DE3141842C2 - - Google Patents

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DE3141842C2
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electrode
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DE3141842A
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Hermanus Antonius Van Den Pas
Wilhelmus Jan Jacob Lorenz
Johannes Bernardus Petrus Nijmegen Nl Janssen
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Original Assignee
Philips Gloeilampenfabrieken NV
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Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Ein derartiges Verfahren ist aus der DE-OS 28 32 050 be­ kannt.
Zur Herstellung einer Drahtverbindung zwischen einer Kon­ taktstelle auf z. B. einem Halbleiterkörper und einem elek­ trischen Leiter hat es sich als günstig erwiesen, zur Be­ festigung des Drahtes an dem Halbleiterkörper eine Kugel­ verbindung ("ball bond") zu verwenden. Die Kugel kann mit Hilfe eines Ultraschallwerkzeuges oder mittels einer Wärme-Druckverbindung oder gegebenenfalls mit einer Kom­ bination dieser beiden Möglichkeiten an der Kontaktstelle befestigt werden. Bei einem aus Gold bestehenden Draht kann die Kugel vorzugsweise mit Hilfe einer elektrischen Funkenentladung gebildet werden. Die Bildung einer Kugel an einem Draht aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung bereitet jedoch Schwierigkeiten.
In der DE-OS 26 21 138 wurde bereits vorgeschlagen, mit Hilfe einer elektrischen Funkenentladung eine Kugel am Ende eines Aluminiumdrahtes dadurch zu bilden, daß bei ei­ nem Spannungsunterschied von weniger als 200 V zwischen dem Draht und einer Elektrode in einer Schutzgas-Atmosphä­ re der Draht und die Elektrode kurzzeitig miteinander in Berührung gebracht werden. Dabei schmilzt das Ende des Drahtes und die Berührung wird unterbrochen, was zur Folge hat, daß eine Funkenentladung stattfindet, die zu der Bildung der Kugel führt. Das Schutzgas dient dazu, zu verhindern, daß bei der Bildung der Kugel Oxidationser­ scheinungen auftreten. Dieses Verfahren zum Bilden der Kugel, bei dem eine Berührung zwischen dem Draht und der Elektrode erforderlich ist, ist für die Massenherstellung umständlich. Weiter tritt eine außerordentlich starke Ab­ nutzung der Elektrode auf, die deshalb oft ersetzt werden muß.
In der DE-OS 28 32 050 wurde vorgeschlagen, zum Bilden ei­ ner Kugel am Ende eines Aluminiumdrahtes das Drahtende und eine Elektrode in einen geringen Abstand voneinander zu bringen, um in einer Schutzgas-Atmosphäre bei einem Spannungsunterschied von 350 V bis 10 000 V eine Funken­ entladung zu erhalten; der ohmsche Widerstand in dem Ent­ ladungsstromkreis ist derart zu wählen, daß der Spitzen­ wert der Stromdichte in dem Drahtquerschnitt 1,2 · 109 A/m2 bis 13,5 · 109 A/m2 beträgt. Bei diesem be­ kannten Verfahren muß ein sehr geringer Abstand (etwa 0,125 mm) zwischen dem Drahtende und der Elektrode ziemlich ge­ nau eingestellt werden.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art zu schaffen, bei dem die Funkenentladung bei einem verhältnismäßig kleinen Spannungsunterschied zwischen dem Ende des Drahtes und der Elektrode erzeugt wird und bei dem der gegenseitige Ab­ stand zwischen dem Ende des Drahtes und der Elektrode ver­ hältnismäßig groß sein kann und nicht genau eingestellt zu werden braucht.
Die Lösung der Aufgabe erfolgt dadurch, daß die Durchfüh­ rung des Verfahrens gemäß den Merkmalen des Anspruchs 1 erfolgt.
Die Entladung zwischen den Hilfselektroden, zwischen denen ein ziemlich großer Spannungsunterschied erzeugt werden darf, erzeugt ein Plasma im Schutzgas.
Der Widerstand im Plasma ist sehr niedrig gegenüber dem Widerstand in dem unionisierten Gas. Dadurch wird bei ei­ nem verhältnismäßig kleinen Spannungsunterschied zwischen der Elektrode und dem Draht eine Funkenentladung erzeugt, durch die die Kugel an dem Draht gebildet wird. Der Ab­ stand zwischen der Elektrode und dem Drahtende ist dabei nicht kritisch; wenn der Widerstand des Gases bzw. Plasmas genügend niedrig geworden ist, wird die kugelbildende Funkenentladung automatisch stattfinden.
Durch dieses für die Massenherstellung geeignete Verfahren wird an einem Draht aus Aluminium oder einer Aluminium­ legierung eine Kugel mit einer gut reproduzierbaren Größe gebildet. Diese Größe ist von dem Spannungsunterschied zwischen der Elektrode und dem Draht und von der elektri­ schen Ladung abhängig; es hat sich herausgestellt, daß zum Erhalten einer günstigen Form der Kugel der Spannungsun­ terschied vorzugsweise kleiner als 200 V sein muß.
Bevorzugte Ausführungsformen des Verfahrens nach der Er­ findung sind durch die Merkmale der Ansprüche 2-5 gekenn­ zeichnet.
Eine Ausführungsform der Erfindung ist als Beispiel in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher be­ schrieben. Es zeigen
Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Vorrichtung zum Anbringen einer Drahtverbindung,
Fig. 2 bis 4 im Längsschnitt, in Draufsicht bzw. in Vorderansicht eine Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens,
Fig. 5 eine elektrische Schaltung zum Erhalten der Funkenentladung und
Fig. 6 bis 8 das Verbinden des Drahtes mit der elek­ tronischen Mikroschaltung bzw. mit einem Anschlußleiter.
In Fig. 1 ist ein Ultraschallgenerator 1 dargestellt, der um eine Welle 2 schwenkbar ist, die in eine Stütze 3 auf­ genommen ist. Der Schweißarm 4 des Generators 1 ist mit einer Kapillare 5 versehen, durch die ein Draht 6 aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung geführt ist. Am Ende des Drahtes 6 muß eine Kugel gebildet werden. Der Draht ist dazu in einen Schlitz 7 einer Funkeneinheit 8 geführt (siehe auch Fig. 2, 3 und 4). Der Körper der Funkeneinheit besteht aus einem Isoliermaterial, z. B. ei­ nem Kunststoff. In dem Schlitz 7 endet eine Bohrung 9, durch die ein Schutzgas, z. B. Argon, über einen Schlauch 10 eingeführt wird. In der Funkeneinheit 8 sind eine Elek­ trode 11 sowie zwei Hilfselektroden 12 und 13 vorhanden. Der Abstand zwischen den Enden der Hilfselektroden ist vorzugsweise etwa 2 mm. Auch der Abstand zwischen der Elektrode 11 und dem Ende des Drahtes 6 ist etwa 2 mm. Die Funkeneinheit ist um eine Welle 19 schwenkbar und kann so­ mit zu der Kapillare 5 hin und auch von der Kapillare fort gedreht werden.
Die Vorrichtung nach Fig. 1 enthält weiter einen Träger 14, auf dem ein Schlitten 15 angeordnet ist. Auf dem Schlitten 15 kann ein Leitergitter angebracht werden. Auf einem Trägerteil 16 des Leitergitters befindet sich ein Halbleiterbauelement 17, das mit Kontaktstellen zum Anbringen eines elektrisch leitenden Drahtes versehen ist. Der Draht wird von einer Kontaktstelle der Halblei­ teranordnung 17 zu einem Leiter 18 des Leitergitters ge­ führt.
Die Bildung einer Kugel an dem Draht 6 aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung wird anhand der Fig. 2 bis 5 näher erläutert. Das Ende des Drahtes 6 wird in den Schlitz 7 der Funkeneinheit 8 eingeführt. In den Schlitz wird ein Schutzgas, wie Argon, über die Bohrung 9 einge­ führt; vorzugsweise findet die Gaszufuhr nur kurzzeitig statt, und zwar nur während der Bildung der Kugel. Zwi­ schen den Hilfselektroden 12 und 13 wird nun ein Spannungsunterschied, vorzugsweise von 10 000-20 000 V, mit Hilfe einer Spule erzeugt, wodurch eine Funkenent­ ladung stattfindet. Diese Funkenentladung erzeugt ein Plasma im schützenden Argongas. In diesem Gas bzw. Plasma nimmt dadurch der elektrische Widerstand auf einen sehr niedrigen Wert ab. Zwischen der Elektrode 11 und dem Ende des Drahtes 6 wird ein Spannungsunterschied von 200 V oder weniger, vorzugsweise von etwa 70 V, aufrechterhalten.
Infolge des niedrigen Wertes des elektrischen Widerstandes im Plasma kann eine Funkenentladung zwischen der Elektrode 11 und dem Ende des Drahtes 6 trotz der Tatsache stattfin­ den, daß der Abstand zwischen Elektrode und Drahtende ver­ hältnismäßig groß, z. B. 2 mm, sein kann. Durch die Funken­ entladung wird am Ende des Drahtes eine Kugel gebildet, deren Größe sehr genau reproduzierbar ist.
Fig. 5 zeigt schematisch eine Schaltung zum Erzeugen eines Funkens zur Bildung einer Kugel an dem Aluminiumdraht.
Ein von einem nicht dargestellten monostabilen Multivibra­ tor herrührender Impuls 20 bringt die Basis eines Transi­ stors 21 auf eine genügend hohe Spannung, um zu bewirken, daß Strom durch den Transistor 21 fließt. Infolge dieses Stromes wird die Basis eines Transistors 22 auf eine der­ artige Spannung gebracht, daß auch durch den Transistor 22 Strom fließt. Der Strom durch den Transistor 22 ist genü­ gend groß, um einen Hochspannungstransistor 23 zu steuern; dabei fließt Strom durch den Primärzweig 24 einer Spule 26. Am Ende des kurzen Impulses 20 sperren nacheinander die Transistoren 21, 22 und 23 und nimmt der Strom im Pri­ märzweig 24 der Spule plötzlich auf einen Wert Null ab. Durch Induktionswirkung wird nun im Sekundärzweig 25 der Spule eine hohe Spannung, z. B. 20 000 V, erzeugt. Dadurch wird die elektrische Funkenentladung zwischen den Elektro­ den 12 und 13 erhalten und es wird ein Plasma im schützen­ den Argongas erzeugt.
Zwischen den Draht 6 und der Elektrode 11 ist ein elektri­ scher Kondensator 27 geschaltet; der Kondensator steht mit einer Spannungsquelle in Verbindung und ist demzufolge aufgeladen. Infolge des niedrigen Widerstandes im Plasma wird sich der Kondensator 27 unter der Bildung eines Fun­ kens zwischen der Elektrode 11 und dem Ende des Drahtes 6 entladen. Dabei wird an dem Draht die Kugel gebildet.
Die Spannung über dem Kondensator 27 und die Kapazität dieses Kondensators können in Abhängigkeit von dem Durch­ messer des Drahtes, an dem die Kugel gebildet wird, ge­ wählt werden. Es hat sich z. B. als sehr günstig erwiesen, bei einem Draht mit einem Durchmesser von 200 µm einen Kondensator von 500 µF bei einer Spannung von 70 V zu ver­ wenden.
Bei einem Draht mit einem Durchmesser von 40 µm wurde eine günstige Kugelform durch Entladung eines Kondensators von 15 µF, der bei einer Spannung von 70 V aufgeladen war, er­ halten.
In den Fig. 6 bis 8 wird das Verbinden des mit einer Kugel versehenen Drahtes mit der elektronischen Mikro­ schaltung einerseits und einem Anschlußleiter andererseits dargestellt.
Auf dem in Fig. 6 (und auch in Fig. 1) gezeigten Schlitten 15 ist ein Lei­ tergitter mit einem Trägerteil 16 angeordnet, auf dem ein Halbleiterbauelement 17 befestigt ist. Ein Stromleiter ist mit der Bezugsziffer 18 bezeichnet. Die Kapillare 5 mit dem Draht 6, an dem eine Kugel gebildet ist, befindet sich über einer Kontaktstelle auf dem Halbleiterbauelement 17.
Die Kapillare wird z. B. dadurch, daß der Ultraschallgene­ rator 1 um die Welle 2 gedreht wird (Fig. 1), zu dem Halb­ leiterbauelement hin bewegt. Wenn die Kugel gegen die Kon­ taktstelle auf dem Halbleiterbauelement drückt, wird mit Hilfe von Ultraschallschwingungen eine Verbindung herge­ stellt (Fig. 7), wobei die Kugel zu einem platten Kopf verformt wird. Dann wird die Kapillare aufwärts bewegt und zu dem Stromleiter 18 verschoben. Dort wird der Draht zwi­ schen dem Leiter 18 und der Unterseite der Kapillare fest­ geklemmt und mit Hilfe von Ultraschallschwingungen am An­ schlußleiter 18 befestigt. Fig. 8 zeigt die endgültige Drahtverbindung. Die Verbindung mit dem Anschlußleiter 18 braucht nicht bedingt mit Hilfe der Kapillare angebracht zu werden; dies kann in jeder gewünschten Weise geschehen.

Claims (5)

1. Verfahren zum Herstellen einer Drahtverbindung zwischen einer Kontaktstelle auf einer elektronischen Mikroschal­ tung und einem Anschlußleiter mittels eines durch eine Kapillare geführten Drahtes aus Aluminium oder einer Alumi­ niumlegierung, an dessen einem Ende mit Hilfe einer in einer Schutzgas-Atmosphäre stattfin­ denden Funkenentladung zwischen dem einen Abstand voneinander aufweisenden Ende des Drahtes und einer Elektrode eine Kugel gebildet wird und der anschließend mit Hilfe der Kapillare mit der Kontaktstelle verbunden wird, dadurch gekennzeichnet, daß eine elektrische Funkenentladung zwischen zwei Hilfs­ elektroden erzeugt wird, wobei durch Ionisierung des Schutzgases ein Plasma entsteht, und daß - bedingt durch den niedrigen Widerstand im Plasma - die kugelbildende Funkenentladung zwischen der Elektrode und dem Ende des Drahtes bei einer verhältnismäßig niedrigen, zwischen 25 V und 200 V liegenden Spannung erzeugt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Funkenentladung zwischen den Hilfselektroden durch Anlegen einer mit Hilfe einer Spule erzeugten Spannung in der Größenordnung von 10 000-20 000 V er­ zeugt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Funkenentladung zwischen der Elektrode und dem Draht durch Entladung eines elektrischen Kondensators bei einer Spannung von 50-100 V erzeugt wird.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand zwischen dem Ende des Drahtes und der Elektrode sowie der Abstand zwischen den Hilfselektroden während der Bildung der Kugel auf einem Wert in der Größenordnung von 2 mm gehalten werden.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Zufuhr des Schutzgases nur während der Bildung der Kugel stattfindet.
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