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Die Erfindung betrifft ein Verfahren
zum Ultraschallbonden eines Leiters eines Anschlußrahmens
nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und eine Anschlußrahmenklemme
zum Klemmen eines Anschlußrahmens
beim Bonden nach dem Oberbegriff des Anspruchs 7 und somit generell
das Verbonden eines Zwischenverbinders mit einem Anschlußrahmen
bei der Konfektionierung von Halbleiterkomponenten.
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Bei der Halbleiterkonfektionierung
werden üblicherweise
Anschlußrahmen
verwendet, um einen Chip mit externen Komponenten zu koppeln. In
einigen Anwendungen, insbesondere bei kleinen Komponenten mit einer
hohen Anzahl von Leitern, kann es wünschenswert oder notwendig
sein, einen Zwischenverbinder zusammen mit dem Anschlußrahmen
zu verwenden. Der Zwischenverbinder ähnelt einer gedruckten Miniaturschaltungsplatine
mit leitenden Spuren oder Leiterbahnen. Der Anschlußrahmen
wird direkt mit unterlagerten Leiterbahnen des Zwischenverbinders
ultraschallgebondet, und die Bondhöcker auf den Chips werden elektrisch
mit dem anderen Ende der Leiterbahn unter Verwendung von Bonddrähten gekoppelt.
Ein Ende jedes Bonddrahtes wird typischerweise mit den Chiphöckern auf
dem Chip ultraschallgebondet und das andere Ende wird typischerweise
mit einem zugeordneten Leiter verbondet.
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Bei einem Ultraschall-Bondverfahren
ist die Qualität
der Heftung, gebildet zwischen den Bondoberflächen, ein Hauptanliegen. Dieses
Problem ist besonders akut, wenn Anschlußrahmen-Zwischenverbinderintegration
vorgenommen wird, weil dort das Bonden mit hoher Leistung notwendig
ist. Die hohe Leistung wird benötigt,
um die Ultraschallenergie durch den dicken Leiter zu der unterlagerten
Zwischenverbinderspur zu transferieren. Beim Hochleistungsbonden
ist es schwierig, den Kontakt zwischen den zu verbondenden Oberflächen aufrechtzuerhalten,
also zwischen dem Leiter und der Zwischenverbinderbahn. Jede Abweichung
in der Qualität
des Kontakts zwischen den bondenden Oberflächen beeinflußt direkt
die Bondqualität.
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Üblicherweise
wird ein Anschlußrahmen
bei der Anschlußrahmen-Zwischenverbinderintegration festgeklemmt,
wobei die freien Enden der Leiter des Anschlußrahmens über den Leiterbahnen des Zwischenverbinders
liegen. Nach dem Festklemmen werden die einzelnen Verbindungspunkte
einer nach dem anderen ultraschallgebondet.
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Diese konventionellen Anschlußrahmenklemmen
besitzen bestimmte Nachteile. Zunächst ist festzuhalten, daß die Bewegung
der ein Leiter unterworfen wird, höher ist für einen Leiter mit einer Achse,
die in einer Richtung senkrecht zu der Bondwerkzeugbewegung ist
als für
einen parallelen Leiter. Diese Bewegungsdifferenz resultiert in
höherer
Dämpfung
der Ultraschallenergie für
die senkrechten Leiter als für
die parallelen Leiter. Diese Dämpfungsdifferenz
diktiert, daß die
optimale Bondleistung für
die parallelen Leiter höher
liegt als die optimale Bondleistung für die querverlaufenden Leiter.
Wenn jedoch die Bondleistung hoch ist und Ultraschallenergie für eine längere Periode
einwirkt, als für
die Begünstigung
des Bondens erforderlich ist, besteht eine höhere Wahrscheinlichkeit, daß die Leiterbahnen
des Zwischenverbinders brechen oder die Bondheftung selbst während des
Bondens zerstört
wird. Da zweitens die senkrecht verlaufenden Leiter sich während des
Bondens leicht bewegen, wird die resultierende Haftqualität nachteilig
beeinflußt.
Wenn drittens die Bondleistung hoch genug ist, kann die Vibrationsresonanz
an vorher gebondeten Verbindungsstellen so hoch sein, daß diese
Verbindungen zerstört
werden.
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Ferner ist aus der
JP 08008291 A eine Bondvorrichtung
bekannt, bei der die Oberfläche
eines Wärmeadapters
in Kontakt mit einem Anschlußrahmen
gebracht wird. Anschließend
werden mittels eines Elektromagneten eine Bondkontaktstelle und
ein Innenanschlußdraht
an die Oberfläche
des Wärmeadapters
gezogen und aneinander fixiert, woraufhin das Bonden durchgeführt wird.
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Aus der
US 5 035 034 ist eine Vorrichtung zum
Festklemmen von Leitungen eines Leiterrahmens für ein Halbleiterbauelement
bekannt, bei der eine Anschlußrahmenklemme
in einer Aussparung einen Klemmeinsatz mit einer Vielzahl von Zinken aufnimmt.
Hierbei ist für
jeden einzuklemmenden Leiter ein solcher Zinken vorgesehen, der
auf den jeweiligen Leiter des Leiterrahmens gedrückt wird. Jeder einzuklemmende
Leiter wird somit nur einfach durch einen Zinken festgeklemmt.
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Aus der
DE 41 42 649 A1 ist eine
Klemmvorrichtung für
die inneren Leitungen eines Leiterrahmens bekannt, bei der eine
Klemmenbefestigungsplatte mit einer Arbeitsöffnung vorgesehen ist. Auf der
oberen Fläche
der Klemmenbefestigungsplatte ist eine Vielzahl von aus Blattfedern
hergestellten inneren Leitungsklemmen angebracht, mittels derer die
inneren Leitungen des Leiterrahmens in engen Kontakt zu einem Wärmeblock
gebracht werden.
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Aus der
DE 34 01 286 A1 sind ein
Verfahren zum Bonden eines Leiters eines Anschlußrahmens an einer zugeordneten
Leiterbahn auf einem Substrat sowie eine Anschlußrahmenklemme bekannt, wobei
die Anschlußrahmenklemme
als Klemmleiste ausgebildet ist, die über die gesamte Länge des
Anschlußrahmens
wirkt. Die Klemmleiste weist geringfügig voneinander beabstandete,
nebeneinander angeordnete blattfederartige Klemmfinger auf, die
an ihren der Einspannung entgegengesetzten bzw. freien Enden jeweils
nach unten gebogen bzw. gekröpft sind.
Den Klemmfingern ist eine elastisch nachgiebige Stützfläche für die zu
bondenden Bauelemente zugeordnet. Hierbei kann insbesondere jeder
zu bondenden Kontaktstelle bzw. -fläche ein Klemmfinger zugeordnet
sein.
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Aufgabe der Erfindung ist es, ein
Verfahren zum Ultraschallbonden eines Leiters eines Anschlußrahmens
an einer zugeordneten Leiterbahn auf einem Substrat nach dem Oberbegriff
des Anspruchs 1 und eine Anschlußrahmenklemme zum Klemmen eines
Anschlußrahmens
nach dem Oberbegriff des Anspruchs 7 zu schaffen, durch das bzw.
bei dem die Bondqualität
verbessert wird bzw. ist.
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Diese Aufgabe wird entsprechend dem kennzeichnenden
Teil des Anspruchs 1 bzw. 7 gelöst.
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Die Erfindung wird nachstehend anhand
der in den beigefügten
Abbildungen dargestellten Ausführungsbeispielen
näher erläutert.
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1 ist
eine schematische perspektivische Ansicht eines erfindungsgemäßen Anschlußrahmenklemmsystems
in auseinandergezogener Darstellung.
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2 ist
eine Draufsicht auf die Ausführungsform
der 1.
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3 ist
eine Schnittansicht der Ausführungsform
nach 1.
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Wie in 1 erkennbar,
ist diese Ausführungsform
besonders gut für
die Verwendung in Verbindung mit Anschlußrahmen geeignet, die sich
radial erstreckende Leiter aufweisen, wie dies bei der Quad-Flat-Packung
(QFP) und verschiedenen anderen Konfektionierkonfigurationen üblich ist.
In dieser Ausführungsform
hat eine Anschlußrahmenklemme 200 zwei
Klemmechanismen: ein Leiterarmklemmglied 16 und ein Leiterspitzenklemmglied 21.
Darüberhinaus
umfaßt
die Anschlußrahmenklemme 200 Befestigungsmittel 13,
die vorgesehen sind, um während
des Bondens die Anschlußrahmenklemme 200 auf
einem Support festzulegen. Vorzugsweise ist das Leiterarmklemmglied 16 als
Fenster- oder Rahmenklemme
ausgeführt,
die alle sich radial erstreckenden Leiter festklemmt, während ihre
freien Leiterenden oder Spitzen exponiert bleiben. Dieser Abschnitt
der Anschlußrahmenklemme 200 entspricht
der konventionellen Fensterklemme und umfaßt ein Fenster 18. Das
Leiterspitzenklemmglied 21 hat die Form einer Federklemme,
die innerhalb des Fensters 18 derart positioniert ist,
daß sie
die freien Enden jeder Leiterspitze klemmt, die innerhalb des Fensters 18 exponiert
sind. Das Leiterspitzenklemmglied 21 ist so bemessen, daß ein Kanal
oder ein Spalt rings um das Leiterspitzenklemmglied 21 und
zwischen dem Leiterspitzenklemmglied 21 und der Fensterklemme
gebildet wird. Der Spalt ist so bemessen, daß er einem Bondwerkzeug ermöglicht,
zwischen dem Leiterspitzenklemmglied 21 und der Fensterklemme
hindurchzupassen. Die Abmessung des Spalts hängt von vielen Faktoren ab,
wie beispielsweise dem Typ des Bondwerkzeugs, das verwendet wird,
und der Art des Bondens, die auszuführen ist. Beispielsweise hat sich
eine Spaltgröße im Bereich
von etwa 0,5 bis 0,75 mm Breite als brauchbar erwiesen.
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In der dargestellten Ausführungsform
umfaßt das
Leiterspitzenklemmglied 21 eine Federplatte 24, die
an einem Halter 22 befestigt ist und von ihm herabhängt. Das
Leiterarmklemmglied 16 in Form einer Fensterklemme hat
ein Paar von Armen 14, die sich in entgegengesetzten Richtungen
von dem Fenster 18 erstrecken. Einer der Arme 14 des
Leiterarmklemmglieds 16 ist mit dem Leiterspitzenklemmglied 21 verbunden
und an ihm befestigt, wie auch das Leiterarmklemmglied 16.
Genauer gesagt, werden während
des Bondens die Arme 14 an einem Stützteil mittels der Befestigungselemente 13 festgelegt.
Einer der Arme 14 ist an dem Halter 22 angebracht
und stützt
diesen. Der Halter 22 ist an der Federplatte 24 angebracht
und positioniert diese innerhalb des Fensters 18 des Leiterarmklemmglieds 16.
Im Ergebnis klemmt das Leiterspitzenklemmglied 21 die darunterliegenden
Teile des Anschlußrahmens.
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Die Befestigungselemente 13 können irgendeine
geeignete Form haben, mittels der die Anschlußrahmenklemme 200 an
einem Support befestigt werden kann. Beispielsweise können sie
als Schrauben oder Nieten ausgebildet sein. Jede Schraube oder Niete
wird in ein Befestigungsloch 12 eingefügt, das sich in jedem der Arme 14 des
Leiterarmklemmglieds 16 befindet, wie auch in ein entsprechendes
Loch innerhalb eines Supports. In einer anderen Ausführungsform
können
die Befestigungselemente 13 die Form von Stahlkugeln haben,
die von einer Federplatte niedergehalten werden. Die Stahlkugeln
ihrerseits halten die Anschlußrahmenklemme 200 an
Ort und Stelle.
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Die oben beschriebene Anschlußrahmenklemme 200 hat
zwei getrennte Klemmechanismen für
das Festlegen und Halten eines Barunterliegenden Gegenstands wie
eines Anschlußrahmens:
das Leiterarmklemmglied 16 und das Leiterspitzenklemmglied 21.
Diese Klemmechanismen kommen zur Anlage, wenn die Anschlußrahmenklemme 200 an
einem Support befestigt wird. Eine Anwendung in Verbindung mit diesem
Klemmechanismus wird weiter unten unter Bezugnahme auf 2 und 3 beschrieben.
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In der beschriebenen Ausführungsform
ist das Leiterspitzenklemmglied 21 über den Halter 22 mit
einem der Arme 14 des Leiterarmklemmglieds 16 verbunden.
Es versteht sich jedoch, daß in
anderen Ausführungsformen
das Leiterarmklemmglied 16 und das Leiterspitzenklemmglied 21 zwei
völlig
getrennte Teile sein können.
Beispielsweise kann das Leiterspitzenklemmglied 21 an demselben
Support angebracht werden, an welchem auch die Arme 14 des Leiterarmklemmglieds 16 befestigt
sind. Zusätzlich können das
Leiterspitzenklemmglied 21 und das Leiterarmklemmglied 16 irgendeine
geeignete Form aufweisen, die als Klemmechanismus funktionieren kann.
Beispielsweise kann das Leiterarmklemmglied 16 die Form
einer einzigen flachen Bahn haben.
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Während
des Bondvorgangs ist das Leiterspitzenklemmglied 21 innerhalb
des Zentrums des Fensters 18 des Leiterarmklemmglieds 16 positioniert.
Das Leiterspitzenklemmglied 21 ist so bemessen, daß ein Kanal
oder ein Spalt rings um das Leiterspitzenklemmglied 21 und
zwischen diesem und dem Leiterarmklemmglied 16 gebildet
wird. Der Spalt ist so bemessen, daß ein Bondwerkzeug zwischen dem
Leiterspitzenklemmglied 21 und dem Leiterarmklemmglied 16 hindurchpaßt. Die
Spaltgröße hängt von
vielen Faktoren ab, etwa dem Typ des verwendeten Bondwerkzeugs und
der Art des auszuführenden Bondens.
Eine Spaltbreite im Bereich von etwas 0,5 bis 0,75 mm hat sich als
brauchbar erwiesen.
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In 2 und 3 werden die Anordnung eines Zwischenverbinders 70,
eines Anschlußrahmens 50 und
der Anschlußrahmenklemme 200 gemäß der vorliegenden
Erfindung im Zusammenhang mit einem Ultraschallbondvorgang beschrieben.
Der Zwischenverbinder 70 sitzt innerhalb einer Ausnehmung 92 in
einem Heizblock 90, der als Stützglied für die Anschlußrahmenklemme 200 dient.
Der Anschlußrahmen 50 ist
direkt über
dem Zwischenverbinder 70 positioniert, und die Leiter des
Anschlußrahmens 50 befinden
sich direkt auf Leiterbahnen des Zwischenverbinders 70.
Während
des Ultraschallbondvorgangs wird die Bewegung des Anschlußrahmens 50 relativ
zu dem Zwischenverbinder 70 durch die Anschlußrahmenklemme 200 an
zwei Kontaktstellen unterbunden. Beispielsweise kontaktiert das
Leiterarmklemmglied 16 einen inneren Abschnitt 52 der Leiterenden,
während
die Federplatte 24 einen Punkt am äußeren Abschnitt 56 der
Leiterenden kontaktiert. Der Abstand 56 zwischen dem Kontaktpunkt
des Leiterspitzenklemmglied 21 und dem Leiterende kann
irgendeine geeignete Größe besitzen,
beispielsweise hat sich 1 mm als brauchbar erwiesen. Der Abschnitt 54 des
Leiters, der sich zwischen den beiden Kontaktbereichen 52, 56 befindet,
wird exponiert belassen. Zusammengefaßt sind das Leiterarmklemmglied 16 und
die Federplatte 24 direkt über dem Anschlußrahmen 50 positioniert,
und der Anschlußrahmen 50 überlappt
den Zwischenverbinder 70 und einen Teil 94 des
Heizblocks 90. Während
der Anschlußrahmen 50 durch
das Leiterarmklemmglied 16 und die Federplatte 24 gehalten
wird, werden die Leiter an die Leiterbahnen des Zwischenverbinders 70 ultraschallgebondet.
Dieses Bonden erfolgt in dem exponierten Abschnitt 54 des
Leiterrahmens 50.
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Bei dem eigentlichen Bondvorgang
wird zunächst
der Zwischenverbinder 70 innerhalb der Ausnehmung 92 des
Heizblocks 90 positioniert. Der Heizblock 90 wird
dann aufgeheizt, um den Bondvorgang zu begünstigen. Der Anschlußrahmen 50 wird dann
auf den Zwischenverbinder 70 überlappend plaziert. Als nächstes wird
die Bewegung des Anschlußrahmens 50 relativ
zu dem Zwischenverbinder 70 an zwei Kontaktstellen mittels
des Leiterarmklemmglieds 16 und der Federplatte 24 unterbunden. Nachdem
der Anschlußrahmen 50 festgelegt
worden ist, wird ein Leiter mit einer zugeordneten Leiterbahn auf
dem Zwischenverbinder 70 ultraschallgebondet. Während der
Anschlußrahmen 50 nach
wie vor an zwei Stellen mittels der Anschlußrahmenklemme 200 gehalten
wird, werden die übrigen,
noch nicht angeschlossenen Leiter nacheinander mit ihren zugeordneten
Leiterbahnen verbondet.
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Bei einer so hergestellten Baugruppe
kann ein Chip mit einer Mehrzahl von Bondhöckern auf dem Zwischenverbinder 70 angebracht
werden, und als nächstes
werden die Höcker
des Chips elektrisch mit den Leiterbahnen verbunden. Der Chip, die
Leiter und ein Teil des Zwischenverbinders 70 werden dann unter
Verwendung herkömmlichen
Materials eingekapselt. Konventionelle Techniken werden verwendet,
um diese Schritte für
das Konfektionieren der Halbtleiterkomponente auszuführen, wie
dem Fachmann bekannt ist.
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Der Gegenstand der Erfindung ist
nicht nur bei der Anschlußrahmen-Zwischenverbinderintegration
anwendbar. Überall
dort, wo ein Leiter mit einem unterlagerten Substrat ultraschallzubonden
ist, kann davon Gebrauch gemacht werden. Beispielsweise kann ein
Leiter mit einer gedruckten Schaltungsplatine verschweißt werden.
Auch kann ein Anschlußrahmen
mit einem Substrat verschweißt
werden, das eine Kugelgittermatrixkonfiguration aufweist.
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Die Erfindung wurde in Verbindung
mit einem Beispiel beschrieben, bei dem der Leiter an einer einzigen
Stelle mit der Leiterbahn eines Zwischenverbinders ultraschallverschweißt wird.
Es versteht sich jedoch, daß dieselbe
Verbesserung erfolgen könnte, wenn
ein Verbonden an mehr als einem Punkt des Leiters stattfinden soll.
Zusätzlich
sind ein bestimmtes Leiterarmklemmglied in Form einer Fensterklemme
und ein bestimmtes Leiterspitzenklemmglied 21 in Form einer
Federklemme als Anschlußrahmenklemmanordnung
beschrieben worden. Der jeweilige Aufbau und die Positionierung
dieser Klemmen können
in weitem Umfang variiert werden. Beispielsweise können die
Federklemme und die Fensterklemme getrennte Klemmen sein, die nicht
aneinander befestigt sind. Darüber
hinaus können
die Fensterklemme und die Federklemme beide in Form einer konventionellen Fensterklemme
ausgebildet sein, wobei sich die Federklemme innerhalb der Fensterklemme
befindet.