DE102004011929A1

DE102004011929A1 - Verfahren zur Herstellung einer Bondverbindung zwischen elektrischen Kontaktflächen

Info

Publication number: DE102004011929A1
Application number: DE200410011929
Authority: DE
Inventors: Dietrich George; Reinhardt Bierwirth; Werner Dipl.-Ing. Graf
Original assignee: Conti Temic Microelectronic GmbH
Current assignee: Conti Temic Microelectronic GmbH
Priority date: 2004-03-11
Filing date: 2004-03-11
Publication date: 2005-09-29

Abstract

Bei einem Verfahren zur Herstellung einer Bondverbindung zwischen elektrischen Kontaktflächen (6) werden die bereitgestellten Kontaktflächen durch das Bestrahlen mit Reinigungs-Laserstrahlung (3) zur Reinigung der Kontaktflächen (6) vorbereitet. Hierdurch werden insbesondere Oxidschichten auf den Kontaktflächen (6) sicher entfernt. Eine anderweitige und aufwendige Vorbereitung der Kontaktflächen (6), insbesondere durch Plattieren, kann entfallen.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Bondverbindung zwischen elektrischen Kontaktflächen nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.
Ein derartiges Verfahren ist durch offenkundige Vorbenutzung bekannt. Dort werden als vorbereitete Kontaktflächen aluminiumplattierte Gehäusekontakte eingesetzt. Die Herstellung derartig vorbereiteter Kontaktflächen ist teuer. Zudem kann nicht vollständig ausgeschlossen werden, dass durch Umwelteinflüsse derart vorbereitete Kontaktflächen verunreinigt vorliegen, so dass kein sicheres Bonden gewährleistet ist.
Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren der eingangs genannten Art derart weiterzubilden, dass der Kostenaufwand bei der Kontaktflächenvorbereitung reduziert ist. Zusätzlich soll die Sicherheit beim Herstellen einer Bondverbindung nach Möglichkeit erhöht werden.
Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß gelöst durch ein Verfahren mit den im Kennzeichnungsteil des Anspruches 1 genannten Verfahrensschritten.
Durch das Bestrahlen der Kontaktflächen zur Vorbereitung von diesen für die Herstellung der Bondverbindung werden Verunreinigungen, insbesondere auf den Kontaktflächen anhaftende Oxidschichten, sicher entfernt. Es liegt daher nach dem Bestrahlen ein sauber gereinigtes Bondfenster auf der vorbereiteten Kontaktfläche zur Verfügung. Da die unvorbereitete Kontaktfläche durchaus oxidieren darf, kann auf eine Plattierung verzichtet wer den. Trotz des somit geringeren Herstellungsaufwandes für die Kontaktflächen resultiert ein sicheres Bonden.
Ein zeitlicher Abstand zwischen dem Vorbereiten und dem Bonden nach Anspruch 2 gewährleistet, dass sich nach dem Vorbereiten keine gegebenenfalls störende Oxidschicht aufbaut.
Eine Spitzenleistungsdichte des Reinigungs-Laserstrahles nach Anspruch 3 hat sich als sehr effizient für die Durchführung des Reinigungsvorganges herausgestellt. Mit einer derartigen Spitzenleistung lässt sich eine schnelle und sichere Reinigung bewirken. Andererseits ist eine Degradierung bzw. eine zu starke Erwärmung der Kontaktfläche bei einer derartigen Spitzenleistung nicht zu erwarten.
Eine Wellenlänge der Reinigungs-Laserstrahlung nach Anspruch 4 hat sich im Bezug auf ihre Wechselwirkung, insbesondere mit Oxidschichten auf den Kontaktflächen, als besonders wirksam herausgestellt.
Impulsdauern nach Anspruch 5 führen zu der gewünschten hohen Spitzenleistung bei vergleichsweise niedrigem Energieeintrag. Eine unerwünscht hohe Erwärmung der Kontaktflächen durch das Bestrahlen wird somit sicher vermieden.
Eine mittlere Leistung nach Anspruch 6 gewährleistet einen sicheren und zügigen Reinigungsvorgang. Dies gilt entsprechend für eine Impulsfrequenz nach Anspruch 7.
Eine Fokussierung nach Anspruch 8 ermöglicht das definierte Erreichen einer für die Reinigung geforderten Spitzenleistungsdichte der Reinigungs-Laserstrahlung.
Durch Scannen nach Anspruch 9 ergibt sich ein schneller Reinigungsvorgang des gewünschten Bondfensters auf der Kontaktfläche. Der Scanvorgang erfolgt vorzugsweise automatisch und rechnergesteuert, wobei die zu reinigenden Kontaktflächen nacheinander abgescannt werden.
Ein XYZ-Tisch nach Anspruch 10 gewährleistet eine exakte Anpassung der zu reinigenden Kontaktflächenebene an die Strahlform der Reinigungs-Laserstrahlung.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung näher erläutert. Die einzige Figur zeigt schematisch eine Laser-Reinigungsvorrichtung 1 bei der Vorbereitung von Kontaktflächen zur Herstellung einer Bondverbindung.
Als Strahlungsquelle 2 für die Laser-Reinigungsvorrichtung 1 dient ein frequenzverdoppelter Nd-YAG-Festkörperlaser. Die von der Strahlungsquelle 2 emittierte Laserstrahlung 3 hat eine Wellenlänge von 532 nm, eine Impulsdauer von 160 ns, eine Impulsfrequenz von 4 kHz und eine Impulsenergie bis zu 0,5 mJ. Die mittlere Leistung der emittierten Strahlung 3 liegt bei 2 W.
Nach der Strahlungsquelle 2 durchtritt die Strahlung 3 eine Scaneinrichtung 4. Mit dieser kann die Strahlung 3 in einer zur Strahlrichtung senkrechten Ebene abgelenkt werden. Diese Ebene ist in der Figur durch die beiden diese aufspannenden kartesischen Koordinaten X, Y symbolisiert.
Nach der Scaneinrichtung 4 durchtritt die Strahlung 3 eine schematisch durch eine Plankonvexlinse angedeutete Planfeldoptik 5. Diese fokussiert die Strahlung 3 auf eine Kontaktfläche 6 eines Bondkontaktelementes 7 eines Leistungselektronikgehäuses 8. Das Leistungselektronikgehäuse 8 weist eine Mehrzahl von Bondkontaktelementen 7 auf, von denen in der Figur insgesamt drei dargestellt sind, wobei in der dargestellten Momentan-Justageposition der Laser-Reinigungsvorrichtung 1 die Strahlung 3 auf das mittlere Bondkontaktelement 7 fokussiert ist. Die Bondkontaktelemente 7 sind aus Kupfer. In der Fokalebene der Planfeldoptik 5 ist durch die Scaneinrichtung 4 eine Scangeschwindigkeit im Bereich von 200 mm/s erreichbar. Die Strahlung 3 weist in der Fokalebene der Planfeldoptik 5 einen Fokaldurchmesser im Bereich von 4 mm auf.
Das Leistungselektronikgehäuse 8 wird getragen von einem XYZ-Tisch 9, der, wie durch das kartesische Koordinatensystem in der Zeichnung angedeutet, nicht nur in X- und Y-Richtung, sondern auch in der hierzu senkrechten Z-Richtung justierbar ist.
Beim Herstellen einer Bondverbindung zwischen den Kontaktflächen 6 der Bondkontaktelemente 7 und Kontaktflächen eines weiteren, nicht dargestellten elektronischen Bauelementes wird die Laser-Reinigungsvorrichtung 1 folgendermaßen eingesetzt:
Zunächst wird das Leistungselektronikgehäuse 8 auf dem XYZ-Tisch 9 mit unvorbereiteten Kontaktflächen 6 bereitgestellt und mit Hilfe des XYZ-Tisches so justiert, dass die Kontaktflächen 6 in der Fokalebene der Planfeldoptik 5 liegen.
Anschließend werden die Kontaktflächen 6 nacheinander mit der Strahlung 3 der Strahlungsquelle 2 zur Reinigung der Kontaktflächen 6 bestrahlt. Hierdurch werden insbesondere Oxidschichten auf den Kontaktflächen 6 entfernt. Bei der Reinigung werden die Kontaktflächen 6, gesteuert über die Scaneinrichtung 4, mit der Strahlung 3 abgescannt. Dieser Scanvorgang erfolgt rechnergesteuert derart, dass alle Bondkontaktelemente 7 des Leistungselektronikgehäuses 8 nacheinander abgescannt und dadurch gereinigt werden.
Nach dem so erfolgten Reinigen der Bondkontaktelemente 7 des Leistungselektronikgehäuses 8 erfolgt in analoger Weise mit der Laser-Reinigungsvorrichtung 1 eine Reinigung der Bondkontaktelemente des elektronischen Bauelementes, zu dem eine Bondverbindung zum Leistungselektronikgehäuse 8 hergestellt werden soll. Anschließend werden die Bondkontaktelemente 7 des Leistungselektronikgehäuses 8 einerseits und die Bondkontaktelemente des weiteren elektronischen Bauelementes miteinander gebondet.
Zwischen der Reinigung der Kontaktflächen und der Herstellung der Bondverbindung liegt ein zeitlicher Abstand, der geringer ist als 2 h, vorzugsweise geringer als 1 h. In der Serienproduktion erfolgt idealerweise das Bonden unmittelbar nach dem Reinigungsprozess.
Durch die oben aufgeführten Strahlparameter der Strahlung 3 wird eine Spitzenleistungsdichte von 20 kW/cm² erzielt. Das Reinigungsverfahren lässt sich insbesondere mit Strahlung mit einer Spitzenleistungsdichte im Bereich zwischen 1 und 100 kW/cm² durchführen. Dabei ist das Reinigungsverfahren nicht auf die oben spezifizierte Strahlung 3 beschränkt. Auch Strahlung mit anderen Strahlparametern kann eingesetzt sein. Insbe sondere kann Strahlung einer anderen Wellenlänge eingesetzt sein. Es können z. B. andere sichtbaren Wellenlängen eingesetzt werden. Vorzugsweise werden Wellenlängen im Bereich der zweiten Harmonischen eines Neodym-Festkörperlasers eingesetzt. Die Impulsdauer kann im Bereich zwischen 1 ns und 1 μs, insbesondere im Bereich von 100 und 200 ns eingesetzt werden. Die mittlere Leistung kann zwischen 1 und 10 W variieren. Die Impulsfrequenz kann zwischen 1 und 10 kHz, insbesondere zwischen 4 und 6 kHz variieren. Auch eine andere Fokussiertechnik kann eingesetzt sein.

Claims

Verfahren zur Herstellung einer Bondverbindung zwischen elektrischen Kontaktflächen (6) mit folgenden Schritten: – Bereitstellen der unvorbereiteten Kontaktflächen (6), – Vorbereiten der Kontaktflächen (6) für die Herstellung der Bondverbindung, – Bonden der elektrisch zu verbindenden Kontaktflächen (6), dadurch gekennzeichnet, dass das Vorbereiten der Kontaktflächen (6) erfolgt durch das Bestrahlen der Kontaktflächen (6) mit Reinigungs-Laserstrahlung (3) zur Reinigung der Kontaktflächen.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Vorbereiten und dem Bonden ein zeitlicher Abstand liegt, der geringer ist als 2 h, vorzugsweise geringer als 1 h.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch das Bestrahlen mit der Reinigungs-Laserstrahlung (3) mit einer Spitzenleistungsdichte im Bereich zwischen 1 und 100 kW/cm², insbesondere im Bereich von 20 kW/cm².
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch das Bestrahlen mit der Reinigungs-Laserstrahlung (3) mit einer Wellenlänge im sichtbaren Bereich, insbesondere im Bereich der zweiten Harmonischen eines Neodym-Festkörperlasers.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet durch das Bestrahlen mit der Reinigungs-Laserstrahlung (3) mit einer Im pulsdauer im Bereich zwischen 1 ns und 1 μs, insbesondere im Bereich zwischen 100 und 200 ns, vorzugsweise im Bereich von 160 ns.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, gekennzeichnet durch das Bestrahlen mit der Reinigungs-Laserstrahlung (3) mit einer mittleren Leistung im Bereich zwischen 1 und 10 W, insbesondere im Bereich von 2 W.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, gekennzeichnet durch das Bestrahlen mit der Reinigungs-Laserstrahlung (3) mit einer Impulsfrequenz zwischen 1 und 10 kHz, insbesondere zwischen 4 und 6 kHz.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, gekennzeichnet durch das Fokussieren der Reinigungs-Laserstrahlung (3) auf die zu reinigende Kontaktfläche (6) mit einer Planfeldoptik (5).
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, gekennzeichnet durch das Scannen der zu reinigenden Kontaktfläche (6) mit der Reinigungs-Laserstrahlung (3), insbesondere mit einer Scangeschwindigkeit im Bereich von 200 mm/s.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, gekennzeichnet durch das Justieren der zu reinigenden Kontaktfläche (6) vor dem Reinigungs-Bestrahlen mit Hilfe eines die Kontaktfläche (6) tragenden XYZ-Tisches (9).