DE10148460A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung eines metallischen Bondhügels mit vergrößerter Höhe - Google Patents

Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung eines metallischen Bondhügels mit vergrößerter Höhe

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Yung-Cheng Chuang
Ning Huang
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Hua-Wen Chiang
Chuang-Ming Chang
Feng-Chang Tu
Fu-Yu Huang
Hsuan-Jui Chang
Chia-Chieh Hu
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Abstract

Eine Vorrichtung zur Herstellung metallischer Bondhügel umfaßt ein hartes kegelförmiges Rohrelement (20), das in einem oberen Abschnitt einen vertikalen kegelförmigen Durchgang (21), in einem unteren Abschnitt eine kugelförmige Kammer (23), die einen größeren Durchmesser als der vertikale kegelförmige Durchgang (21) besitzt, unter dem vertikalen kegelförmigen Durchgang (21) ausgebildet ist und mit diesem in Verbindung steht, und eine kreisförmige Vertiefung (231), die einen größeren Durchmesser als die kugelförmige Kammer (23) besitzt, unter der kugelförmigen Kammer (23) ausgebildet ist und mit dieser in Verbindung steht, umfaßt, wodurch ein Kapillarrohr (2) mit einer Oberfläche (22) gebildet wird.

Description

Die Erfindung betrifft das Gebiet der Herstellung von Bondhügeln und insbe­ sondere Verfahren und Vorrichtungen zur Herstellung eines metallischen Bondhügels mit vergrößerter Höhe.
Es sind verschiedene Verfahren der Herstellung von metallischen Bondhügeln auf einem Chip für die Flip-Chip-Technologie auf der Leiterplatte (FCOB- Technologie) mit einer kleinen Anzahl von Eingangs-Anschlußstiften oder einer kleinen Anzahl von Eingangs/Ausgangs-Anschlußstiften oder für einen Flip-Chip im Gehäuse (FCIP) mit einer großen Anzahl von Ein­ gangs/Ausgangs-Anschlußstiften entwickelt worden, wie z. B. Verdamp­ fungsplattierung, Spritzplattierung, Elektroplattierung, Drucken, Spritzen und Mikrokontaktierung. Das Kapillarrohr 2' ist jedoch noch immer das am häu­ figsten verwendete Werkzeug, um metallische Steg-Bondhügel mittels Draht­ kontaktierung herzustellen (siehe Fig. 1A). Wie gezeigt ist, besitzt das Kapil­ larrohr 2' einen Innendurchmesser 21' und eine Innenwand 22', wobei der Durchmesser am oberen Ende größer als am unteren Ende ist. Ein Metalldraht 3' wird in das Kapillarrohr 2' eingesetzt, wobei das untere Ende des Metall­ drahts 3' durch elektrische Funken geschmolzen wird, um ein kugelförmiges Element 31' zu bilden. Dann werden auf das Kapillarrohr 2' eine Bearbeitung mit Ultraschallschwingungen und eine Bearbeitung durch Druckdeformation angewendet, um die intermetallischen Verbindungen zwischen dem Draht 3' und dem Chip 1' zu verbinden (siehe Fig. 1B). Wenn das Kapillarrohr 2' ent­ fernt wird, wird auf der erhabenen Plattform 11' des Chips 1' ein metallischer Bondhügel 32' gebildet (siehe Fig. 1C). Danach wird auf den metallischen Bondhügel 32' eine Metall- oder Lötkugel 4' gelötet.
Verursacht durch die Einschränkung der Konstruktion des Kapillarrohrs 2' wird jedoch der metallische Bondhügel 32' eine kugelförmige Oberfläche aufweisen, die unzureichend ist, um eine große Kontaktfläche und eine zuver­ lässige Struktur für das Verbinden mit den anderen Bestandteilen zu schaffen. Außerdem wird der untere Teil des metallischen Bondhügels 32' dazu neigen, unter Druck über die untere Öffnung des Kapillarrohrs 2' hinaus zu verlaufen, und es dadurch schwierig machen, ihn zu steuern. Da außerdem der metalli­ sche Bondhügel 32' eine kugelförmige Oberfläche besitzt, wird es keine aus­ reichende Fläche geben, die sich mit einer Metall- oder Lötkugel 4' in Kontakt befindet (siehe Fig. 1D). Weil außerdem der metallische Bondhügel 32' so kurz ist, daß die Metall- oder Lötkugel 4' in einer sehr niedrigen Position auf den metallischen Bondhügel 32' gelötet werden muß, wird es erschwert, eine Verbindung zwischen dem Chip im Scheibenverband und den Zinken eines Substrats (oder einem Anschlußkamm, Chips, metallischen Bondhügeln oder dergleichen) herzustellen und deshalb die Qualifikationsrate der Produkte zu beeinflussen.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vor­ richtung für die Herstellung eines metallischen Bondhügels mit vergrößerter Höhe zu schaffen, die die obenerwähnten Nachteile vermeiden oder verringern können.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch Verfahren und Vorrichtung für die Herstellung metallischer Bondhügel nach Anspruch 1 und 2.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung werden deutlich beim Lesen der folgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen, die auf die Zeichnung Bezug nimmt; es zeigen:
Fig. 1A das untere Ende des Metalldrahts, das geschmolzen ist, um ein kugelförmiges Element gemäß dem Stand der Technik zu bil­ den;
Fig. 1B die Verbindung zwischen dem kugelförmigen Element und dem Chip im Scheibenverband gemäß dem Stand der Tech­ nik;
Fig. 1C einen metallischen Bondhügel gemäß dem Stand der Technik;
Fig. 1D die Verbindung zwischen dem metallischen Bondhügel und der Metall- oder Lötkugel;
Fig. 2 eine Schnittansicht des Kapillarrohrs gemäß der Erfindung;
Fig. 3A das untere Ende des Metalldrahts, das geschmolzen ist, um das kugelförmige Element gemäß der Erfindung zu bilden;
Fig. 3B das untere Ende des Metalldrahts, das mit dem Chip im Schei­ benverband gemäß der Erfindung verbunden ist;
Fig. 3C den metallischen Bondhügel gemäß der Erfindung; und
Fig. 3D die Verbindung zwischen dem metallischen Bondhügel und der Metall- oder Lötkugel gemäß der Erfindung.
In der Zeichnung und insbesondere in Fig. 2 wird der hohe metallische Bond­ hügel gemäß der Erfindung durch ein hartes kegelförmiges Rohrelement 20 hergestellt, das im oberen Abschnitt einen vertikalen kegelförmigen Durch­ gang 21, im unteren Abschnitt eine kugelförmige Kammer 23, die einen grö­ ßeren Durchmesser als der vertikale kegelförmigen Durchgang 21 aufweist und die sich unter dem vertikalen kegelförmigen Durchgang 21 befindet und mit diesem in Verbindung steht, und eine kreisförmige Vertiefung 231, die einen größeren Durchmesser als die kugelförmige Kammer 23 aufweist und die sich unter der kugelförmigen Kammer 23 befindet und mit dieser in Ver­ bindung steht, aufweist, wobei dadurch ein Kapillarrohr 2 mit einer Oberflä­ che 22 gebildet ist.
Während der Herstellung wird ein Metalldraht 3 in den kegelförmigen Durch­ gang 21 des harten kegelförmigen Rohrelements 20 eingefügt, wobei sein unteres Ende in die kugelförmige Kammer 23 vorsteht. Dann wird das untere Ende des Metalldrahts 3 geschmolzen, um eine Kugel 31 zu bilden. Dann wird das harte kegelförmige Rohrelement 2 der erhabenen Plattform 11 genähert, die auf der Oberseite eines Chips 1 gebildet ist, wobei der Metalldraht 3 er­ wärmt wird, so daß er schmilzt, um mit der Anschlußinsel des Chips im Scheibenverband durch Mikroschweißen verbunden zu werden, wobei Ultra­ schallenergie zugeführt wird, damit das geschmolzene Metall die kugelför­ mige Kammer 23 ausfüllt, um dadurch einen metallischen Bondhügel 32 auf der Plattform 11 zu bilden. Danach wird das harte kegelförmige Rohrelement 2 entfernt, um es an der Einschnürstelle zwischen dem Metalldraht 3 und dem oberen Ende des metallischen Bondhügels 32 abzutrennen und dadurch den metallischen Bondhügel 32 auf der Plattform 11 zu hinterlassen. Der untere Teil des metallischen Bondhügels 32 besitzt einen Flansch 321, der durch die kreisförmige Vertiefung 231 des harten kegelförmigen Rohrelements 2 gebil­ det wird.
Infolge des vertikalen kegelförmigen Durchgangs 21, der kugelförmige Kam­ mer 23 und der kreisförmigen Vertiefung 231 wird die Querschnittsfläche des metallischen Bondhügels 32 durch die untere Fläche der kugelförmigen Kammer 23 eingeschränkt, wobei der metallische Bondhügel 32 eine Höhe aufweisen wird, die gleich der Höhe 232 der kugelförmigen Kammer 23 ist, wobei dadurch die Verbindungsfähigkeit zwischen dem metallischen Bondhü­ gel 32 und der erhabenen Plattform 11 des Halbleiter-Chips 11 zunimmt und die Kontaktfläche 33 zwischen dem metallischen Bondhügel 32 und der Me­ tall- oder Lötkugel 4 vergrößert wird.

Claims (2)

1. Vorrichtung zur Herstellung metallischer Bondhügel, gekennzeichnet durch
ein hartes kegelförmiges Rohrelement (20), das in einem oberen Ab­ schnitt einen vertikalen kegelförmigen Durchgang (21), in einem unteren Abschnitt eine kugelförmige Kammer (23), die einen größeren Durchmesser als der vertikale kegelförmige Durchgang (21) besitzt, unter dem vertikalen kegelförmigen Durchgang (21) ausgebildet ist und mit diesem in Verbindung steht, und eine kreisförmige Vertiefung (231), die einen größeren Durchmes­ ser als die kugelförmige Kammer (23) besitzt, die unter der kugelförmigen Kammer (23) ausgebildet ist und mit dieser in Verbindung steht, umfaßt,
wodurch ein Kapillarrohr (2) mit einer Oberfläche (22) gebildet wird.
2. Verfahren zur Herstellung metallischer Bondhügel, gekennzeich­ net durch die folgenden Schritte:
Einfügen eines Metalldrahts (3) in einen kegelförmigen Durchgang (21) eines harten kegelförmigen Rohrelements (20), so daß sein unteres Ende in die kugelförmige Kammer (23) vorsteht;
Schmelzen des unteren Endes des Metalldrahts (3), um ein kugelförmi­ ges Element (31) zu bilden;
Annähern des harten kegelförmigen Rohrelements (2) an eine erhabene Plattform (11), die auf der Oberseite eines Chips (1) im Scheibenverbund gebildet ist;
Schmelzen des Metalldrahts (3) und Zuführen von Ultraschallenergie, damit das geschmolzene Metall die kugelförmige Kammer (23) ausfüllt und dadurch ein metallischer Bondhügel (32) auf der erhabenen Plattform (11) gebildet wird; und
Entfernen des harten kegelförmigen Rohrelements (2), um es an der Einschnürstelle zwischen dem Metalldraht (3) und einem oberen Ende des metallischen Bondhügels (32) abzutrennen und dadurch den metallischen Bondhügel (32) auf der erhabenen Plattform (11) zu hinterlassen, wobei ein unterer Teil des metallischen Bondhügels (32) einen Flansch (321) besitzt, der durch die kreisförmige Vertiefung (231) des harten kegelförmigen Rohrele­ ments (2) gebildet wird.
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