DD205294A5 - Verfahren zur herstellung einer drahtverbindung - Google Patents

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DD205294A5
DD205294A5 DD81234387A DD23438781A DD205294A5 DD 205294 A5 DD205294 A5 DD 205294A5 DD 81234387 A DD81234387 A DD 81234387A DD 23438781 A DD23438781 A DD 23438781A DD 205294 A5 DD205294 A5 DD 205294A5
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DD
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wire
spark discharge
electrode
ball
plasma
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DD81234387A
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English (en)
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Hermanus A Van De Pas
Wilhelmus J J Lorenz
Johannes B P Janssen
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Philips Nv
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Abstract

Verfahren zur Herstellung einer Drahtverbindung zwischen einer Kontaktstelle auf einer elektronischen Mikroschaltung (17) und einem Anschlussleiter (18), wobei ein Draht (6) aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung verwendet wird, der durch eine Kapillare (5) gefuehrt ist, wobei am Ende des Drahtes eine Kugel mit Hilfe einer Funkenentladung zwischen dem Draht (6) und einer Elektrode (11) gebildet wird, wobei diese Funkenentladung in einer schuetzenden Gasatmosphaere stattfindet, wobei eine elektrische Funkenentladung zwischen zwei Hilfselektroden (12,13) herbeigefuehrt wird, wodurch das Schutzgas ionisiert und ein Plasma erzeugt wird, wonach durch den niedrigen Widerstand im Plasma eine elektrische Funkenentladung zwischen der Elektrode (11) und dem Draht (6) bei einer Spannung zwischen 25 V und 200 V stattfindet, wobei durch diese Funkenentladung am Ende des Drahtes eine Kugel gebildet wird, waehrend anschliessend der Draht mit Hilfe der Kapillare mit einer Kontaktstelle auf d.elektr.Mikroschaltng.u.dann mit d. Anschlussleiter verbunden wird.

Description

Verfahren zur Herstellung einer Drahtverbindung Anwendungsgebiet der Erfindung
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung einer Drahtverbindung zwischen einer Kontaktstelle auf einer elektronischen Mikroschaltung und einem Anschlußleiter, bei dem ein Draht aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung verwendet wird, der durch eine Kapillare geführt wird, bei dem am Ende des Drahtes eine Kugel mit Hilfe einer Funkenentladung zwischen dem Draht und der Elektrode gebildet wird, wobei diese Funkenentladung in einer schützenden Gasatmosphäre stattfindet und danach der Draht mit Hilfe des Kapillare mit einer Kontaktstelle auf der elektronischen Mikroschaltung verbunden wird, wonach eine Anschlussung mit dem Anschlußleiter folgt.
Charakteristik der bekannten technischen Lösungen
Zur Herstellung einer Drahtverbindung zwischen einer Kontaktstelle auf z. B. einem Halbleiterkörper und einem elektrischen Leiter hat es sich als. günstig erwiesen, vor Befestigung des Drahtes an dem Halbleiterkörper eine Kugelverbindung ("ball bond") zu verwenden· Die Kugel kann mit Hilfe eines Ultraschallwerkzeuges oder mittels einer Wärme-Druckverbindung, oder gegebenenfalls mit einer Kombination dieser beiden Möglichkeiten an der Kontaktstelle befestigt werden. Bei einem aus Gold bestehenden Draht kann die Kugel vorzugsweise mit Hilfe einer elektrischen Funkenentladung gebildet werden· Die Bildung einer Kugel an einem Draht aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung bereitet jedoch Schwierigkeiten.
Es wurde bereits vorgeschlagen, mit Hilfe einer elektrischen Funkenentladung eine Kugel am Ende eines Aluminiumdrahtes
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dadurch zu bilden, daß bei einem Spannungsunterschied zwischen dem Draht und der Elektrode von weniger als 200 V in einer schützenden Gasatmoaphäre der Draht und die Elektrode kurzzeitig miteinander in Berührung gebracht werden. Dabei schmilzt das Ende des Drahtes, und die Berührung wird unterbrochen, was zur Folge hat, daß eine Funkenentladung stattfindet, die zu der Bildung der Kugel führt. Das Schutzgas dient dazu, zu verhindern, daß bei der Bildung der Kugel Oxydationserscheinungen auftreten. Dieses Verfahren zur Anbringung der Kugel, bei dem Berührung zwischen dem Draht und der Elektrode erforderlich ist, ist für Massenherstellung umständlich. Weiter tritt eine außerordentlich starke Abnutzung der Elektrode auf, die deshalb oft ersetzt werden muß.
Weiter wurde vorgeschlagen, bei einem Spannungsunterschied von 350 V bis 10.000 V das Drahtende und die Elektrode in einen geringen Abstand voneinander zu bringen, um eine Funkenentladung zu erhalten, wobei der Ohmsche Widerstand in dem Entladungsstromkreis derart gewählt wird, daß der Spitzenwert der Stromdichte in dem Drahtquerschnitt 1,2 . 109 A/m2 bis 13,5 . 109 A/m2 beträgt. Es ist Jedoch zu bevorzugen, daß die Funkenentladung bei einer niedrigeren Spannung stattfindet. Außerdem muß bei diesem bekannten Verfahren ein sehr geringer Abstand (etwa 0,125 mm) zwischen dem Drahtende und der Elektrode ziemlich genau eingestellt werden. Bei der Massenherstellung will man aber vorzugsweise nicht von einer genauen Einstellung abhängig sein, und weiter wird der Abstand zwischen dem Drahtende und der Elektrode vorzugsweise erheblich größer als bei dem bekannten Verfahren gewählt.
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Ziel der Erfindung
Ziel der Erfindung ist es, die Hinderniöse für eine Massenfertigung zu überwinden.
Darlegung des Wesens der Erfindung
Die Erfindung hat die Aufgabe, ein Verfahren eingangs genannter Art zu schaffen, bei dem eine Funkenentladung bei Anwendung eines verhältnismäßig kleinen Spannungsunterschiedes zwischen dem Drahtende und der Elektrode erhalten wird und bei dem der gegenseitige Abstand zwischen Drahtende und Elektrode verhältnismäßig groß sein kann und nicht genau . eingestellt zu werden braucht. Dazu wird nach der Erfindung eine elektrische Funkenentladung zwischen zwei Hilfselektroden hervorgerufen, wobei durch Ionisierung des Schutzgases ein Plasma erzeugt wird, während durch den niedrigen Widerstand im Plasma eine elektrische Funkenentladung zwischen der Elektrode und dem Draht bei einer Spannung zwischen 25 V und 200 V hervorgerufen wird, wobei durch diese Funkenentladung eine Kugel am Ende des Drahtes gebildet wird»
Die Entladung zwischen den Hilfselektroden, zwischen denen ein ziemlich großer Spannungsunterschied erzeugt werden darf, erzeugt ein Plasma im Schutzgas. Der Widerstand im Plasma ist sehr niedrig gegenüber dem Widerstand in dem unionisierten Gas. Dadurch wird bei einem verhältnismäßig kleinen Spannungsunterschied zwischen der Elektrode und dem Draht eine Funkenentladung erhalten, durch die die Kugel an dem Draht gebildet wird. Der Abstand zwischen Elektrode und Drahtende ist dabei nicht kritisch; wenn der Widerstand des Gases genügend niedrig geworden ist, wird die kugelbildende Funkenentladung automatisch stattfinden.
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Durch dieses für die Massenherstellung geeignete Verfahren wird an einem Draht aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung eine Kugel mit einer gut reproduzierbaren Größe gebildet. Diese Größe ist von dem Spannungsunterschied zwischen der Elektrode und dem Draht und von der elektrischen Ladung abhängig; es hat sich herausgestellt, daß zum Erhalten einer günstigen Form der Kugel der Spannungsunterschied vorzugsweise kleiner als 200 V sein muß·
Bei einer günstigen Ausführungsform eines Verfahrens nach der Erfindung wird das Plasma durch eine Funkenentladung mit Hilfe einer Spule erzeugt, wobei die Spannung zwischen den Hilfselektroden in der Größenordnung von 10.000 - 20.000 V liegt. Dann sind zur Erzeugung des Plasmas in dem Schutzgas nur einfache Mittel erforderlich.
Es ist zu bevorzugen, daß die Funkenentladung zwischen der Elektrode und dem Draht durch Entladung eines elektrischen Kondensators bei einer Spannung von 50 - 100 V erhalten wird»
In einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens nach der Erfindung wird während der Bildung der Kugel der Abstand zwischen der Elektrode und dem Ende des Drahtes auf einem Wert in der Größenordnung von 2 mm gehalten. Der Abstand kann zwar größer oder kleiner gewählt werden» aber der Abstand von etwa 2 mm hat sich sowohl für die Massenherstellung als auch zum Erhalten einer günstigen Kugelform als besonders geeignet erwiesen.
Die Zufuhr von Schutzgas findet vorteilhaft nur während der Bildung der Kugel statt.
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Auafllhriingsbei spiel
Eine- Ausführungsform der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben. Es zeigen:
Figo 1: schematisch eine Vorrichtung zum Anbringen der Drahtverbindung,
Figuren 2 bis 4s im Längsschnitt, in Draufsicht bzw. in
Vorderansicht ein Gerät, in dem die Kugel ; an dem Draht gebildet wird,
Fig. 5: eine elektrische Schaltung zum Erhalten der Funkenentladung, und
Figuren 6 bis 8: das Verfahren zum Verbinden des Drahtes
mit der elektronischen Mikroschaltung bzw. mit einem Stromleiter.
In Fig. 1 ist ein Ultraschallgenerator 1 dargestellt, der um eine Welle 2 schwenkbar ist, die in eine Stütze 3 aufgenommen ist. Der Schweißarm 4 des Generators 1 ist mit einer Kapillare 5 versehen, durch die ein Draht 6 aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung geführt ist. Am Ende des Drahtes 6 muß eine Kugel gebildet werden. Der Draht ist dazu in einen Schlitz 7 einer Funkeneinheit 8 geführt (siehe auch Figuren 2, 3 und 4). Der Körper der Funkeneinheit besteht aus einem Isoliermaterial, z. B. einem Kunststoff. In dem Schlitz 7 endet eine Bohrung 9, durch die ein Schutzgas, z. B. Argon, über einen Schlauch 10 eingeführt wird. In die Funkeneinheit 8 sind eine Elektrode 11 sowie zwei Hilfselektroden 12 und 13 eingenommen. Der Abstand zwischen den Enden der Hilfselektroden ist vorzugsweise etwa 2 mm. Auch der Abstand zwischen der Elektrode 11 und dem Ende des
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Drahtes 6 ist etwa 2 mm. Die Funkeneinheit ist um eine Welle 19 schwenkbar und kann somit zu der Kapillare 5 hin und auch von der Kapillare fort gedreht werden.
Die Vorrichtung nach Pig. 1 enthält weiter einen Träger 14-, auf dem ein Schlitten 15 angeordnet ist. Auf dem Schlitten kann ein Leitergitter angebracht werden. Auf einem Trägerteil 16 des Leitergitters befindet sich ein Halbleiterbauelement 1?ι das mit Kontaktstellen zum Anbringen eines elektrisch leitenden Drahtes versehen ist. Der Draht wird von einer Kontaktstelle der Halbleiteranordnung 17 zu einem Leiter 18 des Leitergitters geführt.
,Die Bildung einer Kugel an dem Draht 6 aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung wird an Hand der Figuren 2 bis 5 näher erläutert. Das Ende des Drahtes 6 wird in den Schlitz der Funkeneinheit 8 eingeführt· In den Schlitz wird ein Schutzgas, wie Argon, über die Bohrung 9 eingeführt; vorzugsweise findet die Gaszufuhr nur kurzzeitig statt, und zwar nur während der Bildung der Kugel. Zwischen den Hilfselektroden 12 und 13 wird nun ein Spannungsunterschied, vorzugsweise von 10.000 - 20.000 V, mit Hilfe einer Spule erzeugt, wodurch eine Funkenentladung stattfindet. Diese Funkenentladung erzeugt ein Plasma im schützenden Argongas. In diesem Gas nimmt dadurch der elektrische Widerstand auf einen sehr niedrigen Wert ab. Zwischen der Elektrode 11 und dem Ende des Drahtes β wird ein Spannungsunterschied von 200 V oder weniger, vorzugsweise von etwa 70 V, aufrechterhalten. x
Infolge des niedrigen Wertes des elektrischen Widerstandes im Plasma kann eine Funkenentladung zwischen der Elektrode 11 und dem Ende des Drahtes 6 trotz der Tatsache stattfinden, daß der Abstand zwischen Elektrode und Drahtende ver-
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hältnismäßig groß, ζ. B. 2 mm, sein kann. Durch die Funkenentladung wird am Ende des Drahtes eine Kugel gebildet, deren Größe sehr genau reproduzierbar ist.
Fig. 5 zeigt schematisch eine Schaltung zum Erzeugen eines Funkens zur Bildung einer Kugel an dem Aluminiumdreht. Ein von einem nichtdargestellten monostabilen Multivibrator herrührender Impuls 20 bringt die Basis eines Transistors auf eine genügend hohe Spannung, um zu bewirken, daß Strom durch den Transistor fließt. Infolge dieses Stromes wird die Basis eines Transistors 22 auf eine derartige Spannung gebracht, daß auch durch den Transistor 22 Strom fließt. Der Strom durch den Transistor 22 ist genügend groß, um einen Hochspannungstransistor 23 zu steuern! dabei fließt Strom durch den Primärzweig 24 einer Spule 26. Am Ende des kurzen Impulses 20 sperren nacheinander die Transistoren 21, 22 und 23 und nimmt der Strom im Primärzweig 24 der Spule plötzlich auf einen Wert Null ab. Durch Induktionswirkung wird nun im Sekundärzweig 25 der Spule eine hohe Spannung, z. B. 20.000 V, erzeugt. Dadurch wird die elektrische Funkenentladung zwischen den Elektroden 12 und 13 erhalten und wird ein Plasma im schützenden Argongas erzeugt.
Zwischen dem Draht 6 und der Elektrode 11 ist ein elektrischer Kondensator 27 eingeschaltet} der Kondensator steht mit .einer Spannungsquelle in Verbindung und ist demzufolge aufgeladen. Infolge des niedrigen Widerstandes im Plasma wird sich der Kondensator 27 unter der Bildung eines Funkens zwischen der Elektrode 11 und dem Ende des Drahtes 6 entladen. Dabei wird an dem Draht die Kugel gebildet.
Die Spannung über dem Kondensator 27 und die Kapazität dieses Kondensators können in Abhängigkeit von dem Durchmesser des Drahtes, an dem die Kugel gebildet wird, gewählt werden.
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Es hat sich z.B. als sehr günstig erwiesen, bei einem Draht mit einem Durchmesser von 200/tun einen Kondensator von 500/UP bei einer Spannung von 70 V zu verwenden. Bei einem Draht mit einem Durchmesser von 40 /um wurde eine günstige Kugelform durch Entladung eines Kondensators von 15 /UP, der bei einer Spannung von 70 V aufgeladen war, erhalten.
In den Figuren 6 bis 8 wird das Verfahren zum Verbinden des Drahtes mit der elektronischen Mikroschaltung einerseits und einem Stromleiter andererseits dargestellt.
Auf dem auch in Pig. ·1 gezeigten Schlitten 15 ist ein Leitergitter mit einem Trägerteil 16 angeordnet, auf dem ein Halbleiterbauelement 17 befestigt ist. Ein Stromleiter ist mit der Bezugsziffer 18 bezeichnet. Das Kapillar 5 mit darin dem Draht 6, an dem eine Kugel gebildet ist, befindet sich über einer Kontaktstelle auf dem Halbleiterbauelement 17.
Das Kapillar wird" z.B. dadurch, daß der Ultraschallgenerator 1 um die Welle 2 gedreht wird (Pig. 1), zu dem Halbleibauelement hin bewegt. Wenn die Kugel gegen die Kontaktstelle auf dem Halbleiterbauelement drückt, wird mit Hilfe von Ultraschallschwingungen eine Verbindung hergestellt (Pig. 7), wobei die Kugel zu einem platten Kopf geformt wird. Dann wird die Kapillare aufwärts bewegt und zu dem Stromleiter 18 verschoben. Dort wird der Draht zwischen dem Leiter 18 und der Unterseite der Kapillare festgeklemmt und mit Hilfe von Ultraschallenergie am Leiter 18 befestigt. Pig. 8 zeigt die endgültige Drahtverbindung. Die Drahtverbindung mit dem Stromleiter 18 braucht nicht unbedingt mit der Kapillare angebracht zu werden, sondern kann in jeder gewünschten Weise geschehen.

Claims (3)

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    Erfindungsanspruch
    1. Verfahren zur Herstellung einer Drahtverbindung zwischen einer Kontaktstelle auf einer elektronischen Mikroschaltung und einem Anschlußleiter, bei dem ein Draht aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung verwendet wird, der durch eine Kapillare geführt ist, wobei am Ende des Drahtes mit Hilfe einer Funkenentladung zwischen dem Draht und einer·Elektrode eine Kugel gebildet wird, wobei diese Funkenentladung in einer schützenden Gasatmosphäre stattfindet, wonach der Draht mit Hilfe des Kapillare mit einer Kontaktstelle auf der elektronischen Mikroschaltung verbunden wird, wonach eine Anschließung, mit dem Anschlußleiter folgt, gekennzeichnet dadurch, daß eine elektrische Funkenentladung zwischen zwei Hilfselektroden erzeugt wird, wobei durch Ionisierung des Schutzgases ein Plasma erzeugt wird, während durch den niedrigen Widerstand im Plasma eine elektrische Funkenentladung zwischen der Elektrode und dem Draht bei einer Spannung zwischen 25 V und 200 V erzeugt wird, wobei durch diese Funkenentladung am Ende des Drahtes eine Kugel gebildet wird.
  2. 2. Verfahren nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß das Plasma durch eine Funkenentladung mit Hilfe einer Spule erzeugt wird, wobei die Spannung zwischen den Hilfselektroden der Größenordnung von 10.000 - 20.000 V liegt.
    3· Verfahren nach Punkt 1 oder 2, gekennzeichnet dadurch, daß die Funkenentladung zwischen der Elektrode und dem Draht durch Entladung eines elektrischen Kondensators bei einer Spannung von 50 - 100 V erhalten wird.
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    Verfahren nach einem der vorhergehenden Punkte, gekennzeichnet dadurch, daß der Abstand zwischen der Elektrode und dem Ende des Drahtes und der Abstand zwischen den Hilfselektroden während der bildung der Kugel auf einem Wert in der Größenordnung von 2 mm gehalten werden·
    Verfahren nach einem der vorhergehenden Punkte, gekennzeichnet dadurch, daß die Zufuhr von Schutzgas nur während der Bildung der Kugel stattfindet.
    Hierzu 2 Seiten Zeichnungen
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