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Die
vorliegende Erfindung betrifft zunächst eine Bondvorrichtung,
vorzugsweise Ultraschall-Bondvorrichtung, vorzugsweise zur Verarbeitung
bzw. zum Bonden von Leistungshalbleitern, aufweisend zumindest ein
Bondwerkzeug, vorzugsweise ein Wedge, zur Herstellung von Bondverbindungen
an elektrischen Leitern, wie vorzugsweise metallischen Bändern
oder Drähten, und aufweisend eine Schneideinrichtung zum
teilweisen oder vollständigen Zertrennen des Leiterquerschnittes.
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Im
Stand der Technik werden bei aktuellen Bondautomaten zum Bonden
von Leistungshalbleitern, sogenannten Dickdrahtbondern, zum Trennen des
Drahtes an der zweiten Bondstelle Schneideinrichtungen benötigt,
mit denen die gebondeten Drähte eingekerbt werden, da die
verwendeten Drähte zum Abreißen eine zu große
Reißfestigkeit aufweisen. Eine übliche Ausführungsform
zur Anordnung der Schneideinrichtung ist dessen feste Anbindung an
den sog. Bondkopf bzw. an dessen Halterungseinrichtung, der bezüglich
einer von einer Schaltungsebene aufgespannten Arbeitsebene nicht
nur seitlich (d. h. in Richtung von X- und Y-Achsen), sondern auch
dazu senkrecht bzw. in Richtung einer Z-Achse verfahrbar ist. Das
Schneiden kann durch Bewegen der Halterungseinrichtung in der Schneidrichtung
parallel zur Z-Achse durchgeführt werden. Eine solche übliche
Ausführungsform ist aus
DE 4016720 A1 bekannt. In einer anderen Ausführungsform
wird die Schneideinrichtung mit einer Führungseinheit und
einem Aktor fest verbunden. Der Aktor kann die Schneideinrichtung
eine voreingestellte Strecke in Schnittrichtung bewegen. Die Führungseinheit
ist mit der in Richtung der Z-Achse verfahrbaren Halterungseinrichtung
fest verbunden und wird zunächst an eine vorgegebene Position
relativ zur Schnittposition gefahren. Dann bewegt der Aktor (z.
B. ein Hubmagnet) die Schneideinrichtung durch das Schnittgut. Diese
Schnitttechnik wird im we sentlichen bei zylindrischen Drähten
bis zu einem Durchmesser von 500 μm angewendet. Die auftretenden
Schnittkräfte haben einen Betrag von einigen Newton. Die
Querschnitte der verwendeten Drähte reichen für
die geforderten Ströme teilweise nicht aus. Aus diesem Grund
werden herkömmlich mehrere Drähte parallel gebondet,
bis der für den geforderten Strom notwendige Querschnitt
erreicht ist. Im Zusammenhang mit der Herstellung von sog. Powerhalbleitervorrichtungen
wird diese Technik in
WO
2004/100258 A2 beschrieben. Allerdings hat diese Technik
den Nachteil, dass bei der elektrischen Prüfung derartiger
Bauteile die redundanten Drähte hinsichtlich ihrer Beteiligung an
der Stromverteilung nicht beurteilt werden können, so dass
erst im Betrieb mögliche Fehler an redundanten Drähten
erkannt werden. Eine gewisse Abhilfe kann die Vergrößerung
des Querschnittes des Leiters schaffen und die Verwendung redundanter Drähte überflüssig
machen. Um den Radius und damit die Höhe der Bondverbindungen
nicht weiter vergrößern zu müssen, wird
die zylindrische Drahtform bisweilen durch eine quaderförmige
Drahtform ersetzt. Hierbei werden bis zu 300 μm dicke und
2000 μm breite Verbindungen eingesetzt. Diese Technik ist unter
dem Namen Bändchen-Bonden, Ribbon-Bonden bzw. Power-Ribbon-Bonden
bekannt. Der Bondvorgang gestaltet sich wie beim Dickdrahtbonden
allgemein üblich. Das Durchtrennen des Leiters nach dem
zweiten Bond erfolgt durch einen Schnitt in den Leiter mit vorgegebener
Tiefe. Danach wird der eingeschnittene Leiter von der zweiten Verbindungsstelle
durch eine ruckartige Bewegung des Bondkopfes getrennt.
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Bei
gewünschtem zunehmendem Querschnitt des Draht- oder Bandleiters
können auch die zum Einkerben bzw. Durchtrennen des Leiters
durch die Schneideinrichtung zu erzeugenden erforderlichen Schnittkräfte
erheblich zunehmen. Dies ist insofern unerwünscht, als
dadurch einerseits der mechanische Einfluss auf die Kontaktstelle über
das bereits erprobte Niveau hinaus vergrößert
wird. Hinzu kommt, dass zur Erzeugung von höheren Schnittkräften
auch ein komplizierterer mechanischer Aufbau der Bondvorrichtung
erforderlich wird. Vor diesem Hintergrund liegt der Erfindung die
Aufgabe zugrunde, eine Bondvorrichtung der eingangs genannten Art
vorteilhaft weiterzubilden, so dass sich insbesondere die für
bestimmte Leiterquerschnitte erforderlichen Schnittkräfte
reduzieren und die vorgenannten Nachteile möglichst weitgehend
vermeiden lassen.
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Die
Aufgabe wird gemäß der Erfindung zunächst
und im wesentlichen in Verbindung mit den Merkmalen gelöst,
dass auf der Schneideinrichtung zumindest ein Piezoelement, vorzugsweise
zumindest eine Piezokeramik, montiert ist, das bei Erregung mittels
elektrischer Wechselspannung, vorzugsweise im Ultraschall-Frequenzbereich,
zumindest einen Teilbereich der Schneideinrichtung, vorzugsweise
zumindest eine Schneide der Schneideinrichtung, in Schwingungen
versetzt. Es wurde gefunden, dass mit derartigen Bewegungsschwingungen der
Schneideinrichtung bzw. zumindest seiner Schneide während
des Eindringens in den Leiterquerschnitt die erforderlichen Schnittkräfte
im Vergleich zu einem Schnittvorgang ohne Schwingungen verringert
werden können. Die Erfindung ermöglicht dadurch
insbesondere bei Bondautomaten zum Bonden von Leistungshalbleitern
einen einfacheren mechanischen Aufbau und liefert einen Beitrag,
um beim Schneiden den mechanischen Einfluss auf die Kontaktstelle
nach Möglichkeit auf dem mit vergleichsweise geringeren
Leiterquerschnitten bereits erprobten Niveau zu halten. Als Leiter
kann mit der erfindungsgemäßen Bondvorrichtung
vorzugsweise Bandmaterial oder Drahtmaterial mit praktisch beliebiger
Querschnittsform verarbeitet werden, wobei als Werkstoff prinzipiell
alle beim Bonden bisher gebräuchlichen Materialien, wie
bspw. Aluminium, Kupfer, Gold usw., geeignet sind. Der gewählte
Begriff Schneideinrichtung ist in einem allgemeinen Sinn zu verstehen
und umfasst alle bei Bondvorrichtungen zum Zertrennen von Leitern
gebräuchlichen Schneid- bzw. Trenneinrichtungen, wie bspw.
Messer oder dergleichen. Bevorzugt, d. h. nicht notwendig, kann
es sich um eine Schneideinrichtung mit einer im Querschnitt zugespitzten
Schneide handeln. Die Schneideinrichtung kann aus einer Messerhalterung
und aus einem Messer bestehen, die voneinander getrennt werden können,
so dass ein einfacher Messerwechsel vorgenommen werden kann. Vorzugsweise
befindet sich der Piezoerreger auf der Messerhalterungsseite. Bei
dem genannten Piezoelement handelt es sich vorzugsweise um einen
piezokeramischen Aktor, welcher je nach Bedarf eine oder mehrere Schichten
aufweisen kann. Das Piezoelement kann zur Schwingungsübertragung
auf die Schneideinrichtung bspw. angeklebt, angelötet oder
auf andere Weise befestigt sein. Die Art der Befestigung ist so
gewählt, dass Geometrieänderungen, insbesondere Längen-
oder Dickenänderungen, die an dem piezoelektrischen Aktor
beim Anlegen einer wechselnden Spannung entstehen, zu Schwingungen
an der Schneideinrichtung führen. Zum Beispiel (jedoch nicht
notwendig) besteht die Möglichkeit, die Piezokeramik so
auf einer Schneideinrichtungsoberfläche zu befestigen,
dass sich die Piezoschicht (oder die Piezoschichten) senkrecht zu
der Schneideinrichtungsoberfläche erstreckt. Wird eine
zeitlich wechselnde elektrische Spannung an das Piezoelement angelegt,
bewirkt dies eine zeitabhängige Änderung der dortigen
Schichtdicke, wobei die Stauchungen bzw. Dehnungen durch die Verbindung
(bspw. durch eine flächige Klebverbindung) je nach Ausführung ganz
oder teilweise auf die Kontaktzone der Schneideinrichtung übertragen
werden und dieses zufolge der auch dort auftretenden Stauchungen
bzw. Dehnungen zumindest bereichsweise zu Schwingungen angeregt
wird. Der grundlegende Gedanke liegt somit darin, dass mittels eines
Aktors zumindest ein Teilbereich der Schneideinrichtung, welcher
beim Trennvorgang in Kontakt zu dem Leiter tritt, während des
vollständigen oder teilweisen Trennvorganges zu mechanischen
Schwingungen angeregt wird.
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Gemäß der
Erfindung ist bevorzugt, dass die Schneideinrichtung an einem Verbindungsabschnitt, vorzugsweise
an seinem der Schneide gegenüberliegenden Endabschnitt,
mit der Bondvorrichtung, d. h. mit dem Bondkopf bzw. seiner Halterungseinrichtung verbunden
ist und dass das Piezoelement an der Schneideinrichtung zwischen
dem Verbindungsabschnitt und dem Trennab schnitt bzw. der Schneideinrichtungsschneide
(bspw. Messerschneide) angebracht ist. Bei der Schneideinrichtung
kann es sich vorzugsweise um ein langgestrecktes, insbesondere stabartiges,
Schneidwerkzeug handeln, das weiter vorzugsweise bei im wesentlichen
senkrechter Erstreckung im Bereich seines oberen Endes mit der Bondvorrichtung
verbunden ist und dessen Schneide sich an dem entgegengesetzten
Längsende, d. h. unteren Längsende, befindet.
Bevorzugt ist vorgesehen, dass der Piezoaktor an der Schneideinrichtung zwischen
den beiden Längsenden angebracht ist. Werden dabei durch
Geometrieänderungen des Piezoaktors, die durch eine wechselnde
elektrische Spannung entstehen, in dem an das Piezoelement angrenzenden
Schneideinrichtungslängenabschnitt (bspw. Messerlängenabschnitt)
zeitlich veränderliche Stauchungen bzw. Dehnungen verursacht
oder sonstige Form- oder Lageänderungen, führt
dies dazu, dass der sich von dort bis zu der Schneide erstreckende
Schneideinrichtungsbereich (bspw. Messerbereich) zu Bewegungsschwingungen
angeregt wird. Alternativ waren aber auch andersartige Schwingungskopplungen
des Piezoelementes mit der Schneideinrichtung vorstellbar. Bevorzugt
ist weiterhin, dass das Piezoelement an der Schneideinrichtung so
orientiert bzw. ausgerichtet ist, dass es bei Erregung mittels Wechselspannung
zumindest den Schneidenbereich der Schneideinrichtung in dessen Schnittrichtung
in Schwingungen versetzt. Mit dem Begriff Schnittrichtung ist dabei
insbesondere die Vorschubrichtung der Schnittbewegung angesprochen.
Diese kann vorzugsweise (dies ist jedoch nicht notwendig) senkrecht
zu einer von der gebondeten Schaltung aufgespannten Ebene verlaufen.
Alternativ besteht die Möglichkeit, dass die Schnittrichtung zu
dieser bzgl. der Arbeitsebene senkrechten Richtung auch geneigt
oder sogar vorstellbar dazu senkrecht (d. h. zur Arbeitsebene parallel)
verlaufen kann. Eine besonders zweckmäßige Ausgestaltung
wird darin gesehen, dass das Piezoelement an eine Spannungsquelle
angeschlossen ist, welche zur Erzeugung einer elektrischen Wechselspannung
im Ultraschall-Frequenzbereich geeignet bzw. angepasst ist. Auch
ist bevorzugt, dass auch das Bondwerkzeug mit einem Transducer verbunden
ist, welcher an eine Spannungsquelle angeschlossen ist, die zur
Erzeugung einer elek-trischen Wechselspannung im Ultraschall-Frequenzbereich
geeignet bzw. angepasst ist, so dass eine Ultraschall-Bondvorrichtung
gegeben ist. Insbesondere besteht dabei die Möglichkeit,
für die Schneideinrichtung und für das Bondwerkzeug die
gleiche Spannungsquelle zu verwenden, wodurch ein insgesamt einfacher
Aufbau resultiert.
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Eine
zweckmäßige Weiterbildung der Bondvorrichtung
wird auch darin gesehen, dass diese eine verfahrbare Halterungseinrichtung
zur Halterung des Bondwerkzeuges und der Schneideinrichtung aufweist,
welche bezüglich einer Arbeitsebene seitlich und in dazu
senkrechter Verfahrrichtung verfahrbar ist. Dabei kann die Halterungseinrichtung
je nach gewählter konstruktiver Ausgestaltung zur verfahrbaren Halterung
einer als Bondkopf bezeichneten Baugruppe dienen oder kann selbst
bzw. mit dieser Baugruppe als Bondkopf verstanden werden, der in
einer zweckmäßigen Weiterbildung auch noch eine
Draht- bzw. Bandführung zur Zufuhr des Leiters von einem Vorrat
(bspw. Vorratswicklung) zur Bondstelle aufweisen kann. Die besagte
Arbeitsebene wird im Regelfall durch die Erstreckungsebene der zu
bondenden Schaltungen bzw. durch eine entsprechende, zumeist horizontale
Auflagefläche der Bondvorrichtung aufgespannt. Dabei ist
bevorzugt, dass die Schnittrichtung der Schneideinrichtung und die
senkrechte Verfahrrichtung der Halterungseinrichtung parallel verlaufen.
Es besteht so je nach konstruktiver Gestaltung die Möglichkeit,
den Schnittvorschub der Schneideinrichtung durch eine senkrechte
Verfahrbewegung der Halterungseinrichtung bzw. des Bondkopfes zu
erzeugen. In diesem Zusammenhang ist bei einer ersten bevorzugten
Ausführungsform die Schneideinrichtung zumindest in dessen
Schnittrichtung starr mit der Halterungseinrichtung verbunden. Bei
einer zweiten bevorzugten Ausführungsform ist die Schneideinrichtung
zumindest in dessen Schnittrichtung kraftnachgiebig, vorzugsweise
unter einer Federspannung, mit der Halterungseinrichtung verbunden.
Bei der Feder kann es sich vorzugsweise um eine Feder mit geringer
Fe derkonstante, d. h. mit flacher Federkennlinie handeln, so dass
geringe Verformungsunterschiede nur zu vernachlässigbaren
Kraftunterschieden führen. In einer dritten bevorzugten Ausführungsform
ist vorgesehen, dass mit der Halterungseinrichtung ein Aktor, welcher
insbesondere einen elektromagnetischen Hubmagnet aufweist, verbunden
ist, dessen zur Hubausübung bzw. zur Kraftübertragung
bewegliches Element fest mit der Schneideinrichtung verbunden ist.
Im Rahmen der Erfindung besteht auch die Möglichkeit, Merkmale der
zweiten und der dritten bevorzugten Ausführungsformen miteinander
zu kombinieren.
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Die
Erfindung betrifft auch ein Verfahren zur Herstellung elektrisch
leitfähiger Verbindungen zwischen Verbindungspartnern,
wie vorzugsweise beabstandeten Schaltungsbereichen und/oder Bauteilen oder
dergleichen (also praktisch zwischen beliebigen Komponenten oder
deren Bereichen), mittels Befestigung von vorzugsweise bandförmigem
oder drahtförmigem elektrischem Leiter jeweils an den miteinander
elektrisch leitfähig zu verbindenden Verbindungspartnern
durch Bondverbindungen, insbesondere Ultraschall-Bondverbindungen,
insbesondere unter Verwendung von Leistungshalbleitern, wobei nach
dem Herstellen einer gewünschten Anzahl von Bondverbindungen
zum Abtrennen eines Längenabschnittes des Leiters der Querschnitt
des Leiters mittels einer Schneideinrichtung teilweise oder ganz zertrennt
wird. Bei solchen elektrisch leitfähigen Verbindungen handelt
es sich bekanntlich um Abschnitte eines elektrischen Leiters (in
der Regel Band- oder Drahtmaterial) von je nach Bedarf gewählter
Länge, die durch eine gewünschte Anzahl von lokalen
Bondverbindungen elektrisch leitend mit den betreffenden Schaltungsbereichen,
Bauteilen usw. verbunden werden, so dass bei diesen Verbindungen
insofern auch von Verbindungsabschnitten zu sprechen ist.
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Vor
dem Hintergrund des eingangs erläuterten Standes der Technik
liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein derartiges Verfahren
vorteilhaft weiter zubilden, so dass insbesondere die eingangs genannten,
im Stand der Technik möglichen Nachteile möglichst
weitgehend vermieden werden.
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Zur
Lösung der Aufgabe schlägt die Erfindung zunächst
und im wesentlichen vor, dass die Schneideinrichtung, während
der Leiterquerschnitt ganz oder teilweise zertrennt wird, zumindest
in einem Teilbereich der Schneideinrichtung, vorzugsweise zumindest
an dessen Schneide, in Schwingungen versetzt wird. Zu den dadurch
erreichbaren Wirkungen und Vorteilen wird Bezug auf die vorangehende Beschreibung
genommen. Es wurde festgestellt, dass sich durch Bewegungsschwingungen
zumindest des Schneidenbereiches der Schneideinrichtung beim Eindringen
in den Leiterquerschnitt die erforderlichen Schnittkräfte
im Vergleich zu einem Schnittvorgang ohne Schwingungserregung um
bis zu 70 Prozent reduzieren lassen. Die Bondverbindungen können
vorzugsweise mittels des Ultraschall-Bondens hergestellt werden.
Das Schneiden erfolgt vorzugsweise nach der Herstellung eines sog. Loops
des Leiters als Verbindungsabschnitt, d. h. nach der Fertigstellung
zumindest zweier Bondverbindungen an einem Leiterabschnitt. Durch
das Schneiden kann dabei der verbleibende, im wesentlichen von dem
noch vorhandenen Längenvorrat des Leiters der Bondvorrichtung
gebildete Längenabschnitt abgetrennt werden, wodurch an
dem Leitervorrat zugleich ein neues freies Leiterende zur Herstellung
eines nachfolgenden Loops gebildet wird. Als Leiter kann wiederum
Draht- oder Bandmaterial mit praktisch beliebiger Querschnittsform
verwendet werden, wobei auf alle gebräuchlichen Leitermaterialien
zurückgegriffen werden kann. Vorzugsweise (d. h. nicht
notwendig) können Drähte mit einem Durchmesser
von mehr als 500 μm verwendet werden. Ebenfalls vorzugsweise
besteht die Möglichkeit, metallisches Bandmaterial zu verarbeiten,
dessen Querschnitt eine Dicke von mehr als 300 μm und/oder
eine Breite von mehr als 2000 μm aufweist. Im Rahmen eines
erfindungsgemäßen Bondverfahrens ist bevorzugt,
dass eine erfindungsgemäße Bondvorrichtung verwendet
wird, welche einzelne oder mehrere der zuvor beschriebenen Merkmale
aufweist.
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Das
Verfahren wird bevorzugt in der Weise ausgeführt, dass
zur Schwingungserregung der Schneideinrichtung an ein daran montiertes
Piezoelement eine elektrische Wechselspannung angelegt wird, wobei
die Schneideinrichtung vorzugsweise zu Schwingungen im Ultraschall-Frequenzbereich
angeregt wird. Wie auch schon angesprochen, ist bevorzugt, dass
die Schneideinrichtung zu Schwingungen in dessen Schnittrichtung
angeregt wird.
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Bezüglich
der Halterung bzw. Aufnahme der Schneideinrichtung bestehen verschiedene
Möglichkeiten. Gemäß einer ersten Variante
ist bevorzugt, dass ein in dessen Schnittrichtung fest bzw. starr
mit der Halterungseinrichtung verbundene Schneideinrichtung verwendet
wird, dass zum zumindest teilweisen Zertrennen des Leiterquerschnittes
die Halterungseinrichtung in Richtung auf den Leiter, vorzugsweise
mittels einer nach unten führenden Vertikalbewegung des
Bondkopfes, soweit verfahren wird, bis die Schneideinrichtung auf
dem Leiter aufsetzt, dass die Schneideinrichtung zumindest danach
in Schnittrichtung zu Ultraschallschwingungen angeregt und die Halterungseinrichtung
während der Schwingungsanregung weiter verfahren wird,
bis die Schneideinrichtung den Leiterquerschnitt zumindest teilweise
durchtrennt hat. Die auf den Untergrund (Substrat, Chip oder dergleichen)
wirkende Schnittkraft ist in dieser Variante durch die Biegesteifigkeit bzw.
Knicksteifigkeit der Schneideinrichtung beschränkt und
kann in Abhängigkeit von der Geschwindigkeit der Verfahrbewegung
in Richtung der Z-Achse beim Schneiden sehr große Werte
annehmen.
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Gemäß einer
zweiten Variante ist bevorzugt, dass eine in ihrer Schnittrichtung
kraftnachgiebig, vorzugsweise unter einer Federvorspannung, mit
der Halterungseinrichtung verbundene Schneideinrichtung verwendet
wird, dass zum zumindest teilweisen Zertrennen des Leiterquerschnittes
die Halterungseinrichtung in Richtung auf den Leiter soweit verfahren
wird (vorzugsweise mittels einer nach unten, d. h. in Richtung der
Z-Achse, führenden Vertikalbewegung des Bondkopfes), bis
die Schneideinrichtung auf dem Leiter aufsetzt und vorzugsweise
mit einer von der kraftnachgiebigen Aufnahme abhängigen Kraft
gegen den Leiter vorgespannt wird, dass die Schneideinrichtung zumindest
danach in vorzugsweise Schnittrichtung zu Ultraschallschwingungen angeregt
und die Halterungseinrichtung währenddessen weiter verfahren
wird, bis die Schneideinrichtung den Leiterquerschnitt zumindest
teilweise durchtrennt hat. Bei dieser Variante kann die Schneideinrichtung
relativ zur Halterungseinrichtung bzw. zum Bondkopf in Richtung
der Z-Achse bewegt werden. Beim Absetzen auf den Leiter kann die Schneideinrichtung
durch die Feder mit einer definierten Kraft in seiner Ruhelage gehalten
werden. Der Schnittvorschub kann auch hier durch eine Verfahrbewegung
der Halterungseinrichtung in Richtung der Z-Achse erzeugt werden,
wobei aber durch die kraftnachgiebige Aufnahme sichergestellt wird,
dass die auf die Bondstelle wirkende Kraft einen vorgegebenen Maximalwert,
nämlich den der vorgespannten Feder, nicht überschreitet.
Die Feder bzw. deren Kennlinie kann unter Berücksichtigung
des zu bondenden Leitermaterials zum Beispiel so ausgewählt werden,
dass die damit bei federnder Abstützung der Schneideinrichtung
erzeugbare Schneideinrichtungskraft (bspw. Messerkraft) nur in Verbindung
mit der Schwingungserregung der Schneideinrichtung zum Schneiden
ausreicht.
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Gemäß einer
dritten Verfahrensvariante ist vorgesehen, dass eine Schneideinrichtung
verwendet wird, das in seiner Schnittrichtung mittels eines mit
der Halterungseinrichtung verbundenen Aktors in dessen Schnittrichtung
relativ zu der Halterungseinrichtung aktiv verfahrbar ist, dass
zum zumindest teilweisen Zertrennen des Leiterquerschnittes die
Halterungseinrichtung in Richtung auf den Leiter, vorzugsweise in
einer in Richtung der Z-Achse nach unten führenden Bewegung
des Bondkopfes, bis in eine vorgegebene Position verfahren wird,
dass die Schneideinrichtung zumindest danach zu Ultraschallschwingungen,
insbesondere in Schnittrichtung, angeregt und mittels des Aktors
währenddessen eine Hubbewegung der Schneideinrichtung veranlasst wird,
durch welche die Schneideinrichtung den Leiterquerschnitt zumindest
teilweise durchtrennt. Auch bei dieser Variante kann die Schneideinrichtung
relativ zu der Halterungseinrichtung parallel zur Z-Achse bewegt
werden. Bevorzugt ist die die Schneideinrichtung tragende Führung
mit einem Aktor ausgestattet, der die Schneideinrichtung um einen
festen Hub bewegen kann. Nach dem Erreichen der voreingestellten
Absenkposition der Schneideinrichtung kann die Schneideinrichtung
in Schnittrichtung zu Ultraschallschwingungen angeregt und anschließend
der Aktor eingeschaltet werden, der seinerseits die Schneideinrichtung
um einen festen Wert in Schnittrichtung bewegen kann. Auch in dieser
Variante ist die maximal erreichbare Schnittkraft vorgegeben, hier
durch die maximale Kraft des Aktors. Es besteht auch hier wiederum
die Möglichkeit, die zweite und die dritte Variante zu
kombinieren.
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Wird
das erfindungsgemäße Verfahren in der Weise ausgeführt,
dass der Leiter nur eingeschnitten, d. h. nicht durchgeschnitten,
wird, kann die vollständige Trennung des verbleibenden
Leitervorrats von der letzten Bondstelle durch einige anschließende Bewegungen
mit dem Bondkopf erfolgen. Da der Leiter durch den Bondkopf zugeführt
wird, kann durch diese Bewegungen eine erhöhte Zugspannung
auf die Trennstelle ausgeübt und der nicht benötigte
Längenvorrat schließlich abgerissen werden. Es
besteht auch die Möglichkeit, dass das Piezoelement nur während
eines bestimmten Teilintervalls des Schneidens zu Schwingungen angeregt
wird.
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In
Verbindung mit der dritten Variante ist bevorzugt, dass die maximale
Hubbewegung des Aktors eine bestimmte vorgewählte Länge
aufweist. Eine in gewisser Weise Kombination der zweiten und der
dritten Verfahrensvariante ist dadurch möglich, dass ein
Aktor verwendet wird, dessen Hubelement mittels einer Feder entgegen
der Schnitt- bzw. Vorschubrichtung der Schneideinrichtung vorgespannt ist.
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Die
erfindungsgemäße Bondvorrichtung und das erfindungsgemäße
Bondverfahren sind in gleicher Weise zur Ausübung der unterschiedlichen
Bewegungen bei dem für einen Fachmann geläufigen Frontcut
oder Backcut geeignet, wobei der Schneidvorgang für beide
Varianten identisch sein kann.
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Die
vorliegende Erfindung wird nachfolgend mit Bezug auf die beigefügten
Zeichnungen, welche bevorzugte Ausführungsbeispiele zeigen,
weiter beschrieben. Darin zeigt:
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1 in
schematisch vereinfachter Seitenansicht einen Ausschnitt einer erfindungsgemäßen Bondvorrichtung
gemäß einer ersten bevorzugten Ausführungsform
in einem Betriebszustand;
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2 die
Bondvorrichtung gemäß 1 in einem
nachfolgenden Betriebszustand;
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2a eine
Ausschnittsvergrößerung von Detail IIa in 2;
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3 die
Bondvorrichtung in einem bezüglich 2 nachfolgenden
Betriebszustand;
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3a eine
Ausschnittsvergrößerung von Detail IIIa in 3;
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4 in
schematisch vereinfachter Seitenansicht einen Ausschnitt einer erfindungsgemäßen Bondvorrichtung
gemäß einer zweiten bevorzugten Ausführungsform
in einem Betriebszustand;
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5 die
Bondvorrichtung gemäß 4 in einem
nachfolgenden Betriebszustand;
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5a eine
Ausschnittsvergrößerung von Detail Va in 5;
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6 die
Bondvorrichtung in einem bezüglich 5 nachfolgenden
Betriebszustand;
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6a eine
Ausschnittsvergrößerung von Detail VIa in 6;
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7 in
schematisch vereinfachter Seitenansicht einen Ausschnitt einer erfindungsgemäßen Bondvorrichtung
gemäß einer dritten bevorzugten Ausführungsform
in einem Betriebszustand;
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8 die
Bondvorrichtung gemäß 7 in einem
nachfolgenden Betriebszustand;
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8a eine
Ausschnittsvergrößerung von Detail VIIIa in 8;
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9 die
Bondvorrichtung in einem bezüglich 8 nachfolgenden
Betriebszustand und
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9a eine
Ausschnittsvergrößerung von Detail IXa in 9.
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Mit
Bezug auf die 1 bis 3a wird
zunächst die erfindungsgemäße Bondvorrichtung 1 sowie
das erfindungsgemäße Verfahren jeweils gemäß einer
ersten bevorzugten Variante beschrieben. Bei der ausschnittsweise
und schematisch vereinfacht gezeigten Bondvorrichtung 1 handelt
es sich in dem Beispiel um eine Ultraschall-Bondvorrichtung, die auch
zum Bonden von Leistungshalbleitern geeignet ist, d. h. um einen
Ultraschall-Dickdrahtbonder. Dieser besitzt ein im wesentlichen
stabförmiges, vertikal verlaufendes Bondwerkzeug 2,
dessen oberes Ende in einer für einen Fachmann geläufigen
Weise an dem sog. Horn eines Ultraschall-Transducers 3 befestigt
ist. Dieser wiederum ist mittels stark vereinfacht dargestellter,
in deren Querrichtung nachgiebiger Befestigungselemente 4 an
einer ebenfalls nur symbolisch (in Gestalt eines L-Profils) wiedergegebenen
Halterungseinrichtung 5 befestigt. Letztere kann bezüglich
einer Auflagefläche 6 der Bondvorrichtung, die
zur Ablage bzw. Fixierung einer mit Bondverbindungen zu versehenden
elektrischen Schaltung 7 dienen kann, bedarfsweise in den
durch das Koordinatensystem bestimmten Orientierungen der X-Achse,
Y-Achse und Z-Achse verfahren werden. Zur Erzielung entsprechender
Verfahrbewegungen weist die Bondvorrichtung in den Figuren nicht mit
dargestellte Antriebe auf. Bezüglich der Verfahrrichtung
entlang der Z-Achse, die sich senkrecht zu der horizontalen Auflagefläche 6 erstreckt,
ist schematisch eine vertikale Längsführung 8 in
den Figuren angegeben. Mittels dieser Längsführung
kann die Haltevorrichtung 5 bzw. der Bondkopf relativ zu
der Auflagefläche 6 und evtl. weiteren Komponenten
der Bondvorrichtung vertikal verfahren werden. An der Halterungseinrichtung 5 ist
außerdem als Schneidwerkzeug eine langgestreckte, ebenfalls
im wesentlichen senkrecht orientierte Schneideinrichtung 9 angebracht.
Die Schneideinrichtung 9 ist dazu an ihrem oberen Ende 16 starr
mit der Halterungseinrichtung 5 verbunden, so dass sich
eine Verfahrbewegung der Halterungseinrichtung 5 in Richtung
der Z-Achse auf das untere Schneideinrichtungsende (bspw. Messerende)
mit der dortigen Schneide 10 überträgt.
Auf der auch nur schematisch angedeuteten Schaltung 7 ist
unterhalb des Bondwerkzeuges 2 und der Schneideinrichtung 9 ein
Leiter 11 dargestellt, der mittels einer nicht gezeigten
Drahtführungseinrichtung der Bondvorrichtung von einem
Leitervorrat aus zugeführt wird. In dem gewählten
Beispiel handelt es sich bei dem Leiter 11 um ein metallisches
Band mit rechteckigem Querschnitt. In dem in 1 gezeigten Betriebszustand
wurde zwischen zwei miteinander elektrisch leitfähig zu
verbindenden Schaltungsbereichen mittels des Leiters 11 bereits
ein sog. Loop 12 gebildet, der sich bogenförmig
zwischen einer ersten Bondverbindung 13 zwischen Leiter 11 und
Schaltung 7 und einer zweiten, d. h. später hergestellten, Bondverbindung 14 zwischen
Leiter 11 und Schaltung 7 erstreckt. Die Herstellung
der Bondverbin dungen 13, 14 erfolgt auf eine dem
Fachmann bekannte Art und Weise, wobei das Bondwerkzeug 2 den
Leiter 11 gegen den gewünschten Kontaktbereich
der Schaltung 7 drückt und durch Anlegen einer
elektrischen Wechselspannung an den Transducer 3 in Schwingungen
versetzt wird, so dass schließlich die gewünschte
Bondverbindung entsteht. In 1 befindet
sich die Halterungseinrichtung 5 bzgl. der Z-Achse auf
einem Niveau, bei dem das Bondwerkzeug 2 auf dem Leiter 11 aufsitzt,
die Schneideinrichtungsspitze (bspw. Messerspitze) bzw. die Schneide 10 sich
aber noch in vertikalem Abstand darüber befindet. Zwischen
dem oberen Befestigungsende 16 der Schneideinrichtung 9 und
dessen unterer Schneide 10 ist in der oberen Längshälfte
der Schneideinrichtung 9 auf diesem ein Piezoelement 17 montiert. An
dieses kann mittels einer nicht mit dargestellten Spannungsquelle
eine elektrische Wechselspannung im Ultraschall-Frequenzbereich
angelegt werden, wodurch das Piezoelement 17 zeitlich periodische Formänderungen
(Dehnungen und Stauchungen) in Richtung des Pfeils 18 (vgl. 2)
erfährt. Um den nach der Herstellung des Loops 12 verbleibenden Längenvorrat
des Leiters 11 von dem Loop abzutrennen, wird die Halterungseinrichtung 5 bzw.
der Bondkopf zunächst ausgehend von 1 entlang
der Z-Achse nach unten verfahren, bis die Schneideinrichtung 9 auf
dem bandförmigen Leiter 11, wie in 2 dargestellt,
aufsetzt. Die Befestigungselemente 4 werden dabei zum Lageausgleich
elastisch bzw. vorübergehend verformt. Nach dem Aufsetzen
der Schneideinrichtung 9 wird an das Piezoelement 17 eine
elektrische Wechselspannung angelegt, wodurch das Piezoelement 17 oszillierende
Formänderungen in Orientierung des Pfeils 18 erfährt.
Das Piezoelement 17 ist in dem gezeigten Beispiel vollflächig fest
auf die Oberfläche der Schneideinrichtung 9 aufgeklebt,
so dass auch die Schneideinrichtung in ihrem Kontaktlängenbereich 19 periodische
Längenänderungen erfährt, durch welche
der sich unterhalb des Bereiches 19 erstreckende Längenabschnitt bzw.
Teilbereich 20 der Schneideinrichtung 9 Bewegungsschwingungen
parallel zu der Z-Achse, d. h. in Schnittrichtung der Schneideinrichtung,
ausführt. Dies ist durch den Pfeil 21 angedeutet.
Dabei liegt die Schwingungsfrequenz im Ult raschall-Frequenzbereich.
Ausgehend von 2, d. h. bei aktiviertem Piezoelement 17,
wird die Halterungseinrichtung 5 weiter vertikal nach unten
verfahren, bis die in 3a lediglich beispielhaft in
Vergrößerung dargestellte Eindringtiefe der Schneide 10 in
den Querschnitt des Leiters 11 erreicht worden ist. In
dem Beispiel beträgt diese maximale Eindringtiefe etwa
80%, bezogen auf die Gesamthöhe des Leiters 11.
Ausgehend von diesem Betriebszustand kann die Halterungseinrichtung 5 wieder
nach oben und insbesondere seitlich verfahren werden, um auf das
jenseits (d. h. in 3 auf der rechten Seite) der
erzeugten Kerbstelle liegende Leiterende eine Zugkraft auszuüben
und dieses schließlich vollständig von der zuletzt
hergestellten Bondverbindung 14 abzutrennen.
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Mit
Bezug auf die 4 bis 6a wird
die erfindungsgemäße Bondvorrichtung 1 gemäß einer zweiten
bevorzugten Ausführungsform bei der Ausübung des
erfindungsgemäßen Verfahrens gemäß einer
zweiten Variante beschrieben. Dabei sind zu den 1 bis 3a vergleichbare
Einzelheiten mit identischen Bezugszeichen versehen. Der Unterschied
der zweiten Ausführungsform liegt darin, dass die Schneideinrichtung 9 an
der Halterungseinrichtung 5 nicht starr, sondern gegen
die Kraft einer Feder 22 in Richtung der Z-Achse nachgiebig
gehaltert ist. Insofern ist auch eine zur Z-Achse parallel verschiebliche
Führung 23 am oberen Endabschnitt 16 der
Schneideinrichtung 9 angedeutet. Ein mit dem Endabschnitt 16 fest
verbundenes Führungsteil ist dazu längsverschieblich
in einer Bohrung der Halterungseinrichtung geführt. Die
Schnittrichtung der Schneideinrichtung 9 verläuft
damit wieder parallel zu der besagten Z-Achse. In 4 wurde
(wie in 1 und 7) die zweite
Bondverbindung fertiggestellt. Ausgehend von 4 wird die
Halterungseinrichtung 5 bzw. der Bondkopf soweit abgesenkt, bis
die Schneide 10 auf dem Leiter 11 in der in den 5, 5a gezeigten
Verfahrposition aufsetzt. In diesem Zustand wirkt auf die Schneideinrichtung
die voreingestellte Kraft der Feder 22, die durch die Absenkbewegung
als Funktion der Federkonstante bis zu ihrem Sollwert verän dert
werden kann. Hierdurch wird von der Schneideinrichtung 9 die
Solldruckkraft auf den Leiter 11 ausgeübt. Die
Schneideinrichtung kann dadurch mit einer definierten Kraft in einer
Ruhelage gehalten werden. Nach dem Aufsetzen der Schneideinrichtung 9 wird
dieses, wie in 5 angedeutet, in seiner parallel
zu der Z-Achse orientierten Schnittrichtung mittels des Piezoelementes 17 auf die
zuvor beschriebene Weise zu Ultraschallschwingungen angeregt und
die Halterungseinrichtung 5 dabei gleichzeitig weiter in
Richtung der Z-Achse nach unten bewegt, wobei der Schnitt in den
Leiter 11 bis zu der in 6a angedeuteten
Schnitttiefe erfolgt. Wenn der Schnitt nicht vollständig,
sondern nur bis zu einer bestimmten vorgewählten Tiefe
erfolgt, kann der verbleibende Längenvorrat des Leiters 11 wie
ebenfalls schon erläutert durch Verfahrbewegungen der Halterungseinrichtung
bzw. des Bondkopfes vollständig abgetrennt werden.
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Mit
Bezug auf die 7 bis 9a wird nachfolgend
die erfindungsgemäße Bondvorrichtung 1 gemäß einer
dritten bevorzugten Ausführungsform bei der Ausübung
eines erfindungsgemäßen Verfahrens gemäß einer
weiteren Variante beschrieben. Dabei sind wiederum die den vorangehenden
Figuren entsprechenden Einzelheiten mit identischen Bezugszeichen
versehen. Der Unterschied gegenüber den vorangehenden Ausführungsformen
liegt darin, dass mit der Halterungseinrichtung 5 ein Aktor 24, der
einen elektrischen Hubmagneten aufweist, verbunden ist. In dem gewählten
Beispiel umfasst der Aktor 24 einen fest mit der Halterungseinrichtung 5 verbundenen,
bspw. verschraubten, Magnetstator 25 sowie zur Hubausübung
bzw. Kraftübertragung auf die Schneideinrichtung 9 ein
parallel zur Z-Achse bewegliches Element 26. Dieses ist
aus einer Kopfplatte 27 und einem davon mittig ausgehenden
Stift 28 gebildet, der durch Bohrungen in dem Magnetstator 25 und
der Halterungseinrichtung 5 führt und mit dem oberen
Befestigungsende 16 der Schneideinrichtung 9 verbunden
ist. Wird an den Aktor 24 mittels einer nicht mit dargestellten
Spannungsquelle eine elektrische Spannung angelegt, wird die Kopfplatte 27 von dem
Magnetstator 25 angezogen, bis der dazwischen liegende
Luftspalt verschwindet. Die Höhe des Luftspaltes kann dabei
den Hub begrenzen, den der Aktor auf die Schneideinrichtung ausüben
kann. In anderer möglicher Ausführungsform können
auch andere konstruktive Maßnahmen zur Begrenzung des Hubs
vorgesehen sein. Ausgehend von der in 7 gezeigten
Position wird die Schneideinrichtung 9 mittels der Halterungseinrichtung 5 zunächst
bis auf die in den 8, 8a gezeigte,
voreingestellte Position abgesenkt. In dem gewählten Ausführungsbeispiel
befindet sich dort die Schneide 10 noch in einem Abstand
A oberhalb der Leiters 11, welcher Abstand kleiner als
die symbolisch angedeutete Luftspalthöhe H am Aktor 24 ist.
Nach Erreichen dieser Position wird die Schneideinrichtung 9 in
ihrer parallel zur Z-Achse verlaufenden Schnittrichtung mittels
des Piezoelementes 17 zu Ultraschallschwingungen angeregt
und währenddessen der Aktor 24 eingeschaltet,
der seinerseits die Schneideinrichtung um einen festen Hubweg in
der besagten Schnittrichtung bewegt. Die Schneide 10 dringt
dabei bis zu der in 9a dargestellten Tiefe in den
Querschnitt des Leiters 11 ein. Je nach gewähltem
Abstand A bzw. Luftspalthöhe H kann bei der Schnittbewegung
der Leiter 11 entweder teilweise (wie dargestellt) oder vollständig
durchgetrennt werden. Wenn der Leiter 11 nur teilweise
durchgetrennt wird, kann das vollständige Abtrennen des
Längenvorrats auf die vorangehend beschriebene Weise durch
Bewegungen des Bondkopfes bzw. der Halterungseinrichtung 5 erfolgen.
Im Hinblick darauf, dass die beschriebene Schneideinrichtung 9 gemäß der
mit Bezug auf die Figuren exemplarisch beschriebenen Anwendung auch
zum Zertrennen von bandförmigen Leitern 11 geeignet
ist, kann die Schneideinrichtung 9 auch als Ribbon-Messer
bezeichnet werden.
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Alle
offenbarten Merkmale sind (für sich) erfindungswesentlich.
In die Offenbarung der Anmeldung wird hiermit auch der Offenbarungsinhalt
der zugehörigen/beigefügten Prioritätsunterlagen
(Abschrift der Voranmeldung) vollin haltlich mit einbezogen, auch
zu dem Zweck, Merkmale dieser Unterlagen in Ansprüche vorliegender
Anmeldung mit aufzunehmen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - DE 4016720
A1 [0002]
- - WO 2004/100258 A2 [0002]