DE2942394C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Halbleiteranordnung, insbesondere auf die Formen von längs des Umfangs einer Hauptfläche eines Halbleiterplättchens angeordneten Anschlußflecken. Die Form des Anschlußfleckens des Plättchens in der Halbleiteranordnung gemäß der Erfindung eignet sich besonders für ein Ultraschalldrahtverbindungsverfahren, bei dem der zu bildenden Drahtschleife eine begrenzte Richtungseinstellung auferlegt ist.

Bei der Herstellung einer Halbleiteranordnung, wie z. B. einer integrierten Schaltung, wird üblicherweise ein Anschlußrahmen aus einer gemusterten Metallplatte verwendet, wie sie in Fig. 1 dargestellt ist. Ein solcher Anschlußrahmen enthält gewöhnlich in seinem mittleren Teil ein "Anhänger" genanntes Rechteck 1, auf dem ein Halbleiterplättchen 2 angebracht ist. Der Anschlußrahmen enthält außerdem eine Mehrzahl von Zuführungsleitern 4, die vom äußeren Rahmen 3 nach innen vorspringen und deren inneren Enden nahe des und um den Anhänger 1 angeordnet sind. Weiter ist der Anschlußrahmen mit einem "Damm" genannten Verbindungsteil 5 versehen, der eine Kunstharzeinformzone 6 umgibt, um das Abfließen von Kunstharz aus dem geformten abgetrennten Bereich zu vermeiden. Beim Zusammenbau wird das Halbleiterplättchen 2 am Anhänger 1 befestigt (Plättchenverbindung), und die inneren Enden der Zuführungsleiter 4 werden durch Drähte 8 mit zugehörigen rechteckigen Anschlußflecken 7 (im folgenden auch einfach als Flecken bezeichnet) verbunden, die längs des Umfangs der Oberseite des Halbleiterplättchens 2 angeordnet sind (Drahtverbindung). Danach wird die Kunstharzeinformzone 6 mit Kunstharz gefüllt, und eine gewünschte Halbleiteranordnung wird fertiggestellt, nachdem der unnötige Damm 5 und der äußere Rahmen 3 weggeschnitten sind.

Mit einem steigenden Bedarf an integrierten Schaltungen mit hoher Integration und Vielfunktionscharakteristik wurde die weitere Miniaturisierung der Schaltung zwecks Senkung der Herstellungskosten erforderlich. Für das Halbleiterplättchen bedeutet dies einen feinen Entwurf und eine Hochdichte-Verdrahtung, die die Abmessungsverringerung der Flecken und die Verkleinerung des Abstandes zwischen benachbarten Flecken (Kunstharzteilung) erfordern. Der obige Bedarf an gedruckten Schaltungen erforderte auch die Erhöhung der Zahl von Zuführungsleitern zur Verbindung mit äußeren Schaltungen (die im folgenden auch einfach als Zuführungen bezeichnet werden). Da die Teilung der äußeren Enden der Zuführungen in irgendeiner fertiggestellten Halbleiteranordnung im voraus je nach den festgelegten Normen definiert ist, ist es erforderlich, einen solchen Anschlußrahmen, wie er in Fig. 1 gezeigt ist, zu verwenden, der in vier senkrechten Richtungen verlaufende Zuführungen aufweist. Bei dieser Art von Anschlußrahmen neigen die Zuführungen nahe den Ecken des Rahmens dazu, vom Plättchen zurückzutreten und auch sich geneigt zu den Flecken zu erstrecken. Als Ergebnis hat, wie in Fig. 2 gezeigt ist, der zwischen einem Verbindungsbereich 9 der Zuführung 4 und dem Flecken 7 ausgestreckte Draht 8 einen großen Neigungswinkel R bezüglich eines Seitenpaars des rechteckigen Fleckens 7. Daher verfehlt, wenn bei der Drahtverbindung der Draht 8 unter auch nur geringer Abweichung von einer gewünschten Richtung gespannt wird oder wenn die Einstellung des Drahtes 8 bezüglich des Fleckens 7 etwas von einer bestimmten Ausrichtung abweicht, der Verbindungsteil 10 des Drahtes 8 leicht eine korrekte Ausrichtung zum Flecken 7. Infolgedessen ist eine verläßliche und sichere Drahtverbindung mit dem Flecken 7 besonders an der Ecke des Anschlußrahmens unmöglich, und außerdem ist die Drahtverbindungsfläche des Fleckens sehr stark begrenzt, so daß die brauchbare Fläche des Fleckens trotz einer verhältnismäßig erheblichen Abmessung des Fleckens wesentlich verringert ist. Weiter neigt die Außenkante des fehlausgerichteten Verbindungsteils 10 oder des Endteils des Drahtes 8 dazu, den Nachbarflecken 7 zu berühren und dadurch einen Kurzschlußfehler zu verursachen. Diese Nachteile existieren mehr oder weniger auch bei der Drahtverbindung auf der Seite der Zuführungen 4. Wenn die Fleckenabmessung und die Fleckenteilung geringer sind, treten solche Probleme häufiger auf und wirken daher der Miniaturisierung der Flecken und der Verringerung der Fleckenteilung entgegen, was zu einer Erhöhung der Abmessung des Halbleiterplättchens und damit der Halbleiteranordnung führt. Diese Probleme sind der Geometrie der Flecken auf dem Halbleiterplättchen eignen.

Die obigen Probleme sind einer Anzahl von Drahtverbindungsverfahren gemeinsam, und sie sind besonders bei einem Ultraschalldrahtverbindungsverfahren ("Ultraschall-Drahtbonden") ernsthaft, bei dem einer zu bildenden oder zu spannenden Drahtschleife eine bestimmte Richtungseinstellung auferlegt wird, d. h., daß die Drahtverbindung nur in einer mit der Schwingungsrichtung der verwendeten Ultraschallschwingungsenergie übereinstimmenden Richtung vorgenommen werden kann. Dies soll anhand der Fig. 3 beschrieben werden. Fig. 3 veranschaulicht schematisch ein Ultraschall-Drahtbonden, und man erkennt einen Wandler 30 , der einen Vibrator 31, der mit einem (nicht dargestellten) Hochfrequenzoszillator verbunden ist, ein Schallabstrahlorgan 32 und einen dazwischen eingefügten Koppler enthält. Der Wandler 30 ist auf einem nicht dargestellten) X-Y-Tisch montiert, so daß er in den X- und Y-Richtungen bewegt werden kann. Das Schallabstrahlorgan 32 trägt eine mittels einer Schraube oder auf andere Weise angebrachte Nadel 33. Die Nadel besteht beispielsweise aus Wolframkarbid und hat einen flach oder genutet aufgebauten Spitzenboden, der parallel zu der Oberflächen verläuft, an der ein Draht angebracht wird. Diese Anordnung des Wandlers 30 und der Nadel 33 ist so ausgelegt, daß sich die Nadel 33 in der durch einen Pfeil A angedeuteten Richtung bewegen läßt und daß sicher Wandler 30 in der durch einen Pfeil B angedeuteten Richtung bewegen läßt. Ein Verbindungsdraht 35 aus Al, Au oder irgendeinem anderen geeigneten Metall, der von einer Drahtvorratsrolle 34 zugeführt wird, kann durch den Spitzenteil der Nadel 33 geführt werden. Auf einem Arbeitstisch 36 zum Drehen der zu verbindenden Gegenstände sind in vereinfachter Weise ein mit dem Anhänger 1 eines Anschlußrahmens verbundenes Plättchen 2, Flecken 7 auf dem Plättchen 2 und Zuführungen 4 des Anschlußrahmens entsprechend den Flecken 7 dargestellt.

Beim Betrieb der obigen Anordnung wird die Nadel 33 nach unten bewegt, um den Draht 35 in Kontakt mit dem Flecken 7 auf dem Plättchen 2 zu bringen und gleichzeitig den Draht 35 auf den Flecken 7 zu drücken. Wenn Ultraschallschwingungen mit einer Amplitude von etwa 1 µm, wie durch einen Pfeil C angedeutet, durch die Nadel 33 übertragen werden, wird die Kontaktgrenzfläche zwischen dem Draht 35 und dem Flecken 7 plastisch verformt, so daß der Draht 35 und der Flecken 7 miteinander verbunden werden. Dieser Verbindungsmechanismus beruht offenbar sowohl auf der Erhitzung der Grenzfläche bis zu Temperaturen über der Rekristallisationstemperatur durch die Ultraschallschwingungen als auch auf der gegenseitigen Diffusion der Atome im Draht 35 und im Flecken 7 durch den einwirkenden Druck. Dann wird die Nadel 33 nach oben bewegt, und der Wandler 30 wird nach rechts (in der X-Richtung) über die Zuführung 4 unter der Steuerung des X-Y-Tisches bewegt. Die Nadel 33 wird erneut nach unten zur Verbindung des Drahtes 35 mit der Zuführung 4 bewegt. Nach dem Verbinden des Drahtes 35 und der Zuführung 4 oder der Bildung einer ersten Drahtschleife zwischen dem Flecken 7 und der Zuführung 4 wird der Draht 35 z. B. durch eine (nicht dargestellte) Drahtklemme durchgetrennt. Dann wird der X-Y-Tisch in der Y-Richtung bewegt, um eine zweite Drahtschleife zwischen dem nächsten Flecken und der zugehörigen Zuführung zu bilden, und der gleiche Verbindungsvorgang wird wiederholt, um die Drahtverbindung zwischen einer Reihe von Flecken und den entsprechenden Zuführungen zu vollenden. Danach wird der Arbeitstisch 36 gedreht, und der obige Prozeß wird an der nächsten Reihe von Flecken und den entsprechenden Zuführungen wiederholt. So wird die Drahtverbindung zwischen vier Reihen von Flecken 7 und den entsprechenden Zuführungen 4 durch die Bewegung der Nadel 33 in der X-Richtung und in der Y-Richtung unter Steuerung des X-Y-Tisches und die Drehung der zu verbindenden Teile unter der Steuerung des Arbeitstisches 36 vorgenommen.

Wie sich aus der vorstehenden Beschreibung ergibt, ist es, da die Verbindung des Drahtes 35 mit dem Flecken 7 oder der Zuführung 4 nur in der Schwingungsrichtung der Ultraschallwellen, d. h. in der zur Schwingungsrichtung C der Fleckenwellen parallelen Kontaktgrenzfläche erfolgt, nötig, den Verbindungsdraht in der gleichen Richtung wie der der Ultraschallschwingung zu richten oder zu spannen, um die Verbindung zu ermöglichen. Wenn die Erstreckungsrichtung des Drahtes nur an den Verbindungspunkten des Fleckens 7 und der entsprechenden Zuführung 4 parallel zur Schwingungsrichtung und zwischen dem Flecken 7 und der Zuführung 4 nicht parallel gemacht wird, würde der Lageeinstellungsvorgang kompliziert sein, und außerdem würde der verbundene Draht dazu neigen, sich am Verbindungspunkt leicht zu lösen oder zu brechen. Da das Plättchen notwendigerweise wegen dieser der zu bildenden Drahtschleife auferlegten Richtungseinstellung gedreht werden muß, muß die Lageeinstellung beim Verbinden, d. h. die Anordnung der Nadel des Ultraschalldrahtverbindungsgerätes auf dem Flecken mit hoher Genauigkeit erfolgen. Es ist auch erforderlich, die Verbindungsfläche beim Ultraschall-Bonden im Vergleich mit einem Thermokompressionsverbindungsverfahren oder einem Keilverbindungsverfahren unter Berücksichtigung der Verbindungsfestigkeit zu erhöhen. Daher ist die Automatisierung des Ultraschall-Bondens, bei dem die Verbindungsbedingungen kritisch sind und es viele Unstabilitätsfaktoren gibt, verzögert und außerdem solchen Nachteilen, wie im Zusammenhang mit Fig. 2 beschrieben, aufgrund der Abweichung der Richtung unterworfen, in der der Draht zur Zeit der Drahtverbindung zu richten oder zu spannen ist.

Die anhand der Fig. 1 und 2 erläuterten Probleme treten auch bei einem LSI-Plättchen nach der DE-OS 23 34 405 auf, die eine Halbleiteranordnung gemäß dem Oberbegriff des Pa­ tentanspruchs 1 beschreibt und in der etwa quadratische Anschlußflecken dargestellt sind, mit denen auch schräg gerichtete Drähte verbunden sind.

Aus der US-PS 40 80 512 sind Halbleiterplättchen mit rechteckigen bzw. quadratischen Anschlußflecken bekannt, die relativ große gegenseitige Abstände haben und mit denen zu zwei der Rechteck- bzw. Quadratseiten parallele Drähte verbunden sind.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einer Halbleiteranordnung der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 vorausgesetzten Art die Form der Anschlußflecken so auszubilden daß eine möglichst große Zahl der Anschlußflecken am Umfang der einen Hauptfläche des Halbleiterplättchens angeordnet werden kann und trotzdem gleichzeitig eine hohe Sicherheit vor Kurzschlüssen zwischen benachbarten Drähten erreicht wird, insbesondere wenn die Drähte durch Ultraschall-Bonden angebracht werden.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.

Mit diesem Aufbau läßt sich wirksam vermeiden, daß ein Verbindungsdraht den benachbarten Flecken berührt, und die Fleckenabmessung und damit die Fleckenteilung lassen sich verringern, so daß die Abmessung des Halbleiterplättchens und damit die einer Halbleiteranordnung verringert werden können.

Eine Ausgestaltung der Erfindung ist Gegenstand des Unteranspruchs.

Die Erfindung wird anhand eines in der Zeichnung veranschaulichten Ausführungsbeispiels näher erläutert; darin zeigen:

Fig. 1 eine Aufsicht eines Anschlußrahmens zusammen mit einem herkömmlichen Halbleiterplättchen;

Fig. 2 in vergrößertem Maßstab einen Teil von Fig. 1, in dem eine Verbindungsdrahtschleife zwischen einem Flecken und dem entsprechenden Zuführungsleiter gebildet ist;

Fig. 3 eine schematische Darstellung zur Veranschaulichung eines Ultraschall-Bondens; und

Fig. 4 eine Aufsicht eines Teils einer Halbleiteranordnung nach einem Ausführungsbeispiel gemäß der Erfindung in vergrößertem Maßstab.

In Fig. 4 sind ein Halbleiterplättchen 11 und Zuführungsleiter 12 teilweise dargestellt. Anschlußflecken 13 sind längs des Umfangs der Oberseite des Plättchens angeordnet. Eine Strichpunktlinie, die nach der Darstellung den Mittelpunkt 19 des Fleckens 13 und den Mittelpunkt 14 des inneren Endteils oder Verbindungsteils 17 des Zuführungsleiters 12 verbindet, ist eine gedachte Mittellinie 21 eines nach der Auslegung ausgerichteten oder gespannten Drahtes 15. Die gegenüberliegenden Seiten 20 jedes Fleckens 13 zu beiden Seiten der gedachten Linie 21 sind parallel zu der Linie 21 angeordnet.

Dieses Plättchen 11 mit den Flecken 13 dieser Formen ist auf einem Anhänger 16 durch einen Plättchenverbindungsvorgang befestigt, und ein Drahtverbindungsvorgang zur Bildung einer Drahtschleife wird in der Weise durchgeführt, daß ein Ende des Drahtes 15 am Flecken 13 des Plättchens 11 und das andere Ende des Drahtes 15 am Verbindungsteil 17 des Zuführungsleiters 12 durch Kompression befestigt und der Draht 15 nahe dem Verbindungsteil 17 abgeschnitten wird. Bei diesem Drahtverbindungsvorgang stimmt die Richtung, in der der Draht 15 einem Verbindungswerkzeug zugeführt wird, mit der Richtung der gedachten Linie 21 überein, in der der Draht zu spannen ist. (Dies ist für ein eine Ultraschallschwingungsenergie ausnutzendes Drahtbonden wesentlich.) Daher läßt sich eine weite Abweichung des Verbindungsteils 18 des Drahtes 15 am Flecken 13 vom Flecken 13 vermeiden, auch wenn es eine geringe Abweichung des Drahtes 15 von der gedachten Linie 21 gibt Außerdem würde, da sich der Flecken 13 längs der gedachten Linie 21 mit einer bestimmten Breite erstreckt, eine geringe Abweichung des Verbindungspunktes des Drahtes am Flecken nicht verursachen, daß das vom Verbindungsteil 18 vorragende Drahtende bis über den Umfang des Fleckens 13 hinausreicht. Folglich läßt sich verhindern, daß das Drahtende oder der Verbindungsteil 18 den Nachbarflecken 13 berührt, so daß sich die Ausbeute der hergestellten Halbleiteranordnungen verbessern läßt.

Weiter können nach diesem Ausführungsbeispiel die Fleckenabmessung und die Fleckenteilung beide verringert werden. Während beispielsweise ein herkömmliches Plättchen mit etwa 100 Flecken ein Quadrat von 5,7 mm×5,7 mm ist, ist ein Plättchen mit der gleichen Anzahl von Flecken gemäß der Erfindung ein Quadrat von 4,5 mm×4,5 mm.

Bei dem in Fig. 4 gezeigten Ausführungsbeispiel erstrecken sich auch die gegenüberliegenden Seiten wenigstens des inneren Endteils 17 jedes Zuführungsleiters 12, womit der Draht verbunden ist, parallel zur Erstreckungsrichtung des Drahtes 15. Diese Gestaltung des Zuführungsleiters 12 verringert die Gefahr, daß die Verbindungsteile oder Drahtendenteile der Drähte sich an benachbarten Zuführungsleitern berühren können.

Aus dem Vergleich zwischen den Fig. 2 und 4 wird offenbar, daß, auch wenn die tatsächliche Verbindungsstelle etwas von einer gewünschten Stelle abweicht, die Berührungsfläche zwischen dem Draht und dem Flecken erfindungsgemäß größer als nach dem Stand der Technik ist. Dies ist unter Berücksichtigung der Bindefestigkeit vorteilhaft.

Die Erfindung läßt sich auf Halbleiteranordnungen anwenden, die in einer Auswahl von Einkapselungen des Harzguß-, keramischen oder Glaseinkapselungstyps od. dgl. montiert sind.

Obwohl die Formen der Flecken (und Zuführungsleiter) gemäß der Erfindung bei einer nach verschiedenen Drahtverbindungsverfahren hergestellten Halbleiteranordnung verwendet werden können, eignen sie sich besonders vorteilhaft für das Ultraschall-Drahtbonden, bei dem gemäß obiger Beschreibung außer der einschränkenden Anforderung, daß die Richtung einer zu formenden Drahtschleife mit der Richtung der angewandten Ultraschallschwingungen übereinstimmen muß, auch noch schwierige Bedingungen einschließlich derjenigen existieren, daß die Lageeinstellung der Nadel des Ultraschalldrahtverbindungsgeräts zu den Flecken und Zuführungsleitern, deren Drehung erforderlich ist, mit hoher Genauigkeit gesteuert werden muß; sonst würden ernstliche Nachteile einschließlich des Kurzschlusses des verbundenen Drahtes mit dem Nachbarflecken (bzw. dem Nachbarzuführungsleiter) aufgrund der Abweichung der Spannrichtung des Drahtes auftreten. Durch Verwendung der Formen der Flecken (und Zuführungsleiter) gemäß der Erfindung läßt sich eine verläßliche Automatisierung des Ultraschall-Drahtbondens mit höherer Ausbeute erzielen, da die Nachteile insbesondere der Kurzschlußfehler vermieden werden können.

Claims (2)

1. Halbleiteranordnung aus einem rechteckigen Halbleiterplättchen (11) mit einer Mehrzahl von Anschlußflecken (13), die längs des Umfangs einer Hauptfläche desselben angebracht sind, einer der Mehrzahl der Anschlußflecken entsprechenden Mehrzahl von Zuführungsleitern (12) und einer Mehrzahl von Drähten (15), deren jeder an einem Ende einen ersten, mit einem der Zuführungsleiter verbundenen Verbindungspunkt und am anderen Ende einen zweiten, mit dem entsprechenden Anschlußflecken verbundenen Verbindungspunkt aufweist, wobei die Drähte jeweils zwischen ihren beiden Verbindungspunkten gespannt sind, dadurch gekennzeichnet, daß jeder der Anschlußflecken (13) die Form eines Parallelogramms hat, das jeweils zwei gegenüberliegende Seiten (20) aufweist, die sich parallel zur Spannungsrichtung des zugehörigen Drahtes (15) erstrecken.

2. Halbleiteranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens ein Teil jedes der Zuführungsleiter (12) zwei sich gegenüberliegende Seiten aufweist, die sich parallel zur Spannungsrichtung des zugehörigen Drahtes (15) erstrecken.