CN212461621U - 一种微导线连接装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型专利公开了一种微导线连接装置，属于电化学加工技术领域。该装置包括电沉积单元、芯片定位单元、溶液循环单元、Z向移动单元、水平移动单元。其中，电沉积单元由喷头、喷头盖、环状阳极和套管组成。装配后，套管的圆锥部位的内表面和与之配合的喷头的圆锥部位的外表面形成下端开放、上端密封的空腔。泵开始工作时，电解液从电沉积单元的出液口流出、流经微导线和芯片表面、从吸液口被吸入电沉积单元下端的空腔，然后从电解液出口孔返回到溶液循环单元。本实用新型可在芯片表面形成可控的电沉积微小区域，实现微细导线与微小芯片在竖直方向的快速定位和连接，定位精确度高，限域性好。

Description

一种微导线连接装置

技术领域

本实用新型涉及一种微导线连接装置，尤其涉及一种采用电沉积的方式实现微导线与芯片连接的装置。

背景技术

在现有的芯片引线连接技术中，超声压焊（bonding）是常采用的连接方式，但对于硬度过高或者熔点过高的连接材料、以及芯片面积过小的芯片引线连接，采用超声压焊的方式并不能得到很好的连接质量和较高的连接效率。基于熔融原理的焊接方式（如激光焊、电阻焊等）因其热源问题往往会使芯片上导电薄膜受热起皱或无法加热到要求的连接温度，而不能得到可靠有效的连接质量。因此，对于特殊情况的芯片引线连接需要一种新型的工艺方法和装置来实现。

电化学沉积技术是一种利用电化学原理使金属原子在导电基底表面逐渐生长的加工方式，其特点在于制造过程是从原子尺度开始，无需高温、高压等条件，易于实现材料的定点定位填充生长，连接强度高、可靠性好。如公开号为CN210506578U的专利提出了一种微导线的电镀连接装置，该专利利用可升降的连接压头将微导线轻压在芯片的导电薄膜上，在电场作用下，微导线与导电薄膜之间开始沉积金属层，从而实现微导线与芯片的电镀连接。该专利提出的连接装置可实现微导线和导电薄膜的平行固定和平行连接，不同于传统超声压焊中芯片和微导线的垂直连接。随着科技的发展，会有更多更小尺寸的芯片面世，如何实现微导线和芯片之间更小区域各种方式的连接是连接工艺应解决的问题。

发明内容

针对上述问题，本实用新型的目的是采用电沉积技术解决微导线和芯片之间精确垂直连接的难题，提出一种微导线连接装置，实现微导线在芯片上的垂直连接。该装置通过位移传感器和Z向移动单元实现微导线在芯片上的垂直精确定位，通过泵的吸力实现电解液在电沉积区域小范围的不断循环，芯片上电沉积区域大小通过设计的电沉积单元的特殊结构进行控制，最终实现微导线与芯片的可靠连接。

为达到上述目的，本实用新型的技术方案是：一种微导线连接装置，包括电沉积单元、芯片定位单元、溶液循环单元、Z向移动单元、水平移动单元。所述的电沉积单元设置在Z向移动单元的定位环上，Z向移动单元设置在支撑架上，支撑架设置在底座上；所述的芯片固定在芯片定位单元上，芯片定位单元设置在储液槽内，储液槽设置在水平移动单元上，水平移动单元设置在底座上。

所述的电沉积单元包括喷头、喷头盖、环状阳极和套管。其中，所述的喷头为上圆柱、下圆锥的中空结构，其上圆柱内表面的较大空腔为溶液缓冲腔、外表面设置有外螺纹结构，下圆锥体两侧设有吸取电解液用的溶液通道槽。所述的喷头盖装配在喷头的上部，和喷头上部溶液缓冲腔形成密闭空腔；所述的喷头盖上设置有导线固定管孔、溶液导流孔，所述的导线固定管孔用于***导线固定管，溶液导流孔用于接入电解液循环管道。所述的环状阳极设置在喷头上部的溶液缓冲腔内，并和电沉积电源的正极相连。所述的套管为带凸缘的上圆柱、下圆锥的中空结构，上圆柱内表面设置有内螺纹结构，可以同轴的和喷头圆柱外表面的外螺纹装配配合；所述的凸缘用于将电沉积单元固定在Z向移动单元的定位环上；所述的套管下圆锥的两侧设置有电解液出口孔，用于和溶液循环单元的循环管道连接。

所述的喷头圆柱外表面的外螺纹下方设置有环状凹槽，用于安放密封垫圈，以保证喷头和套管配合的密闭性。

所述的套管和喷头装配后，套管圆锥部位的内表面和与之配合的喷头的圆锥部位的外表面形成下端开放、上端密封的具有一定空间的空腔。

所述的电沉积单元的吸液口直径和出液口直径可根据电沉积区域大小的要求调节。

所述的电沉积单元装配后，为利于泵工作时形成负压，套管的吸液口超出喷头的出液口一定长度，可选长度为2~4mm。

所述的电沉积单元装配后，套管的吸液口距离芯片表面的高度可调，可选为1~2mm。

所述的导线固定管装配在喷头盖的导线固定管孔内，其外径尺寸等于导线固定管孔的尺寸，其内径等于微导线直径，其下端超出喷头出液口一定长度，长度可根据套管吸液口到芯片表面距离的大小进行调节，可选长度为1~3mm。

所述的微导线装配在导线固定管内，并超出导线固定管下端一定长度，可选长度为0.5~1mm。

所述的溶液循环单元包括循环管道、泵和溶液槽；所述的循环管道一端和喷头盖上的溶液导流孔连接，另一端和套管两侧的电解液出口孔连接。

所述的芯片定位单元包括夹紧螺栓、活动块和固定块，可实现芯片在其上的固定和夹紧。

所述的Z向移动单元包括Z向步进电机、Z向联轴器、Z向丝杠、Z向导轨、定位环、Z向螺母滑块；所述的定位环设置在Z向螺母滑块上，用于和电沉积单元的套管配合。

所述的水平移动单元包括X向移动单元和Y向移动单元；其中，所述的X向移动单元包括X向滑台和螺旋手柄；所述的Y向移动单元包括Y向步进电机、Y向丝杠、Y向联轴器、Y向导轨和Y向螺母滑块；X向移动单元设置在Y向移动单元的Y向螺母滑块上，Y向移动单元设置在底座上。

开始工作时，电解液在高度差的作用下从溶液槽沿循环管道流经溶液导流孔，进入溶液缓冲腔，然后由溶液缓冲腔下方流经喷头和导线固定管之间的间隙，再从喷头出液口流出到达芯片表面；泵工作时，在套管圆锥部位的内表面和与之配合的喷头的圆锥部位的外表面形成的空腔处产生一定的负压，电解液在负压的作用下被吸入喷头外表面两侧设置的溶液通道槽和负压空腔内，最后从套管两侧设置的电解液出口孔流出，从循环管道进入泵体内部，实现电解液的循环。

本实用新型的有益效果：本实用新型所提出的一种微导线连接装置，该装置可方便快捷地实现微导线在连接区域的垂直定位和固定，通过电沉积过程中金属原子的不断生长实现微导线和芯片之间在垂直方向的连接，并且加工过程无残余应力和热应力，定位连接快速、准确、可靠。

附图说明

图1为电沉积连接装置整体结构示意图。

图2为电沉积单元结构示意图。

图3为泵工作前电沉积单元和芯片之间区域电解液流动情况示意图。

图4为泵工作时电沉积单元和芯片之间区域电解液流动情况示意图。

图中标号：1、电沉积单元，其中：1-1喷头盖，1-1-1导线固定管孔，1-1-2溶液导流孔，1-1-3喷头盖，1-2溶液缓冲腔，1-3环状阳极，1-4喷头，1-5套管，1-6溶液通道槽，1-7电解液出口孔，1-8出液口，1-9吸液口；2、电沉积电源； 3、芯片；4、芯片定位单元，其中：4-1夹紧螺栓，4-2活动块，4-3固定块；5、储液槽；6、底座；7、Z向移动单元，其中：7-1Z向步进电机，7-2Z向联轴器，7-3Z向丝杠，7-4Z向导轨，7-5定位环，7-6Z向螺母滑块； 8、溶液循环单元，其中：8-1溶液槽，8-2循环管道，8-3泵；9、凸缘；10、支撑架；11、密封垫圈；12、环状凹槽；13、水平移动单元，其中：13-1Y向移动单元，13-1-1Y向步进电机，13-1-2Y向丝杠，13-1-3Y向联轴器，13-1-4 Y向导轨,13-1-5 Y向螺母滑块,13-2X向移动单元，13-2-1X向滑台，13-2-2螺旋手柄；14、位移传感器； 15、导线固定管；16、微导线。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的实施做进一步描述。

一种微导线连接装置，其特征在于：包括电沉积单元1、芯片定位单元4、溶液循环单元8、Z向移动单元7、水平移动单元13。其中，芯片3固定在芯片定位单元4上，芯片定位单元4固定在储液槽5内，储液槽5固定在水平移动单元13上，水平移动单元13设置在底座6上；电沉积单元1固定在Z向移动单元7的定位环7-5上，Z向移动单元7设置在支撑架10上，支撑架10设置在底座6上。

所述的电沉积单元1包括喷头1-4、喷头盖1-1、环状阳极1-3和套管1-5；其中，所述的喷头1-4为上圆柱、下圆锥的中空结构，其上部中心较大空腔为、圆柱外表面设置有外螺纹结构，下部圆锥体两侧设有供吸取电解液用的溶液通道槽1-6；所述的喷头盖1-1装配在喷头1-4的上部，和喷头1-4上部的溶液缓冲腔1-2形成密闭空腔；所述的喷头盖1-1上设置有导线固定管孔1-1-1、溶液导流孔1-1-2，所述的导线固定管孔1-1-1用于***导线固定管15，溶液导流孔1-1-2用于接入电解液循环管道8-2；所述的环状阳极1-3设置在喷头1-4上部的溶液缓冲腔1-2内，并和电沉积电源2的正极相连；所述的套管1-5为带凸缘9的上圆柱、下圆锥的中空结构，上圆柱内表面设置有内螺纹结构，可以同轴的和喷头1-4圆柱外表面的外螺纹装配配合；所述的凸缘9用于将电沉积单元1固定在Z向移动单元7的定位环7-5上；所述的套管1-5下圆锥两侧设置有电解液出口孔1-7，用于和溶液循环单元8的循环管道8-2连接。

所述的喷头1-4的外螺纹下方设置有环状凹槽12，用于安放密封垫圈11，以保证喷头1-4和套管1-5配合的密闭性。

所述的溶液循环单元8包括溶液槽8-1、循环管道8-2和泵8-3；所述的循环管道8-2一端和喷头盖1-1上的溶液导流孔1-1-2连接，另一端和套管1-5两侧的电解液出口孔1-7连接。

所述的芯片定位单元4包括夹紧螺栓4-1、活动块4-2和固定块4-3，可实现芯片3在其上的固定和夹紧。

所述的Z向移动单元7包括Z向步进电机7-1、Z向联轴器7-2、Z向丝杠7-3、Z向导轨7-4、定位环7-5、Z向螺母滑块7-6；所述的定位环7-5设置在Z向螺母滑块7-6上，用于和电沉积单元1的套管1-5配合。

所述的水平移动单元13包括Y向移动单元13-1和X向移动单元13-2；其中，所述的X向移动单元13-2包括X向滑台13-2-1和螺旋手柄13-2-2；所述的Y向移动单元13-1包括Y向步进电机13-1-1、Y向丝杠13-1-2、Y向联轴器13-1-3、Y向导轨13-1-4和Y向螺母滑块13-1-5；X向移动单元13-2设置在Y向移动单元13-1的Y向螺母滑块13-1-5上，Y向移动单元13-1设置在底座6上。

工作时，执行以下步骤：

（1）将芯片3安装在芯片定位单元4的活动块4-2和固定块4-3之间，调节夹紧螺栓4-1，实现芯片3在芯片定位单元4上的夹紧与固定;

（2）将套管1-5装配在喷头1-4上、喷头盖1-1装配在喷头1-4上、导线固定管15***喷头盖1-1的导线固定管孔1-1-1内、微导线16***导线固定管15内，然后将电沉积单元1装配在Z向移动单元7的定位环7-5上。由于套管1-5的圆锥部位内表面与喷头的圆锥部位外表面存在一定距离的配合间隙，套管1-5和喷头1-4装配后，在两者之间会形成下端开放、上端密封的空腔。设置吸液口1-9超出出液口1-8的长度为3mm;

（3）调整导线固定管15下端超出出液口1-8的距离为2.5mm；微导线16超出导线固定管15下端的距离为1mm;

（4）电沉积单元1在Z向步进电机7-1的驱动下向下移动到芯片3连接区域的正上方，使吸液口1-9到芯片3上表面的距离为1mm，此时微导线16下端到芯片3上表面的距离为0.5mm;

（5）溶液槽8-1和泵8-3之间用循环管道8-2连接起来，从溶液槽8-1的一端引出来的循环管道8-2和喷头盖1-1上的溶液导流孔1-1-2连接，从泵8-3的一端引出来的循环管道8-2和套管1-5两侧的电解液出口孔1-7连接。将溶液槽8-1放置于电沉积单元1的上方，使电解液利用高度差依次通过溶液导流孔1-1-2、溶液缓冲腔1-2、喷头1-4内部空腔和导线固定管15之间的间隙，流到微导线16和芯片3表面;

（6）打开泵8-3，在套管1-5和喷头1-4的配合间隙之间产生吸力，根据电沉积工艺参数和电沉积区域大小将电沉积单元1的吸液口1-9和出液口1-8的液束直径调节到合适大小，使流到微导线16和芯片3表面的电解液在吸力的作用下被吸入到溶液通道槽1-6中，并经电解液出口孔1-7回流至溶液槽8-1;

（7）将环状阳极1-3接电沉积电源2的正极，芯片3接电沉积电源2的负极，开始电沉积。沉积的金属层在芯片3上开始生长，当生长的金属层将微导线16和芯片3之间的间隙填充完毕并包裹住微导线16一部分时，连接完成。

Claims (8)

1.一种微导线连接装置，其特征在于，包括电沉积单元、芯片定位单元、溶液循环单元、Z向移动单元、水平移动单元；其中，所述的电沉积单元设置在Z向移动单元的定位环上，Z向移动单元设置在支撑架上，支撑架设置在底座上，所述的芯片固定在芯片定位单元上，芯片定位单元设置在储液槽内，储液槽设置在水平移动单元上，水平移动单元设置在底座上。

2.根据权利要求1所述的一种微导线连接装置，其特征是，所述的电沉积单元包括：

喷头，为上圆柱、下圆锥的中空结构，其上圆柱内表面较大的空腔为溶液缓冲腔、外表面设置有外螺纹结构，下圆锥体两侧设有吸取电解液用的溶液通道槽；

喷头盖，装配在喷头的上部，和喷头上部的溶液缓冲腔形成密闭空腔；喷头盖上设置有导线固定管孔、溶液导流孔，导线固定管孔用于***导线固定管，溶液导流孔用于接入电解液循环管道；

环状阳极，设置在喷头上部的溶液缓冲腔内，并和电沉积电源的正极相连；

套管，为带凸缘的上圆柱、下圆锥的中空结构；套管的凸缘用于将电沉积单元固定在Z向移动单元的定位环上；套管的上圆柱内表面设置有内螺纹结构，可以同轴的和喷头圆柱外表面的外螺纹装配配合；套管的下圆锥两侧设置有电解液出口孔，用于和溶液循环单元的循环管道连接。

3.根据权利要求2所述的一种微导线连接装置，其特征是，所述的喷头的圆柱外表面的外螺纹的下方设置有环状凹槽，用于安放密封垫圈，以保证喷头和套管配合的密闭性。

4.根据权利要求2所述的一种微导线连接装置，其特征是，套管和喷头装配后，套管的圆锥部位的内表面和与之配合的喷头的圆锥部位的外表面形成下端开放、上端密封的具有一定空间的空腔。

5.根据权利要求1所述的一种微导线连接装置，其特征是，所述的电沉积单元的吸液口直径和出液口直径可根据电沉积区域大小的要求调节。

6.根据权利要求1所述的一种微导线连接装置，其特征是，所述的电沉积单元装配后，为利于泵工作时形成负压，套管的吸液口超出喷头的出液口一定长度，可选长度为2~4mm。

7.根据权利要求1所述的一种微导线连接装置，其特征是，所述的电沉积单元装配后，套管的吸液口距离芯片表面的高度可调，可选为1~2mm。

8.根据权利要求2所述的一种微导线连接装置，其特征是，所述的导线固定管装配在导线固定管孔内，其外径尺寸等于导线固定管孔的直径、其内径等于微导线直径，其下端超出喷头出液口一定长度，长度可根据套管吸液口到芯片表面的距离进行调节，可选长度为1~3mm。

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