專利名稱：一種用于導(dǎo)線連接裝置的毛細(xì)管以及一種應(yīng)用該毛細(xì)管形成導(dǎo)電連接隆起的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種將一個半導(dǎo)體器材安裝到線路板的裝置的方法，具體地說，本發(fā)明涉及一種用于導(dǎo)線連接裝置的毛細(xì)管以及一種形成導(dǎo)電連接接點(diǎn)隆起的方法，該接點(diǎn)將半導(dǎo)體器件的電極接點(diǎn)電連接到線路板的終端電極上。近來，每個LSI芯片的電極接點(diǎn)的數(shù)量越來越多，連接終端的間距也縮短了，因此，現(xiàn)有的釬焊方法難于用于安裝半導(dǎo)體器件。
為了解決上述問題，近來提出了多種改進(jìn)的方法，這些方法中，一個半導(dǎo)體器件，例如一個LST芯片直接裝配到線路板的輸入/輸出終端電極上。在這些方法中，一個將半導(dǎo)體器件面朝下安裝在線路板上的安裝芯片連接方法公認(rèn)是有效的，因?yàn)樵摪雽?dǎo)體器件可一次同時導(dǎo)電連接和線路板上許多終端電極上，而且所述的連接具有良好的機(jī)械強(qiáng)度，將半導(dǎo)體器件導(dǎo)電連接到線路板的終端電極上的隆起(凸出電極)借助電解涂敷、焊料槽浸漬、汽相沉積、應(yīng)用導(dǎo)線連接方式的球形連接以及類似的方法形成。
例如，現(xiàn)有一般的用于導(dǎo)線連接裝置的毛細(xì)管已由MICRO-SWLSS公司出版的連接手冊以及毛細(xì)管產(chǎn)品目錄中所公開。


圖19表示一個典型現(xiàn)有的用于導(dǎo)線連接裝置的毛細(xì)管100，圖20是毛細(xì)管100端部110的剖面示意圖。圖20B表示了毛細(xì)管100的端部110詳細(xì)形狀。
如圖20A所示，圓柱形毛細(xì)管100中設(shè)置一個孔102，一根用于連接的金屬導(dǎo)線插入該孔。該孔102的直徑約為25～50μm。從連接間距以及連接后金屬導(dǎo)線的形狀和尺寸(或一個隆起)的角度考慮，毛細(xì)管100的頂部110選擇角度α為大約30°的錐形。
圖20B表示了應(yīng)用直徑為25μm金屬導(dǎo)線時的毛細(xì)管100的頂部110的形狀。這種情況下，孔徑H為38μm，頂面直徑T為203μm，倒角直徑CD為74μm。由于應(yīng)用這種形狀的毛細(xì)管100，在一個半導(dǎo)體器件的電極接點(diǎn)上形成隆起以便實(shí)現(xiàn)與線路板的終端電極導(dǎo)電連接成為可能。圖20A和20B所示的毛細(xì)管通常用于連接間距與140μm或者間距更大的連接。
圖21、22A和22B表示了另一個通用的用于導(dǎo)線連接裝置的毛細(xì)管200。該毛細(xì)管200通常用于連接間距小于140μm的連接。如圖21所示，圓柱形毛細(xì)管200的端部具有一個用于較窄連接間距的瓶頸210。瓶頸高度NH通常約為500μm，在圖22A所示的實(shí)例中，高度NH為460μm。在毛細(xì)管200中設(shè)置有孔102，孔中插有一根連接用的金屬導(dǎo)線，該孔與毛細(xì)管100的孔相同?？?02的直徑范圍的為25μm-50μm。
從連接間距以及連接后金屬導(dǎo)線的形狀和尺寸(或一個隆起)角度考慮，毛細(xì)管200瓶頸210為錐形，其錐角β為10°。
圖22B表示了應(yīng)用直徑約為25μm的金屬導(dǎo)線時毛細(xì)管200的端部形狀。這種情況中，孔徑H為38μm、頂面直徑T為152μm、倒角直徑CD為64μm。由于應(yīng)用這種形狀的毛細(xì)管200，在一個半導(dǎo)體器件電極接點(diǎn)上形成隆起以便可能實(shí)現(xiàn)與線路板的終端電極導(dǎo)電連接。
下面將說明采用上述的用于導(dǎo)線連接的毛細(xì)管的一種由球形連接而形成半導(dǎo)體器件隆起的一般方法。例如日本2-34949號專利申請公開說明書描述了導(dǎo)電連接隆起，該每個隆起具有兩級伸出的形狀(下文統(tǒng)稱為兩級隆起)，該申請還公開了應(yīng)用一種一般的毛細(xì)管形成這種二級隆起的方法。
圖23A至圖23D示意地表示了在IC芯片106上的電極接點(diǎn)103上利用毛細(xì)管101借助一般的球形連接而形成的兩級隆起107的方法。
首先，如圖23A所示，一根直徑為25μm的金屬導(dǎo)線104插入毛細(xì)管101的孔102。由氣體火焰、電脈沖、超聲振動或類似方法產(chǎn)生的熱能作用到金屬導(dǎo)線104的端部，其結(jié)果在該金屬導(dǎo)線的端部形成一個直徑約為該金屬導(dǎo)線直徑2～3倍的球體105。
其次，如圖23B所示，通過毛細(xì)管101向下移動，金屬導(dǎo)線104端部形成的球體105緊貼在IC芯片106的電極接點(diǎn)上。借助熱壓連接或者超聲振動球105可靠地與電極接點(diǎn)103連接，以形成一個隆起107的基臺109(第一連接步驟)。該基臺的外徑約為80μm-90μm，高度約為20μm-30μm。
然后，如圖23C所示，在隆起107的基臺109與插入毛細(xì)孔101的孔102的金屬導(dǎo)線104連接的狀態(tài)下，該毛細(xì)管101沿環(huán)形軌跡運(yùn)動。具體地說，毛細(xì)管101首先在隆起107的基臺109的上方向上移動，然后按環(huán)形軌跡移動。此后，當(dāng)毛細(xì)管101向下移動時，金屬導(dǎo)線被切斷(第二連接，參見圖23D)。如圖23D所示，借助毛細(xì)管101的環(huán)形軌跡運(yùn)動，金屬線104在基臺109上形成環(huán)狀或者倒U形狀。該部分形成了隆起107的頂部108，金屬導(dǎo)線104由毛細(xì)管101的頂部側(cè)邊(1)切斷。這樣就形成了圖24所示的兩級隆起107。
根據(jù)金屬導(dǎo)線的直徑和材料，每個隆起的第一次連接和第二次連接的壓力設(shè)置為20克-40克。
圖24表示一個由一般的球形連接形成的典型的兩級隆起的形狀。該兩級隆起107外徑約為80μm-90μm，總高h(yuǎn)1約為60μm-80μm。
為了使這些兩級隆起高度一致，尚需完成一種整形程序。該程度中，這些隆起107對著一個光滑平板擠壓(見圖25)。需要該整形程度的理由是由球形連接形成各部隆起高度與用其他方法形成的隆起的高度相比，彼此差異很大，在那些使用導(dǎo)電粘接劑作為粘接層以便將半導(dǎo)體器件連接到線路板的情況下，該整形程序能獲得另一個效果，即該導(dǎo)電粘接劑的輸送量是穩(wěn)定的。
如圖25所示，在該整形過程中，IC芯片106面朝下配置并且壓向光滑平板112。該整形載荷每個隆起約50克，該整形載荷按照金屬導(dǎo)線的材料和直徑加以調(diào)整。圖26表示一個經(jīng)整形后的典型的兩級隆起107的形狀。整形的結(jié)果兩級隆起107的總高度h1統(tǒng)一處于40μm-50μm范圍內(nèi)。
上述一般的毛細(xì)管及形成一般的隆起的方法需要一個半導(dǎo)體器件上形成隆起的程序，以及另一個修整所形成的隆起的程序，因此生產(chǎn)成本高，同時還需要一個用于整形的裝置。
然而，省略該整形程序會產(chǎn)生下述問題。首先，由球形連接產(chǎn)生的隆起的頂部108(整形過程之前)為環(huán)形或倒U字形，因此頂部108的頂面面積很小(參見圖24)，這意味著與線路板的終端電極接觸的面積小得有害。此外每個隆起的高度通常也是不一樣的，因此未經(jīng)整形的隆起的不能實(shí)現(xiàn)具有希望高度的可靠的連接。其次，在那些使用導(dǎo)電粘接劑做為粘接層的情況中，由于未經(jīng)整形的隆起的形狀，只有少量的導(dǎo)電粘接劑能輸送到隆起的頂部，且輸送量變化很大。因此，粘接劑凝固之后的粘接強(qiáng)度很低，不言而喻粘接可靠性差。此外，連接電阻也增大?；谏鲜隼碛?，整形程序是不能省略的。
此外，利用上述一般的隆起成形方法，與其說該隆起可以產(chǎn)生如圖24所示的典型的形狀，倒不如說該隆起產(chǎn)生如圖27A至圖27C所示的另外的形狀。如圖27A和圖27B所示的隆起形狀稱為“二次剝落”。這就是當(dāng)毛細(xì)管101切斷金屬導(dǎo)線104時，環(huán)形或倒U形部分的端部114從隆起107體上剝落。圖27C所示隆起的這種形狀稱為“拖尾”。如果尾部115的伸出部分從隆起的側(cè)面測量大于隆起基臺直徑的四分之一，該隆起不合格。當(dāng)在予定位置上毛細(xì)管101的側(cè)邊沒有切斷金屬導(dǎo)線104時，導(dǎo)致這種不合格的隆起產(chǎn)生。這些形狀的隆起作為連接點(diǎn)是不合格的。
圖27A所示的隆起中，頂部116分為兩個部分，所以不能得到足夠的強(qiáng)度。在圖27C所示的隆起中，尾部115側(cè)向伸出。如果導(dǎo)電粘接劑在該尾部保持然后散布將會發(fā)生鄰近的隆起短路的危險，以及電極變得非常高。如上所述，這些不希望的隆起形狀可導(dǎo)致連接失效以及短路，因此應(yīng)用這樣的隆起將半導(dǎo)體器件非常可靠地連接到電路板上是很困難的。
圖28A和28B示出了另外的不合格的隆起，它們是由一般的整形程序引起的。在這些隆起中，整形結(jié)果會使隆起的頂部產(chǎn)生不希望有的下陷。
本發(fā)明的技術(shù)方案是
一種用于球形連接以便在一個半導(dǎo)體器件的電極接點(diǎn)上形成一個隆起的毛細(xì)管，該毛細(xì)管包括一個用于將一根金屬導(dǎo)線的類似球形端對著該電極接點(diǎn)擠壓以確保在壓力下所述類似球形端固定到所述電極接點(diǎn)上的擠壓件;一個用于提供所述金屬導(dǎo)線的設(shè)置在所述擠壓件中的孔;一個使所述在電極接點(diǎn)上形成的隆起產(chǎn)生一個予定高度的整形件。
本發(fā)明的一個實(shí)施例中，所述的整形件是一個從毛細(xì)管的外圓周伸出的凸出部分。
本發(fā)明另一個實(shí)施例中，所述的整形件沿毛細(xì)管的外圓周配置。
本發(fā)明另一個實(shí)施例中，所述的整形件在毛細(xì)管外圓周的一個部分配置。
本發(fā)明另一個實(shí)施例中，所述的擠壓件包括一個毛細(xì)管的端面，而整形件包括一個擠壓隆起的底面，該整形件這樣設(shè)置從所述的端面到所述底面的高度有一個予定的測量值。該底面可以具有一具粗糙的側(cè)面。此外，整形件包括一個與底面相鄰的導(dǎo)向部分，該導(dǎo)向部分從底面向下伸出。
本發(fā)明另一個實(shí)施例中，擠壓件有一個切斷金屬導(dǎo)線的側(cè)邊。
本發(fā)明另一個實(shí)施例中，所述毛細(xì)管的材料可以由陶瓷或者紅寶石中選擇。
本發(fā)明另一個實(shí)施例中，所述的底面可以基本上與一個連接裝置的臺階平行，所說的毛細(xì)管連接到該連接裝置上。
按著本發(fā)明的另一方面，提供一種利用球形連接的毛細(xì)管在一個半導(dǎo)體器件的電極接點(diǎn)上形成一個隆起的方法，該毛細(xì)管包括一個包括毛細(xì)管端面的擠壓件;一個設(shè)置在該擠壓件中用于進(jìn)給所述金屬導(dǎo)線的孔;以及一個設(shè)置在毛細(xì)管外圓周的整形件。該方法包括如下步驟(a)由所述孔中供給的金屬導(dǎo)線一端形成一個球;(b)通過向下移動毛細(xì)管和在所述擠壓件的壓力下把球形端固定到所說的電極接點(diǎn)，以形成所述隆起的第一部分;(c)借助毛細(xì)管移動時進(jìn)給金屬導(dǎo)線，在第一部分上形成隆起的第二部分;以及(d)當(dāng)毛細(xì)管向下移動時，利用所述擠壓件的一個側(cè)邊將構(gòu)成所述第二部分的金屬導(dǎo)線從在所述孔中進(jìn)給的金屬導(dǎo)線上切斷，同時利用所述的整形元件對所述的隆起整形。
本發(fā)明另一個實(shí)施例，所述的步驟(c)中毛細(xì)管在第一部分的上方按環(huán)形軌跡移動，并且構(gòu)成所述隆起第二部分的金屬導(dǎo)線在所述第一部分上形成環(huán)狀或倒U形狀。
本發(fā)明的另一個實(shí)施例中，所述整形件包括一個位于距所述端面予置高度的底面，并且在步驟(d)中，由于底面擠壓所述的隆起，該形成的隆起具有予置的高度。另一種做法是在步驟(d)中，將所述的毛細(xì)管下移，直到所述端面緊靠在所述電極接點(diǎn)。要不然，使所述底面具有一個粗糙側(cè)面，在步驟(d)中，所述隆起的第二部分形成一個粗糙的頂面。另一方面，也可使所述整形件包括一個與所述底面相鄰的導(dǎo)向部分，該導(dǎo)向部分從底面向下伸出，在步驟(d)中，所述隆起的第二部分由該導(dǎo)向部分支承。
本發(fā)明的另一個實(shí)施例中，步驟(b)中，所述第一部分由熱壓連接形成。
本發(fā)明的另一個實(shí)施例中，步驟(b)中，所述第一部分由超聲振動形成。
本發(fā)明的另一個實(shí)施例中，步驟(b)中，所述第一部分由熱壓連接與超聲振動的共同作用形成。
本發(fā)明的另一個實(shí)施例中，金屬導(dǎo)線的材料可為金、銅、鋁、或焊料。
上述步驟(b)、(c)和(d)中，毛細(xì)管在Z方向上移動，連接裝置(連接器)的臺階沿X-Y方向移動，上述運(yùn)動結(jié)合形成了所需的二級隆起。
綜上所述，本發(fā)明所有如下優(yōu)點(diǎn)(1)提供了一個用于球形連接的毛細(xì)管，利用該毛細(xì)管可以形成隆起，使半導(dǎo)體器件容易并且高度可靠地連接到線路板上，該隆起不需另外附加的程序，以及提供了一個利用該毛細(xì)管形成所述隆起的方法。
(2)提供了一個用于球形連接的毛細(xì)管，利用該毛細(xì)管形成了穩(wěn)定和一致的形狀的隆起，防止了不合格隆起的形成，以及提供了利用該毛細(xì)管形成所述隆起的方法。
本發(fā)明上述和其它的優(yōu)點(diǎn)，在參照附圖閱讀和理解以下的詳細(xì)描述時，將會得到更清晰的概念。
圖1是表示按照本發(fā)明第一實(shí)施例中用于球連接的一個毛細(xì)管的示意圖;
圖2A是圖1所示毛細(xì)管端部的示意剖視圖;
圖2B是表示該毛細(xì)管端部詳細(xì)形狀的示意圖;
圖3表示了一個典型的連接器，本發(fā)明的毛細(xì)管與該連接器相連;
圖4A至圖4E是應(yīng)用本發(fā)明的毛細(xì)管形成二級隆起的方法的示意圖;
圖5表示應(yīng)用本發(fā)明的毛細(xì)管擠壓和成形所說隆起過程的示意圖;
圖6表示了一種借助應(yīng)用第一實(shí)施例所述毛細(xì)管的球連接方法形成的二級隆起的典型形狀;
圖7A至圖C是本發(fā)明所述毛細(xì)管的突出部分可能形狀的示意圖;
圖8是具有按本發(fā)明利用二級隆起而形成的裝配的半導(dǎo)體器件(一種半導(dǎo)體組件)實(shí)例的示意圖;
圖9A和圖9B表示了一處用導(dǎo)電粘接劑將半導(dǎo)體器件連接到一個線路板上的方法，所說的半導(dǎo)體器件具有按照本發(fā)明形成二級隆起，以及還表示了上述連接之后的半導(dǎo)體組件;
圖10A和圖10B表示了半導(dǎo)體組件，在該組件中，一個具有由按照本發(fā)明形成的二級隆起的半導(dǎo)體器件由一個各向異性的導(dǎo)電元件可導(dǎo)電地連接到一個線路板上;
圖11是本發(fā)明第二實(shí)施例中一個用于球連按的毛細(xì)管的示意圖;
圖12A是圖11所示毛細(xì)管一個端部的剖面示意圖;
圖12B是表示所述毛細(xì)管端部詳細(xì)形狀的示意圖;
圖13是本發(fā)明第三實(shí)施例中一個用于球連接的毛細(xì)管端部的剖面圖;
圖14表示了應(yīng)用第三實(shí)施例所述毛細(xì)管成形的二級隆起的形狀;
圖15A和圖15B表示了一種用導(dǎo)電粘接劑將一個半導(dǎo)體器件連接到一個電路板上的方法，所述的半導(dǎo)體器件具有按照本發(fā)明形成的二級隆起，還表示了連接后的半導(dǎo)體組件;
圖16A和16B表示了半導(dǎo)體組件，在該組件中，一個具有按照本發(fā)明形成的二級隆起的半導(dǎo)體器件由一個各向異性的導(dǎo)電元件可導(dǎo)電地連接到一個線路板上;
圖17是一個本發(fā)明第四實(shí)施例所述的用于球連接的毛細(xì)管端部剖面圖;
圖18A表示一個由第四實(shí)施例所述毛細(xì)管形成的二級隆起;
圖18B表示一個在其頂部凹陷的二級隆起的形狀;
圖19是一個用于導(dǎo)線連接裝置的一般的毛細(xì)管的示意圖;
圖20A是圖19所示毛細(xì)管端部的剖面示意圖;
圖20B是所述毛細(xì)管端部詳細(xì)形狀的示意圖;
圖21是另一個用于導(dǎo)線連接裝置的一般的毛細(xì)管的示意圖;
圖22A是圖21所示毛細(xì)管端部的剖面示意圖;
圖22B是所述毛細(xì)管端部詳細(xì)形狀的示意圖;
圖23A到圖23D示意地表示應(yīng)用一個一般的毛細(xì)管的球連接方法形成一個兩級隆起的方法;
圖24是按照一個一般的球連接方法形成的一個典型的兩級隆起的形狀示意圖;
圖25是一個按照一般的球連接方法所述的整形過程的示意圖;
圖26是一個表示經(jīng)過按現(xiàn)有球連接方法所述的整形過程后的一個典型隆起形狀的示意圖;
圖27A到圖27C表示了按照一般的球連接方法形成的不符合要求的兩級隆起的形狀;
圖28A和圖28B表示了由于一般的整形過程結(jié)果導(dǎo)致的不合格隆起的形狀。
下面，結(jié)合附圖描述本發(fā)明所述的實(shí)施例。
實(shí)施例1圖1表示了一個本發(fā)明實(shí)施例描述中的用于球連接的毛細(xì)管1。圖2是上述毛細(xì)管1的端部10的剖面示意圖。圖2B表示了毛細(xì)管1的端部10的詳細(xì)形狀。
如圖1所示，圓柱形毛細(xì)管1具有作為一個整形元件的配置在端部10外周的凸出部分3。該毛細(xì)管1由陶瓷或者紅寶石制成。
如圖2A所示，凸出部分3的底面31(一個整形平面)基本與毛細(xì)管1的端面11平行。從毛細(xì)管1的端面11到底面31所測的高度等于予置值d。底面31的面積按照連接間距和被整形的隆起頂端的直徑選擇。
毛細(xì)管1有一個孔2，一用于連接的金屬導(dǎo)線插進(jìn)該孔?？?的直徑取值范圍為25μm-50μm。毛細(xì)管1的端部10有一個錐形面，考慮到連接間距以及連接后的金屬導(dǎo)線的尺寸和形狀(一種隆起)，該錐面角度α大約為10°-30°。
例如圖2B表示了當(dāng)使用的金屬導(dǎo)線直徑約為25μm時毛細(xì)管1端部10的形狀。這種情況下，孔徑H為38μm，端面直徑T為203μm，倒角直徑CD為74μm。
上述的毛細(xì)管1安裝到圖3所示的連接器500上。在該連接器500中，毛細(xì)管1連接一個臂510的端部，該臂起一個超聲傳送工具的作用。一個要連接的器件(一個IC片)位于一個連接臺520上。毛細(xì)管1與臂510一起向上或向下移動。器件501水平地(X-Y方向)與連接臺520一起轉(zhuǎn)動。借助于垂直運(yùn)動與水平運(yùn)動的適當(dāng)結(jié)合，毛細(xì)管1能在希望的方向上移動到相對于器件501的希望的位置。
下面敘述一種應(yīng)用第一實(shí)施例所述毛細(xì)管1借助球連接而在半導(dǎo)體器件上形成隆起的方法。
圖4A至4E示意地表示按照本發(fā)明的毛細(xì)管1借助球連接而在IC芯片6上的電極接點(diǎn)13上形成二級隆起7的方法。
首先，如圖4A所示，一直徑為25μm的金屬導(dǎo)線4插入毛細(xì)管1的孔2內(nèi)。氣體火焰、電脈沖、超聲振動或類似的熱能作用于金屬導(dǎo)線4的端頭，其結(jié)果是在金屬導(dǎo)線的該端上形成一個直徑約為金屬導(dǎo)線直徑2-3倍的球。
金屬導(dǎo)線由可用導(dǎo)線連接方法的材料制成，如金、鋁和銅。金屬導(dǎo)線4的材料和直徑依據(jù)所形成的隆起7的外徑、高度以及類似參數(shù)選擇。
其次，如圖4B所示，借助向下移動毛細(xì)管1，在金屬導(dǎo)線4端頭形成的球5緊靠IC片6上的電極接點(diǎn)13。借助熱壓焊或者超聲振動作用，球5固定在電極接點(diǎn)13，以便形成一個隆起7的基臺9(第一連接步驟)。該第一連接由毛細(xì)管1的端面11完成。基臺9的外徑約為80-90μm，高度約為20-30μm。
第三，如圖4C所示，在隆起7的基臺9與插入毛細(xì)管1的孔2的金屬導(dǎo)線4連接的狀態(tài)下，毛細(xì)管1相對IC芯片6運(yùn)動一個環(huán)形軌跡，具體地說，毛細(xì)管1首先在隆起7的基臺9上的方向上移動，然后再完成環(huán)形軌跡。如圖4D所示，借助毛細(xì)管1相對IC芯片6的環(huán)形運(yùn)動，金屬導(dǎo)線4在基臺9上形成一個環(huán)形或倒U形部分，該部分構(gòu)成了隆起7的頂部8。在該步驟中頂部8的高度約為40-50μm。
此后，毛細(xì)管按下述方式移動毛細(xì)管1的端部的側(cè)邊21位于隆起7的基臺9的外周，然后毛細(xì)管向下移動以便側(cè)邊切斷金屬導(dǎo)線4(圖4E)。如圖5所示，毛細(xì)管1繼續(xù)向下移動，這樣，隆起7由設(shè)置在毛細(xì)管1外周的凸出部3的底面31壓縮并成形(第二連接步驟)。在該過程中，毛細(xì)管1向下移動直到端面11緊靠在電極接點(diǎn)13，隆起7的整個高度基本等于毛細(xì)管1端面9和凸出部3底面31之間的高度差(即予定值d)，借此，完成所述的整形。
第一連接的壓力例如每個隆起可以設(shè)置在25-45克的范圍內(nèi)。而第二連接的壓力則每個隆起可以設(shè)置為70-95克，該連接壓力可依據(jù)金屬導(dǎo)線的材料和直徑調(diào)整。
圖6表示一個按本實(shí)施例球形連接方法形成的典型二級隆起的形狀。該二級隆起7(柱狀隆起)的外徑R約為80-90μm，總高h(yuǎn)1約為40-50μm，頂部8的頂面81的直徑r為40-50μm，基臺9的高度h2約為15-25μm，這些數(shù)值均能依據(jù)希望的連接間距而變化。
如上所述，按照本實(shí)施例，隆起7的整形能在隆起7的形成過程中實(shí)現(xiàn)。完成該過程所需的時間基本上與現(xiàn)有技術(shù)實(shí)施例中僅僅形成隆起107所需的時間相同。因此，節(jié)省了相當(dāng)于一般整形過程的時間。
此外，按照本發(fā)明的連接方法，由于隆起7的形成、擠壓和整形在一個程序中完成，故隆起7幾乎不可能產(chǎn)生如圖27A至27C所示的形狀。更具體的說，如圖5所示，毛細(xì)管1把隆起7擠壓到頂面11并且靠在電極接點(diǎn)13，這樣形成了隆起7的頂部8的金屬導(dǎo)線能更容易被切斷。
此外，整形時隆起7的一個側(cè)面由毛細(xì)管1端部的一側(cè)面處于支承著，這樣，如圖28B所示的整形時出現(xiàn)的端部凹陷就可阻止。
如上所述，按照本發(fā)明，能夠阻止由一般的整形過程不能改善的具有不理想形狀(不合格隆起)的隆起形成。本發(fā)明形成的隆起基本具有一致的形狀，這樣就將半導(dǎo)體器件更可靠地連接到線路板上。
在本實(shí)施例中，從生產(chǎn)毛細(xì)管1(圖7A)的加工性考慮，毛細(xì)管1具有圓柱形形狀，以及突出部分3也具有圓柱形形狀，這樣，底面31也基本為圓形。在整形過程中，凸出部分3從毛細(xì)管1的外圓伸出以及為了整形隆起7而設(shè)置一個底面，凸出部分的外部形狀可為任意的，例如，圖7B所示的類似盤狀突出部分3a，圖7c所示的配置在毛細(xì)管1一側(cè)的突出部分3b。
其次，一些典型的半導(dǎo)體組件中，需要將具有隆起7的半導(dǎo)體器件(IC芯片)安裝到線路板上。下述的實(shí)施例中，附圖示意地表示了這些兩級隆起7的形狀。
圖8表示一個半導(dǎo)體組件600，該組件中所述具有隆起7的半導(dǎo)體器材通過該隆起7安裝在一種柔性樹脂膜上形成的引線組12(終端電極)上。在這個實(shí)施例中，隆起7由金制成，引線組12的材料可以是基體為鎳并涂敷金或錫，或者可以是鋁、銅或釬料。使隆起7和引線組12處于規(guī)定的位置，上述位置調(diào)整完成之后，用熱連接工具加壓，以便使上述金屬成為合金，或?qū)崿F(xiàn)熱壓連接。其結(jié)果，隆起7與在柔性樹脂上成形的引線組12進(jìn)入導(dǎo)電接觸。在在熱壓連接的情況中，也能附加應(yīng)用超聲振動。不然擠壓連接也可由超聲振動獨(dú)立完成。引線組12的材料可以是基體鎳上涂敷金或錫，或者可以是鋁、銅、或者是釬焊料。
圖9A和圖9B描述了一種方法，該方法利用導(dǎo)電粘接劑14將半導(dǎo)體器件的隆起7連接到線路板15的終端電極12上。還表示了上述連接之后獲得的半導(dǎo)體組件700。如圖9A所示，導(dǎo)電粘接劑14用一種輸送方法或印刷方式涂敷到隆起7的頂端部，由于利用了隆起7有兩級凸起部分，多余的導(dǎo)電粘接劑就不會粘接到隆起7上。這樣只有適量的導(dǎo)電粘接劑能夠涂敷到隆起7上。涂敷導(dǎo)電粘接劑14之后，如圖9B所示，所述的半導(dǎo)體器件面朝下安裝在線路板15上。隆起7以一定的方式靠在線路板15的終端電極的予定位置之后，導(dǎo)電粘接劑在80℃-150℃的范圍內(nèi)加熱固化，以形成一個粘接層，結(jié)果，半導(dǎo)體器件的隆起7導(dǎo)電連接到線路電極15上的終端電極12上。這樣，該半導(dǎo)體器件安裝到線路板上。
按照本實(shí)施例，能防止包括第二次剝落和尾部在內(nèi)的不合格的隆起形成能不斷的被防止，而且導(dǎo)電粘接劑不會被該剝落和尾部區(qū)域卡住和散開。這就意味著造成鄰近的隆起或電極之間短路的可能性極小，因此，就能高度可靠地將半導(dǎo)體器件連接到線路板上。
圖10A和圖10B表示一個半導(dǎo)體組件，該組件中，利用各向異性的導(dǎo)電元件可將半導(dǎo)體器件電連接到線路板15的終端電極12上。
如圖10A所示，在半導(dǎo)體組件800中，一個薄的各向異性的導(dǎo)電元件16配置在線路板15上形成的終端電極12上。所說的半導(dǎo)體器件具有面朝下位于其上的隆起7。隨著加熱將半導(dǎo)體器件壓向電路板15，夾在隆起7和終端電極12之間的各向異性的導(dǎo)電性元件16的一部分與終端電極12熱壓并且連接。由此獲得所述的導(dǎo)電連接。在各向異性的導(dǎo)電元件16的熱壓部分中，各向異性的導(dǎo)電元件16的導(dǎo)電粒子被隆起7壓縮，并互相連接。同時，該導(dǎo)電粒子浸入終端電極的表面當(dāng)中，這樣，終端電極和隆起7可導(dǎo)電地互相連接，未壓縮的其余部分中，導(dǎo)電粒子彼此獨(dú)立存在，這樣保持了電絕緣性。
圖10B表示一個半導(dǎo)體組件900，該組件應(yīng)用一個厚度大于隆起7和終端電極12總厚的各向異性的導(dǎo)電元件16′。該各向異性的導(dǎo)電元件16′配置在線路板上形成的終端電極17上。然后，具有隆起7的半導(dǎo)體器件面朝下座落其上。隨著加熱將該半導(dǎo)體器件壓向線路板15，夾在隆起7和終端電極12之間的各向異性的導(dǎo)電元件16′的一部分被擠壓。這樣，獲得所說導(dǎo)電連接。此外，在本例中，僅僅夾在隆起7和終端電極12的部分被擠壓，其余部分保持電絕緣。該各向異性的導(dǎo)電元件16′的其余部分起絕緣粘接劑的作用，當(dāng)樹脂熱變固態(tài)時，半導(dǎo)體器件連接到線路板上。
實(shí)施例2圖11表示本發(fā)明第二實(shí)施例中用于球形連接的毛細(xì)管41。圖12A是該毛細(xì)管41的端部40的剖面示意圖。圖12B表示毛細(xì)管41的端頭詳細(xì)形狀。為了形成若干具有較密連接間距的隆起，毛細(xì)管41配置一個具有錐端的瓶頸400。瓶頸高度大約500μm。在圖12A中，該高度為460μm。
如圖11所示，圓柱形毛細(xì)管41具有一個設(shè)置在瓶頸400外周上作為一個整形元件的凸出部分43。該毛細(xì)管41由陶瓷或人造紅寶石制成。如圖12A所示，凸出部分43的底面431(一個整形面)基本上平行于毛細(xì)管41的端面411。從毛細(xì)管41的端面411到底面431的測量高度為一個予定值d。在毛細(xì)管41中，一根用于連結(jié)的金屬導(dǎo)線插入孔2中，這種結(jié)構(gòu)安排與毛細(xì)管1相同?？?的直徑范圍約為25μm-50μm。從焊接間距以及焊接后金屬導(dǎo)線的形狀、尺寸(或者一個隆起)的角度考慮出發(fā)，毛細(xì)管41的端部(瓶頸400)具有一個錐面，其角度約為10°。
圖12B表示了應(yīng)用直徑為25μm的金屬導(dǎo)線時毛細(xì)管41的端部形狀。在這個實(shí)例中，孔徑H為38μm，頂面直徑T為152μm，倒角直徑CD為64μm。
例如上述毛細(xì)管41連接到圖3所示的連接器500上，其狀況與毛細(xì)管1相同。應(yīng)用毛細(xì)管41形成兩級隆起7的方法與第一實(shí)施例所述方法相同。
如上所述，甚至在較密連接間距的狀態(tài)下，所述第二實(shí)施例也能象第一實(shí)施例一樣，可在同一個過程中完成隆起7的形成和整形，而不需另外附加的整形程序。
按照第二實(shí)施例，可以防止具有不符合要求形狀的隆起(不合格隆起)的形成，而這種不合格隆起的缺陷不能由一般的整形程序改善。同時，該實(shí)施例形成的隆起具有一致的形狀，這樣，半導(dǎo)體的器件便更可靠地連接到線路板上。
實(shí)施例3圖13是本發(fā)明第三實(shí)施用于球形連接的毛細(xì)管51端部的剖面圖。該實(shí)施例中，如圖13所示，圓柱形毛細(xì)管51有一個設(shè)置在其端部外圓周上的凸部分53。凸出部分53的一個底面531(整形面)包括粗糙的側(cè)面54，這里術(shù)語“粗糙的側(cè)面”的含義是該側(cè)面由在各個方向上形成若干寬度為0.1μm-10μm的溝槽面而變粗糙。毛細(xì)管51的其他部分的制作與毛細(xì)管1和毛細(xì)管41相同，隨所需的連接間距而定。
應(yīng)用毛細(xì)管51形成兩級隆起的方法與第一實(shí)施例所述的方法相同。在這個實(shí)施例中，隆起由設(shè)置在毛細(xì)管51的外圓的凸出部分53的底面531擠壓成型的第二連接中，借助底面531上的粗糙側(cè)面54的作用，隆起57的頂部形成一個粗糙的側(cè)面58。在該第二連接中，為了有效地形成粗糙面58，采用超聲振動。圖14表示了應(yīng)用毛細(xì)管51形成的兩級隆起57。
圖15A和15B揭示了一種將半導(dǎo)體器件的隆起57利用導(dǎo)電粘接劑14連接到線路板15上的終端電極12上的方法，該圖還表示了該連結(jié)之后獲得的半導(dǎo)體組件710。其粘接方法與圖10A和圖10B所述第一實(shí)施例相同。
應(yīng)用具有兩級伸出形狀的隆起57，可以防止多余的導(dǎo)電粘接劑粘接到隆起57上。這樣，適量的導(dǎo)電粘接劑能涂敷到隆起57上。該實(shí)施例中，由于粗糙的側(cè)面在隆起58的頂部形成，導(dǎo)電粘接劑14的粘接面能夠增加。此外，導(dǎo)電粘接劑的導(dǎo)電粒子進(jìn)入粗糙側(cè)面58的溝槽中，因此可獲得更可靠的導(dǎo)電性。這樣具有較高可靠性的半導(dǎo)體組件便可獲得。
圖16A和16B分別表示半導(dǎo)體組件810和910，在該組件中，半導(dǎo)體器件通過各向異性的導(dǎo)電元件導(dǎo)電連接到線路板15的端電極12上。
半導(dǎo)體組件810和910的安裝情況與第一實(shí)施例所述的半導(dǎo)體組件806和900的相同。在半導(dǎo)體組件810和910中，由于在隆起57的頂部形成粗糙側(cè)面58，與導(dǎo)電粒子相連隆起57的表面積增加了。這樣就獲得了良好的導(dǎo)電接觸。此外，粗糙側(cè)面58的形成增加了與各向異性的導(dǎo)電元件16或16′的導(dǎo)電粒子相連的隆起57的表面積以及樹脂的粘接面積。這樣，增加了導(dǎo)電性和粘接強(qiáng)度，獲得了可靠性高的導(dǎo)電連接。
所述各向異性的導(dǎo)電元件中每個導(dǎo)電粒子的尺寸范圍為1μm-10μm。為了有效地獲得導(dǎo)電連接，需要適當(dāng)?shù)剡x擇隆起頂部形成的粗糙側(cè)面的粗糙程度以及導(dǎo)電粒子的尺寸。
圖13中，粗糙側(cè)面54設(shè)置在整個凸出部分53的底面531上。粗糙側(cè)面54可選擇地設(shè)置在底面531所需的部分內(nèi)。在該實(shí)施例中，毛細(xì)管51為圓柱形，而凸出部分53也為圓柱形，這樣，底面531也基本為圓形，從制造的觀點(diǎn)來看，這樣便于毛細(xì)管51的加工。就從毛細(xì)管的外周伸出并設(shè)置一個用于整形隆起57的底面以及一個粗糙側(cè)面而言，實(shí)施例1中所述的該凸出部分采用任何其它形狀都是可行的，然而，在整形中，凸出部分53的底面531設(shè)置成平行于IC芯片6是需要的。
實(shí)施例4圖17是本發(fā)明第四實(shí)施例所述用于球形連接的毛細(xì)管61端部的剖面圖。在該第四實(shí)施例中，如圖17的示，圓柱形毛細(xì)管61有一個設(shè)置在其端部外圓周的凸出部分63。該凸出部分63的底面631包括一個整形面65和一個導(dǎo)向部分64。如圖17所示，凸出部分63的整形面65基本平行于毛細(xì)管的端面611。由毛細(xì)管61的端面611到所述整形面65的高度為一個予定值d。該高度值依據(jù)所形成的隆起高度而定。
導(dǎo)向部分64是一個垂直向下伸出并沿底面631外緣周邊配置的部分。該導(dǎo)向部分64保持第二連接(整形)中兩級隆起67的頂部68，以便防止該兩級隆起67產(chǎn)生如18B所示的凹陷。利用毛細(xì)管61形成的兩級隆起67如圖18A所示。
就形成的二級隆起形狀能保持足夠的運(yùn)送的導(dǎo)電粘接劑量而言，導(dǎo)向部分64不局限于任何特定的形狀，例如，所說頂部68的側(cè)面是垂直的。
毛細(xì)管61的其余部分與毛細(xì)管1或毛細(xì)管41相同，隨所需的連接間距而定。
應(yīng)用毛細(xì)管61形成兩級隆起67的方法與第一實(shí)施例敘述的方法相同。在該實(shí)施例中，隆起67在第二連接中由設(shè)置在毛細(xì)管外周的凸出部分63底面631的整形面65擠壓并成形。在第二連接中，隆起67的頂部68由沿底面631外周形成的導(dǎo)向部分64支承。這樣，防止了兩級隆起67的頂部68的凹陷以及不合格隆起的形成。這種不合格隆起如圖28A和28B所示，它在一般的整形過程中出現(xiàn)。
此外，由于設(shè)置了導(dǎo)向部分64，所有的頂部68基本上具有相等的面積，這樣，可以減少隆起67的形狀變化并使其形狀一致。
圖17中導(dǎo)向部分64設(shè)置在底面631的整個外周部分。該導(dǎo)向部分64可以選擇地設(shè)置在底面上所需的外周部分。在這個實(shí)施例中，從生產(chǎn)毛細(xì)管61的角度出發(fā)，毛細(xì)管61為圓柱形狀，凸出部分63也具有圓柱形狀，這樣底面631基本為圓形。就從毛細(xì)管61的外周伸出的并且設(shè)置用于隆起67整形的整形平面以及用以支承隆起67的頂部68的導(dǎo)向部分的凸出部分63而言，可以使用第一實(shí)施例所述的任何其它的凸出部分形狀，需要的是在整形過程中凸出部分63的整形平面65平行于IC芯片6。
從上述說明可以得知，按照本發(fā)明，隆起的整形能在半導(dǎo)體器件的隆起形成過程中完成，這樣，就可以在不需附加單獨(dú)整形程序的情況下獲得具有所需高度的形狀的隆起，因此，不僅節(jié)省了用于該附加的整形程序的時間和成本，而且還可形成具有可靠性能的經(jīng)過整形以便很容易將半導(dǎo)體器件連接到線路板上的隆起。更進(jìn)一步，本發(fā)明可以阻止不符合要求的隆起的形成，以及能夠形成明顯減少變化的隆起。
因此，所述半導(dǎo)體器件和線路板確實(shí)的電連接并且互相結(jié)合在一起，這樣就穩(wěn)定可靠地完成該半導(dǎo)體器件的安裝。本發(fā)明減少了生產(chǎn)過程的步驟和成本，而效果卻等于或優(yōu)于現(xiàn)有技術(shù)，這樣實(shí)際應(yīng)用中適用性顯著提高。
本發(fā)明其它的各種變型是顯而易見的，以及由本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員容易制造出來，并且不超出本發(fā)明的保護(hù)范圍，該保護(hù)范圍內(nèi)權(quán)利要求書加以確定。
權(quán)利要求
1.一種用于球形連接以便在一個半導(dǎo)體器件的電極接點(diǎn)上形成一個隆起的毛細(xì)管，其特征在于，該毛細(xì)管包括用于將一金屬導(dǎo)線的類似球形端對著該電極接點(diǎn)擠壓以便在該壓力下使所述類似球形端固定到所述電極接點(diǎn)的一個擠壓件；用于提供所述金屬導(dǎo)線并設(shè)置在所述擠壓件中的一個孔；使所述在電極接點(diǎn)上形成的隆起產(chǎn)生一予定高度的一個整形件。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的毛細(xì)管，其特征在于，所述的整形件是一個從該毛細(xì)管外周伸出的凸出部分。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的毛細(xì)管，其特征在于，所述的整形件沿該毛細(xì)管外周設(shè)置。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的毛細(xì)管，其特征在于，所述的整形件設(shè)置在該毛細(xì)管外周的一部分上。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的毛細(xì)管，其特征在于，所述的擠壓件包括一個該毛細(xì)管的端面，所述的整形件包括一個用于擠壓所述隆起的底面。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的毛細(xì)管，其特征在于，所述整形件設(shè)置成所述底面相距端面為一予置的高度。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的毛細(xì)管，其特征在于，所述的底面有一粗糙的側(cè)面。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的毛細(xì)管，其特征在于，所述的整形件包括一個與所述底面相鄰的導(dǎo)向部分，該導(dǎo)向部分從所述的底面向下伸出。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的毛細(xì)管，其特征在于，所述的擠壓件具有一個用于切斷所述金屬導(dǎo)線的側(cè)邊。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的毛細(xì)管，其特征在于，該毛細(xì)管由陶瓷或人造紅寶石制成。
11.根據(jù)權(quán)利要求5所述的毛細(xì)管，其特征在于，所述的底面基本上與一個連接裝置中的一臺階平行，所說的毛細(xì)管連接到該連接裝置上。
12.一種應(yīng)用球形連接的毛細(xì)管以在半導(dǎo)體器件的電極接點(diǎn)上形成一個隆起的方法，其特征在于，該方法包括一個包括該毛細(xì)管一個端面的擠壓件;一個設(shè)置在該擠壓件中的用于進(jìn)給所述金屬導(dǎo)線的孔;以及一個設(shè)置在該毛細(xì)管外周上的整形件，該方法包括如下步驟(a)在所述孔中進(jìn)給的金屬導(dǎo)線的一端形成一個球;(b)通過向下移動該毛細(xì)管，并且在所述擠壓件的壓力作用下把所述類似的球形端固定到所說的電極接點(diǎn)上，以便形成所述隆起的第一部分;(c)當(dāng)毛細(xì)管移動時進(jìn)給金屬導(dǎo)線形成所述隆起的第二部分;以及(d)當(dāng)該毛細(xì)管向下移動時，利用所述擠壓件的一個側(cè)邊將構(gòu)成所述第二部分的金屬導(dǎo)線從在所述孔中進(jìn)給的金屬導(dǎo)線上切斷，同時利用所述的整形元件對所述的隆起整形。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其特征在于，步驟(c)中所述毛細(xì)管在第一部分上方按環(huán)形軌跡移動，并用構(gòu)成所述隆起第二部分的金屬導(dǎo)線在所述第一部分上形成環(huán)狀或倒U形狀。
14.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其特征在于，所述整形件包括一個位于距所述端面予定高度的底面，并且在步驟(d)中，由于底面擠壓所述的隆起，該形成的隆起具有予定的高度。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其特征在于，在步驟(d)中，所述的毛細(xì)管向下移動直到所述端面緊靠在所述的電極接點(diǎn)上。
16.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其特征在于，所述底面具有一粗糙的側(cè)面，在步驟(d)中，所述隆起的第二部分形成一個粗糙的頂面。
17.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其特征在于，所述整形件包括與所述底面相鄰的導(dǎo)向部分，該導(dǎo)向部分從底面向下伸出，在步驟(d)中，所述隆起的第二部分由該導(dǎo)向部分支承。
18.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其特征在于，在步驟(b)中，所述的第一部分由熱壓連接形成。
19.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其特征在于，在步驟(b)中，所述的第一部分由超聲波振動形式。
20.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其特征在于，在步驟(b)中，所述的第一部分由熱壓焊接和超聲波振動的共同作用下形成。
21.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其特征在于，金屬導(dǎo)線的材料可由金、銅、鋁或者焊料中選擇。
全文摘要
一種在半導(dǎo)體器件的電極接點(diǎn)上形成隆起以進(jìn)行球形連接的毛細(xì)管，包括一擠壓件，及一整形件。擠壓件將金屬導(dǎo)線的球形端固定在電極接點(diǎn)上。整形件使電極接點(diǎn)形成的隆起有一預(yù)定的高度。先從孔中進(jìn)給的金屬絲的一端形成一個球，向下移動毛細(xì)管及用擠壓件將球形端固定在電極接點(diǎn)上并進(jìn)給金屬導(dǎo)線和移動毛細(xì)管以形成隆起。當(dāng)毛細(xì)管向下移動時，構(gòu)成擠壓件的一個側(cè)邊將第二部分的金屬導(dǎo)線切斷，并由整形件將隆起整形。
文檔編號B23K20/00GK1098819SQ9410695
公開日1995年2月15日 申請日期1994年4月29日 優(yōu)先權(quán)日1993年4月30日
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