聚合物芯絲線的製作方法

2023-09-23 16:16:15

專利名稱：聚合物芯絲線的製作方法
技術領域：
本發明大體涉及傳導電流的絲線，特別地涉及傳導電流的聚合物芯絲線。
背景技術：
已知用於傳導諸如電信號、功率和接地的電流的絲線。在半導體行業中，通常由銅或金製成的絲線用於將半導體管芯上的鍵合焊盤連接到引線框架的引線指。這些金屬是昂貴的，於是絲線的成本給封裝工藝增加了相當大的成本。而且，隨著半導體尺寸減小而加工能力增強，需要更多的輸入和輸出以與集成電路通信。於是，鍵合焊盤更近地布置在一起(節距)，因此需要更細的絲線。但是，這樣的細絲線必須還具有抵抗由外力引起的斷裂和彎曲的力量，諸如在包封期間模製化合物流過絲線的時候。眾所周知，模製化合物施加在絲線上的力可以導致絲線彼此接觸。這被稱為絲線偏移(wire swe印)。模製化合物還能夠破壞脆弱的絲線或弱的鍵合。於是，有利的是，具有非常細且強壯的絲線。還有利的是，在形成絲線所要求的如銅或金的金屬的量方面，使用不那麼貴的絲線。


通過參考優選示出的實施例的以下描述以及附圖將會更好地理解本發明及其目的和優點。在附圖中，相同的附圖標記用於相同的元件。圖1是根據本發明的第一實施例的絲線及其一端的橫截面的放大透視圖。圖2是根據本發明的另一實施例的絲線及其一端的橫截面的放大透視圖。圖3是示出形成根據本發明的實施例的絲線的步驟的流程圖。本領域技術人員將明白，為了簡化和清楚的目的而示出附圖中的元件，並且不需要按比例繪製。例如，圖中的一些元件的尺寸可以相對其他元件放大以幫助改善本發明的實施例的理解。
具體實施例方式藉助於示例示出本發明並且本發明不限於附圖，在附圖中相同的附圖標記表示類似的元件。在一個實施例中，本發明提供用於傳導電流的絲線，其包括非導電芯和形成在非導電芯上的塗層。塗層由傳導電流的諸如銅、金、鋁或者焊料的材料形成。非導電芯包括在形式上可以拉長且被塗層覆蓋的材料。在本發明的優選實施例中，芯包括聚合物、碳納米管或毛狀物。在另一實施例中，本發明提供了一種製造絲線的方法，包括提供一定長度的非導電材料和在非導電材料上鍍導電金屬的步驟。在一個實施例中，預鍍金屬可以在進行鍍步驟前鍍在非導電材料上。當導電金屬鍍材料是金、銅、鋁或焊料之一時，預鍍材料優選是鎳或鈀。
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現參考圖1，根據本發明的實施例的絲線10被以透視圖示出並且其一端切開，使得絲線10的截面是可見的。絲線10包括非導電芯12和形成在非導電芯12上的塗層14。 非導電芯12為絲線10提供物理強度，而塗層14傳導電流。絲線10尤其適合於在集成電路和用於其的外部連接終端之間傳導信號。例如，絲線10的一端可鍵合於集成電路的鍵合焊盤，絲線10的另一端可鍵合於引線框架的引線指或基板的鍵合焊盤。為了這樣應用，採用商業可用的絲線鍵合設備將絲線10連接至集成電路鍵合焊盤和引線框架或基板。來自絲線鍵合機的熱或火焰使塗層熔融，從而塗層將鍵合於IC鍵合焊盤、引線指或基板接觸焊盤，視情況而定。根據本發明的實施例，非導電芯12包括聚合物，諸如二乙烯基苯交聯共聚物或其他非導電材料。在本發明的另一實施例中，非導電芯12包括強硬且柔性的材料，諸如碳納米管，毛狀物，或人造發，其材料細且足夠強硬以為絲線10提供強度。碳納米管是由碳原子製成的非常細且空心的柱體。碳納米管能夠具有幾納米數量級的直徑，其小於人的頭髮的10000分之一。但是，它們非常堅硬。根據其楊氏模量、隨著施加的應變的應力變化率來測量材料的硬度。納米管的楊氏模量可以高達lOOOGPa，這大約是鋼鐵的5倍。納米管的拉伸強度或斷裂應變可以高達63GPa，這大約是鋼鐵的50倍。這些性質結合它們的輕重量，使得納米管成為非導電芯12的好的選擇。而且，納米管可以被構造成非導電的。目前，碳納米管只生長到大約18cm的長度。但是，隨著需要(應用和經濟)和科學發展，期待長度會隨時間而增加，使得當生長更長的納米管在經濟上可行時，納米管可以代替聚合物材料。正如可以看到的，芯12具有基本上均勻的圓形構造。芯12的具體直徑將根據構造芯的材料而改變，但是可以具有大約ΙΟμπι到250μπι的範圍內的直徑。塗層14具有大約10 μ m的厚度，如果芯被金屬化或預鍍，則預鍍金屬具有大約1 μ m的厚度，使得絲線具有大約21 μ m到261 μ m之間的整體直徑。塗層14包括導電材料，因此可以從絲線連接到的集成電路的鍵合焊盤傳輸電信號(數據、功率、接地)或者將電信號傳輸到鍵合焊盤。當前用於傳導信號的適用於本發明的金屬包括，但不限於，金、銅、鋁和焊料；如果是焊料，則優選為無鉛焊料。這些金屬可以鍍在非導電芯12上。現參照圖2，示出了根據本發明的絲線20的另一實施例。絲線20包括非導電芯 12和塗層14。但是在芯12塗覆塗層14的導電金屬之前，用導電金屬22預鍍芯12。預鍍金屬22布置在非導電芯12和塗層14之間，用於改善塗層14和芯12之間的界面粘附，並且防止電遷移。預鍍金屬22優選由諸如鎳或鈀的導電金屬形成。在本發明的優選實施例中，絲線10是鍵合絲線；其是一種用於將半導體集成電路的鍵合焊盤與引線框架的引線指或基板(印刷電路板)的鍵合焊盤連接的絲線。通常，這樣的絲線用於將信號傳輸到集成電路或者從集成電路傳輸信號。這樣的信號可以是數據信號或功率和接地。這樣的信號的電壓電平相對較低，例如，在OV和5V之間。但是，如本領域眾所周知的，隨著現在正在製造更低電壓的集成電路，該電壓電平可以更低。現參照圖3，示出了製造絲線20的處理。在第一步驟30，提供了形成芯12的非導電材料的長度。正如前面討論的，芯12可包括聚合物、毛狀物、碳納米管等。在本發明的一個實施例中，在步驟32，芯12放置在水溶液36的容器34中，通過化學鍍(electrolessplating)工藝用導電金屬進行金屬化。例如，芯12可以通過化學預鍍工藝而塗覆有鎳或鈀層。如果芯12包括碳納米管，那麼薄膜沉積將代替化學預鍍而用於利用金屬薄層塗覆碳納米管。芯12被塗覆有預鍍金屬，以便於允許在下一個步驟中，施加到芯12的導電金屬14 的更好的粘附。接下來，導電金屬14被鍍在芯12(或金屬化的芯，視情況而定)上。芯12可以使用38所示的化學鍍工藝或40所示的電解鍍工藝塗覆有導電金屬14。在化學鍍工藝中，金屬化的芯12放置在水溶液44的第二容器42中並且被鍍有導電金屬14，諸如銅。在電解鍍工藝40中，金屬薄層沉積在芯12 (或金屬化的芯)上。更具體地，芯12 (或金屬化的芯) 放置在填充有電解溶液50 (例如，硫酸銅)的容器46中，並且將用於鍍的金屬14，在本實施例中是銅，用作陽極。在另一個實施例中，金屬化的芯被鍍有另一導電金屬，諸如金、鋁或焊料。已進行了鍍處理的金屬化的芯包含絲線20。在芯12被鍍有導電金屬14後，在步驟52中，絲線20被纏繞在線軸M上。在步驟56，進行退火處理，其中絲線20被加熱然後冷卻以加強絲線20的強度和硬度。如本領域技術人員周知的，如果塗層14包括銅，那麼冷卻可以在空氣中緩慢進行，或者在液體中通過淬火絲線20而快速地進行。在步驟58中，退火後的絲線20重新繞在線軸上，然後在步驟60中，檢查絲線20 的卷有無缺陷。這時，絲線20準備好用於商業可用的絲線鍵合機。以上描述的處理步驟是通常周知的步驟，因此僅描述了使用於製造絲線10的適合的方法與本領域技術區別開所必需的處理步驟的細節。因此，雖然已經描述並且示出了本發明的實施例，但是本領域技術人員能夠想到的設計和構造的細節上的任何變化和修改都仍然處於本發明的範圍內。而且，由於實施本發明的工具大部分是眾所周知的，例如用於製造根據本發明的裝置的電路、封裝結構和組件，因此僅說明了描述本發明所必須的程度的細節，以便於理解和應用本發明的理念，並且不混淆或者分散本發明的教導。在上述說明中，已參照具體實施例描述了本發明。但是，本領域普通技術人員將了解的是，能夠在不脫離所闡述的權利要求限定的本發明的範圍的情況下進行各種修改和改變。例如，儘管本發明特別適合於絲線鍵合，但是本領域技術人員也能夠理解這裡討論的原理可應用於承載更大電流的更大直徑的絲線。因此，說明書和附圖被認定為示意性的而不是限制性的，所有這樣的修改都被認為包括在本發明的範圍內。另外，在說明書和權利要求中的相對術語，諸如「前」、「後」、「頂部」、「底部」、「上」、
「下」等等(如果存在的話)用於描述目的，不必須描述永久相對位置。可以理解的是，這樣使用的術語在適當的情況下可以互換以使得這裡描述的本發明的實施例例如能夠以除了這裡示出的或以其他方式描述的取向之外的取向來操作。如這裡使用的，術語「包括」意在覆蓋非排他性的包括，使得包括元素的列表的處理、方法、製品或設備不僅包括所列元素， 還可以包括其他沒列出來的元素或這樣的處理、方法、製品或設備固有的元素。這裡用的術語「一個」被定義為一個或多於一個。這裡用的術語「多個」定義為兩個或多於兩個。這裡用的術語「另一個」定義為至少第二個或更多。已經參考上述實施例描述了益處、其他優點和對於問題的解決方案。但是，這些益處、優點、對於問題的解決方案和可以產生或者將更多聲明的任何益處、優點或解決方案的任何元素沒有被構造為任何或者所有權利要求的關鍵、需要的或必需的特徵或元素。
權利要求
1.一種用於傳導電流的絲線，包括 非導電芯；和形成在所述非導電芯上的塗層，其中所述塗層傳導電流。
2.如權利要求1所述的絲線，其中所述非導電芯包括聚合物。
3.如權利要求2所述的絲線，其中所述聚合物包括二乙烯基苯。
4.如權利要求1所述的絲線，其中所述非導電芯包括毛狀物。
5.如權利要求1所述的絲線，其中所述非導電芯包括碳納米管。
6.如權利要求1所述的絲線，其中所述塗層包括鍍在所述非導電芯上的導電金屬。
7.如權利要求6所述的絲線，其中所述導電金屬包括金、銅、鋁和焊料之一。
8.如權利要求6所述的絲線，其中所述非導電芯預鍍有導電金屬，其中預鍍金屬布置在所述非導電芯和所述塗層之間。
9.如權利要求8所述的絲線，其中所述預鍍金屬包括鎳或鈀。
10.一種用於傳導電流的絲線，包括 非導電芯；預鍍在芯上的第一金屬層；和鍍在預鍍層上的第二金屬層，其中所述第一和第二金屬層傳導電流。
11.如權利要求10所述的絲線，其中所述絲線具有大約30μ m至275 μ m之間的整體厚度。
12.一種製造能夠傳導電流的絲線的方法，所述方法包括以下步驟 提供一定長度的非導電材料；和在非導電材料上鍍第一導電金屬。
13.如權利要求12所述的製造絲線的方法，還包括在進行鍍步驟之前用第二導電金屬預鍍所述非導電材料的步驟。
14.如權利要求13所述的製造絲線的方法，其中所述第二導電金屬包括鎳和鈀之一。
15.如權利要求14所述的製造絲線的方法，其中所述第一導電金屬包括金、銅、鋁和焊料之一。
16.如權利要求12所述的製造絲線的方法，其中所述非導電材料包括聚合物。
17.如權利要求12所述的製造絲線的方法，其中所述非導電材料包括毛狀物。
18.如權利要求12所述的製造絲線的方法，其中所述非導電材料包括碳納米管。
19.如權利要求12所述的製造絲線的方法，其中所述鍍步驟包括在非導電芯材料上化學鍍銅和電解電鍍銅之一。
20.如權利要求12所述的製造絲線的方法，還包括步驟 在線軸上纏繞鍍後的非導電材料；和展開且退火鍍後的非導電材料。
全文摘要
本發明公開一種聚合物芯絲線。一種能夠傳導電流的絲線具有聚合物芯和圍繞芯的塗層。例如可以為金或銅的塗層傳導電流，並且芯提供強度，使得絲線能夠承受彎曲和斷裂。其他情況下，聚合物芯絲線用於將集成電路連接到引線框架或基板。
文檔編號H01L21/48GK102420204SQ20111026791
公開日2012年4月18日 申請日期2011年8月29日 優先權日2010年9月24日
發明者盧威耀, 李翊鳴, 陳蘭珠 申請人:飛思卡爾半導體公司