TWI229022B - Device with electrodes for the formation of a ball at the end of a wire - Google Patents

Description

1229022 玖、發明說明： (一） 發明所屬之技術領域 本發明涉及如申請專利範圍第〗項的前序部分所述的帶 有電極的裝置，用於在線（電線）端部形成球體。 (二） 先前技術 這種裝置用在所謂的引線接合器（Wire B〇nder)l。引線 接合器是一種在半導體晶片安裝到基片之後利用其布線的 設備。引線接合器具有一個細管，它夾在電極臂（horn)的末 5而°細管用於將電線固定到半導體晶片上的接點和基片上 的接點並且引導這兩個接點之間的電線。在形成半導體晶 片上的接點和基片上的接點之間的電線連接時，首先將從 細管突出的電線的端部熔融成球體。隨後，利用壓力和超 聲波將球體固定到半導體晶片上的接點。爲此目的，超聲 波將從超聲換能器施加於電極臂。這種處理過程稱爲球焊 。然後，電極被拉至需要的長度，形成電線圈並焊接於基 片上的接點。該處理過程的最後部分稱爲楔焊。在將電線 固定到基片上的接點之後’扯斷電線可以開始下一個接合。 爲了將從細管突出的電線的端部形成球體，在電線和電 極之間施加高D C電壓從而產生熔融電線的電火花。電線 和電極之間產生電離空氣的電擊穿以及形成電火花時的電 壓稱爲擊穿電壓。 i 目前，市場上流行的用於在電線端部形成球體的裝置公 知的有三種。基於第1 - 3圖說明這三種類型。對於第一種 (第1圖），扁平電極1從引導電線2的細管3下面的一側 1229022 旋轉。利用電極和電線的這種布置，在電線的縱向形成電 火花4。因此電火花4相對於電線對稱形成。這種類型的 優點在於所形成的球體的對性相當高。另一方面，缺點在 於電極的旋入和旋出浪費時間。而且，電極的旋入和旋出 刺激接合頭的擺動。 對於第二種類型（第2圖），具有末端的電極1在細管下 面橫向偏移地布置。利用這種布置，電火花4相對於電線 的縱向軸線不對稱地形成，該電火花趨向於導致不對稱的 球體的形成。但是，這些球體的不對稱性具有主要的方向 。這使得可能和其他手段一起減小不對稱性。另外，相比 於第一種類型，這種布置需要更高的擊穿電壓。由於到位 於裝置下面的將連接指狀件固定在基片上的下夾版的垂直 距離相同，這導致更加經常地發生下夾板上的放電。 對於第三種類型（第3圖），電極1是旋轉對稱的環形電 極。在形成球體之後，細管3下降經過電極。這種布置的 優點在於形成電火花所必須的電壓低於第一種類型。缺點 在於形成電火花4的位置經常變化。利用這種布置形成的 球體具有不對稱的趨勢，不過這些不對稱沒有主要方向。 用於形成球體的另一種裝置從歐洲專利申請E P 5 6 2 2 2 4 可獲知。該裝置具有三個點狀電極，它們單獨地電控制以 便調整流經各個電極的電流。類似的裝置可從U S 4，5 94，4 9 3 獲知。這些裝置同時產生三個或四個電火花。但是，電極 相互之間的定位是一個複雜的作業，因爲必須要確保真正 形成三個或四個電火花。 -6- 1229022 用於形成球體的其他裝置從u S 4，9 0 9，4 2 7和U S 5，0 3 7，0 2 3 可獲知。US 5,03 7,02 3揭示了不同電極的使用，其中第一 €極用於形成球體’第二對電極用於局部地熔融電線的絕 緣部分。第一電極和第二對電極不是結合在一起來形成球 體’它們是依次進入它們的工作位置來獨立地進行它們的 作業。 (三）發明內容 本發明的目的在於改進用於在電線端部形成球體的裝置 ’其特徵在於擊穿電壓盡可能低，並且利用該裝置形成的 球體的尺寸變化盡可能小。 本發明的所述目的利用申請專利範圍第1項的特徵得以 解決。 本發明的裝置具有一個帶有末端的第一電極和至少一個 另外的電極。所有的電極相互機械地剛性連接。第二電極 ，或者另外的電極，影響電線端部和電極之間形成的電場 的級數（progression)。所有的電極電連接在一起並因而處 於同一個電勢上。而且，它們形成並布置爲在任何情況下 第一電極的末端和電線之間的距離小於第二電極或所有其 他電極和電線之間的距離。這樣可以確保只形成單一的電 火花，即在電線和第一電極的末端之間。該至少一個另外 的電極的優點在於相比於在先技術形成明顯較低的擊穿電 壓。從而，可以減小電極和下夾板之間的距離而不會增加 放電的危險。因此，爲了形成球體’不必非要抬高細管， 從而循環時間降低。 1229022 該至少一個另外的電極可以是開放的，即可以具有開放 端，有或者沒有末端。但是，有利地該至少一個另外的電 極是封閉電極，例如環形電極。封閉電極的優點在於擊穿 電壓的分散小於開放電極，這導致球體尺寸的較小的變化。 (四）實施方式 第4圖示出可以用在引線接合器上的用於在電線2的端 部形成球體的本發明的裝置的第一實施例的透視圖。如在 序言中所述，電線2由細管3引導。在接合周期的開始， 電線2的一端從細管3的末端5伸出。現在需要將該電線 端形成球體。該裝置具有三個電極6-8，它們相互機械地剛 性連接並且電連接在一起並因而具有相同的電勢。第一電 極6成型有末端9。當細管3被抬高並且相對於裝置位於 將要形成球體的位置時，第一電極6的末端9位於細管3 的末端下面橫向偏移。第4圖中，第一電極6的末端9位 於細管3的一側’即右側。第一電極7和第二電極8比第 一電極6長並且延伸到細管3的另一側，在第4圖的例子 中延伸到細管3的左側。第二電極7上的任何點和電線2 的端部之間的距離以及第三電極8上的任何點和電線2的 端部之間的距離大於第一電極6的末端9和電線2的端部 之間的最大距離。爲此，必須考慮到從細管3伸出的電線 段的長度受到一定的波動並且該電線段可以指向任何方向 〇 第二和第三電極7和8成型爲沒有邊緣，因爲電場中的 峰値會形成在邊緣上。不過這種限制僅僅對於裝置的電場 -8- 1229022 較大的區域有效。因此這種限制不會應用到電極7和8的 最大程度地離開細管3的末端5的那些部分。因此第二和 第三電極的橫截面優選地爲圓形。 第5圖示出用於引線接合器上的裝置的側視圖。引線接 合器包括具有電極臂1 1的接合頭1 〇，在該電極臂的末端 夾持有細管3。電極臂1 1相對於接合頭1 〇可以沿垂直方 向1 2移動。所謂的下夾板1 3位於裝置下面，利用該下夾 板，其上安裝有半導體晶片1 6的基片1 5的連接指狀件1 4 固定在位。在所示的例子中，三個電極6 - 8位於一個平面 內（僅有電極7可見），該平面平行於下夾板1 3的表面1 7 。但是，也可以將兩個電極7和8布置在不同於第一電極 6的平面內。電極6-8通過絕緣體1 8固定於接合頭1 〇。細 管3下降到半導體晶片1 6上的接點上。 第6圖示出用於在電線2的端部形成球體的本發明的裝 置的第二實施例的透視圖。該裝置只有相互機械地剛性連· 接的第一電極6和第二電極7。第一電極6也具有末端9 。弟一·電極7爲Ϊ5形並且因此是封閉電極。兩個電極6和 7位於一個平面內，該平面在細管3的末端5的下面並平 行於下夾板1 3的表1 7(第5圖）。環形電極7的中心位於細 管3的末端5的下面。第一電極6比從細管3伸出的電線 部分的最大長度長。因此電火花4總是產生在第一電極6 的末端9和電線2之間。電極7的環的邊緣優選地圓整， 即成型爲沒有邊緣。不過，這一特徵在第6圖中不可見。 第7圖示出用於在電線2的端部形成球體的本發明的裝 -9· 1229022 置的第三實施例的透視圖。該裝置也只有相互機械地剛性 連接的第一電極6和第二電極7。第一電極6也具有末端9 。第二電極7包括平行於第一電極6的兩個部分1 9，這兩 個部分由圓弧2 0連接。因此，第二電極7也是封閉電極。 這兩個電極6和7位於一個平面內，該平面在細管3的末 端5的下面並平行於下夾板13的表17(第5圖）。這兩個電 極6和7同樣地尺寸確定爲電火花4總是產生在第一電極 6的末端9和電線2之間。

形成球體之後，細管3下降到開放電極7和8之間（實施 例1)或者經過封閉電極7(實施例2和3)到達半導體晶片16 上的附接球體的對應接點上。

第8圖示出等效電路方塊圖。電線2和第1實施例的電 極6 - 8或者第2和第3實施例的電極6和7通過公知的火 花發生器2 1連接。基本上，火花發生器包括一個恒定電流 源。爲了在電線端部和第一電極6之間形成電火花4，必 須電離它們之間的空氣，直到發生放電並因此形成電火花 4。爲此，在恒定電流源上積聚逐漸增大的直流電壓直到發 生放電。主要有兩個因素決定所形成的球體的大小。一個 因素是電能，當積聚直流電時，該電能產生並存儲在恒定 電流源和電極6 - 8之間的連接電纜中。一旦形成電火花4 ，該電能釋放到被形成的球體內。第二個因素是從形成電 火花直到球體形成過程結束恒定電流源輸送的電流量，它 可以由額定電流強度和持續時間控制。積聚在連接電纜內 並且在形成電火花時存儲並隨後釋放的電能不能控制。本 -10- 1229022 發明的裝置具有如下優點，尤其是當第二電極7是封閉電 極時，一方面，擊穿電壓，另一方面，它的分散比在先技 術相當低。擊穿電壓的極大減小的變化精確地導致存儲在 連接電纜中的電能的變化的減小直到放電並因此還導致所 形成的球體尺寸的減小。 (五）圖式簡單說明 第1 -3圖是用於在電線端部形成球體的在先技術的三種 裝置；

第4-7圖是用於在電線端部形成球體的本發明的裝置的 Ξ種不同實施例；以及 第8圖是等放電路方塊圖。 主要部分之代表符號說明

1 電極 2 電線 3 細管 4 電火花 5 細管的末端 6 第一電極 7 第二電極 8 第三電極 9 帶有末端的第一電極 10 接合頭 11 電極臂 12 垂直方向 -11- 1229022 13 下 夾 板 14 連 接 指 狀 件 15 基 片 16 半 導 體 晶 片 17 下 夾 板 的 表面 18 絕 緣 體 -12-

Claims (1)

1229022 拾、申請專利範圍： 1 . 一種具有在一電線（2)的末端上形成一球體之裝置，其中 電線（2 )從細管（3 )伸出，該裝置包括一個帶有末端（9 )的 第一電極（6 )和至少一個另外的電極（7 ; 8 )，該第一電極（6) 和該至少一個另外的電極（7; 8)相互機械地剛性連接並且 電連接，在第一電極（6)的末端（9)和電線（2 )的端部之間 的距離小於該至少一個另外的電極（7; 8)上的任何點和電 線（2)的端部之間的距離，使得僅僅在第一電極（6)的末端 (9 )和電線（2 )之間形成電火花（4 )。 2 ·如申請專利範圍第1項所述的裝置，包括一個單一的另 外的電極（7 )，它具有封閉的形式。 >13-