DE102007014762A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Herstellen einer Bondverbindung - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen einer Bondverbindung zwischen einem Leiter und einem eine Oberflächenschutzschicht aufweisenden Leitersubstrat, insbesondere mit einer organischen Lot-Schutz-Oberflächenschutzschicht. Es ist vorgesehen, dass vor dem Aufsetzen des Leiters (12) auf das Leitersubstrat (3) von der Aufsetzstelle (15) die Oberflächenschutzschicht (2) durch Beaufschlagung mittels elektromagnetischer Wellen zumindest teilweise entfernt wird. Ferner betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zum Herstellen einer Bondverbindung zwischen einem Leiter und einem eine Oberflächenschutzschicht aufweisenden Leitersubstrat, inschenschutzschicht. Es ist mindestens eine Einrichtung zur Erzeugung elektromagnetischer Wellen vorgesehen, die die Oberflächenschutzschicht (2) vor dem Aufsetzen des Leiters (12) auf das Leitersubstrat (3) von der Aufsetzstelle (15) zumindest teilweise entfernen.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen einer Bondverbindung zwischen einem Leiter und einem eine Oberflächenschutzschicht, insbesondere eine organische Lot-Schutz-Oberflächenschutzschicht, aufweisenden Leitersubstrat.
  • Ferner betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zum Herstellen einer Bondverbindung zwischen einem Leiter und einem eine Oberflächenschutzschicht, insbesondere eine organische Lot-Schutz-Oberflächenschutzschicht, aufweisenden Leitersubstrat.
  • Stand der Technik
  • Verfahren und Vorrichtungen zum Herstellen einer Bondverbindung der Eingangs genannten Art sind bekannt. In der elektronischen Aufbau- und Verbindungstechnik wird mittels einer Bondverbindung zwischen einem Leitersubstrat und zum Beispiel einem auf dem Leitersubstrat angeordneten Chip eine elektrische Verbindung über einen elektrischen Leiter erstellt. Dabei wird der Leiter auf das Substrat aufgesetzt und mittels beispielsweise Ultraschallschweißen mit dem Leitersubstrat verbunden. Das Leitersubstrat muss dabei eine geeignete Oberflächenmetallisierung, beispielsweise eine chemische Nickel/Gold-Metallisierung, aufweisen, um mittels der Bondtechnik elektrisch kontaktiert werden zu können. Um eine das Ronden erschwerende oder verhindernde Oxidation der Oberflächenmetallisierung zu verhindern, wird das Leitersubstrat mit einer Oberflächenschutzschicht versehen. Für diese sogenannte Oberflächenpassivierung des Leitersubstrats wird insbesondere die sogenannte organische Lot-Schutz-Oberflächenschutzschicht (Organic-Solder-Protection-Schutzschicht = OSP-Oberflächenschutzschicht) verwendet. Jedoch erschwert die OSP-Oberflächenschutzschicht das Herstellen einer Bondverbindung auf einem derart gestalteten Leitersubstrat. In manchen Fällen ist das Herstellen auf einem derart gestalteten Leitersubstrat gar nicht möglich.
  • Offenbarung der Erfindung
  • Die Erfindung sieht vor, dass vor dem Aufsetzen des Leiters auf das Leitersubstrat von der Aufsetzstelle die Oberflächenschutzschicht durch Beaufschlagung mittels elektromagnetischer Wellen zumindest teilweise entfernt wird. Dadurch wird die das Herstellen einer Bondverbindung erschwerende oder verhindernde Oberflächenschutzschicht vor dem Herstellen der Bondverbindung an der Stelle, an der der Leiter auf das Leitersubstrat aufsetzt entfernt oder zumindest teilweise entfernt. Es wird also vor jedem Bondvorgang die Aufsetzstelle des Leiters von der Oberflächenschutzschicht (zumindest teilweise) befreit, wobei die übrigen Bereiche des Leitersubstrats weiterhin von der Oberflächenschutzschicht vor einer Oxidation geschützt werden. Bevorzugt wird die Oberflächenschutzschicht vollständig durch die Beaufschlagung mittels der elektromagnetischen Wellen entfernt. Zum anschließenden Herstellen der Bondverbindung kann ein konventionelles Bondwerkzeug verwendet werden.
  • Vorteilhafterweise wird die Aufsetzstelle mittels frei streuenden elektromagnetischen Wellen beaufschlagt. Besonders bevorzugt wird die Aufsetzstelle mittels Lichtwellen beaufschlagt. Licht ist der Bereich der elektromagnetischen Strahlung, der vom menschlichen Auge wahrgenommen werden kann. Lichtwellen sind also die für den Menschen sichtbaren elektromagnetischen Wellen. Dabei kann der Fachmann auf eine große Anzahl von unterschiedlichen Lichtquellen zurückgreifen, um die Lichtwellen zu erzeugen.
  • Vorteilhafterweise wird ein gebündelter Lichtstrahl, der gezielt ausgerichtet werden kann, verwendet, um ein lokales Entfernen der Oberflächenschutzschicht auf einfache Art und Weise zu ermöglichen. In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird deswegen die Oberflächenschutzschicht (zumindest teilweise) durch Beaufschlagung mittels mindestens eines Laserstrahls entfernt. Das (zumindest teilweise) Entfernen der Oberflächenschutzschicht durch den Eintrag der Laserenergie des Laserstrahls, der mittels dem Fachmann bekannten Techniken gezielt auf die Aufsetzstelle gerichtet werden kann, stellt eine besonders einfache und kostengünstige Möglichkeit dar die Oberflächenschutzschicht gezielt lokal zu entfernen.
  • Vorteilhafterweise wird als Leiter ein Draht, insbesondere ein Dünndraht, verwendet. Insbesondere beim Herstellen einer Bondverbindung mittels eines Dünndrahts, dem sogenannten Dünndrahtbonden, ist das Herstellen einer Bondverbindung auf einem Leitersubstrat mit einer Oberflächenschutzschicht, insbesondere mit einer OSP-Oberflächenschutzschicht, nicht möglich. Daher ist es besonders vorteilhaft wenn die Oberflächenschutzschicht vor dem Aufsetzen des Dünndrahts entfernt wird.
  • Besonders bevorzugt wird die Oberflächenschutzschicht (zeitlich) unmittelbar vor dem Aufsetzen des Leiters entfernt. Durch die zeitliche Nähe von dem Aufsetzen des Leiters auf das Leitersubstrat zu dem Entfernen der Oberflächenschutzschicht wird hierbei eine für den Bondvorgang schädliche Oxidation des Leitersubstrats verhindert. Der Leiter wird also auf das Leitersubstrat aufgesetzt bevor das Leitersubstrat oxidieren kann.
  • Nach einer Weiterbildung der Erfindung wird als Leitersubstrat eine Leiterbahn einer Leiterplatte verwendet. Bei einer Leiterplatte, die mehrere Leiterbahnen aufweist, bedeutet das, dass vor jedem Bondvorgang die entsprechende Leiterbahn von der Oberflächenschutzschicht lokal, also an der Aufsetzstelle freigelegt wird, wobei die übrigen Leiterbahnen unberührt bleiben. Durch das erfindungsgemäße Verfahren wird die Verwendung eines mit der günstigen OSP-Oberflächenschutzschicht versehenen Leitersubstrats ermöglicht, wodurch einem Entwickler mehr Freiheiten bei der Auslegung, beispielsweise einer Leiterplatte, gegeben werden.
  • Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist gekennzeichnet durch mindestens eine Einrichtung zur Erzeugung elektromagnetischer Wellen, die die Oberflächenschutzschicht vor dem Aufsetzen des Leiters auf das Leitersubstrat von der Aufsetzstelle zumindest teilweise, vorzugsweise vollständig entfernen.
  • Vorteilhafterweise ist die Einrichtung eine Einrichtung zur Erzeugung von Lichtwellen, also zur Erzeugung von für das menschliche Auge sichtbaren elektromagnetischen Wellen. Vorteilhafterweise ist die Einrichtung derart ausgebildet, dass die elektromagnetischen Wellen oder die Lichtwellen als ein gebündelter Strahl gezielt auf die Aufsetzstelle ausrichtbar sind.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Einrichtung als Lasereinrichtung zur Erzeugung eines Laserstrahls ausgebildet, der die Oberflächenschutzschicht vor dem Aufsetzen des Leiters auf das Leitersubstrat von der Aufsetzstelle lokal (zumindest teilweise) entfernt. Die Lasereinrichtung ist dabei derart auf die Aufsetzstelle gerichtet, dass der von der Lasereinrichtung erzeugte Laserstrahl die Oberflächenschutzschicht an der Aufsetzstelle auf dem Leitersubstrat lokal entfernt, sodass nur der Bereich des Leitersubstrats freigelegt wird, der zum Aufsetzen des Leiters notwendig ist.
  • Zweckmäßigerweise ist die Lasereinrichtung einem Bondwerkzeug zugeordnet. Das Bondwerkzeug führt den Leiter und setzt diesen auf die Aufsetzstelle, um ihn dort, beispielsweise mittels Ultraschallschweißen, mit dem Leitersubstrat zu verbinden. Dabei kann die Lasereinrichtung eine Vorrichtung zum Positionieren des Laserstrahls unabhängig von dem Bondwerkzeug aufweisen, oder bevorzugt an dem Bondwerkzeug angeordnet sein, so dass es sich mit dem Bondwerkzeug mitbewegt. Im letzteren Fall fällt ein aufwendiges Kalibrieren und Steuern beziehungsweise ausrichten des Laserstrahls vor einem Bondvorgang weg. Durch die Anordnung der Lasereinrichtung an dem Bondwerkzeug ist sie stets auf die entsprechende Aufsetzstelle des Bondwerkzeugs gerichtet. Wobei die Lasereinrichtung nicht direkt an dem Bondwerkzeug befestigt sein muss, sie kann auch an einem das Bondwerkzeug führenden/bewegenden Element angeordnet sein.
  • Nach einer Weiterbildung der Erfindung ist der Leiter ein Draht, insbesondere ein Dünndraht. Durch die erfindungsgemäße Vorrichtung wird insbesondere das Herstellen der Bondverbindung mit einem Dünndraht ermöglicht, wobei man von einem Dünndraht insbesondere bei einem Draht, der einen Durchmesser kleiner als 50 μm aufweist, spricht. Ohne das Entfernen der Oberflächenbeschichtung wäre ein Aufbringen eines derartigen Dünndrahtes auf das Leitersubstrat nicht möglich.
  • Bevorzugt ist das Leitersubstrat einer Leiterbahn einer Leiterplatte. Es ist also vorgesehen, dass bei der Herstellung einer Bondverbindung auf einer Leiterplatte zwischen beispielsweise einer Leiterbahn und einem Chip oder einer anderen Leiterbahn die Aufsetzstelle des Leiters auf der Leiterplatte beziehungsweise der Leiterbahn vor dem Aufsetzen von der Oberflächenbeschichtung befreit wird. Vorteilhafterweise sind die Lasereinrichtung und das Bondwerkzeug derart einstellbar, dass die Oberflächenbeschichtung an der Aufsetzstelle (zeitlich) unmittelbar vor dem Aufsetzen des Leiters auf die Aufsetzstelle von der Oberflächenbeschichtung entfernt wird, sodass eine Oxidation der Leiterbahn beziehungsweise der Aufsetzstelle auf der Leiterbahn nach dem Entfernen der Oberflächenschutzschicht keinen für die Herstellung der Bondverbindung schädlichen Grad erreicht.
  • Kurze Beschreibung der Zeichnungen
  • Im Folgenden soll die Erfindung anhand einiger Figuren näher erläutert werden. Dabei zeigen:
  • 1 ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Herstellen einer Bondverbindung in einer schematischen Darstellung,
  • 2 einen ersten Arbeitsschritt der Vorrichtung in einer schematischen Darstellung und
  • 3 einen zweiten Arbeitsschritt der Vorrichtung in einer schematischen Darstellung.
  • Ausführungsform(en) der Erfindung
  • Die 1 zeigt in einer schematischen Darstellung eine Vorrichtung 1 zum Herstellen einer Bondverbindung zwischen einem Leiter und einem eine Oberflächenschutzschicht 2 aufweisenden Leitersubstrat 3. Die Vorrichtung 1 weist eine Basis 4 auf, an der ein (konventionelles) Bondwerkzeug 5 und eine Lasereinrichtung 6 angeordnet sind. Das Bondwerkzeug 5 ist dabei an der Basis 4 verlagerbar angeordnet und kann im vorliegenden Beispiel in Richtung oder entgegen der Richtung des Pfeils 7 nach Oben oder Unten bewegt werden. Durch das Bondwerkzeug 5 wird ein Leiter 12, im vorliegenden Ausführungsbeispiel ein Dünndraht 11, geführt, der hier im Innern des Bondwerkzeugs gestrichelt angedeutet ist. Das Bondwerkzeug 5 weist weiterhin Mittel zum Verschweißen des Dünndrahtes auf dem Leitersubstrat auf. Beispielsweise kann der Dünndraht 11 mittels Ultraschall mikroverschweisst werden. Die Lasereinrichtung 6 ist in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel fest an der Basis 4 angeordnet, kann jedoch auch alternativ zum individuellen Ausrichten eines von der Lasereinrichtung 6 ausgehenden Laserstrahls verlagerbar an der Basis 4 angeordnet sein. Auch ist es denkbar statt der Lasereinrichtung (6) eine andere elektromagnetische Wellen, insbesondere Lichtwellen, erzeugende Einrichtung zu verwenden. Wobei die Einrichtung bevorzugt derart ausgebildet sein sollte, dass ein gezielter Strahl elektromagnetischer Wellen erzeugt werden kann.
  • Unterhalb der Vorrichtung 1 ist das Leitersubstrat 3 angeordnet. Das Leitersubstrat 3 ist als eine Leiterbahn 8 einer Leiterplatte 9 ausgebildet. Die Oberflächenschutzschicht 2 ist als organische Lot-Schutz-Oberflächenschutzschicht 10 (OSP-Oberflächenschutzschicht 10/OSP = Organic-Solder-Protection) ausgebildet.
  • Zum Herstellen einer Bondverbindung wird normalerweise das Bondwerkzeug 5 nach unten in Richtung des Pfeils 7 geführt, bis der an der Spitze des Bondwerkzeugs freiliegende Dünndraht 11 auf die Leiterbahn 8 der Leiterplatte 9 gedrückt wird. Mittels beispielsweise eines kurzen Ultraschallimpulses wird dabei der Dünndraht mit der Leiterbahn 8 verschweisst. Aufgrund der Oberflächenschutzschicht 2 beziehungsweise der OSP-Oberflächenschutzschicht 10, welche eine besonders günstige Möglichkeit der Oberflächenpassivierung des Leitersubstrats 3 darstellt, ist dies jedoch nicht möglich.
  • Erfindungsgemäß ist daher vorgesehen, dass die Oberflächenschutzschicht 2 beziehungsweise OSP-Oberflächenschutzschicht 10 vor dem Aufsetzen des Dünndrahts 11 auf das Leitersubstrat 3 an der Stelle, an der das Bondwerkzeug 5 den Dünndraht 11 auf das Leitersubstrat 3 beziehungsweise die Leiterbahn 8 drückt beziehungsweise aufsetzt, mittels eines Laserstrahls der Lasereinrichtung 6 entfernt wird.
  • Dies ist in der 2 näher dargestellt, wobei ein schematisch dargestellter Laserstrahl 13 der Lasereinrichtung 6 einen Bereich 14 des Leitersubstrats, der die Aufsetzstelle 15 des Dünndrahts 11 umfasst, von der Oberflächenschutzschicht 2 beziehungsweise OSP-Oberflächenschutzschicht 10 befreit. Anschließend wird das Bondwerkzeug 5 in Richtung des Pfeils 7 verlagert, wobei der Dünndraht 11 auf die nun freigelegte Leiterbahn 8 gedrückt und mit dieser, beispielsweise mittels eines Ultraschallimpulses, verschweisst wird. Anschließend wird das Bondwerkzeug 5 von der Aufsetzstelle 15 entgegen der Richtung des Pfeils 7 wegbewegt, während der Dünndraht 11 durch das Bondwerkzeug 5 nachgeführt wird. Gleichzeitig wird die Basis 4 in Richtung des Pfeils 16 zu einer zweiten Verbindungsstelle geführt.
  • Die 3 zeigt die Vorrichtung 1 in der Situation, in der die Basis 4 in Richtung des Pfeils 16 und das Bondwerkzeug 5 entgegen der Richtung des Pfeils 7 bewegt wurden, wobei der Dünndraht 11 von der Aufsetzstelle 15 aus der Bewegung der Basis 4 und des Bondwerkzeugs 5 folgt.

Claims (13)

  1. Verfahren zum Herstellen einer Bondverbindung zwischen einem Leiter und einem eine Oberflächenschutzschicht, insbesondere eine organische Lot-Schutz-Oberflächenschutzschicht, aufweisenden Leitersubstrat, dadurch gekennzeichnet, dass vor dem Aufsetzten des Leiters (12) auf das Leitersubstrat (3) von der Aufsetzstelle (15) die Oberflächenschutzschicht (2) durch Beaufschlagung mittels elektromagnetischer Wellen zumindest teilweise entfernt wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass von der Aufsetzstelle (15) die Oberflächenschutzschicht (2) durch Beaufschlagung mittels der elektromagnetischen Wellen vollständig entfernt wird.
  3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufsetzstelle (15) mittels Lichtwellen beaufschlagt wird.
  4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mittels mindestens eines Laserstrahls (13) beaufschlagt wird.
  5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Leiter (12) ein Draht, insbesondere Dünndraht (11), verwendet wird.
  6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberflächenschutzschicht (2) zeitlich unmittelbar vor dem Aufsetzen des Leiters (12) entfernt wird.
  7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Leitersubstrat (3) eine Leiterbahn (8) einer Leiterplatte (9) verwendet wird.
  8. Vorrichtung zum Herstellen einer Bondverbindung zwischen einem Leiter und einem eine Oberflächenschutzschicht, insbesondere eine organische Lot-Schutz-Oberflächenschutzschicht, aufweisenden Leitersubstrat, gekennzeichnet durch, mindestens eine Einrichtung zur Erzeugung elektromagnetischer Wellen, die die Oberflächenschutzschicht (2) vor dem Aufsetzen des Leiters (12) auf das Leitersubstrat (3) von der Aufsetzstelle (15) zumindest teilweise entfernen.
  9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung eine Einrichtung zur Erzeugung von Lichtwellen ist.
  10. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung als Lasereinrichtung (6) zur Erzeugung eines Laserstrahls (13) ausgebildet ist.
  11. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Lasereinrichtung (6) einem Bondwerkzeug (5) zugeordnet ist.
  12. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Leiter (12) ein Draht, insbesondere ein Dünndraht (11), ist.
  13. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Leitersubstrat (3) eine Leiterbahn (8) einer Leiterplatte (9) ist.
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