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Verfahren zum Kontaktieren von auf Halbleiter-
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körpern befindlichen Metallanschlußkontakten Die Hauptanmeldung (Aktz.
P 26 08 250.8) betrifft ein Verfahren zum Kontaktieren von auf Halbleiterkörpern
befindlichen Metallanschlußkontakten mit durch eine Kapillare geführten Anschlußdrähten.
Derartige Verfahren werden bei der Herstellung von Halbleiterbauelementen benötigt.
Bei einem bekannten Kontaktierungssystem wird der anzuschließende Kontaktierungsdraht
von einer Vorratsspule abgewickelt und durch die öffnung einer Kapillare geführt.
Das aus der Kapillarenspitze herausragende kugelförmige Drahtende wird unter mikroskopischer
Beobachtung mit Hilfe sogenannter Mikromanipulatoren auf die Anschlußkontaktfläche
eines Halbleiterkörpers einjustiert und durch Thermokompression fest mit dieser
Kontaktfläche verbunden.
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Der Hallptanmeldung lag die Aufgabe zugrunde, ein Kontaktierverfahren
anzugeben, mit dem in der Zeiteinheit mehrere
Kontakte hergestellt
und zumindest ein Teil der Arbeitsschritte automatisiert werden können. Diese Aufgabe
wurde dadurch gelöst, daß zumindest die Enden zweier durch Kapillaröffnungen geführter
Anschlußdrähte gleichzeitig mit zwei auf einer Oberflächenseite des Halbleiterkörpers
befindlichen Metallkontakten durch Thermokompression verbunden werden und daß die
Drähte danach in einem bestimmten Abstand von den Metallkontakten abgetrennt und
so zu weiteren Anschlußteilen hin umgebogen werden, daß die freien Drahtenden mit
diesen fest verbunden werden können.
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Bei dem bereits vorgeschlagenen Verfahren gemäß der Hauptanmeldung
können daher in einem Arbeitsschritt zwei oder mehr Anschlußkontakte eines iialbleiterbauelementes
oder einer integrierten Halbleiterschaltung mit Anschlußdrähten kontaktiert werden.
Dies wird dadurch ermöglicht, daß eine Thermokompressionsvorrichtung verwendet wird,
die mehrere, durch Kapillaröffnungen hindurchgeführte Kontaktierungsdrähte enthält.
Die Abstände der Öffnungen in den Kapillaren und damit auch die Abstände zwischen
den Drähten selbst, müssen exakt den Abständen zwischen den zu kontaktierenden Metallanschlußkontakten
auf der Halbleiteroberfläche entsprechen. Das geschilderte Verfahren hat auch den
wesentlichen Vorteil, daß zur Kontaktierung mehrerer Anschluß kontakte nur einmal
ein Justiervorgang erforderlich ist.
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Bei dem vorgeschlagenen Mehrfachkontaktierungsverfahren wird die Thermokompressionsvorrichtung
mit den Kapillaren nach der Befestigung der Anschlußdrähte an den Metallkontakten
bis zu einem bestimmten Abstand über die Halbleiteroberfläche angehoben. Danach
werden die Drähte unter den Kapillaröffnungen abgebrannt. Zwischen die über die
Halbleiteroberfläche hochstehenden Drahtstücke wird dann ein Keil geführt, der die
Drähte gleichzeitig auseinanderspreizt und so umbiegt, daß die freien Drahtenden
mit den zugeordneten Gehäuseanschlüssen, beispielsweise mit den Zinken oder Anschlußteilen
eines Kontaktierungsstreifens, in Berührung gelangen. Schließlich werden diese freien
Drahtenden mit Hilfe eines Andruckmittels mit den Gehäuseanschlüssen durch Thermokompression
fest verbunden.
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Der vorliegenden Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, das bereits
vorgeschlagene Verfahren weiter zu verbessern. Insbesondere soll die Zahl der mechanischen
Teile verringert und sichergestellt werden, daß die freien Drahtenden der mit den
Metallkontaktflächen verbundenen Drahtstücke mit den zugeordneten Anschlußteilen
eines Kontaktierungsstreifens in Berührung gelangen. Diese Aufgabe wird bei einem
Verfahren, wie es Gegenstand der Hauptanmeldung ist und wie es im Gattungsbegriff
des Patentanspruches 1 zum Ausdruck kommt, erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß zwischen
den Anschlußteilen
ein zum Halbleiterkörper hin spitz zulaufender
Keil, der als Strömungsteiler wirkt, so angeordnet wird, daß die mit den Metallkontaktflächen
des Halbleiterkörpers verbundenen Drahtstücke beim Einwirken eines Luftstroms umgebogen
und durch den vom Strömungsteiler geteilten Luftstrom gespreizt werden, bis sie
mit ihren freien Enden mit den zugeordneten Anschlußteilen in Verbindung gelangen
und daß danach diese Enden der Drahtstücke gleichzeitig mit den Anschlußteilen durch
Thermokompression verbunden werden.
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Dieses verbesserte Verfahren hat den Vorteil, daß auch Drähte mit
sehr kleinen Abständen voneinander bearbeitet werden können.
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Der Platzbedarf der für das beschriebene Verfahren notwendigen Vorrichtungsteile
ist gering, und da wenig mechanisch bewegte Vorrichtungselemente erforderlich sind,
kann das Verfahren sicher und einfach durchgeführt werden In einer Weiterbildung
des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, daß der Strömungsteiler in der
Höhe verstellbar ist. Dadurch wird ermöglicht, daß der Strömungsteiler nach dem
Umlegen der Kontaktierungsdrähte angehoben werden kann, so daß die Halbleiteranordnung
mit den Anschlußdrähten beschädigungsfrei unter dem Keil hindurchgeschoben werden
kann.
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Zum Umbiegen der Drahtstücke wird vorzugsweise eine Düse Verwendet,
aus der ein auf die Drahtstücke gerichteter Druckluftstrom
austritt
und damit die Drahtstücke umbiegt.
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Es ist ferner von Vorteil, wenn der Strömungsteiler und die Düse so
mit der Kapillare verbunden sind, daß beide Teile den Bewegungen der Kapillaren
in der Ebene des Kontaktierungsstreifens folgen. Bei einer Verfahrensmodifikation
erfolgt das Umbiegen der Drahtstücke nach dem Kontaktieren der Metallkontaktflächen
des Halbleiterkörpers an der gleichen Arbeitsposition. In einer zweiten Verfahrensmodifikation
sind der Keil und die Düse so an der Kapillare befestigt, da bei den Bewegungen
der Kapillare in definiertem Abstand in der Ebene des Kontaktierungsstreifens folgen.
Dabei entspricht dieser Abstand dem Abstand zwischen zwei Halbleitersystemen auf
dem Kontaktierungsstreifen, so daß an einer Arbeitsposition die Kontaktierungsdrähte
an den Kontaktflächen des Halbleiterkörpers befestigt werden, während gleichzeitig
an einer davorliegenden Arbeitsposition die Drahtstücke eines bereits kontaktierten
Halbleiterkörpers zu den zugeordneten Anschlußteilen hin umgebogen werden.
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In jedem Fall werden während des Kontaktierens der Metallkontaktflächen
bzw. dem Umbiegen der Drahtstücke an einer weiteren Arbeitsposition mit bereits
umgebogenen Drahtstücken diese durch Thermokompression gleichzeitig mit den zugeordnetten
Anschliißteilen verbunden.
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Zur Durchführung des beschriebenen Verfahrens eignen sich sowohl Kapillaren,
wie sie in der Hauptanmeldung beschrieben werden, als auch Doppeldraht-Kapillaren,
bei denen die beiden Kontaktierungsdrähte durch zwei Öffnungen einer beiden Drähten
gemeinsamen Kapillare hindurchgeführt werden.
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Die Erfindung soll im weiteren noch anhand eines Ausführungsbeispieles
näher erläutert werden.
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In der Figur 1 ist ein Kontaktierungsstreifen 12 dargestellt, der
ein streifenförmiges und abgewinkeltes Teil 11 für die Aufnahme des Halbleiterkörpers
3 und zwei zinkenförmige Anschlußteile 1 und 2 aufweist. Die genannten Teile 1,
2 und 11 sind ihrerseits wiederum Teile eines strukturierten Kontaktierungsstreifens
12, mit dem eine Vielzahl von Halbleiterbauelementen verbunden werden können und
der nach der Kontaktierung der Halbleiterbauelemente und nach dem Eingießen der
Halbleitersysteme in Kunststoff zur Separierung der Einzelbauelemente zerteilt werden
muß. Hierbei muß auch der Verbinelungssteg, der die Teile 1, 2 und 11 miteinander
verbindet, nach dem Eingießen des Halbleiter systems in Kunststoff durchgetrennt
werden.
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Bei dem in Figur 1 dargestellten Ausführungsbeispiel handelt es sich
um die Kontaktierung eines Transistors. Der Halbleiterkörper
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wird mit seiner Kollektorzone auf dem metallischen Träger 11 befestigt. Zur Kontaktierung
der Emitter- und der Basiszone, die auf einer Oberflächenseite des Halbleiterkörpers
mit Metallkontaktflächen 14 und 15 versehen sind, wird eine Doppeldraht-Kapillare
13 verwendet. Durch diese Doppeldraht-Kapillare werden die Kontaktierungsdrähte
16 und 17 hindurchgeführt. An der Stirnseite der Kapillare, die gleichzeitig als
Thermokompressionswerkzeug dient, haben die Kontaktierungsdrähte 16 und 17 einen
Abstand, der dem Abstand der Metallkontaktflächen 14 und 15 auf dem Halbleiterkörper
entspricht. Durch Anpressen der Kapillarenspitze werden die kugelförmig ausgebildeten
Drahtenden der Drähte 16 und 17 mit den Metallkontaktflächen 14 und 15 verschweißt.
Danach wird die Kapillare 13 wieder angehoben und die Drähte 16 und 17 werden unterhalb
der Kapillarenspitze so abgebrannt, daß mit den Metallkontaktflächen 14 und 15 verbundene
Drahtstücke 5 und 6 entstehen. Da die Drähte durchgebrannt werden, bilden sich die
Enden der Drähte an dor Brennstelle wiederum kugelförmig aus. Diese Drahtstücke
5 und 6 müssen nun noch mit den Kontaktierungszinken 1 und 2 elektrisch leitend
verbunden werden.
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Um diese Verbindung herstellen zu können, müssen die Drahtstücke 5
und 6 so umgebogen werden, daß die freien Drahtenden
mit den Kontaktierungszinken
1 und 2 in Berührung gelangen.
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Dies geschieht mit Hilfe der in der Figur 2 dargestellten Druckluftdüse
10 und dem Strömungsteiler 4. Diese Teile wurden in der Figur 1 der übersicht halber
nicht dargestellt.
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Der Strömungsteiler 4 ist dreieckförmig ausgebildet, mit einer parallel
zur Streifenebene verlaufenden Fläche und läuft zum Halbleiterkörper 3 hin spitz
zu. Die Schneide des Keils liegt somit zwischen den Drahtstücken 5 und 6. Wenn daher
aus der Düse 10 Druckluft ausströmt, werden die beiden Drahtstücke 5 und 6 an der
Erweichungsstelle vom vorangegangenen Abbrennprozeß umknicken und die freien Enden
8 und 9 dieser Drahtstücke werden vom geteilten Luftstrom erfaßt und gespreizt,
bis sie mit den Nontaktierungszinken 1 und 2 in Berührung gelangen. Der in der Höhe
verstellbare Strömungsteiler 4 wird dann so angehoben, daß der Kontaktierungsstreifen
unter dem Strömungsteiler hindurch zur nächsten Arbeitsposition geschoben werden
kann. Dort werden die Drahtenden 8 und 9 mit Hilfe eines herkömmlichen Thermokompressionsstempels
mit den Kontaktierungszinken 1 und.2 verschweißt.
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Die Figuren 3 und 4 zeigen zwei verschiedene Verfahrensmodifikationen.
Die Spreiz- und Umlegeeinheit aus der Düse 10 und dem Keil 4 ist grundsätzlich so
mit der Kapillare 13 verbunden, daI3 beide Teile jeder Bewegung der Kapillare 13
in der Ebene des Kontaktierungsstreifens 12 folgt. Bei der in
der
Figur 3 dargestellten Verfahrensweise ist der Strömungsteiler 4 und die Düse 10
so mit der Kapillaren verbunden, daß das Umlegen der Kontaktierungsdrähte 5 und
6 in der Arbeitsposition A erfolgen muß, in der auch die Drahtstücke 5 und 6 hergestellt
wurden. Dadurch ist besonders bei Halbleiteranordnungen mit sehr geringen Abständen
der Kontaktflächen sichergestellt, daß der Strömungsteiler 4 exakt zwischen den
Drahtstücken 5 und 6 positioniert ist.
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Der Thermokompressionsmeißel 18, mit dem die Verbindung mit dem Kontaktierungszinken
1 und 2 hergestellt wird, befindet sich dagegen an einer anderen Arbeitsposition
B. Hierdurch ist gewährleistet, daß zur gleichen Zeit in der an der Arbeitsposition
A die D#-ahtstücke 5 und 6 erzeugt, bzw.
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diese umgelegt werden, an der Arbeitsposition B die Drahtstücke 5
und 6 eines anderen Halbleiterbauelementes mit den zugeordneten Kontaktierungszinken
1 und 2 verbunden werden.
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Bei Halbleiteranordnungen, bei denen der Abstand zwischen den Metallkontaktflächen
relativ groß ist, beispielsweise bei einem Abstand von 400 /um, kann eine Verfahrensweise
gemäß Figur 4 verwendet werden. Bei dieser Arbeitsweise erfolgt an einer Arbeitsposition
C die Herstellung der Drahtstücke 5 und 6 mit Hilfe der Kapillare 13. Gleichzeitig
werden an
einer weiteren Arbeitsposition D, an der sich ein Halbleiterbauelement
mit Drahtstücken 5 und 6 bereits befindet, diese Drahtstücke mit Hilfe der Druckluftdüse
10 und dem Strömungsteiler 4 umgelegt. Zur gleichen Zeit können in einer dritten
Arbeitsposition E die bereits umgebogenen Drahtstücke 5 und 6 eines dritten Transistorelementes
mit Hilfe eines Thermokompressionsmeißels 18 mit den Kontaktierungszinken 1 und
2 elektrisch leitend verbunden werden. Diese Verfahrensvariante hat den Vorteil,
daß zur gleichen Zeit Bearbeitungsvorgänge an drei verschiedenen Arbeitspositionen
erfolgen, so daß die Taktgeschwindigkeit der Kontaktiermaschine sehr groß ist.
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Da auch bei der Verfahrensweise gemäß Figur 4 die Druckluftdüse 10
und der Strömungsteiler 4 mit der Kapillare 13 mechanisch verbunden sind, ist sichergestellt,
daß Vorschubtoleranzen des Kontaktierungsstreifens ausgeglichen werden. Bei dem
Verfahren gemäß Figur 4 können dagegen Abweichungen der Befestigungslage des Halbleiterkörpers
auf dem Träger 12 nicht ausgeglichen werden. Wenn daher die mögliche Abweichung
des Halbleiterkörpers auf dem Trägerkörper von einer angenommenen Sollage den halben
Mittelabstand zwischen den beiden zu kontaktierenden Metallkontaktflächen übersteigt,
muß auf die Verfahrensweise gemäß Figur 3 zurückgegriffen werden.
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Welche der beiden Verfahrensweisen daher verwendet werden kann, hängt
in erster Linie vom Abstand der Metallkontaktflächen
auf dem Halbleiterkörper
und von der Genauigkeit der Bestückungsvorrichtung ab. In jedem Fall wird jedoch
angestrebt, gemäß der Verfahrensweise nach der Figur 4 zu arbeiten, da hierdurch
die größte Taktgeschwindigkeit der Kontaktierungsmaschine erzielt werden kann.
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L e e r s e i t e