<Desc/Clms Page number 1>
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Befestigen der Verbindungsdrähte von elektrischen
Mikrobauteilen, wie Halbleiterbauelementen, Dünnschichtstromkreisen u. dgl., an Anschlussstiften oder-drähten durch Thermokompression mit einem Thermokompressionskeil, der an einem langen Hebel gelagert ist und die für die Herstellung einer Thermokompressionsverbindung erforderliche Kraft durch eine einstellbare
Gewichtskraft erhält, wobei der fortlaufend zugeführte Verbindungsdraht nach Herstellung einer Verbindung durch Kippen des Thermokompressionskeiles um das Lager des langen Hebels auf ein unterhalb der
Verbindungsstelle gelegenes Niveau abgetrennt wird und die Drahtrichtung sowie das Drahtende durch die
Thermokompressionsvorrichtung für einen darauffolgenden Thermokompressionsvorgang vorbereitet werden.
Auf einem andern Gebiet, nämlich dem des Kaltpressschweissens, wobei metallische Werkstoffe bei
Raumtemperatur ohne weitere Wärmezufuhr allein durch Druckeinwirkung miteinander verbunden werden, ist es aus der deutschen Patentschrift Nr. 853241 und aus der Schweizer Patentschrift Nr. 396223 bekannt,
Kaltpressschweissvorrichtungen oder Drahtbiegewerkzeuge so auszubilden, dass sie auch zum Abschneiden verwendet werden können. Diese Technologie und die dabei zum Einsatz kommenden Werkzeuge sind jedoch im
Zusammenhang mit den äusserst feinen, zum Kontaktieren von Halbleiterbauelementen dienenden Drähten nicht anwendbar.
Im Lexikon der Technik von Lueger, Band 14, Lexikon der Feinwerktechnik (4. Auflage), Seite 94, ist unter dem Stichwort"Mesatransistor"eine Durchführungsform des Thermokompressionsverfahrens zum
Kontaktieren von Emitter und Basis an die Sockelstifte beschrieben. Hiebei wird ein feiner Golddraht von 15 bis
30 um Durchmesser mit Hilfe von Mikromanipulatoren über die Kontaktstellen geführt und mit einer Spitze oder
Schneide bei 280 bis 3200C unter Schutzgas angepresst. Dabei kann die Spitze oder Schneide oder wenigstens einer der zu verbindenden Bauteile auf die erwähnte Temperatur gebracht sein.
Das vollständige Kontaktieren einer Elektrode umfasst folgende Schritte :
Erster Schritt : Verbinden eines Zuleitungsdrahtes mit Halbleiter- oder sonstigen
Mikrobauelementen durch Thermokompression. Die Qualität dieser Verbindung bestimmt grundlegend die Güte der Montage und ist von der Form und den Festigkeitskennwerten des
Drahtes abhängig, welche Eigenschaften durch das dem Arbeitsvorgang vorangehende
Drahtabschneiden bedingt sind.
Zweiter Schritt : Befestigen des Drahtes mittels Thermokompression auf dem
Ausführungselement (Anschlussstift) von grösserer Abmessung.
Dritter Schritt : Trennen des eingebundenen Drahtteiles vom fortlaufend zugeführten Draht.
Die Erfindung betrifft ein neues Verfahren zur Durchführung des hier als dritter Schritt bezeichneten
Arbeitsvorganges. Vor der ausführlichen Erläuterung der Erfindung werden zum besseren Verständnis zunächst die gegenwärtig gebräuchlichen Verfahren beschrieben.
Die gegenwärtig gebräuchlichen Verfahren sind : Die Zerreissmethode, die Flammenabschneidemethode und das Abschneiden mittels eines Schneidwerkzeuges.
Bei der Zerreissmethode wird der Draht mit irgendeinem Werkzeug festgehalten und durch das plötzliche Anziehen des Thermokompressionskopfes zerrissen. Das Verfahren hat den Nachteil, dass sich die Stelle des
Zerreissens ändert, sich der Draht einschnürt und ein sekundäres Abschneiden erforderlich ist. Ein weiterer Nachteil des Verfahrens liegt darin, dass der Draht je nach dem Ausmass der Kaltverformung (Streckung) gehärtet wird, wodurch die darauffolgende Thermokompression empfindlich beeinflusst wird.
Bei der Flammenabschneidemethode wird eine aus Wasserstoff- und Sauerstoffgasgemisch erzeugte Flamme zum Trennen des Drahtes durch Schmelzen angewendet. Das Ende des geschmolzenen Drahtes wird durch die Oberflächenspannung zu einer Kugel geformt. Der Durchmesser der Kugel beträgt ungefähr das Doppelte desjenigen des verwendeten Drahtes. Aus dieser Tatsache ergibt es sich, dass bei den anwendbaren Drahtabmessungen dieses Verfahrens bei einer durch Thermokompression zu kontaktierenden Fläche von weniger als 40 jam Durchmesser nicht anwendbar ist.
Bei den Abschneidemethoden mittels eines Schneidwerkzeuges sind zwei Arten bekannt. Nach der ersten Art schneidet das Schneidwerkzeug in der Nähe der Thermokompressionsverbindungsstelle. Bei diesen Methoden wird das Drahtende beschädigt und ein sekundäres Abschneiden erforderlich. Bei der zweiten Art wird eine Schere mit gesteuerter Bahn angewandt, die jedoch infolge ihrer Grösse an die Thermokompressionsverbindungsstelle nicht herankommen kann. Somit führt dieses Verfahren zu einem bedeutenden Drahtverbrauch.
Die Erfindung zielt darauf ab, die geschilderten Nachteile und technologischen Schwierigkeiten zu vermeiden, und besteht im wesentlichen darin, dass bei einem Verfahren der eingangs erwähnten Art nach Durchführung einer Thermokompressionsverbindung der 7 bis 1511m dicke Verbindungsdraht parallel zur Richtung der nächsten am Mikrobauteil anzubringenden Verbindung ausgerichtet und auf den Anschlussstift oder - draht aufgelegt wird, wonach der Thermikompressionskeil in der Nähe jener Kante des Anschlussstiftes oder - drahtes, bei welcher der Verbindungsdraht später abgetrennt werden soll, auf den Verbindungsdraht gesetzt und in der Linie der vorher eingestellten Richtung dieses Verbindungsdrahtes bis über die Kante des Anschlussstiftes oder-drahtes hinaus verschoben wird,
wobei die Verschiebegeschwindigkeit in Drahtrichtung des nach der Abstellung der Unterstützung abkippende, den Draht abzwickenden Thermokompressionskeiles so niedrig ist,
<Desc/Clms Page number 2>
dass der Thermokompressionskeil während seiner Verschiebung in Drahtrichtung in der Grösse eines
Drahtdurchmessers bis über die Kante des Stiftes eine zur Drahtrichtung senkrechte Bewegung vollführt, deren
Weg mindestens das Zehnfache des Drahtdurchmessers beträgt, und damit den Verbindungsdraht abschneidet.
Die Ausrichtung und die vollkommene Ausbildung des abgetrennten Endes des fortlaufend zugeführten
Drahtes wird durch das erfindungsgemässe Verfahren ohne jedwedes nachträgliches Drahtabschneiden bewerkstelligt. Diese Bedingung wird dann restlos erfüllt, wenn die Geschwindigkeit der Verschiebung des
Thermokompressionskeiles in Drahtrichtung so niedrig ist, dass der Thermokompressionskeil während seiner in der Grösse eines Drahtdurchmessers erfolgenden Verschiebung über die Kante des Stiftes eine zur Drahtrichtung senkrechte Verschiebung vollführt, deren Weg mindestens das Zehnfache des Drahtdurchmessers beträgt.
Gemäss einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung wird zum Herstellen der Thermokompressions- verbindung und zum Drahtabschneiden ein Thermokompressionskeil mit einer Spitze in Form einer kurzen
Pyramide verwendet, wobei der Einstellwinkel der Hauptschneidkante im Bereich von 0 bis 200 liegt und die
Kanten der Deckfläche und der Mantelflächen der Pyramide einen Abrundungsradius von höchstens 2 p. m haben.
Thermokompressionskeile können an der Spitze eine scharfe oder eine abgerundete Kante aufweisen. Als scharf ist im vorliegenden Fall eine Kante mit einem Abrundungsradius von weniger als 2 jum anzusehen. Die
Anwendung einer solchen scharfen Kante bietet den Vorteil, dass bei geringem Kraftaufwand die damit geschnittene Fläche vollkommener ist und die durch das Schneiden verursachte Verzerrung des Drahtes minimal wird.
Gemäss einer andern vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird zum Herstellen der
Thermokompressionsverbindung und zum Drahtabschneiden ein Thermokompressionskeil mit einer halbzylindrisch geformten Spitze verwendet, deren Spitzenradius dem Durchmesser des Verbindungsdrahtes gleich ist. Die beim Abschneiden entstehende Verformung des Drahtendes ist hiebei zwar grösser, die mit der halbzylindrisch abgerundeten Schneide hergestellte Thermokompressionsverbindung weist aber dafür den Vorteil auf, dass sie nicht durch einen scharfen Einschnitt geschwächt ist. Die vorerwähnte Ausführungsform des erfmdungsgemässen Verfahrens wird zweckmässigerweise dann angewendet, wenn an die Thermokompressions- verbindung besondere Festigkeitsanforderungen gestellt werden.
Das erfindungsgemässe Verfahren hat im Falle der kleinsten mechanisch anwendbaren Drahtdurchmesser besondere Vorteile. In diesen Abmessungsbereichen können die in der makroskopischen Technologie bekannten
Verfahren nicht angewandt werden.
Bei Anwendung des Verfahrens bleibt das Ende des Drahtes gerade, sein Durchmesser und seine
Festigkeitskennwerte ändern sich nicht. Die unveränderte Drahtform und Festigkeit sind gleichmässiger, aus diesem Grund kommen die Thermokompressionsverbindungen in besserer Qualität zustande, als bei Anwendung der eingangs erwähnten früheren Verfahren. Es ist kein sekundäres Abschneiden erforderlich, wodurch eine Ersparnis an Draht erzielt und gleichzeitig auch die Durchführung des Verfahrens beschleunigt wird. Die vorstehend beschriebene, fortlaufend herstellbare Thermokompressionsverbindung erhöht wesentlich die Sicherheit der Kontaktierung von Mesa-Transistoren, da die häufigste Ursache für das Schadhaftwerden derselben die Ablösung der schwachen Thermokompressionsverbindung ist.
Besonders zweckmässig ist die Anwendung des erfindungsgemässen Verfahrens bei Einzelhalbleiterbauteilen sowie bei der Montage von integrierten Schaltungen und von Dünnschichtstromkreisen.
In den Zeichnungen ist das erfmdungsgemässe Verfahren an Hand der Montage eines Hochfrequenz-Germanium-Mesatransistors veranschaulicht und es sind zwei bevorzugte Ausführungsformen des hiefür zu verwendenden Thermokompressionskeiles dargestellt. Es zeigen : Fig. 1 einen Mesatransistor in perspektivischer Darstellung, wobei ein Teil des Gehäuses weggebrochen ist ; Fig. 2 die Grundplatte des Transistors mit Anschlussstiften und dem Transistorsystem in Draufsicht, wobei mit dem Kontaktieren einer Elektrode begonnen wurde ; die Fig. 3, 4 und 5 weitere Schritte der Herstellung einer Thermokompressionsverbindung, wobei die Grundplatte des Transistors in Seitenansicht dargestellt ist ; die Fig. 6, 7 und 8 eine erste Ausführungsform eines Thermokompressionskeiles in Seitenansicht, Vorderansicht bzw.
Unteransicht und die Fig. 9, 10 und 11 eine zweite Ausführungsform eines Thermokompressionskeiles in Seitenansicht, Vorderansicht bzw. Unteransicht.
Bei dem in den Fig. 1 bis 5 dargestellten Hochfrequenz-Germanium-Mesatransistor ist mit einem der drei isoliert durch die Grundplatte hindurchgeführten Anschlussstifte ein Metallplättchen verbunden, welches einen Mikrobauteil, im vorliegenden Fall das Transistorsystem--l--trägt und den Kollektoranschluss bildet. Die beiden andern Elektroden (Basis, Emitter) müssen über feine Drähte --2-- mit den entsprechenden Anschlussstiften verbunden werden. Der verwendete Draht ist aus Gold und hat einen Durchmesser von 7, 5 bis 15 p. m.
Fig. 2 veranschaulicht einen Abschnitt des erfindungsgemässen Verfahrens während des Kontaktierens des Germanium-Mesatransistors, wobei ein den Verbindungsdraht--2--bildendes Stück eines fortlaufend zugeführten Drahtes--6--bereits durch Thermokompression mit einem Elektrodenanschluss am Transistorsystem--l--verbunden ist und mit Hilfe eines nicht dargestellten Mikromanipulators über die Stirnfläche eines Anschlussstiftes--3--geführt wurde.
Gemäss Fig. 3 wird ein ebenfalls mittels eines nicht dargestellten Mikromanipulators auf vorbestimmte
<Desc/Clms Page number 3>
Stellen setzbarer Thermokompressionskeil --5-- über den auf dem Anschlussstift liegenden Teil des Verbindungsdrahtes gebracht und durch Ausüben eines Druckes auf den Verbindungsdraht --2-- in einem kleinen Abstand von der Kante des Anschlussstiftes-3-eine Thermokompressionsverbindung hergestellt.
Dazu muss die Verbindungsstelle eine Temperatur von 280 bis 3200C aufweisen, was durch entsprechende Erwärmung des Anschlussstiftes erreichbar ist.
Sodann wird der Thermokompressionskeil--5--langsam in der Linie der vorher eingestellten Richtung des Verbindungsdrahtes--2--bis über die Kante des Anschlussstiftes --3-- hinaus in die in Fig. 4 gezeigte Lage verschoben, wodurch Abwärtsbewegung des Thermokompressionskeiles --5-- in die in Fig. 5 dargestellte Lage an der Schnittstelle --4-- der fortlaufend zugeführte Draht-6-von dem den Verbindungsdraht --2-- bildenden Stück abgetrennt wird.
EMI3.1
---5-- amAufsetzpunkt des Thermokompressionskeiles und der Kante des Anschlussstiftes --3-- zustande. Nach Erreichen der Kante wird der Draht durch die vom Anschlussstift und dem Thermokompressionskeil gebildete "Schere" abgeschnitten.
Der Thermokompressionskeil--5'--gemäss den Fig. 6, 7 und 8 hat eine Spitze--7--in Form einer kurzen Pyramide, wobei der Einstellwinkel 0 : der Hauptschneidekante --8-- im Bereich von 0 bis 200 liegt und die Kanten der Deckfläche --9-- und der Mantelflächen der Pyramide einen Abrundungsradius von höchstens 2 Mm haben. Zum sauberen Abschneiden des Verbindungsdrahtes sind ein kleiner Abrundungsradius und ein kleiner Winkel 0 : günstig.
Zur Erzielung einer möglichst bruchfesten und haltbaren Thermokompressionsverbindung ist bis zu einer gewissen Grenze eine Vergrösserung des Abrundungsradius und des Winkels a vorteilhaft. Einen in dieser Hinsicht günstig gestalteten Thermokompressionskeil--5"--zeigen die Fig. 9, 10 und 11, dessen Spitze--10-- halbzylindrisch geformt ist, wobei der Spitzenradius etwa dem Durchmesser des Verbindungsdrahtes entspricht.
In der Praxis kann die Form des verwendeten Thermokompressionskeiles je nach den Erfordernissen auch eine Kompromisslösung zwischen den beiden gezeigten bevorzugten Formen darstellen.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Verfahren zum Befestigen der Verbindungsdrähte von elektrischen Mikrobauteilen, wie Halbleiterbauelementen, Dünnschichtstromkreisen u. dgl., an Anschlussstiften oder -drähten durch Thermokompression mit einem Thermokompressionskeil, der an einem langen Hebel gelagert ist und die für die Herstellung einer Thermokompressionsverbindung erforderliche Kraft durch eine einstellbare Gewichtskraft erhält, wobei der fortlaufend zugeführte Verbindungsdraht nach Herstellung einer Verbindung durch Kippen des Thermokompressionskeiles um das Lager des langen Hebels auf ein unterhalb der Verbindungsstelle gelegenes Niveau abgetrennt wird und die Drahtrichtung sowie das Drahtende durch die Thermokompressionsvorrichtung für einen darauffolgenden Thermokompressionsvorgang vorbereitet werden, dadurch gekenn- zeichnet,
dass nach Durchführung einer Thermokompressionsverbindung der 7 bis 15btm dicke Verbindungsdraht (2) parallel zur Richtung der nächsten am Mikrobauteil (1) anzubringenden Verbindung ausgerichtet und auf den Anschlussstift oder-draht (3) aufgelegt wird, wonach der Thermokompressionskeil (5) in der Nähe jener Kante (4) des Anschlussstiftes oder-drahtes, bei welcher der Verbindungsdraht später abgetrennt werden soll, auf den Verbindungsdraht gesetzt und in der Linie der vorher eingestellten Richtung dieses Verbindungsdrahtes bis über die Kante des Anschlussstiftes oder-drahtes hinaus verschoben wird, wobei die Verschiebegeschwindigkeit in Drahtrichtung des nach der Abstellung der Unterstützung abkippenden, den Draht abzwickenden Thermokompressionskeiles so niedrig ist,
dass der Thermokompressionskeil während seiner Verschiebung in Drahtrichtung in der Grösse eines Drahtdurchmessers bis über die Kante des Stiftes eine zur Drahtrichtung senkrechte Bewegung vollführt, deren Weg mindestens das Zehnfache des Drahtdurchmessers beträgt, und damit den Verbindungsdraht abschneidet.
EMI3.2