本申請實(shí)施例涉及半導(dǎo)體加工，尤其是多向超聲鍵合方法和系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、引線鍵合是半導(dǎo)體封裝加工流程中的重要工序，其原理是通過引線鍵合設(shè)備將金屬細(xì)線的兩端分別鍵合在芯片焊盤和支架引腳上，從而實(shí)現(xiàn)芯片與支架的信號導(dǎo)通。在鍵合時(shí)，通過引線鍵合設(shè)備的鍵合工具上的換能器輸出超聲波，并施加一定壓力，使金屬細(xì)線與芯片焊盤緊密接觸并進(jìn)行振動(dòng)摩擦，在高溫和時(shí)間的作用下，達(dá)到金屬細(xì)線與芯片焊盤的鍵合連接。

2、在現(xiàn)有的技術(shù)中，引線鍵合設(shè)備鍵合頭輸出的超聲波振動(dòng)方向通常只有單一的y方向，即前后振動(dòng)。對于多樣化的封裝產(chǎn)品來說，單一方向的超聲波振動(dòng)鍵合存在極大的局限性，如圖1所示，在芯片焊盤a上焊點(diǎn)a1進(jìn)行單一的y方向超聲振動(dòng)不利于球形的控制，加大超聲容易出現(xiàn)橢圓球或者偏心球等不良，如遇到芯片焊盤a為鋁電極a2時(shí)，y方向的超聲波振動(dòng)鍵合會(huì)導(dǎo)致y方向的擠鋁嚴(yán)重，降低鍵合的可靠性，如果芯片的鋁層很薄，y方向擠鋁嚴(yán)重還會(huì)導(dǎo)致彈坑問題，即鋁層下面的鍍層出現(xiàn)破損，造成芯片失效，而且擠鋁太多會(huì)誤碰pn線a3導(dǎo)致芯片短路；而對于引線支架b的焊點(diǎn)b1進(jìn)行單一的y方向超聲振動(dòng)，遇到打線方向?yàn)閥方向時(shí)，如圖2所示，y方向的超聲波振動(dòng)會(huì)導(dǎo)致在鍵合焊點(diǎn)b1時(shí)，焊點(diǎn)b1展不開，寬度不足，降低了鍵合可靠性；如遇到非水平拉線的打線方向時(shí)，y方向的超聲波振動(dòng)會(huì)導(dǎo)致在鍵合焊點(diǎn)b2時(shí)，出現(xiàn)焊點(diǎn)不良、外觀不對稱，降低了鍵合可靠性。

3、在現(xiàn)有技術(shù)中，為了彌補(bǔ)單一y方向超聲振動(dòng)帶來的上述局限性，采取了一種研磨的方式來輔助超聲振動(dòng)，即在超聲輸出的同時(shí)通過傳統(tǒng)的xy平臺(tái)直線電機(jī)進(jìn)行小幅度的移動(dòng)來增強(qiáng)鍵合，由于xy平臺(tái)的負(fù)載大，運(yùn)動(dòng)慣量大，所以這種研磨頻率由于結(jié)構(gòu)限制一般不超過250hz，與超聲頻率相差較遠(yuǎn)，因此研磨工藝耗費(fèi)時(shí)間較長，開啟研磨功能后，整個(gè)鍵合時(shí)間至少比原來增加一倍，大幅度降低了機(jī)器的鍵合效率。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、第一方面，本申請的實(shí)施例提供一種能夠解決現(xiàn)有的引線鍵合設(shè)備僅能進(jìn)行y方向上單一方向的超聲振動(dòng)以及結(jié)合研磨方式均存在的鍵合可靠性缺陷和鍵合效率低的多向超聲鍵合方法。

2、該方法包括如下步驟：

3、基于xy平臺(tái)構(gòu)建用于驅(qū)動(dòng)鍵合工具的uvz驅(qū)動(dòng)模塊，所述uvz驅(qū)動(dòng)模塊至少包括進(jìn)行高頻運(yùn)動(dòng)的u軸運(yùn)動(dòng)單元和v軸運(yùn)動(dòng)單元；

4、生成超聲參數(shù)，所述的超聲參數(shù)中包括超聲路徑；

5、根據(jù)所述超聲參數(shù)，在鍵合加工時(shí)調(diào)用uvz驅(qū)動(dòng)模塊的u軸運(yùn)動(dòng)單元和v軸運(yùn)動(dòng)單元單獨(dú)或共同驅(qū)動(dòng)鍵合工具進(jìn)行高頻振動(dòng)。

6、由于采用了上述方法，通過對u軸運(yùn)動(dòng)單元和v軸運(yùn)動(dòng)單元的單獨(dú)控制，可以實(shí)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)鍵合工具的單方向上的高頻振動(dòng)，還可以通過對u軸運(yùn)動(dòng)單元和v軸運(yùn)動(dòng)單元的運(yùn)動(dòng)振幅和相角差的控制來實(shí)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)鍵合工具在振動(dòng)范圍內(nèi)的任意方向和任意路徑的高頻振動(dòng)，將傳統(tǒng)鍵合面上的一維超聲振動(dòng)拓展為二維矢量超聲振動(dòng)，極大地拓展了鍵合工藝開發(fā)的豐富性，對鍵合質(zhì)量和鍵合效率帶來了極大提升。

7、在一種可能的實(shí)現(xiàn)方式中，所述uvz驅(qū)動(dòng)模塊包括：

8、u軸運(yùn)動(dòng)單元，包括u軸音圈電機(jī)和u軸主體，所述u軸音圈電機(jī)包括u軸定子和u軸動(dòng)子，所述u軸動(dòng)子相對于所述u軸定子在u軸方向水平運(yùn)動(dòng)，所述u軸定子設(shè)于所述安裝座上，所述u軸動(dòng)子與所述u軸主體連接；

9、v軸運(yùn)動(dòng)單元，包括v軸音圈電機(jī)和v軸主體，所述v軸音圈電機(jī)包括v軸定子和v軸動(dòng)子，所述v軸動(dòng)子相對于所述v軸定子在v軸方向水平運(yùn)動(dòng)，所述v軸定子設(shè)于所述安裝座上，所述v軸動(dòng)子與所述v軸主體連接；

10、所述u軸運(yùn)動(dòng)單元、v軸運(yùn)動(dòng)單元通過機(jī)械解耦或電磁解耦的方式進(jìn)行單獨(dú)運(yùn)動(dòng)或同時(shí)運(yùn)動(dòng)。

11、在一種可能的實(shí)現(xiàn)方式中，所述uvz驅(qū)動(dòng)模塊還包括：

12、z軸運(yùn)動(dòng)單元，包括z軸音圈電機(jī)和z軸主體，所述z軸音圈電機(jī)包括z軸定子和z軸動(dòng)子，所述z軸動(dòng)子相對于z軸定子在z軸方向垂直運(yùn)動(dòng)，所述z軸動(dòng)子與所述z軸主體連接；

13、所述鍵合工具安裝于所述z軸主體上。

14、在一種可能的實(shí)現(xiàn)方式中，所述生成超聲參數(shù)步驟進(jìn)一步包括：

15、生成芯片焊盤的超聲路徑和生成引腳支架的超聲路徑。

16、在一種可能的實(shí)現(xiàn)方式中，所述生成芯片焊盤的超聲方向?yàn)榭刂扑鰑軸運(yùn)動(dòng)單元和v軸運(yùn)動(dòng)單元同時(shí)工作進(jìn)行圓形路徑上的高頻振動(dòng)。

17、在一種可能的實(shí)現(xiàn)方式中，所述生成引腳支架的超聲方向進(jìn)一步包括：

18、生成鍵合加工的行線方向；

19、獲取焊點(diǎn)處引線鍵合的行線方向，生成垂直于所述行線方向的超聲振動(dòng)路徑；

20、當(dāng)行線方向平行于u軸或v軸方向時(shí)，控制所述u軸運(yùn)動(dòng)單元和v軸運(yùn)動(dòng)單元解耦工作進(jìn)行垂直于行線方向路徑上的高頻振動(dòng)；

21、當(dāng)行線方向傾斜于u軸或v軸方向時(shí)，控制所述u軸運(yùn)動(dòng)單元和v軸運(yùn)動(dòng)單元同時(shí)工作進(jìn)行垂直于行線方向路徑上的高頻振動(dòng)。

22、第二方面，本申請的實(shí)施例還提供一種多向超聲鍵合系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括：

23、uvz驅(qū)動(dòng)模塊，所述uvz驅(qū)動(dòng)模塊至少包括進(jìn)行高頻運(yùn)動(dòng)的u軸運(yùn)動(dòng)單元和v軸運(yùn)動(dòng)單元；

24、超聲參數(shù)生成模塊，用于生成超聲參數(shù)；

25、超聲執(zhí)行控制模塊，根據(jù)超聲參數(shù)生成模塊生成的超聲參數(shù)，控制所述在鍵合加工時(shí)調(diào)用uvz驅(qū)動(dòng)模塊的u軸運(yùn)動(dòng)單元和v軸運(yùn)動(dòng)單元單獨(dú)或共同驅(qū)動(dòng)鍵合工具進(jìn)行高頻振動(dòng)。

26、在一種可能的實(shí)現(xiàn)方式中，所述超聲參數(shù)生成模塊包括芯片焊盤的超聲方向生成單元和引腳支架的超聲方向生成單元。

27、在一種可能的實(shí)現(xiàn)方式中，所述超聲執(zhí)行控制模塊包括u軸運(yùn)動(dòng)控制單元和v軸運(yùn)動(dòng)控制單元，u軸運(yùn)動(dòng)控制單元和v軸運(yùn)動(dòng)控制單元控制所述u軸運(yùn)動(dòng)單元和v軸運(yùn)動(dòng)單元分別單獨(dú)工作或同時(shí)工作以執(zhí)行超聲指令。

技術(shù)特征：

1.多向超聲鍵合方法，其特征在于，包括如下步驟：

2.如權(quán)利要求1所述的多向超聲鍵合方法，其特征在于，所述uvz驅(qū)動(dòng)模塊包括：

3.如權(quán)利要求2所述的多向超聲鍵合方法，其特征在于，所述uvz驅(qū)動(dòng)模塊還包括：

4.如權(quán)利要求1-3中任一項(xiàng)所述的多向超聲鍵合方法，其特征在于，所述生成超聲參數(shù)步驟進(jìn)一步包括：

5.如權(quán)利要求4所述的多向超聲鍵合方法，其特征在于，所述生成芯片焊盤的超聲方向?yàn)榭刂扑鰑軸運(yùn)動(dòng)單元和v軸運(yùn)動(dòng)單元同時(shí)工作進(jìn)行圓形路徑上的高頻振動(dòng)。

6.如權(quán)利要求5所述的多向超聲鍵合方法，其特征在于，所述生成引腳支架的超聲方向進(jìn)一步包括：

7.多向超聲鍵合系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括：

8.如權(quán)利要求7所述的多向超聲鍵合方法，其特征在于，所述超聲參數(shù)生成模塊包括芯片焊盤的超聲方向生成單元和引腳支架的超聲方向生成單元。

9.如權(quán)利要求7所述的多向超聲鍵合方法，其特征在于，所述超聲執(zhí)行控制模塊包括u軸運(yùn)動(dòng)控制單元和v軸運(yùn)動(dòng)控制單元，u軸運(yùn)動(dòng)控制單元和v軸運(yùn)動(dòng)控制單元控制所述u軸運(yùn)動(dòng)單元和v軸運(yùn)動(dòng)單元分別單獨(dú)工作或同時(shí)工作以執(zhí)行超聲指令。

技術(shù)總結(jié)
本申請的實(shí)施例涉及半導(dǎo)體加工技術(shù)領(lǐng)域，尤其是多向超聲鍵合方法和系統(tǒng)。該方法和系統(tǒng)包括和執(zhí)行如下步驟：基于XY平臺(tái)構(gòu)建用于驅(qū)動(dòng)鍵合工具的UVZ驅(qū)動(dòng)模塊，所述UVZ驅(qū)動(dòng)模塊至少包括進(jìn)行高頻運(yùn)動(dòng)的U軸運(yùn)動(dòng)單元和V軸運(yùn)動(dòng)單元；生成超聲參數(shù)；根據(jù)所述超聲參數(shù)，在鍵合加工時(shí)調(diào)用UVZ驅(qū)動(dòng)模塊的U軸運(yùn)動(dòng)單元和V軸運(yùn)動(dòng)單元單獨(dú)或共同驅(qū)動(dòng)鍵合工具進(jìn)行高頻振動(dòng)。實(shí)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)鍵合工具的單方向上的高頻振動(dòng)，還可以通過對U軸運(yùn)動(dòng)單元和V軸運(yùn)動(dòng)單元的運(yùn)動(dòng)振幅和相角差的控制來實(shí)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)鍵合工具在振動(dòng)范圍內(nèi)的任意方向和任意路徑的高頻振動(dòng)，將傳統(tǒng)的一維超聲振動(dòng)拓展為二維矢量超聲振動(dòng)，對鍵合質(zhì)量和鍵合效率帶來了極大提升。

技術(shù)研發(fā)人員：程煒,姚堅(jiān)雄,晏加寶
受保護(hù)的技術(shù)使用者：深圳市德沃先進(jìn)自動(dòng)化有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/6