DE19620113A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Befestigung von Bonddrähten auf Bondlands einer Hybridschaltung - Google Patents

Verfahren und Vorrichtung zur Befestigung von Bonddrähten auf Bondlands einer Hybridschaltung

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Description

Stand der Technik
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Befestigung von Bonddrähten auf Bondlands von Hybridschaltungen durch Thermokompressionsbonden.
Seit längerem ist es bekannt, zur Verbindung von Kontakt­ flächen, sogenannten Bondlands, von Hybridschaltungen mit Leiterbahnen einer Schichtschaltung dünne Verbindungs­ drähte, sogenannte Bonddrähte, auf den Bondlands durch Bonden zu befestigen. Hierfür eignet sich insbesondere das Thermokompressionsbonden. Die Verbindung zwischen den Bonddrähten und den Bondlands wird beim Thermokompres­ sionsbonden durch die Einwirkung von Druck und Wärme bei gleichzeitiger plastischer Verformung erzeugt. Die Fügeteile werden zusammengedrückt, bis sie miteinander verschweißen. Dabei richten sich Anpreßzeit und Anpreß­ kraft nach den verwendeten Werkstoffen und dem Draht­ durchmesser.
Die notwendige Bondtemperatur wird durch eine beheizte Werkstückaufnahme und/oder ein beheiztes Werkzeug erreicht.
Um die Bondlands auf Temperaturen von ca. 100°C auf­ zuheizen, wurden bisher unterschiedliche Verfahren eingesetzt.
Bei einem ersten bekannten Verfahren wird das gesamte Steuergerät in einem Umluftofen aufgeheizt. Nachteilig bei diesem Verfahren ist jedoch, daß es lange Durch­ laufzeiten und einen verhältnismäßig hohen Energieaufwand und damit auch hohe Energiekosten erfordert.
Ein anderes, zweites Verfahren sieht vor, daß ein Metallgehäuse oder eine Metallträgerplatte, die als heizbare Bonderaufnahme ausgebildet ist, beheizt wird. Dieses Verfahren erfordert erzeugnisspezifische heizbare Aufnahmen an den Bondmaschinen. Problematisch ist darüber hinaus die thermische Anbindung der Bondlands an das Gehäuse oder die Trägerplatte.
Bei einem wiederum anderen, dritten Verfahren wird eine als Trägerplatte für die Hybridschaltung verwendete Metallgrundplatte durch einen Wirbelstrom aufgeheizt. Problematisch hierbei ist ebenfalls die Herstellung eines guten Wärmekontakts zwischen den Bondlands und der Metallgrundplatte.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Befestigung von Bonddrähten auf Bondlands von Hybridschaltungen der gattungsgemäßen Art derart zu verbessern, daß bei möglichst geringem Energieaufwand auf möglichst einfache Weise eine schnelle Befestigung der Bonddrähte auf den Bondlands möglich ist.
Vorteile der Erfindung
Die Aufgabe wird bei einem Verfahren zur Befestigung von Bonddrähten auf Bondlands von Hybridschaltungen der eingangs beschriebenen Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Bondlands kurz vor und/oder während des Schweißvorganges gezielt mittels in der Hybridschaltung unter den Bondlands angeordneten Heizelementen aufgeheizt werden.
Das gezielte Aufheizen der Bondlands durch Heizelemente, die in der Hybridschaltung unter den Bondlands angeordnet sind, hat den besonders großen Vorteil, daß zum einen gegenüber bekannten Verfahren keine lang andauernden Ofenprozesse erforderlich sind, und daß kein Wärmekontakt zwischen der Hybridschaltung und einem (Metall)Gehäuse, in dem diese Hybridschaltung angeordnet ist, notwendig ist. Daher ist das Verfahren auch in einem Kunststoff­ gehäuse oder beispielsweise bei schlechter Zugänglichkeit der auf einer Metallgrundplatte angeordneten Hybrid­ schaltung einsetzbar. Darüber hinaus ist durch das direkte Heizen der Bondlands keine Aufheizung eines kompletten Steuergerätes erforderlich, so daß gegenüber bekannten Verfahren ein wesentlich geringerer Energieauf­ wand notwendig ist. Aus diesen Gründen ist die Befesti­ gung von Bonddrähten auf Bondlands von Hybridschaltungen auf besonders kostengünstige Weise möglich.
Hinsichtlich der Ausbildung der Heizelemente sind die unterschiedlichsten Ausführungen denkbar. Besonders vorteilhaft ist es jedoch, wenn die Heizelemente Leiter­ bahnen sind, die in einer Verdrahtungsebene unterhalb der Bondlands angeordnet sind und mit einem elektrischen Strom beaufschlagt werden. Auf diese Weise läßt sich eine schnelle und gezielte Aufheizung der Bondlands besonders gut realisieren.
Dabei wird vorzugsweise die Heiztemperatur und damit die Temperatur der Bondlands durch die Stromstärke variiert.
Die erfindungsgemäße Aufgabe wird darüber hinaus auch noch durch eine Vorrichtung zur Befestigung von Bond­ drähten auf Bondlands einer Hybridschaltung gelöst, bei welcher Heizelemente, die in der Hybridschaltung unter den Bondlands angeordnet sind, von außerhalb der Hybrid­ schaltung betätigbar sind.
Zur technisch besonders einfach zu realisierenden Betätigung der Heizelemente hat es sich als vorteilhaft erwiesen, daß die Heizelemente Leiterbahnen sind, die durch Beaufschlagung mit einem von außerhalb zugeführten elektrischen Strom erwärmbar sind.
Insbesondere hinsichtlich eines guten Wärmekontakts zwischen den Bondlands und den elektrischen Leiterbahnen sind die Leiterbahnen vorteilhafterweise direkt unterhalb der Bondlands lediglich getrennt durch eine Isolier­ schicht angeordnet.
Besonders zweckmäßig ist es, daß der elektrische Strom, mit dem die Heizelemente beaufschlagbar sind, regelbar ist. Hierdurch kann praktisch jede gewünschte Temperatur der Bondlands eingestellt werden.
Zeichnung
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung sind Gegen­ stand der nachfolgenden Beschreibung sowie der zeichneri­ schen Darstellung von Ausführungsbeispielen.
In der Figur ist schematisch und teilweise geschnitten eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Befestigung von Bonddrähten auf Bondlands einer Hybridschaltung darge­ stellt.
Beschreibung der Ausführungsbeispiele
Das Verfahren zur Befestigung von Bonddrähten auf Bondlands von Hybridschaltungen durch Thermokompressions­ bonden läßt sich am besten in Verbindung mit der in der Figur dargestellten Vorrichtung zur Befestigung von Bonddrähten auf Bondlands einer Hybridschaltung erläu­ tern. Eine Multilayer-Hybridschaltung 10 umfaßt eine Mehrzahl von Verdrahtungsebenen 11, 13, 15, die durch isolierende Schichten 12, 14, 16 voneinander isoliert sind. An der Oberseite der Hybridschaltung 10 sind neben Leiterbahnen und elektronischen Bauelementen auch Kontaktflächen, sogenannte Bondlands 11 angeordnet, auf denen sehr dünne, zumeist aus Gold bestehende Drähte, sogenannte Bonddrähte 20 zur Kontaktierung der Hybrid­ schaltung 10 befestigt werden.
Die Befestigung der Bonddrähte 20 auf den Bondlands 11 geschieht dabei beispielsweise durch Thermokompressions­ bonden. Hierbei wird die Verbindung zwischen den Bond­ drähten 20 und den Bondlands 11 durch die Einwirkung von Druck und Wärme bei gleichzeitiger plastischer Verformung erzeugt. Die Fügeteile werden zusammengedrückt, bis sie miteinander verschweißen. Dabei richten sich Anpreßzeit und Anpreßkraft nach den zu bondenden Werkstoffen und dem Durchmesser der Bonddrähte 20. Die Bondtemperatur wird dabei durch eine beheizte Werkstückaufnahme und/oder ein beheiztes (nicht dargestelltes) Werkzeug erreicht.
Statt wie bei bekannten Verfahren die gesamte Werkstück­ aufnahme, eine sogenannte (nicht dargestellte) Bonder­ aufnahme aufzuheizen, sind in der Hybridschaltung 10 unterhalb der Bondlands 11 Leiterbahnen 13 vorgesehen, die sich bei Beaufschlagung mit einem elektrischen Strom I, der von einem Steuergerät 30 zugeführt wird, erwärmen. Die Leiterbahnen 13 können dabei in ihrer flächenhaften Ausdehnung den Bondlands 11 entsprechen. Sie können jedoch auch eine größere Fläche als die Bondlands 11 oder auch eine kleinere Fläche als diese aufweisen. Die Leiterbahnen 13 sind von den Bondlands 11 durch eine Isolierschicht 12 getrennt. Diese Isolierschicht 12 ist so ausgebildet, daß sie einerseits eine optimale elek­ trische Isolierung, andererseits jedoch eine gute thermische Leitfähigkeit aufweist.
Um eine vorgegebene Temperatur besonders einfach ein­ stellen zu können und um die Temperatur der Bondlands 11 dem Schweißvorgang auf einfache Weise anpassen zu können, ist der durch die Leiterbahn 13 fließende Strom I durch das Steuergerät 30 regelbar. Auf diese Weise kann beispielsweise die erforderliche Temperatur der Bondlands 11 für den Thermokompressions-Schweißvorgang sehr genau, beispielsweise auf 100°, eingeregelt werden.

Claims (6)

1. Verfahren zur Befestigung von Bonddrähten (20) auf Bondlands (11) von Hybridschaltungen (10) durch Thermokompressionsbonden, dadurch gekennzeichnet, daß die Bondlands (11) kurz vor und/oder während des Schweißens gezielt mittels in der Hybridschaltung (10) unter den Bondlands (11) angeordneter Heizele­ mente aufgeheizt werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizelemente Leiterbahnen 13 sind, die mit einem elektrischen Strom (I) beaufschlagt werden.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Heiztemperatur durch die Strom­ stärke (I) variiert wird.
4. Vorrichtung zur Befestigung von Bonddrähten (20) auf Bondlands (11) einer Hybridschaltung (10), dadurch gekennzeichnet, daß Heizelemente, die in der Hybrid­ schaltung (10) unter den Bondlands (11) angeordnet sind, von außerhalb der Hybridschaltung (10) betä­ tigbar sind.
5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizelemente Leiterbahnen (12) sind, die durch Beaufschlagung mit einem von außerhalb zu­ geführten elektrischen Strom (I) erwärmbar sind.
6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der elektrische Strom (I) durch eine Steuerschaltung (30) regelbar ist.
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