DE19803407A1 - Verfahren zum Drahtbonden - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Drahtbonden nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Beim Drahtbonden werden im allgemeinen Gold- oder Aluminium­ drähte verwendet, die durch eine Kapillare geführt werden, um eine Bond­ insel einer Halbleitereinrichtung mit einem Anschluß hiervon zu verbin­ den. Hierbei wird entweder ein Nagelkopf oder ein Keilbonden verwendet.

Die Kapillaren derartiger Drahtbondgeräte besitzen eine Zu­ führbohrung für Bonddraht, die austrittsseitig an der Spitze der Kapil­ laren angefast ist, wobei die Spitze der Kapillare als Keilfläche ausge­ bildet ist. Der durch die Kapillare zugeführte Bonddraht wird am Aus­ trittsende angeschmolzen und bildet eine Kugel, die zur Ausbildung einer Nagelkopfbondstelle mittels der Kapillare auf eine Bondinsel aufgedrückt wird, wobei im Zusammenhang mit Ultraschallenergie das Bonden bewirkt wird. Mit abnehmendem Bondinselmittenabstand verringert sich im allge­ meinen auch die Größe der Bondinsel selbst, wodurch es problematisch wird, genügend kleine Nagelkopfbondstellen auf einer derartigen Bondin­ sel anzubringen. Hierbei ist der Bonddurchmesser zu begrenzen, damit kein Drahtmetall zu einer benachbarten Bondinsel übertritt und hierdurch einen Kurzschluß bewirkt. Bei der Ausbildung der Spitze der Kapillare ist es jedoch schwierig, die Größe der Nagelkopfbondstelle zu steuern, da diese primär von der Größe der gebildeten Formkugel, die auf die Bondinsel aufgedrückt wird, abhängig ist. Außerdem ist hierbei diese Größe von Parametern wie der Leistung, Kraft und Wirkzeit der einwirken­ den Ultraschallenergie abhängig. Ein Verringern des Außendurchmessers der Kapillare bringt hier keine Abhilfe, da diese dann nicht mehr zum Keilbonden geeignet ist. Abgesehen davon hat sich hierbei gezeigt, daß das intermetallische Anbinden primär längs des Umfangs der Nagelkopf­ bondstelle und weniger im Kernbereich hiervon erfolgt, was offensicht­ lich daran liegt, daß die Kapillare Ultraschallenergie während der Aus­ bildung der Nagelkopfbondstelle nicht optimal überträgt.

Bei bekannten Drahtbondgeräten ist im allgemeinen die Steue­ rung einer Vielzahl von Parametern während des Nagelkopfbondens möglich. Diese beinhalten die Intensität der beim Bonden angewandten Ultraschall­ energie (d. h. der Bondleistung), die Dauer des Bondens (d. h. die Bond­ zeit), die während des Bondens angewandte Kraft (d. h. die Bondkraft) und die während des Bondens verwendete Temperatur. Beispielsweise können ty­ pische bekannte Parameter eines bei Suizer, Cham, Schweiz, erhältli­ chen ESEC 3006 F/X Bondgeräts zur Bildung von Nagelkopfbondstellen auf einem Chip mit 70 µm-Teilung bei Verwendung eines 25,4 µm-Drahtes und Bildung einer 36 µm-Formkugel etwa 19% Bandleistung bei Verwendung einer 300 mN Kraft für eine Dauer von etwa 25 ms bei einer Temperatur von etwa 220°C betragen. Natürlich sind diese Zahlen voneinander abhän­ gig und können je nach Anforderungen eines speziellen Systems variiert werden. Bei vielen Anwendungen ist eine niedrigere Temperatur während des Bondens wünschenswert. Ein Beispiel bilden Packungen derartiger Anordnung (zum Beispiel BGA's, PGA's, etc.), bei denen ein temperatur­ sensitives Substratmaterial wie BT, FR4 oder Hochtemperaturepoxid ver­ wendet wird. Die Industrie ist jedoch heutzutage bemüht, ein Bonden bei Temperaturen von etwa 150°C zu verwirklichen.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zum Drahtbonden nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 zu schaffen, das es ermöglicht, sehr kleine und trotzdem feste Nagelkopfbondstellen zu erzeugen, und außerdem zum Keilbonden geeignet bleibt.

Diese Aufgabe wird entsprechend des kennzeichnenden Teils des Anspruchs 1 gelöst.

Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind der nachfolgenden Beschreibung und den Unteransprüchen zu entnehmen.

Die Erfindung wird nachstehend anhand eines in den beigefügten Abbildungen dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert.

Fig. 1 zeigt ausschnittweise im Schnitt eine Kapillare für ein Drahtbondgerät.

Fig. 2 zeigt die Kapillare von Fig. 1 mit der Bildung einer Formkugel am distalen Ende eines Bonddrahts.

Fig. 3A und 3B zeigen die Kapillare von Fig. 1 bei der Her­ stellung verschiedener Nagelkopfbondstellen.

Fig. 4 zeigt die Kapillare von Fig. 1 bei der Herstellung einer Keilbondstelle.

Fig. 5 zeigt ein Flußdiagramm mit einem Verfahren zum Nagel­ kopfbonden.

Fig. 6 und Fig. 7 zeigen Fotografien mit jeweils einer Drauf­ sicht einer Matrix von Nagelkopfbondstellen in einem Bauelement mit 70 µm Teilung.

Eine in Fig. 1 dargestellte Kapillare 200 kann sowohl zum Nagelkopf- als auch zum Keilbonden verwendet werden. Die Kapillare 200 kann eine im wesentlichen standardmäßige äußere Form haben, die vom obe­ ren Ende (nicht gezeigt) der Kapillare 200 zum unteren Ende leicht ge­ neigt ist. Das untere Ende der Kapillare 200 bildet eine Spitze 202. Die Spitze 202 besitzt einen Außendurchmesser 204. Der Außendurchmesser 204 kann abhängig von den Bedürfnissen einer speziellen Anwendung variieren. Für die meisten Anwendungen sind Außendurchmesser 204 im Bereich von 150 bis 200 µm zweckmäßig. Beispielsweise kann ein Außendurchmesser 204 von etwa 70 µm zweckmäßigerweise beim Drahtbonden einer Halbleitereinrich­ tung verwendet werden, die einen Bondinselmittenabstand von 60 µm auf­ weist. Ein Außendurchmesser 204 von etwa 84 µm ist für einen Bondinsel­ mittenabstand von 70 µm zweckmäßig.

Eine Zuführbohrung mit einem minimalen Bohrungsdurchmesser 208 erstreckt sich vom oberen Ende der Kapillare 200 zur Spitze 202. Der Bohrungsdurchmesser 208 kann in Abhängigkeit vom Durchmesser des Drah­ tes, der für ein bestimmtes Bonden erforderlich ist, variieren. Bei­ spielsweise ist ein Bohrungsdurchmesser 208 von etwa 33 µm für einen Drahtdurchmesser von 25,4 µm geeignet. In ähnlicher Weise ist ein Außen­ durchmesser 208 von etwa 41 µm für einen Drahtdurchmesser von etwa 33 µm geeignet.

Die Zuführbohrung 206 kann eine Fase 210 enthalten, die sich in eine umwandete Ausnehmung 214 öffnet. Die Fase 210 kann sich in einem Winkel erweitern, der entsprechend den Erfordernissen einer speziellen Anwendung variieren kann. Ein Fasenwinkel von etwa 0° bis etwa 10° ar­ beitet im allgemeinen gut. Die Fase 210 besitzt einen maximalen Fasen­ durchmesser 212. Der Fasendurchmesser 212 kann in Abhängigkeit von der speziellen Anwendung variieren. Bei einem Drahtdurchmesser von etwa 25,4 µm ist beispielsweise ein Fasendurchmesser 212 von etwa 36 µm bis etwa 38 µm zweckmäßig. Bei einem Drahtdurchmesser von etwa 33 µm ist ein Fa­ sendurchmesser 212 von etwa 45 µm zweckmäßig.

Die Ausnehmung 214 ist in der Spitze 202 benachbart zu der Fase 210 am Ende der Zuführbohrung 206 angeordnet, wobei sie die Fase 210 fortsetzt. Die Ausnehmung 214 besitzt Ausnehmungswände 215 und eine zurückversetzte Spitzenfläche 217. Die Ausnehmung 214 kann im wesentli­ chen zylindrisch mit einem Ausnehmungsdurchmesser 216 sein, der größer als der maximale Fasendurchmesser 212 ist. Die zurückversetzte Spitzen­ fläche 217 kann relativ zur Horizontalachse geneigt sein. Die Ausneh­ mungswände 215 können relativ zur vertikalen Achse geneigt sein, so daß die Ausnehmung 214 im wesentlichen kegelstumpfförmig sein kann. Bei­ spielsweise sind Neigungen im Bereich von 0° bis 10°, zum Beispiel etwa 5° bis 10°, zweckmäßig. Der Ausnehmungsdurchmesser 216 kann entsprechend den Anforderungen einer speziellen Anwendung variieren. Beispielsweise kann der Ausnehmungsdurchmesser 216 etwa 40 µm bis etwa 46 µm aufweisen, wenn er für Bondinselmittenabstände von etwa 60 µm verwendet wird. Aus­ nehmungsdurchmesser 216 von etwa 50 µm sind zweckmäßig, wenn sie für Bondinselmittenabstände von 70 µm verwendet werden. Größere Kapillaren 200 können natürlich entsprechend größere Ausnehmungsdurchmesser 216 aufweisen. Die Ausnehmung 214 besitzt eine Ausnehmungshöhe 218. Die Aus­ nehmungshöhe 218 kann ebenfalls entsprechend den speziellen Anforderun­ gen einer Anwendung variieren. Beispielsweise sind Ausnehmungshöhen 218 im Bereich von etwa 10 µm bis 15 µm zweckmäßig. Zum Beispiel kann die Ausnehmungshöhe 218 etwa 15 µm im Zusammenhang mit Bondinselmittenab­ ständen von etwa 60 µm bis etwa 70 µm sein. Zweckmäßigerweise sind sämt­ liche Kanten der Ausnehmung 214 verrundet. Der Abstand der Spitze 202 außerhalb der Ausnehmung 214 definiert eine Keilfläche 219.

Die Kapillare 200 ist sowohl zum Nagelkopf- als auch zum Keil­ bonden geeignet. Im Betrieb wird Draht durch die Zuführbohrung 206 zuge­ führt. Beim Nagelkopfbonden wird eine Formkugel frei hängend am distalen Ende des Drahtes gebildet. Danach wird die Ausnehmung 214 am distalen Ende der Kapillare 200 in Verbindung mit von dem Drahtbondgerät gelie­ ferter Ultraschallenergie verwendet, um die Formkugel auf eine geeignete Bondoberfläche (zum Beispiel eine Bondinsel eines Halbleiterbauelements) ultraschallzuschweißen, um ein Nagelkopfbonden zu erzeugen. Die Aus­ nehmung 214 der Kapillare 200 liefert kleine starke Nagelkopfbondstellen mit hoher Präzision. Die Kapillare 200 eignet sich für sehr geringe Bondinselmittenabstände und sehr kleine Bondinselflächen. Auch in bezug auf ein Keilbonden ist dies bei sehr geringen Anschlußmittenabständen geeignet.

Fig. 2 zeigt eine frei in der Luft hängende Formkugel 302 am distalen Ende eines Drahtes 304, der beispielsweise aus Gold, Aluminium oder einem anderen geeigneten Material bestehen kann. Die Formkugel 302 besitzt einen Durchmesser 306. Die Formkugel 302 wird mit Hilfe einer elektronischen Flammeinrichtung verwendet. Diese Einrichtung und andere Parameter können so gesteuert werden, daß die Formkugel 302 ein Volumen aufweist, das etwas größer als das Volumen der Ausnehmung 214 der Kapil­ lare 200 ist.

Bei geeigneter Größe der Formkugel 302 ist die Größe einer Nagelkopfbondstelle unabhängig vom Durchmesser des Drahtes. Statt dessen wird die Größe der Nagelkopfbondstelle durch die Ausnehmung 214 selbst bestimmt. Dies kann in vielen Anwendungen ein wesentlicher Vorteil sein, da sogar bei Bauelementen mit kleiner Teilung größere Drähte verwendet werden können. Beispielsweise können 33 µm-Drähte in Bauelementen mit einer Teilung von etwa 125 µm verwendet werden, wie zum Beispiel in 70 µm- bis 80 µm-Bauelementen mit kleiner Teilung. Die Verwendung von Drähten größeren Durchmessers ermöglicht längere Drahtbereiche, als sie bei Plastkapselung sonst zulässig wären, da Drähte größeren Durchmessers weniger anfällig für Drahtablenkung sind. Beispielsweise arbeiten bei Verwendung eines 33 µm-Bonddrahtes Drahtbereiche von mehr als 5.000 µm, zum Beispiel 5.600 bis 6.400 µm, gut in kunststoffgegossenen 70 µm- Bauelementen. Im Gegensatz dazu sind 70 µm-Bauelemente bei Verwendung eines 25,4 µm-Drahtes auf einem maximalen Bereich von etwa 4.000 µm beschränkt.

Der Formungseffekt der Ausnehmung 214 hat eine Reihe von Vor­ teilen, die die Verwendung sehr unterschiedlicher Bondparameter und Ma­ schineneinstellungen während des Nagelkopfbondens ermöglicht. Die Pri­ märvariable wird die Bondleistung, und Experimente haben gezeigt, daß die während des Drahtbondens angewandte Kraft wesentlich reduziert oder völlig eliminiert werden kann. Außerdem kann die Bondtemperatur wesent­ lich reduziert werden. Beispielsweise sind Bondtemperaturen von etwa 100 bis 140°C ohne weiteres erreichbar. Gemäß Fig. 3A ermöglicht die Kapil­ lare 200 die Bildung einer kleinen Nagelkopfbondstelle 400. Die Ausneh­ mung 214 der Kapillare formt die Nagelkopfbondstelle 400. Die zurückver­ setzte Spitzenfläche 217 und die Ausnehmungswand 215 rücken zusammen, um den oberen Teil der Nagelkopfbondstelle 400 so zu formen, daß er im we­ sentlichen die Form der Ausnehmung 214 hat. Größe, Form und Stellfläche eines unteren Teils der Nagelkopfbondstelle 400 können sorgfältig ge­ steuert werden, indem die Größe der Formkugel 302 (in Fig. 2 gezeigt) zusammen mit einem Abstand einer Bondoberfläche 401 und der Spitze 202 gesteuert wird. Dies beruht vermutlich auf Formungseffekten der Ausneh­ mung 214 in Verbindung mit der Oberflächenspannung des geschmolzenen Bonddrahtmaterials, welches die Formkugel 302 bildet. In vielen Fällen kann der Effekt der durch das Drahtbondgerät ausgeübten Bondkraft im wesentlichen eliminiert werden. In solchen Situationen kann die Spitze 202 in fester Höhe über der Bondoberfläche 401 (in der gezeigten Aus­ führungsform einer Bondinsel eines Chips) positioniert werden. Da die Formkugel 302 größer als die Ausnehmung 214 ist, kontaktiert sie die Bondoberfläche 401 und kann an diese ultraschallgeschweißt werden.

Gemäß Fig. 3A wird die Nagelkopfbondstelle 400 zwischen dem distalen Ende des Drahtes 304 und der Bondoberfläche 401 gebildet. Ein Drahtbondgerät (nicht gezeigt) wird in Verbindung mit der Kapillare 200, Ultraschallenergie und thermischer Energie von einer Wärmestufe zur Bil­ dung der Nagelkopfbondstelle 400 verwendet. Größenparameter hiervon um­ fassen eine Stellfläche 402 und eine Bondhöhe 404. Wenn die Größe der Formkugel und der Abstand sorgfältig berechnet werden, kann die Menge an Material, das sich aus der Ausnehmung 214 heraus erstreckt, im wesentli­ chen eliminiert werden, und die Stellfläche 402 kann präzise gesteuert werden. Tests haben erwiesen, daß die Stellfläche 402 sogar kleiner als der maximale Ausnehmungsdurchmesser 216 selbst sein kann. Tatsächlich tendiert in einer Ausführungsform der Teil der Nagelkopfbondstelle un­ terhalb der Oberfläche der Spitze 202 dazu, eine invertierte kegel­ stumpfförmige Gestalt anzunehmen, wobei die zwischen der Bondoberfläche 401 und der Nagelkopfbondstelle 400 gebildete Kontaktfläche kleiner ist als der Öffnungsdurchmesser der Ausnehmung 214. In dieser Ausführungs­ form wird am Drahtbondgerät keine ersichtliche Bondkraft ausgeübt, und der Abstand zwischen der Spitze 202 und der Bondoberfläche 401 wird auf einen festen Wert gesetzt. Die geeignete Größe der Formkugel 302 wird basierend auf der Größe der Ausnehmung 214 und dem gewünschten Abstands­ wert berechnet. Die Abstandshöhe kann entsprechend den Anforderungen einer speziellen Anwendung variiert werden. Beispielsweise erscheinen Abstandswerte von etwa 5 bis 15 µm als geeignet und Abstandswerte im Bereich von 5 bis 10 µm sind erfolgreich getestet worden. Bei dieser Anordnung kann die Stellfläche der Nagelkopfbondstelle 400 durch (ge­ eignete) Vergrößerung der Abstandshöhe reduziert werden, was sich als besonders nützlich herausstellt, wenn die Teilung der Bondinsel weiter reduziert wird.

Eine genaue Steuerung der Abstandshöhe ist für das Gelingen der in Fig. 3A gezeigten Ausführungsform wichtig. Zu vielen bekannten Drahtbondgeräten gibt es keine Software zur Steuerung der Kapillare oberhalb der Bondoberfläche. Bei den meisten Drahtbondgeräten stellt dies jedoch eine relativ unkomplizierte Modifikation dar. Beispielsweise sind eine Reihe Experimente mit einem ESEC 3006F/X Drahtbondgerät (Sui­ zer, Cham, Schweiz) erfolgreich durchgeführt worden. Bei diesem Gerät und einer Kapillare 200 mit 33 µm-Bonddraht und einem Ausnehmungsdurch­ messer von etwa 50 µm sind Bondzeiten von etwa 10 ms bei 10 bis 12% Leistung zweckmäßig. Im Gegensatz dazu verwenden typische Einstellungen desselben Gerätes, wenn dieses für ein herkömmliches Nagelkopfbonden eingesetzt wird, eine Bondzeit von etwa 25 ms bei 19% Leistung mit einer Bondkraft von 300 mN. Natürlich kann die Einstellung für verschie­ dene Anwendungen in einem großen Bereich variiert werden.

Gemäß Fig. 3B wird in einer alternativen Ausführungsform ein bestimmtes Maß an Material 408, welches sich aus der Ausnehmung heraus erstreckt, unter der Kapillare 200 außerhalb dieser gebildet. Eine sol­ che Nagelkopfbondstruktur wird typischerweise gebildet, wenn die Größe der Formkugel 302 geringfügig größer als das zur Bildung der Nagel­ kopfbondstelle 400 von Fig. 3A bei einem gegebenen Abstandswert erfor­ derliche Volumen ist. Solche Nagelkopfbondstrukturen sind auch typisch, wenn eine geringe Bondkraft zur Positionierung der Kapillare 200 bezüg­ lich der Bondoberfläche angewandt wird. Natürlich paßt sich ein oberer Teil 450 einer Nagelkopfbondstelle 400 der Ausnehmung 214 an. Durch Steuerung der Größe der Formkugel 302 relativ zur Größe der Ausnehmung 214 kann das Maß an Material, welches sich aus der Ausnehmung 214 heraus erstreckt, gesteuert werden. Wenn die Formkugel 302 geringfügig größer als die Ausnehmung 214 und das geeignete Offset-Volumen ist, erstreckt sich etwas Material aus Drahtmetall vom Umkreis der Ausnehmung 214 aus (wie vergrößert in Fig. 3B dargestellt), was bedeutet, daß die Stell­ fläche 402 größer als der Ausnehmungsdurchmesser 216 ist. Obwohl solche Anordnungen gut arbeiten, sind die Formkugeln 302 nicht optimal gebil­ det.

Die Größe einer Nagelkopfbondstelle 400, die mittels der Kapillare 200 gebildet wurde, hängt primär von der Größe der Formkugel 302 in Verbindung mit dem Abstandswert ab. Aufgrund von Formungseffekten der Ausnehmung 214 hängt die Größe der Nagelkopfbondstelle 400, die mittels der Kapillare 200 gebildet wurde, nicht wesentlich von Leistung, Kraft und Zeitdauer der während der Bildung der Nagelkopfbondstelle 400 gelieferten Ultraschallenergie ab.

Aufgrund der Formung der Ausnehmung 214 wird eine starke Na­ gelkopfbondstelle 400 erzeugt, indem eine gleichmäßige Verteilung des Bondens an der Bondoberfläche 401 ermöglicht wird. Genauer gibt es eine beträchtliche intermetallische Bindung, die über die gesamte zwischen Formkugel 302 und Bondoberfläche 401 gebildete Kontaktfläche relativ gleichmäßig verteilt ist. Diese gleichmäßige Oberflächenverteilung resultiert vermutlich daraus, daß die Ausnehmung 214 der Kapillare 200 eine effektivere Übertragung von Ultraschallenergie während der Bildung der Nagelkopfbondstelle 400 ermöglicht. Es wird angenommen, daß während eines Nagelkopfbondprozesses die Ausnehmungswände 215 eine nach innen gerichtete Kraft auf das Drahtmetall in der Ausnehmung 214 ausüben. Die auf die Ausnehmungswände 215 ausgeübte nach innen gerichtete Kraft trägt zur Bildung der gleichmäßig verteilten intermetallischen Bindung an der Grenzfläche von Drahtmetall und Bondinselmetall bei. Im Gegensatz dazu tendiert die beträchtliche intermetallische Bindung bei bekannten Nagel­ kopfbondstellen dazu, primär einen Ring um den Umkreis der Bondstelle zu bilden. Beispielsweise beträgt in bekannten Fällen die typische Scher­ beanspruchung einer Nagelkopfbondstelle bei Verwendung eines Bonddrahtes aus Gold von 25,4 µm Durchmesser an einer Aluminiumbondinsel in einem Bauelement mit 70 µm Teilung etwa 18 g. Im Gegensatz dazu haben Experi­ mente gezeigt, daß mit der beschriebenen Anordnung ohne weiteres Scher­ beanspruchungen von etwa 22 bis 25 g erreicht werden.

Während des Keilbondens gemäß Fig. 4 übt die Keilfläche 219 der Kapillare 200 eine Kraft auf einen Abschnitt des Drahtes 304 aus. Eine Keilbondstelle 500 kann zwischen dem Abschnitt des Drahtes 304 und einer Oberfläche eines Anschlusses 502 einer Halbleitereinrichtung ge­ bildet werden. Ein Drahtbondgerät mit einer Kapillare 200 erfordert ei­ nen schmalen Kontaktbereich, um eine Keilbondstelle 500 zu erzeugen. Die Keilbondstelle 500 besitzt eine Keilbondlänge 504. Wegen des geringen Kontaktbereichs ist die Kapillare 200 daher besonders zur Bildung von Keilbondstellen 500 bei Innenanschlußrahmen mit sehr niedriger Teilung geeignet.

Die Größe der Nagelkopfbondstellen 400 ist im wesentlichen un­ abhängig vom Gesamtdurchmesser der Spitze 202. Folglich kann bei vielen Anwendungen der Gesamtdurchmesser der Spitze 202 und damit die Größe der Keilfläche 219 für ein optimales Keilbonden optimiert werden.

Gemäß Fig. 5 ist ein Verfahren zum Drahtbonden dargestellt. Typischerweise wird die Bondoberfläche 401 (z. B. ein Chip, ein Leiter­ rahmen, ein Substrat oder irgendein anderes passendes Bauelement) in ei­ nem Schritt 601 auf eine geeignete Temperatur vorerhitzt. Diese Tempera­ tur kann entsprechend den jeweiligen Anforderungen in einem großen Be­ reich variiert werden, wobei Temperaturen im Bereich von 100 bis 150°C sowie unterhalb von 100°C mit der beschriebenen Kapillare 200 ohne wei­ teres erreichbar sind. Wenn die Bondoberfläche 401 vorerhitzt wird, wird die Kapillare 200 in einem Schritt 603 wie gewünscht positioniert. Der Draht 304 wird in einem Schritt 606 µm eine vorbestimmte Distanz vorge­ schoben, und eine Formkugel 302 wird in einem Schritt 609 mittels EF0 oder einer anderen geeigneten Einrichtung gebildet. Die Spitze 202 der Kapillare 200 wird dann in einem Schritt 612 µm eine vorbestimmte Ab­ standshöhe über der Bondoberfläche 401 abgesenkt. Die Abstandshöhe kann entsprechend den Anforderungen einer speziellen Anwendung variiert wer­ den. Beispielsweise sind Abstandshöhen im Bereich von 4 bis 15 µm, vor­ zugsweise 10 bis 15 µm, in Leiterrahmenbauelementen mit kleiner Teilung zweckmäßig. Alternativ kann die Kapillare 200 abgesenkt werden, bis eine bestimmte (relativ kleine) Widerstandskraft erreicht wird. Wenn die Kapillare 200 in Position gebracht worden ist, wird der Draht 304 an die Bondoberfläche 401 in einem Schritt 615 ultraschallgeschweißt.

Wenn statt des einfachen Bildens eines Bondhügels auf der Bondoberfläche 401 ein Draht 304 gebildet werden soll, kann die Kapilla­ re 200 anschließend in einem Schritt 618 zu einer gewünschten Keilbond­ stelle unter Ausschieben des Drahtes 304 bewegt werden. Der Draht 304 wird dann in einem Schritt 621 zur Bildung einer Keilbondstelle an den gewünschten Platz ultraschallgeschweißt. Die Keilfläche 219 wird während des Keilbondschrittes verwendet. Wenn weitere Zwischenverbindungen ge­ wünscht werden (Schritt 624), wird der Prozeß bei Schritt 603 beginnend für jede der Zwischenverbindungen solange wiederholt, bis alle gewünsch­ ten Zwischenverbindungen abgeschlossen sind. In diesem Moment ist das Drahtbonden vollendet.

Die relative zeitliche Festlegung der Drahtvorschub- und Ball­ bildungsschritte kann variiert werden, und das Erhitzen kann gleichzei­ tig mit anderen Schritten ablaufen.

Gemäß Fig. 6 weisen die Stellflächen der Nagelkopfbondstellen 400 in einer Matrix aus in bekannter Weise gebildeten Nagelkopfbond­ stellen 400 in einem Bauelement mit 70 µm Teilung eine relativ signifi­ kante Variation auf. Der mittlere Durchmesser beträgt etwa 51 µm mit Variationen bis zu 7 µm und einer Standardabweichung von etwa 2 µm. Im Gegensatz dazu sind gemäß Fig. 7 die Nagelkopfbondstellen 400 mit einem mittleren Durchmesser von 46 µm wesentlich kleiner, wobei ihre Variation ebenfalls geringer ist. In der gezeigten Fotografie betragen die Varia­ tionen höchstens 3 µm bei einer Standardabweichung von 0,4 µm.

Das Verfahren kann auch auf Bauelemente mit größerer Teilung angewendet werden. Der Durchmesser der Ausnehmung 214 muß nicht wesent­ lich größer als der Bonddraht-Bohrungsdurchmesser sein, und ein Vorteil besteht darin, daß die Bondqualität bei relativ großen Variationen in den jeweiligen Verhältnissen von Ausnehmungsdurchmesser, Bohrungsdurch­ messer und Spitzendurchmesser recht gut ist. Außerdem kann zusätzlich zu den dargestellten zylindrischen und kegelstumpfförmigen Geometrien eine große Vielfalt von Ausnehmungsgeometrien verwendet werden.

Schließlich können die relative zeitliche Festlegung der Bondleistungen und die verwendete Kraft entsprechend den Anforderungen eines speziellen Systems in einem großen Bereich variiert werden.

Claims (18)

1. Verfahren zum Drahtbonden mittels einer durch ein Draht­ bondgerät angetriebenen Kapillare (200), in der eine Ausnehmung (214) vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß ein distales Ende eines durch die Kapillare (200) auf eine Bondoberfläche (401) tre­ tenden Bonddrahtes (304) ultraschallgeschweißt wird, wobei die Ausneh­ mung (214) einen wesentlichen Teil einer Nagelkopfbondstelle (400) wäh­ rend des Nagelkopfbondens formt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine während des Ultraschallschweißens durch das Drahtbondgerät angewandte Bondkraft im wesentlichen Null beträgt.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Bondoberfläche (401) während des Ultraschallschweißens auf eine Temperatur von weniger als 150°C erhitzt wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Bondoberfläche (401) während des Ultraschallschweißens auf eine Temperatur von weniger als 140°C erhitzt wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Bondoberfläche (401) während des Ultraschallschweißens auf eine Temperatur von weniger als 130°C erhitzt wird.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Bondoberfläche (401) während des Ultraschallschweißens auf eine Temperatur von 100 bis 140°C erhitzt wird.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Bondoberfläche (401) während des Ultraschallschweißens auf eine Temperatur von weniger als 100°C erhitzt wird.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Ultraschallschweißen so vorgenommen wird, daß ein signifikantes intermetallisches Bonden einem Großteil einer Kontakt­ oberfläche zwischen der Nagelkopfbondstelle (400) und der Bondoberfläche (401) eintritt.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekenn­ zeichnet, daß an einem distalen Ende des Bonddrahtes (304) vor dem Ul­ traschallschweißen eine Formkugel (302) gebildet wird.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch ge­ kennzeichnet, daß als Bonddraht (304) ein Golddraht und als Bondoberflä­ che (401) eine Aluminiumfläche verwendet wird.

11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Kapillare (200) in einer vorbestimmten Höhe über der Bondoberfläche (401) positioniert wird.

12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß für die vorbestimmte Höhe ein Wert im Bereich von 5 bis 10 µm verwendet wird.

13. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch ge­ kennzeichnet, daß als Bondoberfläche (401) eine Bondinsel auf einem Chip mit einer Teilung von höchstens 70 µm verwendet wird.

14. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch ge­ kennzeichnet, daß als Bondoberfläche (401) eine Bondinsel auf einem Chip mit einer Teilung von weniger als 75 µm verwendet wird.

15. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch ge­ kennzeichnet, daß als Bonddraht (304) ein Draht der Dicke von mindestens 33 µm verwendet wird.

16. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Bonddraht (304) nach dem Bilden der Nagelkopfbond­ stelle (400) ausgeschoben und zu einer weiteren Bondoberfläche keilge­ bondet wird, die von der Bondinsel entfernt ist.

17. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß als weitere Bondoberfläche eine Bondoberfläche gewählt wird, die von der Bondinsel mindestens 5.000 µm entfernt ist.

18. Verfahren nach Anspruch 16 oder 17, dadurch gekennzeich­ net, daß das Ultraschallschweißen, das Ausschieben und das Keilbonden für eine Vielzahl von Bondinseln wiederholt wird.