DE2608250A1 - Verfahren zum kontaktieren von auf halbleiterkoerpern befindlichen anschlusskontakten - Google Patents

Verfahren zum kontaktieren von auf halbleiterkoerpern befindlichen anschlusskontakten

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DE2608250A1
DE2608250A1 DE19762608250 DE2608250A DE2608250A1 DE 2608250 A1 DE2608250 A1 DE 2608250A1 DE 19762608250 DE19762608250 DE 19762608250 DE 2608250 A DE2608250 A DE 2608250A DE 2608250 A1 DE2608250 A1 DE 2608250A1
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Jakob Troner
Roland Weber
Gerhard Weiher
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Iricantia Paten h-Ver-.7al·.tiT.gs-irrbH
ο Frankf ur h/NTaIn, Theoaor-Stern-Kai T
Kailbronr., den 16* Febr. 1971 PT-Ha/sr - HK 70/1
Verfahren zum ?or>t:-iktis.ren von aut Halbes L-LorKoroern befindlichem Anschlußkontakten
Für die Verbindung der Gehäuseanschlußteile mit den Metallanschlu.3kontakt.en. auf der Oberfläche eines Halbleiterkörpers werden vielfach dünne Kontaktierungsdrähte verwendet. Dabei wird bei einem bekannten Kontaktierungssysteai der anzuschließende Draht voii einer Vorratsspule abgewickelt und durch die Öffnung einer Kapillare geführt. Das aus der Kapillarenspitze herausragende Drahtende, das vielfach kugelförmig ausgebildet ist, wird dann unter mikroskopischer Beobachtung mit Hilfe sogenannter Mikroitianipulatoren auf die Anschlußkontaktflache des Halbleiterkörpers einjustiert und mit Hilfe der sogenannten Thermokompression fest mit der Kontakt fläche verbunden. Dabei v;ird "der meist aus Gold bestehende Draht bei Temperaturen von ca. 350 C auf die zugeordnete Kontaktflache des Halbleiterkörpers aufgedrückt. Durch die dabei auftretende plastische Verformung entsteht
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eatstsht ein elektrisch hochwertiger und aiechx/iisch stabiler Kontakt. Dann v/ird bei dem bekanntem Varfuhren die Kapillare von der iiai^lyiteroberflache abgehoben und zu einem Anschlußteil yiiiihrc, mit dom der IContektierungsdraht in einem zweiten '.Theritiokcmprassionsschritt gleichfalls mechanisch fest ^/erbunden v/ird. Die Kapillare wird cans;;!! wiederum angehoben und der Kontaktiarungsdraht unter d?.r Kapillarenöf fnurig mit einer Plarame abgebrannt, v/obei sich das Drahtende kugelförmig verformt. Dieses Kontaktierungsverfahren wird allgercein als "Nagelkopfkontaktierung" bezeichnet.
Bei dem beschriebenen und an sich vorteilhaften Kontaktierungsverfahren muß jeder auf der Halbleiteroberfläche eingeordnete Metallanschluj3kontakt in einem gesonderten Arbeitsprozeß mit seinem zugeordneten Anschlußteil des Gehäuses verbunden werden. Da die Flächen der Anschlußkontakte extrem klein sind, erfordert jeder Kontaktierungsschr.itt eine neue manuelle Einjustierung und eine weitgehend manuelle Stauarung äe.s IConteiktierungsvorganges.
Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Kon taktifi rungs verfahr en anzugeben, mit dem in. der Zeiteinheit mehrere Kontakte hergestellt und zumindest ein Teil
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der Arbeitaschritte automatisiert v/erden können- Die.se Aufgabe wird bei eine:ti Verfahren τ,χχΰχ Kontaktieren von auf Halbleiterkörpern befindlichen MetallanschIuSkontakten ruit durch eine Kapillare geführten Anschlußdrähten erfindungsgeinäß dadurch gelöst, daß zuinindest die Enden zweier durch Kapillaröffnungen geführter Anschlußdrähcie gleichzeitig rait zwei auf einer Oberfiächenseite des Halblei.terkörpers. befindlichen Metalikontakten durch Thermokompression verbunden werden, daß die Drähte danach in einem bestimmten Abstand von den Metallkontakten abgetrennt und so zu weiteren Anschlußteilen hin umgebogen werden, daß die freien Drahtenden mit diesen fest verbunden werden können.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren können in einem Zkrbeitsschritt zwei oder mehr Axischlußkontakte eines Halbleiterbaxi— elementes oder einer integrierten Halbleiterschaltung mit Änschlußdrähten kontaktiert werden. Dies ist dadurch möglich, daß eine Thermokompressionsvorrichtung verwendet wird, die mehrere durch Kapillarenöffnungen hindurchgefü'arte Kontakt tierungsdrahte enthält. Die Abstände der· öffnungen in den Kapillaren und darait auch die Abstände zwischen den Drähten selbst muß dabei exakt den Abständen zwischen den Metallanschlußkontakten auf der Halbleiteroberfläche entsprechen, die in einem Arbeitsgang eingeschlossen werden sollen. Durch diese Maßnahme muß die Therrnokompressionsvorrichtung zur Kontaktierung
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mehrerer Anschlußkontakte nur einmal auf die Halbleiteranordnung ein justiert wurden.
Da die Anschlußteile, mit denen die Metallkontakte auf dem Halbleiterkörper -übsr die Kontakbis-rungsdrähfcs V3rbunäsr. v/erden sollen, größere Abstände als die Metallkontakte auf der Halbleiteroberfläche voneinander aufweisen, können die Anschlußdrähte mit diesen Anschlußteilen nicht mit der Thermokompressionsvorrichtung kontaktiert werden, die für die Verbindung der Anschlußdrähte mit den Metallkontakten auf dem Halbleiterkörper verwendet werden.
Daher wird in einer vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens nach der Befestigung der Anschlußdrähte an den Metallkontakten auf dem Halbleiterkörper die Kapillare bis zu einem bestimmten Abstand über die Halbleiteroberfläche angehoben. Danach werden die Drähte unter den Kapillaröffnungen abgebrannt. Zwischen die über die Halbleiteroberfläche hoch stehenden Drahtstücke wird dann ein Keil geführt, der die Drähte gleichzeitig auseinanderspreizt und so umbiegt, daß die freien Drahtenden mit den zugeordneten Gehäuseanschlüssen, beispielsweise mit dan Zinken oder Anschlußteilen eines Kontaktierungsstreifens, in Berührung gelangen. Schließlich werden diese freien Drahtenden mit Hilfe eines Andruckmittels mit den Gehäuseanschlüssen durch Thermokompression fest verbunden.
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_ Jg _
Das erfindungsgemäße Verfahren kann besonders dann rationell durchgeführt werden, wann dia Drahte an den Met silicon, takten des Halbleiterkörpers bei einer ersten Anordnung in einer ersten Arbeitsposition befestigt v/erden und gleichzeitig in einer zweiten Arbeitsposition bei einer zweiten"Anordnung die über die Halbleiteroberfläche hochragenden Drähte gespreizt und umgebogen werden. In einer dritten Arbeitsposition wird zur gleichen Zeit bei einer dritten Halbleiteranordnung die Verbindung der freien Drahtenden mit den Anschlußteilen des Gehäuses durch eine zweite Thermokompressionsvorrichtung vorgenommen. Das Spreizen, Umbiegen und Befestigen der Drähte an den zugeordneten Anschlußteilen kann vollautomatisch erfolgen, so daß nur zur Befestigung der Drähte an den Metallanschlußkontakten auf der Halbleiteroberfläche eine unter Beobachtung durchgeführte manuelle Justierung erforderlich ist.
Das erfindungsgemä-ße. Verfahren wird vorzugsweise.mit-einer Vorrichtung durchgeführt, bei der zwei oder mehr Kapillaren so aneinander befestigt sind, daß der Abstand zwischen den Kapillaröffnungen identisch ist mit dem Abstand zwischen den zugeordneten Kontaktflächen auf dem Halbleiterkörper. Dies ist besonders dann möglich, wenn es um die Kontaktierung von Leistungstransistoren geht, bei denen die Kontaktflächen
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einen relativ großen Abstand voneinander haben. Bai anderen Halbleiterbauelementen/ insbesondere bei Hochfrequenztransistoren und bei integrierten Schaltungen, liegen jedoch die Anschlußkontaktflächen auf der Halbleiteroberfläche sehr eng beieinander. Für den Anschluß dieser eng benachbarten Kontaktflächen werden besonders ausgestaltete Kapillaren verwendet. Hierbei kann es sich beispielsweise um zwei oder mehr gegeneinander gestellte, L-förmige Tragarme handeln, bei denen sich die Kapillaröffnung jeweils an der äußersten Spitze des horizontal verlaufenden Teils befindet. Diese Spitzen können auf einen sehr kleinen Abstand zusammengestellt werden, so daß sich auf diese Art und Weise sehr geringe Abstände zwischen den Kapillaröffnungen einhalten lassen. Besonders vorteilhaft sind derartige Kontaktierungsvorrichtungen dann, wenn die Tragarme seitlich nach außen ausschwenkbar sind. Hierdurch tritt zu der vertikalen Komponente beim Anheben der Kapillaren eine horizontal und damit parallel zur Halbleiteroberfläche verlaufende Bewegungskomponente, durch die eine Spreizung der Kontaktierungsdrähte nach dem Befestigen an den Anschlußkontaktflachen auf der Halbleiteroberfläche erreicht wird.
Die Erfindung soll im weiteren noch anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert werden. In den Ausführungsbeispielen werden jeweils nur zwei Kontaktierungsdrähte gleichzeitig mit zugeordneten Anschlußkontakten auf der Halbleiteroberfläche
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verbunden. Es sex aber darauf hingewiesen., daß in gleicher Weise auch Kontaktierungsvorrichtungen hergestellt werden können., mit denen drei oder mehr Anschlußdrähte· gleichzeitig mit einem Halbleiterkörper verbunden werden können.
Aus der Figur 1 geht hervor, wie die Kontaktierungsdrähte in einer ersten Arbeitsposition mit den Kontaktflächen eines Halbleiterkörpers verbunden werden..
Die Figur 2 zeigt das. Spreizen und Umbiegen der Kontaktierungsdrähte an einer zweiten Arbeitsposition.
Aus der Figur 3 ergibt sich, wie. die. Kontaktierungsdrähte in einer dritten Arbeitsposition mit Gehäuseanschlußteilen elektrisch und mechanisch fest verbunden werden. Die Figur 4 zeigt eine Kontaktierungsvorrichtung mit zwei gegeneinander beweglichen Kapillaren.
Aus der Figur 5 ergibt sich, wie die Kontaktierungsdrähte mit Hilfe dieser Kontaktierungsvorrichtung gespreizt werden können.
Die Figur 1 zeigt in einer perspektivischen Ansicht, wie die Basis- und die Emitterkontaktfläche eines Leistungstransistors gleichzeitig mit je einem Anschlußdraht kontaktiert wird. Das Transistorgehäuse besteht aus einer Metallplatte 1, auf deren Innenfläche 2 der Halbleiterkörper
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befestigt wird» Dies geschieht beispielsweise durch Löten, so daß zugleich die Kollektorzone, des Transistors mit dem Gehäuseteil 1 elektrisch leitend verbunden wird. Die Mebauplatte 1 wird später zusammen mit dem Transistorelement und den dünnen Kontaktierungsdrähten so in Kunststoff eingegossen, daß eine Beschädigung der empfindlichen Bauteile nicht mehr möglich ist.
Die Kontaktlerungsdrähte 13 und 14 werden durch zwei Kapillaren 11 und 12 hindurchgeführt. Die Austrittsöffnungen dieser Kapillaren 11 und 12 haben einen Abstand, der dem Abstand zwischen dem Emitter-Metallkontakt 4 und dem Basis-Metallkontakt 5 exakt entspricht. Die aus den Kapillaröffnungen herausragenden Drahtenden 16 sind kugelförmig ausgebildet, so daß die Drähte nicht aus den Kapillaren herausrutschen können.
Diese Drähte werden nun mit ihren kugelförmig ausgestalteten Enden auf die Kontaktflächen 4 und 5 einjustiert und mit den Kapillarspitzen gegen diese Kontaktflächen bei gleichzeitiger Erwärmung gepreßt. Hierdurch entsteht eine mechanisch feste Thermokompressionsverbindung. Dann werden die Kapillaren, wie dies in der Figur 1 dargestellt ist, angehoben und die Drähte mit Hilfe einer Abflammvorrichtung
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abgebrannt. Auf disse weise erhalten dia aus -äan Kapillar— öffnungen herausragandan Enden 16 der Anschlußdrähte wiederum eine kugelförmig-^ Gestalt,- ebenso die freien Enden 17 dar mit dem Halbleiterkörper verbundenen Drahtstücke 9 und 10.
Diese Drahtstück« 9 und 10 ragen nun" über die Halbleiteroberfläche in etwa parallel zueinander verlaufender Weise hoch und müssen noch mit den zugeordneten Anschlußteilen 6 und 7 eines strukturierten Kontaktierungsstreifens 8 elektrisch leitend verbunden werden. Die Anschlußteile 6 und 7, die dem Emitter- bzw. dem Basiskantakt des Transistors 3 zugeordnet sind, haben die Form von Zinken, die von einem den Zinken gemeinsamen Verbindungssteg ausgehen. Ein Kontakt!erungsstreifen weist eins Vielzahl von Zinken auf, so daß mit einem Streifen zahlreiche Transistoren kontaktiert werden können. Dies ermöglicht auch die gleichzeitige Durchführung von Arbeitsschritten in nebeneinanderliegenden Arbeitspositionen. Der kammförmige Kontaktierungsstreifen 8 weist daher pro Trans is tor element drei Anschluß zinken. auf., von denen der mittlere mit der Metallplatte 1 elektrisch leitend verbunden ist. Die beiden äußeren Zinken 6 und 7 v/erden mit den Anschlußdrähten 9 und 10 elektrisch leitend verbunden.
Dies geschieht, wie sich aus der Figur 2 ergibt, an einer zweiten Arbeitsposition..Dort wird zwischen die hochstehenden
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Drahtenden ein Keil 1S in der angegebenen Bewegungsrichtung geführt. Dieser Keil spreizt mit: seinem spitz zulaufenden Teil 25 die Drähte 9 und 10 auseinander. Wird der Keil in der angezeigten Bewegungsrichtung parallel zur Metallplatte 1 weiter über die Drähte 9 und 10 hinweggeführt:, so biegen die Schulterteile 26 des Keiles die Anschlußdrähta und 10 so um, daß die freien Drahtenden 17 mit den Anschlußzinken 6 und 7 in Berührung gelangen.. Die Endstellung des Keiles ist in der Figur 2 gestrichelt dargestellt und mit 19 beziffert.
In einer dritten Arbeitsposition wird gemäß Figur 3 die Verbindung der freien Drahtenden 17 mit den Anschlußzinken und 7 des Kontaktierungsstr.eifens 8 vorgenommen. Hierzu wird ein Doppelstempel 20 so in Pfailrichtung nach unten bewegt, daß die Stirnflächen dieser Stempel die Drahtenden gegen die Zinken 6 und 7 pressen. Hierbei kommen geichzeitig Thermokompressions.verbindun.gren zustande, die mechanisch fest sind. In der Figur 3 ist gleichfalls gestrichelt (21) die Stellung des Andrückstempels dargestellt, die dieser bei der Kontaktierung einnimmt.
Die in den Figuren 2 und 3 dargestellten Arbeitsprozesse können vollautomatisch ablaufen und zu der Zeit durchgeführt werden, in dar gemäß Figur 1 nach manueller Justierung die
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Verbindung mit den Anschlußkontaktflachen auf dem Halbleiterkörper hergestellt wird. Der Kontaktierungsstreifen wird sciuit in drei ÄrbeiOppositionen zur gleichen Seit bearbeitet, ohne daß hierfür zusätzliche Arbeitskräfte erforderlich wären.
Nach der Herstellung sämtlicher notwendigen Kontakte muß das Gehäuseteil 1 , der Transistor 3 und die Anschlußdrähte und 10 samt den Enden der Kontaktierungszznken in ein Kunststoffgehäuse eingegossen werden. Die Einzeltransistoren werden dann durch Zerteilen des Kontaktierungsstreifens vereinzelt, wobei auch der Verbindungssteg zwischen den einzelnen Kontaktierungszinken zur Isolation der Anschlußteile voneinander durchgetrennt werden muß.
Aus den Figuren 4 und 5 ist ersichtlich, wie die Halbleiteranordnungen mit eng benachbarten Anschlußkontaktflachen auf der Halbleiteroberfläche kontaktiert werden können. Hierzu werden zwei Kapillaren 23 und 22 verwendet, die als L-förmige Tragarme ausgestaltet sind. Die horizontal verlaufenden Teile 24 dieser Tragarme sind gegeneinander gerichtet und enthalten die Kapillaröffnungen 28,29. Die Kontaktierungsdrähte 1 3 und 14 befinden sich am äußersten, nach unten spitz zulaufenden Ende 27 des Tragarmes 24. Die Öffnung ist im oberen Teil 28 zur Erleichterung der
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Einführung des Konhaktiorungsdralites konisch ausgebildet. Der untere Teil 29 der Bohrung weist zur sicheren Führunc/ des Kontaktierungsdrantes nur einen Querschnitt auf, der im wesentlichen dem Drahtdurchnesser entspricht.
Wie sich aus der Figur 4 ergibt:, sind die Tragarna 22 und 23 bei der Kontaktierung so gegeneinander gestellt, daß sich die Spitzen 27 der horizontal verlaufenden Teile 24 berühren oder fast berühren. Auf diese Weise ist es möglich, sehr geringe Abstände zwischen den Kapillaröffnungen einzuhalten, die den kleinen Abständen zwischen den MetalIkontaktflachen auf der Halbleiteroberfläche entsprechen.
Gemäß der Figur 5 können die Tragarme 22 und 23 nach außen seitlich in Pfeilrichtung geschwenkt und gleichzeitig angehoben werden. Hierdurch werden die Kontaktierungsdrähte 9 und 10 in der dargestellten Weise gespreizt. In diesem gespreizten Zustand werden die Drähte unter den Kapillaröffnungen abgebrannt, so daß die Drahtenden wiederum kugelförmige Gestalt 16 bzw. 17 annehmen. Bei Verwendung dieser Kontaktierungsvorrichtung ist somit eine Spreizung der Kontaktierungsdrähte mit Hilfe eines Keils nicht mehr notwendig, da diese in definierter Weise bereits durch die Bewegung der-Kaplllar.urme nach erfolgter Kontaktierung erfolgen kann. Die
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Kontaktierungs^rähte nüssen daner Mar noch iait Hilfe sinei nicht dargestellten Steges, der parallel zur Oberfläche des Tragerkörosrs 1 geführt wird, umgelegt warden, um in. der bereits beschriebenen Weise mit den zugeordneten- Anschluß teilen verbunden werden zu können.
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Claims (7)

  1. Patentansprüche
    1 )J Verfahren zum Kontaktieren von auf Hableiterkörpern
    befindlichen Metall- Anschlußkontakten mit durch eine
    Kapillare geführten Anschlußdrähten, dadurch gekannzeichnet, daß mindestens die Enden zweier durch Kapillaröffnungen (11,12) geführter Anschlußdrähte (9,10) gleichzeitig mit zwei auf einer Oberflächenseite des Halbleiterkörpers (3) befindlichen Metallkontakten (4,5) durch Thermokompression verbunden werden, daß die Drähte danach in einem bestimmten Abstand von den Matalikontakten abgetrennt und so zu xtfeiteren Anschlußteilen (6,7) hin umgebogen werden, daß die freien Drahtenden mit diesen fest verbunden werden können.
  2. 2) Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
    daß nach dar Befestigung der Anschlußdrähta 0,10} un d-u Metallkontakten (4,5) die Kapillare(n) (11,12) bis zu einem bestimmten Abstand-über die Halbleiteroberflache weggeführt wird,- daß dann die Drähte unter den Kapillaröffnungen abgebrannt werden und daß zwischen die hochstehenden Drahtstücke ein Keil (18) geführt wird, der die Drähte gleichzeitig
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    auseinanderspreizt und so umbiegt, daß die freien Drahtenden mit den zugeordneten Z inken (6,7) eines strukturierten Xontaktierungsstreifens (8) in Berührung gelangen, und daß schließlich diese freien Drahtenden mit Hilfe eines Andruckmittels. (20) mit den Zinken durch Thermokompression fest verbunden werden.
  3. 3) Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Befestigung der Drähte an den Metall-Kontakten des Halbleiterkörpers bei einer ersten Anordnung
    . gleichzeitig mit dem Spreizen und Umbiegen der Drähte bei einer zweiten Anordnung und gleichseitig mit dem Befestigen der Drähte an Anschlußteile (677) bei einer dritten Anordnung in drei nebeneinanderliegenden Arbeitspositionen.
  4. 4) Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Spreizen, Umbiegen und Befestigen der Drähte an den zugeordneten Anschlußteilen vollautomatisch erfolgt.
  5. 5) Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorangehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zwei oder mehr Kapillaren (11,12) so aneinander befestigt sindf daß der Abstand zwischen den Kapillaröffnungen identisch ist mit dem Abstand, zwischen den Metall- Kontaktflächen (4,5) auf dem Halbleiterkörper.
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  6. 6) Vorric^cang 2ur Durchiiührariof d<;s Vsriiahreas ixiich. einerd der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gakeanseichnet, daß die Kapillarer, vertikal und parallel zur K-albleiteroberfläche gegeneinander beweglich sind, so daß nach dem Kontaktieren, bei dam beide Kapillaren eng benachbart gegen die Kontaktflächen (4,5) gepreßt werden, die Drähte durch entsprechende Bewegung der Kapillaren bereits vor dem Abbrennen auseinander gespreizt werden können.
  7. 7) Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Kapillaren an.den äußersten Enden (27) der horizontal verlaufenden Teile (24) von zwei gegeneinander gestellten L-förmigen Tragarmen (23) angeordnet sind und daß diese Tragarme nach außen ausschwenkbar sind.
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