DE2517017A1 - Verfahren zum anschmelzen von kontaktkuegelchen an anschlussdraehten insbesondere fuer halbleitervorrichtungen - Google Patents

Verfahren zum anschmelzen von kontaktkuegelchen an anschlussdraehten insbesondere fuer halbleitervorrichtungen

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Johannes Vetsch
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Transistor AG
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Description

  • Verfahren zum Anschmelzen von Kontaktkügelchen an Anschlussdrähten insbesondere für Halbleitervorrichtungen Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Anschmelzen von Kontakkügelchen an Anschlussdrähten insbesondere für Halbleitervorrich ung, wobei das Ende eines Anschluss drahtes in einem elektrischen Lichtbpn zu einer Kugel geschmolzen wird, sowie ein Gerät zur Durchführung des Verfahrens.
  • In der Halbleitertechnik werie-l die dünnen Anschlussdrähte die für sperrschichtfreie Kontakte überlicherweise aus Gold bestehen, an den Halbleitervorrichtungen befestigt, indem an den Anschlussdraht zunächst ein Kontaktkügelchen angeschmolzen und das Kontektkügelchen dann auf das betreffende Gebiet der Halbleitervorrichtung auflegiert wird. Die Kontaktierung der Halbleitervorrichtungen erfolgt automatisch n Einrichtungen, in denen der von einer Vorratsrolle abgenommene Anschlussdraht durch eine Düse geführt ist und die Düse taktweise sich wiederholende Bewegungen für das Anschmelzen eines Kontaktkügelchens und zum Andrücken desselben an die von einer Fördervorrichtung zugeführte und genau positionierte Halbleitervorrichtung ausführt. Hierbei erfolgt bei einem bekannten Verfahren das Anschmelzen von Kontaktkügelchen an den Anschlussdraht mittels einer Wasserstoff-Stichflamme, die im Takt quer über den durch die Düse geführten Anschlussdraht hinwegbewegt wird.
  • Obgleich die Verwendung von Wasserstoff-Flammen in der Fertigungstechnik wegen der erforderlichen Schutzmassnahmen ziemlich umständlich ist, haben sich solche "Abflammgeräte" im allgemeinen gut bewährt, da mit einer stets gleichen und ungestörten Stichflamme Kontaktkügelchen praktisch gleicher Grösse und kompakter Konsistenz erhalten werden, die sich gut an den Halbleitervorrichtungen befestigen lassen. Abgesehen von den für die Erhaltung solcher Stichflammen u.U. nicht unerheblichen Aufwand ist bei einem solchen Abflammen vor allem die verhältnismässig geringe Geschwindigkeit nachteilig. Mit den bekannten Abflamingeräten dieser Art lassen sich kaum mehr als ca. 400 Anschlüsse je Stunde herstellen.
  • Eine wesentlich grössere Arbeitsgeschwindigkeit für z.B. 800 und mehr Anschlüsse je Stunde lasst sich mit vergleichsweise geringem Aufwand erreichen, wenn die Kontaktkügelchen an den Anschlussdraht elektrisch angeschmolzen werden, indem für jedes Kontaktkügglchen der Anschlussdraht in einem durch Entladung-eines Kondensators über eine zwischen dem Anschlussdraht und einer Gegenelektrode-vorgegebene Gasstrecke erhaltenen Lichtbogen abgeschmolzen wird, wobei der Kondensator wegen der erforderlichen kontaktfreien Zündung der Entladung auf Hochs pannung von einigen z.B. lokV aufzuladen ist. Bei einem solchen ein+ fachen Lichtbpn-Abschmelzverfahren kommen jedoch leicht fehlerhafte Drahtanschlüsse an den Halbleitervorrichtirigen und durch Verstopfen der Düse bedingte Betriebsstörungen vor, was,wie sich gezeigt hat, auf eine poröse Struktur der Schmelzkugel bzw. auf Verschweissen von Draht und Düse zurückzuführen ist. Die Erfindung bezweckt, diese Mängel des an sich gegenüber dem üblichen Abflammverfahren mit einer Wasserstoff-Stichflamme vorteilhaften elektrischen Lichtbogen-Abschmelzverfahrens mit Kondensatorentladungen zu beheben.
  • Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Anschmelzen von Kontaktkügelchen an Anschlussdrähte mittels eines Lichtbogens anzugeben, mit dem, wie bei dem bekannten Abflammverfahren mit Wasserstoff-Stichflamme, Kontaktkügelchen gleicher Grösse und kompakter Konsistenz erzielt werden, sowie ein Gerät zur Durchführung des Verfahrens zu schaffen, das mit geringem Aufwand ein automatisches Abschmelzen eines Drahtes nach Massgabe von Taktsignalen ermöglicht.
  • Das erfindungsgemässe Verfahren zum Anschmelzen von Kontaktkügelchen an Anschlussdrähte ist dadurch gekennzeichnet, dass zum Schmelzen am Anschlussdraht ein Gleichstrom-Lichtbogen erzeugt wird, wobei der Lichtbogenstrom auf eine bestimmte Stromstärke stabilisiert sowie die Lichtbogen-Brenndauer auf eine bestimmte Zeitspanne beschränkt wird.
  • Das Gerät zur Durchführung des Verfahrens enthält einen durch eine Ladevorrichtung auf Hochspannung aufgeladenen Speicherkondensator, in dessen Entladekreis die zwischen dem Anschlussdraht und einer Gegenelektrode vorgesehen LichtbogenstrekA ke angeordnet ist, und zeichnet sich erfindungsgemäss dadurch aus, dass in den Entladekreis des Speicherkondensators in Reihe mit der Gas strecke eine Elektronenrohre in Gitterbasisschaltung und ein Stromstabilisator geschaltet sind und zum Zünden und Löschen des Lichtbogens eine auf Taktsignale ansprechende Umschaltvorrichtung vorgesehen ist, durch die der Widerstand des Entladekreises zum Zünden des Lichtbogens auf einen niedrigen und zum Löschen des Lichtbogens auf einen hohen Widerstandswert eingestellt wird.
  • Der Stromstabilisator kann einen als Stromquelle wirkenden Transistor enthalten, dessen Kollekter-Emitter-Strecke an die Kathode der Elektronenröhre angeschlossen und der durch die von einem Zeitgeber gesteuerte Umschaltvorrichtung ein- und ausschaltbar ist.
  • Im folgenden wird die Erfindung anhand eines in der beiliegenden Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiel näher erläutert. Es zeigen: Fig. 1 ein Aufbauschema für eine Einrichtung zum automati schen Ansohmelzen von Kontaktkügelchen an einen Anschlussdraht mittels Lichtbogen, Fig. 2 ein Blockschaltbild für ein Gerät zur Erzeugung stromstabilisierter Lichtbögen mittels Kondensatorentladung und Fig. 3 ein Schaltbild für ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Gerätes der Fig. 2 Zum automatischen Befestigen von Anschlussdrähten 3 (Fig.
  • an Elektrodengebieten von Halbleitervorrichtungen, z.B. Transistoren, werden die Halbleitervorriehtungen 2 auf einer Transportvorrichtung 1 taktweise in genauer Positionierung unter ei ner Düse 4 vorbeigeführt, mit der Anschlussdraht von einer Vor ratsrolle 5 abgenommen wird: In einer oberen Position der Düse 4 wird an das aus ihr herausragende Draht ende ein Kontakkügelchen 6 angeschmolzen. Hierauf wird die Düse 4 in eine untere Pot sition gebracht, in der sie das Kontaktkügelchen 6 an das betreffende-Elektrodengebiet der unter ihr befindlichen Haibleitervorrichtung 2 andrückt. Nach dem Anschmelzen des Kontaktkügelchen wird die Düse 4 wieder nach oben bewegt, wobei der angeheftete Anschlussdraht 3 überlicherweise beim Fortbewegen der Halbleitervorrichtung an einer auf dieser angeordneten Zuführung befestigt und dann abgerissen wird. Zum Anschmelzen des Kontaktkügelchens 6 wird zwischen dem über die Düse 4 geerdeten Anschlussdraht 3 und einer Gegenelektrode 7 kontaktlos mittels einer Gasentladung durch die Gas- oder Funkenstrecke 8 ein Gleichstrom-Lichtbogen gezündet und während einer bestimmten Zeitspanne mit einem auf einen bestimmten Wert stabilisierten Lichtbogenstrom aufrechterhalten, wie dies in dem in Fig. 1 eingezeichneten Diagramm, in welchem der Lichtbogenstrom 1 in Abhängigkeit von der Zeit t aufgetragen ist, angedeutet ist.
  • Die Stromzeit und Stromstärke des Lichtbogens ist im wesentlichen durch das Material und die Stärke des Anschlussdrahtes sowie die Grösse des Kontaktkügelchens 6 bestimmt. Zum Abschmelzen der üblichen Gold-Anschlussdrähte beträgt beispielsweise der Lichtbogenstrom 1 bis 2 mA und die Stromzeit 50 bis 200 msec, wobei an die Gegenelektrode 7 und den Anschlussdraht 3 die Hochspannung von z.B. 10 kV so angelegt ist, dass die Gegenelektrode 7 die Anode mit der höheren Temperatur ist. Damit die Bewegung der Düse 4 durch die Gegenelektrode 7 bei einer verhältnismässig kurzen Funkenstrecke 8 von nur wenigen mm nicht behindert ist, wird die Gegenelektrode 7 als Pendel-oder Nickarm 13 ausgebildet. Der Lichtbogen wird gezündet, wenn die Spitze der Gegenelektrode 7 beim Schwenken des Pendelarmes dem Anschlussdraht 3 nahe kommt. Fühlerausführungen und Schalt ungsanordnungen zur Gewinnung solcher positionsabhäniger Signale sind bekannt. Die Schaltungsanordnung zur Energieversorgung des stromstabilisierten Lichtbogens und zur zeitlichen Steuerung desselben sind in dem Lichtbogengerät 9 zusammengefasst.
  • Fig. 2 zeigt in Form eines Blockschaltbildes die wesentlichen Baueinheiten des Lichtbogengerätes 9. Ein Speicherkondensator C1 wird ständig von einer Ladevorrichtung 10, z.B.
  • einem Sperrschwinger auf Hochspannung von z.B. 10 kV aufgeladen. In den Entladekreis des Kondensators C1 sind in Reihe geschaltet: ein Dämpfungswiderstand R1, die zwischen der Gegenelektrode 7 und dem Anschlussdraht 3 vorgesehene Gasstrecke 8, eine Elektronenröhre V in Gitterbasisschaltung und zur Stabilisierung des Anodenstromes der Röhre V eine gesteuerte Stromquelle 11. An der Gegenelektrode 7 liegt positives Potential und die mit dem Anschlussdraht 3 verbundene Anode A der Röhre V ist geerdet. Die Stromquelle 11 wird von einem Zeitgeber 12 ein- und ausgeschaltet, der seinerseits durch die über den Pendelarm 13 erhaltenen Befehlssignale ausgelöst wird. Ein solches Gerät kann auf verschiedene Weise realisiert werden. Ein Schaltbild für eine bevorzugte Ausführungsvariante, die sich zuer Fertigung mit gedruckten Schaltungen eignet, ist in Fig.
  • 3 wiidergegeben.
  • Wie Fig. 3 zeigt, weist das Gerät als Ladevorrichtung lo für den Speicherkondensator einen Sperrrschwinger, für die Betriebsspannung einen Niederspannungsgenerator 14 und einen über den Pendelarm 13 gesteuerten Zeitgeber 12 auf, die in wesentlichen auf einer ersten Leiterplatte 15 zusammengefasst sind und von herkömmlicher Bauart sein können. Die weiteren Schaltungsteile sind auf einer zweiten Leiterplatte 16 angeordnet, die mit einem Steckanschluss 17 zum Anschliessen der Gegenelektrode 7 über den Dämpfungswiderstand R1 ausgerüstet ist. Der Speicherkondensator C1 ist über eine Diode D1an die Anschlussklemmen 18,19 der Ladevorrichtung 10 angeschlossen.
  • Die positive Elektrode des Speicherkondensators C1 ist mit dem Steckanschluss 17 verbunden und an die negative Elektrode des Speicherkondensators C1 ist eine Sammelleitung 20 angeschlossen. Die über die Anschlussklemmen 21,22 vom Niederspannungsgenerator 14 erhaltene Beriebsspannung wird in einem Gleichrichter Gl, dessen negativer Gleichspannungsausgang an die Sammelleitung 20 angeschlossen ist, gleichgerichtet und durch einen Kondensator C2 geglättet. Die Anode A der Elektronenröhre V liegt an der geerdeten Hülse des Steckanschlusses 17, ihr Gitter G an der an den positiven Gleichspannungsausgang des Gleichrichters Gl angeschlossenen Leitung 23 und ihr Heizstrom ist mittels einer üblichen Stromstabilisierungsschaltung, bestehend aus dem Transistor TH, dem einstellbaren Emitterwiderstand RH und dem die Zenerdiode ZH und den Widerstand R3 umfassenden Basis-Spannungsteiler, stabilisiert. Die gesteuerte Stromquelle 11 besteht hier aus dem npn-Transistor TK, dessen Kollektor an der Kathode K der Elektronenröhre V angeschlossen und dessen Emitter durch einen Festwiderstand R6 und einen regelbaren Widerstand RK mit dem negative Hochspannung führenden Leiter 20 verbunden ist. Die Basis des Transistors TK ist an den aus dem Widerstand R4 und der Zenerdiode K bestehenden und an Betriebsspannung liegenden Spannungsteiler angeschlossen. Der Transistor TK ist somit ebenfalls in der üblichen Stromstabilisierungsschaltung geschaltet, wobei der Ausgangsstromwert an dem regelbaren Widerstand RK eingestellt werden kann. Zum Ein- und Ausschalten der gesteuerten Stromquelle 11, d.h. zum Ein-und-Ausschalten des Transistors TK ist hier eine elektronische Schaltovrrichtung bestehend aus dem photoelektrischen Schalelement 24 mit z.B. einer Galliumarsenid-Diode Dp und einem npn-Phototransistor Tp und aus dem Schalttransistor Ts. Die Galliumarsenid-Diode Dp erhält über die Anschlussklemmen 25,26 Erregungsspannung vom Zeitgeber 12.
  • Der Kollektro des Phototransistors Tp ist mit der Basis des Schalttransistors T5 und über einen Widerstand R5 mit dem positive Betriebsspannung führenden Leiter 23 verbunden. Die Kolektor-Emitterstrecke des Schalttransistors T5 ist der Zenerdiode ZK parallel geschaltet, so dass der (Stell-) Transistor TK immer dann leitend ist, wenn infolge eines vom Zeitgeber 12 abgegebenen Signals der Schalttransisitor T5 durch den leitenden Phototransistor Tp gesperrt ist. Die den Anschlussdraht 3 enthaltende Düse 4 ist geerdet und demzufolge über Masse und die geerdete Hülse des Steckanschlusses 17 mit der Anode A der Elektronenröhre V verbunden. Zur Sicherheit kann zwischen Anode A der Elektronenrähre V verbunden. Zur Sicherheit kann zwischen Anode A und dem positive Hochspannung führenden Steckanschluss 17 eine Sicherheitsfunkenstrecke vorgesehen sein.
  • Das gegenüber dem Potential der negativen Klemme der Hochspannungsquelle positive Potential des Gitters der Elektronenröhre V ist fest vorgegeben. Die Gitter-Kathoden-Spannung ist durch den Spannungsabfall an der Kollektor-Emitter-Strecke des Transistors TK und den Widerständen R6 und RK abhängig.
  • Bei gesperrtem Transitor TK fliesst der Rest strom des Transistors TK und zufolge dessen hohen Widerstandes ist die Gitter-Kathoden-Spannung negativ. Wegen des hohen Widerstandes im Entladungskreis kann sich kein Lichtbogen in der Gas strecke 8 entwickeln. Wird durch eine Signalspannung des Zeigebers 12 der Transistor TK leitend geschaltet, so wird mit negativer werdendem Kathodenpotential die Gitter-Kathoden- Spannung positiven und wegen des nun wesentlich geringeren Widerstandes im Entladungskreis setzt in der Gas strecke 8 der Lichtbogen ein. Mit steigendem Lichtbogenstrom nimmt die an den Widerständen R6 und RK auftretende Spannung zu und demzufolge nehmen die Basis-Emitter-Spannung bei dem Transistor TK sowie die Gitter-Kathoden-Spannung bei der Elektroenenröhre ab. Der Lichtbogenstrom wird auf diese Weise auf den am Widerstand RK eingestellten Stromwert stabilisiert. Schaltet der Zeitgeber 12 dann nach Ablauf der eingestellten Zeitspanne die Signalspannung ab, so wirt mit dem schalgartig sperrenden Transistor T K der Widerstand im Entladungskreis plötzlich so hoch, dass auch der Lichtbogen erlischt. Wie sich in der Praxis gezeigt hat, sind bei diesem verhältnismässig einfachen Gerät die eingestellten Betriebsdaten auch für längere Zeiten so konstant, dass stets Kontaktkügelchen kompakter Konsistenz und gleicher Grösse erhalten werden.

Claims (6)

  1. Patentansprüche
    O Verfahren zum Anschmelzen von Kontaktkügelchen an Anschlussdrähten, insbesondere für Halbleitervorrichtungen, wobei das Ende eines Anschlussdrahtes in einem elektrischen Lichtbogen zu einer Kugel geschmolzen wird, dadurch gekennzeichnet, dass zum Schmelzen am Anschlussdraht (3) ein Gleichstrom-Lichtbogen erzeugt wird, wobei der Lichtbogenstrom auf eine bestimmte Stromstärke stabilisiert sowie die Lichtbogenbrenndauer auf eine bestimmte Zeitspanne beschränkt wird.
  2. 2. Gerät zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, mit einem durch eine Ladevorrichtung (10) auf Hochspannung aufgeladenen Speicherkondensator (C1), in dessen Entladekreis die zwischen dem Anschlussdraht (3) und einer Gegenelektrode (7) vorgesehene Lichtbogenstrecke (8) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass in den Entladekreis des Speicherkondensators (C1) in Reihe mit der Lichtbogenstrecke (n) eine Elektronenröhre (Y) in Gitterbasisschaltung und ein Stromstabilisator (11, TKv ZK) RK) geschaltet sind und zum Zünden und Löschen des Lichtbogens eine auf Taktsignale ansprechende Umschaltvorrichtung (24,es) vorgesehen ist, durch die der Widerstand des Entladekreises zum Zünden des Lichtbogens auf einen niedrigen und zum Löschen des Lichtbogens auf einen hohen Widerstandswert eingestellt wird.
  3. 3. Gerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Stromstabilisator einen als Stromquelle wirkenden Transistor (TK) enthält, dessen Kollektro-Enitterstrecke an die Kathode der Elektronenrohre (V) angeschlossen und über einen regelbaren Widerstand (RK) mit dem negativen Anschluss des Speicherkondensators (C1) verbunden ist.
  4. 4. Gerät nach den Ansprüchen 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Transistor (TK) durch die von einem Zeitgeber (12) gesteuerte Umschaltvorrichtung (T 524) ein- und ausschaltbar ist.
  5. 5. Gerät nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichno ~k## Umschaltvorrichtung (TS,24) einen lichtelektrischen Halbleiterschalter mit einer Leuchtdiode (DP), die durch die Signalspannung des Zeitgebers (12) zum Leuchten angeregt ist, und einen Phototransistor (TP) enthält.
  6. 6. Gerät nach den Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Heizstrom der Elektronenröhre (V) mit einer Stromstabilisierungsschaltung (TH,ZH,R7i) stabilisiert ist.
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