TWI454322B - 接合引線清潔裝置和利用其進行引線接合的方法 - Google Patents

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TWI454322B
TWI454322B TW095109652A TW95109652A TWI454322B TW I454322 B TWI454322 B TW I454322B TW 095109652 A TW095109652 A TW 095109652A TW 95109652 A TW95109652 A TW 95109652A TW I454322 B TWI454322 B TW I454322B
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Horst Clauberg
Ronald J Focia
David T Beatson
Kenneth Kyle Dury
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Kulicke & Soffa Ind Inc
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Description

接合引線清潔裝置和利用其進行引線接合的方法 相關申請的交叉引用
本申請要求2005年3月31日提交的美國專利申請No.11/096,140的優先權，其內容在此引為參考。
發明領域
本發明涉及一種用於在接合互連之前清潔細引線的系統，更具體的是涉及一種用於恰好在引線接合過程之前整體地清潔細引線以改善引線接合互連的系統。
 發明背景
美國專利Nos.4,266,710和4,239,144中公開和描述了使用電腦控制的自動引線接合機，受讓人為Kulicke and Soffa Industries,Inc.，與本發明的受讓人相同，該自動引線接合機能夠高速完成引線互連。通常，用於形成這種互連的細引線沒有作為接合過程的一部分被清潔，並且因此，引線的表面上的雜質可能使通過接合工具產生的球焊接頭和/或楔焊接頭(wedge bonds)的性能降低。例如，因為細引線的表面塗覆有潤滑劑以確保細引線不會自身黏著，並且因此在從線軸上繞下的過程中不會斷裂，球焊接頭和/或楔焊接頭中可能產生雜質並且至少部分地由於這些潤滑劑而降低接合強度。另外，因為雜質(例如潤滑劑)穿過引線接合機的引線接合工具的毛細管，因此一部分雜質可能污染所述毛細管，使得需要更頻繁地更換和/或清潔所述毛細管。
半導體裝置(例如，分離器件例如管芯(die)和晶片、VLSI裝置等)正在變的越來越密集，並且使用了更多的引出焊盤(lead out pads)(即VLSI裝置的電極)，所述引出焊盤必須被引線接合到載體或者封裝(package)上的引線連接。也就是說，引線接合包括將細引線球焊到半導體裝置的引出焊盤，並且將細引線接合到載體或封裝上的引線連接。由於越來越密集的裝置，所述引出焊盤和引線連接變的越來越小，並且因此，通過球焊和楔焊工藝在接頭中產生的雜質成為愈加顯著的問題。另外，引線的雜質還可能與球形成過程發生干涉，導致球的尺寸/形狀不一致。
雖然通常黃金作為接合引線的材料，但是銅接合引線(和其他金屬)的使用越來越多。與黃金不同，銅引線的表面通常混有一氧化銅。這些氧化物會對第一和第二接頭處的接合結構產生不利的影響。
因此，理想的是提供一種用於減少引線接合的雜質的系統和方法。
 發明概要
根據本發明的一個示例性實施例，提供一種用於清潔引線的引線清潔系統，所述引線被構造成將被引線接合。所述引線清潔系統包括腔室，構造成將被引線接合的引線延伸穿過所述腔室，之後引線被引線接合。該引線清潔系統還包括能量源，用於在引線被引線接合之前從所述腔室中的引線去除雜質。
根據本發明的另一個示例性實施例，提供一種引線接合機。所述引線接合機包括引線接合工具，所述引線接合工具被構造成容納將被接合到某個位置的引線。所述引線接合機還包括引線清潔系統，用於在引線被接合到該位置之前清潔引線。所述引線清潔系統包括：(1)腔室，在引線被接合到該位置之前，引線延伸穿過該腔室，以及(2)能量源，用於在引線被接合到該位置之前從腔室中的引線去除雜質。
根據本發明的又另一個示例性實施例，提供一種在半導體裝置的導電焊盤和基底的導電焊盤之間接合引線的方法。該方法包括在半導體裝置的導電焊盤和基底的導電焊盤之間接合引線之前從所述引線去除雜質。該方法還包括在半導體裝置的導電焊盤和基底的導電焊盤之間接合引線。
圖式簡單說明
雖然此處參考特定實施例對本發明進行了圖示和描述，但是本發明不限於所示的細節。相反，在申請專利的等同範圍內並且在不脫離本發明的前提下，可以對所述細節作出各種修改。
應當強調，根據通常的實踐，附圖中的各種特徵並不是成比例的。相反，為了清楚起見，各種特徵的尺寸可以任意擴大或者縮小。附圖中包括：第1圖是示出根據本發明的一個示例性實施例的引線接合機100的供給機構的示意性視圖；第2圖是半導體管芯200和基底210的部分頂部平面視圖，其中所述管芯和基底可以由根據本發明的一個示例性實施例的引線接合機100而被接合；第3圖是示出根據本發明的一個示例性實施例的補償裝置190的示意性視圖；第4圖是示出根據本發明的一個示例性實施例的另一個補償裝置195的示意性視圖；第5圖是示出根據本發明的一個示例性實施例的清潔裝置300的示意性視圖；第6圖是示出根據本發明的一個示例性實施例的另一個清潔裝置400的示意性視圖；第7圖是示出根據本發明的一個示例性實施例的又另一種清潔裝置500的示意性視圖；第8圖是示出根據本發明的一個示例性實施例的又另一種清潔裝置600的示意性視圖；第9圖是示出根據本發明的一個示例性實施例的又另一種清潔裝置700的示意性視圖。
 較佳實施例之詳細說明
在附圖中，相同的附圖標記代表相同的特徵。
如此處所使用的，術語“腔室”用於指任何封閉的結構，或否則與能量源和引線相結合使用的結構。所述腔室可以是單獨的裝置，或者可以與引線接合機集成為一體。例如，接合工具可包括這種腔室。所述腔室可至少部分地封閉穿過所述腔室的引線，或者所述腔室可以是與能量源相結合使用以從引線去除雜質的任何結構，例如，將來自紫外線能量源的光朝著引線反射的結構，有助於來自電漿(plasma)放電能量源的電漿放電的結構，和/或有助於來自電漿射流能量源的電漿射流放電的結構等。
如此處所使用的，術語“雜質”和“污染物”用於指存在於接合引線上的任何不合適的物質。例如，這樣的雜質包括潤滑劑、有機雜質、無機雜質、氧化物等。
如此處所使用的，術語基底用於指半導體裝置被引線接合到其上的任何結構，包括但不限於印刷電路板、引線框架、板卡等。
如此處所使用的，術語半導體裝置指包括半導體管芯、半導體晶片、VLSI裝置、積體電路等的多種裝置中的任一種，以及用於被引線接合到基底的任何其他裝置。
如此處所使用的，術語導電焊盤是指任何接觸，包括集成為半導體裝置或基底的一部分的觸點，其中引線被接合到所述半導體裝置或基底。
如此處所使用的，術語能量源是指可用於從引線去除雜質的任何能量源。此處公開的示例性能量源包括電漿放電能量源、紫外線能量源以及電漿射流能量源。
第1圖是示出根據本發明的一個示例性實施例的引線接合機100的供給機構的示意性視圖。
第2圖是可由引線接合機100接合的半導體管芯200和基底210的部分頂部平面圖。
如第1圖和第2圖所示，引線接合機100可適用於接收接合引線120的可拆的捲筒110，並且可包括換向器130、空氣導向裝置140、清潔裝置(例如一個或多個清潔裝置300、400、500、600或700)、張緊裝置160、引線夾170、電火炬(EFO)裝置(未示出)、接合工具移動裝置(未示出)、引線接合工具180、基底傳送裝置(未示出)和補償裝置190或195。接合引線120的可拆捲筒110允許經由換向器130、空氣導向裝置140、清潔裝置(例如一個或多個清潔裝置300、400、500、600或700)、補償裝置190或195、張緊裝置160和引線夾170向引線接合工具180供給接合引線120，其中接合引線120圍繞可拆的捲筒110捲繞以被供給。也就是說，具有小於100微米(例如在5和100微米之間)的直徑的細小尺寸的接合引線120可以供給到引線接合工具180，用於在半導體管芯200的引出焊盤230和基底210的相對應的引線連接240之間接合多個接合引線部分220。
引線清潔裝置(例如一個或多個清潔裝置300、400、500、600或700)可以整體地安裝在引線接合機100上，並且可以設置在從可拆的捲筒110到引線接合工具180的引線接合路徑中，以在接合引線120進入引線接合工具180之前至少部分地去除接合引線120的表面上的雜質(並且優選基本去除全部雜質)。
可以設置換向器130以改變接合引線120從可拆的捲筒110朝著引線接合工具180的方向。另外，可以設置空氣導向裝置140以確保向引線接合工具180平滑和連續地供給引線。另外，張緊裝置160可以在引線接合周期的預定的時間段中使接合引線120具有恒定的、預定量的張緊。引線夾170可釋放地夾住接合引線120，並且可被構造成與引線接合工具180一起移動，或者獨立於引線接合工具180而移動，以穿過引線接合工具180供給接合引線120和/或在第二接頭(例如楔焊接頭)形成之後斷開接合引線120。
接合引線120可由例如黃金、黃金合金、銅、銅合金、鋁或鋁合金等形成。另外，在接合引線120被捲繞之前，可以在接合引線120的表面上塗覆潤滑劑以防止接合引線120在可拆的捲筒110上自身黏著。也就是說，如果潤滑劑不存在，來自可拆捲筒110上的重疊部分的接合引線120中的原子處於非常靠近的位置，並且可能相互接合，導致接合引線120過早地斷裂，並且不適當地阻止接合引線120到引線接合工具180的供給。
在第1圖所示的本發明的一個示例性實施例中，其中示出了一種具體的結構，然而，應當認為，可以提供具有接合供給機構的任何數目的其他結構，所述接合供給機構具有接合供給元件(即換向器130，空氣導向裝置140，清潔裝置300、400、500、600或700，補償裝置190或195，張緊裝置160，可釋放的夾子170和引線接合工具180)中的一些或全部，如果提供了補償裝置190或195，它就被設置在清潔裝置(例如一個或多個清潔裝置300、400、500、600或700)的下游。另外，應當清楚的是，本發明包括具有清潔裝置但不具有補償裝置的各種實施例。
雖然換向器130、空氣導向裝置140、清潔裝置(例如一個或多個清潔裝置300、400、500、600或700)以及張緊裝置160被示為按照特定的順序，但是應當認為，這些元件的順序可以改變。例如，引線清潔裝置(例如一個或多個清潔裝置300、400、500、600或700)可操作地設置在引線接合工具180和接合引線120的可拆捲筒110之間的任何位置，以在接合引線120進入引線接合工具180之前從接合引線120去除雜質。
引線接合工具180(例如毛細管工具)形成為中空的形狀，並且接合引線120可活動地穿過插入引線接合工具180。球可形成在從引線接合工具180伸出的接合引線120的端部(例如通過EFO裝置產生的球)。也就是說，例如EFO裝置在接合引線120的端部產生火花以形成所述球。
參考第2圖，形成球之後(例如通過EFO裝置)，該球被球焊到半導體管芯200的各個引出焊盤230。引線接合工具180通過引線接合工具移動裝置被移動到與基底210的相對應的引線連接240相對應的位置，並且然後接合引線120被楔焊到基底210的相對應的引線連接240。也就是說，引線接合工具180可適用於接收來自接合引線120的可拆捲筒110的接合引線120，並且適用於在半導體管芯200的各個引出焊盤230和基底210的相對應的引線連接240之間接合各個接合引線部分220。
第3圖和第4圖分別是示出可與引線接合機100一起使用的示例性的補償裝置190和195的示意性視圖。
可選的是，補償裝置190或195可以設置在引線清潔裝置(例如一個或多個清潔裝置300、400、500、600或700)的下游的接合引線路徑中，以有效地冷卻移動穿過補償裝置190或移動經過補償裝置195的接合引線120，以補償由於引線清潔裝置(例如一個或多個清潔裝置300、400、500、600或700)造成的接合引線120的變熱。
如第3圖所示，補償裝置190可包括冷卻裝置800、熱交換器810和調節裝置820。調節裝置820可經過熱交換入口和出口830、840以及迴圈裝置(未示出)在調節裝置820和熱交換器810的調節裝置側812之間迴圈還原氣體或惰性氣體，以在引線清潔裝置(例如一個或多個清潔裝置300、400、500、600或700)去除某些雜質之後減少接合引線120的再污染的可能性。冷卻裝置800可經由交換入口和出口835、845在冷卻裝置800和熱交換器810的冷卻裝置側814之間迴圈冷卻氣體，以利用冷卻氣體通過熱交換降低還原氣體或惰性氣體的溫度。
調節裝置820可包括腔室880，腔室880被構造成(1)允許預定溫度的還原氣體(例如氫氣和/或氫氣與氮氣、氬氣、氦氣等的混合)或惰性氣體(例如氦氣、氮氣或氬氣)迴圈，以在引線清潔裝置(例如一個或多個清潔裝置300、400、500、600或700)從接合引線120的表面去除雜質之後有效地冷卻接合引線120，並且被構造成(2)提供基本不含雜質的環境，和/或(3)防止從接合引線120的表面去除的雜質與接合引線120重新結合。
在這種結構中，還原氣體或惰性氣體可以穿過腔室880迴圈到熱交換器810的調節裝置側812。在熱交換器810中，熱量可以在例如冷卻氣體和還原氣體或惰性氣體之間交換。
雖然第一和第二開口860和870可以起到從腔室880移除還原氣體或惰性氣體的排出口的作用，但是調節裝置820可包括單獨的排出口850，用於去除(例如淨化)還原氣體或惰性氣體。
調節裝置820可通過另外的開口890連接到氣體供給裝置，以連續地供給/再供給穿過排出口850、860和/或870被排出/淨化的還原氣體或惰性氣體。
雖然示出了氣體冷卻裝置，但是應當認為，冷卻裝置800可以是任何冷卻裝置，只要能夠提供有效的冷卻以從接合引線120去除多餘的熱量以降低接合引線120的溫度，並且可以包括例如冷卻風扇、液體冷卻或者熱電冷卻裝置等。
根據本發明的一個示例性實施例，當離開補償裝置190時，接合引線120的溫度與其在進入引線清潔裝置(例如一個或多個清潔裝置300、400、500、600或700)之前的溫度基本相同。
如第4圖所示，引線接合機100可選地包括具有一個或多個噴嘴裝置900的補償裝置195，噴嘴裝置900被構造成吹送預定溫度的還原氣體或惰性氣體穿過接合引線120，以在引線清潔裝置(例如一個或多個清潔裝置300、400、500、600或700)從接合引線120的表面去除雜質之後有效地冷卻接合引線120，並且降低從接合引線120的表面去除的雜質重新污染接合引線120的可能性。這通過以下的方式完成，即在接合引線120移動經過設置在接合引線路徑附近的一個或多個噴嘴裝置900時，通過一個或多個噴嘴裝置900將還原氣體或惰性氣體噴射到接合引線120上。因此，還原氣體或惰性氣體可與由引線清潔裝置(例如一個或多個清潔裝置300、400、500、600或700)去除的雜質結合，由此基本降低接合引線120的重新污染的可能性。
第3圖和第4圖中所示的補償裝置190和195本質上是示例性的。可選的和更簡單的設置(例如低速加壓空氣或氣體)可以用於冷卻根據本發明清潔的接合引線。
現在參考第5圖至第9圖，當接合引線120穿過引線清潔裝置(例如一個或多個清潔裝置300、400、500、600或700)時，接合引線120的表面上的雜質(例如潤滑劑和其他雜質)通過下列裝置的一個或多個組合而被去除：紫外線發射裝置和臭氧產生裝置300(第5圖)，電漿放電裝置400(第6圖)，引線清潔裝置500(第7圖)，引線清潔裝置600(第8圖)，和/或電漿射流放電裝置700(第9圖)等。
第5圖是示出可與引線接合機100一起使用的引線清潔裝置300的示意性視圖。
參考第5圖，引線清潔裝置300可被構造成具有光源310，所述光源適用於發射紫外線(例如紫外線燈泡)。光源310可以在分子氧和發射出的紫外線的相互作用的基礎上產生臭氧，於是紫外線和產生的臭氧與接合引線120的表面上的雜質相互作用。由所發射的紫外線和產生的臭氧的結合所發出的能量基本上使雜質從接合引線120的表面分離(即基本去除)。
引線清潔裝置300可包括具有第一和第二開口330和340的腔室320，於是接合引線120可穿過腔室320的第一和第二開口330和340。腔室320可由高反射材料形成，或者腔室320在其內表面上可包括高反射的材料。示例性的反射材料包括鋁、不銹鋼、鉻鍍層、鎳、鎳鍍層以及它們的合金。另外，這些反射材料可被保護層(例如玻璃)覆蓋。腔室320的內側的反射能力優選高於70%或更高。引線清潔裝置300另外可以包括入口350，以向腔室320提供氣體混合物，並且可包括排出口360，以淨化來自腔室320內的氣體混合物。可提供到腔室320的氣體混合物可包括占氣體混合物重量的0%到50%的分子氧。
排出口360可包括第一和第二開口330和340和/或腔室320中的另一個開口370，所述第一和第二開口330和340用於淨化來自腔室320的氣體混合物並且允許接合引線120穿過引線清潔裝置300的腔室320，所述另一個開口370用於淨化氣體混合物。
引線接合機100另外可包括臭氧提供裝置380，該臭氧提供裝置具有位於引線接合機100上的單獨的臭氧發生器390以產生臭氧，於是臭氧利用載運氣體被供給到引線清潔裝置300的腔室320中，所述載運氣體例如空氣、氮氣、氦氣和/或氬氣等。在去除例如有機雜質方面，紫外線和臭氧的結合比單獨利用紫外線或者臭氧更為有效。通過包括單獨的臭氧發生器390，比單獨利用紫外線可以產生更高濃度的臭氧，以改善從接合引線120去除雜質的能力，並且允許接合引線120通過引線清潔裝置300的更高的通過量。
優選的是，光源310可定位成沿著平行於接合引線120的路徑的方向延伸。腔室320優選為橢圓體形狀(即在垂直於接合引線120的路徑的平面中為橢圓)，同時接合引線120和光源310沿著與橢圓體形狀的腔室320的焦點相對應的各個軸線延伸。也就是說，通過將光源310設置在橢圓體的一個焦點上，並且將接合引線120設置在另一個焦點上，增加了(例如最大化)由接合引線120吸收的光的總量，並且由於這種結構，接合引線120的表面的所有部分通過直接傳播或通過腔室320的高反射表面的反射而被來自光源310的紫外線照射。優選的是，紫外線燈位於緊密靠近(或臨近)接合引線120的位置處，但不接觸接合引線120。腔室320可借助於大約每1到300秒利用空氣或其他包含分子氧的氣體混合物移除與腔室320的容積相等體積的氣體混合物而以緩慢的流動速率被淨化。
光源310能夠通過與氧氣相互作用而產生臭氧，但也可以產生能夠使臭氧分解為氧原子和分子氧的波長。也就是說，接合引線120可以同時暴露在臭氧、原子氧和紫外線下。臭氧去除裝置(未示出)可設置在腔室320附近用於捕獲、去除和/或破壞離開腔室320的臭氧，因為臭氧是有毒物質，並且還可以在引線接合機100的某些部分上產生有害的影響。
腔室320可被構造成在低於大約一個大氣壓的降低壓力(reduced pressure)下操作。腔室320可通過第一開口330、第二開口340和/或開口370連接到真空或者排氣孔(未示出)，以使腔室320中的壓力降至低於大約一個大氣壓。真空或排氣連同在開口330、340和/或開口350處進入的氣體將在腔室320中建立低於大約一個大氣壓的平衡壓力。在這個實施例中，應當清楚的是，雖然第5圖示出了氣體從開口330和340排出(利用方向箭頭示出)，但是氣體可進入這些開口。
第6圖是示出可以在引線接合機100中使用的另一種引線清潔裝置400的示意性視圖。
參考第6圖，引線清潔裝置400可被構造成在多個電極410之間或者在一個或多個電極410和接合引線120之間通過直流電或優選通過交流電放電產生電漿405。優選的是，這種交流電放電的頻率高於大約5千赫茲，並且這種交流電放電還可以例如在無線電或者微波頻率範圍中。
引線清潔裝置400可包括腔室420，腔室420至少具有第一、第二和第三開口430、440和450，於是接合引線120可穿過第一和第二開口430和440，並且第三開口450可以是入口以通過進入腔室420中的工藝氣體(process gas)。引線清潔裝置400另外可以包括一個或多個電極410，所述電極部分或全部地沿圓周方向圍繞接合引線120，並且可構造成利用或不利用接合引線120根據施加到多個電極410或者一個或多個電極410和接合引線120的電壓而在腔室420中產生電漿放電。也就是說，一個電極410可以部分或全部地沿圓周方向圍繞接合引線120，並且可被構造成利用接合引線120根據施加在一個電極410和接合引線120之間的電壓而在腔室420中產生電漿放電。另外，多個電極410中的每一個均可以部分地沿圓周方向圍繞接合引線120，並且可被構造成利用接合引線120根據施加在多個電極410和接合引線120之間的電壓而在腔室420中產生電漿放電。另外，多個電極410中的每一個均可部分地沿圓周方向圍繞接合引線120，並且可被構造成不利用接合引線120根據施加在多個電極410之間的電壓產生電漿放電。也就是說，電漿放電產生在接合引線120的附近。
由所產生的電漿產生的能量根據施加的電壓基本使雜質從接合引線120的表面分離(即基本去除)。
一個或多個電極410可以設置在腔室420的內部，在所述一個或多個電極410和接合引線120之間具有預定的間隙。這種間隙可以在所選擇的工藝氣體和工藝氣體的壓力的基礎上預先決定。例如，工藝氣體的壓力越高，所述預定間隙越小。
所述工藝氣體例如是：i)空氣，ii)包括氦氣、氮氣、氬氣和/或氧氣的氣體，iii)在氬氣、氦氣和/或氮氣中包括氧氣的氣體混合物，或iv)在氬氣、氦氣和/或氮氣中包括氫氣的氣體混合物。
對於銅或者銅合金的接合引線來說，由所述電漿放電產生的包括氧的電漿405可氧化接合引線的表面，同時還能去除有機雜質。如果包括有機雜質的雜質或銅接合引線利用包括氧的電漿405被去除，那麽包括還原氣體(即包括例如氫氣和/或氫與氮氣的混合的氣體)的第二電漿腔室(未示出)可用於去除接合引線120的表面上的氧化物。優選的是，對於銅或者銅合金接合引線，工藝氣體可以是與氬氣、氦氣和/或氮氣混和的氫氣，以去除表面氧化物以及其他的雜質例如有機雜質。
雖然第一和第二開口430和440可起到從腔室420移除工藝氣體的排出口的作用，但是腔室420可包括單獨的排出口460，用於移除工藝氣體。
腔室420可被構造成在大約100 mtorr到大約1個大氣壓的範圍中的降低壓力下操作。通過使腔室420中的壓力降至低於大約1個大氣壓，使得能夠在更低的電壓下產生電漿。也就是說，隨著腔室420中的壓力降低，電漿放電在相應更低的電壓下發生。腔室420可通過第一開口430、第二開口440和/或單獨的排出口460連接到真空發生器470(例如真空泵或者文氏管)，以使腔室420中的壓力降至低於大約1個大氣壓。所述真空發生器470連同在開口430、440和可選的開口450處進入的氣體將在腔室420中建立低於大約1個大氣壓的平衡壓力。在這種實施例中，應當清楚的是，雖然第6圖示出了氣體從開口430和440排出(利用方向箭頭示出)，但是氣體可以進入這些開口。
另外，電漿電極410和接合引線120的電壓可被控制以控制腔室420中的電漿放電的間隔和/或強度。應當認為，電漿電極410和接合引線120的電壓在不同的時段可被控制以控制電漿放電，並且在其他時段，被控制以允許測試例如接合互連的連續性測試。
由於通過向多個電極410或者一個或多個電極410和接合引線120提供交流電壓所產生的交流電放電，一個或多個電極410的表面可包括介電覆層，於是將發生介電質放電(dielectric barrier discharge)。也就是說，一個或多個電極410中的每一個均可具有介電表面覆層。
第7圖和第8圖是示出可在引線接合機100中使用的其他引線清潔裝置500和600的示意性視圖。
參考第7圖，引線清潔裝置500可被構造成在多個電極510之間通過交流電放電產生電漿505，所述交流電放電的頻率優選高於大約5千赫茲，並且這種交流電放電還可以例如在無線電或者微波頻率範圍中。
引線清潔裝置500可包括腔室520，腔室520至少具有第一、第二和第三開口530、540和550，於是接合引線120可穿過第一和第二開口530和540，並且第三開口550可以是入口，以通過進入腔室520中的工藝氣體。引線清潔裝置500還可包括多個電極510，所述多個電極510沿圓周方向圍繞接合引線120，並且被構造成利用接合引線120根據施加到多個電極510和/或接合引線120的電壓而在腔室520中產生電漿放電。
由所產生的電漿505產生的能量使雜質從接合引線120的表面基本分離(即基本去除)。
一個或多個電極510可被設置在腔室520的內側或外側，在所述一個或多個電極510和接合引線120之間具有預定的間隙。
工藝氣體可以是：i)空氣，ii)包括氦氣、氮氣、氬氣和/或氧氣的氣體，iii)包括與氦氣、氬氣和/或氮氣中的一種或多種相混合的氧氣的氣體混合物，或iv)包括與氦氣、氬氣和/或氮氣中的一種或多種相混合的氫氣的氣體混合物。
對於銅或者銅合金接合引線，包括氧的電漿可使銅或者銅合金接合引線的表面氧化，同時還能夠去除有機雜質。如果銅接合引線上的包括有機雜質的雜質利用包括氧的電漿505被去除，那麽包括還原氣體(即包括例如氫氣和/或氫氣與氮氣的混合物的氣體)的第二電漿腔室(未示出)可被用於去除腔室520中產生的氧化物。優選的是，對於銅或者銅合金接合引線，工藝氣體可以是與氬氣、氦氣和/或氮氣中的任一種混和的氫氣，以去除表面氧化物以及其他雜質例如有機雜質。
雖然第一和第二開口530和540可起著從腔室520移除工藝氣體的排出口的作用，但是該腔室可包括單獨的排出口560用於移除工藝氣體。
腔室520可被構造成在大約100 mtorr到大約1個大氣壓的範圍中的降低壓力下操作。在一個優選實施例中，腔室中的壓力在大約50 torr和大約1個大氣壓之間。通過使腔室520中的壓力降至低於1個大氣壓，能夠在更低的電壓下產生電漿。也就是說，隨著腔室520中的壓力降低，電漿放電在相應更低的電壓下發生。腔室520可通過第一開口530、第二開口540和/或單獨的排出口560連接到真空發生器570(例如真空泵或文氏管)，以使腔室520中的壓力降至低於大約1個大氣壓。真空發生器570連同在開口530、540和可選的開口550處進入的氣體將在腔室520中建立低於大約1個大氣壓的平衡壓力。在這樣的實施例中，應當清楚的是，雖然第7圖示出了氣體從開口530和540排出(利用方向箭頭示出)，但是氣體可進入這些開口。
另外，電極510和接合引線120的電壓可被控制以控制腔室520中的電漿放電的間隔和/或強度。應當認為，電極510和接合引線120的電壓可在不同的時段中被控制以控制電漿放電，並且在其他時段中，例如被控制以允許測試例如接合互連的連續性測試。
由於通過向多個電極510提供交流電壓而產生的交流電放電，一個或多個電極510的表面可包括介電覆層，於是可發生介電質放電。也就是說，多個電極510中的每一個均可具有介電表面覆層。另外，腔室520可由介電材料形成，並且所述多個電極510可沿著腔室520的外表面設置，並且沿圓周方向圍繞腔室520。
所述多個電極510的形狀可以設計成圍繞腔室520的外側間隔的環，並且通過向相對應組的環形電極510施加交流電(AC)電壓而產生獨立的電漿區域。在這種情況下，接合引線120可與相對應組的環形電極510形成電路的一部分。雖然僅一組電極在第7圖中所示的示例性實施例中示出，但是任何數目的組的電極可以設置以產生獨立的組的等離子區域。
為簡短起見，第7圖和第8圖中所示的實施例中的共同的元件被省略。參考第8圖，引線清潔裝置600另外可包括另一個電極610，所述電極610沿著基本平行於接合引線120的軸線的方向並且靠近接合引線120延伸，於是電漿放電產生的交流電中的大部分通過所述另一個電極610傳導。也就是說，交流電流流經所述另一個電極610，而不是流經接合引線120。這可以降低待清潔的接合引線120的阻抗發熱，並且可以降低接合引線120中產生的電雜訊。
參考第9圖，引線清潔裝置700可被構造成從一個或多個電漿射流裝置710通過直流電電漿放電或交流電電漿放電產生一個或多個電漿射流705。如此處所使用的，電漿射流裝置是指這樣一種裝置，即在其中產生電漿放電並且沿著特定方向(即朝著接合引線120)導向通過電漿放電產生的電漿的裝置。通常，通過沿著特定方向吹送電漿來導向電漿。
電漿射流705可以是連續的或者脈衝式的。通過利用一個或多個電漿射流裝置710，其中所述電漿射流裝置為接合引線120提供脈衝式的電漿射流705，當例如所述電漿射流脈衝沒有碰撞到接合引線120上時，可以進行接合引線120的傳導試驗測量以及其他測量。因此，在當來自電漿放電的電荷積聚的雜訊被降低或基本消除的時段中，可以進行這些測量。引線清潔裝置700可包括腔室750，所述腔室750至少具有第一和第二開口720和730、以及可選的第三開口740，於是接合引線120可穿過第一和第二開口720和730，並且第三開口740可以是入口，以穿過進入腔室750中的工藝氣體。引線清潔裝置700還可包括一個或多個電漿射流裝置710，每個都以沿圓周方向間隔的結構設置在接合引線120附近，於是來自各個電漿射流裝置710的電漿射流705被引導到接合引線120的一部分上，以在接合引線120處產生電漿放電。
由所產生的電漿射流705產生的能量使雜質從接合引線120的表面基本脫離(即基本去除)。在每個電漿射流裝置710中使用的用於產生電漿射流的工藝氣體可以是：i)空氣，ii)包括氦氣、氮氣、氬氣和/或氧氣的氣體，iii)包括與氦氣、氬氣和/或氮氣混和的氧氣的氣體混合物，或iv)包括與氦氣、氬氣和/或氮氣混和的氫氣的氣體混合物。所述工藝氣體通過入口760被提供給電漿射流裝置710。
對於銅或者銅合金接合引線，來自電漿射流的包括氧的電漿可使接合引線的表面氧化，同時還去除有機雜質。如果銅或銅合金接合引線上的包括有機雜質的雜質利用包括氧的電漿被去除，那麽包括還原氣體(例如，包括例如氫氣和/或氫氣與氮氣的混合物的氣體)的第二電漿腔室(未示出)可被用於去除腔室750中產生的氧化物。
優選的是，對於銅或銅合金接合引線，工藝氣體為氫氣與氬氣、氦氣和/或氮氣的混合物，以去除表面氧化物以及其他雜質例如有機雜質。
雖然第一和第二開口720和730可起著從腔室750移除工藝氣體的排出口的作用，但是腔室750可包括單獨的排出口760，用於移除工藝氣體。
腔室750可被構造成在大約100 mtorr到大約1個大氣壓的範圍中的降低壓力下操作。通過使腔室750中的壓力降至低於大約1個大氣壓，能夠在更低的電壓下產生電漿。也就是說，隨著腔室中的壓力的降低，電漿放電在相應更低的電壓下發生。腔室750可以通過第一開口720、第二開口730和/或單獨的排出口760而連接到真空發生器770(例如真空泵或文氏管)，以使腔室750中的壓力降至低於大約1個大氣壓。也就是說，真空發生器770可與第一開口720、第二開口730或單獨的排出口760連通，以使腔室750中的壓力降至低於大約1個大氣壓。
一個或多個電漿射流裝置710可以設置在腔室750的內部，在所述一個或多個電漿射流裝置710和接合引線120之間具有預定的間隔。
雖然在第9圖示出的示例性實施例中示出了兩個電漿射流裝置，但是可以設置任何數目的間隔開的電漿射流裝置。優選的是，接合引線120的圓周的所有部分直接暴露於來自至少一個電漿射流裝置710的電漿。
此處公開的清潔系統和技術可以應用到各種引線接合操作(例如正向接合操作，反向接合操作)，包括可以應用到例如球焊系統和楔焊系統。
雖然本發明主要對於在半導體管芯和引線框架之間接合引線進行了描述，但是它不限於此。本發明可應用到被構造成被引線接合到任何數目的基底的任何數目的半導體裝置。
雖然本發明主要對於接合引線的清潔進行了描述，但是它不限於此。例如，其他類型的在半導體裝置(例如管芯、晶片等)的接合中使用的傳導材料也可以認為是在接合引線的定義之內，例如在接合應用中使用的傳導金屬帶。
另外，此處公開的清潔系統和技術不限於在引線接合過程中的接合引線的清潔。例如，此處公開的清潔系統和技術可用於在引線本身的生產過程中清潔接合引線，與連同引線接合操作被清潔相反。因此，在引線生產後被捲繞的應用中，引線可以在捲繞操作之前利用此處公開的系統(並且根據所述技術)進行清潔。
另外，此處公開的清潔系統和方法可用於清潔基底，所述基底包括但不限於在引線接合操作中涉及的基底的傳導區域(例如引線框架上的導電焊盤)。同樣，此處公開的清潔系統和技術可用於清潔半導體裝置(例如管芯、晶片)，所述半導體裝置包括但不限於在引線接合操作中涉及的這種半導體裝置的傳導區域(例如管芯上的導電焊盤)。
雖然此處圖示和描述了本發明的優選實施例，但是應當理解，這些實施例僅作為實例提供。在不脫離本發明的範圍和本質的前提下可以做出多種變化、改變和替換。
100．．．引線接合機
110．．．可拆的捲筒
120．．．接收接合引線
130．．．換向器
140．．．空氣導向裝置
160．．．張緊裝置
170．．．引線夾
180．．．引線接合工具
190或195．．．補償裝置
200．．．半導體管芯
210．．．基底
220．．．接合引線部分
230．．．引出焊盤
240．．．引線連接
300、400、500、600或700．．．清潔裝置
310．．．光源
320．．．腔室
330．．．第一開口
340．．．第二開口
350．．．開口
360．．．排出口
370．．．開口
380．．．臭氧提供裝置
390．．．臭氧發生器
400．．．引線清潔裝置
405．．．電漿
410．．．電極
420．．．腔室
430．．．第一開口
440．．．第二開口
450．．．第三開口
460．．．排出口
470．．．真空發生器
505．．．交流電放電產生電漿
510．．．電極
520．．．腔室
530．．．第一開口
540．．．第二開口
550．．．第三開口
560．．．排出口
570．．．真空發生器
610．．．電極
705．．．電漿射流
710．．．電漿射流裝置
720．．．第一開口
730．．．第二開口
740．．．第三開口
750．．．腔室
760．．．排出口
770．．．真空發生器
800．．．冷卻裝置
810．．．熱交換器
812．．．調節裝置側
814．．．冷卻裝置側
820．．．調節裝置
830．．．熱交換入口
835．．．交換入口
840．．．熱交換出口
845．．．交換出口
850、860和/或870．．．排出口
860．．．第一開口
870．．．第二開口
880．．．腔室
890．．．開口
900．．．噴嘴裝置
第1圖是示出根據本發明的一個示例性實施例的引線接合機100的供給機構的示意性視圖；第2圖是半導體管芯200和基底210的部分頂部平面視圖，其中所述管芯和基底可以由根據本發明的一個示例性實施例的引線接合機100而被接合；第3圖是示出根據本發明的一個示例性實施例的補償裝置190的示意性視圖；第4圖是示出根據本發明的一個示例性實施例的另一個補償裝置195的示意性視圖；第5圖是示出根據本發明的一個示例性實施例的清潔裝置300的示意性視圖；第6圖是示出根據本發明的一個示例性實施例的另一個清潔裝置400的示意性視圖；第7圖是示出根據本發明的一個示例性實施例的又另一種清潔裝置500的示意性視圖；第8圖是示出根據本發明的一個示例性實施例的又另一種清潔裝置600的示意性視圖；第9圖是示出根據本發明的一個示例性實施例的又另一種清潔裝置700的示意性視圖。
00．．．引線接合機
110．．．可拆的捲筒
120．．．接收接合引線
130．．．換向器
140．．．空氣導向裝置
160．．．張緊裝置
170．．．引線夾
180．．．引線接合工具
190或195．．．補償裝置
200．．．半導體管芯
210．．．基底

Claims (47)

  1. 一種用於清潔引線之與引線接合機集成為一體的引線清潔系統，所述引線被構造成將被引線接合，所述引線清潔系統包括：腔室，被放在所述引線接合機上的一引線捲筒位置以及所述引線接合機的一接合工具之間，構造成將被引線接合的引線伸穿過所述腔室，之後所述引線被引線接合；能量源，用於在所述引線被引線接合之前從腔室中的引線去除雜質；以及設置在能量源的下游的補償裝置，以冷卻引線以補償由於通過能量源施加的能量造成的引線的變熱。
  2. 根據申請專利範圍第1項所述的引線清潔系統，其特徵在於，所述補償裝置包括還原裝置，以提供還原氣體以減少引線再污染的可能性。
  3. 根據申請專利範圍第1項所述的引線清潔系統，其特徵在於，所述能量源被構造成當引線穿過所述腔室時，從引線至少去除潤滑劑覆層的一部分。
  4. 根據申請專利範圍第1項所述的引線清潔系統，其特徵在於，所述能量源包括光源，所述光源適用於發出紫外線以在分子氧和發出的紫外線的相互作用的基礎上產生臭氧，並且所述腔室限定第一和第二開口，於是引線穿過腔室的第一和第二開口，以及所述腔室在其內表面上包括反射材料。
  5. 根據申請專利範圍第4項所述的引線清潔系統，其特徵在於，所述光源被定位成沿著基本平行於穿過所述腔室的引線的路徑的方向延伸。
  6. 根據申請專利範圍第4項所述的引線清潔系統，其特徵在於，所述腔室為橢圓體形狀，所述引線和光源沿著與橢圓體形狀的腔室的焦點相對應的各自軸線延伸。
  7. 根據申請專利範圍第1項所述的引線清潔系統，其特徵在於，所述腔室限定第一、第二和第三開口，於是引線穿過所述第一和第二開口，並且第三開口為入口，以使空氣或氣體混合物進入；以及所述能量源包括一個或多個電極，所述電極沿著圓周方向圍繞引線，並且被構造成利用引線根據施加到所述一個或多個電極的電壓在腔室中產生電漿放電。
  8. 根據申請專利範圍第7項所述的引線清潔系統，其特徵在於，所述腔室限定：排出口，以及引線清潔系統還包括至少與所述排出口相連通的真空泵，以使腔室中的壓力降低至低於大約1個大氣壓。
  9. 根據申請專利範圍第8項所述的引線清潔系統，其特徵在於，腔室中的降低壓力在大約100mtorr和大約1個大氣壓之間。
  10. 根據申請專利範圍第7項所述的引線清潔系統，其特徵在於，施加到所述一個或多個電極的電壓為直流電壓或交流電壓，並且所述一個或多個電極被設置在腔室的內 部，和在所述一個或多個電極和引線之間具有預定的間隔。
  11. 根據申請專利範圍第10項所述的引線清潔系統，其特徵在於，所述一個或多個電極中的每一個在其上具有介電表面覆層。
  12. 根據申請專利範圍第10項所述的引線清潔系統，其特徵在於，施加到所述一個或多個電極的電壓的振動頻率至少為大約5千赫茲。
  13. 根據申請專利範圍第10項所述的引線清潔系統，其特徵在於，施加到所述一個或多個電極的電壓的振動頻率為無線電頻率或微波頻率。
  14. 根據申請專利範圍第7項所述的引線清潔系統，其特徵在於，所述腔室由介電材料製成，並且所述一個或多個電極沿著腔室的外表面設置。
  15. 根據申請專利範圍第14項所述的引線清潔系統，其特徵在於，所述能量源包括：另一個電極，沿著平行於引線的軸線的方向並且在引線的附近延伸，於是通過電漿放電產生的交流電流的大部分經過所述另一個電極傳導。
  16. 根據申請專利範圍第1項所述的引線清潔系統，其特徵在於，所述腔室至少限定第一、第二和第三開口，於是引線穿過所述第一和第二開口，並且第三開口為入口，以使氣體或氣體混合物進入；以及所述能量源包括至少一個電漿射流裝置，所述電漿 射流裝置被提供有電漿氣體，並且設置在腔室中靠近引線的位置處以產生朝著引線導向的放電。
  17. 根據申請專利範圍第16項所述的引線清潔系統，其特徵在於，所述至少一個電漿射流裝置中的每一個均提供脈衝式的電漿放電，以當引線移動穿過腔室時從引線去除雜質。
  18. 根據申請專利範圍第16項所述的引線清潔系統，其特徵在於，所述至少一個電漿射流裝置包括多個沿著圓周方向設置在引線周圍的電漿射流裝置。
  19. 一種引線接合機，包括：引線接合工具，被構造成容納將被接合到一個位置的引線；和引線清潔系統，用於在引線被接合到所述位置之前清潔引線，該引線清潔系統包括：(1)腔室，所述引線在被接合到該位置之前延伸穿過該腔室，以及(2)能量源，用於在引線被接合到該位置之前從腔室中的引線去除雜質。
  20. 根據申請專利範圍第19項所述的引線接合機，其特徵在於，所述腔室被放在所述引線接合機上的一引線捲筒位置以及所述引線接合工具之間。
  21. 根據申請專利範圍第19項所述的引線接合機，其特徵在於，還包括：設置在能量源的下游的補償裝置，以冷卻引線以補償由於通過能量源施加的能量造成的引線的變熱。
  22. 根據申請專利範圍第21項所述的引線接合機，其特徵在於，所述補償裝置包括還原裝置，以提供還原氣體以減少引線再污染的可能性。
  23. 根據申請專利範圍第19項所述的引線接合機，其特徵在於，所述能量源被構造成當引線穿過所述腔室時，從引線至少去除潤滑劑覆層的一部分。
  24. 根據申請專利範圍第19項所述的引線接合機，其特徵在於，所述能量源包括光源，所述光源適用於發出紫外線以在分子氧和發出的紫外線的相互作用的基礎上產生臭氧，並且所述腔室限定第一和第二開口，於是引線穿過腔室的第一和第二開口，以及所述腔室在其內表面上包括反射材料。
  25. 根據申請專利範圍第24項所述的引線接合機，其特徵在於，所述光源被定位成沿著基本平行於穿過所述腔室的引線的路徑的方向延伸。
  26. 根據申請專利範圍第24項所述的引線接合機，其特徵在於，所述腔室為橢圓體形狀，所述引線和光源沿著與橢圓體形狀的腔室的焦點相對應的各自軸線延伸。
  27. 根據申請專利範圍第19項所述的引線接合機，其特徵在於，所述腔室限定第一、第二和第三開口，於是引線穿過所述第一和第二開口，並且第三開口為入口，以使空氣或氣體混合物進入；以及所述能量源包括一個或多個電極，所述電極沿著圓周方向圍繞引線，並且被構造成利用引線根據施加到所 述一個或多個電極的電壓在腔室中產生電漿放電。
  28. 根據申請專利範圍第27項所述的引線接合機，其特徵在於，所述腔室限定：排出口，以及引線清潔系統還包括至少與所述排出口相連通的真空泵，以使腔室中的壓力降低至低於大約1個大氣壓。
  29. 根據申請專利範圍第28項所述的引線接合機，其特徵在於，腔室中的降低壓力在大約100mtorr和大約1個大氣壓之間。
  30. 根據申請專利範圍第27項所述的引線接合機，其特徵在於，施加到所述一個或多個電極的電壓為直流電壓或交流電壓，並且所述一個或多個電極被設置在腔室的內部，和在所述一個或多個電極和引線之間具有預定的間隔。
  31. 根據申請專利範圍第30項所述的引線接合機，其特徵在於，所述一個或多個電極中的每一個在其上具有介電表面覆層。
  32. 根據申請專利範圍第30項所述的引線接合機，其特徵在於，施加到所述一個或多個電極的電壓的振動頻率至少為大約5千赫茲。
  33. 根據申請專利範圍第30項所述的引線接合機，其特徵在於，施加到所述一個或多個電極的電壓的振動頻率為無線電頻率或微波頻率。
  34. 根據申請專利範圍第27項所述的引線接合機，其特徵在 於，所述腔室由介電材料製成，並且所述一個或多個電極沿著腔室的外表面設置。
  35. 根據申請專利範圍第34項所述的引線接合機，其特徵在於，所述能量源包括：另一個電極，沿著平行於引線的軸線的方向並且在引線的附近延伸，於是通過電漿放電產生的交流電流的大部分經過所述另一個電極傳導。
  36. 根據申請專利範圍第19項所述的引線接合機，其特徵在於，所述腔室至少限定第一、第二和第三開口，於是引線穿過所述第一和第二開口，並且第三開口為入口，以使氣體或氣體混合物進入；以及所述能量源包括至少一個電漿射流裝置，所述電漿射流裝置被提供有電漿氣體，並且設置在腔室中靠近引線的位置處以產生朝著引線導向的放電。
  37. 根據申請專利範圍第36項所述的引線接合機，其特徵在於，所述至少一個電漿射流裝置中的每一個均提供脈衝式的電漿放電，以當引線移動穿過腔室時從引線去除雜質。
  38. 根據申請專利範圍第36項所述的引線接合機，其特徵在於，所述至少一個電漿射流裝置包括多個沿著圓周方向設置在引線周圍的電漿射流裝置。
  39. 一種在半導體裝置的導電焊盤和基底的導電焊盤之間接合引線的方法，該方法包括下列步驟：利用與一引線接合機集成為一體的一雜質去除系 統，在半導體裝置的導電焊盤和基底的導電焊盤之間接合引線之前從引線去除雜質；冷卻引線，以補償由於所述去除步驟造成的引線的變熱；以及在半導體裝置的導電焊盤和基底的導電焊盤之間接合引線。
  40. 根據申請專利範圍第39項所述的方法，其特徵在於，還包括下列步驟：在引線的附近提供還原氣體，以減小在去除步驟之後引線再污染的可能性。
  41. 根據申請專利範圍第39項所述的方法，其特徵在於，所述去除步驟包括利用下列方法中的至少一種從引線去除雜質：i)電漿放電清潔，ii)紫外線放射和臭氧清潔，或iii)電漿射流放電清潔。
  42. 一種用於清潔引線之與引線接合機集成為一體的引線清潔系統，所述引線被構造成將被引線接合，所述引線清潔系統包括：腔室，被放在所述引線接合機上的一引線捲筒位置以及所述引線接合機的一接合工具之間，構造成將被引線接合的引線伸穿過所述腔室，之後所述引線被引線接合；以及能量源，用於在所述引線被引線接合之前從腔室中的引線去除雜質，其特徵在於，其中所述腔室至少限定第一、第二和 第三開口，於是引線穿過所述第一和第二開口，並且第三開口為入口，以使氣體或氣體混合物進入；以及所述能量源包括至少一個電漿射流裝置，所述電漿射流裝置被提供有電漿氣體，並且設置在腔室中靠近引線的位置處以產生朝著引線導向的放電。
  43. 根據申請專利範圍第42項所述的引線清潔系統，其特徵在於，還包括：設置在能量源的下游的補償裝置，以冷卻引線以補償由於通過能量源施加的能量造成的引線的變熱。
  44. 根據申請專利範圍第43項所述的引線清潔系統，其特徵在於，所述補償裝置包括還原裝置，以提供還原氣體以減少引線再污染的可能性。
  45. 根據申請專利範圍第42項所述的引線清潔系統，其特徵在於，所述能量源被構造成當引線穿過所述腔室時，從引線至少去除潤滑劑覆層的一部分。
  46. 根據申請專利範圍第42項所述的引線清潔系統，其特徵在於，所述至少一個電漿射流裝置中的每一個均提供脈衝式的電漿放電，以當引線移動穿過腔室時從引線去除雜質。
  47. 根據申請專利範圍第42項所述的引線清潔系統，其特徵在於，所述至少一個電漿射流裝置包括多個沿著圓周方向設置在引線周圍的電漿射流裝置。
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