TWI295080B - System for reducing oxidation of electronic devices - Google Patents

Description

1295080 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 【發明所屬之技術領域】 〃本發及-種在轉體件裝_財使得電子器件的 减減到最少的裝置和方法’該電子器件由特定的活性金屬製 成’如引線練或者其他載體(carriers)。本發日月尤其可用於使 用銅或者銅合金引線框的鱗波導線連接，也可以廣泛應用于其 他領域。 【先前技術】 • ▲半導則線框架驗製造特定半導_裝件的基底，一般地 .說’引線框是由鐵合金製造的。然而，隨著對高性能小型化封裝 的不斷需求，更多的活性金屬特別是銅合金引線框越來越廣泛應 _用於半導體封裝。這些銅合金引線框比鐵合金引線框具有更大誘 惑力的原岐由於其具有良好的散熱性、良好的加球和低成本 的口素#方面’銅合金的缺點是當在高溫空氣下暴露於氧中 時易於氧化（即，銅與氧反應生成氧化銅）。這種氧化導致氧與 引線框表面上的原子形成弱的鍵連接，和脆性層和/或不良的吸附 氧化物。這樣，氧化導致了微電子封裝的可靠性問題。 在典型的半導體封裝過程中，導線鍵合（接合）時的氧化問 題更加敏銳’其中導電鍵合導線被鍵合到半導體晶粒和引線框的 接觸表面以在二者之間建立電氣連接。通常利用超聲波轉換器

1295080 (ultrasonic transducer)產生具有外部壓力的機械振動來鍵合 導線到半導體晶粒和彳丨雜喊面，來完成鍵合。絲，在此過 程中產生的齡氧化⑽框的表面，形成絲或不可靠鍵合。因 此，導線鍵合過程中的氧化應當被避免或減輕。 典型的導線鍵合機採用視窗夾具，其通常設計成矩形，便於 牢固地夾住引線框_板上。防止引線框氧化的上的方法是 導入大量的惰性氣體，-般為氮氣，到引線框架，多種設備應用 於此。在—典型的設射，引線框㈣—部分面積被夾具的秘 覆蓋而得咖對較好_氧化賴，在視該具捕的作為鍵合 區的部分留下^^口。鍵合區暴露在環境巾，祕生氧化。 一種導入氮氣的方法是相鄰於鍵合區設置有一個或多個嘴 嘴’以喷吹氮氣醜合區（圖1)。鍵合區周騎境巾的氮氣可以 避免在高_合溫度下引線框發生氧化反應。但是 伟 在喷嘴開口周圍產生負壓’而向噴嘴開口處吸收空氣。幾分鐘後， 由於從大氣中吸人的氧與所排蚊氣的混合，觸了喷嘴的作用。 具有防氧化裝置的鍵合機"所公開的美國專利 元件由兩根導管組成，該導管安裝于鍵合平邊 成有排氣孔，並且其終端由一塊體所封閉以防止 另-種導人氮氣的方法是專利號為5 265 ?88、發明名稱為"

以防止向導管供給氣體 工件周圍產生了均衡的

的回、m此’在鍵合平臺上所放置的加工件 氣體，而防止了該加工件的氧化 1295080 年月 日修(更)正赞.換頁丨 在負壓，如上所述，因此氧氣從空氣中被吸入以致降低了該元件 的有效性。

再-種導人氮氣的方法是在頂板上設有—贼多個氣體鼓送 出口（gas blower outlets)，頂板上放置引線框架以便氣體噴 射到鍵合區（圖2)。這種方法的缺點是製造商很難製造一個帶有 許多作為氮氣出π的小孔的頂板，需要牢記的是頂板的表面必須 絕對平坦，以便在其上能夠有效地完成導線鍵合。 ' 这種设rf*也有圍繞頂板出口產生負壓關題。過—段時間， 負壓引起空氣中的氧被吸入到開口，與氣氣相混合，而減輕保護 的有效性。另外’應當引起注意的是這種方法僅在引線框的表面 自身具有讓氣體進入導線夾具内的鍵合區的通孔時，才發揮作 用。如果沒有這樣的通孔，此種方法無效。

又-種方歧_-個移動蓋子，與第—種方法和/或第二種 錄結合⑽），其目岐盡可能地防止氮氣從鍵合區跑掉。該移 動蓋子，、有讓作為鍵合部件的毛細管伸到鍵合區的通孔。但是， 導雜。機附件（特別是導線鍵合機的鍵合頭）的增加，影響了 鍵t機的鍵合效率。蓋子也影響引線框鍵合時操作者的視t例 如當鍵合導線_時，無法接近鍵合區。當鍵合區大時，蓋子的 寸大$外备導線夾具移開來釋放引線框時，會發生導 失具碰撞飾蓋子_情。 ^生導線 7

因此，本發明的目的是在鍵合過程中使得引入惰性氣體到半 導體器件的氣體出口周圍形成的負壓最小。 1295080 【發明内容】 根據本發明的P方面，提供少轉龍件氧化 的系統’包括：固定ϋ件’祕將辭導體器件固定於平臺上， 其包含有位於該固定器件上的開口以用於提供通向該半導體器件 將被加熱的區域的通道；空腔，其和該開口相連；以及氣體入口， 其和該空腔進行流動傳送以向該空腔提供惰性氣體，藉此以通過 該空腔傳送惰性氣體到該開口。 根據本發明的第二方面，提供一種用於減少半導體器件氧化 的方法’包括以下步驟：利賴定||件將該半導體器件固定於平 量上，該固定H件包含有開σ ;在該半導體器件將被加熱的區域 上方定位該固定ϋ件㈣Π，以提供通向那裏的通道；提供和該 開口相連的空腔，將惰性氣體提供給該空腔；以及通過該空腔傳 送惰性氣體到該開口。 參閱描述本發明的實施例的附圖，來描述本發明是很方便的。附 圖和相關的描述不能理解成是對本發明的限制，本發明的特點限 疋在權利要求書中。 【實施方式】 參見附圖所示’相同的部件採用相同標記。圖1是現有技術

1295080 的第一個例子，為惰性氣體，在本案中為氮氣(N?)通過一個窗口 夾具106中的喷嘴108被導入到引線框104的鍵合區100的截面圖。 附著在引線框104上的晶粒102完全位於窗口夾具106的開口的中 心部位，以完成導線鍵合，而實現晶粒102與引線框104的電接觸 連接。 當導線鍵合工序進行時，氮氣通過喷嘴108被泵壓到鍵合區 100 ’讓氮氣在鍵合區域充滿環境，從而在焊接過程中保護引線框 不被氧化。然而，由於喷嘴的緣故，將在喷嘴108的開口附近產生 低壓，這樣來自大氣中的氧氣（Ο?)被吸入並與氮氣相混合。結果， 通過將氮氣壓縮到鍵合區域以防止氧化的效果被減弱。 圖2是現有技術的第二個例子，為氮氣通過攜帶引線框的 頂板110上的氣體出口 112被導入到鍵合區1〇〇的截面圖。在該設計 中，氮氣從引線框104的下面導入，這僅在引線框丨〇4上具有允許 氮氣通過並導入到鍵合區100的開口時才是適用的。 除此之外，向鍵合區100中吹入氮氣，氮氣也可通過第二開口 116被吹到引線框104的、位于窗口夾具1〇6和在鍵合區1〇〇之外的 頂板110之間的區域114，即使由於區域114很少暴露在大氣中而使 得這些區域114不是苛求的。這樣其他裝置可以單獨用於導入氮氣 到區域114。 儘管這樣’在此a又计中噴嘴效應依然發生，氧被吸入到該出 口進入鍵合區100，因而減弱了裝置的有效性。 9 1295080 "供物》r如一.抑心晰欲一g 圖3是現有技術的第三個例子，為移動蓋子12〇位於窗口夾具 106的上方以將氮氣储在鍵合區1軸防止其跑掉喊面圖。移 動蓋子120具有航122 ’該通孔讓攜帶有鍵合導線的毛細管124穿 過該移動蓋子120。當進行導線鍵合操作時，一個熄火部件 (flame-off device) 126產生電火花形成一個焊球鍵合（baU bond)。移動蓋子120裝配於導線鍵合機的焊頭上，以便與焊頭一 参起移動。一個光學部件128用于形狀識別（pr : Pattern

Recognition)。氮氣通過喷嘴入口 112通向頂板11〇上的出口以及 氣體的第二入口 116被導入鍵合區1〇〇。 圖4是根據本發明的第一實施例，為用於將惰性氣體，如氮氣 - 導入到開口17的系統的截面圖，該開口通向鍵合區。一半導體 ， 器件，如裝載有晶粒18的引線框12的形式，被放置於引線鍵合機 的平臺或者頂板14上。該頂板14包含有加熱元件以提升引線框12 φ 的溫度。將以窗口夾具16形式存在的固定器件夾住引線框12以將 其固定在頂板14上。該窗口夾具16的開口 17位於引線框的上方以 提供通道到該鍵合區，在此通過由頂板14加熱以及通過由導線鍵 合操作進行超聲波焊接來將引線框12加熱。這樣，包含有晶粒μ 和部分引線框12的鍵合區被顯露以用於導線鍵合。 该窗口炎具16構造有空腔22 (cavity)和出口，該空腔和該 開口 17相連，該出口將該空腔22和開口π相連。一蓋體2〇被用在 該窗口夾具16的上表面上，以封蓋該空腔22和限制其在包含氧氣 1295080 . 蜂8月2'日_正薇頁ί "丨_丨_丨丨|_I丨丨抑抑丨丨丨—丨〒嗜· (0D的普通大氣中的暴露。該蓋體也用來將氮氣引向該開口 17， 如下所述。 該窗口夾具16内部也包含有很多管道24以將氮氣導入到該空 腔22中。它們的如此設計以便於在氮氣通過空腔22之後被傳送到 該開口 17中。當氮氣從該窗口夾具16外部的氣源引入時，其通過 該窗口夾具16内的氣體入口26流入。該氣體入口26、空腔22和開 口 17相互之間處於流動傳送。更加優越的是將由管道24提供的氮 氣引導離開該連接空腔22和開口 17的出口。因此，氮氣不是直接 喷吹於開口 17中，以便於減少在引線框12周圍所產生的負壓。在 本設計中，氮氣供應是對準於該蓋體20，該蓋體然後將氮氣轉入 該開口 17中。在所說明的本設計中，該空腔22的截面面積完全大 於該管道（conduit) 24的截面面積，以便於降低從空腔22引入開 口 17中時的氮氣壓力，其是和從管道24引入空腔22中時的氮氣壓 力相比較。 在該窗口夾具16的底面位於該窗口夾具16和頂板Η或平臺之 間存在一凹部（hollow space) 28。該凹部28接收來自該氣體入 口26的氮氣’並用於將氮氣通過管道24導引入空腔22。另外，凹 部28同時也將氣氣分配給開口 17之外引線框12上的其他部位，以 致引線框12的這些部位避免氧化。在凹部28遠離鍵合區17的一 端，該凹部28可直接通向普通大氣之外。 在氣體入口 26的氣體供應和開口 17中間使用該空腔22的一個 1295080 降8月2%修⑵正替換頁i

— ….— I 優點是：當氮氣被引入開口 17的時候，其在大面積區域上有利於 提供氮氣的均勻分配。已經查明其有效地降低了出口區域周圍的 負壓，氮氣通過該出口區域被引入開口 17從而引入鍵合區，反之， 可引起負壓的管道24設置於更遠離普通大氣的位置。依此，由於 消除了氧氣和氮氣相混合的難題，在導線鍵合時防止引線框12氧 化的氮氣效力被提高。 _ 圖5是根據本發明的第二實施例，為用於導入氮氣到開口π的 系統30的截面圖，該開口通向鍵合區。在本實施例中，引線框12 再一次放置於頂板32的頂部，同時窗口夾具34夾緊在引線框12上 以將其固定。晶粒18和引線框12的一部分被顯露在鍵合區以進行 導線鍵合。但是，和第一實施例的不同之處在于：氮氣是從頂板 32上形成的氣體通道36被引入的。該氣體通道36和氮氣氣源相連 接。為了實施本實施例，該引線框12最好應該具有通孔，以使得 ^ 氮氣從頂板32流向引線框12的頂面或鍵合表面。 本實施例所述的窗口夾具34同時形成有一空腔22，其和通向 鍵合區的開口 17相連通，氣體管道24形成於該窗口夾具34内並從 該窗口夾具34内部通向空腔22。該空腔22由一蓋體2〇所封蓋，該 蓋體放置於該窗σ夾具34的頂面上方。在該窗口夾具34的底面位 於該窗口夾具34和頂板32或平臺之間存在一凹部28。該凹部從和 開口17相連接。來自該氣體通道36的氮氣流人該凹部28，並向鍵 合區和開口 17分散開來，以及在相對的—端通向該窗口夾具料之 12 年月日修(更)正替換貝丨 」 1295080 外的普通大氣。 向該開口 17散佈的一部分氮氣直接地流動穿越到該開口丨7， 另一部分氮氣通過連接空腔22和凹部28的氣體管道24被引導入空 腔22。氮氣從該空腔22中向開口 17和鍵合區傳送。 該第一實施例和第二實施例可以合併使用，這樣同時通過窗 口夾具16和頂板14將氮氣引入。和現有技術相比，本較佳實施例 所描述的不同方法有助於更長時間地降低氧化反應。 使用本發明上述的實施例，可以發現，由於輸送氮氣的氣體 喷嘴或者管道引起鍵合區附近產生負壓的問題得到了緩和。因 此’該系統減少待鍵合詩上氧化反應的能力得到了顯著的提高。 本發明在所具體描述的内容基礎上很容易產生變化、修正和 補充’可㈣解的是所有這錢化、修正和補转包括在本發明 的上述描述的精神和範圍内。 一本《明涉及種在半導體封裝件裝配過程中使得電子器件的 ^化減到最少的褒置和方法’該電子器件由特定的活性金屬製 柏如引線框架或者其他載體(carriers)。本發明尤其可用於使 :或者銅合金弓丨線框的超聲波導線連接，也可 于其 他領域。 13

1295080 【圖式簡單說明】 圖1是現有技術的第一個例子，為氮氣通過窗口夾具中的喷嘴被導 入到引線框的鍵合區的截面圖； 圖2是現有技術的第二個例子，為氮氣通過攜帶引線框的頂板 上的氣體出口被導入到鍵合區的截面圖； 圖3是現有技術的第三個例子，為移動蓋子位於窗口夾具的上 方以將氮氣保持在鍵合區防止其跑掉的截面圖； 圖4是根據本發明的第一實施例，為用於導入氮氣到鍵合區的 系統的截面圖； 圖5是根據本發明的第二實施例，為用於導入氮氣到鍵合區的 系統的截面圖。 【主要元件符號說明】 10系統 12引線框 14頂板 16窗口夾具 17開口 18晶粒 20蓋體 22空腔 24管道 1295080

H2T 年月 ，(更)正赞換頁丨 26氣體入口 28凹部 30系統 32頂板 34窗口夾具 36氣體通道 100鍵合區 102晶粒 104引線框 106窗口夾具 108喷嘴 110頂板

112氣體出口 /喷嘴入口 114區域 116第二入口 120蓋子 122通孔 124毛細管 126熄火部件 128光學部件 15

Claims (1)

1295080 擎⑻S3 申請專利範圍·· 1、一種用於減少半導體器件氧化的系統，包括： 一固定器件，用於將該半導體器件之一引線框固定於平臺 上，該固定器件包含有； -開口，以提供-鍵合具通向該半導體器件將被加熱的 區域的通道；以及 一蓋體，該蓋體界定一空腔於該開口旁； 一氣體入口，其和一空腔及該開口間進行流動傳送以提供惰 性氣體；以及 、該固定器件更包含一管道以連接該空腔和該氣體入口，該管 道之截面積小於該空腔並透過該空腔傳送惰性氣體到該開口，並 且使得供應至該空腔之惰性氣體由連接該空腔之一出口被導引 該開口。 、 如申清專利範圍第1項所述之一種用於減少半導體器件氧化的 系統，其中該氣體入口形成於該固定器件中。 ^、如申請專利範圍第1項所述之一種用於減少半導體器件氧化的 系統，其中該氣體入口形成於該平臺中。 ^、如申請專利範圍第1項所述之一種用於減少半導體器件氧化的 ，統，其中凹部位於該固定器件和平臺之間，以用於接收來自該 ，體入口的惰性氣體和用於在該電子器件表面的上方散佈該惰g 氣體。 如申請專利範圍第4項所述之一種用於減少半導體器件氧化的 系統，其中，該凹部和所述的開口相連，以用於將大量的 體從該凹部直接散布到該開口。 乳 6、如申睛專利範圍第4項所述一種用於減少半導體器件氧化的系 統，其中該管道連接於該空腔和凹部之間，且將大量的惰性^ 從該凹部引入到該空腔。 7 種用於減少半導體器件氧化的方法，包括以下步驟·· 利用固定器件將該半導體器件之一引線框固定於平臺上，該 16 1295080 % 日修(更)正替換頁i 蓋體，該蓋體界定一 開〇’該固定器件包含有— 口，器件的開 口 接該氣體入口、該空腔和該開 以及 氣體透道提供給該空腔’由該管道引導惰性氣 體至該空腔’再從連接該錄之-出口_開u 孔 通過該空腔傳送惰性氣體到該開口。 方^圍第7項所述之一種用於減少半導體器件氧化的 將惰性氣體提供給位於該固定器件和平臺之_凹部，並在 孩電子器件的表面上方散布該惰性氣體。 ι如申晴專利範圍第7項所述之一種用於減少半導體器件 方法’其還包括： 將大量的惰性氣體從該凹部直接散布到該固定器件的開口。 、如申請專利範圍第7項所述一種用於減少半導體器件氧化的方 法’其還包括： 將惰性氣體從該凹部引入到該空腔，藉此以通過該空腔傳送 該惰性氣體到所述的開口。 17 1295080 一―—^-——η 年·月日眶)正*換頁丨 七、指定代表圖 、一）本案指定代表圖為：第（四）圖 :二)本代表圖之元件符號簡單說明： 10系統 12引線框 14頂板 16窗口夾具

17開口 18晶粒 20蓋體 22空腔 24管道 26氣體入口 28凹部

八、本案若有化學式時，請揭示最能顯示發明特徵的化學式： 4