專利名稱：直線分離軸金屬絲接合器的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及金屬絲接合設備，尤其涉及接合工具相對于裝置的定位。
背景技術：
金屬絲接合方法及機器作為一種將金屬絲接合到半導體的實用的適宜的方法而廣泛使用。在半導體制造過程中使用金屬絲接合器的一個例子是將半導體管芯直接附著到電路襯底。該襯底包括許多終止于襯墊的跡線，這些襯墊相鄰于管芯所要安裝的位置。管芯本身包括許多將要電連接到電路板上的襯墊的管芯襯墊。使用金屬絲接合器將直徑典型地在0.00051至0.030英寸之間的導線依次附著到每一個管芯襯墊及電路板上的襯墊。管芯的布局及襯墊的位置要求在不同的X、Y及Z軸位置(即三維空間中)形成金屬絲接合。
現(xiàn)已開發(fā)利用存儲的位置數(shù)據(jù)為每一個金屬絲接合的自動金屬絲接合器。金屬絲接合器采用位置數(shù)據(jù)控制接合操作。普通的接合器使用隨著可沿X、Y軸方向平移的半導體工作臺而可沿Z軸方向(例如，垂直方向)直線或旋轉移置的金屬絲接合頭。采用三個高速馬達(各對應一個運動方向)將半導體裝置及接合工具定位在適當?shù)奈恢谩?br> 接合機器的速度通常用每小時完成的單元數(shù)量或每小時接合的金屬絲數(shù)量來測量。降低半導體產(chǎn)品制造成本的一種途徑是提高接合機器的速度以增加每個小時生產(chǎn)的單元數(shù)量?，F(xiàn)有機器的高速度需要接合頭及工作臺以10到12g’s的加速度移動。由于在移動接合機器的不同組件中涉及的巨大質量及慣性，難以在該范圍以上提高加速度。
因此，有必要提供一種改進的高速金屬絲接合機器。

發(fā)明內容
本發(fā)明的代表性具體實施方式
提供一種用于將金屬絲接合到半導體裝置的金屬絲接合機器。該金屬絲接合機器包括其上安裝有接合工具的金屬絲接合頭。該接合工具用于將金屬絲末端附著到半導體裝置。一個接合頭運輸系統(tǒng)沿垂直方向平移接合工具且沿第一水平軸平移接合工具。一個工作臺支撐至少一個需要金屬絲接合的半導體裝置。一個工作臺運輸系統(tǒng)沿第二水平軸方向平移半導體裝置。本發(fā)明的另一代表性的具體實施方式
提供一種將金屬絲接合到裝置的方法。該方法包括將需要金屬絲接合的裝置支撐在工作臺上、及用一個工作臺運輸系統(tǒng)沿第一水平軸移動所述的裝置。該方法還包括用一個接合頭運輸系統(tǒng)沿第二水平軸及沿垂直軸移動金屬絲接合頭。該方法還包括將金屬絲接合到所述裝置。
可以理解的是，所述裝置借助工作臺運輸系統(tǒng)沿工作臺的運動是指在金屬絲接合操作過程中的移動(如精確移動)。例如，可以將多個半導體裝置(如管芯)置于工作臺上一通用位置。在金屬絲接合操作過程中，工作臺運輸系統(tǒng)沿水平軸將這些裝置移動到沿用于接合的軸的精確位置。根據(jù)本發(fā)明的某些代表性的具體實施方式
，工作臺運輸系統(tǒng)可以與一通用運輸系統(tǒng)結合，該通用運輸系統(tǒng)用于將裝置沿水平軸移動到一通用位置。
根據(jù)下面的結合附圖對代表性具體實施方式
的具體描述，本發(fā)明的前述及其它特征和優(yōu)點將會變得更加明顯。可以預見，本發(fā)明可以在很多方面作出不脫離本發(fā)明的變更。因此，附圖及說明書實際上被當作為示例性的，而非限制性的。


為了舉例說明本發(fā)明，附圖示出較佳具體實施方式
；然而，應當理解，本發(fā)明并不限于圖中所示精確的結構及裝置。
圖1為本發(fā)明代表性具體實施方式
的金屬絲接合機器的立體圖；圖1a為圖1中的金屬絲接合機器的局部放大圖；圖2為本發(fā)明代表性具體實施方式
的金屬絲接合機器的俯視平面圖；圖3圖2中的本發(fā)明代表性具體實施方式
的金屬絲接合機器的俯視平面圖，其示出接合頭位于不同的位置并對準不同的工件；圖4為本發(fā)明代表性具體實施方式
的具有兩個用于平移工件的通道的金屬絲接合機器的俯視平面圖，其示出金屬絲接合頭對準一個通道(通道B)上的工件；圖5為圖4中所示的本發(fā)明代表性具體實施方式
的金屬絲接合機器的俯視平面圖，其示出接合頭對準另一通道(通道A)上的工件；圖6為本發(fā)明代表性具體實施方式
的具有用于平移工件的兩個通道及照相機的金屬絲接合機器的俯視平面圖；圖7為本發(fā)明代表性具體實施方式
的具有用于平移工件的兩個通道及照相機的金屬絲接合機器的俯視平面圖，其示出接合頭及工件在一水平面中的移動方向，而接合頭及照相機位于不同的位置并對準不同的工件；圖8為具有一固定的上游照相機的本發(fā)明另一代表性具體實施方式
的立體圖；圖9為本發(fā)明代表性具體實施方式
的示意圖，其示出本發(fā)明提供的多加工能力；圖10本發(fā)明代表性具體實施方式
的將金屬絲接合到裝置的方法的流程圖。
具體實施例方式
這里所使用的半導體裝置這一術語是指包括半導體管芯、半導體芯片、集成電路、襯底、印刷電路板(PCB)、互連結構等許多裝置中的任何一種及任何其它需要金屬絲接合的裝置。
這里所使用的術語“接合頭運輸系統(tǒng)”及“工作臺運輸系統(tǒng)”是指可以提供所需運動的任何設備/機械裝置。同樣地，它們并不限于在此描述的代表性結構。
參照附圖，在所有的附圖中，相同或類似的元件使用同一標號，圖1及1a是本發(fā)明代表性具體實施方式
的金屬絲接合機器10的一部分的立體圖。金屬絲接合機器10包括其上附有接合工具14的金屬絲接合頭12，該接合工具14用于將金屬絲分配和/或引導到工件20(例如，襯底、印刷電路板、管芯、芯片、互連結構等)。金屬絲接合頭12的許多具體特征是本領域常規(guī)的且不是理解本發(fā)明所必需的。因此，在本申請中不作討論。同樣地，金屬絲接合機器的許多方面是常規(guī)的，因此，在此也不描述。本領域的技術人員熟悉這些組件的通常結構及布置并可以輕易地將在此提供的教示應用到這些機器上。
接合頭12位于高速運輸系統(tǒng)16的上方，在圖1及1a所示具體實施方式
中，該高速運輸系統(tǒng)16可以包括一組常規(guī)的導軌18及電機驅動器(未圖示)，用于相對于接合頭12平移工件20(如半導體裝置)。任何高速金屬絲接合運輸系統(tǒng)均可應用在本發(fā)明中。工件20安裝在包括工件夾具24的工作臺22上，該工件夾具24固持一個或多個工件20。圖1中所示的料架搬運裝置30可以向高速運輸系統(tǒng)16供應工件夾具24(或料架)。
在圖1及1a的具體實施方式
中，高速運輸系統(tǒng)16沿平行于箭頭“X”所示的軸的方向平移工件20。另一高速運輸系統(tǒng)32沿平行于箭頭“Y”所示的另一軸的方向平移接合頭12。用于圖1中所示的接合頭12的代表性的運輸系統(tǒng)32包括導軌34及電機驅動器36。在一個代表性的具體實施方式
中，用于平移接合頭12的電機驅動器僅沿一個方向驅動且直接安裝到接合頭12上。
接合頭12通過常規(guī)的附件安裝到接合機器10上，該附件許可接合工具14相對于工件20垂直(例如沿平行于箭頭“Z”所示的軸的方向)移動。本發(fā)明可采用美國專利第4,266,710號描述的一種類型的安裝布置，該專利揭示的全部內容引用在此以作為參考。附圖示出另一具體實施方式
。安裝布置可以包括樞轉或鉸鏈安裝，該樞轉或鉸鏈安裝許可接合工具14沿Z軸方向上下移動(朝向及遠離工件20)以許可金屬絲在不同的垂直位置接合到工件20(如半導體裝置20)上。本領域的技術人員熟悉這些安裝布置及用于垂直定位接合工具的其它機構，因此，沒有必要進一步討論。接合頭軸12上還附有照相機/光學系統(tǒng)26以提取金屬絲接合過程中使用的位置數(shù)據(jù)。本發(fā)明可以容易地與許多現(xiàn)有的金屬絲接合器結合，如庫力索法(Kuliche and Soffa)的8028型球接合器(Ball Bonder)或Maxμm集成電路球接合器(MaxμmIC Ball Bonder)。
在通常的X-Y軸系統(tǒng)中，用于一個軸尤其是Y軸的支撐系統(tǒng)及驅動馬達必須由其它的軸運載，因此，顯著地增加了動態(tài)振動模并使驅動負荷加倍。在圖1所示的具體實施方式
中，X軸垂直于Y軸且X軸及Y軸位于垂直于Z軸的平行平面內(例如水平面)。圖1中的接合機器10將工件20的X軸位置控制與接合頭12的Y軸及Z軸位置控制分離。這樣使接合頭12的移動質量減小到小于現(xiàn)有連接頭的一半，反過來減小了接合機器10的功率及動態(tài)要求。
參照圖2-3，其示出接合頭12及工件20a、20b相互之間的相對運動。圖2示出接合頭12特別是接合工具14相對于工件20的第一位置。圖3示出接合頭12及接合工具14相對于工件20b的第二位置。
在圖2中，接合頭12定位使接合工具14位于工件20a的上方以在工件20a上進行接合操作。為在工件20b上實行接合操作，沿X軸(例如，向圖中的左邊)移動工件夾具24(具有工件20)并沿Y軸(例如，向圖中的上方)移動接合頭12以將接合工具14定位在工件20b的上方。
如上所述，本發(fā)明通過沿導軌18平移工作臺22控制工作臺22(及，例如，工件20)沿X軸的平移。較佳地，使導軌18完全在接合頭12的下方延伸，因此，工作臺22的行程是從圖中左側到右側的直線路徑并離開接合機器10。在工件夾具24的工件20上的工作完成之后，在下一個工件夾具24從左側移入接合機器10時，工件夾具24可以移到圖中的右側并離開接合機器10。
參照圖4-5，其示出本發(fā)明另一個具體實施方式
的金屬絲接合機器40的俯視圖，該金屬絲接合機器40具有用于平移工件20的兩條通道，通道A及通道B。在本發(fā)明的這個具體實施方式
中，具有平行運動的兩個工作臺22a、22b，通道A及B上各有一個。通道A包括用于平移工件夾具24a的導軌18a及電機驅動器(未圖示)。通道B包括用于平移工件夾具24b的導軌18b及電機驅動器(未圖示)。
使用多通道通過將部件平行移入及移出可接合的區(qū)域而不停止附著金屬絲的過程而加快制造過程。例如，參照圖4，平行的多個工作臺22a、22b允許在接合頭12將金屬絲附著到通道B上的工件20x上時工作臺22a的過程運動，使通道A上的工件20y可以移入接合位置。
在圖4中，金屬絲接合頭12對準通道B上的工件20x。當接合頭12將金屬絲附著到工件20x上時，通道A上的工件夾具24a移入接合位置。一旦工件20x上的金屬絲接合完成，接合頭12接著移動到通道A并對準工件夾具24a上的工件20y以將金屬絲附著到工件20y上，如圖5所示。當接合頭12將金屬絲附著到通道A上的工件20上時，通道B上的工件夾具24b可以移出接合機器40且一個新的工件夾具可以定位在通道B上。接合機器40可以在通道A與通道B之間類似地交替以幾乎連續(xù)地附著金屬絲而不需要等待工件20的過程定位。
圖6中的接合機器60包括一照相機50。機器60還包括兩個平行的工作臺22a、22b且照相機50安裝在一運輸系統(tǒng)52上，該運輸系統(tǒng)52沿Y軸的方向運載照相機50。機器60使用兩個工作臺22a、22b，可在將金屬絲接合附著到一個工作臺22a上時在另一個工作臺22b上包裝分度。
當工作臺22a、22b沿X軸移動工件20時，照相機50沿Y軸方向橫向掃描工作臺22a、22b中的一個或兩者。使用現(xiàn)有的軟件來檢索、存儲及提取接合頭所使用的位置數(shù)據(jù)。因此，沒有必要在此對該軟件作進一步的討論。接合頭12上可以安裝一個附加的簡單的固定焦距照相機28，因此，該照相機28隨著接合頭12一起移動。照相機50用于收集視點及接合位置數(shù)據(jù)。接著用接合頭12上的照相機在附著金屬絲接合之前驗證裝置位置。這樣可在將金屬絲接合附著到一個工作臺22a上時，在另一個工作臺22b上進行分度及視覺識別。
照相機50記錄/存儲與工件20相關的圖象數(shù)據(jù)。具體地說，照相機50存儲工件20的位置數(shù)據(jù)例如X-Y位置及方向，和/或工件20上的接合位置。數(shù)據(jù)被輸入到微處理器或類似的控制器用于控制接合頭12及接合工具14。
參照圖6，當接合頭12將金屬絲附著到通道B上的一個工作臺22b上的一個或多個工件上時，照相機50獲取并處理通道A上的另一個工作臺22a上的一個或多個工件20上的全部視覺數(shù)據(jù)。當金屬絲接合機器60完成將金屬絲附著到通道B上的工件上時，上游的照相機系統(tǒng)已經(jīng)完成獲取及處理將金屬絲附著到通道A上的工件上所需要的全部數(shù)據(jù)。接著接合頭12移動到通道B并僅僅提取登記圖象(基準的)以開始將金屬絲附著到通道A上的工件上。
圖7示出在交替通道上的這些處理。這些處理在通道A與通道B之間連續(xù)地交替，因此，工作臺22轉換、圖象獲取及處理與附著金屬絲的附著重疊。這樣，根據(jù)工件20的布局，可以使機器的生產(chǎn)能力增加一倍多。
在圖8示出的具體實施方式
中，照相機50是固定的行掃描照相機。反之，照相機不移動，當下游的裝置正在接合時，通過行基準檢索與行上的整個工作臺相關的信息。
上面描述了本發(fā)明用在形成金屬絲互連的金屬絲接合頭上，本發(fā)明還可以與其它的金屬絲接合裝置一起使用，例如球/楔接合器、取放頭、環(huán)氧樹脂分配及固化系統(tǒng)、清潔頭或激光/等離子體存放頭。圖9示出本發(fā)明的多處理能力。本領域的技術人員可以容易地與這些系統(tǒng)中的任何一個一起實施本發(fā)明。
圖10示出將金屬絲接合到裝置的方法的流程圖。在步驟1000中，將需要金屬絲接合的裝置(例如，印刷電路板、襯底、管芯、芯片、互連結構等)支撐在工件臺上。在步驟1002中，用工作臺運輸系統(tǒng)沿第一水平軸移動裝置。在步驟1004中，使用接合頭運輸系統(tǒng)沿第二水平軸(例如，高出地面的水平軸)及沿垂直軸移動金屬絲接合頭。在步驟1006中，將金屬絲接合到裝置。在供選擇的步驟1008中，用另一工作臺運輸系統(tǒng)沿第三水平軸移動需要金屬絲接合的另一裝置。在供選擇的步驟1010中，使用接合頭運輸系統(tǒng)沿第二水平軸及沿垂直軸朝向所述的另一裝置移動金屬絲接合頭。在供選擇的步驟1012中，將金屬絲接合到該另一裝置。
圖10示出的方法可以包括上述的關于本發(fā)明其它具體實施方式
的其它步驟，例如，與金屬絲接合操作相關而使用照相機。而且，很明顯，所述步驟的順序并不限于圖10所示出的。
上面所述的關于圖10的步驟(包括或不包括上述的附加步驟)可以在許多其它的介質中實施。例如，該方法可以作為軟件安裝在現(xiàn)有的計算機系統(tǒng)/服務器(與金屬絲接合機器一起使用或一體的計算機系統(tǒng))上。而且，該方法可以從計算機可讀載體(例如，硬盤、光盤、磁盤、射頻載體介質、音頻載體介質等)操作，該計算機可讀載體包括與將金屬絲接合到裝置的方法相關的計算機指令(例如，計算機程序指令)。
本發(fā)明可以以其它的特定形式實施而不脫離本發(fā)明的精神及實質特征，相應地，本發(fā)明的保護范圍由附屬的權利要求界定而不是由前述的說明書界定。
權利要求
1.一種用于將金屬絲接合到半導體裝置的金屬絲接合機器，其特征在于，所述的金屬絲接合機器包括其上安裝有接合工具的金屬絲接合頭，所述的接合工具用于將金屬絲末端附著到半導體裝置；接合頭運輸系統(tǒng)，用于在垂直方向且直線地沿第一水平軸平移所述的接合工具；工作臺，用于支撐需要金屬絲接合的半導體裝置；工作臺運輸系統(tǒng)，用于沿第二水平軸平移所述的半導體裝置。
2.如權利要求1中所述的金屬絲接合機器，其特征在于，所述的第一水平軸及第二水平軸基本上互相垂直。
3.如權利要求1中所述金屬絲接合機器，其特征在于，所述的第一水平軸及第二水平軸位于基本上平行的平面內。
4.如權利要求1中所述的金屬絲接合機器，其特征在于，還包括第二工作臺，用于支撐需要金屬絲接合的另一半導體裝置；及第二工作臺運輸系統(tǒng)，用于沿第三水平軸平移所述另一半導體裝置。
5.如權利要求4中所述的金屬絲接合機器，其特征在于，所述第二軸及第三軸基本上平行。
6.如權利要求4中所述金屬絲接合機器，其特征在于，還包括照相機，用于獲取需要金屬絲接合的半導體裝置的位置數(shù)據(jù)；照相機運輸系統(tǒng)，用于沿水平軸平移所述照相機。
7.如權利要求6中所述金屬絲接合機器，其特征在于，還包括第二照相機，用于獲取需要金屬絲接合的半導體裝置的位置數(shù)據(jù)，所述的第二照相機固持到所述的接合頭。
8.如權利要求1中所述的金屬絲接合機器，其特征在于，所述半導體裝置與至少一個其它半導體裝置一起位于料架內。
9.如權利要求8中所述的金屬絲接合機器，其特征在于，還包括用于將料架供應給工作臺運輸系統(tǒng)的料架搬運裝置。
10.如權利要求1中所述的金屬絲接合機器，其特征在于，還包括照相機，用于獲取需要金屬絲接合的半導體裝置的位置數(shù)據(jù)；照相機運輸系統(tǒng)，用于沿水平軸平移所述照相機。
11.如權利要求10中所述的金屬絲接合機器，其特征在于，還包括第二照相機，用于獲取需要金屬絲接合的半導體裝置的位置數(shù)據(jù)，所述的第二照相機固持到所述的接合頭。
12.一種將金屬絲接合到需要金屬絲接合的裝置的方法，所述的方法包括下列步驟將需要金屬絲接合的裝置支撐在工作臺上；用工作臺運輸系統(tǒng)沿第一水平軸移動所述的裝置；用接合頭運輸系統(tǒng)沿第二水平軸及沿垂直軸移動金屬絲接合頭；及將金屬絲接合到所述裝置。
13.如權利要求12中所述的方法，其特征在于，所述沿第一水平軸移動所述裝置的步驟及沿第二水平軸移動金屬絲接合頭的步驟包括在基本上互相垂直的方向上移動所述裝置及所述的金屬絲接合頭。
14.如權利要求12中所述的方法，其特征在于，還包括下列步驟用另一工作臺運輸系統(tǒng)沿第三水平軸移動需要金屬絲接合的另一裝置；用接合頭運輸系統(tǒng)沿所述的第二水平軸及沿垂直軸朝向所述的另一裝置移動所述的金屬絲接合頭；及將金屬絲接合到所述的另一裝置。
全文摘要
本發(fā)明提供一種用于將金屬絲接合到半導體裝置的金屬絲接合機器。該金屬絲接合機器包括其上安裝有接合工具的金屬絲接合頭。所述的接合工具用于將金屬絲末端附著到半導體裝置。一個接合頭運輸系統(tǒng)在垂直方向上平移接合工具并沿第一水平軸平移接合工具。一個工作臺支撐至少一個需要金屬絲接合的裝置。一個工作臺運輸系統(tǒng)沿第二水平軸平移所述的半導體裝置。
文檔編號B23K31/02GK1694235SQ200510068139
公開日2005年11月9日 申請日期2005年4月27日 優(yōu)先權日2004年5月5日
發(fā)明者戴維·T·貝亞特桑, E·沃爾特·弗拉施 申請人:庫力索法投資公司