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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer
Halbleiteranordnung, die aus Metallstreifen gebildete Leiter hat, einen auf einem der Leiter
vorhandenen Halbleiterkristall, der mindestens ein Halbleiterschaltelement umfaßt, und
elektrisch leitende Verbindungen vom Kristall zu den Leitern, mit welchem Verfahren die
Leiter aus einem Metallstreifen gestanzt werden und die Enden der Leiter anschließend
zwischen zueinander parallelen Flächen eines Ambosses und eines in einer sich quer zur
Amboßfläche bewegenden Prägestempels geprägt werden, um Unregelmäßigkeiten zu
entfernen, woraufhin die leitenden Verbindungen durch Ultraschallschweißen an den
Leiterenden befestigt werden.
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Ein solches Verfahren ist beispielsweise aus der japanischen
Patentanmeldung (Kokai) JP-A-1192155 bekannt, die in Pat. Abstr. of Japan, Bd. 13, Nr. 483
(E-839) S. 161 offengelegt und veröffentlicht worden ist. Bei der Herstellung von
Leiterplatten aus einem Metallstreifen wird das gewünschte Leitermuster durch Stanzen mit
Hilfe eines Schneidwerkzeugs erhalten, das sich entlang des Randes eines "Ambosses"
bewegt. Ein unerwünschter Nebeneffekt ist, daß plastische Verformung des Materials,
in Abhängigkeit von der Dicke und Härte des Materials, an der Oberseite, wo das
Schneidwerkzeug in das Metall eindringt, zu abgerundeten Kanten führt, und an der
Unterseite zu hervorstehenden Rändern oder Graten, während die Oberfläche zwischen
den Rändern nicht eben ist, sondern schräge Facetten aufweist.
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Um diese nachteiligen Nebeneffekte zu vermeiden, werden die Teile der
Leiterplatte, an denen später bestimmte Bearbeitungen ausgeführt werden sollen,
insbesondere die Enden der Leiterzungen, an denen die Anschlußleiter zum Kristall durch
Ultraschallschweißen (oder Bonden) angebracht werden sollen, von den beschriebenen
Unregelmäßigkeiten durch eine Kaltprägebearbeitung befreit. Hierbei ergibt sich eine
ebene und polierte Oberfläche.
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Dies bringt jedoch das Problem mit sich, daß die beim Prägen in dem
Material auftretenden Spannungs- und Druckkräfte zu Verformung sowohl der Ober- als
auch der Unterseite der Leiterenden führen. Demzufolge liegt nach der Bearbeitung das
bearbeitete Leiterende nicht mehr in der gleichen Ebene wie der übrige Abschnitt der
Leiterzunge, sondern bildet damit einen Winkel. Dieser Winkel ist derart, daß das
geprägte Leiterende den Heizblock nicht berührt, sondern geringfügig nach oben
hervorsteht, wenn die Leiterzungen zum Bonden, wie üblich, mit dem ungeprägten Abschnitt
gegen den Heizblock der Ultraschall-Bondvorrichtung geklemmt werden. Das bedeutet
nicht nur, daß das Leiterende nicht auf die erforderliche Temperatur gebracht wird,
sondern auch, daß das hervorstehende Leiterende als Dämpfungsglied für die
Ultraschallenergie wirkt. Die hat zur Folge, daß die Verbindung mit dem Kristall nicht oder
nur unvollkommen zustande kommt.
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Der Erfindung liegt unter anderem die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren
zu verschaffen, mit dem die beschriebenen Nachteile vermieden oder zumindest
verringert werden können.
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Die Erfindung beruht unter anderem auf der Erkenntnis, daß die Aufgabe
dadurch gelöst werden kann, daß die Stempelfläche des Prägestempels und ein Abschnitt
der Amboßfläche in geeigneter Richtung abgeschrägt sind.
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Erfindungsgemäß wird ein Verfahren der eingang erwähnten Art dadurch
gekennzeichnet, daß die Amboßfläche am Ort des zu prägenden Leiterendes sowie die
dazu parallele Stempelfläche des Prägestempels in bezug auf den angrenzenden
horizontalen Abschnitt der Amboßfläche nach unten geneigt sind.
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Die erfindungsgemäße Maßnahme hat zur Folge, daß das Leiterende nach
dem Prägen praktisch in einer Ebene mit dem übrigen Abschnitt der Leiterzunge liegt
oder damit einen Winkel bildet, dessen Richtung der des Winkels, der ohne
Implementierung der Erfindung erhalten wird, entgegengesetzt ist. Daher berührt das geprägte
Zungenende während des Bondens den Heizblock über seine gesamte Länge, wenn der
nicht-geprägte Abschnitt der Zunge gegen den Heizblock geklemmt wird. Somit nimmt
das Zungenende die zum Bonden benötigte Temperatur an, während Energieverluste
durch Dämpfung nicht mehr auftreten.
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In der Praxis hat gezeigt, daß im allgemeinen ein Abschrägungswinkel
von mindestens 0,5º und höchstens 5º die besten Ergebnisse liefert.
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Die Erfindung betrifft außerdem eine Vorrichtung zum Ausführen des
erfindungsgemäßen Verfahrens. Die erfindungsgemäße Vorrichtung, mit einem Amboß
und einem Prägestempel zum Prägen der Enden von Leitern einer Leiterplatte, ist
dadurch gekennzeichnet, daß die Amboßfläche zwei aneinandergrenzende ebene Abschnitte
hat, so wie in Anspruch 3 spezifiziert. Eine bevorzugte Ausführungsform wird nach
Anspruch 4 beansprucht.
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Es sei bemerkt, daß ein Amboß und ein Prägestempel mit abgewinkelten
Flächen aus JP-A-61012052 bekannt sind. Sowohl der dort beschriebene Amboß als
auch die Stempelfläche enthalten einen horizontalen Teil, während in der vorliegenden
Erfindung dies nur für den Amboß gilt. Außerdem ist in der vorliegenden Erfindung der
horizontale Tel des Ambosses eben statt versenkt. Die Prägevorrichtung dieser
Veröffentlichung hat zur Aufgabe, eine Leiterzunge nach dem Bonden zu biegen, um die
Winkelstreuung der Leiterzungen zu verringern, während in der vorliegenden Erfindung
die Prägevorrichtung zur Aufgabe hat, den Leiterzungen vor dem Bonden einen geeignet
gerichteten Winkel zu geben.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt
und wird im folgenden näher beschrieben. Es zeigen:
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Fig. 1 eine Draufsicht einer mit dem erfindungsgemäßen Verfahren
hergestellten Halbleiteranordnung,
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Fig. 2 einen Querschnitt eines Leiterzungenendes nach dem Stanzen,
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Fig. 3A und 3B schematisch zwei Schritte einer Prägebearbeitung der
Zungenenden nach dem heutigen Stand der Technik,
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Fig. 4 schematisch ein Zungenende während der erfindungsgemäßen
Prägebearbeitung, und
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Fig. 5 und 6 schematisch zwei Schritte der Ultraschallschweißbearbeitung
für ein mit dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestelltes Zungenende.
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Die Zeichnung ist schematisch und nicht maßstabsgetreu. Gleiche Teile
haben in den verschiedenen Ausführungsformen im allgemeinen gleiche Bezugszeichen.
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Fig. 1 zeigt eine Draufsicht einer durch Verwendung der
Erfindung hergestellten Halbleiteranordnung 1. Diese Anordnung umfaßt aus
Metallstreifen
hergestellte Leiter 2A bis 2I und einen auf einem der Leiter 2C vorhandenen
Halbleiterkristall 3. In der Zeichnung sind der Deutlichkeit halber nur neun Leiter 2
dargestellt, aber in der Praxis sind im allgemeinen mehr Leiter vorhanden. Der Kristall
3 umfaßt mindestens ein Halbleiterschaltelement, in der Praxis im allgemeinen eine
integrierte Halbleiterschaltung. Elektrisch leitende Verbindungen 4A-4I, beispielsweise
in Form von Metalldrähten, bilden die Verbindungen zwischen dem Kristall 3 und den
Leitern 2.
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Die Leiterzungen 2 werden durch Ausstanzen aus einem Metallstreifen,
beispielsweise aus Kupfer, mit einem sich entlang eines Ambosses bewegenden
Schneidwerkzeug hergestellt. Wie oben beschrieben, bewirkt plastische Verformung hierbei
abgerundete Kanten an der Oberseite und hervorstehende Ränder oder Grate an der
Unterseite sowie schräge Facetten. Siehe Fig. 2, in der ein Querschnitt eines
ausgestanzten Zungenendes 2Ea gezeigt wird.
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Um das anschließende Bonden der Verbindungsdrähte 4 mit den
Zungenenden gut verlaufen zu lassen, müssen diese Unregelmäßigkeiten beseitigt werden.
Hierfür wird eine Kaltprägebearbeitung ausgeführt. Fig. 3A und 3B zeigen zwei Schritte
des Verfahrens, bei dem dies nach dem heutigen Stand der Technik erfolgt. Die Leiter 2
mit den Enden 2a werden auf eine ebene Oberfläche 5 eines Ambosses 6 gelegt. Die
Enden 2a werden dann zwischen den zueinander parallelen Oberflächen 5 und 7 des
Ambosses 6 und des sich in einer Richtung quer Amboßfläche 5 zur bewegenden
Prägestempels 8 geprägt, siehe Fig. 3A.
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Hierbei werden die Leiterenden 2a durch die sowohl an der Ober- als
auch an der Unterseite auftretenden Spannungs- und Druckkräfte plastisch verformt.
Dadurch liegen die Leiter 2 und das Ende 2a nach dem Prägen nicht mehr in einer
Ebene, sondern bilden miteinander einen Winkel, wie in Fig. 3A gezeigt wird.
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Nach dem Prägen werden die Leiter 2 von einem Klemmglied 11 gegen
die ebene Oberfläche des Heizblocks 10 der Bondvorrichtung gepreßt, wobei der Block
von einem Heizelement 9 auf die zum Bonden gewünschte Temperatur gebracht wird.
In Fig. 3B ist zu erkennen, daß das Ende 2a dann einen nach oben gerichteten Winkel
aufweist. Es wird die erforderliche Temperatur dann nicht erreichen und wirkt
außerdem als Dämpfungsglied für die beim Bonden zugeführte Ultraschallenergie. Dadurch
wird das Bonden erheblich erschwert, was zu einer oder mehr schlechten
Verbindungsstellen
führt.
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Ein in der Praxis manchmal angewendeter Trick ist das Umdrehen der
Leiterplatte vor dem Prägen. Dies beseitigt die genannten Nachteile jedoch nicht.
Außerdem bleiben in diesem Fall die Grate und Facetten an der Oberseite erhalten, so däß
das Zungenende beim Prägen nicht über seine gesamte Oberfläche poliert wird. Dies
führt beim Bonden zu Problemen, wahrend auch bei der Herstellung bestimmter
lichtempfindlicher Einrichtungen wie PRS (Pattern Recognition Systems) Probleme mit der
Reflexion von Licht auftreten.
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Erfindungsgemäß kann die beschriebene Aufgabe dadurch gelöst werden,
daß dafür gesorgt wird, daß die Amboßfläche 5 am Ort des zu prägenden Leiterendes 2a
sowie die dazu parallele Stempelfläche 7 des Prägestempels 8 in bezug auf den
angrenzenden horizontalen Abschnitt der Amboßfläche 5 nach unten geneigt sind.
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Dies wird in Fig. 4 gezeigt, wo zu erkennen ist, daß die Amboßfläche 5
in zwei Abschnitte 5A und 5B unterteilt ist, wobei der Abschnitt 5A mit dem
angrenzenden Abschnitt 5B einen nach unten gerichteten Winkel α bildet. Die Stempelfläche 7
liegt parallel zu dem Abschnitt 5A und bildet somit mit dem Abschnitt 5B einen Winkel
α und mit der Bewegungsrichtung des Prägestempels 8 einen Winkel 90º-α.
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In diesem Fall zeigt sich, daß eine plastische Verformung des Materials
unter Einfluß der ausgeübten Spannungs- und Druckkräfte auftritt, wodurch das
Leiterende 2a nach dem Prägen mit dem übrigen Abschnitt der Leiterzunge 2 entweder einen
Winkel bildet, dessen Richtung der des Winkels, der ohne Implementierung der
Erfindung erhalten wird, entgegengesetzt ist, oder nahezu in einer Ebene mit dem
ungeprägten Abschnitt 2 liegt.
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Der Hauptunterschied zu dem bekannten Verfahren wird in den Fig. 5 und
6 dargestellt. In Fig. 5 ruht die Leiterzunge (2, 2a) auf der ebenen Oberfläche des
Heizblocks 10 der Bondvorrichtung. Wenn jetzt die Leiterzunge 2 von dem Klemmglied 11
auf den Heizblock 10 geklemmt wird (siehe Fig. 6), wird auch das Ende 2a über seine
gesamte Länge gegen den von dem Heizelement 9 erwärmten Block 10 gepreßt und auf
die richtige Temperatur gebracht. Da das Zungenende 2a den Block 10 über dessen
gesamte Oberfläche berührt, tritt keine Dämpfung der über die Bondvorrichtung 12
zugeführten Ultraschallenergie 13 auf (siehe Fig. 6), so daß der Draht 14 mit dem
Zungenende 2a eine gute Verbindung bilden kann.
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Ein wichtiger Vorteil der Erfindung ist dabei, daß das (anfänglich)
federnde Pressen automatisch den Nachteil von Unregelmäßigkeiten in der Klemmplatte 11
und in der Dicke und dem Material der Leiterzungen (2, 2a) beseitigt.
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Der gewünschte Wert für den Winkel α hängt unter anderem von der
Breite und Höhe der Leiterenden und der Härte des Materials ab. Es hat sich gezeigt,
daß ein Winkel α von mindestens 0,5º und höchstens 5º im allgemeinen
zufriedenstellende Ergebnisse liefert.
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Die Erfindung ist oben hauptsächlich im Zusammenhang mit einem
einzigen Leiterende beschrieben worden. Natürlich wird im allgemeinen die Bearbeitung
gleichzeitig für alle Leiterzungen der Leiterplatte erfolgen.
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Die Erfindung betrifft außerdem eine Vorrichtung zum Ausführen des
erfindungsgemäßen Verfahrens. Die erfindungsgemäße Vorrichtung, mit einem Amboß
und einem Prägestempel zum Prägen der Enden von Leitern einer Leiterplatte, ist
dadurch gekennzeichnet, daß die Amboßfläche zwei aneinandergrenzende ebene Abschnitte
hat, so wie in Anspruch 3 spezifiziert.