一種抗側擺三維引線成弧方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種抗側擺三維引線成弧方法，通過在三維空間的劈刀運動,形成真正意義上三維大跨度弧線，其最終的引線構型不僅僅在XOZ平面，而是分布在整個XYZ空間上，且引線在XOY平面上的投影關于兩個焊點之間的連線的中點成中心對稱。使得引線上三個折點的殘余應力除了可以形成抵抗XOZ平面內變形的彎矩Mx1、Mx2和Mx3外，也能形成抵抗XOY平面內變形的彎矩Mz1、Mz2和Mz3。通過二者組合，使得引線可以抵御來自空間任意方向的外力和變形，形成穩(wěn)定的、抗側擺的三維大跨度弧線。
【專利說明】一種抗側擺三維弓I線成弧方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種半導體工業(yè)中的微電子封裝方法，特別是一種抗側擺的三維引線成弧方法。
【背景技術】
[0002]集成電路(IC)制造是高新技術最核心的產業(yè)之一。為應對尺寸更小、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。典型SiP結構是三維疊層芯片封裝，它將芯片堆疊、粘結在一起，再通過熱超聲引線鍵合(Thermosonic wirebonding,簡稱熱超聲鍵合)實現芯片與框架、芯片與芯片間的電互連，最后對疊層芯片實施整體封裝。其中，實現芯片與框架之間的大跨度互連的熱超聲引線鍵合是三維疊層芯片封裝的關鍵互連技術之一。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(Wireloop)實現芯片和框架間電互連。形成弧線的過程稱為引線成形。
[0003]目前，各引線鍵合設備商提出了多種形成大跨度引線的方法。美國專利US5989995提出了一種有較強的弧線形狀支持能力的M弧來完成大跨度引線互連，其劈刀軌跡如圖1所示。美國專利US6222274在此基礎上提出了另一種跨度更大的類M弧成形方法。美國專利US7547626和美國專利US7851347則提出一種由多個折點組成的大跨度的線弧成形方法。雖然M弧線及其他在此基礎上發(fā)展的其他弧線均實現了大跨度弧線的互連，但在實際使用過程中卻發(fā)現:疊層芯片中的大跨度弧線在后續(xù)的塑封中經常出現側擺，導致相鄰引線之間出現接觸短路的問題，如圖2所示，導致成品率嚴重下降。
[0004]目前業(yè)界采用的大跨度引線成形過程均是在由一、二焊點和引線構成的XZ二維平面上進行，所獲得的引線實際是在XZ 二維平面，稱之為“準三維引線”，如圖3所示。這樣的引線成形存在抗側擺能力差的問題。其原因是拉拔成形的金絲雖經退火，仍不可避免存在隨機分布的殘余應力。在劈刀沿軌跡移動對引線施加彎矩形成折點過程中，殘余應力部分被釋放，部分被加強。一般情況下，被加強的應力主要使金絲產生XOZ平面的變形，如圖
3(a)的引線；但當應力在平行XOY平面的方向分量足夠大，且恰好在三個折點(如圖中所示)位置都是同一方向時，金絲將在XOY平面變形，形成離面擺動，如圖3 (b)的彎曲引線所示。在后續(xù)塑封充模時，金絲將繼續(xù)彎曲，直到與相鄰引線短路，如圖2所示。
[0005]因此，急需開發(fā)一種抗側擺的引線成弧方法。

【發(fā)明內容】

[0006]本發(fā)明提供一種抗側擺三維大跨度引線成形方法，其目的在于，克服上述現有技術中的問題，既能夠實現大跨度引線穩(wěn)定互連又具有在后續(xù)塑封中能夠保持原有形狀的能力，不致發(fā)生側擺導致與相鄰引線接觸短路。
[0007]本發(fā)明采用如下技術方案:[0008]一種抗側擺三維引線成弧方法，以P點所在的芯片焊盤(3)的表面作為XPY平面，以P點所在的與XOY平面垂直的平面作為XOZ平面，將XOZ平面沿Y軸負方向平行移動得到的平面記為第一平行平面即X' 0' V平面，X' 0' V平面關于XOZ平面對稱的平面記為第二平行平面；
[0009]包括以下步驟:
[0010]步驟1:在芯片焊盤中心點位置(4) P點形成第一焊點；
[0011]步驟2:劈刀(5)在XOZ平面上從P點沿Z軸垂直向上運動50-200微米至A點，同時釋放出引線PA段；接著，劈刀(5)在XOZ平面從A點沿X軸負方向水平移動50-400微米至B點，同時釋放出引線AB段；
[0012]步驟3:劈刀(5)從XOZ平面上的B點運動到X' 0' Z'平面上的C點，同時釋放引線BC段，B點的Z軸坐標正向增加1000-1500微米，Y軸坐標減少50-200微米，X軸坐標不變；接著劈刀(5)從X' 0' V平面上的C點沿X軸正向運動100-400微米至D點，同時釋放出引線CD段；
[0013]步驟4:劈刀(5)在X' 0/ V平面上的D點沿直線運動至X' 0/ V平面上的E點，同時釋放引線DE段，D點的Z軸坐標增加1500-2000微米，Y軸坐標增加100-400微米，X軸坐標不變；
[0014]步驟5:劈刀(5)以P點投影到第二平行平面上的點為圓心，PE長度為半徑，從第二平行平面上的E點沿圓軌跡逆時針向下做大于角度S的運動到達F點，同時釋放引線EF段；劈刀(5)以P點投影到第二平行平面上的點為中心，短軸為OF的長度，長軸為PF長度的1.1倍，從第二平行平面上的F點沿橢圓軌跡順時針向上做大于角度S到達G點，同時釋放引線FG段；
[0015]步驟6:劈刀(5)從第二平行平面上的G點沿直線運動至XOZ平面上的H點，同時釋放引線GH段，G點的Z軸坐標增加與PA的長度相同，Y軸坐標變?yōu)?，X軸坐標不變；接著，在XOZ平面上，劈刀(5)沿X軸正向移動至I點，HI長度與GH的長度相同；最后，以與步驟I中的芯片焊盤(3)相連的框架焊盤(7)中點為K點，劈刀(5)在XOZ平面上沿圓弧軌跡運動至K點，同時釋放引線IK段，即完成從芯片焊盤到框架焊盤之間的引線搭建。
[0016]所述步驟5中的角度S的取值范圍是135° -165°。
[0017]有益效果
[0018]本發(fā)明提供的一種抗側擺三維引線成弧方法，與現有技術相比，其有益效果主要體現在以下幾點:
[0019]1、通過改變劈刀的軌跡，實現了在三維空間的運動，改變了引線中折點的空間位置及取向，實現了在XOY平面形成的折點關于兩個焊盤連線的中點作為中心對稱點成中心對稱，使得折點上的殘余應力既可以抵抗XOZ平面內變形的彎矩Mx，也能形成抵抗XOY平面內變形的彎矩Mz。通過二者組合，使得引線可以抵御來自空間任意方向的外力和變形，形成穩(wěn)定的、抗側擺的三維大跨度弧線。
[0020]2、線弧具有穩(wěn)定的形狀和良好的抗側擺能力，可有效抵抗后續(xù)工序中各方面的外力，減小側擺導致短路的情況，有效地提高了成品率。減小電子產品在跌落、碰撞和振動等極端過程中出現相鄰引線擺動導致短路的情況，大大提高產品壽命。
[0021]3、兼容現有硬件設備，僅需改變控制劈刀軌跡的軟件，通過改變劈刀的軌跡，可以實現不同跨度、不同高度、不同形狀的真三維弧線，能夠適應不同芯片尺寸、不同封裝形式的應用需求。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0022]圖1M弧線的劈刀軌跡示意圖；
[0023]圖2不穩(wěn)定大跨度引線導致SiP塑封后引線短路示意圖；
[0024]圖3 “準三維引線”的側擺示意圖，其中，圖(a)為“準三維引線”側板示意主視圖，圖(b)為“準三維引線”側擺示意俯視圖；
[0025]圖4本發(fā)明的抗擺三維“三維引線”結果示意圖，其中，圖(a)為大跨度“三維引線”主視圖；圖(b)大跨度“三維引線”主視圖；
[0026]圖5本發(fā)明采用的疊層芯片結構示意圖；
[0027]圖6本發(fā)明的劈刀運動軌跡示意圖；
[0028]圖7本發(fā)明的抗側擺三維弓丨線成弧過程示意圖，其中，圖(a)為PA段；圖(b)為AB段；圖(c)為BC段；圖(d)為CD段；圖(e)為DE段，圖(f)為EFG段；圖(g)為GHI段，圖(h)最終弧線形狀；
[0029]標號說明:1-框架；2-芯片；3_芯片焊盤；4-芯片焊盤中點；5-劈刀；6-芯片；7-框架焊盤；8_第一折點；9_第二折點；10-第三折點；11-第四折點。
【具體實施方式】
[0030]下面將結合附圖和實施例對本發(fā)明進行詳細說明。
[0031]在如圖5所示的疊層芯片上，按照圖6所示的劈刀運動軌跡，采用本發(fā)明提供的一種抗側擺三維引線成弧方法，以P點所在的芯片焊盤(3)的表面作為XPY平面，以P點所在的與XOY平面垂直的平面作為XOZ平面，將XOZ平面沿Y軸負方向平行移動得到的平面記為第一平行平面即X' 0' V平面，X' 0' V平面關于XOZ平面對稱的平面記為第二平行平面；
[0032]包括以下步驟:
[0033]步驟1:在芯片焊盤中心點位置4P點形成第一焊點；
[0034]步驟2:劈刀5在XOZ平面上從P點沿Z軸垂直向上運動50微米至A點，同時釋放出引線PA段，如圖7 (a)所示；接著，劈刀(5)在XOZ平面從A點沿X軸負方向水平移動50微米至B點，同時釋放出引線AB段；通常，在引線鍵合過程中，這一步被稱為“反向運動”；由于劈刀5的反向運動，引線6將會形成如圖7 (b)所示形狀，形成兩個折點，分別為第一折點8和第二折點9。此時，所有的引線鍵合過程都是在XOZ平面進行的；
[0035]步驟3:劈刀(5)從XOZ平面上的B點運動到X' 0' V平面上的C點，同時釋放引線BC段，B點的Z軸坐標正向增加1500微米，Y軸坐標減少50微米，X軸坐標不變，使得引線6沿Y軸負方向偏離原來所在的XOZ平面，如圖7 (c)所示；接著劈刀(5)從X' 0' V平面上的C點沿X軸正向運動100微米至D點，在引線上形成第三折點10，同時釋放出引線⑶段，如圖7 (d)所示，此時引線在XOY平面上的投影全部位于芯片焊盤3和框架焊盤7的連線的一側；
[0036]步驟4:劈刀(5)在X' 0' V平面上的D點沿直線運動至第二平行平面上的E點，同時釋放引線DE段，D點的Z軸坐標增加1500微米，Y軸坐標增加100-微米，X軸坐標不變，使得引線6沿Y軸正方向偏離原來所在的XOZ平面，如圖7 (e)所示，此時引線在XOY平面上的投影如圖7(e) XOY平面所示；
[0037]步驟5:劈刀(5)以P點投影到第二平行平面上的點為圓心，PE長度為半徑，在第二平行平面上的E點沿圓軌跡向下做大于135°的逆時針運動到達F點，同時釋放引線EF段；劈刀(5)以P點投影到第二平行平面上的點為圓心，短軸為OF的長度，長軸為PF長度的1.1倍，在第二平行平面上沿橢圓軌跡從F點順時針旋轉大于角度S到達G點，同時釋放引線FG段，形成第四折點11，如圖7 (f)所示；
[0038]步驟6:劈刀(5)從第二平行平面上的G點沿直線運動至XOZ平面上的H點，同時釋放引線GH段，G點的Z軸坐標增加與PA的長度相同，Y軸坐標變?yōu)?，X軸坐標不變；接著，在XOZ平面上，劈刀(5)沿X軸正向移動至I點，HI長度與GH的長度相同；劈刀5回到初始所在的XOZ平面，此時引線的形狀如圖7(g)所示，在XOY平面上的投影關于芯片焊盤3和框架焊盤7的連線的中點作為中心點成中心對稱；
[0039]最后，以與步驟I中的芯片焊盤(3)相連的框架焊盤(7)中點為K點，劈刀(5)在XOZ平面上沿圓弧軌跡運動至K點，同時釋放引線IK段，完成抗側擺的大跨度引線成弧最終的引線形狀如圖7 (h)所示，第二折點9和第四折點11分別分布位于第一焊盤3和第二焊盤7連線的上下兩側，使得引線6上的第二折點9、第三折點10和第四折點11的殘余應力除了可以形成抵抗XOZ平面內變形的彎矩Mxl、Mx2和Mx3外，如圖4 (a)所示，也能形成抵抗XOY平面內變形的彎矩Mzl、Mz2和Mz3，如圖4 (b)所示。
[0040]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。
【權利要求】
1.一種抗側擺三維引線成弧方法，其特征在于，以P點所在的芯片焊盤(3)的表面作為XPY平面，以P點所在的與XOY平面垂直的平面作為XOZ平面，將XOZ平面沿Y軸負方向平行移動得到的平面記為第一平行平面即X' 0' V平面，X' 0' V平面關于XOZ平面對稱的平面記為第二平行平面； 包括以下步驟: 步驟1:在芯片焊盤中心點位置(4) P點形成第一焊點； 步驟2:劈刀(5)在XOZ平面上從P點沿Z軸垂直向上運動50-200微米至A點，同時釋放出引線PA段；接著，劈刀(5)在XOZ平面從A點沿X軸負方向水平移動50-400微米至B點，同時釋放出引線AB段； 步驟3:劈刀(5)從XOZ平面上的B點運動到X' 0/ V平面上的C點，同時釋放引線BC段，B點的Z軸坐標正向增加1000-1500微米，Y軸坐標減少50-200微米，X軸坐標不變；接著劈刀(5)從X' 0' Z'平面上的C點沿X軸正向運動100-400微米至D點，同時釋放出引線CD段； 步驟4:劈刀(5)在X' 0' V平面上的D點沿直線運動至X' 0' V平面上的E點，同時釋放引線DE段，D點的Z軸坐標增加1500-2000微米，Y軸坐標增加100-400微米，X軸坐標不變； 步驟5:劈刀(5)以P點投影到第二平行平面上的點為圓心，PE長度為半徑，從第二平行平面上的E點沿圓軌跡逆時針向下做大于角度S的運動到達F點，同時釋放引線EF段；劈刀(5)以P點投影到第二平行平面上的點為中心，短軸為OF的長度，長軸為PF長度的1.1倍，從第二平行平面上的F點沿橢圓軌跡順時針向上做大于角度S到達G點，同時釋放引線FG段； 步驟6:劈刀(5)從第二平行平面上的G點沿直線運動至XOZ平面上的H點，同時釋放引線GH段，G點的Z軸坐標增加與PA的長度相同，Y軸坐標變?yōu)?，X軸坐標不變；接著，在XOZ平面上，劈刀(5)沿X軸正向移動至I點，HI長度與GH的長度相同；最后，以與步驟I中的芯片焊盤(3)相連的框架焊盤(7)中點為K點，劈刀(5)在XOZ平面上沿圓弧軌跡運動至K點，同時釋放引線IK段，即完成從芯片焊盤到框架焊盤之間的引線搭建。
2.根據權利要求1所述的抗側擺三維引線成弧方法，其特征在于，所述步驟5中的角度S的取值范圍是135° -165°。
【文檔編號】H01L21/60GK103500715SQ201310461814
【公開日】2014年1月8日 申請日期:2013年9月30日 優(yōu)先權日: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