DE3311256C2 - - Google Patents

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DE3311256C2
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Alfred Dr. 8400 Regensburg De Engl
Oswald 8412 Burglengenfeld De Hainz
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Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Nailhead-Kontaktieren eines Bauelements mittels eines in einer Düse geführten Drahtes, der durch Thermokompres­ sion oder Ultraschalleinwirkung ("Thermosonic") mit dem Bauelement verbunden wird.
Eine derartige Vorrichtung zum Nailhead-Kontaktieren eines Bauelements ist beispielsweise in der DE-OS 20 08 817 beschrieben: Mittels einer Düse wird bei dieser Vorrichtung ein dünner Golddraht über einen elektrischen Anschluß eines Bauelements, beispielsweise zur Basiselek­ trode eines Transistors, geführt. Das Ende des aus der Düse herausragenden Golddrahtes wird durch eine Flamme oder elektrisch zu einer kleinen Goldkugel aufgeschmol­ zen, die dann mit der Düse auf die Bauelement-Oberfläche abgesenkt und dort mit dem Metall des Anschlusses durch Thermokompression "verschmolzen" wird. Anschließend wird der Golddraht wiederum mittels der Düse zu einer anderen Kontaktstelle, beispielsweise zu einer aus einem Gehäuse herausführenden Anschlußfahne geführt, auf der ebenfalls durch Thermokompression angeschmolzen wird.
In der Fig. 1 ist die Düse einer derartigen Vorrichtung gezeigt: In einem Kanal 1 eines Düsenkörpers 2 wird ein Golddraht geführt. Ein zylindrischer Teil Z dieses Kanals 1 bewirkt die Führung des Golddrahtes, wobei der Durch­ messer des zylindrischen Teils Z deutlich größer sein muß als der Durchmesser des Golddrahtes, damit dieser im Ka­ nal 1 störungsfrei geführt werden kann. Für einen Durch­ messer des Golddrahtes von 25 µm genügt ein Durchmesser d Z des zylindrischen Teils Z von etwa 38 µm, so daß das Querschnittsverhältnis 2,3:1 beträgt.
Ein Senkungsteil S des Kanals 1, dessen Kegelwinkel zwi­ schen 90 und 120° liegen kann, dient zur Zentrierung der angeschmolzenen Goldkugel auf dem zu kontaktierenden An­ schluß.
Wenn die Düse die in Fig. 1 gezeigte Form hat, nimmt der Nailhead-Kontakt auf einer Bauelement-Oberfläche 3 bei­ spielsweise die in Fig. 2 gezeigte Form an. Ein zylin­ drischer Teil NZ dieses Nailhead-Kontakts ergibt sich da­ bei zwangsläufig aus der Düsenform durch Einstauchen eines Teils des in der Kugel gewesenen Drahtmetalls in den zylindrischen Teil Z der Düse. Der direkt auf der Bauelement-Oberfläche 3 befindliche Teil T des Nailhead- Kontakts wird durch die angeschmolzene Goldkugel und den Senkungsteil S der Düse gebildet.
Der zylindrische Teil NZ des Nailhead-Kontakts begünstigt die mechanischen Eigenschaften der Kontaktierung, da er den Übergang vom großen Querschnitt der Nailhead-Auflage­ fläche auf der Oberfläche 3 zum geringeren Querschnitt des Drahtes weniger abrupt gestaltet. Beispielsweise hat die Auflagefläche des Nailheads auf der Oberfläche 3 einen Durchmesser d von etwa 80 µm, während der Draht­ durchmesser (vgl. oben) lediglich 25 µm beträgt. Durch diesen weniger abrupten Übergang wird die Gefahr eines Bruches an einer bevorzugten Bruchstelle vermieden, die dadurch entsteht, daß die Austrittsstelle des Drahtes aus dem Nailhead-Kontakt gleichzeitig eine Gefügegrenze zwi­ schen einem verformten Bereich und einem nicht verformten Bereich darstellt, wobei noch zusätzlich unterschiedliche Temperaturbeanspruchungen zu berücksichtigen sind.
Ein weiterer Vorteil des zylindrischen Teils NZ liegt darin, daß er als Stützsockel zur besseren Führung und Aufrechterhaltung der Kontaktdrahtschleife dienen kann.
Die bisher auf dem Markt befindlichen Nailhead-Kontaktie­ rungsvorrichtungen haben alle Düsen mit dem zylindrischen Teil Z, an den sich direkt der Senkungsteil S anschließt (vgl. beispielsweise den Firmenprospekt "Bonding Tools and Techniques for the Automated 80′s" der Firma Gaiser Tool Company und den Firmenprospekt "Micro Swiss, Bonding Tools and Production Accessories" der Firma Kulicke and Soffa Industries).
Es hat sich nun gezeigt, daß bei der in Fig. 1 gezeigten Düsenform Beanspruchungen des Nailhead-Kontakts auftre­ ten, die - in Extremfällen - zu einer Zerstörung der Kon­ taktierung führen, wenn die Düse vom Nailhead-Kontakt ab­ gehoben wird. Beim Hochfahren der Düse übt nämlich der zylindrische Teil Z auf die Mantelfläche des zylindri­ schen Teils NZ des Nailhead-Kontakts Zugkräfte aus, die sogar bis zu 20 oder 30% der zuvor angewandten Kontak­ tierkraft bei der Thermokompression erreichen können.
Es ist daher Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Nailhead-Kontaktieren zu schaffen, bei der eine Beschädigung des Nailhead-Kontakts beim Abheben der Düse weitgehend vermieden wird.
Diese Aufgabe wird bei einer Vorrichtung zum Nailhead- Kontaktieren eines Bauelements mittels eines in einer Dü­ se geführten Drahtes, der durch Thermokompression mit dem Bauelement verbunden wird, erfindungsgemäß dadurch ge­ löst, daß die Düse vor ihrer Austrittsöffnung mit einem Senkungsteil einen kegelförmigen Teil besitzt, der sich zum Senkungsteil hin erweitert.
Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist also der zy­ lindrische Teil Z der bekannten Düse zumindest im unteren Teil, beispielsweise für eine Höhe von 20 µm, durch einen kegelförmigen Teil ersetzt, wobei die Mantellinien des Kegels mit den Mantellinien des ursprünglichen zylindri­ schen Teils Z einen Winkel δ bilden, der vorzugsweise ei­ nen Wert von mindestens 8° aufweist und zwischen 8° bis 14° und insbesondere zwischen 10° und 12° liegen kann. Durch diesen zusätzlichen kegelförmigen Teil werden schädliche Zugbeanspruchungen auf die Kontaktflächen zwi­ schen Nailhead-Kontakt und Bauelement-Oberfläche beim Ab­ heben der Düse vom Nailhead vermieden.
Eine Weiterbildung der Erfindung sieht ein Verfahren zum Nailhead-Kontaktieren eines Bauelements mittels eines in einer Düse geführten Drahtes vor, der durch Thermokom­ pression oder Ultraschalleinwirkung ("Thermosonic") mit dem Bauelement verbunden wird, wobei die Düse ohne Aus­ übung von Zugkräften auf den Nailhead-Kontakt von der Bauelement-Oberfläche abgehoben wird.
Nachfolgend wird die Erfindung an Hand der Zeichnung nä­ her erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 eine Düse einer herkömmlichen Vorrichtung, Fig. 2 eine Seitensicht eines Nailhead-Kontakts, und Fig. 3 eine Düse der erfindungsgemäßen Vorrichtung.
Wie in Fig. 3 gezeigt ist, weist der Kanal 1 einen kegel­ förmigen Teil K auf, der an den zylindrischen Teil Z an­ schließt und bis zum Senkungsteil S führt. Dieser kegel­ förmige Teil K bildet mit seinen Mantelflächen mit dem zylindrischen Teil Z einen Winkel δ von etwa 10°. Durch diesen zylindrischen Teil K werden die Zugkräfte auf den Nailhead-Kontakt beim Abheben der Düse wesentlich verrin­ gert, so daß der Nailhead-Kontakt nicht durch Zugbean­ spruchungen abgerissen oder beschädigt wird, wenn die Düse beispielsweise von der Oberfläche eines Transistors nach dem Setzen des Nailhead-Kontakts hochgefahren wird.
Einsetzbar ist die erfindungsgemäße Kontaktierdüse für Kontaktdrähte aus Gold, Kupfer, Palladium, Silber, Alumi­ nium und aus Legierungen eines oder mehrerer dieser Me­ talle wie Aluminium/Silicium (mit 1 Gew.-% Silicium).

Claims (6)

1. Vorrichtung zum Nailhead-Kontaktieren eines Bauele­ ments mittels eines in einer Düse geführten Drahtes, der durch Thermokompression oder Ultraschalleinwirkung mit dem Bauelement verbunden wird, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Düse vor ihrer Aus­ trittsöffnung mit einem Senkungsteil (S) einen kegelför­ migen Teil (K) besitzt, der sich zum Senkungsteil (S) hin erweitert.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Mantelflächen des ke­ gelförmigen Teils (K) zu dessen Mittellinie einen Winkel von mindestens 8° einschließen.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Winkel 8° bis 14° und insbesondere 10° bis 12° beträgt.
4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, da­ durch gekennzeichnet, daß bei Ein­ satz eines Kontaktierdrahtes mit 25 µm Durchmesser der Kanal der Düse einen Durchmesser von etwa 38 µm im zylin­ drischen Teil (2) besitzt, und daß die Höhe des kegelför­ migen Teils etwa 20 µm beträgt.
5. Verfahren zum Nailhead-Kontaktieren eines Bauelements mittels eines in einer Düse geführten Drahtes, der durch Thermokompression oder Ultraschalleinwirkung mit dem Bau­ element verbunden wird, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Düse ohne Ausübung von Zug­ kräften auf den Nailhead-Kontakt von der Bauelement-Ober­ fläche abgehoben wird.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch ge­ kennzeichnet, daß ein Draht verwendet wird, der aus einem der Metalle Gold, Kupfer, Palladium, Sil­ ber, Aluminium oder aus Legierungen mit einem dieser Me­ talle als Hauptbestandteil, insbesondere Aluminium/Sili­ cium mit 1 Gew.-% Silicium besteht.
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