DE19924212A1

DE19924212A1 - Verfahren zum Bonden von Leitern, insbesondere Beam Leads

Info

Publication number: DE19924212A1
Application number: DE19924212A
Authority: DE
Inventors: Monika Bauer; Klemens Ferstl; Jens Pohl; Johann Winderl
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Polaris Innovations Ltd
Priority date: 1999-05-27
Filing date: 1999-05-27
Publication date: 2000-12-07
Anticipated expiration: 2019-05-28
Also published as: DE19924212B4; US6430809B1

Abstract

Beschrieben wird ein Verfahren zum Bonden von Leitern auf Halbleiterbauelemente, wobei in einer Isolationsschicht (2) auf einem Halbleiterbauelement (1) eine Öffnung (3) vorgesehen wird und mindestens ein Leiter (4) sich über die Öffnung (3) erstreckt, wobei das Bonden des Leiters (4) auf das Halbleiterbauelement (1) durch ein Bondwerkzeug (5) erfolgt, das den einen Leiter (4) im Bereich der Öffnung (3) zum Halbleiterbauelement (1) hin verbiegt. Vor dem Bonden erfolgt eine Durchtrennung des einen Leiters (4) im Bereich der Öffnung (3).

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bonden von Leitern, insbesondere zum Bonden von Beam Leads, wobei eine Bondverbindung zwischen einem Leiter und einem Halblei terbauelement hergestellt wird. Es wird dabei eine Isolati onsschicht auf einem Halbleiterbauelement angebracht und es werden in der Isolationsschicht über denjenigen Bereichen des Halbleiterbauelements, in denen die Bondverbindungen herge stellt werden sollen, Öffnungen in der Isolationsschicht vor gesehen, so daß das Halbleiterbauelement für eine Bondverbin dung zugänglich wird. Es kann dabei eine einzelne Öffnung über dem gesamten zu kontaktierenden Bereich vorgesehen sein, es können jedoch auch mehrere Öffnungen in der Isolations schicht vorgesehen werden.

Auf der Isolationsschicht werden ein oder mehrere Leiter so angeordnet, daß sich der Leiter über zumindest eine der Öff nungen erstreckt. Das Bonden des Leiters auf das Halblei terelement kann dann dadurch erfolgen, daß ein Bondwerkzeug den Leiter im Bereich der Öffnung zum Halbleiterbauelement hin verbiegt und die Bondverbindung zwischen dem Leiter und dem Halbleiterbauelement herstellt.

Aus dem Stand der Technik ist es beispielsweise aus US 5,787,581 bekannt, daß beim Verbiegen des Leiters durch das Bondwerkzeug ein Abreißen des Leiters im Bereich der Öffnung erfolgt. Dies ermöglicht ein besseres Verbiegen des Leiters in Richtung zum Halbleiterbauelement hin und damit eine ein fachere Herstellung der Bondverbindung zwischen dem Leiter und dem Halbleiterbauelement. Problematisch ist hierbei je doch, daß durch den vom Bondwerkzeug auf den Leiter zum Zwecke des Abreißens und Verbiegens ausgeübte Druck eine Zug belastung im Leiterauftritt. Die zu einer Schwächung der Ma terialstruktur des Leiters und damit zu einer Verringerung der Langzeit-Zuverlässigkeit, insbesondere im Hinblick auf mechanische und thermische Belastungen des Leiters, führt. Diese Strukturschwächung und die daraus resultierende Materi alermüdung tritt vor allen in demjenigen Bereich des Leiters auf, in dem die Bondverbindung erfolgt, wie in Fig. 2 ange deutet ist.

Dieser Effekt kann etwas verringert werden, wenn, wie in US 5,787,581 vorgeschlagen, eine Sollbruchstelle im Leiter im Bereich der Öffnung vorgesehen wird, die ein Abreißen des Leiters unter dem Druck des Bondwerkzeuges bereits bei einem geringeren Druck ermöglicht. Jedoch kann der Effekt der Strukturschwächung auch durch eine solche Sollbruchstelle nicht komplett verhindert werden, insbesondere, weil durch auftretende Fertigungstoleranzen der Fall auftreten kann, daß der Leiter erst bei einem relativ hohen Druck des Bondwerk zeuges abreißen kann, wenn die Sollbruchstelle nicht ausrei chend dünn strukturiert wurde. Solche Fertigungstoleranzen sind in der Regel kaum zu vermeiden.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein Verfah ren zum Bonden von Leitern auf Halbleiterbauelemente bereit zustellen, das eine Strukturschwächung und damit eine Materi alermüdung des Leiters verhindert.

Diese Aufgabe wird gelöst durch die Merkmale des vorliegenden Anspruchs 1. Wird vor dem Bonden eine komplette Durchtrennung des Leiters im Bereich der Öffnung durchgeführt, so kann das Auftreten von Zugbelastungen bei einem Verbiegen des Leiters durch das Bondwerkzeug effektiv verhindert werden. Das Durch trennen des Leiters kann dabei beispielsweise auf mechanische Weise erfolgen oder alternativ auch mit Hilfe eines Lasers.

Es ist zwar aus US 4,976,392 bekannt, ein Bondwerkzeug be reitzustellen, das ein integriertes Schnittwerkzeug aufweist. Dieses Dokument offenbart jedoch lediglich ein Verfahren, bei dem nach dem Bonden eines Bonddrahtes eine Durchtrennung des Bonddrahtes durch das Schnittwerkzeug erfolgt. Eine Möglich keit zur Vermeidung von Zugbelastungen im Leiter vor und wäh rend des Bondens wird hierdurch jedoch nicht bereitgestellt, da eine Durchtrennung des Leiters erst nach dem Fertigen, Aufbringen, Strukturieren und Bonden des Leiters erfolgt.

Eine spezielle Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird nachfolgend anhand der Fig. 1 bis 4 erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 Prinzipieller Bondprozeß nach dem Stand der Technik.

Fig. 2 Materialschwächung des Leiters im Bondbereich.

Fig. 3 Zugbelastung im Leiter durch den Druck des Bondwerk zeuges.

Fig. 4 Durchtrennung des Leiters vor dem Bonden.

Fig. 1a bis d zeigt den prinzipiellen Bondprozeß nach dem Stand der Technik, wobei auf einen Halbleiterchip 1 eine Iso lationsschicht 2 aufgebracht ist, die in dem Bereich, in dem die Bondverbindung auf einem Bondpad 6 hergestellt werden soll, eine Öffnung 3 aufweist. Ein Leiter 4, der als Beam Lead ausgebildet ist, erstreckt sich über die Öffnung 3 und ist auf der Isolationsschicht 2 angeordnet, wobei der Leiter auf beiden Seiten der Öffnung 3 auf der Isolationsschicht 2 aufliegt. Zum Bonden wird ein Bondwerkzeug 5 verwendet, das, wie Fig. 1b zeigt, einen Druck auf den Leiter 4 ausübt, wo durch der Leiter im Bereich der Öffnung 3 abreißt und durch das Bondwerkzeug 5 zum Halbleiterchip 1 hin verbogen werden kann. Schließlich wird durch das Bondwerkzeug, wie in Fig. 1d dargestellt, die Bondverbindung zwischen dem Leiter 4 und dem Halbleiterchip 1 auf dem Bondpad 6 hergestellt. Um das Abreißen des Leiters 4 im Bereich der Öffnung 3 zu vereinfa chen, kann eine Sollbruchstelle im Leiter 4 vorgesehen sein.

Wie in Fig. 2 dargestellt, entstehen jedoch bei dem Verfah ren nach dem Stand der Technik Materialschwächungen im Leiter 4, die insbesondere im Bereich der Bondverbindung im Leiter 4 am stärksten ausgeprägt sind, da dort die größte Zugbelastung während des Durchtrennens und Verbiegens des Leiters 4 aufge treten sind. Es entsteht somit eine Schwachstelle 7, die an fällig für mechanische sowie thermische Belastungen des Lei ters 4 ist.

In Fig. 3 sind schematisch durch Pfeile die auftretenden Zugbelastungen im Leiter 4 dargestellt, die durch den Druck des Bondwerkzeuges 5 auf den Leiter 4 entstehen. Das Abreißen des Leiters erfolgt in einem Bereich 8, der als Sollbruch stelle ausgebildet sein kann.

In Fig. 4 ist das erfindungsgemäß verbesserte Bondverfahren dargestellt, wobei vor dem Bonden, d. h. insbesondere bevor das Bondwerkzeug 5 durch Ausübung eines Drucks auf den Leiter 4 diesen in Richtung auf den Halbleiterchip 1 hin verbiegt, eine Durchtrennung des Leiters 4 an einer vordefinierten Stelle 9 erfolgt. Diese Durchtrennung kann dabei mechanisch oder auch durch einen Laser erfolgen. Wird nunmehr anschlie ßend durch das Bondwerkzeug 5 Druck auf den Leiter 4 zu des sen Verbiegung ausgeübt, so entstehen nicht mehr die in Fig. 3 dargestellten Zugbelastungen auf den Leiter 4, das Verbie gen des Leiters 4 kann somit praktisch ohne eine Schwächung der Materialstruktur des Leiters 4 erfolgen. Die Herstellung der Bondverbindung zwischen dem Leiter 4 und dem Bondpad 6 durch das Bondwerkzeug 5 erfolgt anschließend auf die übliche Weise, wie sie bereits aus dem Stand der Technik bekannt ist.

Claims

1. Verfahren zum Bonden von Leitern auf Halbleiterbauele mente, wobei
eine Isolationsschicht (2) auf einem Halbleiterbauelement (1) angebracht wird und
in der Isolationsschicht (2) über dem zu bondenden Bereich (6) des Halbleiterbauelements (1) mindestens eine Öffnung (3) vorgesehen wird und
mindestens ein Leiter (4) auf der Isolationsschicht (2) so angeordnet wird, das sich der mindestens eine Leiter (4) über die Öffnung (3) erstreckt, wobei
das Bonden des Leiters (4) auf das Halbleiterbauelement (1) durch ein Bondwerkzeug (5) erfolgt, das den mindestens einen Leiter (4) im Bereich der Öffnung (3) zum Halbleiterbauele ment (1) hin verbiegt und die Bondverbindung zwischen dem mindestens einen Leiter (4) und dem Halbleiterbauelement (1) herstellt, dadurch gekennzeichnet,
daß vor dem Bonden eine Durchtrennung des mindestens einen Leiters (4) im Bereich der Öffnung (3) erfolgt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine mechanische Durchtrennung des mindestens einen Lei ters (4) erfolgt.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Durchtrennung des mindestens einen Leiters (4) mit Hilfe eines Lasers erfolgt.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der mindestens eine Leiter (4) als Beam Lead zur Kontak tierung eines Halbleiterchips hergestellt wird.