DD261881A1 - ARRANGEMENT FOR REDUCING THE TEMPERATURE GRADIENT IN THE THERMOCOMPRESSION AND THERMOSONIC WIRE BOND - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Verringerung des Temperaturgradienten beim Thermokompressions- und Thermosonicdrahtbonden. Die Anordnung dient der Senkung der Ausschussquote bei der Herstellung von kunststoffverkappten Halbleiterbauelementen mit hochpoligen metallischen Leiterrahmen mit stabilisierten inneren Anschluessen und stabilisierten Chiptraeger bei gleichzeitiger Erhoehung der Zuverlaessigkeit der Bauelemente. Das wird durch den Einsatz eines konstruktiv relativ einfachen Drahtbondgeraetes mit einem Unterheizer (1) mit ebener Oberflaeche und einem metallischen Niederhaltergrundkoerper (2) dadurch erreicht, dass in dem Niederhaltergrundkoerper (2) ein in ein thermisch stabiles und elektrisch isolierendes Material (4) eingebetteter Heizleiter (3) integriert ist und dass der Niederhaltergrundkoerper (2) von einen an der Unterseite offenen Ueberzug (5) aus einem thermisch stabilen und waermedaemmenden Material umschlossen ist. Dadurch werden fuer die Kontaktierung auf den Bondinseln des Halbleiterchips (9) als auch auf den inneren Anschluessen (6) des metallischen Leiterrahmens (8) optimale thermische Verhaeltnisse geschaffen. Fig. 1The invention relates to an arrangement for reducing the temperature gradient in thermocompression and Thermosonicdrahtbonden. The arrangement serves to reduce the reject rate in the production of plastic-covered semiconductor devices with high-poled metallic lead frames with stabilized inner terminals and stabilized chip carrier while increasing the reliability of the components. This is achieved by the use of a structurally relatively simple Drahtbondgeraetes with a lower heater (1) with a flat surface and a metallic Niederhaltergrundkoerper (2) in that in the Niederhaltergrundkoerper (2) embedded in a thermally stable and electrically insulating material (4) heating element (3) and that the hold-down base body (2) is enclosed by a cover (5) which is open on the underside and made of a thermally stable and heat-insulating material. As a result, optimal thermal conditions are created for contacting on the bonding pads of the semiconductor chip (9) as well as on the inner terminals (6) of the metallic lead frame (8). Fig. 1
Description
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Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Verringerung des Temperaturgradienten beim Thermokompressions- und Thermosonic-Drahtbonden mikroelektronischer Schaltungen, insbesondere hochpoliger metallischer Trägerrahmen mit vorzugsweise stabilisierten inneren Anschlüssen.The invention relates to an arrangement for reducing the temperature gradient in thermo-compression and thermosonic wire bonding microelectronic circuits, in particular high-poled metallic support frame with preferably stabilized inner terminals.
Nach DD-WP 223015 (H 01 L21/96) ist ein metallischer Leiterrahmen für kunststoffverkappte Halbleiterbauelemente mit für die Ultraschallbondung stabilisierten inneren Anschlüssen und stabilisiertem Chipträger bekannt.DD-WP 223015 (H 01 L21 / 96) discloses a metal leadframe for plastic-clad semiconductor devices with ultrasound bonding stabilized internal terminals and stabilized chip carrier.
Dieser Leiterrahmen enthält in seinem Zentrum einen Chipträgerrahmen, dessen Rahmen unterhalb des Kontaktierbereiches der inneren Anschlüsse über ein elektrisch isolierendes Material an den inneren Anschlüssen im wesentlichen haftschlüssig befestigt ist. Bei Anwendung des Ultraschallbondens beispielsweise mit Aluminiumdraht für den Leiterrahmen ergeben sich im Vergleich zum Thermokompressions- bzw. Thermosonic-Drahtbonden beispielsweise mit Golddraht folgende entscheidende Nachteile:This lead frame contains in its center a chip carrier frame, the frame of which is fastened below the contact region of the inner terminals via an electrically insulating material to the inner terminals substantially adhesive. When using the ultrasonic bonding, for example with aluminum wire for the lead frame resulting in comparison to thermo-compression or thermosonic wire bonding, for example, with gold wire, the following major disadvantages:
Das US-Drahtbonden erfordert relativ komplizierte Bondgeräte, weil entweder der Bondkopf mit dem US-Bondwerkzeug oder die Bauteilaufnahme mit dem Leiterrahmen um eine Achse senkrecht zur Leiterrahmenebene präzise dreh- und einstellbar sein muß, damit der Bonddraht genau in US-Schwingungsrichtung nachgezogen werden kann und Während des US-Impulses exakt unter dem Bondwerkzeug liegt.The US wire bonding requires relatively complicated bonding equipment, either because the bond head with the US Bonding tool or the component holder with the lead frame about an axis perpendicular to the ladder frame level must be precisely rotatable and adjustable so that the bonding wire can be tightened exactly in the US oscillation direction and During the US pulse is exactly below the bonding tool.
Dem gegenüber kann der Bonddraht beim TC/TS-Bonden in beliebiger Richtung aus der Drahtbondkanüle nachgezogen werden, so daß sich der mechanische Aufwand des Drahtbondgerätes im Vergleich zum US-Drahtbonden verringert.On the other hand, the bonding wire can be tightened in any direction from the Drahtbondkanüle during TC / TS bonding, so that the mechanical complexity of the Drahtbondgerätes reduced in comparison to the US wire bonding.
Ein weiterer Nachteil des US-Drahtbondens mit Aluminiumdraht gegenüber dem TC/TS-Drahtbonden mit Golddraht besteht in der vergleichsweise geringen Festigkeit der Alu-Drahtbrücken. Wegen dieser geringeren Festigkeit führt die mechanische Belastung der Drahtbrücken beim Kunststoffverkappen vermehrt zu Drahtbrückenrissen und damit zu Ausfällen. Die Verminderung der Bauelementezuverlässigkeit ist nicht auszuschließen.Another disadvantage of US wire bonding with aluminum wire over the TC / TS wire bonding with gold wire is the relatively low strength of the aluminum wire bridges. Because of this lower strength, the mechanical stress on the wire bridges in the plastic cap increasingly leads to wire breakage cracks and thus to failures. The reduction of the component reliability can not be ruled out.
Aus den genannten Gründen ist es naheliegend, den Vorteil der genauen Lagefixierung der inneren Anschlüsse des beschriebenen Leiterrahmens mit den Vorteilen des TC/TS-Drahtbondens zu verbinden.For the reasons mentioned above, it is obvious to combine the advantage of the exact position fixing of the inner terminals of the lead frame described with the advantages of TC / TS wire bonding.
Beim Versuch des TC/TS-Drahtbondens des Leiterrahmens mit der herkömmlichen Wärmezuführung von einem ebenen elektrischen Unterheizer über Chipträgerrahmen und Isolierschicht auf die inneren Anschlüsse entsteht ein relativ hoher Temperaturgradient zwischen Unterheizer und inneren Anschlüssen des Leiterrahmens, weil das elektrisch isolierende Material zumeist auch thermisch isolierend wirkt.When trying TC / TS wire bonding of the lead frame with the conventional heat supply from a planar electrical Unterheizer chip carrier frame and insulating layer on the inner terminals creates a relatively high temperature gradient between lower heater and inner terminals of the lead frame, because the electrically insulating material usually acts thermally insulating ,
Dieser Effekt wird verstärkt durch den notwendigen Einsatz eines meist metallischen Niederhalters, der während des Drahtbondprozesses die innen η Anschlüsse mit dem darunter liegenden Chipträgerrahmen auf den ebenen Heizer preßt.This effect is reinforced by the necessary use of a mostly metallic hold-down, which presses the inside η connections with the underlying chip carrier frame on the planar heater during the wire bonding process.
Damit wird einerseits ein guter Wärmeübergang zwischen Heizer und Chipträgerrahmen erreicht, während andererseits durch die Wärmeableitung über den Niederhalter der genannte Temperaturgradient steigt. Demgegenüber ist der Temperaturgradien zwischen Heizer und den Bondinseln auf dem Halbleiterchip gering.Thus, on the one hand, a good heat transfer between the heater and chip carrier frame is achieved, while on the other hand by the heat dissipation via the downholder of said temperature gradient increases. In contrast, the temperature gradients between the heater and the bonding pads on the semiconductor chip are low.
Infolge dieses Sachverhaltes stellt sich beim Versuch des Thermokompressions- und Thermosonic-Drahtbondens auf den Bondinseln des Halbleiterchips eine wesentlich höhere Temperatur als auf den inneren Anschlüssen des Leiterrahmens ein. Das heißt, bei Erreichung der Drahtbondtemperatur auf dem Halbleiterchip ist die Temperatur auf den inneren Anschlüssen des Leiterrahmens für das TC/TS-Drahtbonden noch wesentlich zu niedrig. Eine Steigerung der Heizleistung und damit der Temperatur des Heizers zwecks Erhöhung der Temperatur auf den inneren Anschlüssen ist nicht zulässig, da dies zum Schmelzen des elektrisch isolierenden Materials unter den inneren Anschlüssen des Leiterrahmens und/oder zum Lösen des Chiprückseitenkontaktes auf dem Chipträgerrahmen sowie damit zur Zerstörung des Aufbaus führen kann.As a result of this situation, when thermocompression and thermosonic wire bonding is attempted on the bond pads of the semiconductor chip, a much higher temperature is encountered than on the inner leads of the lead frame. That is, upon reaching the wire bond temperature on the semiconductor die, the temperature on the inner leads of the lead frame for TC / TS wire bonding is still significantly too low. An increase in the heating power and thus the temperature of the heater for the purpose of increasing the temperature on the inner terminals is not permitted, as this is to melt the electrically insulating material under the inner terminals of the lead frame and / or to release the chip backside contact on the chip carrier frame and thus to destruction of the construction can lead.
Deshalb kommt es bei beabsichtigtem Einsatz des Thermokompressions- und Thermosonic-Drahtbondens für den beschriebenen metallischen Leiterrahmen darauf an, den Temperaturgradienten zwischen Heizer und inneren Anschlüssen des Leiterrahmens so weit zu vermindern, daß die Temperaturen auf dem Halbleiterchip und auf den inneren Anschlüssen übereinstimmen.Therefore, with the intended use of thermocompression and thermosonic wire bonding for the described metal lead frame, it is important to reduce the temperature gradient between heater and inner leads of the lead frame to match the temperatures on the semiconductor die and on the inner leads.
Zur Verminderung des Temperaturgradienten bzw. zur Unterstützung des TC/TS-Drahtbondens beispielsweise von Halbleiterchips mit geringer Temperaturbelastbarkeit ist es.bekannt, mit relativ geringer Unterheiztemperatur zu arbeiten und zusätzlich die Bondkanüle konstant zu beheizen.In order to reduce the temperature gradient or to support the TC / TS wire bonding, for example, of semiconductor chips with low temperature resistance, it is known to work with a relatively low sub-heating temperature and, in addition, to heat the bonding cannula constantly.
Diese Lösung ist jedoch für das TC/TS-Drahtbonden des vorstehend beschriebenen metallischen Leiterrahmens ungeeignet, weil hier die Temperatur der Bdndkanüle konstant ist und deshalb die Temperaturdifferenz zwischen inneren Anschlüssen des Leiterrahmens und Bondinseln des Halbleiterchips unverändert erhalten bleiben würde.However, this solution is unsuitable for the TC / TS wire bonding of the metallic lead frame described above, because here the temperature of the Bdndkanüle is constant and therefore the temperature difference between inner terminals of the lead frame and bonding pads of the semiconductor chip would be maintained unchanged.
Ebenfalls ist nach US-PS 3271555 eine Einrichtung zur Handhabung und zur Kontaktierung von Halbleiterchips mit überstehenden Anschlüssen oder von miniaturisierten Bauelementen bekannt. Bei dieser Einrichtung wird das zu kontaktierende Bauelement mittels einer Saugkanüle manipuliert, die von einer elektrisch beheizten und an der Saugkanüle vertikal beweglichen Hülse umgeben ist. Nach dem Aufsetzen des Bauelementes auf die Einsatzstelle wird die beheizte Hülse abgesenkt, so daß sie mit den überstehenden Bauelementeanschlüssen Kontakt erhält, diese erwärmt und so die Simultankontaktierung allerAlso, according to US-PS 3271555 a device for handling and contacting of semiconductor chips with protruding terminals or miniaturized components known. In this device, the component to be contacted is manipulated by means of a suction cannula, which is surrounded by an electrically heated and vertically movable sleeve on the suction cannula. After placing the device on the site, the heated sleeve is lowered so that it gets in contact with the protruding component terminals, this heats and so the simultaneous contact all
Anschlüsse bewirkt. "Connections causes. "
Diese Einrichtung ist jedoch für das TC/TS-Drahtbonden des metallischen Leiterrahmens ungeeignet, weil die Platzverhältnisse über dem Leiterrahmen bei TC/TS-Drahtbonden die Anbringung einer beheizten Hülse über den inneren AnschlüssenHowever, this feature is unsuitable for TC / TS wire bonding of the lead metal frame because of the space available over the lead frame for TC / TS wire bonding to attach a heated sleeve over the inner leads
ausschließt. excludes.
Es ist Ziel der Erfindung, die Ausschußquote bei der Herstellungen kunststoffverkappten Halbleiterbauelementen mit hochpoligen metallischen Leiterrahmen mit stabilisierten inneren Anschlüssen und stabilisiertem Chipträger bei gleichzeitiger Erhöhung der Zuverlässigkeit der Bauelemente beim Betrieb und beim Einsatz relativ einfacher Drahtbondgeräte zu senken.It is an object of the invention to reduce the reject rate in the manufacture of plastic-clad semiconductor devices with multi-pole metallic lead frames with stabilized internal terminals and stabilized chip carrier while increasing the reliability of the devices during operation and when using relatively simple wire bonding devices.
Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung einer Anordnung zur Verringerung des Temperaturgradienten zwischen inneren Anschlüssen und Heizeroberfläche beim TC/TS-Drahtbonden hochpoliger metallischer Leiterrahmen. Erfindungsgemäß ist diese Aufgabe durch eine Anordnung, bestehend aus einem Unterheizer mit ebener Oberfläche, einem metallischen Niederhaltergrundkörper dadurch gelöst, daß in dem Niederhaltergrundkörper ein in ein thermisch stabiles und elektrisch isolierendes Material, vorzugsweise Keramik, eingebetteter Heizleiter integriert ist und daß der ' Niederhaltergrundkörper einen an der Unterseite offenen Überzug aus einem thermisch stabilen und wärmedämmenden Material, vorzugsweise Poltetrafluoräthylen, trägt.The object of the invention is to provide an arrangement for reducing the temperature gradient between inner terminals and heater surface in TC / TS wire bonding of multi-pole metallic lead frames. This object is achieved by an arrangement consisting of a lower heater with a flat surface, a metallic Niederhaltergrundkörper characterized in that in the Niederhaltergrundkörper a in a thermally stable and electrically insulating material, preferably ceramic, embedded heating element is integrated and that the 'Niederhaltergrundkörper an the underside open coating of a thermally stable and heat-insulating material, preferably polytetrafluoroethylene, carries.
Die erfindungsgemäße Lösung hat den Vorteil, daß der Temperaturgradient zwischen den inneren Anschlüssen des metallischen Leiterrahmens und der Oberfläche des Unterheizers beim TC-TS-Drahtboriden durch Erwärmung des Niederhalters mittels des integrierten Heizleitersso eingestellt werden kann, daß die Temperaturen auf den inneren Anschlüssen des metallischen Leiterrahmens und auf den Bondinseln des Halbleiterchips übereinstimmen.The solution according to the invention has the advantage that the temperature gradient between the inner terminals of the metallic lead frame and the surface of the sub-heater in TC-TS-Drahtboriden can be adjusted by heating the blank holder by means of the integrated heat conductor so that the temperatures on the inner terminals of the metallic lead frame and on the bond pads of the semiconductor chip.
Die Erfindung soll nachstehend an einem Ausführungsbeispiel an Hand einer Zeichnung näher erläutert werden. Es zeigen: -The invention will be explained below with reference to an embodiment with reference to a drawing. Show it: -
Fig. 1: die Prinzipdarstellung einer erfindungsgemäßen Anordnung in der Draufsicht; Fig.2: eine Teilschnittdarstellung A-A gemäß Fig. 1.Fig. 1: the schematic diagram of an inventive arrangement in plan view; 2 shows a partial sectional view A-A according to FIG. 1.
Die dargestellte Anordnung zur Verringunger des Temperaturgradienten beim TC/TS-Drahtbonden mikroelektronischer Schaltungen, insbesondere hochpoliger metallischerTrägerrahmen mit stabilisierten inneren Anschlüssen 6, besteht aus einem Unterheizer 1 und einem darüber vertikal beweglich angeordneten, aus den Positionen 2 bis 5 bestehenden Niederhalter 10. Zum TC-TS-Drahtbonden wird der hoch polige metallische Leiterahmen mit dem auf dem Chipträger 7 befestigten Halbleiterchip 9 zunächst bei angehobenem Niederhalter 10 zwischen Unterheizer 1 und Niederhalter 10 positioniert. Danach wird der Niederhalter 10 abgesenkt, so daß er auf den inneren Anschlüssen 6 des metallischen Leiterrahmens aufliegt und über das elektrisch isolierende Material 11 den Rahmen 8 sowie den über die Stege 13 damit verbundenen Chipträger 7 auf die Oberfläche des Unterheizers 1 preßt. Auf diese Weise erreicht man gute Wärmeübergänge sowohl zwischen Unterheizer 1 und Rinmen 8 mit Chipträger 7 als auch zwischen dem geheizten Niederhalter 10 und den inneren Anschlüssen 6 des metallischen Leiterrahmens. Der Temperaturgradient zwischen Oberfläche des Unterheizers 1 und inneren Anschlüssen 6 des Leiterrahmens wird mittels der Temperatur- bzw. Leistungseinstellung des in dem Niederhaltergrundkörper 2 integrierten sowie in einem thermisch stabilen und elektrisch isolierenden Material 4, vorzugsweise Keramik, eingebetteten Heizleiters 3 so weit verringert, daß die Temperaturen auf den inneren Anschlüssen 6 des metallischen Leiterrahmens und auf den Bondinseln des Halbleiterchips 9 übereinstimmen.The illustrated arrangement for reducing the temperature gradient in the TC / TS wire bonding of microelectronic circuits, in particular high-poled metallic support frame with stabilized inner terminals 6, consists of a lower heater 1 and a hold-down device 10 arranged vertically above it and comprising positions 2 to 5. TS wire bonding, the high-pole metallic circuit frame with the mounted on the chip carrier 7 semiconductor chip 9 is initially positioned with raised hold-down 10 between lower heater 1 and hold-down 10. Thereafter, the hold-down 10 is lowered so that it rests on the inner terminals 6 of the metallic lead frame and presses on the electrically insulating material 11, the frame 8 and the webs 13 connected thereto via the chip carrier 7 on the surface of the sub-heater 1. In this way, one achieves good heat transfer both between sub heater 1 and 8 Rinmen chip carrier 7 and between the heated downholder 10 and the inner terminals 6 of the metallic lead frame. The temperature gradient between the surface of the sub-heater 1 and the inner terminals 6 of the lead frame is so far reduced by means of the temperature or power setting of integrated in the Niederhaltergrundkörper 2 and in a thermally stable and electrically insulating material 4, preferably ceramic, embedded heating element 3, that the Temperatures on the inner terminals 6 of the metallic lead frame and on the bonding pads of the semiconductor chip 9 match.
Dadurch werden für die TC/TS-Kontaktierung der Drahtbrücken 12 sowohl auf den Bondinseln des Halbleiterchips 9 als auch auf den inneren Anschlüssen 6 des metallischen Leiterrahmens optimale thermische Verhältnisse geschaffen.As a result, optimal thermal conditions are created for the TC / TS contacting of the wire bridges 12 both on the bonding pads of the semiconductor chip 9 and on the inner terminals 6 of the metallic lead frame.
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Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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DE4142649A1 (en) * | 1991-05-14 | 1992-11-19 | Gold Star Electronics | CLAMPING DEVICE FOR THE INNER LINES OF A LADDER FRAME |
DE4338246A1 (en) * | 1993-11-09 | 1995-05-11 | Siemens Ag | Device for producing wire contacts between terminals of a semiconductor chip and a lead frame |
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1987
- 1987-07-01 DD DD30441387A patent/DD261881A1/en not_active IP Right Cessation
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DE4142649A1 (en) * | 1991-05-14 | 1992-11-19 | Gold Star Electronics | CLAMPING DEVICE FOR THE INNER LINES OF A LADDER FRAME |
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