DE2522022C3 - Verfahren zum Anbringen einer Drahtverbindung zwischen einer Kontaktstelle auf einer Halbleiteranordnung und einem Zuführungsleiter - Google Patents

Verfahren zum Anbringen einer Drahtverbindung zwischen einer Kontaktstelle auf einer Halbleiteranordnung und einem Zuführungsleiter

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DE2522022C3
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Hermanus Antonius Van De Nijmegen Pas (Niederlande)
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Philips Gloeilampenfabrieken NV
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Description

50
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren tntsprechend dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Ein Verfahren dieser Art ist aus »Solid Sltate Technology«, Bd. 16(1973). H. 10,S. 49 bekannt. 5'.
Von den verschiedenen bekannten Methoden, Draht-Verbindungen an Halbleiteranordnungen anzubringen, Wie sie z. B. in »SCP and Solid State Technology«, Bd. 10 11967), H. 8, S. 45 bis 52 beschrieben sind, kann die Methode, bei der eine am Ende des Drahtes gebildete Kugel verwendet wird, vorteilhaft sein. Durch den Verhältnismäßig großen Inhalt, den die Kugel hat, und durch die größe Verbiridüngsfläche 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 Zuführungsleiter wird der Draht an einer Stelle, die an die Schweißstelle grenzt, abgetrennt und damit dieses Abtrennen 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 (siehe Fig. 8 der züietztgenannten Literaturstelle). Der Draht ragt durch die Kapillare und der untere Rand der Kapillare dient als Schweißfläche. Die Form dieser Schweißfläche ist nicht günstig, um eine starke Verbindung mit dem Zuführungsleiter zu erhalten. Nach der Herstellung dieser ^weiten Schweißverbindung wird am Draht gezogen und dieser bricht bei einem an die zweite Schweißstelle grenzenden abgeschwächten Teil. Bekanntlich muß die Kapillare dabei zunächst etwas aufwärts bewegt werden. Die Kapillare stützt die soeben hergestellte Schweißverbindung also nicht beim Abtrennen des Drahtes, was die Stärke der Schweißverbindung beeinträchtigt. Die Aufwärtsbewegung erfordert eine zusätzliche Manipulation. Die Verwendung einer Kapillare erschwert es weiter, um eine gewünschte Bogenform des Drahtes zwischen den zwei Schweißstellen auf reproduzierbare Weise zu erhalten.
Es ist ebenfalls begannt, die Kugel mit dem Draht in horizontaler Lage mit der Kontaktstelle des Halbleiterkörpers zu verschweißen, und zwar mit Hilfe eines Schweißmeißels (siehe Fig. 9 der zuletztgenannten Literaturstelle). Bei diesem bekannten Verfahren muß zunächst die Kugel genau über die Kontaktstelle gebracht werden, woncch eine horizontale Schweißfläche des Meißels die Schweißverbindung herstellt. Die Übertragung der Schweißenergie dieses Meißels auf die Kontaktstelle ist jedoch nicht optimal. Weiter muß eine gesonderte Schweißvorrichtung die Schweißverbindung mit den Zuführungsleitern herstellen, was für eine mechanisierte Massenherstellung sei.;· nachteilig ist.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art zu schaffen, bei dem mit einem einzigen Schweißmeißel eine günstige Verbindung sowohl mit dem Halbleiterkörper als auch mit den Zuführungsleitern erhalten wird, während zugleich eine weitgehende Mechanisierung ermöglicht wird.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 genannten Merkmale gelöst.
Durch Anwendung einer elektrischen Funkenentladung kann eine sehr genau dosierte Schmelzenergie für den Draht erhalten werden, 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 genug ist. Wenn 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 mildem Halbleiterkörper
wird mit demselben Meißef zwischen dem Draht und dem Zuführungsleiter eine Schweißverbindung hergestellt Der Schweißmeißel wird dazu über den Zuführungsleiter gebracht und infolge der Ausnehmung in der Schweißfläche 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 dia Schweißverbindung grenzenden abgeschwächtem Teil bricht Die Schweißverbindung wird durch dieses Abtrennen des Drahtes also nicht beeinträchtigt
Die Erfindung ermöglicht es, mit einem mechanisierten Verfahren sehr solide Schweißverbindungen zu erhalten.
Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben. Es zeigt
Fig. 1 einen Schweißmeißel mit dem an einem Halbleiterkörper zu verbindenden Draht,
F i g. 2 einen Schweißmeißel mit einer dm Draht gebildeten Kugel,
F i g. 3 die Bewegung des Schweißmeißels in Richtung einer Kontaktstelle auf einem Halbleiterkörper,
F i g. 4 die Herstellung einer Schweißverbindung zwischen dem kugelförmigen Drahtende und der Kontaktstelle,
F i g. 5 die Bildung eines Drahtbogens bei der Bewegung des Schweißmeißels in Richtung des Zuführungsleiters,
F i g. 6 die Herstellung einer Schweißverbindung mit dem Zuführungsleiter.
In Fig. 1 ist ein Halbleiterkörper 1 mit einer Kontaktstelle 2 dargestellt. Der Halbleiterkörper ist auf η einem Träger 3 angeordnet; im dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Halbleiterkörper mit einem Träger verlötet, der einen Teil einer allgemein bekannten kammförmigen metallenen Leiterkonstruktion bildet. Der Kamm , uht auf einem Amboß 4. Ein Schweißmeißel -w 5 ist auf und ab beweglich über dem Amboß angeordnet. Der Schweißmeißel hat eine Schweißfläche S mit einer Drahtzuführungsöffnung 7. Die Schweißfläche 6 ist mit einer rillenförmigen Ausnehmung 8 versehen. Der Schweißmeißel ist an einer nicht dargestellten Anordnung zum Erzeugen von Ultraschallschwingungen befest:gt. Durch die Drahtzuführungsöffnung 7, die sich neben der Schweißfläche befindet, ist ein Draht 9 geführt, der meistens aus Gold besteht Der Draht erstreckt sich unter der Schweißfläche 6 des Meißels 5. w 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 v-, 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 entladenden Kondensator gespeist w> 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 geeignete Wahl der Kondensator^ spannung geregelt werden. Wenn 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 liegenden Drahtende eine Funkenentladung erzeugt Durch diese Funkenentladung schmilzt ein Teil des Endes des Drahtes, wodurch sich eine Kugel 11 bildet (siehe Fig.2). Durch die sehr kurze Entladungszeit wird der Draht nur örtlich erhitzt Die Struktur des Drahtes jenseits der entstandenen Kugel 11 wird durch die Funkenentladung nicht geändert. Durch eine geeignete Kondensatorspannung wird eine Funkenentladungsenergie erhalten, die auf besonders reproduzierbare Weise eine gewünschte Drahtmenge zum Schmelzen bringt und auf diese Weise 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 desselben auftritt Das Ende des Drahtes 9 wird soweit bis jenseits der Ausnehmung 8 geführt (Fig. 1), daß die zu bildende Kugel sich gerade unter der Ausnehmung befindet wie dies in F i g. 2 dargestellt ist
Nachdem die Kugel 11 gebi! '.t ist, wird der Schweißüieißcl in Richtung des Trägers 3 bewegt, wie dies in F i g. 3 dargestellt ist Die Ausnehmung 8 nimmt dabei die Kugel 11 auf und richtet auf diese Weise die Kugel äußerst genau gegenüber einer Kontaktstelle 2 auf derr Halbleiterkörper 1 aus.
Fig.4 zeigt die Form der Schweißverbindung, die vorzugsweise mit Hilfe von Ultraschallenergie hergestellt worden ist Die Vorrichtung, die die Ultraschalischwmgung auf den Meißel 5 üDe-trägt, ist nicht dargestellt Die Ausnehmung 8 dient außer als Hilfe beim Ausrichten der Kugel zugleich dazu, eine gute Energieübertragung vom SchweiOmeißel 5 auf die Kugel 11 zu erhalten. Die Forn der entstandenen Schweißverbindung ist aus der Figur ersichtlich. Durch Verwendung des dargestellten Schweißmeißels 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 fa.·. nicht abgeschwächt ist.
Nach der Herstellung der ersten Schweißverbindung muß der Draht mit einem Stromzuführungsleiter 12 verbunden werden. Dazu wird der Meißel über die Schweißstelle dieses Zuführungsleiters gebracht. In Fig. 5 ist ersichtlich, daß die Bahn, die der Meißel 5 dabei beschreibt, derart sein kann, daß der Drahtteil zwischen den zwei Schweißverbindungen eine gewünschte Form annimmt, wobei mit Gewißheit vermieden wird, daß der Draht einen weiteren Kontakt mit dem Halbleiterkörper macht Danach wird, wie in F i g. 6 dargestellt, die Schweißverbindung des Drahtes mit dem Zuführungsleiter 12 hergestellt. Auch dabei kann die Schweißverbindung mit Hilfe von Ultraschallschweißenergie hergestellt werden. Di: Form der Schweißfläche 6 hat zur Folge, daß in einer Bewegung eine zweifache Schweißverbindung erhalten wird, wobei die beiden Schweißteile auf beiden Seiten der Ausnehmung 8 lii.gen. Diese zweifache Schweißverbindung hat eine große Stärke, was für die Lebensdauer von besonderer Bedeutung ist Die Ausnehmung 8 im Schweißmeißel dient dabei einerseits dazu, die Kugel 11 auszurichten und eine gute Energieübertragung beim Schweißen zu erhalten und die Ausnehmung 8 ermöglicht es andererseits, eine solide zweiteilige Schweißverbindung des Drahtes mit dem Zuführungsleiter 12 zu erhalten.
Während der Schweißmeißel 5 noch auf die gerade
gebildete Schweißverbindung drückt, wird am Draht gezogen, wodurch dieser am abgeschwächten Teil, der an die zweite Schweißverbindung grenzt (F i g. 6), bricht. Beim Abtrennen des Drahtes kann also die gerade hergestellte Schweißverbindung nicht beschädigt wer^ den. Der Schweißmeißel 5 wird nun wieder in die Lage gebracht, die in Fig. 1 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 ArI! 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 einer Drahtverbindung an einer Halbleiteranordnung beschrieben worden, die metallene Leiter enthält, die aus einem kammförmigen 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 Schweißtrieißel in den Figuren mit einer Drahtzuführungsöffnung 7 Versehen; diese Drahtführung im Schweißmeißel kann durch eine Führung außerhalb des Schweißmeißeis, beispielsweise ein Loch in einer Platte, ersetzt werden, wobei diese Platte zusammen mit dem Schweißmeißel beweglich ist. Wichtig dabei ist, daß der Draht Von der Seite der Schweißfläche 6 Unter die Schweißfläche geführt wird.
Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

Patentansprüche:
1. Verfahren zum Anbringen einer Drahtverbindung zwischen einer Kontaktstelle auf einer Halbleiteranordnung und einem Zuführungsleiter mittels SchweiQung, bei dem ein Schweißmeißel verwendet wird, dessen Schweißfläche mit einer Ausnehmung versehen ist, und der Draht unter die Schweißfläche geführt wird, bis das Ende um einen vorbestimmten Abstand bis jenseits der Ausneh- IQ mung ragt, und bei dem der Draht zunächst mit der Kontaktstelle auf der Halbleiteranordnung in einer Lage verschweißt wird, danach mit einem Zuführungsleiter verschweißt wird und schließlich durch Zug auf den Draht nach der letzten Schweißstelle abgebrochen wird, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen einer Elektrode (10) und dem Ende des Drahtes (9) eine elektrische Funkenentladung gezündet wird mit einer Entladungsenergk, die den Drahi gerade bis unter die Ausnehmung schmelzen läßt, daß die durch den geschmolzenen Draht gebildete Kugel (11) durch die Ausnehmung (8) in der Schweißfläche (6) des Schweißmeißels (5) festgehalten, sodann gegen die Kontaktstelle (2) auf der Halbleiteranordnung bzw. gegen den Zuführungsleiter (12) gedrückt und ve-schweißt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausnehmung (8) in der Schweißfläche (6) des Meißels (5) durch eine Rille gebildet wird, die sich quer zur Drahtrichtung erstreckt.
3. Verfahr η nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Rille (8) eine freite hat, die von der Größenordnung des doppelten Drahtdurchmessers ist.
4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausnehmung (8) in der Schweißfläche (6) des Meißels (5) durch einen kegelförmigen Hohlraum gebildet wird, wobei der Scheitelwinkel des Kegels in der Größenordnung von 120" liegt.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, 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 kleiner als 5 ms gewählt wird, und die Energie der Funkenentladung durch die Kor.densatorspannung bestimmt wird.
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