DE2522022A1 - Verfahren zum anbringen einer drahtverbindung an einer halbleiteranordnung - Google Patents

Verfahren zum anbringen einer drahtverbindung an einer halbleiteranordnung

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DE2522022A1
DE2522022A1 DE19752522022 DE2522022A DE2522022A1 DE 2522022 A1 DE2522022 A1 DE 2522022A1 DE 19752522022 DE19752522022 DE 19752522022 DE 2522022 A DE2522022 A DE 2522022A DE 2522022 A1 DE2522022 A1 DE 2522022A1
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Philips Gloeilampenfabrieken NV
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Description

PHN. 75^9
wij/wr/geli
6.5.1975
Απτ.:ί
,,,;,: PHN- 7549
Anmele-T.g vom! 16. Mal 1975
Verfahren zum Anbring-an einer Drahtverbindung an einer Halbleiteranordnung.
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren
zum Anbringen einer Drahtverbindung an einer Halbleiteranordnung, wobei am Ende des Drahtes eine Kugel gebildet wird, die mit Hilfe eines Schweissmeissels mit einer Kontaktstelle eines Halbleiterkörpers In einer Lage verschweigst wird, wobei wenigstens ein an die Kugel grenzender Teil des Drahtes sich im wesentlichen parallel zu der Kontaktstelle erstreckt und danach ein von der Kugel entfernter Teil des Drahtes mit einem Zuführungsleiter verschweisst wird.
Von den verschiedenen bekannten Methoden um Drahtverbindungen an Halbleiteranordnungen anzubringen kann
509850/0-694
. . ' 6.5.1975
die Methode, bei der eine am Ende des Drahtes gebildete Kugel verwendet wird, vorteilhaft sein. Durch den Verhältnismassig grossen Inhalt, den die Kugel hat, und durch die grosse Verbindungsfläche wird eine solide Verbindung erhalten, die eine günstige Lebensdauer hat. Ein weiterer Vorteil ist, dass ein harter Draht verwendbar ist. Nach dem Verbinden des Drahtes mit dem Zuführungsieiter wird der Zuführungsdraht an einer Stelle, die an die Schweisstelle grenzt, loggezogen und damit dieses Losziehen auf reproduzierbare Weise erfolgt, ist ein harter Draht erwünscht. Beim Verbinden des Drahtes mit dem Halbleiterkörper muss jedoch vermieden werden, dass der spröde Halbleiterkörper beschädigt wird. Die meistens mit einer Gasflamme gebildete Kugel ist viel weicher als der ursprüngliche Draht, so dass eine Beschädigung nicht auftreten wird.
Im allgemeinen wird die Drahtverbindung mit Hilfe einer Kapillare angebracht. Der Draht ragt durch die Kapillare und der untere Rand der Kapillare dient als Schweissflache. Die Form dieser Schweissflache ist nicht günstig um eine starke Verbindung mit dem Zuführungsleiter zu erhalten. Nach der Verwirklichung dieser zweiten Schweissverbindung wird am Zuführungsdraht gezogen und dieser bricht bei einem an die zweite Schweisstelle grenzenden abgeschwächten Teil. Bekanntlich muss die Kapillare dabei zunächst etwas aufwärts bewegt werden. Die Kapillare stützt die soeben hergestellte Schweissverbindung also nicht beim Losziehen des Drahtes, was die Stärke der Schweissverbindung beeinträchtigt. Die Aufwärts·
609850/0-694
S- ' PHN. 75^9
6.5.1975
bewegung erfordert welter eine zusätzliche Manipulation. Die Verwendung einer Kapillare macht es weiter weniger einfach, eine gewünschte Bogenform des Drahtes zwischen den zwei Schweissstellen auf reproduzierbare Weise zu erhalten.
Es ist ebenfalls bekannt die Kugel mit dem
Zuführungsdraht in horizontaler Lage mit der Kontaktstelle des Halbleiterkörpers zu verschweissen und zwar mit Hilfe eines Schweissmeissels. Bei diesem bekannten Verfahren muss zunächst die Kugel genau über die Kontaktstelle gebracht werden, wonach eine horizontale Schweissflache des Meisseis die Schweissverbindung herstellt. Die übertragung der Schweissenergie dieses Meisseis ist jedoch nicht optimal. Veiter muss eine gesonderte Schweissvorrichtung die Schweissverbindung mit den Zuführungsleitern herstellen, was für eine mechanisierte Massenherstellung sehr nachteilig ist.
Die Erfindung bezweckt nun, ein Verfahren zu
schaffen, bei dem Nachteile der bekannten Drahtverbindungsmethoden vermieden werden und wobei mit einem einzigen Schweissmeissel eine günstige Verbindung erhalten wird sowohl mit dem Halbleiterkörper als auch mit den Zuführungsleitern während zugleich eine weitgehende Mechanisierung ermöglicht wird. Dazu ist das erfindungsgemässe Verfahren dadurch gekennzeichnet, dass ein Schweissmeissel mit einer Schweissfläche verwendet wird, die mit einer Ausnehmung versehen ist, dass der Draht unter die Schweissfläche geführt wird bis ein Ende um einen vorgestimmten Abstand bis jenseits der Ausnehmung ragt, dass zwischen einer Elektrode und dem Ende des Drahtes eine elektrische Funkenentladung verursacht wird mit einer
509850/0694
PHN. 7 -M- 6.5.1975
Entladungsenergie, die den Draht gerade bis unter die Ausnehmung schmelzen lässt, dass die durch den geschmolzenen Draht gebildete Kugel durch die Ausnehmung festgehalten, gegen ,die Kontaktstelle gedrückt und damit verschweisst wird, und dass die Schweissverbindung des Drahtes mit dem Zuführungsleiter ebenfalls mit der Schweissflache des Schweissmeissels gebildet wird, wobei gleichzeitig eine zweiteilige Schweissverbindung erhalten wird, deren Teile zu je einer Seite der Ausnehmung liegen. Durch Anwendung einer elektrischen Funkenent ladung kann eine sehr genau dosierte Schmelzenergie für den Draht erhalten werdnn, .was ,bedeutet, dass der Durchmesser der Kugel innerhalb enger Grenzen einstellbar ist. Die Funkenenergie wirkt sehr kurz und örtlich; dadurch wird die Härte des Drahtes jenseits der Kugel nicht beeinträchtigt werden, während die Kugel weich gentig ist. ¥enn der Schweissmeissel in Richtung der Kontaktstelle auf dem Halbleiterkörper bewegt wird, wird die Kugel in der Ausnehmung gefangen, wodurch automatisch die Lage der Kugel bei der Schweissverbindung eindeutig bestimmt ist. Zugleich wird mit der Ausnehmung erreicht, dass die Übertragung der Schweissenergie des Schweissmeissels optimal ist, beispielsweise beim Ultraschallschweissen. Der Übergang von der geschweissten Kugel zum Draht bleibt beim erfindungsgemässen Verfahren unbeschädigt, was die Lebensdauer der Halbleiteranordnung erhöht. Nach dem Verschweissen der Kugel mit dem Halbleiterkörper wird mit demselben Meissel zwischen dem Draht und dem Zuführungsleiter eine Schweissverbindung hergestellt. Der Schweissmeissel wird
5Q9850/Ö694
-J?- PHN.
• . 6.5.1975
dazu über den Zuführungsleiter gebracht und infolge der Ausnehmung in der Schweissflache wird.eine zweiteilige sehr solide Schweissverbindung hergestellt. Während der Meissel die gebildete Schweissverbindung noch unterstützt wird nun am Draht gezogen, wodurch dieser bei einem an die Schweissver— bindung grenzenden abgeschwächtem Teil bricht. Die Schweissverbindung wird durch dieses Losziehen des Drahtes also nicht beeinträchtigt.
Die Erfindung ermöglicht es, mit einem mechanisierten Prozess sehr günstige Schweissverbindungen zu erhalten. Dies ist zu einem wesentlichen Teil der speziellen. Kombination von Schritten zu verdanken, aus denen das erfindungsgemässe Verfahren besteht. Durch diese spezielle Kombination werden Nachteile der bekannten Methoden vermieden und werden in hohem Tempo solide Schweissverbindungen mit Hilfe verhältnismässig einfacher Mittel erhalten.
Bei einer günstigen Ausführungsform nach der Erfindung wird die Ausnehmung in der Schweissfläche des Meisseis durch eine Rille gebildet, die sich quer zur Drahtrichtung erstreckt. Es hat sich herausgestellt, dass dabei optimale Schweissverbindungen erhalten werden. Vorzugsweise hat die Rille exne Breite in der Grössenordnung des doppelten Drahtdurchmesser.
Nach einer weiteren Ausführungsform wird die Ausnehmung durch einen kegelförmigen Hohlraum gebildet, wobei der Scheitelwinkel des Kegels in der Grössenordnung von 120° liegt. Auch diese Ausführungsform hat sich in der Praxis bewährt.
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-(φ- ■ PHN. 75^9
6.5-1975
Die elektrische Funkenentladung zwischen dex-El eic triode und dem Drahtende kann auf verschiedene Weise erzeugt werden. Es hat sich als durchaus geeignet erwiesen, die Funkenentladung mit Hilfe einer Spule zu erzeugen, deren Primärwicklung durch einen sich entladenen Kondensator gespeife wird, wobei die Entladungszeit des Kondensators weniger als 5 ms gewählt wird. Die Energie der Funkenentladung wird durch die Konden sat ο rs pannung bestimmt.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben. Es zeigen:
Fig. 1 einen Schweissmeissel mit dem an einem Halbleiterkörper zu verbindenden Draht,
Fig. 2 die Stelle einer am Draht gebildeten Kugel gegenüber dem Meissel.-
Fig. 3 die Bewegung des Meisseis in Richtung einer Kontaktstelle auf einem Halbleiterkörper.
Fig. 4 die Herstellung einer Sclweissverbindung zwischen dem kugelförmigen Drahtende und der Kontaktstelle,
Fig. 5 die Bildung eines Drahtbogens bei der Bewegung des Meisseis in Richtung des Zuführungsleiters,
Fig. 6 die Herstellung einer Schweissverbindung mit dem Zuführungsleiter.
Irr Fig. 1 ist ein Halbleiterkörper 1 dargestellt mit einer Kontakteteile 2. Der Halbleiterkörper ist auf einem Träger 3 angeordnet; in dargestelltem Ausführungsbeispiel ist der Halbleiterkörper mit einem Träger verlötet, der einen Teil einer allgemein bekannten icammförmiger metallenen
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-ψ- PHN. 754 y
6.5.1975
Leiterkonstruktion bildet. Der Kamm ruht auf einem itoboss h. Ein Schweissmeissel 5 ist auf- und abbeweglich über dem Amboss angeordnet. Der Schweissmeissel hat eine Schweissflache 6 mit einer Drahtzuführungsöffnung 7· Die Schweissflache 6 ist mit einer rillenförmigen Ausnehmung 8 versehen. Der Schweissmeissel ist an einer nicht dargestellten Anordnung zum Erzeugen von Ultraschaltschwingungen befestigt. Durch die Drahtzuführungsöffnung 7» die sich neben der Schweissflache befindet, ist ein Draht 9 geführt, dear* meistens aus Gold besteht. Der Drain erstreckt sich unter der Schweissflache 6 des Meisseis 5. Das Ende des Drahtes ragt um einen vorbestimmten Abstand bis jenseits der Ausnehmung 8.
In der Nähe des Endes des Drahtes wird eine
Elektrode 10 angeordnet, mit deren Hilfe eine elektrische Funkenentladung zwischen dem Drahtende und der Elektrode erhalten werden kann. Die Funkenentladung kann auf verschiedene Weise erzeugt werden. Es hat sich als günstig erwiesen, eine nicht dargestellte Spule zu verwenden, deren Primärwicklung durch einen sich entladenen Kondensator gespeist wird. Die Entladungszeit des Kondensators ist regelbar und kann sehr kurz sein, beispielsweise in der Grössenordnung von 5 ms und weniger. Die Entladungsenergie kann durch eine geeignete Vahl der Kondensatorspannung geregelt werden. Venn der Kondensator an die Primärwicklung der Spule angeschlossen wird, wird in der· Sekundärwicklung der Spule eine hohe Spannung entstehen, die zwischen der Elektrode 10 und dem in den Sekundärkreis aufgenommenen Drahtende eine Funkenentladung verursacht. Infolge dieser Funkenentladung schmilzt ein Teil
609850/0694
-Sf- PIIN. 75;+9
6.5. 1975
des Endes des Drahtes, wodurch sich eine Kugel 11 bildet (siehe Fig. 2). Durch die sehr kurze Entladungszeit wird der Draht nur sehr örtlich erhitzt. Die Struktur des Drahtes jenseits der entstandenen Kugel 11 wird durch die Funkenentladung nicht angegriffen. Durch eine geeignete Kondensatorspannung wird eine Funkenentladungsenergie erhalten, die auf besonders reproduzierbare Weise eine gewünschte Drahtmenge zum Schmelzen bringt und auf diese ¥eise eine Kugel 11 mit einem vorbestimmten Durchmesser bildet. Diese Kugel ist weicher als der ursprüngliche Draht und eignet sich dadurch dazu, mit einem spröden Halbleiterkörper verschweisst zu werden, ohne dass dabei eine Beschädigung auftritt. Das Ende des Drahtes 9 wird soweit bis jenseits der Ausnehmung geführt (Fig. 1), dass die zu bildende Kugel sich gerade unter der Ausnehmung befindet, wie dies in Fig. 2 dargestellt ist.
Nachdem auf die angegebene Art und Weise die
Kugel 11 gebildet ist, wird der Schweissmeissel in Richtung des Trägers bewegt, wie dies 'in Fig. J dargestellt ist. Die Ausnehmung 8 fängt dabei die Kugel 11 und arbeitet auf diese Weise an einer äusserst genauen Ausrichtung der Kugel gegenüber einer Kontaktstelle 2 auf - dem Halbleiterkörper 1 mit.
Fig. 4 zeigt die Form der Schweissverbindung,
vorzugsweise mit Hilfe von Ultraschallenergie. Die Vorrichtung die die Ultraschaltschwingung auf den Meissel 5"überträgt, ist nicht dargestellt'. Die Ausnehmung 8 dient ausser als Hilfe beim Ausrichten der Kugel zugleich dazu, eine gute Energie-
509650/0634
PHN. 7 5 219 6.5.1975
übertragung vom Meissel 5 auf die Kugel 11 zu erhalten. Die Form der entstandenen Schweissverbindung ist in der Figur gut sichtbar. Durch Verwendung des dargestellten Meisseis zusammen mit einer Kugel an einem sich fast parallel zu der Kontaktoberfläche erstreckenden Draht wird eine besonders günstige Schweissverbindung erhalten. Dabei tritt zugleich der Vorteil auf, dass der übergang der aus der Kugel gebildeten Schweissverbindung zum Draht fast nicht abgeschwächt ist.
Nach der Herstellung der ersten Schweissverbindun. muss der Draht mit einem Stromzuführungsleiter 12 verbunden werden. Dazu wird der Meissel über die Schweissst.elle dieses Zuführungsleiters gebracht. In Fig. 5/i-st ersichtlich, dass die Bahn, die der Meissel 5 dabei beschreibt derart sein kann, dass der Drahtteil zwischen den zwei Schweissverbindungen eine gewünschte Form haben wird, wobei mit Gewissheit vermieden wird, dass der Draht einen weiteren Kontakt mit dem Halbleiterkörper macht.. Danach wird, wie in Fig. 6 dargestellt die Schweissverbindung des Drahtes mit dem Zuführungsleite:.." 12 hergestellt. Auch dabei kann die Schweissverbindung mit Hilfe von Ultraschallschweissenergie hergestellt wexxlen. Die Form der Schweissflache 6 hat zur Folge, dass in einer Bewegung eine zweifache Schweissverbindung erhalten wird, wobei die beiden Schweissteile auf beiden Seiten der Ausnehmnu] 8 liegen. Diese zweifache Schweissverbindurig hat eine grosse Stärke,- was für die Lebensdauer von besonderer Bedeutung ist. Dadurch, dass für die erste sowie für die zweite Schweissverbindung derselbe.Schweissmeissel verwendbar
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Ao
PHN. 75**9 6.5-1975
ist, ist eine mechanisierte Produktion besonders interessant geworden. Die Ausnehmung 8 im Schweissmeissel dient dabei einerseits deizu, die Kugel 11 auszurichten und eine gute Energieübertragung beim Schweissen zu erhalten und die Ausnehmung 8 ermöglicht es anderseits, eine solide zweiteilige Schweissverbindung des Drahtes mit dem Zuführungsleiter zu erhalten.
Während der Schweissmeissel 5 noch auf die
gerade gebildete Schweissverbindung drückt, wird am Draht gezogen, wodurch dieser am abgeschwächtem Teil, der an die zweite Schweissverbindung grenzt (Fig. 6), bricht . Beim Losziehen des Drahtes kann also die gerade hergestellte Schweissverbindung nicht beschädigt werden. Der Schweissmeissel 5 wird nun wieder in die Lage gebracht, die in Fig. dargestellt ist, der Draht wird wieder um den gewünschten Abstand bis jenseits der Ausnehmung 8 geführt und es wird wieder eine Kugel 11 gebildet und ein folgender Drahtteil kann auf die bereits beschriebene Art und Weise angebracht werden.
In den Figuren ist die" rillenförmige Ausnehmung 8 senkrecht zur Längsrichtung des Drahtes 9 dargestellt. Vorzugsweise entspricht die Breite der Rille 8 etwa dem doppelten Durchmesser des Drahtes 9· Die Rille ist V-förmig dargestellt mit einem Scheitelwinkel von etwa 120°, die Rille kann jedoch auch eine andere' Form haben. Es ist weiter möglich, für die Ausnehmung 8 eine Form zu wählen, die nicht rillenförmig ist, sondern beispielsweise kegelförmig.
Das erfindungsgemässe Verfahren ist zum Befestigen
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-Vi- PILN. 75;i9
einer Drahtverbindung an einer Halbleiteranordnung beschrieben worden, die metallene Leiter enthält, die aus exnerri kaminföriiiigen Streifen gebildet sind. Die Erfindung ist ebenfalls anwendbar wenn die Leiter auf eine andere Art und Weise gebildet sind, beispielsweise wenn sie aus einem Metallmuster bestehen, das auf einem isolierenden Substrat angebracht ist. Weiter ist der Meissel in den Figuren mit einer Drahtzuführungsöffnung 7 versehen; diese Drahtführung im Meissel kann durch eine Führung ausserhalb des Meisseis, beispielsweise ein Loch in einer Platte, ersetzt werden, wobei diese Platte zusammen mit dem Meissel beweglich ist. ¥ichtig dabei ist, dass der Draht von der Seite der Schweissflache 6 unter die Schweissflache geführt wird.
509850/G694

Claims (1)

  1. -VR- PHN. 7549
    6.5.1975
    .PATENTANSPRÜCHE;
    1.J Verfahren zum Anbringen einer Drahtverbindung
    an einer Halbleiteranordnung, wobei am Ende des Drahtes eine Kugel gebildet wird, die Kugel mit Hilfe eines Schweissmeissel: mit einer Kontaktstelle eines Halbleiterkörpers in einer Lage verschweisst wird, wobei wenigstens; ein an die Kugel grenzender Teil des Drahtes sich im wesentlichen parallel zur Kontaktstelle erstreckt und danach ein von der Kugel entfernter Teil des Drahtes mit einem Zuführungsleiter verschweisst wird, dadurch gekennzeichnet, dass ein Schweissmeissel verwendet wird, mit einer Schweissfläche die mit einer Ausnehmung versehen ist, dass der Draht unter die Schweissfläche geführt wird, bis das Ende um einen vorbestimmten Abstand bis jenseits dex- Ausnehmung ragt, dass zwischen einer Elektrode und dem Ende des Drahtes eine elektrische Funkenentladung verursacht wird mit einer Entladungsenergie, die den Draht gerade bis unter die Ausnehmung schmelzen lässt, dass die durch den geschmolzenen Draht gebildete Kugel durch die Ausnehmung festgehalten, gegen die Kontaktstelle gedrückt und damit verschweisst wird, und dass die Schweissverbindung des Drahtes mit dem Zuführungsleiter ebenfalls mit der Schweissfläche des Schweissmeissels gebildet wird, wobei gleichzeitig eine zweiteilige Schweissverbindung erhalten wird, deren Teile zu je einer Seite der Ausnehmung liegen.
    2. Verfahren.nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausnehmung in der Schweissfläche des Meisseis durch eine Rille gebildet wird, die sich quer zur Drahtrichtung erstreckt.
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    PHN. 752*9
    3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch .gekennzeichnet dass die Rille eine Breite hat in der Grössenordnung des doppelten Drahtdurchmessers.
    4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet dass die Ausnehmung in der Schweissflache des Meisseis durch einen kegelförmigen Hohlraum gebildet wird, wobei der Scheitel winkel des Kegels in der Grössenordnung von 120° liegt.
    5. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Funkenentladung mit Hilfe einer Spule erhalten wird, deren Primärwicklung durch einen sich entladenden Kondensator gespeist wird, wobei die Entladungszeit des Kondensators weniger als 5 ms gewählt wird, und die Energie der Funkenentladung durch die Kondensatorspannung bestimmt wird.
    6. Halbleiteranordnung mit einer Drahtverbindung, die nach dem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5 gebildet worden ist.
    509850/0.694
DE2522022A 1974-05-21 1975-05-17 Verfahren zum Anbringen einer Drahtverbindung zwischen einer Kontaktstelle auf einer Halbleiteranordnung und einem Zuführungsleiter Expired DE2522022C3 (de)

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NL7406783A NL7406783A (nl) 1974-05-21 1974-05-21 Werkwijze voor het aanbrengen van een draad- verbinding aan een halfgeleiderinrichting.

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DE2522022B2 DE2522022B2 (de) 1979-05-17
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GB (1) GB1502965A (de)
HK (1) HK1079A (de)
IT (1) IT1038208B (de)
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