DE112012003918B4

DE112012003918B4 - Drahtbondwerkzeug

Info

Publication number: DE112012003918B4
Application number: DE112012003918.1T
Authority: DE
Inventors: Todd J. Walker
Original assignee: Orthodyne Electronics Corp
Current assignee: Kulicke and Soffa Industries Inc
Priority date: 2011-09-20
Filing date: 2012-09-13
Publication date: 2020-10-22
Anticipated expiration: 2032-09-14
Also published as: CN103718281B; DE112012003918T5; CN103718281A; WO2013112205A2; US8820609B2; US20140103095A1; WO2013112205A3

Abstract

Ein Drahtbondwerkzeug, umfassend einen Körperbereich, welcher in einem Spitzenbereich endet, wobei der Spitzenbereich einander gegenüberliegende Wände umfasst, welche eine Nut definieren, wobei jede der einander gegenüberliegenden Wände ein gekrümmtes Profil aufweist, wobei die Nut eine Sattelform aufweist und wobei die einander gegenüberliegenden Wände an einem Scheitel der Nut zusammentreffen, wobei der Scheitel eine gekrümmte Form in einer Richtung der Nut aufweist.

Description

GEBIET DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft Bondsysteme und betrifft insbesondere Wedge-Werkzeuge für Drahtbondsysteme.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Beim Prozessieren und Packaging von Halbleiterbauelementen ist das Ultraschall-Drahtbonden (beispielsweise Ball-Bonden, Wedge-Bonden, Bändchenbonden etc.) immer noch ein weit verbreitetes Verfahren zum Bereitstellen einer elektrischen Zwischenverbindung zwischen zwei Orten (beispielsweise zwischen einem Die-Pad eines Halbleiter-Die und einem Anschluss eines Leadframe). Ein oberes Ende eines Bondwerkzeugs ist in vielen Fällen dazu ausgebildet, dass in einem Transducer (beispielsweise in einem Ultraschall-Transducer) eines Ultraschall-Bondsystems auf dieses eingewirkt wird, was dazu führt, dass das Bondwerkzeug während des Bondens vibriert. Das Ultraschallbonden ist ein Verbindungsverfahren, bei welchem beispielsweise eine Relativbewegung zwischen dem Draht und einer unterliegenden Oberfläche verwendet werden kann, um eine Bondung an diese unterliegenden Oberfläche zu erleichtern.
Das Wedge-Bonden ist eine gut bekannte Art des Drahtbondens. Bestimmte Wedge-Bondwerkzeuge umfassen einen unteren Spitzenbereich, welcher eine Nut am Abschlussende des Spitzenbereichs definiert. Wie beispielsweise in 1A-1B gezeigt, umfasst ein Bondwerkzeug 100 einen Körperbereich 102, welcher in einem Spitzenbereich 106 endet. Der Spitzenbereich 106 definiert eine Nut 108 in Form eines umgekehrten „V“ (innerhalb des Kreises „T“), welche definiert ist durch einander gegenüberliegende Wände (siehe beispielsweise 2A-2C) und dazu ausgebildet ist, einen Bereich eines zu bondenden Drahts aufzunehmen.
2A-2C zeigen eine vergrößerte Ansicht des Spitzenbereichs 106 / der Nut 108 des herkömmlichen Bondwerkzeugs 100, welche in dem mit unterbrochenen Linien angedeuteten Kreis „T“ von 1A dargestellt ist. Das Drahtbondwerkzeug 100 (umfassend den Körperbereich 102) definiert eine Längsachse 101 (beispielsweise entlang der Z-Achse einer Drahtbondmaschine). 2A zeigt den Spitzenbereich 106, welcher in einander gegenüberliegenden Wänden 110 endet, welche die in Form eines umgekehrten „V“ ausgebildete und einen Scheitel 112 aufweisende Nut 108 definieren. 2B ist eine Ansicht von unten nach oben von 2A und zeigt die Wände 110, welche an dem Scheitel 112 der Nut 108 zusammenlaufen. Die Nut 108 erstreckt sich entlang einer Nutachse (der dargestellten X-Achse), wobei der Scheitel 112 ein flaches oder geradliniges Profil definiert, wie in 2A und 2C gezeigt.
2D zeigt, wie das herkömmliche Drahtbondwerkzeug 100 von 2C einen Bereich 118' eines Drahts 118, an dem es angreift, gegen ein Substrat 116 drückt (beispielsweise gegen einen Bondort, an welchen der Draht 118 gebondet wird). Wie in 2D gezeigt, hält der Drahtbereich 118' keinen vollständigen Kontakt mit dem Scheitel 112 der Nut 108 aufrecht. Das heißt, zwischen dem Scheitel 112 und dem Drahtbereich 118' ist ein Spalt G vorhanden. Ein solcher Spalt G neigt dazu, in einer ineffizienten Ultraschallbondung des Drahts 118 an das Substrat 116 zu resultieren (beispielsweise kann der Drahtbereich 118' relativ zu der Nut 108 verrutschen). Es kann zur Bildung schwächerer Bondverbindungen zwischen dem Draht 118 und dem Substrat 116 kommen. Ferner kann der Spalt G (und das damit verbundene Verrutschen) die Lebensdauer von herkömmlichen Bondwerkzeugen verringern.
Es wäre also wünschenswert, verbesserte Wedge-Bondwerkzeug-Ausgestaltungen bereitzustellen.
Die JP 2011 - 171 676 A offenbart ein Bondwerkzeug mit einer halbkreisförmigen Nut.
Die US 6 286 746 B1 offenbart ein Werkzeug zum Verschweißen einer chirurgischen Naht.
Die JP 2000 - 299 347 A offenbart ein Bondwerkzeug.
Die JP H02 - 94 646 A offenbart ein Bondwerkzeug mit einer Nut, die in einem mittleren Bereich einen kleineren Radius aufweist als in einem vorderen Bereich und in einem hinteren Bereich.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird ein Drahtbondwerkzeug bereitgestellt, welches einen Körperbereich umfasst, der in einem Spitzenbereich endet. Der Spitzenbereich umfasst einander gegenüberliegende Wände, welche eine Nut definieren, und die einander gegenüberliegenden Wände weisen jeweils ein gekrümmtes Profil auf, wobei die Nut eine Sattelform aufweist.
Hierbei definiert der Spitzenbereich eine Nut, welche dazu ausgebildet ist, eine Länge an Draht aufzunehmen, und die Nut definiert eine im Wesentlichen hyperbolisch-paraboloide Form.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird ein Drahtbondwerkzeug bereitgestellt, welches einen Körperbereich umfasst, der in einem Spitzenbereich endet. Der Spitzenbereich umfasst einander gegenüberliegende Wände, welche eine Nut definieren, wobei sich zwischen den einander gegenüberliegenden Wänden mindestens eine Rippe erstreckt.
Figurenliste
Die Erfindung kann am besten verstanden werden anhand der nachfolgenden Detailbeschreibung in Zusammenhang mit der beigefügten Zeichnung. Es sei betont, dass gemäß üblicher Praxis die verschiedenen Elemente der Zeichnung nicht maßstäblich sind. Vielmehr sind die Abmessungen der verschiedenen Elemente der Klarheit wegen willkürlich vergrößert oder verkleinert. Die Zeichnung umfasst die folgenden Figuren:

1A-1B zeigen ein herkömmliches Bondwerkzeug in Vorder- bzw. Seitenansicht;
2A-2C zeigen verschiedene vergrößerte Ansichten eines Spitzenbereichs des Bondwerkzeugs von 1A-1B;
2D zeigt in einer vergrößerten, geschnittenen Seitenansicht den Angriff des Spitzenbereichs des Bondwerkzeugs von 1A-1B an einen Bereich eines Drahts, welcher an ein Substrat gebondet werden soll;
3A-3C zeigen einen Bondwerkzeug-Spitzenbereich gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung in perspektivischer Ansicht, Seitenansicht und in einer Ansicht von unten nach oben;
3D zeigt in einer vergrößerten, geschnittenen Seitenansicht den Angriff des Bondwerkzeug-Spitzenbereichs von 3A-3C an einen Bereich eines Drahts, welcher an ein unterliegendes Substrat gebondet werden soll, gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
3E ist eine perspektivische Ansicht einer im Wesentlichen asymmetrischen hyperbolisch-paraboloiden Form, die geeignet ist, eine Form einer Nut eines Bondwerkzeugs gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zu beschreiben;
4A-4C zeigen einen Bondwerkzeug-Spitzenbereich gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung in perspektivischer Ansicht, Seitenansicht und in einer Ansicht von unten nach oben;
5A-5C zeigen einen Bondwerkzeug-Spitzenbereich gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung in perspektivischer Ansicht, Seitenansicht und in einer Ansicht von unten nach oben;
6A-6C zeigen einen Bondwerkzeug-Spitzenbereich gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung in perspektivischer Ansicht, Seitenansicht und in einer Ansicht von unten nach oben;
7A-7C zeigen einen Bondwerkzeug-Spitzenbereich gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung in perspektivischer Ansicht, Seitenansicht und in einer Ansicht von unten nach oben;
7D zeigt in einer vergrößerten, geschnittenen Seitenansicht den Angriff des Bondwerkzeug-Spitzenbereichs von 7A-7C an einen Bereich eines Drahts, welcher an ein unterliegendes Substrat gebondet werden soll, gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
7E zeigt in einer perspektivischen, teilweise geschnittenen Ansicht den Angriff des Bondwerkzeug-Spitzenbereichs an einen Bereich eines Drahts von 7D, gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung; und
8 ist eine Draufsicht von oben nach unten auf einen Bereich eines Drahts, welcher unter Verwendung eines Bondwerkzeugs gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung an ein unterliegendes Substrat gebondet ist.

DETAILBESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Gemäß verschiedenen Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung wird ein verbessertes Drahtbondwerkzeug bereitgestellt. Der Spitzenbereich des Werkzeugs umfasst einander gegenüberliegende Wände, welche eine Nut definieren, die dazu ausgebildet ist, einen Draht aufzunehmen, welcher an ein unterliegendes Substrat gebondet werden soll. In der Nut können verschiedene Elemente (welche sich nicht gegenseitig ausschließen) vorgesehen sein. Beispielsweise können die einander gegenüberliegenden Wände jeweils ein gekrümmtes Profil aufweisen. Ferner kann der Scheitel der Nut einer gekrümmten Bahn/Profil folgen. Weiter kann die Nut eine im Wesentlichen hyperbolisch-paraboloide Form aufweisen. Ferner kann sich mindestens eine Rippe zwischen den einander gegenüberliegenden Wänden der Nut erstrecken. Derartige Elemente können eine verbesserte Kopplung zwischen dem Bondwerkzeug und einem zu bondenden Draht bereitstellen, so dass das Relativbewegungspotenzial zwischen dem angegriffenen Drahtbereich und der Nut reduziert und dadurch die Festigkeit einer Ultraschallbondverbindung, welche zwischen dem Draht und einem Bondort gebildet ist, verbessert ist.
Obschon 1A-1B ein herkömmliches Bondwerkzeug 100 mit einer Nut 108 (wie im Detail in den 2A-2D dargestellt) zeigen, kann ein Bondwerkzeug gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung ziemlich die gleiche Grundstruktur zu haben scheinen wie sie in 1A-1B gezeigt ist (d.h. einen Körperbereich, der in einem Spitzenbereich endet, wie in 1A-1B gezeigt). Der Hauptunterschied zwischen dem herkömmlichen Bondwerkzeug 100 und den verschiedenen erfindungsgemäßen Werkzeugen, wie sie hierin beschrieben sind, betrifft den Spitzenbereich und insbesondere die durch den Spitzenbereich definierte Nut. So zeigen beispielsweise 3A-3D vergrößerte Darstellungen eines Spitzenbereichs 306 eines Drahtwerkzeugs 300, welches eine Längsachse 301 definiert. Einander gegenüberliegende Wände 310 definieren eine Nut 308 (mit einem Scheitel 312) und sind im Wesentlichen symmetrisch um die Achse 301. Die Nut 308 ist dazu ausgebildet, während einer Drahtbondoperation an einem Bereich 318' eines Drahts 318 anzugreifen (siehe beispielsweise 3D). Für den Fachmann wird erkennbar sein, dass die Abmessungen und die Geometrie des Spitzenbereichs 306 für verschiedene Größen des in derartigen Drahtbondoperationen zu verwendenden Drahts variieren können. Das Drahtbondwerkzeug 300 kann aus einer Anzahl von Materialen gebildet sein, beispielsweise Wolframcarbid, Siliciumcarbid u.a.
Die einander gegenüberliegenden Wände 310 weisen ein gekrümmtes Profil auf (d.h. die Wände folgen einer gekrümmten Bahn, im Gegensatz zu den flachen Profilen der einander gegenüberliegenden Wände 110 in 2A) und treffen an einem Scheitel 312 der Nut 308 zusammen. Zur Charakterisierung eines derartigen gekrümmten Profils kann angenommen werden, dass eine Oberfläche jeder der einander gegenüberliegenden Wände jeweilige Winkel definiert, welche bezüglich der Längsachse 301 (beispielsweise entlang einer X-Achse - siehe 3B) des Körperbereichs variieren. Wie ebenfalls in 3D gezeigt, sind solche Profile der einander gegenüberliegenden Wände in einer spiegelbildlichen Konfiguration (d.h. symmetrisch) um die Längsachse 301 (die X-Achse) angeordnet. Die Nut 308 kann auch dadurch gekennzeichnet sein, dass sie dazu neigt, einer Sattelform zu ähneln mit einem höheren Bereich entlang der Nutachse (d.h. der X-Achse in 3C) in der Mitte zwischen ihren einander gegenüberliegenden Enden und mit einer abfallenden Neigung in Richtung jeweiliger niedrigerer Bereiche an den beiden einander gegenüberliegenden Enden, wie dies noch deutlicher in 3B gezeigt ist. Die einander gegenüberliegenden Wände 310 sind an ihren Mittelpunkten einwärts gekrümmt (siehe beispielsweise 3C).
Für den Fachmann wird erkennbar sein, dass die Nut 308 eine im Wesentlichen hyperbolisch-paraboloide Form definiert (siehe beispielsweise 3E). Beispielsweise ist die Nut 308 entlang ihrer Nutachse zwischen den Wänden 310 eine Parabel, und Schnitte der Nut 308 im rechten Winkel (d.h. zur Y-Achse) entlang ihrer Länge definieren angenäherte Hyperbeln. In dem speziellen Beispiel, welches in 3A-3E gezeigt ist, definiert die Nut 308 eine im Wesentlichen asymmetrische hyperbolisch-paraboloide Form. Das heißt, die Nut 308 ist entlang ihrer Nutachse oder ihrem Scheitel (oder dem Scheitel 312 der Nut 308 entlang einer X-Achse) angenähert eine Parabel, wobei jedoch Schnitte der Nut 308 im rechten Winkel (d.h. zur Y-Achse) entlang ihrem Scheitel angenäherte Hyperbeln von unterschiedlicher Größe zu beiden Seiten der Längsachse 301 des Bondwerkzeugs 300 definieren. Beispielsweise kann sich die kleinste angenäherte Hyperbel am Mittelpunkt der Nut 308 befinden, d.h. an der Längsachse 301 des Bondwerkzeugs 300, wobei die größten jeweiligen angenäherten Hyperbeln an den einander gegenüberliegenden Enden der Nut 308 liegen.
3D ist eine vergrößerte Seitenansicht des Spitzenbereichs 306 des Drahtbondwerkzeugs 300 (beispielsweise entlang der Linie 3D-3D von 3B) und zeigt noch deutlicher die Krümmung des Drahtbereichs 318' entlang einer X-Achse (und dem gekrümmten Scheitel 312, entlang welchem diese verläuft) und somit die erfindungsgemäße Gestalt der Drahtnut 308, innerhalb derer Angriff an den Bereich 318' des Drahts 318 erfolgt. Das Bondwerkzeug 300 drückt den angegriffenen Bereich 318' gegen ein Substrat 316, an welches der Draht 318 gebondet werden soll. Verglichen mit dem herkömmlichen Drahtbondwerkzeug 100, welches an dem Draht 118 angreift (wie beispielsweise in 2D gezeigt), sitzt der Drahtbereich 318' um seine Länge fest innerhalb der Nut 308 und wird innerhalb der Nut 308 mit einem im Wesentlichen gleichbleibenden Druck beaufschlagt, während das Bondwerkzeug 300 an ihm angreift und ihn gegen das Substrat 316 drückt. Wenn also das Drahtbondwerkzeug 300 gegen den Drahtbereich 318' drückt, um den Draht 318 beispielsweise während eines Ultraschallbondprozesses an das Substrat 316 zu bonden, kann der Drahtbereich 318' ein vermindertes Relativbewegungspotenzial gegenüber dem Bondspitzenbereich 306 aufweisen. Damit erzielen Vibrationen, welche von dem Bondwerkzeug 300 durch den Drahtbereich 318' hindurch gegen das Substrat 316 induziert werden, eine verbesserte Relativbewegung zwischen dem Drahtbereich 318' und dem Substrat 316, wodurch sich eine verbesserte Bondverbindung zwischen Draht 318 und Substrat 316 ergibt.
Wie oben erwähnt und in 3E veranschaulicht, kann die Drahtnut 308 (entlang der X-Achse) der vorliegenden Erfindung von einer sattelförmigen Oberfläche gebildet sein. Die Schnitte der sattelförmigen Oberfläche durch Ebenen parallel zu einer Koordinatenebene (entlang der Y-Achse) sind angenäherte Hyperbeln, während die Schnitte durch Ebenen parallel zu einer anderen Koordinatenebene (entlang der X-Achse) angenäherte Parabeln sind. Diese Annäherungen an parabolische Funktionen variieren sowohl nach Durchmesser des Drahts als auch nach Ausgestaltung der Tiefe der Nut, um sowohl die Drahtbondform als auch die Bondwerkzeug-Draht-Kopplung zu optimieren. Diese sattelförmige Gestalt des unteren Bereichs des Bondwerkzeugs 300 definiert die Nut 308 und kann eine im Wesentlichen (asymmetrische) hyperbolisch-paraboloide Form sein und kann, wenn die Koordinatenachsen X, Y und Z so sind wie in 3E gezeigt, durch folgende Formel angenähert werden: $x^{2} / a^{2} - y^{2} / b^{2} = z / c$
worin „x“, „y“ und „z“ die kartesischen Koordinaten eines Punktes an der im Wesentlichen asymmetrischen hyperbolisch-paraboloiden Form gemäß 3E repräsentieren und worin „a“, „b“ und „c“ Konstanten (Koeffizienten) und nicht Null sind.
Die Nutform von 3A-3E (und von anderen, hierin beschriebenen Ausführungsformen) kann es erlauben, dass der gekrümmte Drahtbereich 318' von der Oberfläche des die Nut 308 definierenden Bondwerkzeugs 300 gegriffen wird, derart, dass eine Relativbewegung zwischen dem Bondwerkzeug 300 und dem Drahtbereich 318' reduziert sein kann - und dass die Relativbewegung zwischen dem Drahtbereich 318' und dem unterliegenden Substrat 316 erhöht sein kann, um eine festere und robustere Bondverbindung zwischen dem Draht 318 und dem Substrat 316 zu erzielen.
4A-4C zeigen ein weiteres Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Ein Drahtbondwerkzeug 400 umfasst Rippen 450, 460, welche zum Angriff an einer Länge an Draht vor und/oder während des Bondens des Drahts gegen ein unterliegendes Substrat mittels des Bondwerkzeugs 400 (wobei das Werkzeug 400 eine Längsachse 401 definiert) ausgebildet sind. Eine Nut 408, welche durch einander gegenüberliegende Wände 410 definiert ist und einen Scheitel 412 aufweist, erstreckt sich entlang einer Nutachse (der X-Achse in 4C). Ähnlich wie die oben beschriebene Nut 308 ist die Nut 408 sattelförmig ausgebildet (beispielsweise mit einer im Wesentlichen hyperbolisch-paraboloiden Form, einer im Wesentlichen asymmetrischen hyperbolisch-paraboloiden Form etc.). Wie in 4A und 4C noch deutlicher gezeigt, umfasst ein Werkzeugspitzenbereich 406 ein Paar Rippen 450, welche sich zwischen oberen Bereichen der einander gegenüberliegenden Wände 410 erstrecken, flankiert von einem Paar Rippen 460, welche sich zwischen unteren Bereichen der einander gegenüberliegenden Wände 410 erstrecken. Ein Draht, an welchem der Bondspitzenbereich 406 angreift, passt in das Innere der Nut 408, und an den Draht können die Rippen 450 (und möglicherweise die Rippen 460) angreifen, derart, dass sich die Rippen 450, 460 vor (und/oder während) des Ultraschallbondens des Drahts an ein Substrat in den Draht hinein drücken können. Die Rippen 450, 460 neigen dazu, die Haftung des Bondspitzenbereichs 406 an den Draht zu verbessern, wodurch sich eine verbesserte Bondverbindung des Drahts mit dem unterliegenden Substrat ergibt.
Zwar umfassen 4A-4C nur ein einziges Muster von Rippen 450, 460, es versteht sich jedoch, dass verschiedene Rippenkonfigurationen zur Anwendung kommen können. So sind beispielsweise in 5A-5C, 6A-6C und 7A-7E weitere Beispiele dargestellt. Selbstverständlich können weitere Konfigurationen (mit einer beliebigen Anzahl von Rippen, wobei die Rippen gleich oder verschiedenen voneinander sein können) zur Anwendung kommen. 5A-5C zeigen einen Spitzenbereich 506 eines Drahtbondwerkzeugs 500 (welches sich entlang einer Längsachse 501 - der dargestellten Z-Achse - erstreckt), welches ein Paar von parallelen, voneinander beabstandeten Rippen 550 mit Vorsprüngen, beispielsweise Zähnen, innerhalb einer Nut 508 aufweist. Die Rippen 550 sind zum Angriff an einer Länge von Draht vor und während des Bondens des Drahts gegen ein unterliegendes Substrat ausgebildet. Die Nut 508, welche durch einander gegenüberliegende Wände 510 definiert ist und einen Scheitel 512 aufweist, erstreckt sich entlang einer Nutachse (der dargestellten X-Achse) und weist eine Sattelform auf (beispielsweise eine im Wesentlichen hyperbolisch-paraboloide Form, eine im Wesentlichen asymmetrische hyperbolisch-paraboloide Form etc.). Ein Draht, an welchem der Bondspitzenbereich 506 angreift, passt in das Innere der Nut 508, und an dem Draht greift das Paar von gezahnten Rippen 550 an, derart, dass sich die gezahnten Rippen 550 vor und während des Ultraschallbondens des Drahts an ein Substrat in den Draht hinein drücken können. Die gezahnten Rippen 550 können die Haftung des Bondspitzenbereichs 506 an den Draht verbessern, wodurch sich eine verbesserte Bondverbindung des Drahts mit dem unterliegenden Substrat ergibt.
6A-6C zeigen einen Spitzenbereich 606 eines Drahtbondwerkzeugs 600 (welches sich entlang einer Längsachse 601, der dargestellten Z-Achse, erstreckt). Das Bondwerkzeug 600 umfasst an seinem Spitzenbereich 606 ein Paar von parallelen, voneinander beabstandeten Rippen 650 mit Vorsprüngen, beispielsweise Zähnen, flankiert von einem Paar von parallelen Rippen 660 (ohne Vorsprünge). Eine Nut 608, welche durch einander gegenüberliegende Wände 610 definiert ist und einen Scheitel 612 aufweist, erstreckt sich entlang einer Nutachse (der dargestellten X-Achse) und weist eine Sattelform auf (beispielsweise eine im Wesentlichen hyperbolisch-paraboloide Form, eine im Wesentlichen asymmetrische hyperbolisch-paraboloide Form etc.). Wie aus 6A und 6C noch besser ersichtlich wird, umfasst der Werkzeugspitzenbereich 606 die gezahnten Rippen 650, welche sich von den oberen Bereichen der einander gegenüberliegenden Wände 610 erstrecken, und die Rippen 660, welche sich zwischen den unteren Bereichen der einander gegenüberliegenden Wände 610 erstrecken. Ein Draht, an welchem der Bondspitzenbereich 606 angreift, passt in das Innere der Nut 608, und an dem Draht können die gezahnten Rippen 650 (und die Rippen 660) angreifen, derart, dass sich jede der Rippen 650, 660 vor und/oder während des Ultraschallbondens des Drahts an ein Substrat in den Draht hinein drücken kann. Die gezahnten Rippen 650 und die Rippen 660 können die Haftung des Bondspitzenbereichs 606 an den Draht verbessern.
7A-7D zeigen einen Spitzenbereich 706 eines Drahtbondwerkzeugs 700 (welches sich entlang einer Längsachse 701 - der dargestellten Z-Achse - erstreckt). Der Spitzenbereich 706 umfasst parallele, voneinander beabstandete Rippen 750, 750' mit Vorsprüngen (beispielsweise Zähnen), flankiert von einem Paar von parallelen Rippen 760 ohne Vorsprünge. Die Rippen 750, 750', 760 sind ausgebildet zum Angriff an einer Länge an Draht vor und/oder während des Bondens des Drahts mittels des Bondwerkzeugs 700 gegen ein unterliegendes Substrat. Eine Nut 708, welche durch einander gegenüberliegende Wände 710 definiert ist und einen Scheitel 712 aufweist, erstreckt sich entlang einer Nutachse (der dargestellten X-Achse) und weist eine Sattelform auf (beispielsweise eine im Wesentlichen hyperbolisch-paraboloide Form, eine im Wesentlichen asymmetrische hyperbolisch-paraboloide Form etc.). Die gezahnte Rippe 750' weist asymmetrische Vorsprünge auf, d.h. die Längen einiger ihrer Zähne können ungleich sein und/oder solche Zähne erstrecken sich in unterschiedlichen Richtungen. Dies kann den Eingriff zwischen dem Bondspitzenbereich 706 und einem mittels des Bondwerkzeugs 700 zu bondenden Draht noch weiter verstärken.
Es sei angemerkt, dass die Rippe 750' höher ist als die Rippen 750, 760, derart, dass zuerst die Rippe 750' mit dem zu bondenden Drahtbereich in Kontakt treten kann. Ein Draht, an welchem der Bondspitzenbereich 706 angreift, passt in das Innere der Nut 708, und an dem Draht können die gezahnten Rippen 750, 750' und die glatten Rippen 760 angreifen, derart, dass sich eine oder mehrere der Rippen 750, 750', 760 vor und/oder während des Ultraschallbondens des Drahts an ein Substrat in den Draht hinein drücken können. Die gezahnten Rippen 750, 750' und die Rippen 760 (ohne Vorsprünge) können jeweils für sich oder gemeinsam die Haftung des Bondspitzenbereichs 706 an den Draht verbessern, um eine verbesserte Bondverbindung des Drahts mit dem unterliegenden Substrat zu erzielen.
7D-7E zeigen die Verwendung des Bondwerkzeugs 700 in einem Zustand vor dem Bonden eines Drahts 718 an ein Substrat 716 (wobei 7E eine teilweise geschnittene perspektivische Darstellung ist). Die Nut 708 des Bondspitzenbereichs 706 greift an einem Drahtbereich 718' des Drahts 718 über dem Substrat 716 an. 7E zeigt noch deutlicher den Eingriff zwischen dem Drahtbereich 718' und den vorstehenden Rippen 750, 750' (beispielsweise gezahnten Rippen) sowie den Rippen 760 (ohne Vorsprünge). Wie mit Pfeilen 770 angedeutet, umfasst die gezahnte Rippe 750 asymmetrische Zähne, d.h. ein oder mehrere Zähne weisen eine größere Länge auf als andere Zähne. Während die äußere Rippe 760 und die inneren gezahnten Rippen 750, 750' bereits mindestens teilweise in die obere Oberfläche des Drahtbereichs 718' hinein gedrückt worden sind, ist die gegenüberliegende äußere Rippe 760 noch nicht in den Drahtbereich 718' hinein gedrückt worden. Während des Bondens (nicht gezeigt) wird das Werkzeug 700 weiter in den Drahtbereich 718' hinein gedrückt (mit oder ohne Ultraschallenergie), derart, dass alle Rippen 750, 750', 760 in den Draht hinein gedrückt werden können. Die Ausgestaltung der Rippen und die Ausgestaltung der Nut können dazu dienen, die Kopplung zwischen dem Drahtbereich 718' und dem Bondwerkzeug 700 zu verbessern.
8 ist eine Draufsicht von oben nach unten eines Bereichs eines Drahts, welcher an ein unterliegendes Substrat gebondet ist, gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. 8 zeigt einen Drahtbereich 818' eines Drahts 818, der mittels des Bondwerkzeugs 700 (wie in 7A-7E gezeigt) an ein unterliegendes Substrat 816 gebondet wurde. Eindrücke 850a, 850b mit Einkerbungen von Vorsprüngen wurden von entsprechenden gezahnten Rippen 750, 750' gebildet, während Eindrücke 860 ohne Einkerbungen von entsprechenden Rippen 760 (ohne Vorsprünge) gebildet wurden.
Die Verwendung von Rippen mit Vorsprüngen (zum Beispiel Zähnen) bei der vorliegenden Erfindung kann das Einbetten dieser Rippen in den Drahtbereich noch weiter erleichtern. Die Rippen können im Wesentlichen senkrecht zu einer Nutachse stehen; sie können jedoch auch in verschiedenen anderen Positionen positioniert sein. Wie im Vorstehenden vorgesehen, kann eine beliebige Anzahl von Rippen unterschiedlicher Ausgestaltung (beispielsweise mit oder ohne Vorsprünge, mit unterschiedlichen Höhen etc.) Verwendung finden.
Die vorliegende Erfindung kann in Verbindung mit einer beliebigen Art des Drahtbondens (zum Beispiel Gold-, Aluminiumdrahtbonden etc.) verwendet werden; sie kann jedoch besondere Anwendbarkeit auf das Kupferdrahtbonden finden.
Für den Fachmann wird erkennbar sein, dass bei Bereitstellung mehrfacher Rippen in der Nut eines Bondwerkzeugs jede der Rippen (und das dazugehörige Drahtbondsystem) dazu ausgebildet sein kann, nach Wunsch gleichzeitig oder zu unterschiedlichen Zeiten mit dem Draht in Kontakt zu kommen.
Zwar wurde die vorliegende Erfindung hauptsächlich in Zusammenhang mit dem Drahtbonden beschrieben; sie ist jedoch nicht hierauf beschränkt. Die Lehren der vorliegenden Erfindung finden in einer beliebigen Anzahl von Ultraschall-Bond-Applikationen Anwendung, beispielsweise für das Bändchen-Drahtbonden.

Claims

Ein Drahtbondwerkzeug, umfassend einen Körperbereich, welcher in einem Spitzenbereich endet, wobei der Spitzenbereich einander gegenüberliegende Wände umfasst, welche eine Nut definieren, wobei jede der einander gegenüberliegenden Wände ein gekrümmtes Profil aufweist, wobei die Nut eine Sattelform aufweist und wobei die einander gegenüberliegenden Wände an einem Scheitel der Nut zusammentreffen, wobei der Scheitel eine gekrümmte Form in einer Richtung der Nut aufweist.
Das Drahtbondwerkzeug nach Anspruch 1, wobei jede der einander gegenüberliegenden Wände das gekrümmte Profil in spiegelbildlicher Konfiguration um die Längsachse angeordnet aufweist.
Das Drahtbondwerkzeug nach Anspruch 1, wobei jede der einander gegenüberliegenden Wände eine Mehrzahl von gekrümmten Profilen aufweist, wobei sich jedes der Mehrzahl von gekrümmten Profilen in voneinander verschiedenen Richtungen erstreckt.
Das Drahtbondwerkzeug nach Anspruch 3, wobei die verschiedenen Richtungen senkrecht zueinander stehen.
Das Drahtbondwerkzeug nach Anspruch 1, wobei sich die Nut entlang einer Nutachse erstreckt und wobei eine Oberfläche der einander gegenüberliegenden Wände jeweilige Winkel definiert, welche längs der Nutachse variieren, derart, dass jede der einander gegenüberliegenden Wände das gekrümmte Profil aufweist.
Das Drahtbondwerkzeug nach Anspruch 1, ferner umfassend mindestens eine Rippe, welche sich zwischen den einander gegenüberliegenden Wänden erstreckt.
Das Drahtbondwerkzeug nach Anspruch 6, wobei sich die Nut entlang einer Nutachse erstreckt und wobei die mindestens eine Rippe sich senkrecht zu der Nutachse erstreckt.
Das Drahtbondwerkzeug nach Anspruch 6, wobei die mindestens eine Rippe eine Mehrzahl von Vorsprüngen umfasst, welche sich von einer Oberfläche der mindestens einen Rippe weg erstrecken.
Das Drahtbondwerkzeug nach Anspruch 8, wobei eine Höhe der Mehrzahl von Vorsprüngen längs der Oberfläche der mindestens einen Rippe variiert.
Das Drahtbondwerkzeug nach Anspruch 1, ferner umfassend eine Mehrzahl von Rippen, welche sich zwischen den einander gegenüberliegenden Wänden erstrecken.
Das Drahtbondwerkzeug nach Anspruch 10, wobei die Mehrzahl von Rippen parallel zueinander sind.
Das Drahtbondwerkzeug nach Anspruch 10, wobei mindestens eine Rippe der Mehrzahl von Rippen eine Mehrzahl von Vorsprüngen umfasst, welche sich von einer Oberfläche der mindestens einen Rippe weg erstrecken.
Das Drahtbondwerkzeug nach Anspruch 12, wobei die mindestens eine Rippe der Mehrzahl von Rippen, welche die Mehrzahl von Vorsprüngen umfasst, zwischen anderen der Mehrzahl von Rippen positioniert ist, wobei die anderen der Mehrzahl von Rippen die Mehrzahl von Vorsprüngen nicht umfassen.
Das Drahtbondwerkzeug nach Anspruch 1, wobei die Nut eine hyperbolisch-paraboloide Form definiert.
Das Drahtbondwerkzeug nach Anspruch 1, wobei die Nut eine asymmetrische hyperbolisch-paraboloide Form definiert.
Ein Drahtbondwerkzeug, umfassend einen Körperbereich, welcher in einem Spitzenbereich endet, wobei der Spitzenbereich eine Nut definiert, welche dazu ausgebildet ist, eine Länge an Draht aufzunehmen, wobei die Nut eine hyperbolisch-paraboloide Form definiert und wobei einander gegenüberliegende Wände des Spitzenbereichs an einem Scheitel der Nut zusammentreffen, wobei der Scheitel eine gekrümmte Form in einer Richtung der Nut aufweist.
Das Drahtbondwerkzeug nach Anspruch 16, ferner umfassend mindestens eine Rippe, welche sich zwischen einander gegenüberliegenden Wänden des die Nut definierenden Spitzenbereichs erstreckt.
Das Drahtbondwerkzeug nach Anspruch 17, wobei die mindestens eine Rippe eine Mehrzahl von Vorsprüngen umfasst, welche sich von einer Oberfläche der mindestens einen Rippe weg erstrecken.
Das Drahtbondwerkzeug nach Anspruch 16, ferner umfassend eine Mehrzahl von Rippen, welche sich zwischen einander gegenüberliegenden Wänden des die Nut definierenden Spitzenbereichs erstrecken.
Das Drahtbondwerkzeug nach Anspruch 19, wobei die Mehrzahl von Rippen parallel zueinander sind.
Das Drahtbondwerkzeug nach Anspruch 19, wobei mindestens eine Rippe der Mehrzahl von Rippen eine Mehrzahl von Vorsprüngen umfasst, welche sich von einer Oberfläche der mindestens einen Rippe weg erstrecken.
Das Drahtbondwerkzeug nach Anspruch 19, wobei mindestens eine Rippe der Mehrzahl von Rippen eine Mehrzahl von Vorsprüngen umfasst, welche sich von einer Oberfläche der mindestens einen Rippe weg erstrecken, wobei die mindestens eine Rippe, welche die Mehrzahl von Vorsprüngen umfasst, zwischen anderen der Mehrzahl von Rippen positioniert ist, wobei die anderen der Mehrzahl von Rippen die Mehrzahl von Vorsprüngen nicht umfassen.
Das Drahtbondwerkzeug nach einem der Ansprüche 1 oder 16, wobei der Spitzenbereich mindestens eine Rippe, welche sich zwischen den einander gegenüberliegenden Wänden erstreckt, umfasst.
Das Drahtbondwerkzeug nach Anspruch 23, wobei jede der einander gegenüberliegenden Wände das gekrümmte Profil in spiegelbildlicher Konfiguration um die Längsachse angeordnet aufweist.
Das Drahtbondwerkzeug nach Anspruch 23, wobei jede der einander gegenüberliegenden Wände eine Mehrzahl von gekrümmten Profilen aufweist, wobei sich jedes der Mehrzahl von gekrümmten Profilen in voneinander verschiedenen Richtungen erstreckt.
Das Drahtbondwerkzeug nach Anspruch 25, wobei die verschiedenen Richtungen senkrecht zueinander stehen.
Das Drahtbondwerkzeug nach Anspruch 23, wobei sich die Nut entlang einer Nutachse erstreckt und wobei eine Oberfläche der einander gegenüberliegenden Wände jeweilige Winkel definiert, welche längs der Nutachse variieren, derart, dass jede der einander gegenüberliegenden Wände das gekrümmte Profil aufweist.
Das Drahtbondwerkzeug nach Anspruch 23, wobei sich die Nut entlang einer Nutachse erstreckt und wobei die mindestens eine Rippe sich senkrecht zu der Nutachse erstreckt.
Das Drahtbondwerkzeug nach Anspruch 23, wobei die mindestens eine Rippe eine Mehrzahl von Vorsprüngen umfasst, welche sich von einer Oberfläche der mindestens einen Rippe weg erstrecken.
Das Drahtbondwerkzeug nach Anspruch 29, wobei eine Höhe der Mehrzahl von Vorsprüngen längs der Oberfläche der mindestens einen Rippe variiert.
Das Drahtbondwerkzeug nach Anspruch 23, ferner umfassend eine Mehrzahl von Rippen, welche sich zwischen den einander gegenüberliegenden Wänden erstrecken.
Das Drahtbondwerkzeug nach Anspruch 31, wobei die Mehrzahl von Rippen parallel zueinander sind.
Das Drahtbondwerkzeug nach Anspruch 31, wobei mindestens eine Rippe der Mehrzahl von Rippen eine Mehrzahl von Vorsprüngen umfasst, welche sich von einer Oberfläche der mindestens einen Rippe weg erstrecken.
Das Drahtbondwerkzeug nach Anspruch 33, wobei die mindestens eine Rippe der Mehrzahl von Rippen, welche die Mehrzahl von Vorsprüngen umfasst, zwischen anderen der Mehrzahl von Rippen positioniert ist, wobei die anderen der Mehrzahl von Rippen die Mehrzahl von Vorsprüngen nicht umfassen.
Das Drahtbondwerkzeug nach Anspruch 23, wobei die Nut eine asymmetrische hyperbolisch-paraboloide Form definiert.