, в свою

0 очередь, позволит повысить универсальность установок проволочного монтажа перемычек , качество высокоплотного монтажа и выхода годных за счет облегчени  возможности 100%-ного контрол  качества привар5 ки перемычек т нущим усилием.

Claims (1)

1. Формула изобретени  Способ формировани  проволочной перемычки , включающий пропускание проволоки через капилл рное отверстие

   0 сварочного инструмента, установку инструмента в место первой сварки, выполнение первой сварки, подъем и перемещение сварочного инструмента в направлении второй сварки, изгиб проволоки с помощью дефор5 мирующего приспособлени , дальнейшее перемещение инструмента к месту второй сварки и выполнение второй сварки, отличающийс  тем, что, с целью повышени  качества перемычки за счет обеспечени  ее вертикального положени  и повышени  крутизны схода проволоки к месту второй сварки , после подъема сварочного инструмента от места первой сварки к верхней точке своей траектории проволоку пластически

   деформируют, формиру  на ней дополнительный изгиб, расположенный в вертикальной плоскости примыкающий к рабочему торцу инструмента.

   ГиВкц

   Фиг. У

   Фаг. 2

   4

   Фиг б

   Риг.6

   Фщ S

   Фиг Э

   JUu

   т ас

   Фиг. 5

   Фиг.Ь

   Y

   Фи2

   Фиг 10

   Фиг. //

   v;

   Й/г. /4

   йл./2

   Фиг. &

   /

   #/. /5

   У

   Ч

   гк

    

   5 f

   Фиг. 4

   4-1 48

   А-А

   h

   У

   Фиг. 49