一种引线键合工艺及引线键合装置的制作方法

本技术涉及半导体封装，特别涉及一种引线键合工艺及引线键合装置。

背景技术：

1、在半导体封装过程中，引线键合是一种广泛使用的互连技术，用于将芯片上的焊盘与引线框架上的引脚进行电气连接。随着先进封装技术的发展，对键合引线的精度、高度一致性以及垂直互连能力提出了更高的要求，特别是在超薄芯片和微细间距芯片的封装应用中，传统的引线键合工艺已难以满足需求。

2、现有技术中，为了在引线上形成便于拉断的损伤部，通常采用两种方式：一种是通过瓷嘴压靠芯片表面形成弱化点，但瓷嘴压靠时产生的机械力容易对芯片造成物理损伤，且压靠位置受限于瓷嘴运动轨迹，难以在引线的精确位置形成损伤部，对于厚度超薄芯片，这种压靠动作极易导致芯片碎裂或内部电路损伤；另一种方式是通过剪刀等工具直接剪断引线，但直接剪断容易在引线端部产生毛刺或不规则断面，剪断位置也难以精确控制，无法在引线的预设位置形成规则、一致的损伤部，导致后续拉断时引线高度一致性差。

3、此外，现有技术中损伤形成与键合步骤关联性强，无论是压靠方式还是直接剪断方式，损伤形成通常依赖于键合过程中的特定动作，使得工艺参数耦合严重，不利于独立优化和控制。同时，现有方法在引线拉断后，残留于瓷嘴内的引线尾段缺乏有效的回收机制，残留引线容易在瓷嘴内堆积或堵塞，影响后续穿线和键合操作的连续性，导致设备停机时间增加，生产效率降低。中国专利cn106024653a（公开日2016年10月12日）公开了一种半导体器件制造方法，其通过降下刀具构件对键合完成后的铝线进行切割，并借助随刀具构件一同降下的止挡件撞击引线区段来限定切割的终止位置，但该方案中止挡件撞击引线区段时产生的机械冲击仍会作用于引线框架，且直接切断易在引线端部产生不规则断面，加之无引线定长机构，无法实现高精度垂直引线制备；中国专利cn122641376a（公开日2026年8月）公开了一种用于引线键合设备的自动穿线方法及系统，其利用气路装置中生成的气流张紧键合线，并将键合线的线尾引导至操作位置以便抓取、拉直并穿过键合工具，但该方案仅解决穿线环节的自动化问题，未涉及损伤部的形成位置控制，也未解决键合过程中残留引线的回收问题。

4、中国专利cn121908920a（公开日2026年4月21日）公开了一种形成细间距垂直引线互连结构的引线键合方法，其通过引线键合工具将毛细管与球形引线键合之间的键合引线上的点抵住球形引线键合的一部分进行按压，使键合引线形成弱化部分，再通过移动引线键合工具拉直该段键合引线，使其在弱化部分断裂，从而形成垂直引线互连结构，在一定程度上实现了垂直引线的制备，但该方案存在以下核心缺陷：一是弱化部分的形成依赖键合工具将引线抵靠在已完成的球形键合上进行按压，按压力经键合点传递至芯片，仍无法避免对超薄芯片的损伤风险；二是引线段的长度依赖键合工具的运动行程控制，缺乏独立的定长机构，难以满足微细间距芯片封装对引线高度一致性的严格要求；三是无残留引线回收机制，引线拉断后残留于瓷嘴内的引线尾端容易造成瓷嘴堵塞，导致设备故障率高，生产效率低下。

5、国外方面，日本专利特开2001-160566（公开日2001年6月12日）公开了一种针状导线的形成方法：在毛细管穿引的引线末端形成焊球后，利用设置于键合装置的切刀在焊球与毛细管之间的引线部分往复动作、对向切入等深地刻出伤痕，随后将焊球键合至电极垫，再于毛细管上升途中用线夹夹持引线向上拉引，使引线自伤痕处切断，从而在键合对象上残留一定长度的针状导线；该方案还公开了随毛细管上下运动的第一线夹与固定设置的第二线夹相配合的送线机构。该文献在二十余年前即确立了"形成损伤部—键合—拉断"的立线制备路线，但其对切刀的具体实现方法未作详细公开；且切刀刃口与直径通常仅20～50μm的细引线之间为刚性挤压接触，压入深度难以精确控制，刃口磨损后损伤深度逐渐失控，挤压处还易产生微小切屑，存在污染毛细管通道及键合区域的风险。此外，该文献的背景技术还指出，在电子电路元件上密集形成针状导线时，切刀等切割工具存在难以布置的问题。

6、国际专利申请wo 2025/105274 a1（国际公开日2025年5月22日）针对上述细引线切口形成困难的问题提出了改进方案，其设置由外刃与内刃构成的切口剪，两刃中至少一者设有沿引线插入方向间距渐减的锥形部；工作时将处于间隔状态的两刃沿与引线伸出方向相交的方向朝引线移动，使引线进入两刃之间，随后令两刃接近并接触引线，从而在引线表面形成切口；再在引线端部键合至键合对象的状态下用线夹夹持牵引，使引线在切口处切断，形成长约100～500μm的针状引线。该方案通过锥形部引导在一定程度上改善了细引线上切口形成的难度，但其切口剪需由支持臂、滑动机构及执行器驱动，完成"横移插入—合拢成形—退避"的复合动作，运动部件数量多，动作时序需与键合节拍精确协调，机构复杂且占用键合头周向空间；两刃与引线仍为刃口挤压接触，锥形刃口精密易损，磨损后切口深度同样面临失控问题，挤压产生的微小切屑也可能进入毛细管通道或键合区域。

7、与本技术同属垂直引线键合技术方向的还有中国专利cn122249087a（公开日2026年6月19日）公开的一种引线键合方法及引线键合装置。该方案同样采用主线夹与辅助线夹相配合、结合真空毛细管吸附定位的定长方式，将引线自瓷嘴末端伸出的长度精确调整至预设值，保证了垂直引线高度的一致性和重复性；其损伤部由独立的快门机构及其刀片对引线进行定向挤压损伤形成，避免了瓷嘴压靠对芯片造成的物理损伤，并通过设置多个刀片及其不同布置方式，使损伤部的深度和形状可控，确保引线在预定位置精准断裂。但该方案仍存在以下不足：一是刀片属于精密易损件，长期使用后刃口磨损会导致损伤深度和形状逐渐失控，需定期检查、刃磨或更换，维护成本和停机时间随之增加；二是刀片与引线之间为刃口刚性挤压接触，应力集中明显，损伤部边缘易产生毛刺或微小切屑，切屑一旦进入瓷嘴内部通道或键合区域，将造成穿线堵塞或键合污染；三是快门机构需设置可相向运动的多个刀片及其独立驱动部件，运动部件数量多，且刀片开合时序需与键合动作协调控制，结构复杂、占用空间大、装配调试成本高。

8、综上，现有技术存在以下核心缺陷：①采用瓷嘴压靠方式形成损伤部的方案，压靠过程产生的机械应力极易导致芯片碎裂，无法应用于超薄芯片封装；②采用刀具、刀片等切断或挤压方式形成损伤部的方案，从早期切刀刻伤到近期的双刃切口剪及快门机构刀片，始终依赖精密易损的刃口部件，存在刃口磨损失控、维护频繁、可能产生切屑污染以及机构复杂等问题；③多数方案缺乏独立的高精度定长机构与完善的残留引线回收机制，引线高度一致性差，且引线拉断后残留的引线尾段易造成瓷嘴堵塞，增加维护维修频率。

9、因此，亟需提供一种能够精确控制引线长度、独立形成损伤部、有效回收残留引线、且适用于超薄芯片和微细间距封装的高精度垂直互连引线键合工艺。

技术实现思路

1、本技术提出一种引线键合工艺及引线键合装置，以解决现有技术中存在的引线长度控制精度不足、损伤部形成困难、残留引线回收不便以及对超薄芯片和微细间距封装适应性差等技术问题。

2、为解决以上问题，本技术采用的技术方案是：

3、一种引线键合工艺，包括焊头、焊台以及蹭线平台，所述焊头包括瓷嘴、主线夹、辅助线夹以及真空毛细管，所述蹭线平台包括阶梯状分布的上台面和下台面，其包括以下步骤：

4、s1、引线准备：将引线向所述瓷嘴外延伸一段长度，以形成引线尾，再在所述引线尾的末端熔融形成焊球；

5、s2、引线定长：控制主线夹、辅助线夹与真空毛细管协同动作，将所述焊球自所述瓷嘴的下端面伸出的长度调整至第一预设长度；

6、s3、损伤形成：所述焊头下移至蹭线高度，所述引线尾仅在临近所述瓷嘴的部分高出于所述蹭线平台的上台面，后由所述上台面的一侧，沿所述上台面平移，以使所述引线尾相对留存在所述瓷嘴内的引线形成直角或近似直角弯折；在所述焊头返回至上一时序位置后，所述主线夹以及所述瓷嘴同步下移，至所述引线尾的弯折处与所述下台面接触，且进一步下压，以使所述引线尾的弯折处形成损伤部；

7、s4、损伤部回收：将所述损伤部收纳至所述瓷嘴的内部通道中；

8、s5：引线键合：驱动所述瓷嘴移动至键合工位，将所述焊球键合至待键合点；完成键合后，所述瓷嘴和所述主线夹沿z轴向上移动，将所述引线自所述瓷嘴的下端面伸出的长度调整至第二预设长度；

9、s6、键合拉断：所述主线夹夹持引线后，沿z轴向上提拉，使所述引线在所述损伤部处断裂，形成预设高度的垂直引线段。

10、作为本实施方式的进一步优选，步骤s2具体包括：

11、s2a、所述主线夹和所述辅助线夹打开，所述真空毛细管产生真空吸力将所述焊球吸附至与所述瓷嘴的喇叭口接触；

12、s2b、所述辅助线夹关闭并夹持所述引线；所述主线夹在打开状态下，与所述瓷嘴同步向上移动预设长度。

13、作为本实施方式的进一步优选，步骤s3中，所述主线夹保持关闭、所述辅助线夹保持打开；所述主线夹与所述瓷嘴同步沿z方向下移至蹭线高度后 ，所述主线夹、所述辅助线夹以及所述瓷嘴同步沿所述上台面平移设定距离。

14、作为本实施方式的进一步优选，步骤s3，所述引线尾的弯折处形成损伤部的过程中，还包括向所述瓷嘴或所述蹭线平台施加超声波的步骤。

15、作为本实施方式的进一步优选，所述上台面和所述下台面的落差大于所述引线尾的长度。

16、作为本实施方式的进一步优选，配合所述焊台的位置调整，在芯片上重复执行步骤s1至s6以完成所述芯片所有的所述引线的键合。

17、作为本实施方式的进一步优选，步骤s5及步骤s6中，所述真空毛细管保持真空吸附。

18、作为本实施方式的进一步优选，步骤s3中，所述损伤部的残留面积为所述引线的横截面的1/3-1/2。

19、作为本实施方式的进一步优选，步骤s6中抬升的指定高度不小于已形成的垂直引线段长度、下一次打火形成焊球所需消耗的引线长度、下一根引线弧高所需预留长度之和。

20、此外，还公开了一种引线键合装置，包括焊头、焊台以及蹭线平台；所述焊头包括瓷嘴、主线夹、辅助线夹以及真空毛细管，所述主线夹与所述瓷嘴固定安装于同一z轴驱动机构上，两者在z方向的运动保持同步；所述蹭线平台包括阶梯状分布的上台面和下台面；其中，所述上台面用于承接随所述焊头平移的引线尾，以使所述引线尾相对留存在于所述瓷嘴内的引线形成直角或近似直角弯折；所述下台面用于承接弯折后的所述引线尾，以在所述焊头下压时于所述引线尾的弯折处形成损伤部。

21、与现有技术相比，本技术具有以下有益效果：

22、（1）本技术通过设置独立的蹭线平台，损伤部的形成完全在蹭线平台的上台面和下台面上完成，损伤形成过程与键合对象相互分离，无需向芯片施加任何机械载荷，从根本上避免了传统瓷嘴压靠方案中机械应力导致的芯片碎裂及内部电路损伤，使引线键合工艺能够安全应用于超薄芯片的封装；同时，相对于采用快门机构刀片挤压形成损伤部的方案，蹭线平台为固定的阶梯状结构，不含运动部件和易损刃口，无需独立驱动与开合时序控制，损伤部由引线弯折后下压形成，不存在刃口磨损导致的损伤深度失控问题，也不会产生切屑，结构简单、维护成本低；

23、（2）本技术通过主线夹、辅助线夹与真空毛细管的协同动作实现引线精确定长：真空吸力将焊球精确定位于瓷嘴的喇叭口以形成定位基准，辅助线夹夹持引线并保持静止，瓷嘴与主线夹同步向上移动第一预设长度，引线尾的伸出长度得到精确控制，从根源上保证了批量键合中垂直引线段的高度一致性，满足微细间距封装对引线高度一致性的严格要求；

24、（3）本技术的损伤部在引线的预设位置经直角弯折后定向挤压形成，损伤部的位置及残留横截面积精确可控，拉断时仅需较小拉力即可在损伤部处精准断裂，断口规则，垂直引线段直立度好，无需后续整形工序；且损伤形成动作与键合动作相互独立，工艺参数解耦，便于分别优化和控制，有利于工艺调试及批量生产的一致性控制。