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Verfahren zum Kontaktieren von Halbleitersystemen Die Hochfrequenzeigenschaften
von Transistoren lassen sich bekanntlich durch Verkleinerung der Systemabmessungen
verbessern. Eine Verkleinerung der Elektroden erschwert jedoch die Elektrodenkontaktierung.
Die einschlägige Industrie verwendet für die Kontaktierung im allgemeinen selbstentwikkelte
Vorrichtungen oder solche, die insbesondere von amerikanischen Firmen auf den Markt
gebracht werden und unter dem Namen »Sonder« bekanntgeworden sind. Diesen Kontaktiervorrichtungen
sind jedoch auf Grund ihres Konstruktionsprinzips Grenzen hinsichtlich der Stückzahl
der pro Stunde zu kontaktierenden Elemente gesetzt. Weiterhin bereitet es auch Schwierigkeiten,
sehr schmale Leitbahnen durch sehr dünne Drähte zu kontaktieren. Bei der Kontaktierung
von Transistoren wird im allgemeinen das fertige Element zuerst auf ein Basis- oder
Kollektorblech seitenrichtig gelötet und dann in eine Aufnahme der Kontaktierungsvorrichtung
gebracht. Dort wird unter einem Mikroskop ein in einer beweglichen Düse geführter
Draht auf die Kontaktierungsfläche gebracht und mit Hilfe von Wärme und Druck (Thermokompression)
mit diesen elektrisch leitend verbunden.
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Ein Nachteil dieses bekannten Kontaktierungsverfahrens besteht darin,
daß schon beim Auflöten des Elementes, welches z. B. auf einen Kollektorstreifen
gelötet wird, auf die richtige Orientierung geachtet werden muß. Außerdem bleibt
die mit erheblichen Schwierigkeiten verbundene Kontaktierung unter dem Mikroskop
immer eine Einzelfertigung, die für große Stückzahlen einen erheblichen Personalaufwand
sowie eine Vielzahl von Kontaktiervorrichtungen erfordert. Ein weiterer Nachteil
des bekannten Verfahrens besteht darin, daß die zur Führung sehr dünner Drähte erforderliche
Düse die Sicht beim Kontaktieren behindert und dadurch das Kontaktieren erschwert.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Kontaktierung von Halbleiterbauelementen
weitgehendst zu mechanisieren und die sehr schwierige Einzelkontaktierung unter
dem Mikroskop auf ein Minimum zu beschränken. Darüber hinaus soll ein Verfahren
aufgezeigt werden, welches mit einfachen Mitteln die Kontaktierung großer Stückzahlen
sowie die Befestigung von sehr dünnen Drähten auf sehr schmalen Leitbahnen ermöglicht.
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Die Erfindung besteht darin, daß die zu kontaktierenden Halbleitersysteme
derart auf einen trommelförmigen Körper aufgebracht werden, daß die Kontaktierungsstellen
auf einer spiralförmigen Bahn liegen, daß ein zum Kontaktieren geeignetes Band oder
ein Draht spiralförmig über die Kontaktierungsstellen gewickelt wird und daß das
Band oder der Draht mit den Kontaktierungsstellen elektrisch leitend verbunden wird.
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Es empfiehlt sich, die zu kontaktierenden Halbleitersysteme mit Hilfe
eines Trägerbandes auf den trommelförmigen Körper aufzubringen. Zu diesem Zweck
wird beispielsweise ein aus Metall bestehendes Trägerband spiralförmig auf den trommelförmigen
Körper aufgewickelt, und die Halbleiterkörper werden dann mit ihrer einen Oberflächenseite
auf dieses Trägerband aufgelötet.
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Unter der Voraussetzung, daß die Halbleiterbauelemente nicht einzeln,
sondern als Teil einer gemeinsamen Halbleiterscheibe nach der sogenannten Scheibentechnik
hergestellt werden, empfiehlt es sich, die zu kontaktierenden Elemente nicht einzeln
auf den trommelförmigen Körper aufzubringen, sondern die Halbleiterscheibe mit den
vielen Einzelelementen in einzelne Streifen mit mehreren Halbleitersystemen aufzuteilen
und die Halbleiterstreifen mit Hilfe eines Lotes auf das auf dem trommelförmigen
Körper befindliche Trägerband aufzulöten. Das Lot wird vorzugsweise vor dem Trennen
der Halbleiterscheibe in Streifen auf die eine Oberflächenseite der Halbleiterscheibe
aufgebracht.
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Die Halbleiterstreifen werden vorzugsweise in Richtung der Trommelachse
auf. die Windungen des Trägerbandes aufgelötet, und zwar so, daß sie einen rechten
Winkel mit den Windungen des Trägerbandes bilden.
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Nach dem Auflöten der Halbleiterkörper auf das Trägerband wird ein
zum Kontaktieren geeignetes Band oder ein Draht spiralförmig auf die zu kontaktierenden
Flächen der aufgelöteten Elemente gewickelt
und mit den zu kontaktierenden
Flächen elektrisch leitend verbunden.
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Es empfiehlt sich, das Trägerband und das Band oder den Draht zum
Kontaktieren durch Drehen des trommelförmigen Körpers steigungstreu spiralförmig
auf den trommelförmigen Körper aufzuwickeln.
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Die elektrisch leitende Verbindung zwischen dem Band oder Draht und
den zu kontaktierenden Flächen wird vorzugsweise durch Lötung hergestellt. Diese
Lötung kann beispielsweise durch Erhitzung von außen an Luft oder durch Erhitzen
in einem Ofen erfolgen. Das hierzu erforderliche Lot kann beispielsweise auf das
Band oder den Draht aufgebracht werden. Es besteht aber auch die Möglichkeit, das
zum Löten erforderliche Lot auf die zu kontaktierenden Flächen oder sogar auf beide
Kontaktierungselemente, d. h. auf das Band oder den Draht und auf die zu kontaktierenden
Flächen aufzubringen.
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Die elektrisch leitende Verbindung zwischen dem Band oder dem Draht
und den zu kontaktierenden Flächen kann aber auch durch Anwendung von Wärme und
Druck hergestellt werden. Dieses Verfahren wird im allgemeinen als Thermokompressionsverfahren
bezeichnet. Eine weitere Möglichkeit besteht darin, die elektrisch leitende Verbindung
zwischen dem Band oder Draht und den zu kontaktierenden Flächen durch elektrische
Erwärmung des Bandes oder Drahtes herzustellen.
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Die Erfindung soll an einem Ausführungsbeispiel in Verbindung mit
den F i g. 1 bis 5 näher erläutert werden.
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Die F i g. 1 zeigt eine Kontaktierungstrommel 1, auf der die Kontaktierung
der Halbleitersysteme erfolgt. Die Trommelt besteht beispielsweise aus Keramik,
Stahl oder Aluminium und ist zur Gewichtseinsparung innen ausgedreht. Für den Wickel-
und Kontaktierungsvorgang ist die Trommel l auf die Spindel 2 einer Drehbank 3 aufgebracht.
Gemäß F i g. 2 wird durch eine Befestigungslasche 4 der Anfang eines Trägerbandes
5 auf dem trommelförmigen Körper 1 befestigt. Anschließend wird das Trägerband
5 mit Hilfe einer Führung 6 durch Drehen der Trommel t steigungstreu auf die Trommel
gewickelt.
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Die zu kontaktierenden Halbleitersysteme werden nicht einzeln, sondern
auf einer gemeinsamen Halbleiterscheibe hergestellt, die nach Fertigstellung der
Systeme auf der Rückseite mit einem sperrschichtfreien Lot überzogen wird. Zur sperrschichtfreien
Kontaktierung von p-Halbleiterkörpern eignet sich beispielsweise Indium-Gallium
als Lot.
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In F i g. 3 sind auf das spiralförmig aufgewickelte Trägerband 5 Halbleiterscheiben
7 aufgebracht, die eine Vielzahl von Halbleitereinzelsystemen 3 enthalten und durch
Aufteilen der Scheibe in Streifen entstanden sind. Diese Halbleiterstreifen 7 sind
mit Hilfe von verstellbaren Befestigungsklammern 9 auf dem trommelförmigen Körper
1 befestigt. Bei der Befestigung der Halbleiterstreifen ist darauf zu achten, daß
die Streifenrechtwinkelig zu dem Trägerband 5 aufgebracht werden. Die Lage der Halbleiterstreifen
kann mit Hilfe der Stellschraube 10 korrigiert werden.
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Die F i g. 4 zeigt das Aufwickeln des zur Kontaktierung der Halbleitersysteme
erforderlichen Drahtes 11. An Stelle eines Drahtes kann natürlich auch ein Kontaktierungsband
verwendet werden. Zur Kontaktierung der Halbleiterelektroden können beispielsweise
Golddrähte, Molybdändrähte, Wolframdrähte oder Nickeldrähte verwendet werden. Zur
Verbindung der Drähte mit den zu kontaktierenden Stellei empfiehlt es sich, die
Drähte oder die Kontaktierungs flachen vorher mit einem Lot zu versehen.
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Der Anfang des zur Kontaktierung vorgesehenes Drahtes wird auf der
Trommel t mit einer Klemm schraube 12 befestigt. Vor dem Aufwickeln de; Drahtes
ist darauf zu achten, daß die Halbleiter streifen mit Hilfe der Stellschrauben 10
unter einen Mikroskop so justiert werden, daß die zu kontaktie. renden Stellen von
dem mit Steigung aufgebrachter Draht erfaßt werden.
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Der mit der Klemmschraube 12 an der Trommel 9 befestigte Wickeldraht
11 wird durch Drehen des Trommel auf die zu kontaktierenden Stellen aufgewickelt.
Die Vorratsrolle 13 und der Drahtführer 14 sind auf dem Support einer Präzisions-Leitspindel.
Drehbank befestigt. Der Vorschub des Supports wirr so eingestellt, däß mit seiner
Hilfe der Drahtführei bei einer Umdrehung der Trommel um eine Steiguni gemäß dem
Ausführungsbeispiel der F i g. 4 nach rechts wandert. In Übereinstimmung damit müssen
die auf der Trommel befindlichen Halbleiterstreifen so gegeneinander versetzt sein,
daß jeweils die erste zu kontaktierende Fläche eines Halbleiterstreifen auf der
entsprechenden Steigungslinie liegt, damit alle folgenden Kontaktierungsflächen
ohne weitere Justierung bewickelt werden können. Es kann natürlich auch mit zwei
oder mehreren Fadenführern gleichzeitig gearbeitet werden. Dies empfiehlt sich voi
allem dann, wenn die zu kontaktierenden Flächen einen sehr kleinen Abstand voneinander
haben.
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Nach den Wickelvorgängen wird die Trommel des Maschine entnommen und
beispielsweise in einem Ofen mit Schutzgas auf die notwendige Löttemperatui gebracht.
Anschließend werden die Halbleiterstreifen mit Hilfe des vorher aufgebrachten Lotes
auf die Kollektorbandwindungen und die dünnen Kontaktierungsdrähte oder Bänder auf
die zu kontaktierenden Flächen der einzelnen Elemente des Halbleiterstreifens gelötet.
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An Stelle des dünnen, mit einem Lot überzogenen Kontaktierungsdrahtes
oder Bandes kann auch ein blanker Kontaktierungsdraht oder ein blankes Band verwendet
werden. In diesem Fall werden die Kontaktierungsflächen vorher mit einem Lot bedampft.
Es kann aber auch auf jegliches Lot verzichtet werden, wenn man die elektrisch leitende
Verbindung zwischen dem Kontaktierungsdraht und der Kontaktfläche durch die bekannte
Thermokompressionstechnik herstellt. Zu diesem Zweck wird beispielsweise das aufgewickelte
Kontaktierungsmaterial, z. B. ein Golddraht oder ein Band, mit Hilfe eines warmen
messerartigen Kontaktierungsstempels oder einer warmen hin und her beweglichen Rolle
durch leichten Druck mit den Kontaktierungsflächen kontaktiert.
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Nach dem Auflöten der Halbleiterstreifen auf das Kollektorband und
nach Anwendung einer der genannten Kontaktierungsarten beim Kontaktieren der Emitter-
und Basiszone können die fertigen Elemente auf verschiedene Weise von der Trommel
abgenommen werden. Nach F i g. 5 besteht beispielsweise die Möglichkeit, das gesamte
Band 5 von der Trommel 1 abzuwickeln und einem Schweißautomaten zum Anschweißen
der Einzelelemente an einen Gehäusesockel zuzuführen. Vor dem Abwickeln werden die
Halbleiterstreifen mit Hilfe einer rotierenden Trennscheibe in Einzelelemente aufgeteilt.
Nach dem Anschweißen des Kollektorbandes an den Sockel wird
der
dem Einzelelement zugeordnete Teil des Kollektorbandes vom übrigen Band getrennt.
Der Schweißautomat dient außerdem dazu, die Emitter- und Basiszuleitungen mit den
entsprechenden Sockeldurchführungen zu verbinden.
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Im Ausführungsbeispiel der F i g. 5 wird das Kollektorband dem Schweißautomaten
noch zusammenhängend zugeführt. Es besteht aber auch die Möglichkeit, das aufgewickelte
Kollektorband in Richtung der Trommelachse zwischen den Halbleiterstreifen zu trennen.
In diesem Fall kann man die einzelnen Halbleiterstreifen mit den darunter befindlichen
Kollektorbandstücken einem Schweißautomaten zuführen. Die Halbleiterstreifen können
aber auch bereits vor der Zuführung zum Schweißautomaten in Einzelelemente zerlegt
werden.