DE2053500C3 - Verfahren zum Verbinden metallener Kontaktstellen elektrischer Einzelteile mit metallenen Leitern eines schlaffen Substrates - Google Patents

Verfahren zum Verbinden metallener Kontaktstellen elektrischer Einzelteile mit metallenen Leitern eines schlaffen Substrates

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Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Verbinden metallener Kontaktstellen elektrischer Einzelteile, wie Halbleiterkörper, mit metallenen Leitern eines schlaffen Substrates, wie einer Kunststoffolie. Die elektrischen Einzelteile können beispielsweise aus Halbleiterkörpern, Widerständen, wie Dünn- oder Dickschichtwiderständen, Kondensatoren, Spulen usw. bestehen aber auch beispielsweise aus Dehnungsmeßstreifen.
Das Verbinden von Kontaktstellen von Halbleiterkörpern wie Transistoren oder integrierten Schaltungen auf Leitern, die auf einem starren Substrat angebracht sind, ist an sich bekannt. Dabei kann, nachdem das Substrat und der Kristall unter Erwärmung zusammengedrückt worden sind, eine Verbindung erhalten werden,· beispielsweise eine Thermokompressiensverbindung oder eine Lötverbindung. Man kann auch versuchen, die Verbindungen mit Hilfe einer Ultraschallschweißvorrichtung zu erhalten. Dies kann jedoch oft Schwierigkeiten bereiten, da die Oberseite der Kontaktstellen auf dem Halbleiterkörper dann nahezu in einer Ebene liegen müssen und der Druck zwischen den unterschiedlichen Leitern und den Kontaktstellen nur geringe Abweichungen aufweisen darf. Wenn man den Halbleiterkristall mit Hilfe von Ultraschall auf Leitern eines schlaffen und geschmeidigen Substrates anbringen will, werden die Schwierigkeiten noch größer, da in diesem schlaffen Substrat die Schwingungsenergie der Schweißvorrichtung ebenfalls absorbiert wird.
Die Erfindung bezweckt, ein Verfahren zu schaffen, m't dem metallene Leiter von schlaffen Folien auf sehr zweckdienliche Weise mit metallenen Kontaktstellen auf einem elektrischen Einzelteil, wie einem Halbleiterkörper, mit Hilfe von Ultraschallschwingungen verbunden werden können. Dazu weist das erfindungsgemäße Verfahren das Kennzeichen auf, daß das elektrische Einzelteil gegenüber dem schlaffen Substrat derart ausgerichtet wird, daß die Kontaktstellen den zusammenarbeitenden Leitern gegenüberliegen, daß die Leiter des schlaffen Substrates und die Kontaktstellen des elektrischen Einzelteils zwischen Anpreßkörpern zusammengedrückt werden, wobei der Anpreßkörper für das schlaffe Substrat mit einem homogenen Muster von Vorsprüngen versehen ist, daß danach einer der zwei Anpreßkörper in Ultraschallschwingung gebracht wird, wodurch die gegen das schlaffe Substrat drückenden Vorsprünge in dieses Substrat hineindringen, so daß das Substrat an dieser Stelle vorübergehend versteift wird, und sich die Kontaktstellen und die Leiter infolge der Ultraschallschwingung aneinander reiben und miteinander verschweißt werden.
Das schlaffe Substrat wird durch die hineindringenden Vorsprünge an der Stelle der zu bildenden Schweißverbindungen vorübergehend in hohem Maße versteift. Die Schwingungsabsorption in der Folie wird dadurch weitgehend vermieden. Weiter sorgen die hineindringenden Vorsprünge dafür, daß die Folie während des Ultraschallschwingvorganges gegenüber dem Anpreßkörper nicht gleiten kann. Die Folie wird in der Nähe der Kontaktstellen dennoch nach wie vor etwas elastisch sein und stellt sich derart ein, daß die Leiter auf der Folie alle mit etwa gleicher Kraft gegen die zusammenarbeitenden Kontaktstellen auf den Halbleiterkörper drücken. Die Höhe der Kontaktstellen untereinander ist nun also wesentlich weniger kritisch als bei einer Verbindung mit einem starren Substrat.
Das schlaffe Substrat kann, bevor die Ausrichtung gegenüber dem elektrischen Bauteil stattfindet, gegen den mit einem homogenen Gebilde von Vorsprüngen versehenen Anpreßkörper gedruckt werden, wobei die Vorsprünge wenigstens bereits teilweise in das Substrat eingedrückt werden.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens werden die Vorsprünge auf einer derartigen Teilung angebracht, daß immer mindestens drei Vorsprünge gegenüber einer Kontaktstelle liegen.
Eine sehr günstige Wirkung wird erhalten, wenn die Vorsprünge als Pyramiden ausgebildet werden, deren Basisflächen gegeneinander oder in einem Abstand voneinander liegen.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben. Es zeigt
F i g. 1 einen Teil einer Kunststoffolie mit Leitern und einem darauf iu befestigenden Kristall,
Fig.2 die Folie und den Kristall in einem Abstand voneinander und einen Anpreßkörper,
Fig.3 den gegen die Folie gelegten Kristall, wobei ϊ dieser völlig zwischen zwei Anpreßkörpern festgehalten wird,
F i g. 4 die Lage, bei der die Vorsprünge in die Folie hineingedrungen sind,
Fig. 5,6 und / Ausführungsbeispiele von mit scharfen ι ο Vorsprüngen versehenen Körpern.
In Fig. 1 ist eine längliche Folie 1 dargestellt, die aus einem Kunststoff 2 aus Polyimid, aber auch aus Papier bestehen kann. Die Dicke der Folie beträgt beispielsweise etwa 25 μπι. Auf dieser schlaffen Folie ist ein Muster metallener Leiter 2 vorhanden. Ein Halbleiterkristall 3, beispielsweise eine integrierte Schaltung, hat metallene Kontaktstellen 4 (siehe Fig.2 — 4). Die Kontaktsteilen 4 müssen mit den metallenen Leitern 2 verbunden werden. 2c
F i g. 2 zeigt die Folie mit den gegenüber den Leitern 2 ausgerichteten Kontaktstellen 4 des Halb!;iterkörpers, wobei die schlaffe Folie an der Stelle der zu befestigenden Teile gerade auf einen Anpreßkörper in Form eines Ambosses 5 gelegt ist. Ein zweiter Anpreßkörper, die Sonotrode 6 einer Ultraschall-Schweißvorrichtung, hält in der dargestellten Lage den Kristall 3 an der von den Kontaktstellen 4 abgewandten Seite fest. Die Anpreßkörper 5 und 6 werden nun aneinander gedruckt (F i g. 3) und ein Ultraschallgenerator wird eingeschaltet, wodurch die Sonotrode 6 ins Schwingen gerät. Die auftretende Schwingung wird in erster Linie zu einem wesentlicher. Teil von der schlaffen Folie absorbiert. Infolge der Schwingungen ./erden die Vorsprünge 7, mit denen der Arrboß versehen ist, in die Folie eindringen (F i g. 4), -;o daß die schlaffe Folie an dieser Stelle vorübergehend verstärkt wird. Dadurch wird die Absorption der Schwingungen in der Folie auf ein Minimum beschränkt und der wichtigste Teil d. ■· durch die Ultraschall-Schweißvorrichtung zugeführten Leistung wird zum Schweißen verfügbar sein. Die Leiter 2 auf der Folie werden zugleich kräftig gegen entsprechende Kontakstellen 4 auf dem Halbleiterkörper gedrückt, wobei die Kraft an den unterschiedlichen Kontaktstellen nahezu gleich sein wird, auch wenn die Höhe dieser Kontaktstellen etwas verschieden sein sollte, da sich die Eindringtiefe der Vorsprünge 7 automatisch ^,ipassen kann. Dadurch, daß die in den Folienteil hineindringenden Vorspränge ei">en guten Griff auf die FoMe erhalten, so daß keine Rutschgefahr auttritt, werden sich infolge der Schwingung die Kontaktstellen über die Leiter reiben, so daß eine Uliraschallschwejßung erhalten werden kann.
Es dürfte einleuchten, daß die obenstehend beschriebene Wirkungsweise ebenfalls erhalten werden kann, wenn die Sonotrode mit Vorspränge:* versehen ist, wobei das Halbleiterelement auf dem Amboß liegt, und die Folie durch die Sonotrode festgehalten wird.
Die schlaffe Folie kann bereits teilweise verstärkt werden, bevor sie gegenüber dem Kristall ausgerichtet wird. Dazu kann die Folie auf den mit Vorsprängen versehenen Amboß gebracht werden, wonach auf die Folie ein Druck ausgeübt wird, derart, daß die Vorspränge bereits teilweise in die Folie hineindringen.
Fig.5 zeigt ein Beispiel des Anpreßkörpers 5 mit scharfen Vorsprüngen. Die Vorspränge 7 sind dabei regelmäßig in Form von Pyramiden angebracht. Die Höhe der Vorspränge beträgt in diesem Beispiel etwa um 25 μπι. Die Vorsprünge 7 werden um mindestens 10 μπι in eine Kunststoffolie mit einer Dicke von 25 μπι hineindringen. Der Scheitelwinkel der Vorspränge \λ in diesem Beispiel 60°, er kann jedoch zwischen 20° und 100° liegen. Die Teilung zwischen den Vorsprängen muß derart sein, daß mindestens dreiVorsprünge einer Kontakstelle 4 gegenüberliegen, da sonst der zwischen den Kontaktstellen 4 und den Leitern 2 auftretende Druck nich' gleichmäßig über die Berührungsfläche verteilt sein wird. Bei dem in Fig.5 dargestellten Beispiel beträgt die Teilung fast 3ü μπι.
In Fig.5 sind die Vorspränge 8 auch pyramidenförmig, die Grundflächen liegen jedoch in einigem Abstand voneinander. Bei derselben Teilung wie bei den Vorsprüngen 7 aus Fig.5 wird der Scheitelwinkel der Vorspränge 8 in F i g. 6 geringer sein. Eine besonders günstige Wirkung wird auch hier mit Vorsprängen erhalten, die einen Scheitelwinkel <x von 20 — 30" und bei einer Höhe von 25 μπι eine Teilung von 40 μπι haben.
Die Vorsprünge können auch eine andere Form haben. Wie in Fig.7 dargestellt ist, können die Vorsprünge 9 beispielsweise einen etwas glockenförmigen Verlauf aufweisen. Der Winkel β zwischen der Spitze dieses glockenföi.nigen Teils und dim niedrigsten Teil liegt dann auch wieder vorzugsweise zwischen 20° und 100°.
Die Vorsprünge sind als Teil der Sonotrode oder des Ambosses dargestellt. Es ist natürlich auch möglich, die Vorsprünge in einem beispielsweise plattenförmigen Körper anzubringen und diesen Körper auf der Sonotrode oder auf dem Amboß zu befestigen.
Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (6)

Patentansprüche;
1. Verfahren zum Verbinden metallener Kontaktstellen elektrischer Einzelteile, wie Halbleiterkörper mit metallenen Leitern eines schlaffen Substrates, ■ wie einer Kunststoffolie, dadurch gekennzeichnet, daO das elektrische Einzelteil derart gegenüber dem schlaffen Substrat ausgerichtet wird, daß die Kontaktstellen gegenüber den zusammenarbeitenden Leitern liegen, daß die Leiter des schlaffen ι.. Substrates und die Kontaktstellen des elektrischen Einzelteils zwischen Anpreßkörpern gegeneinander gedruckt werden, wobei der Anpreßkörper für das schlaffe Substrat mit einem homogenen Muster von Vorsprüngen versehen ist, daß danach einer der zwei ι ■, Anpreßkörper in Ultraschallschwingung gebracht wird, wodurch die gegen das schlaffe Substrat drückenden Vorsprünge in dieses Substrat hineindringen, so daß das Substrat an dieser Stelle vorübergehend versteift wird, wonach sich die :<· Kontaktstelle» und die Leiter infolge der Ultraschallschwingung aneinander reiben und miteinander verschweißt werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das schlaffe Substrat, bevor die >> Ausrichtung gegenüber dem elektrischen Bauteil stattfindet, gegen den mit einem homogenen Gebilde von Vorsprüngen versehenen Anpreßkörper gedrückt wird, wobei die Vorsprünge wenigstens bereits teilweise in das Substrat eingedrückt werden, .vj
3. Verfahren nach Anspruch I oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorsprünge in einer derartigen Teilung angebracht «verden, daß immer mindestens drei Vorspringe einer Kontaktstelle gegenüberliegen.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorsprünge als Pyramiden ausgebildet werden, deren Grundflächen gegeneinanderliegen.
5. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorsprünge als Pyramiden ausgebildet werden, deren Grundflächen in einigem Abstand voneinander liegen.
6. Schlaffes Substrat mit einem darauf befestigten elektrischen Einzelteil, wie einem Halbleiterkörper, welches Gefüge durch das Verfahren nach Anspruch 1 — 5 erhalten worden ist.
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