DE19916177A1 - Wire bonding connections for semiconductor chip contacts, connections are formed by mechanically deforming contact pieces before positioning in deformation area - Google Patents
Wire bonding connections for semiconductor chip contacts, connections are formed by mechanically deforming contact pieces before positioning in deformation areaInfo
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft ein Halbleiterchip mit drahtförmigen Anschlußstücken, die nahezu waagerecht zur Oberfläche eines Halbleiter chips verlaufen und mit Kontaktflächen des Halbleiterchips elektrisch leitend verbunden sind und ein Verfahren zum Kontaktieren derartiger Chips.The invention relates to a semiconductor chip with wire-shaped Connectors that are almost horizontal to the surface of a semiconductor chips run and electrically conductive with contact surfaces of the semiconductor chip are connected and a method for contacting such chips.
Die Erfindung findet vorzugsweise Anwendung bei der Herstellung extrem dünner kontaktloser Transponder wie Chipkarten, Etiketten, Transportgut kennzeichen oder -kennzeichner und dergleichen.The invention is preferably used extremely in manufacturing thin contactless transponders such as chip cards, labels, transport goods labels or identifiers and the like.
Sie ist (ebenfalls) geeignet zur Herstellung von Anschlußpins für das Chip zur weiteren einfachen Kontaktierung mit weiteren Schaltungsteilen, z. B. einer Antenne und zur direkten Kontaktierung von Antennen, beispielsweise zur Kontaktierung von Drahtantennen an das Chip, wobei die Antenne die Form einer Spule oder eines Dipols aufweisen kann.It is (also) suitable for the production of connection pins for the chip for further simple contacting with other circuit parts, e.g. B. an antenna and for direct contacting of antennas, for example for contacting wire antennas on the chip, the antenna Can have the shape of a coil or a dipole.
Im Stand der Technik ist es nach der sogenannten beam-lead-Technik bekannt, bereits auf einem Halbleiterwafer flache Anschlußstücke zu erzeu gen, die über die Fläche des künftigen Halbleiterchips hinausragen. In the prior art, it is based on the so-called beam lead technique known to produce flat connectors already on a semiconductor wafer conditions that protrude beyond the area of the future semiconductor chip.
Nachteilig sind hierbei ein hoher Halbleiterflächenverbrauch, da die jeweilige über die Chipkante stehende Anschlußlänge einen entsprechenden Abstand von Chip zu Chip auf dem Wafer erfordert, hohe Herstellungskosten und eine sehr begrenzte Anschlußlänge.A disadvantage here is a high consumption of semiconductor space, since the respective a corresponding distance above the edge of the chip chip to chip on the wafer requires high manufacturing costs and a very limited connection length.
Ferner ist es nach US 4 000 842 und US 5 046 657 bekannt, Kupferleiter in Form von flachen veredelten Anschlüssen mittels Thermokompression auf die Anschlußhügel eines Halbleiterchip zu bonden. Es entstehen flache waagerecht zur Halbleiteroberfläche verlaufende Anschlußstücke.Furthermore, it is known from US 4,000 842 and US 5 046 657, copper conductors in Form of flat refined connections by means of thermocompression to bond the connection bumps of a semiconductor chip. There are flat ones Connectors running horizontally to the semiconductor surface.
Nachteilig sind hierbei neben den hohen Kosten für die Kontakthügelerzeu gung auf dem Chip die hohen Kosten für die Erzeugung der Kupferleiteran schlußstruktur und die sich ergebende Anordnung des Anschlusses über der Halbleiteroberfläche.In addition to the high costs for the contact bump generator, this is disadvantageous the high cost of producing the copper conductor on the chip final structure and the resulting arrangement of the connection over the Semiconductor surface.
In US 4 842 662 ist das sogenannte Tape-Automated-Bonding-Verfahren beschrieben, wobei ein dünnes Metallband so strukturiert wird, daß schmale Anschlußzungen direkt auf die Chipkontaktflächen ragen und dort mittels spezieller Bondverfahren zu befestigen sind.In US 4,842,662 is the so-called tape automated bonding method described, wherein a thin metal band is structured so that narrow Tongues protrude directly onto the chip contact surfaces and there by means of special bonding procedures are to be attached.
Als nachteilig erweisen sich hierbei die Kosten zur Herstellung eines struktu rierten Metallbandes, die Einschränkungen in der Länge der Anschluß stücken sowie das erforderliche Wegbiegen des Metallbandes von der Halbleiteroberfläche zur Vermeidung von Kurzschlüssen zwischen Chipkante und Metallband.The costs for producing a structure have been found to be disadvantageous rated metal band, the restrictions in the length of the connection pieces as well as the required bending of the metal strip from the Semiconductor surface to avoid short circuits between Chip edge and metal tape.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Halbleiterchip und ein Verfahren der eingangs genannten Art anzugeben, bei dem die Anschlußstücken eine hohe mechanische Festigkeit aufweisen und nahezu ebenengleich von der Halbleiteroberfläche wegführen.The invention has for its object a semiconductor chip and a Specify the procedure of the type mentioned, in which the Connectors have a high mechanical strength and almost Lead away from the semiconductor surface at the same level.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den kennzeichnenden Merkmalen der Patentansprüche 1 und 10 gelöst.The object is achieved with the characterizing features of claims 1 and 10 solved.
Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen angegeben.Advantageous further developments are specified in the subclaims.
Die Erfindung zeichnet sich durch eine Reihe von Vorteilen aus.The invention is characterized by a number of advantages.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren werden drahtförmige Anschluß stücken im Bereich vor der künftigen Kontaktstelle flach gepreßt und danach die Kontaktierung auf der Chipkontaktstelle, den sogenannten Pads, ausge führt. Damit wird es möglich, einen extrem flach vom Chip wegführenden drahtförmigen Anschluß hoher Festigkeit zu erzeugen, der im Bereich der Chipkante aufgrund seines durch die Deformation erzeugten Abstandes von elektrisch leitenden Elementen einen Kurzschluß mit der Chipkante verhin dert.In the method according to the invention, wire-shaped connection pieces in the area in front of the future contact point pressed flat and afterwards the contact on the chip contact point, the so-called pads, out leads. This makes it possible to have an extremely flat lead away from the chip to produce wire-shaped connection of high strength, which in the range of Chip edge due to its distance from generated by the deformation electrically conductive elements prevent a short circuit with the chip edge changed.
Es ergibt sich eine sehr einfache und kostengünstige Herstellung der Verbin dung. Vorteilhaft ist dabei, daß die Kontaktierung mittels Thermokompres sion erfolgen kann, wobei eine Ultraschall-Unterstützung möglich ist. Es lassen sich einfache und sichere, in der Halbleitertechnik bekannte Verfah ren anwenden. Als Kontaktdraht kann vorteilhaft Kupfer verwendet werden. Das ist besonders vorteilhaft, da Kupfer im Zustand weich eingesetzt werden kann und sich gut deformieren läßt und gleichzeitig einen sehr guten elektri schen Leitwert bei genügend hoher Festigkeit aufweist.The result is a very simple and inexpensive manufacture of the connector dung. It is advantageous that the contacting by means of thermocompresses sion can take place, whereby an ultrasound support is possible. It simple and safe procedures known in semiconductor technology apply. Copper can advantageously be used as the contact wire. This is particularly advantageous because copper is used in a soft state can and can be deformed well and at the same time a very good electrical conductivity with sufficient strength.
Es ist auch möglich Kontaktdrähte aus Kupfer, deren Oberfläche z. B. mit Gold oder Silber veredelt sind, zu verwenden.It is also possible to use contact wires made of copper, the surface of which, for. B. with Gold or silver are refined to use.
Die erfindungsgemäße Anordnung gewährleistet sichere Thermokompressi onsbedingungen und günstige Weiterverarbeitungsmöglichkeiten.The arrangement according to the invention ensures safe thermal compression conditions and favorable processing options.
Zur Verbesserung der Thermokompressionsbedingungen ist es vorteilhaft, die Chipkontaktstelle mit einer chemisch abgeschiedenen Palladiumschicht oder anderen chemisch abgeschiedenen Schichten wie Kupfer/Gold u. s. w. zu versehen.To improve the thermocompression conditions, it is advantageous to the chip contact point with a chemically deposited palladium layer or other chemically deposited layers such as copper / gold u. s. w. to Mistake.
Eine weitere Verbesserung der Thermokompressionsbondbedingungen kann dadurch erreicht werden, daß die Chipkontaktfläche zusätzlich zum Palla dium mit einer dünnen Gold- oder Silberschicht (0,1 . . . 20 µm) versehen wird.A further improvement in thermocompression bonding conditions can can be achieved in that the chip contact area in addition to the Palla dium is provided with a thin layer of gold or silver (0.1 ... 20 µm).
Die Erfindung wird im Folgenden anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert.The invention is explained in more detail below using an exemplary embodiment explained.
In den zugehörigen Zeichnungen zeigen:In the accompanying drawings:
Fig. 1 das drahtförmige Anschlußstück vor dem Kontaktieren in Seitenansicht, Fig. 1, the wire-shaped connecting piece prior to the contacting in side view,
Fig. 2 das auf dem Halbleiterchip kontaktierte drahtförmige Anschlußstück in Seitenansicht, Fig. 2 the contacted on the semiconductor chip wire-shaped connecting piece in a side view,
Fig. 3 das auf dem Halbleiterchip kontaktierte drahtförmige Anschlußstück in Draufsicht, Fig. 3 the contacted on the semiconductor chip wire-shaped connecting piece in plan view,
Fig. 4 ein drahtförmiges Anschlußstück, das zusätzlich mit angeformtem Distanzdeformationsbereich 12 versehen ist und Fig. 4 shows a wire-shaped connector, which is additionally provided with a molded-on distance deformation region 12 and
Fig. 5 ein Chip, das mit dem in Fig. 4 dargestellten Anschlußstück verbunden ist. Fig. 5 is a chip which is connected to the connector shown in Fig. 4.
Im erläuterten Beispiel soll als Anschlußstück 1 ein Anschlußdraht aus Reinstkupfer kontaktiert werden. Der Durchmesser des in Fig. 1 gezeigten Anschlußdrahtes 1 beträgt in diesem Beispiel 70 µm. Der Anschlußdraht 1 ist mit einer galvanischen aufgebrachten Goldschicht der Dicke von (0,5 . . . 3) µm ummantelt. Durch Pressen mit einem Werkzeug wurde der Isolier-De formationsbereich 2 erzeugt, der exzentrisch am Anschlußdraht 1 angeformt ist. Die Dicke des Isolier-Deformationsbereiches 2 beträgt im Beispiel 25 µm und die Länge 300 µm. Dem Isolier-Deformationsbereich 2 schließt sich ein nichtdeformierter Abschnitt des Anschlußdrahtes 1, das Kontaktstück 3, an. Das Kontaktstück 3 weist einen Durchmesser von 70 µm und die Länge 90 µm auf.In the example explained, a connecting wire made of high-purity copper is to be contacted as connector 1 . The diameter of the lead wire 1 shown in Fig. 1 is in this Example 70 microns. The connecting wire 1 is coated with a galvanically applied gold layer with a thickness of (0.5... 3) µm. By pressing with a tool, the insulating deformation region 2 was produced, which is formed eccentrically on the connecting wire 1 . The thickness of the insulating deformation region 2 is 25 μm in the example and the length is 300 μm. The insulating deformation area 2 is followed by a non-deformed section of the connecting wire 1 , the contact piece 3 . The contact piece 3 has a diameter of 70 microns and a length of 90 microns.
Fig. 2 zeigt das mittels Thermokompressionsverfahren auf die Chipkon taktfläche 7 kontaktierte Kontaktstück 3, den sich waagerecht anschließen den Isolier-Deformationsbereich 2 und den folgenden Anschlußdraht 1. Fig. 2 shows the means of thermo-compression on the clock face 7 Chipkon contacted contact piece 3, the join horizontally the insulating deformation region 2 and the following terminal wire 1.
Das Kontaktstück 3 wurde beim Kontaktieren so deformiert, daß es flächig mit der Chipkontaktfläche 7 in der Kontaktierzone 8 verbunden ist. Durch die Kontaktstückdeformation 9 beim Kontaktieren verbreiterte sich das Kontaktstück 3 parallel zur Chipoberfläche 5 und seine Dicke reduzierte sich im Beispiel auf 40 . . . 50 µm. Der sich dem kontaktierten Kontaktstück 3 anschließende Isolier-Deformationsbereich 2 befindet sich nun in einem Abstand von 15 . . . 20 µm über der Chipoberfläche 5 und geht in einem waagerechten Abstand von 150 µm von der Chipkante 6 in den nichtdefor mierten Anschlußdraht 1 über. Die Achse 10 des Anschlußdrahtes 1 verläuft nahezu ebenengleich mit der Chipoberfläche 5. Die Anschlußdrähte 1 eines kontaktierten Halbleiterchips 4 können nun auf gewünschte Anschlußlänge gekürzt werden und der Chip 4 kann als vorkontaktiertes Modul in die weitere elektronische Schaltung eingesetzt werden oder die Anschlußdrähte 1 sind gleichzeitig spulenartige oder dipolartige Antennen.The contact piece 3 was deformed during contact so that it is connected to the chip contact surface 7 in the contacting zone 8 . Due to the contact piece deformation 9 during contacting, the contact piece 3 broadened parallel to the chip surface 5 and its thickness was reduced to 40 in the example. , , 50 µm. The insulating deformation region 2 adjoining the contacted contact piece 3 is now at a distance of 15. , , 20 microns above the chip surface 5 and passes at a horizontal distance of 150 microns from the chip edge 6 in the undeformed connecting wire 1 . The axis 10 of the connecting wire 1 runs almost at the same level as the chip surface 5 . The connecting wires 1 of a contacted semiconductor chips 4 may now be cut to desired length and connecting the chip 4 can be used as vorkontaktiertes module in the further electronic circuit, or the lead wires 1 are simultaneously spool-like or dipole antennas.
In Fig. 3 ist der Ausschnitt eines vorkontaktierten Moduls in der Draufsicht dargestellt. Der Isolier-Deformationsbereich 2 überquert im dargestellten Beispiel den Randbereich des Halbleiterchip 1 und die Chipkante 6 müt einer Breite von 160 µm.In Fig. 3 the section of a pre-contacted module is shown in plan view. In the example shown, the insulating deformation region 2 crosses the edge region of the semiconductor chip 1 and the chip edge 6 with a width of 160 μm.
Durch nachträgliches Vergießen des Chips 4 und des kontaktierten Anschlußdrahtes 1 mit Isolier-Deformationsbereich 2 und Kontaktstücken 3 mittels elektrisch isolierenden, härtbaren Gießharzen ergeben sich optimale Verbundfestigkeiten zwischen Isolier-Deformationsbereich 2 und Halbleiter chip 4. Kurzschlüsse zwischen Halbleiterchipkante 6 und Isolier-Deformati onsbereich 2 können dabei nicht auftreten. Der Anschlußdraht 1 führt bei relativ dickem Querschnitt nahezu in der Ebene der Chipoberfläche 5 vom Halbleiterchip 4 weg. Subsequent potting of the chip 4 and the contacted connecting wire 1 with the insulating deformation area 2 and contact pieces 3 by means of electrically insulating, hardenable casting resins results in optimal bond strengths between the insulating deformation area 2 and the semiconductor chip 4 . Short circuits between the semiconductor chip edge 6 and the insulating deformation region 2 cannot occur. With a relatively thick cross section, the connecting wire 1 leads away from the semiconductor chip 4 almost in the plane of the chip surface 5 .
Der in Fig. 4 dargestellte Draht 1 ist mit den künftig über beiden Chipkan ten 6 liegenden Isolierdeformationsbereichen 2 und über dem Chip 4 zusätz lich mit exzentrisch angeformten Distanzdeformationsbereichen 12 versehen. Der Distanzdeformationsbereich 12 weist mehrfach Isolierdeformationsbe reiche (2) auf. Die Dicke des Distanzdeformationsbereiches 12 beträgt 50 µm und entspricht damit der Dicke des Kontaktstückes 3 im kontaktierten Zustand. Beim Kontaktieren wird das Kontaktstück 3 soweit deformiert, bis das Schweißwerkzeug den Draht 1 des Distanzdeformationsbereiches 12 ebenfalls gegen die Chipoberfläche 5 preßt und die nun über eine größere Drahtlänge verteilte Preßkraft des Schweißwerkzeuges nicht ausreicht, das Kontaktstück 3 weiter als beabsichtigt zu deformieren.The wire 1 shown in FIG. 4 is provided with the insulation deformation areas 2 lying above two chip edges 6 and additionally with eccentrically molded distance deformation areas 12 above the chip 4 . The distance deformation area 12 has multiple Isolationdeformationsbe areas ( 2 ). The thickness of the distance deformation region 12 is 50 μm and thus corresponds to the thickness of the contact piece 3 in the contacted state. When contacting, the contact piece 3 is deformed until the welding tool also presses the wire 1 of the distance deformation region 12 against the chip surface 5 and the pressing force of the welding tool, which is now distributed over a larger wire length, is not sufficient to deform the contact piece 3 further than intended.
Die im Distanzdeformationsbereich 12 eingeprägten Isolierdeformationsbe reiche 2 sind über möglichen Chipkontaktflächen 7, die als Testkontakt dienen, angebracht und die Isolierdeformationsbereiche 2 erleichtern die Verteilung eventuell auf die Chipoberfläche 5 aufgebrachter Schutzlacke, Gießharze, Kleber usw.The embossed Isolationdeformationsbe 2 in the distance deformation area 12 are attached over possible chip contact surfaces 7 , which serve as a test contact, and the Isolationdeformationszonen 2 facilitate the distribution of possibly applied to the chip surface 5 protective lacquers, casting resins, adhesives, etc.
Eine Anordnung, bei der dieser Anschlußdraht 1 mit dem Chip 4 verbunden ist, ist in Fig. 5 dargestellt. An arrangement in which this connecting wire 1 is connected to the chip 4 is shown in FIG. 5.
11
drahtförmiges Anschlußstück
wire-shaped connector
22
Isolier-Deformationsbereich
Insulating deformation area
33
Kontaktstück
contact piece
44
Halbleiterchip
Semiconductor chip
55
Oberfläche des Halbleiterchip
Surface of the semiconductor chip
66
Chipkante
chip edge
77
Chipkontaktfläche
Chip contact surface
88th
Kontaktierzone
contacting zone
99
Kontaktstückdeformation
Contact piece deformation
1010
Achse des Anschlußdrahtes
Axis of the connecting wire
1111
Unterseite der Deformationsbereiche
Underside of the deformation areas
1212
Distanzdeformationsbereich
Distance deformation area
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