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Verfahren zum Verbinden eirier auf einer Halbleiteroberfläche aufgebrachten Elektrode mit einem Kontaktierungsdraht
In der Halbleitertechnik tritt häufig das Problem auf, Elektroden mit extrem kleinen Flächen mit
Zuleitungsdrähten für die weitere Kontaktierung zu verbinden. Ein Beispiel hiefür sind die aufgedampften Elektroden eines Mesatransistors. Um die bei der Herstellung einer solchen Verbindung benötigte Wärme möglichst gering zu halten und die Anwendung von Lötstoffen zu vermeiden, werden die Elektroden mit den Kontaktierungsdrähten unter Druckanwendung bei gleichzeitig möglichst niedrigen Behandlungstemperaturen verbunden. Dieses Verfahren bezeichnet man als Thermokompression.
Das Verfahren der Thermokompression besteht darin, dass der Kontaktierungsdraht über die zu kontaktierende Elektrode aufgespannt oder aufgelegt und von einem stempel-bzw. schneidenförmigen Werk- zeug bei geringer Erwärmung gegen die zu kontaktierende Elektrode gepresst und dadurch bleibend mit . dieser verbunden wird. Die benötigte Wärme wird entweder durch Anwendung einer Beheizung des besagten Werkzeuges oder des Halbleiterkristalls erzielt. Bei geeigneten Kontaktierungsdrähten mit niedrigem Schmelzpunkt kann gegebenenfalls auf eine zusätzliche Erwärmung vollständig verzichtet werden. Das Werkzeug besteht natürlich aus einem mechanisch erheblich festeren und schwerer schmelzbaren Material als der Kontaktierungsdraht, der für gewöhnlich aus einem weichen Metall, insbesondere aus Gold besteht.
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Verbinden einer auf einer Halbleiteroberfläche aufgebrachten, insbesondere aufgedampften Elektrode, mit einem Kontaktierungsdraht, bei dem der Kontaktierungsdraht mit dem Metall der Elektrode unter Druck, insbesondere nach dem Verfahren der Thermokompression verbunden wird, wobei der Kontaktierungsdraht in einem in Richtung der Längsachse eines zylindrisch oder kegelig geformten, nach Art einer Injektionsnadel durchbohrten Werkzeuges mit einer die des Kontaktierungsdrahtes merklich übertreffenden mechanischen Festigkeit derart hindurchgeführt wird, dass der Kontaktierungsdraht am Ende bzw. an der Spitze des Werkzeuges aus dessen Bohrung austritt und besteht darin, dass dieses auf die zu kontaktierende Elektrode aufgesetzte stumpfgeschliffene Ende bzw.
diese stumpfgeschliffene Spitze des Werkzeuges gegen die Elektrode mit dem zur Erzeugung des zur Verbindung des Kontaktierungsdrahtes mit der Elektrode notwendigen Druck gedrückt und dabei das Ende bzw. die Spitze des Werkzeuges durch eine entsprechende Bewegung des Werkzeuges zum Abrollen auf die Oberfläche des zu kontaktierenden Halbleitersystems gebracht wird.
Insbesondere ist dabei vorgesehen, dass das Abrollen ohne gleichzeitige Rotation des Werkzeuges durchgeführt wird.
Zum Stand der Technik ist festzustellen, dass ein nadelförmiges durchbohrtes Werkzeug bereits in einer Aufwickelvorrichtung für feine Drähte als Drallführung verwendet wurde.
Den obigenausf (ihrungen entsprechend, wird derKontaktierungsdraht in einem in Richtung der Längsachse eines zylindrisch oder kegelig geformten, nach Art einer Injektionsnadel durchbohrten Werkzeuges mit einer die des Kontaktierungsdrahtes merklich übertreffenden mechanischen Festigkeit derart geführt, dass der Kontaktierungsdraht am stumpfgeschliffenen Ende bzw. der "Spitze" des Werkzeuges aus dessen Bohrung austritt und durch das Aufsetzen des Endes bzw. der "Spitze" des Werkzeuges auf die zu kontaktierende Elektrode gegen diese Elektrode gedrückt wird, und dass das Ende bzw. die "Spitze" des Werkzeuges gleichzeitig zur Erzeugung des zur Verbindung des Kontaktierungsdrahtes mit der Elektrode notwendigen Druckes verwendet wird, indem das Ende bzw.
die "Spitze" des Werkzeuges durch eine ent-
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sprechende Bewegung des Werkzeuges zum Abrollen auf der Oberfläche des zu kontaktierenden Halbleitersystems gebracht wird.
Wenn es sich, wie dies in den meisten Fällen zutrifft, um die Kontaktierung sehr kleinflächiger Elektroden, z. B. von etwa 20 bis 30/'Fläche handelt, und dementsprechend dt ! nne Kontaktierungsdrähie verwendet werden müssen, kann als Werkzeug unmittelbar ein Stück einer Injektionsnadel verwendet werden, das sich in einer Halterung befindet. Das Nadelstuck ist an dem einen, zum Aufsetzen auf die Halbleiteroberfläche bestimmten Ende stumpfgeschliffen.
In Fig. 1 ist ein solches Werkzeug dargestellt. Es ist in seiner Längsachse mit einer feinen, durchgehenden Bohrung 2 versehen, durch welche der beispielsweise aus Gold bestehende Kontaktierungsdraht 1 so hindurchgeführt ist, dass ein kleines, etwa den Abmessungen der zu kontaktierenden Elektrode 3 auf der Oberfläche des Halbleiterkristalls 4 entsprechendes Endstück l'des Drahtes aus der Bohrung hervorragt.
Das Werkzeug 5 ist, in der Figur kegelförmig ausgestaltet (es könnte auch zylindrisch sein) und besteht aus einem thermisch beständigen Material mit einer grösseren mechanischen Festigkeit als sie der Kontaktierungsdraht 1 besitzt. Es besteht deshalb vorwiegend aus einem Metall, wie Stahl od. dgl. Bei Verwendung eines Golddrahtes als Kontaktierungsdraht ist es auch möglich, dass das Werkzeug aus einem entsprechend festen Glas besteht. Die Bohrung 2 des Werkzeuges 5 ist zweckmässig so bemessen, dass der Kontaktierungsdraht in der Bohrung gestreckt ist, aber anderseits leicht nachgezogen bzw. nachgeschoben werden kann. Die Spitze des Werkzeuges ist stumpfgeschliffen. Die"Spitze"kann hiedurch ein ebenes oder halbrundes Profil erhalten.
Sie-gestattet das Abrollen des Werkzeuges auf der abgeschliffenen, auf der Oberfläche der zu kontaktierenden Elektrode 4 aufgesetzten Spitze, auch wenn diese unter dem zur Verbindung des Kontaktierungsdrahtes mit der Elektrode bei der anzuwendenden Temperatur notwendigen Druck gegen die Halbleiteroberfläche bzw. gegen die zu kontaktierende Elektrode 4 gepresst wird.
Der erste Arbeitsschritt des erfindungsgemässen Verfahrens besteht darin, dass man das Werkzeug 5 mit dem eingefädelten Kontaktierungsdraht 1 so auf die zu kontaktierende Elektrode setzt, dass das überstehende Ende l'des Kontaktierungsdrahtes, welches sich ausserhalb der "Spitze" des Werkzeuges 5 be- findet, gegen die zu kontaktierende Elektrode gepresst wird. Dann wird das Werkzeug etwas schräg gestellt, wie es aus Fig. 1 ersichtlich ist, und um eine vorzugsweise senkrecht zur Halbleiteroberfläche liegende Drehachse 6, 6'so gedreht, dass die Längsachse 7, 7'des Werkzeuges um die Drehachse 6, 6' eine Kegelfläche beschreibt. Dadurch rollt die "Spitze" des Werkzeuges auf der Oberfläche des Halbleiterkristalls und der zu kontaktierenden Elektrode ab, ohne dass es dabei zu einer Rotation des Werkzeuges 5 um seine Längsachse 7, 7' kommt.
Wenn gleichzeitig während dieses Abrollens der Druck zwischen der aufgesetzten "Spitze" und demKontaktierungsdraht ausreichend gross bemessen ist, erfolgt dieses Abrollen unter Entstehung einer bleibenden Verbindung zwischen Kontaktierungsdraht und Elektrode. Falls nach dem Verfahren der Thermokompression gearbeitet wird, kann die benötigte Wärme entweder durch Vermittlung des Werkzeuges oder durch Vermittlung des Halbleiterkristalls (indem dieser in einer beheizten Einrichtung gehaltert wird) zugeführt werden.
Der Querschnitt des Kontaktierungsdrahtes sowie die Länge des aus der Bohrung hervorragenden Endstückes ist zweckmässig so zu bemessen, dass das aus der Bohrung 3 vorstehende Ende auf die zu kontaktierende Elektrode aufgesetzt werden kann, ohne dass es dabei die Halbleiteroberfläche berührt. Wenn das Abrollen der Spitze bzw. des Endes des Werkzeuges 5 so vorgenommen wird, dass keine Verschiebung des Drahtes stattfinden kann, was bei Durchführung einer reinen, d. h. ohne Gleitung erfolgenden Rollbewegung sicher der Fall ist, so bleibt das aus der Bohrung des Werkzeuges 5 austretende Ende des Kontaktierungdrahtes in der vor Beginn der Rollbewegung eingestellten Lage auf der Elektrode liegen und wird in dieser Lage mit der Elektrode verbunden.
Ein erforderliches Abschneiden des Kontaktierungsdrahtes kann mittels eines mechanischen Schneidewerkzeuges oder mittels einer kleinen Flamme erfolgen.
Die zum Abrollen der Spitze des Werkzeuges 5 erforderliche Bewegung wird zweckmässig mechanisch gesteuert. Eine derartige einfache Vorrichtung ist in Fig. 2 dargestellt. Dabei wird eine kardanische Halterung des Werkzeuges 5 benutzt. Zu diesem Zweck ist das Werkzeug 5 mit seinem oberen Teil 5'von zwei aneinander gegenüberliegenden Stellen des Werkzeuges angebrachten Zapfen zl, z2 an der Innenseite eines Ringes Rl drehbar gehaltert. Der Ring Rl ist seinerseits an seiner Aussenseite an zwei gegen- überliegenden Stellen mittels der Zapfen Zl, Z2, die gegenüber den Zapfen zl, z2 längs der Peripherie des Ringes R1 um 900 verschoben sind, drehbar mit einem grösseren Ring R2 verbunden. Das Werkzeug 5 ist also im äusseren Ring R2 kardanisch gehaltert.
Wird das Werkzeug mit seiner Spitze 5" auf die zu kontaktierende Elektrode 4 schief aufgesetzt und der Ring R2 zu einer Verschiebung innerhalb einer ebenen, parallel zur Fläche der zu kontaktierenden Elektrode 4 veranlasst, so wird dabei das Werkzeug 5 nicht um seine Achse gedreht. Vielmehr findet eine
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Rollbewegung des Werkzeuges 5 um seine auf die Elektrode 4 aufgesetzte Spitze 5"statt.
Dabei empfiehlt es sich, wenn der Ring R2 am Kippen sowie an einer Umdrehung, z. B. durch entsprechende Halterungen Hl, H2, H3, H4 verhindert wird. Der Ring R2 wird dann nur innerhalb seiner (parallel zur Halbleiteroberfläche liegenden) Ebene so verschoben, dass sein (natürlich nicht im Ringkörper liegender) Mittelpunkt einen Kreis um die durch den Mittelpunkt der auf die zu kontaktierende Elektrode 4 aufgesetzte Spitze gehende, senkrecht zur Oberfläche der zu kontaktierenden Elektrode (und damit der Halbleiteroberfläche) verlaufende Achse 6, 6'beschreibt. Die Bewegung des Ringes R2 lässt sich zweckmässig mittels eines Mikromanipulators, welcher in der Lage ist, dem Ring R3 eine kreisförmige, innerhalb der Ringebene liegende einstellbare Bewegung zu erteilen, durchführen.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Verfahren zum Verbinden einer auf einer Halbleiteroberfläche aufgebrachten, insbesondere aufgedampften Elektrode, mit einem Kontaktierungsdraht, bei dem der Kontaktierungsdraht mit dem Metall der Elektrode unter Druck, insbesondere nach dem Verfahren derThermokompression verbunden wird, wobei der Kontaktierungsdraht in einem in Richtung der Längsachse eines zylindrisch oder kegelig geformten, nach Art einer Injektionsnadel durchbohrten Werkzeuges mit einer die des Kontaktierungsdrahtes merklich übertreffenden mechanischen Festigkeit derart hindurchgeführt wird, dass der Kontaktierungsdraht am Ende bzw. an der Spitze des Werkzeuges aus dessen Bohrung austritt, dadurch gekennzeichnet, dass dieses auf die zu kontaktierende Elektrode aufgesetzte stumpfgeschliffene Ende bzw.
diese stumpfgeschliffene Spitze des Werkzeuges gegen die Elektrode mit dem zur Erzeugung des zur Verbindung des Kontaktierungsdrahtes mit der Elektrode notwendigen Druck gedrückt und dabei das Ende bzw. die Spitze des Werkzeuges durch eine entsprechende Bewegung des Werkzeuges zum Abrollen auf die Oberfläche des zu kontaktierenden Halbleitersystems gebracht wird.