一種利用激光制造折點的引線成弧方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種利用激光制造折點的引線成弧方法，包括以下步驟：步驟1：在芯片焊盤（6）的中心點位置O點形成第一焊點；步驟2：劈刀垂直上升至E點，同時釋放引線；步驟3：在引線的O點與E點之間，至少選擇一個點A；引入激光能量對所選點制造局部熱塑性變形點形成折點；步驟4：O點與F點之間的距離|OF|作為為橢圓短軸，橢圓長軸為4000-8000微米，劈刀從E點沿著橢圓軌跡運動至F點，通過熱及施加在劈刀上的超聲的共同作用，在框架焊盤（5）的中點位置F點形成第二焊點，形成所需的大跨度低弧引線。運用本發(fā)明方法大大簡化劈刀的運動軌跡，并形成大跨度低弧引線。
【專利說明】一種利用激光制造折點的弓I線成弧方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種半導(dǎo)體制造中的微電子封裝引線互連方法，特別是在三維疊層封裝中采用激光在引線上制造一個或多個折點從而形成大跨度低弧引線的快速引線成形方法。
【背景技術(shù)】
[0002]集成電路制造是高新技術(shù)最核心的產(chǎn)業(yè)之一。為應(yīng)對尺寸更小、功能更強的需求挑戰(zhàn)，IC的集成度增加、特征線寬降低到28nm以下，逐漸接近物理極限。業(yè)界認為更有效的解決方法之一是系統(tǒng)級封裝(System in Package, SiP)技術(shù)。據(jù)ITRS2010定義，SiP是將多個不同功能的有源/無源/MEMS/生物芯片等器件，組裝成多功能的單個標準封裝子系統(tǒng)的先進封裝技術(shù)。
[0003]典型SiP結(jié)構(gòu)是三維疊層芯片封裝，它將芯片I與芯片2堆疊、粘結(jié)在一起，再通過熱超聲引線鍵合(Thermosonic wire bonding,簡稱熱超聲鍵合)，制作出引線2實現(xiàn)芯片2與框架的互連，制作出特點空間形狀的引線I實現(xiàn)芯片I與框架的互連，最后對疊層芯片實施整體封裝，如圖1。
[0004]其中，實現(xiàn)芯片與框架互連的熱超聲引線鍵合是三維疊層芯片封裝的關(guān)鍵互連技術(shù)之一。熱超聲引線鍵合是利用超聲、熱、力等外場能量將引線(典型為金線)兩端分別鍵合到芯片和框架焊盤上，通過具有一定空間幾何形貌的弧線(Wire loop)實現(xiàn)芯片和框架間電互連。形成弧線的過程稱為引線成形的技術(shù)。
[0005]在三維疊層芯片封裝中，通常需要多層引線來實現(xiàn)不同高度芯片與框架的互連，如圖1所示。其中，引線2采用圖2a所示的傳統(tǒng)引線成形方法，劈刀軌跡較為簡單；引線I形狀較為復(fù)雜，需要復(fù)雜的引線成形方法。為此，各引線鍵合設(shè)備商提出了通過復(fù)雜劈刀軌跡形成大跨度引線的方法，其中，以KNS公司的M形弧線最為典型，成為SiP最主要引線成形方法，如圖2b。
[0006]M弧線雖然實現(xiàn)了 SiP高層芯片的低弧大跨度引線互連，但劈刀軌跡復(fù)雜、引線速度慢，極大制約了引線鍵合的速度。為此，美國專利US7262124、美國專利US2005/0072833和美國專利US7464854提出，在形成第一個焊點后，通過劈刀朝遠離第二焊點的方向反向運動或者復(fù)雜的運動的軌跡，對第一個焊點附近的引線反復(fù)折彎，從而降低弧高。該類引線成形專利存在的問題是，在反復(fù)折彎引線的過程中，容易使引線的頸部受到損傷，甚至導(dǎo)致引線斷裂。美國專利US7547626、美國專利US6222274和美國專利US7851347提出，通過復(fù)雜的軌跡使引線形成多個折點，從而形成大跨度的線弧。該類專利存在的問題是，復(fù)雜的劈刀軌跡大大降低了效率和成品率。美國專利US2009/0081829提出在第二焊結(jié)束后，通過其他工具強制壓低弧高，從而形成低弧引線。但問題是，引線在工具的作用下容易出現(xiàn)損傷，且在機械力的作用下引線的成形不一致，極大的影響了芯片的一致性，這對電子產(chǎn)品來說是致命的。因此有必要提出一種新的低弧大跨度引線快速成形方法。
【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明提出了一種利用激光制造折點的引線成弧方法，為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)中的不足，在劈刀運動過程中引入激光能量制造局部熱塑性變形點形成折點，從而大大簡化劈刀的運動軌跡，并形成大跨度低弧弓I線。
[0008]一種利用激光制造折點的引線成弧方法，包括以下步驟:
[0009]步驟1:在芯片焊盤(6)的中心點位置0點形成第一焊點；
[0010]框架焊盤(5)的中心點位置為F點，芯片焊盤(6)上表面與框架(I)下表面之間的距離為h ；
[0011]步驟2:劈刀垂直上升至E點，同時釋放引線，OE之間的距離滿足OE I = |hI+1.2 I OF ；
[0012]步驟3:在引線的0點與E點之間，至少選擇一個點A點，OA長度為80-150微米；
[0013]利用激光器從劈刀右側(cè)照射引線上的A點，在A點產(chǎn)生熱塑區(qū)，形成一個向左凸出的折點；
[0014]步驟4:以0點為中心點，0點與F點之間的距離|of|作為為橢圓短軸，橢圓長軸為4000-8000微米，劈刀從E點沿著橢圓軌跡運動至F點，在框架焊盤(5)的中心點位置F點形成第二焊點，即完成從芯片焊盤到框架焊盤之間的引線搭建。
[0015]所述步驟3中，在引線的0點與E點之間，選擇兩個點A點和D點，OA長度為80-150微米，OD長度為4/5 I OE微米；
[0016]利用激光器分別從劈刀右側(cè)照射引線上的A點和D點，在A點和D點產(chǎn)生熱塑區(qū)，形成兩個向左凸出的折點。
[0017]所述步驟3中，在引線的0點與E點之間，選擇四個點:A、B、C及D;
[0018]OA長度為80-150微米，OC長度為3/5 | OE |微米；
[0019]OB長度為2/5 I OE |微米，OD長度為4/5 | OE |微米；
[0020]利用激光器從劈刀的右側(cè)分別照射引線上的A點和C點，在A點和C點分別產(chǎn)生熱塑區(qū)，形成兩個向左凸出的折點；
[0021]利用激光器從劈刀的左側(cè)分別照射引線上的B點和D點，在B點和D點分別產(chǎn)生熱塑區(qū)，形成兩個向右凸出的折點。
[0022]劈刀側(cè)面設(shè)有激光器。
[0023]有益效果
[0024]本發(fā)明提供了一種利用激光制造折點的引線成弧方法，此方法與其他形式的引線成形方法比較，具有以下的特點及優(yōu)勢:
[0025](I)引入激光能量加熱局部引線形成熱塑性區(qū)來制造折點，制造一個折點僅需1-2微秒；不再通過劈刀的復(fù)雜軌跡使引線產(chǎn)生折點，以M弧線為例，采用本發(fā)明的方法僅需40ms左右，而現(xiàn)有方法需要200ms以上的時間；因此，大大縮短了引線成形的時間，提高了
工作效率。
[0026](2)簡化了劈刀的軌跡，降低了劈刀軌跡的長度，避免了引線在形成折點過程中的多次彎折，從而避免了因為彎折對弓I線的損傷。
[0027](3)只需要控制激光能量的大小、方向和作用時間，就可以在任意需要的位置形成折點，操作相對簡單，能較易的形成低弧度的引線。[0028](4)在形成折點過程中，避免了任何形式的引線直接接觸，降低了對引線中應(yīng)力分布的影響，也降低了對引線的損傷，可以更有效地確保引線形狀的一致性。
[0029]本發(fā)明提供的激光制造折點的方法是利用激光加熱形成預(yù)變形區(qū)(折點)，再配合劈刀的運動使得預(yù)變形區(qū)進一步發(fā)生形變，最終形成所需的線弧形狀。為了能夠滿足后續(xù)封裝的要求，要求預(yù)變形區(qū)為帶有彈性核的塑性變形區(qū)，不同于材料成型過程中簡單地塑性變形。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0030]圖1三維疊層芯片封裝示意圖；
[0031]圖2基本弧線和M弧線的引線成形比較示意圖，其中圖(a)為基本弧線引線成形，圖(b)為M弧線引線成形；
[0032]圖3利用本發(fā)明方法快速形成大跨度低弧引線的示例一的示意圖，其中，圖(a)為形成第一焊點示意圖，圖(b)為引入激光制造折點示意圖，圖(c)為劈刀軌跡與最終形成的大跨度低弧引線示意圖；
[0033]圖4利用本發(fā)明方法快速形成大跨度低弧引線的示例二的示意圖，其中，圖(a)為形成第一焊點示意圖，圖(b)為引入激光制造折點示意圖，圖(c)為劈刀軌跡與最終形成的基本弧線不意圖；
[0034]圖5利用本發(fā)明方法快速形成大跨度低弧引線的示例三的示意圖，其中，圖(a)為形成第一焊點示意圖，圖(b)為引入激光制造折點示意圖，圖(c)為劈刀軌跡與最終形成的n弧線示意圖；
[0035]標號說明:1-框架，2-芯片，3-劈刀，4-引線，5-框架焊盤，6-芯片焊盤，7-第一焊點，8-左側(cè)激光器，9-右側(cè)激光器，10-劈刀下降軌跡，11-低弧引線，12-第二焊點。
【具體實施方式】
[0036]下面將結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明做進一步的說明。
[0037]本發(fā)明一種利用激光制造折點的引線成弧方法，包括以下步驟:
[0038]步驟1:在芯片2上的芯片焊盤6的中心點位置0點形成第一焊點7 ；
[0039]框架焊盤5的中心點位置為F點，芯片焊盤(6)上表面與框架(I)下表面之間的距離為h;
[0040]步驟2:劈刀3垂直上升至E點，同時釋放引線4，OE之間的距離滿足OE I = |h1+1.2 I OF ；
[0041]步驟3:在引線的0點與E點之間，至少選擇一個點A點，OA長度為80-150微米；
[0042]利用激光器從劈刀右側(cè)照射引線上的A點，在A點產(chǎn)生熱塑區(qū)，形成一個向左凸出的折點；
[0043]步驟4:以0點為中心點，0點與F點之間的距離|of|作為為橢圓短軸，橢圓長軸為4000-8000微米，劈刀從E點沿著橢圓軌跡運動至F點，在框架焊盤(5)的中心點位置F點形成第二焊點，即完成從芯片焊盤到框架焊盤之間的引線搭建。
[0044]示例一
[0045]采用本發(fā)明方法形成大跨度低弧引線，如圖3所示，具體的方法為:[0046]步驟1:在芯片焊盤(6)的中點位置0點形成第一焊點，如圖3 Ca)所示；
[0047]步驟2:劈刀垂直上升到E點，釋放出一段引線0E，OE長度為7500微米；
[0048]步驟3:通過設(shè)置在劈刀左側(cè)的左側(cè)激光器從劈刀左側(cè)分別照射引線的B和D點位置，其中，OB長度為3000微米，OD長度為6750微米，形成兩個熱塑性區(qū)，具有左邊變形大，右邊變形小的特點，以形成兩個向右邊凸出的折點；同理，通過設(shè)置在劈刀右側(cè)的右側(cè)激光器從劈刀右側(cè)照射引線的A和C點位置，其中，OA長度為100微米，OC長度為4500微米，形成兩個熱塑性區(qū)，具有右邊變形大，左邊變形小的特點，以形成兩個向左邊凸出的折點,如圖3 (b)所示；
[0049]步驟4:以0點為中心點，0點與F點之間的距離|of|作為為橢圓短軸，橢圓長軸為4000-8000微米，劈刀從E點沿著橢圓軌跡運動至F點，在框架焊盤5的中心點位置F點形成第二焊點12，形成所需的大跨度低弧引線11，如圖3 (c)所示。
[0050]示例二
[0051]采用本發(fā)明方法形成基本引線，如圖4所示，具體的方法為:
[0052]步驟1:在芯片焊盤6的中心點位置0點形成第一焊點7，如圖4 (a)所示；；
[0053]步驟2:劈刀5垂直上升到E點，釋放出一段引線6，長度為0E，0E長度為1300微米;
[0054]步驟3:通過設(shè)置在劈刀左側(cè)的左側(cè)激光器從劈刀左側(cè)照射引線的A點位置，OA長度150微米，形成I個熱塑性區(qū)，具有右邊變形大，左邊變形小的特點，以形成I個向左邊凸出的折點，如圖4 (b)所示；
[0055]步驟4:以0點為中心點，0點與F點之間的距離|of|作為為橢圓短軸，of長度為1000微米，橢圓長軸為4000-8000微米，劈刀從E點沿著橢圓軌跡運動至F點，在框架焊盤
(5)的中心點位置F點形成第二焊點,形成所需的基本引線11,如圖4 (c)所示。
[0056]示例三
[0057]本發(fā)明中所提到的大跨度n弧線引線的成形方法將根據(jù)圖5來描述。具體的方法為:
[0058]步驟1:在芯片焊盤(6)的中點位置0點形成第一焊點，如圖5 Ca)所示；
[0059]步驟2:劈刀5垂直上升到E點，釋放出一段引線6，長度為0E，0E長度為5000微米;
[0060]步驟3:通過設(shè)置在劈刀左側(cè)的左側(cè)激光器分別從劈刀左側(cè)照射引線的A點位置和D點位置，其中，OA長度150微米，OD長度為4000微米，各形成I個熱塑性區(qū)，具有右邊變形大，左邊變形小的特點，以形成兩個向左邊凸出的折點，如圖5 (b)所示；
[0061]步驟4:以0點為中心點，0點與F點之間的距離|of|作為為橢圓短軸，of長度為4000微米，橢圓長軸為4000-8000微米，劈刀從E點沿著橢圓軌跡運動至F點，在框架焊盤5的中心點位置F點形成第二焊點12，形成所需的大跨度低弧引線11，如圖5 (c)所示。
[0062]所述大跨度低弧引線是指引線跨度大于4000微米，引線弧度低于200微米。
【權(quán)利要求】
1.一種利用激光制造折點的引線成弧方法，其特征在于，包括以下步驟: 步驟1:在芯片焊盤(6)的中心點位置O點形成第一焊點； 框架焊盤(5)的中心點位置為F點，芯片焊盤(6)上表面與框架(I)下表面之間的距離為h ； 步驟2:劈刀垂直上升至E點，同時釋放引線，OE之間的距離滿足I OE I = I h I +1.2 I OF | ； 步驟3:在引線的0點與E點之間，至少選擇一個點A點，OA長度為80-150微米； 利用激光器從劈刀右側(cè)照射引線上的A點，在A點產(chǎn)生熱塑區(qū)，形成一個向左凸出的折占.步驟4:以0點為中心點，0點與F點之間的距離|of|作為為橢圓短軸，橢圓長軸為4000-8000微米，劈刀從E點沿著橢圓軌跡運動至F點，在框架焊盤(5)的中心點位置F點形成第二焊點，即完成從芯片焊盤到框架焊盤之間的引線搭建。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種利用激光制造折點的引線成弧方法，其特征在于，所述步驟3中，在引線的0點與E點之間，選擇兩個點A點和D點，OA長度為80-150微米，OD長度為4/5 I OE I微米； 利用激光器分別從劈刀右側(cè)照射引線上的A點和D點，在A點和D點產(chǎn)生熱塑區(qū)，形成兩個向左凸出的折點。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種利用激光制造折點的引線成弧方法，其特征在于，所述步驟3中，在引線的0點與E點之間，選擇四個點:A、B、C及D; OA長度為80-150微米，OC長度為3/5 | OE |微米； OB長度為2/5 I OE I微米，OD長度為4/5 | OE |微米； 利用激光器從劈刀的右側(cè)分別照射引線上的A點和C點，在A點和C點分別產(chǎn)生熱塑區(qū)，形成兩個向左凸出的折點； 利用激光器從劈刀的左側(cè)分別照射引線上的B點和D點，在B點和D點分別產(chǎn)生熱塑區(qū)，形成兩個向右凸出的折點。
4.根據(jù)權(quán)利要求1-3任一項所述的一種利用激光制造折點的引線成弧方法，其特征在于，劈刀側(cè)面設(shè)有激光器。
【文檔編號】H01L21/60GK103500714SQ201310461505
【公開日】2014年1月8日 申請日期:2013年9月30日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月30日
【發(fā)明者】王福亮, 陳云, 韓雷, 李軍輝 申請人:中南大學(xué)