形成线环期间控制键合工具的轨迹的方法

摘要

提供一种确定在线环形成中使用的引线的弧运动的轨迹的方法。所述弧运动位于所述轨迹的第一点(A)和第二点(B)之间。所述方法包括：(1)相对于所述第一点和所述第二点定义枢轴点；(2)确定用于产生所述轨迹的多个数据点，每个所述数据点包括作为时间函数的半径值和角度值，每个所述角度值介于(a)由所述枢轴点和所述第一点(A)定义的第一角度和(b)由所述枢轴点和所述第二点(B)定义的第二角度之间；以及(3)将所述多个数据点转换成可以由引线键合机使用的轨迹数据。

说明书

对相关申请的交叉引用

本申请要求享有于2006年10月27日提交的美国临时申请No.60/863148的权益，通过引用将其内容并入在本文中。

技术领域

本发明涉及半导体器件的引线键合，更具体而言涉及引线键合过程中的受控运动。

背景技术

在半导体器件的处理和封装中，引线键合一直是在封装内的两个位置之间(例如，在半导体管芯的管芯焊盘和导线框架(leadframe)的导线之间)提供电互连的主要方法。更具体而言，利用引线键合器(又被称为引线键合机)在要电互连的相应位置之间形成线环。

一种示例性的常规引线键合工序包括：(1)在从键合工具延伸的引线的末端上形成自由空气球；(2)利用自由空气球在半导体管芯的管芯焊盘上形成第一键合；(3)使一段引线以期望的形状在管芯焊盘和导线框架(leadframe)的导线之间延伸；(4)将引线针脚式键合(stitch bond)到导线框架的导线上；以及(5)切断引线。

当使一段引线在第一键合位置(例如管芯焊盘)和第二键合位置(例如导线框架的导线)之间延伸时，承载引线的键合工具会进行一系列的运动，其中所述运动是为了提供具有期望形状、长度等的线环。键合工具的这一系列运动中通常包括特定的“弧”运动。希望在环形成期间在两点之间保持适当的弧，如果未能恰当地保持弧，则可能会导致若干问题，包括引线倾斜、引线翘曲(wire buckling)和引线中的弯折的位置不可控。于是，希望能够在环形成期间保持两点间的适当的弧。

以来自预定义查找表等的数据形式向引线键合机提供常规的弧运动。这种预定义数据也可以采取一些预定义(即固定)的时基位置函数的形式。不论提供弧运动的常规方法实际形式如何(例如查找表、预定义函数等)，都可能出现一定的不足。例如，希望在线环中形成弧的用户选择可能是最近似于所期望的弧运动的预定义查找表之一。令人遗憾的是，即使选择了最接近的近似，所选的预定义查找表也可能无法为很多弧运动提供所期望的轨迹或所选的预定义查找表可能无法提供对轨迹的足够控制。于是，可能会导致一个或多个前述问题(例如，尤其是引线倾斜、引线屈曲、引线中的弯折的位置不可控)。

因此，希望提供确定在线环的形成中使用的引线的弧运动轨迹的改进方法和相关的引线键合方法。

发明内容

根据本发明的示例性实施例，提供一种确定在线环形成中使用的引线的弧运动的轨迹的方法。所述弧运动位于所述轨迹的第一点和第二点之间。所述方法包括：(1)相对于所述第一点和所述第二点定义枢轴点；(2)确定用于产生所述轨迹的多个数据点，每个所述数据点包括作为时间函数的半径值和角度值，每个所述角度值介于(a)由所述枢轴点和所述第一点定义的第一角度和(b)由所述枢轴点和所述第二点定义的第二角度之间；以及(3)将所述多个数据点转换成可以由引线键合机使用的轨迹数据。

根据本发明的示例性实施例，提供了一种利用引线键合机形成线环以在半导体器件的第一键合位置和第二键合位置之间提供互连的方法。所述方法包括如下步骤：(1)利用键合工具在第一键合位置形成第一键合，使得与所述键合工具接合的引线与所述第一键合是连续的；(2)使一段引线从所述第一键合位置向所述第二键合位置延伸；以及(3)在第二键合位置形成第二键合，使得所述引线从所述第一键合到所述第二键合是连续的。步骤(2)包括在弧运动中移动所述一段引线的至少一部分。步骤(2)还包括确定所述弧运动的轨迹，所述弧运动位于所述轨迹的第一点和第二点之间。确定所述轨迹的步骤包括：(a)相对于所述第一点和所述第二点定义枢轴点；(b)确定用于产生所述轨迹的多个数据点，每个所述数据点包括作为时间函数的半径值和角度值，每个所述角度值介于(a)由所述枢轴点和所述第一点定义的第一角度和(b)由所述枢轴点和所述第二点定义的第二角度之间；以及(c)将所述多个数据点转换成可以由引线键合机使用的轨迹数据。

本发明的方法还可以实现为设备(例如，作为引线键合机智能的一部分)或计算机可读载体上的计算机程序指令(例如，与引线键合机结合使用的计算机可读载体)。

附图说明

通过结合附图阅读以下详细说明可以对本发明有最好的理解。要强调的是，根据惯例，附图中的各个特征不是成比例的。相反，为了清晰起见而任意放大或缩小了各个特征的尺寸。附图中包括以下各图：

图1为线环轮廓的示图，示出了可以根据本发明的示例性实施例确定其轨迹的多个示例性弧；

图2A为利用类似于图1所示的环轮廓形成的线环的侧视图；

图2B为利用类似于图1所示的环轮廓形成的多个线环的透视图；

图3A为根据本发明的示例性实施例的线环的环轮廓的弧运动的示图；

图3B为根据本发明的另一示例性实施例的线环的环轮廓的另一弧运动的示图；

图4为示出了根据本发明的示例性实施例形成的线环的弧运动的示图，提供所述弧运动以与利用常规技术形成的线环的弧运动进行比较；

图5A为示出了针对本发明的特定示例性实施例的角度变化与半径变化关系的曲线图；

图5B为示出了针对本发明的特定示例性实施例的角度变化与半径变化关系的另一曲线图；

图5C为示出了针对本发明的特定示例性实施例的角度变化与半径变化关系的另一曲线图；

图6为流程图，示出了根据本发明的示例性实施例确定在线环形成中使用的引线的弧运动的轨迹的方法；以及

图7为在根据本发明的示例性实施例确定在线环形成中使用的引线的弧运动轨迹过程中所使用的示例性数据转换的方框图。

具体实施方式

根据本发明的示例性实施例，提供一种能够得到弧运动轨迹的方法，该方法涉及到例如利用如下条件计算(例如实时计算)轨迹：(1)弧的起始XYZ位置；(2)弧的结束XYZ位置；(3)用户定义的枢轴点；以及(4)弧的半径函数。所得的轨迹能够控制沿轨迹距用户定义的枢轴点的距离，即，能够控制弧的半径。在本发明的特定示例性实施例中，半径可以是常数，尤其可以将半径控制为角度φ的函数。

例如，在(例如，利用引线键合机的视觉系统、利用操作员对准等)找到第一键合和第二键合位置之后，可以为引线键合机上的每个线环实时产生轨迹数据。这么做是因为每个线环的实际第一和第二键合位置将影响线环的轨迹并从而影响每个弧运动的轨迹。

例如，如果起始位置(例如起始XYZ位置)和结束位置(例如结束XYZ位置)距所选择的枢轴点的距离相等，则轨迹可能沿弧形前进，其中沿着轨迹的任何点距根据本发明的枢轴点的距离将基本相同。在另一个实例中，如果起始XYZ位置和结束XYZ位置距枢轴点的距离不相等，则可以根据本发明提供沿轨迹的半径变化。

通过根据用户定义的数据[例如枢轴点、弧运动的第一(例如起始)点、弧运动的第二(即结束)点等]实时提供两点之间的所期望的成环轨迹，来改进对环运动的控制，这又产生了更理想的环形状和改进的成环性能。其他优点可以包括引线摆动得到改善，环高的一致性得到改善，引线的下垂控制(lay down control)得到改善。

图1为示例性环轮廓图，包括弧1(即第一键合之后不久的弧运动)、弧2、弧3和弧4(即从弧顶到第二键合的弧运动)。当然，图1所示的弧运动本质上是示例性的，可以想到不同的各种弧运动。图2A-2B是利用类似于图1所示的环轮廓形成的线环的侧视图和透视图。更具体而言，图2A-2B示出了在第一键合位置(例如半导体管芯100的管芯焊盘)和第二键合位置(例如导线框架110的导线)之间提供电互连的线环120。当然，第一和第二键合位置不限于任何特定位置(例如，第一键合位置可以是导线框架的导线，第二键合位置可以是管芯焊盘，第一和第二键合位置中的每一个可以是管芯至管芯键合中的管芯焊盘，等等)。

图3A是根据本发明的示例性实施例的线环的环轮廓的弧运动的示图。与图1(其示出了示例性线环的完整环轮廓，其包括四个不同的弧运动)相反，图3A示出了远离环轮廓的其余部分提供的单个弧300。于是，弧300可以是给定线环中的在点A和点B之间的任何位置的弧运动。如图3A所示，仅以二维(沿着X-Z轴)示出所示的弧，并且沿着弧距原点的半径为常数。更具体而言，半径R_A从枢轴点(在这种情况下为原点)沿着Z轴延伸100密耳到达点A。同样地，半径R_B从枢轴点沿着X轴延伸100密耳到达点B。在该实例中，沿着弧300上的所有点，弧300的半径都是相等的(即，沿着弧300半径基本恒定为100密耳)。尽管相对简单，但这种弧是可以根据本发明计算出其轨迹的弧的实例。

图3B是根据本发明的另一示例性实施例的线环的环轮廓的另一弧运动310的示图。在该实例中，弧运动310介于线环顶部(也被称为“TOL”)和第二键合之间。如图3B所示，仅以二维(沿着X-Z轴)示出所示的弧；然而，与图3A所示的弧相反，沿着图3B中的弧半径并不恒定。即，在所示的实例中，R_A(即枢轴点和第一点A之间的半径长度)不等于R_B(即枢轴点和第二点B之间的半径长度)。

更具体而言，图3B示出了点A和B之间的弧运动310的示例性期望轨迹，其中利用如下条件确定所期望的弧轨迹：(1)从枢轴点(在该实例中枢轴点为原点)到点A和B中的每一个点的半径，以及(2)角度和在该实例中，从Z轴计算角度(即，Z轴是用于计算角度的基准线的实例)。于是，是Z轴和R_A之间的角度。此外，是Z轴和R_B之间的角度。最后，为和之间的角度变化。

参考图3B所示的实例，为了确定弧运动310的实际轨迹，可以将时基函数(time based function)应用于特定的已知信息(例如R_A、R_B、ΔR、)。例如，可以利用诸如下面提供的表达式确定作为时间函数的半径[即R(t)]和作为时间函数的角度[即]：

R(t)＝(R_A)+(ΔR*P(t))    方程1

方程2，

其中R(t)表示作为时间函数的半径变化(即R_A和R_B之间的半径变化)；ΔR为R_A和R_B之间的半径变化；P(t)、Q(t)是用于确定实现半径和角度变化的方式的时基函数；表示作为时间函数的角度变化(即和之间的角度变化)；为和之间的半径变化。当然，要按照需要为给定的弧运动和特定应用选择函数P(t)、Q(t)。实际上，如果需要，则可以将在常规弧运动轨迹中使用的时基函数用于P(t)、Q(t)。在一个实例中，P(t)可以与Q(t)相同，从而在R(t)和之间存在线性关系(例如图5A中的曲线500)。

现在参考图3B所示的示例性弧/轨迹310来描述确定所期望的弧运动(即，引线中的弯曲的期望轨迹)的示例性方法。根据示例性步骤来描述该方法；然而，要理解这些步骤在本质上是示例性的，在本发明的范围内可以省去、增加或改变某些步骤。此外，在本发明的范围内可以改变某些步骤的顺序。

步骤1：选择枢轴点。示例性枢轴点可以是在第一键合处的键合工具尖端的XYZ位置。另一示例性枢轴点可以是在第一键合之后形成的短弯曲之后的键合工具尖端的XYZ位置(例如图1中的弧1)。另一示例性枢轴点可以是在引线的受热量影响的区域的末端处的键合工具尖端的XYZ位置。可以选择若干其他枢轴点中的任何一个。例如，可以基于诸如引线长度、沿引线的弯曲位置、管芯高度、引线的特性等因素选择枢轴点。在图3A-3B所示的示例性轨迹中，枢轴点为二维平面(X-Z)中的原点(0，0)。当然，要理解可以在三维空间(XYZ)中计算所期望的轨迹，在这种情况下，可以选择三维原点或其他枢轴点(X，Y，Z)。

步骤2：结合所选的枢轴点确定半径和相关的角度。例如，在图3B中，该数据包括(R_A，)和(R_B和)。同样，以二维方式提供该实例；然而，也可想到三维实施例(例如，第三维是进入图3B页面中的y轴)。

步骤3：确定作为时间函数的半径和角度。更具体而言，在多个时间增量中的每一个处，确定角度的值(例如，和之间的角度的值)和半径的值(例如，R_A和R_B之间的半径R的值)。例如，可以采用如上文所提供的示例性方程1和2中的所选时基函数[例如P(t)和Q(t)]来确定角度和半径的值。同样，以二维方式提供该实例；然而，也可想到三维实施例。

步骤4：将来自步骤3的时基数据[例如R(t)和]转换成可以用在引线键合机的轨迹中的数据。更具体而言，在图3B的实例中，这可以是x(t)和z(t)；然而，在三维实例中，这可以是x(t)、y(t)和z(t)。于是，有了该数据，就确定了所期望的轨迹。

尽管上文结合图3B所述的实例(即步骤1-4)是本发明的特定实施方式，但本发明不限于该实施方式。例如，弧运动轨迹的确定不限于任何特定方法，显然，上文关于图3B所述的方法(包括方程1和2)在本质上是示例性的和说明性的。此外，可以利用若干系统中的任何一种确定/计算所期望的轨迹与时间的关系，这些系统尤其包括笛卡儿坐标、极坐标、球面坐标、这些坐标系的组合。

图4为示出了根据本发明确定的轨迹(被示为实线的弧410)以及从常规查找表中选择的示例性轨迹(被示为虚线的弧400)的示图。从图4可以看出，常规的轨迹(虚线400)没有遵循所期望的弧运动(实线410)。利用常规的方法可能会导致诸如弧运动期间的引线屈曲和引线压缩(wirecompression)的问题。这种引线压缩可能导致引线颈部区域屈曲和倾斜。相反，实线(根据本发明的示例性实施例的弧410轨迹)趋向于保持引线笔直且不屈曲。期望的结果是在第二键合处倾斜较小、引线翘曲较小且引线下垂较小。

图4中还示出了包括数据点C的弧415。在本发明的特定示例性实施例中，无论为确定弧的轨迹而采用的时基函数如何，(除了第一点A和第二点B之外)还可能希望选择弧的第三个点。在图4中，点C代表被选定要包含在弧的轨迹中的第三个点。因为轨迹中包含点C，所以根据本发明的该示例性实施例确定的实际轨迹对应于弧415(与前述弧410相反)。

如上所述，在本发明的特定示例性实施例中，可以将半径控制为角度的函数。这可以用很多方式来实现，在此参考图5A-5C描述其特定实例。

图5A是示出了针对本发明的特定示例性实施例的角度变化(即从到的变化)与半径变化(ΔR，即从R_A到R_B的变化)关系的曲线图。在将特定关系应用于半径变化和角度变化的本发明的示例性实施例中[例如，当方程1和2中的时基函数P(t)和Q(t)相同时]，如在图5A所示的线段500中那样，角度变化和半径变化之间的关系将是线性的。在这种实例中，没有将半径控制为角度的函数，因为关系是线性的。然而，这种线性关系不是必然的。在特定应用中，可能希望使轨迹经过特定点(例如，诸如图4中的点C的第三点)，即使在应用给定的时基函数时该点不是正常计算得到的轨迹的部分也是如此。于是，在选择这样的第三点使其包含在轨迹中时(或者在选择多个额外的点使其包含在轨迹中时)，半径变化和角度变化之间的关系可能变为非线性。例如，在图5A中，在选择第三点(例如图4中的点C)使其包含在轨迹中时，点510用来表示变化的关系。实际上，曲线520(其经过点510)是由于轨迹中包含第三点而产生的半径变化和角度变化之间的新关系。如图5A所示，点510对应于沿曲线520的半径值R_C和角度值因为对于曲线520而言，半径变化之间的关系是非线性的，所以可以说半径被控制为角度的函数(或反之亦然)。

然而，除了选择第三点(或多个额外点)使其包含在轨迹中之外，还有各种将半径控制为角度的函数的方式。图5B-5C示出了用于将半径控制为角度的函数的一些额外的示例性实施例。

如上文关于图5A所述，图5B再次示出了线段500，其示出了角度变化与半径变化之间的示例性线性关系。还示出了若干其他曲线530、540和550。额外的曲线530、540和550代表应用于角度变化与半径变化关系的各种比例系数/曲率系数，使得角度变化与半径变化之间的关系不再是线性的。

图5C再次示出了线段500，其示出了角度变化与半径变化之间的示例性线性关系。还示出了若干其他曲线560、570和580。额外的曲线560、570和580代表应用于角度变化与半径变化关系的各种斜扭系数，使得角度变化与半径变化之间的关系不再是线性的。

图6为流程图，示出了根据本发明的示例性实施例确定在线环形成中使用的引线的弧运动的轨迹的方法。如本领域技术人员所理解的那样，可以省略该流程图中所包括的某些步骤；可以增加某些额外步骤；并且可以改变步骤的次序而与所示的次序不同。在步骤600，针对第一点和第二点定义枢轴点。例如，在图3B中，将枢轴点定义为原点。在步骤602，确定多个数据点用于产生轨迹。例如，在图3B中，多个数据点是指沿弧310的多个点。每个数据点在给定时间包括半径值和角度值，从而通过时基函数[例如R(t)和]提供每个半径值和角度值。每个角度值[例如]介于(a)由枢轴点和第一点定义的第一角度(例如由枢轴点和点A定义的)和(b)由枢轴点和第二点定义的第二角度(例如由枢轴点和点B定义的)之间。在步骤604，将多个数据点转换成可以由引线键合机使用的轨迹数据。例如，数据点可以采用第一种形式(例如，诸如作为时间函数的半径值和角度值的极坐标)；然而，引线键合机可以使用采用了另一种不同形式的轨迹数据[例如，诸如x(t)，y(t)和z(t)的笛卡儿坐标]。

当然，可以提供不同的或额外的步骤。例如，图6所示的方法可以包括在轨迹应经过的第一点和第二点之间定义第三点“C”(或第三点和第四点，或任意数量的额外点等)的步骤，其中定义第三点的步骤在步骤602之前进行。在这种情况下，可以定义额外的参数。这种参数例如可以包括R_C和当然，使用第三点会造成本文所述的示例性时基函数的应用变化[例如，诸如结合上文中的方程1和2描述的P(t)和Q(t)的时基函数]。

如上所述，本发明的示例性实施例可以是利用引线键合机形成线环以在半导体器件的第一键合位置和第二键合位置之间提供互连的方法。例如，这种方法包括如下步骤：(1)利用键合工具在第一键合位置形成第一键合，使得与键合工具接合的引线与所述第一键合是连续的(例如，在图2-3所示的线环120和半导体管芯100的互连处示出了示例性的第一键合)；(2)使一段引线从第一键合位置向第二键合位置延伸；以及(3)在第二键合位置形成第二键合，使得引线从第一键合到第二键合是连续的(例如，在图2-3所示的线环120和导线框架110的互连处示出了示例性第二键合)。步骤(2)包括在弧运动中移动所述一段引线的至少一部分，其中可以根据本文的教导(例如根据图6所示的方法)确定弧运动的轨迹。

图7为在根据本发明的示例性实施例确定在线环形成中使用的引线的弧运动轨迹过程中所使用的示例性数据转换的方框图。当然，在本发明的范围内可以想到其他的数据转换。再次参考图7，在方框700，所示的数据包括用于所选枢轴点的位置数据(即，PP_x，PP_y和PP_z)、用于第一点的位置数据(即A_x，A_y和A_z)以及用于第二点的位置数据(即B_x，B_y和B_z)。在图3B所示的实例中，方框700处的该数据涉及枢轴点、点A(即第一点)和点B(即第二点)中的每一个的位置数据。在方框710，因为已经使用位置数据(例如枢轴点、第一点和第二点的位置数据)定义枢轴点和第一点之间的第一半径(即图3B中的R_A)、基准线和第一半径之间的第一角度(即图3B中的)、枢轴点和第二点之间的第二半径(即图3B中的R_B)、以及基准线和第二半径之间的第二角度(即图3B中的)，所以已经进行了数据转换。

在方框720，进行另一次数据转换。更具体而言，确定多个数据点用于产生轨迹，其中每个数据点包括作为时间函数的半径值和角度值[例如R(t)和]。例如，可以通过采用如上文中的示例性方程1和2所示的时基函数来确定这些数据点。在方框730，将数据点(包括作为时间函数的半径值和角度值)转换成可以由引线键合机使用的轨迹数据。例如，将数据点从极坐标[例如R(t)和]转换成笛卡儿坐标[例如x(t)，y(t)和z(t)]。

当然，如果预先确定了包含在轨迹中的额外数据点(例如如上所述的第三数据点“C”)，那么图7所示的数据变换将相应地改变。例如，方框700还可以包括额外数据点的位置数据[例如C_x，C_y，和C_z]。同样地，方框710还可以包括额外数据点的半径和角度信息[例如R_C和]。

尽管以二维形式(例如图3A、3B和4中的Z与X)给出了本文所示的本发明的特定示例性实施例，但要理解本发明可以利用三维构思出实施例。例如，图4所示的曲线410和415可以仅仅是二维的(即，沿y轴没有变化)；然而，图4所示的曲线410和415也可以呈现出y轴分量(即，曲线可以延伸到页面内和/或从页面向外延伸)。

可以将本发明的技术实现在多种可选介质中。可以将所述技术作为软件安装在现有计算机系统/服务器(与引线键合机结合使用或集成在一起的计算机系统)上。此外，可以从包括与所述技术相关的计算机指令(例如计算机程序指令)的计算机可读载体(例如固态存储器、光盘、磁盘、射频载波介质、音频载波介质等)运行所述技术。

虽然在本文中参考特定实施例对本发明进行了举例说明和描述，但本发明并非旨在限于所示的细节。相反，在权利要求的等价物的范围内且在不背离本发明的情况下可以在细节上做出各种修改。