Brevet FR2632229A1 — publié le 19891208

La présente invention se rapporte à un appareil de soudage de fil, et en particulier à une soudeuse de fil capable d'empêcher l'oxydation d'un fil lors de l'application d'un fil en cuivre pour améliorer la force de liaison et la résistance mécanique de matériau de câblage destiné à être utilisé dans des dispositifs à semiconducteur. Il est généralement bien connu dans l'art que, lors du câblage entre une puce et un plot d'un cadre de montage pendant un procédé de fabrication de dispositifs à semiconducteur, il est fait appel à une méthode de soudage à boule écrasée qui consiste à former une boule à une extrémité libre d'un fil ou à une méthode de soudage par thermocompression, par laquelle le fil est soudé directement au plot, la méthode de soudage à boule écrasée étant préférée car non seulement elle a pour résultat une zone de soudure plus étendue mais elle permet également l'obtention d'une soudure plus stable par rapport à la méthode de soudage par thermocompression. Un appareil de soudage connu, tel que représenté sur la figure 1, est construit de la manière suivante: un fil 20 est enroulé de manière à former une bobine 2 isolée de l'atmosphère externe par un couvercle 1, et il est retiré à travers un tube de sortie 3 situé au centre de ladite bobine, ledit fil étant maintenu et guidé par une pluralité de dispositifs de serrage 4. Ensuite, le fil passe à travers un dispositif capillaire 5 situé à proximité des dispositifs de serrage, ledit dispositif capillaire effectuant l'opération de câblage en se déplaçant entre le cadre de montage et les plots de la puce. Cependant, un tel appareil de soudage de fil connu est désavantageux en ce que son moyen de montage de bobine n'assure pas nécessairement une protection complète du fil contre l'atmosphère externe, ce qui entraîne une oxydation considérable du fil.De plus, l'utilisation, courante jusqu'à présent, de fil en or pour ces opérations de soudage, est un facteur qui a contribué à augmenter le coût de fabrication d'une puce à semiconducteur. En outre, un problème s'est posé car en fin de compte le rendement diminue parce le fil fléchit ou se détend en raison de la chaleur qui est appliquée pendant le procédé d'assemblage. Par ailleurs, même si un fil de cuivre présentant une plus grande résistance mécanique est utilisé pour résoudre ce problème, il subsiste encore un problème dû au fait que le fil en cuivre s'oxyde facilement à température élevée, ce qui affecte sa force de liaison. La présente invention vise à résoudre le problème mentionné ci-dessus et a donc pour objet de prévoir un système d'antioxydation pour un moyen de montage de bobine d'une soudeuse de fil capable d'empêcher l'oxydation du fil, même s'il est fait appel à un fil en cuivre ou en aluminium à cette fin, en isolant complètement de l'atmosphère externe une partie interne du moyen de montage de bobine muni du fil. La présente invention a également pour objet de prévoir un système d'anti-oxydation d'un soudeuse de fil pour empêcher l'oxydation d'un fil en cuivre retiré, en constituant un environnement réducteur autour du fil en cuivre lors de la formation d'une boule de fil en cuivre au cours d'une opération de soudage à boule écrasée. Selon la présente invention, un système d'anti-oxydation d'une soudeuse de fil pour souder un fil entre un plot de puce et un cadre de montage d'un dispositif à semiconducteur, ledit fil étant constitué par un matériau sujet à l'oxydation tel que le cuivre ou l'aluminium, est construit de manière à ce qu'un gaz réducteur destiné à empêcher l'oxydation du fil est fourni périodiquement autour d'une bobine sur laquelle est enroulé ledit fil, au moins un tube à gaz pour fournir le gaz réducteur est orienté vers chaque côté du dispositif capillaire retirant le fil, lesdits tubes à gaz étant disposés, juste en dessous de l'extrémité du dispositif capillaire, en regard l'un de l'autre, et une lampe est placée de manière à faire face à la surface inférieure de l'un ou l'autre desdits tubes à gaz et juste en dessous du dispositif capillaire. Les caractéristiques et avantages du système selon l'invention seront expliqués maintenant en référence aux dessins annexés, dans lesquels: La figure 1 est un diagramme schématique représentant un soudeuse de fil conventionnelle; La figure 2 est un diagramme schématique représentant un système d'anti-oxydation selon un mode de réalisation préféré de la présente invention; La figure 3 montre un détail agrandi d'une partie de la figure 2; et Les figures 4A à 4E sont des schémas de procédé illustrant l'opération de soudage conforme à la présente invention. Un mode de réalisation préféré de l'invention sera décrit maintenant en détail en référence aux dessins annexés. Dans ce mode de réalisation, les éléments identiques à ceux de la figure 1 sont désignés par les mêmes numéros de référence pour faciliter la description. On se réfère maintenant à la figure 2. Un diffuseur 6 est disposé dans une partie supérieure interne du couvercle 1 et est relié à un récipient à gaz 9 par l'intermédiaire d'un conduit 8 s'étendant à travers un tube de connexion 7. Un régulateur de débit de gaz 10 et une soupape à solénoïde il sont insérés dans le parcours du conduit 8, et ladite soupape à solénoïde il est commandée par un temporisateur 12 de manière à s'ouvrir pendant 10 secondes et à se fermer pendant 20 secondes périodiquement. N'importe quel type de temporisateur peut être utilisé s'il est adapté de manière à ce qu'un signal calculé dans un temporisateur électronique 12a et délivré à sa sortie passe par un amplificateur 12b et qu'il soit appliqué ensuite au solénoïde 11 pour commander ainsi l'ouverture ou la fermeture de ladite soupape. De plus, des tubes à gaz 31, 32 sont prévus de part et d'autre d'un dispositif capillaire 5 apte à retirer le fil, et une lampe 30 est disposée de manière à être en regard de la surface externe de l'un ou l'autre des tubes à gaz latéraux et à se trouver juste en dessous du dispositif capillaire 5. Le fil 20 enroulé sur la bobine 2 à l'intérieur du couvercle 1 est retiré à travers un tube de sortie 3, puis guidé vers le dispositif capillaire 5 par un certain nombre de dispositifs de serrage 4, comme décrit ci-dessus. A ce moment, sous la commande du temporisateur 12 qui fait s'ouvrir et se fermer la soupape à solénoïde 11 périodiquement, un processus selon lequel un gaz inerte contenu dans le récipient à gaz 9 est injecté ou non à l'intérieur du couvercle 1 en passant par le régulateur de débit de gaz 10 est répété à des intervalles de temps correspondant à 10 secondes d'injection et à 20 secondes de pause. Le gaz inerte préféré sera un mélange d'hydrogène et d'azote ou un mélange d'hydrogène et d'argon. De plus, le volume du gaz d'alimentation est réglé par le régulateur de débit de gaz 10 de manière à ce que la pression du gaz à l'intérieur du couvercle 1 atteigne un niveau tel que le fil 20 se dévide de la bobine 2 de façon régulière. Ainsi, le gaz inerte injecté à l'intérieur du couvercle 1 est dispersé autour de la bobine par le diffuseur 6 sans entrer directement en contact avec le fil 20, et une oxydation éventuelle du fil 20 sera évitée par la constitution à partir de l'atmosphère entourant le fil 20 à l'intérieur du couvercle 1 d'un environnement réducteur. Le fil 20 dévidé de la bobine 2 et passant à travers le tube de sortie 3 est maintenu par les dispositifs de serrage 4 et, comme illustré sur la figure 4A, une faible longueur du fil 20 est retirée à travers l'alésage central du dispositif capillaire 5. Ensuite, comme représenté sur la figure 4B, lorsque le fil retiré 20 arrive à proximité de la torche30, une décharge électrique est produite et l'extrémité du fil 20 fond de sorte qu'une boule 21 est formée par sa tension superficielle. A ce moment, un gaz réducteur est soufflé à travers les tubes à gaz 31, 32 à droite et à gauche de la boule 21 pour empêcher la formation d'une couche d'oxyde sur la boule 21, permettant ainsi d'éviter l'oxydation de ladite boule. Bien que divers types de gaz réducteurs puissent être utilisés en tant que gaz réducteur de la présente invention, un mélange d'hydrogène et d'azote (H2 + N2) ou un mélange d'argon et d'hydrogène (Ar + H2) sera préférable. Ensuite, la boule 21 formée à l'extrémité du dispositif capillaire 5, comme représenté sur la figure 4C, est soudée sur un plot 42 placé sur la surface supérieure d'une puce 41, opération pendant laquelle il est également souhaitable de constituer une atmosphère réductrice autour de la boule en soufflant le gaz réducteur de façon continue afin d'éviter l'oxydation du fil 20. Une fois la boule 21 soudée au plot 42, le fil 20 est tiré hors du dispositif capillaire 5, comme représenté sur la figure 4D, puis il se déplace à droite vers un cadre de montage 43. Ensuite, comme illustré sur la figure 4E, il est soudé sur une surface revêtue de métal constituée afin d'améliorer la soudure sur le cadre de montage 43, puis le fil 20 est coupé. Une seule opération complète de soudage de fil est exécutée en répétant les étapes du procédé décrit ci-dessus, pendant lesquelles il est souhaitable de constituer une atmosphère réductrice en soufflant le gaz réducteur de manière continue afin d'éviter l'oxydation du fil. Comme il ressort de la description ci-dessus, selon la présente invention, comme l'oxydation du fil reliant la puce et le# cadre de montage est évitée grâce au fait que l'opération se déroule à l'intérieur d'une atmosphère réductrice, le soudage peut être effectué en utilisant du fil en cuivre plutôt que du fil en or, de sorte qu'il est possible de réduire le coût de fabrication. En outre, comme il est fait appel à un fil en cuivre de résistance mécanique élevée, il sera possible d'éviter la formation indésirable de boucles du fil lors du moulage de l'emballage, ce qui permettra d'augmenter la fiabilité du produit. La fiabilité du produit sera également augmentée grâce au fait que la vitesse de production de composés entre le métal du plot et d'autres métaux constituant la puce est généralement faible. La description qui précède n'illustre qu'un mode de réalisation préféré de la présente invention. Diverses modifications pourra;0nt être envisagées par l'homme de l'art sans pour eutant sortir du cadre de la présente invention, dont la fartée n'est limitée que par les revendications annexées. Ledit mode de réalisation a donc été représenté et dsorit à titre d'exemple non limitatif uniquement. REVENDICATIONS 1. Système d'anti-oxydation pour soudeuse de fil pour souder un fil (20) entre un plot de puce (42) et un cadre de montage (43) pour dispositif à semiconducteur, ledit fil (20) étant constitué par un matériau sujet à l'oxydation tel que le cuivre ou l'aluminium, caractérisé en ce qu'un gaz réducteur destiné à empêcher l'oxydation du fil (20) est fourni périodiquement autour d'une bobine (2) sur laquelle est enroulé ledit fil (20), en ce qu'au moins un tube à gaz (31, 32) pour fournir le gaz réducteur est orienté vers chaque côté d'un dispositif capillaire (5) qui retire le fil (20), lesdits tubes à gaz (31, 32) étant disposés, juste en dessous de l'extrémité du dispositif capillaire (5), en regard l'un de l'autre, et en ce qu'une torche(30) est disposée en regard d'une surface inférieure de l'un ou l'autre desdits tubes à gaz (31, 32) et juste en dessous du dispositif capillaire (5). 2. Système d'anti-oxydation pour soudeuse de fil selon la revendication 1, dans -lequel le gaz de réduction est un mélange d'hydrogène et d'azote ou un mélange d'argon et d'hydrogène ou toute autre combination de telles substances.