DE3717856A1 - Verfahren zur montage von halbleitergeraeten und einrichtung zu dessen durchfuehrung - Google Patents

Verfahren zur montage von halbleitergeraeten und einrichtung zu dessen durchfuehrung

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DE3717856A1
DE3717856A1 DE19873717856 DE3717856A DE3717856A1 DE 3717856 A1 DE3717856 A1 DE 3717856A1 DE 19873717856 DE19873717856 DE 19873717856 DE 3717856 A DE3717856 A DE 3717856A DE 3717856 A1 DE3717856 A1 DE 3717856A1
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Gennadevic Sisov
Aleksandrovic Kalacev
Anatolevic Guljaev
Vitalij Georgievic Melnik
Zinovij Michalevic Slavinskij
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KALACEV
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KALACEV
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Description

Die Erfindung bezieht sich auf das Gebiet der Bond­ technik für die Montage von Halbleitergeräten, insbesondere auf ein Verfahren zur Montage von Halbleitergeräten und eine Einrichtung zur Durchführung desselben, die beim Herstellen von Verbindungsbrücken zwischen den Bondstel­ len der Halbleitergeräte sowie der integrierten Schalt­ kreise verwendet wird.
Gegenwärtig ist eine Klasse von Halbleitergeräten und integrierten Schaltkreisen bekannt, in denen die Ver­ bindungsbrücken zwischen den Bondstellen eine vorgegebe­ ne Form besitzen müssen: geradlinige Abschnitte mit ver­ schiedenen Neigungswinkeln derselben zur horizontalen Ebene. Diese Verbindungsbrückenform ist zur Erzielung von hohen Ausgangskennwerten von Halbleitergerä­ ten, insbesondere von im UHF-Bereich funktionierenden Geräten erforderlich. Für besonders zuverlässige Geräte müssen zwischen den Bondstellen Verbindungsbrücken mit garantierten Festigkeitseigenschaften erzeugt werden. Darüber hinaus ist es bei Halbleitergeräten mit hoher Packungsdichte und einer hohen Anzahl von Verbindungs­ brücken wirtschaftlich begründet, nicht einwandsfreie Bond­ verbindungen nach der Erzeugung einer jeden nächsten Ver­ bindungsbrücke zu ermitteln.
Bekannt sind Verfahren zur Montage von Halbleiter­ geräten, bei denen zwischen den Bondstellen von Gehäuse und Chip eines Halbleitergerätes eine Verbindungsbrücke aus Draht durch Anschließen desselben an die erste von diesen Bondstellen mit Hilfe eines Bondwerkzeuges, Hin­ durchziehen des Drahtes durch das Bondwerkzeug entlang einer Bahn, die aus zwei aufsteigenden Abschnitten be­ steht, die unter stumpfem Winkel relativ zueinander liegen, Absenken des Drahtes auf die zweite Bondstelle ohne Hin­ durchziehen und Anschließen desselben an die zweite Bond­ stelle erzeugt wird (Anlage WB-1511, Prospekt der Firma Kaiso Denki Co, LTD, Japan, 1977; SU-Urheberschein Nr. 7 40 448).
Das Vorhandensein von zwei aufsteigenden Abschnitten der Drahtdurchzugsbahn ist durch die Notwendigkeit be­ dingt, eine Drahtausbiegung zur Gewährleistung einer er­ habenen Strombrückenform zu erzeugen, die zur Beseiti­ gung des Kurzschlusses erforderlich ist, welcher durch die Verbindungsbrücke zwischen den Leiterbahnen und inner­ halb der rings um die Bondstellen liegenden Topologie herbeigeführt wird. Allerdings kommt es infolge einer un­ gleichmäßigen Verteilung der mechanischen Eigenschaften des erwähnten Drahtes über dessen Länge, und zwar der Festigkeitseigenschaften, dazu, daß sich eine beliebige Form ergibt, weshalb es zu Kurzschlüssen kommen kann. Außerdem besitzt eine jede nachfolgende Verbindungsbrücke eine von der vorhergehenden verschiedene Form.
Das Vorhandensein von zwei aufsteigenden Drahtdurch­ zugsabschnitten, von denen der erste unter rechtem Win­ kel zur Bondstelle liegt, führt zur Entstehung von Mikro­ rissen an der Übergangsstelle der Bondverbindung zum Draht, die durch Reiben des Drahtes am Bondwerkzeug beim Hindurchziehen hervorgerufen sind. Außerdem führt das Hindurchziehen des Drahtes in den zwei aufsteigenden Ab­ schnitten und das Absenken desselben auf die zweite Bond­ stelle zum Bonden zu mehrfachen Umbiegungen des Drahtes an der erwähnten Übergangsstelle, was insgesamt aufgrund des erwähnten Nachteiles die Festigkeitseigenschaften der Verbindungsbrücke herabsetzt und hierdurch auch die Mon­ tagegüte von Halbleitergeräten beeinträchtigt.
Bekannt sind Einrichtungen zur Durchführung von er­ wähnten Verfahren zur Montage von Halbleitergeräten, die jeweils eine Grundplatte, auf der ein Koordinaten­ tisch montiert ist, einen Bondkopf, der mit einem Antrieb zur Verschiebung desselben in der vertikalen Ebene ausge­ stattet und in dessen Bondwerkzeug ein Draht zum Ausbil­ den einer Verbindungsbrücke zwischen Bondstellen an Ge­ häuse und Chip von Halbleitergeräten angeordnet ist, so­ wie eine Steuereinheit zum Ansteuern der Antriebe und des Bondkopfes aufweisen.
In der im vorerwähnten Prospekt der Firma Kaiso Denki Co beschriebenen Einrichtung wird ein Halbleiter­ gerät in Bewegung montiert, wobei dieses Halbleiterge­ rät auf dem Koordinatentisch entlang den Koordinaten x, y, ϕ verschoben wird (ϕ bedeutet einen Drehwinkel in der horizontalen Ebene x, y), während in der im vorer­ wähnten SU-Urheberschein 7 40 448 beschriebenen Ein­ richtung das Halbleitergerät unbeweglich, der Bondkopf aber mit Antrieben zur Verschiebung desselben entlang den Koordinaten x, y ϕ ausgestattet ist.
Die Erzeugung einer Verbindungsbrücke durch die vor­ erwähnten Einrichtungen geschieht im wesentlichen auf eine ähnliche Weise. Der Unterschied besteht allein da­ rin, daß das vertikale Heben des Bondwerkzeuges von der ersten Bondstelle in der ersten der vorerwähnten Ein­ richtungen ungefähr bis zur halben Höhe der zu erzeugen­ den Verbindungsbrücke erfolgt, während es in der zweiten Einrichtung ungefähr bis zu einem Viertel der Höhe dieser Ver­ bindungsbrücke stattfindet.
Die erste der erwähnten Einrichtungen, die durch das vertikale Heben des Bondwerkzeuges bis auf eine gegenüber der zweiten Einrichtung größere Höhe gekennzeichnet ist, gewährleistet keine erforderliche Montagegüte von Halb­ leitergeräten infolge der an der Übergangsstelle der Bondverbindung zum Draht entstehenden Mikrorisse und ist ferner durch niedrige Arbeitsleistung gekennzeichnet, die dadurch bedingt ist, daß die Länge der Bewegungsbahn des Bondwerkzeuges die Verbindungsbrückenlänge beträcht­ lich übersteigt.
In der zweiten Einrichtung sind die genannten Nach­ teile durch herabgesetzte Höhe des vertikalen Hubs des Bondwerkzeuges teilweise beseitigt, wodurch die Zahl der Mikrorisse vermindert und die Arbeitsleistung etwas er­ höht wird. Allerdings hängt die Form der durch diese Ein­ richtung erzeugten Verbindungsbrücken vom Gleichmäßigkeits­ grad der Verteilung der mechanischen Eigenschaften des Drahtes über dessen Länge ab und variiert ebenfalls in beliebiger Weise.
Bekannt ist ferner ein Verfahren zur Montage von Halbleitergeräten, das darin besteht, daß zwischen Bond­ stellen an Gehäuse und Chip eines Halbleitergerätes ei­ ne Verbindungsbrücke aus Draht durch dessen Anschließen mit Hilfe eines Bondwerkzeuges an die erste dieser Bond­ stellen, Hindurchziehen des Drahtes durch das Bondwerk­ zeug und Anschließen desselben an die zweite Bondstelle erzeugt wird (SU-Urheberschein 8 21 100, Kl. B23K 31/02, bekanntgemacht am 15. 04. 81).
Im erwähnten Verfahren erfolgt das Hindurchziehen des Drahtes entlang einer Bahn, die aus einem aufstei­ genden Abschnitt besteht, der unter spitzem Winkel zur ersten Bondstelle liegt, was die Bildung von Mikroris­ sen an der Übergangsstelle der Bondverbindung zum Draht zu vermeiden gestattet, welche durch Reibung des Drahtes am Bondwerkzeug bei dessen vertikalem Heben hervorgeru­ fen sind. Jedoch sind noch Mikrorisse vorhanden, die durch Umbiegen des Drahtes bei dessen Senkung an die zweite Bondstelle ohne Hindurchziehen verursacht sind.
Im erwähnten Verfahren ist wie auch bei den vorer­ wähnten Verfahren die Verbindungsbrückenform durch die mechanischen Eigenschaften des Drahtes bedingt und va­ riiert in beliebiger Weise. Dies schafft Voraussetzungen dazu, daß die Verbindungsbrücke die Leiterbahnen und die rings um die Bondstellen liegenden Topologie zum Kurz­ schluß bringt. Eine jede nachfolgende, auf die beschrie­ bene Weise erzeugte Strombrücke besitzt eine von der vorhergehenden verschiedene Form. Außerdem ist beim Aus­ bilden von zwischen in verschiedener Höhe liegenden Bond­ stellen erzeugten Verbindungsbrücken die Wahrscheinlich­ keit höher, daß die erwähnten Kurzschlüsse eintreten.
Die Einrichtung zur Durchführung eines Verfahrens zur Montage von Halbleitergeräten enthält eine Grundplat­ te, auf der ein Koordinatentisch zum Unterbringen von Halbleitergeräten montiert und ein Wagen angeordnet ist, der mit einem Antrieb zur hin- und hergehenden Verschie­ bung desselben in bezug auf die Grundplatte parallel zu einer der horizontalen Achsen des erwähnten Koordinaten­ tisches sowie mit einem Bondkopf verbunden ist, der mit einem Antrieb zur Verschiebung desselben in der vertika­ len Ebene ausgestattet und in dessen Bondwerkzeug ein Draht zum Herstellen einer Verbindungsbrücke zwischen den Bondstellen an Gehäuse und Chip angeordnet ist, sowie eine Steuereinheit, deren Ausgänge mit dem Bondkopf, dem Antrieb zur Verschiebung desselben in der vertikalen Ebe­ ne und dem Antrieb zur hin- und hergehenden Verschiebung des Wagens elektrisch verbunden sind (SU-Urheberschein 8 21 100).
In der erwähnten Einrichtung bewegt sich der Wagen in bezug auf die Grundplatte unter einem Winkel, der dem Winkel der Drahtzuführung zum Bondwerkzeug gleich ist, was einen Neigungswinkel des aufsteigenden Bahnabschnit­ tes beim Hindurchziehen des Drahtes sowie eine ungenü­ gende Montagegüte von Halbleitergeräten bedingt.
Obwohl in der erwähnten Einrichtung kein vertikales Heben des Bondwerkzeuges stattfindet, übersteigt die Be­ wegungsbahn desselben immer noch die Verbindungsbrücken­ länge, weswegen die Arbeitsleistung der Einrichtung nicht ausreichend hoch ist.
Bei besonders zuverlässigen Halbleitergeräten wird eine Kontrolle der Verbindungsbrückenqualität, nämlich der Festigkeitseigenschaften derselben, vorausgesetzt. Also findet nach der Ausbildung sämtlicher Verbindungsbrüc­ ken eine Qualitätskontrolle auf einer besonderen Kontroll­ einrichtung durch Anlegen einer Zugkraft an die Verbin­ dungsbrücke an einer beliebigen Stelle statt. Dabei wird eine jede Verbindungsbrücke des Halbleiter­ gerätes in bezug auf die Meßeinheit zum Messen der Zug­ kraft orientiert und danach die Zugkraft angelegt. Diese Qualitätskontrolle ist in den Halbleitergeräten mit einer hohen Packungsdichte besonders erschwert, da die Verbin­ dungsbrücken in ihnen in einem geringen Abstand vonein­ ander liegen. Das Anlegen einer Kraft an einer beliebig gewähl­ ten Verbindungsbrückenstelle führt zu einer Änderung der Verbindungsbrückenform, wodurch Mikrorisse an der Übergangsstelle des Drahtes in die Bondverbindungen ent­ stehen. Außerdem ist eine jede Bondverbindung unter­ schiedlichen Zugkräften ausgesetzt, die durch verschie­ dene Neigungswinkel der Verbindungsbrücke relativ zu den Bondstellen an Gehäuse und Chip bedingt sind.
Also setzt die vorbeschriebene Kontrolle die Pro­ duktivität des Montageverfahrens und die Arbeitsleistung der zur Durchführung desselben vorgeschlagenen Einrichtung herab, weil sie nach der Ausbildung sämtlicher Verbindungsbrücken in einem Halbleitergerät durchgeführt wird, und verschlech­ tert auch die Montagequalität.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Ver­ fahren zur Montage von Halbleitergeräten und eine Ein­ richtung zur Durchführung desselben zu schaffen, in de­ nen das Hindurchziehen des Drahtes entlang einer sol­ chen Bahn erfolgt, die die Ausbildung von Verbindungs­ brücken gewünschter Form ermöglicht.
Die gestellte Aufgabe ist dadurch gelöst, daß im Verfahren zur Montage von Halbleitergeräten, das darin besteht, daß zwischen den Bondstellen an Gehäuse und Chip eines Halbleitergerätes aus einem Draht durch An­ schließen desselben mit Hilfe eines Bondwerkzeuges an die erste von diesen Bondstellen, Hindurchziehen des Drahtes durch das Bondwerkzeug und Anschließen desselben an die zweite Bondstelle erzeugt wird, erfindungsgemäß das Hindurchziehen des Drahtes entlang einer Bahn erfolgt, die die Verbindungsbrückenform bestimmt, wobei ein von der ersten Bondstelle aufsteigender Abschnitt, eine Um­ biegestelle, an der der Draht fixiert wird, sowie ein auf die zweite Bondstelle absteigender Abschnitt ausge­ bildet werden, wobei der absteigende Abschnitt mit ei­ ner Kraft ausgebildet wird, die eine plastische Verfor­ mung des Drahtes an der Umbiegestelle gewährleistet.
Zweckmäßigerweise erfolgt das Hindurchziehen des Drahtes entlang einer Bahn, bei der der aufsteigende und der absteigende Verbindungsbrückenabschnitt unter gleichen Winkeln relativ zu den jeweiligen Bondstellen liegen. In nicht minder zweckmäßiger Weise wird das Bondwerkzeug nach dem Anschließen des Drahtes an die zweite Bondstelle in seine Ausgangsstellung zurückge­ führt und gleichzeitig eine Zugkraft an der Umbiegestel­ le bis zum Erreichen eines Kraftbetrags angelegt, bei dem eine elastische Verbindungsbrückenverformung ein­ tritt, worauf man die Zugkraft aufhebt.
Die gestellte Aufgabe ist ferner auch dadurch ge­ löst, daß die Einrichtung zur Durchführung eines Ver­ fahrens zur Montage von Halbleitergeräten, die eine Grundplatte, auf der ein Koordinatentisch zum Unter­ bringen von Halbleitergeräten montiert und ein Wagen angeordnet ist, der mit einem Antrieb zur hin- und her­ gehenden Verschiebung desselben in bezug auf die Grund­ platte parallel zu einer der horizontalen Achsen des Koordinatentisches sowie mit einem Bondkopf verbunden ist, der mit einem Antrieb zur Verschiebung desselben in der vertikalen Ebene ausgestattet und in dessen Bond­ werkzeug ein Draht zum Ausbilden einer Verbindungsbrücke zwischen den Bondstellen an Gehäuse und Chip eines Halb­ leitergerätes angeordnet ist, sowie eine Steuereinheit enthält, deren Ausgänge mit dem Bondkopf, dem Antrieb zur Verschiebung desselben in der vertikalen Ebene so­ wie mit dem Antrieb zur hin- und hergehenden Verschie­ bung des Wagens elektrisch verbunden sind, erfindungs­ gemäß eine Drahtfixiereinheit, die auf der Grundplatte angeordnet ist und die Möglichkeit einer pendelnden Be­ wegung in einer vertikalen Ebene besitzt, die zur Ver­ schiebungsebene des Bondkopfes parallel ist, dessen Ar­ beitsorgan mit dem Draht beim Ausbilden des auf die zwei­ te Bondstelle absteigenden Verbindungsbrückenabschnitts zusammenwirkt, sowie einen mit der Drahtfixiereinheit verbundenen Antrieb zur Verschiebung derselben in der vertikalen Ebene enthält, der mit einem zusätzlichen Steuereinheitsausgang elektrisch verbunden ist, wobei der Koordinatentisch mit Antrieben zur Verschiebung des­ selben in der horizontalen und vertikalen Ebene und mit einem Antrieb zur Winkelverschiebung desselben in der horizontalen Ebene ausgestattet ist, die mit weiteren zusätzlichen Steuereinheitsausgängen elektrisch verbun­ den sind.
Zweckmäßigerweise ist der Bondkopf am Wagen mit der Mög­ lichkeit einer Pendelung in einer Ebene angebracht, die zur Pendelebene der Drahtfixiereinheit parallel ist.
Vorteilhafterweise enthält die Drahtfixiereinheit eine Kragstütze, zwei horizontal liegende, an der Grund­ platte befestigte Spitzen, in denen die Kragstütze fi­ xiert ist, einen Elektromagneten, der an der Kragstütze befestigt und mit einem jeweiligen zusätzlichen Steuer­ einheitsausgang elektrisch verbunden ist, zwei verti­ kal liegende, an der Kragstütze befestigte Spitzen, ei­ nen zweiarmigen L-förmigen Hebel, der in den vertikal liegenden Spitzen aufgenommen, an die Kragstütze federnd angedrückt ist und über seinen einen Arm mit dem Anker des Elektromagneten zusammenwirkt, wobei das Arbeitsor­ gan mit dem anderen Arm des zweiarmigen L-förmigen He­ bels verbunden ist.
Es empfiehlt sich, daß das Arbeitsorgan der Draht­ fixiereinheit einen Halter und einen Stab enthält, der in einer vertikalen Ebene liegt, die zur Verschiebungs­ ebene des Bondkopfes senkrecht ist, und aus drei Abschnit­ ten besteht, von denen der erste im Halter befestigt ist, der zweite in einer zur Verschiebungsebene des Bondkopfes parallelen Ebene unter stumpfem Winkel zum ersten Ab­ schnitt liegt, und der dritte unter rechtem Winkel zum zweiten Abschnitt liegt und mit dem Draht beim Ausbil­ den des auf die zweite Bondstelle absteigenden Ver­ bindungsbrückenabschnittes zusammenwirkt, wobei im Bondwerkzeugkörper eine Aussparung zur Aufnahme des zweiten Stababschnittes vorgesehen ist.
In effektiver Weise enthält die Einrichtung eine Meßeinheit zum Messen der Zugkraft, die mit der Draht­ fixiereinheit verbunden und mit dem Steuereinheitsein­ gang elektrisch verbunden ist.
Vorteilhafterweise enthält die Zugkraftmeßeinheit ein elastisches Element, an dem das Arbeitsorgan der Drahtfixiereinheit befestigt ist, sowie einen Weggeber dieses elastischen Elementes.
Das Hindurchziehen des Drahtes mit einer Kraft, die eine plastische Verformung desselben gewährleistet, bei gleichzeitiger Verschiebung des Bondwerkzeuges und des Halbleitergerätes sowie die Fixierung dieses Drahtes an der Umbiegestelle gestattet es, zwischen den Bond­ stellen Verbindungsbrücken gewünschter Form zu erzeugen und das Auftreten eines solchen am häufigsten vorkommen­ den Nachteils, bei dem die Verbindungsbrücke mit der Topologie und den Leiterbahnen rings um eine Bondstelle kurzgeschlossen wird, auszuschließen. Außerdem gestattet dies, eine streng eingehaltene Reproduzierbarkeit der Verbindungsbrückenform unabhängig von der Verteilung der mechanischen Eigenschaften des Drahtes über dessen Länge zu erzielen. Die Lage der Umbiegestelle und die Neigungswinkel der Verbindungsbrücken relativ zu den Bondstellen lassen sich nach Bedarf ändern, was eine Mon­ tage von Halbleitergeräten ermöglicht, bei denen der Höhenunterschied von Bondstellen an Gehäuse und Chip groß ist, ohne daß es zum Kurzschluß zwischen einer Ver­ bindungsbrücke und dem Chip kommen kann.
Die Verschiebung des Bondwerkzeuges entlang einer die Verbindungsbrückenform bestimmenden Bahn gestattet es, die Produktivität der Montage von Halbleitergeräten zu steigern.
Die Herstellung von Verbindungsbrücken mit gleichen Neigungswinkeln relativ zu den Bondstellen sowie das Anlegen von Zugkräften an der Verbindungsbrückenspitze erlaubt es, die Qualität von Halbleitergeräten mit hoher Packungsdichte dank Vermeidung von beträchtlichen Ände­ rungen der Verbindungsbrückenform bei Anlegen einer Zugkraft, die die Entstehung von Mikrorissen an den Über­ gangsstellen des Drahtes in die Bondverbindungen zur Folge haben würden, sowie durch Herstellen von Bondver­ bindungen mit garantierten Festigkeitseigenschaften zu erhöhen.
Das Anlegen einer Zugkraft an der Verbindungsbrücke zur Kontrolle derselben unmittelbar vor der Erzeugung einer nächsten Verbindungsbrücke verringert den Aufwand an Zeit und Mitteln für die Montage von Halbleiterge­ räten mit einer hohen Anzahl von Verbindungsbrücken.
Im folgenden wird die Erfindung an Hand eines kon­ kreten Ausführungsbeispiels derselben unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt
Fig. 1 einen Teil eines Halbleitergerätes mit Bond­ stellen und einer zwischen ihnen vorhandenen Verbindungs­ brücke, die nach einem erfindungsgemäß vorgeschlagenen Verfahren erzeugt wurde;
Fig. 2 die Gesamtansicht der Einrichtung zur Monta­ ge von Halbleitergeräten (in der Isometrie), gemäß der Erfindung;
Fig. 3 ein elektrisches Blockschaltbild der Einrich­ tung zur Montage von Halbleitergeräten, gemäß der Erfin­ dung;
Fig. 4 eine Einheit A von Fig. 2, im vergrößerten Maßstab, gemäß der Erfindung;
Fig. 5 eine Meßeinheit zum Messen der Zugkraft, im vergrößerten Maßstab, gemäß der Erfindung.
Das Verfahren zur Montage von Halbleitergeräten besteht darin, daß, wie aus Fig. 1 ersichtlich, zwischen Bondstellen 1, 2 eines Gehäuses 3 und eines Chips 4 des Halbleitergerätes eine Verbindungsbrücke 5 aus einem Draht durch Anschlie­ ßen des letzteren an die Bondstelle 1 mit Hilfe eines Bond­ werkzeuges 6, Hindurchziehen desselben durch das Bondwerk­ zeug 6 entlang einer Bahn, die die Form der Verbindungs­ brücke 5 bestimmt, erzeugt wird, wobei man einen von der Bondstelle 1 aufsteigenden Abschnitt 7, eine Umbiege­ stelle 8, an der der Draht fixiert wird, sowie einen auf die Bondstelle 2 ansteigenden Abschnitt 9 ausbildet. Da­ nach wird der Draht an die Bondstelle 2 des Chips 4 des Halbleitergerätes angeschlossen, wobei der absteigende Abschnitt 9 mit einer Kraft ausgebildet wird, die eine plastische Verformung des Drahtes an der Umbiegestelle 8 gewährleistet.
Das Hindurchziehen des Drahtes erfolgt entlang einer Bahn, bei der der aufsteigende Abschnitt 7 und der ab­ steigende Abschnitt 9 unter gleichen Winkeln α relativ zu den jeweiligen Bondstellen 1, 2 liegen. Nach dem An­ schließen des Drahtes an die zweite Bondstelle 2 wird das Bondwerkzeug 6 in seine Ausgangsstellung zurückge­ führt und gleichzeitig eine Zugkraft P an der Umbiege­ stelle bis zum Erreichen eines Kraftbetrags angelegt, bei dem eine elastische Verformung der Verbindungsbrücke 5 erfolgt, worauf man die Zugkraft P aufhebt. Bei gleichen Winkeln α ruft die Zugkraft P gleich große Reaktionen P 1 und P 2 an den jeweiligen Bondverbindungen hervor.
Die Einrichtung zur Montage von Halbleitergeräten enthält eine Grundplatte 10 (Fig. 2), auf der ein Koordi­ natentisch 11 zum Unterbringen von Halbleitergeräten mon­ tiert ist (in der Zeichnung ist er durch eine punktierte Linie angedeutet). Auf der Grundplatte 10 ist in Führungen 12, 13 ein Wagen 14 angeordnet, der mit einem Antrieb 15 zur hin- und hergehenden Verschiebung desselben in bezug auf die Grundplatte entlang einer der horizontalen Achsen des Koordinatentisches, im vorliegenden Fall entlang der y-Achse, verbunden ist. Der Antrieb 15 ist auf der Basis eines auf der Grundplatte 10 montierten Schrittmotors aufgebaut, und der Wagen 14 ist an ihm mittels einer Fe­ der 16 angedrückt. Der Wagen 14 ist mit einem Bondkopf 17 verbunden, der mit einem Antrieb 18 zur Verschiebung desselben in der vertikalen Ebene ausgetattet ist, im vorliegenden Fall senkrecht zur y-Achse. Der Antrieb 18 ist auf der Basis eines am Wagen 14 angebrachten Schritt­ motors aufgebaut, während der Bondkopf 17 mittels einer Feder 19 an ihn angedrückt ist.
Der Bondkopf 17 enthält ein L-förmiges Kragstück 20, das mit dem Wagen 14 verbunden ist, und ein Bond­ werkzeug 6, das in einem mit dem Wagen 14 verbundenen Halter 21 befestigt ist. Der Halter 21 stellt im vorlie­ genden Fall einen Ultraschallschwingungswandler dar. Im Bondwerkzeug 6 befindet sich ein Draht 22 zum Herstellen einer Verbindungsbrücke 5 zwischen den Bondstellen 1, 2 am Gehäuse 3 und am Chip 4 des Halbleitergerätes. Der Draht 22 wird dem Bondwerkzeug 6 von einer (in der Zeich­ nung nicht mitabgebildeten) Spule aus zugeführt.
Der Bondkopf 17 enthält ferner eine Drahtzuführ- und -trenneinheit, die einen Hebel 23 einschließt, der an das L-förmige Kragstück 20 mittels einer Feder 24 federnd angedrückt ist. Am Hebel 23 ist ein Elektromagnet 25 befestigt, der zum Lösen von Backen 26 bestimmt ist, die am L-förmigen Hebel 20 schwenkbar montiert sind. Die Backen 26 sind mit den Ankern von Elektromagneten 27, 28 verbunden, die die Zuführung und den Bruch des Drahtes 22 durch diese Backen 26 sichern. Außerdem ist am L-förmigen Kragstück 20 ein Kontakt 29 eines (in der Zeichnung nicht mitabgebildeten) Kontaktgebers "Werk­ zeug-Erzeugnis" sowie eine Bondkrafterzeugungseinheit befestigt, die in der vorliegenden Ausführungsform eine Klammer 30, die mit ihrem einen Ende am L-förmigen Krag­ stück 20 befestigt ist, sowie eine Feder 31 befestigt, die das andere Ende der Klammer 30 mit dem Halter 21 des Bondwerkzeuges 6 verbindet.
In der Einrichtung ist eine Drahtfixiereinheit 32 vorgesehen, die auf der Grundplatte 10 mit der Möglichkeit einer Pendelung in einer vertikalen Ebene angeordnet ist, die zur Verschiebungsebene des Bondkopfes 17 parallel, d. h. zur x-Achse senkrecht ist. Ein Arbeitsorgan 33 der Drahtfixiereinheit 32 wirkt mit dem Draht 22 beim Aus­ bilden des auf die Bondstelle 2 des Chips 4 absteigen­ den Abschnittes 9 der Verbindungsbrücke 5 zusammen. Die Drahtfixiereinheit 32 ist mit einem Antrieb 34 zur Verschiebung desselben in der zur x-Achse senkrechten verti­ kalen Ebene ausgestattet. Der Antrieb 34 ist auf Basis eines auf der Platte 10 angeordneten Schrittmotors aufgebaut, und die Drahtfixiereinheit 32 ist mittels einer Feder 35 an denselben federnd angedrückt.
Der Koordinatentisch 11 ist mit Antrieben 36, 37 zur Verschiebung desselben in der horizontalen Ebene in Richtung von x-Achse und y-Achse, mit einem Antrieb 38 zur Winkelverschiebung in der horizontalen Ebene in be­ zug auf die z-Achse sowie mit einem Antrieb 39 zur Ver­ schiebung in der vertikalen Ebene in Richtung der z-Ach­ se ausgestattet.
Die Einrichtung enthält ferner eine Steuereinheit 40 (Fig. 3), deren Eingang mit dem Kontakt 29 des Kon­ taktgebers "Werkzeug-Erzeugnis" elektrisch verbunden ist, während die Ausgänge 42, 43, 44, 45, 46, 47, 48, 49, 50, 51 jeweils mit dem Antrieb 15 zur hin- und hergehen­ den Wagenverschiebung, dem Antrieb 18 zur Bondkopfver­ schiebung, den Elektromagneten 25, 27, 28, dem Antrieb 34 zur Verschiebung der Drahtfixiereinheit und den An­ trieben 36, 37, 38, 39 zur Koordinatentischverschiebung elektrisch verbunden sind.
Wie bereits erwähnt, stellt der Bondwerkzeughalter 21 (Fig. 2) einen Ultraschallwandler dar, der an den Ausgang eines Generators 52 (Fig. 3) angeschlossen ist, dessen Eingang an einen Ausgang 53 der Steuereinheit 40 angeschlossen ist.
Der Bondkopf 17 (Fig. 2) ist am Wagen 14 mit der Möglich­ keit einer Pendelung in der zur Pendelungsebene der Draht­ fixiereinheit 32 parallelen, d. h. zur x-Achse senkrech­ ten Ebene angeordnet. In der vorliegenden Ausführungs­ form der erfindungsgemäßen Einrichtung ist die Möglichkeit der Pendelung des Bondkopfes 17 durch dessen Aufnah­ men in am Wagen 14 befestigten Spitzen 54, 55 gewährlei­ stet.
In der vorliegenden Ausführungsform der erfindungs­ gemäßen Einrichtung enthält die Drahtfixiereinheit 32 zwei horizontal liegende Spitzen 56, 57, die auf der Grundplatte 10 befestigt sind und in denen eine Krag­ stütze 58 aufgenommen ist. An der Kragstütze 58 ist ein Elektromagnet 59 mit einem Anker 60 befestigt. Des wei­ teren sind an der Kragstütze 58 vertikal liegende Spit­ zen 61, 62 befestigt, in denen ein zweiarmiger L-förmi­ ger Hebel 63, der an die Kragstütze 58 federnd ange­ drückt ist, mit der Möglichkeit einer Pendelung in der zur z-Achse senkrechten horizontalen Ebene angeordnet ist. An dem einen Arm des zweiarmigen Hebels 63 ist das Arbeitsorgan 33 der Drahtfixiereinheit 32 angebracht, während der an­ dere Arm dieses Hebels 63 mit dem Anker 60 des Elektro­ magneten 59 zusammenwirkt, der mit einem Ausgang 65 (Fig. 3) der Steuereinheit 40 elektrisch verbunden ist.
Das Arbeitsorgan 33 (Fig. 2) der Drahtfixiereinheit 32 enthält einen Halter 66 (Fig. 4) und einen Stab 67, der in der vertikalen, zur Verschiebungsebene des Bond­ kopfes 17 (Fig. 2) senkrechten Ebene angebracht ist. Der Stab 67 (Fig. 4) besteht aus drei Abschnitten: einem er­ sten im Halter 66 befestigten Abschnitt 68, einem zwei­ ten Abschnitt 69, der sich in der zur Verschiebungsebene des Bondkopfes 17 (Fig. 2) parallelen Ebene befindet und unter einem stumpfen Winkel β (Fig. 4) zum ersten Ab­ schnitt 68 liegt, sowie einem dritten Abschnitt 70, der unter rechtem Winkel γ zum zweiten Abschnitt 69 liegt. Dieser Abschnitt 70 des Stabes 67 wirkt mit dem Draht 22 beim Ausbilden des auf die zweite Bondstelle 2 abstei­ genden Abschnittes 9 der Verbindungsbrücke 5 zusammen. Hier­ bei ist im Körper des Bondwerkzeuges 6 eine Aussparung 71 zur Aufnahme des zweiten Abschnittes 69 des Stabes 67 ausgeführt.
Die Einrichtung enthält ferner eine Meßeinheit 72 zum Messen der Zugkraft, die mit der Drahtfixiereinheit 32 verbunden ist. Die Meßeinheit 72 enthält ein elasti­ sches Element 73 (Fig. 5), an dem das Arbeitsorgan 33 der Drahtfixiereinheit 32 (Fig. 2) befestigt ist, zu dem der vorerwähnte Halter 66 (Fig. 5) gehört, sowie einen Weggeber 74 des elastischen Elementes, dessen Ausgang mit einem Eingang 75 (Fig. 3) der Steuereinheit 40 elektrisch verbunden ist. Das elastische Element 73 (Fig. 5) ist in Gestalt einer Platte ausgeführt, die an ihren Enden zwischen zwei Paaren von Auflagen 76 be­ festigt ist, von denen die eine am L-förmigen Hebel 63 (Fig. 2) befestigt ist. Bei der vorliegenden Ausführungs­ form der erfindungsgemäßen Einrichtung findet ein Dehnungs­ geber Anwendung, der am elastischen Element 73 ange­ bracht ist.
Die Einrichtung zur Durchführung des erfindungs­ gemäßen Verfahrens zur Montage von Halbleitergeräten ar­ beitet wie folgt. Nach dem Unterbringen eines Halbleiter­ gerätes auf dem Koordinatentisch 11 (Fig. 2) verschiebt der letztere unter Einwirkung der Antriebe 36, 37, 38 das Halbleitergerät entlang den Koordinaten x, y, z bis zum Zusammenfallen des Mittelpunktes der ersten Bondstel­ le 1 des Gehäuses 3 des Halbleitergerätes mit der verti­ kalen Achse des Bondwerkzeuges 6. Hierbei befindet sich das Arbeitsorgan 33 der Drahtfixiereinheit 32 unter der Arbeitsstirn des Bondwerkzeuges 6. Nach der Stillsetzung des Koordinatentisches 11 auf Befehl von der Steuerein­ heit 40 (Fig. 3), die von deren Eingängen 43, 47 ankom­ men, senken die Antriebe 18 und 34 zur Verschiebung in der vertikalen Ebene des Bondwerkzeuges 17 (Fig. 2) bzw. der Drahtfixiereinheit 32 den Halter 21 des Bondwerkzeu­ ges 6 mit dem Draht 22 bis zur Berührung mit der ersten Bondstelle 1 ab, bei der ein elektrisches Signal vom Kon­ takt 29 des Kontaktgebers "Werkzeug-Erzeugnis" am Ein­ gang 41 (Fig. 3) der Steuereinheit 40 eintrifft. Gleich­ zeitig damit stellt sich das Arbeitsorgan 33 (Fig. 2) der Drahtfixiereinheit 32 in die Arbeitsstellung (die Ar­ beitsstellung ist etwas höher als die Höhenlage der zu erzeugenden Verbindungsbrücke 5) ein. Gleichzeitig mit dem Bewegungsbeginn der Antriebe 18, 34 auf Befehle von der Steuereinheit 40 (Fig. 3), die von deren Ausgängen 45, 46, 65 ankommen, schalten sich die Elektromagneten 27, 28, die die Zuführung und den Bruch des Drahtes 22 (Fig. 2) gewährleisten, sowie der Elektromagnet 59 ein, der die Wegführung des Arbeitsorgans 33 der Drahtfixier­ einheit 32 unter dem Bondwerkzeug 6 hervor gewährleistet. Bei Berührung des Bondwerkzeuges 6 mit der Bondstelle 1 kommt der Halter 21 zum Stillstand, das L-förmige Krag­ stück 20 geht weiter abwärts, wodurch der Kontakt 29 des Kontaktgebers "Werkzeug-Erzeugnis" geöffnet wird. Da­ nach wird auf einen Befehl von der Steuereinheit 40 (Fig. 3) der Antrieb 18 (Fig. 2) zur Verschiebung des Bondkopfes in der vertikalen Ebene stillgesetzt, während das Bondwerkzeug 6 den Draht 22 an die Bondstelle 1 durch Zufuhr eines Ultraschallimpulses vom Ultraschallgenera­ tor 52 (Fig. 3) über den Halter 21 (Fig. 2) des Bondwerk­ zeuges auf einen vom Ausgang 53 (Fig. 3) der Steuerein­ heit 40 kommenden Befehl und durch Anlegen einer durch die Feder 31 (Fig. 2) erzeugten Bondkraft anschließt.
Während des Bondvorganges geschieht eine Berechnung von Betrag und Geschwindigkeit der diskreten Verschiebun­ gen der Schrittmotoren - des Antriebes 37 (Fig. 2) zur Verschiebung des Koordinatentisches (Bewegung des Koordi­ natentisches entlang der y-Koordinate), des Antriebes 15 zur hin- und hergehenden Wagenverschiebung (Bewegung des Bondkopfes 17 entlang der y-Koordinate), des Antriebes 18 zur Verschiebung des Bondkopfes in der vertikalen Ebene (Bewegung des Bondkopfes 17 entlang der z-Koordinate) und des Antriebes 39 des Koordinatentisches 11 (Bewegung ent­ lang der z-Koordinate). Die erwähnte Berechnung wird aus­ geführt, indem man von der Bedingung ausgeht, daß bei gegenseitiger Verschiebung von Bondwerkzeug 6 und Halb­ leitergerät der Draht 22 durch das Bondwerkzeug 6 gerad­ linig und unter dem jeweils erforderlichen Winkel zur ho­ rizontalen Ebene hindurchgeführt wird.
Nach dem erfolgten Bonden werden die Backen 26 durch den Elektromagneten 25 gelöst, der Elektromagnet 27 wird abgeschaltet, wodurch die Backen 26 in die neutrale La­ ge durch den abgefederten Hebel 23 abgeführt werden, die Steuereinheit 40 (Fig. 3) gibt über die Ausgänge 49, 42, 43, 51 Befehle zur Bewegung der Antriebe 37, 15, 18, 39 ab. Hierbei bewegen sich der Koordinatentisch 11 (Fig. 2) und das Bondwerkzeug 6 gegeneinander. In dieser Weise ge­ schieht das Hindurchziehen des Drahtes 22 bei gegensei­ tiger Verschiebung des Bondwerkzeuges 6 und des Halblei­ tergerätes, wobei der von der ersten Bondstelle 1 auf­ steigende Abschnitt 7 der Verbindungsbrücke 5 gebildet wird. Nachdem der Draht 22 bis zu der erforderlichen Höhe, die der Höhe der Verbindungs- bzw. Strombrücke 5 entspricht, abgezogen, das Arbeitsorgan 33 der Drahtfixiereinheit 32 um denselben Betrag auf einen vom Ausgang 65 der Steuereinheit 40 (Fig. 3) kommenden Befehl abgesenkt wurde, wird der Elek­ tromagnet 59 der Drahtfixiereinheit 32 (Fig. 2) abgeschal­ tet. Unter der Wirkung der Feder 64 wird der zweiarmige L-förmige Hebel 63 in den Spitzen 61, 62 verschwenkt und das Arbeitsorgan - der Stab 67 (Fig. 4) - mit seinem Ab­ schnitt 70 unter den Draht 22 geführt, wodurch eine Um­ biegestelle 8 entsteht, in der der Draht 22 fixiert wird. Auf Befehle von den Ausgängen 43, 42 der Steuereinheit 40 (Fig. 3) wird der Bondkopf 17 (Fig. 2) gemeinsam mit dem Bondwerkzeug 6 unter der Einwirkung seitens des Antriebes 18 abgesenkt, wobei der Wagen 14 gleichzeitig sich in derselben, im vorstehenden angedeuteten Richtung unter der Einwirkung des Antriebes 15 bewegt. Hierbei bleibt das Arbeitsorgan 33 der Drahtfixiereinheit 32 in bezug auf das Halbleitergerät unbeweglich. Bei der Bewegung des Bondwerkzeuges 6 in der Abwärtsrichtung zur zweiten Bondstelle 2 des Chips 4, bei der der absteigende Ab­ schnitt 9 der Verbindungsbrücke 5 ausgebildet wird, er­ folgt durch Hindurchziehen des Drahtes 22 mit einer Kraft, die durch dessen Reiben am Bondwerkzeug 6 bewirkt wurde und eine plastische Verformung des Drahtes 22 an dessen Umbiegestelle 8 gewährleistet.
Bei der Berührung des Bondwerkzeuges 6 mit der Bond­ stelle 2 des Chips 4 bleibt der Halter 21 stehen, während das L-förmige Kragstück 20 weiter abwärtsgeht, wodurch der Kontakt 29 des Kontaktgebers "Werkzeug-Erzeugnis" geöffnet wird. Auf Befehle von den Ausgängen 42, 43 der Steuereinheit 40 (Fig. 3) kommen die Antriebe 15, 18 zum Stehen. Danach geht das Bonden in der im vorstehenden beschriebenen Weise weiter.
Nach erfolgtem Bonden wird auf Befehle von den Aus­ gängen 44, 46 der Steuereinheit 40 der Elektromagnet 25 (Fig. 2), der die Backen 26 festspannt, sowie der Elek­ tromagnet 28 zur Ausführung des Drahtbruches eingeschal­ tet. Unter der Einwirkung der Feder 24 dreht der Hebel 23 die Backen 26, wodurch der Draht 22 nach dem zweiten Bon­ den gebrochen wird.
Beim Ausbilden einer Verbindungsbrücke 5 geschah das Hindurchziehen des Drahtes 22 durch das Bondwerkzeug 6 entlang einer Bahn, die die Form der Verbindungsbrücke 5 bestimmt, wobei ein von der ersten Bondstelle 1 auf­ steigender Abschnitt 7, eine Umbiegestelle 8 und ein auf die zweite Bondstelle 2 absteigender Abschnitt 9 ausge­ bildet wurden. Das Hindurchziehen des Drahtes 22 bei gleichzeitiger Verschiebung von Bondwerkzeug 6 und Halb­ leitergerät nach dem ersten Bonden gestattet es, die Ent­ stehen von Rissen an der Übergangsstelle des Drahtes 22 in die erste Bondverbindung zu vermeiden, d. h. einen bei der Montage von Halbleitergeräten am häufigsten auftre­ tenden Mangel auszuschließen, der durch mehrfache Um­ biegungen des Drahtes 22 an dieser Stelle bedingt ist. Außerdem ermöglicht es, das Hindurchziehen des Drahtes 22 mit einer Kraft, die eine plastische Verformung des­ selben an der Umbiegestelle 8 herbeiführt, eine exakte Reproduzierbarkeit sowie die erforderliche Form der Ver­ bindungsbrücken 5 zu erzielen. Die Lage der Umbiegestel­ le 8 sowie die Neigungswinkel der Zweige 7 und 9 zur ho­ rizontalen Ebene können geändert werden, was bei der Mon­ tage von Halbleitergeräten, bei denen der Höhenunter­ schied zwischen den Bondstellen 1, 2 am Gehäuse 3 bzw. Chip 4 recht groß ist, von besonderer Bedeutung ist. Dies gestattet es, die Montagegüte von Halbleitergeräten dank Verminderung von solchen Ausschußursachen wie das Kurzschließen des Drahtes 22 auf die Leiterbahnen und die rings um die Bondstellen 2 des Chips 4 liegende To­ pologie zu erhöhen.
Von erheblicher Wichtigkeit ist auch der Umstand, daß beim Ausbilden der Verbindungsbrücke 5 das Bondwerk­ zeug eine Bahn durchläuft, die mit der Form der Verbin­ dungsbrücke 5 völlig übereinstimmt, was die Zeit für die Ausbildung sämtlicher Verbindungsbrücken zwischen den Bondstellen eines Halbleitergerätes beträchtlich zu ver­ kürzen gestattet.
An die meisten Halbleitergeräte werden erhöhte An­ forderungen hinsichtlich der Montagezuverlässigkeit ge­ stellt, da nämlich eine zerstörungsfreie Prüfung von Festigkeitseigenschaften der Verbindungsbrücken durch­ führbar sein muß. Um dies zu bewerkstelligen, führt der Antrieb 18 zur Verschiebung des Bondkopfes nach dem durch das Bondwerkzeug 6 vorgenommenen Anschließen des Drahtes 22 an die zweite Bondstelle 2 auf einen vom Aus­ gang 43 der Steuereinheit 40 (Fig. 3) kommenden Befehl das Bondwerkzeug 6 (Fig. 2) in seine Ausgangsstellung zurück. Gleichzeitig trifft vom Ausgang 51 (Fig. 3) der Steuereinheit 40 ein Befehl für den Antrieb 39 (Fig. 2) zur Verschiebung des Koordinatentisches 11 entlang der z-Achse ein, der den Koordinatentisch 11 mit dem darauf untergebrachten Halbleitergerät absenkt. Hierbei wird im Zusammenhang damit, daß sich das Arbeitsorgan 33 der Drahtfixiereinheit 32, und zwar der dritte Abschnitt 70 (Fig. 4) des Stabes 67 an der Umbiegestelle 8 befindet, an dieser Umbiegestelle eine Zugkraft P angelegt. Beim Absenken der Verbindungsbrücke 5 gemeinsam mit dem Halb­ leitergerät biegt sich das elastische Element 73 (Fig. 5) der Zugkraftmeßeinheit 72 aus. Nach dem Verschiebungs­ betrag des elastischen Elementes 73 urteilt man mit Hil­ fe eines Weggebers 74 des elastischen Elementes über den Betrag der an die Verbindungsbrücke 5 (Fig. 4) angeleg­ ten Zugkraft. Die Zugkraft kann auch durch Verschiebung des Arbeitsorgans 33 (Fig. 2) der Drahtfixiereinheit 32 in der Aufwärtsrichtung bei feststehendem Koordinaten­ tisch 11 angelegt werden.
Beim Ausbilden der Verbindungsbrücken 5 finden an den Übergangsstellen einer Bondverbindung zum Draht 22 sowie in der Umgebung der Umbiegestelle 8 aufgrund der elastischen Eigenschaften des Drahtes 22 radiale Biegun­ gen statt. Deswegen kommt es bei Zugkraftzunahme im An­ fangsaugenblick zum Dehnen des Drahtes 22 im Bereich der elastischen Verformung, und bei weiterer Zugkraftzunah­ me findet eine Ausbiegung des Drahtes in bezug auf die Bondverbindungen in der Nähe der Bondstellen 1, 2 sowie in bezug auf den dritten Abschnitt 70 (Fig. 4) des Sta­ bes 67, der den Draht 22 an der Umbiegestelle 8 fixiert, hiermit also eine plastische Verformung der Verbindungs­ brücke 5 statt, wodurch der aufsteigende Abschnitt 7 und der absteigende Abschnitt 9 der Verbindungsbrücke 5 ge­ radlinig werden. Bei weiterer Beanspruchung der Verbin­ dungsbrücke 5 kommt es zu einer erneuten elastischen Ver­ formung derselben. Wird ein solcher Zugkraftbetrag er­ reicht, bei dem es zur erneuten plastischen Verformung der Verbindungsbrücke 5 kommt, so kann ein Bruch dessel­ ben erfolgen. Daher wird zweckmäßigerweise an die Ver­ bindungsbrücke 5 eine Zugkraft angelegt, die den Betrag nicht übersteigt, bei dem es zur erneuten plastischen Verformung kommt. Jedoch muß diese Zugkraft zur Ermitt­ lung von Bondverbindungen mit niedrigen Festigkeitsei­ genschaften ausreichend groß sein.
Also gestattet die erfindungsgemäße Einrichtung es, gleichzeitig mit der Ausbildung einer Verbindungsbrücke 5 eine zerstörungsfreie Prüfung ihrer Festigkeitseigen­ schaften durch Anlegen der jeweils erforderlichen Zugkraft an die Verbindungsbrücken 5 durchzuführen. Hierzu erfolgt nach dem Anschließen des Drahtes 22 an die erste Bond­ stelle 1 (Fig. 2) des Hindurchziehen des Drahtes 22 bei solchen Geschwindigkeiten, daß der von der ersten Bond­ stelle 1 aufsteigende Abschnitt 7 und der auf die zwei­ te Bondstelle 2 absteigende Abschnitt 9 der Durchzugs­ bahn des Drahtes 22 und demnach auch die Bewegungsbahnen des Bondwerkzeuges 6 gleiche Neigungswinkel α (Fig. 1) zur horizontalen Ebene besitzen.
In dem Augenblick, da die vorgeschriebene Zugkraft P er­ reicht worden ist, trifft am Eingang 75 (Fig. 3) der Steuereinheit 40 von der Meßeinheit 72 (Fig. 5) zum Zug­ kraftmessen, genauer vom Weggeber 74 des elastischen Elementes, eine entsprechende Information ein, wonach die Steuereinheit 40 (Fig. 3) einen Befehl über den Ausgang 51 zur Stillsetzung der Bewegung des Antriebes 39 (Fig. 2) zur Verschiebung des Koordinatentisches mit dem darauf untergebrachten Halbleitergerät und zur Einwirkung einer Zugkraft P auf die Verbindungsbrücke im Laufe von 5- 10 ms liefert. Während dieser Einwirkungsdauer gelangt in die Steuereinheit 40 (Fig. 3) über deren Eingang 75 eine Information über den Zugkraftbetrag vom Weggeber 74 des elastischen Elementes. Wird nun eine schroffe Än­ derung (Abnahme) der Zugkraft registriert, so bedeutet dies, daß die Verbindungsbrücke 5 (Fig. 2) der einwirken­ den Zugkraft nicht standgehalten hat, d. h. gebrochen ist. Wenn aber in die Steuereinheit 40 (Fig. 3) keine Informa­ tion vom Weggeber 34 über eine schroffe Zugkraftabnahme gelangt war, so bedeutet dies, daß die Verbindungsbrücke 5 (Fig. 2) ausreichend hohe Festigkeitseigenschaften be­ sitzt. Wenn nun die Verbindungsbrücke 5 der vorgegebenen Zugkraft nicht standgehalten hat, so läßt die Steuerein­ heit 40 (Fig. 3) einen Befehl über ihren Ausgang 47 für den Antrieb 34 zur Verschiebung der Drahtfixiereinheit 32 (Fig. 2) in der Aufwärtsrichtung bis zum Erreichen ihrer Arbeitsstellung und über ihren Ausgang 51 (Fig. 3) für den Antrieb 39 zur Verschiebung des Koordinatenti­ sches 11 (Fig. 2) in die Ausgangsstellung aus. Gleich­ zeitig gibt die Steuereinheit 40 (Fig. 3) über ihren Aus­ gang 65 einen Befehl zum Einschalten des Elektromagneten 59 ab, dessen Anker 60 (Fig. 2) den zweiarmigen L-förmi­ gen Hebel 63 in den Spitzen 61, 62 dreht. Hierbei kommt der Abschnitt 70 (Fig. 4) des Stabes 67 unter der Verbin­ dungsbrücke 5 hervor. Danach wird das Halbleitergerät vom Koordinatentisch 11 (Fig. 2) abgenommen und ein nächstes Halbleitergerät darauf angeordnet. Der Arbeitszyklus wie­ derholt sich.
Hat die Verbindungsbrücke 5 der Zugkrafteinwirkung standgehalten, so wird es auf einen Befehl von der Steuer­ einheit 40 (Fig. 3), die über den Ausgang 51 am Koordi­ natentischantrieb ankommt, der den Koordinatentisch 11 (Fig. 2) in die Ausgangsstellung zurückführt, abgenommen. Hierauf wird der Elektromagnet 59 abgeschaltet, der Anker 60 dreht den zweiarmigen L-förmigen Hebel 63 in den Spit­ zen 61, 62, und der dritte Abschnitt 70 (Fig. 4) des Sta­ bes 67 des Arbeitsorgans 33 kommt unter der Verbindungs­ brücke 5 hervor. Gleichzeitig löst die Steuereinheit 40 (Fig. 3) Befehle aus, die von ihren Ausgängen 47, 42 am Antrieb 34 zur Verschiebung der Drahtfixiereinheit 32 (Fig. 2) in die Arbeitsstellung und am Antrieb 15 zur Ver­ schiebung des Wagens in die Ausgangsstellung ankommen. Auf Befehle von den Ausgängen 48, 49, 50 der Steuereinheit 40 (Fig. 3) bewegt der Koordinatentisch 11 unter der Einwirkung der Antriebe 36, 37, 38 das Halbleitergerät entlang der Koordinaten x, y, z, wobei die vertikale Achse des Bondwerkzeuges 6 mit dem Mittelpunkt der ande­ ren Bondstelle am Gehäuse desselben Halbleitergerätes in Übereinstimmung gebracht wird. Im weiteren wiederholt sich der Zyklus der Verbindungsbrückenausbildung sowie der zerstörungsfreien Prüfung der Verbindungsbrücken­ festigkeit.
Also gestattet es die Ausbildung von Verbindungs­ brücken zwischen den Bondstellen eines Halbleitergerätes mit gleichen Neigungswinkeln der Verbindungsbrückenab­ schnitte zur horizontalen Ebene und das Anlegen einer Zug­ kraft an der Umbiegestelle einer Verbindungsbrücke so­ fort nach dem beendeten Ausbilden derselben, die Monta­ gegüte von Halbleitergeräten dank Erzeugung von Verbin­ dungsbrücken mit garantierten Festigkeitseigenschaften, wobei eine jede Bondverbindung am Gehäuse und Chip mit gleicher Zugkraft geprüft wird, sowie durch Vermeidung von beträchtlichen Änderungen der Verbindungsbrückenform beim Anlegen einer Zugkraft zu erhöhen, wobei die Ent­ stehung von Mikrorissen an den Übergangstellen des Drah­ tes in die Bondverbindungen vermieden wird.
Das Anlegen einer Zugkraft an der Verbindungsbrücke mit Hilfe der Drahtfixiereinheit, die beim Ausbilden von Verbindungsbrücken mit dem Draht zusammenwirkt, gestat­ tet es, das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungs­ gemäße Einrichtung zur Montage von Halbleitergeräten mit hoher Packungsdichte anzuwenden, wenn die Zufuhr eines Werkzeuges zum Anlegen einer Zugkraft an der Verbindungs­ brücke wegen der naheliegenden benachbarten Verbindungs­ brücken unmöglich ist. Darüber hinaus gestattet es, das Anlegen einer Zugkraft an die Verbindungsbrücke zur Kon­ trolle ihrer Festigkeitseigenschaften beim Zurückführen des Bondwerkzeuges in seine Ausgangsstellung, die Arbeits­ leistung bei der Montage von Halbleitergeräten zu erhöhen.

Claims (10)

1. Verfahren zur Montage von Halbleitergeräten, bei dem zwischen Bondstellen (1, 2) an Gehäuse (3) und Chip (4) eines Halbleitergerätes eine Verbindungsbrücke (5) aus einem Draht (22) durch
  • - Anschließen desselben an die erste von diesen Bond­ stellen (1) mittels eines Bondwerkzeuges (6),
  • - Hindurchziehen des Drahtes (22) durch das Bond­ werkzeug (6) und
  • - Anschließen an eine zweite Bondstelle (2) mittels des Bondwerkzeuges (6) ausgebildet wird,
dadurch gekennzeichnet, daß
  • - das Hindurchziehen des Drahtes (22) entlang einer Bahn erfolgt, die die Form der Verbindungsbrücke (5) be­ stimmt, wobei
  • - ein von der ersten Bondstelle (1) aufsteigender Abschnitt (7),
  • - eine Umbiegestelle (8), an der der Draht (22) fixiert wird,
  • - ein auf die zweite Bondstelle (2) absteigender Ab­ schnitt (9) mit einer Kraft erzeugt werden, die eine plas­ tische Verformung des Drahtes (22) an der Umgiebestelle (8) gewährleistet.
2. Verfahren zur Montage von Halbleitergeräten nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
  • - das Hindurchziehen des Drahtes (22) entlang einer Bahn erfolgt, bei der der aufsteigende und der absteigen­ de Abschnitt (7, 9) der Verbindungsbrücke (5) unter glei­ chen Winkeln relativ zu den jeweiligen Bondstellen (1, 2) liegen,
  • - nach dem Anschließen des Drahtes (22) an die zwei­ te Bondstelle (2) das Bondwerkzeug (6) in seine Ausgangs­ stellung zurückgeführt und an der Verbindungsbrücke (5) eine Zugkraft an der Umbiegestelle (8) bis zum Erreichen eines Kraftbetrags angelegt wird, bei dem eine elastische Verformung der Verbindungsbrücke (5) erfolgt und
  • - die Zugkraft beseitigt wird.
3. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens zur Montage von Halbleitergeräten nach Anspruch 1, die ent­ hält
  • - eine Grundplatte (10),
  • - einen auf der Grundplatte (10) montierten Koordi­ natentisch (11) zum Unterbringen von Halbleitergeräten,
  • - einen Wagen (14), der auf der Grundplatte (10) an­ geordnet und mit einem Antrieb (15) zur hin- und hergehen­ den Verschiebung desselben relativ zur Grundplatte paral­ lel zu einer der horizontalen Koordinatentischachsen ver­ bunden ist,
  • - einen Bondkopf (17), der mit dem Wagen (14) verbun­ den und mit einem Antrieb (18) zur Verschiebung dessel­ ben in der vertikalen Ebene ausgestattet ist, in dessen Bondwerkzeug ein Draht (22) zur Ausbildung der Verbin­ dungsbrücke (5) zwischen den Bondstellen (1, 2) an Ge­ häuse (3) und Chip (4) des Halbleitergerätes angeordnet ist,
  • - und eine Steuereinheit (40), deren Ausgänge (44, 45, 46, 43, 42) mit dem Bondkopf (17), dem Antrieb (18) zur Verschiebung desselben in der vertikalen Ebene und mit dem Antrieb (15) zur hin- und hergehenden Ver­ schiebung des Wagens elektrisch verbunden sind,
dadurch gekennzeichnet, daß sie enthält
  • - eine Drahtfixiereinheit (32), die auf der Grund­ platte (10) mit der Möglichkeit einer Pendelung in einer vertika­ len Ebene angebracht ist, die zur Verschiebungsebene des Bondkopfes (17) parallel ist, wobei ihr Arbeitsorgan (33) mit dem Draht (22) beim Ausbilden des auf die zweite Bondstelle (2) absteigenden Abschnittes (9) der Verbin­ dungsbrücke (5) zusammenwirkt und
  • - einen mit der Drahtfixiereinheit (32) verbundenen Antrieb (34) zur Verschiebung derselben in der vertika­ len Ebene, der mit einem zusätzlichen Ausgang (47) der Steuereinheit (40) elektrisch verbunden ist,
  • - wobei der Koordinatentisch (11) mit Antrieben (36, 37, 39) zur Verschiebung desselben in der horizon­ talen und vertikalen Ebene sowie mit einem Antrieb (38) zur Winkelverschiebung in der horizontalen Ebene ausgestat­ tet ist, die mit weiteren zusätzlichen Ausgängen (48, 49, 51, 50) der Steuereinheit (40) elektrisch verbunden sind.
4. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens zur Montage von Halbleitergeräten nach Anspruch 3, da­ durch gekennzeichnet, daß der Bondkopf (17) am Wagen (14) mit der Möglichkeit einer Pendelung in einer Ebene angebracht ist, die zur Pendelebene der Drahtfixier­ einheit (32) parallel ist.
5. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens zur Montage von Halbleitergeräten nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Draht­ fixiereinheit (32) enthält
  • - eine Kragstütze (58),
  • - zwei horizontal liegende Spitzen (56, 57), die an der Grundplatte (10) befestigt sind und in denen die Krag­ stütze (58) aufgenommen ist,
  • - einen Elektromagneten (59), der an der Kragstütze (58) befestigt und mit einem jeweiligen zusätzlichen Ausgang (65) der Steuereinheit (40) elektrisch verbunden ist,
  • - zwei vertikal liegende Spitzen (61, 62), die an der Kragstütze (58) befestigt sind,
  • - einen zweiarmigen L-förmigen Hebel (63), der in den vertikal liegenden Spitzen (61, 62) aufgenommen, an die Kragstütze (58) federnd angedrückt ist und über seinen einen Arm mit dem Anker (60) des Elektromagneten (59) zusammenwirkt,
  • - wobei das Arbeitsorgan (33) mit dem anderen Arm des zweiarmigen L-förmigen Hebels (63) verbunden ist.
6. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens zur Montage von Halbleitergeräten nach Anspruch 5, da­ durch gekennzeichnet, daß das Arbeits­ organ (33) der Drahtfixiereinheit (32) enthält
  • - einen Halter (66),
  • - einen Stab (67), der in einer vertikalen, zur Ver­ schiebungsebene des Bondkopfes (17) senkrechten Ebene an­ gebracht ist und aus drei Abschnitten (68, 69, 70) be­ steht,
  • - von denen der erste im Halter (66) befestigt ist,
  • - der zweite in einer zur Verschiebungsebene des Bondkopfes (17) parallel liegenden Ebene unter stumpfem Winkel zur ersten Abschnitt (68) liegt,
  • - während der dritte unter einem rechten Winkel zum zwei­ ten Abschnitt (69) liegt und mit dem Draht (22) beim Aus­ bilden des auf die zweite Bondstelle (2) absteigenden Abschnittes (9) der Verbindungsbrücke (5) zusammen­ wirkt,
  • - wobei im Körper des Bondwerkzeuges (6) eine Aus­ sparung (71) zur Aufnahme des zweiten Abschnittes (69) des Stabes (67) vorgesehen ist.
7. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens zur Montage von Halbleitergeräten nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine Meßeinheit (72) zum Messen der Zugkraft ent­ hält, die mit der Drahtfixiereinheit (32) verbunden und mit einem Eingang (75) der Steuereinheit (40) elektrisch verbunden ist.
8. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens zur Montage von Halbleitergeräten nach Anspruch 7, da­ durch gekennzeichnet, daß die Meßein­ heit (72) zum Messen der Zugkraft enthält
  • - ein elastisches Element (73), an dem das Arbeits­ organ (33) der Drahtfixiereinheit (32) befestigt ist,
  • - und einen Weggeber (74) des elastischen Elemen­ tes.
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