DE1439133C - Verfahren zum Verbinden einer auf einer Halbleiteroberfläche aufgebrachten Elektrode mit einem Kontaktierungsdraht - Google Patents

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)

Patentansprüche:

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