DE2148566A1

DE2148566A1 - Vorrichtung zur mechanischen und/oder elektrischen Verbindung einer Halbleiteranordnung mit einem Substrat

Info

Publication number: DE2148566A1
Application number: DE19712148566
Authority: DE
Inventors: Rapmund Leonard Henry; Tacken Jan Mathieu Marie; Noord Jacobus Adrianus Joh Van
Original assignee: Philips Gloeilampenfabrieken NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 1970-10-07
Filing date: 1971-09-29
Publication date: 1972-04-13
Also published as: JPS5318154B1; AU3422771A; NL165332C; GB1369041A; NL165332B; AU466371B2; US3765744A; FR2110277A1; FR2110277B1; NL7014698A

Description

FHN.5192 WIJ/SVH.

Patentassessor
Anmelder: N.V. PHILIPS' ÜLOEIUMPENFABRIEKEM

Akte« PHK- 5192 Anmeldung vom· 28 _o S ep to 1971

"Vorrichtung zur mechanischen und/oder elektrischen Verbindung einer Halbleiteranordnung mit einem Substrat".

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur mechanischen und/oder elektrischen Verbindung einer Halbleiteranordnung, die einen Halbleiterkörper und Anschlussleiter, die seitlich aus dem Körper herausra^en, sogenannte "beam leaded devices" enthält, mit einem Substrat, auf dem sich Stromleiter befinden, wobei die Vorrichtung mit einem Träger, der einen Meisselhalter mit einem damit verbundenen Meissel trägt, mit einer Unterstützung für das Substrat, mit Mitteln um den Meissel gegenüber der Unterstützung auszurichten und mit einem Mikroskop zur Beobachtung dieser Ausrichtung versehen ist.

Die Befestigung der Anscblussleiter der Halbleiteranordnung an den Stromleitern eines Substrates oder die Durchführung von elektrischen Messungen an der Halbleiteranordnung mit Hilfe

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eines Messubstrates, das mit Leitern versehen ist, die zu einer Messanordnung führen, erfordert eine genaue Ausrichtung der "beam leads" gegenüber den Substratleitern. Diese Ausrichtung erfolgt mit Hilfe eines oder mehrerer Manipulatoren, wobei die Einstellung mit einem Mikroskop geprüft wird. Bei bekannten Anordnungen wird dazu ein Mikroskop neben dem Meisselhalter angeordnet; die Achse des Mikroskops steht dabei notwendigerweise gegenüber der oberen Fläche des Substrates und der unteren Fläche des Meisseis schräg. Bei einer unmittelbaren Betrachtung des in der unteren Fläche des Meisseis liegenden nach aussen ragenden Anschlussleiters sowie des in einem verhältnismässig geringen Abstand davon befindlichen Substrats wird man zur Erhaltung einer genauen Ausrichtung die Parallaxe berücksichtigen müssen. Weiter ist dabei die vom Mikroskop abgewandte Seite des Meisseis nicht sichtbar, die an dieser Stelle befindlichen Anschlussleiter können also nicht gesehen werden. Dies erschwert die Ausrichtung sehr.

Es ist möglich, bei der Beobachtung der Ausrichtung der "beam leads" gegenüber den Substratleitern einen halbdurchlässigen Spiegel zu verwenden, der parallel zum Substrat und zur Ebene der Anschlussleiter angeordnet ist. Das Mikroskop ist dabei auf die Substratleiter gerichtet. Der halbdurchlässige Spiegel bewerkstelligt, dass auch die Anschlusaleiter gleichzeitig betrachtet werden, so dass eine Ausrichtung der "beam leads" gegenüber dem Substrat möglich wird. Die obenstehend beschriebenen Nachteile, die bei einer direkten Beobachtung auftreten, werden nun vermieden. An die Stabilität und die Einstellgenauigkeit des halbdurchlässigen Spiegels werden jedoch sehr hohe Anforderungen gestellt. Der Abstand zwischen dem Spiegel und dem Substrat muss dem Abstand zwischen dem Spiegel und

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den Anachluasleitern genau entsprechen. Die Anfangslage des Meisseis muss also sehr genau reproduzierbar sein, während die Dicken der unterschiedlichen zu verwendenden Substrate nur Susserst geringe Abweichungen untereinander aufweisen dürfen. Bei der Ausrichtung muss der Abstand zwischen dem Substrat und der unteren Seite des Meissels notwendiferweise ziemlich gross sein. Die Verschiebung des Meisseis zum Substrat nach der Ausrichtung muss genau geradlinig sein, waa bei einem grösseren zurückzulegenden Abstand bei weitem nicht einfach realisierbar ist.

Die Erfindung bezweckt, eine Vorrichtung der obengenannten Art zu schaffen, wobei die genannten Schwierigkeiten vermieden werden und wobei eine günstige Ausrichtung möglich ist, ohne dass dies achwierige konstruktive Massnahmen erfordert.Dazu ist nach der Erfindung das Mikroskop gerade über dem Meissel angeordnet und die Achse des Meisselhalters fällt nahezu mit der des Mikroskops zusammen, wobei das Mikroskop ein Schärfentiefegebiet hat, das bei der Ausrichtung sowohl die untere Fläche des Meisseis als auch die obere Fläche des Substrats umfasst, während der Träger eine Form hat, welche die Strahlen des Meisseis zum Mikroskop zu einem grossen Teil durchlässt und der Meisselhalter fast völlif innerhalb des von den Strahlen eingenommenen Gebietes liegt.

Die Erfindung ermöglicht eine unmittelbare Beobachtung der Ausrichtung und auch die Herstellung der Verbindung der Halbleiteranordnung mit dem Substrat, wobei der Nachteil der Parallaxe nicht auftreten kann und der Meisselumfang mit dem herausragenden Leiter völlig sichtbar ist. Die Beobachtung wird dabei während des ganzen Prozesses nicht unterbrochen. Die Form des Trägers lässt den wesentlichsten Teil des Strahlenganges des Mikroskops unbehindert durch,

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in der Wahl der Trägerausbildung ist man innerhalb weiter Grenzen noch frei. Die Vorrichtung braucht zur genauen Durchführung der Ausrichtung nicht mit schwierig einstellbaren Mitteln wie einem halbdurchlässigen Spiegel versehen zu sein. Da bei der Ausrichtung der Meissel sich nahe beim Substrat befindet - wobei die untere Fläche des Meisseis mit den in dieser Ebene liegenden Anschlussleitern d^er Halbleiteranordnung sowie die obere Fläche des Substrates im Schärfentiefegebiet des Mikroskops liegen müssen - ist eine genau gradlinige Verschiebung des Meisseis zum Substrat auf einfache Weise ψ verwirklichbar.

Es ist sowohl ein Monokular- als auch ein Stereomikroskop verwendbar.

Bei einer Ausführungsform, die insbesondere für ein Stereomikroskop günstig ist, weist der Träger einen Querschnitt in Form eines E auf, wobei der Meisselhalter in den mittleren Schenkel des E aufgenommen ist und die Enden der äusseren Schenkel durch eine Schliessplatte verbunden sind, während die zwischen den drei Schenkeln des E liegenden Ausnehmungen, ebenso wie die Endfläche des mittleren ^ Schenkels, in Richtung des Meisseis schräg verlaufen, und zwar zur

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Ermöglichung eines freien Durchganges für Strahlen zum Mikroskop. Diese Form ermöglicht einerseits eine grosse Stabilität des Trägers; andererseits gelangen die auf das Mikroskop gerichteten Strahlen in einen für seitliches Licht abgeschirmten Raum, so dass nur sehr wenig Kontrastverlust auftritt.

Nach einer anderen Ausführungsform ist der Meisselhalter im Träger drehbar gelagert. Eine Drehung der auszurichtenden Teile untereinander kann dabei auf einfache und elegante Weise erreicht werden.

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Bei einer bevoraugten Ausführungsform nach der Erfindung bestehen, der Meissel und der Meisselhalter aus zwei gesonderten Teilen, wobei die Anschlussfläche des Meisseis an den Meisselhalter kugelförmig ausgebildet ist und die Mitte der Kugel in der unteren Fläche des Meisseis liegt, während der Meissel unter dem Einfluss eines in den Meisselhalter aufgenommenen Federelementea gegen die Anschlussfläche des Meisselhalters gedrückt wird. Die untere Fläche des Meisseis richtet sich beim Bewegen zum Substrat automatisch parallel zur Substratoberfläche. Durch die gewählte Kugelform und die Lage der Mitte tritt dabei keine Verschiebung der Halbleiteranordnung auf, so dass die Ausrichtung der Anschlussleiter und der Substratleiter untereinander durch diese Einstellung des Meisaels nicht beeinflusst wird.

Bei einer weiteren Ausfü'hrungsform nach der Erfindung besteht der Meissel aus einem elektrisch isolierenden Material oder der Meissel ist mit einem isolierenden Material bedeckt. Die Ausführungsform eignet sich insbesondere zur elektrischen Messung der Halbleiteranordnung mit Hilfe eines Messubstrates. Der Meissel kann beispielsweise aus einem keramischen Material oder aus eloxiertem Aluminium bestehen.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung der Vorrichtung nach der Erfindung,

Fig. 2 eine Darstellung des Strahlenganges bei Verwendung eines Monokularmikroskops,

Fig. 3 eine Darstellung des Strahlenganges bei Verwendung eines Stereomikroskops,

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Fig, 4 eine Darstellung eines Teils des Meisselhalters mit dem Meissel, ■'■■'.:

Fig. 5 eine Darstellung einer auf einem Substrat angeordneten Halbleiteranordnung, ,

, Fig« 6 eine Draufsicht einer weiteren Ausfiihrungsform---.. des Trägers für den Meisselhalter,

Fig. 7 einen Schnitt durch diesen TrSger gemäss der Linie VII _ YII in Fig. 6.

Fig. 1 zeigt eine schematische Uebersicht der Vorrichtung nach der Erfindung. Auf einer Basisplatte 1 ist eine SSuIe 2 befestigt. Der Arm 3 an der SSuIe 2 trägt das Mikroskop 4. Das Mikroskop 4 ist in der HShenrichtung einstellbar, als Beispiel ist eine Höheneinstellung mit Hilfe einer Zahnrad-Zahnstangenkonstruktion 5» dargestellt. Das Objektiv 7 und das Okular 8 sind gestrichelt dargestellt.

Mit der Säule 2 ist mit Hilfe von Blattfedern 9 ein Träger 10 verbunden. Darin den Fig.. 1 - 3 als Beispiel dargestellte. Träger 10 hat einen rechteckigen Querschnitt. In den TrSger 10 ist ein Meisselhalter 11 aufgenommen, wobei die Achse des Meisselhalters 11 mit der des Mikroskops 4 zusammenfällt. Der Meisselhalter ist im Träger 10 drehbar gelagert, beispielsweise mit Hilfe von Gleit- oder Kugellagern· An der Oberseite ist am Meisselhalter 11 . ein Rad 12, beispielsweise ein Zahnrad, befestigt, das mit Hilfe eines nicht dargestellten Ritzels gedreht werden kann und zwar zur Erhaltung einer gewünschten Winkeleinstellung des'Meisselhalters Das Rad 12 kann ein Speichenrad sein oder es kann aus optisch'durchsichtigem Material, wie Glas, bestehen, so dass es den Strahlengang des Mikroskops 4 nur vernachlässigbar oder überhaupt nicht behindert.

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An der Unterseite des Meisselhalters 11 ist ein Meissel einstellbar befestigt, siehe auch Fig. 4. Der Meissel 13 wird mit Hilfe einer Feder 14 mit geringer Kraft gegen den Meisselhalter 11 gezogen; ein Ende der Feder 14 ist am Meissel I3 befestigt, das andPT-e nicht dargestellte .Ende am Meiaselhalter 11. Die Anschlussfläche 15 des Meisseis 13,· die am Meisselhalter 11 ruht, ist kugelförmig ausgebildet, wobei die Mitte der Kugel in der unteren FlSche des Meisseis 13 liegt. Im Meissel 13 ist eine Ausnehmung 17 vorgesehen, in welche ein Halbleiteranordnung in Form eines Halbleiterkörpers 18 (siehe Fig. 5) mit aus dem Körper herausragenden Anschlusaleitern 19 aufgenommen werden kann. Eine derartige Halbleiteranordnung ist unter ' dem Namen "beam leaded device" bekannt. Die Anschlussleiter 19 haben eine derartige Länge, dass sie in der unteren FlSche 16 aus dem Meissel 13 herausragen können. Der Halbleiterkörper 18 wird mit Hilfe von Unterdruck im Meissel 13 festgehalten. Dazu ist der Meisselhalter 11 teilweise hohl ausgebildet und in Höhe des Trägers mit einer Oeffnung versehen, die sich an einen ringförmigen Raum 20 im Träger 10 anschliesst. An diesen Raum 20 schliesst sich ein Kanal 21 an, der mit einer nicht dargestellten Unterdruckquelle verbunden ist.

An der oberen Seite des Meisselhalters 11 ruht ein Ende eines Hebels 22, der mit Hilfe eines Gelenks 23 mit der SSuIe 2 verbunden ist. Das andere Ende des Hebels 22 ist mit Hilfe nicht dargestellter Mittel in vertikaler Richtung verschiebbar. Mit Hilfe des Hebels 22 kann der Meisselhalter 11 in Richtung der Baeisplatte 1 bewegt werden, wobei die Blattfedern 9 für eine genaue parallele Führung sorgen.

Auf der Basisplatte 1 befindet sich ein Manipulator 24,

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der eine Einstellung einer Unterstützungsplatte 25 in zwei senkrecht zueinander stehenden Richtungen besorgt, auf diese Unterstützungsplatte 25 kann ein Substrat 26 ( siehe auch Fig. 5) gelegt werden. Die Unterstützungsplatte 25 ist heizbar, um das Substrat 26 bei der mechanischen Verbindung der Anschlussleiter 19 mit auf dem Substrat vorhandenen Stromleitern 27 auf Temperatur zu bringen.

Der Strahlengang des Mikroskops ist in den Fig. 2 und 3 dargestellt. Fig. 2 zeigt ein Monokularmikroskop und Fig. 3 ein Stereomikroskop. Die Form des Trägers 10 ist derart gewählt worden (in den Fig. 1, 2 und 3 im Querschnitt ein längliches schmales Rechteck), dass ein wesentlicher Teil der Strahlen vom Meissel 13 zum Objektiv 7 verläuft, ohne vom Träger 10 unterbrochen zu werden, so dass die Anschlussleiter 19 der in den Meissel 13 aufgenommenen Halbleiteranordnung gut beobachtet werden können. Das Mikroskop hat ein derartiges Schärfentiefegebiet, dass auch die Substratleiter 27 deutlich wahrnehmbar sind. Dies ist auch dadurch möglich, dass während der Ausrichtung der Abstand zwischen der Halbleiteranordnung und dem Substrat nur gering zu sein braucht. Die direkte Beobachtung mit Hilfe des Mikroskops macht die Ausrichtung der Anschlussleiter 19

gegenüber den Stromleitern 27 einfach durchführbar, wobei der Manipulator 24 die Einstellung in zwei senkrecht aufeinander stehenden Richtungen besorgt und mit Hilfe des drehbaren Rades 12 die richtige Winkeleinstellung der Halbleiteranordnung gegenüber dem Substrat erhalten wird. Nach der Ausrichtung wird der Meissel 13 mit Hilfe des Hebels 22 in Richtung des Substrats bewegt, wobei die Blattfedern 9 für eine genaue geradlinige Bewegung sorgen, auch durch den geringen zurückzulegenden Abstand.

Wenn die untere Fläche des Meisseis 16 sich nicht genau

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parallel zur Substratoberflache erstreckt, kann aich der Meissel um seine kugelförmige Anschlussfläche I5 drehen, bis die Anschlussleiter 19 alle an den Substratleitern 27 ruhen. Durch die Wahl des Drehpunktes des Meisseis 13 verschiebt sich dabei die Halbleiteranordnung nicht in seitlicher Richtung gegenüber den Substratleitern

Die Anschlussleiter 19 lassen sich nun durch eine Thermokompressionabehandlung mit den Stromleitern 27 des Substrats verbinden, wobei die tlnterstützungsplattö 25 erwärmt ist. Die Grosse des Druckes lässt sich mit Hilfe der regelbaren Kraft P auf den Hebel 22 einstellen. Auch können die Stromleiter 27 des Substrats mit einer Messanordnung verbunden sein, wobei dann nur ein elektrischer Kontakt zwischen den Anschlussleitern 19 und den Substratleitern 27 gemacht wird und zwar zu dem Zweck, die Halbleiteranordnung zu testen.

Es dürfte einleuchten, dass im Rahmen der Erfindung Abänderungen der beschriebenen Vorrichtung möglich sind. So braucht die Führung nicht aus Blattfedern zu bestehen, sondern jede geeignete Geradeführung ist verwendbar. Auch kann der Meisselhalter fest angeordnet sein, wobei sich das Substrat in Richtung des Meisselhalters bewegt, während auch die Winkeleinstellung dem Substrat erteilt werden kann. Die Achsen des Mikroskops und des Meisselhalters fallen zusammen, um eine Parallftxe zu vermeiden. Ein geringer Abstand zwischen diesen Achsen ist jedoch zulässig und beeinträchtigt die Genauigkeit der Ausrichtung nicht.

Es kann auch eine andere Form des Trägers gewählt

werden, wie dies in den Fig. 6 und 7 dargestellt ist. Der Träger 28 ist nach diesen Figuren in Draufsicht E-förmig ausgebildet. In dem mittleren Schenkel 29 des E wird der Meisselhalter 11 aufgenommen,

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und zwar in eine Bohrung 30. Auch iat ein Raum 31 vorhanden, der ι über einen Kanal 32 an eine Unterdruckquelle anschliesabar iat. Die Aufgabe des Raumes 31 und des Kanals 32 ist die gleiche wie an Hand der Fig. 1 in "bezug.auf den Raum 20 und Kanal 21 beschrieben wurde. An den zwei Busseren Schenkeln 33 des S ist eine Schlieaaplatte 34 befestigt. Es entsteht auf diese Weise ein vor seitlichem Licht abgeschirmter Raum, wodurch ein Kontrastverlust des Mikroskops vermieden wird.

Die Ausnehmungen 35 zwischen den drei Schenkeln 29 und 33 <3ea E verlaufen schräg, wie aus Fig. 7 deutlich ersichtlich ist. Auch das Ende des Schenkels 29 kann schräg verlaufen. Auf diese Weiae wird ein unbehinderter Durchgang des wichtigsten Teils der Strahlen vom Meissel 13 zum Mikroskop durch den Träger 28 hindurch erhalten. Der in den Fig. 6 und 7 dargestellte Träger 28 ist besonders günstig "bei Verwendung eines Stereomikroskops.

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Claims

, . .. -rr- PHN.5192.

PATENTANS PRUECHB;

/1/ Vorrichtung zur mechanischen und/oder elektrischen Verbindung einer Halbleiteranordnung» die einen Haltleiterkörper und Anschlussleiter, die seitlich aus dem Körper herausragen, so genannte "beam leaded devices" enthält, mit einem Substrat, auf dem sich Stromleiter befinden, wobei die Vorrichtung mit einem Träger, der einen Meisselhalter mit einem damit verbundenen Meissel trägt, mit einer Unterstützung für das Substrat, mit Mitteln um den Meissel gegenüber der Unterstützung auszurichten und mit einem Mikroskop zur Beobachtung der Ausrichtung versehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Mikroskop gerade über dem Meissel angeordnet ist und die Achse des Meisselhalters mit der des Mikroskops nahezu zusammenfällt, wobei das Mikroskop ein Schärfentiefegebiet hat, das bei der Ausrichtung sowohl die untere Fläche des Meisseis als auch die obere Fläche des Substrats umfasst, während der Träger eine Form hat, welche die Strahlen des Meisseis zum Mikroskop zu einem grossen Teil durchlässt und der Meisselhalter fast völlig innerhalb des von den Strahlen eingenommenen Gebietes liegt.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Träger einen Querschnitt in Form eines E aufweist, wobei der Meisselhalter in den mittleren Schenkel des B aufgenommen ist und die Enden der äuaseren Schenkel durch eine Schliessplatte verbunden sind, während die zwischen den drei Schenkeln des E liegenden Ausnehmungen, ebenso wie die Endfläche des mittleren Schenkels, in Richtung des Meisseis schräg verlaufen, und zwar zur Ermöglichung eines freien Durchgangs für Strahlen zum Mikroskop.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,

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dass der Meisselhalter im Träger drehbar gelagert ist.
4. Vorrichtung nach Anspruch 1, 2 oder 3» dadurch gekennzeichnet, dass der Meissel und der Meisselhalter aus zwei gesonderten Teilen bestehen,.wobei die Anschlussfläche des Meisseis an den Meisselhalter kugelförmig ausgebildet ist und die Mitte der Kugelin der unteren Fläche des Meisseis liegt, während der Meissel unter dem Einfluss eines in dem Meisselhalter aufgenommenen Federelementes gegen die Anschlussfläche des Meisselhalters gedrückt wird.
5. Vorrichtung nach Anspruch 4» dadurch gekennzeichnet, dass der Meissel aus einem elektrisch isolierenden Material besteht^ oder mit einem isolierenden Material bedeckt ist.

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