DE1439133C - Verfahren zum Verbinden einer auf einer Halbleiteroberfläche aufgebrachten Elektrode mit einem Kontaktierungsdraht - Google Patents
Verfahren zum Verbinden einer auf einer Halbleiteroberfläche aufgebrachten Elektrode mit einem KontaktierungsdrahtInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Verbinden einer auf einer Halbleiteroberfläche aufgebrachten
Elektrode mit einem Kontaktierungsdraht, der in einem nach Art einer Injektionsnadel durchbohrten,
zylindrischen oder konischen Werkzeug derart geführt wird, daß er am Ende des Werkzeuges austritt,
und der durch mechanischen Druck des Werkzeuges, insbesondere nach dem Verfahren der Thermokompression,
mit der zu kontaktierenden Elektrode bleibend verbunden wird. Ein solches Verfahren ist in
der nicht vorveröffentlichten deutschen Auslegeschrift
1274 241 bereits vorgeschlagen. Es benutzt das bereits in anderem Zusammenhang bekannttiewordene
Verfahren der Thermokompression zur Lösung der Aufgabe, Elektroden mit extrem kleinen
Flächen mit Zuleitungsdrähten für die weite/e Kontaktierung
zu verwenden.
Das Verfahren der Thermokompression besteht bekanntlich darin, daß der Kontaktierungsdraht über
die zu kontaktierende Elektrode aufgespannt oder aufgelegt und von einem stempel- bzw. schneidenförmigen
Werkzeug bei gelinder Erwärmung gegen die zu kontaktierende Elektrode gepreßt und dadurch
bleibend mit dieser verbunden wird. Die benötigte Wärme wird entweder durch Anwendung einer Beheizung
des besagten Werkzeuges oder des Halbleiterkristalls erzielt. Bei geeigneten Kontakticrungsdrähten
mit niedrigem Schmelzpunkt kann gegebenenfalls auf eine zusätzliche Erwärmung vollständig
verzichtet werden. Das Werkzeug besteht natürlich aus einem mechanisch erheblich festeren und schwerer
schmelzbaren Material als der Kontaktierungsdraht, der für gewöhnlich aus einem weichen Metall,
insbesondere aus Gold besteht.
Gegenüber den bekannten, die Methode der Thermokompression benutzenden Vorrichtungen weist
eine Vorrichtung nach der deutschen Auslegeschrift 1 274 241 den Vorteil einer einfacheren und rascheren
Bedienung aus, weil das nadeiförmige Kontaktie- !unjiswerkzeug zusätzlicher Orientierung in bezug auf
den Kontaktierungsdraht und die zu kontaktierende Elektrode bedarf, sobald das Ende des nadelförmigen
Werkzeuges auf die zu kontaktierende Elektrode einmal aufgesetzt ist. Aber auch das Aufsetzen wird
durch die nadeiförmige Gestalt des Kontaktierungs-Werkzeuges erleichtert. Die endgültige Verbindung
zwischen der zu kontaklierenden Elektrode des Halbleiterbauelements ζ. Β. eines Mesatransistor*
wird in üblicher Weise durch Druck zwischen der Spitze des Werkzeuges gegen den Kontaktierungsdraht
und die daraufliegende Elektrodenfläche erreicht.
Wie gemäß der Erfindung erkannt wurde, hat es sich als vorteilhaft erwiesen, wenn bei dem eingangs
beschriebenen Verfahren das den Kontaktierungsdraht gegen die zu kontaktierende Elektrode drükkende
stumpfe finde des Werkzeuges während der Konlaktierungen durch eine entsprechende Bewegung
zum Abrollen auf der Oberfläche der Elektrode gebracht wird. Hierdurch läßt sich einerseits die mit
der Thermokompression verbundene lokale Druckbelastung reduzieren, während andererseits die
Festigkeit der Verbindung vergrößert wird.
Wenn es sich, wie dies in den meisten Fällen zutrifft, um die Kontaktierung sehr kleinflächiger Elek-(roden
z.B. von etwa 20 bis 30μ2 Fläche handelt
und dementsprechend dünne Kontaktieriingsdrähte
verwendet werden müssen, kann als Werkzeug unmittelbar ein Stück einer Injektionsnadel verwendet
werden, das sich in einer Halterung befindet. Das Nadelstück ist an dem einen zum Aufsetzen auf die
Halbleiteroberfläche bestimmten Ende stumpfgeschliffen.
In der Fig. 1 ist ein solches Werkzeug dargestellt. Es ist in seiner Längsachse mit einer feinen, durchgehenden
Bohrung 2 versehen, durch welche der beispielsweise aus Gold bestehende Kontaktierungsdraht
1 so hindurchgeführt ist, daß ein kleines, etwa den Abmessungen der zu kontaktierenden Elektrode
3 auf der Oberfläche des Halbleiterkristalls 4 entsprechendes Endstück V des Drahtes aus der Bohrung·
hervorragt. Das Werkzeug 5 ist in der Figur kegelförmig ausgestaltet (es könnte auch zylindrisch
sein) und besteht aus einem thermisch beständigen Material mit einer größeren mechanischen Festigkeit,
als sie der Kontaktierungsdraht 1 besitzt. Es besteht deshalb vorwiegend aus einem Metall wie Stahl
od. dgl. Bei Verwendung eines Golddrahtes als Kontaktierungsdraht ist es auch möglich, daß das Werkzeug
aus einem entsprechend festen Glas besteht. Die Bohrung 2 des Werkzeuges 5 ist zweckmäßig so bemessen,
daß der Kontaktierungsdraht in der Bohrung gestreckt ist, aber andererseits leicht nachgezogen
bzw. nachgeschoben werden kann. Die Spitze des Werkzeuges ist stuinpfgeschliffen. Die »Spitze« kann
hierdurch ein ebenes oder halbrundes Profil erhalten. Sie gestattet das Abrollen des Werkzeuges auf der
abgeschliffenen, auf der Oberfläche der zu kontaktierenden Elektrode 4 aufgesetzten Spitze, auch wenn
diese unter dem zur Verbindung des Kontaktierungsdrahtes mit der Elektrode bei der anzuwendenden
Temperatur notwendigen Druck gegen die Halbleiteroberfläche bzw. gegen die zu kontaktierende Elektrode
4 gepreßt wird.
Der erste Arbeitsschritt des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, daß man das Werkzeug 5
mit dem eingefädelten Kontaktierungsdraht 1 so auf die zu kontaktierende Elektrode setzt, daß das überstehende
Ende 1' des Kontaktierungsdrahtes, welches sich außerhalb der »Spitze« des Werkzeuges 5 befindet,
gegen die zu kontaktierende Elektrode gepreßt wird. Dann wird das Werkzeug etwas schräg gestellt,
wie es aus Fig. 1 ersichtlich ist, und um eine vorzugsweise senkrecht zur Halbleiteroberfläche liegende
Drehachse 6, 6' so gedreht, daß die Längsachse 7, T des Werkzeuges um die Drehachse 6, 6' eine Kegelfläche
beschreibt. Dadurch rollt die »Spitze« des Werkzeuges auf der Oberfläche des Halbleiterkristalls
und der zu kontaktierenden Elektrode ab, ohne daß es dabei zu einer Rotation des Werkzeuges 5 um
seine Längsachse 7, T kommt. Wenn gleichzeitig während dieses Abrollens der Druck zwischen der
aufgesetzten »Spitze« und dem Kontaktierungsdraht ausreichend groß bemessen ist, erfolgt dieses Abrollen
unter Entstehung einer bleibenden Verbindung zwischen Kontaktierungsdraht und Elektrode. Falls
nach dem Verfahren der Thermokompression gearbeitet wird, kann die benötigte Wärme entweder
durch Vermittlung des Werkzeuges oder durch Vermittlung des Halbleiterkristalls (indein dieser in einer
beheizten Hinrichtung gehaltert wird) zugeführt werden.
Der-Querschnilt des Kontaklieriingsdrahtes sowie
die Länge des aus der Bohrung hervorragenden Endstückes ist zweckmäßig so zu bemessen, daß das aus
der Bohrung 3 vorstehende Ende auf die zu kontak
tierende Elektrode aufgesetzt werden kann, ohne daß es dabei die Halbleiteroberfläche berührt. Wenn das
Abrollen der Spitze bzw. des Endes des Werkzeuges 5 so vorgenommen wird, daß keine Verschiebung
des Drahtes stattfinden kann, was bei Durchführung einer reinen, das heißt ohne Gleitung erfolgenden
Rollbewegung sicher der Fall ist, so bleibt das aus der Bohrung des Werkzeuges 5 austretende Ende des
Kontaktierungsdrahtes in der vor Beginn der Rollbewegung eingestellten Lage auf der Elektrode liegen
und wird in dieser Lage mit der Elektrode verbunden. Ein erforderliches Abschneiden des Kontaktierungsdrahtes
kann mittels eines mechanischen Schneidewerkzeuges oder mittels einer kleinen Flamme erfolgen.
Die zum Abrollen der Spitze des Werkzeuges 5 erforderliche Bewegung wird zweckmäßig mechanisch
gesteuert. Eine derartige einfache Vorrichtung ist in der F i g. 2 dargestellt. Dabei wird eine kardanische
Halterung des Werkzeuges 5 benutzt. Zu diesem Zweck ist das Werkzeug 5 mit seinem oberen
Teil 5' von zwei an einander gegenüberliegenden Stellen des Werkzeuges angebrachten Zapfen ζ 1, Z 2 an
der Innenseite eines Ringes Rl drehbar gehaltert. Der Ring R1 ist seinerseits an seiner Außenseite an
zwei gegenüberliegenden Stellen mittels der Zapfen Zl, Z2, die gegenüber den Zapfen ζ 1, zi längs der
Peripherie des Ringes R1 um 90° verschoben sind,
drehbar mit einem größeren Ring/?2 verbunden. Das Werkzeugs ist also im äußeren RingR2 kardanisch
gehaltert.
Wird das Werkzeug mit seiner Spitze 5" auf die zu kontaktierende Elektrode 4 schief aufgesetzt und
der Ring R 2 zu einer Verschiebung innerhalb einer ebenen, parallel zur Fläche der zu kontaktierenden
Elektrode 4 veranlaßt, so wird dabei das Werkzeug 5 nicht um seine Achse gedreht. Vielmehr findet eine
Rollbewegung des Werkzeuges 5 um seine auf die Elektrode 4 aufgesetzte Spitze 5" statt.
Dabei empfiehlt es sich, wenn der Ring R 2 am Kippen sowie an einer Umdrehung z. B. durch entsprechende
Halterungen Hl, H 2, H 3, H 4 gehindert wird. Der Ring/?2 wird dann nur innerhalb seiner
(parallel zur Halbleiteroberfläche liegenden) Ebene so verschoben, daß sein (natürlich nicht im Ringkörper
liegender) Mittelpunkt einen Kreis um die durch den Mittelpunkt der auf die zu kontaktierende
Elektrode 4 aufgesetzten Spitze gehende, senkrecht zur Oberfläche der zu kontaktierenden Elektrode (und
damit der Halbleiteroberfläche) verlaufende Achse 6, 6' beschreibt. Die Bewegung des Ringes R 2 läßt
sich zweckmäßig mittels eines Mikromanipulators, welcher in der Lage ist, dem Ring R 3 eine kreisförmige,
innerhalb der Ringebene liegende einstellbare Bewegung zu erteilen, durchführen.
Claims (4)
1. Verfahren zum Verbinden einer auf einer Halbleiteroberfläche aufgebrachten, insbesondere
aufgedampften Elektrode mit einem Kontaktierungsdraht, bei dem der Kontaktierungsdraht mit
dem Metall der Elektrode unter Druck, insbesondere nach dem Verfahren der Thermokompression,
verbunden wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Kontaktierungsdraht in
einem in Richtung der Längsachse eines zylindrisch oder kegelig geformten, nach Art einer
Injektionsnadel durchbohrten Werkzeuges mit einer die des Kontaktierungsdrahtes merklich
übertreffenden mechanischen Festigkeit derart durchgeführt wird, daß der Kontaktierungsdraht
an dem stumpfgeschliffenen Ende bzw. an der stumpfgeschliffenen Spitze des Werkzeuges aus
dessen Bohrung austritt und durch das Aufsetzen des Endes bzw. der Spitze des Werkzeuges
auf die zu kontaktierende Elektrode gegen diese Elektrode gedruckt wird und daß das Ende
bzw. die Spitze des Werkzeuges gleichzeitig zur Erzeugung des zur Verbindung des Kontaktierungsdrahtes
mit der Elektrode notwendigen Druckes verwendet wird, indem das Ende bzw. die Spitze des Werkzeuges durch eine entsprechende
Bewegung des Werkzeuges zum Abrollen auf der Oberfläche des zu kontaktierenden Halbleitersystems
gebracht wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Abrollen ohne gleichzeitige
Rotation des Werkzeuges durchgeführt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das in einer kardanischen
Halterung befestigte Werkzeug durch kreisförmiges, ohne Rotation erfolgendes Bewegen des
äußeren Teiles (Ringes) dieser Halterung erzielt wird.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Bewegung des Werkzeuges
mittels eines Mikromanipulators gesteuert wird.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
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