用于半导体器件的支撑系统的制作方法
专利名称：用于半导体器件的支撑系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及线缆与带焊接操作，且更具体而言，涉及和线缆与带焊接操作相关使用的半导体器件的支撑与保持结构。
背景技术：
在半导体器件的工艺和封装中，线缆与带焊接继续作为封装内两个位置之间的电互连的广泛使用的方法(例如，在半导体管芯的管芯焊盘和引线框的引线之间)。例如，线缆焊接机(或带焊接机)用于在将要电互连的各个位置之间形成线缆回路(或带互连)。半导体管芯通常由引线框支撑，以将其传输通过组装过程中的不同阶段，组装过程包括超声焊接过程。半导体工业中的持续趋势是，全球市场以更低的成本追求更小的半导体器件。一个示例性的成本降低策略包括在器件中使用更少的材料，例如，在支撑半导体管芯的引线框支撑结构中使用更少的铜材料。此策略趋于导致贯穿制造过程的高聚集的引线框的产生。这种高聚集的引线框趋于容纳许多行和列的半导体管芯和其它元件，其中引线框部分通过连接部(例如小且细的系杆)连接至引线框矩阵。引线框元件的密度和小尺寸使得在线缆或带的超声焊接过程中，恰当的约束半导体器件的部分(包括引线框部分、管芯部分等)很困难。在超声焊接中，例如，换能器驱动焊接工具至预定的震动频率，使得焊接工具尖端擦净焊接位置，以便于焊接。因为超声焊接对于较大的线缆和带焊接而言是高动态和高能量的，所以半导体器件在焊接过程中可被驱动至在幅度上类似于焊接工具的尖端速度的高速。也就是说，半导体器件(包括由引线框支撑的管芯)可(至少部分地)随震动焊接工具运动。当这种情况发生时，焊接工具的尖端和半导体管芯之间的相对位移减小，这会导致劣质的焊接。常规结构和方法使用在反复超声焊接下具有低磨损速率的夹持材料，以提高其使用寿命。在焊接过程中，这类材料通常显示了对工具的速度相对较低的阻碍。如图3中所说明的，在焊接操作过程中，利用支撑或保持结构(如砧座308和指钳328)夹持或保持半导体器件306。在焊接操作过程中，通常使用夹钳(例如，指钳328或窗口钳)抵靠支撑结构308固定半导体器件306 (包括携带半导体管芯302的引线框300)。对半导体器件306的这种夹持和/或保持旨在将超声焊接过程中半导体器件306的感生运动减至最小。不幸的是，较差的夹持(其可因元件的密度和排列而导致)趋于导致不可靠的焊接过程，且因此导致低质量的焊接元件。进一步，此夹钳328在焊接过程中相对于引线框300的运动会破坏和/或标记引线框300。因此，希望提供改进的焊接支撑系统，以最小化或消除半导体器件在焊接过程中相对于支撑系统的运动，从而提高焊接质量。
发明内容
根据本发明的示例性实施方式，提供了在线缆或带焊接操作过程中用于半导体器件的支撑系统。支撑系统包括限定了上表面的体部分，上表面包括上表面接触区，其配置成在线缆或带焊接操作过程中在下表面接触区支撑半导体器件的下表面的至少一部分。支撑系统还包括在上表面接触区上的多个突起。根据本发明的另一示例性实施方式，提供了在线缆或带焊接操作过程中，用于半导体器件的支撑系统。支撑系统包括限定了上表面的下体部分，上表面配置成在线缆或带焊接操作过程中支撑半导体器件的底表面的至少一部分。支撑系统还包括限定了下表面的上体部分，下表面配置成在线缆或带焊接操作过程中，在接触区接触半导体器件的顶表面的至少一部分。支撑系统进一步包括下表面上的多个突起。根据本发明的又一示例性实施方式，提供了在线缆或带焊接操作过程中支撑半导体器件的方法。该方法包括提供限定上表面的体部分的步骤，上表面包括具有多个突起的 上表面接触区。上表面接触区配置成在线缆或带焊接操作过程中，在下表面接触区支撑半导体器件的下表面的至少一部分。该方法进一步包括，用上表面接触区在下表面接触区支撑半导体器件的下表面的至少一部分的步骤，以使得下表面接触区通过多个突起变形。根据本发明的又一示例性实施方式，提供了在线缆或带焊接操作过程中支撑半导体器件的方法。该方法包括提供限定上表面的下体部分的步骤，上表面配置成在线缆或带焊接操作过程中，支撑半导体器件的底表面的至少一部分。该方法还包括提供限定了下表面的上体部分的步骤，下表面配置成在线缆或带焊接操作过程中，在接触区接触半导体器件的顶表面的至少一部分。下表面包括多个突起。该方法进一步包括在线缆或带焊接操作过程中，使具有多个突起的顶表面变形的步骤。
当与附图一起阅读时，从以下详细说明最佳理解本发明。强调的是，根据通常的实践，附图的不同特征不是按比例的。相反的，为清晰起见，不同的特征尺度是任意扩展的或减小的。附图中所包括的是以下附图图1A-1B是引线框的平面图和引线框的一部分的放大平面图；图2是线缆或带焊接工具系统的侧截面方框图；图3是现有技术的支撑系统的侧截面图；图4A是根据本发明的示例性实施方式的支撑系统的侧截面图；图4B是图4A的支撑系统的一部分的侧截面图；图4C是图4A的支撑系统的一部分相对于图4B旋转90度的正视截面图；图5A-5C是根据本发明的示例性实施方式的另一支撑系统的侧截面图、放大的侧截面图和放大的平面图；图OT-5E是根据本发明的示例性实施方式的另一支撑系统的一部分的平面图和立体图；图6A-6C是根据本发明的示例性实施方式的另一支撑系统的侧截面图、俯视图和放大的俯视图7是根据本发明的示例性实施方式的另一支撑系统的平面图；以及图8A-8B是根据本发明的示例性实施方式的支撑系统的一部分的表面的平面图和放大的平面图。
具体实施例方式术语“线缆”，“带”，和“传导材料”在本文中使用，以一般性地描述由线缆焊接系统结合的材料。可理解的是，线缆焊接系统可结合线缆材料，带材料等，如在给定应用中所需要的。因此，可理解的是，这些术语可互换地使用且不意欲相对于彼此构成限制。“塑性剪切”指当平行的表面(例如，本文所描述的表面结构和接触表面结构的引线框表面)彼此滑过时的变形。此塑性剪切可以是不可逆的，如此，在引线框表面上的标记在焊接操作后是可见的。图IA是示例性引线框100的一部分的平面图。引线框100支撑多个半导体管芯102 (例如，功率半导体管芯)，并且引线框100包括引线104。引线框100可用于运输管芯102通过各组装阶段，组装阶段包括例如超声焊接。图IB是图IA在圆“B”处放大的部分，图IB示出了由引线框100的一部分支撑一个半导体器件106，该半导体器件106包括管芯102。图2示出了由线缆焊接系统218的焊接工具210所焊接的半导体器件206。半导体器件206包括由衬底200 (例如铜引线框或其它管芯支撑结构)支撑的半导体管芯202。半导体器件206由支撑结构208 (例如砧座208)支撑。焊接工具210将传导材料212 (例如线缆或带)焊接至半导体封装206，以提供电互连，例如在管芯202和衬底200之间的电互连。焊接工具210接合在线缆焊接系统218的换能器内(例如超声换能器，未示出)。换能器引起焊接工具210的横向震动运动214，例如在X方向或Y方向。利用向下的力216使焊接工具210压迫线缆或带212。启动换能器，以引起焊接工具210以214震动，从而有助于将传导材料212焊接至管芯202上的焊接位置(或衬底200上的焊接位置)。如果需要,震动力可以与向下的力216具有相同的数量级(例如,示例性的力的范围在大约0.01至4. ON之间;大约1.0至30. ON之间;以及大约I. O至100. ON之间)，用于通过焊接工具210进行带焊接。此震动装载依赖于材料性质和在焊接工具210和半导体器件206之间的界面处的摩擦耦合。横向震动214的示例性范围在大约O. 5至20 μ m，和大约 O. 5 至 6. O μ m。根据本发明多种示例性实施方式，提供了支撑系统/结构(和方法)，以减少半导体器件(例如由引线框支撑的管芯)在超声焊接过程中相对于支撑和/或夹持结构的运动。可以在支撑结构和/或夹持结构上形成/提供表面特征，其中支撑结构和/或夹持结构在某些区域接触半导体器件，以阻碍通过焊接工具而感生的震动运动。例如，通过机加工、电火花加工、激光切除等，可在支撑/夹持结构上/内形成表面特征(例如，锥体结构，尖锐特征等)。在另一实施例中，表面特征可包括嵌入在支撑/夹持结构上的涂层内的颗粒(例如，嵌、入在镍涂层内的金刚石颗粒)。其它实施例的表面特征及其形成的方法将在下文中指出。图4A示出了半导体器件406，其包括半导体管芯402和引线框400。通过例如砧座凸轮(未示出)使下支撑体部分408 (例如，砧座408)向上移动，以使得砧座上表面440接触引线框400的下表面450。砧座上表面440的一部分440a包括多个表面结构480a、480b(其可为形成在440a部分内的突起和凹陷)，该表面结构480a、480b在夹钳指428 (见下)的正下方接触引线框400的部分450a。例如，表面结构480a、480b可为一系列的尖锐结构。然后，可通过例如指凸轮(未示出)使上支撑体部分，例如夹钳指428 (为了简化仅示出一个)向下移动，以使得指夹钳428的下表面444a接触引线框400的上表面部分430a，且向其施加压力。可注意到,表面结构(像结构480a，480b)可替代地位于指夹钳428的下表面444a上，这可导致体部分408的简化设计。而且，还可使附加的表面结构(例如，具有与表面结构480a、480b类似的结构)位于砧座/支撑结构408的上表面440上，其可位于待焊接区域的正下方，也可不位于待焊接区域的正下方。例如，附加的表面结构可置于将利用垂直于引线框400的上表面440的向下的力或负载将焊接工具压靠于引线框400/半导体器件406的位置的正下方。如本领域技术人员所理解的，焊接工具力可产生压缩力，以使该表面结构至少部分嵌入(或进一步嵌入)和/或在该局部面积(见下)引起引线框400塑性变形。 图4B是图4A的一部分的放大视图，该部分邻近于3站座408的站座上表面部分440a并具有在砧座上表面440上的表面结构480a、480b。图4C是图4B旋转90度的视图且图4C示出了一系列表面结构480a、480a’、480a”、480a”’、480a””，这些表面结构在砧座408的上表面440之上形成在各自的上表面部分440a、440a’、440a”、440a”’、440””上。(可注意至丨J，相应的表面结构480b等被其相应的表面结构480a等遮挡。)这些表面结构480a、480b等可形成在对夹钳428进行配置以定位处的正下方，或可形成在将焊接工具进行配置，以定位为在器件406上形成焊接处的正下方，或者这些表面结构480a、480b等可形成在其它需要的位置。在这样的夹持和超声焊接过程中，各表面结构480a、480b ;480a’、480b’;等可如本文中描述地那样起作用，以降低/消除引线框400和管芯402相对于砧座408的运动。图5A-5B (图5B为图5A在圆“B”处的放大部分)示出了另一示例性支撑结构。表面结构580(其可为突起和/或凹陷)形成在砧座上表面540的部分540a上。表面结构580在夹钳指528的正下方接触引线框500的部分550a。砧座508可通过砧座凸轮(未示出)向上移动，例如，以接合半导体器件506 (包括半导体管芯502和引线框500)，以使得砧座508的上表面540接触引线框500的下表面550。在砧座上表面540的部分540a之上的表面结构580，在指夹钳528的正下方接触引线框部分550a (见下)。然后，可通过例如指凸轮(未示出)，使上支撑体部分，例如夹钳指528 (为了简化仅示出一个)，向下移动，以使得指夹钳528的下表面544a接触引线框500的上表面部分530a且在每个指夹钳528处施加压力。图5C是形成在砧座508的上表面540的部分540a内的示例性表面结构580的俯视图。表面结构580呈锥形，并具有上顶表面590，并且表面结构580间隔开距离或间距592。锥形表面结构580可以排列为如所示的华夫饼型排列。基于半导体器件、砧座和夹持指的材料，以及夹持指的夹持力和所使用的焊接工具向下的力或法向负载，还有本文中指出的其他因素和条件，可选择顶表面590的面积和间距592的程度。尽管图5C提供了基本对称和/或均匀的表面结构580的阵列，但清楚的是这些结构可在形状和尺寸上变化。例如，如果通过从表面(例如陶瓷支撑表面)选择性地去除材料而形成结构580，则所产生的结构580可为非均匀的且形状有些随机。更具体地，图OT-5E是示例性表面结构580’的俯视图和立体图。在图OT-5E中的每幅图中，在砧座508’的上表面540’的部分540a’上形成锥形结构580’。图5E更加清楚地示出了表面结构580’的基本平坦的上表面590’。图中的示例性长度LI可在300微米的量级，且图5E中的示例性长度L2可为100微米的量级。图6A示出了具有表面结构680 (其可为突起和凹陷)的示例性的窗口夹钳660，表面结构680形成在窗口夹钳下表面664的部分664a上。表面结构680接触引线框600的上表面部分650a。半导体器件606 (包括半导体管芯602和引线框600)位于支撑结构608(例如砧座608)之上。砧座608包括坚硬的下基底670、上顺应层672和位于顺应层672之上的硬板674。用于形成坚硬的下基底670的示例性材料可以是金属、陶瓷或塑料；用于形成上顺应层672的示例性材料可以是弹性体，如尿烷或硅橡胶；用于形成硬板674的示例性材料可以是金属，如不锈钢或工具钢。
可降低窗口夹钳660 (例如，通过窗口夹钳凸轮)，以接触半导体器件606的引线框600的上表面650。下表面664的部分664a内的窗口夹钳表面结构680接触在引线框上表面650上的引线框部分650a。然后，砧座608可被抬起(例如通过砧座凸轮)，直至硬板674(例如不锈钢板674)接触引线框600的底表面640。然后，坚硬的基底670可被进一步向上抬起，以压缩顺应层672，以使得可在被夹持的面积内抵靠引线框底表面640施加基本平均的压力。图6B是在图6A中示出的窗口夹钳660的仰视图。窗口夹钳660包括窗口夹钳下表面664的部分664a内的表面结构680。图6C是图6B在圆“B”处的放大部分，图6C示出了窗口夹钳660的部分664a内的表面结构680呈锥形(例如，如在图5C-5E中)。图7示出了示例性支撑结构708 (例如砧座708)，包括具有接触表面部分740a的八个抬起的约束特征740 (例如，类似于之前分别相对于图4A-4C、5A-5C和OT-5E描述的抬起的特征/部分440a、540a、540a’)，接触表面部分740a具有形成于其上的表面结构780。因此，砧座708将容纳八个半导体器件(例如见图1A-1B)。引线框(引线)的一部分位于抬起的特征740的峰上，以使得表面特征780将接触器件/引线框的下表面。注意的是，抬起的特征740可被设置为与引线框的抬起的部分对齐。表面特征780可邻近于超声焊接工具所使用的焊接位置，或可不邻近于超声焊接工具所使用的焊接位置，并且表面特征780可包括，例如，金刚砂(嵌入在镍镀层内的金刚石颗粒)、多个或一系列尖锐结构、多个或一系列锥形结构等等(见，例如，图4A-4C、5A-5C、ro-5E、6A-6C和8A-8B)。注意的是，在示例性实施方式中说明和描述的表面结构480a、480b、580、580’、680,780可共同地包括(但不限于)研磨颗粒、一系列机加工结构、传导材料中的一系列电火花机加工(EDM)结构、一系列激光切除结构、一系列锥形结构、一系列尖锐结构等。在一个实施例中，表面结构可直接机加工成砧座、夹钳指和/或窗口夹钳(例如，见图5C-5E)。在这种情况下，砧座或夹钳可包括硬且抗磨损的材料，例如硬化钢、碳化钨、氧化铝陶瓷、部分稳定的氧化锆陶瓷、硅氮化物、或其它类似材料。如果利用传导材料，那么可使用EDM (电火花机加工)工艺创建表面结构。对于传导材料和非传导材料，例如，可使用研磨、超声或激光机加工工艺，以创建表面结构。还可使用粗糙表面抛光(例如，具有粗糙表面抛光的陶瓷、陶瓷砂粒涂层等)。图8A是包括夹紧涂层880的示例性支撑结构的表面的图示。涂层880包括，例如，嵌入在镍镀层898中的不同尺寸的金刚石颗粒896。图SB是图8A的一部分的放大视图，图8B更清楚地示出了镍镀层898中的金刚石颗粒896，以包括金刚石夹紧涂层880。图8A中的示例性长度L3可为I毫米的量级，图SB中的示例性长度L4可为100微米的量级。当然，除去金刚石颗粒以外的颗粒以及除去镍以外的涂层是可以考虑的。金刚石颗粒896的示例性尺寸(例如，在图8B中的Dl、D2和D3)从大约10至30 μ m,大约5至50 μ m，和从大约5至100 μ m。颗粒896的材料的其它实施例包括碳化钨颗粒或嵌入在镀层/涂层(例如，镍镀层/涂层)内的其它类似硬的且抗磨损的颗粒。对于每个示例性实施方式，表面结构480a、480b ；580 ;580’ ；680 ；780 ；880可设计为使得在引线框下表面部分和砧座部分的上表面之间的接触应力可在局部区域内提升。利用例如由基本在引线框接触部分的正上方的指夹钳的接触压力(或由窗口夹钳)引起的附加接触应力，可发生压缩，使得表面结构的引导部处于越过由引线框/半导体器件的下表面限定的基准表面的位置。对于不例性实施方式，其具有窗口夹钳的下表面上的表面结构680或指夹钳的下表面内的表面结构680的可能的用途，抵靠下砧座的引线框的组合压缩类似地导致表面结构680的引导部处于越过由引线框/半导体器件的上表面限定的基准表面的位置。因此，在表面特征区的接触应力越大，进入半导体器件/引线框的表面的表面特·征的穿透越大，且对焊接工具的速度的阻碍越大。也就是说，表面结构的引导表面的至少一部分可在引线框接触部分(例如少量的，如从大约I至10 μ m)嵌入到引线框/半导体器件中。放置所选择的表面结构可依赖于，例如，引线框和封装结构、制造需求、夹钳放置和焊接放置。当本发明的表面结构放置在砧座上时，例如在焊接过程中焊接位置的正下方、在夹钳指接触的区域内，或在其它所需要的区域内，可实现对移动/速度的阻碍。当本发明的表面结构定位在窗口夹钳的底表面上时，其位置可限制于特定区域；然而，在某些应用中，想要的是表面结构广泛地分布在窗口夹钳的底表面上，以接合不同类型的器件(例如，引线框器件)。表面特征还可被定位在，例如，接近超声焊接的位置的区域处，以实现最大的塑性剪切(见下)。当超声焊接工具与引线框/半导体器件接合，以形成焊接时，引线框/器件的上表面或下表面的引线框接触部分可相对于砧座、窗口夹钳和/或具有表面特征的指夹钳移动，或试图移动。这些表面结构的几何形状连同提升的接触应力可引起引线框/器件阻碍在焊接工具的局部区域内的超声激励所引起的速度。这可导致能量的耗散和在表面结构和引线框接触部分之间的界面处的引线框材料的塑性剪切。在焊接过程中的超声激励的连续应用的过程中，可剪切更多的材料，且表面特征可进一步进入器件/弓I线框的表面。在引线框接触部分处的图案、标记或引线框上的破损还可发生在由超声焊接导致塑性剪切处。认真选择在焊接操作过程中用来夹持/保持半导体器件的材料可不仅导致对由焊接工具感应的速度的较高阻碍率，还导致在该工具的超声装载下的低磨损率。这可给予夹持/保持结构更长的寿命和对超声焊接过程中器件的运动/速度更好的阻碍，这可导致夹钳/保持结构设计的简化以及具有更高抗干扰性且稳定的焊接过程。因此，引起塑性剪切(例如，以耗散能量和阻碍焊接工具的速度)所需要的接触应力的量可通过引线框的特性所决定。引线框可由加工硬化铜-铁合金制成。示例性的引线框材料的大致屈服强度在大约300至600N/m2范围内。因此，接触应力可需要超过此屈服强度，以引起静态穿入(嵌入)引线框。此静态穿入的程度可不仅由表面(穿入/嵌入)特征的实际几何形状决定，而且由材料硬度和夹持循环中传递到引线框上的撞击能量所决定。静态穿入(嵌入)的示例性范围在Iym至10 μπι之间，尽管其它范围也可以考虑。进一步，在夹持操作过程中施加至半导体器件/引线框的压力的量可高达且稍微超过构成器件/引线框的材料的屈服强度。然而，操作员一般可施加尽量必要少的压力以实现稳定的焊接，例如，从而延长夹钳工具的寿命。许多引线框由铜、具有镍镀层的铜、铜合金(如铜铁合金)等制成。99. 9%的纯铜的屈服强度为大约70MPa，且示例性的铜铁合金的屈服强度是在大约140MPa范围。对于每个器件利用2至20个夹钳指的示例性的夹持装置，每个夹钳指可施加大约4至60N之间的力，且示例性焊接工具可施加大约2至37N的力。当然，此力的参数可广泛地变化。关于焊接工具力，基于焊接工具是焊接小线缆、或大线缆、还是传导带，焊接工具力可变化。由焊接工具施加的力的示例性范围在大约O. 01至4. ON之间；大约I. O至30. ON之间；和大约I. O至100. ON之间。一般的，接触应力越高，对表面特征接触的局部区域内的运动/速度的阻碍越大，这是因为表面特征趋于进一步穿入引线框或器件表面。然而，当减小接触面积以增加局部 区域内的接触应力时，会降低磨损寿命，从而潜在地引起更大的磨损率，这将减少设计的使用寿命。本领域技术人将能理解的是，任何本文所描述的表面结构/突起(例如，表面结构480a、480b ；580 ;580’ ；680 ;780)可形成为一块单体材料的部分(例如，支撑结构，如用于在焊接过程中支撑引线框部分的砧座、支撑结构的上层等)。进一步，表面结构/突起可以是集成至另一结构(例如，集成至用于在焊接过程中支撑引线框部分的支撑结构)中的个体结构。尽管本文关于具体的实施方式说明和描述了本发明，但本发明不意欲被限制在所示的细节。而是，在权利要求的等同范围和界限内且不脱离本发明的情况下，可在细节上做各种修改。
权利要求
1.用于在线缆焊接操作或带焊接操作过程中的半导体器件的支撑系统，包括 体部分，限定上表面，所述上表面包括上表面接触区，所述上表面接触区配置成在线缆焊接操作或带焊接操作过程中，在下表面接触区支撑半导体器件的下表面的至少一部分；且 多个突起，在所述上表面接触区上。
2.如权利要求I所述的支撑系统，其中所述多个突起配置成在所述线缆焊接操作或带焊接操作过程中，使所述下表面接触区变形。
3.如权利要求I所述的支撑系统，其中所述多个突起配置成，在所述线缆焊接操作或带焊接操作之前的夹持操作过程中，至少部分地嵌入所述下表面接触区中。
4.如权利要求I所述的支撑系统，其中所述多个突起包括金刚石颗粒。
5.如权利要求I所述的支撑系统，其中所述多个突起包括一系列的表面结构。
6.如权利要求5所述的支撑系统，其中所述一系列的表面结构包括一系列的锥形结构。
7.如权利要求5所述的支撑系统，其中所述一系列的表面结构包括一系列的尖锐结构。
8.如权利要求I所述的支撑系统，其中所述多个突起包括以下中的至少一种 研磨颗粒， 一系列机加工结构， 一系列电火花机加工(EDM)结构， 由激光切除形成的一系列结构， 一系列锥形结构，以及 一系列尖锐结构。
9.如权利要求I所述的支撑系统，其中所述半导体器件包括引线框，所述引线框限定所述下表面。
10.用于在线缆焊接操作或带焊接操作过程中的半导体器件的支撑系统，包括 下体部分，限定上表面，所述上表面配置成在线缆焊接操作或带焊接操作过程中支撑半导体器件的底表面的至少一部分； 上体部分，限定下表面，所述下表面配置成在所述线缆焊接操作或带焊接操作过程中在所述半导体器件的接触区接触所述半导体器件的顶表面的至少一部分；以及多个突起，在所述下表面上。
11.如权利要求10所述的支撑系统，其中所述多个突起配置成在所述线缆焊接操作或带焊接操作过程中使所述顶表面变形。
12.如权利要求10所述的支撑系统，其中所述多个突起配置成，在所述线缆焊接操作或带焊接操作之前的夹持操作过程中，至少部分地嵌入所述的顶表面。
13.如权利要求10所述的支撑系统，其中所述多个突起包括金刚石颗粒。
14.如权利要求10所述的支撑系统，其中所述多个突起是形成在所述下表面上的一系列的表面结构。
15.如权利要求14所述的支撑系统，其中所述一系列的表面结构包括一系列的锥形结构。
16.如权利要求14所述的支撑系统,其中所述一系列的表面结构包括一系列的尖锐结构。
17.如权利要求10所述的支撑系统，其中所述多个突起由以下限定 研磨颗粒， 一系列机加工结构， 一系列电火花机加工(EDM)结构， 由激光切除形成的一系列结构， 一系列锥形结构，或 一系列尖锐结构。
18.如权利要求10所述的支撑系统，其中所述上体部分包括窗口夹钳。
19.如权利要求10所述的支撑系统，其中所述上体部分包括一系列夹钳指。
20.如权利要求10所述的支撑系统，进一步包括 多个第二突起，在所述上表面上，其中在所述线缆焊接操作或带焊接操作过程中，所述底表面在所述半导体器件的第二接触区被支撑，所述多个第二突起配置成在所述线缆焊接操作或带焊接操作过程中，使所述底表面变形。
21.如权利要求20所述的支撑系统，其中所述半导体器件包括引线框，所述引线框限定所述顶表面和所述底表面。
22.如权利要求10所述的支撑系统，其中所述半导体器件包括引线框，所述引线框限定所述顶表面。
23.在线缆焊接操作或带焊接操作过程中支撑半导体器件的方法，包括以下步骤 a)提供体部分，所述体部分限定了包括上表面接触区的上表面，所述上表面接触区具有多个突起，所述上表面接触区配置成在线缆焊接操作或带焊接操作过程中，在下表面接触区支撑半导体器件的下表面的至少一部分；且 b)用所述上表面接触区在所述下表面接触区支撑所述半导体器件的所述下表面的所述至少一部分，以使得所述下表面接触区通过所述多个突起变形。
24.如权利要求23所述的方法，其中在步骤b)的过程中，所述多个突起配置成，在所述线缆焊接操作或带焊接操作之前的夹持操作过程中，至少部分地嵌入所述下表面接触区。
25.如权利要求23所述的方法，其中所述多个突起包括金刚石颗粒。
26.如权利要求23所述的方法，其中所述多个突起是一系列的表面结构。
27.如权利要求26所述的方法，其中所述一系列的表面结构是一系列的锥形结构。
28.如权利要求26所述的方法，其中所述一系列的表面结构是一系列的尖锐结构。
29.如权利要求23所述的方法，其中所述多个突起包括以下中的至少一种 研磨颗粒， 一系列机加工结构， 由电火花加工(EDM)形成的一系列结构， 由激光切除形成的一系列结构， 一系列锥形结构，或 一系列尖锐结构。
30.如权利要求23所述的方法，其中所述半导体器件包括引线框，所述引线框限定所述下表面。
31.用于在线缆焊接操作或带焊接操作过程中支撑半导体器件的方法，包括以下步骤 a)提供下体部分，所述下体部分限定上表面，所述上表面配置成在线缆焊接操作或带焊接操作过程中支撑半导体器件的底表面的至少一部分； b)提供上体部分，所述上体部分限定下表面，所述下表面配置成，在所述线缆焊接操作或带焊接操作过程中，在接触区接触所述半导体器件的顶表面的至少一部分，所述下表面包括多个突起；以及 c)在所述线缆焊接操作或带焊接操作过程中，利用所述多个突起使所述顶表面变形。
32.如权利要求31所述的方法，其中所述多个突起配置成，在所述线缆焊接操作或带焊接操作之前的夹持操作过程中，至少部分地嵌入所述顶表面。
33.如权利要求31所述的方法，其中所述多个突起包括金刚石颗粒。
34.如权利要求31所述的方法，其中所述多个突起是形成在所述下表面上的一系列的表面结构。
35.如权利要求34所述的方法，其中所述一系列的表面结构包括一系列的锥形结构。
36.如权利要求34所述的方法，其中所述一系列的表面结构包括一系列的尖锐结构。
37.如权利要求31所述的方法，其中所述多个突起包括以下中的至少一中 研磨颗粒， 一系列机加工结构， 由电火花机加工(EDM)形成的一系列结构， 由激光切除形成的一系列结构， 一系列锥形结构，或 一系列尖锐结构。
38.如权利要求31所述的方法，其中所述上体部分包括窗口夹钳。
39.如权利要求31所述的方法，其中所述上体部分包括一系列夹钳指。
40.如权利要求31所述的方法，其中所述上表面包括多个第二突起，所述上表面配置成，在所述线缆焊接操作或带焊接操作过程中，在第二接触区接触所述半导体器件的所述底表面的至少一部分，所述多个第二突起配置成，在所述线缆焊接操作或带焊接操作过程中，使所述第二接触区处的所述底表面变形。
全文摘要
提供了用于在线缆或带焊接操作过程中的半导体器件的支撑系统。所述支撑系统包括限定上表面的体部分。所述上表面具有上表面接触区，所述上表面接触区配置成，在线缆或带焊接操作过程中，在下表面接触区支撑半导体器件的下表面的至少一部分。所述支撑系统还包括在所述上表面接触区上的多个突起。
文档编号H01L21/60GK102763207SQ201180010723
公开日2012年10月31日 申请日期2011年4月12日 优先权日2010年4月14日
发明者H·亨利·旺特莱斯阔, 乔纳森·M·比亚斯, 西奥多·J·库珀迪特 申请人:奥瑟戴尼电子公司
技术领域：
本发明涉及线缆与带焊接操作，且更具体而言，涉及和线缆与带焊接操作相关使用的半导体器件的支撑与保持结构。
背景技术：
在半导体器件的工艺和封装中，线缆与带焊接继续作为封装内两个位置之间的电互连的广泛使用的方法(例如，在半导体管芯的管芯焊盘和引线框的引线之间)。例如，线缆焊接机(或带焊接机)用于在将要电互连的各个位置之间形成线缆回路(或带互连)。半导体管芯通常由引线框支撑，以将其传输通过组装过程中的不同阶段，组装过程包括超声焊接过程。半导体工业中的持续趋势是，全球市场以更低的成本追求更小的半导体器件。一个示例性的成本降低策略包括在器件中使用更少的材料，例如，在支撑半导体管芯的引线框支撑结构中使用更少的铜材料。此策略趋于导致贯穿制造过程的高聚集的引线框的产生。这种高聚集的引线框趋于容纳许多行和列的半导体管芯和其它元件，其中引线框部分通过连接部(例如小且细的系杆)连接至引线框矩阵。引线框元件的密度和小尺寸使得在线缆或带的超声焊接过程中，恰当的约束半导体器件的部分(包括引线框部分、管芯部分等)很困难。在超声焊接中，例如，换能器驱动焊接工具至预定的震动频率，使得焊接工具尖端擦净焊接位置，以便于焊接。因为超声焊接对于较大的线缆和带焊接而言是高动态和高能量的，所以半导体器件在焊接过程中可被驱动至在幅度上类似于焊接工具的尖端速度的高速。也就是说，半导体器件(包括由引线框支撑的管芯)可(至少部分地)随震动焊接工具运动。当这种情况发生时，焊接工具的尖端和半导体管芯之间的相对位移减小，这会导致劣质的焊接。常规结构和方法使用在反复超声焊接下具有低磨损速率的夹持材料，以提高其使用寿命。在焊接过程中，这类材料通常显示了对工具的速度相对较低的阻碍。如图3中所说明的，在焊接操作过程中，利用支撑或保持结构(如砧座308和指钳328)夹持或保持半导体器件306。在焊接操作过程中，通常使用夹钳(例如，指钳328或窗口钳)抵靠支撑结构308固定半导体器件306 (包括携带半导体管芯302的引线框300)。对半导体器件306的这种夹持和/或保持旨在将超声焊接过程中半导体器件306的感生运动减至最小。不幸的是，较差的夹持(其可因元件的密度和排列而导致)趋于导致不可靠的焊接过程，且因此导致低质量的焊接元件。进一步，此夹钳328在焊接过程中相对于引线框300的运动会破坏和/或标记引线框300。因此，希望提供改进的焊接支撑系统，以最小化或消除半导体器件在焊接过程中相对于支撑系统的运动，从而提高焊接质量。
发明内容
根据本发明的示例性实施方式，提供了在线缆或带焊接操作过程中用于半导体器件的支撑系统。支撑系统包括限定了上表面的体部分，上表面包括上表面接触区，其配置成在线缆或带焊接操作过程中在下表面接触区支撑半导体器件的下表面的至少一部分。支撑系统还包括在上表面接触区上的多个突起。根据本发明的另一示例性实施方式，提供了在线缆或带焊接操作过程中，用于半导体器件的支撑系统。支撑系统包括限定了上表面的下体部分，上表面配置成在线缆或带焊接操作过程中支撑半导体器件的底表面的至少一部分。支撑系统还包括限定了下表面的上体部分，下表面配置成在线缆或带焊接操作过程中，在接触区接触半导体器件的顶表面的至少一部分。支撑系统进一步包括下表面上的多个突起。根据本发明的又一示例性实施方式，提供了在线缆或带焊接操作过程中支撑半导体器件的方法。该方法包括提供限定上表面的体部分的步骤，上表面包括具有多个突起的 上表面接触区。上表面接触区配置成在线缆或带焊接操作过程中，在下表面接触区支撑半导体器件的下表面的至少一部分。该方法进一步包括，用上表面接触区在下表面接触区支撑半导体器件的下表面的至少一部分的步骤，以使得下表面接触区通过多个突起变形。根据本发明的又一示例性实施方式，提供了在线缆或带焊接操作过程中支撑半导体器件的方法。该方法包括提供限定上表面的下体部分的步骤，上表面配置成在线缆或带焊接操作过程中，支撑半导体器件的底表面的至少一部分。该方法还包括提供限定了下表面的上体部分的步骤，下表面配置成在线缆或带焊接操作过程中，在接触区接触半导体器件的顶表面的至少一部分。下表面包括多个突起。该方法进一步包括在线缆或带焊接操作过程中，使具有多个突起的顶表面变形的步骤。
当与附图一起阅读时，从以下详细说明最佳理解本发明。强调的是，根据通常的实践，附图的不同特征不是按比例的。相反的，为清晰起见，不同的特征尺度是任意扩展的或减小的。附图中所包括的是以下附图图1A-1B是引线框的平面图和引线框的一部分的放大平面图；图2是线缆或带焊接工具系统的侧截面方框图；图3是现有技术的支撑系统的侧截面图；图4A是根据本发明的示例性实施方式的支撑系统的侧截面图；图4B是图4A的支撑系统的一部分的侧截面图；图4C是图4A的支撑系统的一部分相对于图4B旋转90度的正视截面图；图5A-5C是根据本发明的示例性实施方式的另一支撑系统的侧截面图、放大的侧截面图和放大的平面图；图OT-5E是根据本发明的示例性实施方式的另一支撑系统的一部分的平面图和立体图；图6A-6C是根据本发明的示例性实施方式的另一支撑系统的侧截面图、俯视图和放大的俯视图7是根据本发明的示例性实施方式的另一支撑系统的平面图；以及图8A-8B是根据本发明的示例性实施方式的支撑系统的一部分的表面的平面图和放大的平面图。
具体实施例方式术语“线缆”，“带”，和“传导材料”在本文中使用，以一般性地描述由线缆焊接系统结合的材料。可理解的是，线缆焊接系统可结合线缆材料，带材料等，如在给定应用中所需要的。因此，可理解的是，这些术语可互换地使用且不意欲相对于彼此构成限制。“塑性剪切”指当平行的表面(例如，本文所描述的表面结构和接触表面结构的引线框表面)彼此滑过时的变形。此塑性剪切可以是不可逆的，如此，在引线框表面上的标记在焊接操作后是可见的。图IA是示例性引线框100的一部分的平面图。引线框100支撑多个半导体管芯102 (例如，功率半导体管芯)，并且引线框100包括引线104。引线框100可用于运输管芯102通过各组装阶段，组装阶段包括例如超声焊接。图IB是图IA在圆“B”处放大的部分，图IB示出了由引线框100的一部分支撑一个半导体器件106，该半导体器件106包括管芯102。图2示出了由线缆焊接系统218的焊接工具210所焊接的半导体器件206。半导体器件206包括由衬底200 (例如铜引线框或其它管芯支撑结构)支撑的半导体管芯202。半导体器件206由支撑结构208 (例如砧座208)支撑。焊接工具210将传导材料212 (例如线缆或带)焊接至半导体封装206，以提供电互连，例如在管芯202和衬底200之间的电互连。焊接工具210接合在线缆焊接系统218的换能器内(例如超声换能器，未示出)。换能器引起焊接工具210的横向震动运动214，例如在X方向或Y方向。利用向下的力216使焊接工具210压迫线缆或带212。启动换能器，以引起焊接工具210以214震动，从而有助于将传导材料212焊接至管芯202上的焊接位置(或衬底200上的焊接位置)。如果需要,震动力可以与向下的力216具有相同的数量级(例如,示例性的力的范围在大约0.01至4. ON之间;大约1.0至30. ON之间;以及大约I. O至100. ON之间)，用于通过焊接工具210进行带焊接。此震动装载依赖于材料性质和在焊接工具210和半导体器件206之间的界面处的摩擦耦合。横向震动214的示例性范围在大约O. 5至20 μ m，和大约 O. 5 至 6. O μ m。根据本发明多种示例性实施方式，提供了支撑系统/结构(和方法)，以减少半导体器件(例如由引线框支撑的管芯)在超声焊接过程中相对于支撑和/或夹持结构的运动。可以在支撑结构和/或夹持结构上形成/提供表面特征，其中支撑结构和/或夹持结构在某些区域接触半导体器件，以阻碍通过焊接工具而感生的震动运动。例如，通过机加工、电火花加工、激光切除等，可在支撑/夹持结构上/内形成表面特征(例如，锥体结构，尖锐特征等)。在另一实施例中，表面特征可包括嵌入在支撑/夹持结构上的涂层内的颗粒(例如，嵌、入在镍涂层内的金刚石颗粒)。其它实施例的表面特征及其形成的方法将在下文中指出。图4A示出了半导体器件406，其包括半导体管芯402和引线框400。通过例如砧座凸轮(未示出)使下支撑体部分408 (例如，砧座408)向上移动，以使得砧座上表面440接触引线框400的下表面450。砧座上表面440的一部分440a包括多个表面结构480a、480b(其可为形成在440a部分内的突起和凹陷)，该表面结构480a、480b在夹钳指428 (见下)的正下方接触引线框400的部分450a。例如，表面结构480a、480b可为一系列的尖锐结构。然后，可通过例如指凸轮(未示出)使上支撑体部分，例如夹钳指428 (为了简化仅示出一个)向下移动，以使得指夹钳428的下表面444a接触引线框400的上表面部分430a，且向其施加压力。可注意到,表面结构(像结构480a，480b)可替代地位于指夹钳428的下表面444a上，这可导致体部分408的简化设计。而且，还可使附加的表面结构(例如，具有与表面结构480a、480b类似的结构)位于砧座/支撑结构408的上表面440上，其可位于待焊接区域的正下方，也可不位于待焊接区域的正下方。例如，附加的表面结构可置于将利用垂直于引线框400的上表面440的向下的力或负载将焊接工具压靠于引线框400/半导体器件406的位置的正下方。如本领域技术人员所理解的，焊接工具力可产生压缩力，以使该表面结构至少部分嵌入(或进一步嵌入)和/或在该局部面积(见下)引起引线框400塑性变形。 图4B是图4A的一部分的放大视图，该部分邻近于3站座408的站座上表面部分440a并具有在砧座上表面440上的表面结构480a、480b。图4C是图4B旋转90度的视图且图4C示出了一系列表面结构480a、480a’、480a”、480a”’、480a””，这些表面结构在砧座408的上表面440之上形成在各自的上表面部分440a、440a’、440a”、440a”’、440””上。(可注意至丨J，相应的表面结构480b等被其相应的表面结构480a等遮挡。)这些表面结构480a、480b等可形成在对夹钳428进行配置以定位处的正下方，或可形成在将焊接工具进行配置，以定位为在器件406上形成焊接处的正下方，或者这些表面结构480a、480b等可形成在其它需要的位置。在这样的夹持和超声焊接过程中，各表面结构480a、480b ;480a’、480b’;等可如本文中描述地那样起作用，以降低/消除引线框400和管芯402相对于砧座408的运动。图5A-5B (图5B为图5A在圆“B”处的放大部分)示出了另一示例性支撑结构。表面结构580(其可为突起和/或凹陷)形成在砧座上表面540的部分540a上。表面结构580在夹钳指528的正下方接触引线框500的部分550a。砧座508可通过砧座凸轮(未示出)向上移动，例如，以接合半导体器件506 (包括半导体管芯502和引线框500)，以使得砧座508的上表面540接触引线框500的下表面550。在砧座上表面540的部分540a之上的表面结构580，在指夹钳528的正下方接触引线框部分550a (见下)。然后，可通过例如指凸轮(未示出)，使上支撑体部分，例如夹钳指528 (为了简化仅示出一个)，向下移动，以使得指夹钳528的下表面544a接触引线框500的上表面部分530a且在每个指夹钳528处施加压力。图5C是形成在砧座508的上表面540的部分540a内的示例性表面结构580的俯视图。表面结构580呈锥形，并具有上顶表面590，并且表面结构580间隔开距离或间距592。锥形表面结构580可以排列为如所示的华夫饼型排列。基于半导体器件、砧座和夹持指的材料，以及夹持指的夹持力和所使用的焊接工具向下的力或法向负载，还有本文中指出的其他因素和条件，可选择顶表面590的面积和间距592的程度。尽管图5C提供了基本对称和/或均匀的表面结构580的阵列，但清楚的是这些结构可在形状和尺寸上变化。例如，如果通过从表面(例如陶瓷支撑表面)选择性地去除材料而形成结构580，则所产生的结构580可为非均匀的且形状有些随机。更具体地，图OT-5E是示例性表面结构580’的俯视图和立体图。在图OT-5E中的每幅图中，在砧座508’的上表面540’的部分540a’上形成锥形结构580’。图5E更加清楚地示出了表面结构580’的基本平坦的上表面590’。图中的示例性长度LI可在300微米的量级，且图5E中的示例性长度L2可为100微米的量级。图6A示出了具有表面结构680 (其可为突起和凹陷)的示例性的窗口夹钳660，表面结构680形成在窗口夹钳下表面664的部分664a上。表面结构680接触引线框600的上表面部分650a。半导体器件606 (包括半导体管芯602和引线框600)位于支撑结构608(例如砧座608)之上。砧座608包括坚硬的下基底670、上顺应层672和位于顺应层672之上的硬板674。用于形成坚硬的下基底670的示例性材料可以是金属、陶瓷或塑料；用于形成上顺应层672的示例性材料可以是弹性体，如尿烷或硅橡胶；用于形成硬板674的示例性材料可以是金属，如不锈钢或工具钢。
可降低窗口夹钳660 (例如，通过窗口夹钳凸轮)，以接触半导体器件606的引线框600的上表面650。下表面664的部分664a内的窗口夹钳表面结构680接触在引线框上表面650上的引线框部分650a。然后，砧座608可被抬起(例如通过砧座凸轮)，直至硬板674(例如不锈钢板674)接触引线框600的底表面640。然后，坚硬的基底670可被进一步向上抬起，以压缩顺应层672，以使得可在被夹持的面积内抵靠引线框底表面640施加基本平均的压力。图6B是在图6A中示出的窗口夹钳660的仰视图。窗口夹钳660包括窗口夹钳下表面664的部分664a内的表面结构680。图6C是图6B在圆“B”处的放大部分，图6C示出了窗口夹钳660的部分664a内的表面结构680呈锥形(例如，如在图5C-5E中)。图7示出了示例性支撑结构708 (例如砧座708)，包括具有接触表面部分740a的八个抬起的约束特征740 (例如，类似于之前分别相对于图4A-4C、5A-5C和OT-5E描述的抬起的特征/部分440a、540a、540a’)，接触表面部分740a具有形成于其上的表面结构780。因此，砧座708将容纳八个半导体器件(例如见图1A-1B)。引线框(引线)的一部分位于抬起的特征740的峰上，以使得表面特征780将接触器件/引线框的下表面。注意的是，抬起的特征740可被设置为与引线框的抬起的部分对齐。表面特征780可邻近于超声焊接工具所使用的焊接位置，或可不邻近于超声焊接工具所使用的焊接位置，并且表面特征780可包括，例如，金刚砂(嵌入在镍镀层内的金刚石颗粒)、多个或一系列尖锐结构、多个或一系列锥形结构等等(见，例如，图4A-4C、5A-5C、ro-5E、6A-6C和8A-8B)。注意的是，在示例性实施方式中说明和描述的表面结构480a、480b、580、580’、680,780可共同地包括(但不限于)研磨颗粒、一系列机加工结构、传导材料中的一系列电火花机加工(EDM)结构、一系列激光切除结构、一系列锥形结构、一系列尖锐结构等。在一个实施例中，表面结构可直接机加工成砧座、夹钳指和/或窗口夹钳(例如，见图5C-5E)。在这种情况下，砧座或夹钳可包括硬且抗磨损的材料，例如硬化钢、碳化钨、氧化铝陶瓷、部分稳定的氧化锆陶瓷、硅氮化物、或其它类似材料。如果利用传导材料，那么可使用EDM (电火花机加工)工艺创建表面结构。对于传导材料和非传导材料，例如，可使用研磨、超声或激光机加工工艺，以创建表面结构。还可使用粗糙表面抛光(例如，具有粗糙表面抛光的陶瓷、陶瓷砂粒涂层等)。图8A是包括夹紧涂层880的示例性支撑结构的表面的图示。涂层880包括，例如，嵌入在镍镀层898中的不同尺寸的金刚石颗粒896。图SB是图8A的一部分的放大视图，图8B更清楚地示出了镍镀层898中的金刚石颗粒896，以包括金刚石夹紧涂层880。图8A中的示例性长度L3可为I毫米的量级，图SB中的示例性长度L4可为100微米的量级。当然，除去金刚石颗粒以外的颗粒以及除去镍以外的涂层是可以考虑的。金刚石颗粒896的示例性尺寸(例如，在图8B中的Dl、D2和D3)从大约10至30 μ m,大约5至50 μ m，和从大约5至100 μ m。颗粒896的材料的其它实施例包括碳化钨颗粒或嵌入在镀层/涂层(例如，镍镀层/涂层)内的其它类似硬的且抗磨损的颗粒。对于每个示例性实施方式，表面结构480a、480b ；580 ;580’ ；680 ；780 ；880可设计为使得在引线框下表面部分和砧座部分的上表面之间的接触应力可在局部区域内提升。利用例如由基本在引线框接触部分的正上方的指夹钳的接触压力(或由窗口夹钳)引起的附加接触应力，可发生压缩，使得表面结构的引导部处于越过由引线框/半导体器件的下表面限定的基准表面的位置。对于不例性实施方式，其具有窗口夹钳的下表面上的表面结构680或指夹钳的下表面内的表面结构680的可能的用途，抵靠下砧座的引线框的组合压缩类似地导致表面结构680的引导部处于越过由引线框/半导体器件的上表面限定的基准表面的位置。因此，在表面特征区的接触应力越大，进入半导体器件/引线框的表面的表面特·征的穿透越大，且对焊接工具的速度的阻碍越大。也就是说，表面结构的引导表面的至少一部分可在引线框接触部分(例如少量的，如从大约I至10 μ m)嵌入到引线框/半导体器件中。放置所选择的表面结构可依赖于，例如，引线框和封装结构、制造需求、夹钳放置和焊接放置。当本发明的表面结构放置在砧座上时，例如在焊接过程中焊接位置的正下方、在夹钳指接触的区域内，或在其它所需要的区域内，可实现对移动/速度的阻碍。当本发明的表面结构定位在窗口夹钳的底表面上时，其位置可限制于特定区域；然而，在某些应用中，想要的是表面结构广泛地分布在窗口夹钳的底表面上，以接合不同类型的器件(例如，引线框器件)。表面特征还可被定位在，例如，接近超声焊接的位置的区域处，以实现最大的塑性剪切(见下)。当超声焊接工具与引线框/半导体器件接合，以形成焊接时，引线框/器件的上表面或下表面的引线框接触部分可相对于砧座、窗口夹钳和/或具有表面特征的指夹钳移动，或试图移动。这些表面结构的几何形状连同提升的接触应力可引起引线框/器件阻碍在焊接工具的局部区域内的超声激励所引起的速度。这可导致能量的耗散和在表面结构和引线框接触部分之间的界面处的引线框材料的塑性剪切。在焊接过程中的超声激励的连续应用的过程中，可剪切更多的材料，且表面特征可进一步进入器件/弓I线框的表面。在引线框接触部分处的图案、标记或引线框上的破损还可发生在由超声焊接导致塑性剪切处。认真选择在焊接操作过程中用来夹持/保持半导体器件的材料可不仅导致对由焊接工具感应的速度的较高阻碍率，还导致在该工具的超声装载下的低磨损率。这可给予夹持/保持结构更长的寿命和对超声焊接过程中器件的运动/速度更好的阻碍，这可导致夹钳/保持结构设计的简化以及具有更高抗干扰性且稳定的焊接过程。因此，引起塑性剪切(例如，以耗散能量和阻碍焊接工具的速度)所需要的接触应力的量可通过引线框的特性所决定。引线框可由加工硬化铜-铁合金制成。示例性的引线框材料的大致屈服强度在大约300至600N/m2范围内。因此，接触应力可需要超过此屈服强度，以引起静态穿入(嵌入)引线框。此静态穿入的程度可不仅由表面(穿入/嵌入)特征的实际几何形状决定，而且由材料硬度和夹持循环中传递到引线框上的撞击能量所决定。静态穿入(嵌入)的示例性范围在Iym至10 μπι之间，尽管其它范围也可以考虑。进一步，在夹持操作过程中施加至半导体器件/引线框的压力的量可高达且稍微超过构成器件/引线框的材料的屈服强度。然而，操作员一般可施加尽量必要少的压力以实现稳定的焊接，例如，从而延长夹钳工具的寿命。许多引线框由铜、具有镍镀层的铜、铜合金(如铜铁合金)等制成。99. 9%的纯铜的屈服强度为大约70MPa，且示例性的铜铁合金的屈服强度是在大约140MPa范围。对于每个器件利用2至20个夹钳指的示例性的夹持装置，每个夹钳指可施加大约4至60N之间的力，且示例性焊接工具可施加大约2至37N的力。当然，此力的参数可广泛地变化。关于焊接工具力，基于焊接工具是焊接小线缆、或大线缆、还是传导带，焊接工具力可变化。由焊接工具施加的力的示例性范围在大约O. 01至4. ON之间；大约I. O至30. ON之间；和大约I. O至100. ON之间。一般的，接触应力越高，对表面特征接触的局部区域内的运动/速度的阻碍越大，这是因为表面特征趋于进一步穿入引线框或器件表面。然而，当减小接触面积以增加局部 区域内的接触应力时，会降低磨损寿命，从而潜在地引起更大的磨损率，这将减少设计的使用寿命。本领域技术人将能理解的是，任何本文所描述的表面结构/突起(例如，表面结构480a、480b ；580 ;580’ ；680 ;780)可形成为一块单体材料的部分(例如，支撑结构，如用于在焊接过程中支撑引线框部分的砧座、支撑结构的上层等)。进一步，表面结构/突起可以是集成至另一结构(例如，集成至用于在焊接过程中支撑引线框部分的支撑结构)中的个体结构。尽管本文关于具体的实施方式说明和描述了本发明，但本发明不意欲被限制在所示的细节。而是，在权利要求的等同范围和界限内且不脱离本发明的情况下，可在细节上做各种修改。
权利要求
1.用于在线缆焊接操作或带焊接操作过程中的半导体器件的支撑系统，包括 体部分，限定上表面，所述上表面包括上表面接触区，所述上表面接触区配置成在线缆焊接操作或带焊接操作过程中，在下表面接触区支撑半导体器件的下表面的至少一部分；且 多个突起，在所述上表面接触区上。
2.如权利要求I所述的支撑系统，其中所述多个突起配置成在所述线缆焊接操作或带焊接操作过程中，使所述下表面接触区变形。
3.如权利要求I所述的支撑系统，其中所述多个突起配置成，在所述线缆焊接操作或带焊接操作之前的夹持操作过程中，至少部分地嵌入所述下表面接触区中。
4.如权利要求I所述的支撑系统，其中所述多个突起包括金刚石颗粒。
5.如权利要求I所述的支撑系统，其中所述多个突起包括一系列的表面结构。
6.如权利要求5所述的支撑系统，其中所述一系列的表面结构包括一系列的锥形结构。
7.如权利要求5所述的支撑系统，其中所述一系列的表面结构包括一系列的尖锐结构。
8.如权利要求I所述的支撑系统，其中所述多个突起包括以下中的至少一种 研磨颗粒， 一系列机加工结构， 一系列电火花机加工(EDM)结构， 由激光切除形成的一系列结构， 一系列锥形结构，以及 一系列尖锐结构。
9.如权利要求I所述的支撑系统，其中所述半导体器件包括引线框，所述引线框限定所述下表面。
10.用于在线缆焊接操作或带焊接操作过程中的半导体器件的支撑系统，包括 下体部分，限定上表面，所述上表面配置成在线缆焊接操作或带焊接操作过程中支撑半导体器件的底表面的至少一部分； 上体部分，限定下表面，所述下表面配置成在所述线缆焊接操作或带焊接操作过程中在所述半导体器件的接触区接触所述半导体器件的顶表面的至少一部分；以及多个突起，在所述下表面上。
11.如权利要求10所述的支撑系统，其中所述多个突起配置成在所述线缆焊接操作或带焊接操作过程中使所述顶表面变形。
12.如权利要求10所述的支撑系统，其中所述多个突起配置成，在所述线缆焊接操作或带焊接操作之前的夹持操作过程中，至少部分地嵌入所述的顶表面。
13.如权利要求10所述的支撑系统，其中所述多个突起包括金刚石颗粒。
14.如权利要求10所述的支撑系统，其中所述多个突起是形成在所述下表面上的一系列的表面结构。
15.如权利要求14所述的支撑系统，其中所述一系列的表面结构包括一系列的锥形结构。
16.如权利要求14所述的支撑系统,其中所述一系列的表面结构包括一系列的尖锐结构。
17.如权利要求10所述的支撑系统，其中所述多个突起由以下限定 研磨颗粒， 一系列机加工结构， 一系列电火花机加工(EDM)结构， 由激光切除形成的一系列结构， 一系列锥形结构，或 一系列尖锐结构。
18.如权利要求10所述的支撑系统，其中所述上体部分包括窗口夹钳。
19.如权利要求10所述的支撑系统，其中所述上体部分包括一系列夹钳指。
20.如权利要求10所述的支撑系统，进一步包括 多个第二突起，在所述上表面上，其中在所述线缆焊接操作或带焊接操作过程中，所述底表面在所述半导体器件的第二接触区被支撑，所述多个第二突起配置成在所述线缆焊接操作或带焊接操作过程中，使所述底表面变形。
21.如权利要求20所述的支撑系统，其中所述半导体器件包括引线框，所述引线框限定所述顶表面和所述底表面。
22.如权利要求10所述的支撑系统，其中所述半导体器件包括引线框，所述引线框限定所述顶表面。
23.在线缆焊接操作或带焊接操作过程中支撑半导体器件的方法，包括以下步骤 a)提供体部分，所述体部分限定了包括上表面接触区的上表面，所述上表面接触区具有多个突起，所述上表面接触区配置成在线缆焊接操作或带焊接操作过程中，在下表面接触区支撑半导体器件的下表面的至少一部分；且 b)用所述上表面接触区在所述下表面接触区支撑所述半导体器件的所述下表面的所述至少一部分，以使得所述下表面接触区通过所述多个突起变形。
24.如权利要求23所述的方法，其中在步骤b)的过程中，所述多个突起配置成，在所述线缆焊接操作或带焊接操作之前的夹持操作过程中，至少部分地嵌入所述下表面接触区。
25.如权利要求23所述的方法，其中所述多个突起包括金刚石颗粒。
26.如权利要求23所述的方法，其中所述多个突起是一系列的表面结构。
27.如权利要求26所述的方法，其中所述一系列的表面结构是一系列的锥形结构。
28.如权利要求26所述的方法，其中所述一系列的表面结构是一系列的尖锐结构。
29.如权利要求23所述的方法，其中所述多个突起包括以下中的至少一种 研磨颗粒， 一系列机加工结构， 由电火花加工(EDM)形成的一系列结构， 由激光切除形成的一系列结构， 一系列锥形结构，或 一系列尖锐结构。
30.如权利要求23所述的方法，其中所述半导体器件包括引线框，所述引线框限定所述下表面。
31.用于在线缆焊接操作或带焊接操作过程中支撑半导体器件的方法，包括以下步骤 a)提供下体部分，所述下体部分限定上表面，所述上表面配置成在线缆焊接操作或带焊接操作过程中支撑半导体器件的底表面的至少一部分； b)提供上体部分，所述上体部分限定下表面，所述下表面配置成，在所述线缆焊接操作或带焊接操作过程中，在接触区接触所述半导体器件的顶表面的至少一部分，所述下表面包括多个突起；以及 c)在所述线缆焊接操作或带焊接操作过程中，利用所述多个突起使所述顶表面变形。
32.如权利要求31所述的方法，其中所述多个突起配置成，在所述线缆焊接操作或带焊接操作之前的夹持操作过程中，至少部分地嵌入所述顶表面。
33.如权利要求31所述的方法，其中所述多个突起包括金刚石颗粒。
34.如权利要求31所述的方法，其中所述多个突起是形成在所述下表面上的一系列的表面结构。
35.如权利要求34所述的方法，其中所述一系列的表面结构包括一系列的锥形结构。
36.如权利要求34所述的方法，其中所述一系列的表面结构包括一系列的尖锐结构。
37.如权利要求31所述的方法，其中所述多个突起包括以下中的至少一中 研磨颗粒， 一系列机加工结构， 由电火花机加工(EDM)形成的一系列结构， 由激光切除形成的一系列结构， 一系列锥形结构，或 一系列尖锐结构。
38.如权利要求31所述的方法，其中所述上体部分包括窗口夹钳。
39.如权利要求31所述的方法，其中所述上体部分包括一系列夹钳指。
40.如权利要求31所述的方法，其中所述上表面包括多个第二突起，所述上表面配置成，在所述线缆焊接操作或带焊接操作过程中，在第二接触区接触所述半导体器件的所述底表面的至少一部分，所述多个第二突起配置成，在所述线缆焊接操作或带焊接操作过程中，使所述第二接触区处的所述底表面变形。
全文摘要
提供了用于在线缆或带焊接操作过程中的半导体器件的支撑系统。所述支撑系统包括限定上表面的体部分。所述上表面具有上表面接触区，所述上表面接触区配置成，在线缆或带焊接操作过程中，在下表面接触区支撑半导体器件的下表面的至少一部分。所述支撑系统还包括在所述上表面接触区上的多个突起。
文档编号H01L21/60GK102763207SQ201180010723
公开日2012年10月31日 申请日期2011年4月12日 优先权日2010年4月14日
发明者H·亨利·旺特莱斯阔, 乔纳森·M·比亚斯, 西奥多·J·库珀迪特 申请人:奥瑟戴尼电子公司
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