用於在引線接合操作中降低氧化的輸氣系統的製作方法

2023-05-10 18:19:06

專利名稱：用於在引線接合操作中降低氧化的輸氣系統的製作方法
技術領域：
本發明涉及半導體器件的引線接合，具體地涉及向引線接合機的某些區域提供保 護氣體。
背景技術：
在各種半導體器件的製造商中，經常使用引線接合技術來對器件中的元件進行連 接。例如，經常使用線焊(或線環)來提供半導體管芯與引線框架上的觸點之間的互聯。示 例性的傳統引線接合操作包括(1)將無空氣球接合到管芯上的第一接合位置(例如，使用 球形接合)以形成第一接合；(2)將引線從第一接合朝向引線框架上的第二接合位置延伸； (3)將延伸的引線的端部接合到第二接合位置以形成第二接合；以及(4)對引線進行裁切。 在這種球形接合操作中，通常在步驟(1)中使用電子滅火(即，EF0)棒或電極等等以在引 線的端部形成無空氣球。經常在引線接合工藝中使用金線(其基本上不與氧發生反應)；但是在某些應用 中，使用更具活性的金屬(例如，銅、銀、鈀、鋁等)。這些更具活性的金屬例如可在存在氧的 情況下發生反應並在引線(和/或引線的端部或尾部)上形成對於引線接合而言是不希望 出現的氧化物/氧化。鑑於這種可能的氧化，某些引線接合系統包括用於在通過EFO棒形成無空氣球過 程中向引線的端部提供保護氣體的子系統。例如，第6，234，376號美國專利公開了這種系 統，該專利的全部內容通過弓I用併入本文。此外，使用引線接合機的各種子系統來向引線接合機的接合位置區提供保護氣 體，以降低接合線在接合位置區中氧化的可能性。用於在接合位置區中提供保護氣體的 示例性子系統包括第2007/0284421號、第2007/0251980號美國專利申請公開；以及第 5，265，788 號、第 5，395，037 號、第 6，866，182 號和第 7，182，793 號美國專利。希望提供用於在引線接合中降低氧化的改進的結構。

發明內容
根據本發明的示例性實施方式，提供了一種引線接合機。所述引線接合機包括接 合工具和電極，電極用於在穿過所述接合工具延伸的引線的端部上形成無空氣球，這裡，無 空氣球形成在引線接合機的無空氣球形成區。引線接合機還包括接合位置區，接合位置區 用於在引線接合操作過程中保持半導體器件。引線接合機還包括輸氣機構/系統(例如， 輸氣結構)，輸氣機構/系統被配置為將保護氣體提供至(1)接合位置區，由此保護氣體穿 過輸氣機構的至少一個孔眼噴射到接合位置區；以及(2)無空氣球形成區。



當結合附圖閱讀以下詳細描述時，本發明從以下詳細描述中得到最佳理解。應強 調，根據通常做法，附圖的各特徵並非按比例繪製。相反，為了清晰，任意地放大或縮小了各 特徵的尺寸。附圖中包括以下圖IA是根據本發明的示例性實施方式的引線接合系統的一部分的立體圖；圖IB是圖IA的一部分的詳圖；圖IC是根據本發明的示例性實施方式的包括蓋的輸氣系統的立體圖，其中蓋用 於遮蓋器件夾具的窗的一部分；圖ID是圖IA的一部分的俯視詳圖；圖IE是根據本發明的示例性實施方式的用於圖IA的引線接合機的輸氣機構的一 部分的俯視圖；圖IF是沿著線1F-1F得到的圖IG的一部分的正視圖；圖IG是根據本發明的示例性實施方式的用於圖IA的引線接合機的輸氣機構的殼 體的底部的立體圖，其帶有與電極的末端部鄰近的絕緣體；圖IH是根據本發明的示例性實施方式的用於圖IA的引線接合機的輸氣結構的殼 體的底部的立體圖，其不帶有與電極的末端部鄰近的絕緣體；圖2是根據本發明的示例性實施方式的另一輸氣結構的一部分的俯視立體圖；圖3是根據本發明的示例性實施方式的又一輸氣結構的一部分的俯視立體圖；圖4A是根據本發明的示例性實施方式的又一輸氣結構的一部分的俯視立體圖；圖4B是圖4A中輸氣機構的那一部分的仰視立體圖；圖5A是根據本發明的示例性實施方式的引線接合機的元件的正視立體圖，其中 包括輸氣機構的元件；圖5B是圖5A的元件的仰視立體圖；圖6A是根據本發明的示例性實施方式的輸氣機構的一部分的正視立體圖，其中 該輸氣機構與引線接合機的某些元件集成在一起；圖6B是圖6A的輸氣機構的一部分的側視立體圖；圖6C是圖6A的輸氣機構的一部分的俯視圖，並且以虛線示出某些內部細節；圖6D是圖6A的輸氣機構的一部分的剖面正視立體圖；圖7A是根據本發明的示例性實施方式的輸氣機構的一部分的正視立體圖，該輸 氣機構與引線接合機的某些元件集成在一起；圖7B是圖7A的輸氣機構的一部分的側視立體圖；圖7C是圖7A的輸氣機構的一部分的俯視圖，並且以虛線示出某些內部細節；圖7D是圖7A的輸氣機構的一部分的仰視立體圖；以及圖7E是圖7A的輸氣機構的一部分的剖面正視立體圖。
具體實施例方式第6，234，376號美國專利以及第2007/0284421號和第2007/0251980號美國專利 公開涉及用於引線接合技術的氧化降低系統，它們的全部內容通過引用併入本文。
本領域的技術人員可以理解，接合位置區指的是引線接合機上實際形成引線接合(即，將引線的一部分接合或焊接至接合位置)的那部分。例如，在引線接合操作過程中，承 載器件的引線框架條(strip)可由引線接合機的熱塊(heat block)支撐，並由引線接合機 的夾具固定。在這種情況下，在引線接合過程中，引線框架/器件的可通過窗夾具(window clamp)的器件孔眼接近的那部分可被視作接合位置區。此外，本領域的技術人員可以理解， 無空氣球(free air ball)形成區是在引線接合過程中形成無空氣球的位置。該位置趨向 於由其它因素限定，其中包括用於形成無空氣球的電極的末端的位置、接合工具的位置以 及從接合工具延伸的引線的位置/長度等(這些位置可能隨機器而不同或變化)。本發明涉及輸氣機構/系統，該輸氣機構/系統將保護氣體(例如，合成氣體)流 併入以下的每一個中(1)電子滅火(electronic flame off)區，在這裡將形成無空氣球 (即，無空氣球形成區)；以及(2)接合位置區。在某些實施方式中，在不對向電子滅火區 和接合位置區任一個流動的氣流進行幹擾的情況下，EFO電極至少部分地位於輸氣系統內。 向EFO區提供的保護氣體降低了在無空氣球形成過程中(例如，在銅線的無空氣球形成過 程中)發生氧化的可能性，而向接合位置區提供的保護氣體降低了在接合操作過程中引線 氧化的可能性。通過使用單一機構/結構向無空氣球形成區和接合位置區提供保護氣體， 獲得了許多優勢。例如，提供了簡單的高性價比機構。此外，通過減少引線接合機上的多個 結構，促進了在引線接合操作過程中的可見性和接近。此外，與其它設置相比，可能促進了 接合頭的期望運動範圍。根據本發明的某些示例性實施方式，(1)在引線接合機的電子滅火操作附近以及 (2)在引線接合機的接合位置區附近提供氣體(例如，保護氣體，如包括氮、氬等的氣體) (這裡，該氣體可能包括或可能不包括還原氣體，如氫)。例如，在引線接合操作過程中，(1) 在引線接合機的電子滅火操作附近以及(2)在引線接合機的接合位置區附近可以提供恆 定的(或可變的或受控的)氣體供給，從而在引線接合操作過程中存在降低引線氧化的可 能性。依賴於所使用的氣體(和溫度)，還可能對已經存在於引線上的氧化物/氧化進行還 原，這與在無空氣球形成過程中應用還原氣體的作用類似。例如，在球形接合過程中所使用的無空氣球的形成過程中，希望提供保護氣體以 降低引線/無空氣球的氧化的可能性，因為這種氧化可能導致不需要的引線接合等等。此 夕卜，在引線接合操作過程中，在完成線環(wire loop)(以及在形成下一個無空氣球之前)， 引線尾部(例如，從毛細末端上懸垂的引線端部)可能受到氧等的作用，導致在引線尾部上 形成氧化物。即使引線尾部後來形成為無空氣球，這種氧化物對於接合而言也是不希望的。 當然，存在引線接合操作這樣的一些其它階段，在這些階段中不希望降低引線(和/或引線 端部)的氧化的可能性，如例如，(1)當在接合位置區中形成第二接合時；例如，(2)當將 所形成的無空氣球降低至接合位置區，其它情況不再列舉。本發明通過(1)在引線接合機 的電子滅火操作附近以及(2)在引線接合機的接合位置區附近提供氣體供給對這些情況 進行處理。圖IA圖示了引線接合機10(其中為了簡明而移除了多個元件)。引線接合機10 包括接合頭組件100，接合頭組件100包括(例如，通過引線接合機的XY平臺)進行移動 以在接合位置之間形成線環的多個元件。引線接合機10還包括器件夾具102 (有時也被稱 為窗夾具或者夾具插入件)，器件夾具102將待被引線接合的器件固定就位(例如，在引線接合機的熱塊(heat block)上)。現在參照圖IB中提供的詳圖，其中圖示了由接合頭100 所承載的多個元件，包括換能器104和接合工具106。還示出了輸氣機構110，接合工具106 穿過輸氣機構110延伸。更具體地，接合工具106穿過輸氣機構110的孔眼IlOc延伸。接 合工具106用於形成接合位置之間的線環互連。接合位置是接合位置區108中可由接合工 具106通過器件夾具102的器件孔眼102a(也稱為窗)接近的部分。下面將更詳細地解 釋，輸氣機構110用於將氣體(例如，保護氣體)提供至(1)引線接合機的電子滅火操作附 近以及⑵引線接合機的接合位置區附近。如圖IB中所示，在該示例中，輸氣機構110由 EFO (電子滅火)電極支撐結構IOOa支撐，該EFO電極支撐結構IOOa由引線接合機10的 XY平臺承載。圖IC圖示了本發明的示例性實施方式，其中，在器件夾具102的器件孔眼102a的 一部分上方設有蓋112。例如，蓋112可固定至輸氣機構110 (或EFO電極支撐結構IlOa的 某其它部分)，使得蓋112 (例如，通過XY平臺運動)呈現為遮蓋器件孔眼102a的一部分， 從而降低保護氣體離開接合位置區108的速率(從而節省保護氣體成本，並提高保護氣體 在降低接合引線的部分的氧化的可能性中的作用)。
圖ID是輸氣機構110的剖面立體圖，其中圖示了輸氣機構110的腔IlOa和IlOb 的一部分。在圖ID中，接合工具106示出為處於接合位置，在該接合位置，接合工具的尖端 用於將引線的一部分(未示出)接合到接合位置區108中的接合位置；但是可以理解，在無 空氣球形成位置，接合工具106升高(與圖ID的視圖相比)以使得接合工具106的尖端處 於輸氣機構110內或與輸氣機構110鄰近。在該位置，電子滅火棒(示出在圖IG和IH中) 用於在從接合工具106的尖端延伸的引線的端部上形成無空氣球。由於無空氣球形成在輸 氣機構110的充有氣體的腔內或者該腔附近，因此無空氣球可在具有降低的氧化可能性的 環境中形成。輸氣機構110可包括共同限定腔IlOa和IlOb的頂部和底部。圖IE圖示了輸氣機 構Iio的內部(即，在圖示中輸氣機構110的頂部是透明的)。輸氣機構110限定腔IlOa 和腔110b。腔IlOa在(1)第一進氣口 114(例如，供氣管或管子114)與(2)電子滅火操 作附近之間限定輸氣路徑。更具體地，如在圖IE中由箭頭所示，氣流(例如，受控的氣體供 給)被提供至第一進氣口 114。氣體從第一進氣口 114起沿著由腔IlOa提供的路徑流動。 由腔IlOa提供的路徑延伸到將出現無空氣球的區域(即，電子滅火操作附近，也被稱為無 空氣球形成位置)。如圖IE中所示，電極118( S卩，電子滅火裝置的用於形成無空氣球的電 極)穿過輸氣機構110延伸，使得電極118的末端終止於腔IlOa內。本領域的技術人員 已知，電子滅火裝置通常包括電極(如電極118)，該電極用於使從接合工具(如接合工具 106)延伸的引線的端部熔化以形成無空氣球。如圖IE所示，氣體流過腔IlOa並圍繞接合 工具I06且與電極118的末端鄰近，從而在電子滅火操作附近提供氣體(氣流由一系列箭 頭圖示)。在圖IE中還示出了腔110b。腔IlOb在(1)第二進氣口 116 (供氣管或管子116) 與(2)引線接合機的接合位置區附近之間限定輸氣路徑。更具體地，如圖IE中由箭頭所 示，氣流(例如，受控的氣體供給)被提供至第二進氣口 116。氣體從第二進氣口 116起沿 著由腔1 IOb提供的路徑流動。由腔1 IOa提供的路徑延伸至多個通孔110b3、110b4、110b5、 110b6、和110b7。如圖IE中所示，氣體穿過腔1 IOb流動，通到(並穿過)通孔110b3、110b4、110b5、110b6、和 110b7。然後氣體從通孔 110b3、110b4、110b5、110b6、和 110b7 朝向引線接
合機的接合位置區向下流動，從而向接合位置區提供氣體以降低引線和/或引線端部的氧 化可能性。圖IF是沿著線1E-1E取得的圖IE的一部分的正視圖，其圖示了輸氣機構110的 頂部IlOB和底部110A。該剖面圖提供了腔IlOa和IlOb的一部分的視圖以及通孔110b3 和IIObe的一部分的視圖。如圖IE中所示，氣體經過通孔Ii0b3和IIObe朝向接合位置區 108(待被引線接合的器件120位於接合位置區108)流動(如由箭頭指示)。如上所述，輸氣機構110包括頂部IlOA和底部110A。圖1G-1H圖示了底部IlOB 的兩種變型。如圖1G-1H中所示，底部IlOB限定腔IlOa的底部llOal。同樣，底部IlOB限 定腔 IlOb 的底部 IlObl (包括通孔 110b3、110b4、110b5、110b6、禾口 110b7)。在圖 1G-1H 中 未示出的頂部IlOB限定了腔IlOa和IlOb的相應部分。此外，底部Il OA限定了被設置成 接納接合工具106的孔眼IlOc (例如，見圖1B)的孔眼部IlOcl (例如，見圖1B)(未示出的 頂部IlOB限定孔眼IlOc的相應部分)。在圖IG和IH中還示出了在底部IlOA中限定的 凹陷A1、A2。這些凹陷Al和A2與頂部IlOB中的相應凹陷(來示出)相結合以接納進氣 口 114和116 (例如，供氣管114和116)。進氣口 114和116分別向腔IlOa和IlOb提供氣 體。圖1G-1H還圖示了用於電極118的末端的兩種不同配置。也就是說，在圖IG中，在電 極118的末端處設有絕緣體120 (例如，由陶瓷等等製成的絕緣襯套)。提供絕緣體120以 將來自電極118的火花朝向引線的端部引導，從而形成無空氣球(在圖IG中未示出引線)。 更具體地，從電極118的與沿著電極118的長度更遠的某點正相反的末端對火花進行引導。 此外，可在絕緣體120的對電極118的末端進行接納的開口處設置絕緣密封劑或粘合劑，以 進一步引導火花。相比之下，在圖IH中，電極118的末端並未由如絕緣體120的絕緣體接 納。儘管在圖1A-1H中示出的本發明的示例性實施方式包括兩個供氣源(即，通過進 氣口/進氣管114和116提供的氣體)，但應理解，單一供氣源/管可向供氣機構110供氣。如以上關於圖1A-1L所述，提供了用於(1)在引線接合機的電子滅火操作附近以 及(2)在引線接合機的接合位置區附近供氣的輸氣機構。但是，本發明不限於圖1A-1H中 所示的配置。實際上，存在在本發明的範圍內構想的多種配置。在圖2、圖3、圖4A-4B、圖 5A-5C、圖6A-6E和圖7A-7E中示出了多個附加的示例性配置。參照圖2，其中圖示了輸氣機構的底部210A(為了簡明而略去了以類似於上述頂 部IlOB的方式起作用的頂部)。在輸氣機構中限定了輸氣腔，該輸氣腔由底腔部210al部 分地限定(還由未示出的頂部限定)。底部210A從進氣口 214 (例如，供氣管214)接收氣 體。電極218的末端延伸到區域210cl中，在區域210cl中進行用於形成無空氣球的滅火操 作。底部 210A 還限定孔 210a3、210a4、210a5、210a6、210a7、和 210a8。當通過進氣口 / 管 214將氣體輸送至輸氣機構時，氣體通過腔擴張，並且(1)擴張到用於形成無空氣球的區域 210cl，其中氣體通過孔眼212a和212b從腔傳輸到區域210cl,以及(2)經由孔眼210a3、 210a4、210a5、210a6、210a7、和 210a8 擴張到接合位置區。參照圖3，其中圖示子輸氣機構的底部310A(為了簡明而略去了以類似於上述頂 部IlOB的方式起作用的頂部)。在輸氣機構中限定了輸氣腔，該輸氣腔由底腔部310al (還 由未示出的頂部)部分地限定。底部310A從供氣口 314(例如，供氣管314)接收氣體。電極318穿過進氣口 /管314延伸，並且電極318的末端延伸到區域310cl中，在區域310cl 中進行用於形成無空氣球的滅火操作。底部310A還限定孔眼310a3、310a4、310a5、310a6、 310a7、和310a8。當通過進氣口 /管314將氣體輸送至輸氣機構時，氣體通過腔擴張，並且 (1)擴張到用於形成無空氣球的區域310cl，其中氣體通過孔眼312a和312b從腔擴張到區 域310cl,以及(2)經由孔眼310a3、310a4、310a5、310a6、310a7、和310a8擴張到接合位置 區。圖4A-4B圖示了輸氣機構410。輸氣機構410包括頂部410A和底部410B，頂部 410A和底部410B共同限定用於從進氣口 /供氣管414接收氣體的內腔。輸氣機構410包括 固定結構420，固定結構420用於將輸氣機構410固定至引線接合機的支撐結構。電極418 的尖端延伸到用於形成無空氣球的區域410cl。底部410B限定孔眼410a3、410a4、410a5、 410a6、410a7、410a8、410a9、和410al0。當通過進氣口 /管414將氣體輸送至輸氣機構410 時，氣體通過內腔擴張，並且(1)擴張到用於形成無空氣球的區域410cl，其中氣體通過孔 414a從腔擴張到區域210cl (見指示氣流的箭頭)，以及(2)經由孔眼410a3、410a4、410a5、 410a6、410a7、410a8、410a9和410al0擴張到接合位置區。輸氣機構410還限定側面開口 430，側面開口 430例如允許操作員接近和/或允許待位於(例如，擺動或以其它方式移動) 用於形成無空氣球的區域410cl附近的引線接合工具接近。 圖5A-5C圖示引線接合機的與輸氣機構510有關的某些元件(例如，包括錐形或 漏鬥形主體部)。更具體地，換能器504 (例如，超聲換能器)對接合工具506進行保持。接 合工具506的尖端被設置成穿過輸氣機構510的用於形成無空氣球的孔眼510c延伸(如 圖5A-5c中所示)。供氣管514經由孔眼510b向輸氣機構510供氣。電極518的末端通過 孔眼510a延伸到輸氣機構510的無空氣球形成區中。當通過輸氣管514將氣體輸送至輸 氣機構510時，氣體(1)擴張到輸氣機構510內部的用於形成無空氣球的區域，以及(2)通 過位於輸氣機構510底部的擴大開口擴張到接合位置區(如圖5B中所示)。輸氣機構510 的漏鬥形側壁是傾斜的，並且位於輸氣機構510頂部的孔眼510c比位於輸氣機構510底部 的大開口小(見圖5C，其中直徑Dl明顯小於直徑D2)。因而，從輸氣機構10噴射的氣體將 主要通過位於底部的擴大開口而不是通過孔眼510c離開。當接合工具506穿過孔眼510c 延伸時尤其如此，從而部分地阻止了氣體可能通過孔眼510c選出。圖6A-6D圖示了輸氣機構610的一部分、以及引線接合機的與圖1A-1H中所示的 那些類似的其它部分的多個視圖。更具體地，引線接合機包括器件夾具602、換能器604、接 合工具606、和輸氣機構610。圖6A-6D中還示出了電極618，其中電極618的末端延伸穿 過輸氣機構610的孔眼618a。輸氣機構610限定錐形通孔610c，錐形通孔610c被設置成 在引線接合操作過程中接納接合工具606。在本發明的該示例性實施方式中，通孔610c是 無空氣球形成區。更具體地，在形成無空氣球過程中，從接合工具606延伸的引線端部位於 無空氣球形成區中(即，通孔610c中)。用於在引線的端部上形成無空氣球的電極618的 末端也位於無空氣球形成區。通過進氣口 614提供保護氣體，並且保護氣體穿過腔/路徑 622傳輸並在出氣口 622a處離開並進入通孔610c。因而，在無空氣球在通孔610c中形成 過程中，保護氣體提供防止氧化的保護。在引線接合操作過程中，接合工具606進一步向下延伸進入(並且至少部分經過) 通孔610c，以在接合位置區在待被引線接合的器件上形成引線凸點(bump)或線環。從出氣口 622a噴射到通孔610c中的保護氣體趨向於穿過通孔610c的下部開口向下輸送到接 合位置區。更具體地，由於通孔610是錐形的，因此通孔610c在輸氣機構610的頂部處的 直徑當與該通孔在底部處的直徑相比時為小(即，在圖6D中直徑Dl小於直徑D2)。因而， 更多保護氣體趨向於在底部而不是在頂部離開通孔610c。此外，在引線接合操作的某些部 分中，接合工具606可阻擋通孔610c上部的大部分，因而大體上降低了保護氣體通過通孔 610c頂部逸出的可能性。因而，顯然離開通孔610c的保護氣體的大部分將被朝向接合位置 區向下引導，因而在引線接合操作過程中提供進一步防止氧化的保護。圖7A-7E圖示另一輸氣機構710 (以及引線接合機的相應部分)，其操作與圖 6A-6D中所示的機構610非常類似。更具體地，引線接合機包括器件夾具702、換能器704、 接合工具706、電極718 (包括延伸穿過孔眼718a的末端部)、和輸氣機構710。輸氣機構 710限定通孔710c ( S卩，無空氣球 形成區710c)，通孔710c被設置成在引線接合操作過程中 接納接合工具706。通過進氣口 714提供保護氣體，保護氣體穿過腔/路徑722傳輸，並且 在出氣口 722a處離開並進入通孔710c以在無空氣球形成過程中提供防止氧化的保護氣 體。如以上關於圖6A-6D所述，由於通孔710是錐形的(並且由於通孔710c的頂部被接合 工具706部分地阻擋)，因此更多保護氣體趨向於在底部而不是在頂部離開通孔710c，從而 提供被引向接合位置區的保護氣體。圖7A-7E還圖示了附加的進氣口 716，進氣口 716通過腔/路徑624提供保護氣 體，保護氣體在出氣口 624a處離開輸氣機構710。出氣口 624a設置在輸氣機構710的底面 上，使得離開的保護氣體被引向引線接合機的接合位置區。因而，與圖6A-6D中所示的本發 明的示例性實施方式相對比(其中，提供至接合位置區的保護氣體與提供至無空氣球形成 區610c的保護氣體相同，提供至無空氣球形成區610的保護氣體通過區域610c的底部離 開區域610c)，輸氣機構710還包括通過進氣口 616、腔/路徑624、和出氣口 624a到達接合 位置區的附加的保護氣體源。因而，提供了在接合位置區防止可能氧化的附加保護(除了 由向下擴張離開無空氣球形成區的氣體所提供的保護之外)。本文公開的各示例性輸氣機構可由引線接合機的各結構例如引線接合機的接合 頭支撐。例如，輸氣機構可由EFO結構支撐，其它不再列舉。本文公開的各示例性輸氣機構可由許多不同材料形成。儘管由於輸氣機構於來自 EFO電極的火花緊鄰而構想出金屬(例如，不鏽鋼)，但是也可以期待由絕緣且可能耐熱的 材料如陶瓷、聚醯亞胺等等形成輸氣機構的主體。在整個引線接合操作過程中，來自供氣源的保護氣體流(例如，通過供氣管子/管 等等)可以是連續的保護氣體流。可替換地，該保護氣體流可以是受控流(例如，通過使用 與引線接合機集成在一起的控制器控制)，例如，可在最關注可能的氧化的時期(例如，在 無空氣球形成期間等)提供該受控流。本文提供的附示了用於將保護氣體引導至(1)引線接合機的電子滅火操作 附近以及(2)引線接合機的接合位置區附近的示例性結構；然而，本發明不限於所示的配 置。本發明構想出用於向(1)引線接合機的電子火焰操作附近以及(2)引線接合機的接合 位置區附近提供保護氣體的任何類型的結構、系統或工藝。此外，輸氣機構可包括任何數 量的進氣口(例如，進氣管)，以向無空氣球形成區和接合位置區提供期望的氣流和氣體分 布。
當與由活性金屬(例如，銅、鋁等)製成的引線相結合使用本發明時，希望保護氣 體不與金屬發生反應，並且保護氣體可以是還原性的。例如，保護氣體可以是有效惰性氣 體，如氮或氬。可以添加還原氣體(例如，氫)以與可能存在的氧發生化學反應；然而，可以 使用本發明的保護氣體系統以阻止空氣進入接合位置區而在保護氣體中不需要氫。這是本 發明的另一優勢，因為使用大量高度易燃的氫存在困難。還可以與非活性接合引線(例如，金線)相結合使用本發明的教導。例如，可以 使用保護氣體以在接合位置區處提供純淨氣體的屏障，從而提供用於形成金線環的期望環
^Mi ο 儘管主要關於保護氣體如氮和氬(具有或不具有合成氣體如氫)描述了本發明， 但是本發明不限於此。可以使用任何氣體，只要其不與用作接合線的金屬發生不希望發生 的反應。應理解，本發明可應用於形成線環的引線接合機、形成導電凸點的引線接合機 (凸點製作(bumping)機或晶片凸點製作機)、既形成線環也形成導電凸點的機器等等。雖然在本文中參照特定實施方式圖示和描述了本發明，但是本發明不限於所示的 細節。相反，可在權利要求書的等同的範圍內並且在不背離本發明的情況下，對細節進行各 種修改。
權利要求
一種引線接合機，包括接合工具；電極，用於在穿過所述接合工具延伸的引線的端部上形成無空氣球，所述無空氣球形成在所述引線接合機的無空氣球形成區；接合位置區，用於在引線接合操作過程中保持半導體器件；以及輸氣機構，被設置成將保護氣體提供至(1)所述接合位置區，由此保護氣體穿過所述輸氣機構的至少一個孔眼噴射到所述接合位置區；以及(2)所述無空氣球形成區。
2.如權利要求1所述的引線接合機，其中，所述輸氣機構限定從所述輸氣機構的頂面 到所述輸氣機構的底面的通孔，所述通孔被設置成在引線接合操作過程中接納所述接合工 具。
3.如權利要求2所述的引線接合機，其中，由所述輸氣機構限定的通孔包括所述無空 氣球形成區。
4.如權利要求3所述的引線接合機，其中，所述通孔是錐形的。
5.如權利要求4所述的引線接合機，其中，錐形的通孔在所述頂面處的直徑大於該錐 形的通孔在所述底面處的直徑。
6.如權利要求4所述的引線接合機，其中，錐形的通孔在所述底面處的直徑大於該錐 形的通孔在所述頂面處的直徑。
7.如權利要求3所述的引線接合機，其中，所述輸氣機構包括第一進氣口，所述第一進 氣口向所述無空氣球形成區提供保護氣體，由此，由所述第一進氣口提供的保護氣體的至 少一部分離開所述無空氣球形成區並被引向所述接合位置區。
8.如權利要求7所述的引線接合機，其中，所述輸氣機構包括第二進氣口，所述第二進 氣口向由所述輸氣機構限定的腔提供保護氣體，所述腔不同於所述無空氣球形成區，由此， 由所述第二進氣口提供的保護氣體的至少一部分離開所述腔並被引向所述接合位置區。
9.如權利要求1所述的引線接合機，其中，所述輸氣機構的所述至少一個孔眼包括多 個孔眼，保護氣體穿過所述多個孔眼噴向所述接合位置區。
10.如權利要求9所述的引線接合機，其中，所述多個孔眼由所述輸氣機構的底面限定。
11.如權利要求1所述的引線接合機，其中，所述輸氣機構限定(1)第一腔，用於從至 少一個進氣口接收保護氣體並用於通過所述至少一個孔眼向所述接合位置區提供保護氣 體；以及(2)第二腔，用於從所述至少一個進氣口接收保護氣體並用於向所述無空氣球形 成區提供保護氣體。
12.如權利要求11所述的引線接合機，其中，所述至少一個進氣口包括第一進氣口，用於向所述第一腔提供保護氣體；以及第二進氣口，用於向所述第二腔提供保護氣體。
13.如權利要求1所述的引線接合機，還包括器件夾具，所述器件夾具用於在所述引線 接合操作過程中固定所述半導體器件，所述器件夾具限定器件孔眼，所述接合工具能夠通 過所述器件孔眼接近所述半導體器件以在所述接合位置區執行所述引線接合操作，所述引 線接合機還包括蓋，所述蓋用於在所述引線接合操作過程中遮蓋所述器件孔眼的至少一部 分。
14.如權利要求1所述的引線接合機，其中，所述電極穿過所述輸氣機構的一部分延 伸，使得所述電極的末端位於所述無空氣球形成區。
15.如權利要求14所述的引線接合機，還包括絕緣體，所述絕緣體圍繞所述電極的末 端的與所述無空氣球形成區相鄰的一部分。
16.如權利要求1所述的引線接合機，其中，所述輸氣機構包括進氣口，所述進氣口用 於從供氣源接收保護氣體，其中，所述電極穿過所述進氣口延伸。
17.如權利要求1所述的引線接合機，其中，所述輸氣機構限定側面開口，使得在所述 引線接合操作過程中所述輸氣機構的側壁不完全圍繞所述接合工具。
18.如權利要求1所述的引線接合機，其中，所述輸氣機構包括漏鬥形主體部，所述漏 鬥形主體部限定(1)第一開口，位於所述漏鬥形主體部的頂部以接納所述接合工具；以及 (2)第二開口，位於所述漏鬥形主體部的底部以將保護氣體噴向所述接合位置區。
19.如權利要求18所述的引線接合機，其中，所述第一開口的直徑小於所述第二開口 的直徑。
20.如權利要求19所述的引線接合機，其中，所述第二開口的直徑小於所述第一開口的直徑。
21.如權利要求18所述的引線接合機，其中，所述漏鬥形主體部包括傾斜側壁，使得所 述漏鬥形主體部在頂部的直徑大於所述漏鬥形主體部在底部的直徑。
全文摘要
提供了一種引線接合機。該引線接合機包括接合工具和電極，電極用於在穿過接合工具延伸的引線的端部上形成無空氣球，這裡，該無空氣球形成在引線接合機的無空氣球形成區。該引線接合機還包括接合位置區，接合位置區用於在引線接合操作過程中保持半導體器件。該引線接合機還包括輸氣機構，輸氣機構被設置成將保護氣體提供至(1)接合位置區，由此保護氣體穿過輸氣機構的至少一個孔眼噴射到接合位置區；以及(2)無空氣球形成區。
文檔編號H01L21/60GK101971314SQ200980108276
公開日2011年2月9日 申請日期2009年6月8日 優先權日2008年6月10日
發明者加裡·S·吉洛蒂, 彼得·J·范·艾默裡奇, 斯坦利·什切希利亞克 申請人:庫力索法工業公司