TWI548010B - 楔形鍵合機和清潔楔形鍵合機的方法 - Google Patents

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Description

楔形鍵合機和清潔楔形鍵合機的方法
本發明涉及一種具有楔刀(wedge)的楔形鍵合機(wedge bonder)，該楔刀用於將導線鍵合至表面上以在表面間形成電氣互連。特別是，該楔形鍵合機還包含有用於清潔楔刀的清潔設備。本發明還涉及一種清潔楔形鍵合機的楔刀的方法。
楔形鍵合機利用超聲波能量將導線鍵合至半導體晶粒和被裝配的襯底上，以致於在半導體晶粒和襯底之間形成電氣互連。具體地，當楔刀抵靠於半導體晶粒的晶粒座或抵靠於襯底壓擠導線時，超聲波換能器產生超聲波振動，該超聲波振動被傳遞通過楔形鍵合機的楔刀的鍵合末端，並前遞至設置在楔刀下方的導線上。
圖1表明了傳統的楔形鍵合機的鍵合末端100，其包含有：i)導線引導體102，其用於從線圈處(圖中未示)引導導線104通過導線端部100；ii)楔刀106，其具有鍵合部108，用於在鍵合過程中抵靠於半導體晶粒的鍵合盤或抵靠於襯底壓擠導線104的局部；以及iii)導線切刀110，其用於切割導線104以在半導體晶粒和襯底之間形成電氣互連之後將導線104從線圈處分離。
楔形鍵合機的重複的鍵合操作將會引起殘渣(residue)積累在楔刀106的鍵合部108處。例如，如果鋁導線被用於楔形鍵合，那麼鋁殘渣將會堆積在楔刀106的鍵合部108處。因此，有必要清潔楔刀106。傳統意義上，楔刀清潔包括：從鍵合末端100處移離楔刀106，和將移離後的楔刀106浸沒在清潔溶液(如：NaOH溶液)中大約30分鐘以將從楔刀106處去除殘渣。然後在清潔之後而在楔形鍵合機繼續其鍵合操作以前，將楔刀106重新安裝在鍵合末端100。
然而，清潔之後楔刀106重新安裝在鍵合末端100上需要建立一些設置任務，例如超聲波換能器的重新校準和鍵合末端100的精確部件調整。這些任務不僅浪費時間而且需要熟練的技術人員來完成。
所以，本發明的目的是尋求至少消除清潔楔形鍵合機的楔刀所出現的難題。
本發明第一方面提供一種楔形鍵合機，該楔形鍵合機包含有：楔刀，其用於將導線鍵合至表面上以在表面間形成電氣互連；清潔設備，其被操作來清潔楔刀；和定位設備，其上裝配有楔刀。尤其是，該定位設備被操作來移動楔刀至清潔設備以進行清潔。
根據本發明第一方面所述的楔形鍵合機的一些較佳但是可選的特徵定義在從屬申請專利範圍中。
本發明第二方面提供一種清潔楔形鍵合機的楔刀的方法，該楔刀用於將導線鍵合至表面上以在表面間形成電氣互連，該楔形鍵合機還包含有用於清潔楔刀的清潔設備，具體地，該方法包含有以下步驟：移動楔刀至清潔設備；使用清潔設備清潔楔刀。
根據本發明第二方面所述的方法的一些較佳但是可選的步驟同樣也定義在從屬申請專利範圍中。
圖2a-圖2c所示為楔形鍵合機200的平面示意圖，其表明有定位設備(所示為XY平臺202)和安裝至XY平臺202的鍵合末端(bond tip)204。鍵合末端204類似於圖1中所示的鍵合末端，其包含有：i)導線引導體，其用於從線圈(wire spool)處引導導線通過鍵合末端204；ii)楔刀，其具有鍵合部(bonding portion)，用於在鍵合過程中抵靠於半導體晶粒的鍵合盤和襯底的鍵合盤壓擠導線的局部；以及iii)導線切刀，其用於切割導線以在半導體晶粒和襯底之間形成電氣互連之後將導線從線圈處分離。
另外，楔形鍵合機200包含有：i)鍵合區206，用於執行鍵合操作時支撐襯底(如引線框)；ii)成像區208，用於檢查楔刀；以及iii)清潔區210，用於清潔楔刀。
具體地，XY平臺202的驅動通過移動控制器和包括線性馬達的馬達系統而得以被控制。圖2a表示了通過XY平臺202相對於鍵合區206和在鍵合區206的上方定位設置的鍵合末端204。特別是，XY平臺202驅動鍵合末端204以從位於鍵合區206的左側的初始位置沿著X方向向右移動而鍵合一行安裝在襯底上的半導體晶粒。其後，在將安裝在襯底上的另一行半導體晶粒鍵合以前，在XY平臺202驅動鍵合末端204沿著X方向向左以重新定位鍵合末端204回復至其初始位置的同時，將襯底沿著Y方向向上步進定位。圖2b表示了鍵合末端204被驅動以通過XY平臺202沿著X方向向右相對於成像區208移動至一位於成像區208的上方的位置，而圖2c表示了鍵合末端204被驅動以通過XY平臺202沿著Y方向相對於清潔區210和在清潔區210的上方向下移動。
圖3表明了具有導線引導體302、楔刀304、導線切刀306和楔形鍵合機200的清潔區210的清潔設備307的鍵合末端204，該清潔設備307使用幹式方法清潔楔刀304。清潔區210的這個清潔設備307包含有：i)馬達308，ii)和該馬達308相藕接的可旋轉的清潔輪(所示為可旋轉的研磨輪310)。該馬達通過移動控制器控制，以被控制的速度驅動研磨輪310抵靠於楔刀304的鍵合部312上，以從那裡機械地去除殘渣(如鋁殘渣)。
可選地，研磨輪310的幾何構造可以根據楔刀304的鍵合部312的相應的幾何構造而變化。
例如，圖4a所示為具有扁平端的鍵合部402的楔刀400的配置，其用於在鍵合過程中抵靠於半導體晶粒或襯底壓擠扁平導線。針對這種配置形式的楔刀400，當在垂直於其旋轉軸線或其主要表面的方向上觀察時，研磨輪310相應的的幾何構造可以包含有相應的扁平端。另一方面，圖4b所示為具有包括V型凹槽406的鍵合末端的楔刀404的配置，該V型凹槽4用於在鍵合過程中至少部分地容納和抵靠於半導體晶粒或襯底壓擠圓導線。在楔刀404的這個實施例中，當在垂直於其旋轉軸線或其主要表面的方向上觀察時，研磨輪310相應的的幾何構造可以包含有錐形端部(tapered ends)。
當然，值得注意的是，研磨輪310其它的的幾何構造也是可能來匹配於楔刀404相應的幾何構造，以用於清潔的目的。例如，為了清潔楔刀的鍵合末端的相應的U型凹槽，當在垂直於其旋轉軸線或其主要表面的方向上觀察時，研磨輪310可以包含有梯形端部(trapezoidal ends)。
除了如上所述的用於清潔楔刀304的幹式方法以外，在楔形鍵合機200的清潔區210，楔刀304還可以使用濕式方法而被清潔。
圖5所示為根據濕式方法的清潔區210的一種配置500的示意圖，這種配置500包含有3個腔室502、504、506：i)第一腔室502，用於儲存去除殘渣(如鋁殘渣)的清潔溶液503(如NaOH溶液)；ii)第二腔室504，用於儲存漂洗溶液505(如水H2O)；以及iii)第三腔室506，用於容納乾燥器508進行乾燥。具體地，在將楔刀304的鍵合部312浸入在清潔溶液503中以從楔刀304處去除殘渣以前，楔形鍵合機200的XY平臺202首先相對於和在清潔區210的第一腔室502上方定位鍵合末端204。在將楔刀304的鍵合部312已經浸入在清潔溶液503中一段充分的時間以後，在將其浸沒在漂洗溶液505中另一段所需的時間以從楔刀304處去除清潔溶液503以前，楔形鍵合機200的XY平臺202從清潔溶液503中撤出楔刀304。然後，在將楔刀304移動進入第三腔室506將其進行乾燥以前，楔形鍵合機200的XY平臺202從漂洗溶液505中撤出楔刀304。這樣完成了基於濕式方法的楔刀清潔處理。
較合適地，第一腔室和第二腔室502、504是足夠深以便於儲存各自的清潔溶液503和漂洗溶液505，而避免操作過程中楔形鍵合機200內的濺出(spillage)。
圖6a和圖6b表明了楔形鍵合機200的成像區208，其包含有用於捕獲楔刀304的鍵合部312的圖像的成像設備。具體而言，該成像設備包含有攝像機600和分光器602，該攝像機600相對於分光器602設置以捕獲楔刀304的各個圖像。當在分光器602上方楔刀304垂直於攝像機600的視野分界線(line-of-view)604設置時，如圖6a所示，分光器602允許攝像機600捕獲楔刀鍵合部312的基座的圖像。當楔刀304沿著攝像機600的視野分界線604校正定位以便於分光器602設置在攝像機600和楔刀鍵合部312之間時，如圖6b所示，分光器602允許攝像機600捕獲楔刀鍵合部312側面的圖像。
圖7a和圖7b表明楔刀304的鍵合部312在清潔以前由成像設備捕獲時的側面和底面圖像的示例圖像。可以看出，在重複的鍵合操作(如3000次鍵合週期)之後，殘渣(如鋁殘渣)701積累在楔刀鍵合部312的內壁。而圖7c和圖7d表明楔刀304的鍵合部312在清潔以後的側面和底面圖像的示例圖像。可以看出，以前積累在楔刀鍵合部312的內壁處的殘渣(如鋁殘渣)701已經被去除。
圖8a-圖8d所示為楔形鍵合機200的鍵合末端204，其另外包含有用於在楔刀清潔處理開始以前從鍵合末端204移離導線802和在楔刀清潔處理結束以後引導新導線804進入鍵合末端204的導線進給機構800。該導線進給機構800可以包括用於導線移除和導線重新穿入處理的一系列摩擦輪或導線夾具。
具體地，圖8a和圖8b表明了由導線進給機構800從楔刀鍵合部312推離的導線802的扭曲部801，以便於將導線802從楔刀鍵合部312的凹槽處去除。其後，導線進給機構800從鍵合末端204處收回導線802，以將導線802從那裡移離。
圖8c和圖8d表明了新導線804被重新穿入通過鍵合末端204直到導線804從導線引導體302處饋伸凸出。其後，在虛擬鍵合(dummy-bonding)處理過程中，鍵合末端204向下和向後移動(如箭頭806所示)，以便於楔刀304將新導線804推靠在虛擬鍵合點剝離板(dummy bond-off plate)802上。接著虛擬鍵合處理過程，新導線804然後被楔刀鍵合部312牢牢地捕獲，從而楔形鍵合機200能夠繼續其鍵合操作。
圖9所示為表明由楔形鍵合機200上的楔刀清潔處理的流程示意圖900。
該流程示意圖900首先從楔刀鍵合的步驟902開始，接著是鍵合計數器遞增1的步驟904。持續重複楔刀鍵合的步驟902和鍵合計數器遞增的步驟904，直到鍵合計數器完全符合計數數目(如3000)以觸發楔刀304的清潔。楔刀鍵合機200然後切換至“預清潔”模式。
在這個預清潔模式期間，楔刀鍵合機200完成將導線從鍵合末端204移離的步驟906。鍵合末端204的導線進給機構800驅動來將導線從鍵合末端204移離。具體地，導線的扭曲部從楔刀304的楔刀鍵合部312處被推離，以便於導線802自楔刀鍵合部312的凹槽處去除。然後，導線進給機構800從鍵合末端204處收回導線以從那裡將導線移離。
將導線從鍵合末端204移離的步驟906之後，楔形鍵合機200其後完成檢查楔刀鍵合部312的步驟908，在該步驟中楔刀304被移動至成像區208。此後，楔形鍵合機200完成清潔楔刀鍵合部312的步驟910，在該步驟中楔刀304被移動至清潔區210。接著，楔形鍵合機200切換進入“後清潔”模式。
在這個後清潔模式期間，楔形鍵合機200再次完成檢查楔刀鍵合部312的步驟912，在該步驟中楔刀被移動至成像區208。此後，在楔形鍵合機200繼續其鍵合操作以前，楔形鍵合機200完成重新穿引新導線通過鍵合末端204的步驟914。
這樣完成了楔形鍵合機200的楔刀清潔處理的重複。楔刀清潔處理的這種重複可以或者自動地或者手動地完成。事實上，楔刀清潔處理的任一或者所有步驟可以或者自動地或者手動地完成。
可以選擇地，成像設備可以提供回饋以用於楔刀清潔處理。例如，如果在預清潔模式期間從由成像設備所捕獲的楔刀鍵合部312的樣本圖像處沒有檢測出殘渣，那麼楔形鍵合機可以略過楔刀清潔處理以繼續其鍵合操作。類似地，如果在楔刀清潔處理之後從由成像設備所捕獲的楔刀鍵合部312的樣本圖像處檢測出一些殘渣，那麼楔形鍵合機可以操作以相對於清潔區210重新定位楔刀304而進行下一輪清潔。否則如果楔刀鍵合部312的樣本圖像顯示楔刀304已經被充分地清潔，那麼然後楔形鍵合機200在繼續其鍵合操作以前完成重新穿引導線的步驟914。
由於沒有必要從鍵合末端204處拆卸楔刀304進行清潔和在清潔之後將拆卸後的楔刀304重新安裝回鍵合末端204，所以楔刀清潔處理有益地減少了維護時間和對熟練技術人員建立設置任務如超聲波換能器的重新校正和鍵合末端204的精確部件調整的依賴性。而且，通過自動進行楔刀清潔處理，適當的楔刀清潔品質能夠在不進行人工干預的情形下得以被期待。
值得注意的是，在不離開本發明宗旨的情形下，本發明的其他實施例能夠被設計出。例如，雖然描述了成像區208和清潔區210分別包含有成像設備和清潔設備，可以設想：這些設備不需要永恆地設置在它們各自的成像區208和清潔區210處。相反，這些設備中的每一個能夠被驅動機構移動進入它們各自的成像區208和清潔區210以完成必要的操作。而且，成像區208和相應的成像設備是可選的，從而可以被省略。
100．．．鍵合末端
102．．．導線引導體
104．．．導線
106．．．楔刀
108．．．鍵合部
110．．．導線切刀
200．．．楔形鍵合機
202．．．XY平臺
204．．．鍵合末端
206．．．鍵合區
208．．．成像區
210．．．清潔區
302．．．導線引導體
304．．．楔刀
306．．．導線切刀
307．．．清潔設備
308．．．馬達
310．．．研磨輪
312．．．鍵合部
400．．．楔刀
402．．．鍵合部
404．．．楔刀
406．．．V型凹槽
500．．．配置
502．．．第一腔室
503．．．清潔溶液
504．．．第二腔室
505．．．漂洗溶液
506．．．第三腔室
508．．．乾燥器
600．．．攝像機
602．．．分光器
604．．．視野分界線
701．．．殘渣(如鋁殘渣)
800．．．導線進給機構
801．．．扭曲部
802．．．導線
804．．．新導線
806．．．箭頭
900．．．流程示意圖
902．．．楔刀鍵合的步驟
904．．．鍵合計數器遞增的步驟
906．．．將導線從鍵合末端204移離的步驟
908．．．檢查楔刀鍵合部312的步驟
910．．．楔形鍵合機200完成清潔楔刀鍵合部312的步驟
912．．．再次完成檢查楔刀鍵合部312的步驟
現在僅僅通過示例的方式，並參考附圖描述本發明較佳實施例，其中：圖1所示為傳統的楔形鍵合機的鍵合末端。圖2a-圖2c所示為根據本發明較佳實施例所述的楔形鍵合機，其包含有鍵合區、成像區和清潔區。圖3所示為圖2楔形鍵合機的清潔設備的配置示意圖，其包含有用於清潔楔刀的可旋轉的清潔輪；圖4a和圖4b所示為圖3用於清潔楔刀的可旋轉的清潔輪的不同幾何結構示意圖；圖5所示為圖2楔形鍵合機的清潔設備的另一種配置示意圖，其包含有多個用於清潔楔刀的腔室；圖6a和圖6b所示為圖2楔形鍵合機的成像設備，其包含有攝像機和分光器；圖7a-圖7b所示為圖2楔形鍵合機的楔刀在清潔以前由圖6a-圖6b的成像設備捕獲時的各個側視和仰視示意圖，而圖7c-圖7d所示為圖2楔形鍵合機的楔刀在清潔以後由圖6a-圖6b的成像設備捕獲時的各個側視和仰視示意圖；圖8a-圖8d所示為圖2楔形鍵合機的鍵合末端，其具體包含有用於在楔刀清潔以前從鍵合末端移離導線和在楔刀清潔以後引導新導線進入鍵合末端的導線進給機構；以及圖9所示為表明由圖2的楔形鍵合機所完成的楔刀清潔處理的流程示意圖。
200．．．楔形鍵合機
202．．．XY平臺
204．．．鍵合末端
206．．．鍵合區
208．．．成像區
210．．．清潔區

Claims (20)

  1. 一種楔形鍵合機，該楔形鍵合機包含有：楔刀，其用於將導線鍵合至表面上以在表面間形成電氣互連；清潔設備，其被操作來清潔楔刀；定位設備，其上裝配有楔刀，該定位設備被操作來移動楔刀至清潔設備以進行清潔；和成像設備，其被操作來捕獲楔刀的鍵合部的圖像；其中，該成像設備包括攝像機和分光器；其中，該定位設備被操作來相對於分光器移動楔刀至用於允許攝像機捕獲楔刀的鍵合部的的底面視圖的第一位置和用於允許攝像機捕獲楔刀的鍵合部的的側面視圖的第二位置；以及其中，位於第一位置的楔刀的鍵合部被設置在分光器的上方並垂直於攝像機的視野分界線，以允許攝像機捕獲楔刀的鍵合部的的底面視圖。
  2. 如申請專利範圍1所述的楔形鍵合機，其中，該清潔設備被操作來自動地清潔楔刀。
  3. 如申請專利範圍1所述的楔形鍵合機，其中，該清潔設備包含有清潔腔室，以用於儲存清潔溶液，該定位設備被操作來移動楔刀以將楔刀的鍵合部浸入在該清潔溶液中。
  4. 如申請專利範圍3所述的楔形鍵合機，其中，該清潔設備包含有漂洗腔室，以用於儲存漂洗溶液，該定位設備被操作來移動楔刀以將楔刀的鍵合部浸入在該漂洗溶液中。
  5. 如申請專利範圍4所述的楔形鍵合機，其中，該清潔設備包含有乾燥器，以用於乾燥楔刀的鍵合部，而該定位設備被操作來相對於乾燥器移動楔刀以乾燥楔刀的鍵合部。
  6. 一種楔形鍵合機，該楔形鍵合機包含有：楔刀，其用於將導線鍵合至表面上以在表面間形成電氣互連；清潔設備，其被操作來清潔楔刀；定位設備，其上裝配有楔刀，該定位設備被操作來移動楔刀至清潔設備以進行清潔；和成像設備，其被操作來捕獲楔刀的鍵合部的圖像； 其中，該成像設備包括攝像機和分光器；其中，該定位設備被操作來相對於分光器移動楔刀至用於允許攝像機捕獲楔刀的鍵合部的的底面視圖的第一位置和用於允許攝像機捕獲楔刀的鍵合部的的側面視圖的第二位置；以及其中，位於第二位置的楔刀的鍵合部沿著攝像機的視野分界線如此對齊定位，以便於分光器設置在攝像機和楔刀的鍵合部之間，而允許攝像機捕獲楔刀的鍵合部的側面圖像。
  7. 如申請專利範圍1所述的楔形鍵合機，該楔形鍵合機還包含有導線進給機構，以用於從楔刀處移離導線。
  8. 如申請專利範圍7所述的楔形鍵合機，其中，導線進給機構被操作來將新導線引入至楔刀。
  9. 一種清潔申請專利範圍1所述的楔形鍵合機的楔刀的方法，該方法包含有以下步驟：相對於清潔設備移動楔刀至一位置處；使用清潔設備清潔楔刀。
  10. 如申請專利範圍9所述的方法，其中，使用清潔設備清潔楔刀的步驟是自動完成的。
  11. 如申請專利範圍9所述的方法，其中，該楔形鍵合機還進一步包含有分光器和攝像機，該攝像機被操作來捕獲楔刀的鍵合部的圖像，該方法還進一步包含有以下步驟：相對於分光器將楔刀定位在第一位置，以捕獲楔刀的鍵合部的底面視圖；相對於分光器將楔刀定位在第二位置，以捕獲楔刀的鍵合部的側面視圖。
  12. 如申請專利範圍11所述的方法，其中，相對於分光器將楔刀定位在第一位置的步驟包括：將楔刀的鍵合部定位設置在分光器的上方並垂直於攝像機的視野分界線，以允許攝像機捕獲楔刀的鍵合部的底面圖像。
  13. 一種清潔申請專利範圍6所述的楔形鍵合機的楔刀的方法，該方法包含有以下步驟：相對於清潔設備移動楔刀至一位置處； 使用清潔設備清潔楔刀。
  14. 如申請專利範圍13所述的方法，其中，使用清潔設備清潔楔刀的步驟是自動完成的。
  15. 如申請專利範圍13所述的方法，其中，該楔形鍵合機還進一步包含有分光器和攝像機，該攝像機被操作來捕獲楔刀的鍵合部的圖像，該方法還進一步包含有以下步驟：相對於分光器將楔刀定位在第一位置，以捕獲楔刀的鍵合部的底面視圖；相對於分光器將楔刀定位在第二位置，以捕獲楔刀的鍵合部的側面視圖。
  16. 如申請專利範圍15所述的方法，其中，相對於分光器將楔刀定位在第一位置的步驟包括：將楔刀的鍵合部定位設置在分光器的上方並垂直於攝像機的視野分界線，以允許攝像機捕獲楔刀的鍵合部的底面圖像。
  17. 如申請專利範圍6所述的楔形鍵合機，其中，清潔設備被操作來自動地清潔楔刀。
  18. 如申請專利範圍6所述的楔形鍵合機，其中，該清潔設備包含有清潔腔室，以用於儲存清潔溶液，該定位設備被操作來移動楔刀以將楔刀的鍵合部浸入在該清潔溶液中。
  19. 如申請專利範圍6所述的楔形鍵合機，該楔形鍵合機還包含有導線進給機構，以用於從楔刀處移離導線。
  20. 如申請專利範圍19所述的楔形鍵合機，其中，導線進給機構被操作來將新導線引入至楔刀。
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