DE19924212B4 - Verfahren zum Bonden von Leitern, insbesondere Beam Leads - Google Patents

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Abstract

Verfahren zum Bonden von Leitern auf Halbleiterbauelemente, 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, daß 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 Halbleiterbauelement (1) hin verbiegt und die Bondverbindung zwischen dem mindestens einen Leiter (4) und dem Halbleiterbauelement (1) herstellt, und
vor dem Bonden eine Durchtrennung des mindestens einen Leiters (4) im Bereich der Öffnung (3) mit Hilfe eines Lasers erfolgt, bevor das Bondwerkzeug (5) durch Ausübung eines Drucks auf den Leiter (4) diesen in Richtung auf das Halbleiterbauelement...

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 Halbleiterbauelement hergestellt wird. Es wird dabei eine Isolationsschicht auf einem Halbleiterbauelement angebracht und es werden in der Isolationsschicht über denjenigen Bereichen des Halbleiterbauelements, in denen die Bondverbindungen hergestellt werden sollen, Öffnungen in der Isolationsschicht vorgesehen, so daß das Halbleiterbauelement für eine Bondverbindung zugänglich wird. Es kann dabei eine einzelne Öffnung über dem gesamten zu kontaktierenden Bereich vorgesehen sein, es können jedoch auch mehrere Öffnungen in der Isolationsschicht vorgesehen werden.
  • Auf der Isolationsschicht werden ein oder mehrere Leiter so angeordnet, daß sich der Leiter über zumindest eine der Öffnungen erstreckt. Das Bonden des Leiters auf das Halbleiterelement 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 einfachere Herstellung der Bondverbindung zwischen dem Leiter und dem Halbleiterbauelement. Problematisch ist hierbei jedoch, daß durch den vom Bondwerkzeug auf den Leiter zum Zwecke des Abreißens und Verbiegens ausgeübte Druck eine Zugbelastung im Leiterauftritt. Die zu einer Schwächung der Materialstruktur 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 Materialermüdung tritt vor allen in demjenigen Bereich des Leiters auf, in dem die Bondverbindung erfolgt, wie in 2 angedeutet 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 Bondwerkzeuges abreißen kann, wenn die Sollbruchstelle nicht ausreichend dünn strukturiert wurde. Solche Fertigungstoleranzen sind in der Regel kaum zu vermeiden.
  • Aus der JP 10-041359 A ist ein Verfahren bekannt, bei dem ein Leiter vor dem Bonden mit Hilfe eines Schneidewerkzeugs durchtrennt wird. Allerdings führt auch der Einsatz eines Schneidewerkzeugs zu einer Strukturschwächung.
  • Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein Verfahren zum Bonden von Leitern auf Halbleiterbauelemente bereitzustellen, das eine Strukturschwächung und damit eine Materialermüdung 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 Durchtrennen des Leiters erfolgt mit Hilfe eines Lasers.
  • Es ist zwar aus US 4,976,392 bekannt, ein Bondwerkzeug bereitzustellen, 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 Möglichkeit zur Vermeidung von Zugbelastungen im Leiter vor und während 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 1 bis 4 erläutert.
  • Es zeigen:
  • 1: Prinzipieller Bondprozeß nach dem Stand der Technik.
  • 2: Materialschwächung des Leiters im Bondbereich.
  • 3: Zugbelastung im Leiter durch den Druck des Bondwerkzeuges.
  • 4: Durchtrennung des Leiters vor dem Bonden.
  • 1a bis d zeigt den prinzipiellen Bondprozeß nach dem Stand der Technik, wobei auf einen Halbleiterchip 1 eine Isolationsschicht 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 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 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 vereinfachen, kann eine Sollbruchstelle im Leiter 4 vorgesehen sein.
  • Wie in 2 dargestellt, entstehen jedoch bei dem Verfahren 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 aufgetreten sind. Es entsteht somit eine Schwachstelle 7, die anfällig für mechanische sowie thermische Belastungen des Leiters 4 ist.
  • In 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 Sollbruchstelle ausgebildet sein kann.
  • In 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 erfolgt durch einen Laser. Wird nunmehr anschließend durch das Bondwerkzeug 5 Druck auf den Leiter 4 zu dessen Verbiegung ausgeübt, so entstehen nicht mehr die in 3 dargestellten Zugbelastungen auf den Leiter 4, das Verbiegen 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 (2)

  1. Verfahren zum Bonden von Leitern auf Halbleiterbauelemente, 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, daß 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 Halbleiterbauelement (1) hin verbiegt und die Bondverbindung zwischen dem mindestens einen Leiter (4) und dem Halbleiterbauelement (1) herstellt, und vor dem Bonden eine Durchtrennung des mindestens einen Leiters (4) im Bereich der Öffnung (3) mit Hilfe eines Lasers erfolgt, bevor das Bondwerkzeug (5) durch Ausübung eines Drucks auf den Leiter (4) diesen in Richtung auf das Halbleiterbauelement (1) hin verbiegt und anschließend durch das Bondwerkzeug (5) Druck auf den Leiter (4) zu dessen Verbiegung ausgeübt wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der mindestens eine Leiter (4) als Beam Lead zur Kontaktierung eines Halbleiterchips hergestellt wird.
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