一种焊接劈刀和焊接设备的制作方法

1.本发明用于半导体封装技术领域，特别是涉及一种焊接劈刀和焊接设备。


背景技术：

2.在半导体集成电路生产工艺中，通常需要将半导体裸芯片焊区与微电子封装的i/0引线或者基板上的金属布线焊区采用金属细丝(焊丝)连接。
3.一般地，将焊线穿过劈刀的过线孔，采用热压键合或超声键合的方式对焊线进行焊接(即在加热、加压或摩擦力的作用下，焊线与焊区接触面原子间达到原子引力范围而焊合)。具体的，焊线与第一焊接工位键合形成第一键合点(即焊线的一端已被固定在第一焊接工位处，焊线的该固定端即为第一键合点)，然后劈刀按照设定的轨迹离开第一键合点，焊线在过线孔中相对劈刀滑动，使得劈刀的下端与第一键合点之间拉出一段焊线，当劈刀运动至第二焊接工位上方时，劈刀下降并使焊线的另一部分与第二焊接工位键合形成第二键合点。最后，劈刀在第二键合点处剪断焊线，这样，焊线连接在第一焊接工位和第二焊接工位之间。
4.对于传统的劈刀，其内孔与外圆弧之间存在一个内倒角，这种结构设计在实际使用过程中存在以下问题：
5.1.内孔与外圆弧之间的内倒角容易导致焊球应力的集中度增加，出现能量聚集，导致挤铝严重，容易损伤到铝层下面的硅材料，从而导致芯片焊盘出现弹坑。
6.2.在焊接第二焊点时，容易出现应力集中，导致线尾不能有效地与载体连接，在劈刀上升过程中线尾断裂，导致机台短线尾报警，造成产品质量隐患。


技术实现要素：

7.本发明的目的在于至少解决现有技术中存在的技术问题之一，提供一种焊接劈刀和焊接设备，其能够减小焊接劈刀对于对焊球应力的集中度，减少因应力集中而导致芯片焊盘出现弹坑，同时，减少在焊接第二焊点时切线尾力度的集中性，减少在劈刀上升过程中线尾断裂的发生，降低机台短线尾报警次数。
8.本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
9.第一方面，一种焊接劈刀，所述焊接劈刀设有过线通孔，所述过线通孔延伸至所述焊接劈刀的端部，所述过线通孔在靠近所述焊接劈刀端部的位置设有外扩的锥形内壁面，所述锥形内壁面通过弧形壁面与所述焊接劈刀的外壁面连接，所述弧形壁面包括第一弧形壁面和第二弧形壁面，所述第一弧形壁面相对于所述第二弧形壁面更靠近所述焊接劈刀的端部，所述第一弧形壁面与所述焊接劈刀的外壁面之间通过所述第二弧形壁面过渡连接，所述第二弧形壁面与所述锥形内壁面通过所述第一弧形壁面过渡连接，所述过线通孔具有内腔壁面，所述内腔壁面、所述锥形内壁面和所述第一弧形壁面共同限定出供焊线通过的过线通孔。
10.结合第一方面，在第一方面的某些实现方式中，其中，所述第一弧形壁面的半径为
r1，0μm＜r1≤15μm。
11.结合第一方面和上述实现方式，在第一方面的某些实现方式中，所述第一弧形壁面的半径1μm≤r1≤8μm。
12.结合第一方面和上述实现方式，在第一方面的某些实现方式中，所述第二弧形壁面的半径为r2，0μm＜r2≤100μm。
13.结合第一方面和上述实现方式，在第一方面的某些实现方式中，所述第二弧形壁面的半径5μm≤r2≤50μm。
14.结合第一方面和上述实现方式，在第一方面的某些实现方式中，所述第一弧形壁面和所述第二弧形壁面之间通过锥形端面过渡连接。
15.结合第一方面和上述实现方式，在第一方面的某些实现方式中，所述锥形内壁面的锥角为r，50
°
≤r≤150
°
。
16.结合第一方面和上述实现方式，在第一方面的某些实现方式中，所述锥形内壁面的锥角60
°
≤r≤120
°
。
17.结合第一方面和上述实现方式，在第一方面的某些实现方式中，所述焊接劈刀的外壁面采用锥形外壁面，所述过线通孔的轴线与所述锥形外壁面的轴线重合。
18.第二方面，一种焊接设备，包括第一方面中任一实现方式所述的焊接劈刀。
19.上述技术方案中的一个技术方案至少具有如下优点或有益效果之一：通过在过线通孔与焊接劈刀端部的过渡边缘设置第一弧形壁面，焊接时的能量对焊球应力的集中度通过第一弧形壁面得到分散，因此减少了因应力集中而导致的芯片硅材料出现弹坑或裂纹。同时，也可以减少在焊接第二焊点时，尖端对于焊线的作用力导致切断纤维的问题，有效减少机台短线尾报警次数，能量传输更加高效，也可以减少劈刀的磨损，延长了劈刀的寿命。
20.本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
21.本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
22.图1是本发明焊接劈刀的一个实施例结构示意图。
具体实施方式
23.本部分将详细描述本发明的具体实施例，本发明之较佳实施例在附图中示出，附图的作用在于用图形补充说明书文字部分的描述，使人能够直观地、形象地理解本发明的每个技术特征和整体技术方案，但其不能理解为对本发明保护范围的限制。
24.本发明中，“若干”的含义是一个或者多个，“多个”的含义是两个以上，“大于”“小于”“超过”等理解为不包括本数；“以上”“以下”“以内”等理解为包括本数。在本发明的描述中，如果有描述到“第一”“第二”仅用于区分技术特征为目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量或者隐含指明所指示的技术特征的先后关系。
25.本发明中，除非另有明确的限定，“设置”“安装”“连接”等词语应做广义理解，例
如，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连；可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，还可以是一体成型；可以是机械连接，也可以是电连接或能够互相通讯；可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。所属技术领域技术人员可以结合技术方案的具体内容合理确定上述词语在本发明中的具体含义。
26.参见图1，本发明的实施例提供了一种焊接劈刀1，焊接劈刀1设有过线通孔11，过线通孔11延伸至焊接劈刀1的端部，过线通孔11用于焊接时供焊线通过。过线通孔11在靠近焊接劈刀1端部的位置设有外扩的锥形内壁面12，锥形内壁面12通过弧形壁面与焊接劈刀1的外壁面13连接，弧形壁面包括第一弧形壁面14和第二弧形壁面15，第一弧形壁面14与锥形内壁面12连接，第二弧形壁面15与焊接劈刀1的外壁面13连接，第一弧形壁面14与焊接劈刀1的外壁面13之间通过第二弧形壁面15过渡连接，第二弧形壁面15与锥形内壁面12通过第一弧形壁面14过渡连接。其中，第一弧形壁面14相对于第二弧形壁面15更靠近焊接劈刀1的端部，换而言之，焊接时的能量主要集中在第一弧形壁面14处。
27.本发明的实施例通过在过线通孔11与焊接劈刀1端部的过渡边缘设置第一弧形壁面14，第一弧形壁面14使锥形内壁面12的过渡更加平顺、圆滑，使得焊接时的能量对焊球应力的集中度通过第一弧形壁面14得到分散，因此减少了因应力集中而导致的芯片硅材料出现弹坑或裂纹。同时，通过第一弧形壁面14代替尖端，可以减少在焊接第二焊点时尖端对于焊线的作用力导致切断纤维的问题，有效减少机台短线尾报警次数，能量传输更加高效，也可以减少劈刀的磨损，延长了劈刀的寿命。
28.其中，在一些实施例中，参见图1，第一弧形壁面14的半径为r1，0μm＜r1≤15μm。
29.进一步的，为了提升技术效果，第一弧形壁面14的半径1μm≤r1≤8μm。
30.对于焊接劈刀1的性能测试，可通过测量以下参数来表征：
31.(1)弹坑：焊接时，过线通孔11与焊接劈刀1端部的过渡边缘出现能量聚集，导致挤铝严重，容易损伤到铝层下面的硅材料，从而出现弹坑。
32.弹坑的检测方法：使用氢氧化钠溶液加热去除芯片的铝层之后，使用显微镜观察芯片上是否存在弹坑。
33.(2)shtl：供应过高的力和超声波能量导致线材短尾。
34.直接在机台上作业，测试shtl(机台短线尾报警)的频率，越少越好，小于20ppm为好的表现。
35.(3)ball shear test：金球推力测试，金球推力〔ball shear〕确保在打线后金线球形接点在半导体装置之焊垫上之结合强度，用于确定焊线的品质。
36.通常使用金球推力机执行金球推力测试，以一推板横向顶推在受测基板之突出物直到该突出物脱落而得到一结合强度数值，大于35g则符合要求。
37.表1劈刀本体对应的焊线拉力测试结果
[0038][0039]
参见表1，当第一弧形壁面14的半径为0μm＜r1≤15μm，特别是1μm≤r1≤8μm范围内时，相关测试数据显示，焊接时焊接劈刀1不会损伤到铝层下面的硅材料，能够将shtl控制在20ppm以下，同时金球推力测试结果大于35g，效果明显。
[0040]
第二弧形壁面15可采用椭圆弧、圆弧等弧形面，例如在一些实施例中，参见图1，第二弧形壁面15采用圆弧面，同时，第二弧形壁面15的半径为r2，0μm＜r2≤100μm。
[0041]
进一步的，为了提升技术效果，第二弧形壁面15的半径5μm≤r2≤50μm。
[0042]
其中，在本发明的实施例中，第一弧形壁面14和第二弧形壁面15可以直接连接或通过曲面或锥面间接连接，例如在图1所示的一些实施例中第一弧形壁面14和第二弧形壁面15之间通过锥形端面16过渡连接，最终使第一弧形壁面14位于焊接时的能量相对集中的区域。
[0043]
在一些实施例中，参见图1，过线通孔11通过锥形内壁面12限定出锥形孔，用于将焊线引导至第一弧形壁面14，降低焊接劈刀1对于焊线的剪应力，减少在劈刀上升过程中线尾断裂的发生。
[0044]
其中，锥形内壁面12的锥角为r，50
°
≤r≤150
°
。进一步的，为了提升技术效果，锥形内壁面12的锥角60
°
≤r≤120
°
。
[0045]
在一些实施例中，参见图1，焊接劈刀1的外壁面13采用锥形外壁面13，焊接劈刀1锥形外壁面13的端部通过锥形外壁面13逐渐收缩，提升焊接劈刀1的可达性以及焊线焊接的精度。
[0046]
进一步的，为了保证焊接劈刀1端部具有均匀的弧形壁面，保证焊接质量的均一性，参见图1，过线通孔11的轴线与锥形外壁面13的轴线重合。
[0047]
参见图1，过线通孔11具有内腔壁面17，内腔壁面17、锥形内壁面12和第一弧形壁面14共同限定出供焊线通过的过线通孔11，焊接时，焊线通过过线通孔11向外延伸，实现焊线的引导和定位。其中，第一弧形壁面14也属于过线通孔11的一部分，换而言之，第一弧形
壁面14位于过线通孔11与焊接劈刀1端部的过渡边缘位置，也就是焊接时能量相对集中的区域。
[0048]
本发明的实施例还提供了一种焊接设备，包括以上任一实施例中的焊接劈刀1。焊接设备可以是热压键合焊接设备或超声键合焊接设备等。
[0049]
在本说明书的描述中，参考术语“示例”、“实施例”或“一些实施例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
[0050]
当然，本发明创造并不局限于上述实施方式，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可作出等同变形或替换，这些等同的变形或替换均包含在本技术权利要求所限定的范围内。