焊线工具及其形成方法
阅读说明：本技术 焊线工具及其形成方法 (Wire bonding tool and method of forming the same ) 是由 J·W·布伦纳 R·希拉克 T·J·沃克 于 2020-07-27 设计创作，主要内容包括：提供一种焊线工具,所述焊线工具包括配置成接收线的本体部分。本体部分包括具有作业面的末端部分。作业面限定有多个凹部,所述多个凹部成多组凹部布置,每组凹部成圆形图案布置,所述多组凹部相对于彼此同心地布置。(A wire bonding tool is provided that includes a body portion configured to receive a wire. The body portion includes a tip portion having a working face. The working face defines a plurality of recesses arranged in sets of recesses, each set of recesses arranged in a circular pattern, the sets of recesses arranged concentrically with respect to one another.)
相关申请的交叉引用
本申请要求于2020年6月4日递交的美国临时专利申请号63/034,573的权益，所述美国临时专利申请的内容以引用的方式并入本文中。
技术领域
本发明涉及在焊线系统中使用的焊接工具，且更具体地，涉及改进的、焊接工具的末端部分。
背景技术
在半导体器件的处理和封装中，打线/焊线(wire bonding)继续成为在封装内的两个位置之间(比如，在半导体管芯的管芯焊盘与引线框的引线之间)提供电互连的主要方法。为了形成提供该互连的线回路(wire loop)，焊接工具(比如，毛细管工具)被使用。典型的毛细管工具由非传导性(例如陶瓷)材料制成，比如由氧化铝、氧化锆增韧的氧化铝以及红宝石等等其它(非传导性材料)制成。焊接工具也可由其它类型的材料制成，比如由例如导电材料以及电耗散性材料(electrically dissipative material)制成。
示例性的使用球形焊接的常规焊线顺序包括：(1)利用焊接工具在第一位置(比如，半导体管芯的管芯焊盘)处形成球形焊接部；(2)在第一位置与第二位置(比如诸如引线框的引线的第二位置)之间以期望的形状延伸一段长度的线；(3)将所述线针脚式焊接到第二位置以形成第二焊接部；以及(4)截断所述线。
以下美国专利文档中的每篇均涉及用于焊线机的焊接工具的领域：题为“BondingTool With Improved Finish”的美国专利申请公开号2008/0314963；题为“Low-ProfileCapillary For Wire Bonding”的美国专利号7,500,591；题为“Multi-Part Capillary”的美国专利号7,500,590；题为“Capillary with Contained Inner Chamfer”的美国专利号7,004,369；题为“Bonding Tool With Polymer Coating”的美国专利号6,729,527；题为“Ultra Fine Pitch Capillary”的美国专利号6,715,658；题为“Controlled AttenuationCapillary”的美国专利号6,523,733；题为“Wire Bonding Capillary With A ConicalSurface”的美国专利号6,073,827；题为“Long Life Bonding Tool”的美国专利号5,931,368；题为“Fine Pitch Bonding Tool for Constrained Bonding”的美国专利号5,871,141；以及题为“Fine Pitch Capillary Bonding Tool”的美国专利号5,421,503，并且每篇的内容以引用的方式并入。
常规的球形焊接工具通常具有抛光的或光滑的陶瓷表面。该抛光的或光滑的表面包括在焊接工具的末端部分处的作业面。在某些应用中，可在焊接工具的末端表面处提供替代的精加工。例如，参见题为“Bonding Tool With Improved Finish”的美国专利申请公开号2008/0314963。
再有，在毛细管的作业面处具有其它的粗糙表面的焊线工具是已知的，比如刮划式表面、热蚀刻表面、激光加工表面等等。在焊线行业中，存在对于这样的开发的持续压力，所述开发提供诸如提升的焊线强度(如第一焊接部强度、第二焊接部强度等)、降低的对于焊接操作的协助率、降低的在各线回路之间的可变性、增加的焊接工具寿命等的改善结果。
对于特定的应用和市场需要特定的开发。一个示例应用/市场涉及LED(发光二极管)市场和与该应用/市场有关的焊线。
因此，将会期望的是，提供改进的焊线工具。
发明内容
根据本发明的示例性实施例，提供一种焊线工具，所述焊线工具包括配置成接收线的本体部分。本体部分包括具有作业面的末端部分。作业面限定有多个凹部，所述多个凹部成多组凹部布置，每组凹部成圆形图案布置，所述多组凹部相对于彼此同心地布置。在本发明的某些实施例中，所述多组凹部相对于彼此同心地布置成大体上覆盖末端部分的整个作业面。
根据本发明的另一示例性实施例，提供一种形成焊线工具的方法。所述方法包括以下步骤：提供焊线工具，所述焊线工具具有配置成接收线的本体部分。本体部分包括具有作业面的末端部分。所述方法还包括以下步骤：在所述作业面中形成多个凹部，所述多个凹部成多组凹部布置，每组凹部成圆形图案布置，所述多组凹部相对于彼此同心地布置。在本发明的某些实施例中，所述多组凹部相对于彼此同心地布置成大体上覆盖末端部分的整个作业面。
形成多个凹部的步骤可以采用比如例如以下技术：激光加工、流体-射流铣削、直接模制技术、机械研磨、EDM(放电加工)或者它们的组合。
根据本申请的一个方面，提供一种焊线工具，所述焊线工具包括：配置成接收线的本体部分，所述本体部分包括末端部分，所述末端部分包括作业面，所述作业面限定有多个凹部，所述多个凹部成多组凹部布置，每组凹部成圆形图案布置，所述多组凹部相对于彼此同心地布置。
可选地，所述多个有区别的凹部包括多个孔。
可选地，所述多个孔具有大体共同的直径。
可选地，所述多个孔中的每个具有大体共同的深度。
可选地，各所述多个孔的深度沿着孔的长度或者宽度变化。
可选地，所述多个孔中的至少一个具有与所述多个孔中的另一个的深度不同的深度。
可选地，每组凹部与在配置成接收线的所述焊线面中的内孔同心地布置。
可选地，所述作业面包括相对于彼此且相对于所述作业面的内孔同心地布置的4组凹部。
可选地，所述多组凹部相对于彼此同心地布置成大体上覆盖所述末端部分的整个作业面。
根据本申请的另一方面，提供一种形成焊线工具的方法，所述方法包括以下步骤：(a)提供焊线工具，所述焊线工具具有配置成接收线的本体部分，所述本体部分包括末端部分，所述末端部分具有作业面；以及(b)在所述作业面中形成多个有区别的凹部，所述多个凹部成多组凹部布置，每组凹部成圆形图案布置，所述多组凹部相对于彼此同心地布置。
可选地，步骤(b)包括使待布置的每组凹部与在配置成接收线的所述焊线面中的内孔同心地形成。
可选地，步骤(b)包括利用(i)激光加工工艺、(ii)流体-射流铣削工艺、(iii)直接模制工艺、(iv)机械研磨工艺或(v)放电加工工艺来形成所述多个凹部。
可选地，步骤(b)包括利用激光加工工艺形成所述多个凹部。
可选地，所述多个凹部包括多个孔。
可选地，所述多个孔具有大体共同的直径。
可选地，所述多个孔中的每个具有大体共同的深度。
可选地，各所述多个孔的深度沿着孔的长度或者宽度变化。
可选地，所述多个孔中的至少一个具有与所述多个孔中的另一个的深度不同的深度。
可选地，所述作业面包括相对于彼此且相对于所述作业面的内孔同心地布置的4组凹部。
可选地，所述多组凹部相对于彼此同心地布置成大体上覆盖所述末端部分的整个作业面。
附图说明
当关于附图来阅读时，本发明从以下的详细描述被最佳地理解。所要强调的是，根据惯例，附图的不同特征并未成比例。相反，为了清楚起见，不同特征的尺寸被任意地扩大或缩小。附图中包括以下这些图：
图1A是根据本发明的示例性实施例的焊线工具的截面图；
图1B是图1A的一部分的放大图；
图2A是根据本发明的示例性实施例的焊线工具的端视图；
图2B是图2A的焊线工具的末端部分的立体图；
图3A-3B是根据本发明的示例性实施例的另一焊线工具的照片；
图4A-4B是根据本发明的示例性实施例的再一焊线工具的照片；以及
图5-7是侧视框图，图示出根据本发明的不同示例性实施例的焊线工具的凹部的深度。
具体实施方式
根据本发明的某些示例性实施例，提供一种改进的、焊接工具的作业面。改进的作业面可改善与线回路有关所形成的第一焊接部和/或第二焊接部的特性。更具体地，在作业面中形成凹部，如在给定的应用中所期望的，例如以改善焊线。
图1A是焊线工具100(比如毛细管100)的侧视截面图。如本领域技术人员理解的，焊线工具100可利用柱形坯料(如陶瓷坯料)形成，所述柱形坯料经铣削、研磨和/或抛光而限定有诸如渐缩部分、作业面、内倒角、外半径等其它的特征。焊接工具100包括柱形部分102和渐缩部分104，两者统称为本体部分。焊接用线(未示出)可被接收在本体部分的通道102a内。
柱形部分102的上终端118可配置成被接合在焊线机的换能器(未示出)中。本体部分的下终端是末端部分106(包括作业面114)，并且配置用于在焊接位置处形成焊线部。
图1B是图1A的被标示为“图1B”的部分的详细视图。本体部分102包括渐缩部分104，渐缩部分终止在末端部分106中。末端部分106限定有内孔108(通道102a的端部)、内倒角110、外半径112和作业面114。作业面114限定在焊接期间接触例如焊接线的外部区域。
如以上所提供的，焊接工具可由坯料形成，其中坯料经加工(例如铣削、研磨、抛光等)而包括有诸如作业面114之类的某些特征。作业面114被图示为相对于焊接平面(例如相对于与焊接工具100的纵向轴线116大体垂直的平面)成面角度130的大体平坦的表面。然而，理解的是，作业面角度可以与焊接平面重合(例如，它们是平行的)，可以相对于焊接平面形成负的面角度(例如，参见题为“Bonding Tool With Improved Working Face”的PCT国际公开号WO 2009/148450A1)，或者可以具有曲形的或者其它非线性的表面。
当然，焊接工具100仅是可以设置有根据本发明的改进的作业面的焊接工具类型的示例。多种其它类型的焊接工具中的任何也都可以利用本发明的益处。
根据本发明，作业面114的表面限定有凹部，例如如图2、图3A-3B、图4A-4B、图5、图6和图7中图示的。这样的凹部可包括例如由孔组成的图案/系列。
根据本发明的凹部可如给定应用中所期望地来形成。例如，凹部可以形成为对称的图案/系列。另外，凹部可仅在作业面的表面/区域上形成，或者凹部可延伸到末端部分的包括内倒角和/或外半径在内的其它区域/表面。
术语“表面平面”，如本文中所使用的，指的是作业面114的例如这样的表面，从所述表面，凹部在之下形成(例如，深度)。“深度”指的是凹部低于例如作业面的表面平面的最大深度。“同心”指的是具有共同的中心且特别是具有围绕内孔的共同的中心。“圆形”指的是具有遵循或粗略遵循圆的圆周的形状。
图2A是焊线工具200的端视图(其中，焊线工具200可与图1A-1B的焊线工具100大体相似地成形)，并且图2B是焊线工具200的末端部分的立体图。焊线工具200包括渐缩部分204和末端部分206，所述末端部分包括作业面214。通向通道202a(通道202a，也称为内孔，延伸通过焊线工具200，并配置成接收用于焊线的线)的内倒角210处在作业面214的中心中。
作业面214限定有多个凹部250。多个凹部250成多组凹部(组250a、250b、250c和250d)布置。每组凹部250a、250b、250c和250d成圆形图案布置。多组凹部250a、250b、250c和250d相对于彼此同心地布置。在图2A-2B中所示的示例性实施例中，多组凹部250a、250b、250c和250d相对于彼此同心地布置成大体上覆盖末端部分206的整个作业面214。
在图2A-2B中，有四(4)组凹部250a、250b、250c和250d。当然，在根据本发明的焊线工具的作业面中可形成有更多组或更少组凹部。
多个凹部可以是孔或者其它凹部。孔可以具有大体共同的直径(或者所述直径可以变化)，并且孔可具有跨每个孔的区域的大体共同的深度(或者每个孔的深度可沿着它的长度或者宽度或者整个区域而变化)。其中所述多个孔中的至少一个具有与所述多个孔中的另一个的深度不同的深度。如图2A-2B中所示，每组凹部250a、250b、250c和250d与作业面214中的内孔(即通道202a的端部)同心地布置。
图3A-3B是照片，图示出多个凹部350(成同心的多组凹部布置)大体覆盖焊线工具300的末端部分306的整个作业面314。在图3A-3B中所示的示例性实施例中，焊线工具300的内倒角310是平滑的(未包含凹部)。图4A-4B是照片，图示出多个凹部450(成同心的多组凹部布置)大体覆盖焊线工具400的末端部分406的整个作业面。在图4A-4B中所示的示例性实施例中，焊线工具400的内倒角410限定有多个凹部450a。
注意的是，对于每个示例性实施例、包括本文中未具体图示的由凹部组成的任何对应的图案/系列，凹部的数量和/或由这样的凹部组成的任何系列的表面和/或区域可以增大或减小，视具体实施例而定并取决于具有对应的宽度、长度和/或半径的焊接过程的环境。另外，尽管凹部可横贯作业面的表面和/或区域的至少一部分延伸，然而凹部也可延伸到内倒角和/或外半径(或者相邻，或者与之隔开)。
图5是在焊接工具500的作业面514上的示例性凹部520的截面图，所述示例性凹部520具有跨其宽度“w”或长度“l”变化的自作业面514的表面平面590的深度d1、d2，其中，例如d1>d2。类似地，图6是在焊接工具600的作业面614上的两个示例性凹部620a、620b的截面图，所述两个示例性凹部620a、620b每个具有相应的自作业面614的表面平面690的深度d3、d4，其中，例如d3>d4。图5-6的这样变化的或有区别的深度可与本文中所描述的或者另外在本发明的范围内的本发明的每个或者任何示例性实施例一起被采用。类似地，图7是在焊接工具700的作业面714上的两个示例性凹部720a、720b的截面图，所述两个示例性凹部720a、720b每个具有相应的自作业面714的表面平面790的深度d5、d6，其中，例如d5>d6。图5-7的这样变化的或有区别的深度(或者诸如有区别的宽度的变型)可与本文中所描述的或者另外在本发明的范围内的本发明的每个或者任何示例性实施例一起被采用。
根据本发明的焊接工具的作业面的凹部可具有变化的深度、长度和宽度，具体取决于应用。例如，凹部的深度可以在1-10微米之间，而另一示例性范围是在3-10微米之间。在凹部是孔的示例中，孔可具有在1-2微米之间的示例性半径和3-10微米的深度。
本发明还包括形成所述凹部的示例性方法。在某些示例性方法中，提供一种焊线工具，所述焊线工具具有配置成接收线的本体部分。本体部分包括末端部分，并且所述末端部分包括作业面。在所述作业面中(比如通过激光加工工艺)形成多个凹部。
凹部可通过各种方法(例如，利用计算机控制)来形成，包括例如激光加工、流体-射流铣削、直接模制、机械研磨或者EDM(放电加工)。
激光加工是通过以激光能辐照固体来引起目标材料的蒸发或升华从而从固体去除目标材料(比如，预限定的体积)的过程，并可包括蚀刻、铣削等。例如，激光加工系统可包括诸如激光器、控制系统和定位系统之类的元件。激光加工是一种非接触式的工艺，且因此在对会因磨损而使用到大量工具更换的硬质材料进行作业时是高度期望的。
流体-射流铣削利用流体的射流(比如其内夹带有适宜研磨填料的水射流)在高压下被导向到毛细管末端的目标部分。直接模制技术也可被采用、利用例如具有低摩擦粘合剂的纳米微粒陶瓷和在高度细化的模具中的超声波压实。另外，示例性实施例的凹部还可通过选择性地添加材料到坯料或到铣削或抛光后的焊接工具来形成。也就是，例如，附加材料可被添加来形成所述凹部。
尽管参考具体实施例在本文中图示和描述了本发明，然而并不意图将本发明限于所示的细节。相反，在权利要求的范围及等同范围内且在不偏离本发明的情况下，可在细节上作出各种修改。