專利名稱：利用線夾制造折點的快速引線成弧方法及裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種利用線夾制造折點的快速引線成弧方法及裝置，特別是利用線夾的動作在金絲等引線上制造一個或多個折點從而形成特定弧線形狀的引線成弧方法和裝置。
背景技術：
集成電路(IC)制造是高新技術最核心的產業之一。微電子封裝中的熱超聲引線鍵合是IC制造產業的最耗時、耗成本的環節之一。以復雜的M弧線為例，典型的引線鍵合過程如圖2中的傳統劈刀軌跡，它是指利用超聲、熱、力等外場能量將引線(典型為金線) 鍵合到芯片焊盤上，然后，利用劈刀在空間中的移動軌跡(圖中虛線表示的劈刀軌跡)，在引線中制造折點①-④，形成具有一定空間幾何形貌的弧線(Wire loop)，最后將引線另外一端，利用超聲、熱、力等外場能量，鍵合到框架焊盤上，實現芯片和框架間的電互連。這種熱超聲引線鍵合是當前最主要的封裝互連技術。其中，劈刀在空間軌跡移動，形成特定弧線的過程稱為引線成形(或引線成弧)。引線成弧是引線鍵合設備的核心技術指標之一，鍵合設備的優劣往往以所提供的弧線的數量和形成弧線的速度來衡量。為此，各引線鍵合設備商提出了各種形成大跨度引線的方法。美國專利US 7262124、US 2005/007^33和US 74648 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雜的運動的軌跡，對第一個焊點附近的引線反復折彎，從而降低弧高。美國專利US 5989995提出了一種有較強的弧線形狀支持能力的M弧成形方法，美國專利US 6222274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US 7547626,US 6222274和US 7851347提出，通過復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，復雜的劈刀軌跡大大降低了效率和成品率。美國專利US 2009/00818 提出在第二焊結束后，通過其他工具強制壓低弧高，從而形成低弧引線。上述所有引線成形方法的共同特點是通過劈刀軌跡來制造引線中的一個或多個折點，形成特定形狀的引線。盡管對于不同的引線形狀要求，所需的折點數量、位置和變形不同，劈刀軌跡有所不同，但是，劈刀移動占用了形成一條引線的90%以上時間。而正是劈刀移動耗費了大量時間，降低了引線成形的速度，越來越難以滿足日益增長的引線鍵合需求。因此，提出一種新的快速引線成弧方法，提高引線成形的速度，變得越來越重要。提高劈刀移動速度是一種解決方法，因此，如何提高劈刀移動速度和精度，是當前引線鍵合技術發展的一個重要方向。但是，避免劈刀的移動，采用新的折點制造和快速引線成弧方法，可能是另外一種更好的選擇。為此，本發明提出了一種利用線夾制造折點， 避免復雜劈刀軌跡，從而提高引線成弧速度的新方法，可以解決目前引線成弧速度慢的問題
發明內容
本發明所要解決的技術問題是提供一種利用線夾制造折點的快速引線成弧方法及裝置，本發明的利用線夾制造折點的快速引線成弧方法及裝置能解決傳統引線成形方法中劈刀軌跡復雜、工作效率低的問題。發明的技術解決方案如下一種利用線夾制造折點的快速引線成弧方法，包括以下步驟步驟1 在芯片焊盤上形成第一焊點后，劈刀固定引線的自由端(固定時暫時固定，后續劈刀上升時需要先松開再上升)，通過線夾夾持并彎折在劈刀與第一焊點之間的引線；所述的線夾為至少一個，線夾上總共設有至少2個固定臂和至少2個活動臂；步驟2 在彎折引線的操作過程中，2個固定臂上下錯位，2個固定臂分設在線夾兩側以夾持引線；2個活動臂上下錯位，2個活動臂分設在線夾兩側通過2個活動臂相向運動或2個活動臂同向運動或保持一個活動臂不動另一個活動臂平移運動以彎折引線，使引線形成折點或弧線；步驟3 松開線夾，劈刀帶動引線的將引線的自由端焊接在第二焊盤上，完成引線成弧過程。線夾為懸臂式線夾。先將引線焊接在第一焊盤上；然后，隨著劈刀上升制造一個左凹折點或一個右凸折點；或者隨著劈刀上升依次制造或一系列左凹折點和右凸折點，并通過不同方向的左凹折點和右凸折點的組合，形成不同的線弧形狀。形成M線弧的過程為先將引線焊接在第一焊盤上；然后，隨著劈刀上升依次制造一個左凹折點(A)、右凸折點(B)、左凹折點(C)和右凸折點(D)；劈刀繼續上升到最高位置，然后停止供線，線夾移走，劈刀按照橢圓軌跡下降到第二焊盤上，將引線的自由端焊接到框架焊盤上，完成引線成弧過程；制造折點的過程為劈刀上升到某一高度并暫停，同時，線夾夾住引線，水平移動至少一個活動臂，制造出一個折點，然后，活動臂復位，為引線通過和制造下一個折點做準備。系列折點相對于第一焊盤的高度位置依次增加，具體的高度可由實驗修正和確定。以M弧線為例，4個折點的高度分別為130 士 30微米、600 士 150微米、1200 士 150微米和 1800微米。STD線型的形成過程為先將引線焊接在第一焊盤上；然后，劈刀上升并暫停，水平移動至少一個活動臂， 制造一個左凹折點(A)，活動臂復位；劈刀繼續上升到第二最高位置，然后停止供線，制造折點的線夾移走，劈刀按照橢圓軌跡下降到框架焊盤上，將引線另外一端焊接在框架焊盤上，完成引線成弧過程。一種基于前述的利用線夾制造折點的快速引線成弧方法的系統，包括鍵合系統、 劈刀和線夾；鍵合系統驅動劈刀引導引線沿某一軌跡運動；鍵合系統具有用于驅動線夾夾持引線和將線夾從引線移開的機構；鍵合系統還具有驅動所述的活動臂平移的機構。用于制造折點的線夾為一個，包括上下錯位的2個固定臂以及上下錯位的2個活動臂，2個活動臂設置在上、下兩個固定臂之間，當線夾夾持住引線時，以豎直的引線為基準，2個固定臂分別位于引線的左右兩側夾持引線，2個活動臂也位于引線的左右兩側。本發明的技術構思在劈刀下面，采用線夾來制造折點，并采用簡單的直線上升軌跡和橢圓下降軌跡， 不再通過劈刀在復雜的運動過程中使引線折出折點，從而提高了引線成弧速度。其中，利用線夾在引線中制造折點的過程如圖1。線夾具有1，2，3，4四個臂，其中， 4和1分別是上固定臂和下固定臂，不可移動，2，3分別是可以水平移動的左活動臂和右活動臂(各臂之間的距離根據引線直徑來確定，以能形成折點為準)。當右活動臂3向左水平移動(左活動臂2靜止不動)，可以在引線中制造出一個左凹折點，如圖2中的折點①和 ③；當左活動臂2向右水平移動(右活動臂3靜止不動)，可以在引線中制造出一個右凸折點，如圖1中的折點②和④。因此，在一焊點形成后，劈刀向上垂直移動的過程中，引線被吐出，此時，通過程序控制線夾的2個活動臂的移動，可以在引線的任意位置制造出任意凹凸的折點。劈刀上升到最高點后，引線中所需的所有折點都已經制造好。此時，劈刀按照橢圓軌跡下降到框架焊盤上，采用與傳統引線鍵合相同的熱超聲方法，將引線的另外一端鍵合在框架焊盤上，形成二焊，完成一條引線的鍵合。以M弧線為例，本發明與傳統M弧線引線成弧方法的對比如圖2所示。在劈刀沿著軌跡垂直上升過程中，線夾在A點打叉的位置制造一個左凹折點；在B點打叉的位置制造一個右凸折點；在C點打叉的制造一個左凹折點；在D點打叉的位置制造一個右凸折點。A， B，C，D四點的位置和距離可以根據實際的需求，通過實驗來確定。有益效果本發明的方法與傳統的引線成形方法比較，具有以下的特點及優勢1.利用線夾活動臂的移動，在引線的任意位置制造凹凸可控的折點，制造一個折點僅需l-2ms ；不再通過劈刀的復雜軌跡使引線產生折點，以4個折點的M弧線為例，可以縮短劈刀軌跡40-50%，從而大大縮短了劈刀運動時間，提高了引線成形效率。2.劈刀軌跡簡單，引線不需要多次彎折，從而避免了因多次彎折對一焊點和引線頸部產生的損傷。3.只需要活動臂的水平移動大小和作用時間，就可以在任意需要的位置產生任意變形量的折點，形成多折點的復雜線弧，工作過程簡單。而傳統方法形成恰當的折點必須對彎矩的作用點、大小和方向進行精確地控制，且還受引線材料特性的限制，因此較難形成復雜的引線。
圖1是本發明的利用線夾制造折點的快速引線成弧裝置結構示意圖；圖2為本發明與傳統M弧線引線成弧方法的對比示意圖；圖3為本發明形成STD線型的過程示意圖。標號說明1-下固定臂，2-左活動臂，3-右活動臂，4，-上固定臂，5-劈刀，6-引線，7-弧線，8-第一焊盤，9-第二焊盤，10-框架，11-芯片。
具體實施例方式以下將結合附圖和具體實施例對本發明做進一步詳細說明本發明的引線成弧方法包括以下幾個步驟1)在芯片焊盤上形成第一焊點后，劈刀垂直上升，并在劈刀垂直上升過程中，將上述的線夾移入劈刀下方，利用線夾活動臂移動，在特定位置形成特定凹凸方向的折點，同時，劈刀釋放出足夠多的能夠完成第一焊點和第二焊點之間連接的引線；劈刀上升到最高點后，折點制造過程和弓I線釋放過程完成。2)劈刀按照預定的橢圓軌跡朝框架上的二焊點運動，在這個過程中，上述的線夾移走，以免妨礙形成二焊點。與傳統的鍵合過程不同，劈刀的運動軌跡不再是標準1/4圓弧，而是一個1/4橢圓弧，短半軸為等于第一焊點A和第二焊點G之間的連線，長半軸為第一焊點A與劈刀在整個軌跡中的最高位置B之間的連線。下面將結合引線鍵合中STD基本線弧和M線弧兩種典型線弧的引線成形過程來做進一步說明。實施例1 :M線弧過程 本發明中所提到的M線弧的成形方法將根據圖2來描述。引線鍵合的過程包括三個步驟1)第一步與傳統的弓I線鍵合過程相同，從劈刀中穿過的引線在劈刀尖端形成一個焊球，并被焊接到一焊點位置。2)然后，劈刀上升到A點位置(距離焊盤130微米)暫停，移入制造折點的線夾到劈刀下方20微米處。此時，鍵合系統給線夾發出指令，水平移動活動臂2，制造一個左凹折點；同樣，移動線夾到B點，(距離焊盤600微米)制造一個右凸折點；移動線夾到C點(距離焊盤1200微米)打叉的位置暫停，利用線夾一個左凹折點；移動線夾到D點(距離焊盤 1800微米)打叉的位置暫停，利用線夾一個右凸折點。3)劈刀繼續上升到最高位置(距離焊盤MOO微米)，然后停止供線，制造折點的線夾移走，劈刀按照橢圓軌跡下降到框架焊盤上(距離一焊點水平距離1600微米)，將引線另外一端焊接在框架焊盤上，完成引線成弧過程。從圖3可以看到，本發明提出的方法的劈刀軌跡比傳統的劈刀軌跡簡單很多，大大減少引線鍵合的時間，提高了引線成弧速度。而且在引線鍵合過程中，本方法不會多次對引線進行彎折，因此避免了引線由于多次彎折而產生的損傷。實施例2 =STD線型的形成過程STD線型是引線鍵合中最基本的弧線，只含有一個折點。利用本發明形成STD線型的方法如圖4，其制造過程為1)第一步與傳統的弓I線鍵合過程相同，從劈刀中穿過的引線在劈刀尖端形成一個焊球，并被焊接到一焊點位置。2)然后，劈刀上升到A點位置(距離焊盤130微米)暫停，移入制造折點的線夾到劈刀下方20微米處。此時，鍵合系統給線夾發出指令，水平移動活動臂2，制造一個左凹折
點ο3)劈刀繼續上升到最高位置(距離焊盤1400微米)，然后停止供線，制造折點的線夾移走，劈刀按照橢圓軌跡下降到框架焊盤上(距離一焊點水平距離1000微米)，將引線另外一端焊接在框架焊盤上，完成引線成弧過程。從圖2，3可以看到，本發明提出的引線鍵合方法避免了劈刀的復雜運動，可以實現1個折點的簡單弧線，也可以實現多個折點的復雜弧線。多個線夾的情況或者一個線夾帶多于4個臂的情況也能實現本發明的目的，但是，多個線夾的情況或者一個線夾帶多于4個臂的情況會使得系統復雜。
權利要求
1.一種利用線夾制造折點的快速引線成弧方法，其特征在于，包括以下步驟步驟1 在芯片焊盤上形成第一焊點后，劈刀固定引線的自由端，通過線夾夾持并彎折在劈刀與第一焊點之間的引線；所述的線夾為至少一個，線夾上總共設有至少2個固定臂和至少2個活動臂；步驟2 在彎折引線的操作過程中，2個固定臂上下錯位，2個固定臂分設在線夾兩側以夾持引線；2個活動臂上下錯位，2個活動臂分設在線夾兩側通過2個活動臂相向運動或2 個活動臂同向運動或保持一個活動臂不動另一個活動臂平移運動以彎折引線，使引線形成折點或弧線；步驟3:松開線夾，劈刀帶動引線的將引線的自由端焊接在第二焊盤上，完成引線成弧過程。
2.根據權利要求1所述的利用線夾制造折點的快速引線成弧方法，其特征在于，線夾為懸臂式線夾。
3.根據權利要求1或2所述的利用線夾制造折點的快速引線成弧方法，其特征在于 先將引線焊接在第一焊盤上；然后，隨著劈刀上升制造一個左凹折點或一個右凸折點；或者隨著劈刀上升依次制造或一系列左凹折點和右凸折點，并通過不同方向的左凹折點和右凸折點的組合，形成不同的線弧形狀。
4.根據權利要求3所述的利用線夾制造折點的快速引線成弧方法，其特征在于形成 M線弧的過程為先將引線焊接在第一焊盤上；然后，隨著劈刀上升依次制造一個左凹折點 (A)、右凸折點(B)、左凹折點(C)和右凸折點(D)；劈刀繼續上升到最高位置，然后停止供線，線夾移走，劈刀按照橢圓軌跡下降到第二焊盤上，將引線的自由端焊接到框架焊盤上，完成引線成弧過程；制造折點的過程為劈刀上升到某一高度并暫停，同時，線夾夾住引線，水平移動至少一個活動臂，制造出一個折點，然后，活動臂復位，為引線通過和制造下一個折點做準備。
5.根據權利要求4所述的利用線夾制造折點的快速引線成弧方法，其特征在于，4個折點的高度分別為130士30微米、600士 150微米、1200士 150微米和1800微米。
6.根據權利要求3所述的利用線夾制造折點的快速引線成弧方法，其特征在于，STD線型的形成過程為先將引線焊接在第一焊盤上；然后，劈刀上升并暫停，水平移動至少一個活動臂，制造一個左凹折點(A)，活動臂復位；劈刀繼續上升到第二最高位置，然后停止供線，制造折點的線夾移走，劈刀按照橢圓軌跡下降到框架焊盤上，將引線另外一端焊接在框架焊盤上，完成引線成弧過程。
7.一種基于權利要求1或2所述的利用線夾制造折點的快速引線成弧方法的系統，其特征在于，包括鍵合系統、劈刀和線夾；鍵合系統驅動劈刀引導引線沿某一軌跡運動；鍵合系統具有用于驅動線夾夾持引線和將線夾從引線移開的機構；鍵合系統還具有驅動所述的活動臂平移的機構。
8.根據權利要求7所述的基于利用線夾制造折點的快速引線成弧方法的系統，其特征在于，用于制造折點的線夾為一個，包括上下錯位的2個固定臂以及上下錯位的2個活動臂，2個活動臂設置在上、下兩個固定臂之間，當線夾夾持住引線時，以豎直的引線為基準，2 個固定臂分別位于引線的左右兩側夾持引線，2個活動臂也位于引線的左右兩側。
全文摘要
本發明公開了一種利用線夾制造折點的快速引線成弧方法及裝置，所述的方法包括步驟1在芯片焊盤上形成第一焊點后，劈刀固定引線的自由端，通過線夾夾持并彎折在劈刀與第一焊點之間的引線，形成系列折點；步驟2在彎折引線的操作過程中，2個固定臂上下錯位，2個固定臂分設在線夾兩側以夾持引線；2個活動臂上下錯位，2個活動臂分設在線夾兩側；步驟3松開線夾，劈刀帶動引線運動將引線的自由端焊接在第二焊盤上，完成引線成弧過程。本發明的利用線夾制造折點的快速引線成弧方法及裝置能解決傳統引線成形方法中劈刀軌跡復雜、工作效率低的問題。
文檔編號H01L21/768GK102437111SQ20111039345
公開日2012年5月2日 申請日期2011年12月1日 優先權日2011年12月1日
發明者李軍輝, 王福亮, 陳云, 韓雷 申請人:中南大學